多绳摩擦式提升机的总体及滚筒、制动器设计【6张CAD图纸+PDF图】
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多绳摩擦式提升机设计摘要目前我国许多煤矿矿井已经转向中、深部开采，矿井提升设备作为煤矿的关键设备，在矿井机械化生产中占有重要地位。制动器是提升的重要组成部分之一，直接关系着提升机设备的安全运行。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。本文利用大学期间所学课程针对多绳摩擦轮提升机，对其滚筒和制动系统进行设计。在对提升机的制动器选型过程中，因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，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。制动盘的制动力，靠油缸内充入油液而推动活塞来压缩盘式弹簧来实现。液压盘式制动器作为最新一种制动器，具有许多优点，所以它在现代多种类型提升机中获得广泛的应用。它具有制动力大、工作灵活性稳定、敏感度高等特点，对生产安全具有重要意义。关键词：提升机；多绳摩擦；制动器；设计；液压传动。AbstractCurrently many of our coal mine has turned to deep mining. Mine coal upgrading equipment as the key equipment holds an important position in mechanized production of the mine. The brakes are one of the important components of a direct bearing on Hoist the safe operation of equipment.Multi-rope friction hoist with small size, light weight, safe, reliable, and strong ability to upgrade apply to the deeper mine hoist. In this paper, the braking system for four-rope friction round hoist have been designed.In the hoist brake selection process, because in recent years disc brake is used in the new brakes Its unique strengths and good safety performance recognized by the majority of users. Especially in the light of the hydraulic control system and the PLC, Hydraulic System and PLC super performance of the disc brake provides a tremendous platform for the work. Brake disc braking force and rely on the fuel tank filled with oil that drives the piston to compress spring to achieve Disc.Hydraulic disc brakes as the latest development of a brake, which has many advantages. Therefore it in a modern aircraft types to upgrade gain wider application. It is the braking force, flexibility stability, high sensitivity; on production safety is of great significance.Keywords: Hoist; Multi-rope friction; Brake; Design; Hydraulic drive.目录摘要iAbstractii前言1第一章 提升机的概述31.1提升机的简介31.2提升机的用途和发展概况41.3提升机的工作原理7第二章 提升机的组成92.1 工作机构92.2 制动系统112.3 机械传动系统112.4润滑系统122.5观察和操纵系统122.6拖动，控制和自动保护系统132.7辅助部分14第三章 提升机的选型计算1531设计依据153.2提升容器选择153.3钢丝绳及提升机选择163.4提升机的选择183.5电机的选择193.6提升机的校核193.7 提升系统计算20第四章 提升机卷筒的设计234.1卷筒的分类234.2 卷筒绳槽的确定234.3卷筒的确定244.4 卷筒强度计算26第五章 卷筒主轴的设计285.1 卷筒轴的受力分析与工作应力分析285.2 轴的设计计算295.3.