多绳摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 毕业设计(任务书+论文+外文翻译)

江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 江苏师范大学 机电工程学院 毕业设计（论文）任务书 专业 班级 姓名 一、设计题目： 多绳摩擦式主井提升机的设计计算及性能检测 二、设计任务要求及主要原始资料： 设计参数： 井深： ;万吨90Q 装载及卸载高度均为： ; （ 1）计算并选择提升容器 （ 2） 计算并选择提升钢丝绳 （ 3） 计算并选择提升机 （ 4） 井塔相对位置计算 （ 5） 提升电动机初选 （ 6） 提升运动学及动力学计算 （ 7） 验算提升机容量 （ 8） 验算电耗及效率计算 （ 9） 提升机防滑验算 （ 10） 绘制提升机设备布置图及井塔位置图 （ 11） 制定提升机制动系统性能测试方案（空动时间、闸瓦间隙测定、贴闸油压及开闸油压测定，制动力矩计算） 三、设计时间： 年 月 日 至 年 月 日 指导教师： （签名） 教学院长： （签名） 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 本科生毕业设计（论文） 论 文 题 目： 多绳摩擦式主井提升机的设计计算及性能检测 姓 名： 史志贺 学 院： 科文学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级 、 学 号： 118321121 指 导 教 师： 马军 多绳摩擦式主井提升机的设计计算及性能检测 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 摘要 ： 本文着重介绍了矿井提升机类型、工作原理以及组成。根据设计参数及要求，对多绳摩擦式矿井提升机的选型进行了详细全面的计算，主要利用了已知的年产量和矿井深度以及装载和卸载高度。经过初步的选型之后，对应经选择出来的设备进行性能检验，即提升机容量验算，防滑验算，提升机的电耗及效率的计算。如果有验证不符合要求的要重新 选择或者修改选择的设备，知道正确为止。最后对选择出来的提升机的制动系统进行性能测试，主要是评估提升系统性能的优良效果。论文中包含提升机设备的布置图和井塔位置图。只有正确的选择提升设备，才能提高生产效率，提高经济效益。通过自己对矿井提升机设备知识的学习和信息的收集，在参考借鉴资料、指导老师的指导以及自己的钻研，现在，对矿井提升系统有了深透的了解。 关键词 ： 主井提升设备 ; 多绳摩擦式提升机； of of a of to to of to of 录 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 第 1章 绪论 . 1 . 1 . 1 . 1 . 2 . 2 . 2 . 2 第 2章 多绳摩擦式矿井提升机的介绍 . 5 . 5 . 5 . 5 . 6 . 6 . 6 . 7 . 7 第 3章 多绳摩擦 式主井提升机的设计选型 . 8 . 8 升容器的选择 . 8 . 9 . 10 . 10 适的提升容器 . 10 . 10 . 10 升钢丝绳的选择 . 11 . 12 算钢丝绳每米重力 . 13 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 . 13 择提升机 . 14 升系统的确定 . 15 升容器的最小自重 . 15 选电动机 . 16 动机转数 . 17 升机的最大速度 . 18 选电动机功率 . 18 . 19 位重量 . 19 位质量 . 19 第 4章 提升设备的运动学和动力学 . 20 升速度图 . 