还剩41页未读,继续阅读
本资源只提供10页预览,全部文档请下载后查看!喜欢就下载吧,查找使用更方便
文本内容:
内容摘要矿井提升设备是矿井生产的主要设备之一,在矿井生产中占有主要的地位,是沟通井下生产与地面生产运输的纽带矿井提升设备是一套复杂的机械-电气机组所以,矿井提升设备是矿山生产中具有举足轻重作用的重大的大型设备本设计首先对提升机主要设备箕斗、提升钢丝绳、滚筒、天轮等进行规格的选型与设计,以及对提升机主要结构的作用进行了介绍分析然后计算出提升机与井筒的相对位置以便于安装接着对提升机常见的故障进行了分析与提出了预防措施最后对提升机的制动部分与控制系统进行了总体设计关键词矿井提升机、箕斗、钢丝绳、井筒、PLC控制Abstract:hoistingequipmentisthemainmineproductionequipmentinmineproductionhasprincipalpositionUndergroundproductionisoncommunicationwiththegroundproductionoftransportlinks.MineHoistequipmentisacomplexmechanical-electricalunit.Somineismineequipmenttoupgradetheproductionplaysanimportantroleinthemajorlargeequipment.Designofthefirstmajorequipmenthoistskipropepulleywheelandotherspecificationsfortheselectionanddesignandthehoiststructureoftheroleofanintroductoryanalysis.Thencomputetheelevatorshaftandtherelativepositionforinstallation.Proceededtohoistcommonfaultwiththeanalysisofpreventivemeasures.Finallytheelevatorpartofthebrakecontrolsystemwiththeoveralldesign.Keywords:MineHoistskipropewellborePLCcontrol
1、绪论
1.1引言矿井提升设备是矿井生产的主要设备之一,在矿井生产中占有主要的地位,是沟通井下生产与地面生产运输的纽带矿井提升设备是一套复杂的机械—电气机组所以,矿井提升设备是矿山生产中具有举足轻重作用的重大的大型设备矿井提升设备的作用是沿井筒提升矿山、矸石、下放材料、升降人员和设备等矿井提升工作的特点是在一定的距离内,一较高的速度上下往复运行矿井提升设备在生产过程中一旦发生事故,就会影响全矿生产,甚至导致全矿生产停顿所以矿井提升设备要求配有良好的控制设备和保护装置作为矿山机电技术人员,应当熟悉矿井提升设备的性能、构造和工作原理,提高安装质量,合理使用设备,加强设备维护管理,并应采用诊断技术和相应的仪器设备,这对确保矿井提升工作的高效、安全可靠以及经济的运转,防止和杜绝事故的发生,加速矿业开发建设,都具有深远的意义提升设备耗电量大,在金属矿,耗电量有时能占全矿的40%~50%因此,对其高效运转、提高效率以及节约能源必须予以高度的重视加之,提升机一般无备用设备,所以矿井提升设备在矿井中占有十分显赫的地位,属于矿山的要害设备由此可见,提升设备除了要对其精心设计、精心制造之外,提高安装质量,合理地使用和维护好设备,确保其安全可靠地运行,预防和杜绝事故的发生,具有十分重要的意义目前,国外的矿井提升机正朝着体积小、重量轻、能力大、效率高、安全可靠和自动化的方向发展
1.2研究目的与意义矿井提升机是矿井大型固定设备之一,是煤炭生产运输的主要工具,它担负着提升煤炭、研石、下放材料、升降人员和设备的任务,是联系井上与井下的唯一途径,素有矿井“咽喉”之称提升机运行的安全可靠性不仅影响到矿山的经济效益,而且更重要的是涉及到井下工作的矿工生命安全提升机制动系统的好坏则是直接关系到提升机运行的安全性和可靠性如果某提升机设备在工作过程中出现故障,而又未能及时进行制动并且排除故障,其结果不仅有可能会导致设备本身损坏,甚至可能造成机毁人亡的严重后果据统计分析,因制动系统故障而造成的事故约占整个提升事故的60%以上至今为止我国煤矿由于提升机制动系统故障而发生重大事故的例子很多如:淮北矿务局相城煤矿主斜井提升机就因安全制动力矩过大,多次发生紧急制动断绳事故石台煤矿主井提升机闸盘油污过多,制动力矩过小,导致重载箕斗坠入井底,造成了巨大的经济损失和人员伤亡历年来各国对矿井提升机的安全问题极为重视,对矿井提升设备的安全性提出了极严格的要求《煤矿安全规程》和《煤矿机电设备完好标准》对此都做出了明确规定,要求对运转使用的提升机定期进行技术测试目前,大部分矿山企业对矿井提升机采用预防维修的方法但是,由于预防维修是按预定的时间间隔来进行的,故障的随机性和维修时间的确定性之间存在着矛盾,在实际工作中很容易出现设备尚好检修期己到的“过剩维修”、设备有隐患但检修期未到的“欠修”,还有不少故障不可能通过细而密的定期维修得到解决,相反会因频繁的拆装出现更多故障设备的可靠性不可能通过维修得到改善,分解检查不可能鉴定运行中内部零件可靠性下降程度复杂设备的偶然故障是不可避免的,所以计划预防维修制度已不适应当今生产发展的需要要解决上述问题,更有效地对设备进行维修,最合理的方法是根据设备运行状态的好坏来安排检修工作,这种方法称为预知维修而要真正做好预知维修,必须建立矿井提升机的实时监测和诊断系统
1.3矿井提升设备的组成矿井提升设备主要有提升容器、提升钢丝绳、提升机(又称卷扬机)、井架和天轮以及装卸载附属装置等组成矿井提升机作为一个大型机械—电气机组,它由下列机械和电气装置等组成把图和文字重新排列,让其规正
1.4提升机制造发展简介与发展趋向建国前我们根本不能制造大型矿井提升机,建国后才有了自己的提升机械制造厂现在,我国已能自行设计并能成批生产系列的大型的近代矿井提升机械目前我国生产的和广泛使用的提升机基本上分为两大类,即单绳缠绕式提升机及多绳摩擦式提升机当前我国矿山,特别是一些较老的矿山大都使用KJ型提升机在此基础上,洛阳矿山机械厂将其改造为JKA型,该型的最大特点是不使用地下室,尽管如此仍不适应我国矿山生产发展的需要后来,洛阳矿山机器研究所和洛阳矿山机器厂的工程技术人员,自力更生,自行设计制造,于1970年生产出一种新产品XJK型1985年又对JK型矿井提升机进行了更新,这种结构更新型的提升机的型号为JK—A型我国最早生产大型矿井提升机的一家工厂是辽宁抚顺重机厂那是在1953年,仅是小批量生产,1958年洛阳矿山机械厂建成后,就开始了大量生产,30年来仅洛阳矿山机器厂就生产了2000多台大型提升机全国有十几家生产厂先后生产过矿井大型提升机,但目前主要是洛阳矿山机器厂、上海冶金矿山机械厂、重庆矿山机器厂和吉林重机厂等几家工厂生产,其中洛阳矿山机器厂的产量占70%~80%
1.
4.1交流拖动方式目前我国提升机约70%采用串电阻调速的交流拖动方式有单绳和多绳两种系列,大都采用改变转差率S的调速方法,在调速中产生大量的转差功率,使大量电能消耗在转子附加电阻上,导致调速的经济性变差极少数提升机采用串级调速方法,其调速范围窄,且投资大
1.
