矿用主井单绳缠绕式箕斗提升机的设计

河南理工大学万方科技本科毕业设计 I 摘摘 要要 矿山提升设备是矿山运输中的咽喉设备 占有特殊地位 是井下与 地面联系的主要工具 提升机是用来将矿物运出矿井的设备 本文详细介绍了单绳缠绕式矿井提升机核心部件 主轴装置和卷筒 的重要作用和工作原理及主轴装置的设计思想 方法 步骤 安装的全 过程 针对提升机容易发生的过卷事故进行分类 分析了事故原因 提出了 防护与改进措施 通过对矿井提升机技术改造的案例介绍 总结了在对老 式提升机进行安全技术改造的过程中应遵循的原则和注意的问题 关键词 提升机 滚筒 钢丝绳 主轴 河南理工大学万方科技本科毕业设计 II Abstract The mine lift technique is in the mine haulage pharynx and larynx equipment holds the special status and is the mine shaft and the ground relation main tool Elevator used to bring iron to the top of the mine Have introduced the single rope to tie up the round type mineral well to promote the machine in detail The important function and the work principles of the core parts main shaft device And the design thought method step that main shaft device the whole process that installation To design the conjunction method of principle casting iron ring flange support way and exertion of bearing improvement innovation that go on of design idea and so on The often happened breakdowns of mining hoists are classified their causes are analyzed and the prevention measures are put forward Introducing the case about the safety technical innovation to mine hoist the paper concludes the principle that should be follow and matters need to pay attention in the course of safety technical innovation to old Russian mine hoist Key words Lifting hoist drum steel wire main axle 河南理工大学万方科技本科毕业设计 III 目目 录录 1 绪 论 1 2 提升机的设计 4 2 1 设计的基本原则 4 2 2 设计依据 5 2 3 提升方式的确定 6 2 4 提升容器的的选择及计算 7 2 5 提升钢丝绳的选择及计算 11 2 5 1 计算单位绳重力 p 12 2 5 2 钢丝绳最大悬垂长度 12 2 5 3 验算安全系数 m 13 a 2 6 提升机主要的设计 14 2 6 1 滚筒的设计 14 2 6 2 轴的设计 19 2 6 3 提升机的强度校核 26 2 7 选择天轮直径 26 2 8 提升机与井筒相对位置的确定 28 2 8 1 井架高度 H 28 j 2 8 2 提升机与井筒提升中心线水平距离 L 29 s 2 8 3 钢丝绳弦长 L 29 x 2 8 4 钢丝绳偏角 30 2 8 5 卷筒的下出绳角 32 河南理工大学万方科技本科毕业设计 IV 2 9 提升系统运动 学动力学参数计算 32 2 9 1 预选电动机 32 2 9 2 提升系统变位质量 33 m 2 9 3 主加 减速度的确定 33 2 9 4 运动学参数计算 35 2 9 5 动力学参数计算 38 2 10 提升电机容量的校核 41 2 10 1 电动机的等效容量 41 2 10 2 按电动机发热条件校核 42 2 10 3 按正常运行时电动机过负荷能力校核 42 2 10 4 特殊过负荷校核 43 2 11 电耗及其效率 43 2 11 1 耗电量 W 的计算 每 KN 电耗 44 2 11 2 提升设备效率 44 2 12 年产量验算 44 3 提升机的深度指示器 46 3 1 牌坊式深度指示器 46 3 2 圆盘式深度指示器 47 4 矿井提升机的制动装置 50 4 1 概述 50 4 2 盘式制动器 52 4 2 1 盘式制动器的结构及布置 52 4 2 2 盘式制动器工作原理 55 4 3 液压站 57 河南理工大学万方科技本科毕业设计 V 4 3 1 工作制动力矩的调节 58 4 3 2 