毕业设计（论文）-单绳缠绕式提升机调绳技术.doc

摘 要主井提升系统是沿井筒提升煤炭的大型机械设备，它是矿山井下生产系统和地面工业广场相联接的枢纽，是矿山运输的咽喉，在矿山生产的全过程中占有及其重要的地位。目前，多数矿山主井采用的是单绳双筒缠绕式提升机，在使用过程中，当提升水平发生变化或由于钢丝绳的弹性伸长量过大使得提升容器不能准确停车时，都需使用调绳离合器来调节钢丝绳的长度。安全、快速、正确的调绳对于矿山的发展具有重要的经济效益和安全效益。关键词：单绳提升机；双筒；调绳；缠绕式。目 录引 言11主井单绳双筒缠绕式提升机的应用概况22单绳缠绕式提升机的主要结构和工作原理32.1主轴装置32.1.1主轴32.1.2卷筒32.1.3主轴承42.2盘型制动器装置42.3编码器装置52.4齿轮联轴器52.5操作台63调绳结构及步骤73.1调绳结构及工作原理73.1.1调绳结构73.1.2工作原理83.2调绳步骤83.2.1调绳准备83.2.2调绳操作83.2.3恢复正常工作阶段83.3调绳过程中的联锁保护93.4调绳离合器故障和处理措施93.5调绳过程中危险源辨识及控制办法104结论11参考文献12致谢13 引 言煤炭是我国的主要能源，又是重要的化工原料。煤炭工业作为我国的重要能源工业，建国60多年来，为推动和保证国民经济的发展，取得了举世瞩目的伟大成就。我国煤炭产量位居世界前列，原煤产量从1949年的3亿吨到1992年已突破11亿吨，跃居世界产煤大国之行列1。近年来，我国煤炭产量稳步增长，平均每年增长2亿吨左右。2009年，我国煤炭产量为30.5亿吨，这是我国煤炭产量历史上第一次超过30亿吨，2013年我国煤炭产量已达37亿吨。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求，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2。特别是主井提升系统作为煤矿运输系统的咽喉，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。目前，我国多数矿山主井使用的是单绳缠绕式提升机，该提升机具有原理可靠、使用历史悠久；单根钢丝绳带容器，没有钢丝绳张力不均衡的问题；钢丝绳上张力变化幅度小；可调节两卷筒的相对绳长，适用于多水平提升；单根钢丝绳，悬挂、调整、维护、更换操作简单方便。但根据煤矿安全规程，单绳缠绕式提升机每季度必须调整提升钢丝绳与滚筒的啮合点3。另外，在实际生产过程中，当提升水平发生变化或由于钢丝绳的弹性伸长量过大使得提升容器不能准确停车时，都需使用调绳离合器来调节钢丝绳的长度。本文以煤矿主井单绳双筒缠绕式提升机（型号为2JK-42.1）为例对该提升机调绳技术进行研究分析。11新庄煤矿主井单绳双筒缠绕式提升机的应用概况煤矿主井使用的单绳双筒缠绕式提升机型号为2JK-42.1，该提升机由动力系统、传动系统、工作系统、制动系统、控制操纵系统、指示保护系统等及其附属部分组成。它以电动机为动力源，通过行星减速器、主轴装置构成了该提升机高效的传动系统和工作系统。由液压站、制动器装置构成了该提升机可靠的制动系统；由隔爆型液压站、制动器装置构成了该提升机安全、可靠的制动系统；由操纵台、电气控制设备构成了本产品完备的控制操纵系统；由深度指示器、测速发电机、编码器装置等构成了该提升机完善的指示、保护系统。