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潞安職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文多繩摩擦式礦井提升系統(tǒng) 專 業(yè) 礦山機電 作者姓名 張小朋 指導(dǎo)教師 喬芳 吳彩霞 定稿日期：2012年3月9日 潞安職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 摘 要 礦井提升系統(tǒng)是礦井運輸設(shè)備的重要組成部分，是礦山運輸?shù)难屎怼６嗬K摩擦式提升系統(tǒng)在現(xiàn)代礦山行業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛，礦井提升系統(tǒng)的類型很多，按被提升對象分:主井提升、副井提升;按井筒的提升道角度分:豎井和斜井;按提升容器分:箕斗提升、籠提升、礦車提升;按提升類型分:單繩纏繞式和多繩摩擦式等。我國常用的礦用提升機主要是單繩纏繞式和多繩摩擦式。我國的礦井與世界上礦業(yè)較發(fā)達(dá)的國家相比，開采的井型較小、礦井提升高度較淺，煤礦用提升機較多，其他礦(如金屬礦、非金屬礦)則較少。多繩摩擦式礦井提升機主要由電動機、減速器、摩擦輪、制動系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)組成，采用交流或直流電機驅(qū)動。采用低速電動機時可不用減速器，電動機直接與卷筒主軸相連，或?qū)㈦妱訖C轉(zhuǎn)子裝在卷筒主軸的末端。 關(guān)鍵詞：提升系統(tǒng) 維護(hù) 變頻調(diào)速 速度輸出 目 錄摘 要I第1章 提升系統(tǒng)概述11.1多繩摩擦式礦井提升機在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀11.2 多繩摩擦式礦井提升機在我國的應(yīng)用情況2第2章 多繩摩擦式礦井提升機32.1 多繩摩擦式礦井提升機的種類及其結(jié)構(gòu)分析32.2 多繩摩擦式礦井提升機的優(yōu)點及其局限性42.3 多繩摩擦式礦井提升機提升工作原理5第3章 多繩摩擦式礦井提升機的方案設(shè)計73.1 礦井參數(shù)73.2 多繩摩擦式礦井提升機的主要組成部分83.2.1 多繩摩擦式提升機的類型選擇93.2.2 車槽裝置9第4章 多繩摩擦式礦井提升機機械制動裝置114.1 多繩摩擦式礦井提升機的機械制動裝置114.2 盤式制動器的選擇12致 謝15參考文獻(xiàn)16 多繩摩擦式礦井提升系統(tǒng)第1章 提升系統(tǒng)概述 1.1多繩摩擦式礦井提升機在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 多繩摩擦式礦井提升機隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其增長速度很快，使用范圍也日益增多，不僅立井使用，國外在斜井或露天斜坡也在使用，例如，聯(lián)邦德國米爾斯露天礦，1954年在斜坡上使用了單箕斗四繩提升機，采用封閉式鋼絲繩，直徑為32mm。又如，奧地利Wodzyki礦井是斜井，1960年以前就使用了雙繩摩擦式礦井提升機，井筒傾角是24度，斜長1138m，串車提升，繩速8m/s，提升6輛煤車和2輛矸石車，有效負(fù)荷13.56t，為了防止鋼絲繩在主導(dǎo)輪上產(chǎn)生滑動，在井底尾繩環(huán)處安裝種錘拉緊的導(dǎo)向輪。