多绳摩擦式提升机调换绳装置的设计及应用分析

黄 强

（焦煤集团霍州煤电同安煤业有限责任公司，山西 吕梁 033500）

1 副立井调绳装置及工作现状

霍州煤电集团某矿高产高效提升机工作量大，以该矿提升机为研究对象，查明提升机型号为JKMD-5.5×4（Ⅲ），现场调查显示摩擦轮与天轮直径均为Φ5.5 m，提升机有直径Φ60 mm 的提升钢丝绳4根，该矿井井口标高+1 416 m、主水平提升高度约为548 m，有两个60 t 重提升罐笼，分别为一台特宽罐笼和一台配重窄罐笼。

该矿生产效益好高产高效，在对设备、人员等进行运输时，多绳摩擦式提升机长期处于高负荷、高频次运行状态，长此以往多绳摩擦式提升机的钢丝绳会有不同程度的塑性变形，严重减小了多绳摩擦式提升机的工作寿命。因此为了保证多绳摩擦式提升机的安全有效运行，需要定期对提升机的运行状况进行检查，若不符合相关运行标准，相关工作人员完及时对其调整维修，如窜绳、调绳等。在现场调查后发现，该多绳摩擦式提升机存在以下不足[1]：

1）该矿在对产能、物料、人员及设备材料等进行运输工作时，提升机长期处于高负荷运行状态，导致提升机运行系统下张力平衡油缸的工作寿命大大缩短。长期的高负荷运行，导致钢丝绳出现塑性变形，危及提升机的安全运行，必须及时对提升机调绳、窜绳，由于罐笼重量大，调绳窜绳时，负重载荷较大，增加了工作人员的工作量和劳动强度。

2）窜绳调绳时要对罐笼进行提升，因罐笼过重，起重负荷过大，高频次窜绳调绳等原因，对罐笼上提困难上升。

3）该提升机在设计之初是通过外侧钢丝绳上提罐笼，但由于长期处于高负荷、高频次工作状态下且窜绳调绳次数增加，导致上提罐笼难度大，故障频发。

4）上提罐笼过程中要对钢丝绳进行固定，该提升机的卡绳部件初始夹紧力有时不能承受高频次高负荷工作，容易出现滑绳现象，造成了一定的安全风险。

因此，在该提升机高负荷、高频次的工作状态下，要减小工作人员的工作量和劳动强度和保证不出现安全事故的情时必须对该矿副立井提升机进行优化改造，保障窜绳、调绳操作顺利进行。

2 多绳摩擦式提升机首绳调换自平衡举升装置工作原理

2.1 多绳摩擦式提升机首绳调换自平衡举升装置结构

首先对该提升机首绳调换工作方法进行优化改进。该提升机配备液压夹紧自平衡举升装置，具体结构如下页图1 所示。改进的首绳调换装置，主要通过双楔卡绳机械手对钢丝绳进行固定和通过液压系统对调绳时钢丝绳进行夹紧，并配自平衡举升装置。配备的液压系统解决了上述卡绳机构初始夹紧力不足的问题，即便在钢丝绳发生塑性变形时也能够紧紧的夹紧钢丝绳，保证了提升机多绳摩擦式提升机窜绳、调绳的工作效率。

2.2 工作原理

自平衡举升装置工作原理为通过整体横梁式结构的双楔卡绳机械手夹紧钢丝绳，可同时夹紧4 根也可在必要时单独夹紧1 根。该机械手通过液压系统和齿轮配合控制双楔卡绳机械手对钢丝绳进行夹紧，保证了钢丝绳无论发生塑性变形与否都能实现负荷钢丝绳的夹紧控制。

如下页图1 所示，自平衡举升机与上卡绳机械手通过连接销轴实现紧密连接。在液压系统驱动控制四组油缸提供提升动力的情况下，上卡绳机械手夹紧两侧钢丝绳，对罐笼和钢丝绳进行上提。由于高负荷、高频次的高压工作，加之罐笼的重量，为了保证液压系统的正常运行，在液压系统中配置双向液压锁，为了进一步保证液压系统压力，在液压锁与油缸间通过耐高压无缝钢管进行连接。

图1 液压夹紧自平衡举升多绳调绳装置

如图1 所示，在第一次进行调绳操作时，将自平衡举升装置安置在大、小罐笼钢丝绳之间。该装置的导向横梁和导向底座保证了罐笼两侧的钢丝绳在首绳调绳时都能够进行调节，还可通过液压驱动电机对链条进行传动，以致带动上下夹紧机械手和自平衡举升装置的行动。

