矿用多绳摩擦式提升机的整体设计【说明书+CAD】
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河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)中期检查表指导教师: 高爱华 职 称: 副教授 所在院(系): 机械与动力工程学院 教研室(研究室): 题 目矿井提升机的整体设计学生姓名郭春霖专业班级08机制2班学号0828070032一、选题质量:(主要从以下四个方面填写:1、选题是否符合专业培养目标,能否体现综合训练要求;2、题目难易程度;3、题目工作量;4、题目与生产、科研、经济、社会、文化及实验室建设等实际的结合程度)选题符合机械设计专业的培养目标,能够体现综合训练的要求。设计任务难易程度较难,工作量较大。所选题目矿井提升机的设计与实际贴合比较紧密,在实际的应用中比较广泛。在设计过程中,对机器的零件的设计和计算对我来说是以往所学知识的总结和应用,所以能够满足综合训练的要求。矿井提升机在设计过程中,对于我来说还是具有很大的难度,对于这方面的了解不是很多,且这方面的资料也是比较少,所以这对我来说是一个挑战。2、 开题报告完成情况: 顺利完成了开题报告,同意开题。 经过指导老师的指导和大量的阅读文献资料,我逐渐找到了设计的切入点,顺利的完成了开题报告,并有了一定的成果和进行了一些前期的工作。目前本设计已经进入了说明书编写阶段,在以后工作的中我将继续努力,认真完成这次毕业设计。三、阶段性成果:1对本次设计进行了方案确定,初步完成了提升机传动部分主要参数的确定,并完成了一些零件的选型和设计计算。 2到目前为止,已完成开题报告、实习报告、部分说明书和零件图。 3进一步对整体说明书和完整的图纸绘制做准备工作。四、存在主要问题: 1对矿井提升机了解的不够,技术方面上不是太成熟。 2获得的资料有限。 3论文初稿的内容还不丰富,思考问题还不够全面,对材料缺少认真度量。 4. 局部结构设计思路不是很清晰,缺乏经验。五、指导教师对学生在毕业实习中,劳动、学习纪律及毕业设计(论文)进展等方面的评语指导教师: (签名) 年 月 日河南理工大学万方科技学院毕业实习报告 系别:机械与动力工程系 班级:08机制2班 姓名: 郭春霖 学号:0828070032目 录一、工厂的介绍二、矿机提升机的学习(1)提升机的分类及工作原理(2)提升机的使用场合(3)提升机的规格型号(4)提升机的基本参数(5)主要部件及功能三、学习有关毕业设计的相关知识内装式提升机的国内外发展状况及其优点一、工厂的介绍中航光电科技股份有限公司(158厂)隶属中国航空工业集团公司,是国内规模最大的专业从事高可靠光、电连接器研发与生产,同时提供全面光、电连接技术解决方案的高科技企业。公司于2007年11月1日在深圳证券所上市,是中国首家整体上市的军工企业。公司致力于光、电连接技术研究和产品开发,2010年被授予“国家认定企业技术中心”。拥有光、电连接工程技术研究中心。自主研发了各类连接器300多个系列、23万多个品种,产品主要包括圆形、矩形、光纤、滤波、防雷、抗核电磁脉冲、射频同轴、液冷连接器,同时提供光模块、光端机、光纤网络、高速传输、线缆组件、系统集成等光、电连接技术解决方案。产品以其专业化、高可靠的性能,先后获得国家创造发明奖、全国科学大会奖、国家重点新品奖、航空科技进步奖等奖励。在航空、航天、兵器、船舶、通讯、铁路、电力、电子、轨道交通、新能源、煤炭安全等军用、民用领域得到广泛应用,并与国内外知名高科技企业建立了良好的战略合作伙伴关系和共赢模式。产品出口美国、欧洲、澳大利亚、韩国等30多个国家和地区,在中国市场被誉为“电子元件领军厂商”和进入全球供应链的军工企业。 公司为行业标准制定者,在国军标、航标和总装领域已有200余项标准获得批准并发布。公司先后建立了具有国际先进标准水平的5条国军标生产线。公司通过武器装备质量体系认证、ISO9001(2000)质量体系认证、AS9100国际航空航天质量管理体系认证;代表性产品通过UL、CUL、CE、TUV、CB等安规认证; 拥有美国UL目击实验室和歼十飞机电子元器件筛选检验站,同时建立了国内企业首家电连接器DPA(破坏性物理分析)试验室以及RoHS检测试验室。试验检测中心被评定为国家和国防实验室。公司建立了质量管理信息平台,引入和使用SPC、精益六西格玛等先进的管理工具,使公司的质量管理工作更加科学。同时,ERP、OA、PDM三项技术深入推进,构建公司整体信息网络系统。 公司践行“航空报国、强军富民”宗旨;秉承“诚信、廉洁、创新”为核心的中航光电特色文化,倾力打造独具个性、充满活力、富有价值、深受客户欢迎的持续健康发展的全球化卓越企业。二、矿机提升机的学习(1)提升机的分类及工作原理缠绕式提升机单绳缠绕式提升机 根据卷筒数目可分为单卷筒和双卷筒两种:单卷筒提升机,一般作单钩提升。钢丝绳的一端固定在卷筒上,另一端绕过天轮与提升容器相连;卷筒转动时,钢丝绳向卷筒上缠绕或放出,带动提升容器升降。双卷筒提升机,作双钩提升(图1)。两根钢丝绳各固定在一个卷筒上,分别从卷筒上、下方引出,卷筒转动时,一个提升容器上升,另一个容器下降。缠绕式提升机按卷筒的外形又分为等直径提升机和变直径提升机两种。等直径卷筒的结构简单,制造容易,价格低,得到普遍应用。深井提升时,由于两侧钢丝绳长度变化大,力矩很不平衡。早期采用变直径提升机(圆柱圆锥形卷筒),现多采用尾绳平衡。缠绕式提升机工作原理缠绕式提升机是利用钢丝绳在滚筒上的缠绕和放出,实现容器的提升和下放。钢丝绳的一端固定在滚筒上,另一端绕过天轮与提升容器连接,当滚筒由电动机拖动以不同的方向转动时,钢丝绳或在滚筒上缠绕或放出,以带动提升容器。缠绕式双卷筒提升机具有两个卷筒,每个卷筒上固定一根钢丝绳,钢丝绳在两卷筒上的缠绕方向相反。摩擦式提升机1938年,瑞典的ASEA公司在拉维尔(Laver)矿安装了一台直径1.96m双绳摩擦式提升机。1947年德国G.H.H.公司在汉诺威 矿安装了一台四绳摩擦式提升机。多绳摩擦式提升机具有安全性高、钢丝绳直径细、主导轮直径小、设备重量轻、耗电少、价格便宜等优点,发展很快。除用于深立井提升外,还可用于浅立井和斜井提升。钢丝绳搭放在提升机的主导轮(摩擦轮)上,两端悬挂提升容器或一端挂平衡重(锤)。运转时,借主导轮的摩擦衬垫与钢丝绳间的摩擦力,带动钢丝绳完成容器的升降。钢丝绳一般为210根。 矿井提升机井塔式提升机 机房设在井塔顶层,与井塔合成一体,节省场地;钢丝绳不暴露在露天,不受雨雪的侵蚀,但井塔的重量大,基建时间长,造价高,并不宜用于地震区。摩擦式提升机的工作原理摩擦式提升机的工作原理是利用摩擦传递动力。钢丝绳搭放在摩擦轮的摩擦衬垫上,提升容器悬挂在钢丝绳的两端,在容器底部还悬挂平衡钢丝绳。提升机工作时拉紧的钢丝绳以一定的正压力紧压在摩擦衬垫之间便产生摩擦力。在这种摩擦力的作用下,钢丝绳便跟随摩擦轮一起运动,从而实现容器的提升或下放。(2)提升机的适用场合矿用提升机是一种大型提升机械设备。由电机带动机械设备,以带动钢丝绳从而带动容器在井筒中升降,完成输送任务。矿井提升机是由原始的提水工具逐步发展演变而来。现代的矿井提升机提升量大,速度高,安全性高,已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械。(3)提升机的规格型号斗式提升机的型号有HL(TH)型、PL(NE)型、D(GTD)型等,其规格以料斗宽度表示,HL型有300、500等规格,PL型有250、350、450等规格。斗式提升机是水泥厂最常用的垂直输送机,通常用以提升块、粒状物料以及粉状物料,由于链条,胶带拉力限制,提升高度一般不超过30米。近年来生产的新型斗式提升机TH型、NE型、GTD型输送能力都超过了100吨/小时;提升高度超过70米;尤其是钢丝绳芯胶带斗式提升机(GTD型)输送能力达到1600吨/小时以上,提升高度超过90米。(4)提升机的参数1、卷筒宽度和直径卷筒直径:提升机卷筒上第一层钢丝绳中心到卷筒中心距离的2倍。绞车卷筒的直径为:卷筒缠绳表面到卷筒中心距离的2倍。 二者概念有差别,相差1根钢丝绳的直径。卷筒宽度:卷筒两个挡绳板内侧直间的距离。卷筒直径和宽度决定了卷筒使用钢丝绳的最大直径和容绳量。2、两卷筒中心距离双卷筒提升机:活动卷筒与固定卷筒中心之间的距离。