目 录
前言 .........................................................1
1 矿井提升机工作状况简介 .....................................2
1.1 矿井提升机的工作现状 .................................2
1.2 矿井提升机改进的几个方向 ..............................3
1.2.1 提升机卷筒的改进 ................................3
1.2.2 矿井提升机的节能改造 ............................5
2 钢丝绳绳槽与提升机卷筒磨损的调研分析 ......................8
2.1 钢丝绳的作用及磨损形式和成因 ..........................8
2.1.1 钢丝绳的作用 ...................................8
2.1.2 钢丝绳的磨损形式 ................................8
2.1.3 钢丝绳磨损形成的原因 ...........................10
2.2 钢丝绳磨损对其寿命的影响与防治措施 ...................11
2.2.1 钢丝绳磨损对寿命的影响 .........................11
2.2.2 提升钢丝绳磨损的防治措施 ......................12
3 矿井提升机卷筒衬木的综述 ..................................14
3.1 提升机卷筒衬木的作用及磨损情况调研 ...................14
3.1.1 提升机卷筒衬木的作用 ...........................14
3.1.2 衬木磨损对卷筒的影响 ...........................15
3.2 提升机卷筒衬木损坏的主要形式原因及防治措施 ...........18
3.2.1 提升机卷筒衬木损坏的主要形式 ...................18
3.2.2 提升机卷筒衬木损坏的原因 .......................19
3.2.3 制作和更换衬木时常采取了措施 ...................20
4 常见卷筒衬木绳槽的加工方法 ................................21
4.1 利用普通车床加工绳槽 .................................21
4.1.1 利用普通车床加工绳槽示意图简介 .................21
4.1.2 利用普通车床加工绳槽装置设计步骤 ...............21
4.1.3 利用普通车床加工绳槽装置技术要求 ...............22
4.2 利用车槽机加工螺旋绳槽装置（齿轮传动） ...............22
4.2.1 车槽机的结构 .................................22
4.2.2 车槽机的传动原理 ...............................22
4.2.3 车槽机的车槽方法 ...............................23
4.2.4 车槽机具有通用性 ..............................24
4.3 摩擦轮传动车绳槽装置 .................................24
4.3.1 摩擦轮传动车绳槽装置传动原理 .................24
4.3.2 摩擦轮传动车绳槽装置加工方法 ...................25
4.3.3 摩擦轮传动车绳槽装置加工时的注意事项呢 .........26
4.3.4 摩擦轮传动车绳槽装置优点 .......................27
4.4 卷筒衬木螺旋槽加工装置（利用深度指示器传动） .........27
4.4.1 卷筒衬木螺旋槽加工装置工作原理 ...............27
4.4.2 托板、导轨和刀具的设计 .........................28
4.4.3 卷筒衬木螺旋槽的加工 ...........................28
4.4.4 结语 ...........................................28
4.5 提升机卷筒衬木订槽装置设计 ...........................29
5 提升机卷筒衬木车削装置的设计 ..............................30
5.1 引言 ..............................................30
5.1.1 提升机卷筒衬木车削装置设计的可行性 .............30
5.1.2 目前提升机卷筒衬木车削装置存在的问题 ...........30
5.2 设计方案 .............................................31
5.3 卷筒衬木车削装置的详细设计步骤 .....................32
5.3.1 加工提升机卷筒衬木绳槽的有关参数 ...............32
5.3.2 卷筒衬木车削装置的结构及工作原理简述 ...........32
5.3.3 衬木的技术要求 .................................33
5.3.4 合理的绳槽尺寸 .................................34
