Методические основы расчета

Классификация, структурный состав

Из всех промышленных транспортных средств транспорт с канатной тягой является, пожалуй, наиболее древним, и в простейшем виде, как бы там ни было, представляет собой обычный колодезный сруб, сохранивший и до настоящего времени свои основные характерные признаки: привод, ворот, канат (цепь), бадья. Технический прогресс, разумеется, отразился на всех этих элементах, но принцип фактически остался прежним. В настоящее время такого рода транспортные средства условно называются лебедками или подъемными машинами (установками).

Современные транспортные средства с канатной тягой классифицируется по следующим признакам:

а) по типу привода – с двигателями переменного или постоянного тока;

б) по типу редуцирования скорости – лебедки и подъемные машины с редукторами и безредукторные;

в) по типу органа навивки – однобарабанные одноконцевые, однобарабанные с разрезным барабаном двухконцевые, двухбарабанные двухконцевые, одноканатные и многоканатные со шкивами трения;

г) по типу тяговых органов – лебедки и подъемные машины с характерными признаками канатов (спиральными, двойной свивки односторонними или крестовыми, раскручивающимися или нераскручивающимися и др.);

д) по типу транспортных средств (подъемных сосудов) – скиповые, клетевые, скипо-клетевые, для транспортирования людских или грузовых вагонеток и их составов;

е) по расположению транспортного пути – в вертикальном или наклонном стволе, в горизонтальной выработке; при этом различаются лебедки и подъемные машины с подземным расположением и с размещением их на дневной поверхности.

 

Привод

Современный привод лебедок и подъемных машин является электрический, хотя еще до сравнительно недавнего времени сохранился и привод с паровыми машинами (шахта «Министр Ахенбах», Германия).

Лебедки и подъемные машины с диаметром органа навивки (барабана) включительно до 3-х метров оснащаются, преимущественно, асинхронными двигателями с фазным ротором, развивающие номинальную частоту вращения

,

где – номинальное скольжение, – частота промышленного тока, – число пар полюсов статорной обмотки.

При запуске двигателя и при его остановке используются специальные релейные роторные станции, предназначенные для ступенчатого изменения активного сопротивления в цепи ротора, благодаря чему обеспечивается в должной мере плавный разгон и замедление. Для лебедок с подземным расположением для этих же целей используются жидкостные реостаты.

В последнее время наметилась перспективная тенденция применения частотно регулируемых асинхронных двигателей и так называемых систем АВК (асинхронно вентильный каскад).

Крупные подъемные машины с диаметром барабана свыше 3-х метров оборудуются как асинхронными двигателями с фазным ротором, так и двигателями постоянного тока. Получили широкое распространения приводы типа Г-Д (система «генератор-двигатель) и ТП-Д (система «тиристорный преобразователь-двигатель»). Такие системы обеспечивают эффективное автоматическое регулирование скорости движения с применением пропорционально-интегральных регуляторов в цепях обратных связей по току в якорной цепи и скорости машины.

Привод системы Г-Д и ТП-Д, как правило, используются в безредукторных машинах с применением тихоходных двигателей, но иногда используются и в случае применения быстроходных двигателей постоянного тока с установкой редуктора.

Редукторы

Лебедки и подъемные машины оснащаются редуктором для уменьшения частоты вращения органа навивки (барабана) по сравнению с частотой вращения ротора двигателя. Наиболее распространено применение одно- и двухступенчатых редукторов, реже – трехступенчатых (рис. 2.1). Выбор количества ступеней диктуется, прежде всего, требуемой величиной отношения частот вращения ротора двигателя и барабана, величиной расчетного крутящего момента и другим факторами.

 

Рис. 2.1. Принципиальные схемы редукторов подъемных машин:

а) одноступенчатый, b) двухступенчатый, c) двухступенчатый с двумя входами

1 – барабан подъемной машины, 2 – редуктор, 3 – электродвигатель

 

Подъемные машины с быстроходными двигателями оснащаются двухприводными или одноприводными редукторами (по количеству двигателей). Подъемные машины с тихоходными двигателями постоянного тока – безредукторные. Известны также машины со встроенными в барабан двигателями.

