4.5 Органы навивки постоянного радиуса

Одновременный подъем одного подъемного сосуда и спуск другого осуществляют навивкой одного каната на орган навивки и свивкой с его другого или приведением каната в движение силой трения, возникающей между ним и ведущим шкивом. При этом достигается прием одного подъемного сосуда на верхней площадке, а другого на нижней и уравновешивание собственных масс сосудов.

В зависимости от того, остается ли при подъеме радиус навивки каната постоянным или изменяется, различают органы навивкн постоянного радиуса — цилиндрические барабаны, ведущий шкив трения и органы навивки переменного радиуса — бицилиндроконические барабаны и др.

Цилиндрические барабаны. Подъемные машины изготавливают двух- и однобарабанные.

П

Рис. 24 - Схемы подъемных установок с цилиндрическими барабанами

установках с однобарабанной машиной барабан обслуживает оба каната, причем при свивке с барабана каната опускающегося подъемного сосуда на его место навивается канат поднимающегося сосуда (рис.24, б). Установки с цилиндрическими барабанами могут быть как без уравновешивающего, так и с уравновешивающим канатом, который на рис. 24 показан штриховой линией.

В двухбарабанных машинах один из барабанов жестко закреплен на валу — заклиненный барабан, а другой может быть соединен с валом или отсоединен от него — переставной барабан.

Переставной барабан дает возможность регулировать расположение подъемных сосудов друг относительно друга, что необходимо при обслуживании нескольких горизонтов шахты, и упрощает операции навески, смены канатов и регулирования их длины. Для этого переставной барабан затормаживается и отсоединяется от вала, а жестко закрепленным барабаном медленно перемещается его канат.

Однобарабанная машина по сравнению с двухбарабанной имеет меньшую ширину и массу. Одинарный барабан может быть цельным и разрезным. При цельном барабане регулировать располо­жение подъемных сосудов сложнее по сравнению с разрезным. При разрезном барабане эта операция проводится так же, как при двухбарабанной машине.

Донецкий машиностроительный завод (ДМЗ) им. Ленинского комсомола Украины выпускает двухбарабанные и однобарабанные подъемные машины с диаметром барабанов 1,2; 1,6; 2; 2,6; 3 и 3,4 м. Машины с диаметром барабана 1,2; 1,6; 2 м условно относятся к малым, а с диаметром 2,6; 3 и 3,4 м — к средним.

Ново-Краматорский машиностроительный завод (НКМЗ) им. В. И. Ленина выпускает крупные двухбарабанные и однобарабанные с разрезным барабаном подъемные машины с диаметром барабанов 4; 5 и 6 м.

Малые подъемные машины предназначены главным образом для работы в шахте, средние — как для подземных установок, так и для установок на поверхности, крупные — только для установок на поверхности.

ДМЗ выпускает средние двухбарабанные подъемные машины типоразмеров 2×2,5×1,2; 2×З×1,5У; 2Ц-3,5×1,7А (в шифрах машин числами указаны последовательно: количество барабанов, диаметр барабана, м, и его ширина, м; У — усиленная, Ц — цилиндрические барабаны; А — индекс модели), а также однобарабанные 1×2,5×2; 1×З×2У; Ц-3.5×2А.

Двухбарабанная подъемная машина ДМЗ 2Ц-3,5×1,7А в своей коренной части (рис. 25) состоит из вала 1 с зубчатой муфтой 2, роликовых двухрядных сферических подшипников 3, заклиненного на валу барабана 4, переставного барабана 5 с зубчатым механизмом перестановки 6. Наружные лобовины 7 барабанов с тормозными ободами 8 сварно-литой конструкции; ступицы 9 литые, диск и тормозные ободы — из листовой стали, внутренние лобовины 10 — литые. Обечайка 11 — сварная с нарезанными канавками для каната. Реборды 12 съемные сварные состоят из отдельных сегментов и крепятся к обечайке болтами. Зубчатый механизм перестановки 6, встроенный в левую лобовину 7, под действием пружин постоянно находится в зацеплении. Расцепление производится под действием сжатого воздуха, подаваемого в цилиндры механизма перестановки. Точность регулирования положения сосудов 100 ... 200 мм. Включение и выключение механизма 6 дистанционное с пульта управления.

