А – кулаки; б – качающиеся площадки

 

Кулаки строго определяют положение клети и воспринимают удары при загрузке и разгрузке ее, но при этом имеет место ударная нагрузка на канат при трогании клети с места, возможность жесткой посадки клети на кулаки, значительные нагрузки на двигатель во время маневров, добавочное время на установку клети на кулаки и снятие ее с них.

При загрузке клетей применяют также качающиеся площадки - платформы 1 и 2, вращающиеся вокруг осей 3(рис. 12, б). Площадки располагаются у ствола по обе стороны клети и связаны между собой.

Груженая вагонетка, двигаясь после стопора 4 по самокатному уклону или с помощью толкателя, опускает качающуюся площадку 1 на полок 5 клети и по ней проходит в клеть, выталкивая оттуда порожнюю вагонетку, которая выходит по другой качающейся площадке 2.

Недостатки капающихся площадок: при большегрузных вагонетках происходит расшатывание и поломка шарнирных соединений площадок, неточная остановка клети относительно приемной площадки (из-за вытягивания каната).

Скипы предназначены для транспортирования полезного ископаемого и породы. Скип состоит из рамы, кузова и подвесного устройства. К раме, состоящей из швеллеров, крепят кузов скипа, подвесное и направляющие устройства. Кузов изготавливают сварным или клепаным из листовой стали толщиной 6—10 мм.

Применяют следующие конструкции скипов.

Скип с неподвижным относительно рамы (н е о п р о к й д н ы м) кузовом (рис. 13). В этом скипе кузов 1 жестко связан с рамой 2. К раме прикреплена зонт - площадка 3. Разгрузка скипа осуществляется с помощью секторного затвора 4 и выдвижного рештака 5.

При подходе к верхней приемной площадке ролик 6 затвора 4 входит в разгрузочные кривые, отчего затвор поворачивается по часовой стрелке вокруг шарнира 7, а рештак 5, ранее удерживае­мый в закрытом положении, опираясь на валик 8, выдвигается вперед. Через отверстие, открытое при поднятом затворе, уголь по рештаку высыпается в бункер.

В скипах с клапанным затвором (рис. 14) лобовина 4 (клапан) запирает разгрузочное отверстие скипа. Две боковины 18, соединенные с клапаном, образуют лоток, по которому при открытом затворе содержимое скипа высыпается из него в приемный бункер.

При разгрузке скипа к моменту подхода клапана к приемному бункеру опорные ролики 6 отжимаются разгрузочными кривыми 16, отчего защелка 5 поднимается, освобождаясь от зацепления с боковиной затвора. Одновременно с этим опорные ролики 13 отжимаются разгрузочными кривыми 17 так, что валик 11 выводится из гнезд защелок 10. Движение валика 11 шарнирным механизмом 14 передается валику 12, отчего последний приподнимается, и ролики 8 освобождают боковину затвора.

Рис. 13 - Скип с неподвижным кузовом и с секторным затвором

Освобожденный клапанный затвор, отжимаемый действием горной массы и собственной массой, опирается балками 3 об опорные катки 15. При дальнейшем перемещении скипа вверх клапан, оставаясь на катках 15, все более откидывается, поворачиваясь во­круг шарнира 2. Горная масса при этом высыпается из кузова скипа.

 

 

Рис.14 - Клапанный затвор скипа

 

При опускании скипа после разгрузки клапан затвора опор­ными катками 15 постепенно прижимается к скипу. В конце этого процесса освобожденное от воздействия разгрузочных кривых 16 забелки 5 возвращаются в исходное положение пружинами 7, а разгрузочные кривые 17, воздействуя на ролики 13, вводят валик 11 в гнезда защелок 10. При этом ролики 8 вступают в зацепление с боковинами затвора. Необходимое усилие в защелках 10 создается пружинами 9.

Достоинством скипов с клапанным затвором по сравнению со скипами с секторным затвором является простота механизма затвора и небольшая величина усилия, необходимого для его открытия.

