专利名称：用于重载深井提升机首绳更换装置及其更换方法
技术领域：
本发明涉及一种矿井提升机首绳的更换装置及其更换方法，尤其是涉及一种用于重载深井提升机首绳的被动更换装置及其更换方法。
背景技术：
一般摩擦式提升机钢丝绳(首绳)的使用期限不得超过两年。对于主副井均为摩擦式提升的矿井来说，平均每年需要更换一次首绳。随着矿井提升运输设备面向高效、大型化、自动化方向的迈进，矿井提升技术已得到了飞速发展，千米深井也越来越多。这种矿井具有提升载荷能力强、运转效率高、矿井深的特点。然而，对于这种重载深井工况来说，现有的换绳装置已很难满足其使用要求，换绳的过程中存在工序繁琐、安全隐患多、占用时间长等难题。公开号为CN101417765的一种“提升机首绳同步连续更换装置”，该发明专利采用主动送绳，即送绳组件的移动是在负载和高压油的作用下进行的，该系统只是在回油路上安装背压阀，通过手动调节背压阀的开口实现调速，但调速效果差；实际应用中，通常在回油油路上串联的可调节流阀控制换绳的速度；其优点在于速度连续可调、调节方式简单直接，但是缺点也很明显一方面由于钢丝绳重力作用，送绳油缸推动送绳组件前进时做无用功，造成能量损失，这些损失的能量转换为热量导致油温上升；另一方面采用回油节流调速，回油节流能量损失较大易导致液压系统的油温上升较快，加上重载深井换绳过程更长，泵站长时间运行，致使油温上升更剧；此外，主动换绳泵站液压系统中，步进油缸收回是靠节流阀调速的，在自动运行过程中，节流阀一旦调定，就不能随便改变，这样在换绳过程中，由于钢丝绳重力作用，带动小车以一定加速度迅速前进，易造成冲击，对油缸及小车寿命产生较大影响；油温上升也会带来一系列不稳定因素，如密封圈快速老化，液压油的粘度降低，泄漏，动力元件和执行元件的效率降低甚至整套换绳液压系统失效等，对钢丝绳的安全更换产生巨大的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于重载深井提升机首绳更换装置及其更换方法，用以克服现有技术中存在着节流损失较大，送绳油缸空行程导致液压系统油温上升较快，以及机械冲击的问题。基于上述问题和目的，本发明所采取的措施是一种用于重载深井提升机首绳更换装置及其更换方法，其中，一种用于重载深井提升机首绳更换装置，包括锁绳组件、送绳组件和液压源；其特征在于送绳组件高压油管路分为两路，一路和锁绳组件是通过二位三通电磁换向阀与液压源的高压油口 P连通，实现油路切换；另一路是直接与液压源的高压油口 P连通；锁绳组件回油管和送绳组件回油管是与液压源的低压油口 T连通；
所述锁绳组件是由第一锁绳组件与第二锁绳组件构成，并通过二位四通电磁换向阀连通，实现油路切换；所述送绳组件是由第一送绳组件与第二送绳组件构成，并通过二位三通电磁换向阀连通，实现油路切换；所述液压源是由电动机驱动液压泵运转向系统提供高压油，并将系统低压油经冷却器和回油滤油器循环回油箱；其中
第一锁绳组件是由第一锁绳油缸的有杆腔通过单向顺序阀与二位四通电磁换向阀的A2连通，第一锁绳油缸的无杆腔是通过液控单向阀与二位四通电磁换向阀的B2连通；
第二锁绳组件是由第二锁绳油缸的无杆腔通过液控单向阀与二位四通电磁换向阀的A2连通，第二锁绳油缸的有杆腔是通过单向顺序阀与二位四通电磁换向阀的B2连通；
二位四通电磁换向阀的压力油口 P2与二位三通电磁换向阀的Al 口连接；
第一送绳组件是由第一送绳油缸的有杆腔直接与手动换向阀I的A4连通；第一送绳油缸的无杆腔分为两路，一路直接与手动换向阀的B4连通，另一路是通过双向液压锁后再次分为两路，一路直接与二位三通电磁换向阀的A3连通，另一路是通过电磁比例溢流阀与液压源的低压油口T连通；
