650 缠绕式双卷筒提升机设计【优秀含9张CAD图+文献翻译+说明书】
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摘 要
单绳缠绕式矿井提升机的工作原理：钢丝绳的一端用钢丝绳夹持固定在卷筒幅板上，另一端经卷筒的缠绕后，通过井架天轮悬挂提升容器。这样，利用主轴旋转方式的不同，将钢丝绳缠绕上或放松，以完成提升或下降容器的工作。
主轴装置是单绳缠绕式矿井提升机的主要工作机构，它的作用是： ①缠绕提升机钢丝绳；②承受各种正常载荷(包括固定载荷和工作载荷)；③承受各种积极情况所造成的非常载荷。在非常载荷作用下，主轴装置部分不应有残余变形。单绳缠绕式矿井提升机的主轴装置是其核心部件，要求我们应认真设计，精心制造，这对于确保矿井提升机安全可靠运行，预防和杜绝故障及事故的发生，也具有十分重要的意义。
本设计根据生产实际和预选的数据，以提升机的配套设备为核心，经过科学的计算和分析，设计、选择了一套矿井提升机的传动系统设备，并采用了光电测速传感器作为深度指示系统的数据采集装置，实现了从机械控制到数电控制的转变，同时为提升机控制系统的技术改造奠定了基础。
关键词：提升机，主轴，制动器，光电测速传感器
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开题报告 题目名称 缠绕式双卷筒提升机 学生姓名 专业班级 学号 一 1. 能够掌握设计计算的基本原理和方法 ,提高设计计算的能力 . 2. 加深领会计算的基本理论和深化所学的理论知识 . 3. 树立正确的设计思想，为以后在工作中遇到相关问题提供解决依据 . 通过本次毕业设计，在专业基础课程和实践环节中搭建贯通的桥梁，使理论知识在 实际的设计工作中得以综合应用，锻炼设计者的设计计算、数据处理、编写技术资料、绘图等独立工作能力。通过毕业设计环节的训练，使设计者熟练运用有关参考资料、计算图表、手册；熟悉有关的国际、国家标准，培养团队精神、合作意识的能力，为今后的工作做好坚实的铺垫。 二 矿井提升机的现状与发展趋势 矿井提升 装置是采矿业的重要设备，随着科学技术的进步和矿井生产现代化要求的不断提高，人们对提升机工作特性的认识进一步深化，提升设备及拖动控制系统也逐步趋于完善，各种新技术、新工艺逐步应用于矿井提升设备中。特别是模拟技术、微电子技术、微电脑技术在提升机控制中的应用已成为必然的发展方向。 (一 ) 国内提升机的现状与发展趋向 (1)交流拖动方式 (2)直流拖动方式 (二 ) 国外矿井提升机的现状 (l) 晶闸管一电动机 (流低速直联拖动系统 (2)交流变频调速同步机驱动提升系统 (3)微机控制在提升机上的应用 三 文）所采用的研究方法和手段： 1. 在学校图书馆查阅相关资料 ,手册 ,专业期刊 。 2. 去焦作 九里山矿 的实践毕业实习 。 3. 通过老师和 同学 的指导 ,在先进制造研究所参观 。 4. 认真学习从因特网和图书馆下载的相关论文和书籍 。 5. 参考相关资料 ,进行数据的理论计算和分析 。 四 【 1】 洪晓华主编矿井运输提升北京：机械工业出版社， 2000 【 2】 中国矿业学院主编矿井提升设备北京：煤炭工业出版社， 1985 【 3】 饶绮麟 21 世纪矿山机械的研究与开发北京：北京矿冶研究总院 2003 【 4】 戚天明从世界矿山机械发展趋势谈我国矿山机械发展的趋势北京：矿山机械 2007 五、毕业设计（论文）进度安排（按周说明）： 第 5 毕业实习，收集有关资料和调研，整理，阅读，消化有关资料，完成开题报告。 第 8 完成实习报告，总体方案设计，初步完成设计计算，外文翻译 第 11 完成总 装图及零件图的绘制，进行中期检查，并完成中期检查报告，写设计说明书。 第 14 打印图纸进行归纳整理，修改，进行答辩 六、指导教师审批意见（对选题的可行性、研究方法、进度安排作出评价，对是否开题作出决定）： 指导教师 ： 年 月 日 粒金属基复合材料 的 加工 摘要 尽管 金属基复合材料颗粒 具 有优越的机械 性能 和热 性能， 但是有限的切削性却 一直 使 金属部件的替代 受到很大的 威慑。 在加工过程中， 增强 硬磨料 的 相时会导致 加工工具 的快速磨损 ，因此， 会产生 较高的加工费用。 一系列 高速转动测试 只为 选择最佳刀具材料，刀具几何形状和 切削参数 来 车削含有 20%的 果表明 ,多 晶金刚石工具（ 与 氧化铝和涂层硬质合金工具 相比，可以 提供 给 用户 满意的刀具寿命 。 其中 在 金属基复合材料的加工下研究过程中 ， 后 面一种材料的 工具 更容易 受到过度 的边缘 碎屑 和月牙洼磨损。此外， 具的成本可 通过 在干切削进给量 f=割速度 V=894 m/削 深度为 被鉴别 。 