CN219031444U - 一种副井罐笼提升系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种副井罐笼提升系统，属于矿井提升装置技术领域，包括重力下放装置、外动力驱动装置、闸控装置、液压站一、提升机滚筒和闸装置、主电机；重力下放装置与液压站一相配合，闸控装置与液压站一相连，液压站一与提升机滚筒和闸装置相配合，主电机和外动力驱动装置均与提升机滚筒和闸装置相配合；外动力驱动装置包括变频器、同步电机、油泵、摩擦驱动轮，电瓶组与变频器相连，变频器与同步电机相连，同步电机通过油泵带动摩擦驱动轮转动，摩擦驱动轮和提升机滚筒之间形成一夹角；通过摩擦驱动轮和提升机滚筒之间形成一夹角，当提升机出现故障，摩擦驱动轮仍然能够驱动提升机滚筒使罐笼能够缓慢移动，从而快速安全地解救被困人员。

Description

一种副井罐笼提升系统

技术领域

本实用新型涉及矿井提升装置技术领域，尤其涉及一种副井罐笼提升系统。

背景技术

副井提升系统是全矿上下人员的咽喉要道，当发生矿井双回路跳电、传动装置或者电控装置故障时，提升机无法正常运行，会出现人员被困在井筒内的罐笼中，不能及时升井或者到达井底等其它安全位置。一般出现该类问题后传统的方法是开展井筒救援，需要组织人员利用井筒梯子间爬至被困人员位置，再利用大板等搭设临时通道，实现解救被困人员。这种救援方式不仅耗费大量的救援时间，而且在救援的过程中人员在井筒内作业，存在高空坠落的风险，因此该种救援方式存在很大的安全隐患。

现有技术中，论文《多绳摩擦式提升机辅助传动系统设计研究》(矿山机械，徐永福等，洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司，2015年)公开了一种新型矿井提升辅助传动系统，可在供电或主传动系统发生故障时，通过变频电动机驱动齿轮传动，带动卷筒在设定的速度下进行提升操作，并通过选型和强度计算，使整个辅助传动系统安全可靠，为矿井人员的救援提供了一种新型有效的方法。

但是现有的副井提升系统配备的重力下放装置，当提升机出现故障时，更多地是利用罐笼两侧的重力不等，通过打开制动闸实现提升机滚筒的缓慢运动，但是一旦罐笼两侧的不平衡力达不到罐笼相对移动的最小平衡力，依靠重力仍然不能够使罐笼运行。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是当提升机出现故障，罐笼两侧的不平衡力达不到罐笼相对移动的最小平衡力时，如何保证罐笼安全运行。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种副井罐笼提升系统，包括：重力下放装置、外动力驱动装置、闸控装置、液压站一、提升机滚筒和闸装置、主电机；所述重力下放装置与所述液压站一相配合，所述闸控装置与所述液压站一相连，所述液压站一与所述提升机滚筒和闸装置相配合，所述主电机和所述外动力驱动装置均与所述提升机滚筒和闸装置相配合；

所述外动力驱动装置包括：变频器、同步电机、油泵、摩擦驱动轮，所述电瓶组与所述变频器相连，所述变频器与所述同步电机相连，所述同步电机通过所述油泵带动所述摩擦驱动轮转动，所述摩擦驱动轮和提升机滚筒之间形成一夹角。

本实用新型中通过外动力驱动装置的摩擦驱动轮和提升机滚筒之间形成一夹角，通过变频器控制实现电机的正反转，带动油泵从而实现驱动摩擦驱动轮的正反转，摩擦驱动轮通过张紧与提升机滚筒沿上形成摩擦力，该摩擦力能够驱动提升机滚筒，同时配合原有的重力下放装置，实现提升机滚筒的正反转，当提升机出现故障，摩擦驱动轮仍然能够驱动提升机滚筒使罐笼能够缓慢移动，从而快速、安全地解救被困人员，打通了提升机故障状态下井筒应急救援的“最后一公里”。

