毕业论文多绳摩擦式矿井提升系统[2] (修复的).docx

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1、目 录1 提升系统概述21.1多绳摩擦式矿井提升机在国内外的发展现状21.2 多绳摩擦式矿井提升机在我国的应用情况22 多绳摩擦式矿井提升机32.1 多绳摩擦式矿井提升机的种类及其结构分析32.2 多绳摩擦式矿井提升机的优点及其局限性42.3 多绳摩擦式矿井提升机提升工作原理53 多绳摩擦式矿井提升机的方案设计63.1 矿井参数63.2 多绳摩擦式矿井提升机的主要组成部分63.2.1 多绳摩擦式提升机的类型选择73.2.2 车槽装置83.3 多绳摩擦式矿井提升机的附属设备93.3.1 罐道选型93.3.2 固定装置选择103.3.3 井架装置选择104 多绳摩擦式矿井提升机设备选型114.1

2、提升方式确定114.2提升钢丝绳选择计算114.3提升能力计算135 多绳摩擦式矿井提升机机械制动装置145.1 多绳摩擦式矿井提升机的机械制动装置145.2多绳摩擦式矿井提升机安全保护15结束语16参考文献17 浅析多绳摩擦式矿井提升系统路飞翔摘 要 矿井提升系统是煤炭生产过程中必不可少的重要组成部分。从井下采煤工作面采出的煤炭,只有通过矿井提升系统的运输与提升才能加以利用。多绳摩擦式提升系统在现代矿山行业中的应用十分广泛,矿井提升系统的类型很多,按被提升对象分:主井提升、副井提升;按井筒的提升道角度分:竖井和斜井;按提升容器分:箕斗提升、笼提升、矿车提升;按提升类型分:单绳缠绕式和多绳摩擦

3、式等。我国常用的矿用提升机主要是单绳缠绕式和多绳摩擦式。我国的矿井与世界上矿业较发达的国家相比,开采的井型较小、矿井提升高度较浅,煤矿用提升机较多,其他矿(如金属矿、非金属矿)则较少。多绳摩擦式矿井提升机主要由主轴装置、制动装置、减速器、深度指示器、车槽装置及其他辅助设备组成。关键词:提升系统 维护 变频调速 速度输出 1 提升系统概述概述 1.1多绳摩擦式矿井提升机在国内外的发展现状 多绳摩擦式矿井提升机随着科学技术的发展,其增长速度很快,使用范围也日益增多,不仅立井使用,国外在斜井或露天斜坡也在使用,例如,联邦德国米尔斯露天矿,1954年在斜坡上使用了单箕斗四绳提升机,采用封闭式钢丝绳,直

4、径为32mm。又如,奥地利Wodzyki矿井是斜井,1960年以前就使用了双绳摩擦式矿井提升机,井筒倾角是24度,斜长1138m,串车提升,绳速8m/s,提升6辆煤车和2辆矸石车,有效负荷13.56t,为了防止钢丝绳在主导轮上产生滑动,在井底尾绳环处安装种锤拉紧的导向轮。国内是使用的多绳摩擦式提升机也日益增多,1960年第一台多绳摩擦式提升机投入运行以来, 大量的这种提升机在我国安装运行。 目前,国外多绳摩擦式矿井提升机的发展方向是:发展落地式和斜井多绳摩擦式提升机,研究其用于特浅井、盲井的可能性,以扩大起使用范围;采用新结构,以减小机器的外形尺寸和重量;实现自动化和遥控,以提高工作的可靠性和

5、生产效率,以适应深矿井和大生产量的需求多年来;大量采用先进的拖动、控制系统,甚至是全液压型等。 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较大的发展前途。并为此探索具有耐磨性好、摩擦系数高的摩擦衬垫材料。新结构的多绳缠绕式矿井提升机开始在一些国家使用,它对提升高度大的深井开采有重要意义;采用液压马达代替电动机的防爆提升机受到重视;气力提升也正在研究和发展中。 现在,各国为争夺用户市场,开发了各种形式、规格的矿井提升机,以适应各国矿井的开采深度,达到高效、低能耗、低成倍的目的。矿井提升机的发展总趋势可归结为:在总体上向大负荷、高速、大型化方向发展。实用、经济、高效、可靠的