第二送绳组件是由第二送绳油缸的有杆腔直接与手动换向阀II的B5连通；第二送绳油缸的无杆腔分为两路，一路直接与手动换向阀的A5连通，另一路是通过双向液压锁后再次分为两路，一路直接与二位三通电磁换向阀的B3连通，另一路是通过电磁比例溢流阀与液压源的低压油口T连通；
二位三通电磁换向阀的压力油口 P3与二位三通电磁换向阀的BI 口连接；
本发明一种用于上述的一种用于重载深井提升机首绳更换装置的更换方法，其所述方法如下
锁绳组件锁紧首绳后，送绳组件再开始送绳；第一锁绳组件是通过第一送绳组件向前送绳，第二锁绳组件是通过第二送绳组件向前送绳；第一锁绳组件和第一送绳组件与第二锁绳组件和第二送绳组件两组交替送绳；
设定初始状态为第一锁绳组件松绳，第二锁绳组件锁绳，第一送绳组件油缸伸出，第二送绳组件油缸收回；
手动状态下，4DT、5DT、6DT均失电，手动换向阀I和手动换向阀II此刻均处于中位，2DT失电，3DT得电，第一锁绳组件锁紧首绳后，第二锁绳组件松开首绳，然后，将手动换向阀I切换至右位，手动换向阀II切换至右位，如此，第一锁绳组件在钢丝绳的重力作用下，将第一送绳组件油缸收回，第二送绳组件在高压油的作用下将第二送绳油缸伸出，推动第二锁绳组件至行程终了，完成一次送绳；控制3DT失电，第二锁绳组件锁紧新绳后，第一锁绳组件松开新绳，然后，将手动换向阀I切换至左位，手动换向阀II切换至左位，如此，第二锁绳组件在钢丝绳的重力作用下，将第二送绳组件油缸收回，第一送绳组件在高压油的作用下将第一送绳油缸伸出，推动第一锁绳组件至行程终了，完成一个送绳循环；如此循环可实现连续送绳；
自动状态下，手动换向阀I和手动换向阀II均处于中位，PID先控制3DT得电，第一锁绳组件锁紧新绳，第二锁绳组件松绳后，再使2DT、4DT、5DT得电，6DT失电，第二送绳组件在高压油的作用下将第二锁绳组件推至行程终了，同时，第一送绳组件第一送绳油缸在钢丝绳重力作用下被动收回，完成一次送绳；PID控制2DT失电，3DT失电，第二锁绳组件在高压油作用下锁紧首绳，第一锁绳组件松开首绳，其后使2DT、4DT、6DT得电，5DT失电，第一送绳组件在高压油的作用下将第一锁绳组件推至行程终了，同时，第二送绳组件第二送绳油缸在钢丝绳重力作用下被动收回，完成一个送绳循环；其后依靠PID控制电磁阀的得电顺序实现自动换绳。本发明一种用于上述的重载深井提升机首绳更换装置及其更换方法，其主要优点在于(I)送绳组件回油路安装电磁比例溢流阀替代节流阀，减少了节流损失，提高能量使用效率，避免油温急剧上升；(2)通过PID连续控制电磁比例溢流阀18、电磁比例溢流阀20的电流变化，改变其开口大小，实现对送绳油缸速度的连续调节，调节方式简单；(3) PID连续控制阀开口大小在送绳组件被动收回过程中建立连续变化的背压，构成送绳组件的平稳收回，减少机械冲击；(4)送绳油缸是在钢丝绳重力作用下被动回收的，避免了利用高压油主动回收带来的能量损失；(5)整个换绳过程既可以手动进行亦可以自动进行，换绳操作简单；(6)通过实施上述装置和方法，不仅可以有效解决油温上升较快问题和机械冲击问题，而且还提高了能量利用率；同时，该系统拥有手动与自动两种换绳方式，电动机液压泵采用一用一备，避免因其中任意一项故障而导致换绳中止，提高了可靠性，尤其适用于重载深井提升机首绳更换。
