JKMD-4.5x4多绳摩擦式提升机设计【cad图+说明书】
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cad图+说明书
JKMD-4.5
式四绳摩擦提升机
多绳摩擦提升机
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摘 要
中国主要投入使用的提升机有两大类： 一种式单绳缠绕式， 另一种是多绳摩擦
式。 较早出现的是单绳缠绕式提升机， 工作原理较为简单， 利用钢丝绳的一端固定
并缠绕在提升机的滚筒上， 另一端绕过井架天轮悬挂提升容器， 这样利用滚筒转动
方向的不同， 将钢丝绳缠上或松放， 完成提升或下放容器的工作。
多绳摩擦提升机是利用钢丝绳与主导轮上的摩擦衬垫之间的摩擦力带动钢丝
绳随着主导轮一起转动， 从而实现容器的提升和下放。 本次设计为 JKMD-4.5×4 多
绳摩擦提升机的设计， 设计内容主要有： 主轴装置的结构设计和强度及刚度较核计
算； 钢丝绳的选择计算； 传动系统参数确定及主电动机的选择计算； 提升高度的计
算及校核； 防滑条件等验算。 多绳摩擦式矿井提升机是矿山的大型固定设备之一，
是联系井下与地面的主要运输工具。 越来越多的将代替了单绳缠绕式提升机。
摩擦提升机的工作方式来看， 与缠绕式提升机有明显不同： 钢丝绳不是缠绕在
卷筒上， 而是套在主导轮上， 两端各悬挂一个提升容器， 借助于安装在主导轮的衬
垫与钢丝绳之间的摩擦力之间的摩擦力来传动钢丝绳， 使容器移动， 从而完成提升
或下放重物的工作。
关键词： JKMD-4.5×4 多绳摩擦提升机； 主轴装置； 传动系统； 防滑条件
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毕业设计毕业设计 题题目目: :JKMD-4.54 多绳摩擦式提升机多绳摩擦式提升机 系系别别: :矿业工程系 专业年级专业年级: :机械设计制造及其自动化 1401 班 姓姓名名: :曹旭明 学学号号: :20141804102 指导教师指导教师: :李自贵李自贵副教授李仁伟李仁伟助教 2018 年年 06 月月 10 日日 LULIANGUNIVERSITY 分分类类号号： 密密级级： 原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究 所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等， 均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已 经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：日期： 关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、试验记录、原 始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等） ，知识产权归属吕梁学院。本人 完全了解吕梁学院有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部 门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权吕梁学院 可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制 手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一 署名单位为吕梁学院。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或 成果时，第一署名单位仍然为吕梁学院。 论文作者签名：日期： 指导老师签名：日期： 摘要 中国主要投入使用的提升机有两大类：一种式单绳缠绕式，另一种是多绳摩擦 式。较早出现的是单绳缠绕式提升机，工作原理较为简单，利用钢丝绳的一端固定 并缠绕在提升机的滚筒上，另一端绕过井架天轮悬挂提升容器，这样利用滚筒转动 方向的不同，将钢丝绳缠上或松放，完成提升或下放容器的工作。 多绳摩擦提升机是利用钢丝绳与主导轮上的摩擦衬垫之间的摩擦力带动钢丝 绳随着主导轮一起转动，从而实现容器的提升和下放。本次设计为 JKMD-4.54 多 绳摩擦提升机的设计，设计内容主要有：主轴装置的结构设计和强度及刚度较核计 算；钢丝绳的选择计算；传动系统参数确定及主电动机的选择计算；提升高度的计 算及校核；防滑条件等验算。多绳摩擦式矿井提升机是矿山的大型固定设备之一， 是联系井下与地面的主要运输工具。越来越多的将代替了单绳缠绕式提升机。 摩擦提升机的工作方式来看，与缠绕式提升机有明显不同：钢丝绳不是缠绕在 卷筒上，而是套在主导轮上，两端各悬挂一个提升容器，借助于安装在主导轮的衬 垫与钢丝绳之间的摩擦力之间的摩擦力来传动钢丝绳，使容器移动，从而完成提升 或下放重物的工作。 