РОЛИКОВОЕ НАПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШАХТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ СОСУДОВ

Заявляемая полезная модель относится к конструктивным элементам подъемников и может быть использована в качестве направляющего устройства, устанавливаемого на подъемных сосудах, перемещаемых в вертикальных стволах по проводникам.
Для плавного движения подъемных сосудов параллельно оси ствола шахты применяют металлические или деревянные проводники, закрепленные вдоль ствола. Обычно, для каждого подъемного сосуда имеется по два проводника, расположенных по отношению к подъемному сосуду с одной или двух длинных его сторон. По проводникам движутся направляющие устройства, закрепленные на подъемных сосудах, в частности роликовые направляющие устройства. Роликовые направляющие устройства, по настоящей полезной модели предназначены для направления движения шахтных подъемных сосудов (скипов СН19,5; СН35, клетей, противовесов) в вертикальных стволах по двухсторонним металлическим коробчатым или деревянным проводникам.
С появлением глубоких шахт, стволы которых были оснащены подъемными установками грузоподъемностью более 15 т и скоростью движения подъемных сосудов более 12 м/с, появилась необходимость в оснащении этих стволов коробчатыми проводниками, выполненными из тонкостенного профиля. Для направления движения сосудов по таким проводникам были разработаны направляющие устройства типа НКК [1], состоящие из блока трех роликов с резиновыми ободьями. Каждый ролик в блоке имеет независимую рычажную подвеску со специальным резиновым амортизатором, которые значительно снизили механический износ проводников. При этом следует учитывать, что износ проводников приводит к преждевременному выходу их из строя, а замена проводников - процесс трудоемкий и требует значительных капиталовложений. Решение данной проблемы позволит свести эти затраты к минимуму.
Практика показала, что именно роликовые направляющие устройства являются единственно целесообразными для направления быстродвижущегося подъемного сосуда по коробчатым проводникам с тонкостенным профилем. Однако, с развитием конструкций подъемных сосудов, связанным, в том числе, с увеличением грузоподъемности и скорости перемещения в стволе, возникала потребность в усовершенствовании конструкции направляющих устройств. В основном, усовершенствования были направлены на разработку оптимальной конструкции ролика [2-4], на стабилизацию положения ролика [5, 6] в процессе перемещения по проводнику, а также на комплексную проработку всех основных составных частей роликового направляющего устройства [7].
Наиболее близким к заявляемому по совокупности общих технических признаков является роликовое направляющее устройство, состоящее из трех - левой, правой и лобовой, роликовых опор, каждая из которых включает связанные между собой ролик, рычаг, подшипниковую опору с опорной пластиной и амортизатор [8]. В описанной конструкции с помощью пружинного амортизатора происходит позиционирование подъемного сосуда (клети, противовеса или скипа) в процессе обкатывания роликом поверхности коробчатого проводника. Благодаря пружине амортизатора и резиновому бандажу ролика, при направлении движения подъемного сосуда происходит сглаживание неровностей и стыков коробчатых проводников. Однако использование в конструкции цилиндрической пружины в таком исполнении, когда нет «ограничителей» работы пружины на сжатие, а также искривления относительно оси в случае резких (ступенчатых) изменений положения ролика, например при возникновении аварийных ситуаций, значительно снижает надежность таких устройств.
Задачей полезной модели является разработка конструкции роликового направляющего устройства для шахтных подъемных сосудов, которое обеспечивало бы высокую надежность позиционирования роликов, а следовательно, и подъемного сосуда, обеспечивая безаварийное движение подъемного сосуда в вертикальном стволе шахты. Кроме того, конструкция роликового направляющего устройства должна обеспечить сохранность проводников даже в случае аварийного неконтролируемого падения подъемного сосуда по стволу шахты, продлевая тем самым срок службы проводников.
Поставленная задача решается заявляемым роликовым направляющим устройством для шахтных подъемных сосудов, состоящим из левой, правой и лобовой роликовых опор, каждая из которых включает связанные между собой ролик, рычаг, подшипниковую опору с опорной пластиной и амортизатор. Поставленная задача решается за счет того, что ролик состоит из корпуса с размещенными в нем двумя подшипниками качения, установленными на оси ролика, массивной шины, неподвижно насаженной на корпус, и крышки, закрепленной на корпусе с возможностью ограничения осевого положения массивной шины. Подшипниковая опора состоит из корпуса с опорной пластиной и крышкой и неподвижно размещенного в корпусе подшипника скольжения, установленного с возможностью свободного вращения в нем оси подшипниковой опоры. Амортизатор состоит из размещенных в трубчатом корпусе цилиндрической винтовой пружины, установленной с упором на нижнюю обойму со стороны опорной пластины и верхнюю обойму со стороны рычага, буферного элемента, расположенного внутри пружины с упором на нижнюю обойму, и устройства регулировки жесткости пружины, расположенного в верхней обойме.
