□ 轩岗煤电公司刘家梁矿 张文敏
【主 题】本文通过对多绳提升张力平衡因素进行分析,提出了确实可行的张力测定方法,使多绳提升经常趋于平衡运行的最佳状态,对相关单位有一定的借鉴和指导意义。
【关键词】多绳提升 张力平衡 测定方法
张力平衡是多绳提升机使用与维护的关键。使各绳张力保持平衡,是实现提升设备安全经济运行的前提。我国《煤矿安全规程》对多绳提升钢丝绳中任何一根钢丝绳的张力与平均张力差不得超过±10%,做了明文规定。但实际上,摩擦轮各绳槽的直径不会一致,衬垫的磨损也不能一样,即是同一厂家生产的钢丝绳,其弹性模数及每条绳各段的直径也绝非相同,加之提升容器负载不能平均等因素,都会使钢丝绳张力在短期内发生较大偏差。因此,如何使多绳张力经常趋于平衡运行的最佳状态,仍是研究、设计、制造和使用单位非常关注的问题。
一、影响多绳张力不平衡的因素
1.摩擦轮各绳槽的有效直径偏差,造成各绳有效周长不等是张力不平衡的主要因素之一。尽管采用同一厂家同一批生产的钢丝绳,其各绳的直径,甚至同一条提升绳的不同绳段都会不等,加之运行中各绳的磨损情况不一,也会造成绳径的偏差。更应承认钢丝绳厂家规定钢丝绳直径允差(光面为+7%,镀锌为+ 8%以内)为合格的事实。所以,绳槽直径相等,应当是指钢丝绳在运转过程中由钢丝绳直径和绳槽直径以及衬垫受压后的弹性变形等因素综合起来的实际有效直径相等,最终使摩擦轮每转动一周各绳的位移长度相等而言。为此,要想做到各绳张力平衡,应把车削绳槽直径和采用张力测定法观察每条绳的位移量综合考察,才能得到满意的结果。
2.钢丝绳滑动也会造成张力不均。以我矿绳槽直径偏差实测值为例:
振波法(s): 1#绳为14 2#绳为12.9 3#绳为14.6 4#绳为12.7
标记法(mm): 1#绳为10 2#绳为1.4 3#绳为25 4#绳为0
其偏差大大超过了Lo/L时的K值。从以上数据中可知,各绳的弹性伸长相差很大,其中3#绳最松,也说明其直径偏差也最大。从标记法测量结果得知,3#绳相对位移量最大,这是由于该绳槽直径过小,在提升中产生打滑而造成的假象。可见打滑会影响多绳张力平衡,尤其是当一条绳槽直径小于其余绳槽直径时,则对摩擦衬垫威胁最大。因该绳在提升中的张力随着容器上升而降低,相反,下降侧张力却不断增大,两侧的拉应力比值会很快地随着提升次数发生多次变化,于是钢丝绳在绳槽内出现波波动或滑动。每滑动一次对钢丝绳将产生一次冲击,加之在手动操闸时突然减速,导致钢丝绳承受过大的惯性力,引起上提容器有向上抛的趋势,此时该绳松弛,在这瞬间下降侧的钢丝绳张力剧增,并同时发生打滑而引起强烈冲击。这种周而复始地打滑、冲击,不仅会造成钢丝绳过早损坏和剧烈磨损,而绳槽直径也被磨损变小,长此与下去,造成恶性循环,不利于安全运转。
3.绳槽直径偏大,对张力平衡不利。若一条绳槽直径大于其它几条绳槽直径时,当提升容器从井底上提时,钢丝绳张力将逐渐增加,造成该绳严重过载和过早的疲劳的损坏。只有各绳槽的有效直径相同,方能使各绳承受相等的载荷。因为多绳提升除承受工作静荷和动载荷外,还承受两项附加脉动载荷:一是由尾绳引起的附加载荷,当提升容器在井底时,靠近容器处的钢丝绳仅承受容器的重量及有效载荷,而当容器提升到井口后,该处钢丝绳承受的载荷增加了尾绳的全部重量,使该段钢丝绳上的静载荷随容器向上提升而逐渐增大,每提升一次循环重复变化一次,因而加速了钢丝绳的疲劳,此现象在深井提升中尤为明显;另一附加载荷是由于绳槽直径偏差所引起的钢丝绳应力周期性变化的疲劳载荷。在提升过程中虽然钢丝绳的弹性能起到一定的补偿作用,但容器提升到井口附近时,钢丝绳仍产生较大的附加载荷,特别在导向轮侧的钢丝绳损坏最为严重。
4.钢丝绳蠕动使张力不均。钢丝绳和衬垫受力变形,在摩擦轮上发生相对滑动,即蠕动。蠕动量的大小与运行距离及张力差成正比,随衬垫和钢丝绳的刚度增大而减小,而与提升速度无关。蠕动方向总是指向张力大的一侧,即钢丝绳总是向重侧蠕动,而与提升或下放无关。
二、张力测定方法分析
我国目前测定钢丝绳张力的方法,大都应用标记法、振波法和弹簧秤法三种,而以标记法应用最多。
1.标记法——绳槽直径允许偏差和钢绳的最大相对位移量的确定。
若已知矿井提升机参数时,并确定△?滓=4MPa (3.9kgf/mm2)时,便可根据摩擦轮名义直径、井口卸载仓至摩擦轮中心距离、井底卸载仓至摩擦轮中心距离、绳槽数、钢绳弹性模数(三角股绳E=8×103MPa)计算出绳槽有效直径偏差和钢绳各标记间允许最大相对位移量。
我矿竖井主要参数:Lo=30m, L=410m;则Lo/L=0.073.由Lo/L时的K值(×0.0001)查得,K=0.00024,则△D=0.00024×2800=0.672mm。钢丝绳允许最大相对位移量为 52.7mm
按上面计算结果加工绳槽,并应通过测定进行检验,要求各绳相对位移量允许偏差达到△Lmax/4时为满意。在正常运转时,对该井如果△Lmax>53mm时,必须及时调整钢丝绳张力。我矿用一种比上述较易简便的标记法,测量绳槽车削深度。其方法是:
(1)在无导向轮侧重载下放到井筒中两容器交锋处,在大厅作出标记,重载下放到井底,再提升到井筒中间原位置,测量到1#、2#、3#、4#钢丝绳标记数△H为:43、0、53、53。
(2)在无导向轮侧空载容器下放到井筒中作标记后,同上顺序量出标记数△H'为:36、0、46、53,根据测量值将测得值求出绳轮有效直径偏差为
△D=d-dmin=1.4×(△H×D/hs)
式中d——绳轮实际直径,mm.
