机械毕业设计论文说明书9.docx
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机械毕业设计论文说明书9
1摘要
目前，单绳缠绕式提升机调绳、换绳、换容器的维护检修工作大多使用悬挂夹、木绳夹、辅助绞车等辅助设备配合使用的方法。
此方法停产时间长、工作量大、危险、效率低，影响矿井的生产，所以很有必要改进方法，提高效率。
本文设计了一套单绳缠绕式提升机装置。
该装置主要是由主轴装置、联轴器、减速器、制动器等主要部件组成，此次设计的提升机主轴装置、减速器与制动系统是配套专用产品，电动机的选择可以灵活运用。
这样可以提升机的应用、维护、保养、检测等方面系统进行，有效提高提升机的工作效率。
此次设计的单绳缠绕式提升机的特点是结构简单、受力均匀、运行平稳、摩擦阻力小、成本低、效率高、易于维护等特点，具有很强的适应性。
本设计主要的选型计算包括提升容器选择设计、提升钢丝绳选择设计、提升机天轮选择设计、提升相对位置计算、提升运动学及动力学计算、电动机容量计算等。
关键词：
缠绕式矿井提升机，减速器，电动机，联轴器
Abstract
Currently,thecoiltypeinduction-motor-drivenhoistadjustablerope,change,changethecontainermaintenaceworksuspensionclamp,mostlyuseropeclamps,auxiliarywinchusedasauxiliaryequipment.Thismethodislongandlargeamountsofproduction,lowefficiencyanddangerouseffects,mineproduction,soitisnecessarytoimprovemethods,improveefficiency.Thispaperdesignsasetofwirecoiltypeinduction-motor-drivenhoistdevices.Thisdeviceismainlycomposedofspindleunit,couplingandreducer,brake,themaincomponentsofthedesignofhoistdevice,thespindlespeedreducerandbrakesystemisspecialproduct,supportingthemotorcanbeflexiblychoice.Thismachinecanbeused,themaintenanceandinspectionetcsystemandimprovetheefficiencyofthemachine.Thedesignofthecoiltypeinduction-motordrivenhoistischaracteristicofsimplestructure,evenly,smoothoperation,smallfriction,lowcost,highefficiency,easymaintenanceetc,andhasastrongadaptability.Thedesigningmainlyputparticularemphasisonsilohoistingsystem,includes:
tochoosetheliftinghold、tochoosethehoiststeelwirerope、tochoosethehoister、tochoosetherelativesofthehoister、tochoosethedynamicsofthehoister、tochoosetheelectromotor.
