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摘要：近年来在矿井生产中多绳摩擦式提升机得到广泛应用。但是摩擦式提升机的维护工作尤其是换绳工作，因为危险性高，工艺复杂，成为影响矿井生产重要因素。本文进行换绳提出利用一种新型快速换绳装置并对该装置的原理和结构进行了详细地分析和介绍，为产品的进一步应用提供依据和参考。
关键词：多绳摩擦提升机；快速换绳；应用
中图分类号：TD53文献标识码： A
一、矿井提升机
（一）、种类介绍
有很多种矿井提升机，其中按井筒倾角分为竖井和斜井提升设备。按提升机构造分为缠绕式和摩擦式提升机设备。
图1矿井提升机的分类
（二）、提升钢丝绳
提升钢丝绳主要是通过细钢丝一定数量捻成股，之后再由通过若干个股围绕绳芯捻成绳。矿用钢丝绳的钢丝直径是1毫米，主要是优质碳素结构钢，较细的钢丝易于腐蚀和磨损，在生产中直径超过毫米的钢丝难以保证理想的疲劳性能和抗拉强度。钢丝表面可以镀锌加以保护，来增加钢丝绳的抗腐蚀能力。钢丝韧性号主要可以分成特号、1号、2号。提煤的主提升钢丝绳则可以使用特号或者是1号钢丝绳，升降人员使用绳应该使用特号钢丝绳。
一般来说钢丝绳的结构，指的是钢丝绳股的捻向、数目、绳股内的钢丝数目以及捻距、排列方式及直径大小等综合参数。这些参数对钢丝绳的使用寿命和性能都有直接的影响。
图2不同结构的钢丝绳
二、快速换绳系统的设计
（一）、提升机首绳换绳装置
目前换绳提高换绳效率大部分都是通过改进工艺，在一定程度上虽然换绳的问题有所改善，但是仅通过工人的手工操作和简单的工具，换绳的安全和高效还是不能保障。因此，急需研究一种安全又便捷的机械装置实现换绳，与传感技术结合确保换绳安全有序地进行，可严密监控换绳过程。设想一种换绳装置以一定的速度带动钢丝绳向前运动，实现换绳。带动钢丝绳运动采用可移动的夹紧装置，当到达行程时，返回进行下一段钢丝绳的运送。
换绳过程中为了防止发生意外出现跑绳现象，系统设置有安全保护装置即防跑绳机构。在紧急情况下可以利用自锁原理设计的锁绳装置抱紧钢丝绳避免危险产生。控制部分结合传感器技术采用电控系统和液压系统，实现全自动闭环控制换绳过程。多绳摩擦式提升机钢丝绳快速更换装置的安装示意图如图3所示。
图3多绳摩擦式提升机快速换绳系统安装示意图
（二）、夹紧装置
夹紧装置的实现采用广泛应用工程上的平行四连杆机构。由若干刚性构件用低副联接而成的平行机构，平行四连杆机构是平面低副机构。平面连杆机构有着多样运动形式。可实现摆动、转动、平面和移动复杂运动，可用于实现己知轨迹和已知运动规律。低副接触具有面接触便于润滑、运动副单位面积受力较小、易获得较高精度、磨损较小等特点。铰接四连杆机构为平行四连杆的基本型式即所有运动副为转动副。铰接四连杆分为双曲柄机构、曲柄遥杆机构、双遥杆机构。钢丝绳的直径由于制造加工等原因导致不均匀，为了确保其可靠性，并实现钢丝绳的夹紧，使用两组双遥杆四连杆机构。使用一个油缸驱动两个连杆机构。如图所示：
图4夹紧装置示意图
（三）、锁绳装置
防跑绳机构利用了斜面自锁的原理。把质量为mg的物体放在斜面上，将斜面的倾角θ慢慢地增大，当达到一定程度的倾角时，物体开始滑动。在物体开始滑动时，静摩擦力最大。根据物体平衡條件，有：
θ角被称为摩擦角。在斜面上当斜面的倾角不超过θ时，无论放多重的物体，由于静摩擦力始终与重力沿斜面向下的分力平衡，并且不大于最大静摩擦力，物体不会滑动。这就是斜面的静摩擦力下保持不会运动的状态称为“自锁现象”。
锁绳装置参照自锁原理，采用一个导向套和四个楔形块来实现锁绳。制动过程利用弹簧抱闸、液压松闸的原理，其结构简图如图所示。
图5锁绳装置结构图
三、液压与电控系统设计
夹紧装置采用双作用油缸，锁绳装置采用单作用油缸，使用两个单作用油缸实现送绳的移动。
（一）、锁绳回路