20 阶段速度图 . 20 速度的确定 . 20 升能力校核 . 23 动机等效功率计算 . 23 动力计算 . 24 效力计算 . 24 效功率 . 25 核电动机过负载系数 . 25 耗计算 . 25 第 5章 提升机的防滑验算 . 27 升机的防滑验算 . 27 防滑安全系数 . 28 . 28 第 6章 提升机制动系统性能测试方案 . 29 . 29 . 31 . 32 闸油压及开闸油压的测定 . 33 最终方案确定 . 34 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 总结 . 35 致谢 . 36 参考文件 . 37 附件 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 1 第一章 绪论 井提升设备的用途及其重要性 提升机安装在地面，矿井提升设备应用于矿井开采，提升设备通过带动钢丝绳，用提升容器从主井井筒中提升出开采出来的煤炭、散落的矿石以及矸石，通过副井井筒运送材料升降人员和设备等。提升机设备就是一座桥梁，架起了矿井井下和地面相互联系的重要生产设备，犹如“咽喉”一样重要，由此可见，矿井提升机的设计、制造和维护的每一个过程中都应该有严格的执行标准和规定，以确保设计的科学性，选型的正确性、维护的严格性，只有这样提升设备才能可靠的生产运作，在安全生产的条件下，实现经济的利益最大化。 矿井提升设备的特点如下： 1） 矿井提升设备事关生命安全，因此，设计选型必须严格遵照煤矿安全规程 2） 矿井提升设备都是不 停的循环往复提升和下降，对工作环境要求比较严格，条件苛刻，因此矿井提升设备的机械电气设备设计和使用必须严格遵照规定，安全稳定可靠。 3） 矿井提升设备是大型的矿山设备，生产制造成本很高，因此对其进行合理的选择、正确的使用和维护可以更好的使用，延长使用的寿命，提升经济效益。 4） 设计矿井提升设备，必须熟悉掌握提升设备的知识。内部结构、工作原理、各构件的性能特点、选择设计的规定和依据、运转理论等方面的知识，掌握了这些知识，才能设计或者选择出适合的提升设备，提高矿井提升机的制造质量和安装质量，提高和完善设备设施的可靠性和自 动化程度，以做到选型合理，正确使用和维护，是指安全可靠、经济的运转。 内外矿井提升设备的发展与现状 内提升设备的发展与现状 在国内，矿机提升机的发展，历经了数千年。回顾中华文明史，在公元前 1100 年，古代劳动社会就开始使用 辘轳，通过手摇辘轳打水，可以说，这就是现代提升机的最原始的设计模型。然而由于我国长时间处在以农业为主的封建社会，科学技术以及工业技术水平低，直到 1953 年的时候，我国的第一台单绳矿井缠绕式矿井提升机在抚顺重型机械厂诞生； 1961年，洛阳矿山机械厂在仿制前苏联 升机的基础上，经过不懈的钻研和创新，自行设计制造了 4星多绳摩擦式矿井提升机； 1971年设计制造了 用了新的设计理念和新型技术，是的提升能力大大的提高。江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 2 目前，我国所有生产的各种提升机及其配套的设备正在以较快的速度迈向世界先进行列。 我国煤炭生产时间短，所以以生产单绳缠绕式提升机为主，设计水平以达到世界先进，从设计到制造都有规定可循，技术已比较成熟。但是，随着生产的需要，大矿井取代小矿井， 开采的深度越来越深，由于提升容量和高度的限制，原来的小型矿井已经不能满足生产的要求，不能用于大型的生产规模。现在，大部分的矿井都采用多绳摩擦式提升系统，多绳摩擦式提升机的生产效率远远超过单绳缠绕式提升机，而且，多绳摩擦式提升机的安全性也远高于单绳缠绕式，因此，多绳摩擦式提升机适应了现在矿业的生产井筒较深、产量大的特点。