进一步地，所述摩擦驱动轮和提升机滚筒之间的夹角介于20度和35度之间。

进一步地，所述摩擦驱动轮和提升机滚筒之间的夹角为30度。

进一步地，所述外动力驱动装置还包括：充电机、电瓶组，所述充电机通过所述电瓶组与所述变频器相连。

进一步地，所述外动力驱动装置还包括：液压站三、油缸，所述液压站三通过所述油缸与所述摩擦驱动轮相连。

进一步地，所述变频器包括速度档、方向档、显示界面，所述速度档与所述方向档具备机械联锁。

进一步地，所述重力下放装置包括：直流电源、重力下放控制单元、直流泵一，所述直流电源给所述重力下放控制单元供电，所述重力下放控制单元与所述直流泵一相连，所述直流泵一与所述液压站一相配合。

进一步地，还包括交流电源，所述交流电源与所述重力下放控制单元、充电机、闸控装置、液压站一均相连并为其供电。

进一步地，所述重力下放装置还包括直流泵二、液压站二，所述直流泵二与所述液压站二相配合，所述直流泵二与所述重力下放控制单元连接，并连接所述液压站二，所述闸控装置通过所述液压站二与所述提升机滚筒和闸装置连接，所述交流电源与所述液压站二均相连并为其供电。

与现有技术相比，本实用新型提供了一种副井罐笼提升系统，具备以下有益效果：

1、本实用新型中通过外动力驱动装置的摩擦驱动轮和提升机滚筒之间形成一夹角，通过变频器控制实现电机的正反转，带动油泵从而实现驱动摩擦驱动轮的正反转，摩擦驱动轮通过张紧与提升机滚筒沿上形成摩擦力，该摩擦力能够驱动提升机滚筒，同时配合原有的重力下放装置，实现提升机滚筒的正反转，当提升机出现故障，摩擦驱动轮仍然能够驱动提升机滚筒使罐笼能够缓慢移动，从而快速、安全地解救被困人员，打通了提升机故障状态下井筒应急救援的“最后一公里”。

2、本实用新型中将提升机滚筒下方就地控制处的操作台与车房控制系统进行通讯，能够直观的监控在重力下放状态下提升机各项数据，形成闭环控制，提高该装置的可靠性、安全性，该装置采用的设备均为淘汰下的旧设备，通过合理的布置与设计，组成了一套简单、实用的控制系统，节约材料成本100万元。

附图说明

图1是本实用新型中实施例一的副井罐笼提升系统的工作原理图；

图2是本实用新型的副井提升装置的摩擦驱动轮和提升机滚筒相对位置示意图；

图3是本实用新型中实施例二的副井罐笼提升系统的工作原理图；

图中：10重力下放装置、11直流电源、12重力下放控制单元、131直流泵一、132直流泵二、20外动力驱动装置、21充电机、22电瓶组、23变频器、24同步电机、25油泵、26液压站三、27油缸、28摩擦驱动轮、30闸控装置、40液压站一、41液压站二、50提升机滚筒和闸装置、51提升机滚筒、60主电机、70交流电源。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合说明书附图以及具体的实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述：

实施例一

如图1所示，一种副井罐笼提升系统，包括：重力下放装置10、外动力驱动装置20、闸控装置30、液压站一40、提升机滚筒和闸装置50、主电机60、交流电源70，重力下放装置10与液压站一40相配合，闸控装置30与液压站一40相连，液压站一40与提升机滚筒和闸装置50相配合，主电机60和外动力驱动装置20均与提升机滚筒和闸装置50相配合，交流电源70与重力下放装置10、外动力驱动装置20、闸控装置30、液压站一40均相连为其供电。

重力下放装置10包括：直流电源11、重力下放控制单元12、直流泵一131，直流电源11输出直流电给重力下放控制单元12供电，重力下放控制单元12与直流泵一131相连，直流泵一131与液压站一40相配合。

