ШАХТНАЯ ОДНОКАНАТНАЯ ПОДЪЕМНАЯ УСТАНОВКА
ONE-ROPE WINDER

Изобретение относится к шахтным вертикальным подъемным установкам и может быть использовано при проектировании канатного подъема на вновь строящихся шахтах и рудниках, а также при его реконструкции.
Известна шахтная одноканатная подъемная установка, содержащая двухбарабанный привод с головными канатами, соединенными с двумя подъемными сосудами, к донной части которых подвешен хвостовой уравновешивающий канат [1].
Данная подъемная установка наиболее распространена в горной практике, так как обеспечивает надежную без опасности проскальзывания передачу тягового усилия канатами и обладает высокой эксплуатационной надежностью. Основным недостатком такой установки являются ограниченные тяговая способность одноканатного барабанного привода и канатоемкость поверхности барабанов подъемных машин, что не позволяет ее использовать при большой грузоподъемности сосудов (скипов и клетей), а также при большой глубине шахтных стволов (высоте подъема).
Известна шахтная одноканатная подъемная установка, содержащая двухбарабанный привод с головными канатами, соединенными с двумя подъемными сосудами, к донной части которых подвешен хвостовой уравновешивающий канат, а также систему разгрузки головных канатов, состоящую из разгружающих (уравнительных) канатов, огибающих уравнительные шкивы с тормозными устройствами и присоединенных к балансирным подвесным устройствам сосудов [2].
Использование систем разгрузки головных канатов в известной подъемной установке позволяет снизить усилия в тяговых канатах, повысить ее надежность и упростить систему улавливания подъемных сосудов при обрыве головных канатов. Однако в данной подъемной установке не решена проблема повышения тяговой способности барабанного привода и увеличения канатоемкости барабанов подъемных машин, так как степень разгрузки канатов от концевого усилия снижается в процессе эксплуатации из-за отсутствия устройств, компенсирующих вытяжку разгружающих канатов.
Наиболее близкой по технической сущности к данному изобретению является шахтная одноканатная подъемная установка, содержащая двухбарабанный привод с головными канатами, соединенными с двумя подъемными сосудами, систему разгрузки головных канатов, состоящую из двух или четырех разгружающих канатов, огибающих соответственно два или четыре уравнительных шкива с тормозными устройствами и присоединенных к балансирным подвесным устройствам сосудов, уравнительные шкивы которой имеют пружинное основание на шахтном копре [3]. Данная подъемная установка принята нами в качестве прототипа.
Уравнительные шкивы этой подъемной установки укомплектованы тормозными устройствами, которые обеспечивают автоматическую блокировку шкивов при обрыве головного каната, исключая свободное перемещение (падение) груженого подъемного сосуда, что способствует повышению надежности и безопасности подъемной установки. Однако, обладая этим достоинством, данная подъемная установка имеет существенный недостаток - пружинное основание уравнительных шкивов, как компенсатор вытяжки разгружающих канатов, имеет ограниченные возможности. Пружины основания, будучи полностью сжатыми в начальный момент эксплуатации, с течением времени по мере вытяжки канатов разжимаются и усилие, передаваемое разгружающим канатам через уравнительные шкивы, уменьшается. Следовательно, уменьшается и степень разгрузки головных канатов от действия концевой нагрузки. При значительном удлинении разгружающих канатов, что следует ожидать на подъемных установках глубоких шахт, не исключается полное разжатие пружин и существенное ослабление этих канатов. Поэтому расчет головных канатов для такой подъемной установки следует производить по полной концевой нагрузке без учета уменьшающейся степени их разгрузки, а выбор подъемной машины будет производиться с учетом указанного максимального натяжения каната. Следовательно, система разгрузки головных канатов не обеспечивает увеличения тяговой способности и канатоемкости барабанов шахтной одноканатной подъемной установки с барабанным приводом.
Задачей изобретения является увеличение грузоподъемности и высоты подъема грузов шахтной одноканатной подъемной установкой с барабанным приводом за счет обеспечения постоянной величины натяжения разгружающих канатов.
