升機卷筒襯木車削裝置設計

1、前 言 我國是個采礦大國,也是礦山機電設備制造和使用大國。從20世紀50年代仿造第一臺礦山提升機以來,至今已設計制造,使用了近6000多臺。隨著社會需求和現(xiàn)代技術的高速發(fā)展,礦山工業(yè)企業(yè)亟待生產(chǎn)設備及設施的機械化,電氣化,現(xiàn)代化.而礦山工業(yè)的提升機是咽喉設備,產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代,老產(chǎn)品運行年深日久,原本落后的結構問題暴露突出,故障增多,嚴重影響礦山的安全運轉,抑制了礦山工業(yè)的高速發(fā)展,給國民經(jīng)濟帶來了不良的影響。隨著國內(nèi)礦井產(chǎn)量的日新月異的提高,對提高提升機的安全性,可靠性, 生產(chǎn)效率以及整機自動化運行水平, 降低操作者及維護人員的勞動強度,處理設備事故的速度與對策等,成了迫切要求.對于礦井提升

2、機的更新改造,具有極其重要的意義。本文在現(xiàn)有卷筒襯木車槽裝置的基礎之上，通過對鋼絲繩磨損的調(diào)研，卷筒部件的作用和受力情況的分析，現(xiàn)有設備的改進和設計，立足于方便，高效、實用的前提下對卷筒襯木車削裝置進行設計，目的在于最大程度的提高鋼絲繩和卷筒襯木的使用壽命，降低生產(chǎn)成本,縮短加工和檢修周期，減輕了勞動強度。1 礦井提升機工作狀況簡介1.1 礦井提升機的工作現(xiàn)狀 目前老式礦井普遍面臨問題,由于長時間的運行及礦井改、擴建,原有的提升機大多已經(jīng)不能滿足安全生產(chǎn)的需要,運行中都存在有不安全的隱患,必須進行改造。但如何改造又是普遍存在的一個難題。更換提升機雖可解決問題, 但其費用高、時間長不符合煤礦實際

3、生產(chǎn)的需要,為此，如何對礦井提升機進行改造,成為現(xiàn)代煤礦提升機發(fā)展的當務之急,并具有一定的實用性和廣泛的推廣價值。目前提升機的工作現(xiàn)狀主要有以下幾種: 卷筒皮內(nèi)陷嚴重,約為1012mm,致使襯木變形嚴重,運行有響聲。 主、副卷筒襯木磨損不一致,致使主、副卷筒運行段纏繩不一致即常說的瘸腿,造成裝、卸煤困難。 卷筒的支撐件工字鋼和卷筒皮均開裂嚴重,焊接后運行不久又開裂,且裂縫一直在增加和延伸?，F(xiàn)主、副卷筒的8根支撐工字鋼均橫向斷裂,卷筒皮的裂縫已經(jīng)延伸到卷筒閘輪上,提升機運行時有金屬錯位的異常響聲。 維修費用高。提升機的卷筒襯木每年必須更換一次,每次需24h, 材料消耗為3.5萬元。 維修時間長。

4、每月對卷筒進行的燒焊加固均在16h以上,消耗大量的人力、物力和時間。1.2 礦井提升機改進的幾個方向 提升機卷筒的改進常用提升機為單繩纏箕斗,配用電機功率為220KW,電機額定轉速n=738r/min,制動方式是液壓盤形制動閘,鋼絲繩直徑24.5mm,在卷筒上單層排列(鋼絲繩壽命為18個月);設計提升速度=3.25m/s,為單箕斗提升,年提升量28萬,但同時會出現(xiàn)一次循環(huán)時間延長,鋼絲繩要二層纏繞,過渡處咬繩等現(xiàn)象(特別是箕斗裝滿礦石后),咬繩就更嚴重,使原來一年半的鋼繩壽命縮短為4個月就必須更換.從而材料費用成倍地增加。(1)通過改造,材料備件費用消耗減少。(2)改造后,避免了二層纏繞,沒有

