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河南理工大學本科畢業(yè)論文
前 言
我國是個采礦大國,也是礦山機電設備制造和使用大國。從20世紀50年代仿造第一臺礦山提升機以來,至今已設計制造,使用了近6000多臺。隨著社會需求和現(xiàn)代技術(shù)的高速發(fā)展,礦山工業(yè)企業(yè)亟待生產(chǎn)設備及設施的機械化,電氣化,現(xiàn)代化.而礦山工業(yè)的提升機是咽喉設備,產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代,老產(chǎn)品運行年深日久,原本落后的結(jié)構(gòu)問題暴露突出,故障增多,嚴重影響礦山的安全運轉(zhuǎn),抑制了礦山工業(yè)的高速發(fā)展,給國民經(jīng)濟帶來了不良的影響。隨著國內(nèi)礦井產(chǎn)量的日新月異的提高,對提高提升機的安全性,可靠性, 生產(chǎn)效率以及整機自動化運行水平, 降低操作者及維護人員的勞動強度,處理設備事故的速度與對策等,成了迫切要求.對于礦井提升機的更新改造,具有極其重要的意義。
本文在現(xiàn)有卷筒襯木車槽裝置的基礎之上，通過對鋼絲繩磨損的調(diào)研，卷筒部件的作用和受力情況的分析，現(xiàn)有設備的改進和設計，立足于方便，高效、實用的前提下對卷筒襯木車削裝置進行設計，目的在于最大程度的提高鋼絲繩和卷筒襯木的使用壽命，降低生產(chǎn)成本,縮短加工和檢修周期，減輕了勞動強度。
1 礦井提升機工作狀況簡介
1.1 礦井提升機的工作現(xiàn)狀
目前老式礦井普遍面臨問題,由于長時間的運行及礦井改、擴建,原有的提升機大多已經(jīng)不能滿足安全生產(chǎn)的需要,運行中都存在有不安全的隱患,必須進行改造。但如何改造又是普遍存在的一個難題。更換提升機雖可解決問題, 但其費用高、時間長不符合煤礦實際生產(chǎn)的需要,為此，如何對礦井提升機進行改造,成為現(xiàn)代煤礦提升機發(fā)展的當務之急,并具有一定的實用性和廣泛的推廣價值。
目前提升機的工作現(xiàn)狀主要有以下幾種:
① 卷筒皮內(nèi)陷嚴重,約為10~12mm,致使襯木變形嚴重,運行有響聲。
② 主、副卷筒襯木磨損不一致,致使主、副卷筒運行段纏繩不一致即常說的瘸腿,造成裝、卸煤困難。
③ 卷筒的支撐件工字鋼和卷筒皮均開裂嚴重,焊接后運行不久又開裂,且裂縫一直在增加和延伸。現(xiàn)主、副卷筒的8根支撐工字鋼均橫向斷裂,卷筒皮的裂縫已經(jīng)延伸到卷筒閘輪上,提升機運行時有金屬錯位的異常響聲。
④ 維修費用高。提升機的卷筒襯木每年必須更換一次,每次需24h, 材料消耗為3.5萬元。
⑤ 維修時間長。每月對卷筒進行的燒焊加固均在16h以上,消耗大量的人力、物力和時間。
1.2 礦井提升機改進的幾個方向
1.2.1 提升機卷筒的改進
常用提升機為單繩纏箕斗,配用電機功率為220KW,電機額定轉(zhuǎn)速n=738r/min,制動方式是液壓盤形制動閘,鋼絲繩直徑24.5mm,在卷筒上單層排列(鋼絲繩壽命為18個月);設計提升速度=3.25m/s,為單箕斗提升,年提升量28萬,但同時會出現(xiàn)一次循環(huán)時間延長,鋼絲繩要二層纏繞,過渡處咬繩等現(xiàn)象(特別是箕斗裝滿礦石后),咬繩就更嚴重,使原來一年半的鋼繩壽命縮短為4個月就必須更換.從而材料費用成倍地增加。(1)通過改造,材料備件費用消耗減少。(2)改造后,避免了二層纏繞,沒有了過渡處的咬繩現(xiàn)象,既提高了鋼絲繩的壽命,又提高了運行安全系數(shù),還減少了維修人員的維修時間和維修費用。
(1) 改造方案
為把雙層纏繞變?yōu)閱螌永p繞, 共設計了三種方案。
方案1是通過縮小提升鋼繩的直徑,提升機結(jié)構(gòu)各項參數(shù)不改變,方法簡單,但高強度的鋼絲繩,不屬于系列產(chǎn)品,選購困難。而且,高強度的鋼絲繩彎曲、疲勞性比較差,使用效果如何,在理論上難預測和計算,實踐上沒有經(jīng)驗。方案2是通過改變提升機卷筒的結(jié)構(gòu)以及鋼絲繩的纏繞間隙, 由于改變了卷筒護繩板的位置,施工工藝復雜,難度大。方案3是通過更換并加厚卷筒襯木從而加大卷筒直徑,同時改變摩擦圈圍繞方式,以達到以兩層纏繞變?yōu)閱螌永p繞的目的,方案3實施起來工藝簡單、易行。經(jīng)過調(diào)研考察,反復論證比較,故確定采用方案3作為實施方案,如圖所示增加卷筒襯木的厚度,從而加大了卷筒的直徑。
由公式代人有關數(shù)據(jù)
式中 H—實際提升高度, 427.2m
D—鋼絲繩直徑, 31mm
B—卷筒寬度, 1500mm
σ—鋼絲繩間隙, 取2mm
考慮摩擦圈為立式布置,存在壓繩問題,因此,第一、二圈仍作摩擦圈使用。由計算得知,卷筒襯木必須在原基礎上加厚90mm方能滿足要求。
(2) 參數(shù)的驗算略
(3) 改造后的襯板結(jié)構(gòu)
由于卷筒直徑增大到3.2m, 卷筒襯木的厚度達180mm到,給施工和襯木制作造成困難。采用了雙層襯木結(jié)構(gòu),較好地解決了這一難題,詳見圖2。
雙層襯板采用加長螺絲一體固定,保證了兩襯板之間沒有間隙,其優(yōu)點為：
① 雙層襯板更換時,只需要更換外層襯板,由于內(nèi)層襯板不受鋼絲繩作用而磨損,因此不必更換。采用雙層結(jié)構(gòu)以后外層襯板的相對厚度減少且重量輕,因此,加工及更換均容易、方便。
② 采用單層襯板,襯板厚度要達到180mm,雙層襯板外層的厚度只要120mm, 而且利用了改造前的舊襯板作用為里層襯板,厚度為60mm, 在下次更換時,內(nèi)襯板保留為一,并進行必要的油浸煮沸,延長內(nèi)襯的使用壽命,經(jīng)計算節(jié)約木材33%.