确定各段轴的直径和长度305.4轴的校核30第六章 提升机的制动系统326.1 盘式制动器326.2盘式制动器的设计计算356.3 盘式制动器的调整和维护43第七章 提升机的液压站457.1 液压站的功用457.2 提升机液压站的工作要求457.3 液压站的组成部分457.4液压站的维护及注意事项46结论48致谢49参考文献50前言目前，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。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（防坠器），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。通过本次的毕业设计，进一步熟悉多绳摩擦式矿井提升机各部分的工作原理，完成矿井多绳摩擦式提升机总体机构之中的各个部件的设计和校核计算，使之能够在合适的矿井下进行运作，而且使提升机的生产效率大大的提高，保证矿井工作的顺利进行。第一章 提升机的概述1.1提升机的简介 矿井提升机是一种大型提升机械设备。由电机带动机械设备，以带动钢丝绳从而带动容器在井筒中升降，完成输送任务。矿井提升机是由原始的提水工具逐步发展演变而来。现代的矿井提升机提升量大，速度高，安全性高，已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械。矿井提升机主要由电动机、减速器、卷筒（或摩擦轮）、制动系统、深度指示系统、测速限速系统和操纵系统等组成，采用交流或直流电机驱动。按提升钢丝绳的工作原理分缠绕式矿井提升机和摩擦式矿井提升机。缠绕式矿井提升机有单卷筒和双卷筒两种，钢丝绳在卷筒上的缠绕方式与一般绞车类似。单筒大多只有一根钢丝绳，连接一个容器。双筒的每个卷筒各配一根钢丝绳，连接两个容器，运转时一个容器上升，另一个容器下降。缠绕式矿井提升机大多用于年产量在120万吨以下、井深小于400米的矿井中。摩擦式矿井提升机的提升绳搭挂在摩擦轮上，利用与摩擦轮衬垫的摩擦力使容器上升。提升绳的两端各连接一个容器，或一端连接容器，另一端连接平衡重。摩擦式矿井提升机根据布置方式分为塔式摩擦式矿井提升机（机房设在井筒顶部塔架上）和落地摩擦式矿井提升机（机房直接设在地面上）两种。按提升绳的数量又分为单绳摩擦式矿井提升机和多绳摩擦式矿井提升机。后者的优点是：可采用较细的钢丝绳和直径较小的摩擦轮，从而机组尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。年产120万吨以上、井深小于2100米的竖井大多采用这种提升机矿井提升机具有以下特点：（1）安全性所谓安全性，就是不能发生突然事故。由于矿井提升设备在矿山生产中所占的地位十分重要，其运转的安全性不仅直接影响整个矿井的生产，而且还涉及人员的生命安全。因此各国都对矿井提升设备提出了极严格的要求。在我国这些规定包括在煤矿安全规程只中。（2）可靠性 所谓可靠性，是指能够可靠地连续长期运转而不需在短期内检修。矿井提升设备所担负的任务十分艰巨，不仅每年要把数十万吨到数百万吨的煤炭和矿石从井下提升到地面，而且还要完成其他辅助工作。一个年产150万吨的矿井，停产一天就要损失大约20万元。因此矿井提升机至少要服务二十年以上而不需大修。（3）经济性矿井提升设备是矿山大型设备之一，功率大，耗电多，大型矿井提升机的功率超过1000KW。因此矿井提升设备的造价以及运转费用，也就成为影响矿井生产技术经济指标的重要因素之一。1.2提升机的用途和发展概况矿井提升设备是矿山运输中的咽喉设备,又是矿山最大的耗电设备。西德、瑞典等国是当今世界上制造矿井提升机较先进的国家,特别是多绳摩擦式提升机更为突出。在这些国家的竖井中几乎全部采用较先进的多绳摩擦式提升机,不仅广泛采用庞大井塔的塔式多绳摩擦提升机,而且越来越多地使用较低的井架的落地式多绳提升机。它们的发展特点是体积小,重量轻,终端提升量大,提升速度高,衬垫材料摩擦系数大又耐磨,液压制动,运转安全可靠,自动化程度高,多机集中控制等。生产的产品供世界上二十多个国家使用。我国矿井提升设备在上述技术方面与发达国家相比有一定的差距，自动化和多机集中控制技术方面差距大，产品在国际市场上缺乏竞争能力。内装式提升机在我国已有多台运行，作为高度机电一体化的，节能新产品应重点发展。同时开展斜井提摩擦提升和布雷尔提升机的研制。目前国外矿井提升机总的发展趋向是： (1)向大型化发展 矿井大型化和要求提升机大型化之目的主要在于获得更大的矿产量。1O年前，年产90120万t的矿为大型矿。目前，就世界范围而言， 年产200300万t的矿山也不算大，仅仅算中、小型矿 瑞典最大地下矿将达1000 2500万ra。大型化主要体现在大容量的提升容器。目前世界上一次提升最大重量已达63t。国外大型提升机都采用多绳摩擦式提升机。 (2)向自动化、遥控方向发展 自动化不仅仅是为了节省人力，更重要的是适应大生产、集中控制、集中管理、系统联动的需要也是保证产量和提高劳动生产率的有效手段 同时也包含减轻劳动强度、节省人力、电力和提高运行安全性。