煤矿立井提升用导杆式滚轮罐耳设计及分析Word文档格式.docx
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机械设计制造及其自动化
作者姓名：
导师姓名：
完成时间：
2013年5月30日
滚轮罐耳装置的设计及计算
摘要
一种矿山由立井提升容器上的导杆式滚轮罐耳。
它的底座上有一调整滚轮位置的长方形内架，一外架下端的长方形空腔套在内架上可在一定范围内移动，其配合部位设有滚轮位置调整螺栓和内、外架定位螺栓。
外架上端是一槽形结构，槽外一侧设有缓冲装置槽内安装带导杆的轴承壳；
导杆空心平行固定于轴承壳壳面两侧，一侧单杆传穿置在与其对应的外架导孔上，单杆与缓冲装置上的弹簧导杆相连使轴承在弹簧作用下在外架槽内直线往复运动。
轴承壳上安装轴承和轴，轴的一端固定轮，轮由弹性体实心轮胎和设有防筋带的轮毂整合而成。
多组导杆式滚轮罐耳固定在容器上沿罐道运行，为容器提供导向和缓冲,使运行平稳无噪音。
关键词：
滚轮；
聚氨酯；
罐道；
罐耳
Therollingwheelcagedesignandcalculation
ABSTRACT
Aguiding-bartyperollingwheelcageshoeforliftingvesselofmineshaftiscomposedofanoblonginnerframeinthesubstructureforadjustingtherollingwheel,anoblongcavity,beingabletomoveincertainscopeoftheinnerframe,setinthelowerpartanouterframe,adjustingboltsforthelocationofrollingwheelsintheconnectingpartandpositionboltsfortheinnerandouterframes,agroovestructureontopeoftheouterframeoutofwhichisprovidedwithbufferdeviceononesideandabearingshellwithguidingbarwhichishollowedandisfixedandparalleledtothebearingbarwithsinglebarononesidepunctuatingtothecorrespondingholesintheouterframe.Thesinglebarisconnectedwithbearingandaxisononesideofwhichhasafixedwheelintegratedwithelasticsolidtireandawheelhubwithanti-doffingglutenbelt,tomovereciprocallyinastraightline,andtheapluralityofgroupsofrollingwheelcageshoebeingtypedofguidingbarisfixedinthevesseltooperatewiththeslidingguidethevesselwithorientationandbuffering.
KEYWORD:
rollingwheel；
CanRoad；
CanEar
第一章前言
导向装置是保证提升容器在井筒中正常运行的重要部件，它直接影响着提升容器的安全运行与提升效率；
随着煤矿向高产高效发展，提升容器也向大型化方向发展，这就对导向装置提出更高要求。
现行立井提升容器应用的导向装置大都是六、七十年代设计的，或者是在六七十年代设计的基础上改进的。
