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河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文
前 言
我國(guó)是個(gè)采礦大國(guó),也是礦山機(jī)電設(shè)備制造和使用大國(guó)。從20世紀(jì)50年代仿造第一臺(tái)礦山提升機(jī)以來(lái),至今已設(shè)計(jì)制造,使用了近6000多臺(tái)。隨著社會(huì)需求和現(xiàn)代技術(shù)的高速發(fā)展,礦山工業(yè)企業(yè)亟待生產(chǎn)設(shè)備及設(shè)施的機(jī)械化,電氣化,現(xiàn)代化.而礦山工業(yè)的提升機(jī)是咽喉設(shè)備,產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代,老產(chǎn)品運(yùn)行年深日久,原本落后的結(jié)構(gòu)問(wèn)題暴露突出,故障增多,嚴(yán)重影響礦山的安全運(yùn)轉(zhuǎn),抑制了礦山工業(yè)的高速發(fā)展,給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了不良的影響。隨著國(guó)內(nèi)礦井產(chǎn)量的日新月異的提高,對(duì)提高提升機(jī)的安全性,可靠性, 生產(chǎn)效率以及整機(jī)自動(dòng)化運(yùn)行水平, 降低操作者及維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,處理設(shè)備事故的速度與對(duì)策等,成了迫切要求.對(duì)于礦井提升機(jī)的更新改造,具有極其重要的意義。
本文在現(xiàn)有卷筒襯木車槽裝置的基礎(chǔ)之上，通過(guò)對(duì)鋼絲繩磨損的調(diào)研，卷筒部件的作用和受力情況的分析，現(xiàn)有設(shè)備的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，立足于方便，高效、實(shí)用的前提下對(duì)卷筒襯木車削裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，目的在于最大程度的提高鋼絲繩和卷筒襯木的使用壽命，降低生產(chǎn)成本,縮短加工和檢修周期，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。
1 礦井提升機(jī)工作狀況簡(jiǎn)介
1.1 礦井提升機(jī)的工作現(xiàn)狀
目前老式礦井普遍面臨問(wèn)題,由于長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行及礦井改、擴(kuò)建,原有的提升機(jī)大多已經(jīng)不能滿足安全生產(chǎn)的需要,運(yùn)行中都存在有不安全的隱患,必須進(jìn)行改造。但如何改造又是普遍存在的一個(gè)難題。更換提升機(jī)雖可解決問(wèn)題, 但其費(fèi)用高、時(shí)間長(zhǎng)不符合煤礦實(shí)際生產(chǎn)的需要,為此，如何對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行改造,成為現(xiàn)代煤礦提升機(jī)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急,并具有一定的實(shí)用性和廣泛的推廣價(jià)值。
目前提升機(jī)的工作現(xiàn)狀主要有以下幾種:
① 卷筒皮內(nèi)陷嚴(yán)重,約為10~12mm,致使襯木變形嚴(yán)重,運(yùn)行有響聲。
② 主、副卷筒襯木磨損不一致,致使主、副卷筒運(yùn)行段纏繩不一致即常說(shuō)的瘸腿,造成裝、卸煤困難。
③ 卷筒的支撐件工字鋼和卷筒皮均開裂嚴(yán)重,焊接后運(yùn)行不久又開裂,且裂縫一直在增加和延伸?，F(xiàn)主、副卷筒的8根支撐工字鋼均橫向斷裂,卷筒皮的裂縫已經(jīng)延伸到卷筒閘輪上,提升機(jī)運(yùn)行時(shí)有金屬錯(cuò)位的異常響聲。
④ 維修費(fèi)用高。提升機(jī)的卷筒襯木每年必須更換一次,每次需24h, 材料消耗為3.5萬(wàn)元。
⑤ 維修時(shí)間長(zhǎng)。每月對(duì)卷筒進(jìn)行的燒焊加固均在16h以上,消耗大量的人力、物力和時(shí)間。
1.2 礦井提升機(jī)改進(jìn)的幾個(gè)方向
1.2.1 提升機(jī)卷筒的改進(jìn)
常用提升機(jī)為單繩纏箕斗,配用電機(jī)功率為220KW,電機(jī)額定轉(zhuǎn)速n=738r/min,制動(dòng)方式是液壓盤形制動(dòng)閘,鋼絲繩直徑24.5mm,在卷筒上單層排列(鋼絲繩壽命為18個(gè)月);設(shè)計(jì)提升速度=3.25m/s,為單箕斗提升,年提升量28萬(wàn),但同時(shí)會(huì)出現(xiàn)一次循環(huán)時(shí)間延長(zhǎng),鋼絲繩要二層纏繞,過(guò)渡處咬繩等現(xiàn)象(特別是箕斗裝滿礦石后),咬繩就更嚴(yán)重,使原來(lái)一年半的鋼繩壽命縮短為4個(gè)月就必須更換.從而材料費(fèi)用成倍地增加。(1)通過(guò)改造,材料備件費(fèi)用消耗減少。(2)改造后,避免了二層纏繞,沒(méi)有了過(guò)渡處的咬繩現(xiàn)象,既提高了鋼絲繩的壽命,又提高了運(yùn)行安全系數(shù),還減少了維修人員的維修時(shí)間和維修費(fèi)用。
(1) 改造方案
為把雙層纏繞變?yōu)閱螌永p繞, 共設(shè)計(jì)了三種方案。
方案1是通過(guò)縮小提升鋼繩的直徑,提升機(jī)結(jié)構(gòu)各項(xiàng)參數(shù)不改變,方法簡(jiǎn)單,但高強(qiáng)度的鋼絲繩,不屬于系列產(chǎn)品,選購(gòu)困難。而且,高強(qiáng)度的鋼絲繩彎曲、疲勞性比較差,使用效果如何,在理論上難預(yù)測(cè)和計(jì)算,實(shí)踐上沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)。方案2是通過(guò)改變提升機(jī)卷筒的結(jié)構(gòu)以及鋼絲繩的纏繞間隙, 由于改變了卷筒護(hù)繩板的位置,施工工藝復(fù)雜,難度大。方案3是通過(guò)更換并加厚卷筒襯木從而加大卷筒直徑,同時(shí)改變摩擦圈圍繞方式,以達(dá)到以兩層纏繞變?yōu)閱螌永p繞的目的,方案3實(shí)施起來(lái)工藝簡(jiǎn)單、易行。經(jīng)過(guò)調(diào)研考察,反復(fù)論證比較,故確定采用方案3作為實(shí)施方案,如圖所示增加卷筒襯木的厚度,從而加大了卷筒的直徑。
由公式代人有關(guān)數(shù)據(jù)
式中 H—實(shí)際提升高度, 427.2m
D—鋼絲繩直徑, 31mm
B—卷筒寬度, 1500mm
σ—鋼絲繩間隙, 取2mm
考慮摩擦圈為立式布置,存在壓繩問(wèn)題,因此,第一、二圈仍作摩擦圈使用。由計(jì)算得知,卷筒襯木必須在原基礎(chǔ)上加厚90mm方能滿足要求。
(2) 參數(shù)的驗(yàn)算略
(3) 改造后的襯板結(jié)構(gòu)
由于卷筒直徑增大到3.2m, 卷筒襯木的厚度達(dá)180mm到,給施工和襯木制作造成困難。采用了雙層襯木結(jié)構(gòu),較好地解決了這一難題,詳見圖2。
雙層襯板采用加長(zhǎng)螺絲一體固定,保證了兩襯板之間沒(méi)有間隙,其優(yōu)點(diǎn)為：
① 雙層襯板更換時(shí),只需要更換外層襯板,由于內(nèi)層襯板不受鋼絲繩作用而磨損,因此不必更換。采用雙層結(jié)構(gòu)以后外層襯板的相對(duì)厚度減少且重量輕,因此,加工及更換均容易、方便。
② 采用單層襯板,襯板厚度要達(dá)到180mm,雙層襯板外層的厚度只要120mm, 而且利用了改造前的舊襯板作用為里層襯板,厚度為60mm, 在下次更換時(shí),內(nèi)襯板保留為一,并進(jìn)行必要的油浸煮沸,延長(zhǎng)內(nèi)襯的使用壽命,經(jīng)計(jì)算節(jié)約木材33%.