4.2直流拖动方式我国提升机采用直流拖动有两种系统:直流发电机一直流电动机机组F-D和晶闸管一直流电动机SCR-D系统其生产和使用情况如下:1国内研制大型直流提升机主要有三大厂家:
①上海电机厂主要生产配套电机,己生产低速直流电机800多台,最大容量5775kW,额定转速50r/min.其中长广煤矿及五村煤矿的提升机为1000M48r/min,淮南潘三矿采用一台2600kW低速直联电机;
②上海冶金矿山机械厂主要生产主机及信号系统,己生产80多台提升机,1979年生产过一台低速直联落地式提升机;
③北京整流器厂主要生产配套电控,己从瑞士BBC公司和瑞典ASEA公司引进了晶闸管电控整机系统及元件生产线,直流电控容量可达7000kW;还引进了交流变频调速交一直一交电控生产线,可生产单机4200kW变频调速电控设备;1986年向甘肃金川矿提供了一套带微机控制的800kW直流电控设备2从国外引进的晶闸管供电的直流提升机20多套,其中AEG公司2100kW低速直联6套、西门子公司低速直联4套、瑞典ASEA公司9套另外,还正在引进计算机控制的低速直联电控系统
1.
4.3研制与发展1国产大型直流提升机及电控系统正在逐步完善和推广使用2大功率变频调速电控提升机其效率可达98%,国内正在组织研究这种系统,不少院校和研究单位都在着手研制如天津电气传动研究所己研制了一台300kW的变频调速装置3可编程序控制器在提升机电控系统的应用可编程序控制器具有可靠性高、抗干扰能力强、实现继电逻辑容易,基本免于维护等独特优点,特别适用于对我国占大部分的交流提升机继电一接触器电控系统进行技术改造;因此有不少单位都在着手研制,如焦作矿务局,韩城矿务局均用可编程序控制器对TKD电控系统进行改造,己投入正常运行和使用,已经显示出了很强的生命力这是今后一段时期乃至几十年对我国占绝大多数采用继电控制的交流提升系统进行技术改造的必由之路
2、矿井提升系统主要设备矿井提升设备用于提升有用矿物、矸石、升降人员设备、下放材料等矿井提升设备主要由提升容器、提升钢丝绳、提升机、井架和天轮以及装卸载附属装置等组成已知矿井年产量An=100万吨,矿井深度Hs=290m,箕斗装矿高度Hz=20m,箕斗卸矿高度Hx=20m,年工作天数=330d,矿石松散容重r=2t
2.1竖井提升容器的选择
2.
1.1箕斗的选择我国煤矿立井广泛采用固定斗箱底卸式箕斗,其形式有很多种,过去一些矿井普遍采用扇形闸门底卸式箕斗,现在新建矿井多采用平板闸门底卸式箕斗,这种底卸式箕斗如图2-1所示1—楔形绳环;2—框架;3—可调节溜煤板;4—斗箱;5—闸门;6—连杆;7—卸载滚轮;8—套管罐耳;9—钢轨罐道罐耳;10扭转弹簧;11罩子;12—连接装置图2-1单绳立井箕斗箕斗由斗箱
4、框架
2、连接装置12及闸门5等组成箕斗的导向装置可以采用钢丝绳罐道,也可以采用钢轨或组合罐道采用钢丝绳罐道时,除应考虑箕斗本身平衡外,还要考虑装煤后仍维持平衡,所以在斗箱上部装载口处安设了可调节的溜煤板3,以便调节煤堆顶部中心的位置图2-1所示为箕斗采用曲轨连杆下开折页平板闸门的结构形式这种闸门与老式扇形闸门相比有以下优点闸门结构简单、严密;关闭门的冲击力小;卸载时洒煤少;由于闸门是向上关闭的,对箕斗存煤有向上捞回的趋势,故当煤未卸完时产生卡箕斗而造成断绳坠落事故的可能性小;箕斗卸载时闸门的开启主要借助煤的压力,因而传递到卸载曲轨上的压力较小,改善了井架受力状态;过卷时闸门打开后,即使脱离卸载曲轨,也不会自动关闭,因此可以缩短卸载曲轨的长度这种闸门的缺点主要是箕斗运行过程中由于煤重力作用,使闸门处于被迫打开的状态因此箕斗必须装设可靠的闭锁装置如闭锁装置失灵,闸门就会在井筒中自行打开打开的箕斗闸门将会撞坏罐道、罐道梁及其他设备,因此必须经常认识检查闭锁装置为了克服上述闸门的缺点,可以使用插板式和带圆板闸门的底卸式箕斗
2.
1.2主井箕斗的规格的选择在提升任务确定之后,选择提升容器的规格有两种情况一是选择较大规格的容器,一次提升量较大,则提升次数少这样,因为一次提升量较大,所需的提升钢丝绳直径和提升机直径较大,因而初期投资较多但提升次数较少,运转费用较少二是选择较小规格的容器,情况和上述相反,因而初期投资较少,而运转费用则较多选择提升容器规格的原则是一次合理提升量应该使得初期投资费和运转费的加权平均总和最小为了确定一次合理提升量,从而选择标准的提升容器,可按以下步骤
(1)确定合理的经济速度与一次合理提升量相对应的,有一个合理的经济速度经研究证明,合理的经济速度可用下式计算=(
0.3~
0.5)=
0.3~
0.5=
5.6~
9.1取=6m/s式中H—提升高度,m;H=Hs+Hz+HxHs—矿井深度,m;Hz—装载高度,m;Hx—卸载高度,m;
(2)估算一次提升循环时间=+++==83s式中—提升加速度,一般取=
0.8;—箕斗低速爬行时间,一般取=10s;—箕斗装卸载休止时间,一般取=10s;
(3)计算小时提升量===式中C—提升不均衡系数,箕斗提升C=
1.15;—矿井设计年产量,;—提升富裕系数,取
1.2;—提升设备每年工作小时数,取=20h;—提升设备每年工作日数
(4)计算小时提升次数===43次
(5)计算一次合理提升量==
4.8t根据一次合理提升量为
4.8t,又因为是双箕斗,查表1-1选取与相等或相近的标准箕斗,在不加大提升机滚筒直径的条件下,应尽量选用大容量箕斗,以较低的速度运行,降低能耗,减少运转费用选择JL—3型箕斗,箕斗名义载重3t,有效容积
3.3,箕斗质量3800Kg,最大终端载荷80000N,最大提升高度500m,箕斗总高7780mm,箕斗中心距1830mm
(6)计算一次实际提升量,选取标准箕斗后,根据所选箕斗的有效容积和煤的松散容重计算一次实际提升量==
23.
30.9=5940式中—煤的松散容重,;V—标准箕斗的有效容积,;—箕斗装满系数
2.2提升钢丝绳
2.
2.1提升钢丝绳的选择使用矿用提升钢丝绳都是丝股绳结构,即先由钢丝捻成绳股,再由绳股捻成绳选择钢丝绳时,应根据使用条件和钢丝绳的特点来考虑我过提升钢丝绳多用同向捻绳,至于是左捻还是右捻,我国的选择原则是绳的捻向与绳在卷筒上的的缠绕螺旋线方向一致我国单绳缠绕式提升机多为右螺旋缠绕,故应选右捻绳,目的是防止钢丝绳松捻此外,还应考虑如下因素
(1)在井筒淋水大,水的酸减度较高且处于出风井中的提升钢丝绳,因腐蚀严重,应选用镀锌钢丝绳;
(2)以磨损为主要损坏原因时,应选用外层钢丝绳较粗的钢丝绳;
(3)以弯曲疲劳为主要损坏原因时,应优先选用线接触式或三角股钢丝绳;
(4)用于高温和有明火的地方,应选用金属绳芯钢丝绳
2.
2.2提升钢丝绳的选择计算提升钢丝绳的选择计算是提升设备选型设计中的关键环节之一钢丝绳在运转中受有许多应力的作用,和各种因素的影响,如静应力、动应力、弯曲应力等,磨损和锈蚀也将损害钢丝绳的性能如图所示为一立井单绳提升钢丝绳计算示意图,图2-2单绳提升钢丝绳计算示意图由图2-2所示,可见钢丝绳的最大静拉力作用于A点处,若使钢丝绳不被拉断,必须使A断面上的最大静载荷和安全系数的乘积不超过钢丝绳全部钢丝破断力的总和即式中—一次提升有效质量,;—容器质量,;—钢丝绳每米长的质量,;—钢丝绳最大悬垂高度,;钢丝绳悬垂高度==35+290+20=345m式中—矿井深度,m;—井架高度,m;—容器装载高度,m;钢丝绳单位长度重量==
3.85式中—钢丝绳极限抗拉强度,m—钢丝绳的安全系数;按表3-4,选用钢丝绳股绳纤维芯,,,钢丝绳总断面积
433.13验算安全系数==
7.
