矿大毕业设计-副井摩擦式提升机设计(最后一次修改).pdf

中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 1 机械工程及自动化专业 毕业设计指导书 （专科）中国矿业大学成人教育学院 2014 年 11 月中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 1 摘 要 本设计首先对提升机的用途、工作原理、类型及其发展历程进行了概述，系统的设计方案。然后通过对其工作环境和技术特点的分析，并参考目前国内液压防爆提升机的结构，对液压防爆提升机的整体结构进行了设计，包括钢丝绳的选择、卷筒的设计、主轴装置的设计、制动装置的设计、液压系统的设计以及计算与校核。本设计由防爆电动机、低速大扭矩液压马达、轴向柱塞泵、双联叶片泵、多种控制阀、盘形制动器、卷筒、支承轴等部件组成。关键词：提升机；设计；计算 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 2 目 录 摘 要.1 目 录.2 1 矿井提升设备.3 1.1 概述.3 1.2 矿井提升设备的现状及发展趋势.4 1.3 矿井提升设备的分类.5 1.4 矿井提升设备的组成及其特点.8 1.5 矿井提升机的主要结构及其作用.9 1.6 多绳摩擦矿井提升机结构特点及其工作原理.12 1.7 系统设计方案的确定.15 2 钢丝绳的选择和卷筒尺寸的确定.16 2.1 钢丝绳的选择.16 2.2 卷筒尺寸的确定.19 3 减速机构的设计.21 3.1 传动比分配.21 3.2 传动零件设计.22 3.3 轴的计算.30 4 制动装置的选型设计.39 4.1 概述.39 4.2 制动装置的选型设计.39 结 论.40 参考文献.41 致 谢.42 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 3 1 矿井提升设备 1.1 概述 矿井提升设备是通过钢丝绳带动容器（罐笼或箕斗）沿井筒升降，与装卸装置、封闭井塔或敞开井架、导向轮或天轮等组成的以完成输送人员设备、煤炭、矸石等物料为任务的大型机械设备。如图1.1 图1.1矿井提升设备 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。矿井提升设备是矿山生产中具有举足轻重作用的重要的大型设备。作为矿山井中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 4 下生产系统和地面工业广场相联接的枢纽，在工作中一旦发生故障，就会严重影响矿井的正常生产，甚至造成人身事故。随着矿井生产的不断发展、原煤产量的大幅度提高，提升系统能否安全正常运行，已越来越明显地成为制约矿井生产的关键因素之一。所以，为保证生产和人员安全，应掌握矿井提升设备的构造、性能、运转理论及工作原理等方面的知识，分析提升机制造和维护使用的全过程并加强故障诊断监控管理，确保其能够高效、安全的运转，在生产中做到正确的使用和及时有效的维修。1.2 矿井提升设备的现状及发展趋势 矿井提升机从最初的蒸汽机拖动的单绳缠绕式提升机发展到今天的交-交变频直接拖动的多绳摩擦式提升机，经历了170多年的发展历史。我国是采煤大国，也是矿山机电设备制造和使用大国。解放后我国工业技术得到了迅速发展，建立了自己的提升机制造业。提升机作为矿山提升的咽喉设备，从 50 年代第一代仿制的苏式提升机开始，我国提升机制造先后经历了：1953年抚顺重型机器厂制造了第一台单绳缠绕式提升机；1958年洛阳矿山机器厂制造了第一台多绳摩擦提升机；1986年中信重型机械公司从瑞典 ABB公司引进了具有八十年代世界先进水平的矿井提升机全套技术，并于 1987年经 ABB公司专家来厂检验认证合格。诞生了 JK-E、2JK-E新一代单绳缠绕式提升机，JKM-C型和 JKMD-C型多绳摩擦式提升机。九十年代经整顿后的新型多绳摩擦式提升机 JKM-E和 JKMD-E已生产至今。中信重型机械公司设计制造的矿井提升机占我国矿山提升机拥有量的 87%（包括单绳、多绳提升机），总产量已达 4600余台。目前我国可以成批生产各种现代化大型矿井提升机以及各种配套设备，无论从设计、制造、自动控制等各方面，我国生产的矿井提升设备都正在跨入世界先进的行列。随着国内矿井生产量日新月异的提高，对提升机的安全性、可靠性的要求也随之提高。