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走進(jìn)中實(shí)中實(shí)洛陽(yáng)機(jī)械工程科技有限公司（原中實(shí)洛陽(yáng)工程塑料有限公司）于2017年11月01日更名成立，注冊(cè)資金5000萬(wàn)元。專門(mén)從事摩擦襯墊的研制、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，以及礦山設(shè)備、配件的生產(chǎn)。
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產(chǎn)品中心提升機(jī)配件：摩擦襯墊、天輪導(dǎo)向輪襯墊、猴車(chē)襯墊、天輪襯墊、滾筒襯板、過(guò)渡塊、無(wú)石棉閘瓦、壓塊、固定塊、超高分聚乙烯板、電纜掛鉤、導(dǎo)繩板、滾筒襯塊等。
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技術(shù)實(shí)力是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦山機(jī)械摩擦材料科研基地、教學(xué)實(shí)習(xí)基地，是河南科技大學(xué)產(chǎn)學(xué)研基地，是中國(guó)重型機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)員單位，是摩擦襯墊、塑料襯板等五項(xiàng)產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定者。
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新聞資訊我公司擁有高水品的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備，具有足夠的能力優(yōu)化已有的產(chǎn)品和研發(fā)新產(chǎn)品，產(chǎn)品系列化，結(jié)構(gòu)多樣化，性能更加完善。
摩擦式提升機(jī)提升鋼絲繩壽命影響因素淺析
發(fā)布時(shí)間：
2023-12-20
來(lái)源：
摩擦式提升機(jī)的提升鋼絲繩在運(yùn)行中承受各種應(yīng)力以及沖擊載荷的綜合作用。分析了影響提升鋼絲繩使用壽命的各種因素，結(jié)合礦井提升基礎(chǔ)理論及國(guó)內(nèi)典型礦山摩擦式提升機(jī)提升鋼絲繩的使用情況，從多個(gè)方面提出了延長(zhǎng)提升鋼絲繩使用壽命的措施，對(duì)于新建或在用礦山有一定的參考或借鑒意義。
摩擦式提升機(jī)因提升能力強(qiáng)、提升高度高、提升速度快、電動(dòng)機(jī)功率消耗低、使用安全可靠等優(yōu)勢(shì)，在地下礦山開(kāi)采中的應(yīng)用越來(lái)越多。摩擦式提升機(jī)依靠提升鋼絲繩與摩擦輪襯墊間的摩擦力帶動(dòng)提升容器在井筒中運(yùn)行。鋼絲繩在運(yùn)行中承受拉伸應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、接觸應(yīng)力，以及各種沖擊載荷的綜合作用，同時(shí)受到井筒中淋水、潮氣的影響，使鋼絲繩產(chǎn)生斷絲、縮徑、銹蝕等損傷。當(dāng)損傷超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)，就需要報(bào)廢或更換。提升鋼絲繩的使用壽命受多種因素的影響，需要綜合考慮礦井提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及使用過(guò)程中的維護(hù)保養(yǎng)等方面的因素，以改善鋼絲繩的作業(yè)條件和受力狀況，達(dá)到延長(zhǎng)使用壽命的目的。