16.5安全系数满足要求
2.3矿井提升机和天轮的选择单绳缠绕式提升机是较早出现的一种,它工作可靠,结构简单其工作原理是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单绳缠绕式提升机是一种圆柱形卷筒提升机,根据卷筒的数目不同,可分为双卷筒和单卷筒两种双卷筒提升机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低水平单卷筒提升机只有一个卷筒,一般仅用作单钩提升如果单卷筒提升机用作双钩提升,则要在一个卷筒上固定两根缠绕方向相反的提升钢丝绳提升运行时,一根钢丝绳向卷筒上缠绕,同时,令一根钢丝绳自卷筒上松放其优点是卷筒容绳表面得到了充分的利用,从而使得提升机的体积和重力较小其缺点是用作双钩提升时,两个容器分别在井口和井底水平的位置不易调整为了解决这一问题,把单卷筒制成可以分离的两部分一部分与轴固接另一部分通过离合器与轴连接,因而称这种提升机为可分离式单卷筒提升机由于这种提升机只有一个卷筒,容绳量小,适用于提升能力较小的场合
2.
3.1提升机的选型计算
(1)卷筒直径选择提升机的主要参数有卷筒直径D;卷筒宽度B;提升机最大静张力;及最大静张力差其中卷筒直径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证明,绕经卷筒和天轮的钢丝绳,其弯曲应力与比值之间的关系如图2-3所示图2-3弯曲应力与的关系由图可见,当比值时,再增大比值,弯曲应力无显著下降;反之,当60时,随的减小将引起弯曲应力的急剧增大,所以保安规程规定对安装在地面的提升机,其直径与钢丝绳直径有如下关系式中D—卷筒直径,mm;d—钢丝绳直径,mm;—钢丝绳中最粗钢丝绳的直径,mm根据以上计算值,可选择提升机的标准卷筒直径D=3000mm卷筒的理论直径是指缠绕直径,即钢丝绳缠绕在卷筒上其中心线间的距离卷筒的名义直径是指木衬的外径当木衬上刻有深的绳槽时,则名义直径和理论直径之差就很小,因此在计算中可取卷筒名义直径作为计算的理论直径
(2)卷筒宽度卷筒宽度根据所需缠绕的全部钢丝绳长度来确定钢丝绳总长包括提升高度;供实验用的钢丝绳长度;为减少绳头在卷筒上固定处的拉力而设的三圈摩擦圈同时,为了避免钢丝绳缠绕时挤压与摩擦,线圈间应保持2~3间隙单绳缠绕时==14801500式中—钢丝绳试验长度,取20~30m;—钢丝绳圈的间隙,取2~3mm;H—提升高度,m安全规程规定竖井提升人员的卷筒只准缠绕一层,专为升降物料的,准许缠两层,并规定多层缠绕时,卷筒两端挡绳板至少要高出最外层绳圈
2.5倍钢丝绳直径
(3)校核计算按计算数值选取标准提升机后,须校验提升机最大静拉力差,其值都不能超过在提升机技术性能表中所规定的值钢丝绳最大静拉力==111545130000钢丝绳最大静拉力差==79068000故选型提升机作单缠层缠绕即可满足要求
2.
3.2天轮的选型计算天轮安装在井架上,作支撑、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,采用整体铸刚结构;直径为4000mm时,采用模压铆接结构根据表3-3选天轮型号天轮直径的选择根据煤矿安全规程的规定,对于地面设备,当钢丝绳对天轮围包角大于时式中D—卷筒直径,mm;d—钢丝绳直径,mm;—钢丝绳中最粗钢丝绳的直径,mm根据表2-10选天轮直径为3m
3、提升机的主要结构及其作用
3.1单绳缠绕式矿井提升机主轴装置单筒主轴装置由左右两个与制动轮制成一体的铸铁支轮用切向键与主轴联接卷筒支承在两端支轮上,并通过螺栓与支轮联接(见图3-1)1—切向键2—制动轮3—筒壳4—木衬5—锥齿轮6—手轮7—主轴8—小绞轮9—蜗轮10—蜗杆11—支架图3-1KJ型(БМ型)提升机主轴装置双筒主轴装置由固定卷筒和游动卷筒及调绳离合器等组成,调绳离合器采用手动蜗轮蜗杆结构,调绳操作费时费力卷筒为两半薄壳结构,强度较低(见图3-2)单筒主轴装置由卷筒、主轴、主轴承、左右轮毂等组成(见图3-1)主轴承为滑动轴承左轮毂与主轴为滑动配合,右轮毂是压配在主轴上,并用强力切向键与主轴固定卷筒与右轮毂的联接全部采用精制配合螺栓,卷筒与左轮毂的联接采用数量各为一半的精制配合螺栓和普通螺栓双筒主轴装置由主轴、主轴承、两个卷筒、四个轮毂、调绳离合器等主要零部件组成(见图3-2)固定卷筒装在主轴的传动侧,其与轮毂的联接与单筒主轴装置相同游动卷筒在主轴的非传动侧,游动卷筒与游筒右支轮的联接采用数量各一半的精制配合螺栓和普通螺栓游筒右支轮为两半结构,通过两半铜瓦滑装在主轴上,左辐板上用精制配合螺栓固定调绳离合器内齿圈,内齿圈右端装有尼龙瓦,支承在游筒左支轮上,游筒左支轮压配在主轴上,并通过强力切向键与主轴联接1—密封头2—主轴承3—游动卷筒左轮毂4—齿轮式调绳离合器5—游动卷筒
6、14—润滑油杯7—尼龙套8—挡绳板9—筒壳10—木衬11—铜制轴套12—游动卷筒右轮毂13—固定卷筒左轮毂15—固定卷筒16—制动盘17—精制螺栓18—固定卷筒右轮毂19—切向键20—主轴21—切向键22—外齿轮23—内齿轮24—辐板25—角钢26—联锁阀27—调绳液压缸28—油管图3-2JK型双筒提升机主轴装置
3.2调绳离合器离合器的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,能调节两个容器的位置本系列提升机采用轴向齿轮式调绳离合器在游筒支轮上沿圆周装有三个调绳液压缸,调绳液压缸的另一端插在齿轮的孔中这样当齿轮与固定在卷筒辐板上的内齿轮相啮合时,调绳液压缸便相当于三个传动销,将游筒左支轮与齿轮连接在一起,经齿轮传递转矩需调绳时,充油到三个液压缸的前腔,齿轮外移与内齿轮脱开,游筒卷筒闸住转动固定卷筒,内齿轮与游动左支轮通过尼龙瓦作相对运转,以达到调绳的目的
3.3联轴器矿井提升机主传动系统采用的联轴器结构形式通常有3种,即齿轮联轴器、蛇形弹簧联轴器、弹性棒销联轴器主电动机与减速器高速轴采用齿轮联轴器(用于仿苏KJ型提升机)、蛇形弹簧联轴器(用于JK、XKT、JKM型提升机)或弹性棒销联轴器(用于JKA、JKE、JKM、JKMA、JKME、JKMD型提升机)主轴与减速器连接一般均采用齿轮联轴器
3.