Недостаткамиявляются сложность запирающих устройств ватвора и наличие в них пружинных элементов, снижающих надежность работы затвора, а также сложная система разгрузочных кривых.

С к и п с о п р о к и д н ы м к у з о в о м имеет раму 1, с которой при помощи шарнира 2 связан кузов 3 (рис. 15). Опрокидывание кузова на угол 135—145° относительно рамы происходит, у бункера 4 благодаря роликам 5, перемещающимся по разгрузочным кривым 6. Полками 7 кузов опирается при разгрузке на копровые ролики.

 

Так как кузов скипа имеет на раме только одну ось опоры, являющуюся осью опрокидывания, для исключения переворачивания кузова в стволе ось опрокидывания несколько смешается от вертикальной оси кузова в сторону опрокидывания при разгрузке, а на раме скипа имеется упор.

Скип с опрокидным кузовом отличается простотой, но имеет недостатки: большие динамические усилия на разгрузочные кривые; нарушение уравновешивания собственных масс скипов при разгрузке из-за того, что кузов одного из них в это время находится на разгрузочных кривых; значительный путь разгрузки (до 6 м), что приводит к увеличению времени на разгрузку и увеличению высоты копра.

Скипы с опрокидным кузовом применяют для транспортирования углей влажностью от 25% и выше, при наличии в углях примесей глины или породы, прилипающих к стенкам кузова.

Подвесное устройство скипов (рис. 16) имеет одинарную подвеску и состоит из коуша 1 (типа КРГ), тяг 2, контрольного жимка 3 и траверсы 4, соединенной с рамой 5 скипа. Широко применяются для скипов безжимковые клиновые коуши.

Загрузочное устройство скипового подъема (рис. 17) действует следующим образом. Когда скип установится в положении загрузки, включается привод 1, открывающий затвор 2. Уголь по желобу 3 высыпается из бункера 4 объемной дозировки в скип. При подъеме груженого скипа привод 1 закрывает секторный затвор 2, а привод 5 открывает затвор 6, который закрывается после заполнения бункера объемной дозировки. Приводы 1 и 5 представляют собой кривошипно-шатунные механизмы, приводимые в действие электродвигателем через редуктор.

Встречаются также загрузочные устройства с дозировкой по массе.

Во избежание попадания в шахту пыли, образующейся при разгрузке в

бункер вагонеток и загрузке скипов, скиповой подъем располагают в стволе с исходящей струей воздуха. Герметичность достигается за счет слоя угля в бункере или специальной заслонкой, установленной в бункере и блокированной с дозатором. При открытом дозаторе заслонка закрыта, при закрытом — открыта.

Расстояние от низа рамы загружающегося скипа до уровня почвы околоствольного двора в зависимости от конструкции загрузочного устройства, типа и емкости скипа колеблется в пределах 11—25 м.

На шахтах СССР предусмотрено применение скипов емкостью до 50 т; за рубежом находят применение скипы емкостью до 60 т.

Большое внимание сейчас уделяется уменьшению собственной массы скипов. За рубежом в стволах, не подверженных особенной деформации, применяют безрамные скипы с разгрузкой через дно с несколько утолщенными стенками. Для изготовления скипов изыскиваются более легкие материалы; считают, что легкие скипы даже при меньшем сроке службы их экономичнее более прочных и тяжелых скипов с большим сроком службы.

Данные о скипах с неподвижным кузовом приведены в приложении 8.

Опрокидные клети выполняют те же функции, что и неопрокидные. Опрокидная клеть (рис. 17) состоит из рамы 3, поворотной платформы 2 с разгрузочным роликом 12, которая шарнирно при помощи вала 13 связана с рамой 3, подвесного устройства 7, парашюта 8, направляющих башмаков 10, направляющих муфт 6 для тормозных канатов, стопорного устройства 14 для удержания вагонетки в клети, дверей 1, крыши 11, запорного устройства (на рисунке не показано), необходимого для предотвращения опрокидывания платформы при движении клети по стволу.

