平行折线绳槽塑衬的设计、应用与维护

导读

矿井提升机是矿山的咽喉设备，单绳缠绕式矿井提升机是一种应用广泛的提升机。其工作原理为: 钢丝绳一端固定并缠绕在提升机的卷筒上，另一端绕过井架天轮悬挂提升容器；利用卷筒转动方向的不同，将钢丝绳缠绕或放松，以完成提升或下放容器的工作。钢丝绳在卷筒上缠绕情况的好坏，不但影响钢丝绳的寿命，还影响提升系统的安全性和稳定性。

目前，我国缠绕式提升机大多采用螺旋塑衬结构来辅助钢丝绳缠绕和过渡。螺旋塑衬安装方便，经济实用，其绳槽呈螺旋排列，最适用于 1 层缠绕。在 2 层及 2 层以上缠绕时，第二层缠绕钢丝绳的旋向与第一层相反，会出现钢丝绳层间过渡的过渡点不确定、过渡效果不好，缠绕不平稳、易乱绳，钢丝绳磨损严重等现象。国外的缠绕式提升机通常采用平行折线绳槽套。这种绳槽套在大部分圆周是平行的，一般包含 2 个折线段，每个折线段过渡半个节距，目前可以实现纲丝绳 4 层及以上的缠绕。

针对这种情况，我国学者对超深矿井提升装备中至关重要的部件——多层缠绕卷筒的绳槽及层间过渡装置，展开了深入的理论和试验研究，并取得了一定的研究成果。结合我国丰富的塑衬设计和应用经验及相关研究成果，我公司研发了一种具有螺旋塑衬和平行折线绳槽套优点的平行折线绳槽塑衬。

1 平行折线绳槽塑衬

1.1 设计结构

平行折线绳槽塑衬的结构如图 1、2 所示，包含 2 个折线段塑衬和 2 个平行段塑衬，每个折线段过渡半个节距。在一个缠绕周期内，平行折线绳槽塑衬有2 个直线区缠绕绳槽和 2 个折线区绳槽。在多层缠绕时，钢丝绳大部分时间在已缠绕到卷筒上的钢丝绳形成的直线区绳槽中缠绕，能够保证钢丝绳缠绕的稳定性；钢丝绳仅在折线区发生交叉，大大减小了钢丝绳的摩擦磨损，提高了其使用寿命。平行折线绳槽塑衬的过渡块用以给钢丝绳在层间、圈间过渡缠绕时，提供不间断的支撑。

图1 平行折线绳槽塑衬的结构

1.2 设计参数

平行折线绳槽塑衬的基础设计参数可部分参考相关标准，主要参数有塑衬长度 L、绳槽节距 T、绳槽深度 f 等，如图 3 所示。图中，H 为塑衬厚度，φ 为纲丝绳直径，R 为卷筒名义直径。

JB/T 10994—2010《缠绕式矿井提升设备用塑料衬板》中对于塑衬的长度 L 规定如下：为便于安装，塑料衬板长度 L 应以提升设备卷筒宽度尺寸减 5～ 10 mm 为宜。

需要注意的是，上述标准的规定主要是为了便于安装。当卷筒采用工程塑料时，线膨胀系数 α塑=(10.8～ 11.2)×10-5/C°；当卷筒采用 Q345A 时，线膨胀系数 α钢=(10.6～ 12.2)×10-6/C°。二者的线膨胀系数差别较大，在温度变化时，塑衬和卷筒之间会发生相对变形。温度变化时，两种材料的相对变形量

假设塑衬安装时的环境温度为 5 C°，使用环境温度为 40 C°，则温度变化量为 35 ℃，根据式 (1) 计算得到塑衬相对变形量如表 1 所列。

由表 1 可知，在使用环境比安装环境温度升高35 C°的条件下，当卷筒宽度大于 1.5 m 时，塑衬的相对变形量会大于 5 mm；当卷筒宽度大于 3 m 时，塑衬相对变形量会大于 10 mm。因此，在较低温度下安装塑衬时，建议塑衬生产和使用单位将该公差适当加大。塑衬的推荐节距 T 如表 2 所列。

