移动式提升机系统改造.doc

第1页共61页引言随着我国经济的快速发展和对矿山资源需求的高速增长，对矿山生产技术提出了越来越高的要求。矿井提升机作为矿山进行生产活动的关键设备之一，其电控调速技术的发展对促进矿井生产效率的提高和安全作业，无疑具有极其重大的影响。历经几十年发展，我国的矿井提升机电控技术取得了不少的进步，但与美国、德国等世界发达国家相比，依然存在着很大的差距。目前，发达国家的矿井提升机电控技术已全面实现了全数字控制，而国内绝大多矿井提升机电控系统还是交流串阻调速继电器接触器控制，效率低下，安全隐患多，严重制约着我国矿山产业的健康发展，急需大规模的技术改造和更新。矿井提升机是矿井人员、物资设备上下井的关键设备。因此，它对电气拖动和控制系统的要求很高，主要有:1)安全性和可靠性的要求：提升机电气拖动系统的安全性和可靠性，不仅关系到矿井的生产能力和生产计划管理，而且直接关系到井下每个矿工的安全。这就要求构成系统的部件本身具有很高的可靠性，充分考虑一旦某个部件出现故障时，使损失和影响减到最小。2)高效、舒适和方便的要求：拖动系统能按不同提升种类所要求的额定速度，以S型曲线速度高效运行，使乘坐舒适；能实现全数字行程控制，实现罐笼准确平层，便于人员和物资进出罐笼，方便提高运行效率。本课题项目来源于平煤十三矿副井提升机电控系统改造项目，方案为废弃原串级电阻调速系统，全数字晶闸管直流调速系统，主电机激磁可调，即运转时满磁、停车时弱磁。1提升机概述提升机已有很长的发展历史。早在八百多年以前我国古代劳动人民就发明了辘轳，用手摇辘轳从地下提升煤炭和矿石，以后发展成畜力绞车。十九世纪，西方资本主义国家制造出蒸汽提升机并用于生产。到二十世纪，由于电力的发展，电力拖动的提升机逐渐代替蒸汽提升机。近几十年来，提升机有了更大的发展，出现了多绳摩擦式提升机以及先进的拖动和控制系统。目前，国外的提升机正向体积小、重量轻和自动化的方向发展，以适应深井和大产量的需要。机械工程学院毕业设计(论文)第2页共61页提升机的工作特点是在一定的距离内，以一定的速度往复运行。为保证提升工作高效率和安全可靠，提升机应具有良好的控制设备和完善的保护装置。提升机在工作中一旦发生机械和电气故障，就会严重地影响到正常的生产，甚至造成人身伤亡。熟悉提升机的性能、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，防止和杜绝故障及事故的发生，具有重大意义。我国把缠绕直径在2m以上的提升设备称之为提升机械；缠绕直径在2m以下（不包括2m）的称为绞车（尽管这两者的结构基本相同）。有的国家（例如德国），把最大提升速度大于4m/s的提升设备称之为提升机械；小于4m/s的称为绞车；这些说法，都从一个侧面或一定程度上说明了提升机械的功能和特征。提升机按工作原理的不同,可分为两大类,如下图所示。单卷筒提升机单绳缠绕式提升机双卷筒提升机多绳缠绕式本课题所设计的移动式提升机的工作原理同于一般的单绳缠绕式提升机，单绳缠绕式提升机的工作原理图见图1.1。图1.1单绳缠绕式移动提升机原理图1提升机2提升机钢丝绳3天轮4提升容器5井筒机械工程学院毕业设计(论文)第3页共61页简单地说就是用一根较粗的钢丝绳在卷筒上缠上和缠下来实现容器的提升和下放运动。图1.1所示为单绳缠绕式单卷筒提升机，卷简上固定两根钢丝绳，并应使每根钢丝绳在卷简上的缠绕方向相反。这样，当电动机经过减速器带动卷筒旋转时，两根钢丝绳便经过天轮在卷筒上缠上和缠下，从而使提升容器在井筒里上下运动。不难看出，单绳缠绕式提升机的一个根本特点和缺点是钢丝绳在卷筒上不断的缠上和缠下，这就要求卷筒必须具备一定的缠绕表面积，以便能容纳下根据井深或提升高度所确定的钢丝绳悬垂长度。单绳缠绕式提升机的规格性能、应用范围及机械结构等，都是由这一特点来确定的。它的最大提升高度和最大载荷等，受现有钢丝绳的承载能力和卷筒的容绳量的限制。一般而言，当钢丝绳直径大于60mm，钢丝强度超过1700MPa时，制造较困难。同时，也会使提升机械庞大。因此，一般载重量不超过20t，一层缠绕时的提升高度不超过600m。移动式提升机是在单绳缠绕式提升机的基础上发展而来的，它是将提升设备安装在一移动平台车架上而改装成。可由其他运输设备拖动，在矿井轨道上移动。