安全制动 61 4 4 制动器及液压站的设计 62 4 4 1 2JK 3 11 5 型提升机盘闸制动器的主要参数 62 4 4 2 液压泵站的设计 63 5 减速器 70 6 联轴器 轴承和键的选择 71 致 谢 72 参考文献 73 河南理工大学万方科技本科毕业设计 1 1 1 绪绪 论论 矿山提升设备是矿山运输中的咽喉设备占有特殊地位是井下与地面 联系的主要工具 矿山提升设备的用途是沿井筒提运矿石和废石 升降人员下放材料 工具和设备 矿山提升设备在工作中如果一旦发生机械和电气故障就会 造成停产甚至人身伤亡 为了保证生产和人员的安全 所以对矿山提升 设备要求运行准确 安全可靠 必须配有性能良好的控制设备和保护装 置 矿山提升设备的耗电量一般占总耗电量的 30 40 所以为了降低 矿石的成本必须经济合理地选择和使用矿山提升设备 矿山提升设备又 是矿井最大的固定设备之一 是一套较复杂的机械 电气机组 早在公元前 我国劳动人民就用作为提水工具 据记载 800 多年前 我国的采矿工业就采用辘轳来提升矿石和人员等 以后又发展成畜力提 升机 19 世纪 随着蒸汽机的出现 资本主义国家采用了蒸汽拖动的矿 井提升机 直至目前在国内外一些矿山还能看到 使提升机的能力大大提高 后来又出现了电动机利用电力拖动机 由于电力拖动无论在效益上还是在使用条件上都优于蒸汽拖动 因此电 力拖动提升机迅速取代了蒸汽拖动提升机 随着电动机和电子技术的发 展 目前的电力拖动矿井提升机与原始的电力拖动提升机已有很大不同 尤其是近几十年来 微电子和计算机技术的迅速发展 便矿井提升机可 以实现全自动化运行 可以记录机器运行参数和各种生产指标以及进行 数据综合与处理 并具有为保证设备安全可靠运行的各种保护系统 使 提升机运行与整个矿井系统连接 联成一个自动运行系统 河南理工大学万方科技本科毕业设计 2 从提升机的结构和品种方面的发展来看 首先出现的是单绳缠绕式 圆柱形单筒提升机 1876 年德国人戈培利用摩擦原理 制造出单绳摩擦 式提升机 这种提升机用一根提升钢丝绳 绳的两端分别各联接一个提 升容器 而提升钢丝绳则搭挂在轮上 摩擦轮转动时 轮上的提升钢丝 绳因摩擦力而随摩擦轮一起转动 使绳上两端的提升容器一个上升 一 个下降 摩擦轮反转时 提升容器运行方向也相反 由于轮提升钢丝绳 不缠绕在轮上 提升高度 或距离 与摩擦轮尺寸无直接关系 所以摩擦 提升机特别适合于较深矿井中 为纪念戈培的功绩 人们常把单绳摩擦 轮式提升机称作 戈培轮式提升机 以后 随着矿井生产的发展和技术的进步 缠绕式卷筒提升机和摩 擦轮式提升机又各有其不同的发展 缠绕式由单筒发展到双筒 为适应 提升距离增加和节省电能的需要 又发展了圆锥形 圆柱圆锥形 双圆 柱圆锥形及单简可分离式卷筒提升机等不同结构形式 继 1876 年戈培轮式提升机问世后 1938 年又出现了多绳摩接式矿井 提升机 这不仅扩大了摩擦提升机的应用范围 而且使提升机的结构尺 寸和提升能力大幅度提高 从而为采用大提升量容器创造了条件 并提 高了安全可靠性 但这种提升机真正在世界各国推广使用还是在 19 世纪 50 年代以后 随着世界采矿业的发展 开采深度不断提高 在南非金矿 一次提 升高度已达 2440m 这对一般单绳缠绕式提升机来说是不能胜任的 即 使采用多绳摩擦式提升机也出现过不少尾绳事故 后来又出现了适合超 深井的双绳缠绕的布雷尔式提升机 事物是不断发展的 矿井提升机也 一样 其类型 结构形式等都在日新月异地向前发展 目前 矿井提升设备是向体积小 重量轻能力大安全可靠和高度自 河南理工大学万方科技本科毕业设计 3 动化的方向发展 矿山提升设备的主要组成部分是 提升容器 提升钢丝绳 提升机 井架和天轮以及装卸载附属装置等 河南理工大学万方科技本科毕业设计 4 2 2 提升机的设计提升机的设计 2 12 1 设计的基本原则设计的基本原则 矿井提升设备选型是否合理 直接影响到矿井的安全生产 基建投 资 生产能力和吨煤成本 所以在选型设计之前 必须进行认真的技术 方案比较 使设计方案真正达到技术与经济上的合理 矿井提升设备的合理设计 主要取决于确定合理的提升系统 即设 计矿井采用几套提升设备 提升设备的类型 单绳缠绕式还是多绳摩擦 使 以及提升式 采用箕斗还是罐笼 一般情况下 年产量在 30 万吨 及其以上的大中型矿井 由于提升任务重 可设两套提升设备 主井采 用箕斗提升 副井采用罐笼提升 对于年产量超过 180 万吨的特大型矿 井 主井可采用两套箕斗提升设备 副井除配备一套提升设备以外 有 时尚需设置一套带平衡锤的单容器提升设备作辅助提升 对于年产量小 于 30 万吨的矿井可采用两套普通的罐笼提升设备 若一套提升设备能够 完成任务 也可采用一套普通罐笼提升 对于大中型矿井 决定其提升方式时 还应考虑以下几个因素 1 如果煤的品种较多 且要求不同品种分别运出时 应采用罐笼 提升为宜 2 如果对煤由块度要求且要求较高时 宜采用罐笼提升 3 地面生产系统靠近井口 采用箕斗可简化煤流过程 若远离井 口 并需窄轨运输 则宜采用罐笼提升 4 对于采用单容器提升还是双容器提升 主要取决于同时开采的 水平数 对于煤矿多数以单水平开采 故一般采用双容器提升 当多水 河南理工大学万方科技本科毕业设计 5 平提升时 一般采用单容器加平衡锤的提升系统 