(4) 使用效果分析:
主井提升機(jī)卷筒鋼繩纏繞方式的技術(shù)改造于年底進(jìn)行完畢,并經(jīng)過(guò)4年的應(yīng)用,取得了明顯的安全效果和經(jīng)濟(jì)效益,主要有如下優(yōu)點(diǎn)：
① 由于雙層纏繞改為單層,從而減少了鋼繩的咬繩和磨損,鋼繩的使用壽命大幅度提高。改造后鋼繩的使用情況統(tǒng)計(jì)表明,鋼繩使用壽命在12一15個(gè)月之間。經(jīng)過(guò)比較,每年可節(jié)約鋼繩4一5根,約9.2t。
② 由于鋼絲繩使用壽命延長(zhǎng),避免了由于斷絲造成突發(fā)性換繩,大大地提高了主井提升系統(tǒng)的安全可靠性。
③ 改造前由于鋼繩使用壽命短,換繩或調(diào)繩頭工作幾乎每月都要進(jìn)行, 既影響生產(chǎn)又浪費(fèi)了較大的人力物力。
總之,通過(guò)對(duì)卷筒鋼繩纏繞方式進(jìn)行技術(shù)改造,沛城煤礦主井提升機(jī)的生產(chǎn)效率得到了較大地提高, 取得了明顯的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。
1.2.2 礦井提升機(jī)的節(jié)能改造
節(jié)能改造礦井提升機(jī)是礦井井上與井下以及井下之間的主要運(yùn)輸工具,是礦山運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備.它的能耗較大,耗電量一般占礦井總耗電量的30%一40%.在能源日益緊張的今天,運(yùn)用各種新技術(shù),新方法研制出新型的節(jié)能系統(tǒng),并應(yīng)用于礦井提升機(jī)中,用來(lái)有效地節(jié)約能源,具有重要現(xiàn)實(shí)意義.靜液傳動(dòng)技術(shù)在礦井提升機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用,如防爆液壓絞車,制動(dòng)閘等.基于能量回收與重新利用而提出的二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù),
二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)是新發(fā)展起來(lái)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng),它具有一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：
(1) 二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能特性.對(duì)于電動(dòng)機(jī)施動(dòng)的礦井提升機(jī),若要進(jìn)行重力勢(shì)能的回收與重新利用,需利用電動(dòng)機(jī)的可逆性,即通過(guò)電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)狀態(tài)向發(fā)電機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn).電動(dòng)機(jī)作發(fā)電狀態(tài)時(shí)需外界有原動(dòng)機(jī)(對(duì)于程技術(shù)礦井提升機(jī)是下降的負(fù)載腕動(dòng)轉(zhuǎn)子及使轉(zhuǎn)子以略超過(guò)其同步轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)動(dòng)速度運(yùn)轉(zhuǎn),此時(shí)輸入的機(jī)械功率變成電功率從定子輸出,使電動(dòng)機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行,向電網(wǎng)回饋能量.礦井提升機(jī)在提升負(fù)載階段不能進(jìn)行能量回收,系統(tǒng)僅從電網(wǎng)獲取能量.在下放負(fù)載時(shí),只能在加速或等速階段形成負(fù)力矩時(shí)才能采用發(fā)電反饋制動(dòng),向電網(wǎng)回饋電能,而在減速階段不能采用發(fā)電制動(dòng).這是因?yàn)樵跍p速階段應(yīng)使提升機(jī)從最大速度逐漸降低到零,這與礦井提升發(fā)電回饋能量時(shí)需要以超同步轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求相違背,這時(shí)的提升機(jī)需要采用其它制動(dòng)方式來(lái)減速,停車.應(yīng)用了二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)的礦井提升機(jī),可以通過(guò)調(diào)節(jié)二次元件的斜盤傾角實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)動(dòng)能和重力勢(shì)能的回收。
（2）應(yīng)用二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)的礦井提升機(jī)具有以下特點(diǎn):①二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)為壓力耦聯(lián)系統(tǒng),可并聯(lián)多個(gè)負(fù)載,此時(shí)系統(tǒng)功率按各個(gè)負(fù)載的平均功率之和進(jìn)行設(shè)計(jì),各自實(shí)現(xiàn)互不相關(guān)的控制規(guī)律,從而可對(duì)多負(fù)載系統(tǒng)采用集中的液壓泵站,減少設(shè)備投資.現(xiàn)有液壓絞車系統(tǒng)一般為由變量泵和定量馬達(dá)組成的流量耦聯(lián)系統(tǒng),若接多個(gè)負(fù)載,系統(tǒng)功率需按各個(gè)負(fù)載的最大功率之和進(jìn)行設(shè)計(jì),運(yùn)行過(guò)程中能耗大.②對(duì)于礦井提升機(jī)來(lái)說(shuō),要保證其安全運(yùn)行,必須使負(fù)載按給定速度曲線運(yùn)行,并且應(yīng)有良好的位置精度.二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)可通過(guò)轉(zhuǎn)速,位置和轉(zhuǎn)矩等的復(fù)合控制實(shí)現(xiàn)上述要求,且控制參數(shù)少,易于實(shí)現(xiàn).③拖動(dòng)系統(tǒng)正反換向可通過(guò)調(diào)整二次元件的斜盤傾角(過(guò)零點(diǎn))來(lái)實(shí)現(xiàn),電動(dòng)機(jī)在換向過(guò)程中不需停機(jī),這樣減小了電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊.④回收的能量可直接供其它系統(tǒng)使用或由蓄能器儲(chǔ)存供系統(tǒng)在提升加速需要大流量時(shí)使用,從而使系統(tǒng)設(shè)計(jì)功率可按平均功率取值,這樣,既減少初期設(shè)備投資,又減少運(yùn)行過(guò)程中的電能消耗。對(duì)于目前常用的礦井提升機(jī)雖然也能進(jìn)行能量回收,但回收后的能量形式只能是電能,回收的能量對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功率沒(méi)有影響,不能減少系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功率.⑤二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)直接從恒壓網(wǎng)絡(luò)中獲取能量,無(wú)節(jié)流損失和溢流損失,使系統(tǒng)沮升減小,噪聲降低,節(jié)省冷卻費(fèi)用。
2 鋼絲繩繩槽與提升機(jī)卷筒磨損的調(diào)研分析
2.1 鋼絲繩的作用及磨損形式和成因
2.1.1 鋼絲繩的作用
礦井提升鋼絲繩是煤礦提升、運(yùn)輸系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，關(guān)系到煤礦的正常生產(chǎn)，影響礦井工人的生命安全，因此《煤礦安全規(guī)程》對(duì)礦井提升鋼絲繩有專門規(guī)定。鋼絲繩的正確使用及維護(hù)是降低煤礦成本的一個(gè)重要方面。目前我國(guó)煤礦使用的鋼絲繩壽命普遍較短，特別是用于斜井提升的鋼絲繩，其壽命就更短。影響鋼絲繩壽命的因素很多，其中磨損、銹蝕和使用不當(dāng)是造成鋼絲繩壽命降低的主要原因。本文僅就鋼絲繩的磨損作一簡(jiǎn)單探討。
2.1.2 鋼絲繩的磨損形式
提升鋼絲繩磨損的界定和表現(xiàn)形式提升鋼絲繩的損壞可分為：宏觀損壞和微觀損壞兩大類。
