多绳摩擦式矿井提升机设计（含全套CAD图纸）
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1 对矿井提升机 钢丝绳 的内部阻尼特性进行 非平面横向震动分析 概要 本文介绍的工作是为了增加现在矿井提升机 钢丝绳 的疲劳知识，特别是进行周期性非平面横向震动的 钢丝绳 线间的国际电线 /钢绞线在摩擦时从中损失的内部能量。这种摩擦能量损失现在是限制有益的工作生活中使用悬挂 钢丝绳 的主要因素之一。 实验采用的方法指出了 钢丝绳 的两种机械特性 ,主要是由于 钢丝绳 结构的类型，它们独立了振幅和频率。兴趣是集中在曲率的变化率这一主要参数，它影响了内部的阻尼机理。经验结果显示 ,振幅和模态数在内部的量化损失中起重要的作用 ,还透露出，由于上升 振动疲劳指数潜在的较高水平，一个关键的曲率半径在伤害下存在。 介绍 在现代南非黄金深矿井中，伤害的问题由于振动疲劳仍在继续 ， 它限制了缠绕速度，缠绕深度和有效载荷 。 直到 钢丝绳 的横向振动产生内在的内能损失这一原理得到充分理解 ,这样的伤害将继续显著地影响着南非采矿工作的运行成本和效率。 在这一地区阻碍工程上的突破性进展的两个主要原因是内部阻尼机制的复杂性和按时间边界情况的 钢丝绳 动态响应的非线性。到目前为止 ,这个问题仅仅的一个数学解决方案显得很棘手，而且必须要越来越认真考虑实验结果。 因此 ,这里描述的调查的主要目标是 由实验的方法 (由实验室模拟 )确定矿井提升机 钢丝绳 在进行大幅度非平面横向震动产生的内部损失，这个振幅是在它的基本的和更高的谐振频率附近的光谱中 。 调查的范围被限制在矿井的几何尺寸中，在南非的深矿采矿工作中这些几何尺寸很可能在实践中遇到 ,即 单绳 和布莱尔 多绳 缠绕系统。 钢丝绳 绳从提升滚筒延伸到首轮的这一段长度 ,通常被称为悬链线 ,在实践中遭受到最剧烈的横向振动 ,因此这一部分成为这次 钢丝绳 调查的模范。所使用的符号定义在文章最后。 2 历史记录 在 19世纪 50年代初于传导着结构型 钢丝绳 内部阻尼特性的基本方面和分析方面的基础 还有这两个方面对横向震动影响的基础。使用的 钢丝绳 是一个由 6根螺旋线围绕一根单芯线绞成一股而成型的 70,4 所有的组成电线是镀锌线或类似化学成分的电线，公称直径大约 总长度 2000毫米 ,捻据 1270毫米。于的调查集中在标本滞回阻尼特性的测定，这些标本在不受力状态下进行平面振动。 尽管采用的技术规范和试验法明显地远离了现代矿井提升 钢丝绳 的几何条件和动态条件 ,如下从早期的调查研究得到的观察值具有重大的作用 ,并描述在绞线进行自由平面振动时内部阻尼的基本性质。 （ 1） 金属丝材料的刚性内 摩擦很小。 （ 2） 实际上 ,可以假设只有干摩擦（内摩擦 )存在。 （ 3） 与内部干摩擦有关的衰减能量 (每个周期的能量耗散）是一个振幅线性函数。 （ 4） 一个临界的振幅似乎存在 ,它的上面具体的阻尼特性曲线开始极快地上升。 过去的三十年中 ,看来小独立研究更深层次地运用了于的首创理论并试图扩大矿井提升钢丝绳的阻尼特性的现有知识。 然而，许多调查已经处理了大量拉缆的静态和动态响应。 出了一张这个领域发展趋势的明细表。在这张表中他指出于的结论清楚地确立了等效粘滞阻尼大约是临界阻尼的 20%到 70%。虽然对于简单几何形状的干性 钢 丝绳 这一理论可能是正确的 ,但当它应用到大量拉缆和矿井提升 钢丝绳 中就出现了问题，因为这些 钢丝绳 的结构复杂地多：同轴左旋和右旋螺旋线包含内芯线，它会在塑形区变形（聚丙烯、剑麻和大麻等含有沥青基的润滑油 )。 利用粘滞阻尼机制与速率之比的绞缆的简化模型明显在文献中更加受欢迎主要因为它相对上解除了构想和解答。然而 ,当分析说明了沿着 钢丝绳 长度方向的张力梯度，除了内部结构阻尼与振幅和频率之比 ,一个非线性响应以拖延和跳跃现象的形式显现出来。这些现象主要描述了介质的响应，这一介质产生了改变共震频率的强制震动。 并补充说考虑横向阻尼行为的简单的模型不可以被假定。此外 ,他认为至少两种常见的结构和粘性类型的阻尼必须包含在任何试图预测在绞缆中传播的横向波衰减分析中。 过这种方式 ,并提供激励周期 ,其他类型 3 的内部的阻尼机理现在被假设包含在阻尼系数中。他的理论和实验结果显示地特别一致 ,该处相关的是被看作补充于的实验结果如下。 （ a） 对于一个金属芯 ,内部阻尼被拉伸载荷所影响。 (径向力和链间力随着轴向拉力的增高而增强以至于干摩擦阻尼也表现出了 增长 )。 （ b） 对于非金属芯 ,阻尼能力随着轴向载荷减少而增加。 里值得提到的是 ,虽然于对振幅阻尼的依赖性进行了评论 ,考虑到一水平畸变 (大部分 )波以 控制运动方程可以表现为 一般的解决方案 都是频变 ,剪切粘度。注意力集中在末项方程 (1),可以清楚地把 曲率变化率与剪切粘性联系起来。 初步讨论 在图 1中，一段 钢丝绳 的封皮以基本形式进行自由非平面震动，它展现了四分之以参数的一个完整的循环。 跨度的长度是 跨幅度是 S。 