钢丝绳破股机的研制与应用

孙鹏 魏国 朱森

摘要：目前，国内在废旧钢丝绳回收利用的市场上，最突出的难题就是钢丝绳破股问题，矿井废旧直径大于30mm的废旧钢丝绳回收利用率较低，主要是因为大直径钢丝绳不破股就没有很好的复用途径，很多厂商对回收的废旧钢丝绳没有很好的方法进行破股，若使用人工对钢丝绳进行破股，不仅劳动强度大、效率低，也存在诸多不安全因素，因此造成很多大直径废旧钢丝绳的浪费。为充分利用废旧钢丝绳，通过将回收的废旧钢丝绳破股后编制钢丝网、制作扎丝等产品，再重新投入使用。钢丝绳破股机的研制正是为了解决钢丝绳破股难的问题。钢丝绳破股机的主要原理是利用人工将钢丝绳破股1.5～2米后，将破股段的每根钢丝绳绳丝穿过穿绳板、导绳轮、牵移套管固定后，使用回柱绞车进行牵引，钢丝绳在牵移前进中被自动破股。钢丝绳破股机具有破股效率高、破股钢丝绳的长度不受限制、职工劳动强度低、安全系数高等优点。

关键词：钢丝绳;破股机;穿绳装置

中图分类号：TD532                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）01-0205-02

1  项目背景

目前，煤矿上通常使用提升机多部，每部提升机正常使用两根（有四根和六根）钢丝绳运行，钢丝绳长度不一（根据矿井深度确定），按照《煤矿安全规程》规定钢丝绳正常使用寿命不得超过3年，更换下的钢丝绳只能当作废旧料处理，造成巨大的浪费。国内在废旧钢丝绳回收利用的市场上，最突出的难题就是钢丝绳破股问题，矿井废旧直径大于30mm的废旧钢丝绳回收利用率较低，主要是因为大直径钢丝绳不破股就没有很好的复用途径，很多厂商对回收的废旧钢丝绳没有很好的方法进行破股，若使用人工对钢丝绳进行破股，不仅劳动强度大、效率低，也存在诸多不安全因素，因此造成很多大直径废旧钢丝绳的浪费。为充分利用各煤矿废旧钢丝绳，通过将回收的废旧钢丝绳破股后编制钢丝网、制作扎丝等产品，再重新投入使用，为企业在修旧利废方面创造效益。企业承担了钢丝绳回收利用的任务，其中钢丝绳破股工艺为人工破股时，存在着以下缺点：

①人工破股难度大，劳动强度高。一根钢丝绳破股需要6、7个人拉直分股，而且钢丝绳在使用过程中使用了大量油脂，操作环境脏乱差。

②人工破股占用人员多，6、7个人破股一根绳，多根绳同时操作，受场地制约严重，工作效率低。

③人工破股成本高。用人较多，产量不高，效益低，很多厂家不愿意废旧钢丝绳再利用。

④人工破股安全风险大，不安全因素多，工具损坏严重，断丝容易扎伤和崩伤工人。

2  技术原理与创新点

2.1 技术原理

2.1.1 钢丝绳破股机装置构成

①钢丝绳破股装置包括：穿绳板、穿绳板固定架、导绳板、绳架和回柱机。

②穿绳板、导绳板、绳架和回柱机顺次间隔排列，穿绳板上横向或纵向均匀排布有至少N个穿绳孔，其下部固定于穿绳板固定架中，穿绳板固定架锚固于地面，导绳板上横向或纵向均匀排布有至少N个导绳轮，导绳板固定于地面，绳架上横向或纵向均匀排布有至少N个穿绳套管，绳架为可移动绳架，且通过一牵引绳与所述回柱机相连，N为大于等于6的正整数。（图1）

③穿绳板包括大孔穿绳板和小孔穿绳板。如此设计，可根据需求选择穿绳板，将钢丝绳破为粗细不同的绳股。

④绳架下端设有脚轮。如此设计，减小了绳架移动时与地面的摩擦，移动更加方便。

⑤导绳轮一侧还设有导向柱或导向轮，导向柱或导向轮和导绳轮固定在同一个基板上。如此设计，将钢丝绳中的一股穿入导绳轮与导向柱/导向轮之间，防止股绳偏出导绳轮，使用更加方便。（图2-图3）

⑥回柱机最好采用双速多用绞车，此型号绞车具有快速和慢速两档速度，双速多用绞车组成：包括底架、电动机、联轴器、制动闸、减速器、卷筒装置组成。底架是一个型钢焊制而成的框架，前后两侧各有一槽钢，两端用钢板相连，其槽内有筋板，下面焊有一钢板，钢板下还焊有两条状钢板，底架左侧依次焊有三段小槽钢，左侧二段槽钢面上有钢板，并开有腰形孔;电动机用螺栓组固定其上，另一小槽钢面上椭钢板、开有一园孔，三段小槽钢右侧两槽钢间焊有筋板，槽钢面上开有通园孔;减速铬和卷筒装置依次固定在底架的槽钢面上，槽钢底面、板上开有若干园孔，侧板两端开有园孔;卷装置主等由轴支承、卷筒、大齿圈、上罩子、下罩子、透盖组成。此类回主机操作简单、使用方便，并具有可靠的雙闸制动。

