CN110790116B

CN110790116B - 煤矿立井提升系统及其井架

Info

Publication number: CN110790116B
Application number: CN201911215870.XA
Authority: CN
Inventors: 刘跃; 索双富; 时剑文
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2020-12-22
Anticipated expiration: 2039-12-02
Also published as: CN110790116A

Abstract

本发明涉及煤矿立井提升系统技术领域，具体提供了一种煤矿立井提升系统及其井架，旨在解决现有煤矿立井提升系统在运行过程中井架容易发生共振，存在较大安全隐患的问题。为此目的，本发明的井架包括第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱，第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱中相邻两个之间通过上横梁和下横梁连接；第一立柱和第四立柱上部之间设置有第一天轮安装位，第二立柱和第三立柱上部之间设置有第二天轮安装位；第一立柱、第二立柱、对应的上横梁和下横梁之间设置有第一斜撑组件，并且/或者第三立柱、第四立柱以及对应的上横梁和下横梁之间设置有第一斜撑组件。通过这样的设置，使井架的固有频率发生改变，降低了共振的风险。

Description

煤矿立井提升系统及其井架

技术领域

本发明涉及煤矿立井提升系统技术领域，具体提供了一种煤矿立井提升系统及其井架。

背景技术

在煤炭开采场所，煤矿立井提升系统主要用于将立井底部的煤炭运输至井外。如图1和图2所示，现有的煤矿立井提升系统主要包括跨设在井口6的上方的井架1，井架1包括第一立柱111、第二立柱112、第三立柱113和第四立柱114，第一立柱111和第二立柱112通过第一上横梁121和第一下横梁131连接。第二立柱112和第三立柱113在相应位置通过第二上横梁122和第二下横梁132连接，即第二立柱112和第三立柱113上与第一上横梁121和第一下横梁131等高的位置分别通过第二上横梁122和第二下横梁132连接。第三立柱113和第四立柱114在相应位置通过第三上横梁123和第三下横梁133连接，即第三立柱113和第四立柱114上与第一上横梁121和第一下横梁131等高的位置分别通过第三上横梁123和第三下横梁133连接。第四立柱114和第一立柱111在相应位置通过第四上横梁124和第四下横梁134连接，即第四立柱114和第一立柱111上与第一上横梁121和第一下横梁131等高的位置分别通过第四上横梁124和第四下横梁134连接。第一立柱111和第四立柱114上部之间设置有两个第一天轮安装位141，每个第一天轮安装位141处设置一个第一天轮21，第二立柱112和第三立柱113上部之间设置有两个第二天轮安装位142，每个第二天轮安装位142处设置一个第二天轮22。井架1左右两侧的地面上分别设置有第一摩擦轮41和第二摩擦轮42，第一摩擦轮41上缠绕有第一钢丝绳31，第一钢丝绳31的一部分绕在第一天轮21上，第一钢丝绳31上连接有第一箕斗51，第二摩擦轮42上缠绕有第二钢丝绳32，第二钢丝绳32的一部分绕在第二天轮22上，第二钢丝绳32上连接有第二箕斗52。第一摩擦轮41和第二摩擦轮42分别通过第一提升电机(图中未示出)和第二提升电机(图中未示出)驱动。

在煤矿立井提升系统运行过程中，第一提升电机驱动第一摩擦轮41转动，通过第一钢丝绳31牵引第一箕斗51升降，第二提升电机驱动第二摩擦轮42转动，通过第二钢丝绳32牵引第二箕斗52升降。煤矿立井提升系统包括刚性结构和柔性结构，在运行过程中煤矿立井提升系统的刚性结构和柔性结构之间会发生明显的刚柔耦合效应，系统载荷具有时变性、强耦合和非线性等特点，属于典型的多源耦合振动系统，具有多阶固有频率。在煤矿立井提升系统运行过程中，为了保证运行的安全性和可靠性，提升速度通常限制在一定的范围内(如2-6m/s)，并且煤矿立井提升系统具有多阶固有频率，井架很容易发生共振，存在较大的安全隐患。