由以上所述，该多绳摩擦式提升机安装的自平衡举升装置解决了之前卡绳机构对钢丝绳初始夹紧力不足的问题，还同时在液压系统驱动马达带动链条传动的情况下实现了装置平移行进等功能，保证了窜绳、调绳的工作效率。虽然解决了以上一些问题，但是我们发现上卡绳机械手组过长，约为一般绳间距的5倍，在对罐笼进行上提和下放过程中，卡绳机械手组是否能保持水平控制，严重影响了该装置调绳换绳的工作效率。另一方面，见图1 结构中举升装置上部的导向柱，假如该装置上卡绳机械手组在进行调绳换绳工作过程中，不能有效地保持水平控制，将导致导向柱和油缸不能同时保持水平的行进路线，会出现非常大的摩擦力，严重影响调绳换绳的工作效率，甚至将导致调绳换绳时因故停滞现象。

3 提升机首绳快速换绳自平衡举升系统优化与特征

3.1 自平衡举升首绳调换装置安全优化措施

针对以上对该自平衡举升调绳换绳装置运行中存在的不足，提出以下改进优化措施，保证调绳换绳的工作效率。

1）首先对液压驱动控制系统进行改进优化，以保证卡绳机械手组在行进过程中保持水平，以防提升机在调绳换绳时发生故障，如图2 所示，该改进措施达到了改进液压系统控制机械手组的平衡举升目的。

如图2 所示通过在油缸下腔的高精度分集流同步阀作用下，来实现四组油缸在调绳换绳工作时每秒行进路程一样，进而使该液压驱动系统能够有效地保证上卡绳机械手组进行上提、下放时的平衡性；为了避免调绳换绳工作时的震动和不协调、不平衡问题，就要通过油缸下方连接的单平衡阀控制油缸活塞杆速度；再通过液压系统中的双向液压锁保证上卡绳机械手组不会因为在电磁换向阀中位时，因负载的重压而向下移动，保证了卡绳机械手组的平衡运行。液压系统的加入，有效保证了上卡绳机械手组的平衡性，从而保证了多绳摩擦式提升机自平衡举升装置调绳换绳时的工作效率。

2）如图2 所示，通过液压驱动控制系统保证了上下卡绳机械手组的初始夹紧力，机械手组通过双楔结构连接实现对提升绳的夹紧。

图2 自平衡举升液压原理

3）通过安装在自平衡举升装置的导向横梁和导向底座，保证该装置的行进；通过装置上部的导向柱，保证卡绳机械手组在上提、下放过程中的平衡性。

4）通过液压驱动控制系统，保证卡绳机械手组对钢丝绳的夹紧力和装置在调绳换绳时行进的驱动力。同时配备有一定的自动控制系统，可实现对该装置在调绳换绳时的远程操作控制，提高了工作的灵活性，保证了调绳换绳的工作效率。

经过以上所述对改装置的优化改进，已经实现了卡绳机械手组对钢丝绳的夹紧力，装置行进时的驱动力等。再配备以自动控制系统，实现该装置在调绳换绳时各结构部位能够有效协调的进行工作，保证了装置的有效可靠运行，极大提高了工作效率。

3.2 自平衡举升首绳调换装置特征

通过以上优化改进，该装置有以下几大特征：

1）配备的液压驱动系统有效保证了卡绳机构对钢丝绳的夹紧力，且可根据现场实际需要，可同时夹紧4 根钢丝绳或单独1 根。

2）液压系统的存在保证了该装置的工作负荷能力和上提、下放时的平衡性。

3）通过油缸与液压系统的联合作用，保证了卡绳机械手组对钢丝绳的平衡性。

通过以上的优化改进，该自平衡调绳换绳举升装置在液压系统的驱动控制下，保证了卡绳机械手组对钢丝绳受力、位移的平衡性，也有效保证了该装置的工作负荷能力，还能够在导向底座和横梁的作用下行进，等等。以上诸多功能的实现使得该装置不仅适用于不同环境空间的矿井，还可用于对提升机的检修，调绳换绳等工作，极大便利了矿井的有效运行，尤其是高产能矿井，极大提高了工作效率和经济效益。

4 自平衡举升多绳调绳装置应用效果

经过对该装置的优化改进后，将该装置投入实际使用，与之前相比发挥了极大作用，取得了不错的效果。具体如下：通过液压驱动控制系统的有效作用，保证了上下卡绳机械手组对钢丝绳的夹紧力及一定的工作负荷；通过装置底部的导向横梁和导向底座，保证了该装置平移行进能力；通过装置上部的导向柱和油缸的相互配合和作用，保证了该装置对罐笼上提、下放时的水平性；通过自动控制系统，实现了该装置在调绳换绳的远程操作功能，提高了工作的灵活性和便利性。以上措施的改进和优化，使得该装置在矿井的实际应用过程中，减少了工作人员的工作量和劳动强度且节省了大量人工成本，提高了经济效益。