与这些切削参数类似 , 在刀具上形成 相对较小 的 累积起来 边缘，会很好的 保护它免受进一步 边缘上 工具的磨损和 磨损。具有零度前角和较大刀具半径的多晶硅刀具大多被用于粗加工 。 关键词 ：金属基复合材料，刀具磨损 1 简介 一组新形式的 金属 基复合材料（ 受 到大量的研究，因为在 20 世纪 80年代 早期的试验工程材料 中， 最流行的 材料 为硅 ， 碳化硅 ， 氧化铝 ， 铝，钛 ， 磁性 地层，其中 钛和镁合金是常用的基体相。大多数金属复合材料密度约为三分之一 。在 钢铁行业，由于这些潜在 高强度和刚度 吸引力再加上 在高温 无法工作 的 性能， 导致 金属基复合材料竞争 非常严峻。 在航空航天和汽车应用 中， 高温合金，陶瓷，塑料 被 重新设计的钢件。后者 中的 材料，操作方法 比 以往任何时候都 不 可能 有太多的 进步 ， 今后 仍然不可避免。 有人对 金属基复合材料 微粒 （ 别感兴趣， 不只是 因为他们表现出较高的延性和金属基复合材料向异性。此外， 卓越的耐磨性。虽然许多工程元件制成 成形和 精进 的 铸造工艺， 但是 他们需要 这些 系列， 其中 荷兰国际集团达到 了 预期的尺寸和表面光洁度。 工提出了重大挑战，因为 加固材料的 数量明显比常用 高速钢（ 硬质合金工具 更难。 因此 ， 钢筋相磨具磨损快的原因 ， 普遍 是因为 使用的 明显阻碍其加工性 和 高加工成本。 文献综述 从现有文献上很明显 看出 密度（克 立方 厘米） 导率（ 卡尔 厘米 秒 K 在 22C 热 （卡尔克 k） 100 00 00 均热膨胀系数 50 100 0 300 0 500 限强度 （ 262 屈服强度（ 长率（） 性模量（ 氏硬度（ B） 67表 1 典型的 理性能 特性 的形态，分布和数量的增强相分数，以及矩阵的性质，都是影响因素，整体切割工艺相对较少，但尚未涉及到工程的生产力 的 工艺优化 。 例如，莫纳亨研究在加 入 25碳化硅 和 铝硬质合金刀具的磨损机理 。 速度 低于 20 米 每 分钟 时的加工 速度开发了一种工具寿命的关系 ， 为硬质合金刀具加工过程中碳化硅 和 铝 速度低于 每 分钟 100 米 时。 然而，文献的作者建议的内置式边现象，是在观察期间碳化硅加工进一步研究铝 而，他们的切削用量不超过 每 分钟 125 米和 f=是取得使用立方氮化硼工具。类似测试结果报告了布伦等 在 有关刀具的磨损率，主要是由于磨损 涉及 到刀具的硬度。 因于碳化物耐磨工具，打磨表面上形成氧化铝颗粒擦在芯片的流动方向的工具。不过，拉 伸 粒也有可能导致同样的效果，碳化硅颗粒 硬度大于 马茨认为少于氧化铝和碳化硅的硬度涂层提供碳化硅加工过程中几乎没有任何优势：铝 布伦提出使用较低的切削速 度，减少切削温度， 从而加速扩散和粘着磨损和热削弱工具。由于铝 的工具面和晶界自扣押的地点，作者建议使用硬质合金工具与大的晶粒尺寸。 一些研究者表明，多晶金刚石（ 工具是唯一的工具伴侣 是提供一个有用的工具，能够生活在铝 加工。 不产生化学反应倾向与工件材料。托马茨比较了化学气相沉积法（ 入到锡，钛（ 氧化铝涂层刀具的性能。化学气相沉积工具提供更好的整体比其他工具的性能。 究了不同的心血管疾病的工具，薄，厚的薄膜的性能。根据他们的观察，化学气相沉积薄膜的工具与失败在这 20碳化硅端铣灾难性的铝 个工具的失败是由于涂层剥落和由此产生的损坏年龄相对软硬质合金衬底。此外，具有较好的晶粒尺寸 25毫米 具磨损微承受比为 10 毫米晶 粒尺寸切割工具的磨损。在聚晶金刚石晶粒尺寸进一步增加不利于刀具寿命，而导致在表面光洁度显着恶化。 表三 刀具材料对切削力和温度 影响 ( -=0) 刀具材料 测量切 削 力 (N) 测量切削温度 (C) v=894 m 440 F=mm .5 v=670 m 410 mm .5 v=248 m 520 f=0.2 mm .5 6m 500 f=0.2 mm .5 是因为晶粒尺寸的 5 毫米很容易退出了 边缘。相对于 切削参数对刀具寿命等影 响 减少 了。 主要归因于 对 具的磨损（由磨损）在防皱到在所获得的动能增加碳化硅颗粒磨。另一方面，布伦等由于在刀具磨损中的热降解增加刀具材料。刀具磨损被认为 与车削材料成反比。 托马茨等 把 刀具寿命归因于在更高的进给 量 增加了复合材料的热软化。作者认为，工件材料变得柔软和 粒成为压入工件，造成工具本身磨损少。然而 ,莫林 认为 由于以更大的进给 量 减少对 刀具前沿的磨损，磨料碳化硅颗粒减少接触。尽管在解释背后的不同进给 量 工具磨损机理的争论， 所有的研究人员建议使用切割 进给速度 和 进给 量 是在粗加工尽可能咄咄逼人。最后，关于冷却液的应用，在美国科学家建议以便对 于 可能采取的保护优势建成边缘现象。 总之，进行文献回顾显示，更积极的（速度，进给量和切削深度）切削参数的影响还需要进一步重新搜索，以改善切削过程的经济性。