Максимальное число слоев навивки на барабан — 3.

Подъемная машина ДМЗ 2Ц-3,5×1,7А (рис. 26) для удобства транспортирования по железной дороге без разборки имеет диаметр 3,4 м. Она состоит из рамы 6, коренной части 2, редуктора 3, электродвигателей 4, исполнительного органа тормоза 10 с тормозными колодками 9 из пресс-массы, тормозного привода 7, панели управления 8 тормозом, стопорного устройства 1, аппарата 5 задания и контроля хода АЗК.

Машина может быть правого или левого исполнения. При правом исполнении редуктор и двигатель расположены справа от барабанов, если смотреть на машину со стороны тормозного привода.

Правый подъемный канат набегает на барабан сверху, левый — снизу.

Управление машиной производится с пульта, который не имеет механической связи с машиной и может устанавливаться в любом удобном для управления месте.

О

Рис.25 - Коренная часть подъемной машины 2Ц-3,5×1,7А

Данные о некоторых подъемных машинах ДМЗ приведены в приложении 11.

Двухбарабанные машины НКМЗ типоразмеров 2Ц-4×1,8; 2Ц-4×2,3; 2Ц-5×2,4 и 2Ц-6×2,4 конструктивно одинаковы, машины 2Ц-5×2,8; 2Ц-6×2,8; 2Ц-6×2,8У (У — усиленная) — такой же конструкции, но с некоторым отличием в коренной части. Машины 2Ц-5×2,8 и 2Ц-6×2,8У допускают только однослойную навивку каната на барабан, остальные машины — как однослойную, так и двухслойную. В шифре машин с двухслойной навивкой каната после последней цифры ставится Д.

Подъемные машины 2Ц-4×1,8; 2Ц-4×2,3; 2Ц-5×2,4; 2Ц-6×2,4 имеют одноступенчатые двухприводные редукторы. Эти машины снабжаются асинхронными двигателями или быстроходными двигателями постоянного тока. Машины 2Ц-5×2,8; 2Ц-6×2,8; 2Ц-6×2,8У изготавливают без редукторов с приводом от тихоходных двигателей постоянного тока.

Коренная часть подъемных машин 2Ц-4×1,8 2Ц-4×2,3; 2Ц-5×2,4; 2Ц-6×2,4 (рис. 27) состоит из вала 1 с зубчатой муфтой 13, роликовых двухрядных сферических подшипников 3, установленных в разъемных корпусах 4, закошенного 9 и переставного 6 сварных барабанов с внутренними кольцами жесткости 7. На обечайках 8 нарезана канавка, шаг которой зависит от диаметра каната. На лобовинах барабанов закреплены тормозные ободы 2, обечайки имеют реборды 10. Заклиненный барабан 9 крепится к валу при помощи ступицы 11 и болтов, переставной барабан 6 устанавливается на валу на подшипниках 12. При помощи зубчатого механизма перестановки 5 барабан 6 соединяется с валом 1 и отсоединяется от него.

Подъемные машины НКМЗ типоразмеров 2Ц-4×1,8; 2Ц-4×2,3; 2Ц-5×2,4 и 2Ц-6×2,4 (рис. 28) состоят из коренной части 1, редуктора 2, зубчатой 3 и пружинной муфты 4, электродвигателей 5, исполнительного органа тормоза 6, привода тормоза 7, тормозного компрессора 8 с воздухосборником 9, пульта управления 10, панели управления тормозом 11, аппарата 12 задания и контроля хода АЗК, системы смазки 13, ограничителя скорости 14.

