1、中国矿业大学毕业设计1第 1 章 绪论第 1.1 节 箕斗的简介1.1.1 概述目前，国内斜井箕斗井主要用于中小型矿山，斜井坡度一般30 度左右。斜井箕斗与斜井矿车组(串车)比较.箕斗提升为机械操作，运行速度高，稳定性好，运行安全。斜井箕斗与竖井箕斗提升比较，因斜井箕斗提升允许矿石块度大，可不建地下破碎站，总的井巷开凿工程量小，建设速度快，建设周期短，投资省。国内一些金属矿山已成功地使用了斜井箕斗提升的开拓方式，其中如牟定铜矿、湘西金矿等的箕斗斜井经长期使用效果比较好。近两年，长沙冶金设计研究院在总结上述斜井箕斗矿山的使用经验的基础上，设计了一条长 657.sm 的斜井箕斗井，不仅为露天转入地
2、下后利用，而且可为露天开采期间分流部分矿石。1.1.2 箕斗的特点和分类中国矿业大学毕业设计2主 井 箕 斗 按 提 升 机 型 式 不 同 又 分 单 绳 箕 斗 和 多 绳 箕 斗 ； 按 卸载 方 法 不 同 分 用 于 立 井 的 底 卸 式 和 翻 转 式 ； 用 于 斜 井 的 后 卸 式和 翻 转 式 ,前 卸 式 。 煤 矿 立 井 用 底 卸 式 ， 斜 井 用 后 卸 式 、 前 卸式 ； 金 属 矿 缠 绕 式 提 升 用 翻 转 式 ， 多 绳 摩 擦 式 提 升 用 底 卸 式 。用 于 平 衡 提 升 的 箕 斗 有 尾 绳 悬 挂 装 置 ； 用 于 多 绳 提
3、升 的 有 钢 丝绳 张 力 平 衡 装 置 。 中 国 单 绳 箕 斗 容 量 一 般 为 3 16t， 多 绳 箕斗 容 量 4 30t。斜井矿物提升按提升容器可分为矿车提升、箕斗提升、台车提升等箕斗提升与矿车、台车提升相比，具有提升量大，装卸戴容易实现机械化操作、运行速度高，运输稳定，运行安全等优点。在井下矿山，随着浅部资源的消失，中深部开采的生产规模越来越大，箕斗提升系统将是这一领域的主要提升方式之一。我国使用的斜井箕斗按其卸载方式有前卸式、后卸式和底卸式三种。前卸式箕斗具有结构简单、坚固、重量轻，适于提升重载，因此使用较多。根据国内斜井快速施工机械化配套的箕斗，按卸载装置的工作原理可
4、分为以下 3 种型式，MZX66 型卸载轮前卸式箕斗，MZX88 型无卸载轮前卸式箕斗和 XQJ 型复合后轮前卸式箕斗。前卸式箕斗又可分为无卸载轮和带卸载轮两种式，无卸载轮式箕斗在卸载时动戟荷大，机件损伤严重，同时卸载后箕斗复位困难。因此这种形式逐步被淘汰，取而代之的是带卸载轮式的箕斗。1.1.3 箕斗的组成1.1.3.1 立井箕斗的结构形式由首绳悬挂装置、尾绳悬挂装置、滚轮罐耳和箕斗本体及固中国矿业大学毕业设计3定斗箱底卸式或侧卸式闸门组成。箕斗本体由上、下盘体、斗箱、立柱、闸门、导向装置和安全制动装置等组成。(1) 首绳悬挂装置首绳悬挂装置采用 XSZ 型或 XSY 型(山东煤矿泰安煤机厂
5、专利产品,专利号:ZL 01268807. X) 钢丝绳张力自动平衡悬挂装置,通过液压平衡系统装置使提升绳在动、静状态下均自动实现钢丝绳的张力平衡。不仅实现了安全提升,减少了检修时间和劳动强度,更重要的是保护了绞车滚筒摩擦衬垫的正常使用,延长了使用寿命。减少因滚筒绳槽直径误差而引起的钢丝绳张力差,能有效地提高钢丝绳的使用寿命,消除钢丝绳的应力变化,减少因张力不平衡而造成的钢丝绳损伤。可有效地提高钢丝绳的使用寿命,减少因张力不平衡而造成的断绳事故。(2) 尾绳悬挂装置尾绳悬挂采用 XWB200 型扁尾绳悬挂装置,它能有效地防止尾绳在提升运输中的旋转,并使连接装置受力均匀,连接更加可靠。(3) 滚
6、轮罐耳滚轮罐耳采用新型大吨位 350 滚轮罐耳,此罐耳是我厂根据大型容器的运行情况而新设计的重载滚轮罐耳,它是在吸收国外滚轮罐耳结构的基础上研制而成,其主要特点是重量轻,承载能力大,密封性能好,缓冲性能优良,现已报申专利。它是目前国内最大的导向装置。(4) 箕斗本体箕斗本体由上、下盘体、斗箱、立柱、闸门、导向装置和安全制动装置等组成。箕斗的盘体,尤其是箕斗的上盘体,是箕斗的主要受力构件。为了使箕斗能吸收过卷或过放能量,在箕斗的上盘中国矿业大学毕业设计4体端部和侧面布置有导向罐耳和过卷撞击侧罐耳,箕斗的上盘体采用 16Mn 钢板加工成槽形钢梁的组合结构,这种结构抗弯截面模量大,重量轻。箕斗上盘体