5、了過渡處的咬繩現(xiàn)象,既提高了鋼絲繩的壽命,又提高了運行安全系數(shù),還減少了維修人員的維修時間和維修費用。 (1) 改造方案 為把雙層纏繞變?yōu)閱螌永p繞, 共設計了三種方案。方案1是通過縮小提升鋼繩的直徑,提升機結構各項參數(shù)不改變,方法簡單,但高強度的鋼絲繩,不屬于系列產(chǎn)品,選購困難。而且,高強度的鋼絲繩彎曲、疲勞性比較差,使用效果如何,在理論上難預測和計算,實踐上沒有經(jīng)驗。方案2是通過改變提升機卷筒的結構以及鋼絲繩的纏繞間隙, 由于改變了卷筒護繩板的位置,施工工藝復雜,難度大。方案3是通過更換并加厚卷筒襯木從而加大卷筒直徑,同時改變摩擦圈圍繞方式,以達到以兩層纏繞變?yōu)閱螌永p繞的目的,方案3實施起來

6、工藝簡單、易行。經(jīng)過調(diào)研考察,反復論證比較,故確定采用方案3作為實施方案,如圖所示增加卷筒襯木的厚度,從而加大了卷筒的直徑。 由公式代人有關數(shù)據(jù)式中 H實際提升高度, 427.2m D鋼絲繩直徑, 31mm B卷筒寬度, 1500mm 鋼絲繩間隙, 取2mm考慮摩擦圈為立式布置,存在壓繩問題,因此,第一、二圈仍作摩擦圈使用。由計算得知,卷筒襯木必須在原基礎上加厚90mm方能滿足要求。 (2) 參數(shù)的驗算略 (3) 改造后的襯板結構由于卷筒直徑增大到3.2m, 卷筒襯木的厚度達180mm到,給施工和襯木制作造成困難。采用了雙層襯木結構,較好地解決了這一難題,詳見圖2。 雙層襯板采用加長螺絲一體固

7、定,保證了兩襯板之間沒有間隙,其優(yōu)點為： 雙層襯板更換時,只需要更換外層襯板,由于內(nèi)層襯板不受鋼絲繩作用而磨損,因此不必更換。采用雙層結構以后外層襯板的相對厚度減少且重量輕,因此,加工及更換均容易、方便。 采用單層襯板,襯板厚度要達到180mm,雙層襯板外層的厚度只要120mm, 而且利用了改造前的舊襯板作用為里層襯板,厚度為60mm, 在下次更換時,內(nèi)襯板保留為一,并進行必要的油浸煮沸,延長內(nèi)襯的使用壽命,經(jīng)計算節(jié)約木材33%. (4) 使用效果分析:主井提升機卷筒鋼繩纏繞方式的技術改造于年底進行完畢,并經(jīng)過4年的應用,取得了明顯的安全效果和經(jīng)濟效益,主要有如下優(yōu)點： 由于雙層纏繞改為單層,

8、從而減少了鋼繩的咬繩和磨損,鋼繩的使用壽命大幅度提高。改造后鋼繩的使用情況統(tǒng)計表明,鋼繩使用壽命在12一15個月之間。經(jīng)過比較,每年可節(jié)約鋼繩4一5根,約9.2t。 由于鋼絲繩使用壽命延長,避免了由于斷絲造成突發(fā)性換繩,大大地提高了主井提升系統(tǒng)的安全可靠性。 改造前由于鋼繩使用壽命短,換繩或調(diào)繩頭工作幾乎每月都要進行, 既影響生產(chǎn)又浪費了較大的人力物力。總之,通過對卷筒鋼繩纏繞方式進行技術改造,沛城煤礦主井提升機的生產(chǎn)效率得到了較大地提高, 取得了明顯的社會及經(jīng)濟效益。 礦井提升機的節(jié)能改造節(jié)能改造礦井提升機是礦井井上與井下以及井下之間的主要運輸工具,是礦山運輸?shù)年P鍵設備.它的能耗較大,耗電量

9、一般占礦井總耗電量的30%一40%.在能源日益緊張的今天,運用各種新技術,新方法研制出新型的節(jié)能系統(tǒng),并應用于礦井提升機中,用來有效地節(jié)約能源,具有重要現(xiàn)實意義.靜液傳動技術在礦井提升機中得到了廣泛應用,如防爆液壓絞車,制動閘等.基于能量回收與重新利用而提出的二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術,二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術是新發(fā)展起來的液壓傳動系統(tǒng),它具有一系列獨特的優(yōu)點： (1) 二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的節(jié)能特性.對于電動機施動的礦井提升機,若要進行重力勢能的回收與重新利用,需利用電動機的可逆性,即通過電動機由電動機狀態(tài)向發(fā)電機狀態(tài)轉換來實現(xiàn).電動機作發(fā)電狀態(tài)時需外界有原動機(對于程技術礦井提升機是下降的負載腕動轉