6、提升机产品是使用者和制造者共同的追求。1.2 多绳摩擦式矿井提升机在我国的应用情况 我国多绳摩擦式矿井提升机的系列参数从1960年开始制订,目前的品种有塔式和落地式;绳数上有二绳、四绳、六绳;直径结构已达5.5m;主传动形式有电动机通过减速器拖动和低速电动机直联两种。我国1958年设计生产了第一台2m四绳塔式摩擦式矿井提升机,应用在阜新五龙矿。1960年又设计生产了3m四绳摩擦式矿井提升机,在宁夏石嘴山二矿使用。从此我国也开始应用塔式多绳摩擦式矿井提升机。 由于防震的需要,各矿山用户纷纷要求有落地式多绳摩擦式矿井提升机供货,所以在1977年利用河南大峪沟因地面面积限制,原设计的双筒单绳提升机无

7、法安装的情况下,在无任何落地式多绳摩擦提升机参考资料的情况下,完全依靠自己力量,经5个月的努力和攻关,于1977年10月,使我国第一台2m双绳落地式矿井提升机在我国大峪沟诞生。随后在1982年洛阳矿山机械研究所设计试制的一台四绳落地式摩擦矿井提升机在广东红工矿运行,1983年由上海冶金矿山机械厂设计生产了3m四绳直流低速的落地式摩擦提升机在我国浙江长广煤矿应用和鉴定。从此,我国的塔式和落地式多绳摩擦矿井提升机被矿山广泛采用。 2 多绳摩擦式矿井提升机2.1 多绳摩擦式矿井提升机的种类及其结构分析 多绳摩擦式矿井提升机的控制方式有手动、半自动和全自动等几种。一般 将布置在井 筒顶部塔架上的这种提

8、升机称为塔式多绳摩擦式矿井提升机,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,但塔式的优点有: 1)紧凑省地;2)不需天轮; 3)全部载荷垂直向下,井架稳定性良好; 4)可获得较大围包角;5)钢丝绳不致因无保护地裸露在雨雪之中而影响摩擦系数及使用寿命。 其缺点是:设备费用比落地式高,因为提升塔比普通井架更为庞大复杂,需要更多的钢 材。塔式多绳摩擦式矿井提升机又可分为无导向轮系统和有导向轮系统两种,前者简单,后者的优点是可使提升容器在井筒中的中心距不受摩擦轮直径的限制,可以减少井筒的断面,同时可以加大钢丝绳在摩擦轮上的围包角,其缺点是使钢丝绳产生了反向弯曲,直接影响钢丝绳的

9、使用寿命。因此设计时应尽量不采用导向轮系统。提升机布置在地面的称为落地摩擦式矿井提升机,这种提升机的提升绳通过井架天轮引入井筒,与容器相连。因落地式可以同时安装提升井架和提升机,井架高度也低,故这种型式的多绳摩擦式提升机在我国受到重视。 多绳摩擦式矿井提升机主要由主轴装置、制动装置、减速器、深度指示器、车槽装置及其他辅助设备组成。制动系统是保证提升机安全运行的重要装置。遇紧急情况时,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。交流电动机驱动的提升机,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。 2.2

10、 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。 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

11、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

12、,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,也不适用于凿井提升。 4)当矿井很深时,钢丝绳故障较多,故不适用于特别深的矿井提升。 5)由于使用数根直径较细的钢丝绳提升,钢丝绳的外露总面积增加了,在井筒中受矿井腐蚀气体侵蚀的面积就相应增加,加之由于钢丝绳直径较细,钢丝绳的绳股中钢丝直径也较细,耐磨性也明显降低,诸因素对钢

13、丝绳的使用寿命产生了不利的影响。尤其是对于某些矿井的淋水呈酸性,腐蚀性则是影响钢丝绳使用寿命的重要原因之一。 综上所述,多绳摩擦式矿井提升机的优越性是显著的,特别是对提升量大的深井,单绳缠绕式提升机是无法比拟的。通过对多绳摩擦式矿井提升机的缺点进行分析,可以发现,这些缺点是可以克服和减轻的。另外在运行中还可以定期对钢丝绳涂以防腐防滑的戈培油,以改善钢丝绳的工作条件,总之,多绳摩擦式矿井提升机已成为现代提升的发展方向之一。 2.3 多绳摩擦式矿井提升机提升工作原理 摩擦式提升机其特点是靠摩擦轮与钢丝绳之间的摩擦力传动。它又可以分为单绳和多绳两种。近年来多采用多绳摩擦式提升机。摩擦式矿井提升机适用

