提升鋼絲繩是礦井提升系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)提升系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著極為重要的作用，在礦井整個(gè)服務(wù)年限中，是需要經(jīng)常更換的易損件。無(wú)論從安全生產(chǎn)還是從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行上考慮，都必須對(duì)鋼絲繩的選擇高度重視。鋼絲繩本身的質(zhì)量固然重要，但如果鋼絲繩選用不當(dāng)，將會(huì)造成鋼絲繩使用壽命的縮短，甚至導(dǎo)致安全事故。當(dāng)前，不同文獻(xiàn)或資料對(duì)礦井提升鋼絲繩的捻向選擇有著不同的表述，國(guó)內(nèi)鋼絲繩生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的使用說(shuō)明和文獻(xiàn) [1]提出，單繩纏繞式提升鋼絲繩的捻向選擇應(yīng)與卷筒螺旋槽的方向相反；而文獻(xiàn) [2] 和文獻(xiàn) [3] 提出，在我國(guó)，對(duì)單繩纏繞式提升機(jī)鋼絲繩的選用原則，一般是鋼絲繩的捻向應(yīng)與繩在卷筒上纏繞的螺旋線(xiàn)方向一致，目的是為了防止纏繞時(shí)鋼絲繩松捻。針對(duì)上述 2 種相反的觀點(diǎn)，筆者將重點(diǎn)分析探討提升過(guò)程中鋼絲繩松、緊捻情況，并對(duì)鋼絲繩捻向選擇提出參考建議。
1 礦井提升鋼絲繩捻向分類(lèi)及特點(diǎn)
提升鋼絲繩按絲在股中和股在繩中捻向關(guān)系可以分為同向捻和交互捻，絲在股中和股在繩中捻向相同時(shí)稱(chēng)為同向捻，絲在股中和股在繩中捻向相反時(shí)稱(chēng)為交互捻，共有右同向捻、右交互捻、左同向捻和左交互捻 4 種類(lèi)型。
同向捻鋼絲繩具有如下特點(diǎn)：
(1) 表面光滑、柔性好和耐疲勞，與卷筒、天輪接觸面積大，磨損均勻，彎曲應(yīng)力小，使用壽命長(zhǎng)，斷絲后斷絲頭翹起易被發(fā)現(xiàn)；
(2) 由于股內(nèi)鋼絲的扭轉(zhuǎn)力矩與鋼絲繩的扭轉(zhuǎn)力矩方向相同，旋轉(zhuǎn)性較大，散股趨向也大，穩(wěn)定性較差，使用中容易產(chǎn)生扭結(jié)。
交互捻鋼絲繩受到載荷拉伸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與繩股編捻方向相反的轉(zhuǎn)動(dòng)，而繩中的鋼絲與繩股的捻向相反，可以在繩內(nèi)產(chǎn)生一阻止轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩。所以，交互捻鋼絲繩不旋轉(zhuǎn)性能較同向捻鋼絲繩好，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，在使用中不易產(chǎn)生扭結(jié)現(xiàn)象。
2 礦井提升鋼絲繩捻向選擇
2.1 立井單繩單層纏繞時(shí)礦井提升鋼絲繩捻向選擇
2.1.1 整繩分析鋼絲繩的旋轉(zhuǎn)情況
鋼絲繩在捻制時(shí)，繩股圍繞繩芯旋轉(zhuǎn)，當(dāng)鋼絲繩受到拉力后，繩股因被拉而向與捻向相反方向旋轉(zhuǎn)。但由于礦井提升鋼絲繩一端固定于卷筒，經(jīng)過(guò)天輪的另一端連接于提升容器，在提升過(guò)程中，提升容器是不允許旋轉(zhuǎn)的，這相當(dāng)于鋼絲繩兩端都是固定的，所以鋼絲繩整體上是不會(huì)逆轉(zhuǎn)的，即宏觀上不松捻也不緊捻。
2.1.2 分段分析卷筒螺旋槽引起的鋼絲繩旋轉(zhuǎn)情況
為進(jìn)一步討論卷筒螺旋繩槽對(duì)鋼絲繩旋轉(zhuǎn)的影響，首先對(duì)鋼絲繩在卷筒上的纏繞過(guò)程進(jìn)行分析。設(shè)卷筒襯墊上的螺旋繩槽與卷筒圓周方向的夾角為 β，如圖 1 所示，依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，按卷筒直徑是鋼絲繩直徑的 80 倍，螺旋間距為鋼絲繩直徑的 1.1 倍進(jìn)行計(jì)算，即式 (1) 成立
式中：d 為鋼絲繩直徑。
式 (1) 表明，鋼絲繩每繞卷筒 1 周，鋼絲繩軸向移動(dòng) 1.1 倍于鋼絲繩直徑的距離。求得
從圖 1 中可以看出，當(dāng)鋼絲繩在卷筒上纏繞時(shí)，鋼絲繩相對(duì)天輪的最大內(nèi)、外偏角為 α1、α2。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》要求，天輪到卷筒上的鋼絲繩的最大內(nèi)、外偏角都不得超過(guò) 1°30′。由此可知，鋼絲繩在最大內(nèi)、外偏角時(shí)相對(duì)于卷筒繩槽的偏角分別為 α1+ β = 1°45′和 α2 - β = 1°15′。
