矿井提升机—主轴装置设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘要 矿山提升设备是矿山运输中的咽喉设备，占有特殊地位，是井下与地面联系的主要工具。 矿山提升设备的用途是沿井筒提运矿石和废石，升降人员，下放材料、工具和设备。矿山提升设备在工作中如果一旦发生机械和电气故障就会造成停产，甚至人身伤亡。为了保证生产和人员的安全要求矿山提升设备运行准确，安全可靠，井必须配有性能良好的控制设备和保护装置。 矿山提升设备的耗电量一般占矿井总耗电量的 30%一 40%，所以为了降低矿石的成本，必须经济合理地选择和使用矿山提升设备。矿山提升设备又是矿井最大固定设备之一，是 套较复杂的机械 本文针对矿山机械的特殊要求，重点设计卷筒部件和主轴部件，两个部件是提升机的关键部分，卷筒强度不够导致的直接后果就是筒壳被压溃、焊缝开裂等；主轴是传递动力装置，在设计时需要考虑其承受的弯扭力矩，键对主轴强度的削弱及其装配问题，轴的工艺要求等。 通过本次的设计，可以缩短提升机设计周期，提高产品的设计质量，提高企业的技术创新能力和市场竞争能力。 关键词： 提升机 滚筒 主轴 钢丝绳 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 he is in is is up in if In to s is 70%, in to is of in of is is is so to of to so 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 1 绪论 . 1 述 . 1 升机的分类 . 1 升机的概述 . 2 内外提升机的发展概况 . 3 升机的技术性能 . 4 绕式提升机及提升绞车 . 4 升绞车 . 5 个系列提升机的主要结构特点 . 5 2 提升机的组成 及各部分结构特点 . 7 3 各系列提升机主轴装置 . 9 轴装置的结构 . 9 种主轴结构图示 . 9 种调绳离合器的简介 . 14 4 单绳缠绕式提升机滚筒的设计与计算 . 21 绕式提升机卷筒的结构 . 21 常工作时作用于筒壳上的外载荷 . 25 壳强度的计算 . 32 层缠绕时筒壳的计算特点 . 34 体计算及校核 的筒壳强度 . 35 5 主轴理论设计及强度校核 . 40 轴的结构 . 40 轴及附属部件的设计、计算 . 41 轴的校核 . 46 . 46 定载荷分配于主轴各轮毂作用点上的力 . 47 绳张力分配于主轴各轮毂作用点上的力 . 48 用于轴上水平方向及垂直方向的合力 . 51 算支点反力 . 52 算弯矩 . 54 算扭矩及扭转强度 . 56 算危险断面的安全系数 . 58 6 轴承的计算校核 . 60 轴承选取 . 60 轴承校核 . 61 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 切向键的校核 . 63 8 过盈配合校核 . 65 致 谢 . 70 参考文献 . 71 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 绪论 述 升机的分类 提升机是矿井的主要设备 用于升降人员和物料。在煤矿对大型提升机（滚筒直径大于 2 米以上）称提升机，对滚筒直径小于 2 米的提升机俗称提升绞车。提升机按工作原理分为：单绳缠绕式矿井提升机和摩擦式矿井提升机。 缠绕式单滚筒提升机作单钩提升时，提升钢丝绳的一端固定在提升滚筒上的最右端，并缠绕在滚筒上。钢丝绳的另一端 由滚筒上方引出，绕过天轮后与提升容器相连接。当提升机的滚筒向不同的方向转动时，提升容器相应地作上升或者下降运动，以完成所担负的提升任务。 缠绕式单滚筒提升机作双钩提升时，滚筒的结构设计为分离式（即滚筒由可以分开的两部分组成），这样可以适应工作中调整钢丝绳长度的需要。