礦用提升機(jī)防墜器的優(yōu)化改進(jìn)

梁慧彪

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司官地多種經(jīng)營(yíng)分公司， 山西 太原 030000）

引言

在進(jìn)行井下生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，隨著煤炭開(kāi)采力度和資源需求量的不斷增大，礦井提升機(jī)作為運(yùn)送物料、矸石以及工作人員的主要機(jī)械設(shè)備，在煤礦生產(chǎn)中占有重要的地位。為了保證井下生產(chǎn)及運(yùn)輸作業(yè)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)計(jì)制造了一種提升機(jī)防墜器，該防墜器的應(yīng)用使礦井提升事故大大減少，不僅有效降低了人員的傷亡，而且提高了煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。但在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，礦井提升設(shè)備事故仍然存在，鋼絲繩斷裂的現(xiàn)象仍有發(fā)生，所以為了進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)備的安全性，從提升機(jī)防墜器在應(yīng)用中存在的問(wèn)題出發(fā)，對(duì)防墜器進(jìn)行了優(yōu)化與改進(jìn)，更有效地提高了工作人員的安全和相關(guān)機(jī)械設(shè)備的可靠性，從而減少礦井事故的發(fā)生，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 井下提升系統(tǒng)概況及存在的問(wèn)題

某礦在進(jìn)行井下運(yùn)輸作業(yè)時(shí)，主要是通過(guò)副井提升機(jī)來(lái)完成的，該提升機(jī)的作用是將煤炭以及矸石運(yùn)送到地面，而物料以及相關(guān)人員等運(yùn)送到井下，其中副井提升機(jī)的結(jié)構(gòu)為單繩纏繞式，并配備有相應(yīng)的罐籠，同時(shí)在罐籠上設(shè)置有BF-111型抓捕器，該抓捕器主要是用來(lái)抓住井筒中的制動(dòng)繩，一旦在運(yùn)輸過(guò)程中，鋼絲繩發(fā)生了斷裂或者連接裝置發(fā)生了故障，則該抓捕器可以及時(shí)對(duì)罐籠進(jìn)行抓取，從而使罐籠較穩(wěn)定地停留在某一位置，避免了墜毀事故。在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐應(yīng)用中，當(dāng)罐籠的運(yùn)行速度較小，但減速過(guò)程中的加速度較大時(shí)，在下放運(yùn)行途中，罐籠的抓捕器常常會(huì)抓住制動(dòng)繩，從而使罐籠停止運(yùn)動(dòng)，懸掛在井筒中，在這種情況下，一旦提升機(jī)的操作人員沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)抓捕器已經(jīng)開(kāi)始動(dòng)作，而繼續(xù)開(kāi)車，則很容易造成下放罐籠側(cè)提升機(jī)的鋼絲繩發(fā)生松動(dòng)。當(dāng)松繩次數(shù)過(guò)多時(shí)，提升機(jī)會(huì)反方向開(kāi)車，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致提升機(jī)故障以及損壞井筒設(shè)備等，同時(shí)抓捕器的動(dòng)作過(guò)于靈敏也會(huì)影響提升機(jī)的運(yùn)行，對(duì)運(yùn)輸?shù)陌踩栽斐梢欢ǖ耐{[1-2]。

