Конструкция и расчет подъемных машин и лебедок

Подъемные машины и лебедки по принципу действия разделяются на барабанные и со шкивами трения.

Барабанные подъемники бывают с постоянным радиусом навивки (цилиндрические барабаны) и переменным (конические, бицилиндроконические и цилиндроконические барабаны). Подъемники с цилиндрическими барабанами могут быть с одним (одинарным) или двумя (двойными) барабанами. При двух барабанах каждый из них обслуживает одну ветвь каната, а в установке с одним барабаном он обслуживает обе ветви каната: при свивке с барабана ветви каната, опускающей подъемный сосуд, на его место навивается ветвь каната, поднимающая сосуд.

Наиболее широкое распространение получили цилиндрические барабаны с однослойной и многослойной навивкой каната, которые применяются в конструкциях подъемных машин для вертикальных и наклонных шахт и карьеров.

При однослойной навивке каната на барабан подъемные машины обслуживают высоту подъема до 700 м. Многослойная навивка каната значительно увеличивает обслуживаемую высоту подъема.

Для глубоких шахт применяются подъемные машины с переменным радиусом навивки, из которых в настоящее время выпускаются только машины с бицилиндроконическими барабанами.

В зарубежной практике для подъема с больших глубин (свыше 2000 м)применяются сдвоенные цилиндрические барабаны, расположенные на параллельных валах и имеющие многослойную навивку (подъемная система Блейера).

Доменные подъемники обслуживаются лебедками с одним цилиндрическим барабаном.

Шкивы трения применяются в качестве одноканатных и многоканатных шахтных подъемных машин, обслуживающих шахты глубиной от 800 до 1600 мс подъемными сосудами большой грузоподъемности (до 50 т).

В стандартах предусмотрены единые индексы для обозначения подъемных машин:

Ц – цилиндрические однобарабанные;

ЦР – цилиндрические однобарабанные с разрезным барабаном;

2Ц – цилиндрические двухбарабанные.

Выпускаемые отечественными заводами шахтные подъемные машины с цилиндрическими барабанами разделяются на две группы:

1. Малые подъемные машины с диаметром барабанов от 1, 2 до 3, 5 м;

2. Крупные подъемные машины с диаметром барабанов от 4 до 6 м.

Малые подъемные машины предназначены для установки как на поверхности в закрытом помещении, так и в подземных камерах с температурой воздуха от +5 до +35^°С.

Крупные подъемные машины предназначены только для установки на поверхности в закрытом помещении.

Обозначения подъемных машин: 2Ц – 3х2, 2; ЦР – 6х3/0, 6; БЦК8/5х2, 7. первая цифра после индекса машины обозначает диаметр барабана, вторая цифра – его длину. Для разрезных одинарных барабанов вторая цифра дается в виде дроби, где числитель соответствует общей длине барабана, а знаменатель – длине его переставной части.

К конструкциям барабанов всех подъемных машин предъявляются следующие основные требования: достаточная прочность и жесткость, небольшой собственный вес, хорошая навивочная поверхность, удобство монтажа и эксплуатации.

Цилиндрические барабаны подъемных машин изготовляются литыми или сварными, разъемными для удобства транспортирования и монтажа.

Отечественные заводы выпускают в основном подъемные машины с барабанами сварной конструкции или комбинированными со сварной оболочкой и литыми лобовинами, соединенными с оболочкой болтами. На оболочке барабана нарезают по винтовой линии желобки для правильного направления навивки каната и предохранения соседних витков от взаимного трения.

Каждая подъемная машина оборудуется пультом управления и контрольно – измерительной аппаратурой (указатель глубины, скоростемер, ограничитель скорости и др.).

Подъемная машина с одним цилиндрическим барабаном может обслуживать одноконцевой или двухконцевой подъем вертикальных или наклонных шахт (рис. 7.2). Единственный барабан 1 придает подъемным машинам типа Ц компактность, уменьшает их вес и размеры машинного здания. Вращение барабана передается от электродвигателя 3 через двухступенчатый редуктор 6, соединенный с коренным валом машины зубчатой муфтой 7, а с валом электродвигателя – пружинной муфтой 2.

Тормозное устройство машины выполняет как рабочее, так и предохранительное торможение и состоит из двух пар тормозных колодок 9, каждая из которых связана между собой системой тяг и рычагов. Каждая пара колодок имеет пружинно – грузовой пневматический тормозной привод 8.

