露天礦無外部卷揚機的整車提升

露天礦無外部卷揚機的整車提升

20世紀40年代，露天礦開采車輛的制造工藝被提出，其技術(shù)研究也得到了一定程度的發(fā)展?，F(xiàn)代露天礦對整車提升運輸工藝提出的最主要要求是:保證整車提升運輸系統(tǒng)具有額定的生產(chǎn)能力;提升設(shè)備的基建投資小;提升設(shè)備能快速裝配和安裝;提升過程自動化等。目前,已提出的整車提升系統(tǒng)方案大多數(shù)是建立在卷揚機提升基礎(chǔ)上,若考慮利用汽車自身動力為驅(qū)動力,建立整車提升系統(tǒng),則對整車提升系統(tǒng)的技術(shù)要求、設(shè)備費用和基建費用將大幅度降低。這種聯(lián)合運輸系統(tǒng)的核心是,礦巖在采場內(nèi)不經(jīng)過破碎和轉(zhuǎn)載,只用同一種承載工具,利用承載工具自身動力,經(jīng)過工作面道路和斜坡提升線路直接從工作面到達地面,完成工作面運輸和提升運輸,而無需配置外部卷揚機。1整車提升機最佳結(jié)構(gòu)的選擇露天礦無外部卷揚機的整車提升可以按以下方法來實現(xiàn):①提升臺車裝有單獨的內(nèi)燃發(fā)動機;②提升臺車裝有電動機,借助滑移式電纜由外部電網(wǎng)供電;③提升臺車裝有電動機,由柴油-電動輪汽車供電;④提升臺車裝有與汽車驅(qū)動輪有運動聯(lián)系的驅(qū)動滾筒以及牽引裝置的工作機構(gòu)。整車提升機最佳結(jié)構(gòu)的選擇,是通過分析比較各提升方法的結(jié)果而決定的。提升方法①的主要優(yōu)點是沒有能源輸入裝置,但有附加動力機組,這就增加了無用載荷,同時增加了基建投資費用和生產(chǎn)管理費用。提升方法②具有較小的重力,但由于有電力接受裝置,而降低了它的生產(chǎn)使用質(zhì)量。提升方法③由于使用短電纜從電動輪汽車上供電,較合理地解決了提升機的電動機電能。提升方法④配置汽車驅(qū)動輪帶動滾輪的提升機構(gòu),不需要附加的動力設(shè)備和電力接受裝置,是最合理的。2露天礦邊坡雙滑輪系統(tǒng)提升方法④有代表性的方案為“汽車驅(qū)動輪摩擦卷揚繩輪整車提升系統(tǒng)”。該提升系統(tǒng)是利用載重汽車輪胎驅(qū)動摩擦輪,通過傳動系統(tǒng),帶動牽引繩輪,驅(qū)動鋼絲繩而提升載重汽車。整車提升系統(tǒng)布置見圖1,整車提升自驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)見圖2。汽車驅(qū)動輪摩擦卷揚繩輪整車提升系統(tǒng)由兩個輪式臺車1和2、滑輪系統(tǒng)、摩擦輪對驅(qū)動系統(tǒng)組成。兩個輪式臺車上可以停放重載汽車3和空載汽車4,自卸汽車與水平面保持平行,斜坡道與水平面成β角。通過圖1、圖2可知,每個臺車的定位鋪板都布置在兩個平行的軸5和6上,這兩個軸同自卸汽車的縱軸線7垂直,有塑膠襯面的摩擦輪對彼此之間的間隙,可使汽車3或4的驅(qū)動車輪依托其上,軸5和軸6是斷開的,安裝在輪式臺車1或2框架中的軸承8里,并通過軸9、10及傘齒輪對11、12、直齒輪對13、14,同環(huán)繞著鋼繩15的牽引繩輪16和17產(chǎn)生傳動聯(lián)系,牽引繩輪在固定軸18上旋轉(zhuǎn)。此時,軸5同軸9聯(lián)通而驅(qū)動牽引繩輪17,軸6同軸10聯(lián)通而驅(qū)動牽引繩輪16;這些軸布置在摩擦輪對19和20的軸5和軸6的對應(yīng)一側(cè),鋼繩15經(jīng)過換向輪21、22、23而閉合,換向輪固定在鋼架24上,鋼架固定在露天采場邊坡上,鋼繩15的自由端錨固在邊坡巖體上。經(jīng)過設(shè)置在露天礦邊坡上的雙滑輪系統(tǒng)與兩個輪式臺車彼此之間形成運動聯(lián)系,牽引繩輪16和17可以是單繩溝或多繩溝,在露天礦臺階上實現(xiàn)重載汽車的提升。25和26是輪式臺車在下部和上部極限位置的擋鐵。該提升系統(tǒng)的工作方式如下:重載汽車3駛?cè)胩幱谙虏繕O限位置的輪式臺車1上,停車后,其驅(qū)動車輪?？