5.3.5 绳槽螺距与链轮齿数之间的关系及链轮齿数的确定 ...35
5.3.6 卷筒衬木车削装置—链传动的设计 .................36
5.3.7 卷筒衬木车削装置—带传动的设计 .................39
5.3.8 轴的结构设计及校核 .............................43
5.3.9 车削装置中联轴器的的选择与设计 .................44
5.3.10 铣刀头结构的设计 ..............................44
5.3.11 其它辅助装置参数的选取与设计 ..................46
5.3.12 卷筒衬木车削装置的加工工艺特性 ................47
5.3.13 卷筒衬木车削装置的特点 ........................47
致 谢 ......................................................49
参考文献 ....................................................50
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年代仿造第一台矿山提升机以来,至今已设计制造,使用了近6000多台。随着社会需求和现代技术的高速发展,矿山工业企业亟待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咽喉设备,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.对于矿井提升机的更新改造,具有极其重要的意义。
本文在现有卷筒衬木车槽装置的基础之上，通过对钢丝绳磨损的调研，卷筒部件的作用和受力情况的分析，现有设备的改进和设计，立足于方便，高效、实用的前提下对卷筒衬木车削装置进行设计，目的在于最大程度的提高钢丝绳和卷筒衬木的使用寿命，降低生产成本,缩短加工和检修周期，减轻了劳动强度。
1 矿井提升机工作状况简介
1.1 矿井提升机的工作现状
目前老式矿井普遍面临问题,由于长时间的运行及矿井改、扩建,原有的提升机大多已经不能满足安全生产的需要,运行中都存在有不安全的隐患,必须进行改造。但如何改造又是普遍存在的一个难题。更换提升机虽可解决问题, 但其费用高、时间长不符合煤矿实际生产的需要,为此，如何对矿井提升机进行改造,成为现代煤矿提升机发展的当务之急,并具有一定的实用性和广泛的推广价值。
目前提升机的工作现状主要有以下几种:
① 卷筒皮内陷严重,约为10~12mm,致使衬木变形严重,运行有响声。
② 主、副卷筒衬木磨损不一致,致使主、副卷筒运行段缠绳不一致即常说的瘸腿,造成装、卸煤困难。
③ 卷筒的支撑件工字钢和卷筒皮均开裂严重,焊接后运行不久又开裂,且裂缝一直在增加和延伸。现主、副卷筒的8根支撑工字钢均横向断裂,卷筒皮的裂缝已经延伸到卷筒闸轮上,提升机运行时有金属错位的异常响声。
④ 维修费用高。提升机的卷筒衬木每年必须更换一次,每次需24h, 材料消耗为3.5万元。
⑤ 维修时间长。每月对卷筒进行的烧焊加固均在16h以上,消耗大量的人力、物力和时间。
1.2 矿井提升机改进的几个方向
1.2.1 提升机卷筒的改进
常用提升机为单绳缠箕斗,配用电机功率为220KW,电机额定转速n=738r/min,制动方式是液压盘形制动闸,钢丝绳直径24.5mm,在卷筒上单层排列(钢丝绳寿命为18个月);设计提升速度=3.25m/s,为单箕斗提升,年提升量28万,但同时会出现一次循环时间延长,钢丝绳要二层缠绕,过渡处咬绳等现象(特别是箕斗装满矿石后),咬绳就更严重,使原来一年半的钢绳寿命缩短为4个月就必须更换.从而材料费用成倍地增加。(1)通过改造,材料备件费用消耗减少。(2)改造后,避免了二层缠绕,没有了过渡处的咬绳现象,既提高了钢丝绳的寿命,又提高了运行安全系数,还减少了维修人员的维修时间和维修费用。
(1) 改造方案
为把双层缠绕变为单层缠绕, 共设计了三种方案。
方案1是通过缩小提升钢绳的直径,提升机结构各项参数不改变,方法简单,但高强度的钢丝绳,不属于系列产品,选购困难。而且,高强度的钢丝绳弯曲、疲劳性比较差,使用效果如何,在理论上难预测和计算,实践上没有经验。方案2是通过改变提升机卷筒的结构以及钢丝绳的缠绕间隙, 由于改变了卷筒护绳板的位置,施工工艺复杂,难度大。方案3是通过更换并加厚卷筒衬木从而加大卷筒直径,同时改变摩擦圈围绕方式,以达到以两层缠绕变为单层缠绕的目的,方案3实施起来工艺简单、易行。经过调研考察,反复论证比较,故确定采用方案3作为实施方案,如图所示增加卷筒衬木的厚度,从而加大了卷筒的直径。
由公式代人有关数据
式中 H—实际提升高度, 427.2m
D—钢丝绳直径, 31mm
B—卷筒宽度, 1500mm
σ—钢丝绳间隙, 取2mm
考虑摩擦圈为立式布置,存在压绳问题,因此,第一、二圈仍作摩擦圈使用。由计算得知,卷筒衬木必须在原基础上加厚90mm方能满足要求。
(2) 参数的验算略
(3) 改造后的衬板结构
由于卷筒直径增大到3.2m, 卷筒衬木的厚度达180mm到,给施工和衬木制作造成困难。采用了双层衬木结构,较好地解决了这一难题,详见图2。
双层衬板采用加长螺丝一体固定,保证了两衬板之间没有间隙,其优点为：
① 双层衬板更换时,只需要更换外层衬板,由于内层衬板不受钢丝绳作用而磨损,因此不必更换。采用双层结构以后外层衬板的相对厚度减少且重量轻,因此,加工及更换均容易、方便。
② 采用单层衬板,衬板厚度要达到180mm,双层衬板外层的厚度只要120mm, 而且利用了改造前的旧衬板作用为里层衬板,厚度为60mm, 在下次更换时,内衬板保留为一,并进行必要的油浸煮沸,延长内衬的使用寿命,经计算节约木材33%.