Колеса и шестерни редукторов – цилиндрические с двухрядным расположением, косозубые шевронного типа, с эвольвентным зацеплением или с зацеплением типа Новикова.

Соединения ротора двигателя с входным быстроходным валом редуктора и выходного тихоходного вала редуктора с коренным валом машины осуществляются с помощью зубчатых муфт.

Редукторы с двумя приводами устанавливаются на специальной упругой подвеске, и тогда такие редукторы называются «подпружиненными». В этом случае каждый из быстроходных валов редуктора имеет по две муфты: одну непосредственно на входе в редуктор и вторую – в конце полого быстроходного вала.

Часто эксплуатационники, ограничиваясь, если позволяют условия, одним приводом, второй привод используют в качестве резервного в случае отказа одного из электродвигателей.

Органы навивки

Органом навивки лебедки и подъемной машины (в дальнейшем просто машины) является барабан, и в связи с классификацией, приведенной в разделе 2.1.1, дадим следующие определения.

Машины однобарабанные одноконцевые – состоят из одного цилиндрического барабана, на который наматывается один канат с грузом на конце. Такие машины применяются, главным образом, при проходке вертикальных стволов и в наклонных стволах.

Машины однобарабанные с разрезным барабаном двухконцевые – состоят из одного цилиндрического или бицилиндроконического барабана. Концы двух несвязанных между собой канатов закреплены у противоположных реборд, и при этом один канат навивается на барабан, а второй в это время сматывается, то есть происходит одновременно подъем и спуск двух сосудов. Обечайка барабана вблизи одной из реборд имеет круговой разрез. При этом большая часть барабана жестко соединена с коренным валом, а меньшая, благодаря специальному «механизму перестановки», – может поворачиваться и жестко соединяться с валом в любом положении. Эти две части барабана так и называются – заклиненная и переставная части. Машины с разрезным барабаном могут быть эффективными при обслуживании нескольких рабочих горизонтов в вертикальном шахтном стволе. Однако на практике наличие переставной части барабана используется, как правило, лишь в процессе смены-навески канатов и для точной установки сосудов на приемных площадках основного обслуживаемого горизонта.

Машины двухбарабанные двухконцевые (рис. 2.2, а) – состоят из двух автономных барабанов. Концы двух несвязанных между собой канатов закреплены у противоположных реборд двух барабанов. При этом один канат навивается на один барабан, а второй в это время сматывается со второго, то есть происходит одновременно подъем и спуск двух сосудов, как и в системе с одним разрезным барабаном. Один из барабанов жестко соединен с коренным валом, а второй, благодаря специальному «механизму перестановки», – может поворачиваться и жестко соединяться с валом в любом положении. Эти два барабана так и называются – заклиненный и переставной.

Машины одноканатные (рис. 2.2, b) и многоканатные (рис. 2.2, с) со шкивами трения – представляют собой шкив с одной канавкой под канат или цельносварной барабан с несколькими кольцевыми канавками для такого же количества канатов. Работа таких машин основана на передаче тягового усилия силами трения (сцепления) на участке прилегания каната к ободу шкива. Одноканатные машины такого рода (см. рис. 2.2, b) принято называть машинами типа Кепе (по имени немецкого изобретателя). В отечественной практике, наряду с применением машин типа Кепе, используются двух-, четырех-, шести- и восьмиканатные машины. По принципу передачи тягового усилия силами трения основаны машины так называемой «бесконечной откатки», применяемой в горизонтальных и наклонных выработках. В таких машинах один специальным образом счаленный канат, образуя бесконечную петлю, приводится в движение шкивом трения с коническим или параболическим профилем канавки. При этом канат обвивается вокруг шкива несколькими витками. На противоположном конце петли имеется свободно вращающийся шкив натяжной станции. Для соединения перемещающихся вагонеток с канатом используются специальные захваты (крюки), накидываемые на канат вручную. Расцепление вагонеток происходит автоматически при заезде вагона или состава на ответвляемую часть горизонтального пути. Системы с бесконечной откаткой сохранились и применяются до сих пор лишь на старых шахтах.

