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第 30卷第 3期 2009年3月 煤 矿 机 械 CoalM ineMachinery Vo. l 30 No. 3 M ar . 2009 几种形式的过卷缓冲托罐装置 王希平 天地科技股份有限公司, 北京 100013 摘 要 对国内目前使用的 GHN 缓冲托罐装置、 FHT 型缓冲托罐装置、 HZS H 多功能过卷保 护装置进行了介绍和比较; 提出了选型设计时应注意的问题; 并结合工程实践, 提出了制动减速度、 制动距离的确定方法, 为工程设计提供参考。 关键词 过卷;缓冲; 托罐装置 中图分类号 TD534 文献标志码 A 文章编号1003- 0794 2009 03- 0122- 03 ServeralTypes ofOverwinding Buffer and Supporting CageDevice WANG Xi- ping T iandiScience andTechnology Co . , Ltd. , Beijing 100013, China Abstract Serveral types of over w inding buffer and supporting cage device GHN type ,FHT type and HZSH type are introduced and ca mpared ; proposes som e problems that should be paid attention to in se lections designs . Combinedw ith engineering practice,a to deter m ine the braking retarded veloci ty and distance are introduced . The and result can provide a reference for designing projec. t Key words over w inding; buffer ; supporting cage device 0 引言 罐笼和箕斗提升的井筒中, 除在提升机的控制、 制动等环节设置多道电气及机械保护装置外, 在井 上下的适当位置还装设有过卷缓冲托罐装置和防撞 梁。以前主要是楔形罐道及防撞梁, 随着煤矿立井 开采大型化, 提升容器、 单次提升量以及提升速度等 方面的原因, 它的使用受到一定的限制, 已经基本被 GHN缓冲托罐装置、 FHT 型缓冲托罐装置、 HZSH 多功能过卷保护装置所取代。本文对它们进行简单 的介绍, 并结合工程实例确定制动距离, 为以后的设 计和应用提供参考。 1 楔形罐道保护装置 楔形罐道是过卷罐道保护装置的主要部分, 它 安装在矿井的井塔和井筒最终水平的以下部分, 固 定在井架和套架及井筒的罐道梁上。它一般分为 3 段 导向段、 楔形段、 大端平直段, 它的材料绝大部分 用材质较硬的红松、 水曲柳或硬杂木等。楔形罐道 主要是靠罐道对罐耳的挤压和劈裂变形时的能量消 耗来阻止容器过卷时的动能。 该装置已经被 GHN 缓冲托罐装置、 FHT 型缓 冲托罐装置及 HZS H 过卷保护装置所取代, 目前基 本没有应用。 2 GHT缓冲托罐装置 2. 1 综述 GHT型缓冲托罐装置包括井上过卷装置、 井下 防过放装置两部分。它由缓冲平台、 生根夹具、 缓冲 钢丝绳和托罐锁杆等组成。其托罐功能是靠缓冲平 台上的自锁锁和容器上的托罐锁杆来实现。正常提 升时, 容器不接触缓冲平台。 当出现过卷时, 容器冲上缓冲平台, 首先托罐锁 进入锁孔, 此时, 容器在提升系统动能作用下向上运 行, 带动缓冲平台上行; 缓冲平台的变力吸能器在下 生根钢丝绳的拉动下转动吸收容器的动能, 直到容 器向上的动能为零。如提升钢丝绳断绳或送绳, 容 器反向下落, 容器被锁在缓冲平台上。 该矿副立井井下防过放托罐装置由井下缓冲平 台、 生根夹具、 缓冲钢丝绳等组成。