Результат интеллектуальной деятельности: ШАХТНАЯ ПОДЪЕМНАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к шахтным подъемным комплексам, а именно к шахтным подъемным установкам, и может быть использовано при проектировании и реконструкции горных предприятий с увеличенной высотой подъема груженых сосудов при значительной глубине шахтного ствола.

Известна принятая за прототип шахтная подъемная установка, содержащая вертикальный ствол, подъемный сосуд, который тяговым канатом, огибающим отклоняющий блок, соединен с барабанным приводом (Пат.РФ №2025442, МПК B66B 17/08, опубл. 30.12. 1994 г.).

Однако недостатками известной шахтной подъемной установки являются ограниченная высота подъема сосуда из-за ограниченной величины канатоемкости приводных барабанов стандартной конструкции или использование при увеличенной высоте подъема груженых сосудов усложненных и дорогостоящих подъемных установок.

Техническим результатом изобретения является возможность подъема груженых сосудов, скиповых и клетьевых, при увеличенной высоте подъема по стволам увеличенной глубины с использованием стандартных барабанных лебедок.

Технический результат достигается тем, что в шахтной подъемной установке, содержащей установленный на раме кинематически связанный с приводным блоком приводной барабан с закрепленным на нем концом соединенного с поднимаемым сосудом стального проволочного каната, огибающего отклоняющий блок, между отклоняющим блоком и приводным барабаном размещен двухручьевой шкив трения с реверсивным приводом, при огибании стальным проволочным канатом шкива трения при полном угле его обхвата, равном 2π радианов, при набегании каната на верхнюю кромку шкива трения и сбегании с нее же, а рама с установленными на ней приводным барабаном и приводным блоком выполнена с ходовыми колесами с возможностью их опирания и перемещения по наклонным вниз направляющим рельсам, ориентированным в сторону от шахтного ствола, при длине направляющих рельсов, равной разности между высотой подъема сосуда и канатоемкостью приводного барабана, а в конце направляющих рельсов установлена вторая барабанная лебедка, кинематически связанная стальным проволочным канатом с рамой приводного барабана, перед которой со стороны шахтного ствола с отклоняющим блоком и шкивом трения установлен упор с возможностью взаимодействия с ним рамы, величина угла β наклона направляющих рельсов к горизонтали принята из условия непревышения статических сопротивлений движению рамы на ходовых колесах с приводным барабаном и приводным блоком, при ее обратном смещении в сторону шахтного ствола вверх по направляющим рельсам, величины тягового усилия, развиваемого приводным шкивом трения после его реверса. При этом возможны два варианта опускания порожнего сосуда: по первому варианту раму смещают вверх по направляющим рельсам с приводным барабаном с навитым на него стальным проволочным канатом, который свивается с приводного барабана после остановки рамы перед упором, по второму варианту стальной проволочный канат свивается с приводного барабана при его размещении перед второй барабанной лебедкой, при исходном уравнении для расчета угла β наклона направляющих рельсов по первому варианту

(G_пб+gqL_пб)(wcosβ+sinβ)+gq_кL(f₀cosβ+sinβ)≤G_сe^2πf,

а по второму варианту

G_пб(wcosβ+sinβ)+gq_кL(f_оcosβ+sinβ)≤(G_c+gqL)e^2πf,

где G_пб - вес приводного барабана с приводным блоком и ходовыми колесами, Н, L_пб - канатоемкость приводного барабана, м, w - коэффициент сопротивления его движения по направляющим рельсам, g - ускорение свободного падения, м/с², q, q_к - линейные массы стальных проволочных канатов, связывающих раму приводного барабана с сосудом и второй лебедкой, кг/м, f_о - коэффициент трения второго каната об опорную поверхность, на которой закреплены направляющие рельсы, G_c - вес порожнего сосуда, опускаемого вниз по стволу, Н, f - коэффициент трения стального проволочного каната, на котором подвешен сосуд, о приводной шкив трения, е - основание натуральных логарифмов.