外动力驱动装置20包括：充电机21、电瓶组22、变频器23、同步电机24、油泵25、液压站三26、油缸27、摩擦驱动轮28，充电机21与交流电源70相连，充电机21与电瓶组22相连，用于给电瓶组22充电，电瓶组22与变频器23相连，用于给变频器23提供直流电源，变频器23与同步电机24相连，用于给同步电机24提供交流电源，控制同步电机24的正反转，同步电机24通过油泵25带动摩擦驱动轮28的正转或反转。液压站三26通过油缸27与摩擦驱动轮28相连，摩擦驱动轮28与提升机滚筒和闸装置50相配合。

变频器23包括：速度档、方向档、显示界面，速度档与方向档具备机械联锁：只有当方向档位于向前或向后位置时，速度档才能实现调速，只有当速度档位于“0”位时，方向档才能转换成“正”、“停”、“反”位。

交流电源70与重力下放控制单元12、充电机21、闸控装置30、液压站一40均相连并为其供电。

摩擦驱动轮28和提升机滚筒51之间形成一夹角，当夹角为30度左右时，摩擦驱动轮28和提升机滚筒51之间能够形成最大扭力，传动效果最佳，从而能够保证系统高效运行。

具体地，参阅图2，当摩擦驱动轮28与提升机滚筒51之间的摩擦力f等于重力下放系统所提升重力G时，满足提升机滚筒51运转的摩擦力要求，经现场检测，重力下放系统所提升重力G等于摩擦力f为31000N。

F2＝f＝31000N，Nmin＝53240N，其中F2为F在竖直方向的分量。

设计所用液压泵转速为V_泵＝1400r/min，泵压为14Mpa，泵排量为10mL/r，机械效率n_p＝0.95，泵出口处泵压损失为ΔP＝0.5Mpa，可知液压泵的输出扭矩为：

T＝T_理论*n_p＝ΔP_pV_排n_p/2π＝((14-0.5)*10^-6*(1400*10)*10^-6*0.95)/2π＝28590N·m，

其中T为液压泵的输出扭矩，T_理论为液压泵的输出扭矩的理论值，n_p为液压泵的机械效率，ΔP_p为液压泵出口处的实际泵压，V_排为液压泵的流量。

液压电机输出功率为：P_M＝T*2πN₂/60，其中P_M为液压电机输出功率，T为液压泵的输出扭矩，N₂为液压电机转速。

本实施例中，当提升机出现故障，外动力系统提人速度为1m/s，即外动力系统提人的线速度V₁＝60/min，提升机滚筒51的直径D₁为5.5米，线速度＝周长×转速，所以V₁＝πD₁×N₁，提升机滚筒51的转速N₁＝V₁/(πD₁)＝60/(3.14×5.5)＝3.5m/min，摩擦驱动轮28的直径D₂为0.9米，驱动摩擦驱动轮28的液压电机转速为N₂，由于N₁/N₂＝D₁/D₂，所以N₂＝N₁×D₁/D₂＝3.5×5.5/0.9＝21.4m/min，得出液压电机输出功率：

P_M＝T*2πN₂＝28590*2*3.14*21.4/(60*1000)＝64KW

液压电机经过液压泵作用后，输出功率P为64KW，转矩T＝扭力F*作用半径R，扭力F＝T/R，因为液压电机扭矩T＝9550P/N₂，所以液压电机扭矩为τ＝28561N·m，转矩T＝扭力F*作用半径R，扭力F＝T/R，最大扭力Fmax＝τ/(D₂/2)＝28561/(0.9/2)＝63468N。

