1500萬噸主井多繩摩擦式提升機選型設(shè)計【含3張CAD圖-獨家】.zip

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我國1958年設(shè)計生產(chǎn)了第一臺2m四繩塔式摩擦式礦井提升機，應(yīng)用在阜新五龍礦。1960年又設(shè)計生產(chǎn)了3m四繩摩擦式礦井提升機，在寧夏石嘴山二礦使用。從此我國也開始應(yīng)用塔式多繩摩擦式礦井提升機。 通過本次的畢業(yè)設(shè)計，進一步熟悉多繩摩擦式礦井提升機各部分的工作原理，完成礦井多繩摩擦式提升機總體機構(gòu)之中的各個部件的設(shè)計和校核計算，使之能夠在合適的礦井下進行運作，而且使提升機的生產(chǎn)效率大大的提高，保證礦井工作的順利進行。 1 多繩摩擦式礦井提升機 1.1 多繩摩擦式礦井提升機的種類及其結(jié)構(gòu)分析 多繩摩擦式礦井提升機的控制方式有手動、半自動和全自動等幾種。一般將布置在井筒頂部塔架上的這種提升機稱為塔式多繩摩擦式礦井提升機，塔架高出地面幾十米，在地震區(qū)和地表土層特厚的礦區(qū)建造井塔耗資較大，但塔式的優(yōu)點有： 1）緊湊省地； 2）不需天輪； 3）全部載荷垂直向下，井架穩(wěn)定性良好； 4）可獲得較大圍包角； 5）鋼絲繩不致因無保護地裸露在雨雪之中而影響摩擦系數(shù)及使用壽命。 其缺點是：設(shè)備費用比落地式高，因為提升塔比普通井架更為龐大復雜，需要更多的鋼 材。塔式多繩摩擦式礦井提升機又可分為無導向輪系統(tǒng)和有導向輪系統(tǒng)兩種，前者簡單，后者的優(yōu)點是可使提升容器在井筒中的中心距不受摩擦輪直徑的限制，可以減少井筒的斷面，同時可以加大鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角，其缺點是使鋼絲繩產(chǎn)生了反向彎曲，直接影響鋼絲繩的使用壽命。因此設(shè)計時應(yīng)盡量不采用導向輪系統(tǒng)。提升機布置在地面的稱為落地摩擦式礦井提升機，這種提升機的提升繩通過井架天輪引入井筒，與容器相連。因落地式可以同時安裝提升井架和提升機，井架高度也低，故這種型式的多繩摩擦式提升機在我國受到重視。 多繩摩擦式礦井提升機主要由電動機、減速器、摩擦輪、制動系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)組成，采用交流或直流電機驅(qū)動。采用低速電動機時可不用減速器，電動機直接與卷筒主軸相連，或?qū)㈦妱訖C轉(zhuǎn)子裝在卷筒主軸的末端。傳動功率大時，可采用2臺或4臺電動機同時驅(qū)動。一臺提升機的總功率已達到11600千瓦。制動系統(tǒng)是保證提升機安全運行的重要裝置。遇緊急情況時，制動系統(tǒng)應(yīng)通過可調(diào)節(jié)制動力矩的液壓系統(tǒng)產(chǎn)生兩級安全制動，以保證提升機及時停車又不產(chǎn)生制動過猛現(xiàn)象。交流電動機驅(qū)動的提升機，其制動系統(tǒng)還要具有靈敏的制動力矩可調(diào)性能，以準確控制提升機在臨近停車點時的運行速度。 1.2 多繩摩擦式礦井提升機的優(yōu)點及其局限性 在國內(nèi)外，多繩摩擦式提升機得到飛躍發(fā)展，同單繩纏繞式提升機相比，它具備以下優(yōu)點： 1）由于鋼絲繩不是纏繞在卷筒上，所以提升高度不受卷筒容繩量的限制，更適用于深井提升，這是多繩提升機較突出的優(yōu)點。例如瑞典某礦井使用50t箕斗的8繩提升機，提升高度為1300m主導輪的直徑僅為4m，若用單繩纏繞式提升機，則滾筒直徑將達7.2到8m，纏繞寬度將達5到4.5m，鋼絲繩直徑將為80mm，不僅設(shè)備重量大，而且設(shè)備和鋼絲繩直徑過大，制造和安裝使用維修都較困難。 2）由于提升容器是由數(shù)根鋼絲繩所承擔，提升鋼絲繩直徑就比相同載荷下單繩提升的小，并導致主導輪直徑小，因而在同樣提升載荷下，多繩提升機具有體積小，重量輕，節(jié)省材料，制造容易，安裝和運輸方便等特點。 3）由于多繩摩擦式提升機運動質(zhì)量小，拖動電動機的容量與耗電量都相應(yīng)減少。 4）由于多根鋼絲繩提升，幾根鋼絲繩被同時拉斷的可能性極小，因此提高了提升設(shè)備的安全性，可不設(shè)斷繩保險器（防墜器），這就給使用鋼絲繩罐道礦井提供了有利條件。 5）在卡罐和過卷的情況下，有打滑的可能性，可避免斷繩事故發(fā)生。 6）由于多繩提升機的提升鋼絲繩一般都是偶數(shù)，因而可以用相同數(shù)量的左捻和右捻鋼絲繩，這樣，提升鋼絲繩在運行中產(chǎn)生的阻力就可以相互抵消，從而減輕了提升容器因鋼絲繩扭力而產(chǎn)生對罐道的側(cè)向壓力，既降低了運行中的摩擦阻力，又可以減輕罐耳和罐道的單向摩擦，從而延長了罐耳和罐道的使用壽命。 