Быстрая навигация по таблицам
- Таблица 1: Классификация шахтных подъемников
- Таблица 2: Технические характеристики по глубине и грузоподъемности
- Таблица 3: Требования к канатам по ГОСТ 7372-79
- Таблица 4: Параметры приводных систем
- Таблица 5: Системы безопасности и защиты
Таблица 1: Классификация шахтных подъемников
| Тип подъемника | Грузоподъемность, т | Максимальная глубина, м | Область применения | Особенности конструкции |
|---|---|---|---|---|
| Легкий барабанный | 0,5-3 | 200-500 | Вспомогательные работы | Однослойная навивка каната |
| Средний барабанный | 3-10 | 500-1000 | Основные грузовые операции | Двухслойная навивка каната |
| Тяжелый барабанный | 10-25 | 1000-1500 | Крупные шахты, рудники | Многослойная навивка каната |
| Многоканатный фрикционный | 25-75 | 1200-2000 | Глубокие шахты | 4-12 канатов, шкив трения |
| Проходческий | 1-5 | 300-800 | Строительство стволов | Временная установка |
Таблица 2: Технические характеристики по глубине и грузоподъемности
| Глубина подъема, м | Грузоподъемность, т | Скорость подъема, м/с | Мощность привода, кВт | Диаметр барабана, м | Тип машины |
|---|---|---|---|---|---|
| 200-400 | 5-8 | 8-12 | 500-800 | 2,5-3,0 | Ц-3,0 |
| 400-600 | 8-15 | 10-15 | 800-1500 | 3,0-4,0 | Ц-4,0 |
| 600-1000 | 15-25 | 12-18 | 1500-3000 | 4,0-5,0 | 2Ц-5,0 |
| 1000-1500 | 25-40 | 15-20 | 3000-6000 | 5,0-6,0 | ЦШ-6,0 |
| 1200-2000 | 40-75 | 16-20 | 6000-12000 | 6,0-8,0 | МПМН-8,0 |
Таблица 3: Требования к канатам по ГОСТ 7372-79
| Грузоподъемность, т | Диаметр каната, мм | Конструкция каната | Разрывное усилие, кН | Коэффициент запаса | Марка стали |
|---|---|---|---|---|---|
| 5-8 | 35-40 | 6×37+1о.с. | 800-1000 | 6,5 | ВК |
| 8-15 | 40-50 | 6×37+1о.с. | 1000-1600 | 7,0 | ВК |
| 15-25 | 50-58 | 6×37+1о.с. | 1600-2200 | 7,5 | ВК |
| 25-40 | 58-65 | 6×37+1м.с. | 2200-2800 | 8,0 | ВК |
| 40-75 | 65-75 | 6×37+1м.с. | 2800-3500 | 8,5 | ВК |
Таблица 4: Параметры приводных систем
| Мощность, кВт | Тип двигателя | Частота вращения, об/мин | Передаточное число | КПД системы | Тип редуктора |
|---|---|---|---|---|---|
| 500-800 | АКН | 1000 | 25-30 | 0,92 | Планетарный |
| 800-1500 | АКЗ | 750 | 20-25 | 0,94 | Цилиндрический |
| 1500-3000 | АК4 | 600 | 15-20 | 0,95 | Цилиндрический |
| 3000-6000 | СТД | 500 | 12-15 | 0,96 | Прямая передача |
| 6000-8000 | СТД | 300 | 10-12 | 0,97 | Прямая передача |
Таблица 5: Системы безопасности и защиты
| Система защиты | Принцип действия | Срабатывание | Применение | Нормативный документ |
|---|---|---|---|---|
| Ловители безопасности | Механическое торможение | При превышении скорости | Все типы подъемников | РД 03-439-02 |
| Ограничители скорости | Центробежный регулятор | 1,4 × рабочая скорость | Подъемники людей | ТР ТС 010/2011 |
| Тормозная система | Дисковые/колодочные тормоза | При отключении питания | Все установки | ГОСТ 7372-79 |
| Контроль перегрузки | Тензометрические датчики | При превышении нагрузки | Грузовые подъемники | ФНП №461 |
| Система позиционирования | Энкодеры положения | Контроль положения клети | Автоматизированные системы | ТР ТС 010/2011 |
Оглавление статьи
1. Классификация шахтных подъемников по типу и назначению
Шахтные подъемные машины представляют собой сложные технические системы горнодобывающей промышленности, предназначенные для вертикального транспортирования полезных ископаемых, людей и материалов в стволах шахт и рудников. Данная статья рассматривает исключительно горно-шахтное оборудование для глубин 200-1500 метров, а не промышленные подъемники для зданий и складов. Правильный выбор типа подъемной машины является критически важным фактором для обеспечения безопасности, эффективности и экономичности горных работ.
