Конструкция и расчет подъемных машин и лебедок

Подъемные машины и лебедки по принципу действия разделяются на ба­рабанные и со шкивами трения.

Барабанные подъемники бывают с постоянным радиусом навивки (цилинд­рические барабаны) и переменным (конические, бицилиндроконические и цилиндроконические барабаны). Подъемники с цилиндрическими барабанами могут быть с одним (одинарным) или двумя (двойными) барабанами. При двух бара­банах каждый из них обслуживает одну ветвь каната, а в установке с одним барабаном он обслуживает обе ветви каната: при свивке с барабана ветви ка­ната, опускающей подъемный сосуд, на его место навивается ветвь каната, поднимающая сосуд.

Наиболее широкое распространение получили цилиндрические барабаны с однослойной и многослойной навивкой каната, которые применяются в кон­струкциях подъемных машин для вертикальных и наклонных шахт и карьеров.

При однослойной навивке каната на барабан подъемные машины обслужи­вают высоту подъема до 700 м. Многослойная навивка каната значительно увеличивает обслуживаемую высоту подъема.

Для глубоких шахт применяются подъемные машины с переменным радиу­сом навивки, из которых в настоящее время выпускаются только машины с бицилиндроконическими барабанами.

В зарубежной практике для подъема с больших глубин (свыше 2000 м)применяются сдвоенные цилиндрические барабаны, расположенные на парал­лельных валах и имеющие многослойную навивку (подъемная система Блейера).

Доменные подъемники обслуживаются лебедками с одним цилиндрическим барабаном.

Шкивы трения применяются в качестве одноканатных и многоканатных шахтных подъемных машин, обслуживающих шахты глубиной от 800 до 1600 мс подъемными сосудами большой грузоподъемности (до 50 т).

В стандартах предусмотрены единые индексы для обозначения подъемных машин:

Ц – цилиндрические однобарабанные;

ЦР – цилиндрические однобарабанные с разрезным барабаном;

2Ц – цилиндрические двухбарабанные.

Выпускаемые отечественными заводами шахтные подъемные машины с ци­линдрическими барабанами разделяются на две группы:

1. Малые подъемные машины с диаметром барабанов от 1,2 до 3,5 м;

2. Крупные подъемные машины с диаметром барабанов от 4 до 6 м.

Малые подъемные машины предназначены для установки как на поверх­ности в закрытом помещении, так и в подземных камерах с температурой воз­духа от +5 до +35^°С.

Крупные подъемные машины предназначены только для установки на поверхности в закрытом помещении.

Обозначения подъемных машин: 2Ц – 3х2,2; ЦР – 6х3/0,6; БЦК8/5х2,7. первая цифра после индекса ма­шины обозначает диаметр барабана, вторая цифра – его длину. Для разрезных одинарных барабанов вто­рая цифра дается в виде дроби, где числитель со­ответствует общей длине барабана, а знаменатель – длине его переставной части.

К конструкциям бара­банов всех подъемных ма­шин предъявляются сле­дующие основные требова­ния: достаточная прочность и жесткость, небольшой собственный вес, хорошая навивочная поверхность, удобство монтажа и экс­плуатации.

Цилиндрические бара­баны подъемных машин изготовляются литыми или сварными, разъемными для удобства транспортирова­ния и монтажа.

Отечественные заводы выпускают в основном подъ­емные машины с барабанами сварной конструк­ции или комбинированны­ми со сварной оболочкой и литыми лобовинами, со­единенными с оболочкой болтами. На оболочке ба­рабана нарезают по винтовой линии желобки для правильного направления навивки каната и предо­хранения соседних витков от взаимного трения.

Каждая подъемная машина оборудуется пультом управления и контрольно – измерительной аппаратурой (указатель глубины, скоростемер, ограничитель ско­рости и др.).

Подъемная машина с одним цилиндрическим барабаном может обслужи­вать одноконцевой или двухконцевой подъем вертикальных или наклонных шахт (рис. 7.2). Единственный барабан 1 придает подъемным машинам типа Ц компактность, уменьшает их вес и размеры машинного здания. Вращение ба­рабана передается от электродвигателя 3 через двухступенчатый редуктор 6, соединенный с коренным валом машины зубчатой муфтой 7, а с валом элект­родвигателя – пружинной муфтой 2.

Тормозное устройство машины выполняет как рабочее, так и предохранитель­ное торможение и состоит из двух пар тормозных колодок 9, каждая из кото­рых связана между собой системой тяг и рычагов. Каждая пара колодок имеет пружинно – грузовой пневматический тормозной привод 8.

Управление машиной осуществляется с пульта 5, на котором установлена контрольно – измерительная и предохранительная аппаратура, а также рукоятки управления. Пульт управления имеет с подъемной машиной только электриче­скую связь и может быть установлен в машинном или надшахтном здании. Дистанционное или автоматическое управление машиной осуществляется аппа­ратом задания и контроля хода (АЗК) 4, механически связанным с тихоходным валом редуктора. Тип электродвигателя и пускорегулирующей аппаратуры вы­бирается в соответствии с местом установки машины (на поверхности или под землей).

Рисунок 7.2 – Общий вид однобарабанной подъемной машины типа Ц

Коренная часть (сборка главного вала) однобарабанной подъемной машины показана на рис. 7.3. Главный вал 1, к которому при помощи шпонок 2 жестко крепится барабан, установлен на сферических роликоподшипниках 3. Тормозные шкивы 4, являющиеся также лобовинами барабанов, отлиты из чугуна и сое­динены со стальной сварной оболочкой барабана 6 болтами 7. Канат закреп­ляется внутри барабана жимками 5. При эксплуатации однобарабанных машин невозможно одновременно обслуживать несколько горизонтов, усложняется смена и навеска канатов, регулирование их длины после вытяжки и обрубка отрезков каната для испытания.

