劉同欣，于偉濤，崔萬昌

1洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽 471039

3中信重工機(jī)械股份有限公司 河南洛陽 471039

在礦山斜井提升中，提升容器在斜坡軌道重載上行運(yùn)行，在緊急制動(dòng)或者在軌道變坡點(diǎn)前后，提升容器受慣性影響，繼續(xù)沿斜面軌道上行，這極易引起系統(tǒng)中提升鋼絲繩松繩；提升容器在斜坡軌道下行運(yùn)行，受到卡阻或者在變坡點(diǎn)前后，也易引起提升鋼絲繩松繩，提升容器處于無牽引狀態(tài)，給系統(tǒng)造成危害。筆者結(jié)合提升容器運(yùn)行工況以及設(shè)備自身狀況，探討提升鋼絲繩松繩原因，提出預(yù)警及預(yù)防措施，防止事故發(fā)生。

1 斜井提升機(jī)工作原理

斜井提升機(jī)系統(tǒng)主要由提升主機(jī)、提升鋼絲繩、天輪裝置、提升容器、制動(dòng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等組成，其工作原理如圖1 所示。鋼絲繩一端固定在卷筒上，另一端經(jīng)過天輪裝置與提升容器相連。電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，經(jīng)過減速器傳動(dòng)，帶動(dòng)卷筒運(yùn)轉(zhuǎn)，從而纏繞鋼絲繩。鋼絲繩帶動(dòng)提升容器在斜坡軌道上運(yùn)行，制動(dòng)系統(tǒng)控制提升機(jī)在井底或井口停車位置的制動(dòng)，達(dá)到提升物料目的。

圖1 斜井提升的工作原理Fig.1 Principle of hoisting in inclined shaft

2 鋼絲繩松繩原因分析

設(shè)備在運(yùn)行過程中，引起鋼絲繩松繩的因素比較多，筆者從提升設(shè)備運(yùn)行使用及制造兩方面進(jìn)行逐一分析。

2.1 從設(shè)備運(yùn)行使用方面分析

（1）《煤礦安全規(guī)程》第427 條（一）中規(guī)定，各類提升機(jī)的制動(dòng)裝置發(fā)生作用時(shí)，提升系統(tǒng)的安全制動(dòng)減速度必須符合表1 的要求[1]。

表1 提升系統(tǒng)安全制動(dòng)減速度規(guī)定值Tab.1 Specified values of safe braking acceleration and deceleration of hoisting system

表1 中，自然減速度

Ac＝g（sinθ＋fcosθ），

式中：g為重力加速度，m/s2；θ為井巷傾角，（°）；f為繩端載荷的運(yùn)行阻力系數(shù)，一般取 0.010～0.015。

重載提升物料時(shí)，鋼絲繩在卷筒上纏繞，帶動(dòng)提升容器上行，減速時(shí)，由于制動(dòng)力過大，導(dǎo)致制動(dòng)減速度過大，超出了安全規(guī)程的要求值，造成卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)速度降幅較快，從而影響鋼絲繩的纏繞線速度。在高速慣性的作用下，提升容器的運(yùn)行速度大于鋼絲繩的纏繞速度，使得鋼絲繩發(fā)生松繩。

（2）在斜井長(zhǎng)距離提升時(shí)，安全規(guī)程規(guī)定斜井提升鋼絲繩可以纏繞3 層。鋼絲繩在卷筒上進(jìn)行多層纏繞，當(dāng)纏繩混亂時(shí)，易出現(xiàn)鋼絲繩線速度與容器運(yùn)行速度不匹配的情況，引起鋼絲繩松動(dòng)。

（3）斜坡軌道不平整或存在障礙時(shí)，提升容器下放受阻，造成鋼絲繩線速度與容器運(yùn)行速度不匹配，引起鋼絲繩松動(dòng)。

2.2 從設(shè)備制造方面分析

（1）卷筒圓度超標(biāo)。當(dāng)其超標(biāo)時(shí)，鋼絲繩在卷筒上高速纏繞時(shí)，鋼絲繩上下跳動(dòng)過大，影響鋼絲繩在卷筒繩槽的纏繞以及容器在軌道上的運(yùn)行，極易引起鋼絲繩從天輪輪槽中跳出，造成鋼絲繩松動(dòng)，引起事故。

（2）通過天輪的鋼絲繩與天輪輪緣的高差不滿足安全規(guī)程的要求。規(guī)程要求高差不得小于鋼絲繩直徑的1.5 倍，否則鋼絲繩易從天輪輪槽中跳出，造成鋼絲繩松動(dòng)，引起事故。

3 鋼絲繩松繩防護(hù)措施

根據(jù)上述分析，結(jié)合實(shí)際使用情況，筆者主要從制動(dòng)減速度的控制、鋼絲繩排繩、鋼絲繩防松預(yù)警監(jiān)測(cè)、鋼絲繩脫槽防護(hù)等角度，探討分析鋼絲繩松繩防護(hù)措施。

3.1 控制制動(dòng)減速度

《煤礦安全規(guī)程》第 426 條（三）中規(guī)定[1]：對(duì)質(zhì)量模數(shù)較小的提升機(jī)，上提重載保險(xiǎn)閘的制動(dòng)減速度超過本規(guī)程規(guī)定值時(shí)，K值可以適當(dāng)降低，但不得小于 2。

K值為制動(dòng)裝置產(chǎn)生的制動(dòng)力矩與實(shí)際提升最大載荷旋轉(zhuǎn)力矩之比，簡(jiǎn)稱制動(dòng)力矩倍數(shù)。制動(dòng)減速度a與制動(dòng)力矩倍數(shù)K的關(guān)系如下。

