矿井运输与提升(第03章 矿井提升机)

第三章矿井提升机第三章矿井提升机根据矿井提升机工作原理和结构的不同，可分为如下类型：矿井提升机缠绕提升机单绳缠绕多绳缠绕-布雷尔式单卷筒可分离单卷筒双卷筒摩擦提升机单绳摩擦塔式落地式多绳摩擦塔式落地式单绳缠绕式提升机：是较早出现的一种，它工作可靠，结构简单，但仅适用于浅井及中等深度的矿井，且终端载荷不能太大。对于深井且终端载荷较大时，提升钢丝绳和提升机卷筒的直径很大，从而造成体积庞大，重力猛增，使得提升钢丝绳和提升机在制造、运输和使用上都有诸多不便。因此在一定程度上限制了单绳缠绕式提升机在深井条件下的使用。摩擦提升机：在一定程度上解决了单绳缠绕式提升机在深井条件下所出现的问题。但是，摩擦提升一般均采用尾绳平衡，以减小两端张力差，提高运行的可靠性。因此,在容器与提升钢丝绳连接处的钢丝绳断面上，静应力将随容器的位置变化而变化。矿井越深，静应力的波动值越大，因此，摩擦提升在深井的使用亦受到一定的限制，一般限制H1400m。落地摩擦提升机塔式提升机多绳缠绕式提升机(布雷尔式提升机)：工作原理与单绳缠绕式相同，不同的是几根提升钢丝绳同时缠绕在一个分段的卷筒上，它属于多绳多层缠绕式，主要用于深井和超深井中，其工作原理如图3-1所示。图3-1双绳布雷尔式提升机工作原理图三峡工程的钢丝绳卷扬平衡重式垂直升船机可一次通过一艘3000吨级客轮。升船机最大升降高度113米，最大升降重量11800吨。这一升船机建成后，在世界同类型升船机中是规模最大的。提升系统有8台卷扬机，卷筒和电动机均安装有可靠的制动装置。由于卷扬机钢丝绳一端系住承船箱，另一端系住重量相等的平衡重铁块，卷扬机只要能克服钢丝绳弯曲阻力、滑轮阻力、惯性力和承船箱内正误差范围内水体的重量即可，计算总提升力为600吨。钢丝绳为特制镀锌钢丝绳，直径为85毫米，共192根，安全系数大于或等于8，提升速度为0.2米／秒。提升高度113米时，只需要约10分钟。第一节缠绕式提升机工作原理：将两根提升钢丝绳的一端以相反的方向分别缠绕并固定在提升机的两个卷筒上；另一端绕过井架上的天轮分别与两个提升容器连接。这样，通过电动机改变卷筒的转动方向，可将提升钢丝绳分别在两个卷筒上缠绕和松放，以达到提升或下放容器，完成提升任务的目的。目前，单绳缠绕式提升机在我国矿山中使用较为普遍。类型：按卷筒的数目，分为双卷筒和单卷筒。双卷筒提升机：它的两个卷筒在与轴的连接方式上有所不同：其中一个卷筒通过楔键或热装与主轴固接在一起，称为固定卷筒，又称为死卷筒；另一个卷筒滑装在主轴上，通过离合器与主轴连接，故称之为游动卷筒，又称为活卷筒。采用这种结构的目的是考虑到在矿井生产过程中提升钢丝绳在终端载荷作用下产生弹性伸长，或在多水平提升中提升水平的转换，需要两个卷筒之间能够相对转动，以调节绳长，使得两个容器分别对准井口和井底水平。单卷筒提升机：只有一个卷筒，一般仅用作单钩提升。国产单绳缠绕式提升机有JT和JK两个系列：JT系列提升机卷筒直径为800～1600mm,主要用于井下运输提升工作；JK系列提升机卷筒直径为2～5m，主要用于地面井口提升工作。第二节提升机和天轮的选型计算一、提升机的选型计算选择提升机的主要参数有：卷简直径D；卷筒宽度B；提升机最大静张力Fjmax及最大静张力差Fjc。其中卷筒直径D为选择提升机规格型号的依据;其他三个参数为校核参数。►选择提升机卷筒直径的主要原则是：使钢丝绳在卷筒上缠绕时所产生的弯曲应力不要过大，以保证提升钢丝绳具有一定的承载能力和使用寿命。理论与实践已证明，绕经卷筒和天轮的钢丝绳，其弯曲应力的大小及其疲劳寿命取决于卷筒与钢丝绳直径的比值。►图3-2所示是锁股(密封)钢丝绳进行弯曲试验的结果，由图示可知，在同一钢丝绳直径条件下，卷简直径愈大，弯曲应力愈小;在相同卷简直径条件下，绳径愈小，弯曲应力愈小，即比值D／d愈大，弯曲应力愈小。