在我国提升设备总的发展趋势主要是：主轴装置由铸造支轮、螺栓联接的简壳发展为全焊接组装式卷简；主轴支承由滑动轴承发展为滚动轴承；调绳离合器由手动蜗轮蜗杆发展为液动径向齿块式；制动系统由气动角移块式重锤制动发展为液动盘式弹簧力制动；操纵方式由机械杠杆式变为操纵，手动变为半自动甚至全自动、微机控制；减速器由软齿面平行轴发展为硬齿面磨齿行星齿轮传动；运行监控显示由单一指针式发展为计算机多媒体数字、图形、指针综合显示；电控系统由继电器、接触器式发展为计算机为核心的全自动系统；大型提升设备(容量l000 KW以上)发展趋势是低速直中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 5 流电机拖动，采用电机转子和滚筒主轴直联的结构。国外矿井提升机的发展已有一百多年历史，世界上经济发达的一些国家，提升机的运行速度已达2025m/s，一次提升量达到 50T，电动机容量已超过 10000KW。目前，国内外经常使用的提升机有单绳缠绕式和多绳摩擦式两种形式。提升设备的各项具体技术都有飞速发展，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；现在矿井提升设备日新月异，正向大型化，高功率和自动控制方向发展。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。1.3 矿井提升设备的分类 单卷筒 单绳缠绕 可分离单卷筒 缠绕提升机 双卷筒 多绳缠绕布雷尔式 矿井提升机 塔式 单绳摩擦 落地式 摩擦提升机 塔式 多绳摩擦 落地式 按提升钢丝绳的工作原理，可分为缠绕式矿井提升机和摩擦式矿井提升机两类。缠绕式矿井提升机（如图 1-2）有单绳缠绕式和多绳缠绕式两种，提升钢丝绳缠绕在卷筒上的方式与一般绞车类似，无论立井或斜井均可以使用，但提升高度和最大载荷等，受现有钢丝绳的制造能力和滚筒容绳量的限制。中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 6 一般而言，当钢丝绳直径大于 60mm时，制造困难，同时会导致提升机及提升设备庞大。所以，一般一次提升载荷重量不得超过 20t，一层缠绕时的提升高度不超过 600m。图 1-2缠绕式矿井提升机 缠绕式矿井提升机是较早出现的一种类型，工作原理比较简单，单卷筒大多只有一根钢丝绳，连接一个容器。双卷筒的每个卷筒各配一根钢丝绳，连接两个容器，将钢丝绳的一端固定到提升机的卷筒上，另一端绕过井架上的天轮与提升容器相连接，利用两个卷筒上钢丝绳的缠绕方向的不同，当提升机转动时，使两个容器一个上升一个下降，以完成提升任务，这种提升机在我国矿山中广泛使用。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。摩擦式矿井提升机适用于凿井以外的各种竖井提升。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。为提高经济效益和安全性，摩擦式矿井提升机采用尾绳平衡提升方式，即配有与提升绳重量相等的尾绳。尾绳两端分别与两个容器（或容器和平衡重）的底部连接，形成提升绳-容器-尾绳-容器(或平衡重)-提升绳的封闭环路。容器处于井筒中的任何位置时，摩擦轮两侧的提升绳和尾绳的重量之和总是相等的。一般将布置在井筒顶部塔架上的这种提升机称为塔式摩擦式矿井提升机。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。提升机布置在地面的称为落地摩擦式矿井提升机（如图 1.3），这种提升机的提升绳通过井架天轮引入中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 7 井筒，与容器相连。落地式多绳摩擦提升机是在塔式多绳提升机的基础上将主机装置由空中搬到地面，其优点如下：（1）井塔（或称井架）、提升机房和井上口设备可以同时进行施工和安装，缩短了施工时间；（2）原井塔可用普通井塔式或井架代替，减少了附属设备（其中设备和电梯等）；（3）提高了抗震性能；（4）经济效益好；（5）检修更换部件方便。图 1-3 落地摩擦式矿井提升机 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 8 图 1-4 多绳摩擦式矿井提升机 按提升绳的数量又可分为单绳摩擦式矿井提升机和多绳摩擦式矿井提升机（如图1-4）。单绳摩擦式只用一根提升绳。多绳摩擦式同时使用数根（通常是 4 根）提升钢丝绳靠与主导轮衬垫间的摩擦力来提升容器和负载，只用于立井中，其提升高度和最大载荷不受容绳量的限制（因为对于摩擦提升机来讲不存在容绳量问题）而且通常为 4 根绳。所以，它的提升高度和最大载荷都比单绳缠绕式提升机大。