1、南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第 1 页 共 95 页1 绪论1.1 本课题研究背景随着社会经济的不断发展，社会生产技术的不断提高，自动化生产的不断普及，对于机械工作运转效率也有了更高的要求。这其中就包括广泛用于建筑、水利、电力、道路、矿山、港口和国防等工程领域的提升机构。提升机构，顾名思义即利用外界动力，将重物提升至一定高度的机构。其在一些常用机械中也起着举足轻重的作用，其作用是不能被取代的。本设计研究的课题是-轮轨式移动提升机传动系统设计及车架部件设计。提升设备除了要对其精心设计制造，提高安装质量以及合理的使用和维护设备外，确保其可靠安全的运行，预防、杜绝事故的发生也有着极其重要的意
2、义。而轮轨式移动提升机有着运动阻力小，快捷，方便高效的移动能力，能够大大的节约时间；通过设计过程中的可靠性计算，能够保证其运转的正常，从而确保工作过程的顺利进行；且本课题设计的轮轨式提升机能在包括室内、室外等不同环境作业，得到广泛的应用。本课题轮轨式移动提升机传动系统设计及车架部件设计是一门实践性与综合性较强的设计，需综合运用到各门学科知识。本次设计将使我们在理论方面和实践方面得到综合提高。锻炼我们独立思考、发现问题、解决问题、提出创新的能力。而且，提升机构，在其广泛地运用背景之下，对它的研究与改进也刻不容缓，这也正是本课题的依据及意义所在。矿井提升机的工作特点是在一定的距离内，以一定的速度往
3、复运行。为保证提升工作高效率和安全可靠，提升机应具有良好的控制设备和完善的保护装置。提升机在工作中一旦发生机械或电气故障，就会严重地影响到正常的生产，甚至造成人身伤亡。所以熟悉提升机的性能、结构和动作原理，提高安装质量，合理使用设备加强设备维护，对于确保提升工作高南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第 2 页 共 95 页效率和安全可靠，防止和杜绝故障及事故的发生，具有重大意义。1.2 提升设备工作原理我国把缠绕直径在 2m 以上的提升设备称之为提升机械；缠绕直径在 2m 以下（不包括 2m）的称为绞车（尽管这两者的结构基本相同） 。有的国家（例如德国） ，把最大提升速度大于 4m/s 的提升
4、设备称之为提升机械；小于 4m/s 的称为绞车；这些说法，都从一个侧面或一定程度上说明了提升机械的功能和特征。提升机按工作原理的不同,可分为两大类,如下图所示。 提 升 机 单 绳 缠 绕 式多 绳 缠 绕 式 单 卷 筒 提 升 机双 卷 筒 提 升 机一般的单绳缠绕式提升机，单绳缠绕式提升机的工作原理如图 1.1。南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第 3 页 共 95 页图 1.1 提升机工作示意图简单地说就是用一根较粗的钢丝绳在卷筒上缠上和缠下来实现容器的提升和下放运动。图 1.1 所示为单绳缠绕式单卷筒提升机，卷简上固定两根钢丝绳，并应使每根钢丝绳在卷简上的缠绕方向相反。这样，当电动
5、机经过减速器带动卷筒旋转时，两根钢丝绳便经过天轮在卷筒上缠上和缠下，从而使提升容器在井筒里上下运动。不难看出，单绳缠绕式提升机的一个根本特点和缺点是钢丝绳在卷筒上不断的缠上和缠下，这就要求卷筒必须具备一定的缠绕表面积，以便能容纳下根据井深或提升高度所确定的钢丝绳悬垂长度。单绳缠绕式提升机的规格性能、应用范围及机械结构等，都是由这一特点来确定的。它的最大提升高度和最大载荷等，受现有钢丝绳的承载能力和卷筒的容绳量的限制。一般而言，当钢丝绳直径大于 60mm，钢丝强度超过 1700MPa 时，制造较困难。同时，也会使提升机械庞大。因此，一般载重量不超过 20t，一层缠绕时的提升高度不超过 600m。
6、移动式提升机是在单绳缠绕式提升机的基础上发展而来的，它是将提升设备安装在一移动平台车架上而改装成。可由其他运输设备拖动，在矿井轨道上移动。移动式提升机又类似于汽车起重机，在工作时可放下支脚，驻锄，及上顶（用于支承矿井顶部）等辅助支承部件，在非工作状态下，可收起支脚，上顶，在其他设备帮助下移动到别处。这样做极大节省了矿井内，尤其是矿井口的有限空间，同时也可用一台提升机工作于多个矿井口。移动式提升机的主要单元可分为：电动机、减速器、制动器、卷筒、钢丝绳、车架等等。南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第 4 页 共 95 页1.3 矿井提升设备的分类及基本组成1.3.1 矿井提升设备的分类1按用途分
7、类（1）主井提升设备：专门用于提升矿石。（2）副井提升设备：专门用于提升矸石、升降人员、运送材料和设备等。2按提长机类型分类（1）缠绕式提升设备：单绳式和多绳式。（2）摩擦式提升设备：单绳式和多绳式。3按井筒斜角分类（1）竖井提升设备。（2）斜井提升设备。4按提升容器分类（1）罐笼提升设备。（2）箕斗提升设备。（3）矿车组提升设备（只用于斜井提升） 。（4）吊桶提升设备（只用于竖井提升） 。5按拖动装置分类（1）交流感应电动机拖动提升设备。（2）直流电动机拖动提升设备。南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第 5 页 共 95 页6按提升系统的平衡分类（1）不平衡提升设备。（2）提升平衡设备。本
