第6章 煤矿提升机

第六章

煤矿提升机第一节煤矿提机发展概述第二节缠绕式提升机第三节多绳摩擦轮式提升机复习思考题第一节煤矿提机发展概述提升机是提升工作的主要设备。矿用提升机正向着体积小、重量轻、提升能力大、安全可靠、高效、性能稳定、自动化和智能化的方向发展。近几年提升机技术的发展主要体现在电控系统上，如用先进的可编程控制装置代替了原来的继电器技术，用变频调速代替了原来的串接电阻的调速方式。第一节煤矿提机发展概述另外，从安全和经济效益考虑，电控系统上的静态无功补偿和变频调速系统是提升机发展和普及的方向，它们对电网的安全运行、提高企业的经济效益、节能减排等方面意义重大。第一节煤矿提机发展概述目前在世界范围内运行的提升机，最大速度可达20～25m/s，一次提升量可达50t，电动机容量已超过10000kW，井深超过2000m。由于煤矿生产的集中化，一些煤矿为了满足生产的需求及不同的提升任务，常在一个井筒内安装多台提升机，例如瑞典的基鲁那矿，在一个矩形提升塔上安装12台多绳摩擦提升机。第一节煤矿提机发展概述随着现代采矿工业的不断发展，提升设备在机械结构、工艺、设计理论及方法、拖动控制及安全监测等方面都有了很大发展。例如：①中低压和中高压盘式制动器及液压站的投入使用。②硬齿面行星齿轮减速器的应用。第一节煤矿提机发展概述③内装同步电动机主轴装置的问世（德国西门子公司）。④利用系统工程方法进行提升系统方案设计及改造、提升系统仿真等取得了新的成就。第一节煤矿提机发展概述⑤异步电动机拖动、直流电动机拖动，同步交流电动机拖动、交流变频调速方式已在大型提升机中广泛应用。⑥可编程序控制器构成的提升工艺控制、安全回路、监视回路、行程控制器、制动控制，以及井筒信号系统应用。第二节缠绕式提升机一、缠绕式提升机的类型缠绕式提升机按钢丝绳数目分单绳缠绕式提升机和多绳缠绕式提升机。1.单绳缠绕式提升机单绳缠绕式提升机按滚筒数目又分为单滚筒和双滚筒提升机。第二节缠绕式提升机（1）单滚筒提升机，只有一个滚筒，一般用作单钩提升。如在滚筒上固定两根钢丝绳，并且其缠绕方向相反时，也可作双钩提升，一根钢丝绳放出，另一根钢丝绳缠回，滚筒表面为2根钢丝绳共用，所以相对于双滚筒提升机，其质量和体积都小。第二节缠绕式提升机而且单滚筒提升机作双钩提升时，调节绳长及更换提升水平不大方便。为此，将单滚筒制成可分离的两部分：一部分与主轴固定连接，另一部分通过调绳离合器与主轴连接。这种形式的提升机称为可分离式单滚筒提升机。第二节缠绕式提升机（2）双滚筒提升机，主轴上装有2个滚筒：一个安装在主轴上，称为固定滚筒；另一个滚筒用键滑装在主轴上，通过调绳离合器与主轴连接，称为游动滚筒。打开离合器时两个滚筒可相对转动，能方便地调节绳长或更换提升水平。双滚筒提升机在我国矿山应用最多。第二节缠绕式提升机2.多绳缠绕式提升机多绳缠绕式提升机是用2根以上的钢丝绳与提升容器相连，滚筒用附加挡板分隔开，每根钢丝绳在各自的分段上作多层缠绕，利用平衡悬挂装置调节钢丝绳间的张力平衡。第二节缠绕式提升机其工作原理同单绳缠绕式一样，只是用多根钢丝绳代替一根钢丝绳与容器相连，同时在滚筒上多层缠绕，故绳径、滚筒直径和宽度均相应减少。第二节缠绕式提升机二、单绳缠绕式提升机的组成与工作原理1.