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(一)单绳缠绕式提升机的工作原理及结构
1.单绳缠绕式提升机的工作原理
单绳
缠绕式提升机的工作原理如图5-1-2所示。
提升钢丝绳的一端固定在提升机滚筒上,另一端绕经井架上的天轮,固定在提升容器上。
电动机经齿轮减速器带动主轴及滚筒以不同方向旋转时,提升钢丝绳在滚筒上缠入或放出,从而实现容器的提升或下放。
2.单绳缠绕式提升机的结构
单绳缠绕式提升机按其滚筒个数可分为单滚筒提升机和双滚筒提升机。
单滚筒提升机一般用于产量较小的矿井,双滚筒提升机在矿山应用最多。
国产的单绳缠绕式提升机有两个系列:
JT系列,滚筒直径为0.8~1.6m,一般称为绞车,有防爆和不防爆两种。
JK系列,滚筒直径为2~5m,一般称为提升机,主要用于立井提升。
JK系列提升机的外形如图5-1-2所示。
其结构组成如图5-1-3所示。
3.主轴装置结构
JK系列双滚筒提升机的主轴装置由主轴、主轴轴承、固定滚筒、活动滚筒、四个轮毂、调绳离合器等组成,如图5-1-4所示。
(1)主轴与滚筒连接
主轴轴承为滑动轴承,起支撑主轴的作用。
固定滚筒装在主轴的靠电动机侧,其左侧轮毂滑装在主轴上,其右侧轮毂压装在主轴上,并用强力切向键与主轴联接。
滚筒与左侧轮毂的连接采用螺栓连接,螺栓一半为精制配合螺栓,一半为普通螺栓。
滚筒与右侧轮毂的连接采用螺栓连接,螺栓全部为精制配合螺栓。
活动滚筒装在主轴的远离电动机侧,其右侧轮毂滑装在主轴上,其左侧轮毂压装在主轴上,并用强力切向键与主轴联接。
活动滚筒与右侧轮毂的连接采用螺栓连接,螺栓一半为精制配合螺栓,一半为普通螺栓,活动滚筒与左侧轮毂的连接采用齿轮离合器连接(见图5-1-5)。
这样做的目的是方便调绳。
(2)调绳离合器结构
双滚筒提升机都装有调绳离合器,其作用是使活滚筒与主轴连接或脱开,以便调节绳长时,能使两滚筒相对运动。
JK型提升机的调绳离合器曾为轴向移动齿轮离合器,其结构原理如图5-1-5所示。
三个调绳油缸4沿圆周均布在轮毂3上,其一端与外齿轮6相连接,相当于三个销子将外齿轮6和轮毂3连接在一起。
外齿轮6滑套在轮毂3上,可以沿轴向滑动。
当调绳离合器处于合上状态(如图位置)时,外齿轮6与固定在活滚筒轮辐9上的内齿圈8啮合,从而带动活滚筒随主轴一起旋转。
当调绳离合器处于脱开状态时,三个调绳油缸伸出,使外齿轮6沿轴向向左滑动,与固定在活滚筒轮辐9上的内齿圈8脱开啮合,活滚筒不随主轴一起旋转。
轴向移动齿轮离合器的缺点是对齿稍困难,需反复几次才能对上。
为了克服这一缺点,JK型提升机已改用径向齿块式离合器,其结构如图5-1-6所示。
内齿圈1固定在活滚筒的辐板上,径向齿块2通过滑动毂4的带动与内齿圈1啮合或脱开,滑动毂4由离合油缸6的活塞杆推动。
当压力油进入离合油缸6的合上腔时,活塞杆伸出,推动滑动毂4、撑杆3,使齿块2向外撑开(类似撑开雨伞)与内齿圈1啮合,使活滚筒随主轴一起旋转。
当压力油进入离合油缸6的离开腔时,活塞杆伸缩回,拉动滑动毂4、撑杆3,使齿块2向内收回
(类似收雨伞)与内齿圈1脱开啮合,使活滚筒不随主轴一起旋转。
(二)多绳缠绕式提升机
多绳缠绕式提升机是用两根以上的钢丝绳与提升容器相连接,滚筒用附加档板分隔开,每根钢丝绳在各自的分段上缠绕,利用平衡悬挂装置调节钢丝绳间的张力平衡。
多绳缠绕式提升机有三种不同的结构布置形式:
同轴直线布置,前后排列布置,直联电动机分别拖动。
如图5-1-7所示。
多绳缠绕式提升机与单绳缠绕式提升机相比,其钢丝绳直径、滚筒直径、滚筒宽度均相应减少。
与多绳摩擦式提升机相比,多绳缠绕式提升机不用尾绳,克服了深井提升时尾绳带来的问题。
故多绳缠绕式提升机适合于深井、大负载的提升。
在不宜采用摩擦式提升机,单绳缠绕式提升机又不能满足要求时,可以采用多绳缠绕式提升机。
(三)
多绳摩擦式提升机
1.多绳摩擦式提升机工作原理
多绳摩擦式提升机工作原理如图5-1-8所示。