图3-2钢丝绳弯曲应力图►图3-3所示为在不同的D／d弯曲条件下，钢丝绳试验载荷与其耐久性的关系。由图3-3可知，在试验载荷相同时，D／d愈大，钢丝绳所能承受的反复弯曲次数愈多，疲劳寿命愈长。图3-3不同的D/d时载荷与耐久性的关系《煤矿安全规程》规定，对于安装在地面的提升机，其直径与钢丝绳直径的关系如下：式中：D′为提升机卷筒直径；d为提升钢丝绳直径；δ为提升钢丝绳中最粗钢丝绳直径。对于安装在井下的提升机则有：80Dd1200D60Dd900D(3-1)(3-2)(3-3)(3-4)根据计算值D′，选择标准卷筒直径。选定了标准卷简直径后，卷筒的标准宽度B则为巳知，然后根据实际需要在卷筒上缠绕的钢丝绳长度来计算卷筒的实际宽度B′。在提升机卷筒上应容纳以下几部分钢丝绳：(1)提升高度H，m;(2)提升钢丝绳试验长度，规定每半年剁绳头一次，每次剁掉5m，按提升钢丝绳的使用寿命为三年计，则试验长度为30m；DD(3)为了减少钢丝绳在卷筒上固定处的拉力，钢丝绳在卷筒上松绳时，不能全部松放，应在卷筒表面保留三圈摩擦圈，则卷筒的实际容绳宽度B′为：式中：H为提升高度；D为提升机卷筒直径；d为提升钢丝绳直径；ε为提升钢丝绳绳圈间的间隙，一般为2-3mm，卷筒直径较大时，取大值。30(3)()HBdD(3-5)如果B′B，则所选提升机满足宽度要求，如小很多，可适当加大绳圈间隙。如果B′B：►若提升机用于有升降人员的竖井副井提升，根据《煤矿安全规程》规定，钢丝绳在卷筒上只能缠绕一层。但是如果B′比B稍大一点，所选提升机仍可满足宽度要求，但是要是B`-B的差值暂时固定在卷筒内。如果B′-B的差值较大，则所选提升机的宽度不满足要求，则应采取措施：一是另选强度较高的提升钢丝绳型号；二是把提升机卷筒直径增大一级。重新计算B′到满足B′B为止。►若提升机用于竖井主井提升，当提升钢丝绳在卷筒上作单层缠绕时，当B′〉B。根据《煤矿安全规程》规定竖井主井提升的提升钢丝绳可在卷筒上缠两层，作双层缠绕时，提升钢丝缠在卷筒上的实际缠绕宽度B′可按下式计算：dDkDnHBp330(3-6)式中：Dp为平均缠绕直径；K为缠绕层数；n′为错绳圈数。其中：为了避免绳圈总在一个地方过渡，每季度要将提升钢丝绳错动1/4圈，根据提升钢丝绳的使用年限，一般取n′=2～4圈。22)(421ddkDDP(3-7)为了保证提升机在其设计强度范围内工作，使提升机的工作负荷不超过其设计值，还必须验算提升工作的最大静张力Fjmax及最大静张力差Fjc使其满足所选提升机规定的数值[Fjmax]和[Fjc]，可按下式计算：][maxmaxjzjFpHgQQgF][jcjcFpHQgF(3-8)(3-9)二、天轮的选型计算类型：天轮安装在井架上，作支承、引导钢丝绳转向之用，根据原煤炭工业部的标准，天轮分为三种：井上固定天轮；凿井及井下固定天轮；游动天轮。其结构形式也分为三种类型：直径为3500mm时，采用模压焊接结构；直径小于3000mm时，采用整体铸钢结构；直径为4000mm时，采用模压铆接结构。天轮直径的选择：根据《煤矿安全规程》的规定，对于地面设备，当钢丝绳对天轮围抱角大于90°时：当围抱角角小于90°时：80tDd1200tD60tDd900tD(3-10)(3-13)(3-12)(3-11)对于井下设备：矸石山天轮：60tDd900tD50tDd(3-14)(3-15)(3-16)第三节提升机的主要结构及其作用第三节提升机的主要结构及其作用一、主轴装置组成：包括卷筒、主轴、主轴承，在双筒提升机(或可分离式单筒提升机)中还包括有调绳离台器。图3-4所示为JK系列双筒提升机主轴装置结构简图。由图3-4可知，固定卷筒的右轮毂用切向键固定在主轴上，左轮毂滑装在主轴上，其上装有润滑油杯，应定期向油杯加润滑油，以免轮毂和主轴表面磨损。游动卷筒的右轮毂经轴套滑装在主轴上，也装有润滑杯，保证润滑。