吭谀Σ凛唽?9和20上;此后,空載汽車4駛?cè)胩幱谏喜繕O限位置的輪式臺車2上,停車后,其前輪(非驅(qū)動輪)?？吭谀Σ凛唽?9和20上,而后,重載汽車3的駕駛員接合汽車的驅(qū)動輪。當汽車驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)時,其扭矩傳遞給輪式臺車上的摩擦輪對19和20、傳動軸5和6,進而傳遞給傘齒輪對11和12、軸9和10、直齒輪對13、14,直齒輪對13、14的對應(yīng)齒輪分別與牽引繩輪17和16剛性連接,通過與鋼繩15的接觸段相互作用,牽引繩輪16和17開始旋轉(zhuǎn)。當牽引繩輪16、17旋轉(zhuǎn)時,與其互動的鋼繩15牽引下部輪式臺車及輪式臺車上的重載汽車開始沿著軌道上行,而上部輪式臺車及輪式臺車上的空載汽車在自重的作用下,則沿著軌道下行,并對上行的輪式臺車提供牽引力,當兩個輪式臺車到達極限位置時,輪式臺車1、2分別被擋鐵25、26擋住。以后的作業(yè)循環(huán)重復(fù)進行,不過此時的重載汽車上行已由輪式臺車2完成,而空載汽車的下行則由輪式臺車1完成。在這種情況下,當空載汽車下行時,其前輪靠在摩擦輪對19和20上,由于牽引繩輪16和17的旋轉(zhuǎn),空載汽車的非驅(qū)動輪也同時旋轉(zhuǎn)?？?、重載汽車之間的信息由設(shè)在上部和下部的信號裝置聯(lián)系。由于這種設(shè)在露天礦邊坡上的提升機直接利用所提升汽車的牽引發(fā)動機提供動力運行,因此,無需專用提升機驅(qū)動裝置,同時,向露天采場下行的空載汽車及輪式臺車起到配重的作用。該提升系統(tǒng)最大的優(yōu)點是只利用汽車自身的動力,將汽車從采場底部提升至地表,而無需輔助動力。該提升系統(tǒng)的關(guān)鍵是汽車驅(qū)動輪通過摩擦輪對傳遞動力。摩擦輪傳動是兩個相互壓緊的摩擦輪,靠接觸面間的摩擦傳遞動力。由于其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、過載可以打滑,以及能無級變速,因而有較大的應(yīng)用范圍。但由于在運轉(zhuǎn)中有滑動,傳動效率較低,結(jié)構(gòu)尺寸較大,作用在軸和軸承上的載荷大,一般只應(yīng)用于小功率傳動。汽車驅(qū)動輪摩擦卷揚繩輪整車提升系統(tǒng)存在著摩擦輪失效,系統(tǒng)安全難以保障,以及為了達到一定的速比,要求摩擦輪直徑較大,在特定環(huán)境下難以實際應(yīng)用的問題。通常摩擦輪主要失效形式有:(1)在閉式傳動中,多由于高的交變接觸應(yīng)力導(dǎo)致疲勞點蝕和表面壓潰;(2)高壓緊力作用下高速運轉(zhuǎn),導(dǎo)致摩擦表面瞬時溫度升高,輪面產(chǎn)生膠合;(3)表面磨損,特別是開式傳動,由于滑動導(dǎo)致輪面磨損與燒傷;(4)在露天工作條件下,由于雨水、冰雪造成輪胎與摩擦輪打滑。因此,在整車提升系統(tǒng)中使用摩擦輪傳動,目前尚無應(yīng)用先例,有待繼續(xù)做相應(yīng)的技術(shù)研究工作。其它一些汽車驅(qū)動輪帶動卷揚滾筒整車提升系統(tǒng)也因卷揚滾筒直徑尺寸過大,在實際應(yīng)用中難以實現(xiàn)。如汽車驅(qū)動輪帶動兩側(cè)卷揚滾筒整車提升系統(tǒng)、汽車驅(qū)動輪帶動中部卷揚滾筒整車提升系統(tǒng)等。見圖3、圖4。3汽車驅(qū)動輪系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計為了克服在大角度、重載提升情況摩擦輪打滑及摩擦輪尺寸過大的問題,采用汽車驅(qū)動連接爬坡齒輪的驅(qū)動形式更能滿足實際應(yīng)用。汽車驅(qū)動輪連接爬坡齒輪整車提升系統(tǒng)在平面布置上與汽車驅(qū)動輪摩擦卷揚繩輪整車提升系統(tǒng)基本一致,唯一的區(qū)別是汽車驅(qū)動輪與固定在輪式臺車上的行走齒輪連接,通過行走齒輪與固定在斜坡道上的爬坡齒條的傳動,將輪式臺車和其上的重載汽車提升到地面。整車提升系統(tǒng)布置及結(jié)構(gòu)見圖5、圖6。