Основная классификация шахтных подъемников базируется на принципе работы канатоведущего органа. Барабанные подъемники используют навивку каната на цилиндрический барабан и применяются для глубин до 1500 метров при грузоподъемности от 0,5 до 25 тонн. Фрикционные подъемники работают за счет трения каната о футерованный шкив и предназначены для больших глубин свыше 1000 метров с грузоподъемностью до 50 тонн.
По назначению подъемники делятся на грузовые, людские и комбинированные грузолюдские. Грузовые подъемники предназначены исключительно для транспортирования материалов и имеют усиленную конструкцию с повышенными коэффициентами запаса прочности. Людские подъемники оборудуются дополнительными системами безопасности и комфорта, включая ограничители скорости, парашютные устройства и системы связи.
2. Определение требуемой грузоподъемности
Определение оптимальной грузоподъемности шахтного подъемника требует комплексного анализа производственных потребностей предприятия, включая планируемые объемы добычи, характеристики транспортируемых материалов и особенности технологического процесса.
Расчет грузоподъемности начинается с определения максимальной полезной нагрузки, которая включает массу добываемого материала, транспортных емкостей и дополнительного оборудования. К этой величине добавляется масса подъемного сосуда, каната и других компонентов системы. Полученное значение умножается на коэффициент неравномерности нагрузки, составляющий 1,2-1,5 в зависимости от типа производства.
Q = (m₁ + m₂ + m₃) × k₁ × k₂
где: Q - требуемая грузоподъемность, т;
m₁ - масса полезного груза, т;
m₂ - масса подъемного сосуда, т;
m₃ - масса каната, т;
k₁ - коэффициент неравномерности (1,2-1,5);
k₂ - коэффициент запаса (1,1-1,25).
Особое внимание уделяется характеру транспортируемых грузов. Для сыпучих материалов необходимо учитывать коэффициент заполнения транспортных емкостей и возможность слеживания материала. При транспортировании крупногабаритного оборудования требуется анализ габаритных ограничений ствола шахты и возможности размещения груза в подъемном сосуде.
3. Расчет параметров для заданной глубины подъема
Глубина подъема является определяющим фактором при выборе типа шахтного подъемника и его основных технических характеристик. С увеличением глубины возрастают требования к прочности каната, мощности привода и надежности системы управления.
Для глубин до 500 метров применяются барабанные подъемники с однослойной навивкой каната, обеспечивающие высокую точность позиционирования и простоту управления. При глубинах 500-1000 метров используются подъемники с многослойной навивкой, требующие специальных устройств для укладки каната и компенсации изменения радиуса навивки.
Расчет времени цикла подъема учитывает три основные фазы: разгон до рабочей скорости, движение с постоянной скоростью и торможение до полной остановки. Время разгона и торможения зависит от допустимого ускорения, которое ограничивается требованиями безопасности и комфорта для людских подъемников или необходимостью предотвращения просыпания материала для грузовых.
T = t₁ + t₂ + t₃ + t₄
где: t₁ - время разгона (H×v)/(2×a×v);
t₂ - время равномерного движения (H-v²/a)/v;
t₃ - время торможения v/a;
t₄ - время загрузки-разгрузки (2-5 мин).
