毕业论文-JT-1.0型矿井提升绞车设计【完稿】 07545.doc

i 摘 要 jt 系列提升绞车可供煤矿、金属矿、非金属矿在倾斜巷道作升降物料和人员之用， 也可作为小型竖井的提升设备。据制造工艺的不同，可把提升机的滚筒结构分为铸造一焊 接混合型( 支轮为铸造，滚筒为焊接 )和焊接型。 机械传动系统包括减速器和联轴器,矿井提升机主轴的转数由于受提升速度的限制， 一般在 l0 一 60 转| 分之间，而用作拖动的电动机的转数，一般在 480 一 960 转分之 间。这样，除采用低速直流电动机拖动外，一般情况下不能将主轴与电动机直接联接，中 间必须经过减速器。因而减速器的作用是减速印传递动力。联轴器由半联轴器、柱销等零 件组成。由于柱销具有缓冲和减震作用，因而具有传动平稳、噪音小、安全可靠、易于维 护等优点。主轴与减速器输出轴的连接采用齿式联轴器。 润滑系统是一切机械系统中很重要的一个环节。润滑系统的作用是：在提升机工作时， 不间断地向主轴承、减边器轴承和啮合齿面压送润滑油，以保证轴承和齿轮能良好的工作 润滑系统必须与自动保护系统和主电动机联锁 电动机通过主轴驱动滚筒主轴也是传动的主要部件。提升绞车主轴应能承受工作过 程中的外负荷而不发生残余变形和过量的弹性变形，同时要保证一定的使用寿命。主轴往 往是提升机中重量最大的一个零件，其尺寸和传递的力矩也较大。 关键词：提升绞车 减速器 联轴器 主轴 2 abstract jt series hoist for coal, metal mining, non-metallic mineral movements in the tilt of roadway materials and personnel for use in small shaft can also be used as the upgrading of equipment. according to the different manufacturing process which could take the drum hoist structure casting a hybrid welding (support wheel for the casting, roller for welding) and the welding-type. reducer and the mechanical transmission system including the coupling, the main axis of mine hoist to raise the speed of a few because of the restrictions, generally 60 to 1 l0 / | between points, and the motor used to drag a few, generally 480 a 960 r / min between. in this way, in addition to the use of low-speed dc motor drag outside, under normal circumstances can not be directly connected to the motor spindle with the middle through reducer. reducer thus slow down indias role is to transfer power. coupling by the semi-coupling and column component parts inventory. sales as a result of column buffer and shock-absorbing role, so they have a smooth drive, the noise of small, safe, reliable, easy to maintain and so on. spindle and the reducer output shaft gear coupling used to connect. lubrication of all mechanical systems is a very important aspect. lubrication system is: in the elevator work, uninterrupted to the main bearings, bearings and browser side by tooth meshing pressure lubricants, bearings and gears in order to ensure the work can be a good lubrication system with automatic protection systems and the main electrical interlock drum through the spindle drive motor. spindle