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缠绕式提升机设计
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毕业设计开题报告题目名称： 缠绕式提升机设计 院系名称： 机 电 学 院 班 级： 机 自 074 学 号： 200700314410 学生姓名： 夏 跃 飞 指导教师: _ 胡 敏_ 2011年03月 9 中原工学院毕业设计开题报 1 本课题所涉及的内容及其研究的综述1.1 矿山提升机的简介矿山提升机是一种大型绞车。用钢丝绳带动容器（罐笼或箕斗）在井筒中升降，完成输送物料和人员的任务。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，已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械。 矿山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。矿山提升机按工作方式分类： (1) 缠绕式提升机单绳缠绕式提升机 根据卷筒数目可分为单卷筒和双卷筒两种：单卷筒提升机，一般作单钩提升。钢丝绳的一端固定在卷筒上，另一端绕过天轮与提升容器相连；卷筒转动时，钢丝绳向卷筒上缠绕或放出，带动提升容器升降。双卷筒提升机，作双钩提升。两根钢丝绳各固定在一个卷筒上,分别从卷筒上、下方引出,卷筒转动时，一个提升容器上升，另一个容器下降。缠绕式提升机按卷筒的外形又分为等直径提升机和变直径提升机两种。等直径卷筒的结构简单，制造容易，价格低，得到普遍应用。深井提升时，由于两侧钢丝绳长度变化大，力矩很不平衡。早期采用变直径提升机（圆柱圆锥形卷筒），现多采用尾绳平衡。缠绕式提升机的主要部件有主轴、卷筒、主轴承、调绳离合器、减速器、深度指示器和制动器等。双卷筒提升机的卷筒与主轴固接者称固定卷筒，经调绳离合器与主轴相连者称活动卷筒。中国制造的卷筒直径为 25m。随着矿井深度和产量的加大，钢丝绳的长度和直径相应增加。因而卷筒的直径和宽度也要增大，故不适用于深井提升。多绳缠绕式提升机是在超深井运行中，尾绳悬垂长度变化大，提升钢丝绳承受很大交变应力，影响钢丝绳寿命；尾绳在井筒中还易扭转，妨碍工作。20世纪 50年代末，英国人布雷尔（Blair）设计了一台直径3.2m双绳多层缠绕式提升机(又称布雷尔式提升机)，提升高度15802349m，一次提升量1020t。 (2) 摩擦式提升机1938年，瑞典的ASEA公司在拉维尔（Laver）矿安装了一台直径1.96m双绳摩擦式提升机。1947年德国G.H.H.公司在汉诺威（Hannover）矿安装了一台四绳摩擦式提升机。多绳摩擦式提升机具有安全性高、钢丝绳直径细 、主导轮直径小、设备重量轻、耗电少、价格便宜等优点，发展很快。除用于深立井提升外，还可用于浅立井和斜井提升。钢丝绳搭放在提升机的主导轮（摩擦轮）上，两端悬挂提升容器或一端挂平衡重(锤)。运转时，借主导轮的摩擦衬垫与钢丝绳间的摩擦力,带动钢丝绳完成容器的升降。钢丝绳一般为210根。井塔式提升机 机房设在井塔顶层，与井塔合成一体，节省场地；钢丝绳不暴露在露天，不受 雨雪的侵蚀，但井塔的重量大，基建时间长，造价高，并不宜用于地震区 。 落地式提升机的机房直接设在地面上，井架低，投资小，抗震性能好；缺点是钢丝绳暴露在露天，弯曲次数多,影响钢丝绳的工作条件及使用寿命。 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。主导轮表面装有带绳槽的摩擦衬垫。衬垫应具有较高的摩擦系数和耐磨、耐压性能,其材质的优劣直接影响提升机的生产能力、工作安全性及应用范围。目前使用较多的衬垫材料有聚氯乙烯或聚氨基甲酸乙酯橡胶等。由于钢丝绳与主导轮衬垫间不可避免的蠕动和滑动，停车时深度指示器偏离零位，故应设自动调零装置，在每次停车期间使指针自动指向零位。