2 誤動(dòng)及松繩原因分析

當(dāng)罐籠的運(yùn)行速度較大時(shí)，若提升過(guò)程中出現(xiàn)了安全制動(dòng)，則制動(dòng)閘發(fā)生動(dòng)作，促使副井提升機(jī)的滾筒開(kāi)始減速，從而使提升機(jī)停止運(yùn)行。慣性使提升機(jī)停機(jī)，但上提罐籠仍然會(huì)向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)主拉桿所產(chǎn)生的拉力降低，撥桿在彈簧拉力的作用下逐漸向上移動(dòng)，且上移過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生摩擦力，由于該摩擦力的存在，上行罐籠最終會(huì)停在制動(dòng)繩上。而下行罐籠以速度v下降時(shí)，在一定時(shí)間內(nèi)罐籠的運(yùn)行速度會(huì)很快降低至0，此時(shí)由動(dòng)量守恒可知，提升機(jī)的鋼絲繩會(huì)受到一個(gè)向下的力，在經(jīng)過(guò)彈性變形后，鋼絲繩會(huì)帶著罐籠一起向上運(yùn)動(dòng)，降低了下行罐籠的主拉桿所受到的作用力，同時(shí)撥桿與制動(dòng)繩之間會(huì)產(chǎn)生摩擦，促使下行罐籠固定在制動(dòng)繩上。當(dāng)提升機(jī)在較低的運(yùn)行速度下制動(dòng)，且在較大的加速度下進(jìn)行減速停機(jī)時(shí)，抓捕器開(kāi)始工作，但由于彈簧的彈力較大，提升機(jī)的工作人員常常會(huì)忽略該動(dòng)作，從而導(dǎo)致提升機(jī)司機(jī)未及時(shí)停車，繼續(xù)加速運(yùn)行，使得上行罐籠所受到的沖擊力過(guò)大，影響下行罐籠鋼絲繩的緊固程度，以致于發(fā)生松繩現(xiàn)象，為礦井的安全運(yùn)輸埋下隱患。

當(dāng)提升機(jī)在較高的運(yùn)行速度下開(kāi)始減速制動(dòng)時(shí)，按照相關(guān)操作規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的要求，司機(jī)只要對(duì)罐籠的抓捕器進(jìn)行控制解鎖，就不會(huì)發(fā)生松繩現(xiàn)象。只有提升機(jī)在較低的運(yùn)行速度下開(kāi)始減速制動(dòng)時(shí)，司機(jī)才有可能忽視抓捕器的動(dòng)作，同時(shí)由于該礦的提升機(jī)仰角較小，當(dāng)罐籠下放時(shí)，司機(jī)在座位上無(wú)法觀察到出繩孔，從而不能判斷鋼絲繩是否發(fā)生松動(dòng)，因此，鋼絲繩的松動(dòng)通常發(fā)生在罐籠下放過(guò)程中。單繩纏繞式提升機(jī)，要想減少其松繩的發(fā)生，保證設(shè)備的安全性，必須設(shè)置松繩保護(hù)，該提升機(jī)電控系統(tǒng)的松繩保護(hù)示意圖如圖1所示。在該控制系統(tǒng)下，既可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)保護(hù)，也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)，且為了提升機(jī)制動(dòng)后罐籠可以反方向運(yùn)行，還設(shè)置了一個(gè)復(fù)位狀態(tài)，以確保鋼絲繩反方向纏緊時(shí)，可以將鋼絲繩松動(dòng)復(fù)位，從而使提升機(jī)可以正常運(yùn)行。從圖1中可以看出，當(dāng)鋼絲繩出現(xiàn)松動(dòng)時(shí)，Ⅰ11.0接口處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)T63繼電器開(kāi)始進(jìn)行動(dòng)作，將其延遲0.5 s后，M131.4接口斷開(kāi)，從而解除松繩保護(hù)，提升機(jī)開(kāi)始制動(dòng)。但是由于復(fù)位狀態(tài)下提升機(jī)的最大運(yùn)行速度為0.5 m/s，M11.2對(duì)T63進(jìn)行了短接，因此松繩保護(hù)不能起到作用。此時(shí)若提升機(jī)在較低的速度下開(kāi)始運(yùn)行，下放罐籠的抓捕器開(kāi)始動(dòng)作，而司機(jī)沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，選擇繼續(xù)開(kāi)車，則鋼絲繩將發(fā)生松動(dòng)，此時(shí)，松繩保護(hù)還處于復(fù)位狀態(tài)，無(wú)法發(fā)揮作用，因此在該種復(fù)位狀態(tài)下必須解決松繩保護(hù)的問(wèn)題[3]。

圖1 原松繩保護(hù)示意圖

3 提升機(jī)防墜器的優(yōu)化改進(jìn)

