矿井提升设备

矿井提升设备概述

矿井提升设备是沿井筒提升煤炭、矸石．升降人员和设备，下放材料的大型机械设备。它是矿山井下生产系统和地面工业广场相联接的枢纽，是矿山运输的咽喉。因此，矿井提升设备在矿山生产的全过程中占有极其重要的地位。

随着科学技术的发展及生产的机械化和集中化，目前，世界上经济比较发达的一些国家．提升机的运行速度已达20～25m／s，一次提升量达到50t，电动机容量巳超过10000kw，其安全可靠性尤为突出。在矿井生产过程中，如果提升设备出了故障，必然会造成停产。轻者，影响煤炭产量；重者，则会危及人身安全。

此外，矿井提升设备是一大型的综合机械-电气设备，其成本和耗电量比较高，所以，在新矿井的设计和老矿井的改建设计中，确定合理的提升系统时，必须经过多方面的技术经济比较，结合矿井的具体条件，保证提升设备在选型和运转两个方面都是合理的，即要求矿井提升设备具有经济性。

矿井提升设备的主要组成部分是：提升容器、提升钢丝绳、提升机(包括拖动控制系统)、井架(或井塔)、天轮及装卸载设备等。

由于井筒条件(竖井或斜井)及选用的提升容器和提升机类型的不同，可组成各有特点的矿井提升系统。较常见的提升系统有：

(1)竖井单绳缠绕式箕斗提升系统；

(2)竖井单绳缠绕式罐笼提升系统；

(3)竖井多绳摩擦式箕斗提升系统；

(4)竖井多绳摩擦式罐笼提升系统；

(5)斜井箕斗提升系统；

(6)斜井串车提升系统。

图0-1所示是单绳缠绕式箕斗提升系统示意图。处在井底车场的重矿车，由推车机推人翻车机8(也称翻笼)，把矿车内煤炭卸入井底煤仓，再经装载设备11把煤炭装入主井底的箕斗内。与此同时，已提至井口卸载位置的重箕斗，通过井架上的卸载曲轨的作用，箕斗底部的闸门开启，把煤炭卸人地面煤仓6。处在井上、井下的两箕斗分别通过接装置与两根提升钢丝绳7相连接，两根提升钢丝绳7的另一端则绕过安装在井架3上的天轮2，以相反的方向固接在提升机卷筒l上。启动提升机，一根钢丝绳向卷筒上缠绕，使井底重箕斗向上运动；与此同时，另一根钢丝绳自卷筒上松放，使井口轻箕斗向下运动，从而完成了提升煤炭的任务。

图0-2所示是多绳摩擦式罐笼提升系统示意圈。多绳摩擦轮1安装在提升井塔上，主绳8搭放在摩擦轮l上，其两端通过连接装置分别与处于井口和井底的两个罐笼3，7连接，两罐笼底部通过尾绳环与尾绳6连接。当启动摩擦轮时，重载罐笼3被提升到井口上车场(图示位置)，重矿车4被推车机推出罐笼，经翻车机5卸载后，煤炭由胶带输送机运出。当升降人员或设备时，可在井口下车场进、出罐笼或装卸物料。

图0-3所示是斜井箕斗提升系统示意图。

与竖井单绳缠绕式提升系统相似，在井底车场设有翻车机1和井底煤仓2，地面也设有卸载设备7和地面煤仓8。

当年产量和井筒倾角较小时，可采用串车提升。

图0－1 单绳缠绕式箕斗系统示意图

1－提升机；２－天轮；３－井架；４－箕斗；５－卸载曲轨；６－地面煤仓；

７－提升钢丝绳；８－翻车机（也称翻笼）；９－井底煤仓；10－给煤机；11－装载设备

图0－2多绳摩擦式罐笼提升系统示意图

1— 摩擦轮；2—导向轮；3—罐笼；4—矿车；5—翻车机；

2— 6—尾绳；7—罐笼；8—主绳；9—摇台

图0-3 斜井箕斗提升系统示意图

1—翻笼硐室；2—装载仓； 3—装载闸门；4—箕斗；5—井筒；6—井架栈桥；

7—卸载曲轨； 8—卸载仓；9—天轮；10—提升机

矿井提升机

［内容提要］矿井提升机是矿井提升设备的主导设备，又是目前应用最为广泛的提升机械，因此学好这一章是学好其他章节的基础。本章应重点掌握： ( 1 ）不同类型提升机的工作原理、型号、适用范围； ( 2 ）提升机主要部件的结构，工作原理及维护要点； ( 3 ）矿井提升机的选型计算和制动力矩的计算。