组成煤矿提升机主要由工作机构、机械传动系统、拖动控制和安全保护系统、制动系统、润滑系统、观测和操作系统组成。第二节缠绕式提升机2.工作原理单绳缠绕式提升机是利用钢丝绳在滚筒上的缠绕和放出，实现容器的提升和下放。钢丝绳的一端固定在提升机滚筒上，另一端绕过天轮与提升容器连接，当滚筒由电动机拖动以不同的方向转动时，钢丝绳在滚筒上缠绕或放出，以带动容器完成提升任务。第二节缠绕式提升机三、主轴装置和调绳离合器主轴装置和调绳离合器构成提升机的工作机构，其主要作用是：（1）缠绕或搭放提升钢丝绳。（2）承受各种正常负载（包括固定静载荷和工作载荷）。第二节缠绕式提升机（3）承受在各种事故情况下因紧急停车所造成的冲击载荷，此时主轴装置的各部分不应有残余变形。（4）当更换提升水平时，能调节钢丝绳的长度。第二节缠绕式提升机（一）主轴装置主轴装置包括滚筒、主轴和主轴承，如图6-1所示。第二节缠绕式提升机第二节缠绕式提升机1.滚筒固定滚筒9的右轮毂与轴采用过盈配合无键连接，游动滚筒5通过调绳离合器3与主轴11连接。滚筒采用全焊接结构，选用厚筒壳加强滚筒的强度与刚度，支轮采用圆板式或圆环式结构，避免了因焊接工艺不良引起的加强筋附近焊接应力过高，导致滚筒开裂的弊病。第二节缠绕式提升机滚筒外边一般设有刻制绳槽的木衬8，用以引导钢丝绳规则排列，减少绳的磨损，并在一定范围内增加筒壳的强度与刚度。也有的提升机采用加厚筒壳，直接在筒壳上车槽，称为带绳槽滚筒。轮毂与支轮的连接，近年来多采用高强度螺栓连接。第二节缠绕式提升机2.主轴主轴是提升机承载和传动的主要部件，主要安装滚筒、轴承、离合器、联轴器等。主轴应能承受工作过程中的外负荷而不发生残余变形和过量弹性变形，同时要保持一定的使用寿命。第二节缠绕式提升机3.主轴承提升机用主轴承分为滑动轴承和滚动轴承2种。其中，滑动轴承多用在单绳缠绕式提升机主轴上，滚动轴承用在多绳摩擦轮式提升机的主轴上。第二节缠绕式提升机（1）滑动轴承。滑动轴承采用压力润滑，由提升机集中润滑系统提供压力润滑油，润滑油的压力通常在0.2～0.3MPa。主轴承的润滑油量通过供油指示器观察、调整，给油量以不间断的线状为宜。第二节缠绕式提升机滑动轴承运行中的升温规定：采用巴氏合金瓦时，不得超过65℃；采用铜瓦时，不得超过75℃。滑动轴承的润滑要求：润滑油质合格，油量适当；油圈或油链转动灵活；压力润滑系统油路畅通，不漏油。第二节缠绕式提升机滑动轴承常见故障有擦伤、磨损、疲劳剥落、腐蚀、烧瓦等现象。其造成故障的大多原因是瞬间缺油造成擦伤，润滑不当或润滑油不足造成磨损，润滑油变质造成腐蚀，长时间缺油造成烧瓦。第二节缠绕式提升机（2）滚动轴承。滚动轴承大多采用润滑脂润滑，运行中滚动轴承的温升不得超过75℃。选用润滑脂时，通常以针入度（即稠度，用以衡量润滑脂的稠密程度）为主要指标。原则上是载荷大、速度低时，应选用针入度较低的润滑脂；反之，则选用针入度高的润滑脂。第二节缠绕式提升机滚动轴承的润滑要求：润滑脂合格，油量适当，不漏油。滚动轴承常见故障有疲劳点蚀剥落、磨损、轴承变蓝或发黑、轴承温度过高、运转时有杂音或异响、塑变、内外圈裂纹、保持架损坏、工作表面锈蚀等。第二节缠绕式提升机其中，因润滑不良、润滑脂不清洁、润滑中有水分等，可造成滚动轴承的磨损、轴承温度过高以及工作表面锈蚀等故障。