移动式提升机又类似于汽车起重机，在工作时可放下支脚，驻锄，及上顶（用于支承矿井顶部）等辅助支承部件，在非工作状态下，可收起支脚，上顶，在其他设备帮助下移动到别处。这样做极大节省了矿井内，尤其是矿井口的有限空间，同时也可用一台提升机工作于多个矿井口。移动式提升机的主要单元可分为：电动机、减速器、制动器、卷筒、钢丝绳、车架等等。矿井提升机作为一个完整的机械电气机组，它的组成部分如图12所示。图12机械工程学院毕业设计(论文)第4页共61页下面扼要介绍以下部分的用途。11工作机构工作机构主要是指主轴装置和主轴承等，其作用是：1.缠绕或搭放提升钢丝绳；2.承受各种正常载荷(包括面定静载荷和工作载荷)；3.承受在各种紧急事故情况下所造成的非常载荷，在非常载荷作用下，主轴装置的各部分q；应有残余变形；4.当更换提升水平时能调节钢丝绳的长度(仅限于单绳缠绕式双卷肖提升机)。因此，主铀装置应保证主铀、卷简和其它部分有足够的强度和刚度。12制动系统制动系统包括制动器和液压传动装登两部分。制功器的作用是；1.在提升机停L工作时，能可靠的闸住机器；2.在减速阶段及下放重物叭参与提升机的控制；3.紧急事故情况时，能使提升机安全制功，迅速停车，避免事故的扩大。2设计思路及流程移动式提升机:1.根据提升要求设计选择钢丝绳的类型及直径2.校核钢丝绳3.根据钢丝绳的直径设计选择卷筒4.校核卷筒5.滑轮的设计计算6.根据提升重物，速度以及预计效率初步估计选择电机7.根据卷筒直径及提升速度与电机的转速确定总传动比机械工程学院毕业设计(论文)第5页共61页8.根据总的传动比以及拟定功率设计减速器9.制动系统设计3钢丝绳设计计算3.1钢丝绳的特性及种类钢丝绳是广泛应用于起重机中的性构件。它具有承载能力大、卷绕性好，运动平稳无噪音、极少突然断裂、工作可靠等优点。提升机使用圆形截面的纲丝绳，绳股截面也多是圆形。1.按钢丝绳股内相邻层钢丝的接触状态，分点接触和面接触（如图2.1所示）。图3.1钢丝绳接触状态(a)点接触(b)线接触(c)面接触（1）点接触（D型）钢丝绳（图3.1(a)），股内各层钢丝互相交叉，呈点接触。单股钢丝绳在起重机中极少使用。多股钢丝绳过去应用较多，由于钢丝间接触应力大磨损快，现已逐渐被线接触钢丝绳取代。（2）线接触（x型）钢丝绳：股内各层钢丝在全长上平行捻制，呈线接触；在起重机中应用最广。线接触钢丝绳承载能力大，耐磨性好，使用寿命长，在相同使用条件下，比点接触（D型）钢丝绳寿命高50%100%。在起重机中，凡是绕过滑轮或绕入卷简的钢丝绳，都应选用线接触钢丝绳。（如图3.1（b）。（3）面接触钢丝绳：股内钢丝形状特殊，呈面接触。（如图3.1（c）。机械工程学院毕业设计(论文)第6页共61页2.按钢丝绳捻绕次数，有单绕和双绕之分：由若干根圆形钢丝按螺旋状捻绕而成的单绕钢丝绳，刚性大，表面不光滑，在提升机上仅用作固定张紧绳(图3.2(a)。用异形截面钢丝可以捻制成封闭绳(图3.2(b)，绳的表面光滑，能承受横向裁荷，常用作缆式提升机和架空索道的承载绳。图3.2单绕钢丝绳(a)张紧绳(b)承载绳双绕钢丝绳是先由钢丝绕成股，再由股绕成绳(图3.3)。由于强度高，挠性好，在提升机和起重机上被广泛使用。图3.3双绕钢丝绳机械工程学院毕业设计(论文)第7页共61页(a)点接触（D型）；(b)线接触（X-t，外粗型）；(c)线接触（X-y，粗细型）；(d)线接触（X-c,密集型）双绕钢丝绳按外层股的捻绕方向分为右旋和左旋（图3.4）；按绳股和股中纲丝的捻绕方向相同或相反而分为同向捻（钢丝与股的捻绕方向一致）和交互捻（钢丝与股的捻绕方向相反）。钢绳的捻向（左旋或右旋）只在使用无绳槽的光面卷筒时才需要考虑。此时应将钢丝绳的捻向与钢丝绳在卷筒上卷绕的螺旋形走向一致，以避免钢丝绳开绳松股（图3.4）。图3.4钢丝绳的捻绕方向(a)右旋、同向捻；(b)左旋、交互捻同向捻钢丝绳挠性好寿命长，但容易扭转打结，自行松散，适用于有刚性导轨和经常保持张紧的地方，如普通臂架的滑轮组变幅机构、牵引小车的牵引绳，此时，滑轮组卷筒也应具有半圆形绳槽。起升机构用的钢丝绳，以及在绳槽底部开有缺口或楔形绳槽滑轮上工作的钢丝绳，都宜使用交互捻钢丝绳。3.按绳芯的材料分有机芯、石棉纤维芯和金属芯三种。用浸透油脂的麻绳作有机芯，有利于防止钢丝绳锈蚀，减少钢丝的磨损，双绕钢丝绳一般采用有机芯。石棉纤维芯和全属芯钢丝绳适用于高温车间，金属芯钢丝绳能承