礦用多繩摩擦式提升機的整體設(shè)計【說明書+CAD】

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Therefore the mine hoisting equipment holds the important status in the mine productions entire process. According to the mine pit elevator principle of work and the structure difference, may divide into the winding type elevator and the friction type elevator. In domestic and foreign, the multi-rope friction type winch leap development, its development speed goes far beyond the single rope winding type elevator, this is because it has the merit which many single rope winding type elevator is unable to compare, like the hoisting cable diameter was small, leads the wheel diameter and the entire machines size correspondingly reduced, the installation weight also reduced, did not need to establish against falls and so on. A modernized mine pit on lift techniques shaping especially important. Because of lift technique shaping reasonable or not, direct relation mine pit security and efficiency, therefore determined when reasonable lift system, must undergo various technical economy comparison, the union mine pit concrete term choice appropriate equipment. Keywords：Elevator The multi-ropes rub Brake Shaping design 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 i 目 錄 1 緒論 .1 2 礦井提升設(shè)備概述 .3 2.1 提升機的定義 .3 2.2 提升機的分類.3 3 多繩摩擦式提升機的整體設(shè)計計算 .9 3.1 設(shè)計依據(jù).9 3.2 設(shè)計過程： .10 3.2.1 箕斗的選定 .10 3.2.2 提升剛絲繩的選型 .12 3.2.3 提升機卷筒的選擇 .15 3.2.4 提升機的選擇 .16 3.2.5 天輪的選擇 .18 3.2.6 計算提升機與井筒的相對位置 .19 3.2.7 預(yù)選提升電動機 .22 3.2.8 計算傳動裝置的總傳動比 i配傳動比 .23 3.2.9 主軸輸入功率及軸徑的確定 .23 3.2.10 根據(jù)軸徑確定主軸部分的安裝軸承 .25 3.2.11 減速器的設(shè) 計 .25 3.2.12 聯(lián)軸器的設(shè)計 .33 3.2.13 提升機各部 分鍵的選擇 .34 3.3 制動器的設(shè)計.36 3.3.1 提升機制動器主要類型.38 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 ii 3.3.2 盤式制動器的結(jié)構(gòu)及工作原理 .40 4 提升設(shè)備的運動學(xué)及動力學(xué)計算 .43 4.1 提升系統(tǒng)變位質(zhì)量的計算.43 4.2 提升加速度的確定.45 4.3 提升減速提升減速度的確定.46 4.4 防滑計算.47 4.4.1 靜防滑 .47 4.4.2 動防滑 .48 4.4.3 等速和減速階段 .49 4.4.4 提升重載發(fā)生緊急制動時 .49 4.5 六階段速度圖參數(shù)的計算.50 4.6 提升設(shè)備的動力學(xué)計算.53 4.7 提升電動機容量的計算.56 4.8 提升設(shè)備的電耗及效率的計算.59 致謝 .61 參考文 獻 .62 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 1 1 緒論 礦山提升機是礦山大型固定機械之一，它是礦山井下生產(chǎn)系統(tǒng)和地 面工業(yè)廣場相連接的樞紐，被喻為礦山運輸?shù)难屎?。因此礦山提升設(shè)備 在礦山生產(chǎn)的全過程占有重要的地位。 根據(jù)礦井提升機工作原理和結(jié)構(gòu)的不同，可分為纏繞式提升機和摩 擦式提升機。單繩纏繞式提升機是較早出現(xiàn)的一種，它工作可靠，結(jié)構(gòu) 簡單，但是僅適用于淺井及中等深度的礦井，而對于井深超過 300 米的 礦井，宜選用多繩摩擦式絞車。