drive is also the main components. spindle hoist should be able to work outside the course of the load without the occurrence of excessive residual deformation and elastic deformation, at the same time to ensure that a certain life. spindle is often the weight of hoisting machine in one of the biggest parts of their size and the torque delivery as well. key words: spindle hoist reducer coupling 3 前 言 我国是个采矿大国，也是矿山机电设备制造和使用大国。从 20 世纪 50 年代造第一 台矿井提升机以来，至今已设计制造、使用了近 10000 多台(含从前苏联购置的 200 余台)。 随着社会需求和现代技术的高速发展，矿山工业企业生产设备及设施的机械化、电气化、 现代化。而矿山工业的提升机是关键设备，产品不断更新换代，老产品运行年深日久，原 本落后的结构问题暴露突出，故障增多，严重影响矿山的安全运转，抑制了矿山工业的高 速发展，给国民经济带来了不良的影响。随着国内矿井生产量的日新月异的提高，对提高 提升机的安全性、可靠性、生产效率以及整机自动化运行水平，降低操作者及维护人员的 劳动强度、处理设备事故的速度与对策等，成了迫切要求。为此本人利用本科四年来所学 习的书本知识以及现场学习经验，并结合有关资料进行设计。本人设计内容： jt- 1.00.8 型矿用提升绞车设计。以下是本次设计的详细步骤： 电动机的选型设计-钢丝绳设计计算- 滚筒部件的设计计算- 主轴的设计计算及校 荷-其他零部件的选用与设计。 设计内容： 1、 用 autocad 设计绞车各部分结构，并绘制图纸； 2、 选用钢丝绳、电动机，主轴强度、滚筒强度、切向键连接强度、轴承寿命校核计 算； 3、 绘制总装图、主轴图、固定滚筒部件图等； 4、 设计主轴、滚筒。 4 目 录 前言 4 第一章 绪论 7 （1）安全性 .7 1.2 矿井提升绞车的用途和发展概况 7 1.3 矿井提升绞车的工作原理 8 1.4 矿井提升设备的分类 .10 第二章 jt-1.0 矿井提升绞车主要组成部分和各部分的用途 .12 2.1 提升机械性能参数 .12 2.2 制动系统 .13 2.3 机械传动系统 .14 2.4 润滑系统 .15 2.5 观察与操纵系统 .16 2.6 拖动、控制与自动保护系统 .16 第三章 电动机的选择 18 第四章 jt-1.0 提升绞车钢丝绳的选择 .19 4.1 提升钢丝绳计算 .19 4.2 验算钢丝绳的强度 .20 4.3 验算电动机的容量 .20 第五章 jt-1.0 提升绞车卷筒的结构及其计算 .22 5.1 卷筒结构 .22 5.2 支轮 .24 5.3 木衬 .25 5.4 绳槽 .26 5.5 卷筒的失效形式及原因 .29 5.6 筒壳许用应力的确应 .30 5.7 提升机滚筒强度的验算 .31 第六章 jt-1.0 提升绞车主轴的设计 .35 6.1 主轴的结构设计 .35 6.2 主轴尺寸的确定及轴承的选择 .36 5 6.3 主轴装置零部件变位质量计算 .38 6.3.1 确定滚壳变位质量 .38 6.3.2 确定支轮变位质量 .39 6.3-3 确定轮毂的变位质量 .41 6.4 主轴强度和刚度计算及校核 .41 6.4.1 固定静载荷分配于主轴各轮毂作用点上的力 .42 6.4.2 钢丝绳拉力分配于主轴各轮毂作用点上的力 .44 6.4.3 作用于轴上水平方向及垂直方向的合力 .46 6.4.4 计算弯矩 .46 6.4.5 扭矩计算 .47 6.4.6 危险断面的安全系数计算 .48 6.4.7 按弯扭组合校核强度 .49 6.4.8 挠度计算 .50 6.5 主轴承强度校核 .53 6.6 滚筒制动轮与主轴的过盈配合联接计算 .54 6.6.1 计算最小过盈量 .54 6.6.2 计算最大过盈量 56 6.6.3 选择过盈配合的种类 .56 致 谢 58 参考文献： .59 6 第一章 绪论 （1）安全性 所谓安全性，就是不能发生突然事故。由于矿井提升设备在矿山生产中所占地位十分 重要，其运转的安全性，不仅直接影响整个矿井的生产，而且还涉及人员的生命安全。因 此各国都对矿井提升设备的安全性提出了极严格的要求。在我国这些规定包括在煤矿安 全规程之中。 （2）可靠性 可靠性是指能够可靠地连续长期运转而不需在短期内检修。矿井提升设备所担负的任 务十分艰巨，不仅每年要把数十万吨到数百万吨的煤炭和矿石从井下提升到地面，而且还 要完成其它辅助工作。罐笼或箕斗必须在不长的距离内数百米到上千米，以很高的速 度往返运行，因此必然要频繁地起动和停车，可见提升机的工作条件是十分苛刻的。一个 年产 150 万 t 的矿井，停产一天就要损失大约 20 万元。