自动托台在竖井提升系统中的应用

彭 辉 赵志刚 邹艳平

(新疆地矿局第一地质大队)

自动托台在竖井提升系统中的应用

彭 辉 赵志刚 邹艳平

(新疆地矿局第一地质大队)

某铜矿竖井开拓采用钢丝绳罐道，罐笼提升，矿车通过摇台进出罐时，罐笼无法稳定，极易造成安全事故。结合矿山实际情况，在利用各中段原有的摇台基础上设计了自动托台，重车在入罐时由托爪托住罐底，阻止提升钢丝绳发生弹性形变，使得矿车平稳进出罐笼，达到了稳定提升、保障安全的目的，并符合《金属非金属矿山安全规程》的要求，为同类开拓系统的矿山提供了参考依据。

罐笼 钢丝绳 弹性形变 摇台 自动托台

某铜矿是一座小型地下矿山，设计生产能力为5万t/a,采用竖井开拓，井筒净直径为4 m，井深233 m(含20 m井窝)。通风系统为竖井进风，两翼风井回风的中央对角式通风，竖井、风井内设梯子间作为安全出口。矿山同时进行2个中段的生产和建设，一个中段采矿，一个中段开拓，罐笼需在2个中段分别停靠，矿车通过摇台进出罐时，由于提升钢丝绳在承重后发生弹性形变，罐笼有下沉和不能稳住的问题，极易造成事故，为此，必须对提升设备进行改进，消除安全隐患。

1 矿山提升系统及设备情况

矿山采用2JTP-1.6×1.2/24型单绳缠绕式提升机，承担矿石、废石、人员、材料的提升任务。采用YJGS-1.8-1型单层单罐(带平衡锤)，配BF111-01抓捕器，底板面积为1 800 mm×1 150 mm，自身质量(含抓捕器)为2 190 kg，允许乘载10人，最大质量为2 930 kg，罐笼全高3 800 mm。选用YFC-0.5/6型矿车，自身质量为590 kg，最大质量载重为1 250 kg，外型尺寸为1 500 mm×850 mm×1 050 mm(长×宽×高)，矿石有效载量为885 kg，废石有效载量为810 kg。罐笼及平衡锤分别由4根和2根钢丝绳稳罐，每根钢丝绳终端均采用重锤拉紧，经计算，各罐道绳拉紧力为24.5 kN，共计拉紧力147 kN。为了防止提升时产生共振，在罐笼靠平衡锤侧的罐道绳上减少5%的重量，罐道绳选一层Z型密封钢丝绳，直径为28 mm，6根，抗拉强度为1 470 MPa，破断力为664 kN。提升钢丝绳选18×7+1WS-20-1770型多层股不旋转钢丝绳，质量为1.56 kg/m，破断拉力总和为297.656 kN，抗拉强度为1 770 MPa，钢丝直径为1.3 mm，钢丝绳直径为20 mm。罐笼在各中段停靠后，矿车通过摇台进出罐笼，配置的摇台、阻车器均由液压系统控制，并与提升机闭锁。

2 自动拖台的设计

根据《金属非金属矿山安全规程》(GB 16423—2006)要求，竖井罐笼提升系统的各中段马头门应根据需要使用摇台。除井口和井底允许设置托台外，特殊情况下也允许在中段马头门设置自动托台，摇台、托台应与提升机闭锁。为解决此问题，以求达到保证安全并提高工作效率的目的，设计一种托罐装置，在原有摇台内改造安装，与摇台连动，实现缓冲托罐和稳罐作用。

在原摇台的摇臂下方加装阻尼托罐装置，稳定罐笼，阻止提升绳在重力方向的弹性变形，使矿车能够平稳入罐。罐笼通过中段马头门时，摇台收起，液压缸将罐座收回，罐笼可以全速通过。正常工作时，罐笼减速后到位，重矿车换轻车进罐时，由罐座将罐笼托住，不会出现下沉和晃罐的情况。自动托台结构见图1。

图1 自动托台结构

油缸推动摇臂轴作旋转运动，放下摇臂，同时摇臂轴通过件1、件2、件3、件4、缓冲装置组成的一套传动机构带动托爪作抬起运动。当缓冲装置运动到水平位置时，成水平锁死状态，托爪的支承面亦呈水平托罐状态。罐笼再次下行，油缸拉动摇臂轴反向旋转，抬起摇臂，同时摇臂轴再次通过件1、件2、件3、件4、缓冲装置组成的传动机构带动托爪作落下收回运动，让出安全距离，方便罐笼顺利通过。为了托罐时罐笼和矿车不会产生很大的震动，要求单个托爪在承受30 kN的重力时，缓冲装置须有20 mm的压缩量。因此,在自由状态下，缓冲装置应长出20mm。设计传动机构时必须考虑到这种变化。

缓冲装置内的弹簧是重要部件，根据托爪承受的托罐压力和缓冲装置的支撑力作用下力矩平衡，可得

F1L1=F2L2，

(1)

式中，F1为托爪承受的压力，30 kN；L1为重力力臂，100 mm；L2为缓冲装置支撑力力臂，120 mm。

计算得出缓冲装置提供的支撑力F2=25 kN。

根据矿山需求，设计弹簧工作载荷为25 kN，弹簧压缩量为40 mm，预压缩20 mm，留20 mm作为托罐缓冲余量。最大载荷按工作载荷的1.5倍计算。

根据托爪的形状，托爪接触面分别为70 mm×60 mm和40 mm×25 mm，对前端托罐部位进行剪切强度校核：

Tt=F1/A，

(2)

式中，Tt为托爪的剪切强度，MPa；F1为托爪承受的压力，30 kN；A为受力面积，5 200 mm2。

计算得出托爪的剪切强度Tt=5.77 MPa，小于Q325钢材屈服强度300 MPa，符合要求。

托爪与缓冲装置间的销轴直径较小，为30 mm，对其进行剪切强度校核：

Tx=F2/A，

(3)

式中，Tx为销轴的剪切强度，MPa；F2为销轴的支撑力，25 kN；A为受力面积，706.5 mm2。

计算得出销轴的剪切强度Tx=35.4 MPa，小于Q325钢材的屈服强度300 MPa，符合要求。

与件3件4连接的轴，直径为70 mm，长1 000 mm。为增加其刚度，在轴向1/3、2/3处安装2个支撑座。与轴之间采用0.08～0.12 mm间隙配合，有效地减少了弹性变形，保证机构的运行。改造后，整个摇台和罐笼的重量全部压在2根32a工字钢上，经计算抗弯截面模数为462 cm3,小于32a工字钢的抗弯截面模数692 cm3,符合改造要求。

由于改造前罐笼实际运行时晃动很大，设计安全距离时，将初始确定的双边距离280 mm加大到335 mm,确保了运行的顺畅。

3 结 论

矿山通过对提升系统中自动托台的设计、安装，使矿车能够平稳进出，据统计，在安装托台之前，罐笼提升能力为150车/d，且在入罐时罐笼下沉与摇台脱离，推车工存在较大的安全隐患；托台安装后，提升能力增加至200车/d左右，也消除了推车工的安全隐患，在保障安全的前提下，大大提高了生产能力，为矿山创造了很好的经济价值。自动托台的成功应用能很好地保障矿车进出罐笼的安全，也能很大程度地提高劳动生产效率，为采用钢丝绳罐道、竖井提升的矿山提供了参考依据。

2014-10-23)

彭 辉(1984—)，男，工程师，838204 新疆鄯善县连木沁镇。