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，其技術研究也得到了一定程度的發(fā)展。現(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)具有額定的生產能力;提升設備的基建投資小;提升設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上,若考慮利用汽車自身動力為驅動力,建立整車提升系統(tǒng),則對整車提升系統(tǒng)的技術要求、設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,礦巖在采場內不經過破碎和轉載,只用同一種承載工具,利用承載工具自身動力,經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整車提升機最佳結構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動輪有運動聯(lián)系的驅動滾筒以及牽引裝置的工作機構。整車提升機最佳結構的選擇,是通過分析比較各提升方法的結果而決定的。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,而降低了它的生產使用質量。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配置汽車驅動輪帶動滾輪的提升機構,不需要附加的動力設備和電力接受裝置,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動摩擦輪,通過傳動系統(tǒng),帶動牽引繩輪,驅動鋼絲繩而提升載重汽車。整車提升系統(tǒng)布置見圖1,整車提升自驅動裝置結構見圖2。汽車驅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產生傳動聯(lián)系,牽引繩輪在固定軸18上旋轉。此時,軸5同軸9聯(lián)通而驅動牽引繩輪17,軸6同軸10聯(lián)通而驅動牽引繩輪16;這些軸布置在摩擦輪對19和20的軸5和軸6的對應一側,鋼繩15經過換向輪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。經過設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駛入處于下部極限位置的輪式臺車1上,停車后,其驅動車輪停靠在摩擦輪對19和20上;此后,空載汽車4駛入處于上部極限位置的輪式臺車2上,停車后,其前輪(非驅動輪)?？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動輪。當汽車驅動輪旋轉時,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。當牽引繩輪16、17旋轉時,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,空載汽車的非驅動輪也同時旋轉?？铡⒅剌d汽車之間的信息由設在上部和下部的信號裝置聯(lián)系。由于這種設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)的關鍵是汽車驅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。由于其結構簡單、制造容易、運轉平穩(wěn)、過載可以打滑,以及能無級變速,因而有較大的應用范圍。但由于在運轉中有滑動,傳動效率較低,結構尺寸較大,作用在軸和軸承上的載荷大,一般只應用于小功率傳動。汽車驅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力導致疲勞點蝕和表面壓潰;(2)高壓緊力作用下高速運轉,導致摩擦表面瞬時溫度升高,輪面產生膠合;(3)表面磨損,特別是開式傳動,由于滑動導致輪面磨損與燒傷;(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,目前尚無應用先例,有待繼續(xù)做相應的技術研究工作。其它一些汽車驅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,在實際應用中難以實現(xiàn)。如汽車驅動輪帶動兩側卷揚滾筒整車提升系統(tǒng)、汽車驅動輪帶動中部卷揚滾筒整車提升系統(tǒng)等。見圖3、圖4。3汽車驅動輪系統(tǒng)優(yōu)化設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,采用汽車驅動連接爬坡齒輪的驅動形式更能滿足實際應用。汽車驅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)布置及結構見圖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,難以實際應用的問題。結合圖5、圖6說明該提升系統(tǒng)。在減速器10的動力輸入端設置了具有液壓伸縮功能的離合器11,離合器的一側與減速器相連,另一側為可伸縮花鍵軸套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在正常情況下應使重載汽車驅動輪軸不與Y形支撐座15碰撞。當升降板下降時,重載汽車驅動輪軸下落在固定的Y形支撐座上,使驅動輪脫離輪式臺車1臺面的升降板。汽車驅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駛入處于下部極限位置的輪式臺車1的指定區(qū)域后,重載汽車驅動輪位于升降板16上。隨后,空載汽車4駛入處于上部極限位置的輪式臺車2上,輪式臺車2兩側的離合器處于離開狀態(tài),行走齒輪也不與爬坡齒條接觸。空載汽車駛入輪式臺車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,重載汽車驅動輪軸落在固定的Y形支撐座15上,確保驅動輪與輪式臺車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動輪軸的前后位置和高度,保證驅動輪軸線與輪式臺車兩側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,當重載汽車驅動輪軸落在固定的Y形支撐座上后,輪式臺車1上的兩側離合器伸出花鍵形軸套與重載汽車兩側驅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,經變速后,傳遞至行走齒輪13轉動,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驅動輪出現(xiàn)差動現(xiàn)象,可設置伺服機構,用于檢測和調整上升臺車兩側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。這種設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,在結構、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動重載輪式臺車上行。對于大噸位的礦用汽車自驅動提升系統(tǒng)采用爬坡履帶作為爬行力的傳遞介質,可以為傳動部件材質的選擇、結構大小的選擇、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用技術難度。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)所涉及的技術問題和設備制造問題。4新車輛自驅動車身的性能分析4.1汽車驅動輪汽車液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性分析上述整車提升結構只是一種原則方案。本著技術可行,安全可靠,經濟合理的原則,必須對提升系統(tǒng)的主要結構和使用參數(shù)進行安全分析與計算。對于影響“汽車驅動輪連接爬坡齒輪整車提升系統(tǒng)”安全性的關鍵危險因素,可以從系統(tǒng)結構、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)結構的主要危險因素有牽引力與坡度關系、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)下應急處理預案等。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產品制造技術方案汽車驅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)的技術可行性分析,主要從產品開發(fā)制造技術和工程實施技術兩個方面分析。由于該系統(tǒng)具有獨創(chuàng)性、新穎性,故在產品開發(fā)制造中的技術觀點體現(xiàn)于三個層次的技術可能性分析。首先是新產品在現(xiàn)有科學技術水平上有無可能,這里包括基礎研究和應用研究方面有無保證,實現(xiàn)新產品的主導技術、輔助技術是否已問世或可能取得突破;其次,是研制方面的技術可能性,即有無可能通過引進、技術轉讓和研究獲得有關技術;第三層次是生產制造方面的技術可能性,即企業(yè)有無可能獲得必要的生產技術來保證新產品的性能、質量和成本。在工程實施技術中的技術觀點體現(xiàn)于施工方面的技術