该参数在计算绳偏角时要用到。3、最大静张力和最大静张力差钢丝绳的张力,也就是钢丝绳的拉力。在单钩提升时,滚筒上只有一根钢丝绳,其拉力主要由提升容器、钢丝绳、提升载荷的重力构成。拉力最大值在天轮的切点处,载荷越大、井筒越深、容器重量越大钢丝绳的拉力就越大。最大静张力是针对提升机而言的,是强度允许的,滚筒上最大的拉力值。4、钢丝绳的速度与直径绳速:单位时间内钢丝绳在卷筒上缠绕的长度或通过摩擦轮的长度。 有最外层绳速、最内层绳速、平均绳速等概念。一般是指平均绳速。钢丝绳直径:允许缠绕的最大钢丝绳直径与卷筒直径有关。5、提升高度、容绳量提升高度和斜长:提升容器在两终端起停位置处,允许运行的最大距离。容绳量:按照规定,卷筒上允许缠绕的钢丝绳的最大长度。(5)主要部件及功能1、主轴装置主轴装置的作用及工作原理主轴装置是单绳缠绕式矿井提升机的主要工作部件,它的主要作用:缠绕提升钢丝绳;承受各种载荷(包括固定载荷和工作载荷);承受各种紧急情况下所造成的非正常载荷,在非正常载荷的作用下,主轴装置各部分不应有的残余应力;双筒提升机,调节钢丝绳的长度。主轴装置的工作原理:钢丝绳的一端用压绳板固定在卷筒的辐板上,另一端经卷筒的缠绕后,绕过井架天轮悬挂提升容器。这样,利用主轴的旋转方式的不同,将钢丝绳缠绕或松开,以完成提升容器的上升或下降。出绳方式:单筒提升机单钩提升时为上出绳,做双钩使用时右侧为上出绳,左侧为下出绳(反装设备除外),双筒提升机,固定滚筒为上出绳,游动滚筒为下出绳,双筒提升机的排绳应按同时同向缠绕为宜,不允许同时向两个卷筒的中部或两侧移动,即当提升钢丝绳的缠绕层数在1.252.25 层时,为避免提升过程中两卷筒的钢丝绳过分集中在主轴中部,使主轴受力状态恶化,则使用靠游动卷筒一侧的出绳孔,其余情况则使用靠外侧(主轴驱动端)的出绳孔,游动卷筒一般使用靠外侧(主轴非驱动端)的出绳孔。主轴装置的结构单筒提升机的结构单筒提升机的主轴装置(如图5)主要是由主轴、轴承座、滚筒、固定右支轮、固定左支轮、轴承、传动箱、轴承座底架等组成。其中固定右支轮与主轴为无键过盈连接,与滚筒采用铰制孔螺栓连接。固定左支轮通过轴瓦滑装在主轴上,与滚筒采用铰制孔螺栓连接。主轴是主轴装置的主要零件之一,它承受了整个主轴装置的自重、外载荷和传递全部扭矩,用中碳钢锻造而成。滚筒采用Q345 板的焊接式结构,并经高温退火处理。主要由卷筒皮、制动盘、挡绳板、轮辐、加强环等组成,根据客户的现场实际需求,我公司卷筒可以加工成整体焊接式、两剖分式和四剖分式,上述的结构形式又可以分为制动盘焊接式和制动盘可拆卸式两种。主轴承座是承受整个主轴装置自重和钢丝绳上全部载荷的支撑部件,轴承采用双列调心滚子轴承,这种轴承调心性能好,承载能力大,抗冲击能力强,同时也能承受少量的轴向载荷,使用寿命长、效率高、维护方便、对安装误差和主轴的绕度要求较低双筒提升机的结构双筒提升机的主轴装置(如图6)主要是由主轴、轴承座、固定滚筒、游动滚筒、固定右支轮、游动支轮、固定左支轮、轴承、调绳离合器、传动箱、轴承座底架等组成。其中固定右支轮与主轴为无键过盈连接,与固定滚筒采用铰制孔螺栓连接。固定左支轮通过轴瓦滑装在主轴上,与固定滚筒采用铰制孔螺栓连接。游动支轮通过合金轴瓦与主轴滑动连接,与游动滚筒采用铰制孔螺栓连接。主轴是主轴装置的主要零件之一,它承受了整个主轴装置的自重、外载荷和传递全部扭矩,用中碳钢锻造而成。滚筒采用Q345 板的焊接式结构,并经高温退火处理。主要由卷筒皮、制动盘、挡绳板、轮辐、加强环及定位环等组成,根据客户的现场实际需求,我公司卷筒可以加工成整体焊接式、两剖分式和四剖分式,上述的结构形式又可以分为制动盘焊接式和制动盘可拆卸式两种。主轴承座是承受整个主轴装置自重和钢丝绳上全部载荷的支撑部件,轴承采用双列调心滚子轴承,这种轴承调心性能好,承载能力大,抗冲击能力强,同时也能承受少量的轴向载荷,使用寿命长、效率高、维护方便、对安装误差和主轴的绕度要求较低。2、调绳离合器调绳离合器主要用于解决多水平提升问题,即当钢丝绳伸长时,调节钢丝绳相对长度达到双容器的相对准确停车位置,我公司的调绳离合器为径向齿块式调绳离合器,主要有两种:液压式径向齿块调绳离合器和手动式径向齿块调绳离合器手动式径向齿块调绳离合器手动齿块式调绳离合器(如图7)主要由调绳内齿、轮毂、移动毂、离开板、螺旋套、齿块体、手把、连板、盖板、销轴等组成。机器正常工作时,齿块与调绳内齿处于啮合状态传递转矩。需调绳时,首先将顶紧螺旋套的紧固螺栓卸下,并用停止装置将游动滚筒锁住,然后旋转手把,带动螺旋套连接移动毂做轴向位移,使其连板推动齿块体做垂直运动,脱离固定在游动卷筒上的调绳内齿,达到离开目的。当齿块体与调绳内齿脱开时,转动固定卷筒,即可调绳。调绳结束后,应用手把反向旋转螺旋套,推动移动毂,使两齿块与调绳内齿紧密啮合,然后用紧固螺栓顶紧螺旋套并用螺母锁紧,卸下停止装置。设备方可正常运转。此种调绳离合器结构简单,调绳方便,安全可靠。液压式径向齿块调绳离合器液压式径向齿块调绳离合器(如图8)由轮毂、移动毂、拨动环、齿块、内齿圈、调绳油缸、联锁阀和行程开关等部分组成。该结构可满足调绳过程中安全、精确、快速、可靠。液压式径向齿块调绳离合器的工作原理:(a)机械正常工作阶段 此时齿块和调绳内齿处于啮合状态,液压缸的合上腔和离开腔通过液压站上的电磁阀处于回油状态,联锁阀的柱销锁入调绳油缸活塞的凹槽内,机械正常运行。(b)调绳准备阶段 将游动滚筒用停止装置锁住,拨动操纵台上调绳转换开关到调绳位置,安全电磁阀断电,使机械处于安全制动状态。启动液压站(此时机器处于安全制动状态),高压油即可通过调绳电磁阀进入联锁阀,将联锁阀的柱销从调绳油缸活塞的凹槽中移出,并且液压油进入调绳液压缸的离开腔,推动液压缸活塞外移,使齿块与调绳内齿脱离啮合,游动卷筒与主轴连接脱开。(c)调绳操作阶段 调绳油缸打开到位之后,碰到行程开关,此时固定卷筒解除安全制动,游动卷筒仍为安全制动。起动设备主电机使固定卷筒慢速运转,调节钢丝绳长度或更换提升水平,实现调绳的目的。(d)恢复工作阶段 调绳完毕后,恢复固定卷筒的安全制动,然后将调绳电磁阀断电,液压缸的高压油即回油箱。然后使调绳电磁阀的另一端得电,高压油即可进入液压缸的合上腔,驱动液压缸活塞向里移动,使齿块与调绳内齿重新啮合。同时活塞杆碰压行程开关,操纵台上的指示灯显示出“合上”的信号后,方可将调绳电磁阀断电,并复位调绳转换开关。电磁阀处于回油位置,然后将停止装置卸下。至此,调绳操作全部结束,机器恢复正常的工作制动状态。(e)调绳安全联锁环节 在调绳操作过程中,如果离合器万一偶然地从原来的离开位置向合上位置移动时,行程开关即动作,固定卷筒立即安全制动,避免打齿事故发生。确保调绳全过程的安全。3、衬块衬块的作用:使钢丝绳不发生过多变形;使钢丝绳有规则的排列,减少钢丝绳的磨损。我公司的衬块主要有两种:塑衬和木衬。木衬的厚度不得小于两倍的钢丝绳直径,通常宽度在100mm 左右,选用柞木、水曲柳、或榆木制作,装配时应保证使其与滚筒接触良好,否则,就会影响到卷筒的应力分布,木衬在磨损后应及时更换。塑衬相对于木衬具有以下优点:耐磨性好,使用寿命是木衬的3 倍以上;许用压应力大,抗压强度比木衬高7 倍以上;抗干燥、不吸水、耐潮湿性好,不会出现干裂和腐烂现象;绳槽排列整齐,可以降低钢丝绳在缠绕运行中的咬绳程度。从而提高钢丝绳的使用寿命。4、盘型制动器概述盘型制动器是通过碟形弹簧的弹力使闸瓦沿轴向从两侧压向制动盘产生制动力,靠油压压缩弹簧带动闸瓦反向移动解除制动力,由于盘型制动器是轴向产生制动力,为防止制动盘的变形和主轴产生轴向力,盘型制动器都是成对使用的,每一对为一副盘型制动器。提升机的制动系统是由盘型制动器、液压站、管路系统配套组成。作提升机的工作制动和安全制动之用。其制动力大小、使用维护、制动力调整对整个提升系统安全运行都具有重大的影响,因此安装、使用单位必须予以重视,确保运行安全。盘型制动器具有以下特点:(1)制动力矩具有良好的可调性;(2)惯性小,动作快,灵敏度高;(3)可靠性高;(4)通用性好,不同的矿井提升机可配不同数量相同型号的盘型制动器;(5)结构简单、维修调整方便。结构特征及工作原理1、型号规格根据盘型制动器中盘型闸的正压力不同,可将盘型闸分为32KN、40KN、63KN、80KN、100KN、120KN等不同规格。对于不同规格的盘型闸其工作原理是相同的。