矿井提升机主轴及其深度指示器设计.doc

第一节 钢丝绳的选择钢丝绳是矿井提升设备的主要组成部分，它关系到提升设备的安全可靠地运行；也是矿山钢材消耗量较大的项目之一。正确的选择钢丝绳，不仅有助于矿井的安全生产，而且将可以节约大量的优质钢材。生产矿井几十年来的实践经验以及国外的经验证明，必须根据不同的工作条件，相应选用不同结构的钢丝绳，才能取得较好的经济效果。提升钢丝绳的有关规定： 1）规程规定：立井提升宜采用同向捻的提升钢丝绳，平衡尾绳采用圆股钢丝绳时，其与提升容器的连接装置应为转环式。2）规程规定：专为升降人员以及升降人员和物料用的提升钢丝绳，钢丝绳的韧性不低于特号钢丝的韧性标准，专为升降物料和平衡用的，不得低于号钢丝的韧性标准。提升钢丝绳的一些实践经验： 为了合理地选择提升钢丝绳的品种结构，对一些生产矿井实践经验总结个对比的经验介绍如下：1）当井筒中淋水较大或淋水的酸碱度较高，在作为回风井的井筒中提升时，应该选用镀锌钢丝绳，这对于防锈防腐有很好的效果。2）立井中使用圆股钢丝绳时，从钢丝绳的受力状态分析并为生产实践证实，同向捻钢丝绳较交互捻钢丝绳具有较长的寿命。 3）立井提升钢丝绳的强度损失，主要是由于疲劳产生的断丝，造成钢丝绳报废。在这种条件下，异形股钢丝绳和线接触钢丝绳和圆股钢丝绳相比具有较长的寿命。副井提升作业多种多样，应以最大的终端重力计算和选择钢丝绳。对提矸，运人和下料三种最经常的情况进行比较。对提矸时以终端重力最大，故以此选择钢丝绳，但需对提人时的安全系数进行校验。对于下放大件设备，也需对照具体情况进行核算，必要时采取相应措施以保证提升的安全。 一车矸石为矿车的额定载重1.5t，因此提矸时的一次提升重量为： Q=41.5t=6t 提人时，每人重量按70kg计算，其终端有效质量为： Q人 =（98+72）70kg=11900kg提升高度 H=415m尾绳环高度 Hh=15m初估井塔高 Hj=22m 钢丝绳最大悬垂长度 Hc= Hj+Hh+H=15+22+415=452m 主钢丝绳安全系数： 升降物料时： ma8.2-0.0005Hc=8.2-0.0005452=7.97 升降人员时： ma9.2-0.0005Hc=9.2-0.0005452=8.97拟用四绳摩擦提升机，n1=4，因为副井用于升降人员，取钢丝绳抗拉强度B=1850N/mm2主绳每根每米重 选用三角股钢丝绳作主绳，绳637股-1850-34.5-特-镀锌-顺捻，左捻和右捻各两根，单根每米重=42N/m，直径d=34.5mm，绳中最粗钢丝绳直径=1.6mm，全部钢丝拉断力之和Qd=825000N尾绳多采用等重尾绳或重尾绳，设尾绳根数n2=2，则每根尾绳每米重： 考虑到扁钢丝绳造价高，尽量选用不旋转钢丝绳，由于货源问题，可暂选用普通圆股钢丝绳充当尾绳，加强日常维护。暂选绳637-1550-52-镀锌，左右捻各一根，每根每米重=94.36N/m，直径d=52mm，由于两根尾绳的每米重力大于四根主绳每米重，因此该提升系统为重尾绳提升系统，尾绳和主绳每米重力差为： =2q-4p=294.36-442=20.72N/m 对于重尾绳提升系统，由于重罐位于井口时主绳中的静张力最大，故以此验算主绳的安全系数提矸时， = = 7.79 7.97 提人时， ma=108.97主绳的实际安全系数均大于允许最小值，所选钢丝绳可用。第二节 多绳摩擦提升机的选择多绳摩擦式提升机的主要部件有主轴、主导轮、主轴承、车槽装置、减速器、深度指示器、制动装置及导向轮等。多绳摩擦提升机提升系统示意图如下： 多绳摩擦提升机的优点：在国内外，多绳摩擦提升机飞跃发展，其发展速度远远超过单绳缠绕式提升机，这是由于它具有以下的优点：1、提升容器及静载荷由多根钢丝绳共同承担，提升钢丝绳直径较小，主导轮直径及整个机器尺寸都相应缩小，设备重量也减轻了。2、由于提升容器是同时悬吊在多根钢丝绳上，这些钢丝绳一般不会同时拉断，故可以不设防坠器。3、主导轮直径的缩小，系统的惯量和主轴上的扭力矩也随之减小，因而可以使用高速电动机和重量较轻的减速器，电动机功率和电能消耗也都相应降低。 4、提升钢丝绳的根数是偶数，且由左向捻和右向捻各一半组成，可以相互抵消钢丝绳运行中松捻的扭力，减轻了提升容器对罐道的运行阻力的，因而延长了罐道及罐耳的使用寿命。5、当多绳摩擦轮提升机安装在井塔上时，减少了工业广场的占地面积，并为地面生产系统的布置创造了有利条件。