徐辉东，张宇菲，秦晓光，张鲁鲁，汪指南 ，武 杰(.中煤矿山建设集团有限责任公司，安徽 合肥 00；.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 0008；.中煤第三建设集团机电安装工程有限责任公司，安徽 宿州 4000)



新型矿用钩头的设计与应用

徐辉东1，张宇菲2，秦晓光1，张鲁鲁3，汪指南3，武 杰3
(1.中煤矿山建设集团有限责任公司，安徽 合肥 230022；2.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083；3.中煤第三建设集团机电安装工程有限责任公司，安徽 宿州 234000)

文章主要介绍一种新型密封旋转钩头。新型钩头采用吊钩与缓转体直接连接的结构形式，可减少传统钩头装置的总高度与自重，密封性能得到提高。并且能很好的满足6～8m3大容积吊桶的提升要求，可协同其他装备，在大直径超深立井施工中实现快速排矸、提高工作效率的目标。文章主要从设计、计算及现场应用等方面系统性的验证新型钩头的可靠性与实用性。

新型钩头；结构设计；缓转体；负荷试验；工程应用

1 研究背景

大直径深立井是我国矿井井筒施工的发展趋势[1-3]。为实现快速排矸、提高施工效率，中煤三建集团研制了8m3新型吊桶。随之而来的问题是国内现有的钩头(最大11t)不能满足大容积吊桶的提升要求[4-5]。如果按照《凿井图册》中的传统钩头型式进行设计，在增加钩头吨位的同时，其长度也会增加，进而导致凿井井架高度的增加。此外，传统钩头的零部件大多是外置的，施工时安全风险大。

针对上述问题，中煤三建集团研发了一种新型密封旋转钩头，外形尺寸小、钩头自重低、可提升载荷大。新型矿用钩头已取得由国家矿用产品安全标志中心颁发的矿用产品安全标志证书、MA标识和专利证书[6]。

2 新型钩头的设计

2.1 新型钩头的设计依据

为满足大直径超深立井井筒快速施工的要求，新型钩头装置应以适合起落6～8m3吊桶及大型的凿井设备为宜。由于6m3吊桶终端荷重为130336N，故需设计G13钩头以满足使用要求，灌注端应能容许更大的钢丝绳直径；8m3吊桶终端荷重为173715N，故需设计G18钩头以满足使用要求，灌注端应能容许更大的钢丝绳直径。

2.2 新型钩头的结构形式

与传统形式相比，新型钩头在结构设计方面采用吊钩与缓转器直接连接的形式。这种设计直接减少了装置的连接部分，可有效降低钩头的整体高度，如图1所示。新设计将旋转部位的关键零件内置，可提高装置的安全系数。采用新材料35CrMo进行加工制造，钩头自身重量得以减轻。

2.3 新型钩头的主要技术参数

技术参数如表1所示。

3 新型钩头的强度计算

以13t钩头装置计算示例如下几方面所示[7-8]。

3.1 钩头装置的计算依据

额定载荷：13t=127400N

吊钩材质：35CrMo锻件，强度极限σb=735MPa，屈服极限σs=540MPa。

缓转器壳体：35号优质碳素钢锻件，强度极限σb=550MPa，屈服极限σs=295MPa。

图1 新型钩头结构图

表1 新型钩头的技术参数表

型号允许载荷/t总高度L/mm吊钩开口B/mm适用钢绳直径ϕ/mm质量/kg轴承型号适用吊桶/m3挂/座钩式底卸式G11111347.5±1011040～43156294125.03.0G13131451.5±1011545～47210294136.04.0G15151601±1011550～53249294157.0G18181728±1012050～53289294168.0

3.2 吊钩的计算

吊钩几何形状如图2所示。

图2 吊钩几何形状

1)危险截面A-B的强度计算。

与A-B截面有关的几何尺寸：b1=51.6mm；b2=100mm；h=125mm；d=112mm。

2)吊钩柄强度计算。

吊钩柄的几何尺寸：d1=53mm。

3.3 缓转器壳体的计算

缓转器壳体几何尺寸见图3。

图3 缓转器壳体几何形状

1) 1-1截面强度计算。

d=230mm；d2=187.1mm。

1-1截面的平均拉应力见下式。

=9.1MPa

2)耳柄强度计算。

相关几何尺寸：R=80mm；t=93mm；d3=60mm。

以上为钩头装置的主要部件吊钩、缓转器壳体经计算，其安全系数符合《煤炭安全规程》的规定。其它零件经计算，也符合要求。

4 钩头的负荷试验

加工完成的新型钩头如图4所示，负荷实验装置如图5所示。钩头装置组装完成后首先进行连接可靠性试验。在2倍额定负载荷下钩头装置零件无变形和裂纹情况发生，即连接性能可靠。随后进行钩头装置的静负荷试验，在专用的试验设备上对钩头装置进行加载负荷直至钢丝绳破断，经检查钩头的连接装置未损坏。符合产品的质量要求。

本系列钩头装置已取得由国家矿用产品安全标志中心颁发的矿用产品安全标志证书、MA标识和专利证书。

图4 钩头实物图

图5 钩头的负荷实验

5 工程应用实例

兖州煤业鄂尔多斯能化有限公司的营盘壕煤矿，主井井筒净径9.4m，井深849.5m。井筒设计最大掘进断面达到了145.2m2，荒径13.6m，一次爆破作业掘进矸石量大。如何增大排矸能力以加快施工速度成为本次施工的难点。

工程选用新型G18t钩头外加8m3新型矸石吊桶提升矸石，下放物料、人员。通过主井掘砌工程的应用，系统性的验证了新型密封旋转钩头的可靠性与实用性。加快了施工速度，取得了井筒综合月进尺超百米的好成绩，获得了较大的经济收益，新型钩头的应用为同类工程施工提供了宝贵的经验借鉴。

6 小结

中煤三建集团首次研制出的新型密封旋转钩头装置(G13～G25t)，减少了钩头装置的总高度，提高了密封性能，可很好的满足6～8m3大容积吊桶荷载的提升要求。并且加工钩头时编制了加工工艺标准和图册，定型为系列产品。

此种新型钩头已在营盘壕煤矿的主井井筒、马脊梁副井、张集东风井，顾桥煤矿中央区进风井等工程中得到应用。在工程实践中验证了钩头的可靠性与实用性，值得进一步推广应用。

[1] 孔令夷.国产煤矿机械发展状况与趋势研究[J].煤矿机械,2011(03):13-15.

[2] 刘岩.我国煤矿机械发展现状及发展趋势[J].价值工程,2013(4):28-29.

[3] 胡敬东,连向东.我国煤炭科技发展现状及展望 [J].煤炭科学技术，2005(1):21-24.

[4] 孙伟昌,张书屏.斜井提升钩头断裂原因分析[J].煤矿机械,1998(6):36-38.

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[6] 张鲁鲁,汪指南,温富成，等.新型矿用钩头装置[P].中国专利:0285802.2,2013.10.23.

[7] 刘鸿文.材料力学[M].第五版.高等教育出版社,2011.

[8] 袁文伯,吕家立.钩头超过弹性后的两个阶段承载能力——屈服承载能力和极限承载能力[J].中国矿业大学学报,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

张宇菲(1990-),女,研究生。E-mail：kuangdazyf@126.com；杨立云(1983-),男,河北邢台人,博士,讲师。

TD538

A

1004-4051(2015)09-0134-03