7）由于主導輪寬度較小，軸的跨度也小，改善了主軸的負載性能。 8）主導輪上不纏繩，提升鋼絲繩沒有在纏繩時沿軸中心方向上的擠壓力（單繩纏繞式礦井提升機上會受這種力的影響，通常稱之為“咬繩”），而且，由于鋼絲繩承受的動應(yīng)力和靜應(yīng)力都低，因而有利于鋼絲繩使用壽命的提高。 但多繩摩擦式礦井提升機也有它的局限性： 1）數(shù)根鋼絲繩的懸掛、更換時工作量大，維護檢修、調(diào)整工作較復雜。 2）當有一根鋼絲繩損壞而需要更換時，為了保持各鋼絲繩具有相同的工作條件，則需要更換所有的鋼絲繩。 3）因不能調(diào)解繩長，故雙鉤提升不能用于幾個中段提升，也不適用于鑿井提升。 4）當?shù)V井很深時（例如超過1200到1500m），鋼絲繩故障較多，故不適用于特別深的礦井提升。 5）由于使用數(shù)根直徑較細的鋼絲繩提升，鋼絲繩的外露總面積增加了，在井筒中受礦井腐蝕氣體侵蝕的面積就相應(yīng)增加，加之由于鋼絲繩直徑較細，鋼絲繩的繩股中鋼絲直徑也較細，耐磨性也明顯降低，諸因素對鋼絲繩的使用壽命產(chǎn)生了不利的影響。尤其是對于某些礦井的淋水呈酸性，腐蝕性則是影響鋼絲繩使用壽命的重要原因之一。 綜上所述，多繩摩擦式礦井提升機的優(yōu)越性是顯著的，特別是對提升量大的深井，單繩纏繞式提升機是無法比擬的。通過對多繩摩擦式礦井提升機的缺點進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，這些缺點是可以克服和減輕的。例如，對于井筒中涌水較大的礦井，除了采取堵水的措施，以減輕對鋼絲繩的銹蝕外，還可以采用鍍鋅鋼絲繩，以提高抗腐蝕性能。另外在運行中還可以定期對鋼絲繩涂以防腐防滑的戈培油，以改善鋼絲繩的工作條件，總之，多繩摩擦式礦井提升機已成為現(xiàn)代提升的發(fā)展方向之一。 1.3 多繩摩擦式礦井提升機在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 多繩摩擦式礦井提升機隨著科學技術(shù)的發(fā)展，其增長速度很快，使用范圍也日益增多，不僅立井使用，國外在斜井或露天斜坡也在使用，例如，聯(lián)邦德國米爾斯露天礦，1954年在斜坡上使用了單箕斗四繩提升機，采用封閉式鋼絲繩，直徑為32mm。又如，奧地利Wodzyki礦井是斜井，1960年以前就使用了雙繩摩擦式礦井提升機，井筒傾角是24度，斜長1138m，串車提升，繩速8m/s，提升6輛煤車和2輛矸石車，有效負荷13.56t，為了防止鋼絲繩在主導輪上產(chǎn)生滑動，在井底尾繩環(huán)處安裝種錘拉緊的導向輪。國內(nèi)是使用的多繩摩擦式提升機也日益增多，1960年第一臺多繩摩擦式提升機投入運行以來，大量的這種提升機在我國安裝運行。 目前，國外多繩摩擦式礦井提升機的發(fā)展方向是：發(fā)展落地式和斜井多繩摩擦式提升機，研究其用于特淺井、盲井的可能性，以擴大起使用范圍；采用新結(jié)構(gòu)，以減小機器的外形尺寸和重量；實現(xiàn)自動化和遙控，以提高工作的可靠性和生產(chǎn)效率，以適應(yīng)深礦井和大生產(chǎn)量的需求多年來；大量采用先進的拖動、控制系統(tǒng)，甚至是全液壓型等。 隨著礦井開采深度不斷加深和采用集中提升方式，多繩摩擦式礦井提升機有較大的發(fā)展前途。并為此探索具有耐磨性好、摩擦系數(shù)高的摩擦襯墊材料。新結(jié)構(gòu)的多繩纏繞式礦井提升機開始在一些國家使用，它對提升高度大的深井開采有重要意義；采用液壓馬達代替電動機的防爆提升機受到重視；氣力提升也正在研究和發(fā)展中。 現(xiàn)在，各國為爭奪用戶市場，開發(fā)了各種形式、規(guī)格的礦井提升機，以適應(yīng)各國礦井的開采深度，達到高效、低能耗、低成倍的目的。礦井提升機的發(fā)展總趨勢可歸結(jié)為：在總體上向大負荷、高速、大型化方向發(fā)展。實用、經(jīng)濟、高效、可靠的提升機產(chǎn)品是使用者和制造者共同的追求。 1.4 多繩摩擦式礦井提升機在我國的應(yīng)用情況 我國多繩摩擦式礦井提升機的系列參數(shù)從1960年開始制訂，目前的品種有塔式和落地式；繩數(shù)上有二繩、四繩、六繩；直徑結(jié)構(gòu)已達5.5m；主傳動形式有電動機通過減速器拖動和低速電動機直聯(lián)兩種。我國1958年設(shè)計生產(chǎn)了第一臺2m四繩塔式摩擦式礦井提升機，應(yīng)用在阜新五龍礦。1960年又設(shè)計生產(chǎn)了3m四繩摩擦式礦井提升機，在寧夏石嘴山二礦使用。從此我國也開始應(yīng)用塔式多繩摩擦式礦井提升機。 