宏觀損壞可分為：
a、磨損損壞，即內(nèi)、外部磨損損壞；
b、斷絲損壞，即疲勞斷絲損壞、沖擊斷絲損壞、振動(dòng)斷絲損壞；
c、拉伸損壞，即冷撥拉伸損壞、沖擊拉伸損壞、斷絲拉伸損壞。
微觀損傷可分為：
a、變形損傷，即擠壓變形損傷、拉伸變形損傷；
b、銹蝕損傷，即銹皮點(diǎn)蝕、麻坑；
c、疲勞損傷，即拉撥疲勞損傷、彎曲疲勞損傷。
現(xiàn)在所研究的提升鋼絲繩磨損屬于宏觀損壞范疇，其又可分為粘著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、微動(dòng)磨損和接觸疲勞磨損。粘著磨損是指兩表面在摩擦過(guò)程中，由于耗散摩擦能的絕大部分轉(zhuǎn)化為熱量，引起了接觸面溫度升高，從而造成與鋼絲繩接觸的材料發(fā)生軟化，并且其熔化峰點(diǎn)在摩擦過(guò)程中將向鋼絲繩表面轉(zhuǎn)移所形成的磨損。磨粒磨損是指物料顆?；蛴驳奈⑼贵w與材料表面相互作用而造成材料流失形成的磨損現(xiàn)象。腐蝕磨損是指當(dāng)摩擦副在摩擦過(guò)程中，摩擦表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生物質(zhì)損失的現(xiàn)象。微動(dòng)磨損是指摩擦表面間由一微小振幅滑動(dòng)而引起的一種磨損形式。接觸疲勞磨損是指當(dāng)2個(gè)接觸體相對(duì)滾動(dòng)或滑動(dòng)時(shí)，若接觸區(qū)形成的循環(huán)應(yīng)力超過(guò)材料的疲勞強(qiáng)度，則在表面將引發(fā)裂紋，并逐步擴(kuò)展，最后使裂紋以上的材料斷裂剝落下來(lái)的磨損過(guò)程。
綜合來(lái)看，鋼絲繩磨損具有一定的系統(tǒng)性，并且機(jī)理復(fù)雜，為此有關(guān)材料利用數(shù)理邏輯的思想，通過(guò)一系列的邏輯符號(hào)，將導(dǎo)致失效事件的各種可能性沿其發(fā)生過(guò)程連接起來(lái)，這樣不但有利于判斷提升鋼絲繩失效類型對(duì)應(yīng)的原因，也有利于通過(guò)鋼絲繩應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)因素，預(yù)測(cè)出可能發(fā)生的失效類型，從而采取適宜的重點(diǎn)防護(hù)措施。這為煤礦生產(chǎn)中判斷其失效原因及預(yù)防提供了可靠依據(jù)。 實(shí)踐證明，在使用過(guò)程中的提升鋼絲繩與使用前的提升鋼絲繩相比，磨損損壞是很容易發(fā)現(xiàn)的。一方面鋼絲繩繩徑變細(xì)，外層鋼絲繩磨損變形，出現(xiàn)外部磨損；另一方面股間和股內(nèi)鋼絲磨損變形，出現(xiàn)內(nèi)部磨損。
從整條鋼絲繩來(lái)看，提升段以外部磨損為主，纏繞段以內(nèi)部磨損為主，一般外部磨損比內(nèi)部磨損嚴(yán)重得多。主要表現(xiàn)在：1）梯度磨損，垂弧啟動(dòng)，在提升循環(huán)中,從井口到井底，與托輥布距相對(duì)應(yīng)的不同,鋼絲繩與托輥的磨損依次增加，并呈現(xiàn)梯度變化,稱為梯度磨損。梯度磨損與實(shí)際情況不完全符合,原因在于垂弧啟動(dòng)，礦車接觸點(diǎn)和繩輥接觸點(diǎn)的連線與軌道有一傾角e，e角的存在和和繩輥接觸后的漸進(jìn)特性，造成了下行鋼絲繩與托輥間的運(yùn)動(dòng)先經(jīng)過(guò)一個(gè)滾動(dòng)過(guò)程，在弦垂鋼絲繩托輥間的摩擦力矩大于阻力矩時(shí)，實(shí)現(xiàn)繩輥間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)過(guò)程為垂弧啟動(dòng)?；瑒?dòng)摩擦的多次重復(fù)造成垂弧啟動(dòng)段磨損嚴(yán)重，成為影響鋼絲繩使用壽命的重要危險(xiǎn)段。這也是斜井提升鋼絲繩使用到一定時(shí)間后需要剁繩頭的重要原因。2）拉鋸運(yùn)動(dòng)，繩輥間成相對(duì)滾動(dòng)狀態(tài)時(shí)的鋼絲繩的磨損較輕，一但托輥損壞，就會(huì)產(chǎn)生滾動(dòng)磨損，提升過(guò)程成為繩輥間的拉鋸式銼削過(guò)程，稱為拉鋸運(yùn)動(dòng)。如果繩輥材質(zhì)相近，相互易磨起毛刺，會(huì)造成鋼絲繩的劇烈磨損，惡性循環(huán)。拉鋸運(yùn)動(dòng)是提升中要力求避免的。
2.1.3 鋼絲繩磨損形成的原因
提升鋼絲繩磨損形成的原因 影響鋼絲繩磨損的因素有：內(nèi)部因素、外部因素兩大類。
內(nèi)部因素有：
a、材質(zhì)因素—鋼絲繩材質(zhì)、滾筒和托輥的材質(zhì)；
b、工藝結(jié)構(gòu)因素—鋼絲繩的結(jié)構(gòu)和加工工藝；
c、振動(dòng)因素—機(jī)械振動(dòng)的固有振動(dòng)。
外部因素有：
a、 物理因素—提升量、速度、加速度、巷道傾角、長(zhǎng)度、托輥布等；
b、環(huán)境因素—井巷水質(zhì)、灰塵，井巷安全與道路狀況；
c、管理因素—保管、使用、檢查、試驗(yàn)、運(yùn)行操作等。
根據(jù)磨損機(jī)理又可分為以下幾種：鋼絲繩在使用過(guò)程中其外周與繩道、底板、擋繩器等物體表面接觸而引起的磨損為外部磨損，鋼絲繩截面將減少，外周表面鋼絲將磨平，鋼絲繩破斷載荷隨之降低，在實(shí)際現(xiàn)象中，又有單周磨損、全周磨損。單周磨損較全周磨損更惡劣，在全長(zhǎng)范圍內(nèi)，盡可能地做到均勻磨損，即全周磨損由于振動(dòng)、碰撞造成的鋼絲繩表面撞損，為變形磨損，這是一種局部磨損現(xiàn)象。如卷筒表面的鋼絲繩受到其它物體的撞擊，鋼絲繩相互打纏、打結(jié)，或者由于咬繩，都會(huì)使鋼絲繩產(chǎn)生變形磨損。這種變形磨損因局部擠壓而變形，其鋼絲橫斷面在擠壓處向兩旁伸展成翅形。
從外表看，鋼絲寬度擴(kuò)展，雖然鋼絲繩截面積減小不多，但局部擠壓處的鋼絲表面材質(zhì)硬化，極易斷絲。時(shí)間一久，變形突出部位往往磨損嚴(yán)重，外層鋼絲也極易斷絲。再者，內(nèi)部磨損的因素也不可忽視：鋼絲繩經(jīng)過(guò)卷筒或滑輪時(shí)所承受的全部負(fù)荷壓在鋼絲繩的一側(cè)，各根細(xì)鋼絲的曲率半徑不可能完全相同。同時(shí)，由于鋼絲繩的彎曲，鋼絲繩內(nèi)部各根細(xì)鋼絲就會(huì)相互產(chǎn)生作用力并且產(chǎn)生滑移，這時(shí)股與股之間接觸應(yīng)力增大，使相鄰股間的鋼絲產(chǎn)生局部壓痕深凹。當(dāng)反復(fù)循環(huán)拉伸彎曲時(shí)，在深凹處則產(chǎn)生應(yīng)力集中而被折斷。
2.2 鋼絲繩磨損對(duì)其壽命的影響與防治措施?
2.2.1 鋼絲繩磨損對(duì)壽命的影響
鋼絲繩的失效形式主要有鋼絲繩的靜力拉斷、疲勞、腐蝕和磨損。一般情況下，鋼絲繩的失效，并不是鋼絲繩突然斷裂，往往表現(xiàn)為累積式的斷絲、斷股和直徑縮小，以致繩的強(qiáng)度逐漸降低，最后達(dá)到極限而破壞。
事實(shí)上，提升鋼絲繩通常為絲—股—繩結(jié)構(gòu)，鋼絲繩的股與股之間及絲與絲之間成一定角度捻繞在一起，在軸向拉力和彎曲作用力下可導(dǎo)致股與股之間及絲與絲之間發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。雖然錯(cuò)動(dòng)很小，但引起鋼絲繩的磨損破壞，從而對(duì)鋼絲繩壽命的影響卻是不容忽視的。有關(guān)文章利用有限元分析模塊，模擬計(jì)算了摩擦提升機(jī)鋼絲繩中鋼絲在不同外載影響下及隨磨損深度增加而產(chǎn)生的應(yīng)力區(qū)變化，得出了摩擦提升機(jī)鋼絲應(yīng)力分布與磨損程度密切相關(guān)，隨磨損深度的增加，鋼絲應(yīng)力對(duì)擠壓外載的敏感性下降的結(jié)論。這對(duì)確定鋼絲繩壽命有重要意義。
2.2.2 提升鋼絲繩磨損的防治措施
為減輕提升鋼絲繩的磨損，可通過(guò)改善托輥的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)、減輕垂弧啟動(dòng)磨損以提高鋼絲繩的保護(hù)性能外，加強(qiáng)對(duì)斜井檢查管理，及時(shí)排除停轉(zhuǎn)托輥，避免拉鋸運(yùn)動(dòng)的發(fā)生，是保護(hù)鋼絲繩的重要一環(huán)。必須加強(qiáng)宏觀技術(shù)管理共振斷繩，進(jìn)行共振區(qū)段的測(cè)定，避開共振區(qū)域。對(duì)提升鋼絲繩，除每日進(jìn)行檢查外，每周必須以0.3m/s以下的速度進(jìn)行一次詳細(xì)檢查。鋼絲繩一個(gè)捻距內(nèi)的斷絲達(dá)到10%時(shí)（如斷絲在端部，允許切去斷絲部分，繼續(xù)使用），直徑比開始懸掛使用時(shí)縮小10%或捻距比開始懸掛使用時(shí)延長(zhǎng)0.5%，均應(yīng)更換新繩。鋼絲繩遭受卡罐或突然停罐等猛烈拉伸時(shí)，應(yīng)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行檢查。如發(fā)現(xiàn)鋼絲繩受到損傷，或鋼絲繩延長(zhǎng)0.5%或直徑縮小10%，無(wú)須更換新繩。
