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平行折線繩槽塑襯的設(shè)計(jì)、應(yīng)用與維護(hù)

發(fā)布時(shí)間：

2023-11-23

來源：

纏繞式提升機(jī)的繩槽結(jié)構(gòu)對提升鋼絲繩的平穩(wěn)纏繞具有重要影響。闡述了國內(nèi)螺旋塑襯和國外平行折線繩槽套的應(yīng)用情況；針對超深井提升機(jī)，介紹了一種新型平行折線繩槽塑襯的設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)以及在國內(nèi)煤礦的應(yīng)用情況。平行折線繩槽塑襯結(jié)合了螺旋塑襯和平行折線繩槽套的優(yōu)點(diǎn)，安裝方便、過渡平穩(wěn)，能夠滿足我國提升鋼絲繩 2～4 層平穩(wěn)纏繞過渡的要求。

礦井提升機(jī)是礦山的咽喉設(shè)備，單繩纏繞式礦井提升機(jī)是一種應(yīng)用廣泛的提升機(jī)。其工作原理為: 鋼絲繩一端固定并纏繞在提升機(jī)的卷筒上，另一端繞過井架天輪懸掛提升容器；利用卷筒轉(zhuǎn)動方向的不同，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(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

目前，我國纏繞式提升機(jī)大多采用螺旋塑襯結(jié)構(gòu)來輔助鋼絲繩纏繞和過渡。螺旋塑襯安裝方便，經(jīng)濟(jì)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，會出現(xiàn)鋼絲繩層間過渡的過渡點(diǎn)不確定、過渡效果不好，纏繞不平穩(wěn)、易亂繩，鋼絲繩磨損嚴(yán)重等現(xiàn)象。國外的纏繞式提升機(jī)通常采用平行折線繩槽套。這種繩槽套在大部分圓周是平行的，一般包含 2 個(gè)折線段，每個(gè)折線段過渡半個(gè)節(jié)距，目前可以實(shí)現(xiàn)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渡裝置，展開了深入的理論和試驗(yàn)研究，并取得了一定的研究成果。結(jié)合我國豐富的塑襯設(shè)計(jì)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)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繩槽套優(yōu)點(diǎn)的平行折線繩槽塑襯。

1 平行折線繩槽塑襯

1.1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

平行折線繩槽塑襯的結(jié)構(gòu)如圖 1、2 所示，包含 2 個(gè)折線段塑襯和 2 個(gè)平行段塑襯，每個(gè)折線段過渡半個(gè)節(jié)距。在一個(gè)纏繞周期內(nèi)，平行折線繩槽塑襯有2 個(gè)直線區(qū)纏繞繩槽和 2 個(gè)折線區(qū)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區(qū)繩槽中纏繞，能夠保證鋼絲繩纏繞的穩(wěn)定性；鋼絲繩僅在折線區(qū)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。平行折線繩槽塑襯的過渡塊用以給鋼絲繩在層間、圈間過渡纏繞時(shí)，提供不間斷的支撐。

圖1 平行折線繩槽塑襯的結(jié)構(gòu)

折線段塑襯Ⅰ 2.平行段塑襯Ⅰ 3.折線段塑襯Ⅱ4.平行段塑襯Ⅱ 5.過渡塊Ⅰ 6.過渡塊Ⅱ

圖2 平行折線繩槽塑襯的展開圖

1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

平行折線繩槽塑襯的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)可部分參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，主要參數(shù)有塑襯長度 L、繩槽節(jié)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 平行折線繩槽塑襯的截面及各項(xiàng)參數(shù)

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

需要注意的是，上述標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定主要是為了便于安裝。當(dāng)卷筒采用工程塑料時(shí)，線膨脹系數(shù) α塑=(10.8～ 11.2)×10-5/C°；當(dāng)卷筒采用 Q345A 時(shí)，線膨脹系數(shù) α鋼=(10.6～ 12.2)×10-6/C°。二者的線膨脹系數(shù)差別較大，在溫度變化時(shí)，塑襯和卷筒之間會發(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 為塑襯長度，mm；Δt 為溫度變化量，C°。