1 影響提升鋼絲繩使用壽命的因素
1.1 礦井提升高度
結(jié)合國(guó)內(nèi)外大量摩擦式提升機(jī)的使用情況來(lái)看，深井提升鋼絲繩的使用壽命普遍比淺井的壽命要短，究其原因有：① 隨著井深的增加，提升鋼絲繩的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力越大，扭轉(zhuǎn)疲勞增加了鋼絲繩的斷絲概率；②隨著井深的增加，提升鋼絲繩終端負(fù)載變化率(應(yīng)力幅)逐漸增大，促使鋼絲繩的疲勞破壞加速。張小樓煤礦、冬瓜山銅礦主井的提升高度分別為 1 039.6、1 094.0 m，應(yīng)力幅分別達(dá)到了 10.02%、11.08%，接近于文獻(xiàn)[1]中提出的極限值 11.5%，是導(dǎo)致這兩座礦山的主井提升鋼絲繩使用壽命較短的原因之一，只有6 個(gè)月左右。
1.2 D/d比
D/d 比即摩擦輪與鋼絲繩的直徑比。《煤礦安全規(guī)程》第四百一十九條規(guī)定：落地式摩擦提升裝置的摩擦輪及天輪，圍抱角大于 180°的摩擦式提升裝置的摩擦輪，其最小直徑與提升鋼絲繩直徑之比，井上安裝時(shí)不小于 90，井下安裝時(shí)不小于 80；摩擦式提升裝置的導(dǎo)向輪的最小直徑與鋼絲繩直徑之比，不小于 80。《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》6.3.5.1 條款也做了類(lèi)似規(guī)定。同等情況下，D/d 比值越大，提升鋼絲繩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力越小，對(duì)提升鋼絲繩越有利；但繩徑比越大，提升機(jī)規(guī)格越大，設(shè)備造價(jià)越高，因此需要綜合分析，合理確定。
1.3 摩擦輪和導(dǎo)向輪中心高
提升鋼絲繩經(jīng)過(guò)摩擦輪和導(dǎo)向輪(天輪)時(shí)，要不斷地承受正向和反向彎曲應(yīng)力的作用。尤其是井塔上安裝有導(dǎo)向輪的摩擦式提升機(jī)，如果摩擦輪與導(dǎo)向輪間的中心高相差較小而提升速度偏大時(shí)，提升鋼絲繩的彎曲應(yīng)力來(lái)不及釋放，容易造成提升鋼絲繩的疲勞斷絲。冬瓜山銅礦摩擦輪和導(dǎo)向輪之間的中心高差為 6 m，提升速度為 12 m/s，提升鋼絲繩使用壽命僅有 6 個(gè)月左右。張小樓煤礦摩擦輪和導(dǎo)向輪之間的中心高差為 5 m，當(dāng)提升速度為 10 m/s 時(shí)，提升鋼絲繩的使用壽命為半年；當(dāng)提升速度為 12 m/s 時(shí)，鋼絲繩壽命縮短為 3 個(gè)月。唐口煤礦提升高度為 1 050 m，提升速度為 12.36 m/s，與張小樓煤礦和冬瓜山銅礦采用相同的三角股鋼絲繩，但因其采用落地式摩擦提升機(jī)，摩擦輪和天輪之間距離較大，提升鋼絲繩承受的正向和反向彎曲應(yīng)力得到了較充分的釋放，提升鋼絲繩使用壽命接近 2年。
1.4 提升鋼絲繩選型
提升鋼絲繩的選型是否合理，對(duì)其使用壽命有著直接的影響。提升鋼絲繩的選型主要包括以下內(nèi)容。
(1)鋼絲繩表面狀態(tài) 如是否涂增摩脂、鍍鋅等。
(2)鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式 如股數(shù)、繩股中鋼絲間接觸形式、外層鋼絲直徑，是否為密封繩或壓實(shí)股繩等。對(duì)于提升鋼絲繩磨損比較嚴(yán)重的礦井，若選用提升鋼絲繩繩股外層鋼絲直徑較細(xì)時(shí)，則容易因磨損引發(fā)斷絲，使鋼絲繩過(guò)早受損；當(dāng)選用點(diǎn)接觸鋼絲繩時(shí)，會(huì)由于繩股中鋼絲間、股間較大的接觸應(yīng)力引起鋼絲繩斷絲。