此外，一些重要参数进行了前人所忽略，其中有刀具几何形状和冷却剂的应用。 2 试验材料和切割工具 件材料 该加工利用 行了调查 ：碳化硅金属基复合材料。有一对粒平均直径为 12 毫米 。表 1显示了对 0 此之前进行切割实验，测试材料是完全热处理对 试材料是在对一百七十七点八毫米直径 305毫米的长度形式。 削工具 各种刀具材料（涂层硬质合金，氧化铝）和几何结构，在 向就业进行了测试和不同的切削参数，每个工具伴侣 而，对于比较刀具磨损的目的，所有的切削试验共进行了拆除金属固定量（ 300立方毫米）。表 2总结了刀具数据 在 干车削试验，进行了 10 种 惠 普标准的现代化数控车床。切削力康具磨损测量康廷每个切削参数组合。该工具的力量测定采用一奇石三分量测力计和切削条件选择精心为每个工具材料。一些在 切削实验中 ，测量采用 毫米 时的 温度。测量的技术可靠性检查，不断重复的实验和各组的结果 表明 ，如果在他们展出了不到 5的变异。在每个切削试验结束时，刀具磨损进行了检查用扫描电子显微范围和 X 射线分散技术。该工具后刀面磨损（ 测定用工具显微镜。 3 结果与讨论 具材料的影响 一个初步的测试并进行一系列对刀具磨损的影响刀具材料，切削部 分 和切削温度在粗糙投票荷兰国际集团 20的碳化硅 和 铝 1 可以看出，氧化铝 工具遭受的 片形式的过度磨损 水 平。氧化铝颗粒的研磨拔出工件颗粒，其中有一个更大的硬内斯号（ 比氧化铝颗粒（ 500公斤力 每平方毫米 ; 碳化硅 3000 公斤力 每平方 毫米）。月牙 磨损也观察到，这是由于该是由磨损造成的沟槽扩大。由于严重的边缘切削， 削力的工具明显比实验更高氮化 钛（见表 3）涂层刀具。氮化钛涂层规定对磨料的影响，一些保障 粒。聚优越的性能金刚石工具，相比，无论氧化铝： 和 层硬质合金工具，是由于他们的高耐磨性和高导热性，这导致了更低的切削温度，如图表 3。因此，所有的可加工性进行的研究其后关注到的最优化 具切削过程中使用。 削参数的影响 图 2和 3表明，随着切削速度对切 屑 的增加，减少切削力深度。这可能是归因于热软化工件材料。另一个可能的原因是由于引入到刀具几何形状的变化后，形成建成的边缘。图 4（ b）给出了透视内置的注册材料色散图所示 4（ a）条。 图 6（ a）内置式边对 v= 670 m/f=r= =0 ） ,图 (b)相当于 6（ a）项， 只是 图 7（ a） v=670 m f=a=0。 C） 图 8切 割对刀具 胞的磨损（ r=a=0。 C;广 角 点： V=670 轮点： v=894 图 9影响对工具 胞的磨损（ =a= C0 ； v=894 m ; 方点： 建成边缘，观察到的所有工具在所有切削条件。这是因为颗粒碳化硅：铝金属基复合材料有材料的特性所有（即应变硬化两相材料在高温和压力）。在高切削速度（图5（ b），一个较小的积屑瘤形成，比积屑瘤形成（图 5（ a）的积屑瘤的高度测量前刀面垂直）在对比度，通过增加从 切削深度，大积屑瘤形成（图 6（ a，b）项，这可能中断造成的工具和由此产生的切削工具对工件表面粗糙度和不利影响尺寸精度。该工具的拓扑图显示，主要磨损 机制是磨损（如凹槽表现平行于芯片水流方向）。这些沟槽可以归因于三个因素。第一，氧化铝是形成于边缘的工具，这是很难足以开槽的金刚石生产磨损。第二为国家的 出来的金刚石颗粒的过程中，如图所示 7（甲，乙）。第三个可能的原因背后的 此， 具与金刚石颗粒比碳化硅晶粒尺寸较大粒子可以更好地抵御磨 损和 密 。然而，我们应请注意，由于增加的 具的断裂特性恶化，因在材料中的一个缺陷增加。认为是对的工具面形成凹槽充满了工件材料。这秉承层有些保护，以防止进一步的工具的前刀面磨损。尽管如此，该工具后刀面继续受到磨损。因此，后刀面磨损（ 是作为刀具寿命准则与 V=米。图 8 显示，随着切削速度的增加，后刀面磨损增加。这可能是由于增加在研磨粒子的动能，正如先前推测的巷 17。切深增加导致在增加后刀面磨损（图 9）。这是由于增强微磨损，在切削刀具后刀面。这在 一个更深入的情况下切点，该工具后刀面较大的表面面积接触磨损。进给速度提高了有益的影响。随着在图所示。 8 和 9 的进给速度的增加，该刀具磨损减少。在高进给 量 情况下， 固定体积的金属切削，刀具表面会有较少的磨料 触。另一个优势获得了通过提高进给速度为改变芯片的形式。在低进给率，该芯片形成了连续的，也被困难和灾害的处理。在高进给速度和高深度切（ f=形成了芯片不连续的。尽管在所有的实验 较低，导致工具磨损，对最佳切削明确的决定参数应考虑的影响表面上的完整 性和切削参数亚表面损伤产生的工件 ， 分析表面完整性和芯片形态将在第二部分介绍本研究性学习。 10 图 11 10（ a）对 具前角的刀具 胞的磨损（ v=894m/r=a=0。 