多绳摩擦式的优点是：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。年产量 120 万吨以上的竖井大多采用这种提升机，技术参数已达:有效载荷 60 吨，提升速度 20 米秒，提升高度 2100 米，提升绳 10 根。但这种提升机的各根提升绳的受力不易均匀，更换钢丝绳也较复杂。当摩擦轮两侧提升绳的张力差超过规定值，或提升绳与衬垫的摩擦系数降低（如接触面上有油或受温度影响）时，可能发生提升绳打滑现象。1.4 矿井提升设备的组成及其特点 矿井提升设备的主要组成部分是：提升容器、提升钢丝绳、提升机（包括机械及拖动控制系统），井架（井塔）天轮以及装卸载设备等。这些构成了矿井提升系统。矿井提升系统主要有两大类，即用以提升煤炭、矿石的主井箕斗提升系统和完成其它辅助任务的副井罐笼提升系统。矿井提升机主要由电动机、主轴装置、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组成，采用交流或直流电机中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 9 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。一台提升机的总功率已达到 11600 千瓦。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。矿井提升设备的特点：1.矿井提升设备是矿山较复杂且庞大的机电设备，它不仅承担物料的提升与下放任务，同时还上下人员，在工作中一旦发生故障，不仅影响到矿井的生产，而且涉及到人员的生命安全。因此，矿井提升设备的安全性是极为重要的。我国在煤矿安全规程中对提升设备作了极严格的要求。2.矿井提升设备是周期动作式输送设备，需要频繁地起动和停车，工作条件苛刻，其机械电气设备设计必须可靠。3.矿井提升设备是矿山大型设备，合理的选择，正确的使用和维护具有重要的经济意义。1.5 矿井提升机的主要结构及其作用 矿井提升机作为一个完整的机械一电气机组，它的组成部分如下表所示。工作机构主轴装置和主轴承 制动器 制动系统 减压传动装置 减速器（包括微拖动减速器）机械传动系统 联轴器 润滑系统润滑油站 矿井提升机 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 10 斜面操纵台 观测和操纵系统 深度指示器和传动装置 测速发电机装置 主电动机和微拖动电动机 拖动、控制和自动 电气控制系统 保护系统 自动保护系统 司机椅子、机座、机架 辅助部分 护栏、护板、护罩 导向轮装置、车槽装置（多绳摩擦绳提升机）下面扼要介绍一下各个部分的功能。（一）工作机构 工作机构主要是指主轴装置和主轴承等，它的作用是:1.缠绕和搭放提升钢丝绳；2.承受各种正常负荷(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负荷，在非常负荷作用下，主轴承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)。（二）制动系统 制动系统包括制动器和液压传动装置两部分。制动器的作用是:1.在提升机停止工作时，能可靠的闸住机器。2.在减速阶段及下放重物时，参与提升机的控制。3.紧急事故情况时，能使提升机安全制动，迅速停车，避免事故的扩大。4.双筒提升机在调节钢丝绳长度时，应能闸住提升机的游动卷筒。（三）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到提升速度的限制，一般在1060r/min中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 11 分之间，而拖动提升机的交流电机转速通常在 480960r/min的范围内，这样，除采用低速直流电动机拖动之外，一般情况下不能将主轴与电动机直接连接，中间必须经过减速器。因而减速器的作用是减速和传递的动力。JK型提升机采用圆弧齿轮减速器，其速比为11.5，20，30。型号为ZHLR-130，ZHLR-150，ZHfLR-170等。还有采用共轴减速器的，这种减速器如加工制造精度达到要求，装配得当，则齿轮受力较小，布置较为合理。现在已用了行星齿轮减速器，这种减速器体积小，重量轻，传动效率高。2.联轴器是用来连接提升机的旋转部分，并传递动力。（四）润滑系统 润滑系统的作用是:在提升机工作的时候，不间断的向主轴、减速器轴承和啮合齿面送润滑油，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主电动机联锁：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。