矿井提升机设计.doc
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1、摘 要副井提升机是矿井大型固定设备之一,它的主要任务是沿井筒提升矸石、废料,下放材料,升降人员和设备等,其性能好坏直接关系到矿山的生产效率和安全性及可靠性。本文针对目前副井提升设备的现状,从实际需要出发,设计了副井提升机的驱动系统,主要包括主轴、减速器、联轴器的设计和计算,钢丝绳、卷筒、电动机的选型等。目前国内外大中型矿井的新井设计几乎全部选用多绳摩擦提升系统。多绳摩擦提升系统具有很多显著的优点,如安全可靠、节省钢材和技术先进等。主轴、减速器、联轴器等是其主要组成部分,它们性能的好坏决定了提升机工作性能和安全可靠性的优劣,因此,合理地选择和设计这些零部件具有很重要的意义。为此,必须熟悉和掌握矿
2、井提升设备的结构、工作原理、性能特点等方面的知识,以做到设计合理,计算精确,使设计出的提升机能够安全,可靠、经济地工作。关键词: 副井提升机 主轴 减速器 联轴器ABSTRACTAuxiliary mine hoister is one of the large fixed eqipment in the mine.its main task is raising the waste rock and waste material,decentralizing materials,lifting personnel and eqipments and so on. its performanc
3、e is directly related to the efficiency, safety and reliability of the mining productionthe. Aiming at the present situation and according to the actual needs,this text finisted the design of the driving systemof auxiliary mine hoister, mainly including the design and calculation of spindle, reducer
4、, coupling,and the selection of steel wire, drum, motor selection, etc. Both at home and abroad, the new wells design of large and medium-sized mines almost all use the hoisting system with more rope friction. It has many prominent advantages, such as its safe and reliable, it can save steel and we
5、have advanced technology about it, etc. Spindle, reducer, couplings etc is the main component of the mine hoister, they decided the working performance and safety grounds of the hoister, therefore, the reliability of reasonable selection and design of these parts have very important significance. Th