根据矿井提升机工作原理和结构的不同，可分为如下类型：

单卷筒

单绳缠绕

缠绕提升机

可分离单卷筒 双卷筒 摩擦提升机

单绳缠绕式提升机是较早出现的一种，它工作可靠，结构简单，但仅适用于浅井及中等深度的矿井，且终端载荷不能太大。对于深井且终端载荷较大时，提升钢丝绳和提升机卷筒的直径很大，从而造成体积庞大，重力猛增，使得提升钢丝绳和提升机在制造、运输和使用上都有诸多不便。因此，在一定程度上限制了单绳缠绕式提升机在深井条件下的使用。

摩擦提升机的出现及其发展，在一定程度上解决了单绳缠绕式提升机在深井条件下所出现的问题。但是，事物总是一分为二的。摩擦提升一般均采用尾绳平衡，以减小两端张力差，提高运行的可靠性。因此，在容器与提升钢丝绳连接处的钢丝绳断面上，静应力将随容器的位置变化而变化。当容器位于井口卸载位置时，尾绳的全部重力及容器的重力均作用在该断面上；当容器抵达井底装载位置前，该断面仅承受容器的重力。也就是说，在整个提升过程中，与容器连接处的提升钢丝绳断面中要承受一个幅值为。σj =qH / S0的静应力变化（ q 为尾绳每米重力， N / m ; H 为提升高度， m ; S0为提升钢丝绳横截面积，cm2 ）。

一些国家的使用经验证明，为了保证提升钢丝绳的必要使用寿命，在提升钢丝绳任意断面处的应力波动值一般不应大于165 N / mm2 ，否则会影响其使用寿命。

由此可知，矿井越深，静应力的波动值越大，其许用极限值为σj =165N / mm2，因此，摩擦提升在深井的使用亦受到一定的限制。

而缠绕式提升机一般不设平衡尾绳，故在提升钢丝绳与容器连接处断面的应力波动值要比摩擦提升小，为此， Robert Blair 设计了一种多绳缠绕式提升机，称为布雷尔式提升机。多绳缠绕式提升机的工作原理与单绳缠绕式相同，不同的是，几根提升钢丝绳同时缠绕在一个分段的卷筒上，它属于多绳多层缠绕式，主要用于深井和超深井中，其工作原理如图所示。

图 1 一 1 双绳布雷尔式提升机工作原理图

1——卷筒；2——卷筒；3——联接轴： 4——减速器； 5 ——电动机； 6 , 7 ——提升钢丝绳；8——井架； 9 ——天轮； 10 , 11 ― 平衡轮； 12 , 13——容器

第一节缠绕式提升机

单绳缠绕式提升机是较早出现的一种提升机，如图0——1所示。其工作原理是：将两根提升钢丝绳的一端以相反的方向分别缠绕并固定在提升机的两个卷筒上，另一端绕过井架上的天轮分别与两个提升容器连接。这样，通过电动机改变卷筒的转动方向，可将提升钢丝绳分别在两个卷筒上缠绕和松放，以达到提升或下放容器，完成提升任务的目的。目前，单绳缠绕式提升机在我国矿山中使用较为普遍。

单绳缠绕式提升机是一种圆柱形卷筒提升机，根据卷筒的数目不同，可分为双卷筒和单卷筒两种。

双卷筒提升机的两个卷筒在与轴的连接方式上有所不同，其中一个卷筒通过楔键或热装与主轴固接在一起，称为固定卷筒，又称为死卷筒；另一个卷筒滑装在主轴上，通过离合器与主轴连接，故称之为游动卷简，又称为活卷筒。采用这种结构的目的是考虑到在矿井生产过程中提升钢丝绳在终端载荷作用下产生弹性伸长，或在多水平提升中提升水平的转换，需要两个卷筒之间能够相对转动，以调节绳长，使得两个容器分别对准井口和井底水平。

单卷筒提升机只有一个卷筒，一般仅用作单钩提升。如果单卷筒提升机用作双钩提升，则要在一个卷筒上固定两根缠绕方向相反的提升钢丝绳。提升机运行时，一根钢丝绳向卷筒 上缠绕，同时，另一根钢丝绳自卷筒上松放。其优点是：卷筒容绳表面得到了充分的利用，从而使得提升机的体积和重力较小。其缺点是：用作双钩提升时，两个容器分别在井口和井底水平的位置不易调整。为了解决这一问题，把单卷筒制成可以分离的两个部分：一部分与轴固接（这部分相当于双卷筒的死卷筒）；另一部分通过离合器与轴连接（相当于双卷筒的活卷筒），因而称这种提升机为可分离式单卷筒提升机。由于这种提升机只有一个卷筒，容绳量小，适用于提升能力较小的场合（如产量较小的斜井或井下采区上、下山等）。

