煤矿多绳摩擦提升系统中轻型箕斗的选择与设计浅析

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【摘要】本文在总结阐释煤矿多绳摩擦提升系统中箕斗过重引发的一系列问题基础上，提出了轻型箕斗应用设想，并进行了可行性分析；最后，重点探析了煤矿多绳摩擦提升系统中轻型箕斗结构、材质的选择及其设计问题；以期对提高煤矿多绳摩擦提升系统工作能力有所帮助。

【关键词】多绳摩擦提升系统；轻型箕斗；结构；材质

箕斗是煤矿多绳摩擦提升系统中重要的煤炭提升容器；目前虽然一定程度上能够满足企业的生产要求，但是也存在着自重大、闸门性能不可靠等问题，撒煤现象较为常见；部分煤矿的立井提升系统由于箕斗自重太大、出现超载，导致提升机最大静张力值及最大静张力差值超过允许范围，给提升系统带来极大安全隐患。特别是在煤矿生产发展和工作面产量不断提高情况，诸多煤矿都要求在不更换主提升系统前提下增加系统的提煤能力，这时采用重量较轻的轻型箕斗，就成为煤炭多绳摩擦提升系统改造的重要与有效途径之一。

一、轻型箕斗应用设想与可行性分析

目前，受到煤炭地质构造复杂、工作面断层过多及煤矸石过多等因素影响，煤矿主井越来越多的用来提矸，一定程度上影响了原煤的提升能力，进一步发展可能影响到企业煤炭年度产量任务的完成。面对上述情况，考虑在现有设备条件下，最大限度提高煤炭矿井多绳摩擦提升系统的提煤能力，就成为一个迫切需要解决的问题，轻型箕斗的出现为解决上述问题打开了思路；将轻型箕斗应用于煤矿多绳摩擦提升系统中增强其提升能力是可行的。

1.在不改变现有箕斗外形、尺寸大小及确保箕斗强度满足要求情况下，通过改变箕斗材质，达到减轻箕斗自身重量的目的。

2.通过提升系统防滑临界值，找到箕斗自重减少量与提煤增加量之间的最优关系，增加箕斗单勾提煤能力；但前提是满足钢丝绳安全系数校验、提升机校验、提升系统防滑校验等要求。

3.国内外关于单绳缠绕式提升机轻型箕斗应用的成功案例较多，其主要通过有效减轻箕斗身体重量，来提高箕斗有效容积来提高箕斗的单勾提煤量，由此我们可以推断对煤矿多绳摩擦式提升系统中的箕斗进行必要改造，同样可以提高其单勾提煤能力。

4.在煤矿多绳摩擦提升系统中，对箕斗进行改造可能比较复杂，虽然在理论上只要不超过提升机最大静张力差230kN就能满足要求，但是多绳提升系统是一个等重系统，还需要保证主绳与尾绳重量的相当。

5.箕斗重量的减轻，理论上可以多装煤，但是由于箕斗重量的减轻提升钢丝绳也会因此发生滑动，一定程度上降低多绳摩擦提升系统的防滑能力，给提升系统带来不安全因素；面对此问题，需要对箕斗减轻多少、可多装煤多少及具体的防滑要求等进行科学充分的论证，再决定是否使用及使用那种结构、材质的轻型箕斗。

二、煤矿多绳摩擦提升系统中轻型箕斗的选择与设计

（一）轻型箕斗结构的选择

在众多箕斗结构中，侧底卸扇形闸门结构箕斗具有安全可靠不撤煤等优点，可以考虑将其应用于煤矿多绳摩擦提升系统中。在此基础上，需要考虑的是如何来缩短卸载时间，进一步减轻工人的劳动强度，以及减少卸载时对提升系统井架产生的冲击。（1）采用自动控制的外动力开启式侧底卸扇形闸门轻型箕斗，可以有效缩短卸载时间。基本控制条件是：卸载站在满载箕斗到位成功停车后，使用控制气动设备打开轻型箕斗闸门，完成轻型箕斗卸载完后关闭闸门；要成功完成上述操作，对轻箕斗的停车位置有一定要求，需要现代化的提升机系统支持，在轻型箕斗减速期间完成其高精度的位里控制，从而实现箕斗的准确停车。（2）为了减少卸载时轻型箕斗对井架产生过多的有害冲击，需要对侧底卸扇形闸门自动卸载轻型箕斗的卸载曲轨进行必要的优化、设计，以及时刻保证卸载曲轨的线形流畅不弯曲。

（二）轻型箕斗材质的选择

对于煤矿多绳摩擦提升系统中轻型箕斗的材质，可以考虑以下几种材质。第一，铝合金材质，铝合金材质最大优点是能最大限度的减轻箕斗重量，起到大幅降低箕斗重量的目的，但是其也具有易腐蚀的巨大缺点，需要采取必要的防腐措施防止结构件发生严重的电化学腐蚀，需要定期、定点的维护修理。第二，双相钢材质，双相钢是一种高合金不锈钢，具有高强度、耐腐蚀的优点，使用此材质的箕斗重量将较传统箕斗重量减轻三分之一，缺点是由于制造工艺相对复杂导致箕斗成本相对较高。第三，钛材质，金属钛被用做航空材料，有很高的强度和冲击韧性、耐高压、抗振动及强抗腐蚀能力，采用钛材质箕斗的重量仅为传统材质箕斗重量的57%，是轻型箕斗的理想材料，缺点是成本过高，特别是不适用于箕斗这种高耗材物品。

（三）轻型箕斗设计与优化

充分利用现代计算机对箕斗进行优化设计，进一步合理各零部件尺寸，保证箕斗重量轻，容积大。充分利用现代计算机技术，对箕斗各主要部件进行有限元分析，在保证强度基础上尽可能减轻箕斗重量。箕斗的工作环境相对恶劣，且为连续工作，这就导致箕斗寿命低，成为高耗材物品，有必要就其可靠性进行优化与设计，具体体现在使用各个零部件质量及整个提升系统的可靠性上，可以尝试将可靠性引入到轻型箕斗设计中，好处在于：（1）可靠性设计实现了设计者用定量方法表示设计变量，做到对设计固有可靠度的了解。（2）可靠性设计使设计者可以更清楚的理解与研究箕斗元件、箕斗设备和整个提升系统可靠之间的关系与联系。（3）可靠性设计实现了提升系统计划、设计、制造、使用和维修全过程的有机结合。