国外大型矿井提升机都广泛采用以多种保护为基础的自动化运行并能记录和处理各种生产数据、运行等资料。英国完善了包括有全功能维护设计的可控硅供电，直接连接直流电动机驱动系统和在井简中的提升机控制系统 目前国外主井几乎都是自动化运行，副井由于机动性大一般都是采用按钮控制和在罐笼内遥控。(3)继续发展多绳提升机 一般浅井、提升重量不大时可采用常规缠绕式提升机；但当深井、提升重量大时，须采用多绳摩擦式提升机。有相当一部分提升任务既可采用缠绕式提升机也可采用多绳提升机，如果现场条件允许则多绳摩擦式提升机更为经济。目前多绳缠绕式提升机继续向更先进方向投展。有些国家生产的多绳提升机，塔式和落地式多绳提升机大致各占5O%。(4)发展各种新型和专用提升设备除目前已出现的落地式提升机、布雷尔提升机和采用钢芯胶带牵引的摩擦式提升机外； 国外还研制了起重式提升机、各种不同包围角的多绳摩擦式提升机(用于浅井)另外，还研制了不同形式的无绳提升设备，现已知的有机械式、电磁式、水力式和风动式。 (5)采用“四新”(新技术、新结构、新材料和新工艺)采用“四新” 后，提升机主轴装置、制动系统、液压系统、操纵系统和驱动系统等各部分不断改进提高，使整个多绳摩擦式提升机结构朝着体积小、重量轻、效率高的方向发展。 国内矿井提升机的发展趋向是：(1)发展多绳摩擦轮提升机，特别是大型落地式多绳提升机 以及斜井、斜坡道用的多绳提升机；(2)不断改进井研制新型单绳及多绳缠绕式矿井提升机(3)可控硅供电及徽电子技术在提升机上应用，以及可编程序控制器，遥控技术交交变频调速等先进技术；(4)研制应用高性能摩擦衬垫高比压闸瓦等新技术、新材料；(5)不断引进、消化、吸收国外先进技术，并用于制造国产矿井提升机。淘汰落后技术，如块式闸及角移式闸气动制动器，铸造结构并限制减速器和控制继电器的使用。1.3提升机的工作原理按工作原理不同，矿井提升机可分为两类：单绳缠绕式和多绳缠绕式提升机。单绳缠绕式又可分为单卷筒提升机和双卷筒提升机。单绳缠绕式提升机的工作原地如图l1所示，简单地说，就是用一根较粗的钢丝绳在卷筒上缠上和缠下来实现容器的提升和下放运动。图1-1.1 单绳缠绕式提升机 图1-1.2 多绳缠绕式提升机1-滚筒；2-钢丝绳；3-容器； 1-主导轮；2-钢丝绳；3-平衡尾绳；4-平衡尾绳；5-天轮 4-容器；5-导向轮图l1提升机安装在地面提升机房里，钢丝绳一端固定在卷筒上，另一端绕过天轮后悬挂提升容器。图11所承为单绳缠绕式单卷筒提升机，卷筒上固定两根钢丝绳，并应使每根钢丝绳在卷简上的缠绕方向相反。这样，当电动机经过减速器带动卷筒旋转时，两根钢丝绳便经过天轮在卷筒上缠上和缠下，从而使提升容器在井筒里上下运动。不难看出，单绳缠绕式提升机的一个根本特点和缺点是钢丝绳在卷筒上不断的缠上和缠下，这就要求卷筒必须具备一定的缠绕表面积，以便能容纳下根据井深或提升高度所确定的钢丝绳悬垂长度。单绳缠绕式提升机的规格性能、应用范围、机械结构等都是由这一特点来确定的。单绳缠绕式双卷筒提升机具有两个卷筒，每个卷筒上固定一根钢丝绳，并应使钢丝绳在两卷筒上的缠绕方向相反，其工作原理和特点与单卷筒提升机完全相同。多绳摩擦式提升机的工作原理与单绳缠绕式提升机不同，钢丝绳不是固定和缠绕在主导轮上，而是搭放在主导轮的摩擦衬垫上，如图所示，提升容器悬挂在钢丝绳的两端，在容器的底部还悬挂有平衡尾绳。提升机工作时，拉紧的钢丝绳必须以一定的正压力紧压在摩擦衬垫上。当主导轮由电动机通过减速器带动向某一个方向转动时，在钢丝绳和摩擦衬垫之间使发生很大的摩擦力，使钢丝绳在这种摩擦力的作用下，跟随主导轮一起运动，从而实现容器的提升和下放。不难看出，多绳摩擦式提升机的一个根本特点和优点是钢丝绳不在主导轮轮上缠绕，而是搭放在主导轮的摩擦衬垫上，靠摩擦力进行工作。同样，多绳摩擦式提升机的规格性能、应用范围和机械结构等，都是由这一特点来确定的。多绳摩擦式提升机特别适应于深并和大产量的提升工作。 多绳摩擦式提升机与单绳缠绕式提升机比较，在规格性能、应用范围、机械结构和经济效果等方而都优越得多，就深井和大产量来说，是坚井提升的发展方向。但是，根据我国目前浅井多、斜并多的特点，单绳缠绕式提升机仍然是目前制造和使用的重点。对于部分深井和大产量的矿井，则应该合理的选用多绳摩擦式提升机，而不宜选用大型的单绳缠绕式提升机。第二章 提升机的组成矿井提升机作为一个完整的机械电气机组，它的组成部分如图21所示。图21所示2.1 工作机构工作机构的作用是：（1）缠绕或搭放提升钢丝绳； （2）承受各种正常载荷(包括固定静载荷和工作载荷)，并将此载荷经过轴承传给基础； （3）承受在各种紧急事故情况下所造成的非常载荷，在非常载荷作用下，主轴装置的各部分不应有残余变形； （4）当更换提升水平时，能调节钢丝绳的长度(仅限于单绳缠绕式双卷筒提升机)。 因此，主轴装置应保证主轴、卷筒和其它部分有足够的强度和刚度。保安规程规定，主轴装置的卷筒或主导轮直径与钢丝绳和钢丝直径的比值应符合下列要求我：对地面提升设备 , (2-1)对于井下提升设备 ， (2-2)式中 提升机卷筒或主导轮名义直径（毫米）； 钢丝绳直径（毫米）； 钢丝直径（毫米）；调绳装置的作用是：当更换提升水平需要调节钢丝组的长度时，利用调绳装置使游动卷筒与主轴脱开，从而可以转动固定卷筒(此时游动卷筒应用制动器闸住)调节钢丝绳长度。