该提升机工作原理：钢丝绳的一端用钢丝绳夹持固定在卷筒幅板上，另一端经卷筒的缠绕后，通过井架天轮悬挂提升容器。这样，利用主轴旋转分别将固定卷筒和游动卷筒上的钢丝绳缠上或放松，以完成提升或下降的工作。煤矿主井提升每小时38钩，每天运行22小时，每箕斗满载重量15吨，钢丝绳经过长期满负荷运行后会伸长(钢丝绳的伸缩量约1/100)，使得提升机不能准确停车，这就需要定期通过调绳离合器来调节钢丝绳的长度。22单绳缠绕式提升机的主要结构和工作原理2.1主轴装置主轴装置主要由主轴、卷筒、支轮、轴承、轴承座等组成，如图1所示。图1 单绳双筒缠绕式提升机主轴装置1、左轴承座 2、调心滚子轴承 3、调绳装置 4、游动卷筒 5、铜瓦 6、固定卷筒 7、圆锥齿轮 8、右轴承座2.1.1主轴主轴为主要受力件和关键件，采用优质碳素结构钢制成。固定卷筒的左右支轮热装在主轴上。2.1.2卷筒2JK-42.1系列采用两瓣装配式塑衬卷筒，现场安装时只需要用固定螺栓固定即可，卷筒与固定盘的连接采用了高强度螺栓连接，现场安装时需用随机专配的扭力扳手。卷筒上钢丝绳的出绳方向和出绳口位置的确定：本产品固定卷筒的钢丝绳在3上侧出绳，游动卷筒的钢丝绳在下侧出绳，根据提升高度确定钢丝绳的缠绕层数在1.25-2.25时，为避免提升过程中两卷筒上的钢丝绳过分集中在主轴的中部，使主轴状态恶化，应使用左侧（即靠近游动卷筒一侧）的出绳孔，其余情况使用右侧出绳孔4。游动卷筒一般使用左侧出绳孔，即“右旋下出绳”。2.1.3主轴承主轴承采用双列向心球面滚子轴承，结构简单，传动效率高，承载力大，使用中只需定期加注润滑脂即可，减少了维修工作量。2.2盘型制动器装置盘型制动器装置与液压站组成了矿井提升机的制动系统，用于实现提升机的工作制动和安全制动。盘型制动器装置是制动系统的执行部件，它具有下列优点：体积小、重量轻、惯性小、动作快、可调性高、通用性高、基础简单、维修、调整方便。图2 盘型制动器装置1、制动器 2、闸瓦磨损指示器 3、支架 4、进油管 5、连接螺栓 6、油管 7、集油器盘型制动器的结构如图2所示，它由闸瓦、碟形弹簧、液压组件、带筒体的4衬板、密封圈和制动器等组成。它由碟形弹簧提供动力，用液压站提供的高压油来实现松闸。当从液压站输送来的高压油进入油腔Y时，活塞便带动闸瓦离开制动盘，碟形弹簧组受到压缩，闸瓦与制动盘间就有了间隙，制动器就处于松闸状态。当Y腔的高压油压力缓慢降低时，在碟形弹簧弹簧力的作用下，闸瓦逐渐向制动盘移动，当=0（即闸瓦贴紧制动盘，此时的油压值习惯上称为“贴闸皮”油压）后，若系统的油压继续降低，蝶形所剩余的弹簧力便开始逐渐作用于制动盘上，产生正压力N，当系统的油压降低到系统的最低值时（在液压站上的电机未停止时，P0MPa，一般约为0.5MPa）作用在制动盘上的正压力N达到最大值，闸瓦与制动盘间将产生的摩擦力即是提升机工作制动力，提升机处于正常工作制动状态5。制动力的大小可以通过改变液压系统的制动油压高低来调节。油压的变化受液压站的电液调压装置控制，而电液调压装置在手动操作方式时，又受操作台上制动手把的控制，在全自动化提升时电气控制系统的闭环控制。当提升机在提升过程中因突发事件需要紧急制动时，制动系统的油压值很快降到预先设定的某一值，延时预定的时间后，迅速降低至零，即P=0，这时制动器在制动盘上作用有最大的正压力N，此时闸瓦与制动盘之间的摩擦力是提升系统的最大制动力。