机械毕业设计（论文）-矿井摩擦式提升机液压制动系统的设计【全套图纸】.doc

中国矿业大学2010届本科毕业设计（论文） 第76页1 矿井多绳摩擦式提升机概述全套图纸，加1538937061.1提升机在矿井中的作用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。1.2多绳摩擦式矿井提升机的种类及其结构组成多绳摩擦式矿井提升机的控制方式有手动、半自动和全自动等几种；按布置方式的不同，可分为井塔式和落地式两种。一般将布置在井筒顶部塔架上的这种提升机称为塔式多绳摩擦式矿井提升机，塔架高出地面几十米，在地震区和地表土层特厚的矿区建造井塔耗资较大，但塔式的优点有：（1）紧凑省地；（2）不需天轮；（3）全部载荷垂直向下，井架稳定性良好；（4）可获得较大围包角；（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。其缺点是：设备费用比落地式高，因为提升塔比普通井架更为庞大复杂，需要更多的钢 材。塔式多绳摩擦式矿井提升机又可分为无导向轮系统和有导向轮系统两种，前者简单，后者的优点是可使提升容器在井筒中的中心距不受摩擦轮直径的限制，可以减少井筒的断面，同时可以加大钢丝绳在摩擦轮上的围包角，其缺点是使钢丝绳产生了反向弯曲，直接影响钢丝绳的使用寿命。因此设计时应尽量不采用导向轮系统。提升机布置在地面的称为落地摩擦式矿井提升机，这种提升机的提升绳通过井架天轮引入井筒，与容器相连。因落地式可以同时安装提升井架和提升机，井架高度也低，故这种型式的多绳摩擦式提升机在我国受到重视。多绳摩擦式矿井提升机主要由电动机、减速器、摩擦轮、制动系统、深度指示系统、测速限速系统和操纵系统组成，采用交流或直流电机驱动。采用低速电动机时可不用减速器，电动机直接与卷筒主轴相连，或将电动机转子装在卷筒主轴的末端。传动功率大时，可采用2台或 4台电动机同时驱动。制动系统是保证提升机安全运行的重要装置。遇紧急情况时，制动系统应通过可调节制动力矩的液压系统产生两级安全制动，以保证提升机及时停车又不产生制动过猛现象。交流电动机驱动的提升机，其制动系统还要具有灵敏的制动力矩可调性能，以准确控制提升机在临近停车点时的运行速度。图1-1摩擦式矿井提升机1.3多绳摩擦式矿井提升机的优点及其局限性在国内外，多绳摩擦式提升机得到飞跃发展，同单绳缠绕式提升机相比，它具备以下优点：（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，更适用于深井提升，这是多绳提升机较突出的优点。例如瑞典某矿井使用50t箕斗的8绳提升机，提升高度为1300m主导轮的直径仅为4m，若用单绳缠绕式提升机，则滚筒直径将达7.2到8m，缠绕宽度将达5到4.5m，钢丝绳直径将为80mm，不仅设备重量大，而且设备和钢丝绳直径过大，制造和安装使用维修都较困难。（2）由于提升容器是由数根钢丝绳所承担，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，制造容易，安装和运输方便等特点。（3）由于多绳摩擦式提升机运动质量小，拖动电动机的容量与耗电量都相应减少。（4）由于多根钢丝绳提升，几根钢丝绳被同时拉断的可能性极小，因此提高了提升设备的安全性，可不设断绳保险器，这就给使用钢丝绳罐道矿井提供了有利条件。（5）在卡罐和过卷的情况下，有打滑的可能性，可避免断绳事故发生。（6）由于多绳提升机的提升钢丝绳一般都是偶数，因而可以用相同数量的左捻和右捻钢丝绳，这样，提升钢丝绳在运行中产生的阻力就可以相互抵消，从而减轻了提升容器因钢丝绳扭力而产生对罐道的侧向压力，既降低了运行中的摩擦阻力，又可以减轻罐耳和罐道的单向摩擦，从而延长了罐耳和罐道的使用寿命。（7）由于主导轮宽度较小，轴的跨度也小，改善了主轴的负载性能。（8）主导轮上不缠绳，提升钢丝绳没有在缠绳时沿轴中心方向上的挤压力（单绳缠绕式矿井提升机上会受这种力的影响，通常称之为“咬绳”），而且，由于钢丝绳承受的动应力和静应力都低，因而有利于钢丝绳使用寿命的提高。但多绳摩擦式矿井提升机也有它的局限性：（1）数根钢丝绳的悬挂、更换时工作量大，维护检修、调整工作较复杂。（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）因不能调解绳长，故双钩提升不能用于几个中段提升，也不适用于凿井提升。（4）当矿井很深时（例如超过1200到1500m），钢丝绳故障较多，故不适用于特别深的矿井提升。