5 多绳摩擦式提升机具有诸多优点 在立井提升中 一般当年产 量在 60 万吨及其以上 井深有在以上时 采用多绳提升为好 300 350m 如果井深更大 即使年产量较小 也以多绳摩擦提升为宜 对于斜井或 较浅的立井均应采用单绳缠绕式提升设备 6 对于斜井提升方式主要有串车 箕斗和带式输送机三种 串车 一般用于井筒倾角小于的矿井 对于年产量在 21 万吨及其以下的矿25 井 一般采用单钩串车提升 当年产量达 30 万吨 而提升距离较短时 一般采用双钩串车提升 箕斗提升一般用于年产量 45 万吨以上 井筒倾 角大于的矿井 箕斗一般采用后卸式箕斗 带式输送机一般用于产量25 较大 距离较长的斜井中 以上仅是一般的设计原则 在具体设计时 必须根据矿井的具体条 件 提出若干可能方案 对基本投资 运转费 技术的先进性等诸方面 进行技术比较后确定 同时还要考虑到我国提升设备的生产和供应情况 才能确定比较合理的方案 根据设计的任务要求和具体的生产条件 本设计是针对副井提升设备的 选型设计 基于以上的设计原则 本提升设备采用单绳缠绕式双罐笼提 升设备 2 22 2 设计依据设计依据 1 矿井年生产量 150 万吨 2 提升机工作制度为年工作日 352 天 每天工作 16 小时 3 单水平提升 井筒深度 H1 378m 4 井筒直径 4 5m 河南理工大学万方科技本科毕业设计 6 5 箕斗卸载高度为 Hx 18m 6 箕斗装载深度为 Hz 20m 7 松散煤的密度为 900kg m3 8 采用双滚筒单绳缠绕式提升 2 32 3 提升方式的确定提升方式的确定 提升方式与井筒开拓 井上下运输等环节都有着密切关系 因此在 新井设计时 对提升方式要全面综合考虑 在合理确定提升方式时 原 则上要考虑以下诸因素 1 1 竖井提升可采用单绳缠绕式提升机 亦可采用多绳提升机或 双筒双绳缠绕式 市雷尔式 提升机 单绳缠绕式提升机一般用于井深小 于 600m 的矿井 多绳摩擦轮提升机多用于井深 300 1400m 的矿井 布 雷尔式提升机目前仅在井深大于 1000m 的矿井中使用 2 2 提升容器一般根据矿井年产量和井筒深度来选择 金届矿山 的设计经验定明 产量在 700t d 左右 井深在 300m 上下 一雕可考虑 采用罐笼提升而产量大于 1000t d 井深大于 300 圆时宜采用箕斗提升 3 3 对于不易粉碎 或含泥水较多的矿石 或提升物料品种多于 两种时 宜采用罐笼提升 4 4 按 冶金矿山安全规程 规定 凡进风用的提升井只能采用 罐笼提升 禁用箕斗提升矿物 5 5 对于箕斗提升 当矿石块度为 400 一 500mm 时 应选用翻转 式箕斗 当矿石块度控制在 350mm 以下时 可选择底卸式箕斗 6 6 罐笼 箕斗组合式容器 国外使用较多 一般罐笼放在箕 斗上边 罐笼有单层 双层或三层的 箕斗有翻转式或底卸式的 国 河南理工大学万方科技本科毕业设计 7 内部分改建矿山有的采用罐笼 箕斗组合式也有的采用一端罐笼 一端 箕斗的 7 7 从节能和安全角度出发 竖井单绳提升一般采用双钩提升 而不采用单钩提升 但在多水平提升时 最好采用带平衡锤的单钩提升 8 8 一般情况下主井均采用箕斗提升方式 因为这种方式提升能 力大 运转费用低 此外易于实现自动化控制 9 9 定斜井提升的合理方式 一般来说 小型矿井主井多用串车 产量较小时还可考虑单钩 大型斜井提升宜用胶带远脑机及双钩箕 斗 井筒倾角过大 中等井型也可使用箕斗提升方式 以防矿物洒出 斜井副井升降人员时则采用人车 以上所述为确定提升方式的一般原则 在具体设计工作中 应根据 实际情况 结合矿井条件 综合考虑确定 对于新并没计 应参照 定 型成套装备 的有关规定来确定提升方式 并尽量选用定型设备 双卷筒提升机的两个卷筒在与轴的连接方式上有所不同 其中一个 卷筒通过楔键或热装与主轴连接在一起 称为固定卷筒 又称为死卷筒 另一个卷筒滑装在主轴上 通过离合器与主轴连接 故称之为游动卷筒 又称为活卷筒 采用这种结构的目的是考虑到在矿井生产过程中提升钢 丝绳在终端载荷作用下产生弹性伸长 或在多水平提升中提升水平的转 换 需要两个卷筒之间能够相对转动 以调节绳长 使得两个容器分别 对准井口和井底水平 本设计选择缠绕式双滚筒提升方式 2 42 4 提升容器的的选择及计算提升容器的的选择及计算 箕斗是单一用途的提升容器 仅用于提升煤炭或矿石 其结构和工 河南理工大学万方科技本科毕业设计 8 作示意图如图 2 1 所示 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 因此 本设计选用箕斗作为提升容器 河南理工大学万方科技本科毕业设计 9 图图 2 12 1 单绳缠绕式提升机箕斗提升系统单绳缠绕式提升机箕斗提升系统 1 1 提升机 提升机 2 2 天轮 天轮 3 3 井架 井架 4 4 箕斗 箕斗 5 5 卸载曲轨 卸载曲轨 6 6 煤仓 煤仓 7 7 钢丝绳 钢丝绳 8 8 翻翻 笼 笼 9 9 速度Vm 煤仓 煤仓 10 10 给煤机 给煤机 11 11 装载设备装载设备 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 H1 H2 Hx 378 18 20 416m 2 1 