矿井提升机系统介绍

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2022年02月21日发布

1、科技名词定义
中文名称：矿井提升机
英文名称：mine winder: mine hoist
其他名称：矿井卷扬机，绞车；矿井绞车
定义：安装在地面,借助于钢丝绳带动提升容器沿井筒或斜坡道运行的提升机械。

       分“缠绕式提升机( mine drum winder)”和“摩擦式提升机 mine friction winder)”。

2、矿井提升机的发展
       矿井提升机是一种大型绞车。用钢丝绳带动容器(罐笼或箕斗)在井筒中升降，完成输送物料和人员的任务。矿井提升机是由原始的提水工具逐步发展演变而来。现代的矿井提升机提升量大，速度高，已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械。

3、提升机的任务
1）提升有用矿物,矿石、煤炭。
2）提升井下生产过程中产生的矸石、煤泥。

3）升降人员、运送设备和下放物料。

1、矿井提升机的主要组成
      矿井提升设备的主要组成部分有：提升钢丝绳、平衡钢丝绳、提升容器、井架、天轮、井筒设备(包括罐道、罐梁)等组成。
        一般的矿井提升机都有两个提升容器，并且两个提升容器在矿井中做方向相反的直线运动，即一个提升容器以一定的速度上升时另个提升容器以相同的速度下降。

2、矿井提升设备的分类
      矿井提升机按不同的分类标准有不同的分类：
1）按钢丝绳在卷筒上的连接形式分为缠绕式提升机、摩擦式提升机[多轮的、单轮的(落地式,塔式)。

2）按井上或井下使用分为地面式提升机、井下式提升机[电气防爆式、液压传动式、其他传动」。
3）按卷筒结构形式分为绞轮、圆锥形、圆柱圆锥形、圆柱形[圆柱卷筒型、可分离圆柱卷筒型]。

4）按电气传动形式分为交流式、直流式。
5）按传动形式分为电传动、液压传动。
6）按提升绳的多少分为单绳式、多绳式。

7）按卷筒数分为单筒式、多筒式。

1、缠绕式提升机工作原理
      缠绕式提升机是利用钢丝绳在滚筒上的缠绕和放出，实现容器的提升和下放。钢丝绳的端固定在滚筒上，另一端绕过天轮与提升容器连接，当滚筒由电动机拖动以不同的方向转动时，钢丝绳或在滚筒上缠绕或放出，以带动提升容器。
       缠绕式双卷筒提升机具有两个卷筒，每个卷筒上固定一根钢丝绳，钢丝绳在两卷筒上的缠绕方向相反。

2、摩擦式提升机的工作原理
      摩擦式提升机的工作原理是利用摩擦传递动力。钢丝绳搭放在摩擦轮的摩擦衬垫上，提升容器悬挂在钢丝绳的两端，在容器底部还悬挂平衡钢丝绳。提升机工作时拉紧的钢丝绳以一定的正压力紧压在摩擦衬垫之间产生摩擦力。在这种摩擦力的作用下，钢丝绳便跟随摩擦轮一起运动，从而实现容器的提升或下放。

3、多绳摩擦式提升机与单绳缠绕式提升机对比
优点
1）摩擦式提升机一般采用多根钢丝绳。在相同条件下，每根钢丝绳直径较细，摩擦轮直径也相应较小，宽度也较窄,整个提升机尺寸减小，质量减轻。
2）由于摩擦轮直径小，在相同提升速度时，可以使用较高转速的电机和较轻的减速器。
3）多根钢丝绳同时提升，安全性能好。
4）偶数根钢丝绳，钢丝绳捻向是左右各半，消除了提升容器在提升过程中的转动，减轻了容器罐耳对罐道的摩擦。

缺点
1）对多根提升钢丝绳与平衡钢丝绳的悬挂、调整、更换、检查和维护工作都比较复杂和困难。
2）由于摩擦式提升机钢丝绳不能做试验,故使用期限不得超过两年，当一根更换时，为了保持每根钢丝绳的工作条件相同，不得不更换全部钢丝绳
3）钢丝绳外部不允许涂油太多，应用特殊的增磨脂。