液压组件由油缸、活塞、调整螺母、密封、油缸盖等组成。为保证制动器装置正常工作，在盘型制动器装置上装设有制动器限位开关。在使用过程中，一旦发生闸瓦磨损量超过规定值或碟簧疲劳断裂时，马上将故障讯号输入电控保护回路，在完成本次提升后，如不调节闸瓦间隙或更换碟簧，则下次提升不能进行。2.3编码器装置 为满足PLC和变频电控的需要，在主轴装置非传动侧配备了编码器装置，编码器的转速与提升机主轴相同，采用双编码器则采用了齿轮进行传动，传动齿轮的齿数为1:1。2.4齿轮联轴器该提升机在减速器与主机之间采用了齿轮联轴器，它主要由外齿轴承、内齿5圈、防尘密封圈等组成。该齿轮联轴器因采用外啮合的齿轮，所以传递扭矩大，并能补偿安装对两轴的微量偏斜和不同心，降低了安装难度，减少了维护工作量。2.5操作台操作台型号为JKD-GBP+DK，是电控系统的人机界面，担负着对提升机进行集中控制监视，参量信号显示的重任。在操作台的台面上，装有主要元件的标牌，如数字深度指示器、主令控制器、主令手柄、制动手柄、故障报警电铃及开关按钮指示仪表、指示灯等。在操作台内装有电源模块、CPU模块、PLC模块、电制动自整角机、脚踏制动开关等，外部接线全部集中在装于台体后下方的接线端子排处。数字式深度指示器由六位数字显示器组成，显示容器所处的位置，其具有四象限深度指示功能，即：井口停车点为0，停车点以上为+，表示过卷距离。停车点一下为-，表示容器在井筒中的位置。 深度指示器系统是矿井提升机重要的组成部分，其作用如下：为操作者（提升机司机）指示提升容器在井筒中的位置；向电气控制系统发送减速、过卷、停车等信号；在进入减速段运行时，对提升机提供限速保护；当需要解除二级制动时，向电控系统发送二级制动解除信号。63调绳结构及步骤3.1调绳结构及工作原理3.1.1调绳结构图3 调绳离合器结构和原理图1、电磁阀34D2-10BY 2、联锁阀 3、开关Q1 4、调绳油缸装置 5、开关Q2 6、移动毂 7、拨叉 8、齿块 9、内齿圈 10、开关Q3单绳双筒缠绕式提升机在使用过程中，当提升水平发生变化或由于钢丝绳的弹性伸长量过大使得提升容器不能准确停车时，都需使用调绳离合器来调节钢丝绳的长度。本产品2JK-42.1型所使用的是新型径向齿块式调绳离合器，如图3所示，其7特点是安全可靠，动作快速准确。该装置由齿块、齿圈、油缸、移动毂、连锁阀等组成。它的调绳精度达50毫米。3.1.2工作原理提升机正常工作时齿块与内齿圈处于啮合状态，驱动油缸的离、合腔通过电磁阀34D-108Y处于回油状态，进入驱动油缸的油路关闭，联锁阀锁闭，以保证齿块和内齿圈可靠地啮合6。3.2调绳步骤3.2.1调绳准备首先将操作台上的调绳转换开关扳至调绳位置，使安全电磁铁断电，提升机处于安全制动状态；接着使液压站上的电磁阀G2得电，高压油便先进入联锁阀，使联锁阀的柱销从活塞杆的凹槽中移出，然后高压油才可以进入驱动油缸的离开腔，推动活塞杆向左移动，通过与活塞杆相固接的移动毂，使齿块与内齿圈脱离啮合，达到游动卷筒与主轴分离的目的，从而完成调绳前的准备工作。3.2.2调绳操作高压油使活塞杆继续向左移动，当移动至设定距离时，活塞杆触压开关Q2，操作台上的指示灯便会发出“脱开”讯号。