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第四章煤矿绞车基础知识 富源县煤矿安全技术培训中心 第一节矿用绞车的作用与分类 一 矿用绞车的作用1 是联系矿井上 下的重要运输工具 2 是矿井提升煤炭 矸石或提升 下放设备与材料的一种升 降牵引设备 按照滚筒直径大小可分为2 5m 2m 1 6m 1 2m 1 0m 0 8m等提升绞车 按照滚筒数目可分为单滚筒绞车和双滚筒绞车 按照钢丝绳缠绕方式可分为缠绕式绞车和摩擦式绞车 按照传动方式可分为齿轮传动绞车和液压传动绞车 按照防爆性能可分为防爆绞车和非防爆绞车 二 矿用绞车分类在倾斜井巷用来提升煤炭 矸石等物料的提升绞车 在平巷保证车辆周转用来调度车辆之用的调度绞车 在采煤工作面用来拆除和回收工作面支柱 巷道支柱的回柱绞车 在平巷和缓倾斜井巷用来运送物料的无极绳绞车等 调度绞车常用型号主要有 JD一0 4 4 5 JD一1 11 4 JD一1 6 22 JD一2 25 JD一3 40 等 第二节矿井提升系统 主要由提升绞车 提升容器 提升钢丝绳 井架 天轮以及装 卸载等辅助设备组成 根据井筒的倾角 提升系统主要分为两大类 即竖井提升系统和斜井提升系统 斜井串车提升系统 其工作原理如图4 3所示 当串车5在井下装载后 经过提升钢丝绳牵引 串车经斜井6到达斜井井口 然后通过铁轨自动道叉甩到地面车场 接着 再牵引空串车经斜井6下放到井下煤仓 或通过其他方式 进行装载 重复上述过程 它主要用于斜巷主提升或辅助提升 第三节矿井其他绞车 一 矿用齿轮传动式提升绞车矿用齿轮传动式提升绞车 采用齿轮啮合传动方式进行工作 主要由机座 电动机 联轴器 减速器 主轴装置 制动装置等组成 由于绞车型号不同 其各部件也存在一定的差异 下面我们来介绍一下几种常见的齿轮传动式提升绞车的结构特点 一 JTPB 1200 1024型绞车 该型绞车主要由电动机 联轴器 减速器 盘式制动闸 主轴装置 液压站 深度指示器等部件组成 该绞车由于采用了盘式制动闸 可实现二级制动 且使绞车迅速平稳地停车 其外形如图4 5所示 JTPB 1200 1024型绞车传动系统如图4 6所示 JT一800 630 A 型绞车 JT一800 630型绞车主要由电动机 减速器 主轴装置 常用闸 工作闸等部件组成 如图4 8所示 常用闸用以对滚筒进行制动 工作闸用以制动行星齿轮传动的内齿圈 使绞车进行提升牵引 下放时反转电动机 用常用闸控制下放速度 JT一800 630 A 型绞车传动系统如图4 9所示 该绞车由一级行星齿轮传动与一级定轴齿轮传动组成 太阳轮Zl通过齿形联轴器与电动机连接 因此 太阳轮随电动机转动 3个行星轮Z2装在行星架上 它一方面与太阳轮Zl啮合 另一方面又与内齿圈Z 啮合 当内齿圈Z 不固定时 行星轮Z2作为一个过渡轮驱动内齿圈Z 旋转 当制动内齿圈Z3时 行星轮带着行星架绕内齿圈旋转 由于行星架与齿轮Z 固定 因此 带动固定在滚筒上的齿轮Z5转动 滚筒旋转进行提升 JT一800 630型绞车 JT一800 630型绞车由电动机 木销联轴器 减速器 主轴装置 带式制动器和机座等6部件组成 如图4 10所示 JT一800 630型绞车牵引能力较小 使用一组手动锤制动器 