河南理工大学万方科技本科毕业设计 10 2 经济提升 Vm 0 4 8 3m s 2 2 H 3 一次提升循环估算时间Tx 初估加速度 a 0 8m s 爬行时间估取 10 s 休止时间估取u 10s 将式 2 1 2 1 代入式 2 3 求得Tx Tx 2 8 1410 10 1080 74 0 88 1 VmH us aVm 3 4 计算箕斗一次提升量 4 1 15 120 1080 74 5527 3 63 6 350 16 nx r s cA T Qkg b t 2 4 上式中 取不均衡系数 c 1 15 故选用箕斗名义装载量为 6t 的 JK 6 型单绳箕斗 其主要技术规格 如下 自重 Qz 6t 容器全高 9 46m r H 有效容积 V 6 7m3 最大终端载荷 122KN 两箕斗中心距 S 1 88m 因散煤容量 故一次实际提升量Q 3 900kg m Q 900 6 7 5942kg 2 5 河南理工大学万方科技本科毕业设计 11 2 52 5 提升钢丝绳的选择及计算提升钢丝绳的选择及计算 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 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 在矿井提升系统中 应该根据不同的用途 选用合适的钢丝绳 扬 长避短 充分发挥他们的效能 为此必须对其结构 性能及选择计算做 详细的了解 在选用钢丝绳时还应考虑以下因素 单绳缠绕式提升机为防止缠绕时绳 松捻 钢丝绳的捻向应与绳在卷筒上缠绕时的螺旋线方向一致 目前但 绳缠绕多为右旋 所以多选用右同向捻绳 为加强工作性能 增强可靠 性最好选用金属绳芯钢丝绳 绳芯有金属绳芯 石棉芯 合成纤维芯及有机芯四种 绳芯的作用 是 减少钢丝之间的挤压变形和接触应力 使钢丝绳富有弹性 抗 冲击和缓和弯曲应力 贮存润滑油 防止内部锈蚀和减少丝间摩擦 钢丝绳的分类 按钢丝绳统制次数分 单绕绳 双绕绳 三绕绳 按由股捻成绳的捻向分 左捻绳 右捻绳 按捻法分 同向捻钢丝绳 交互捻钢丝绳 按股中钢丝接触情况分 点接触式 线接触式 面接触式 按绳股断面形状分 圆股 异型股 特种钢丝绳 多层股不旋转钢丝绳 密封钢丝绳 扁钢丝绳 选择钢丝绳时 还应考虑以下因素 在井筒淋水大 水的酸碱度高以及出风井中 应选镀锌绳 河南理工大学万方科技本科毕业设计 12 在磨损严重条件下使用的钢丝绳 如斜井提升等 应选用外层钢 丝尽可能粗的钢丝绳 或线接触 面接触钢丝绳 弯曲疲劳为主要破坏原因时 应选用线接触式或三角股绳 一般立井或斜井箕斗提升用同向捻较好 多绳摩擦提升用左右捻 各半 斜井串车提升用交互捻 单绳缠绕多为右旋 所以多选右捻 罐道绳多用密封 半密封绳或三角股绳 其表面光滑 耐磨损 用于温度高或有明火的地方 应选用石棉绳芯或金属芯钢丝绳 钢丝绳的安全系数 根据安全规程的规定为钢丝破断力之和与最大 静负荷之比 并规定提升钢丝绳的安全系数为 专为升降人员用的不得低于 9 升降人员和物料用的不得低于 7 5 专为升降物料用的不得低于 6 5 摩擦轮提升用的不得低于 8 2 5 12 5 1 计算单位绳重力计算单位绳重力 p p P 45 34 c a B x H m QQ 11 0 425 5 6 170000 11 0 50005940 x mN 上式中 钢丝绳的公称抗拉强度 取 170 B 2 cmKN m 箕斗拉煤安全系数 取 6 5 a 河南理工大学万方科技本科毕业设计 13 2 5 22 5 2 钢丝绳最大悬垂长度钢丝绳最大悬垂长度 H H H H 31 356 20 407m c j Sz H 井架高度j H 井的深度 S H 容器装载高度 z 根据上式求出的 p 值 由表可知选用 6x19 普通圆股钢丝绳 其有 关数据是 d 37 mm P 48 82 170 max 2 2mm mN B Q 883 kN 2 cmKN q 2 5 32 5 3 验算安全系数验算安全系数 m ma m 6 74 a cz q pHgQQg Q 42504882 0 50 4 59 877 x 6 5 根据 煤矿安全规程 对安全系数的规定 单绳缠绕式提升装置转 为提升物料的钢丝绳安全系数的最低值为 6 5 故所选钢丝绳合格 提升钢丝绳除合理的选择外 还应正确使用 精心维护 定期试验 保证钢丝绳始终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 钢丝绳的润滑非常重要 直接关系到钢丝绳的使用寿命及安全运行 河南理工大学万方科技本科毕业设计 14 润滑有三个作用 保护钢丝不锈蚀 起润滑作用 减少钢丝绳的磨 损 防止湿气水分浸入绳内 并补充绳芯油量 对钢丝绳润滑油有以下要求 粘稠性好 能使油粘附在绳上 振 动 淋水也甩冲不掉 要有较好的粘温特性 低温时不硬化 高温时 不流失 防锈及润滑性能要好 不含酸碱性 应有一定的透明度 以 便发现钢丝绳磨损及断丝 2 62 6 提升机主要的设计提升机主要的设计 2 6 12 6 1 滚筒的设计滚筒的设计 滚筒是矿山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 提升机按卷筒个数多少可分为双卷筒和单卷筒提升机 