关键词：关键词：JKMD- -4. .54 多绳摩擦提升机；主轴装置；传动系统；防滑条件多绳摩擦提升机；主轴装置；传动系统；防滑条件 Abstract At present, the elevators produced and used in China can be divided into two categories: single rope winding and multi-rope friction. The single-rope winding hoist is an early riser. Its working principle is relatively simple. It fixes one end of a steel wire rope and winds it on the drum of the hoisting machine, and the other end bypasses the derrick wheel to hoist the lifting container. Using the different rotation direction of the drum, the wire rope is wrapped or loosened to complete the work of lifting or lowering the container. The multi-rope friction lifter utilizes the friction between the wire rope and the friction pad on the main wheel to drive the wire rope to rotate together with the main wheel, so as to achieve lifting and lowering of the container. This design is a design of JKMD-4.54 multi-rope friction hoist. The main contents of the design include: the structural design of the spindle device and the comparison of strength and stiffness with nuclear calculation; selection of steel wire rope; determination of transmission system parameters and selection of the main motor. Raise the height of the calculation and check; slip conditions and other checks. The multi-rope friction mine hoist is one of the large-scale fixed equipments in the mine and is the main transportation tool for contacting the underground and the ground. It is increasingly replacing the single rope winding hoist. Friction hoists have a significant difference from winding elevators in terms of their working principle: the rope is not wound on the drum, but is set on the main wheel, and a lifting container is hung on both ends, which is installed on the main wheel. Friction between the friction between the liner and the wire rope drives the wire rope to move the container, thus completing the task of lifting or lowering the weight. Keywords:JKMD-4.54 multi-rope friction hoist; Spindle device; Transmission system;Anti-slip condition 目录 第 1 章 绪 论.1 1.1 提升机概况1 1.2 多绳摩擦提升机的分类和特点1 第 2 章 设计任务及主要参数.3 2.1 设计题目3 2.2 设计目的3 2.3 设计参数3 2.4 内容与要求3 2.4.1 设计内容.3 2.4.2 要求.4 第 3 章 设计步骤及计算.5 3.1 提升容器的选择计算5 3.2 提升钢丝绳的选择计算6 3.3 验算提升机强度7 3.3.1 钢丝绳最大静张力和钢丝绳最大静张力差的计算.7 3.3.2 验算主导轮衬垫比压.7 3.4 天轮的选择8 3.5 提升机与钢丝绳相对位置8 3.5.1 确定提升机与钢丝绳相对位置的原则.8 3.5.2 提升机与钢丝绳相对位置各参数的计算.9 3.6 