(4) 使用效果分析:
主井提升機卷筒鋼繩纏繞方式的技術(shù)改造于年底進行完畢,并經(jīng)過4年的應用,取得了明顯的安全效果和經(jīng)濟效益,主要有如下優(yōu)點：
① 由于雙層纏繞改為單層,從而減少了鋼繩的咬繩和磨損,鋼繩的使用壽命大幅度提高。改造后鋼繩的使用情況統(tǒng)計表明,鋼繩使用壽命在12一15個月之間。經(jīng)過比較,每年可節(jié)約鋼繩4一5根,約9.2t。
② 由于鋼絲繩使用壽命延長,避免了由于斷絲造成突發(fā)性換繩,大大地提高了主井提升系統(tǒng)的安全可靠性。
③ 改造前由于鋼繩使用壽命短,換繩或調(diào)繩頭工作幾乎每月都要進行, 既影響生產(chǎn)又浪費了較大的人力物力。
總之,通過對卷筒鋼繩纏繞方式進行技術(shù)改造,沛城煤礦主井提升機的生產(chǎn)效率得到了較大地提高, 取得了明顯的社會及經(jīng)濟效益。
1.2.2 礦井提升機的節(jié)能改造
節(jié)能改造礦井提升機是礦井井上與井下以及井下之間的主要運輸工具,是礦山運輸?shù)年P鍵設備.它的能耗較大,耗電量一般占礦井總耗電量的30%一40%.在能源日益緊張的今天,運用各種新技術(shù),新方法研制出新型的節(jié)能系統(tǒng),并應用于礦井提升機中,用來有效地節(jié)約能源,具有重要現(xiàn)實意義.靜液傳動技術(shù)在礦井提升機中得到了廣泛應用,如防爆液壓絞車,制動閘等.基于能量回收與重新利用而提出的二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術(shù),
二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術(shù)是新發(fā)展起來的液壓傳動系統(tǒng),它具有一系列獨特的優(yōu)點：
(1) 二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的節(jié)能特性.對于電動機施動的礦井提升機,若要進行重力勢能的回收與重新利用,需利用電動機的可逆性,即通過電動機由電動機狀態(tài)向發(fā)電機狀態(tài)轉(zhuǎn)換來實現(xiàn).電動機作發(fā)電狀態(tài)時需外界有原動機(對于程技術(shù)礦井提升機是下降的負載腕動轉(zhuǎn)子及使轉(zhuǎn)子以略超過其同步轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)動速度運轉(zhuǎn),此時輸入的機械功率變成電功率從定子輸出,使電動機作發(fā)電機運行,向電網(wǎng)回饋能量.礦井提升機在提升負載階段不能進行能量回收,系統(tǒng)僅從電網(wǎng)獲取能量.在下放負載時,只能在加速或等速階段形成負力矩時才能采用發(fā)電反饋制動,向電網(wǎng)回饋電能,而在減速階段不能采用發(fā)電制動.這是因為在減速階段應使提升機從最大速度逐漸降低到零,這與礦井提升發(fā)電回饋能量時需要以超同步轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)的要求相違背,這時的提升機需要采用其它制動方式來減速,停車.應用了二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術(shù)的礦井提升機,可以通過調(diào)節(jié)二次元件的斜盤傾角實現(xiàn)對制動動能和重力勢能的回收。
（2）應用二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術(shù)的礦井提升機具有以下特點:①二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)為壓力耦聯(lián)系統(tǒng),可并聯(lián)多個負載,此時系統(tǒng)功率按各個負載的平均功率之和進行設計,各自實現(xiàn)互不相關的控制規(guī)律,從而可對多負載系統(tǒng)采用集中的液壓泵站,減少設備投資.現(xiàn)有液壓絞車系統(tǒng)一般為由變量泵和定量馬達組成的流量耦聯(lián)系統(tǒng),若接多個負載,系統(tǒng)功率需按各個負載的最大功率之和進行設計,運行過程中能耗大.②對于礦井提升機來說,要保證其安全運行,必須使負載按給定速度曲線運行,并且應有良好的位置精度.二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)可通過轉(zhuǎn)速,位置和轉(zhuǎn)矩等的復合控制實現(xiàn)上述要求,且控制參數(shù)少,易于實現(xiàn).③拖動系統(tǒng)正反換向可通過調(diào)整二次元件的斜盤傾角(過零點)來實現(xiàn),電動機在換向過程中不需停機,這樣減小了電動機頻繁起動對電網(wǎng)的沖擊.④回收的能量可直接供其它系統(tǒng)使用或由蓄能器儲存供系統(tǒng)在提升加速需要大流量時使用,從而使系統(tǒng)設計功率可按平均功率取值,這樣,既減少初期設備投資,又減少運行過程中的電能消耗。對于目前常用的礦井提升機雖然也能進行能量回收,但回收后的能量形式只能是電能,回收的能量對系統(tǒng)的設計功率沒有影響,不能減少系統(tǒng)的設計功率.⑤二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)直接從恒壓網(wǎng)絡中獲取能量,無節(jié)流損失和溢流損失,使系統(tǒng)沮升減小,噪聲降低,節(jié)省冷卻費用。
2 鋼絲繩繩槽與提升機卷筒磨損的調(diào)研分析
2.1 鋼絲繩的作用及磨損形式和成因
2.1.1 鋼絲繩的作用
礦井提升鋼絲繩是煤礦提升、運輸系統(tǒng)的一個重要組成部分，關系到煤礦的正常生產(chǎn)，影響礦井工人的生命安全，因此《煤礦安全規(guī)程》對礦井提升鋼絲繩有專門規(guī)定。鋼絲繩的正確使用及維護是降低煤礦成本的一個重要方面。目前我國煤礦使用的鋼絲繩壽命普遍較短，特別是用于斜井提升的鋼絲繩，其壽命就更短。影響鋼絲繩壽命的因素很多，其中磨損、銹蝕和使用不當是造成鋼絲繩壽命降低的主要原因。本文僅就鋼絲繩的磨損作一簡單探討。
2.1.2 鋼絲繩的磨損形式
提升鋼絲繩磨損的界定和表現(xiàn)形式提升鋼絲繩的損壞可分為：宏觀損壞和微觀損壞兩大類。
宏觀損壞可分為：
a、磨損損壞，即內(nèi)、外部磨損損壞；
b、斷絲損壞，即疲勞斷絲損壞、沖擊斷絲損壞、振動斷絲損壞；
c、拉伸損壞，即冷撥拉伸損壞、沖擊拉伸損壞、斷絲拉伸損壞。