3.1各种联轴器的性能特点
(1)、齿轮联轴器该联轴器的特点是传递转矩大,并可较好地补偿两轴的偏斜和不同心其结构如图3-3所示,由外齿轴套
1、2,内齿圈
3、5,传动螺栓4等组成
1、2—外齿轴套
3、5—内齿圈4—传动螺栓图3-3齿轮联轴器
(2)、蛇形弹簧联轴器该联轴器的特点是能吸收电动机起动时的冲击,有利于设备平稳运转、减少噪声并能补偿两轴安装时的微量偏斜和不同心其结构如图3-4所示,由轮毂
1、6,外壳
2、4,蛇形弹簧3所组成
1、6—轮毂
2、4—外毂3—蛇形弹簧5—螺栓7—密封圈8—注油嘴图3-4蛇形弹簧联轴器
(3)、弹性棒销联轴器该联轴器具有蛇形弹簧联轴器的类似性能特点,具有良好的减振、吸振性,可以适量补偿两轴安装时的偏斜和不同心其另外一个特点是在弹性棒销疲劳损坏后,电动机轴和减速器高速轴仍能保持连接在一起,确保传动安全可靠其结构如图3-5所示,由传动轮毂
1、4,外套2,弹性棒销3组成弹性棒销3一般采用弹性较好、耐疲劳的聚氨酯橡胶制作
1、4—轮毂2—外套3—弹性棒销(聚氨酯橡胶)图3-5弹簧棒销联轴器
3.4减速器根据提升机的要求,提升机主轴的转速一般为40~60r/min,而拖动提升机的交流电机转速通常在290~380r/min的范围内,因此,除了采用低速直流电机拖动外,不能把电机与主轴直联,必须通过减速器减速器是矿井提升机机械系统中一个很重要的组成部分,它的作用是传递运动和动力它不仅将电动机的输出转速转化为提升卷筒所需的工作转速,而且将电动机输出的转矩转化为提升卷筒所需的工作转矩矿井提升机多数是3班不停地运行,运转过程中会出现少量冲击,启动、制动非常频繁,且正反向运转,其负荷类型属于中等冲击负荷矿井提升机启动时的尖峰负荷一般是正常工作负荷的
1.5~2倍在一个工作循环中,提升机提升、下放负荷变化曲线随提升容器和装卸方式不同而有所差异矿井提升机负荷图矿井提升机的工作特性是载荷波动,在计算齿轮强度时,可以将这种波动的载荷简化为名义载荷,而用使用系数KA来修正名义载荷这样,就将变动的工况转化为非变动的工况来处理,并且根据国家标准来计算齿轮疲劳强度矿井提升机的名义载荷(低速轴名义工作转矩)等于钢丝绳最大静张力差与卷筒半径的乘积使用系数KA是考虑由于齿轮啮合外部因素引起附加动载荷影响的系数,这种外部附加动载荷取决于原动机和从动机的特性、轴和联轴器系统的质量和刚度以及运行状态使用系数KA可以通过精密实测或对传动系统作全面的力学分析得到,也可以从大量的现场经验确定根据经验,对于单绳缠绕式矿井提升机使用系数KA一般为
1.60;对于多绳摩擦式矿井提升机使用系数KA一般为
1.75考虑到矿井提升机的安全性要求,根据国家标准来计算齿轮疲劳强度时,齿轮强度接触安全系数一般大于
1.1,弯曲安全系数一般大于
1.5对于软齿面齿轮减速器,齿轮模数一般取减速器中心距的
0.01~
0.015倍;对于硬齿面齿轮减速器,齿轮模数一般取减速器中心距的
0.015~
0.02倍单入轴平行轴齿轮减速器主要用于单绳缠绕式矿井提升机,一般为二级平行轴齿轮传动,单电动机驱动随着齿轮的设计制造技术的进步,齿轮齿面硬度、齿轮的承载能力不断提高,单入轴平行轴减速器的体积、重量逐渐降低,制造惩办也随之降低单入轴平行轴齿轮减速器由软齿面渐开线齿轮减速器发展为软齿面圆弧齿轮减速器、中硬齿面渐开线齿轮减速器、硬齿面渐开线齿轮减速器渐开线齿轮减速器结构如图3-6所示图3-6渐开线齿轮减速器
3.5深度指示器
3.
5.1深度指示器的结构和工作原理单绳牌坊式深度指示器由两部分组成,一部分是与提升机主轴轴端成直角连接的传递运动的装置,即牌坊式深度指示器传动装置另一部分是深度指示器,两者通过联轴器相连它的工作原理如图3-7所示提升机主轴的旋转运动由传动装置传递给深度指示器,经过齿轮对传给丝杠,使两根垂直丝杠以互为相反的方向旋转当丝杠旋转时,带有指针的两个梯形螺母也以互为相反的方向移动,即一个向上,另一个向下丝杠的转数与主轴的转数成正比,因而也与容器在井筒中的位置相对应,因此螺母上的指针在丝杠上的位置也与之相对应,通过指针便能准确地指出容器在井筒中的位置梯形螺母上不仅装有指针,而且还装有掣子和碰铁,当提升容器接近井口卸载位置时,掣子带动信号拉杆上的销子,将信号拉杆渐渐抬起,同时销子在水平方向也在移动,当达到减速点时销子脱离掣子下落,装在信号拉杆上的撞针敲击信号铃,发出减速开始信号,在信号拉杆旁边的立柱上固定有一个减速极限开关,当提升容器到达一定位置时,信号拉杆上的碰块碰减速器开关的磙子进行减速,直至停车若提升机发生过卷,则梯形螺母上的碰铁将把过卷扬极限开关打开,进行安全制动1—游动卷筒限速圆盘2—游动卷筒限速板3—提升机主轴4—主轴上大锥齿轮5—固定卷筒限速圆盘6—固定卷筒限速板7—自整角机图3-7牌坊式深度指示器传动原理图
3.
5.2单绳牌坊式深度指示器结构如图3-8所示1—支承盖2—大锥齿轮3—小锥齿轮4—角接触球轴承5—轴6—左半联轴器7—右半联轴器8—传动轴9—左压盖10—轴承11—右压盖12—联轴器13—轴承座图3-8牌坊式深度指示器传动装置
3.
5.3深度指示器安装、调试要求和使用维护注意事项
3.
5.
3.1牌坊式深度指示器安装调试要求
(1)指示标尺应在提升机安装时进行刻度,即在标尺上用白漆画出与井筒深度或坑道长度相适应的分格指针行程为标尺全长的2/3以上
(2)传动装置应灵活可靠,指针移动时不得与标尺相碰
(3)传动轴的安装与调试应保证齿轮啮合良好,主轴轴头的一对锥齿轮间隙一定要调好,以免别劲,造成断信号事故
3.
5.
3.2使用维护注意事项
(1)油箱内应保证足够的润滑油,使蜗杆、圆柱齿轮、圆锥齿轮浸于油内
(2)每年要更换油箱内的油
(3)经常观察看铰链连接并润滑之
(4)经常检查主轴端部锥齿轮的啮合间隙,以免间隙小别坏锥齿轮而导致断信号的事故发生
4、提升机与井筒相对位置的计算
4.1单绳缠绕式提升机安装地点的选择原则在井筒位置确定后应研究与提升机安装的地点正确地选择提升机的安装地点是非常重要的在确定提升机安装地点时通常要考虑以下问题矿井地面工业广场布置;井筒四周地形条件;井下安全矿柱位置及尺寸;地面工业广场运输系统等根据矿井具体生产条件若双容器在井筒中的布置方式如图4-1中的A处图4-1提升机安装位置示意图这种布置方式井架高度偏小且提升机房离井筒位置也最近.我国目前多采用这种布置方式.有的矿井只有一个开采水平这是可以选用单卷筒提升机作双钩提升如提升容器在井筒中的布置方式仍如图4-1所示这时通常将提升机安装在B处.这种布置方式,两个天轮不在同一水平而在一个垂直平面内.在一个矿井的井筒装备有两套提升设备此时提升机与井筒的相对布置不外乎有如下方案:对侧式;同侧式;垂直式;斜角式.对侧式的优点是井架负载易平衡;同侧式和斜角式的优点是提升机房占地较紧凑.无论在井筒中布置一套还是两套提升设备在选择提升机安装地点时都要根据具体条件因地制宜地加以考虑.