在國內(nèi)外，多繩摩擦式絞車飛躍發(fā)展， 其發(fā)展速度遠遠超過單繩纏繞式提升機，這是因為它有著許多單繩纏繞 式提升機無法比擬的優(yōu)點，如提升鋼絲繩直徑較小，主導(dǎo)輪直徑及整個 機器的尺寸都相應(yīng)縮小了，設(shè)備重量也減輕了，不需要設(shè)置防墜器等。 下面是我針對不同的礦井的地質(zhì)、煤層等情況，進行綜合計算分析后， 本著安全、經(jīng)濟等原則對這兩種提升設(shè)備系統(tǒng)進行的選型設(shè)計。 目前我國煤炭 95%是以井下方式開采，需要通過提升設(shè)備提升到地 面以實現(xiàn)其使用價值和經(jīng)濟、社會效益。提升作為重要的一個環(huán)節(jié)，在 一定程度上制約著煤炭生產(chǎn)能力。提升設(shè)備的合理結(jié)構(gòu)及設(shè)計，安全經(jīng) 濟運行和科學(xué)管理維護，直接關(guān)系到礦井生產(chǎn)能力及技術(shù)經(jīng)濟指標?，F(xiàn) 代采礦業(yè)的發(fā)展對提升設(shè)備在機械結(jié)構(gòu)、工藝、設(shè)計理論和方法及安全 檢測等方面都有明確的要求。目前我國中小型煤礦作為我國煤炭生產(chǎn)的 重要部分其提升設(shè)備同大型煤礦及世界先進水平相比，仍有很大差距， 主要表現(xiàn)在： （1）提升設(shè)備的自動化水平較低，提升設(shè)備自動控制化控制較國 內(nèi)與國外大型和先進煤礦提升系統(tǒng)落后； 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 2 （2）提升設(shè)備的配套產(chǎn)品（鋼絲繩、大型電機、減速器等）的質(zhì) 量安全性能尚不能滿足要求，在一定程度上制約了提升設(shè)備的總體水平； （3）礦井提升的監(jiān)、檢手段落后、制動系統(tǒng)的可靠性明顯不足， 有待進一步提高。 近幾年煤炭開采與提升技術(shù)的發(fā)展速度很快，對提升機的要求必然 隨著先進技術(shù)的進步而不斷發(fā)展,其發(fā)展趨勢是: （1）向適用型發(fā)展。 （2）向高耐久性,高可靠性方向發(fā)展。 （3）向智能化自動化方向發(fā)展。提升系統(tǒng)采用 PLC 控制監(jiān)測系統(tǒng) 等，并可根據(jù)要求調(diào)節(jié)，信號用聲、光、影像來傳送。 （4）向標準化、規(guī)范化方向發(fā)展。提升機零部件普遍標準化,規(guī)范 化,保證設(shè)計、加工質(zhì)量和水平。 （5）向高適應(yīng)性發(fā)展。適應(yīng)不同工作環(huán)境。 因此，研究制造自己的高效提升機是為經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的長遠 考慮。此次設(shè)計的提升機主軸裝置、減速器與制動系統(tǒng)是配套專用產(chǎn)品， 電動機的選擇可以靈活運用。這樣可以使提升機的應(yīng)用、維護、保養(yǎng)、 檢測等方面系統(tǒng)進行，有效提高提升機的工作效率。多繩摩擦提升機具 有體積小、質(zhì)量輕、安全可靠、提升能力強等優(yōu)點，適用于較深的礦井 提升。 由于水平有限，難免出現(xiàn)錯誤，請指導(dǎo)老師和專家給予批評和指 正。 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 3 2 礦井提升設(shè)備概述 2.1 提升機的定義 礦井提升機是礦井大型固定設(shè)備之一，它的主要任務(wù)就是沿井筒提 升煤炭、礦石和矸石；升降人員和設(shè)備；下放材料和工具等。礦井提升 設(shè)備是聯(lián)系井下與地面的紐帶，是主要的提升運輸工具，因此它整個礦 井生產(chǎn)中占有重要的地位。 2.2 提升機的分類 1 按用途分 a. 主井提升設(shè)備 主井提升設(shè)備的任務(wù)是專門提升井下生產(chǎn)的煤炭。年產(chǎn) 30 萬噸以 上的礦井，主井提升容器多采用箕斗；年產(chǎn) 30 萬噸以下的礦井，一般 采用罐籠(立井)或串車(斜井)。 b.副井提升設(shè)備 副井提升設(shè)備的任務(wù)是提升矸石、廢料，下放材料，升降人員和設(shè) 備等。副井提升容器采用普通罐籠(立井)和串車(斜井)。 2 按拖動方式分 按提升機電力拖動方式分為交流拖動提升設(shè)備和直流拖動提升設(shè)備。 3 按提升容器類型分 分為箕斗、罐籠、串車等提升設(shè)備。 4 按井筒的傾角分 提升設(shè)備按井筒傾角可分為立井提升設(shè)備和斜井提升設(shè)備。立井提 升時，提升容器采用箕斗或罐籠等.斜井提升時，提升容器一般采用礦 車(串車)或斜井箕斗。串車提升適用于井筒傾角不大于；斜井箕斗提升 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 4 適用于井筒傾角在 范圍內(nèi)。近年來大型斜井提升多采用膠帶輸0253 送機。 5 按提升機類型分 A.單繩纏繞式提升設(shè)備 單繩纏繞式提升設(shè)備目前大部分為直徑圓柱型滾筒，在個別的老礦 井，還有使用變直徑滾筒(如雙圓柱圓錐型滾筒)提升設(shè)備。 KJ( 23m)型單繩纏繞式提升機是我國在 19581966 年生產(chǎn)的仿蘇 BM-2A 型提升機，按滾筒個數(shù)來分，有單滾筒和雙滾筒的提升機；按布 置方式來分，有帶地下室和不帶地下室的提升機，可根據(jù)設(shè)計而選用， 但二者技術(shù)性能完全相同。 