微觀損傷可分為：
a、變形損傷，即擠壓變形損傷、拉伸變形損傷；
b、銹蝕損傷，即銹皮點蝕、麻坑；
c、疲勞損傷，即拉撥疲勞損傷、彎曲疲勞損傷。
現(xiàn)在所研究的提升鋼絲繩磨損屬于宏觀損壞范疇，其又可分為粘著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、微動磨損和接觸疲勞磨損。粘著磨損是指兩表面在摩擦過程中，由于耗散摩擦能的絕大部分轉(zhuǎn)化為熱量，引起了接觸面溫度升高，從而造成與鋼絲繩接觸的材料發(fā)生軟化，并且其熔化峰點在摩擦過程中將向鋼絲繩表面轉(zhuǎn)移所形成的磨損。磨粒磨損是指物料顆?；蛴驳奈⑼贵w與材料表面相互作用而造成材料流失形成的磨損現(xiàn)象。腐蝕磨損是指當摩擦副在摩擦過程中，摩擦表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學或電化學反應，產(chǎn)生物質(zhì)損失的現(xiàn)象。微動磨損是指摩擦表面間由一微小振幅滑動而引起的一種磨損形式。接觸疲勞磨損是指當2個接觸體相對滾動或滑動時，若接觸區(qū)形成的循環(huán)應力超過材料的疲勞強度，則在表面將引發(fā)裂紋，并逐步擴展，最后使裂紋以上的材料斷裂剝落下來的磨損過程。
綜合來看，鋼絲繩磨損具有一定的系統(tǒng)性，并且機理復雜，為此有關材料利用數(shù)理邏輯的思想，通過一系列的邏輯符號，將導致失效事件的各種可能性沿其發(fā)生過程連接起來，這樣不但有利于判斷提升鋼絲繩失效類型對應的原因，也有利于通過鋼絲繩應用的現(xiàn)場因素，預測出可能發(fā)生的失效類型，從而采取適宜的重點防護措施。這為煤礦生產(chǎn)中判斷其失效原因及預防提供了可靠依據(jù)。 實踐證明，在使用過程中的提升鋼絲繩與使用前的提升鋼絲繩相比，磨損損壞是很容易發(fā)現(xiàn)的。一方面鋼絲繩繩徑變細，外層鋼絲繩磨損變形，出現(xiàn)外部磨損；另一方面股間和股內(nèi)鋼絲磨損變形，出現(xiàn)內(nèi)部磨損。
從整條鋼絲繩來看，提升段以外部磨損為主，纏繞段以內(nèi)部磨損為主，一般外部磨損比內(nèi)部磨損嚴重得多。主要表現(xiàn)在：1）梯度磨損，垂弧啟動，在提升循環(huán)中,從井口到井底，與托輥布距相對應的不同,鋼絲繩與托輥的磨損依次增加，并呈現(xiàn)梯度變化,稱為梯度磨損。梯度磨損與實際情況不完全符合,原因在于垂弧啟動，礦車接觸點和繩輥接觸點的連線與軌道有一傾角e，e角的存在和和繩輥接觸后的漸進特性，造成了下行鋼絲繩與托輥間的運動先經(jīng)過一個滾動過程，在弦垂鋼絲繩托輥間的摩擦力矩大于阻力矩時，實現(xiàn)繩輥間的相對轉(zhuǎn)動，這個過程為垂弧啟動。滑動摩擦的多次重復造成垂弧啟動段磨損嚴重，成為影響鋼絲繩使用壽命的重要危險段。這也是斜井提升鋼絲繩使用到一定時間后需要剁繩頭的重要原因。2）拉鋸運動，繩輥間成相對滾動狀態(tài)時的鋼絲繩的磨損較輕，一但托輥損壞，就會產(chǎn)生滾動磨損，提升過程成為繩輥間的拉鋸式銼削過程，稱為拉鋸運動。如果繩輥材質(zhì)相近，相互易磨起毛刺，會造成鋼絲繩的劇烈磨損，惡性循環(huán)。拉鋸運動是提升中要力求避免的。
2.1.3 鋼絲繩磨損形成的原因
提升鋼絲繩磨損形成的原因 影響鋼絲繩磨損的因素有：內(nèi)部因素、外部因素兩大類。
內(nèi)部因素有：
a、材質(zhì)因素—鋼絲繩材質(zhì)、滾筒和托輥的材質(zhì)；
b、工藝結(jié)構(gòu)因素—鋼絲繩的結(jié)構(gòu)和加工工藝；
c、振動因素—機械振動的固有振動。
外部因素有：
a、 物理因素—提升量、速度、加速度、巷道傾角、長度、托輥布等；
b、環(huán)境因素—井巷水質(zhì)、灰塵，井巷安全與道路狀況；
c、管理因素—保管、使用、檢查、試驗、運行操作等。
根據(jù)磨損機理又可分為以下幾種：鋼絲繩在使用過程中其外周與繩道、底板、擋繩器等物體表面接觸而引起的磨損為外部磨損，鋼絲繩截面將減少，外周表面鋼絲將磨平，鋼絲繩破斷載荷隨之降低，在實際現(xiàn)象中，又有單周磨損、全周磨損。單周磨損較全周磨損更惡劣，在全長范圍內(nèi)，盡可能地做到均勻磨損，即全周磨損由于振動、碰撞造成的鋼絲繩表面撞損，為變形磨損，這是一種局部磨損現(xiàn)象。如卷筒表面的鋼絲繩受到其它物體的撞擊，鋼絲繩相互打纏、打結(jié)，或者由于咬繩，都會使鋼絲繩產(chǎn)生變形磨損。這種變形磨損因局部擠壓而變形，其鋼絲橫斷面在擠壓處向兩旁伸展成翅形。
從外表看，鋼絲寬度擴展，雖然鋼絲繩截面積減小不多，但局部擠壓處的鋼絲表面材質(zhì)硬化，極易斷絲。時間一久，變形突出部位往往磨損嚴重，外層鋼絲也極易斷絲。再者，內(nèi)部磨損的因素也不可忽視：鋼絲繩經(jīng)過卷筒或滑輪時所承受的全部負荷壓在鋼絲繩的一側(cè)，各根細鋼絲的曲率半徑不可能完全相同。同時，由于鋼絲繩的彎曲，鋼絲繩內(nèi)部各根細鋼絲就會相互產(chǎn)生作用力并且產(chǎn)生滑移，這時股與股之間接觸應力增大，使相鄰股間的鋼絲產(chǎn)生局部壓痕深凹。當反復循環(huán)拉伸彎曲時，在深凹處則產(chǎn)生應力集中而被折斷。
2.2 鋼絲繩磨損對其壽命的影響與防治措施?
2.2.1 鋼絲繩磨損對壽命的影響
鋼絲繩的失效形式主要有鋼絲繩的靜力拉斷、疲勞、腐蝕和磨損。一般情況下，鋼絲繩的失效，并不是鋼絲繩突然斷裂，往往表現(xiàn)為累積式的斷絲、斷股和直徑縮小，以致繩的強度逐漸降低，最后達到極限而破壞。
事實上，提升鋼絲繩通常為絲—股—繩結(jié)構(gòu)，鋼絲繩的股與股之間及絲與絲之間成一定角度捻繞在一起，在軸向拉力和彎曲作用力下可導致股與股之間及絲與絲之間發(fā)生相對錯動。雖然錯動很小，但引起鋼絲繩的磨損破壞，從而對鋼絲繩壽命的影響卻是不容忽視的。有關文章利用有限元分析模塊，模擬計算了摩擦提升機鋼絲繩中鋼絲在不同外載影響下及隨磨損深度增加而產(chǎn)生的應力區(qū)變化，得出了摩擦提升機鋼絲應力分布與磨損程度密切相關，隨磨損深度的增加，鋼絲應力對擠壓外載的敏感性下降的結(jié)論。這對確定鋼絲繩壽命有重要意義。
2.2.2 提升鋼絲繩磨損的防治措施
