型礦井提升機(jī)的主軸裝置設(shè)計(jì)機(jī)械CAD圖紙

1、摘 要礦山生產(chǎn)的全過程離不開礦山提升和運(yùn)輸工作。因此，運(yùn)輸和提升工作的好壞直接影響到礦山生產(chǎn)能否正常高效進(jìn)行。如果說(shuō)運(yùn)輸線路是礦山生產(chǎn)的動(dòng)脈，那提升設(shè)備則是其咽喉，可見其重要性和必要性。提升機(jī)是聯(lián)系井下和地面的重要運(yùn)輸工具，礦井提升工作是整個(gè)采礦工程中的重要環(huán)節(jié)。礦井提升機(jī)的主軸裝置是其主要的工作機(jī)構(gòu)，它不僅要承受各種正常載荷（包括固定載荷和工作載荷），還要承受各種緊急事故情況下所造成的非正常載荷。為了使提升機(jī)高效、安全、可靠地為國(guó)內(nèi)外礦山機(jī)械用戶服務(wù)，實(shí)現(xiàn)廣大用戶和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)雙贏，實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)械用戶的高效、安全、低耗的良性經(jīng)濟(jì)發(fā)展態(tài)勢(shì)。設(shè)計(jì)者要綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)等知識(shí)，通過設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖以及運(yùn)用

2、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)等有關(guān)資料，完成預(yù)期設(shè)計(jì)任務(wù)，并使機(jī)械設(shè)計(jì)的基本技能得到訓(xùn)練。本文針對(duì)礦山機(jī)械的特殊要求，重點(diǎn)設(shè)計(jì)卷筒部件和主軸部件，兩個(gè)部件是礦井提升機(jī)的關(guān)鍵部分，卷筒強(qiáng)度不夠會(huì)導(dǎo)致筒殼被壓潰、焊縫開裂等；主軸是傳遞力的裝置，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮其承受的玩扭力矩，鍵對(duì)主軸強(qiáng)度的削弱及其改進(jìn)和裝配問題，軸的工藝等要求。關(guān)鍵詞： 礦井提升機(jī) 滾筒 主軸 設(shè)計(jì)Abstract目 錄 前 言11 概述 21.1 礦井提升機(jī)的簡(jiǎn)介 21.2 礦井提升機(jī)的用途和發(fā)展概況31.3 礦井提升機(jī)的工作原理52 礦井提升機(jī)的主要組成部分及用途82.1 工作機(jī)構(gòu)102.2 制動(dòng)系統(tǒng)11制動(dòng)裝置的功用112.2.

3、2 制動(dòng)裝置的類型122.3.3 制動(dòng)系統(tǒng)的要求122.3 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)132.4潤(rùn)滑系統(tǒng)132.5觀察和操縱系統(tǒng)132.6拖動(dòng)，控制和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)142.7輔助部分153 單繩纏繞式提升機(jī)滾筒的設(shè)計(jì)與計(jì)算163.1 滾筒的結(jié)構(gòu)163.2滾筒失效的形式及原因233.2.1 滾筒失效的形式233.2.2 滾筒失效的原因233.3筒殼許用應(yīng)力的確定243.4正常工作時(shí)作用于筒殼上的外載荷263.5筒殼強(qiáng)度的計(jì)算323.6多層纏繞時(shí)筒殼的計(jì)算特點(diǎn)333.7JK-21.5型提升機(jī)筒殼強(qiáng)度計(jì)算343.7.1 已知條件343.7.2 筒殼強(qiáng)度的計(jì)算及校核354 單繩纏繞式提升機(jī)主軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算384.1

4、主軸的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度計(jì)算384.2 主軸的力學(xué)模型和受力分析404.3 主軸及附屬部件的設(shè)計(jì)計(jì)算434.4 主軸的校核444.4.1 綜合所有JK-21.5型提升機(jī)已知條件為：444.4.2 固定載荷分配于主軸各輪轂作用點(diǎn)上的力454.4.3 鋼繩張力分配于主軸上各輪轂作用點(diǎn)上的力464.4.4 作用于軸上水平方向及垂直方向的合力474.4.5 計(jì)算支點(diǎn)反力474.4.6 計(jì)算彎矩484.4.7 計(jì)算扭矩及扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度494.4.8 計(jì)算危險(xiǎn)斷面的安全系數(shù)49致 謝51參考文獻(xiàn)52附錄：53外文資料與中文翻譯53 前 言礦井提升機(jī)是煤炭、冶金化工和建材礦井中的四大關(guān)鍵之一，作為豎井提升礦物和升降人員、

5、材料設(shè)備之用。礦井提升運(yùn)輸不僅關(guān)系到礦山的正常生產(chǎn)，而且關(guān)系到礦工的生命安全。從20世紀(jì)50年代生產(chǎn)第一臺(tái)礦井提升機(jī)以來(lái)，至今已經(jīng)設(shè)計(jì)制造、使用了近10000多臺(tái)。隨著社會(huì)需求和現(xiàn)代技術(shù)的高速發(fā)展，礦井提升設(shè)備正在走向機(jī)械化、電氣化、現(xiàn)代化。然而礦井行業(yè)的提升機(jī)是關(guān)鍵，產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，老產(chǎn)品運(yùn)行年深日久，原本落后的結(jié)構(gòu)問題以及設(shè)計(jì)缺陷日益嚴(yán)重的暴漏出來(lái)，故障不斷的增多，嚴(yán)重的影響了礦山的安全生產(chǎn)工作，抑制了礦山工業(yè)的高速發(fā)展，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了不良的影響。隨著國(guó)內(nèi)礦井的生產(chǎn)量日益增加，對(duì)礦井提升機(jī)的安全性、可靠性、生產(chǎn)效率以及整機(jī)的自動(dòng)化運(yùn)行水平，降低操作者及維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、處理設(shè)備事故的

6、速度和對(duì)策等，成為迫切的要求。為此本人利用本科四年所學(xué)的書本知識(shí)已經(jīng)實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)且結(jié)合相關(guān)的資料進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容為：虛擬工作條件，對(duì)JK-21.5型礦井提升機(jī)主軸裝置的設(shè)計(jì)工作具體有以下幾個(gè)方面：1. 設(shè)計(jì)完成主要零部件的工作圖設(shè)計(jì)；2. 設(shè)計(jì)完成裝配圖設(shè)計(jì)；3. 完成主軸強(qiáng)度、滾筒強(qiáng)度等校核計(jì)算；4. 編寫完成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。在設(shè)計(jì)過程中老師給給予我們很大的幫助，我們?cè)诶蠋煹闹笇?dǎo)和幫助下了解認(rèn)識(shí)了礦井提升機(jī)得工作原理和基本構(gòu)造，在畢業(yè)實(shí)習(xí)的過程中進(jìn)一步深入了解了滾筒的生產(chǎn)過程，為我們能夠圓滿完成設(shè)計(jì)任務(wù)奠定了良好的基礎(chǔ)。1 概述 1.1 礦井提升機(jī)的簡(jiǎn)介 礦井提升機(jī)是一種大型提升

7、機(jī)械設(shè)備。由電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械設(shè)備，以帶動(dòng)鋼絲繩從而帶動(dòng)容器在井筒中升降，完成輸送任務(wù)。礦井提升機(jī)是由原始的提水工具逐步發(fā)展演變而來(lái)。現(xiàn)代的礦井提升機(jī)提升量大，速度高，安全性高，已發(fā)展成為電子計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)重型礦山機(jī)械。礦井提升機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動(dòng)系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測(cè)速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。按提升鋼絲繩的工作原理分纏繞式礦井提升機(jī)和摩擦式礦井提升機(jī)。纏繞式礦井提升機(jī)有單卷筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。單筒大多只有一根鋼絲繩，連接一個(gè)容器。雙筒的每個(gè)卷筒各配一根鋼絲繩，連接兩個(gè)容器，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)一個(gè)容器上升，另一個(gè)容器下降