14、于凿井以外的各种竖井提升。提升绳搭挂在摩擦轮上,利用与摩擦轮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。尾绳两端分别与两个容器(或容器和平衡重)的底部连接,形成提升绳-容器-尾绳-容器(或平衡重)-提升绳的封闭环路。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。3 多绳摩擦式矿井提升机的方案设计 本章将在前一章研究的基础上,进一步对多绳摩擦式矿井提升机进行总体方案设计,对提升机各设备进行分类,研究各组成部分的功用及原理,并对其进行选型

15、设计。 3.1 矿井参数主井提升1)矿井年产量,90万t/年;2)工作制度:即年工作日,日工作小时数t。设计规范规定: =300天, t=14h ;3)矿井开采水平数1,各水平井深为480;4)卸载水平与井口的高差为25;5)装载水平与井下运输水平的高差为13;6)煤的散集密度,1t/立方米;7)提升方式:双箕斗提升,采用定重装载。 3.2 多绳摩擦式矿井提升机的主要组成部分矿井提升机作为一个完整的机械-电气机组,它的主要组成部分及其功能如下: 1)工作机构 主轴装置和主轴承,作为搭放提升钢丝绳,以承受各种正常载荷(静载荷、动载荷) 以及非常载荷。2)制动系统 制动器和液压传动系统,用于机器停

16、止时,能可靠地闸住机器。并能在正常制动和 紧急制动时,参与控制机器的速度,能使机器迅速停车。3)机械传动系统 减速器和联轴器,用以减速和传递动力。4)观测和操纵系统 包括操纵台、深度指示器及测速发电机。操纵台控制主电动机的速度变化和换向及对制动系统进行控制;深度指示器指示提升容器的运行位置,在提升容器接近井口(或井底)时发出减速信号,当机器过卷或超速时,进行限速和过卷保护。对于多绳摩擦式提升机,能自动调零;测速发电机用于测定机器的实行运行速度。5)自动保护系统 自动保护系统具有:过速、过卷、闸瓦磨损超限、润滑油超压或欠压、制动油超压或欠压、轴承温升超限、制动油温升超限、电动机过流或欠压等自动保

17、护的作用。6)辅助部分辅助部分包括司机座椅、机座、机架、护栅、挡板、护罩等辅助用具及材料。对于多绳摩擦式 提升还包括导向轮装置及摩擦衬垫的车槽装置。 3.2.1 多绳摩擦式提升机的类型选择图3-2 塔式摩擦提升矿井提升机 在这里我们选用塔式多绳摩擦式矿井提升机(如图3-2)有导向轮系统,因为它具有以下优点:紧凑省地;不需天轮;全部载荷垂直向下;井架稳定性好;可获得较大围包角;钢丝绳不致因无保护地裸露在雨雪之中而影响摩擦系数及使用寿命;可使提升容器在井筒中的中心距不受主导轮直径的限制;可减小井筒的断面;可加大钢丝绳在主导轮上的围包角。其缺点是:设备费用高;井架更庞大、复杂,需更多的钢材;使钢丝绳

18、产生了反向弯曲,直接影响钢丝绳的使用寿命。 3.2.2 车槽装置 多绳摩擦式提升机在开始运转前,为了增加提升钢丝绳与摩擦衬垫之间的接触面积,必须在衬垫上车出车槽。在提升机的运行期间,由于提升钢丝绳之间的张力不同,造成了衬垫磨损不均匀,使各绳槽直径产生误差,为了保证所有各提升钢丝绳均匀负担绳端的负荷,当绳槽直径误差到某一定值时,也必须对衬垫绳槽进行车削,为此设置了专用的车槽装置如图3-3所示 车槽装置安装在主导轮的下方,每根钢丝绳的绳槽部都有一个专用的车刀装置1,它通过支承架固定在车槽架上,车削时要调整好车刀,使车刀的刀面与主轴中心线平行,转动手轮可进刀和退刀,进刀量的大小,可以从刻度盘上看出,

19、一般是每转一格刻度,进刀量为0.1mm。可以同时车削全部绳槽,也可以单独车某个或几个绳槽。图3-3 车槽装置 3.3 多绳摩擦式矿井提升机的附属设备 3.3.1 罐道选型 提升容器在井筒中升降运行的导向装置称为罐道,按结构型式不同,分为刚性罐道和柔性罐道两种。刚性罐道按罐道的材料分:有木质、钢轨、组合型及特种钢罐道四种,通常都是依靠固定在井壁上的罐道梁支撑,也有利用井壁打锚杆直接固定的;柔性罐道通常指使用钢丝绳作罐道。 在这里我们选钢丝绳罐道,因为它的结构简单、安装方便、建井工期短、节约钢材和投资。更换罐道简单,对生产的影响较小;井筒作为通风时的阻力也比较小。 钢丝绳罐道是利用钢丝绳作为提升容

