范紅魁,張 健

(潞安化工集團 五陽煤礦,山西 襄垣 046200)

1 背景介紹

大型落地式多繩摩擦輪式礦井提升機(以下簡稱“礦井提升機”)是連接地面和井下的“咽喉設備”,其能否安全、可靠、高效運行直接關系到煤礦的生產安全。五陽煤礦南豐副井主要擔負人員和物料的提升任務,副井裝備1部JKMD-3.5×4〔III〕型多繩摩擦式提升機,提升機主繩選用4根38 ZAB 6V×37S+FC-1670型鋼絲繩,鋼絲繩直徑為38 mm.根據《煤礦安全規(guī)程》第四百一十二條規(guī)定,每兩年需要更換一次提升機主繩。

提升機更換主提升鋼絲繩存在施工工藝復雜、施工工期長、危險系數較高等問題,是礦井提升機所有大型改造環(huán)節(jié)和檢修項目中難度最大的項目之一。如果鋼絲繩更換工藝不當,將會嚴重影響換繩質量和礦井提升機的運行工況,可能使礦井提升機鋼絲繩出現打滑、斷裂甚至造成墜罐等惡性事故,危及人身安全。因此,針對礦井提升機更換鋼絲繩檢修項目,確定一套完整、安全、高效、快捷的施工技術方案,是煤礦工程技術人員一直努力的方向和目標。

目前,提升機換繩作業(yè)項目實施過程中對機械化、自動化設備應用較少,提升機主繩更換作業(yè)還停留在傳統(tǒng)的人力換繩階段。在換繩、調繩環(huán)節(jié),提拉首繩懸掛裝置還采用人工打手拉葫蘆的工藝,桃型楔形裝置的釋放采用大錘加風鎬敲打的原始方式,竄繩工序也主要依賴人力。

傳統(tǒng)的換繩工藝不僅投入人力多,換繩用時長,而且工作效率低,潛在的不安全因素較多,已經不符合國家對生產安全,設備自動化、機械化的要求,因此急需對該傳統(tǒng)換繩工藝進行改進,研制機械化換繩工藝,取代人工換繩工藝,實現主繩更換、調繩、首繩懸掛裝置檢修等項目的全機械化作業(yè),縮短檢修時間,提高檢修機械化程度及檢修效率,降低人工成本,提高檢修施工的安全性。

2 解決思路

為進一步提升副井提升機換繩作業(yè)的安全性與工作效率,降低設備維修的人工成本,縮短維修時間,計劃研發(fā)一種多功能換繩車,采用自動化、機械化換繩工藝取代目前的手動換繩工藝。更換主繩工作全程由換繩車機械化作業(yè),人工進行輔助。主要設計思路如下:

1) 多功能換繩車采用上、下兩排承載鏈傳動,依靠多組夾持元件夾緊鋼絲繩,由大扭矩液壓傳動單元驅動承載鏈,從而實現換繩過程中對鋼絲繩的收放動作,其中在進行研制試驗時,夾持力應大小適當,避免損傷鋼絲繩。

2) 換繩車由液壓馬達驅動,要進行驅動能力驗算,確保驅動能力滿足現有鋼絲繩的收放要求。

3) 換繩車應實現恒張力,對提升系統(tǒng)張力差無要求;換繩車應實現無極調速,能配合提升機同步上新繩和收舊繩。

4) 換繩車的體積要滿足南豐副井井口現場擺放需求及換繩井口場地狹窄、情況復雜的特殊要求。

5) 換繩車驅動方式應采用履帶驅動,能開進井口,帶配重,有支撐柱。

6) 在換繩車前部設計檢修平臺,平臺采用可伸縮結構,方便檢修人員作業(yè)。

7) 多功能換繩車應具備一定的保護功能,具有卡繩、溜繩、滑繩等保護裝置,在保護動作時有報警功能。

8) 通過應用多功能換繩車,換繩時間至少應減少50%,達到高效換繩的目的。

3 立井多功能換繩車結構原理

多功能換繩車由行走機構、平臺支撐機構、鍥形裝置釋放機構、鋼絲繩驅動機構、吊裝機構、液壓系統(tǒng)6部分組成,見圖1.