8、。纏繞式礦井提升機(jī)大多用于年產(chǎn)量在120萬(wàn)噸以下、井深小于400米的礦井中。摩擦式礦井提升機(jī)的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(gè)容器，或一端連接容器，另一端連接平衡重。摩擦式礦井提升機(jī)根據(jù)布置方式分為塔式摩擦式礦井提升機(jī)（機(jī)房設(shè)在井筒頂部塔架上）和落地摩擦式礦井提升機(jī)（機(jī)房直接設(shè)在地面上）兩種。按提升繩的數(shù)量又分為單繩摩擦式礦井提升機(jī)和多繩摩擦式礦井提升機(jī)。后者的優(yōu)點(diǎn)是：可采用較細(xì)的鋼絲繩和直徑較小的摩擦輪，從而機(jī)組尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。年產(chǎn)120萬(wàn)噸以上、井深小于2100米的豎井大多采用這種提升機(jī)。礦井提升機(jī)具有以下特點(diǎn)

9、：（1）安全性所謂安全性，就是不能發(fā)生突然事故。由于礦井提升設(shè)備在礦山生產(chǎn)中所占的地位十分重要，其運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性不僅直接影響整個(gè)礦井的生產(chǎn)，而且還涉及人員的生命安全。因此各國(guó)都對(duì)礦井提升設(shè)備提出了極嚴(yán)格的要求。在我國(guó)這些規(guī)定包括在煤礦安全規(guī)程只中。（2）可靠性 所謂可靠性，是指能夠可靠地連續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)而不需在短期內(nèi)檢修。礦井提升設(shè)備所擔(dān)負(fù)的任務(wù)十分艱巨，不僅每年要把數(shù)十萬(wàn)噸到數(shù)百萬(wàn)噸的煤炭和礦石從井下提升到地面，而且還要完成其他輔助工作。一個(gè)年產(chǎn)150萬(wàn)噸的礦井，停產(chǎn)一天就要損失大約20萬(wàn)元。因此礦井提升機(jī)至少要服務(wù)二十年以上而不需大修。（3）經(jīng)濟(jì)性礦井提升設(shè)備是礦山大型設(shè)備之一，功率大，耗電多，

10、大型礦井提升機(jī)的功率超過1000KW。因此礦井提升設(shè)備的造價(jià)以及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，也就成為影響礦井生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素之一。1.2 礦井提升機(jī)的用途和發(fā)展概況礦井提升設(shè)備是礦山運(yùn)輸中的咽喉設(shè)備,又是礦山最大的耗電設(shè)備。西德、瑞典等國(guó)是當(dāng)今世界上制造礦井提升機(jī)較先進(jìn)的國(guó)家,特別是多繩摩擦式提升機(jī)更為突出。在這些國(guó)家的豎井中幾乎全部采用較先進(jìn)的多繩摩擦式提升機(jī),不僅廣泛采用龐大井塔的塔式多繩摩擦提升機(jī),而且越來(lái)越多地使用較低的井架的落地式多繩提升機(jī)。它們的發(fā)展特點(diǎn)是體積小,重量輕,終端提升量大,提升速度高,襯墊材料摩擦系數(shù)大又耐磨,液壓制動(dòng),運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠,自動(dòng)化程度高,多機(jī)集中控制等。生產(chǎn)的產(chǎn)品供世

11、界上二十多個(gè)國(guó)家使用。我國(guó)礦井提升設(shè)備在上述技術(shù)方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比有一定的差距，自動(dòng)化和多機(jī)集中控制技術(shù)方面差距大，產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)能力。內(nèi)裝式提升機(jī)在我國(guó)已有多臺(tái)運(yùn)行，作為高度機(jī)電一體化的，節(jié)能新產(chǎn)品應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展。同時(shí)開展斜井提摩擦提升和布雷爾提升機(jī)的研制。目前國(guó)外礦井提升機(jī)總的發(fā)展趨向是： (1)向大型化發(fā)展 礦井大型化和要求提升機(jī)大型化之目的主要在于獲得更大的礦產(chǎn)量。1O年前，年產(chǎn)90120萬(wàn)t的礦為大型礦。目前，就世界范圍而言， 年產(chǎn)200300萬(wàn)t的礦山也不算大，僅僅算中、小型礦 瑞典最大地下礦將達(dá)1000 2500萬(wàn)ra。大型化主要體現(xiàn)在大容量的提升容器。目前世界上一次提升最

12、大重量已達(dá)63t。國(guó)外大型提升機(jī)都采用多繩摩擦式提升機(jī)。 (2)向自動(dòng)化、遙控方向發(fā)展 自動(dòng)化不僅僅是為了節(jié)省人力，更重要的是適應(yīng)大生產(chǎn)、集中控制、集中管理、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的需要也是保證產(chǎn)量和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的有效手段 同時(shí)也包含減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省人力、電力和提高運(yùn)行安全性。國(guó)外大型礦井提升機(jī)都廣泛采用以多種保護(hù)為基礎(chǔ)的自動(dòng)化運(yùn)行并能記錄和處理各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)、運(yùn)行等資料。英國(guó)完善了包括有全功能維護(hù)設(shè)計(jì)的可控硅供電，直接連接直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和在井簡(jiǎn)中的提升機(jī)控制系統(tǒng) 目前國(guó)外主井幾乎都是自動(dòng)化運(yùn)行，副井由于機(jī)動(dòng)性大一般都是采用按鈕控制和在罐籠內(nèi)遙控。(3)繼續(xù)發(fā)展多繩提升機(jī) 一般淺井、提升重量不大時(shí)可采

13、用常規(guī)纏繞式提升機(jī)；但當(dāng)深井、提升重量大時(shí)，須采用多繩摩擦式提升機(jī)。有相當(dāng)一部分提升任務(wù)既可采用纏繞式提升機(jī)也可采用多繩提升機(jī)，如果現(xiàn)場(chǎng)條件允許則多繩摩擦式提升機(jī)更為經(jīng)濟(jì)。目前多繩纏繞式提升機(jī)繼續(xù)向更先進(jìn)方向投展。有些國(guó)家生產(chǎn)的多繩提升機(jī)，塔式和落地式多繩提升機(jī)大致各占5O%。(4)發(fā)展各種新型和專用提升設(shè)備除目前已出現(xiàn)的落地式提升機(jī)、布雷爾提升機(jī)和采用鋼芯膠帶牽引的摩擦式提升機(jī)外； 國(guó)外還研制了起重式提升機(jī)、各種不同包圍角的多繩摩擦式提升機(jī)(用于淺井)另外，還研制了不同形式的無(wú)繩提升設(shè)備，現(xiàn)已知的有機(jī)械式、電磁式、水力式和風(fēng)動(dòng)式。 (5)采用“四新”(新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝)采用“四

14、新” 后，提升機(jī)主軸裝置、制動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等各部分不斷改進(jìn)提高，使整個(gè)多繩摩擦式提升機(jī)結(jié)構(gòu)朝著體積小、重量輕、效率高的方向發(fā)展。 國(guó)內(nèi)礦井提升機(jī)的發(fā)展趨向是：(1)發(fā)展多繩摩擦輪提升機(jī)，特別是大型落地式多繩提升機(jī) 以及斜井、斜坡道用的多繩提升機(jī)；(2)不斷改進(jìn)井研制新型單繩及多繩纏繞式礦井提升機(jī)(3)可控硅供電及徽電子技術(shù)在提升機(jī)上應(yīng)用，以及可編程序控制器，遙控技術(shù)交交變頻調(diào)速等先進(jìn)技術(shù)；(4)研制應(yīng)用高性能摩擦襯墊高比壓閘瓦等新技術(shù)、新材料；(5)不斷引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，并用于制造國(guó)產(chǎn)礦井提升機(jī)。淘汰落后技術(shù)，如塊式閘及角移式閘氣動(dòng)制動(dòng)器，鑄造結(jié)構(gòu)并限制減速器

