本发明属于矿山提升机技术领域，具体涉及一种新型齿轮传动张力平衡多绳缠绕式矿井提升机。

  目前，国内矿山企业主要使用两种类型的矿井提升机：一类是单绳缠绕式提升机，该类型提升机在深井、大终端载荷情况下工作时，为了承担终端载荷及钢丝绳本身的重量，钢丝绳的直径往往要求很大，相应的滚筒直径也要求很大，而过大的钢丝绳直径和过大的滚筒直径在钢丝绳和滚筒的制造和使用方面都不方便，这样就在某些特定的程度上限制了单绳缠绕式提升机在深井条件下的使用；另一类是多绳摩擦式提升机，该类型提升机由于采用了多绳，虽在某些特定的程度上解决了深井提升问题，但由于该类型提升机必须配置平衡尾绳，当在超深井(1400米)情况下工作时，将会使提升钢丝绳与提升容器连接处的应力波动过大，即钢丝绳的应力波动值大于钢丝绳破断力的11.5％，从而不能够确保钢丝绳必要的常规使用的寿命。因此，该类型提升机不适合用于超深井提升。国外将多绳缠绕式提升机用于超深井提升，钢丝绳张力平衡装置多采用直接装设在联接装置上的平衡轮或装设在井架上的带有两个互相连通的液压缸活塞上的天轮来达到平衡，前者的缺点是平衡轮重量大，增加了提升容器的重量，当平衡轮直径较小时，由于钢丝绳挠曲半径小，会影响钢丝绳的常规使用的寿命。后者要占用井架内较大的空间，钢丝绳补偿长度受到一定的限制。

  本发明针对现存技术的不足，提供一种新型齿轮传动张力平衡多绳缠绕式矿井提升机。

  一种新型齿轮传动张力平衡多绳缠绕式矿井提升机，包括一号主轴装置、二号主轴装置及齿轮传动系统，其特点是：所述一号主轴装置通过齿轮传动系统与二号主轴装置连接，一号主轴装置与二号主轴装置分别单独与动力系统连接；

  所述一号主轴装置包含一号提升容器、一号主轴装置天轮组、一号主轴装置钢丝绳组、一号主轴装置滚筒组、盘形制动器、主轴Ⅰ及一号主轴装置齿轮传动张力平衡装置；所述一号主轴装置天轮组包括一号主轴装置左天轮和一号主轴装置右天轮；所述一号主轴装置钢丝绳组包括一号主轴装置左钢丝绳及一号主轴装置右钢丝绳；所述一号主轴装置滚筒组包括与所述主轴Ⅰ滑动连接的一号主轴装置左滚筒及与所述主轴Ⅰ滑动连接的一号主轴装置右滚筒；所述盘形制动器设置于每一个主轴装置滚筒的两侧且通过支座与地基固接；所述一号主轴装置齿轮传动张力平衡装置位于所述一号主轴装置左滚筒及一号主轴装置右滚筒之间；

  所述一号主轴装置齿轮传动张力平衡装置包含壳体、与主轴Ⅰ固接的支撑架、与主轴Ⅰ滑动连接的左输出锥齿轮、与主轴Ⅰ滑动连接的右输出锥齿轮、与支撑架滑动连接的上平衡锥齿轮、与支撑架滑动连接的下平衡锥齿轮；所述上平衡锥齿轮及下平衡锥齿轮均与所述左输出锥齿轮和右输出锥齿轮啮合；所述壳体分别与支撑架固定连接、与左输出锥齿轮及右输出锥齿轮滑动连接；

  所述左输出锥齿轮通过一号主轴装置左滚筒连接螺栓与一号主轴装置左滚筒固接；所述右输出锥齿轮通过一号主轴装置右滚筒连接螺栓与一号主轴装置右滚筒固接；

  所述一号主轴装置左钢丝绳一端与一号提升容器固接，另一端缠绕在一号主轴装置左滚筒上，所述一号主轴装置右钢丝绳一端与一号提升容器固接，另一端缠绕在一号主轴装置右滚筒上，且一号主轴装置左钢丝绳和一号主轴装置右钢丝绳在滚筒上的缠绕方向一致；