國內(nèi)是使用的多繩摩擦式提升機也日益增多，1960年第一臺多繩摩擦式提升機投入運行以來，大量的這種提升機在我國安裝運行。 目前，國外多繩摩擦式礦井提升機的發(fā)展方向是：發(fā)展落地式和斜井多繩摩擦式提升機，研究其用于特淺井、盲井的可能性，以擴大起使用范圍；采用新結(jié)構(gòu)，以減小機器的外形尺寸和重量；實現(xiàn)自動化和遙控，以提高工作的可靠性和生產(chǎn)效率，以適應(yīng)深礦井和大生產(chǎn)量的需求多年來；大量采用先進(jìn)的拖動、控制系統(tǒng)，甚至是全液壓型等。 隨著礦井開采深度不斷加深和采用集中提升方式，多繩摩擦式礦井提升機有較大的發(fā)展前途。并為此探索具有耐磨性好、摩擦系數(shù)高的摩擦襯墊材料。新結(jié)構(gòu)的多繩纏繞式礦井提升機開始在一些國家使用，它對提升高度大的深井開采有重要意義；采用液壓馬達(dá)代替電動機的防爆提升機受到重視；氣力提升也正在研究和發(fā)展中。 現(xiàn)在，各國為爭奪用戶市場，開發(fā)了各種形式、規(guī)格的礦井提升機，以適應(yīng)各國礦井的開采深度，達(dá)到高效、低能耗、低成倍的目的。礦井提升機的發(fā)展總趨勢可歸結(jié)為：在總體上向大負(fù)荷、高速、大型化方向發(fā)展。實用、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠的提升機產(chǎn)品是使用者和制造者共同的追求。 1.2 多繩摩擦式礦井提升機在我國的應(yīng)用情況 我國多繩摩擦式礦井提升機的系列參數(shù)從1960年開始制訂，目前的品種有塔式和落地式；繩數(shù)上有二繩、四繩、六繩；直徑結(jié)構(gòu)已達(dá)5.5m；主傳動形式有電動機通過減速器拖動和低速電動機直聯(lián)兩種。我國1958年設(shè)計生產(chǎn)了第一臺2m四繩塔式摩擦式礦井提升機，應(yīng)用在阜新五龍礦。1960年又設(shè)計生產(chǎn)了3m四繩摩擦式礦井提升機，在寧夏石嘴山二礦使用。從此我國也開始應(yīng)用塔式多繩摩擦式礦井提升機。 由于防震的需要，各礦山用戶紛紛要求有落地式多繩摩擦式礦井提升機供貨，所以在1977年利用河南大峪溝因地面面積限制，原設(shè)計的雙筒單繩提升機無法安裝的情況下，在無任何落地式多繩摩擦提升機參考資料的情況下，完全依靠自己力量，經(jīng)5個月的努力和攻關(guān)，于1977年10月，使我國第一臺2m雙繩落地式礦井提升機在我國大峪溝誕生。隨后在1982年洛陽礦山機械研究所設(shè)計試制的一臺四繩落地式摩擦礦井提升機在廣東紅工礦運行，1983年由上海冶金礦山機械廠設(shè)計生產(chǎn)了3m四繩直流低速的落地式摩擦提升機在我國浙江長廣煤礦應(yīng)用和鑒定。從此，我國的塔式和落地式多繩摩擦礦井提升機被礦山廣泛采用。 第2章 多繩摩擦式礦井提升機 2.1 多繩摩擦式礦井提升機的種類及其結(jié)構(gòu)分析 多繩摩擦式礦井提升機的控制方式有手動、半自動和全自動等幾種。