15、和控制繼電器的使用。1.3 礦井提升機(jī)的工作原理按工作原理不同，礦井提升機(jī)可分為兩類：?jiǎn)卫K纏繞式和多繩纏繞式提升機(jī)。單繩纏繞式又可分為單卷筒提升機(jī)和雙卷筒提升機(jī)。單繩纏繞式提升機(jī)的工作原地如圖l2所示，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是用一根較粗的鋼絲繩在卷筒上纏上和纏下來(lái)實(shí)現(xiàn)容器的提升和下放運(yùn)動(dòng)。圖1-1 單繩纏繞式提升機(jī) 圖2-1 多繩纏繞式提升機(jī)1-滾筒；2-鋼絲繩；3-容器； 1-主導(dǎo)輪；2-鋼絲繩；3-平衡尾繩；4-平衡尾繩；5-天輪 4-容器；5-導(dǎo)向輪提升機(jī)安裝在地面提升機(jī)房里，鋼絲繩一端固定在卷筒上，另一端繞過天輪后懸掛提升容器。圖11所承為單繩纏繞式單卷筒提升機(jī)，卷筒上固定兩根鋼絲繩，并應(yīng)使每根

16、鋼絲繩在卷簡(jiǎn)上的纏繞方向相反。這樣，當(dāng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速器帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩根鋼絲繩便經(jīng)過天輪在卷筒上纏上和纏下，從而使提升容器在井筒里上下運(yùn)動(dòng)。不難看出，單繩纏繞式提升機(jī)的一個(gè)根本特點(diǎn)和缺點(diǎn)是鋼絲繩在卷筒上不斷的纏上和纏下，這就要求卷筒必須具備一定的纏繞表面積，以便能容納下根據(jù)井深或提升高度所確定的鋼絲繩懸垂長(zhǎng)度。單繩纏繞式提升機(jī)的規(guī)格性能、應(yīng)用范圍、機(jī)械結(jié)構(gòu)等都是由這一特點(diǎn)來(lái)確定的。單繩纏繞式雙卷筒提升機(jī)具有兩個(gè)卷筒，每個(gè)卷筒上固定一根鋼絲繩，并應(yīng)使鋼絲繩在兩卷筒上的纏繞方向相反，其工作原理和特點(diǎn)與單卷筒提升機(jī)完全相同。多繩摩擦式提升機(jī)的工作原理與單繩纏繞式提升機(jī)不同，鋼絲繩不是固定和纏繞在主

17、導(dǎo)輪上，而是搭放在主導(dǎo)輪的摩擦襯墊上，如圖l2所示，提升容器懸掛在鋼絲繩的兩端，在容器的底部還懸掛有平衡尾繩。提升機(jī)工作時(shí)，拉緊的鋼絲繩必須以一定的正壓力緊壓在摩擦襯墊上。當(dāng)主導(dǎo)輪由電動(dòng)機(jī)通過減速器帶動(dòng)向某一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在鋼絲繩和摩擦襯墊之間使發(fā)生很大的摩擦力，使鋼絲繩在這種摩擦力的作用下，跟隨主導(dǎo)輪一起運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)容器的提升和下放。不難看出，多繩摩擦式提升機(jī)的一個(gè)根本特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是鋼絲繩不在主導(dǎo)輪輪上纏繞，而是搭放在主導(dǎo)輪的摩擦襯墊上，靠摩擦力進(jìn)行工作。同樣，多繩摩擦式提升機(jī)的規(guī)格性能、應(yīng)用范圍和機(jī)械結(jié)構(gòu)等，都是由這一特點(diǎn)來(lái)確定的。多繩摩擦式提升機(jī)特別適應(yīng)于深并和大產(chǎn)量的提升工作。 多繩摩

18、擦式提升機(jī)與單繩纏繞式提升機(jī)比較，在規(guī)格性能、應(yīng)用范圍、機(jī)械結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)效果等方而都優(yōu)越得多，就深井和大產(chǎn)量來(lái)說(shuō)，是堅(jiān)井提升的發(fā)展方向。但是，根據(jù)我國(guó)目前淺井多、斜并多的特點(diǎn)，單繩纏繞式提升機(jī)仍然是目前制造和使用的重點(diǎn)。對(duì)于部分深井和大產(chǎn)量的礦井，則應(yīng)該合理的選用多繩摩擦式提升機(jī)，而不宜選用大型的單繩纏繞式提升機(jī)。2 礦井提升機(jī)的主要組成部分及用途礦井提升機(jī)作為一個(gè)完整的機(jī)械電氣機(jī)組，它的組成部分如圖12所示。2.1 工作機(jī)構(gòu)工作機(jī)構(gòu)主要是指主軸裝置和主軸承等，它的作用是：（1）纏繞或搭放提升鋼絲繩； （2）承受各種正常載荷(包括固定靜載荷和工作載荷)，并將此載荷經(jīng)過軸承傳給基礎(chǔ)； （3）承受在

19、各種緊急事故情況下所造成的非常載荷，在非常載荷作用下，主軸裝置的各部分不應(yīng)有殘余變形； （4）當(dāng)更換提升水平時(shí)，能調(diào)節(jié)鋼絲繩的長(zhǎng)度(僅限于單繩纏繞式雙卷筒提升機(jī))。 因此，主軸裝置應(yīng)保證主軸、卷筒和其它部分有足夠的強(qiáng)度和剛度。保安規(guī)程規(guī)定，主軸裝置的卷筒或主導(dǎo)輪直徑與鋼絲繩和鋼絲直徑的比值應(yīng)符合下列要求我：對(duì)地面提升設(shè)備 , (2-1)對(duì)于井下提升設(shè)備 ， (2-2)式中 提升機(jī)卷筒或主導(dǎo)輪名義直徑（毫米）； 鋼絲繩直徑（毫米）； 鋼絲直徑（毫米）；單繩纏繞式提升機(jī)主鈾裝置的卷筒外面沒有木襯。木襯的作用是作為鋼絲繩的軟墊，在其上鋼絲繩不會(huì)發(fā)生過度變形。木襯應(yīng)用柞木，水曲柳或榆木等制作。松木不適

20、于作木襯，因?yàn)樗跈M過纖維的壓力作用下，經(jīng)常開裂，使用壽命僅為幾個(gè)星期。木襯每塊的年度與滾筒寬度相等，每塊的厚度應(yīng)不少于鋼絲繩直徑的兩倍，一般為100毫米左右（對(duì)于直徑大于50毫米的鋼絲繩，以采用150毫米為宜)，每塊的寬度在150一200毫米之間，斷面成扇形。固定卷筒木襯的螺釘頭，應(yīng)沉入木襯厚度三分之一以上；當(dāng)全部木襯固定完以后，應(yīng)用木塞沾膠水將螺釘孔塞死，并須用木膠將木襯夾縫填滿。使用中的木襯，當(dāng)因磨損使螺釘頭的沉入深度尚存10豪米時(shí)，即應(yīng)重新更換。卷筒木襯必須刻制繩槽，其尺寸關(guān)系如下式所示：（毫米） （2-3）式中A溝槽的深度（毫米）。兩相鄰溝槽的中心距t可參照下式計(jì)算： （毫米） （2

21、-4）單繩纏繞式提升機(jī)的主軸裝置分單卷筒（以下簡(jiǎn)稱單筒)和雙卷筒(以下簡(jiǎn)稱雙筒)兩種。雙筒提升機(jī)有兩個(gè)卷筒，即固定卷筒和游動(dòng)卷筒，在游動(dòng)卷筒里面沒有調(diào)繩裝置。調(diào)繩裝置的作用是：當(dāng)更換提升水平需要調(diào)節(jié)鋼絲組的長(zhǎng)度時(shí)，利用調(diào)繩裝置使游動(dòng)卷筒與主軸脫開，從而可以轉(zhuǎn)動(dòng)固定卷筒(此時(shí)游動(dòng)卷筒應(yīng)用制動(dòng)器閘住)調(diào)節(jié)鋼絲繩長(zhǎng)度。調(diào)繩結(jié)束時(shí)，利用調(diào)繩裝置使游動(dòng)卷筒與主軸合上(即連接上)，以便恢復(fù)正常的提升工作。2.2 制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)裝置的功用1)在提升機(jī)正常工作的減速階段或下放重物時(shí)，參與調(diào)整提升機(jī)的運(yùn)行速度，并在提升終了時(shí)使之正常停車，即工作制動(dòng)； 2）當(dāng)提升機(jī)工作異常時(shí)使之迅速停車，以免事故擴(kuò)大，即安全制動(dòng)；