KJ 型( 23m)提升機代號意義以 KJ2 2.5 1.2D-20 型為例說明如 下： K-礦井； J-卷揚機(提升機)； 2-雙滾筒(單滾筒時為 1)； 2.5-滾筒名義直徑，m； 1.2-每個滾筒的兩側(cè)擋繩板的距離，m； D-帶地下室(無 D 字表示不帶地下室)； 20-減速器名義傳動比。 我國現(xiàn)有煤礦礦井多數(shù)是按照五十年代的標準設(shè)計的，為了快出煤、 多出煤，當(dāng)時主要是建設(shè)中、小型礦井，并且首先開采淺部煤層。五十 年代，我國的礦井提升設(shè)備主要是從蘇聯(lián)進口的 BM 型產(chǎn)品和國產(chǎn)仿蘇 KJ 型產(chǎn)品，設(shè)備的可選性小，主要是滿足開采淺部煤層的需要。進入 80 年代以后，我國許多煤礦礦井已逐漸轉(zhuǎn)向中深部開采，國家統(tǒng)煤礦 礦井的平均深度已由 200 米延伸到 400 米，現(xiàn)在已達 600 米、1000 米。 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 5 根據(jù)國內(nèi)外的實踐經(jīng)驗，落地式摩擦提升設(shè)備，是在礦井延伸后使現(xiàn)有 提升設(shè)備滿足加大提升高度要求的行之有效的辦法。 1 主提升鋼絲繩的選擇 (a) 鋼絲繩的結(jié)構(gòu)形式 應(yīng)優(yōu)先選用三角股鋼絲繩及線接觸圓股鋼絲繩，當(dāng)由于供應(yīng)原因， 亦可以選用普通圓股點接觸平行捻鋼絲繩。鋼絲繩公稱抗拉強度宜選用 1550 帕。610 (b) 鋼絲繩的安全系數(shù) 根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，鋼絲繩的安全系數(shù) 應(yīng)符合下式：m 升降人員和物料 9.205mHc 升降物料 7 式中 提升鋼絲繩的懸垂長度， MHc (c) 鋼絲繩數(shù)目選擇 落地摩擦式提升機的鋼絲繩數(shù)目以 2 到 4 根為宜。 2 尾繩的選擇 目前，絕大多數(shù)使用多繩摩擦式提升機的礦井，都由原來選用扁鋼 絲繩作平衡尾繩而改為使用圓股鋼絲繩作平衡尾繩。新建的礦井，設(shè)計 中也已全部選用圓股鋼絲繩作平衡尾繩。這主要是因為扁鋼絲繩生產(chǎn)效 率低、供應(yīng)困難。 (a) 主導(dǎo)輪直徑 D 的確定 根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，主導(dǎo)輪直徑 D 應(yīng)符合式： 無導(dǎo)向輪 有導(dǎo)向輪 80d10d d:鋼絲繩直徑 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 6 3 鋼絲繩間距 nA205m 4 天輪直徑 w1d 5 鋼絲繩在摩擦襯墊上的圍包角 當(dāng)井深大于 300 米時，取： 0218 當(dāng)井深小于 300 米時，?。?07236a B. 多繩摩擦式提升設(shè)備 多繩摩擦式提升設(shè)備可分為塔式和落地式 多繩摩擦提升機的井架一般多采用鋼結(jié)構(gòu)四斜腿井架。放繩掛罐后 在主繩張力水平分力作用下，使井架產(chǎn)生彈性變形、井架有傾斜現(xiàn)象。 多繩提升機由于使用了數(shù)根鋼絲繩代替一根鋼絲繩。鋼絲繩的直徑變小 了，摩擦輪的直徑因而變小，但由于有多根鋼絲繩，所以摩擦輪變?yōu)槟?擦筒，寬度稍有加寬。設(shè)采用 n 根鋼絲繩，則多繩與單繩提升機鋼絲繩 直徑間有如下關(guān)系： 1ndm 同理，摩擦筒（主導(dǎo)輪）直徑： 1nD 多繩摩擦提升機如圖 2-1 所示： 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 7 1-主 導(dǎo) 輪2天 輪3提 升 機 鋼 絲 繩4-提 升 容 器5尾 繩 1主導(dǎo)輪 2天輪 3提升機鋼絲繩 4提升容器 5尾繩 圖 2-1 多繩摩擦提升機 主軸裝置的特點：它與纏繞式提升來代替木襯，由于摩擦提升是靠 摩擦力來傳遞動力的，所以襯墊擠壓固定在筒殼上。摩擦襯墊形成襯圈， 其上再車出繩槽，初車時槽深為 1/3 繩徑，槽距（即繩心距）約為繩徑 的 10 倍，利用熟知的柔索歐拉公式可知，摩擦輪兩側(cè)鋼絲繩拉力的極 限比值為 1122uauaFee或 式中 自然對數(shù)的底，等于 2.71828；e 鋼絲繩對于摩擦輪的圍包角；a 鋼絲繩與襯墊間的摩擦系數(shù)，通常取 =0.2u u 當(dāng)鋼絲繩拉力比 大于上式右端所給出的數(shù)值時，鋼絲繩對摩擦12F 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 8 輪產(chǎn)生相對滑動。為了避免這種滑動，兩側(cè)拉力不能達到其極限比值， 而應(yīng)有安全系數(shù)，式改寫為 212()uaFe 若考慮防滑而加入防滑安全系數(shù) ，則有12()()ua 式中 防滑安全系數(shù)，如果式中 和 僅計及靜力，則得防滑1F2 安全系數(shù)；如果計算 和 時考慮了慣性力的影響，則得動防滑安全1F2 系數(shù) 。我國煤礦設(shè)計規(guī)范規(guī)定d .57di 有些國家不按拉力差來考慮防滑，而是把兩側(cè)的拉力比的極限值控 制在 1.5 以內(nèi)，即： 12.5F 在某些特殊情況，例如進行緊急制動時，可能產(chǎn)生超前滑動，即鋼 絲繩的運動速度大于摩擦輪槽處的線速度，此時的防滑安全系數(shù)為： 12()uadFe 煤礦安全規(guī)程規(guī)定，緊急制動時不能產(chǎn)生滑動，即 1。