相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有煤矿立井提升系统在运行过程中井架容易发生共振，存在较大安全隐患的问题，一方面本发明提供了一种煤矿立井提升系统的井架，所述井架包括第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱，所述第一立柱和所述第二立柱通过第一上横梁和第一下横梁连接，所述第二立柱和所述第三立柱在相应位置通过第二上横梁和第二下横梁连接，所述第三立柱和所述第四立柱在相应位置通过第三上横梁和第三下横梁连接，所述第四立柱和所述第一立柱在相应位置通过第四上横梁和第四下横梁连接；所述第一立柱和所述第四立柱的上部之间设置有第一天轮安装位，所述第二立柱和所述第三立柱的上部之间设置有第二天轮安装位；所述第一立柱、所述第二立柱、所述第一上横梁和所述第一下横梁之间设置有第一斜撑组件，并且/或者所述第三立柱、所述第四立柱、所述第三上横梁和所述第三下横梁之间设置有第一斜撑组件。

在上述井架的优选技术方案中，所述第一斜撑组件包括两根第一斜撑杆，每根所述第一斜撑杆的两端分别连接至立柱和横梁的连接点处。

在上述井架的优选技术方案中，两根所述第一斜撑杆在彼此交叉的位置固定连接。

在上述井架的优选技术方案中，所述第二立柱、所述第三立柱、所述第二上横梁和所述第二下横梁之间设置有第二斜撑组件，并且/或者所述第四立柱、所述第一立柱、所述第四上横梁和所述第四下横梁之间设置有第二斜撑组件。

在上述井架的优选技术方案中，所述第二斜撑组件包括两根第二斜撑杆，每根所述第二斜撑杆的两端分别连接至立柱和横梁的连接点处。

在上述井架的优选技术方案中，两根所述第二斜撑杆在彼此交叉的位置固定连接。

在上述井架的优选技术方案中，所述第一斜撑杆包括至少两个杆段，相邻杆段之间设置有缓冲结构。

在上述井架的优选技术方案中，所述第一斜撑杆上设置有配重结构。

在上述井架的优选技术方案中，所述第一斜撑杆为空心杆，所述配重结构为填充在所述空心杆内的混凝土；或者所述配重结构为包覆在所述第一斜撑杆外部的混凝土。

在本发明的技术方案中，井架包括第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱，第一立柱和第二立柱通过第一上横梁和第一下横梁连接，第二立柱和第三立柱在相应位置通过第二上横梁和第二下横梁连接，第三立柱和第四立柱在相应位置通过第三上横梁和第三下横梁连接，第四立柱和第一立柱在相应位置通过第四上横梁和第四下横梁连接；第一立柱和第四立柱的上部之间设置有第一天轮安装位，第二立柱和第三立柱的上部之间设置有第二天轮安装位；第一立柱、第二立柱、第一上横梁和第一下横梁之间设置有第一斜撑组件，并且/或者第三立柱、第四立柱、第三上横梁和第三下横梁之间设置有第一斜撑组件。也就是说，在现有井架的第一立柱、第二立柱、第一上横梁和第一下横梁之间设置第一斜撑组件，并且/或者第三立柱、第四立柱、第三上横梁和第三下横梁之间设置第一斜撑组件，通过第一斜撑组件的设置，改变了井架的固有频率，使现有煤矿立井提升系统在运行过程中的激振频率远离井架的固有频率，降低了井架发生共振的风险。

另一方面，本发明提供了一种煤矿立井提升系统，所述煤矿立井提升系统配置有上述任一项所述的井架。需要说明的是，该煤矿立井提升系统具有上述井架的全部技术效果，在此不再赘述。