2.1.2 准备工作

①钢丝绳准备工作：将废旧钢丝绳按要求截断，每段长度为12米（可以根据场地适当增加或缩小），截断的钢丝绳先使用人工破股2～3米。

②在穿绳板固定架上安装大孔穿绳板，将破股段的钢丝绳各股（6股）分别通过穿绳板圆孔后，每股钢丝绳穿过圆孔后通过导绳板上的导绳轮穿入穿绳套管，并将每股绳在穿绳套管内固定牢固。

2.1.3 破股工作

破股的钢丝绳被连接完好后，检查各股钢丝绳是否有交叉，确认各股钢丝绳连接完好牢固后，将回柱机钩头与装有穿绳套管的绳架连接，启动回柱机，牵引绳架向前移动，因穿绳板固定架被锚固固定后不动，钢丝绳破股后穿过穿绳板发生位移，进而通过回柱机的牵引将各股钢丝绳分开。

再将大孔穿绳板更换成小孔穿绳板，被分开的每股钢丝绳利用同样的方法步骤继续进行破股，最终变成所需要的钢丝，根据钢丝的粗细分类使用。

钢丝绳破股成多股钢丝股后，还可以人工进一步破股成单根多钢丝（破股后再破丝很容易），也可通过钢丝绳破股装置进一步破丝，只是这样的话夹紧锥套和穿绳套管都得进一步缩小，以方便进一步操作。

2.2 创新点

钢丝绳破股后的钢丝被用来编织钢丝绳网，制作扎丝等各类产品，但如何高效破股钢丝绳，目前没有很好的办法。本设备的研制与应用，虽然没有实现全自动化对钢丝绳进行破股，但比人工破绳大大提高了效率，而且该设备制造、安装、使用都比较简便，可一人操作，也可多人配合操作，利用分股拉伸的方法既达到钢丝绳破股的目的，又能将弯曲的钢丝拉直，更好地被使用。

3  使用情况

目前，已在机修厂使用该设备对钢丝绳进行破股，由于目前属于试生产阶段，目前在用设备只有1台。日后若需要大批量回收废旧钢丝绳进行批量加工绳网，将根据实际情况增加设备使用数量，以保证钢丝绳破股效率满足批量编网的需求。使用钢丝绳破股机进行的破股，可以自由按照所需直径尺寸有选择性的进行破股，破股好的钢丝绳平直，非常适合井下挂网使用，由于钢丝绳编制的挂网比原来使用的锚网强度大、韧性好，更加耐用。

4  社会效益和经济效益

4.1 社会效益

目前，直径大于30mm的废旧钢丝绳回收利用率较低，主要是因为大直径钢丝绳不破股就没有很好的复用途径，若破股使用难度又很大，回收利用的成本较高，因此造成很多大直径废旧钢丝绳的浪费。使用该设备，可以提高钢丝绳破股效率，降低破股劳动强度和破股成本，为批量回收使用该类废旧钢丝绳创造了条件。

4.2 经济效益

①提高效率：每班的生产效率由原来12米/人提高到现在的36米/人，机器破股是人工破股效率的3倍。目前钢丝绳破股人数由原来的6人减少为现在的2人，月节约人工数量为120个，按照100元/工进行计算的话，每月节约人工工资12000元，年节约人工工资144000元。如果扩大规模生产，效益将更加可观。

②除节约人工外，也降低了破股人员的劳动强度，增加了破股的安全系数，同时将弯曲的钢丝拉直，进一步提高了钢丝的使用价值。

5  推广前景

因目前在国内没有较好的钢丝绳破股设备，国外钢丝绳破股设备成本又太高，很多厂商放弃了该类废旧钢丝绳的再加工使用，造成了许多资源上的浪费。因此，目前可以较低成本收购大量废旧钢丝绳进行回收利用，而且钢丝绳破股后的钢丝强度高，制作的钢丝网比其他材质的钢丝网强度大、抗拉能力强，在市场上会有更宽的销售渠道。

参考文献：

[1]马辉，朱锦波，李学军，刘锡贝.利用ANSYS有限元模型进行钢丝绳结构分析的可行性研究[J].科技通報，2020（2）：50-54.

[2]谭廷帅.矿用钢丝绳弹性模量试验分析[J].金属制品，2020（1）：55-57.

[3]李东亮，李济顺，邹声勇，马喜强.基于单目视觉的钢丝绳横向振动测量方法[J].机械设计与制造，2020（2）：207-209，213.

[4]李如波，涂兴子，翟新献，李明远，肖同强.深部采区轨道下山巷道钢丝绳网锚注支护技术研究[J].煤炭工程，2019（12）：77-81.