国产单绳缠绕式提升机有JT和JK两个系列。 JT 系列提升机卷筒直径为

800~1600

mm ，其规格列于附表11中，主要用于井下运输提升工作；JK系列提升机卷筒直径为 2~5 m ，其规格列于附表 12 中，主要用于地面井口提升工作。

第二节提升机的主要结构及其作用

一、主轴装置提升机的主轴装置包括卷筒、主轴、主轴承，在双卷筒提升机（或可分离式单卷筒提升机）中还包括有调绳离合器。图3一 2 所示为 JK 系列双筒提升机主轴装置结构简图。

由图3 一 2可知，固定卷筒的右轮毂用切向键固定在主轴上，左轮毂滑装在主轴上，其上装有润滑油杯，应定期向油杯加润滑油，以免轮毂和主轴表面磨损。游动卷筒的右轮毂经轴套滑装在主轴上，也装有润滑杯，保证润滑。轴套的作用是保护主轴和轮毂，避免在调绳时轴和轮毂磨损。左轮毂用切向键固定在轴上并经调绳离合器与卷筒连接。卷筒为焊接结构，其特点是筒壳下没有其他（如支环和斜撑等）支撑结构，两侧轮辐（支轮）是由钢板制成的，开有若干人孔。这种筒壳支撑结构的弹性比铸造支轮好，可以在一定范围内降低筒壳的局部应力。筒壳和支轮的材料过去主要用普通3号钢板，为了提高强度，目前多使用16Mn 钢板。筒壳外边一般均设有木衬。在单层缠绕时，木衬上车有螺旋绳槽，以使钢丝绳规则地排列，并减少钢丝绳的磨损。木衬的厚度应不小于2倍钢丝绳直径，通常宽在100mm 左右；木衬用柞木、水曲柳或榆木等木材制作。装配木衬时，应尽可能与筒壳接触良好，否则会造成应力分布不均。木衬在使用磨损后应及时更换，不然也会明显地影响到钢丝绳的使用寿命。

由于过去生产的卷筒壳多为薄壳焊接结构，筒壳开裂现象时有发生，加之木衬更换颇费工时。最近洛阳矿山机械研究所设计了厚壳卷筒，并在筒上直接加工绳槽，已在一些矿山中使用。在多层缠绕情况下《 煤矿安全规程 》规定：卷筒必须设有带绳槽的衬垫。但是，并没有规定绳槽的形式。目前，我国采用螺旋绳槽或圆环形直槽，有一些文献则推荐直槽，但是到底哪种绳槽较好，需要进一步试验研究。

二、调绳离合器

离合器的作用是使活卷筒与主轴联接或脱开，以便在调节绳长或更换水平时，能调节两个容器的相对位置。

调绳离合器可分为三种类型：齿轮离合器、摩擦离合器和蜗轮蜗杆离合器．应用较多的是齿轮离合器

图3一3 (a）所示为JK系列提升机调绳离合机构示意图，采用齿轮离合器，液压控制。活卷筒的左轮毂 3 通过键 2 与主轴 1 相联，在活卷筒左支轮上沿圆周的三个孔中，放人调绳油缸 4 ，调绳油缸的另一端插在齿轮 6 的孔中。这样，当齿轮 6 与固定在卷筒轮辐 9 上的内齿轮8相啮合时，调绳油缸便相当于三个销子将3与6连接在一起，传递力矩。

调绳油缸的左端盖连同缸体一起用螺钉固定在齿轮6上，而齿轮6则滑装在活卷筒的左轮毂上。活塞通过活塞杆和右端盖一起固定在轮毂上。因此，当压力油进入油缸时，活塞不动，缸体沿缸套移动，当油缸左腔接压力油，右腔接回油池时，缸体便在压力油作用下，连同齿轮6一起向左移动，使齿轮 6 与内齿圈脱离啮合，活卷筒与主轴脱开。与此相反，当向右腔供压力油而左腔回油时，离合器接合，活卷筒与主轴连接。调绳离合器在提升机正常工作时，左右腔均无压力油。

当齿轮6向左移动与内齿轮8脱开后，主轴带动死卷筒旋转时，轮毂3便与安装在内齿轮上的尼龙瓦 7作相对运动，所以，在打开离合器之前，应扭动油杯，以便将油脂压入尼龙瓦。

调绳离合器的液压控制系统如图3一3 (b）所示。联锁阀的阀体4固定在齿轮的侧面，阀中的活塞销2靠弹簧5的作用牢牢地插在轮毂 1 的凹槽中，以防止提升机在运转中因震动等原因使齿轮脱出，造成事故。