Это достигается тем, что в шахтной одноканатной подъемной установке, содержащей двухбарабанный привод с головными канатами, соединенными с двумя подъемными сосудами, систему разгрузки головных канатов, состоящую из двух разгружающих канатов, огибающих два уравнительных шкива с тормозными устройствами и присоединенных к балансирным подвесным устройствам сосудов, система разгрузки головных канатов снабжена подвесной несущей рамой уравнительных шкивов, установленной в направляющих шахтного копра и соединенной с противовесами посредством канатов, перекинутых через дополнительные шкивы, которые жестко закреплены на копре. Кроме того, шахтная одноканатная подъемная установка снабжена демпфирующей опорной рамой, расположенной под подвесной несущей рамой и жестко закрепленной на копре.
На фиг.1 дана принципиальная схема шахтной одноканатной подъемной установки, на фиг.2 показано размещение системы разгрузки головных канатов на шахтном копре, на фиг.3 - размещение направляющих для подвесной несущей рамы уравнительных шкивов, а на фиг.4 - размещение дополнительных шкивов на подшкивной площадке копра.
Шахтная одноканатная подъемная установка (см. фиг.1) включает двухбарабанный привод 1 с двумя головными канатами 2, перекинутыми через направляющие копровые шкивы 3 и присоединенными к подъемным сосудам 4, к донной части которых подвешен уравновешивающий хвостовой канат 5, а также систему разгрузки головных канатов. Эта система состоит из двух уравнительных шкивов 6, закрепленных на подвесной несущей раме 7 и огибаемых двумя разгружающими канатами 8, присоединенными к подъемным сосудам при помощи подвесных устройств 9 балансирного типа. Подвесная несущая рама 7 уравнительных шкивов 6 соединена с противовесами 10 посредством удерживающих канатов 11, перекинутых через дополнительные шкивы 12. Уравнительные шкивы 6 снабжены тормозными устройствами 13. При необходимости количество разгружающих и удерживающих канатов соответственно 8 и 11 может быть увеличено (разгружающих - до четырех, удерживающих - до восьми). Увеличение количества канатов может быть обусловлено необходимостью уменьшения размеров соответственно уравнительных или дополнительных шкивов. При этом все дополнительные шкивы 12 жестко закреплены на шахтном копре 14, а именно - на его подшкивной площадке 15 (см. фиг.2 и 4). Подвесная несущая рама 7 установлена в направляющих проводниках 16 копра, которые фиксируют ее положение в горизонтальной плоскости (см. фиг.2 и 3). Перемещение подвесной несущей рамы 7 вниз ограничено демпфирующей опорной рамой 17, жестко закрепленной в копре. Тормозные устройства 13 установлены на дополнительной опорной раме 18 ниже демпфирующей опорной рамы 17. Противовесы 10, удерживающие подвесную несущую раму 7, размещены у основания копра (см. фиг.2 и 3).
Шахтная подъемная установка работает следующим образом.
При включении двухбарабанного привода 1 головной канат 2, присоединенный к нижнему загруженному в шахте (груженому) подъемному сосуду 4, навивается на поверхность одного из барабанов. Создаваемое путем навивки каната на барабан тяговое усилие передается груженому подъемному сосуду, который этим тяговым усилием приводится в движение снизу вверх. Одновременно другой головной канат 2, присоединенный к верхнему разгруженному на поверхности (порожнему) подъемному сосуду 4, свивается с поверхности другого барабана за счет тягового усилия, создаваемого силой веса движущегося сверху вниз порожнего сосуда. В результате этого компенсируется в приводе нагрузка, обусловленная собственным весом груженого подъемного сосуда. При глубине шахт (высоте подъема) более 600 м для компенсации нагрузки, обусловленной собственным весом головного каната, используют хвостовой уравновешивающий канат 5. В процессе работы подъемной установки разгружающие канаты 8 постоянно находятся в натянутом состоянии, передавая подъемным сосудам через подвесные устройства 9 разгружающие усилия, направленные вверх, уменьшая тяговые усилия в головных канатах. Разгружающие усилия в канатах 8 создают противовесами 10 через канаты 11, огибающие дополнительные шкивы 12 и присоединенные к подвесной несущей раме 7 уравнительных шкивов 6. Равномерное распределение нагрузок на разгружающие канаты обеспечивается балансирными подвесными устройствами 9. Силовой анализ статической устойчивости данной подъемной установки, выполненный по известной методике [2], показал, что величина разгружающего усилия не зависит от глубины шахты и равна весу хвостового каната и не менее 90% собственного веса груженого подъемного сосуда. Статическая концевая нагрузка на головной тяговый канат, являясь одинаковой при любом положении подъемного сосуда в шахтном стволе, равна весу размещаемого в подъемном сосуде полезного груза и 10% собственного веса подъемного сосуда. Динамические нагрузки, возникающие при пуске и останове подъемной установки, практически не уменьшают величину разгружаемого с головного каната тягового усилия, что подтверждено экспериментами на лабораторной модели шахтной подъемной установки.