在一阶条件中 ,根据任意时刻震动的 钢丝绳 描绘出数学曲线可以近似为一个抛物线，这个抛物线的轴垂直于连接边界支撑结构的弦。 正如迪安所指出的 ,当弦是水平的而且下降距离与跨距之比小于 曲线的数学近似值 采用 了小的误差。当弦不是水平的时候，对称性会丧失 ,而且 钢丝绳 在平衡位置会坚持被切去顶端的悬链线数学微量。 然而 ,对于相对较小的下降距离与跨距之比 ，浅抛物线弧的近似值是足够地精确和而且在分析中不采用很大的误差。抛物线和悬链线的近似法经常出现在文献中 ,尤其对有倾斜跨度的巨大拉索的动态分析。 边界条件 当 钢丝绳 直径相对于跨度足够大 ,而且 钢丝绳 振动的曲率半径很小 ,弯曲应力的局部斜度将建立在 钢丝绳 中。根据边界条件的类型 ,弯曲应力的两种渐变是可能的。 (i)恒定的渐变和 (不同振动模式而变化的时间相关的渐变。在接下来的分析中 ,这两种类型的渐变都会被考虑而且是连接震动 钢丝绳 和支撑物的球铰式安排的结果，被仅有控制边界强加的回转约束条件的类型影响着渐变。 4 图 1皮进行以基本形式进行自由非平面横向震动 在这个例子中滚珠球窝接点以一种方式被约束住，这种方式允许 钢丝绳 绕它的几何中心旋转而且在跨距附近循环（图 2）。 因此 ,这边采用的边界条件允许球形接头以 3个自由度在套借口内自由旋转。这就等于绕跨距旋转的 钢丝绳 刚性长度由支撑结构规定。图二显示了这一 钢丝绳 的一个平面截面的圆轨道发生在平面边的跨度采取了正常的页面。 字母 丝绳 的横断面 ,这儿值得注意的是 ,字母 发生在字母 力的倾斜度也是同样显示在图二上而且被公认为是永远恒定不变的 t。在图 2中指标 (c -)和 (T +)分别代表相对压缩和拉伸的状态，这些状态发生在持续循环截面的表面上。 从基本的横梁理论来看这儿的弯曲应力是拉伸应力 ,因为振动时顶尖继续留在圆截面的最外面的纤维上。约束的性质也可以避免中性轴 (对于固定指标在这个例子中，弯曲应力的定值归因于旋转 钢丝绳 的离心效应连同弯曲效应。 5 图 2丝绳 不动点的弯曲应力 ,旋转运动 时变弯曲应力 在这个例子中的边界条件与上面的那些相似， 除了绕横坐标的旋转被限制了。因此 ,如图 3所示 ,字母 这个事实通过超过一个完整周期不改变字母 外 ,当字母 的引用经历了一次弯曲应力的循环。 这里值得注意的是的在被看作相对于纤维旋转的地方中性轴时间方向包含了 钢丝绳 。在图 3中，发生在 次 ,张应力恒定的成分归因于当 钢丝绳 气球到动态的稳定的结构时离心效应随着弧长的增长而上升。 6 图 3 钢丝绳 不动点的弯曲应力 ,旋转运动 实验器具 在这次调查中使用矿井 钢丝绳 的规格是 公称通径 )与 6 x 32(14/12/6 和线性质量密度 800 4中 ,显示一段 钢丝绳从不同高度的支撑结构上悬吊下来。边界条件在支撑结构绕 钢丝绳 的中心纵轴纯转动时限制 钢丝绳 的运动。最大的止推轴承就是用于这种用途的。 通过一个放置在下端的液压千斤顶和固定在电源和上面支撑结构末端的轴承箱体上的锁紧装置得到一个先已决定的张力和 钢丝绳 几何。 由悬索规定的垂直面里的水平转换约束了千斤顶的移动和 较低的支持结构。上面的止推轴承被装上铰链 ,以适应任何预期的斜坡 ,而且一旦上面的轴承的斜坡加以调整以适应 钢丝绳 的倾斜，轴承箱体就被锁定在固定位置上。通过这种方式 ,两个推力轴承受通过他们的轴向中心的纯轴向推力 (张力 )支配。 悬索兴奋地旋转下端 ,通过一台电动机，齿轮减速器 ,一系列的链传动装置 ,以及一个雷诺联轴器。 雷诺联轴器位于 钢丝绳 的轴伸端和驱动装置之间 ,而且有利于隔离激励产生的 钢丝绳 的动态响应。 这是令人满意的因为以反射的纵向和横向波的形式的机械成果能够（给足够的积累时间 )调制激励频率和激励振幅 ,特别是在共振条件 附近。 7 电机的速度由一个 而且由一个光电的转数器检测。张力的水平分量由一个内联的液压传感器测量，它坐落在较低的推力轴承后面而且与 钢丝绳 一起旋转。给雷诺联轴器应用的扭矩由一个流动场测功机的功当量决定。 发动机、变速箱、和链传动装置被封装在在一个单一机组内 ,这一机组被安装在耳轴上并且在扭转力矩的下面 ,这个机组可以绕耳轴轴承旋转而且通过移动的大量东西达到平衡。因此 ,平衡的大量东西的相对运动充当了应用扭矩的一种指示。 为了去除本生钟摆式摆动的主要的测力计底座 ,一个安装在底座的伸出臂被浸 在车用机油中，浸没的部分存在的一个平浆被放置在正常的震动方向。 图 4结论 在这次调查中实证研究方法的使用引起了为量化复杂的阻尼机制而产生的高度全面、有效的技术，这个阻尼机制发生在所有的谐波模式中进行横向非平面振动的矿井吊装 钢丝绳 上。到目前为止按照作者的经验 ,没有以（无旋的 机械等价为基础的理论或实验证据已经出现在文献上。因为方法的基本原理在于对寻找内部的摩擦特性的实际 钢丝绳 的测试 ,这边所描述的任何有适合实验尺寸的 钢丝绳 可以受动态测试。 两种弯曲型阻尼特性由一种 实验法鉴定。阻尼被口述出来这一精确形式主要 8 以方便计算。