为保证摩擦式驱动轮28能够满足驱动提升机滚筒51运转的摩擦力要求，假设f不变，f＝Fmaxsinθ，得出：θ＝arcsin(f/Fmax)＝arcsin(31000/63468)＝30°，其中θ为摩擦驱动轮28与提升机滚筒51之间的夹角。

a、当摩擦驱动轮28与提升机滚筒51之间的夹角为20度时，已知油泵25的传动扭矩不变，f＝Fmaxsinθ＝63468sin20°＝21707N<G＝31000N，N＝f/tan20°＝59639N＞Nmin＝53240N。

容易得出：当摩擦驱动轮28与提升机滚筒51之间的夹角为20度时，同步电机24的传动扭矩不变，摩擦驱动轮28与提升机滚筒51之间的摩擦力小于现场要求，为满足摩擦力f等于重力下放系统所提升重力G，只能通过提高提升机滚筒51与摩擦驱动轮28的压力大小来提升摩擦力f，此时提升机滚筒51的转速变慢，传动效率不高。

b、当摩擦驱动轮28与提升机滚筒51之间的夹角为35度时，f＝Fmaxsinθ＝63468sin35°＝36403N＞G＝31000N，N＝f/tan35°＝51989N＜Nmin＝53240N，若Nmin＝f/tan35°，N＝74247N，f为摩擦驱动轮28与提升机滚筒51之间的夹角为35度时的摩擦力。

容易得出：当摩擦驱动轮28与提升机滚筒51之间的夹角为35度时，电机传动扭矩不变，摩擦驱动轮28与提升机滚筒51的摩擦力大于现场要求，当摩擦力过大，会加快摩擦驱动轮28磨损，同时摩擦驱动轮28与提升机滚筒51所需压力不能满足要求，当角度不变且摩擦驱动轮28与提升机滚筒51所需压力刚好满足Nmin时，此时摩擦力为36403N，对设备的损害是巨大的。

c、当摩擦驱动轮28与提升机滚筒51之间的夹角为40度时，f＝Fmaxsinθ＝63468sin40°＝40796N＞G＝31000N，N＝f2/tan40°＝34231N，f2为摩擦驱动轮28与提升机滚筒51之间的夹角为40度时的摩擦力。

当摩擦驱动轮28与提升机滚筒51之间的夹角为40度时，虽然摩擦力很大，但是由于摩擦驱动轮28与提升机滚筒51之间所受的压力较小，即摩擦驱动轮28与提升机滚筒51的接触面积过小，摩擦驱动轮28容易出现打滑现象。

工作原理：当提升机出现故障，罐笼两侧的不平衡力达不到罐笼相对移动的最小平衡力时，先利用井口原有的操作台，远程操作控制油缸27，同时利用操作台上的手把操作控制液压马达运行带动绞车旋转，并且在操作台上安装显示屏，与在用绞车装置进行通讯，能够直观的观察提升机滚筒51的速度、位置等相关参数，确保现场操作的安全。现场运行时，井口、司机室及操作台处分别设置对讲机。摩擦驱动轮28压紧后，联系司机室提升机司机启动重力下放装置10进行敞闸，同时就地操作台控制摩擦驱动轮28转动从而带动绞车旋转，通过就地操作台处手把对提升机滚筒51的运行速度进行控制，最大设置为0.5m/s。

启动外动力驱动装置20时，将充电机21的电源插头按照相应极性插入电瓶组22的插座中，顺时针转动把手至合位置，联系司机室提升机司机操作制动手柄及重力下放按钮，使制动油压处于贴闸压力不小于11MPa，使用专用扳手将传动控制开关逆时针打至合位置，与外动力操作台人员联系确认安全站位后，顺时针缓慢转动速度调节把手，控制压力在10～15MPa之间，在滚筒下放就地控制台处，点动“油缸投/退”开关运行使摩擦驱动轮28衬垫与提升机滚筒51的制动盘边缘可靠接触，前推(后拉)操作台主令手柄，驱动提升机滚筒51慢速运行，用对讲机与和外动力操作台人员配合控制罐笼的运行速度不大1m/s(接近正常停车点时速度不大于0.3m/s)。