图1是本发明更换装置的整体结构示意图。图2是本发明更换装置的锁绳组件结构示意图。图3是本发明更换装置的送绳组件结构示意图。图4是本发明更换装置的液压源结构示意图。图中1 :空气滤清器；2 :电动机；3 :液压泵；4 :压力表；5 :二位三通电磁换向阀；6 :二位四通电磁换向阀；7 :单向顺序阀；8 :第一锁绳油缸；9 :液控单向阀；10 :截止阀；11 :单向顺序阀；12 :第二锁绳油缸；13 :液控单向阀；14 :截止阀；15 :手动换向阀I ;16 第一送绳油缸；17 :双向液压锁；18 :电磁比例溢流阀；19 :二位三通电磁换向阀；20 :电磁比例溢流阀；21 :第二送绳油缸；22 :手动换向阀II ;23 :电磁溢流阀；24 :冷却器；25 :回油滤油器；26 :油箱；27 :液位计。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作出进一步的说明。实施本发明所述的一种用于重载深井提升机首绳更换装置，如图1所示，送绳组件高压油管路分为两路，一路和锁绳组件是通过二位三通电磁换向阀5与液压源的高压油口 P连通，实现油路切换；另一路直接与液压源的高压油口 P连通；锁绳组件回油管和送绳组件回油管是与液压源的低压油口 T连通。第一锁绳组件与第二锁绳组件构成锁绳组件，二位四通电磁换向阀6用于控制二者油路切换；第一送绳组件与第二送绳组件构成送绳组件，二位三通电磁换向阀19用于控制二者油路切换；电动机2、液压泵3、电磁溢流阀23、冷却器24、回油滤油器25、油箱26构成液压源；电动机、液压泵为两套，一用一备；其中
第一锁绳组件的第一锁绳油缸8的有杆腔经单向顺序阀7与二位四通电磁换向阀6的A2连通，其无杆腔经液控单向阀9与二位四通电磁换向阀6的B2连通，二位四通电磁换向阀6的压力油口 P2与二位三通电磁换向阀5的Al 口连接；第二锁绳组件的第二锁绳油缸12的无杆腔经液控单向阀13与二位四通电磁换向阀6的A2连通，其有杆腔经单向顺序阀11与二位四通电磁换向阀6的B2连通；二位四通电磁换向阀6的压力油口 P2与二位三通电磁换向阀5的Al 口连接；液控单向阀9和液控单向阀13用于防止泄压后，锁绳组件松绳造成溜绳事故，单向顺序阀7和单向顺序阀11用于控制第一锁绳组件与第二锁绳组件的互锁切换。第一送绳组件的第一送绳油缸12的有杆腔直接与手动换向阀15的A4连通，其无杆腔分为两路，一路直接与手动换向阀I 15的B4连通，另一路经双向液压锁17后再次分为两路，一路直接与二位三通电磁换向阀19的A3连通，另一路经电磁比例溢流阀18与液压源的低压油口 T连通；第二送绳组件的第二送绳油缸21的有杆腔直接与手动换向阀22的B5连通，其无杆腔分为两路，一路直接与手动换向阀II 22的A5连通，另一路经双向液压锁17后再次分为两路，一路直接与二位三通电磁换向阀19的B3连通，另一路经电磁比例溢流阀20与液压源的低压油口 T连通；二位三通电磁换向阀19的压力油口 P3与二位三通电磁换向阀5的BI 口连通；手动换向阀I 15和手动换向阀II 22用于手动状态下送绳组件送绳，电磁比例溢流阀18和电磁比例溢流阀20是通过PID连续控制开口大小达到调速作用，双向液压锁17用于防止系统泄压后溜绳。本发明结合重载深井提升机首绳更换的要求，其工作原理是先锁绳后送绳，即当锁绳组件锁紧首绳后，送绳组件再开始送绳；第一锁绳组件是通过第一送绳组件向前送绳，第二锁绳组件是通过第二送绳组件向前送绳；第一锁绳组件和第一送绳组件与第二锁绳组件和第二送绳组件两组交替送绳。设定初始状态为第一锁绳组件松绳，第二锁绳组件锁绳，第一送绳组件油缸伸出，第二送绳组件油缸收回。