??為避免“咬繩”現(xiàn)象對(duì)鋼絲繩引起巨大的磨損，可在設(shè)計(jì)井口與提升系統(tǒng)的相互位置時(shí),使提升機(jī)的內(nèi)偏角達(dá)到最小；對(duì)于生產(chǎn)礦井中各參數(shù)已確定的絞車,改善咬繩的方法之一就是適當(dāng)增加,增加后,若滾筒的容繩不夠時(shí)，可適當(dāng)增加襯木厚度，使?jié)L筒直徑增加,以增加容繩量。也可以在襯木上車削出不等螺距的繩槽，對(duì)應(yīng)于偏角小于的一段（靠近滾筒中間的一段）可把 減小到3mm，其余部分按偏角曲線逐漸車削出不咬繩的數(shù)值。對(duì)于斜井提升，采用游動(dòng)天輪也可減輕咬繩現(xiàn)象。
對(duì)于多層纏繞對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生的磨損，按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，鋼絲繩在多層纏繞時(shí)，每90d錯(cuò)動(dòng)1/4繩圈位置，使上下層受擠壓段變動(dòng)一下位置，并能使上下層滑動(dòng)段隨之錯(cuò)動(dòng)1/4繩圈的繩長(zhǎng)。還可以采用刻有圓環(huán)形繩槽的滾筒，這種滾筒可使槽中第1層及以后幾層鋼絲繩只發(fā)生1次沖擊，可相對(duì)減少鋼絲繩的磨損。同時(shí),為了使第1層鋼絲繩在從一圈轉(zhuǎn)到另一圈的過(guò)渡位置時(shí)，能纏繞得更加平滑均勻，這部分滾筒表面應(yīng)作成光滑無(wú)槽的，其光滑表面的參數(shù)可按下式計(jì)算 式中 —光滑表面對(duì)滾筒的唯一角及其長(zhǎng)度;—鋼絲繩螺旋上升角；—鋼絲繩直徑； —滾筒直徑；—鋼絲繩槽間間隙。
鋼絲繩產(chǎn)生較大的磨損，且質(zhì)量大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，在絞車啟動(dòng)和停止時(shí)對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生磨損。地滾應(yīng)盡量采用輕質(zhì)材料，且外徑不宜過(guò)大，在目前尚未有理想的地滾產(chǎn)品之前，可以根據(jù)具體情況，設(shè)計(jì)出適合具體條件的地滾。地滾要經(jīng)常檢修和維護(hù)，保持運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，巷道要保持清潔，清除巷內(nèi)的浮巖，除掉使鋼絲繩磨損的不良因素，以提高使用壽命。很多礦用的實(shí)踐證明設(shè)有地滾并維護(hù)較好的，鋼絲繩的使用壽命可以提高2-5倍以上。
3 礦井提升機(jī)卷筒襯木的綜述
3.1 提升機(jī)卷筒襯木的作用及磨損情況調(diào)研
3.1.1 提升機(jī)卷筒襯木的作用
針對(duì)煤礦主立井提升機(jī)卷筒襯木使用情況進(jìn)行分析,認(rèn)為等螺距繩楷的損壞均發(fā)生于與提升機(jī)重載加速起動(dòng)過(guò)程相時(shí)應(yīng)的最初3～4圈繩槽；等螺距繩槽襯木較不等螺距繩槽襯木使用壽命短得多鋼絲繩作“S”形宵曲的卷筒上的襯木首先損壞。
目前, 大部分單繩纏繞式礦并提升機(jī)卷筒均裝有襯木。襯木的好壞直接影響著提升機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和維修使用, 應(yīng)引起足夠的重視。合理選用、安裝、使用和維修卷筒襯木是保證提升機(jī)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件。更換襯木也是耗資較大費(fèi)時(shí)費(fèi)力的項(xiàng)目之一。每更換一次襯木需幾十立方米木材, 耗費(fèi)大量人力、物力,需停產(chǎn)十幾小時(shí),是一項(xiàng)艱巨的工作。
卷筒襯木的作用是增強(qiáng)提升機(jī)卷筒筒殼的強(qiáng)度和剛度并延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命。襯木作為鋼絲繩的軟墊,在其上鋼絲繩不會(huì)發(fā)生過(guò)度變形。襯木上刻有螺旋繩槽,使鋼絲繩有規(guī)則的排列,避免“咬繩”現(xiàn)象,從而減少鋼絲繩的磨損,并利于卷筒的均衡受力。長(zhǎng)期使用襯木的實(shí)踐證明在新襯木狀態(tài)下卷筒運(yùn)動(dòng)是比較穩(wěn)定的。當(dāng)襯木磨損到一定程度后,卷筒會(huì)發(fā)出咔咔響聲,嚴(yán)重時(shí)筒殼被壓彎或產(chǎn)生裂紋。因?yàn)橐r木嚴(yán)重磨損未及時(shí)更換或無(wú)襯木時(shí),載荷將集中于筒殼的某一部分,在應(yīng)力多次重復(fù)作用下, 筒殼便會(huì)發(fā)生彎曲或產(chǎn)生裂紋。
有襯木與無(wú)襯木的筒殼金屬內(nèi),彎曲應(yīng)力存在如下關(guān)系：
式中：
σ1—有襯木的筒殼表面彎曲應(yīng)力；
σ0一無(wú)襯木的筒殼表面彎曲應(yīng)力；
H —襯木厚度；
一筒殼的鋼板厚度。
比值增加時(shí),應(yīng)力將減少,筒殼中的表面彎曲應(yīng)力急劇下降。這將非常有利于筒殼的正常長(zhǎng)期運(yùn)行,同時(shí)延長(zhǎng)使用壽命。對(duì)于一個(gè)卷筒占值是不變的,襯木厚度大時(shí),應(yīng)力就小襯木磨損或減薄時(shí)應(yīng)力相應(yīng)增大。
筒殼彎曲應(yīng)力與襯木厚度關(guān)系見圖3：
圖3筒殼彎曲應(yīng)力與襯木厚度關(guān)系
3.1.2 襯木磨損對(duì)卷筒的影響
襯木磨損對(duì)卷筒的影響是很大的,必須引起高度重視。襯木磨損到一定程度應(yīng)及時(shí)更換。磨損到原厚度的30%時(shí)應(yīng)考慮更換,或根據(jù)具體情況予以妥善處理。大型提升機(jī)的兩個(gè)卷筒襯木一般應(yīng)同時(shí)更換。若只更換一個(gè)卷筒襯木，兩個(gè)直徑往往不等，兌剩困難，影響正常生產(chǎn)。
焦煤九里山煤礦立井2L14X1.8提升機(jī)自1970年5月1日至1990年7月15日共使用襯木21付。平均每幅襯木使用313d，提升煤量1913678t。其中壽命最長(zhǎng)的是第5付，使用515d，提升煤量2655973t;壽命最短的是第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。各付襯木使用情況見表1：
表1 2L14X1.8 型提升機(jī)襯木使用情況
序號(hào)
起止時(shí)間
使用天數(shù)/d
提升量/t
繩槽形式
鋼繩直徑/mm
提升量/t.d-1
備注
1
1972-05-01-1973-02-03
273
1105042
等螺距
40
4048
2
1973-02-03-1974-05-01
450
185697
等螺距
40
4127
3
1974-05-01-1975-06-06
398
174882
等螺距
40
4394
4
1975-06-06-1976-05-01
329
162337
等螺距
40.5
4934
5
1976-05-01-1977-10-01
515
265593
等螺距
40.5
5157
6
1977-10-01-1978-05-01
210
106401
等螺距
40
5067
7
1978-05-01-1979-05-01
365
2012105
等螺距
40
5513
8
1979-05-01-1980-05-01
272
217353
等螺距
40
6233
9
1980-02-03-1981-05-01
330
866501
等螺距
46.5
6586
環(huán)節(jié)改造換粗繩
10
1980-12-28-1981-05-01
122
260599
等螺距
46.5
7103
11
1981-05-01-1982-05-01
365
260252
等螺距
46.5
7167
12
1982-05-01-1983-05-01
365
276128
等螺距
46.5
7130
13
1983-05-01-1984-05-01
365
302606
等螺距
46.5
7565
14
1984-05-01-1985-11-11
192
163879
等螺距
46
8290
15
1985-11-11-1986-05-01
200
148177
等螺距
46
8535
16
