毕业设计（论文）多绳摩擦式矿井提升系统.doc

多绳摩擦式矿井提升系统 专 业 矿山机电 作者姓名 指导教师 定稿日期：2012年3月9日 摘 要 矿井提升系统是矿井运输设备的重要组成部分，是矿山运输的咽喉。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电动机、减速器、摩擦轮、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。 关键词：提升系统 维护 变频调速 速度输出 目 录摘 要I第1章 提升系统概述11.1多绳摩擦式矿井提升机在国内外的发展现状11.2 多绳摩擦式矿井提升机在我国的应用情况2第2章 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5第3章 多绳摩擦式矿井提升机的方案设计73.1 矿井参数73.2 多绳摩擦式矿井提升机的主要组成部分83.2.1 多绳摩擦式提升机的类型选择93.2.2 车槽装置9第4章 多绳摩擦式矿井提升机机械制动装置114.1 多绳摩擦式矿井提升机的机械制动装置114.2 盘式制动器的选择12致 谢15参考文献16 多绳摩擦式矿井提升系统第1章 提升系统概述 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。 第2章 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电动机、减速器、摩擦轮、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 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，也不适用于凿井提升。 4）当矿井很深时（例如超过1200到1500m），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。例如，对于井筒中涌水较大的矿井，除了采取堵水的措施，以减轻对钢丝绳的锈蚀外，还可以采用镀锌钢丝绳，以提高抗腐蚀性能。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。 第3章 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，并对其进行选型设计。图3-1为多绳摩擦式矿井提升机系统图。图3-1 多绳摩擦式矿井提升机系统 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，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 第4章 多绳摩擦式矿井提升机机械制动装置4.1 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。 4.2 盘式制动器的选择盘式制动器主要参数的计算1）制动力矩的计算根据卷筒上钢丝绳的实际最大静拉力差和安全规程的规定，制动力矩2）确定制动器的副数n=副 （5-1）因为盘式制动器均为对称布置，故采用6个单头制动装置，所以去n=6副3）实际正压力的计算 压实现的。确定最大的工作油压P，并依靠调整溢流阀的定压弹簧压紧程度，可以 保证油压在不超过P的范围内变化。 安全制动时，安全电磁铁11断电，电液调压装置中的滑阀处于最上面的位置，切断了压力油的通路，并使所有盘式制动器油缸中的压力油分别金国“A”管和“B”管，与“A”管相连的制动器通过安全阀直接回油，很快的抱闸。同时，与“B ”管相连的制动器通过安全阀的节流阀，以较缓慢的速度回油，产生二级制动力矩。并可用调节安全伐的节流杆位置，来改变二级制动特性。节流杆在上面时，只是一级制动。 总 结 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。 致 谢 在本次毕业设计过程中，自始至终得到了乔老师和吴老师的大力鼓舞和帮助，毕业设计都是在乔老师和吴老师的指导下完成的，在学习即将结束的时刻，向乔老师和吴老师致以深深的敬意和诚挚的感谢！ 本次设计是学生初次设计，由于本人水平有限，加之时间仓促，又缺乏经验，在此设计中一定会出现许多错误和不当之处，诚恳的希望各位领导和老师批评指正，以便在今后的工作中少出现错误。 在此，向各位领导及乔老师和吴老师表示衷心地感谢！ 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李春宏.李霍荣编，主提升机操作工，北京，煤炭工业出版社，20057唐国祥主编，矿井提升机故障处理和技术改造，北京：机械工业出版社，2005