但是 ,它与在模拟系统中遇到的阻尼相一致 ,而且定性地符合剪切粘度阻尼这种类型 ,或者与曲率变化率成正比的这种类型。在这种情况下缺乏大量具体的阻尼的确切性质的信息 ,被鉴定的阻尼特性的类型是合乎情理的 :他们有把复杂简单化这个优点 ,并且确保获得内部能量损失的量化地正确的评价。 应该强调 ,下面的结论是基于动力学响应的测试，这个动力学响应是固定建筑的一个单一矿井提升钢丝绳上的。结果 ,把下面的观察结果应用于其它具有不同的几何结构的矿山提升钢丝绳中可能会有一些困难。然而 ,尽管这些潜在的不同 ,有些定性趋势可以概括和总结如下。 （ 1） 一个矿井提升钢丝绳的内能损失可以定性和定量地被描述，通过两个实验确定参数 :阻尼性能系数 2。一种发展的数学关系使它变成可能 ,这个数学关系被给予了这两个系数和钢丝绳的动态环境 (振幅、跨度和频率 ),来评估内部能量损失的总数。 （ 2） 一个关键的曲率半径存在内能损失随着增加的振幅与跨距的比率成直线上升的上方区域。实验也有证据显示在这一线性地区的内能损失随着振动模态数的平方增加。 （ 3） 对于曲率半径小于临界值的情况 ,内能损失以指数形式上升 ,而且不试图调查在那个区 域发生的内能损失。 （ 4） 对于典型的矿井装置 ,更高的非平面横向振动模式在与不良后果相关的振动疲劳造成的损失上有重大影响。这个观察是基于这儿获得的现有金矿的动态条件的实验结果的应用。 1 of a he in is an to of in in a is to be of of in is to by of of to of is on of of as an in a of to to he of to to on of in of in of is to a on in of of of to To a to it to to of to by of a of in of of to 2 to be in in of to to as in as of to be in at of he on of of on in 950s a 70,4 a of ,5 000 27,0 Yus on of of a of in a of of of of (1) of is (2) it be (3) of is a of (4) A to of to In it us in an to on of A of of A of in is in he us an to be of of be of to is on in in of 3 to in of of of a in to to a in of an of to of no be he at of be in to of in a by a of In is of is to be in to us as (a) a is by (so an (b) as It is Ul on of on of of as a of of is a is in x in y of be to be m is u a is to 1), of of n 1 of a of 4 in is in of of . at . To by at be by a to at of as is is ,02. is is in of a in to a is in in of of is of of is a in be up in on of in (i) a a of In of of to of at on 1of in 5 n in a to 2). of is to a of by 2 of a of at in is to is to of it is is to to an to in at of is 2 is to be t. c - ) T + ) 2 on of as it is to at of of to . of in is to of 6 he in to is As a , as 3, is by of of of a as it is of it is to to in at is a of 3. of is to in as to a 3at a on he of in 3,5 x 32(14/12/6 7 ,00 4, a of is of of at to of A by a at to at of to in by to of to of In to by by an a of a of of of is in of of in of of by a 3,7 kW by an of by an to by a of a in a on be by of as an of To of an to in a to of 8 4of of he of an in to a in in In s to on in of in of be to by an by in It in to a of or is to of of In of a of on of in of by a of is It be on of of a of As a be in 9 to in of be as (1) of a be by a a A it of to of (2) A of in to as of of (3) of no to in (4) of a on is on of to of an 摘要 目前，随着我国大部分矿井进入深部开采，多绳摩擦式矿井提升机应用越来越广泛，因此必须对多绳摩擦式矿井提升机系统的设计进一步进行研究。 