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PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.06 47
檢驗(yàn)與技術(shù)
Inspection and Technology
1.1 改造前的運(yùn)行時間和加、卸載率
為了更好地了解空壓機(jī)的加、卸載情況，分別對
2 臺空壓機(jī)各運(yùn)行 2 周，采集空壓機(jī)加、卸載率，加、
卸載率見表 1。
空壓機(jī)型號 ZT110 1# 機(jī) ZT110 2# 機(jī)
加載功率 /kW 110 115
平均加載功率 /kW 112.5
卸載功率 /kW 33 39
平均卸載功率 /kW 36
運(yùn)行時間 /h 285 285
加載時間 /h 90 90
加載率 /% 31.58 31.58
卸載率 /% 68.42 68.42
平均加載率 /% 31.58
表 1 空壓機(jī)加、卸載率表
1.2 改造前每年用電量
2 臺空壓機(jī)改造前每年用電量可按式 (1) 、式 (2)
計(jì)算，改造前年用電量計(jì)算結(jié)果見表 2。
加載用電 = 每年總運(yùn)行時間 × 加載率 × 加載功率 (1)
空載用電 = 每年總運(yùn)行時間 × 卸載率 × 卸載功率 (2)
總運(yùn)行時間 /h 6 912 卸載功率 /kW 36
加載率 /% 31.58 加載用電量 /(kW.h) 245566
加載功率 /kW 112.5 卸載用電量 /(kW.h) 170 250
卸載率 /% 68.42 總用電量 /(kW.h) 415 816
表 2 改造前年用電量表
2 系統(tǒng)改造思路
系統(tǒng)控制原理：將一臺空壓機(jī)改造成變頻機(jī)，另
一臺空壓機(jī)作為備用機(jī)。平時運(yùn)行變頻空壓機(jī)，變頻
空壓機(jī)隨著耗氣量的變化自動調(diào)節(jié)排氣量，以達(dá)到節(jié)
能的目的。當(dāng)變頻空壓機(jī)故障時，自動投入備用機(jī)并
工頻運(yùn)行以保證供氣的連續(xù)性 [2]。圖 1 為技改后的空
壓機(jī)采用變頻調(diào)速恒壓供氣控制系統(tǒng)原理圖。
圖 1 系統(tǒng)原理框圖
?? ???
PID ?????
?? ??? ?? ????
????
變頻調(diào)速系統(tǒng)將壓縮氣管網(wǎng)的壓力作為調(diào)控對象，
壓力變送器將空壓儲的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺鬏斀o變頻
器進(jìn)行比例積分微分控制（PID），壓力實(shí)際變送值再與
給定值進(jìn)行比對，并根據(jù)差值的大小按設(shè)定的 PID 模式
運(yùn)行，傳輸控制信號去控制變頻器的輸出電壓和頻率，
調(diào)整空壓機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使實(shí)際運(yùn)行壓力始終保持在
設(shè)定值。另外，空壓機(jī)從靜止到平穩(wěn)轉(zhuǎn)速將由變頻器
實(shí)現(xiàn)軟啟動，避免啟動時大電流對電網(wǎng)的影響和設(shè)備
的機(jī)械沖擊 [3]。
3 電氣控制回路設(shè)計(jì)
3.1 主電路設(shè)計(jì)
將變頻器的輸出線路分兩路各接于 1#、2# 空壓
機(jī)主機(jī)進(jìn)線接觸器 KM2、KM4 下端作為空壓機(jī)變頻電
源進(jìn)線，1# 空壓機(jī)變頻進(jìn)線由 KM1 接觸器控制，2#
空壓機(jī)變頻進(jìn)線由 KM3 接觸器控制?？諌簷C(jī)冷卻風(fēng)機(jī)
電源進(jìn)線接在工頻接觸器 KM2、KM4上端。K22 接觸
器是空壓機(jī)星形啟動接觸器，K23 接觸器是三角形啟
動接觸器。變頻器的啟動由變頻器本身 FWD 端子控
制啟動，儲氣罐的壓力反饋接于變頻器的 GND、CCI
端子。
3.2 控制電路設(shè)計(jì)
1）啟動和停止控制回路設(shè)計(jì)。由于空壓機(jī)的主電
動機(jī)啟動控制回路是由空壓機(jī)本身控制電路板的閉鎖
繼電器 K01 控制的，所以利用 1#、2# 空壓機(jī)閉鎖繼
電器 K01 的常開觸點(diǎn)控制 KA15、KA16 繼電器實(shí)現(xiàn)對
空壓機(jī)啟動和停止控制。具體圖紙如圖 2 所示。
2）工變頻轉(zhuǎn)換控制回路設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)工
變頻運(yùn)行方式選擇，在工變頻接觸器控制回路設(shè)置 1
個鑰匙開關(guān)，通過鑰匙開關(guān)選擇空壓機(jī)的運(yùn)行方式。
1#、2# 空壓機(jī)的工頻接觸器和變頻接觸器的常閉觸
點(diǎn)對本機(jī)工頻、變頻接觸器實(shí)現(xiàn)互鎖。1#、2# 空壓機(jī)
的變頻接觸器常閉觸點(diǎn)對 2 臺機(jī)的變頻接觸器實(shí)現(xiàn)互
鎖。同時設(shè)置指示燈顯示空壓機(jī)的運(yùn)行方式。具體圖
紙如圖 3 所示。
3）空壓機(jī)主機(jī)控制回路設(shè)計(jì)。空壓機(jī)主電動機(jī)
原啟動方式為星三角啟動，由于變頻的啟動過程是最
低頻率上升至最大輸出頻率，其過程可以通過設(shè)置加
速時間設(shè)置，所以變頻器的啟動過程也是一個軟啟動
過程，所以當(dāng)空壓機(jī)選擇變頻運(yùn)行方式時可以直接讓
空壓機(jī)主電動機(jī)三角形啟動。在 K21、K23 繼電器控
制回路增加 1 條控制線路，使其在空壓機(jī)選擇變頻運(yùn)
行模式的情況下直接使三角形啟動繼電器 K21、K23
得電。
48 2023.06 設(shè)備監(jiān)理
檢驗(yàn)與技術(shù)
Inspection and Technology
圖 2 1# 空壓機(jī)工變頻轉(zhuǎn)換
TX1.1
160 162 185 187 58
SB1
59
130
KM3
110
KM2
111
KM1
126
KA9
83
KA0
111 13
3
HL1
2
KM2
112
KM1
131
TX1.6
61
60
A B
TX1.5
HL2
127
350 353 350 353
K01.1# K08.1# K01.2# K08.2#
351
220?230 V
QF4
1
1
2
2
L2
L1
FU1
[e]
FU2
T1
354 351 354
161
QF5
163 186 188
66 68 70 72
KA15 A1
A2
A1
A2
A1
A2
A1
A2
A1
A2
A1
A2
A1
A2
A1
A2
KA13 KA16 KA14
67
2
1*11*1
69 71 73
TX1.3 TX1.4 TX1.7 TX1.8
TX1.1 TX1.1 TX1.1 TX1.1 TX1.1
2
TX1
2
TX1
2
TX1
2
TX1
2
TX1
2
TX1
2
TX1
2
TX1
2
TX1
2
TX1
1#???? 2#???? 1#????? 1#?????
L2
FU1
220?230 V
31
1
1
2
2
QF6
1
1*1
S2
1*1
44
1*4
11
80
KA15 79
KM2
169
TX1.17
1*1
3 1*1
3 165
TX1.14
135
KM1
116
KM2
134 TX1.13
164 1*4
6
2*8
K02
K23
K22
K22 A1
A2
A1
A2
A1
A2
A1
A2
2
1*1 1*1
K23 K21 KA8
K21
K22
358
TX1.15
136
KM2
117
KM1
3
1*1
119
KM1
118
KM2
137
TX1.16
167
1*4
8
9
1*4 359
K22 K21
168
KM1
169
3
1*1
KM1
138
78
KA13 TX1.18
76 KA9 170 TX1.11 TX1.11 74
120
166
K21
K23 K03
3
[e]
FU2
32
T1
L1
圖 3 1# 空壓機(jī)更改圖
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3.3 動作原理
1）如圖 2 所示，空壓機(jī)工變頻選擇由鑰匙開關(guān)
SB1 選擇。1#、2# 空壓機(jī)的工頻接觸器和變頻接觸
器的常閉觸點(diǎn)對本機(jī)工頻、變頻接觸器實(shí)現(xiàn)互鎖。
2）如圖 3 所示，空壓機(jī)的啟動由本機(jī)控制器啟動。
以 1# 空壓機(jī)變頻啟動為例，由圖 2 可知，SB1 打到
變頻位置后變頻接觸器 KM1、KA0、KA9 繼電器得電
常開觸點(diǎn)吸合。選擇當(dāng)按下啟動按鈕后繼電器 K01 得
電，K01 常開觸點(diǎn)吸合 KA15 繼電器得電常開觸點(diǎn)吸
合使空壓機(jī)三角形啟動接觸器 K21、K23 吸合，同時
KA8繼電器得電常開觸點(diǎn)吸合接通變頻器的啟動端子，
實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)三角形變頻啟動?？諌簷C(jī)的冷卻風(fēng)機(jī)由空
壓機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，空壓機(jī)啟動后通過控制器控制冷卻風(fēng)
機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
4 系統(tǒng)調(diào)試
完成了空壓機(jī)變頻改造和參數(shù)設(shè)置后對空壓機(jī)投
入實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行變頻控制調(diào)試，調(diào)試有兩部分，包括
開環(huán)控制和閉環(huán)控制 2 步調(diào)試。
第一步開環(huán)控制調(diào)試，主要檢查變頻器在提升頻
率時的綜合狀態(tài)，其設(shè)備運(yùn)行聲音是否正常，經(jīng)過 2
周的運(yùn)行觀察，空壓機(jī)的壓力上升平穩(wěn)、壓力變送器
參數(shù)顯示正常，設(shè)備開停機(jī)正常；第二步閉環(huán)控制調(diào)試，
經(jīng)檢查后變頻器頻率上升和下降的速度與空壓機(jī)壓力
的升降相匹配 [4]。
通過開環(huán)控制和閉環(huán)控制的成功調(diào)試，進(jìn)一步
整定變頻器的 PID 參數(shù)，考慮現(xiàn)有空壓機(jī)系統(tǒng)對過
渡時間沒有要求，此次技改采用了 PI 調(diào)節(jié)方式，只
對 PI 參數(shù)進(jìn)行調(diào)試。對 PID 參數(shù)整定，壓力設(shè)置值
P=30% ～ 70%，T=(24 ～ 180) s，將比例增益 KP 設(shè)置
為 0.7，積分增益設(shè)置為 1，由于參數(shù)設(shè)置值較大造成
的后果是對變化的偏差響應(yīng)快但較容易產(chǎn)生振蕩，經(jīng)
過多次調(diào)整后，比例增益 KP 設(shè)置為 0.5，積分增益 Ki
設(shè)置為 0.599，觀察到壓力的響應(yīng)過程較為理想，振幅
在小范圍內(nèi)波動。
（下轉(zhuǎn)第 53 頁）
圖 3 1# 空壓機(jī)更改圖（續(xù)）
K14
1*1
54
2*6
1
遠(yuǎn)程啟動 遠(yuǎn)程程序停止 緊急停止 遠(yuǎn)程加載0卸載
遠(yuǎn)程0本地壓力感應(yīng) 控制模式1
控制模式2 過載驅(qū)動電機(jī) 取消取消
TX1.1
20
20
KA11
21
TX1
KA18
21
22
TX1
1$ 、2$???????
