双滚筒联动缠绕式提升系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及矿井设备领域，具体涉及一种双滚筒联动缠绕式提升系统。


背景技术：

[0002]
现有提升系统有两种，一种是缠绕式，另一种是摩擦式。对于缠绕式而言，在深度大于1200m的超深井中，随着井深的增加，提升绳自身重量在提升载荷中的比例快速增加，提升的有效载荷越来越小提升系统的能效比越来越低。而对于摩擦式而言，其必须使用尾绳，当深度越深时尾绳也就越长，尾绳的自身重量也就越大，当矿井的深度大于1000m时，提升绳自身重量在提升载荷中的比例急剧增加，滚筒输出的转矩几乎全部用来承载尾绳重量，提升的有效载荷急剧减小，即能效比也非常低。因此，现有的提升系统均无法解决超深井提升系统中能效比低的问题。


技术实现要素：

[0003]
有鉴于此，本实用新型实施例期望提供一种双滚筒联动缠绕式提升系统能提高超深井提升系统中的能效比。
[0004]
为达到上述目的，本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：
[0005]
一种双滚筒联动缠绕式提升系统，所述系统包括第一提升滚筒和第二提升滚筒，所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒通过外圆周的啮合结构啮合联动或通过联动中间件联动；所述第一提升滚筒缠绕有第一提升绳，所述第二提升滚筒缠绕有第二提升绳，所述第一提升绳和第二提升绳相互不连接。
[0006]
上述方案中，所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒的轴向两端均对齐，并通过联动中间件联动；所述联动中间件可移动的安装于所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒之间的联动位置；所述联动中间件移出所述联动位置时，所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒脱离联动。
[0007]
上述方案中，所述联动中间件包括齿轮组，所述齿轮组由一个或一个以上的圆柱齿轮组成；所述第一提升滚筒至少在其一端的圆周上设置有与所述齿轮组中的圆柱齿轮啮合的齿，所述第二提升滚筒至少在其一端的圆周上设置有与所述齿轮组中的圆柱齿轮啮合的齿。
[0008]
上述方案中，所述齿轮组至少在所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒对应的一端包括两个相互啮合的圆柱齿轮，两个所述圆柱齿轮相对的一侧相互啮合，另一侧分别与所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒啮合。
[0009]
上述方案中，所述第一提升滚筒在其两端的圆周上均设置有与所述齿轮组中的圆柱齿轮啮合的齿，所述第二提升滚筒在其两端的圆周上均设置有与所述齿轮组中的圆柱齿轮啮合的齿；所述齿轮组在所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒的两端均包括两个相互啮合的圆柱齿轮，两个同一端的所述圆柱齿轮相对的一侧相互啮合、另一侧分别与所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒啮合。
[0010]
上述方案中，所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒均包括外转子永磁电机，所述外转子永磁电机转子的外壳为所述第一提升滚筒或所述第二提升滚筒的滚筒。
[0011]
上述方案中，所述系统还包括能分别控制所述第一提升滚筒的外转子永磁电机和所述第二提升滚筒的外转子永磁电机的电源装置，所述电源装置分别与所述第一提升滚筒的外转子永磁电机和所述第二提升滚筒的外转子永磁电机电连接。
[0012]
上述方案中，所述系统还包括控制系统运行的控制装置和监控提升容器位置的位置监控装置；所述控制装置安装于地面机房，所述位置监控装置安装于井架上；所述控制装置与所述电源装置和所述位置监控装置均电连接。
[0013]
上述方案中，所述系统还包括过卷保护装置，所述过卷保护装置安装于井架上，并与所述控制装置电连接。
[0014]
上述方案中，所述系统还包括制动装置，所述制动装置安装于所述第一提升滚筒和/或所述第二提升滚筒的一侧。
[0015]
本实用新型实施例的双滚筒联动缠绕式提升系统，包括第一提升滚筒和第二提升滚筒，所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒通过外圆周的啮合结构啮合联动或通过联动中间件联动；所述第一提升滚筒缠绕有第一提升绳，所述第二提升滚筒缠绕有第二提升绳，所述第一提升绳和第二提升绳相互不连接；可见，本实用新型实施例的双滚筒联动缠绕式提升系统，将两个提升滚筒联动，由于两个提升滚筒的受力方向相反，因此可以抵消两个提升容器的全部重量和大部分的提升绳自重，提高超深井提升系统中的能效比。