4.2提升机与井筒相对位置的计算在提升机安装地点选好后就要具体确定提升机轴线与井筒的距离以便安装提升机和修建提升机房.同时要计算井架高度.但在计算这些数值时必须考虑到钢丝绳弦长钢丝绳偏角以及卷筒出绳角等安全运转条件.所以井架高度、提升机轴线与井筒中心线的距离、钢丝绳弦长、偏角和倾角等是影响提升机与井筒相对位置的主要因素.它们彼此相互影响相互制约一般来说双筒提升机采用罐笼提升时提升机房宜位于重车运行方向的对侧;用箕斗提升时,提升机房宜位于卸载方向的对侧井架上的天轮,根据提升机的型式,容器在井筒中的布置以及提升机房的设置地点,可装在同一水平轴线上,也可装在同一垂直平面或不同平面上
4.
2.1井架高度井架的作用是
(1)支撑天轮并承受外力;
(2)固定伸出井筒的罐道及箕斗的卸载曲轨;;
(3)支撑罐座或摇台的横梁井架高度如图4-2所示,是指从井口水平到最上面天轮轴线间的垂直距离图4-2提升机与井筒相对位置两天轮位于同一水平轴线上,对箕斗提升=20+
5.1+6+3=
31.85取=32,取整数式中—容器高度—过卷高度(当提升速度时,;当提升速度时,)
4.
2.2卷筒中心至井筒提升中心线间的水平距离卷筒中心至井筒提升中心线间的水平距离b如图4-2所示此距离的大小主要应使提升机房的基础不与井架斜撑的基础相接触,若两者接触时,由于井架斜撑的振动,可能引起提升机房以及提升机基础损坏,为避免这种现象的发生,其最小距离应满足下式要求=
0.632+
3.5+3=
25.7m取b=30m
4.
2.3钢丝绳弦长钢丝绳弦长L为钢丝绳离开天轮的接触点到钢丝绳与卷筒的接触点间的距离如图4-2所示钢丝绳弦长有两个,既上边出绳的弦长和下边出绳的弦长按图的布置,钢丝绳弦长为=
42.2m式中C—卷筒轴中心线高出井口水平的距离,取C=
14.
2.4钢丝绳偏角这是指钢丝绳弦与天轮平面所成的角度,其值不应大于限制偏角主要是为了防止钢丝绳与天轮轮缘相互磨损,当钢丝绳多层缠绕时,宜取左右,以改善钢丝绳缠绕状况偏角有两个,外偏角和内偏角选择的是单层缠绕=
0.0138,符合要求=
0.019式中s—两容器轴线间的距离;B—卷筒宽度;—两卷筒内缘之间的距离
4.
2.5钢丝绳仰角钢丝绳弦与水平线所成的仰角应按提升机技术数据中的规定值检验,但一般不应大于,以适应井架建筑的要求仰角有两个,即上出绳仰角和下出绳仰角按图4-2所示,钢丝绳的仰角分别为得
5、矿井提升机的电力拖动 矿井提升机是地下矿山的“咽喉”设备根据矿井提升机电力拖动技术发展的三个阶段介绍和分析了绕线型异步电动机交流拖动、发电机-电动机直流拖动、晶闸管整流装置供电的直流拖动和交-交变频器供电的交流拖动等四种拖动方式
5.1交流绕线型异步电动机拖动这是矿井提升机电力拖动发展的第一阶段这个阶段大体在20世纪50年代至60年代初由于鼠笼型异步电动机很难满足提升机起动和调速性能的要求因此在这一阶段矿井提升机多采用绕线型异步电动机进行拖动绕线型异步电动机转子回路串电阻后能限制起动电流和提高起动转矩并能在一定范围内调速这种系统具有结构简单坚固耐用建筑面积小维护方便价格低廉安装调试方便等优点缺点是启动阶段电能损耗较大当用于要求频繁启动或不同运行速度的多水平提升机时这个问题就更为突出但用于单水平深井提升时情况会有所改善当然由于靠切除转子回路电阻进行调速所以系统的调速性能不好调速范围小且为有级调速如果选用了动力制动、低频制动、可调机械闸、负荷测量、计量装载等辅助装置后运行性能将会大有改进目前在我国中小型矿山或中等深度以下的矿井中这种拖动系统还有一定的市场受交流开关容量的限制单台交流拖动的电动机容量一般不大于1000kW当功率超过1000kW而又选用这种拖动方式时可利用2台绕线型异步电动机组成双机拖动系统与单机拖动系统相比双机拖动系统有以下几个特点:1如果生产条件允许2台电动机可分期安装例如先安装一台按照生产发展需要时再安装另一台可大大提高系统效率2利用2台电动机转子电阻的交替切除可使平均启动转矩大为增加3利用2台电动机不同的工作方式例如减速阶段一台处于制动状态另一台处于电动状态可得到合成的低速爬行硬特性4在故障情况下可以降低负荷单机运行使2台电动机达到互为备用的目的以上是双机拖动系统的有利之处不利之处是控制设备较单机拖动系统复杂安装调试不便
5.2发电机-电动机直流拖动发电机-电动机直流拖动与绕线型异步电动机交流拖动同属第一发展阶段由于绕线型异步电动机的调速性能不够理想所以在20世纪50年代和60年代初人们便开始采用这种拖动方式直流电动机的机械特性为直线较之交流电动机而言调速性能更好工作更加可靠发电机-电动机直流拖动系统主提升电动机为他励式直流电动机由同步电动机驱动的直流发电机对其直接供电通过改变直流发电机的励磁大小来改变直流电动机电枢两端的电压从而改变电动机的转速达到了提升机的调速目的一般情况下这种系统采用磁放大器和电机放大机两级放大的速度闭环调速方式给定部分送来的信号加到双拍磁放大器的给定绕组经放大后供给电机放大机的给定绕组经再次放大后接发电机的励磁绕组磁放大器和电机放大机的反馈绕组按负反馈接法分别接到各自的输出端磁放大器构成外反馈环节电机放大机构成电压负反馈环节使磁放大器和电机放大机具有较理想的特性通过与提升机硬轴连接的测速发电机获得测速反馈信号加到磁放大器速度反馈绕组和给定信号进行综合比较构成速度负反馈环节在较小容量的提升机中只有电机放大机环节而没有磁放大器;在更大容量的提升机中由于电机放大机的容量有限往往增加中间励磁机发电机-电动机直流拖动系统的特点是过载能力强所需设备均为常规定型产品供货容易运行可靠技术要求不高对系统以外的电网不会造成有害的影响缺点是效率低平均只有75%左右;调速范围由于剩磁影响不能过大;设备复杂、庞大、占地面积大等目前这种系统已较少采用
5.3晶闸管整流装置供电的直流拖动自20世纪60年代初到70年代在这近20年的时间里伴随着电力电子技术的飞速发展晶闸管整流装置供电的直流拖动系统得到迅速发展和普及这是矿井提升机电力拖动发展的第二阶段为获得可逆运行特性以实现四象限调速这种系统通常有两种电气控制方案:一种是电枢可逆自动调速方案通过改变直流电动机的电枢电压的极性改变提升机运行方向;另一种是磁场可逆自动调速方案通过改变直流电动机励磁电流方向来改变提升机的运行方向不论采取哪种方案调速方法一般以调压为主调磁为辅电枢可逆方案需改变电动机电枢回路电流的方向由于电枢回路电感较小时间常数小约几十毫秒反向过程进行快因此适用于频繁启动、制动的多水平提升系统但是这种方案主回路需要两套容量较大的晶闸管变流装置一次性投资较大提升机容量越大这个问题就越突出磁场可逆方案主回路只用一套晶闸管变流装置励磁回路采用两套晶闸管变流装置由于励磁功率较小所以设备总容量比电枢可逆方案小得多一次性投资较少但是由于励磁回路电感量比较大时间常数大约零点几秒到数秒因此这种系统反向过程较慢在采用强迫励磁之后其快速性可得到一定程度的补偿但切换时间仍在几百毫秒以上应当指出磁场可逆系统在电动机反转过程中当励磁电流改变方向时应使电动机的电枢电压为零以防止电动机在切换过程中由于失励磁而“飞车”这不仅增大了反向过程的死区也增加了控制系统的复杂性矿井提升机一般容量较大且对快速性要求不高因此磁场可逆方案采用更为普遍与发电机-电动机直流拖动系统相比晶闸管整流装置供电的直流拖动系统具有如下优点:1功率放大倍数高发电机-电动机直流拖动系统为101左右;晶闸管整流装置供电的直流拖动系统可高达104高出三个数量级2快速响应性好发电机-电动机直流拖动系统为秒级;晶闸管整流装置供电的直流拖动系统为毫秒级因而动态品质较佳3功耗小效率高发电机-电动机直流拖动系统平均效率为75%晶闸管整流装置供电的直流拖动系统为85%以上4调速范围大发电机-电动机直流拖动系统由于剩磁影响低速受到限制;晶闸管整流装置供电的直流拖动系统则无此限制5运行可靠直流发电机及其配套装置为转动设备;晶闸管整流装置为静止设备因而运行更加稳定可靠6设备费用低据统计一次性投资发电机-电动机直流拖动系统要比晶闸管整流装置供电的直流拖动系统高出20%以上当然晶闸管整流装置供电的直流拖动系统存在元件过载能力差功率因数低有冲击性无功功率、元件参数分散性大等缺点