变力吸能器安装 在防蹾托盘上, 并有钢丝绳, 钢丝绳的另一端与生根 夹具连接, 生根夹具安装在井下生根梁上。当提升 容器高速过放时, 提升容器首先与防蹾托盘接触, 防 蹾托盘由于受到提升容器的冲击作用而向下运动, 缓冲钢丝绳拉动吸能器转动吸收提升系统能量, 缓 冲停罐。 2 . 2 设计计算 设计时如选用 GHT型缓冲托罐装置, 必须合理 确定井上下的制动距离和各关键部位的受力, 以便 对相关的钢结构件进行设计。下面以该矿副井提升 系统为例进行设计计算。 2 . 2 . 1 提升系统主要参数 罐笼自重 Wz/kg18 000 平衡锤自重 WT/kg29 000 罐笼载重 Ww/kg21 800 122 第 30卷第 3期 几种形式的过卷缓冲托罐装置 王希平 Vo. l 30No . 3 井 深H /m513 . 7 最大提升速度 vmax/m s - 1 8 首绳单位质量 Ps/kg m - 1 6. 67 4根 尾绳单位质量 Pw/kg m - 1 13 . 4 2根 提升系统变位质量 m0/kg136 817 2. 2. 2 井上制动力和制动距离计算 在提升系统整体设计时, 井底缓冲托罐装置先 于井上过卷托罐装置进入制动状态, 因而此时系统 总的变位质量 m m0-WT 107 817 kg 图 1 井上罐笼过卷时受力示意图 如图 1为井上罐笼过卷时的受力示意图, 由受 力分析可知 F m1gn 2 PwH - 4 PsH ma 1 2PwH ∀ 4PsH 2 由式 1、 式 2得 F m1gn ma 1 假设 空罐笼 全速 过卷, 制 动减速 度取 0 . 9gn, 制动力 F ma- m1gn 79 036gn 因空载 m1 Wz 18 000 kg 缓冲制动距离 S v 2 2a 3 . 63 m 2在 F 790 360 N力作用下, 罐笼重载全速 过卷时产生减速度 a 1 m [ F m1gn] 1 . 1 gn 因重载, 故 m1Wz Ww 39 800 kg 缓冲距离 S v 2 2a 2 . 96 m 2. 2. 3 井下制动力和制动距离计算 图 2为井下容器过放时的受力图。可得 F- mgn ma 图 2 井下平衡过放时受力示意图 1 . 平衡锤 1设空罐笼全速过放时, 制动减速度取 3 gn, 制动力 F ma mgn 72 000gn 式中m Wz 18 000 kg 缓冲制动距离 S v 2 2a 1 . 08m 2在 F 720 000 N力作用下, 罐内重载全速 蹾罐时产生减速度 a 1 m F - mgn 0 . 8gn m Wz Ww 39 800 kg 缓冲距离 S v 2 2a 4 . 08m 3在 F 720 000 N力作用下, 平衡锤全速蹾 罐时产生减速度 a 1 m F- mgn 1 . 48 gn m mT 29 000 kg 缓冲距离 S v 2 2a 2 . 206m 2 . 2 . 4 结论 经过以上计算确定以下设计参数 1井上 GHT 型缓冲托罐装置制动参数 制动力F 775 kN 制动减速度a 0 1. 1gn 缓冲制动距离S 0 3. 63m 2井下 GHT 型缓冲托罐装置制动参数 防蹾制动力F 706 kN 控制制动减速度 a 0 3 gn 缓冲制动距离 S 0 4 . 08 m 根据上述数据合理确定井上及井下钢结构的受 力及各层标高。 2 . 3 应注意的问题 GHT型缓冲托罐装置是靠缓冲钢丝绳带动缓 冲平台上的吸能器转动, 吸能器中的摩擦片与滚筒 内壁的摩擦来吸收容器上冲的动能, 属于钢丝绳牵 引摩擦式制动形式。它具有摩擦式制动的特点, 如 123 Vo. l 30No. 3 几种形式的过卷缓冲托罐装置 王希平 第 30卷第 3期 摩擦片的变化等。其关键问题在于托罐的功能。 托罐是靠固定在提升容器上的锁杆, 锁杆上的 蘑菇锥插入缓冲平台上锥窝, 推开卡块, 锁住锁杆来 实现。由于缓冲平台由钢丝绳悬挂在空中, 井架的 振动和风力都可能使其摆动, 带蘑菇锥的提升容器 运动中也可能摆动; 其卡块是靠弹簧推回卡在蘑菇 锥头之下, 稍有生锈或卡阻即会失效。