超深立井双通道大载重摩擦提升系统及减小应力波动方法与流程

本发明涉及一种大载重提升系统，尤其涉及一种超深立井的双通道大载重摩擦提升系统及减小应力波动方法，属于超深立井技术领域，同样也能适用于超高度大载重曳引的矿用电梯、高速电梯等提升系统。

背景技术：

目前，超深立井摩擦提升系统已广泛应用于各种深层矿井中，然而对于摩擦提升系统，大载重的运输中由于载重和钢丝绳自重变化的影响会产生很大的应力波动，这将严重威胁到矿井提升系统的安全生产，限制了超深立井提升系统在一定的提升高度内所能提升的载重极限值，影响了矿井的生产效率。

而现有具有配重的摩擦提升系统，比如目前的矿用电梯、高速电梯等提升系统，只有一个容器和配重，没有减小波动应力的方法，同时影响了提升的效率。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种超深立井的双通道大载重摩擦提升系统及减小应力波动方法，能够实现双数个通道的大载重摩擦提升，并在一定程度上减小提升系统的应力波动值，提高大载重下的超深度提升。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种超深立井的双通道大载重摩擦提升系统，包括井筒，所述的井筒内设置有偶数个通道且并列形成前后两排，每一对前后并排的前通道和后通道上方共同设有一个摩擦轮，每个摩擦轮上的提升钢丝绳均匀分成前后两部分根数相等的前提升钢丝绳与后提升钢丝绳；在摩擦轮和井筒之间的所有前提升钢丝绳两侧和所有后提升钢丝绳两侧，先分别共同绕经相平行的前左导向轮和前右导向轮之间以及后左导向轮和后右导向轮之间；在一对的前通道和后通道内，所有前提升钢丝绳的两端再共同分别连接前配重与前容器，所有后提升钢丝绳的两端以与前提升钢丝绳相反的顺序共同分别连接后容器与后配重，并且前配重与后容器以及后配重与前容器之间在位置上交错通过，前配重与前容器的下端、后容器与后配重的下端分别通过前平衡尾绳、后平衡尾绳连接形成闭合系统。

一种基于超深立井的双通道大载重摩擦提升系统的减小应力波动值的配重与平衡尾绳的重量确定方法，是在已知的载重，提升钢丝绳绳重以及提升高度的前提下，根据所计算的前提升钢丝绳、后提升钢丝绳的四个重要截面的应力波动值，通过改变相应的前配重、后配重以及前平衡尾绳、后平衡尾绳的重量，从而在最大程度上减小整个提升循环的过程中由于装卸载以及提升钢丝绳的绳长变化而引起的系统的应力波动值，具体步骤如下：

前容器、后容器上方刚好不绕到摩擦轮上的截面的最大张力波动值为：

(m+mz+n2ρ2h)g-mzg＝(m+n2ρ2h)g

前容器、后容器上方刚好绕过摩擦轮的截面的最大张力波动值为：

(mv+n1ρ1h)g-mzg＝(mv-mz+n1ρ1h)g

前配重、后配重上方刚好绕过摩擦轮的截面的最大张力波动值为：

(m+mz+n1ρ1h)g-mvg＝(m+mz-mv+n1ρ1h)g

前配重、后配重上方刚好不绕到摩擦轮上的截面的最大张力波动值为：

(mv+n2ρ2h)g-mvg＝n2ρ2gh

为保证提升过程中，前配重与前容器、后配重与后容器上方的刚好绕过摩擦轮的两截面的最大应力波动值相同，即

(mv-mz+n1ρ1h)g＝(m+mz-mv+n1ρ1h)g

则需要使前配重、后配重的重量满足以下计算公式：

mv＝mz+0.5m

为了保证前容器与后容器上方刚好不绕到摩擦轮上的截面与刚好绕经摩擦轮的截面的最大应力波动值相同，即

(m+n2ρ2h)g＝(mv-mz+n1ρ1h)g

需要使前平衡尾绳、后平衡尾绳重量满足以下计算公式：

其中，mv为配重质量，mz为容器质量，m为装载质量，n1为提升钢丝绳的根数，n2为平衡尾绳的根数，ρ1为提升钢丝绳的单位长度质量，ρ2为平衡尾绳的单位长度质量，h为提升高度。

相比现有技术，本发明的一种超深立井的双通道大载重摩擦提升系统及减小应力波动方法，含有偶数个通道，通过合理地设置配重的重量以及减轻平衡尾绳的单位绳重来实现摩擦提升系统中应力波动值的减小，从而实现在一定的摩擦提升高度内增大载重的极限值以及在一定的载重下提高摩擦提升的高度，能够适应超深立井的大载重提升，并延长摩擦提升系统的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一个实施例1的主视图。