附图说明

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是现有的立井提升系统的结构示意图；

图2是现有的立井提升系统中井架的结构示意图；

图3是本发明第一种实施例的立井提升系统的井架的结构示意图；

图4是本发明第二种实施例的立井提升系统的井架的结构示意图；

图5是本发明第三种实施例的立井提升系统的井架的结构示意图。

附图标记列表:

1、井架；111、第一立柱；112、第二立柱；113、第三立柱；114、第四立柱；121、第一上横梁；122、第二上横梁；123、第三上横梁；124、第四上横梁；131、第一下横梁；132、第二下横梁；133、第三下横梁；134、第四下横梁；141、第一天轮安装位；142、第二天轮安装位；15、第一斜撑杆；16、第二斜撑杆；21、第一天轮；22、第二天轮；31、第一钢丝绳；32、第二钢丝绳；41、第一摩擦轮；42、第二摩擦轮；51、第一箕斗；52、第二箕斗；6、井口。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

基于背景技术中提到的现有煤矿立井提升系统在运行过程中井架容易发生共振，存在较大安全隐患的问题，本发明的发明人进行了深入的分析和研究，并提供了解决上述问题的技术方案。发明人对图1和图2所示的煤矿立井提升系统在常规的提升速度范围内运行时的井架1的前12阶阵型进行了分析和研究，研究结果具体为：参照图2，井架1的第1阶振型为整体沿X轴平动，井架1的第2阶振型为整体沿Z轴平动，井架1的第3阶振型为整体绕Y轴摆动，井架1的第4阶振型为整体绕Z轴摆动，井架1的第5阶振型为整体沿Y轴平动，井架1的第6阶振型为整体绕X轴摆动，井架1的第7阶振型为上部和下部绕Y轴异向摆动，井架1的第8阶振型为上部和下部饶Z轴异向摆动，井架1的第9阶振型为上部绕X轴摆动，井架1的第10阶振型为下部绕Z轴摆动，井架1的第11阶振型为下部绕Z轴摆动，井架1的第12阶振型为下部绕Y轴和绕Z轴异向摆动。第7～12阶振型以井架局部振结构振动为主，振幅较小，对井架的稳定性和安全性可以忽略。而第1～6阶振型以井架整体振动为主，对井架的稳定性和安全性具有较大的影响。煤炭立井提升系统在以常规提升速度运行时，激振频率接近井架1的第2阶振型和第3阶振型对应的固定频率。井架1产生的振动为整体绕Z轴平动和整体绕Y轴摆动的合成运动，并且以整体绕Z轴平动为主。

基于上述研究结果，发明人提出了一种煤矿立井提升系统的井架，井架包括第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱，第一立柱和第二立柱通过第一上横梁和第一下横梁连接，第二立柱和第三立柱在相应位置通过第二上横梁和第二下横梁连接，第三立柱和第四立柱在相应位置通过第三上横梁和第三下横梁连接，第四立柱和第一立柱在相应位置通过第四上横梁和第四下横梁连接；第一立柱和所述第四立柱上部之间设置有第一天轮安装位，第二立柱和所述第三立柱上部之间设置有第二天轮安装位；第一立柱、第二立柱、第一上横梁和第一下横梁之间设置有第一斜撑组件，并且/或者第三立柱、第四立柱、第三上横梁和第三下横梁之间设置有第一斜撑组件。

通过在第一立柱、第二立柱、第一上横梁和第一下横梁之间设置第一斜撑组件，并且/或者在第三立柱、第四立柱、第三上横梁和第三下横梁之间设置第一斜撑组件，使井架1的第2阶固有频率和第3阶固有频率发生了较大的改变，使井架1的第2阶固有频率和第3阶固有频率偏离激振频率。同时，立柱和横梁之间形成了三角形支撑结构，增强了井架1的强度。在使用过程中，减小了井架1发生共振的风险，同时削弱了井架1沿Z轴的平动，提高了井架1的稳定性和安全性。

