JKMD-3.5X4多繩摩擦式提升機(jī)的設(shè)計含開題及3張CAD圖,jkmd,x4,摩擦,磨擦,提升,晉升,設(shè)計,開題,cad
JKMD-3.5X4多繩摩擦式提升機(jī)的設(shè)計
摘 要
目前我國許多煤礦礦井已經(jīng)轉(zhuǎn)向中、深部開采，礦井提升設(shè)備作為 煤礦的關(guān)鍵設(shè)備，在礦井機(jī)械化生產(chǎn)中占有重要地位。制動器是提升的 重要組成部分之一，直接關(guān)系著提升機(jī)設(shè)備的安全運行。
多繩摩擦提升機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、安全可靠、提升能力強(qiáng)等優(yōu) 點，適用于較深的礦井提升。本文利用大學(xué)期間所學(xué)課程針對多繩摩擦輪提升機(jī)，對其滾筒和制動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。
在對提升機(jī)的制動器選型過程中，因盤式制動器是近年來應(yīng)用較多 的一種新型制動器，它以其獨特的優(yōu)點及良好的安全性能被廣大用戶認(rèn)可，特別是在結(jié)合了液壓系統(tǒng)和 PLC 控制之后，液壓系統(tǒng)和 PLC 超強(qiáng)的控制性能為盤式制動器的應(yīng)用提供了巨大的工作平臺。制動盤的制動力， 靠油缸內(nèi)充入油液而推動活塞來壓縮盤式彈簧來實現(xiàn)。
液壓盤式制動器作為最新一種制動器，具有許多優(yōu)點，所以它在現(xiàn) 代多種類型提升機(jī)中獲得廣泛的應(yīng)用。它具有制動力大、工作靈活性穩(wěn) 定、敏感度高等特點，對生產(chǎn)安全具有重要意義。
多繩摩擦提升機(jī)是利用鋼絲繩與主導(dǎo)輪上的摩擦襯墊之間的摩擦力帶動鋼絲繩隨著主導(dǎo)輪一起轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)容器的提升和下放。本次設(shè)計為JKMD—3.5×4多繩摩擦提升機(jī)的設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容主要有：主軸裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度及剛度較核計算；鋼絲繩的選擇計算；傳動系統(tǒng)參數(shù)確定及主電動機(jī)的選擇計算；提升高度的計算及校核；防滑條件等驗算。
關(guān)鍵詞：提升機(jī)；多繩摩擦；制動器；防滑條件；液壓傳動
Abstract
Currently 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 It's 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.Multi-rope friction hoist take use of friction to bring wire-rope along with leading-wheel turning, which is caused by the effect of wire-rope and the friction liner in the leading-wheel, so as to achieve containers to upgrade and descending. The design is the JKMD-3.5 ×4 friction hoist, and the features are: spindle device structure design ,strength and rigidity verification& calculation; calculation of wire Rope choice; decision of transmission parameters and the main motor choice& calculation; raising height calculation and verification; checking of anti-skid conditions.
Key Words：Hoist; Multi-rope friction; Brake; Anti-skid conditions; Hydraulic drive
目 錄
第1章 緒 論 1
1.1 提升機(jī)概況 1
1.2 多繩摩擦提升機(jī)的分類和特點 2
第2章 設(shè)計任務(wù)及主要參數(shù) 3