4. Выбор типа привода и мощности
Система привода шахтного подъемника должна обеспечивать плавное регулирование скорости, точное позиционирование и высокую надежность работы в тяжелых условиях эксплуатации. Современные подъемные установки используют преимущественно электрические приводы с различными типами двигателей и систем управления.
Асинхронные двигатели с фазным ротором серии АК остаются наиболее распространенным решением для подъемников средней мощности до 3000 кВт. Они обеспечивают хорошие пусковые характеристики, возможность плавного регулирования скорости и относительно простое обслуживание. Для мощных установок свыше 3000 кВт применяются синхронные двигатели серии СТД, обладающие высоким КПД и стабильными характеристиками.
Современные системы управления базируются на частотно-регулируемых приводах с векторным управлением, обеспечивающих высокую точность регулирования скорости и момента. Такие системы позволяют реализовать сложные алгоритмы управления, включая компенсацию растяжения каната, автоматическое позиционирование и диагностику состояния оборудования.
5. Требования к канатам и их выбор
Стальной канат является одним из наиболее ответственных элементов шахтного подъемника, от надежности которого зависит безопасность работы всей установки. Выбор каната осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ 7372-79 и специальных нормативных документов для шахтного оборудования.
Для шахтных подъемников применяются канаты конструкции 6×37+1 с органическим или металлическим сердечником. Органический сердечник из сизаля обеспечивает лучшую гибкость и служит резервуаром для смазки, что особенно важно для длинных канатов. Металлический сердечник применяется при высоких рабочих температурах и обеспечивает повышенную прочность конструкции.
d = √(Q × g × k) / (σ × n × 0,785)
где: d - диаметр каната, мм;
Q - нагрузка на канат, кг;
k - коэффициент запаса прочности (6,5-8,5);
σ - расчетное сопротивление разрыву, МПа;
n - количество несущих канатов.
Коэффициент запаса прочности каната зависит от назначения подъемника и условий эксплуатации. Для грузовых подъемников он составляет 6,5-7,5, для грузолюдских 7,5-8,0, а для подъемников людей не менее 8,5-9,0. При работе в агрессивных средах или повышенных температурах коэффициент запаса увеличивается на 10-15%.
Особое внимание уделяется выбору материала проволоки каната. Для нормальных условий эксплуатации применяется углеродистая сталь марки ВК с временным сопротивлением 1570-1770 МПа. В условиях повышенной влажности или химической агрессивности используются оцинкованные канаты с покрытием группы Ж по ГОСТ 7372-79.
6. Системы безопасности и защиты
Системы безопасности шахтных подъемников включают комплекс технических средств и организационных мер, направленных на предотвращение аварийных ситуаций и защиту персонала. Современные подъемные установки оборудуются многоуровневыми системами защиты с дублированием критически важных функций.
Ловители безопасности представляют собой механические устройства, автоматически срабатывающие при превышении допустимой скорости движения подъемного сосуда. Они обеспечивают надежное торможение и удержание сосуда на направляющих при обрыве подъемного каната или отказе тормозной системы. Конструкция ловителей должна выдерживать кинетическую энергию падающего сосуда с полной нагрузкой.
Тормозная система подъемника включает рабочие и предохранительные тормоза. Рабочие тормоза обеспечивают нормальное торможение при плановых остановках, а предохранительные срабатывают при аварийных ситуациях. Современные установки используют дисковые тормоза с гидравлическим или пневматическим приводом, обеспечивающие высокую надежность и равномерность торможения.
Система контроля перегрузки основана на применении тензометрических датчиков, измеряющих натяжение канатов или нагрузку на подъемный сосуд. При превышении допустимой нагрузки система автоматически блокирует пуск подъемника и подает сигнал оператору. Точность измерения составляет 2-3% от номинальной грузоподъемности.
7. Нормативные требования и стандарты
Проектирование, изготовление и эксплуатация шахтных подъемников регламентируется комплексом нормативных документов, обеспечивающих безопасность и надежность работы оборудования. Основными документами являются Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности, технические регламенты Таможенного союза и государственные стандарты.