主导轮1(摩擦轮)安装在提升井塔上(图5-1-8a、b),或安装在地面机房(图5-1-8c),几根钢丝绳3等距离地搭在主导轮的衬垫上,钢丝绳两端分别与容器4相连,平衡尾绳5的两端分别与容器的底部相连后自由地悬挂在井筒中。
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容器往复升降,完成提升任务。
导向轮2用于增大钢丝绳在主导轮上的围包角或缩小提升中心距。
2.多绳摩擦式提升机的结构
多绳摩擦式提升机的结构如图5-1-9所示。
摩擦提升机有塔式和落地式两种。
塔式布置紧凑省地,可省去天轮,全部载荷垂直向下,井塔稳定性好,钢丝绳不裸露在外经受风雨;
但井塔造价高,抗地震能力不如落地式。
我国生产的多绳摩擦式提升机主要有JkM系列,JKMD系列、JKD系列、JKMX系列、JKMXD系列。
3.主要部件结构
(1)主轴装置
多绳摩擦式提升机的主轴装置由主轴、摩擦轮、摩擦衬垫、滚动轴承、轴承座、轴承盖、轴承梁、固定块、压块、夹板、高强度螺栓组件等组成,如图5-1-10所示
井塔式与落地式的主轴装置不同之处仅在于:
井塔式的摩擦衬垫为单绳槽,而落地式的摩擦衬垫为双绳槽。
(2)摩擦轮
摩擦轮多采用整体全焊接结构,少数大规格提升机由于受运输吊装条件限制,需要做成两半剖分结构,在结合面处用定位销及高强度螺栓连接。
摩擦轮与主轴连接有两种方式,一种是采用单法兰、单面摩擦联接。
如图5-1-10中摩擦轮的右侧辐板与主轴法兰采用高强度螺栓单面摩擦联接,左侧轮毂与主轴采用过盈配合连接。
一般中、小规格的提升机采用此结构,厂家已装配好。
另一种是采用双法兰、双夹板、双面摩擦与主轴联接。
摩擦轮直径在4m以上的多采用这种结构。
(3)摩擦衬垫
摩擦衬垫的作用有三个:
一是保证衬垫与钢丝绳之间有足够的摩擦系数能传递一定的动力;
二是有效地降低钢丝绳张力分配不均;
三是起保护钢丝绳的作用。
上述作用中最主要的是保证摩擦系数。
目前国内主要采用聚氨酯衬垫和高性能摩擦衬垫,其摩擦系数分别为0.2、0.23和0.25。
(4)车槽装置
为了保证几根钢丝绳的绳槽处直径相等,以使各钢丝绳的张力均衡,多绳摩擦提升机设有车槽装置。
对于塔式多绳摩擦提升机,车槽装置设在摩擦轮的正下方,车刀数与绳槽数相等;
对于落地式多绳摩擦提升机,由于钢丝绳向上引出,直接安装车槽装置及操作都比较困难,可以采用双绳槽衬垫,车槽时用专用的拨绳装置将钢丝绳从要车的绳槽中拨到另一绳槽中工作,空出来的绳槽就可以车削、校正,这样车槽装置仍可放在摩擦轮下,但要求车刀能横向移动,以适应双槽车削。
(5)减速器
多绳摩擦提升机的减速器均采用同轴式功率分流齿轮减速器。
根据安装方式不同,又分弹簧基础和刚性基础两种。
弹簧基础减速器主要安装在井塔上,其低速联轴器一般为刚性法兰联轴器;
刚性基础减速器主要安装在地面,其低速联轴器一般为齿轮联轴器。
刚性基础减速器结构如图5-1-11所示,弹簧基础减速器结构如图5-1-12所示。
(6)钢丝绳张力平衡装置
多绳摩擦提升机上各钢丝绳的张力往往很难保持一致,其原因是:
1)材质及捻制工艺的不均造成每根钢丝绳刚度的偏差;
2)各绳槽直径车削的偏差;
3)安装误差造成各钢丝绳长度的偏差;
4)钢丝绳蠕动量(即变形)偏差。
改善各钢丝绳张力不平衡的措施有:
1)尽量消除各钢丝绳材质及捻制工艺的差异。
一组钢丝绳最好使用连续生产的制品。
2)定期及时车削绳槽。
3)采用张力平衡机构,各种张力平衡机构如图5-1-13所示。
4)定期调整钢丝绳张力,螺旋液压调绳器的结构如图5-1-14所示。
(四)深度指示器
1.深度指示器的作用
深度指示器有以下作用:
1)向司机指示容器在井筒中的位置;
2)容器接近井口停车位置时发出减速信号;
3)在减速阶段,通过限速装置进行限速保护;
4)通过过卷保护装置进行过卷保护。
深度指示器的种类有牌坊式和圆盘式两种。
2.牌坊式深度指示器
