提升机卷筒衬木车削装置的设计

前 言 我国是个采矿大国,也是矿山机电设备制造和使用大国。从20世纪50年代仿造第一台矿山提升机以来,至今已设计制造,使用了近6000多台。随着社会需求和现代技术的高速发展,矿山工业企业亟待生产设备及设施的机械化,电气化,现代化.而矿山工业的提升机是咽喉设备,产品不断更新换代,老产品运行年深日久,原本落后的结构问题暴露突出,故障增多,严重影响矿山的安全运转,抑制了矿山工业的高速发展,给国民经济带来了不良的影响。随着国内矿井产量的日新月异的提高,对提高提升机的安全性,可靠性, 生产效率以及整机自动化运行水平, 降低操作者及维护人员的劳动强度,处理设备事故的速度与对策等,成了迫切要求.对于矿井提升机的更新改造,具有极其重要的意义。本文在现有卷筒衬木车槽装置的基础之上，通过对钢丝绳磨损的调研，卷筒部件的作用和受力情况的分析，现有设备的改进和设计，立足于方便，高效、实用的前提下对卷筒衬木车削装置进行设计，目的在于最大程度的提高钢丝绳和卷筒衬木的使用寿命，降低生产成本,缩短加工和检修周期，减轻了劳动强度。1 矿井提升机工作状况简介1.1 矿井提升机的工作现状 目前老式矿井普遍面临问题,由于长时间的运行及矿井改、扩建,原有的提升机大多已经不能满足安全生产的需要,运行中都存在有不安全的隐患,必须进行改造。但如何改造又是普遍存在的一个难题。更换提升机虽可解决问题, 但其费用高、时间长不符合煤矿实际生产的需要,为此，如何对矿井提升机进行改造,成为现代煤矿提升机发展的当务之急,并具有一定的实用性和广泛的推广价值。目前提升机的工作现状主要有以下几种: 卷筒皮内陷严重,约为1012mm,致使衬木变形严重,运行有响声。 主、副卷筒衬木磨损不一致,致使主、副卷筒运行段缠绳不一致即常说的瘸腿,造成装、卸煤困难。 卷筒的支撑件工字钢和卷筒皮均开裂严重,焊接后运行不久又开裂,且裂缝一直在增加和延伸。现主、副卷筒的8根支撑工字钢均横向断裂,卷筒皮的裂缝已经延伸到卷筒闸轮上,提升机运行时有金属错位的异常响声。 维修费用高。提升机的卷筒衬木每年必须更换一次,每次需24h, 材料消耗为3.5万元。 维修时间长。每月对卷筒进行的烧焊加固均在16h以上,消耗大量的人力、物力和时间。1.2 矿井提升机改进的几个方向1.2.1 提升机卷筒的改进常用提升机为单绳缠箕斗,配用电机功率为220KW,电机额定转速n=738r/min,制动方式是液压盘形制动闸,钢丝绳直径24.5mm,在卷筒上单层排列(钢丝绳寿命为18个月);设计提升速度=3.25m/s,为单箕斗提升,年提升量28万,但同时会出现一次循环时间延长,钢丝绳要二层缠绕,过渡处咬绳等现象(特别是箕斗装满矿石后),咬绳就更严重,使原来一年半的钢绳寿命缩短为4个月就必须更换.从而材料费用成倍地增加。(1)通过改造,材料备件费用消耗减少。(2)改造后,避免了二层缠绕,没有了过渡处的咬绳现象,既提高了钢丝绳的寿命,又提高了运行安全系数,还减少了维修人员的维修时间和维修费用。 (1) 改造方案 为把双层缠绕变为单层缠绕, 共设计了三种方案。方案1是通过缩小提升钢绳的直径,提升机结构各项参数不改变,方法简单,但高强度的钢丝绳,不属于系列产品,选购困难。而且,高强度的钢丝绳弯曲、疲劳性比较差,使用效果如何,在理论上难预测和计算,实践上没有经验。方案2是通过改变提升机卷筒的结构以及钢丝绳的缠绕间隙, 由于改变了卷筒护绳板的位置,施工工艺复杂,难度大。方案3是通过更换并加厚卷筒衬木从而加大卷筒直径,同时改变摩擦圈围绕方式,以达到以两层缠绕变为单层缠绕的目的,方案3实施起来工艺简单、易行。经过调研考察,反复论证比较,故确定采用方案3作为实施方案,如图所示增加卷筒衬木的厚度,从而加大了卷筒的直径。 由公式代人有关数据式中 H实际提升高度, 427.2m D钢丝绳直径, 31mm B卷筒宽度, 1500mm 钢丝绳间隙, 取2mm考虑摩擦圈为立式布置,存在压绳问题,因此,第一、二圈仍作摩擦圈使用。由计算得知,卷筒衬木必须在原基础上加厚90mm方能满足要求。 (2) 参数的验算略 (3) 改造后的衬板结构由于卷筒直径增大到3.2m, 卷筒衬木的厚度达180mm到,给施工和衬木制作造成困难。采用了双层衬木结构,较好地解决了这一难题,详见图2。 双层衬板采用加长螺丝一体固定,保证了两衬板之间没有间隙,其优点为： 双层衬板更换时,只需要更换外层衬板,由于内层衬板不受钢丝绳作用而磨损,因此不必更换。采用双层结构以后外层衬板的相对厚度减少且重量轻,因此,加工及更换均容易、方便。 