Федеральные нормы и правила, утвержденные приказом Ростехнадзора № 461 от 2020 года, устанавливают требования к подъемным сооружениям, эксплуатируемым на опасных производственных объектах. Документ регламентирует процедуры технического освидетельствования, требования к персоналу, порядок проведения испытаний и правила безопасной эксплуатации.
Технический регламент ТР ТС 010/2011 "О безопасности машин и оборудования" устанавливает требования к конструкции подъемников, обязательные процедуры оценки соответствия и маркировку продукции. Соответствие техническому регламенту подтверждается декларацией о соответствии или сертификатом соответствия в зависимости от типа оборудования.
ГОСТ 7372-79 регламентирует технические условия на стальную канатную проволоку, включая требования к химическому составу, механическим свойствам и качеству цинкового покрытия. Стандарт устанавливает маркировочные группы проволоки по прочности и методы контроля качества продукции.
Инструкция РД 03-439-02 определяет правила эксплуатации стальных канатов в шахтных стволах, включая требования к навеске, контролю состояния и критерии браковки. Документ содержит методики расчета срока службы канатов и рекомендации по их техническому обслуживанию.
Часто задаваемые вопросы
Выбор грузоподъемности основывается на анализе максимальной полезной нагрузки с учетом массы транспортных емкостей, подъемного сосуда и каната. К расчетной нагрузке применяются коэффициенты неравномерности (1,2-1,5) и запаса (1,1-1,25). Необходимо также учитывать планируемое развитие производства и возможность транспортирования крупногабаритного оборудования.
ГОСТ 7372-79 устанавливает требования к стальной канатной проволоке, включая диаметр 35-65 мм для шахтных подъемников. Конструкция каната 6×37+1 с органическим или металлическим сердечником. Коэффициент запаса прочности составляет 6,5-8,5 в зависимости от назначения. Материал проволоки - углеродистая сталь марки ВК с временным сопротивлением 1570-1770 МПа.
Скорость подъема зависит от глубины и типа подъемника: для глубин 200-400 м рекомендуется 8-12 м/с, 400-600 м - 10-15 м/с, 600-1000 м - 12-18 м/с, свыше 1000 м - 15-20 м/с. Для людских подъемников скорость ограничивается требованиями комфорта и безопасности, для грузовых - динамическими нагрузками на конструкцию.
Мощность привода рассчитывается по формуле P = (Q × g × v × k) / η, где Q - грузоподъемность, v - скорость подъема, k - коэффициент режима работы (1,1-1,4), η - КПД системы (0,92-0,97). Для глубин свыше 1000 м учитывается дополнительная мощность на преодоление массы каната и аэродинамического сопротивления.
Обязательными являются: ловители безопасности (срабатывают при превышении скорости), ограничители скорости (1,4×v_ном для людских, 1,6×v_ном для грузовых), тормозная система (рабочие и предохранительные тормоза), система контроля перегрузки, устройства позиционирования, системы связи и сигнализации. Все системы должны соответствовать ФНП № 461 и ТР ТС 010/2011.
Основные документы: ФНП № 461 "Правила безопасности подъемных сооружений" (с 2021 г.), ТР ТС 010/2011 "О безопасности машин и оборудования", ГОСТ 7372-79 (канатная проволока), РД 03-439-02 (эксплуатация канатов). Также действуют отраслевые стандарты и технические условия на конкретные типы оборудования.
Периодичность освидетельствования зависит от типа подъемника: грузовые - каждые 12 месяцев, грузолюдские - каждые 6 месяцев, людские - каждые 3 месяца. Полное техническое освидетельствование с разборкой узлов проводится каждые 3-5 лет. Внеочередное освидетельствование требуется после ремонта, модернизации или аварийных ситуаций.
Основные факторы: глубина подъема (барабанные до 1500 м, фрикционные свыше 1000 м), грузоподъемность (барабанные до 25 т, фрикционные до 50 т), требования к точности позиционирования (барабанные более точные), условия эксплуатации и экономические показатели. Фрикционные подъемники предпочтительны для больших глубин и высоких грузопотоков.