多绳摩擦提升机最大的优点是适用于深井，完成单绳缠绕式提升机不能承担的提升任务。 按照煤矿安全规程第365条的规定，摩擦轮的直径按钢丝绳直径的90倍计算，并保证摩擦轮直径大于1200倍的最粗钢丝直径。 D90d=9043mm=3870mm D1200=12002mm=2400mm根据上诉计算，选用JKMD-44()型多绳摩擦提升机，其主要技术参数如下：摩擦轮直径 4m天轮直径 4m绳数 4根绳间距 350mm最大静张力 740KN最大静张力差 180KN最大提升速度 14m/s其配用减速器型号为ZHD2R-180,减速器传动比为i=11.5，传动效率=0.92，减速器最大输出扭矩为Mmax =680000Nm，提升机（包括减速器）变位质量 m=22.1t，导向轮变位质量为 m=2.01t落地式摩擦轮提升机的优点：1、建设期间占用井口时间较短，可缩短工期。根据一些矿井的实际统计资料表明：塔式提升机包括建井塔及安装设备及调试，占用井口时间约一年左右。对于特大型矿井，一个井塔上安装两台提升机时赌东道赌东道赌东道的，占用的时间还会更长一些。而落地式提升机只是在竖立井架时，才需要占用井口，提升机的安装和调试工作，可以和井口竖立井架的工作同时进行，或者利用施工设备工作，调试和安装提升机，既可以减少对井口提升工作的影响时间，一般对井口的影响不超过半年。因而有利于加快矿井的建设速度。2、与预建整移式井塔相比，在经济上花费较少。当采用井塔预建整移的方案时，除了较一般在井口建的井塔要增加费用外，还要增加平移费用，其中：包括平移设备费，井塔临时基础费，滑道及承台的土建费用。一些矿井的经济方案表明：落地式采用钢井架时，比井塔式的建筑费用一般约减少410万元。3、安装，使用的观点，落地式优于井塔式。提升机的安装，落地式在地面搬运，安装和调整，这与井塔式比较，省略了大型设备向井塔上吊运的工序，工作人员也无需向井塔上往返，是较为方便的。运行值班人员也有这个便利条件。设备的维修较为及时的，设备的改造或更换，对生产的影响落地式也较小。4、对抗震较有利。以提矸作业验算提升机的强度 钢丝绳的最大静张力Fjm： Fjm =Q + Qz + 4qc + 4pHj + 2q（H+Hh） =60000+250000+47200+465.522+2147(415+15) =470984N=471KN740KN钢丝绳实际最大静张力差Fcm： Fcm =Q+H=60000+32415=73280N=74KN180KN上述钢丝绳最大静张力和最大静张力差均小于提升机的设计值摩擦轮衬垫比压验算Pb： 式中：Fs提矸时上升绳股的静张力 Fs = Q + Qz + 4qc + 4p(H+Hj) + 2qHh =60000+250000+47200+465.5(415+22)+214715 =457704N Fx提矸时下降绳股的静张力 Fx = Qz + 4qc + 4pHj + 2q（H+Hh） = 250000+47200+465.522+2147(415+15) =410984N所以 摩擦式提升机主导轮上的衬垫作用是：当提升钢丝绳端部荷载拉紧钢丝绳，并以一定的正压力的，紧压在衬垫上时，提升钢丝绳与衬垫之间便会产生很大的摩擦力，此摩擦力必须保证提升机在各种情况下，都不会出现提升钢丝绳在主导轮的衬垫上有滑动现象。用作摩擦衬垫的材料，应具有以下的性能：1、具有较高的摩擦系数，而且水或油类对摩擦系数的影响要小；2、具有较高的耐磨性能的，磨损时产生的粉尘，必须是对人和机器是无害的；3、应具有较高的压强；4、材料的来源要广，价格应低廉，加工和拆装应比较方便。副井还有可能同时进行提矸和下料作业，此时计算的衬垫比压为，对于目前使用的衬垫，允许比压为，上述比压可用。以上计算说明选用JKMD-44()时合理的。第三节 确定井塔高Hj = Hr + Hg + 0.75式中：Hr提升容器的全高， m； Hg过卷高度， m； 由于宽罐的全高位于10748-11198mm之间，窄罐全高位于10390-10480mm之间，此取10800mm 煤矿安全规程规定，摩擦轮式提升装置，提升速度小于每秒100m时，过卷高度不小于速度值，该提升系统最大提升速度Vm=9.18m/s，故选过卷高度Hg=10m。所以 Hj = Hr + Hg + 0.75 = 10.8 + 10 + 0.75 = 22.3m取整数 Hj =22m，与估计值一致。