轴套的作用：保护主轴和轮毂，避免在调绳时轴和轮毂磨损。左轮毂用切向键固定在轴上并经调绳离合器与卷筒连接。卷筒为焊接结构，其特点是筒壳下没有其他(如支环和斜撑等)支撑结构，两侧轮辐(支轮)是由钢板制成的，开有若干人孔。筒壳外边一般均设有木衬。在单层缠绕时，木衬上车有螺旋绳槽，以使钢丝绳规则地排列，并减少钢丝绳的磨损。木村的厚度应不小于2倍钢丝绳直径，通常宽在100mm左右。在多层缠绕情况下《煤矿安全规程》规定：卷筒必须设有带绳槽的衬垫。二、调绳离合器作用：是使活卷筒与主轴连接或脱开，以便在调节绳长或更换水平时，能调节两个容器的相对位置。类型：齿轮离合器、摩擦离合器和蜗轮蜗杆离合器。应用较多的是齿轮离合器。图3-5(a)所示为JK系列提升机调绳离合机构示意图，采用齿轮离合器，液压控制。图3-5(a)轴向移动齿轮离合器1-主轴；2-键；3-轮毂；4-油缸；5-椽胶缓冲垫；6-齿轮；7-尼龙瓦；8-内齿轮；9-卷筒轮辐；10-油管；11-轴承座；12-密封头；13-闭锁阀结构：活卷筒的左轮毂3通过键2与主轴1相联，在活卷筒左支轮上沿圆周的三个孔中，放入调绳油缸4，调绳油缸的另一端插在齿轮6的孔中。这样，当齿轮6与固定在轮辐9上的内齿轮8相啮合时，调绳油缸便相当于三个销子将3与6连接在一起，传递力矩。工作原理：调绳油缸的左端盖连同缸体一起用螺钉固定在齿轮6上。如图3-5(b)而齿轮6则滑装在活卷筒的左轮毂上。活塞通过活塞杆和右端盖一起固定在轮毂上。因此，当压力油进入油缸时，活塞不动，缸体沿缸套移动，工作原理(续)：当油缸左腔接压力油，右腔接回油池时，缸体便在压力油作用下，连同齿轮6一起向左移动，使齿轮6与内齿圈脱离啮合，活卷筒与主轴脱开。与此相反，当向右腔供压力油而左腔回油时，离合器接合，活卷筒与主轴连接。调绳离合器在提升机正常工作时，左右腔均无压力油。当齿轮6向左移动与内齿轮8脱开后，主轴带动死卷筒旋转时，轮毂3便与安装在内齿轮上的尼龙瓦7作相对运动。图3-5(b)调绳离合器简图1-轮毂；2-活塞销；3-O型密封圈；4-阀体；5-弹簧；6-缸体;7-活塞杆；8-活塞；9-缸套；10-橡胶缓冲垫；11-齿轮；12-尼龙瓦；13-内齿轮；14-主轴；15-空心管；l6-空心轴；17-轴套，18-密封体；19-钢球；20-弹簧优缺点:图3-6径向动作式调绳离舍器1-联锁阀；2-油缸装置；3-卡箍；4-拨动环；5-连板6-盖板；7-齿块体；8-内齿圈；9-移动彀三、减速器JK型提升机采用圆弧齿轮减速器，其速比为11.5，20，30。型号为ZHL-115，ZHLR-130，ZHLR-150，ZHfLR-170Ⅱ等。符号意义是：Z为圆柱；H为圆弧齿；L为两级减速；R为人字齿；数字115、170代表中心距。减速器的低速轴用齿轮联轴器与主轴相联，高速轴用弹性联轴器与电机轴相联。►在多绳摩擦提升机及JK系列矿用提升机中，有采用共轴减速器的。这种减速器的入轴和出轴在同一中心线上，功率为两路传递，在中间齿轮的轮缘和轮毂间设有弹簧，用以消除由于齿轮加工误差引起的负荷分配不均，并减少减速器在起动和停止时的冲击负荷。为了使减速器质量和结构尺寸较小，在起重运输机械及矿井提升机中，已开始采用行星齿轮减速器，这种减速器体积小，重量轻，传动效率高。四、制动装置组成：制动器(也称闸)和传动系统。制动器分类：按结构形式分：盘闸及块闸。按传动能源分：油压、气压或弹簧制动装置。JK系列提升机采用油压盘闸制动系统，旧型KJ系列采用油压和气压块闸系统。传动系统控制并调节制动力矩。(一)制动器的作用和对制动装置的要求制动器的作用有四个：(1)工作制动：在提升终了时可靠地闸住提升机。(2)安全制动：当发生紧急情况时，能迅速地按要求减速，制动提升机，以防止事故的扩大。(3)参与控制：在减速阶段控制提升机的速度。(4)调绳：对于双卷筒提升机，在调节绳长、更换水平及换钢丝绳时，应能分别闸住提升机活卷筒