（五）观测和操纵系统 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装置。1.操纵台是司机用以操纵提升机的装置，是提升设备的控制中枢。2.深度指示器是矿井提升机中的一个主要部件，其主要用途是：1）指示井筒中提升容器的实际位置；2）容器接近井口时发出减速开始讯号；3）在全提升过程的各阶段监督提升速度图的完成，起限速保护作用；4）在制动或半自动化提升中给定加速，减速阶段的速度；5）在钢丝绳因滑动或蠕动及衬垫磨损等原因而使容器位置与深度指示器位置不一致时，在停车时自动调零。3.测速发电机 测速发电机装置主要用于机器的测速和超速保护。它由减速器高速轴上的大皮带轮（其直径由提升机所配的减速器高速轴轴径而更换），通过三角皮带带动测速发电机轴头上的小皮带轮组成（其直径按提升主电机的转速而更换），为便于张紧三角皮带有螺钉可使发电机在导轨上移动，为保证安全免出人身事故还设有护罩。另外测速发电机在提升运转过程中发出的电压还在斜面操纵台的电流电压表上反映钢丝绳实际速度（电压表上刻度单位是米/秒），供司机了解提升容器在井筒上、下的运行速度。中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 12（六）拖动、控制和自动保护系统 拖动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。从以上所述可知主拖动电动机、机械传动系统、工作机构是矿井提升机的核心工作部件，其余系统为辅助系统。因此，对机械传动系统中的减速器进行监测对保证矿井提升机正常运行具有重要意义。1.6 多绳摩擦矿井提升机结构特点及其工作原理 多绳摩擦提升机的特点主要在主导轮上。主导轮窄面小，轮上包有带绳槽的摩擦衬垫。摩擦衬垫承担着提升钢丝绳重力、容器自重、货载重力、平衡尾绳重力以及运行时的各种动载荷与冲击载荷，所以它也须有足够的抗压强度。此外，它与钢丝绳之间还必须具有足够的摩擦系数，从而使提升机达到设计生产能力，并防止提升过程中的滑动。因此摩擦衬垫材质的优劣对提升机的工作性能，应用范围及工作安全等都有直接的影响。目前经常使用的有胶带、牛皮、热塑性塑料和聚乙烯塑料、聚氨酯橡胶等。多绳摩擦提升机设有车槽装置，它的用途是在机器安装和使用过程中，在主导轮衬垫上车制绳槽及根据磨损情况，不定期地对绳槽进行车削，以保证各绳槽直径相等，磨损均匀，同时也能使每根钢丝绳拉紧程度相近、受力均匀。多绳摩擦提升机主导轮宽度与绳数有关。绳数取决于终端载荷及提升高度，常见的有 2、4 及 6 根绳几种。采用偶数根绳的目的是：可以采用一半左捻钢丝绳，一半右捻钢丝绳，以便消除容器与罐道间由于钢丝绳扭转而引起的附加阻力。为平衡提升钢丝绳的重力，在容器下面一般都设有平衡尾绳，平衡尾绳的树木取决于平衡尾绳重力，常见的扁尾绳有一根或两根，圆股绳有两根或的三根，经过适当搭配，使主绳与平衡尾绳的总单重相等，或者尾绳比主绳总单绳重稍重些。为使多绳摩擦提升设备的几根提升钢丝绳张力保持平衡，在容器与钢丝绳连接处设有张力平衡装置。多绳摩擦提升机在工作或程中，会出现钢丝绳的蠕动现象。因此，钢丝绳与主导轮间会产生相对位移，随着提升系数增多，相对位移量亦不断增大。除了蠕动外，同时还可能存在着钢丝绳滑动与伸长等问题。这些都影响深度指示器的准确性，为止，必须在多绳摩擦提升机的深度指示器上，增加一个中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 13 调零机构。所谓“调零”，就是深度指示器结构本身能够在容器每次运行后，消除由于钢丝绳的滑动、蠕动和伸长等原因引起容器实际停车位置与深度指示器指针预定零位之间的误差。在某些情况下，当受到井筒断面积及其它条件的限制，两提升容器中心之间的距离小于主导轮直径，此时，为了使主导轮两侧的钢丝绳相互靠近一点，以适应两提升容器中心距离的要求，就需要装设导向轮。这时，提升钢丝绳在主导轮上的围包角增大，改善了多绳摩擦提升机的防滑性能。对于单容器带平衡锤的提升系统，当采用带导向轮的多绳摩擦提升机时，习惯上都是将导向轮设置在平衡锤的一侧。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 1.5 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便发生很大的磨擦力，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上缠绕，而是搭放在主导轮的的摩擦衬上，靠摩擦力进行工作。