О днобарабанные подъемные машины НКМЗ изготавливают таких типоразмеров: ЦР-4×3/0,7;

Рис. 26 - Подъемная машина 2Ц-3,5×1,7А

Ц Р-5×3/0,6; ЦР-6×3/0,6 и ЦР-6×3,4/0,6 (ЦР — цилиндрической разрезной барабан, числа (м): диаметр барабана, числитель — ширина барабана, знаменатель — ширина переставной части ба­рабана). Все машины имеют одноступенчатые двухприводные редукторы, за исключением машины ЦР-6×3,4/0,6, которая применяется без редуктора с тихоходным двигателем постоянного тока. Машины ЦР в своей коренной части (рис. 30) имеют пустотелый вал 1, опирающийся на сферические двухрядные роликовые подшипники 2, заклиненную часть барабана 3, закрепленную на валу при

Рис. 27 - Коренная часть подъемной машины 2Ц

помощи ступиц 4 и болтов, переставную часть барабана 5, опирающуюся на роликовые подшипники 6, с описанным ниже зубчатым механизмом перестановки 7. Барабан сварной конструкции с внутренними кольцами жесткости. На обечайке 8 нарезаны канавки для каната. На концах барабана имеются реборды 9 и тормозные ободы 10.

Разрез барабана делается так, чтобы один из канатов навивался только на заклиненную часть барабана, а другой — на обе части. При этом, если подъемный сосуд второго каната находится на нижней приемной площадке, оставшаяся на барабане часть каната не должна переходить через разрез на заклиненную часть барабана. При таком барабане один подъемный сосуд можно переставить относительно другого на расстояние, что необходимо для устранения вытяжки канатов, при навеске и смене их.

На рис. 30. показан зубчатый механизм перестановки барабана, который состоит из зубчатого колеса 1, напрессованного на вал машины, зубчатого венца 2 ступицы переставного барабана и на­ружной зубчатой муфты 3 с внутренним зацеплением.

Зацепление муфты 3 с венцом и колесом происходит при разжатии тарельчатых пружин 4. При подаче сжатого воздуха в пневмоцилиндры 5 пружины сжимаются и венец 2 выходит из зацепления с муфтой. Зубчатый механизм перестановки может обеспечить точность регулирования длины каната до 200 мм.

Данные о машинах НКМЗ с цилиндрическими барабанами приведены в приложениях 12 и 13.

Согласно ПБ отношение диаметра барабана D_б или направляющего шкива D_н.ш. к диаметру каната d_к для установок на поверхности должно быть не менее 79, а для подземных и проходческих установок — не менее 60.

На людских и грузолюдских установках вертикальных шахт согласно ПБ навивка каната на барабан должна быть однослойной, только для грузовых установок на поверхности она при двухбарабанных машинах может быть двухслойной и в подземных установках — трехслойной. При многослойной навивке каната: реборда барабана должна выступать над верхним слоем каната на 2,5 диаметра каната; футеровка барабана, так же как и при однослойной навивке, должна иметь нарезные канавки; за критическим участком каната (четверть последнего витка нижнего ряда при переходе на верхний ряд) ведется усиленное наблюдение (учет разорванных проволок) и через каждые 2 мес он передвигается на четверть витка.

При двухбарабанных машинах каждый из барабанов обслуживает только один канат, следовательно, на каждом барабане должны разместиться: 1) канат, длиной равный высоте подъема Н (расстояние от верхней приемной площадки до нижней по последнему горизонту); 2) канат для испытания длиной l_u = 30 ... 35 м; в случае расположения этого каната на внутренних бобинах длина его при определении ширины барабана не учитывается; 3) витки трения n_в.т для ослабления натяжения каната в месте его закрепления к барабану; при футерованных барабанах n_в.т ≥3, при нефутерованных барабанах n_в.т ≥ 5.

Чтобы избежать трения витков каната друг о друга, между ними оставляется зазор b₃ = 2 ... 3 мм.

Ширина барабана (мм):

при однослойной навивке подъемного каната

; (12)

при многослойной навивке

; (13)

где n_в.п = 4 — число витков на передвижку критического участка каната; n_с — число слоев навивки каната на барабан; πD_р.в — расчетная средняя длина витка каната,

; (14)

Рис 28 - Подъемная машина 2Ц

Один цилиндрический барабан обслуживает оба подъемных каната, причем при свивке с барабана одного каната на него навивается другой канат.

Ширина одного барабана, обслуживающего оба каната,

, (15)

где n_в.з = 2 витка — зазор между свивающимся и навивающимся канатами.

По найденному значению В_н и по заводским данным окончательно принимают ширину барабана.