3.1 防墜器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)

3.1.1 緩沖器的優(yōu)化改進(jìn)

礦用提升機(jī)緩沖器作為防墜器中的一個(gè)重要構(gòu)件，可以使罐籠在下墜過(guò)程中保持穩(wěn)定，且以較低的速度下落，同時(shí)在正常運(yùn)行狀態(tài)下，該裝置也在工作，因此該緩沖器會(huì)給鋼絲繩帶來(lái)阻力，且由于鋼絲繩提升的作用，鋼絲繩的壽命會(huì)受到很大影響，因此為了解決上述問(wèn)題，應(yīng)該使緩沖器只有在斷繩現(xiàn)象發(fā)生時(shí)才起作用，故對(duì)緩沖器進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。具體表現(xiàn)在將緩沖器中的螺旋桿換成了制動(dòng)桿，該制動(dòng)桿可以自由伸長(zhǎng)與縮短，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)提升機(jī)處于正常狀態(tài)下時(shí)，制動(dòng)桿不受力，緩沖器不工作，不會(huì)對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生阻力，影響鋼絲繩的使用壽命。一旦鋼絲繩發(fā)生斷裂時(shí)，制動(dòng)桿在拉力的作用下被壓縮，從而產(chǎn)生制動(dòng)力，使緩沖器開(kāi)始運(yùn)行，對(duì)罐籠進(jìn)行緩沖，避免罐籠直接墜毀。

3.1.2 抓捕器的優(yōu)化改進(jìn)

傳統(tǒng)的抓捕器是由滑楔、杠桿、平衡板以及連接梁組成，當(dāng)鋼絲繩發(fā)生斷裂時(shí)，在拉力的作用下，傳動(dòng)彈簧回到原位，進(jìn)而通過(guò)杠桿將該力傳導(dǎo)滑楔上，從而使滑楔被壓緊，抓捕器開(kāi)始制動(dòng)，將罐籠固定在鋼絲繩上。但由于該過(guò)程發(fā)生的時(shí)間非常短，即使緩沖器給罐籠的下落帶來(lái)了一定的阻力，但仍然會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊作用，而該沖擊作用對(duì)罐籠以及工作人員來(lái)說(shuō)，所帶來(lái)的傷害又是不可逆轉(zhuǎn)的，因此在進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，必須盡量減少這種沖擊力，故針對(duì)該問(wèn)題，對(duì)抓捕器進(jìn)行了如下的優(yōu)化改進(jìn)。具體改進(jìn)措施為：在抓捕器的中心拉桿位置處增設(shè)了一個(gè)阻尼元件，通過(guò)該阻尼元件，一旦鋼絲繩發(fā)生斷裂時(shí)，該元件可以對(duì)中心拉桿產(chǎn)生阻力，從而使拉桿不會(huì)很快恢復(fù)變形，而是逐漸回到原位，此時(shí)滑楔也不會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)就被壓緊，而是隨著中心拉桿的逐漸伸長(zhǎng)，緩慢地實(shí)現(xiàn)鋼絲繩的制動(dòng)，從而減少制動(dòng)所帶來(lái)的沖擊力對(duì)罐籠以及工作人員的影響。此外為了保證緩沖器的靈敏性，使緩沖器與抓捕器在工作狀態(tài)下不會(huì)相互影響，特使用柔性鋼繩來(lái)連接中心拉桿，這樣可以使斷繩發(fā)生時(shí)緩沖器及時(shí)起到減速作用，同時(shí)抓捕器的中心拉桿在阻力的作用下，可以平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)鋼絲繩的制動(dòng)，保證提升機(jī)以及罐籠的穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

3.2 防墜器系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)

3.2.1 彈簧長(zhǎng)度的優(yōu)化改進(jìn)