设计时可根据提升机所需的制动力矩的大小进行选用和配置2、结构特征盘型制动器(如图9)主要是由盘型闸、支架、螺栓、油管和油管接头等组成。盘型闸由双头螺栓成对的安装在支架上。每个支架上可以安装一对或多对盘型闸,盘型闸的数量和型号可根据提升机所需制动力的大小确定。盘型闸(如图10)是盘型制动器的主要工作部件,以中低压(6.3MPa)为例,盘型闸主要是由支座、闸瓦体、闸瓦、挡铁、活塞、油缸、调整螺母、配油盘、紧固螺栓、导向键及密封圈等零部件组成。3、工作原理盘型制动器是制动系统的执行机构,它在蝶形弹簧的作用下对制动盘直接产生正压力,并通过制动盘和闸瓦的摩擦力形成所需的制动力矩,完成矿井提升机的工作制动和安全制动。5、深度指示器结构及工作原理深度指示器主要是由箱体、齿轮、伞齿轮、丝杠、光杠、框架、支架、丝母、行程开关、指针及指示板等零件组成(如附图13)。提升机主轴的旋转运动由传动装置传递给深度指示器,经过齿轮组传动给丝杠,使两根垂直丝杠以互为相反的方向旋转。当丝杠旋转时,带有指针的两个梯形螺母也以互为相反的方向移动,即一个向上,一个向下。而丝杠的转数与主轴转数成正比,则螺母上指针在指示板上的位置也就与提升容器在井筒中的位置相对应,因此通过指针便能准确地指出容器在井筒中的位置。深度指示器的光杠上下两端各装有减速和过卷行程开关。当提升容器到达减速和过卷位置时,丝母上的碰块使行程开关动作,发出信号。各行程开关的位置可根据实际需要进行调整。6、天轮装置天轮装置主要用于单绳缠绕式提升机,安装在井架上,用来改变钢丝绳的方向和根据提升系统要求满足提升容器中心距,是提升机的主要承力件之一;其的公称直径与卷筒的公称直径一致,绳槽的大小与钢丝绳的直径有关,天轮的数量可根据滚筒的数量来确定。三、学习有关毕业设计的相关知识内装式提升机国内外发展状况及其优点由于矿用提升机在运输人员和煤矿上具有很重要的作用,人们开始追究提升机不占空间,内装式提升机就应运而生。在国内,内装式提升机和国外的相比还有很大的差距,国内的装式提升机还处于初期,只是把电动机和一些外在的装置放在了滚筒内部,而国外的研究则比较深入,他们直接把滚筒做成转子,作为电动机的一部分,省去了联轴器、减速器这些设备。在某种意义上内装式提升机在节约空间,减少能耗等方面有着突出的优点。 16河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)开题报告题目名称矿用提升机的整体设计学生姓名郭春霖专业班级08机制2班学号0828070032一、 选题的目的和意义:矿用提升机是一种大型提升机械设备。由电机带动机械设备,以带动钢丝绳从而带动容器在井筒中升降,完成输送任务。矿井提升机是由原始的提水工具逐步发展演变而来。现代的矿井提升机提升量大,速度高,安全性高,已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械。矿井提升机与压气,通风和排水设备组成矿井四大固定设备,是一套复杂的机械-电气排组。所以合理的选用矿井提升机具有很大的意义。矿井提升机的工作特点是在一定的距离内,以较高的速度往复运行。为了保证工作效率和安全可靠,矿井提升机应具有良好的控制设备和完善的保护装置。熟悉矿井提升机的性能、结构和动作原理,提高安装质量,合理使用设备,加强设备维护,对于确保提升工作高效率和安全可靠,防止和杜绝故障事故的发生,具有重大意义。矿井提升机对安全性、可靠性和调速性能的特殊要求,使得提升机电控系统的技术水平在一定程度上代表一个厂或国家的传动控制技术水平。从个人角度来说,想借此机会把机械制造与设计好好学习一下,从理论到实践的过渡,为以后自己参加工作奠定一些基础,有利于以后自己的设计生涯。二、 国内外研究综述:近三十年来,国外提升机机械部分和电气部分都得到了飞速的发展,而且两者相互促进,相互提高。起初的提升机是电动机通过减速器传动卷筒的系统,后来出现了直流慢速电动机和直流电动机悬臂安装直接传动的提升机。上世纪七十年代西门子发明矢量控制的交一直一交变频原理后,标志着用同步电动机来代替直流电机实现调速的技术时代已经到来。1981年第一台用同步机悬臂传动的提升机在德国Monopol矿问世,1988年由MAVGHH和西门子合作制造的机电一体的提升机(习惯称为内装电机式)在德国Romberg矿诞生了,这是世界上第一台机械和电气融合成一体的同步电机传动提升机。在提升机机械和电气传动技术飞速发展的同时,电子技术和计算机技术的发展,使提升机的电气控制系统更是日新月异。早在上世纪七十年代,国外就将可编程控制器(PLC)应用于提升机控制。上世纪八十年代初,计算机又被用于提升机的监视和管理。计算机和PLC的应用,使提升机自动化水平、安全、可靠性都达到了一个新的高度,并提供了新的、现代化的管理、监视手段。特别要强调的是,此时期在国外一著名的提升机制造公司,如西门子、ABB、ALSTHOM都利用新的技术和装备,开发或完善了提升机的安全保护和监控装置,使安全保护性能又有了新的提高。就在国外科学技术突飞猛进发展的时候,我国提升机电控系统很长时间都处于落后的状况。直到目前为止,我国正在服务的矿井提升机电控系统大多数还是转子回路串金属电阻的交流调速系统,设备陈旧、技术落后。国产提升机安全性、可靠性差,在关键部位上下两井口减速区段没有配套的有效的速度监视装置,就提升机控制技术而言,依然是陈旧的,和国外相比,我们存在很大的差距。矿井提升系统的类型很多,按被提升对象分:主井提升、副井提升;按井筒的提升道角度分:竖井和斜井;按提升容器分:箕斗提升、笼提升、矿车提升;按提升类型分:单绳缠绕式和多绳摩擦式等。我国常用的矿用提升机主要是单绳缠绕式和多绳摩擦式。我国的矿井与世界上矿业较发达的国家相比,开采的井型较小、矿井提升高度较浅,煤矿用提升机较多,其他矿(如金属矿、非金属矿)则较少。因此在20世纪60年代开始单绳缠绕式矿井提升机采用较多。20世纪80年代,我国从瑞典、西德等国引进20多套晶闸管直流电动机控制系统。我国自己生产的晶闸管直流电动机控制系统应用于20世纪90年代。这种控制系统的优点是:体积小、重量轻、占地面积小;基础省、安装方便、建筑费用低;无齿轮传动部分(不需要减速器)、总效率高、电能消耗少;单机容量大,适用范围广;调速平稳、调速范围广、调速精度高;易于控制,能实现自动化,安全可靠;节约电能。矿井提升机对安全性、可靠性和调速性能的特殊要求,使得提升机电控系统的技术水平在一定程度上代表一个厂或国家的传动控制技术水平。比较国内外矿用提升机系统,具体来说国外矿井提升机在电控方面的应用特点有以下几个方面:l)提升工艺过程微机控制2)提升行程控制3)提升过程监视4)安全回路20世纪80年代西欧一些工业先进国家将交流变频调速技术应用于提升机,有代表性的是西门子公司和ABB公司。我国在20世纪90年代也引进了交流变频调速提升机控制系统。变频调速方式类似于它励直流电动机取得很宽的调速范围、很好的调速平滑性和有足够硬度的机械特性,在提升机应用中显示了其独特的优势。三、毕业设计(论文)所用的主要技术与方法:1、资料的方法:图书馆借阅相关的设计手册、专业书刊。从网上查阅相关的论文、相关产品的技术参数等资料。2、采用计算机辅助设计的办法,掌握CAD、soldeworks或pro-E等软件的使用方法。设计图纸为电子版。3、理论、强度计算、选型计算四、主要参考文献与资料获得情况:1矿井提升机 洛阳矿山机械研究所编 机械工业出版社出版2矿井提升机的计算和设计 苏联布勒达维道夫著 煤炭工业出版社3矿井多绳提升机选型设计 范家骏 编 煤炭工业出版社4矿井提升设备 中国矿业学院 主编 煤炭工业出版社5机械设计课程设计 路玉 何在洲 佟延伟 编 机械工业出版社6机械设计 濮良贵 邵明刚 主编 高等教育出版社五、 毕业设计(论文)进度安排(按周说明):4月9号到16号完成材料的收集,确定毕业论文的提纲4月21日到4月30日确定相关设计方案,进行结构设计5月1日到5月15日进行结构设计审查,修改设计图纸5月16日到5月30日设计图纸基本完成,设计书编写完成六、指导教师审批意见: 指导教师: (签名)年 月 日 4河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 I 摘 要 矿山提升机是矿山大型固定机械之一,矿山提升机从最初的蒸汽机 拖动的单绳缠绕式提升机发展到今天的交变频直接拖动的多绳摩擦式提 升机和双绳缠绕式提升机已经历了 170 多年的发展历史,它是矿山井下 生产系统和地面工业广场相连接的枢纽,被喻为矿山运输的咽喉。