В заявленной конструкции стабильное положение ролика, в том числе массивной шины, неподвижно насаженной на корпус, относительно оси вращения ролика при любых изменениях рельефа поверхности проводника, а также свободное вращение ролика обеспечиваются, в том числе, наличием двух радиально-упорных подшипников качения, установленных на оси ролика, и крышки, закрепленной на корпусе.
Предложенные особенности конструкции амортизатора, с одной стороны, исключают недопустимые деформации цилиндрической винтовой пружины за счет наличия трубчатого корпуса и ограничителей осевого положения в виде нижней и верхней обойм, а также буферного элемента. С другой стороны, обеспечивает возможность простой и удобной регулировки амортизатора, обеспечивающего заданное усилие прижима ролика к проводнику, за счет устройства регулировки жесткости пружины, расположенного в верхней обойме.
Предложенные особенности конструкции подшипниковой опоры (в частности, наличие подшипника скольжения, установленного с возможностью свободного вращения на оси подшипниковой опоры) в сочетании с описанными выше особенностями конструкции амортизатора обеспечивает плавную балансировку Г-образного рычага, связанного с подшипниковой опорой и амортизатором, и, тем самым, «гашение» колебаний ролика, также связанного с рычагом.
В предпочтительных формах реализации заявляемого устройства подшипники качения, закреплены с осевым зазором на оси ролика со стороны крышки ролика посредством установочной гайки и шплинта. При этом между подшипниками качения, предпочтительно, установлено дистанционное кольцо.
Подшипники качения, предпочтительно, могут быть выполнены в виде радиально-упорных роликовых подшипников.
В корпусе ролика со стороны, противолежащей крышке, предусмотрено отверстие с манжетным уплотнением, при этом на оси ролика, в месте контакта манжеты с осью, может быть установлена хромированная втулка, которая предназначена для значительного снижения коррозии в месте контакта манжеты с осью, что, в свою очередь, значительно увеличивает срок службы манжеты.
В предпочтительных формах реализации заявляемого устройства в крышке ролика и в крышке подшипниковой опоры выполнено, по меньшей мере, по одному отверстию для стравливания давления, снабженному заглушкой.
В предпочтительных формах реализации заявляемого устройства подшипник скольжения зафиксирован на оси подшипниковой опоры от осевых сдвигов посредством, с одной стороны, установочной гайки, расположенной со стороны крышки подшипниковой опоры, а, с другой стороны, элементом корпуса с отверстием и манжетным уплотнением, при этом на оси подшипниковой опоры, в месте контакта манжеты с осью, установлена хромированная втулка. При этом подшипник скольжения, предпочтительно, выполнен в виде втулки из антифрикционного материала, предпочтительно из антифрикционного чугунного сплава.
В предпочтительных формах реализации заявляемого устройства устройство регулировки жесткости пружины выполнено составным и включает, по меньшей мере, соосно ввинчиваемые в верхнюю обойму регулировочную гайку, болт с проушиной и контргайку.
В соответствии с различными предпочтительными формами реализации заявляемого устройства буферный элемент может быть выполнен в виде резинового полнотелого цилиндра, а рычаг выполнен из листовой стали.
Упомянутые выше и другие особенности и преимущества заявляемого роликового направляющего устройства далее будут рассмотрены более подробно на примерах некоторых предпочтительных, но не ограничивающих форм реализации со ссылками на позиции фигур чертежей, на которых схематично представлены:
Фиг.1 - общий вид заявляемого роликового направляющего устройства с фрагментом проводника;
Фиг.2 - вид спереди устройства по Фиг.1;
Фиг.3 - вид сверху устройства по Фиг.1;
Фиг.4 - вид спереди левой роликовой опоры по Фиг.1 с местным вырезом;
Фиг.5 - вид в разрезе ролика по Фиг.4;
Фиг.6 - вид спереди амортизатора по Фиг.4 с местным вырезом;
Фиг.7 - вид сбоку опоры по Фиг.4.