由于防震的需要，各礦山用戶紛紛要求有落地式多繩摩擦式礦井提升機供貨，所以在1977年利用河南大峪溝因地面面積限制，原設(shè)計的雙筒單繩提升機無法安裝的情況下，在無任何落地式多繩摩擦提升機參考資料的情況下，完全依靠自己力量，經(jīng)5個月的努力和攻關(guān)，于1977年10月，使我國第一臺2m雙繩落地式礦井提升機在我國大峪溝誕生。隨后在1982年洛陽礦山機械研究所設(shè)計試制的一臺四繩落地式摩擦礦井提升機在廣東紅工礦運行，1983年由上海冶金礦山機械廠設(shè)計生產(chǎn)了3m四繩直流低速的落地式摩擦提升機在我國浙江長廣煤礦應(yīng)用和鑒定。從此，我國的塔式和落地式多繩摩擦礦井提升機被礦山廣泛采用。 1.5 多繩摩擦式礦井提升機提升工作原理 摩擦式提升機其特點是靠摩擦輪與鋼絲繩之間的摩擦力傳動。它又可以分為單繩和多繩兩種。近年來多采用多繩摩擦式提升機。摩擦式礦井提升機適用于鑿井以外的各種豎井提升。提升繩搭掛在摩擦輪上，利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升。提升繩的兩端各連接一個容器，或一端連接容器，另一端連接平衡重。為提高經(jīng)濟效益和安全性，摩擦式礦井提升機采用尾繩平衡提升方式，即配有與提升繩重量相等的尾繩。尾繩兩端分別與兩個容器（或容器和平衡重）的底部連接，形成提升繩-容器-尾繩-容器(或平衡重)-提升繩的封閉環(huán)路。容器處于井筒中的任何位置時，摩擦輪兩側(cè)的提升繩和尾繩的重量之和總是相等的。 2主井提升機選型設(shè)計 下面將在前面研究的基礎(chǔ)上，進一步對多繩摩擦式礦井提升機進行總體方案設(shè)計，對提升機各設(shè)備進行分類，研究各組成部分的功用及原理，并根據(jù)畢業(yè)設(shè)計提供的原始數(shù)據(jù)資料對其進行選型設(shè)計。圖2-1為多繩摩擦式礦井提升機系統(tǒng)圖。 圖2-1 多繩摩擦式礦井提升機系統(tǒng) Fig2-1 Multi-rope friction-mine hoist system 2.1 礦井參數(shù) 主井提升 1）礦井年產(chǎn)量，1500萬t/年； 2）工作制度：即年工作日，日工作小時數(shù)t?！对O(shè)計規(guī)范》規(guī)定: =300天, t=14h ； 3）礦井開采水平數(shù)1,各水平井深為400； 4）卸載水平與井口的高差為25； 5）裝載水平與井下運輸水平的高差為13； 6）原煤密度，0.9t/立方米； 7）提升方式:雙箕斗提升，采用定重裝載。 2.2 多繩摩擦式礦井提升機的主要組成部分 礦井提升機作為一個完整的機械-電氣機組，它的主要組成部分及其功能如下： 1）工作機構(gòu) 主軸裝置和主軸承，作為搭放提升鋼絲繩，以承受各種正常載荷（靜載荷、動載荷）以及非常載荷。 2）制動系統(tǒng) 制動器和液壓傳動系統(tǒng)，用于機器停止時，能可靠地閘住機器。并能在正常制動和緊急制動時，參與控制機器的速度，能使機器迅速停車。 3）機械傳動系統(tǒng) 減速器和聯(lián)軸器，用以減速和傳遞動力。 4）觀測和操縱系統(tǒng) 包括操縱臺、深度指示器及測速發(fā)電機。操縱臺控制主電動機的速度變化和換向及對制動系統(tǒng)進行控制；深度指示器指示提升容器的運行位置，在提升容器接近井口（或井底）時發(fā)出減速信號，當機器過卷或超速時，進行限速和過卷保護。對于多繩摩擦式提升機，能自動調(diào)零；測速發(fā)電機用于測定機器的實行運行速度。 5）自動保護系統(tǒng) 自動保護系統(tǒng)具有：過速、過卷、閘瓦磨損超限、潤滑油超壓或欠壓、制動油超壓或欠壓、軸承溫升超限、制動油溫升超限、電動機過流或欠壓等自動保護的作用。 6）輔助部分 包括司機座椅、機座、機架、護柵、擋板、護罩等輔助用具及材料。對于多繩摩擦式提升還包括導向輪裝置及摩擦襯墊的車槽裝置。 2.2.1 多繩摩擦式提升機的類型選擇 圖2-2 塔式摩擦提升礦井提升機 Fig2-2 Tower friction upgrade mine hoist 在這里我們選用塔式多繩摩擦式礦井提升機（如圖2-2）有導向輪系統(tǒng)，因為它具有以下優(yōu)點：緊湊省地；不需天輪；全部載荷垂直向下；井架穩(wěn)定性好；可獲得較大圍包角；鋼絲繩不致因無保護地裸露在雨雪之中而影響摩擦系數(shù)及使用壽命；可使提升容器在井筒中的中心距不受主導輪直徑的限制；可減小井筒的斷面；可加大鋼絲繩在主導輪上的圍包角。其缺點是：設(shè)備費用高；井架更龐大、復雜，需更多的鋼材；使鋼絲繩產(chǎn)生了反向彎曲，直接影響鋼絲繩的使用壽命。 2.2.2 微拖動裝置 微拖動裝置主要由于用于提升機在爬行階段獲得穩(wěn)定的低速度，在保證提升容器在卸載點停車位置的準確停車，另外還可用來檢查井筒、鋼絲繩、更換鋼絲繩，加工制動盤以及其他需要低速拖動的工作，微拖速度一般為0.3到0.6m/s。