55
1*1
1*1
S2
53
53 53 53
S4'
53 [h] From
line 24
S5
53
3
FR21
95
96
62
4
61
53 53 53
1*1 1*1 1*1 1*1 1*1
56
[g] 1 4
3 2
60
2
1
1*1 1*1 1*1 1*1 1*1 57 58 59 62 63 64 53
2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2
2*9
50 2023.06 設(shè)備監(jiān)理
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Inspection and Technology
作者簡介：張存文（1976 ～ )，男，本科，高級工程師，從
事煤礦機(jī)械化、自動化和智能化方面的工作。
通訊作者：張存文，E-mail：ybmkdlb1@126.com。
（收稿日期：2023-09-05）
液壓站重力下放在提升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用
張存文
（甘肅華亭煤業(yè)集團(tuán)公司 平?jīng)?744100）
摘 要：本文針對液壓站重力下放控制系統(tǒng)展開設(shè)計(jì)分析，通過設(shè)計(jì)一款重力下放的提升機(jī)系統(tǒng)，以解
決礦井工作中的運(yùn)行問題。通過合理設(shè)計(jì)提升機(jī)控制系統(tǒng)控制原理、硬件配置、軟件設(shè)計(jì)，并通過最終的功
能測試。設(shè)計(jì)結(jié)果表明基于液壓站重力下放的提升機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行速度、溫度控制等功能更加完善，提升機(jī)系
統(tǒng)的應(yīng)用效率提升，并具有廣闊的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：提升系統(tǒng) 液壓站 重力下放 安全
Application of Gravity Lowering in Lifting System
Zhang Cunwen
(Gansu Huating Coal Industry Group Company Pingliang 744100)
Abstract This paper designs and analyzes the gravity lowering control system of the hydraulic station,
and designs a gravity lowering lifting machine system to solve the operation problems in the mine work. Through
reasonable design elevator control system control principle, hardware configuration, software design, and through the
final function test, the design results show that based on the hydraulic station gravity lowering lifting system running
speed, temperature control function is more perfect, improve the application efficiency of machine system, has a broad
prospect.
Keywords Lifting system Hydraulic station Gravity lowering Safety
中圖分類號：TB497 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
文章編號：2095-2465(2023)12-0050-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.12.013
液壓站是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要設(shè)備之一 , 它在
現(xiàn)代機(jī)械和冶金制造行業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用[1]。
煤礦生產(chǎn)過程中，絕大多數(shù)的煤礦通常只安裝 1 臺提
升機(jī)完成提升工作，正常運(yùn)轉(zhuǎn)模式下，電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶
動減速器運(yùn)動，減速器通過齒輪聯(lián)動帶動卷筒運(yùn)轉(zhuǎn)，
從而實(shí)現(xiàn)礦井內(nèi)外人力、材料的運(yùn)輸，依靠提升機(jī)的
升降工作實(shí)現(xiàn)。若提升機(jī)升降工作中出現(xiàn)電源及傳動
系統(tǒng)故障情況，此時提升機(jī)自動緊急制動，制動器則
會立即抱死，提升系統(tǒng)也無法運(yùn)行，相關(guān)人員及設(shè)備
也會困在礦井內(nèi)，若提升系統(tǒng)不能快速修復(fù)，井下人
員的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全難以保障，埋下更大的安全
隱患 [2]。通常煤礦現(xiàn)場通過使井筒的高度與實(shí)際工作
水平面平行來解決這樣的安全隱患問題，但是由于提
升機(jī)到礦井進(jìn)口還有一定的距離，當(dāng)人員離開罐籠時
會存在潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。為確保礦井提升系統(tǒng)的安全
性，對在提升機(jī)系統(tǒng)無法運(yùn)行時也可以保障罐籠上升
到安全位置的研究非常必要 [3]?；诖?，本文展開提
升機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析。
1 重力下放控制原理與保護(hù)
針對礦井提升系統(tǒng)應(yīng)急運(yùn)行，在提升機(jī)液壓站控
制系統(tǒng)增加重力下放功能，來提高系統(tǒng)的可靠性和安
全性。正常液壓站控制系統(tǒng)有 3 種控制模式，分別為
重力下放模式、安全自動模式與工作制動模式 [4]。
1.1 控制原理
重力下放的實(shí)現(xiàn)在于通過兩側(cè)提升機(jī)不平衡發(fā)力，
實(shí)現(xiàn)液壓站的手動切換，在遠(yuǎn)程操作臺上安裝控制手
PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.06 51
檢驗(yàn)與技術(shù)
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柄，給定壓力將輸出閘的壓力運(yùn)送至液壓站內(nèi)，通過
有效控制輸出閘壓力，控制提升機(jī)在礦井內(nèi)的運(yùn)行速
度，以實(shí)現(xiàn)罐籠運(yùn)行速度的控制，讓罐籠上下升降。
提升機(jī)重力下放原理示意圖如圖 1 所示。
圖 1 提升機(jī)重力下放原理示意圖
提升機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時，要限制其運(yùn)行速度在 1 m/s
左右，且最高運(yùn)行速度不得超過 1.2 m/s。一旦提升系
統(tǒng)在運(yùn)行過程中超過了設(shè)定值，此時控制系統(tǒng)會發(fā)出
警示，通過聲光報(bào)警的方式提示工作人員，同時自動
斷閥關(guān)閉電源，確保提升機(jī)能夠安全制動，避免發(fā)生
安全事故。
1.2 功能實(shí)現(xiàn)
重力下放系統(tǒng)功能以制動手柄控制液壓站油壓實(shí)
現(xiàn)，調(diào)節(jié)提升機(jī)的運(yùn)行速度，提升速度由測速電機(jī)反
饋來檢測。手動操作狀態(tài)下，提升機(jī)的下放速度被限制
在小于 1.0 m/s 運(yùn)行，最大速度保護(hù)設(shè)定為 1.2 m/s
[5]。
1.3 安全保護(hù)
1) 超速保護(hù)。為防止重力下放系統(tǒng)超速，液壓站
利用測速電機(jī)反饋速度并進(jìn)行保護(hù)，超速保護(hù)值設(shè)定
為 1.2 m/s。若罐籠實(shí)際速度超過 1.2 m/s，保護(hù)功能
將會使液壓站安全回路跳閘，使提升機(jī)抱閘停車。
2) 閘盤溫度保護(hù)。當(dāng)采用重力下放，罐籠兩側(cè)不
平衡力較大時，其制動將引起閘盤溫度的升高，閘盤
溫度太高，會影響其制動力。因此在使用重力下放過
程中，對閘盤溫升進(jìn)行監(jiān)測，一旦閘盤表面溫度超過
70 ℃，立即停止重力下放，待閘盤表面溫度冷卻到
50 ℃ 以下再繼續(xù)進(jìn)行重力下放。同時，在使用重力下
放時，需增加閘盤的強(qiáng)迫通風(fēng)。
3) 急停及安全回路保護(hù)。重力下放模式硬件安全
回路接入液壓站系統(tǒng)安全回路，系統(tǒng)在司機(jī)臺上配有
急停操作按鈕，遇到緊急情況，司機(jī)可以通過操作緊
急停止按鈕，在確保安全的情況下制動，充分保障自
身安全 [6]。
2 重力下放硬件配置
液壓站重力下放控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)建包括直流電
源、電源柜以及操作手柄等，以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)系統(tǒng)的有
效控制。
1) 直流 24 V 備用油泵。此泵安裝在液壓站上，在
重力下放功能下能夠提供足夠的松閘壓力。
2) 電源柜。重力下放系統(tǒng)所使用的直流泵電源，
具備過電流保護(hù)功能，電源柜中包含 1 套免維護(hù)后備
電池，以滿足重力下放系統(tǒng)使用過程中的供電需求，
確保具備 30 min 的松閘時間，并配置 1 套充電器，滿
足后備電池充電。電源柜配置備用油泵控制回路及保
護(hù)，實(shí)現(xiàn)備用油泵啟?？刂啤?/p>
3) 液壓站操作手柄。液壓站控制手柄含 2 路電位
器給定，其中 1 路在正常模式運(yùn)行，另 1 路在重力下
放模式運(yùn)行。針對重力下放輸出位置給定 1 個控制電
磁閥，在有效調(diào)節(jié)閘壓力的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)提升機(jī)運(yùn)行速
度的控制，以實(shí)現(xiàn)容器的升降。該手柄安裝在提升機(jī)
系統(tǒng)操作臺上。
4) 重力下放鑰匙開關(guān)（帶有自復(fù)位功能）。該開
關(guān)可以與閘控系統(tǒng)的安全回路有效連接，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)
鎖保護(hù)。當(dāng)發(fā)生危險(xiǎn)事件時，例如系統(tǒng)出現(xiàn)故障或其
他不安全條件發(fā)生，重力下放裝置會自動將開關(guān)觸發(fā)
關(guān)閉，以防止造成進(jìn)一步的危害或加劇風(fēng)險(xiǎn)。
5) 速度指針表。速度指針表是一種被安裝在提升
機(jī)系統(tǒng)操作臺上的儀表，其主要功能是在提升機(jī)處于
重力下放模式時，顯示重力下放系統(tǒng)的運(yùn)行速度。該
指針表便于操作人員觀察和監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行速度。
6) 重力下放繼電器。安裝在液壓站系統(tǒng)控制柜
內(nèi)，需對液壓站閘控柜內(nèi)部分繼電器邏輯進(jìn)行修改和
完善。
重力下放控制系統(tǒng)是一種用于提升機(jī)的控制系統(tǒng)，
具備響應(yīng)速度快和抗干擾性的特點(diǎn)。在提升機(jī)運(yùn)行過
52 2023.06 設(shè)備監(jiān)理
檢驗(yàn)與技術(shù)
Inspection and Technology
程中，重力下放控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r地對提升機(jī)的運(yùn)動
進(jìn)行調(diào)整，以保持穩(wěn)定的速度運(yùn)行。為了確保系統(tǒng)的
實(shí)時性，重力下放控制系統(tǒng)需要克服提升機(jī)滯后性的