5.4交-交变频器供电的交流拖动如前所述晶闸管整流装置供电的直流拖动系统存在功率因数低的缺点尽管采用了顺序控制技术但功率因数仍然较低需要由电网吸收大量的无功功率对电网品质因数产生严重的影响矿井提升机的容量越大这个问题就越突出另一方面直流电动机电枢回路的整流子限制了提升机容量的进一步增加随着深井开采的趋势不断扩大提升机单机容量将不断加大电动机的换向整流子就成了一个薄弱环节面对上述两个问题迫使人们又重新考虑发展交流拖动的矿井提升机20世纪80年代初期人们开始采用交-交变频器供电的交流拖动方式1982年世界上第一台交-交变频器供电的同步电动机拖动的矿井提升机在西德问世并投入使用一举获得了巨大成功从此矿井提升机的电力拖动进入了第三个发展阶段即交流变频拖动阶段如果说第一发展阶段的特征是交流拖动为主第二发展阶段的特征是直流拖动代替交流拖动那么第三发展阶段的特征则是交流拖动重新兴起的新阶段是利用更高级的变流技术对交流电动机进行控制的发展阶段交-交变频器是将三相交流电源从固定的电压和频率直接变换成电压和频率可调的交流电源不需设置中间耦合电路它的主要优点是只进行一次能量变换所以效率较高像晶闸管整流装置一样交-交变频器也是靠电源电压自然换流不需设置强迫换流装置从而简化了设备提高了可靠性它的缺点在于主回路所使用的晶闸管元件数量较多一个单相交-交变频器如果采用三相桥式接线方式需要12只晶闸管那么三相交-交变频器就需要36只晶闸管这比直流拖动中的晶闸管整流装置复杂得多但由于当前大功率电子技术的急剧发展其制造成本不断下降使得交-交变频器的应用前景十分广阔虽然交流拖动中的变频装置较直流拖动中的整流装置复杂相应的投资费用也较高但由于交流电动机本身较直流电动机制造简单单位容量费用低因此总的说来交-交变频器供电的交流拖动系统仍较晶闸管整流装置供电的直流拖动系统的一次性投资便宜与直流拖动系统相比采用交-交变频器供电的交流拖动系统具有如下优点:1功率因数可以显著提高例如同步电动机的功率因数可控制在019~110的范围内极大地减少了电能损耗2电动机没有整流子和炭刷这一薄弱环节使系统运行的可靠性大大增强3电动机容量几乎不受限制最高可达10000kW4调速范围宽动态品质好丝毫不亚于直流调速系统5启动转矩大运行平稳缺点是低速时转矩产生脉动主回路和控制回路较复杂等
5.5结 语矿井提升机的电力拖动方式经历了三个不同的发展阶段目前仍处于第三发展阶段但是任何一种拖动方式的采用均有其自身的实际情况和条件因此应根据实际情况认真研究正确选用真正做到技术上先进经济上合理
6、提升机PLC控制系统为保障矿井提升机的安全可靠运转,绝大部分矿井提升机都安装了提升机综合后备保护,以保障矿井提升机的安全运行但是,据有关部门调查统计,全国大部分矿井提升机综合保护都存在着抗干扰性能低、保护不稳定、误动作多等缺陷,不少矿井虽然安装了提升机后备保护,但只是为了应付上级部门检查,平时只起监视作用,检查时才投入安全回路,行同虚设,是矿井提升机运行的重大安全隐患因此,研究开发性能可靠的矿井提升机综合保护显得尤为重要
6.1速度—行程数据的采集与处理矿井提升机运行时,与主驱动电机轴相联的速度—行程传感器与电机同步转动驱动电机每转动一周,输出若干个相脉冲,分别加到高速计数器的输入端,高速计数器独立于的,能扫描高速脉冲,并存储到指定的寄存器中,由根据速度—行程传感器输出的、B脉冲的相位,自动确定计数器的加、减计数方式,再根据矿井提升机与提升机滚筒的传动比、电机转速、滚筒直径,计算出提升容器的位移,从而计算出提升深度
6.
1.1速度检测与显示高速计数器对速度—行程传感器输出的、B相高速脉冲进行计数,对高速计数器以恒定的门间隔(一般设定为100)反复复位,高速计数器在门间隔时间内的计数值为,每个脉冲相应的行程为,则提升容器的即时速度为其检测精度可达1;速度的显示采用三位数字显示,显示范围0~
99.9,显示精度
0.01m
6.
1.2行程检测与显示由速度—行程传感器输出的、B相高速脉冲数,被送到高速计数器进行相位比较后,确定加、减法计数运算,由高速计数器的累加寄存器进行累计每个高速脉冲的脉冲当量为,则提升容器的行程为提升行程分辨率为1,提升行程用四位显示,显示范围为0~
999.9m
6.
1.3自动减速矿井提升机运行到减速阶段时,按照预先设定的提升过程参数,在规定的行程位置发出减速指令,由输出继电器执行在内,4个32位数字比较器组成2个比较窗口,对行程进行比较减速点分为正向和反向减速,一旦行程数字在预置的比较窗口内且方向正确,比较器输出减速点信号,减速继电器动作,使驱动电机减速进入低速爬行阶段,减速点指示灯在减速比较窗口内一直闪亮
6.2速度保护矿井提升机运行时,根据其行程S,确定其所处的保护区域内预置了运行函数,也就是电子凸轮板将预置的行程—速度关系与实际的行程—速度相比较,进行速度保护
6.
2.1等速阶段超速保护在等速运行段,若提升机速度超过的15%时,的超速指示灯亮同时,安全继电器动作,切断提升机安全控制电路
6.
2.2减速阶段限速保护当提升机进入到减速段后,其速度应按如下函数规律变化即式中——提升机的额定速度——设定的减速行程——减速段任一点的给定即时速度若提升机即时速度超过给定速度也即时,减速段的超速指示灯亮,同时安全继电器动作,切断安全回路,实现安全制动
6.
2.3爬行阶段限速保护设定提升机爬行段的运行速度不得超过2,当提升机运行到爬行段后,若运行速度超过2时,爬行段的超速指示灯亮,安全继电器动作,切断安全回路,实现安全制动
6.
2.4过卷保护过卷保护是矿井提升机所有保护中的最后一道安全保护,在矿井提升机前面的安全保护失灵后,过卷保护发挥作用,实施安全保护实施过卷保护的步骤为,对速度—行程传感器输出的A、B相脉冲进行累计,在比较器中分别预置正、反向过卷保护的设定动作值当提升容器超过正常停车位置
0.5m时,过卷保护指示灯亮;安全继电器动作,提升机实现安全制动此外,还有防倒转保护、错向保护、深度指示器失效保护、卡箕斗保护、信号闭锁功能、罐笼到位自动停车功能、提人、提物自动切换功能、故障状态记忆功能、组态功能、自检功能等
6.3制动力矩的诊断准则目前我国煤矿由于提升机制动系统故障而发生重大事故的例子很多,而制动系统故障大部分是由于制动力矩的故障而引起的制动力矩的故障大致可分为制动力矩过大或过小,因此,对于制动力矩的诊断就是要选择制动力矩倍数K的范围
6.