参照图3，图3是本发明第一种实施例的立井提升系统的井架的结构示意图。如图3所示，井架1包括第一立柱111、第二立柱112、第三立柱113和第四立柱114，第一立柱111和第二立柱112通过第一上横梁121和第一下横梁131连接。第二立柱112和第三立柱113在相应位置通过第二上横梁122和第二下横梁132连接，即第二立柱112和第三立柱113上与第一上横梁121和第一下横梁131等高的位置分别通过第二上横梁122和第二下横梁132连接。第三立柱113和第四立柱114在相应位置通过第三上横梁123和第三下横梁133连接，即第三立柱113和第四立柱114上与第一上横梁121和第一下横梁131等高的位置分别通过第三上横梁123和第三下横梁133连接。第四立柱114和第一立柱111在相应位置通过第四上横梁124和第四下横梁134连接，即第四立柱114和第一立柱111上与第一上横梁121和第一下横梁131等高的位置分别通过第四上横梁124和第四下横梁134连接。

第一立柱111和第四立柱114上部之间设置有两个第一天轮安装位141，第二立柱112和第三立柱113上部之间设置有两个第二天轮安装位142。第一立柱111、第二立柱112、第一上横梁121和第一下横梁131之间设置有第一斜撑组件，第三立柱113、第四立柱114、第三上横梁123和第三下横梁133之间设置有第一斜撑组件，第一斜撑组件包括两根第一斜撑杆15。在第一立柱111、第二立柱112、第一上横梁121和第一下横梁131之间，两根第一斜撑杆15的两端分别固定至两个相对的连接点处，形成“X”形结构。在第三立柱113、第四立柱114、第三上横梁123和第三下横梁133之间，两根第一斜撑杆15的两端分别固定至两个相对的连接点处，形成“X”形结构。优选地，两根第一斜撑杆15在交叉的位置固定连接。

第一斜撑组件包括两根第一斜撑杆15，两根第一斜撑杆15的两端固定至立柱和横梁的连接点，形成了多个三角形支撑结构，提高了支撑的稳定性和强度，同时使井架1的第2阶固有频率和第3阶固有频率相对于激振频率发生了偏离，减小了井架1发生共振的风险，提高了井架1的稳定性和安全性。两根第一斜撑杆15在交叉的位置固定连接，提高了斜撑组件的整体强度，减小了井架1的变形。

本领域技术人员可以理解的是，第一斜撑组件包括两根第一斜撑杆15，两根第一斜撑杆15的两端固定至立柱和横梁的连接点仅是一种优选的实施方式，本领域技术人员可以根据实际情况对其进行调整，以便使用不同的应用场合，如第一斜撑组件包括两根第一斜撑杆，两根第一斜撑杆交叉设置，并且两端分别连接在不同的立柱上，或者第一斜撑组件仅包括一根第一斜撑杆，第一斜撑杆的两端分别连接至立柱和横梁的连接点处。另外，可以仅在第一立柱111、第二立柱112、第一上横梁121和第一下横梁131之间设置第一斜撑组件，也可以仅在第三立柱113、第四立柱114、第三上横梁123和第三下横梁133之间设置第一斜撑组件。

参照图4，图4是本发明第二种实施例的立井提升系统的井架的结构示意图。第二种实施例与第一种实施例不同的是，第一斜撑杆15包括至少两个杆段，相邻杆段之间设置有缓冲结构，如橡胶垫、弹簧等。在使用过程中，井架1发生振动，立柱和横梁之间发生微量的变形，第一斜撑杆15中相邻两段杆段沿其轴向发生微量的振动，缓冲结构吸收相邻两段杆段的振动能量，减弱第一斜撑杆15的振动，进而减小井架1的振动。