运动学与动力学计算11 3.6.1 计算最大经济速度 m V11 3.6.2 预选电动机.12 3.6.3 计算提升系统变位质量m.12 3.6.4 确定提升时的加减速度.13 3.6.5 提升系统运动学计算.16 3.6.6 提升动力学计算.17 3.6.7 提升系统工作图.19 3.7 电动机容量验算19 3.8 多绳摩擦提升机防滑验算20 3.8.1 静防滑安全系数 j 的验算21 3.8.2 动防滑安全系数 d 的验算21 3.9 卷筒计算23 3.9.1 确定滚筒宽度的确定.23 3.9.2 主导轮轮壳强度校核.24 3.10 主轴的结构设计25 3.10.1 主轴结构设计注意事项25 3.10.2 主轴结构设计25 3.11 主轴的校核29 3.11.1 提升机主轴的计算步骤及项目.29 3.11.2 轴的强度校核.30 3.11.3 轴的刚度校核.36 3.11.4 轴承的较核.37 3.12 制动器的选择计算39 3.12.1 提升机的制动装置.39 3.13 其他部件的选择与应用40 3.13.1 减速器的选择.40 3.13.2 深度指示器.40 3.13.3 液压站.40 3.13.4 润滑、密封及其他.40 参考文献.43 致 谢.45 吕梁学院本科毕业设计 - 1 - 第 1 章 绪 论 1.1 提升机概况 提升机是主要固定机械设备，工作就是传递动力实现提升或下放容器的运 动。 中国主要投入使用的提升机有两大类：一种式单绳缠绕式，另一种是多绳摩 擦式。较早出现的是单绳缠绕式提升机，工作原理较为简单，利用钢丝绳的一端 固定并缠绕在提升机的滚筒上，另一端绕过井架天轮悬挂提升容器，这样利用滚 筒转动方向的不同，将钢丝绳缠上或松放，完成提升或下放容器的工作。 这种提升机在我国矿山使用比较广泛。它在深井条件受到一定的限制。随着 矿井深度的增加和一次提升量的增大，用单绳缠绕式提升机，就要采用更大的提 升机和半径更大的钢丝绳，不但会过多的增加基建费用，而且带来制造和使用维 护上的一系列缺点。于是提出研究了摩擦提升原理。 多绳摩擦式的工作原理来看，与缠绕式提升机有明显区别：钢丝绳不是缠绕 在卷筒上，而是放在卷筒上并且两端各悬挂一个提升容器。借助于安装在主导轮 的衬垫与钢丝绳之间的摩擦力之间的摩擦力，用来拉动钢丝绳，容器移动完成提 升或下放重物的工作。 摩擦提升和缠绕提升一样，最初采用的是单绳摩擦式提升机，随着受井深的 影响，提升钢丝绳的直径越大。不但制造困难悬挂不方便，而且提升机的有关尺 寸增大。为了解决这个矛盾，我们要把单绳摩擦提升机设计出了以几根钢丝绳取 代一根钢丝绳的多绳摩擦式提升机。 我这次毕业设计的课题就是 JKMD-4.5X4 多绳摩擦式提升机， 我的目的就是 提高生产效益和大大改善采矿生产环境。我觉得这次设计非常有意义。 1.2 多绳摩擦提升机的分类和特点 多绳摩擦提升按大致分为塔式和落地式两大类。塔式具备的优势有： （1）结 构小，节省空间； （2）不需要天轮； （3）载荷垂直向下，井架固定性好。但塔式 比落地式的设备费用要昂贵，因提升塔较普通井架更为庞大而且复杂，需要更多 的钢材。此外，落地式可以同时安装提升塔和提升机，井架高度低符合战略观点 并有利于地震区建设。 JKMD-4.5X4 多绳摩擦式提升机 - 2 - 多绳摩擦提升机已获得越来越广泛的使用，它与单绳缠绕提升相比，有许多 优势： （1）因为钢丝绳放在在卷筒上，所以高度没有卷筒绳量的限制，适用于深 井提升； （2）因为载荷主要由多根钢丝绳负担，所有提升钢丝绳半径就比相同载荷 下单绳提升的小的多，以至于主导轮直径变小。在同样提升载荷的情形下，多绳 提升机具有体积比较小，质量比较轻，材料用量少，制造设计比较简单等特点； （3）因为多绳提升机的工作量小，所以拖动电机的容量，耗电量相应变小； 多绳摩擦提升的缺点是： （1）多根钢丝绳的悬挂，更换，调整维护检修工作复杂； （2）一根钢丝绳损坏一定要全部换掉； （3）因不能调节绳长故双钩提升不能同时用于几个中段提升，也不适用于 凿井提升； 由上述可知，多绳摩擦提升的有许多优点。虽然第一个是由井深的需要而设 计出来的，许多国外在井的深度不深时提升中也会优先使用。多绳摩擦提升已成 为现代提升最有前景的提升。 吕梁学院本科毕业设计 - 3 - 第 2 章 设计任务及主要参数 2.1 设计题目 多绳摩擦提升机 2.2 设计目的 通过设计，巩固所学专业的基本知识，掌握矿井提升机的设计内容和设计方 法，进一步提高专业设计能力。 2.3 设计参数 此次设计即采用落地式多绳摩擦提升，设计参数如下： 表 2-1 JKMD-4.5X4 设计参数 机器型号钢 丝 绳 根 数 主 导 轮 直 径 钢 丝 绳 最 大静拉力 钢 丝 绳 最 大 静 拉 力 差 钢 丝 绳 间 距 最 大 提 升 速度 JKMD-4.5 4 44.5m93t27t300mm13.5m/s 2.4 内容与要求 2.4.1 设计内容 （1）主轴装置的结构设计及强度及刚度校核计算；钢丝绳的选择计算；传 动系统参数确定及主电动机的选择计算；提升机运动学及动力学计算；制动器的 选择计算；提升高度的计算及校核；防滑条件等验算。 （2）编制设计计算说明书一份（45 页左右） 。 （3）绘制主轴装置图及卷筒各一张（A0） 。 （4）绘制主轴图一张（A1） 。 