马 宁，刘 阳，王立杰，车强强

（河钢集团沙河中关铁矿有限公司，河北邢台 054100）

0 引言

相对于单绳缠绕式提升机，多绳摩擦式提升机有提升能力大、提升高度高、安全系数高等优势，许多大型地下矿山采用多绳摩擦式提升机。工作原理：多根钢丝绳搭放在摩擦轮、导向轮上，两端各悬挂一个提升容器，当电动机（或经过减速器）带动摩擦轮转动时，借助于安装在摩擦轮上的衬垫与钢丝绳之间摩擦力，使钢丝绳随摩擦轮一起转动，从而实现提升容器的上、下运行。多个衬块拼装在一起组成摩擦轮上的绳槽，钢丝绳搭设在摩擦轮上，并沿绳槽运行。摩擦轮与钢丝绳之间通过摩擦副进行运动形式传导，绳槽之间的相对深度对多绳摩擦式提升机的安全运行产生深远的影响，值得深入探究。

1 摩擦轮绳槽深度的影响

为方便研究多绳摩擦式提升机摩擦轮绳槽深度对提升机安全运行的影响，将摩擦轮绳槽深度转化为简要的物理模型，建立物理模型（图1）。该模型将提升机的主轴转化成轴Z，多绳摩擦式提升机的滚筒绳槽转化成固定在轴Z上的圆盘，为方便研究以2个圆盘为例进行数学计算，分别记做Y1和Y2。设模型轴Z的角速度为ω，圆盘Y1的半径为R1，圆盘Y2的半径为R2，绳槽的线速度为v，圆盘Y1的线速度为v1，圆盘Y2的线速度为v2。则根据物理模型可存在以下计算关系：根据运动学公式v=ωr，可知转动体线速度与角速度的关系为线速度等于转动轴的角速度和转动体半径乘积。根据同一轴上的转动体的角速度相同，则圆盘Y1、圆盘Y2安装固定在同一轴上，其角速度相同。则圆盘Y1的线速度为v1=ωR1，圆盘Y2的线速度为v2=ωR2。假设两圆盘的半径存在R1=R2+r的关系，则圆盘Y1的线速度可表示为v1=ω（R2+r），即同一轴上安装固定的两圆盘线速度的差值与直径的差值相关。

类比到多绳摩擦式提升机可知摩擦轮绳槽的线速度可表示为 V=ω（R+r），得各绳槽线速度的差值与绳槽差值相关，即 v=ωr，则提升机摩擦轮每运转一圈，不同绳槽的周长差值为l=2πr，其中，V为线速度，v为绳槽线速度的相对差值，R为滚筒半径，是程序的标定值，r为各绳槽深度的差值。r为计算量，当绳槽的直径大于控制程序中标定直径时，r＞0；当绳槽的直径小于控制程序中标定直径时，r＞0。由此可得出以下结论。

（1）各绳槽的线速度与绳槽深度有关，绳槽深度差值绝对值越大，相对应的绳槽直径变化量越大，当摩擦轮旋转一周后，绳槽的周长差值越大。反之绳槽深度差值绝对值越小，相对应的绳槽直径变化量越小，当摩擦轮旋转一周后，绳槽的周长差值越大。

（2）当r＞0时，该绳槽的直径比控制程序滚筒直径的标定值大，线速度变大，摩擦轮每旋转一周，该绳槽上搭设的提升首绳比实际多运行的距离为l，张力平衡装置的液压缸伸长l，l与r成正比关系。随着摩擦轮旋转圈数的增加，张力平衡装置的液压缸会持续伸长，直至达到张力平衡装置的调节极限范围，液压缸停止伸长。当液压缸没有调节范围时，会导致该提升首绳的实际承载拉力降低，本应承受的拉力转移到其他首绳上。由于液压缸无调节量，当提升机高速运行时，该绳的晃动量明显增大，提升机运行安全稳定性降低；该绳拉力降低，其他首绳拉力增大，钢丝绳及张力平衡装置液压缸的使用寿命降低。

（3）当r＞0时，该绳槽的直径缩小，线速度变小，摩擦轮每旋转一周，该绳槽上搭设的提升首绳比实际少运行的距离为l，张力平衡装置的液压缸收缩l。随着摩擦轮旋转圈数的增加，张力平衡装置的液压缸会持续缩短，直至液压缸没有收缩量。当液压缸没有收缩量时，会出现只有该绳受力，其他钢丝绳不受力的情况。由于液压缸无收缩量，当提升机高速运行时，其他钢丝绳的晃动量明显增大；只有该绳受力，长期在这种工况下运行，会出现断绳事故。

2 摩擦轮绳槽深度的测量方法

多绳摩擦式提升机滚筒绳槽的深度有2种常规测量方法，一种是周长法，即沿着绳槽周长方向缠绕一根钢丝，通过测量绳槽的周长，利用数学公式计算绳槽实际直径；另一种是直接测量法，即沿着摩擦轮两挡板并与主轴方向平行，搭设一条水平基准线，用游标卡尺测量绳槽最深点到基准线的距离。以上2种测量方法都存在不同程度的缺陷，周长法缺陷：由于滚筒绳槽是一个圆弧，测量钢丝的位置很难落在绳槽最深点，因此测量偏差较大；直接法缺陷：游标卡尺的测量点很难落在滚筒绳槽的中心线上，测量点较多，时间长，数据处理较复杂等。

根据笔者研究，现介绍一种新型测量摩擦轮绳槽深度的方法：张力平衡装置反馈法，即通过测量张力平衡装置的液压缸伸缩量计算绳槽深度，可以有效消除常规测量方法的测量误差。

由前文阐述，多绳摩擦式提升机摩擦轮绳槽深度的影响可以得出：绳槽深度偏差产生的最直接影响是张力平衡装置液压缸的伸缩量。当绳槽直径大于程序标定滚筒直径的情况下，罐笼下行时，罐笼侧张力平衡装置液压缸会伸长；绳槽直径小于程序标定的滚筒直径情况下，罐笼下行时，罐笼侧张力平衡装置液压缸会收缩。液压缸的伸长量或者收缩量与绳槽直径的差值成正比关系，因此可通过液压缸的伸缩量来反向推导计算绳槽直径的偏差值。

实际测量方法简略如下：开始时罐笼顶部与井口平台对平，将每个张力平衡装液压缸的初始位置作好标记；罐笼慢下，记录罐笼转动的圈数。当罐笼运行至一定位置时，提升机停止，测量每个液压缸伸缩量，并做好记录。张力平衡装置液压缸的伸缩量记为l，多绳摩擦式提升机的摩擦轮的转动圈数记为n，程序标定滚筒直径为d，绳槽实际直径为D；绳槽深度偏差为r，其中，l为矢量，液压缸伸长时l为正值，液压缸收缩时，l为负值。根据第二部分的论述可知，l=2πrn，则绳槽的偏差为r=l/2πn，则绳槽的实际直径为D=2r+d=l/（πn）+d。

3 结论

（1）多绳摩擦式提升机摩擦轮绳槽深度影响张力平衡装置的液压缸的伸缩量，当伸缩量超过液压缸的调节范围时，易导致提升首绳晃动量增大，甚至出现脱槽、断绳事故。

（2）张力平衡装置反馈法通过测量张力平衡装置液压缸的伸缩量，能够准确方便的计算出摩擦轮绳槽实际直径，为绳槽车削提供理论依据。