Рис. 2.2. Основные принципиальные схемы подъемных машин

1 – барабан (или шкив трения для ШТ и МК), 2 – направляющие (или отклоняющие для МК) шкивы, 3 – головные канаты, 4 – уравновешивающие канаты, 5 – редуктор, 6 – приводной электродвигатель

 

Помимо изложенной классификации, подъемные машины бывают неуравновешенными и уравновешенными. Они отличаются между собой соответственно отсутствием или наличием так называемых уравновешивающих канатов. Уравновешивающие канаты закрепляются к днищам двух подъемных сосудов, свободно висят в стволе и служат для статической компенсации переменных длин тяговых (головных) канатов в системах двухконцевого подъема, в связи с чем одноконцевые машины являются принципиально неуравновешенными (к такому же типу относятся машины с бицилиндроконическими барабанами). Неуравновешенными могут быть двухконцевые машины с разрезным барабаном и двухбарабанные (рис. 2.2, а). Машины со шкивами трения могут быть только уравновешенными для обеспечения постоянства тягового усилия (рис. 2.2, b, с). Уравновешивание в наклонных стволах, как правило, не применяется в связи со сложностью устройства натяжных станций и их низкой надежностью.

Машины различаются также по признаку количества слоев навивки каната на барабан. Многослойная навивка каната (до трех слоев) используются в тех случаях, когда из-за стесненных эксплуатационных условий нет возможности применить машину с надлежащим диаметром и шириной барабана. В таких системах канат подвергается дополнительному износу, но в ряде случаев многослойная навивка является единственно возможным средством для подъема груза с больших глубин.

Рис. 2.3. Схема подъемной установки системы Блейера

с барабанами на параллельных валах

 

В 1957 году инженер Роберт Блейер (Южная Африка) предложил использовать двухканатные подъемные установки с цилиндрическими барабанами для обслуживания глубоких стволов (рис. 2.3). Каждый барабан подъемной машины при помощи промежуточной реборды разделяется на две равные по ширине секции, на которые в несколько слоев навиваются подъемные канаты. С каждого барабана два каната, огибая копровые шкивы, подходят к подъемному сосуду и закрепляются на прицепном устройстве, выполненном в виде компенсационного блока. При пятислойной навивке канатов такого типа подъемная машина может быть использована в стволах глубиной со скипами грузоподъемностью до и скоростью подъема .

Тяговые органы

Тяговыми органами современных шахтных подъемов являются стальные канаты, которые впервые были применены в 1834 г. на одном из рудников в Германии.

В настоящее время имеется большое разнообразие конструкций канатов, но по принципу построения они сводятся к нескольким основным конструктивным формам.

Канаты различаются, прежде всего, порядком их свивки. Так, проволоки могут быть свиты между собой один раз, что приводит к образованию так называемого спирального каната или каната одинарной свивки, возможные поперечные сечения которого показаны на рис. 2.2. Затем эти спиральные канаты (пряди) могут быть свиты снова в канат, в результате чего получается канат двойной свивки. Продолжая этот процесс дальше, можно получить канат тройной (кабельтовой) свивки и т.д. В транспортных системах с канатной тягой преимущественно используются канаты двойной свивки или спиральные канаты специальной так называемой закрытой конструкции.

Рис. 2.4. Спиральные канаты (пряди)

 

Каждая прядь каната состоит из центральной проволоки и нескольких слоев проволок. Если шаг свивки смежных слоев одинаков, то междуслойный контакт проволок оказывается линейным (ЛК). В противном случае взаимное соприкосновение слоев проволок получается точечным (ТК). При этом контактные напряжения в точках соприкосновения проволок при прочих одинаковых условиях оказываются значительно большими, чем при линейном касании. По этой причине канаты типа ТК уступают в долговечности канатам типа ЛК.