JKMD-4.5X4 多绳摩擦式提升机 - 4 - 2.4.2 要求 （1）认真把所有的设计参数，完成合理设计提升机结构并进性相关设计计 算。 （2）认真在规定的时间内规范绘制图纸。 （3）所有绘制图纸使用绘制，设计计算说明书电子排版并打印。 （4）根据指导教师指定的设计参数独立完成设计工作，按时交出全部设计 资料。 吕梁学院本科毕业设计 - 5 - 第 3 章 设计步骤及计算 3.1 提升容器的选择计算 根据定型成套设备 ，主井提升选用双钩 18 吨四绳容器。 定型成套设备 中所确定：1600000 吨井型第一水平为 500 米,主井第一水平采用 18 吨容器。选 用的矿第一水平为 500 米，考虑到井上下装装载长度，工作高度大于 500 米，这 时是否能用 18 吨容器，就通过计算确定是否能过使用。 (1) 采用 18 吨容器时，为保证产量的一次提升循环时间应为： AnC Qtbr Tx 3600 （3-1） =360030014181.151600000 =147.91s 式中：br 为年工作日，br=300d； t 为每日提升工作小时数，t=14h； Q 为一次提升量，Q=18t； C 为提升不均衡系数,C=1.15； An 为年产量， An=1600000t。 (2) 暂取 Vm=9.55m/s,故第一水平提升高度为： 570 55. 94 . 0 H H 暂取=570m (3) 第一水平提升时的最大经济速度为 Vm： 参照参数，选用最大速度 Vm 为 13.5m/s 是合理的，此值小于允许值。 (4) 估算每次提升时间循环时间: s t Vm H a Vm Tx 6 .115 2020 55. 9 570 6 . 0 55. 9 1 （3-2） 式中：a1为加速度，暂取 a1=0.6m/s 2 ; t为箕斗在卸载曲轨内减速与爬行的估算附加时间，暂取 t=20; 为箕斗装卸载时间，取=20 JKMD-4.5X4 多绳摩擦式提升机 - 6 - 通过上述计算，估算的实际循环时间小于完成产量的循环时间，故 18 吨容 器是能够完成任务的。所以本提升系统采用双钩 18 吨四绳容器，型号为 JDS-18/1604，自重=17.06 吨，名义装载量为 18 吨，绳间距为 300 ，导向装 置为钢丝绳罐道。 3.2 提升钢丝绳的选择计算 根据设计参数用四根钢丝绳，计算钢丝绳每米重量如下： 4 1.1 17060 18000 17000 4 1.15403525 7 4.23/ Z B jh a QQ p HHH m kg m （3-3） 式中: Z Q箕斗自重， Z Q=17060kg; B 钢丝绳中钢丝的极限抗拉强度， B =17000kg/ 2 m； a m安全系数， 煤矿安全规程规定，摩擦提升主井钢丝绳的安全 系数 Ca Hm0005. 02 . 7,取 a m=7； H提升高度，H=540m; j H井架高度, j H=35m; h H井底装载水平至尾绳轮中心距离, h H=25m. 选用直径 d=35mm 的三角股钢丝绳作为主绳共四根。每米绳重 P=5.09kg/m. 全部钢丝绳断裂总和 q Q=88850kg。 根据尾绳，由于扁钢丝绳价格高故选不旋转钢丝绳。若不旋转钢丝绳一时不 能订货，可暂选普通圆形钢丝绳充当尾绳。通过尾绳悬挂装置将尾绳连接到罐笼 底部。暂选三根直径 d=43mm 的 187 型普通圆形股钢丝绳作尾绳。查得每米重 q=7.25kg/m。尾、主绳每米差重39. 109. 5425. 7343pqkg/m. 此系统为重尾绳系统,以箕斗位于井口位置时钢丝绳受力最大,这时实际安全为： 4 43 () 4 88850 18000 170604 5.09 357.25 (54025) 7.23 q a Zjh Q m QQPHq HH （3-4） 吕梁学院本科毕业设计 - 7 - 实际的安全系数大于 7，所以钢丝绳可用。 3.3 验算提升机强度 3.3.1 钢丝绳最大静张力和钢丝绳最大静张力差的计算 （1）钢丝绳最大静张力 maxj F maxj F=Q+ z Q+3q(H+ h H)（3-5） =18000+17060+37.25(540+25) =47348.75kg （2）钢丝绳最大静张力差 c F c F=Q+H（3-6） =18000+1.39540 =18750.6kg 上述最大静张力及静张力差均小于该提升机的允许值(允许的最大静张力为 71000kg,允许的最大静张力差为 22000kg，说明符合要求。 3.3.2 验算主导轮衬垫比压 由于采用四绳系统，比压 B P用下式计算： 2 4 46598.1529348.75 4 450 3.5 12.05/ SX B FF p Dd kg cm （3-7） 式中： s F提煤时上升绳股的静张力； s F=Q z Q4p H3q h H（3-8） =18000+17060+45.09540+37.2525 =46598.15kg x F提煤时下降绳股的静张力； x F= z Q+3q（H+ h H）（3-9） =17060+37.25565 =29348.75kg JKMD-4.5X4 多绳摩擦式提升机 - 8 - D提升机摩擦筒直径，D=450cm； d主钢丝绳直径，d=3.5cm。 