1986-05-01-1986-10-01
150
129975
等螺距
46
7409
17
1986-10-01-1987-06-28
268
201737
等螺距
46.5
8665
18
1987-06-28-1988-05-01
307
262933
等螺距
46.5
7527
更換滾筒
19
1988-05-01-1989-05-01
365
289464
等螺距
46.5
9565
20
1989-05-01-1990-07-15
440
325972
等螺距
46.5
8022
表1年以1980年使用的鋼絲繩直徑40.5mm和40mm兩種，全部為國(guó)產(chǎn)圓股鋼絲繩。1980年以后使用的鋼絲繩直徑改用46.5mm和46mm兩種，使用的德國(guó)進(jìn)口6X25填充繩和日本進(jìn)口圓型股6X19+1鋼絲繩及鞍鋼產(chǎn)三角股鋼絲繩。
1986年以前使用的襯木均采用習(xí)慣上使用的等螺距繩槽,具體尺寸見圖4。
圖4不等螺距繩槽襯木示意圖
等螺距繩槽的鋼絲繩最大外偏角γ=1°7′,最大外偏尺寸是1110mm.等螺距繩槽的損壞均發(fā)生于與提升機(jī)起動(dòng)過(guò)程相對(duì)應(yīng)的最初圈圈繩槽,即對(duì)應(yīng)提升機(jī)重載起動(dòng)時(shí)的加速階段。首先是木屑大片剝落, 繩槽幾乎成為平面, 接著便出現(xiàn)跑槽和咬繩現(xiàn)象。采取加深繩槽,釘三角帶等措施仍阻止不了襯木狀況的繼續(xù)惡化, 使用時(shí)間不長(zhǎng)就得更換襯木。等螺距繩槽襯木盡管使用時(shí)間有長(zhǎng)有短, 但總提升煤量并不多。隨著礦井產(chǎn)量的逐年增高,等螺距繩槽襯木的使用壽命越來(lái)越短,直接影響了礦井的正常生產(chǎn)。
1986年10月在基本不改變外偏角的情況下，（最大外偏尺寸1123mm)采用了不等螺距繩槽襯木具體尺寸見圖5
圖5 不等螺距繩槽襯木示圖
繩槽襯木使提升機(jī)起動(dòng)過(guò)程中襯木的損壞情況有所改善。時(shí)至1993年, 不等螺距襯木的大螺距繩槽處還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)繩槽損壞。為什么等螺距繩槽的損壞全部發(fā)生于與提升機(jī)重載起動(dòng)加速段相對(duì)應(yīng)的最初3~4圈內(nèi)呢？因?yàn)樘嵘龣C(jī)起動(dòng)時(shí)一方面靜載荷最大,同時(shí)起動(dòng)過(guò)程中由于加速度而產(chǎn)生的加速力也在隨著加速度的變化逐步變化。最大加速力為
F=∑ma
式中 ∑m一提升機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的變位質(zhì)量。
a—起動(dòng)加速度。
3.2 提升機(jī)卷筒襯木損壞的主要形式原因及防治措施
3.2.1 提升機(jī)卷筒襯木損壞的主要形式
提升機(jī)起動(dòng)過(guò)程中,由于罐道不直、接頭不規(guī)格罐道和罐耳間隙不均勻等因素, 在提升容器運(yùn)行過(guò)程中,使鋼絲繩不僅受沖擊力而且擺動(dòng)很大,因而產(chǎn)生橫向振動(dòng)和附加動(dòng)應(yīng)力。提升機(jī)起動(dòng)時(shí)受力最大,而等螺距繩槽間距僅50mm有些偏小,經(jīng)不住加速過(guò)程中的橫向振動(dòng)和附加動(dòng)應(yīng)力的沖擊, 使其過(guò)早剝落報(bào)廢。相反,不等螺距繩槽間距為65mm受力情況就好得多了。鋼絲繩反向彎曲(鋼絲繩“S”形彎曲)的卷筒上的襯木首先損壞。九里山礦主提升機(jī)投產(chǎn)時(shí)固定卷筒鋼絲繩為下出繩作“S”形彎曲,每次襯木損壞均發(fā)生在固定卷筒上,活動(dòng)卷筒襯木損壞并不嚴(yán)重。而1987年提升機(jī)房更換出繩孔后,活動(dòng)卷筒鋼絲繩為下出繩作反向彎曲,襯木的損壞則發(fā)生在活動(dòng)卷筒仁固定卷筒襯木損壞卻不嚴(yán)重。鋼絲繩作反間彎曲不僅易損壞襯木,而且也加速鋼絲繩的損壞作反向彎曲的鋼絲繩為什么容易造成襯木的損壞。
3.2.2 提升機(jī)卷筒襯木損壞的原因
（1) 鋼絲繩經(jīng)過(guò)天輪時(shí)正向彎曲到卷筒上馬上又作反向彎曲,對(duì)于每根鋼絲其受力的變化是從最大拉伸到最大壓縮,或從最大壓縮到最大拉伸,從最大拉伸或最大壓縮狀態(tài)還未恢復(fù)原狀,又來(lái)了一次最大壓縮或最大拉伸同時(shí)伴有彎曲等, 在諸多作用力的綜合作用下,鋼絲內(nèi)應(yīng)力變化幅值最大。這種變化均發(fā)生在天輪繩槽至卷筒襯木之間。這種變化的內(nèi)在表現(xiàn)是鋼絲繩過(guò)早出現(xiàn)疲勞損壞而其外在表現(xiàn)必然是天輪繩槽和卷筒、襯木繩槽的磨損加劇。
（2) 鋼絲繩由天輪到卷筒間作反向彎曲時(shí),鋼絲繩本身具有的編捻力矩, 因反向彎曲而相對(duì)加劇。這種編捻力矩產(chǎn)生的鋼絲繩旋轉(zhuǎn)力, 使天輪及卷筒襯木的磨損加劇,尤其對(duì)刻有螺旋繩槽的襯木，鋼絲繩的旋轉(zhuǎn)力使繩槽棱發(fā)生剝落,襯木繩槽底磨損劇烈,且很容易產(chǎn)生“咬繩”等現(xiàn)象。
（3) 在卷筒與天輪間,鋼絲繩的“振擺”傾向是造成襯木磨損和剝落的又一個(gè)不可忽視的原因,振擺越烈,磨損越嚴(yán)重。振擺和鋼絲繩的弦長(zhǎng)有關(guān), 同時(shí)和操作及鋼絲繩具有的彈性有關(guān)。究竟弦長(zhǎng)多少,后擺幅值最小這是個(gè)有待進(jìn)一步探討的問(wèn)題。同家梁礦主立井提升機(jī)房未改出繩孔前,“S”形彎曲弦長(zhǎng)為55.3m后擺比較嚴(yán)重,襯木損壞快些。改出繩孔后,弦長(zhǎng)為52m,襯木磨損相對(duì)稍慢些。
（4) 鋼絲繩上下卷筒襯木時(shí)由于鋼絲繩振擺橫向磨損是不可避免的。這種橫向力直接破壞了襯木的繩槽并加快襯木的損壞口針對(duì)襯木的損壞情況。
3.2.3 制作和更換襯木時(shí)常采取了措施
(1) 襯木以強(qiáng)而韌的硬木制作通常選橡木、水曲柳、愉木等。襯木的含水量不大于10%,襯木加工好后,應(yīng)及時(shí)用機(jī)油煮。煮襯木的機(jī)油溫度控制在100℃一120把襯木放在油槽內(nèi)不能和油槽底部接觸。
(2) 煮沸約15min左右, 即看到油中沒(méi)有泡沫或泡沫很少時(shí)為止。油煮襯木不干裂,不變形,可增加柔軟性能,減少鋼絲繩的磨損,延長(zhǎng)鋼絲繩和襯木的使用壽命。
(3) 襯木各加工表面必須平滑光潔襯木內(nèi)圓弧半徑應(yīng)和卷筒殼外徑相一致。
(4) 裝配襯木應(yīng)使其與筒殼接觸良好。接觸不好就會(huì)使筒殼應(yīng)力分布不均勻,導(dǎo)致筒殼裂紋、變形等缺陷。
(5) 襯木繩槽最好在襯木安裝好后在卷筒上制作,若事先制作好繩槽,安裝時(shí)應(yīng)使繩槽對(duì)準(zhǔn),且過(guò)渡處光滑。
(6) 各部襯木安好后,將其空隙以及各襯木間隙用相應(yīng)厚度木條堵死。
(7) 使用中對(duì)已經(jīng)剝落和磨損的襯木,用機(jī)油加黃油涂抹于襯木上使其減少磨擦和磨損也可收到一定效果。
4 常見卷筒襯木繩槽的加工方法
4.1 利用普通車床加工繩槽
4.1.1 利用普通車床加工繩槽示意圖簡(jiǎn)介
《煤礦安全規(guī)程》第369條規(guī)定,滾筒上纏繞兩層或兩層以上鋼絲繩時(shí)， 必須設(shè)有帶繩槽的襯墊”。根據(jù)這一規(guī)定,利用普通車床對(duì)JK型3.5M提升機(jī)滾筒襯墊加工了繩槽,使鋼絲繩排列勻整。加工步驟(參照下圖)：
1一一皮帶輪， 2一一皮帶輪軸； 3一一皮帶輪軸軸承座，4一一聯(lián)接螺栓， 5一一聯(lián)軸器， 6一一固定盤， 7一一聯(lián)接軸 8一一刀桿， 9一一CDZ6140車床，10一一盤形閘移L座騾栓；11一一車床機(jī)架，2一一平皮帶，13一一聯(lián)軸器，14一一連接軸，5一一車刀；16一一滾筒，17一一減速機(jī)；18一一電動(dòng)機(jī)
4.1.2 利用普通車床加工繩槽裝置設(shè)計(jì)步驟
(1) 拆升機(jī)滾筒兩端的盤形閘，利用它的地腳螺栓同定CDZ6140車床。
(2) 在車床主軸尾端裝一個(gè)與提升機(jī)聯(lián)軸器外徑相同的皮帶輪。
(3) 在車床的刀架上裝一根特制的能讕換車刀的刀桿,裝上車刀。
(4) 按照繩槽螺距(鋼絲繩直+2mm)對(duì)照螺紋表掛好牙輪。
（5) 開動(dòng)提升機(jī),通過(guò)皮帶傳動(dòng),車床與提升機(jī)主軸同步旋轉(zhuǎn)。
（6) 調(diào)整好刀架,先將滾筒襯墊光刀,接著按繩槽的要求(繩槽深為鋼絲繩直徑的0.35),調(diào)整好車刀的角度,繼續(xù)切削,直完好。
4.1.3 利用普通車床加工繩槽裝置技術(shù)要求
(1) 車床上皮帶輪軸的中心高度必須與車床主軸的中心高度一致。