Keywords:
Windingmachinereducerelectricmotorcoupler
1绪论
我国是世界第一产煤大国，煤炭是我国最主要的一次能源。
在未来相当长的时期内，我国以煤为主的能源供应和消费格局难以改变，随着煤炭增长方式的转变、煤炭用途的扩展，煤炭的战略地位更加重要。
党中央国务院已经明确提出了“要大力调整和优化能源结构，坚持以煤炭为主体，以电力为中心，油气和新能源全面发展”的战略，进一步明确了煤炭在我国能源结构中的主体地位。
目前我国煤炭主要是以井下方式开采，需要通过提升设备提升到地面以实现其使用价值和经济、社会效益。
提升作为重要的一个环节，在一定程度上制约着煤炭生产能力。
提升设备的合理结构及设计，安全经济运行和科学管理维护，直接关系到矿井生产能力及技术经济指标。
现代采矿业的发展对提升设备在机械结构、工艺、设计理论和方法及安全检测等方面都有明确的要求。
矿井提升设备的功能特点及生产的基本环节，提升设备的合理结构及设计、安全经济运行和科学管理维护直接关系到矿井生产能力及经济技术指标。
国家将在“十一五”期间对有发展潜力的小煤矿进行改造提升以满足我国目前能源供应紧张的局面，更好的为全面建设社会主义小康社会提供“动力”支持。
目前我国中小型煤矿作为我国煤炭生产的重要部分其提升设备同大型煤矿及世界先进水平相比，仍有很大差距，主要表现在：
（1）提升设备的自动化水平较低，提升设备自动控制化控制较国内与国外大型和先进煤矿提升系统落后；
（2）提升设备的配套产品（钢丝绳、大型电机、减速器等）的质量安全性能尚不能满足要求，在一定程度上制约了提升设备的总体水平；
（3）矿井提升的监、检手段落后、制动系统的可靠性明显不足，有待进一步提高。
近几年煤炭开采与提升技术的发展速度很快，对提升机的要求必然随着先进技术的进步而不断发展,其发展趋势是:
（1）向适用型发展。
（2）向高耐久性,高可靠性方向发展。
（3）向智能化自动化方向发展。
提升系统采用PLC控制监测系统等，并可根据要求调节，信号用声、光、影像来传送。
（4）向标准化、规范化方向发展。
提升机零部件普遍标准化,规范化,保证设计、加工质量和水平。
（5）向高适应性发展。
适应不同工作环境。
因此，研究制造自己的高效提升机是为经济发展和社会进步的长远考虑。
本文首先综合比较了各种类型提升机的特点，根据经济效益和最大程度利用原则的实际情况选用了单绳缠绕式提升机的设计。
然后，对单绳缠绕式提升机进行了总体结构设计并对其可靠性和可行性进行了分析。
对提升机的主轴装置、联轴器、减速器、制动器等主要部件进行了技术分析和结构设计，完成了单绳缠绕式提升机的整体设计。
此次设计的提升机主轴装置、减速器与制动系统是配套专用产品，电动机的选择可以灵活运用。
这样可以提升机的应用、维护、保养、检测等方面系统进行，有效提高提升机的工作效率。
此次设计的单绳缠绕式提升机的特点是结构简单、受力均匀、运行平稳、摩擦阻力小、成本低、效率高、易于维护等特点，具有很强的适应性。
2提升机的发展及主要结构
2.1概述
提升机在煤矿提升中的类型很多，有缠绕式提升机和摩擦式提升机两大类。
而
缠绕式提升机又分为单绳、多绳和绞轮式。
目前世界各国广泛采用单绳缠绕式圆柱
形卷筒提升机和多绳摩擦提升机。
缠绕式提升机与摩擦式提升机特点分别是：
（1）缠绕式缠绕式提升机利用钢丝绳在卷筒上缠绕和放出，实现提升容器的
提升和下放。
钢丝绳一端固定在提升机的卷筒上，另一端绕过井架天轮与提升容器
相连接，当卷筒由电机拖动以不同方向转动时，钢丝绳在卷筒上缠绕或放出，以带
动提升容器。
1单绳缠绕式适用于浅井及中等深度矿井，结构简单。
而当深井及大终端