本文对多绳磨擦式矿井提升机发展及应用、种类及结构进行了综合阐述，对多绳摩擦式矿井提升的优缺点进行了分类和研究；论证了多绳摩擦提升的工作原理；介绍了多绳摩擦式矿井提升机的各种型号；在制动工作原理进行说明的基础上，对制动器进行了选型。结合特定的矿井的采煤及地质情况，对多绳摩擦式矿井提升机进行设备选型，形成一整套完备的矿井提升系统，整个系统的安全保护装置非常重要，所以最后对所 设计的系统进行了安全保护设计。 多绳摩擦式矿井提升机系统的各系统的型号选型计算，及对各系统的统一布置，确定各系统的工作位置和尺寸，这些对多绳摩擦式矿井提升机在实际应用中提供了必要参数。 关键词：多绳摩擦式矿井提升机；选型；制动；系统 t s it is to In of a of of of of a - in on of a of a a of a of of is so of he of of of in to 录 前言 . 1 1 多绳摩擦式矿井提升机 . 1 多绳摩擦式矿井提升机的种类及其结构分析 . 1 绳摩擦式矿井提升机的优点及其局限性 . 1 绳摩擦式矿井提升机在国内外的发展现状 . 3 绳摩擦式矿井提升机在我国的应用情况 . 4 绳摩擦式矿井提升机提升工作原理 . 4 2 多绳摩擦式矿井提升机的总体方案设计 . 6 井参数 . 6 绳摩擦式矿井提升机的主要组成部分 . 7 绳摩擦式提升机的类型选择 . 8 轴装置设计 . 8 微拖动装置 . 10 深度指示器选择 . 11 车槽装置 . 12 绳摩擦式矿井提升机的附属设备 . 13 2. 道选型 . 13 2. 紧方式 . 14 2. 定装置选择 . 15 2. 架装置选择 . 15 2. 向轮装置选择 . 16 2. 升容器的连接装置 . 16 3 多绳式矿摩擦井提升机设备选型 . 18 升方式确定 . 18 升容器型号选择 . 18 升钢丝绳选择计算 . 20 计算滚筒直径并选择提升机 . 22 减速器选型 . 23 提升系统确定 . 23 提升容器的最小自重 . 25 丝绳与提升机的校验 . 26 垫材料单位压力 . 27 选电动机 . 27 升系统变位质量计算 . 28 升速度图 . 29 升能力 . 33 动机等效功率计算 . 34 耗计算 . 36 升机的防滑演算 . 37 轴器型号选择 . 38 4 多绳摩擦式矿井提升机机械制动装置与液压站选型 . 39 绳摩擦式矿井提升机的机械制动装置 . 39 动原理 . 39 式制动器的选择 . 40 绳摩擦式矿井提升机液压站 . 40 5 多绳摩擦式矿井提升机安全保护设计 . 42 升容器的防坠器 . 42 止过卷装置设计 . 42 设防止过卷开关 . 42 形罐道 . 42 尾绳的安全设施 . 43 6 技术经济分析 . 46 总结 . 47 致谢 . 48 参 考 文 献 . 49 附录 A . 50 附录 B . 60 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） I 前言 由于开采深度的增加，矿井提升机的卷筒宽度变得越来越大，为解 决此矛盾， 1877年德国人戈培提出将钢丝绳搭在摩擦轮上，利用摩擦力来传动而不是像先前那样把钢丝绳缠在卷筒上。这种提升方式称为摩擦提升，也称为戈培轮式提升。单绳摩擦提升机与缠绕式提升机相比，摩擦轮的宽度显著变窄了，同时由于主轴的跨度变小的缘故，主轴的直径和长度均有所降低，结果机器的质量也大大降低了，而且由于回转力矩的减小，也降低了提升电动机的容量。单绳摩擦提升有塔式和落地式两种。最早出现的单绳摩擦式提升机为落地式，后来由于地形所限，不得已把提升机直接放在井塔上而成为塔式，但在实际使用中发现塔式安装具有很大的优 越性，即紧凑省地；可省天轮；全部载荷垂直向下，井塔稳定性好；可获得较大包角；钢丝绳不致无保护地裸露在雨雪中，影响摩擦系数和钢丝绳的寿命等。对于单绳摩擦提升，由于摩擦轮直径较大，所以多具有导向轮的。单绳摩擦式提升机解决了卷筒过大的问题，但没有解决卷筒直径和钢丝绳直径过大的问题。因此，在四十年代中期出现了用几根钢丝绳代替一根钢丝绳的多绳摩擦式矿井提升机。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 1 多绳摩擦式矿井提升机 多绳摩擦式矿井提升机的种类及其结构分析 多绳摩擦式 矿井提升机的控制方式有手动、半自动和全自 动等几种。