这时是用两根钢丝绳提升，一根钢丝绳固定在滚筒的最右侧，经过缠绕后，由滚筒上方出绳，跨过天轮与提升容器相连接；另一根钢丝绳固定在滚筒的最左侧，在作反方向的缠绕后，由滚筒下方出绳，跨过天轮后与另一提升容器相连接。这样，在滚筒向不同方向转动时，两个提升 容器将分别做上升和下降运动，当滚筒的旋转方向改变后，提升容器的运动方向也就将随之改变。 缠绕式双滚筒提升机有两个滚筒其中一个为活（游动）滚筒，另一个为固定滚筒。在每个滚筒的一侧（外侧）固定一根钢丝绳，与单滚筒做双钩提升时的方式相同。通常活滚筒位于操纵台的左边（正视方向）并由下方出绳；固定滚筒则在右边，并由上方出绳。为了避免在用作多买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 层缠绕时，提升机滚筒在主轴中部负荷应力集中的缺点，固定滚筒的左侧也留有出绳孔，当用于多层缠绕时，两个滚筒的钢丝绳都从左边开始缠绕（缠绕方向相反）。提升机的滚筒宽度，应能适用在提升过 程中缠绳的实际需要。 缠绕式双滚筒提升机如用作单钩提升，由于滚筒上只受一个方向的拉力，没有平衡的另一方向的拉力，因此，在计算最大静张力时，应按产品规格中的允许最大静张力差值选用提升机。 升机的概述 矿井提升机主要用于井下采区的上、下山，以及其他辅助性的斜坡运输（包括地面斜坡运输）。根据运输量和提升距离的实际需要，也有单钩和双钩提升两种。 摩擦式提升机的工作原理和缠绕式提升机不同，它的提升钢丝绳不像缠绕式提升机那样在滚筒上，而是依靠钢丝绳与主导轮上的衬垫之间的摩擦力，使提升钢丝绳与主导轮一起运动 ，并带动钢丝绳端部悬挂的提升容器，作上行或下行运动。塔式提升机的提升系统为了提高运行效果，保持在运行过程中两侧提升钢丝绳的拉力差基本不变，通常都是在提升容器的底部悬挂有平衡尾绳。当提升机运动时，提升钢丝绳的自重和悬挂的提升容器重量，以一定的拉力压在摩擦衬垫上，产生的摩擦力使钢丝绳和提升容器随主导轮的转动而上行或下行。摩擦式提升机的机械结构、技术性能和应用范围等都是根据上述特点确定的。 摩擦式提升机可分为塔式和落地式两种，国际上两种都广泛的使用，国内目前使用的落地式摩擦轮提升机还不太多。主要是进口设备。 有些 生产矿井由于生产的发展、井深的增加或产量的提高，将原已买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 经使用多年的缠绕式提升机改造为摩擦式提升机。如：河南巩县大峡沟煤矿三号井副井，把原有的缠绕式双滚筒 2m 提升机改造为 2m 双绳摩擦式提升机（落地）。从提出改造方案到设计制造、安装调整，只用了 5个月的时间。又如：山东枣庄矿物局朱子埠煤矿主井，将原有的双滚筒 造为 径单绳落地式提升机。改造从 1977年 7月开始，同年 11月底完成， 1978年 6月已担负全矿井的提煤任务，运行一直比较正常，能力提高了 40%。 摩擦式提升机适用于深井， 而多绳摩擦式提升机更能适应大型矿井提升的需要。缠绕式则适用于浅井或斜井，它能适应多水平双钩提升的工作需要。当然，这种调整不应是频繁的。摩擦式提升机则只有采用单容器（带平衡锤）提升时，才能适应多水平的提升工作的需要，而这种提升方式的能力较低。 内外提升机的发展概况 矿井提升机在矿井中担负着升降人员、提升矿物、运输材料以及升降设备、工具等项任务，它是沟通矿井地面和井下的运输设备，是矿井的重要设备之一，就其耗电量来说，大约占全矿井用电量的 15%左右。 世界许多国家的工业发展表明：随着采掘工业的发展，开采 的深度将会日益增加，矿山生产也将日益走向集中化、大型化。而矿井提升机也随着相应的发展：由单绳缠绕式提升机发展到多绳摩擦式提升机，提升速度加快，一次提升量也日益增大。