载荷时候钢丝绳直径和卷筒容绳面积要求很大，这也使提升机体积庞大，给制造和
使用带来很大不方便，限制了单绳缠绕式提升机在深井条件下的使用。
②多绳缠绕式多绳缠绕式提升机不用尾绳，减少了主绳与容器连接处的应
力波动值，可以克服深井提升时尾绳带来的问题。
而多绳缠绕式提升机的缺点很明
显，体积较大，功耗大，一般只用于提升高度超过1400m的深井及大载荷条件。
（2）摩擦式随着矿井开采深度和产量的增加，摩擦式提升机优点就显现出来，它的摩擦轮宽度很小，不存在随提升高度的增加而增大的问题，同时它的主轴跨度较小，主轴的长度和直径均有所降低，从而使电动机容量和能耗都相应减小。
但是摩擦式提升机主轴结构较缠绕式提升机复杂，总体能量消耗过大且很少用于小型煤矿，对中小型煤矿来说不能物尽所用，造成浪费。
同时摩擦式提升机的摩擦安全性能并不完全可靠。
单绳摩擦式提升机解决了卷筒宽度过大的问题，但不能解决卷筒直径和钢丝绳直径过大的问题。
而多绳摩擦式提升机摩擦轮采用全焊接结构，不便于拆卸和维护。
从以上情况来看，单绳缠绕式提升机的特点是结构简单,事故少,受力均匀,运行
平稳,摩擦阻力小,可靠性高和能耗相比之下很小，且完全能实现工作情况及工作条
件的要求,在中小煤矿提升中有不可比拟的优点。
缺点对钢丝绳直径和卷筒容绳面积
要求很大，这会导致提升机体积庞大，给制造、运输和使用以及硬件设备的建设带
来一些问题。
但考虑到本次设计的应用范围，以及矿井生产的实际情况，单绳缠绕
式提升机是最合适可行的方案。
目前，矿井提升机最容易出现问题的部分主要是主轴和制动系统不稳定等缺点。
主轴装置是提升机的重要部件,它们的性能好坏直接关系到提升机的生产效率以及
安全性和可靠性。
主轴容易出现的故障包括卷筒开裂、主轴疲劳损害、连接螺栓孔
出现裂纹。
制动系统容易出现的问题是制动不迅速，没有适当缓冲。
针对以上缺点，
在设计过程中，选用加厚卷筒，在卷筒毂上铸加强筋来提高卷筒部分的抗破坏能力，
防止卷筒开裂。
为了防止主轴过早疲劳损伤，选用强度较高的40Cr钢，同时将左卷筒毂与主轴端采用过盈配合来提高主轴强度，将右卷筒毂与主轴采用压入式键连接，便于主轴部分的拆装、维护和清理。
筒壳在与支轮联接螺栓孔处产生裂纹,其原因是筒壳与支轮圆周配合处存在局部较大缝隙,在长期载荷作用下产生疲劳开裂,处理方法除将开裂进行重焊外,在圆周缝隙处紧塞钢制垫片,消除已存在的缝隙。
为了解决制动系统存在，采用制动性能较好的液压盘式制动器，很大程度上提高了制动系统的稳定性和可靠性。
2.2单绳缠绕式提升机的主要结构与工作原理
2.2.1主轴装置
本产品采用主轴装置为双卷筒形式，主要由主轴、卷筒、轮毂等部件组成。
其
特点如下：
（1）主轴与左轮毂的连接采用过盈配合结构，提高了主轴的强度。
（2）主轴与左右轮毂的连接采用键连接过渡配合，便于卷筒拆卸、维修。
（3）采用焊接式卷筒，提高了卷筒的强度。
（4）制动盘与卷筒的连接采用装配式结构，制动盘已经进行了精加工，因此减
少了用户在安装时加工制动盘工作量，并便于运输和装拆，减少了制动盘的变形从
而延长了制动盘的使用寿命。
（5）主轴轴承采用滚动轴承结构，轴承选用圆锥滚子轴承，结构简单，安装维
护方便，并提高设备的运转效率，降低了电耗。
（6）钢丝绳出绳方法：
双卷筒提升机一般在卷筒上边出绳。
2.2.2盘形制动器装置
盘形制动器是矿井提升机制动系统的重要部件，作为工作制动和安全制动，因
此该部件不仅要求结构紧凑，重量轻而且要求安全可靠，动作灵敏。
盘行制动器用液压站是结合国内最先进的液压站：
（1）液压阀采用25MPa以上压力等级的高压液压阀，确保液压站的运行可靠性；
（2）调压阀采用电磁式比例溢流阀加比例放大器调节系统压力，使系统压力调
节稳定性更强，控制精度更高，调节更方便；