楔形块组主要是通过油缸同压块至今连接，伸出油缸活塞杆，松绳活塞杆收回和推动楔形块缩回，同时在弹簧的作用之下楔形块卡紧钢丝绳制动。使用一个电磁球阀控制以及一个两位四通电磁换向阀收放一个单向阀做好保压工作，将压力范围通过压力传感器，如果压力低于调定的压力范围之时，则启动换向阀来补充油液。
（二）、夹紧控制回路
闭环控制回路中的夹紧装置夹紧钢丝绳保证至少有一个。控制油缸的收放通过一个两位四通电磁换向阀，用两个单项阀组合分别和两个电磁顺序阀控制两个夹紧装置，实现顺序启动。
（三）、移动送绳回路
在夹紧装置夹紧钢丝绳之后，而移动送绳油缸动作较为简单，将其松动固定行程。同时实现使用一个三位四通电磁换向阀控制。
（四）、液压控制原理
锁紧回路的阀组右位在液压泵未工作时，为工作位置，在弹簧作用下锁绳装置是在锁绳的状态之中。当电机启动，液压泵工作，液压油第一应该设有换向阀控制到达锁绳回路，油液在进入油缸之后可以通过单向阀和换向阀，由此而进入到松绳状态之中，锁绳装置到达设定压力之时，关闭换向阀而进入到保压的状态之中。电磁阀控制油液开启交替换绳回路之后，先进入左边夹紧部分油缸也可以通过单向阀，而当压力到达一定值之时，顺序阀控制油液而进入右夹紧部分油缸之内，夹紧部分则处于一种夹紧的状态之中，夹紧部分松开钢丝绳。此时油液则会进入到左右步进油缸，并且也可以开启步进回路的换向阀，带动右夹紧装置返回，左夹紧装置向前送绳。而左夹紧装置实现设定行程之时，电磁阀换向，右夹紧装置复位，左夹紧装置松绳，而当油缸压力到达一定值，顺序阀控制右移动送绳装置夹紧钢丝绳，左夹紧装置复位，启动移动送绳油缸，右夹紧装置送绳到预定位置。至此一个连续送绳周期结束，其上的操作重复进一直到钢丝绳下放结束之后。
（五）电控系统设计
PLC主控制系统。
四、换绳步骤
作业时所有高空作业人员一定要佩戴安全带，并在牢靠的位置进行固定，严格执行安全带“高挂低用”原则；在井口和井底20m范围同时设警戒，严禁与之无关的人员同施工现场以及井口接近；每一个平台作业和时间安排应该通过现场负责人做好统一指挥，每一个平台为了制止井架以及井筒坠物，应该实现依次交替作业。同时对井筒以及横梁之上的杂物作业之前做好清理工作，防止坠落砸伤人员。确认处于彻底松弛状态之后然后再割断井口、井底钢丝绳之时；人员在井口割绳时进行切割站在钢丝绳有运动趋势的反方向；井底使用分绳器分别护好4根钢丝绳，同时割断点不可以高于分绳器下口1.2m，并且使用1根长2.5m的空心钢管捆绑割刀后，人员站在管道出口平台之上，拿着钢管进行远距离切割钢丝绳，在割断瞬间防止钢丝绳旋转打伤作业人员；应依照提升需要截取钢丝绳，把新钢丝绳的安装长度准确的计算出，新钢丝绳的长度在新钢丝绳穿入罐笼的鸡心环之时应该做好核对工作。下放新绳之时，绳卡经天轮、滚筒以及车房出绳口之时应该要有专人看护，出现损坏绳衬、跳槽、出绳口卡阻等等情况之时应该立即停车处理。在经过天轮及滚筒后，新旧绳连接绳卡必须再次紧固，防止滑脱。禁止在吊运作业之时，处于吊装物的下方，在人员与吊运物之间留有充足的安全距离，人员应该做好自主保安。吊运所使用钢丝绳鼻应该是新编制的钢丝绳鼻，同时使用弯曲半径高于100mm的圆弧在绳鼻与固定物连接之时做好过渡，严禁直接套接在棱形面上或钢丝绳鼻打死弯，吊运前必须进行一次全面检查吊装绳鼻，确认无误后方可施工。
结束语
针对换绳耗时耗力、操作困难、安全性不高的问题，研究出这种全自动连续由电液联合控制的快速换绳系统。某公司采用新的换绳工艺方法和这种快速换绳装置后，对副井首绳的更换工作仅用21h即完成，完成任务比原计划提前19h，更为重要的是由于准备充分、工艺先进、方案成熟，为摩擦提升机更换首绳使用新工艺做出了积极的探索，其成果值得推广应用。
参考文献
[1] 寇子明.多绳摩擦提升机快速换绳装置的研究［J］.煤矿机械，2004，25（3）：146-147.