d 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 9 3 多繩摩擦式提升機的整體設(shè)計計算 3.1 設(shè)計依據(jù) 假設(shè)一礦層開采上限為-40m 水平，開采下限為-550 水平。井下采 煤方法主要為單一長壁采煤，以傾斜煤層為主，開拓方式為立井石門開 拓，是對角式通風(fēng)。全礦區(qū)共劃分為二個水平，-190 水平，-510 水平。 ，其具體的數(shù)據(jù)為: 1)原煤的密度: =0.9 噸/米煤3 2)矸石的密度: 矸 =1.35 噸/米 3)含矸率: 10% 4)井深:450 米 5)最大班下井人數(shù): 260 人 6)坑木消耗: 9 米 /千噸煤3 根據(jù)以上情況,假如先進行第一水平的開采年產(chǎn)量定為 150 萬 t,現(xiàn) 對其主進行井提升設(shè)備的選型設(shè)計。 已知數(shù)據(jù)如下： （1） 礦井年生產(chǎn)量 150 萬噸； （2） 提升機工作制度為年工作日 300 天，每天工作 14 小時； （3）單水平提升，井筒深度 Hs=450m； （4）箕斗卸載高度為 Hx=20m； （5）箕斗裝載深度為 Hz=20m; （6）松散煤的密度為 0.9t/m3; （7）采用多繩摩擦式提升； （8）一套箕斗提升設(shè)備。 3.2 設(shè)計過程： 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 10 3.2.1 箕斗的選定 箕斗是單一用途的提升容器，僅用于提升煤炭或礦石。我國煤礦廣 泛采用固定斗箱底部卸載式箕斗，其優(yōu)點是閘門結(jié)構(gòu)簡單、嚴密，閘門 向上關(guān)閉沖擊小，當(dāng)煤倉已滿，煤為卸載完畢時，箕斗產(chǎn)生斷繩的可能 性很小。箕斗閘門開啟主要借助煤的壓力，因而卸載時傳遞到卸載曲軌 上的力較小，改善了井架受力狀態(tài)。該閘門的缺點是：如果閉鎖裝置一 旦失靈，閘門可能由于震動、沖擊而在井筒中自行開啟，不但會把煤卸 載在井筒里，還會撞壞井筒設(shè)備，因此必須認真檢查閉鎖裝置。 箕斗設(shè)計和選用主要應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)堅固，有足夠的剛度，裝卸載快， 閘門工作可靠。 根據(jù)以上選擇原則，進行箕斗基本參數(shù)的計算： （1）提升高度 H： H=Hz+Hs+Hx=20+450+20=490m 式(3.1) （2）經(jīng)濟提升速度 Vm: Vm=0.6 =0.6 =13.28m/s 式(3.2)490 式中 H為提升高度（m） ； Hs為礦井深度； Hx卸載高度，箕斗提升可取 15-25m；罐籠提升 可取為 0； HZ裝載高度，箕斗提升可取 18-25m；罐籠提升 可取為 0； （3) 一次提升循環(huán)估算時間 Tx: 初估加速度 a=0.8m/s;將式(3-1 )代入式(3-3)求得 Tx： 式(3.3)tvHam1xT 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 11 =73.5 s1028.349.01 式中: a1提升加、減速度 (開始可假定加、減速度相等)，對罐籠可暫 取為 0.70.75m/s 2；對箕斗可暫取為 0.8m/s2； 容器爬行階段附加時間，對罐籠可暫取為 5s；對箕斗可暫取t 為 10s； 容器裝卸載休止時間，可暫取為 10s； （4）按式(3-4)估算一次提升質(zhì)量 式(3.4)XrnfTtbAcam360/ 14305.752.1 =11.16 噸 式中: 礦井年產(chǎn)量（噸/年） ；nA 提升能力富裕系數(shù)，對第一水平要求 1.2；fa 提升工作不均衡系數(shù)；提升不均勻系數(shù)，有井底煤倉時，c c=1.11.15，無井底煤倉時，c=1.2 ，當(dāng)?shù)V井有兩套提升設(shè)備時， c=1.15，只有一套提升設(shè)備時，c=1.25； t日工作小時數(shù)，取 14 小時； br年工作日，取 300 天； 根據(jù)計算所得 ，從多繩箕斗規(guī)格表中選取一次提升質(zhì)量與之相 近的標準箕斗；寫出所選箕斗的型號，容器質(zhì)量（kg）, 有效容積 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 12 (m3)等參數(shù)?？紤]到將來可能加大礦井生產(chǎn)能力，故選用箕斗名義 裝載量為 8 噸的箕斗，其主要技術(shù)規(guī)格如下： 自重：Q z=11.5 噸； 全高：14450mm； 有效容積：13.2m 3; 最大終端載荷 440kn； 實際載重量 Q： Q= v 式 （3.5） Q=0.9 13.2=11.88 噸 式中: V箕斗的有效容積，m 3； 貨載散集密度，對于煤 =0.8t/m 31.0t/m 3； 3.2.2 提升剛絲繩的選型 選擇原則： 鋼絲繩在運轉(zhuǎn)中受到許多應(yīng)力的作用和各種因素的影響，如靜應(yīng)力、 動應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和擠壓應(yīng)力等。磨損和銹蝕也將損害鋼絲 繩的性能，綜合考慮以上應(yīng)力因素的計算是困難的，目前國內(nèi)外都是按 靜載荷近似計算的。我國是按煤礦安全規(guī)程的規(guī)定來設(shè)計的，其原 則是：鋼絲繩應(yīng)按最大靜載荷考慮一定的安全系數(shù)來進行計算的。在經(jīng) 常性作業(yè)中，以提升作業(yè)載荷最重，故以此條件選擇鋼絲繩。 