洛阳矿山研究所设计了动作更为方便的径向动作调绳离合器，它的结构简图如图3一4所示，轴线以上表示离合器脱开位置，轴线以下表示离合器合上位置。

三、减速器

根据提升速度的要求，提升机主轴的转速一般为 40 ~60r / min ，而拖动提升机的交流电机转速通常在 290~980r/min 的范围内，因此，除采用低速直流电机拖动外，不能把电机与主轴直联，必须通过减速器。

JK型提升机采用圆弧齿轮减速器，其速比为 11.5, 20 , 30 。型号为ZHL一115 , ZHLR一130 , ZHLR一150 , ZHLR一170 等。符号意义是：Z为圆柱，H为圆弧齿，L为两级减速，R为

图3-3(a) 轴向移动齿轮离合器

1- 主轴；2-键；3-轮毂；4-油缸；5-椽胶缓冲垫；6-齿轮；7-尼龙瓦；8-内齿轮；9-卷筒轮辐；10-油管；11-轴承座；12-密封头；13-闭锁阀

图3-3(b) 调绳离合器简图

1-轮毂；2-活塞销；3-O型密封圈；4-阀体；5-弹簧；6-缸体;7-活塞杆；8-活塞；9-缸套；10-橡胶缓冲垫；11-齿轮；12-尼龙瓦；13-内齿轮；14-主轴；15-空心管；l6-空心轴；17-轴套，18-密封体；19-钢球；20-弹簧

图3-4径向动作式调绳离舍器

1-联锁阀；2-油缸装置；3-卡箍；4-拨动环；5-连板

6-盖板； 7-齿块体；8-内齿圈； 9-移动毂

人字齿，数字115、170代表中心距。直径 3.5m 以上的提升机可以采用双机拖动，其相应的减速器型号为ZHD2R一180及ZD一 x200型，这两种减速器都具有双端输出轴。

减速器的低速轴用齿轮联轴器与主轴相联，高速轴用弹性联轴器与电机轴相联。

在多绳摩擦提升机及JK系列矿用提升机中，有采用共轴减速器的。这种减速器的入轴和出轴在同一中心线上，功率为两路传递，在中间齿轮的轮缘和轮毂间设有弹簧，用以消除由于齿轮加工误差引起的负荷分配不均，并减少减速器在起动和停止时的冲击负荷。这种减速器如加工制造精度达到要求，装配得当，则齿轮受力较小，布置较为合理。在塔式多绳摩擦提升机上，为了减少提升机运转时对井塔的震动冲击，将减速器放在减震的弹簧基础上。

为了使减速器质量和结构尺寸较小，在起重运输机械及矿井提升机中，已开始采用行星齿轮减速器，这种减速器体积小，重量轻，传动效率高。

四、制动装置

制动装置由制动器（也称闸）和传动系统组成。制动器按结构形式分为盘闸及块闸。传动系统控制并调节制动力矩。按传动能源分为油压、气压或弹簧制动装置。JK系列提升机采用油压盘闸制动系统，旧型KJ系列采用油压和气压块闸制动系统。从提升机发展趋势看，块闸制动系统已逐渐淘汰，完全被盘闸制动系统所替代。

（一） 制动器的作用和对制动装置的要求

制动器的作用有四个：

( l )在提升机正常操作中，参与提升机的速度控制，在提升终了时可靠地闸住提升机，即通常所说的工作制动；

( 2 ）当发生紧急事故时，能迅速地按要求减速，制动提升机，以防止事故的扩大，即安全制动；

( 3 ）在减速阶段参与提升机的速度控制；

( 4 ）对于双卷筒提升机，在调节绳长、更换水平及换钢丝绳时，应能分别闸住提升机活卷筒及死卷筒，以便主轴带动死卷筒一起旋转时活卷筒闸住不动（或锁住不动）。 目前，我国生产的矿井提升机采用盘闸制动系统，它与块闸制动系统相比较，其主要优点是重量小，结构紧凑，动作灵敏，安全性好。

盘闸制动系统包括两部分，即盘闸制动器和液压站。

（二）盘闸制动器

盘闸制动器的制动力矩是闸瓦沿轴向压制动盘时产生的摩擦力矩。为了使制动盘不产生附加变形，主轴不承受附加轴向力，盘闸都成对使用，每一对叫做一副制动器。依所要求的制动力矩大小不同，每一台提升机上可以同时布置不同副数的制动器。

图3一5所示为制动油缸的简图，油缸3内装有活塞5、柱塞11、调整螺栓6、碟形弹簧4等零件，筒体9能在支座内孔往复移动，闸瓦14用铜螺钉或燕尾槽等形式固定在衬板13上。

