Шахтные подъемные установки предназначены для подъема полезного ископаемого, а также для вспомогательных работ: спуска и подъема людей, материалов оборудования и являются важным фактором эффективности и производительности горнодобывающего предприятия.
В наши дни горнодобывающие предприятия оборудуются главным, вспомогательным, проходческим или аварийно-ремонтным подъемами, причем каждая установка может обеспечить выдачу двумя сосудами. Сосуды имеют конструктивные различия при их эксплуатации в вертикальных или наклонных стволах.
Главные подъемные установки оснащены скипами и служат для выдачи полезного ископаемого или пустых пород.
Вспомогательные и аварийно-ремонтные установки используются для спуска-подъема людей, материалов и оборудования и в некоторых случаях полезного ископаемого или породы клетями. Полезное ископаемое (или порода) предварительно загружается в вагонетки. Разница между данными вариантами подъемных установок заключается в эксплуатации при различных ситуациях и потребностях горнодобывающих предприятий. В ствол подъемных установок вентиляторами главного проветривания нагнетается воздух для следующего его распределения по горным выработками.
Проходческие подъемные установки имеют ряд конструктивных отличий сравнительно с вышеописанными установками. Такой вид установки применяется при проходке стволов. Подъемным сосудом является бадья.
По расположению установки классифицируются относительно поверхности земли на поверхностные и подземные.
Шахтная подъемная установка - понятие обобщенное, которое подразумевает собой обоснованную расчетами машину, привод на базе каких-либо редукторов, подъемные сосуды, канаты, копер с расположенными на нем направляющими шкивами.
Подъемная машина укомплектовывается органом навивки, редуктором и электродвигателем. Обязательными опциями комплектации являются аппаратура управления и защиты, механизм перестановки барабана, тормозная система, которая в свою очередь снабжена приводной маслостанцией или компрессором.
Орган навивки выбирается с учетом высоты подъема, веса груза и количеством подъемных сосудов.
Однобарабанные одноконцевые машины (тип Ц - однобарабанные) имеют постоянный радиус навивки. Широко применяются при проходке, прохождении и углублении стволов, при подъеме полезного ископаемого с горизонтов неглубоких шахт (до 500 м).
Однобарабанные двухконцевые машины с разрезным барабаном (тип ЦР, БЦК) имеют один цилиндрический или двухцилиндровый конический (с непостоянным радиусом навивки) барабан. Конструкция барабана выполнена таким образом: большая часть барабана (заклиненная) закреплена на коренном валу жестко, меньшая управляется механизмом перестановки и имеет возможность вращаться независимо, относительно вала или соединятся с ним. Два независимых каната одним концом закрепляются рядом с наружными ребордами барабана, а вторым крепятся к подъемному сосуду. При навивке (подъеме) каната осуществляется выбег (спуск) каната. Таким образом, производится работа с одним или двумя рабочими горизонтами, регламентные работы по обслуживанию подъемных сосудов, замена канатов. Бицилиндроконические подъемные машины применяют для сокращения возникающих нагрузок неуравновешенных систем. Таким типом машин в основном оборудуют грузовой подъем.
Двухбарабанные одноконцевые машины с разрезным барабаном (тип 2ЦР, МПБ). Конструкция данного типа подъемных машин практически идентична конструкции однобарабанных машин с разрезным барабаном. Основным отличием является наличие двух барабанов (заклиненного и переставного) вместо одного. Такой тип машин эксплуатируется в шахтах со средней глубиной подъема (500-1000 м) и в глубоких (1000-1500м).
Подъемные машины со шкивом трения (тип ШТ 7.2, ЦШ, МПМН) приводят в движение подъемные сосуды (или подъемный сосуд с противовесом) за счет высоко коэффициента трения, возникающего при взаимодействии каната с футеровкой шкива. Футеровка, изготавливаемая из материалов устойчивых к износу (Пластикат из полихлорвинила, состав на основе фторопласта и т. д.), монтируется на барабан цельносварной конструкции. Канат огибает барабан через выполненные канавки в футеровке - ручьи.