上述实际比压小于橡胶类衬垫允许比压 14 2 /cmkg,更小于塑料衬垫允许值 2025 2 /cmkg，无论采用何种衬垫均满足要求。 3.4 天轮的选择 选用直径 t D=4 四绳天轮两组。绳槽半径 R=25mm，即:TSH 4000 25 .（根据给 定参数）天轮直径与钢丝绳直径之比近于 100。 3.5 提升机与钢丝绳相对位置 3.5.1 确定提升机与钢丝绳相对位置的原则 只要当井筒的位置确定是，才能选择提升机的安装的地方是。在确定提升机 的安装地方时，一般要考虑要出现的情况：矿井地上工业场地布置，井筒周围地 形情况，井下所确定的安全煤柱地方和大小，地面运送生产线等。还需要确定出 井架高度，但在计算这些参数时，一定确定到钢丝绳弦长，钢丝绳偏角，滚筒出 绳角等因素的安全工作需条件。 多绳摩擦提升机的布置主要有井塔式，落地式，本次设计采用落地式。 它们之间不同主要有下几点： （1）多绳摩擦提升机的两组天轮呈上下布置，只要同一水平线上，从而算 除井架高度时，要了确定两组天轮的高差。 （2）要确定多绳摩擦提升无偏角问题。 吕梁学院本科毕业设计 - 9 - 做出落地式多绳摩擦提升机与井筒相对位置示意图，如图所示： 图 3-1 落地式多绳摩擦提升机与井筒相对位置 3.5.2 提升机与钢丝绳相对位置各参数的计算 （1）井架高度 j H 井口水平至下天轮轴心线距离 1 j H： 1 j H= x H r H g H0.75 t R（3-10） =1518.639.550.754 =46.18m 根据计算值， 1 j H=45m. 式中: x H-卸载高度，取 x H=15m; r H箕斗全高， r H=18.63m; g H过卷距离， 煤矿安全规程 ， m V10m/s 时，过卷高度不小于 10m。 t R天轮半径=4m。 为了确定井架总高度 j H， 首先确定上下两组天轮的中心距 e。 e 值取的过大， 导致两条钢丝绳弦互在同一平面上，主导轮上的围抱为 180 度。如 值取的过小， JKMD-4.5X4 多绳摩擦式提升机 - 10 - 增加围抱角是有许多的好的地方，但在井架周围的上下两绳弦距离很短时，工作 状态中如绳弦振动而使两绳想碰也是很危险的。考虑如上因素，本方案取 e=7m， 这时井架高度 j H= 1 j H7（3-11） =457 =52m 重新验算钢丝绳安全系数 a m如下： 4 43 4 88850 18000 170605.09 527.25 54025 7.34 q a ZjK a Q m QQpHq HH m （3-12） 故所选钢丝绳合格。 （2）提升机主导轮中心至井筒中心距离 s L 为了安装井架斜撑， 提升机主导轮中心至井筒中心距离 s L应大于下式计算结 果： s L 0.6 j H3.5D （3-13） 38.7 取 s L=39m （3）钢丝绳弦长： 下弦长 1x L 1x L= 22 1 ) 22 ()( t sOj Ds LCH（3-14） = 2 22.54 45 139 22 =56.69m 式中：Co主导抡中心高出井口水平距离，取Co=1m; s两箕斗中心距，s=2.5m。 上弦长 x L： 吕梁学院本科毕业设计 - 11 - x L= 2 2 22 t sOj Ds LCH（3-15） = 2 22.54 52 139 22 =62.28m （4）钢丝绳出绳角 上出绳角： = 22 t S Oj Ds L CH arctg （3-16） = 48 1 39 1.252 arctg =50.86 下出绳角 1 ： 1 = 22 1 t s Oj Ds L CH arctg 1 2 arcsin x t L DD （3-17） = 45 14.54 arcsin 32 1.2522 56.69 arctg =61.1 下出绳角远大于 15 度，钢丝绳不会触及提升机的机架或基础。 （5）钢丝绳绕过主导轮的实际围抱角 上下出绳角差 1 =10.28 （3-18） =10.28 故=10.28（3-19） =3.32 弧度 3.6 运动学与动力学计算 3.6.1 计算最大经济速度 m V m V=0.4H（3-20） JKMD-4.5X4 多绳摩擦式提升机 - 12 - =0.4540 =9.3m/s 式中：H提升高度，H=540m。 对于 JKMD-4.54 型多绳摩擦提升机，如选用减速比i=11.5 的减速器，再 配以额定转数 e n=495 转/分的电动机（同步转数为 500 转/分）时，标准最大经济 速度 m V： m V= i nD e 60 （3-21） = 4.5 495 60 11.5 =10.1m/s 煤矿安全规程规定， m VH=11.6m/s；本系统 m V=10.1m/s 是安全经 济的。 3.6.2 预选电动机 根据提升重载作业预选电动机，电动机容量P： P= i m KQV 102 （3-22） =2652.5KM 式中：K矿井阻力系数，箕斗提升取K=1.15； i 减速器效率，取 i =0.85（二级减速器） ； 动力系数，取=1.1。 根据计算的容量及同步转数，预选 YR3200-12/2150 型异步电动机。