Рис. 29 - Коренная часть подъемной машины ЦР

При установке с одноканатным ведущим шкивом трения (рис.31) круглый подъемный канат, охватив одноручьевой шкив подъемной машины, направляется через направляющие шкивы к подъемным сосудам, где его концы прикрепляются к подвесным устройствам. Уравновешивающий канат при этом органе навивки обязателен. При вращении веду­щего шкива подъемный канат увлекается им за счет силы трения между канатом и футеровкой шкива. Применение равновесного уравновешивающего каната обеспечивает нескольжение подъем­ного

Рис. 30 - Зубчатый механизм перестановки барабана

каната при глубинах свыше 300 м. При меньших глубинах требуется навеска тяжелого уравновешивающего каната.

Шкив футеруется прорезиненными шашками или пластмассой.

Для установок со шкивами трения наиболее подходящими являются трехграннопрядные и закрытой конструкции канаты. Хорошее сцепление с футеровкой обеспечивает подъемный канат односторонней свивки. В таком канате проволочки располагаются под некоторым углом к оси каната, а не вдоль ее, как это имеет место в канате крестовой свивки.

НКМЗ выпускал подъемные машины с ведущимтнкивом трения типа ШТ-7,2, где 7,2 — диаметр шкива, м. Для облегчения навески и смены канатов машина снабжена бобиной, которая закреплена на коренном валу.

Вал шкива соединяется с валом двигателя непосредственно (при тихоходных двигателях постоянного тока) или через одноступенчатый редуктор. Максимальные показатели такой машины: скорость подъема до 16 м/с, глубина подъема 1200 м, наибольший диаметр каната 60 мм, максимальное статическое натяжение каната 0,31 МН, максимальная разность статических натяжений каната 0,072 МН.

Согласно ПБ диаметр шкива трения D_ш.т.≥120d_к.

Давление на футеровку шкива р_ш.т (Н/см²) от натяжения набегающей F_наб и сбегающей F_сб ветвей каната принимается равномерно распределенным на проекцию опорной поверхности шириной, равной диаметру каната d_к, и длиной, равной диаметру шкива D_ш.т:

(16)

Значения р_ш.т принимают при футеровке из прорезиненных шашек равными 140 ... 160Н/см², при пластмассовой футеровке — 160 ... 200 Н/см².

И

Рис. 31 - Схема подъемной установки с одноканатным ведущим шкивом трения

Установки с ведущим шкивом трения имеют преимущества: компактность благодаря небольшой ширине шкива; отсутствие отклонения каната в связи с расположением направляющих шкивов и ведущего шкива в одной вертикальной плоскости; струны канатов могут быть меньшей длины (см, гл. II).

Недостатки установок с ведущим шкивом трения: обрыв подъемного каната влечет за собой аварию с обоими подъемными сосудами; при обрыве уравновешивающего каната имеет место 1 скольжение подъемного каната по ведущему шкиву, что также приводит к аварии; уменьшение надежности действия парашютов со стороны неповрежденной ветви каната; невозможность периоди­ческого испытания каната; более тяжелые условия работы каната по сравнению с другими системами; трудная навеска и смена канатов; при наличии на шахте двух и более горизонтов одновременная загрузка одного подъемного сосуда и разгрузка другого возможна только при работе с нижнего горизонта.

Во время ускоренного и замедленного движения подъемных сосудов при определенных условиях возможно проскальзывание соответственно ведущего шкива по канату и каната по шкиву, в связи с чем нарушается работа предохранительных устройств, действующих в функции частоты вращения коренного вала машины.

Многоканатные подъемные установки в настоящее время получили широкое распространение на глубоких и сверхглубоких шахтах.

Принцип действия многоканатной установки (рис. 32) такой же, как и установки с одноканатным ведущим шкивом трения, но с той разницей, что здесь подъемные сосуды 1 подвешены на нескольких (двух, четырех, шести, восьми и даже двенадцати) подъемных канатах2. К подъемным сосудам прикреплены уравновешивающие канаты 3. На башенном копре располагается машина с ведущим шкивом 4, имеющем канавки для подъемных канатов. Для соблюдения необходимого расстояния между подъемными сосудами применяют отклоняющие шкивы 5 (вместо одного шкива 5, показанного на рис. 32, используют несколько отклоняющие шкивов по числу подъемных канатов). В связи с отклоняющими шкивами угол охвата ведущего барабана подъемными канатами доходит до 195°.