提升鋼絲繩是提升系統(tǒng)的重要組成部分。它直接關(guān)系到礦井的正常 生產(chǎn)和人員的安全，還影響提升機的設(shè)計，又是提升系統(tǒng)中經(jīng)常更換的 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 13 易耗品。因此無論從安全生產(chǎn)還是經(jīng)濟運行上考慮都要給予足夠的重視。 鋼絲繩在工作時候受到多種應(yīng)力作用，如靜應(yīng)力、動應(yīng)力、彎曲應(yīng) 力、接觸應(yīng)力、擠壓應(yīng)力等。這些原因?qū)е落摻z繩疲勞破壞，而磨損與 銹蝕也會降低鋼絲繩性能，縮短鋼絲繩使用壽命。綜合考慮這些影響并 精確的選擇、計算鋼絲繩是個復(fù)雜的問題。盡管國內(nèi)外對礦井提升鋼絲 繩進行了大量的研究，但鋼絲繩強度計算理論尚未達到工程應(yīng)用的程度。 所以對礦井鋼絲繩的選擇計算仍按靜載荷進行近似計算，同時考慮一定 的安全系數(shù)。且規(guī)定單繩纏繞式提升機裝置的安全系數(shù)為專為升降人員 的不得小于 9；升降人員和物料用的升降人員時不得小于 9，提升 物料時不得小于 7.5；專用升降物料的不得小于 6.5。 依據(jù)以上選擇原則，對提升機的鋼絲繩進行計算和選用： （1）鋼絲繩最大懸垂長度 Hc，按式(2.6)計算： 預(yù)估井架高度 H j=30m： Hc=Hj+Hs+Hz=30+450+20=500m 式(3.6) Hc鋼絲繩最大懸垂長度，m； Hj井架高度，m；此值在計算鋼絲繩時尚不能精確確定，可采 用下列數(shù)值：罐籠提升 Hj=1525m；箕斗提升 Hj =3035m； Hs礦井深度，m； Hz由井底車場水平到容器裝載的距離（m） ，罐籠提升 Hz =0m； 箕斗提升 Hz =1825m； （2）估算鋼絲繩每米重量 P，由式(3.5) 、(3.6)并按式(3.7)計 算： 取鋼絲繩抗拉強度 =17000 kgcm 2，安全系數(shù) ma=7;B 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 14 式(3.7)CaB ZHmQn1.P 5071. )2(4 2.375 千克/米 式中: Q一次提升貨載的重量，千克； Qz容器的自身重量，千克； Ma安全系數(shù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，主井箕斗提升，m a大于等 于 7，取 ma=7； P鋼絲繩每米重量，千克/米； 故選用普通圓形股 6 19 型鋼絲繩，其技術(shù)特征為： 鋼絲繩直徑 d=26mm； 鋼絲直徑 =1.7mm； 鋼絲繩全部鋼絲斷裂力總和 Qq=492500 千克； 每米重 P=2.444 千克米； （3）鋼絲繩安全系數(shù)校核，由式(3.6) 、(3.7)并按式(3.8)計 算： 式(3.8)CzqapHQm41 504.2)1502(9 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 15 7.23 7 式中 Qq 所選鋼絲繩全部鋼絲破斷拉力總和，N； Q+QZ+pHc貨載、容器、鋼絲繩重量總和； 安全系數(shù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，主井箕斗提升， 大于am am 等于 7， 取 =7；由于實際安全系數(shù)大于 7,故所選鋼絲繩滿足安全要 求，合格可用。 提升鋼絲繩除合理選用外，還應(yīng)正確使用，精心維護，定期試驗， 保證鋼絲繩處于良好的工作狀態(tài)，延長其使用壽命，保證提升工作的安 全。 3.2.3 提升機卷筒的選擇 卷筒是礦井提升機的主要承載部件，卷筒外一般設(shè)有木襯，并在木 襯上車出繩槽，目的是減少鋼絲繩與卷筒直接接觸而造成磨損，并使鋼 繩排列整齊。通過試驗證明，木襯能夠提高卷筒的承載能力。 （1）提升機卷筒直徑 D： 式(3.9)d90 9026 2340 毫米 式(3.10)120D 12001.7 2040 毫米 選用卷筒直徑 D =2800mm。 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 16 （2）提升機卷筒寬度 B： 卷筒容繩寬度 式(3.11)3dD0H 268.1439 =1802.2 mm 式中: d鋼絲繩直徑，mm； 鋼絲繩繩圈之間的間距，一般取 23mm； 由于所需滾筒寬度小于標準提升機的寬度 1.7 米。所以提升時，滾 筒寬度滿足要求。 考慮誤差等實際情況，取 B=2000mm。 3.2.4 提升機的選擇 提升機是礦井提升設(shè)備的主要組成部分，供纏繞和傳動鋼絲繩之用， 以完成礦井提升或下放重物的任務(wù)?，F(xiàn)在我國生產(chǎn)和使用的礦井提升即 分兩大類：單繩纏繞式和多繩摩擦式。單繩纏繞式礦井提升機在我過礦 井提升中占有很大的比重，使用比較普遍，目前斜井、淺井、中小型礦 井以及鑿井中均大量使用。多繩摩擦式提升機由于具有安全可靠、體積 小、重量輕、使用于深井提升等優(yōu)點，在我國礦山得到了廣泛的應(yīng)用。 多繩摩擦提升機按布置可分為塔式和落地式兩大類。目前，我國主 要采用塔式，其優(yōu)點是：1）緊湊省地；2）省去天輪；3）全部載荷垂 直向下，井架穩(wěn)定性好；4）可獲得較大包角；5）鋼絲繩不致因無保護 地裸露在雨雪之中，而影響摩擦系數(shù)及使用壽命。但塔式較落地式的設(shè) 備費用要昂貴得多，因提升塔較普通井架更為龐大且復(fù)雜，需要更多的 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 17 鋼材。