6、erefore, we must be familiar with and grasp the structure, working principle and characteristics of the mine hoister , in order to achieve reasonable design and accurate calculation , and in order that the hoist can be safe, reliable,and economical to work. Keywords: auxiliary mine hoist spindle red
7、ucer coupling 前言毕业设计是培训学生综合运用本专业所学的专业知识来分析、解决实际问题的能力的重要教学环节,是对四年所学知识的复习和巩固,同时也促进了同学们之间的互相探讨、互相学习。通过毕业设计不仅可以巩固我们的专业知识,为以后的工作打下坚实的基础,而且还培养了我们熟练使用资料,运用工具书的能力。为了能够充分运用本专业所学的知识,本文选择了副井提升机驱动系统的设计,通过同学们之间的互相探讨和老师的认真指导,完成了对减速器、主轴的整体设计以及其它零部件的选型。在设计过程中,从图书馆查阅了大量的相关文献,并在网上搜集了很多相关资料,从中寻找设计思路和设计方法,经过认真的分析和比较,最终
8、选择了多绳摩擦提升机的设计。由于矿井深度和产量的不断增加,缠绕式提升机的卷筒直径和宽度也随之增大,使得提升机卷筒体积庞大而笨重,给制造、运输、安装等带来很大的不便。由此产生了多绳摩擦式提升机,多绳摩擦提升机有很多显著的优点,如结构紧凑、安全可靠、技术先进等,目前我国大多采用这种形式的提升机。该设计力求内容精练、重点突出。在整个设计过程中,指导老师吕鲲老师给予了很多指导和帮助,在此特表示深深的感激。由于时间仓促,再加上所学知识有限,设计中难免出现错误或不当之处,恳请各位教师给予一定的批评和建议。目 录1 绪论11.1 矿井提升机11.2 矿井提升机的主要结构及其作用31.2.1 工作机构31.2
9、.2 制动系统41.2.3 机械传动系统41.3矿井提升机的现状及发展趋势41.4 多绳摩擦提升机的工作原理51.5多绳摩擦式矿井提升机的优点及其局限性61.6多绳摩擦式矿井提升机在国内外的发展现状82 系统设计方案的确定92.1 设计参数92.2 设计方案的确定93 钢丝绳的选择和卷筒尺寸的确定113.1 提升容器型号的选择113.2 提升钢丝绳的选择123.2.1 钢丝绳的结构123.2.2 钢丝绳的选择123.3 卷筒尺寸的确定133.3.1 卷筒结构133.3.2卷筒尺寸的确定144 减速机构的设计164.1 减速机构总体设计方案164.2 电动机的选择和传动比的计算174.3 计算运
10、动和动力参数184.4 齿轮的设计194.4.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数194.4.2 按齿面接触强度设计194.4.3 按齿根弯曲强度设计214.5 传动轴的设计计算254.5.1 高速轴的设计计算254.5.2 低速轴的设计计算294.5.3 联轴器和轴承的选择324.6 轴系部件的结构设计364.6.1 轴承盖的结构设计364.6.2 轴外伸处的密封设计394.6.3 套筒的设计394.7 减速器箱体的设计404.7.1 减速器箱体结构尺寸404.7.2 油面位置及箱座高度的确定424.7.3 油沟的结构形式及尺寸434.8 减速器的附件434.8.1 检查孔与检查孔盖的设计
11、444.8.2 通气器的结构及尺寸454.8.3放油孔、螺塞和封油圈454.8.4 油标指示器474.8.5 起吊装置474.8.6 定位销494.8.7启盖螺钉505 主轴的设计计算与校核515.1 概述515.2 主轴设计计算515.3主轴强度校核556 总 结62致 谢63参考文献641 绪论1.1 矿井提升机矿山提升机是通过钢丝绳带动容器(罐笼或箕斗)沿井筒升降,与装卸装置、封闭井塔或敞开井架、导向轮或天伦等组成的以完成输送人员设备、煤炭、矸石等物料为任务的大型机械设备。提升设备是一个系统,主要包括提升机、提升主钢丝绳、提升容器等。提升系统按被提升对象分为主井提升和副井提升。主井是用于