10、子及使轉子以略超過其同步轉速的轉動速度運轉,此時輸入的機械功率變成電功率從定子輸出,使電動機作發(fā)電機運行,向電網(wǎng)回饋能量.礦井提升機在提升負載階段不能進行能量回收,系統(tǒng)僅從電網(wǎng)獲取能量.在下放負載時,只能在加速或等速階段形成負力矩時才能采用發(fā)電反饋制動,向電網(wǎng)回饋電能,而在減速階段不能采用發(fā)電制動.這是因為在減速階段應使提升機從最大速度逐漸降低到零,這與礦井提升發(fā)電回饋能量時需要以超同步轉速運轉的要求相違背,這時的提升機需要采用其它制動方式來減速,停車.應用了二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術的礦井提升機,可以通過調(diào)節(jié)二次元件的斜盤傾角實現(xiàn)對制動動能和重力勢能的回收。（2）應用二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術的礦井提升

11、機具有以下特點:二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)為壓力耦聯(lián)系統(tǒng),可并聯(lián)多個負載,此時系統(tǒng)功率按各個負載的平均功率之和進行設計,各自實現(xiàn)互不相關的控制規(guī)律,從而可對多負載系統(tǒng)采用集中的液壓泵站,減少設備投資.現(xiàn)有液壓絞車系統(tǒng)一般為由變量泵和定量馬達組成的流量耦聯(lián)系統(tǒng),若接多個負載,系統(tǒng)功率需按各個負載的最大功率之和進行設計,運行過程中能耗大.對于礦井提升機來說,要保證其安全運行,必須使負載按給定速度曲線運行,并且應有良好的位置精度.二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)可通過轉速,位置和轉矩等的復合控制實現(xiàn)上述要求,且控制參數(shù)少,易于實現(xiàn).拖動系統(tǒng)正反換向可通過調(diào)整二次元件的斜盤傾角(過零點)來實現(xiàn),電動機在換向過程中不需停機,這樣減小了電

12、動機頻繁起動對電網(wǎng)的沖擊.回收的能量可直接供其它系統(tǒng)使用或由蓄能器儲存供系統(tǒng)在提升加速需要大流量時使用,從而使系統(tǒng)設計功率可按平均功率取值,這樣,既減少初期設備投資,又減少運行過程中的電能消耗。對于目前常用的礦井提升機雖然也能進行能量回收,但回收后的能量形式只能是電能,回收的能量對系統(tǒng)的設計功率沒有影響,不能減少系統(tǒng)的設計功率.二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)直接從恒壓網(wǎng)絡中獲取能量,無節(jié)流損失和溢流損失,使系統(tǒng)沮升減小,噪聲降低,節(jié)省冷卻費用。 2 鋼絲繩繩槽與提升機卷筒磨損的調(diào)研分析2.1 鋼絲繩的作用及磨損形式和成因 鋼絲繩的作用礦井提升鋼絲繩是煤礦提升、運輸系統(tǒng)的一個重要組成部分，關系到煤礦的正常生產(chǎn)，影

13、響礦井工人的生命安全，因此煤礦安全規(guī)程對礦井提升鋼絲繩有專門規(guī)定。鋼絲繩的正確使用及維護是降低煤礦成本的一個重要方面。目前我國煤礦使用的鋼絲繩壽命普遍較短，特別是用于斜井提升的鋼絲繩，其壽命就更短。影響鋼絲繩壽命的因素很多，其中磨損、銹蝕和使用不當是造成鋼絲繩壽命降低的主要原因。本文僅就鋼絲繩的磨損作一簡單探討。 鋼絲繩的磨損形式提升鋼絲繩磨損的界定和表現(xiàn)形式提升鋼絲繩的損壞可分為：宏觀損壞和微觀損壞兩大類。宏觀損壞可分為：a、磨損損壞，即內(nèi)、外部磨損損壞；b、斷絲損壞，即疲勞斷絲損壞、沖擊斷絲損壞、振動斷絲損壞；c、拉伸損壞，即冷撥拉伸損壞、沖擊拉伸損壞、斷絲拉伸損壞。微觀損傷可分為：a、變