該提升系統(tǒng)以齒輪齒條傳動牽引輪式臺車爬坡,克服了汽車驅(qū)動輪摩擦卷揚繩輪整車提升系統(tǒng)存在的摩擦輪失效,以及為了達到一定的速比,要求摩擦輪直徑較大,在特定環(huán)境下,難以實際應(yīng)用的問題。結(jié)合圖5、圖6說明該提升系統(tǒng)。在減速器10的動力輸入端設(shè)置了具有液壓伸縮功能的離合器11,離合器的一側(cè)與減速器相連,另一側(cè)為可伸縮花鍵軸套12,可自動尋點定位。離合器由液壓控制其伸縮:當離合器收縮時,離合器中可伸縮花鍵軸套與特制輪榖上的花鍵軸脫離,即減速器與汽車驅(qū)動輪脫離,為離狀態(tài);當軸套伸出時,離合器可伸縮花鍵軸套與特制輪榖上的花鍵軸相配合,即減速器與汽車驅(qū)動輪相連接,為合狀態(tài)。減速器10的動力輸出端為行走齒輪13,行走齒輪具備升降功能。行走齒輪下降后與爬坡齒條5嚙合,傳遞動力;行走齒輪上升后與爬坡齒條脫離,下坡端的輪式臺車可在自重的作用和繩輪組的約束下在承載軌道6上向下運動。升降板16在正常情況下應(yīng)使重載汽車驅(qū)動輪軸不與Y形支撐座15碰撞。當升降板下降時,重載汽車驅(qū)動輪軸下落在固定的Y形支撐座上,使驅(qū)動輪脫離輪式臺車1臺面的升降板。汽車驅(qū)動輪連接爬坡齒輪整車提升系統(tǒng)的工作方式如下:重載汽車3駛?cè)胩幱谙虏繕O限位置的輪式臺車1的指定區(qū)域后,重載汽車驅(qū)動輪位于升降板16上。隨后,空載汽車4駛?cè)胩幱谏喜繕O限位置的輪式臺車2上,輪式臺車2兩側(cè)的離合器處于離開狀態(tài),行走齒輪也不與爬坡齒條接觸?？蛰d汽車駛?cè)胼喪脚_車2上后,輪式臺車1啟動液壓系統(tǒng),使支撐汽車后輪的升降板下降,重載汽車驅(qū)動輪軸落在固定的Y形支撐座15上,確保驅(qū)動輪與輪式臺車1臺面的升降板間不發(fā)生接觸。Y形支撐座可以方便地固定自卸汽車驅(qū)動輪軸的前后位置和高度,保證驅(qū)動輪軸線與輪式臺車兩側(cè)離合器上的可伸縮花鍵軸套軸線的同軸度。由于離合器具備液壓伸縮功能,且可伸縮花鍵軸套具備自動尋點定位功能,當重載汽車驅(qū)動輪軸落在固定的Y形支撐座上后,輪式臺車1上的兩側(cè)離合器伸出花鍵形軸套與重載汽車兩側(cè)驅(qū)動輪的特制輪榖上的花鍵軸自動尋點定位相連,而后,行走齒輪13下降與爬坡齒條5嚙合。當重載汽車開車時,其驅(qū)動輪的扭矩通過特制輪輞上的花鍵軸、花鍵軸套12、離合器11傳給減速器10,經(jīng)變速后,傳遞至行走齒輪13轉(zhuǎn)動,行走齒輪與爬坡齒條5嚙合,成為上坡端輪式臺車的爬坡動力,帶動輪式臺車1上升。輪式臺車1上升時,在自重的作用下,輪式臺車2及其上的空載汽車作自溜下降。系統(tǒng)運行過程中,所有載荷通過輪式臺車傳遞至承重軌道6上,爬坡齒條5不承受重力載荷。為了避免重載汽車兩側(cè)驅(qū)動輪出現(xiàn)差動現(xiàn)象,可設(shè)置伺服機構(gòu),用于檢測和調(diào)整上升臺車兩側(cè)行走齒輪不同步的問題。提升系統(tǒng)的自控部分采用可編程序控制器(PLC),控制各項操作及指揮聯(lián)絡(luò)。這種設(shè)在露天礦邊坡上的整車提升系統(tǒng),由于直接利用所提升汽車的牽引發(fā)動機提供動力運行,因此無需配置卷揚提升機。同時,向下行的輪式臺車及空載汽車起到配重的作用,通過牽引鋼繩向上行輪式臺車提供一定的牽引力。牽引鋼繩在向上行輪式臺車提供牽引力的同時,也保證了下行輪式臺車同步穩(wěn)定下降,并為輪式臺車提供了安全保障。因此,該提升系統(tǒng)對緊急事故防滑落裝置的要求,在結(jié)構(gòu)、強度、安全級別上相對易于實現(xiàn)。根據(jù)礦用汽車載重噸位的不同,可以采用爬坡齒輪與爬坡齒條嚙合形式驅(qū)動重載輪式臺車上行,也可以采用爬坡齒輪與爬坡履帶嚙合、爬坡履帶再與爬坡齒條嚙合的形式驅(qū)動重載輪式臺車上行。對于大噸位的礦用汽車自驅(qū)動提升系統(tǒng)采用爬坡履帶作為爬行力的傳遞介質(zhì),可以為傳動部件材質(zhì)的選擇、結(jié)構(gòu)大小的選擇、加工及安裝精度的選擇、輪式臺車運行的安全性、傳動系統(tǒng)受力的均衡性、爬坡齒輪與爬坡齒條的磨損等方面降低應(yīng)用技術(shù)難度。