所以说，现代多绳摩擦式矿井提升机的经济效益最大。 外提升机的发展与现状 国外提升机的发展要比国内的早了 130左右，早在 19 世纪初期，踏上资本主义道路的德国制造出了第一台由蒸汽机拖动 的木结构的缠绕式提升机， 1827年，有制造了拱结构的提升机； 1877 年，有了丰富的提升机制造经验和技术的德国，制造出了第一台使用电气拖动的提升机； 1938年，第一台多绳摩擦式矿井提升机；随着矿业生产技术的发展，矿井开采的深度和产量以及开采难度都在不断的增加，为了提高生产效率，对矿井提升机的规格要求也在不断的更新，新的技术、工艺为提升机个发展提供了源源不断的动力。 井提升机系统的组成和分类 井提升系统的组成 矿井提升系统的组成包括提升机（本文设计要求为多绳摩擦式主井提升机）、提升容器（主要有箕斗和罐笼）、井架或井塔、天伦或者导向轮、提升钢丝绳以及装载和卸载的设备，井筒罐道的部分组成。 升机的分类 根据提升系统设备的用途、设备的类型及工作条件可以分为以下类型 1） 按用途分类 主井提升机 副井提升机 活生产物资。 2） 按提升容器分类 箕斗提升机 罐笼提升机 3） 按提升机类型分类 缠绕式矿井提升机 摩擦式矿井提升机。 4） 按提升机布置方式分类 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 3 塔式 落地式矿井提升机。 5）按井筒倾角分类 分为立井提升系统 斜井提升系统。 6）按拖动装载分类 分为交流电动提升系统 直流拖动提升系统。 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 4 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 5 第 2 章 多绳摩擦式矿井提升机的介绍 绳摩擦式矿井提升机的工作原理及其主要结构 多绳摩擦式矿井提升机和不同于单绳缠绕式提升机的不同之处就是钢丝绳和卷筒之间的工作方式，单绳缠绕式提升机的工作原理就是通过一根钢丝绳在卷筒上的旋转、缠绕带 动容器提升的，摩擦式提升机的工作原理就是利用提升钢丝绳与主导轮摩擦衬垫存在摩擦力，通过这个力来传递动力，使钢丝绳随着卷筒的转动带动容器运动，重载的一边上升，轻载的一侧下降。为了保持平衡，在两个容器的底部通过尾绳连接，这样，多绳摩擦式提升系统就连成了一个环。 多绳摩擦式矿井提升机主要由以下各部分组成，每一部分都有其各自的工作原理和任务。 轴装置 组成部分有卷筒、制动盘、主轴、滚动轴承和压块。主导轮和主轴的连接方式有两种：一种是采用单法兰、单面摩擦连接，另一种是卷筒轮与主轴通过双法兰、铰制孔螺栓连 接。制动盘在卷筒的边上，根据不同的生产要求，有的卷筒两边各有一个制动盘，有的卷筒只有一边焊接或者连接着一个。一般如果就卷筒的直径小于 通过焊接连接在一起的，大于 擦衬垫用固定块压紧在主导轮轮壳表面上，在一侧轴承梁上或者地基上装有一个固定主导轮用的锁紧器。 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 6 度指示器 多绳摩擦式矿井提升机在运行的时候，由于钢丝绳与主导轮之间的相互作用，摩擦衬垫受到摩擦力逐渐破损，慢慢差距加大，使得提升系统不稳定，性能降低。深度指示器能够检测识别这种变化，做出调整， 自行消除误差，正确的显示出提升容器的实际位置。在每次提升结束之后，停止提升机的工作，需要把指示器的指针调到零的位置，方便下一次运行。调零机构分为立式深度指示器调零机构和水平选择器的调零机构。深度指示器系统一般多采用牌坊式深度指示器，它可以直观的、形象的显示信息。牌坊式深度指示器应用的比较普遍。 速器 减速器是提升机机械系统起减速传动装置，用来传递运动和动力，降低转速，使转矩变大。