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多繩摩擦式提升機的設計開題報告

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更新時間：2018-12-15
發布人：zhangfly

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多繩摩擦式提升機的設計開題報告1題目背景與研究意義
多繩摩擦式提升機是礦山生產的關鍵設備，被廣泛應用于煤炭，金屬等礦山開采行業中，承擔著溝通井上，井下，運輸人員，物資任務，有礦山的“咽喉設備”之稱。大中型礦井的礦石運量每年有數十萬噸之多，十幾噸重的設備需要在多變的采區巷道中整體運到工作面，此外，材料設備的品種規格多、運輸點分散、上下班時要求在短時間內把人員送到各指定點等等，這一切都離不開礦山運輸和提升。由于礦山運輸與提升由多個環節和各種設備配套而成，如果某個環節中斷，就會使工作面和其他工作地點的作業陷于停頓，甚至會導致全礦停產。關于多繩摩擦式提升機的研究設計，使其能夠更安全，可靠，經濟地工作，對煤炭實現高產高效具有重要意義。
運用本專業所學的理論知識和專業知識來分析,是對三年所學知識的復習與鞏固。通過畢業設計不僅可以鞏固專業知識,還為以后的工作打下堅實的基礎。本設計鍛煉了我獨立思考、分析、解決的能力，把我所學的課本知識與實踐結合起來。在畢業設計過程中，了解礦運及提升的設計中的每一個環節，包括從總體設計原則。
2礦山提升機的簡單介紹
礦山提升機是礦山大型固定機械之一，應用廣泛而且重要。礦山提升機從最初的蒸氣機拖動的單繩纏繞式提升機發展到今天的交-交變頻直接拖動的多繩摩擦式提升機和雙繩纏繞式提升機，經歷了180多年的發展歷史。
按照提升原理的不同，礦山提升機分為摩擦式提升機和纏繞式提升機。纏繞式提升機又分為單繩纏繞式提升機和雙繩纏繞式提升機。根據安裝位置的不同，多繩摩擦式提升機分為塔式摩擦式提升機和落地式摩擦式提升機[1]。塔式多繩摩擦式提升機又分為有導向輪的塔式多繩摩擦式提升機和無導向輪的塔式多繩摩擦式提升機兩種類型。這兩大類多繩摩擦式提升機布置示意圖如圖 1.1，圖中 1.1(a)為無導輪塔式多繩摩擦式提升機布置圖，1.1(b)為有導輪塔式多繩摩擦式提升機布置圖，圖 1.1(c)為落地式多繩摩擦式提升機布置圖。