  所述二号主轴装置与一号主轴装置结构类似，包括二号提升容器、二号主轴装置天轮组、二号主轴装置钢丝绳组、二号主轴装置滚筒组、盘形制动器、主轴Ⅱ及二号主轴装置齿轮传动张力平衡装置；其中：二号主轴装置钢丝绳组与二号主轴装置滚筒组的缠绕方向与一号主轴装置的相反；

  所述二号主轴装置齿轮传动张力平衡装置位于所述二号主轴装置左滚筒及二号主轴装置右滚筒之间；所述二号主轴装置齿轮传动张力平衡装置的结构与一号主轴装置齿轮传动张力平衡装置类似；

  所述齿轮传动系统包括与主轴Ⅱ固接的主轴Ⅱ传动齿轮、设置在中间轴上的离合齿轮、与中间轴固接的中间轴传动齿轮及与主轴Ⅰ固接的主轴Ⅰ传动齿轮，其中：主轴Ⅱ传动齿轮与离合齿轮啮合，中间轴传动齿轮与主轴Ⅰ传动齿轮啮合。

  本发明采用齿轮传动张力平衡装置实现钢丝绳间的张力平衡，本平衡装置装于主轴上，结构相对比较简单，维护方便，对两钢丝绳的长度补偿不受任何限制，能够精确平衡两钢丝绳的张力，仅当两钢丝绳在提升机滚筒上的缠绕半径不相等时，两钢丝绳间存在一定的张力差(见公式(2))。但由于通常情况下两滚筒的缠绕半径差远远小于滚筒的缠绕半径，由此引起的两钢丝绳间的张力差是微不足道的，不会影响提升机的正常运行。本新型齿轮传动张力平衡多绳缠绕式提升机的另一优点是无需设置专门的调绳离合器就可以实现提升机的调绳工作，使调绳工作更为方便。

  图中：1—一号主轴装置左天轮；2—二号主轴装置左天轮；3—一号主轴装置右天轮；4—二号主轴装置右天轮；5—一号主轴装置左钢丝绳；6—二号主轴装置左钢丝绳；7—一号主轴装置右钢丝绳；8—二号主轴装置右钢丝绳；9—盘形制动器；10—二号主轴装置右滚筒；11—主轴Ⅱ传动齿轮；12—主轴Ⅱ；13—离合齿轮；14—中间轴；15—中间轴传动齿轮；16—主轴Ⅰ；17—主轴Ⅰ传动齿轮；18—一号主轴装置右滚筒；19—一号主轴装置齿轮传动张力平衡装置；20—一号主轴装置左滚筒；21—二号主轴装置齿轮传动张力平衡装置；22—二号主轴装置左滚筒；23—二号提升容器；24—一号提升容器；25—一号主轴装置左滚筒连接螺栓；26—上平衡锥齿轮；27—支撑架；28—右输出锥齿轮；29—一号主轴装置右滚筒连接螺栓；30—壳体；31—下平衡锥齿轮；32—左输出锥齿轮。

  如图1所示，一种新型齿轮传动张力平衡多绳缠绕式矿井提升机，包括一号主轴装置、二号主轴装置及齿轮传动系统，其特点是：所述一号主轴装置通过齿轮传动系统与二号主轴装置连接，一号主轴装置与二号主轴装置分别单独与动力系统连接；

  所述一号主轴装置包含一号提升容器24、一号主轴装置天轮组、一号主轴装置钢丝绳组、一号主轴装置滚筒组、盘形制动器9、主轴Ⅰ16及一号主轴装置齿轮传动张力平衡装置19；所述一号主轴装置天轮组包括一号主轴装置左天轮1和一号主轴装置右天轮3；所述一号主轴装置钢丝绳组包括一号主轴装置左钢丝绳5及一号主轴装置右钢丝绳7；所述一号主轴装置滚筒组包括与所述主轴Ⅰ16滑动连接的一号主轴装置左滚筒20及与所述主轴Ⅰ16滑动连接的一号主轴装置右滚筒18；所述盘形制动器9设置于每一个主轴装置滚筒的两侧且通过支座与地基固接；所述一号主轴装置齿轮传动张力平衡装置19位于所述一号主轴装置左滚筒20及一号主轴装置右滚筒18之间；