能够反应出当前矿井提升机世界先进技术水平的参数是：（ 1）提升机直径已打 9m；（ 2）一次提升有效负荷为 50t；（ 3）提升机单台的功率已达 14573 4）最多绳数为 10。我国的煤矿建设也是符合上述发展规律的。在第一个五年计划期间建设的矿井，开采深度一般都在 300m 以内；矿井的最大年产量为 120150万买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 吨；矿井提升机的一次提升量最大为 9t（采用 单绳缠绕式矿井提升机）。而目前我国矿井井深最大以达 1000m；最大年产量 300400 万吨的矿井正在多处兴建，甚至能力更大的矿井也在设计中；有些矿井以按两套一次提升量为 20t 的双箕斗装备（在一个井筒内布置四个箕斗、由两台提升机提升）。更大容量的箕斗，如： 25、 32、 40正在设计中。 就多绳提升机来说，过去生产的是在井塔上安装的，现在考虑到矿井建在地震区或者某些冲积层较厚的地区的需要，已将落地式多绳提升机纳入系列，与井塔式并列同时发展，可以按用户要求供货。 矿井提升机的生产厂很多，规模 较大，品种较齐全的有：洛阳中信重型机械公司， 鹤壁市巨兴矿山设备有限责任公司， 锦州锦矿机器制造有限责任公司 ， 山东泰鼎矿山机械 有限责任公司等。 升机的技术性能 绕式提升机及提升绞车 缠绕式提升机的发展是为适应我国矿山建设的需要，国产提升机大致可分为仿苏、改进及自行设计等三个阶段。 19531958 年期间生产仿苏产品 列提升机； 列提升机是 19581966 年期间生产的仿苏改进产品； 971年 7 月开始生产的自行设计产品，后又改 为 列，是已成批生产的新型矿井提升机。时至今日，中信公司生产的产品最齐全， ， 2等。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 升绞车 矿井提升绞车的发展道路基本上和矿井提升机相同，从仿苏的产品开始，到改进和自行设计并纳入型谱标准 。 个系列提升机的主要结构特点 （ 1） 矿井提升机 1）主轴装置采用铸铁法兰盘； 2）调绳装置为手动蜗轮蜗杆式； 3）制动器为角移式； 4）液压传动装置为手动杠杆控制的三通阀和电磁铁控制的四通阀； 5）深度指示器为机械牌坊式； 6）减速器 为渐开线人字齿轮减速器。 （ 2） A）型矿井提升机 1）调绳装置为电动蜗轮蜗杆式； 2）制动器为综合式，改善了闸瓦的磨损情况； 3）液压传动装置为手动控制的低压电液调节阀和电磁铁控制的安全三通阀，操纵省力，易于实现自动化和半自动化控制； 4）减速器采用圆弧形人字齿轮减速器；提高了承载能力并减轻了重量。 （ 3） 矿井提升机 1）滚筒为焊接结构，重量轻； 2）采用液压齿轮式快速调绳装置，调绳省力省时； 3）采用圆盘制动系统（包括圆盘式制动器和液压站两部分），此种系列具有以下的优点： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 安装、使用及维护比较简单； 4）采用圆弧齿轮减速器，提高了承载能力，减轻了重量； 5）采用了圆盘深度指示器。 K（ A）系列比较，有以下的优点： 提升能力平均提高 25%，重量平均减轻 25%， 采用了一些新技术、新结构，如：盘式制动器、液压站、快速调绳装置、微拖动装置等 通用化程度高。 列矿井提升机 1）采用 500型双力线中心驱动减速器，结构紧凑，传动平稳，噪音小。并采用双列向心滚动轴承，传动效率高，在实际工作中厂家建议传动效率 取 2）滚筒为整体焊接结构（ 2m 提升机可根据用户要求，供应分割的焊接滚筒和制动盘），采用滚动轴承支座。双滚筒提升机的主轴装置，具有液压操纵的、在结构上作了改进的齿轮离合器，调绳操作时间仅司机一人即可完成，节省了时间和人力； 3）配有自整角机传动的圆盘深度指示器（ 2以改供给牌坊式深度指示器）； 4）制动器为综合式的液压开启的盘式制动器； 5）采用集中控制的操纵台。