第三章矿井提升机

第三章矿井提升机第三章矿井提升机根据矿井提升机任务原理和构造的不同，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别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，它任务可靠，构造简单，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，从而呵斥体积庞大，重力猛增，使得提升钢丝绳和提升机在制造、运输和运用上都有诸多不便。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运用。摩擦提升机：在一定程度上处理了单绳缠绕式提升机在深井条件下所出现的问题。但是，摩擦提升普通均采用尾绳平衡，以减小两端张力差，提高运转的可靠性。因此,在容器与提升钢丝绳衔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，静应力的动摇值越大，因此，摩擦提升在深井的运用亦遭到一定的限制，普通限制H<1400m。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)：任务原理与单绳缠绕式一样，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，其任务原理如图3-1所示。图3-1双绳布雷尔式提升机任务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经过一艘3000吨级客轮。升船机最大升降高度113米，最大升降分量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安装。由于卷扬机钢丝绳一端系住承船箱，另一端系住分量相等的平衡重铁块，卷扬机只需能抑制钢丝绳弯曲阻力、滑轮阻力、惯性力和承船箱内正误差范围内水体的分量即可，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，平安系数大于或等于8，提升速度为0.2米／秒。提升高度113米时，只需求约10分钟。第一节缠绕式提升机任务原理：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衔接。这样，经过电动机改动卷筒的转动方向，可将提升钢丝绳分别在两个卷筒上缠绕和松放，以到达提升或下放容器，完成提升义务的目的。目前，单绳缠绕式提升机在我国矿山中运用较为普遍。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衔接方式上有所不同：其中一个卷筒经过楔键或热装与主轴固接在一同，称为固定卷筒，又称为死卷筒；另一个卷筒滑装在主轴上，经过离合器与主轴衔接，故称之为游动卷筒，又称为活卷筒。采用这种构造的目的是思索到在矿井消费过程中提升钢丝绳在终端载荷作用下产生弹性伸长，或在多程度提升中提升程度的转换，需求两个卷筒之间可以相对转动，以调理绳长，使得两个容器分别对准井口和井底程度。单卷筒提升机：只需一个卷筒，普通仅用作单钩提升。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任务；JK系列提升机卷筒直径为2～5m，主要用于地面井口提升任务。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：卷几乎径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根据;其他三个参数为校核参数。选择提升机卷筒直径的主要原那么是：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才干和运用寿命。实际与实际已证明，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)钢丝绳进展弯曲实验的结果，由图示可知，在同一钢丝绳直径条件下，卷几乎径愈大，弯曲应力愈小;在一样卷几乎径条件下，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，钢丝绳实验载荷与其耐久性的关系。由图3-3可知，在实验载荷一样时，D／d愈大，钢丝绳所能接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<煤矿平安规程>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那么有：(3-1)(3-2)(3-3)(3-4)根据计算值D′，选择规范卷筒直径。