矿井提升系统设计(箕斗)

第1章绪论随着科学技术的进步和生产力的发展，根据市场经济的实际需要,煤矿生产向着大型化、高产、高效方向发展，这就要求提升运输等生产环节相互配套。

特别是主井提升系统作为煤流系统的咽喉，其生产能力和设备状况直接关系到矿井安全生产和效益的提高。

所以，我们应在降低费用、降低改造难度的前提下通过改变设备的结构来满足矿井提升的要求。

1.1、箕斗的发展过程70年代设计的JDG（S）及JD系列箕斗，在实际运行中存在很多问题，其主要缺点是：（1）箕斗要结构上可能会出现在闸门自重和煤压作用下意外地自动打开，且溜嘴会伸出箕斗外廓而造成井筒装备和箕斗均遭破坏，国内曾发生多次重大事故。

（2）卸载时冲击大，易造成闸门损坏，维护工作量大。

（3）溜煤底板倾角偏小，易造成粘煤，需人工辅助清理，从而延长箕斗休止时间。

并且箕斗本身维修量很大。

为了克服70年代设计的老式箕斗的缺点，我国相继开发了外动力开闭垂直平板闸门箕斗，克服了箕斗闸门意外自动打开的缺点，但都需在井架上增加一套外动力卸载装置，结构复杂，增加了设备投资和维护检修工作量；由于是气动操作，经常出现气压不稳，造成气缸动作滞后现象，严重时打不开闸门。

在正常情况下，箕斗运输卸载位置停稳后，捕捉器须走完一段空行程后，才能将闸门托住并开始往上提，这样就增加了箕斗停止时间（一般为8-10秒）即增加了一次提升循环时间。

有时不能满足年生产量的要求，仍须进行改进。

1.2、新型箕斗的优越性及特点为了满足矿方实际生产的需要，研制开发了曲轨自动开闭侧底扇形闸门上开式箕斗。

新型箕斗卸载无需外动力，整个卸载过程实现自动化。

箕斗进入曲轨起弯点时，闸门即开始打开开。

箕斗至停罐位置时，卸载时间已进行20%-30%，这样就节约了箕斗的休止时间，即节约了箕斗一次提升循环时间，从而为煤矿增产增效提供了有利的条件。

箕斗技术改造主要是根据煤矿反馈的意见，对箕斗进行技术改造，以适应煤矿生产的实际需要。

1.2.1箕斗改造的核心技术即是对扇形闸门的改造。

开发的新产品较70年代设计的老式箕斗及外动力开闭垂直平板闸门箕斗具有极大的技术优势。

主要表现在：1、老矿井改造的箕斗在不改变箕斗外形尺寸的条件下，可适当增加箕斗的容积。

在提升系统允许的条件下，能够增加箕斗的提煤量。

2、简化了闸门开闭机构，减少了事故点，便于维修。

3、安全可靠，这种结构只有卸载滚轮进入卸载曲轨、箕斗上提时才能将闸门打开。

而且闸门开启是由小大，箕斗运行时没有任何冲击力即能打开闸门，所以运行非常安全。

4、闸门开闭运行轨迹是自下而上或自上而下，无论打开还是关闭闸门均不超出箕斗外廓，这就从根本上消除了意外打开闸门而引了发的损坏井筒装备事故的发生。

5、闸门在改造后可以在滚轮侧采用配重的方式，对闸门受力进行调整，以取得最佳的受力状态。

6、门打开时，煤流开始加速，形成往煤仓去的抛物线，故而撒煤量很小，几乎看不到撒煤。

解决了以往底卸式闸门打开时，部份煤流直接下堕，形成不了往煤仓去的抛物线，增加撒煤量的难题。

这实际上是从“被动的有问题解决问题”变成“没有问题”，简单可靠。

1.2.2、为了保证在整个闸门开启(卸载)过程中煤不落入仓外，在闸门底板上装设了梨式卸煤板，闸门开启是由小到大，卸煤时煤流量也是变化的，大流量时煤流盖过卸煤板流入煤仓，在煤流量少时煤由梨式卸煤板分流入煤仓，这就保证了煤顺畅的装入煤仓，经过实践证明，这种防撒煤装置既简单有效，又实用可靠。