(3)鋼絲繩捻向 深井提升時(shí)，若采用同向捻鋼絲繩，會(huì)因鋼絲繩在井筒中比較劇烈的旋轉(zhuǎn)引起繩股中鋼絲疲勞斷絲。
(4)鋼絲繩強(qiáng)度等級(jí) 鋼絲繩抗拉強(qiáng)度等級(jí)越高，其鋼絲韌性就越差，抗彎曲疲勞的能力相應(yīng)有所降低，會(huì)直接影響提升鋼絲繩的使用壽命。
1.5 運(yùn)行時(shí)的沖擊載荷及彈性振動(dòng)
提升鋼絲繩在運(yùn)行過(guò)程中，要承受啟動(dòng)加速、制動(dòng)減速、裝卸載以及發(fā)生過(guò)卷、卡罐、托罐、操作失誤等情況時(shí)產(chǎn)生的沖擊載荷及彈性振動(dòng)。提升機(jī)啟動(dòng)加速時(shí)，如果啟動(dòng)加速度從零突然上升到最大，啟動(dòng)沖擊值(啟動(dòng)加速度變化率)就會(huì)很大，在提升鋼絲繩中造成很大的動(dòng)張力。尤其是采用恒力矩制動(dòng)的提升系統(tǒng)，在重載提升、空載運(yùn)行、重載下放等不同的工況下，制動(dòng)減速度的變化范圍較大，提升系統(tǒng)相應(yīng)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊載荷，加劇提升鋼絲繩的疲勞損傷。
1.6 鋼絲繩的制造質(zhì)量
鋼絲繩制造使用的原材料的質(zhì)量等級(jí)，拉絲、表面處理、捻股、合股等制造設(shè)備以及制造工藝均會(huì)影響提升鋼絲繩的質(zhì)量。若提升鋼絲繩制造質(zhì)量較差，就會(huì)過(guò)早地產(chǎn)生斷絲損傷，直接影響其使用壽命。
1.7 安裝及使用維護(hù)方面的影響
提升鋼絲繩在安裝或更換時(shí)，新繩與尖銳物體相碰或新舊鋼絲繩打卡子固定過(guò)程中，會(huì)對(duì)新繩繩股外層鋼絲產(chǎn)生一定程度的損傷，成為鋼絲繩投入運(yùn)行之后的薄弱環(huán)節(jié)。此外，摩擦輪上襯墊繩槽直徑不同、各繩提升速度不同，或提升鋼絲繩張力自動(dòng)平衡懸掛裝置失效等，都會(huì)造成某根提升鋼絲繩受力偏大，可能會(huì)提前破壞。摩擦輪、導(dǎo)向輪繩槽的斷面形狀不合適或粘有附著物，也會(huì)使提升鋼絲繩受到額外擠壓，產(chǎn)生額外的接觸應(yīng)力，進(jìn)而對(duì)提升鋼絲繩造成損壞。
2 延長(zhǎng)提升鋼絲繩使用壽命的措施
提升鋼絲繩在使用過(guò)程中難免受到各種因素的影響，但是通過(guò)對(duì)提升系統(tǒng)合理的設(shè)計(jì)及鋼絲繩選型，加強(qiáng)使用維護(hù)管理，改善提升鋼絲繩作業(yè)條件，趨利避害，可以在一定程度上延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命。
2.1 提升系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)
新建礦井要進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，主要應(yīng)注意以下方面。
(1)條件允許時(shí)，采用較大的 D/d 比、較小的襯墊比壓，降低提升鋼絲繩彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力。
(2)采用井塔式提升機(jī)時(shí)，摩擦輪與導(dǎo)向輪中心高差宜在 0.5～1.0 倍提升速度值或 200～400 倍提升鋼絲繩直徑范圍內(nèi)合理選取(按兩種方法下限計(jì)算出的較大值和按兩種方法上限計(jì)算出的較小值之間，合理取值)，減緩正反向彎曲對(duì)提升鋼絲繩的疲勞破壞。
(3)在滿足防滑計(jì)算要求的前提下，在摩擦輪上提升鋼絲繩采用較小的圍抱角，降低提升鋼絲繩彎曲疲勞程度。