Управление машиной осуществляется с пульта 5, на котором установлена контрольно – измерительная и предохранительная аппаратура, а также рукоятки управления. Пульт управления имеет с подъемной машиной только электрическую связь и может быть установлен в машинном или надшахтном здании. Дистанционное или автоматическое управление машиной осуществляется аппаратом задания и контроля хода (АЗК) 4, механически связанным с тихоходным валом редуктора. Тип электродвигателя и пускорегулирующей аппаратуры выбирается в соответствии с местом установки машины (на поверхности или под землей).

Рисунок 7.2 – Общий вид однобарабанной подъемной машины типа Ц

Коренная часть (сборка главного вала) однобарабанной подъемной машины показана на рис. 7.3. Главный вал 1, к которому при помощи шпонок 2 жестко крепится барабан, установлен на сферических роликоподшипниках 3. Тормозные шкивы 4, являющиеся также лобовинами барабанов, отлиты из чугуна и соединены со стальной сварной оболочкой барабана 6 болтами 7. Канат закрепляется внутри барабана жимками 5. При эксплуатации однобарабанных машин невозможно одновременно обслуживать несколько горизонтов, усложняется смена и навеска канатов, регулирование их длины после вытяжки и обрубка отрезков каната для испытания.

Рисунок 7.3 – Коренная часть малой подъемной машины типа Ц

Двухбарабанные подъемные машины (2Ц) предназначены для обслуживания двухконцевого подъема вертикальных или наклонных шахт. Они имеют по сравнению с однобарабанными большую канатоемкость. Эти подъемные машины позволяют производить подъем грузов с нескольких горизонтов.

Конструктивные отличия этих подъемных машин от однобарабанных заключаются в том, что один барабан (заклиненный) жестко закреплен на коренном валу, а другой (переставной) соединяется с валом при помощи расцепного устройства (механизма перестановки).

Расцепное устройство (механизм перестановки) (рис. 7.4) состоит из зубчатой муфты 1, посаженной на вал машины прессовой посадкой, наружного зубчатого венца 10 с внутренней нарезкой зубьев, который замыкает своими зубьями муфту 1 и зубчатый венец ступицы 9. Приводом расцепного устройства являются три пневматических цилиндра 7, корпуса которых вместе с крышками 11 соединены с зубчатым венцом 10 болтами. Зажимные пакеты 5 представляют собой набор тарельчатых пружин и расположены на шпильках 3.

Включение механизма перестановки осуществляется под действием усилия сжатого воздуха, а выключение под действием усилия сжатых пружин.

Сжатый воздух через специальный трубопровод 2 поступает в пневматические цилиндры 7, корпуса которых вместе с крышкой 11 и зубчатым венцом 10 отходят от зубчатого венца ступицы 9, при этом пакеты пружин сжимаются.

Зубчатый венец 10 смещается настолько, что зубья венца 9 освобождаются от зацепления с зубьями венца 10 и переставной барабан отсоединяется от вала машины.

При выключении расцепного устройства воздух выпускается из цилиндров. Под действием сжатых пружин крышка 11 и венец 10 возвращаются в первоначальное положение, замыкая венец 9 и зубчатую муфту 1, и переставной барабан жестко соединяется с коренным валом машины.

Рисунок 7.4 – Механизм перестановки подъемной машины типа 2Ц

Подъемные машины с бицилиндроконическими барабанами применяются дл подъема груза с больших глубин (800 – 1500 м).

Барабан машины типа БЦК состоит из двух частей: заклиненной 1 и переставной 2 (рис. 7.5).

Заклиненная большая часть барабана жестко соединена с коренным валом машины, который представляет собой полый (трубчатый) вал 10 с запрессованными в него цапфами 8, опирающимися на подшипники 7. Зубчатая муфта 6 соединяет коренной вал с выходным валом редуктора. Переставная меньшая часть барабана имеет возможность проворачиваться относительно коренного вала на роликоподшипниках 9.

Жесткое соединение переставной части барабана с коренным валом осуществляется через механизм перестановки 5 зубчатого типа.

Оболочки малого и большого цилиндров барабана имеют спиральные канавки, на конической части к оболочке привариваются желобки. С обеих сторон барабана на полый вал 10 свободно насажены бобины 4, предназначенные для навивки запасной длины каната. Бобины имеют червячный привод с электродвигателем.

К лобовинам малых цилиндров привариваются тормозные ободья 3, к которым прикладываются усилия двух пар тормозных колодок.

Смена горизонтов работы подъемной машины типа БЦК с помощью механизма перестановки аналогична смене горизонтов работы машин с цилиндрическими барабанами.

Рисунок 7.5 - Коренная часть подъемной машины типа БЦК

Диаметр цилиндрических барабанов шахтных подъемных машин, согласно Правилам безопасности, определяется по следующей зависимости

D ≥ 80d мм, (7. 2)

где D – диаметр барабана;

d – диаметр каната.

