礦井提升機(jī)主軸及其深度指示器設(shè)計.doc

第一節(jié) 鋼絲繩的選擇鋼絲繩是礦井提升設(shè)備的主要組成部分，它關(guān)系到提升設(shè)備的安全可靠地運(yùn)行；也是礦山鋼材消耗量較大的項目之一。正確的選擇鋼絲繩，不僅有助于礦井的安全生產(chǎn)，而且將可以節(jié)約大量的優(yōu)質(zhì)鋼材。生產(chǎn)礦井幾十年來的實踐經(jīng)驗以及國外的經(jīng)驗證明，必須根據(jù)不同的工作條件，相應(yīng)選用不同結(jié)構(gòu)的鋼絲繩，才能取得較好的經(jīng)濟(jì)效果。提升鋼絲繩的有關(guān)規(guī)定： 1）規(guī)程規(guī)定：立井提升宜采用同向捻的提升鋼絲繩，平衡尾繩采用圓股鋼絲繩時，其與提升容器的連接裝置應(yīng)為轉(zhuǎn)環(huán)式。2）規(guī)程規(guī)定：專為升降人員以及升降人員和物料用的提升鋼絲繩，鋼絲繩的韌性不低于特號鋼絲的韌性標(biāo)準(zhǔn)，專為升降物料和平衡用的，不得低于號鋼絲的韌性標(biāo)準(zhǔn)。提升鋼絲繩的一些實踐經(jīng)驗： 為了合理地選擇提升鋼絲繩的品種結(jié)構(gòu)，對一些生產(chǎn)礦井實踐經(jīng)驗總結(jié)個對比的經(jīng)驗介紹如下：1）當(dāng)井筒中淋水較大或淋水的酸堿度較高，在作為回風(fēng)井的井筒中提升時，應(yīng)該選用鍍鋅鋼絲繩，這對于防銹防腐有很好的效果。2）立井中使用圓股鋼絲繩時，從鋼絲繩的受力狀態(tài)分析并為生產(chǎn)實踐證實，同向捻鋼絲繩較交互捻鋼絲繩具有較長的壽命。 3）立井提升鋼絲繩的強(qiáng)度損失，主要是由于疲勞產(chǎn)生的斷絲，造成鋼絲繩報廢。在這種條件下，異形股鋼絲繩和線接觸鋼絲繩和圓股鋼絲繩相比具有較長的壽命。副井提升作業(yè)多種多樣，應(yīng)以最大的終端重力計算和選擇鋼絲繩。對提矸，運(yùn)人和下料三種最經(jīng)常的情況進(jìn)行比較。對提矸時以終端重力最大，故以此選擇鋼絲繩，但需對提人時的安全系數(shù)進(jìn)行校驗。對于下放大件設(shè)備，也需對照具體情況進(jìn)行核算，必要時采取相應(yīng)措施以保證提升的安全。 一車矸石為礦車的額定載重1.5t，因此提矸時的一次提升重量為： Q=41.5t=6t 提人時，每人重量按70kg計算，其終端有效質(zhì)量為： Q人 =（98+72）70kg=11900kg提升高度 H=415m尾繩環(huán)高度 Hh=15m初估井塔高 Hj=22m 鋼絲繩最大懸垂長度 Hc= Hj+Hh+H=15+22+415=452m 主鋼絲繩安全系數(shù)： 升降物料時： ma8.2-0.0005Hc=8.2-0.0005452=7.97 升降人員時： ma9.2-0.0005Hc=9.2-0.0005452=8.97擬用四繩摩擦提升機(jī)，n1=4，因為副井用于升降人員，取鋼絲繩抗拉強(qiáng)度B=1850N/mm2主繩每根每米重 選用三角股鋼絲繩作主繩，繩637股-1850-34.5-特-鍍鋅-順捻，左捻和右捻各兩根，單根每米重=42N/m，直徑d=34.5mm，繩中最粗鋼絲繩直徑=1.6mm，全部鋼絲拉斷力之和Qd=825000N尾繩多采用等重尾繩或重尾繩，設(shè)尾繩根數(shù)n2=2，則每根尾繩每米重： 考慮到扁鋼絲繩造價高，盡量選用不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，由于貨源問題，可暫選用普通圓股鋼絲繩充當(dāng)尾繩，加強(qiáng)日常維護(hù)。暫選繩637-1550-52-鍍鋅，左右捻各一根，每根每米重=94.36N/m，直徑d=52mm，由于兩根尾繩的每米重力大于四根主繩每米重，因此該提升系統(tǒng)為重尾繩提升系統(tǒng)，尾繩和主繩每米重力差為： =2q-4p=294.36-442=20.72N/m 對于重尾繩提升系統(tǒng)，由于重罐位于井口時主繩中的靜張力最大，故以此驗算主繩的安全系數(shù)提矸時， = = 7.79 7.97 提人時， ma=108.97主繩的實際安全系數(shù)均大于允許最小值，所選鋼絲繩可用。第二節(jié) 多繩摩擦提升機(jī)的選擇多繩摩擦式提升機(jī)的主要部件有主軸、主導(dǎo)輪、主軸承、車槽裝置、減速器、深度指示器、制動裝置及導(dǎo)向輪等。