[2] 赵宁.多绳摩擦提升机换绳系统的研究与仿真［D］.太原：太原理工大学，2007.
关键词：多绳摩擦提升机；快速换绳；应用
中图分类号：TD53文献标识码： A
一、矿井提升机
（一）、种类介绍
有很多种矿井提升机，其中按井筒倾角分为竖井和斜井提升设备。按提升机构造分为缠绕式和摩擦式提升机设备。
图1矿井提升机的分类
（二）、提升钢丝绳
提升钢丝绳主要是通过细钢丝一定数量捻成股，之后再由通过若干个股围绕绳芯捻成绳。矿用钢丝绳的钢丝直径是1毫米，主要是优质碳素结构钢，较细的钢丝易于腐蚀和磨损，在生产中直径超过毫米的钢丝难以保证理想的疲劳性能和抗拉强度。钢丝表面可以镀锌加以保护，来增加钢丝绳的抗腐蚀能力。钢丝韧性号主要可以分成特号、1号、2号。提煤的主提升钢丝绳则可以使用特号或者是1号钢丝绳，升降人员使用绳应该使用特号钢丝绳。
一般来说钢丝绳的结构，指的是钢丝绳股的捻向、数目、绳股内的钢丝数目以及捻距、排列方式及直径大小等综合参数。这些参数对钢丝绳的使用寿命和性能都有直接的影响。
图2不同结构的钢丝绳
二、快速换绳系统的设计
（一）、提升机首绳换绳装置
目前换绳提高换绳效率大部分都是通过改进工艺，在一定程度上虽然换绳的问题有所改善，但是仅通过工人的手工操作和简单的工具，换绳的安全和高效还是不能保障。因此，急需研究一种安全又便捷的机械装置实现换绳，与传感技术结合确保换绳安全有序地进行，可严密监控换绳过程。设想一种换绳装置以一定的速度带动钢丝绳向前运动，实现换绳。带动钢丝绳运动采用可移动的夹紧装置，当到达行程时，返回进行下一段钢丝绳的运送。
换绳过程中为了防止发生意外出现跑绳现象，系统设置有安全保护装置即防跑绳机构。在紧急情况下可以利用自锁原理设计的锁绳装置抱紧钢丝绳避免危险产生。控制部分结合传感器技术采用电控系统和液压系统，实现全自动闭环控制换绳过程。多绳摩擦式提升机钢丝绳快速更换装置的安装示意图如图3所示。
图3多绳摩擦式提升机快速换绳系统安装示意图
（二）、夹紧装置
夹紧装置的实现采用广泛应用工程上的平行四连杆机构。由若干刚性构件用低副联接而成的平行机构，平行四连杆机构是平面低副机构。平面连杆机构有着多样运动形式。可实现摆动、转动、平面和移动复杂运动，可用于实现己知轨迹和已知运动规律。低副接触具有面接触便于润滑、运动副单位面积受力较小、易获得较高精度、磨损较小等特点。铰接四连杆机构为平行四连杆的基本型式即所有运动副为转动副。铰接四连杆分为双曲柄机构、曲柄遥杆机构、双遥杆机构。钢丝绳的直径由于制造加工等原因导致不均匀，为了确保其可靠性，并实现钢丝绳的夹紧，使用两组双遥杆四连杆机构。使用一个油缸驱动两个连杆机构。如图所示：
图4夹紧装置示意图
（三）、锁绳装置
防跑绳机构利用了斜面自锁的原理。把质量为mg的物体放在斜面上，将斜面的倾角θ慢慢地增大，当达到一定程度的倾角时，物体开始滑动。在物体开始滑动时，静摩擦力最大。根据物体平衡條件，有：
θ角被称为摩擦角。在斜面上当斜面的倾角不超过θ时，无论放多重的物体，由于静摩擦力始终与重力沿斜面向下的分力平衡，并且不大于最大静摩擦力，物体不会滑动。这就是斜面的静摩擦力下保持不会运动的状态称为“自锁现象”。
锁绳装置参照自锁原理，采用一个导向套和四个楔形块来实现锁绳。制动过程利用弹簧抱闸、液压松闸的原理，其结构简图如图所示。
图5锁绳装置结构图
三、液压与电控系统设计
夹紧装置采用双作用油缸，锁绳装置采用单作用油缸，使用两个单作用油缸实现送绳的移动。
（一）、锁绳回路
楔形块组主要是通过油缸同压块至今连接，伸出油缸活塞杆，松绳活塞杆收回和推动楔形块缩回，同时在弹簧的作用之下楔形块卡紧钢丝绳制动。使用一个电磁球阀控制以及一个两位四通电磁换向阀收放一个单向阀做好保压工作，将压力范围通过压力传感器，如果压力低于调定的压力范围之时，则启动换向阀来补充油液。