假設(shè)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(jù)式 (1) 計(jì)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(dāng)卷筒寬度大于 1.5 m 時(shí)，塑襯的相對變形量會大于 5 mm；當(dāng)卷筒寬度大于 3 m 時(shí)，塑襯相對變形量會大于 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(dāng)加大。塑襯的推薦節(jié)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 繩槽過渡區(qū)長度及其夾角設(shè)計(jì)

平行折線繩槽塑襯包含 2 個(gè)過渡區(qū)，每個(gè)過渡區(qū)過渡半個(gè)節(jié)距。過渡區(qū)的長度與兩過渡區(qū)之間的夾角如圖 4 所示。

圖4 繩槽過渡區(qū)及夾角

根據(jù)相關(guān)研究成果，過渡區(qū)長度 γ (推薦值)

兩過渡區(qū)的夾角由非對稱系數(shù) K 決定，K=0.8(推薦值)。

1.4 過渡塊的設(shè)計(jì)及安裝

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

對于平行折線繩槽塑襯而言，過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，則過渡塊橫截面積較小，在鋼絲繩纏繞時(shí)的重壓和沖擊下，過渡塊容易發(fā)生脆性斷裂。因此考慮，與平行折線繩槽套相比，平行折線繩槽塑襯少纏繞 1～2 圈鋼絲繩，從而使過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，平行折線繩槽套的長度

圖5 平行折線繩槽套的長度

對應(yīng)的平行折線繩槽塑襯的長度 (見圖 6)

式中：n 為鋼絲繩纏繞圈數(shù)；T 為塑襯節(jié)距，mm；h為過渡塊側(cè)面厚度，mm。

圖6 過渡塊的截面形狀及平行折線繩槽塑襯長度

2 安裝及維護(hù)

平行折線繩槽塑襯的安裝與螺旋塑襯類似，先確定出繩孔位置，再從該位置順序安裝，完成后按照設(shè)計(jì)圖紙安裝過渡塊。各過渡塊的位置固定，不會出現(xiàn)螺旋塑襯安裝時(shí)需要反復(fù)調(diào)整位置的情況。

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

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

(2) 過渡塊尤其是層間過渡所用過渡塊，應(yīng)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(yīng)每周檢查固定塑襯和過渡塊的螺栓、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(yīng)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針對過渡塊抬起部分及填充部分的末端，應(yīng)視覺檢查其磨損、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(yīng)用情況

2017 年，我國第一套平行折線繩槽塑襯在陳四樓煤礦投入應(yīng)用，使用該塑襯的提升機(jī)應(yīng)用于該礦井下作業(yè)。目前，平行折線繩槽塑襯已經(jīng)在 25 臺纏繞式礦井提升機(jī)上得到應(yīng)用，一些項(xiàng)目應(yīng)用的情況如表 3 所列。根據(jù)陳四樓煤礦、龍門煤礦(見圖 7) 等項(xiàng)目現(xiàn)場應(yīng)用的效果來看，采用平行折線繩槽塑襯后，鋼絲繩纏繞過渡平穩(wěn)，過渡響聲小，能有效減少過渡區(qū)鋼絲繩的擠壓斷絲現(xiàn)象，其多層纏繞效果與國外的平行折線繩槽套相當(dāng)，優(yōu)于我國目前普遍采用的螺旋塑襯。

圖7 龍門煤礦用提升機(jī)

表3 平行折線繩槽塑襯的應(yīng)用

4 結(jié)語

平行折線繩槽塑襯是一種結(jié)合了螺旋繩槽塑襯和平行折線繩槽套優(yōu)點(diǎn)的塑襯。從現(xiàn)場應(yīng)用的效果來看，平行折線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繩槽套相當(dāng)，優(yōu)于我國目前普遍采用的螺旋塑襯。在安裝方面，平行折線繩槽塑襯比平行折線繩槽套方便，與螺旋塑襯的安裝難易程度相當(dāng)；但因過渡塊的安裝不用反復(fù)調(diào)整，故較螺旋塑襯簡便。

平行折線繩槽塑襯的應(yīng)用，對纏繞式提升機(jī)在深井提升鋼絲繩多層纏繞時(shí)，促進(jìn)鋼絲繩平穩(wěn)運(yùn)行及壽命提升具有重要意義。

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