启动系统，电动机2驱动液压泵3向系统提供高压油，手动状态下，PID控制2DT、4DT、5DT、6DT均失电，手动换向阀I 15和手动换向阀II 22此刻均处于中位，3DT得电，高压油经二位三通电磁换向阀5和二位四通电磁换向阀6进入第一锁绳油缸8无杆腔，第一锁绳组件锁紧新绳后，无杆腔压力达到单项顺序阀11的开启压力，高压油进入第二锁绳油缸12有杆腔，第二锁绳组件松开首绳，完成锁绳切换；然后将手动换向阀I 15切换至右位，手动换向阀II 22切换至右位，如此，高压油分为两路，一路经手动换向阀I 15进入第一送绳油缸16的有杆腔，另一路经手动换向阀II 22进入第一送绳油缸21的无杆腔，第一锁绳组件在钢丝绳的重力和压力有作用下，将第一送绳组件油缸收回，第二送绳组件在高压油的作用下将第二送绳油缸21伸出，推动第二锁绳组件至行程终了，完成一次送绳；其后，3DT失电，第二锁绳组件锁紧新绳后，第一锁绳组件松开新绳，然后，将手动换向阀I 15切换至左位，手动换向阀II 22切换至左位，如此，第二锁绳组件在钢丝绳的重力作用下，将第二送绳组件油缸收回，第一送绳组件在高压油的作用下将第一送绳油缸17伸出，推动第一锁绳组件至行程终了，完成一个送绳循环；如此循环可实现连续送绳；手动送绳主要用于新绳过天轮、滚筒等需要慢速送绳的场合。自动状态时手动换向阀I 15和手动换向阀II 22必须处于中位，通过PID控制电磁比例溢流阀18、电磁比例溢流阀20、二位三通电磁换向阀19、二位四通电磁换向阀6、二位三通电磁换向阀5电磁铁的得电时间和先后动作顺序，以实现自动化控制；自动状态的初始状态为第一锁绳组件锁紧首绳，第二锁绳组件处于松开首绳，第一送绳组件油缸伸出，第二送绳组件油缸收回；启动自动送绳后，在钢丝绳的重力作用下，带动第一送绳组件油缸收回，此刻，电磁比例溢流阀18得电，二位三通电磁换向阀19得电，第二送绳油缸21在高压油作用下伸出，同时双向液压锁17也被打开，第一送绳组件的回油油路建立，新绳在旧绳的带动下被动的往井下下放，同时第一送绳油缸16在钢丝绳的重力作用下被动收回，新绳下放的重力势能转变为液压能，在第一送绳组件的第一送绳油缸16的无杆腔形成背压，PID控制的电磁比例溢流阀18建立回油压力控制回路，控制新绳下放的速度，第二送绳组件的第二送绳油缸21在二位三通电磁换向阀19、二位三通电磁换向阀5处于得电状态下主动伸出，由于无杆腔的收缩导致有杆腔容积减小形成负压自吸，液压油通过手动换向阀I 15进入有杆腔，当第一送绳组件到达行程终了位置时，二位三通电磁换向阀5失电，液压泵3的油路供给第二锁绳组件，锁绳组件转换，其后，二位三通电磁换向阀5再得电，步进送绳油路建立，第二送绳组件送绳的原理同上所述；如此循环实现自动换绳。
权利要求
1.一种用于重载深井提升机首绳更换装置，包括锁绳组件、送绳组件和液压源；其特征在于送绳组件高压油管路分为两路，一路和锁绳组件是通过二位三通电磁换向阀(5)与液压源的高压油口 P连通，实现油路切换；另一路是直接与液压源的高压油口 P连通；锁绳组件回油管和送绳组件回油管是与液压源的低压油口 T连通； 所述锁绳组件是由第一锁绳组件与第二锁绳组件构成，并通过二位四通电磁换向阀(6)连通，实现油路切换；所述送绳组件是由第一送绳组件与第二送绳组件构成，并通过二位三通电磁换向阀(19)连通，实现油路切换；所述液压源是由电动机(2)驱动液压泵(3)运转向系统提供高压油，并将系统低压油经冷却器(24)和回油滤油器(25)循环回油箱(26);其中 第一锁绳组件是由第一锁绳油缸(8)的有杆腔通过单向顺序阀(7)与二位四通电磁换向阀(6)的A2连通，第一锁绳油缸(8)的无杆腔是通过液控单向阀(9)与二位四通电磁换向阀(6)的B2连通； 第二锁绳组件是由第二锁绳油缸(12)的无杆腔通过液控单向阀(13)与二位四通电磁换向阀(6)的A2连通，第二锁绳油缸(12)的有杆腔是通过单向顺序阀(11)与二位四通电磁换向阀(6)的B2连通； 二位四通电磁换向阀(6)的压力油口 P2与二位三通电磁换向阀(5)的Al 口连接； 第一送绳组件是由第一送绳油缸(16)的有杆腔直接与手动换向阀I (15)的A4连通；第一送绳油缸(16)的无杆腔分为两路，一路直接与手动换向阀I (15)的B4连通，另一路是通过双向液压锁(17)后再次分为两路，一路直接与二位三通电磁换向阀(19)的A3连通，另一路是通过电磁比例溢流阀(18)与液压源的低压油口 T连通； 第二送绳组件是由第二送绳油缸(21)的有杆腔直接与手动换向阀II (22)的B5连通；第二送绳油缸(21)的无杆腔分为两路，一路直接与手动换向阀II (22)的A5连通，另一路是通过双向液压锁(17)后再次分为两路，一路直接与二位三通电磁换向阀(19)的B3连通，另一路是通过电磁比例溢流阀(20)与液压源的低压油口 T连通； 二位三通电磁换向阀(19)的压力油口 P3与二位三通电磁换向阀(5)的BI 口连接。
2.一种用于如权利要求1所述的重载深井提升机首绳更换装置的更换方法，其所述方法如下 锁绳组件锁紧首绳后，送绳组件再开始送绳；第一锁绳组件是通过第一送绳组件向前送绳，第二锁绳组件是通过第二送绳组件向前送绳；第一锁绳组件和第一送绳组件与第二锁绳组件和第二送绳组件两组交替送绳； 设定初始状态为第一锁绳组件松绳，第二锁绳组件锁绳，第一送绳组件油缸伸出，第二送绳组件油缸收回； 手动状态下，4DT、5DT、6DT均失电，手动换向阀I (15)和手动换向阀II (22)此刻均处于中位，2DT失电，3DT得电，第一锁绳组件锁紧首绳后，第二锁绳组件松开首绳，然后，将手动换向阀I (15)切换至右位，手动换向阀II (22)切换至右位，如此，第一锁绳组件在钢丝绳的重力作用下，将第一送绳组件油缸收回，第二送绳组件在高压油的作用下将第二送绳油缸(21)伸出，推动第二锁绳组件至行程终了，完成一次送绳；控制3DT失电，第二锁绳组件锁紧新绳后，第一锁绳组件松开新绳，然后，将手动换向阀I (15)切换至左位，手动换向阀II (22)切换至左位，如此，第二锁绳组件在钢丝绳的重力作用下，将第二送绳组件油缸收回，第一送绳组件在高压油的作用下将第一送绳油缸(17)伸出，推动第一锁绳组件至行程终了，完成一个送绳循环；如此循环可实现连续送绳； 自动状态下，手动换向阀I (15)和手动换向阀II (22)均处于中位，PID先控制3DT得电，第一锁绳组件锁紧新绳，第二锁绳组件松绳后，再使2DT、4DT、5DT得电，6DT失电，第二送绳组件在高压油的作用下将第二锁绳组件推至行程终了，同时，第一送绳组件第一送绳油缸(16)在钢丝绳重力作用下被动收回，完成一次送绳；PID控制2DT失电，3DT失电，第二锁绳组件在高压油作用下锁紧首绳，第一锁绳组件松开首绳，其后使2DT、4DT、6DT得电，5DT失电，第一送绳组件在高压油的作用下将第一锁绳组件推至行程终了，同时，第二送绳组件第二送绳油缸(21)在钢丝绳重力作用下被动收回，完成一个送绳循环；其后依靠PID控制电磁阀的得电顺序实现自动换绳。
全文摘要
一种用于重载深井提升机首绳更换装置及其更换方法，所述更换装置是由锁绳组件、送绳组件和液压源构成；所述更换方法是锁绳组件锁紧首绳后，送绳组件开始送绳；第一锁绳组件是通过第一送绳组件向前送绳，第二锁绳组件是通过第二送绳组件向前送绳；第一锁绳组件和第一送绳组件与第二锁绳组件和第二送绳组件两组交替送绳，实现首绳更换。本发明换绳结构简单，操作方便，减少了节流损失和机械冲击，避免了油温急剧上升，提高了能量使用效率，尤其适用于重载深井提升机首绳更换。
文档编号B66B19/02GK103058040SQ201310026719
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者吴娟, 寇子明, 李军霞, 张延军, 寇保福, 高贵军 申请人:太原理工大学