(2) 車?yán)K槽時(shí)傳動(dòng)皮帶不能打滑。
4.2 利用車槽機(jī)加工螺旋繩槽裝置（齒輪傳動(dòng)）
4.2.1 車槽機(jī)的結(jié)構(gòu)
車槽機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示, 架體由2根平行的11#礦用工字鋼焊成, 拖板2用σ=24mm鋼板制做, 前后有導(dǎo)向爪, 鋼板上部和C630車床刀架3相連, 下部與絲杠4(T56×4左), 兩端由軸承座支撐, 軸承座固定在架體上,為兩半鏈輪,合攏后卡在深度指示器傳動(dòng)軸上且點(diǎn)焊在傳動(dòng)軸上。,為鏈傳動(dòng)。軸5安裝在軸承座內(nèi),軸承座固定在架體上,軸的前端裝有傘齒輪。后端裝有鏈輪后端也可裝手輪。車刀7由方柄與刀頭焊接而成刀頭為圓臺(tái)形, 里面鉆孔, 以便排木屑之用。
4.2.2 車槽機(jī)的傳動(dòng)原理
車槽機(jī)由深度指示器軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鏈輪, 轉(zhuǎn)動(dòng)后由鏈條帶動(dòng)鏈輪,帶動(dòng)軸6轉(zhuǎn)動(dòng),軸6帶動(dòng)傘齒輪, 帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn),絲桿螺母帶動(dòng)拖板作軸向直線運(yùn)動(dòng),拖板又帶動(dòng)車刀架左右移動(dòng),車刀的給進(jìn)運(yùn)動(dòng)靠操縱小手輪來(lái)實(shí)現(xiàn)提升機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)一周,車刀橫向46.67mm,提升鋼絲繩直徑為43.5mm,鋼絲繩之間留有3.17mm的間隙。繩槽螺距d=46.67mm.
4.2.3 車槽機(jī)的車槽方法
車槽時(shí),首先要車外圓,車卷筒襯木外圓時(shí), 要先車最大直徑處, 滾筒旋轉(zhuǎn)速度要慢。車前先把軸6后端的鏈輪, 拆下, 裝上一個(gè)直徑為Ф33mm的手輪,車槽時(shí)搬動(dòng)手輪,使絲杠旋轉(zhuǎn),拖板帶動(dòng)車刀架左右移動(dòng), 操縱刀架小手輪實(shí)現(xiàn)車刀的給進(jìn)運(yùn)動(dòng)。開動(dòng)大紋車即可進(jìn)行車削,光車后要使兩卷筒直徑一樣大。車削滾筒螺旋繩槽時(shí),拆下手輪把鏈輪裝在軸6上并安上鏈條開動(dòng)絞車,進(jìn)給量每次為1.5mm,車刀架的運(yùn)動(dòng)方向每次都是從右到左。按照有關(guān)維修質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),繩槽深度為鋼絲繩直徑的0.3倍,即要求繩槽深度為13mm左右。但根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),繩槽不宜太深,一般6~8mm一就能滿足要求,繩槽車至7.5mm即可。車主卷筒襯木時(shí),需將車槽機(jī)旋轉(zhuǎn)180°。車刀架,軸6都相應(yīng)旋轉(zhuǎn)且拆下,傘齒輪,把事先加工好的距離套安放在軸6上,然后把傘齒輪調(diào)頭裝在軸6上目的是車刀架的移動(dòng)方向也是從右到左,因主、副卷筒的螺旋繩槽是右旋的。車主卷筒外圓、車?yán)K槽與副卷筒相同,不再贅述。可用控制繩槽周長(zhǎng)方法來(lái)控制兩卷筒直徑差,盡可能地縮小對(duì)罐誤差。按照有關(guān)維修質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),兩卷筒直徑差不得大于2mm 周長(zhǎng)差不得大于6.28mm。
4.2.4 車槽機(jī)具有通用性
根據(jù)繩槽螺距公式,只要知道鋼絲繩直徑,就可求出兩鏈輪減速比.當(dāng)鏈輪、設(shè)定后,的數(shù)值也就相應(yīng)的知道了。我們用此車槽機(jī)分別對(duì)4m、2.5m及2m提升卷筒襯木進(jìn)行了車削,車外圓光滑,繩槽螺旋線成型好,不僅省時(shí)省力,而且提高了襯木的加工質(zhì)量,為提升機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。
4.3 摩擦輪傳動(dòng)車?yán)K槽裝置
4.3.1 摩擦輪傳動(dòng)車?yán)K槽裝置傳動(dòng)原理
根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)原理，螺旋繩槽的車制必須保證滾筒旋轉(zhuǎn)一周,刀具在床身導(dǎo)軌上移動(dòng)一個(gè)螺距。為此,采用了摩擦輪傳動(dòng)：提升機(jī)滾筒帶動(dòng)摩擦輪一摩擦輪帶動(dòng)絲杠螺母，從而實(shí)現(xiàn)了刀具在床身導(dǎo)軌上的移動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如附圖所示：
1滾筒 2.底座 3.摩擦輪 4.絲杠螺母副 5.高速電機(jī) 6.成形銑刀
7.橫向進(jìn)給手輪 8.床身 9.盤形閘座
4.3.2 摩擦輪傳動(dòng)車?yán)K槽裝置加工方法
由于在現(xiàn)場(chǎng)加工,要求加工設(shè)備簡(jiǎn)單,便于安裝,并且要求加工出的螺旋繩槽的精度也較高。在加工過(guò)程中,先將滾筒襯木車圓,以便與摩擦輪的平穩(wěn)傳動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)平衡方程式為：
式中 S— 螺旋繩槽的螺距
S =d + (2～ 3)，mm
—滾筒直徑，mm
—摩擦輪直徑，mm
t— 絲杠螺距，mm
d — 鋼絲繩直徑，mm
由上式可見,當(dāng)滾筒直徑確定后,只要適當(dāng)選取絲杠螺距和摩擦輪直徑，就可以加出所要求的繩槽螺距。
為了保證螺旋繩槽的表面質(zhì)量,采用鐃削加工,在溜扳的刀架上固定一個(gè)小型電動(dòng)機(jī)，在電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝成形銑刀,銑刀的形狀按照繩槽盼截面形狀設(shè)計(jì)。由電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)成形銑刀銑削繩槽，切削深度是通過(guò)小刀架徑向進(jìn)刀來(lái)控制的。從而使加工出的螺旋繩槽的螺距、深度及形狀比較精確,加工表面質(zhì)量好。
4.3.3 摩擦輪傳動(dòng)車?yán)K槽裝置加工時(shí)的注意事項(xiàng)
（1）由附圖可見,因受機(jī)床床身結(jié)構(gòu)的限制,摩擦輪的嚙合傳動(dòng)部位不能加工出螺旋繩槽。為此,設(shè)計(jì)為在床身兩端都可以固定摩擦輪及絲杠，當(dāng)摩擦輪移至最左端時(shí),將其從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蠅槽。
（2）為了保證滾筒襯術(shù)與摩擦輪平穩(wěn)傳動(dòng)不產(chǎn)生打滑,將摩擦輪設(shè)計(jì)成帶尖齒的表面。使其尖齒咬入襯木2mm左右。以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)傳動(dòng),從而保證正確的恃動(dòng)比關(guān)系。
（3）為便于操作,床身最好固定在靠近操縱臺(tái)這一側(cè)。
（4）切削深度可掇據(jù)所選電動(dòng)機(jī)功率而定。螺旋蠅槽可一次成形,也可多次切削成形。當(dāng)采用多次切削成形時(shí),只要將滾筒轉(zhuǎn)向改變方向,使銑刀回到原位后,再將滾筒的方向改變,即可進(jìn)行下一次切削。
（5）盡量使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)緩慢,速度均勻以保證切削的順利進(jìn)行。
（6）銑削時(shí)，銑刀要對(duì)準(zhǔn)出繩口。平行移動(dòng)床身時(shí),需找正,把銑刀對(duì)準(zhǔn)原銑好的繩槽,從而保證接頭處的光滑過(guò)渡。
（7）出繩口在右側(cè),加工右旋繩槽,用左旋絲杠。出繩口在左側(cè),加工左旋繩槽,用右旋絲杠。
4.3.4 摩擦輪傳動(dòng)車?yán)K槽裝置優(yōu)點(diǎn)：
（1）這種加工提升機(jī)滾筒襯術(shù)螺旋繩槽的方法，能夠保證繩槽螺距均勻、深度一致。由于采用銑削加工，表面質(zhì)量較好。
（2）該方法具有傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，便于制造、安裝及調(diào)整。
（3）該方法應(yīng)用范圍廣，適甩性強(qiáng)．只要調(diào)整摩擦輪或絲杠螺母．就可以加工出各種類型的提升機(jī)滾筒襯本的螺旋繩槽。具有投資步，效率高的特點(diǎn)。