因此矿井提升机至少要服务二十 年以上而不需大修。 （3）经济性 矿井提升设备是矿山大型设备之一，功率大，耗电多，大型矿井提升机的功率超过 1000kw。因此提升设备的造价以及运转费用，也就成为影响矿井生产技术经济指标的重 要因素之一。 因此提升机的设计水平会直接影响到煤矿业的发展水平。 1.2 矿井提升绞车的用途和发展概况 矿井提升绞车是矿山的重要设备之一，是联系井下与地面的主要运输工具。 我国对 滚筒直径在 2m 和 2m 以上的提升设备称之为提升机( 防爆液压绞车除外) ，对滚筒直径在 2m 以下的俗称为绞车。 矿井提升绞车主要用于煤矿、金属矿、和非金属矿中提升煤炭、矿石和矸石、升降人 员、下放材料、工具和设备。 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 电气组。所以合理的选用矿井提升机具有很大的意义。 7 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。为保证提升工作 高效率和安全可靠，矿井提升机应具有良好的控制设备和完善的保护装置。矿井提升机在 工作中一旦发生机械和电气故障，就会严重地影响到矿井的生产，甚至造成人身伤亡。 熟悉矿井提升绞车的性能、结构及工作原理，提高安装质量，合理使用设备，加强 设备维护，对于确保提升工作效率和安全可靠，防止和杜绝故障及事故发生，具有重大意 义。 矿井提升绞车已有很长的发展历史。早在八百多年以箭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，矿井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，国外的矿井提升机正向体积小、重量轻和自动化 的方向发展，以适应深井和大产量的需要。随着生产技术不断的进步，矿井提升设备正在 朝着大型化、高效化、自动化方向发展。 矿井提升绞车是提升系统中最主要的组成部分，矿井提升机有多种结构形式，大致可 按下列方式对其进行分类： 日前我国生产的主要结构形式有：单绳缠绕式的单筒和双筒矿井提升机；摩擦式的多 绳落地式和塔式多绳摩擦式提升机；拖动方式则技需要设计，另外用于井下的有液压传动 矿井提升机等。 8 我国常用的矿井提升机形式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、矿井提升高度较高，煤矿用的较多，其他矿(如 金属矿、非金属矿)则较少，另外斜井提升占的比重不少。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，因为单纯缠绕式较适合用于这种矿井。 1.3 矿井提升绞车的工作原理 按工作原理的不同，矿井提升机可分为两类，如图 1-1 所示。 图 11 矿井提升机按工作原理的分类 单绳缠绕式提升机的工作原地如图 l2 所示，简单地说，就是用一根较粗的钢丝线 在眷筒上缠上和缠下来实现容器的提升和下放运动。提升机安装在地面提升机房里，钢丝 绳一端固定在卷筒上，另一端绕过天轮后悬挂提升容器。图 12 所承为单绳缠绕式单卷 筒提升机，卷筒上固定两根钢丝绳，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简旋转时，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，这就要求卷简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。单纯缠绕式提升机的规格性能、应用范 围相机械结构等，都是由这一特点来确定的。 单绳缠绕式双卷筒提升机具有两个卷简，每个卷筒上固定一根钢丝绳，并应使钢丝绳 在两卷筒上的缠绕方向相反，其工作原理和特点与单卷筒提升机完全相同。多绳摩擦式提 升机的工作原理与单纯缠绕式提升机不同，钢丝绳不是固定和缠绕在主导轮上，而是搭放 在主导轮的摩擦衬垫上，如图 l3 所示，提升容器悬挂在钢丝绳的两端，在容器的底部 还悬挂有平衡尾绳。提升机工作时，拉紧的钢丝绳必须以一定的正压力紧压在摩擦衬垫上。 当主导轮由电动机通过减速器带动向某一个方向转动时，在钢丝绳和摩擦衬垫之间使发生 根大的摩擦力，使钢丝绳在这种摩擦力的作用下，跟随主导轮一起运动，从而实现容器的 9 提升和下放。不难看出，多绳摩擦式提升机的一个根本特点和优点是钢丝绳不在主导轮上 缠绕，而是搭放在主导轮的摩擦衬垫上，靠摩擦力进行工作。同样，多绳摩擦式提升机的 规格性能、应用范围和机械结构等，都是由这特点来确定的。 多纯摩擦式提升机特别适应于深井和大产量的提升工作。多绳摩擦式提升机与单绳缠 绕式提升机比较，在规格性能、应用范围、机械结构和经济效果等方面都优越得多，就深 5 井和大产量来说，是竖井提升的发展方向。 但是，根据我国目前浅井多、斜并多的特点，单绳缠绕式提升机仍然是目前制造和 使用的重点。对于部分深井和大产量的矿井，则应该合理的选用多绳摩擦式提升机，而不 宜选用大型的单绳缠绕式提升机。 