调绳结束时，利用调绳装置使游动卷筒与主轴合上(即连接上)，以便恢复正常的提升工作。2.2 制动系统2.2.1制动装置的功用1)在提升机正常工作的减速阶段或下放重物时，参与调整提升机的运行速度，并在提升终了时使之正常停车，即工作制动； 2）当提升机工作异常时使之迅速停车，以免事故扩大，即安全制动； 3）当提升机检修时，使之保持不动； 4）双筒提升机在进行调绳操作时，是卷筒保持不动。2.2.2 制动装置的类型 制动装置中的制动器按结构分为块闸和盘闸；传动装置按传动能源分为油压、气压及弹簧等。 JK型和BM型提升机使用油压角移式制动装置。JK型和HKM3型提升机使用压气平移制动装置。JKA型提升机使用液压综合式制动装置。XKT型、JK型、GKT型、JKD型、JKM型、JKMD型提升机使用液压盘式制动装置。矿用提升绞车使用手动角移式制动器作为工作制动，重锤-电磁铁丝杠螺母操纵的角移式制动器或重锤-电力液压推杆操纵的平移式制动器作为安全制动，担新系列JT型提升绞车则使用液压盘式制动装置。2.3 机械传动系统机械传动系统包括减速器和联轴器。（1）减速器的作用：矿井提升机主轴的转数由于受提升速度的限制，一般在l0一60转分之间，而用作拖动的电动机的转数，一般在480一960转分之间。这样，除采用低速直流电动机拖动外，一般情况下不能将主轴与电动机直接联接，中间必须经过减速器。因而减速器的作用是减速印传递动力。（2）联轴器是用来联接提升机的旋转部分，并传递动力。主要有两种：蛇形弹簧联轴器(用于联接电动机和减速器高速轴)齿轮联轴器(用于联接提升机主轴和减速器低速轴)2.4润滑系统润滑系统的作用是：在提升机工作时，不间断地向主轴承、减速器轴承和啮合齿面压送润滑油，以保证轴承和齿轮能良好的工作。润滑系统必须与自动保护系统和字电功机联锁：即润滑系统失灵时(如润滑油压力过高或过低、轴承温升过高等)，主电动机断电，提升机进行安全制动。启动主电动机之前，必须先开动润滑油泵，以确保机器在充分润滑的条件下工作。2.5观察和操纵系统观测和操纵系统包括斜面操纵台、深度指示器和测速发电机奖置。深度指示器的作用：(1)指示提升容器的运行位置；(2)容器接近井口卸载位置和井底停车场时， 发出减速信号；(3)当提升机超速和过卷时进行限速和过卷保护；(4)对于多绳摩擦式提升机，深度指示器还应能自动调零，以消除由于钢丝绳在主导轮摩擦衬垫上的滑动、蛹动和自然伸长等所造成的指示误差。2.6拖动，控制和自动保护系统 拖动、控制和自动保护系统包括主拖动电动机和微拖动电动机、电气控制系统和自动保护系统。 矿井提升机根据交直流拖动系统的不同可分别采用三相绕线式感应电动机或直流电动机。 矿井提升机自动保护系统的作用是：在司机不参与的情况下，发生故障时能自动将主电功机断开并同时进行安全制动而实现对系统的保护。 自动保护系统应具有如下性能： (1)提升机超速时(包括等速和减速阶段的超速)自动对系统进行保护； (2)提升容器过卷时自动对系统进行保护； (3)制动油欠压或超压时自动对系统进行保护； (4)润滑油欠压或超压时自动对系统进行保护； (5)轴承温升过高和制动油温升过高时自动对系统进行保护； (6)闸瓦磨损超过规定值时自动对系统进行保护； (7)电功机过电流或失压(断电)时自动对系统进行保护。 根据上述各项自动保护作用的要求，自动保护可分为提升机运行过程中的自动保护和一次提升结束时的自动保护。2.7辅助部分包括司机座、机座、护栏、挡板、护罩等辅助用品及材料。对于多绳摩擦式提升机还包括导向轮装置及摩擦轮衬垫的车槽装置。第三章 提升机的选型计算31设计依据煤矿主井主要为了煤炭的运输提升，而副井只作为下放材料，设备，以及排矸（立井还作为人员上下的通道），副井一般采用罐笼提升。本次设计的就是副井所使用的提升机。1、年提升矸石量：108000t2、工作制度：年工作日330d，每天净提升时间16h。3、井口轨面标高 +546.4m 大巷轨面标高(一水平) +75m 大巷轨面标高(二水平) -15m井筒垂深 561.4m提升高度（一水平） 471.4m提升高度（二水平） 561.4m4、最大班下井人数： 250人。5、最大件重量：10700kg(主排水泵电机,不可拆卸件)3.2提升容器选择 根据矿井的年产量及辅助提升量，经计算，副井提升容器选用600轨距1.0t标准矿车双层4车多绳标准罐笼（宽窄各一个），钢丝绳罐道，宽灌笼质量为Q=18500kg，每次载人数76人，窄罐笼质量为Q=10000kg,每次载人数46人。提升矸石时选用1t标准矿车，矿车型号为MGC1.1-6A，矿车自重QZ=610kg，载矸量为Qm=1800kg。3.3钢丝绳及提升机选择3.3.1、绳端荷载计算提升物料（按提矸计算）：Q矸=Q+Qm+QZ=18500+1800+610=20910kg提升人员：Q人=Q+Qr=18500+5700=24200kg提升最大件设备：Q大件=18500+10700=29200kg式中:Qr每次乘载人员重量,按最多76人计算。 10700卸载最大件水泵电机重量。