為減輕提升鋼絲繩的磨損，可通過改善托輥的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)、減輕垂弧啟動磨損以提高鋼絲繩的保護性能外，加強對斜井檢查管理，及時排除停轉(zhuǎn)托輥，避免拉鋸運動的發(fā)生，是保護鋼絲繩的重要一環(huán)。必須加強宏觀技術(shù)管理共振斷繩，進行共振區(qū)段的測定，避開共振區(qū)域。對提升鋼絲繩，除每日進行檢查外，每周必須以0.3m/s以下的速度進行一次詳細檢查。鋼絲繩一個捻距內(nèi)的斷絲達到10%時（如斷絲在端部，允許切去斷絲部分，繼續(xù)使用），直徑比開始懸掛使用時縮小10%或捻距比開始懸掛使用時延長0.5%，均應更換新繩。鋼絲繩遭受卡罐或突然停罐等猛烈拉伸時，應立即停止運轉(zhuǎn)，進行檢查。如發(fā)現(xiàn)鋼絲繩受到損傷，或鋼絲繩延長0.5%或直徑縮小10%，無須更換新繩。
??為避免“咬繩”現(xiàn)象對鋼絲繩引起巨大的磨損，可在設計井口與提升系統(tǒng)的相互位置時,使提升機的內(nèi)偏角達到最?。粚τ谏a(chǎn)礦井中各參數(shù)已確定的絞車,改善咬繩的方法之一就是適當增加,增加后,若滾筒的容繩不夠時，可適當增加襯木厚度，使?jié)L筒直徑增加,以增加容繩量。也可以在襯木上車削出不等螺距的繩槽，對應于偏角小于的一段（靠近滾筒中間的一段）可把 減小到3mm，其余部分按偏角曲線逐漸車削出不咬繩的數(shù)值。對于斜井提升，采用游動天輪也可減輕咬繩現(xiàn)象。
對于多層纏繞對鋼絲繩產(chǎn)生的磨損，按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，鋼絲繩在多層纏繞時，每90d錯動1/4繩圈位置，使上下層受擠壓段變動一下位置，并能使上下層滑動段隨之錯動1/4繩圈的繩長。還可以采用刻有圓環(huán)形繩槽的滾筒，這種滾筒可使槽中第1層及以后幾層鋼絲繩只發(fā)生1次沖擊，可相對減少鋼絲繩的磨損。同時,為了使第1層鋼絲繩在從一圈轉(zhuǎn)到另一圈的過渡位置時，能纏繞得更加平滑均勻，這部分滾筒表面應作成光滑無槽的，其光滑表面的參數(shù)可按下式計算 式中 —光滑表面對滾筒的唯一角及其長度;—鋼絲繩螺旋上升角；—鋼絲繩直徑； —滾筒直徑；—鋼絲繩槽間間隙。
鋼絲繩產(chǎn)生較大的磨損，且質(zhì)量大，轉(zhuǎn)動慣量較大，在絞車啟動和停止時對鋼絲繩產(chǎn)生磨損。地滾應盡量采用輕質(zhì)材料，且外徑不宜過大，在目前尚未有理想的地滾產(chǎn)品之前，可以根據(jù)具體情況，設計出適合具體條件的地滾。地滾要經(jīng)常檢修和維護，保持運轉(zhuǎn)靈活，巷道要保持清潔，清除巷內(nèi)的浮巖，除掉使鋼絲繩磨損的不良因素，以提高使用壽命。很多礦用的實踐證明設有地滾并維護較好的，鋼絲繩的使用壽命可以提高2-5倍以上。
3 礦井提升機卷筒襯木的綜述
3.1 提升機卷筒襯木的作用及磨損情況調(diào)研
3.1.1 提升機卷筒襯木的作用
針對煤礦主立井提升機卷筒襯木使用情況進行分析,認為等螺距繩楷的損壞均發(fā)生于與提升機重載加速起動過程相時應的最初3～4圈繩槽；等螺距繩槽襯木較不等螺距繩槽襯木使用壽命短得多鋼絲繩作“S”形宵曲的卷筒上的襯木首先損壞。
目前, 大部分單繩纏繞式礦并提升機卷筒均裝有襯木。襯木的好壞直接影響著提升機的安全、經(jīng)濟運行和維修使用, 應引起足夠的重視。合理選用、安裝、使用和維修卷筒襯木是保證提升機安全、經(jīng)濟運轉(zhuǎn)的必要條件。更換襯木也是耗資較大費時費力的項目之一。每更換一次襯木需幾十立方米木材, 耗費大量人力、物力,需停產(chǎn)十幾小時,是一項艱巨的工作。
卷筒襯木的作用是增強提升機卷筒筒殼的強度和剛度并延長鋼絲繩的使用壽命。襯木作為鋼絲繩的軟墊,在其上鋼絲繩不會發(fā)生過度變形。襯木上刻有螺旋繩槽,使鋼絲繩有規(guī)則的排列,避免“咬繩”現(xiàn)象,從而減少鋼絲繩的磨損,并利于卷筒的均衡受力。長期使用襯木的實踐證明在新襯木狀態(tài)下卷筒運動是比較穩(wěn)定的。當襯木磨損到一定程度后,卷筒會發(fā)出咔咔響聲,嚴重時筒殼被壓彎或產(chǎn)生裂紋。因為襯木嚴重磨損未及時更換或無襯木時,載荷將集中于筒殼的某一部分,在應力多次重復作用下, 筒殼便會發(fā)生彎曲或產(chǎn)生裂紋。
有襯木與無襯木的筒殼金屬內(nèi),彎曲應力存在如下關系：
式中：
σ1—有襯木的筒殼表面彎曲應力；
σ0一無襯木的筒殼表面彎曲應力；
H —襯木厚度；
一筒殼的鋼板厚度。
比值增加時,應力將減少,筒殼中的表面彎曲應力急劇下降。這將非常有利于筒殼的正常長期運行,同時延長使用壽命。對于一個卷筒占值是不變的,襯木厚度大時,應力就小襯木磨損或減薄時應力相應增大。
筒殼彎曲應力與襯木厚度關系見圖3：
圖3筒殼彎曲應力與襯木厚度關系
3.1.2 襯木磨損對卷筒的影響
襯木磨損對卷筒的影響是很大的,必須引起高度重視。襯木磨損到一定程度應及時更換。磨損到原厚度的30%時應考慮更換,或根據(jù)具體情況予以妥善處理。大型提升機的兩個卷筒襯木一般應同時更換。若只更換一個卷筒襯木，兩個直徑往往不等，兌剩困難，影響正常生產(chǎn)。
焦煤九里山煤礦立井2L14X1.8提升機自1970年5月1日至1990年7月15日共使用襯木21付。平均每幅襯木使用313d，提升煤量1913678t。其中壽命最長的是第5付，使用515d，提升煤量2655973t;壽命最短的是第10付，使用122d，提升煤量866501t，提升煤量最多的是第21付，提煤3529722t，使用440d。各付襯木使用情況見表1：
表1 2L14X1.8 型提升機襯木使用情況
序號
起止時間
使用天數(shù)/d
提升量/t
繩槽形式
鋼繩直徑/mm
提升量/t.d-1
備注
1
1972-05-01-1973-02-03
273
1105042
等螺距
40
4048
2
1973-02-03-1974-05-01
450
185697
等螺距
40
4127
3
1974-05-01-1975-06-06
398
174882
等螺距
40
4394
4
1975-06-06-1976-05-01
329
162337
等螺距
40.5
4934
5
1976-05-01-1977-10-01
515
265593
等螺距
40.5
5157
6
1977-10-01-1978-05-01
210
106401
等螺距
40
5067
7
1978-05-01-1979-05-01
365
2012105
等螺距
40
5513
8
1979-05-01-1980-05-01
272
217353
等螺距
40
6233
9
1980-02-03-1981-05-01
330
866501
等螺距
46.5
6586
環(huán)節(jié)改造換粗繩
10
1980-12-28-1981-05-01
122
260599
等螺距
46.5
7103
11
1981-05-01-1982-05-01