一般將布置在井 筒頂部塔架上的這種提升機稱為塔式多繩摩擦式礦井提升機，塔架高出地面幾十米，在地震區(qū)和地表土層特厚的礦區(qū)建造井塔耗資較大，但塔式的優(yōu)點有： 1）緊湊省地；2）不需天輪； 3）全部載荷垂直向下，井架穩(wěn)定性良好； 4）可獲得較大圍包角；5）鋼絲繩不致因無保護(hù)地裸露在雨雪之中而影響摩擦系數(shù)及使用壽命。 其缺點是：設(shè)備費用比落地式高，因為提升塔比普通井架更為龐大復(fù)雜，需要更多的鋼 材。塔式多繩摩擦式礦井提升機又可分為無導(dǎo)向輪系統(tǒng)和有導(dǎo)向輪系統(tǒng)兩種，前者簡單，后者的優(yōu)點是可使提升容器在井筒中的中心距不受摩擦輪直徑的限制，可以減少井筒的斷面，同時可以加大鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角，其缺點是使鋼絲繩產(chǎn)生了反向彎曲，直接影響鋼絲繩的使用壽命。因此設(shè)計時應(yīng)盡量不采用導(dǎo)向輪系統(tǒng)。提升機布置在地面的稱為落地摩擦式礦井提升機，這種提升機的提升繩通過井架天輪引入井筒，與容器相連。因落地式可以同時安裝提升井架和提升機，井架高度也低，故這種型式的多繩摩擦式提升機在我國受到重視。 多繩摩擦式礦井提升機主要由電動機、減速器、摩擦輪、制動系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)組成，采用交流或直流電機驅(qū)動。采用低速電動機時可不用減速器，電動機直接與卷筒主軸相連，或?qū)㈦妱訖C轉(zhuǎn)子裝在卷筒主軸的末端。傳動功率大時，可采用2臺或4臺電動機同時驅(qū)動。一臺提升機的總功率已達(dá)到11600千瓦。制動系統(tǒng)是保證提升機安全運行的重要裝置。遇緊急情況時，制動系統(tǒng)應(yīng)通過可調(diào)節(jié)制動力矩的液壓系統(tǒng)產(chǎn)生兩級安全制動，以保證提升機及時停車又不產(chǎn)生制動過猛現(xiàn)象。交流電動機驅(qū)動的提升機，其制動系統(tǒng)還要具有靈敏的制動力矩可調(diào)性能，以準(zhǔn)確控制提升機在臨近停車點時的運行速度。 2.2 多繩摩擦式礦井提升機的優(yōu)點及其局限性 在國內(nèi)外，多繩摩擦式提升機得到飛躍發(fā)展，同單繩纏繞式提升機相比，它具備以 下優(yōu)點： 1）由于鋼絲繩不是纏繞在卷筒上，所以提升高度不受卷筒容繩量的限制，更適用于深井提升，這是多繩提升機較突出的優(yōu)點。例如瑞典某礦井使用50t箕斗的8繩提升機，提升高度為1300m主導(dǎo)輪的直徑僅為4m，若用單繩纏繞式提升機，則滾筒直徑將達(dá)7.2到8m，纏繞寬度將達(dá)5到4.5m，鋼絲繩直徑將為80mm，不僅設(shè)備重量大，而且設(shè)備和鋼絲繩直徑過大，制造和安裝使用維修都較困難。 2）由于提升容器是由數(shù)根鋼絲繩所承擔(dān)，提升鋼絲繩直徑就比相同載荷下單繩提升的小，并導(dǎo)致主導(dǎo)輪直徑小，因而在同樣提升載荷下，多繩提升機具有體積小，重量輕，節(jié)省材料，制造容易，安裝和運輸方便等特點。 3）由于多繩摩擦式提升機運動質(zhì)量小，拖動電動機的容量與耗電量都相應(yīng)減少。 4）由于多根鋼絲繩提升，幾根鋼絲繩被同時拉斷的可能性極小，因此提高了提升設(shè)備的安全性，可不設(shè)斷繩保險器（防墜器），這就給使用鋼絲繩罐道礦井提供了有利條件。 5）在卡罐和過卷的情況下，有打滑的可能性，可避免斷繩事故發(fā)生。 