  如图2所示，所述一号主轴装置齿轮传动张力平衡装置19包括壳体30、与主轴Ⅰ16固接的支撑架27、与主轴Ⅰ16滑动连接的左输出锥齿轮32、与主轴Ⅰ16滑动连接的右输出锥齿轮28、与支撑架27滑动连接的上平衡锥齿轮26、与支撑架27滑动连接的下平衡锥齿轮31；所述上平衡锥齿轮26及下平衡锥齿轮31均与所述左输出锥齿轮32和右输出锥齿轮28啮合；所述壳体30分别与支撑架27固定连接、与左输出锥齿轮32及右输出锥齿轮28滑动连接；

  所述左输出锥齿轮32通过一号主轴装置左滚筒连接螺栓25与一号主轴装置左滚筒20固接；所述右输出锥齿轮28通过一号主轴装置右滚筒连接螺栓29与一号主轴装置右滚筒18固接；

  所述一号主轴装置左钢丝绳5一端与一号提升容器24固接，另一端缠绕在一号主轴装置左滚筒20上，所述一号主轴装置右钢丝绳7一端与一号提升容器24固接，另一端缠绕在一号主轴装置右滚筒18上，且一号主轴装置左钢丝绳5和一号主轴装置右钢丝绳7在滚筒上的缠绕方向一致；

  所述二号主轴装置与一号主轴装置结构类似，包括二号提升容器23、二号主轴装置天轮组、二号主轴装置钢丝绳组、二号主轴装置滚筒组、盘形制动器9、主轴Ⅱ12及二号主轴装置齿轮传动张力平衡装置21；其中：二号主轴装置钢丝绳组与二号主轴装置滚筒组的缠绕方向与一号主轴装置的相反；

  所述二号主轴装置齿轮传动张力平衡装置21位于所述二号主轴装置左滚筒22及二号主轴装置右滚筒10之间；所述二号主轴装置齿轮传动张力平衡装置21的结构与一号主轴装置齿轮传动张力平衡装置19类似；

  所述齿轮传动系统包括与主轴Ⅱ固接的主轴Ⅱ传动齿轮11、设置在中间轴14上的离合齿轮13、与中间轴14固接的中间轴传动齿轮15及与主轴Ⅰ16固接的主轴Ⅰ传动齿轮17，其中：主轴Ⅱ传动齿轮11与离合齿轮13啮合，中间轴传动齿轮15与主轴Ⅰ传动齿轮17啮合。

  提升机工作时，动力经传动系统(图中未画出)分别传给主轴Ⅰ和主轴Ⅱ，此时，离合齿轮13与中间轴14处于结合状态，从而可保证主轴Ⅰ和主轴Ⅱ同步转动。主轴Ⅰ带动齿轮传动张力平衡装置19的支撑架转动，并通过平衡锥齿轮、输出锥齿轮带动一号主轴装置左滚筒20、一号主轴装置右滚筒18转动，从而带动一号提升容器24提升(或下放)；主轴Ⅱ12带动齿轮传动张力平衡装置21的支撑架通过平衡锥齿轮、输出锥齿轮带动二号主轴装置左滚筒22、二号主轴装置右滚筒10转动，从而带动二号提升容器23下放(或提升)。

  以一号主轴装置为例，由于与平衡锥齿轮相啮合的左右两输出锥齿轮只能传递相同的扭矩，因此，当连接于同一提升容器的两提升钢丝绳在滚筒上的缠绕半径相等或两根钢丝绳的弹性系数相等或两钢丝绳的长度相等时，平衡锥齿轮两侧所受的力矩相等，一号主轴装置齿轮传动张力平衡装置19的平衡锥齿轮处于绕主轴Ⅰ公转但不自转状态，在此种状态下两提升钢丝绳具有相等的张力，即两钢丝绳张力平衡且两滚筒与主轴Ⅰ以相同的转速转动而处于相对静止状态。