Для лебедок доменных подъемников, эта зависимость будет

D ≥ 40d мм. (7. 3)

Найденная по формулам (7.2) и (7.3) величина диаметра барабана округляется до ближайшей большей стандартной величины.

Для грузо – людских и людских подъемов на вертикальных и наклонных (более 60°) шахтах навивка каната на барабане должна быть однослойной. Для подъемных машин грузовых вертикальных подъемов допускается двухслойная навивка канатов на барабаны. Трехслойная навивка допускается для подъемных машин грузовых наклонных подъемов.

Полная длина одного цилиндрического барабана двухбарабанной подъемной машины при навивке каната в один слой.

где – длина каната, равная высоте подъема;

– длина каната для испытаний,

– стандартный диаметр барабана;

– витки трения (3, 5 витка при футеровки и 5, 5 без нее);

– диаметр каната;

– зазор между витками каната на барабане,

– стандартная длина барабана.

Бицилиндрические барабаны. Начальный (меньший) диаметр навивки барабана определяется так же, как и для цилиндрических барабанов

D_м ≥ 80d мм.

Наибольший диаметр для стандартных подъемных машин находится из соотношения

Длина малого цилиндра барабана должна вместить длину каната, равную расстоянию между горизонтами шахты; кроме того, на малом цилиндре размещаются витки трения (), а длина каната для взятия проб размещается на внутренней бобине.

Тогда длина малого цилиндра барабана

Длина конической части барабана определяется, исходя из принятого угла конусности β _кн = 50 ÷ 63°

Длина каната, навиваемого на конус,

где – зазор между витками на конической части барабана,

Длина большого цилиндра определяется из условия размещения на нем длины каната, оставшегося после навивки его на малый цилиндр и коническую часть барабана.

Длина каната, навивающегося на большой цилиндр

Для большого цилиндра

Тормозные устройства ШПМ

Конструкция тормозных устройств ШПМ, значения тормозных моментов, развиваемых рабочими и предохранительными тормозами, и создаваемые при этом замедления должны соответствовать требованиям правил технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт.

Каждая ШПМ оснащена рабочим и предохранительным (аварийным) тормозом с независимым включением привода. С помощью тормозного устройства можно выполнить рабочее регулируемое, рабочее стопорное и предохранительное торможение.

Регулируемое рабочее положение обеспечивает удержание барабана подъемной машины от вращения, стопорения переносной части барабана при переходе от одного горизонта к другому и при регулировании длины каната.

Стопорное рабочее торможение применяют при автоматическом управлении машиной, когда процесс торможения осуществляется отключением электроканатов рабочего торможения. При этом тормозное устройство останавливает машину в конце пути торможения на малой («ползучей») скорости.

Предохранительное торможение производится при возникновении аварийной ситуации (опасное превышение скорости, переподъем). Оно должно создаваться грузом (предпочтительнее) или пружинами.

Регулируемые тормоза, устанавливаемые только на ШПМ, имеют кроме исполнительного органа пневматический или гидравлический тормозной привод, осуществляющий дозирование тормозного момента.

У шахтных подъемников имеются две пары тормозных колодок, воздействующих непосредственно на тормозные ободья, представляющие одно целое с барабанами или канатоведущими шкивами трения.

Исполнительные элементы тормозов оборудуются поступательно движущимися колодками, которые имеют ряд преимуществ перед угловым перемещением. В связи с большим углом обхвата обода и более равномерным распределением давления по дуге обхвата. Он развивает в 1, 5…1, 7 раза больший тормозной момент и имеет примерно в 2 раза больший срок службы.

В малых подъемных машинах (конструкции ДМЗ) вертикальные рычаги 5 (рис. 7.6, а) поворачиваются на осях 8 с опорами и имеют угловое перемещение. Тормозные колодки 6, подвешенные на шарнирах 9, имеют поступательное движение, что обеспечивается стойками 7, образующими с рычагами 5 шарнирный параллелограмм. Верхние концы рычагов 5 соединяются между собой регулировочной тягой 1, к которой прикреплен рычаг 3. К длинному плечу рычага 3 прикрепляется вертикальная штанга 4 от привода тормоза. Растормаживание происходит при движении тяги 4 вверх.

У крупных подъемных машин (конструкции НКМЗ) исполнительный орган (рис. 7.6, б) тормозов состоит из двух тормозных колодок 1 с пластмассовыми накладками, подвешенных шарнирно к вертикальным стойкам 2. Оси вращения стоек 2 установлены на опорах 6. Рычаги 5, тяги 8 и вертикальная тяга 10, состоящая из двух частей, стягиваемых регулировочной гайкой 11, обеспечивают одновременное движение тормозных колодок при включении и выключении тормоза.