該礦提升機(jī)防墜器中的彈簧長(zhǎng)度是365mm，且彈簧的彈力為3140 N，為了保證彈簧可以及時(shí)復(fù)位，對(duì)彈簧的長(zhǎng)度進(jìn)行了調(diào)整，將其設(shè)計(jì)成了350mm，彈簧彈力設(shè)計(jì)為2730 N，改進(jìn)后經(jīng)過(guò)對(duì)該彈簧的靜負(fù)荷試驗(yàn)以及罐籠脫鉤試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其抓捕器的制動(dòng)距離、罐籠的下降距離等都符合相關(guān)規(guī)程的規(guī)定，且當(dāng)罐籠在減低速度下進(jìn)行制動(dòng)時(shí)抓捕器并未開(kāi)始作用，而當(dāng)罐籠在較高的運(yùn)行速度下進(jìn)行制動(dòng)時(shí)上行罐籠的抓捕器開(kāi)始動(dòng)作，因此對(duì)彈簧長(zhǎng)度進(jìn)行改進(jìn)后，不僅可以使抓捕器發(fā)揮其應(yīng)有的作用，且保證了提升機(jī)的安全運(yùn)行，提高了運(yùn)輸?shù)男省?/p>

3.2.2 松繩保護(hù)改進(jìn)

在鋼絲繩發(fā)生松動(dòng)后，為了使提升機(jī)可以順利地反向進(jìn)行開(kāi)車，對(duì)該提升機(jī)的電控系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，其電控系統(tǒng)的示意圖如下頁(yè)圖2所示。從圖中可以看出，在控系統(tǒng)中增設(shè)了一個(gè)Ⅰ107.6松繩復(fù)位按鈕，并將其串聯(lián)在復(fù)位狀態(tài)繼電器中，當(dāng)在復(fù)位狀態(tài)下時(shí)，一旦鋼絲繩出現(xiàn)了松動(dòng)，則該按鈕會(huì)斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)松繩保護(hù)，使提升機(jī)制動(dòng)停車。而當(dāng)提升機(jī)的司機(jī)在發(fā)現(xiàn)松繩故障后，可以及時(shí)有效地向井口傳遞反方向開(kāi)車的信號(hào)，從而使該按鈕開(kāi)啟，連通保護(hù)回路，并將提升機(jī)的鋼絲繩繞緊，使其恢復(fù)到正常狀態(tài)，避免事故的發(fā)生。

圖2 優(yōu)化改進(jìn)后的松繩保護(hù)示意圖

4 優(yōu)化效果分析

通過(guò)對(duì)礦用提升機(jī)防墜器進(jìn)行上述優(yōu)化改進(jìn)并將其應(yīng)用于實(shí)際礦井后發(fā)現(xiàn)，該防墜器的安全系數(shù)大大提高，在煤礦井下運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，提升機(jī)發(fā)生故障的幾率也隨之減小，同時(shí)罐籠墜毀、抓捕器未及時(shí)動(dòng)作、鋼絲繩松動(dòng)等現(xiàn)象的發(fā)生次數(shù)也相應(yīng)地降低，不僅解決了提升機(jī)防墜器在應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題，還改善了煤礦提升的效率，在確保提升安全性的同時(shí)，增加了煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

為了解決提升機(jī)防墜器在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，將緩沖器中的螺旋桿換成了制動(dòng)桿，提高了緩沖器的緩沖效果，并延長(zhǎng)了鋼絲繩的使用壽命；在抓捕器的中心拉桿處增設(shè)了一個(gè)阻尼元件，以用來(lái)減少罐籠下落所產(chǎn)生的沖擊力；此外對(duì)抓捕器中的彈簧長(zhǎng)度進(jìn)行了改進(jìn)，由原來(lái)的365mm改為了350mm，并對(duì)電控系統(tǒng)中的松繩保護(hù)進(jìn)行了改進(jìn)，增加了一個(gè)松繩復(fù)位按鈕。通過(guò)上述改進(jìn)，該提升機(jī)可以有效地進(jìn)行制動(dòng)，并在松繩事故發(fā)生后對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，避免了罐籠墜毀、人員傷亡、井筒設(shè)備損壞事故的發(fā)生，保證了提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行。