机械毕业设计（论文）-斜井提升机的箕斗设计【全套图纸】.doc

中国矿业大学毕业设计第1章 绪论第1.1节 箕斗的简介1.1.1概述 目前，国内斜井箕斗井主要用于中小型矿山，斜井坡度一般30度左右。斜井箕斗与斜井矿车组(串车)比较.箕斗提升为机械操作，运行速度高，稳定性好，运行安全。斜井箕斗与竖井箕斗提升比较，因斜井箕斗提升允许矿石块度大，可不建地下破碎站，总的井巷开凿工程量小，建设速度快，建设周期短，投资省。国内一些金属矿山已成功地使用了斜井箕斗提升的开拓方式，其中如牟定铜矿、湘西金矿等的箕斗斜井经长期使用效果比较好。近两年，长沙冶金设计研究院在总结上述斜井箕斗矿山的使用经验的基础上，设计了一条长657.sm的斜井箕斗井，不仅为露天转入地下后利用，而且可为露天开采期间分流部分矿石。1.1.2箕斗的特点和分类 主井箕斗按提升机型式不同又分单绳箕斗和多绳箕斗；按卸载方法不同分用于立井的底卸式和翻转式；用于斜井的后卸式和翻转式,前卸式。煤矿立井用底卸式，斜井用后卸式、前卸式；金属矿缠绕式提升用翻转式，多绳摩擦式提升用底卸式。用于平衡提升的箕斗有尾绳悬挂装置；用于多绳提升的有钢丝绳张力平衡装置。中国单绳箕斗容量一般为316t，多绳箕斗容量430t。 斜井矿物提升按提升容器可分为矿车提升、箕斗提升、台车提升等箕斗提升与矿车、台车提升相比，具有提升量大，装卸戴容易实现机械化操作、运行速度高，运输稳定，运行安全等优点。在井下矿山，随着浅部资源的消失，中深部开采的生产规模越来越大，箕斗提升系统将是这一领域的主要提升方式之一。我国使用的斜井箕斗按其卸载方式有前卸式、后卸式和底卸式三种。前卸式箕斗具有结构简单、坚固、重量轻，适于提升重载，因此使用较多。根据国内斜井快速施工机械化配套的箕斗，按卸载装置的工作原理可分为以下3种型式，MZX66型卸载轮前卸式箕斗，MZX88型无卸载轮前卸式箕斗和XQJ型复合后轮前卸式箕斗。前卸式箕斗又可分为无卸载轮和带卸载轮两种式，无卸载轮式箕斗在卸载时动戟荷大，机件损伤严重，同时卸载后箕斗复位困难。因此这种形式逐步被淘汰，取而代之的是带卸载轮式的箕斗。1.1.3箕斗的组成1.1.3.1立井箕斗的结构形式 由首绳悬挂装置、尾绳悬挂装置、滚轮罐耳和箕斗本体及固定斗箱底卸式或侧卸式闸门组成。箕斗本体由上、下盘体、斗箱、立柱、闸门、导向装置和安全制动装置等组成。 (1) 首绳悬挂装置 首绳悬挂装置采用XSZ型或XSY型(山东煤矿泰安煤机厂专利产品,专利号:ZL 01268807. X) 钢丝绳张力自动平衡悬挂装置,通过液压平衡系统装置使提升绳在动、静状态下均自动实现钢丝绳的张力平衡。不仅实现了安全提升,减少了检修时间和劳动强度,更重要的是保护了绞车滚筒摩擦衬垫的正常使用,延长了使用寿命。减少因滚筒绳槽直径误差而引起的钢丝绳张力差,能有效地提高钢丝绳的使用寿命,消除钢丝绳的应力变化,减少因张力不平衡而造成的钢丝绳损伤。可有效地提高钢丝绳的使用寿命,减少因张力不平衡而造成的断绳事故。 (2)尾绳悬挂装置尾绳悬挂采用XWB200型扁尾绳悬挂装置,它能有效地防止尾绳在提升运输中的旋转,并使连接装置受力均匀,连接更加可靠。 (3)滚轮罐耳滚轮罐耳采用新型大吨位350滚轮罐耳,此罐耳是我厂根据大型容器的运行情况而新设计的重载滚轮罐耳,它是在吸收国外滚轮罐耳结构的基础上研制而成,其主要特点是重量轻,承载能力大,密封性能好,缓冲性能优良,现已报申专利。它是目前国内最大的导向装置。 (4)箕斗本体箕斗本体由上、下盘体、斗箱、立柱、闸门、导向装置和安全制动装置等组成。箕斗的盘体,尤其是箕斗的上盘体,是箕斗的主要受力构件。为了使箕斗能吸收过卷或过放能量,在箕斗的上盘体端部和侧面布置有导向罐耳和过卷撞击侧罐耳,箕斗的上盘体采用16Mn钢板加工成槽形钢梁的组合结构,这种结构抗弯截面模量大,重量轻。箕斗上盘体端梁是止逆装置的受力部位,由于考虑到提升系统防滑计算要求各梁的厚度都采用加厚型,并使其箱体成为加重型。箕斗的斗箱采用固定斗箱底卸式或侧卸式,它由面板和衬板双层结构组成,斗箱衬板采用德国DLINGGAO高耐磨材质衬板,它的表面硬度可达到HRC55以上,耐磨性能大约是16Mn的6倍。斗箱外廓四周采用槽钢圈梁加固以提高斗箱的刚度。斗箱分上、下两部分制造,上、下部分采用螺栓连接,便于加工、组装和运输。箕斗闸门的开启采用外部动力进行开闭。其结构形式采用外滚轮式底卸扇形闸门或侧卸扇形闸门,这样在井口设开闭直轨,或在井架上设置曲轨开闭箕斗闸门;井底设有复位直轨使箕斗在装载时不至于冲开箕斗闸门。这种闸门结构简单、重量轻、维护检修工作量小,具有运行安全可靠的显著特点。另外,在斗箱两侧闸门支承点的转轴上装设了特制的向心关节轴承,可避免因斗箱变形而影响闸门的开启灵活。箕斗立柱采用了扁钢立柱,这种结构形式使箕斗在整个提升过程中处于“柔性”状态,消除了因罐道误差引起的高速提升不安全隐患,从而保证了箕斗的正常提升。