徐輝東，張宇菲，秦曉光，張魯魯，汪指南 ，武 杰(.中煤礦山建設集團有限責任公司，安徽 合肥 00；.中國礦業(yè)大學(北京)力學與建筑工程學院,北京 0008；.中煤第三建設集團機電安裝工程有限責任公司，安徽 宿州 4000)

?

新型礦用鉤頭的設計與應用

徐輝東1，張宇菲2，秦曉光1，張魯魯3，汪指南3，武 杰3
(1.中煤礦山建設集團有限責任公司，安徽 合肥 230022；2.中國礦業(yè)大學(北京)力學與建筑工程學院,北京 100083；3.中煤第三建設集團機電安裝工程有限責任公司，安徽 宿州 234000)

文章主要介紹一種新型密封旋轉鉤頭。新型鉤頭采用吊鉤與緩轉體直接連接的結構形式，可減少傳統(tǒng)鉤頭裝置的總高度與自重，密封性能得到提高。并且能很好的滿足6～8m3大容積吊桶的提升要求，可協(xié)同其他裝備，在大直徑超深立井施工中實現(xiàn)快速排矸、提高工作效率的目標。文章主要從設計、計算及現(xiàn)場應用等方面系統(tǒng)性的驗證新型鉤頭的可靠性與實用性。

新型鉤頭；結構設計；緩轉體；負荷試驗；工程應用

1 研究背景

大直徑深立井是我國礦井井筒施工的發(fā)展趨勢[1-3]。為實現(xiàn)快速排矸、提高施工效率，中煤三建集團研制了8m3新型吊桶。隨之而來的問題是國內現(xiàn)有的鉤頭(最大11t)不能滿足大容積吊桶的提升要求[4-5]。如果按照《鑿井圖冊》中的傳統(tǒng)鉤頭型式進行設計，在增加鉤頭噸位的同時，其長度也會增加，進而導致鑿井井架高度的增加。此外，傳統(tǒng)鉤頭的零部件大多是外置的，施工時安全風險大。

針對上述問題，中煤三建集團研發(fā)了一種新型密封旋轉鉤頭，外形尺寸小、鉤頭自重低、可提升載荷大。新型礦用鉤頭已取得由國家礦用產品安全標志中心頒發(fā)的礦用產品安全標志證書、MA標識和專利證書[6]。

2 新型鉤頭的設計

2.1 新型鉤頭的設計依據(jù)

為滿足大直徑超深立井井筒快速施工的要求，新型鉤頭裝置應以適合起落6～8m3吊桶及大型的鑿井設備為宜。由于6m3吊桶終端荷重為130336N，故需設計G13鉤頭以滿足使用要求，灌注端應能容許更大的鋼絲繩直徑；8m3吊桶終端荷重為173715N，故需設計G18鉤頭以滿足使用要求，灌注端應能容許更大的鋼絲繩直徑。

2.2 新型鉤頭的結構形式

與傳統(tǒng)形式相比，新型鉤頭在結構設計方面采用吊鉤與緩轉器直接連接的形式。這種設計直接減少了裝置的連接部分，可有效降低鉤頭的整體高度，如圖1所示。新設計將旋轉部位的關鍵零件內置，可提高裝置的安全系數(shù)。采用新材料35CrMo進行加工制造，鉤頭自身重量得以減輕。

2.3 新型鉤頭的主要技術參數(shù)

技術參數(shù)如表1所示。

3 新型鉤頭的強度計算

以13t鉤頭裝置計算示例如下幾方面所示[7-8]。

3.1 鉤頭裝置的計算依據(jù)

額定載荷：13t=127400N

吊鉤材質：35CrMo鍛件，強度極限σb=735MPa，屈服極限σs=540MPa。

緩轉器殼體：35號優(yōu)質碳素鋼鍛件，強度極限σb=550MPa，屈服極限σs=295MPa。

圖1 新型鉤頭結構圖

表1 新型鉤頭的技術參數(shù)表

型號允許載荷/t總高度L/mm吊鉤開口B/mm適用鋼繩直徑?/mm質量/kg軸承型號適用吊桶/m3掛/座鉤式底卸式G11111347.5±1011040～43156294125.03.0G13131451.5±1011545～47210294136.04.0G15151601±1011550～53249294157.0G18181728±1012050～53289294168.0