C;）（ b）对 v= 894 m/ c）扫描电镜图像说明由 腐蚀 图 11（ a） 明了 v= 894 m/v=r=a=0。 C）（ b）影响刀尖半径对工具铿俛 胞的磨损（ v= 894mm/a=0。 C;工具：方点， r=间距点， r= 具几何形状的影响 在刀具前角对的深远影响 种不同的角度进行 靶 检查。正如从10（ a）图中可以看出 工具类倾斜角度出发，进行积极的和负面的 靶 角工具。为增加负前角后刀面磨损情况下可能的原因，是更大的切削力遇到这样的前角（图 10（ b）项）。此外，该芯片生 产成为捕获之间的工具和工件，造成损害该工具的表面。正前角与工具显示不规则的后刀面磨损和过度的切割点蚀边缘地带，如图所示。 10（ c）项。刀尖半径在决定了关键作用该工具的磨损模式。由于刀尖半径从 工具被发现遭受过度 切削 和月牙 磨损，作为如图所示。 11（ a）条。这导致了切削工具在切削力和后刀面磨损增加，如图 11（ b）项。半径小工具因此建议的在穷为轻切削精加工业务使用参数。小鼻子半径也将以产生更好的几何精度。 4 结论 （ 1）的主要工具是磨损，磨损机理微切削刀具材料晶粒，表现为在 刀 具面平行沟槽到芯片流方向。所有的工具都进行测试也因后刀面 损，由于磨损。没有证据化学磨损（例如，通过扩散）。 （ 2） 具磨损持续最少的 减到 层硬质合金刀具和氧化铝： 无疑是由于金刚石的硬度优和耐磨性，以及低摩擦系数，加上高导热。这导致 低了切削温度就业。另一方面，锡涂层硬质合金工具和 （ 3）对 前刀面形成的沟槽涂抹工具，充满了工件材料。这内置式 形式是有利的，因为它保护刀具前进一步磨损。 （ 4）在确定切削参数发 挥了关键作用，采矿刀具后刀面磨损量，以及大小建成的边缘。工具磨损降至最低提高进给速度，这导致了减少接触的工具和 粒打磨。虽然提高 铝 切割速度，预计到加速度，中心提供全方位的侧面磨耗显着，其结果表示，最小的磨损增加。高等教育切割速度均与在增加切削温度，而导致形成一个保护 坚持一层薄薄的工件材料上该工具。这种 保护建成边缘 形式无法在规模增长的摩擦增加的速度。切削参数范围内的测试范围，在 894 m 最小速度， f= 米和切削深度 d=些切削参数提高用 （ 5） 6毫米和 仰 角 a=0 也导致了较低的后刀面磨损。 致谢 笔者要感谢 来自 美国 来自 他们 提供 了 试验材料 ， 切割工具和整个研究项目的有益意见。在实验进行加工智能机械及制造麦克马斯特大学的研究中心。 （ 1）的主要工具是磨损，磨损机理微切削刀具材料晶粒，表现为在工具面平行沟槽到芯片流方向。所有的工具都进行测试也因后刀面磨损，由于磨损。没有证据化学磨损（例如，通过扩散）。 （ 2） 具磨损持续最少的 减到 层硬质合 金刀具和氧化铝： 无疑是由于金刚石的硬度优和耐磨性，以及低摩擦系数，加上高导热。这导致 低了切削温度就业。另一方面，锡涂层硬质合金工具和 （ 3）对 前刀面形成的沟槽涂抹工具，充满了工件材料。这内置式边形式是有利的，因为它保护刀具前进一步磨损。 （ 4）在确定切削参数发挥了关键作用，开采的工具 及大小建成的边缘。工具磨损降至最低提高进给速度，这导致了减少接触的工具和 打磨。铝虽然提高切割速度，预计 到加速度，中心提供全方位的 胞磨料磨损厉害，结果表示，最小 的磨损增加。高等教育切割速度均与在增加切削温度，而导致形成 伸出工件材料薄层上 该工具。这种建成边 形式无法在规模增长的摩擦增加的速度。切削参数范围内的测试范围，在 1894 m 最小速度，女 米转 1 和切削深度 致在最小的工具磨损。这些切削参数提高 利用 率。 （ 5） 6毫米的 仰 角 0度 也导致了较低 摘 要 单绳缠绕式矿井提升机的工作原理：钢丝绳的一端用钢丝绳夹持固定在卷筒幅板上，另一端经卷筒的缠绕后，通过井架天轮悬挂提升容器。这样，利用主轴旋转方式的不同，将钢丝绳缠绕上或放松，以完成提升或下降容器的工作。 主轴装置是单绳缠绕式矿井提升机的主要工作机构，它的作用是： 缠绕提升机钢丝绳； 承受各种正常载荷 (包括固定载荷和工作载荷 )； 承受各种积极情况所造成的非常载荷。在非常载荷作用下，主轴装置部分不应有残余变形。单绳缠绕式矿井提升机的主轴装置是其核心部件，要求我们应认真设计，精心制造，这对于确保矿井提 升机安全可靠运行，预防和杜绝故障及事故的发生，也具有十分重要的意义。 本设计根据生产实际和预选的数据，以提升机的配套设备为核心，经过科学的计算和分析，设计、选择了一套矿井提升机的传动系统设备，并采用了光电测速传感器作为深度指示系统的数据采集装置，实现了从机械控制到数电控制的转变，同时为提升机控制系统的技术改造奠定了基础。 