牌坊式深度指示器由传动装置和指示器两部分组成,两者通过联轴器相连接。
传动装置的结构如图5-1-15,
指示器的结构如图5-1-16。
牌坊式深度指示器的工作原理如图5-1-17所示。
提升机主轴的旋转运动由传动装置传给深度指示器,经过齿轮对带动丝杆,使两根丝杆以相反的方向旋转。
当丝杆旋转时,带有指针的两个梯形螺母也以相反的方向移动,即一个向上,一个向下。
丝杆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。
因此螺母上指针在丝杆上的位置也与容器位置相对应。
梯形螺母上不仅装有指针,另外还装有掣子和碰铁。
当提升容器接近井口停车位置时,掣子带动信号拉杆上的销子,将信号拉杆逐渐抬起,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,发出减速信号。
在信号拉杆旁边的立柱上安装有一个减速极限开关,当提升容器到达一定位置时,信号拉杆上的碰铁碰压减速极限开关的滚子进行减速,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极限开关压开,使提升机断电进行过卷保护。
信号拉杆上的销子可根据需要移动位置,减速极限开关和过卷极限开关的上下位置可以很方便地调整,以适应不同的减速距离和过卷距离的要求。
限速凸轮由蜗轮,通过限速变阻器或自整角机进行限速保护。
在一次提升过程中每个凸轮的转角应在270°
~330°
范围内。
3.圆盘式深度指示器
圆盘式深度指示器也是由传动装置和指示器两部分组成,但两部分之间靠自整角机连接。
圆盘式深度指示器的传动装置如图5-1-18所示。
它由传动轴2、更换齿轮1、蜗杆蜗轮12、左右限速圆盘14、15、机座等组成。
提升机主轴的转动通过传动轴2、更换齿轮1、蜗杆蜗轮12带动左右限速圆盘旋转。
左右限速圆盘上均装有碰板7和限速凸轮板9,但方向相反,对应提升机的正、反转,每次只有一个圆盘起作用。
机座两侧与左右限速圆盘对应位置安装有减速开关6、过卷开关3和限速自整角机13。
通过限速圆盘上的碰板碰压减速开关、过卷开关发出减速信号和进行过卷保护。
通过限速凸轮板带动限速自整角机13进行限速保护。
同时,提升机主轴的转动通过传动轴、更换齿轮、蜗杆、齿轮带动自整角机发送机10发出提升容器位置信号,经导线传送给指示器上的自整角机接收机。
圆盘指示器的结构如图5-1-19所示。
它由指示圆盘1、精针2、粗针3、有机玻璃罩4、接收自整角机5、停车标记6、齿轮7、外壳8等组成。
接收自整角机5接收到来自发送自整角机的信号后,经过三对减速齿轮带动粗针转动,进行粗针指示。
经过一对减速齿轮带动精针转动,进行精针指示。
指示圆盘上有两条环形槽,槽中备有数个红、绿色橡胶标记,用来表示减速或停车位置。
(五)
制动装置
制动装置的作用是:
1)在正常工作中减速或停车时对提升机进行制动,即工作制动;
2)在发生紧急事故时对提升机进行制动,即安全制动;
3)在进行调绳时对活滚筒进行制动,即调绳制动。
制动装置由盘式制动器(盘形闸)和液压站两部分组成。
1.盘式制动器(盘形闸)的结构原理
盘式制动器的结构如图5-1-20所示。
它由闸瓦26、带筒体的衬板25、碟形弹簧2和液压组件、连接螺栓12、后盖11、密封圈13、制动器体1等组成。
液压组件由挡圈4、骨架式油封5、YX形密封圈22、8、液压缸21、调整螺母20、活塞10、密封圈14、16、17、液压缸盖9等组成。
液压组件可单独整体拆下并更换。
盘式制动器的制动力矩是靠闸瓦沿轴向从两侧压向制动盘产生的,为了使制动盘不产生附加变形,主轴不承受附加轴向力,盘式制动器都是成对使用,每一对为一副。
根据所需制动力矩的大小,一台提升机可以同时布置两副、四副或多副。
盘式制动器是由碟形弹簧产生制动力,靠油压产生松闸力。
制动状态时,闸瓦压向制动盘的正压力大小取决于液压缸内油压的大小。
当缸内油压为最小值时,弹簧力几乎全部作用在闸瓦上,此时闸瓦压向制动盘的正压力最大,制动力矩也最大,呈全制动状态;