图 1-5 多绳摩擦式罐笼提升系统示意图 1摩擦轮；2导向轮；3、7罐笼；4矿车；5翻车机；中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 14 6尾绳；8主绳；9摇台 结构及工作过程：多绳摩擦轮 1 安装在提升井塔上，主绳 8 搭放在摩擦轮 l 上，其两端通过连接装置分别与处于井口和井底的两个罐笼 3，7 连接，两罐笼底部通过尾绳环与尾绳 6 连接。当启动摩擦轮时，重载罐笼 3 被提升到井口上车场(图示位置)，重矿车 4 被推车机推出罐笼，经翻车机 5 卸载后，煤炭由胶带输送机运出。当升降人员或设备时，可在井口下车场进、出罐笼或装卸物料。多绳摩擦式提升机和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面都优越的多，就深井和大产量来说，是竖井提升的发展方向。多绳摩擦式提升机最早在 1938 年瑞典出现。由于其优越性，在现代中深矿井和大产量的矿井中日益得到广泛应用。多绳摩擦式提升机只适用于竖井。提升钢丝绳在摩擦轮上的围抱角在 180220之间（国外有个别矿井的多绳摩擦式提升机的钢丝绳围抱角为 540 度）。这种提升机多安装在塔式井架上，这是因为不受雨雪以及结冰的影响。目前又发展有落地式安装的形式。多绳摩擦式提升按布置方式可分为塔式与落地式两大类。目前，我国主要采用塔式，其优点是：紧凑省地，省去天轮，全部载荷垂直向下，井架稳定性好，可获得大包角，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。但塔式较落地式的设备费用要昂贵得多。塔式多绳摩擦提升又可分为无导向轮系统和有导向轮系统。前者最简单；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；可减小井筒的断面；同时可加大钢丝绳在摩擦轮上的围包角。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。1.多绳摩擦式提升的优点 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，故适用于深井提升。2）由于载荷是由数根钢丝绳承担，故提升钢丝绳直径就比相同载荷下单绳提升机小，并使主导轮直径小。因此，在同等提升载荷下，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）多绳提升机的运动质量小，故拖动电动机的容量和耗电量均相应减小。4）在卡罐和过卷的情况下，主导轮有打滑的可能性，能避免断绳事故中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 15 的发生。5）绳数多，几根钢丝绳同时被拉断的可能性极小，因此提高了提升设备的安全性，可以不设断绳防坠器。2.多绳摩擦式提升的缺点 1）数根钢丝绳的悬挂、更换、调整、维护检修工作复杂。2）当有一根钢丝绳损坏而需要更换时，为保持各钢丝绳有相同的工作条件，则要更换全部钢丝绳。3）因不能调节绳长，故双钩提升时，不能同时用于几个水平提升，也不适于凿井提升。4）由于提升钢丝绳和主导轮上的衬垫间有蠕动现象，影响深度指示器的准确性。1.7 系统设计方案的确定 由于是井深六百米年产量约 500 万吨的大型深井煤矿，根据上述，选副井采用多绳摩擦式提升比较合适，系统工作过程是：主电机-联轴器-减速器-联轴器-提升机-钢丝绳-导向天轮-多绳罐笼-根据煤矿条件确定提升载荷和选用液压支架宽度，确定使用合适的提升容器，然后选用合适的钢丝绳，然后根据载荷对提升机进行防滑验算，计算出提升机的静张力和静张力差，结合提升机所需的提升速度，算出系统所需的功率，根据功率选用合适的电动机，进而选用合适的联轴器，通过联轴器将功率传给提升机，提升机通过卷筒衬垫与钢丝绳的摩擦力对煤矿所需物料和工作人员进行往复的提升和下运，从而完成整个提升运输工作。中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 16 2 钢丝绳的选择和卷筒尺寸的确定 2.1 钢丝绳的选择 2.1.1钢丝绳的结构 矿用钢丝绳都是丝股绳结构，即先由钢丝捻成绳股，再由绳股捻成绳。制造钢丝绳的钢丝是由优质碳素结构圆钢冷拔而成的，一般直径为 0.44，钢丝的抗拉强度为 14002000N/2，我国多用 1550 和 1700 两种。为了增加抗腐蚀能力，钢丝表面可以镀锌，称为镀锌钢丝，未镀锌的称为光面钢丝。