問題。此外，由于提升機(jī)工作環(huán)境復(fù)雜，電氣設(shè)備的
輸出信號可能會對輸入信號產(chǎn)生干擾，因此重力下放
控制系統(tǒng)需要具備較好的抗干擾能力，以確保系統(tǒng)能
夠穩(wěn)定地工作?？偠灾?，重力下放控制系統(tǒng)具備快
速響應(yīng)和抗干擾的特點(diǎn)，能夠有效地控制提升機(jī)的運(yùn)
行，確保提升機(jī)在復(fù)雜的工作環(huán)境下保持穩(wěn)定的運(yùn)行
狀態(tài)。
3 重力下放軟件設(shè)計(jì)
3.1 軟件系統(tǒng)方案
重力下放系統(tǒng)對液壓站發(fā)出指令，通過軟件系統(tǒng)
的控制實(shí)現(xiàn)。重力下放系統(tǒng)軟件的功能包括 3 個方面：
1）系統(tǒng)速度、油壓、溫度的采集。提升機(jī)重力下放控
制系統(tǒng)的傳感器有溫度、油壓以及旋轉(zhuǎn)編碼器，傳感
器的主要作用在于提升滾筒的運(yùn)行速度，對溢流閥及
自動閘盤的運(yùn)行溫度實(shí)時采集；有效輸出控制信號。
若提升機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行速度與設(shè)定的速度不一致，
此時，控制系統(tǒng)在控制算法的調(diào)節(jié)作用下，合理地控
制比例溢流閥，以協(xié)調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行速度。2）顯示處理
系統(tǒng)故障。由于控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，任何階段出問
題系統(tǒng)都會叫停，需要做好故障檢測，檢測系統(tǒng)運(yùn)行
狀態(tài)，一旦出現(xiàn)問題，及時預(yù)警非常必要。3）人機(jī)交
互的實(shí)現(xiàn)。為了便于對煤礦現(xiàn)場進(jìn)行有效監(jiān)管，也要
設(shè)計(jì)更加人性化的人機(jī)交互界面，合理地設(shè)計(jì)通訊程
序，實(shí)現(xiàn)重力下放控制系統(tǒng)與上位機(jī)的通訊設(shè)計(jì)。
3.2 主程序設(shè)計(jì)
在重力下放系統(tǒng)中，提升機(jī)重力下放自動控制系
統(tǒng)是其重要的組成部分。重力下放系統(tǒng)是一種控制系
統(tǒng)，用于監(jiān)測和控制液壓設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)接收啟
動控制指令后，系統(tǒng)會首先檢查是否存在重力下放系
統(tǒng)故障或電源中斷的問題。故障檢查完成后，系統(tǒng)會
進(jìn)行自檢，以確保重力下放系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)良好，從
而消除系統(tǒng)故障可能性。此外，系統(tǒng)還會判斷傳感器
是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，以及被控對象（例如閥位）是否處于
正常位置等。只有在設(shè)備與控制系統(tǒng)檢查無誤的情況
下，重力下放系統(tǒng)才會啟動并供油給液壓站。如果系
統(tǒng)出現(xiàn)問題，重力下放系統(tǒng)將無法正常啟動。一旦啟
動了重力下放系統(tǒng)，通過傳感器實(shí)時采集提升機(jī)的運(yùn)
行數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)作為參數(shù)判斷提升機(jī)是否正常
運(yùn)行。這樣可以有效判斷提升機(jī)是否處于正常工作模
式，如圖 2 所示。
圖 2 主程序流程圖
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3.3 人機(jī)交互
人機(jī)交互界面是液壓站重力下放控制系統(tǒng)的一個
重要組成部分，其主要功能是實(shí)時顯示提升機(jī)運(yùn)行過
程中涉及的各種參數(shù)，如溫度和速度等。它基于自動
化控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，并展示一系列內(nèi)容，
包括速度、油壓顯示、控制參數(shù)設(shè)置以及液壓閥件狀
態(tài)等。當(dāng)提升機(jī)的速度或溫度超過預(yù)定的限制標(biāo)準(zhǔn)時，
主界面將顯示警報(bào)信息并發(fā)出提示。這樣的功能可以
幫助操作員對提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并在必要
時采取相應(yīng)的措施，以確保運(yùn)行的安全和穩(wěn)定性。人
機(jī)交互界面通常采用圖形化界面的形式呈現(xiàn)，使操作
員能夠直觀地了解提升機(jī)的運(yùn)行情況。通過界面上的
顯示數(shù)據(jù)，操作員可以及時掌握液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)，
并根據(jù)需要調(diào)整相關(guān)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)更好的控制效果。
4 重力下放功能測試
對系統(tǒng)進(jìn)行重力下放功能測試，將提升機(jī)罐籠側(cè)
PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.06 53
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裝一部分重量材料，當(dāng)罐籠行駛到中間位置時，確保
操作室內(nèi)的信號正常，能完成通訊，此時切斷傳動系統(tǒng)，
檢查液壓站重力下放電源柜電源及相關(guān)設(shè)備是否正常，
準(zhǔn)備工作完成后，將司機(jī)臺液壓站自鎖開關(guān)選擇重力
下放模式，并按下啟動按鈕，推動自流泵向前行駛，
操作手柄控制前進(jìn)力度，向前推動手柄時，提升機(jī)的
運(yùn)行速度提升，反之，往回拉制動手柄，閘壓力減小，
提升機(jī)運(yùn)行速度減小。控制閘手柄壓力給定，待液壓
站處于貼閘、提升機(jī)開始運(yùn)行時，確保手柄操作恒定，
并在操作臺放置速度指針表，幫助司機(jī)控制提升機(jī)的
運(yùn)行速度，控制下放速度在 1.0 m/s 左右，若速度超
過 1.2 m/s，將出現(xiàn)超速保護(hù)急停，直流泵也將停止，
油壓為 0，液壓站制動。同時需密切關(guān)注閘盤溫度，
不超過保護(hù)值，否則待閘盤冷卻溫度降低后再進(jìn)行操
作。根據(jù)功能測試結(jié)果來看，系統(tǒng)運(yùn)行速度最終穩(wěn)定
在 1 m/s，穩(wěn)定性好，顯著提高了系統(tǒng)控制精度，能
滿足提升機(jī)下放穩(wěn)定控制的基本要求。
5 結(jié)束語
綜上所述，重力下放系統(tǒng)是煤礦提升機(jī)安全、高效、
（上接第 49 頁）
5 結(jié)果分析
變頻改造后空壓機(jī)耗電數(shù)據(jù)，見表 3。
空壓機(jī)型號 ZT110 1# 機(jī) ZT110 2# 機(jī)
平均加載功率 /kW 52 55
加載率 /% 100
年運(yùn)行時間 /h 3 456 3 456
年耗電量 /（kW.h） 179712 190 080
年總節(jié)約電量 /（kW.h） 46 024
表 3 改造后耗電數(shù)據(jù)表
變頻技改后空壓機(jī)總年耗電量約為 369 792 kW.h，
改造后年節(jié)約電量約為 46 024 kW.h，節(jié)約電量約為
11.07%，按照筆者單位用電均價(jià) 0.8 元 /(kW.h) 計(jì)算，
改造后每年將為單位節(jié)約電費(fèi)支出約 36 820 元。變頻
技改提高了空壓電動機(jī)的轉(zhuǎn)速精度，實(shí)現(xiàn)了輸出氣量
隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而改變，精確地控制空壓管網(wǎng)壓
力，保證了壓縮空氣輸出與生產(chǎn)車間所需的氣量相匹
配，很好地滿足了車間的生產(chǎn)需求，較好地提高了產(chǎn)
品質(zhì)量。變頻技改提高了設(shè)備及管網(wǎng)穩(wěn)定性，減少了
設(shè)備及電網(wǎng)的沖擊，減小了設(shè)備維護(hù)和維修量，大大
降低了運(yùn)行成本。
參考文獻(xiàn)
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穩(wěn)定的關(guān)鍵，在此基礎(chǔ)上本文通過軟件開發(fā)設(shè)計(jì)完善
人機(jī)交互功能并做好重力下放測試，解決提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)
階段出現(xiàn)的運(yùn)行故障，幫助提升機(jī)在短時間故障的情
況下依靠提升機(jī)系統(tǒng)的重力下放功能，將困于礦井內(nèi)
的工作人員運(yùn)輸?shù)桨踩恢?，從而確保礦井提升機(jī)系
統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
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54 2023.06 設(shè)備監(jiān)理
檢驗(yàn)與技術(shù)
Inspection and Technology
作者簡介：侯相杰（1984 ～ )，男，本科，助理工程師，從
事煤礦機(jī)電設(shè)備管理工作。
通訊作者：李寧，E-mail：42337053@qq.com。
（收稿日期：2023-08-15）
M G75 0/18 6 0-W D 型采煤機(jī)液壓、
冷卻系統(tǒng)改進(jìn)與應(yīng)用
侯相杰 李 寧
（兗礦能源集團(tuán)股份有限公司東灘煤礦 濟(jì)寧 273500）
摘 要：在煤礦企業(yè)采煤工作面生產(chǎn)過程中，采煤機(jī)是礦井采煤工作面安全生產(chǎn)的核心設(shè)備，采煤機(jī)潤
滑和冷卻效果的好壞，是衡量其是否能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。本文針對采煤機(jī)液壓故障頻發(fā)、冷卻效
果差等問題，對采煤機(jī)液壓和冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行提升改進(jìn)，有效提高了煤礦開采過程中機(jī)電設(shè)備的安全運(yùn)
行效率。
關(guān)鍵詞：采煤機(jī) 液壓和冷卻系統(tǒng) 提升改進(jìn)
Improvement and Application of Hydraulic and Cooling System
for MG750/1860-WD Coal Mining Machine
Hou Xiangjie Li Ning
(Yankuang Energy Group Co., Ltd. Dongtan Coal Mine Jining 273500)
Abstract In the production process of coal mining faces in coal mining enterprises, coal mining machines
are the core equipment for safe production of coal mining faces. The lubrication and cooling effect of coal mining
machines is a key link to measure their safe and stable operation. This article aims to improve the stability of the
hydraulic and cooling systems of coal mining machines based on their frequent hydraulic failures and poor cooling
effects, effectively improving the safe operation efficiency of mechanical and electrical equipment during coal mining.