图 12 单绳缠绕式提升机工作 图 13 多绳摩擦式提升机 原理示意图 工作原理图 1卷筒；2钢丝绳；3 天轮； 1主导轮；2 导向轮；3钢丝绳； 4容器；5平衡尾绳 4容器； 5平衡尾绳 1.4 矿井提升设备的分类 矿井提升设备按照不同情况可分成如下类别： (一)按用途分： 主井提升设备一专门提升煤炭或矸石的设备； 10 副井提升设备完成提升矸石，升降人员，运送材料，设备等辅助工作的设备。 (二)按井筒倾角分： 竖井提升设备； 斜井提升设备。 （三)按提升机绞筒的构造分 等直径绞筒提升设备； 变直径绞筒提升设备； 摩擦轮提升设备。 (四)按拖动装置分： 电动机提升设备交流电动机拖动的提升设备，支流电动机拖动的提升设备； 蒸气提升设备。 (五)按容器分： 罐笼提升段备； 箕斗提升设备。 (六)按提升系统的平衡分： 不平衡提升设备； 平衡提升设备静力平衡提升段备， 动力平衡提升设备 11 第二章 jt-1.0 矿井提升绞车主要组成部分和各部分的用途 2.1 提升机械性能参数 设计提升机械系列参数的出发点是用较少规格的提升机去满足最广泛的使用需要，当 然，也可以不设参数系列，而完全根据用户的需要。 反映提升机械性能的参数很多，如卷筒直径、宽度、最大提升速度、容绳量和电动机 功率等等。根据这些参数间的相互关系，可把它们分为： 1)条件参数 它是作为限制条件而预先给出的参数，是提升机参数所应满足的先决条件。 包括其他标准已作了规定的数据，如优先数系，电动机的同步转数和额定转数等； 2)主参数 在提升机的性能参数中，有一个(或最多两个) 参数是主要的。它代表了 提升机械的主要性能特征，称为主参数。它是提升机械设计的主要依据，其他参数均从属 于主参数； 3)次要参数 它是由主参数决定的，与主参数有某种依赖关系。有的可表示为某种确定 的因数关系，如卷简直径与最大静张力之间的关系。有的则有一定的相关关系。 当然，主参数并不能完全代替其他参数，但只要选择得当，就可以最大限度地代表该提升 机械的性能。 主参数的基本特征是： 1)能反映产品的基本特性， 2)最稳定的参数。 此外，主参数要便于使用。 确定主参数的步骤是： 1)选择主参； 2)确定主参数的上下限； 3)确定主参数系列。 提升机械的主参数选择方法，可采用主成分分析法，即分析所有性能参数间的关系， 只要它们不相互独立，总有可能从中找出一个或两个作为主要性能的特征参数。 12 现以缠绕式提升机械为例，说明主参数与次要参数的关系。提升机械的容绳量与卷筒 直径、宽度及缠绕层数有关。根据安全规程，缠绕层数因不同的提升条件而有具体规定。 因而，容绳量这一参数就有着固定的、可以计算的关系。 卷筒直径与钢绳最大静张力之间也有着大致固定的关系。因为根据安全规程规定，卷 简直径与钢绳直径之比为 6080，只要钢丝绳的型式、规格和使用条件一旦确定，卷简 直径和钢丝绳最大静张力这两个参数间的关系就可以确定。 提升最大速度这一参数与提升工作的经济性及安全性有关。当卷筒直径确定后，最大 提升速度就确定了卷筒的转数，或者说，当卷简转数在某一范围时，最大提升速度为卷简 直径的函数。 至于卷筒的宽度，看来似乎与卷筒直径没有什么关系。但是，考虑到实际情况，例如 卷筒过宽时容易造成钢丝绳偏角超限，也容易造成主轴挠度超限等问题，而这些问题又都 与卷简直径及钢丝绳直径有关，因而卷简宽度与卷简直径两参数间也就有了一定的关系， 而并不相互独立。 从以上分析可以看出，卷筒(主导轮) 直径或钢丝绳最大静张力是提升机械的主要参数， 其他参数都可以根据这参数去制定。 滚筒 载荷 提升高度 钢丝绳 电机 速 比 重量 参 数 型号 个 数 直径 mm 宽 度 m m 最 大 静 张 力 kn 最大 静张 力差 kn 容绳量 （米） 层 数 绳速 ms 绳 径 m m 功 率 kw 型 号 单位 kg jt- 1 1000 80 20 20 365 3 1.68 / 45 / / 13 jt1.00.8 提升绞车技术参数表：表 2-1 2.2 制动系统 现代矿井提升机的制动系统是所有提升设备中最重要、最复杂的装置。它由制动器和 传动机构组成。制动器是直接作用于制动轮或者制动盘上产生制动力矩的部分，按其结构 可分为盘式制动器和块式制动器等。传动机构是控制并调节制动力矩的部分，新型号提升 机采用油压盘式闸制动系统，旧型号提升机采用油压或气压块闸式制动传动系统。 1)、制动系统的作用 (1)保证提升容器按给定状态运动，并在需要的位置制动 工作制动。 (2)在可能造成事故的不正常工作状态下，紧急制动以保障人员和设备的安全紧急制 动。 (3)更换水平调节绳长时，制动活卷筒。工作制动、紧急制动都可用手动或自动。手动操 作时，由司机进行；急制动由提升设备的保护装置进行，工作制动由行程调节器进行。 2) 制动系统的要求 (1)提升机除有制动装置外，还装有定车装置，以使在调整卷筒位置时使用。 (2)全部制动力矩 mz 不得小于提升机最大设计静载荷所需要纽矩的 3 倍。即： max3zjm (3)一副制动器的制动力矩 应大于调绳力矩 的 1.2 倍，即： 1.2njzm 3) jt-1.00.8 型提升绞车有两套制动系统，一为手动带闸工作制动器，由操纵手把、制 动杠杆、拐臂、制动钢带等零件组成，用于控制绞车的速度。另一为 ywz 系列液压推杆 安全制动器，在出现紧急情况是，使绞车紧急制动。 