机械毕业设计（论文）-矿用提升机的整体设计【全套图纸】.doc

河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 I 摘摘 要要 矿山提升机是矿山大型固定机械之一，矿山提升机从最初的蒸汽机 拖动的单绳缠绕式提升机发展到今天的交变频直接拖动的多绳摩擦式提 升机和双绳缠绕式提升机已经历了 170 多年的发展历史，它是矿山井下 生产系统和地面工业广场相连接的枢纽，被喻为矿山运输的咽喉。因此 矿山提升设备在矿山生产的全过程占有重要的地位。根据矿井提升机工 作原理和结构的不同，可分为缠绕式提升机和摩擦式提升机。 在国内外，多绳摩擦式绞车飞跃发展，其发展速度远远超过单绳缠 绕式提升机，这是因为它有着许多单绳缠绕式提升机无法比拟的优点， 如提升钢丝绳直径较小，主导轮直径及整个机器的尺寸都相应缩小了， 设备重量也减轻了，不需要设置防坠器等。 一个现代化的矿井在提升设备的选型上尤为重要。因为提升设备选 型的合理与否，直接关系到矿井的安全和经济性，因此确定合理的提升 系统时，必须经过多方面的技术经济比较，结合矿井的具体条件选择合 适的设备。 关键词：关键词：提升机；多绳摩擦；制动器；选型设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 II Abstract The mine elevator is one of mine large-scale fixed machineries, the mine elevator the winding type elevator developed from initial steam engine draggings Shan Sheng to todays junction - - hands over the frequency conversion direct dragging the multi-rope friction type elevator and the double rope winding type elevator has experienced more than 170 year historical developments, it was the key position which the mine shaft production system and the ground industry square connected, is explained for mine haulages pharynx and larynx. Therefore the mine hoisting equipment holds the important status in the mine productions entire process. According to the mine pit elevator principle of work and the structure difference, may divide into the winding type elevator and the friction type elevator. In domestic and foreign, the multi-rope friction type winch leap development, its development speed goes far beyond the single rope winding type elevator, this is because it has the merit which many single rope winding type elevator is unable to compare, like the hoisting cable diameter was small, leads the wheel diameter and the entire machines size correspondingly reduced, the installation weight also reduced, did not need to establish against falls and so on. A modernized mine pit on lift techniques shaping especially important. Because of lift technique shaping reasonable or not, direct relation mine pit security and efficiency, therefore