14、形損傷，即擠壓變形損傷、拉伸變形損傷；b、銹蝕損傷，即銹皮點蝕、麻坑；c、疲勞損傷，即拉撥疲勞損傷、彎曲疲勞損傷?，F(xiàn)在所研究的提升鋼絲繩磨損屬于宏觀損壞范疇，其又可分為粘著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、微動磨損和接觸疲勞磨損。粘著磨損是指兩表面在摩擦過程中，由于耗散摩擦能的絕大部分轉化為熱量，引起了接觸面溫度升高，從而造成與鋼絲繩接觸的材料發(fā)生軟化，并且其熔化峰點在摩擦過程中將向鋼絲繩表面轉移所形成的磨損。磨粒磨損是指物料顆?；蛴驳奈⑼贵w與材料表面相互作用而造成材料流失形成的磨損現(xiàn)象。腐蝕磨損是指當摩擦副在摩擦過程中，摩擦表面與周圍介質發(fā)生化學或電化學反應，產(chǎn)生物質損失的現(xiàn)象。微動磨損是指摩擦表面

15、間由一微小振幅滑動而引起的一種磨損形式。接觸疲勞磨損是指當2個接觸體相對滾動或滑動時，若接觸區(qū)形成的循環(huán)應力超過材料的疲勞強度，則在表面將引發(fā)裂紋，并逐步擴展，最后使裂紋以上的材料斷裂剝落下來的磨損過程。 綜合來看，鋼絲繩磨損具有一定的系統(tǒng)性，并且機理復雜，為此有關材料利用數(shù)理邏輯的思想，通過一系列的邏輯符號，將導致失效事件的各種可能性沿其發(fā)生過程連接起來，這樣不但有利于判斷提升鋼絲繩失效類型對應的原因，也有利于通過鋼絲繩應用的現(xiàn)場因素，預測出可能發(fā)生的失效類型，從而采取適宜的重點防護措施。這為煤礦生產(chǎn)中判斷其失效原因及預防提供了可靠依據(jù)。 實踐證明，在使用過程中的提升鋼絲繩與使用前的提升鋼絲

16、繩相比，磨損損壞是很容易發(fā)現(xiàn)的。一方面鋼絲繩繩徑變細，外層鋼絲繩磨損變形，出現(xiàn)外部磨損；另一方面股間和股內(nèi)鋼絲磨損變形，出現(xiàn)內(nèi)部磨損。從整條鋼絲繩來看，提升段以外部磨損為主，纏繞段以內(nèi)部磨損為主，一般外部磨損比內(nèi)部磨損嚴重得多。主要表現(xiàn)在：1）梯度磨損，垂弧啟動，在提升循環(huán)中,從井口到井底，與托輥布距相對應的不同,鋼絲繩與托輥的磨損依次增加，并呈現(xiàn)梯度變化,稱為梯度磨損。梯度磨損與實際情況不完全符合,原因在于垂弧啟動，礦車接觸點和繩輥接觸點的連線與軌道有一傾角e，e角的存在和和繩輥接觸后的漸進特性，造成了下行鋼絲繩與托輥間的運動先經(jīng)過一個滾動過程，在弦垂鋼絲繩托輥間的摩擦力矩大于阻力矩時，實現(xiàn)

17、繩輥間的相對轉動，這個過程為垂弧啟動?；瑒幽Σ恋亩啻沃貜驮斐纱够佣文p嚴重，成為影響鋼絲繩使用壽命的重要危險段。這也是斜井提升鋼絲繩使用到一定時間后需要剁繩頭的重要原因。2）拉鋸運動，繩輥間成相對滾動狀態(tài)時的鋼絲繩的磨損較輕，一但托輥損壞，就會產(chǎn)生滾動磨損，提升過程成為繩輥間的拉鋸式銼削過程，稱為拉鋸運動。如果繩輥材質相近，相互易磨起毛刺，會造成鋼絲繩的劇烈磨損，惡性循環(huán)。拉鋸運動是提升中要力求避免的。 鋼絲繩磨損形成的原因提升鋼絲繩磨損形成的原因 影響鋼絲繩磨損的因素有：內(nèi)部因素、外部因素兩大類。內(nèi)部因素有：a、材質因素鋼絲繩材質、滾筒和托輥的材質；b、工藝結構因素鋼絲繩的結構和加工工藝