В многослойной пряди возможна также комбинация обоих вариантов свивки, и тогда имеет место точечно-линейный контакт (ТЛК).

В последнее время получили широкое распространение канаты с так называемым полосовым контактом проволок (ПК), что достигается предварительным пластическим обжатием прядей типа ЛК путем ее силового волочения через фильеру, благодаря чему проволоки всех слоев приобретают взаимообусловленный многогранный профиль. Такого типа канаты в меньшей степени подвержены механическому износу, и при этом контактные давления между проволоками распределяются не по линии, а по полосе, что способствует увеличению усталостной долговечности. В отечественной практике канаты из пластически обжатых прядей впервые были испытаны на ряде шахт с наклонными стволами в 1974-1976 гг.

Пряди (спиральные канаты или канаты одинарной свивки) с линейным касанием проволок принципиально могут быть трех следующих различных видов.

1. Прядь типа сил, в которой диаметры проволок в каждом слое одинаковы, как это изображено на рис. 2.4, a. Эти пряди характерны увеличенным диаметром внешних проволок, и поэтому являются более стойкими против истирания. Из такого рода прядей изготавливаются, например, канаты двойной свивки конструкции ГОСТ 3077-80, используемые на подъемных установках в шахтных наклонных стволах, где из-за неизбежного контакта каната с почвой выработки происходит интенсивный износ наружных проволок.

2. Прядь типа варрингтон, содержащая слои проволок различного диаметра (рис. 2.4, b). Из таких прядей изготавливаются, например, канаты двойной свивки конструкции ГОСТ 2688-80.

3. Прядь типа филлер, содержащая междуслойные проволоки заполнения (рис. 2.4, c). Из такого рода прядей изготавливаются, например, канаты конструкции ГОСТ 7665-80. Канаты с проволоками заполнения отличаются повышенной степенью заполнения металлом поперечного сечения пряди, поэтому их рекомендуется применять, например, в качестве тормозных канатов клетевых одноканатных подъемных установок, где требуется иметь канат наименьших габаритов при одинаковых прочих условиях.

Примером пряди с точечно-линейным контактом проволок может быть прядь типа варрингтон (рис. 2.4, b), повитая сверху с точечным касанием проволоками одинакового диаметра (так называемый закрытый варрингтон). Считается, что наличие точечных контактов внешнего слоя проволок способствуют их усталостному разрушению в первую очередь, что является своеобразным индикатором для своевременной отбраковки каната, предотвращающей аварию (впервые такого типа канаты были применены на шахтах и рудниках Германии в 1939 году).

Если прядь в канате двойной свивки имеет практически круглое поперечное сечение (см. рис. 2.4), то такой канат называется круглопрядным. Канаты могут быть также трехгранопрядными и овальнопрядными, в которых поперечные сечения прядей по форме напоминают соответственно треугольник и овал. Возможны также иные конфигурации. Из фасоннопрядных канатов отечественной промышленностью освоено производство трехгранопрядных канатов в соответствии с ГОСТ 3085-80. В свое время (до 70-х годов) такие канаты рекомендовались для применения в качестве головных на многоканатных подъемных установках, однако опыт эксплуатации показал, что по долговечности они практически не отличаются от круглопрядных, но, более того, небезопасны при производстве работ по смене-навеске, так как обладают повышенной крутимостью (см. ниже) и могут приводить к травматизму рабочего персонала.

В центральной части каната двойной свивки располагается сердечник, который может быть металлическим (выполненным в виде спирального каната или каната двойной свивки), либо органическим (изготовленным из пеньки, сизали, искусственных полимерных волокон). Сердечник каната является естественной опорой для внешних прядей, а органический сердечник, кроме того, исполняет роль своего рода «аккумулятора» смазки для проволок. Примером каната с металлическим сердечником является канат двойной свивки конструкции ГОСТ 7669-80, в котором сердечник представляет собой также канат двойной свивки из прядей типа сил.