365
260252
等螺距
46.5
7167
12
1982-05-01-1983-05-01
365
276128
等螺距
46.5
7130
13
1983-05-01-1984-05-01
365
302606
等螺距
46.5
7565
14
1984-05-01-1985-11-11
192
163879
等螺距
46
8290
15
1985-11-11-1986-05-01
200
148177
等螺距
46
8535
16
1986-05-01-1986-10-01
150
129975
等螺距
46
7409
17
1986-10-01-1987-06-28
268
201737
等螺距
46.5
8665
18
1987-06-28-1988-05-01
307
262933
等螺距
46.5
7527
更換滾筒
19
1988-05-01-1989-05-01
365
289464
等螺距
46.5
9565
20
1989-05-01-1990-07-15
440
325972
等螺距
46.5
8022
表1年以1980年使用的鋼絲繩直徑40.5mm和40mm兩種，全部為國產(chǎn)圓股鋼絲繩。1980年以后使用的鋼絲繩直徑改用46.5mm和46mm兩種，使用的德國進口6X25填充繩和日本進口圓型股6X19+1鋼絲繩及鞍鋼產(chǎn)三角股鋼絲繩。
1986年以前使用的襯木均采用習慣上使用的等螺距繩槽,具體尺寸見圖4。
圖4不等螺距繩槽襯木示意圖
等螺距繩槽的鋼絲繩最大外偏角γ=1°7′,最大外偏尺寸是1110mm.等螺距繩槽的損壞均發(fā)生于與提升機起動過程相對應的最初圈圈繩槽,即對應提升機重載起動時的加速階段。首先是木屑大片剝落, 繩槽幾乎成為平面, 接著便出現(xiàn)跑槽和咬繩現(xiàn)象。采取加深繩槽,釘三角帶等措施仍阻止不了襯木狀況的繼續(xù)惡化, 使用時間不長就得更換襯木。等螺距繩槽襯木盡管使用時間有長有短, 但總提升煤量并不多。隨著礦井產(chǎn)量的逐年增高,等螺距繩槽襯木的使用壽命越來越短,直接影響了礦井的正常生產(chǎn)。
1986年10月在基本不改變外偏角的情況下，（最大外偏尺寸1123mm)采用了不等螺距繩槽襯木具體尺寸見圖5
圖5 不等螺距繩槽襯木示圖
繩槽襯木使提升機起動過程中襯木的損壞情況有所改善。時至1993年, 不等螺距襯木的大螺距繩槽處還沒有發(fā)現(xiàn)繩槽損壞。為什么等螺距繩槽的損壞全部發(fā)生于與提升機重載起動加速段相對應的最初3~4圈內(nèi)呢？因為提升機起動時一方面靜載荷最大,同時起動過程中由于加速度而產(chǎn)生的加速力也在隨著加速度的變化逐步變化。最大加速力為
F=∑ma
式中 ∑m一提升機運動系統(tǒng)的變位質(zhì)量。
a—起動加速度。
3.2 提升機卷筒襯木損壞的主要形式原因及防治措施
3.2.1 提升機卷筒襯木損壞的主要形式
提升機起動過程中,由于罐道不直、接頭不規(guī)格罐道和罐耳間隙不均勻等因素, 在提升容器運行過程中,使鋼絲繩不僅受沖擊力而且擺動很大,因而產(chǎn)生橫向振動和附加動應力。提升機起動時受力最大,而等螺距繩槽間距僅50mm有些偏小,經(jīng)不住加速過程中的橫向振動和附加動應力的沖擊, 使其過早剝落報廢。相反,不等螺距繩槽間距為65mm受力情況就好得多了。鋼絲繩反向彎曲(鋼絲繩“S”形彎曲)的卷筒上的襯木首先損壞。九里山礦主提升機投產(chǎn)時固定卷筒鋼絲繩為下出繩作“S”形彎曲,每次襯木損壞均發(fā)生在固定卷筒上,活動卷筒襯木損壞并不嚴重。而1987年提升機房更換出繩孔后,活動卷筒鋼絲繩為下出繩作反向彎曲,襯木的損壞則發(fā)生在活動卷筒仁固定卷筒襯木損壞卻不嚴重。鋼絲繩作反間彎曲不僅易損壞襯木,而且也加速鋼絲繩的損壞作反向彎曲的鋼絲繩為什么容易造成襯木的損壞。
3.2.2 提升機卷筒襯木損壞的原因
（1) 鋼絲繩經(jīng)過天輪時正向彎曲到卷筒上馬上又作反向彎曲,對于每根鋼絲其受力的變化是從最大拉伸到最大壓縮,或從最大壓縮到最大拉伸,從最大拉伸或最大壓縮狀態(tài)還未恢復原狀,又來了一次最大壓縮或最大拉伸同時伴有彎曲等, 在諸多作用力的綜合作用下,鋼絲內(nèi)應力變化幅值最大。這種變化均發(fā)生在天輪繩槽至卷筒襯木之間。這種變化的內(nèi)在表現(xiàn)是鋼絲繩過早出現(xiàn)疲勞損壞而其外在表現(xiàn)必然是天輪繩槽和卷筒、襯木繩槽的磨損加劇。
（2) 鋼絲繩由天輪到卷筒間作反向彎曲時,鋼絲繩本身具有的編捻力矩, 因反向彎曲而相對加劇。這種編捻力矩產(chǎn)生的鋼絲繩旋轉(zhuǎn)力, 使天輪及卷筒襯木的磨損加劇,尤其對刻有螺旋繩槽的襯木，鋼絲繩的旋轉(zhuǎn)力使繩槽棱發(fā)生剝落,襯木繩槽底磨損劇烈,且很容易產(chǎn)生“咬繩”等現(xiàn)象。
（3) 在卷筒與天輪間,鋼絲繩的“振擺”傾向是造成襯木磨損和剝落的又一個不可忽視的原因,振擺越烈,磨損越嚴重。振擺和鋼絲繩的弦長有關, 同時和操作及鋼絲繩具有的彈性有關。究竟弦長多少,后擺幅值最小這是個有待進一步探討的問題。同家梁礦主立井提升機房未改出繩孔前,“S”形彎曲弦長為55.3m后擺比較嚴重,襯木損壞快些。改出繩孔后,弦長為52m,襯木磨損相對稍慢些。
（4) 鋼絲繩上下卷筒襯木時由于鋼絲繩振擺橫向磨損是不可避免的。這種橫向力直接破壞了襯木的繩槽并加快襯木的損壞口針對襯木的損壞情況。
3.2.3 制作和更換襯木時常采取了措施
(1) 襯木以強而韌的硬木制作通常選橡木、水曲柳、愉木等。襯木的含水量不大于10%,襯木加工好后,應及時用機油煮。煮襯木的機油溫度控制在100℃一120把襯木放在油槽內(nèi)不能和油槽底部接觸。
(2) 煮沸約15min左右, 即看到油中沒有泡沫或泡沫很少時為止。油煮襯木不干裂,不變形,可增加柔軟性能,減少鋼絲繩的磨損,延長鋼絲繩和襯木的使用壽命。
(3) 襯木各加工表面必須平滑光潔襯木內(nèi)圓弧半徑應和卷筒殼外徑相一致。
(4) 裝配襯木應使其與筒殼接觸良好。接觸不好就會使筒殼應力分布不均勻,導致筒殼裂紋、變形等缺陷。
(5) 襯木繩槽最好在襯木安裝好后在卷筒上制作,若事先制作好繩槽,安裝時應使繩槽對準,且過渡處光滑。
(6) 各部襯木安好后,將其空隙以及各襯木間隙用相應厚度木條堵死。
(7) 使用中對已經(jīng)剝落和磨損的襯木,用機油加黃油涂抹于襯木上使其減少磨擦和磨損也可收到一定效果。
4 常見卷筒襯木繩槽的加工方法
4.1 利用普通車床加工繩槽
4.1.1 利用普通車床加工繩槽示意圖簡介