[0016]
本实用新型实施例的其他有益效果将在具体实施方式中结合具体技术方案进一步说明。
附图说明
[0017]
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要的说明。应当理解，下面描述的附图仅仅是本实用新型实施例的一部分附图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0018]
图1为本实用新型实施例提供的超深井双滚筒联动缠绕式提升系统的示意图；
[0019]
图2为本实用新型实施例提供的超深井双滚筒联动缠绕式提升系统的结构示意图；
[0020]
图3为本实用新型实施例提供的超深井双滚筒联动缠绕式提升系统中的联动中间件的示意图；
[0021]
图4为本实用新型实施例提供的超深井双滚筒联动缠绕式提升系统与常规非联动缠绕提升系统的载荷对比的示意图。
具体实施方式
[0022]
本实用新型实施例提供了一种双滚筒联动缠绕式提升系统，所述系统包括第一提升滚筒和第二提升滚筒，所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒通过外圆周的啮合结构啮合联动或通过联动中间件联动；所述第一提升滚筒缠绕有第一提升绳，所述第二提升滚筒缠绕有第二提升绳，所述第一提升绳和第二提升绳相互不连接。
[0023]
这里的提升滚筒是缠绕式滚筒；联动，是指转动的联动，即一个提升滚筒转动，另一个提升滚筒同步转动。为表述简洁，将所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒统称为提升滚筒。
[0024]
本实用新型实施例的双滚筒联动缠绕式提升系统，将两个提升滚筒联动，由于两个提升滚筒的受力方向相反，因此可以抵消两个提升容器的重量和大部分的提升绳自重，提高超深井提升系统中的能效比。
[0025]
在本实用新型的另一些实施例中，所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒的轴向两端均对齐，并通过联动中间件联动；所述联动中间件可移动的安装于所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒之间的联动位置；所述联动中间件移出所述联动位置时，所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒脱离联动。通过联动中间件联动，有两个方面的有益效果：
[0026]
一是可以方便的解除所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒的联动，即将联动中间件移出所述联动位置时，即可解除两者的联动，便于调整两个提升滚筒对应的提升容器的位置关系，即卸载点或装载点位置不对应时，快速方便的实现调绳，是更佳的实施方式。
[0027]
二是可以调节联动中间件的数量，进而控制提升滚筒的转动方向，是更佳的实施方式。因为根据提升绳从提升滚筒引出的方向，需要调整提升滚筒的转动方向，例如，参见图1，提升绳都是从提升滚筒上方引出的，因此联动中间件的数量是合适的，假如其中一个提升滚筒的提升绳从下方引出，即需要减少一个或增加一个联动中间件。
[0028]
在本实用新型的另一些实施例中，所述联动中间件包括齿轮组，所述齿轮组由一个或一个以上的圆柱齿轮组成；所述第一提升滚筒至少在其一端的圆周上设置有与所述齿轮组中的圆柱齿轮啮合的齿，所述第二提升滚筒至少在其一端的圆周上设置有与所述齿轮组中的圆柱齿轮啮合的齿。齿轮是一种刚性联动，这样，不会打滑等，联动的线速度更一致，无需经常调整提升容器的位置，是更佳的实施方式。
[0029]
在本实用新型的另一些实施例中，所述齿轮组至少在所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒对应的一端包括两个相互啮合的圆柱齿轮，两个所述圆柱齿轮相对的一侧相互啮合，另一侧分别与所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒啮合。两个圆柱齿轮，使第一提升滚筒和第二提升滚筒的转动方向相反，符合落地缠绕式提升系统的要求，是更佳的实施方式。
[0030]
