JK3提升机E系列主轴装置设计单绳缠绕式提升机毕业设计.docx
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JK3提升机E系列主轴装置设计单绳缠绕式提升机毕业设计
JK3提升机E系列主轴装置设计单绳缠绕式提升机毕业设计
目 录
第1章课题设计简介
§1.1设计课题
我所设计的课题题目是：
JK—3提升机（E系列）主轴装置设计。
JK—3提升机（E系列）主轴装置设计的主要技术指标：
1.卷筒直径；
2.最大提升速度不大于；
3.矿井深度设定为450。
§1.2设计步骤
第一步：
根据类似主轴结构选定主轴并进行优化设计；
第二步：
依据所设计的主轴选用通用部件；
第三步：
对主轴及通用部件进行校核计算；
第四步：
确定主轴装置的安装、使用和维护的方法。
§1.3设计思路
在总的设计过程当中，我尽量选用通用部件，同时尽量采用成熟的结构和标准部件以及提升机通用部件，提高标准化、系列化、通用化的程度。
积极、慎重地采用和推广新结构、新材料、新工艺，做到技术先进，结构、工艺经济合理。
在结构上尽可能考虑最大限度地缩短安装调试时间，做到以最少的代价带来最大的经济效益。
在具体的设计过程中，我则以可靠性、安全性、经济性、方便性为原则，以认真、求实、虚心求教、改革创新为信念，完成每一项任务。
第2章JK—3提升机（Ｅ系列）主轴装置的原始资料
§2.1本产品的型号、名称
本产品执行中华人民共和国机械工业部标准及JB2646—79《单绳缠绕式矿井提升机型式基本参数与尺寸》，其型号表示方法符合中华人民共和国机械工业部JB1604—75《矿山机械产品型号编制方法》的规定。
型号示例：
2JK－2.5/11.5E矿井提升机
双筒*____||||||__E系列
卷扬机类________||||_______减速器速比11.5
矿井提升机组__________||___________卷筒直径φ2.5米
注：
*单筒无此代号
§2.2本产品的性能指标和设计参数
卷筒直径D=3m
最大提升速度
矿井深度H=450m
容器自重Qr=4000kg
载重量Q=6000kg
第3章JK—3提升机（E系列）的选择和设计
§3.1JK—3矿井提升机的工作原理和主要结构
矿井提升机由动力系统，传动系统、工作系统、制动系统、控制指示系统等及其它附属部分组成。
它以电动机为动力源，通过减速器，传递给主轴装置，使缠绕在卷筒上的钢丝绳收放，实现提升容器在井筒中升降的目的，通过制动器，操纵台等一系列电气、液压和机械的控制、保护、指示系统，确保设备安全运行。
本产品主要用于矿山地面竖井和斜井、作升降物料、人员及设备之用，也可用于井下运输和凿井吊桶提升，由于本产品电气设备为非防爆型，故不适用于有瓦斯、煤尘等易燃、易爆等介质的场合。
§3.1.1主轴
主轴承受各种正常载荷（包括固定载荷和工作载荷）及各种紧急事故情况下所造成的非常载荷。
它同时承受扭矩和弯矩，因此应具有足够的强度和刚度。
主轴有两种不同的结构：
一种是光轴，另一种是带有两个法兰的轴。
本设计采用光轴结构。
§3.1.2卷筒
卷筒用来缠绕提升钢丝绳，应满足所需容绳量的要求，它承受尚未缠到卷筒上的钢丝绳弦拉力使卷筒产生的扭转和弯曲及已缠到卷筒上的钢丝绳对筒壳产生的径向压缩，因此应具有足够的强度。
卷筒有以下几种不同的结构形式：
单筒提升机：
对开装配式木衬卷筒，对开装配式绳槽卷筒，整体式木衬卷筒三种。
对开装配式木衬卷筒：
为便于运输和安装，每个卷筒采用了剖分装配式结构，为使钢丝绳排列整齐，减少钢丝绳的磨损，用户使用时应在卷筒外侧装设木衬，并在木衬上加工出绳槽。
绳槽尺寸是由用户根据所有钢丝绳直径的大小而设定的。
该木衬要采用英制木材，由用户自备。
在使用过程中，应根据实际磨损情况，定期予以更换。