关键词 ：提升机，主轴，制动器，光电测速传感器 of is of is by by In we of of to or so to to up or is of of a of ; of is of It us to be in we of or is is on of by as in a of of as of to of of It to at of 录 1 前 言 升机的用途和发展概况 升机的结构和用途 2 课题设计简介 计课题 计步骤 计思路 3 3 提升机 (系列 )主轴装置的原始资料 产品的型号、名称 产品的性能指标和设计参数 4 3 提升机（ E 系列）的选择和设计 K 3 矿井提升机的工作原理和主要结构 轴 筒 轴承 形制动器装置 度指示系统 速器 0 轴器 0 轴装置的设计依据 1 丝绳 1 筒宽度 B 1 丝绳最大静张力1 丝绳最大静张力差 F 2 大提升速度 2 动机功率 2 轴的选择 3 轴的设计 3 主要通用部件的选型计算 5 形制动器 5 速器 5 轮联轴器 6 性棒销联轴器 6 6 主轴的校核 7 轴强度校核 7 况一 :提升开始 , 50,/1 。 8 况二 :提升终了 , 0a ， 0h 。 1 轴挠度校核 6 况一 :提升开始 7 况二 :提升终了 7 7 轴承寿命计算 9 轴承 9 轴承 0 8 螺栓联接的计算和校核 1 栓选用型号 1 强度螺栓平面摩擦联接校核 1 扭转力矩铰制孔螺栓强度计算 1 9 机器的安装调试和维护 3 器的安装要求 3 轴装置 3 筒 4 形制动器 4 动机 4 速器 5 器的调整 5 品空运转试验要求 5 器的负荷试车 6 器的加载试车 6 器的维护和保养 7 器的维护和安全使用 7 动器的保养 7 器故障的排除 8 结 论 0 致 谢 1 参考文献 2 附录 单绳缠绕式提升机设计规范 (摘录 ) 4 附录 光电测速传感器 2 1 前 言 升机的用途和发展概况 提升机是矿山大型固定设备之一，是联系井下与地面的主要运输工具，在矿山生产建设中起着重要的作用。矿井提升机主要用于煤矿 、 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器故障，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。 矿井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轱辘，用手摇骨碌从地下提升煤炭和矿石，以后发展成畜力绞车。十九世纪，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，以适应深井和大量的需要。 解放以前，我国根本不能制造大型矿井提升机。解放以后，我国建立了矿井提升机的制造工厂， 设计和制造。目前，我国已能成批生产近代化的大型矿井提升机。 1958年，我国设计并试制成功第一台 多绳摩擦式提升机，为我国矿井提升机的制造和使用开辟了一个新的领域。目前，我国已能成批生产 多绳摩擦式提升机，并 正在逐渐形成多绳摩擦式提升机的新系列。 升机的结构和用途 每台提升机都由若干部分组成：主轴、缠绕机构、轴承和主制动器。这些便是基本部分。缠绕机构有好几种，最常用的结构是单圆柱形滚筒及双圆柱形滚筒。对于单圆柱形滚筒，两根钢丝绳功用一个滚筒缠绕面；第一根钢丝绳自滚筒松开而相应地漏出的滚筒面由另一根钢丝绳缠上。对于双圆柱形滚筒，没根钢丝绳都缠绕在特有的滚筒上，即在任何时刻钢丝绳都只是缠在两支滚筒总缠绕面的一半上。在这种情形下，一个滚筒结实地固定在主轴上，另一个则活套在主轴上，借助于离合器与主轴相连，以便在 必须时可使二滚筒作相对转动。滚筒相对转动的可能行使得提升设备的操作变得容易，因为可以容易地调节由于钢丝绳弹性变形而逐渐伸长的长度。此外，还可以补偿由于对钢丝绳做周期性的试验而截下的长度。依次，在每个滚筒的表面除了等于提升高度的钢丝绳长度外尚需附加 30 米长的钢丝绳，这样才有可能当滚筒作相对转动以使一根钢丝绳的铅垂长度增加时并不使另一根钢丝绳缩短。当有双滚筒提升机时还可能更换操作水平。当上容器停在井口车场时而下容器移至新的位置。这在一个提升水平但有个承受台时也是需要的，例如翻转式罐笼当提升重物及提人时容器的终端 位置是不同的。当用单滚筒或滚筒的离合器不作用时，除原定水平外，如要服务于另一水平或承受台则仅能用一个提升容器；第二个容器不过起着平衡锤的作用，此时， 然减少一半。 提升机的第二个重要部分为把电动机的转动传到安置有缠绕机构的主轴上的减速器。减速器结构因其类型、用途不同而异。但无论何种类型的减速器，其基本结构都是由轴系部件、箱体及附件三大部分组成。轴系部件包括传动件、轴和轴承组合，轴承组合包括轴承、轴承盖、密封装置以及调整垫片等。减速器箱体上用以支持和固定轴系零件，保证传动件的啮合精度、良好润滑及密封 的重要零件。箱体质量约占减速器总质量的 50/%。因此，在箱体结构对减速器的工作性能、加工工艺、材料消耗、质量及成本等有很大影响，设计时必须全面考虑。