多绳摩擦式提升机系统

[摘要] 多绳摩擦式提升机广泛用于煤炭、有色金属、黑色金属、非金属、化工等矿山的竖井、斜井的提升系统用作提升矿物、升降人员和物料及设备等，是矿井系统设备的咽喉，也可做其他牵引运输设备。

1 工作原理

多绳摩擦式提升机采用柔性体摩擦传动原理。钢丝绳围绕在摩擦轮上，利用钢丝绳与摩擦衬垫间的摩擦力来提升或下方重物或人员。设钢丝绳在摩擦轮的围包角围α，钢丝绳两端的张力分别围T1、T2，钢丝绳与摩擦衬垫间的摩擦系数为μ，钢丝绳与衬垫间的摩擦力为F。在T1>T2的条件下，钢丝绳刚要沿着摩擦轮滑动时的平衡条件为F=T1-T2。欧拉公式阐明了T1、T2、μ、α各参数之间的关系。

T1/T2=eμα

式中：e——自然对数的底，e≈2.718

本公式即为多绳摩擦式提升机的基本工作原理。

多绳摩擦式提升机以电动机为动力源，通过减速器、主导轮装置等传动系统和工作系统，利用摩擦力F，实现提升机容器在井筒中的升降。采用盘式制动器、液压油组成的制动系统来控制提升机的减速和停车；用测速发电装置、离心限速器等来控制提升机的运行速度；用配置编码器、模拟柱状显示器、数显表示来反映提升机在井筒中的位置。通过一系列电气、机械、液压的控制、保护系统来保证机器安全运行。

2主要结构

2.1总体组成

减速器：（Ⅰ）型为双力线中心传动减速器，（Ⅱ）型为行星减速器，（Ⅲ）型为低速电机直联。

主导轮装置：整体式或剖分式的焊接卷筒，采用滚动轴承支撑。

盘式制动器：用碟形弹簧产生制动力，液压开闸。

液压站：配置双泵、双电液调压装置。

深度指示器：牌坊式深度指示器或模拟柱状显示器、数显等。

测速发电式限速和测速反馈装置。

集中控制的操纵台。

发动机。

2.2主要特点

主导轮装置采用全焊接式摩擦轮，GM-3摩擦衬垫，用双列向心球面滚子轴承。

天轮装置采用焊接式结构或铸钢轮体，轮槽装有聚氨脂衬垫，用双列向心球面滚子轴承。

采用盘式制动器和带有恒力矩或恒减速功能的液压制动系统。

（Ⅰ）型为双力线中心传动减速器，（Ⅱ）型为行星减速器，（Ⅲ）型为低速电机直联，多种型式可供用户选择。

低速轴采用CL齿轮联轴器、高速轴采用弹性棒销联轴器。

深度指示系统采用牌坊式深度指示器模拟柱状显示器、数显；牌坊式深度指示器能直观地表示提升容器在井筒中的实际位置。

设有离心限速器、测速发电装置、制动器信号装置等多种监测、保护装置，可提高运行的安全可靠性。

2.3主导轮装置的功能与用途

主导轮装置是提升机的工作机构，也是提升机的主要承载部件，它承担了提升、下放载荷的全部扭矩，同时也承受着塔在主导轮上两侧钢丝绳的拉力。

2.4主导轮装置的结构概述

主导轮装置主要由主轴、主导轮、滚动轴承、轴承座、轴承盖、摩擦衬块、固定块、压块、联接盘等组成。

⑴主导轮轮体

主导轮采用整体式全焊接结果，主要由筒壳、左右辐板、左右轮毂、支环、挡绳侧板焊接而成。

⑵制动闸盘

分为不可拆的焊接式闸盘和可拆式组合闸盘，不可拆的焊接式闸盘，即制动盘焊在筒壳上；可拆式组合闸盘，即制动盘与筒壳主体采用高强度螺栓、大平面摩擦连接或胶孔螺栓与过孔螺栓交错联结。制动盘与主导轮之间有配合止口作径向定位。对于大型提升机，制动盘作成两半，两半制动盘之间用键作轴向定位。

⑶主轴

主轴是主导轮装置的主要零件之一，它承受整个主导轮装置自重、外载荷荷传递全部扭矩，用中碳钢锻制。在轴上直接锻出一个法兰盘，通过高强度螺栓与主导轮连接或铰孔螺栓与主导轮联接，为了减少应力集中，在法兰盘小圆角处采用内凹圆角。