Keywords Shearer Hydraulic and cooling system Lifting and improvement
中圖分類號：TB497 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
文章編號：2095-2465(2023)12-0054-03 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.12.014
1 東灘煤礦 3308 工作面簡介
東灘煤礦 3308 工作面揭露 FQ16、FJ120 斷層等
落差 10 m 以上的斷層，工作面截割矸石多，矸石硬度
較大，截割電機(jī)負(fù)荷增加，截割電機(jī)運(yùn)行溫度較高，
井下生產(chǎn)用水水質(zhì)差，設(shè)備冷卻系統(tǒng)堵塞風(fēng)險(xiǎn)大。在
確保電機(jī)潤滑的前提下，冷卻系統(tǒng)的正常運(yùn)行是確保
設(shè)備完好的重點(diǎn)。每天檢修班檢修人員需對截割電機(jī)
冷卻系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗，確保冷卻系統(tǒng)完好，占用檢修
時間長，生產(chǎn)過程中監(jiān)護(hù)任務(wù)重。
2 采煤機(jī)的主要參數(shù)、結(jié)構(gòu)及工作方式
2.1 MG750/1860-WD 型采煤機(jī)的主要參數(shù)
MG750/1860-WD 型采煤機(jī)的生產(chǎn)能力是
3 500 t/h，適應(yīng)傾角≤ 45°，采高范圍為 2.2 ～ 4.8 m，
機(jī)面高度為 1 633 mm，滾 筒 直 徑 為φ2 000 mm、
φ2 240 mm、φ2 500 mm，下切深度為 400 ～ 650 mm，
滾筒轉(zhuǎn)速為 29.7 r/min。
2.2 MG750/1860-WD 型采煤機(jī)的主要結(jié)構(gòu)
采煤機(jī)是煤礦產(chǎn)業(yè)中的核心機(jī)械，其主要負(fù)責(zé)裝
煤和落煤的工作。對于 MG750/1860-WD 型采煤機(jī)，
主要包括附屬裝置機(jī)構(gòu)、電氣裝置機(jī)構(gòu)以及牽引和截
割裝置機(jī)構(gòu)。其中，電氣裝置機(jī)構(gòu)是采煤機(jī)的主要動
力來源，主要任務(wù)是負(fù)責(zé)牽引和采煤機(jī)的轉(zhuǎn)動。在電
PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.06 55
檢驗(yàn)與技術(shù)
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氣裝置中，所有的電機(jī)都是具有防爆功能的電動機(jī)，
電子水冷技術(shù)也運(yùn)用其中，其目的就在于提高采煤機(jī)
的生產(chǎn)效率，并且保證采煤機(jī)運(yùn)行的安全性。促使采
煤機(jī)沿著工作面行走是采煤機(jī)牽引裝置的最主要的功
能，可以保障將煤及時運(yùn)走。采煤機(jī)的截割裝置的主
要工作方式就是通過上、下、左、右搖臂來刮取更多
更深層的煤，滾筒的驅(qū)動是由截割電動機(jī)來完成的。
2.3 MG750/1860-WD 型采煤機(jī)的具體工作
方式
在 MG750/1860-WD 型采煤機(jī)的實(shí)際工作中，大
致可以分為 2 種采煤工作面：普采工作面和綜采工作
面。一般情況下，單滾筒的采煤機(jī)是普采工作面通常
采用的工作設(shè)備，而綜采工作面的工作設(shè)備一般是雙
滾筒采煤機(jī)。其中，單滾筒采煤機(jī)的最大優(yōu)勢是可以
提高采煤機(jī)工作面的利用效率，其對于生產(chǎn)能力的提
高十分有效。對于雙滾筒的采煤機(jī)來說，其形式是在
兩端各自分別安裝 1 個滾筒，這 2 個滾筒分為前滾筒
和后滾筒，兩者的工作區(qū)域有明顯的分工，前滾筒主
要在上面割煤頂，而后滾筒主要負(fù)責(zé)在下割底煤。
3 研究采煤機(jī)冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)重要性
在煤礦企業(yè)采煤工作面生產(chǎn)過程中，采煤機(jī)是礦井
采煤工作面安全生產(chǎn)的核心設(shè)備，采煤機(jī)潤滑和冷卻效
果的好壞，是衡量其是否能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。
本文根據(jù)采煤機(jī)液壓故障頻發(fā)、冷卻效果差等缺點(diǎn)，對
采煤機(jī)液壓和冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行提升改進(jìn)，有效提高
了煤礦開采過程中機(jī)電設(shè)備的安全運(yùn)行效率 [1]。
基于不斷推進(jìn)礦井采煤工作面的影響，工作面生
產(chǎn)中會逐步增多形成熱量的電氣設(shè)備。溫度太高不但
使礦井機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用年限縮短，而且增加故障發(fā)生
的可能性，從而不利于生產(chǎn)效率的提升。而對于煤礦
機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行而言，采煤機(jī)液壓以及冷卻系統(tǒng)
具備非常關(guān)鍵的作用。如何提高采煤機(jī)冷卻效果及減
少液壓系統(tǒng)故障，以提高煤礦開采的安全穩(wěn)定性，這
是目前亟待解決的問題。
4 煤機(jī)采煤機(jī)冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)故障
根據(jù) 3308 綜采工作面生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，煤機(jī)采煤機(jī)冷卻
系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)常發(fā)故障有以下幾個方面：
1）絲頭座開裂漏油。絲頭座連接電磁閥和油管、
油管改向等，由于采煤機(jī)運(yùn)行時振動較大，絲頭座經(jīng)
常因煤機(jī)振動開裂，造成煤機(jī)漏油故障。
2）電機(jī)冷卻水管道堆積雜質(zhì)。隨著長期應(yīng)用噴霧
水管，一些雜質(zhì)（煤屑、小石塊、淤泥等）被攜帶其中，
當(dāng)長期沒有清理噴霧泵箱過濾網(wǎng)，或者過濾網(wǎng)銹蝕而
失效之后，管道中集聚雜質(zhì)，從而堵塞冷卻管線。
3）銹蝕液壓原件。采煤機(jī)中存在若干過濾器、節(jié)
流閥、減壓閥、安全閥、流量計(jì)等，在進(jìn)行應(yīng)用時會
面臨程度不一的銹蝕現(xiàn)象，一些開關(guān)閥嚴(yán)重銹蝕，如
果沒有及時更換，那么其水壓控制作用會喪失，從而
使冷卻水部分支線長時間處在高壓狀態(tài)中。
4）主路和支路的影響。采煤機(jī)的使用環(huán)境非常復(fù)
雜，這會越來越降低檢修冷卻系統(tǒng)的頻率，導(dǎo)致輸出
冷卻水壓比較低，難以實(shí)現(xiàn)冷卻效果。礦井工人為了
實(shí)現(xiàn)理想的降溫效果，一味地增加冷卻系統(tǒng)壓力，使
得一部分線路承受的水壓荷載增加，從而導(dǎo)致管道失
效。因?yàn)樗氛w的進(jìn)水量確定，所以一些位置的管
道被損壞之后，主路和支路彼此影響，倘若不及時檢修，
會放大管道破裂問題，從而形成更嚴(yán)重的后果。
5）設(shè)備運(yùn)行環(huán)境影響差。設(shè)備運(yùn)行環(huán)境影響差，
設(shè)備腔室煤塵集聚，油泥物在軸承外，影響軸承潤滑
冷卻，軸承鋰基脂臟污，潤滑冷卻效果差，軸承發(fā)熱
損壞 [2]。
5 采煤機(jī)液壓、冷卻系統(tǒng)改進(jìn)措施的探討
5.1 工況分析
礦井采煤工作面采煤機(jī)以開式系統(tǒng)充當(dāng)液壓系統(tǒng)，
通過 40 kW 電機(jī)帶動雙聯(lián)齒輪泵運(yùn)行。在雙聯(lián)齒輪泵
中，大泵在鄰近軸端邊上，而小泵在鄰近后端邊上。
液壓系統(tǒng)和油路的運(yùn)行分別依靠大泵和小泵。采煤機(jī)
高低壓泵至電磁閥、電磁閥至調(diào)高系統(tǒng)等管路采用 20
多個絲頭座實(shí)現(xiàn)連接和改向。
采煤機(jī)冷卻系統(tǒng)的組成部分是高壓管路、流量計(jì)、
節(jié)流閥、流量壓力開關(guān)、減壓閥、反沖洗過濾器、相
關(guān)連接件等。源于噴霧泵站的水通過供水管到達(dá)反沖
洗過濾器再被劃分為 3 路，即分別是減壓冷卻以及供
左、右滾筒的噴霧降塵。
5.2 改進(jìn)措施
1）將采煤機(jī)高低壓泵至電磁閥、電磁閥至調(diào)高系
56 2023.06 設(shè)備監(jiān)理
檢驗(yàn)與技術(shù)
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統(tǒng)等管路簡化。由原來使用 4 處 20 多個絲頭座，改為
只使用 6 個絲頭座，絲頭座連接彎頭處加工絲扣，連
接后將絲扣反向?qū)⒛z管（或彎頭）背緊，將液壓系統(tǒng)
元件竄動空間減少到最小。
2）實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)截割電機(jī)自動反沖洗。采煤機(jī)截割
電機(jī)自動反沖洗利用煤機(jī)電磁閥配合液壓油或冷卻水，
根據(jù)截割電機(jī)冷卻水路，利用三通、截止閥等液壓元
件增加一路反沖洗液壓油或者冷卻水，截割電機(jī)溫控
單元提供數(shù)據(jù)，煤機(jī)低壓泵或冷卻水提供反沖介質(zhì)，
煤機(jī)液控電磁閥控制單元，增加一路反沖液壓油或者
冷卻水，根據(jù)截割電機(jī)溫控單元顯示溫度，實(shí)現(xiàn)煤機(jī)
截割電機(jī)自動反沖洗。
3）實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)外牽引驅(qū)動齒輪腔室安裝清洗。在
煤機(jī)外牽引驅(qū)動齒輪腔室安裝清洗裝置，通過截止閥
（或電磁閥控制）將煤機(jī)噴霧水引進(jìn)外牽引驅(qū)動齒輪
腔室對驅(qū)動齒輪進(jìn)行清洗，杜絕煤塵集聚，避免在軸