为了使减速器具备较完善的性能，如注油、排油、通气、吊运、检查油面高度、检查传动件啮合情况、保证加工精度和装拆方便等，在减速器箱体上常需设置某些装置或零件，将这些装置和零件及箱体上相应的局部结构统称为减速器附属装置或简称为附件。它们包括：视孔与视孔盖、通气器、游标、放游螺塞、定位销、启盖螺钉、吊运装置、油杯等。 制动器为提升机设备第三个重要部分。制动器直接作用于制 动轮或制动盘上产生制动力矩的部分按结构分为盘式和块式闸等；第四部分是传动机构，是控制并调节制动力矩的部分。按传动能源分为油压、压气或弹簧等；第五部分为深度指示器及与其相连的控制保护装置，其用途为给司机指出提升容器在井筒中的位置；第六部分为操作台，电动机及制动器的操纵手把均匀集中在这里，有时也有离合器操纵手把；提升机最后一部分为油压及压气设备前者为每一机器所必备的；并且在油压制动传动时，它需作为机器润滑，同时也作为制动装置。当用压气制动时，油压设备所起的作用仅限于机器的润滑，而此时需要附加压气设备，而在油压制 动时却不需要附加压气设备。 煤炭、电力工业是国家的支柱产业，国民经济发展的重点。 国国民经济的高速发展，电能利用量大大增加，煤炭、电力市场频频告急，致使江南、四川许多地区的企业大面积拉闸限电、减少劳动日、躲避用电高峰。而矿井提升机是煤炭产业的关键设备。为此，提高大型提升机的生产能力，满足国内能源、电力市场的需求势在必行，也是缓解当前煤炭、电力紧缺的关键所在。据有关市场调查， 2010 年前国内火力发电总装机容量为 109 亿千瓦，每年 消耗的煤炭总量为 3 亿多吨，按年产量 20 万吨煤炭生产能力的大型提升机来计算，国内煤炭市场每年需递增大型提升机 750700 台。因此，研制开发大型矿井提升机不仅可以满足目前国内能源、材料、电力市场的需求，也将使矿井提升设备的技术水平、安全环保、生产能力、资源利用、减少项目初期投资等方面有较大的改善和提高，进而实现大型集中化、开发有序化、控制微机化、绿色环保化的安全、高效、经济和可持续发展的要求。 矿井提升机的主轴装置是其主要的工作机构，它不仅要承受各种正常载荷（包括固定载荷和工作载荷），还要承受各种紧急事故情况下所造成的非正常载荷。本课题研究内容为 3井提升机主轴装置设计，为了使提升机高效、安全、可靠地为国内外矿山机械用户服务，实现广大用户和企业的经济双赢，实现矿山机械用户的高效、安全、低耗的良性经济发展态势。设计者要综合运用机械设计等知识，通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关资料，完成预期设计任务，并使机械设计的基本技能得到训练。 本设计在已有设计基础上针对新的市场、资源等要求，进行深入分析研究，对原有产品的结构进行一定的改善，设计新一代的改进型产品以适应市场需要，即在基本型产品的基础上，开发出能耗低、重量轻、经济实用的改进型产品。 2 课题设计简介 计课题 我所设计的课题题目是：缠绕式双卷筒提升机，以 3升机 (为例，主要是主轴装置的设计。 3升机（ E 系列）主轴装置设计的主要技术指标： ； 50 m 。 计步骤 第一步：根据类似主轴结构选定主轴并进行优化设计； 第二步：依据所设计的主轴选用通用部件； 第三步：对主轴及通用部件进行校核计算； 第四步：确定主轴装置的安装、使用和维护的方法。 计思路 在总的 设计过程当中，尽量选用通用部件，尽量采用成熟的结构和标准部件以及提升机通用部件，提高标准化、系列化、通用化的程度；积极、慎重地采用和推广新结构、新材料、新工艺，做到技术先进，结构、工艺经济合理；在结构上尽可能考虑最大限度地缩短安装调试时间，做到以最少的代价带来最大的经济效益；在设计过程中，我以可靠性、安全性、经济性、方便性为原则，认真、求实、虚心求教、改革创新为信念，完成每一项任务。 3 3 提升机 (系列 )主轴装置的原始资料 产品的型号、名称 本产品执行中华人民共和国机械工业部标准及 792646 单绳缠绕式矿井提升机型式基本参数与尺寸，其型号表示方法符合中华人民共和国机械工业部 751604 矿山机械产品型号编制方法的规定。 型号示例： 2 J K *_| | | | | |_E 系列 卷扬机类 _| | | |_减速器速比 矿井提升机组 _| |_卷筒直径 米 注： *单筒无此代号 产 品的性能指标和设计参数 卷筒直径 最大提升速度 6矿井深度 50 容器自重 000 载重量 000 4 3 提升机（ E 系列）的选择和设计 K 3 矿井提升机的工作原理和主要结构 矿井提升机由动力系统，传动系统、工作系统、制动系统、控制指示系统等及其它 附属部分组成。它以电动机为动力源，通过减速器，传递给主轴装置，使缠绕在卷筒上的钢丝绳收放，实现提升容器在井筒中升降的目的，通过制动器，操纵台等一系列电气、液压和机械的控制、保护、指示系统，确保设备安全运行。 