双卷筒提升 机用作双钩提升 每个卷筒上固定一根钢丝绳 两根钢丝绳的缠绕方向 相反 因此 当卷筒旋转时 其中 根向卷筒上缠绕 另一根则自卷筒 上松放 这时悬吊在钢丝绳上的容器就一个上升 一个下放 从而起到 提升重容器 下放空容器的作用 提升机有一个活卷简 可调解绳长 更换钢丝绳和调节提升水平都较方便 单卷简提升机只有一个卷简 一 般用于单钩提升 也可用作双钧提升 双钩提升时 卷筒缠绕卷筒表面 为两条钢丝绳所共用 下放绳时空出的卷筒表面 上升绳即可向该表面 缠绕 这样表面在每次提升时都得到充分利用 因此 单筒提升机比双 筒提升机具有结构紧凑 重量轻的优点 其缺点是当双钩提升时 不能 用于多水平提升 且调节绳长和更换钢丝绳也很不方便 根据制造工艺的不同 可把提升机的滚筒结构分为铸造一焊接混合 型和焊接型 其结构分别如图 1 2 所示 河南理工大学万方科技本科毕业设计 15 图 1 铸焊混合型滚筒 图 2 焊接型滚筒 1 支轮 铸造 2 筒壳 3 支环 4 木衬 1 支轮 焊接结 构 2 筒壳 3 支环 4 木衬 现在提升机的滚筒是用较厚的简壳来承担载荷 并且支轮改为辐板 式 即在支轮上开有两个人孔 或圆环式 这样做工艺上较简单 同时也 可以避免由于焊接工艺不当造成加强筋附近的局部应力过高 滚筒外一般设有木衬 并在其上车出绳槽 目的是减少钢绳与简壳 直接接触面造成的磨损 并使钢绳排列整齐 但木衬使用寿命不长 更 换费时 费料 故也有不设木衬而直接在滚筒壳上车出绳槽 但此需要 增加筒壳厚度 从而也增加了机重 结构如图 3 所示 河南理工大学万方科技本科毕业设计 16 图 3 无木衬滚筒 1 轮辐 2 筒壳 3 挡绳板 4 闸盘 绳槽有螺旋形及环形两种 在单层缠绕时采用螺旋形绳槽就足以使 排绳整齐 当上层钢绳缠绕在下层上面时 滚筒每转过一周 上层钢绳 就会有两次 横跨 下层绳圈的现象 并在挡绳板处形成楔形区而造成 咬绳现象 钢绳使用情况还表明 钢绳磨损最严重的部分是相邻两层的过渡处 因为这时钢绳与挡板间形成一楔形段 其宽度随着缠绕过程由宽到窄 当楔形段的宽度小于钢绳直径且其差值在某一范围内时 钢绳在拉力作 用下挤入楔形段便形成咬绳现象 当楔形段宽度不能挤人钢绳时 由于 相邻两层钢绳的缠绕方向相反 故钢绳开始向上爬 井骑在下层钢绳之 亡形成一过渡绳圈 当下放时 原来被挤而嵌人楔形段的钢绳又被强行 拉出 如此挤人和拉出是造成钢绳在此处早期过渡磨损的原因之一 这 一过程也会增加钢绳的动载荷 改进方法是在钢绳缠绕的层间过渡处设置一过渡块 它的作用是当 楔形段的宽度小于钢绳直径时 不让钢绳挤入而引导它爬过相邻的绳圈 河南理工大学万方科技本科毕业设计 17 进行较顺利的层间过渡 如图 4 所示 图 4 过渡块 双层缠绕 滚筒的主要失效形式 裂纹 局部变形过大 连接螺栓被剪断或弯曲变形过大 1 1 卷筒直径的确定 卷筒直径 D 的确定是以保证钢丝绳在卷筒上缠绕时产生的弯曲应力 较少为原则 根据理论和试验研究 钢丝绳弯曲应力与比值间的关系 w 当比值 80 时再增大比值 D d 弯曲应力无显著下降 相反当 D d60 时再 减小比值 D d 则会引起弯曲应力的急剧增加 据此 安全规程规定 卷筒直径 D 与钢丝绳直径 d 之比 对于地面提升设备 80 d D 故有卷筒直径 D 80 x 50 4000 mm 式中 是卷筒直径 D 河南理工大学万方科技本科毕业设计 18 是钢丝绳直直径 d 故选用标准直径 D 4 m 2 2 卷筒宽度 卷筒宽度 B 根据所需容纳的钢丝绳总长度来确定 钢丝绳总长度包 括 1 提升高度 2 供试验用的钢丝绳长度 3 为减少绳头在卷筒上固定处的张力而设的三圈摩擦圈 B d 37 3 1760 7 mm p s Dn DLH 43 p D x 2 7330410 式中 H 是最大提升高度 钢丝绳试验长度 一般取 20 30 米 s L n 缠绕层数 取 n 2 D 平均缠绕直径 D D pp 2 1 n 22 4 dd 钢丝绳绳圈圈之间的间隙 一般取 2 3 毫米 故卷筒宽度 B 取 1 7 米 3 3 筒壳许用应力的确定 筒壳的材料通常是 16Mn 2 18200cmN 从理论上分析可知筒壳和支轮所受的应力是变化的 但实践证明多 数滚筒的失效都是 在没有显著变形的情况下形成裂纹 设计计算时 都是按照静强度的方法来计算 或按照与疲劳强度等效的静强度计算 河南理工大学万方科技本科毕业设计 19 2 6 22 6 2 轴的设计轴的设计 主轴是提升机承载的主要部件 提升机的主要工作构件如滚筒 轴 承 离合器以及联轴器等均安装在主轴上 有些小型提升机的主轴还装 有减速的末级大齿轮 电动机通过主轴驱动滚筒 主轴也是传动的主要 部件 提升机主轴应能承受工作过程中的外负荷而不发生残余变形和过 量的弹性变形 同时要保证一定的使用寿命 主轴往往是提升机中重量最大的一个零件 其尺寸和传递的力矩也较大 因此 在结构上除应满足强度和刚度要求外 还应重视工艺和安装方面 的问题 提升机具体工作持点确定 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 知 P P P P 800 x0 99x0 98 x0 97 687 3KW 主轴e总 e 2 3 4 2 1 