因此 矿山提升设备在矿山生产的全过程占有重要的地位。根据矿井提升机工 作原理和结构的不同,可分为缠绕式提升机和摩擦式提升机。 在国内外,多绳摩擦式绞车飞跃发展,其发展速度远远超过单绳缠 绕式提升机,这是因为它有着许多单绳缠绕式提升机无法比拟的优点, 如提升钢丝绳直径较小,主导轮直径及整个机器的尺寸都相应缩小了, 设备重量也减轻了,不需要设置防坠器等。 一个现代化的矿井在提升设备的选型上尤为重要。因为提升设备选 型的合理与否,直接关系到矿井的安全和经济性,因此确定合理的提升 系统时,必须经过多方面的技术经济比较,结合矿井的具体条件选择合 适的设备。 关键词:提升机;多绳摩擦;制动器;选型设计 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 II Abstract The mine elevator is one of mine large-scale fixed machineries, the mine elevator the winding type elevator developed from initial steam engine draggings Shan Sheng to todays junction - - hands over the frequency conversion direct dragging the multi-rope friction type elevator and the double rope winding type elevator has experienced more than 170 year historical developments, it was the key position which the mine shaft production system and the ground industry square connected, is explained for mine haulages pharynx and larynx. Therefore the mine hoisting equipment holds the important status in the mine productions entire process. According to the mine pit elevator principle of work and the structure difference, may divide into the winding type elevator and the friction type elevator. In domestic and foreign, the multi-rope friction type winch leap development, its development speed goes far beyond the single rope winding type elevator, this is because it has the merit which many single rope winding type elevator is unable to compare, like the hoisting cable diameter was small, leads the wheel diameter and the entire machines size correspondingly reduced, the installation weight also reduced, did not need to establish against falls and so on. A modernized mine pit on lift techniques shaping especially important. Because of lift technique shaping reasonable or not, direct relation mine pit security and efficiency, therefore determined when reasonable lift system, must undergo various technical economy comparison, the union mine pit concrete term choice appropriate equipment. Keywords:Elevator The multi-ropes rub Brake Shaping design 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 i 目 录 1 绪论 .1 2 矿井提升设备概述 .3 2.1 提升机的定义 .3 2.2 提升机的分类.3 3 多绳摩擦式提升机的整体设计计算 .9 3.1 设计依据.9 3.2 设计过程: .10 3.2.1 箕斗的选定 .10 3.2.2 提升刚丝绳的选型 .12 3.2.3 提升机卷筒的选择 .15 3.2.4 提升机的选择 .16 3.2.5 天轮的选择 .18 3.2.6 计算提升机与井筒的相对位置 .19 3.2.7 预选提升电动机 .22 3.2.8 计算传动装置的总传动比 i配传动比 .23 3.2.9 主轴输入功率及轴径的确定 .23 3.2.10 根据轴径确定主轴部分的安装轴承 .25 3.2.11 减速器的设 计 .25 3.2.12 联轴器的设计 .33 3.2.13 提升机各部 分键的选择 .34 3.3 制动器的设计.36 3.3.1 提升机制动器主要类型.38 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 ii 3.3.2 盘式制动器的结构及工作原理 .40 4 提升设备的运动学及动力学计算 .43 4.1 提升系统变位质量的计算.43 4.2 提升加速度的确定.45 4.3 提升减速提升减速度的确定.46 4.4 防滑计算.47 4.4.1 静防滑 .47 4.4.2 动防滑 .48 4.4.3 等速和减速阶段 .49 4.4.4 提升重载发生紧急制动时 .49 4.5 六阶段速度图参数的计算.50 4.6 提升设备的动力学计算.53 4.7 提升电动机容量的计算.56 4.8 提升设备的电耗及效率的计算.59 致谢 .61 参考文 献 .62 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 1 1 绪论 矿山提升机是矿山大型固定机械之一,它是矿山井下生产系统和地 面工业广场相连接的枢纽,被喻为矿山运输的咽喉。因此矿山提升设备 在矿山生产的全过程占有重要的地位。 根据矿井提升机工作原理和结构的不同,可分为缠绕式提升机和摩 擦式提升机。单绳缠绕式提升机是较早出现的一种,它工作可靠,结构 简单,但是仅适用于浅井及中等深度的矿井,而对于井深超过 300 米的 矿井,宜选用多绳摩擦式绞车。在国内外,多绳摩擦式绞车飞跃发展, 其发展速度远远超过单绳缠绕式提升机,这是因为它有着许多单绳缠绕 式提升机无法比拟的优点,如提升钢丝绳直径较小,主导轮直径及整个 机器的尺寸都相应缩小了,设备重量也减轻了,不需要设置防坠器等。 下面是我针对不同的矿井的地质、煤层等情况,进行综合计算分析后, 本着安全、经济等原则对这两种提升设备系统进行的选型设计。 目前我国煤炭 95%是以井下方式开采,需要通过提升设备提升到地 面以实现其使用价值和经济、社会效益。提升作为重要的一个环节,在 一定程度上制约着煤炭生产能力。提升设备的合理结构及设计,安全经 济运行和科学管理维护,直接关系到矿井生产能力及技术经济指标。现 代采矿业的发展对提升设备在机械结构、工艺、设计理论和方法及安全 检测等方面都有明确的要求。