3.3.2首绳单位长度重量PK大件=292004（1101679-571.4）=5.92kg/mPK人=242004（1101679-571.4）=5.68kg/m式中:Hc钢丝绳悬垂长度Hc=H+Hj+Hh=546.4+15+10=571.4m n首绳钢丝绳根数 Hh尾绳环高度根据以上计算，首绳选用38zbb6v37S+FC型钢丝绳左右捻各两根。其技术参数如下：钢丝绳直径dk=38mm，钢丝破断拉力总和Qq=1136KN，钢丝绳单位长度质量为Pk=6.14kg/m。3.3.3尾绳单位长度重量qk=Pk=26.14=12.28kg/m式中:n1尾绳钢丝绳根数 所以 提升钢丝绳和平衡钢丝绳参数如图3-1所示内容提升钢丝绳平衡钢丝绳型号38zbb6v37S+FC17028ZBBP849+FC直径38mm170mm28mm数量/根42质量/(kg/m)6.1412.3抗拉强度/MPa17701370破断拉力/kN11361490长度/(m/根)710620图3-13.4提升机的选择3.4.1摩擦轮的最小直径D90dk=9038mm=3420mm3.4.2最大静张力和最大静张力差最大静张力(按提升最大设备计算)Fj=Q+Q大件+nPkHj+n1qk(H+Hh)=18500+29200+46.1415+212.3(546.4+10)=61755kg最大静张力差Fc=Qr+（18500-10000）=14200kg据此副井提升装置选用JKMD-3.54型落地式多绳摩擦提升机。其主要技术参数为：摩擦轮直径D=3500mm，天轮直径DT=3500mm，最大静张力570kN，最大静张力差180kN，钢丝绳根数4根，摩擦轮钢丝绳间距300mm，提升速度V=6 m/s，变位质量10940kg，效率为0.98，衬垫摩擦系数=0.25。3.5电机的选择电动机功率P=1.2180009.8610000.9211.2=1185KW式中：K矿井阻力系数，取K=1.2；Q一次提升人员质量（按宽罐笼计算）；计入罐笼质量差；提升系统运转时，加减速度及钢丝绳重力因素影响系数；j减速器传动效率，j=0.92；根据计算的电动机的功率，选取型号为ZKTD-215/56的电机，功率为1250KW，转速n=55r/min，转动惯量md=20000kgm2。3.6提升机的校核3.6.1提升机直径验算D0=90Dk=9038=3420mm3500mm允许的钢丝绳安全系数提升人员8.91 提升物料7.913.6.2钢丝绳校验（提升矸石）3.6.2.1.载重侧最大静张力为F1=（T1+Qmax+Qz+NkQk)g=423.88KN570KN3.6.2.2.空载侧最小静张力为F2=T2+Qx+NkQkg=353.05KN3.6.2.3.最大静张力差 Fj=F1-F2=423.88-353.05=70.83KN180KN3.6.2.4.绳衬比压计算p=F1+F2N1DkDg=423.88+353.054383.6=1.427.913.7 提升系统计算3.7.1井架高度计算过卷高度 Hg=13.90m防撞梁距导向论中心的垂高 Hf=6.3m两天论中心垂高 Ha=5.5m本体高度 Hr=6.1m井架高度计算式为Hj=Hx+Hr+Hg+Hf+Ha-Hr2=31.8m3.7.2 上绳弦长计算上绳弦长计算式为La=（Hj-Eo）2+Lo+S-Dt22-Dg-Dt22=36.41m3.7.3 上绳仰角计算上绳仰角计算式为a=tan-1（Hj-EoLo+S-Dt2）-tan-1Dg-Dt2La=53.053.7.4 下绳弦长计算 下绳弦长计算式为Lx=(Hj-Hs-Eo)2+(Lo-Dt2)2-Dt+Dg22=30.77m3.7.5 下绳仰角计算 下绳仰角计算式为x=tan-1（Hj-Ha-EoLo-Dt2）-tan-1Dg+Dt2Lx=56.143.7.6 围包角计算 围包角计算式为 =180+x-a=180+56.14-53.05=183.093.7.7 上弦距下弦最小距离计算 上弦距下弦最小距离计算式为Hm=Ha2+S2sintan-1HsS-a=1.84m第四章 提升机卷筒的设计4.1卷筒的分类 按照钢丝绳在卷筒上的卷绕层数分，卷筒分单层绕和多层绕两种。一般起重机大多采用单层绕卷筒。只有在绕绳量特别大或特别要求机构紧凑的情况下，为了缩小卷筒的外形尺寸，才采用多层绕的方式。本设计采用单层绕。 按照卷筒的表面分，有光卷筒和带螺旋槽卷筒两种。光卷筒用于多层卷绕，其结构比较简单，钢丝绳按螺旋形紧密地排列在卷筒表面上，绳圈的节矩等于钢丝绳的直径。由于钢丝绳和卷筒表面之间接触应力较高，相邻绳圈在工作时又有摩擦，钢丝绳使用寿命就要降低。为了使钢丝绳在卷筒表面上排列整齐，单层绕卷筒一般都有螺旋槽，有了绳槽后，使钢丝绳与卷筒的接触面积增加，因而减小了它们之间的接触应力，也消除了在卷筒卷绕过程中绳圈间可能产生的摩擦，因此提高了钢丝绳的使用寿命，目前，多层绕卷筒也制成带绳槽的，更为合理。绳槽在卷筒上的卷绕方向可以制成左旋或右旋。单联滑轮组的卷筒只有一条螺旋绳槽；双联滑轮的卷筒，两侧应分别右一条左旋和右旋的绳槽。绳槽的形状分别为标准绳槽和深槽两种，如图（41）。