纏繞式提升機滾筒開裂原因及預防

譚愛兵

（晉城市煤炭規劃設計院，山西 晉城 048000）

纏繞式提升機作為煤礦企業重要的提升設備，擔負著提升礦物和升降人員、設備及材料等重任[1]，而作為提升系統的主要承載部件——卷筒，在提升的過程中起著至關重要的作用。但在其使用過程中，由于工藝、材料、外在環境以及人為因素的影響，會逐漸磨損、變形，甚至會出現斷裂、蝕損等現象。隨著磨損程度的不斷增大，設備的技術狀態將會產生不同程度的劣化，使得設備不可避免地發生各種各樣的故障，給煤礦安全生產、正常運行埋下了很大隱患[2]，嚴重影響企業的安全生產，甚至導致人員傷亡，因此需要引起高度重視。

本文在對筒殼開裂位置以及形式做出簡單介紹的基礎上，對其開裂原因進行了詳細分析，并有針對性地提出相應的預防措施，從而保證提升機安全、可靠和高效運行。

1 筒殼開裂位置及形式

通過對現場一些礦井纏繞式提升機的調查，發現筒殼容易發生開裂的位置主要為以下兩種：

（1）筒殼自身的開裂，包括沿筒殼圓周方向局部開裂、沿筒殼軸承方向開裂。一般裂紋首先出現在兩半筒殼合口處；筒殼與支輪連接處，并沿圓周方向逐漸擴展[3]。

（2）筒殼與外部設備連接處沿焊縫開焊或開裂，包括筒殼與支輪連接處、滾筒與支環連接處、筒殼上鉚釘孔周圍開裂等。這些開裂部位對筒殼失去支撐作用，甚至脫落。

2 筒殼開裂原因分析

根據筒殼發生開裂的位置，對其開裂原因從以下兩方面進行分析。

筒殼自身的開裂主要由內因和外因兩方面構成。內因是在進行結構設計時，由于理論計算誤差過大導致筒殼過薄以及鋼板材質有缺陷使筒殼強度無法滿足來自載荷的各種應力。外因則主要來自負載的鋼絲繩，包括已經纏到卷筒上的鋼絲繩圈對筒殼所施加的徑向壓力和未纏到卷筒上的鋼絲繩的靜拉力對筒殼所施加的彎矩和扭矩，使得殼上每一點的載荷值因鋼絲繩不斷地纏繞和放松而不斷變化，導致外部載荷產生的各種應力超過材料的允許值，在這種變應力的作用下筒殼產生開裂[4]。以及在筒殼與輪輻進行連接時，由于滾筒的受力不均勻引起的鉚釘震動，使得筒殼容易產生位移，從而造成筒殼崩裂。

外因還包括沿焊縫開焊或開裂的現象，這可以從以下幾方面進行考慮。

（1）筒殼與支輪固定連接時，其連接處主要承受的載荷包括作用在滾筒殼而產生的彎矩、扭矩以及徑向壓力。同時由于周向壓縮力和縱向彎曲應力的共同作用，使得在筒殼與支輪的連接處產生較大的彎曲應力，從而容易產生裂紋。如果焊接應力過大或者焊接強度不夠，則會出現開焊或開裂的情況。

（2）筒殼與支環連接焊接處，由于存在徑向壓力，支環上承受反力，使得彎矩最大，易產生彎曲應力和剪切應力，當其大于筒殼所能承受的強度時，容易在支環處引起滾筒殼裂紋。因此，為了防止裂紋的產生，需要采取加厚滾筒殼的措施。

（3）筒殼和襯木連接處的裂紋，是由于在筒殼上鉆螺栓連接孔時未滿足連接孔的孔徑及安裝規范要求，對筒殼強度造成很大影響，從而產生孔間裂紋。

無論是內因還是外因，實質都是筒殼強度無法滿足外部載荷的要求，因此造成筒殼開裂的主要原因是在進行選材以及結構設計時的某些不合理，以及使用不合理等外在因素導致筒殼強度滿足不了外部載荷的要求。

3 筒殼開裂的處理及預防措施

當出現開裂現象時，在對筒殼開裂原因進行分析的基礎上，可以針對不同的情況采取不同的處理方法。

（1）更換較厚的滾筒。在設計卷筒厚度時，其許用應力應按抗疲勞強度確定，而不應按疲勞安全系數為115 倍來確定；或者在筒殼內部沿圓周方向增設加強支環，即在內部焊接一圈薄鋼板或縱向肋以補強筒殼。

（2）對于已松動的鉚釘需進行重新鉚固或者使用剛度較大的角鋼進行連接。

（3）對于已開裂處進行補焊，并在裂紋的終端處鉆止裂孔。

（4）為避免過負荷運轉，應合理使用、維護。

上述方法是指在提升機出現開裂現象后采取的方法，是造成停機之后進行的維修，屬于一種被動的檢修方式。在實際的運行過程中，為了將事故消滅在萌芽狀態，避免較大事故的發生，需要采取一定的預防措施。

（1）在對筒殼厚度進行理論計算時應全面合理，表現為兩方面：計算最大動拉力而非最大靜拉力；計算疲勞強度而非靜強度。

（2）選擇材料時，應選擇材質均勻，滿足強度指標要求的原材料，嚴把質量關。

（3）避免在工作中產生很大的局部應力，防止聯接螺栓的預緊力不同，導致局部擠壓過重。

（4）在進行焊接的過程中，應根據不同的材質選用不同的焊條，并清洗干凈焊接處；同時，焊接后應采用整體退火，消除在筒殼彎制過程中產生的預應力。

（5）為減少開裂的隱患，在設計過程中應盡量減少筒殼上的開孔量。

（6）使用過程中應避免出現沖擊、過載等嚴重導致筒殼開裂發生的因素，同時對于這種核心設備需要按一定的周期進行檢修，及時處理螺栓松動、襯墊磨損不均等情況，對于磨損到指定范圍的器件需進行及時更換，避免出現更嚴重的損害。

4 結語

提升機作為煤礦生產的重要工具，在其使用過程中由于自身和外在原因不可避免會出現一些故障。面對出現的滾筒筒殼開裂問題，首先需要根據現象分析原因，從而對癥下藥提出合理解決方案。同時，為了避免類似事故的發生，需采取一定的預防措施保證提升機的運行效率以及使用壽命，使現代煤礦企業的生產工作達到最優。

[1]閆建設.礦井纏繞式提升機滾筒裂紋原因分析與防范措施[J].礦山機械，2005（9）：123-124.

[2]李長軍，朱春學，范戰峰.纏繞式提升機筒殼崩裂的原因分析及對策[J].煤礦機械，2004（5）：125-126.

[3]徐梯云，劉碧玉，汪旭東.舊式提升機卷筒的使用維修與改造[J].煤礦機械，2003（7）：80-81.

[4]袁登振.K J 型礦井提升機筒殼損壞原因及處理方法[J].礦山機械，1994（1）：39-40.