22、 3）當(dāng)提升機(jī)檢修時(shí)，使之保持不動(dòng)； 4）雙筒提升機(jī)在進(jìn)行調(diào)繩操作時(shí)，是卷筒保持不動(dòng)。 制動(dòng)裝置的類型 制動(dòng)裝置中的制動(dòng)器按結(jié)構(gòu)分為塊閘和盤閘；傳動(dòng)裝置按傳動(dòng)能源分為油壓、氣壓及彈簧等。 JK型和BM型提升機(jī)使用油壓角移式制動(dòng)裝置。JK型和HKM3型提升機(jī)使用壓氣平移制動(dòng)裝置。JKA型提升機(jī)使用液壓綜合式制動(dòng)裝置。XKT型、JK型、GKT型、JKD型、JKM型、JKMD型提升機(jī)使用液壓盤式制動(dòng)裝置。礦用提升絞車使用手動(dòng)角移式制動(dòng)器作為工作制動(dòng)，重錘-電磁鐵絲杠螺母操縱的角移式制動(dòng)器或重錘-電力液壓推桿操縱的平移式制動(dòng)器作為安全制動(dòng)，擔(dān)新系列JT型提升絞車則使用液壓盤式制動(dòng)裝置。 制動(dòng)系統(tǒng)的要求

23、 （1）全部制動(dòng)力矩Mz不得小于提升機(jī)所允許最大靜力矩的三倍，則 （2）一副制動(dòng)器的制動(dòng)力矩應(yīng)大于調(diào)繩力矩的的1.2倍，即 （3）安全制動(dòng)時(shí)，對(duì)于提升重物，減速度必須小于5米/秒；對(duì)于下方重物，減速度應(yīng)大于1.5米/秒； （4）對(duì)于摩擦式提升，安全制動(dòng)時(shí)的減速度不應(yīng)使鋼絲繩滑動(dòng)。2.3 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)包括減速器和聯(lián)軸器。（1）減速器的作用：礦井提升機(jī)主軸的轉(zhuǎn)數(shù)由于受提升速度的限制，一般在l0一60轉(zhuǎn)分之間，而用作拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，一般在480一960轉(zhuǎn)分之間。這樣，除采用低速直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)外，一般情況下不能將主軸與電動(dòng)機(jī)直接聯(lián)接，中間必須經(jīng)過減速器。因而減速器的作用是減速印傳遞動(dòng)力

24、。（2）聯(lián)軸器是用來(lái)聯(lián)接提升機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，并傳遞動(dòng)力。主要有兩種：蛇形彈簧聯(lián)軸器(用于聯(lián)接電動(dòng)機(jī)和減速器高速軸)齒輪聯(lián)軸器(用于聯(lián)接提升機(jī)主軸和減速器低速軸)2.4潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑系統(tǒng)的作用是：在提升機(jī)工作時(shí)，不間斷地向主軸承、減速器軸承和嚙合齒面壓送潤(rùn)滑油，以保證軸承和齒輪能良好的工作。潤(rùn)滑系統(tǒng)必須與自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)和字電功機(jī)聯(lián)鎖：即潤(rùn)滑系統(tǒng)失靈時(shí)(如潤(rùn)滑油壓力過高或過低、軸承溫升過高等)，主電動(dòng)機(jī)斷電，提升機(jī)進(jìn)行安全制動(dòng)。啟動(dòng)主電動(dòng)機(jī)之前，必須先開動(dòng)潤(rùn)滑油泵，以確保機(jī)器在充分潤(rùn)滑的條件下工作。2.5觀察和操縱系統(tǒng)觀測(cè)和操縱系統(tǒng)包括斜面操縱臺(tái)、深度指示器和測(cè)速發(fā)電機(jī)獎(jiǎng)置。深度指示器的作用：(1)指示

25、提升容器的運(yùn)行位置；(2)容器接近井口卸載位置和井底停車場(chǎng)時(shí)， 發(fā)出減速信號(hào)；(3)當(dāng)提升機(jī)超速和過卷時(shí)進(jìn)行限速和過卷保護(hù)；(4)對(duì)于多繩摩擦式提升機(jī)，深度指示器還應(yīng)能自動(dòng)調(diào)零，以消除由于鋼絲繩在主導(dǎo)輪摩擦襯墊上的滑動(dòng)、蛹動(dòng)和自然伸長(zhǎng)等所造成的指示誤差。2.6拖動(dòng)，控制和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng) 拖動(dòng)、控制和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)包括主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)和微拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電氣控制系統(tǒng)和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)。 礦井提升機(jī)根據(jù)交直流拖動(dòng)系統(tǒng)的不同可分別采用三相繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)。 礦井提升機(jī)自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的作用是：在司機(jī)不參與的情況下，發(fā)生故障時(shí)能自動(dòng)將主電功機(jī)斷開并同時(shí)進(jìn)行安全制動(dòng)而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。 自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)具有如下性

26、能： (1)提升機(jī)超速時(shí)(包括等速和減速階段的超速)自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)； (2)提升容器過卷時(shí)自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)； (3)制動(dòng)油欠壓或超壓時(shí)自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)； (4)潤(rùn)滑油欠壓或超壓時(shí)自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)； (5)軸承溫升過高和制動(dòng)油溫升過高時(shí)自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)； (6)閘瓦磨損超過規(guī)定值時(shí)自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)； (7)電功機(jī)過電流或失壓(斷電)時(shí)自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。 根據(jù)上述各項(xiàng)自動(dòng)保護(hù)作用的要求，自動(dòng)保護(hù)可分為提升機(jī)運(yùn)行過程中的自動(dòng)保護(hù)和一次提升結(jié)束時(shí)的自動(dòng)保護(hù)。2.7輔助部分包括司機(jī)座、機(jī)座、護(hù)欄、擋板、護(hù)罩等輔助用品及材料。對(duì)于多繩摩擦式提升機(jī)還包括導(dǎo)向輪裝置及摩擦輪襯墊的車槽裝置。3

27、單繩纏繞式提升機(jī)滾筒的設(shè)計(jì)與計(jì)算礦井提升機(jī)的卷筒是纏繞鋼絲繩的，并且承受鋼絲繩的拉力所造成的各種載荷的主要部件。卷筒一般由三部分組成，即筒殼、法蘭盤(支輪)和支環(huán)。筒殼是卷筒最基本和最薄弱的元件，是卷筒的主要承載部分。法蘭盤(支輪)是支撐筒殼和傳遞力的元件。支環(huán)的作用是增加卷筒的穩(wěn)定性。 由于筒殼是一個(gè)處于負(fù)荷不斷變化和復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的殼體，這就要求卷筒必須具有合適的結(jié)構(gòu)，以便使筒殼能足以適應(yīng)外力和內(nèi)應(yīng)力的變化，而不致產(chǎn)生變形。因此卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是一個(gè)非常重要的問題。加工、裝配和安裝質(zhì)量對(duì)筒殼能否良好的工作也有很大的影響。例如筒殼與法蘭盤的結(jié)合處沿圓周方向接觸不嚴(yán)密，局部地方間隙過大(超過0

