11-多绳摩擦提升

第十一章 多绳摩擦提升第 一 节 概 述一、发展历程1. 单层缠绕式提升机——早期产品，卷筒直径大、宽度大、笨重；制造、运输、安装不便；绳径粗，适用井深受限，只适用于浅井或中深井。

【例】辽宁抚顺龙凤矿，提升机功率4000Kw 、钢丝绳直径φ70、滚筒直径D=7米。

2. 单绳摩擦式提升机——1877年法国人戈培创造，卷筒宽度变小（不因井深增加），主轴直径和长度减小，整机质量大为下降，提升电动机容量降低，能耗减少；但单绳摩擦提升只解决了滚筒过宽问题，钢丝绳直径和滚筒直径仍然很大，只适用于中深井。

例如：抚顺龙凤矿，提升钢丝绳直径70mm ，滚筒直径7米，电动机功率4000kw ，这样粗的钢丝绳无论在制造、运输、悬挂和维护上都是相当困难的。

3. 多绳摩擦式提升机——生产的需要又一次促使提升机产生变革，结果出现了多绳摩擦式提升机。

卷筒直径和宽度、钢丝绳直径均明显减小。

适用于中深井和较深井（＜1700m ），但不适用于浅井、斜井、建井和超深井（＞1700m ）。

实践证明，在井深＞1700m 时，由于尾绳重量的变化，在钢丝绳与提升容器的联接处的应力波动较大，应力波动值超过了钢丝绳的应力许用值，钢丝绳出现事故较多，因此不宜用于超深井。

对于建井、浅井、斜井也不适用。

二、工作原理钢丝绳搭放在主导轮(摩擦轮)上，两端各悬挂一个提升容器(也有一端悬挂平衡锤的)。

当电动机带动主导轮转动时，借助滚筒上衬垫与钢丝绳之间的摩擦力传动钢丝绳，完成提升和下放重物的任务。

三、多绳摩擦提升设备的布置方式1. 井塔式——把整套提升机安装在井塔顶层，不受地形限制，占地小布置紧凑；简化了工业广场；不需设置天轮，载荷垂直向下，井塔稳定性好；钢丝绳在室内，不致受到雨雪损伤。

但井塔造价高、施工周期长、抗震能力不如落地式；井塔式又分无导向轮和有导向轮两种，导向轮增加了钢丝绳的反向弯曲，降低了其使用寿命。

2. 落地式——造价低、初期投资小，抗震能力比井塔式好。

但占地大、必须设置天轮、钢丝绳暴露在室外受雨雪影响。

四、多绳摩擦提升的优点（与单绳缠绕式提升相比）：1. 提升高度不受滚筒容绳量的限制，适用于深井提升；2. 载荷是由数根钢丝绳承担，(在钢丝绳的安全系数、材料强度、总截面积相同的情况下，)每根钢丝绳的直径较细=单绳缠绕式提升钢丝绳的1，即：/m d d =相应地，每米长绳重/m p p n =)3. (由于多绳摩擦式提升机的每根钢丝绳的直径较细，因而在主导轮直径与钢丝绳直径之比相同的条件下，)摩擦轮直径显著较小：/m D D =以上二式中：m d 、d ——分别为多绳摩擦提升、单层缠绕提升的钢丝绳直径；m D 、D ——分别为多绳摩擦提升、单层缠绕提升的滚筒直径；n ——多绳摩擦提升时同时工作的钢丝绳数目。

4. (由于主导轮的D 、B 减小，整机尺寸减小、重量减轻，)在相同载荷下提升机重量约减轻1/4～1/5。

电动机容量和耗电量也相应降低，设备效率相应提高。

5. 由于摩擦轮直径较小，在相同提升速度下，可使用转速较高的电动机和重量较轻的减速器。

6. （由于钢丝绳是搭放在摩擦轮上，）减少钢丝绳的弯曲次数，改善了其工作条件。

7. （由于采用偶数根绳提升，且绳的捻向是左、右捻各半，）消除了提升容器在提升过程中的转动，减少了容器罐耳对罐道的摩擦阻力。

8. （由于是多绳承担载荷，数绳不会同时断裂，）安全性大大提高。

因此，多绳摩擦提升不再设置防坠器，减少了提升容器的质量。

五、多绳摩擦提升的缺点（与单绳缠绕式提升相比）：1. 数根钢丝绳的悬挂、更换、调整、维护和检修工作复杂，且一根损坏时，为保证各绳具有相同的工作条件，往往需要同时更换所有的钢丝绳。