  当由于在钢丝绳安装中的误差使连接同一容器的两钢丝绳的长度不相等时，如连接一号提升容器24的其中一根钢丝绳(如一号主轴装置右钢丝绳7)比另一根钢丝绳(一号主轴装置左钢丝绳5)较长时，使得一号主轴装置右钢丝绳7处于松绳状态，而一号主轴装置左钢丝绳5处于紧绳状态。在提升机开始提升工作时(此时主轴Ⅰ为顺时针转动)，使一号主轴装置左钢丝绳5的张力大于一号主轴装置右钢丝绳7的张力，从而使平衡锥齿轮两侧的力矩不再处于相等状态，使上平衡锥齿轮26产生逆时针方向自转，下平衡锥齿轮31产生顺时针方向自转，从而使左输出锥齿轮32以及与其固连的一号主轴装置左滚筒20慢于主轴Ⅰ转动；相反，与平衡锥齿轮啮合的右输出锥齿轮28以及与其固连的一号主轴装置右滚筒18快于主轴Ⅰ转动，从而使松的一号主轴装置右钢丝绳7较紧的一号主轴装置左钢丝绳5以较快的速度缠绕于一号主轴装置右滚筒18上，当消除两钢丝绳长度差后，两钢丝绳张力达到平衡状态，平衡锥齿轮停止自转，主轴Ⅰ带动一号主轴装置齿轮传动张力平衡装置19通过平衡锥齿轮、输出锥齿轮带动一号主轴装置左滚筒20、一号主轴装置右滚筒18同步转动，从而使两钢丝绳在张力平衡状态下带动一号提升容器24提升货物。当此时为下放一号提升容器24时，主轴Ⅰ的转动方向与提升一号提升容器24时的转动方向相反，即主轴Ⅰ为逆时针方向转动。在此情况下，使右输出锥齿轮28以及与其固连的一号主轴装置右滚筒18慢于主轴Ⅰ转动；相反，与平衡锥齿轮啮合的左输出锥齿轮32以及与其固连的滚筒20快于主轴Ⅰ转动，即使与松钢丝绳7固连的滚筒18较慢于主轴Ⅰ转动，与紧钢丝绳5固连的一号主轴装置左滚筒20较快于主轴Ⅰ转动，当消除两钢丝绳长度差后，两钢丝绳张力达到平衡状态，平衡锥齿轮停止自转，主轴Ⅰ带动一号主轴装置齿轮传动张力平衡装置19通过平衡锥齿轮、输出锥齿轮带动一号主轴装置左滚筒20、一号主轴装置右滚筒18与主轴Ⅰ同步转动，从而使两钢丝绳在张力平衡状态下下放一号提升容器24。