选定了规范卷几乎径后，卷筒的规范宽度B那么为巳知，然后根据实践需求在卷筒上缠绕的钢丝绳长度来计算卷筒的实践宽度B′。在提升机卷筒上应包容以下几部分钢丝绳：(1)提升高度H，m;(2)提升钢丝绳实验长度，规定每半年剁绳头一次，每次剁掉5m，按提升钢丝绳的运用寿命为三年计，那么实验长度为30m；(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，应在卷筒外表保管三圈摩擦圈，那么卷筒的实践容绳宽度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，普通为2-3mm，卷筒直径较大时，取大值。(3-5)假设B′<B，那么所选提升机满足宽度要求，如小很多，可适当加大绳圈间隙。假设B′>B：假设提升机用于有升降人员的竖井副井提升，根据<煤矿平安规程>规定，钢丝绳在卷筒上只能缠绕一层。但是假设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。假设B′-B的差值较大，那么所选提升机的宽度不满足要求，那么应采取措施：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。假设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<煤矿平安规程>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践缠绕宽度B′可按下式计算：(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：为了防止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，根据提升钢丝绳的运用年限，普通取n′=2～4圈。(3-7)为了保证提升机在其设计强度范围内任务，使提升机的任务负荷不超越其设计值，还必需验算提升任务的最大静张力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：(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规范，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。其构造方式也分为三种类型：直径为3500mm时，采用模压焊接构造；直径小于3000mm时，采用整体铸钢构造；直径为4000mm时，采用模压铆接构造。天轮直径的选择：根据<煤矿平安规程>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：(3-10)(3-13)(3-12)(3-11)对于井下设备：矸石山天轮：(3-14)(3-15)(3-16)第三节提升机的主要构造及其作用第三节提升机的主要构造及其作用一、主轴安装组成：包括卷筒、主轴、主轴承，在双筒提升机(或可分别式单筒提升机)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安装构造简图。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，其上装有光滑油杯，应定期向油杯加光滑油，以免轮毂和主轴外表磨损。游动卷筒的右轮毂经轴套滑装在主轴上，也装有光滑杯，保证光滑。轴套的作用：维护主轴和轮毂，防止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衔接。卷筒为焊接构造，其特点是筒壳下没有其他(如支环和斜撑等)支撑构造，两侧轮辐(支轮)是由钢板制成的，开有假设干人孔。筒壳外边普通均设有木衬。在单层缠绕时，木衬上车有螺旋绳槽，以使钢丝绳规那么地陈列，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<煤矿平安规程>规定：卷筒必需设有带绳槽的衬垫。二、调绳离合器作用：是使活卷筒与主轴衔接或脱开，以便在调理绳长或改换程度时，能调理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。运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表示图，采用齿轮离合器，液压控制。