Для регулировки зазоров между колодками и тормозным ободом предусмотрены упоры 3 и 9 и регулирующая стойка 7.

Усилие тормозного привода передается через штангу 4, систему рычагов 5, тяг 8 и 10 на тормозные колодки.

а б

а – конструкция ДМЗ; б – конструкция НКМЗ

Рисунок 7.6 – Исполнительные элементы тормозов ШПМ

При оттормаживании благодаря дополнительной регулирующей стойке 7, тормозные колодки отходят параллельно, без перекосов.

Источником сил при растормаживании машины является давление рабочей жидкости или сжатого воздуха, которое поднимает груз или сжимает пружину.

В малых ШПМ () принимается пружинно – гидравлический привод. Тормозной момент создается пакетом пружин 4, имеющих предварительное сжатие пружины, размещенных между неподвижным верхним 3 и подвижным нижним 5 дисками. К нижнему диску присоединяется вертикальная тормозная тяга 2, соединенная с угловым рычагом. Для получения требуемого тормозного момента пружины затягиваются гайками на расчетную величину, затормаживание происходит под действием давления масла, подаваемого через центральное отверстие в штоке 7 в тормозном цилиндре 6.

При рабочем торможении выпуск жидкости производит машинист через электрогидравлический регулятор, а при предохранительном торможении и стопорении машины масло выходит через электрогидравлический кран предохранительного тормоза.

Пружинно – пневматический грузовой тормозной привод имеет два соосных цилиндра для рабочего и предохранительного торможения. Поршень предохранительго цилиндра является цилиндром рабочего поршня. В нижней части укреплен на хвостовике тормозной груз.

Достоинством тормозов с пружинно – грузовым замыканием является простота изготовления механической части, а к недостаткам следует отнести большое количество шарнирных соединений и относительно малую жесткость тормозных рычагов, а также большое время срабатывания тормоза из-за большого хода штока привода.

Для крупных ШПМ применяют тормоза с грузовым замыканием и с приводом от пневмоцилиндров. Поступательное движение колодок 1 сочетается с угловым движением тормозных рычагов 2, что исключает возможность заклинивания и перекоса тормозных колодок.

Усилие привода передается от дифференциального рычага 3(с соотношением плеч 1: 3, 5) на вертикальную тягу 4 и через систему тяг и рычагов на тормозные колодки.

В разомкнутом состоянии тормоза воздух в цилиндре 8 находится под давлением и груз 9 удерживается в верхнем положении. При стопорном торможении в цилиндре 12 создается давление и одновременно выпускается сжатый воздух из цилиндра 8, что обеспечивает быстрое срабатывание тормоза (положение I). После посадки поршня на дно цилиндра 12 рычаг 3 поворачивается (положение II), увеличивая усилие прижатия тормозных колодок к шкиву.

Рисунок 7.7 – Схема пружинно-гидравлического привода тормоза

1 – колодки; 2 – рычаги; 3 – дифференциальный рычаг; 4 – тяга;

5, 6 – болт равномерности; 7 – регулировочные гайки (компенсируют износ); 8 – стопорный цилиндр; 9 – грузы; 10 – конечный выключатель;

11 – фундаментная рама; 12 – рабочий цилиндр

Рисунок 7.8 – Тормоз с грузовым замыканием

Согласно «Правил…» тормозной момент должен быть при рабочем и предохранительном торможении не менее трехкратного статического момента, возникающего при подъеме и спуске груза

где – статический крутящий момент при подъеме или спуске груза (для машин с постоянным );

– масса поднимаемого груза в скипе или клети;

– погонная масса каната.

При перестановке незаклиненного барабана тормозное устройство должно развивать на одном тормозном шкиве

где –момент, создаваемый весом порожнего сосуда и каната.

Для обеспечения допустимых замедлений при торможении тормозной момент должен находиться в пределах

где – приведенная к радиусу масса всех подвижных частей подъемной машины;

– наибольший радиус навивки каната на барабан.

Наибольшее значение момента принимается в качестве расчетного. Если четвертое значение противоречит одному из предыдущих, то следует принимать двухступенчатое торможение.

Для подъемных установок со шкивом тремя наиболее опасными является режим торможения при спуске груза.

Допустимый тормозной момент по условию отсутствия проскальзывания канатов по шкиву при перегоне порожних сосудов

где –допустимое (критическое) замедление, м/с²;

– масса порожнего сосуда, кг.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78