矿井运输与提升(第03章_矿井提升机)

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：
D 80d
D 1200
(3-1) (3-2)
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：
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： 单卷筒
可分离单卷筒 缠绕提升机 双卷筒 矿井 多绳缠绕-布雷尔式 提升 塔式 机 单绳摩擦 落地式 摩擦提升机 塔式 多绳摩擦 落地式 单绳缠绕
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。
优缺点:
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
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
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。
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：
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，ห้องสมุดไป่ตู้擦提升在深井的 使用亦受到一定的限制，一般限制H<1400m。
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：
Dt 80d
Dt 1200
(3-10) (3-11) (3-12) (3-13)
当围抱角角小于90°时：
Dt 60d
Dt 900
对于井下设备：
Dt 60d
Dt 900
(3-14)
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。
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。
(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：
H 30 B ( 3)(d ) D
(3-5)
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。
Fj max Qg Qz g pH [Fj max ]
Fjc Qg pH [Fjc ]
(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。
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。
(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：
k 1 DP D 4d 2 ( d ) 2 2
(3-7)
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。
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：
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：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
(3-15)
矸石山天轮：
Dt 50d
(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。
► 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：
H 30 3 nD d B k D p
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。
► 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。
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。
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
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。
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，ZHLR130，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。
D 60d
(3-3) (3-4)
D 900
根据计算值D′，选择标准卷筒直径
D D 。
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；
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，