第四节 预选电动机 计算最大经济提升速度Vj： Vj=0.4=0.4=8.15m/s 对于JKMD-44()型多绳摩擦提升机，配用减速器的速比为i=11.5，因此电动机额定转速为： ne= 取电机的同步转速为nt=500r/min，则额定转速为ne=490r/min，此时对应的最大提升速度为： 根据提矸作业，预选电动机功率Pe： 式中：K矿井阻力系数，对于罐笼提升取K=1.2; 动力系数，对于罐笼取=1.4； 减速器效率，一级减速取=0.92； 根据Pe和ne预选JR1000-12/1430三相交流绕线型异步电动机，其技术指标如下： 电机额定功率 Pe=1000KW 电机额定转速 ne=492r/min 电机效率 =0.915 电机飞轮转矩 第五节 计算提升系统总变位质量 除电机转子外，其运动部分的变位重力均已知。下面先计算电机转子的变位质量和变位重量，分别以和md表示 提升矸石时，提升系统的总变位质量 提升人员时，提升系统总变位质量第六节 确定提升加、减速度1、升降人员：煤矿安全规程规定，立井中用罐笼升降人员的加速度和减速度不得超过0.75 2、升降矸石：提升矸石的加速度受三个条件的限制，即按减速器最大输出扭矩计算的加速度a1 按充分利用电机能力计算加速度a1 其中 ：Fe电动机的额定出力，N； 电动机的过负荷系数，即为最大转矩与额定转矩之比所以： a11.29煤矿安全规程规定，竖井中对升降为物料的加速度最大不超过1.2 为了简化提升机的控制和操纵，取提矸与提人的加速度为相同值，即a1=0.75 3、提升矸石的减速度 a3为了简化提升机的操作和控制，取提矸和提人时的减速度均为0.75 ，但由于提矸时静不平衡力矩较大，而提人时静不平衡力较小且为变化值（由于提升人数不总是满罐），因此为了得到0.75 的减速度值，提矸时常用电动机减速方式，而提人时可能要采用机械闸减速方式，此外在下方重载情况为保证a1=0.75 和a3=0.75 ，需要用电气制动方式，所有这些要电气控制系统来实现。第七节 提升运动学参数提升运动学参数除了提升休止时间以外，由于所选加，减速度及最大提示速度相同，因此对提人，提矸，下料运动参数都是一致的。 对于1.5t双层四车异侧进出车标准罐笼，提人和下料取1=22s，下放人员按5人以下为20s，每增加一人增加1秒，故取2=20 + 93 +2 =115s,其中2s为双层罐笼比单层罐笼多出来的时间。为了准确停车，才用五阶段速度图，取爬行距离h4=2.5m，爬行速度v4=0.5m/s，则运动学参数计算结果如下：加速阶段： a1=0.75 等速阶段： 减速阶段： a3=0.75 爬行阶段： 则一次提升循环时间：提矸： Tg= 提人： Tr= 第八节 提升运动学参数计算 提升运动学参数也分提矸，提人和下放材料等情况，由于提升人员的载荷小于提矸时的载荷，只要提矸时的电动机功率满足要求，升降人员便不会有问题。下放料石会出现较大负力，与提矸情况不同，所以以下计算提矸和下放料石两种情况，计算结果如下：提升矸石： 加速阶段： 等速阶段： 减速阶段：爬行阶段：下降料石： 加速阶段： 等速阶段： 减速阶段： 爬行阶段：第九节 电动机功率校验 以提矸作业验算电动机功率，减速阶段按电动机减速方式运行1、等效时间 Td=式中：低速时电机散热不良系数 停机时电机散热不良系数2、计算等效力 其中，爬行阶段采用微机拖动，不计入计算结果中所以 等效力：Fd= =270KW3、等效功率 4、正常过负荷校验提矸时最大拖动力Fm=166896N,电动机额定力Fe=1010217.9N 摩擦提升不允许采用罐座，故不进行特殊过负荷校验。第十节 防滑验算多绳摩擦提升的防滑验算包括三方面的内容，即静防滑安全系数验算，动防滑安全系数验算和紧急制动防滑验算，其中每种又有提升载荷和下放载荷两种情况，提升又分提矸和提人两种载荷1、静防滑验算，要求静防滑安全系数1.75提升重载：重尾绳提升系统，以提升终了时的静防滑安全系数最小，只要提矸终了时可满足要求，其他情况就不必验算。为了比较，把提人时的也计算出来 式中：Fs提升终了时上升绳股静张力提矸时 提人时 Fx提升终了时下降绳股静张力提矸时 提人时 提矸 提人 下放重载： 重尾绳提升系统，以加速开始时最小 式中：Fx下放开始时下降绳股静张力 下放料石 下放人员 Fs下放开始时上升绳股静张力 下放料石 下放人员下放料石 下放人员 2、动防滑验算要求动防滑系数d1.25提升重载：正常提升时，加速终了时的动防滑安