目前我国中小型煤矿作为我国煤炭生产的 重要部分其提升设备同大型煤矿及世界先进水平相比,仍有很大差距, 主要表现在: (1)提升设备的自动化水平较低,提升设备自动控制化控制较国 内与国外大型和先进煤矿提升系统落后; 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 2 (2)提升设备的配套产品(钢丝绳、大型电机、减速器等)的质 量安全性能尚不能满足要求,在一定程度上制约了提升设备的总体水平; (3)矿井提升的监、检手段落后、制动系统的可靠性明显不足, 有待进一步提高。 近几年煤炭开采与提升技术的发展速度很快,对提升机的要求必然 随着先进技术的进步而不断发展,其发展趋势是: (1)向适用型发展。 (2)向高耐久性,高可靠性方向发展。 (3)向智能化自动化方向发展。提升系统采用 PLC 控制监测系统 等,并可根据要求调节,信号用声、光、影像来传送。 (4)向标准化、规范化方向发展。提升机零部件普遍标准化,规范 化,保证设计、加工质量和水平。 (5)向高适应性发展。适应不同工作环境。 因此,研究制造自己的高效提升机是为经济发展和社会进步的长远 考虑。此次设计的提升机主轴装置、减速器与制动系统是配套专用产品, 电动机的选择可以灵活运用。这样可以使提升机的应用、维护、保养、 检测等方面系统进行,有效提高提升机的工作效率。多绳摩擦提升机具 有体积小、质量轻、安全可靠、提升能力强等优点,适用于较深的矿井 提升。 由于水平有限,难免出现错误,请指导老师和专家给予批评和指 正。 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 3 2 矿井提升设备概述 2.1 提升机的定义 矿井提升机是矿井大型固定设备之一,它的主要任务就是沿井筒提 升煤炭、矿石和矸石;升降人员和设备;下放材料和工具等。矿井提升 设备是联系井下与地面的纽带,是主要的提升运输工具,因此它整个矿 井生产中占有重要的地位。 2.2 提升机的分类 1 按用途分 a. 主井提升设备 主井提升设备的任务是专门提升井下生产的煤炭。年产 30 万吨以 上的矿井,主井提升容器多采用箕斗;年产 30 万吨以下的矿井,一般 采用罐笼(立井)或串车(斜井)。 b.副井提升设备 副井提升设备的任务是提升矸石、废料,下放材料,升降人员和设 备等。副井提升容器采用普通罐笼(立井)和串车(斜井)。 2 按拖动方式分 按提升机电力拖动方式分为交流拖动提升设备和直流拖动提升设备。 3 按提升容器类型分 分为箕斗、罐笼、串车等提升设备。 4 按井筒的倾角分 提升设备按井筒倾角可分为立井提升设备和斜井提升设备。立井提 升时,提升容器采用箕斗或罐笼等.斜井提升时,提升容器一般采用矿 车(串车)或斜井箕斗。串车提升适用于井筒倾角不大于;斜井箕斗提升 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 4 适用于井筒倾角在 范围内。近年来大型斜井提升多采用胶带输0253 送机。 5 按提升机类型分 A.单绳缠绕式提升设备 单绳缠绕式提升设备目前大部分为直径圆柱型滚筒,在个别的老矿 井,还有使用变直径滚筒(如双圆柱圆锥型滚筒)提升设备。 KJ( 23m)型单绳缠绕式提升机是我国在 19581966 年生产的仿苏 BM-2A 型提升机,按滚筒个数来分,有单滚筒和双滚筒的提升机;按布 置方式来分,有带地下室和不带地下室的提升机,可根据设计而选用, 但二者技术性能完全相同。 KJ 型( 23m)提升机代号意义以 KJ2 2.5 1.2D-20 型为例说明如 下: K-矿井; J-卷扬机(提升机); 2-双滚筒(单滚筒时为 1); 2.5-滚筒名义直径,m; 1.2-每个滚筒的两侧挡绳板的距离,m; D-带地下室(无 D 字表示不带地下室); 20-减速器名义传动比。 我国现有煤矿矿井多数是按照五十年代的标准设计的,为了快出煤、 多出煤,当时主要是建设中、小型矿井,并且首先开采浅部煤层。五十 年代,我国的矿井提升设备主要是从苏联进口的 BM 型产品和国产仿苏 KJ 型产品,设备的可选性小,主要是满足开采浅部煤层的需要。进入 80 年代以后,我国许多煤矿矿井已逐渐转向中深部开采,国家统煤矿 矿井的平均深度已由 200 米延伸到 400 米,现在已达 600 米、1000 米。 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 5 根据国内外的实践经验,落地式摩擦提升设备,是在矿井延伸后使现有 提升设备满足加大提升高度要求的行之有效的办法。 1 主提升钢丝绳的选择 (a) 钢丝绳的结构形式 应优先选用三角股钢丝绳及线接触圆股钢丝绳,当由于供应原因, 亦可以选用普通圆股点接触平行捻钢丝绳。钢丝绳公称抗拉强度宜选用 1550 帕。610 (b) 钢丝绳的安全系数 根据煤矿安全规程规定,钢丝绳的安全系数 应符合下式:m 升降人员和物料 9.205mHc 升降物料 7 式中 提升钢丝绳的悬垂长度, MHc (c) 钢丝绳数目选择 落地摩擦式提升机的钢丝绳数目以 2 到 4 根为宜。 2 尾绳的选择 目前,绝大多数使用多绳摩擦式提升机的矿井,都由原来选用扁钢 丝绳作平衡尾绳而改为使用圆股钢丝绳作平衡尾绳。新建的矿井,设计 中也已全部选用圆股钢丝绳作平衡尾绳。这主要是因为扁钢丝绳生产效 率低、供应困难。 (a) 主导轮直径 D 的确定 根据煤矿安全规程规定,主导轮直径 D 应符合式: 无导向轮 有导向轮 80d10d d:钢丝绳直径 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 6 3 钢丝绳间距 nA205m 4 天轮直径 w1d 5 钢丝绳在摩擦衬垫上的围包角 当井深大于 300 米时,取: 0218 当井深小于 300 米时,取: 07236a B. 多绳摩擦式提升设备 多绳摩擦式提升设备可分为塔式和落地式 多绳摩擦提升机的井架一般多采用钢结构四斜腿井架。放绳挂罐后 在主绳张力水平分力作用下,使井架产生弹性变形、井架有倾斜现象。 多绳提升机由于使用了数根钢丝绳代替一根钢丝绳。钢丝绳的直径变小 了,摩擦轮的直径因而变小,但由于有多根钢丝绳,所以摩擦轮变为摩 擦筒,宽度稍有加宽。设采用 n 根钢丝绳,则多绳与单绳提升机钢丝绳 直径间有如下关系: 1ndm 同理,摩擦筒(主导轮)直径: 1nD 多绳摩擦提升机如图 2-1 所示: 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 7 1-主 导 轮2天 轮3提 升 机 钢 丝 绳4-提 升 容 器5尾 绳 1主导轮 2天轮 3提升机钢丝绳 4提升容器 5尾绳 图 2-1 多绳摩擦提升机 主轴装置的特点:它与缠绕式提升来代替木衬,由于摩擦提升是靠 摩擦力来传递动力的,所以衬垫挤压固定在筒壳上。摩擦衬垫形成衬圈, 其上再车出绳槽,初车时槽深为 1/3 绳径,槽距(即绳心距)约为绳径 的 10 倍,利用熟知的柔索欧拉公式可知,摩擦轮两侧钢丝绳拉力的极 限比值为 1122uauaFee或 式中 自然对数的底,等于 2.71828;e 钢丝绳对于摩擦轮的围包角;a 钢丝绳与衬垫间的摩擦系数,通常取 =0.2u u 当钢丝绳拉力比 大于上式右端所给出的数值时,钢丝绳对摩擦12F 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 8 轮产生相对滑动。为了避免这种滑动,两侧拉力不能达到其极限比值, 而应有安全系数,式改写为 212()uaFe 若考虑防滑而加入防滑安全系数 ,则有12()()ua 式中 防滑安全系数,如果式中 和 仅计及静力,则得防滑1F2 安全系数;如果计算 和 时考虑了惯性力的影响,则得动防滑安全1F2 系数 。我国煤矿设计规范规定d .57di 有些国家不按拉力差来考虑防滑,而是把两侧的拉力比的极限值控 制在 1.5 以内,即: 12.5F 在某些特殊情况,例如进行紧急制动时,可能产生超前滑动,即钢 丝绳的运动速度大于摩擦轮槽处的线速度,此时的防滑安全系数为: 12()uadFe 煤矿安全规程规定,紧急制动时不能产生滑动,即 1。d 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 9 3 多绳摩擦式提升机的整体设计计算 3.1 设计依据 假设一矿层开采上限为-40m 水平,开采下限为-550 水平。