42 主轴的结构设计应考虑如下几点 要便于起吊 拆装和加工 零件在轴上要求定位准确 工作中不 发生移动 滚筒在轴上的固定方法可用切向键也可用静配合 但不论用何种 方法都应使连接可靠 不允许在运转中出现松动现象 对键连接应有防 退装置 双滚筒提升机每个滚筒仅在一个支轮轮毅处固定就可以了 对 于活该筒 为了避免因多次调绳操作后轴上磨出构槽 所以在其右轮毅 与主轴问加设衬套 轴的结构应尽量使轴受力合理 避免或减轻应力集中 以保证铀 的疲劳强度 轴径变化处过渡园角半径不应过小 根据需要和可能对主 铀进行表面强化处理 如喷九 该压等 以提高其疲劳强度 主轴是主要承载部件且受交变应力 故对其工艺要求较高 主轴 河南理工大学万方科技本科毕业设计 20 锻造后必须进行探伤试验及机械性能试验 当有裂纹及其他缺陷存在时 此轴的寿命会受到影响 主轴加工后要进行热处理 热处理方法有用正 火也有用调质的 主铀材料一般采用优质小碳钢 最常用的是 45 碳素结构钢 这种 材料价廉 对应力集中敏感性小 加工性能好 通过调质热处理 可获 得强度 耐磨性和冲击韧性都比较好的综合机械性能 提升机的主轴强度计算步骤和计算内容如下 根据结构及工艺要求 绘制出主轴结构草图 并初定主轴的尺寸 主 轴的直径可以根据它们传递的转矩进行初算 也可以根据经验估计 通 常取 d 式中 D 为滚筒名义缠绕直径 10 D 8 D 计算主轴的正常载荷 根据最大正常载荷 计算主铀危险断面的 安全系数 对于对称循环应力 一般取疲劳安全系数 n 对于非5 1 对称循环应力 疲劳安全系数 n 2 按正常载荷校核主轴的刚度 主轴的最大挠度应满足 S 式 max 3000 L 中 L 为主轴的跨度 计算主轴的非常载荷 按卡罐 断绳情况 根据非常载荷计算主 轴危险断面的应力 此应力应小于材料的屈服极限 以保证主铀在非常 载荷下不产生残余变形 提升机主轴强度计算 可按机械零件中轴的计算方法进行 只是主轴的 外载荷应根据 联轴器的效率 取 0 99 1 轴承的效率 取 0 98 2 齿轮的效率 取 0 97 3 主轴输入的转矩为 河南理工大学万方科技本科毕业设计 21 T T Ti 主轴电机总 电机 2 3 4 2 1 4 9550 xx0 99x0 98 x0 97 x0 99x11 5 591 800 42 126465N m 初步估算该轴的最小直径 d 0 3 m 8 10 DD 10 3 D 卷筒直径 m 已知数据知 钢丝绳的最大静拉力为 F 143 26KN 钢丝绳的出绳角为 49 24 08 提升机滚筒的变位质量为 G 393850N 滚筒 钢丝绳的悬垂高度为 H 427m 钢丝绳每米的质量为 4 456kg m 钢丝绳的重力为 G 4 456x427x10 18594 2N 钢丝绳 则钢丝绳的拉力在水平方向的分力为 F Fcos 129420 xcos48 22 09 86957N 水 钢丝绳的拉力在竖直方向的分力为 F Fsin 129420 xsin48 22 09 97754N 竖 轴的结构示意图如下图所示 从右往左看依次为 最小直径处装联 轴器 用平键和联轴器相连 下一段直径为 340mm 此处装轴承 宽度为 220mm 考虑到轴承的定位 下一段加工出一段轴肩 直径为 360mm 下一 段直径为 420mm 此处是滚筒的轮毂 这段直径上装有两个滚筒 调绳离 合器 制动盘等 此段长度定位 4200mm 剩下的两段采用和轴右边对称 河南理工大学万方科技本科毕业设计 22 的结构 轴的结构示意图 对轴进行受力分析 画出弯矩图 扭矩图 进行强度校核 提升开始时 左边滚筒上没有钢丝绳 而右边滚筒上缠满了钢丝绳 此 时进行受力分析 如下图所示 竖直方向 以 1 点为矩 知 Gx2600 Gx3450 Fx3450 Fx5200 滚筒钢丝绳竖2竖 河南理工大学万方科技本科毕业设计 23 代入数据 得 F 209562N 2竖 由于力的平衡可知 F 106848N 1竖 水平方向 以 1 点为矩 知 Fx3450 Fx5200 水2水 代入数据 得 F 58042N 2水 由于力的平衡可知 F 29935N 1水 提升过程中 当左右两个滚筒分别只缠绕一层时 受力分析如下图所示 竖直方向 以 1 点为矩 知 G G x 2600 Fx4200 Fx 5200 钢丝绳滚筒竖2竖 代入数据 得 F 137441N 2竖 由于力的平衡 知 F 187969N 1竖 水平方向 以 1 点为矩 知 Fx 4200 Fx5200 水2水 河南理工大学万方科技本科毕业设计 24 代入数据 得 F 69543N 2水 由于力的平衡 知 F 17534N 1水 当提升终了时 左边滚筒上缠满钢丝绳 右边滚筒上没有钢丝绳 受力 分析如下图所示 竖直方向 以 1 点为矩 知 Gx1750 Gx2600 Fx1750 Fx5200 钢丝绳滚筒竖2竖 代入数据 得 F 175027N 2竖 由于力的平衡 知 F 241117N 1竖 水平方向 以 1 点为矩 知 Fx1750 Fx5200 水2水 代入数据 得 F 29951N 2水 由于力的平衡 得 F 57476N 2水 比较以上三种情况 可以得出结论 在扭矩相同的条件下 第二种情况 下主轴所受的合成弯矩最大 其弯矩图 扭矩图如下图所示 