箕斗本体的各受力件联接均采用先进的高强度螺栓联接形式,这种联接方式具有性能高,质量容易控制等优点。1.1.3.2斜井箕斗的结构形式 前卸式斜井箕斗主要是由斗箱、牵引框、底架、行走轮、前门、支座等组成。 （1） 斗箱 斗箱是箕斗的主要受力部件，也是装载矿物的主要部件。其应力水平直接影响着箕斗的使用寿命。斗箱形状 若斜井倾角小于30度时，可采用由部分上盖或无上盖的簸箕形斗箱，若斜井倾角大于35度时，斗箱上盖半封闭或大部封闭，而前端敞开，若斜井倾角大于45度时，则通过箕斗前端装碴，为增大斗箱前端敞口面积，前端制成倒梯形口。斗箱容积的选择:根据地质探矿掘进的特点，斗箱容积小些较合适。斗箱容积的选择主要是以转载矿车容积(或容积的倍数)为推。斗箱宽度一般不大于800毫米为宜，否则会影响斜井断面宽度;斗箱高度是从人力装岩方便出发，一般低于1000毫米，斗箱长度，在满足转载容积的前提下，尽量减小长度，作到卸载快。 我们用过的几种箕斗斗箱规格尺寸见下表及图1。 作为斜井前卸式箕斗，我主要设计的是8m-3容积的斗箱规格。斗箱材料 斗箱用钢板、角钢焊接而成（钢板焊接）。钢板的厚度，是从磨损、腐蚀、坚固性三方面考虑的，我们选用5一7毫米，其中底板用6到7毫米的，盖和侧壁用5到6毫米的。装岩碴时，斗箱所受的冲击载荷较大，因此，斗箱焊接缝应当用高质量的焊条仔细焊接，棱角用角钢加固(50x50x5毫米加强角钢）。此外还可以用斗箱的上方还要用加强筋、联接筋，后方槽钢共同连接而成。所有焊缝为连续焊接，焊缝高度为6mm。 （2）底架 底架是支撑斗箱和牵引框等的重要装置，车架通过其底部的轴架箱7(带缓冲橡胶块)支撑于前轮组6和后轮组5的轮轴上，材料主要是筋板、钢板等，尾部带有吊钩，所有的焊缝为连续焊接，其高度不得小于8mm。按照尺寸和斗箱焊接而成。 (3)牵引框 箕斗的提升是通过牵引框完成的，对牵引框大梁和支梁等主要受力部件，应有足够的安全系数。我们用过的大梁为大于50毫米及支梁为100x2。毫米和70X25毫米等规格的45#钢材(也可选用槽钢)，作到了安全生产牵引框(也称车辕)2是一个以槽钢为主的“门”形组台体，其前端装有导向托轮和叉形连接座(图巾未画出)中前部装有斗门3后端与斗箱4铰接。 (4)行车轮及支座 卸载轮组的位置与箕斗重心关系较大，卸载轮组靠前会加大卸载时提升机的负荷，同时会造成翻转复位的困难。在使用过的五种规格箕斗中有四种是选用后轮双轮缘车轮，就是以后行走轮外缘的拖轮作卸载轮，另一种是把卸载轮安装在箕斗重心与后行走轮之间，效果均好。从长远看，在斗箱侧壁安装卸载轮凸出箕斗侧壁约300毫米，影响井筒布置与工作安全，所以不宜采用。卸载轮以安装在箕斗斗箱底部或后行走轮外缘的方式较好。 1.1.4箕斗的应用情况和应用中的不足 随着科学技术的进步和生产力的发展，根据现在市场经济的实际需要，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。特别是主井提升系统作为煤流系统的咽喉，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。在20世纪90年代初使用的老式箕斗，在实际运行中都存在很多问题，其主要缺点是：箕斗结构不合理，有时出现在闸门自重和煤作用下意外地自动打开，且流煤嘴会伸出箕斗外轮廓而造成井筒装备和箕斗的破坏；原主井曾多次出现掉煤嘴及卸载后下放时煤嘴没有关严事故、并且箕斗本身维修量很大。为了使主井提升系统与井下煤流系统相适应，实现矿井的高产效,经实际考察后，于2003年对煤矿主井提升箕斗实行了技术改造。1.1.5 箕斗的发展 上世纪70年年代设计的JDG(JDS)系列箕斗，在实际运行中存在很多问题，如在运行过程中可能会因闸门自重和煤压作用意外地自动打开，且溜嘴会伸出箕斗外廓而使井筒设备和箕斗遭受严重破坏，国内矿井曾因使用这种类型箕斗而发生多起重大事故。而且箕斗本身结构复杂，维修工作量大。为了使煤矿主井提升系统提升能力与工作面生产能力相适应，实现矿井的高产高效，对煤矿主井提升系统特别是对箕斗的技术改造势在必行。箕斗设计发展的方向一直是提高井筒断面利用率和箕斗提升能力，保证运行中的安全可靠性。我国煤矿提升箕斗从五十年代起，大致经历了四代，目前，前三代箕斗已不再使用。第一代是五、六十年代仿制苏联的扇形闸门箕斗。这种箕斗机构简单，操作方便。缺点是卸载冲击力较大，爬行时间长，斗箱卸载是，如果接受仓已满，会长住卸载溜槽，造成断绳和箕斗坠毁事故，如一九七五年开滦林西矿五号井，发生箕斗坠毁，损失近百万元。第二代为翻转式平板闸门箕斗，这种箕斗是仿制西欧的四连杆下开折页式箕斗和法国皮克(PIC)公司的曲轨连杆下开折页式箕斗,与第一代相比,这种箕斗优点是斗箱下部卸料口收缩较小,有效容积大,打开闸门所需外力和行程较小,卸载时间短。缺点是卸载曲轨有速度限制,仍不能按三阶段速度图运行。