采用单层衬板,衬板厚度要达到180mm,双层衬板外层的厚度只要120mm, 而且利用了改造前的旧衬板作用为里层衬板,厚度为60mm, 在下次更换时,内衬板保留为一,并进行必要的油浸煮沸,延长内衬的使用寿命,经计算节约木材33%. (4) 使用效果分析:主井提升机卷筒钢绳缠绕方式的技术改造于年底进行完毕,并经过4年的应用,取得了明显的安全效果和经济效益,主要有如下优点： 由于双层缠绕改为单层,从而减少了钢绳的咬绳和磨损,钢绳的使用寿命大幅度提高。改造后钢绳的使用情况统计表明,钢绳使用寿命在12一15个月之间。经过比较,每年可节约钢绳4一5根,约9.2t。 由于钢丝绳使用寿命延长,避免了由于断丝造成突发性换绳,大大地提高了主井提升系统的安全可靠性。 改造前由于钢绳使用寿命短,换绳或调绳头工作几乎每月都要进行, 既影响生产又浪费了较大的人力物力。总之,通过对卷筒钢绳缠绕方式进行技术改造,沛城煤矿主井提升机的生产效率得到了较大地提高, 取得了明显的社会及经济效益。1.2.2 矿井提升机的节能改造节能改造矿井提升机是矿井井上与井下以及井下之间的主要运输工具,是矿山运输的关键设备.它的能耗较大,耗电量一般占矿井总耗电量的30%一40%.在能源日益紧张的今天,运用各种新技术,新方法研制出新型的节能系统,并应用于矿井提升机中,用来有效地节约能源,具有重要现实意义.静液传动技术在矿井提升机中得到了广泛应用,如防爆液压绞车,制动闸等.基于能量回收与重新利用而提出的二次调节静液传动技术,二次调节静液传动技术是新发展起来的液压传动系统,它具有一系列独特的优点： (1) 二次调节静液传动系统的节能特性.对于电动机施动的矿井提升机,若要进行重力势能的回收与重新利用,需利用电动机的可逆性,即通过电动机由电动机状态向发电机状态转换来实现.电动机作发电状态时需外界有原动机(对于程技术矿井提升机是下降的负载腕动转子及使转子以略超过其同步转速的转动速度运转,此时输入的机械功率变成电功率从定子输出,使电动机作发电机运行,向电网回馈能量.矿井提升机在提升负载阶段不能进行能量回收,系统仅从电网获取能量.在下放负载时,只能在加速或等速阶段形成负力矩时才能采用发电反馈制动,向电网回馈电能,而在减速阶段不能采用发电制动.这是因为在减速阶段应使提升机从最大速度逐渐降低到零,这与矿井提升发电回馈能量时需要以超同步转速运转的要求相违背,这时的提升机需要采用其它制动方式来减速,停车.应用了二次调节静液传动技术的矿井提升机,可以通过调节二次元件的斜盘倾角实现对制动动能和重力势能的回收。（2）应用二次调节静液传动技术的矿井提升机具有以下特点:二次调节系统为压力耦联系统,可并联多个负载,此时系统功率按各个负载的平均功率之和进行设计,各自实现互不相关的控制规律,从而可对多负载系统采用集中的液压泵站,减少设备投资.现有液压绞车系统一般为由变量泵和定量马达组成的流量耦联系统,若接多个负载,系统功率需按各个负载的最大功率之和进行设计,运行过程中能耗大.对于矿井提升机来说,要保证其安全运行,必须使负载按给定速度曲线运行,并且应有良好的位置精度.二次调节系统可通过转速,位置和转矩等的复合控制实现上述要求,且控制参数少,易于实现.拖动系统正反换向可通过调整二次元件的斜盘倾角(过零点)来实现,电动机在换向过程中不需停机,这样减小了电动机频繁起动对电网的冲击.回收的能量可直接供其它系统使用或由蓄能器储存供系统在提升加速需要大流量时使用,从而使系统设计功率可按平均功率取值,这样,既减少初期设备投资,又减少运行过程中的电能消耗。对于目前常用的矿井提升机虽然也能进行能量回收,但回收后的能量形式只能是电能,回收的能量对系统的设计功率没有影响,不能减少系统的设计功率.二次调节系统直接从恒压网络中获取能量,无节流损失和溢流损失,使系统沮升减小,噪声降低,节省冷却费用。 2 钢丝绳绳槽与提升机卷筒磨损的调研分析2.1 钢丝绳的作用及磨损形式和成因2.1.1 钢丝绳的作用矿井提升钢丝绳是煤矿提升、运输系统的一个重要组成部分，关系到煤矿的正常生产，影响矿井工人的生命安全，因此煤矿安全规程对矿井提升钢丝绳有专门规定。钢丝绳的正确使用及维护是降低煤矿成本的一个重要方面。目前我国煤矿使用的钢丝绳寿命普遍较短，特别是用于斜井提升的钢丝绳，其寿命就更短。影响钢丝绳寿命的因素很多，其中磨损、锈蚀和使用不当是造成钢丝绳寿命降低的主要原因。本文仅就钢丝绳的磨损作一简单探讨。2.1.2 钢丝绳的磨损形式提升钢丝绳磨损的界定和表现形式提升钢丝绳的损坏可分为：宏观损坏和微观损坏两大类。宏观损坏可分为：a、磨损损坏，即内、外部磨损损坏；b、断丝损坏，即疲劳断丝损坏、冲击断丝损坏、振动断丝损坏；c、拉伸损坏，即冷拨拉伸损坏、冲击拉伸损坏、断丝拉伸损坏。微观损伤可分为：a、变形损伤，即挤压变形损伤、拉伸变形损伤；b、锈蚀损伤，即锈皮点蚀、麻坑；c、疲劳损伤，即拉拨疲劳损伤、弯曲疲劳损伤。现在所研究的提升钢丝绳磨损属于宏观损坏范畴，其又可分为粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、微动磨损和接触疲劳磨损。