额定功 率 3200KW；最大过负荷系数2.33； 2 GD11493kgm 表 3-1 电动机的工作参数 额定功率额定转速同 步转速飞轮转矩最大过负荷数 3200KW495r/min500r/min11493Kgm2.33 3.6.3 计算提升系统变位质量m （1）电动机转子变位质量： 吕梁学院本科毕业设计 - 13 - 2 2 2 i D GD G d d （3-23） = 2 2 11493 11.5 4.5 =75059kg 式中：dGD 2 电动机转子回转力矩=1149Kgm， （2）提升系统运动部分总变位质量 G d G t G h HHq j H x L x L j HHp z QQ g m223 11 42 1 1 180002 170604 5.095404263.7556.6945) 9.8 3 7.25 (5402 25)2 781 75059 18760 （3-24） =17967kg 式中： t G每组天轮的变位重量。对于 t D=4 的天轮，取 t G=781kg； G4.54 型提升机变位重量，G=18760kg； g重力加速度，g=9.8m/ 2 s. 3.6.4 确定提升时的加减速度 （1）加速度 按减速器允许动力矩计算加速度 1 a： max 1 2 () 2 76000 1.15 18000 2.25 75059 2.25 (17967) 9.8 d D MKQ a GD m g （3-25） =0.97m/ 2 s 式中： max M减速器最大扭矩， max M=76000kg.m 按充分利用预选电动机能力计算 1 a： 1 a m HKQFe 75. 0 JKMD-4.5X4 多绳摩擦式提升机 - 14 - 0.75 2.33 273611.15 18000 1.39 540 16769 =1.55m/ 2 s （3-26） 式中：预选电动机过负荷系数，=2.33； 尾主绳每米差重，=1.39kg/m; e F预选电动机作用在主导轮上的额定力， e F由下式计算： m ie e V p F 102 （3-27） = 102 3200 0.85 10.1 =27469.3kg 式中： e P电动机额定容量， e P=3200KW. 按防滑条件计算加速度 1 a： 对于重尾绳系统，加速阶段终了时动防滑安全系数最小。 煤矿设计规范 规定，摩擦提升动防滑安全系数25. 1 d 。这时加速度 1 a应为： xsx XSx mmme FFFe a 25. 11 25. 11 1 （3-28） 3282481225. 132821718. 2 291894603825. 129189) 1718. 2( 17. 32 . 0 17. 32 . 0 0.62m/ 2 s 式中： e自然对数的底，e=2.718； 钢丝绳与主导轮衬垫间的摩擦系数，取=0.2； 钢丝绳绕过摩擦筒的围抱角，=3.19 弧度； s F提升开始时上升绳股的静阻力； x F提升开始时下放的静阻力； s m上升绳股运动部分的变位质量； x m下放运动部分的变位质量。 上式 s F、 x F、 s m、 x m分别由下列诸式求得： 吕梁学院本科毕业设计 - 15 - s F=QqHpHQQ hz 1 . 034（3-29） =18000+17060+45.09540+37.2525+0.118000 =4839kg 式中：0.1Q上升绳股的阻力。 x F=30.1 zh Qq HHQ（3-30） =17060+37.25565-1800 =27548.75kg s m= thXjz GqHLHHpQQ g 34 1 11 （3-31） =1/9.818000+17060+45.09（5404556.69） 37.2525 781 =5044.44kg 2 s/m x m=34 1 thXjz GHHqLHpQ g （3-32） =1/9.817060+45.09（5263.75）3 7.25（54025）781 =3312.8kg 2 s/m 根据上述计算结果，最终取定 1 a=0.62m/ 2 s。 （2）减速度 3 a： 要求和运送人员时参数相同， 确定减速度 a3为 0.62m/ 2 s。 这样操作很简单。 因为目前速度确定装置都要用带凸轮板的以行程为函数的操作方法。如果运输矿 石和运送人员的减速度同样时，则减速行程相同。 根据计算表明， 这时属于电动机方式减速。 多绳摩擦提升是通常遇到的问题。 首先是因为工作人员减速度要小；其次是由于静力平衡系统，减速阶段静阻力与 提升开始瞬间作用力同样。对于主井提升说，一般也由于自由滑行减速度很大而 不得不采用电动机方式减速。 当加速阶段电动机将不产生滞后打滑，正常的减速阶段更不会出现滞后滑 JKMD-4.5X4 多绳摩擦式提升机 - 16 - 动。超前滑动则有可能产生于安全制动情况。在确定正常减速度3时，对防滑问 题是不予考虑的。故取 3 a=0.62m/ 2 s。 3.6.5 提升系统运动学计算 为了准确停车采用五阶段速度图。取爬行距离 4 h=3；爬行速度 4 V=0.5m/s。 