20、器的导向装置。上端固定在井塔上,下端用重锤拉紧。井筒中不需要设置罐道梁。钢丝绳罐道装置包括:罐道钢丝绳、固定装置和拉紧装置,以及在井口、井底等进出车处附设的刚性罐道等。 布置钢丝绳罐道的位置,应尽量使钢丝绳远离提升容器的回转中心,以增大钢丝绳的抗扭力矩,减小提升容器在运行中的扭摆;同时要不妨碍井底,井口装设刚性罐道和罐梁,并保证罐耳通过时有足够的间隙;并便于布置和安装检修罐道钢丝绳的固定及拉紧装置等。 根据国内外经验和一些矿井的实测资料表明:多绳提升宜采用四角布置。在这里我们选用四绳四角对称布置,如图3-4所示图3-4 钢丝绳罐道布置形式示意图1罐道绳;2防撞绳 3.3.2 固定装置选择 在这

21、里我们选用双楔块固紧式固定装置,如图3-5 所示。因为这种装置能保证罐道钢丝绳卡得较为牢靠、可靠,张紧力大,又不会损伤钢丝绳。而且,在运行中需要串绳或安装都较为方便。双楔块固紧式固定装置的基本参数可通过其技术特征及外形尺寸表得到。图3-5 双楔块固紧式固定装置1双楔块固紧装置;2底座;3吊环;4罐道绳;5绳卡;6楔块;7楔套 3.3.3 井架装置选择 塔式井架的作用是:承受多绳摩擦式提升机的全部重量;固定伸出井筒的罐道和箕斗;提升机安装在井架上,从根本上改变了承力结构的工作状况,水平负荷显著减少;简化和减轻了井架的结构,从而可增加井架高度,改善地面工业广场的布局,使地面运输更合理。 它由位于井

22、架上面的提升机房、内壁和外壁组成。沿井架高度的方向上用水平梁及板架连接起来。通常内壁起架子作用,并具有矩形断面,起断面尺寸的大小取决于提升容器的尺寸。4 多绳摩擦式矿井提升机设备选型 4.1 提升方式确定 由于本矿是一个年产量900的矿井,故视提升任务情况采用一套箕斗提升设备进行单一提升。由于主井为一个水平提升,故采用双箕斗提升。 4.2提升钢丝绳选择计算 提升钢丝绳是矿车提升设备的一个重要部件,也是一个表薄弱的环节,它不仅直接关系到矿井的正常生产和人员的生命安全,而且其规格尺寸还将决定提升机的规格。在矿井这个服务年限里,钢丝绳是需要经常更换的易耗品,所以它又关系到提升设备的经济运行问题。因此

23、对于提升机钢丝绳必须予以足够的重视。由于井筒淋水大,因腐蚀严重,所以选用镀锌钢丝绳。1)绳端荷重:2)钢丝绳悬垂长度: 卸载点距主导轮中心的高度,m;容器的全高,m;过卷高度,m,煤矿安全规程规定,提升速度小于10m/s时,过卷高度不小于速度值,且最低不小于6m/s,提升速度大于10m/s时,过卷高度不小于10m/s;导向轮轴中心距导向轮层地板的高度,m。在制造厂供给的设备图中可以查到;导向轮与主导轮轴中心的高差,m,根据的近似数值表可以查出;尾绳环的高度,m。其中 取15S两提升容器之间的中心距,m;对于单容器带平衡锤的提升系统,则为提升容器与平衡锤的中心距,m;3)首绳单位长度重量: (4

24、-8) 钢丝绳的公称抗拉强度,kg/mm2;一般以选用=155至157 kg/mm2为宜;对于仅提升物料的主井或只提升物料的辅助提升,可以选用=140 kg/mm2。m钢丝绳的安全系数,煤矿安全规程规定,摩擦式提升机的安全系数:升降人员和物料用:.m8.20.0005Hc;专为升降物料用:m7.20.0005Hc。按表推荐,选用(YB829-79),6(34)1-28-155-1型三角股钢丝绳,左右捻各二根。查钢丝绳规格表,其规格为:3.214,d28,51300kg,1554)尾绳单位长度重量计算 (4-9)选用(GB1102-74)6(31)1-42-140-1型普通圆股钢丝绳两根。查钢丝