多繩摩擦提升機(jī)提升系統(tǒng)示意圖如下： 多繩摩擦提升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：在國內(nèi)外，多繩摩擦提升機(jī)飛躍發(fā)展，其發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單繩纏繞式提升機(jī)，這是由于它具有以下的優(yōu)點(diǎn)：1、提升容器及靜載荷由多根鋼絲繩共同承擔(dān)，提升鋼絲繩直徑較小，主導(dǎo)輪直徑及整個機(jī)器尺寸都相應(yīng)縮小，設(shè)備重量也減輕了。2、由于提升容器是同時懸吊在多根鋼絲繩上，這些鋼絲繩一般不會同時拉斷，故可以不設(shè)防墜器。3、主導(dǎo)輪直徑的縮小，系統(tǒng)的慣量和主軸上的扭力矩也隨之減小，因而可以使用高速電動機(jī)和重量較輕的減速器，電動機(jī)功率和電能消耗也都相應(yīng)降低。 4、提升鋼絲繩的根數(shù)是偶數(shù)，且由左向捻和右向捻各一半組成，可以相互抵消鋼絲繩運(yùn)行中松捻的扭力，減輕了提升容器對罐道的運(yùn)行阻力的，因而延長了罐道及罐耳的使用壽命。5、當(dāng)多繩摩擦輪提升機(jī)安裝在井塔上時，減少了工業(yè)廣場的占地面積，并為地面生產(chǎn)系統(tǒng)的布置創(chuàng)造了有利條件。多繩摩擦提升機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是適用于深井，完成單繩纏繞式提升機(jī)不能承擔(dān)的提升任務(wù)。 按照煤礦安全規(guī)程第365條的規(guī)定，摩擦輪的直徑按鋼絲繩直徑的90倍計算，并保證摩擦輪直徑大于1200倍的最粗鋼絲直徑。 D90d=9043mm=3870mm D1200=12002mm=2400mm根據(jù)上訴計算，選用JKMD-44()型多繩摩擦提升機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下：摩擦輪直徑 4m天輪直徑 4m繩數(shù) 4根繩間距 350mm最大靜張力 740KN最大靜張力差 180KN最大提升速度 14m/s其配用減速器型號為ZHD2R-180,減速器傳動比為i=11.5，傳動效率=0.92，減速器最大輸出扭矩為Mmax =680000Nm，提升機(jī)（包括減速器）變位質(zhì)量 m=22.1t，導(dǎo)向輪變位質(zhì)量為 m=2.01t落地式摩擦輪提升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：1、建設(shè)期間占用井口時間較短，可縮短工期。根據(jù)一些礦井的實際統(tǒng)計資料表明：塔式提升機(jī)包括建井塔及安裝設(shè)備及調(diào)試，占用井口時間約一年左右。對于特大型礦井，一個井塔上安裝兩臺提升機(jī)時賭東道賭東道賭東道的，占用的時間還會更長一些。而落地式提升機(jī)只是在豎立井架時，才需要占用井口，提升機(jī)的安裝和調(diào)試工作，可以和井口豎立井架的工作同時進(jìn)行，或者利用施工設(shè)備工作，調(diào)試和安裝提升機(jī)，既可以減少對井口提升工作的影響時間，一般對井口的影響不超過半年。因而有利于加快礦井的建設(shè)速度。2、與預(yù)建整移式井塔相比，在經(jīng)濟(jì)上花費(fèi)較少。當(dāng)采用井塔預(yù)建整移的方案時，除了較一般在井口建的井塔要增加費(fèi)用外，還要增加平移費(fèi)用，其中：包括平移設(shè)備費(fèi)，井塔臨時基礎(chǔ)費(fèi)，滑道及承臺的土建費(fèi)用。一些礦井的經(jīng)濟(jì)方案表明：落地式采用鋼井架時，比井塔式的建筑費(fèi)用一般約減少410萬元。3、安裝，使用的觀點(diǎn)，落地式優(yōu)于井塔式。提升機(jī)的安裝，落地式在地面搬運(yùn)，安裝和調(diào)整，這與井塔式比較，省略了大型設(shè)備向井塔上吊運(yùn)的工序，工作人員也無需向井塔上往返，是較為方便的。運(yùn)行值班人員也有這個便利條件。