（3）液压站的设计及出厂试验标准完全满足最新JB/T3277-2004《矿井提升机
和矿用提升绞车液压站》标准；
（4）主要技术参数：
①额定工作油压：
6.3MPa；②油泵最大流量：
9L/min
③油箱容积：
500L；④正常工作油温：
15到60摄氏度；⑤液压油牌号：
夏季N64抗磨液压油；冬季N32抗磨液压油；⑥油泵驱动电机：
Y90L-4-B5；⑦液压站油液清洁度：
NAS1638-11级。
其工作原理是液压控制弹簧力制动，当油压增大，作用力施加于弹簧，从而作
用于制动盘对卷筒制动。
松开液压阀，油压降低，弹簧作用撤回，制动消除。
2.2.3减速器
该产品为与提升机配套使用，为专用产品，是二级齿轮减速器，结构有两级齿
轮、机体、机盖组成。
齿轮润滑是由单独的润滑油站进行稀油强制润滑，润滑油采
用GB5903-1995中规定的，L-CKC100（冬季）或L-CKC150（夏季）工业齿轮油，供应困难时可用90号机械油代替。
根据各轴的直径选用滚动轴承与滚针轴承，结构简单，安装维护方便，提高了设备的运转效率。
减速器在制造出厂前已经跑合，安装好的减速器必须经过逐级加负荷试车。
不
准不经过试车投入全负荷运转，负荷试车有十分重要的意义，它不仅在一定程度上
纠正制造和安装误差，提高接触精度，而且也是齿面金属材料锻炼体质的过程，这
对于抗疲劳十分有利，试运转可与机器的负荷试车一起进行。
减速器在使用过程中应防止齿面的破坏，齿面破坏的形式主要有两种：
一种是
点蚀破坏，点蚀破坏又分为疲劳点蚀和早期点蚀。
另一种是磨损破坏，齿面擦伤及
断齿，这种现象较少。
早期点蚀主要原因是由于齿面接触不良及超负荷运转引起的
齿面接触应力增大，所以在负荷试车的时候不应该进行超负荷运转，待齿面接触情
况达到规定要求时，再满负荷运转。
对于后期点蚀（疲劳点蚀）主要由几个原因造
成的，接触精度不好；大小齿轮表面硬度差偏小，配合性能及抗疲劳性能差；润滑
油太稀等，因此应针对以上情况采用对应措施，如采用黏度较大的润滑油为宜。
2.2.4联轴器
本系列产品采用两种结构相同的联轴器，设计原则是在满足使用要求的前提下，
以结构简单、易于维护检查、更换为目标。
此联轴器采用柱销联轴器和整体式外套
结构，因此可以减少机器启动和停车前的惯性冲击，并且确保两轴连接的可靠性，
主要结构是有挡板、联接螺钉、两个半联轴器和柱销组成。
两个联轴器中，由于主
轴部分载荷较大，容易受冲击，故采用比电机联轴器较少的挡板螺钉。
3单绳缠绕式提升机的设计计算
3.1设计依据【1】
矿井提升设备的设计制造是否合理，直接影响矿井的基建投资、生产能力和吨煤生产成本等多项技术经济指标。
在设计开始前，主要应考虑以下因素。
（1）生产能力对于年产量小于30万吨的小型矿井，首先采用一套提升设备完成提升煤以及其它辅助作业，若提升能力不足，再考虑加大提升设备的数量和其他提升方式。
（2）同时提升的水平数
（3）最终开采深度它直接关系提升设备的设计，重要是对电动机的选择有很大的影响。
（4）提升机形式一般中小矿井多采用单绳缠绕式提升机，而大型矿井则采用多绳摩擦式提升机。
在确定了提升方式之后，除考虑以上因素外，还应按国家的技术经济政策，考虑技术发展趋势，按经济合理性及技术先进性两方面进行综合分析和比较，从而最终确定设计的具体内容。
本次毕业设计针对矿井年矿生产量为120万吨，进行提升设备的设计，以达到
正常工作为目标，已知数据如下：
（1）矿井年生产量120万吨；
（2）提升机工作制度为年工作日300天，每天工作14小时；
（3）单水平提升，井筒深度H1=320m；
（4）箕斗卸载高度为Hx=20m；
（5）箕斗装载深度为Hz=20m；
（6）松散煤的密度为0.9t/m3；
（7）采用双筒单绳缠绕式提升；