井下采 煤方法主要为单一长壁采煤,以倾斜煤层为主,开拓方式为立井石门开 拓,是对角式通风。全矿区共划分为二个水平,-190 水平,-510 水平。 ,其具体的数据为: 1)原煤的密度: =0.9 吨/米煤3 2)矸石的密度: 矸 =1.35 吨/米 3)含矸率: 10% 4)井深:450 米 5)最大班下井人数: 260 人 6)坑木消耗: 9 米 /千吨煤3 根据以上情况,假如先进行第一水平的开采年产量定为 150 万 t,现 对其主进行井提升设备的选型设计。 已知数据如下: (1) 矿井年生产量 150 万吨; (2) 提升机工作制度为年工作日 300 天,每天工作 14 小时; (3)单水平提升,井筒深度 Hs=450m; (4)箕斗卸载高度为 Hx=20m; (5)箕斗装载深度为 Hz=20m; (6)松散煤的密度为 0.9t/m3; (7)采用多绳摩擦式提升; (8)一套箕斗提升设备。 3.2 设计过程: 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 10 3.2.1 箕斗的选定 箕斗是单一用途的提升容器,仅用于提升煤炭或矿石。我国煤矿广 泛采用固定斗箱底部卸载式箕斗,其优点是闸门结构简单、严密,闸门 向上关闭冲击小,当煤仓已满,煤为卸载完毕时,箕斗产生断绳的可能 性很小。箕斗闸门开启主要借助煤的压力,因而卸载时传递到卸载曲轨 上的力较小,改善了井架受力状态。该闸门的缺点是:如果闭锁装置一 旦失灵,闸门可能由于震动、冲击而在井筒中自行开启,不但会把煤卸 载在井筒里,还会撞坏井筒设备,因此必须认真检查闭锁装置。 箕斗设计和选用主要应考虑其结构坚固,有足够的刚度,装卸载快, 闸门工作可靠。 根据以上选择原则,进行箕斗基本参数的计算: (1)提升高度 H: H=Hz+Hs+Hx=20+450+20=490m 式(3.1) (2)经济提升速度 Vm: Vm=0.6 =0.6 =13.28m/s 式(3.2)490 式中 H为提升高度(m) ; Hs为矿井深度; Hx卸载高度,箕斗提升可取 15-25m;罐笼提升 可取为 0; HZ装载高度,箕斗提升可取 18-25m;罐笼提升 可取为 0; (3) 一次提升循环估算时间 Tx: 初估加速度 a=0.8m/s;将式(3-1 )代入式(3-3)求得 Tx: 式(3.3)tvHam1xT 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 11 =73.5 s1028.349.01 式中: a1提升加、减速度 (开始可假定加、减速度相等),对罐笼可暂 取为 0.70.75m/s 2;对箕斗可暂取为 0.8m/s2; 容器爬行阶段附加时间,对罐笼可暂取为 5s;对箕斗可暂取t 为 10s; 容器装卸载休止时间,可暂取为 10s; (4)按式(3-4)估算一次提升质量 式(3.4)XrnfTtbAcam360/ 14305.752.1 =11.16 吨 式中: 矿井年产量(吨/年) ;nA 提升能力富裕系数,对第一水平要求 1.2;fa 提升工作不均衡系数;提升不均匀系数,有井底煤仓时,c c=1.11.15,无井底煤仓时,c=1.2 ,当矿井有两套提升设备时, c=1.15,只有一套提升设备时,c=1.25; t日工作小时数,取 14 小时; br年工作日,取 300 天; 根据计算所得 ,从多绳箕斗规格表中选取一次提升质量与之相 近的标准箕斗;写出所选箕斗的型号,容器质量(kg), 有效容积 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 12 (m3)等参数。考虑到将来可能加大矿井生产能力,故选用箕斗名义 装载量为 8 吨的箕斗,其主要技术规格如下: 自重:Q z=11.5 吨; 全高:14450mm; 有效容积:13.2m 3; 最大终端载荷 440kn; 实际载重量 Q: Q= v 式 (3.5) Q=0.9 13.2=11.88 吨 式中: V箕斗的有效容积,m 3; 货载散集密度,对于煤 =0.8t/m 31.0t/m 3; 3.2.2 提升刚丝绳的选型 选择原则: 钢丝绳在运转中受到许多应力的作用和各种因素的影响,如静应力、 动应力、弯曲应力、扭转应力和挤压应力等。磨损和锈蚀也将损害钢丝 绳的性能,综合考虑以上应力因素的计算是困难的,目前国内外都是按 静载荷近似计算的。我国是按煤矿安全规程的规定来设计的,其原 则是:钢丝绳应按最大静载荷考虑一定的安全系数来进行计算的。在经 常性作业中,以提升作业载荷最重,故以此条件选择钢丝绳。 提升钢丝绳是提升系统的重要组成部分。它直接关系到矿井的正常 生产和人员的安全,还影响提升机的设计,又是提升系统中经常更换的 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 13 易耗品。因此无论从安全生产还是经济运行上考虑都要给予足够的重视。 钢丝绳在工作时候受到多种应力作用,如静应力、动应力、弯曲应 力、接触应力、挤压应力等。这些原因导致钢丝绳疲劳破坏,而磨损与 锈蚀也会降低钢丝绳性能,缩短钢丝绳使用寿命。综合考虑这些影响并 精确的选择、计算钢丝绳是个复杂的问题。尽管国内外对矿井提升钢丝 绳进行了大量的研究,但钢丝绳强度计算理论尚未达到工程应用的程度。 所以对矿井钢丝绳的选择计算仍按静载荷进行近似计算,同时考虑一定 的安全系数。且规定单绳缠绕式提升机装置的安全系数为专为升降人员 的不得小于 9;升降人员和物料用的升降人员时不得小于 9,提升 物料时不得小于 7.5;专用升降物料的不得小于 6.5。 依据以上选择原则,对提升机的钢丝绳进行计算和选用: (1)钢丝绳最大悬垂长度 Hc,按式(2.6)计算: 预估井架高度 H j=30m: Hc=Hj+Hs+Hz=30+450+20=500m 式(3.6) Hc钢丝绳最大悬垂长度,m; Hj井架高度,m;此值在计算钢丝绳时尚不能精确确定,可采 用下列数值:罐笼提升 Hj=1525m;箕斗提升 Hj =3035m; Hs矿井深度,m; Hz由井底车场水平到容器装载的距离(m) ,罐笼提升 Hz =0m; 箕斗提升 Hz =1825m; (2)估算钢丝绳每米重量 P,由式(3.5) 、(3.6)并按式(3.7)计 算: 取钢丝绳抗拉强度 =17000 kgcm 2,安全系数 ma=7;B 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 14 式(3.7)CaB ZHmQn1.P 5071. )2(4 2.375 千克/米 式中: Q一次提升货载的重量,千克; Qz容器的自身重量,千克; Ma安全系数煤矿安全规程规定,主井箕斗提升,m a大于等 于 7,取 ma=7; P钢丝绳每米重量,千克/米; 故选用普通圆形股 6 19 型钢丝绳,其技术特征为: 钢丝绳直径 d=26mm; 钢丝直径 =1.7mm; 钢丝绳全部钢丝断裂力总和 Qq=492500 千克; 每米重 P=2.444 千克米; (3)钢丝绳安全系数校核,由式(3.6) 、(3.7)并按式(3.8)计 算: 式(3.8)CzqapHQm41 504.2)1502(9 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 15 7.23 7 式中 Qq 所选钢丝绳全部钢丝破断拉力总和,N; Q+QZ+pHc货载、容器、钢丝绳重量总和; 安全系数煤矿安全规程规定,主井箕斗提升, 大于am am 等于 7, 取 =7;由于实际安全系数大于 7,故所选钢丝绳满足安全要 求,合格可用。 提升钢丝绳除合理选用外,还应正确使用,精心维护,定期试验, 保证钢丝绳处于良好的工作状态,延长其使用寿命,保证提升工作的安 全。 3.2.3 提升机卷筒的选择 卷筒是矿井提升机的主要承载部件,卷筒外一般设有木衬,并在木 衬上车出绳槽,目的是减少钢丝绳与卷筒直接接触而造成磨损,并使钢 绳排列整齐。通过试验证明,木衬能够提高卷筒的承载能力。 (1)提升机卷筒直径 D: 式(3.9)d90 9026 2340 毫米 式(3.10)120D 12001.7 2040 毫米 选用卷筒直径 D =2800mm。 