一般将布置在井筒顶部塔架上的这种提升机称为塔式 多绳 摩擦式矿井提升机 ， 塔架高出地面几十米，在地震区和地表土层特厚的矿区建造井塔耗资较大 ，但塔式的优点有： 1）、紧凑省地； 2）、不需天轮； 3）、全部载荷垂直向下，井架稳定性良好； 4）、可获得较大围包角； 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。 其缺点是：设备费用比落地式高，因为提升塔比普通井架更为庞大复杂，需要更多的钢 材。 塔式 多绳 摩擦式矿井提升机 又可分为无导向轮系统和有导向轮系统两种，前者简单，后者的优点是可使提升 容器在井筒中的中心距不受摩擦轮直径的限制，可以减少井筒的断面，同时可以加大钢丝绳在摩擦轮上的围包角，其缺点是使钢丝绳产生了反向弯曲，直接影响钢丝绳的使用寿命。因此设计时应尽量不采用导向轮系统。 提升机布置在地面的称为落地摩擦式矿井提升机，这种提升机的提升绳通过井架天轮引入井筒，与容器相连。因落地式可以同时安装提升井架和提升机，井架高度也低，故这种型式的多绳摩擦式提升机在我国受到重视。 多绳摩擦式 矿井提升机主要由电动机、减速器、摩擦轮、制动系统、深度指示系统、测速限速系统和操纵系统组成，采用交流或直流电机驱动。 采用低速电动机时可不用减速器，电动机直接与卷筒主轴相连，或将电动机转子装在卷筒主轴的末端。传动功率大时，可采用 2 台或 4 台电动机同时驱动。一台提升机的总功率已达到 11600 千瓦。制动系统是保证提升机安全运行的重要装置。遇紧急情况时，制动系统应通过可调节制动力矩的液压系统产生两级安全制动，以保证提升机及时停车又不产生制动过猛现象。交流电动机驱动的提升机，其制动系统还要具有灵敏的制动力矩可调性能，以准确控制提升机在临近停车点时的运行速度。 绳摩擦式矿井提升机的优点及其局限性 在国内外，多绳摩擦式提升机 得到飞跃发展，同单绳缠绕式提升机相比，它具备以下优点： 韩涛： 多绳摩擦式矿井提升机设计 2 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，更适用于深井提升，这是多绳提升机较突出的优点。例如瑞典某矿井使用 50绳提升机，提升高度为 1300m，若用单绳缠绕式提升机，则滚筒直径将达 m，缠绕宽度将达 5到 丝绳直径将为 80仅设备重量大，而且设备和钢丝绳直径过大，制造和安装使用维修都较困难。 2）、由于提升容器是由数根钢丝绳所承担，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，制造容易，安装和运输方便等特点。 3）、由于多绳摩擦式提升机运动质量小，拖动电动机的容量与耗电量都相应减少。 4）、由于多根钢丝绳提升，几根钢丝绳被同时拉断的可能性极小，因此提高了提升设备的安全性，可不设断绳保险器（防坠器），这就给使用钢丝绳罐道矿井提供了有利条件。 5）、在卡罐和过卷的情况下，有打滑的可能性，可避免断绳事故发生。 6）、由于多绳提升机的提升钢丝绳一般都是偶数，因而可以用相同数量的左捻和右捻钢丝绳，这样，提升钢丝绳 在运行中产生的阻力就可以相互抵消，从而减轻了提升容器因钢丝绳扭力而产生对罐道的侧向压力，既降低了运行中的摩擦阻力，又可以减轻罐耳和罐道的单向摩擦，从而延长了罐耳和罐道的使用寿命。 7）、由于主导轮宽度较小，轴的跨度也小，改善了主轴的负载性能。 8）、主导轮上不缠绳，提升钢丝绳没有在缠绳时沿轴中心方向上的挤压力（单绳缠绕式矿井提升机上会受这种力的影响，通常称之为“咬绳”），而且，由于钢丝绳承受的动应力和静应力都低，因而有利于钢丝绳使用寿命的提高。 但多绳摩擦式矿井提升机也有它的局限性： 1）、数根钢丝绳的悬挂 、 更换时工作量大，维护检修 、 调整工作较复杂。 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）、因不能调解绳长，故双钩提升不能用于几个中段提升，也不适用于凿井提升。 4）、当矿井很深时（例如超过 1200到 1500m），钢丝绳故障较多，故不适用于特别深的矿井提升。 5）、由于使用数根直径较细的钢丝绳提升，钢丝绳的外露总面积增加了，在井筒中受矿井腐蚀气体侵蚀的面积就相应增加，加之由于钢丝绳直径较细，钢丝绳的绳股中钢丝直辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 径也较细，耐磨性也明显降低，诸因素对钢 丝绳的使用寿命产生了不利的影响。尤其是对于某些矿井的淋水呈酸性，腐蚀性则是影响钢丝绳使用寿命的重要原因之一。 综上所述，多绳摩擦式矿井提升机的优越性是显著的，特别是对提升量大的深井，单绳缠绕式提升机是无法比拟的。通过对多绳摩擦式矿井提升机的缺点进行分析，可以发现，这些缺点是可以克服和减轻的。例如，对于井筒中涌水较大的矿井，除了采取堵水的措施，以减轻对钢丝绳的锈蚀外，还可以采用镀锌钢丝绳，以提高抗腐蚀性能。另外在运行中还可以定期对钢丝绳涂以防腐防滑的戈培油，以改善钢丝绳的工作条件，总之，多绳摩擦式矿井提升机已 成为现代提升的发展方向之一。 