28、.5毫米)；兩半卷筒的對(duì)口處間隙過大，連接不牢。卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)保證卷筒的各個(gè)部分有足夠的強(qiáng)度和剛度，并應(yīng)盡量使各部分的強(qiáng)度和剛度均勻。根據(jù)使用資料，卷筒突然失穩(wěn)或整體損壞的情況很少發(fā)生，這說(shuō)明卷筒作為一個(gè)整體，它的總強(qiáng)度和總剛度是足夠的。但卷筒筒殼的局部變形和開裂又是非常普遍的現(xiàn)象這說(shuō)明卷筒整體的局部地方強(qiáng)度和剛度不夠(也即是卷筒各部分的強(qiáng)度和剛度不均勻)，或者是卷筒在負(fù)荷工作過程中，筒殼的局部地方在工作的不同瞬間將要承擔(dān)較其它地方大的負(fù)荷。3.1 滾筒的結(jié)構(gòu)根據(jù)制造工藝的不同，可把提升機(jī)的滾筒結(jié)構(gòu)分為鑄造一焊接混合型(支輪為鑄造，滾筒為焊接)和焊接型。它們的結(jié)構(gòu)分別見圖31及圖32。圖3-

29、1 鑄焊混合型滾筒1-支輪（鑄造）；2-筒殼；3-支環(huán)；4-木襯圖3-2 焊接性滾筒1-支輪（焊接結(jié)構(gòu)）；2-筒殼；3-支環(huán)；4-木襯圖31所示的支輪為鑄鋼(小型提升機(jī)也有用鑄鐵的)，它用螺釘與筒殼相連。筒殼可以是整體的也可以是分瓣的，互相間以螺釘連接，如圖33、圖34所示。圖3-3搭板連接 圖3-4角鋼連接1-筒殼；2-支環(huán)；3、4-搭板 1-筒殼；2-支環(huán)；3-搭板；4-角鋼；5-墊片在圖32中，其滾筒與支輪全部為焊接結(jié)構(gòu)，在筒殼內(nèi)還有圓環(huán)形的加強(qiáng)筋(稱為支環(huán))，在支輪與筒殼連接處和輪輻上都加有剛性較大的加強(qiáng)筋板。從側(cè)面來(lái)看，這些滾筒的支輪大多呈輻條形或在整板上開有較大的孔。當(dāng)支輪的變形與

30、筒殼的變形相比可以忽略時(shí)，稱它為剛性支輪，圖31和圖32所示均為剛性支輪。如支輪的變形與筒殼變形相比不可忽略時(shí)，稱它為彈性支輪。它的特點(diǎn)是筒殼與支輪的應(yīng)力分布較均勻。圖35 圓環(huán)結(jié)構(gòu)彈性支輪1一輪轂；2一園板支輪；3一筒殼；4一木襯圖36圓板結(jié)構(gòu)彈性文輪l一輪轂；2一圓板支輪；3一筒殼；4一木襯經(jīng)驗(yàn)表明，圖3l和圖32所示的結(jié)構(gòu)在制造工藝上較復(fù)雜，而且往往容易出現(xiàn)早期失效。因此，現(xiàn)代大中型提升機(jī)滾筒常采用圖35和圖36所示的滾筒結(jié)構(gòu)，它們的支輪是彈性的。這兩種結(jié)構(gòu)共同的持點(diǎn)是取消了支環(huán)，用較厚的筒殼來(lái)承擔(dān)載荷，并且支輪改為輻板式(即在支輪上開有兩個(gè)人孔)或圓環(huán)式。這樣做工藝上較簡(jiǎn)單，同時(shí)也可以

31、避免由于焊接工藝不當(dāng)造成加強(qiáng)筋附近的局部應(yīng)力過高。經(jīng)驗(yàn)表明，這種改進(jìn)是成功的。如圖35與圖36所示，滾筒結(jié)構(gòu)的不同之處還在于前者的輻板與軸線垂直，而后者的支輪與軸線成某一角度(約3一6)，初看起來(lái)，這種傾斜式輻板似乎可以減少筒殼與支輪連接點(diǎn)的剛度從而減小其彎應(yīng)力。但由于增加了壓縮應(yīng)力，故對(duì)減小合成應(yīng)力水平并不有效，加上它的制造工藝較為復(fù)雜，故不再傾向于使用它了。滾筒外一般沒有木襯，并在其上車出繩槽，目的是減少鋼繩與筒殼直接接觸面造成的磨損，并使鋼繩排列整齊。但木襯使用壽命不長(zhǎng)，更換費(fèi)時(shí)、費(fèi)料，故也有不設(shè)木襯而直接在滾筒殼上車出繩槽的，但此需要增加筒殼厚度(一般約需增加l/3)，從而也增加了機(jī)重

32、。圖37為其結(jié)構(gòu)之一，值得注意的是，該結(jié)構(gòu)中間盤和支輪是用螺栓連接的。 圖37 無(wú)木襯滾筒1一輪輻；2一筒殼；3一擋繩板；4一閘盤繩槽有螺旋形及環(huán)形兩種，在單層纏繞時(shí)采用螺旋形繩槽就足以使排繩整齊。當(dāng)上層鋼繩纏繞在下層上面時(shí)，滾筒每轉(zhuǎn)過一周，上層鋼繩就會(huì)有兩次“橫跨”下層繩圈的現(xiàn)象，如圖38，并在擋繩板處形成楔形區(qū)而造成咬繩現(xiàn)象，如圖3l0所示。圖38雙層纏繞時(shí)鋼繩的兩次過渡圖38中II及IIII分別為上層繩圈第一次和第二次橫跨下層繩圈處。為解決這一問題，可采用圖39中所示的四種平行式的繩槽。這幾種形式的繩槽均可不同程度地改善上層繩圈橫跨下層繩圈時(shí)的刮繩與咬繩現(xiàn)象，使排繩整齊，可以提高鋼繩的使

33、用壽命。目前以圖39a形式的使用效果為較好，可以延長(zhǎng)鋼繩壽命50左右，圖39d 可以減少鋼繩的動(dòng)應(yīng)力。圖39 四種平行繩槽展開圖（a)平面單過渡平行繩槽；(b)斜繩槽過渡平行繩槽；(c)斜繩揩雙過渡平行繩槽； (d)斜繩槽過渡不等段平行繩槽鋼繩使用情況還表明，鋼繩磨損最嚴(yán)重的部分是相鄰兩層的過渡處。因?yàn)檫@時(shí)鋼繩與擋板間形成一楔形段，其寬度隨著纏繞過程由寬到窄。后一層鋼繩在較寬的楔形段中(寬度大于或等于鋼繩直徑)可以順利地纏人此楔形之中，如圖310b所示。圖3l0 鋼繩的層間過渡當(dāng)楔形段的寬度小于鋼繩直徑且其差值在某一范圍內(nèi)時(shí)，鋼繩在拉力作用下擠入楔形段便形成咬繩現(xiàn)象(它們的長(zhǎng)度大約為半圈)。當(dāng)

34、楔形段寬度不能擠入鋼繩時(shí)，由于相鄰兩層鋼繩的纏繞方向相反，故鋼繩開始向上爬，并騎在下層鋼繩之上形成一過渡繩圈，它的位置由A到B如圖310c所示。當(dāng)下放時(shí)，原來(lái)被擠而嵌人楔形段的鋼繩又被強(qiáng)行拉出，如此擠入和拉出是造成鋼繩在此處早期過渡磨損的原因之一，這一過程也會(huì)增加鋼繩的功載荷。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，多層纏繞時(shí)鋼繩的使用壽命僅為單層纏繞時(shí)的一半左右。改進(jìn)方法是在鋼繩纏繞的層間過渡處設(shè)置一過渡塊。它的作用是當(dāng)楔形段的寬度小于鋼繩直徑時(shí)，不讓鋼繩擠入而引導(dǎo)它爬過相鄰的繩圈，進(jìn)行較順利的層間過渡。如圖311所示。圖311 過渡塊(雙層纏繞)當(dāng)然，過渡塊的尺寸大小是決定其能否順利引導(dǎo)繩過渡的關(guān)鍵。不過有的滾筒不加過