На верхней приемной площадке ролики 4 запорного устройства входят в кривые 5, отчего оно размыкается, а ролик 12 - в разгрузочные кривые 9, закрепленные на копре, в связи с чем платформа 2 поворачивается на 135° и содержимое вагонетки высыпается в бункер.

Для большей устойчивости платформы центр тяжести ее смещается в сторону, противоположную опрокидыванию.

Опрокидные клети, так же как и неопрокидные, загружаются вагонетки в околоствольном дворе. На верхней приемной площадке вследствие поворота платформы вагонетка, не выходя из клети, разгружается в бункер. Опрокидные клети бывают только одноэтажные на одну вагонетку. Подъем людей в опрокидных клетях можно производить только до устья шахты, отсюда же в шахту спускаются люди и материалы.

Противовес, применяемый при одноклетьевых и односкиповых подъемах для уравновешивания подъемного сосуда и части полезного груза, представляет собой стальной клепаный каркас, заполненный чугунными грузами.

 

Рис. 18 - Опрокидная клеть

Противовес подвешивается к одной ветви подъемного каната (к другой подвешивается подъемный сосуд) и перемещается в стволе шахты по проводникам.

Преимущества установок с неопрокидными клетями: в околоствольном дворе отсутствует перегрузка полезного ископаемого, вызывающая необходимость в более сложном и дорогом околоствольном дворе, который нужен при скиповых установках; можно выполнять все функций подъема; удобен осмотр и ремонт ствола, спуск громоздкого оборудования и материалов; удобно разделение полезного ископаемого по сортам. Недостатки: ограниченная производительность по транспорту полезного ископаемого; необходимость откатки вагонеток на поверхности; сложность маневров и длительность их при многоэтажных клетях.

Преимущества установки со скипами: большая производительность, простое оборудование поверхности шахты благодаря отсутствию откатки вагонеток в надшахтном здании. Недостатки: более сложный околоствольный двор; неудобство разделения полезного ископаемого по сортам.

Преимущества установки с опрокидными клетями: простой околоствольный двор, как при установке с неопрокидными клетями; простое оборудование поверхности, как при скиповой установке. Недостатки: большая собственная масса клети, отнесенная к единице массы полезного груза; ограниченная производительность; сложный кинематический и динамический режим установки.

Опрокидные клети, имеющие, некоторое распространение на неглубоких и небольших по производительности шахтах, в настоящее время теряют свое практическое значение.

Следует указать, что коэффициент тары — отношение собственной массы сосуда к массе полезного груза, для неопрокидных клетей и скипов в настоящее время составляет соответственно 0,85... 1,3 и 0,65... 1,2, т. е. мало отличается для указанных типов сосудов.

Разгрузочные кривые для скипов и опрокидных клетей, сточки зрения надежности эксплуатации подъемных установок, являются уязвимым местом и приводят к сложным диаграммам скорости, тяжелым динамическим режимам работы установок и увеличению продолжительности цикла подъема.

Если при опрокидных скипах и клетях в настоящее время обойтись без разгрузочных кривых нельзя, то при наиболее распространенных скипах с неподвижным кузовом разгрузочные кривые могут не применяться. Как показывают исследований в этой области, для управления затвором скипа можно применить автономный гидравлический или пневматический привод, расположенный на скипе.

 

 

Подъемные канаты

Подъемные канаты изготавливают из проволок высокосортной стали марки В (высший сорт) для людских и грузолюдских установок и марки I для грузовых установок. Временное сопротивление разрыву проволоки = 1200...2400 Н/мм², диаметр проволоки 0,2... 4 мм. Для вертикальных подъемных установок применяют канаты из проволок с = 1600... 1900 Н/мм².

Для изготовления канатов используют проволоку без покрытия или покрытую слоем цинка. Оцинкованные проволоки имеют больший срок службы, так как слой цинка предохраняет их от коррозии и уменьшает трение между проволоками в канате.

По форме поперечного сечения подъемные канаты бывают круглые и плоские.