河南理工大学万方科技本科毕业设计 25 根据弯扭合成条件校核轴的强度 滚筒正反转 可把扭转切应力视为对 称循环应力 取 1 由弯扭合成校核轴的强度 0 056MPa ca W TM 22 3 22 4001 0 126454319061 x 选定轴的材料为 45 钢 调质处理 查手册知 60MPa 因此 1 ca 1 故此种情况下主轴安全 河南理工大学万方科技本科毕业设计 26 2 6 32 6 3 提升机的强度校核提升机的强度校核 1 最大静拉力 F maxj 缠绕式提升机滚筒要受绳的拉力 缠绕到滚筒上的绳是在具有一定 的绳张力的条件下缠绕到滚筒上的 所以提升绳对滚筒的作用力主要有 两个 一方面是没有缠到简上的绳对滚筒的作用力 对这个力来讲滚筒 像一般的空心轴一样要受到达个力的弯曲和扭转 另一个是缠绕到滚筒 上的绳的张力对滚筒的作用 这个作用可看作是在筒壳外有一个均匀的 压力压到筒壳上 好像一个密闭的圆筒在海底其四周受到均布水压一样 只是筒壳的两端在提升机处并不受侧面的压力 故钢丝绳最大静张力为 F Qg Q g pH 59 4 50 0 04882 x 410 129 62 KN maxjz 130 KN Q 一次提升量 Q 箕斗自重 z P 钢丝绳单位绳重 H 提升高度 g 重力加速度 2 钢丝绳最大静拉力差 F jc F Qg pH 59 4 0 04882 x 410 79 62 KN 80 KN jc 通过以上各项计算 可选用 2JK 3 11 5 型缠绕式提升机 河南理工大学万方科技本科毕业设计 27 2 72 7 选择天轮直径选择天轮直径 天轮安设在井架上 供引导钢丝 绳转向之用 根据结构形式不同可 分为两类 铸造辐条式天轮 一般直径 3 5 米以下的天轮采用铸造辐条式 它由铸钢 铸铁 轮 缘 圆钢轮轮辐和铸钢 铸铁 轮毂等组成 轮辐呈放射状 其两端铸 在轮缘和轮毂内 轮毂用键固定在轴上 在轴装有挡环 以防止天轮的 轴向移动 直径 2 米以内的天轮多铸为整体 超过 2 米时则多铸为剖分 式 型钢装配式天轮 一般直径 4 米以上的天轮 为了制造 安装与运输的方便 常采用 装配式 它由数段冲压钢板轮缘 型钢轮辐和铸钢 铸铁 轮毂等组成 轮辐一端用精制螺栓与轮毂连接 而另一端则用铆钉与轮缘固定 轮缘是天轮的工作机构 它有带衬的与不带衬的两种 目前这两种 类型在我国矿山都采用 衬垫可用木材 旧皮带 软金属或耐磨塑料制 成 由于木衬垫取材和制造容易故我国矿山采用较多 天轮直径的选择 一般等于卷筒直径 天轮安装在井架上 作支承 引导钢丝绳转向之用 根据原煤炭工 业部的标准 天轮分为三种 井上固定天轮 凿井及井下固定天轮 游 动天轮 其结构形式也分为三种类型 直径为 3500mm 时 采用模压焊接 结构 直径小于 3000mm 时 采用整体铸钢结构 直径为 4000mm 时 采 用模压铆接结构 根据附表可知应选择天轮型号为 TSG 其基本参数为 名义 20 3000 河南理工大学万方科技本科毕业设计 28 直径 3000mm 绳槽半径 20mm 适用于钢丝绳直径范围 35 37mm 允许钢丝 全部破断的破断拉力总和 1010KN 两轴承中心距 950mm 轴承中心高 240mm 变位重力 7810N 总重 24660N 2 82 8 提升机与井筒相对位置的确定提升机与井筒相对位置的确定 单绳缠绕式提升机安袭地点的选择原则在井位置确定后 正确地选 择提升机的安装地点是非常重要的 在确定提升机安装地点时 通常要 考虑以下问题 矿井地面工业广场布置 井筒四周地形条件井下安全矿 柱位置及尺寸 地面工业广场运输系统等 在一个矿井若装备两套提升 设备 此时提升机与井简的相对布置不外乎有如下 A 同侧式 B 对侧式 C 垂直式 D 斜角式 单绳缠绕式提升机安装地点的选择 主要考虑卸载作业的方便和尽 可能简化地面运输系统 一般来说 双筒提升机采用罐笼提升时 提升 机房宜位于重车运行方向的对侧 用箕斗提升时 提升机房宜位于卸载 方向的对佣 井架上的天轮 根据提升视舱型式 容器在井筒中的布置 以及提升机房的设置地点 可装在同一水平轴线上 也可装在同一垂直 平面或不同乎面上 2 8 12 8 1 井架高度井架高度 H H j 井架高度是指从井口水乎到员上面天轮轴线间的垂直距离 H H H H 0 75 R 16 9 45 4 0 75 x 1 5 jxrgt 河南理工大学万方科技本科毕业设计 29 30 575 m 4m gg R 天轮半径 t 2 8 22 8 2 提升机与井筒提升中心线水平距离提升机与井筒提升中心线水平距离 L Ls 确定原则 提升机房基础不与井架基础相接触 避免由于井架振动 引起提升机房及提升机基础的振动和损坏 其最小距离应满足经验公式 L 0 6 H 3 5 D 0 6 x 31 3 5 3 26 1m sj D 卷筒直径 m 考虑到减轻 咬绳 现象 取 L 29 6 m s 2 8 32 8 3 钢丝绳弦长钢丝绳弦长 L L x 钢丝绳弦长是指绳弦与卷简接触点到绳弦与天轮接触点的距离 根 据理论研究 钢丝绳弦横向振动的自振频率与绳弦长度及提升高度有关 主要决定于绳弦长度 当超过 60 m 时 其自振频率与提升机卷筒转动产 生的任何规则冲击 通常都可能激发绳弦激烈的横向振动 故通常限制 笼长在 60 m 