承端蓋位置形成油泥影響軸承潤滑。
6 采煤機(jī)液壓、冷卻系統(tǒng)改進(jìn)與實(shí)施
6.1 改進(jìn)措施的研究與實(shí)施
采煤機(jī)增加一路反沖液壓油或者冷卻水，根據(jù)截
割電機(jī)溫控單元顯示溫度，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)截割電機(jī)自動
反沖洗。采煤機(jī)高低壓泵至電磁閥、電磁閥至調(diào)高系
統(tǒng)等管路簡化，有效降低采煤機(jī)液壓系統(tǒng)損壞的可
能性。
6.2 改進(jìn)原理研究
采煤機(jī)液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性提升改進(jìn)，將采煤機(jī)高低
壓泵至電磁閥、電磁閥至調(diào)高系統(tǒng)等管路簡化。
反沖洗裝置可以有效地將冷卻水管道內(nèi)堆積的雜
質(zhì)清理，保證冷卻系統(tǒng)清潔通暢、壓力均衡，提高設(shè)
備使用壽命。
截割電機(jī)自動反沖洗裝置采用電磁換向閥配合液
控單向閥動作，啟停信號由截割電機(jī)溫度檢查模塊提
供，設(shè)置啟動溫度后，自動反沖洗裝置可以在煤機(jī)截
割過程中實(shí)現(xiàn)自動啟停，減小勞動強(qiáng)度。
在檢修過程中，采煤機(jī)機(jī)身內(nèi)部冷卻系統(tǒng)液壓原
件檢修不到位，自動反沖洗裝置可以將泵箱液壓油作
為介質(zhì)沖洗進(jìn)入冷卻系統(tǒng)液壓原件中，有效地對液壓
原件進(jìn)行潤滑防銹，延長液壓原件使用壽命。
7 采煤機(jī)液壓、冷卻系統(tǒng)改進(jìn)措施的實(shí)施
效果及推廣價(jià)值
7.1 實(shí)施效果
3308 工作面采煤機(jī)截割電機(jī)溫度在 2023 年 1 月、
2 月為 80 ℃，生產(chǎn)過程中頻繁報(bào)截割電機(jī)超溫，影響
連續(xù)生產(chǎn)。項(xiàng)目實(shí)施后，3 月安裝截割電機(jī)自動反沖
洗裝置，截割電機(jī)溫度降低至 60 ℃。
由于 2021 年 6—8 月生產(chǎn)過程中采煤機(jī)絲頭座開
裂漏油影響生產(chǎn)的事故頻發(fā)，對采煤機(jī)液壓系統(tǒng)優(yōu)化
改良后，3308 工作面 2021 年 8 月生產(chǎn)至今，通過采
煤機(jī)液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性提升改進(jìn)，只發(fā)生 1 次因采煤機(jī)
絲頭座損壞影響生產(chǎn)的事故。
7.2 創(chuàng)新方面
1）電機(jī)冷卻系統(tǒng)自動反沖洗裝置可用于礦井地質(zhì)
條件復(fù)雜，截割矸石多，矸石硬度較大，采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、
轉(zhuǎn)載機(jī)等電機(jī)負(fù)荷增加 [3]，井下生產(chǎn)用水水質(zhì)差等復(fù)
雜工況下的電機(jī)降溫裝置，具有較強(qiáng)的推廣性。
2）采煤機(jī)液壓系統(tǒng)管路改造，提升了液壓系統(tǒng)穩(wěn)
定性，減少了采煤機(jī)液壓系統(tǒng)事故，確保了礦井安全
生產(chǎn)。
3）使用采煤機(jī)外牽引驅(qū)動齒輪腔室安裝清洗裝置，
改善外牽引運(yùn)行最多的牽引齒輪運(yùn)行環(huán)境，有效延長
設(shè)備使用壽命。
7.3 經(jīng)濟(jì)效益
采煤機(jī)截割電機(jī)價(jià)值 49.5 萬元，屬高值配件，截
割電機(jī)損壞更換帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)和生產(chǎn)影響是無法估
算的。實(shí)現(xiàn)煤機(jī)截割電機(jī)自動反沖洗，在生產(chǎn)過程中
可以實(shí)現(xiàn)一鍵自動反沖洗，提高截割電機(jī)冷卻效果，
有效降低截割電機(jī)運(yùn)行溫度，延長截割電機(jī)使用壽命。
3308 工作面 2021 年 8 月生產(chǎn)至今，通過煤機(jī)液壓系
統(tǒng)穩(wěn)定性提升改進(jìn)，只發(fā)生 1 次因煤機(jī)絲頭座損壞影
響生產(chǎn)的事故。
8 結(jié)束語
為了保障采煤機(jī)能夠安全平穩(wěn)運(yùn)行，必須加強(qiáng)對
故障及其維修的實(shí)際分析。針對在現(xiàn)實(shí)中采煤機(jī)所產(chǎn)
生的各類故障，必須要具體問題具體分析，面對不同
（下轉(zhuǎn)第 64 頁）
PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.06 57
安全分析
Safety Analysis
作者簡介：張?jiān)婆d（1979 ～ )，男，本科，工程師，從事輪
機(jī)工程方面工作。
通訊作者：張?jiān)婆d，E-mail：zhangyx32@cosl.com.cn。
（收稿日期：2023-09-20）
川崎 KT-72 B1 型側(cè)推裝置
常規(guī)故障分析與處理
張?jiān)婆d 楊繼強(qiáng)
（中海油田服務(wù)股份有限公司船舶事業(yè)部塘沽作業(yè)公司 天津 300452）
摘 要：本文介紹了武漢川崎制造型號為 KT-72B1（60 kN，1 450/401 r/min，1 300 mm）側(cè)推裝置的基
本構(gòu)造原理，列舉了側(cè)推裝置在日常使用過程中的 2 項(xiàng)控制系統(tǒng)常規(guī)故障，并就故障現(xiàn)象、報(bào)警指示逐層分析，
闡述了設(shè)備出現(xiàn)故障時快速解決問題的分析方法和思路。
關(guān)鍵詞：側(cè)推螺距 缺相故障 報(bào)警指示
Conventional Fault Analysis and Treatment of Kawasaki KT-72B1 Thrusters
Zhang Yunxing Yang Jiqiang
(COSL TangGU Fleet of shipping Division Tianjin 300452)
Abstract This article introduces the basic construction principle of the KT-72B1 (60 kN, 1 450/401 r/min, 1 300 mm)
side push device manufactured by Wuhan Kawasaki, and lists two common control system faults of the side push device in daily
use. The article analyzes the fault phenomenon and alarm indication layer by layer, and elaborates on the analysis methods and ideas
for quickly solving problems when the equipment encounters faults.
Keywords Bow thruster pitch Phase fault Alarm indication
中圖分類號：TB496 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
文章編號：2095-2465(2023)12-0057-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.12.015
三用工作船使用過程中，側(cè)推裝置是船舶靠離碼
頭、平臺作業(yè)的重要輔助設(shè)備。尤其在惡劣海況下，
側(cè)推裝置為船舶安全作業(yè)提供了有力保障。在側(cè)推裝
置使用過程中，控制系統(tǒng)電子元件的完好性保障了操
作指令的傳輸與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正確動作，某一電子元件
損壞就有可能使 PLC（可編程邏輯控制器）接收或輸
出錯誤的信號，導(dǎo)致側(cè)推裝置因啟動條件不滿足而無
法運(yùn)行，為此要求設(shè)備管理人員熟悉電子元件特性，
在故障發(fā)生時，能夠準(zhǔn)確分析并鎖定故障原因，并采
取有效的處理辦法，保障設(shè)備正常運(yùn)行。
1 川崎側(cè)推裝置簡介
1.1 液壓執(zhí)行單元
某三用工作船是上海振華船廠為公司打造的三作
用工作船，出于船舶頻繁靠離碼頭、時常機(jī)動守護(hù)平
臺作業(yè)的性質(zhì)，配備了由武漢川崎生產(chǎn)制造的側(cè)推裝
置作為船舶輔助推進(jìn)器，其在構(gòu)造上具有足夠的強(qiáng)度，
良好的耐震、耐腐蝕性。自身變螺距所需要的各機(jī)構(gòu)
盡量集中在船體內(nèi)，維護(hù)方便，使用安全可靠。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上模塊化，本體部分易于拆卸、裝配、
保養(yǎng)及大修。原動機(jī)的動力通過聯(lián)軸器、輸入軸、傘
齒輪傳到槳軸，使螺旋槳朝一定方向旋轉(zhuǎn)。螺旋槳由
4 片槳葉、兼作液壓伺服油缸用的槳轂及滑塊機(jī)構(gòu)等
構(gòu)成。槳葉由槳葉螺栓固定在曲柄銷盤上，方便在導(dǎo)
管內(nèi)更換。支撐著螺旋槳部件的齒輪箱由螺栓固定在
導(dǎo)管上，如果拆下安裝螺栓，即可將推進(jìn)器本體整體
搬出船體，在陸地上進(jìn)行保養(yǎng)、檢修。壓力油通過電
磁換向閥及槳軸內(nèi)的配管，注入槳轂，推動十字頭活
塞作往復(fù)運(yùn)動。十字頭活塞的往復(fù)運(yùn)動通過滑塊機(jī)構(gòu)
轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)槳葉的變螺距。其軸封裝置
安裝在齒輪箱上，用于槳軸的密封。
槳葉具有合適的葉面面積和厚度以保證足夠的強(qiáng)
度并承受螺旋槳的空泡，齒輪箱內(nèi)部的軸承及齒輪均
58 2023.06 設(shè)備監(jiān)理
安全分析
Safety Analysis
采用油浴潤滑方式。重力油箱安裝在水線上，齒輪箱
內(nèi)部承受少量壓力以防止海水浸入本體。
1.2 電氣控制單元