8、课题所设计的移动式提升机的工作原理同于一般的单绳缠绕式提升机。1.3.2 矿井提升设备的组成矿井提升设备主要由提升容器、提升钢丝绳、提升机、井架和天轮以及装卸载附属装置组成。1.1 提升机的组成工作机构主轴装置减速器传动系统 联轴器机 制动器主制动器和辅助制动器械 制动系统 提 部 制动器控制装置液压站和气压站分 测速发电机装置升 保护系统护板、护栅、护罩 机 主电机 南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第 6 页 共 95 页电气 电气控制装置部分 电气保护系统 1.4 提升机发展概况从提升机的结构和品种方面的发展来看，首先出现的是单绳缠绕式圆柱形单筒提升机。1876 年德国人戈培利用摩擦原
9、理，制造出单绳摩擦式提升机。这种提升机利用一根提升钢丝绳，绳的两端分别各联一个提升容器，而提升钢丝绳则挂在摩擦轮上，摩擦轮传动时，轮上的提升钢丝绳因摩擦力而随轮一起转动，使绳上的两个提升容器一个上升，一个下降。由于摩擦轮提升钢丝绳不缠绕在轮上，提升高度与摩擦轮尺寸无直接关系。所以摩擦提升机特别适合用于较深的矿井中。以后，随着矿井生产的发展和技术的进步，缠绕式卷筒提升机和摩擦轮式提升机又各有其不同的发展。缠绕式提升机由单筒发展到双筒，为适应提升距离增加和节省电能的需要，又发展了圆锥形、圆柱形圆锥型、双圆柱圆柱锥形及单筒可分离式卷筒提升机等不同结构形式。1938 年又出现了多绳摩擦式矿井提升机，这
10、不仅扩大了摩擦提升机的应用范围，而且使提升机的结构尺寸和提升能力大幅度提高，从而为采用大提升量容器创造了条件，并提高了安全可靠性。但这种提升机真正在世界各国推广使用还是在 60 年代后。目前多绳摩擦轮式提升机的绳数已达到 14 根，最大一次提升量达到 65 吨，最大直径一般达到 9 米，绳速达 35m/s。随着世界采矿业的发展，开采深度不断提高。在南非的金矿开采中，一次南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第 7 页 共 95 页提升高度已达 2600m，这对于一般单绳缠绕式提升机来说是不能胜任的。即使采用多绳摩擦式提升 机，也出现过不少尾绳事故。后来又出现了适合超深井的双绳缠绕的布雷尔式提升机
11、。20 世纪 70 年代后，矿井提升机的类型和结构形式等都在日新月异地向前发展，目前，国外的提升机正向体积小、重量轻和自动化的方向发展，以适应深井和大产量的需要。2 传动方案设计本课题设计题目：轮轨式移动提升机传动系统设计及车架部件设计初始设计参数： 提升重量： G=4000KG提升高度： H=120m提升速度： VQ=8m/min工作类型： 中级轨 距： L=600mm设计要求：1、进行轮轨式移动提升机的整体设计，包括主要参数尺寸的确定，传动系统的选型及设计、计算。2、对车架部件进行设计。3、对一些零部件进行设计、验算。滑轮组提升设计：本课题采用定滑轮传动，具有结构简单，拆装方便，制造成南华
12、大学机械工程学院毕业设计（论文）第 8 页 共 95 页本低等优点,如下图所示图 2.1 滑轮组布局图其中提升机主体部分，经过分析，最终确定减速器部分第一级采用 2K-H 行星传动，第二级采用 K-H-V 传动。即减速器部分设计方案如下图所示：南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第 9 页 共 95 页图 2.2 减速器设计传动示意图其中 为行星轮，销轴固定，通过偏心结构即 H 结构带动行星轮做小半径1的公转，以此跟与卷筒固定的内齿轮 啮合，并带动卷筒转动。2南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第 10 页 共 95 页3 工作装置的设计计算3.1 钢丝绳3.1.1 钢丝绳的材料及制造 钢丝绳
13、是起重机械中使用最为广泛的传动挠性件。其优点是：卷绕性好、承载能力大、自重轻、运行时平稳无噪音，适于高速传动；弹性好、强度高、过载能力强，工作时一般不会发生突然断裂，比较可靠。因而，获得广泛应用。钢丝绳是由许多直径为 0.52mm 高强钢丝绕编而成。钢丝的材料通常采用优质碳素钢，其含碳量约为 0.15%0.18%，含硫磷量不大于 0.03%，拉伸强度极限通常为 14002000N/ ,特殊情况下可达 2400N/ 。起重机中使用2 216001800N/ 的较适宜。钢丝的品质根据内弯次数的多少分为特级、 级2及级。起重机采用级，特级用于载客电梯，级用于系物等次要用途。根据不同的使用目的，其结构和绕编方式各不相同，起重机采用双重绕钢丝绳。3.1.2 钢丝绳的种类 钢丝绳根据不同的结构和编绕方式而有不同种类。1.钢丝绳的捻绕次数（1）单绕绳 图 3-1 所示，单绕绳是由若干层钢丝绳依次围绕一根钢芯绕制而成。这种钢丝绳的构造最简单，其特点是刚性大，挠曲性差，不宜用作起重绳，可用作起重机的桅索、拉索和架空索道的承载索等。