车槽装置用于车削绳槽，保持直径一致，有利于每根钢丝绳张力均匀。为了减少震动，可采用弹簧机座减速器。 1.2 我国矿山提升机的现状及发展趋势当今时代矿山提升设备由大型机械一电气组组成，提升容器在有限的运距内，往返高速运行，速度及加、减速度要求严格而准确地控制。因此，除传力、承力及其运载部件外，还必须配备完整的拖动控制，安全检测及其井筒信号等系统和设备。 当今，在世界范围内运行的提升机，最大的提升速度达到2025m/s;一次提升重量达50t；点击容量已超过10000KW;井深超过2000m。由于矿井生产的强化和集中化，一些矿井为了满足生产量和不同的提升任务的要求，常在一个井筒安装多台提升机机群，例如瑞典的基鲁那矿，在在一个矩形提升台上安装了12台多绳摩擦式提升机，采用集中控制。 随着现代技术的进步和采矿工业的发展，提升设备在机械结构、工艺、设计理论及方法、拖动控制及安全检测等方面都有了很大的发展。例如中低压和中高压盘式闸机液压站、硬齿面行星轮传动等的应用；内装同步电机主轴装置的问世；零部件设计中CAD/CAM及有限元法的应用；利用系统工程方法惊醒提升系统的设计和改造、提升系统的摸化和仿真都取得了较新的成就；拖动类型除异步电动机拖动调整、直流电动机调速外，交变频供电同步电动机拖动方式已在大型提升及中应用；由可编程控制器PLC构成的提升工艺控制、安全回路、监视回路、行程控制器、制动控制以及井筒信号系统，在工业技术发达国家已有比较典型的产品。 近几十年来，由于矿井开采深度的加大，大型提升设备的需求量不仅在数量上增加很快，而且在提升机滚筒的方式、制动方式和电力拖动等方面都有了很大的改进。 （1）大型提升设备在矿井生产中的重要性 提升设备是矿井生产的通风、排水、压风、提升四大机械中最重要的设备，因为另外三种设备有了故障可以立即运行备用设备，不影响矿井的生产，而主、副井提升设备一旦出了故障就要全矿井停产，有时连井下人员也上不了井。提升设备出了重大事故，不仅会造成很严重的经济损失，而且还会造成重大的人员伤亡。因此矿井大型提升设备的维护是机电工程师们最关注的环节；每次停产检修，提升系统是检修的重点；在设备的改进上，升设备的改进也是机电工程师们研究计论的重点。 （2）滚筒的改进无论是煤矿还是其它矿井，无论是国内还是国外，随着矿井开采深度的加大，提升的井筒越来越深，缠绕式提升机由于缠绕层数的限制，已不能满足开采的需要，因而被多绳摩擦轮提升机所代替。对于多绳摩擦轮提升机，因绳太多，存在张力不平衡之患及绳多维护困难的原因，近十几年来又由多绳小滚筒向少绳大滚筒方向发展。在同样的载荷下用六绳小直径钢丝绳或用四绳大直径钢丝绳均可满足载荷要求的况下，采用后者偏多。目前生产的多绳摩擦轮提升机在国内外八绳以上的已不多见。 （3）形制动闸提升设备的制动系统是提升中的重中之重，制动系统失灵会导致重大的人身伤亡和严重的经济损失。由于角移式闸其轴销多、磨损松旷现象严重，灵敏度低、空行程大，加之其液压制动的缸体是单一的，一旦出现卡缸就会造成严重的跑车事故。盘型闸的液压制动是多缸体的，无论从灵敏度上还是可靠性看，远比角移式的制动安全可靠的多。目前的液压站也在逐步完善，大部分部件都是集成化，且其液压的压力也在升高，由过去的6MPa提高到142lMPa，这样就可以使制动闸的缸体缩小或减少，可靠性大大增强。 （4）用直联电动机过去的提升设备绝大部分是异步电动机拖动 减速机 滚筒。减述机是提升设备中维护量最大、维护费用最高的部件尤其是滑动轴承减速机，轴瓦磨损快，减速机易磨损，联轴节及齿轮和键等也常出故障，约8a成组齿轮全要更换，换减速机箱更是频繁，维护量大，维护费用高，且其运行时的噪声也大，故现有较大型的提升设备生产的配套电动机，也在向直流方向发展，电动机与滚筒直联，取消了减速机，这也是大型提升设备发展的趋势之一。 （5）电子计算机加入提升设备的控制新型的大型提升设备中都装配有电子计算机控制系统，为安全起见，老的大型提升设备也在逐步引进计算机控制系统，这样不但增强了后备保护、故障诊断及其安全控制，并使提升系统的运行更加安全可靠。 （6）电力拖动大型提升设备电力拖动方式是近几十年来发展速度最快的。异步电动机拖动向直流电动机拖动方向演变；大型的直流电动机拖动又向同步电动机拖动方向发展。由于大容量可控硅整流设备的问世，使直流电动机在大型提升设备上又大有用武之地。过去使用直流电动机拖动，要有旋转的直流发电机供电，由于其发电整流子故障多、噪声大，影响了在大型提升机上的配套。现在可以用静态的大容量的可控硅给直流电动机供电，一般容量在1000kW以上的均可以考虑使用直流电动机，这样不仅取消了维护困难、维护费用高、噪声大的问题，更主要的是直流拖动的调速性能好，这对于频繁启动的提升设备而言，是一个很突出的优点。20世纪70年代，由于交一交变频可控硅在大型提升机上有了很大的发展，很快就取代了直流电动机，因为其低频性能也取消了减速机，低频调速性能也很好；又因为它是光滑的铜环，不存在有直流电动机整流子维护困难的问题。因此同步电动机在大型提升机设备很快得到了应用，过去我国煤炭系统对提升设备使用同步电机交一交 变频 ，是控制在3000kW以上容量的可选用。而国际技术交流上德国西门一子的观点是2000kW以上的均可选用。由于交一交变频的供电，同步电动机在大型提升机上的应用，才有可能考虑将电动机装在滚筒内，这样目前世界上最先进的内装式的提升机才能够得以问世。内装式提升机体积小，且其轴的受力均衡，故大有进一步发展的趋势。特别是塔式提升机上优点尤为突出，因其可以缩小大厅的面积，降低井塔的土建造价。（7）大型提升设 备的自动化目前发达国家井底大型提升设备，特别是主井提升设备，全部实现自动化，提升机房没有司机。而我国矿井提升设备的运行方式还是手动的，有少数个别矿井也在作初步自动化的工作，这是可喜的起步。从实现我国现代化的发展角度来看，大型提升设备，特别是主井提升设备的自动化已是一个发展的必然。因为目前我国提升设备的电控系统在逐步完善，电子计算机在矿井的应用也在逐步扩展，电子计算机在提机电控上应用，也为提升机自动化创造条件。目前，由于我国加入了WTO，电气元件的进口量也会增加，市场上传感器规格也更加多样化，这些都给提升设备的自动化创造了条件。目前世界上最先进的提升设备电控系统应该是瑞典的北方基律纳铁矿，11台大型提升设备，其控制系统在不远处的电控室内两台显示屏可以滑动到任一台绞车的位置上，由两个人监控即可。相比之下，我国大型提升设备应加快自动化的步伐。1.3 本课题涉及的主要内容（1） 缠绕式提升机提升部分示意图参考文献：1 黄大宇 梅瑛主编. 机械设计课程设计.吉林大学出版社,20072 徐灏主编. 机械设计手册第二版.北京：机械工业出版社,20003 彭文生等主编.机械设计.北京：高等教育出版社，20024 黄玉美等主编.机械制造装备设计. 高等教育出版社，20065 孙玉蓉 周法孔主编.矿山提升机. 煤炭工业出版社，19956 王志勇主编.煤炭专用设备设计计算.北京：煤炭工业出版社 1984 2 本课题有待解决的主要关键问题 （1）确定本次毕业设计课题单绳缠绕式提升机所要设计的机械部分包括哪些部分。 （2）减速器和电动机的选定。 （3）电机和减速器之间的联轴器的选择确定，减速器与卷筒主轴之间联轴器的确定。 （4）卷筒结构设计和影响卷筒强度的因素。 （5）调绳离合器类型的选定和调绳离合器的结构设计。 （6）制动装置的选定和制动器的结构设计。 （7）钢丝绳的选择和天轮的选择。 3对课题要求及预期目标的可行性分析 1）熟悉提升设备的主要组成部分、分类以及不同种类的提升机的优缺点，了解提升机组成部分的作用，根据毕业设计要求认真考虑选择所设计提升机的类型。 2）查找相关资料和现实一些厂家所设计产品图片，认识并了解相关部件的大概外形及其结构，以便增强设计产品在意识中的立体感，为绘制二维图奠定基础。 3）根据要求选定并计算卷筒类型、提升容器类型、调绳离合器种类、制动装置类型、天轮结构，然后根据计算选择减速器和
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