因此 只适合于井下运输及调车之用 有时也可用于辅助提升 但不得用于升降人员 用于井下时配用电动机为隔爆性三相鼠笼式异步电动机 如果用于地面 为了方便调速也可选配绕线式异步电动机 启动时可附加金属电阻或液体电阻 矿用防爆液压提升绞车 矿用防爆液压绞车采用液压传动方式进行工作 是特别适用于有瓦斯及易燃易爆环境的一种提升绞车 液压绞车按照传动方式可分为全液压传动的液压绞车和液压一机械传动两类 全液压传动液压绞车工作原理如图4 12所示 全液压传动液压绞车工作原理如图4 12所示 防爆电动机1带动双向变量轴向柱塞泵 使得与泵2组成闭式回路的内曲线低速大扭矩液压马达3转动 液压马达直接与绞车滚筒4连接 从而拖动绞车运转 当主液压泵2的输出油量增加 减少 为零或改变油流方向时 液压马达也相应加快 减慢 停止或反转 从而驱动绞车滚筒实现加速 减速 停转或反转等工作 液压一机械传动的液压绞车工作原理如图4 13所示 防爆电动机l带动双向变量轴向柱塞泵使得与泵2组成闭式回路的高速轴向柱塞式液压马达3转动 液压马达与行星轮减速器4连接 减速器又与绞车滚筒5连接 绞车的正 反向运转靠改变液压泵出油的方向来确定 绞车的转速用改变液压泵输入到液压马达的油量大小来调节 防爆液压绞车其特点如下 防爆液压绞车一般由机械部分 液压部分和电气部分这三大部分组成 其特点如下 1 单手柄操作 操作简单 可实现手动操作和远程操作两种方式 能改变绞车司机工作条件 2 电气控制系统简单 可全部采用允用防爆电器 适合在易燃易爆环境运行 防爆液压绞车其特点如下 3 实现液压无级调速技术可在额定减速范围内任意选定提升速度 4 绞车滚筒在低速液压马达直接驱动下工作 无需减速器和调速电阻箱 使绞车体积小 质量轻 5 盘形闸只用于终点定位和保险制动 必须可靠 闸块磨损少 防爆液压绞车其特点如下 6 安全保护装置齐全 性能可靠 7 液压元件制造精度和安装质量要求较高 8 必须保证液压油的清洁和密封良好 否则将会堵塞阀件 造成误动作 9 必须保证良好的油液冷却条件 否则油温升高 将加大系统泄漏 产生噪声 使绞车不能正常运行 矿用防爆液压提升绞车的组成和工作原理 矿用防爆液压绞车是由电动机带动主油泵产生高压油输出 以高压油为动力 推动液压马达转子旋转 再由转子轴把动力传递给绞车滚筒主轴使滚筒旋转 其机械部分组成由主轴装置 盘形制动闸 深度指示器 操作台和机座等组成 液压部分由液压马达 主油泵 双向变量轴向柱塞油泵 副油泵 双联叶片油泵 油箱 冷却器 滤油器 阀组等组成 电气部分由控制各种电气设备的启动器和操作保护两大系统组成 工作时 由电动机驱动主油泵 使液压油产生液压能 通过液压马达又把液压能转变为机械能驱动滚筒进行提升 副泵系统主要作辅助泵 起到制动 补油 控制和操作作用 滚筒直径在1 6m及以下的矿用防爆液压绞车型号主要有JTY一1 6B JTY一1 2 1B JTY一1 2 1 2B JTY一1 2 0 8BS JTY一1 2 1BS等 其中 JTY一1 2 1B型防爆液压绞车如图4 14所示 调度绞车和回柱绞车 调度绞车是一种齿轮传动机械绞车 其传动系统又称为轮系 根据齿轮传动系统传动时各齿轮轴线在空间的相对位置是否固定 可分为定轴轮系和周转轮系 定轴轮系又有外啮合圆柱齿轮传动和内啮合圆柱齿轮传动之分 