霍鵬新

（昔陽(yáng)縣煤礦安全監(jiān)管巡查隊(duì)， 山西 昔陽(yáng) 045300）

引言

礦井提升機(jī)主要用以運(yùn)送人員、材料、設(shè)備等，在礦井運(yùn)輸系統(tǒng)中起著重要作用[1]。隨著礦井生產(chǎn)能力的不斷提升，提升機(jī)故障率有所增加[2-3]。為了降低提升機(jī)故障發(fā)生率，眾多學(xué)者展開(kāi)了廣泛研究。孫富寶[4]對(duì)提升機(jī)鋼絲繩換繩工藝進(jìn)行改進(jìn)，降低了鋼絲繩換繩時(shí)間、提高了作業(yè)安全性；徐龍?jiān)鯷5]設(shè)計(jì)了一種提升機(jī)鋼絲繩制動(dòng)機(jī)構(gòu)，降低了提升機(jī)拆裝工作強(qiáng)度。因此，在前人研究基礎(chǔ)上，對(duì)提升機(jī)鋼絲繩制動(dòng)結(jié)構(gòu)、襯墊結(jié)構(gòu)以及鍥盒結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以期能解決鋼絲繩在使用過(guò)程中出現(xiàn)滑動(dòng)問(wèn)題，提高提升機(jī)運(yùn)行可靠性。

1 礦井多繩摩擦提升機(jī)結(jié)構(gòu)分析

礦井多繩摩擦提升機(jī)主要分為井塔式、落地式兩種類型，其中井塔式具有抗震性能好、造價(jià)低、井架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，落地式具有鋼絲繩不裸露、結(jié)構(gòu)緊湊、占據(jù)空間小、載荷垂直向下等優(yōu)點(diǎn)。具體井塔式、落地式多繩摩擦提升機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 多繩摩擦提升機(jī)結(jié)構(gòu)

在提升機(jī)設(shè)計(jì)階段就對(duì)提升機(jī)鋼絲繩防滑性能進(jìn)行驗(yàn)算，但是在具體使用過(guò)程中提升機(jī)仍會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)事故，具體原因主要為：提升機(jī)啟動(dòng)或者制動(dòng)力矩有過(guò)大調(diào)整；提升機(jī)配重不足或者提升超載；提升機(jī)摩擦襯墊提供的摩擦系數(shù)過(guò)低。

2 提升機(jī)防滑卡繩設(shè)計(jì)

在多繩摩擦提升機(jī)上安裝的防滑卡繩應(yīng)具備以下功能：可以監(jiān)控提升機(jī)提升位置、運(yùn)行速度及運(yùn)行方向等參數(shù)；能夠?qū)崿F(xiàn)卡繩、防滑等功能切換，同時(shí)不會(huì)給正常的維修、換繩等工作帶來(lái)影響；根據(jù)提升機(jī)運(yùn)行工況差異，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)；當(dāng)鋼絲繩有滑動(dòng)時(shí)，能夠及時(shí)制動(dòng)滑動(dòng)鋼絲繩，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

2.1 鋼絲繩摩擦襯墊結(jié)構(gòu)形式

只有在多繩摩擦提升機(jī)出現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)防滑卡繩機(jī)構(gòu)才會(huì)動(dòng)作，即鋼絲繩出現(xiàn)意外快速下落或者滑而不止時(shí)，防滑卡繩機(jī)構(gòu)才會(huì)與鋼絲繩直接接觸從而增加鋼絲繩摩擦力，使得鋼絲繩停止運(yùn)行，為了降低襯墊對(duì)鋼絲繩損傷并增加制動(dòng)時(shí)的摩擦力。在制動(dòng)過(guò)程中若摩擦襯墊選用平面布置方式（見(jiàn)圖2），摩擦襯墊出現(xiàn)損傷后鋼絲繩容易嵌入到摩擦襯墊內(nèi)，從而導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)一步增加摩擦力。為此，提出將摩擦襯墊設(shè)計(jì)為鋸齒形（見(jiàn)下頁(yè)圖3），摩擦襯墊磨損后仍可以給鋼絲繩提供足夠摩擦力，從而實(shí)現(xiàn)高效制動(dòng)目的。

2.2 鋼絲繩制動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2 平面防滑襯墊結(jié)構(gòu)

圖3 鋸齒形防滑襯墊結(jié)構(gòu)

具體設(shè)計(jì)的鋼絲繩制動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)見(jiàn)下頁(yè)圖4，在鋼絲繩制動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩預(yù)緊；當(dāng)對(duì)鋼絲繩進(jìn)行更換或者調(diào)繩時(shí)，制動(dòng)結(jié)構(gòu)仍可應(yīng)可以?shī)A緊鋼絲繩，前者是動(dòng)態(tài)對(duì)鋼絲繩制動(dòng)，后者則靜態(tài)對(duì)鋼絲繩制動(dòng)。因而設(shè)計(jì)的鋼絲繩制動(dòng)機(jī)構(gòu)可以通過(guò)更換防滑鍥塊、卡繩來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能。鋼絲繩防滑、卡繩過(guò)程切換時(shí)僅需更換較輕零部件即可，整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單，可顯著降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度及作業(yè)時(shí)間。

圖4 鋼絲繩制動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

2.3 鍥盒設(shè)計(jì)

