平行折線繩槽塑襯的設計、應用與維護

導讀

礦井提升機是礦山的咽喉設備，單繩纏繞式礦井提升機是一種應用廣泛的提升機。其工作原理為: 鋼絲繩一端固定并纏繞在提升機的卷筒上，另一端繞過井架天輪懸掛提升容器；利用卷筒轉動方向的不同，將鋼絲繩纏繞或放松，以完成提升或下放容器的工作。鋼絲繩在卷筒上纏繞情況的好壞，不但影響鋼絲繩的壽命，還影響提升系統的安全性和穩定性。

目前，我國纏繞式提升機大多采用螺旋塑襯結構來輔助鋼絲繩纏繞和過渡。螺旋塑襯安裝方便，經濟實用，其繩槽呈螺旋排列，最適用于 1 層纏繞。在 2 層及 2 層以上纏繞時，第二層纏繞鋼絲繩的旋向與第一層相反，會出現鋼絲繩層間過渡的過渡點不確定、過渡效果不好，纏繞不平穩、易亂繩，鋼絲繩磨損嚴重等現象。國外的纏繞式提升機通常采用平行折線繩槽套。這種繩槽套在大部分圓周是平行的，一般包含 2 個折線段，每個折線段過渡半個節距，目前可以實現綱絲繩 4 層及以上的纏繞。

針對這種情況，我國學者對超深礦井提升裝備中至關重要的部件——多層纏繞卷筒的繩槽及層間過渡裝置，展開了深入的理論和試驗研究，并取得了一定的研究成果。結合我國豐富的塑襯設計和應用經驗及相關研究成果，我公司研發了一種具有螺旋塑襯和平行折線繩槽套優點的平行折線繩槽塑襯。

1 平行折線繩槽塑襯

1.1 設計結構

平行折線繩槽塑襯的結構如圖 1、2 所示，包含 2 個折線段塑襯和 2 個平行段塑襯，每個折線段過渡半個節距。在一個纏繞周期內，平行折線繩槽塑襯有2 個直線區纏繞繩槽和 2 個折線區繩槽。在多層纏繞時，鋼絲繩大部分時間在已纏繞到卷筒上的鋼絲繩形成的直線區繩槽中纏繞，能夠保證鋼絲繩纏繞的穩定性；鋼絲繩僅在折線區發生交叉，大大減小了鋼絲繩的摩擦磨損，提高了其使用壽命。平行折線繩槽塑襯的過渡塊用以給鋼絲繩在層間、圈間過渡纏繞時，提供不間斷的支撐。

圖1 平行折線繩槽塑襯的結構

1.2 設計參數

平行折線繩槽塑襯的基礎設計參數可部分參考相關標準，主要參數有塑襯長度 L、繩槽節距 T、繩槽深度 f 等，如圖 3 所示。圖中，H 為塑襯厚度，φ 為綱絲繩直徑，R 為卷筒名義直徑。

JB/T 10994—2010《纏繞式礦井提升設備用塑料襯板》中對于塑襯的長度 L 規定如下：為便于安裝，塑料襯板長度 L 應以提升設備卷筒寬度尺寸減 5～ 10 mm 為宜。

需要注意的是，上述標準的規定主要是為了便于安裝。當卷筒采用工程塑料時，線膨脹系數 α塑=(10.8～ 11.2)×10-5/C°；當卷筒采用 Q345A 時，線膨脹系數 α鋼=(10.6～ 12.2)×10-6/C°。二者的線膨脹系數差別較大，在溫度變化時，塑襯和卷筒之間會發生相對變形。溫度變化時，兩種材料的相對變形量

假設塑襯安裝時的環境溫度為 5 C°，使用環境溫度為 40 C°，則溫度變化量為 35 ℃，根據式 (1) 計算得到塑襯相對變形量如表 1 所列。

由表 1 可知，在使用環境比安裝環境溫度升高35 C°的條件下，當卷筒寬度大于 1.5 m 時，塑襯的相對變形量會大于 5 mm；當卷筒寬度大于 3 m 時，塑襯相對變形量會大于 10 mm。因此，在較低溫度下安裝塑襯時，建議塑襯生產和使用單位將該公差適當加大。塑襯的推薦節距 T 如表 2 所列。