此外还可以用钢丝韧性来标志，分为特号，号和号三种，提升矿物用的钢丝绳可以选用特号或号钢丝来制造，提升人员用的钢丝绳只允许用特号钢丝来制造。在由钢丝捻成股时有一个股芯，在由股捻成绳时有一个绳芯。股芯一般为钢丝，绳芯有金属绳芯和纤维绳芯两种，前者由钢丝组成，后者可用剑麻、黄麻或有机纤维制成。绳芯的作用是支持绳股，使绳富于弹性，并可储存润滑油，防止内部钢丝腐蚀生锈。2.1.2钢丝绳的分类 提升钢丝绳有很多种，结构不同性能也不同。根据不同的特点有不同的分类方法，实际上都是从不同的角度来说明钢丝绳的结构特点，了解这些特点，对于认识不同钢丝绳的性能，正确选择和合理使用钢丝绳都是有益的。（1）依绳股在绳中的捻向来分，有：左捻钢丝绳，即股在绳中以左螺旋方向捻绕；右捻钢丝绳，即股在绳中以右螺旋方向捻绕。（2）依钢丝在股中和股灾绳中捻向的关系分，有：同向捻钢丝绳，即股和绳的捻制方向相同；交叉捻钢丝绳，即股和绳的捻制方向相反。同向捻钢丝绳比较柔软，表面比较光滑，弯曲应力较小，因而寿命较长，但有较大的恢复力，容易旋转打结；交叉捻钢丝绳则与上述情况相反。习惯上又把以中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 17 上两种分类方法结合起来，分为右同向捻、左同向捻、右交叉捻、左交叉捻四种。（3）依钢丝在股中的接触情况分，钢丝在绳股中的接触形式有点接触、线接触和面接触三种。点接触式钢丝绳，股中内外层钢丝以等捻角不等捻距来捻制，一般以相同直径的钢丝来制造，钢丝间呈点接触状态。线接触式钢丝绳，股中内外层钢丝以等捻距不等捻角来捻制，一般以不同直径的钢丝来制造，丝间呈线接触状态。两种绳比较，线接触绳比较柔软，无压力集中现象，寿命较长。为了改善丝间的接触状态，将线接触式钢丝绳的绳股经特殊碾压加工，使钢丝产生塑性变形，形成钢丝间呈面接触状态，然后再捻制成绳，称为面接触式钢丝绳，所有线接触钢丝绳均可制成面接触式钢丝绳。面接触式钢丝绳结构紧密，表面光滑，抗磨损和抗腐蚀性能好，寿命较长。（4）依绳股断面形状分，种类较多，其中最常用为圆股绳，这种绳的绳股断面为圆形。此外还有异形股绳，绳股的断面形状为三角形或椭圆形，提升应用最多的三角绳股，三角绳股具有承压面积达、抗磨损、强度大和寿命长等优点。（5）特种钢丝绳。除了上面介绍的一些钢丝绳以外，还有一些结构比较特殊的钢丝绳。在矿井提升中应用的有多层股不旋转钢丝绳，这种绳由二层或三层绳股捻成，各层捻向相反，因而克服了钢丝绳的旋转性，适用于作凿井提升绳或生产矿井提升尾绳。密封钢丝绳和半密封钢丝绳，属于单股节后，最外一层是用异形钢丝彼此互相锁住，它的特点是密实、表面光滑、耐磨和耐腐蚀性能好、不旋转、弹性伸长小，但挠性差、制造技术复杂，适用于作罐道绳，国外也有用作提升钢丝绳的。扁钢丝绳，这是一种扁平钢丝绳，一般为手工编制，生产效率低，但这种绳由很大的挠性，又不旋转，所以有些矿井用来作尾绳。2.1.3钢丝绳的选择 提升钢丝绳的选择计算时提升设备选型设计中的关键环节之一，我国是按煤矿安全规程的规定来设计的，其原则是：钢丝绳应按最大静载荷并考虑一定的安全系数来进行计算，安全系数是指钢丝绳拉断力的总和与钢丝中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 18 绳的静拉力之比。由于是多绳摩擦，且用于提升物料和升降人员，故选安全系数 n 8,由于井深 600米，而且年产量为 500万吨，选多绳双罐笼提升设备，根据矿车有效容积为 1.7立方米，选 MG-1.7-9B固定矿车，再根据综采液压支架宽度约为 1.6m选 GDG1.5/9/2/4K多绳罐笼 矿井一次提矸量 Q rg4 V=13501.74=9180kg 液压支架自重约 12000kg 以支架为标准计算载重量 根据罐笼型号选钢丝绳首绳直径 ds=30mm 根据罐笼型号选钢丝绳尾绳直径 dw=43mm 暂选用普通圆形股钢丝绳 6 37 纤维芯，其钢丝绳直径 d 30,钢丝直径1.4,钢丝总断面积 S 341.572mm,每米重力 p 3.211kg/m,公称抗拉强度为 185kg/2mm，钢丝破断拉力总和不小于 63150kg。暂取100000kg 暂选用尾绳参数为：圆形股钢丝绳 6 37纤维芯，其钢丝绳直径 dw43,钢丝直径2.0,钢丝总断面积 S 697.082mm,每米重力 p 6.553kg/m,公称抗拉强度为 185kg/2mm，钢丝破断拉力总和不小于128500kg。