Одноканатные подъемные машины со шкивом трения типа ШТ 72 постепенно снимаются с «вооружения» горных предприятий из-за нецелесообразности их эксплуатации. Им на смену приходят многоканатные машины типа ЦШ, МПМН. Количество канатов достигает двух, четырех, шести, восьми единиц, благодаря чему осуществляется подъем груза с глубины более 1200 м и максимальной скоростью до 20 м/с. Установка подъемных машин чаще всего выполняется в башенных копрах, но не исключено расположение и в надшахтных зданиях.
При углублении шахты, достижении новых эксплуатационных горизонтов свыше 1000 м и отсутствие возможности замены подъемной машины на соответствующую, применяют машины с многослойной навивкой каната на барабан. Максимальное количество навиваемых слоев на барабан не превышает трех, что способствует неравномерной укладке витков и способствует повышению износа каната.
Машины с «бесконечным канатом» в большинстве случаев используются при откатке в наклонных выработках. Канат крепится к вагонеткам обеими концами и приводится в действие шкивом трения. Профиль шкива выполнен в виде конуса или параболы. Приводная станция, расположенная в противоположном конце откаточной выработки, приводит в действие натяжной шкив, который в свою очередь обеспечивает нужное тяговое усилие. Такая система откатки устарела и не используется при разработке новых месторождений.
Привод подъемных машин состоит из электродвигателя (одного или двух) и редуктора. Коренной вал и редуктор, редуктор и электродвигатель соединяются зубчатыми муфтами.
Редуктор понижает скорость вращения электродвигателя и увеличивает крутящий момент на выходном валу. Таким образом, скорость вращения барабана подъемной машины не превышает 50 об/мин, в то время, когда скорость вращения вала электродвигателя варьируется в промежутке от 250 до 100 об/мин. На практике применяются одноступенчатые редукторы (наш каталог содержит сравнительно небольшие по крутящему моменту редукторы ЦУ-250 или Ц-250) и двухступенчатые (для общего ознакомления представлены редукторы Ц2У-400, Ц2Н-450, Ц2Н-500, РМ-650, РМ-850).
Одноступенчатые редукторы имеют одну зубчатую передачу и передаточное отношение до 6,3. Редукторы имеют две вал-шестерни, поэтому приводятся в действие одним или двумя электродвигателями. Один электродвигатель может быть исполнительным, а второй резервным. Работа с двумя электродвигателями повышает мощностные характеристики привода, увеличивает КПД, способствует уменьшению возникновения деформаций в зубчатых передачах и подшипниках качения. Иногда из привода подъемных машин (к примеру, некоторые БЦК) исключают редуктор, вместо его устанавливается тихоходный двигатель постоянного тока (серия П).
Редукторы крепятся к фундаменту зданий подъемных машин жестко или устанавливаются на пружинах (редукторы многоканатных подъемных машин), для снижения воздействий на конструкцию зданий.
Двухступенчатые редукторы имеют две зубчатые передачи, передаточные отношения от 8 до 50. Данный тип допускает установку только одного электродвигателя.
При выборе редуктора учитывается тип подъемной машины, глубина подъема, вес груза с учетом веса каната.
Приводные двигатели подъемных машин бывают асинхронные и синхронные, постоянного и переменного тока. Среди всех вышеперечисленных видов самыми применяемыми являются асинхронные двигатели с фазным ротором типа АК, АКЗ, АКН, МА36. Мощность двигателей колеблется от 200 до 3200 кВт, при этом скорость вращения вала может достигать 1500 об/мин.
Подъемные канаты.
Разнообразие подъемных канатов характеризуется требованиями, предъявляемыми к ним. Выбор каната зависит от назначения шахтного подъема людской, грузолюдской, грузовой и от его функции тяговый (головной) и уравновешивающий (хвостовой).
Головные канаты имеют конструктивные отличия, прежде всего в свивке. Проволоки свиваются в прядь. Пряди свиваются в канаты двойной, тройной свивки. В основном применяются канаты двойной свивки.
Вариант закрытых канатов используют в роли проводников, несущих канатов подвесных дорог, при эксплуатации многоканатных подъемных машин. Специальная конструкция закрытых канатов способствует долговечности прядей, исключает попадание большого количества влаги, абразивных и мелкодисперсных частиц, а также уменьшает расход канатной смазки.