6）由于多繩提升機的提升鋼絲繩一般都是偶數(shù)，因而可以用相同數(shù)量的左捻和右捻鋼絲繩，這樣，提升鋼絲繩在運行中產(chǎn)生的阻力就可以相互抵消，從而減輕了提升容器因鋼絲繩扭力而產(chǎn)生對罐道的側(cè)向壓力，既降低了運行中的摩擦阻力，又可以減輕罐耳和罐道的單向摩擦，從而延長了罐耳和罐道的使用壽命。 7）由于主導(dǎo)輪寬度較小，軸的跨度也小，改善了主軸的負(fù)載性能。 8）主導(dǎo)輪上不纏繩，提升鋼絲繩沒有在纏繩時沿軸中心方向上的擠壓力（單繩纏繞式礦井提升機上會受這種力的影響，通常稱之為“咬繩”），而且，由于鋼絲繩承受的動應(yīng)力和靜應(yīng)力都低，因而有利于鋼絲繩使用壽命的提高。 但多繩摩擦式礦井提升機也有它的局限性：1）數(shù)根鋼絲繩的懸掛、更換時工作量大，維護(hù)檢修、調(diào)整工作較復(fù)雜。2）當(dāng)有一根鋼絲繩損壞而需要更換時，為了保持各鋼絲繩具有相同的工作條件，則需要更換所有的鋼絲繩。 3）因不能調(diào)解繩長，故雙鉤提升不能用于幾個中段提升，也不適用于鑿井提升。 4）當(dāng)?shù)V井很深時（例如超過1200到1500m），鋼絲繩故障較多，故不適用于特別深的礦井提升。 5）由于使用數(shù)根直徑較細(xì)的鋼絲繩提升，鋼絲繩的外露總面積增加了，在井筒中受礦井腐蝕氣體侵蝕的面積就相應(yīng)增加，加之由于鋼絲繩直徑較細(xì)，鋼絲繩的繩股中鋼絲直徑也較細(xì)，耐磨性也明顯降低，諸因素對鋼絲繩的使用壽命產(chǎn)生了不利的影響。尤其是對于某些礦井的淋水呈酸性，腐蝕性則是影響鋼絲繩使用壽命的重要原因之一。 綜上所述，多繩摩擦式礦井提升機的優(yōu)越性是顯著的，特別是對提升量大的深井，單繩纏繞式提升機是無法比擬的。通過對多繩摩擦式礦井提升機的缺點進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，這些缺點是可以克服和減輕的。例如，對于井筒中涌水較大的礦井，除了采取堵水的措施，以減輕對鋼絲繩的銹蝕外，還可以采用鍍鋅鋼絲繩，以提高抗腐蝕性能。另外在運行中還可以定期對鋼絲繩涂以防腐防滑的戈培油，以改善鋼絲繩的工作條件，總之，多繩摩擦式礦井提升機已成為現(xiàn)代提升的發(fā)展方向之一。2.3 多繩摩擦式礦井提升機提升工作原理 摩擦式提升機其特點是靠摩擦輪與鋼絲繩之間的摩擦力傳動。它又可以分為單繩和多繩兩種。近年來多采用多繩摩擦式提升機。摩擦式礦井提升機適用于鑿井以外的各種豎井提升。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容器，或一端連接容器，另一端連接平衡重。為提高經(jīng)濟(jì)效益和安全性，摩擦式礦井提升機采用尾繩平衡提升方式，即配有與提升繩重量相等的尾繩。尾繩兩端分別與兩個容器（或容器和平衡重）的底部連接，形成提升繩-容器-尾繩-容器(或平衡重)-提升繩的封閉環(huán)路。容器處于井筒中的任何位置時，摩擦輪兩側(cè)的提升繩和尾繩的重量之和總是相等的。 第3章 多繩摩擦式礦井提升機的方案設(shè)計 本章將在前一章研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對多繩摩擦式礦井提升機進(jìn)行總體方案設(shè)計，對提升機各設(shè)備進(jìn)行分類，研究各組成部分的功用及原理，并對其進(jìn)行選型設(shè)計。