本产品主要用于矿山地面竖井和斜井、作升降物料、人员及设备之用，也可用于井下运输和凿井吊桶提升，由于本产品电气设备为非防爆型，故不适用于有瓦斯、煤尘等易燃、易爆等介质的场合。 轴 主轴承受各种正常载荷（包括固 定载荷和工作载荷）及各种紧急事故情况下所造成的非常载荷。它同时承受扭矩和弯矩，因此应具有足够的强度和刚度。 主轴有两种不同的结构：一种是光轴，另一种是带有两个法兰的轴。本设计采用光轴结构。 筒 卷筒用来缠绕提 升钢丝绳，应满足所需容绳量的要求，它承受尚未缠到卷筒上的钢丝绳 拉力使卷筒产生的扭转和弯曲及已缠到卷筒上的钢丝绳对筒壳产生的径向压缩，因此应具有足够的强度。 卷筒有以下几种不同的结构形式： 单筒提升机：对开装配式木衬卷筒，对开装配式绳槽卷筒，整体式木衬卷筒三种。 对开装配式木衬卷筒： 为便于运 输和安装，每个卷筒采用了剖分装配式结构，为使钢丝绳排列整齐，减少钢丝绳的磨损，用户使用时应在卷筒外侧装设木衬，并在木衬上加工出绳槽。绳槽尺寸是由用户根据所有钢丝绳直径的大小而设定的。该木衬要采用英制木材，由用户自备。在使用过程中，应根据实际磨损情况，定期予以更换。 对开装配式绳槽卷筒： 与对开装配式木衬卷筒不同之处，是由制造厂在筒壳上直接加工出螺旋绳槽，为消除提升过程中的夹绳和减轻咬绳程度，在钢丝绳由一层向二层和由二层向三层过渡的过渡区增设了层间过渡块。 整体式木衬卷筒： 这种卷筒为整体结构，用户使用时应在 卷筒外侧装设木衬，用户根据所用钢丝绳直径的大小自行在木衬上加工出绳槽，制动盘由制造厂焊接在卷筒上，并经过精加工。一般情况下用户不需要再加工，若制动盘偏摆量超过规定值，用户只需在安装后作少量加工，使之达到要求。 由于对开装配式木衬卷筒结构具有易加工，运输方便，用户维护任务轻，可减少钢丝绳磨损，适应于不同绳径等优点，目前是主流的结构形式，所以本设计采用装配式木衬卷筒结构。 卷筒上钢丝绳的出绳方向和出绳口位置的确定： 对于单筒提升机，建议用户将钢丝绳的出绳方向选择在卷筒的上侧，即“上出绳”。 轴承 主 轴承受的载荷通过轴承传递给基础，主轴承采用双列向心球面滚子轴承。它主要用于承受径向载荷，也能承受少量的双向轴向载荷。具有调心性能，适用于多支点轴、弯曲刚度小的轴以及难于精确对中的支承。该轴承结构简单，传动效率高，承载力大，使用中只需定期加注润滑脂即可，减少了用户的维修工作量。 形制动器装置 在早期的提升机系列产品中，制动装置一般采用的都是角移式制动器、平移式制动器和综合式制动器。但是角移式制动器具有围抱角较大，所产生的制动力矩也较小的缺点，而且由于闸瓦表面的压力分布不够均匀，闸瓦上下磨损也不均匀 ；平移式制动器则因为结构比较复杂，对于用户的维护和检修都十分不便；综合式制动器所能产生的制动力矩也比较小，不能适用于大功率、高速运转系统的紧急制动，容易给用户带来潜在的安全隐患。 结合实际生产和工作的经验，本设计采用盘形制动器装置。盘形制动器装置是以实现提升机的工作制动和安全制动， 其工作原理是液压松闸，弹簧力制动。它的制动力矩是靠闸瓦沿轴向从两侧压向制动盘产生的，为了使制动盘不产生附加变形，主轴不承受附加轴向力，盘闸都是成对使用。根据所要求制动力矩的大小，每台提升机可布置多副制动器。 度指示系 统 深度指示系统是提升机的重要组成部分，其功能有如下几点： 1. 指示提升容器在井筒中的实际位置。 2. 发送减速、过卷等讯号。 3. 进行限速保护。 0 深度指示器系统一般有三种类型，多水平深度指示系统 (监控器 )， 牌坊式深度指示器系统，圆盘式深度指示器系统。 为满足提升机在各种工况下的使用要求，本设计配备有监控器和牌坊式深度指示器以及光电测速传感器系统。一般对于多水平提升的矿井，应优先采用监控器系统，对于单水平提升的矿井，用户可任选一种或多种组合使用，本设计推荐使用光电测速传感器系统。 速器 齿 轮减速器是矿井提升机机械系统中一个很重要的组成部分，它的作用主要是用来传递回转运动和动力。包括用电动机输出的转速经减速器降至提升卷筒所需的工作转速；把电动机输出的力和扭矩经减速器增至提升卷筒所需的力和工作扭矩。 在矿井提升机上，减速器的常见结构形式有：渐开线行星齿轮减速器、平行轴圆弧齿轮减速器、平行轴渐开线圆柱齿轮减速器、双输入轴渐开线（圆弧）齿轮减速器、同轴式弹簧基础减速器。由于行星齿轮减速器具有体积小、重量轻、承载能力大、传动效率高和工作平稳等一系列优点，因此本设计采用行星齿轮减速器。 轴器 提升机采用的联轴器有两种结构：减速器低速轴与主轴装置的联接采用齿轮联轴器。此种联轴器传递扭矩大，并能补偿安装时两轴的微量偏斜和不同心。 减速器高速轴与主电机的联接采用弹性棒销联轴器，此种联轴器由于采用弹性元件和整体外套结构，因此不仅能减少机器启动和停车前的惯性冲击，并能确保两轴联接的安全可靠。 