而周转轮系又有差动传动和行星传动之分 调度绞车的传动齿轮既有内啮合圆柱齿轮传动 又有行星传动 所以调度绞车又称内齿轮行星传动绞车 它常用来调度车辆和进行辅助牵引作业 调度绞车常用型号有JD一4 5 JD一11 4 JD一25 JD一40等 下面我们用JD一11 4型调度绞车为例介绍调动绞车的组成及工作原理 JD一11 4型调度绞车的组成 JD一11 4型调度绞车的组成 1 滚筒 主要用于缠绕钢丝绳牵引负荷 滚筒内和大内齿轮下装有减速齿轮 2 制动装置 制动装置主要由绞车上两组带式闸来工作 一组为制动闸 机械制动 主要用来制动滚筒 另一组为工作闸 工作制动 主要用来控制滚筒运转 3 电动机和机座 电动机作为调度绞车运转重要组成部分 由电动机的转动带动齿轮传动系统运转 一般为专用隔爆三相鼠笼异步电动机 电动机轴承支架及闸带定位板等均用螺栓固定在机座上 JD一11 4型调度绞车的传动原理 JD一11 4型调度绞车采用两级内啮合传动和一级行星轮传动 如图4 16所示 Z1 Z2和Z3 Z4为两级内啮合传动 Z5 Z6 Z7组成行星传动机构 JD一11 4型调度绞车 1 滚筒 主要用于缠绕钢丝绳牵引负荷 滚筒内和大内齿轮下装有减速齿轮 2 制动装置 制动装置主要由绞车上两组带式闸来工作 一组为制动闸 机械制动 主要用来制动滚筒 另一组为工作闸 工作制动 主要用来控制滚筒运转 3 电动机和机座 电动机作为调度绞车运转重要组成部分 由电动机的转动带动齿轮传动系统运转 一般为专用隔爆三相鼠笼异步电动机 电动机轴承支架及闸带定位板等均用螺栓固定在机座上 JD一11 4型调度绞车的传动原理 JD一11 4型调度绞车采用两级内啮合传动和一级行星轮传动 如图4 16所示 Z1 Z2和Z3 Z4为两级内啮合传动 Z5 Z6 Z7组成行星传动机构 JD一11 4型调度绞车的传动原理 电动机5转子轴头上安装加长套的齿轮Zl 通过内齿轮Z2齿轮Z3和内齿轮Z4 把转动传到齿轮Z5上 齿轮Z5是行星轮系的中央轮 或称太阳轮 再带动两个行星齿轮Z6和大内齿轮Z7行星齿轮自由地装在2根与滚筒固定连接的轴上 大内齿轮Z7齿圈外部装有工作闸 用于控制绞车滚筒运转 JD一11 4型调度绞车的传动原理 若将大内齿轮Z7上的工作闸3闸住 而将滚筒上的制动闸2松开 此时电动机转动由两级内啮轮传动到齿轮Z5 Z6和Z7 但由于Z7已被闸住 不能转动 所以齿轮Z6只能一方面绕自己的轴线自转 同时还要绕齿轮Z5的轴线 滚筒中心线 公转 从而带动与其相连的滚筒转动 此时Z6的运行方式很类似太阳系中的行星的运行方式 齿轮Z7称行星齿轮 其传动方式称为行星传动 JD一11 4型调度绞车的传动原理 反之 若将大内齿轮Z7上的工作闸3松开 而将滚筒上的制动闸2闸住 因Z6与滚筒直接相连 只作自转 没有公转 从Zl到Z7的传动系统变为定轴轮系 齿轮Z7做空转 JD一11 4型调度绞车的传动原理 倒替松开 或闸住 工作闸或制动闸 即可使调度绞车在不停电动机的情况下实现运行和停车 当需要进行反向提升时 必须重新按动启动按钮 使电动机反向运转 特别注意的是 当电动机启动后 严禁将工作闸和制动闸同时闸住 否则会造成事故 回柱绞车及其结构特点 回柱绞车又称慢速绞车 