提高煤礦用提升機安全性的方法研究

閆玉好

摘要： 針對煤礦用提升機常見故障原因進行了分析，提出利用制動監控系統和新型傳感器進行數據采集和故障分析，并對主軸、滾筒等關鍵受力部位進行結構優化，利用新型控制系統對提升機運行過程進行精密控制，經分析該方法對提高煤礦用提升機的安全性具有很好的指導意義和參考價值。

關鍵詞： 煤礦提升機;制動系統;卷筒結構;控制系統;主軸;在線監控系統

礦井提升機是大型機電液一體工業設備，是礦山地面與井下連接的“咽喉”，也是煤炭采掘的生命線，用于輸送礦石、設備和工作人員，出現任何故障都會導致煤礦開采停工，也可能會發生嚴重事故導致人員財產損失，因此社會各界對礦井安全運營的關注度空前提高，尤其是我國安全法執行力度的不斷深入和強化，煤礦企業也應用各種新技術來防止事故出現。礦用提升機電力消耗大，維護保養成本高，決定了煤礦開采的經濟和安全性，也決定了煤炭生產的開采和設備的檢修周期。作為關鍵設備的礦用提升機如何安全運營，如何系統性地加強提升機安全措施在信息化時代的煤炭開采過程中顯得尤為重要[1]。

1 煤礦用提升機故障分析

礦井提升機主要由驅動裝置、液壓系統、承載機構、控制與操作系統、安全監控系統和信息傳輸系統等組成。主軸裝置是關鍵承載受力部件，主要由鋼絲繩卷筒、主軸和軸承組成，并且在卷筒周圈設有襯板來降低運動部件之間的磨耗。驅動裝置帶動滾筒旋轉來纏繞和搭放鋼絲繩，實現對物料的提升和輸送，承受正常運行中物料和自身重量帶來的額定工作載荷，承載意外情況時的額外沖擊。

造成提升機制動系統常見故障的原因可歸納為：制動盤偏擺過大，圓周摩擦力大小分布差距大、制造誤差大造成閘瓦局部溫度過高，裝配后傳動活節或制動缸存在死結，機械運行有卡滯，制動缸中油工作壓力不足或設計錯誤造成制動力矩不足，密封圈漏油造成油壓不穩，閘瓦與閘輪間隙不均勻偏斜造成閘瓦磨偏。減速器系統故障可歸納為：裝配工藝不適當或加工工藝不合理，造成齒輪接觸面過小而產生的接觸應力偏大、齒輪軸線存在較大夾角，齒面因潤滑不當造成磨損過快，進而產生額外噪聲和振動，檢修時裝配工藝不當、保養不及時均可造成齒面的非正常損耗。主軸、卷筒部分故障可歸納為：潤滑油供應不及時、鋼絲繩和滾筒之間接觸應力過大或軸線不同心、軸承組裝游隙過小在工作中受熱膨脹產生卡滯，緊固螺栓松動而檢修更換不及時，造成連接機構的整體失效，襯板磨損失效誘發卷筒裂縫，主軸承受偏載過大，長時間運行產生疲勞折斷。鋼絲繩斷絲快或折斷故障可歸納為：缺潤滑油、纏繞不正常、沒有襯板或襯板損壞、倒頭使用不及時、沖擊負荷大、頻率高，且選用的型號或選用的材質不合適、卷筒或天輪直徑過小，已斷絲磨損未及時更換，存在卡罐、急停車等故障頻繁造成瞬時加速度過快，外力沖擊提升容器或鋼絲繩造成疲勞損傷。天輪軸斷原因可歸納為：突然卡罐，急驟停車，設計錯誤，材質不好，加工質量不合要求[3]。

2 提升機制動系統結構優化及改進

由于礦井提升機制動機械系統技術已經趨于成熟，因此需要運用信息技術，建立在線監控系統，對制動系統的基本運行信息和報警信息進行實時采集，并設立參數監測模塊，對獲得的數據進行分析，及時發現制動系統存在的故障，并建立數據庫進行參數識別，及時預測可能發生的液壓缸壓力尺寸不足、溫度過高的問題，及時將信息向主管單位發送，保證制動系統及時獲得維修保養。

閘瓦間隙和油缸壓力是影響制動的關鍵參數，尤其是閘瓦間隙直接影響制動距離和響應時間，必須合理設置此處的尺寸，但是閘瓦和制動盤屬于易損易耗件，其間隙隨著使用過程不斷改變，且不容易直觀測量，應設計傳感器對該處進行實時測量，并與數據采集卡進行連接，將數據上傳至提升機監控系統中。為了防止油缸卸荷殘壓過大，設置壓力傳感器對系統油壓進行監控，在油缸進口和出口分別設置兩個壓力傳感器監控油缸工作壓力和卸荷殘余壓力，防止出現提供制動壓力不足的問題，并將數據傳輸到監控系統中。

3 主軸和卷筒結構優化及改進

主軸和卷筒是提升機的關鍵承載部件，兩者的設計結構影響了使用的安全性、制造難度，也決定了提升機的使用性能及維護成本。主軸設計和卷筒設計要考慮剛度、撓度和穩定性及變形協調性[4]。纏繞式提升機適宜采用厚殼彈支狀態，支輪與擋繩板保持一定距離以改善筒殼應力分布狀態，優化支環結構，保證筒殼剛度分布均勻，高應力區避免采用焊接成型，卷筒的強度計算采用第三強度理論：

式中，σ2y為軸殼軸向壓應力，單位為MPa;σw2為筒殼軸向彎應力，單位為MPa。

為保證卷筒殼體穩定性，采用彈性穩定理論作為不失穩的判斷依據：

式中，Bj為滾筒兩支輪間的距離，單位為m;Lk為滾筒筒殼的臨界長度，單位為m。

4 利用新型控制系統提高提升機安全性

傳統提升機電控系統的電路復雜，控制精度差，因此有必要應用新型提升機控制系統，通過主控系統實現對行程、驅動、制動、信號傳輸各個系統的控制。主控系統是整個系統的中樞，提升機運行過程中各個部位的狀態信息、速度信息、制動狀況、故障信息和運行方向等信息均發送至控制系統，主控系統根據這些信息對執行部件發出啟動加減速等控制信號。主控系統提升機在運動過程中實時采集實際速度，并在特定行程發出S形速度曲線控制信號，實現對提升機工作過程的行程控制。驅動系統通過變頻器接收主控系統的調速指令，并實現提升機給定速度的精密控制。

5 結語

提升機是煤炭生產的關鍵設備之一，頻繁用于物料和人員的輸送，是連接井下和地面的生命線，關系到煤礦企業的生命和財產安全。針對煤礦用提升機的常見故障進行分析，并通過對提升機機械結構和控制系統的研究，提出可提高提升機安全性的方法，對提高其安全性及可靠性，保證煤炭企業的安全運行具有一定的指導意義。

參考文獻：

[1]礦用提升機垂懸鋼絲繩回收裝置設計研究[J]. 馬曉鋒. ?機械管理開發. 2020（12）

[2]礦用提升機天輪輪體結構分析與優化設計[J]. 楊正哲. ?機械管理開發. 2021（04）

[3]淺談礦用提升機點巡檢作業標準的制定與應用[J]. 劉智昕. ?世界有色金屬. 2020（02）

[4]礦用提升機制動系統冗余回油管路的研究[J]. 楊明. ?內蒙古煤炭經濟. 2020（02）