(4)重視提升系統(tǒng)沖擊限制，常用的有矩形加/減速度控制和梯形加/減速度控制，分別如圖1、2所示。采用梯形加/減速度控制曲線，并且加/減速度的變化率不宜大于 0.3 m/s3，以減少加/減速過(guò)程中提升鋼絲繩所受的動(dòng)張力及彈性振動(dòng)。新建礦井尤其是深井提升系統(tǒng)宜采用恒減速制動(dòng)，可有效控制緊急制動(dòng)過(guò)程中提升鋼絲繩的動(dòng)張力，同時(shí)避免提升鋼絲繩打滑現(xiàn)象。
圖1 矩形加/減速度控制曲線
(5)條件允許時(shí)，主井提升優(yōu)先采用重尾繩提升系統(tǒng)，可減少啟動(dòng)力矩、啟動(dòng)沖擊和制動(dòng)沖擊。
(6)大型副井上下大件設(shè)備時(shí)，應(yīng)采用機(jī)械或電氣鎖罐系統(tǒng)，減少大件設(shè)備進(jìn)出罐籠引發(fā)的對(duì)提升鋼絲繩的彈性沖擊和振動(dòng)；深井大負(fù)載箕斗裝載時(shí)，在裝載站配置深井箕斗支撐系統(tǒng)，減少裝載時(shí)提升鋼絲繩的彈性動(dòng)張力。
2.2 鋼絲繩合理選型
按照 GB 8918—2006《重要用途鋼絲繩》和 GB/T 33955—2017《礦井提升用鋼絲繩》選用提升鋼絲繩。在滿足安全系數(shù)要求的前提下，提升鋼絲繩抗拉強(qiáng)度不宜超過(guò) 1 870 MPa。強(qiáng)度過(guò)大的鋼絲繩韌性差，耐疲勞能力差。對(duì)于井筒淋水大、酸堿性腐蝕較強(qiáng)的礦井，選擇耐酸堿腐蝕性能較好的合成纖維芯的鍍鋅鋼絲繩。對(duì)于提升高度大于 800 m 的礦井，宜選用抗旋轉(zhuǎn)能力好的交互捻鋼絲繩或多層不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩。如謝橋煤礦主井使用交互捻鋼絲繩，其壽命比張集煤礦和丁集煤礦使用同向捻三角股的壽命長(zhǎng)，其對(duì)比如表1所列。
表1 3 種提升鋼絲繩的使用壽命對(duì)比
2.3 確保鋼絲繩制造質(zhì)量
提升鋼絲繩的質(zhì)量?jī)?yōu)劣對(duì)其使用壽命的影響很大，鋼絲繩的拉絲、捻制工藝、制繩鋼絲批號(hào)、熱處理工藝、麻芯質(zhì)量、預(yù)張拉工藝、增摩脂質(zhì)量及浸涂質(zhì)量，都會(huì)影響提升鋼絲繩的質(zhì)量。盡量使用技術(shù)成熟、質(zhì)量可靠、信譽(yù)較好的生產(chǎn)廠家制造的鋼絲繩，避免使用劣質(zhì)繩；同時(shí)做好進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收和掛繩前的試驗(yàn)，杜絕使用試驗(yàn)不合格的鋼絲繩。
2.4 避免安裝或更換過(guò)程中產(chǎn)生損傷
提升鋼絲繩在進(jìn)行安裝或更換時(shí)，要采取保護(hù)措施避免對(duì)提升鋼絲繩產(chǎn)生損傷。傳統(tǒng)換繩方法是舊繩帶新繩，舊繩與新繩每間隔 20～25 m 打一道卡子進(jìn)行固定，會(huì)對(duì)新繩的局部產(chǎn)生損傷。近年來(lái)，朱集煤礦、招遠(yuǎn)玲瓏金礦、北洺河鐵礦等多個(gè)礦山使用國(guó)內(nèi)研發(fā)的換繩車(chē)更換提升鋼絲繩，避免了傳統(tǒng)方法對(duì)新繩造成的損傷，有利于延長(zhǎng)鋼絲繩使用壽命，而且換繩作業(yè)人員少、工人勞動(dòng)強(qiáng)度小、換繩時(shí)間短，符合國(guó)家安監(jiān)總局“機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人”的要求，值得國(guó)內(nèi)礦山借鑒和推廣。
2.5 保持鋼絲繩張力平衡