圖3-1為多繩摩擦式礦井提升機系統(tǒng)圖。圖3-1 多繩摩擦式礦井提升機系統(tǒng) 3.1 礦井參數(shù)主井提升1）礦井年產(chǎn)量，90萬t/年；2）工作制度：即年工作日，日工作小時數(shù)t。設(shè)計規(guī)范規(guī)定: =300天, t=14h ；3）礦井開采水平數(shù)1,各水平井深為480；4）卸載水平與井口的高差為25；5）裝載水平與井下運輸水平的高差為13；6）煤的散集密度，1t/立方米；7）提升方式:雙箕斗提升，采用定重裝載。 3.2 多繩摩擦式礦井提升機的主要組成部分礦井提升機作為一個完整的機械-電氣機組，它的主要組成部分及其功能如下： 1）工作機構(gòu) 主軸裝置和主軸承，作為搭放提升鋼絲繩，以承受各種正常載荷（靜載荷、動載荷） 以及非常載荷。2）制動系統(tǒng) 制動器和液壓傳動系統(tǒng)，用于機器停止時，能可靠地閘住機器。并能在正常制動和 緊急制動時，參與控制機器的速度，能使機器迅速停車。3）機械傳動系統(tǒng) 減速器和聯(lián)軸器，用以減速和傳遞動力。4）觀測和操縱系統(tǒng) 包括操縱臺、深度指示器及測速發(fā)電機。操縱臺控制主電動機的速度變化和換向及對制動系統(tǒng)進(jìn)行控制；深度指示器指示提升容器的運行位置，在提升容器接近井口（或井底）時發(fā)出減速信號，當(dāng)機器過卷或超速時，進(jìn)行限速和過卷保護(hù)。對于多繩摩擦式提升機，能自動調(diào)零；測速發(fā)電機用于測定機器的實行運行速度。5）自動保護(hù)系統(tǒng) 自動保護(hù)系統(tǒng)具有：過速、過卷、閘瓦磨損超限、潤滑油超壓或欠壓、制動油超壓或欠壓、軸承溫升超限、制動油溫升超限、電動機過流或欠壓等自動保護(hù)的作用。6）輔助部分輔助部分包括司機座椅、機座、機架、護(hù)柵、擋板、護(hù)罩等輔助用具及材料。對于多繩摩擦式 提升還包括導(dǎo)向輪裝置及摩擦襯墊的車槽裝置。 3.2.1 多繩摩擦式提升機的類型選擇圖3-2 塔式摩擦提升礦井提升機 在這里我們選用塔式多繩摩擦式礦井提升機（如圖3-2）有導(dǎo)向輪系統(tǒng)，因為它具有以下優(yōu)點：緊湊省地；不需天輪；全部載荷垂直向下；井架穩(wěn)定性好；可獲得較大圍包角；鋼絲繩不致因無保護(hù)地裸露在雨雪之中而影響摩擦系數(shù)及使用壽命；可使提升容器在井筒中的中心距不受主導(dǎo)輪直徑的限制；可減小井筒的斷面；可加大鋼絲繩在主導(dǎo)輪上的圍包角。其缺點是：設(shè)備費用高；井架更龐大、復(fù)雜，需更多的鋼材；使鋼絲繩產(chǎn)生了反向彎曲，直接影響鋼絲繩的使用壽命。 3.2.2 車槽裝置 多繩摩擦式提升機在開始運轉(zhuǎn)前，為了增加提升鋼絲繩與摩擦襯墊之間的接觸面積，必須在襯墊上車出車槽。在提升機的運行期間，由于提升鋼絲繩之間的張力不同，造成了襯墊磨損不均勻，使各繩槽直徑產(chǎn)生誤差，為了保證所有各提升鋼絲繩均勻負(fù)擔(dān)繩端的負(fù)荷，當(dāng)繩槽直徑誤差到某一定值時，也必須對襯墊繩槽進(jìn)行車削，為此設(shè)置了專用的車槽裝置如圖3-3所示 車槽裝置安裝在主導(dǎo)輪的下方，每根鋼絲繩的繩槽部都有一個專用的車刀裝置1，它通過支承架固定在車槽架上，車削時要調(diào)整好車刀，使車刀的刀面與主軸中心線平行，轉(zhuǎn)動手輪可進(jìn)刀和退刀，進(jìn)刀量的大小，可以從刻度盤上看出，一般是每轉(zhuǎn)一格刻度，進(jìn)刀量為0.1mm?？