《煤礦安全規(guī)程》第369條規(guī)定,滾筒上纏繞兩層或兩層以上鋼絲繩時， 必須設有帶繩槽的襯墊”。根據(jù)這一規(guī)定,利用普通車床對JK型3.5M提升機滾筒襯墊加工了繩槽,使鋼絲繩排列勻整。加工步驟(參照下圖)：
1一一皮帶輪， 2一一皮帶輪軸； 3一一皮帶輪軸軸承座，4一一聯(lián)接螺栓， 5一一聯(lián)軸器， 6一一固定盤， 7一一聯(lián)接軸 8一一刀桿， 9一一CDZ6140車床，10一一盤形閘移L座騾栓；11一一車床機架，2一一平皮帶，13一一聯(lián)軸器，14一一連接軸，5一一車刀；16一一滾筒，17一一減速機；18一一電動機
4.1.2 利用普通車床加工繩槽裝置設計步驟
(1) 拆升機滾筒兩端的盤形閘，利用它的地腳螺栓同定CDZ6140車床。
(2) 在車床主軸尾端裝一個與提升機聯(lián)軸器外徑相同的皮帶輪。
(3) 在車床的刀架上裝一根特制的能讕換車刀的刀桿,裝上車刀。
(4) 按照繩槽螺距(鋼絲繩直+2mm)對照螺紋表掛好牙輪。
（5) 開動提升機,通過皮帶傳動,車床與提升機主軸同步旋轉(zhuǎn)。
（6) 調(diào)整好刀架,先將滾筒襯墊光刀,接著按繩槽的要求(繩槽深為鋼絲繩直徑的0.35),調(diào)整好車刀的角度,繼續(xù)切削,直完好。
4.1.3 利用普通車床加工繩槽裝置技術(shù)要求
(1) 車床上皮帶輪軸的中心高度必須與車床主軸的中心高度一致。
(2) 車繩槽時傳動皮帶不能打滑。
4.2 利用車槽機加工螺旋繩槽裝置（齒輪傳動）
4.2.1 車槽機的結(jié)構(gòu)
車槽機的結(jié)構(gòu)如圖1所示, 架體由2根平行的11#礦用工字鋼焊成, 拖板2用σ=24mm鋼板制做, 前后有導向爪, 鋼板上部和C630車床刀架3相連, 下部與絲杠4(T56×4左), 兩端由軸承座支撐, 軸承座固定在架體上,為兩半鏈輪,合攏后卡在深度指示器傳動軸上且點焊在傳動軸上。,為鏈傳動。軸5安裝在軸承座內(nèi),軸承座固定在架體上,軸的前端裝有傘齒輪。后端裝有鏈輪后端也可裝手輪。車刀7由方柄與刀頭焊接而成刀頭為圓臺形, 里面鉆孔, 以便排木屑之用。
4.2.2 車槽機的傳動原理
車槽機由深度指示器軸轉(zhuǎn)動帶動鏈輪, 轉(zhuǎn)動后由鏈條帶動鏈輪,帶動軸6轉(zhuǎn)動,軸6帶動傘齒輪, 帶動絲桿旋轉(zhuǎn),絲桿螺母帶動拖板作軸向直線運動,拖板又帶動車刀架左右移動,車刀的給進運動靠操縱小手輪來實現(xiàn)提升機主軸旋轉(zhuǎn)一周,車刀橫向46.67mm,提升鋼絲繩直徑為43.5mm,鋼絲繩之間留有3.17mm的間隙。繩槽螺距d=46.67mm.
4.2.3 車槽機的車槽方法
車槽時,首先要車外圓,車卷筒襯木外圓時, 要先車最大直徑處, 滾筒旋轉(zhuǎn)速度要慢。車前先把軸6后端的鏈輪, 拆下, 裝上一個直徑為Ф33mm的手輪,車槽時搬動手輪,使絲杠旋轉(zhuǎn),拖板帶動車刀架左右移動, 操縱刀架小手輪實現(xiàn)車刀的給進運動。開動大紋車即可進行車削,光車后要使兩卷筒直徑一樣大。車削滾筒螺旋繩槽時,拆下手輪把鏈輪裝在軸6上并安上鏈條開動絞車,進給量每次為1.5mm,車刀架的運動方向每次都是從右到左。按照有關維修質(zhì)量標準,繩槽深度為鋼絲繩直徑的0.3倍,即要求繩槽深度為13mm左右。但根據(jù)實踐經(jīng)驗,繩槽不宜太深,一般6~8mm一就能滿足要求,繩槽車至7.5mm即可。車主卷筒襯木時,需將車槽機旋轉(zhuǎn)180°。車刀架,軸6都相應旋轉(zhuǎn)且拆下,傘齒輪,把事先加工好的距離套安放在軸6上,然后把傘齒輪調(diào)頭裝在軸6上目的是車刀架的移動方向也是從右到左,因主、副卷筒的螺旋繩槽是右旋的。車主卷筒外圓、車繩槽與副卷筒相同,不再贅述?？捎每刂评K槽周長方法來控制兩卷筒直徑差,盡可能地縮小對罐誤差。按照有關維修質(zhì)量標準,兩卷筒直徑差不得大于2mm 周長差不得大于6.28mm。
4.2.4 車槽機具有通用性
根據(jù)繩槽螺距公式,只要知道鋼絲繩直徑,就可求出兩鏈輪減速比.當鏈輪、設定后,的數(shù)值也就相應的知道了。我們用此車槽機分別對4m、2.5m及2m提升卷筒襯木進行了車削,車外圓光滑,繩槽螺旋線成型好,不僅省時省力,而且提高了襯木的加工質(zhì)量,為提升機的安全運轉(zhuǎn)奠定了良好的基礎。
4.3 摩擦輪傳動車繩槽裝置
4.3.1 摩擦輪傳動車繩槽裝置傳動原理
根據(jù)機械傳動原理，螺旋繩槽的車制必須保證滾筒旋轉(zhuǎn)一周,刀具在床身導軌上移動一個螺距。為此,采用了摩擦輪傳動：提升機滾筒帶動摩擦輪一摩擦輪帶動絲杠螺母，從而實現(xiàn)了刀具在床身導軌上的移動，傳動機構(gòu)如附圖所示：
1滾筒 2.底座 3.摩擦輪 4.絲杠螺母副 5.高速電機 6.成形銑刀
7.橫向進給手輪 8.床身 9.盤形閘座
4.3.2 摩擦輪傳動車繩槽裝置加工方法
由于在現(xiàn)場加工,要求加工設備簡單,便于安裝,并且要求加工出的螺旋繩槽的精度也較高。在加工過程中,先將滾筒襯木車圓,以便與摩擦輪的平穩(wěn)傳動。其運動平衡方程式為：
式中 S— 螺旋繩槽的螺距
S =d + (2～ 3)，mm
—滾筒直徑，mm
—摩擦輪直徑，mm
t— 絲杠螺距，mm
d — 鋼絲繩直徑，mm
由上式可見,當滾筒直徑確定后,只要適當選取絲杠螺距和摩擦輪直徑，就可以加出所要求的繩槽螺距。
為了保證螺旋繩槽的表面質(zhì)量,采用鐃削加工,在溜扳的刀架上固定一個小型電動機，在電動機的輸出軸上安裝成形銑刀,銑刀的形狀按照繩槽盼截面形狀設計。由電動機高速旋轉(zhuǎn)帶動成形銑刀銑削繩槽，切削深度是通過小刀架徑向進刀來控制的。從而使加工出的螺旋繩槽的螺距、深度及形狀比較精確,加工表面質(zhì)量好。
4.3.3 摩擦輪傳動車繩槽裝置加工時的注意事項
（1）由附圖可見,因受機床床身結(jié)構(gòu)的限制,摩擦輪的嚙合傳動部位不能加工出螺旋繩槽。為此,設計為在床身兩端都可以固定摩擦輪及絲杠，當摩擦輪移至最左端時,將其從床身的左端移到床身的右端固定,以便加工剩余部分的螺旋蠅槽。
（2）為了保證滾筒襯術(shù)與摩擦輪平穩(wěn)傳動不產(chǎn)生打滑,將摩擦輪設計成帶尖齒的表面。使其尖齒咬入襯木2mm左右。以實現(xiàn)平穩(wěn)傳動,從而保證正確的恃動比關系。
（3）為便于操作,床身最好固定在靠近操縱臺這一側(cè)。
（4）切削深度可掇據(jù)所選電動機功率而定。螺旋蠅槽可一次成形,也可多次切削成形。當采用多次切削成形時,只要將滾筒轉(zhuǎn)向改變方向,使銑刀回到原位后,再將滾筒的方向改變,即可進行下一次切削。
（5）盡量使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)緩慢,速度均勻以保證切削的順利進行。