其工作原理是當提升減速至爬行速度時，切斷主電動機電源并迅速起動微拖動用電動機，隨即充氣到氣囊離合器，使離合器合上，拖動提升機低速運行。由于微拖動電機工作在它的自然特性上，故爬行速度非常穩(wěn)定，對于使用半自動或全自動的提升機是一種較經(jīng)濟有效的方式。 微拖動裝置主要由電動機、減速器、空氣系統(tǒng)、換向閥、氣囊離合器、測速發(fā)電機裝置等組成，如圖2-4所示。其操縱方式可以手動控制，也可以自動控制。氣囊離合器的開合是由壓縮空氣通過換向閥進行控制的，當換向閥處于斷電狀態(tài)時，氣囊離合器與排氣管相通，當換向閥通電后，壓縮空氣與氣囊離合器相通，帶動提升機一起運轉(zhuǎn)。空氣系統(tǒng)的工作壓力為0.6到0.8。為了保證正常的空氣壓力，在儲氣筒上裝有電接點壓力表，進行超欠壓聯(lián)鎖保護，當氣壓低于0.6空壓機的電動機起動，進行充氣，當氣壓高于0.85時空壓機的電動機停轉(zhuǎn)，充氣完畢。為了防止氣壓超壓過大，儲氣筒頂部另裝有安全閥，一般可調(diào)到氣壓0.9 ，超過該氣壓時空氣由安全閥放出，以保證空氣系統(tǒng)的安全。 圖2-4 微拖動裝置結(jié)構(gòu)示意圖 Fig2-4 Spindle device geometry model 1——電動機；2——減速器；3——進氣裝置；4——換向閥裝置； 5——氣囊離合器；6——測速發(fā)電機裝置 2.2.3 深度指示器選擇 多繩摩擦式提升機由于鋼絲繩與摩擦輪片非固定連接，而且鋼絲繩在提升過程中不可避免地要產(chǎn)生蠕動，尤其在當前使用的摩擦襯墊情況下，還會產(chǎn)生相對滑動，這就使深度指示器的指針與提升容器在井筒中的位置不對應(yīng)，因此多繩摩擦式礦井提升機的深度指示器必須加上補償?shù)恼{(diào)零裝置，這是與纏繞式提升機不同的地方。 我們選用牌坊式深度指示器，圖2-5為多繩摩擦式提升方式深度指示器原理圖，與普通的深度指示器相比，它具有兩個特點，一是有一個精確的指示針，二是具有自動調(diào)零的性能。在正常工作狀態(tài)下調(diào)零電機31并不轉(zhuǎn)動，故與之相連的蝸桿30、蝸輪29與圓錐齒輪10都不轉(zhuǎn)動，此時由主軸傳來的動力，經(jīng)軸1和4使差動輪系的圓錐齒輪7、8、9轉(zhuǎn)動，再使軸11、14和絲杠17轉(zhuǎn)動，粗針18便指示提升容器的位置。精針27是在電磁離合器25接通后才開始轉(zhuǎn)動，精針刻度盤28，每格表示1m的提升高度。通常是在井筒中距提升容器卸載位置以前10m處，安裝一個電磁感應(yīng)繼電器，以控制電磁離合器，這樣就能保證在提升機停車以前獲得較準的指示，如果鋼絲繩由于蠕動或滑動而使容器已達到卸載位置而指針尚未到零位或已經(jīng)超過零位，自整角機22的轉(zhuǎn)角與預(yù)定零位為止，輸出電壓達到一定值時，通過電控系統(tǒng)使調(diào)零電機31轉(zhuǎn)動，直到指針返回預(yù)定零位為止。這時指針的位置與容器位置一致，直整角機的電壓也為零，調(diào)零電機停轉(zhuǎn)，調(diào)零結(jié)束。 圖2-5 牌坊式深度指示器及其調(diào)零機構(gòu) Fig 2-5 Church-style zero-depth indicator and its institutions 1、4、11、14、22、26——軸；2、3、5、6、12、13、20、21、23、24——齒輪； 7、8、9、10、15、16——圓錐齒輪；17——絲杠；18——粗針；19、30——蝸桿； 25——電磁離合器；27——精針；28——刻度盤；29——蝸輪；31——調(diào)零電動機； 32——自整角機 2.2.4 車槽裝置 多繩摩擦式提升機在開始運轉(zhuǎn)前，為了增加提升鋼絲繩與摩擦襯墊之間的接觸面積，必須在襯墊上車出車槽。在提升機的運行期間，由于提升鋼絲繩之間的張力不同，造成了襯墊磨損不均勻，使各繩槽直徑產(chǎn)生誤差，為了保證所有各提升鋼絲繩均勻負擔繩端的負荷，當繩槽直徑誤差到某一定值時，也必須對襯墊繩槽進行車削，為此設(shè)置了專用的車槽裝置如圖2-6所示 車槽裝置安裝在主導輪的下方，每根鋼絲繩的繩槽部都有一個專用的車刀裝置1，它通過支承架固定在車槽架上，車削時要調(diào)整好車刀，使車刀的刀面與主軸中心線平行，轉(zhuǎn)動手輪可進刀和退刀，進刀量的大小，可以從刻度盤上看出，一般是每轉(zhuǎn)一格刻度，進刀量為0.1mm。可以同時車削全部繩槽，也可以單獨車某個或幾個繩槽。 