2）jt-1.00.8 型矿用提升绞车制动器的作用是； (1)在提升机停止工作时，能可靠的闸住机器； 1.00 .8 0 14 (2)在减速阶段及下放重物时参与提升机的控制； (3)紧急事故情况时，能使提升机安全制动，迅速停车，以免事故的扩大； 液压传动装置的作用是作为制动力的能源，并控制制动器动作，即根据需要来分别实 现工作制动和安全制动。 2.3 机械传动系统 机械传动系统包括减速器和联轴器： 1)减速器的作用： 矿井提升机主轴的转数由于受提升速度的限制，一般在 l0 一 60 转|分之间，而用 作拖动的电动机的转数，一般在 480 一 960 转分之间。这样，除采用低速直流电动机 拖动外，一般情况下不能将主轴与电动机直接联接，中间必须经过减速器。因而减速器的 作用是减速印传递动力。 本绞车采用的是一级斜齿轮减速器，主要由齿轮轴、输出轴、传动齿轮、轴承、箱体 等组成。其公称传动比为 1：4.83。在减速器的箱体上有视孔窗，用以检查齿轮啮合情况 和加注润滑油。下部设有油尺用以检查减速箱中的油位。 2)联轴器是用来联接提升机的旋转部分，并传递动力 jt-1.00.8 型矿用提升绞车电动机与减速器的联接采用弹性柱销联轴器。它由半联轴 器、柱销等零件组成。由于柱销具有缓冲和减震作用，因而具有传动平稳、噪音小、安全 可靠、易于维护等优点。主轴与减速器输出轴的连接采用齿式联轴器。它主要由半联轴器、 内齿圈、外齿套、挡板等组成。具有承载能力大、易维护、对误差不敏感等优点。 2.4 润滑系统 润滑系统是一切机械系统中很重要的一个环节。润滑系统的作用是：在提升机工作 时，不间断地向主轴承、减边器轴承和啮合齿面压送润滑油，以保证轴承和齿轮能良好的 工作润滑系统必须与自动保护系统和主电动机联锁：即润滑系统失灵时(如润滑油压力过 高或过低、轴承温升过高等) ，主电动机断电，提升机进行安全制动。启动主电动机之前， 必须先开动润滑油泵，以确保机器在充分润滑的条件下工作。 提升机的转动或滑动部位之间的相对运动就会产生摩擦，若润滑不好或润滑方式不妥， 15 都会使其性能恶化，加速零部件的磨损。因而，润滑是与磨擦、磨损密切相关的，正确地 选择润滑材料，采用合理的润滑方式，可以减少零部件的磨损，延长使用寿命，防止事故 的发生，有很重要的作用。 1、手工加润滑剂 即人工用油壶、油枪、脂枪、脂杯或用手抹的方法，将润滑剂(油或脂) 送到润滑部位。 2油环润滑 利用套在轴颈上的油环，转动时油带起供给润滑部位，称之为油环润滑。一般用于滑 动轴承加油。 3飞溅润滑 依靠旋转的齿轮将油池中的润滑油甩起，使油溅落到齿轮的啮合面上，称之为飞溅润 滑，也叫作油池润滑式油浴润滑。这种润滑方式在齿轮及蜗轮传动中应用较多。 4压力循环润滑 油泵工作产生压力将润滑油送到各润滑点后流回油箱，经冷却、过滤后又循环使用的 方法叫压力循环润滑，它多用于高速、重载、精密的机械润滑中。如 jk 型提升机的主轴 承、减速器的轴承和齿轮，以及 jkm 型多绳摩擦式提升机的减速器齿轮等均采用压力循 环润滑方法进行润滑。 由于零件的润油方式不同，造成零件设计时必须考虑到是否开有加油孔等结构。 2.5 观察与操纵系统 观测和操纵系统包括斜面操纵台、深度指示器和测速发电机装置。这里只介绍一下深 度指示器。 本绞车采用的是龙门式深度指示器，单绳牌坊式深度指示器由两部分组成，一部分是 与提升机主轴轴端成直角连接的传递运动的装置，即牌坊式深度指示器传动装置。另一部 分是深度指示器，两者通过联轴器相连。 深度指示器的工作原理：提升机主轴的旋转运动由传动装置传给深度指示器，经过齿 轮对传给丝杠，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 16 梯形螺母也以互为相反的方向移动，即一个向上，另一个向下。丝扛的转数与主轴的转数 成正比，因而也与容器在井筒中位置相对应，因此螺母上指针在丝杠上的位置也与之相对 应，通过指针便能准确地指出容器在井筒中的位置。 深度指示器主要由箱体、螺旋齿轮、丝杠、螺母、链轮、机架、限位开关等组成。它 能提示提升容器在井筒中的位置，其上的行程开关参与绞车过卷或过放保护等功能。当丝 杠上的螺母杆碰压相应的形成开关时，控制线路将产生相应的动作进行相应的保护，从而 保证矿井的安全生产。深度指示器配有 76 齿，50 齿，25 齿三种链轮与主轴上的链轮分 别构成 1：1、1 ：1.5、1 ：3 的传动比，分别用于井深 600400 米、400 200 米、200 米以下三种情况。根据提升机使用场合的不同可选用不同的齿数链轮。 深度指示器的作用是： (1) 指示提升容器的运行位置， (2) 容器接近井口卸载位置和井底停车场时，发出减速信号 (3) 当提升机超速和过卷时进行限速和过卷保护， (4) 对于多绳摩擦式提升机，深度指示器还应能自动调零，以消除由于钢丝绳在主导轮摩 擦衬垫上的滑动、蛹动和自然伸长等所造成的指示误差。 2.6 拖动、控制与自动保护系统 拖动、控制和自动保护系统包括主拖动电动机和微拖动电动机、电气控制系统和自动 保护系统。 矿井提升机根据交直流拖动系统的不同可分别采用三相绕线式感应电动机或直流电 动机，如图 27 所示。 