⑷主轴承

主轴承是承受整个主轴装置自重荷钢丝绳上全部载荷的支撑部件，它是由滚动轴承、轴承盖、轴承座、轴承端盖等零部件组成。两个滚动轴承均采用圆柱孔，双列向心球面滚子轴承，这种轴承调心性能好，能承载较大的径向负荷和抗冲击能力，同时也能承受少量的轴向力，使用寿命长、效率高、维护方便、对安装误差和主轴挠度要求较低。

⑸主导轮与主轴的联接方式

主导轮与主轴的联接方式有两种：一种是主导轮的轮毂与主轴法兰采用强度螺栓单摩擦联接，靠两端面间摩擦力传递力矩，两个轮毂孔与主轴采用过盈配合，左轮毂孔带有油孔和密封圈，以便组装时用高压油扩张轮毂内孔；另一种是主导轮的轮毂与主轴法兰采用铰孔螺栓联接。

⑹摩擦衬块

摩擦衬块是摩擦式提升机的关键零件，它的使用性能直接影响提升机的性能参数、提升能力及安全可靠性。采用聚安脂材料作摩擦衬块，在使用环境温度5°~40°C，衬块干净的情况下，实际使用摩擦系数衬块，摩擦系数可达到0.25；

摩擦衬块比压不超过2MPa。衬块轴向截面呈直角梯形，塔式多绳摩擦式提升机一周衬块上车削一个绳槽，落地式多绳摩擦式提升机一周衬块上车削一个绳槽，落地式多绳摩擦提升机一周衬块上车削两个绳槽，主要是为了车削绳槽方便，相应也提高了衬块的使用寿命和衬块的使用率。摩擦衬块用固定块和压块通过螺栓固定在主导轮上，固定块和压块采用非金属材料酚醛压铸而成，不需再进行机加工，其强度和尺寸不受浸水影响，适合于矿山环境使用。

3传动系统

3.1主传动

电动机通过弹性棒销联轴器、齿轮联轴器带动减速器的高速轴，经齿轮传动减速后，由减速器低速轴输出转矩。经齿轮联轴器将转矩传递给主轴，通过切向键或过盈联接带动摩擦轮旋转，实现提升机的正常工作。

⑴弹性棒销联轴器性能

弹性销和两个半联轴器组成。此联轴器主要的扭矩传递件采用弹性元件（聚氨脂橡胶棒销），可以减少因启动和停车时的惯性冲击，缓冲扭矩急剧变化引起的振动，由于棒销受挤压，故安全性较高。具有结构简单、尺寸小、易维修的优点。

⑵齿轮联轴器性能

齿轮联轴器的结构入图所示，主要由左、右内齿圈和两个外齿轴套及压环、盖板和J型油封等组成。这种联轴器传递扭矩大，并能补偿安装时两轴线的微量偏斜和不同轴度的位置误差。

3.2盘式制动器

盘式制动器一级制动闸和二级制动闸是由预压缩的蝶形弹簧组使闸瓦与卷筒上的制动盘贴紧而产生制动力。当油缸冲入压力油后，再次压缩蝶形弹簧，使闸瓦脱开制动盘，从而制动力消失。

盘式制动器的性能与用途

盘式制动器是靠碟形弹簧产生制动力，用油压解除制动，制动力沿轴向作用的制动器。提升机制动时，蝶形弹簧的预压力迫使活塞向制动盘移动，通过联接螺钉，将滑套连同其上的制动块推出，使制动块与卷筒的制动盘接触，并产生正压力，形成摩擦力而产生制动。提升机松闸运行时，油缸腔中充入压力油，活塞再次压缩蝶形弹簧，并通过联接螺钉带动滑套向后移动离开制动盘，从而使制动块离开制动盘，解除制动力。

滑套是由钢套和拉杆组成的装配件，其拉杆承受制动时的切向力。制动块嵌合在滑套的燕尾槽中，并用压板、螺钉将其固定。键防止滑套转动。转动放气螺钉，可排出油缸中的存留气体，以保证盘形闸能灵活地工作。盘形闸在密封件允许泄漏范围内，可能有微量的内泄，虽内泄油可起润滑滑套与支架的作用，但时间较长时，内泄油可能存留过多，因此应定期从螺塞处排放内泄油液。