Наиболее простой является установка без отклоняющих шкивов, применяемая в случае, когда диаметр ведущего шкива равен расстоянию между осями подъемных сосудов в стволе или отличается менее, чем на 300 мм; при этом угол охвата шкива канатом равен 180°.

Диаметр многоканатного ведущего шкива D_{м. т} ≥ 79d_k при угле охвата 180°, а при большем угле D_{м. т} ≥ 95d_k, при канатах закрытой конструкции D_{м. т} ≥ 100d_k. Ширина ведущего шкива зависит от числа, подъемных канатов и расстояния между ними, примерно равного 10d_k.

Наилучшей футеровкой шкивов является пластмассовая, хотя применяют также кожаную и из алюминиево-магниевых сплавов.

При многоканатной установке к подъемным канатам предъявляют определенные требования: по возможности постоянный диаметр; возможно меньшая вытяжка; стабильный модуль упругости; высокий коэффициент сцепления каната с футеровкой канавок шкива; наибольшая поверхность соприкосновения с футеровкой; «жесткость» конструкции, исключающая повторные движения на­ружных проволок при соприкосновении с футеровкой; наименьший диаметр каната при заданной грузоподъемности. Таким требованиям наиболее соответствуют канаты закрытой конструкции, в несколько меньшей степени — трехграннопрядные канаты; допускается также применение круглопрядных канатов линейного касания.

Допускаемое удельное давление на пластмассовую футеровку ведущего шкива при канатах закрытой конструкции не более 250 Н/см², а коэффициент трения этих канатов о футеровку 0,2; при трехграннопрядных и круглопрядных канатах эти величины соответственно имеют значения 250 Н/см² и 0,25.

П

Рис. 32 - Схема многоканатной подъемной установки

ДМЗ изготавливает многоканатные подъемные машины таких типоразмеров: ЦШ 2,1×4; МК 2,25×4; МК 3,25×4; МК 4×4; ЦШ 4×4; МК 5×4; ЦШ 5×4 и ЦШ 5×8. В шифре этих машин пер­вое число — диаметр ведущего шкива, м, второе — количество подъемных канатов, МК — многоканатная, ЦШ — согласно ГОСТ 18116—72 цилиндрический шкив. Иногда в шифре машин ставятся буквы: р — редукторная, Л (или П) — левое или правое исполнение (по размещению редуктора). Машины ЦШ по схемным решениям и компоновке идентичны машинам МК, но конструкция их узлов более совершенна. Серия машин ЦШ должна заменить серию МК.

Машины ЦШ 2,1×4; МК 2,25×4; МК 3,25×4 и МК 4×4 изготавливают с двухступенчатыми двухприводными редукторами, причем последние две машины могут быть и без редукторов. Осталь­ные многоканатные машины поставляются без редукторов с тихоходными двигателями постоянного тока.

Коренная часть машин МК 4×4р и ЦШ 4×4 (рис. 33) имеет вал 1, опирающийся на роликовые подшипники 8, на который насажен неразъемный сварной канатоведущий барабан 9. Обечайка 4 прикреплена к двум лобовинам 3 и к кольцевым ребрам 6. Лобовины приварены к ступице 2. На лобовины опираются также тормозные ободы 5. На обечайке уложена футеровка 7.

На рис. 34 показана машина МК 4×4р.

Пульт управления не имеет механической связи с машиной и может быть смонтирован в машинном зале, у мест разгрузки скипов или обмена вагонеток, чем достигается удобство управления машинами. Многоканатные подъемные установки по сравнению с одноканатными имеют следующие преимущества: возможность подъема со значительных глубин больших грузов; большая безопасность работы; диаметр каждого подъемного каната значительно меньше диаметра каната при одноканатном подъеме, в связи с чем меньше диаметр органа навивки, масса машины и мощность двигателя; меньшее число перегибов каната; нет струн канатов (см. гл. II); герметизация копра, устраняющая влияние атмосферных факторов на канаты; отсутствие крутящего момента, приложенного к сосуду со стороны канатов (благодаря применению четного числа канатов и поочередного расположения канатов правой и левой свивки), что способствует уменьшению износа проводников и смягчению ударов на их стыках; нет надобности в применении парашютов в связи с малой вероятностью одновременного обрыва всех канатов.

