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        平行折線(xiàn)繩槽塑襯的設計、應用與維護


              纏繞式提升機的繩槽結構對提升鋼絲繩的平穩纏繞具有重要影響。闡述了國內螺旋塑襯和國外平行折線(xiàn)繩槽套的應用情況;針對超深井提升機,介紹了一種新型平行折線(xiàn)繩槽塑襯的設計、安裝、維護以及在國內煤礦的應用情況。平行折線(xiàn)繩槽塑襯結合了螺旋塑襯和平行折線(xiàn)繩槽套的優(yōu)點(diǎn),安裝方便、過(guò)渡平穩,能夠滿(mǎn)足我國提升鋼絲繩 2~4 層平穩纏繞過(guò)渡的要求。

              礦井提升機是礦山的咽喉設備,單繩纏繞式礦井提升機是一種應用廣泛的提升機。其工作原理為: 鋼絲繩一端固定并纏繞在提升機的卷筒上,另一端繞過(guò)井架天輪懸掛提升容器;利用卷筒轉動(dòng)方向的不同,將鋼絲繩纏繞或放松,以完成提升或下放容器的工作。鋼絲繩在卷筒上纏繞情況的好壞,不但影響鋼絲繩的壽命,還影響提升系統的安全性和穩定性。

              目前,我國纏繞式提升機大多采用螺旋塑襯結構來(lái)輔助鋼絲繩纏繞和過(guò)渡。螺旋塑襯安裝方便,經(jīng)濟實(shí)用,其繩槽呈螺旋排列,最適用于 1 層纏繞。在 2 層及 2 層以上纏繞時(shí),第二層纏繞鋼絲繩的旋向與第一層相反,會(huì )出現鋼絲繩層間過(guò)渡的過(guò)渡點(diǎn)不確定、過(guò)渡效果不好,纏繞不平穩、易亂繩,鋼絲繩磨損嚴重等現象。國外的纏繞式提升機通常采用平行折線(xiàn)繩槽套。這種繩槽套在大部分圓周是平行的,一般包含 2 個(gè)折線(xiàn)段,每個(gè)折線(xiàn)段過(guò)渡半個(gè)節距,目前可以實(shí)現綱絲繩 4 層及以上的纏繞。

              針對這種情況,我國學(xué)者對超深礦井提升裝備中至關(guān)重要的部件——多層纏繞卷筒的繩槽及層間過(guò)渡裝置,展開(kāi)了深入的理論和試驗研究,并取得了一定的研究成果。結合我國豐富的塑襯設計和應用經(jīng)驗及相關(guān)研究成果,我公司研發(fā)了一種具有螺旋塑襯和平行折線(xiàn)繩槽套優(yōu)點(diǎn)的平行折線(xiàn)繩槽塑襯。

        1 平行折線(xiàn)繩槽塑襯

        1.1 設計結構

              平行折線(xiàn)繩槽塑襯的結構如圖 1、2 所示,包含 2 個(gè)折線(xiàn)段塑襯和 2 個(gè)平行段塑襯,每個(gè)折線(xiàn)段過(guò)渡半個(gè)節距。在一個(gè)纏繞周期內,平行折線(xiàn)繩槽塑襯有2 個(gè)直線(xiàn)區纏繞繩槽和 2 個(gè)折線(xiàn)區繩槽。在多層纏繞時(shí),鋼絲繩大部分時(shí)間在已纏繞到卷筒上的鋼絲繩形成的直線(xiàn)區繩槽中纏繞,能夠保證鋼絲繩纏繞的穩定性;鋼絲繩僅在折線(xiàn)區發(fā)生交叉,大大減小了鋼絲繩的摩擦磨損,提高了其使用壽命。平行折線(xiàn)繩槽塑襯的過(guò)渡塊用以給鋼絲繩在層間、圈間過(guò)渡纏繞時(shí),提供不間斷的支撐。

        圖1 平行折線(xiàn)繩槽塑襯的結構

        折線(xiàn)段塑襯Ⅰ 2.平行段塑襯Ⅰ 3.折線(xiàn)段塑襯Ⅱ4.平行段塑襯Ⅱ 5.過(guò)渡塊Ⅰ 6.過(guò)渡塊Ⅱ

        圖2 平行折線(xiàn)繩槽塑襯的展開(kāi)圖

         

