一种用于绳索缠绕的过渡装置及其使用方法与流程

本发明具体涉及一种用于绳索缠绕的过渡装置及其使用方法。

背景技术：

矿山行业内深度超过1000m的矿井属于超深矿井，超深矿井提升多通过钢丝绳多层缠绕实现，钢丝绳不可避免地要进行层间过渡和圈间过渡。因此，多层缠绕卷筒表面均需安装平行折线绳槽衬垫，另外多层缠绕钢丝绳需要在两个挡绳板位置借助层间过渡装置实现钢丝绳向更高层的爬升、换向。

目前，矿井提升设备还没有三层以上的钢丝绳转向过渡装置，钢丝绳在层间过渡时依靠相邻的同层钢丝绳、挡板形成的楔形空间实现钢丝绳的层间过渡，不可避免的造成钢丝绳与钢丝绳、挡板之间形成剧烈的剪切，长此以往造成钢丝绳断丝严重，不但严重缩短了钢丝绳的使用寿命，而且由于钢丝绳的断丝，大大降低了提升机的安全性能。同时现有钢丝绳过渡装置未能实现钢丝绳的三层以上的多层缠绕，影响提升机卷筒的容绳量。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明目的在于解决现有技术中当绳索进行层间过渡时，绳索与绳索、挡板之间的剧烈剪切，以此造成绳索磨损严重，严重缩短了绳索的使用寿命，容易发生绳索断丝的情况，大大降低了提升机安全性能的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于绳索缠绕的过渡装置，设于绳索卷筒两侧的挡绳板内侧，所述过渡装置与绳索卷筒外表面形成可供绳索缠绕的绳槽，所述过渡装置包括多个过渡块，所述过渡块之间设有直线区与折线区，所述过渡块上设有过渡槽，所述过渡槽呈阶梯状设置，绳索进行缠绕时通过所述过渡槽进行过渡。

本发明主要应用于缠绕式提升机双折线平行绳槽的钢丝绳多层缠绕，也可用于卷扬机、起重机、缆车的钢丝绳卷筒上。在钢丝绳的缠绕过程，通过过渡块上呈阶梯状设置的过渡槽，对钢丝绳起到引导和抬升作用，减小层间过渡时钢丝绳与钢丝绳、挡绳板之间的剧烈剪切作用，有效减轻钢丝绳的磨损，同时使钢丝绳通过过渡块上的过渡槽，按照设计好的运动方向实现平稳过渡。本发明不仅限于钢丝绳的多层缠绕，麻绳、尼龙绳、电缆绳等的缠绕卷筒均可采用本发明提供的过渡装置。

进一步，所述直线区与所述折线区交替分布。折线区的数量根据实际需要而定，如果采用的是双折线过渡装置，则分两个折线区，两个折线区之间设有直线区；如果采用n个折线过渡装置，则分n个折线区。目前，最常用的双折线过渡装置，根据实际工程现场需要，可以设置多个折线区。

进一步，所述绳索卷筒一侧的挡绳板内侧依次设有第一平过渡块、第一层间过渡块、第二平过渡块和第一圈间过渡块，所述绳索卷筒另一侧的挡绳板内侧依次设有第二平过渡块、第二层间过渡块、第一平过渡块和第二圈间过渡块。通过第一层间过渡块和第二层间过渡块对绳索起到导向和抬升作用，使绳索层间缠绕平稳过渡，引导绳索进入下一层的缠绕进程。而第一圈间过渡块和第二圈间过渡块则是对绳索圈间缠绕起到引导作用，同时配合第一平过渡块和第二平过渡块，使绳索缠绕得更加整齐，从而有效提升绳索卷筒的容绳量。

进一步，所述第一平过渡块与所述第二平过渡块之间设有直线区，所述第一层间过渡块与所述第二层间过渡块之间设有第一折线区，所述第一圈间过渡块与所述第二圈间过渡块之间设有第二折线区。绳索在第一折线区内完成层间过渡，在第二折线区内完成圈间过渡，同时在直线区内整齐缠绕，防止绳索缠绕凌乱。

通过计算，可以计算出折线区圆心角的大小，再根据实际使用的绳索卷筒尺寸，从而确定各个过渡块的具体尺寸，主要影响因素有绳索卷筒的直径、绳索的间距等，具体计算方法如下：

上层绳索轴线方程为：

式(1)中r为第一层绳索中心到卷筒中心的距离，r为相邻绳索轴线距离，α1为下层绳索的螺旋升角α1＝arctan(d/dβ)；d为绳索卷筒的直径，d为绳索直径，β为折线区圆心角；θ为卷筒绕z轴转动角φ1＝arccos(ε/2d)；

螺旋曲面的方程：

kg＝k(α,β,n)(3)

式(3)、式(4)中：

kg/kn≤μ(5)