該側(cè)推裝置控制系統(tǒng)為電控式，主控制面板安裝
在駕駛室控制臺上。通過操縱手柄或手輪，可進(jìn)行隨
動操縱，通過模式轉(zhuǎn)換按鈕可進(jìn)行非隨動操縱，本裝
置能檢出主電機(jī)的負(fù)載信號。當(dāng)電機(jī)過載時，具有使
螺距自動減小的功能。遙控裝置的主控制面板裝有運(yùn)
轉(zhuǎn)開關(guān)，油泵、主電機(jī)等必要設(shè)備的啟動均可在駕駛
室進(jìn)行。同時操作該開關(guān)，可使上述所有設(shè)備停止工作。
下述觸點(diǎn)供主電機(jī)啟動互鎖用：
1）Oil low level 油位低：NC，open at low level 常
閉，低油位時開。
2）Oil low press 油壓低：NC，open at low press
常閉，低油壓時開。
3） Blade angle 槳 角：Close at pitch neutral zone
( AB: +3° ～ -3°) 槳角零位區(qū)觸點(diǎn)閉合 ( 約 +3° ～
-3°)。
4）Fan run 側(cè)推艙風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)：Close at fan run 風(fēng)機(jī)
運(yùn)轉(zhuǎn)時閉合。
5）Power available 功率允許：Close at run 功率允
許時閉合。
6）Cooling water low press 冷卻水低壓：NC，open
at low press 常閉，低壓時開冷卻水低壓。
2 川崎側(cè)推裝置控制系統(tǒng)兩次常規(guī)故障
簡介
1）側(cè)推裝置在運(yùn)行期間卡死在右向螺距65%位置，
操縱手柄給予側(cè)推左向指令無應(yīng)答，檢查控制箱集成
面板無異常報(bào)警指示，將操作模式轉(zhuǎn)為“非隨動控制”，
試驗(yàn)螺距歸零指令無應(yīng)答。
2）側(cè)推裝置無法正常啟動，電站提示重載問詢失
敗，機(jī)旁集成報(bào)警指示面板顯示主電機(jī)缺相報(bào)警，且
該報(bào)警處于間歇性自動復(fù)位狀態(tài)。打開電源動力柜控
制箱檢查，觀察到 K7 繼電器一直處于間歇性得電與
失電狀態(tài)。
3 故障的原因分析
1）分析側(cè)推裝置螺距卡死原因基本為以下幾種情
況：(1) 側(cè)推控制系統(tǒng)信號的輸入或輸出存在故障；
(2) 液壓系統(tǒng)問題，其中又包括側(cè)推系統(tǒng)液壓油量不足
或變質(zhì)、伺服油泵運(yùn)行故障、電磁閥自身損壞等狀況；
(3) 螺旋槳纏繞漁網(wǎng)等雜物，造成機(jī)械卡死。
2）與側(cè)推裝置螺距卡死不同，主電機(jī)顯示缺相報(bào)
警，基本鎖定為設(shè)備控制系統(tǒng)電氣故障，造成主電機(jī)缺
相報(bào)警存在 2 種情況：一種為主電機(jī)真實(shí)缺相，被電源
監(jiān)測元件檢測到，將信號傳輸?shù)?PLC;另一種為電源監(jiān)
測元件由于某種原因?qū)⒅麟姍C(jī)缺相信號輸入 PLC，由此
引發(fā)故障報(bào)警，導(dǎo)致側(cè)推裝置無法正常啟動 [1]。
4 問題解決方法
針對不同的故障現(xiàn)象，入手分析的角度和思維不
同，分析問題既要全面，又要做到直接，才能夠縮短
故障處理的時間。
1）首先在機(jī)旁觀察確認(rèn)側(cè)推機(jī)械螺距指示確
實(shí)卡死在右向 65% 位置，同時檢查壓力油柜油位正
常，手動開啟伺服油泵，油泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常，壓力值 5 bar
（0.5 MPa）指示正常。拆檢側(cè)推裝置左向電磁閥電源線，
測量該電磁閥線圈阻值正常，隨即操縱控制手柄給予
側(cè)推左向指令，同時現(xiàn)場測量輸出電壓，發(fā)現(xiàn)控制左
向指令的電磁閥電源線電壓值為 0，表明控制系統(tǒng)并
沒有輸出電信號到電磁閥，基本排除液壓系統(tǒng)故障 [2]。
查看側(cè)推控制線路如圖 1 所示。查找控制并輸出
到側(cè)推左向電磁閥的繼電器 K22，同時啟動伺服油泵，
通知駕駛臺操縱控制手柄給予左向電磁閥指令，發(fā)現(xiàn)
該繼電器 K22 得電，并一直處于得電狀態(tài)。該繼電器
得電表明其已經(jīng)接收到駕駛臺操作指令，但由于整個
操作過程為閉環(huán)特性，因?yàn)闊o正常反饋信號而持續(xù)
得電，隨即測量圖中繼電器觸頭 18.5/ 接 3 端子公共
端 -X15-SV2，量取電壓值 24 V 正常，測量圖中接線
端子 -X15-SV1/ 接線端子公共端 -X15-SV2，顯示
無電壓值輸出，將控制左向電磁閥的繼電器 K22 取下
后觀察發(fā)現(xiàn)其外觀有輕微燒灼痕跡，于是將控制右向
電磁閥繼電器 K23 與其對調(diào)，啟動伺服油泵后觀察側(cè)
推螺距按操縱桿指令回到零位。于是確定事故原因由
繼電器內(nèi)部通道損壞引起，更換備件后，駕駛臺啟動
側(cè)推正常，操縱正、倒車螺距動作正常 [3]。
2）側(cè)推主電缺相故障處理起來更為直觀，直接借
助設(shè)備電氣圖紙，根據(jù)故障現(xiàn)象入手分析，如圖 2 ～圖
5 所示。
PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.06 59
安全分析
Safety Analysis
圖 2 PLC 輸出線路圖
OUTPUT BYTE DC24V PLUG.IN PLACE TYPE DI14xDO10 DC24V
1L+ M 2L+
16
1L+
Q0.0
17
Q0.1
18
Q0.2
19
Q0.3
20
.CPU224
010.0:D
22
2L+
Q0.4
23
Q0.5
24
01 02 04 05
21
M
A1
A2 .K4 A1
A2 .K6 A1
A2 .K3 .K7 A1
A2 .K5 A1
A2 .K8
03 06
0503 / 10.8:A
0504 / 10.8:A
???
??
???
??
???
??
???
????
???
?? ??
引發(fā)主電機(jī)缺相報(bào)警，是由于某種原因?qū)е吕^電
器 K7 線圈得電，如圖 2 所示，使其自身的一個常閉
觸點(diǎn)動作。K7 位于 PLC 信號輸出端，輸入端與接線
0709 相連，如圖 3 所示。在主電源合閘后，若 0709
被接通，如圖 4 分析， 是由于電子元件 K2 的輔助觸
點(diǎn) 15/18 斷開導(dǎo)致。
電子元件 K2 為 RM4-TR32 型三相電壓控制器，
其在主電源合閘后，用于監(jiān)測主電路相序及三相電壓
數(shù)值，監(jiān)測范圍設(shè)定值為 380 ～ 420 V，若監(jiān)測電壓
超出設(shè)定范圍，則 K2 的 2 個常開觸點(diǎn)由工作中的閉
合狀態(tài)經(jīng)延時后斷開，終止側(cè)推工作。
圖 3 PLC 輸入線路圖
??
INPUT BYTE DC24V PLUG.IN PLACE 6 DC24V ES7 214.2AD23-0XB8
????
TYPE DI14xDO10 0709 / 7.7:C
???? ?? K1
???侸
Q2
???侸
1M
???
??
???
??
?仁?
??
???
??0319 / 3.4:C
/3.7:C
1
1M
I0.0
2
I0.1
3
I0.2
4
I0.3
5
I0.4
6
I0.5
CPU224 7
/11.0:A
02
I0.6
8
I0.7
9
I1.0
10
I1.1
11
11
14
11
14 .K1
07 08 09
-X03 11
-X03 12
1
2 .F13
2A
01
11
14
04 06
.X03 8
-X03 7 -X03 9
.X03 10
12
11
.S5
??
+CA.P1-K16
+CA.P1/3.6:F
?????
14
1
2 .F14
2A
1
2 .F15
2A
03 05
41
42 /9.4:E
.K13
??
13
14 .Q2
/6.1:C
/6.3:B
95
96 .FR1
/2.4:B
????
10
13
14
11
14
11
0503 / 5.2:D
0504 / 5.2:D
圖 1 側(cè)推控制線路圖
??? ???? ?????? ??ㄟ1 ????? ??ㄟ2
???
????
???? ??? ????
????
13
14
.K22
DC24V
13
14
.K23
DC24V
+SV
???
2 3 4
1 ?????
.X15.SV 1
.W2030
5x1.5 2 3 4
.SV 1 2 3 4
/12.0
.K14
10A
????/??
1
9
5
.K15
/12.1
10A
???
?/??
1
9
5
.K22
/18.4
10A ????
1
9
5
/18.5
.K23
10A
????
1
9
5
.K16
/12.2
5A
?????
1
9
5
K16
/12.2
5A
?????
2
10
6
/12.4
.K18
10A
?????
1
9
5
.K17
/12.3
10A
?????
1
9
5
=+IXA
????
.X8.IXA
7 8 9
.X7.IXF
7 8 9
?????/?
.W2029
5x1.5
????? 1 2 3 /?
.W1028
5x1.5
1 2
+IXF
????
3
1
10A 10
/18.8
-D2 3
10A
12
-D2
/18.6
18.2
18.2 18.2
18.218.2
18.2
18.1
18.9
18.1
18.10 18.1
18.1
18.7 18.3 18.4
18.5 18.8
18.5 18.6
18.6
18.2
18.1
18.1 18.1
18.5 18.6
18.5 18.5
18.6
18.6
18.1
18.2 18.9 18.2
18.10
3.5 /V_24V
3.5 0V_0V
SVP SVC1 SVS SVC2
AVC
+IF/
14.1
FVC
+IF/
14.6
AVP
+IF/
14.2
AVS
+IF/
14.2
FVP
+IF/
14.6
FVS
+IF/
14.7
60 2023.06 設(shè)備監(jiān)理
安全分析
Safety Analysis
圖 5 遠(yuǎn)程接口圖
25
26 28
?????
/3.0:B
?????
?????
.K2
23 24
11 12
21 22
09 10
11
12
.K7
/11.5:D
?????