7、端梁是止逆装置的受力部位,由于考虑到提升系统防滑计算要求各梁的厚度都采用加厚型,并使其箱体成为加重型。箕斗的斗箱采用固定斗箱底卸式或侧卸式,它由面板和衬板双层结构组成,斗箱衬板采用德国 DLINGGAO 高耐磨材质衬板 ,它的表面硬度可达到 HRC55 以上,耐磨性能大约是 16Mn 的 6 倍。斗箱外廓四周采用槽钢圈梁加固以提高斗箱的刚度。斗箱分上、下两部分制造,上、下部分采用螺栓连接,便于加工、组装和运输。箕斗闸门的开启采用外部动力进行开闭。其结构形式采用外滚轮式底卸扇形闸门或侧卸扇形闸门,这样在井口设开闭直轨,或在井架上设置曲轨开闭箕斗闸门;井底设有复位直轨使箕斗在装载时不至于冲开箕斗闸
8、门。这种闸门结构简单、重量轻、维护检修工作量小,具有运行安全可靠的显著特点。另外,在斗箱两侧闸门支承点的转轴上装设了特制的向心关节轴承,可避免因斗箱变形而影响闸门的开启灵活。箕斗立柱采用了扁钢立柱,这种结构形式使箕斗在整个提升过程中处于“ 柔性 ”状态,消除了因罐道误差引起的高速提升不安全隐患,从而保证了箕斗的正常提升。箕斗本体的各受力件联接均采用先进的高强度螺栓联接形式,这种联接方式具有性能高,质量容易控制等优点。1.1.3.2 斜井箕斗的结构形式前卸式斜井箕斗主要是由斗箱、牵引框、底架、行走轮、前门、支座等组成。（1） 斗箱斗箱是箕斗的主要受力部件，也是装载矿物的主要部件。其应力水平直接影
9、响着箕斗的使用寿命。中国矿业大学毕业设计5斗箱形状若斜井倾角小于 30 度时，可采用由部分上盖或无上盖的簸箕形斗箱，若斜井倾角大于 35 度时，斗箱上盖半封闭或大部封闭，而前端敞开，若斜井倾角大于 45 度时，则通过箕斗前端装碴，为增大斗箱前端敞口面积，前端制成倒梯形口。斗箱容积的选择:根据地质探矿掘进的特点，斗箱容积小些较合适。斗箱容积的选择主要是以转载矿车容积(或容积的倍数)为推。斗箱宽度一般不大于 800 毫米为宜，否则会影响斜井断面宽度;斗箱高度是从人力装岩方便出发，一般低于 1000 毫米，斗箱长度，在满足转载容积的前提下，尽量减小长度，作到卸载快。我们用过的几种箕斗斗箱规格尺寸见下
10、表及图 1。作为斜井前卸式箕斗，我主要设计的是 8m-3 容积的斗箱规格。斗箱材料斗箱用钢板、角钢焊接而成（钢板焊接） 。钢板的厚度，是从磨损、腐蚀、坚固性三方面考虑的，我们选用 5 一 7 毫米，其中底板用 6 到 7 毫米的，盖和侧壁用 5 到 6 毫米的。装岩碴时，斗箱所受的冲击载荷较大，因此，斗箱焊接缝应当用高质量的焊条仔细焊接，棱角用角钢加固(50x50x5 毫米加强角钢） 。此外还可以用斗箱的上方还要用加强筋、联接筋，后方槽钢共同连接中国矿业大学毕业设计6而成。所有焊缝为连续焊接，焊缝高度为 6mm。（2）底架底架是支撑斗箱和牵引框等的重要装置，车架通过其底部的轴架箱 7(带缓冲橡
11、胶块)支撑于前轮组 6 和后轮组 5 的轮轴上，材料主要是筋板、钢板等，尾部带有吊钩，所有的焊缝为连续焊接，其高度不得小于 8mm。按照尺寸和斗箱焊接而成。(3)牵引框箕斗的提升是通过牵引框完成的，对牵引框大梁和支梁等主要受力部件，应有足够的安全系数。我们用过的大梁为大于 50毫米及支梁为 100x2。毫米和 70X25 毫米等规格的 45#钢材(也可选用槽钢)，作到了安全生产牵引框(也称车辕)2 是一个以槽钢为主的“门”形组台体，其前端装有导向托轮和叉形连接座(图巾未画出)中前部装有斗门 3后端与斗箱 4 铰接。(4)行车轮及支座卸载轮组的位置与箕斗重心关系较大，卸载轮组靠前会加大卸载时提升
12、机的负荷，同时会造成翻转复位的困难。在使用过的五种规格箕斗中有四种是选用后轮双轮缘车轮，就是以后行走轮外缘的拖轮作卸载轮，另一种是把卸载轮安装在箕斗重心与后行中国矿业大学毕业设计7走轮之间，效果均好。从长远看，在斗箱侧壁安装卸载轮凸出箕斗侧壁约 300 毫米，影响井筒布置与工作安全，所以不宜采用。卸载轮以安装在箕斗斗箱底部或后行走轮外缘的方式较好。1.1.4 箕斗的应用情况和应用中的不足随着科学技术的进步和生产力的发展，根据现在市场经济的实际需要，煤矿生产向着大型化、高产、高效方向发展，这就要求提升运输等生产环节相互配套。特别是主井提升系统作为煤流系统的咽喉，其生产能力和设备状况直接关系到矿井