加速时间 1 t： 1 t= 1 a Vm （3-33） = 10.1 0.62 =16.3s 加速阶段箕斗所经距离 1 h 1 h= 2 1 m V 1 t（3-34） = 2 1 10.115 =82.2m 减速阶段运行时间 3 t： 3 t= 3 4 a VVm （3-35） = 10.1 0.5 0.62 =9.29s 减速阶段箕斗所经距离 3 h： 3 h= 34 2 1 tVVm（3-36） = 1 10.1 0.59.29 2 =49.2m 爬行阶段所需时间 4 t： 4 t= 4 4 V h （3-37） = 3.5 0.5 吕梁学院本科毕业设计 - 17 - =7s 等速阶段箕斗所经距离 2 h： 2 h= 431 hhhH（3-38） =540-82.2-49.2-3.5 =405.1m 等速阶段运行时间 2 t: 2 t= m V h2 （3-39） = 405.1 10.1 =40.1s 近似取停车时间为 1 秒。箕斗提升十，取休止时间=16 秒，则一次提升循 环时间 x T： x T= 1 t+ 2 t+ 4 t+ 3 t+1+（3-40） =16.3+40.1+9.29+7+1+16 =89.7m 3.6.6 提升动力学计算 提升开始时拖动力 1 F： 1 F= 1 maKQ（3-41） =1.15180001.39540170600.62 =30526.6kg 加速终了时拖动力 1 F 1 F= 1 2(hKQ） + 1 ma（3-42） =1.15180001.39 （540282.2） 167690.62 =230901.6kg 等速阶段开始时拖动力 2 F： 2 F= 1 2(hKQ）（3-43） JKMD-4.5X4 多绳摩擦式提升机 - 18 - =1.15180001.39（540282.2） =20324.4kg 等速阶段终了时拖动力 2 F： 2 F= 21 22hhKQ（3-44） =1.15180001.39（540282.22 405.1） =21340kg 减速阶段开始时拖动力 3 F： 3 F= 321 22mahhKQ（3-45） =1.15180001.39（540282.22405.1） 170600.62 =10760kg 减速阶段终了时拖动力 3 F： 3 F= 34 2mahKQ（3-46） =1.15180001.39（54023.5） 170600.62 =10863.7kg 爬行阶段开始时拖动力 4 F： 4 F= 4 2hHKQ（3-47） =1.15180001.39（54023.5） =22123.3kg 爬行阶段终了时拖动力 4 F： 4 F=KQ（3-48） =1.15180001.39540 =21450.6kg 吕梁学院本科毕业设计 - 19 - 3.6.7 提升系统工作图 表 3-2升系统五阶段工作参数 (m/ 2 s) 0.6200.62 h(m)82.2405.149.2 S16.340.19.29 图 3-2 提升系统五阶段速度图 1 F=30526.6kg 1 F=30901.6kg 2 F=20324.4kg 2 F=21340kg 3 F=10762.8kg 3 F=10862.7kg 4 F=22123.3kg 4 F=21450.6kg 3.7 电动机容量验算 以提升作业验算电动机容量。 （1）等效时间 d T： d T=（ 1 t+ 3 t+ 4 t）+ 2 t+（3-49） =0.5（16.3+9.27+7）+40.1+1/316 JKMD-4.5X4 多绳摩擦式提升机 - 20 - =61.72s 式中：电机散热不良系数（低速时） ，=1/2； 电机散热不良系数（停止时） ，=1/3。 (2) 等效力 d F： d F= d T T dtF 2 0 （3-50） =23670kg 上式 t T dF 2 0 一项如下计算： dtF T2 0 = 2 2“ 2 2“ 2 2 2 2 1 2“ 1 2 1 32 t FFFF t FF + 4 2“ 4 2 4 3 2“ 3 2 3 22 t FF t FF (3-51) = 22 30526.630902.6 16.3 2 + 22 20324.420324.4 2134021340 40.1 3 22 10762.810862.7 9.29 2 + 22 22123.321450.6 7 2 =34.58 9 10kg 2 (3) 等效容量 d p： d p= j md VF 102 （3-52） =2757.4KW 上述计算值 2757.4KW 小于预选值 3200KW，说明原预选电动机是合格的。 此电动机且容量很满足。 3.8 多绳摩擦提升机防滑验算 摩擦式提升机在运转时，主导轮靠摩擦力来操作钢丝绳，让重载侧钢丝绳上 升及空载侧钢丝绳下放。多绳摩擦提升机的工作许效益由它的摩擦力，其值确定 于钢丝绳的张力，钢丝绳在主导轮上的围包角和钢丝绳与摩擦衬垫间的摩擦系 数。摩擦力变小导致钢丝绳沿主导轮滑动出现问题并造成严重故障。因此，为了 确定摩擦提升在工作中不发生滑动，必须确保防滑安全系数及静防滑验算，在一 吕梁学院本科毕业设计 - 21 - 般选型设计中，当采用加、减速度不大于 1 米/秒时，设计规范规定：落地式多 绳摩擦提升机静防滑安全系数 j 1.75，动防滑安全系数 j 1.25。 3.8.1 静防滑安全系数 j 的验算 重尾绳提升系统，以提升终了时提升系统的静防滑安全系数 j 最小。只要 提升终了时 j 满足要求，其他运转阶段不必验算。 j = 1 xs x FF eF （3-53） = 0.2 3.19 30398.15 (2.7181) 45548.830398.15 =1.7911.75 满足要求。 