2. 因不能调节绳长，故双钩提升不适用于多水平提升，也不适用于凿井提升。

3. 世界各国目前广泛在中深井和较深井应用。

实践证明：提升钢丝绳任意断面处的应力波动值不应大于1652/N mm ,否则会影响其使用寿命。

矿井越深，静应力波动值越大。

为此，许用静应力定为1652/N mm 。

在井深超过1700m 时，由于尾绳重量的变化，在钢丝绳与容器的联接处应力波动较大，超过了钢丝绳的许用静应力，出现的故障较多，不宜使用。

因此，摩擦提升机在超深井的使用也受到一定限制。

六、主要产品及技术规格特性1. JKM(井塔式)、JKMD(落地式)系列——洛阳矿山机械厂生产，仿苏产品、苏联援建项目之一。

产品的技术规格特性见P382～384/B11-2～3。

2. JKD （落地式）系列———— 上海冶金矿山机械厂生产，仿瑞典产品。

产品的技术规格见P381/B11-1。

第二节 多绳摩擦提升的传动原理及防滑分析一、传动原理两侧钢丝绳的张力差：(1)s x s F F F e μα-=-钢丝绳随滚筒无滑动运动的临界条件（钢丝绳与衬垫之间的摩擦力）：(1)s x s F F F F e μα=-=-要实现摩擦提升，必须使滚筒衬垫与钢丝绳的摩擦力F ＞两钢丝绳的张力差：F ＞(1)s x s F F F e μα-=-或写作：(1)/s s x F e F F μασ=-- 此值越大越好，钢丝绳越不滑动，称为安全系数。

式中：s F 、x F ——分别为上升侧(重载侧)、下降侧(轻载侧)钢丝绳所受的张力； e ——自然对数的底=2，71828μ——钢丝绳与摩擦衬垫间的摩擦系数，一般取μ=0.2，有条件时，采用μ=0.25的摩擦衬垫。

α——钢丝绳在摩擦轮上的围包角，rad 。

二、防滑安全系数1. 静防滑安全系数 (1)/j x j s j x j F e F F μασ=-- ≥1.752. 动防滑安全系数 ()(1)/()()d x j x s j x j s x F m ae F F m m a μασ=--±+ ≥1.25 以上式中：sj F 、xj F ——分别为上升侧、下降侧钢丝绳所受的的静张力；s m 、x m ——分别为上升侧、下降侧总变位质量；a ——提升加速度。

《煤炭工业设计规范》规定：静防滑安全系数j σ≥1.75；动防滑安全系数d σ≥1.25。

对于摩擦衬垫材料及摩擦因数的研究，世界各国都是一个难题，研究工作有待进一步深入开展和突破。

三、防滑安全系数的变化规律及提升加、减速度的确定 （略）四、提升容器自身质量的验算和应配质量的确定 （略）五、增大防滑安全系数的措施1. 增加围包角——常用=180°和190～195°两种。

前者优点是结构简单、维护方便、钢丝绳只弯曲一次；缺点是比后者围包角小。

后者围包角大、可改变提升容器的中心距，但由于多了导向轮，钢丝绳有附加弯曲，减少其使用寿命，也增加了井架高度。

2. 增加摩擦系数——选择结构合适的钢丝绳，采用高摩擦系数、高比压、磨损小的衬垫材料。

3. 采用平衡锤单容器提升——平衡锤重=（容器自重+载荷）/2，使得静张力差也减少一半，从而提高防滑安全系数。

这对多水平提升极为有利。

4. 增加容器自重——以增加主导轮轻载侧的静张力，但增大了提升系统的运动质量和惯性力，是不大合理的。

但在围包角和摩擦系数都不能增加时，这是最常用的办法，也是不得已时考虑采用的办法。

5. 控制提升系统的最大加、减速度，减少动负荷——这可从电控系统和制动系统两方面采取措施来实现。

第三节 多绳摩擦提升计算的一般原则一、单容器提升与双容器提升的确定原则1. 多水平提升时，应用单容器带平衡锤提升方式，还可改善防滑条件和缩小井筒直径。

2. 单水平提升时，应用双容器提升。

对于罐笼提升，为保证停车准确，也可采用单容器提升。

二、钢丝绳的选择计算原则（略）三、提升机的选择计算原则（略）第四节多绳摩擦提升设备的结构特点一、主轴装置1. 结构——包括：主轴、主导轮、制动盘、两个滚动轴承、摩擦衬垫、锁紧器等。