determined when reasonable lift system, must undergo various technical economy comparison, the union mine pit 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 III concrete term choice appropriate equipment. Keywords：Elevator The multi-ropes rub Brake Shaping design 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 i 目目 录录 1 绪论.1 2 矿井提升设备概述.3 2.1 提升机的定义.3 2.2 提升机的分类.3 3 多绳摩擦式提升机的整体设计计算.9 3.1 设计依据.9 3.2 设计过程：.10 3.2.1 箕斗的选定.10 3.2.2 提升刚丝绳的选型.12 3.2.3 提升机卷筒的选择.15 3.2.4 提升机的选择.16 3.2.5 天轮的选择.18 3.2.6 计算提升机与井筒的相对位置.19 3.2.7 预选提升电动机.22 3.2.8 计算传动装置的总传动比i配传动比 .23 3.2.9 主轴输入功率及轴径的确定.23 3.2.10 根据轴径确定主轴部分的安装轴承.25 3.2.11 减速器的设计.25 3.2.12 联轴器的设计.33 3.2.13 提升机各部分键的选择.34 3.3 制动器的设计.36 3.3.1 提升机制动器主要类型.38 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 ii 3.3.2 盘式制动器的结构及工作原理.40 4 提升设备的运动学及动力学计算.43 4.1 提升系统变位质量的计算.43 4.2 提升加速度的确定.45 4.3 提升减速提升减速度的确定.46 4.4 防滑计算.47 4.4.1 静防滑.47 4.4.2 动防滑.48 4.4.3 等速和减速阶段.49 4.4.4 提升重载发生紧急制动时.49 4.5 六阶段速度图参数的计算.50 4.6 提升设备的动力学计算.53 4.7 提升电动机容量的计算.56 4.8 提升设备的电耗及效率的计算.59 致谢.61 参考文献.62 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 1 1 1 绪论绪论 矿山提升机是矿山大型固定机械之一，它是矿山井下生产系统和地 面工业广场相连接的枢纽，被喻为矿山运输的咽喉。因此矿山提升设备 在矿山生产的全过程占有重要的地位。 根据矿井提升机工作原理和结构的不同，可分为缠绕式提升机和摩 擦式提升机。单绳缠绕式提升机是较早出现的一种，它工作可靠，结构 简单，但是仅适用于浅井及中等深度的矿井，而对于井深超过 300 米的 矿井，宜选用多绳摩擦式绞车。在国内外，多绳摩擦式绞车飞跃发展， 其发展速度远远超过单绳缠绕式提升机，这是因为它有着许多单绳缠绕 式提升机无法比拟的优点，如提升钢丝绳直径较小，主导轮直径及整个 机器的尺寸都相应缩小了，设备重量也减轻了，不需要设置防坠器等。 下面是我针对不同的矿井的地质、煤层等情况，进行综合计算分析后， 本着安全、经济等原则对这两种提升设备系统进行的选型设计。 目前我国煤炭 95%是以井下方式开采，需要通过提升设备提升到地 面以实现其使用价值和经济、社会效益。提升作为重要的一个环节，在 一定程度上制约着煤炭生产能力。提升设备的合理结构及设计，安全经 济运行和科学管理维护，直接关系到矿井生产能力及技术经济指标。现 代采矿业的发展对提升设备在机械结构、工艺、设计理论和方法及安全 检测等方面都有明确的要求。目前我国中小型煤矿作为我国煤炭生产的 重要部分其提升设备同大型煤矿及世界先进水平相比，仍有很大差距， 主要表现在： （1）提升设备的自动化水平较低，提升设备自动控制化控制较国 内与国外大型和先进煤矿提升系统落后； 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 2 （2）提升设备的配套产品（钢丝绳、大型电机、减速器等）的质 量安全性能尚不能满足要求，在一定程度上制约了提升设备的总体水平； （3）矿井提升的监、检手段落后、制动系统的可靠性明显不足， 有待进一步提高。 近几年煤炭开采与提升技术的发展速度很快，对提升机的要求必然 随着先进技术的进步而不断发展,其发展趋势是: （1）向适用型发展。 （2）向高耐久性,高可靠性方向发展。 （3）向智能化自动化方向发展。提升系统采用 PLC 控制监测系统 等，并可根据要求调节，信号用声、光、影像来传送。 （4）向标准化、规范化方向发展。提升机零部件普遍标准化,规范 化,保证设计、加工质量和水平。 （5）向高适应性发展。适应不同工作环境。 因此，研究制造自己的高效提升机是为经济发展和社会进步的长远 考虑。此次设计的提升机主轴装置、减速器与制动系统是配套专用产品， 电动机的选择可以灵活运用。这样可以使提升机的应用、维护、保养、 检测等方面系统进行，有效提高提升机的工作效率。多绳摩擦提升机具 有体积小、质量轻、安全可靠、提升能力强等优点，适用于较深的矿井 提升。 由于水平有限，难免出现错误，请指导老师和专家给予批评和指 正。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 3 2 2 矿井提升设备概述矿井提升设备概述 2.12.1 提升机的定义提升机的定义 矿井提升机是矿井大型固定设备之一，它的主要任务就是沿井筒提 升煤炭、矿石和矸石；升降人员和设备；下放材料和工具等。矿井提升 设备是联系井下与地面的纽带，是主要的提升运输工具，因此它整个矿 井生产中占有重要的地位。 2.22.2 提升机的分类提升机的分类 1 按用途分 a. 主井提升设备 主井提升设备的任务是专门提升井下生产的煤炭。年产 30 万吨以 上的矿井，主井提升容器多采用箕斗；年产 30 万吨以下的矿井，一般 采用罐笼(立井)或串车(斜井)。 b.副井提升设备 副井提升设备的任务是提升矸石、废料，下放材料，升降人员和设 备等。副井提升容器采用普通罐笼(立井)和串车(斜井)。 2 按拖动方式分 按提升机电力拖动方式分为交流拖动提升设备和直流拖动提升设备。 3 按提升容器类型分 分为箕斗、罐笼、串车等提升设备。 4 按井筒的倾角分 提升设备按井筒倾角可分为立井提升设备和斜井提升设备。立井提 升时，提升容器采用箕斗或罐笼等.斜井提升时，提升容器一般采用矿 车(串车)或斜井箕斗。串车提升适用于井筒倾角不大于；斜井箕斗提升 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 4 适用于井筒倾角在范围内。近年来大型斜井提升多采用胶带输 0 25 0 35 送机。 5 按提升机类型分 A.单绳缠绕式提升设备 单绳缠绕式提升设备目前大部分为直径圆柱型滚筒，在个别的老矿 井，还有使用变直径滚筒(如双圆柱圆锥型滚筒)提升设备。 KJ(23m)型单绳缠绕式提升机是我国在 19581966 年生产的仿苏 BM-2A 型提升机，按滚筒个数来分，有单滚筒和双滚筒的提升机；按布 置方式来分，有带地下室和不带地下室的提升机，可根据设计而选用， 但二者技术性能完全相同。 KJ 型(23m)提升机代号意义以 KJ22.51.2D-20 型为例说明如 下： K-矿井； J-卷扬机(提升机)； 2-双滚筒(单滚筒时为 1)； 2.5-滚筒名义直径，m； 1.2-每个滚筒的两侧挡绳板的距离，m； D-带地下室(无 D 字表示不带地下室)； 20-减速器名义传动比。 我国现有煤矿矿井多数是按照五十年代的标准设计的，为了快出煤、 多出煤，当时主要是建设中、小型矿井，并且首先开采浅部煤层。五十 年代，我国的矿井提升设备主要是从苏联进口的 BM 型产品和国产仿苏 KJ 型产品，设备的可选性小，主要是满足开采浅部煤层的需要。进入 80 年代以后，我国许多煤矿矿井已逐渐转向中深部开采，国家统煤矿 矿井的平均深度已由 200 米延伸到 400 米，现在已达 600 米、1000 米。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 5 根据国内外的实践经验，落地式摩擦提升设备，是在矿井延伸后使现有 提升设备满足加大提升高度要求的行之有效的办法。 1 1 主提升钢丝绳的选择 (a) 钢丝绳的结构形式 应优先选用三角股钢丝绳及线接触圆股钢丝绳，当由于供应原因， 亦可以选用普通圆股点接触平行捻钢丝绳。钢丝绳公称抗拉强度宜选用 1550帕。 6 10 (b) 钢丝绳的安全系数 根据煤矿安全规程规定，钢丝绳的安全系数应符合下式：m 升降人员和物料 9.20.0005mHc 升降物料 7.20.0005mHc 式中 提升钢丝绳的悬垂长度，MHc (c) 钢丝绳数目选择 落地摩擦式提升机的钢丝绳数目以 2 到 4 根为宜。 2 2 尾绳的选择 目前，绝大多数使用多绳摩擦式提升机的矿井，都由原来选用扁钢 丝绳作平衡尾绳而改为使用圆股钢丝绳作平衡尾绳。新建的矿井，设计 中也已全部选用圆股钢丝绳作平衡尾绳。这主要是因为扁钢丝绳生产效 率低、供应困难。 (a) 主导轮直径 D 的确定 根据煤矿安全规程规定，主导轮直径 D 应符合式： 无导向轮 有导向轮 80 d D 100 d D d:钢丝绳直径 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 6 3 3 钢丝绳间距 n A200 250 n Amm 4 4 天轮直径 w 100 w dmm 5 5 钢丝绳在摩擦衬垫上的围包角 当井深大于 300 米时，取： 00 220180 当井深小于 300 米时，取： 0 0 270 2360 a a B. 多绳摩擦式提升设备 多绳摩擦式提升设备可分为塔式和落地式 多绳摩擦提升机的井架一般多采用钢结构四斜腿井架。放绳挂罐后 在主绳张力水平分力作用下，使井架产生弹性变形、井架有倾斜现象。 多绳提升机由于使用了数根钢丝绳代替一根钢丝绳。钢丝绳的直径变小 了，摩擦轮的直径因而变小，但由于有多根钢丝绳，所以摩擦轮变为摩 擦筒，宽度稍有加宽。设采用 n 根钢丝绳，则多绳与单绳提升机钢丝绳 直径间有如下关系： 1 n d dmm n 同理，摩擦筒（主导轮）直径： 1 n D Dmm n 多绳摩擦提升机如图 2-1 所示： 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 7 1-主导轮 2-天轮 3-提升机钢丝绳 4-提升容器 5-尾绳 1主导轮 2天轮 3提升机钢丝绳 4提升容器 5尾绳 图 2-1 多绳摩擦提升机 主轴装置的特点：它与缠绕式提升来代替木衬，由于摩擦提升是靠 摩擦力来传递动力的，所以衬垫挤压固定在筒壳上。摩擦衬垫形成衬圈， 其上再车出绳槽，初车时槽深为 1/3 绳径，槽距（即绳心距）约为绳径 的 10 倍，利用熟知的柔索欧拉公式可知，摩擦轮两侧钢丝绳拉力的极 限比值为 1 12 2 uaua F eFF e F 或 式中 自然对数的底，等于 2.71828；e 钢丝绳对于摩擦轮的围包角；a 钢丝绳与衬垫间的摩擦系数，通常取=0.2uu 当钢丝绳拉力比大于上式右端所给出的数值时，钢丝绳对摩擦 1 2 F F 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 8 轮产生相对滑动。为了避免这种滑动，两侧拉力不能达到其极限比值， 而应有安全系数，式改写为 212( 1) ua FFF e 若考虑防滑而加入防滑安全系数，则有 122 ()(1) ua FFF e 式中防滑安全系数，如果式中和仅计及静力，则得防滑 1 F 2 F 安全系数；如果计算和时考虑了惯性力的影响，则得动防滑安全 1 F 2 F 系数。我国煤矿设计规范规定 d 1.25 1.75 d i 有些国家不按拉力差来考虑防滑，而是把两侧的拉力比的极限值控 制在 1.5 以内，即： 1 2 1.5 F F 在某些特殊情况，例如进行紧急制动时，可能产生超前滑动，即钢 丝绳的运动速度大于摩擦轮槽处的线速度，此时的防滑安全系数为： 1 21 (1) ua d F e FF 煤矿安全规程规定，紧急制动时不能产生滑动，即1。 d 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 9 3 3 多绳摩擦式提升机的整体设计计算多绳摩擦式提升机的整体设计计算 3.13.1 设计依据设计依据 假设一矿层开采上限为-40m 水平，开采下限为-550 水平。井下采 煤方法主要为单一长壁采煤，以倾斜煤层为主，开拓方式为立井石门开 拓，是对角式通风。全矿区共划分为二个水平，-190 水平，-510 水平。 ，其具体的数据为: 1)原煤的密度: =0.9 吨/米 煤 3 2)矸石的密度: 矸 =1.35 吨/米 3 3)含矸率: 10% 4)井深:450 米 5)最大班下井人数: 260 人 6)坑木消耗: 9 米 /千吨煤 3 根据以上情况,假如先进行第一水平的开采年产量定为 150 万 t,现 对其主进行井提升设备的选型设计。 已知数据如下： （1） 矿井年生产量 150 万吨； （2） 提升机工作制度为年工作日 300 天，每天工作 14 小时； （3）单水平提升，井筒深度 Hs=450m； （4）箕斗卸载高度为 Hx=20m； （5）箕斗装载深度为 Hz=20m; （6）松散煤的密度为 0.9t/m3; （7）采用多绳摩擦式提升； （8）一套箕斗提升设备。 3.23.2 设计过程：设计过程： 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 10 3.2.13.2.1 箕斗的选定箕斗的选定 箕斗是单一用途的提升容器，仅用于提升煤炭或矿石。我国煤矿广 泛采用固定斗箱底部卸载式箕斗，其优点是闸门结构简单、严密，闸门 向上关闭冲击小，当煤仓已满，煤为卸载完毕时，箕斗产生断绳的可能 性很小。箕斗闸门开启主要借助煤的压力，因而卸载时传递到卸载曲轨 上的力较小，改善了井架受力状态。