图3-5(a)轴向挪动齿轮离合器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-闭锁阀构造：活卷筒的左轮毂3经过键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衔接在一同，传送力矩。任务原理：调绳油缸的左端盖连同缸体一同用螺钉固定在齿轮6上。如图3-5(b)而齿轮6那么滑装在活卷筒的左轮毂上。活塞经过活塞杆和右端盖一同固定在轮毂上。因此，当压力油进入油缸时，活塞不动，缸体沿缸套挪动，任务原理(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6一同向左挪动，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，活卷筒与主轴衔接。调绳离合器在提升机正常任务时，左右腔均无压力油。当齿轮6向左挪动与内齿轮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-弹簧优缺陷:图3-6径向动作式调绳离舍器1-联锁阀；2-油缸安装；3-卡箍；4-拨动环；5-连板6-盖板；7-齿块体；8-内齿圈；9-挪动彀三、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，功率为两路传送，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顿时的冲击负荷。为了使减速器质量和构造尺寸较小，在起重运输机械及矿井提升机中，已开场采用行星齿轮减速器，这种减速器体积小，分量轻，传动效率高。四、制动安装组成：制动器(也称闸)和传动系统。制动器分类：按构造方式分：盘闸及块闸。按传动能源分：油压、气压或弹簧制动安装。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。传动系统控制并调理制动力矩。(一)制动器的作用和对制动安装的要求制动器的作用有四个：(1)在提升机正常操作中，参与提升机的速度控制，在提升终了时可靠地闸住提升机，即通常所说的任务制动。(2)当发生紧急事故时，能迅速地按要求减速，制动提升机，以防止事故的扩展，即平安制动。(3)在减速阶段参与提升机的速度控制。(4)对于双卷筒提升机，在调理绳长、改换程度及换钢丝绳时，应能分别闸住提升机活卷筒及死卷筒，以便主轴带动死卷筒一同旋转时活卷筒闸住不动(或锁住不动)。制动安装的要求：一是制动器必需给出一个恰当的制动力矩；二是平安制动必需能自动、迅速和可靠地实现。恰当的制动力矩包括三方面含义：(1)制动力矩应足够大。例如，对于竖井和倾角30度以上的斜井，任务制动和平安制动的制动力矩不得小于提升系统最大静负荷力矩的三倍。即：(2)双卷筒提升机翻开离合器调绳时，制动安装在各卷筒上产生的制动力矩不得小于该卷筒所悬挂提升容器和钢丝绳重力呵斥的静力矩的1.2倍，即：(3-17)(3-18)(3)制动力矩的数值必需保证平安制动减速度在一定范围内，过大的减速度会对提升设备产生较大动负荷，对设备及运载人员安康不利；过小的减速度那么不能及时制止事故的发生或扩展。对于上提货载，如图3-7(a)所示，由力的平衡方程式：式中：为上提货载平安制动动力矩；(3-19)图3-7平安制动时的力矩(a)上提贷载；(b)下放货载依规定a≤5m/s2，由此得出：同理，对于下放货载，根据平衡方程式：

式中：为下放货载平安制动动力矩。依规定a≥1.5m/s2，所以：

(3-20)(3-21)(3-22)由上面的式子可以看出，提升系统在同一制动力矩作用下，上提货载时的减速度比下放货载时的减速度大，这是由于前者的静阻力矩与制动力矩方向一致，有利于制动，而后者那么相反。在确定提升机制动力矩时，要同时兼顾以上(1)，(2)，(3)三方面对制动力矩的要求，假设不能同时满足，平安制动可用二级制动。对于摩擦提升机，任务制动或平安制动所产生的减速度，还要遭到防滑条件的限制。(二)盘闸制动器盘闸制动器的制动力矩是闸瓦沿轴向压制动盘时产生的摩擦力矩。为了使制动盘不产生附加变形，主轴不接受附加轴向力，盘闸都成对运用，每一对叫做一副制动器。图3-8所示为制动油缸的简图，油缸3内装有活塞5、柱塞11、调整螺栓6、碟形弹簧4等零件，筒体9能在支座内孔往复挪动，闸瓦14用铜螺钉或燕尾槽等方式固定在衬板13上。图3-8制动油缸构造图1-垫板；2-支座；3-油缸；4-碟形弹簧；5-调整螺栓；7-螺钉；8-盖；9-筒体；10-密封圈；11-柱塞；12-销子；13-村板；14-闸瓦；15-放气螺钉；16-回复弹簧17-螺栓；18-垫；19-螺母；20-塞头；21-垫任务原理：制动力靠碟形弹簧产生，松闸靠油压。当压力油充人油缸，推进活塞紧缩碟形弹簧，并带动调整螺栓6、螺钉7及柱塞11右移时，筒体和闸瓦在回复弹簧16和缸紧螺栓17的作用下一同右移，闸瓦分开制动盘，呈松闸形状。