4、提升机速度图
       矿井提升机的工作过程是提升容器在井筒中往返运动的过程通常以提升容器的运动速度与时间的关系来表示其运动规律，称为速度图。
(1)加速阶段t1：两个提升容器离开卸载曲轨，以较大的加速度a1运行,直至最大提升速度V。
(2)等速阶段t2：此阶段中两个提升容器以不变的速度V在井筒中运行。
(3)减速阶段t3：此时上升的提升容器已接近井口，下降的提升容器接近装载点，应减速，减速度为a3，直至速度降至V4。
(4)爬行阶段t4：此时提升容器进入卸载曲轨，为减少冲击，容器以低速V4进行“爬行0”。

(5)停车休止阶段t5：此时提升机刹车，停止运行。

5、提升速度要求
      立井中用罐笼升降人员时的加速度和减速度，都不得超过0.75m/s2,其最大速度不得超过=0.5√H所求得的数值,且最大不得超过12m/s。
        斜井提升容器升降人员或者物料时的速度都不得超过5m/s,并不得超过人车设计的最大允许速度。升降人员时的加速度和减速度不得超过0.5m/s2。

       矿井提升机的系统并非只是上面所示的提升机部分,它还包括润滑系统、机械传动系统、观测与操纵系统、拖动控制和自动保护系统以及制动系统等。

1、主轴装置
作用
1）缠绕或下放钢丝绳。
2）承受各种正常载荷，并将载荷经轴承传给基础。
3）承受在各种紧急事故下所造成的非常载荷。
4）当更换提升水平时，调节钢丝绳的长度(仅限双滚筒提升机)。

结构
       主轴装置包括滚筒、主轴、主轴轴承及调绳离合器(双滚筒特有)等。
       滚筒的筒壳通过轮辐、轮毂用键和轴固定(固定滚筒)。筒壳外边一般均设有木衬,木衬上有螺旋导槽，以便使钢丝绳在滚筒上作规则排列，并减少钢丝绳的磨损。两米单滚筒只有一个制动盘。当单滚筒作双钩提升，左侧钢丝绳为下边出绳，右侧钢丝绳为上边出绳。单滚筒由于调绳不方便，为此做成双滚筒。双滚筒的左滚筒通过调绳离合器与主轴连接。

调绳离合器
种类：
       调绳离合器可分三种即齿轮离合器、蜗轮蜗杆离合器。

作用：

       使游动滚筒与固定滚筒脱开，以便在调节绳长或更换提升水平时，使游动滚筒与固定滚筒有相对运动。

2、减速器

提升机减速器的作用
1）把电机的输出转速降低到滚筒所需要的工作转速。
2）把电机的输出力或扭矩增加到滚筒所需要的力或扭矩。
常见结构形式:
      平行轴齿轮减速器和渐开线行星齿轮减速器。

3、电机

电机作用：

       为整个工作系统提供动力。

4、深度指示器
       深度指示器是矿井提升机的一个重要附属装置。目前我国提升机应用较多的是圆盘式深度指示器和牌坊式深度指示器。我矿使用的均是牌坊式深度指示器,机械式和电子式两种。
作用:
1）向绞车司机指示提升容器在井筒的位置。
2）当容器接近井口停车位置时，发出减速信号
3）当提升容器过卷时，打开装在深度指示器上的终端行程开关，切断保护回路,进行安全制动，防止过卷或过放事故的发生。

4)减速阶段通过限速装置进行限速保护等。

5、制动系统
     矿井提升机制动系统由制动器和液压站组成。
作用
1）正常工作制动：即在减速阶段参与提升机的速度控制。
2）正常工作制动:即在提升终了或停车时闸住提升机。
3）安全制动:即当提升机工作不正常或发生紧急事故时，迅速而及时停住提升机。
4）双滚筒提升机在更换水平、调节绳长或更换钢丝绳时，能停住游动滚筒，松开固定卷筒。

液压站的主要功用

1）为盘形制动器提供可以无级调节的压力油，以获得不同的制动力矩，实现工作制动。
2）可根据需要迅速将系统油压降至预先设定的某值,保持一定时间后再迅速降到零，实现有二级制动的安全制动。
3）据需要解除级制动,实施只有一级制动的安全制动。