粘着磨损是指两表面在摩擦过程中，由于耗散摩擦能的绝大部分转化为热量，引起了接触面温度升高，从而造成与钢丝绳接触的材料发生软化，并且其熔化峰点在摩擦过程中将向钢丝绳表面转移所形成的磨损。磨粒磨损是指物料颗粒或硬的微凸体与材料表面相互作用而造成材料流失形成的磨损现象。腐蚀磨损是指当摩擦副在摩擦过程中，摩擦表面与周围介质发生化学或电化学反应，产生物质损失的现象。微动磨损是指摩擦表面间由一微小振幅滑动而引起的一种磨损形式。接触疲劳磨损是指当2个接触体相对滚动或滑动时，若接触区形成的循环应力超过材料的疲劳强度，则在表面将引发裂纹，并逐步扩展，最后使裂纹以上的材料断裂剥落下来的磨损过程。 综合来看，钢丝绳磨损具有一定的系统性，并且机理复杂，为此有关材料利用数理逻辑的思想，通过一系列的逻辑符号，将导致失效事件的各种可能性沿其发生过程连接起来，这样不但有利于判断提升钢丝绳失效类型对应的原因，也有利于通过钢丝绳应用的现场因素，预测出可能发生的失效类型，从而采取适宜的重点防护措施。这为煤矿生产中判断其失效原因及预防提供了可靠依据。 实践证明，在使用过程中的提升钢丝绳与使用前的提升钢丝绳相比，磨损损坏是很容易发现的。一方面钢丝绳绳径变细，外层钢丝绳磨损变形，出现外部磨损；另一方面股间和股内钢丝磨损变形，出现内部磨损。从整条钢丝绳来看，提升段以外部磨损为主，缠绕段以内部磨损为主，一般外部磨损比内部磨损严重得多。主要表现在：1）梯度磨损，垂弧启动，在提升循环中,从井口到井底，与托辊布距相对应的不同,钢丝绳与托辊的磨损依次增加，并呈现梯度变化,称为梯度磨损。梯度磨损与实际情况不完全符合,原因在于垂弧启动，矿车接触点和绳辊接触点的连线与轨道有一倾角e，e角的存在和和绳辊接触后的渐进特性，造成了下行钢丝绳与托辊间的运动先经过一个滚动过程，在弦垂钢丝绳托辊间的摩擦力矩大于阻力矩时，实现绳辊间的相对转动，这个过程为垂弧启动。滑动摩擦的多次重复造成垂弧启动段磨损严重，成为影响钢丝绳使用寿命的重要危险段。这也是斜井提升钢丝绳使用到一定时间后需要剁绳头的重要原因。2）拉锯运动，绳辊间成相对滚动状态时的钢丝绳的磨损较轻，一但托辊损坏，就会产生滚动磨损，提升过程成为绳辊间的拉锯式锉削过程，称为拉锯运动。如果绳辊材质相近，相互易磨起毛刺，会造成钢丝绳的剧烈磨损，恶性循环。拉锯运动是提升中要力求避免的。2.1.3 钢丝绳磨损形成的原因提升钢丝绳磨损形成的原因 影响钢丝绳磨损的因素有：内部因素、外部因素两大类。内部因素有：a、材质因素钢丝绳材质、滚筒和托辊的材质；b、工艺结构因素钢丝绳的结构和加工工艺；c、振动因素机械振动的固有振动。外部因素有：a、 物理因素提升量、速度、加速度、巷道倾角、长度、托辊布等；b、环境因素井巷水质、灰尘，井巷安全与道路状况；c、管理因素保管、使用、检查、试验、运行操作等。 根据磨损机理又可分为以下几种：钢丝绳在使用过程中其外周与绳道、底板、挡绳器等物体表面接触而引起的磨损为外部磨损，钢丝绳截面将减少，外周表面钢丝将磨平，钢丝绳破断载荷随之降低，在实际现象中，又有单周磨损、全周磨损。单周磨损较全周磨损更恶劣，在全长范围内，尽可能地做到均匀磨损，即全周磨损由于振动、碰撞造成的钢丝绳表面撞损，为变形磨损，这是一种局部磨损现象。如卷筒表面的钢丝绳受到其它物体的撞击，钢丝绳相互打缠、打结，或者由于咬绳，都会使钢丝绳产生变形磨损。这种变形磨损因局部挤压而变形，其钢丝横断面在挤压处向两旁伸展成翅形。从外表看，钢丝宽度扩展，虽然钢丝绳截面积减小不多，但局部挤压处的钢丝表面材质硬化，极易断丝。时间一久，变形突出部位往往磨损严重，外层钢丝也极易断丝。再者，内部磨损的因素也不可忽视：钢丝绳经过卷筒或滑轮时所承受的全部负荷压在钢丝绳的一侧，各根细钢丝的曲率半径不可能完全相同。同时，由于钢丝绳的弯曲，钢丝绳内部各根细钢丝就会相互产生作用力并且产生滑移，这时股与股之间接触应力增大，使相邻股间的钢丝产生局部压痕深凹。当反复循环拉伸弯曲时，在深凹处则产生应力集中而被折断。 2.2 钢丝绳磨损对其寿命的影响与防治措施2.2.1 钢丝绳磨损对寿命的影响钢丝绳的失效形式主要有钢丝绳的静力拉断、疲劳、腐蚀和磨损。一般情况下，钢丝绳的失效，并不是钢丝绳突然断裂，往往表现为累积式的断丝、断股和直径缩小，以致绳的强度逐渐降低，最后达到极限而破坏。 事实上，提升钢丝绳通常为丝股绳结构，钢丝绳的股与股之间及丝与丝之间成一定角度捻绕在一起，在轴向拉力和弯曲作用力下可导致股与股之间及丝与丝之间发生相对错动。虽然错动很小，但引起钢丝绳的磨损破坏，从而对钢丝绳寿命的影响却是不容忽视的。有关文章利用有限元分析模块，模拟计算了摩擦提升机钢丝绳中钢丝在不同外载影响下及随磨损深度增加而产生的应力区变化，得出了摩擦提升机钢丝应力分布与磨损程度密切相关，随磨损深度的增加，钢丝应力对挤压外载的敏感性下降的结论。