主要用于拆除和回收采煤工作面支柱和两巷支护材料的一种机械 把回柱绞车布置在距回柱空顶危险段较远的安全地段 用钢丝绳钩头来拉倒和回收支柱 此外 还可用它来拖运重物和调运车辆 常见的回柱绞车型号有JH2 5型 JH一8型 JH2 14型等 下面我们以JH一8型回柱绞车为例来介绍其结构特点 JH一8型回柱绞车的特点 1 总减速比较大 i 150 230 能在电动机功率小时获得较大的牵引力 2 传动系统中都有一级减速比很大的螺杆传动机构 具备自锁功能 不会发生下放重物时拉动滚筒旋转的情况 3 具有整体结构 便于移动和安装 甚至可以用回柱绞车牵引力来牵引绞车本身移动 4 电气控制装置较简单 皆具备隔爆性能 可用于有瓦斯 煤尘的环境场所 5 因涡轮涡杆传动效率低 易造成发热和温升过高 所以必须重视润滑和维护 JH一8型回柱绞车的传动原理 JH一8型回柱绞车设有离合齿轮4 与轮轴上的内齿轮啮合 起离合作用 当支柱被拉倒后 可推动离合器手把 使离合齿轮4脱离内齿轮3 滚筒即可自由旋转 此时可以进行快速放绳 为防止滚筒旋转过快 使钢丝绳散乱 可推动离合器手把至制动位置 使离合齿轮4的摩擦锥面与固定在涡轮箱端面的端盖锥面接触 产生制动作用 无极绳绞车运输系统 无极绳运输是利用无极钢丝绳与绞车滚筒的摩擦力 驱动轻重矿车从不同的方向在水平或倾角不大于20 的矿井巷道中进行运输的系统 由于其结构简单 使用方便 广泛使用于水平巷道中 无极绳绞车运输系统 无极绳绞车的工作原理 钢丝绳绕过无极绳绞车的主动轮 再经过张紧轮和尾轮连接在一起 形成无极封闭形 电动机带动主动轮转动 通过摩擦力传递 使钢丝绳绕主动轮和尾轮不停地转动 钢丝绳牵引矿车在轨道上运行 矿车从一端挂在钢丝绳上 到另一端或到中途摘下矿车 无极绳绞车滚筒的形式 无级绳绞车滚筒主要有螺丝缠绕式和夹钳式两种 螺丝缠绕式滚筒是在一个滚筒上缠绕两圈或更多圈钢丝绳 以增加钢丝绳围包角 其优点是结构简单 缺点是钢丝绳磨损较大 夹钳式滚筒由铰接的一对夹块组成 当钢丝绳按辐射方向施力于绳夹时 夹块把钢丝绳夹住 在分离点上 钢丝绳离开后由于下部弹簧的作用使夹块张开 其优点是拉力大 钢丝绳弯曲小 缺点是维护较繁琐 夹绳弹簧质量差时易折断 常用无极绳绞车的组成及结构目前我国常用的无极绳绞车有JW500 33型JW2950 48型JW21200 60型JW21600 80型等 JW500 33型无极绳绞车 电动机采用15kW防爆型电动机 联轴器由铸铁制成两圆盘件 木销用榆木制成 当绞车超载时 木销被折断 起安全保护作用 制动器采用小型综合闸块式抱闸制动 滚筒由铸铁滚筒体和白口铁滚筒皮两部分组成 它们之间用螺栓固定在一起 直接装在减速器输出轴上 减速器由一组圆锥齿轮和二级定轴齿轮构成 JW系列无极绳绞车的传动系统 第四节井架 天轮与提升容器 一 井架井架是矿井地面的重要建筑物之一 它的作用是支撑天轮和承受全部提升重量 固定钢丝绳罐道和卸载曲轨 架设普通罐笼的承接装置 采用挠性罐道时 还承担钢丝绳罐道及其重锤的静拉力 1 木井架木井架用于年产量小 服务年限短 6 8年 的立井及斜井 临时性的掘进施工也采用木井架 金属井架 2 金属井架金属井架主要用于主井 使用较为广泛 其特点是井架的各构件可制成装配式部件 在现场进行总体安装 这样既可保证井架的制造质量 