35、渡塊，而把層間過渡處的繩槽形狀加以改造，使之符合過渡的要求，這在本質(zhì)上與加過渡塊相同。3.2滾筒失效的形式及原因 滾筒失效的形式(1)裂紋：裂紋出現(xiàn)于筒殼、支輪及支環(huán)上。筒殼上的裂紋多出現(xiàn)干圓周方向和螺釘孔處，如圖312所示。支輪的裂紋多出現(xiàn)于人孔周邊，呈放射狀；支環(huán)的裂紋多出現(xiàn)干焊縫處，或支環(huán)斷裂。圖312筒殼的裂紋形式示意圖(a)沿筒殼圓周方向局部開裂；(b)沿焊縫和支環(huán)處局部開裂1一筒殼；2一支環(huán)(2)局部變形過大多。此種情況多數(shù)是筒殼中部塌陷。(3)連接螺栓被剪斷或彎曲變形過大。 滾筒失效的原因造成上述失效的原因是復(fù)雜的，需要具體分析，一般來(lái)說(shuō)可能有以下幾種：(1)理論計(jì)算有誤。如某礦

36、使用的2x4x1.7仿蘇型提升機(jī)，根據(jù)正確計(jì)算應(yīng)有34個(gè)支環(huán)，而實(shí)際只有兩個(gè)，故造成滾筒強(qiáng)度不足。(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不良，造成該筒各部分剛度相差過大。如所加支輪和支環(huán)的結(jié)構(gòu)不合理，形成局部剛性過高，從而導(dǎo)致局部應(yīng)力過高，不符合彈性均勻化設(shè)計(jì)原則。(3)加工安裝不當(dāng)。如滾筒不圓或支環(huán)與筒殼貼合不好等。(4)使用維修不當(dāng)。如過載以及加速度過大等。(5)原材料有缺陷。如內(nèi)部裂紋等。 (6)焊接工藝不當(dāng)。如焊條或焊接參數(shù)選用不當(dāng)，焊接處清洗不凈，以及焊后不進(jìn)行熱處理或熱處理不當(dāng)造成焊接殘余應(yīng)力過高等。(7)原設(shè)計(jì)許用應(yīng)力選取過大。如蘇制或仿蘇的2x4x1.7和2x4X1.8型提升機(jī)，標(biāo)推中可以采用8t底卸

37、式箕斗，鋼繩直徑可達(dá)47.5mm，鋼繩最大靜拉力可分別達(dá)到17.5t和18t，而筒殼厚度僅有16mm，其應(yīng)力可達(dá)180Mpa一200Mpa，因此很容易出現(xiàn)裂紋。3.3筒殼許用應(yīng)力的確定筒殼和支環(huán)的材料通常是A3和16Mn。鑄造支輪多用ZG35，A3的厚度在20mm一40mm時(shí)，230Mpa，400Mpa;l6Mn的厚度在20mm一40mm時(shí)，290Mpa一330Mpa，=500Mpa。從理論上分析可知筒殼和支輪所受的應(yīng)力是變化的，但實(shí)踐證明多數(shù)滾筒的失效都是在沒有顯著變形的情況下形成裂紋。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，都是按照靜強(qiáng)度的方法來(lái)計(jì)算，或按照與疲勞強(qiáng)度等效的靜強(qiáng)度計(jì)算。安全系數(shù)的確定是一個(gè)比較復(fù)雜的問

38、題。它主要取決于下列幾種因素：(1)原材料的穩(wěn)定情況，包括材料性質(zhì)，原材料尺寸變化，制造工藝的穩(wěn)定性等；(2)計(jì)算的精確度，包括外載荷，以及應(yīng)力等計(jì)算的精確程度；(3)零件的重要程度。根據(jù)滾筒的具體情況，其原材料和制造工藝都比較穩(wěn)定，計(jì)算精度為中等，又是屬于比較重要的零件，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可把安全系數(shù)定為1.51.8。目前，我國(guó)各廠家常取A3的許用應(yīng)力140Mpa，16Mn的許用應(yīng)力=180Mpa。它們也都在1.5-1.8之間，亦可這樣計(jì)算，即取材料的脈動(dòng)疲勞極限為(0.52一0.56) ，安全系數(shù)為1.5；這樣計(jì)算出的許用應(yīng)力與上述相近。但考慮到滾筒在成形或安裝時(shí)，會(huì)有局部凹陷的現(xiàn)象，故有人建議在校

39、上述許用應(yīng)力計(jì)算出卷筒厚度之后再加上2mm一3mm。滾筒的焊縫和連接螺栓的許用應(yīng)力至今尚無(wú)統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，設(shè)計(jì)中可以參照滾筒母材的許用應(yīng)力或參照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范選取，見表31。表31 焊縫和連接螺栓的許用應(yīng)力 Mpa在滾筒上的螺孔及焊縫截面的變化處均有應(yīng)力集中，焊接處如不經(jīng)退火也會(huì)有殘余應(yīng)力存在。未經(jīng)處理的焊縫中心的殘余應(yīng)力是拉應(yīng)力，其值可達(dá)到屈服極限，當(dāng)它與工作應(yīng)力疊加時(shí)，造成平均應(yīng)力增加。這樣就大大降低許用疲勞強(qiáng)度，使壽命降低。消除的方法可以用退火、振動(dòng)與錘擊，以及火焰烘烤等，另外也可以用預(yù)熱法3.4正常工作時(shí)作用于筒殼上的外載荷作用于提升機(jī)筒殼上的外載荷有：（1)鋼繩張力和自重，使筒殼像空心軸一樣

40、被彎曲；（2)鋼繩張力作用于纏繞半徑上，使筒殼像空心軸一樣唄扭轉(zhuǎn)；由于卷筒的直徑很大(盡管筒殼較薄)，因而慣性短(包括極慣性矩很大，故由上兩種載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力都不大，計(jì)算時(shí)可以略去。（3）鋼絲繩纏繞在滾筒上，當(dāng)鋼繩有張力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沿圓周分布的力，壓縮筒殼，使其半徑有縮小的趨勢(shì)。根據(jù)下面將敘述的理由，這是使筒殼產(chǎn)生應(yīng)力的主要載荷。為了簡(jiǎn)化，可以把螺旋纏繞的繩因看成是環(huán)形纏繞，因?yàn)槁菥?與直徑相比)很小。纏繞的全部繩圈，可以看作是若干環(huán)狀載荷的疊加，也就是說(shuō)，只要分析清楚一個(gè)繩圈的作用就可以了，其余繩圈的作用，可用同樣的方法來(lái)分析。1一個(gè)繩圈對(duì)筒殼的作用可以直觀的看出，每一環(huán)狀繩困都是一個(gè)沿圓

41、周均勻分布的徑向載荷(圖63a)。對(duì)于這一點(diǎn)，我們可以從力的分析上來(lái)說(shuō)明。圖63 筒殼受力分析圖a)筒殼的徑向外載荷；b)繩圈對(duì)筒殼的壓力自筒殼上分出一單位(1厘米)弧長(zhǎng)，夾角為(圖63b)。如認(rèn)為鋼繩張力F為定值，則鋼繩張力的合力(當(dāng)夾角足夠小時(shí))為：由于r1，故上式可寫成：式中 r筒殼平均半徑。此力是作用在單位弧長(zhǎng)簡(jiǎn)殼上的外載荷，方向?yàn)閺较颍赶驁A心。如令此載荷為P，則當(dāng)筒殼受此力時(shí)，顯然有沿徑向縮小的趨勢(shì)，即沿徑向產(chǎn)生變形(撓度)。如徑向變形(撓度)為y，它在筒殼中必然引起壓縮應(yīng)力式中E材料的彈性模數(shù)。如認(rèn)為此應(yīng)力在徑向沿筒殼厚度、在軸向沿繩圈間距均勻分布，則由此而產(chǎn)生的側(cè)向壓縮力(與鋼