图 27 矿井提升机主拖动电动机的分类 矿井提升机的电气控制系统，分交流和直流两大类，如图 28 所示 17 sjka 型金属水冷电阻控制系统和 tkd 型金属电阻控制系统，目前尚未定型。 矿井提升机自动保护系统的作用是：在司机不参与的情况下，发生故障时能自动将主 电动机断开并同时进行安全制动而实现对系统的保护。 自动保护系统应具有如下性能： (1) 提升机超速时(包括等速印减速阶段的超速)自动对系统进行保护； (2) 提升容器过卷时自动对系统进行保护； (3) 创动油欠压或超压时自动对系统进行保护； (4) 润滑油欠压或超压时对动对系统进行保护； (5) 轴承温升过高和制动油温升过高时自动对系统进行保护； (6) 闸瓦磨损超过规定值对自动对系统进行保护； (7) 电动机过电流或失压(断电)时自动对系统进行保护。 根据上述各项自动保护作用的要求，自动保护可分为提升机运行过程中的自动保护和 一次提升结束时的自动保护。 18 第三章 电动机的选择 电动机是专业工厂批量生产的标准部件。电动机分交流电动机和直流电动机两种。由 于直流电动机需要直流电源，结构复杂，价格较高，因此，无特殊要求时不宜采用。电动 机工作环境较差，防尘、防爆等性能要求较高，绞车工作在经常启动、制动的场合，要求 电动机转动惯量小，过载能力大，故生产中采用三相交流电动机。 由已知条件知电动机的额定功率为45kw，根据机械设计手册 （5 ）可选yr250s- 6型 45kw、380v三相异步电动机。其具体的参数如下所示： 表4-1 额定 功率 额定 电压 额定 电流 额定 转速 功率因数 功率因数 电机外型尺寸 45kw 380v 118.4a 966r/m 0.85 0.87 1260510710 电机 质量 同步 转速 转子电 压 转子电流 最大转矩 额定转矩 频率 450kg 1000r/m 307v 93a 2.2n/m 50hz 以上数据来自 机械设计手册.第五卷/ 机械设计手册编委会编著。 -3版.-北京: 机械工业出 版社，2004.8 19 第四章 jt-1.0 提升绞车钢丝绳的选择 提升钢丝绳的用途是悬吊提升容器并传递动力。当提升绞车运转时通过钢丝绳带动容 器沿井筒作上下直线运动。它直接关系到矿井的正常生产、人员的生命安全和运转的经济 性，所以钢丝绳是矿山提升设备的一个重要组成部分。 4.1 提升钢丝绳计算 按矿井提升设备 煤炭工业出版社，由公式2-1 = + 得maxqph p=1.208 式中 钢丝绳最大计算静载荷（公斤） ， =2041；maxqax 一次提升量（公斤） ， 可取为1600； 钢丝绳每米重量；p 钢丝绳最大悬垂长度（米） ， =365。hh 钢丝绳在工作时受多种应力的作用，如静应力、动应力、弯曲应力、扭曲应力、扭转 应力等，这些应力的反复作用将导致钢丝绳的疲劳断裂，这是钢丝绳破坏的主要原因；另 外钢丝绳的磨损及锈蚀也将导致钢丝绳的破坏。因此，综合反映上述应力的疲劳计算是一 个比较复杂的问题，虽然国内外在这方面作了大量的研究工作，取得了一些成绩，但是由 于钢丝绳的结构复杂，影响因素较多，钢丝绳强度计算理论尚未完善地应用于工程计算。 因此，钢丝绳的强度计算仍按煤矿安全规程的规定：钢丝绳应按最大静载荷并考虑一 定的安全系数的方法进行计算。按矿井提升设备 煤炭工业出版社 表2-1（1）选取安 全系数 由于本绞车主要用于煤矿、金属矿、非金属矿的倾斜巷道和竖井作升降物料，提升中 一般选用6股7丝钢丝绳，因为这样的钢丝较粗，比较耐磨。又根据选取的和计算的 p=1.208kg/m，按表2-1选取钢丝绳的的参考重量p=125.9kg/100米 即p=1.259kg/m。 选择的67钢丝绳表示的意思为：6个圆股，每股外层丝可达到7根，中心丝（或无） 外捻制1 2层钢丝，钢丝等捻距。 （a）图的芯部用的是尼龙纤维， （b）图中的芯部是钢绳， （b）图的结构强度要高于（a）图，但后者的价格高于前者，考虑到实际情况，在这里优 先选用（b） 。其钢丝绳如4-1 简图（a） 、 （b）所示： 20 （a） （b） 图 4-1 钢丝绳的结构 该钢丝绳的具体参数： 表 3-1 公称抗拉强度 钢丝绳直径 钢丝直径 钢丝总断面积 破断拉力总和 1.259kg/m 18.5mm 2.0mm 131.88mm2 243500n 4.2 验算钢丝绳的强度 选择标准钢丝绳后，按下式验算安全系数 5.612043 maxqd 式中 qd钢丝绳的破坏拉力总和 其他的参数在前面的计算已给出，此处不再赘述。 符合煤炭安全规程规定。 4.3 验算电动机的容量 由公式 z cmbvfkp10ax 由已知，最大静张力为最大静张力差，则 njc20max v滚筒的转速，取 。s/68. 则 347.012.p 21 式中： p绞车需要的工作功率； kb考虑附加阻力的备用系数，一般取 kb=1.11.2； km满载工作系数，一般取 km=0.70.85； z液压绞车的总传动效率，一般取 z=0.750.78 符合要求 jt-1.0 绞车传动系统图见下图 1.电动机 2.联轴器 3.正齿轮 4.液压推杆制动器 5.轴承 6.齿轮轴 7.轴承 8.斜齿 轮. 9.