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 提升机的组成 及各部分结构特点 矿 井提升机作为一个完整的机械 电气机组，它的组成部分及其功能如下： 1）工作机构 主轴装置和主轴承（包括滚筒和摩擦轮），作为缠绕或搭放提升钢丝绳，以承受各种正常载荷（静载荷、动载荷）及非常载荷。 2）制动系统 制动器和液压传动系统，用于机器停止时，能可靠地闸住机器。并能在正常（工作）制动和紧急制动时，参与控制机器的速度，能使机器迅速停车。 3）机械传动系统 减速器和联轴器，用以减速和传递动力。 4）润滑系统 润滑油站及管路，当机器工作时，不断向轴承、减速器轴承及啮合齿面压送润滑油。 5）观测和操纵系统 包括操纵台、深度指示器及测速发电机。操纵台控制主电动机的速度变化和换向及对制动系统进行控制；深度指示器指示提升容器的运行位置，在提升容器接近井口（或井底）时发出减速信号，当机器过卷或超速时，进行限速和过卷保护。对于多绳摩擦式提升机，能自动调零；测速发电机用于测定机器的实行运行速度。 6）拖动、控制和自动保护系统 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 拖动有交流、直流两大系统。交流包括：交流主电动机、金属电阻及控制接触器，并可带动力制动、低频制动或微拖动装置。直流包括：直流电动机，其电源设备，有电动发电机组和可控硅整流。拖动系统是为了实现机器稳 定地起动、等速、减速、停车和换向。自动保护系统具有：过速、过卷、闸瓦磨损超限、润滑油超压或欠压、制动油超压或欠压、轴承温升超限，制动油温升超限、电动机过流或欠压等自动保护的作用。 7）辅助部分 包括司机座椅、机座、机架、护栅、挡板、护罩等辅助用具及材料。对于多绳摩擦式提升机还包括导向轮装置及摩擦轮衬垫的车槽装置。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 各系列提升机主轴装置 轴装置的结构 主轴装置是提升机的工作机构，也是提升机的主要承载部件，它承担了提升机的全部转矩，同时也承受着摩擦轮上两侧钢丝绳的拉力。 主轴装置主要由主轴、摩擦轮 、滚动轴承、轴承座、轴承盖、轴承梁、摩擦衬垫、固定块、压块、夹板、高强度螺栓组件等零部件组成。 对于小型多绳提升机，如无特殊要求，制动盘是焊接在筒壳上的，项常称之为固定闸盘或死闸盘，根据使用盘形制功器副数的多少，可以焊有一个或两个制功盘；大型提升机多采用双制功盘形式，制动盘与摩擦轮之间采用可拆组合式联接，即制动盘做成两半，用高强度螺栓与摩擦轮联接，成对装在摩擦轮上，采用大平面摩擦副来传递转矩，制动盘与摩擦轮之间有配合止口作径向定位，两半制动盘合口面之间用键作轴向定位，并没有少量精制螺栓提高定位精度，增强局 部刚件，刃拆式制动盘优点主要是便于运输并可以更换，尤其适用于大型或特大型多绳提升机。 种主轴结构图示 （ 1） (矿井提升机主轴装置结构 单筒主轴装置由左右两个与制动轮制成一体的铸铁支轮用切向键与主轴联接。卷简支承在两端支轮上，并通过螺栓与支轮联接，如图（ 3示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3J 型（ ）提升机主轴装置 1 2 3 4 5 67 8 9 10 11双筒主轴装置由固定卷筒和游动卷 筒及调绳离合器等组成，调绳离合器采用手动蜗轮蜗杆结构，调绳操作费时费力。卷筒为两半薄壳结构，强度较低 (见图 3 2)。 （ 2） 矿井提升机主轴装置结构 单筒主轴装置与 双筒主铀装置与脚型摹本相同主要有下列两点区别： 1)的两制动轮在两个卷筒中间而 J 以型的两制动轮在两卷简的两外侧 (见图 3 3)。 2)对于调绳离合器，脚型全靠人力操作，而 装了一套电动蜗轮蜗杆机构靠电力实现游动卷筒与主轴的朋开与接合。 （ 3） 、 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 这两种系列主轴装 置的卷筒全部采用 6板焊接而成，卷筒内部设有支环于厚完弹性支撑结构。 单筒主轴装置由卷筒、主轴、主轴承、左右轮毅等组成 (见图 3主轴承为滑动轴承。左轮毅与主铀为滑动配合，右轮鼓是压配在主轴上，并用强力切向键与主轴固定。卷筒与右轮毂的联接全部采用精制配合螺栓，卷简与左轮毂的联接采用数量各为 半的精制配合螺栓和普通螺栓。 双筒主轴装置由主轴、主轴承、两个卷筒、四个轮毅、调绳离合器等主要零部件组成 (见图 3 5)。固定卷筒装在主轴的传动侧，其与轮毂的联接与单筒主动装置相同。游动卷简在主轴 的非传动侧，游动卷筒与游筒有支轮的联接采用数量各一半的桔精制配合螺栓和普通螺栓。游 筒右支轮为两半结构，通过两半铜瓦滑装在主轴上，左辐板上用精制配合螺栓固定调绳离合器内齿圈，内齿圈右端装有尼龙瓦，支承在游筒左支轮上，游筒左支轮压配在主轴上，并通过强力切向键与主轴联接。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3（ ）双筒提升机主轴装置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 15 螺母 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3 提升机主轴装置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15图 3 、 单筒提升机主轴装置 1 2 3 4 5 67 8 9 10 11 12买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3， 双筒提升机主轴装置 1 2 3 4 56、 14 7 8 910 11 12 1315617 18 19 20 21 2223 24 25 26278种调绳离合器的简介 本系列 提升机采用轴向齿轮式调绳离分器 (见图 3 6)。在游筒支轮上沿圆周装有三个调绳液压缸 4，调绳液压缸的另一端插在齿轮 6 的孔中。这样当齿轮 6 与固定在卷筒 9 辐板上的内齿轮 8 相啮合时调绳液压缸便相当于三个传动销，将游筒左支轮 3 与齿轮 6 连接在一起，经齿轮传递转矩。需调绳时，充油到三个液压缸的前腔齿轮 6 外移与内齿轮脱开，游筒卷筒闸住。转动固定卷筒，内齿轮 8 与游动左支轮 3 通过买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 尼龙瓦 7 作相对运转，以达到调绳的目的。 图 3 轴向齿轮式调绳离合器 1 2 3 4 5 67 8 9 10 11 12 13本系列主轴装置朽有以下 A、 别为卷筒上带木衬、筒壳上方直接加工出绳槽两种结构 (见图 3 7、图 3 8)。 筒辐板与支轮为高强度螺栓买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 联接； 高强度螺栓与卷筒辐板联接。卷筒和制动盘为两半装配式结构，安装时现场不再焊接和加工制动盘。主轴承采用调心滚子轴承。调绳离合器均采用径向齿块离合器结构， 该装置由齿块、齿圈等工作机构，液压缸、移功毂等驱动机构，操作闭锁等控制机构三部分组成 (见图 3 9)。该新结构可满足调绳过程中安全、精确、快速、可靠的使用要求。 调绳工作原理如下： (1)机器正常工作阶段 此时齿块和内齿圈处于啮合状态，液压缸的合上腔和离开腔通过液压站上的电磁阀 (34于回油状态，联锁阀的柱销锁入游动左支轮凹槽中，机器正常运行。 (2)调绳准备阶段 (即离合器离开 ) 拨动操纵台上调绳转换开关到调绳位置，安全电磁阀断电，使机器处于安全制动状态。