Если проволоки пряди и сами пряди в канате двойной свивки имеют одинаковое направление свивки, например, правое, то такой канат называется канатом односторонней или альбертовой свивки. В противном случае канат называется крестовой свивки. Канаты крестовой свивки обладают меньшей неуравновешенностью остаточных (в результате изготовления) крутящих моментов, то есть меньшей крутимостью при действии растягивающей нагрузки.

Для уменьшения крутимости каната его изготавливают, например, двухслойным, то есть состоящим из двух слоев прядей с противоположными направлениями свивки. Теоретически может существовать абсолютно некрутящийся канат, однако на практике это недостижимо, и поэтому такие канаты называются малокрутящимися. Примером малокрутящегося каната может быть канат ГОСТ 3088-80, пряди которого относятся к типу варрингтон (см. рис. 2.4, b). Малокрутящиеся канаты используются в качестве уравновешивающих на шахтном подъеме.

Канат называется нераскручивающимся, если при его свивке прядям в результате специальной силовой пластической обработки, так называемой преформации, заранее придается спиральная форма, какую они имеют в готовом канате. В противном случае канат оказывается раскручивающимся. На ответственных подъемах предпочтительно применять хотя и более дорогие, но нераскручивающиеся канаты. Улучшение качества каната также достигается применением при изготовлении так называемой рихтовки, что придает канату прямолинейную форму в свободном состоянии.

Для защиты проволок каната от коррозии применяются специальные канатные смазки, для которых характерна повышенная «липучесть» к металлу (адгезия). Долговременной сохранности проволок способствует также их оцинкование, чему в настоящее время уделяется повышенное внимание.

 

Транспортные средства

К транспортным средствам (сосудам) относятся скипы, клети, скипо-клети, бадьи, вагонетки и их составы.

Основными подъемными сосудами эксплуатационной шахты для выдачи горной массы на поверхность являются скипы. Для спуска и подъема людей, угля, породы, различных материалов и горного оборудования, а также на инспекторских и аварийных подъемных установках применяются клети. В практике имеет место также применение комбинированных конструкций – сочетание скипа с клетью – скипо-клети. При проходке шахтного ствола применяются так называемые бадьи. В наклонных стволах для выдачи горной массы и породы используются скипы, клети для вагонеток, шахтные вагонетки и их составы. Транспорт людей по наклонным выработкам осуществляется в специальных людских вагонетках (каретах).

Скипы в вертикальных стволах. По назначению скипы различаются на угольные и породные. Конструктивно они идентичны и отличаются между собой лишь размерами. Емкость скипов одноканатного подъема составляет и многоканатного – . Конструктивно скип состоит из кузова и рамы. Кузов представляет собой призматическую емкость с загрузочным порталом вверху и разгрузочным устройством внизу. Кузов жестко присоединен к раме, к которой крепятся подвесные устройства для головных и уравновешивающих канатов (при их наличии). На раме располагаются также направляющие устройства (как правило, вверху и внизу). Загрузка скипа в шахте производится из бункера, оборудованного загрузочным устройством с объемным или весовым дозатором (последний – преимущественно в подъемных установках с машинами фрикционного типа). Способ разгрузки определяется разделением скипов на три группы: скипы с неподвижным кузовом, с отклоняющимся кузовом и опрокидные. Две последние группы в настоящее время имеют лишь исторический интерес и здесь не рассматриваются.

Разгрузка скипов с неподвижным кузовом осуществляется посредством специальных затворов – секторных, клапанных, шиберных. Механизм затвора, независимо от его типа, приводится в действие от специальных разгрузочных кривых, с которыми в зоне разгрузки взаимодействуют разгрузочные ролики на скипе. Имеются способы открывания затвора от внешних электрических, пневматических и гидравлических приводов.