Рисунок 7.3 – Коренная часть малой подъемной машины типа Ц

Двухбарабанные подъемные машины (2Ц) предназначены для обслуживания двухконцевого подъема вертикальных или наклонных шахт. Они имеют по сравнению с однобарабанными большую канатоемкость. Эти подъемные машины позволяют производить подъем грузов с нескольких горизонтов.

Конструктивные отличия этих подъемных машин от однобарабанных за­ключаются в том, что один барабан (заклиненный) жестко закреплен на ко­ренном валу, а другой (переставной) соединяется с валом при помощи расцепного устройства (механизма перестановки).

Расцепное устройство (механизм перестановки) (рис. 7.4) состоит из зубча­той муфты 1, посаженной на вал машины прессовой посадкой, наружного зуб­чатого венца 10 с внутренней нарезкой зубьев, который замыкает своими зубь­ями муфту 1 и зубчатый венец ступицы 9. Приводом расцепного устройства являются три пневматических цилиндра 7, корпуса которых вместе с крышками 11 соединены с зубчатым венцом 10 болтами. Зажимные пакеты 5 представ­ляют собой набор тарельчатых пружин и расположены на шпильках 3.

Включение механизма перестановки осуществляется под действием усилия сжатого воздуха, а выключение под действием усилия сжатых пружин.

Сжатый воздух через специальный трубопровод 2 поступает в пневмати­ческие цилиндры 7, корпуса которых вместе с крышкой 11 и зубчатым венцом 10 отходят от зубчатого венца ступицы 9, при этом пакеты пружин сжима­ются.

Зубчатый венец 10 смещается настолько, что зубья венца 9 освобождаются от зацепления с зубьями венца 10 и переставной барабан отсоединяется от вала машины.

При выключении расцепного устройства воздух выпускается из цилиндров. Под действием сжатых пружин крышка 11 и венец 10 возвращаются в первоначальное положение, замыкая венец 9 и зубчатую муфту 1, и переставной ба­рабан жестко соединяется с коренным валом машины.

Рисунок 7.4 – Механизм перестановки подъемной машины типа 2Ц

Подъемные машины с бицилиндроконическими барабанами применяются дл подъема груза с больших глубин (800 – 1500 м).

Барабан машины типа БЦК состоит из двух частей: заклиненной 1 и пе­реставной 2 (рис. 7.5).

Заклиненная большая часть барабана жестко соединена с коренным валом машины, который представляет собой полый (трубчатый) вал 10 с запрессован­ными в него цапфами 8, опирающимися на подшипники 7. Зубчатая муфта 6 соединяет коренной вал с выходным валом редуктора. Переставная меньшая часть барабана имеет возможность проворачиваться относительно коренного вала на роликоподшипниках 9.

Жесткое соединение переставной части барабана с коренным валом осу­ществляется через механизм перестановки 5 зубчатого типа.

Оболочки малого и большого цилиндров барабана имеют спиральные канавки, на конической части к оболочке привариваются желобки. С обеих сторон ба­рабана на полый вал 10 свободно насажены бобины 4,предназначенные для навивки запасной длины каната. Бобины имеют червячный привод с электродви­гателем.

К лобовинам малых цилиндров привариваются тормозные ободья 3,к ко­торым прикладываются усилия двух пар тормозных колодок.

Смена горизонтов работы подъемной машины типа БЦК с помощью меха­низма перестановки аналогична смене горизонтов работы машин с цилиндриче­скими барабанами.

Рисунок 7.5 - Коренная часть подъемной машины типа БЦК

Диаметр цилиндрических барабанов шахтных подъемных машин, согласно Правилам безопасности, определяется по следующей зависимости

D ≥ 80d мм, (7. 2)

где D – диаметр барабана;

d – диаметр каната.

Для лебедок доменных подъемников, эта зависимость будет

D ≥ 40d мм. (7. 3)

Найденная по формулам (7.2) и (7.3) величина диаметра барабана округляется до ближайшей большей стандартной величины.

Для грузо – людских и людских подъемов на вертикальных и наклонных (бо­лее 60°) шахтах навивка каната на барабане должна быть однослойной. Для подъемных машин грузовых вертикальных подъемов допускается двухслойная навивка канатов на барабаны. Трехслойная навивка допускается для подъемных машин грузовых наклонных подъемов.

Полная длина одного цилиндрического барабана двухбарабанной подъемной машины при навивке каната в один слой.

где – длина каната, равная высоте подъема;

– длина каната для испытаний,

– стандартный диаметр барабана;

– витки трения (3,5 витка при футеровки и 5,5 без нее);

– диаметр каната;

– зазор между витками каната на барабане,

– стандартная длина барабана.

Бицилиндрические барабаны. Начальный (меньший) диаметр навивки барабана определяется так же, как и для цилиндрических барабанов

D_м ≥ 80d мм.

Наибольший диаметр для стандартных подъемных машин находится из соотношения

Длина малого цилиндра барабана должна вместить длину каната, равную расстоянию между горизонтами шахты ; кроме того, на малом цилиндре размещаются витки трения ( ), а длина каната для взятия проб размещается на внутренней бобине.

Тогда длина малого цилиндра барабана

Длина конической части барабана определяется, исходя из принятого угла конусности β_кн = 50 ÷ 63°

Длина каната, навиваемого на конус,

где – зазор между витками на конической части барабана,

Длина большого цилиндра определяется из условия размещения на нем длины каната, оставшегося после навивки его на малый цилиндр и коническую часть барабана.

Длина каната, навивающегося на большой цилиндр

Для большого цилиндра