12、提升矿产品,副井是用于提升和下放设备、提升矸石、下放矿井矿物挖出后防塌陷的充填物等辅助材料,以及升降人员之用。所以也有把副井称之为辅井,副井的提升容器一般都用罐笼。矿井提升机是提升系统中最主要的组成部分。按提升钢丝绳的工作原理,可分为缠绕式矿井提升机和摩擦式矿井提升机两类。 图1-1缠绕式矿井提升机缠绕式矿井提升机(如图1-1)有单绳缠绕式和多绳缠绕式两种,提升钢丝绳缠绕在卷筒上的方式与一般绞车类似,无论立井或斜井均可以使用,但提升高度和最大载荷等,受现有钢丝绳的制造能力和滚筒容绳量的限制。一般而言,当钢丝绳直径大于60mm时,制造困难,同时会导致提升机及提升设备庞大。所以,一般提升载荷重量不
13、得超过20t,一层缠绕时的提升高度不超过600m。图1-2落地摩擦式矿井提升机摩擦式矿井提升机适用于凿井以外的各种竖井提升。提升绳搭挂在摩擦轮上,利用与摩擦衬垫的摩擦力使容器上升。提升绳的两端各连接一个容器,或一端连接容器,另一端连接平衡重。为提高经济效益和安全性,摩擦式矿井提升机采用尾绳平衡提升方式,即配有与提升绳重量相等的尾绳。容器处于井筒中的任何位置时,摩擦轮两侧的提升绳和尾绳的重量之和总是相等的。一般将布置在井筒顶部塔架上的这种提升机称为塔式摩擦式矿井提升机。塔架高出地面几十米,在地震区和地表土层特厚的矿区建造井塔耗资较大。布置在地面的称为落地摩擦式矿井提升机(如图1-2),这种提升机
14、的提升绳通过井架天轮引入井筒,与容器相连。落地多绳摩擦提升机是在塔式多绳提升机的基础上将主机装置由空中搬到地面。1.2 矿井提升机的主要结构及其作用矿井提升机主要有电动机、主轴装置、减速器、卷筒、制动系统、深度指示系统、测速限速系统和操纵系统组成,采用交流或直流电机驱动。采用低速电动机时可不用减速器,电动机直接与卷筒主轴相连,或将电动机转子装在卷筒主轴的末端。传动功率大时,可采用2台或4台电动机同时驱动。一台提升机的总功率已达到11600千瓦。制动系统是保证提升机安全运行的重要装置。遇到紧急情况时,制动系统应通过可调节制动力矩的液压系统产生两级安全制动,以保证提升机及时停车又不产生制动过猛现象
15、。交流电机驱动的提升机,其制动系统还要具有灵敏的制动力矩可调性能,以准确控制提升机在临近停车点时的运行速度。下面分别介绍和本设计有关部分的功能。1.2.1 工作机构工作机构主要是指主轴装置和主轴承等,它的作用是:缠绕和搭放提升钢丝绳;承受各种正常载荷(包括固定静载荷和工作载荷);承受在各种紧急事故下所造成的非常负荷,在非常负荷作用下,主轴承装置的各个部分不应有残余变形;当更换提升水平时,能调节钢丝绳的长度(仅限于单绳缠绕式双卷筒提升机)1.2.2 制动系统制动系统包括制动器和液压传动装置两部分。制动器的作用是:在提升机停止工作时,能可靠地闸住机器;在减速阶段及下放重物时,参与提升机的控制;紧急
16、事故情况下,能使提升机安全制动,迅速停车,避免事故的扩大;双筒提升机在调节钢丝绳长度时,应能闸住提升机的游动卷筒。1.2.3 机械传动系统机械传动系统包括减速器和联轴器。减速器的作用矿井提升机主轴的转速受到提升速度的限制,一般在10-60r/min之间,而拖动提升机的交流电机转速通常在480-960r/min的范围内,这样除采用低速直流电动机驱动之外,一般情况下不能将主轴和电动机直接连接,中间必须经过减速器。因而减速器的作用是减速和传递动力。联轴器是用来连接提升机的旋转部分,并传递动力。1.3矿井提升机的现状及发展趋势我国是采煤大国,也是矿山机电设备制造和使用大国。解放后我国工业技术得到了迅速
17、发展,建立了自己的提升机制造业。目前我国可以成批生产各种现代化大型矿井提升机以及各种配套设备,无论从设计、制造、自动控制等各方面,我国生产的矿井提升设备都正在跨入世界先进的行列。从世界矿井提升机的发展趋势看,各国为争夺用户市场,开发了各种形式、规格的提升机,以达到高效、低能耗、低成本目的。矿井提升机发展总趋势可归结为:在总体上向大负载、高速、大型化发展。在提高矿井提升机的可靠性上也都非常重视,为此除了十分重视矿井提升机的制造质量外,在部件生产上都力求专业化生产。在设计研究上也有很大的投入,如为了提高生产效率,消除操作上的人为因素,在主井提升机一般都配备全自动提升运行装置。在副井提升上提升机房内