25、绳规格表6.455;d42;97650kg;140 4.3提升能力计算年实际提升能力:上述选型合理可靠。5 多绳摩擦式矿井提升机机械制动装置 5.1 多绳摩擦式矿井提升机的机械制动装置 矿井提升机的制动装置,通称制动器,是提升机一个非常重要的组成部分。制动器由执行机构和传动机构两部分组成,执行机构直接作用于制动轮或制动盘上产生制动力矩的部分,按其结构可分为盘式制动器和块式制动器等。传动机构是控制并调节制动力矩的部分,新型号提升机采用油压盘式制动系统,旧型号提升机采用油压或气压块式制动系统。制动系统的作用有:(1)、保证提升容器按给定的状态运动,并在需要的位置制动工作制动;(2)、在可能造成事故

26、的不正常工作状态下,紧急制动以保障人员和设备的安全紧急制动;(3)、更换水平调节绳时,制动活卷筒。工作制动,紧急制动时都可用手动或图5-1盘式制动器调节制动力原理图1活塞;2碟形弹簧;3闸瓦 盘式制动器的工作原理是用油压松闸,以弹簧力制动,如图4-1所示当向Y腔给入压力油后,使活塞带动筒体,衬板和闸瓦一起往左运动,压缩碟行弹簧,形成松闸。当油压下降时,在弹簧力的作用下,使活塞通过联结轴推动筒体闸瓦向右运动,达到制动的目的。 调节制动力矩的原理如图5-1所示,当闸瓦与制动盘接触时,活塞就同时受弹簧的作 用力F2和制动油产生的压力F1的作用,则一个制动器的闸瓦压向制动盘的正压力为: N=F2-F1

27、当油压P=0时,即F1=0,N=Nmax=F2,此时为全制动状态。当油压P=Pmax时,F1F2,闸瓦间隙大于零,为全松闸状态,正压力N的变化只受油压力P的影响,即:N=P,而闸瓦与制动盘的摩擦系数一般不变,故正压力的变化就反映了制动力的变化。5.2多绳摩擦式矿井提升机安全保护矿井提升机通常安装在地面上,它通过钢丝绳提升井筒内的容器,沟通地面与井下,用于降送设备,材料,升降人员,提升矿物或矸石,任务十分繁重。一旦发生事故,将会造成人员的伤亡和设备的损坏,影响生产的正常运行。严重的事故,将会破坏井筒装备,导致矿井短期停产。因此,国内外的生产管理人员都千方百计到完善提升设备的安全保护设施,以保证提

28、升系统的设备能够安全可靠地运行。 目前用于过卷事故制动保护装置为楔形罐道和防撞梁。其作用是将提升容器和运动部件的动能转变为罐道变形和阻力所作之功。选用楔形罐道应注意以下问题:(1),合理确定楔形罐道尺寸;(2),为增加过卷楔形罐道的制动力,以保证设计要求的制动减速度,在井口和井底安装楔形罐道。 结 束 语 本设计是多绳摩擦式提升机总体机构设计,主要对矿井提升机主体进行设计和选型计算并且提升机附属设备选择两部分组成。对多绳摩擦式提升机工作原理进行详细分析,对多绳摩擦式提升机的各个机构进行布置和选型分析。在对提升机主体进行设计和计算的过程中,主要对提升机的主轴装置,减速器和制动器进行了设计计算,根

29、据矿井参数对提升机的提升容器、钢丝绳、提升系统、变位质量、提升速度图、等进行了计算分析和选型。并且给出图示。对于提升机的附属设备,主要对罐道、导向轮、等进行了选择。本设计的多绳摩擦式矿井提升机主要适用于大、中型矿井,略加改动的情况下同样适用于小型矿井,由于经验与技术关系,本设计仍然存在着许多不足,希望老师能给与指导及改正。虽然经过以上的设计和研究本调速控制系统能用于矿山的实际生产,但在功能上及控制的精度上和同类先进产品还有一定的差距,还需要在后续工作中进一步完善。 参考文献1 夏荣海、郝玉琛,矿井提升机械设备M.中国矿业学院出版社,1987年2 严万生,矿山固定机械手册M.煤炭工业出版社,1986年3 臧文周,矿井提升机械M.冶金工业出版社,第一版,1993年4 李世华,矿井提升设备使用维修M.机械工业出版社,1991年5 潘英,矿山提升机械设计M.中国矿业大学出版社,2001年6 成大先,机械设计手册M.北京:化学工业出版社,1999年7 吴宗泽,机械设计实用手册M.北京:化学工业出版社,1999年键入文字键入文字键入文字

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