在本实用新型的另一些实施例中，所述第一提升滚筒在其两端的圆周上均设置有与所述齿轮组中的圆柱齿轮啮合的齿，所述第二提升滚筒在其两端的圆周上均设置有与所述齿轮组中的圆柱齿轮啮合的齿；所述齿轮组在所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒的两端均包括两个相互啮合的圆柱齿轮，两个同一端的所述圆柱齿轮相对的一侧相互啮合，另一侧分别与所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒啮合。即齿轮组总共有四个圆柱齿轮，四个圆柱齿轮分别固定在两个轴上，同一个轴的两个齿轮分别在提升滚筒的两端，这样，所述提升滚筒两端的齿和齿轮组的啮合更稳定，受到的啮合反作用力更小，提高提升滚筒的齿和齿轮组的使用寿命，是更佳的实施方式。
[0031]
在本实用新型的另一些实施例中，所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒均包括外转子永磁电机，所述外转子永磁电机转子的外壳为所述第一提升滚筒或所述第二提升滚筒的滚筒。
[0032]
外转子永磁电机具有超低频启动、低速大扭矩运转等有益效果，并且转子也是滚
筒，因此无需更多的传动部件，且进一步降低启动功率，是更佳的实施方式。
[0033]
在本实用新型的另一些实施例中，所述系统还包括能分别控制所述第一提升滚筒的外转子永磁电机和所述第二提升滚筒的外转子永磁电机的电源装置，所述电源装置分别与所述第一提升滚筒的外转子永磁电机和所述第二提升滚筒的外转子永磁电机电连接。
[0034]
这样，可以通过所述电源装置的切换，可以控制提升系统根据不同情况，选择三种工作状态：1)只有第一提升滚筒主动转动，所述第二提升滚筒联动转动；2)只有第二提升滚筒主动转动，第一提升滚筒联动转动；3)第一提升滚筒和第二提升滚筒均主动转动，同时相互联动。这样可以根据负载情况，调整动力，更节能，同时，也减少驱动装置连续工作时间，使用寿命更长。
[0035]
在本实用新型的另一些实施例中，所述系统还包括控制系统运行的控制装置和监控提升容器位置的位置监控装置；所述控制装置安装于地面机房，所述位置监控装置安装于井架上；所述控制装置与所述电源装置和所述位置监控装置均电连接。这样，控制装置可以根据位置监控装置的位置，控制电源装置的通断，进而控制提升滚筒的运行，是更佳的实施方式。
[0036]
在本实用新型的另一些实施例中，所述系统还包括过卷保护装置，所述过卷保护装置安装于井架上，并与所述控制装置电连接。这样，可以避免提升过程中，因为提升容器的惯性，导致提升容器到达井口后继续上行，损坏井架等设施，是更佳的实施方式。
[0037]
在本实用新型的另一些实施例中，所述系统还包括制动装置，所述制动装置安装于所述第一提升滚筒和/或所述第二提升滚筒的一侧。这样，在提升过程中，除了每次在正常情况下装载点或卸载点的安全制动外，如果有因为故障等意外情况时，能通过制动装置制动，安全的停止系统运行，是更佳的实施方式。所述制动装置安装于所述第一提升滚筒和/或所述第二提升滚筒的一侧，是指所述制动装置可以在两个提升滚筒的一侧均安装，也可以只在其中任意一个提升滚筒的一侧安装，因为是联动的。
[0038]
为更清楚的了解本实用新型，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。并且，下面描述的实施例，仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术领域的普通技术人员，根据这些实施例，在不付出创造性劳动的前提下获得的所有其它实施例，均属于本实用新型保护的范围。
[0039]
本实施例提供了一种超深井双滚筒联动缠绕式提升系统，能够理解，其它深度的矿井也可以使用。
[0040]
如图1、2所示，所述系统包括第一提升滚筒10、第二提升滚筒20、联动中间件，第一提升绳101、第二提升绳201、电源装置40、控制装置50、位置监控装置、过卷保护装置70和制动装置80。
[0041]
其中，所述第一提升滚筒10和所述第二提升滚筒20通过联动中间件联动；所述第一提升滚筒10缠绕有第一提升绳101，所述第二提升滚筒20缠绕有第二提升绳201，所述第一提升绳101和第二提升绳201相互不连接。所述第一提升绳101和所述第二提升绳201下方均吊装有提升容器102，所述第一提升滚筒和所述第二提升滚筒均安装于滚筒底座105上
[0042]
其中，所述联动中间件可移动的安装于所述第一提升滚筒10和所述第二提升滚筒20之间的联动位置；所述联动中间件移出所述联动位置时，所述第一提升滚筒10和所述第
二提升滚筒20脱离联动。
[0043]
具体地，参见图3，联动中间件包括联动底座301和圆柱齿轮302，所述联动底座301安装于导轨303上，导轨303外侧设有液压缸304，所述液压缸304的活塞杆连接所述联动底座301，即通过所述液压缸304，可以实现联动中间件的平移，以解除第一提升滚筒10和第二提升滚筒20的联动。
[0044]