13、安全生产和效益的提高。在 20 世纪 90 年代初使用的老式箕斗，在实际运行中都存在很多问题，其主要缺点是：箕斗结构不合理，有时出现在闸门自重和煤作用下意外地自动打开，且流煤嘴会伸出箕斗外轮廓而造成井筒装备和箕斗的破坏；原主井曾多次出现掉煤嘴及卸载后下放时煤嘴没有关严事故、并且箕斗本身维修量很大。为了使主井提升系统与井下煤流系统相适应，实现矿井的高产效,经实际考察后，于 2003 年对煤矿主井提升箕斗实行了技术改造。1.1.5 箕斗的发展上世纪 70 年年代设计的 JDG(JDS)系列箕斗，在实际运行中存在很多问题，如在运行过程中可能会因闸门自重和煤压作用意外地自动打开，且溜嘴会伸出箕斗外廓而
14、使井筒设备和箕斗遭受严重破坏，国内矿井曾因使用这种类型箕斗而发生多起重大事故。而且箕斗本身结构复杂，维修工作量大。为了使煤矿主井提升系统提升能力与工作面生产能力相适应，实现矿井的高产高效，对煤矿主井提升系统特别是对箕斗的技术改造势在必行。箕斗设计发展的方向一直是提高井筒断面利用率和箕斗提升中国矿业大学毕业设计8能力，保证运行中的安全可靠性。我国煤矿提升箕斗从五十年代起，大致经历了四代，目前，前三代箕斗已不再使用。第一代是五、六十年代仿制苏联的扇形闸门箕斗。这种箕斗机构简单，操作方便。缺点是卸载冲击力较大，爬行时间长，斗箱卸载是，如果接受仓已满，会长住卸载溜槽，造成断绳和箕斗坠毁事故，如一九七五
15、年开滦林西矿五号井，发生箕斗坠毁，损失近百万元。第二代为翻转式平板闸门箕斗，这种箕斗是仿制西欧的四连杆下开折页式箕斗和法国皮克(PIC)公司的曲轨连杆下开折页式箕斗,与第一代相比,这种箕斗优点是斗箱下部卸料口收缩较小,有效容积大,打开闸门所需外力和行程较小,卸载时间短。缺点是卸载曲轨有速度限制,仍不能按三阶段速度图运行。箕斗在运行中有误开门的事故,如河南省济源煤矿一号井一九七六年试生产时,曾发生箕斗运行闸门自行打开的事故。第三代是垂直闸门板式闸门箕斗,这种箕斗结构简单,斗箱下部卸载口不收缩,因而斗箱有效容积大。运行中箕斗闸门不会自行的打开,由于取消了卸载曲轨,卸载平稳,提升机按照三阶段图运行。
16、缺点是卸载时间较长,需要外动力。第四代是底扇形闸门箕斗,这种箕斗是从 GHH 公司和 Demag公司引进的,它克服了第三代几都卸载时间长的缺点,打开闸门时间照样不会超出箕斗轮廓。缺点是扇形闸门设在斗箱底部,增加了斗箱的总高度。箕斗闸门启闭需要外动力,机构较复杂。我国开滦钱家营矿从西德引进的就是这种箕斗,载重为 32.5 吨。 我国煤矿现行使用的箕斗主要是仿苏的扇形闸门和仿制法国PIC 公司的曲轨连杆下开折页式箕斗,这两种结构比较落后,自重系数大,有效容积小。由于爬行速度限制,而不能实现三阶段速度运中国矿业大学毕业设计9行,并且具有发生事故的可能性，不能安全可靠的运行。在新型箕斗设计中,箕斗结构
17、型式最为可行的垂直闸板式闸门和底扇形闸门,这两种结构是在克服以前箕斗的缺点的基础上发展起来的。对于卸载方式,固定曲轨卸载方式结构简单,卸载修正时间短,但卸载冲击较大,由于进入曲轨时速度限制,一般采用五阶段速度图,增加了循环时间。外动力开启卸载，动载荷小,可以实行三阶段速度控制,但结构复杂,增加了维修工作量，卸载时间长。对于单绳箕斗,降低自重系数也具有重要意义，以为在有效提升量不变的情况下，可以减小钢丝绳终端载荷，这样将会影响到钢丝绳，提升机，电动机和天轮等的选择,降低自重系数可以获得较高的经济效益。第 1.2 节 箕斗材料的选取箕斗材料的选取应考虑到使用寿命、允许自重、环境对容器的腐蚀程度、容
18、器的断面形状等等,另外从容器本身分析区分主要受力件与一般受力件及易受到物料冲击等部件。一般对箕斗易受冲击与易磨损的部件选用锰合金钢,对于箕斗的本体结构,应按强度要求选择较好的材料。其安全系数的选择应严格按照煤矿安全规程的规定,箕斗所有的零部件组装前应进行热镀锌或热喷锌防腐处理。第 1.3 节 箕斗形式的选用随着煤炭工业不断发展,井筒的深度不断增加,在大型箕斗的设计使用上,采用外滚轮底卸式扇形闸门和侧扇形闸门的结构形式最为适宜。在井筒断面较大时,应优先采用外滚轮底卸式扇形闸门中国矿业大学毕业设计10的箕斗,在井筒断面较小时,应优先采用侧卸式扇形闸门的箕斗。而四连杆底卸式扇形闸门的箕斗,由于活动杆