箕斗在运行中有误开门的事故,如河南省济源煤矿一号井一九七六年试生产时,曾发生箕斗运行闸门自行打开的事故。第三代是垂直闸门板式闸门箕斗,这种箕斗结构简单,斗箱下部卸载口不收缩,因而斗箱有效容积大。运行中箕斗闸门不会自行的打开,由于取消了卸载曲轨,卸载平稳,提升机按照三阶段图运行。缺点是卸载时间较长,需要外动力。第四代是底扇形闸门箕斗,这种箕斗是从GHH公司和Demag公司引进的,它克服了第三代几都卸载时间长的缺点,打开闸门时间照样不会超出箕斗轮廓。缺点是扇形闸门设在斗箱底部,增加了斗箱的总高度。箕斗闸门启闭需要外动力,机构较复杂。我国开滦钱家营矿从西德引进的就是这种箕斗,载重为32.5吨。 我国煤矿现行使用的箕斗主要是仿苏的扇形闸门和仿制法国PIC公司的曲轨连杆下开折页式箕斗,这两种结构比较落后,自重系数大,有效容积小。由于爬行速度限制,而不能实现三阶段速度运行,并且具有发生事故的可能性，不能安全可靠的运行。在新型箕斗设计中,箕斗结构型式最为可行的垂直闸板式闸门和底扇形闸门,这两种结构是在克服以前箕斗的缺点的基础上发展起来的。对于卸载方式,固定曲轨卸载方式结构简单,卸载修正时间短,但卸载冲击较大,由于进入曲轨时速度限制,一般采用五阶段速度图,增加了循环时间。外动力开启卸载，动载荷小,可以实行三阶段速度控制,但结构复杂,增加了维修工作量，卸载时间长。对于单绳箕斗,降低自重系数也具有重要意义，以为在有效提升量不变的情况下，可以减小钢丝绳终端载荷，这样将会影响到钢丝绳，提升机，电动机和天轮等的选择,降低自重系数可以获得较高的经济效益。第1.2节 箕斗材料的选取箕斗材料的选取应考虑到使用寿命、允许自重、环境对容器的腐蚀程度、容器的断面形状等等,另外从容器本身分析区分主要受力件与一般受力件及易受到物料冲击等部件。一般对箕斗易受冲击与易磨损的部件选用锰合金钢,对于箕斗的本体结构,应按强度要求选择较好的材料。其安全系数的选择应严格按照煤矿安全规程的规定,箕斗所有的零部件组装前应进行热镀锌或热喷锌防腐处理。第1.3节 箕斗形式的选用随着煤炭工业不断发展,井筒的深度不断增加,在大型箕斗的设计使用上,采用外滚轮底卸式扇形闸门和侧扇形闸门的结构形式最为适宜。在井筒断面较大时,应优先采用外滚轮底卸式扇形闸门的箕斗,在井筒断面较小时,应优先采用侧卸式扇形闸门的箕斗。而四连杆底卸式扇形闸门的箕斗,由于活动杆件多,结构复杂,并且安装在箕斗本体上,不仅增加箕斗自重,而且不便于维护检修。在斜井小型箕斗的设计使用上主要采用无卸载轮侧卸式箕斗和有卸载轮侧卸式箕斗。我国箕斗在使用过程中,寿命普遍在35年,这固然与选用的材料有一定关系,但也与我国煤矿使用方面存在一定的问题,如井筒淋水较大,维护使用不当等等。因此为延长箕斗的使用寿命,应在井筒施工工艺方面采取措施,减少井筒淋水,减少原煤含水率等,在材料的选用上,尽可能选用耐磨防腐性强的材料,在材料防腐方面进一步加强研究。第1.4节 国外箕斗现状 箕斗罐笼是把箕斗和罐笼二者合二为一的一种提升容器，具有箕斗和罐笼二者的功能。国外有些矿井使用这种容器，完成提升煤炭和其它辅助提升任务，只需一套提升设备。但是由于自重大，结构复杂，设计困难，运行自动化程度低，在我国很少采用。随着科学技术的发展，解决上述问题已成为可能。经过多年研究，我们设计了一种大型箕斗罐笼，可满足中型矿山使用，为中型矿山在提升设计及施工方面创一新的模式。 法国斯塔弗尔顿矿1972 年投产，箕斗罐笼有效载荷30t。井深800m，提升能力1200t/h，两层升降人员50人，升降人员的底板是活动的，提升煤炭时用手动绞车提起。该箕斗罐笼的结构是罐笼放在煤斗上边，有两层正常升降人员和物料的罐笼间。其中有一层被利用做为煤斗的一部分。上层的底板按传统设计方式，当升降人员和物料时水平放置，而在提升煤炭时，底板的一部分被抬起，而形成煤斗的装载口。下层的底板是可分的，提升煤炭时在垂直位置，成为煤斗的前后壁。当升降人员时，底板放下成水平位置，适当保险后可以升降人员。这种结构形式，上部双层相当于单层高度，其结果减小了整个箕斗罐笼的高度和自重，同时也降低了井架的高度。波兰季米特洛夫矿也使用这种型式的箕斗罐笼，载荷12.5t，高10.8m。芬兰特特里矿使用的箕斗罐笼，它有两个单独的斗箱放置在一个共同框架上，箕斗载荷为10t，其结构为翻转式。罐笼在上，箕斗在下，互相独立。西德某钾盐矿使用的箕斗罐笼结构为箕斗下悬挂一个三层罐笼，箕斗容积为15t载荷，三层罐笼每层可容人，每次升降人员50 人。在南非特深井，采用另一种混合提升方式：箕斗罐笼提升，即提升容器在框架上可以更换。提升煤炭时将箕斗安放在框架上，升降人员和物料时换成罐笼，更换容器是机械化的，利用放置在平台上的吊车。更换一载荷容器最多需要。这种结构下放人员很快，提升能力也很大，箕斗载荷。该结构的另一优点是容器自重轻。