当缸内油压为液压系统整定的最大值时,碟形弹簧被压缩,弹簧力被液压力克服,闸瓦压向制动盘的正压力为零,呈松闸状态。
正压力与油压的关系如图5-1-21所示。
2.液压站
(1)液压站的作用是:
1)工作制动时产生不同的油压以控制盘式制动器获得不同的制动力矩;
2)安全制动时能控制盘式制动器的回油快慢以实现二级制动;
3)调绳制动时能控制盘式制动器闸住活滚筒,并控制调绳离合器的离、合,完成调绳。
(2)液压站的种类
由于提升机的不断更新换代,液压站的结构、性能和型号也在不断更新换代,现在有以下类型和型号的液压站:
1)电气延时实现二级制动的液压站,有B157、B159、TE130、TE131、TE132等。
其中TE130和B157的结构原理完全相同,用于JK型提升机;
TE131和B159的结构原理完全相同,用于多绳摩擦式提升机,B159与B157的差别是没有调绳制动部分。
TE132是在TE131的基础上增加了两个压力继电器和一个压力传感器,这是与采用PLC控制系统相配套的液压站。
2)液压延时实现二级制动的液压站,有TE002,用于JK型提升机;
TE003,用于多绳摩擦式提升机,TE003与TE002的差别是没有调绳制动部分。
(3)液压站的工作原理
1)B157液压站的工作原理
B157液压站的组成如图5-1-22所示。
该液压站有两台叶片泵,一台工作,一台备用,两台泵替换工作时,由液动换向阀13自动转接到系统。
◆工作制动
提升机正常工作时,电磁铁G3、G4、G5通电,G1、G2、G6断电,叶片泵4输出的压力油经过滤器5、液动换向阀13、电磁换向阀11、17进入各制动器,油压的大小通过司机操作制动手把控制电液调压装置6的电流大小来改变,从而达到调节制动力矩的目的。
同时压力油经减压阀9、单向阀10、进入蓄能器12,其压力由溢流阀8限定,达到一级油压值P1级。
◆安全制动
当提升机因故障进行安全制动时,电动机3断电,液压泵4停止供油,电液调压装置线圈、电磁铁G3、G4断电,固定滚筒制动器的压力油经电磁换向阀17迅速流回油箱,实施抱闸,实现一级制动。
活动滚筒制动器的压力油经电磁换向阀11一部分流到蓄能器12内,一部分经溢流阀8流回油箱,使活动滚筒制动器的油压保持为一级油压值P1级,暂时不能抱闸。
经延时继电器延时后,电磁铁G5断电复位,使活动滚筒制动器的油流回油箱,实施抱闸,实现二级制动。
◆调绳制动
调绳时要求活动滚筒处于制动状态,调绳离合器处于离开状态,而固定滚筒应处于松闸状态。
各阀的动作情况如下:
电磁铁G1、G2、G3、G4、G5、G6断电,盘式制动器全处于制动状态。
打开截止阀21,然后给G2通电,电磁换向阀18切换,压力油进入调绳离合器油缸离开腔,使活动滚筒与主轴脱开。
接着再给G3通电,使压力油进入固定滚筒制动器,解除对固定滚筒的制动,即可进行调绳。
调绳结束后,G3断电,固定滚筒制动,G2断电、G1通电,电磁换向阀18切换,压力油进入调绳离合器油缸合上腔,使活动滚筒与主轴接合。
然后G1断电,电磁换向阀18切换回中位,断开油路。
最后关闭截止阀21。
2)TE002液压站的工作原理
TE002液压站的组成如图5-1-23所示。
该液压站有两台叶片泵,一台工作,一台备用,两台泵替换工作时,由液动换向阀18自动转接到系统。
提升机正常工作时,电磁铁G3、G4、G5通电,G1、G2断电,叶片泵4输出的压力油经过滤器5、液动换向阀18、电磁换向阀15、20进入各制动器,油压的大小通过司机操作制动手把控制电液调压装置6的电流大小来改变,从而达到调节制动力矩的目的。
同时压力油经减压阀9、单向阀10、进入蓄能器13,其压力由溢流阀8限定,达到一级油压值P1级。
当提升机因故障进行安全制动时,电动机3断电,液压泵4停止供油,电液调压装置线圈、电磁铁G3、G4断电,固定滚筒制动器的压力油经电磁换向阀20迅速流回油箱,实施抱闸,实现一级制动。