Клети в вертикальных стволах. По конструктивному исполнению клети различаются на неопрокидные и опрокидные, а по технологии изготовления – на клепаные и сварные. По транспортному назначению клети могут быть грузо-людские и людские. Неопрокидные клети бывают одно- и многоэтажные. В отечественной практике преимущественно используются клети не более чем с двумя этажами. Опрокидные клети в настоящее время практически не применяются. На каждом этаже клети имеются рельсовая колея для размещения вагонетки и устройство для ее фиксации. Посадка клети на приемных площадках осуществляется на качающиеся площадки (в системах подъема со шкивами трения), кулаки и брусья, служащие для состыковки рельсовой колеи (магистральной и клетевой). В отечественной практике клети одноканатных подъемов в обязательном порядке оснащаются парашютными устройствами, срабатывающими при обрыве головного каната. В этом экстремальном случае происходит захват специальных ловителей за тормозные канаты, на которых и зависает клеть. В зарубежной практике подобные устройства не применяются.

Скипы в наклонных стволах. Все стволы с наклоном к горизонту в пределах считаются наклонными. Подъемные сосуды наклонных стволов перемещаются на колесах по колее рельсового пути, уложенного на почве наклонной выработки. По способу разгрузки скипы подразделяются на опрокидные и с разгрузкой через заднюю стенку кузова. По конструктивному исполнению скип представляет собой вагонетку, установленную на колесно-рельсовой ходовой части, включающей две колесные пары – переднюю и заднюю.

Опрокидной скип состоит из кузова на колесном ходу и рамы с прицепным устройством. Рама соединена с кузовом шарнирно. Задние колеса, кроме ходового обода, снабжены дополнительными соосными катками. Кузов такого скипа представляет собой короб со скошенной передней стенкой, через которую осуществляется загрузка и выгрузка горной массы. В месте разгрузки, кроме основного пути, имеется уширенная поднимающаяся колея разгрузочного пути. На этом участке катки задней оси, двигаясь по дополнительным разгрузочным рельсам, приподнимают заднюю часть кузова, и этим самым происходит разгрузка скипа.

Скипы с разгрузкой через заднюю стенку кузова снабжены секторным затвором, исполняющим роль задней стенки. Затвор снабжен с двух сторон разгрузочными роликами, с помощью которых происходит раскрытие затвора. В таких скипах, в отличие от опрокидных, на участке разгрузки катки передней оси, двигаясь по дополнительным разгрузочным рельсам, приподнимают переднюю часть кузова, что при открытом затворе приводит к высыпанию груза.

Клети в наклонных стволах. Такие клети, как правило, применяются для выполнения вспомогательных операций, обеспечивающих доставку людей и вагонеток с материалами и оборудованием, а также для транспортировки вагонеток с углем и породой, преимущественно в стволах с углом наклона свыше . По конструктивному исполнению клети различаются по типу парашюта: с захватом за рельсы основной колеи и с захватом за тормозной канат. По количеству этажей клети изготавливаются одно-, двух- и трехэтажными. С целью возможности размещения вагонеток в клети, сиденья для людей выполняются откидными. Пол каждого этажа выполняется горизонтальным, сообразуясь с пртнятым заранее углом наклона ствола.

Вагонетки для перевозки людей.Такие вагонетки могут использоваться как одиночные, так и в составах из головной и нескольких прицепных. Головная вагонетка имеет устройства для соединения с тяговым канатом и с прицепными вагонетками. Вагонетка состоит из кузова с сиденьями для людей, ходовой части, прицепного и парашютного устройства. Срабатывание парашютного устройства происходит автоматически при обрыве головного каната, но парашют может иметь и ручной привод.

Грузовые шахтные вагонетки.По конструкции и способу разгрузки вагонетки могут быть: с глухим жестко закрепленным на раме кузовом, разгружающиеся опрокидыванием; с шарнирно закрепленным на раме кузовом и поднимающимся бортом, разгружающиеся наклоном кузова; с кузовом, имеющим откидные днища для разгрузки; с кузовом, имеющим откидные стенки и наклонное днище, разгружающиеся при открывании стенок; с глухим опрокидным кузовом, разгружающиеся опрокидыванием кузова.

По емкости кузова различаются вагонетки малой (до ), средней (от до ) и большой емкости (свыше ).