绳摩擦式矿井提升机在国内外的发展现状 多绳摩擦式矿井提升机随着科学技术的发展，其增长速度很快，使用范围也日益增多，不仅立井使用，国外在斜井或露天斜坡也在使用，例如，联邦德国米尔斯露天矿， 1954年在斜坡上使用了单箕斗四绳提升机，采用封闭式钢丝绳，直径为 32如，奥地利1960年以前就使用了双绳摩擦式矿井提升机，井筒倾角是 24度，斜长 1138m，串车提升，绳速 8m/s，提升 6辆煤车和 2辆矸石车，有效负荷 了防止钢丝绳在主 导轮上产生滑动，在井底尾绳环处安装种锤拉紧的导向轮。国内是使用的多绳摩擦式提升机也日益增多， 1960年第一台多绳摩擦式提升机投入运行以来，大量的这种提升机在我国安装运行。 目前，国外多绳摩擦式矿井提升机的发展方向是： 发展落地式和斜井多绳摩擦式提升机，研究其用于特浅井、盲井的可能性，以扩大起使用范围；采用新结构，以减小机器的外形尺寸和重量；实现自动化和遥控，以提高工作的可靠性和生产效率， 以适应深矿井和大生产量的需求多年来；大量采用先进的拖动、控制系统，甚至是全液压型等。 随着矿井开采深度不断加深和采用集中提升 方式，多绳摩擦式矿井提升机有较大的发展前途。并为此探索具有耐磨性好、摩擦系数高的摩擦衬垫材料 。 新结构的多绳缠绕式矿井提升机开始在一些国家使用，它对提升高度大的深井开采有重要意义；采用液压马达代替电动机的防爆提升机受到重视；气力提升也正在研究和发展中。 现在，各国为争夺用户市场，开发了各种形式、规格的矿井提升机，以适应各国矿井的开采深度，达到高效、低能耗、低成倍的目的。矿井提升机的发展总趋势可归结为：在总体上向大负荷、高速、大型化方向发展。实用、经济、高效、可靠的提升机产品是使用者和制造者共同的追求。 韩涛： 多绳摩擦式矿井提升机设计 4 绳摩擦式矿井提升机在我国的应用情况 我国多绳摩擦式矿井提升机的系列参数从 1960年开始制订，目前的品种有塔式和落地式；绳数上有二绳、四绳、六绳；直径结构已达 传动形式有电动机通过减速器拖动和低速电动机直联两种。我国 1958年设计生产了第一台 2用在阜新五龙矿。 1960年又设计生产了 3宁夏石嘴山二矿使用。从此我国也开始应用塔式多绳摩擦式矿井提升机。 由于防震的需要，各矿山用户纷纷要求有落地式多绳摩擦式矿井提升机供货，所以在1977年利用河南大 峪沟因地面面积限制，原设计的双筒单绳提升机无法安装的情况下，在无任何落地式多绳摩擦提升机参考资料的情况下，完全依靠自己力量，经 5个月的努力和攻关，于 1977年 10月，使我国第一台 2后在1982年洛阳矿山机械研究所设计试制的一台四绳落地式摩擦矿井提升机在广东红工矿运行， 1983年由上海冶金矿山机械厂设计生产了 3此，我国的塔式和落地式多绳摩擦矿井提升机被矿山广泛采用。 绳摩擦式矿井提升机提升工作原 理 摩擦式提升机其特点是靠摩擦轮与钢丝绳之间的摩擦力传动。它又可以分为单绳和多绳两种。近年来多采用多绳摩擦式提升机。 摩擦式矿井提升机适用于凿井以外的各种竖井提升。提升绳搭挂在摩擦轮上，利用与摩擦轮衬垫的摩擦力使容器上升。提升绳的两端各连接一个容器，或一端连接容器，另一端连接平衡重。为提高经济效益和安全性，摩擦式矿井提升机采用尾绳平衡提升方式，即配有与提升绳重量相等的尾绳。尾绳两端分别与两个容器（或容器和平衡重）的底部连接，形成提升绳 尾绳 或平衡重 )器处于井筒中的任何位置时 ，摩擦轮两侧的提升绳和尾绳的重量之和总是相等的。 摩擦提升工作的可靠性取决于钢丝绳与摩擦衬垫之间是否有足够的摩擦力，利用熟知的欧拉公式可得，摩擦轮两侧钢丝绳拉力的极限比值为： 21式中 e 自然对数的底； 钢丝绳对于摩擦轮的围包角； 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 钢丝绳对衬垫的摩擦系数； 1F 、2F 摩擦轮两侧钢丝绳拉力。 当钢丝绳拉力比 2 大于上式右端所给出的数值时，钢丝绳即对摩擦轮产生相对滑动。为避免这种滑动，两侧拉力不能达到其极限比值，而应有一安全系数，所以上式改为： 1221 若考虑防滑而加入防滑安全系数 ，则有122 )1( FF 式中 防滑安全系数，如果式中 计及静力，则得静防滑安全系数j；如果计算和时考虑惯性力的影响，则得动防滑安全系数g。我国煤矿设计规范规定 75.1j， 25.1g韩涛： 多绳摩擦式矿井提升机设计 6 2 多绳摩擦式矿井提升机的总体方案设计 本章将在前一章研究的基础上，进一步对多绳摩擦式矿井提升机进行总体方案设计，对提 升机各设备进行分类，研究各组成部分的功用及原理，并对其进行选型设计。图 2 图 2绳摩擦式矿井提升机系统 井参数 主井提升 1)、矿井年产量90万 t/年； 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 2)、工作制度：即年工作日 日工作小时数 t。