3.2 吊鉤的計算

吊鉤幾何形狀如圖2所示。

圖2 吊鉤幾何形狀

1)危險截面A-B的強度計算。

與A-B截面有關的幾何尺寸：b1=51.6mm；b2=100mm；h=125mm；d=112mm。

2)吊鉤柄強度計算。

吊鉤柄的幾何尺寸：d1=53mm。

3.3 緩轉器殼體的計算

緩轉器殼體幾何尺寸見圖3。

圖3 緩轉器殼體幾何形狀

1) 1-1截面強度計算。

d=230mm；d2=187.1mm。

1-1截面的平均拉應力見下式。

=9.1MPa

2)耳柄強度計算。

相關幾何尺寸：R=80mm；t=93mm；d3=60mm。

以上為鉤頭裝置的主要部件吊鉤、緩轉器殼體經計算，其安全系數(shù)符合《煤炭安全規(guī)程》的規(guī)定。其它零件經計算，也符合要求。

4 鉤頭的負荷試驗

加工完成的新型鉤頭如圖4所示，負荷實驗裝置如圖5所示。鉤頭裝置組裝完成后首先進行連接可靠性試驗。在2倍額定負載荷下鉤頭裝置零件無變形和裂紋情況發(fā)生，即連接性能可靠。隨后進行鉤頭裝置的靜負荷試驗，在專用的試驗設備上對鉤頭裝置進行加載負荷直至鋼絲繩破斷，經檢查鉤頭的連接裝置未損壞。符合產品的質量要求。

本系列鉤頭裝置已取得由國家礦用產品安全標志中心頒發(fā)的礦用產品安全標志證書、MA標識和專利證書。

圖4 鉤頭實物圖

圖5 鉤頭的負荷實驗

5 工程應用實例

兗州煤業(yè)鄂爾多斯能化有限公司的營盤壕煤礦，主井井筒凈徑9.4m，井深849.5m。井筒設計最大掘進斷面達到了145.2m2，荒徑13.6m，一次爆破作業(yè)掘進矸石量大。如何增大排矸能力以加快施工速度成為本次施工的難點。

工程選用新型G18t鉤頭外加8m3新型矸石吊桶提升矸石，下放物料、人員。通過主井掘砌工程的應用，系統(tǒng)性的驗證了新型密封旋轉鉤頭的可靠性與實用性。加快了施工速度，取得了井筒綜合月進尺超百米的好成績，獲得了較大的經濟收益，新型鉤頭的應用為同類工程施工提供了寶貴的經驗借鑒。

6 小結

中煤三建集團首次研制出的新型密封旋轉鉤頭裝置(G13～G25t)，減少了鉤頭裝置的總高度，提高了密封性能，可很好的滿足6～8m3大容積吊桶荷載的提升要求。并且加工鉤頭時編制了加工工藝標準和圖冊，定型為系列產品。

此種新型鉤頭已在營盤壕煤礦的主井井筒、馬脊梁副井、張集東風井，顧橋煤礦中央?yún)^(qū)進風井等工程中得到應用。在工程實踐中驗證了鉤頭的可靠性與實用性，值得進一步推廣應用。

[1] 孔令夷.國產煤礦機械發(fā)展狀況與趨勢研究[J].煤礦機械,2011(03):13-15.

[2] 劉巖.我國煤礦機械發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].價值工程,2013(4):28-29.

[3] 胡敬東,連向東.我國煤炭科技發(fā)展現(xiàn)狀及展望 [J].煤炭科學技術，2005(1):21-24.

[4] 孫偉昌,張書屏.斜井提升鉤頭斷裂原因分析[J].煤礦機械,1998(6):36-38.

[5] 袁文伯.關于鑿井提升鉤頭及連接裝置的安全系數(shù)和鉤頭系列問題[J].煤炭科學技術,1980(11):21-23，61.

[6] 張魯魯,汪指南,溫富成，等.新型礦用鉤頭裝置[P].中國專利:0285802.2,2013.10.23.

[7] 劉鴻文.材料力學[M].第五版.高等教育出版社,2011.

[8] 袁文伯,呂家立.鉤頭超過彈性后的兩個階段承載能力——屈服承載能力和極限承載能力[J].中國礦業(yè)大學學報,1979(3):110-121.

The design and application of new mine hook

XU Hui-dong1，ZHANG Yu-fei2,QIN Xiao-guang1，ZHANG Lu-lu3，WANG Zhi-nan3，Wu Jie3

(1.China Coal No.3 Construction(Group) Co.，Ltd.，Hefei 230022,China；2.School of Mechanics and Civil Engineering，China University of Mining and Technology(Beijing)，Beijing 100083,China；3.Electrical Installation Engineering of China Coal No.3 Construction Co.，Ltd.，Suzhou 234000，China)

The article describes a new seal rotating hook.In the new structure，rotary is directly connecting with the hook.Compared with conventional hook，the new hook not only reduces the height and overall weight，but also the sealability is improved.It can well meet the 6～8m3bucket lifting large volume requirements.Conjunction with other equipment，the new hook achieve rapid discharge refuse in large diameter ultra-deep shaft construction successfully，and improve work efficiency.This article verifies the reliability and practicality of new hook in the aspects of design，calculation and on-site application systematically.

new hook；structural design；rotary；load test；engineering applications

2014-06-03

張宇菲(1990-),女,研究生。E-mail：kuangdazyf@126.com；楊立云(1983-),男,河北邢臺人,博士,講師。

TD538

A

1004-4051(2015)09-0134-03