1.2.3采用新型闸门箕斗将给矿井的环节优化带来很大的方便：矿方在井下采用液动或气动装载，上口采用自动卸载。

下口作业时间大于上口休止时间，可以直接由装载向车房发送信号，上口可以不设打点工，并根据井下发出的信号开车。

通过以上技术分析可以得出结论：新型曲轨自动开闭侧底扇形门上开式箕斗具有使用性能稳定、结构简单、卸载时间短、便于矿井实现系统优化等特点。

其技术水平为国内领先水平，是对矿井进行技术改造，提高生产能力的一条新的途径。

可为矿方带来非常显著的经济效益和社会效益。

因此，它的推广和应用前景非常广阔：。

1.3、箕斗设计的主要参数箕斗名义载重量 4tf有效容积 4.7m3斗箱断面尺寸 1590×1846箕斗自重 3665kgf箕斗全高（加楔形绳环） 6578mm1.4、箕斗设计的要求1.箕斗在井筒内布置关系不变，斗箱断面尺寸不变2.名义载重：4tf有效容积： 4.7m33.箕斗自重要比原箕斗4489kgf减少824kg第2章方案比较及方案确定2.1、方案比较矿井年产量 An=其中Q —一次合理提升量 KNbr —年工作日br=350天t —日工作小时数t=16小时c —提升不均衡系数c=1.15Tx—一次提升循环时间S而Tx=＋＋u＋θS式中H—提升高度mVm—经济提升速度m/sa—提升加速度 m/s2u—爬行时间 Sθ—休止时间 S从年产量An公式可以看出，如果提高设备的生产能力，有五种方案可实施： 1、增加年工作日br和日工作小时数t，由于要保障正常的维护检修时间，增加每年年工作日br和日工作小时数t受到一定的限制，所以这种方案不能满足煤炭产量逐年大幅度增长的需求。

2、增加提升加速度a。

加速度a的增加，意味着钢丝绳、连接装置、井架等受力也要增加，钢丝绳、连接装置、井架的强度也要增加，也就增加了建井的难度及费用，而且加速度a的增加也受《设计规范》的限制，即箕斗提升加速度不宜大于1.2m/s2,所以这种方案也不能满足煤炭产量增长的要求。

3、减少箕斗在卸载曲轨内低速爬行时间u，重箕斗进入卸载曲轨，为了减少冲击，容器以低速“爬行”，爬行时间u受到爬行距离和爬行速度的限制，由于箕斗的爬行距离和爬行速度是一定的，所以减小箕斗在卸载曲轨内低速爬行时间u是不能实现的。

4、缩短箕斗卸载时的休止时间θ来提高提升能力，采用新型曲轨自动开闭侧底扇形门上开式箕斗，当箕斗进入曲轨起弯点时，闸门即开始打开。

箕斗至停罐位置时，卸载时间已进行20%-30%，这样就节约了箕斗的休止时间，即节约了箕斗一次提升循环时间，从而为煤矿增产增效提供了有利的条件。

5、提高箕斗一次合理提升量，即在箕斗容积不变的情况下，减轻箕斗重量，使一次合理提煤量增加。

2.2、方案确定由以上的分析可以看出，只有通过缩短卸载时的休止时间和减轻箕斗重量(容积不变)来提高箕斗的提煤量。

缩短休止时间的方法：闸门用上开式闸门第3章箕斗结构及设计计算3.1、箕斗结构立井单绳提煤箕斗由架子、斗箱、扇形闸门、楔形绳环、罐耳、护顶等组成。

箕斗架子为型钢组成的框架。

箕斗斗箱焊在框架内侧。

斗箱上装载侧有托滚，以便在使用回转闸门装载设备时托住闸门的溜嘴，如果采用定量斗预先计量装载时可不装托滚。

提升钢丝绳通过楔形绳环、换向吊杆装在箕斗架子的主梁上。

滑动罐耳装在箕斗架子立柱上、下两侧，以便箕斗沿罐道运行。

3.2、箕斗设计计算4吨箕斗基本参数名义载重量：QM=4000kgf有效容积： V=4.7m3最大终端载荷：P=11000kgf3.2.1.吊杆强度验算吊杆受力简图如图3-1所示:P＝11000kgf；a＝38mm；b＝160mm；c＝60mm；D＝ 180mm；d1＝80mm；d2＝55mm；L＝160mm；R＝100mm。