式中： s F提升终了时上升绳股的静阻力，可按下式计算： s F=QFx（3-54） =27548.818000 =45548. x F提升终了时下放绳股的静阻力, 可按下式计算： QFF sx （3-55） =4839818000 =30398.15kg 3.8.2 动防滑安全系数 d 的验算 (1) 加速度段动防滑安全系数 d 对于重尾绳系统，只需验算加速阶段末的 d d = 1 1 )()( ) 1)( ammFF eamF xsxs xx （3-56） = 0.2 3.19 (30398.153101.9 0.62)(2.7181) (45548.830398.15)(4852.93101.9) 0.62 =1.271.25 式中：m s加速终了时上升绳股的静阻力，可按下式计算： JKMD-4.5X4 多绳摩擦式提升机 - 22 - m s= )( 1 idls GF g （3-57） =1/9.8(45548.82010) =4852.9kg 2 s/m m x加速终了时下放绳股的静阻力，可按下式计算： m x= g Fx （3-58） =30398.15/9.8 =3101.9kg 2 s/m Gidl导向轮的变位质量，Gidl=2010kg （2）安全制动时防滑安全系数 d 提升机进行安全制动时，制动减速度都要大于。因此确保安全制动时动防滑 安全系数 d 大于 1.25。针对重尾绳工作环境，应以提升开始后不久完成安全制 动时的 d 为最小。应检验这种状态时的 d 。 为了检验 d ，验算出本工作环境的安全制动减速度 z a。为求 z a验算本工作 环境的最大制动力矩 M。 煤矿安全规程规定：提升机完成安全制动时，制动工作环境产生的最大 制动力矩不能超过 3 倍静力矩，并且提升负载产生的制动减速度 z a不超过 5 米/ 秒，下放货载时的制动减速度 z a要超过 1.5 米/秒安全制动最大制动力矩计算 如下： 2 3 D QM z （3-59） =3（18000+1.39540）4.5/2 =126566.55kgm 由于用于主井提升，故不验算下放载荷时的制动减速度。 上提货载的制动减速度 “ z a： “ z a= 2 2 D m D KQM z （3-60） 吕梁学院本科毕业设计 - 23 - = 4.5 126566.551.15 18000 1.39 540 2 4.5 17060 2 =4.47m/ 2 s1.25 式中： s F提升开始时上升绳股的静阻力； x F提升开始时下放的静阻力； s m上升绳股运动部分的变位质量； x m下放运动部分的变位质量。 由以上计算可看出，静防滑安全系数均大于 1.75，动防滑安全系数均大于 1.25，故知此提升系统在提升时的运转是安全可靠的,符合要求。 3.9 卷筒计算 3.9.1 确定滚筒宽度的确定 根据主轴装置图上卷筒各部分的结构尺寸及绳间距确定卷筒宽度，各部分的 结构尺寸如下： 钢丝绳间距：300mm； 钢丝绳最外绳到衬垫外层间距：40mm； 衬垫护板厚度取：20mm； 制动器宽：400mm； 制动盘厚度：30mm； 滚筒外沿：55mm； JKMD-4.5X4 多绳摩擦式提升机 - 24 - 故卷筒宽度为： B=3300+402+202+2400+302+552（3-62） =1990mm 最终确定卷筒宽度为：1990mm 图 3-3卷筒结构示意图 3.9.2 主导轮轮壳强度校核 22 45548.8 0.85 3 30 430.2/1400/ y T c t qrc t kg cmkg cm （3-63） 故满足要求。 式中：T钢丝绳的最大静拉力,； 主导轮轮壳的厚度， ； t绳间距， ； c钢丝绳拉力降低系数。 吕梁学院本科毕业设计 - 25 - 3.10 主轴的结构设计 3.10.1 主轴结构设计注意事项 （1）便于起吊，安装和加工； （2）卷筒在轴上的固定方式，不论用键或热装固定，都应力求可靠，不松 动，因为松动后不仅影响传动，而且会在轴上磨出沟槽，以至引起断轴事故； （3）轴的断面变化不应太剧烈，并要防止其他类型的过大应力集中； （4）轴的加工和热处理需严格遵守规程，并于机械加工前在轴头切样检验， 此外还需进行探伤检验； （5）对轴不仅有强度要求，而且还有刚度要求，通常，挠度应小于轴跨度 的 1/3000； （6）主轴材料一般用 45 号钢。 3.10.2 主轴结构设计 （1）求出轴上的功率 1 P、转速 1 n、和转矩 1 T 取传动效率为85. 0，则 1 P=P=32000.85（3-64） =2720KW 1 n= i n 1 =495 1 11.5 （3-65） =44.1r/min 1 T= 1 1 9550000 n P KA（3-66） =613120.1Nm 式中： A K工作情况系数， A K=1.3。 （2）初步确定轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢，调质处理。取 0 A=112，于是得： 3 1 1 0min n P Ad（3-67） =1123 2720 44.1 JKMD-4.5X4 多绳摩擦式提升机 - 26 - =432.5mm 由于轴与连轴器用双键连接，直径应增大 5%7%。故最
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