此外，因為落地式可以同時安裝提升塔和提升機；井架高度低符 合戰(zhàn)備觀點并有利于地震區(qū)建設(shè)。 多繩摩擦提升的優(yōu)點是： 1） 由于鋼絲繩不是纏繞在卷筒上，所以提升高度不受卷筒容繩量 的限制，故適用于深井提升； 2） 由于載荷是由數(shù)根鋼絲繩承擔(dān)，故提升鋼絲繩直徑就比相同載 荷下單繩提升的小，并導(dǎo)致主導(dǎo)輪直徑小。因而在同樣提升載荷下，多 繩提升機具有體積小、重量輕，節(jié)省材料、制造同意、安裝和運輸方便 等特點； 3） 由于多繩提升機的運動質(zhì)量小，故拖動電動機的容量與耗電量 均相應(yīng)減??； 4） 在卡罐和過卷的情況下，有打滑的可能性，可避免斷繩事故的 發(fā)生； 5） 繩數(shù)多，幾根鋼絲繩同時被拉斷的可能性極小，因此提高了提 升設(shè)備的安全性，可以不設(shè)斷繩保險器（防墜器） ； 6） 當(dāng)采用相同數(shù)量的左捻和右捻鋼絲繩時，可消除由于鋼絲繩松 捻而形成的同期罐耳作用于罐道上的壓力。 多繩摩擦提升的缺點是： 1）數(shù)根鋼絲繩的懸掛、更換、調(diào)整、維護檢修工作復(fù)雜； 2）當(dāng)有一根鋼絲繩損壞而需要更換時，為了保持各鋼絲繩具有相 同的工作條件，則需要更換所有的鋼絲繩； 3）因不能調(diào)節(jié)繩長，故雙鉤提升不能同時用于幾個中段提升，也 不適用于鑿井提升； 4）當(dāng)?shù)V井很深（例如超過 12001500 米）時，鋼絲繩故障較多， 故不適用于特別深的礦井提升。 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 18 由上述可知，多繩摩擦式提升機的優(yōu)越性是顯著的。雖然他最初是 因深井的需要而誕生的，但目前許多國家在淺井提升中也優(yōu)先采用。多 繩摩擦提升已成為現(xiàn)代提升的發(fā)展方向之一。 多繩摩擦提升機由主軸裝置、制動裝置、減速器、深度指示器車槽 裝置以及導(dǎo)向輪等部件組成。 所選提升機型號：JKD4 4 最大提升速度：12m/s 最大靜張力：32900 最大靜張力差：17000KN 鋼絲繩間距：300mm 質(zhì)量：72000 公斤 為了保證提升機有足夠的強度，還必須驗算所選提升機最大靜張力 Fjmax（它關(guān)系到滾筒與主軸的強度）及最大靜張力差所選提升機最大靜 張力 Fc（它關(guān)系到主軸的強度）應(yīng)滿足下式： 式(3.12)maxjzFpHQ 12000+11500+2.444490=24695.6 KN 32900 KN 式(3.13)cp 12000+2.444490=13197.56 kN 17700KN 式中: Fjmax所選提升機最大靜張力； Fc 所選提升機最大靜張力差； 強度校驗合格。 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 19 3.2.5 天輪的選擇 天輪安裝在井架上，做支撐，引導(dǎo)鋼絲繩轉(zhuǎn)向。天輪分為井上固定 天輪；鑿井及井下固定天輪；游動天輪三種。直徑 3.5m 以上時采用型 鋼裝配式天輪，直徑 3m 以下的采用整體鑄鋼結(jié)構(gòu)。根據(jù)定型成套裝 備中規(guī)定以及所計算的鋼絲繩直徑可以選用名義直徑為 2500 毫米天 輪。 3.2.6 計算提升機與井筒的相對位置 （1)井架高度 Hj 煤礦安全規(guī)程規(guī)定，摩擦輪和導(dǎo)向輪的最小直徑同鋼絲繩的直徑 比，必須符合下列要求：無導(dǎo)向輪的塔式摩擦提升設(shè)備，井上 D80d， 井下 D70d；落地式及塔式摩擦提升設(shè)備，井上 D90d，井下 D80d 式(3.14)tmdgrxj RHH75.0 =20+14+10+5+0.75 2. =44.9 米 式中： Hx卸載高度，即由井口水平到卸載位置容器底部的高度， m對于罐籠提升：一般來說均在井口水平裝、卸載，這時 Hx0；對 于箕斗提升；地面要裝設(shè)煤倉，煤倉的高度與煤倉容積、生產(chǎn)環(huán)節(jié)自動 化程度和箕斗卸載方式等因素有關(guān)，一般 Hx18 25m； Hr容器全高，由容器底至連接裝置最上面一個繩卡的距離， m，此值可由容器的規(guī)格表中查得； 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 20 Hg過卷高度(容器從卸載時正常位置，自由的提升到容器連接 裝置上繩卡同天輪輪緣接觸點的高度。 煤礦安全規(guī)程對立井提升過 卷高度的取值規(guī)定是:對于罐籠提升,當(dāng)最大速度 Vm4 米；當(dāng)最大速度 Vm 3 米/秒時，Hg 10 米；對于箕斗提升，Hg 10 米； H 摩擦輪與導(dǎo)向輪見的高差，無導(dǎo)輪系統(tǒng) H =0；有導(dǎo)向輪md md 時，一般當(dāng) D2.25m 時取 4.5m；D=2.8m 時取 5m，D=3.25m 時取 6m，D=3.5m 是取 6.5m。 R摩擦輪半徑，m。 式（3.14）中最后一項 0.75R 是一段附加距離。這是因為過卷高度 只計算到過卷時容器連接裝置上繩頭與天輪輪緣相接觸點的距離。從這 一接觸點至天輪中心的距離大約為 0.75Rt。所以在計算井架全部高度 Hj時，要將此段距離計入。 在計算和選擇鋼絲繩時,曾估取井架高度 Hj為 30 米.