Ⅰ—Ⅰ断面拉应力：σ1＝＝＝181kgf/cm2Ⅱ—Ⅱ断面拉应力：σ2＝＝＝68.8kgf/cm2φ80孔壁平均压应力：q2＝＝＝86kgf/cm2图3-1吊杆受力图按拉密公式计算孔内壁的拉应力：σ＝×q2＝×86 ＝154kgf/cm2Ⅲ—Ⅲ断面拉应力：σ3＝＝＝175kgf/cm2d孔壁平均压应力：q3＝＝＝333kgf/cm2按拉密公式计算孔内壁的拉应力：σ＝×q＝×333＝488kgf/cm2吊杆材料为45号钢，抗拉强度σb＝6000kgf/cm2,其安全系数为：＝＝12.3＞10故吊杆强度适用。

3.2.2.吊杆销轴强度验算P＝11000kgf；b＝160mm；d＝80mm；L＝194mm；弯矩：M＝（－）＝×（－）＝31350kgf·cm弯曲应力：σw＝＝＝612kgf/cm2图3-2吊杆销轴受力图销轴材料为20Cr号钢，抗拉强度σb＝8000kgf/cm2,其安全系数为：＝＝1＝15.69＞10故吊杆销轴强度适用。

吊杆受力图如图3-2所示。

3.2.3架子的验算箕斗架子在工作中主要承受提升绳拉力、自重、载重等静载荷，在配用ZL型的箕斗自动定量装载设备坐装时，箕斗立柱和尾绳梁还要承受冲击载荷。

由于箕斗架子主梁和尾绳梁的抗弯刚度都比立柱大很多，因此可将架子简化为由四杆件组成，主梁和尾绳梁按简支梁计算，立柱可按承受拉力计算。

1.主梁强度验算H＝344mm；h＝320mm h1＝12mm；h2=240mm； h3＝240mm; B＝100mm b ＝10mm；b1＝8mm；b2＝10mm； D＝80mm； d＝20mm；l＝300mm；L＝1570mm；Z＝40； P＝11000kgf主梁中点的弯矩：M＝＝＝431750kgf·cm图3-3主梁受力图4吨箕斗主梁为槽钢组合结构，受力简图如3-3所示:主梁中点截面惯性矩：=2＝2×＝22604cm4截面模数：W＝ =22604/（34.4÷2）＝1314cm弯曲应力：σW＝＝＝328kgf/cm2主梁中部未加强处截面强度：M'＝（L-l）＝（157-30）＝349250kgf·cm 4吨箕斗主梁Jx'＝2×＝2×＝18694cm4截面模数：W’＝=18694/（34.4÷2）＝1087cm弯曲应力：σW＝＝＝321kgf/cm2D孔内壁平均压应力：Q ＝＝＝246kgf/cm2按拉密公式计算孔内壁拉应力：σ＝q×＝246×＝348kgf/cm2铆钉的剪切应力:τ＝＝＝87kgf/cm2式中 d—铆钉直径，mm；Z—承受载荷的铆钉数主梁结构型钢和铆钉材料为A3,抗拉强σb＝4000kgf/cm2,其安全系数为: ＝＝13.8＞10= ＝32＞10故主梁强度足够。

2.立柱强度验算箕斗架子立柱在工作中除承受拉力载荷外，还要考虑箕斗坐落在装载设备上时所受的冲击载荷，为了简化计算，设计时考虑全部载荷均由两根立柱承担。

立柱拉应力：＝式中F1—立柱角钢的断面积，4吨箕斗F1＝15.126cm2F2—刚性罐耳固定螺栓孔2-φ22孔削弱的面积，4吨箕斗的立柱为角钢结构，如图3-4所示：F2＝2bd＝2×1×2.2＝4.4cm2＝＝213kgf/cm2按冲击载荷计算时，立柱的压应力：σy＝式中P'—箕斗自重（按空箕斗墩罐时的载荷），kgf图3-4立柱结构图Kd—箕斗坐落在装载设备上的动力系数，取3σy＝＝244.59kgf/cm2立柱材料为A3，抗拉强度σb＝4000kgf/cm2，其安全系数为：＝＝18.8＞10故立柱强度足够。