( a) ( b) (c)
圖1.1 多繩摩擦式提升機布置示意圖
塔式多繩摩擦式提升機的優點是：提升機設備的布置不受礦井地形限制，結構緊湊，占地少；不需要設置天輪；全部載荷垂直向下，井塔穩定性較好；鋼絲繩不會裸露在雨雪之中，摩擦系數和使用壽命較高。其缺點是：設備的安裝費用比落地式的高，同時提升塔比普通井架更加龐大、復雜，前期工程需要高額的基礎設施建設費用；抗震性能不如落地式提升機好。
落地式多繩摩擦式提升機的優點是：提升機安裝在地面的機房內，不需要建設提升塔，在井筒上設置井架，安裝兩組天輪，基礎設施建設費用較低，前期投入較少；抗震性能好。其缺點是：需要更長的提升鋼絲繩；有部分提升鋼絲繩暴露在雨雪之中，提升鋼絲繩的摩擦系數和使用壽命較低[2]。
3國內外相關研究情況
3.1 國外發展趨勢
目前,多繩提升機的應用已由塔式發展成落地式,由豎井發展到斜井及露天礦的斜坡,由深井發展到淺井。如西德米爾斯露天礦在斜坡上使用了單箕斗4繩提升機,鋼絲繩為封閉式,直徑32mm。又如奧地利(Wodgyki)煤礦的斜井采用一臺雙繩提升機,其斜井長1138m,傾角24°,提升6個煤車,總重135.6kN,也可提56人,提升速度8m/s,可服務于幾個工作水平。又如法國馬賽的一個斜井,也采用了多繩摩擦式提升機。
3.2 大型化、高速度、全自動
到1965年止,全世界所使用的礦井提升機已有70%實現了全自動化。目前,瑞典和西德生產的提升機幾乎全部自動化。由于開采深度不斷加深,為提高生產效率,有效載重將不斷加大(已達500kN),提升速度不斷增加(最高已達25m/s)。據聯邦德國報道,近20年來,在最大井深增加到1200m的情況下,提升能力平均從5000kN/h,增加到11100kN/h。傳動裝置的功率相應地從4000kw增加到8000kw。如聯邦德國的大型6繩提升設備都帶有功率為9200kw的傳動裝置和有效載重為420kN的箕斗(井深為1117m)。提升人員的罐籠提升設備也在不斷增大。如聯邦德國的罐籠提升設備在井深600m時的最大有效載重為460kN[3]。目前國外不斷擴大多繩提升機的使用范圍,已經使用在斜井或露天斜坡提升。最近幾年,奧地利和美國聯合經營的拉登坦—凱爾特菱鎂公司的米爾恩特爾—阿爾帕礦的斜井,提升長度約240米,傾角22.5°,采用單鉤提升,即一個斜井箕斗,一個平衡錘的提升系統。斜井直徑為3.4米。采用雙繩摩擦式提升機。斜井有效載荷為4噸,提人時可為9人,摩擦輪直徑為1.5米,提升速度為2米/秒。一些國家的礦井開采深度不斷增加,許多大型礦井不斷建成,再加上壟斷資本家為了滿足他們夢寐以求的超額利潤,對生產效率的要求也越來越高。礦井深度:加拿大有的礦井深達1280米;南非礦井有的已達深度1615.44米~2286米[4]。
3.3 我國礦井提升機的現狀
礦井提升機是煤炭、冶金、化工和建材礦井中的四大關鍵設備之一,作為豎井提升礦物和升降人員、材料設備之用。礦井提升運輸不僅關系著礦山的正常生產,而且關系到礦工的生命安全。目前,洛陽礦山機械廠已生產出JK型2～4m單繩提升機,JKM型1.85×4～4×4塔式多繩提升機,JKMD型2.8×2、2.8×4落地式多繩提升機,研制成功JKM型4×4低速直聯提升機,已引進瑞典ASEA公司先進的單繩直徑為3雙筒和直徑為4×4落地式多繩提升機軟件技術。上海冶金礦山機械廠已生產出JKD(JKM)0.8×4～4×6、JKMD3.5×4多繩提升機。重慶礦山機械制造GKT2~2.5m單繩提升機,JKM1×4~1.85×4多繩提升機。國內提升機存在的主要問題：
(l) 大型提升機缺乏,無法滿足大型礦井的需要
目前,國內單繩提升機己成系列,品種規格齊全,可裝備年產量120萬噸以下的礦井。多繩系列中,井塔式共有十三種規格。僅制造過八種,其中較小規格和較大的規格未試制;落地式十一種規格,僅制造了3.5×8、2.8×4、2.8×2。當前多繩提升機可裝備年產200萬噸以下礦井。年產300、400萬噸礦井用的大型提升機未研制,缺乏設計制造經驗,滿足不了國內對大型落地式多繩提升機的迫切需要。
(2) 設計方法陳舊,沿用傳統的經驗公式,套用現成的圖紙,采用類比經驗設計法進行產品設計。
(3) 整機的可靠性差及某些主要零部件的壽命低
產品技術水平較低,制造和安裝的質量較差。如減速器、液壓裝置、制動器漏油;彈性基礎減速器振動過大;軸承質量差,徑向跳動超差,噪音大,卷筒焊縫早期開裂;電控元件性能不穩定。
(4) 提升系統成套性差在提升機配套上存在很大差距