圖2-6 車槽裝置 Fig 2-6 Slot car devices 2.3 多繩摩擦式礦井提升機的附屬設(shè)備 2.3.1 罐道選型 提升容器在井筒中升降運行的導向裝置稱為罐道，按結(jié)構(gòu)型式不同，分為剛性罐道和柔性罐道兩種。剛性罐道按罐道的材料分：有木質(zhì)、鋼軌、組合型及特種鋼罐道四種，通常都是依靠固定在井壁上的罐道梁支撐，也有利用井壁打錨桿直接固定的；柔性罐道通常指使用鋼絲繩作罐道。 在這里我們選鋼絲繩罐道，因為它的結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、建井工期短、節(jié)約鋼材和投資。更換罐道簡單，對生產(chǎn)的影響較?。痪沧鳛橥L時的阻力也比較小。 鋼絲繩罐道是利用鋼絲繩作為提升容器的導向裝置。上端固定在井塔上，下端用重錘拉緊。井筒中不需要設(shè)置罐道梁。鋼絲繩罐道裝置包括：罐道鋼絲繩、固定裝置和拉緊裝置，以及在井口、井底等進出車處附設(shè)的剛性罐道等。 布置鋼絲繩罐道的位置，應(yīng)盡量使鋼絲繩遠離提升容器的回轉(zhuǎn)中心，以增大鋼絲繩的抗扭力矩，減小提升容器在運行中的扭擺；同時要不妨礙井底，井口裝設(shè)剛性罐道和罐梁，并保證罐耳通過時有足夠的間隙；并便于布置和安裝檢修罐道鋼絲繩的固定及拉緊裝置等。 根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗和一些礦井的實測資料表明：多繩提升宜采用四角布置。在這里我們選用四繩四角對稱布置，如圖2-7所示 圖2-7 鋼絲繩罐道布置形式示意圖 Fig 2-7 Wire rope guide layout diagram form 1—罐道繩；2—防撞繩 2.3.2 拉緊方式 目前國內(nèi)生產(chǎn)的拉緊方式有：螺桿拉緊、彈簧拉緊、重錘拉緊及液壓重錘拉緊。 在這里我們選重錘拉緊裝置。因為它能獲得 并保持較大的拉緊力，不需要經(jīng)常的調(diào)繩和檢修；它的缺點是井底因重錘而要加深水窩深度，且井底需要經(jīng)常清理。 2.3.3 固定裝置選擇 在這里我們選用雙楔塊固緊式固定裝置，如圖2-8 所示。因為這種裝置能保證罐道鋼絲繩卡得較為牢靠、可靠，張緊力大，又不會損傷鋼絲繩。而且，在運行中需要串繩或安裝都較為方便。雙楔塊固緊式固定裝置的基本參數(shù)可通過其技術(shù)特征及外形尺寸表得到。 圖2-8 雙楔塊固緊式固定裝置 Fig 2-8 Double-tight wedge-fixtures 1—雙楔塊固緊裝置；2—底座；3—吊環(huán)；4—罐道繩； 5—繩卡；6——楔塊；7—楔套 2.3.4 井架裝置選擇 塔式井架的作用是：承受多繩摩擦式提升機的全部重量；固定伸出井筒的罐道和箕斗；提升機安裝在井架上，從根本上改變了承力結(jié)構(gòu)的工作狀況，水平負荷顯著減少；簡化和減輕了井架的結(jié)構(gòu)，從而可增加井架高度，改善地面工業(yè)廣場的布局，使地面運輸更合理。 它由位于井架上面的提升機房、內(nèi)壁和外壁組成。沿井架高度的方向上用水平梁及板架連接起來。通常內(nèi)壁起架子作用，并具有矩形斷面，起斷面尺寸的大小取決于提升容器的尺寸 在這里我們選用整體鋼筋混凝土塔式井架。 2.3.5 導向輪裝置選擇 兩個提升容器中心距與導向輪直徑不相等時，多繩提升機必須采用導向輪裝置。這樣，還可以增大鋼絲繩的圍包角，提高摩擦輪提升的防滑安全系數(shù)，減小井筒斷面積，降低基建投資費用。但，增加導向輪使井塔增高，并增加提升鋼絲繩的彎曲次數(shù)，降低鋼絲繩的使用壽命。我國生產(chǎn)的多繩摩擦式提升機，直徑在2米以下的都不用導向輪；直徑在2米以上的都要帶導向輪。 導向輪用于塔式多繩摩擦式礦井提升機，按提升機所配鋼絲繩數(shù)和繩距相應(yīng)在軸上裝配數(shù)個導向輪。其中一個為固定輪，其他為游動輪，一消除因各條提升鋼絲繩的速度差對繩槽的滑動摩擦。導向輪安裝在主機摩擦輪裝置的下面，用于需要改變兩鋼絲繩的中心距或利用導向輪來增大加提升鋼絲繩對摩擦輪的圍包角。其結(jié)構(gòu)有兩種：一種是輻條式結(jié)構(gòu)，另一種是焊接式結(jié)構(gòu)。由于焊接式導向輪比輻條式在結(jié)構(gòu)上做了改進，提高了導向輪整體強度，繩槽襯墊選用了耐磨工程塑料，延長了使用壽命，軸瓦選用了優(yōu)質(zhì)黃銅材料。所以，在這里我們選用焊接式導向輪。如圖2-9。 圖2-9 焊接式導向輪示意圖 Fig 2-10 Sketch of welding-oriented round 1——固定輪；2——襯墊；3——游動輪；4——輪軸；5——滾動軸承 3 多繩摩擦式礦井提升機設(shè)備選型 3.1 提升方式確定 由于本礦是一個年產(chǎn)量1500萬噸的礦井，主井為一個水平提升，故視提升任務(wù)情況采用雙箕斗提升，采用定重裝載。