国内使用情况大型箕斗罐笼的使用在国内是个空白，有使用小型箕斗罐笼的，但有效载荷均不超过，并且这些小型箕斗罐笼均不能装载矿车，都带有防坠保护装置，仅适用于单绳提升，不能满足中型矿山的要求。采用大型箕斗罐笼,只需一套提升容器即可完成煤炭的提升、人员升降和其它辅助提升任务,整个矿井提升系统投资将大大减少。大型箕斗罐笼可满足中型矿山的使用,为中型矿山在提升设计及施工方面创一新的模式。对于新建矿井,采用箕斗罐笼提升系统,设有提升井和回风井两个井筒时,可缩小回风井筒的断面尺寸,避免回风井井筒的井棚密封,提高通风系统的工作效率。对于延深改造矿井和增产改造矿井,箕斗罐笼提升系统可在不更换提升机情况下,利用老井筒使提升系统达到改造任务要求的工作能力。综上所述,与传统的箕斗、罐笼相比,箕斗罐笼具有箕斗和罐笼二者的功能,既适用于单绳提升,也适用于多绳提升;既适用于老矿井技术改造,也适用于新建矿井选用,是一种理想的提升容器,在矿井提升领域具有极其广阔的应用前景。 第2章 箕斗设计中一些问题的探讨第2.1节 提升方式的选择 目前，在地质勘探部门斜井提升有矿车一与箕斗两种方式。实践证明，采用矿车提升有着一系列的缺点：1.需要进行地面调车，提升的休止时间长，2.经常摘挂钩，容易发生跑车事故，3.斜井掘进采用人工装岩，由于矿车较高，增加了装岩的困难。采用箕斗提升，能克服矿车提升的一些缺点，箕斗提升优点是：1.斜井井筒掘进时，箕斗箱比矿车低，装岩方便，省力(指人工）；2.可节省摘挂钩、调车等辅助时间，可避免跑车事故；3.箕斗重心低，轮缘大.轨距宽、不易掉道；4.箕斗可以提水、下料运送零散器材和工具等。 箕斗提升，也有一定适用范围，在25度60度斜井中采用箕斗提升是合理的。斜井箕斗提升以25度为下限，这是根据斜井角度太小会大大增加斜井井筒工作量而确定的，在矿山小于20度斜井就可考虑用皮带运输机。箕斗在斜井井筒倾角大于60度时，沿轨道运行的稳定性差。为了稳定需要在井筒中添设予防箕斗翻倒和出轨用的护轨，所以确定以60度为箕斗提升角的上限。60度以上以采用竖井提升方式为好。自六零年以来先后施工的斜井，井筒倾角有25、55、45、55、60五种，其中有两口斜井采用矿车(或双矿车)提升，曾发生井口摘挂钩跑车事故三次，掉道事故多次，另七口斜井用箕斗提升，避免了上述事故的发生。实践证明，斜井倾角在2560范围内用箕斗提升是适宜的。第2.2节 前卸式斜井箕斗 我国使用的斜井箕斗按其卸载方式有前卸式、后卸式和底卸式三种。前卸式箕斗具有结构简单、坚固、重量轻，适于提升重载，因此使用较多。前卸式箕斗又可分为无卸载轮和带卸载轮两种形式，无卸载轮式箕斗在卸载时动戟荷大，机件损伤严重，同时卸载后箕斗复位困难因此这种形式将逐步被淘汰，取而代之的是带卸载轮式的箕斗。第2.3节 卸载方式的分析因为前卸式箕斗分为无卸载轮和有卸载轮式的，所以得首先了解下这两种的特点。根据国内斜井快速施工机械化配套的箕斗，按卸载装置的工作原理可分为以下3种型式，MZX66型卸载轮前卸式箕斗，MZX88型无卸载轮前卸式箕斗和XQJ型复合后轮前卸式箕斗。2.3.1 无卸载轮式箕斗（1）MZX88型箕斗该箕斗有2m3、3m3、4m3和6m3 四种。在小断面井掘进快速施工机械化配套中使用较多，箕斗和卸装置结构如图3所示。其卸载和复位原理为：提升机上提，箕斗进人卸载装置的卸载曲轨，使箕斗由原来的直线运动变为绕活动轴的定轴转动，同时，牵引框上的托轮沿倾斜布置的导向架上升，固定于牵引框上的前门被开启。当箕斗向前翻转的倾角大于歼石和泥水的安息角时，研石和泥水自动卸出。同时，固定于卸载曲轨前端使箕斗复位的缓冲器与固定于基础上的碰撞梁(6耐为固定于基础上的曲轨碰簧)相撞，使缓冲器(曲轨碰簧)压缩。箕斗卸载完毕，提升机下放，箕斗借助已被压缩的缓冲器的弹力和自重，绕活动轴反向定轴转动，回复到卸载起始位置，箕斗脱离卸载曲轨退人基本轨，牵引框托轮也脱离导向架，使前门关闭，完成箕斗的自动复位。2.3.2 有卸载轮式箕斗 这种一种逐步的改进的过程，无卸载轮逐渐被取代。 （2）MZX66型箕斗 MZX型箕斗仅有lm3和2m3两种规格。该箕斗和卸载装置。 卸载曲轨的轨距与井筒内轨道(即基本轨)的轨距相同，呈直线结构。托轮曲轨的轨距与箕斗卸载轮的轨距相同，呈折线结构，如图l所示。其卸载和复位原理为：提升机上提，箕斗进人卸载装置，前行走轮进人卸载曲轨，卸载轮进人托轮曲轨使箕斗后行走轮悬空，将斗箱向前抬起。与此同时，前门借助钢丝绳的牵引，随牵引框与斗箱的相对转动自行开启。当箕斗向前倾斜的角度大于研石和泥水的安息角时，研石和泥水自动卸出。卸载完毕，提升机下放，箕斗靠自重自动返回，卸载轮脱离托轮曲轨，使箕斗行走轮返回到基本轨道.同时前门自行关闭，完成箕斗的自动复位。 （3） QJX型前卸式箕斗 它有3m3、4m3、6m3和8m3 四种标准规格，也可根据用户要求提供非标准产品。其中XQJ8型(8m3)是国内目前斜井施工中装载量最大的箕斗。