19、件多,结构复杂,并且安装在箕斗本体上,不仅增加箕斗自重,而且不便于维护检修。在斜井小型箕斗的设计使用上主要采用无卸载轮侧卸式箕斗和有卸载轮侧卸式箕斗。我国箕斗在使用过程中,寿命普遍在 35 年,这固然与选用的材料有一定关系,但也与我国煤矿使用方面存在一定的问题,如井筒淋水较大,维护使用不当等等。因此为延长箕斗的使用寿命,应在井筒施工工艺方面采取措施,减少井筒淋水,减少原煤含水率等,在材料的选用上,尽可能选用耐磨防腐性强的材料,在材料防腐方面进一步加强研究。第 1.4 节 国外箕斗现状箕斗罐笼是把箕斗和罐笼二者合二为一的一种提升容器，具有箕斗和罐笼二者的功能。国外有些矿井使用这种容器，完成提升煤
20、炭和其它辅助提升任务，只需一套提升设备。但是由于自重大，结构复杂，设计困难，运行自动化程度低，在我国很少采用。随着科学技术的发展，解决上述问题已成为可能。经过多年研究，我们设计了一种大型箕斗罐笼，可满足中型矿山使用，为中型矿山在提升设计及施工方面创一新的模式。法国斯塔弗尔顿矿 1972 年投产，箕斗罐笼有效载荷 30t。井深 800m，提升能力 1200t/h，两层升降人员 50 人，升降人员的底板是活动的，提升煤炭时用手动绞车提起。该箕斗罐笼的结构是罐笼放在煤斗上边，有两层正常升降人员和物料的罐笼间。其中有一层被利用做为煤斗的一部分。上层的底板按传统设计方式，中国矿业大学毕业设计11当升降人
21、员和物料时水平放置，而在提升煤炭时，底板的一部分被抬起，而形成煤斗的装载口。下层的底板是可分的，提升煤炭时在垂直位置，成为煤斗的前后壁。当升降人员时，底板放下成水平位置，适当保险后可以升降人员。这种结构形式，上部双层相当于单层高度，其结果减小了整个箕斗罐笼的高度和自重，同时也降低了井架的高度。波兰季米特洛夫矿也使用这种型式的箕斗罐笼，载荷 12.5t，高 10.8m。芬兰特特里矿使用的箕斗罐笼，它有两个单独的斗箱放置在一个共同框架上，箕斗载荷为 10t，其结构为翻转式。罐笼在上，箕斗在下，互相独立。西德某钾盐矿使用的箕斗罐笼结构为箕斗下悬挂一个三层罐笼，箕斗容积为15t 载荷，三层罐笼每层可容
22、人，每次升降人员 50 人。在南非特深井，采用另一种混合提升方式：箕斗罐笼提升，即提升容器在框架上可以更换。提升煤炭时将箕斗安放在框架上，升降人员和物料时换成罐笼，更换容器是机械化的，利用放置在平台上的吊车。更换一载荷容器最多需要。这种结构下放人员很快，提升能力也很大，箕斗载荷。该结构的另一优点是容器自重轻。国内使用情况大型箕斗罐笼的使用在国内是个空白，有使用小型箕斗罐笼的，但有效载荷均不超过，并且这些小型箕斗罐笼均不能装载矿车，都带有防坠保护装置，仅适用于单绳提升，不能满足中型矿山的要求。采用大型箕斗罐笼,只需一套提升容器即可完成煤炭的提升、人员升降和其它辅助提升任务,整个矿井提升系统投资将
23、大大减少。大型箕斗罐笼可满足中型矿山的使用,为中型矿山在提升设计及施工方面创一新的模式。对于新建矿井,采用箕斗罐笼提升系统,设有提升井和回风井两个井筒时,可缩小回风井筒的断面尺寸,避免回风井井筒的井棚密封,提高通风系统的工作效率。对于延深改造中国矿业大学毕业设计12矿井和增产改造矿井,箕斗罐笼提升系统可在不更换提升机情况下,利用老井筒使提升系统达到改造任务要求的工作能力。综上所述,与传统的箕斗、罐笼相比,箕斗罐笼具有箕斗和罐笼二者的功能,既适用于单绳提升,也适用于多绳提升; 既适用于老矿井技术改造,也适用于新建矿井选用,是一种理想的提升容器,在矿井提升领域具有极其广阔的应用前景。第 2 章 箕
24、斗设计中一些问题的探讨第 2.1 节 提升方式的选择目前，在地质勘探部门斜井提升有矿车一与箕斗两种方式。实践证明，采用矿车提升有着一系列的缺点：1.需要进行地面调车，提升的休止时间长，2.经常摘挂钩，容易发生跑车事故，3.斜井掘进采用人工装岩，由于矿车较高，增加了装岩的困难。采用箕斗提升，能克服矿车提升的一些缺点，箕斗提升优点是：1.斜井井筒掘进时，箕斗箱比矿车低，装岩方便，省力(指人工） ；2.可节省摘挂钩、调车等辅助时间，可避免跑车事故；3.箕斗重心低，轮缘大.轨距宽、不易掉道；4.箕斗可以提水、下料运送中国矿业大学毕业设计13零散器材和工具等。箕斗提升，也有一定适用范围，在 25 度60