有兩套方案 第一套 使用一套1500萬噸提升設(shè)備 第二套 使用兩套750萬噸提升設(shè)備 由于數(shù)據(jù)過大，本人能力有限，找不到合適型號的箕斗，故選用第二套方案，采用兩套750萬提升設(shè)備 3.2 提升容器型號選擇 1）小時提升量： （3-1） ——不均衡系數(shù)。《煤炭安全規(guī)程》規(guī)定：有井底煤倉時為1.10至1.15；無井底煤倉時為1.20； ——提升能力富裕系數(shù)；僅考慮：水平提升 取 2）經(jīng)濟提升速度 提升高度： （3-2） 提升速度： （3-3） 3）根據(jù)經(jīng)濟提升速度，估算一次提升循環(huán)時間 （3-4） ——提升正常加速度，通?！?。罐籠提升一般取0.5至0.7；箕斗提升一般取0.7至0.8。《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：對于人員升降的加、減速度，立井不得超過0.75；斜井提升不得超過0.5； ——容器起動初速度及爬行段延續(xù)的時間；箕斗提升可取10s；罐籠提升可取5至7s； ——提升容器每次提升終了的休止時間；根據(jù)箕斗休止時間表可選定其時間值。 4）根據(jù)礦井年產(chǎn)量及估算出的一次提升循環(huán)時間，求出一次合理經(jīng)濟提升量為： （3-5） 5）根據(jù)條件選礦車為：MG1.1—6A 1t固定車廂式礦車 容積：1.1 名義載貨量：1000 軌距：600 自重：610 6）選擇提升容器型號 為了在不加大提升機及井筒直徑的前提下，取得較好的經(jīng)濟速度，節(jié)省電耗，取得較好的經(jīng)濟性故選用較大容積的提升容器。由于箕斗具有自重小，占井筒面積斷面小，不需增加井筒斷面即可在井下使用大容量礦車，裝卸載自動化，裝卸載快，因此可以提高提升能力的特點，所以選用箕斗提升。 根據(jù)一次合理的經(jīng)濟提升量，查表選箕斗選擇JCY 50/190A型多繩箕斗（注意：箕斗鋼絲繩根數(shù)應(yīng)與主提升鋼絲繩根數(shù)一致），箕斗主要技術(shù)參數(shù)： 箕斗名義載荷 50 噸 箕斗有效容積 52.5 立方米 箕斗最大終端載荷 1590 噸 提升主繩根數(shù) 6 根 箕斗自重 70 噸 箕斗全高 22.15 米 7）按選定的Q為50，所需的提升速度 ①一次所需的提升時間 （3-6） ②所需的提升速度 （3-7） 提升機的最大提升速度應(yīng)符合《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定： 對立井箕斗＝＝12.56(m/s) 符合規(guī)定 3.3 提升鋼絲繩選擇計算 提升鋼絲繩是礦車提升設(shè)備的一個重要部件，也是一個表薄弱的環(huán)節(jié)，它不僅直接關(guān)系到礦井的正常生產(chǎn)和人員的生命安全，而且其規(guī)格尺寸還將決定提升機的規(guī)格。在礦井這個服務(wù)年限里，鋼絲繩是需要經(jīng)常更換的易耗品，所以它又關(guān)系到提升設(shè)備的經(jīng)濟運行問題。因此對于提升機鋼絲繩必須予以足夠的重視。 由于井筒淋水大，因腐蝕嚴重，所以選用鍍鋅鋼絲繩。 1）繩端荷重： 2）鋼絲繩懸垂長度： ——卸載點距主導輪中心的高度，m； ——容器的全高，m； ——過卷高度，m，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，提升速度小于10m/s時，過卷高度不小于速度值，且最低不小于6m，提升速度大于10m/s時，過卷高度不小于10m； ——導向輪軸中心距導向輪層地板的高度，m。在制造廠供給的設(shè)備圖中可以查到； ——導向輪與主導輪軸中心的高差，m，根據(jù)的近似數(shù)值表可以查出； ——尾繩環(huán)的高度，m。 其中 取15 S——兩提升容器之間的中心距，m；對于單容器帶平衡錘的提升系統(tǒng)，則為提升容器與平衡錘的中心距，m； 3）首繩單位長度重量： （3-8） ——鋼絲繩的公稱抗拉強度，kg/mm2；一般以選用=155至157 kg/mm2為宜；對于僅提升物料的主井或只提升物料的輔助提升，可以選用=140 kg/mm2。 m——鋼絲繩的安全系數(shù)，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，摩擦式提升機的安全系數(shù)：升降人員和物料用：.m≥8.2—0.0005Hc；專為升降物料用：m≥7.2—0.0005Hc。 4）尾繩單位長度重量計算 （3-9） 5）所以,考慮礦井的提升深度和經(jīng)濟選型，首繩選用6根，三角股鋼絲繩，結(jié)構(gòu)6VX61S+FC，直徑φ50mm，鋼絲繩最小破斷拉力1545.0 （KN）；尾繩3根，結(jié)構(gòu)35W×7，直徑φ61mm，最小破斷拉力2155.0（KN），罐道繩6根，直徑φ45，實測破斷拉力1745KN。