4.4 卷筒襯木螺旋槽加工裝置（利用深度指示器傳動(dòng)）
4.4.1卷筒襯木螺旋槽加工裝置工作原理
圖1所示為2JK-1-8-20提升機(jī)平面安裝示意圖。其卷筒襯木螺旋槽加工裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示。該裝置利用提升機(jī)原有的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)及卷筒作主運(yùn)動(dòng), 利用提升機(jī)主軸傳動(dòng)深度指示器大、小傘齒輪, 通過(guò)深度指示器傳動(dòng)軸帶動(dòng)其一對(duì)直齒輪并借助一對(duì)自制的傘齒輪將動(dòng)力傳給卷筒襯木螺旋槽加工裝置,使加工刀具作縱向運(yùn)動(dòng),手動(dòng)使加工刀具作橫向運(yùn)動(dòng)。從而完成卷筒襯木螺旋槽的加工工作。
4.4.2 托板、導(dǎo)軌和刀具的設(shè)計(jì)
托板采用自制的一對(duì)燕尾槽滑板,配合間隙為0.05mm。其導(dǎo)軌是用兩根Ф55×1700的光杠組成。導(dǎo)軌和絲杠的兩端與軸承配合,軸套固定在兩邊的梯形支架中。導(dǎo)軌與軸套的配合間隙為0~0.05mm。絲桿與軸套的配合間隙為0.03~0.09mm。在托板上面安裝一套旋風(fēng)銑削裝置。它是由2.2KW的電機(jī)驅(qū)動(dòng),通過(guò)皮帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀桿旋轉(zhuǎn)。刀桿另一端裝有Ф44mm的鋒鋼六刃銑刀。
4.4.3 卷筒襯木螺旋槽的加工
(1) 卷筒襯木外圓的加工
為了保證螺旋槽深度的一致性,必須先加工襯木的外圓。加工襯木的外圓有兩種方法一種是人工操作,即拆下圖2中自制的小傘齒輪,裝上手輪, 用手搖動(dòng)手輪, 帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng), 實(shí)現(xiàn)拖板作縱向移動(dòng)另一種是自動(dòng)操作, 選定走刀量為T=5mm/r。
(2) 襯木螺旋槽的加工
加工襯木螺旋槽時(shí), 去掉:≈1:5的一對(duì)傘齒輪手動(dòng)操作時(shí)去掉手輪, 換上:≈2:1的一對(duì)傘齒輪。開動(dòng)提升機(jī)主電機(jī), 使卷筒旋轉(zhuǎn), 通過(guò)各有關(guān)齒輪帶動(dòng)拖板作縱向運(yùn)動(dòng), 即可加工出螺旋槽。
4.4.4 結(jié)語(yǔ)
對(duì)于左卷筒襯木螺旋槽加工方法, 加工右卷筒襯木螺旋槽時(shí), 只需將自制小傘齒輪圖2中9反裝即可。用該裝置加工提升機(jī)卷筒襯木螺旋槽, 既保證了襯木外圓和螺旋槽的加工質(zhì)量, 又縮短了加工時(shí)間和檢修周期, 減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。
4.5 提升機(jī)卷筒襯木訂槽裝置設(shè)計(jì)
在卷筒襯木上刻繩槽, 目的是為了使鋼絲繩在纏入卷筒時(shí), 減少繩與繩之間的磨損。對(duì)此各種礦山《安全規(guī)程》都有明確規(guī)定。對(duì)很多礦山用戶來(lái)說(shuō), 在這一問(wèn)題上很棘手。用手工刻槽很難保證質(zhì)量而且費(fèi)工費(fèi)時(shí)購(gòu)置專用機(jī)械費(fèi)用高, 利用率又很低。因此, 個(gè)別小礦甚至不刻繩槽也在使用。
根據(jù)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn), 在一臺(tái)1.6mm單筒提升機(jī)上用三層板釘槽, 經(jīng)使用證明, 完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。釘槽有如下優(yōu)點(diǎn)釘槽形成的槽邦是順木紋的, 而刻槽時(shí)則是斷木紋的, 故強(qiáng)度好, 而且形成的槽與槽間的峰尖很小。層板是將木紋交錯(cuò)制成的。根據(jù)鋼繩直徑大小和設(shè)計(jì)要求的鋼繩間隙作圖, 即可求得層板的寬度和厚度, 如附圖所示。然后呈螺紋狀釘在襯木上。鋼繩在纏繞時(shí)順槽定位, 運(yùn)行一段時(shí)間后, 鋼繩自然把襯木順木紋壓縮而形成更深的槽, 而釘上的層板并不受影響。
5. 提升機(jī)卷筒襯木車削裝置的設(shè)計(jì)
5.1 引言
5.1.1 提升機(jī)卷筒襯木車削裝置設(shè)計(jì)的可行性
卷筒襯木通常使用2～3年后就會(huì)出現(xiàn)卷筒上鋼絲繩之間相互摩擦使鋼絲繩使用壽命縮短,原先是在加工襯木時(shí)手工刻出繩槽,但是使用一段時(shí)間后出現(xiàn)鋼絲繩之間相互摩擦?xí)r就無(wú)法在卷筒上手工刻槽只好更換襯木，這樣生產(chǎn)成本就高。經(jīng)過(guò)10多年的不斷改進(jìn)和完善，設(shè)計(jì)了卷筒襯木車削裝置就可以很方便的進(jìn)行卷筒襯木車削。經(jīng)實(shí)踐證明，該裝置減少了鋼絲繩的磨損，又延長(zhǎng)了卷筒襯木的使用壽命，且可大幅度節(jié)約生產(chǎn)成本。
機(jī)械化銑削提升機(jī)卷筒襯木繩槽比手工刻制繩槽可大幅度提高工效,減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。由于機(jī)械銑削的繩槽技術(shù)狀況大為改善,從而延長(zhǎng)了絲繩的使用壽命,提高了提升機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和安全可靠性。因此, 它受到企業(yè)的普遍重視。不少礦山在80年代初期已經(jīng)研制出各種型式的繩槽銑削機(jī), 譬如武山銅礦、紅透山銅礦、夾皮溝金礦和定遠(yuǎn)石膏礦等這些銑槽機(jī)都不同程度地解決了卷筒襯木繩槽的制作問(wèn)題, 但亦存在不足之處。
上述銑槽機(jī)大都由銑頭或車刀、支架及導(dǎo)軌、大小帶輪、工作臺(tái)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)和銑削電動(dòng)機(jī)等部分組成。其刀具轉(zhuǎn)速均在2000~7000r/min范圍內(nèi)。電動(dòng)機(jī)功率2.2~4.5kw。其中定遠(yuǎn)石膏礦的銑槽機(jī)為雙刀具，即兩個(gè)卷筒可同時(shí)銑削繩槽。
5.1.2 目前提升機(jī)卷筒襯木車削裝置存在的問(wèn)題
上述銑槽機(jī)在銑槽時(shí), 有的要對(duì)襯木進(jìn)行預(yù)先劃線與編排順序號(hào), 然后安裝,故比較麻煩。若直接將襯木安裝后,利用手動(dòng)輪制做繩槽, 則較為簡(jiǎn)捷準(zhǔn)確有的尚需拆下部分制動(dòng)閘瓦和減速機(jī)高速軸上的測(cè)速發(fā)電機(jī)皮帶輪等,仍無(wú)解決工藝煩瑣的問(wèn)題。若在主軸上安裝一個(gè)鏈輪, 直接帶動(dòng)絲杠上的鏈輪,既省去了4個(gè)掛輪而傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單合理,又避免了拆卸上述零件而使工藝大為簡(jiǎn)化還有的在銑削繩槽時(shí),要將主電動(dòng)機(jī)脫開, 需重新配置專用的銑削機(jī)傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)1臺(tái)和減速器2臺(tái),這不但使其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,而且安裝、拆卸麻煩費(fèi)時(shí)切削刀具或采用普通車刀,或用鉆頭改制, 或?yàn)閱蔚镀?。其共同的缺點(diǎn)是使用時(shí)磨刀頻繁,切削效率低。
5.2 設(shè)計(jì)方案
(1) 基礎(chǔ)借用卷?yè)P(yáng)機(jī)地腳螺栓，一是手動(dòng)進(jìn)刀位置足夠，二是可以不增加基礎(chǔ)，只是車削裝置的機(jī)架略長(zhǎng)些。
(2) 為了減少傳動(dòng)誤差采用鏈條和鏈輪傳動(dòng)。
(3) 因?yàn)檐囅鞯墓ぜ钦聊荆M(jìn)刀量可以大些，那么進(jìn)到裝置就可以采用手動(dòng)進(jìn)刀，這樣可以控制進(jìn)刀量，以提高車削進(jìn)度減少車削時(shí)間。
(4) 卷筒襯木車削裝置示意圖：
5.3 卷筒襯木車削裝置的詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟：
5.3.1 加工提升機(jī)卷筒襯木繩槽的有關(guān)參數(shù)
提升機(jī)型號(hào)：JK-2×1.5 鋼絲繩直徑：24.5mm 繩槽深度：7mm.