（6）銑削時，銑刀要對準出繩口。平行移動床身時,需找正,把銑刀對準原銑好的繩槽,從而保證接頭處的光滑過渡。
（7）出繩口在右側(cè),加工右旋繩槽,用左旋絲杠。出繩口在左側(cè),加工左旋繩槽,用右旋絲杠。
4.3.4 摩擦輪傳動車繩槽裝置優(yōu)點：
（1）這種加工提升機滾筒襯術(shù)螺旋繩槽的方法，能夠保證繩槽螺距均勻、深度一致。由于采用銑削加工，表面質(zhì)量較好。
（2）該方法具有傳動系統(tǒng)簡單，便于制造、安裝及調(diào)整。
（3）該方法應用范圍廣，適甩性強．只要調(diào)整摩擦輪或絲杠螺母．就可以加工出各種類型的提升機滾筒襯本的螺旋繩槽。具有投資步，效率高的特點。
4.4 卷筒襯木螺旋槽加工裝置（利用深度指示器傳動）
4.4.1卷筒襯木螺旋槽加工裝置工作原理
圖1所示為2JK-1-8-20提升機平面安裝示意圖。其卷筒襯木螺旋槽加工裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示。該裝置利用提升機原有的電動機帶動減速機及卷筒作主運動, 利用提升機主軸傳動深度指示器大、小傘齒輪, 通過深度指示器傳動軸帶動其一對直齒輪并借助一對自制的傘齒輪將動力傳給卷筒襯木螺旋槽加工裝置,使加工刀具作縱向運動,手動使加工刀具作橫向運動。從而完成卷筒襯木螺旋槽的加工工作。
4.4.2 托板、導軌和刀具的設計
托板采用自制的一對燕尾槽滑板,配合間隙為0.05mm。其導軌是用兩根Ф55×1700的光杠組成。導軌和絲杠的兩端與軸承配合,軸套固定在兩邊的梯形支架中。導軌與軸套的配合間隙為0~0.05mm。絲桿與軸套的配合間隙為0.03~0.09mm。在托板上面安裝一套旋風銑削裝置。它是由2.2KW的電機驅(qū)動,通過皮帶傳動實現(xiàn)刀桿旋轉(zhuǎn)。刀桿另一端裝有Ф44mm的鋒鋼六刃銑刀。
4.4.3 卷筒襯木螺旋槽的加工
(1) 卷筒襯木外圓的加工
為了保證螺旋槽深度的一致性,必須先加工襯木的外圓。加工襯木的外圓有兩種方法一種是人工操作,即拆下圖2中自制的小傘齒輪,裝上手輪, 用手搖動手輪, 帶動絲杠轉(zhuǎn)動, 實現(xiàn)拖板作縱向移動另一種是自動操作, 選定走刀量為T=5mm/r。
(2) 襯木螺旋槽的加工
加工襯木螺旋槽時, 去掉:≈1:5的一對傘齒輪手動操作時去掉手輪, 換上:≈2:1的一對傘齒輪。開動提升機主電機, 使卷筒旋轉(zhuǎn), 通過各有關齒輪帶動拖板作縱向運動, 即可加工出螺旋槽。
4.4.4 結(jié)語
對于左卷筒襯木螺旋槽加工方法, 加工右卷筒襯木螺旋槽時, 只需將自制小傘齒輪圖2中9反裝即可。用該裝置加工提升機卷筒襯木螺旋槽, 既保證了襯木外圓和螺旋槽的加工質(zhì)量, 又縮短了加工時間和檢修周期, 減輕了勞動強度。
4.5 提升機卷筒襯木訂槽裝置設計
在卷筒襯木上刻繩槽, 目的是為了使鋼絲繩在纏入卷筒時, 減少繩與繩之間的磨損。對此各種礦山《安全規(guī)程》都有明確規(guī)定。對很多礦山用戶來說, 在這一問題上很棘手。用手工刻槽很難保證質(zhì)量而且費工費時購置專用機械費用高, 利用率又很低。因此, 個別小礦甚至不刻繩槽也在使用。
根據(jù)多年實踐經(jīng)驗和教訓, 在一臺1.6mm單筒提升機上用三層板釘槽, 經(jīng)使用證明, 完全達到設計要求。釘槽有如下優(yōu)點釘槽形成的槽邦是順木紋的, 而刻槽時則是斷木紋的, 故強度好, 而且形成的槽與槽間的峰尖很小。層板是將木紋交錯制成的。根據(jù)鋼繩直徑大小和設計要求的鋼繩間隙作圖, 即可求得層板的寬度和厚度, 如附圖所示。然后呈螺紋狀釘在襯木上。鋼繩在纏繞時順槽定位, 運行一段時間后, 鋼繩自然把襯木順木紋壓縮而形成更深的槽, 而釘上的層板并不受影響。
5. 提升機卷筒襯木車削裝置的設計
5.1 引言
5.1.1 提升機卷筒襯木車削裝置設計的可行性
卷筒襯木通常使用2～3年后就會出現(xiàn)卷筒上鋼絲繩之間相互摩擦使鋼絲繩使用壽命縮短,原先是在加工襯木時手工刻出繩槽,但是使用一段時間后出現(xiàn)鋼絲繩之間相互摩擦時就無法在卷筒上手工刻槽只好更換襯木，這樣生產(chǎn)成本就高。經(jīng)過10多年的不斷改進和完善，設計了卷筒襯木車削裝置就可以很方便的進行卷筒襯木車削。經(jīng)實踐證明，該裝置減少了鋼絲繩的磨損，又延長了卷筒襯木的使用壽命，且可大幅度節(jié)約生產(chǎn)成本。
機械化銑削提升機卷筒襯木繩槽比手工刻制繩槽可大幅度提高工效,減輕工人勞動強度。由于機械銑削的繩槽技術(shù)狀況大為改善,從而延長了絲繩的使用壽命,提高了提升機的技術(shù)經(jīng)濟指標和安全可靠性。因此, 它受到企業(yè)的普遍重視。不少礦山在80年代初期已經(jīng)研制出各種型式的繩槽銑削機, 譬如武山銅礦、紅透山銅礦、夾皮溝金礦和定遠石膏礦等這些銑槽機都不同程度地解決了卷筒襯木繩槽的制作問題, 但亦存在不足之處。
上述銑槽機大都由銑頭或車刀、支架及導軌、大小帶輪、工作臺、傳動機構(gòu)、傳動電動機和銑削電動機等部分組成。其刀具轉(zhuǎn)速均在2000~7000r/min范圍內(nèi)。電動機功率2.2~4.5kw。其中定遠石膏礦的銑槽機為雙刀具，即兩個卷筒可同時銑削繩槽。
5.1.2 目前提升機卷筒襯木車削裝置存在的問題
上述銑槽機在銑槽時, 有的要對襯木進行預先劃線與編排順序號, 然后安裝,故比較麻煩。若直接將襯木安裝后,利用手動輪制做繩槽, 則較為簡捷準確有的尚需拆下部分制動閘瓦和減速機高速軸上的測速發(fā)電機皮帶輪等,仍無解決工藝煩瑣的問題。若在主軸上安裝一個鏈輪, 直接帶動絲杠上的鏈輪,既省去了4個掛輪而傳動機構(gòu)簡單合理,又避免了拆卸上述零件而使工藝大為簡化還有的在銑削繩槽時,要將主電動機脫開, 需重新配置專用的銑削機傳動電動機1臺和減速器2臺,這不但使其結(jié)構(gòu)更加復雜,而且安裝、拆卸麻煩費時切削刀具或采用普通車刀,或用鉆頭改制, 或為單刀片。其共同的缺點是使用時磨刀頻繁,切削效率低。
5.2 設計方案
(1) 基礎借用卷揚機地腳螺栓，一是手動進刀位置足夠，二是可以不增加基礎，只是車削裝置的機架略長些。
(2) 為了減少傳動誤差采用鏈條和鏈輪傳動。
(3) 因為車削的工件是樟木，進刀量可以大些，那么進到裝置就可以采用手動進刀，這樣可以控制進刀量，以提高車削進度減少車削時間。
(4) 卷筒襯木車削裝置示意圖：
5.3 卷筒襯木車削裝置的詳細設計步驟：
5.3.1 加工提升機卷筒襯木繩槽的有關參數(shù)
提升機型號：JK-2×1.5 鋼絲繩直徑：24.5mm 繩槽深度：7mm.