(4) 使用效果分析:
主井提升机卷筒钢绳缠绕方式的技术改造于年底进行完毕,并经过4年的应用,取得了明显的安全效果和经济效益,主要有如下优点：
① 由于双层缠绕改为单层,从而减少了钢绳的咬绳和磨损,钢绳的使用寿命大幅度提高。改造后钢绳的使用情况统计表明,钢绳使用寿命在12一15个月之间。经过比较,每年可节约钢绳4一5根,约9.2t。
② 由于钢丝绳使用寿命延长,避免了由于断丝造成突发性换绳,大大地提高了主井提升系统的安全可靠性。
③ 改造前由于钢绳使用寿命短,换绳或调绳头工作几乎每月都要进行, 既影响生产又浪费了较大的人力物力。
总之,通过对卷筒钢绳缠绕方式进行技术改造,沛城煤矿主井提升机的生产效率得到了较大地提高, 取得了明显的社会及经济效益。
1.2.2 矿井提升机的节能改造
节能改造矿井提升机是矿井井上与井下以及井下之间的主要运输工具,是矿山运输的关键设备.它的能耗较大,耗电量一般占矿井总耗电量的30%一40%.在能源日益紧张的今天,运用各种新技术,新方法研制出新型的节能系统,并应用于矿井提升机中,用来有效地节约能源,具有重要现实意义.静液传动技术在矿井提升机中得到了广泛应用,如防爆液压绞车,制动闸等.基于能量回收与重新利用而提出的二次调节静液传动技术,
二次调节静液传动技术是新发展起来的液压传动系统,它具有一系列独特的优点：
(1) 二次调节静液传动系统的节能特性.对于电动机施动的矿井提升机,若要进行重力势能的回收与重新利用,需利用电动机的可逆性,即通过电动机由电动机状态向发电机状态转换来实现.电动机作发电状态时需外界有原动机(对于程技术矿井提升机是下降的负载腕动转子及使转子以略超过其同步转速的转动速度运转,此时输入的机械功率变成电功率从定子输出,使电动机作发电机运行,向电网回馈能量.矿井提升机在提升负载阶段不能进行能量回收,系统仅从电网获取能量.在下放负载时,只能在加速或等速阶段形成负力矩时才能采用发电反馈制动,向电网回馈电能,而在减速阶段不能采用发电制动.这是因为在减速阶段应使提升机从最大速度逐渐降低到零,这与矿井提升发电回馈能量时需要以超同步转速运转的要求相违背,这时的提升机需要采用其它制动方式来减速,停车.应用了二次调节静液传动技术的矿井提升机,可以通过调节二次元件的斜盘倾角实现对制动动能和重力势能的回收。
（2）应用二次调节静液传动技术的矿井提升机具有以下特点:①二次调节系统为压力耦联系统,可并联多个负载,此时系统功率按各个负载的平均功率之和进行设计,各自实现互不相关的控制规律,从而可对多负载系统采用集中的液压泵站,减少设备投资.现有液压绞车系统一般为由变量泵和定量马达组成的流量耦联系统,若接多个负载,系统功率需按各个负载的最大功率之和进行设计,运行过程中能耗大.②对于矿井提升机来说,要保证其安全运行,必须使负载按给定速度曲线运行,并且应有良好的位置精度.二次调节系统可通过转速,位置和转矩等的复合控制实现上述要求,且控制参数少,易于实现.③拖动系统正反换向可通过调整二次元件的斜盘倾角(过零点)来实现,电动机在换向过程中不需停机,这样减小了电动机频繁起动对电网的冲击.④回收的能量可直接供其它系统使用或由蓄能器储存供系统在提升加速需要大流量时使用,从而使系统设计功率可按平均功率取值,这样,既减少初期设备投资,又减少运行过程中的电能消耗。对于目前常用的矿井提升机虽然也能进行能量回收,但回收后的能量形式只能是电能,回收的能量对系统的设计功率没有影响,不能减少系统的设计功率.⑤二次调节系统直接从恒压网络中获取能量,无节流损失和溢流损失,使系统沮升减小,噪声降低,节省冷却费用。
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