盘式制动器和液压站、管路系统配套组成一套完整的制动系统。适用于码头缆车、矿井提升机及其它提升设备，作工作制动安全制动之用。

其制动动力大小、使用维护、制动力调整对整个提升系统安全运行都具有重大的影响。

盘式制动器具有以下特点：

⑴制动力矩具有良好的可调性；

⑵惯性小，动作快，灵敏度高；

⑶可靠性高

⑷通用性好；

⑸结构简单、维修调整方便。

3.3液压站

液压站是矿井提升机的重要部件，它与盘式制动器、电机轴制动器组合为一完整的制动系统，其性能和质量好坏，直接影响到矿山的产量，设备的寿命、人身的安全等。

液压站主要作用

⑴为盘式制动器、电机轴制动器提供可调节的压力油，以获得不同的制动力矩。

⑵在任何事故状态下，可以使制动器的油压迅速降到预先调定的某一压值，经过延时后，制动器的全部油压值迅速回到零，使制动器达到全制动状态。

3.4测速发电机装置的转动

减速器中间轴装置的转动，通过浮块联轴器后，经齿轮传动增速或减速，使测速发电机达到设定转速，发出稳定的电压，从而进行控制。

3.5牌坊式深度指示器的传动

提升机主轴的旋转运动经牌坊式深度指示器传动装置传给丝杠，使两跟丝杠以互为相反方向旋转，由于立柱限制住丝杠上的螺母的旋转，因此螺母只能上下运动，这样螺母的运动就模拟了两提升容器在井筒中的运动。在两立柱上，固定有一个标尺，标尺的正面在制造厂内涂黑色油漆，用户在现场安装时，根据实际提升高度进行刻度，即在标尺上用白色或黄色油漆作出减速、停车、过卷等位置的标记，供操作人员观察。

4提升机使用操纵程序

启动及运行过程中的操作程序、方法、注意事项及容易出现的错误操作和防范措施。

4.1开车前的准备工作

⑴将操纵台上的主令手柄和制动手柄置于零位，过卷复位开关和调闸开关置于正常位置。

⑵合上总电源隔离开关及总电源空气开关，然后踩动脚踏开关，检查空气开关动作是否可靠。

⑶再合上总电源开关合控制电源开关，并打开电锁接通控制电源，此时操纵零位信号灯应发出信号，如操纵零位信号灯未亮，则表明操纵手柄没有处在操纵零位位置，应马上复位。

⑷按动油泵启动按钮起动液压站和润滑油站，此时油泵工作信号灯发出灯光信号。

4.2正常运行操作

在完成上述操纵后，提升机处于待运行状态，此时配合操纵制动手柄和操纵手柄，提升机既能完成提升或下放动作。在推出制动手柄是，在直流毫安和压力数字显示仪上指示出和液压站相应的电流值和数值，指示的电流值和数值越大，就指明制动器所产生的制动力越小。而随着操纵手柄的扳动，在电流表上反映处主电动机的电流值。提升速度可由直流电压表指示。