该箕斗在大同矿务局新高山大断面斜井掘进快速施工中，完成了斜井机械化配套的工业性试验。斜井掘进3个月累计成井825.5m，最高月成井376.2m，共计装运研石2.7万m3，连续提砰3300次，行程330万m，经受了各种工况的考验，一次吊装，一次试车成功，无安全及机械事故，无上井检修，一次井筒到底，并通过了部级技术鉴定。 下曲轨的轨距与井筒内轨道(基本轨)轨距相同，前段为直线，后段为圆弧的外形。上曲轨的轨距与复合后轮对的外踏面轨距相同，呈折线外形，其结构如图3所示。其卸载和复位原理为：提升机上提，箕斗进入卸载装置，前轮对沿下曲轨行走，复合后轮对的内踏面（与前轮对轨距相同）悬空外踏面进入上曲轨，把箕斗后部逐渐抬起，使箕斗向前倾斜，同时，固定于牵引框上的前门随着牵引框与斗箱的相对转动逐渐开启。当箕斗向前倾斜的角度大于千石和泥水的安息角时，千石和泥水自动卸出。箕斗卸载完毕，提升机下放，箕斗只需借助自重即可自动返回，复合后轮对的外踏面脱离上曲轨使内踏面退入基本轨，同时，牵引框返回原位，使前门关闭，完成箕斗的自动复位。2.3.3 比较优缺点 MZX66型箕斗： （1）卸载装置结构简单，易于制造。 （2）因为箕斗采用平面运动原理工作，卸载和复位动作平稳，安全可靠，冲击性小。 （3）箕斗卸载的过卷距离长，卸载安全，事故少。 （4）箕斗容积小。曾使用过的仅有1m-3和2m-3，虽然满足了小断面斜井掘进施工的一般需要，但不能满足在大中断面斜井掘进快速施工机械配套的需要， （5）箕斗受卸载原理和卸载轮结构的限制，井筒空间利用率低，扩大箕斗容积困难。 （6）运行不安全。箕斗卸载轮有挂伤井筒内施工人员及管线的危险。MZX88型箕斗： (1)箕斗结构简单，易于制造和检修。 (2)箕斗无卸载轮，井筒断面利用率高，箕斗容积较大，虽满足了中、小断面斜井掘进快速施工和普通施工的需要，但仍不能满足大断面斜并掘进快速施工机械配套的需要。 (3)运行安全，无挂碰井筒施工人员和管线的危险。 (4)箕斗行走轨距既可选用标准的900mm或600mm，也可设计为非标轨距调整容易方便。 (5)箕斗采用定轴转动原理，卸载和复位冲击严重。在箕斗卸载时，其最大牵引力与卸载起始时的牵引力之比值，4rn-3为2.2，6m-3高达3.21，设备易损坏，如导向架冲击损坏，卸载曲轨经常被甩裂、甩断等，维修工作量大，费用高。 (6)箕斗受卸载冲击严重的限制，扩大容积易导致配套提升设备选型的级。若将该型箕斗的容积由原6m3扩展为8m3，箕斗卸载冲击系数高达4.3，头最大静张力高达137.3kN，必须选用卷筒直径4m以上的提升机及配套设备保证箕斗的正常卸载。 (7)受箕斗卸载后自动复位用缓冲装置(曲轨碰簧)结构原理的限制，箕斗载过卷转角小于10度，过卷距离短(小于500mm)，卸载事故多。 (8)安装调试困难。即使完全按照设计提供的参数安装也不一定能够保箕斗自动完成卸载和复位。正如其使用安装说明所称：“活动轴的轴心位置缓冲器端部顶点位置应根据箕斗卸载时翻转及复位情况由施工现场进行调整与缓冲器相碰的工字梁的预埋位置，应在箕斗翻转时，使弹簧压缩50mm来调整”。尤其是大容积箕斗，调整费工费时，使用极不方便。如6m3箕在阳泉工业性试验中调试达一个月之久，效果不尽人意。 XQJ型箕斗： （1）结构简单易于制造和检修。 (2) 卸载装置采用钢结构装配式设计，拆卸和移动重复使用性好。 (3)箕斗行走和卸载合二为一，整体紧凑合理，井筒空间利用率高，改变箕斗容积容易方便，可满足大、中、小各种断面斜井掘进快速施工机械配套的需要。 (4)箕斗行走轨距，既可用标准轨距，也可设计为非标轨距，调整容易便，经济合理。 (5)箕斗采用平面运动原理工作，卸载和复位动作平稳可靠，冲击性小箕斗卸载时，其最大钩头力与卸载起始时的牵引力之比值均不超过1.4。箕卸载后复位中，运动轨迹连续，复位无冲击，维修工作量小，费用低。如XQJ箕斗在工业性试验中，825.5m斜井一次掘进到底，整机无事故、无修理。 (6)过卷距离可调，卸载安全，事故少。因该型箕斗卸载后的复位仅靠自重作用，无须借助诸如缓冲器之类的其他装置，因此过卷距离可根据施工位的要求自由设定。如该型卸载后，复合后轮对的过卷距离为1.5一3m，使过卷，对卸载装置也无破坏，如在XQJ8箕斗工业性试验中，从没发生过破坏设备等事故。 (7)箕斗卸研集中，时间短。 (8)安装调试容易方便。卸载装置只要按设计参数安装，即可保证箕斗动完成其卸载和复位动作，无须施工单位再进行试验调整，省工省时，使用为方便。如在XQJ8型箕斗工业性试验中，按设计安装后，一次试车即获成功深得用户好评。 (9)与同容积MZX88型相比，选用XQJ型可使提升配套设备选型降级以8m3箕斗单钩提升、确保箕斗安全卸载和提升设备不过载为例，在井筒特相同的条件下，8m3箕斗采用MZX88型原理卸载时，钩头最大静张力为137.3kN，必须选用卷筒直径4m以上提升机及配套设备。