25、 度斜井中采用箕斗提升是合理的。斜井箕斗提升以 25 度为下限，这是根据斜井角度太小会大大增加斜井井筒工作量而确定的，在矿山小于 20度斜井就可考虑用皮带运输机。箕斗在斜井井筒倾角大于 60 度时，沿轨道运行的稳定性差。为了稳定需要在井筒中添设予防箕斗翻倒和出轨用的护轨，所以确定以 60 度为箕斗提升角的上限。60 度以上以采用竖井提升方式为好。自六零年以来先后施工的斜井，井筒倾角有25、55、45、55、60 五种，其中有两口斜井采用矿车(或双矿车)提升，曾发生井口摘挂钩跑车事故三次，掉道事故多次，另七口斜井用箕斗提升，避免了上述事故的发生。实践证明，斜井倾角在 2560 范围内用箕斗提升是
26、适宜的。中国矿业大学毕业设计14第 2.2 节 前卸式斜井箕斗我国使用的斜井箕斗按其卸载方式有前卸式、后卸式和底卸式三种。前卸式箕斗具有结构简单、坚固、重量轻，适于提升重载，因此使用较多。前卸式箕斗又可分为无卸载轮和带卸载轮两种形式，无卸载轮式箕斗在卸载时动戟荷大，机件损伤严重，同时卸载后箕斗复位困难因此这种形式将逐步被淘汰，取而代之的是带卸载轮式的箕斗。第 2.3 节 卸载方式的分析因为前卸式箕斗分为无卸载轮和有卸载轮式的，所以得首先了解下这两种的特点。根据国内斜井快速施工机械化配套的箕斗，按卸载装置的工作原理可分为以下 3 种型式，MZX66 型卸载轮前卸式箕斗，MZX88 型无卸载轮前卸
27、式箕斗和 XQJ 型复合后轮前卸式箕斗。2.3.1 无卸载轮式箕斗中国矿业大学毕业设计15（1）MZX88 型箕斗该箕斗有 2m3、3m3、4m3 和 6m3 四种。在小断面井掘进快速施工机械化配套中使用较多，箕斗和卸装置结构如图 3 所示。其卸载和复位原理为：提升机上提，箕斗进人卸载装置的卸载曲轨，使箕斗由原来的直线运动变为绕活动轴的定轴转动，同时，牵引框上的托轮沿倾斜布置的导向架上升，固定于牵引框上的前门被开启。当箕斗向前翻转的倾角大于歼石和泥水的安息角时，研石和泥水自动卸出。同时，固定于卸载曲轨前端使箕斗复位的缓冲器与固定于基础上的碰撞梁(6 耐为固定于基础上的曲轨碰簧)相撞，使缓冲器(
28、曲轨碰簧)压缩。箕斗卸载完毕，提升机下放，箕斗借助已被压缩的缓冲器的弹力和自重，绕活动轴反向定轴转动，回复到卸载起始位置，箕斗脱离卸载曲轨退人基本轨，牵引框托轮也脱离导向架，使前门关闭，完成箕斗的自动复位。中国矿业大学毕业设计162.3.2 有卸载轮式箕斗这种一种逐步的改进的过程，无卸载轮逐渐被取代。（2）MZX66 型箕斗MZX 型箕斗仅有 lm3 和 2m3 两种规格。该箕斗和卸载装置。卸载曲轨的轨距与井筒内轨道(即基本轨)的轨距相同，呈直线结构。托轮曲轨的轨距与箕斗卸载轮的轨距相同，呈折线结构，如图 l 所示。其卸载和复位原理为：提升机上提，箕斗进人卸载装置，前行走轮进人卸载曲轨，卸载轮
29、进人托轮曲轨使箕斗后行走轮悬空，将斗箱向前抬起。与此同时，前门借助钢丝绳的牵引，随牵引框与斗箱的相对转动自行开启。当箕斗向前倾斜的角度大于研石和泥水的安息角时，研石和泥水自动卸出。卸载完毕，提升机下放，箕斗靠自重自动返回，卸载轮脱离托轮曲轨，使箕斗行走轮返回到基本轨道.同时前门自行关闭， ，完成箕斗的自动复位。（3） QJX 型前卸式箕斗它有 3m3、4m3、6m3 和 8m3 四种标准规格，也可根据用户要求提供非标准产品。其中 XQJ8 型(8m3)是国内目前斜井施工中装载量最大的箕斗。该箕斗在大同矿务局新高山大断面斜井掘进快速施工中，完成了斜井机械化配套的工业性试验。斜井掘进 3 个月累计
30、成井 825.5m，最高月成井 376.2m，共计装运研石 2.7 万m3，连续提砰 3300 次，行程 330 万 m，经受了各种工况的考验，一次吊装，一次试车成功，无安全及机械事故，无上井检修，一次井筒到底，并通过了部级技术鉴定。下曲轨的轨距与井筒内轨道(基本轨)轨距相同，前段为直线，后段为圆弧的外形。上曲轨的轨距与复合后轮对的外踏面轨距相中国矿业大学毕业设计17同，呈折线外形，其结构如图 3 所示。其卸载和复位原理为：提升机上提，箕斗进入卸载装置，前轮对沿下曲轨行走，复合后轮对的内踏面（与前轮对轨距相同）悬空外踏面进入上曲轨，把箕斗后部逐渐抬起，使箕斗向前倾斜，同时，固定于牵引框上的前门