该闸门的缺点是：如果闭锁装置一 旦失灵，闸门可能由于震动、冲击而在井筒中自行开启，不但会把煤卸 载在井筒里，还会撞坏井筒设备，因此必须认真检查闭锁装置。 箕斗设计和选用主要应考虑其结构坚固，有足够的刚度，装卸载快， 闸门工作可靠。 根据以上选择原则，进行箕斗基本参数的计算： （1）提升高度 H： H=Hz+Hs+Hx=20+450+20=490m 式(3.1) （2）经济提升速度 Vm: Vm=0.6=0.6=13.28m/s 式(3.2)H490 式中 H为提升高度（m） ； Hs为矿井深度； Hx卸载高度，箕斗提升可取 15-25m；罐笼提升 可取为 0； HZ装载高度，箕斗提升可取 18-25m；罐笼提升 可取为 0； （3) 一次提升循环估算时间 Tx: 初估加速度 a=0.8m/s;将式(3-1)代入式(3-3)求得 Tx： 式(3.3)t v H a v m m 1 x T 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 11 =73.5 s1010 28.13 490 8 . 0 28.13 式中: a1提升加、减速度(开始可假定加、减速度相等)，对罐笼可暂 取为 0.70.75m/s2；对箕斗可暂取为 0.8m/s2； 容器爬行阶段附加时间，对罐笼可暂取为 5s；对箕斗可暂取 t 为 10s； 容器装卸载休止时间，可暂取为 10s； （4）按式(3-4)估算一次提升质量 式(3.4) X r nf T tb Aca m 3600 / 143003600 5 . 73100001502 . 115 . 1 =11.16 吨 式中: 矿井年产量（吨/年） ； n A 提升能力富裕系数，对第一水平要求 1.2； f a 提升工作不均衡系数；提升不均匀系数，有井底煤仓时， c c=1.11.15，无井底煤仓时，c=1.2，当矿井有两套提升设备时， c=1.15，只有一套提升设备时，c=1.25； t日工作小时数，取 14 小时； br年工作日，取 300 天； 根据计算所得 ，从多绳箕斗规格表中选取一次提升质量与之相 近的标准箕斗；写出所选箕斗的型号，容器质量（kg）, 有效容积 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 12 (m3)等参数。考虑到将来可能加大矿井生产能力，故选用箕斗名义 装载量为 8 吨的箕斗，其主要技术规格如下： 自重：Qz=11.5 吨； 全高：14450mm； 有效容积：13.2m3; 最大终端载荷 440kn； 实际载重量 Q： Q=v 式 （3.5） Q=0.9 13.2=11.88 吨 式中: V箕斗的有效容积，m3； 货载散集密度，对于煤 =0.8t/m31.0t/m3； 3.2.23.2.2 提升刚丝绳的选型提升刚丝绳的选型 选择原则： 钢丝绳在运转中受到许多应力的作用和各种因素的影响，如静应力、 动应力、弯曲应力、扭转应力和挤压应力等。磨损和锈蚀也将损害钢丝 绳的性能，综合考虑以上应力因素的计算是困难的，目前国内外都是按 静载荷近似计算的。我国是按煤矿安全规程的规定来设计的，其原 则是：钢丝绳应按最大静载荷考虑一定的安全系数来进行计算的。在经 常性作业中，以提升作业载荷最重，故以此条件选择钢丝绳。 提升钢丝绳是提升系统的重要组成部分。它直接关系到矿井的正常 生产和人员的安全，还影响提升机的设计，又是提升系统中经常更换的 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 13 易耗品。因此无论从安全生产还是经济运行上考虑都要给予足够的重视。 钢丝绳在工作时候受到多种应力作用，如静应力、动应力、弯曲应 力、接触应力、挤压应力等。这些原因导致钢丝绳疲劳破坏，而磨损与 锈蚀也会降低钢丝绳性能，缩短钢丝绳使用寿命。综合考虑这些影响并 精确的选择、计算钢丝绳是个复杂的问题。尽管国内外对矿井提升钢丝 绳进行了大量的研究，但钢丝绳强度计算理论尚未达到工程应用的程度。 所以对矿井钢丝绳的选择计算仍按静载荷进行近似计算，同时考虑一定 的安全系数。且规定单绳缠绕式提升机装置的安全系数为专为升降人员 的不得小于 9；升降人员和物料用的升降人员时不得小于 9，提升 物料时不得小于 7.5；专用升降物料的不得小于 6.5。 