轴承 10.大齿轮 11.滚筒 12.工作制动器 22 第五章 jt-1.0 提升绞车卷筒的结构及其计算 jt1.0 提升绞车的滚筒是缠绕钢丝绳的。并承受钢丝绳拉力所造成的各种载荷， 滚 筒一般由三部分组成，即筒壳、法兰盘(支轮) 及支环。筒壳是滚筒的主要承载部件，支轮 是支撑筒壳和传递力的部件，支环是增加筒壳稳定性的。 过去生产和使用的 kj 系列提升机筒壳开裂的现象较为普遍。分据其原因，主要是因 为筒壳处于变载荷作用下，应力状态复杂，其理论计算还不够完善结构设计不尽合理，加 工装配和使用维护上存在一定缺陷。 但是，归根结底，解决简壳开裂现象的主要对策是正确分析筒壳的应力状态，计算其 强度。因为，只有正确分析了解筒壳的应力状态，才能提出适应于这种应力状态的合理的 结构设计，在加工工艺上使用维护上保证这种设计的实现。同时，从提高煤炭产量，挖掘 设备潜力的角度看，筒的承载状态和强度计算，也是十分必要的。 5.1 卷筒结构 jt-1.00.8 矿井提升机卷筒结构部分如图 51 所示： 图 5-1 卷筒结构 1-主轴 2-轴承 3-轴承支座 4-大齿轮 5-木衬 6-制动支轮 根据制造工艺的不同，可把提升机的卷筒结构分为铸造、焊接混合型的(支轮为铸造， 卷筒为焊接)和焊接型的。焊接型卷筒的结构见图 52 及图 53。 23 图 5-2 焊接型卷筒 1- 支轮（焊接型） 2-筒壳 3-支环 4 木衬 图 5-3 搭板连接 24 1-筒壳 2- 支环 3、4-搭板 图 51 所示的支轮为铸钢(小型提升机也有用铸铁的)。它用螺钉与简壳相连。简壳 可以是整体的；也可以是分辨的，互相间以螺钉连接，如图 53 和图 54 所示。 图 54 角钢连接 1筒壳；2支环； 3搭板；4角钢；5 垫片 5.2 支轮 在图 5-3 之中，其卷筒与支轮全部为焊接结构，在筒壳内还有圆环形的加强筋(称为 支环) ，在支轮与筒壳连接处和轮辐上都加有刚性较大的加强筋板。从侧面来看，这些卷 筒的支轮大多呈辐条形或在整板上开有较大的孔。当支轮的变形与筒壳的变形相比可以忽 略时，称它为刚性支轮，图 51 和图 52 所示均为刚性支轮。如支轮的变形与筒壳变 形相比不可忽略时，称它为弹性支轮。它的特点是筒壳与支轮的应力分布较均匀。 25 图 55 圆环结构弹性支轮 1轮毂；2圆板支轮（a 0） ；3筒壳；4木衬 图 56 圆板结构弹性支轮 1轮毂；2圆板支轮；3 筒壳；4木衬 经验表明，图 51 所示的结构在制造工艺上较复杂，而目往往容易出现早期失效。 因此现代大小型提升机卷筒常采用图 55 和图 56 所示的卷筒结构，它们的支轮是弹 性的。 这两种结构共同的特点是取消了支环，用较厚的筒壳来承担裁 荷，并且支轮改为辐板式(即在支轮上开有两个人孔 )或圆环式。这做工艺上较简单，同时 也可以避免由于焊接工艺不当造成加强筋附近的局部应力过高。经验表明，这种改进是成 功的。 图 54 与图 55 所示，卷筒结构的不同之处还在于前者的辐板与轴线垂直，而后 者的支轮与轴线成某一角度(约 36。)，初看起来，这种倾斜式辐板似乎可以减少筒壳与 支轮连接点的刚度，从而减小其弯应力。但由于增加了压缩应力，故对减小合或应力水平 26 并不有效加上它的制造工艺较为复杂，所以不再倾向于使用它了。 5.3 木衬 卷筒外一般设有木衬，并在其上车有绳槽，目的是减少钢绳与筒壳直接接触而造成 的磨损，并使钢绳排列整齐。但木衬使用寿命不长，更换费时、费科，故有人不设木衬而 直接在卷筒完上车出绳槽，但这样则要求增加筒壳厚度(一般约需增加 l3)，从而也增加 了机重。图 57 为其结构之一，值得注意的是，该结构中闸盘和支轮是用螺栓连接的。 图 57 无木衬卷筒 1轮辐 2筒壳；3 挡绳板； 4闸盘 根据 jt-1.00.8 型矿用提升绞车的结构及参数要求，筒壳上的木衬结构及尺寸设计 结果如图 58 所示： 27 图 5-8 木衬结构 材料为硬杂木。其技术要求：（1）表面粗糙度不超过 ；（2）木衬水分不得超过 20 。（3）允许有木节，但面积不得超过 20；（4）木材不允许有裂纹和夹层。 5.4 绳槽 绳槽有螺旋形及环形两种，在单层缠绕时采用螺旋形绳掐就足以使排绳整齐。当上 层钢绳缠绕在下层上面时，滚筒每转过一周，上层钢绳就会有两次“横跨” 下层绳圈的现象， 如图 59，并在挡绳板处形成楔形区而造成咬绳现象。图 59 中 ii 及分别为上层绳圈 第一次和第二次横跨下层绳圈 处。为解决这一问题，可采 用图 510 中所示的四种平行 式的绳槽。 图 59 双层缠绕时钢丝绳的两次过渡 28 图 510 四种平行绳槽展开图 (a)平面单过渡平行绳槽；(b)斜绳槽过渡平行绳槽； (c)斜绳槽双过渡平行绳槽； (d)斜绳槽双过渡不等平行绳槽 这几种形式的绳槽均可不同程度地改善上层绳槽圈横跨下层绳圈时的刮绳与咬绳现象， 使排绳整齐，可以提高钢丝绳的使用寿命。目前图 5-10a 形式的使用效果为好，可以延长 钢丝绳寿命 50%左右，图 5-10d 可以减少钢丝绳的动应力。 钢丝绳使用情况还表明，刚绳磨损最严重的部分是相邻两层的过渡处。因为这时钢绳 与挡板间形成一楔行段，其宽度随着缠绕过程由宽到窄。