第二节缠绕式提升机（二）调绳离合器双滚筒提升机都装有调绳离合器，离合器的作用是使游动滚筒与主轴连接或脱开，以便需要调节绳长或更换提升水平时，两个滚筒可以做相对运动。第二节缠绕式提升机调绳离合器主要有蜗轮蜗杆式手动离合器、齿轮离合器和摩擦手动离合器3种类型。按其动力源可分为风动和液动两种离合器。蜗轮蜗杆式离合器调绳操作笨重，劳动强度大，操作时间长，已被淘汰。第二节缠绕式提升机摩擦离合器可以无级调速，但超载时安全可靠性差，结构也较复杂，也逐步被淘汰。目前应用最多的是齿轮离合器，操作方式有手动、气压传动、电动、液压传动等。JK型提升机的离合器均为液动齿轮离合器。径向齿块离合器传动如图6-2所示。其操作过程如下：第二节缠绕式提升机第二节缠绕式提升机（1）离合器打开准备进行调绳。将操作台上的调绳转换开关置于调绳位置，此时安全电磁阀失电，提升机处于安全制动状态，电磁阀G1、G2处于通电状态，行程开关Q2显示“脱开”信号，将电磁阀G1断电，进行调绳操作。第二节缠绕式提升机（2）调绳操作。解除固定滚筒的安全制动（游动滚筒仍处于安全制动状态），启动电动机带动固定滚筒转动，调节绳长或更换水平。第二节缠绕式提升机（3）离合器合上调绳结束。断开安全电磁铁，提升机处于安全抽动状态，将电磁阀G2断电、G1通电，行程开关Q1显示“合上”位置，断开电磁铁G1，并恢复调绳转换开关至原位，调绳工作全部结束。第二节缠绕式提升机为保证调绳工作的安全，除油路中的连锁阀外，系统还设有防打齿的安全闭锁，即在调绳时如果离合器事故性地由离开位置向合上位置移动时，行程开关Q2动作，提升机安全制动，实现闭锁。第二节缠绕式提升机防游动滚筒误松闸的闭锁，即在调绳过程中，游动滚筒应处于制动状态，如发生误操作松闸时，行程开关Q3动作，提升机安全制动，以确保调绳工作的安全。第二节缠绕式提升机四、减速器和联轴器减速器和联轴器构成提升机的机械传动系统，减速器的作用是把电动机的转速降低到滚筒所需的转速；联轴器的作用主要是用来连接提升机的旋转部分，并传递动力。第二节缠绕式提升机1.减速器减速器可分齿轮减速器、行星齿轮减速器和蜗轮蜗杆减速器。其主要作用是减速和传递动力。第二节缠绕式提升机2.联轴器提升机配套的联轴器有齿轮、蛇形弹簧联轴器等。其中，BM型、BJ型提升机的高速轴和低速轴的联轴器为齿轮联轴器；2JK和JKM型提升机，低速轴均配套齿轮联轴器，高速轴采用蛇形弹簧联轴器。第二节缠绕式提升机五、深度指示器1.深度指示器的主要作用深度指示器是提升机操作作业人员的“眼睛”，也是提升机控制和保护中的一个不可缺少的环节。它的主要作用是：①检测指示容器在井筒中的行程和实际位置。第二节缠绕式提升机②容器接近井口卸载位置和井底时，发出减速信号。③当提升机超速和过卷时，进行限速和过卷保护。④对于多绳摩擦轮式提升机，深度指示器还能自动调零，以消除钢丝绳在导向轮摩擦衬垫上的滑动、蠕动和自然伸长所造成的指示误差。第二节缠绕式提升机为保证调绳工作的安全，除油路中的连锁阀外，系统还设有防打齿的安全闭锁，即在调绳时如果离合器事故性地由离开位置向合上位置移动时，行程开关Q2动作，提升机安全制动，实现闭锁。第二节缠绕式提升机2.深度指示器的类型提升机用深度指示器有机械牌坊式、圆盘式和数字式3种类型。数字式深度指示器是TXKJ（T提升、X行程速度、K控制、J监视保护）计算机提升行程速度控制器。