1 轴装置的设计依据 丝绳 )14( )24( 由以上参数决定选用三角股钢芯钢丝绳，结构型号为： 6V 37S+术性能见表 4 1： 表 4 1 钢丝绳性能参数 钢丝绳公称直径 钢丝绳近似重量 钢丝绳公称抗拉强度， 1670 钢丝绳最小破断拉力 d 允许偏差 合成纤维芯钢丝绳 钢芯钢丝绳 纤 维芯钢丝绳 钢芯钢丝绳 % 00/ 36 7 0/ 注：最小钢丝破拉力总和 =钢丝绳最小破断拉力 纤维芯）或 钢芯） 最小钢丝破拉力总和 =868 1052 筒宽度 B 0 8 5450 )34( 根据卷筒直径和计算所得的卷筒宽度选择标准提升机，此处选 。 丝绳最大静张力容器自重， 本设计选用为 Q 载重量， 本设计选用为 2 P 钢丝绳每米重量， 。本设计选用为 84.5 。 m a x )44( 钢丝绳安全系数 n 的验算： n 052 )54( 本设计满足升降物料的要求。 丝绳最大静张力差 F a x )64( 大提升速度 )74( a x )84( 动机功率 PN )94( 选用的电动机型号为： 320710 Z 直流电动机。性能参数如 下： 额定电压 速 45 r 最大转速 200 r 功率 效率 3 轴的选择 主轴材料一般采用优质中碳钢，最常用的是 45 碳素结构钢，这种材料价格便宜，对应力集中的敏感 性小，加工性能好，一般不采用合金钢。本系列产品的主轴有两种不同的结构，单、双筒 3 米提升机采用光轴，固定卷筒的左右支轮热装在主轴上，而 双筒提升机的主轴上有两个锻造出的法兰盘，固定卷筒的两个幅板用高强度螺栓分别与两法兰连接。 主轴一般选优质中碳钢 45 ，其主要机械性能如表 24 ： 表 24 45 钢的主要性能参数 热处理 正火 回火 毛坯直径 10 30 30 50 50 750 硬度 162 217 162 217 156 217 抗拉强度b580 560 540 屈服强度s290 280 270 弯 曲疲劳极限1235 25 215 扭转疲劳极限1135 130 125 许用静应力 238 24 216 许用疲劳应力 1 180 150 173 143 165 轴的设计 根据结构及工艺要求，绘 制出结构草图，并初定主轴的尺寸，主轴直径可根据传递扭矩进行初算，也可根据结构估计，4 10/18/1( ，式中 D 为卷筒直径，然后进行验算。 图 4 1 主轴设计草图 图 4 1为本设计最终选取的方案草图。该主轴采用两点支撑，电动机在轴的右端通过连轴器和减速器 与轴 连接。轴上设计一个键槽，为以后安装机械式深度指示器装置预留接口。支轮 与 轴的连接采用热装方式；减速器 与 轴的连接则采用两个切向键来连接。 1 5 主要通用部件的选型计算 形制动器 估算摩擦半径 )15( 所需制动力矩 5( 所需总摩擦力 3 5( 单个制动器的正压力 N )45( 选用制动器型号为： 231性能参数为：一个制动器所产生的最大压力为 制动器装置数量为 2 个， 制动器对数为 4 对。 速器 求所需额定扭矩及最大输出扭矩 a x)55( 额定扭矩 1 5( 选用的减速器型号为： 。201000 高速级转速为： 50 r ；低速级转速为： 8r 。 轮联轴器 长期作用于联轴器上的最大扭矩 5( 联轴器所需的最小允许扭矩 i n )85( 选用的齿轮联轴器型号为： 17公称转矩 560000 。许用转速 80 r 。 性棒销联轴器 所需额定力矩 5( 选用的弹性棒销联轴器型号为 : 10 7 6 主轴的校核 轴强度校核 安装在主轴上的零部件的重量：可认为集中加于各轮毂中心。主轴自重可认为是均布载荷，也可认为集中加在各轮毂处，作用于各轮毂的中心，此项载荷在提升过程中大小不变 。 缠绕在卷筒上的钢丝绳的重量：此项载荷在提升过程中是变化的。钢丝绳拉力，在提升过程中大小是变化的。 计算说明： 1. 提升机出绳按水平方向计算。 2. 由于提升过程中外载荷是变化的，设计时都是对具体提升机选定几种典型的工况，对这几种工况的外载荷进行计算，然后找出各危险断面的最大外载荷进行强度计算。本设计选取了提升机提升开始和结束时的两种典型工况。在这两种工况下，提升机主轴装置的受力达到极限状态，并且计算时对其主轴装置的受力分析也采用了典型分析，这样所计算出的数据更有意义，也更有说服力。 3. 本计 算根据第 三强度理论即最大切应力理论。这一理论认为引起材料屈服破坏的因素是最大切应力。最大切应力理论能很好地说明低碳钢试件拉伸出现的滑移线，并与有关塑性材料的多种试验结果相接近。它的计算也较简便，所以应用相当广泛。 8 况一 :提升开始 , 50,/1 。 (1)主轴上作用力大小 转矩 圆周力 向力 (2)轴承支 反力 水平面上的支反力 06 2 7 04
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