42、繩張力F大小相等、方向相反)為： （3-1）式中 t鋼繩纏繞節(jié)距(即繩圈間距)； 筒殼厚度。仿上面的推導(dǎo)方法，可求出在單位弧長(zhǎng)筒殼的單位長(zhǎng)度(軸向)上二側(cè)向壓縮力的合力(方向?yàn)閺较蛳蛲?為：用表示、k表示，則上式可寫成： （3-2）上式表明，當(dāng)筒殼受外載荷P時(shí)，產(chǎn)生徑向壓縮變形y，同時(shí)伴隨著產(chǎn)生一反力，其大小與y成正比，方向與撓度方向相反。式中k稱為基礎(chǔ)系數(shù)。經(jīng)過以上分析，對(duì)于這種在結(jié)構(gòu)上和載荷上都是極對(duì)稱的筒殼，在計(jì)算時(shí)不必從筒殼的一般方程出發(fā)而可以把它當(dāng)作一個(gè)自筒殼上分割出的、沿弧長(zhǎng)為單位長(zhǎng)的、反力與撓度成正比的“梁”來(lái)計(jì)算。按這種方線計(jì)算較簡(jiǎn)單，概念也比較容易建立。即可按普通梁的公式和計(jì)

43、算程序來(lái)計(jì)算筒殼。不過，在作為梁處理之前，還需要附加一點(diǎn)變化。原因是梁在變形時(shí)，以中性層為界，受壓縮的一面纖維縮短，受拉伸的一面纖維伸長(zhǎng)，因而在梁的側(cè)面上有向外凸出和向里凹進(jìn)的現(xiàn)象。也就是說(shuō)，如梁的縱向變形為，則橫向變形為，但對(duì)自筒殼中截出的這個(gè)“梁”則不然，因?yàn)樗軅?cè)面相鄰截面的約束，不允許在變形后側(cè)面有凸出或凹進(jìn)的現(xiàn)象，因此，側(cè)面受有應(yīng)力，使此“梁”處于平面應(yīng)力狀態(tài)。其應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系，應(yīng)由廣義虎克定律得出，即上式與單向應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系相比，相當(dāng)于彈性模數(shù)放產(chǎn)了倍，因比在計(jì)算“梁”的剛度時(shí)，不用普通梁的剛度EJ，而要相應(yīng)改變?yōu)椋?（3-3）式中 D-板的彎曲剛度 -泊桑比，取0.3

44、。2“梁”(筒殼)的變形和內(nèi)力分析分析梁的變形和內(nèi)力的方法很多，我們采用彈性線方程的方法。根據(jù)材科力學(xué)，普通粱的彈性線方程為：式中 q作用于梁上的均布載荷。根據(jù)前面所述，對(duì)于自筒殼中分割出的“梁”，一旦產(chǎn)生撓度后，便有一相應(yīng)的反力ky產(chǎn)生，故此時(shí)作用于“梁”上的載荷不再為q，而為qky，并且應(yīng)把EJ改用D，則“梁”(筒殼)的彈性線方程為或 （3-4）上式的特解為；其齊次方程的解為： （3-5）式中 為求出積分常數(shù)、，需求出相應(yīng)的邊界條件。從力學(xué)意義上來(lái)看，式(65)為受有環(huán)向集中載荷P的筒殼的彈性錢方程，它與彈性基礎(chǔ)經(jīng)受有集中力P的撓度方程相同。先用比較簡(jiǎn)單的條件定出其積分常數(shù)。比較簡(jiǎn)單的情況

45、是無(wú)窮長(zhǎng)梁，此時(shí)邊界條件為：時(shí)，y=0，；x=0（即在P的作用點(diǎn)處）時(shí)，。由此求出常數(shù)：=0；=0；=代入（3-5）式，整理得： （3-6）式中根據(jù)撓度方程，便可求出彎矩及剪力方程：式中 上面幾個(gè)式子，雖然是對(duì)于無(wú)窮長(zhǎng)梁求出的，但是由于撓度、彎矩和剪力均為x的衰減函數(shù)，衰減的速度也較快。因此，作為近似，上述各式在一定條件下亦可用于有限長(zhǎng)度的梁。經(jīng)過以上分析可以得出如下概念：由于、經(jīng)過其第一個(gè)零點(diǎn)的第一個(gè)零點(diǎn)是，的第一個(gè)零點(diǎn)是，的第一個(gè)零點(diǎn)是后余值不大，故實(shí)際上可以把無(wú)窮長(zhǎng)梁理解為： （3-7）也就是說(shuō)，在計(jì)算筒殼時(shí)，只要其長(zhǎng)度距集中載荷的作用點(diǎn)大于時(shí)，均可作為無(wú)窮長(zhǎng)的彈性基礎(chǔ)梁來(lái)處理。(37)

46、式中的、分別稱為撓度、彎矩和剪力的影響區(qū)。3各繩圈力的疊加要注意到這樣一個(gè)現(xiàn)象即所有繩圈的力不是同時(shí)加上，而是有先有后，逐圈加上的。這種纏繞方式的特點(diǎn)，對(duì)鋼繩的張力亦有影響，下面來(lái)對(duì)此進(jìn)行分析，可直接參考礦山提升運(yùn)輸機(jī)械（修訂版）此書來(lái)計(jì)算。參考公式，此處C為鋼繩張力降低系數(shù) （3-8）上式是根據(jù)無(wú)窮長(zhǎng)梁的條件導(dǎo)出，對(duì)于有支撐處的C值則不能用上式計(jì)算。為了避免運(yùn)算上的繁瑣，也可用下面的較簡(jiǎn)單的公式： （3-9）一般情況下（3-8）式與（3-9）式之差約為5%。3.5筒殼強(qiáng)度的計(jì)算基于上面的分析可以看出，由于引入了影響區(qū)的概念，可以不必把“梁”(筒殼)看成一個(gè)整體，而可把它分為若干區(qū)域：1)自由

47、筒殼：不受支撐影響的區(qū)域，故可把此區(qū)域的“梁”作為無(wú)窮長(zhǎng)梁來(lái)處理；2)支輪區(qū)：受支輪支撐影響的區(qū)域；3)支環(huán)區(qū)：受支環(huán)支撐影響的區(qū)域。下面分別討論各區(qū)筒殼應(yīng)力的計(jì)算：1自由區(qū)筒殼應(yīng)力的計(jì)算由于不受支撐的影響，故無(wú)彎曲應(yīng)力，僅受壓縮應(yīng)力，其值為： （3-10）式中 q-作用在筒殼上的均布載荷，； C自由區(qū)鋼繩張力降低系數(shù)，按（3-8）或（3-9）式計(jì)算。2.支輪處筒殼應(yīng)力的計(jì)算由于支輪結(jié)構(gòu)的不同，故所造成的支撐條件亦不同，大致有如下三種類型：1)接近鉸支的；2)接近固定的；3)接近彈性支撐的。端點(diǎn)(支輪處)的彎曲應(yīng)力為： （3-11）3支壞處筒殼應(yīng)力的計(jì)算支環(huán)與筒殼系剛性固定，由于支環(huán)不是絕對(duì)剛

48、性的，所以在纏繞繩圈作用下筒殼與支環(huán)同時(shí)產(chǎn)生變形，顯然它們的變形量(撓度)相等，即支環(huán)處簡(jiǎn)殼的撓度等于支環(huán)的撓度。礦井提升機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)踐證明，木襯對(duì)筒殼能起到一定的保護(hù)作用。卷筒在具有新木襯的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，其特性是穩(wěn)定的。使用一段時(shí)期，當(dāng)木襯已經(jīng)磨損時(shí)，卷筒就開始發(fā)響，筒殼的有些地方被壓進(jìn)去，甚至發(fā)生裂縫和裂口。3.6多層纏繞時(shí)筒殼的計(jì)算特點(diǎn)多層纏繞與單層纏繞相比，是載荷增大了。如前所述，單層纏繞時(shí)筒殼所受的均布載荷qC，則多層纏繞時(shí)筒殼所受的均布載荷為 (稱為纏繞系數(shù)，隨纏繞層數(shù)而變化)。此外，由于纏繞多層后，鋼繩對(duì)卷筒擋板產(chǎn)生側(cè)壓，使筒殼產(chǎn)生縱向拉力。如纏繞的層數(shù)不太多(例如不超過5層)，這種