設(shè)備的維修較為及時的，設(shè)備的改造或更換，對生產(chǎn)的影響落地式也較小。4、對抗震較有利。以提矸作業(yè)驗算提升機(jī)的強(qiáng)度 鋼絲繩的最大靜張力Fjm： Fjm =Q + Qz + 4qc + 4pHj + 2q（H+Hh） =60000+250000+47200+465.522+2147(415+15) =470984N=471KN740KN鋼絲繩實際最大靜張力差Fcm： Fcm =Q+H=60000+32415=73280N=74KN180KN上述鋼絲繩最大靜張力和最大靜張力差均小于提升機(jī)的設(shè)計值摩擦輪襯墊比壓驗算Pb： 式中：Fs提矸時上升繩股的靜張力 Fs = Q + Qz + 4qc + 4p(H+Hj) + 2qHh =60000+250000+47200+465.5(415+22)+214715 =457704N Fx提矸時下降繩股的靜張力 Fx = Qz + 4qc + 4pHj + 2q（H+Hh） = 250000+47200+465.522+2147(415+15) =410984N所以 摩擦式提升機(jī)主導(dǎo)輪上的襯墊作用是：當(dāng)提升鋼絲繩端部荷載拉緊鋼絲繩，并以一定的正壓力的，緊壓在襯墊上時，提升鋼絲繩與襯墊之間便會產(chǎn)生很大的摩擦力，此摩擦力必須保證提升機(jī)在各種情況下，都不會出現(xiàn)提升鋼絲繩在主導(dǎo)輪的襯墊上有滑動現(xiàn)象。用作摩擦襯墊的材料，應(yīng)具有以下的性能：1、具有較高的摩擦系數(shù)，而且水或油類對摩擦系數(shù)的影響要?。?、具有較高的耐磨性能的，磨損時產(chǎn)生的粉塵，必須是對人和機(jī)器是無害的；3、應(yīng)具有較高的壓強(qiáng)；4、材料的來源要廣，價格應(yīng)低廉，加工和拆裝應(yīng)比較方便。副井還有可能同時進(jìn)行提矸和下料作業(yè)，此時計算的襯墊比壓為，對于目前使用的襯墊，允許比壓為，上述比壓可用。以上計算說明選用JKMD-44()時合理的。第三節(jié) 確定井塔高Hj = Hr + Hg + 0.75式中：Hr提升容器的全高， m； Hg過卷高度， m； 由于寬罐的全高位于10748-11198mm之間，窄罐全高位于10390-10480mm之間，此取10800mm 煤礦安全規(guī)程規(guī)定，摩擦輪式提升裝置，提升速度小于每秒100m時，過卷高度不小于速度值，該提升系統(tǒng)最大提升速度Vm=9.18m/s，故選過卷高度Hg=10m。所以 Hj = Hr + Hg + 0.75 = 10.8 + 10 + 0.75 = 22.3m取整數(shù) Hj =22m，與估計值一致。第四節(jié) 預(yù)選電動機(jī) 計算最大經(jīng)濟(jì)提升速度Vj： Vj=0.4=0.4=8.15m/s 對于JKMD-44()型多繩摩擦提升機(jī)，配用減速器的速比為i=11.5，因此電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速為： ne= 取電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為nt=500r/min，則額定轉(zhuǎn)速為ne=490r/min，此時對應(yīng)的最大提升速度為： 根據(jù)提矸作業(yè)，預(yù)選電動機(jī)功率Pe： 式中：K礦井阻力系數(shù)，對于罐籠提升取K=1.2; 動力系數(shù)，對于罐籠取=1.4； 減速器效率，一級減速取=0.92； 根據(jù)Pe和ne預(yù)選JR1000-12/1430三相交流繞線型異步電動機(jī)，其技術(shù)指標(biāo)如下： 電機(jī)額定功率 Pe=1000KW 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 ne=492r/min 電機(jī)效率 =0.915 電機(jī)飛輪轉(zhuǎn)矩 第五節(jié) 計算提升系統(tǒng)總變位質(zhì)量 除電機(jī)轉(zhuǎn)子外，其運(yùn)動部分的變位重力均已知。