經(jīng)過上述精確 計算,說明原估取數(shù)值可用,無需再校驗鋼絲繩,將 Hj 圓整成 45 米. （2）滾筒中心線至井筒中提升鋼絲繩間水平距離 Ls 一般來說，在井筒與提升機房之間很難再設(shè)置其他建筑物，因此為 節(jié)省占地面積，滾筒中心線至井筒中鋼絲繩間水平距離 Ls愈小愈緊湊。 但根據(jù)井架天輪受力情況又可看出，為了提高井架的穩(wěn)定性，使其具有 較好的受力狀態(tài)，在井筒與提升機房之間設(shè)有井架斜撐。斜撐的基礎(chǔ) 與井筒中心的水平距離約為 0.6Hj左右，另外，還應(yīng)使機房的基礎(chǔ)與斜 撐的基礎(chǔ)保證不接觸，考慮上述原因，L 的最小值 L 可按下面經(jīng)驗smins 公式(3.15)計算； 式(3.15)DHLjs5.36.0 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 21 0.644.9+3.5+2.5 32.9 米 式中： Hj井架高度，m. D提升機滾筒直徑，m。 （3）有導(dǎo)向輪時鋼絲繩對摩擦輪的圍包角，rad )tan(180)(180mddHrbR 式(3.16) =3.14+ ( -)1804.357.arctn5.2 =3.107 （4）落地摩擦提升機的井架高度 根據(jù)礦山的具體條件或防震要求，將摩擦提升機安裝在地面上， 在井筒上設(shè)置井架，安裝兩天輪組。井架高度參照有導(dǎo)向輪時井塔高度 計算確定。井架天輪組上下布置，分別置于不同高標上，兩組天輪的中 心距離為 1.5)m。5.0(tjtDH （5）尾繩環(huán)高度 從最低裝車（裝載）水平容器底至尾繩環(huán)端部的高度 （56）WHq 式中 過卷（過放）高度 q 通常為 1520m，井底水平到尾繩環(huán)端部的高度不小于 5m。 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 22 3.2.7 預(yù)選提升電動機 作為提升機的動力部分，提升電動機的選擇關(guān)系到提升效率和工作 性能。因此在對提升電動機在選擇過程中主要從電動機轉(zhuǎn)數(shù)、額定功率 和額定拖動力方面考慮，對其進行合理的計算與選擇： （1）預(yù)選 YR2000-8/1730 三相異步電動機，其技術(shù)特征如下： 額定功率 =2500KW,轉(zhuǎn)數(shù) =990r/min,效率 =0.94,飛輪轉(zhuǎn)矩ePend (GD2)d=12480N.m2 按式(3.17)計算： 式(3.17)得minr908.14326060ne iDVim 傳動比 i11.5 由于箕斗容積較大，故預(yù)定同步轉(zhuǎn)數(shù) nt=1000r/min。 （2）實際最大提升速度 :mV 式(3.18) s26.15.60 98214.3minDVe 則電動機功率： KW gQkj 2.47.185.012692.10= Pme 式(3.19) 小于額定功率 2500KW,所以符合。 式中： k礦井阻力系數(shù)，取 k=1.15； 減速器傳動效率，二級減速器取 =0.85；jj 動力系數(shù)，取 =1.2 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 23 （3）電動機的額定拖動力 ，由式(3.18)，(3.19)并按式(3.20)eF 計算: 式(3.20) 26.1850 =188721.3 N 3.2.8 計算傳動裝置的總傳動比 配傳動比i （1）有前面初步預(yù)算減速器的傳動比為 11.5； （2）分配傳動比： 01.45.1i4.i 87.2.i 3.2.9 主軸輸入功率及軸徑的確定 主軸的輸入功率與電動機輸出功率和運動傳遞過程中各相連部件的 傳遞效率密切相關(guān)，按式（3.21）計算： 式總主 軸 eP （3.21） 23421e 2497.08.9.05 =2214KW 其中， 分別為聯(lián)軸器，軸承，齒輪和卷筒的傳遞效率。431, 分別取 。9.0,7.,98.0. 432 mjeevP10 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 24 主軸輸入轉(zhuǎn)矩 T ，按式（3.22）計算：主 軸 T =9.55106 =9.55 106 =296910N mm 主 軸 nP）（ 28.150 式（3.22） 按轉(zhuǎn)矩法初步確定該軸最小直徑 ，由式（3.23）并按式計算:mind 式(3.23)毫 米）（ 04.6832.10533min pcd 最小直徑在連軸器處，此外，主軸上有兩鍵槽，應(yīng)放大 7%左右， 故 =683.04（1+7%）=730.85mmmind 圓整為 =720mm，材料為 40Cr 鋼。i 式中： P為主軸軸傳遞的功率； n為主軸的轉(zhuǎn)速； c為許用應(yīng)力確定值，選用 40Cr，取 c=105。 表 3-1 常用材料的許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 值和 C 值 軸的材料 Q235，20 35 45 40Cr,35 SiMnaMP 1220 160135 2030 135118 3040 118107 4052 10798 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 25 注：當(dāng)作用在軸上的彎矩比傳遞的轉(zhuǎn)矩小或只傳遞轉(zhuǎn)矩時，C 值取較小值；否則取較大值。 