（8）两套箕斗提升设备；
3.2设计过程
3.2.1箕斗的选定【1】
箕斗是单一用途的提升容器，仅用于提升煤炭或矿石。
其结构和工作示意图如图3-1所示。
我国煤矿广泛采用固定斗箱底部卸载式箕斗，其优点是闸门结构简单、严密，闸门向上关闭冲击小，当煤仓已满，煤为卸载完毕时，箕斗产生断绳的可能性很小。
箕斗闸门开启主要借助煤的压力，因而卸载时传递到卸载曲轨上的力较小，改善了井架受力状态该闸门的缺点是：
如果闭锁装置一旦失灵，闸门可能由于震动、冲击而在井筒中自行开启，不但会把煤卸载在井筒里，还会撞坏井筒设备，因此必须认真检查闭锁。
箕斗设计和选用主要应考虑其结构坚固，有足够的刚度，装卸载快，闸门工可靠。
图3-1单绳缠绕式提升机箕斗提升系统
1-提升机；2-天轮；3-井架；4-箕斗；5-卸载曲轨；6-煤仓；7-钢丝绳；8-翻笼
9-煤仓；10-给煤机；11-装载设备
根据以上选择原则，进行箕斗基本参数的计算：
（1）提升高度H：
H=Hz+Hs+Hx=20+320+20=360m（3.1）
（2）经济提升速度Vm:
Vm=0.6
=0.6
=11.38m/s（3.2）
式中:
H——为提升高度（m）；
Hs——为矿井深度；
Hx——卸载高度，箕斗提升可取15-25m；罐笼提升可取为20m；
HZ——装载高度，箕斗提升可取18-25m；罐笼提升可取为20m；
（3）一次提升循环估算时间Tx:
初估加速度
;将式（3.1）代入式（3.3）求得Tx：
（3.3）
式中:
a1——提升加、减速度（开始可假定加、减速度相等），对罐笼可暂取为0.7～0.75m/s2；对箕斗可暂取为0.8m/s2；
t’——容器爬行阶段附加时间，对罐笼可暂取为5s；对箕斗可暂取为10s；
θ——容器装卸载休止时间，可暂取为10s
（4）按式（3.4）估算一次提升质量（3.4）
式中:
An——矿井年产量（吨/年）；
af——提升能力富裕系数，对第一水平要求≥1.2；
c——提升工作不均衡系数；提升不均匀系数，有井底煤仓时，c=1.1～1.15，无井底煤仓时，c=1.2，当矿井有两套提升设备时，c=1.15，只有一套提升设备时，c=1.25；
t——日工作小时数，取14小时；
br——年工作日，取300天；
根据计算所得，从表3-1立井单绳箕斗规格表中选取一次提升质量与之相近的标准箕斗；写出所选箕斗的型号，容器质量（kg）,有效容积（m3）及两箕斗在井筒中的中心矩S（m）等参数。
考虑到将来可能加大矿井生产能力，故选用箕斗名义装载量为8t的箕斗，其主要技术规格如下：
自重：
Qz=5.5t；
全高：
9250mm；
有效容积：
8.8m3;
最大终端载荷14.5t；
实际载重量Q：
Q=ρ×v=0.9×8.8=7.92t（3.5）
式中:
V——箕斗的有效容积，m3；
ρ——货载散集密度，对于煤ρ=0.8t/m3～1.0t/m3；
表3—1立井单绳箕斗规格表
型号
JL-3
JL-4
JL-6
JL-8
名义装载质量（t）
3
4
6
8
有效容积（m3）
3.3
4.4
6.6
8.8
提升钢丝绳
直径（mm）
31
37
43
43
钢丝绳罐道
直径（mm）
32之50根据安全系数决定
数量
4
刚性罐道
规格
380N/m钢轨
数量
2
箕斗质量（t）
3.8
4.4
5
5.5
最大终端载
荷质量（t）
8
9.5
12
14.5
最大提升高度（m）
500
650
700
500
箕斗总高（m）
7780
8650
9450
9250
箕斗中心距（m）
1830
1830
1870
2100
适用精通直径（mm）
4.5
4.5
4.5
5
适用机型选择
2JK-2.5
2JK-2.5
2JK-3
2JK-3.5
2JK-3