大功率直流可控硅供電不過關,設計只能選用機紐供電,以至換流效率僅有90%,造成體積大、耗電高,維護工作量大;襯墊的厚擦系數低,大型低速直聯懸掛式電機主軸裝置,高精度深度指示器和行程控制器,可編程序控制器在提升機的應用急待解決,配套鋼絲繩強度低,壽命短,鋼絲繩增摩油不過關;提升容器的容量小;井筒開關等電氣元介和傳感元件可靠性差[5]。
3.4 今后礦井提升機發展方向和目標
根據市場調研分析, 我國未來幾年煤炭冶金等行業需新增大型礦井提升機400～600臺套, 主要用于國家煤炭重點建設礦井的主提升系統; 另一方面現有礦井提升設備的挖潛改造, 特別是礦井延深, 同時20世紀60～80年代生產的提升機, 大部分已超役，需更新。綜合估算將需提升機1500-1 600臺套, 且大型和特大型約占55 % , 而井筒延深約占2 0 % , 提升機市場廣闊[6]。
4本課題研究的主要內容
摩擦式提升機主要有提升容器、提升鋼絲繩、電動機、天輪、減速箱、主軸、井架及裝卸載設備等組成。在礦井生產過程中，不僅要求提升設備具有較高的安全可靠性，而且要求具有很好的經濟性能。提升設備屬大型設備，耗電多、投資大、運營費用高，應結合礦井的實際生產條件，確定最經濟合理的設計方案。
4.1 本課題研究的方法：
⑴充分了多繩摩擦式提升機，熟悉其發展狀況、詳細構造和工作原理；
⑵根據多繩摩擦式提升機的主要參數，對其各主要部件進行設計和計算；
⑶完成校核；
4.2 本課題研究方案的選擇：
這次摩擦式提升機的設計，我選擇塔式摩擦提升機：其主要部分有電動機、高速輸出軸裝置、減速箱、低速輸出裝置、主軸（主軸與輪轂整體鑄造）、摩擦輪、軸承支座與軸承等。變速箱的變速結構為齒輪傳遞變速，由兩對嚙合齒輪來傳遞和降低轉速，從而使主軸轉速達到要求，變速箱低速輸出軸與主軸的聯接采用齒輪聯軸器。其中最重要的部分就是主軸與摩擦輪的聯接方式，我有兩個選擇，一個是采用鍵聯接，另一個是螺栓聯接。雖然鍵聯接是常用的軸與輪聯接方式，但是在摩擦提升機中，由于主軸要承擔巨大的載荷，因此主軸本身的結構必須要保證對稱，如果用鍵聯接，則會破壞主軸的剛度性能，提升系統的安全性不能得到保證。而螺栓聯接一般用于小部分的、強度不高的聯接，所以我準備采用高強度螺栓聯接，同時主軸與輪轂采用整體鑄造和加工，以保證螺栓聯接的強度。對于鋼絲繩的選擇，我選擇常用的四繩摩擦式提升機，而對于鋼絲繩直徑的要求，則取決于于載荷的大小以及載荷的運動速度，這要通過詳細的計算和驗證來確定鋼絲繩的直徑與摩擦輪的直徑。
4.3 本課題研究的重點及難點，前期已展開工作
本課題的重點是：繪制多繩摩擦式提升機的裝配圖。
本課題的難點是：減速器作為重要的中間裝置，它保證了生產效率和生產進度，如何設計減速器以及確定不同的輸出轉速至關重要，而且采用怎么樣的變速裝置，以及變速裝置的各項參數計算也要求務必準確。
前期已展開工作：查閱多繩摩擦式提升機的相關資料，了解其組成及裝配關系；并為進一步的設計做好充分準備。
5預期目標的可行性分析
1) 整個設計的關鍵是提升鋼絲繩和提升容器的選擇和相關參數計算，鋼絲繩作為連接和提升的關鍵，其各項參數必須重視，防滑安全系數的計算，以求滿足負載要求，同時保證安全性，最后還要進行檢驗和校核，特別是壽命計算；
2) 根據負載和鋼絲繩的具體要求來決定主導輪和摩擦襯墊的設計與選擇，同時間接地確定主導輪的半徑和寬度等尺寸；
3）選擇合適的電動機類型，滿足提升機提升速度的要求，并且認真考慮工業用電的一般參數；
4）確定聯軸器的各項基本尺寸，選擇合適的輸入軸連接裝置，保證能最大程度降低剛性沖擊，提高使用壽命；
5）計算滿足提升要求的主軸轉速，并以此設計減速器的結構，并計算和校核齒輪等零件的強度和使用壽命并檢驗；
6）合理選擇或者設計主軸連接裝置，以此保證主軸的轉速穩定，減小剛性沖擊，同時要計算連接裝置的扭轉強度等參數，同時考慮軸承的選擇類型以及選擇該類型軸承的作用與優點；
7）設計主軸與主導輪的連接方式，盡可能使主導輪在主軸上的滑移偏差最小化，同時計算軸承的負載情況，并且考慮具體情況，以此選擇合適的軸承來保證主軸的轉動穩定；
8）繪制提升機的動力設備的裝配圖，同時繪制主要的零件圖；

6完成本課題的工作方案及速度計劃
第1周－第3周：查閱資料，完成基礎知識的積累和開題報告；
第4周－第5周：制定初步設計方案；
第6周－第8周：主要零部件的結構設計及計算；
第9周－第14周：應用AutoCAD軟件繪制總裝配圖以及主要部件的零件圖；
第15周：進行畢業設計總結，編寫畢業設計論文，并做好答辯的準備；

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