3.2.10 根據(jù)軸徑確定主軸部分的安裝軸承 根據(jù)主軸軸徑選用圓錐滾子軸承 3506720 型，其技術(shù)參數(shù)如表 3-2： 表 3-2 軸承技術(shù)參數(shù) 3.2.11 減速器的設(shè)計 減速器的設(shè)計主要從傳動比和傳動平穩(wěn)性方面考慮，對其進行計算 與設(shè)計，在考慮綜合因素滿足使用要求的情況下，經(jīng)濟性和傳動效率也 是減速器設(shè)計過程中需要特別注意的，它關(guān)系到能量利用程度，解決好 以上問題，能在一定程度上節(jié)省資源，提高經(jīng)濟。 有預(yù)選電動機的功率 Pe=2500KW,ne =742r/min,效率 =0.93 查得d 手冊電動機軸徑為 d=170mm。 （1）計算減速器各軸運動和動力參數(shù) 各軸的轉(zhuǎn)速 高速軸 min901rne 國內(nèi)新型號 國內(nèi)舊型號 內(nèi)徑 外徑 厚度 所屬分類 3506/720 977/720 720 915 190 圓錐滾子軸承 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 26 中間軸 min24601. 92rin 低速軸 i7.85.3i 各軸的輸入功率 高速軸 = e =25000.99=2475 千瓦1P1 中間軸 = =24750.980.97=2352 千瓦232 低速軸 =23520.980.97=2236 千瓦3 按轉(zhuǎn)矩法對減速器各個軸直徑進行確定： 即要求 3mincdP 其中，c 與材料有關(guān)，當(dāng)軸材料為 45 鋼時，c=115；當(dāng)軸材料為 40Cr 時，c=105；P 為輸入功率，n 為該軸轉(zhuǎn)速。 （2）計算減速器各軸最小直徑 高速軸直徑的確定： 高速軸最小直徑 毫 米6.1590215necd33min P 其中 c 為受材料影響的參數(shù)，查得軸為 40Cr 時 c=105。由于二級減 速器的高速軸上有一個鍵槽，故將計算值加大 3%，即 =156.6(1+3%)=161.3mm，圓整后 =170mm。xdma mind 中間軸直徑的確定：中間軸最小直徑 毫 米2.486751nP c33min 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 27 由于該軸上有兩個鍵槽，所以 =248.22（1+7%）=265.6mm，mind 圓整后取 =300mm。mind 低速軸直徑的確定： 低速軸最小直徑 毫 米29.3578.215nP cd33min 由于該軸上設(shè)有一個鍵槽故 =346.88（1+3%）=357.29mm,圓i 整為 =390mm。mind （3）各軸軸承的選擇 根據(jù)軸直徑選擇深溝球軸承中 16034 型。其技術(shù)參數(shù)如下表 3-3： 表 3-3 軸承技術(shù)參數(shù) 國內(nèi)新型 號 國內(nèi)舊型號 內(nèi)徑 外徑 厚度 所屬分類 16034 7000134 170 260 28 深溝球 軸承 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 28 圖 3-1 深溝球軸承 （4）齒輪參數(shù)的確定 根據(jù) GB/T1357-87 選用標準模數(shù)系列，取齒輪模數(shù) m=16mm。 對于第一對齒輪： 取 =16，則 =4.0116 64。壓力角由 GB/T1356-88 取 。1z220 則 分度圓直徑 毫 米2561mzd1毫 米042 齒頂高 毫 米1haa1 齒根高 毫 米2065.c21ff 其中 =1， =0.25 為我國規(guī)定標準化數(shù)值。 稱為齒頂高系數(shù)，hc ha 稱為頂隙系數(shù)。c 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 29 齒全高 毫 米36125.0mcha21 齒頂圓直徑 毫 米816zda 毫 米42 齒根圓直徑 毫 米2165.0216mcha2zd1f 毫 米9844f2 基圓直徑 毫 米.cososd1b 毫 米2.602c2 齒距 毫 米4.51.3m1P 基圓齒距 毫 米2.70cos2.cos21b 齒厚 毫 米.5s 齒槽寬 毫 米12.e21 頂隙 毫 米465.0mc21 C 標準中心距 毫 米021Za2121 節(jié)圓直徑 毫 米56d1 毫 米0242 傳動比 16iZ 由表 3-4 取圓柱齒輪齒寬系數(shù) ，d 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 30 表 3-4 圓柱齒輪的齒寬系數(shù) 則齒寬 毫 米5621d2B 一般情況下，小齒輪要比大齒輪寬 3 到 10mm，故 毫 米64821 齒輪具體結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計： 由于高速大齒輪 ，所以做成腹板式結(jié)構(gòu)。如圖毫 米32015da 3-2 所示： 圖 3-2 高速大齒輪結(jié)構(gòu)圖 具體結(jié)構(gòu)數(shù)值為： 由前知道 =1056mm2ad毫 米8641056120 mDa 裝置狀況 兩支承相對小齒 輪作對稱布置 兩支承相對小齒輪 作不對稱布置 小齒輪作懸臂布置d 0.9- 1.4（1.2-1.9） 0.7-1.15（1.1- 1.65） 0.4-0.6 河 南 理 工 大 學(xué) 萬 方 科 技 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 31 毫 米6425.0.BC毫 米136143D毫 米820毫 米106.30