后一层钢绳在较宽的楔行段中 （宽度大于或等于钢绳直径）可以顺利地缠入此楔行段之中，如图 5-10b 所示。 29 第一层最后一圈 （a） （b） （c） 图 5-11 钢丝绳的层间过渡 当楔行段的宽度小于钢绳直径且其差值在某一段范围内时，钢绳在力作用下挤入楔行段 便形成咬绳现象（它们的长度大约为半圈） 。当楔行段宽度不能挤入钢绳时，由于相邻两 层钢绳的缠绕方向相反，故钢绳开始向上爬，并骑在下层钢绳之上形成一过渡绳圈，它的 位置由 a 到 b，如图 5-11c 所示。当下放时，原来被挤入和拉出是造成钢绳在此处早期过 渡磨损的原因之一，这一过程也会增加钢绳的动载荷。根据统计，多层缠绕时钢绳的使用 寿命仅为单层缠绕时的一半左右。 下 层 钢 丝 绳 过 渡 块过 渡 块图 3-1过 渡 块 （ 双 层 缠 绕 ） 图 512 过渡块（双层缠绕） 改进方法是在钢绳缠绕的层间过渡处设置一过渡块。它的作用是当楔行段的宽度小于钢 绳直径是，不让钢绳挤入而引导它爬过相邻的绳圈，进行顺利的层间过渡。如图 5-12 所 示。 当然，过渡块的尺寸大小是决定其能否顺利引导绳过渡的关键。不过有的滚筒不加过 渡块，而把层间过渡处的绳槽形状加以改造，使之符合过渡的要求，这在本质上与加过渡 块相同。 30 筒壳、闸盘、挡绳板的结构及尺寸设计在图纸中详细列出，在此不再做具体分析。 5.5 卷筒的失效形式及原因 卷筒的失效形式主要有： (1)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 513 所示。支轮的裂纹多出现于人孔周边，呈放射状。支环的裂纹多出现于焊缝处， 或支环断裂。 图 513 筒壳的裂纹形式示意图 (a)沿筒壳圆周方向局部开裂； (b)沿焊缝和支轮处局部开裂 1筒壳；2支环 (2)局部变形过大 多数是筒壳中部塌陷。 (3)连接螺拴被剪断或弯曲变形过大，造成这些失效的原因是复杂的，具体分析，一般来 说可能有： 1)理论计算有误 例如某矿使用的 241.7 仿苏型提升机，根据正确计算应有 3 4 个支环，而实际只有两个，故造成卷筒强度不足； 2)结构设计不良 造成卷筒各部分刚度相差过大。例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，不符合弹性均勾化设计原则； 3)加工安装不当 例如卷筒不圆，或支环与筒壳贴合不好等； 4)使用维修不当 仅如过载，以及加速度过大等； 31 5)原材料有缺陷 例如内部裂纹等； 6)焊接工艺不当 例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 例如苏制或仿苏的 241.7 和 241.8 提升机， 标准中可以采用 8t 底卸式箕斗，钢绳直径可达 475mm，钢绳最大静拉力可分别达到 17.5t 和 18t，而筒壳厚度仅有 16mm，其应力可达 180200mpa ，因此就很容易出现 裂纹。 5.6 筒壳许用应力的确应 筒壳和支环的材料通常是 a3(q235)和 16mn，铸造支轮多用 zg350。a3(q235)的厚 度在 2040mm 时。 230mpa， 400mpa。16mn 的厚度在 2040mm 时，sb 290 330 mpa 500mpa。sb 尽管从理论上分析得知筒壳和支轮所受的应力是变化的，实践也证明多数卷筒的失效 都在没有显著变形的情况下形成裂纹。但在设计计算时，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； 3)零件的重要程度。 根据卷筒的具体情况，它的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，根据经验可把其安全系数定为 1.51.8 。目前我国各厂家常取 a3 的许用 应力（ ）=140mpa ，l6mn 的许用应力（ )180mpa。它们也都在 1518 之间。 或这样计算，即取材料的脉动疲劳极限为(052056)，安全系数为 15。达样计算 出的许用应力亦与上述相近。但考虑到卷筒在成形或安装时，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 23mm。 卷筒的焊接和连接螺栓的许用应力至今尚无统一认识，设计中可以参照卷筒的母材的 32 许用应力或参照结构设计规范选取，见表 51。 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，另外也可以用热法。 表 51 焊缝和连接螺栓的许用应力 单位 amp 5.7 提升机滚筒强度的验算 具体计算及校核 jt-1.00.8 型的筒壳强度 (1).已知条件（jt-1.00.8 型绞车） 钢绳最大静张力 f=20kn，钢绳直径 d=18.5mm 钢绳弹性模量 mpa51.0se 钢绳金属断面积 284sa2cm 卷筒壳半径 r=38cm 33 缠绕层数 n=3；轮毂半径 06.25rcm 缠绕节距 t=18.5+2=20.5mm 卷筒壳厚度 mm；圆盘厚 =22mm21 钢的弹性模量 mpa5.0e 筒壳及圆盘材料 16mn, =182mpa (2).计算：