1.3 绳槽过渡区长度及其夹角设计

平行折线绳槽塑衬包含 2 个过渡区，每个过渡区过渡半个节距。过渡区的长度与两过渡区之间的夹角如图 4 所示。

1.4 过渡块的设计及安装

过渡块的作用是给在提升机卷筒上缠绕的钢丝绳提供不间断的支撑，并对其层间过渡和圈间过渡进行引导。过渡块形状设计较为复杂，可参考文献[5-6]，在此不再赘述。本研究主要探讨平行折线绳槽塑衬过渡块的安装问题及其解决方案。

对于平行折线绳槽塑衬而言，过渡块如果采用钢材质，则安装比较困难；如果采用尼龙材质制成相同形状，则过渡块横截面积较小，在钢丝绳缠绕时的重压和冲击下，过渡块容易发生脆性断裂。因此考虑，与平行折线绳槽套相比，平行折线绳槽塑衬少缠绕 1～2 圈钢丝绳，从而使过渡块增加一定的宽度，使其能用螺栓固定在挡绳板上。

2 安装及维护

平行折线绳槽塑衬的安装与螺旋塑衬类似，先确定出绳孔位置，再从该位置顺序安装，完成后按照设计图纸安装过渡块。各过渡块的位置固定，不会出现螺旋塑衬安装时需要反复调整位置的情况。

平行折线绳槽塑衬及过渡块安装在旋转的卷筒上，受到提升钢丝绳反复的挤压和摩擦，存在松脱或被甩出的危险。在日常使用过程中，应对其进行包括以下内容的检查及维护。

(1) 塑衬及过渡块安装完毕后，在钢丝绳开始缠绕前，应该注意检查过渡块是否存在凸出于钢丝绳缠绕路径的高点。

(2) 过渡块尤其是层间过渡所用过渡块，应该每周检查其牢固性，保证其紧固安装在卷筒或者挡绳板上。

(3) 应每周检查固定塑衬和过渡块的螺栓、螺母和螺钉。

(4) 每次进行切绳头操作或者重新安装钢丝绳时，应进行以下检查流程：①检查螺栓；② 检查绳槽与钢丝绳的匹配程度；③针对过渡块抬起部分及填充部分的末端，应视觉检查其磨损、突出和完整性；④ 检查夹持器的磨损、牢固性以及完全性。

3 应用情况

2017 年，我国第一套平行折线绳槽塑衬在陈四楼煤矿投入应用，使用该塑衬的提升机应用于该矿井下作业。目前，平行折线绳槽塑衬已经在 25 台缠绕式矿井提升机上得到应用，一些项目应用的情况如表 3 所列。根据陈四楼煤矿、龙门煤矿(见图 7) 等项目现场应用的效果来看，采用平行折线绳槽塑衬后，钢丝绳缠绕过渡平稳，过渡响声小，能有效减少过渡区钢丝绳的挤压断丝现象，其多层缠绕效果与国外的平行折线绳槽套相当，优于我国目前普遍采用的螺旋塑衬。

4 结语

平行折线绳槽塑衬是一种结合了螺旋绳槽塑衬和平行折线绳槽套优点的塑衬。从现场应用的效果来看，平行折线绳槽塑衬在多层缠绕提升中的缠绕性能与国外的平行折线绳槽套相当，优于我国目前普遍采用的螺旋塑衬。在安装方面，平行折线绳槽塑衬比平行折线绳槽套方便，与螺旋塑衬的安装难易程度相当；但因过渡块的安装不用反复调整，故较螺旋塑衬简便。

平行折线绳槽塑衬的应用，对缠绕式提升机在深井提升钢丝绳多层缠绕时，促进钢丝绳平稳运行及寿命提升具有重要意义。