钢丝绳安全验算 )364/(6HhHqpHjqcQzQQqma 井架高度Hj取 30m 尾绳环高度Hh取 25m 钢丝破断拉力总和 Qq取 63150kg 一起提升量Q 为 12000kg 罐笼自重Qz为 16107kg 四个矿车重4qc=9754=3900kg 钢丝绳首绳每米重力 p 3.211kg/m 钢丝绳尾绳每米重力 q 6.553kg/m 将上述参数带入公式得到 ma=8.4.8 故所选钢丝绳合格 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 19 2.2 卷筒尺寸的确定 2.2.1卷筒结构 卷筒结构形式多样，可按下述方法分类：按照制造方式不同可分为铸造卷筒和焊接卷筒。铸造卷筒应用广泛。绞车卷筒大多为铸造卷筒，成本低，工艺性好，但质量大，适用于中小型绞车。大吨位绞车一般采用铸钢卷筒。铸钢卷筒虽然承载能力较大，但成本较高，若工艺允许，可采用钢板焊接结构。按照卷筒内部是否带有筋板，可分为带筋板卷筒和不带筋板卷筒。无论是卷筒内的环向筋还是纵向筋，均增加了制造难度，同时在筋板和筒壁的连接处还会引起应力集中。按照结构的整体性，卷筒可分为整体式卷筒和分体式卷筒。绞车吨位比较小时，卷筒常采用整体结构。对较大吨位的卷筒，常做成分体装配形式，这样可以简化工艺，减轻重量。按照转矩的传递方式来分，常采用端侧板周边大齿轮外啮合式和筒端或筒内齿轮内啮合式。这种卷筒的特点是卷筒轴只承受弯矩。暂取分体装配式式铸钢卷筒，钢板板焊接结构。2.2.2卷筒尺寸的确定（1）卷筒直径 选择提升机卷筒直径的主要原则是：我国煤矿安全规程规定，对于井下用的提升机，其直径与钢丝绳直径的关系如下 D100d3000 D12001.42800 故取D3000 钢丝绳与主导论的围包角a 大于180度时可增大摩擦力故取 a为195 根据钢丝绳直径选TSG-2500-17导向轮 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 20 即井上固定天轮，参数为 直径为2500mm 绳槽半径17mm 取绳间距300mm 根据提升机静张力差F=179340N.B134型盘行制动装置的一个油缸所产生的最大正压力为 4500kg，八个油缸共F1=45008=36000kg，故选此制动器，根据平均摩擦半径为 1.7m。2.2.3提升机防滑验算 静防滑系数为 M=)(6060)1(FjxFjseua 其中Fjx=Qzg+npHcg-xQg Fjs=Qg+Qzg+4qcg+npHcg+xQg Fjx=161079.8+63.216009.8-0.1120009.8=261648N Fjs=120009.8+157848+49759.8+115560+11760=440988N M=FjxFjseFjxua)1(=(2616481.376)（440988-261648）=1.951.75 合格 动防滑系数为 Md=ma)a)(msFjx)-Fjs(1)-mxa1)(e-(Fjxua a1为提升机加速度按煤矿规程取 a1=0.5m/2s ms=Q+Qz+npHc=12000+16107+11556=39663kg mx=Qz+npHc+nxGx Gx为导向天轮变位重力由 ds=30选TSG2500-17井上固定天轮 其变位重力为5500N mx=（Qz+npHc+nxGx）=16107+11556+5500=28213kg Md=5.03966328213179340367.10.528213-(261648）（）=1.5971.25合格、中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 21 3 减速机构的设计 3.1 传动比分配 提升机经济速度 v=H4.0 H 为矿井提升深度 600米带入得 v=9.8m/s 由于提升机减速器空间体积不受限制且要求足够的外壳强度选用二级展开式圆柱齿轮减速器 提升机所需功率为P=FV（n1n2n3n4n5）n1 为电机到提升机传动效率取0.96 n2 为联轴器传动效率取0.99 n3 为齿轮传动效率取0.98 n4 为滚动轴承效率取0.99 n5 为油损取0.96 F 为提升机提升的重力即提升机卷筒静张力差为 Fjs-Fjx=440988-261648=179340N V 为提升机经济速度v=9.8m/s Pa=1793409.8（0.960.990.980.990.96）=1900kw 电动机所需额定功率P=kPa K 为功率储备系数取1.1带入得P=2090Kw取 2000kw 根据提升机特点选YR2000-8/1730三相交流绕线型异步电动机 其同步转速为750r/min 额定功率为2000kw 提升机卷筒转速为nj=（601000v）/D D 为卷筒直径D=3000mm。