單繩纏繞式提升機設計

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根據(jù)卷筒數(shù)目可分為單卷筒和雙卷筒兩種：單卷筒提升機，一般作單鉤提升。鋼絲繩的一端固定在卷筒上，另一端繞過天輪與提升容器相連；卷筒轉(zhuǎn)動時，鋼絲繩向卷筒上纏繞或放出，帶動提升容器升降。雙卷筒提升機，作雙鉤提升。兩根鋼絲繩各固定在一個卷筒上,分別從卷筒上、下方引出,卷筒轉(zhuǎn)動時，一個提升容器上升，另一個容器下降。纏繞式提升機按卷筒的外形又分為等直徑提升機和變直徑提升機兩種。等直徑卷筒的結構簡單，制造容易，價格低，得到普遍應用。深井提升時，由于兩側鋼絲繩長度變化大，力矩很不平衡。早期采用變直徑提升機（圓柱圓錐形卷筒），現(xiàn)多采用尾繩平衡。纏繞式提升機的主要部件有主軸、卷筒、主軸承、調(diào)繩離合器、減速器、深度指示器和制動器等。雙卷筒提升機的卷筒與主軸固接者稱固定卷筒，經(jīng)調(diào)繩離合器與主軸相連者稱活動卷筒。中國制造的卷筒直徑為 25m。隨著礦井深度和產(chǎn)量的加大，鋼絲繩的長度和直徑相應增加。因而卷筒的直徑和寬度也要增大，故不適用于深井提升。多繩纏繞式提升機是在超深井運行中，尾繩懸垂長度變化大，提升鋼絲繩承受很大交變應力，影響鋼絲繩壽命；尾繩在井筒中還易扭轉(zhuǎn)，妨礙工作。20世紀 50年代末，英國人布雷爾（Blair）設計了一臺直徑3.2m雙繩多層纏繞式提升機(又稱布雷爾式提升機)，提升高度15802349m，一次提升量1020t。 (2) 摩擦式提升機1938年，瑞典的ASEA公司在拉維爾（Laver）礦安裝了一臺直徑1.96m雙繩摩擦式提升機。1947年德國G.H.H.公司在漢諾威（Hannover）礦安裝了一臺四繩摩擦式提升機。多繩摩擦式提升機具有安全性高、鋼絲繩直徑細 、主導輪直徑小、設備重量輕、耗電少、價格便宜等優(yōu)點，發(fā)展很快。除用于深立井提升外，還可用于淺立井和斜井提升。鋼絲繩搭放在提升機的主導輪（摩擦輪）上，兩端懸掛提升容器或一端掛平衡重(錘)。運轉(zhuǎn)時，借主導輪的摩擦襯墊與鋼絲繩間的摩擦力,帶動鋼絲繩完成容器的升降。鋼絲繩一般為210根。井塔式提升機 機房設在井塔頂層，與井塔合成一體，節(jié)省場地；鋼絲繩不暴露在露天，不受 雨雪的侵蝕，但井塔的重量大，基建時間長，造價高，并不宜用于地震區(qū) 。 落地式提升機的機房直接設在地面上，井架低，投資小，抗震性能好；缺點是鋼絲繩暴露在露天，彎曲次數(shù)多,影響鋼絲繩的工作條件及使用壽命。 多繩摩擦式提升機的主要部件有主軸、主導輪、主軸承、車槽裝置、減速器、深度指示器、制動裝置及導向輪等。主導輪表面裝有帶繩槽的摩擦襯墊。襯墊應具有較高的摩擦系數(shù)和耐磨、耐壓性能,其材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響提升機的生產(chǎn)能力、工作安全性及應用范圍。目前使用較多的襯墊材料有聚氯乙烯或聚氨基甲酸乙酯橡膠等。由于鋼絲繩與主導輪襯墊間不可避免的蠕動和滑動，停車時深度指示器偏離零位，故應設自動調(diào)零裝置，在每次停車期間使指針自動指向零位。車槽裝置用于車削繩槽，保持直徑一致，有利于每根鋼絲繩張力均勻。為了減少震動，可采用彈簧機座減速器。 1.2 我國礦山提升機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢當今時代礦山提升設備由大型機械一電氣組組成，提升容器在有限的運距內(nèi)，往返高速運行，速度及加、減速度要求嚴格而準確地控制。因此，除傳力、承力及其運載部件外，還必須配備完整的拖動控制，安全檢測及其井筒信號等系統(tǒng)和設備。 當今，在世界范圍內(nèi)運行的提升機，最大的提升速度達到2025m/s;一次提升重量達50t；點擊容量已超過10000KW;井深超過2000m。由于礦井生產(chǎn)的強化和集中化，一些礦井為了滿足生產(chǎn)量和不同的提升任務的要求，常在一個井筒安裝多臺提升機機群，例如瑞典的基魯那礦，在在一個矩形提升臺上安裝了12臺多繩摩擦式提升機，采用集中控制。 隨著現(xiàn)代技術的進步和采礦工業(yè)的發(fā)展，提升設備在機械結構、工藝、設計理論及方法、拖動控制及安全檢測等方面都有了很大的發(fā)展。