重物上提工況時(shí)，

重物下放工況時(shí)，

式中：ΣM為旋轉(zhuǎn)部分的變位質(zhì)量，kg；m為系統(tǒng)直線運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量，kg。

對(duì)于選型已經(jīng)確定了的礦井或已建成的礦井，提升機(jī)規(guī)格、提升容器、鋼絲繩、載荷量、巷道傾角等參數(shù)已經(jīng)確定了，具體到式（1）、（2）來說，A、θ、f為已知值[2]，可根據(jù)上述公式調(diào)整K值，使制動(dòng)減速度滿足規(guī)程要求。具體可以按照以下兩種方法實(shí)施：

（1）調(diào)整實(shí)際提升載荷以改變K值，從而獲得合適的制動(dòng)減速度；

（2）采用可變力矩液壓站，根據(jù)上提、下放不同工況，分別設(shè)定不同的制動(dòng)油壓，以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力矩的控制調(diào)整，從而獲得與上提、下放工況相匹配的制動(dòng)減速度。

3.2 鋼絲繩排繩

為防止鋼絲繩在卷筒上纏繞時(shí)出現(xiàn)混亂，可以從主動(dòng)引導(dǎo)鋼絲繩有序排列、進(jìn)行事前預(yù)防的角度考慮，也可以對(duì)排繩混亂進(jìn)行監(jiān)測(cè)并施行相關(guān)干預(yù)，采取適當(dāng)?shù)拇胧╊A(yù)防事故發(fā)生。

（1）設(shè)計(jì)一種排繩裝置，引導(dǎo)鋼絲繩進(jìn)行有序纏繞。排繩裝置的工作原理如圖2 所示。排繩器安裝在排繩裝置的絲杠和導(dǎo)桿上，引導(dǎo)鋼絲繩在卷筒上有序排列，并沿導(dǎo)桿進(jìn)行軸向移動(dòng)。絲杠的上螺距與卷筒繩槽的節(jié)距一致，在導(dǎo)輪 a、b 的帶動(dòng)下，絲杠的轉(zhuǎn)速與卷筒的轉(zhuǎn)速保持一致，卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)一周，排繩器在絲杠上移動(dòng)一個(gè)螺距。在排繩器的引導(dǎo)下，鋼絲繩將順利且有序地纏繞，防止鋼絲繩脫槽，避免發(fā)生事故。

圖2 排繩器的工作原理Fig.2 Working principle of rope-aligning appliance

（2）設(shè)計(jì)鋼絲繩排繩監(jiān)測(cè)裝置，當(dāng)排繩混亂時(shí)，提前預(yù)警。如圖3 所示，排繩監(jiān)測(cè)裝置位于鋼絲繩下方，當(dāng)排繩混亂時(shí)，會(huì)觸碰監(jiān)測(cè)裝置的傳感器并發(fā)出信號(hào)，控制系統(tǒng)接收到信號(hào)后，可及時(shí)進(jìn)行安全制動(dòng)，避免發(fā)生事故。

圖3 鋼絲繩排繩監(jiān)測(cè)裝置Fig.3 Monitoring device for alignment of wire rope

3.3 鋼絲繩松繩預(yù)防

鋼絲繩松繩極易造成排繩混亂，引發(fā)事故。對(duì)于鋼絲繩松繩的預(yù)防，可以從鋼絲繩受力狀態(tài)的變化和位置狀態(tài)的變化兩方面考慮。當(dāng)上述狀態(tài)發(fā)生變化并達(dá)到預(yù)警值時(shí)，控制系統(tǒng)得到信號(hào)并及時(shí)采取安全措施，預(yù)防事故發(fā)生。

（1）設(shè)置鋼絲繩拉力監(jiān)測(cè)裝置，如圖4 所示。當(dāng)提升鋼絲繩拉力小于預(yù)設(shè)值時(shí)，拉力監(jiān)測(cè)裝置提前預(yù)警。在天輪軸上設(shè)置測(cè)力銷，當(dāng)發(fā)生松繩時(shí)，滑輪軸受力減小，測(cè)力銷中的傳感器輸出值發(fā)生變化，并將信號(hào)傳送到控制系統(tǒng)，當(dāng)超出系統(tǒng)設(shè)定的范圍后，控制系統(tǒng)發(fā)出制動(dòng)指令，系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)安全制動(dòng)，防止事故發(fā)生。

圖4 鋼絲繩拉力監(jiān)測(cè)裝置Fig.4 Monitoring device for traction of wire rope

（2）設(shè)置鋼絲繩防松保護(hù)裝置，如圖5 所示。當(dāng)鋼絲繩發(fā)生松弛時(shí)，觸壓防松裝置中的張緊繩，使防松裝置中的觸碰裝置與行程開關(guān)分離，觸發(fā)行程開關(guān)發(fā)出信號(hào)，信號(hào)并入 PLC 控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)采取安全措施，進(jìn)而避免事故發(fā)生。

圖5 鋼絲繩防松保護(hù)裝置Fig.5 Protection device for loosening of wire rope

4 結(jié)語

分析了斜井提升機(jī)鋼絲繩松繩原因，提出了被動(dòng)監(jiān)測(cè)到主動(dòng)防護(hù)的措施，給同類斜坡式鋼絲繩牽引裝置的鋼絲繩防松設(shè)計(jì)提供了多種思路，為今后鋼絲繩牽引斜面提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供指導(dǎo)。