图2是本发明实施例1中前通道位置对应结构的主视图。

图3是本发明实施例1中后通道位置对应结构的主视图。

图4是本发明实施例1应用为两通道四根提升钢丝绳提升的俯视放大图，其中省略了导向轮结构，以及部分采用了透视和剖面线的表达。

图5是本发明实施例1应用为两通道六根提升钢丝绳提升的俯视放大图，其中省略了导向轮结构，以及部分采用了透视和剖面线的表达。

图6是本发明另一个实施例2的主视图。

图7是本发明实施例2中前通道位置对应结构的主视图。

图8是本发明实施例2中后通道位置对应结构的主视图。

图9是本发明实施例2应用为两通道四根提升钢丝绳提升的俯视放大图，其中省略了导向轮结构和摩擦轮，并部分采用了剖面线的表达。

图10是本发明实施例2应用为两通道六根提升钢丝绳提升的俯视放大图，其中省略了导向轮结构和摩擦轮，并部分采用了剖面线的表达。

图11是本发明实施例2应用为四通道六根提升钢丝绳提升的俯视放大图，其中省略了导向轮结构和摩擦轮，并部分采用了剖面线的表达。

图中，110、210、摩擦轮，121、221、前提升钢丝绳，122、222、后提升钢丝绳，131、231、前左导向轮，132、232、前右导向轮，133、233、后左导向轮，134、234、后右导向轮，141、241、前配重，142、242、后配重，151、251、前容器，152、252、后容器，160、260、井筒，171、271、前平衡尾绳，172、272、后平衡尾绳。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在图1-5所示实施例1中，图1-图3为体现实施例1摩擦提升系统结构的主视图，该系统中前容器151和后容器152的形状均是横截面积较大(“较大”是与实施例2的相比来说)、中间打有供前配重141或后配重142穿过的通孔的空心立方体，前左导向轮131和前右导向轮132、后左导向轮133和后右导向轮134均分别关于摩擦轮110的竖直中心线对称；前左导向轮131和前右导向轮132、后左导向轮133和后右导向轮134均分别设置在一个水平面上，并保证绕过各导向轮的各根提升钢丝绳与前、后容器和前、后配重的连接点均匀分布在前、后容器和前、后配重重心悬吊点所在的垂直面内，使得前、后容器152和前、后配重142均能够竖直悬挂；前提升钢丝绳121、前平衡尾绳171与后提升钢丝绳122、后平衡尾绳172分别布置在同一垂直面内；前配重141与后容器152在同一水平高度，后配重142与前容器151在同一水平高度，以解决提升过程中容器与其相同侧的配重可能发生碰撞的问题，前提升钢丝绳121的两端均绕过摩擦轮110和前左、前右导向轮132分别与前配重141和前容器151的上端相连接，前配重141和前容器151的下端通过前平衡尾绳171进行连接，后提升钢丝绳122的两端均绕过摩擦轮110和后左、后右导向轮134分别与后容器152与后配重142的上端相连接，后容器152和后配重142的下端通过后平衡尾绳172进行连接，从而形成一个闭合提升系统，前配重141与后容器152在同一水平高度，后配重142与前容器151在同一水平高度，保证了提升系统的一侧装载-上提的同时，另一侧卸载-下放。

具体提升过程为：

前容器151下降时，摩擦轮110逆时针转动，前提升钢丝绳121与后提升钢丝绳122，共同沿左侧导向轮(前左导向轮131和后左导向轮233)下放，沿右侧导向轮(前右导向轮132和后右导向轮134)上升，前容器151下降，前配重141上升，当两者交错时，前配重141穿过前容器151的中空区间上升；与此相反，后容器152上升，后配重142下降，当两者交错时，后配重142穿过后容器152的中空区间下降；

前容器151上升时，摩擦轮110顺时针转动，前提升钢丝绳121与后提升钢丝绳122，共同沿左侧导向轮(前左导向轮131和后左导向轮233)上升，沿右侧导向轮(前右导向轮132和后右导向轮134)下放，前容器151上升，前配重141下降，当两者交错时，前配重141穿过前容器151的中空区间下降；与此相反，后容器152下降，后配重142上升，当两者交错时，后配重142穿过后容器152的中空区间上升。

图4和图5所示为图1所示的井筒160内两个通道的摩擦提升系统俯视结构放大图，其中省略了导向轮结构，图4中的每个通道中采用四根提升钢丝绳进行提升，图5中的每个通道的采用六根提升钢丝绳进行提升，从图中可以看出，提升钢丝绳还是均匀分成前后两部分，用于实现一侧上提的同时，另一侧能够下放，从图4和图5中可以看出，前容器151和后中间的通孔刚好用于前配重141和后配重142在二者交汇处能够正常通过。