（5）由于使用数根直径较细的钢丝绳提升，钢丝绳的外露总面积增加了，在井筒中受矿井腐蚀气体侵蚀的面积就相应增加，加之由于钢丝绳直径较细，钢丝绳的绳股中钢丝直径也较细，耐磨性也明显降低，诸因素对钢丝绳的使用寿命产生了不利的影响。尤其是对于某些矿井的淋水呈酸性，腐蚀性则是影响钢丝绳使用寿命的重要原因之一。综上所述，多绳摩擦式矿井提升机的优越性是显著的，特别是对提升量大的深井，单绳缠绕式提升机是无法比拟的。通过对多绳摩擦式矿井提升机的缺点进行分析，可以发现，这些缺点是可以克服和减轻的。例如，对于井筒中涌水较大的矿井，除了采取堵水的措施，以减轻对钢丝绳的锈蚀外，还可以采用镀锌钢丝绳，以提高抗腐蚀性能。另外在运行中还可以定期对钢丝绳涂以防腐防滑的戈培油，以改善钢丝绳的工作条件，总之，多绳摩擦式矿井提升机已成为现代提升的发展方向之一。1.4多绳摩擦式矿井提升机在国内外的发展现状多绳摩擦式矿井提升机随着科学技术的发展，其增长速度很快，使用范围也日益增多，不仅立井使用，国外在斜井或露天斜坡也在使用，例如，联邦德国米尔斯露天矿，1954年在斜坡上使用了单箕斗四绳提升机，采用封闭式钢丝绳，直径为32mm。又如，奥地利Wodzyki矿井是斜井，1960年以前就使用了双绳摩擦式矿井提升机，井筒倾角是24度，斜长1138m，串车提升，绳速8m/s，提升6辆煤车和2辆矸石车，有效负荷13.56t，为了防止钢丝绳在主导轮上产生滑动，在井底尾绳环处安装种锤拉紧的导向轮。国内是使用的多绳摩擦式提升机也日益增多，1960年第一台多绳摩擦式提升机投入运行以来，大量的这种提升机在我国安装运行。目前，国外多绳摩擦式矿井提升机的发展方向是：发展落地式和斜井多绳摩擦式提升机，研究其用于特浅井、盲井的可能性，以扩大起使用范围；采用新结构，以减小机器的外形尺寸和重量；实现自动化和遥控，以提高工作的可靠性和生产效率，以适应深矿井和大生产量的需求多年来；大量采用先进的拖动、控制系统，甚至是全液压型等。随着矿井开采深度不断加深和采用集中提升方式，多绳摩擦式矿井提升机有较大的发展前途。并为此探索具有耐磨性好、摩擦系数高的摩擦衬垫材料。新结构的多绳缠绕式矿井提升机开始在一些国家使用，它对提升高度大的深井开采有重要意义；采用液压马达代替电动机的防爆提升机受到重视；气力提升也正在研究和发展中。现在，各国为争夺用户市场，开发了各种形式、规格的矿井提升机，以适应各国矿井的开采深度，达到高效、低能耗、低成倍的目的。矿井提升机的发展总趋势可归结为：在总体上向大负荷、高速、大型化方向发展。实用、经济、高效、可靠的提升机产品是使用者和制造者共同的追求。2 矿井提升机制动器概述及作用2.1制动器在提升机中的功用及其重要性制动系统是提升机不可缺少的重要组成部分。是提升机最关键也是最后一道安全保障装置，制动装置的可靠性直接关系到提升机的安全运行。制动力矩不足是导致提升设备过卷、放大滑等事故的直接因素。其主要作用如下：(1) 在提升机停止工作时能可靠平稳地闸住提升机，即正常停车；(2) 在减速阶段及下放重物时,能参与提升机的控制，即工作制动；(3) 当发生紧急事故或其他意外情况时，能迅速而合乎要求地闸住提升机，即安全制动；(4)双滚筒提升机在更换水平、调节钢丝绳长度时，能够闸住提升机的游动滚筒而松开固定滚筒。提升机的安全运行,很大程度上取决于制动器的工作可靠性。从狭义可靠性理解,盘式制动器包含不可维修因素，如制动弹簧失效之后,影响制动力矩，需要更换新弹簧才能使制动器可靠性达到原有水平；闸瓦与闸盘之间摩擦系衰减，也只能靠更换新闸瓦方能维持原有可靠性水平。从广义可靠性理解,盘式制动器含有可维修因素，如闸瓦磨损后产生的间隙增大，经调整便可达到原有可靠性液压站零件发生故障，修理后也能使制动器可靠性达到设计水平。由此可知，制动器的工作可靠性是固有可靠性和使用可靠性的综合反映。固有可靠性是由制动器设计制造及材料等因素决定的，在制动器产品出厂时便已明确，使用可靠性则是装、维护及操作等因素决定的，它反映了制动器固有可靠性在实际运行中的发挥程度。 因此，固有可靠性的体现,受使用可靠性的限制，固有可靠性再高，使用可靠性却较低，制动器的实际工作可靠性依然不会高。制动装置是提升机(提升绞车)的重要组成部分之一，直接关系着提升机设备的安全运行。它由两部分组成：制动器(通常称做闸)和传动装置。制动器是直接作用于制动轮或制动盘上产生制动力矩的机构，传动装置是控制并调节制动力矩的机构。2.2提升机制动器的分类及优缺点制动装置中的制动器按结构分为块式制动器 (角移式或评移式)和盘式制动器；传动装置按传动能源分为油压(液压)、压气(气动)及弹簧等。其中块闸制动器又按结构不同可以分为角移式块闸制动器和平移式块闸制动器两种。