制动力靠碟形弹簧产生，松闸靠油压。当压力油充人油缸，推动活塞压缩碟形弹簧，并带动调整螺栓6、螺钉7及柱塞 11右移时，筒体和闸瓦在回复弹簧16和螺栓17的作用下一起右移，闸瓦离开制动盘，呈松闸状态。当油缸内油压降低，碟形弹簧回复其压缩变形，推动活塞5向左移动，同时带动调整螺栓6，螺钉7，柱塞11推动筒体左移，使闸瓦压向制动盘，达到制动的目的。

图3-5 制动油缸结构图

1-垫板；2-支座；3-油缸；4-碟形弹簧；5-活塞；6-调整螺栓；7-螺钉；8-盖；9-筒体；10-密封圈；11-柱塞；12-销子；13-村板；14-闸瓦；15-放气螺钉；16-回复弹簧17-螺栓；18-垫；19-螺母；20-塞头；21-垫片

闸瓦压向制动盘的正压力大小取决于油缸内的压力，当缸内压力为最小值时（一般不等于零，有残压），弹簧力几乎全部作用在活塞上，呈全制动状态。反之，当工作油压为系统最大油压时，机器全松闸。

螺钉15 ( C一C 截面）是放空气用的，第一次向制动油缸充油之前，或使用一段时间之后，应把排气螺钉拧松并将油缸内空气排尽，以免影响制动缸的正常工作。

塞头 20 (C 一C截面）是排油用的，在使用过程中，油缸有可能微量渗油，需定期将塞头拧开排油，应避免渗油污染闸瓦及制动盘。为了改进密封情况，制造厂也设计生产了碟簧前置、活塞后置的制动器。进一步改善了盘式制动器的性能。

（三）液压站

制动器的液压控制系统是同提升机的拖动类型、自动化程度相配合的。在直流拖动自动化程度较高的系统中，由于调速性能好，机械闸一般只是在提升终了时起定车作用。在交流拖动系统中，机械闸还要参与提升机的速度控制，因此，要求制动力能在较宽的范围内进行调节。图3一6所示是ZJK型提升机液压站液压系统图，该液压站主要用于交流拖动系统中，其具体作用有三：

( l ）按实际提升操作的需要，产生不同的工作油压，调节、控制盘闸的制动力矩，从而实现工作制动；

( 2 ）安全制动时能迅速自动回油，并实现二级制动；

( 3

）根据多水平提升换水平的需要以及钢丝绳伸长后调绳的需要，控制双筒提升机活

卷筒的调绳离合器，同时闸住活卷筒。

图3-6 2JK型提升机液压站液压系统图

1-油箱；2-电接触压力温度计；3-网式滤油器；4-电动机；5-叶片泵；

6-电液调压装置；7-溢流阀；8-纸质滤油器；9-手动换向阀；10-压力表；11-二级制动安全阀；12-压力继电器；13-五通阀；14-四通阀

JK 型提升机液压站有两套油泵，一套工作，一套备用。在提升机工作时，电动机4带动叶片泵5连续运转，叶片泵产生的压力经纸质滤油器8、手动换向阀9送入二级制动安全阀11，在正常工作时二级制动安全阀有电，压力油通过安全阀送入A、B管，分别送入死卷筒及活卷筒制动缸。工作油压的调节则由并联油路的电液调压装置及溢流阀相互配合进行。若安全阀电磁铁断电，压力油将不能进入制动油缸，制动油缸则与回油管相通，处于制动状态。

工作制动力矩的调节由电液调压装置（电液阀与溢流阀的联合体）实现，其结构如图3一7 所示。由油泵产生的压力油从K管进入C腔，另一路经节流阀13进人G腔到D腔。滑阀向上移动离开阀座，使滑阀与阀座间的间隙加大，经回油管流人油箱的流量增加，于是C腔压力相应下降，滑阀处于新的平衡位置，K管压力保持某一定值。当D腔压力大于C腔压力时，滑阀向下移动使其与阀座的开口度减小，于是K管处于压力上升状态，滑阀又重新处于平衡状态。总之，在调压过程中，溢流阀的滑阀跟随D腔内压力的变化经常处于上下运动状态，其平衡状态是暂时的、相对的。

D腔内压力受电液阀的控制。电液阀是一个电气机械转换器，它将输人的电讯号转变

图3-7电液调压装置

1-固定螺钉；2-十字弹簧；3-动线圈；4-永久磁铁；5-控制杆；6-喷头，7-中孔螺母；8-导阀；9-调压螺栓，10-定压弹簧；11-辅助弹簧；12-滑阀；13-节流阀；14-滤芯