对开装配式绳槽卷筒：
与对开装配式木衬卷筒不同之处，是由制造厂在筒壳上直接加工出螺旋绳槽，为消除提升过程中的夹绳和减轻咬绳程度，在钢丝绳由一层向二层和由二层向三层过渡的过渡区增设了层间过渡块。
整体式木衬卷筒：
这种卷筒为整体结构，用户使用时应在卷筒外侧装设木衬，用户根据所用钢丝绳直径的大小自行在木衬上加工出绳槽，制动盘由制造厂焊接在卷筒上，并经过精加工。
一般情况下用户不需要再加工，若制动盘偏摆量超过规定值，用户只需在安装后作少量加工，使之达到要求。
由于对开装配式木衬卷筒结构具有易加工，运输方便，用户维护任务轻，可减少钢丝绳磨损，适应于不同绳径等优点，目前是主流的结构形式，所以本设计采用装配式木衬卷筒结构。
卷筒上钢丝绳的出绳方向和出绳口位置的确定：
对于单筒提升机，建议用户将钢丝绳的出绳方向选择在卷筒的上侧，即“上出绳”。
§3.1.3主轴承
主轴承受的载荷通过轴承传递给基础，主轴承采用双列向心球面滚子轴承。
它主要用于承受径向载荷，也能承受少量的双向轴向载荷。
具有调心性能，适用于多支点轴、弯曲刚度小的轴以及难于精确对中的支承。
该轴承结构简单，传动效率高，承载力大，使用中只需定期加注润滑脂即可，减少了用户的维修工作量。
§3.1.4盘形制动器装置
在早期的提升机系列产品中，制动装置一般采用的都是角移式制动器、平移式制动器和综合式制动器。
但是角移式制动器具有围抱角较大，所产生的制动力矩也较小的缺点，而且由于闸瓦表面的压力分布不够均匀，闸瓦上下磨损也不均匀；平移式制动器则因为结构比较复杂，对于用户的维护和检修都十分不便；综合式制动器所能产生的制动力矩也比较小，不能适用于大功率、高速运转系统的紧急制动，容易给用户带来潜在的安全隐患。
结合实际生产和工作的经验，本设计采用盘形制动器装置。
盘形制动器装置是以实现提升机的工作制动和安全制动，其工作原理是液压松闸，弹簧力制动。
它的制动力矩是靠闸瓦沿轴向从两侧压向制动盘产生的，为了使制动盘不产生附加变形，主轴不承受附加轴向力，盘闸都是成对使用。
根据所要求制动力矩的大小，每台提升机可布置多副制动器。
§3.1.5深度指示系统
深度指示系统是提升机的重要组成部分，其功能有如下几点：
1.指示提升容器在井筒中的实际位置。
2.发送减速、过卷等讯号。
3.进行限速保护。
深度指示器系统一般有三种类型，多水平深度指示系统（监控器），牌坊式深度指示器系统，圆盘式深度指示器系统。
为满足提升机在各种工况下的使用要求，本设计配备有监控器和牌坊式深度指示器以及光电测速传感器系统。
一般对于多水平提升的矿井，应优先采用监控器系统，对于单水平提升的矿井，用户可任选一种或多种组合使用，本设计推荐使用光电测速传感器系统。
§3.1.6减速器
齿轮减速器是矿井提升机机械系统中一个很重要的组成部分，它的作用主要是用来传递回转运动和动力。
包括用电动机输出的转速经减速器降至提升卷筒所需的工作转速；把电动机输出的力和扭矩经减速器增至提升卷筒所需的力和工作扭矩。
在矿井提升机上，减速器的常见结构形式有：
渐开线行星齿轮减速器、平行轴圆弧齿轮减速器、平行轴渐开线圆柱齿轮减速器、双输入轴渐开线（圆弧）齿轮减速器、同轴式弹簧基础减速器。
由于行星齿轮减速器具有体积小、重量轻、承载能力大、传动效率高和工作平稳等一系列优点，因此本设计采用行星齿轮减速器。
§3.1.7联轴器
提升机采用的联轴器有两种结构：
减速器低速轴与主轴装置的联接采用齿轮联轴器。
此种联轴器传递扭矩大，并能补偿安装时两轴的微量偏斜和不同心。
减速器高速轴与主电机的联接采用弹性棒销联轴器，此种联轴器由于采用弹性元件和整体外套结构，因此不仅能减少机器启动和停车前的惯性冲击，并能确保两轴联接的安全可靠。
§3.2主轴装置的设计依据
§3.2.1钢丝绳
由以上参数决定选用三角股钢芯钢丝绳，结构型号为：