参照图5，图5是本发明第三种实施例的立井提升系统的井架的结构示意图。优选地，第三中实施例与第一种实施例不同的是，第二立柱112、第三立柱113、第二上横梁122和第二下横梁132之间设置有第二斜撑组件，第四立柱114、第一立柱111、第四上横梁124和第四下横梁134之间设置有第二斜撑组件，第二斜撑组件包括两根第二斜撑杆16。在第四立柱114、第一立柱111、第四上横梁124和第四下横梁134之间，两根第二斜撑杆16的两端分别固定至两个相对的连接点处，形成“X”形结构。在第四立柱114、第一立柱111、第四上横梁124和第四下横梁134之间，两根第二斜撑杆16的两端分别固定至两个相对的连接点处，形成“X”形结构。

通过这样的设置，提高了第二立柱112和第三立柱113之间的强度以及第一立柱111和第四立柱114之间的强度，进一步提高了井架1的稳定性和强度，同时使井架1的第2阶固有频率和第3阶固有频率相对于激振频率进一步发生了偏离，减小了井架1发生共振的风险，提高了井架1的稳定性和安全性。

优选地，第一斜撑杆15上设置有配重结构。具体地，第一斜撑杆51为空心杆，配重结构为填充在空心杆内的混凝土。通过在空心杆内填充混凝土增大第一斜撑杆51的重量，进一步改变了井架1的固有频率，使井架1的第2阶固有频率和第3阶固有频率相对于激振频率进一步发生了偏离。

本领域技术人员可以理解的是，第一斜撑杆51为空心杆，配重结构为填充在空心杆内的混凝土仅是一种具体的实施方式，本领域技术人员可以对其进行调整，如配重结构可以是包覆在第一斜撑杆51外部的混凝土，也可以固定在第一斜撑杆51上的配重块，如铁块、石块等。

此外，本发明提供了一种煤矿立井提升系统，煤矿立井提升系统配置有上述任一项所述的井架。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替代，这些更改或替代之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种煤矿立井提升系统的井架，其特征在于，所述井架包括第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱，所述第一立柱和所述第二立柱通过第一上横梁和第一下横梁连接，所述第二立柱和所述第三立柱在相应位置通过第二上横梁和第二下横梁连接，所述第三立柱和所述第四立柱在相应位置通过第三上横梁和第三下横梁连接，所述第四立柱和所述第一立柱在相应位置通过第四上横梁和第四下横梁连接；

所述第一立柱和所述第四立柱的上部之间设置有第一天轮安装位，所述第二立柱和所述第三立柱的上部之间设置有第二天轮安装位；

所述第一立柱、所述第二立柱、所述第一上横梁和所述第一下横梁之间设置有第一斜撑组件，并且/或者

所述第三立柱、所述第四立柱、所述第三上横梁和所述第三下横梁之间设置有第一斜撑组件；

所述第一斜撑组件包括两根第一斜撑杆，每根所述第一斜撑杆的两端分别连接至立柱和横梁的连接点处；

两根所述第一斜撑杆在彼此交叉的位置固定连接；

所述第一斜撑杆包括至少两个杆段，相邻杆段之间设置有缓冲结构。

2.根据权利要求1所述的井架，其特征在于，所述第二立柱、所述第三立柱、所述第二上横梁和所述第二下横梁之间设置有第二斜撑组件，并且/或者

所述第四立柱、所述第一立柱、所述第四上横梁和所述第四下横梁之间设置有第二斜撑组件。

3.根据权利要求2所述的井架，其特征在于，所述第二斜撑组件包括两根第二斜撑杆，每根所述第二斜撑杆的两端分别连接至立柱和横梁的连接点处。

4.根据权利要求3所述的井架，其特征在于，两根所述第二斜撑杆在彼此交叉的位置固定连接。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的井架，其特征在于，所述第一斜撑杆上设置有配重结构。

6.根据权利要求5所述的井架，其特征在于，所述第一斜撑杆为空心杆，所述配重结构为填充在所述空心杆内的混凝土；或者

所述配重结构为包覆在所述第一斜撑杆外部的混凝土。

7.一种煤矿立井提升系统，其特征在于，所述煤矿立井提升系统配置有权利要求1至6任一项所述的井架。