         

        1.2 設計參數

              平行折線(xiàn)繩槽塑襯的基礎設計參數可部分參考相關(guān)標準,主要參數有塑襯長(cháng)度 L、繩槽節距 T、繩槽深度 f 等,如圖 3 所示。圖中,H 為塑襯厚度,φ 為綱絲繩直徑,R 為卷筒名義直徑。

        圖3 平行折線(xiàn)繩槽塑襯的截面及各項參數

              JB/T 10994—2010《纏繞式礦井提升設備用塑料襯板》中對于塑襯的長(cháng)度 L 規定如下:為便于安裝,塑料襯板長(cháng)度 L 應以提升設備卷筒寬度尺寸減 5~ 10 mm 為宜。

              需要注意的是,上述標準的規定主要是為了便于安裝。當卷筒采用工程塑料時(shí),線(xiàn)膨脹系數 α塑=(10.8~ 11.2)×10-5/C°;當卷筒采用 Q345A 時(shí),線(xiàn)膨脹系數 α鋼=(10.6~ 12.2)×10-6/C°。二者的線(xiàn)膨脹系數差別較大,在溫度變化時(shí),塑襯和卷筒之間會(huì )發(fā)生相對變形。溫度變化時(shí),兩種材料的相對變形量

         

        式中:L 為塑襯長(cháng)度,mm;Δt 為溫度變化量,C°。

              假設塑襯安裝時(shí)的環(huán)境溫度為 5 C°,使用環(huán)境溫度為 40 C°,則溫度變化量為 35 ℃,根據式 (1) 計算得到塑襯相對變形量如表 1 所列。

         

        表1 塑襯的相對變形量

              由表 1 可知,在使用環(huán)境比安裝環(huán)境溫度升高35 C°的條件下,當卷筒寬度大于 1.5 m 時(shí),塑襯的相對變形量會(huì )大于 5 mm;當卷筒寬度大于 3 m 時(shí),塑襯相對變形量會(huì )大于 10 mm。因此,在較低溫度下安裝塑襯時(shí),建議塑襯生產(chǎn)和使用單位將該公差適當加大。塑襯的推薦節距 T 如表 2 所列。

         

        塑襯的繩槽深度 f (推薦值)

         

              式中:f 為塑料襯板的繩槽深度,mm;φ 為鋼絲繩直徑,mm。

        1.3 繩槽過(guò)渡區長(cháng)度及其夾角設計

              平行折線(xiàn)繩槽塑襯包含 2 個(gè)過(guò)渡區,每個(gè)過(guò)渡區過(guò)渡半個(gè)節距。過(guò)渡區的長(cháng)度與兩過(guò)渡區之間的夾角如圖 4 所示。

         

              圖4 繩槽過(guò)渡區及夾角

              根據相關(guān)研究成果,過(guò)渡區長(cháng)度 γ (推薦值)

              兩過(guò)渡區的夾角由非對稱(chēng)系數 K 決定,K=0.8(推薦值)。

        1.4 過(guò)渡塊的設計及安裝

              過(guò)渡塊的作用是給在提升機卷筒上纏繞的鋼絲繩提供不間斷的支撐,并對其層間過(guò)渡和圈間過(guò)渡進(jìn)行引導。過(guò)渡塊形狀設計較為復雜,可參考文獻[5-6],在此不再贅述。本研究主要探討平行折線(xiàn)繩槽塑襯過(guò)渡塊的安裝問(wèn)題及其解決方案。

              對于平行折線(xiàn)繩槽塑襯而言,過(guò)渡塊如果采用鋼材質(zhì),則安裝比較困難;如果采用尼龍材質(zhì)制成相同形狀,則過(guò)渡塊橫截面積較小,在鋼絲繩纏繞時(shí)的重壓和沖擊下,過(guò)渡塊容易發(fā)生脆性斷裂。因此考慮,與平行折線(xiàn)繩槽套相比,平行折線(xiàn)繩槽塑襯少纏繞 1~2 圈鋼絲繩,從而使過(guò)渡塊增加一定的寬度,使其能用螺栓固定在擋繩板上。