依据以上选择原则，对提升机的钢丝绳进行计算和选用： （1）钢丝绳最大悬垂长度 Hc，按式(2.6)计算： 预估井架高度 Hj=30m： Hc=Hj+Hs+Hz=30+450+20=500m 式(3.6) Hc钢丝绳最大悬垂长度，m； Hj井架高度，m；此值在计算钢丝绳时尚不能精确确定，可采 用下列数值：罐笼提升 Hj=1525m；箕斗提升 Hj =3035m； Hs矿井深度，m； Hz由井底车场水平到容器装载的距离（m） ，罐笼提升 Hz =0m； 箕斗提升 Hz =1825m； （2）估算钢丝绳每米重量 P，由式(3.5) 、(3.6)并按式(3.7)计 算： 取钢丝绳抗拉强度=17000 kgcm2，安全系数 ma=7; B 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 14 式(3.7) C a B Z H m QQ n 1 . 1 1 P 1 500 7 170001 . 1 )1150012000( 4 1 2.375 千克/米 式中: Q一次提升货载的重量，千克； Qz容器的自身重量，千克； Ma安全系数煤矿安全规程规定，主井箕斗提升，ma大于等 于 7，取 ma=7； P钢丝绳每米重量，千克/米； 故选用普通圆形股 6 19 型钢丝绳，其技术特征为： 钢丝绳直径 d=26mm； 钢丝直径=1.7mm； 钢丝绳全部钢丝断裂力总和 Qq=492500 千克； 每米重 P=2.444 千克米； （3）钢丝绳安全系数校核，由式(3.6) 、(3.7)并按式(3.8)计 算： 式(3.8) Cz q a pHQQ Q m 4 1 50044 . 2 )1150012000( 4 1 492500 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 15 7.23 7 式中 Qq 所选钢丝绳全部钢丝破断拉力总和，N； Q+QZ+pHc货载、容器、钢丝绳重量总和； 安全系数煤矿安全规程规定，主井箕斗提升，大于 a m a m 等于 7，取=7；由于实际安全系数大于 7,故所选钢丝绳满足安全要 a m 求，合格可用。 提升钢丝绳除合理选用外，还应正确使用，精心维护，定期试验， 保证钢丝绳处于良好的工作状态，延长其使用寿命，保证提升工作的安 全。 3.2.33.2.3 提升机卷筒的选择提升机卷筒的选择 卷筒是矿井提升机的主要承载部件，卷筒外一般设有木衬，并在木 衬上车出绳槽，目的是减少钢丝绳与卷筒直接接触而造成磨损，并使钢 绳排列整齐。通过试验证明，木衬能够提高卷筒的承载能力。 （1）提升机卷筒直径 D： 式(3.9)dD90 9026 2340 毫米 式(3.10)1200D 12001.7 2040 毫米 选用卷筒直径 D =2800mm。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 16 （2）提升机卷筒宽度 B： 卷筒容绳宽度 式(3.11)3d3 D 30H B 3263 8 . 214 . 3 30490 =1802.2 mm 式中: d钢丝绳直径，mm； 钢丝绳绳圈之间的间距，一般取 23mm； 由于所需滚筒宽度小于标准提升机的宽度 1.7 米。所以提升时，滚 筒宽度满足要求。 考虑误差等实际情况，取 B=2000mm。 3.2.43.2.4 提升机的选择提升机的选择 提升机是矿井提升设备的主要组成部分，供缠绕和传动钢丝绳之用， 以完成矿井提升或下放重物的任务。现在我国生产和使用的矿井提升即 分两大类：单绳缠绕式和多绳摩擦式。单绳缠绕式矿井提升机在我过矿 井提升中占有很大的比重，使用比较普遍，目前斜井、浅井、中小型矿 井以及凿井中均大量使用。多绳摩擦式提升机由于具有安全可靠、体积 小、重量轻、使用于深井提升等优点，在我国矿山得到了广泛的应用。 多绳摩擦提升机按布置可分为塔式和落地式两大类。目前，我国主 要采用塔式，其优点是：1）紧凑省地；2）省去天轮；3）全部载荷垂 直向下，井架稳定性好；4）可获得较大包角；5）钢丝绳不致因无保护 地裸露在雨雪之中，而影响摩擦系数及使用寿命。但塔式较落地式的设 备费用要昂贵得多，因提升塔较普通井架更为庞大且复杂，需要更多的 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 17 钢材。此外，因为落地式可以同时安装提升塔和提升机；井架高度低符 合战备观点并有利于地震区建设。 多绳摩擦提升的优点是： 1） 由于钢丝绳不是缠绕在卷筒上，所以提升高度不受卷筒容绳量 的限制，故适用于深井提升； 2） 由于载荷是由数根钢丝绳承担，故提升钢丝绳直径就比相同载 荷下单绳提升的小，并导致主导轮直径小。因而在同样提升载荷下，多 绳提升机具有体积小、重量轻，节省材料、制造同意、安装和运输方便 等特点； 3） 由于多绳提升机的运动质量小，故拖动电动机的容量与耗电量 均相应减小； 4） 在卡罐和过卷的情况下，有打滑的可能性，可避免断绳事故的 发生； 5） 绳数多，几根钢丝绳同时被拉断的可能性极小，因此提高了提 升设备的安全性，可以不设断绳保险器（防坠器） ； 6） 当采用相同数量的左捻和右捻钢丝绳时，可消除由于钢丝绳松 捻而形成的同期罐耳作用于罐道上的压力。 