2. 特点①主轴——由优质碳素合金钢经机械加工、热处理制成。

②主导轮——由厚度为20～30mm的低合金(16Mn)钢板组焊成，大型提升机主导轮带有支环，以增加刚度；小型提升机主导轮不带支环，结构简单、制造方便。

③制动盘——焊在主导轮边上，视制动器副数的多少，设置一个或两个。

④摩擦衬垫——高比压、高耐磨材料（PVC、聚氨酯等）制作，初车绳槽深度=1/3绳径，衬垫间距=10倍的绳径。

⑤锁紧器——为更换钢丝绳、磨损衬垫和维修制动器的方便和安全，在一侧轴承梁或地基上装有一个固定主导轮的锁紧器（地锁器）。

二、主导轮的摩擦衬垫和车槽装置1. 摩擦衬垫——被固定块紧固在筒壳上，其上刻有绳槽，钢丝绳搭在绳槽中。

几种常用摩擦衬垫材料的性能见P395/B11-5。

2. 车槽装置——为保持各钢丝绳的张力平衡，多绳摩擦式提升机均装有车槽装置。

安装在主导轮下，每个摩擦衬垫对应一个单独的车刀装置。

三、深度指示器的调零机构1. 共分两种——①用于立式深度指示器的；②用于带水平选择指示器的。

2. 用于立式深度指示器的调零机构的工作原理当深度指示器是指针停止的零位与提升容器的实际停止位置不符时→自整角机发出电压信号→使调零电动机运转→带动蜗轮-蜗杆→通过差动齿轮传动机构→直至指针返回预定零位。

此时指针位置与容器位置相符→自整角机电压减少到零→调零电动机停转，调零结束。

提升容器往返一次，调零进行一次。

四、多绳摩擦提升的防过卷装置1. 过卷开关——安装在深度指示器上和井塔上各一套，前者制动距离≈2～4m,后者制动距离≈2m。

（均要在容器速度＜2m/s的条件下）2. 楔形罐道——当容器速度≥2m/s时，要保证在0.5m内制动提升容器，就要靠楔形罐道了。

井塔和井底安装两套“罐耳（在提升容器上）—楔形罐道（在井架上）”前者防止过卷，后者防止坠罐。

过卷时，罐耳进入楔形罐道，靠两者之间的挤压和摩擦作用，迫使容器停止。

发生过卷事故后，罐道被破坏，必须重新更换，费工、费时、费料，影响生产。

科研机构正在研制钢制摩擦制动罐道，以期解决木制楔形罐道的缺陷。

五、减速器1. 类型——①普通型：ZHL-115、ZHLR-130、ZHLR-150、ZHfLR-170Ⅱ等。

②双出轴型：其输出、输入轴位于同一轴线上，又称“共轴减速器”。

功率为两路传递、布置合理、齿轮受力小。

在中间齿轮轮缘和轮毂间设有弹簧，以消除加工精度造成的负荷分配不平衡。

2.减震措施——为减少提升机运转时井塔的振动冲击，多将减速器安放在弹簧基础上。

3.行星齿轮减速器——新产品，体积小、重量轻、传动效率高，已开始推广采用。

六、多绳摩擦提升钢丝绳的张力平衡装置1. 张力不平衡因素①各绳的物理特性不一致；②各绳槽的深度有误差；③钢丝绳的长短不一；④各绳的滑动不等；⑤钢丝绳的蠕动。

2. 平衡措施与装置①采用张力平衡装置a)平衡杆式；b)角杆式；c)弹簧式；d液压式。

(见P400/T11-15)②定期调整钢丝绳的张力差a)垫块式调绳器；b)螺旋式调绳器；c)螺旋液压式调绳器（最大调绳距离≤400mm），见P400/T11-16；d)“XSZ型多绳摩擦提升机钢丝绳张力自动平衡首绳悬挂装置”较好地解决了动态平衡问题，原理与螺旋液压调绳器类似，安全可靠性高，已在国内100多个矿井使用，已有系列化产品供选用。