这对确定钢丝绳寿命有重要意义。2.2.2 提升钢丝绳磨损的防治措施 为减轻提升钢丝绳的磨损，可通过改善托辊的结构和材质、减轻垂弧启动磨损以提高钢丝绳的保护性能外，加强对斜井检查管理，及时排除停转托辊，避免拉锯运动的发生，是保护钢丝绳的重要一环。必须加强宏观技术管理共振断绳，进行共振区段的测定，避开共振区域。对提升钢丝绳，除每日进行检查外，每周必须以0.3m/s以下的速度进行一次详细检查。钢丝绳一个捻距内的断丝达到10%时（如断丝在端部，允许切去断丝部分，继续使用），直径比开始悬挂使用时缩小10%或捻距比开始悬挂使用时延长0.5%，均应更换新绳。钢丝绳遭受卡罐或突然停罐等猛烈拉伸时，应立即停止运转，进行检查。如发现钢丝绳受到损伤，或钢丝绳延长0.5%或直径缩小10%，无须更换新绳。 为避免“咬绳”现象对钢丝绳引起巨大的磨损，可在设计井口与提升系统的相互位置时,使提升机的内偏角达到最小；对于生产矿井中各参数已确定的绞车,改善咬绳的方法之一就是适当增加,增加后,若滚筒的容绳不够时，可适当增加衬木厚度，使滚筒直径增加,以增加容绳量。也可以在衬木上车削出不等螺距的绳槽，对应于偏角小于的一段（靠近滚筒中间的一段）可把 减小到3mm，其余部分按偏角曲线逐渐车削出不咬绳的数值。对于斜井提升，采用游动天轮也可减轻咬绳现象。 对于多层缠绕对钢丝绳产生的磨损，按煤矿安全规程规定，钢丝绳在多层缠绕时，每90d错动1/4绳圈位置，使上下层受挤压段变动一下位置，并能使上下层滑动段随之错动1/4绳圈的绳长。还可以采用刻有圆环形绳槽的滚筒，这种滚筒可使槽中第1层及以后几层钢丝绳只发生1次冲击，可相对减少钢丝绳的磨损。同时,为了使第1层钢丝绳在从一圈转到另一圈的过渡位置时，能缠绕得更加平滑均匀，这部分滚筒表面应作成光滑无槽的，其光滑表面的参数可按下式计算 式中 光滑表面对滚筒的唯一角及其长度;钢丝绳螺旋上升角；钢丝绳直径； 滚筒直径；钢丝绳槽间间隙。钢丝绳产生较大的磨损，且质量大，转动惯量较大，在绞车启动和停止时对钢丝绳产生磨损。地滚应尽量采用轻质材料，且外径不宜过大，在目前尚未有理想的地滚产品之前，可以根据具体情况，设计出适合具体条件的地滚。地滚要经常检修和维护，保持运转灵活，巷道要保持清洁，清除巷内的浮岩，除掉使钢丝绳磨损的不良因素，以提高使用寿命。很多矿用的实践证明设有地滚并维护较好的，钢丝绳的使用寿命可以提高2-5倍以上。3 矿井提升机卷筒衬木的综述3.1 提升机卷筒衬木的作用及磨损情况调研3.1.1 提升机卷筒衬木的作用针对煤矿主立井提升机卷筒衬木使用情况进行分析,认为等螺距绳楷的损坏均发生于与提升机重载加速起动过程相时应的最初34圈绳槽；等螺距绳槽衬木较不等螺距绳槽衬木使用寿命短得多钢丝绳作“S”形宵曲的卷筒上的衬木首先损坏。 目前, 大部分单绳缠绕式矿并提升机卷筒均装有衬木。衬木的好坏直接影响着提升机的安全、经济运行和维修使用, 应引起足够的重视。合理选用、安装、使用和维修卷筒衬木是保证提升机安全、经济运转的必要条件。更换衬木也是耗资较大费时费力的项目之一。每更换一次衬木需几十立方米木材, 耗费大量人力、物力,需停产十几小时,是一项艰巨的工作。卷筒衬木的作用是增强提升机卷筒筒壳的强度和刚度并延长钢丝绳的使用寿命。衬木作为钢丝绳的软垫,在其上钢丝绳不会发生过度变形。衬木上刻有螺旋绳槽,使钢丝绳有规则的排列,避免“咬绳”现象,从而减少钢丝绳的磨损,并利于卷筒的均衡受力。长期使用衬木的实践证明在新衬木状态下卷筒运动是比较稳定的。当衬木磨损到一定程度后,卷筒会发出咔咔响声,严重时筒壳被压弯或产生裂纹。因为衬木严重磨损未及时更换或无衬木时,载荷将集中于筒壳的某一部分,在应力多次重复作用下, 筒壳便会发生弯曲或产生裂纹。有衬木与无衬木的筒壳金属内,弯曲应力存在如下关系： 式中： 1有衬木的筒壳表面弯曲应力； 0一无衬木的筒壳表面弯曲应力； H 衬木厚度； 一筒壳的钢板厚度。比值增加时,应力将减少,筒壳中的表面弯曲应力急剧下降。这将非常有利于筒壳的正常长期运行,同时延长使用寿命。对于一个卷筒占值是不变的,衬木厚度大时,应力就小衬木磨损或减薄时应力相应增大。筒壳弯曲应力与衬木厚度关系见图3： 图3筒壳弯曲应力与衬木厚度关系3.1.2 衬木磨损对卷筒的影响衬木磨损对卷筒的影响是很大的,必须引起高度重视。衬木磨损到一定程度应及时更换。磨损到原厚度的30%时应考虑更换,或根据具体情况予以妥善处理。大型提升机的两个卷筒衬木一般应同时更换。若只更换一个卷筒衬木，两个直径往往不等，兑剩困难，影响正常生产。焦煤九里山煤矿立井2L14X1.8提升机自1970年5月1日至1990年7月15日共使用衬木21付。平均每幅衬木使用313d，提升煤量1913678t。