從圖 4 中分析，0709 被接通，是因?yàn)殡妷嚎刂破?K2
的動作所致。用電壓表測量實(shí)際三相電壓數(shù)值穩(wěn)定在
401 V，該值在 K2 的正常監(jiān)測電壓范圍之內(nèi)，主電源合閘
時，K2 的 2 個輔助觸點(diǎn)都應(yīng)該在閉合狀態(tài)，在排除 K2
動作是由于實(shí)際電壓波動引發(fā)缺相故障后，基本確定故
障由控制器自身損壞所致。首先手動調(diào)節(jié)控制器擴(kuò)大監(jiān)
測范圍和延時時間仍無效，于是將 2 臺側(cè)推的 K2 對調(diào)，
側(cè)推主電源合閘后，同樣故障出現(xiàn)在另一臺側(cè)推上，于
是原因確定為繼電器 K2 自身損壞。因無備用元件，為保
證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，只能從 K2 功能及所接線路入手分析。
正常情況下，在主電源合閘后，若 K2 監(jiān)測到電壓正常，
相應(yīng)觸點(diǎn)動作，向 PLC 輸入< 主電源正常 > 信號，同時
觸點(diǎn) 15/18 閉合，用于點(diǎn)亮控制面板電源指示燈。
因無備用元件替換，所以要解決 2 點(diǎn)問題：1）將
接線0709線頭拆下包扎，屏蔽掉 <主電機(jī)缺相 >報(bào)警；
2）短接電壓控制器 K2 內(nèi)部接線，模擬觸點(diǎn) 25/28、
15/18 閉合，保證有 < 主電源正常 > 的信號輸入
PLC，同時面板電源指示燈亮。更改接線后，主電源
合閘，機(jī)旁集成報(bào)警指示面板指示各數(shù)據(jù)傳輸正常，
啟動側(cè)推運(yùn)轉(zhuǎn)正常。
2 項(xiàng)故障就初始故障現(xiàn)象而言，無任何相關(guān)性，
但最終分析結(jié)果均為控制系統(tǒng)一般常用電子元件損壞
所致。在船上無替換備件的前提下，為保障側(cè)推裝置
正常運(yùn)轉(zhuǎn)，仍然可以采取有效辦法解決實(shí)際問題。
5 結(jié)束語
設(shè)備出現(xiàn)故障后，檢修人員要學(xué)會透過故障現(xiàn)象
看本質(zhì)，分析問題要由淺入深、由易到難，這樣才能
少走彎路，節(jié)省時間。為此要求管理人員平時要充分熟
悉設(shè)備日常運(yùn)行狀況，并且具備利用設(shè)備圖紙等輔助工
具解決問題的能力，這樣處理起問題才能得心應(yīng)手。
參考文獻(xiàn)
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圖 4 指示燈控制圖
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PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.06 61
安全分析
Safety Analysis
作者簡介：劉建平（1990 ～ )，男，碩士，工程師，從事機(jī)
電類特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測工作。
通訊作者：劉建平，E-mail：1304714510@qq.com。
（收稿日期：2023-09-05）
電梯曳引鋼絲繩失效案例分析及預(yù)防措施
劉建平 王 剛 常振元
（陜西省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測研究院 西安 710048）
摘 要：針對一起電梯曳引鋼絲繩斷絲、斷股事故，全面了解事故發(fā)生的內(nèi)外原因，通過現(xiàn)場勘查、事
故調(diào)查等手段確定了事故發(fā)生的主要原因，通過查閱文獻(xiàn)資料對電梯曳引鋼絲繩容易出現(xiàn)的磨料磨損、腐蝕
磨損、疲勞斷絲等失效機(jī)理做了詳細(xì)分析，為檢驗(yàn)人員和維護(hù)保養(yǎng)人員正確判斷缺陷鋼絲繩提供了有力依據(jù)，
并在定期檢驗(yàn)和維護(hù)保養(yǎng)方面給出了針對性的應(yīng)對措施，對延長鋼絲繩使用壽命與減少電梯安全事故有一定
的參考作用。
關(guān)鍵詞：電梯 鋼絲繩 失效分析 應(yīng)對措施
Failure Case Analysis and Preventive Measures of Elevator Traction Wire Rope
Liu Jianping Wang Gang Chang Zhenyuan
(Shaanxi Special Equipment Inspection and Testing Institute Xi'an 710048)
Abstract In view of an elevator pulling wire rope broken, broken strands accident, the internal and external
causes of the accident are comprehensively understood. Through on-site investigation and accident investigation, it
is determined that the direct cause of the accident is that the oil in the core of the wire rope is dry, the maintenance
is not in place, which leads to rust and wear, the loss of mechanical properties, and then the broken wire and the
broken strand, resulting in the elevator operation failure. At the same time, a detailed analysis was made on the failure
mechanism of the elevator traction wire rope, such as abrasive wear, corrosion wear and fatigue broken wire, which
provided a strong basis for inspection personnel and maintenance personnel to correctly judge the defective wire rope,
and provided targeted countermeasures in terms of regular inspection and maintenance. It has certain reference to
prolong the service life of wire rope and reduce the safety accident of elevator.
Keywords Elevator Wire rope Failure analysis Response
中圖分類號：TB496 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
文章編號：2095-2465(2023)12-0061-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.12.016
電梯作為現(xiàn)代建筑中不可或缺的交通工具之一，
其正常運(yùn)行對人們的日常生活具有重要意義。曳引鋼
絲繩作為電梯八大系統(tǒng)中曳引系統(tǒng)的重要部件，其性
能好壞直接影響著電梯能否安全運(yùn)行。
曳引鋼絲繩作為電梯的傳力部件，其兩端分別懸
掛著電梯的轎廂和對重裝置。電梯的運(yùn)動是依靠鋼絲
繩與曳引輪繩槽之間的摩擦力提供拖拽力，進(jìn)而將驅(qū)
動主機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為電梯轎廂與對重裝置的上下
往復(fù)運(yùn)行。曳引鋼絲繩質(zhì)量狀態(tài)對于曳引系統(tǒng)的平穩(wěn)
運(yùn)行至關(guān)重要，對乘客在轎廂內(nèi)的乘坐舒適度有直接
影響 [1]。在某些使用環(huán)境特別差的場合，電梯鋼絲繩
經(jīng)常會受到潮濕、暴曬、酸堿腐蝕等惡劣條件的侵蝕，
鋼絲繩極易發(fā)生銹蝕，產(chǎn)生棕紅色鐵銹粉末。銹蝕后
的鋼絲繩表面韌性下降，鐵銹粉末加劇鋼絲繩疲勞磨
損，然后逐漸產(chǎn)生疲勞斷絲、斷股現(xiàn)象 [2]。為了盡可
能避免電梯安全事故的發(fā)生，使用單位、維護(hù)保養(yǎng)單
位以及檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在日常工作時應(yīng)高度注意電梯曳引鋼
絲繩的使用狀況，尤其是曳引鋼絲繩需定期維護(hù)保養(yǎng)，
達(dá)到報(bào)廢條件時要及時更換，以保證電梯安全運(yùn)行。
在 TSG T7001—2009《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)
規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動電梯》中，對電梯曳引鋼絲
繩的檢驗(yàn)給出了具體描述，對鋼絲繩的具體檢驗(yàn)檢測
62 2023.06 設(shè)備監(jiān)理
安全分析
Safety Analysis
有指導(dǎo)性的作用 [3]。在日常檢驗(yàn)檢測工作中，通常會
遇到各種各樣的鋼絲繩失效情形，尤其是鋼絲繩的銹
蝕、磨損最為常見。在定期檢驗(yàn)時如何對在用鋼絲繩
做出正確評判，就需要對鋼絲繩的失效機(jī)理有深入的
了解，并不斷積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。在日常檢驗(yàn)檢測工作中
遇到鋼絲繩存在失效情形時能做出準(zhǔn)確判斷，并能為
使用、維護(hù)保養(yǎng)單位提出相應(yīng)應(yīng)對措施。
1 事故分析
某小區(qū)住宅電梯發(fā)生嚴(yán)重?cái)嘟z、斷股，致使鋼絲
繩發(fā)生跳繩，造成設(shè)備嚴(yán)重破壞而停運(yùn)。據(jù)了解電梯
在發(fā)生故障前，電梯轎廂內(nèi)顛簸晃動非常強(qiáng)烈，物業(yè)