從上述說明中可以理解,該系統(tǒng)最大的優(yōu)點是只利用礦用汽車自身的驅(qū)動力,將重載汽車從采場底部提升至地表,而無需輔助動力。使得在建設(shè)大型提升系統(tǒng)的同時,既避免了大量的資金投入,同時,也簡化了大型卷揚整車提升系統(tǒng)所涉及的技術(shù)問題和設(shè)備制造問題。4新車輛自驅(qū)動車身的性能分析4.1汽車驅(qū)動輪汽車液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性分析上述整車提升結(jié)構(gòu)只是一種原則方案。本著技術(shù)可行,安全可靠,經(jīng)濟合理的原則,必須對提升系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和使用參數(shù)進行安全分析與計算。對于影響“汽車驅(qū)動輪連接爬坡齒輪整車提升系統(tǒng)”安全性的關(guān)鍵危險因素,可以從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)運行和系統(tǒng)操作三個方面進行辯識分析。影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要危險因素有牽引力與坡度關(guān)系、牽引鋼繩強度和承載能力、爬坡齒條和承重軌道縱向爬行、連鎖機構(gòu)可靠性等;影響系統(tǒng)運行的主要危險因素有系統(tǒng)穩(wěn)定性、兩側(cè)行走齒輪不同步、行走齒輪與齒條不完整嚙合、重載輪式臺車后傾、滑輪組效率、影響系統(tǒng)操作的主要危險因素有司機能否全面了解系統(tǒng)運行狀態(tài)、司機操作失誤、汽車前沖、緊急狀態(tài)下應(yīng)急處理預(yù)案等。通過對系統(tǒng)的輪式臺車重心、輪式臺車橫向穩(wěn)定性、牽引鋼繩對輪式臺車橫向穩(wěn)定性影響、牽引鋼繩對輪式臺車縱向穩(wěn)定性影響、重載礦車裝載礦石偏載時輪式臺車縱向穩(wěn)定性、斜坡受阻時輪式臺車縱向穩(wěn)定性、行走齒輪工作時縱向穩(wěn)定性、阻止輪式臺車出軌等穩(wěn)定性分析與計算表明,“汽車驅(qū)動輪連接爬坡齒輪整車提升系統(tǒng)”在安全上是可靠的。并可在最大坡角42°的條件下,以0.5～0.8m/s的速度上升。4.2產(chǎn)品制造技術(shù)方案汽車驅(qū)動輪連接爬坡齒輪整車提升運輸系統(tǒng)的提出與建立,表明該系統(tǒng)無論是處于研究開發(fā)階段,還是工程實施階段,現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展程度是保證該系統(tǒng)可實現(xiàn)的前提。因此,該系統(tǒng)的技術(shù)可行性分析,主要從產(chǎn)品開發(fā)制造技術(shù)和工程實施技術(shù)兩個方面分析。由于該系統(tǒng)具有獨創(chuàng)性、新穎性,故在產(chǎn)品開發(fā)制造中的技術(shù)觀點體現(xiàn)于三個層次的技術(shù)可能性分析。首先是新產(chǎn)品在現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)水平上有無可能,這里包括基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究方面有無保證,實現(xiàn)新產(chǎn)品的主導(dǎo)技術(shù)、輔助技術(shù)是否已問世或可能取得突破;其次,是研制方面的技術(shù)可能性,即有無可能通過引進、技術(shù)轉(zhuǎn)讓和研究獲得有關(guān)技術(shù);第三層次是生產(chǎn)制造方面的技術(shù)可能性,即企業(yè)有無可能獲得必要的生產(chǎn)技術(shù)來保證新產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和成本。在工程實施技術(shù)中的技術(shù)觀點體現(xiàn)于施工方面的技術(shù)