4）液压站可为调绳离合器提供所需要的压力油。

      井口一级安全制动:当发生故障的地点距离停车点非常近即井口时，制动系统应立即投入一级紧急制动，盘形制动器的全部油压值迅速回到零，使提升系统处于全制动状态，确保提升机能可靠地制动，避免发生过卷或者过放事故。
       井中二级安全制动:当电液比例溢流阀出现故障，不能正常工作，或出现其他不可控事故导致恒减速制动失效时,需要立即投入二级制动。盘形制动器的油压迅速降到预先调定的某一值,经延时后，盘形制动器的全部油压值迅速回到零,使提升系统处于全制动状态。

盘形制动器
       制动器是直接作用于制动轮或制动盘上产生制动力矩的部分，分为盘式和块式。
(1)结构

1、盘形制动器   2、闸瓦磨损和弹簧疲劳开关  3、高压油管  4、制动器支架   5、渗漏油管   6、汕管开关  7、集油瓶  8、高强度螺柱及螺母

(2)工作原理
       盘形制动器由闸瓦、碟型弹簣、液压组件、带筒体的衬板和动器体等组成，由碟型弹簧供制动力，用液压站提供的高压油实现松闸。

制动装置的有关规定
       制动闸瓦同制动轮或制动盘接触面积：盘形制动器制动时，接触面积不小于60%。
      制动闸松闸时，闸瓦同闸轮或闸盘间隙：盘形制动器不大于2mm。
       各类制动器安全制动空行程时间:盘形制动器不能超过0.3s。保险闸或保险闸第一级由保护回路断电时起至闸瓦接触到闸轮上的空动时间。

6、电控系统
电控系统组成:
       系统由电动机正反转回路、转子电阻控制回路、手动可调闸回路、信号指示回路、故障开车回路、安全联锁保护回路等环节组成。
       根据信号的轻重级别不同，把故障细分成三种，思路清晰，便于实际故障查找与排除。
安全回路：故障发生后，提升机立即抱闸实施机械制动，提升机不能再启动，直至故障被复位。

电气停车回路：故障发生后，系统将立即实行电气停车。之后，提升机将不能启动，直至故障被复位。
闭锁回路：故障发生后,仍允许提升机继续完成本次提升。但在本周期完成之后，提升机将被闭锁，不能启动,直至故障被复位。
作用
     电控设备用以对矿用提升线车进行启动、加速，匀速、减速进行控制，且具有必要的电气保护和联锁装置。

1）普通电控
主要配置：定子屛、转子屛、继电器屛、动力制动屛、控制屛、金属电阻器。
工作原理：串电阻调速方法是在绕线式异步电动机的转子回路内接入金属电阻，用控制器逐步切除电阻的方法进行调速。异步电机+转子串电阻加速+高压接触器换向+动力制动减速。
优点
       一次性投入成本小，设备简单维修方便。

缺点

       设备运营后资源浪费，调速性能差。

2）PLC变频电控
主要配置：电源柜、操作台、PLC控制柜、变频柜、测速发电机、轴编码器等。
工作原理：采用双PLC控制,满足《煤矿安全规程》保护双线制要求,除完成绞车手动、半自动运行过程的逻辑操作外，还通过高速计数器模块接收编码器发出的脉冲信号，精密计算并显示罐笼(或矿车)所处位置及速度，并据此提供可靠的软减速点及过速、软过卷保护。
优点 系统安全可靠,调速、节能、电机性能好工作稳定。

1、提升装置必须设置的保险装置
1）防止过卷装置：当提升容器超过正常终端停止位置0.5m时，必须能自动断电，并能使保险闸发生制动作用。
2）防止过速装置：当提升速度超过最大速度15%时必须能自动断电，并能使保险闸发生作用。
3）过负荷和欠电压保护装置：设置在配电开关上，在过负荷和欠电压时配电开关自动跳闸，切断电源，保险闸发生作用。
4）限速装置：提升速度超过3m/s的提升绞车必须装设限速装置，以保证提升容器(或平衡锤)到达终端位置时的速度不超过2m/s。
5）深度指示器失效保护装置：当指示器失效时，能自动断电并使保险闸发生作用。