Под диаметром круглого каната понимается диаметр окружности, описанной вокруг поперечного сечения каната.

При изготовлении каната определенное количество проволок свивается вокруг центральной проволоки (в некоторых конструкциях вокруг сердечника из органического материала или мягкой стали) так, что каждая из них принимает вид винтовой линии. Такой свитый пучок называется прядью. Если прядь применяется как самостоятельный канат, то она называется канатом простой свивки. Если несколько прядей свиты между собой вокруг органического сердечника, из пеньки или сизаля (манилы), то получается канат двойной свивки (рис. 19, а – д).

Рис. 19 - Канаты

 

Органический сердечник пропитан специальными веществами, препятствующими коррозии изнутри каната.

Канат двойной свивки, являющийся составной частью каната более сложной конструкции, называется стренгой.

По конструкциям прядей и характеру взаимного соприкасания проволок в прядях различают канаты точечного касания (ТК), точечно-линейного касания (ТЛК), линейного касания (ЛК), поверхностного контакта (ПК).

В канатах с точечным касанием значительные напряжения в точках контактов проволок способствуют быстрому усталостному износу канатов.

В лучших условиях находятся проволоки в канатах ТЛК, где внутренние слои проволок в пряди имеют контакты по линиям, а наружный слой проволок имеет точечный контакт со смежным слоем. По конструкции прядей канаты ТЛК различают: ТЛК-О (см. рис. 19, а), где в. каждом слое пряди проволоки имеют одинаковый диаметр, но отличный от диаметров проволок смежных слоев; ТЛК-РО — наружный слой пряди свит из проволок одинакового диаметра, а каждый из остальных слоев имеет проволоки различного диаметра.

Канаты линейного касания обеспечивают наилучшие, по сравнению с описанными ранее, условия работы проволок, так как все они имеют в прядях контакты по линиям. В зависимости от конструкции прядей канаты ЛК различают: ЛК-О — каждый слой пряди имеет проволоки одинакового диаметра, отличного от смежного слоя (ст. рис. 19, б); ЛК-Р — наружный слой состоит из проволок двух разных диаметров, остальные слои – из проволок одинакового диаметра; ЛК-РО — слои пряди состоят поочередно из проволок разного и одинакового диаметра; ЛК-РР — каждый из слоев состоит из проволок разного диаметра; ЛК-3 — с проволоками заполнения, размещенными в пустотах между слоями, которые свиты из проволок одного диаметра.

Канаты ПК (см. рис. 19, в) получают путем пластического обжатия прядей с линейным касанием проволок. Проволоки после пластического смятия приобретают поверхностный контакт. Канаты ПК имеют повышенную износостойкость и разрывную прочность, значительно снижены контактные напряжения, в проволоках.

Прядь может быть круглой и треугольной формы. Канаты, свитые из круглых прядей, называются круглопрядными (см. рис.19, а, б, в), а из треугольных — трехграннопрядными (см. рис.19, г). В последних канатах лучше используется площадь их поперечного сечения, они меньше изнашиваются в связи с передачей давления на направляющем шкиве и органе навивки на большее число точек соприкосновения, но конструктивно они сложнее.

По способу свивки различают канаты: раскручивающиеся (Р); нераскручивающиеся (Н), малокрутящиеся (МК).

Нераскручивающиеся канаты получают путем применения при свивке прядей и канатов пластического обжатия, различного рода преформирующих устройств и т. д., в результате чего готовый канат не испытывает внутренних сил, способствующих самопроизвольному его расплетанию.

Малокрутящиеся канаты имеют два или несколько противоположно свитых слоев прядей, благодаря чему крутящие моменты прядей смежных слоев взаимно уравновешиваются (см. рис. 19, д).

Иногда при эксплуатации малокрутящихся канатов на них образуются «фонари» — отслаивание прядей наружного слоя от прядей внутреннего слоя и выпучивание наружных прядей. Для устранения этого недостатка при изготовлении канатов необходимо подбирать определенное соотношение шагов свивки смежных слоев проволок или прядей.