故必须确实 解决该问题才能确保安全使用。 该装置对井架梁属于集中载荷, 特别是井上下 的上、 下生根梁的受力较大, 设计时要特别注意。 3 FHT型缓冲托罐装置 FHT型缓冲托罐装置与 GHT 缓冲托罐装置一 样, 都属于钢丝绳牵引摩擦式制动形式。两者之间 的差别如下 1两者的托罐形式不同。FHT型缓冲托罐装 置的托罐装置主要由缓冲器、 滑槽、 托爪等组成。当 提升容器过卷撞击托罐装置的托爪时, 托爪自动回 缩, 当容器继续上升到刚刚离开托罐装置即将撞击 防撞梁时, 托爪迅速伸出, 从而托住往下落的容器。 它克服了 FHT型缓冲托罐装置锁杆存在的问题, 但 它对井架上部的结构有一定的影响, 设计时要特别 注意。 2两者的摩擦形式不完全相同。 FHT 型缓冲 托罐装置是依靠固定在下生根梁上的缓冲器的多盘 式端面摩擦原理来吸收动能。 4 HZS H 过卷保护装置 4. 1 综述 井上安全保护装置主体单元由 2根组合立柱和 1根横梁组成, 立柱像罐道一样固定在提升容器两 侧的井架上, 组合立柱由套柱和滑柱组合而成, 滑柱 可在套柱内滑动, 横梁将 2根滑柱联系在一起。滑 柱上装有压辊组与逆止锁舌, 套柱上装有曲轨和吸 能钢带。 提升容器过卷到横梁位置时, 横梁带着滑柱一 起运动, 压辊组、 逆止锁舌随动; 压棍受曲轨作用产 生水平位移, 迫使钢带产生 S形变形, 吸收提升容器 上冲的动能; 同时逆止舌后部斜面受压被推入容器 上盘之下, 使容器的逆向运动为钢带的变形力所阻 止。 横梁运动到极限位置时由套柱直接顶住, 起到 防撞梁的作用; 而逆止锁不会受碰撞而保持完好, 起 到托罐装置的作用。 立井井下安全保护装置布置, 它的组成跟井上 基本类似, 只是没有了逆止锁舌。当容器过放到横 梁位置时, 横梁带着滑柱一起运动, 压辊组随动; 压 棍受曲轨作用产生水平位移, 迫使钢带产生 S形变 形, 吸收提升容器下冲的动能。当横梁运动到极限 位置时接触到防撞梁。 4 . 2 设计计算 1提升系统主要参数 罐笼自重 Mz/kg13 000 平衡锤重量MT/kg24 000 罐笼最大载重 Mw/kg22 000 最大提升速度 vmax/m s - 1 7 . 4 井上装置实际制动力 Rsh/kN350 4根 一根钢带制动力为 87 . 5 kN 井底装置实际制动力 Rx/kN696 4根 一根钢带制动力为 174 kN 2井口制动减速度 假设平衡锤全速过卷, 绞车不停的情况下, 绞车 对平衡锤的提升力为绞车的最大静张力差 200 kN; 首尾绳对提升容器的作用近似相互抵消。 作用在罐笼上的合力 F Rs hMTgn- 200 385. 44 kN 井口制动减速度 a F /m 16 . 06 m /s 2 3井口制动行程 减速时间 t vmax/a 0 . 460 8 s 制动行程 H vm axt- 1/2 at 2 1 . 704 9 m 4井下制动减速度 井下制动时重载罐笼质量 m 35 000 kg 罐笼合力 F Rx- mgn 352 . 65 kN 井下制动减速度 a F /m 10 . 076 m / s 2 5井下制动行程 制动时间 t vmax/a 0 . 734 4 s 制动行程 H vm axt- 1/2 at 2 2 . 717m 根据上述数据合理确定井上及井下钢结构的受 力及各层标高。 4 . 3 应注意的问题 HZS H 过卷托罐保护装置是完全不同于 GHT、 FHT缓冲托罐装置, 它克服了摩擦式制动装置的所 有缺点。但它是近几年才在国内出现的新技术, 设 备的价格大大高于摩擦缓冲托罐装置。虽然目前在 具体工程中应用较少, 但由于它具有很多优点, 必将 得到业主们的青睐。 作者简介 王希平 1968- , 江西南昌人, 1992年毕业于淮南矿 业学院矿山机械工程专业, 工学硕士, 现就职于天地科技股份有限公 司, 高级工程师, 长期从事矿井设备的设计工作, 电子信箱 wxp68_sy 163 . com. 收稿日期 2008- 11- 14 124