對(duì)提升鋼絲繩張力自動(dòng)平衡裝置加強(qiáng)日常檢查、維護(hù)，確保完好有效。一是避免懸掛裝置的液壓缸滲漏；二是要經(jīng)常調(diào)繩打壓，保證鋼絲繩張力自動(dòng)平衡裝置液壓缸活塞桿伸出長(zhǎng)度均勻，并在有效范圍內(nèi)，使各繩在運(yùn)行中均衡受力，避免單根繩受力過(guò)大。
2.6 加強(qiáng)對(duì)繩槽襯墊的維護(hù)管理
摩擦襯墊繩槽與鋼絲繩之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)拈g隙，繩槽半徑應(yīng)比鋼絲繩公稱半徑大 7.5% 左右，并使繩槽以 33% 的圓周(接觸角 120°)形成對(duì)鋼絲繩的環(huán)形支撐，減少對(duì)鋼絲繩的擠壓。提升鋼絲繩和繩槽間的關(guān)系如圖3所示。在襯墊繩槽磨損到一定程度或更換新繩前，及時(shí)車(chē)削繩槽，使繩槽與提升鋼絲繩有較好的斷面配合和良好接觸，并使各繩槽的直徑偏差控制在 0.8 mm 范圍內(nèi)。
圖3 提升鋼絲繩與襯墊繩槽之間的關(guān)系
2.7 加強(qiáng)提升系統(tǒng)使用維護(hù)管理
加強(qiáng)對(duì)提升系統(tǒng)包括機(jī)械部分、制動(dòng)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、鋼絲繩、井筒罐道、尾繩隔離裝置、井筒開(kāi)關(guān)等的使用、檢查和維護(hù)管理，使提升系統(tǒng)各部件均處于良好狀態(tài)，避免失管失修，避免過(guò)卷、跑車(chē)等事故，避免井筒墜物，避免提升鋼絲繩的意外損傷和額外受力。北方地區(qū)冬季寒冷，提升鋼絲繩上的增摩脂黏度增大，粘附在提升鋼絲繩上，經(jīng)過(guò)摩擦輪時(shí)易造成提升鋼絲繩脫槽，因而要及時(shí)清理；同時(shí)要避免井筒結(jié)冰，防止冰塊墜落對(duì)鋼絲繩造成損傷。
2.8 準(zhǔn)確檢測(cè)提升鋼絲繩損壞情況
對(duì)在用提升鋼絲繩進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其存在的缺陷和隱患，在保證安全的前提下，適當(dāng)延長(zhǎng)提升鋼絲繩的使用壽命，避免鋼絲繩的過(guò)早報(bào)廢和成本浪費(fèi)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)架空索道行業(yè)一直依據(jù)俄羅斯INTROS 磁性鋼索測(cè)試儀的檢測(cè)結(jié)果來(lái)判斷是否報(bào)廢鋼絲繩，這種儀器基于強(qiáng)磁原理可實(shí)時(shí)直觀地顯示出鋼絲繩損傷部位、載面積損失、斷絲數(shù)量，檢測(cè)準(zhǔn)確度比較高。國(guó)內(nèi)淮南顧橋煤礦、國(guó)投新集一礦、李樓鐵礦、金川龍首鎳礦等單位已采用該測(cè)試儀來(lái)檢測(cè)鋼絲繩。
3 結(jié)語(yǔ)
摩擦式提升機(jī)的提升鋼絲繩在使用過(guò)程中承受著各種應(yīng)力的綜合作用，應(yīng)采取各種有效措施，減緩提升鋼絲繩在使用過(guò)程中的受力，新建礦井尤其要避免提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺陷。通過(guò)對(duì)提升系統(tǒng)合理的設(shè)計(jì)、對(duì)提升鋼絲繩正確的選型、良好的維護(hù)及準(zhǔn)確可靠的狀態(tài)檢測(cè)，能夠有效地延長(zhǎng)提升鋼絲繩的使用壽命，對(duì)降低礦山生產(chǎn)成本有著較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。
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