На Фиг.1 схематично изображен общий вид заявляемого роликового направляющего устройства с фрагментом проводника, а на Фиг.2 и 3 вид спереди и вид сверху, соответственно, устройства. Роликовое направляющее устройство состоит из левой 1, правой 2 и лобовой 3 роликовых опор, расположенных таким образом, что при движении подъемного сосуда (на чертежах не изображен) они охватывают проводник 4 с трех сторон. Каждая роликовая опора 1, 2, 3 состоит из ролика 5, подшипниковой опоры 6 и амортизатора 7, связанных между собой рычагом 8. Подшипниковая опора 6 и амортизатор 7 установлены на опорной пластине 9.
На Фиг.4 схематично изображена в виде спереди левая роликовая опора 2 (с местным вырезом). Опора 3 роликовая правая и опора 4 роликовая лобовая конструктивно выполнены аналогично опоре 2 роликовой левой. Отличие заключается в зеркальном исполнении опоры 6 и рычага 8.
На Фиг.5 схематично в разрезе изображен ролик 5. Ролик 5 состоит из корпуса 10 с размещенными в нем двумя подшипниками 11 качения (радиально-упорные роликовые подшипники), установленными на оси 12 ролика, массивной шины 13, неподвижно насаженной на корпус 10, и крышки 14, закрепленной на корпусе 10 при помощи болтов (позицией на чертеже не обозначены) с возможностью ограничения осевого положения массивной шины. Корпус 10 вместе с шиной 13 выполнен в возможностью вращения на подшипниках 11, закрепленных на оси 12 с помощью гайки и шплинта (на чертеже позицией не обозначены) с осевым зазором 0,25…0,4 мм. Между подшипниками установлено дистанционное кольцо 15.
На Фиг.6 схематично изображен вид спереди амортизатора 7 с местным вырезом. Амортизатор 7 состоит из размещенных в трубчатом корпусе (стакане) 16 цилиндрической винтовой пружины 17, установленной с упором на нижнюю обойму 18 со стороны опорной пластины 9 и верхнюю обойму 19 со стороны рычага 8, буферного элемента 20, расположенного внутри пружины 17 с упором на нижнюю обойму 18, и устройства 21 регулировки жесткости пружины 17, расположенного в верхней обойме 19. В представленном на Фиг.6 примере реализации устройство 21 регулировки жесткости пружины 17 выполнено составным и включает соосно ввинчиваемые в верхнюю обойму 19 регулировочную гайку 22, болт 23 с проушиной 24 и контргайку 25. Буферный элемент 20 выполнен в виде резинового полнотелого цилиндра. Проушина 24 выполнена с возможностью крепления амортизатора 7 к рычагу 8 роликовой опоры 1 (2, 3), а нижняя обойма 2 выполнена с возможностью крепления амортизатора 7 к проушинам опоры 6 роликовой опоры 1 (2, 3).
На Фиг.7 схематично изображен вид сбоку подшипниковой опоры 6. Подшипниковая опора 6 состоит из сварного корпуса 26 с опорной пластиной 9 и крышкой 27 и размещенного (неподвижно установленного) в корпусе 26 вкладыша в виде подшипника 28 скольжения, установленного с возможностью свободного вращения в нем оси 29 подшипниковой опоры 6.
Подшипниковая опора 6 является основным несущим элементом роликовой опоры 1 (2, 3) и предназначена для жесткой фиксации роликовой опоры 1 (2, 3) на кронштейнах (на чертежах не изображены) подъемного сосуда, а также воспринимает всю нагрузку от действия сил, возникающих при движении сосуда по стволу. Подшипник 28 скольжения зафиксирован на оси 29 подшипниковой опоры от осевых сдвигов посредством, с одной стороны, установочной гайки 30, расположенной со стороны крышки 27 подшипниковой опоры 6, а, с другой стороны, элементом корпуса с отверстием и манжетным уплотнением (на чертежах позицией не обозначены). Подшипник скольжения в представленной на Фиг.7 примере реализации выполнен в виде втулки из антифрикционного материала, предпочтительно из антифрикционного чугунного сплава. Крышка 27 зафиксирована на корпусе 26 с помощью болтов и шайб (на чертежах позицией не обозначены). Ось 29, закрепленная с помощью гайки и шплинта (на чертежах позицией не обозначены) с осевым зазором 0,5…1,0 мм.
К крышке 14 ролика 5 и в крышке 27 подшипниковой опоры 6 выполнено по одному отверстию 31, 32, соответственно, для стравливания давления, снабженному заглушкой, например в виде винта.
Рычаг 8 имеет, в основном, Г-образную форму и выполнен из листовой стали.