鍥盒的主要功能是固定鍥塊及圓形滾子，當(dāng)需要對(duì)鋼絲繩進(jìn)行制動(dòng)時(shí)通過(guò)圓形滾子作用將鋼絲繩與鍥塊作用力傳輸給鍥盒。在設(shè)計(jì)鍥盒時(shí)，結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單，從而提升鍥盒可用性，具體設(shè)計(jì)的鍥盒結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

圖5 鍥盒結(jié)構(gòu)示意圖

3 鋼絲繩制動(dòng)機(jī)構(gòu)卡繩結(jié)構(gòu)受力分析

3.1 卡繩鍥塊受力校核

采用ANSYS 對(duì)設(shè)計(jì)的鋼絲繩制動(dòng)機(jī)構(gòu)卡繩鍥塊受力狀態(tài)進(jìn)行分析，從模擬得出，卡繩鍥塊在制動(dòng)時(shí)，鍥塊受到的最大應(yīng)力為80 MPa，位于鍥塊斜面底部位置；鋼絲繩與鍥塊接觸面積較大，接觸區(qū)域內(nèi)應(yīng)力均值為36 MPa，在接觸區(qū)兩側(cè)的應(yīng)力值較中間位置高；從卡繩鍥塊變形模擬分析發(fā)現(xiàn)，鍥塊最大變形量為0.010 5 mm，變形量最大位置出現(xiàn)在鋼絲繩與鍥塊接觸區(qū)域的下端，在垂直面由內(nèi)向外鍥塊變形趨勢(shì)逐漸增加。卡繩鍥塊總體受力、變形均在合理范圍內(nèi)。

3.2 鍥盒受力校核

鍥盒是鋼絲繩制動(dòng)的關(guān)鍵零部件，采用ANSYS對(duì)制動(dòng)時(shí)鍥盒受力進(jìn)行分析，當(dāng)圓形滾子組件預(yù)先設(shè)定的摩擦力為11.9 kN 時(shí)，鍥盒受到的來(lái)至于圓形滾子壓力設(shè)定為396.7 kN，在鍥盒底部施加約束。

從模擬得出，鍥盒受力最大位置出現(xiàn)在鍥盒連接孔側(cè)，最大受力達(dá)到110.6 MPa，應(yīng)變量最大點(diǎn)位于鍥盒斜面上段，最大值為0.026 9 mm。通過(guò)模擬得出，設(shè)計(jì)的鍥盒受力、應(yīng)變量均在允許范圍內(nèi)，可以確保鍥盒正常運(yùn)行。

4 防滑卡繩電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)礦井多摩擦提升機(jī)鋼絲繩制動(dòng)機(jī)構(gòu)功能需要，采用的防滑卡繩應(yīng)可以自動(dòng)對(duì)鋼絲繩進(jìn)行制動(dòng)，具體設(shè)計(jì)的防滑卡繩電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。

圖6 防滑卡繩電控系統(tǒng)運(yùn)行原理

多繩摩擦提升機(jī)通過(guò)摩擦輪與鋼絲繩間的摩擦力進(jìn)行動(dòng)力傳到，導(dǎo)向輪、鋼絲繩間不存在摩擦力傳遞，因此可以通過(guò)監(jiān)測(cè)導(dǎo)向輪、摩擦輪運(yùn)行速度來(lái)判定鋼絲繩是否出現(xiàn)滑動(dòng)問(wèn)題；通過(guò)監(jiān)控加載液壓缸壓力可以得到制動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)制動(dòng)壓力值，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力閉環(huán)反饋控制；通過(guò)檢測(cè)加載油缸伸縮狀態(tài)可以掌握摩擦襯墊磨耗以及液壓油缸加裝狀態(tài)。電控系統(tǒng)控制中心為PLC300 控制器，并采集來(lái)至于導(dǎo)向輪、摩擦輪、液壓油壓力、伸縮量等信號(hào)，通過(guò)控制電液比例閥、液壓油缸及液壓站電機(jī)從而綜合實(shí)現(xiàn)多繩摩擦提升機(jī)防滑制動(dòng)，同時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行信息可以在屏上顯示。

5 結(jié)論

1）依據(jù)礦井采用的多繩摩擦提升機(jī)結(jié)構(gòu)，對(duì)防滑襯墊、鋼絲繩制動(dòng)機(jī)構(gòu)以及鍥盒進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的提升機(jī)防滑結(jié)構(gòu)可以增加提升機(jī)運(yùn)行可靠性及穩(wěn)定性。

2）采用ANSYS 軟件對(duì)設(shè)計(jì)的卡繩鍥塊、鍥盒受力、變形情況進(jìn)行校核，結(jié)果顯示，卡繩鍥塊受力、變形均在合理的范圍內(nèi)，性能可以滿足后續(xù)使用需要。

3）對(duì)防滑卡繩電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)控制中心為PLC300，通過(guò)監(jiān)控摩擦輪、導(dǎo)向輪速度差來(lái)判定鋼絲繩是否出現(xiàn)滑動(dòng)。通過(guò)監(jiān)測(cè)液壓油缸伸縮狀態(tài)以及壓力，判定制動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行情況，通過(guò)控制電液比例閥、液壓油缸及液壓站電機(jī)實(shí)現(xiàn)鋼絲繩制動(dòng)的自動(dòng)控制。