这类装置无论是设计还是应用都存在许多问题，已不能适应现代化生产的要求。
提升容器在运行过程中运行罐道对其产生三种不同形式的力：
一是提升容器自振对罐道产生的冲击力；
二是罐道安装误差造成的不直度对容器产生的冲击力；
三是罐耳对罐道的相对运行产生的磨擦阻力。
为保证提升容器在井筒中正常运行，提升容器要附设一定的导向装置。
常见的导向装置有滚轮罐耳、刚性罐耳及稳罐用的四角罐耳。
刚性罐耳是提升容器正常运行的最可靠导向装置，它对提升容器提供的是硬约束，在提升容器的运行中刚性罐耳一旦产生作用，就会对容器产生不利影响。
滚轮罐耳装置对提升容器提供的是软约束，它能有效地吸收罐道对容器的冲击能量，避免罐道对容器直接冲击，提高提升容器的使用寿命；
而在提升容器运行中，只要滚轮罐耳发生作用，就会对提升系统增加摩擦阻力。
因此，一套良好的导向装置既要对提升容器提供可靠的导向作用，又要使自身具有可靠和良好的工作性能。
滚轮罐耳是矿山竖井刚性罐道（型钢组合罐道或木罐道）提升容器上使用的一种导向装置，与滑动罐耳配合使用，以保证提升容器在井筒中沿罐道上下稳定地运行。
在提升容器运行中，罐耳不仅仅起导向作用，还要承受容器运行中所受到的由于井筒偏斜，罐道不直，接头处有台阶以及钢丝绳振动等原因引起的横向冲击和振动。
因此，罐耳也是直接影响提升容器运行安全与提升效率的安全装置。
提升容器上必须配置适合该容器及井筒罐道条件的罐耳装置，尤其是深井用高速大容量提升容器，否则，罐耳将不能很好地发挥其应起的作用，达不到预期目的。
1.1主要类型
提升容器上一般安装4组滚轮罐耳，每组由两个侧轮（副导轮）及一个或两个正轮（主导轮）组成。
容器运行时，滚轮与罐道配合，通过滚轮胶质外胎及缓冲元件吸振、减振.以保证容器平稳运行。
随着矿山机械设备设计制造技术的发展，新材料以及先进设计方法、手段的应用，滚轮罐耳也经历了几十年的发展.同时为了适应不同时期、不同容器及井筒罐道条件的要求，也出现了很多种结构型式:
按滚轮轴的布置方式分，有悬臂式和两端对称支撑式;
按正轮数量分，有单轮式和双轮式;
按滚轮外胎材质分，有普通橡胶滚轮式和聚氨醋橡胶滚轮式;
按是否带有调节装置分，有可调节式和不可调节式;
按是否带有缓冲元件分，有有缓冲元件式和无缓冲元件式;
按缓冲元件分，有弹簧式、液压式以及液一。
气组合式;
按缓冲弹簧种类分，有金属螺旋弹簧式、普通橡胶弹簧式、碟形金属弹簧式及聚氨酪橡胶弹簧式等等。
不同类型的滚轮罐耳，其具体结构不相同，性能参数不相同，适用的容器运行条件也不相同
1.2典型结构及应用
早期使用的罐耳不带缓冲元件，主要由滚轮、支架和底座3部分组成，仅靠橡胶滚轮的弹性来吸收冲击和振动，胶轮材质为普通黑橡胶，由于缓冲性能差，调节困难，已很少使用。
1.3新型滚轮罐耳的研制与应用
早期滚轮罐耳装置在使用中都存在找这样或那样的不足，需要从结构上或材质上或性能上进行改进和完善，尤其是近年来深井高速大容量提升容器的广泛应用，更需要结构合理、材质优良和性能完善的滚轮罐耳装置。
前苏联早在上世纪70年代既着手研制高分子材料用作滚轮罐耳装置的外胎，1981年，波布鲁依斯克橡胶制品工厂为白俄罗斯煤矿制造了第一批高分子材料外胎的滚轮罐耳。
实践证明，聚氨酯橡胶是一种非常优良的高分子材料，适宜做滚轮罐耳的滚轮罐耳的外胎，近年来在国内外新型滚轮罐耳上得到了普遍的应用，并取得了较成熟的使用经验。
1992年山东煤矿泰安厂与沈阳煤矿研究所协作研制新型滚轮罐耳，在B74系列和B86系列罐耳结构基础上，对胶轮材质、缓冲弹簧形式及缓冲机构受力状况等方面进行改进。
滚轮外胎和缓冲弹簧均采用进口材料聚氨酯橡胶压膜而成，具有耐磨性能好，使用寿命长，材料的静、动弹性性能好等特点。