提升机卷筒需要什么样工作转速，减速器就可以把电动机输出的转速转化给卷筒。而且将电动机输出的转矩转化为提升机卷筒 所需要的工作转矩。 多绳摩擦式矿井提升机减速器的主要类型有：单入轴平行轴齿轮减速器、双入轴平行轴齿轮减速器、同轴式功率分流齿轮减速器。多绳摩擦式提升机减速器的速比一般为 7 擦衬垫 多绳摩擦式提升机采用摩擦衬垫的原因： 1）使衬垫与钢丝绳之间有摩擦因数，以保证传递一定的动力； 2）钢丝绳张力分配不均 3）保护钢丝绳。 摩擦式衬垫的性能直接影响提升机的性能参数、提升能力及安全可靠性，因此要求摩擦衬垫具有下列性能： 1） 钢丝绳对偶摩擦式有较高的摩擦因数，且摩擦因数受水、油等影响较小。 2） 比压、抗疲劳 性能高。 3） 耐磨性能要求比较高，必须要符合规定，还要保证磨损时产生的粉末、粉尘等微小颗粒对人体不会有负影响，而且不会损坏设备。 4） 温度变化不影响设备性能。 5） 具弹性，能够适应张力偏差，并且克服钢丝绳之间的蠕动，减少错位变化量。摩擦因数一般为 动装置 制动装置传动机构和执行机构构成，传动机构可以控制调节传动力矩，包括联轴器减速器等部分，电动机配合齿轮联轴器，减速器和联轴器转动，齿轮联轴器转动带动减速器工作，经过减速器的变换，然后输出较低的输出转矩并传递给主轴，江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 7 主轴与卷筒联结， 这样就带动了提升机卷筒的转动，可以进行提升。制动装置就是制动器，制动器作用在盘式制动器的制动轮上， 盘式制动器中，碟形弹簧复位时产生的力就是制动力，靠油压的大小松闸。当压力油充入油缸后，推动活塞压缩碟形弹簧，并带动制动器体和闸瓦一起离开制动盘，进入松闸状态 ;当油缸内油压降低后，盘形弹簧就恢复其压缩变形，靠弹簧力推动制动器体、闸瓦，带动活塞移动，使闸瓦压向制动盘进行制动。制动状态时，制动力的大小变化由油缸内工作油的压力决定。当缸内油压为最小时，弹簧力全部作用在活塞上，闸瓦距离闸盘的间距最小，这时候的制动盘上正压 力最大，制动力最大，闸瓦和制动盘紧紧连接在一起就是全制动状态 ;当液压缸内油压为最大油压时就是全松闸状态。 压站液 压站的作用是：在工作制动时，根据不同情况的要求，通过控制调节工作油压的大小作用于盘式制动器上，就会产生不同的制动力矩 ;为了确保生产中的安全，防止造成不必要的人员伤害或者财产损失，制动系统一般要求可以实现二级安全制动，即可以迅速回到预定的速度，然后在立即停车，实现安全制动。 速发电机装置 减速器传出的转速，经过齿轮联轴器后，测速发电机的转速到达预定的数值，电压稳定保持不变。 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 8 第 3章 多绳摩擦式主井提升机的设计选型 计参数及提升方式 1）矿井年产量： 90（万吨）； 2）矿井深度： 620（ m）； 3)装载及卸载高度均为18（ m） 本次设计集合参数和设计要求，因为是主井提升，所以选择异侧装卸箕斗。 升容器的选择 箕斗是一个提升容器，在主井提升系统的属于不可或缺的环节，主要结构有提升钢丝绳和尾绳的连接装置、框架等部分组成。框架主要包含斗箱、开闭机构、平衡铁以及主提梁。不同的结构有的通过铆钉连接，有的通过电焊固定、有的利用螺栓固定。平衡铁用来平衡箕斗在提升过程中的歪斜，乘人铁板可以放平用作升降人员的活动踏板，淋水棚也叫安全伞，调绳的时候，人员必须在棚下工作，以确保安全。 由于生产环境的不同，箕斗的分类也是五 花八门，按照不同的分类方法，箕斗分为不同的类型，立井多绳箕斗有三个分类：钢丝绳罐道，同侧装卸式立井箕斗为 ，钢丝绳罐道，异侧装卸式立井箕斗为 ，同侧装卸立井多绳箕斗为 立井多绳箕斗型号标记示例： J D S 10 4 井代号省略）； 122t； 11010t； 4 轻型箕斗重量比较轻，因为容器轻了，在提升重量上，每次提升的煤炭重量就可以增加，一次箕斗改善了提终端载荷，提高钢丝绳的安全系数，保证安全生产可以延长钢丝绳的使用寿命或者是增加箕斗的装载量，从而可以提高经济效益。