1.3 繩槽過渡區長度及其夾角設計

平行折線繩槽塑襯包含 2 個過渡區，每個過渡區過渡半個節距。過渡區的長度與兩過渡區之間的夾角如圖 4 所示。

1.4 過渡塊的設計及安裝

過渡塊的作用是給在提升機卷筒上纏繞的鋼絲繩提供不間斷的支撐，并對其層間過渡和圈間過渡進行引導。過渡塊形狀設計較為復雜，可參考文獻[5-6]，在此不再贅述。本研究主要探討平行折線繩槽塑襯過渡塊的安裝問題及其解決方案。

對于平行折線繩槽塑襯而言，過渡塊如果采用鋼材質，則安裝比較困難；如果采用尼龍材質制成相同形狀，則過渡塊橫截面積較小，在鋼絲繩纏繞時的重壓和沖擊下，過渡塊容易發生脆性斷裂。因此考慮，與平行折線繩槽套相比，平行折線繩槽塑襯少纏繞 1～2 圈鋼絲繩，從而使過渡塊增加一定的寬度，使其能用螺栓固定在擋繩板上。

2 安裝及維護

平行折線繩槽塑襯的安裝與螺旋塑襯類似，先確定出繩孔位置，再從該位置順序安裝，完成后按照設計圖紙安裝過渡塊。各過渡塊的位置固定，不會出現螺旋塑襯安裝時需要反復調整位置的情況。

平行折線繩槽塑襯及過渡塊安裝在旋轉的卷筒上，受到提升鋼絲繩反復的擠壓和摩擦，存在松脫或被甩出的危險。在日常使用過程中，應對其進行包括以下內容的檢查及維護。

(1) 塑襯及過渡塊安裝完畢后，在鋼絲繩開始纏繞前，應該注意檢查過渡塊是否存在凸出于鋼絲繩纏繞路徑的高點。

(2) 過渡塊尤其是層間過渡所用過渡塊，應該每周檢查其牢固性，保證其緊固安裝在卷筒或者擋繩板上。

(3) 應每周檢查固定塑襯和過渡塊的螺栓、螺母和螺釘。

(4) 每次進行切繩頭操作或者重新安裝鋼絲繩時，應進行以下檢查流程：①檢查螺栓；② 檢查繩槽與鋼絲繩的匹配程度；③針對過渡塊抬起部分及填充部分的末端，應視覺檢查其磨損、突出和完整性；④ 檢查夾持器的磨損、牢固性以及完全性。

3 應用情況

2017 年，我國第一套平行折線繩槽塑襯在陳四樓煤礦投入應用，使用該塑襯的提升機應用于該礦井下作業。目前，平行折線繩槽塑襯已經在 25 臺纏繞式礦井提升機上得到應用，一些項目應用的情況如表 3 所列。根據陳四樓煤礦、龍門煤礦(見圖 7) 等項目現場應用的效果來看，采用平行折線繩槽塑襯后，鋼絲繩纏繞過渡平穩，過渡響聲小，能有效減少過渡區鋼絲繩的擠壓斷絲現象，其多層纏繞效果與國外的平行折線繩槽套相當，優于我國目前普遍采用的螺旋塑襯。

4 結語

平行折線繩槽塑襯是一種結合了螺旋繩槽塑襯和平行折線繩槽套優點的塑襯。從現場應用的效果來看，平行折線繩槽塑襯在多層纏繞提升中的纏繞性能與國外的平行折線繩槽套相當，優于我國目前普遍采用的螺旋塑襯。在安裝方面，平行折線繩槽塑襯比平行折線繩槽套方便，與螺旋塑襯的安裝難易程度相當；但因過渡塊的安裝不用反復調整，故較螺旋塑襯簡便。

平行折線繩槽塑襯的應用，對纏繞式提升機在深井提升鋼絲繩多層纏繞時，促進鋼絲繩平穩運行及壽命提升具有重要意義。