其中寿命最长的是第5付，使用515d，提升煤量2655973t;寿命最短的是第10付，使用122d，提升煤量866501t，提升煤量最多的是第21付，提煤3529722t，使用440d。各付衬木使用情况见表1： 表1 2L14X1.8 型提升机衬木使用情况序号起止时间使用天数/d提升量/t绳槽形式钢绳直径/mm提升量/t.d-1备注11972-05-01-1973-02-032731105042等螺距40404821973-02-03-1974-05-01450185697等螺距40412731974-05-01-1975-06-06398174882等螺距40439441975-06-06-1976-05-01329162337等螺距40.5493451976-05-01-1977-10-01515265593等螺距40.5515761977-10-01-1978-05-01210106401等螺距40506771978-05-01-1979-05-013652012105等螺距40551381979-05-01-1980-05-01272217353等螺距40623391980-02-03-1981-05-01330866501等螺距46.56586环节改造换粗绳101980-12-28-1981-05-01122260599等螺距46.57103111981-05-01-1982-05-01365260252等螺距46.57167121982-05-01-1983-05-01365276128等螺距46.57130131983-05-01-1984-05-01365302606等螺距46.57565141984-05-01-1985-11-11192163879等螺距468290151985-11-11-1986-05-01200148177等螺距468535161986-05-01-1986-10-01150129975等螺距467409171986-10-01-1987-06-28268201737等螺距46.58665181987-06-28-1988-05-01307262933等螺距46.57527更换滚筒191988-05-01-1989-05-01365289464等螺距46.59565201989-05-01-1990螺距46.58022 表1年以1980年使用的钢丝绳直径40.5mm和40mm两种，全部为国产圆股钢丝绳。1980年以后使用的钢丝绳直径改用46.5mm和46mm两种，使用的德国进口6X25填充绳和日本进口圆型股6X19+1钢丝绳及鞍钢产三角股钢丝绳。1986年以前使用的衬木均采用习惯上使用的等螺距绳槽,具体尺寸见图4。 图4不等螺距绳槽衬木示意图 等螺距绳槽的钢丝绳最大外偏角=17,最大外偏尺寸是1110mm.等螺距绳槽的损坏均发生于与提升机起动过程相对应的最初圈圈绳槽,即对应提升机重载起动时的加速阶段。首先是木屑大片剥落, 绳槽几乎成为平面, 接着便出现跑槽和咬绳现象。采取加深绳槽,钉三角带等措施仍阻止不了衬木状况的继续恶化, 使用时间不长就得更换衬木。等螺距绳槽衬木尽管使用时间有长有短, 但总提升煤量并不多。随着矿井产量的逐年增高,等螺距绳槽衬木的使用寿命越来越短,直接影响了矿井的正常生产。 1986年10月在基本不改变外偏角的情况下，（最大外偏尺寸1123mm)采用了不等螺距绳槽衬木具体尺寸见图5 图5 不等螺距绳槽衬木示图绳槽衬木使提升机起动过程中衬木的损坏情况有所改善。时至1993年, 不等螺距衬木的大螺距绳槽处还没有发现绳槽损坏。为什么等螺距绳槽的损坏全部发生于与提升机重载起动加速段相对应的最初34圈内呢？因为提升机起动时一方面静载荷最大,同时起动过程中由于加速度而产生的加速力也在随着加速度的变化逐步变化。最大加速力为 F=ma 式中 m一提升机运动系统的变位质量。 a起动加速度。3.2 提升机卷筒衬木损坏的主要形式原因及防治措施3.2.1 提升机卷筒衬木损坏的主要形式提升机起动过程中,由于罐道不直、接头不规格罐道和罐耳间隙不均匀等因素, 在提升容器运行过程中,使钢丝绳不仅受冲击力而且摆动很大,因而产生横向振动和附加动应力。提升机起动时受力最大,而等螺距绳槽间距仅50mm有些偏小,经不住加速过程中的横向振动和附加动应力的冲击, 使其过早剥落报废。相反,不等螺距绳槽间距为65mm受力情况就好得多了。钢丝绳反向弯曲(钢丝绳“S”形弯曲)的卷筒上的衬木首先损坏。九里山矿主提升机投产时固定卷筒钢丝绳为下出绳作“S”形弯曲,每次衬木损坏均发生在固定卷筒上,活动卷筒衬木损坏并不严重。而1987年提升机房更换出绳孔后,活动卷筒钢丝绳为下出绳作反向弯曲,衬木的损坏则发生在活动卷筒仁固定卷筒衬木损坏却不严重。钢丝绳作反间弯曲不仅易损坏衬木,而且也加速钢丝绳的损坏作反向弯曲的钢丝绳为什么容易造成衬木的损坏。