缠绕式提升机滚筒开裂原因及预防

谭爱兵

（晋城市煤炭规划设计院，山西 晋城 048000）

缠绕式提升机作为煤矿企业重要的提升设备，担负着提升矿物和升降人员、设备及材料等重任[1]，而作为提升系统的主要承载部件——卷筒，在提升的过程中起着至关重要的作用。但在其使用过程中，由于工艺、材料、外在环境以及人为因素的影响，会逐渐磨损、变形，甚至会出现断裂、蚀损等现象。随着磨损程度的不断增大，设备的技术状态将会产生不同程度的劣化，使得设备不可避免地发生各种各样的故障，给煤矿安全生产、正常运行埋下了很大隐患[2]，严重影响企业的安全生产，甚至导致人员伤亡，因此需要引起高度重视。

本文在对筒壳开裂位置以及形式做出简单介绍的基础上，对其开裂原因进行了详细分析，并有针对性地提出相应的预防措施，从而保证提升机安全、可靠和高效运行。

1 筒壳开裂位置及形式

通过对现场一些矿井缠绕式提升机的调查，发现筒壳容易发生开裂的位置主要为以下两种：

（1）筒壳自身的开裂，包括沿筒壳圆周方向局部开裂、沿筒壳轴承方向开裂。一般裂纹首先出现在两半筒壳合口处；筒壳与支轮连接处，并沿圆周方向逐渐扩展[3]。

（2）筒壳与外部设备连接处沿焊缝开焊或开裂，包括筒壳与支轮连接处、滚筒与支环连接处、筒壳上铆钉孔周围开裂等。这些开裂部位对筒壳失去支撑作用，甚至脱落。

2 筒壳开裂原因分析

根据筒壳发生开裂的位置，对其开裂原因从以下两方面进行分析。

筒壳自身的开裂主要由内因和外因两方面构成。内因是在进行结构设计时，由于理论计算误差过大导致筒壳过薄以及钢板材质有缺陷使筒壳强度无法满足来自载荷的各种应力。外因则主要来自负载的钢丝绳，包括已经缠到卷筒上的钢丝绳圈对筒壳所施加的径向压力和未缠到卷筒上的钢丝绳的静拉力对筒壳所施加的弯矩和扭矩，使得壳上每一点的载荷值因钢丝绳不断地缠绕和放松而不断变化，导致外部载荷产生的各种应力超过材料的允许值，在这种变应力的作用下筒壳产生开裂[4]。以及在筒壳与轮辐进行连接时，由于滚筒的受力不均匀引起的铆钉震动，使得筒壳容易产生位移，从而造成筒壳崩裂。

外因还包括沿焊缝开焊或开裂的现象，这可以从以下几方面进行考虑。

（1）筒壳与支轮固定连接时，其连接处主要承受的载荷包括作用在滚筒壳而产生的弯矩、扭矩以及径向压力。同时由于周向压缩力和纵向弯曲应力的共同作用，使得在筒壳与支轮的连接处产生较大的弯曲应力，从而容易产生裂纹。如果焊接应力过大或者焊接强度不够，则会出现开焊或开裂的情况。

（2）筒壳与支环连接焊接处，由于存在径向压力，支环上承受反力，使得弯矩最大，易产生弯曲应力和剪切应力，当其大于筒壳所能承受的强度时，容易在支环处引起滚筒壳裂纹。因此，为了防止裂纹的产生，需要采取加厚滚筒壳的措施。

（3）筒壳和衬木连接处的裂纹，是由于在筒壳上钻螺栓连接孔时未满足连接孔的孔径及安装规范要求，对筒壳强度造成很大影响，从而产生孔间裂纹。

无论是内因还是外因，实质都是筒壳强度无法满足外部载荷的要求，因此造成筒壳开裂的主要原因是在进行选材以及结构设计时的某些不合理，以及使用不合理等外在因素导致筒壳强度满足不了外部载荷的要求。

3 筒壳开裂的处理及预防措施

当出现开裂现象时，在对筒壳开裂原因进行分析的基础上，可以针对不同的情况采取不同的处理方法。

（1）更换较厚的滚筒。在设计卷筒厚度时，其许用应力应按抗疲劳强度确定，而不应按疲劳安全系数为115 倍来确定；或者在筒壳内部沿圆周方向增设加强支环，即在内部焊接一圈薄钢板或纵向肋以补强筒壳。

（2）对于已松动的铆钉需进行重新铆固或者使用刚度较大的角钢进行连接。

（3）对于已开裂处进行补焊，并在裂纹的终端处钻止裂孔。

（4）为避免过负荷运转，应合理使用、维护。

上述方法是指在提升机出现开裂现象后采取的方法，是造成停机之后进行的维修，属于一种被动的检修方式。在实际的运行过程中，为了将事故消灭在萌芽状态，避免较大事故的发生，需要采取一定的预防措施。

（1）在对筒壳厚度进行理论计算时应全面合理，表现为两方面：计算最大动拉力而非最大静拉力；计算疲劳强度而非静强度。

（2）选择材料时，应选择材质均匀，满足强度指标要求的原材料，严把质量关。

（3）避免在工作中产生很大的局部应力，防止联接螺栓的预紧力不同，导致局部挤压过重。

（4）在进行焊接的过程中，应根据不同的材质选用不同的焊条，并清洗干净焊接处；同时，焊接后应采用整体退火，消除在筒壳弯制过程中产生的预应力。

（5）为减少开裂的隐患，在设计过程中应尽量减少筒壳上的开孔量。

（6）使用过程中应避免出现冲击、过载等严重导致筒壳开裂发生的因素，同时对于这种核心设备需要按一定的周期进行检修，及时处理螺栓松动、衬垫磨损不均等情况，对于磨损到指定范围的器件需进行及时更换，避免出现更严重的损害。

4 结语

提升机作为煤矿生产的重要工具，在其使用过程中由于自身和外在原因不可避免会出现一些故障。面对出现的滚筒筒壳开裂问题，首先需要根据现象分析原因，从而对症下药提出合理解决方案。同时，为了避免类似事故的发生，需采取一定的预防措施保证提升机的运行效率以及使用寿命，使现代煤矿企业的生产工作达到最优。

[1]闫建设.矿井缠绕式提升机滚筒裂纹原因分析与防范措施[J].矿山机械，2005（9）：123-124.

[2]李长军，朱春学，范战峰.缠绕式提升机筒壳崩裂的原因分析及对策[J].煤矿机械，2004（5）：125-126.

[3]徐梯云，刘碧玉，汪旭东.旧式提升机卷筒的使用维修与改造[J].煤矿机械，2003（7）：80-81.

[4]袁登振.K J 型矿井提升机筒壳损坏原因及处理方法[J].矿山机械，1994（1）：39-40.