成机械位移。从图中可以看到，控制杆5悬挂在十字弹簧2上，在控制杆上还固定一个可动线圈3，当司机操纵控制手柄向可动线圈送入直流信号后，可动线圈便在永久磁铁4作用下产生位移，此位移的大小决定于输入信号的数值。在输入信号达最大值时，控制杆的挡板与喷嘴间的距离最小，此时G腔内压力达最大值；若电流减小，控制杆就相应离开喷嘴一定距离，G腔内油位也相应下降。由于G腔与D腔连通，所以G腔的压力亦随D腔的压力变化。

综上所述，调压过程可归纳为：

制动手柄角位移→自整角机电压变化→动线圈电流变化→挡板位移→G腔及D腔压力变化→溢流滑阀位移→K管压力变化→制动油缸压力变化。

本系统在安全制动时，可以实现二级制动。二级制动的好处是既能快速、平稳地闸住提升机，又不致使提升机减速度过大。盘闸制动器分成两组，分别与液压站的A 管、B管相连。安全制动时，二级制动安全阀断电，与A管相联的制动器通过安全阀直接回油，很快抱闸，所产生的力矩为最大力矩之半，提升速度下降。同时与B

管相联的制动器则通过安全阀的

节流阀以较缓慢的速度回油，产生第二级制动力矩。二级制动力矩特性可以通过调节安全阀的节流杆来改变。

在双卷筒提升机液压站中，还设置了五通阀、四通阀。五通阀的作用是使活卷筒的制动器与调绳装置闭锁。在进行调绳工作时，五通阀通电，活卷筒制动缸通过五通阀回油，活卷筒处于制动状态。四通阀的作用是控制调绳离合器。当四通阀断电（五通阀通电）时，离合器“打开”；四通阀通电时离合器“合上”。

五、矿井提升机深度指示器

深度指示器是矿井提升机的重要保护检测装置之一，它的作用是：

( 1 ）向司机指示提升容器在井筒中的运行位置；

( 2 ）容器接近井口停车位置时发出减速信号；

( 3 ）当提升容器过卷时，推动装在深度指示器上的终点开关，切断安全保护回路，进行安全制动；

( 4 ）减速阶段，通过限速装置进行过速保护。

深度指示器的类型较多，根据其动作原理可分为机械式、机械电气混合式及数字式等。 我国生产的提升机主要采用机械牌坊式深度指示器及圆盘式深度指示器。牌坊式深度指示器指示清楚，工作可靠，缺点是体积大，指示精度不高，不便于实现提升机远距离控制。 圆盘式深度指示器由两部分组成，即传动装置（发送部分）和深度指示盘（接收部分）。图3一8所示为圆盘式深度指示器传动装置简图。

图3-8深度指示器传动装置

1-传动轴；2-更换齿轮对；3-蜗轮；4-蜗杆；5-增速齿轮对；6-发送自整角机；7-限速凸轮板；8-限速变阻器；9-机座；10-滚轮；11-撞抉；12-减速开关；13-过卷开关；14-后限速圆盘；15-限速自整角机；16-前限速圆盘；17-摩擦离合器；

传动轴 1 经过法兰盘与减速器低速轴相联，通

过更换齿轮对2，蜗轮蜗杆3、4，增速齿轮对5，

将主轴的旋转运动传动到发送自整角机6。而另

一接收自整角机装在司机台上，跟随发送自整角

机随主轴旋转的信号，指示容器的位置。其工作

原理如图3一9所示。发送自整角机的激磁绕组

（C1C2）与接收自整角机的激磁绕组（C1/C2/）

接在同一交流电源上。同步绕组（P1P2P3及

///P1P2P3）也相互连接。θ1θ2分别表示发送自整

角机、接收自整角机同步绕组与激磁绕组轴线间

的夹角，这两个夹角的差值θ=θ1-θ2称为失调

图3-9 圆盘深度指示器的工作原理 角，当失调角等于零时，两个角机每相感应的电势

相等，这时电路中电流为零，转子不产生转矩。当

θ1与θ2有差值时（即发送机随提升机旋转时），因在同步绕组中电势不等而有电流流通，这时接收自整角机的转子中产生转矩，使接收自整角机的转子随发送机一起转动，保持同步联系，带动圆盘深度指示器的指针跟踪提升机主轴旋转，指示容器在井筒中的位置。

图3一8中的更换齿轮对2可以根据不同的提升高度进行选配，以确保在每一提升过程中深度指示圆盘的转角在一定范围内。在后限速圆盘14上还装有撞块11，当提升到达减速点时，撞块11触动减速开关12，并使车铃发出声响信号。同时，装在限速圆盘上的限速凸轮板7开始挤压滚轮10、带动给定（限速用）自整角机15转动，给出给定速度，以便与实际速度比较，进行电气限速保护。13为过卷开关。