采用XQJ型原卸载时，钩头最大静张力为69.9kN，只须选用卷筒直径2.5m的提升机及配套设备即可。第2.4节 总结与分析 （1）MZX66型箕斗容积小，扩大容积困难，运行不安全，不能满足斜井掘进快速施工需要，属淘汰产品，目前已经很少使用。 (2) MZX88型箕斗卸载和复位原理和设计上先天不足，卸载装置结构复杂，卸载和复位冲击严重，安全事故和使用问题多，安装调试参数不明确，难操作，提升配套不合理，经济性差，这已为施工实践所证明，虽然施工单位还在使用，但不宜再发展和在新项目中配套使用。 （3）XQJ型箕斗吸收了MZX66和MZX88型箕斗的优点，箕斗结构紧凑，空间利用率高，箕斗容积增减方便，卸载装置简单，卸载冲击小，卸载冲击系数均不超过1.4，不会因箕斗容积的增减而改变，复位动作平稳无冲击，安装调试参数具体，明确，易操作，提升配套合理，经济，这已为XQJ8型箕斗施工实践所证明，可满足大、中、小各种断面斜井掘进快速施工接卸配套的近期和远期需要，是大容积箕斗的发展方向，建议斜井施工机械配套先采用。第3章 箕斗设计方案第3.1节 箕斗设计的目的与要求 由于斜井中的需要量没立井的大，所以也就是属于小轻型的箕斗设计，但是前面提到的斜井的箕斗中前卸式结构比较简单，便宜，实用价值也高，现在国内大部分斜井都使用前卸式的箕斗，而前卸式箕斗又可以分为无卸载轮和有卸载轮的，从上面一章可以看出来有卸载轮的是新型的箕斗，优势明显，故而会选用有卸载轮式的，但又不能设计的容积太小，故而本人设计的是斗箱容易为8m-3的箕斗，这种箕斗满足绝大部分矿井的需要，要求能满足斗箱内所受的力，轨轮的强度，顺利的进行卸载，箕斗中的牵引轴和轨轮轴强度，各部件的材料等。第3.2节 了解卸载的不同方式与装置 卸载装置主要由上、下曲轨和底架、支撑构件组成，其结构特点和尺寸与卸载、复位原理及受力分析有关。3.2.1 无轮卸载 装置主要由箕斗、翻转架、托轮导轨和支架等组成。 支架4是一个型钢组合体，两根主梁(也称地粱)与基本轨平行，横跨溜井井口，一端支撑翻转架3，另一端焊有托轮导轨l。翻转架3由两根与基本轨轨距一致的钢轨和一根回转轴及两个轴承体组成一回转机构钢轨前端弯制成与箕斗前轮工作直径相同的圆弧，以便当箕斗进人翻转架后阻止其向前运动。 卸载原理： 箕斗2沿基本轨进八翻转架3箕斗与翻转架绕回转轴向前倾翻；同时箕斗牵引框上的导向托轮沿托轮导轨1的斜面上升，斗门被开启，将矿石卸出，卸载后，箕斗利用自重复位，并离开翻转架而退人基本轨正常运行。 3.2.2 有轮卸载 主要由箕斗、托轮导轨、卸载曲轨及支架等组成参见图3。箕斗结构除在箕斗后轮组外侧增设有一对卸载托轮6外，其余结构与无卸载轮箕斗结构基本一致。托轮导轨1由钢轨组成卸载和导向两段卸载段主要供卸载托轮运行，导向段主要供导向托轮运行。其轨距与箕斗卸载托轮相匹配，井应大于基本轨距以便箕斗顺利进出支架4。卸载曲轨3是基本轨的延伸，与基本轨用道夹板连接 卸载原理： 当箕斗2进入卸载装置，箕斗前轮由基本轨转入卸载曲轨3后轮组上的卸载托轮和牵引框上的导向托轮进入托轮导轨1；随着箕斗的继续运行,其后轮脱离基本轨被抬起，箕斗向前倾斜；同时,导向托轮沿托轮导轨上升，开启斗门，将矿石卸出。提升机下放时，箕斗靠自重返回完成卸矿。 无卸载轮箕斗卸载存在的主要问题： (1)卸载时冲击力大，导致： a提升电动机容易产生突然过负荷； b箕斗前轮组轴架箱及其它机件的损坏； c钢丝绳断裂等。 (2)箕斗稳定性不好； (3)自返性差。第3.3节 总体方案 先设计出斗箱、根据斗箱算出牵引框，然后是底架，行走轮、支座以及各部分的零部件等。第4章 箕斗斗箱应力的实验研究第4.1节 实验设备模拟的基本原理 因为在生产条件下进行所需的实验很困难 ,所以实验研究工作在模型设备上进行 ,正确选择模型与实物的相似比例对实验的近似程度有重大影响。根据文献1 前苏联雅辛的理论 ,散装货物作用于斗箱壁的压力 （1）按弹性力学薄板弯曲理论，挠度 W满足 （2）应力 （3） 由式（1）得 （4）由式（2）得 （5）由式（3）得 （6）由于式（4）、 式（5）、 式（6） 中的侧压力P、 挠度W应力都是被决定量 ,所以以上得到的各式都是非定性准则 ,可将它们合并为 （7） （8）若分别用、 表示应力货物容重r及定性尺寸 的相似倍数 ,则可得 （9）由于选取一种内外摩擦系数等于煤的物料是很困难的 ,因此决定仍选用煤作模拟货载 ,这样。因此 , ,即应力的相似倍数等于定性尺寸的相似倍数 ,下面确定模型的松散货物的块度。对于实物: 对于模型: 式中 、 实物和模型的煤的每种级别的含量百分比；、 对应的每一级煤的块度平均值。因此松散货载的线性比例 箕斗斗箱和散装货载的协同模拟应在下述条件下进行因此模型煤的平均块度，当几何相似比例非常小时,会改变煤的机械性质。如当取为1：100时,煤的所有粒级均下降而归并为0到1mm 级,很显然 ,这样的松散体流动特性不能与实物相似。