Заявляемое роликовое направляющее устройство работает следующим образом. Для направления движения подъемного сосуда, как правило, используется четное количество комплектов заявляемых роликовых направляющих устройств.
Как уже было упомянуто выше, роликовые направляющие устройства состоят из отдельных сборочных единиц - роликовых опор 1 (2, 3). Общая и поузловая сборка роликовых опор производится на заводе-изготовителе. Там же, на заводе-изготовителе, смазываемые полости заполняются высококачественной пластинчатой смазкой «БУКСОЛ» на весь срок эксплуатации (примерно один год). Установка роликовых направляющих устройств осуществляется на месте эксплуатации. Роликовые направляющие устройства устанавливают на подъемный сосуд с обеспечением перекатывания каждого ролика 5 по проводнику 4 без скольжения. Ролики 5 устанавливают перпендикулярно к плоскости проводника, что обеспечивает касание проводника и шины 13 по всей ширине последней. Рычаг 8 каждого ролика 5 при этом должен занимать вертикальное положение. Высота пружин 17 амортизаторов 7 должна обеспечивать равномерное прижатие роликов 5 к проводникам 4. Регулировка пружины 17 производится посредством регулировочной гайки 22 с последующим зажимом ее контргайкой 25.
В процессе вертикального перемещения в стволе шахты по проводникам 4 для каждой роликовой опоры 1 (2, 3) корпус 10 ролика 5 с насаженной шиной 13 свободно вращается на радиально-упорных роликовых подшипниках 11, установленных на оси 12. Ось 12 ролика закреплена консольно в верхнем коническом отверстии соответствующего рычага 8 при помощи гайки и шплинта 10. Рычаг 8 нижним коническим отверстием закреплен на оси 29 соответствующей подшипниковой опоры 6 при помощи гайки 7 и шплинта 10 и свободно вращается вместе с осью 29, закрепленной в подшипнике 28 скольжения. Прижатие ролика 5 к проводнику 4 осуществляется при помощи амортизатора 7, закрепленного в проушинах рычага 8 и опорной пластины 9 при помощи оси, шайбы и шплинта (на чертежах позицией не обозначены).
Ролик 5 в составе роликовой опоры 1 (2, 3) обеспечивает прямолинейное движение подъемного сосуда по стволу и частично гасит колебания, возникающие при движении, а также поглощает удары на стыках проводников 4.
Как уже было упомянуто выше, ролик 5 представляет собой массивную шину 13, неподвижно насаженную на корпус 10 и прижатую крышкой 14 при помощи болтов. Корпус 10 вместе с шиной 13 вращается на радиально-упорных роликовых подшипниках 11, закрепленных на оси 12 с помощью гайки и шплинта с осевым зазором 0,25…0,4 мм. Между подшипниками установлено дистанционное кольцо 15. Для фиксации оси 12 от поворота в рычаге 8 роликовой опоры 1 (2, 3), на конце оси 12 установлена шпонка, зафиксированная винтом. Удержание смазки в корпусе 10 ролика 5, а также защита от попадания пыли и влаги осуществляется крышкой 14 с прокладкой с одной стороны и манжетой с другой стороны. На оси 12, в месте контакта манжеты с осью, установлена хромированная втулка (позицией на чертеже не обозначена), которая предназначена для значительного снижения коррозии в месте контакта манжеты с осью, что, в свою очередь, значительно увеличивает срок службы манжеты. Винт, установленный в отверстии 31, предназначен для устранения разрежения, возникающего в корпусе 10 ролика 5 при снятии крышки 14 для обслуживания подшипников.
По мере износа шины 13 ролик 5 поджимается к проводнику 4 путем регулировки пружины 17 амортизатора 7. При значительном износе шины ролик 5 заменяют вместе с осью 12 на резервный, а изношенную шину 13 заменяют на новую с последующей ревизией подшипников 11 и заменой смазки.
Амортизатор 7 предназначен для гашения колебаний, возникающих при движении подъемного сосуда по стволу, а также поглощает удары, возникающие на стыках проводников 4. Основными элементами амортизатор 7, гасящими колебания и поглощающими удары, являются цилиндрическая винтовая пружина 17 и резиновый буферный элемент 20, размещенные в трубчатом корпусе 16 между нижней 18 и верхней 19 упорными обоймами. Верхняя обойма 19 крепится посредством проушины 24 болта 23 к рычагу 8, а нижняя 18 - к опоре 9. Высота пружины 17, как уже было упомянуто, отрегулирована с таким расчетом, чтобы она постоянно прижимала ролик 5 к проводнику 4 и уменьшала, тем самым, свободное раскачивание подъемного сосуда. Регулировка пружины 17 производится посредством регулировочной гайки 22 с последующим зажимом ее контргайкой 25. Резиновый буферный элемент 20 включается в работу при сильных толчках, которые возникают на неровностях, выступах и стыках проводников 4. Наличие упругих элементов (пружины 17 и буферного элемента 20) в амортизаторе 7 позволяет значительно уменьшить воздействие толчков на подъемный сосуд и армировку ствола, а также обеспечить плавное движение подъемных сосудов.