又可节省现场的安装时间 服务年限长 重量较轻 使用中能够加固 加高 还可重复使用 它的不足之处是钢材消耗量大 造价高 制造和安装精度要求较高 易腐蚀 故维护量大 煤矿安全规程 第389条规定 对金属井架 井筒罐道梁和其他装备的固定和锈蚀情况 每年应检查一次 发现松动 应采取加固或其他措施 发现防腐层剥落 应补刷防腐剂 检查和处理结果应留有记录 建井用金属井架 每次移设后都应涂防腐剂 金属井架 煤矿安全规程 第389条规定 对金属井架 井筒罐道梁和其他装备的固定和锈蚀情况 每年应检查一次 发现松动 应采取加固或其他措施 发现防腐层剥落 应补刷防腐剂 检查和处理结果应留有记录 建井用金属井架 每次移设后都应涂防腐剂 金属井架 由立架 斜架和天轮平台三部分组成 1 立架 座落在井口锁口盘上 其上固定有天轮平台 出井口的罐道 卸载曲轨以及安全保护装置 如过卷开关 制动绳式防坠器的缓冲机构 等 2 斜架 斜架的下部固定在混凝土基础上 上部同立架铆接 3 天轮平台 上面安装着天轮和起重架 为了维修人员高空作业的安全 平台上要装设安全栅栏 平台顶上还应装设避雷针 以避免雷击 钢筋混凝土井架 钢筋混凝土井架主要用于井架较低的副井 特点是节约钢材 服务年限长 稳定性好 抗振性强 耐火性能好 维修费用少 比金属井架造价便宜 但其自重大 施工期长 多绳摩擦式提升机常采用混凝土井架 通常称为井塔 天轮的作用及类型 天轮位于井架的天轮平台上 作用是撑起连接提升机卷筒和提升容器的钢丝绳 并引导钢丝绳转向 天轮有游动天轮 井上固定天轮 凿井及井下固定天轮3种 移动天轮可以沿轴移动 可保证钢丝绳偏角不大于1 301的规值 多用于井下暗斜井提升或上 下 山运输 固定天轮不能沿轴向移动 主要用于大型提升设备 天轮的结构及其要求 天轮轮缘的结构 轮缘的材质以及绳槽的半径对钢丝绳的使用寿命都有一定的影响 因为提升机启动和停止时 由于天轮的惯性 轮缘与钢丝绳之间会产生相对滑动 使钢丝绳的磨损加剧 因此 应尽量减轻轮缘的重量 带衬垫天轮 带衬垫天轮是用木质或橡胶做成的衬垫镶嵌在轮缘的绳槽内 这样既可以减少钢丝绳的磨损又可避免天轮轮缘的磨损 延长天轮和钢丝绳的使用寿命 但当衬垫磨损后 钢丝绳与衬垫的接触面积减小 使钢丝绳的接触应力增大 加速了钢丝绳与天轮衬垫的磨损 而且由于衬垫磨损后变小 有可能从轮缘中掉出 同时也使罐道与罐耳的磨损增加 带衬垫天轮 煤矿安全规程 第422条和423条规定 当天轮的各段衬垫磨损达到钢丝绳直径的深度时 或者沿侧面磨损达到钢丝绳直径的1 2时 必须更换 对于摩擦式提升装置 绳槽衬垫磨损剩余厚度不得小于钢丝绳直径 绳槽磨损深度不得超过70mm 在提升机的日常运行中 应加强对天轮的维护检查 及时处理松动或掉落的衬垫 以防发生事故 无衬垫天轮 无衬垫天轮的轮缘用具有较高耐磨性的钢材 一般为45号钢 制造 由于没有衬垫的消耗 减小了维修工作量 避免了因衬垫磨损过量或脱落而引起的提升钢丝绳剧烈跳动的故障 但是天轮绳槽处以及钢丝绳的磨损较大 当绳槽磨损量超过规定值时 就要更换天轮 无衬垫天轮 煤矿安全规程 第418条和第422条还规定 天轮到滚筒上的钢丝绳的最大内 外偏角都不得超过1 30 单层缠绕时 内偏角应保证不咬绳 通过天轮的钢丝绳必须低于天轮的边缘 