              由圖 5 可見(jiàn),平行折線(xiàn)繩槽套的長(cháng)度

        圖5 平行折線(xiàn)繩槽套的長(cháng)度

              對應的平行折線(xiàn)繩槽塑襯的長(cháng)度 (見(jiàn)圖 6)

         

              式中:n 為鋼絲繩纏繞圈數;T 為塑襯節距,mm;h為過(guò)渡塊側面厚度,mm。

              圖6 過(guò)渡塊的截面形狀及平行折線(xiàn)繩槽塑襯長(cháng)度

        2 安裝及維護

              平行折線(xiàn)繩槽塑襯的安裝與螺旋塑襯類(lèi)似,先確定出繩孔位置,再從該位置順序安裝,完成后按照設計圖紙安裝過(guò)渡塊。各過(guò)渡塊的位置固定,不會(huì )出現螺旋塑襯安裝時(shí)需要反復調整位置的情況。

              平行折線(xiàn)繩槽塑襯及過(guò)渡塊安裝在旋轉的卷筒上,受到提升鋼絲繩反復的擠壓和摩擦,存在松脫或被甩出的危險。在日常使用過(guò)程中,應對其進(jìn)行包括以下內容的檢查及維護。

              (1) 塑襯及過(guò)渡塊安裝完畢后,在鋼絲繩開(kāi)始纏繞前,應該注意檢查過(guò)渡塊是否存在凸出于鋼絲繩纏繞路徑的高點(diǎn)。

              (2) 過(guò)渡塊尤其是層間過(guò)渡所用過(guò)渡塊,應該每周檢查其牢固性,保證其緊固安裝在卷筒或者擋繩板上。

              (3) 應每周檢查固定塑襯和過(guò)渡塊的螺栓、螺母和螺釘。

              (4) 每次進(jìn)行切繩頭操作或者重新安裝鋼絲繩時(shí),應進(jìn)行以下檢查流程:①檢查螺栓;② 檢查繩槽與鋼絲繩的匹配程度;③針對過(guò)渡塊抬起部分及填充部分的末端,應視覺(jué)檢查其磨損、突出和完整性;④ 檢查夾持器的磨損、牢固性以及完全性。

        3 應用情況

              2017 年,我國第一套平行折線(xiàn)繩槽塑襯在陳四樓煤礦投入應用,使用該塑襯的提升機應用于該礦井下作業(yè)。目前,平行折線(xiàn)繩槽塑襯已經(jīng)在 25 臺纏繞式礦井提升機上得到應用,一些項目應用的情況如表 3 所列。根據陳四樓煤礦、龍門(mén)煤礦(見(jiàn)圖 7) 等項目現場(chǎng)應用的效果來(lái)看,采用平行折線(xiàn)繩槽塑襯后,鋼絲繩纏繞過(guò)渡平穩,過(guò)渡響聲小,能有效減少過(guò)渡區鋼絲繩的擠壓斷絲現象,其多層纏繞效果與國外的平行折線(xiàn)繩槽套相當,優(yōu)于我國目前普遍采用的螺旋塑襯。

         

        圖7 龍門(mén)煤礦用提升機

        表3 平行折線(xiàn)繩槽塑襯的應用

         

        4 結語(yǔ)

              平行折線(xiàn)繩槽塑襯是一種結合了螺旋繩槽塑襯和平行折線(xiàn)繩槽套優(yōu)點(diǎn)的塑襯。從現場(chǎng)應用的效果來(lái)看,平行折線(xiàn)繩槽塑襯在多層纏繞提升中的纏繞性能與國外的平行折線(xiàn)繩槽套相當,優(yōu)于我國目前普遍采用的螺旋塑襯。在安裝方面,平行折線(xiàn)繩槽塑襯比平行折線(xiàn)繩槽套方便,與螺旋塑襯的安裝難易程度相當;但因過(guò)渡塊的安裝不用反復調整,故較螺旋塑襯簡(jiǎn)便。

              平行折線(xiàn)繩槽塑襯的應用,對纏繞式提升機在深井提升鋼絲繩多層纏繞時(shí),促進(jìn)鋼絲繩平穩運行及壽命提升具有重要意義。

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