5.3.2 卷筒襯木車削裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理簡(jiǎn)述
卷筒襯木車削裝置的工作原理：該裝置利用卷筒主軸的原動(dòng)力，通過(guò)鏈傳動(dòng)傳遞到大托板絲杠上，使大托板能夠準(zhǔn)確的按照“滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)一周，刀具在床身導(dǎo)軌上移動(dòng)一個(gè)螺距”做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，利用小托板上的電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)帶動(dòng)銑刀運(yùn)轉(zhuǎn)做切深運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)卷筒襯木的整個(gè)車削過(guò)程。該結(jié)構(gòu)采用C63O車床溜板箱，絲杠等結(jié)構(gòu)作為輔助運(yùn)動(dòng)的根基，在此基礎(chǔ)之上添加動(dòng)力傳遞裝置。機(jī)體由型鋼和鋼板焊接制成，并且有足夠的剛度裕量，并以銑槽的方便而設(shè)定尺寸。
卷筒襯木切削裝置傳動(dòng)系統(tǒng)圖
1—主電動(dòng)機(jī) 2—主減速機(jī) 3—卷筒 4—螺栓連接 5—主動(dòng)鏈輪 6—組合銑刀 7—小皮帶輪80 8—被動(dòng)鏈輪 9—大皮帶輪170 10—小托板絲母 11—小托板絲杠 12—緊固連接 13—銑刀電—31—4 14—大托板絲杠 15—大托板絲母 16—機(jī)體 5.3.3 襯木的技術(shù)要求
根據(jù)《有色金屬礦山主要機(jī)械設(shè)備檢修規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》的規(guī)定)車削卷筒襯木時(shí),不宜有錐度和凹凸不平,兩卷筒直徑差不應(yīng)大于2mm襯木厚度應(yīng)為鋼繩直徑的3~3.5倍卷筒與襯木間應(yīng)無(wú)間隙,不準(zhǔn)加墊。以一提升機(jī)為例(鋼絲繩直徑31mm),把粗料(一般為東北硬雜木)按尺寸要求(見圖4),進(jìn)行個(gè)4平面的刨削加工,尤其注意兩側(cè)斜面的刨削質(zhì)量。因兩側(cè)斜面的加工精度,將影響襯木的支撐能力和卷筒鋼板的凹性變形。
5.3.4 合理的繩槽尺寸
按《規(guī)程》要水,卷筒襯木繩槽深度應(yīng)為鋼繩直徑的30%,相鄰兩繩槽中心距,應(yīng)比鋼繩直徑大2~3mm。根據(jù)我礦經(jīng)驗(yàn),當(dāng)繩槽深度約為鋼繩直徑的25%時(shí),完全可以滿足使用要求。洛陽(yáng)礦山機(jī)器廠設(shè)計(jì)的繩槽深度僅為鋼絲繩直徑的18%。繩槽隨著使用會(huì)逐漸加深,不會(huì)出現(xiàn)鋼絲繩跳槽現(xiàn)象。筆者認(rèn)為,繩槽深度為鋼繩直徑的20~25%時(shí)較為合適槽底半徑必須合理, 過(guò)小會(huì)引起鋼繩過(guò)度擠壓而提前斷絲過(guò)大又會(huì)使鋼繩在繩槽中支撐面積減小,增大其接觸應(yīng)力而導(dǎo)致繩與繩槽的加速磨損。合理的繩槽尺寸，應(yīng)使例繩與布囪成緊密貼合并保持必要的間隙。此間隙是考慮到鋼繩在工作時(shí)有向兩側(cè)分開的傾向。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),槽底半徑一為R=0.55d宜〔見圖5 圖中為d鋼繩直徑,D為卷筒直徑〕。
5.3.5 繩槽螺距與鏈輪齒數(shù)之間的關(guān)系及鏈輪齒數(shù)的確定
因?yàn)橹鞴︽溳喤c卷筒主軸相聯(lián)接, 從動(dòng)鏈輪與銑槽機(jī)大拖板絲杠相聯(lián)接, 所以鏈輪齒數(shù)之比即等于繩槽螺距與絲杠導(dǎo)程之比。即
(1)
式中:T—繩槽螺距,mm
t—絲杠導(dǎo)程, t=12mm.
,—主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪的齒數(shù)
設(shè)計(jì)實(shí)例已知JK-2×1.5型提升機(jī)鋼繩直徑為24.5mm, 設(shè)計(jì)要求繩槽螺距T=31+(2~3)=26.5~27.5mm，取T=27mm。而確定齒數(shù),。
考慮到鏈輪和鉸鏈易磨損，因此齒數(shù)一般≥17，取小鏈輪=19，大鏈輪齒數(shù)= ，取=43 ，從而得鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比i=2.26。
5.3.6 卷筒襯木車削裝置—鏈傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)
(1) 原始數(shù)據(jù):
①提升機(jī)型號(hào)：JK-2×1.5；
②提升速度：3.25m/s；鋼絲繩直徑：24.5mm；
③卷筒個(gè)數(shù): 1個(gè);卷筒直徑：2m;卷筒寬度：1.5m；
④鋼絲繩最大靜張力差61KN；
⑤主電動(dòng)機(jī)功率：220KW,極數(shù)6.
(2) 鏈輪齒數(shù)的選擇
由5.3.5計(jì)算已經(jīng)得知：大鏈輪齒數(shù)=43，小鏈輪齒數(shù)=19。
(3) 確定計(jì)算功率
鏈輪傳遞最大功率=-
由于
鏈輪傳遞的最大功率
鏈輪傳遞的功率KW
由表9-6（機(jī)械設(shè)計(jì)第八版）查得：，由圖9-13查得： 單排鏈，則計(jì)算功率為:
(4) 選擇鏈條型號(hào)和節(jié)距
根據(jù)及卷筒轉(zhuǎn)速查圖9-11，可選40-A 查表9-1得：鏈條節(jié)距P=63.5mm。
(5) 計(jì)算鏈節(jié)數(shù)和鏈節(jié)距
初選中心距，=（30~50）P=（30~50）×63.5mm=1905~3175mm
取=2000mm,相應(yīng)的鏈節(jié)數(shù)為：
取=94節(jié)。
查表9-7得到中心距計(jì)算系數(shù)，=0.24281，則鏈傳動(dòng)最大中心距為：
mm
由于提升機(jī)卷筒直徑為2000mm，可知該鏈傳動(dòng)最大中心距符合卷筒襯木車削裝置的尺寸要求。
(6) 計(jì)算鏈速確定潤(rùn)滑方式：
m/s
由V=0.624m/s和鏈號(hào)40A-1可知應(yīng)采用滴油潤(rùn)滑。
(7) 計(jì)算壓軸力
有效圓周力力為 N
鏈輪水平布置時(shí)的壓軸系數(shù)：=1.15, 則壓軸力 ==1.1529.824KN=34.297K