1、 I 摘 要 近几十年来，为了提高劳动生产率和各项经济技术指标，在世界范围内进行着对矿井的根本性技术改造，这种改造的趋向是向着更集中，更大型发展。 矿井提升设备的任务是沿井筒提升煤炭、矸石、下放材料，升降人员和设备，所以矿井提升设备是联系井下与地面的重要生产设备，是矿山运输的咽喉，它在整个综合机械化生产中占有重要地位。故要求具有很高的安全性 ,其成本和耗电量也比较高。因此本次在矿井提升机选型设计中 ,主要是根据所给参数确定矿井提升设备，包括选择提升容器、钢丝绳、提升机、卷筒及校核提升能力 ,并经过多方面的技术经济比 较 ,结合矿井的具体条件 ,做到设计切合实际。保证提升机的选型及其运转两个方面
2、都是合理的 ,最终确定具有经济安全合适的提升系统。 设计者要综合运用机械设计等知识，通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关资料，完成预期设计任务，并使机械设计的基本技能得到训练。 关键词： 提升机 提升容器 滚筒 钢丝绳 选型设计 II Abstract Be rate of production and various economic technique index signs for the sake of the exaltation labor in the last several decades, carry on a reformation to the ba
3、sic sex technique of the mineral well within the scope of world, what this kind of reforms incline to is a facing more concentrated, larger type development. The mineral well promotes the mission of equipments to be to follow a well tube to promote coal, Gan stone and descend to put material, ascend
4、 and descend personnel and equipments, sothe mineral well promotes an equipments is contact the bottom of the well and ground of important produce equipments, is a mineral mountain the throat of conveyance, it occupies an important position in wholely comprehensively the mechanization the production
5、. it requires high security, costs and power consumption is relatively high. So this in the mine hoist type design, the main according to the parameters of mine to upgrade equipment, including the option of upgrading containers, rope, hoist, and checking drum capacity and the result of technical and
6、 economic comparison with the specific conditions of mine, so design realistic. Hoist guarantee the selection and operation of two aspects are reasonable, and ultimately determine a suitable economic security system upgrade. Designers to design the integrated use of mechanical knowledge, through the
7、 design calculations, drawing and the use of technical standards, specifications, design manuals and other information, is expected to complete the design tasks, and mechanical design of the basic skills of training. Keywords: Promotesmachine Promote container Drum Steel wire rope Choose a design Dr
8、-ag i 目 录 1 绪论 . 1 2 提升机的主要结构 . 5 2.1 单绳缠绕式提升机的主要结构与工作原理 . 5 2.1.1 主轴装置 . 5 2.1.2 盘形制动器装置 . 7 2.1.3 减速器 . 7 2.1.4 联轴器 . 8 3 单绳缠绕式提升机的设计计算 . 9 3.1 设计依据 . 9 3.2 设计过程 . 10 3.2.1 箕斗的选定 . 10 3.2.2 提升钢丝绳的选择 . 13 3.2.3 提升机卷筒的选择 . 16 3.2.4 天轮的选择 . 17 3.2.5 提升机与井筒的相对位置 . 18 3.2.6 预选提升电动机 . 22 3.2.7 计算传动装置的总传
9、动比并分配传动比 . 23 3.2.8 主轴输入功率及轴径的确定 . 23 3.2.9 根据轴径确定主轴部分的安装轴承 . 24 3.2.10 减速器的设计 . 25 3.2.11 联轴器的选型 . 30 3.2.12 提升机各部分键的选择 . 31 3.2.13 制动器的选型 . 32 4 提升设备的运动学及动力学计算 . 34 4.1 提升系统变位质量的计算 . 34 4.2 提升加速度的确定 . 35 ii 4.3 提升减速度的确定 . 37 4.4 六阶段速度图参数的计算 . 38 4.5 提升设备的动力学计算 . 40 4.6 提升电动机容量的计算 . 43 4.7 提升设备的电耗及
10、效率的 计算 . 45 5 产品空转运行 . 47 6 结束语 . 49 参考文献 . 50 致 谢 . 51 1 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
11、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： （
12、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 : 2 （ 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
13、）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
14、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。 1.1 提升机的概述 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
15、向转动时，钢丝绳在卷筒上缠绕或放出，以带动提升容器。 3 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。 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
16、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。
17、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4 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
18、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。 5 2 提升机的主要结构 2.1 单绳缠绕式提升机的主要结构与工作原理 2.1.1 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 (
19、包括游动滚筒、固定滚筒 )、固筒支轮 (法兰 )、轴承、轴承座及锁紧器、轮毂、塑木衬(或车绳槽 )组成。双卷筒 /可分离单卷筒提升机还包括调绳离合器。 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
20、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。 主轴 : 当前我国提升机主轴有两种不同的结构。一种采用光轴，固定卷筒的左右支轮热装在主轴上；另一种 主轴有两个锻造出的法兰盘，固定卷筒的两幅板用高强度螺栓分别与两法兰连接。 主轴的作用是固定卷筒和传递转矩，是提升机的主要受力件和关键件，工作过程中要承受较大的弯矩与扭矩，因此要具有相当的刚度与强度，常采用优质碳素结构钢锻造后制成，其极限强度 4.2 5.6Mpa。主轴与铸钢轮毂及轴承都采用过盈配合热压连接，而与减速器采用刚性联轴器连接。 卷筒 : 6 通常采用全钢板焊接结构，根据型号不同，分别有以下几种不
21、同的结构形式。 对开装配式木 (塑 )衬卷筒 :这种结构主要是考虑方便运输和安装，其每个卷筒采用了剖分装配式结构。 为减少钢丝绳的磨损、防止提升过程中钢绳在卷筒上打滑，在筒壳外边一般均设塑 (木 )衬，塑衬厚度不小于 2 倍钢绳直径，宽度通常在 100mm，若选木衬要采用硬质木材。单绳缠绕时，塑木衬上面还车有绳槽，以使钢绳规则排列，并减少钢绳磨损。 塑 (木 )衬上的绳槽根据所用钢丝绳直径大小由制造厂加工。塑 (木 )衬应根据实际磨损情况定期予以更换。 对开装配式带绳槽卷筒 :与对开装配卷筒不同，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
22、由二层向三层过渡区增设了 “层间过游渡块 ”。 卷 筒上钢丝绳方向和出绳口位置的确定：对于双筒提升机，一般采用固定卷筒的钢丝绳在卷筒上侧出绳；游动滚筒的钢丝绳在卷筒的下侧出绳。根据提升高度确定钢丝绳的缠绕层数在 1.25 2.25 时，为避免提升过程中两卷筒的钢丝绳过分集中在主轴的中部，使主轴受力状态恶化，应使用左侧（即靠近游动卷筒一侧）的出绳孔，其余情况使用右侧出绳孔游动卷筒一般使用左侧出绳孔。 固定卷筒的右轮毂用切向键固定在主轴上，左轮毂滑装在主轴上，其上装有润滑油杯。 游动滚筒的右轮毂经轴套滑装在主轴上，也装有润滑油杯，保证润滑。轴套作用是保护主轴和轮毂避 免在调绳时轴和轮毂相互磨损。左轮毂用切向键固定在轴上并经调绳离合器与卷筒连接。卷筒为焊接结构，两侧轮辐(支轮 )由钢板制成。开有若干入孔。这种筒壳支撑结构可以在一定范围内降低筒壳局部应力。筒壳和支轮的材料现在多用 16Mn 钢板，提高了强度。 轴承、轴承座 :