3.2.2 提升机卷筒衬木损坏的原因 （1) 钢丝绳经过天轮时正向弯曲到卷筒上马上又作反向弯曲,对于每根钢丝其受力的变化是从最大拉伸到最大压缩,或从最大压缩到最大拉伸,从最大拉伸或最大压缩状态还未恢复原状,又来了一次最大压缩或最大拉伸同时伴有弯曲等, 在诸多作用力的综合作用下,钢丝内应力变化幅值最大。这种变化均发生在天轮绳槽至卷筒衬木之间。这种变化的内在表现是钢丝绳过早出现疲劳损坏而其外在表现必然是天轮绳槽和卷筒、衬木绳槽的磨损加剧。 （2) 钢丝绳由天轮到卷筒间作反向弯曲时,钢丝绳本身具有的编捻力矩, 因反向弯曲而相对加剧。这种编捻力矩产生的钢丝绳旋转力, 使天轮及卷筒衬木的磨损加剧,尤其对刻有螺旋绳槽的衬木，钢丝绳的旋转力使绳槽棱发生剥落,衬木绳槽底磨损剧烈,且很容易产生“咬绳”等现象。 （3) 在卷筒与天轮间,钢丝绳的“振摆”倾向是造成衬木磨损和剥落的又一个不可忽视的原因,振摆越烈,磨损越严重。振摆和钢丝绳的弦长有关, 同时和操作及钢丝绳具有的弹性有关。究竟弦长多少,后摆幅值最小这是个有待进一步探讨的问题。同家梁矿主立井提升机房未改出绳孔前,“S”形弯曲弦长为55.3m后摆比较严重,衬木损坏快些。改出绳孔后,弦长为52m,衬木磨损相对稍慢些。（4) 钢丝绳上下卷筒衬木时由于钢丝绳振摆横向磨损是不可避免的。这种横向力直接破坏了衬木的绳槽并加快衬木的损坏口针对衬木的损坏情况。3.2.3 制作和更换衬木时常采取了措施(1) 衬木以强而韧的硬木制作通常选橡木、水曲柳、愉木等。衬木的含水量不大于10%,衬木加工好后,应及时用机油煮。煮衬木的机油温度控制在100一120把衬木放在油槽内不能和油槽底部接触。(2) 煮沸约15min左右, 即看到油中没有泡沫或泡沫很少时为止。油煮衬木不干裂,不变形,可增加柔软性能,减少钢丝绳的磨损,延长钢丝绳和衬木的使用寿命。 (3) 衬木各加工表面必须平滑光洁衬木内圆弧半径应和卷筒壳外径相一致。 (4) 装配衬木应使其与筒壳接触良好。接触不好就会使筒壳应力分布不均匀,导致筒壳裂纹、变形等缺陷。 (5) 衬木绳槽最好在衬木安装好后在卷筒上制作,若事先制作好绳槽,安装时应使绳槽对准,且过渡处光滑。(6) 各部衬木安好后,将其空隙以及各衬木间隙用相应厚度木条堵死。(7) 使用中对已经剥落和磨损的衬木,用机油加黄油涂抹于衬木上使其减少磨擦和磨损也可收到一定效果。 4 常见卷筒衬木绳槽的加工方法4.1 利用普通车床加工绳槽4.1.1 利用普通车床加工绳槽示意图简介 煤矿安全规程第369条规定,滚筒上缠绕两层或两层以上钢丝绳时， 必须设有带绳槽的衬垫”。根据这一规定,利用普通车床对JK型3.5M提升机滚筒衬垫加工了绳槽,使钢丝绳排列匀整。加工步骤(参照下图)：1一一皮带轮， 2一一皮带轮轴； 3一一皮带轮轴轴承座，4一一联接螺栓， 5一一联轴器， 6一一固定盘， 7一一联接轴 8一一刀杆， 9一一CDZ6140车床，10一一盘形闸移L座骡栓；11一一车床机架，2一一平皮带，13一一联轴器，14一一连接轴，5一一车刀；16一一滚筒，17一一减速机；18一一电动机4.1.2 利用普通车床加工绳槽装置设计步骤 (1) 拆升机滚筒两端的盘形闸，利用它的地脚螺栓同定CDZ6140车床。 (2) 在车床主轴尾端装一个与提升机联轴器外径相同的皮带轮。 (3) 在车床的刀架上装一根特制的能谰换车刀的刀杆,装上车刀。 (4) 按照绳槽螺距(钢丝绳直+2mm)对照螺纹表挂好牙轮。 （5) 开动提升机,通过皮带传动,车床与提升机主轴同步旋转。 （6) 调整好刀架,先将滚筒衬垫光刀,接着按绳槽的要求(绳槽深为钢丝绳直径的0.35),调整好车刀的角度,继续切削,直完好。 4.1.3 利用普通车床加工绳槽装置技术要求 (1) 车床上皮带轮轴的中心高度必须与车床主轴的中心高度一致。 (2) 车绳槽时传动皮带不能打滑。4.2 利用车槽机加工螺旋绳槽装置（齿轮传动）4.2.1 车槽机的结构车槽机的结构如图1所示, 架体由2根平行的11#矿用工字钢焊成, 拖板2用=24mm钢板制做, 前后有导向爪, 钢板上部和C630车床刀架3相连, 下部与丝杠4(T564左), 两端由轴承座支撑, 轴承座固定在架体上,为两半链轮,合拢后卡在深度指示器传动轴上且点焊在传动轴上。,为链传动。轴5安装在轴承座内,轴承座固定在架体上,轴的前端装有伞齿轮。后端装有链轮后端也可装手轮。车刀7由方柄与刀头焊接而成刀头为圆台形, 里面钻孔, 以便排木屑之用。4.2.2 车槽机的传动原理 车槽机由深度指示器轴转动带动链轮, 转动后由链条带动链轮,带动轴6转动,轴6带动伞齿轮, 带动丝杆旋转,丝杆螺母带动拖板作轴向直线运动,拖板又带动车刀架左右移动,车刀的给进运动靠操纵小手轮来实现提升机主轴旋转一周,车刀横向46.67mm,提升钢丝绳直径为43.5mm,钢丝绳之间留有3.17mm的间隙。