圖1 立井多功能換繩車結構示意

1) 行走機構。行走機構采用自走式液壓驅動履帶底盤設計,主要為多功能車提供可移動平臺,達到施工作業(yè)裝備快速進入及撤出施工現場的目的。

2) 平臺支撐機構。平臺支撐機構由4條立式可旋轉液壓支腿組成,立式支腿結構簡單,承載力大,空間利用率高,可120°自由旋轉。設備進入現場并定位后,在液壓缸的作用下,4條立式支腿觸地并將多功能車頂起,可通過4個液壓控制手柄調平平臺,為平臺提供360°任意方向的支撐力,可承受任意方向的載荷,起到穩(wěn)定平臺的作用,為多功能車作業(yè)提供安全保障。

3) 鍥形裝置釋放機構。鍥形裝置釋放機構由鍥形連接器、首繩懸掛裝置桃形環(huán)釋放油缸、定向導管構成。其功能有:①實現鍥形裝置釋放系統(tǒng)與懸掛裝置的快速連接。②桃型鍥形塊的快速釋放。實現首繩懸掛鍥形裝置釋放的機械自動化,檢修調繩工作的機械化。當鍥形連接器鎖定懸掛裝置鍥形槽后,釋放油缸推桿,通過導管對鍥形裝置內桃形環(huán)頂端施加推力,隨著推力的加大,桃形環(huán)被向下推動,鍥形裝置被釋放,鋼絲繩可自由竄動。

4) 鋼絲繩驅動機構。鋼絲繩驅動機構由變頻電機、KF減速機、驅動鏈盤、鏈條、聚氨酯帶繩槽驅動塊等組成,由變頻電機及KF減速機提供驅動力,鏈盤及鏈條進行傳動,將驅動力傳導至帶繩槽驅動塊上。鋼絲繩驅動機構由上、下兩部分組成,上、下部分結構完全相同,當鋼絲繩從上、下驅動的帶繩槽驅動塊處經過時,開動電機,聚氨酯驅動塊帶動鋼絲繩運行,利用變頻電機的可調速性能,可控制鋼絲繩驅動運行的速度,也可利用電機的正、反轉動改變鋼絲繩驅動的運行方向。

5) 吊裝機構。吊裝機構主要由短節(jié)直臂吊構成,其被安裝在多功能車的前端。短節(jié)直臂吊可對井口附近的大重量構件進行吊裝作業(yè),如:吊裝系統(tǒng)可實現首繩懸掛裝置、平衡油缸更換和罐籠滾輪罐耳更換的機械化。

6) 液壓系統(tǒng)。平臺上配備有集成化的液壓系統(tǒng),該系統(tǒng)由1臺31.5 MPa泵站和1臺16 MPa泵站組成,泵站由兩臺電機驅動,通過液壓管及閥組為多功能車各部需要液壓驅動的設備提供動力,還可在日常檢修中為首繩平衡懸掛裝置的油缸補壓、泄壓,可通過平臺前端的接口實現,從而避免了井口檢修時,人抬液壓泵、到處拉扯液壓油管以及油管接頭漏油污染井口環(huán)境等現象,有助于實現日常檢修的規(guī)范化、標準化。

4 立井多功能換繩車與傳統(tǒng)換繩工藝對比分析

4.1 傳統(tǒng)換繩工序

1) 搭設平臺,小罐下放,每隔25 m安裝1副通長板卡(共需安裝21副);

2) 拆除鍥形裝置,小罐上,收2根舊繩,拆除通長板卡;

3) 拆除舊繩鍥形裝置,安裝新繩鍥形裝置,小罐下,放兩根新繩,卡通長板卡;

4) 安裝新繩鍥形裝置,小罐上,拆除通長板卡;

5) 重復以上4步工藝,更換另外兩根首繩;

6) 調繩。

4.2 應用多功能換繩車的換繩工藝

1) 搭設平臺,井口鎖繩,拆除2個舊繩鍥形裝置;

2) 小罐上,利用換繩車收2根舊繩;

3) 拆除舊繩鍥形裝置,安裝新繩鍥形裝置,小罐下,利用換繩車放兩根新繩;

4) 安裝新繩鍥形裝置;

5) 重復以上4步工藝,更換另外兩根首繩;

6) 調繩。

通過對換繩工序、換繩時間及所用人員進行對比分析,見表1.多功能換繩車的應用減少了換繩工序及步驟,提高了工序的機械化程度。與傳統(tǒng)工藝相比較,人員投入減少了60%,檢修時間縮短了50%,各方面優(yōu)于傳統(tǒng)換繩工藝,實現了換繩的機械化操作,工人勞動強度大大降低,安全系數大大提高。

表1 人工及用時對比

5 結 語

多功能換繩車將填補立井上、下井口機械化檢修施工作業(yè)的市場空白。在綜合運用液壓技術、變頻控制技術、機械設計軟件技術的基礎上,通過一些全新的機械結構創(chuàng)新設計,使平臺車實現模塊化、集成化、檢修作業(yè)簡單化,可大幅度降低檢修作業(yè)人工成本、時間成本,提升檢修質量水平和檢修安全性。