角移式块闸制动器的优点是结构比较简单，维护比较方便；缺点是闸瓦的包围角较小，所以产生的制动力矩也较小，而且由于闸瓦表面的压力分布不够均匀，致使闸瓦上下磨损也不均匀，一般用在中小型提升机上。平移式制动器的优点是：闸瓦的包围角比角移式制动器大，平移式制动器的闸瓦的包围角在范围内，因而产生的制动力矩较大，闸瓦压力及磨损比较均匀。其缺点是：结构复杂，安装时调整较为复杂。盘式闸制动系统用在XTK系列和JK系列矿井提升机及多绳摩擦轮提升机上，盘式制动闸系统与块式制动系统比较，其主要优点如下：（1） 多副制动器（最少2副，多则4、6、8副等）同时工作，即使有一副失灵，也只影响部分制动力矩，故安全可靠性高；（2） 制动力矩的调节是用液压站电液调压装置实现的。操作方便，制动力矩的可调性好；（3） 惯性小、动作快、灵敏性高；（4） 体积小、重量轻、结构紧凑、外形尺寸小；（5） 安装和使用维护较为方便；（6） 通用性好且便于实现矿井提升自动化。 其缺点主要如下：（1） 对制动盘和盘式制动器的制造精度要求较高；（2） 对闸瓦性能要求较高。2.3盘式制动器的结构及工作原理盘式制动器（简称盘式闸）与块闸不同，它的制动力矩是靠闸瓦从轴向两侧压向制动盘产生的摩擦力矩。为了使制动盘不产生附加变形，主轴不承受附加轴向力，盘式制动器都是成对使用，每一对叫做一副盘式制动器。根据制动力矩的不同，每一台提升机上可以同时布置两副、四副或多副制动器。各副盘式制动器都是用螺栓安装在支座上，盘式制动器在制动盘上的配置见图2-1所示。图2-1 盘式制动器配置图盘式制动器结构如图2-2所示。图2-2 盘式制动器结构图盘型制动器的工作原理是靠油压松闸、靠盘型弹簧力制动。如图2-2所示，当压力油充入油缸时2时，推动活塞1，带动筒体3、闸瓦移动5，压缩盘型弹簧4使闸瓦离开制动盘，呈松闸状态。当油缸内油压降低时，盘型闸弹簧恢复其松闸时所压缩的变形，靠弹簧力推动筒体、闸瓦、带动活塞移动，使闸瓦压向制动盘产生制动力，达到对提升机施加制动的目的。2.4盘式制动器在矿井提升机运用的发展现状盘式制动器是近年来应用较多的一种新型制动器，它以其独特的优点及良好的安全性能被广大用户认可。它的制动原理与鼓闸式、抱闸式制动器的原理相同，仍为摩擦式制动，但它却有别于老式的鼓闸式和抱闸式制动器，特别是在结合了液压系统和PLC 控制之后，液压系统和PLC 超强的控制性能为盘式制动器的应用提供了巨大的工作平台。液压盘式制动器作为最新开发出来的一种制动器，其发展前景远大，尤其是将液压与电气控制结合在盘式制动器上，相信随着液压和电气技术的进一步发展，会更有利于盘式制动器的发展3提升机的选型及运行参数的确定3.1矿井参数的确定（1）矿井年产量，100万t/年；（2）工作制度：即年工作日，日工作小时数t。设计规范规定:=300天,t=14h；（3）矿井开采水平数1,各水平井深为460m ；（4）卸载水平与井口的高差为20 m；（5）装载水平与井下运输水平的高差为25m；（6）煤的散集密度，；（7）提升方式:双箕斗提升，采用定重装载。3.2提升容器型号选择（1）小时提升量确定：式中，不均衡系数。煤炭安全规程规定：有井底煤仓时为1.10至1.15；无井底煤仓时为1.20；提升能力富裕系数。煤炭安全规程规定：主井提升设备一般对于第一水平留有1.2的富裕系数。（2）经济提升速度提升高度：提升速度：（3）根据经济提升速度，估算一次提升循环时间：提升正常加速度，通常1m/s2。罐笼提升一般取0.5至0.7m/s2；箕斗提升一般取0.7至0.8m/s2。煤矿安全规程规定：对于人员升降的加、减速度，立井不得超过0.75m/s2；斜井提升不得超过0.5m/s2；容器起动初速度及爬行段延续的时间；箕斗提升可取10s；罐笼提升可取5至7s；提升容器每次提升终了的休止时间；根据箕斗休止时间表可选定其时间值。（4）根据矿井年产量及估算出的一次提升循环时间，求出一次合理经济提升量为：（5）选择提升容器型号为了在不加大提升机及井筒直径的前提下，取得较好的经济速度，节省电耗，取得较好的经济性故选用较大容积的提升容器。由于箕斗具有自重小，占井筒面积断面小，不需增加井筒断面即可在井下使用大容量矿车，装卸载自动化，装卸载快，因此可以提高提升能力的特点，所以选用箕斗提升。由于该矿使用主井提升，井筒直径5.5m，采用钢丝绳罐道，无梯子间。所选箕斗应选用8t箕斗,因多绳提煤箕斗没有8t系列,故选用：JDS-9/1104标准底卸式四绳箕斗J提煤箕斗 D立井多绳 S钢丝绳罐道 9名义装载量Q为9t 110每根提升钢丝绳悬挂装置的破坏载荷为1100kN 4提升钢丝绳数n为4根具体参数为：有效容积：10立方米绳间距： 300 mm箕斗自身质量：10.8t最大终端载荷：440kN箕斗全高：13350mm尾绳数n：2符合条件。