18、也不舍=设提升机操作员,而趋向于在提升容器内由使用人员直接控制提升机运行。再者,为确保提升设备无事故运行,在提升设备有可能出现故障的各个环节上,设双回路系统,并在系统的各个环节上设有各种检测、控制、自诊断以及记录和保护装置。因此在提升系统的检测、控制等各种元器件方面也做了许多工作。国外矿井提升机的发展已有一百多年历史,世界上经济发达的一些国家,提升机的运行速度已达20-25m/s,一次提升量达到50t,电动机容量已超过10000KW。目前,国内经常使用的提升机有单绳缠绕式和多绳摩擦式两种形式。提升设备的各项具体技术都有飞速发展,随着矿井开采深度不断加深和采用集中提升方式,多绳摩擦式矿井提升机有
19、较大的发展前途。1.4 多绳摩擦提升机的工作原理图1-3多绳摩擦式矿井提升机多绳摩擦提升机的工作原理与单绳缠绕式提升机不同,钢丝绳不是固定和缠绕在主导轮上,而是搭放在主导轮的摩擦衬垫上,提升容器悬挂在钢丝绳的两端,在容器的底部还悬挂有平衡尾绳。提升机工作时,拉紧的钢丝绳必须以一定的正压力紧压在摩擦衬垫上。当主导轮由电动机通过减速器带动向某一个方向转动时,在钢丝绳和摩擦衬垫之间便发生很大的摩擦力,使钢丝绳在这种摩擦力的作用下,跟随主导轮一起运动,从而实现容器的提升和下放。多绳摩擦式同时使用数根提升钢丝绳来提升容器和负载,只用于立井中,其提升高度和最大载荷不受容绳量的限制。所以它的提升高度和最大载
20、荷都比单绳缠绕式提升机大。 1.5多绳摩擦式矿井提升机的优点及其局限性在国内外,多绳摩擦式提升机得到飞跃发展,同单绳缠绕式提升机相比,它具备以下优点:1)由于钢丝绳不是缠绕在卷筒上,所以提升高度不受卷筒容绳量的限制,更适用于深井提升,这是多绳提升机较突出的优点。例如瑞典某矿井使用50t箕斗的8绳提升机,提升高度为1300m主导轮的直径仅为4m,若用单绳缠绕式提升机,则滚筒直径将达7.2到8m,缠绕宽度将达5到4.5m,钢丝绳直径将为80mm,不仅设备重量大,而且设备和钢丝绳直径过大,制造和安装使用维修都较困难。2)由于提升容器是由数根钢丝绳所承担,提升钢丝绳直径就比相同载荷下单绳提升的小,并导
21、致主导轮直径小,因而在同样提升载荷下,多绳提升机具有体积小,重量轻,节省材料,制造容易,安装和运输方便等特点。3)由于多绳摩擦式提升机运动质量小,拖动电动机的容量与耗电量都相应减少。4)由于多根钢丝绳提升,几根钢丝绳被同时拉断的可能性极小,因此提高了提升设备的安全性,可不设断绳保险器(防坠器),这就给使用钢丝绳罐道矿井提供了有利条件。5)在卡罐和过卷的情况下,有打滑的可能性,可避免断绳事故发生。6)由于多绳提升机的提升钢丝绳一般都是偶数,因而可以用相同数量的左捻和右捻钢丝绳,这样,提升钢丝绳在运行中产生的阻力就可以相互抵消,从而减轻了提升容器因钢丝绳扭力而产生对罐道的侧向压力,既降低了运行中的
22、摩擦阻力,又可以减轻罐耳和罐道的单向摩擦,从而延长了罐耳和罐道的使用寿命。7)由于主导轮宽度较小,轴的跨度也小,改善了主轴的负载性能。8)主导轮上不缠绳,提升钢丝绳没有在缠绳时沿轴中心方向上的挤压力(单绳缠绕式矿井提升机上会受这种力的影响,通常称之为“咬绳”),而且,由于钢丝绳承受的动应力和静应力都低,因而有利于钢丝绳使用寿命的提高。但多绳摩擦式矿井提升机也有它的局限性:1)数根钢丝绳的悬挂、更换时工作量大,维护检修、调整工作较复杂。2)当有一根钢丝绳损坏而需要更换时,为了保持各钢丝绳具有相同的工作条件,则需要更换所有的钢丝绳。3)因不能调解绳长,故双钩提升不能用于几个中段提升,也不适用于凿井
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