多绳摩擦提升的缺点是： 1）数根钢丝绳的悬挂、更换、调整、维护检修工作复杂； 2）当有一根钢丝绳损坏而需要更换时，为了保持各钢丝绳具有相 同的工作条件，则需要更换所有的钢丝绳； 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； 4）当矿井很深（例如超过 12001500 米）时，钢丝绳故障较多， 故不适用于特别深的矿井提升。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 18 由上述可知，多绳摩擦式提升机的优越性是显著的。虽然他最初是 因深井的需要而诞生的，但目前许多国家在浅井提升中也优先采用。多 绳摩擦提升已成为现代提升的发展方向之一。 多绳摩擦提升机由主轴装置、制动装置、减速器、深度指示器车槽 装置以及导向轮等部件组成。 所选提升机型号：JKD4 4 最大提升速度：12m/s 最大静张力：32900 最大静张力差：17000KN 钢丝绳间距：300mm 质量：72000 公斤 为了保证提升机有足够的强度，还必须验算所选提升机最大静张力 Fjmax（它关系到滚筒与主轴的强度）及最大静张力差所选提升机最大静 张力 Fc（它关系到主轴的强度）应满足下式： 式(3.12) maxjz FpHQQ 12000+11500+2.444490=24695.6 KN32900 KN 式(3.13) c FpHQ 12000+2.444490=13197.56 kN17700KN 式中: Fjmax所选提升机最大静张力； Fc 所选提升机最大静张力差； 强度校验合格。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 19 3.2.53.2.5 天轮的选择天轮的选择 天轮安装在井架上，做支撑，引导钢丝绳转向。天轮分为井上固定 天轮；凿井及井下固定天轮；游动天轮三种。直径 3.5m 以上时采用型 钢装配式天轮，直径 3m 以下的采用整体铸钢结构。根据定型成套装 备中规定以及所计算的钢丝绳直径可以选用名义直径为 2500 毫米天 轮。 3.2.63.2.6 计算提升机与井筒的相对位置计算提升机与井筒的相对位置 （1)井架高度 Hj 煤矿安全规程规定，摩擦轮和导向轮的最小直径同钢丝绳的直径 比，必须符合下列要求：无导向轮的塔式摩擦提升设备，井上 D80d， 井下 D70d；落地式及塔式摩擦提升设备，井上 D90d，井下 D80d 式(3.14) tmdgrxj RHHHHH75 . 0 =20+14+10+5+0.75 2 5 . 2 =44.9 米 式中： Hx卸载高度，即由井口水平到卸载位置容器底部的高度， m对于罐笼提升：一般来说均在井口水平装、卸载，这时 Hx0；对 于箕斗提升；地面要装设煤仓，煤仓的高度与煤仓容积、生产环节自动 化程度和箕斗卸载方式等因素有关，一般 Hx1825m； Hr容器全高，由容器底至连接装置最上面一个绳卡的距离， m，此值可由容器的规格表中查得； 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 20 Hg过卷高度(容器从卸载时正常位置，自由的提升到容器连接 装置上绳卡同天轮轮缘接触点的高度。 煤矿安全规程对立井提升过 卷高度的取值规定是:对于罐笼提升,当最大速度 Vm4 米；当最大速度 Vm3 米/秒时，Hg 10 米；对于箕斗提升，Hg 10 米； H摩擦轮与导向轮见的高差，无导轮系统 H=0；有导向轮 mdmd 时，一般当 D2.25m 时取 4.5m；D=2.8m 时取 5m，D=3.25m 时取 6m，D=3.5m 是取 6.5m。 R摩擦轮半径，m。 式（3.14）中最后一项 0.75R 是一段附加距离。这是因为过卷高度 只计算到过卷时容器连接装置上绳头与天轮轮缘相接触点的距离。从这 一接触点至天轮中心的距离大约为 0.75Rt。所以在计算井架全部高度 Hj时，要将此段距离计入。 在计算和选择钢丝绳时,曾估取井架高度 Hj为 30 米.经过上述精确 计算,说明原估取数值可用,无需再校验钢丝绳,将 Hj圆整成 45 米. （2）滚筒中心线至井筒中提升钢丝绳间水平距离 Ls 一般来说，在井筒与提升机房之间很难再设置其他建筑物，因此为 节省占地面积，滚筒中心线至井筒中钢丝绳间水平距离 Ls愈小愈紧凑。 但根据井架天轮受力情况又可看出，为了提高井架的稳定性，使其具有 较好的受力状态，在井筒与提升机房之间设有井架斜撑。斜撑的基础 与井筒中心的水平距离约为 0.6Hj左右，另外，还应使机房的基础与斜 撑的基础保证不接触，考虑上述原因，L 的最小值 L可按下面经验 smins 公式(3.15)计算； 式(3.15)DHL js 5 . 