多繩摩擦式提升機繩槽變化對運行影響及測量

馬 寧，劉 陽，王立杰，車強強

（河鋼集團沙河中關鐵礦有限公司，河北邢臺 054100）

0 引言

相對于單繩纏繞式提升機，多繩摩擦式提升機有提升能力大、提升高度高、安全系數高等優勢，許多大型地下礦山采用多繩摩擦式提升機。工作原理：多根鋼絲繩搭放在摩擦輪、導向輪上，兩端各懸掛一個提升容器，當電動機（或經過減速器）帶動摩擦輪轉動時，借助于安裝在摩擦輪上的襯墊與鋼絲繩之間摩擦力，使鋼絲繩隨摩擦輪一起轉動，從而實現提升容器的上、下運行。多個襯塊拼裝在一起組成摩擦輪上的繩槽，鋼絲繩搭設在摩擦輪上，并沿繩槽運行。摩擦輪與鋼絲繩之間通過摩擦副進行運動形式傳導，繩槽之間的相對深度對多繩摩擦式提升機的安全運行產生深遠的影響，值得深入探究。

1 摩擦輪繩槽深度的影響

為方便研究多繩摩擦式提升機摩擦輪繩槽深度對提升機安全運行的影響，將摩擦輪繩槽深度轉化為簡要的物理模型，建立物理模型（圖1）。該模型將提升機的主軸轉化成軸Z，多繩摩擦式提升機的滾筒繩槽轉化成固定在軸Z上的圓盤，為方便研究以2個圓盤為例進行數學計算，分別記做Y1和Y2。設模型軸Z的角速度為ω，圓盤Y1的半徑為R1，圓盤Y2的半徑為R2，繩槽的線速度為v，圓盤Y1的線速度為v1，圓盤Y2的線速度為v2。則根據物理模型可存在以下計算關系：根據運動學公式v=ωr，可知轉動體線速度與角速度的關系為線速度等于轉動軸的角速度和轉動體半徑乘積。根據同一軸上的轉動體的角速度相同，則圓盤Y1、圓盤Y2安裝固定在同一軸上，其角速度相同。則圓盤Y1的線速度為v1=ωR1，圓盤Y2的線速度為v2=ωR2。假設兩圓盤的半徑存在R1=R2+r的關系，則圓盤Y1的線速度可表示為v1=ω（R2+r），即同一軸上安裝固定的兩圓盤線速度的差值與直徑的差值相關。

類比到多繩摩擦式提升機可知摩擦輪繩槽的線速度可表示為 V=ω（R+r），得各繩槽線速度的差值與繩槽差值相關，即 v=ωr，則提升機摩擦輪每運轉一圈，不同繩槽的周長差值為l=2πr，其中，V為線速度，v為繩槽線速度的相對差值，R為滾筒半徑，是程序的標定值，r為各繩槽深度的差值。r為計算量，當繩槽的直徑大于控制程序中標定直徑時，r＞0；當繩槽的直徑小于控制程序中標定直徑時，r＞0。由此可得出以下結論。

（1）各繩槽的線速度與繩槽深度有關，繩槽深度差值絕對值越大，相對應的繩槽直徑變化量越大，當摩擦輪旋轉一周后，繩槽的周長差值越大。反之繩槽深度差值絕對值越小，相對應的繩槽直徑變化量越小，當摩擦輪旋轉一周后，繩槽的周長差值越大。

（2）當r＞0時，該繩槽的直徑比控制程序滾筒直徑的標定值大，線速度變大，摩擦輪每旋轉一周，該繩槽上搭設的提升首繩比實際多運行的距離為l，張力平衡裝置的液壓缸伸長l，l與r成正比關系。隨著摩擦輪旋轉圈數的增加，張力平衡裝置的液壓缸會持續伸長，直至達到張力平衡裝置的調節極限范圍，液壓缸停止伸長。當液壓缸沒有調節范圍時，會導致該提升首繩的實際承載拉力降低，本應承受的拉力轉移到其他首繩上。由于液壓缸無調節量，當提升機高速運行時，該繩的晃動量明顯增大，提升機運行安全穩定性降低；該繩拉力降低，其他首繩拉力增大，鋼絲繩及張力平衡裝置液壓缸的使用壽命降低。