2.1 設(shè)計題目 3
2.2 設(shè)計目的 3
2.3 設(shè)計參數(shù) 3
2.4 內(nèi)容與要求 3
2.4.1 設(shè)計內(nèi)容 3
2.4.2 設(shè)計要求 3
2.4.3 進(jìn)度安排 4
第3章 設(shè)計步驟及計算 5
3.1 提升容器的選擇計算 5
3.2 提升鋼絲繩的選擇計算 6
3.3 驗算提升機(jī)強(qiáng)度 7
3.3.1 鋼絲繩最大靜張力和鋼絲繩最大靜張力差的計算 7
3.3.2 驗算主導(dǎo)輪襯墊比壓 8
3.4 天輪的選擇 8
3.5 提升機(jī)與鋼絲繩相對位置 8
3.5.1 確定提升機(jī)與鋼絲繩相對位置的原則 8
3.5.2 提升機(jī)與鋼絲繩相對位置各參數(shù)的計算 9
3.6 運動學(xué)與動力學(xué)計算 11
3.6.1 計算最大經(jīng)濟(jì)速度 11
3.6.2 預(yù)選電動機(jī) 12
3.6.3 計算提升系統(tǒng)變位質(zhì)量 12
3.6.4 確定提升時的加減速度 13
3.6.5 提升系統(tǒng)運動學(xué)計算 15
3.6.6 提升動力學(xué)計算 16
3.6.7 提升系統(tǒng)工作圖 17
3.7 多繩摩擦提升機(jī)防滑驗算 18
3.7.1 靜防滑安全系數(shù)的驗算 19
3.7.2 動防滑安全系數(shù)的驗算 19
3.8 摩擦輪計算 21
3.8.1 確定滾筒寬度的確定 21
3.8.2 主導(dǎo)輪輪殼強(qiáng)度校核 21
第4章 主軸的設(shè)計 23
4.1 主軸的設(shè)計要求 23
4.2 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 23
第5章 主軸的校核 27
5.1 提升機(jī)主軸的計算步驟及項目 27
5.2 軸的強(qiáng)度校核 28
5.3 軸的剛度校核 33
附 錄 37
參考文獻(xiàn) 41
致 謝 43
第1章 緒 論
1.1 提升機(jī)概況
提升機(jī)是用于礦井提升的重要機(jī)械，它能夠輕松完成物料下降和提升，是現(xiàn)代礦井必備的重要機(jī)械之一。
就我國目前現(xiàn)有的提升機(jī)按照大致種類分可以分為兩類，即單繩纏繞式和多繩摩擦式。其中單繩纏繞式提升機(jī)是早期出現(xiàn)的一種提升機(jī)，它的工作原理較簡單，就是把鋼絲繩的一端固定并纏繞在提升機(jī)的滾筒上，另一端繞過井架天輪并且懸掛提升容器，然后利用滾筒轉(zhuǎn)動方向的不同，將鋼絲繩纏上或松放，以完成提升或下放容器的工作。由于出現(xiàn)較早并且操作方便，因此單繩纏繞式提升機(jī)在礦井提升作業(yè)中使用比較廣泛?？墒沁@種提升機(jī)受到礦井深度的限制。隨著現(xiàn)代礦井不斷的發(fā)展，對于提升機(jī)的要求也越來越嚴(yán)格。尤其是更大提升量的需要。這就導(dǎo)致提升機(jī)的質(zhì)量越做越大，并且需要投入更多的錢用于設(shè)備的建設(shè)和維護(hù)，增加了采礦成本。因此才有了多繩摩擦式提升機(jī)這個概念的提出。
多繩摩擦式提升機(jī)的原理十分簡單，是利用了鋼絲繩與摩擦襯墊的摩擦力來實現(xiàn)設(shè)備的升降，也就是我們后來稱之為摩擦提升。這樣做的最大好處就是減小了摩擦輪的尺寸，使摩擦輪不會隨著井深的增加迅速變大。其次，這樣做可以減小主軸的跨度，使得相同的井深條件下可以采用較小的直徑和長度，大大節(jié)約成本的投入。同時主軸尺寸減小的話我們可以使用功率小一些的電機(jī)就可以滿足提升機(jī)的要求。
摩擦式提升機(jī)和纏繞式提升機(jī)在工作原理上有很大區(qū)別。首先是鋼絲繩不是纏繞在卷筒上，而是套在主導(dǎo)輪上，再把提升容器分別掛在兩端，借助于安裝在主導(dǎo)輪的襯墊與鋼絲繩之間的摩擦力來傳動鋼絲繩。這樣就可以順利的完成箕斗后者罐籠的升降。完成整個提升過程。
摩擦式提升機(jī)和纏繞式提升機(jī)也有許多共同點，最開始使用的也是單繩摩擦式提升機(jī)，隨著對產(chǎn)量的需求和采掘難度的不斷提升，對鋼絲繩的直徑和強(qiáng)度的要求越來越嚴(yán)格，這些因素直接導(dǎo)致所需鋼絲繩的直徑越來越大。但是大直徑的鋼絲繩不但制造困難，懸掛不方便，而且需要較大尺寸的提升機(jī)來配合，這無形中增加了采礦成本。為了解決這個問題，在單繩摩擦提升機(jī)的基礎(chǔ)上創(chuàng)造出了以幾根鋼絲繩代替一根鋼絲繩的新型多繩摩擦式提升機(jī)。我國在1958年試制成功了第一臺多繩摩擦提升機(jī)。洛陽礦山機(jī)器廠和上海冶金礦山機(jī)器廠于1971年分別制訂了JKM型和JKD型多繩摩擦式提升機(jī)的系列型譜，經(jīng)過修改補(bǔ)充于1973年起作為該兩廠的定型產(chǎn)品成批生產(chǎn)。