Шахтная подъемная установка представлена на фиг.1 - вид сбоку при размещении барабана с приводным блоком при подъеме груженого сосуда на высоту, соответствующую канатоемкости приводного барабана, на фиг.2 - то же, при полной высоте подъема груженого сосуда, при смещенной раме с приводным барабаном и приводным блоком в сторону второй барабанной лебедки по наклонным направляющим рельсам.

Шахтная подъемная установка содержит установленный на раме 1 кинематически связанный с приводным блоком и тормозом (не показаны) приводной барабан 2 с закрепленным на нем концом соединенного с поднимаемым сосудом 3 стального проволочного каната 4, огибающего отклоняющий блок 5, и размещенный между отклоняющим блоком 5 и приводным барабаном 2 двухручьевой шкив трения 6 с реверсивным приводом (не показан). При этом стальной проволочный канат 4 огибает шкив трения 6 при полном угле обхвата, равном 2π радианов, при набегании на верхнюю кромку шкива трения 6 и сбегании с нее же. Рама 1 с установленными на ней приводным барабаном 2 и приводным блоком выполнена с ходовыми колесами 7 с возможностью их опирания и перемещения по наклонным под углом β направляющим рельсам 8, ориентированным в сторону от шахтного ствола. При этом длина L направляющих рельсов 8 принята равной разности между высотой Н подъема сосуда 3 и канатоемкостью L_пб приводного барабана 2. В конце направляющих рельсов 8 установлена вторая барабанная лебедка 9, кинематически связанная стальным проволочным канатом 10 с рамой 1 приводного барабана 2. Перед рамой 1 со стороны шахтного ствола с отклоняющим блоком 5 и шкивом трения 6 установлен упор 11 с возможностью взаимодействия с ним рамы 1 при исходном расположении приводного барабана 2. Рама 1 с приводным барабаном 2 и ходовыми колесами 7 в своем исходном положении размещена на горизонтальном участке 12 направляющих рельсов 8. Величина угла β наклона направляющих рельсов 8 к горизонтали принята из условия непревышения статических сопротивлений движению рамы 1 на ходовых колесах 7 с приводным барабаном 2, при ее обратном смещении в сторону шахтного ствола вверх по направляющим рельсам 8, величины тягового усилия, развиваемого приводным шкивом трения 6 после его реверса. При этом возможны два варианта опускания порожнего сосуда 3. По первому варианту раму 1 смещают вверх по направляющим рельсам 8 с приводным барабаном 2 с навитым на него стальным проволочным канатом 4, который свивается с барабана 2 после остановки рамы 1 перед упором 11. По второму варианту стальной проволочный канат 4 свивается с приводного барабана 2 при его размещении перед второй барабанной лебедкой 9. Исходное уравнение для расчета угла р наклона направляющих рельсов по первому варианту:

(G_пб+gqL_пб)(wcosβ+sinβ)+gq_кL(f_оcosβ+sinβ)≤G_ce^2πf,

где G_пб - вес приводного барабана 2 с приводным блоком и ходовыми колесами 7, L_пб - канатоемкость приводного барабана, м, w - коэффициент сопротивления его движения по направляющим рельсам 8, g - ускорение свободного падения, м/с², q, q_к - линейные массы стальных проволочных канатов, связывающих раму приводного барабана с сосудом и второй лебедкой, кг/м, f_о - коэффициент трения второго каната 10 об опорную поверхность, на которой закреплены направляющие рельсы 8, G_c - вес порожнего сосуда 3, опускаемого вниз по стволу, Н, f - коэффициент трения стального проволочного каната 4, на котором подвешен сосуд 3, о приводной шкив трения 6, е - основание натуральных логарифмов.

По второму варианту уравнение для выбора угла β наклона направляющих рельсов 8 следующее:

G_пб(wcosβ+sinβ)+gq_кL(f_оcosβ+sinβ)≤(G_с+gqL)e^2πf. Поэтому угол β наклона направляющих рельсов 8 по второму варианту может быть принят еще более увеличенным.