Основными элементами грузовой вагонетки являются: рама, кузов, колесные пары, подвагонный упор, буфер, сцепки.

Рама представляет собой несущую часть вагонетки, на которой крепятся полускаты, кузов, буфера и сцепные устройства. Изготавливается из двух продольных швеллеров, соединенных по концам буферами. Снизу к швеллерам крепятся кронштейны для осей полускатов и подвагонный упор, взаимодействующий с кулаками толкателя.

Кузов вагонетки изготавливается из стальных листов толщиной при помощи электросварки. Форма кузова выполняется такой, чтобы наиболее полно использовать габариты вагонетки и обеспечить отсутствие налипания сыпучего груза.

Кронштейны для осей полускатов соединяются с рамой жестко или посредством резиновых и пружинных амортизаторов. Рессорная подвеска обеспечивает плавность движения вагонетки и равномерное распределение нагрузки от колес на рельсы. Обод колеса вагонетки имеет коническую форму, что способствует самоцентрированию вагонетки в рельсовой колее.

Буфера необходимы для амортизации ударов вагонеток друг о друга и для удобства сцепки и расцепки вагонеток. По конструкции буфера бывают жесткими и подпружиненными.

Сцепные устройства (сцепки) служат для соединения вагонеток в состав и передачи тягового усилия. По способу действия сцепки делятся на простые и автоматические, а по конструкции – на невращающиеся и вращающиеся. Автоматические сцепки, служащие одновременно и буферами, обеспечивают сцепление вагонеток при их столкновении, и при этом расцепка производится вручную. Вращающиеся сцепки допускают разгрузку вагонеток в круговых опрокидывателях без расцепки состава.

 

Транспортный путь

Подъем в вертикальных стволах.Для удержания подъемного сосуда в вертикальном стволе от чрезмерных поперечных перемещений, а также для придания сосуду нужного направления движения служат проводники, которые могут быть жесткими или гибкими (канатными). Жесткие проводники выполняются из рельсового проката, дерева или специального сварного профиля.

Для фиксации жестких проводников в стволе служат расстрелы, представляющие собой металлические или деревянные балки, располагаемые обычно в одной плоскости на одинаковом расстоянии друг от друга по вертикали. Эта плоскость называется ярусом армировки. Геометрическая конфигурация размещения расстрелов на ярусе определяется назначением ствола, а также количеством и типом подъемных сосудов. Расстояние по вертикали между смежными ярусами называется шагом армировки.

Расстрельные балки свободными концами заделываются в крепь ствола на расчетную глубину или прикрепляются болтами к специальным закладным элементам, заранее устанавливаемым при проходке ствола. В местах стыков расстрелов на ярусе используются болтовые соединения.

Крепление рельсовых проводников к каждому расстрелу осуществляется специальными скобами (скобами Бриара), которые устанавливаются непосредственно над и под расстрелом. Для устранения смещений проводника вдоль оси расстрела к последнему сверху и снизу привариваются так называемые лежки с выемкой для размещения подошвы рельса. Проводники коробчатого сечения крепятся к расстрелам с помощью болтов.

Комплекс проводниковых и расстрельных балок принято называть армировкой ствола (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Принципиальная схема яруса армировки вертикального ствола

1 – бетонная крепь ствола, 2 – расстрельные балки, 3 – скипы, 4 – клеть,

5 – противовес клети, 6 – проводники

 

В случае канатных проводников, армировки, как таковой, не существует. Канат закреплен жестко лишь в верхнем его конце (на копре), а в нижнем (в зумпфе) – растянут грузом для придания ему необходимой поперечной жестокости. В некоторых случаях проводниковый канат жестко закрепляется внизу, а вверху он перебрасывается через шкив и к его концу подвешивается груз. Кинематическая связь подъемного сосуда с проводниковым канатом осуществляется с помощью скользящих муфт, устанавливаемых вверху и внизу сосуда. Помимо проводниковых канатов вдоль трассы движения сосудов навешиваются так называемые отбойные канаты, которые предназначены для предотвращения возможного столкновения сосудов и для стабилизации их поперечных перемещений.