箕斗容器按不同的分类方法主要有定量式斗箱， 装载时不用其它辅助机械 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 9 一种是 定量输送机种，这两种设备均采用预定量的装载方式，可以降低撒煤量，还能实现生产自动化。 在提升系统中，为了避免提升容器的摆动，确保提升容器安全，平稳，高手运行 ，需要在井筒纵向做一个导向装置 道式提升系统必不可少的重要组成部分，分为刚性罐道和柔性罐道两类，刚性罐道有木制和钢制之分。柔性罐道用拉紧的钢丝绳作为罐道，因此常常被称为钢丝绳罐道，因为钢丝绳罐道结构简单，安装方便，使用寿命长，更换简单，改进了井壁的密封性。但是，拉紧装置安装在很深的井底，井架的负荷加大。 升高度 =620+18+18 =656（ m） （ 3 矿井深度； 装载高度：本设计根据要求，取 8（ m）； 卸载高度：由地面生产系统要求而定，本设计根据要求，取 18（ m）。 济提升速度 mV=(=m/s） （ 3 次循环提升时间 3 ）（ 提升加速度 ,根据煤矿安全规定，箕斗提升取 ，在本设计中取 =2/； u 容器在卸载曲轨内启动初速度和爬行时间，对于容器是箕斗的提升系统可取10u s 提升系统的容器完成一次提升后的休止时间，一次提升的重量接近 10t，所以取 =10（ s）。 次合理提升量 Q 根据已求得一次循环提升时间 3600（ 3 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 10 = 03 6 0 0 式中 : C 提升不均衡系数，查煤炭工业 设计规范，当有井底煤仓时为 本设计中取 C= 提升能力富裕系数，查煤炭工业设计规范，在主井提升设备系统中，对于第一水平留有 20%的富裕系数，取 C= 平均每年工作日，本设计取 300 每日的工作时长，本设计取 14小时； 矿井的年产量， 90万吨； 择合适的提升容器 根据本文的要求，优先选择钢丝绳罐道，因为它的结构很简单，方便日常的安装与维护。 已知一次合理提升重量 Q 值，从资料中查容器规格表查询后，选择合适标准的箕斗。为了方便以后开采规模扩大和产量提高，在选择提升容器的时候，选择稍大容量的箕斗。选择 10 4箕斗，规格参见表 3 表 310 4箕斗的技术规格参数 箕斗自重 /t 3350有效容积 / 3m 104=1n 绳间距 / 尾绳数 2=2n 一次提升实际载重量 /t Q= 9=100 im v算箕斗一次实际提升量 实际装载量 Q im （ 3 = 际的一次提升循环时间 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 11 CC 3600= =109（ s） （ 3 需的提升速度= 2 4)()( 12211 （ 3 =1310(1451310(1452 =m/s） 箕斗装卸载时间（休止时间），取 =13（ s）。 升钢丝绳的选择 提升钢丝绳在矿井提升系统中起着不容忽视的作用，地位十分重要，提升钢丝 绳连接着提升容器和提升机，钢丝绳关系着生命和生产安全，所以，钢丝绳的选择必须严格按照规定，正确选择、使用和保养，可以使用时时间更长，降低经济成本。考虑到钢丝绳的工作环境，为了不让其腐蚀降低性能，要给钢丝表面镀锌。 提升机系统的钢丝绳是使用钢丝捻成的，从丝到股，由股到丝。组成钢丝绳的钢丝是碳素结构圆钢，然后经过工艺加工，通过冷拔最终加工成的，钢丝的直径一般为 据不同的生产环境选择不同的直径。