以内 L 41 89 m x 22 0 2 t sj D LcH 22 2 3 5 29 2 131 河南理工大学万方科技本科毕业设计 30 c 卷简中心线与井口的高差 一般 c 1 2m 00 2 8 42 8 4 钢丝绳偏角钢丝绳偏角 这是指钢丝绳弦与天轮平面所成的角度 其值不应大于 限制031 钢丝绳与天轮轮缘相互磨损 当钢丝绳多层缠绕时 宜取左右 011 以改良绕状况 偏角有两个 外偏角和内偏角 1 2 最大外偏角 arctan 42 87 1 11 2 x L as 2 s 两天轮间距 m a 两卷简内支轮间距 m 河南理工大学万方科技本科毕业设计 31 图 1 过大的偏角将使钢丝绳与天轮轮缘的磨损加剧 甚至有跳出天轮的 危险 过大的内偏角会出现咬绳问题 绳弦有可能与已缠在卷简上的相 邻的绳圈相碰摩擦 发生振动和钢丝绳严重磨损 由于不满足防止 咬绳 的要求 需加大 L 以减小 经计算后知 s2 当 L 32 m 时满足要求 这时有关参数的实际值为 L 32 m s2 s L 42 64 m 41 07 1 10 08 x1 2 河南理工大学万方科技本科毕业设计 32 2 8 52 8 5 卷筒的下出绳角卷筒的下出绳角 钢丝绳弦对水平线所构成的仰角 应按提升机技术要求的规定值检 验 JK 系列提升机曾限定下出绳角不得小于 15 度 这是考虑下出绳角过 小时 钢丝绳有可能与提升机基础相接触 造成钢丝绳磨损 48 43 09 15 ts j RL cH 0 arctan x t L DD 2 arcsin 即下出绳角满足要求 2 92 9 提升系统运动 学动力学参数计算提升系统运动 学动力学参数计算 2 9 12 9 1 预选电动机预选电动机 j m kQgv 1000 P KW 846 24 预选电动机的功率 KWP 动力系数 箕斗提升 取 1 2 1 4 减速器传动效率 一般取 0 85 j j 考虑到 846 24KW 与比较接近的标准容量 800KW 和 1000KW 差距均较 大 所以先预选 800KW 电机 若不合格 再选 1000KW 的电机 选用 YR800 10 1180 型异步电动机 有关参数为 P 800 KW n e 591 0 92 GD 7 15 KN m 2 06 e minr d 2 d 2 电动机作用在滚筒圆周的额定力 河南理工大学万方科技本科毕业设计 33 F x 0 92 90 201 KN e v Pe1000 d 07 8 8001000 x 2 9 22 9 2 提升系统变位质量提升系统变位质量 m Qg 2Q g 2p H L 7D 30 G 2G m m g 1 zcx jtd 50776 4 Kg G 卷筒变位重力 j G 天轮变位重力 t m 电动机转子变位质量 d m i 11710 Kg d 2 2 gD GD d2 i 减速器传动比 i 11 5 2 9 32 9 3 主加 减速度的确定主加 减速度的确定 1 1 主加速度的确定主加速度的确定 主加速度需根据 煤矿安全规程 的规定 电动机过负荷能力及减 速器输出轴允许的最大扭矩三个条件进行确定 煤矿安全规程 规定 立井升降人员的加 减速度不得超过 0 75m s 斜井升降人员的加 减速度不得超过 0 5 m s 对于升降物 22 料时 煤矿安全规程 没有规定 一般立井其加 减速度不宜大于 1 2 m s 斜井不超过 0 7 m s 22 从充分利用电动机过负载能力出发 且满足减速器扭矩的要求 经 河南理工大学万方科技本科毕业设计 34 计算后 取 a 0 75 此值也符合设计规范要求 1 2 sm 2 2 提升机减速度提升机减速度 a a 的确定的确定 3 提升减速度一般取与加速度相同值 它不仅需要满足上述 煤矿安 全规程 的规定 同时还与提升设备所采用的减速方式有关 目前提升 机的减速方式有以下三种 1 1 自由滑行减速 减速一开始 电动机便从电网上断开 提升系统拖动力为零 靠惯 性自由滑行 2 2 电动机减速方式 电动机减速方式为正力减速 当采用自由滑行减速方式其减速度太 大时 必须采用正力减速 此时 将电动机转于电阻接入转子回路中 使电动机在较软的人工特性曲线上运行 为能较好地控制电动机 这时 电动机输出力不应小于电机额定力的 0 35 倍 3 3 制动减速方式 此减速方式为负力减速 当采用自由滑行减速方式减速度太小时 必须对系统施加制动力 制动减速方式有机械别动和电气制动两种 机 械制动即机械闸制动 电气制动有动力制动和低频制动两种 因此 在确定提升系统减速度时 首先必须计算自由滑行减速度 若自由滑行减速度太大 则必须采用电动机减速方式 正力减速 若自 由滑行减速度太小 则必须选择制动减速 负力减速 方式 对于负力减 速 当需要制动力较小时 可采用机械间减速 当需要制动力较大时 须采用电气制功 同时副井提升设备为安全可靠 都应采用电气制动 按自由滑行方式确定减速度 a3 河南理工大学万方科技本科毕业设计 35 a 0 961 3 m pHkQg 2 sm a 取 a 1 3 2 sm 2 9 42 9 4 运动学参数计算运动学参数计算 箕斗提升速度图 1 1 初加速阶段 t 3 2 s 0 0 0 2 v h 5 1 35 2 2x a 0 489 0 0 0 t v 1 3 5 1