(5)式中，μ为绳索之间的摩擦系数。

将式(1)、式(2)带入式(3)和式(4)的具体表达式kg、kn，最后代入非线性方程式(5)，利用数值计算的方法计算(5)式得到最佳的折线区圆心角β。

根据公式计算出最佳的折线区圆心角β，再根据实际工程中，绳索卷筒的大小尺寸，即可进一步确定各个过渡块的尺寸，从而确定绳索卷筒上各个折线区与直线区的具体分布。

进一步，所述过渡槽间隙为0.01～0.5倍绳索直径，所述过渡槽深度为0.1～1.0倍绳索直径。更优选的，过渡槽间隙为0.03～0.4倍绳索直径，过渡槽深度为0.3～0.5倍绳索直径。在使用过程中，根据所用绳索的直径来确定过渡槽的间隙及其深度，可以使绳索在缠绕时整齐排列，避免出现错位的现象，同时还可以使绳索与过渡槽完全契合，从而使过渡槽起到良好的过渡作用。过渡槽间隙设置为0.03～0.4倍绳索直径主要保证绳索受拉力变形以后不会互相接触发生摩擦，同时还能保证不卡绳，而过渡槽深度设置为0.3～0.5倍绳索直径则是保证了绳索有一定的受力面积。

进一步，所述绳槽的底部设有入绳口，所述第一折线区处设有出绳口。入绳口是整条绳索缠绕在绳槽上的起始点，出绳口是最后缠绕完毕后绳索的结束点。

进一步，所述过渡装置由金属或非金属材料制成。过渡装置可根据其要引导的绳索材质进行选材制作，通常采用刚性大的材料，例如不锈钢等。

本发明还提供一种用于绳索缠绕的过渡装置的使用方法，包括以下步骤：

s1：下层绳索从下层绳索从所述入绳口进入所述过渡装置开始缠绕，当所述下层绳索缠绕满所述绳槽表面后，进入所述第一折线区时，所述下层绳索轴向移动一个绳索节距，所述下层绳索沿着径向进入所述直线区，到达上层绳索所在位置；

s2：所述上层绳索在所述直线区中进行缠绕运动；

s3：所述上层绳索进入所述第二折线区中，沿着所述下层绳索轴向运动的相反方向运动0.5倍绳索节距，进入所述直线区，完成同层绳索首次圈间过渡；

s4：所述上层绳索在所述直线区中进行缠绕运动；

s5：所述上层绳索进入所述第一折线区中，沿着所述下层绳索轴向运动的相反方向运动0.5倍绳索节距，进入所述直线区，完成同层绳索第二次圈间过渡；

s6：重复步骤s2～s5，完成单层绳索的缠绕和整齐排绳；

s7：重复步骤s1～s6，完成多层绳索的缠绕和整齐排绳。

在实际工程使用过程中，上层绳索在进行圈间过渡时，实际移动距离要根据过渡装置上设置的折线区个数而定，当设置了n个折线区时(n≥2)，上层绳索沿着下层绳索轴向运动的相反方向运动1/n倍绳索节距后，进入直线区，从而完成圈间过渡。

进一步，所述绳索节距为相邻两根绳索中心点之间的直线距离。

进一步，所述上层绳索的圈数比下层绳索的圈数多2圈。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供了一种用于绳索缠绕的过渡装置及其使用方法，通过在绳索卷筒两侧的挡绳板内侧设置过渡装置，能够有效减小绳索在进行层间过渡时，绳索与绳索、挡板之间的剧烈剪切作用，防止绳索在这个过程中磨损严重从而造成的断丝情况，增强提升机的安全性能，同时完成绳索的多层缠绕和整齐排绳。

2、本发明提供的过渡装置包括多个过渡块，过渡块上设置有阶梯状的过渡槽，可以使绳索按照设计好的运动方向进行缠绕，并实现平稳过渡，很好的完成三层以上多层绳索的缠绕，同时使绳索缠绕整齐，有效提升绳索卷筒的容绳量。

3、本发明特别适用于矿山行业内深井和超深井的使用，矿山开采深度超过800m为深井开采，深度超过1000m为超深矿井，在这类开采中，提升机的作用就非常重要了，本发明通过绳索卷筒上的过渡装置，减小了绳索之间的磨损，延长了绳索的使用寿命，加强了提升机的安全性能，也提升了绳索卷筒的容绳量，使其可以更好的应用在超深矿井的提升设备中。