通过变频器控制实现同步电机的正反转，带动油泵从而实现驱动摩擦轮的正反转，该驱动力使用液压马达，动力由自制液压站提供。驱动摩擦轮通过提前设置的油缸进行张紧，从而与提升机滚筒沿上形成摩擦力，该摩擦力能够驱动提升机滚筒，同时配合原有的重力下放装置，实现提升机滚筒的正反转。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：如图3所示，本实施例中的重力下放装置10还包括直流泵二132、液压站二41，直流泵二132与液压站二41相配合，直流泵二132与重力下放控制单元12连接，并连接液压站二41，闸控装置30通过液压站二41与提升机滚筒和闸装置50连接，交流电源70与液压站二41均相连并为其供电。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种副井罐笼提升系统，其特征在于，包括：重力下放装置(10)、外动力驱动装置(20)、闸控装置(30)、液压站一(40)、提升机滚筒和闸装置(50)、主电机(60)；所述重力下放装置(10)与所述液压站一(40)相配合，所述闸控装置(30)与所述液压站一(40)相连，所述液压站一(40)与所述提升机滚筒和闸装置(50)相配合，所述主电机(60)和所述外动力驱动装置(20)均与所述提升机滚筒和闸装置(50)相配合；

所述外动力驱动装置(20)包括：电瓶组(22)、变频器(23)、同步电机(24)、油泵(25)、摩擦驱动轮(28)，所述电瓶组(22)与所述变频器(23)相连，所述变频器(23)与所述同步电机(24)相连，所述同步电机(24)通过所述油泵(25)带动所述摩擦驱动轮(28)转动，所述摩擦驱动轮(28)和提升机滚筒之间形成一夹角。

2.根据权利要求1所述的副井罐笼提升系统，其特征在于，所述摩擦驱动轮(28)和提升机滚筒之间的夹角介于20度和35度之间。

3.根据权利要求2所述的副井罐笼提升系统，其特征在于，所述摩擦驱动轮(28)和提升机滚筒之间的夹角为30度。

4.根据权利要求1所述的副井罐笼提升系统，其特征在于，所述外动力驱动装置(20)还包括：充电机(21)、电瓶组(22)，所述充电机(21)通过所述电瓶组(22)与所述变频器(23)相连。

5.根据权利要求4所述的副井罐笼提升系统，其特征在于，所述外动力驱动装置(20)还包括：液压站三(26)、油缸(27)，所述液压站三(26)通过所述油缸(27)与所述摩擦驱动轮(28)相连。

6.根据权利要求1所述的副井罐笼提升系统，其特征在于，所述变频器(23)包括速度档、方向档、显示界面，所述速度档与所述方向档具备机械联锁。

7.根据权利要求1所述的一种副井罐笼提升系统，其特征在于，所述重力下放装置(10)包括：直流电源(11)、重力下放控制单元(12)、直流泵一(131)，所述直流电源(11)给所述重力下放控制单元(12)供电，所述重力下放控制单元(12)与所述直流泵一(131)相连，所述直流泵一(131)与所述液压站一(40)相配合。

8.根据权利要求7所述的副井罐笼提升系统，其特征在于，还包括交流电源(70)，所述交流电源(70)与所述重力下放控制单元(12)、充电机(21)、闸控装置(30)、液压站一(40)均相连并为其供电。

9.根据权利要求8所述的副井罐笼提升系统，其特征在于，所述重力下放装置(10)还包括直流泵二(132)、液压站二(41)，所述直流泵二(132)与所述液压站二(41)相配合，所述直流泵二(132)与所述重力下放控制单元(12)连接，并连接所述液压站二(41)，所述闸控装置(30)通过所述液压站二(41)与所述提升机滚筒和闸装置(50)连接，所述交流电源(70)与所述液压站二(41)均相连并为其供电。

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