绳槽螺距d=46.67mm. 4.2.3 车槽机的车槽方法车槽时,首先要车外圆,车卷筒衬木外圆时, 要先车最大直径处, 滚筒旋转速度要慢。车前先把轴6后端的链轮, 拆下, 装上一个直径为33mm的手轮,车槽时搬动手轮,使丝杠旋转,拖板带动车刀架左右移动, 操纵刀架小手轮实现车刀的给进运动。开动大纹车即可进行车削,光车后要使两卷筒直径一样大。车削滚筒螺旋绳槽时,拆下手轮把链轮装在轴6上并安上链条开动绞车,进给量每次为1.5mm,车刀架的运动方向每次都是从右到左。按照有关维修质量标准,绳槽深度为钢丝绳直径的0.3倍,即要求绳槽深度为13mm左右。但根据实践经验,绳槽不宜太深,一般68mm一就能满足要求,绳槽车至7.5mm即可。车主卷筒衬木时,需将车槽机旋转180。车刀架,轴6都相应旋转且拆下,伞齿轮,把事先加工好的距离套安放在轴6上,然后把伞齿轮调头装在轴6上目的是车刀架的移动方向也是从右到左,因主、副卷筒的螺旋绳槽是右旋的。车主卷筒外圆、车绳槽与副卷筒相同,不再赘述。可用控制绳槽周长方法来控制两卷筒直径差,尽可能地缩小对罐误差。按照有关维修质量标准,两卷筒直径差不得大于2mm 周长差不得大于6.28mm。4.2.4 车槽机具有通用性根据绳槽螺距公式,只要知道钢丝绳直径,就可求出两链轮减速比.当链轮、设定后,的数值也就相应的知道了。我们用此车槽机分别对4m、2.5m及2m提升卷筒衬木进行了车削,车外圆光滑,绳槽螺旋线成型好,不仅省时省力,而且提高了衬木的加工质量,为提升机的安全运转奠定了良好的基础。4.3 摩擦轮传动车绳槽装置4.3.1 摩擦轮传动车绳槽装置传动原理 根据机械传动原理，螺旋绳槽的车制必须保证滚筒旋转一周,刀具在床身导轨上移动一个螺距。为此,采用了摩擦轮传动：提升机滚筒带动摩擦轮一摩擦轮带动丝杠螺母，从而实现了刀具在床身导轨上的移动，传动机构如附图所示： 1滚筒 2.底座 3.摩擦轮 4.丝杠螺母副 5.高速电机 6.成形铣刀 7.横向进给手轮 8.床身 9.盘形闸座4.3.2 摩擦轮传动车绳槽装置加工方法 由于在现场加工,要求加工设备简单,便于安装,并且要求加工出的螺旋绳槽的精度也较高。在加工过程中,先将滚筒衬木车圆,以便与摩擦轮的平稳传动。其运动平衡方程式为： 式中 S 螺旋绳槽的螺距 S =d + (2 3)，mm 滚筒直径，mm 摩擦轮直径，mm t 丝杠螺距，mm d 钢丝绳直径，mm 由上式可见,当滚筒直径确定后,只要适当选取丝杠螺距和摩擦轮直径，就可以加出所要求的绳槽螺距。为了保证螺旋绳槽的表面质量,采用铙削加工,在溜扳的刀架上固定一个小型电动机，在电动机的输出轴上安装成形铣刀,铣刀的形状按照绳槽盼截面形状设计。由电动机高速旋转带动成形铣刀铣削绳槽，切削深度是通过小刀架径向进刀来控制的。从而使加工出的螺旋绳槽的螺距、深度及形状比较精确,加工表面质量好。4.3.3 摩擦轮传动车绳槽装置加工时的注意事项 （1）由附图可见,因受机床床身结构的限制,摩擦轮的啮合传动部位不能加工出螺旋绳槽。为此,设计为在床身两端都可以固定摩擦轮及丝杠，当摩擦轮移至最左端时,将其从床身的左端移到床身的右端固定,以便加工剩余部分的螺旋蝇槽。 （2）为了保证滚筒衬术与摩擦轮平稳传动不产生打滑,将摩擦轮设计成带尖齿的表面。使其尖齿咬入衬木2mm左右。以实现平稳传动,从而保证正确的恃动比关系。 （3）为便于操作,床身最好固定在靠近操纵台这一侧。 （4）切削深度可掇据所选电动机功率而定。螺旋蝇槽可一次成形,也可多次切削成形。当采用多次切削成形时,只要将滚筒转向改变方向,使铣刀回到原位后,再将滚筒的方向改变,即可进行下一次切削。 （5）尽量使滚筒旋转缓慢,速度均匀以保证切削的顺利进行。 （6）铣削时，铣刀要对准出绳口。平行移动床身时,需找正,把铣刀对准原铣好的绳槽,从而保证接头处的光滑过渡。 （7）出绳口在右侧,加工右旋绳槽,用左旋丝杠。出绳口在左侧,加工左旋绳槽,用右旋丝杠。4.3.4 摩擦轮传动车绳槽装置优点： （1）这种加工提升机滚筒衬术螺旋绳槽的方法，能够保证绳槽螺距均匀、深度一致。由于采用铣削加工，表面质量较好。 （2）该方法具有传动系统简单，便于制造、安装及调整。 （3）该方法应用范围广，适甩性强只要调整摩擦轮或丝杠螺母就可以加工出各种类型的提升机滚筒衬本的螺旋绳槽。具有投资步，效率高的特点。4.4 卷筒衬木螺旋槽加工装置（利用深度指示器传动）4.4.1卷筒衬木螺旋槽加工装置工作原理 图1所示为2JK-1-8-20提升机平面安装示意图。其卷筒衬木螺旋槽加工装置的结构如图2所示。该装置利用提升机原有的电动机带动减速机及卷筒作主运动, 利用提升机主轴传动深度指示器大、小伞齿轮, 通过深度指示器传动轴带动其一对直齿轮并借助一对自制的伞齿轮将动力传给卷筒衬木螺旋槽加工装置,使加工刀具作纵向运动,手动使加工刀具作横向运动。