附图说明

图1为本发明(五层)钢丝绳过渡装置的排绳效果示意图。

图2为本发明(五层)钢丝绳过渡装置轴向展开模型。

图3为本发明(五层)缠绕钢丝绳过渡装置展开后各个过渡区的位置示意图。

图4为本发明(五层)缠绕钢丝绳过渡装置展开后各个过渡块分布的示意图。

图5为本发明一种用于绳索缠绕的过渡装置中第一圈间过渡块的结构示意图。

图6为本发明一种用于绳索缠绕的过渡装置中第二圈间过渡块的结构示意图。

图7为本发明一种用于绳索缠绕的过渡装置中第一圈层间渡块的结构示意图。

图8为本发明一种用于绳索缠绕的过渡装置中第二圈层间渡块的结构示意图。

图9为本发明一种用于绳索缠绕的过渡装置中第一平过渡块的结构示意图。

图10为本发明一种用于绳索缠绕的过渡装置中第二平过渡块的结构示意图。

图中：绳槽1、第一平过渡块2、直线区21、第一层间过渡块3、第一折线区31、入绳口32、出绳口33、第二平过渡块4、第一圈间过渡块5、第二折线区51、第二层间过渡块6、第二圈间过渡块7、钢丝绳节距8、钢丝绳9、过渡装置10。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

一、一种用于绳索缠绕的过渡装置

实施例1：以缠绕五层钢丝绳为例，参见图1、图2和图3，一种用于绳索缠绕的过渡装置，设于钢丝绳卷筒两侧的挡绳板内侧，所述过渡装置与钢丝绳卷筒外表面形成可供钢丝绳缠绕的绳槽1，所述过渡装置包括多个过渡块，所述过渡块之间设有直线区与折线区，所述过渡块上设有过渡槽，所述过渡槽呈阶梯状设置，钢丝绳进行缠绕时通过所述过渡槽进行过渡。所述直线区与所述折线区交替分布。

具体实施时，所述钢丝绳卷筒一侧的挡绳板内侧依次设有第一平过渡块2、第一层间过渡块3、第二平过渡块4和第一圈间过渡块5，所述钢丝绳卷筒另一侧的挡绳板内侧依次设有第二平过渡块4、第二层间过渡块6、第一平过渡块2和第二圈间过渡块7。所述第一平过渡块2与所述第二平过渡块4之间设有直线区21，所述第一层间过渡块3与所述第二层间过渡块6之间设有第一折线区31，所述第一圈间过渡块5与所述第二圈间过渡块7之间设有第二折线区51。所述绳槽1的底部设有入绳口32，所述第一折线区31处设有出绳口33。所述过渡装置由金属或非金属材料制成。

实施例2：参见图4～图9，实施例2基本结构与实施例1相同，不同之处在于所述过渡槽间隙为0.03倍钢丝绳直径，所述过渡槽深度为0.3倍钢丝绳直径。

实施例3：参见图4～图9，实施例3基本结构与实施例1相同，不同之处在于所述过渡槽间隙为0.4倍钢丝绳直径，所述过渡槽深度为0.5倍钢丝绳直径。

过渡槽间隙设置为0.03～0.4倍绳索直径主要保证钢丝绳受拉力变形以后不会互相接触发生摩擦，同时还能保证不卡绳，而过渡槽深度设置为0.3～0.5倍绳索直径则是保证了钢丝绳有一定的受力面积。

二、上述用于绳索缠绕的过渡装置的使用方法

以五层钢丝绳(双折线区)缠绕过程为例，一种用于绳索缠绕的过渡装置的使用方法，包括以下步骤：

s1：下层钢丝绳从所述入绳口32进入所述过渡装置开始缠绕，当所述下层钢丝绳缠绕满所述绳槽1表面后，即完成第一层钢丝绳缠绕后，钢丝绳进入所述第一折线区31时，所述下层钢丝绳轴向移动一个钢丝绳节距，所述下层钢丝绳沿着径向进入所述直线区21，到达上层钢丝绳所在位置；

s2：所述上层钢丝绳在所述直线区21中进行缠绕运动；

s3：所述上层钢丝绳进入所述第二折线区51中，沿着所述下层钢丝绳轴向运动的相反方向运动0.5倍钢丝绳节距，进入所述直线区21，完成同层钢丝绳首次圈间过渡；

s4：所述上层钢丝绳在所述直线区21中进行缠绕运动；

s5：所述上层钢丝绳进入所述第一折线区31中，沿着所述下层钢丝绳轴向运动的相反方向运动0.5倍钢丝绳节距，进入所述直线区21，完成同层钢丝绳第二次圈间过渡；

s6：重复步骤s2～s5，完成第二层钢丝绳的缠绕和整齐排绳；

s7：重复步骤s1～s6，完成第三、四、五层钢丝绳的缠绕和整齐排绳。

在实际工程使用过程中，上层钢丝绳在进行圈间过渡时，实际移动距离要根据过渡装置上设置的折线区个数而定，当设置了n个折线区时(n≥2)，上层钢丝绳沿着下层钢丝绳轴向运动的相反方向运动1/n倍钢丝绳节距后，进入直线区，从而完成圈间过渡。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。