31、随着牵引框与斗箱的相对转动逐渐开启。当箕斗向前倾斜的角度大于千石和泥水的安息角时，千石和泥水自动卸出。箕斗卸载完毕，提升机下放，箕斗只需借助自重即可自动返回，复合后轮对的外踏面脱离上曲轨使内踏面退入基本轨，同时，牵引框返回原位，使前门关闭，完成箕斗的自动复位。2.3.3 比较优缺点MZX66 型箕斗：（1）卸载装置结构简单，易于制造。（2）因为箕斗采用平面运动原理工作，卸载和复位动作平稳，安全可靠，冲击性小。（3）箕斗卸载的过卷距离长，卸载安全，事故少。（4）箕斗容积小。曾使用过的仅有 1m-3 和 2m-3，虽然满足了小断面斜井掘进施工的一般需要，但不能满足在大中断面斜井掘进快速施工机械配套
32、的需要，（5）箕斗受卸载原理和卸载轮结构的限制，井筒空间利用率低，扩大箕斗容积困难。（6）运行不安全。箕斗卸载轮有挂伤井筒内施工人员及管线的危险。MZX88 型箕斗：(1)箕斗结构简单，易于制造和检修。(2)箕斗无卸载轮，井筒断面利用率高，箕斗容积较大，虽满足了中、小断面斜井掘进快速施工和普通施工的需要，但仍不能中国矿业大学毕业设计18满足大断面斜并掘进快速施工机械配套的需要。(3)运行安全，无挂碰井筒施工人员和管线的危险。(4)箕斗行走轨距既可选用标准的 900mm 或 600mm，也可设计为非标轨距调整容易方便。(5)箕斗采用定轴转动原理，卸载和复位冲击严重。在箕斗卸载时，其最大牵引力与卸
33、载起始时的牵引力之比值，4rn-3 为2.2，6m-3 高达 3.21，设备易损坏，如导向架冲击损坏，卸载曲轨经常被甩裂、甩断等，维修工作量大，费用高。(6)箕斗受卸载冲击严重的限制，扩大容积易导致配套提升设备选型的级。若将该型箕斗的容积由原 6m3 扩展为 8m3，箕斗卸载冲击系数高达 4.3，头最大静张力高达 137.3kN，必须选用卷筒直径 4m 以上的提升机及配套设备保证箕斗的正常卸载。(7)受箕斗卸载后自动复位用缓冲装置(曲轨碰簧)结构原理的限制，箕斗载过卷转角小于 10 度，过卷距离短(小于 500mm)，卸载事故多。(8)安装调试困难。即使完全按照设计提供的参数安装也不一定能够保
34、箕斗自动完成卸载和复位。正如其使用安装说明所称：“活动轴的轴心位置缓冲器端部顶点位置应根据箕斗卸载时翻转及复位情况由施工现场进行调整与缓冲器相碰的工字梁的预埋位置，应在箕斗翻转时，使弹簧压缩 50mm 来调整” 。尤其是大容积箕斗，调整费工费时，使用极不方便。如 6m3 箕在阳泉工业性试验中调试达一个月之久，效果不尽人意。XQJ 型箕斗：（1）结构简单易于制造和检修。(2) 卸载装置采用钢结构装配式设计，拆卸和移动重复使用性好。中国矿业大学毕业设计19(3)箕斗行走和卸载合二为一，整体紧凑合理，井筒空间利用率高，改变箕斗容积容易方便，可满足大、中、小各种断面斜井掘进快速施工机械配套的需要。(4
35、)箕斗行走轨距，既可用标准轨距，也可设计为非标轨距，调整容易便，经济合理。(5)箕斗采用平面运动原理工作，卸载和复位动作平稳可靠，冲击性小箕斗卸载时，其最大钩头力与卸载起始时的牵引力之比值均不超过 1.4。箕卸载后复位中，运动轨迹连续，复位无冲击，维修工作量小，费用低。如 XQJ 箕斗在工业性试验中，825.5m 斜井一次掘进到底，整机无事故、无修理。(6)过卷距离可调，卸载安全，事故少。因该型箕斗卸载后的复位仅靠自重作用，无须借助诸如缓冲器之类的其他装置，因此过卷距离可根据施工位的要求自由设定。如该型卸载后，复合后轮对的过卷距离为 1.5 一 3m，使过卷，对卸载装置也无破坏，如在 XQJ8
36、 箕斗工业性试验中，从没发生过破坏设备等事故。(7)箕斗卸研集中，时间短。(8)安装调试容易方便。卸载装置只要按设计参数安装，即可保证箕斗动完成其卸载和复位动作，无须施工单位再进行试验调整，省工省时，使用为方便。如在 XQJ8 型箕斗工业性试验中，按设计安装后，一次试车即获成功深得用户好评。(9)与同容积 MZX88 型相比，选用 XQJ 型可使提升配套设备选型降级以 8m3 箕斗单钩提升、确保箕斗安全卸载和提升设备不过载为例，在井筒特相同的条件下，8m3 箕斗采用 MZX88 型原理卸载时，钩头最大静张力为 137.3kN，必须选用卷筒直径 4m 以上提升机及配套设备。采用 XQJ 型原卸载
37、时，钩头最大静张力为69.9kN，只须选用卷筒直径 2.5m 的提升机及配套设备即可。中国矿业大学毕业设计20第 2.4 节 总结与分析（1）MZX66 型箕斗容积小，扩大容积困难，运行不安全，不能满足斜井掘进快速施工需要，属淘汰产品，目前已经很少使用。(2) MZX88 型箕斗卸载和复位原理和设计上先天不足，卸载装置结构复杂，卸载和复位冲击严重，安全事故和使用问题多，安装调试参数不明确，难操作，提升配套不合理，经济性差，这已为施工实践所证明，虽然施工单位还在使用，但不宜再发展和在新项目中配套使用。（3）XQJ 型箕斗吸收了 MZX66 和 MZX88 型箕斗的优点，箕斗结构紧凑，空间利用率高