5.3.2 卷筒襯木車削裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理簡述
卷筒襯木車削裝置的工作原理：該裝置利用卷筒主軸的原動力，通過鏈傳動傳遞到大托板絲杠上，使大托板能夠準確的按照“滾筒轉(zhuǎn)動一周，刀具在床身導軌上移動一個螺距”做進給運動，利用小托板上的電動機通過帶傳動帶動銑刀運轉(zhuǎn)做切深運動，從而實現(xiàn)卷筒襯木的整個車削過程。該結(jié)構(gòu)采用C63O車床溜板箱，絲杠等結(jié)構(gòu)作為輔助運動的根基，在此基礎之上添加動力傳遞裝置。機體由型鋼和鋼板焊接制成，并且有足夠的剛度裕量，并以銑槽的方便而設定尺寸。
卷筒襯木切削裝置傳動系統(tǒng)圖
1—主電動機 2—主減速機 3—卷筒 4—螺栓連接 5—主動鏈輪 6—組合銑刀 7—小皮帶輪80 8—被動鏈輪 9—大皮帶輪170 10—小托板絲母 11—小托板絲杠 12—緊固連接 13—銑刀電—31—4 14—大托板絲杠 15—大托板絲母 16—機體 5.3.3 襯木的技術(shù)要求
根據(jù)《有色金屬礦山主要機械設備檢修規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》的規(guī)定)車削卷筒襯木時,不宜有錐度和凹凸不平,兩卷筒直徑差不應大于2mm襯木厚度應為鋼繩直徑的3~3.5倍卷筒與襯木間應無間隙,不準加墊。以一提升機為例(鋼絲繩直徑31mm),把粗料(一般為東北硬雜木)按尺寸要求(見圖4),進行個4平面的刨削加工,尤其注意兩側(cè)斜面的刨削質(zhì)量。因兩側(cè)斜面的加工精度,將影響襯木的支撐能力和卷筒鋼板的凹性變形。
5.3.4 合理的繩槽尺寸
按《規(guī)程》要水,卷筒襯木繩槽深度應為鋼繩直徑的30%,相鄰兩繩槽中心距,應比鋼繩直徑大2~3mm。根據(jù)我礦經(jīng)驗,當繩槽深度約為鋼繩直徑的25%時,完全可以滿足使用要求。洛陽礦山機器廠設計的繩槽深度僅為鋼絲繩直徑的18%。繩槽隨著使用會逐漸加深,不會出現(xiàn)鋼絲繩跳槽現(xiàn)象。筆者認為,繩槽深度為鋼繩直徑的20~25%時較為合適槽底半徑必須合理, 過小會引起鋼繩過度擠壓而提前斷絲過大又會使鋼繩在繩槽中支撐面積減小,增大其接觸應力而導致繩與繩槽的加速磨損。合理的繩槽尺寸，應使例繩與布囪成緊密貼合并保持必要的間隙。此間隙是考慮到鋼繩在工作時有向兩側(cè)分開的傾向。根據(jù)經(jīng)驗,槽底半徑一為R=0.55d宜〔見圖5 圖中為d鋼繩直徑,D為卷筒直徑〕。
5.3.5 繩槽螺距與鏈輪齒數(shù)之間的關系及鏈輪齒數(shù)的確定
因為主功鏈輪與卷筒主軸相聯(lián)接, 從動鏈輪與銑槽機大拖板絲杠相聯(lián)接, 所以鏈輪齒數(shù)之比即等于繩槽螺距與絲杠導程之比。即
(1)
式中:T—繩槽螺距,mm
t—絲杠導程, t=12mm.
,—主動鏈輪和從動鏈輪的齒數(shù)
設計實例已知JK-2×1.5型提升機鋼繩直徑為24.5mm, 設計要求繩槽螺距T=31+(2~3)=26.5~27.5mm，取T=27mm。而確定齒數(shù),。
考慮到鏈輪和鉸鏈易磨損，因此齒數(shù)一般≥17，取小鏈輪=19，大鏈輪齒數(shù)= ，取=43 ，從而得鏈傳動的傳動比i=2.26。
5.3.6 卷筒襯木車削裝置—鏈傳動部分的設計
(1) 原始數(shù)據(jù):
①提升機型號：JK-2×1.5；
②提升速度：3.25m/s；鋼絲繩直徑：24.5mm；
③卷筒個數(shù): 1個;卷筒直徑：2m;卷筒寬度：1.5m；
④鋼絲繩最大靜張力差61KN；
⑤主電動機功率：220KW,極數(shù)6.
(2) 鏈輪齒數(shù)的選擇
由5.3.5計算已經(jīng)得知：大鏈輪齒數(shù)=43，小鏈輪齒數(shù)=19。
(3) 確定計算功率
鏈輪傳遞最大功率=-
由于
鏈輪傳遞的最大功率
鏈輪傳遞的功率KW
由表9-6（機械設計第八版）查得：，由圖9-13查得： 單排鏈，則計算功率為:
(4) 選擇鏈條型號和節(jié)距
根據(jù)及卷筒轉(zhuǎn)速查圖9-11，可選40-A 查表9-1得：鏈條節(jié)距P=63.5mm。
(5) 計算鏈節(jié)數(shù)和鏈節(jié)距
初選中心距，=（30~50）P=（30~50）×63.5mm=1905~3175mm
取=2000mm,相應的鏈節(jié)數(shù)為：
取=94節(jié)。
查表9-7得到中心距計算系數(shù)，=0.24281，則鏈傳動最大中心距為：
mm
由于提升機卷筒直徑為2000mm，可知該鏈傳動最大中心距符合卷筒襯木車削裝置的尺寸要求。
(6) 計算鏈速確定潤滑方式：
m/s
由V=0.624m/s和鏈號40A-1可知應采用滴油潤滑。
(7) 計算壓軸力
有效圓周力力為 N
鏈輪水平布置時的壓軸系數(shù)：=1.15, 則壓軸力 ==1.1529.824KN=34.297K