（二）、夹紧控制回路
闭环控制回路中的夹紧装置夹紧钢丝绳保证至少有一个。控制油缸的收放通过一个两位四通电磁换向阀，用两个单项阀组合分别和两个电磁顺序阀控制两个夹紧装置，实现顺序启动。
（三）、移动送绳回路
在夹紧装置夹紧钢丝绳之后，而移动送绳油缸动作较为简单，将其松动固定行程。同时实现使用一个三位四通电磁换向阀控制。
（四）、液压控制原理
锁紧回路的阀组右位在液压泵未工作时，为工作位置，在弹簧作用下锁绳装置是在锁绳的状态之中。当电机启动，液压泵工作，液压油第一应该设有换向阀控制到达锁绳回路，油液在进入油缸之后可以通过单向阀和换向阀，由此而进入到松绳状态之中，锁绳装置到达设定压力之时，关闭换向阀而进入到保压的状态之中。电磁阀控制油液开启交替换绳回路之后，先进入左边夹紧部分油缸也可以通过单向阀，而当压力到达一定值之时，顺序阀控制油液而进入右夹紧部分油缸之内，夹紧部分则处于一种夹紧的状态之中，夹紧部分松开钢丝绳。此时油液则会进入到左右步进油缸，并且也可以开启步进回路的换向阀，带动右夹紧装置返回，左夹紧装置向前送绳。而左夹紧装置实现设定行程之时，电磁阀换向，右夹紧装置复位，左夹紧装置松绳，而当油缸压力到达一定值，顺序阀控制右移动送绳装置夹紧钢丝绳，左夹紧装置复位，启动移动送绳油缸，右夹紧装置送绳到预定位置。至此一个连续送绳周期结束，其上的操作重复进一直到钢丝绳下放结束之后。
（五）电控系统设计
PLC主控制系统。
四、换绳步骤
作业时所有高空作业人员一定要佩戴安全带，并在牢靠的位置进行固定，严格执行安全带“高挂低用”原则；在井口和井底20m范围同时设警戒，严禁与之无关的人员同施工现场以及井口接近；每一个平台作业和时间安排应该通过现场负责人做好统一指挥，每一个平台为了制止井架以及井筒坠物，应该实现依次交替作业。同时对井筒以及横梁之上的杂物作业之前做好清理工作，防止坠落砸伤人员。确认处于彻底松弛状态之后然后再割断井口、井底钢丝绳之时；人员在井口割绳时进行切割站在钢丝绳有运动趋势的反方向；井底使用分绳器分别护好4根钢丝绳，同时割断点不可以高于分绳器下口1.2m，并且使用1根长2.5m的空心钢管捆绑割刀后，人员站在管道出口平台之上，拿着钢管进行远距离切割钢丝绳，在割断瞬间防止钢丝绳旋转打伤作业人员；应依照提升需要截取钢丝绳，把新钢丝绳的安装长度准确的计算出，新钢丝绳的长度在新钢丝绳穿入罐笼的鸡心环之时应该做好核对工作。下放新绳之时，绳卡经天轮、滚筒以及车房出绳口之时应该要有专人看护，出现损坏绳衬、跳槽、出绳口卡阻等等情况之时应该立即停车处理。在经过天轮及滚筒后，新旧绳连接绳卡必须再次紧固，防止滑脱。禁止在吊运作业之时，处于吊装物的下方，在人员与吊运物之间留有充足的安全距离，人员应该做好自主保安。吊运所使用钢丝绳鼻应该是新编制的钢丝绳鼻，同时使用弯曲半径高于100mm的圆弧在绳鼻与固定物连接之时做好过渡，严禁直接套接在棱形面上或钢丝绳鼻打死弯，吊运前必须进行一次全面检查吊装绳鼻，确认无误后方可施工。
结束语
针对换绳耗时耗力、操作困难、安全性不高的问题，研究出这种全自动连续由电液联合控制的快速换绳系统。某公司采用新的换绳工艺方法和这种快速换绳装置后，对副井首绳的更换工作仅用21h即完成，完成任务比原计划提前19h，更为重要的是由于准备充分、工艺先进、方案成熟，为摩擦提升机更换首绳使用新工艺做出了积极的探索，其成果值得推广应用。
参考文献
[1] 寇子明.多绳摩擦提升机快速换绳装置的研究［J］.煤矿机械，2004，25（3）：146-147.
[2] 赵宁.多绳摩擦提升机换绳系统的研究与仿真［D］.太原：太原理工大学，2007.