例如中低壓和中高壓盤式閘機液壓站、硬齒面行星輪傳動等的應用；內(nèi)裝同步電機主軸裝置的問世；零部件設計中CAD/CAM及有限元法的應用；利用系統(tǒng)工程方法驚醒提升系統(tǒng)的設計和改造、提升系統(tǒng)的摸化和仿真都取得了較新的成就；拖動類型除異步電動機拖動調(diào)整、直流電動機調(diào)速外，交變頻供電同步電動機拖動方式已在大型提升及中應用；由可編程控制器PLC構成的提升工藝控制、安全回路、監(jiān)視回路、行程控制器、制動控制以及井筒信號系統(tǒng)，在工業(yè)技術發(fā)達國家已有比較典型的產(chǎn)品。 近幾十年來，由于礦井開采深度的加大，大型提升設備的需求量不僅在數(shù)量上增加很快，而且在提升機滾筒的方式、制動方式和電力拖動等方面都有了很大的改進。 （1）大型提升設備在礦井生產(chǎn)中的重要性 提升設備是礦井生產(chǎn)的通風、排水、壓風、提升四大機械中最重要的設備，因為另外三種設備有了故障可以立即運行備用設備，不影響礦井的生產(chǎn)，而主、副井提升設備一旦出了故障就要全礦井停產(chǎn)，有時連井下人員也上不了井。提升設備出了重大事故，不僅會造成很嚴重的經(jīng)濟損失，而且還會造成重大的人員傷亡。因此礦井大型提升設備的維護是機電工程師們最關注的環(huán)節(jié)；每次停產(chǎn)檢修，提升系統(tǒng)是檢修的重點；在設備的改進上，升設備的改進也是機電工程師們研究計論的重點。 （2）滾筒的改進無論是煤礦還是其它礦井，無論是國內(nèi)還是國外，隨著礦井開采深度的加大，提升的井筒越來越深，纏繞式提升機由于纏繞層數(shù)的限制，已不能滿足開采的需要，因而被多繩摩擦輪提升機所代替。對于多繩摩擦輪提升機，因繩太多，存在張力不平衡之患及繩多維護困難的原因，近十幾年來又由多繩小滾筒向少繩大滾筒方向發(fā)展。在同樣的載荷下用六繩小直徑鋼絲繩或用四繩大直徑鋼絲繩均可滿足載荷要求的況下，采用后者偏多。目前生產(chǎn)的多繩摩擦輪提升機在國內(nèi)外八繩以上的已不多見。 （3）形制動閘提升設備的制動系統(tǒng)是提升中的重中之重，制動系統(tǒng)失靈會導致重大的人身傷亡和嚴重的經(jīng)濟損失。由于角移式閘其軸銷多、磨損松曠現(xiàn)象嚴重，靈敏度低、空行程大，加之其液壓制動的缸體是單一的，一旦出現(xiàn)卡缸就會造成嚴重的跑車事故。盤型閘的液壓制動是多缸體的，無論從靈敏度上還是可靠性看，遠比角移式的制動安全可靠的多。目前的液壓站也在逐步完善，大部分部件都是集成化，且其液壓的壓力也在升高，由過去的6MPa提高到142lMPa，這樣就可以使制動閘的缸體縮小或減少，可靠性大大增強。 （4）用直聯(lián)電動機過去的提升設備絕大部分是異步電動機拖動 減速機 滾筒。減述機是提升設備中維護量最大、維護費用最高的部件尤其是滑動軸承減速機，軸瓦磨損快，減速機易磨損，聯(lián)軸節(jié)及齒輪和鍵等也常出故障，約8a成組齒輪全要更換，換減速機箱更是頻繁，維護量大，維護費用高，且其運行時的噪聲也大，故現(xiàn)有較大型的提升設備生產(chǎn)的配套電動機，也在向直流方向發(fā)展，電動機與滾筒直聯(lián)，取消了減速機，這也是大型提升設備發(fā)展的趨勢之一。 （5）電子計算機加入提升設備的控制新型的大型提升設備中都裝配有電子計算機控制系統(tǒng)，為安全起見，老的大型提升設備也在逐步引進計算機控制系統(tǒng)，這樣不但增強了后備保護、故障診斷及其安全控制，并使提升系統(tǒng)的運行更加安全可靠。 （6）電力拖動大型提升設備電力拖動方式是近幾十年來發(fā)展速度最快的。異步電動機拖動向直流電動機拖動方向演變；大型的直流電動機拖動又向同步電動機拖動方向發(fā)展。由于大容量可控硅整流設備的問世，使直流電動機在大型提升設備上又大有用武之地。過去使用直流電動機拖動，要有旋轉(zhuǎn)的直流發(fā)電機供電，由于其發(fā)電整流子故障多、噪聲大，影響了在大型提升機上的配套。現(xiàn)在可以用靜態(tài)的大容量的可控硅給直流電動機供電，一般容量在1000kW以上的均可以考慮使用直流電動機，這樣不僅取消了維護困難、維護費用高、噪聲大的問題，更主要的是直流拖動的調(diào)速性能好，這對于頻繁啟動的提升設備而言，是一個很突出的優(yōu)點。