Если свивка проволок в пряди и прядей в канат ведется в одном и том же направлении, такие канаты называются канатами односторонней свивки, если в противоположных направлениях — канатами крестовой свивки; в канатах комбинированной свивки пряди попеременно свиты в направлении односторонней и крестовой свивки.

Канат односторонней свивки обладает преимуществами: более гибок; проволоки менее подвержены деформации при огибании канатом направляющего шкива и органа навивки; легче надзор за проволоками, благодаря их выходу на наружную сторону каната на большую длину; при установке с ведущим шкивом трения коэффициент сцепления каната с футеровкой шкива больше.

Недостаток канатов односторонней свивки — опасность их раскручивания. Канаты крестовой свивки менее гибки, но они менее подвержены раскручиванию.

Канаты комбинированной свивки сочетают достоинства канатов крестовой и односторонней свивки.

Различают правую и левую свивку прядей. При правой свивке каната, если смотреть на его отвес, винтовая линия идет вверх слева направо, а у каната левой свивки — справа налево. Канаты правой свивки рекомендуется применять, когда они навиваются на барабан слева направо, если смотреть с площадки машиниста, в противном случае — канаты левой свивки. Рекомендуется при каждой смене каната применять поочередно канаты правой и левой свивки; при этом изнашивание проводников будет более равномерным.

Канат закрытой конструкции (рис.19, е), в котором хорошо используется площадь его поперечного сечения, свивается последовательно концентрическими слоями. Внутренняя часть каната состоит из круглых проволок, затем идет комбинированный слой из Х-образных и круглых проволок и, наконец, внешний слой из Z-образных проволок, образующих гладкую поверхность каната. В зависимости от диаметра каната число слоев с Х-образными проволоками может быть различным — от одного до трех. Навивка слоев каната производится поочередно в противоположных направлениях для предупреждения раскручивания каната.

Плоские канаты (рис. 19, ж) изготавливают сшивкой в одну ленту нескольких (обычно восьми) параллельно уложенных четырехпрядных стренг, причем стренги укладывают так, чтобы чередовались правая и левая свивки. Металлический ушивальник пропускается между прядями от одной кромки каната к другой, поочередно огибая одну из прядей крайних стренг.

Эти канаты гибки и не раскручиваются, но дороги в изготовлении, срок службы их из-за быстрого перетирания ушивальников и неравномерного вытягивания стренг меньше срока службы круглых канатов и потому их применяют только в качестве уравновешивающих канатов.

Данные о некоторых круглопрядных и плоских канатах приведены в приложениях 9 и 10.

Изготовление, расчет и эксплуатация канатов осуществляют в соответствии с требованиями ПБ.

Расчет подъемного каната производят на разрывающую статическую нагрузку. Другие нагрузки — от изгиба на направляющих шкивах и органах навивки, действия сил инерции и упругих колебаний — учитывают увеличением запаса прочности каната. Статическая нагрузка на подъемный канат складывается из собственной массы подъемного сосуда с подвесным устройством (массы клети и вагонеток, скипа), полезной массы (угля, породы и др.) и массы каната длиной от точки схода его с направляющего шкива до нижней приемной площадки. В установках с тяжелым уравновешивающим канатом (большей линейной массы, чем подъемный) при определении статической нагрузки на подъемный канат принимают массу уравновешивающего каната при положении сосуда на верхней приемной площадке.

Обозначим (рис.20); p и q — масса 1 м (линейная масса) соответственно подъемного и уравновешивающего канатов, кг/м; Q _п и Q_с — соответственно масса полезного за один раз поднимаемого груза и собственная масса сосуда: при клетевой установке Q_с — собственная масса клети и порожних вагонеток; — расстояние от нижней приемной площадки 1 до оси верхнего направляющего шкива 2, м; z — запас прочности нового каната, принимаемый по ПБ; при одноканатном подъеме: для установок,

служащих исключительно для спуска — подъема людей, z = 9, для грузолюдских установок z = 7,5; для грузовых установок z = 6,5, для установок со шкивом трения z = 8; при многоканатном подъеме: для людских, грузолюдских установок z = 8, для грузовых установок z = 7; для шахт глубиной свыше 600 м канат может иметь переменный запас прочности; — суммарная площадь поперечного сечения проволок каната, м²; —временное сопротивление разрыву проволок каната, Н/ ; Q_Р — суммарное разрывное усилие всех проволок каната, Н.