（6）按选定的Q为9t，所需的提升速度1）一次所需的提升时间2）所需的提升速度 3.3提升钢丝绳型号选择提升钢丝绳是矿车提升设备的一个重要部件，也是一个表薄弱的环节，它不仅直接关系到矿井的正常生产和人员的生命安全，而且其规格尺寸还将决定提升机的规格。在矿井这个服务年限里，钢丝绳是需要经常更换的易耗品，所以它又关系到提升设备的经济运行问题。因此对于提升机钢丝绳必须予以足够的重视。由于井筒淋水大，因腐蚀严重，所以选用镀锌钢丝绳。（1）绳端荷重： （2）钢丝绳悬垂长度： 卸载点距主导轮中心的高度，m；容器的全高，m；过卷高度，m，煤矿安全规程规定，提升速度小于10m/s时，过卷高度不小于速度值，且最低不小于6m/s，提升速度大于10m/s时，过卷高度不小于10m/s；导向轮轴中心距导向轮层地板的高度，m。在制造厂供给的设备图中可以查到；导向轮与主导轮轴中心的高差，m，根据的近似数值表可以查出；尾绳环的高度，m。其中 取15m式中，S两提升容器之间的中心距，m；对于单容器带平衡锤的提升系统，则为提升容器与平衡锤的中心距，m，；（3）首绳单位长度重量：钢丝绳的公称抗拉强度，kg/mm2；一般以选用=155至157 kg/mm2为宜；对于仅提升物料的主井或只提升物料的辅助提升，可以选用=140 kg/mm2。m钢丝绳的安全系数，煤矿安全规程规定，摩擦式提升机的安全系数：升降人员和物料用：.m8.20.0005Hc；专为升降物料用：m7.20.0005Hc。按表推荐,选用(YB829-79)，6（34）1-28-155-1型三角股钢丝绳，左右捻各二根。查钢丝绳规格表，其规格为：3.214kg/m，d28mm，51300kg，155kg/m2（4）尾绳单位长度重量计算选用（GB1102-74）6（31）1-42-140-1型普通圆股钢丝绳两根。查钢丝绳规格表 6.455kg/m；d42mm；97650kg；140kg/m2因2，所以下列计算均按平衡系统考虑。由于各种原因，多绳摩擦提升机的各绳受理时不均匀的，如果相差过大时，可能导致各绳槽磨损程度过分不均，受力大的钢丝绳安全系数降低等。引起钢丝绳受理不平衡的原因主要有：1）钢丝绳主导轮绳槽直径偏差2）钢丝绳本身的长度偏差3）钢丝绳本身刚度偏差对于钢丝绳张力不均的问题，经过实践证明，只需每隔一定时间调整一下可以满足使用要求了。3.4计算滚筒直径并选择提升机（1）计算主导轮直径1）主导轮直径D：D主导轮直径，mm；d钢丝绳直径，mm；钢丝绳中最粗钢丝的直径，mm。2）最大静拉力和拉力差计算 式中，重载侧最大静张力，kg； 轻载侧的静拉力，kg； 最大静拉力差，kg。（2）选择提升机根据以上几个方面条件选提升机为： JKM2.8/4()-11.5型多绳摩擦式提升机，其主要技术参数如下：主导轮直径：2.8m；主导轮变位质量：10t；最大静拉力：33.5t；最大静拉力差：10t；导向轮直径：2.5m；导向轮变位质量：2.48t3.5 提升系统确定（1）井塔高度:（如图3-1）图3-1提升系统图 取49m箕斗在卸载位置时，底部高出煤仓的高度，m；一般取0.30.6m；导向轮楼层地板的厚度，m。（2）悬垂长度：（3）主导轮与导向轮之间水平中心距（如图3-2） 导向轮直径主导轮直径 图3-2 摩擦轮与导向轮相对位置图（4）围包角的确定 取=0.2，则，查表得0.913.6 提升容器的最小自重（1）按静防滑条件，容器自重为： 箕斗提升的阻力系数，取0.075；静防滑安全系数，静防滑安全系数不小于1.75，取1.75。（2）按动防滑条件： 箕斗提升时允许的最大加速度，m/s2；在设计中一般其采用值为：0.50.8 m/s2；动防滑系数；上提重物的加速段及下放重物的减速段，动防滑系数不得小于1.25，取1.25。取3.7 钢丝绳与提升机的校验提升钢丝绳在正常工作中，除受到静张力的作用外，其内部还受有弯曲应力、扭转应力、接触应力等力的作用，多种复合应力的作用将大大降低钢丝绳的寿命。另外，磨损、腐蚀也是降低钢丝绳寿命，影响安全运行的因素。 由于诸多因素的影响，钢丝绳的寿命不能精确计算。为了保证安全可靠，对钢丝绳的选择验算，均采用安全系数法。即按钢丝绳的最大静张力并考虑一定的安全系数选择或验算钢丝绳。（1）首绳安全系数故将上列选用的钢丝绳抗拉强度改选为170kg/m2，则56300kg， （2）最大静拉力和拉力差 （3）首绳安全系数钢丝绳的钢丝有变黑、锈皮、点馈、麻坑等损伤时，不得用作升降人员。