下面先計算電機(jī)轉(zhuǎn)子的變位質(zhì)量和變位重量，分別以和md表示 提升矸石時，提升系統(tǒng)的總變位質(zhì)量 提升人員時，提升系統(tǒng)總變位質(zhì)量第六節(jié) 確定提升加、減速度1、升降人員：煤礦安全規(guī)程規(guī)定，立井中用罐籠升降人員的加速度和減速度不得超過0.75 2、升降矸石：提升矸石的加速度受三個條件的限制，即按減速器最大輸出扭矩計算的加速度a1 按充分利用電機(jī)能力計算加速度a1 其中 ：Fe電動機(jī)的額定出力，N； 電動機(jī)的過負(fù)荷系數(shù)，即為最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比所以： a11.29煤礦安全規(guī)程規(guī)定，豎井中對升降為物料的加速度最大不超過1.2 為了簡化提升機(jī)的控制和操縱，取提矸與提人的加速度為相同值，即a1=0.75 3、提升矸石的減速度 a3為了簡化提升機(jī)的操作和控制，取提矸和提人時的減速度均為0.75 ，但由于提矸時靜不平衡力矩較大，而提人時靜不平衡力較小且為變化值（由于提升人數(shù)不總是滿罐），因此為了得到0.75 的減速度值，提矸時常用電動機(jī)減速方式，而提人時可能要采用機(jī)械閘減速方式，此外在下方重載情況為保證a1=0.75 和a3=0.75 ，需要用電氣制動方式，所有這些要電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。第七節(jié) 提升運(yùn)動學(xué)參數(shù)提升運(yùn)動學(xué)參數(shù)除了提升休止時間以外，由于所選加，減速度及最大提示速度相同，因此對提人，提矸，下料運(yùn)動參數(shù)都是一致的。 對于1.5t雙層四車異側(cè)進(jìn)出車標(biāo)準(zhǔn)罐籠，提人和下料取1=22s，下放人員按5人以下為20s，每增加一人增加1秒，故取2=20 + 93 +2 =115s,其中2s為雙層罐籠比單層罐籠多出來的時間。為了準(zhǔn)確停車，才用五階段速度圖，取爬行距離h4=2.5m，爬行速度v4=0.5m/s，則運(yùn)動學(xué)參數(shù)計算結(jié)果如下：加速階段： a1=0.75 等速階段： 減速階段： a3=0.75 爬行階段： 則一次提升循環(huán)時間：提矸： Tg= 提人： Tr= 第八節(jié) 提升運(yùn)動學(xué)參數(shù)計算 提升運(yùn)動學(xué)參數(shù)也分提矸，提人和下放材料等情況，由于提升人員的載荷小于提矸時的載荷，只要提矸時的電動機(jī)功率滿足要求，升降人員便不會有問題。下放料石會出現(xiàn)較大負(fù)力，與提矸情況不同，所以以下計算提矸和下放料石兩種情況，計算結(jié)果如下：提升矸石： 加速階段： 等速階段： 減速階段：爬行階段：下降料石： 加速階段： 等速階段： 減速階段： 爬行階段：第九節(jié) 電動機(jī)功率校驗 以提矸作業(yè)驗算電動機(jī)功率，減速階段按電動機(jī)減速方式運(yùn)行1、等效時間 Td=式中：低速時電機(jī)散熱不良系數(shù) 停機(jī)時電機(jī)散熱不良系數(shù)2、計算等效力 其中，爬行階段采用微機(jī)拖動，不計入計算結(jié)果中所以 等效力：Fd= =270KW3、等效功率 4、正常過負(fù)荷校驗提矸時最大拖動力Fm=166896N,電動機(jī)額定力Fe=1010217.9N 摩擦提升不允許采用罐座，故不進(jìn)行特殊過負(fù)荷校驗。第十節(jié) 防滑驗算多繩摩擦提升的防滑驗算包括三方面的內(nèi)容，即靜防滑安全系數(shù)驗算，動防滑安全系數(shù)驗算和緊急制動防滑驗算，其中每種又有提升載荷和下放載荷兩種情況，提升又分提矸和提人兩種載荷1、靜防滑驗算，要求靜防滑安全系數(shù)1.75提升重載：重尾繩提升系統(tǒng)，以提升終了時的靜防滑安全系數(shù)最小，只要提矸終了時可滿足要求，其他情況就不必驗算。為了比較，把提人時的也計算出來 式中：Fs提升終了時上升繩股靜張力提矸時 提人時 Fx提升終了時下降繩股靜張力提矸時 提人時 提矸 提人 下放重載： 重尾繩提升系統(tǒng)，以加速開始時最小 式中：Fx下放開始時下降繩股靜張力 下放料石 下放人員 Fs下放開始時上升繩股靜張力 下放料石 下放人員下放料石 下放人員 2、動防滑驗算要求動防滑系數(shù)d1.25提升重載：正常提升時，加速終了時的動防滑安