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 16 (2)提升机卷筒宽度 B: 卷筒容绳宽度 式(3.11)3dD0H 268.1439 =1802.2 mm 式中: d钢丝绳直径,mm; 钢丝绳绳圈之间的间距,一般取 23mm; 由于所需滚筒宽度小于标准提升机的宽度 1.7 米。所以提升时,滚 筒宽度满足要求。 考虑误差等实际情况,取 B=2000mm。 3.2.4 提升机的选择 提升机是矿井提升设备的主要组成部分,供缠绕和传动钢丝绳之用, 以完成矿井提升或下放重物的任务。现在我国生产和使用的矿井提升即 分两大类:单绳缠绕式和多绳摩擦式。单绳缠绕式矿井提升机在我过矿 井提升中占有很大的比重,使用比较普遍,目前斜井、浅井、中小型矿 井以及凿井中均大量使用。多绳摩擦式提升机由于具有安全可靠、体积 小、重量轻、使用于深井提升等优点,在我国矿山得到了广泛的应用。 多绳摩擦提升机按布置可分为塔式和落地式两大类。目前,我国主 要采用塔式,其优点是:1)紧凑省地;2)省去天轮;3)全部载荷垂 直向下,井架稳定性好;4)可获得较大包角;5)钢丝绳不致因无保护 地裸露在雨雪之中,而影响摩擦系数及使用寿命。但塔式较落地式的设 备费用要昂贵得多,因提升塔较普通井架更为庞大且复杂,需要更多的 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 17 钢材。此外,因为落地式可以同时安装提升塔和提升机;井架高度低符 合战备观点并有利于地震区建设。 多绳摩擦提升的优点是: 1) 由于钢丝绳不是缠绕在卷筒上,所以提升高度不受卷筒容绳量 的限制,故适用于深井提升; 2) 由于载荷是由数根钢丝绳承担,故提升钢丝绳直径就比相同载 荷下单绳提升的小,并导致主导轮直径小。因而在同样提升载荷下,多 绳提升机具有体积小、重量轻,节省材料、制造同意、安装和运输方便 等特点; 3) 由于多绳提升机的运动质量小,故拖动电动机的容量与耗电量 均相应减小; 4) 在卡罐和过卷的情况下,有打滑的可能性,可避免断绳事故的 发生; 5) 绳数多,几根钢丝绳同时被拉断的可能性极小,因此提高了提 升设备的安全性,可以不设断绳保险器(防坠器) ; 6) 当采用相同数量的左捻和右捻钢丝绳时,可消除由于钢丝绳松 捻而形成的同期罐耳作用于罐道上的压力。 多绳摩擦提升的缺点是: 1)数根钢丝绳的悬挂、更换、调整、维护检修工作复杂; 2)当有一根钢丝绳损坏而需要更换时,为了保持各钢丝绳具有相 同的工作条件,则需要更换所有的钢丝绳; 3)因不能调节绳长,故双钩提升不能同时用于几个中段提升,也 不适用于凿井提升; 4)当矿井很深(例如超过 12001500 米)时,钢丝绳故障较多, 故不适用于特别深的矿井提升。 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 18 由上述可知,多绳摩擦式提升机的优越性是显著的。虽然他最初是 因深井的需要而诞生的,但目前许多国家在浅井提升中也优先采用。多 绳摩擦提升已成为现代提升的发展方向之一。 多绳摩擦提升机由主轴装置、制动装置、减速器、深度指示器车槽 装置以及导向轮等部件组成。 所选提升机型号:JKD4 4 最大提升速度:12m/s 最大静张力:32900 最大静张力差:17000KN 钢丝绳间距:300mm 质量:72000 公斤 为了保证提升机有足够的强度,还必须验算所选提升机最大静张力 Fjmax(它关系到滚筒与主轴的强度)及最大静张力差所选提升机最大静 张力 Fc(它关系到主轴的强度)应满足下式: 式(3.12)maxjzFpHQ 12000+11500+2.444490=24695.6 KN 32900 KN 式(3.13)cp 12000+2.444490=13197.56 kN 17700KN 式中: Fjmax所选提升机最大静张力; Fc 所选提升机最大静张力差; 强度校验合格。 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 19 3.2.5 天轮的选择 天轮安装在井架上,做支撑,引导钢丝绳转向。天轮分为井上固定 天轮;凿井及井下固定天轮;游动天轮三种。直径 3.5m 以上时采用型 钢装配式天轮,直径 3m 以下的采用整体铸钢结构。根据定型成套装 备中规定以及所计算的钢丝绳直径可以选用名义直径为 2500 毫米天 轮。 3.2.6 计算提升机与井筒的相对位置 (1)井架高度 Hj 煤矿安全规程规定,摩擦轮和导向轮的最小直径同钢丝绳的直径 比,必须符合下列要求:无导向轮的塔式摩擦提升设备,井上 D80d, 井下 D70d;落地式及塔式摩擦提升设备,井上 D90d,井下 D80d 式(3.14)tmdgrxj RHH75.0 =20+14+10+5+0.75 2. =44.9 米 式中: Hx卸载高度,即由井口水平到卸载位置容器底部的高度, m对于罐笼提升:一般来说均在井口水平装、卸载,这时 Hx0;对 于箕斗提升;地面要装设煤仓,煤仓的高度与煤仓容积、生产环节自动 化程度和箕斗卸载方式等因素有关,一般 Hx18 25m; Hr容器全高,由容器底至连接装置最上面一个绳卡的距离, m,此值可由容器的规格表中查得; 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 20 Hg过卷高度(容器从卸载时正常位置,自由的提升到容器连接 装置上绳卡同天轮轮缘接触点的高度。 煤矿安全规程对立井提升过 卷高度的取值规定是:对于罐笼提升,当最大速度 Vm4 米;当最大速度 Vm 3 米/秒时,Hg 10 米;对于箕斗提升,Hg 10 米; H 摩擦轮与导向轮见的高差,无导轮系统 H =0;有导向轮md md 时,一般当 D2.25m 时取 4.5m;D=2.8m 时取 5m,D=3.25m 时取 6m,D=3.5m 是取 6.5m。 R摩擦轮半径,m。 式(3.14)中最后一项 0.75R 是一段附加距离。这是因为过卷高度 只计算到过卷时容器连接装置上绳头与天轮轮缘相接触点的距离。从这 一接触点至天轮中心的距离大约为 0.75Rt。所以在计算井架全部高度 Hj时,要将此段距离计入。 在计算和选择钢丝绳时,曾估取井架高度 Hj为 30 米.经过上述精确 计算,说明原估取数值可用,无需再校验钢丝绳,将 Hj 圆整成 45 米. (2)滚筒中心线至井筒中提升钢丝绳间水平距离 Ls 一般来说,在井筒与提升机房之间很难再设置其他建筑物,因此为 节省占地面积,滚筒中心线至井筒中钢丝绳间水平距离 Ls愈小愈紧凑。 但根据井架天轮受力情况又可看出,为了提高井架的稳定性,使其具有 较好的受力状态,在井筒与提升机房之间设有井架斜撑。斜撑的基础 与井筒中心的水平距离约为 0.6Hj左右,另外,还应使机房的基础与斜 撑的基础保证不接触,考虑上述原因,L 的最小值 L 可按下面经验smins 公式(3.15)计算; 式(3.15)DHLjs5.36.0 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 21 0.644.9+3.5+2.5 32.9 米 式中: Hj井架高度,m. D提升机滚筒直径,m。 (3)有导向轮时钢丝绳对摩擦轮的围包角,rad )tan(180)(180mddHrbR 式(3.16) =3.14+ ( -)1804.357.arctn5.2 =3.107 (4)落地摩擦提升机的井架高度 根据矿山的具体条件或防震要求,将摩擦提升机安装在地面上, 在井筒上设置井架,安装两天轮组。井架高度参照有导向轮时井塔高度 计算确定。井架天轮组上下布置,分别置于不同高标上,两组天轮的中 心距离为 1.5)m。5.0(tjtDH (5)尾绳环高度 从最低装车(装载)水平容器底至尾绳环端部的高度 (56)WHq 式中 过卷(过放)高度 q 通常为 1520m,井底水平到尾绳环端部的高度不小于 5m。 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 22 3.2.7 预选提升电动机 作为提升机的动力部分,提升电动机的选择关系到提升效率和工作 性能。