С помощью амортизатора также осуществляется центровка подъемного сосуда относительно оси навески каната в стволе для обеспечения проектных зазоров между рабочими поверхностями проводников 4 и предохранительных башмаков. Для надежной работы амортизатора пальцевые шарнирные соединения завтуленны полимером с добавлением графита (антифрикционное действие), пальцы обязательно при сборке смазываются молибденовой смазкой.
Подшипниковая опора 6 (левая или правая) является основным несущим элементом роликовой опоры 1 (2, 3) и предназначена для жесткой фиксации роликовой опоры 1 (2, 3) на кронштейнах подъемного сосуда, а также воспринимает всю нагрузку от действия сил, возникающих при движении сосуда по стволу. Как уже было упомянуто выше, подшипниковая опора 6 представляет собой сварной корпус 26, в котором неподвижно установлен вкладыш в виде подшипник 28 скольжения, выполненный из антифрикционного материала, и закрытый крышкой 27 с помощью болтов и шайб. В подшипнике 28 свободно вращается ось 29, закрепленная с помощью гайки и шплинта с осевым зазором 0,5…1,0 мм. Для фиксации оси 29 от поворота в рычаге 8 роликовой опоры 1 (2, 3), на конце оси 29 установлена шпонка, зафиксированная винтом. На оси 29, в месте контакта манжеты с осью, также установлена хромированная втулка (позицией на чертеже не обозначена), которая предназначена для значительного снижения коррозии в месте контакта манжеты с осью, что, в свою очередь, значительно увеличивает срок службы манжеты. Удержание смазки в корпусе 26 подшипниковой опоры 6, а также защита от попадания пыли и влаги осуществляется крышкой 27 с прокладкой с одной стороны и манжетой с другой стороны. Винт, установленный в отверстии 32, предназначен для устранения разрежения, возникающего в корпусе 26 подшипниковой опоры 6 при снятии крышки 27 для обслуживания подшипника 28 скольжения.
В основании опорной пластины 9 имеются пазы (на чертежах позициями не обозначены, обеспечивающие правильную установку и крепление роликовой опоры 1 (2, 3) на кронштейнах подъемного сосуда относительно проводника 4, а также облегчающие центровку подъемного сосуда относительно оси навески каната в стволе.
Рычаг 8 предназначен для передачи колебаний и ударов, возникающих при движении подъемного сосуда по стволу, от ролика 5 на соответствующий амортизатор 7. Как правило, рычаг 8 Г-образной формы выполнен из листового материала. В верхней и нижней частях рычага 8 имеются конические отверстия для крепления оси 12 ролика и оси 29 подшипниковой опоры 6. Также в рычаге 8 имеются проушины с отверстиями для крепления осью верхней части (проушины 24) амортизатора 7.
Уход и надзор за роликовыми направляющими заключается в проверке состояния и работоспособности всех узлов и деталей, своевременного ремонта и замене изношенных и поврежденных узлов (деталей), смазке и очистке.
Источники информации.
1. Братченко Б.Ф. Стационарные установки шахт. М.: Недра, 1977, стр.400-401.
2. Патент UА №18225U, опубл. 15.11.2006.
3. А.с. SU №1440835 А1, опубл. 30.11.1985.
4. А.с. SU №1512902 А, опубл. 07.10.1989.
5. А.с. SU №1074797 А, опубл. 23.02.1984.
6. А.с. SU№950649, опубл. 15.08.1982.
7. Соломенцев К.А. Усовершенствованные роликовые направляющие устройства для шахтных сосудов с коробчатыми проводниками. Проблеми експлуатацiï обладнання шахтних стацiонарних установок. Сборник научных работ НИИГМ им. М.М. Федорова. Донецк. 2008-2009 (вып. №№102-103), стр.208-213.
8. Разработка рудных месторождений Научно-технический сборник. Криворожский технический университет. Кривой Рог, 2010 (вып.№93), стр.85-87.