dmin——绳轮最小直径,mm.
D——绳轮有效直径,D=2.828m;
hs——提升距离, hs=410m.
得出= 0.415mm,因为△H3=△H4=△H'4
所以△DS=△D4=△L'4= 0.4295mm.
另外,测量△H值后,也可以用公式检验
△Hmix<0.3Ho+ 0.07Hc
式中△Hmix——允许钢丝绳的最大长度差,mm.
Ho——摩擦轮轴至卸载站容器的高度,Hc= 30m; Hc——钢丝绳悬垂长度,Hc=410m.
凡测出的绳长误差△H超过△Hmix,均需车削绳槽。按上述数值得:
△Hmix= 0.3×30+0.07×410=37.7mm.
可见1、3、4号绳已超过此值,均需车削绳槽,才能实现张力平衡。
2.振波法。在无导向轮侧四条钢丝绳振动周期为T,当空载容器在井底时为T1,四条钢丝绳振动周期分别为7.81s、7.79s、7.39s、7.23s;重载容器在井底时为T2,振动周期分别为6.17s、6.13s、6.04s、6.00s.根据4条绳T1、T2值及钢丝绳单重、振动波时间、钢丝绳悬重长度、重力加速度即可求出钢丝绳张力S。
空载容器在井底时,四条钢丝绳张力实测值S1分别为:37896.2N、38126.2N、43133N、45374N;重载容器在井底时钢丝绳张力实测值S2分别为:64927.2 N、65870.3N、68061.5N、69067.4N。这样可以求出钢丝绳最大与最小张力差?滓t,
即空载容器在井底时,?滓t=0.1817>10%,
重载容器在井底时,?滓t=0.0618<10%.
计算结果分析:
空载容器钢丝绳张力设计数据为:容器自重+绳重=13.5t+5.994t=19.494t;
重载容器钢丝绳张力设计数据为:煤重+容器重+绳重= 9t+13.5t+ 5.994t=28.494t。
测量数据空载侧钢丝绳张力S1和重载侧S2为
S1=S1(1)+S1(2)+S1(3)+S1(4)=16.452t≈164.52 kN; S2=S1(1)+S1(2)+S1(3)+S1(4)=26.792t≈267.92 kN。
测量误差:
空载侧(S'1-S1)/S1= 3.042/19.494=15.6%
重载侧(S'2-S2)/S2=1.702/28.494=5.97%。
可见重载侧钢丝绳张力大,而测量误差小,并未超出张力平均值10%,则可不用调整。因此,只要正确使用振波法测定张力还是比较准确的。采用振波法,一般各绳的振波周期若相差10%时,应及时对张力进行调整。
3.弹簧秤拉力测定法。把空容器停在井口,测量者在导向轮平台中以合适高度在钢丝绳上挂好弹簧秤,弹簧秤以30kg为宜。当拉力达到30kg时停住,通过拉出距离便可算出各绳张力值。以我矿为例,主井绞车2009年实测各绳拉出长度分别为:
1#绳21mm;2#绳23mm;3#绳20 mm; 4#绳22mm。 L1=6150mm, L2=24070mm。
根据以上数据求得各绳张力为:
P1=69980N; P2=63890N; P3=73470N; P4= 66800N。
张力总和P合=274140N;平均张力P平=274140/4= 68535N。
各绳张力与平均张力差(百分比)分别为:
△P1=2.l%; △P2=-6.8%J; △P3=7.2%; △P4=-2.5%。
可见1~4#绳均未超过任一根绳张力同平均张力差±10%的要求。我矿自投产以来,钢丝绳使用寿命从未达到两年。使用该测量法后,及时调整绳槽半径,使用年限达两年,捻距断丝及绳经缩小值都很少。
我矿2009年对副井也采用过标记法,但标记法与弹簧秤法测量结果相差较大。2010年对主井通过三种方法进行测定,发现标记法测定钢丝绳张力与振波法及弹簧秤测定法误差较大。
根据实测结果可以看到标记法测定多绳张力误差较大。一发现张力超过规定,就应在1~2天内处理好。我矿初期调整绳槽半径,多采用小半径绳槽衬垫加石棉垫的办法,以增加绳槽半径,使4个绳槽半径接近一致。只有个别绳槽半径稍大,才进行微量车削。
综现以上三种常用的多绳张力测定方法可以看出:弹簧秤拉力测定法,方法简便、数据可靠,对掌握多绳张力分配情况,能做到心中有数。振波法次之,因振波周期t是用秒表测定的,不免有时间误差,使所测结果有一些出入。标记法最好不用。建议弹簧秤拉力测定法和振波法并用,并进行比较,才能获得满意的结果。