其中，所述联动中间件包括四个圆柱齿轮302，四个圆柱齿轮302分别安装在联动底座301的两根轴上，同一根轴上的两个圆柱齿轮分别在所述提升滚筒的两端；所述第一提升滚筒10和所述第二提升滚筒20均在其两端的圆周上设置有与所述圆柱齿轮啮合的齿。
[0045]
其中，所述第一提升滚筒10和所述第二提升滚筒20均包括外转子永磁电机，所述外转子永磁电机转子的外壳为所述第一提升滚筒或所述第二提升滚筒的滚筒。
[0046]
其中，所述系统还包括能分别控制所述第一提升滚筒10的外转子永磁电机和所述第二提升滚筒20的外转子永磁电机的电源装置40，所述电源装置40分别与所述第一提升滚筒10的外转子永磁电机和所述第二提升滚筒20的外转子永磁电机电连接。具体地，所述电源装置40通过电线401与外转子永磁电机电连接。
[0047]
其中，所述系统还包括控制系统运行的控制装置50和监控提升容器位置的位置监控装置；所述控制装置50安装于地面机房，所述位置监控装置安装于井架60上；所述控制装置50与所述电源装置40和所述位置监控装置均电连接。具体地，位置监控装置可以包括传感器(未在图中示出)，传感器可以在装载位置和卸载位置各装一个，还可以在其它需要的地方安装。
[0048]
其中，所述系统还包括过卷保护装置70，所述过卷保护装置70安装于井架60上，并与所述控制装置50电连接。如果提升容器因为惯性等原因，超过预先设置深度时，过卷保护装置70会自动启动。
[0049]
其中，所述系统还包括制动装置80，所述制动装置80安装于所述第一提升滚筒10和所述第二提升滚筒20的一侧。具体地，所述制动装置80可以与所述位置监控装置配合。例如，当提升容器到达装载位置或卸载位置时，传感器会将信号传回控制装置50，控制装置50指令制动装置80动作。
[0050]
具体地，两个提升滚筒的滚筒均设置有两个缠绕区域，每个缠绕区域缠绕一根提升绳，即所述第一提升绳101包括两根提升绳，两根提升绳平行布置，一端缠绕在第一提升滚筒10上，另一端绕过天轮103后，连接于提升容器，最终再连接在同一个提升容器的顶部。相比于单绳连接，两根提升绳可以有效减小深井提升中提升绳所受最大静张力，并可以减小提升绳直径与提升滚筒的直径。
[0051]
同理，所述第二提升绳201也包括两根提升绳，两根提升绳也平行布置，一端缠绕在第二提升滚筒20上，另一端绕过天轮203后，连接于提升容器，绕出绳方向与所述第一提升绳101在第一提升滚筒10的绕出方向相同。更具体地，工作时，第二提升滚筒20通电，第一提升滚筒10不通电，第二提升滚筒20转动时，将转矩通过联动中间件传递给第一提升滚筒10，由于两个提升滚筒通过联动中间件进行转矩传递，非常方便的实现了两个提升滚筒之间的同步联动，当所述第一提升绳101放绳时，所述第二提升绳201收绳，即可以实现两个提升容器同时在井中，即一个装载，一个卸载，可以提升超深井提升系统的工作效率。
[0052]
更重要的是，在提升过程中，通过联动中间件连接两个提升滚筒，两个提升滚筒转
动方向相反，绕出绳方向相同，根据逆时针转矩和顺时针转矩可相互抵消的原理，分别缠绕在两个提升滚筒上的提升容器和部分提升绳的自重可相互抵消，大大减少了提升滚筒所承受的载荷，使提升系统在每次循环过程中所耗电量几乎全部转化为提升的有效载荷，节能效果非常显著。
[0053]
能够理解，上述工作过程，也可以是：第一提升滚筒10通电，第二提升滚筒20不通电，得到的节能效果是一样的。
[0054]
具体地，图2中示出的悬挂装置为安装在提升容器上的，使提升容器在提升过程中更平衡。
[0055]
为了更好地理解上述通过将两个提升滚筒联动，而抵消提升容器和大部分提升绳自重的情况，下面举例说明，可参考图4，假设提升容器的质量为m＝40t，提升物料的质量为m1＝40t；提升绳单位长度的质量为ρ＝10kg/m；提升最大高度为l＝1500m；重力加速度g取9.8m/s2，一次完整的下放和上提时间周期为2t。当提升滚筒单独工作，不通过联动中间件联动时，提升机提升载荷最小为(m+m1)g，提升载荷最大为(m+m1)g+2ρgl；当两个提升滚筒采用联动中间件进行联动时，两个提升容器的质量被平衡掉，在运行过程中提升载荷最小为m1 g，最大为m1 g+2ρgl。计算结果表明：不联动时，单个提升滚筒承受的载荷最小为784kn，联动中间件联动时，整个提升系统承受的最大载荷为686kn，即联动时，整个系统所受最大载荷甚至都小于不联动时单个提升滚筒所受的最小提升载荷。
[0056]
进一步地，超深井双滚筒联动缠绕式提升系统在工作时，可以有两种工作状态，一种是其中一个提升滚筒主动转动，另一个被联动转动，即一个提升滚筒通电，另一个提升滚筒不通电，但处于待电状态，可随时进入工作转态，或者说一个主用，一个热备。另一种状态是两个提升滚筒均主动转动，即两个提升滚筒均通电，即均为主用，两种工作状态可随时切换。如果正在通电的提升滚筒发生故障时，可以切断其电源，转为热备，接通另一台热备的提升滚筒产生扭矩，转为主用。这样，保证提升系统不会因为其中一个提升滚筒的故障而停止工作，使提升系统工作效率更高。