Рис. 34 - Многоканатная подъемная машина МК 4×4р:

1 - коренная часть машины; 2 - подпружиненный редуктор (машина может быть и без редуктора); 3 - двигатели (один или два); 4 - зубчатые муфты;. 5 - аппарат задания и контроля кода АЗК; 6 - тахогенератор контроля скорости; 7 - привод аппарата АЗК; 8 - маслостанция редуктора; 9 - приспособление для проточки канатных канавок; 10 - аппарат защиты от проскальзывания каната; 11 - исполнительный орган тормоза; 12 - привод тормоза; 13 - панель управления тормозом;

14 - воздухосборник тормозного компрессора.

Недостатками многоканатных установок являются необходимость в громоздком и дорогостоящем башенном копре; сложность надзора за канатами, навески и смены их; неравномерное распределение нагрузки между подъемными канатами, которое возникает в связи с небольшим различием в диаметрах канатов (в пределах допусков при их изготовлении на заводе), разной вытяжкой и неодинаковыми упругими характеристиками канатов. В связи с этим канаты будут работать по-разному, иметь разные напряжения и износ, а также различный запас прочности. В результате перегрузки одного каната по сравнению с другими может иметь место обрыв этого каната, вследствие чего возникает дополнительная нагрузка на другие канаты.

Для устранения этого недостатка применяют специальные подвесные уравнительные устройства, имеющие большую массу (3,5 — 6 т).

Данные о многоканатных подъемных машинах ДМЗ приведены в приложении 14.

В практике горной промышленности СССР наиболее мощные многоканатные подъемные установки применяют на шахтах Кривбасса глубиной до 1600 м со скипами грузоподъемностью до 50 т при мощности одиночного привода системы Г—Д до 6000 кВт и сдвоенного — до 10000 кВт. Из зарубежной практики известны многоканатные установки для еще больших глубин и грузоподъемности скипов до 60 т.

За рубежом для сверхглубоких шахт получили распространение двухканатные подъемные установки с цилиндрическими барабанами и расположением машины в здании на уровне земли. В такой установке (рис. 35, а) подъемная машина имеет два цилиндрических барабана 1 и 2, каждый из которых при помощи промежуточной реборды разделен на две равные по ширине секции. Два подъемных каната 3 и 4 с каждого барабана охватывают свои направляющие шкивы 5 и 6 и закрепляются к подвесным устройствам подъемных сосудов 7 и 5. Во время подъема канаты поднимающегося сосуда навиваются в несколько слоев (до 5) на свою секцию барабана, в это же время происходит свивка канатов опускающегося подъемного сосуда с другого барабана.

Для выравнивания нагрузки в каждой паре канатов в подъемных сосудах применяют прицепные устройства в виде компенсирующих блоков или же каждую пару направляющих шкивов устанавливают на поршнях сообщающихся между собой гидравлических цилиндров, позволяющих шкивам перемещаться друг относительно друга в вертикальной плоскости.

Р асположение барабанов 1 и 2 относительно друг друга производят по трем схемам: 1) на одной оси с применением тихоходного двигателя 3 без редуктора (рис, 35, б); 2) на параллельных осях с применением двух быстроходных двигателей 3 с редукторами 4 и 5 и промежуточным зубчатым колесом 6 для равномерного рас­пределения нагрузки между двигателями (рис. 35, в); 3) на параллельных осях с применением для каждого барабана тихоходных двигателей 3 без редуктора, но с общей схемой управления двумя двигателями (рис. 35, г).

У

Рис. 35 - Двухканатная подъемная установка с цилиндрическими барабанами: а - схема установки; б, в, е - схемы расположения барабанов

В практике южноафриканских шахт двухканатные подъемные установки применяют на шахтах глубиной 2000 … 2600 м, при диаметре барабана 4,5 … 5 м, канатах диаметром 32 … 48 мм с запасом прочности 4,5 … 5 и мощности двигателя 6000 … 8000 кВт.