梢酝瑫r車削全部繩槽，也可以單獨車某個或幾個繩槽。圖3-3 車槽裝置 第4章 多繩摩擦式礦井提升機機械制動裝置4.1 多繩摩擦式礦井提升機的機械制動裝置 礦井提升機的制動裝置，通稱制動器，是提升機一個非常重要的組成部分。制動器由執(zhí)行機構(gòu)和傳動機構(gòu)兩部分組成，執(zhí)行機構(gòu)直接作用于制動輪或制動盤上產(chǎn)生制動力矩的部分，按其結(jié)構(gòu)可分為盤式制動器和塊式制動器等。傳動機構(gòu)是控制并調(diào)節(jié)制動力矩的部分，新型號提升機采用油壓盤式制動系統(tǒng)，舊型號提升機采用油壓或氣壓塊式制動系統(tǒng)。制動系統(tǒng)的作用有：（1）、保證提升容器按給定的狀態(tài)運動，并在需要的位置制動工作制動；（2）、在可能造成事故的不正常工作狀態(tài)下，緊急制動以保障人員和設(shè)備的安全緊急制動；（3）、更換水平調(diào)節(jié)繩時，制動活卷筒。工作制動，緊急制動時都可用手動或圖5-1盤式制動器調(diào)節(jié)制動力原理圖1活塞；2碟形彈簧；3閘瓦 盤式制動器的工作原理是用油壓松閘，以彈簧力制動，如圖4-1所示當(dāng)向Y腔給入壓力油后，使活塞帶動筒體，襯板和閘瓦一起往左運動，壓縮碟行彈簧，形成松閘。當(dāng)油壓下降時，在彈簧力的作用下，使活塞通過聯(lián)結(jié)軸推動筒體閘瓦向右運動，達(dá)到制動的目的。 調(diào)節(jié)制動力矩的原理如圖5-1所示，當(dāng)閘瓦與制動盤接觸時，活塞就同時受彈簧的作 用力F2和制動油產(chǎn)生的壓力F1的作用，則一個制動器的閘瓦壓向制動盤的正壓力為： N=F2-F1當(dāng)油壓P=0時，即F1=0,N=Nmax=F2，此時為全制動狀態(tài)。當(dāng)油壓P=Pmax時，F(xiàn)1F2,閘瓦間隙大于零，為全松閘狀態(tài)，正壓力N的變化只受油壓力P的影響，即：N=P,而閘瓦與制動盤的摩擦系數(shù)一般不變，故正壓力的變化就反映了制動力的變化。 4.2 盤式制動器的選擇盤式制動器主要參數(shù)的計算1）制動力矩的計算根據(jù)卷筒上鋼絲繩的實際最大靜拉力差和安全規(guī)程的規(guī)定，制動力矩2）確定制動器的副數(shù)n=副 （5-1）因為盤式制動器均為對稱布置，故采用6個單頭制動裝置，所以去n=6副3）實際正壓力的計算 壓實現(xiàn)的。確定最大的工作油壓P，并依靠調(diào)整溢流閥的定壓彈簧壓緊程度，可以 保證油壓在不超過P的范圍內(nèi)變化。 安全制動時，安全電磁鐵11斷電，電液調(diào)壓裝置中的滑閥處于最上面的位置，切斷了壓力油的通路，并使所有盤式制動器油缸中的壓力油分別金國“A”管和“B”管，與“A”管相連的制動器通過安全閥直接回油，很快的抱閘。同時，與“B ”管相連的制動器通過安全閥的節(jié)流閥，以較緩慢的速度回油，產(chǎn)生二級制動力矩。并可用調(diào)節(jié)安全伐的節(jié)流桿位置，來改變二級制動特性。節(jié)流桿在上面時，只是一級制動。 總 結(jié) 本設(shè)計是多繩摩擦式提升機總體機構(gòu)設(shè)計，主要對礦井提升機主體進(jìn)行設(shè)計和選型計算并且提升機附屬設(shè)備選擇兩