直径过粗不能保证抗弯疲劳前度，太细了磨损比较快。钢丝的抗拉强度为 1400丝绳 的抗拉强度越大的同事，它能承受的负载就越大，但是钢丝绳的弯曲疲劳强度变差。 钢丝绳在提升过程中受到多种力，包括拉力、摩擦力、挤压力等等，多种力的反复作用很块就是使得钢丝绳性能遭到破坏，不能承担生产，因此计算钢丝绳就是一个极为复杂的工程，在国内外都没有很好的方法解决，所以，我国在这方面的计算中并不考虑很多复杂的问题，只需要根据煤矿安全规程规定的计算，满足安全系数的要求就可以。 钢丝绳全部标记示例 18 6(9+9+1)+1770 190 117 1102 18 6（ 9+9+1）钢丝绳结构形式； 1770 190 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 12 117 在矿山开采中常用的圆股绳来讲，有 6股 7丝（ 6 6股 19丝（ 6 6股 37丝（ 6 丝绳的最大悬垂长度 由于 s,取0（ m） ,箕斗间距 S=2100绳环高度为 = =m） （ 3 取 15（ m） 式中： 尾绳环高度， m； 过卷高度， m； S 两提升容器中心距离， m。 钢丝绳的最大悬垂长度 （ 3 =6 5 6=656+0+18 =702（ m） 式中： 卸载点距主导轮中心的高度， m； 容器全高 过卷高度，因为大于 10m/s，根据规定选择合适高度，所以取 10m/s； 算钢丝绳每米重力 1）绳端荷重 8 0 01 0 8 0 0+9 0 0 0= （ 3 2）取钢丝绳抗拉强度 B =1570N/ 2查煤矿安全规程，摩擦式提升机升降物料时安全系数要求： 绳提升具有如下特点： (1)有 1n 根提升钢丝绳，每根承受的终端荷载为 )(11 ； (2)有 2n 根尾绳，设每根尾绳每米重力为 q， 00/ 。 根据主绳和尾绳每百米重力不同，有等重尾绳 1 ，轻尾绳 1 ，和重尾绳1 三种情况。一般多采用等重尾绳，重尾绳也有应用，应避免使用轻尾绳。 对等重尾绳 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 13 11 （ 3= 5 7 0 0 0 8 0 09000(41 =kg/m） 式中： Q 一次提升量， 容器 质量， 根据上面的计算选择绳 6 19股（ 1+6+12）圆股钢芯钢丝绳，它的每米重量 p=m，即首绳单位长度重量m。直径 d=28中最粗钢丝直径 =部钢丝破断拉力总和为40289N。尾绳数 2n =2根。尾绳每米重力 q 212 N/m） (3据此选择绳 (118 20)8 4 7普通圆股钢丝绳，尾绳单位长度重量为m，尾绳相关的参数的计算公式 212 N/m） (3单位长度的重量选择 m 4 =4 10=m （ 3 100%= 100%=选钢丝绳满足安全要求，合格可用。因此，符合煤矿规程规定。 擦衬垫比压的校验 上升侧静张力 1 + 4 kP （ 3 7023 . 1 44+11500+9000 29317 （ 下降侧静张力 12 （ 3 2 0 3 1 79 0 0 02 9 3 1 7 (衬垫比压 （ 3 = 4 20 31729 317 (2 江苏师范大学科文学院 多绳 摩擦式矿井提升机的设计计算及性能检测 18 因为比压值 般为在 15 202间， 所以强度校验合格。 选电动机 动机转数动机转数 60(= 663 （ r/ 升机的最大速度 750r/此计算提升机的最大速度d60（ = ）（ m/s 选电动机功率 预选电动机功率 1000 (= 0 1046 （ 式中： K 矿井阻力系数，取 K=斗提升取 K= 动负载影响系数，箕斗提升取 ；此处取 = 减速器的传动效率，采用滚动轴承，取 选择 电动机产品样本，其技术参数如下见表 3 表 3额定功率 kw