1.2 多繩摩擦提升機(jī)的分類和特點
多繩摩擦提升機(jī)按布置方式分為塔式與落地式兩大類。塔式的優(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) 可獲得較大的包角；(5)鋼絲繩不會沒有保護(hù)的裸露在雨雪之中，而減少摩擦系數(shù)及使用壽命。但塔式較落地式的設(shè)備費用要昂貴的多，因提升塔和普通井架比起要更為龐大和復(fù)雜，需要更多的鋼材。此外，落地式可以同時安裝提升塔和提升機(jī)，井架高度低而且符合戰(zhàn)略觀點和有利于地震區(qū)建設(shè)。
多繩摩擦提升機(jī)因為其巨大的優(yōu)點而被大量投入在礦井工作中。它的優(yōu)點主要有以下幾點：
(1) 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直徑小一些，同時主導(dǎo)輪直徑小。因而在提升相同載荷下，多繩提升機(jī)具有體積小、重量輕、節(jié)省材料、安裝和運輸方便等優(yōu)點；
(2) 由于是多根鋼絲繩分擔(dān)載荷，采用較小功率的電機(jī)就可以滿足需求；
(3) 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；
(4) 繩數(shù)多，幾根鋼絲繩分擔(dān)了載荷的重量，從而提高了提升設(shè)備的安全性，可以不設(shè)斷繩保險器；
(5) 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容器罐耳作用與罐道上的壓力。
同樣，多繩摩擦也存在一些需要改進(jìn)的地方：
(1) 多繩摩擦式提升機(jī)的結(jié)構(gòu)相對更加復(fù)雜，需要仔細(xì)的維護(hù)和檢修；
(2) 為了保護(hù)各鋼絲繩具有相同的工作條件，當(dāng)有一根鋼絲繩磨損而需要更換時，則需要更換全部的鋼絲繩；
(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，使得受到限制；
(4) 在深度很深的井下工作時發(fā)生故障的可能性比較大，仍然受到工作環(huán)境的限制，不能充分發(fā)揮其提升能力。
第2章 設(shè)計任務(wù)及主要參數(shù)
2.1 設(shè)計題目
JKMD-3.5×4多繩摩擦式提升機(jī)
2.2 設(shè)計目的
通過設(shè)計，鞏固所學(xué)專業(yè)的基本知識，掌握礦井提升機(jī)的設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計方法，進(jìn)一步提高專業(yè)設(shè)計能力。
2.3 設(shè)計參數(shù)
此次設(shè)計即采用落地式多繩摩擦提升，設(shè)計參數(shù)如下：
表2-1 JKMD-3.5X4設(shè)計參數(shù)
單位
機(jī)器型號
JKMD-3.5×4
鋼絲繩根數(shù)
4根
主導(dǎo)輪直徑
3.5m
鋼絲繩最大靜拉力
54t
鋼絲繩最大靜拉力差
18t
鋼絲繩間距
250mm
最大提升速度
13m/s
2.4 內(nèi)容與要求
2.4.1 設(shè)計內(nèi)容
(1) 主軸裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度及剛度校核計算；鋼絲繩的選擇計算；傳動系統(tǒng)參數(shù)確定及主電動機(jī)的選擇計算；提升機(jī)運動學(xué)及動力學(xué)計算；制動器的選擇計算；提升高度的計算及校核；防滑條件等驗算。
(2) 編制設(shè)計計算說明書一份（40頁左右）。
(3) 繪制提升機(jī)總體布置圖一張（A0）。
(4) 繪制主軸裝置圖一張（A0）。
(5) 繪制卷筒及主軸圖各一張（A1）。
2.4.2 設(shè)計要求
(1) 根據(jù)所給設(shè)計參數(shù)，合理設(shè)計提升機(jī)結(jié)構(gòu)并進(jìn)性相關(guān)設(shè)計計算。
(2) 根據(jù)設(shè)計規(guī)范繪制圖紙。
(3) 圖紙全部采用CAD繪制，設(shè)計計算說明書電子排版并打印。
(4) 按指導(dǎo)教師指定的設(shè)計參數(shù)獨立完成設(shè)計工作，按時交出全部設(shè)計資料。
2.4.3 進(jìn)度安排
(1) 第一～二周：準(zhǔn)備資料。