钢丝绳锈馈严重，点馈、麻坑形成沟文，外层钢丝松动必须立即更换。钢丝绳的使用、保管、维护检查试验等遵照规定执行。3.8 预选电动机（1）依据所需的提升机速度，计算电动机的转数： （2）依据，取=592 r/min，计算提升机的最大转速：（3）预选电动机功率：矿井阻力系数，取1.11.2；箕斗提升可取1.15；罐笼提升可取1.20；动负荷影响系数，称为动力系数；箕斗提升可取1.21.3；多绳摩擦提升可取1.11.2； 减速器的传动效率，减速器采用滚动轴承时，取0.93；减速器采用滑动轴承时，取0.85。选择YR100010/1430型电动机一台，查电动机产品样本，得到技术参数如下： =1000kW；=592 r/min；U=6000V；GD2=16726 ；=1.99。3.9 提升系统变位质量计算提升系统在加(减)速过程中其各个联动部件都要加(减)速，为了便于计算急惯性力，可把提升系统各运动部件的质量都变位到提升机滚筒圆周上，即线加速度为提升容器加速度的地方。变位的原则是必须保证变位前后动能相等。变位后全系统各变位质量的总和，称为提升系统的总变位质量m。在提升系统速度图、力图计算时，首先应该知道提升系统的变位质量m，才能利用有关公式进行验算。提升系统的总变位质量可以由计算或实际测定来确定。（1）系统总变位重量 （2）系统总变位质量3.10提升速度图矿井提升机应按照设计合理的速度图来运行，但是由于生产的发展，矿井提升系统中的设备不可避免地有所变换或更新，提升容器的加大、电动机更换、滚筒直径改变等等)，为了研究提升容器的实际运动规律，掌握其性能，合理地使用，及早地发现隐患等多方面来考虑，应该经常性地实际测定提升速度图(尤其是在提升系统有较大设备变化时)，并对速度图分析验算，以了解提升机实际提升能力及电动机功率，及时检验起动电阻和控制继电器的合理性。这样既可延长设备寿命，提高生产效率，增加经济效益,又可提高安全性。（1）采用六阶段速度图1）初加速度阶段：由图可以看出，加速度较小，因为此时井口箕斗已完全卸载完毕，而且井底箕斗已装满，刚刚开始一个新的提升循环，井口箕斗尚未在卸载曲轨内运行，为了减小井架的冲击载荷，故限制不得太大，此阶段提升速度达到为止。2）主加速度阶段：此时箕斗已离开卸载曲轨，容器以较大的加速度运行，直至最大速度。3）等速阶段：此阶段中容器以不变的速度在井筒中运行。4）减速阶段：此时重载箕斗已接近井口，空箕斗接近装载点，应减速，减速度为，直至速度降为。5）爬行阶段：此时种箕斗进入卸载曲轨，为了减少冲击，容器以低速爬行。6）停车休止阶段：此时提升机停止运转，井口箕斗卸载，井底箕斗装载，可以把停车看成一个阶段，实际上因为单纯停车时间很短，也可以一并计入休止时间内。箕斗休止时间与箕斗的装载量有关。表3-1：箕斗提升的休止时间名义装载质量/t6812162030休止时间/s81012162030（2）加速度的确定不论缠绕式或摩擦式提升系统，主加速度和减速度大小受煤矿安全规程之规定和电动机起动力矩、减速器允许的传动扭矩及减速方式的限制。摩擦提升机还受防滑条件的限制。 在实际测试中我们发现在现场采用的加速度、减速度多数都比限制值要小，电动机是“大马拉小车”。只有少部分是处于满负荷工作状态下运行。个别的是处在过负荷状态下运行。为了充分发挥现有设备能力，节约电能，尽可能地提高主加速度，不要在超限制的过负荷状态下运行，消除发生事故的隐患。而对实测主加速度和减速度进行验算，是十分必要的。1)初加速度: 取式中，箕斗离开卸载曲轨时的速度，； 卸载曲轨的行程，m，对新型标准系列箕斗为2.35m。2)正常加速度:按防滑条件计算：在计算器最小自重时已定。综合上列计算,最后取（3）减速度确定按自由滑行: 提升钢丝绳与平衡尾绳的总单重之差，即。因为2，所以，即该项不计。按防滑条件 提升容器在井筒中的运行阻力（简称矿井阻力），kg；对于双箕斗提升，它的计算公式为：。最后选取=0.8 m/s2（4）爬行速度和距离表3-2：爬行距离及速度选择表容器爬行阶段自动控制手动控制箕斗距离/m2.5-3.55.0速度/0.5(定量装载)，0.4（旧式装载设备）罐笼距离/m2.0-2.55.0速度/0.4按自动控制: =0.5 m/s； =3m（5）速度图计算已知:； ； ；。