选择几何相似比例 ,既要考虑到经济性又要使所研究的荷载分级成分和物理性质没有大的变化 ,综合2个因素 ,本实验采用比例为。箕斗模型采用西安设计院设计的32t底卸式圆板闸门箕斗,其主要数据如表1所示 。 表2 箕斗模型几何参数长度/cm宽度/ cm高度/ cm板厚/ cm底板倾角/()卸载口面积/49.4241070.24048第4.2节 实验设备及实验方法4.2.1 静态应力 根据所测应变范围、精度要求实验室现有设备条件 ,选用 YJ-5 型静态电阻应变仪进行测量 , 以及配用 D20R-5型预调平衡箱 ,应变计选用上海电阻应变计厂生产的BF120-5 ,配用胶水,测点沿前、后、侧壁中线均布 ,电桥盒采用半桥接法。4.2.2 动态应力所谓动态是指箕斗在卸载过程中 ,斗箱壁的应力变化 ,实验设备采用2台DY-3A型动态电阻应变仪 ,配用SC-18型光线示波器,可同时测量12片电阻应变计 ,电桥盒的接法仍采用半桥接法。4.2.3 实验结果及分析 布规律大致是从上到下应力逐渐减小 ,然后又渐渐增加 ,在加强肋处斗箱应力显著减小。各测点的最大动应力都比静应力大 ,其动应力系数为1.13-3.2 。由此可见 ,在箕斗设计中必须考虑动应力的影响。目前对卸载时产生的动应力的原因说法不一 ,认为动应力产生的原因是由于散体内应力转向所致。在装载时 ,压力处于积极状态 。因为物料在不断的荷载作用下发生收缩 , 而在卸料时下部物料排出 ,这时的压力呈现消极状态 ,物料在垂直方向发生膨胀 ,水平方向发生收缩,卸料口附近上部主应力线逐渐转化为水平方向,因而使侧压力加大 ,另外物料的流动是作为沿一定滑动线的连续剪切作用以及不断地形成和塌落的料拱而发生的。当料拱破坏时 ,也将引起一定的动力荷载 。第5章 箕斗所受载荷分析第5.1节 箕斗所受的载荷分析 众所周知，箕斗自重，主要取决于装载物料的性质、箕斗结构型式（闸门结构和开启方式）、提升钢丝绳数量、悬挂装置结构型式、材质和使用寿命。在矿井设计可行性研究阶段，如无标准箕斗可供选择，则需要根据箕斗载重量和制造材料（一般为型钢件）估计出自重，以便选择绞车。箕斗自重，在未做出施工图前要精确地确定是困难，但必须根据矿井具体条件和已有的统计资料恰当地估计出其重量，要求误差在10%以内。箕斗自重估计得太重，则导致提升能力富裕量太大，有时还会使绞车升级和加大提升绳直径，使投资增加；箕斗自重估计得太轻，则提升能力有可能达不到要求，同时也不安全。笔者统计了部分单绳箕斗的载重和相应自重，发现两者存在一定规律。试列表如表3单绳箕斗。表3 单绳箕斗激斗型号或图号名义载重（t）自重（t）自重/载重同吨位箕斗自重平均值（t）平均自重/载重JLG-333.5481.1823.6711.233T1.316.T133.7951.265JLG-444.5221.1304.4371.10971.316.4T144.3521.088JLG-665.4340.905-0.905JLG-886.0460.755-0.755 所以载重为4吨的箕斗自重约为4吨。5.2 对箕斗设计容量的探讨 煤的容量对设计箕斗斗箱的容积来说是至关紧要的。准确的选用煤的容量，可以得到一个理想的提升容器。过去箕斗斗箱的容积设计是按煤的容量0.9t/m3来计算的。根据我国一些矿井箕斗的使用情况来看，存在着箕斗容积大于理论容积、超载提升情况时常发生。箕斗斗箱容积的理论计算范围是在溜板下缘起至闸门的堆积空间。煤炭生产使用综采后，原煤中含矸量的增加和箕斗配套的装载设备的压磁元件失灵或定容装载，引起箕斗中装煤可能超过溜板以上的堆积空间或提升绞车过载。如淮北朱仙庄矿的12t标准箕斗，装满时为15.8 m3；淮南潘集一号井的16t箕斗，装满可达20 m3。加上在采矿工作面及胶带机、转载机头部洒水降尘，煤中的含水量一般在10%左右。更有甚者，有些矿井的个别采区地质条件恶化，淋水较大，煤中含水量超通10%，甚至呈水煤状态。这时，装载设备无论是定重或定容都将无法阻挡水煤的流淌，当水煤装到箕斗中，除外泄部分，当煤的堆积空间与装载口下缘齐平时，这就大大超过了箕斗的标准装载值，见附图。朱仙庄矿的12t标准箕斗装载到理论的计算高度，煤的实际容量为1.1左右，这时箕斗超过标定载重值3.5t，若溜板上再有煤，实际最大超载重量竟达到5t,超载率为2040%。该矿煤的容量最大时为1.2。潘集一号井的16t箕斗也存在同样的超载现象。根据该矿对煤的容量的实测报告，干煤为0.97 t/m3、半干煤为1.2 t/m3、水煤为1.37 t/m3。再如，北票矿物局运管科对该局台吉矿煤的容重实测，含矸率为3040%，在不含水时为1.4 t/m3。为此，该矿浆使用的9t标准箕斗斗箱截短了一些，以免超载。根据对上述几个矿井煤容量的实测数据以及我国一些地区矿井箕斗的实际使用情况分析，由于矿井使用综机采煤不断增加，煤中含矸率也有所上升；矿井洒水降尘又使煤中含水率增加，已超过了设计使用的煤的容量0.9。