设计规范规定 : 300 天 , t=14h ； 3)、矿井开采水平数 1,各水平井深80m ； 4）、卸载水平与井口的高差 25 m； 5）、装载水平与井下运输水平的高差 13m； 6)、煤的散集密度， 1t/立方米； 7)、提升 方式 :双箕斗提升，采用定重装载。 绳摩擦式矿井提升机的主要组成部分 矿井提升机作为一个完整的机械 的主要组成部分及其功能如下： 1）、工作机构 主轴装置和主轴承，作为搭放提升钢丝绳，以承受各种正常载荷（静载荷、动载荷）以及非常载荷。 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）、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。 5）、自动保护系统 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。 6）、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还 包括导向轮装置及摩擦衬垫的车槽装置。 韩涛： 多绳摩擦式矿井提升机设计 8 绳摩擦式提升机的类型选择 图 2式摩擦提升矿井提升机 这里我们选用塔式多绳摩擦式矿井提升机（如图 2导向轮系统，因为它具有以下优点：紧凑省地；不需天轮；全部载荷垂直向下；井架稳定性好；可获得较大围包角；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；可使提升容器在井筒中的中心距不受主导轮直径的限制；可减小井筒的断面；可加大钢丝绳在主导轮上的围包角 。其缺点是：设备费用高；井架更庞大、复杂，需更多的钢材；使钢丝绳产生了反向弯曲，直接影响钢丝绳的使用寿命。 轴装置设计 轴设计 由于多绳摩擦式提升机工作的特点，它的主轴装置与缠绕式提升机大不相同。与具有相同的钢丝绳最大静张力的缠绕式提升机的主轴装置相比，它的主导轮直径较小。因此，在相同的转速一般为 20r/0r/而，对主导轮应有静平衡、动平衡的要求，以保证运转的平稳性。这一点，对于塔式多绳摩擦式提升机的主导轮尤为重要。因为主导轮的任何不平衡，都会造成附加的干 扰力，这就可能造成井塔和提升机的振动参数超限，影响机械的正常运行。 多绳摩擦式矿井提升机的主轴装置由主导轮、主轴、两个轴承等组成。为了减少轴的跨度，采用滚动轴承，且滚动轴承效率高，维修简单，使用寿命长，在这里我们选用双列圆柱调心式的，取其承载能力大，并可避免由于主轴承受载荷后，产生挠度使轴产生“卡劲”的现象。主轴与铸钢轮毂的连接为热压配合，而不用键，主轴支撑在滚动轴承上。轴承座采用对开式、装入滚动轴承，能承受很大的径向负荷，并有较长的使用寿命。制动盘辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 与主导轮焊接在一起，根据使用制动器副数的多少，可以焊接一个 或两个制动盘。摩擦衬垫用固定块压紧在主导轮上，不允许有任何方向上的活动。为了安放钢丝绳，衬垫上车有车槽。衬垫之间的间距（即钢丝绳之间的间距）一般取钢丝绳直径的 10倍左右。 主轴用 45号钢缎成。轮壳采用普通低合金钢板焊接结构，钢板厚度为 20到 30承座为铸铁件，两边的轴承盖盖紧，防止漏油。 多绳摩擦式提升机的钢丝绳搭放在主导轮的摩擦衬垫上，提升容器是悬挂在钢丝绳两端。容器的底部还悬挂有平衡尾绳。提升工作时，拉紧钢丝绳必须以一定的正压力紧压在主导轮的衬垫上，主导轮某一方向旋转时，提升钢丝绳与主导轮衬垫之间 产生很大的摩擦力，钢丝绳在摩擦力的作用下，跟主导轮一起运动，从而实现提升容器的升降。主轴装置的几何模型如图 2 图 2主轴装置几何模型 擦衬垫选择 多绳摩擦轮的传动是一种典型的柔性传动方式。传动的性能在很大程度上依赖于衬垫的性能。在选用衬垫材料时，要考虑到以下几个特性： 1） 、较大的摩擦系数 2） 、较好的耐压和耐磨损性 3）、经济性 衬垫的上述性能中最重要的是摩擦系数，在耐压、耐磨性能相同的条件下，提高摩擦系数会带来更大的经济效益和安全性。但它们有时候是相互矛盾的。例如摩擦系数高的材料往往耐压，而耐磨性能较差。因此在选择衬垫材料时要综合考虑，不能只考虑一个方面。 选用衬垫材料时，要注意到它们的许用值和测试值，还要注意到摩擦系数可能出现的变化，如： 1）、摩擦系数对有油、水、煤粉时的变化及敏感程度； 韩涛： 多绳摩擦式矿井提升机设计 10 2）、摩擦系数因压强和相对滑动速度以及温度的不同产生的变化； 3）、摩擦系数值因测试方法不同而产生的误差。 高摩擦系数的衬垫，不仅能保证较好的正常传动，而且也可以提高设备能力。但也不是摩擦系数越大越好，因为在某 些情况下，钢丝绳的滑动，有利于保护机械设备，使其免予过载。 有人认为，衬垫的消耗主要是车槽是车掉的，而不是由于滑动（蠕动）磨掉的，但一般来说，选用耐磨性较好的衬垫材料还是合适的。 还应该指出的是：不论用什么方法测定衬垫的摩擦系数，由于摩擦轮对钢丝绳的比压，在包角范围内各不相同，而摩擦系数又与比压有关，因此，无论是设计用的，或是测定的摩擦系数，都只能看成一个当量的值。 