20世紀70年代，由于交一交變頻可控硅在大型提升機上有了很大的發(fā)展，很快就取代了直流電動機，因為其低頻性能也取消了減速機，低頻調(diào)速性能也很好；又因為它是光滑的銅環(huán)，不存在有直流電動機整流子維護困難的問題。因此同步電動機在大型提升機設備很快得到了應用，過去我國煤炭系統(tǒng)對提升設備使用同步電機交一交 變頻 ，是控制在3000kW以上容量的可選用。而國際技術交流上德國西門一子的觀點是2000kW以上的均可選用。由于交一交變頻的供電，同步電動機在大型提升機上的應用，才有可能考慮將電動機裝在滾筒內(nèi)，這樣目前世界上最先進的內(nèi)裝式的提升機才能夠得以問世。內(nèi)裝式提升機體積小，且其軸的受力均衡，故大有進一步發(fā)展的趨勢。特別是塔式提升機上優(yōu)點尤為突出，因其可以縮小大廳的面積，降低井塔的土建造價。（7）大型提升設 備的自動化目前發(fā)達國家井底大型提升設備，特別是主井提升設備，全部實現(xiàn)自動化，提升機房沒有司機。而我國礦井提升設備的運行方式還是手動的，有少數(shù)個別礦井也在作初步自動化的工作，這是可喜的起步。從實現(xiàn)我國現(xiàn)代化的發(fā)展角度來看，大型提升設備，特別是主井提升設備的自動化已是一個發(fā)展的必然。因為目前我國提升設備的電控系統(tǒng)在逐步完善，電子計算機在礦井的應用也在逐步擴展，電子計算機在提機電控上應用，也為提升機自動化創(chuàng)造條件。目前，由于我國加入了WTO，電氣元件的進口量也會增加，市場上傳感器規(guī)格也更加多樣化，這些都給提升設備的自動化創(chuàng)造了條件。目前世界上最先進的提升設備電控系統(tǒng)應該是瑞典的北方基律納鐵礦，11臺大型提升設備，其控制系統(tǒng)在不遠處的電控室內(nèi)兩臺顯示屏可以滑動到任一臺絞車的位置上，由兩個人監(jiān)控即可。相比之下，我國大型提升設備應加快自動化的步伐。1.3 本課題涉及的主要內(nèi)容（1） 纏繞式提升機提升部分示意圖參考文獻：1 黃大宇 梅瑛主編. 機械設計課程設計.吉林大學出版社,20072 徐灝主編. 機械設計手冊第二版.北京：機械工業(yè)出版社,20003 彭文生等主編.機械設計.北京：高等教育出版社，20024 黃玉美等主編.機械制造裝備設計. 高等教育出版社，20065 孫玉蓉 周法孔主編.礦山提升機. 煤炭工業(yè)出版社，19956 王志勇主編.煤炭專用設備設計計算.北京：煤炭工業(yè)出版社 1984 2 本課題有待解決的主要關鍵問題 （1）確定本次畢業(yè)設計課題單繩纏繞式提升機所要設計的機械部分包括哪些部分。 （2）減速器和電動機的選定。 （3）電機和減速器之間的聯(lián)軸器的選擇確定，減速器與卷筒主軸之間聯(lián)軸器的確定。 （4）卷筒結構設計和影響卷筒強度的因素。 （5）調(diào)繩離合器類型的選定和調(diào)繩離合器的結構設計。 （6）制動裝置的選定和制動器的結構設計。 （7）鋼絲繩的選擇和天輪的選擇。 3對課題要求及預期目標的可行性分析 1）熟悉提升設備的主要組成部分、分類以及不同種類的提升機的優(yōu)缺點，了解提升機組成部分的作用，根據(jù)畢業(yè)設計要求認真考慮選擇所設計提升機的類型。 2）查找相關資料和現(xiàn)實一些廠家所設計產(chǎn)品圖片，認識并了解相關部件的大概外形及其結構，以便增強設計產(chǎn)品在意識中的立體感，為繪制二維圖奠定基礎。 3）根據(jù)要求選定并計算卷筒類型、提升容器類型、調(diào)繩離合器種類、制動裝置類型、天輪結構，然后根據(jù)計算選擇減速器和電動機。 4）繪制提升機裝配圖草圖，然后開始對提升機主要部件進行計算說明，確定具體尺寸，并對草圖進行適當?shù)男薷摹?5）運用計算機繪圖軟件繪制提升機總裝配圖和部分主要部件零件圖。 6）復核圖紙，并經(jīng)指導老師審核。4完成本課題的工作計劃及進度安排2.213.06 課題調(diào)研及畢業(yè)實習3.073.13 總體方案論證及譯文3.143.27 總體設計3.285.21 具體零部件設計5.225.23 答辯資格評審5.316.01 畢業(yè)答辯6.026.07 畢業(yè)設計修改5 指導教師審閱意見指導教師(簽字)： 年 月 日6 指導小組意見指導小組組長(簽字)： 年 月 日