因此在对提升电动机在选择过程中主要从电动机转数、额定功率 和额定拖动力方面考虑,对其进行合理的计算与选择: (1)预选 YR2000-8/1730 三相异步电动机,其技术特征如下: 额定功率 =2500KW,转数 =990r/min,效率 =0.94,飞轮转矩ePend (GD2)d=12480N.m2 按式(3.17)计算: 式(3.17)得minr908.14326060ne iDVim 传动比 i11.5 由于箕斗容积较大,故预定同步转数 nt=1000r/min。 (2)实际最大提升速度 :mV 式(3.18) s26.15.60 98214.3minDVe 则电动机功率: KW gQkj 2.47.185.012692.10= Pme 式(3.19) 小于额定功率 2500KW,所以符合。 式中: k矿井阻力系数,取 k=1.15; 减速器传动效率,二级减速器取 =0.85;jj 动力系数,取 =1.2 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 23 (3)电动机的额定拖动力 ,由式(3.18),(3.19)并按式(3.20)eF 计算: 式(3.20) 26.1850 =188721.3 N 3.2.8 计算传动装置的总传动比 配传动比i (1)有前面初步预算减速器的传动比为 11.5; (2)分配传动比: 01.45.1i4.i 87.2.i 3.2.9 主轴输入功率及轴径的确定 主轴的输入功率与电动机输出功率和运动传递过程中各相连部件的 传递效率密切相关,按式(3.21)计算: 式总主 轴 eP (3.21) 23421e 2497.08.9.05 =2214KW 其中, 分别为联轴器,轴承,齿轮和卷筒的传递效率。431, 分别取 。9.0,7.,98.0. 432 mjeevP10 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 24 主轴输入转矩 T ,按式(3.22)计算:主 轴 T =9.55106 =9.55 106 =296910N mm 主 轴 nP)( 28.150 式(3.22) 按转矩法初步确定该轴最小直径 ,由式(3.23)并按式计算:mind 式(3.23)毫 米)( 04.6832.10533min pcd 最小直径在连轴器处,此外,主轴上有两键槽,应放大 7%左右, 故 =683.04(1+7%)=730.85mmmind 圆整为 =720mm,材料为 40Cr 钢。i 式中: P为主轴轴传递的功率; n为主轴的转速; c为许用应力确定值,选用 40Cr,取 c=105。 表 3-1 常用材料的许用扭转剪应力 值和 C 值 轴的材料 Q235,20 35 45 40Cr,35 SiMnaMP 1220 160135 2030 135118 3040 118107 4052 10798 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 25 注:当作用在轴上的弯矩比传递的转矩小或只传递转矩时,C 值取较小值;否则取较大值。 3.2.10 根据轴径确定主轴部分的安装轴承 根据主轴轴径选用圆锥滚子轴承 3506720 型,其技术参数如表 3-2: 表 3-2 轴承技术参数 3.2.11 减速器的设计 减速器的设计主要从传动比和传动平稳性方面考虑,对其进行计算 与设计,在考虑综合因素满足使用要求的情况下,经济性和传动效率也 是减速器设计过程中需要特别注意的,它关系到能量利用程度,解决好 以上问题,能在一定程度上节省资源,提高经济。 有预选电动机的功率 Pe=2500KW,ne =742r/min,效率 =0.93 查得d 手册电动机轴径为 d=170mm。 (1)计算减速器各轴运动和动力参数 各轴的转速 高速轴 min901rne 国内新型号 国内旧型号 内径 外径 厚度 所属分类 3506/720 977/720 720 915 190 圆锥滚子轴承 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 26 中间轴 min24601. 92rin 低速轴 i7.85.3i 各轴的输入功率 高速轴 = e =25000.99=2475 千瓦1P1 中间轴 = =24750.980.97=2352 千瓦232 低速轴 =23520.980.97=2236 千瓦3 按转矩法对减速器各个轴直径进行确定: 即要求 3mincdP 其中,c 与材料有关,当轴材料为 45 钢时,c=115;当轴材料为 40Cr 时,c=105;P 为输入功率,n 为该轴转速。 (2)计算减速器各轴最小直径 高速轴直径的确定: 高速轴最小直径 毫 米6.1590215necd33min P 其中 c 为受材料影响的参数,查得轴为 40Cr 时 c=105。由于二级减 速器的高速轴上有一个键槽,故将计算值加大 3%,即 =156.6(1+3%)=161.3mm,圆整后 =170mm。xdma mind 中间轴直径的确定:中间轴最小直径 毫 米2.486751nP c33min 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 27 由于该轴上有两个键槽,所以 =248.22(1+7%)=265.6mm,mind 圆整后取 =300mm。mind 低速轴直径的确定: 低速轴最小直径 毫 米29.3578.215nP cd33min 由于该轴上设有一个键槽故 =346.88(1+3%)=357.29mm,圆i 整为 =390mm。mind (3)各轴轴承的选择 根据轴直径选择深沟球轴承中 16034 型。其技术参数如下表 3-3: 表 3-3 轴承技术参数 国内新型 号 国内旧型号 内径 外径 厚度 所属分类 16034 7000134 170 260 28 深沟球 轴承 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 28 图 3-1 深沟球轴承 (4)齿轮参数的确定 根据 GB/T1357-87 选用标准模数系列,取齿轮模数 m=16mm。 对于第一对齿轮: 取 =16,则 =4.0116 64。压力角由 GB/T1356-88 取 。1z220 则 分度圆直径 毫 米2561mzd1毫 米042 齿顶高 毫 米1haa1 齿根高 毫 米2065.c21ff 其中 =1, =0.25 为我国规定标准化数值。 称为齿顶高系数,hc ha 称为顶隙系数。c 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 29 齿全高 毫 米36125.0mcha21 齿顶圆直径 毫 米816zda 毫 米42 齿根圆直径 毫 米2165.0216mcha2zd1f 毫 米9844f2 基圆直径 毫 米.cososd1b 毫 米2.602c2 齿距 毫 米4.51.3m1P 基圆齿距 毫 米2.70cos2.cos21b 齿厚 毫 米.5s 齿槽宽 毫 米12.e21 顶隙 毫 米465.0mc21 C 标准中心距 毫 米021Za2121 节圆直径 毫 米56d1 毫 米0242 传动比 16iZ 由表 3-4 取圆柱齿轮齿宽系数 ,d 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 30 表 3-4 圆柱齿轮的齿宽系数 则齿宽 毫 米5621d2B 一般情况下,小齿轮要比大齿轮宽 3 到 10mm,故 毫 米64821 齿轮具体结构参数的设计: 由于高速大齿轮 ,所以做成腹板式结构。如图毫 米32015da 3-2 所示: 图 3-2 高速大齿轮结构图 具体结构数值为: 由前知道 =1056mm2ad毫 米8641056120 mDa 装置状况 两支承相对小齿 轮作对称布置 两支承相对小齿轮 作不对称布置 小齿轮作悬臂布置d 0.9- 1.4(1.2-1.9) 0.7-1.15(1.1- 1.65) 0.4-0.6 河 南 理 工 大 学 万 方 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 31 毫 米6425.0.BC毫 米136143D毫 米820毫 米106.30
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