Особенность взаимодействия сосуда с жесткими проводниками состоит в том, что благодаря одинаковому расстоянию по вертикали между расстрелами (постоянному шагу армировки), жесткость проводников в поперечном направлении оказывается периодически изменяющейся во времени при движении сосуда с постоянной скоростью, что может являться причиной возникновения так называемых параметрических резонансов. Отстройка от параметрических резонансов является одной из важных задач при проектировании подъемных установок.

Скипы и клети, движущиеся в проводниках жесткой армировки, в качестве направляющих устройств имеют жесткие башмаки скольжения или подрессоренные катучие (роликовые) направляющие, устанавливаемые на сосуде в совокупности с так называемыми предохранительными башмаками (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Типы направляющих устройств на сосуде:

а) с жесткими башмаками; б) с роликовыми направляющими и предохранительным башмаком

1 – подъемный сосуд, 2 – жесткий (или предохранительный) башмак, 3 – рельсовый (или коробчатый) проводник, 4 – расстрельная балка, 5 – боковые ролики, 6 – лобовой ролик

 

Предохранительные башмаки служат в качестве страхующего элемента на случай выхода из строя роликовых направляющих, а также для ограничения поперечных перемещений сосуда. Между рабочими поверхностями проводников и жестких направляющих устройств существуют зазоры, номинальные значения которых регламентируются «Правилами безопасности в угольных шахтах».

Для продления срока службы жестких рабочих и предохранительных башмаков их изготавливают со специальными сменными вкладышами, обладающими повышенной износостойкостью и пониженными абразивными свойствами.

Роликовые направляющие подразделяются на две конструктивные группы: с жестким и подпружиненным закреплением осей трех роликов на раме скипа. В первом случае ролики имеют цельнорезиновое исполнение, благодаря чему обеспечивается эффективное демпфирование малых поперечных перемещений подъемного сосуда. Во втором случае – ролики в своей основе металлические, имеющие лишь сравнительно тонкий резиновый бандаж (шину), а демпфирование поперечных перемещений происходит за счет рычажно-пружинной конструкции подвески роликов.

Подъем в наклонных стволах.Подъемные сосуды в наклонных стволах и выработках перемещаются по рельсовому пути. Путь состоит из нижнего и верхнего строения. К нижнему строению относится почва выработки, а к верхнему – рельсы, шпалы, скрепления, балластный слой, противоугоны, стыки, соединения путей, разминовки, путевые ролики.

Рельсы изготавливаются из специальной стали и термически обрабатываются. Рельсы от Р8 до Р24 (цифры означают округленную массу, , одного метра длины) применяются для колеи шириной и называются узкоколейными. Для широкой колеи, , применяются рельсы Р38, Р43 и выше.

Шпалы являются опорами для рельсов, обеспечивают неизменность взаимного положения рельсовых нитей, воспринимают нагрузку от движущегося состава и передают ее на балласт. Шпалы изготавливаются из дерева, железобетона или стали. Деревянные шпалы (обычно сосновые) пропитываются антисептикам. Длина шпал зависит от ширины колеи и составляет для узкоколейных путей и – для широкой колеи. Шпалы укладываются на одинаковом расстоянии друг от друга ( ), но в местах стыков расстояние между шпалами несколько уменьшается.

Скрепления служат для соединения рельсов со шпалами, и осуществляется при помощи вбиваемых в шпалу костылей. Скрепления бывают без подкладок, когда рельс укладывается непосредственно на шпалу, и с подкладками, представляющие собой стальные прямоугольные пластины, подкладываемые под подошву рельса. В свою очередь скрепления с подкладками бывают нераздельные, раздельные и комбинированные, отличающиеся между собой способом закрепления подкладок. Скрепления с металлическими или железобетонными шпалами имеют специальную или обычную конструкцию, в которой предусмотрены деревянные пробки для костылей.

Балласт служит подушкой, демпфером, равномерно распределяет давление от шпа