缓冲弹簧采用聚氨酯衬套压缩弹簧，弹簧张力峰值下降，既保护胶轮又增强了容器运行的平稳性，在中等载荷提
1.4发展趋势
目前.我国矿山提升系统与国外的相比还有很大的差距，例如，德国的提升容器都是大型化.而我国则参差不齐，小的几、，大的几十吨，矿井罐道条件更是千差万别。
提升容器上滚轮雄耳的使用现状不容乐观，尤其是普遍使用的2O世纪六七十年代设计或是在2O世纪六七十年代设计的基础上改进的滚轮罐耳.还有各使用单位自行设计、制造的其它结构型式的滚轮罐耳，虽然在一定程度上解决了提升容器运行失稳问题，但由于在结构上、材质上和性能上等方面还存在着一些不足，致使雄耳和罐道磨损较快，使用寿命大大降低容器运行安全性也大大下降。
有的矿，一对提升容器上使用的滚轮魄耳，平均每年需更换近6O个滚轮。
更为严重的是.如东北某矿务局上世纪50年代末投建的两个煤矿，木堆道提升嫩笼上至今尚未配置滚轮雄耳，只用刚性雄耳导向，容器运行严重失稳，其颠簸程度己令人难以承受，提升机不得不降速运行，严重制约了矿井的生产。
虽然这只是个别现象，但研制开发更加适合我国复杂矿井嫩道条件的新型滚轮罐耳已迫在眉睫。
不仅要研制开发适应现代化大型矿井条件的新型滚轮罐耳，更要对老式滚轮罐耳进行改造，也要为老矿井提升容器配里合适的滚轮罐耳。
对老式滚轮罐耳的改造，我们应多借鉴国外的先进经验和技术，采用现代设计方法和手段，如可靠性、有限元、疲劳寿命设计及计算机仿真等进行动态设计。
合理采用新结构，如德国滚轮雄耳的结构;
合理采用新材料，如聚氮醋橡胶等高分子材料;
合理选用缓冲元件及其组合方式，根据不同条件选用橡胶弹簧、复合弹获、碟形弹簧以及与液、气的组合。
第二章设计计算
2.1滚轮罐耳装置设计计算
按滚轮直径不同设计了三种规格，即：
Φ250滚轮装置用于4、6吨箕斗、Φ300滚轮装置用于9、12吨箕斗和Φ350滚轮装置用于16、17吨箕斗。
2.1.1滚轮作用力计算
滚轮罐耳装置在工作中承受罐道传来的横向冲击载荷，根据有关资料介绍其值约为终端载荷的
～
，即：
=
（
+
）kN
式中：
－箕斗自重，kN
－箕斗载重，kN
对于17吨箕斗采用Φ350滚轮罐耳装置，查前面表可知：
（根据JDG－17/90×
6箕斗选取）
=169kN
=170kN
=（
）（169+170）=33.9～28.3kN
设计计算取
＝34kN；
2.1.2滚轮轴强度计算
（1）轴的材料选择和最小直径估算
根据工作条件，初选轴的材料为40Cr，调质处理，按扭矩强度法进行最小直径估算，即
c值由书本《机械设计》表10.2可查得，取C=98，有上面的公式的
mm,本文取为d4=60mm
由于L3处安装圆锥滚子轴承，故应取标准值，取标准值d3=65mm
L2处是装密封元件的轴，此段的轴应比安装滚动轴承的轴要大，可取d2=80mm
L1处的要装一段轴，为了尽量消弱此段轴的的强度，取d1=60mm.
L1的长度是要安装两块板。
长度应比两块板的长度要略长L1=24mm
L2取要安装密封元件，取其长度为L2=65mm
L3处要安装两个轴承，长度要满足两个轴承的长度，而且要使轴承的内圈定为也要考虑了其一定的长度，取L3=105mm。
L4处要安装两个螺母和一个弹性元件，取其长度为L4=40mm
轴的强度校核
滚轮轴工作中可视为受集中载荷P作用的悬臂梁剪力图和弯矩图如图3
（a）剪力图（b）弯矩图
图3
弯矩
=PL=34
0.08=2.72kN·
m
弯曲应力
×
=99MPa
式中
－抗弯截面系数，圆柱的抗弯截面系数
；
滚轮轴材料45号钢，
=60
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