36 . 0 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 21 0.644.9+3.5+2.5 32.9 米 式中： Hj井架高度，m. D提升机滚筒直径，m。 （3）有导向轮时钢丝绳对摩擦轮的围包角，rad )tan( 180 )( 180 md d H a ar b RR 式(3.16) =3.14+(-) 180 14 . 3 5 75. 1 arctan 45. 1 15 . 1 25. 1 =3.107 （4）落地摩擦提升机的井架高度 根据矿山的具体条件或防震要求，将摩擦提升机安装在地面上， 在井筒上设置井架，安装两天轮组。井架高度参照有导向轮时井塔高度 计算确定。井架天轮组上下布置，分别置于不同高标上，两组天轮的中 心距离为1.5)m。5 . 0( tjt DH （5）尾绳环高度 从最低装车（装载）水平容器底至尾绳环端部的高度 （56） W H q H 式中 过卷（过放）高度 q H 通常为 1520m，井底水平到尾绳环端部的高度不小于 5m。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 22 3.2.73.2.7 预选提升电动机预选提升电动机 作为提升机的动力部分，提升电动机的选择关系到提升效率和工作 性能。因此在对提升电动机在选择过程中主要从电动机转数、额定功率 和额定拖动力方面考虑，对其进行合理的计算与选择： （1）预选 YR2000-8/1730 三相异步电动机，其技术特征如下： 额定功率=2500KW,转数=990r/min,效率=0.94,飞轮转矩 e P e n d (GD2)d=12480N.m2 按式(3.17)计算： 式(3.17)得 min r 990 8 . 214. 3 28.136060 ne i D Vi m 传动比 i11.5 由于箕斗容积较大，故预定同步转数 nt=1000r/min。 （2）实际最大提升速度: m V 式(3.18) s m 26.11 5 .1160 9908 . 214. 3 60 m i nD V e 则电动机功率： KW VgQk j 2 .24742 . 1 85 . 0 1000 26.118 . 91200015. 1 1000 = P m e 式(3.19) 小于额定功率 2500KW,所以符合。 式中： k矿井阻力系数，取 k=1.15； 减速器传动效率，二级减速器取=0.85； j j 动力系数，取=1.2 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 23 （3）电动机的额定拖动力，由式(3.18)，(3.19)并按式(3.20) e F 计算: 式(3.20) 26.11 85. 025001000 =188721.3 N 3.2.83.2.8 计算传动装置的总传动比计算传动装置的总传动比配传动比配传动比i （1）有前面初步预算减速器的传动比为 11.5； （2）分配传动比： 01 . 4 5 . 114 . 1i 4 . 1i 87 . 2 01. 4 5 . 11 i i i 3.2.93.2.9 主轴输入功率及轴径的确定主轴输入功率及轴径的确定 主轴的输入功率与电动机输出功率和运动传递过程中各相连部件的 传递效率密切相关，按式（3.21）计算： 式 总主轴 e PP （3.21） 2 3 4 2 2 1 e P 242 97 . 0 98 . 0 99 . 0 2500 =2214KW 其中，分别为联轴器，轴承，齿轮和卷筒的传递效率。 431 , 分别取。99 . 0 ,97 . 0 ,98 . 0 ,99 . 0 4321 m je e v P F 1000 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 24 主轴输入转矩 T，按式（3.22）计算： 主轴 T=9.55106 =9.55 106 =296910N mm 主轴 n P ） （ 2 8 . 2 26.11 2500 式（3.22） 按转矩法初步确定该轴最小直径，由式（3.23）并按式计算: min d 式(3.23)毫米 ） （ 04.683 2 8 . 2 26.11 2214 105 3 3 min n p cd 最小直径在连轴器处，此外，主轴上有两键槽，应放大 7%左右， 故 =683.04（1+7%）=730.85mm min d 圆整为=720mm，材料为 40Cr 钢。 min d 式中： P为主轴轴传递的功率； n为主轴的转速； c为许用应力确定值，选用 40Cr，取 c=105。 表 3-1 常用材料的许用扭转剪应力值和 C 值 轴的