4.2 卷筒绳槽的确定查机械设计手册知，卷筒绳槽槽底半径R，槽深c 槽的节矩t 其尺寸关系为： R=（0.540.6）d（ d 为钢丝绳直径 ） 绳槽深度：标准槽：=（0.250.4）d （mm） 深槽： =（0.60.9） d （mm） 绳槽节距：标准槽：d（24） （mm） 深槽： d（68） （mm） 卷筒槽多数采用标准槽，只有在使用过程中钢丝绳有可能脱槽的情况才使用深槽，本设计选用标准槽，钢丝绳直径选用35mm， R=（0.540.6）d mm=18.921mm 取R=20mmc=（0.250.4）d mm =8.7514mm 取c=12mm td（24）mm=38mm4.3卷筒的确定卷筒按照转矩的传递方式来分有端侧板周边大齿轮外啮合式和筒端或筒内齿轮内啮合式，其共同特点是卷筒轴只承受弯矩，不承受转矩。本设计卷筒采用内齿轮啮合式。如图（42）。图 42 内齿啮合式卷筒卷筒的设计主要尺寸有节径 、卷筒长度 L 、卷筒壁厚 。4.3.1 卷筒节径D0设计查机械设计手册，选取标准卷筒节径=3500mm4.3.2 卷筒的长度设计查机械设计手册，选取标准卷筒长度为1500mm4.3.3 卷筒壁厚设计本设计为了延长钢丝绳的寿命，用铸铁卷筒，对于铸铁卷筒可按经验公式初步确定，然后进行强度验算。对于铸铁筒壁厚 mm 根据铸造工艺的要求，铸铁卷筒的壁厚不应小于12 mm， mm 0.023500（610） 70+8 78 mm所以卷筒的参数选择为：绳槽节距t38mm、槽底半径12mm、卷筒直径3500mm、卷筒长度L=1500mm、卷筒壁厚=78mm4.4 卷筒强度计算查机械设计手册第二册可知，卷筒材料一般采用不低于HT200的铸铁，特殊需要时可采用ZG230-450、ZG270-500铸钢或Q235-A焊接制造。本设计的卷筒五特殊需要，额定起重重量不是很大，所以选择HT200的铸铁制造。一般卷筒壁厚相对于卷筒直径较小，所以卷筒壁厚可以忽略不计，在钢丝绳的最大拉力作用下，使卷筒产生压应力、弯曲应力和扭曲应力。其中压应力最大。当3时弯曲应力和扭曲应力的合成力不超过压应力10%,所以当3时只计算压应力即可。本设计中L=1500mm D=3500 mm，符合3的要求，所以只计算压应力即可。当钢丝绳单层卷绕时，卷筒所受压应力按下式来计算：=A （310）其中 为钢丝绳单层卷绕时卷筒所受压应力（） 为钢丝绳最大拉力（N） 为卷筒壁厚 A 为应力减小系数，一般取A=0.75 为许用压力，对于铸铁= 为铸铁抗压强度极限所以=A=0.754238807838=107.26MPa查教材机械设计基础知195，所以107.26。所以 经检验计算，卷筒抗压强度符合要求。第五章 卷筒主轴的设计5.1 卷筒轴的受力分析与工作应力分析 常用的卷筒轴分轴固定式和轴转动式（图51）两种情况。卷扬机卷筒工作时，钢丝绳在卷简上的位置是变化的。钢丝绳拉力经卷筒及支承作用到轴上产生的力矩，其大小随钢丝绳在卷简上位置的变化而不同。强度计算时应按钢丝绳在卷筒上两个极限位旨分别计算。由卷扬机工作情况和轴的受力分析可知，a、b因卷筒轴主要承受弯矩，可简化为简单的心轴。a图为固定心轴，b图为转动心轴。对于转动心轴，其弯曲应力一般为对称循环变化；对固定心轴，其应力循环特征为，视具体的载荷性质而定。对固定心轴的疲劳失效而言，最危险的应力情况是脉动循环变化，为安全起见，卷筒的固定心轴应力以按脉动循环处理为宜。c图卷筒轴既受弯又受扭，为转轴。其弯曲应力的应力性质为对称循环变应力，而扭转剪应力的应力性质可视为脉动循环变化。由此可知，卷筒轴在正常使用条件下，最终将发生疲劳破坏。但也不排除在超载或意外情况下发生静强度破坏。 图 51 卷筒轴的类型 a: 轴固定式 b、c: 轴转动式5.2 轴的设计计算已知条件：钢丝绳直径 d=38mm摩擦轮直径 Dm=3.5m绳槽半径 R=20mm绳槽深度标准槽 C=12mm钢丝绳间距 L=300mm卷筒厚度 =78mm卷筒宽度 B=1500mm从减速器出来的轴的输出功率P3=1152KW，联轴器效率：=0.99，则作用在主轴上的功率P=P3=11520.99=1140KW，轴上转速n=55.3r/min轴上转矩 T=9.55106Pn3=9.55106114055.3=196871609N.mm选取45号钢作为轴的材料，调至处理。由dA3pn3 计算轴的最小值径，考虑键槽对轴的影响，去系数为1.06，查表取A=110，则dmin1.061103pn3=319.7mm结合联轴器的内径取d=360mm。5.3.确定各段轴的直径和长度 由T3和N3选择联轴器的型号为LH10型弹性柱销联轴器 各轴段直径的确定 ：最小直径，d1=360mm。 d2d3：密封处轴段，根据大带轮的定位要求，以及密封圈的标准（拟采用毡圈密封），d2=380mm，d3=400mm, d4：锥套处轴段，根据锥套和轴承的定位要求，d4=420mm。 d5：滚动轴承处轴段，d5=440mm。选择调双列圆锥滚子轴承(GB/T299-1995) 351980 各轴段长度的确定开始段长度比轮毂略短，所以L1=350mm,L2=60mm, L3=310mm, L4=200mm, L5=1100mm,L6=200mm,L7=310mm5.4轴的校核因为是单向回转图，所以扭转切应力视为脉动循环变应力，折算系数。