選型符合標準。 3.4 計算滾筒直徑并確定提升機參數(shù) 1）計算主導輪直徑 主導輪直徑D： （3-10） D——主導輪直徑，mm； d——鋼絲繩直徑，mm； δ——鋼絲繩中最粗鋼絲的直徑，mm。 最大靜拉力和拉力差計算 ——最大靜張力，kg； ——輕載側(cè)的靜拉力，kg； ——最大靜拉力差，kg 2）確定提升機主要技術(shù)參數(shù)： 表3-1礦井提升機參數(shù)表 Tab.3-1 Mine Parameter table hoister 主導輪直徑 /m 導向輪直徑 /m 鋼絲繩最大靜張力 /kN 鋼絲繩最大靜張力差 /kN 提升速度 /m*s 速比 變化質(zhì)量電機和導向輪 /t 導向輪變位質(zhì)量 /t 5.0 3.2 1500 440 12.5 7.35 10.5 11.5 9.31 10.98 11.53 3.3 5.0 3.2 1500 440 12.5 7.35 10.5 11.5 13.82/14.91 15.01/17.35 15.49/18.31 3.3 主導輪直徑：＝5.0；主導輪變位質(zhì)量：＝23.3； 最大靜拉力：＝1500kN；最大靜拉力差：＝440kN； 導向輪直徑：＝3.2；導向輪變位質(zhì)量：＝3.3； 3.5 提升系統(tǒng)確定 圖3-3提升系統(tǒng)圖 Fig 3-3 System upgrade plans 1）井塔高度: （如圖3-3） 取43m 3.主導輪與導向輪之間水平中心距（如圖3-2） （3-18） ——導向輪直徑 ——主導輪直徑 ——主導輪直徑 圖3-4 摩擦輪與導向輪相對位置圖 Fig 3-4 Friction with the round-oriented round of the relative location plan 2）圍包角的確定 解得α=190° 3.6提升容器的最小自重 （一）、按靜防滑條件，容器自重為 ——箕斗提升的阻力系數(shù)，取0.075； ——靜防滑安全系數(shù)，靜防滑安全系數(shù)不小于1.75，取1.75。 （二）、按動防滑條件，容器自重為 3.7提升系統(tǒng)總變位質(zhì)量 在提升系統(tǒng)速度圖、力圖計算時，首先應(yīng)該知道提升系統(tǒng)的變位質(zhì)量∑m，才能利用有關(guān)公式進行驗算。提升系統(tǒng)的總變位質(zhì)量可以由計算或?qū)嶋H測定來確定。 1）變位重量 2）變位質(zhì)量 3.8預(yù)選電動機 （一）、依據(jù)所需的提升速度 計算電動機的轉(zhuǎn)數(shù) （二）依據(jù)n ，取n=498r/min計算提升機的最大速度v （三）預(yù)算電動機功率 式中：對箕斗的的提升取ρ=1.2 減速器的效率，以及傳動η=0.92 得到技術(shù)參選擇YKK10006-4 7100KW 10K型電動機一臺，查電動機產(chǎn)品樣本，數(shù)如下： 3.9 提升速度圖 礦井提升機應(yīng)按照設(shè)計合理的速度圖來運行，但是由于生產(chǎn)的發(fā)展，礦井提升系統(tǒng)中的設(shè)備不可避免地有所變換或更新，提升容器的加大、電動機更換、滾筒直徑改變等等)，為了研究提升容器的實際運動規(guī)律，掌握其性能，合理地使用，及早地發(fā)現(xiàn)隱患等多方面來考慮，應(yīng)該經(jīng)常性地實際測定提升速度圖(尤其是在提升系統(tǒng)有較大設(shè)備變化時)，并對速度圖分析驗算，以了解提升機實際提升能力及電動機功率，及時檢驗起動電阻和控制繼電器的合理性。這樣既可延長設(shè)備壽命，提高生產(chǎn)效率，增加經(jīng)濟效益,又可提高安全性。 1）采用六階段速度圖 ①初加速度階段：由圖可以看出，加速度較小，因為此時井口箕斗已完全卸載完畢，而且井底箕斗已裝滿，剛剛開始一個新的提升循環(huán)，井口箕斗尚未在卸載曲軌內(nèi)運行，為了減小井架的沖擊載荷，故限制不得太大，此階段提升速度達到為止。 ②主加速度階段t：此時箕斗已離開卸載曲軌，容器以較大的加速度a運行，直至最大速度。 ③等速階段：此階段中容器以不變的速度在井筒中運行。 ④減速階段：此時重載箕斗已接近井口，空箕斗接近裝載點，應(yīng)減速，減速度為，直至速度降為。 ⑤爬行階段：此時種箕斗進入卸載曲軌，為了減少沖擊，容器以低速爬行。 ⑥停車休止階段θ：此時提升機停止運轉(zhuǎn)，井口箕斗卸載，井底箕斗裝載，可以把停車看成一個階段，實際上因為單純停車時間很短，也可以一并計入休止時間內(nèi)?；沸葜箷r間與箕斗的裝載量有關(guān)。 