  当连接同一容器的两钢丝绳的弹性刚度不相等时，例如一号主轴装置左钢丝绳5的弹性刚度大于一号主轴装置右钢丝绳7的弹性刚度时，使得两钢丝绳在相同负载下，一号主轴装置左钢丝绳5的变形小于一号主轴装置右钢丝绳7的变形，从而使一号主轴装置左钢丝绳5处于紧绳状态，一号主轴装置右钢丝绳7处于松绳状态。此时，一号主轴装置左钢丝绳5对一号主轴装置左滚筒20的力矩大于一号主轴装置右钢丝绳7对一号主轴装置右滚筒18的力矩，由于左输出锥齿轮32和右输出锥齿轮28分别与一号主轴装置左滚筒20和一号主轴装置右滚筒18相固连，因此，左输出锥齿轮32作用于平衡齿轮的力矩大于右输出齿轮28作用于平衡齿轮的力矩，从而使上平衡锥齿轮26顺时针方向自转，使下平衡锥齿轮31顺时针方向自转，结果使一号提升容器24在提升货物时(此时主轴Ⅰ顺时针转动)左输出齿轮32及与之固连的一号主轴装置左滚筒20滞后于主轴Ⅰ转动，而右输出锥齿轮28及与之固连的一号主轴装置右滚筒18超前于主轴Ⅰ转动，直至消除由于两钢丝绳弹性刚度不同而产生的变形之差后，最终使两钢丝绳的张力达到平衡。由于钢丝绳的弹性刚度与钢丝绳的长度有关，因此，提升机在提升过程中两钢丝绳的变形差随时在产生，随时又被平衡机构将所产生的变形差消除，来保证两钢丝绳的张力在整个提升过程中始终处于平衡状态。当此时为下放一号提升容器24时，主轴Ⅰ的转动方向与提升一号提升容器24时的转动方向相反，即主轴Ⅰ为逆时针方向转动。在此情况下，使左输出齿轮32以及与其固连的一号主轴装置左滚筒20快于主轴Ⅰ转动；相反，与平衡锥齿轮啮合的右输出齿轮28以及与其固连的一号主轴装置右滚筒18慢于主轴Ⅰ转动，从而使与紧的一号主轴装置左钢丝绳5固连的一号主轴装置左滚筒20较快于主轴Ⅰ转动，与松的一号主轴装置右钢丝绳7固连的一号主轴装置右滚筒18较慢于主轴Ⅰ转动，直至消除由于两钢丝绳弹性刚度不同而产生的变形之差后，最终使两钢丝绳的张力达到平衡。与提升机提升一号提升容器24一样，提升机在下放一号提升容器24过程中，平衡机构同样可保证两钢丝绳的张力在整个下放货物过程中始终处于平衡状态。提升机在两钢丝绳的弹性刚度不相等的情况下运转时，由于张力平衡装置每时每刻都要通过平衡锥齿轮的自转来消除因两钢丝绳的弹性刚度不相等而引起的两钢丝绳的变形差，进而达到两钢丝绳的张力平衡。所以，在这种情况下，提升机在整个提升或下放过程中，左、右两滚筒与主轴Ⅰ之间以及两滚筒之间始终存在相对转动。

  当由于连接同一容器的两根钢丝绳的直径不相等，或装于同一轴上(如主轴Ⅰ)的两滚筒的直径不相等，或由于前两种原因以及钢丝绳在多层缠绕时其它种种原因造成两滚筒的缠绕直径不相等时，例如一号主轴装置左滚筒20的缠绕直径D20大于一号主轴装置右滚筒18的缠绕直径D18，即两滚筒的缠绕直径差为△D＝D20-D18时，由于两输出齿轮左输出锥齿轮32和右输出锥齿轮28传递相等的扭矩，所以，提升机在工作过程中始终存在如下关系，即

  式中T5、T7——分别为一号主轴装置左钢丝绳5和一号主轴装置右钢丝绳7的张力；

  公式(2)表明当两滚筒的缠绕直径不相等时，本齿轮传动张力平衡装置将不能确保两钢丝绳的张力平衡。但由于两滚筒的缠绕直径差通常远远小于一号主轴装置右滚筒18的缠绕直径。因此，由于两滚筒的缠绕直径不相等而引起的两根钢丝绳张力不平衡不会对提升机的正常工作造成实质性的影响。在此种情况下，由于两钢丝绳的张力受公式(2)的约束，因此，无论一号提升容器24是提升货物还是下放货物，一号主轴装置左滚筒20将始终慢于主轴Ⅰ转动，而一号主轴装置右滚筒18将始终快于主轴Ⅰ转动。

  当提升机需要调绳时，可根据自身的需求将某一主轴上的两滚筒进行制动，例如将主轴Ⅰ上的两滚筒进行制动，使主轴Ⅱ上的两滚筒处于松闸状态，打开离合齿轮13的离合器使其与中间轴14脱离连接，同时启动主轴Ⅱ的动力来驱动其转动，以完成提升机的调绳工作。由此可见，本新型齿轮传动张力平衡多绳缠绕式矿井提升机无需设置专门的调绳离合器就可以实现提升机的调绳工作。

  当二号主轴装置产生前述的各种影响两钢丝绳(二号主轴装置左钢丝绳6和二号主轴装置右钢丝绳8)张力平衡的因素时，其运转状况与一号主轴装置完全相同，这里不再赘述。

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