6）闸间隙保护装置：当闸间隙超过规定值时，能自动报警或自动断电。
7）松绳保护装置：缠绕式提升绞车必须设置松绳保护装置并接入安全回路和报警回路，在钢丝绳松弛时能自动断电并报警。
8）满仓保护装置：箕斗提升的井口煤仓仓满时能报警和自动断电。
9）减速功能保护装置：当提升容器(或平衡锤)到达设计减速位置时，能示警并开始减速。
10）防止过卷装置、防止过速装置、限速装置和减速功能保护装置应设置为相互独立的双线型式。

1、日检的基本内容
1）用检查手锤检查各部分的连接零件(如螺栓、铆钉、销轴等)是否松动，由检查孔观察减速器齿轮的啮合情况。
2）检查润滑系统的供油情况及制动系统的工作状况。
3）检查深度指示器的丝杠螺母松动情况，以及保护装置和仪表等动作是否正常。
4）检查各转动部分的稳定性，如轴承是否振动,各部机座和基础螺栓(螺钉)是否松动。
5）试验过卷保护装置。
6）用手试一次松绳信号装置，试验各种信号(包括满仓、开机、停机、紧急信号等)。

7）检查各接触器(信号盘、转子控制盘、换相器等)触点磨损情况，对烧损者要进行修理(用砂布和小锉刀)或更换，以保持其接触良好。
8）检查调绳离合器及天轮的转动情况，如衬垫、轴承等。
9）检查提升容器及其附属机构(如阻车器、连接装置、罐耳等)的结构情况是否正常。
10）检查防坠器系统的弹簧、抓捕器、联动杆等的连接和润滑情况。
11）检查井口装载设备(如推车机、爬车机、翻车机、阻车器、摇台或罐座、安全门等)的工作情况。
12）按照《煤矿安全规程》的规定，检查提升机钢丝绳的工作状况及钢丝绳在滚筒上的排列情况。

2、周检的基本内容
1）检查制动系统(盘式闸),尤其是液压站和制动器的动作情况，调整闸瓦间隙,紧固连接机构。
2）检查各安全保护(如过卷、过速等)装置的动作情况：检查滚筒的铆钉是否松动，焊缝是否开裂:检查钢丝绳在滚筒上的排列情况，以及绳头固定得是否牢靠。
3）摩擦式提升机要检查主导轮的压块坚固情况及导向轮的螺栓和衬垫等。
4）检查并清洗防坠器的抓捕器,必要时予以调整和注油，检查制动钢丝绳及其缓冲装置的连接情况。
5）修理并调整井口装载设备的易损零件，必要时进行局部更换。
6）按《煤矿安全规程》第404、410条的要求，检查平衡钢绳的工作状况。

3、月检的基本内容
1）打开减速器观察孔盖和检查门，详细检查齿轮的啮合情况，两半齿轮用检查锤检查对口螺栓的紧固情况，还应检查轮辐是否发生裂纹等。
2）详细检查和调整保险制动系统及安全保护装置，必要时要淸洗液压零件及管路。
3）拆开联轴器,检查其工作状况，如间隙、端面倾斜、径向位移、连接螺栓、弹簧及内外齿等是否有断裂、松动及磨损等。
4）检查部分轴瓦间隙。
5）检查和更换各部分的润滑油,清洗部分润滑系统中的部件(如油泵滤油器及管路等)。
6）清理防坠器系统和注油,调整间隙。
7）检查并简装备,如罐道心罐道梁和防坠器用制动钢丝绳、缓冲钢丝绳等。

8）试验安全保护装置和制动系统的动作情况。

        原文摘自2022年1月10日《矿山机械杂志社》公众号，本文仅作论坛内部学习交流使用，如有侵权，请联系本论坛编辑部予以删除。

  （本稿件由中矿传动市场部整理编辑，经中矿传动技术支持团队审核授权发布！）

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