Хвостовые канаты применяются в уравновешенных системах подъема. Канаты крепятся к подъемным сосудам снизу. Условие уравновешенности соблюдается в том случае, когда вес погонного метра хвостового каната приравнивается весу головного.
Основные критерии расчета подъемной установки и выбор подъемной машины.
Расчет подъемной установки начинается с определения основных требований, предъявляемых к подъемной установке.
- Во-первых: необходимо определить назначение шахтного подъема (людской, грузолюдской или грузовой) для дальнейшего выбора канатов согласно ГОСТ и выбора максимальной скорости подъема.
- Во-вторых: определить высоту подъема и объемный вес выдаваемой руды.
- В-третьих: выбрать подъемный сосуд, с учетом назначения подъема, предварительно выбранной вагонетки, производительности подъема.
Выбор подъемного каната.
Определяется концевая нагрузка на канат, то есть суммарная масса груза, подъемного сосуда, вагонетки. Затем рассчитывается вес одного погонного метра каната в смазке. На этом этапе необходимо определить: высоту копра; длину каната (от максимальной точки подъема до направляющего шкива); запас прочности (принимается по ПБ согласно с принятой категорией подъема); предел текучести проволок из предела 160-180 кгс/мм (в основном принимается 160 кгс/мм, так как при этом значении канат является более пластичным); удельный вес каната 9000-1000 кгс/м³.
Далее производим выбор каната, учитывая полученное значение расчетного веса метра каната и назначения подъема по ГОСТу.
Выбор направляющего шкива.
Согласно ПБ рассчитывается приближенный диаметр шкива, затем по каталогу необходимо определить фактические параметры и габариты шкива.
Габаритные размеры органа навивки.
Как и диаметр направляющего шкива, диаметр барабана подъемной машины рассчитывается согласно с условиями ПБ для каждого типа подъемной машины. Для расчета ширины навиваемой части барабана нужно определить общую длину каната с учетом длины каната для его испытания.
Еще одним критерием при выборе подъемной машины является определение максимального статического натяжения (сумма общего веса поднимаемого груза и веса всей длинны каната) и максимальной разности статических натяжений каната (сумма веса полезного ископаемого и веса всей длинны каната). После вычислений принимается подъемная машина из каталога завода-изготовителя.
Углы девиации.
Другими словами это угол отклонения на направляющем шкиве, между струной каната и ее проекцией на плоскости вращения барабана и угол отклонения на барабане между струной и ее проекцией, проведенной по оси ординат перпендикулярно оси органа навивки. Предварительно необходимо выполнить расположение подъемной машины (согласно ПБ) относительно ствола.
Выбор максимальной скорости движения подъемных сосудов рассчитывается по заданной производительности и максимальной высоте подъема. Время одного цикла принимать по заданной производительности и данным ОНТП 5-86.
Построение тахограммы.
Построение изменения скорости подъема сосуда необходимо для определения нагрузок возникающих при работе выбранного (ориентировочно) электродвигателя. Скорость и ускорение для подъемных сосудов, на этапах разгона и замедления, принимать по ОНТП 5-86.
Расчет привода подъемной машины.
По паспортным данным подъемной машины необходимо определить тип редуктора. Для определения расчетной частоты вращения электродвигателя необходимо использовать принятые значения максимальной скорости подъема, передаточного отношения редуктора и диаметр барабана подъемной машины. Полученную частоту вращения округляем до большего и принимаем по каталогу завода-изготовителя. Следующим является уточнение максимальной скорости подъема при данной частоте вращения.
Мощность электродвигателя рассчитывается по уже принятых значениях максимальной скорости, концевой нагрузке ,передаточному отношению редуктора. Полученное значение округляется до большего и принимается по каталогу, причем на 15-20% больше рассчитанной.
Расчет динамики подъема.
На данном этапе определяются усилия на окружности навивки барабана в каждом периоде тахограммы для дальнейшего выбора установочной мощности двигателя, проверки его на перегруз, расчет максимального крутящего момента редуктора, который развивается выбранным электродвигателем.
Заключительным этапом является расчет изменения используемой мощности электродвигателя при подъеме.
