煤礦多繩摩擦提升系統(tǒng)中輕型箕斗的選擇與設(shè)計(jì)淺析

【摘要】本文在總結(jié)闡釋煤礦多繩摩擦提升系統(tǒng)中箕斗過(guò)重引發(fā)的一系列問(wèn)題基礎(chǔ)上，提出了輕型箕斗應(yīng)用設(shè)想，并進(jìn)行了可行性分析；最后，重點(diǎn)探析了煤礦多繩摩擦提升系統(tǒng)中輕型箕斗結(jié)構(gòu)、材質(zhì)的選擇及其設(shè)計(jì)問(wèn)題；以期對(duì)提高煤礦多繩摩擦提升系統(tǒng)工作能力有所幫助。

【關(guān)鍵詞】多繩摩擦提升系統(tǒng)；輕型箕斗；結(jié)構(gòu)；材質(zhì)

箕斗是煤礦多繩摩擦提升系統(tǒng)中重要的煤炭提升容器；目前雖然一定程度上能夠滿足企業(yè)的生產(chǎn)要求，但是也存在著自重大、閘門(mén)性能不可靠等問(wèn)題，撒煤現(xiàn)象較為常見(jiàn)；部分煤礦的立井提升系統(tǒng)由于箕斗自重太大、出現(xiàn)超載，導(dǎo)致提升機(jī)最大靜張力值及最大靜張力差值超過(guò)允許范圍，給提升系統(tǒng)帶來(lái)極大安全隱患。特別是在煤礦生產(chǎn)發(fā)展和工作面產(chǎn)量不斷提高情況，諸多煤礦都要求在不更換主提升系統(tǒng)前提下增加系統(tǒng)的提煤能力，這時(shí)采用重量較輕的輕型箕斗，就成為煤炭多繩摩擦提升系統(tǒng)改造的重要與有效途徑之一。

一、輕型箕斗應(yīng)用設(shè)想與可行性分析

目前，受到煤炭地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、工作面斷層過(guò)多及煤矸石過(guò)多等因素影響，煤礦主井越來(lái)越多的用來(lái)提矸，一定程度上影響了原煤的提升能力，進(jìn)一步發(fā)展可能影響到企業(yè)煤炭年度產(chǎn)量任務(wù)的完成。面對(duì)上述情況，考慮在現(xiàn)有設(shè)備條件下，最大限度提高煤炭礦井多繩摩擦提升系統(tǒng)的提煤能力，就成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題，輕型箕斗的出現(xiàn)為解決上述問(wèn)題打開(kāi)了思路；將輕型箕斗應(yīng)用于煤礦多繩摩擦提升系統(tǒng)中增強(qiáng)其提升能力是可行的。

1.在不改變現(xiàn)有箕斗外形、尺寸大小及確保箕斗強(qiáng)度滿足要求情況下，通過(guò)改變箕斗材質(zhì)，達(dá)到減輕箕斗自身重量的目的。

2.通過(guò)提升系統(tǒng)防滑臨界值，找到箕斗自重減少量與提煤增加量之間的最優(yōu)關(guān)系，增加箕斗單勾提煤能力；但前提是滿足鋼絲繩安全系數(shù)校驗(yàn)、提升機(jī)校驗(yàn)、提升系統(tǒng)防滑校驗(yàn)等要求。

3.國(guó)內(nèi)外關(guān)于單繩纏繞式提升機(jī)輕型箕斗應(yīng)用的成功案例較多，其主要通過(guò)有效減輕箕斗身體重量，來(lái)提高箕斗有效容積來(lái)提高箕斗的單勾提煤量，由此我們可以推斷對(duì)煤礦多繩摩擦式提升系統(tǒng)中的箕斗進(jìn)行必要改造，同樣可以提高其單勾提煤能力。

4.在煤礦多繩摩擦提升系統(tǒng)中，對(duì)箕斗進(jìn)行改造可能比較復(fù)雜，雖然在理論上只要不超過(guò)提升機(jī)最大靜張力差230kN就能滿足要求，但是多繩提升系統(tǒng)是一個(gè)等重系統(tǒng)，還需要保證主繩與尾繩重量的相當(dāng)。

5.箕斗重量的減輕，理論上可以多裝煤，但是由于箕斗重量的減輕提升鋼絲繩也會(huì)因此發(fā)生滑動(dòng)，一定程度上降低多繩摩擦提升系統(tǒng)的防滑能力，給提升系統(tǒng)帶來(lái)不安全因素；面對(duì)此問(wèn)題，需要對(duì)箕斗減輕多少、可多裝煤多少及具體的防滑要求等進(jìn)行科學(xué)充分的論證，再?zèng)Q定是否使用及使用那種結(jié)構(gòu)、材質(zhì)的輕型箕斗。