圖1 提升鋼絲繩和繩槽偏角
由此可見(jiàn)，鋼絲繩和繩槽方向并不重合。以下以固定卷筒 (上出繩) 為分析對(duì)象，卷筒螺旋槽為右旋，右同向捻鋼絲繩，假定從車(chē)房操控臺(tái)面向井架方向觀察為例進(jìn)行分析。當(dāng)提升鋼絲繩處于外偏角，固定卷筒 (上出繩) 側(cè)上提時(shí)，鋼絲繩首先與螺旋繩槽的左邊緣相遇接觸，如圖 2 所示。在繞進(jìn)繩槽的過(guò)程中，由于受到左邊緣的抵抗力，使鋼絲繩繞自身軸線(xiàn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。同時(shí)在天輪處，鋼絲繩與天輪繩槽的右邊緣脫離，天輪繩槽右側(cè)作用也使鋼絲繩繞自身軸線(xiàn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。這樣，將使得繞在卷筒上的鋼絲繩出現(xiàn)緊捻，而卷筒以外未纏繞鋼絲繩將發(fā)生松捻。
圖2 外偏角上提時(shí)螺旋繩槽對(duì)鋼絲繩旋轉(zhuǎn)的影響 (順時(shí)針旋轉(zhuǎn))
同理，可以得出如下結(jié)論：即無(wú)論是固定卷筒還是游動(dòng)卷筒在上提或下放時(shí)，卷筒以外的未纏繞鋼絲繩均為從停車(chē)位置的正常狀態(tài)，到上提前半程鋼絲繩處于外偏角或下放前半程鋼絲繩處于內(nèi)偏角時(shí)纏繞，導(dǎo)致卷筒以外未纏繞鋼絲繩松捻，到鋼絲繩處于卷筒中間位置時(shí)的既不緊捻也不松捻，再到上提后半程鋼絲繩處于內(nèi)偏角或下放后半程鋼絲繩處于外偏角時(shí)纏繞導(dǎo)致卷筒以外未纏繞鋼絲繩緊捻，使前半程的松捻恢復(fù)到正常狀態(tài)。為驗(yàn)證以上分析，筆者分別選擇了兩家煤礦的副井提升機(jī)對(duì)上述情況進(jìn)行了試驗(yàn)和觀察，結(jié)果表明，上述分析得出的結(jié)論是正確的。
鋼絲繩松捻和緊捻均會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩的疲勞性能降低，最壞的情況是鋼絲繩形成“鳥(niǎo)籠”狀或繩芯擠出等，鋼絲繩結(jié)構(gòu)被破壞。特別是考慮到上提初始階段，提升機(jī)加速和鋼絲繩自重影響使鋼絲繩受力最大，且井筒下部受淋水和粉塵等影響更為嚴(yán)重。因此，筆者建議，對(duì)我國(guó)普遍使用的右旋繩槽單繩纏繞式提升機(jī)使用左同向捻鋼絲繩，以使每一提升循環(huán)出現(xiàn)上提前半程鋼絲繩處于外偏角或下放前半程處于內(nèi)偏角纏繞時(shí)，卷筒以外的未纏繞鋼絲繩緊捻，到鋼絲繩處于卷筒中間位置時(shí)既不緊捻也不松捻，再到上提后半程鋼絲繩處于內(nèi)偏角或下放后半程鋼絲繩處于外偏角時(shí)鋼絲繩松捻，使前半程的緊捻恢復(fù)到正常狀態(tài)。
2.2 繩罐道立井單繩纏繞提升鋼絲繩捻向選擇
由于繩罐道是柔性罐道，其剛性遠(yuǎn)不如剛性罐道，要求提升鋼絲繩具有良好的不旋轉(zhuǎn)性。否則，容器在井筒中將發(fā)生一定角度的扭轉(zhuǎn)，使得容器與井筒各部間隙難以保證，嚴(yán)重者有可能發(fā)生容器與井壁或井筒裝備相碰等嚴(yán)重事故。因此，繩罐道提升鋼絲繩宜選用交互捻鋼絲繩。
2.3 多繩摩擦提升鋼絲繩捻向選擇
為消除鋼絲繩扭轉(zhuǎn)對(duì)提升容器的影響，多繩摩擦式提升機(jī)要求左、右捻鋼絲繩成對(duì)使用，即左、右捻各半。即可以選用左同向捻、右同向捻各半，也可以選左交互捻、右交互捻各半。最好選用左同向捻、右同向捻各半，因?yàn)樵谕瑯訔l件下，不但同向捻鋼絲繩的使用壽命較交互捻長(zhǎng)，而且同向捻鋼絲繩的摩擦系數(shù)也較交互捻鋼絲繩高。
3 結(jié)論
礦井提升鋼絲繩作為一種重要用途鋼絲繩，在選型時(shí)必須科學(xué)和謹(jǐn)慎，筆者對(duì)其捻向選擇問(wèn)題進(jìn)行了討論，重點(diǎn)對(duì)立井單繩單層纏繞時(shí)礦井提升鋼絲繩捻向選擇問(wèn)題進(jìn)行了探析，結(jié)論如下：
(1) 立井單繩纏繞礦井提升鋼絲繩捻向選擇應(yīng)使鋼絲繩的捻向與卷筒螺旋繩槽的旋向相反，即對(duì)于我國(guó)絕大部分的右旋繩槽提升機(jī)應(yīng)選用左同向捻鋼絲繩。
(2) 對(duì)不旋轉(zhuǎn)性要求較高的礦井提升鋼絲繩應(yīng)選用交互捻鋼絲繩，如繩罐道立井單繩纏繞提升鋼絲繩應(yīng)優(yōu)先選用交互捻。
(3) 多繩摩擦提升鋼絲繩捻向優(yōu)先選取左、右同向捻各半的同向捻鋼絲繩。