衬垫材料有：木材、皮革、运输胶带、聚氯乙烯衬垫、铝合金、聚氨基甲酸脂橡胶等。我们选用聚氯乙烯衬垫，因为它的耐磨性好，富有弹性，摩擦系数较高。 微拖动装置 微拖动装置主要由于用于提升机在爬行阶段获得稳定的低速度，在保证提升容器在卸载点停车位置的准确停车，另外还可用来检查井筒、钢丝绳、更换钢丝绳，加工制动盘以及其他需要低速拖动的工作，微拖速度一般为 s。其工作原理是当提升减速至爬行速度时，切断主电动机电源并迅速起动微拖动用电动机，随即充气到气囊离合器，使离合器合上，拖动提升机低速运行。由于微拖动电机工作在它的自然特性上，故爬行速度非常稳定，对于使用半自动或全自动的提升机是一种较经济有效的方式。 微拖动装置主要由电动机、 减速器、空气系统、换向阀、气囊离合器、测速发电机装置等组成，如图 2操纵方式可以手动控制，也可以自动控制。气囊离合器的开合是由压缩空气通过换向阀进行控制的，当换向阀处于断电状态时，气囊离合器与排气管相通，当换向阀通电后，压缩空气与气囊离合器相通，带动提升机一起运转。空气系统的工作压力为 了保证正常的空气压力，在储气筒上装有电接点压力表，进行超欠压联锁保护，当气压低于 行充气，当气压高于 气完毕。为了防止气 压超压过大，储气筒顶部另装有安全阀，一般可调到气压 过该气压时空气由安全阀放出，以保证空气系统的安全。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 图 2拖动装置结构示意图 电动机 ； 2 减速器 ； 3 进气装置 ； 4 换向阀装置 ； 5 气囊离合器 ； 6 测速发电机装置 度指示器选择 多绳摩擦式提升机由于钢丝绳与摩擦轮片非固定连接，而且钢丝绳在提升过程中不可避免地要产生蠕动，尤其在当前使用的摩擦衬垫情况下，还会产生相对滑动，这就使深 度指示器的指针与提升容器在井筒中的位置不对应，因此多绳摩擦式矿井提升机的深度指示器必须加上补偿的调零装置，这是与缠绕式提升机不同的地方。 我们选用牌坊式深度指示器，图 2普通的深度指示器相比，它具有两个特点，一是有一个精确的指示针，二是具有自动调零的性能。在正常工作状态下调零电机 31并不转动，故与之相连的蜗杆 30、蜗轮 29与圆锥齿轮 10都不转动，此时由主轴传来的动力，经轴 1 和 4使差动轮系的圆锥齿轮 7、 8、 9转动，再使轴 11、 14和丝杠 17转动，粗针 18 便指示提升容器 的位置。精针 27是在电磁离合器 25接通后才开始转动，精针刻度盘 28，每格表示 1常是在井筒中距提升容器卸载位置以前 10m 处，安装一个电磁感应继电器，以控制电磁离合器，这样就能保证在提升机停车以前获得较准的指示，如果钢丝绳由于蠕动或滑动而使容器已达到卸载位置而指针尚未到零位或已经超过零位，自整角机 22的转角与预定零位为止，输出电压韩涛： 多绳摩擦式矿井提升机设计 12 达到一定值时，通过电控系统使调零电机 31转动，直到指针返回预定零位为止。这时指针的位置与容器位置一致，直整角机的电压也为零，调零电机停转，调零结束。 图 2坊 式深度指示器及其调零机构 、 4、 11、 14、 22、 26 轴； 2、 3、 5、 6、 12、 13、 20、 21、 23、 24 齿轮； 7、 8、 9、 10、 15、 16 圆锥齿轮； 17 丝杠； 18 粗针； 19、 30 蜗杆； 25 电磁离合器； 27 精针； 28 刻度盘； 29 蜗轮； 31 调零电动机； 32 自整角机 车槽装置 多绳摩擦式提升机在开始运转前，为了增加提 升钢丝绳与摩擦衬垫之间的接触面积，必须在衬垫上车出车槽。在提升机的运行期间，由于提升钢丝绳之间的张力不同，造成了衬垫磨损不均匀，使各绳槽直径产生误差，为了保证所有各提升钢丝绳均匀负担绳端的负荷，当绳槽直径误差到某一定值时，也必须对衬垫绳槽进行车削，为此设置了专用的车槽装置如图 2车槽装置安装在主导轮的下方，每根钢丝绳的绳槽部都有一个专用的车刀装置 1，它通辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 过支承架固定在车槽架上，车削时要调整好车刀，使车刀的刀面与主轴中心线平行，转动手轮可进刀和退刀，进刀量的大小，可以从刻度盘上看出，一般是每转一格刻度 ，进刀量为 以同时车削全部绳槽，也可以单独车某个或几个绳槽。 图 2槽装置 绳摩擦式矿井提升机的附属设备 2. 罐道选型 提升容器在井筒中升降运行的导向装置称为罐道，按结构型式不同，分为刚性罐道和柔性罐道两种。刚性罐道按罐道的材料分：有木质、钢轨、组合型及特种钢罐道四种，通常都是依靠固定在井壁上的罐道梁支撑，也有利用井壁打锚杆直接固定的；柔性罐道通常指使用钢丝绳作罐道。 在这里我们选钢丝绳罐道，因为它的结构简单、安装 方便、建井工期短、节约钢材和投资。更换罐道简单，对生产的影响较小；井筒作为通风时的阻力也比较小。 钢丝绳罐道是利用钢丝绳作为提升
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