v=9.8m/s代入得 nj=62.42 r/min 总传动比分配 i=n/nj=75064.42=12 减速器采用二级展开式圆柱齿轮传动 i=i1.i2 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 22 为保证其高低速级大齿轮侵油深度大致相近其传动比要满足 i1=1.4i2 故 i2=2.937取 3 1i4 圆柱齿轮都采用 8 级精度的一般齿轮传动 97.0 滚动轴承，都选用深沟球轴承 99.0 各轴输入功率：KwPP196099.0200099.0221 KwPP188297.099.0196097.099.012 KwPP180897.099.0188296.099.023 各轴转速：m i n7501rnnd m i n183112rinn m i n63223rinn 各轴输入扭矩：mNnPTk24957750196095509550111 mNnPTk9 8 2 1 41 8 31 8 8 29 5 5 09 5 5 0222 mNnPTk2 7 4 0 7 063180895509550333 3.2 传动零件设计 3.2.1第一级传动 1）选择齿轮材料，确定许用应力 由表 6.2 选 小齿轮 rC40调质 HBSHBS2601 大齿轮 45 号钢 H B SH B S2 1 02 许用接触就力H 由式 6-6，NHimHHZSlim 接触疲劳极限limH，查图 6-4 21l i m700mmNH 22l i m550mmNH 接触强度寿命系数NZ 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 23 应力循环次数 N，由式 6-7 711109200017506060hjLnN 7121046.3iNN n-齿轮转速 m i nr j 齿轮每转一圈时同一齿面的啮合次数 hL-齿轮工作寿命 h 设定为 2000h minHS-接触强度计算的最小安全系数，通常5.11minHS取 1 查图 6-5 得 15.11NZ 24.12NZ 则 218 0 515.11700mmNH 226 8 224.11550mmNH 2682mmNH 许用变曲应力 XNFFFYYS)(minlim 弯曲疲劳极限limF 查图 6-7 双向传动乘 0.7 21l i m3 8 7 mmNF 22lim294mmNF 弯曲强度寿命系数 NY 查图6-8 121NNYY 弯曲强度尺寸系数 XY 查图 6-9（设模数 m 小于 5mm）1XY 则 212704.111387mmNF 212104.111294mmNF 2）齿面接触疲劳强度设计计算 确定齿轮传动精度等级，按311)022.0013.0(npnv 317505.5750)022.0013.0(v sm2.39.1 估取smvt5.2，参考表6.7 表 6.8 选取 公差组 9 级 小轮分度圆直径1d，由式 6-5 得 3121)1(2)(dHHEKTZZZd 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 24 齿宽系数d，查表 6-9，按齿轮相对轴承为非对称布置 8.0d 小齿轮齿数1Z 在推荐值 20-40 中选 取301Z 大齿轮齿数 1233009.4112ZiZ 齿数比 09.4 i 传动比误差 05.006.2)6.26.2(合适 小轮转矩 mmNnPT69333750445.51055.91055.961161 载荷系数 K KKKKKVA AK-使用系数 查表 6.3 1AK VK-动载系数 由推荐值 1.05-1.4 VK=1.2 K-齿间载荷分配系数 由推荐值 1.0-1.2 K=1.1 K-齿向载荷分布系数 由推荐值 1.0-1.2 K=1.1 载荷系数 K 45.11.11.12.11KKKKKVA 材料弹性系数EZ，查表 6.4 28.1 8 9mmNZE 节点区域系数Z 由推荐值 0.85-0.92 87.0Z 故 3121)1(2)(dHHEKTZZZd =35.08.04162495700045.12 mmd2.1781 齿轮模数m 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 25 94.51/1zdm 按表 6.6 圆整取 6 小轮分度圆直径1d mmmzd18030611 标准中心距a mmzzma4592)12330(62)(21 齿宽b mmdbd1441808.01 大轮齿宽2b mmbb1442 小轮齿宽1b mmbb1541021 3）齿根弯曲疲劳强度校核计算 由式 6-10 FSFFYYYmbdKT112 齿形系数