在图6-11所示的另一个实施例中，图6-图8所示为实施例2摩擦提升系统另一种结构的主视图，该系统中的前配重241和后配重242均是横截面积较小、高度较大(“较小”和“较大”是横截面宽度和高度相比之下的描述)的实心立方配重体结构，前容器251和后容器252均是横截面积较小(“较小”是与实施例1的容器相比较而言)且中间无通孔的空心立方体结构，位于前容器251和后容器252同侧上方的前左导向轮231和后右导向轮234与前提升钢丝绳221和后提升钢丝绳222接触的水平位置分别对应前容器251和后容器252的竖直中心线处，而位于后配重242和前配重241同侧上方的后左导向轮233和前右导向轮232与后提升钢丝绳222和前提升钢丝绳221接触的水平位置分别对应后配重242和前配重241的重心悬吊点，运行过程中配重与容器在交汇处错开，运行过程中能够在配重与容器的交汇处错开而不发生碰撞。

图9和图10所示为图6所示的井筒260内设两个通道的摩擦提升系统俯视结构放大图，其中省略了导向轮结构和摩擦轮210，图9的每个通道中采用四根提升钢丝绳进行提升，图10的每个通道中采用六根提升钢丝绳进行提升，从图中可以看出，前配重241和前容器251，后配重242和后容器252截面是相对错开的，这样能有效地利用井筒260的截面空间。

图11所示为图6所示的井筒260内设四个通道的摩擦提升系统俯视结构放大图，其中省略了导向轮结构和摩擦轮210，每个通道采用六根钢丝绳实现提升，增大了井筒260的截面利用率以及在一定程度上能够增大所能提升的载重极限值。

在两个实施例中，所述一个摩擦轮210上的提升钢丝绳数量为偶数根，范围可以是2-12根。所述的配重的重量与尾绳的密度经改变后能够保证系统整个提升循环过程中提升钢丝绳各截面的波动应力最小。

本发明配重与平衡尾绳重量的确定方法为：

在已知的载重，提升钢丝绳绳重以及提升高度的前提下，根据所计算的前提升钢丝绳121、221、后提升钢丝绳122、222的四个重要截面的应力波动值，通过改变相应的前配重141、241、后配重142、242以及前平衡尾绳271、后平衡尾绳172、272的重量，从而在最大程度上减小整个提升循环的过程中由于装卸载以及提升钢丝绳的绳长变化而引起的系统的应力波动值，具体步骤如下：

前容器151、251、后容器152、252上方刚好不绕到摩擦轮110、210上的截面的最大张力波动值为：

(m+mz+n2ρ2h)g-mzg＝(m+n2ρ2h)g

前容器151、251、后容器152、252上方刚好绕过摩擦轮110、210的截面的最大张力波动值为：

(mv+n1ρ1h)g-mzg＝(mv-mz+n1ρ1h)g

前配重141、241、后配重142、242上方刚好绕过摩擦轮110、210的截面的最大张力波动值为：

(m+mz+n1ρ1h)g-mvg＝(m+mz-mv+n1ρ1h)g

前配重141、241、后配重上方刚好不绕到摩擦轮110、210上的截面的最大张力波动值为：

(mv+n2ρ2h)g-mvg＝n2ρ2gh

为保证提升过程中，前配重141、241与前容器151、251、后配重142、242与后容器152、252上方的刚好绕过摩擦轮110、210的两截面的最大应力波动值相同，即

(mv-mz+n1ρ1h)g＝(m+mz-mv+n1ρ1h)g

则需要使前配重141、241、后配重142、242的重量满足以下计算公式：

mv＝mz+0.5m

为了保证前容器151、251与后容器152、252上方刚好不绕到摩擦轮110、210上的截面与刚好绕经摩擦轮110、210的截面的最大应力波动值相同，即(m+n2ρ2h)g＝(mv-mz+n1ρ1h)g

需要使前平衡尾绳171、271、后平衡尾绳172、272重量满足以下计算公式：

其中，mv为配重质量，mz为容器质量，m为装载质量，n1为提升钢丝绳的根数，n2为平衡尾绳的根数，ρ1为提升钢丝绳的单位长度质量，ρ2为平衡尾绳的单位长度质量，h为提升高度。

本发明通过在容器的相对侧设置配重，同时改变容器的结构，以及改变配重的重量和平衡尾绳的单位绳重，从而实现了双数个通道的大载重摩擦提升，并在一定程度上减小了提升系统的应力波动值，提高了大载重下的超深度提升。具体具有如下优点：

1)通过改变配重以及平衡尾绳的单位绳重，能够在一定程度上减小提升系统运行过程中的应力波动值，延长了摩擦提升系统的使用寿命。

2)在不增加井道横截面积的前提下，能够实现两容器或四容器的提升与下放，增加了空间利用率，提升了工作效率。

3)在所运输的载重值一定的条件下，能够根据平衡绳重与配重的关系在保证波动应力最小的情况下，提高摩擦提升系统所能实现的最大提升高度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。