Максимальная разрывающая нагрузка на канат будет в верхнем сечении его у направляющего шкива, поэтому уравнение прочности каната имеет вид

(1)

Линейная масса каната

(2)

 

 

где ρ — плотность стали, из которой изготовлен канат, кг/м³; β Рис. 20 - Схема для расчета коэффициент свивки, зависящий от конструкции прядей и каната.

Подъемного каната

Из выражения (2)

(3)

где = — условная плотность каната, принимается равной: для круглопрядных канатов двойной свивки 9400 кг/м⁸; для трехграннопрядных 9200 кг/м³; для канатов закрытой конструкции 8700 кг/м³.

 

На основании выражений (1) и (3)

(4)

Эта формула применяется для расчета подъемных канатов установок без уравновешивающего каната и с равновесным уравновешивающим канатом (соответственно q = 0 и q = р).

При установках с тяжелым уравновешивающим канатом (q > р)

(5)

На основании этого выражения, обозначив q/p = аналогично формуле (4) получим

(6)

Так как в таблицах ГОСТов канатов значение указано в кгс/мм , то в формулах (4) и (6) оно должно быть увеличено в g раз.

После определения р необходимо ориентировочно выбрать стандартный канат и проверить запас прочности его:

при установках без уравновешивающего и с равновесным уравновешивающим канатом

(7)

при установках с тяжелым уравновешивающим канатом

(8)

В формулах (7) и (8) значения р и q относятся к выбранным по таблицам канатам; в таблицах ГОСТов канатов приводится в кгс, в связи с чем табличное значение должно быть увеличено в g раз.

Если при определении запаса прочности каната установлено, что он удовлетворяет требованиям ПБ, то этот канат и выбирают.

Как было указано выше, для шахт глубиной более 600 м подъемные канаты могут иметь переменный запас прочности, значение которого при определении линейной массы каната по формулам (4) и (26) должно быть не менее 4,5 для грузовых и 5 — для людских и грузолюдских установок. Запас прочности выбранного каната проверяют по формуле (7) или (8) без величины или в знаменателе, причем значение z должно быть не меньше: 13 — для людских установок; 10 — для грузолюдских установок; 8,5 — для грузовых; 11,5 — для установок с одноканатным шкивом трения, людских и грузолюдских многоканатных; 9,5 — для грузовых многоканатных.

При многоканатной установке суммарную линейную массу р всех подъемных канатов определяют по формуле (4).

Число подъемных канатов многоканатного подъема

(9)

где — коэффициент, зависящий от конструкции канатов; для канатов ЛК он равен 0,0166, для многослойных — 0,0147, для трехграннопрядных — 0,0154, для канатов закрытой конструкции — 0,0136;

- по ПБ для системы без отклоняющих шкивов φ ≥ 79, с отклоняющими шкивами φ ≥ 95; для канатов закрытой конструкции как при наличии, так и при отсутствии отклоняющих шкивов φ ≥ 100; D_М.Т — диаметр шкива трения, м.

Полученное значение n_K округляют до ближайшего четного числа канатов с учетом принятой машины.

Линейная масса p_K подъемного каната получается как частное от деления р на n_K.

Запас прочности выбранных канатов при

(10)

 

Линейная масса уравновешивающего каната получается как частное от деления на число n_У.K уравновешивающих канатов, которое по ПБ должно быть не менее 2.

Если запас прочности подъемного каната:

 

(11)

При использовании таблиц ГОСТов канатов так же как и в формулах (7) и (8) значение Q_Р в (10) и (11) должно быть увеличено в g раз.