当油缸内油压降低，碟形弹簧回复其紧缩变形，推进活塞5向左挪动，同时带动调整螺栓6，螺钉7，柱塞11推进筒体左移，使闸瓦压向制动盘，到达制动的目的。闸瓦压向制动盘的正压力大小取决于油缸内的压力，当缸内压力为最小值时(普通不等于零，有残压)，弹簧力几乎全部作用在活塞上，呈全制动形状。反之，当任务油压为系统最大油压时，机器全松闸。螺钉15(C-C截面)是放空气用的，第一次向制动油缸充油之前，或运用一段时间之后，应把排气螺钉拧松并将油缸内空气排尽，以免影响制动缸的正常任务。塞头20(c-c截面)是排油用的，在运用过程中，油缸有能够微量渗油，需定期将塞头拧开排油，应防止渗油沾污闸瓦及制动盘。(三)液压站制动器的液压控制系统是同提升机的拖动类型、自动化程度相配合的。在直流拖动自动化程度较高的系统中，由于调速性能好，机械闸普通只是在提升终了时起定车作用。在交流拖动系统中，机械闸还要参与提升机的速度控制，因此，要求制动力能在较宽的范围内进展调理。图3-9所示是2JK型提升机液压站液压系统图图3-92JK型提升机液压站液压系统图1-油箱；2-电接触压力温度计；3-网式滤油器；4-电动机；5-叶片泵；6-电液调压安装；7-溢流阀；8-纸质滤油器；9-手动换向阀；10-压力表；11-二级制动平安阀；12-压力继电器；13-五通阀；14-四通阀该液压站主要用于交流拖动系统中，其详细作用有三：(1)按实践提升操作的需求，产生不同的任务油压，调理、控制盘闸的制动力矩，从而实现任务制动；(2)平安制动时能迅速自动回油，并实现二级制动；(3)根据多程度提升换程度的需求以及钢丝绳伸长后调绳的需求，控制双筒提升机活卷筒的调绳离合器，同时闸住活卷筒。JK型提升机液压站有两套油泵，一套任务，一套备用。任务过程：在提升机任务时，电动机4带动油泵5延续运转，油泵产生的压力经滤油器8、手动换向阀9送入二级制动平安阀11，在正常任务时二级制动平安阀有电，压力油经过平安阀送入A，B管，分别送人死卷筒及活卷筒制动缸。任务油压的调理：由并联油路的电液调压安装及溢流阀相互配合进展。假设平安阀电磁铁断电，压力油将不能进入制动油缸，制动油缸那么与回油管相通，处于制动形状。任务制动力矩的调理：由电液调压安装(电液阀与溢流阀的结合体)实现，其构造如图3-10所示。图3-10电液调压安装1-固定螺钉；2-十字弹簧；3-动线圈；4-永久磁铁；5-控制杆；6-喷头，7-中孔螺母；8-导阀；9-调压螺栓，10-定压弹簧；11-辅助弹簧；12-滑阀；13-节流阀；14-滤芯任务原理：由油泵产生的压力油从K管进入c腔，另一路经节流孔13进入G腔到D腔。滑阀向上挪动分开阀座，使滑阀与阀座间的间隙加大，经回油管流人油箱的流量添加，于是c腔压力相应下降，滑阀处于新的平衡位置，K管压力坚持某一定值。当D腔压力大于c腔压力时，滑阀向下挪动使其与阀座的开口度减小，于是K管处于压力上升形状，滑阀又重新处于平衡形状。总之，在调压过程中，溢流阀的滑阀跟随D腔内压力的变化经常处于上下运动形状，其平衡形状是暂时、相对的。D腔内压力受电液阀的控制。电液阀是一个电气机械转换器，它将输入的电讯号转变成机械位移。从图中可以看到，控制杆5悬挂在十字弹簧2上，在控制杆上还固定一个可动线圈3，当司机支配控制手柄向动线圈送入直流讯号后，动线圈便在永久磁铁4作用下产生位移，此位移的大小决议于输入信号的数值。在输入信号达最大值时，控制杆的挡板与喷嘴间的间隔最小，此时G腔内压力达最大值；假设电流减小，控制杆就相应分开喷嘴一定间隔，G腔内油位也相应下降。由于G腔与D腔连通，所以G腔的压力亦随D腔的压力变化。综上所述，调压过程可归纳为：制动手柄角位移——自整角机电压变化——动线圈电流变化——挡板位移——G腔及D腔压力变化——溢流滑阀位移——K管压力变化——制动油缸压力变化。本系统在平安制动时，可以实现二级制动。二级制动的益处是既能快速、平稳地闸住提升机，又不致使提升机减速度过大。二级制动原理：盘闸制动器分成两组，分别与液压站的“A〞管，“B〞管相连。平安制动时，二级制动平安阀断电，与“A〞管相联的制动器经过平安阀直接回油，很快抱闸，所产生的力矩为最大力矩之半，提升速度下降。同时与“B〞管相联的制动器那么经过平安阀的节流阀以较缓慢的速度回油，产生第二级制动力矩。二级制动力矩特性可以经过调理平安阀的节流杆来改动。五、矿井提升机深度指示器深度指示器是矿井提升机的重要维护检测安装之一，它的作用是：(1)向司机指示提升容器在井筒中的运转位置；(2)容器接近井口停车位置时发出减速信号；(3)当提升容器过卷时，推进装在深度指示器上的终嵌开关，切断平安维护回路，进展平安制动；(4)减速阶段，经