1）初加速阶段: 2）主加速阶段：3）主减速时间：4）爬行时间：5）抱闸停车的时间：6）、等速阶段的行程表2 汇总参数表时间/S行程/m速度/()加速度=3.125s=7.55s=57.05s=8.8s=6s=34.13m=430.14m=35.376m=3m=7.54=0.5=0.48=0.8=0.8图3-3箕斗提升速度图与加速度图（6）一次提升循环时间 3.11 提升机提升力的计算运动力计算(按)（1）初加速阶段开始（2）初加速阶段终了（3）主加速阶段开始 （4）主加速阶段终了（5）等速阶段开始 （6）等速阶段终了 （7）减速阶段开始（8）减速阶段终了（9）爬行阶段开始（10）爬行阶段终了（11）制动减速开始（12）制动终止 图3-4箕斗提升速度图与力图 3.12 提升机的防滑演算我国及对于防滑问题规定，静防滑系数1.75，动防滑系数1.25。其他一些国家对防滑问题，往往仅规定钢丝绳两端的静张力之比。对多绳摩擦式提升机，为了安全、正确地完成各项提升任务，最重要的问题是要在提升钢丝绳和摩擦衬垫间得到足够的摩擦力，具体地说，是要分析研究在提升机各种可能的工作情况下如何防止钢丝绳在摩擦衬垫上产生滑动的条件，即防滑条件，并且在设计和使用上严格遵守这些条件。 在分析防滑条件时，仍然依据欧拉公式，并且忽略提升容器在井筒中的各种阻力。防滑条件分静防滑条件和动防滑条件摩擦式提升机正常提升时，最大加、减速度一般不大于。而在紧急制动时，下放重载的最小减速度，“规程”规定为。，在下放重载紧急制动状态下，防滑条件最差，最容易发生钢丝绳在摩擦衬垫上滑动。 “煤炭工业设计规范”只规定了上提重物加速阶段及下放重物减速阶段的动防滑系数，而对下放重物时紧急制动时的防滑系数没有明确规定，为了保证安全，在任何情况 都不得小于1。防滑安全系数是一个很重要的安全和经济指标，因为从安全角度考虑，防滑系数愈大愈不会打滑，但防滑系数过高，意味着张力差减小，同样的提升机，提升能力减小，经济效果较差。目前我国在多绳提升机的设计中，摩擦系数 采用0.2。实际在矿井运转条件下，皮革衬垫摩擦系数有时小于0，2 ，特别是采用新的充油麻芯钢丝绳时，聚胺脂橡胶衬垫摩擦系数可达0.3。防滑验算：（1）静防滑安全系数：故满足静防滑条件要求。（2）动防滑安全系数：4多绳摩擦式矿井提升机制动动装置的设计计算4.1 制动装置的有关规定和要求按照煤炭安全规程及有关技术规范的规定，提升机(绞车)的制动装置必须达到下列要求。（1）提升机(绞车)必须装设司机不离开位置即能操纵的常用闸(即工作闸)保险闸(即安全闸)。保险闸必须能在紧急时自动发生作用。常用闸和保险闸共同使用一套闸瓦制动时，操纵部分必须分开。双滚筒提升机（绞车）的两套闸瓦的传动装置必须分开。（2）常用闸和保险闸必须经常处于良好的状态，保证灵活可靠。在工作中，司机不准离开工作岗位，也不准擅自调节制动闸。对具有两套闸瓦只有一套传动装置的旧双滚筒提升机（绞车），应加强闸瓦间隙和传动系统的检查和维护。（3）保险闸必须采用配重式或弹簧式的制动装置，除由司机操纵外，还必须具有能自动抱闸的作用，并且在抱闸同时使提升装置自动断电。常用闸必须采用可调节的机械制动装置。（4）提升机（绞车）除有（常用闸和保险闸）外，应加设定车装置，以便调整滚筒的位置（钢丝绳的长度）或修理制动装置时使用。（5）保险闸（或保险闸第一级）的空动时间（由保护回路断电时起至闸瓦刚刚接触到闸轮上的一段时间）：压缩空气驱动闸瓦式制动器不得超过0.5s，储能压缩驱动闸瓦式制动器不得超过0.6s，盘式制动器不得超过0.3s。保险闸施闸时，在杠杆和闸瓦上不得发生显著的弹性摆动。（6）提升机（绞车）的常用闸和保险闸制动时，所产生的力矩和实际提升最大静载荷重旋转力之比（K），都不得小于3。（7）双滚筒提升机（绞车）在调整滚筒旋转的相对位置时（此时游动滚筒与主轴脱离连接），制动装置在各滚筒闸轮上所发生的力矩，不得小于该滚筒所悬重量（钢丝绳重量与提升容器重量之比）形成的旋转力矩的1.2倍。计算制动力矩时，闸轮和闸瓦摩擦系数根据实测确定，一般采用0.3到0.35；常用闸和保险闸的力矩应分别计算。（8）在立井和倾角以上的倾斜井巷，提升装置的保险闸发生作用时，全部机械的减速度：下放重载（设计额定的全部重量）时，不得小于1.5米每二次方秒；提升重载时，不得超过5米每二次方秒。倾角在以下是倾斜井巷，下放重载时的制动减速度不得小于0.75米每二次方秒，提升重载时的制动减速度不得大于自然减速度。= 式中 -重力加速度，； -井巷倾角， （）； -绳端载荷的运动阻力系数，一般采用0.10到0.105。摩擦轮式提升装置，常用闸或保险闸发生作用时，全部机械的减速度，不得超过钢丝绳的滑动极限（上提重物加速度阶段及下放重物减速度阶段的动防滑安全系数不得小于1.25，静防滑安全系数不得小于1.75）。下放重载时，必须检查减速度的最底极限。在提升重载时，必须检查减速度的最高极限。（9）制动器的工作行程不得超过全程的四分之三，必须留有四分之一作为调整时备用。