限速凸轮板的形状按减速阶段给定速度的要求绘制。

深度指示圆盘装在操纵台上，其具体结构如图3一10所示。当发送自整角机经同步联系

图3-10深度指示盘

1-指示圆盘；2-玻璃罩；3-精针；4-粗针；5-接收自整角机；6-齿轮对；7-轴；8-轴

带动接收自整角机时，接收自整角机将经过三对齿轮减速带动粗针4转动，进行粗针指示。 由于粗针在一次提升中仅转动253～350 ，所以粗针指示的位置是粗略的。为了精确指示容器的位置，由接收自整角机经过一对减速齿轮带动精针2进行精针指示。由于精针转动角度较大，故能较精确地指示出提升容器在接近井口时的位置。 00

六、提升机拖动与控制原理

（1）拖动装置

提升机的拖动装置共有两种：交流拖动装置和直流拖动装置。

目前我国广泛采用的是交流拖动装置。为了能够利用外接电阻调速，必须使用交流绕线型感应电动机。调速时，将产生附加电能损失。由于交流电动机外接电阻运转时，电动机的人工特性曲线过陡(见本章图8—2)，低速运转时稳定性较差。目前由于换向器容量的影响,交流单机拖动装置的容量限制在1000 kW以下。矿井提升机所需功率超过1000 kW时，若仍想采用交流拖动装置，可以使用双机拖动。交流拖动装置也有不少优点：系统比较简单、设备价格较低和使用经验比较成熟等。

由于采用了安全可靠的电气动力制动、低频拖动制动以及微机拖动等措施，交流拖动装置控制系统的安全性及自动化程度均有大幅度的提高。

在直流拖动装置中，采用它激直流电动机拖动提升机。调速时，应改变它激直流电动机的电枢电压。由于矿井都采用交流电源，所以要增设变流设备，或者采用价格昂贵的变流机组，或者采用可控硅整流设备。若采用变流机组，需要增设两个和电动机容量相仿的大型电机。采用可控硅整流的直流拖动提升设备是有发展前途的。

直流拖动装置与交流拖动装置相比较的主要优点是：调速时无附加电能损失，低速调速性能好，易于实现自动化。

若提升机所需拖动装置的容量超过1000 kW，应尽量采用直流拖动装置。

2．交流感应电动机的控制

为了得到设计的速度(也称给定速度)和拖动力，必须对提升机进行必要的控制。为了保护提升机安全运转，还必须设置一系列的保护装置。提升机采用了大量的电气保护和控制元件，相应的电气控制线路，若与矿井其他固定设备相比较，要复杂得多。目前我国生产的提升机电控制设备均已标准化。

一．绕线型感应电动机各阶段的控制原理

以罐笼为例，分析各阶段电动机的控制原理。

(一)加速阶段

加速阶段电动机的控制原理可用图8—3所示的方框图来说明。

图8-3 加速阶段控制过程方框图

电动机加速前，转子内串接全部附加电阻。若欲使提升机正转，司机可将电动机操纵手柄自中性位置迅速推向前方极端位置，这时主令控制器的全部触头均闭合。利用已按给定速度图、力图整定好的一系列继电器，配合接触器共同控制着附加电阻。当附加电阻逐段适时地被切除时，电动机转速逐渐上升。经加速时间t1后，附加电阻全部被切除，电动机获得了额定转速。

若罐笼用于副井提升其他设备时，因速度图、力图不尽相同，这时可采用手动控制。司机应根据具体情况适时前推操纵手柄。主令控制器触头的闭合情况．亦即切除电阻的时机，它全决定于司机的控制。这种控制方式常称为手动参与，如图8—3所示。