第二节缠绕式提升机为保证调绳工作的安全，除油路中的连锁阀外，系统还设有防打齿的安全闭锁，即在调绳时如果离合器事故性地由离开位置向合上位置移动时，行程开关Q2动作，提升机安全制动，实现闭锁。第二节缠绕式提升机六、操作台提升机的操作台是主提升机操作作业人员向提升机发出各种运行指令信号的传递机械，同时，各运行参数和工作状态也能及时反映到操作台上，以便操作作业人员随时观察和掌握，确保提升机安全运行。第二节缠绕式提升机提升机操作台如图6-3所示。第二节缠绕式提升机1.操作台的组成以TKD-A电控系统的提升机为例，其操作台主要由以下部分构成：（1）控制换向接触器和转子回路电阻的主令控制器。（2）控制液压制动系统的开关和自整角机。第二节缠绕式提升机（3）实现动力制动的脚踏开关和自整角机。（4）深度指示器。（5）监视运行参数的仪表和显示工作状态的指示灯。（6）控制辅助电源的按钮开关和交换工作状态的转换开关。第二节缠绕式提升机2.操作台可以实现的功能操作作业人员在操作台上通过操作手把、开关和按钮等可以发出指令信号，使提升机按指令信号准确运行。（1）操作提升机正向或反向运行，使提升机实现快速制动或施加不等力矩的半自动运行。第二节缠绕式提升机（2）实现动力制动和对制动电流调节。（3）通过按钮开关启动和停止润滑油泵、制动油泵，控制电源和动力制动电源。第二节缠绕式提升机（4）当出现过卷或过放事故后可以短接被撞开的过卷接点，以便能启动提升机，使提升容器回到过卷前的位置。（5）通过转换开关实现调绳、减速等工作状态的转换。第二节缠绕式提升机3.操作台上可以观察到的参数和工作状态（1）在速度表上可以观察运行速度和提升方向。（2）通过观察深度指示器可以知道提升容器所在的位置。（3）从交流电压表上可以观察高压和低压电源的电压值。第二节缠绕式提升机（4）从交流电流表上可以观察主电动机的工作电流。（5）实行动力制动运行，可以观察制动激磁电流值。（6）可以观察电液调节装置的KT线圈电流，掌握可调闸的制动程度。（7）可以观察液压站压力油的压力。第三节多绳摩擦轮式提升机单绳缠绕式提升机的提升高度和提升能力受到滚筒容绳量和钢丝绳强度的限制，当矿井产量大、井筒比较深时，一般采用多绳摩擦轮式提升机进行提升。多绳摩擦轮式提升机按布置方式分为塔式和落地式2种。第三节多绳摩擦轮式提升机如图6-4、图6-5所示。第三节多绳摩擦轮式提升机塔式多绳摩擦提升设备的布置不受矿井地形的限制，紧凑省地，可省去天轮；全部荷载垂直向下，井塔稳定性好；钢丝绳不裸露在外。但是井塔造价较高，施工周期较长，抗地震能力不如落地式。第三节多绳摩擦轮式提升机落地式多绳摩擦提升设备可以大大降低井塔的造价，减少矿井的初期投资，而且还可提高抵抗地震灾害的能力。我国过去多采用塔式布置，近年来已开始设计落地式多绳摩擦轮式提升机。第三节多绳摩擦轮式提升机一、提升机的组成JKM型多绳摩擦轮式提升机主要由主轴装置、制动系统、主电动机、减速器、导向轮、深度指示器、齿轮联轴器、测速发电机装置及操作台等部分组成。第三节多绳摩擦轮式提升机如图6-6所示。第三节多绳摩擦轮式提升机多绳摩擦轮式提升机的传动方式有以下3种类型：（1）主导轮通过中心驱动共轴式的、具有弹簧基础的减速器与电动机相连接，用于单机拖动。