为了进行新的箕斗设计，同时也为了用好现有箕斗，对箕斗斗箱容积的计算采用一个较为实际的容重值，必须根据具体矿井的具体条件，如含矸率、含水率的多少来确定，而绝不可简单地采用理论容重值来设计箕斗的容积。建议在新井箕斗选型设计时，初始的容重取值范围为11.2为宜，待矿井投产后，取得了煤的实测数据再进行调整；在更换新箕斗时，截短或加长箕斗斗箱的直线段部分。当然，调整后的箕斗要满足该系统所要求的相互关系。根据煤的成分，含有水的、矸石选择煤的比重为1:1，4吨箕斗煤的体积： t 第6章 箕斗的计算第6.1节 基本参数 斗箱容积：8立方米 运行卸载轨距：900mm 使用井筒坡度：25度 箕斗自重：4163.36kg 箕斗外形尺寸：6131x1628x1640mm第6.2节 按额定载荷选择轴承 选择轴承一般应根据机械的类型、工作条件、可靠性要求及轴承得工作转速n，预先确定一个适当的适用寿命（用工作小时表示），再进行额定动载荷得计算。各类机械所需轴承适用寿命得推荐值由机械设计手册（第二卷）中的表7-2-12确定。取h。基本额定动载荷的计算轴承基本额定动载荷可按式（1）计算： （1）式中：基本额定动载荷计算值，N；P当量动载荷，其中P18/82.25t22.5kN；寿命因数，按根据机械设计手册（第二卷）中的表7-2-8选取；取。力矩载荷因数，力矩载荷小时1.5，力矩载荷较大时2；取。冲击载荷因数，按根据机械设计手册（第二卷）中的表7-2-10选取；取。速度因数，按根据机械设计手册（第二卷）中的表7-2-9选取；取。温度因素，按根据机械设计手册（第二卷）中的表7-2-11选取；取。轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷，N。其中当量动载荷P是由式（2）确定。 （2）式中： P当量动载荷，N；径向载荷，N；轴向载荷，N；X径向动载荷系数；Y轴向动载荷系数；由于行走轮组中的轴承只承受径向载荷而没有轴向载荷，所以。因此：根据公式，对照机械设计手册（第二卷）中的圆锥滚子轴承表7-2-27选择轴承代号为33220的轴承。第6.3节 牵引框的计算6.3.1销轴的计算 销轴的直径取d80mm，如图7所示。图7 销轴受力图如图8所示。图8 销轴的受力图 根据材料力学书中的弯曲正应力公式：因此因此强度满足要求。6.4.2牵引框轴的计算 牵引框轴的直径取d80mm，如图9所示。图9 牵引框轴受力图如图10所示。图10 活动轨轴的受力图根据材料力学书中的弯曲正应力公式得：因此强度满足要求。第6.4节 牵引框的计算 箕斗底架的具体尺寸见图纸,其受力、弯矩图如图11所示（以单侧进行校核）。斗箱在底架上的作用力为：17.9KN/m两处滚轮轴对底架的作用力：N1=43.24KN N2=48.59KN 图11 底架力图、弯钜图最大弯矩为：M=18 KNm单侧底架截面形状如图12所示：图 12 底架单侧截面其抗弯截面模量： Wx=2.88 X 10-4 m3根据材料力学书中的弯曲正应力公式得：所以有：因此，底架能够满足强度要求。第6.5节 以活动轨轴的支点为轴，由重力及其相对与活动轨轴支点的力矩，牵引框轴相对于活动轨轴支点的力矩得出牵引框对斗箱的力F。力图如图3所示。图3 以活动轴为支点的牵引框受力分析图图中，则：图4 力图由平行四边形规则求活动轨轴所受的力，由图4求得：F1233kN活动轨轴的直径为d120mm，如图5所示。图5 活动轨轴受力图如图6所示。图6 活动轨轴的受力图根据材料力学书中的弯曲正应力公式得：因此强度满足要求。第6.6节 行走轮的计算 行走轮组轴的图如图1所示。D=110mm。图1 行走轮组轴行走轮组轴的受力图如图2所示。图2 行走轮组轴的受力图根据材料力学书中的弯曲正应力公式得： （3）因此：因此强度满足要求。总结 经过指导老师的不断提点以及提出的问题不段出现，通过实习后，然后再参考各种标准资料，生成的问题就不断被解决了。终于做出了斜井箕斗。 设计的斜井箕斗优点： （1）因为斜井箕斗是有角度的，开采量小，煤矿量不深，所以用起来比较方便，适合那种小煤矿。 (2)斜井箕斗有三种形式，分别是后卸式、底卸式、前卸式、而我设计的前卸式箕斗结构简单、坚固、重量比较轻、适用于提升重载等。 （3）本人所设计的前卸式斜井箕斗的容积是8m-3的，卸载装置简单，卸载冲击小，不会因箕斗容积的增减而改变，复位动作平稳无冲击，安装调试参数具体，明确，易操作，提升配套合理，经济，可满足大、中、小各种断面斜井掘进快速施工接卸配套的近期和远期需要，是大容积箕斗的发展方向。参考文献1 齐乐华.工程材料及成形工艺基础.西北工业大学出版社.20042 机械设计手册.北京：科学出版社，1977，58-623 王林涛.上开式扇形门箕斗曲轨卸载冲击力学行为研究硕士学位论文.徐州：中国矿业大学.20074