(5)校核轴的强度进行校核时，通常只校核偏心轴上承受最大弯矩和转矩的截面(即动颚轴承处C、D)的强度。根据选定的轴的材料45钢，调质处理，由所表查得-1=800MPa。因，故强度足够。第六章 提升机的制动系统制动系统是提升机的重要组成部分，它直接关系到提升设备的安全运行。制动系统由执行机构(制动器，通常称闸)和传动机构组成。制动器是直接作用于制动轮杀不过产生制动力矩的机构。制动器按其结构可分为盘闸和块闸，块闸又分为角移式和平移式，传动机构是控制并调节制动力矩的部分，按动力源分为液压、气压和弹簧等。KJ23m、KJ46m提升机分别采用油压和气压块闸制动系统，JK系列提升机及多绳摩擦式提升机采用液压盘闸制动系统6.1 盘式制动器 盘式制动器是为了克服块式制动器的可靠性不高的缺点而发展的新型制动装置，目前国内外生产的提升机或提升绞车都使用了盘式制动器.盘式制动器具有以下：制动力矩可在较大范围内调节，而且容易调整；制动系统空行程小、动作快、响应速度快、灵敏度高；重量轻，外形尺寸小，结构紧凑；通用性好，可通过改变盘形闸的数量来满足不同绞车的制动要求；安全可靠性高，多副盘形闸同时工作，其中少数部分盘形闸失灵或故障，其余完好盘闸一般仍可刹住绞车；而且传动环节(如管路破裂失、压断电等)均可自动施闸。盘式制动器都是依靠碟形的预压缩恢复张力使闸块压向制动盘，从而产生制动力矩；当松闸时，向活塞腔内注入压力油，压力油推动活塞后移并压缩碟形弹簧，带动闸瓦离开制动盘，从而实现松闸。目前国内外提升机使用的盘式制动器形式多样，主要有前腔式盘形闸，后腔式盘形闸单缸双作用盘形闸，以及钳式盘形闸。盘式制动器原理如图6-1所示：图6-16.1.1 盘式制动器的布置方式盘式制动器又称盘型闸，它与闸块不同，其制动力矩是靠盘瓦沿轴向两侧压向滚筒上的制动盘而产生的。为了使制动盘不产生附加变形，主轴不承受附加轴向力，因而盘式制动器都成对地装设使用，每一对盘式制动器叫做一副，如图所示。根据所需制动力矩的大小，一台提升机可以同时布置两副四副或更多副盘式制动器。盘式制动器的布置方式如图6-2所示： 图6-2 盘式制动器的布置图6.1.2 盘式制动器的工作原理盘式制动器的结构如图所示。两个制动油缸3位于滚筒制动盘的两侧，均装在支座2上。支座2为整体铸钢件，一副盘式制动器通过支座及垫板1用地脚螺栓固定在基座上。制动油缸3内装有活塞5柱塞13调整螺栓6螺钉7盘式弹簧4及弹簧套筒8等。筒体9衬板11和渣瓦15一齐可沿支座的内孔往复移动。闸瓦与衬板的连接，可用铜螺钉连接或用黏结剂粘贴，但大多数是以燕尾槽的形式将闸瓦固定在衬板上。在使用中当闸瓦磨损或闸瓦与制动盘的间隙过大时，可用调整螺栓6调节筒体9的位置，使闸瓦间隙保持在11.5mm 。柱塞13与销子14的连接采用榫槽结构，在拧动螺钉7时不致使柱塞13转动，以便调整闸瓦间隙。压向制动盘的制动力，由盘式弹簧产生。解除制动力，靠线油缸内充入油液而向右推动活塞5，压缩盘式弹簧来实现。螺钉12是放空气用的。在第一次向制动油缸3充油，或在使用中发现送闸的时间教长时，可将放气螺钉12旋松，把制动油缸中的空气排出，以免影响制动油缸的正常工作。塞头20是排油用的。在使用中制动油缸可能有微量的渗油，因而要定期将塞头20旋开排油。在排油时，应避免渗出的油玷污闸瓦及制动盘。盘式制动器的结构如图6-3所示：图6-3盘式制动器的结构图6.2盘式制动器的设计计算 6.2.1 盘式制动器工作时所需制动力 如图所示，活塞同时受弹簧的作用力，压力油产生的力，综合阻力包括空行程压缩弹簧的力)作用，制动状态时的作用力方向与相反。故压向制动盘的正压力为：。当改变油压力时，正压力N相应变化，油压值P=0时，即=0，正压力达最大值，此时为全制动状态。在松闸过程中，作用方向与相反，此时力平衡方程为：.在P时，活塞压缩蝶形弹簧，是全松闸状态，N=0，即图6-4 盘型工作原理示意图1)正压力随油压 P的增加而减少，其变化过程可以近似地看成线性关系。 2)松闸过程和制动过程所得曲线不重合，这是因为在松闸和制动过程活塞所需克服的摩擦力方向不同所致松闸时，液压缸壁及密封圈对活塞的阻力与蝶形弹簧力的方向一致。所以在相同油压情况下(与制动过程相比)制动盘正压力较大，反之，在制动过程中活塞所受摩擦阻力与蝶形弹簧的作用力方向不一致，所以制动盘的正压力较低： 3)松闸和制动的不可控区，(两条曲线不重合度)较小，说明有较高的控制灵敏性。 正压力N与P的关系如图6-5制动器在制动盘上产生的制动力矩，取决于正压力N的数值 式中： n-提升机制动器付数同时制动力矩应满足三倍静力矩 式中：D-滚筒名义直径（m) N=33.518000040.3541.035=285326N 6.2.2 每副闸应有的制动力矩 （1）根据总制动力矩应大于3倍最大静力矩即： 每副闸应有的制动力矩为： 6.2.3实际正压力的计算 N=3DFjmax4Rn=33.518000041.0350.48=142663N 6.2.4制动器液压缸的结构与设计计算盘式制动器的闸瓦在制动盘上产生的制动力等于： 式中 闸瓦压向制动盘上的正压力，N； 闸瓦对制动盘的摩擦系数，=0.350.5。由图可知，闸瓦压向制动盘的正压力等于： （1）式中 压力油产生的推力；盘式弹簧推力，N；活塞移动阻力；N。