2JK-3.5
3.2.2提升钢丝绳的选择
提升钢丝绳是提升系统的重要组成部分。
它直接关系到矿井的正常生产和人员的安全，还影响提升机的设计，又是提升系统中经常更换的易耗品。
因此无论从安全生产还是经济运行上考虑都要给予足够的重视。
在矿井提升系统中，应该根据不同的用途，选用合适的钢丝绳，扬长避短，充分发挥他们的效能，为此必须对其结构、性能及选择计算做详细的了解
在选用钢丝绳时还应考虑以下因素：
单绳缠绕式提升机为防止缠绕时绳松捻，钢丝绳的捻向应与绳在卷筒上缠绕时的螺旋线方向一致，目前单绳缠绕多为右旋，所以多选用右同向捻绳。
为加强工作性能，增强可靠性最好选用金属绳芯钢丝绳。
钢丝绳在工作时候受到多种应力作用，如静应力、动应力、弯曲应力、接触应力、挤压应力等。
这些原因导致钢丝绳疲劳破坏，而磨损与锈蚀也会降低钢丝绳性能，缩短钢丝绳使用寿命。
综合考虑这些影响并精确的选择、计算钢丝绳是个复杂的问题。
尽管国内外对矿井提升钢丝绳进行了大量的研究，但钢丝绳强度计算理论尚未达到工程应用的程度。
所以对矿井钢丝绳的选择计算仍按静载荷进行近似计算，同时考虑一定的安全系数。
且规定单绳缠绕式提升机装置的安全系数为专为升降人员的不得小于9；升降人员和物料用的——升降人员时不得小于9，提升物料时不得小于7.5；专用升降物料的不得小于6.5。
依据以上选择原则，对提升机的钢丝绳进行计算和选用：
（1）钢丝绳最大悬垂长度Hc，按式（3.6）计算：
预估井架高度Hj=30m：
Hc=Hj+Hs+Hz=30+320+20=370m（3.6）
Hc——钢丝绳最大悬垂长度，m；
Hj——井架高度，m；此值在计算钢丝绳时尚不能精确确定，可采用下列数值：
罐笼提升Hj=15～25m；箕斗提升Hj=30～35m；
Hs——矿井深度，m；
Hz——由井底车场水平到容器装载的距离（m），罐笼提升Hz=0m；箕斗提升Hz=18～25m；
（2）估算钢丝绳每米重量P，由式（3.5）、（3.6）并按式（3.7）计算：
取钢丝绳抗拉强度σB=17000kg／cm2，安全系数ma=6.5;（3.7）
式中:
Q——一次提升货载的重量，千克；
Qz——容器的自身重量，千克；
ma——安全系数《煤矿安全规程》规定，主井箕斗提升，ma大于等于6.5，取ma=6.5；
P——钢丝绳每米重量，千克/米；
故选用普通圆形股6×19型钢丝绳，其技术特征为：
钢丝绳直径d=40mm；
钢丝直径δ=2.6mm；
钢丝绳全部钢丝断裂力总和Qq=102500Kg；
每米重P=5.717Kg／m；
钢丝钢丝绳极限抗拉强度为
（3）钢丝绳安全系数校核，由式（3.6）、（3.7）并按式（3.8）计算：
（3.8）
式中：
Qq——所选钢丝绳全部钢丝破断拉力总和，N；
Q+QZ+pHc——货载、容器、钢丝绳重量总和；
ma——安全系数《煤矿安全规程》规定，主井箕斗提升，ma大于等于6.5，ma取6.5；由于实际安全系数大于6.5,故所选钢丝绳满足安全要求，合格可用。
提升钢丝绳除合理选用外，还应正确使用，精心维护，定期试验，保证钢丝绳处于良好的工作状态，延长其使用寿命，保证提升工作的安全。
3.2.3提升机卷筒的选择
卷筒是矿井提升机的主要承载部件，卷筒外一般设有木衬，并在木衬上车出绳槽，目的是减少钢丝绳与卷筒直接接触而造成磨损，并使钢绳排列整齐。
通过试验证明，木衬能够提高卷筒的承载能力。
（1）提升机卷筒直径D：
D≥80d
≥80×40≥3200mm（3.9）
D≥1200δ
≥1200×2.6
≥3120mm（3.10）
选用卷筒直径D=3500mm。
（2）提升机卷筒宽度B：
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