司机操纵台制动手把的移动应当灵活，在抱闸位置时，应有定位器来固定手把，防止手把从抱闸位置自动向前移动。(10) 制动轮的椭圆度在使用前（新安装或大修后）不得超过0.51mm；使用中如超过1.5mm时，应重新车削或换新的。4.2 多绳摩擦式矿井提升机的机械制动装置矿井提升机的制动装置，通称制动器，是提升机一个非常重要的组成部分。制动器由执行机构和传动机构两部分组成，执行机构直接作用于制动轮或制动盘上产生制动力矩的部分，按其结构可分为盘式制动器和块式制动器等。传动机构是控制并调节制动力矩的部分，新型号提升机采用油压盘式制动系统，旧型号提升机采用油压或气压块式制动系统。制动系统的作用有：（1）保证提升容器按给定的状态运动，并在需要的位置制动工作制动；（2）在可能造成事故的不正常工作状态下，紧急制动以保障人员和设备的安全紧急制动；（3）更换水平调节绳时，制动活卷筒。工作制动，紧急制动时都可用手动或自动。手动操作时，由司机进行，自动操作时，紧急制动由提升设备的保护装置进行，工作制动由行程调节进行。本设计选用盘式制动器，由于盘式制动器的闸瓦不作用于制动轮上，而是作用在制动盘上。并且盘式制动器机构紧凑，安全可靠，闸的副数可按需要灵活增减。它是近二十年来移植到矿井提升机上的一种新型制动器，它用碟行弹簧作制动源，反映迅速，因此煤矿安全规程规定，它的安全制动空行程时间不超过0.3s，时间非常短。1活塞；2碟形弹簧；3闸瓦图4-1盘式制动器调节制动力原理图盘式制动器的工作原理是用油压松闸，以弹簧力制动，如图5-2所示当向Y腔给入压力油后，使活塞带动筒体，衬板和闸瓦一起往左运动，压缩碟行弹簧，形成松闸。当油压下降时，在弹簧力的作用下，使活塞通过联结轴推动筒体闸瓦向右运动，达到制动的目的。调节制动力矩的原理如图4-1所示，当闸瓦与制动盘接触时，活塞就同时受弹簧的作用力F2和制动油产生的压力F1的作用，则一个制动器的闸瓦压向制动盘的正压力为：N=F2-F1当油压P=0时，即F1=0,N=Nmax=F2，此时为全制动状态。当油压P=Pmax时，F1F2,闸瓦间隙大于零，为全松闸状态，正压力N的变化只受油压力P的影响，即：N=P,而闸瓦与制动盘的摩擦系数一般不变，故正压力的变化就反映了制动力的变化。4.3盘式制动器的设计计算根据前边矿井提升机选型计算，已知如下参数：多绳摩擦提升机卷筒名义直径：；钢丝绳实际最大静张力差：；提升箕斗质量：；载荷质量：。（1）制动器的主要参数计算矿井提升机各制动器总的最大制动力矩，必须不小于三倍最大静力矩。对于矿井双滚筒提升机，活卷筒各制动器的最大制动力矩之和还应满足不小于1.2倍调绳力矩的要求。1）最大制动力矩计算，按三倍最大静力矩的要求：=根据值在可参照同类型提升机盘式制动器参数进行初定，产品三倍静力矩为378，对应摩擦系数，制动盘平均摩擦半径，每个制动器能产生的垂直作用力=65kN,碟簧刚度，最大工作油压 。2）总垂直作用力计算： 3）需要制动器数量计算： 取用12个盘式制动器，即为6副。4）每个制动器应产应产生的垂直作用力计算： （2）盘型碟簧的设计计算蝶形弹簧是盘式制动器的动力源，其刚度和强度对盘式制动器都是至关重要的性能，刚度则是影响制动力矩的重要参数，而强度则是影响弹簧寿命的关键因素。蝶形弹簧尤如一个圆盘，从其支撑面来区分，可划分为A型和B型。A型碟簧呈现标准锥台形状,如图4-2(a)；B型弹簧在锥台上表面上加工出一个平面，有利于多片弹簧的叠放支承如图4-2（b）。碟簧的刚度和强度与碟片外径，内径，碟片厚度，碟片内锥自由高度等参数有很大关系。其中系数对碟簧的特性有主要影响，C值越大，刚度越小，但C值过小将会给加工制造带来困难。一般情况下，C值取值在1.7-2.5范围较为适宜，初算时可取C=2.0。比值和比值的变化，会得到碟簧各异的特性；这两个比值越小，弹簧的线性规律越好。机械设计手册中有标准碟簧的尺寸及参数。蝶形弹簧的刚度及使用片数计算单片碟型弹簧的刚度可按下式计算式中，与C值相对应的系数，,如表4-1列； 单片弹簧的刚度，N/mm；蝶形弹簧在最大载荷（即松闸）时的变形量，mm。表4-1 不同值的、和值1.901.1961.3381.921.2011.3461.951.2081.3581.981.2151.3692.001.2191.3772.051.2311.3962.101.2421.4152.151.2531.4342.201.2641.4532.251.2751.471计算出刚度之后，制动时每片弹簧的预压缩量为：松闸时碟簧还会继续压缩，但由于闸瓦间隙大都控制在11.5mm之内按图4-2（b）的组合形式，得单片弹簧的压缩量（取间隙）为 从蝶形弹簧线性度考虑，要求单片碟簧的最大变形量不超过，因此有 即 图4-2 蝶形弹簧的三种组合方法示意图1）碟片结构设计计算采用A系列蝶型弹簧：，初算预定最大变形量。