4.3带负荷下放时的操纵

在完成4.1条⑴~⑷项的操纵后进行如下的操纵：

㈠未配动力制动装置时的操纵

⑴逐渐推出制动手柄松开盘式制动器，提升机在荷重作用下开始转动。

⑵快速地将操纵手柄推出到下降极限位置，迅速切除电阻，使主电动机处于再生制动状态下工作。

⑶下放到减速开始时应逐渐啦回制动手柄，然后再将操纵手柄拉回到操纵零位位置，提升机停车。

㈡配备有动力制动装置时的操纵配备有动力制动装置时其操纵情况：

⑴在加速和等速阶段动力制动装置不投入运行，减速阶段动力制动装置自动投入运行：

①逐渐推出制动手柄松开盘式制动器，提升机在荷重作用下开始转动。

②快速地将操纵手柄推出到下降极限位置，迅速切除电阻使电动机处于再生制动状态下工作。

③到减速阶段动力制动装置自动投入运行，提升机按限速板曲线减速，到终点时拉回制动手柄操纵手柄到操纵零位位置，提升机停车。

⑵一开始运行动力制动装置就投入运行：

①逐渐推出制动手柄松开盘式制动器，提升机在荷重的作用下开始转动。

②踏下动力制动操纵装置的踏板，提升机在动力制动状态下运行。踏板踏下的距离越大，制动力矩越大，提升机下放的速度越小，在直流电压表（速度表）上反映出速度的变化。

③到减速阶段，松开动力制动操纵装置的踏板，动力制动投入自动运行，提升机将按减速板曲线减速，到终点时拉回制动手柄，提升机停车。

④如到减速阶段不松开动力制动操纵装置的踏板则减速度将按司机控制踏板的人为特性变化。

4.4在提升机不能靠自然减速到位时的操纵

此时只要操纵手柄不扳回操纵零位位置，提升机速度降低到爬行速度时，主电机将二次受电进行蠕动，知道终点位置时，拉回制动手柄，并将操纵手柄拉回到零位。

4.5提升机的慢速起动

因主令控制器操纵较重，不易准确扳到慢速档，提升机的操纵上考虑了这一因素。如提升机需慢速档，只要将操纵手柄上的按钮向下按住不放，手柄推出或拉回到任意位置，慢速级电阻都不可能切除，只有在放开按钮后，提升机才能按预先的整定值进行加速。

4.6停车的操作程序

⑴在提升减速开始时，信号装置将发出减速的信号和指令，操纵台中的电铃发出铃声，磁力站上的延时继电器将按事先调整好的延时时间将主电动机电源切断，此时应配合操纵制动手柄使提升机准确停车。

⑵正力减速下的停车

在减速阶段如出现正力，应扳动减速转换开关到正力减速的位置，此时在减速阶段开始后，主电动机电源未被切断，但串入部分电阻，电机的转矩和转速均降低，操纵操纵手柄和制动手柄使提升机准确停车。

⑶安全制动停车

在紧急情况下，需要立即停车时，还可按动液压站油泵停止按钮，安全回路断电，磁力站上的换向接触器断开，油泵停止转动，液压站失压，制动器进行安全制动，是提升机迅速停止。然后将两个手柄同时收回至零位，提升机恢复正常。

⑷紧急停车

如遇到突然事故，需进行紧急停车时，只要踏动足踏开关，主电动机电源迅速被切断，制动进行安全制动。

⑸过卷时的紧急停车

如出现过卷事故，信号装置或坡道上的过卷限位开关将发出紧急停车的指令，主电动机的电源被迅速切断，制动器进行安全制动，此时应转动过卷复位转换开关，此时向过卷方向不再可能起动主电动机，只能向相反方向起动主电动机，待解除过卷状态后，在将过卷复位转换开关扳到正常位置，提升机才能正常运行。

4.7调整盘形闸时的操纵

在完成4.1条⑴~⑷项的操作后进行下列操作：

⑴调整左闸。

①将调闸转换开关扳到左闸位置。

②推出制动手柄后即可进行调整，调整完毕后将制动手柄拉回到制动位置。

③将调闸转换开关扳回到操纵正常位置。

⑵调整右闸。

①将调闸转换开关扳到右闸位置

②推出制动手柄后即可进行调整，调整完毕后将制动手柄拉回到制动位置。

③将调闸转换开关扳回到操纵正常位置。

4.8提升机异常情况

提升机在出现下列情况时均会自动的进行安全制动，待查清情况和排除故障后，才能进行正常运行。

⑴闸瓦间隙超过2毫米时；

⑵测速反馈的联结线断线；

⑶等速运行阶段，速度超过额定速度的15%时；

⑷减速运行阶段，速度超过限速板的继电速度10%时；

⑸液压站油压超过预先限定的最高油压时；

⑹主电源电流值过大超过空气开关的整定值时。

参考文献：

①洪晓华：《矿井运输提升》，矿业大学出版社，-2版，2005.7；

②杜竟贤，于学谦：《矿井运输提升》，中国矿业大学出版社，1988

③初训/国家安全生产监督管理总局宣传教育中心：《主提升机操作工》，冶金工业出版社，2006.12；

④复训/国家安全生产监督管理总局宣传教育中心：《主提升机操作工》，冶金工业出版社，2006.12；

⑤国家煤矿安全监察局：《煤矿安全规程》，煤炭工业出版社，2004