二、煤礦多繩摩擦提升系統(tǒng)中輕型箕斗的選擇與設(shè)計(jì)

（一）輕型箕斗結(jié)構(gòu)的選擇

在眾多箕斗結(jié)構(gòu)中，側(cè)底卸扇形閘門(mén)結(jié)構(gòu)箕斗具有安全可靠不撤煤等優(yōu)點(diǎn)，可以考慮將其應(yīng)用于煤礦多繩摩擦提升系統(tǒng)中。在此基礎(chǔ)上，需要考慮的是如何來(lái)縮短卸載時(shí)間，進(jìn)一步減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，以及減少卸載時(shí)對(duì)提升系統(tǒng)井架產(chǎn)生的沖擊。（1）采用自動(dòng)控制的外動(dòng)力開(kāi)啟式側(cè)底卸扇形閘門(mén)輕型箕斗，可以有效縮短卸載時(shí)間?；究刂茥l件是：卸載站在滿載箕斗到位成功停車后，使用控制氣動(dòng)設(shè)備打開(kāi)輕型箕斗閘門(mén)，完成輕型箕斗卸載完后關(guān)閉閘門(mén)；要成功完成上述操作，對(duì)輕箕斗的停車位置有一定要求，需要現(xiàn)代化的提升機(jī)系統(tǒng)支持，在輕型箕斗減速期間完成其高精度的位里控制，從而實(shí)現(xiàn)箕斗的準(zhǔn)確停車。（2）為了減少卸載時(shí)輕型箕斗對(duì)井架產(chǎn)生過(guò)多的有害沖擊，需要對(duì)側(cè)底卸扇形閘門(mén)自動(dòng)卸載輕型箕斗的卸載曲軌進(jìn)行必要的優(yōu)化、設(shè)計(jì)，以及時(shí)刻保證卸載曲軌的線形流暢不彎曲。

（二）輕型箕斗材質(zhì)的選擇

對(duì)于煤礦多繩摩擦提升系統(tǒng)中輕型箕斗的材質(zhì)，可以考慮以下幾種材質(zhì)。第一，鋁合金材質(zhì)，鋁合金材質(zhì)最大優(yōu)點(diǎn)是能最大限度的減輕箕斗重量，起到大幅降低箕斗重量的目的，但是其也具有易腐蝕的巨大缺點(diǎn)，需要采取必要的防腐措施防止結(jié)構(gòu)件發(fā)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕，需要定期、定點(diǎn)的維護(hù)修理。第二，雙相鋼材質(zhì)，雙相鋼是一種高合金不銹鋼，具有高強(qiáng)度、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，使用此材質(zhì)的箕斗重量將較傳統(tǒng)箕斗重量減輕三分之一，缺點(diǎn)是由于制造工藝相對(duì)復(fù)雜導(dǎo)致箕斗成本相對(duì)較高。第三，鈦材質(zhì)，金屬鈦被用做航空材料，有很高的強(qiáng)度和沖擊韌性、耐高壓、抗振動(dòng)及強(qiáng)抗腐蝕能力，采用鈦材質(zhì)箕斗的重量?jī)H為傳統(tǒng)材質(zhì)箕斗重量的57%，是輕型箕斗的理想材料，缺點(diǎn)是成本過(guò)高，特別是不適用于箕斗這種高耗材物品。

（三）輕型箕斗設(shè)計(jì)與優(yōu)化

充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)對(duì)箕斗進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步合理各零部件尺寸，保證箕斗重量輕，容積大。充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)箕斗各主要部件進(jìn)行有限元分析，在保證強(qiáng)度基礎(chǔ)上盡可能減輕箕斗重量?；返墓ぷ鳝h(huán)境相對(duì)惡劣，且為連續(xù)工作，這就導(dǎo)致箕斗壽命低，成為高耗材物品，有必要就其可靠性進(jìn)行優(yōu)化與設(shè)計(jì)，具體體現(xiàn)在使用各個(gè)零部件質(zhì)量及整個(gè)提升系統(tǒng)的可靠性上，可以嘗試將可靠性引入到輕型箕斗設(shè)計(jì)中，好處在于：（1）可靠性設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)者用定量方法表示設(shè)計(jì)變量，做到對(duì)設(shè)計(jì)固有可靠度的了解。（2）可靠性設(shè)計(jì)使設(shè)計(jì)者可以更清楚的理解與研究箕斗元件、箕斗設(shè)備和整個(gè)提升系統(tǒng)可靠之間的關(guān)系與聯(lián)系。（3）可靠性設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了提升系統(tǒng)計(jì)劃、設(shè)計(jì)、制造、使用和維修全過(guò)程的有機(jī)結(jié)合。