38、，箕斗容积增减方便，卸载装置简单，卸载冲击小，卸载冲击系数均不超过 1.4，不会因箕斗容积的增减而改变，复位动作平稳无冲击，安装调试参数具体，明确，易操作，提升配套合理，经济，这已为 XQJ8 型箕斗施工实践所证明，可满足大、中、小各种断面斜井掘进快速施工接卸配套的近期和远期需要，是大容积箕斗的发展方向，建议斜井施工机械配套先采用。第 3 章 箕斗设计方案第 3.1 节 箕斗设计的目的与要求由于斜井中的需要量没立井的大，所以也就是属于小轻型的箕斗设计，但是前面提到的斜井的箕斗中前卸式结构比较简单，便宜，实用价值也高，现在国内大部分斜井都使用前卸式的箕斗，而前卸式箕斗又可以分为无卸载轮和有卸载轮
39、的，从上面一章可以看出来有卸载轮的是新型的箕斗，优势明显，故而会选用有卸中国矿业大学毕业设计21载轮式的，但又不能设计的容积太小，故而本人设计的是斗箱容易为 8m-3 的箕斗，这种箕斗满足绝大部分矿井的需要，要求能满足斗箱内所受的力，轨轮的强度，顺利的进行卸载，箕斗中的牵引轴和轨轮轴强度，各部件的材料等。第 3.2 节 了解卸载的不同方式与装置卸载装置主要由上、下曲轨和底架、支撑构件组成，其结构特点和尺寸与卸载、复位原理及受力分析有关。3.2.1 无轮卸载装置主要由箕斗、翻转架、托轮导轨和支架等组成。支架 4 是一个型钢组合体，两根主梁(也称地粱)与基本轨平行，横跨溜井井口，一端支撑翻转架 3
40、，另一端焊有托轮导轨l。翻转架 3 由两根与基本轨轨距一致的钢轨和一根回转轴及两个轴承体组成一回转机构钢轨前端弯制成与箕斗前轮工作直径相同的圆弧，以便当箕斗进人翻转架后阻止其向前运动。中国矿业大学毕业设计22中国矿业大学毕业设计23卸载原理：箕斗 2 沿基本轨进八翻转架 3箕斗与翻转架绕回转轴向前倾翻；同时箕斗牵引框上的导向托轮沿托轮导轨 1 的斜面上升，斗门被开启，将矿石卸出，卸载后，箕斗利用自重复位，并离开翻转架而退人基本轨正常运行。3.2.2 有轮卸载主要由箕斗、托轮导轨、卸载曲轨及支架等组成参见图 3。箕斗结构除在箕斗后轮组外侧增设有一对卸载托轮 6 外，其余结构与无卸载轮箕斗结构基本
41、一致。托轮导轨 1 由钢轨组成卸载和导向两段卸载段主要供卸载托轮运行，导向段主要供导向托轮运行。其轨距与箕斗卸载托轮相匹配，井应大于基本轨距以便箕斗顺利进出支架 4。卸载曲轨 3 是基本轨的延伸，与基本轨用道夹板连接中国矿业大学毕业设计24卸载原理：当箕斗 2 进入卸载装置，箕斗前轮由基本轨转入卸载曲轨3后轮组上的卸载托轮和牵引框上的导向托轮进入托轮导轨 1；随着箕斗的继续运行,其后轮脱离基本轨被抬起，箕斗向前倾斜；同时,导向托轮沿托轮导轨上升，开启斗门，将矿石卸出。提升机下放时，箕斗靠自重返回完成卸矿。无卸载轮箕斗卸载存在的主要问题：(1)卸载时冲击力大，导致：a 提升电动机容易产生突然过负
42、荷；b 箕斗前轮组轴架箱及其它机件的损坏；c 钢丝绳断裂等。(2)箕斗稳定性不好；(3)自返性差。第 3.3 节 总体方案先设计出斗箱、根据斗箱算出牵引框，然后是底架，行走轮、支座以及各部分的零部件等。中国矿业大学毕业设计25第 4 章 箕斗斗箱应力的实验研究第 4.1 节 实验设备模拟的基本原理因为在生产条件下进行所需的实验很困难 ,所以实验研究工作在模型设备上进行 ,正确选择模型与实物的相似比例对实验的近似程度有重大影响。根据文献1 前苏联雅辛的理论 ,散装货物作用于斗箱壁的压力（1）-(1)fhRrPef按弹性力学薄板弯曲理论，挠度 W 满足中国矿业大学毕业设计264442WWPYXYX
43、D（2）应力 22()1xExWauXY（3）222()yx22(1)xyExWXY由式（1）得 （4）1PfrRl 不 变 量由式（2）得 （5）2lExW 不 变 量由式（3）得 （6）443PllPlDEW 不 变 量由于式（4） 、 式（5） 、 式（6） 中的侧压力 P、 挠度 W应力 都是被决定量 ,所以以上得到的各式都是非定性准则 ,可将它们合并为rl不 变 量（7）（8 ）rlrl模 实（ ） （ ）若分别用 、 、 表示应力 货物容重 r 及定性尺寸Crl中国矿业大学毕业设计27的相似倍数 ,则可得lC=rl（9）由于选取一种内外摩擦系数等于煤的物料是很困难的 ,因此决定仍选