活动滚筒制动器的压力油经液压延时阀11的“1”、“2”口一部分流到蓄能器12内,一部分经溢流阀8流回油箱,使活动滚筒制动器的油压保持为一级油压值P1级,暂时不能抱闸。
经液压延时阀延时后,阀11的“1”、“3”口连通,使活动滚筒制动器的油流回油箱,实施抱闸,实现二级制动。
电磁铁G1、G2、G3、G4、G5断电,盘式制动器全处于制动状态。
打开截止阀22,然后给G2通电,电磁换向阀21切换,压力油进入调绳离合器油缸离开腔,使活动滚筒与主轴脱开。
调绳结束后,G3断电,固定滚筒制动,G2断电、G1通电,电磁换向阀21切换,压力油进入调绳离合器油缸合上腔,使活动滚筒与主轴接合。
然后G1断电,电磁换向阀21切换回中位,断开油路。
最后关闭截止阀22。
这两种液压站在紧急情况下,井口二级制动解除,G5断电一级制动。
在井中G5通电二级制动。
(六)操纵台
操纵台结构如图5-1-24。
其上装有两个手把,即制动手把和操纵手把。
操作人员左手扳动的是制动手把,该手把的下面与自整角机(BD-404A型)相连。
当手把推到最前面(远离操作人员)时,自整角机的输出电压约为30V,输入到电液调压装置线圈的直流电流为最大(Imax=250mA),液压站油压为最大工作压力(约6MPa),提升机为全松闸状态。
当手把拉回到最后面(靠近操作人员)时,自整角机的输出电压为零,输入到电液调压装置线圈的直流电流为零,液压站油压为最小工作压力(约0.3MPa),提升机为全抱闸状态。
手把由全松闸位置到全抱闸位置的回转角度约为70°
,当手把位置在这个角度范围内改变时,自整角机的输出电压和输入到电液调压装置线圈的直流电流相应改变,盘形闸的制动力矩也相应改变。
操作人员右手扳动的是操纵手把,其作用是控制主电动机(即提升机)的启动、停止、调速、换向。
该手把的下部通过链条传动带动主令控制器,实现对电动机(即提升机)的控制。
当操纵手把处于中间位置时,主电动机断电停止转动;
当操纵手把向前推动离开中间位置时,提升机正向启动;
当操纵手把向后拉离开中间位置时,提升机反向启动。
操纵手把由中间位置向前推(或向后拉)的幅度越大,提升机的转速越大,直到全速。
当操纵手把由向前推(或向后拉)的极限位置返回中间位置时,提升机减速直至停车。
操纵台斜面上装有两个油压表、12个信号灯和若干个电表。
两个油压表中一个指示制动系统的油压,另一个指示润滑系统的油压。
信号灯由用户根据实际需要进行选用。
电表的数量、型号、量程由拖动方式及控制方式确定。
操纵台斜面中间装有圆盘深度指示器,当采用牌坊式深度指示器时,可选用不带圆盘深度指示器的斜面(如图)。
操纵台前平面左侧装有4个主令开关,中间装有4个转换开关,左右两侧还装有按钮,其数量由用户根据实际需要确定。
操纵台底部左侧装有一个踏板装置,供动力制动时使用。
右侧装有一个紧急脚踏开关。
当提升机运转中发生异常情况,操作人员可踩下紧急脚踏开关,对提升机进行紧急安全制动。
为了操纵方便和保证安全,制动手把下部还设有联锁装置,如图5-1-24中A-A剖视。
其作用是:
1)当制动手把处于全抱闸位置时,由于碰块触压行程开关2,使电液调压装置的线圈断电,主电动机不能通电。
其目的是防止电液调压装置的电气元件失灵造成线圈通电而松闸,或由于误操作使主电动机突然启动而烧坏。
2)当制动手把由全抱闸位置稍微向前推动,行程开关2即被释放,电液调压装置的线圈通电。
其目的是让操作人员能在提升机未配备微拖动装置时,通过施闸来控制容器爬行,抵达正确的停车位置。
3)当制动手把由中间位置推向全松闸位置时,由于碰块触压行程开关1,故提升机在全松闸状态时,允许操作人员将操纵手把推向高速运行位置。
反之,当制动手把由中间位置拉向全抱闸位置时,由于行程开关1被释放,这时即使操纵手把在主电动机全速运转位置,也不允许主电动机转子电阻全部切除,以防止提升机在制动的情况下高速运行。
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