液压盘式制动器结构示意图如图6-6所示：1 制动盘；2闸瓦；3活塞；4弹簧图6-6式中 作用在活塞上的油压，；油缸直径，；柱塞直径，。将式带入，则得：活塞移动阻力大会降低制动器对闸盘的正压力，使制动力矩降低，活塞移动阻力的太小可以通过测试信号分析，当闸瓦问隙刚好为零时，橙闸过程的闸瓦刚刚开闸盘时的油压 称为橙闸油压；合闸过程的闸瓦与闸盘刚刚贴上的油压称为贴闸油压。根据油缸内活塞运动方向的不同，和的表达式： （2） （3）式中 油缸有效作用面积；，松阿和贴闸阻力。由式(2)、式(3)得合阻力： （4）显然，按式，当P=0时：，则为最大值（按=），提升机制动盘在盘式弹簧的正压力的作用下，获得最大制动力；当，且时：，；或，则闸瓦向右移动，提升机解除制动；当时：，则在零至最大值之间变化。由上述可以得出：调节制动油缸内的油液压力，则可调节制动力。在制动或松闸过程中，制动力的可调级数在30级以上，这样可以保证提升机制动时的平稳和调速性能要求。通常制动油缸内的油压的最小值不等于零，而为全制动时油缸内的残压，其残压值最大达。解除制动时需要的最大油压，应根据提升机实际静张力差来计算。活塞工作需要的最小压力（效率） 安全制动闸的最小调整释放压力 已知液压缸：工作油压P=21.9； 活塞直径D=8.5cm 活塞面积A=56.7制动器液压缸如图6-7所示：图6-7计算下列数值：= P， 总阻力损失率，=0.70.8 当活塞0.2 m/s时，取=0.7，所以=21.90.7，得=87KN。 由于0.5m/s，查表液压与气压传动 得0.3，取=0.3，得=，所以=2.61KN即移动负载为m=261Kg。在一般工况下=0.20.3，取d=0.2D，得d=1.7cm ，壁厚与内径之比往往为，所以取=8cm(8) 盘式制动器所需的最大工作油压的确定；盘式闸制动系统液压站的工作油压为52MPa，一级制动油压为17MPa，残压为03MPa，10副制动器；盘式制动器实际需要的最大工作油压，应当根据矿井实际最大静张力差按下式计算和调整；式中 实际需要的最大工作油压； 提升机设计最大静张力差时的油压值（查表得提升机司机）； 提升机实际最大静张力差，N； 提升机设计最大静张力差，N； 克服盘式制动器各阻力之和所需要油压，C值为：； 提升机全松闸时，为了保证闸瓦的必要的间隙而压缩盘式弹簧之力，折算成油压值； 油缸、密封圈、拉紧弹簧等阻力，折算成油压值； 液压站在提升机制动状态时的残压，按最大残值计算，；查表得： ； 求得 6.3 盘式制动器的调整和维护 6.3.1 闸瓦间隙的调整盘式制动器闸瓦间隙不得大于2毫米，当闸瓦间隙超过规定值时，需要进行闸瓦间隙的调整。调整间隙前，应先将容器放在井筒中交锋位置并将滚筒用地锁锁住，向制动缸充入压力油，使闸松开，测量闸瓦间隙。然后拧掉螺钉，转动调整螺栓，推动柱塞使向前移动，同时测量闸瓦间隙，一般闸瓦间隙调整在1-1.5毫米范围内。调整时，一副闸瓦的两个闸应同时调整。调整好后，应进行闸的试运转，并重新测量其间隙，如有变化应进一步调整。6.3.2 蝶形弹簧的检查盘闸制动力是由蝶形弹簧产生的，因此，蝶形弹簧的实效或疲劳毁坏都会对制动工作产生影响，因此必须加强对碟形弹簧检查的检查和维护。蝶形弹簧可按下述方法检查：首先使闸瓦合上，机器处于全制动状态。再逐步向油缸冲入压力油使制动油缸内压力慢慢升高，各闸瓦就在不同压力下逐个分开。记录下不同闸瓦的放开压力，如果闸瓦的放开压力有明显差别时，应检查在低压下放开闸，并检查其蝶形弹簧。据一些资料介绍，同一副闸瓦，放开压力差超过时，应拆开在低压放开的那半个闸进行检查；各副闸之间，最高放开压力与最低放开压力差不应超过。第七章 提升机的液压站7.1 液压站的功用 盘式制动器液压站的控制系统同提升机的类型、自动化程度相适应的。在直流拖动系统的提升系统中，由于提升机的调速性能较好，液压站控制的制动器一般只用于提升终了时停车和安全制动。而在交流拖动的提升系统中，液压系统除上述功用外，因制动器还要参与提升机速度的控制，所以液压站还有调节制动力矩的作用。7.2 提升机液压站的工作要求（1） 按矿井提升实际需要，产生不同的工作油压，控制制动器的工作制动力矩，从而实现提升机的工作制动。（2） 在安全制动时能迅速回油，并实现提升机二级制动。（3） 根据矿井多水平生产、或因提升钢丝绳伸长而需要调绳时，能控制双滚筒提升机的游动滚筒的调绳装置。（4） 根据多水平生产、或钢丝绳伸长时间时调绳的需要，控制双筒提升机滚筒的调绳装。7.3 液压站的组成部分 2JK型双滚筒提升机的液压站液压系统，液压站配置有两套液压装置，每套装置由电动机，叶片油泵（高压油泵）溢流阀、电液调节阀、压力继电器、网式滤油器等组成。二套装置虽然装在一台油箱上，但油箱内中间用隔板分为两半，分别装入各自油泵的吸油部分。两半油箱之间用旋塞相连接，即可接通又可断开，便于维修和换油工作。二套装置用手动换向阀控制输出地高压油，使之一套工作，一套备用。 液压站装设有二级制动安全阀12，在意外情况下可实现安全制动。二位四通阀控制调绳离合器，二
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