3.1紧急制动时制动力矩倍数的Kz的确定紧急制动时制动力矩Mz应大于3倍静负荷所形成的静力矩Mj即:式中式中Q—一次提升载荷重量一钢丝绳单位长度重量;若用通式表示时,则有:故:
6.
3.2下放货载紧急制动时制动力矩倍数的确定下放货载紧急制动时减速度要求as不小于
1.5m/下放货载力矩的平衡力方程为式中,为提升系统的总变位质量而将上述数值以及公式代入,得,若有通式表示时,可以得到即
6.
3.3上提货载紧急制动时制动力矩倍数Ks的确定上提货载紧急制动时制动减速度as,上提货载力矩的平衡方程为式中,而,由此可得对于提升系统,制动力矩倍数K必须同时满足上述讨论的几种工况下对K值的要求,因此只要具体计算出、、后,即可得出K值范围,若实际制动力矩的倍数在确定的K值范围内,则实际所产生的制动力矩一定满足《煤矿安全规程》对提升系统制动性能的要求
6.4矿井提升机综和保护装置的特点
(1)综合保护装置采用可编程序控制器抗干扰能力强,编程可用梯形图,程序修改方便,价格低,使用方便
(2)该装置不但是提升机的后备保护,而且是提升机控制系统的一部分,是对现有提升机控制系统的补充和完善,如信号闭锁功能、罐笼到位自动停车功能、减速点控制功能等
(3)该装置能够按提升信号自动区分提人和提物两种不同的提升方式,并能按两种不同的提升方式,分别对提升机进行自动控制和保护
(4)该装置可同时进行运行和事故记录,自动记录并储存10000次提升工况信息
(5)该装置扩展能力强,随着管理水平和安全要求的提高,以及互联网络技术的发展和应用范围的日益拓宽,该装置可以方便地扩展建立提升机故障诊断系统,实现提升机故障的自动诊断;也可以与互联网连接,实现提升机运行远程自动监视、控制、故障诊断和保护
6.5矿井提升机综合保护装置的硬件设计矿井提升机综合保护装置由可编程序控制器、速度—行程传感器、深度指示器失效传感器、井口罐笼位置校正开关、数据显示器、输出继电器和电源等组成矿井提升机综合保护装置的结构框图详见图6-1图样不清,打印效果不好图6-1矿井提升机综合保护装置结构框图
6.6软件系统程序设计软件系统程序根据所完成的功能不同,主要有自检与初始化程序、数据检测、采集与处理程序、控制系统程序、安全保护系统程序、显示与报警程序、键盘控制程序等子程序系统组成这些子系统通过数据文件的共享与调用,构成一个有机的整体,完成矿井提升机综合保护装置的数据检测、采集、处理、数据交换、控制与保护、显示和报警等,详见主程序流程图6-2图6-2程序流程图
6.7现场应用及效果该综合保护装置自研制成功,已在徐州矿务集团三河尖煤矿、诧城煤矿和江苏天能集团等多家煤矿的主提升机上推广应用目前,装置已正常运行2年多,取得了良好的效果现场反馈的信息表明,该装置结构简单,采用模块化结构,维护量小,调试方法简单,现场工程技术人员易于掌握,提升工艺变化时,可按要求随时修改参数或程序,设定参数稳定,抗干扰能力强,动作可靠,完全达到了《煤矿安全规程》有关条款的要求深受现场工程技术人员、绞车司机和管理维护人员的欢迎该装置的研制成功和使用,对保证提升机安全运行、降低提升运输事故提供了科学可靠的技术手段,收到了良好的经济效益和社会效益
7、提升机常见故障分析
7.1矿井提升机下坠现象的理论分析对于矿井提升机负载性质是位能负载在提升重物时若在发出速度给定信号的同时又马上松开机械闸相当于突加一个负载此时会出现提升容器下坠现象下坠现象严重时会导致错向监视电路动作而实施紧急抱闸停车影响提升机的运行安全如淮南潘一矿主井提升机就出现开车下坠现象目前现场操作人员解决下坠现象的方法是在发出速度给定信号的同时逐渐松闸虽有一定效果但不能完全解决问题因为不同的负载要求松闸的速度是不同的司机很难知道每一次提升量的大小要解决这个难题首先要弄清楚提升机下坠现象的机理提升机的下坠与速度给定信号的性质、装载量的大小以及拖动系统的结构方案有关现将研究结果作如下论述对于晶闸管变流器供电的直流提升机电控系统有两种解决方案即电枢换向拖动方案和磁场换向拖动方案现在以电枢换向系统加以论述电枢换向系统的结构图及动态结构图如图
1、图2所示电流环的作用之一是快速跟随所以电枢电流环按二阶典型系统进行校正由于Toi和Ts与TL相比差一个数量级以上可作为小惯性环节处理合并为一个惯性环节其时间常数TΣi=Ts+Toi=
0.0042s简化后的电流环动态结构图如图3所示经过提升电动机的一些参数计算(略),可得出以下结论1提升机在松闸起车时出现的下坠现象与装载量的大小有关装载量越大下坠现象越严重2下坠现象与速度给定信号有关S形信号给定比斜坡信号给定产生的下坠现象严重3不同的系统下坠现象的严重程度也不相同磁场换向系统因为比电枢换向系统多了一个具有较大时间常数的惯性环节故而下坠现象比电枢换向系统要严重得多综上所述可知提升容器下坠的程度与负载的大小、速度给定信号性质以及控制电路的结构型式有关
7.2单绳缠绕式矿井提升机主轴装置常见故障原因分析
7.
2.1卷筒筒壳开裂由于该产品卷筒结构系薄壁强支结构,筒壳厚度很薄,其材料又为普通低碳钢钢板(Q235),强度较低按各规格产品的最大静张力验算,各规格的筒壳压缩应力在钢绳缠绕工况下,均超出规定的许用应力(见表7-1)这是该型号提升机筒壳产生疲劳开裂的主要原因之一,其开裂形式主要沿筒壳圆周方向局部开裂,也有沿支轮或支环处因应力集中产生局部开裂的另外,筒壳与支轮因联接结构不合理,沿螺栓孔处也产生开裂现象表7-1KJ型(БМ型)筒卷压缩应力表
①1kgf=10N
②1kgfcm2=
0.098MPa筒壳径向轴向均开裂对于筒壳轴向和径向均产生裂纹的卷筒,可将两半筒壳剖分面焊接起来,成为一个整圆,并在筒壳中间再增加一个支承环
(2)筒壳径向开裂对于筒壳径向开裂,并且裂纹源从两半筒壳接合面支环处产生,则采用两半筒壳接合面焊死,并加内圆贴板
7.