为了更为清楚地说明正常情况下的加速控制过程，可以利用电动机的特性曲线来进行分析。图8—4给出了交流绕线感应电动机转子附加五段电阻时的特性曲线。

图8—4中的横轴代表电动机力矩M，而M与卷筒圆周拖动力F成正比，纵轴代表电动机转数n，而n与卷筒圆周速度v成正比。

电动机的自然特性曲线如图8—4所示，特性曲线有稳定部分和不稳定部分。为了能够在稳定部分运转，加速时，转子可串接附加电阻。串接电阻愈大时，特性曲线愈软。

提升开始后，由于五段附加电阻全部串接在转子回路内，电动机形成人工特性曲线R1。由于R1曲线所形成的拖动力矩尚小于提

升至开始时的静阻力矩Mj,故提升机无法

加速。切除一段电阻后，电动机转入第二

条特性曲线R2上运转。这时的拖动力矩

M11>Mj，电动机开始加速。随着n的升

高，M逐渐减小。为了产生给定的加速度

a1,必须在M=M12时继续切除一段电阻，

电动机将沿特性曲线R3运转。……如此

重复，直至切除全部电阻，电动机转入自

然特性曲线Rz运转为止。这个自动加速

过程如图8—4中折线abcdefghijkl所示。

图中1点的转速，近似等于电机转速nc。

(二)等速阶段

等速阶段在电动机的自然特性曲

线m点运转，相应的转速为ne,由于Rz特性曲线硬， 图8-4 感应电动机的特性曲线

近于水平线,即或静阻力矩Mj 稍有变化，转速

也仍十分接近ne。等速阶段无需任何控制。

(三)减速阶段

减速阶段的控制方法与采用的减速方式有关。

（1）电动机减速方式

与加速阶段控制方法相仿，司机适时地将电动机操纵手柄逐渐移回至中性位置，各段附加电阻逐级串入。工作过程如图8-4中的nopqrstuv…折线所示。

（2）机械制动减速方式

与采用自由滑行减速方式的控制方法有些相同。减速开始后，应迅速将电动机操纵手柄移至中性位置。为了防止意外事故，另外有减速开关。若司机未能及时移动手柄，减速开关可自动将电动机自电网断开。

与采用自由滑行减速方式的不同点，在于电动机断电后应及时对提升机施以适当的制动力矩。

采用机械制动的制动过程如图8—5所示。

图8-5 机械制动控制原理方框图

（3）动力制动减速方式

首先简单介绍有关动力制动的物理概念。

交流电动机与电源断开后，将其中两相改接直流电。这时，电动机的定子不再产生旋转磁场．而是形成一个静止的磁场，磁场方向如图8—6所示。减速阶段，由于惯性力的作用，电动机转子以顺时针方向在上述磁场内旋转，从图8—6所示的情况可以看出，这时转子导体内必有感应电流。电流方向如图所示，转子电流与磁场相互作用的结果，必然形成制动力矩Mz，其制动力以Fz表示。正因为制动力矩的方向与转子旋转方向相反。因此，提升电动机将逐渐减速直至停止。

电动机处于动力制动状态运行时，经理

论研究证明，特性曲线应处于M一n曲线

图中的第二象限，如图8—4所示。减速阶

段开始后附加电阻全部接人，然后利用整定

好的继电器，再将附加电阻逐级切除，其工

作过程如图8—4中的12345等线段所示。

目前标准电控设备均采用带反馈的动力制

动闭环控制系统，制动力矩的大小决定于实

际速度和给定速度的偏差值。

采用动力制动减速方式时，附加电阻将增大，增大电能损失。故常称动力制动为能耗制动。

我国生产的可控硅整流动力制动设备性能良 图8-6 感应电动机动力制动示意图 好，目前正在各矿推广使用。

(四)爬行阶段

图8—4中的n4是与爬行速度v4相对应的电动机转速。一般来说，爬行阶段的拖动力矩M4都不很大。但是，专为验绳设计的第一条人工特性曲线，其n4点相应的拖动力矩很小，往往小于M4,而特性曲线上与n4相对应的拖动力矩往往又大于Mh ，为此，只能轮流交替使用R1 ， R2两条特性曲线，时而减速，时而加速，使其平均力矩与M4相当，平均速度与v4相当。我们称这种控制方式为脉动控制。当然，脉动控制是很不理想的，不仅增加了电能损失，而且使控制复杂化。但采用脉动控制时，无需增添任何设备。

效果良好且控制简便的方案是采用微机拖动，其工作原理如图8—7所示。

图8-7微机拖动工作原理示意图

1－提升机的卷筒；2—主减速器；3—提升电动机；4—气囊离台器；

5—微拖减速器；6—微拖电动机

爬行阶段开始后，提升电动机3自电网断开。连接气囊离合器4，并起动微拖电动机6。正确选用微拖减速器5的速比和微拖电动机的额定转速，可以在提升机卷筒1的圆周处获得近于0.5m／s的速率。由于工作在微拖电动机的自然特性曲线上，爬行速度十分稳定。微拖电动机容量不大，约为提升电动机容量的5％。

二、提升机的保护

为了防止提升机发生过速、过卷等意外事故，采用了不少保护设备。将保护设备有机地联系在一起，形成了电控装置中的重要控制回路：安全回路。

现以多绳摩擦提升机采用安全回路为例，分析安全回路的保护作用。安全回路如图8—8所示。

安全回路中串有很多保护设备的触头，提升机工作不正常时，相应触头断开，安全接触器线圈AC失电。这时，将发生下列情况：

(1)电动机正反转回路中的AC常开触头断开(见图8—8)，电动机正向(或反向)接触器ZC(或FC)先电，电动机自电网断开(图8-8)；

(2)由图8—8可以看出，由于AC触头断开，安全制动电磁铁回路中的电磁铁3G失电，因而产生安全制动。

图8-8 有关提升安全保护电路示意图