（3）當r＞0時，該繩槽的直徑縮小，線速度變小，摩擦輪每旋轉一周，該繩槽上搭設的提升首繩比實際少運行的距離為l，張力平衡裝置的液壓缸收縮l。隨著摩擦輪旋轉圈數的增加，張力平衡裝置的液壓缸會持續縮短，直至液壓缸沒有收縮量。當液壓缸沒有收縮量時，會出現只有該繩受力，其他鋼絲繩不受力的情況。由于液壓缸無收縮量，當提升機高速運行時，其他鋼絲繩的晃動量明顯增大；只有該繩受力，長期在這種工況下運行，會出現斷繩事故。

2 摩擦輪繩槽深度的測量方法

多繩摩擦式提升機滾筒繩槽的深度有2種常規測量方法，一種是周長法，即沿著繩槽周長方向纏繞一根鋼絲，通過測量繩槽的周長，利用數學公式計算繩槽實際直徑；另一種是直接測量法，即沿著摩擦輪兩擋板并與主軸方向平行，搭設一條水平基準線，用游標卡尺測量繩槽最深點到基準線的距離。以上2種測量方法都存在不同程度的缺陷，周長法缺陷：由于滾筒繩槽是一個圓弧，測量鋼絲的位置很難落在繩槽最深點，因此測量偏差較大；直接法缺陷：游標卡尺的測量點很難落在滾筒繩槽的中心線上，測量點較多，時間長，數據處理較復雜等。

根據筆者研究，現介紹一種新型測量摩擦輪繩槽深度的方法：張力平衡裝置反饋法，即通過測量張力平衡裝置的液壓缸伸縮量計算繩槽深度，可以有效消除常規測量方法的測量誤差。

由前文闡述，多繩摩擦式提升機摩擦輪繩槽深度的影響可以得出：繩槽深度偏差產生的最直接影響是張力平衡裝置液壓缸的伸縮量。當繩槽直徑大于程序標定滾筒直徑的情況下，罐籠下行時，罐籠側張力平衡裝置液壓缸會伸長；繩槽直徑小于程序標定的滾筒直徑情況下，罐籠下行時，罐籠側張力平衡裝置液壓缸會收縮。液壓缸的伸長量或者收縮量與繩槽直徑的差值成正比關系，因此可通過液壓缸的伸縮量來反向推導計算繩槽直徑的偏差值。

實際測量方法簡略如下：開始時罐籠頂部與井口平臺對平，將每個張力平衡裝液壓缸的初始位置作好標記；罐籠慢下，記錄罐籠轉動的圈數。當罐籠運行至一定位置時，提升機停止，測量每個液壓缸伸縮量，并做好記錄。張力平衡裝置液壓缸的伸縮量記為l，多繩摩擦式提升機的摩擦輪的轉動圈數記為n，程序標定滾筒直徑為d，繩槽實際直徑為D；繩槽深度偏差為r，其中，l為矢量，液壓缸伸長時l為正值，液壓缸收縮時，l為負值。根據第二部分的論述可知，l=2πrn，則繩槽的偏差為r=l/2πn，則繩槽的實際直徑為D=2r+d=l/（πn）+d。

3 結論

（1）多繩摩擦式提升機摩擦輪繩槽深度影響張力平衡裝置的液壓缸的伸縮量，當伸縮量超過液壓缸的調節范圍時，易導致提升首繩晃動量增大，甚至出現脫槽、斷繩事故。

（2）張力平衡裝置反饋法通過測量張力平衡裝置液壓缸的伸縮量，能夠準確方便的計算出摩擦輪繩槽實際直徑，為繩槽車削提供理論依據。