再拨动电磁铁压油即可通 过联锁阀进入调绳液压缸的离开腔，联锁阀的柱销从凹槽中移出推动液压缸活塞外移，使齿块与内齿轮脱离啮合，游筒卷筒与主轴联接脱开。 (3)调绳操作阶段 拨动另一个安全电磁阀，解除固定卷筒的安全制动，游筒卷筒仍为安全制动。起动机器使固定卷筒慢速运转，调节钢绳长度或更换提升水平，实现调绳的日的。 (4)恢复工作阶段 (离合器合上 ) 钢绳调绳完毕后，恢复固定卷筒的安全制功，然后将电磁阀 压缸离开腔的高压油即回油箱。再接通电滋阀 压油即可进入液压缸的合上腔，驱功液压缸活塞向里移动，使齿块与内齿圈 重新啮合。同时活塞杆碰压行程开关 纵台上的指示灯显示出“合上”的信号后，方可将电磁阀 复位调绳转换开关。此时电磁阀 3410此，调绳操作全买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 部结束，机器恢复正常的工作制功状态。 (5)调绳安全联锁环节 在调绳操作过程中，如果离合器万 偶然地从原来的离开位置向合上位置移动时，行程开关 动作，固定卷筒立即安全制动避免打齿事故发生。另外在调绳操作过程中，若一旦发生误操作，导致游动卷简突然松闸，此时行程开关 作，机器立即安全制动，以确保调绳全过程的安全。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 32双筒提升机主轴装置 1 2 3 4 5 6筒壳上直接加工出） 7 8 9 10 11 12买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3双筒提升机主轴装置 1 2 3 4 5 6 7壳上加工） 8 910 11 12买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3径向齿块式调绳离合器结构及工作原理图 1 2 3 4 5 6买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 单绳缠绕式提升机滚筒的设计与计算 绕式提升机卷筒的结构 卷筒是提升机的主要部件。它有几种不同的结构，其常见型式如图4 4筒的结构型式 a）铸造支轮卷筒； b）盘式支轮卷筒 1234 56轮）； 7所有卷简大致都由下列几部分组成： 1)筒壳； 2)支轮 包括键辐和轮 缘，亦可为辐板式结构； 3)用以加强筒壳的纵向筋和环向筋 (办称支环 )，目前有纵向筋的不多，但多设有支环。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 由于卷筒是利用薄壁承载，故所受应力较复杂，如设计或使用不当，会造成变形、开裂甚至不能使用。 筒壳、支轮和加强筋所用的刚才大都为3了提高强度也有用 16为这些材料的货源较广，工艺性能也较好。 一般而言，筒壳、支轮和加强筋都用焊接的。除盘式支轮外，轮辐还有焊成工字型、十字型或 丁字型的 对于小型提升机，支轮也有用铸造的 (图 4由于工艺或安装、运搬方面的原因，支轮有整体的，也行两半或三瓣的。较大的提升机则很少用铸造支轮，因为大直径的铸造支轮过于笨重。 对于双卷筒提升机中的活卷筒，内于它与主轴有相对运动，因此往往在轮毂与主轴之间加有衬套 (图 4衬套通常用减磨金属，如比压许可，也可用尼龙衬套。 卷筒外面 般均敷有木衬。木衬的作用是防止钢绳与简壳直接接触造成磨损，此外还能使钢绳沿着木衬上的沟槽缠绕，排列整齐，避免叠压现象。 滚筒的失效形式及原因 滚筒的失效形式主要有： (1)裂纹。裂纹出现于筒壳、支轮及支环上。筒壳上的裂纹多出现于圆周方向和螺钉孔处，如图 4 12 所示。支轮的裂纹多出现于人孔周边，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 呈放射状；支环的裂纹多出现于焊缝处，或支环断裂。 (2)局部变形过大多。此种情况多数是筒壳中部塌陷。 (3)连接螺栓被剪断或弯曲变形过大。 造成上述失效的原因是复杂的，需要具体分析，一般来说可能有以下几种： (1)理论计算有误。如某矿使用的 2 4 1 7仿苏型提升机，根据正确计算 应有 34 个支环，而实际只有两个，故造成滚筒强度不足。 (2)结构设计不良。造成该筒各部分刚度相差过大。如所加支轮和支环的结构不合理，形成局部刚性过高，从而导致局部应力过高，不符合弹性均匀化设计原则。 (3)加工安装不当。如滚筒不圆或支环与筒壳贴合不好等。 (4)使用维修不当。如过载以及加速度过大等。 (5)原材料有缺陷。如内部裂纹等。 (6)焊接工艺不当。如焊条或焊接参数选用不当，焊接处清洗不净，以及焊后不进行热处理或热处理不当造成焊接残余应力过高等。 (7)原设计许用应力选取过大。如苏制 或仿苏的 2 4 1 7 和 2 4 1 8型提升机，标准中可以采用 8绳直径可达 47 5绳最大静拉力可分别达到 17 58t，而筒壳厚度仅有 16应力可达 180 200此很容易出现裂纹。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 4 筒壳的裂纹形式示意图 （ a）沿筒壳圆周方向局部开裂； （ b）沿焊缝和支环处局部开裂 12简壳许用应力的确定 筒壳和支环的材料通常是 16造支轮多用 040，s 230b 400厚度在2040s 29030b=500 从理论上分析可知筒壳和支轮所受的应力是变化的，但实践证明多数滚筒的失效都是在没有显著变形的情况下形成裂纹。设计计算时，都是按照静强度的方法来计算，或按照与疲劳强度等效的静强度计算。 安全系数的确定是一个比较复杂的问题。它主要取决于下列几种因素： (1)原材料的稳定情况，包括材料性质，原材料尺寸变化，制造工艺的稳定性等； (2)计算的精确度，包括外载荷，以及应力等计算的精确程度； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 (3)零件的重要程度。 根据滚筒的 具体情况，其原材料和制造工艺都比较稳定，计算精度为中等，又是属于比较重要的零件，根据经验可把安全系数定为 1 51 8。目前，我国各厂家常取 许用应力 14016许用应力 180们也都在 1 51 8之间，亦可这样计算，即取材料的脉动疲劳极限为 (0 52 一 b，安全系数为 1 5；这样计算出的许用应力与上 述相近。但考虑到滚筒在成形或安装时，会有局部凹陷的现象，故有人建议在按上述许用应力计算出卷筒厚度之后再加上 2 滚筒的焊缝和连接螺栓的许用应力至今尚无统一认识，设计中可以参照滚筒母材的许用应力或参照结构设计规范选取，见表 3 1。 在滚筒上的螺孔及焊缝截面的变化处均有应力集中，焊接处如不经退火也会有残余应力存在。未经处理的焊缝中心的残余应力是拉应力，其值可达到屈服极限，当它与工作应力叠加时，造成平均应力增加。这样就大大降低许用疲劳强度，使寿命降低。消除的方法可以用退火、振动与锤击，以及火焰烘烤等， 另外也可以用预热法。 常工作时作用于筒壳上的外载荷 作用于筒壳上的外载荷有： 1）钢绳张力和自重，使筒壳像空心轴一样被弯曲； 2）钢绳张力作用于缠绕半径上，使筒壳像空心轴一样被扭转； 由于卷筒的直径很大（尽管筒壳很薄），因而惯性矩（包括极惯性矩）很大，故由上两种载荷所产生的应力都不大，计算时可以略去。 3）钢绳螺旋缠绕在卷筒上，当钢绳有张力时，会产生一个沿圆周分买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 布的力，压缩筒壳，使其半径有缩小的趋势。根据下面将叙述到的理由，这是使筒壳产生应力的主要载荷。 为了简化，可以把螺旋缠绕的绳圈看成是环形缠 绕，因为螺距（与直径相比）很小。