В процессе эксплуатации подъемной установки разгружающие канаты вытягиваются, что приводит к их существенному удлинению, особенно при большой глубине шахты. Данное изобретение позволяет автоматически компенсировать возникающее удлинение разгружающих канатов за счет перемещения вверх подвесной несущей рамы 7 с уравнительными шкивами 6 под действием противовесов 10, обеспечивая постоянное натяжение разгружающих канатов. Вес каждого из двух противовесов равен 90% собственного веса подъемного сосуда и половине суммарного веса хвоствого каната, разгружающих канатов и подвесной рамы с уравнительными шкивами. При этом возможно выполнение погрузочно-разгрузочных работ с использованием посадочных кулаков и брусьев в пунктах погрузки и разгрузки подъемных сосудов. При аварийном обрыве головного каната на стороне груженого сосуда его вес полностью передается разгружающим канатам 8 и соответственно через уравнительные шкивы 6 на подвесную раму 7, которая автоматически перемещается вниз в направляющих 16, осаживаясь вначале на колодки тормозных устройств 13, а затем на демпфирующую опорную раму 17. Плавное торможение уравнительных шкивов 6 с последующей их блокировкой обеспечено посредством пружинного тормозного устройства 13. При этом существенно снижаются динамические нагрузи по сравнению с улавливанием срывающихся с головных канатов подъемных сосудов шахтными парашютами известных конструкций.
с
в
Как показывают расчеты, для двухсосудной подъемной установки, оборудованной подъемной машиной 2Ц-6×2,8у и угольными скипами с неподвижным кузовом СН грузоподъемностью 21 т (β=1 - относительная масса скипа), предельная глубина шахты по допустимому статическому натяжению канатов составляет 720 м с реализацией тягового усилия канатом ТЛК-О ГОСТ 3079-80 с линейной массой 19,2 кг/м и диаметром 71 мм (σ=1770 МПа - временное сопротивление разрыву проволок каната). Если на аналогичной подъемной установке использовать систему разгрузки в соответствии со схемой, представленной на фиг.1, линейная масса тягового каната той же марки составит 13,95 кг/м при диаметре 62 мм. Предельная глубина шахты по допустимому статическому натяжению каната в этом случае составит 1790 м. Канатоемкость барабанов подъемной машины 2Ц-6×2,8у с двухслойной навивкой обеспечивает предельную глубину 1450 м. Таким образом, использование системы разгрузки в рассмотренном примере позволяет увеличить предельную глубину шахты для подъемных машин 2Ц не менее чем в 2 раза с сохранением грузоподъемности подъемной установки.
Предельная грузоподъемность шахтной одноканатной двухскиповой установки с подъемной машиной 2Ц-6×2,8у при глубине шахтного ствола 720 м составляет 21.1 т. Данное изобретение позволяет при такой же глубине шахтного ствола увеличить грузоподъемность установки до 31,5 т, т.е. на 50%.
Возможно также одновременное увеличение грузоподъемности с увеличением глубины шахтного ствола. Так, при увеличении глубины шахтного ствола с 720 до 900 и 1000 м предельная грузоподъемность двухскиповой установки с подъемной машиной 2Ц-6×2,8у увеличивается с 21,1 т соответственно до 29,1 и 27,8 т.
Источники информации
1. Бежок В.Р., Дворников В.И., Манец И.Г., Пристром В.А. Шахтный подъем. / Общ. ред. Грядущий Б.А., Корсун В.А. - Донецк: ООО «Юго-Восток Лтд), 2007. - С.12-15.
2. Гришко А.П. Стационарные машины. Том 1. Рудничные подъемные установки. - М.: Горная книга, 2008. - С.272-278.
3. Патент CN 101723219 А - 2010-06-09. XIN GE, XIAOFENG KONG, СНАОВО LI, JIANLONG LI, ZHONGHAI WU, HUIPENGZHANG, CHENG-TIAN ZHANG, WENFEI ZHAO. Mine sinle-rope hoisting balance wheel brake rope anti-case-crashing device - (прототип). Устройство предотвращения падения подъемных сосудов шахтных одноканатных подъемных установок с уравнительными шкивами.