49、現(xiàn)象所造成的應(yīng)力遠(yuǎn)小于徑向載荷所造成應(yīng)力，故可略去不計(jì)。以下僅討論由徑向載荷所造成的筒殼應(yīng)力。顯然，在多層纏繞時(shí)，筒殼外載荷的計(jì)算可歸結(jié)為求纏繞系數(shù)。當(dāng)外載荷求出后，其它的計(jì)算與單層纏繞時(shí)相同。圖3-14 雙層纏繞計(jì)算示意圖雙層纏繞時(shí)：三層纏繞時(shí)：筒殼的許用應(yīng)力如下：當(dāng)材料為或時(shí)，；當(dāng)材料為16Mn時(shí)，許用應(yīng)力比高30%。3.7JK-21.5型提升機(jī)筒殼強(qiáng)度計(jì)算3.7.1 已知條件JK-21.5型提升機(jī)鋼繩最大靜張力F=61KN，鋼繩直徑d=24mm；剛生彈性模量Es=1.0Mpa；鋼繩金屬斷面面積As=4.25；卷筒半徑r=120cm；纏繞層數(shù)n=2;輪轂半徑=30cm；纏繞節(jié)距t=26mm

50、；滾筒殼厚度=22mm;圓盤厚=23mm；鋼的彈性模量E=2.0Mpa筒殼及圓盤材料16Mn，； 筒殼強(qiáng)度的計(jì)算及校核計(jì)算與校核過程如下：集中力的影響區(qū)長(zhǎng)： 在影響區(qū)內(nèi)鋼絲繩纏繞圈數(shù)： 取i=10 的計(jì)算如下：查表6-1表6-1距第一圈的距離x（mm）2.655.307.9510.6013.2515.918.5521.20.28060.56130.84201.12261.40331.6841.96462.24530.93530.78740.60960.4360.28150.16340.07540.01553.3051自由筒殼區(qū)鋼繩張力降低系數(shù)：計(jì)算兩層纏繞時(shí)的纏繞系數(shù)：計(jì)算筒殼強(qiáng)度1）自由筒殼

51、區(qū)筒殼均布載荷：筒殼壓縮應(yīng)力：2）在支撐處：如認(rèn)為此處鋼繩張力降低系數(shù) 彎曲應(yīng)力：壓縮應(yīng)力：各應(yīng)力值均在極限應(yīng)力值內(nèi)，滿足強(qiáng)度要求。4 單繩纏繞式提升機(jī)主軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 主軸的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度計(jì)算 主軸是提升機(jī)承載的主要部件，提升機(jī)的主要工作構(gòu)件如滾筒、軸承、離合器以及聯(lián)軸器等均安裝在主軸上。有些小型提升機(jī)的主軸還裝有減速的末級(jí)大齒輪。電動(dòng)機(jī)通過主軸驅(qū)動(dòng)滾筒。主軸也是傳動(dòng)的主要部件。提升機(jī)主軸應(yīng)能承受工作過程中的外負(fù)荷而不發(fā)生殘余變形和過量的彈性變形，同時(shí)要保證一定的使用壽命。主軸往往是提升機(jī)中重量最大的一個(gè)零件，其尺寸和傳遞的力矩也較大。因此，在結(jié)構(gòu)上除應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度要求外，還應(yīng)重視工藝和

52、安裝方面的問題。主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)：(1)要便于起吊、拆裝和加工。零件在軸上要求定位準(zhǔn)確，工作中不發(fā)生移動(dòng)。例如，為了便于安裝、找正，提升機(jī)主軸目前一般做成兩支點(diǎn)。為了便于加工，主軸軸向尺寸不宜過長(zhǎng)以免需要大型工裝及需要大型爐進(jìn)行熱處理等?，F(xiàn)代提升機(jī)上已普遍采用滾動(dòng)軸承代替原來(lái)的滑動(dòng)軸承，這樣可減小主軸軸向尺寸：為便于安裝，主軸結(jié)構(gòu)應(yīng)作相應(yīng)考慮。(2)滾筒在軸上的固定方法可用切向鍵也可用靜配合，但不論用何種方法都應(yīng)使連接可靠，不允許在運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。對(duì)鍵連接應(yīng)有防遲裝置。雙滾筒提升機(jī)每個(gè)滾筒僅在一個(gè)支輪輪轂處固定就可以了。對(duì)于活滾筒，為了避免因多次調(diào)繩操作后軸上磨出構(gòu)槽，所以在其

53、右輪毅與主軸問加設(shè)襯套。(3)軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量使軸受力合理，避免或減輕應(yīng)力集中，以保證鈾的疲勞強(qiáng)度。軸徑變化處過渡圓角半徑不應(yīng)過小。根據(jù)需要和可能對(duì)主軸進(jìn)行表面強(qiáng)化處理(如噴九、該壓等)以提高其疲勞強(qiáng)度。(4)主軸是主要承載部件且受交變應(yīng)力，故對(duì)其工藝要求較高。主軸鍛造后必須進(jìn)行探傷試驗(yàn)及機(jī)械性能試驗(yàn)，當(dāng)有裂紋及其他缺陷存在時(shí)，此軸的壽命會(huì)受到影響。主軸加工后要進(jìn)行熱處理，熱處理方法有用正火也有用調(diào)質(zhì)的。5)主軸材料一般采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼，最常用的是45碳素結(jié)構(gòu)鋼。這種材料價(jià)廉、對(duì)應(yīng)力集中敏感性小、加工性能好，通過調(diào)質(zhì)熱處理，可獲得強(qiáng)度、耐磨性和沖擊韌性都比較好的綜合機(jī)械性能。一般不采用合金鋼，因?yàn)?/p>

54、碳鋼與合金鋼的彈性模量相差很小，用合金鋼雖可提高主軸強(qiáng)度，但對(duì)提高主軸剛度意義不大。提升機(jī)主軸的強(qiáng)度計(jì)算步驟和計(jì)算內(nèi)容如下：（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)及工藝要求，繪制出主軸結(jié)構(gòu)草圖，并初定主軸的尺寸。主軸的直徑可以根據(jù)它們傳遞的扭矩進(jìn)行初算，也可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)。（2）計(jì)算主軸的正常載荷。根據(jù)最大正常載荷，計(jì)算主軸危險(xiǎn)斷面的安全系數(shù)，對(duì)于對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力，一般取疲勞安全系數(shù)n15；對(duì)于非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力，疲勞安全系數(shù)n2。（3）按正常載荷校核主軸的剛度。主軸的最大撓度應(yīng)滿足，式中L為規(guī)定的跨度。（4）計(jì)算主軸的非常載荷(按卡罐、斷繩情況)。根據(jù)非常載荷計(jì)算主軸危險(xiǎn)斷面的應(yīng)力，此應(yīng)力應(yīng)小于材料的屈服極限，以保證主軸在非常載荷下不產(chǎn)生殘余變形。 提升機(jī)主軸強(qiáng)度計(jì)算，可按機(jī)械零件中軸的計(jì)算方法進(jìn)行，只是主軸的外載荷應(yīng)根據(jù)提升機(jī)具體工作持點(diǎn)確定。4.2 主軸的力學(xué)模型和受力分析 把主軸簡(jiǎn)化成受幾個(gè)集中載荷的無(wú)重軸，只有滾筒的左輪轂、右輪轂處和聯(lián)軸器處傳遞扭矩。（1）安裝在主軸上的各零部件及主軸的自重；主要有滾筒、調(diào)繩離合器和齒輪聯(lián)軸器。它們的重量可認(rèn)為集