44、用煤作模拟货载 ,这样 。因此 , ,即应力C1rC=l的相似倍数等于定性尺寸的相似倍数 ,下面确定模型的松散货物的块度。对于实物: 12 lN lnLnL对于模型: 12lN lnnL“”“ “”“ ”“ ”式中 、 实物和模型的煤的每种级别的含量百分比；1n“、 对应的每一级煤的块度平均值。NL“因此松散货载的线性比例L“CN箕斗斗箱和散装货载的协同模拟应在下述条件下进行 L=因此模型煤的平均块度 ，当几何相似比例非常小时,会NL“改变煤的机械性质。如当 取为 1：100 时,煤的所有粒级均下降C而归并为 0 到 1mm 级,很显然 ,这样的松散体流动特性不能与实物相似。选择几何相似比例
45、,既要考虑到经济性又要使所研究的荷载分级成分和物理性质没有大的变化 ,综合 2 个因素 ,本实验采用比例为 。箕斗模型采用西安设计院设计的 32t 底卸LC1:7式圆板闸门箕斗,其主要数据如表 1 所示 。中国矿业大学毕业设计28表 2 箕斗模型几何参数长度/cm 宽度/ cm 高度/ cm 板厚/ cm底板倾角/( )o卸载口面积/ 3cm49.4 24 107 0.2 40 48第 4.2 节 实验设备及实验方法4.2.1 静态应力根据所测应变范围、精度要求实验室现有设备条件 ,选用 YJ-5 型静态电阻应变仪进行测量 , 以及配用 D20R-5 型预调平衡箱 ,应变计选用上海电阻应变计厂
46、生产的 BF120-5 ,配用胶水,测点沿前、后、侧壁中线均布 ,电桥盒采用半桥接法。4.2.2 动态应力所谓动态是指箕斗在卸载过程中 ,斗箱壁的应力变化 ,实验设备采用 2 台 DY-3A 型动态电阻应变仪 ,配用 SC-18 型光线示波器,可同时测量 12 片电阻应变计 ,电桥盒的接法仍采用半桥接法。4.2.3 实验结果及分析布规律大致是从上到下应力逐渐减小 ,然后又渐渐增加 ,在加强肋处斗箱应力显著减小。各测点的最大动应力都比静应力大 ,其动应力系数为 1.13-3.2 。由此可见 ,在箕斗设计中必须考虑动应力的影响。目前对卸载时产生的动应力的原因说法不一 ,认为动应力产生的原因是由于散
47、体内应力转向所致。在装载时 ,压力处于积极状态 。因为物料在不断的荷载作用下发生收缩 , 而在卸料时下部物料排出 ,这时的压力呈现消极状态 ,物料在垂直方向发生膨胀 ,水平方向发生收缩,卸料口附近上部主应力线逐中国矿业大学毕业设计29渐转化为水平方向,因而使侧压力加大 ,另外物料的流动是作为沿一定滑动线的连续剪切作用以及不断地形成和塌落的料拱而发生的。当料拱破坏时 ,也将引起一定的动力荷载 。第 5 章 箕斗所受载荷分析第 5.1 节 箕斗所受的载荷分析众所周知，箕斗自重，主要取决于装载物料的性质、箕斗结构型式（闸门结构和开启方式） 、提升钢丝绳数量、悬挂装置结构中国矿业大学毕业设计30型式、
48、材质和使用寿命。在矿井设计可行性研究阶段，如无标准箕斗可供选择，则需要根据箕斗载重量和制造材料（一般为型钢件）估计出自重，以便选择绞车。箕斗自重，在未做出施工图前要精确地确定是困难，但必须根据矿井具体条件和已有的统计资料恰当地估计出其重量，要求误差在 10%以内。箕斗自重估计得太重，则导致提升能力富裕量太大，有时还会使绞车升级和加大提升绳直径，使投资增加；箕斗自重估计得太轻，则提升能力有可能达不到要求，同时也不安全。笔者统计了部分单绳箕斗的载重和相应自重，发现两者存在一定规律。试列表如表 3 单绳箕斗。表 3 单绳箕斗激斗型号或图号名义载重（t）自重（t）自重 /载重同吨位箕斗自重平均值（t ）平均自重/载重JLG-3 3 3.548 1.182T1.316.T1 3 3.795 1.2653.671 1.233JLG-4 4 4.522 1.13071.316.4T1 4 4.352 1.0884.437 1.109JLG-6 6 5.434 0.905 - 0.905JLG-8 8 6.046 0.755 - 0.755所以载重为 4 吨的箕斗自重约为 4 吨。5.2 对箕斗设计容量的探讨