碟片数量初定，查得刚度，。 初算松闸时每个制动器弹簧的反力： 故 查机械设计手册表11-6-2，选用A系列：, , ,参考负荷,大于计算负荷。 实际比值为:，查表得。并由此反算出碟簧实际刚度和片数。单片碟簧刚度按下式计算： 松闸时实际弹簧力为： 此时每片弹簧的变形量为： 制动时弹簧的预压力为： 预压变形量为： 需要碟片数目为： 可见预计9片弹簧是合适的。许用变形量为：说明负荷变形量也满足要求。2）碟片强度计算：根据查表查得，。碟片受压严重的部位，都要进行挤压强度校核。对要求使用寿命长、循环次数多的碟簧片，还要对耐疲劳的薄弱环节进行疲劳验算。矿井提升机制动器用的碟片被损坏后，更坏不太方便，故使用寿命不宜过短，设计计算一般可按一年考虑。按碟片使用寿命为一年计算时，年工作日为300d，每天工作14h，每小时提升40次，则工作循环次数为： 计算结果表明属循环次数较多的疲劳载荷，因此，除要对处（如下图）校核压应力外，还要验算处或处的疲劳强度。图4-3单个蝶形弹簧及计算应力的截面位置处压应力为： 说明处压应力在允许值之内。而最大拉伸应力在处还是处，根据D/d=1.953和由下图可判断出碟簧疲劳破坏关键部位是在处。该处在松闸时的应力： 图4-4碟簧的极限应力图制动时的下限拉应力为：按其值查机械设计手册碟簧的极限应力图差得疲劳强度上限应力为1510MPa，即因为应力幅较小，故疲劳强度也满足要求。（3）松闸时最小油压的计算1一个液压油缸应产生的推力为：初取活塞杆直径时，活塞直径为：取活塞直径为标准直径D=140mm。则松闸时需要最小工作压力为： 取 故选择合理（4）执行元件的排量的计算1)制动缸的有效面积： 2)制动缸排量： 3）制动缸总排量： 4）盘型闸松闸推移时间 泵的流量，取，则5 液压站的设计5.1 液压系统方案的设计液压系统选择开式供油回路，液压泵从油箱吸油输入供油管路，进入液压缸推动活塞，完成盘式制动器的松闸。制动时，液压油通过电磁换向阀排回油箱，由碟形弹簧的弹簧力完成制动。（1）液压传动与控制的优点：1）同其他传动方式比较，传动功率相同，液压传动装置的重量轻，体积紧凑。2）可实现无级变速，调速范围大。3）运动件的惯性小，能够频繁迅速换向；传动工作平稳；系统容易实现缓冲吸震，并能自动防止过载。4）与电气配合、容易实现动作和操作自动化；与微电子技术和计算机配合，能实现各种自动控制工作。5）元件已基本上系列化、通用化和标准化，利于CAD技术的应用，提高工效，降低成本。（2）液压传动与控制的缺点1）容易产生泄漏，污染环境。2）因有泄漏和弹性变形大，不易做到精确的定比传动。3）系统内混入空气，会引起爬行、噪声和振动。4）适用的环境温度比机械传动小。5）故障诊断与排除要求较高技术。5.1.l 确定整体设计方案此设计方案针对摩擦时提升机盘式制动装置而设计的液压站，制动器为盘式制动器成对并且对称安装于制动盘两侧，制动器所需压力油由液压站供给，提升机运行时液压站给盘式制动器提供压力油施行松闸，当液压站不提供液压力时，盘式制动器由碟形弹簧的弹簧力进行制动。这种制动方式属于失效安全型制动，即无论什么原因造成液压系统失压(断电、电磁不动作等故障)，则制动器在碟形弹簧力作用下可以迅速实施安全紧急制动，液压系统如图5-2所示。液压站的控制包括对电机的控制、电磁继电器的控制和电磁换阀的控制。液压系统大致分为两个工作状态。（1）正常工作制动状态： 在提升机正常运行制动时，司机将制动把手拉向制动位置时，在全制动位置时，电流比例版输出零电流，对应的电比例溢流阀动线圈输入电流为零。液压站压力最低。盘型制动器油缸内的压力油，经溢流阀流回油箱，盘型弹簧恢复其松闸状态下的压缩变形，推动筒体、闸瓦，带动活塞移动，使闸瓦压向制动盘，进行制动。松闸时，司机将手把推向松闸位置，在全送闸位置时，电流比例版输出达到全送状态时调定的电流值时，液压站的压力为最大工作油压，则压力油推动活塞，带动筒体、闸瓦移动，压缩盘型弹簧施行松闸。（2）二级安全制动状态 二级安全制动，就是将提升机所需要的全部制动力矩，分成两级进行。施加第一级制动力矩后，使提升机产生符合煤矿安全规程规定的安全制动减速度，然后施加第二级制动力矩，使提升机能平稳可靠的停车。二级制动对机械、电气设备都是有益的。应为过大的减速度会给设备带来很大的过负荷，在摩擦提升中，则会引起钢丝绳滑动。因此，应采用二级制动。获得二级安全制动的方法是将提升机的盘型制动器分成数量相等的两组，每组的油管分别于