2.2主轴故障
(1)主轴轴头键槽根部裂纹主轴轴头齿轮联轴器端切向键键槽根部产生裂纹,其原因之一是设备使用年久或长期超载运行,导致键槽根部产生疲劳裂纹;之二是装配不当,热装温度偏高及配键时的猛力冲打,造成键槽根部存在较大的内应力致疲劳开裂;之三是加工时键槽根部圆角偏小,造成根部圆角处应力集中过大而疲劳开裂,因该部位日常难以观察,应采取超声波探伤方法进行探测性检查,当发现有裂纹存在时必须卸掉联轴器,清除裂纹
(2)主轴断裂之一主轴材料选用不当,主轴材料为Q275钢,强度偏低,此种情况多发生在前苏联20世纪40年代以前设计的提升机上,应及时更换材料为45钢的主轴
(3)主轴断裂之二维修不当,常发生在更换游动卷筒轴瓦时,在击打铜瓦时伤及主轴轴颈表面而产生裂纹源,在长期使用中裂纹扩大而导致主轴断裂在维护时应予以注意
(4)主轴轴端切向键松动产生冲击声装配时切向键未配好,接触面积和接触位置未达到规定要求,致产生退键现象除重新配键外,还需采取螺钉紧固措施
7.3矿井缠绕式提升机滚筒裂纹原因分析与防范措施矿山山提升系统的常用缠绕式提升机常发生提升机滚筒壳裂纹的现象造成缠绕式提升机钢丝绳咬绳、乱层、断绳等事故发生严重影响矿井提升机安全运行通过对缠绕式提升机主要承力部件提升机滚筒结构和受力情况以及使用现场位置特点进行分析和总结提出了提升机滚筒壳裂纹产生的原因和保证安全提升对应的防范措施矿井提升机作为矿山提升系统的常用大型机电设备它在生产过程中担负着提升矿物和升降人员、设备及材料等重任是联系地面与井下的重要生产设备作为矿井提升系统的“心脏”提升机设备组成繁杂环节多各类安全事故时有发生特别是提升机滚筒壳裂纹的发生易造成滚筒壳龟裂变形使滚筒壳受力不均滚筒壳异响滚筒壳塌陷、衬木脱落、撕裂造成缠绕式提升机钢丝绳咬绳、乱层、断绳等事故发生严重影响提升机安全运行分析和找出提升机滚筒壳的裂纹产生的原因与对策对于矿井提升系统安全、经济运行有重要意义
7.
3.1缠绕式提升机滚筒壳的结构和外载荷情况 缠绕式提升机滚筒由支轮、滚筒壳、加强支环、滚筒木等部分组成根据滚筒的结构主要有以下几种:1中间无支环两端固定的滚筒壳;2中间无支环两端铰接的滚筒壳;3一端固定一端铰接的滚筒壳;4两端固定或两端铰接有支环的滚筒壳一般情况下矿井常用提升机滚筒壳是两端固定或两端铰接有支环的这种提升机滚筒多属焊接薄壁结构支轮为铸造滚筒壳为焊接制动支轮和右支轮是铸铁件滚筒壳、加强支环材料为钢板滚筒壳通过螺栓固定在支轮上再用电焊焊死滚筒木两端用螺栓固定在滚筒壳上矿井缠绕式提升机滚筒外壳上一般作用着2种力:1尚未缠到滚筒上的钢丝绳拉力它使滚筒壳产生弯曲和扭转由于滚筒直径较大滚筒的惯性矩也很大故这些力所产生的影响可忽略不计;2已缠到滚筒上的钢丝绳圈对滚筒壳产生的径向压缩这种径向压缩所引起的滚筒压缩应力比较大是滚筒承受的主要压力也是滚筒壳产生裂纹主要原因同时综合考虑第2层第3层钢丝绳层缠绕时会引起前面钢丝绳拉力和径向压力的降低以及同一层钢丝绳在缠绕过程中各绳圈对拉力的相互影响
7.
3.2滚筒壳易产生裂纹的位置和原因分析通过对现场一些煤矿常用提升机滚筒壳易产生裂纹的位置特点和现象的分析总结来看矿井缠绕式提升机滚筒壳易产生裂纹位置和原因可从以下位置查找分析1在支轮与滚筒壳连接处的裂纹在矿井缠绕式提升机滚筒壳与支轮的连接处工作时主要承受下列载荷
①由于支轮反力矩对滚筒壳而产生的弯矩它作用在垂直于支轮的平面内;
②支轮传递的扭矩它作用在垂直于支轮的平面内;
③支轮对滚筒壳径向压力滚筒壳与支轮的连接采用固定连接时由于存在滚筒壳周围的周向有因钢丝绳圈载荷引起的周向压缩力在纵向有纵向弯曲应力两者形成合力使滚筒壳上受到较大的弯曲应力在支轮与滚筒壳连接处对滚筒壳强度影响最大最为不利比较易产生裂纹2滚筒壳上支环处的裂纹由于滚筒与支环是焊接在一起的滚筒壳的应力变形有2处:
①受均布钢丝绳圈载荷作用引起的变形因受力较均匀不易产生裂纹;
②滚筒壳与支环连接焊接处由于径向压力作用滚筒壳上支环处承受支环反力对滚筒壳强度的不利影响此时弯矩最大易产生弯曲应力和剪切应力特别是当工艺上处理不当时当此力大于滚筒壳钢板许用应力时会在支环处引起滚筒壳裂纹所以设计单位在滚筒壳设计中应考虑采用加厚滚筒壳的办法防止裂纹设计中应考虑采用加厚滚筒壳的办法防止裂纹的产生3滚筒壳固定衬木联接孔处的裂纹由于安装滚筒衬木需要在滚筒壳上钻一定数量的螺栓联接孔对联接孔的孔径及布置除满足滚筒衬木安装规范要求外应在充分核算滚筒壳因孔径和孔间距以及卷筒过程中局部应力减少对滚筒壳的强度有较大影响最易产生孔间裂纹
7.
3.3防范应对措施1设计和制造厂家应优化改进矿井缠绕式提升机滚筒等主要承力部件强度完善使用单位反馈信息整改增加滚筒的设计强度和富裕系数提高设计精度和制造质量2针对矿井缠绕式提升机使用单位一方面加强设备的安装质量确保提升机滚筒衬木及钢丝绳按规范要求准确定位和安装使用另一方面对矿井提升机滚筒已产生裂纹的要从该台提升机滚筒裂纹的特点出发认真进行分析查找原因制定预防措施和补焊方案杜绝、防范再次出现裂纹确保矿井提升机的工作性能和安全要求为矿井安全生产提供安全可靠提升设备
7.
3.4结语由于分析查清了矿井缠绕式提升机滚筒壳产生裂纹的原因通过全程提高提升机滚筒壳从强度设计到生产质量工艺以及使用单位应用过程的防范措施可大大减少提升机滚筒裂纹产生的安全隐患保证了矿井提升机的安全运行提高经济效益促进了矿井的安全生产致谢本论文得以顺利地完成,是与导师郑笑红教授一月的严格要求,精心指导和悉心关怀分不开的本文的研究方法、设计思想等凝结着导师的心血郑笑红老师的知识、严谨的治学态度、务实的作风和积极的精神时刻都影响着我,使我终生受益导师还不辞辛劳地为我讲解和替我收集资料在此,特向我的导师致以崇高的敬意和衷心的感谢我还得感谢我身边的同学们,他们良好的学习态度,积极进取的的精神给我提供良好的学习氛围,在我对CAD、Word软件有不解时,是他们教会我的,使我对CAD、Word软件有更深入的了解同时,我要衷心感谢的是我的父亲、我的母亲等所有的家人,没有他们的支持和关爱,我不可能取得今天的成绩由于时间紧张,设计匆忙,再加上学生的能力有限,设计中有不少纰漏,敬请老师指正参考文献:
[1].机械零件设计手册上、中册,东北工学院机械零件设计手册编写组编,冶金工业出版社出版,
1982.1
[2].矿井运输提升,洪晓华主编,中国矿业大学出版社出版,
2005.7
[3].矿井提升机,洛阳矿山机械研究所编,机械工业出版社,
1974.6
[4].矿井提升机械,藏文周编,冶金工业出版社出版,
1993.11
[5].矿井提升设备,孙玉蓉,周法礼编,煤炭工业出版社,
1995.2
[6].矿山机械,析尚正主编,冶金工业出版社出版,
1982.11
[7].可编程序控制器原理及应用,梁力主编,煤炭工业出版社,
2005.6
[8].传感器原理与应用,黄贤武主编,高等教育出版社,
1999.5
[9]电器控制与PLC应用技术,吴丽主编,兵器工业出版社出版,
2001.2工作机构——主轴装置传动系统测速发电机装置护板、护栅、护罩制动系统制动器主制动器辅助制动器制动器控制装置液压站空气控制装置观测操作系统深度指示器斜面操纵台机械部分矿井提升机机械辅助部分保护系统减速器联轴器导向轮和天轮车槽装置司机椅子电气部分主电机和微拖动电动机电气控制装置电气保护系统。