6V×37S+IWR。
技术性能见表3—1：
表3—1钢丝绳性能参数
钢丝绳公称直径
钢丝绳近似重量
钢丝绳公称抗拉强度，MPa
1670
钢丝绳最小破断拉力
d
允许偏差
合成纤维芯钢丝绳
钢芯钢丝绳
纤维芯钢丝绳
钢芯钢丝绳
mm
%
kg/100m
kN
36
+7/0
540.00
584.00
818.00
868.00
注：
最小钢丝破拉力总和=钢丝绳最小破断拉力×1.77（纤维芯）或1.213（钢芯）
最小钢丝破拉力总和=868kN×1.213=1052kN
§3.2.2卷筒宽度B
根据卷筒直径和计算所得的卷筒宽度选择标准提升机，此处选B=2.2m。
§3.2.3钢丝绳最大静张力Fjmax
Qr－容器自重，Kg；本设计选用为4000kg。
Q－载重量，Kg；本设计选用为6000kg。
P－钢丝绳每米重量，Kg/m。
本设计选用为5.84kg/m。
钢丝绳安全系数n的验算：
n=1052/123.8=8.5
本设计满足升降物料的要求。
§3.2.4钢丝绳最大静张力差△F
△F=Fjmax=123.8kN
§3.2.5最大提升速度Vmax
§3.2.6电动机功率PN
选用的电动机型号为：
Z710—320直流电动机。
性能参数如下：
额定电压（660V）转速745r/min
最大转速1200r/min
功率1250kW
效率93.7
§3.3主轴的选择
主轴材料一般采用优质中碳钢，最常用的是45#碳素结构钢，这种材料价格便宜，对应力集中的敏感性小，加工性能好，一般不采用合金钢。
本系列产品的主轴有两种不同的结构，单、双筒3米提升机采用光轴，固定卷筒的左右支轮热装在主轴上，而3.5米双筒提升机的主轴上有两个锻造出的法兰盘，固定卷筒的两个幅板用高强度螺栓分别与两法兰连接。
主轴一般选优质中碳钢45#，其主要机械性能如表3—2：
表3—245钢的主要性能参数
热处理
正火回火
毛坯直径mm
＞100～300
＞300～500
＞500～750
硬度HB
162～217
162～217
156～217
抗拉强度σbMPa
580
560
540
屈服强度σsMPa
290
280
270
弯曲疲劳极限σ-1MPa
235
225
215
扭转疲劳极限τ-1MPa
135
130
125
许用静应力[σ+]MPa
238
224
216
许用疲劳应力[σ-1]MPa
156～180
150～173
143～165
§3.4主轴的设计
根据结构及工艺要求，绘制出结构草图，并初定主轴的尺寸，主轴直径可根据传递扭矩进行初算，也可根据结构估计，通常取d＝（1/8～1/10）D，式中D为卷筒直径，然后进行验算。
图3—1主轴设计草图
图3—1为本设计最终选取的方案草图。
该主轴采用两点支撑，电动机在轴的右端通过连轴器和减速器和轴连接。
轴上设计一个键槽，为以后安装机械式深度指示器装置预留接口。
支轮和轴的连接采用热装方式；减速器和轴的连接则采用两个切向键来连接。
第4章主要通用部件的选型计算
§4.1盘形制动器
估算摩擦半径
所需制动力矩
所需总摩擦力
单个制动器的正压力
选用制动器型号为：
TS231。
性能参数为：
一个制动器所产生的最大压力为63kN。
制动器装置数量为2个。
制动器对数为4对。
§4.2减速器
求所需额定扭矩及最大输出扭矩
额定扭矩
选用的减速器型号为：
ZZL1000A—20.
高速级转速为：
750r/min；低速级转速为：
38r/min。
§4.3齿轮联轴器
长期作用于联轴器上的最大扭矩
联轴器所需的最小允许扭矩
选用的齿轮联轴器型号为：
CL17。
公称转矩560000N·m。
许用转速380r/min。
§4.4弹
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