接到業(yè)主投訴后才將電梯停運(yùn)。事故電梯為曳引驅(qū)動
乘客電梯，基本參數(shù)：額定載重量為 1 000 kg；額定
速度為 2.5 m/s；層站 34 層 34 站；曳引鋼絲繩根數(shù)為
7；鋼絲繩公稱直徑為 10 mm；懸掛比為 2:1；該電梯
于 2010 年 7 月投入使用。
事故現(xiàn)場機(jī)房地板和曳引輪旁隨處可見鋼絲繩磨
損后的黑色鐵屑粉末，見圖 1。斷股后飛濺的斷絲有
些甚至已經(jīng)纏繞在曳引機(jī)間隙內(nèi)，見圖 2。鋼絲繩防
跳繩裝置已經(jīng)被嚴(yán)重拉斜，見圖 3。事故現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)鋼
絲繩上布滿紅褐色的銹斑，見圖 4。斷股后的鋼絲繩
已經(jīng)發(fā)生跳繩，見圖 5。
該事故電梯額定速度為 2.5 m/s，使用年限長達(dá) 10
余年，之前從未更換過鋼絲繩。由于電梯鋼絲繩使用
年限較長，繩芯油脂已干枯，鋼絲繩得不到良好的潤滑，
表面出現(xiàn)干燥、生銹、磨損現(xiàn)象。干燥的鋼絲繩長期
暴露在外極易出現(xiàn)銹蝕，銹蝕后的鋼絲繩力學(xué)性能降
低，抗疲勞強(qiáng)度下降，長時間的反復(fù)使用致使繩表層
鋼絲最先發(fā)生疲勞斷裂。斷絲后的鋼絲繩外層鋼絲松
圖 1 鋼絲繩磨損鐵屑
圖 2 斷絲纏繞
圖 3 被拉斜的防跳繩裝置
圖 4 鋼絲繩銹蝕
圖 5 鋼絲繩跳繩
PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.06 63
安全分析
Safety Analysis
動、股間松動，鋼絲繩張力減小，使得繩在曳引輪繩
槽內(nèi)出現(xiàn)打滑、振動，造成繩與輪之間偏磨損進(jìn)而產(chǎn)
生大量的磨損斷絲。高速運(yùn)轉(zhuǎn)的斷絲會剮蹭防跳繩裝
置使得鋼絲繩出現(xiàn)松股，進(jìn)而加劇松股處與防跳繩裝
置等部件的摩擦直至斷股、跳繩。
2 鋼絲繩銹蝕、磨損失效機(jī)理
2.1 銹蝕失效
電梯鋼絲繩出現(xiàn)銹蝕失效情形大多與使用環(huán)境存
在很大關(guān)聯(lián)，如地坑經(jīng)常積水，電梯鋼絲繩很容易出
現(xiàn)銹蝕。在高溫、高熱環(huán)境下，如觀光電梯受太陽暴
曬后，鋼絲繩內(nèi)的繩芯存儲著的油脂極易干枯。一旦
鋼絲繩繩芯缺油，鋼絲繩韌性就會下降、力學(xué)性能
大大降低、抗疲勞強(qiáng)度變?nèi)?，鋼絲繩在曳引輪上不斷
地反復(fù)旋轉(zhuǎn)，長時間的反復(fù)使用極易導(dǎo)致鋼絲繩表層
鋼絲出現(xiàn)干摩擦現(xiàn)象，加劇鋼絲繩的磨損，時間久了
磨損的鐵屑四處飛溢，遇到潮氣就會出現(xiàn)銹蝕填滿繩
股間 [4]。
出現(xiàn)銹蝕的電梯鋼絲繩表面容易形成麻坑，從而
導(dǎo)致鋼絲繩繩徑變化或繩股表層鋼絲出現(xiàn)松動、股間
發(fā)生松動，鋼絲繩張力減小使得繩在曳引輪繩槽內(nèi)出
現(xiàn)打滑、振動，造成繩與輪之間偏磨損進(jìn)而產(chǎn)生大量
的磨損斷絲 [5]。綜合來看，鋼絲繩銹蝕失效的主要原
因是使用環(huán)境中存在潮濕、高溫等因素對鋼絲繩表面
產(chǎn)生侵蝕。
2.2 磨損失效
電梯在上下往復(fù)運(yùn)動過程中，曳引鋼絲繩一直承
受著彎曲交變應(yīng)力和機(jī)械磨損，成為影響鋼絲繩磨損
失效的內(nèi)在因素。存在潮濕、腐蝕、高溫暴曬極易維
護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)?shù)氖褂脠鏊?，鋼絲繩極易出現(xiàn)繩芯干枯、
銹蝕現(xiàn)象，成為影響鋼絲繩失效的外在因素。常見磨
損失效有磨損斷絲、腐蝕斷絲、疲勞斷絲 3 種形式。
1）磨料磨損。為了預(yù)防鋼絲繩在運(yùn)輸、存儲過程
中發(fā)生銹蝕，鋼絲繩出廠時通常會在其表面涂抹凡士
林或?qū)Ｓ梅冷P油脂。電梯曳引鋼絲繩在使用過程中，
使用環(huán)境中存在的建筑垃圾、水泥灰塵、磨損鐵銹極
易附著在鋼絲繩表層，并與鋼絲繩繩芯滲出的油脂混
合形成頑固油泥附著在鋼絲繩上。油泥中夾雜著大量
細(xì)小砂礫，如砂子、鐵屑、石英等，此類堅(jiān)硬的細(xì)小
顆粒容易成為磨料，電梯鋼絲繩在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，
磨料被擠壓在曳引輪與鋼絲之間加速繩與輪的磨損，
形成一種磨料磨損 [6]。
2）腐蝕磨損。電梯曳引鋼絲通常由內(nèi)部繩芯與外
層鋼絲組成，內(nèi)部繩芯的潤滑油對鋼絲繩起著潤滑保
護(hù)作用。但使用環(huán)境極其惡劣的使用場所如高溫暴曬、
風(fēng)吹雨淋下，鋼絲繩內(nèi)部繩芯極易發(fā)生油脂干枯，缺
乏潤滑保護(hù)的鋼絲繩就會發(fā)生干摩擦，出現(xiàn)斷絲、斷
股 [7]。此外，繩芯干枯的鋼絲繩遇到潮濕情況就會發(fā)
生銹蝕，銹蝕鐵屑會成為磨料進(jìn)一步加劇磨損。
3）疲勞斷絲。疲勞磨損是導(dǎo)致電梯曳引鋼絲繩發(fā)
生斷絲的另一個主要原因。疲勞斷裂是指材料長期受
復(fù)雜的交變應(yīng)力，使材料局部應(yīng)力集中或強(qiáng)度較低的
部位首先產(chǎn)生裂紋 [8]。電梯曳引鋼絲繩長期受到交替
的拉伸和彎曲應(yīng)力，會逐漸產(chǎn)生細(xì)小的裂紋，這些裂
紋會隨著使用頻率的增加逐漸擴(kuò)大并最終導(dǎo)致鋼絲繩
發(fā)生斷絲。
3 應(yīng)對措施
3.1 檢驗(yàn)把關(guān)
根據(jù)電梯曳引鋼絲繩檢驗(yàn)要求及報(bào)廢條件，TSG
T7001—2009 中做出了詳細(xì)規(guī)定，以下就日常定期檢
驗(yàn)工作給出幾點(diǎn)具體建議，為電梯曳引鋼絲繩的檢驗(yàn)
檢測提供工作參考。
電梯曳引鋼絲繩在檢驗(yàn)過程中應(yīng)該認(rèn)真仔細(xì)檢查
以下內(nèi)容：1）檢查斷絲的根數(shù)和斷絲發(fā)生部位以及在
一個捻距內(nèi)的斷絲情況；2）檢查電梯鋼絲繩的張力，
各繩張力相互差值不應(yīng)超過 5%；3）測量鋼絲繩直
徑，判斷鋼絲繩磨損量是否達(dá)到 10% 以上；4）檢查
鋼絲繩是否出現(xiàn)籠狀畸變、繩芯擠出、扭結(jié)、部分壓
扁、彎折等情況；5）檢查鋼絲繩的潤滑、清潔情況；
6）檢查繩頭及其組合情況，繩頭是否松動，螺母固定
是否可靠等情況；7）檢查鋼絲繩是否出現(xiàn)銹蝕情況。
3.2 保養(yǎng)預(yù)防
為了延長鋼絲繩使用壽命、降低客戶使用成本，
針對鋼絲繩失效模式，應(yīng)著重從鋼絲繩維護(hù)保養(yǎng)方面
入手解決此類問題。檢查過程中如果發(fā)現(xiàn)鋼絲繩只是
出現(xiàn)輕微紅銹現(xiàn)象，多數(shù)是因?yàn)殇摻z繩表層發(fā)生銹蝕，
此時可以通過除銹潤滑解決 [9]。先用刷子除去鋼絲繩
外層紅銹和其余污垢并用煤油輕擦，然后進(jìn)行鋼絲涂
油潤滑。特別要注意，在對鋼絲繩潤滑時要適度處理，
64 2023.06 設(shè)備監(jiān)理
安全分析
Safety Analysis
表層不能涂油過多，否則會導(dǎo)致輪槽與鋼絲繩之間曳
引力不足，電梯在重載運(yùn)行時容易出現(xiàn)失控沖頂、蹾
底風(fēng)險(xiǎn) [10]。必要時需要打開繩頭仔細(xì)檢查，若繩芯內(nèi)
部出現(xiàn)銹蝕就需更換鋼絲繩。如果鋼絲繩表層發(fā)生嚴(yán)
重銹蝕，此時已經(jīng)達(dá)到 TSG T7001—2009 中的報(bào)廢條
件，需立即更換曳引鋼絲繩。
維護(hù)保養(yǎng)單位在日常維護(hù)保養(yǎng)時也可以利用專用
的鋼絲繩探傷儀檢測，通過專用儀器能及時發(fā)現(xiàn)鋼絲
繩內(nèi)部存在的斷絲、銹蝕情況。另外，使用單位應(yīng)做
好電梯的日常巡查，如若發(fā)現(xiàn)電梯有運(yùn)行異常狀況應(yīng)
及時停梯并通知維護(hù)保養(yǎng)單位進(jìn)行詳細(xì)排查并及時處
理異常情況，避免造成嚴(yán)重事故。
4 結(jié)束語
鋼絲繩在電梯傳動系統(tǒng)中是一個很重要的組件，
承受著電梯轎廂內(nèi)所有載重量和轎廂及其附件的自身
重量，鋼絲繩質(zhì)量的好壞直接影響電梯的安全性能。
電梯在上下往復(fù)運(yùn)動中，曳引鋼絲繩一直承受著彎曲
交變應(yīng)力和機(jī)械磨損，成為影響鋼絲繩磨損失效的
內(nèi)在因素。電梯鋼絲繩得不到及時的維護(hù)保養(yǎng)是造成
鋼絲繩壽命縮短的外在因素。電梯定期檢驗(yàn)時，除了
關(guān)注鋼絲繩直徑變化、張力變化外，還應(yīng)對鋼絲繩
潤滑、銹蝕、磨損等情況提出具體要求，特別是在
鋼絲繩出現(xiàn)銹蝕后，要及時督促維護(hù)保養(yǎng)單位按照
GB /T 8903—2018《電梯用鋼絲繩》的規(guī)定進(jìn)行維護(hù)
保養(yǎng)，或者建議使用單位盡快更換銹蝕的鋼絲，以免
造成曳引輪、曳引機(jī)等其他重要部件的損壞，將特種
設(shè)備安全事故隱患消除在萌芽狀態(tài)。
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（上接第 56 頁）
的故障以及故障產(chǎn)生的不同原因，所做出的解決策略
也不一樣，但是毫無疑問，若是想要采煤機(jī)能夠安全
平穩(wěn)的運(yùn)行，就必須在平時注重細(xì)節(jié)之處，發(fā)生問題
時，切實(shí)分析問題、解決問題。電機(jī)冷卻系統(tǒng)自動反
沖洗裝置、液壓系統(tǒng)改進(jìn)后可用于礦井地質(zhì)條件復(fù)雜、
矸石量大、井下水質(zhì)差等復(fù)雜工況下的電機(jī)降溫，減
少了液壓系統(tǒng)故障，采取外牽引驅(qū)動齒輪腔室安裝清
洗裝置改善設(shè)備使用環(huán)境、增加設(shè)備使用壽命等改進(jìn)
與應(yīng)用有效降低了煤機(jī)截割電機(jī)、外牽引、液壓系統(tǒng)
出現(xiàn)故障的概率，具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值。
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