(2) 第三～六周：進(jìn)行相關(guān)計算。
(3) 第七～十一周：繪制施工圖紙。
(4) 第十二～十三周：編制設(shè)計計算說明書，準(zhǔn)備答辯。
(5) 第十四周：答辯。
第3章 設(shè)計步驟及計算
3.1 提升容器的選擇計算
參照《定型成套設(shè)備》，主井提升選用雙鉤12t四繩箕斗。《定型成套設(shè)備》中規(guī)定：120萬噸井型第一水平為410m,主井第一水平采用12t箕斗。本礦第一水平為410m，考慮到井上下裝卸載距離，提升高度大于410m，這時是否能用12t箕斗，須經(jīng)過驗算。
(1) 采用12t箕斗時，為保證產(chǎn)量的一次提升循環(huán)時間Tx應(yīng)為：
(3-1)
=3600×300×14×12÷1.15÷120000
=131.48s
式中：為年工作日，=300d；
t為每日提升工作小時數(shù)，t=14h；
Q為一次提升量，Q=12t；
C為提升不均衡系數(shù),C=1.15；
An為年產(chǎn)量，An=1200000t。
(2) 第一水平提升高度
H=HS1+HZ+HX (3-2)
=410+18+18
=446m
(3) 第一水平提升時的最大經(jīng)濟(jì)速度為：
=0.4
=0.4
=8.44m/s
參照參數(shù)，選用最大速度為13m/s是合理的，此值小于允許值。
(4) 估算每次提升時間循環(huán)時間:
= (3-3)
=
=80.28s
式中：a為加速度，暫取a=0.6m/s;
為箕斗在卸載曲軌內(nèi)減速與爬行的估算附加時間，暫取=10s;
為箕斗裝卸載時間，因一次提升量Q＞8噸，取=15s
通過上述計算，估算的實際循環(huán)時間小于完成產(chǎn)量的循環(huán)時間，故12t箕斗是能夠完成任務(wù)的。所以本提升系統(tǒng)采用雙鉤12t四繩箕斗，型號為JDS-12/110×4，自重=12t，名義裝載量為12t，繩間距為300㎜，導(dǎo)向裝置為鋼絲繩罐道。
3.2 提升鋼絲繩的選擇計算
(1) 根據(jù)設(shè)計參數(shù)用最大靜載荷計算：
(3-4)
式中：—鋼絲繩最大計算靜載荷，=54000kg；
—容器一次提升量，=12000kg；
—箕斗自重，=12000kg;
—鋼絲繩每米重量（kg/m）；
—鋼絲繩最大懸垂長度（m）；
(3-5)
=30+410+18
=458m
式中：—礦井深度，=410m；
—井架高度，箕斗提升=30～35m，暫取30m；
—由井底車場水平到容器裝載位置的高度，箕斗提升=18～25m，暫取18m；
設(shè)為鋼絲繩鋼絲的極限抗拉強(qiáng)度（kg/cm2），為鋼絲繩所有剛絲斷面積之和（cm2）。如果保證鋼絲繩安全工作，必須滿足下式：
(3-6)
式中：—鋼絲繩安全系數(shù)，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，摩擦提升主井鋼絲繩的安全系數(shù)，取=7；
—鋼絲繩鋼絲的極限抗拉強(qiáng)度，=17000kg/cm2；
上式中和是兩個未知數(shù)，為解上式需找出和的關(guān)系。
=100 (3-7)
式中：—鋼絲繩比重（kg/cm3），取=0.009kg/cm3。
將式（3-6）代入（3-5）式并化簡：
(3-8)
即：
由計算可知2.8kg/m
綜上選用型普通圓股鋼絲繩4根，其主要規(guī)格是：鋼絲繩直徑d-31mm；
鋼絲直徑=2mm；鋼絲繩每米重量=3.383kg/m；鋼絲繩鋼絲的極限抗拉強(qiáng)度=17000kg/cm2；全部鋼絲斷裂力之和=60850kg。
至于尾繩選用型普通圓股鋼絲繩4根，其主要規(guī)格是：鋼絲繩直徑d-34mm；鋼絲直徑=2.2mm；鋼絲繩每米重量=4.476kg/m；鋼絲繩鋼絲的極限抗拉強(qiáng)度=17000kg/cm2；全部鋼絲斷裂力之和=81350kg。主繩和尾繩每米差重=1.093kg/m。
此系統(tǒng)為重尾繩系統(tǒng)，箕斗位于井口時鋼絲繩受力最大。
檢驗如下：
m/s2
由于實際安全系數(shù)大于7，上述鋼絲繩可用。
3.3 驗算提升機(jī)強(qiáng)度
3.3.1 鋼絲繩最大靜張力和鋼絲繩最大靜張力差的計算
(1) 鋼絲繩最大靜張力
=++4 (3-9)
=12000+12000+4×4.476×（446+18）
=32307.456㎏
(2) 鋼絲繩最大靜張力差
=+ (3-10)
=12000+4.476×464
=14076.864㎏
上述最大靜張力及靜張力差均小于該提升機(jī)的允許值(允許的最大靜張力為54000㎏,允許的最大靜張力差為18000㎏最大0 2080+0.100+2