其高差 提升用天轮不得小于钢丝绳直径的1 5倍 悬吊用天轮不得小于钢丝绳直径的1倍 提升容器 提升容器是直接装运煤炭 矸石 人员 材料和设备的工具 按照用途和结构的不同可分为 箕斗 罐笼 矿车 斜井人车和吊桶5种 煤矿安全规程 第380条规定 立井中升降人员 应使用罐笼或带乘人间的箕斗 在井筒内作业或因其他原因 需使用普通箕斗或救急罐升降人员时 必须制定安全措施 矿车 1 矿车的类型和结构要求矿车是用于斜井提升的提升容器 按结构和用途分固定车厢式矿车 翻转车厢式矿车 底卸式矿车 人车 材料车等 它可提升煤炭 矸石 下放材料升降人员和设备等 矿车的基本部件是车厢 车架 轮对和连接器 连接器由牵引链 插销和插销座组成 是涉及重大安全问题的部件 矿车 煤矿安全规程 第412和第414条规定 倾斜井巷运输时 矿车之间的连接 矿车与钢丝绳之间的连接 必须使用不能自行脱落的连接装置 并加装保险绳 因此 矿车连接器的插销 必须有防脱落装置 使用表明 锁圈式防脱落装置效果较好 矿车连接装置必须每年进行1次2倍于其最大静荷重的拉力试验 斜井人车的连接装置 安全系数不小于13 矿车的车梁 碰头和连接插销 安全系数不小于6 矿车 各种保险链以及矿车的连接环 链和插销 批量产生时 必须做抽样拉断试验 不符合要求时不得使用 初次使用前和使用后每隔2年 必须逐个以2倍于其最大静荷重的拉力进行试验 发现裂纹或永久伸长量超过0 2 时 不得使用 矿车提升的安全运行要求 1 倾斜井巷矿车提升的各车场必须设有信号硐室及躲避硐室 运人斜井各车场必须设有信号和候车硐室 候车硐室要具有足够的空间 2 倾斜井巷内使用矿车提升时 必须遵守 煤矿安全规程 第370条的规定 在倾斜井巷内安设能将运行中断绳 脱钩的车辆止住的跑车防护装置 在各车场安设能防止带绳车辆误入非运行车场或区段的阻车器 在上部平车场入口安设能控制车辆进入摘挂钩地点的阻车器 在上部平车场接近变坡点处 安设能阻止未连挂的车辆滑入斜巷的阻车器 在变坡点下方略大于1列车长度的地点 设置能防止未连挂的车辆继续往下跑车的挡车栏 在各车场安设甩车时能发出警号的信号装置 上述挡车装置必须经常关闭 放车时方准打开 兼作行驶人车的倾斜井巷 在提升人员时 倾斜井巷中的挡车装置和跑车防护装置必须是常开状态 并可靠地锁住 3 斜井提升时 由于车辆在运行中易发生突发性事故 造成断绳跑车 脱轨掉道和翻车等容易挤 碰和挫伤扒车和蹬钩摘挂车人员以及巷道的行人等 因此 斜井提升时 严禁蹬钩 行人 4 倾斜井巷运送人员的人车必须有跟车人 跟车人必须坐在设有手动防坠器把手或制动器把手的位置上 每班运送人员前 必须检查人车的连接装置 保险链和防坠器 并必须先放1次空车 5 倾斜人车必须设置使跟车人在运行途中任何地点都能向司机发送紧急停车信号的装置 6 倾斜井巷运送人员的人车必须有顶盖 车辆上必须装有可靠的防坠器 当断绳时 防坠器能自动发生作用 也能人工操纵 防坠器及防跑车装置 防坠器又称断绳保险器 是提升系统的安全装置之一 当提升钢绳或连接装置断裂时 防坠器能迅速 自动 准确的使罐笼平稳地支撑在罐道 或制动绳 上 防止坠井造成严重事故 所以 为了保证生产和人员安全 煤矿安全规程 第383条规定 升降人员或升降人员和物料的单绳提升罐笼 带乘人间的箕斗