从而完成卷筒衬木螺旋槽的加工工作。 4.4.2 托板、导轨和刀具的设计 托板采用自制的一对燕尾槽滑板,配合间隙为0.05mm。其导轨是用两根551700的光杠组成。导轨和丝杠的两端与轴承配合,轴套固定在两边的梯形支架中。导轨与轴套的配合间隙为00.05mm。丝杆与轴套的配合间隙为0.030.09mm。在托板上面安装一套旋风铣削装置。它是由2.2KW的电机驱动,通过皮带传动实现刀杆旋转。刀杆另一端装有44mm的锋钢六刃铣刀。 4.4.3 卷筒衬木螺旋槽的加工 (1) 卷筒衬木外圆的加工 为了保证螺旋槽深度的一致性,必须先加工衬木的外圆。加工衬木的外圆有两种方法一种是人工操作,即拆下图2中自制的小伞齿轮,装上手轮, 用手摇动手轮, 带动丝杠转动, 实现拖板作纵向移动另一种是自动操作, 选定走刀量为T=5mm/r。 (2) 衬木螺旋槽的加工 加工衬木螺旋槽时, 去掉:1:5的一对伞齿轮手动操作时去掉手轮, 换上:2:1的一对伞齿轮。开动提升机主电机, 使卷筒旋转, 通过各有关齿轮带动拖板作纵向运动, 即可加工出螺旋槽。 4.4.4 结语对于左卷筒衬木螺旋槽加工方法, 加工右卷筒衬木螺旋槽时, 只需将自制小伞齿轮图2中9反装即可。用该装置加工提升机卷筒衬木螺旋槽, 既保证了衬木外圆和螺旋槽的加工质量, 又缩短了加工时间和检修周期, 减轻了劳动强度。4.5 提升机卷筒衬木订槽装置设计 在卷筒衬木上刻绳槽, 目的是为了使钢丝绳在缠入卷筒时, 减少绳与绳之间的磨损。对此各种矿山安全规程都有明确规定。对很多矿山用户来说, 在这一问题上很棘手。用手工刻槽很难保证质量而且费工费时购置专用机械费用高, 利用率又很低。因此, 个别小矿甚至不刻绳槽也在使用。 根据多年实践经验和教训, 在一台1.6mm单筒提升机上用三层板钉槽, 经使用证明, 完全达到设计要求。钉槽有如下优点钉槽形成的槽邦是顺木纹的, 而刻槽时则是断木纹的, 故强度好, 而且形成的槽与槽间的峰尖很小。层板是将木纹交错制成的。根据钢绳直径大小和设计要求的钢绳间隙作图, 即可求得层板的宽度和厚度, 如附图所示。然后呈螺纹状钉在衬木上。钢绳在缠绕时顺槽定位, 运行一段时间后, 钢绳自然把衬木顺木纹压缩而形成更深的槽, 而钉上的层板并不受影响。 5. 提升机卷筒衬木车削装置的设计5.1 引言 5.1.1 提升机卷筒衬木车削装置设计的可行性卷筒衬木通常使用23年后就会出现卷筒上钢丝绳之间相互摩擦使钢丝绳使用寿命缩短,原先是在加工衬木时手工刻出绳槽,但是使用一段时间后出现钢丝绳之间相互摩擦时就无法在卷筒上手工刻槽只好更换衬木，这样生产成本就高。经过10多年的不断改进和完善，设计了卷筒衬木车削装置就可以很方便的进行卷筒衬木车削。经实践证明，该装置减少了钢丝绳的磨损，又延长了卷筒衬木的使用寿命，且可大幅度节约生产成本。机械化铣削提升机卷筒衬木绳槽比手工刻制绳槽可大幅度提高工效,减轻工人劳动强度。由于机械铣削的绳槽技术状况大为改善,从而延长了丝绳的使用寿命,提高了提升机的技术经济指标和安全可靠性。因此, 它受到企业的普遍重视。不少矿山在80年代初期已经研制出各种型式的绳槽铣削机, 譬如武山铜矿、红透山铜矿、夹皮沟金矿和定远石膏矿等这些铣槽机都不同程度地解决了卷筒衬木绳槽的制作问题, 但亦存在不足之处。 上述铣槽机大都由铣头或车刀、支架及导轨、大小带轮、工作台、传动机构、传动电动机和铣削电动机等部分组成。其刀具转速均在20007000r/min范围内。电动机功率2.24.5kw。其中定远石膏矿的铣槽机为双刀具，即两个卷筒可同时铣削绳槽。 5.1.2 目前提升机卷筒衬木车削装置存在的问题上述铣槽机在铣槽时, 有的要对衬木进行预先划线与编排顺序号, 然后安装,故比较麻烦。若直接将衬木安装后,利用手动轮制做绳槽, 则较为简捷准确有的尚需拆下部分制动闸瓦和减速机高速轴上的测速发电机皮带轮等,仍无解决工艺烦琐的问题。若在主轴上安装一个链轮, 直接带动丝杠上的链轮,既省去了4个挂轮而传动机构简单合理,又避免了拆卸上述零件而使工艺大为简化还有的在铣削绳槽时,要将主电动机脱开, 需重新配置专用的铣削机传动电动机1台和减速器2台,这不但使其结构更加复杂,而且安装、拆卸麻烦费时切削刀具或采用普通车刀,或用钻头改制, 或为单刀片。其共同的缺点是使用时磨刀频繁,切削效率低。 5.2 设计方案 (1) 基础借用卷扬机地脚螺栓，一是手动进刀位置足够，二是可以不增加基础，只是车削装置的机架略长些。 (2) 为了减少传动误差采用链条和链轮传动。 (3) 因为车削的工件是樟木，进刀量可以大些，那么进到装置就可以采用手动进刀，这样可以控制进刀量，以提高车削进度减少车削时间。 (4) 卷筒衬木车削装置示意图：5.3 卷筒衬木车削装置的详细设计步骤： 5.3.1 加