这时操作者首先应解除固定卷筒的安全制动（使液压站上控制制动器的安全电磁阀得电），而此时游动卷筒仍处于安全制动状态；接着低速启动提升机，提升方向依照实际情况或正或反，固定卷筒与游动卷筒间便会产生相对运动，调整钢丝绳的长度到准确的停车位置或更换到需要的提升水平，并使游动卷筒与固定卷筒上黑白相间标记相互对准时即停车，从而完成提升操作。3.2.3恢复正常工作阶段在完成了调绳操作后，还应将调绳齿块恢复到原来的工作状态。首先要恢复固定卷筒的安全制动（使液压站上控制制动器的安全电磁阀失电），接着使电磁阀G2失电，油缸的离开腔内的高压油回油；然后使电磁阀G1得电，高压油进入8油缸的合上腔，活塞杆向右移动，带动移动毂使齿块与内齿圈啮合7。在活塞杆回到原来的位置时，触压开关Q1，操作台上的指示灯便会发出“合上”讯号。最后操作者使电磁阀G1断电，并恢复调绳转换开关到原来的位置，此时电磁阀34D2-10BY处于回油状态，至此调绳的全过程结束，提升机处于正常的工作制动状态。3.3调绳过程中的联锁保护在调绳操作过程中，如果离合器万一从原来的离开位置移向合上位置，这时开关Q2将会动作，固定卷筒立即安全制动，避免齿面损坏。在整个调绳操作过程中，游动卷筒处于安全制动状态，若万一司机误操作或其它原因，导致游动卷筒松闸时，则开关Q2会动作，提升机将处于安全制动状态，以保证调绳过程的安全。3.4调绳离合器故障和处理措施调绳操作时，离合器离开动作缓慢，其原因是空心管内右端两个O型圈损坏漏油，造成液压缸合上腔充油状态，应更新密封圈。离合器打不开现象，其主要原因是联锁阀中的小活塞别劲阻力大，或小活塞上端弹簧预压力大，以致小活塞不能上移导致出油口被堵塞。另外在重载调绳操作中，造成调绳液压缸缸体变形致使缸体不能推动，因此调绳必须在空载下进行。对于小活塞不能上移时应予清洗，使其动作灵活。离合器合上困难，其原因是轮毂与尼龙瓦圆周方向配合间隙偏大，致使游动卷筒的内齿轮相应向下位移，造成外齿轮与内齿轮在水平位置上顶齿。处理措施：仔细测量轮毂与尼龙瓦的配合间隙并加垫调整或更换新的轴瓦8。在调绳打开离合器时，联锁阀小活塞下端插入槽内部分被别弯或折断，其原因是3个联锁阀上移时不同步所致，应调整3个联锁阀的活塞静阻力基本相同，3个弹簧的刚度相近，3个压缩弹簧的压盖调整尺寸相等。离合器外齿轮自动脱开问题，其原因是联锁阀的小活塞端部未插入保护槽内，应经常外观检查。另一原因是调绳用电磁阀渗油到离合器液压缸的离开腔中，当渗油积聚后形成压力，推动液压缸外衣造成在机器运行中自动脱离故障。处理9措施：应在液压缸离开腔前的管道上加装一个截止阀。3.5调绳过程中危险源辨识及控制办法施工现场存在有油污、易燃物品，由于割焊掉渣引起火灾；控制办法：施工前对现场进行彻底的清理。割焊期间没有正确使用防护措施，导致弧光伤人；控制办法：烧焊、切割时，按照烧焊、切割的要求戴好防护面罩。安装期间，非预期安装、使用、检修造成人身伤害及财产损失；控制办法：严格按照相关安全技术措施施工，施工负责人现场指挥。井筒内作业，工具材料坠落伤人；控制办法：严格按照井筒及高空作业措施施工。井筒内作业，检修人员未按正确要求正常使用防护工具，没有配带保险带，导致人身伤害及坠井事故；控制办法：要求正确使用配带防护用品。绞车开动时，人员离滚筒过近，被卷入绞车或误坠入绞车座基下；控制办法：绞车司机在开车前先确认，严格执行手指口述。绞车过卷，造成人员伤亡和财产损失；控制办法：所有保护正常投入使用。闸盘摩擦起火造成