缠绕的全部绳圈，可以看作是若干环状载荷的叠加，也就是说，只要分析清楚一个绳圈的作用就可以了，其余绳圈的作用，可用同样的方法来分析。 1)一个绳圈对于筒壳的作用 可以直观的看出，每一个环状绳圈都是一个沿圆周均匀分布的径向载荷（图 4对于这一点，我们可以从力的分析上来说明。 图 4壳受力分析图 a）筒壳的径向外载荷； b）绳圈对筒壳的压力 自筒壳上分出一单位（ 1厘米）弧长，夹角为 （图 4如认为钢绳张力 F 为定值，则钢绳张力的合力（当夹角足够小时）为： 2 由于 1r ，故上式可写成： FF r 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 式中 r 筒壳平均半径。 此力是作用在单位弧长筒壳上的外载荷，方向为径向，指向圆心。如令此载荷为 P，则 FP r 当筒壳受此力时，显然有沿径向产生变形（挠度）。如径向变形（挠度）为 y，它在筒壳中必然引起压缩应力： y y 式中 E 材料的弹性模数。 如认为此应力在径向沿筒壳厚度、在轴向沿绳圈间距均匀分布，则由此而产生的侧向压缩力（与钢绳张力 向相反）为： yy yF t E （ 4 式中 t 钢绳缠绕节距（即绳圈间距）； 筒壳厚度。 仿上面的推导方法可求出在单位弧长筒壳的单位长度 (轴向 )上二侧向压缩力的合力 (方向为径向向外 )为： 2 r用 q 表示 k 表示2，则上式可以写成： q （ 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 上式表明，当筒壳受外载 荷 P 时，产生径向压缩变形 y，同时伴随着产生一反力 q ，其大小与 y 成正比，方向与挠度方向相反。式中 k 称为基础系数。 经过以上分析，对于这种在结构上和载荷上都是极对称的筒壳在计算时不必从筒壳的一般方程出发而可以把它当作一个自筒壳上分割出的、沿弧长为单位长的、反力与挠度成正比的“梁”来计算。按这种方法，计算较简单，概念也比较容易建立。即可按普通梁的公式和计算程序来计算筒壳。 不过，在作为梁处理之前，还需要附加一点 变化。原因是梁在变形时，以中性层为界，受压缩的一面纤维缩短，受拉伸的一面纤维伸长，因而在梁的侧面上有向外凸出和向里凹进的现象。也就是说，如梁的纵向变形为x，则横向变形为x，但对自筒壳中截出的这个“梁”则不然，因为它受侧面相邻截面的约束，不允许在变形后侧面有凸出或凹进的现象，因此，侧面受有应力，使此“梁”处于平面应力状态。其应力和应变关系，应由广义虎克定律得出，即 21 上式与单向应力状态下的应力和应变关系相比，相当于弹性模量放大了21E 倍，因此，在计算“梁”的刚度时，不用普通梁的刚度 而要相应的改变为： 33211 1 2 1 0 . 9 （ 4 3） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 式中 D 板的弯曲刚度； 波桑比，取 = 2)“梁”（筒壳）的变形和内力分析。 分析梁的变形和内力的方法很多，我们采用弹性线方程的方法。根据材料力学，普通梁的弹性方程为： 44 式中 q 作用于梁上的均布载荷。 根据前面所述，对于自筒壳中分割出的梁，一旦产生挠度后，便有一相应的反力 q 产生，故此时作用于梁上的载荷不再是 q，而为q ，并且应把 用 D ，则梁（筒壳）的弹性线方程为： 44q 或 44ky （ 4 上式的特解为 其次方程的解为： 1 2 3 4( c o s s i n ) ( c o s s i n )e A x A x e A x A x （ 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 式中 4 1 . 2 8 54kD r 为求出积分常数1A、2A、3A、4A，需找出相应的边界条件。 从力学意义上来看，式（ 4受有环向集中