В приведенных уравнениях величина е^2πf - тяговый фактор, определяющий величину тягового усилия, развиваемого шкивом трения 6 при спуске порожнего сосуда

3, которое обеспечивает с помощью смещаемого в сторону ствола стального проволочного каната 4 подъем рамы 1 с приводным барабаном 2 и приводным блоком, с навитым на барабан канатом 4 и освобожденным от него, по наклонным рельсовым направляющим 8 от лебедки 9 до упора 11.

Шахтная подъемная установка действует следующим образом. Для подъема груженого сосуда 3 в шахтном стволе увеличенной глубины включают приводной шкив трения 6 и приводной блок, обеспечивающий вращение приводного барабана 2 шахтной подъемной установки с навивкой на приводной барабан 2 стального проволочного каната 4. При этом шкив трения 6 реализует часть суммарного тягового усилия W, которая равна

ΔW=W(1-1/e^2π). Это позволяет существенно уменьшить потребную величину тягового усилия, реализуемого приводным барабаном 2. Наличие упора 11 обеспечивает удержание рамы 1 с ходовыми колесами 7 от их смещения в сторону шахтного ствола при подъеме груженого сосуда 3. После полного использования канатоемкости L_пб приводного барабана 2 его приводной блок отключается и затормаживается приводной барабан 2, после чего одновременно автоматически включается привод второй барабанной лебедки 9, которая с помощью навиваемого на ее приводной барабан стального проволочного каната 10 смещает раму 1 с ходовыми колесами 7 при заторможенном приводном барабане 2 по наклонным направляющим рельсам 8 до полной высоты подъема сосуда 3, который на втором этапе его подъема перемещается с помощью приводного шкива трения 6 и второй лебедки 9 с помощью закрепленного на заторможенном приводном барабане 2 стального проволочного каната 4 за счет смещения рамы 1 с ходовыми колесами 7 и размещенными на раме 1 приводным барабаном 2 и приводным блоком по направляющим рельсам 8 до их нижней кромки (фиг.2). При этом при подъеме груженого сосуда 3 потребное тяговое усилие, реализуемое второй барабанной лебедкой 9, и мощность двигателя ее привода также уменьшены, как и мощность двигателя привода приводного барабана 2, благодаря тяговому усилию ΔW, реализуемому шкивом трения 6. При спуске порожнего сосуда 3 по стволу по первому варианту привод шкива трения 6 и привод лебедки 9 реверсируются. Шкив трения 6 обеспечивает подъем рамы 1 вверх по направляющим рельсам 8 до упора 11, после чего включается после реверса приводной блок приводного барабана 2, обеспечивающий сматывание стального проволочного каната 4 с приводного барабана 2 при опускании вниз сосуда 3. По второму варианту при опускании вниз сосуда 3 стальной проволочный канат 4 свивается с приводного барабана 2 при его размещении перед второй барабанной лебедкой 9 при включенном приводном шкиве трения 6, после чего рама 1 с заторможенным порожним приводным барабаном 2 с помощью шкива трения 6 смещается вверх до упора 11, что соответствует окончательному спуску порожнего сосуда 3. Наличие в системе привода шахтой подъемной установки двухручьевого шкива трения 6 с максимальным углом его обхвата стальным проволочным канатом 4 позволяет не только уменьшить тяговые усилия приводного барабана 2 и второй лебедки 9, но и увеличить угол β наклона направляющих рельсов 8, особенно при втором варианте спуска порожнего сосуда 3, что дополнительно позволяет уменьшить потребное тяговое усилие, реализуемое второй лебедкой 9. Наклонное расположение направляющих рельсов 8 для перемещения рамы 1 с ходовыми колесами 7 с размещенным на раме 1 приводным барабаном 2 и его приводным блоком позволяет уменьшить суммарную энергоемкость шахтной подъемной установки и ее металлоемкость и стоимость.

Таким образом, отличительные признаки изобретения обеспечивают возможность подъема груженых сосудов, скиповых и клетьевых, при увеличенной высоте подъема по стволам увеличенной глубины с использованием стандартных барабанных лебедок при их уменьшенных металлоемкостях и энергоемкостях.