[0057]
这里，热备是与冷备相对应的一个技术术语，是指与目标设备共同运转，当目标设备发生故障或停机时，热备设备立即承担起故障设备的工作任务，而冷备是指当目标设备发生故障或停机后，冷备设备才开始有停机等待状态进入启动运转状态，并承担故障设备的工作任务。
[0058]
还有，两个提升滚筒在长时间的运行后，可能会使两个提升容器的位置不匹配，例如一个提升容器到达装载点时，另一个提升容器可能并未到达卸载点，可通过调节联动中间件位置实现对两个提升容器的单独调绳，这时通过制动装置将提升机制动，停止其运行。液压站90向液压缸供油，推动活塞杆动作使支撑座在导轨上移动，进而带动联动中间件脱离与提升滚筒的啮合。之后再启动两个提升滚筒，调节各自的提升容器到达指定位置。最后，再次利用液压缸推动联动中间件回到之前的联动位置。这样，极其方便快速的实现两个提升滚筒的调绳。
[0059]
本实施例的超深井双滚筒联动缠绕式提升系统，由于提升滚筒是永磁电机驱动的，可以实现提升系统的低频平稳启动，且启动时，转矩大，功率小，转矩平稳，保证了提升机在重载下平稳可靠的启动，解决了异步电动机在启动时转矩小，依靠过载启动的问题，避免了异步电机启动时常常选择大功率的电机启动方法，出现“大马拉小车”的现象。
[0060]
为了更好地理解，下面举例说明，例如，假设某矿井提升高度为1200m，提升容器均由两根提升绳连接，提升绳单位质量6.8kg/m，提升速度为3m/s，提升容器质量为30t，滚筒直径为5m，假设提升物料分别为10t，20t，30t，40t时，分别计算采用本实用新型实施例中的超深井双滚筒联动缠绕式提升系统和普通的非联动异步电机提升系统的方式启动所需的功率，异步电机转速为348r/min。
[0061]
非联动异步电机启动功率：
[0062][0063]
其中c为异步电机电流影响因素，取值2；ne为异步电动机转速；md为电动机拖动力矩；i为减速器传动比；d为卷筒直径；f为提升绳端最大静张力；η为传动效率，其值为0.92；公式中系数的取值可以通过电机设计方面的标准查到。
[0064]
超深井双滚筒联动缠绕式提升系统启动功率：
[0065][0066]
其中，c为永磁电机低频启动电流影响因素1.6；k为电动机富裕系数1.1；η为传动效率，永磁电机为1；v为提升速度；ρ为电机加减速时发热等影响系数，取1；同理，公式中系数的取值可以通过电机设计方面的标准查到。
[0067]
通过公式(1)、(2)计算，对比其启动功率，得到下面表1中的数据，充分说明本实用新型实施例中的超深井双滚筒联动缠绕式提升系统的启动功率更小，启动更平稳。具体地，所述提升绳为钢丝绳。
[0068][0069]
进一步地，整个提升过程可通过在控制装置50中进行监控，控制装置50连接有电源装置40、液压站90和上位机501。控制装置50具有监视、记录整个提升系统的工作状态及运行实时数据，系统报表的生成、存储、打印以及电源系统的配置。配置包括：高压配电系统、低压配电系统等；控制装置50设有监视器，监视器可以显示；闸系统、井筒开关状态，提升滚筒转动速度，提升容器位置，电机电流，动态曲线等。
[0070]
进一步的，在电源装置40旁设置变频部件，在电机启动时，降低频率，低速启动，本实施例的超深井双滚筒联动缠绕式提升系统的启动功率，同样比普通异步电机的提升系统的启动功率小很多。
[0071]
所述液压站90，用于给液压缸304提供液压动力。
[0072]
在本实用新型实施例记载中，除非另有说明和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0073]
本实用新型实施例中如有涉及的术语“第一\第二\第三”，仅是区别类似的对象，
不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。
[0074]
应理解，说明书通篇中提到的“一实施例”或“一些实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一实施例中”或“在一些实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本实用新型的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本实用新型实施例的实施过程构成任何限定。上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0075]
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。