圖3-5箕斗提升速度圖 Fig 3-5 Skip the speed upgrade plans 2）加速度確定 不論纏繞式或摩擦式提升系統(tǒng)，主加速度和減速度大小受《煤礦安全規(guī)程》之規(guī)定和電動機起動力矩、減速器允許的傳動扭矩及減速方式的限制。摩擦提升機還受防滑條件的限制。 在實際測試中我們發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)場采用的加速度、減速度多數(shù)都比限制值要小，電動機是“大馬拉小車”。只有少部分是處于滿負荷工作狀態(tài)下運行。個別的是處在過負荷狀態(tài)下運行。為了充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備能力，節(jié)約電能，盡可能地提高主加速度，不要在超限制的過負荷狀態(tài)下運行，消除發(fā)生事故的隱患。而對實測主加速度和減速度進行驗算，是十分必要的。 ①初加速度: （3-14） △——提升鋼絲繩與平衡尾繩的總單重之差，即。因為≈2，所以△=0，即該項不計。 按防滑條件 （3-17） ——提升容器在井筒中的運行阻力（簡稱礦井阻力），kg；對于雙箕斗提升，它的計算公式為：。 ②主加速階段： ③主減速時間： 4、爬行階段： 5、制動階段： 6、等速階段： h=H-h-h-h-h =438-2.5-126-96-3 =210.5(m) （五）提升一次循環(huán)所需時間 T=t+t+t+t+t+t =3.3+18.17+14.875+17+6+1.1 =61(s) ——提升容器每次提升終了的休止時間,依照第二章，取10s。 3.10 提升能力 年實際提升能力: 上述選型合理可靠。 3.11 電機等效功率計算 （一）運動力計算（按平衡系數(shù)計算△H=0） 1、提升開始 2、初加速結(jié)束： 3、加速開始 =617721.1-270758(0.6-0.45) =577107.3N 4、加速終了: 5、等速開始 6、等速終了: 7、減速開始 8、減速終了: 9、爬行開始 10、爬行終了: 11、制動減速開始 12、制動終止: （二）等效力計算 1、求 2、等效時間 3、等效力 （三）等效功率 （四）校核電機多負荷系數(shù) 預(yù)選電機符合要求 3.12 電耗計算 （一）提升一次電耗 （2） 一次提升實際電耗 （三）每噸煤耗電量 4提升機的防滑驗算 由于以上計算的提升容器自重，是根據(jù)防滑條件確定的，故不需要再進行防滑驗算，但考慮到《規(guī)定》的要求，結(jié)合具體條件，對防滑驗算的內(nèi)容和方法介紹于下： （一）靜防滑安全系數(shù) （二）動防滑安全系數(shù) 上提重物時，加速段動防滑安全驗算： ——提升容器在井筒中的運行阻力（簡稱礦井阻力），kg；對于雙箕斗提升，它的計算公式為：。 下放重物時，減速段動防滑安全驗算： （三）制動力矩的驗算 總結(jié) 通過這次的設(shè)計，使我對以前學過的知識有了更加深入和更加系統(tǒng)的了解，理清了許多以前模糊掌握不清的知識點。在畢業(yè)設(shè)計的過程中，我按照導師提供的計劃按部就班的進行，收集了很多資料，為畢業(yè)設(shè)計的順利進行打下了良好的基礎(chǔ)。當然，在設(shè)計過程中也不可避免的碰到了許多困惑和挫折，在這里我要感謝我的導師和同學，是他們一直給予我熱心的鼓勵和幫助，尤其感謝我的畢業(yè)設(shè)計教師，張立仁副教授，是他始終對我諄諄教導，解答了我在學習和設(shè)計中的諸多困惑，使我能夠順利的如期完成設(shè)計。 本畢業(yè)設(shè)計，我本著立足實際，結(jié)合書本所學的原則，參考國內(nèi)外現(xiàn)進的技術(shù)進行了細致的分析和驗算，但由于本人能力有限及不可避免的局限性，該設(shè)計可能存在這樣那樣的缺陷，還希望各位導師和同學不吝賜教，我將會在以后的學習和工作中更加努力，謝謝大家！ 參考文獻 工具書 1. 《礦山運輸與提升設(shè)備》 北京：煤炭工業(yè)出版社 2004年版 2 .《礦井提升機械設(shè)計》 北京：煤炭工業(yè)出版社 1986年版 主編：彭兆行 3．《機械設(shè)計手冊編委會。機械設(shè)計收額》 北京：機械工業(yè)出版社，2014年 4.編委會.礦井提升機故障處理和技術(shù)改造.北京：機械工業(yè)出版社， 2014年 5.中華人民共和國煤炭部部標準.GB/T 20961-2017 單繩纏繞式礦井提升機 參考資料 1.《礦山固定機械手冊》.周乃榮 北京：煤炭工業(yè)出版社，1996年 2.《礦井提升機電力拖動與控制》.盧燕 北京：冶金工業(yè)出版社，2001年 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