第三节多绳摩擦轮式提升机（2）主导轮通过侧动式的具有刚性基础的减速器与电动机相连接，用于单机或双机拖动。（3）不带减速器，主导轮通过耦合器直接与电动机相连接。第三节多绳摩擦轮式提升机二、提升机的原理多绳摩擦轮式提升机的工作原理是：数根钢丝绳（一般为4根或6根）等距离地搭放在主导轮（摩擦轮）的衬垫上，两端各悬挂一个提升容器，尾绳的两端分别与两容器的底部相连，自由地悬吊在井筒中，用来平衡提升钢丝绳所造成的两端张力差。第三节多绳摩擦轮式提升机当电动机带动主导轮转动时，通过衬垫与提升钢丝绳之间产生的摩擦力，带动提升钢丝绳及容器往复升降，完成提升任务。三、减速器国产多绳摩擦轮式提升机采用的减速器主要有：弹簧基础中心驱动式减速器、圆弧齿轮平行轴减速器、硬齿齿轮平行轴减速器和行星齿轮减速器。第三节多绳摩擦轮式提升机四、深度指示器及其调零装置在摩擦轮式提升机的工作过程中，由于钢丝绳靠摩擦力传动，不可避免地要出现钢丝绳的蠕动、相对滑动和弹性伸长，使深度指示器的指针与提升容器在井筒中的位置不相对应。第三节多绳摩擦轮式提升机因此，摩擦轮式提升机的深度指示器必须增加一个自动调零机构，以消除因钢丝绳滑动、蠕动、弹性伸长等所造成的指示误差。目前，我国设计调零机构除立式深度指示器的调零机构外，还有水平选择器的调零机构。第三节多绳摩擦轮式提升机1.立式深度指示器及其调零机构图6-7所示为摩擦轮式提升机上应用的立式（牌坊式）深度指示器原理图。与普通牌坊式深度指示器相比，它具有两个特点：有一个精确指示针27和具有自动调零功能。第三节多绳摩擦轮式提升机第三节多绳摩擦轮式提升机在正常工作状态（提升钢丝绳未发生滑动、蠕动、伸长）下，调零电动机31不转动，与它相连的蜗杆30和蜗轮29也不转动。第三节多绳摩擦轮式提升机此时，由主轴传来的动力经轴1和轴4使差动轮系的圆锥齿轮7、8、9转动，带动轴11、轴14和丝杠17转动，粗针18上下移动指示提升容器位置。第三节多绳摩擦轮式提升机为了更精细、准确地反映提升容器停车前的位置，在井筒中距离提升容器卸载水平前10m处，装有一控制电磁离合器25的磁感继电器，提升容器经过时，电磁离合器25合上，使齿轮24和轴26连接上，带动精针27转动。精针刻度盘28每格表示1m的提升高度，这样就精确地反映了提升容器在停车前的位置。第三节多绳摩擦轮式提升机如果钢丝绳发生滑动、伸长和蠕动，使容器到达卸载位置时指针尚未到达零位或已超过零位，自整角机32的转角同预定零位不对应，输出电压达一定值时，通过电控系统使调零电动机31转动。第三节多绳摩擦轮式提升机此时因提升机已停止运转，故齿轮6和7不动，蜗杆30和蜗轮29便带动轴11、14和丝杠17转动，直到指针返回预定零位为止，调零电动机停止运转，调零结束。第三节多绳摩擦轮式提升机2.水平选择器的调零机构图6-8所示为水平选择器的传动系统。其特点是可自动调零，便于多水平提升。轴1与提升机主轴通过链传动相连接，立轴4和5上都安装有若干对控制器及触头，调零电动机ZD通过触头的开闭来控制其转动和停止。第三节多绳摩擦轮式提升机第三节多绳摩擦轮式提升机自整角机CD转动（此时，由于调零电动机ZD没有通电，蜗杆Z0不动）。由于发送自整角机与安装在操纵台上的接收自整角机的同步联系，将信息传到接收自整角机上，从而指示提升容器在井筒中的位置。第三节多绳摩擦轮式提升机立轴4和立轴5由提升机主轴通