18、；c、振動因素機械振動的固有振動。外部因素有：a、 物理因素提升量、速度、加速度、巷道傾角、長度、托輥布等；b、環(huán)境因素井巷水質、灰塵，井巷安全與道路狀況；c、管理因素保管、使用、檢查、試驗、運行操作等。 根據(jù)磨損機理又可分為以下幾種：鋼絲繩在使用過程中其外周與繩道、底板、擋繩器等物體表面接觸而引起的磨損為外部磨損，鋼絲繩截面將減少，外周表面鋼絲將磨平，鋼絲繩破斷載荷隨之降低，在實際現(xiàn)象中，又有單周磨損、全周磨損。單周磨損較全周磨損更惡劣，在全長范圍內(nèi)，盡可能地做到均勻磨損，即全周磨損由于振動、碰撞造成的鋼絲繩表面撞損，為變形磨損，這是一種局部磨損現(xiàn)象。如卷筒表面的鋼絲繩受到其它物體的撞擊，鋼

19、絲繩相互打纏、打結，或者由于咬繩，都會使鋼絲繩產(chǎn)生變形磨損。這種變形磨損因局部擠壓而變形，其鋼絲橫斷面在擠壓處向兩旁伸展成翅形。從外表看，鋼絲寬度擴展，雖然鋼絲繩截面積減小不多，但局部擠壓處的鋼絲表面材質硬化，極易斷絲。時間一久，變形突出部位往往磨損嚴重，外層鋼絲也極易斷絲。再者，內(nèi)部磨損的因素也不可忽視：鋼絲繩經(jīng)過卷筒或滑輪時所承受的全部負荷壓在鋼絲繩的一側，各根細鋼絲的曲率半徑不可能完全相同。同時，由于鋼絲繩的彎曲，鋼絲繩內(nèi)部各根細鋼絲就會相互產(chǎn)生作用力并且產(chǎn)生滑移，這時股與股之間接觸應力增大，使相鄰股間的鋼絲產(chǎn)生局部壓痕深凹。當反復循環(huán)拉伸彎曲時，在深凹處則產(chǎn)生應力集中而被折斷。 2.2

20、 鋼絲繩磨損對其壽命的影響與防治措施 鋼絲繩磨損對壽命的影響鋼絲繩的失效形式主要有鋼絲繩的靜力拉斷、疲勞、腐蝕和磨損。一般情況下，鋼絲繩的失效，并不是鋼絲繩突然斷裂，往往表現(xiàn)為累積式的斷絲、斷股和直徑縮小，以致繩的強度逐漸降低，最后達到極限而破壞。 事實上，提升鋼絲繩通常為絲股繩結構，鋼絲繩的股與股之間及絲與絲之間成一定角度捻繞在一起，在軸向拉力和彎曲作用力下可導致股與股之間及絲與絲之間發(fā)生相對錯動。雖然錯動很小，但引起鋼絲繩的磨損破壞，從而對鋼絲繩壽命的影響卻是不容忽視的。有關文章利用有限元分析模塊，模擬計算了摩擦提升機鋼絲繩中鋼絲在不同外載影響下及隨磨損深度增加而產(chǎn)生的應力區(qū)變化，得出了摩

21、擦提升機鋼絲應力分布與磨損程度密切相關，隨磨損深度的增加，鋼絲應力對擠壓外載的敏感性下降的結論。這對確定鋼絲繩壽命有重要意義。 提升鋼絲繩磨損的防治措施 為減輕提升鋼絲繩的磨損，可通過改善托輥的結構和材質、減輕垂弧啟動磨損以提高鋼絲繩的保護性能外，加強對斜井檢查管理，及時排除停轉托輥，避免拉鋸運動的發(fā)生，是保護鋼絲繩的重要一環(huán)。必須加強宏觀技術管理共振斷繩，進行共振區(qū)段的測定，避開共振區(qū)域。對提升鋼絲繩，除每日進行檢查外，每周必須以0.3m/s以下的速度進行一次詳細檢查。鋼絲繩一個捻距內(nèi)的斷絲達到10%時（如斷絲在端部，允許切去斷絲部分，繼續(xù)使用），直徑比開始懸掛使用時縮小10%或捻距比開始懸

22、掛使用時延長0.5%，均應更換新繩。鋼絲繩遭受卡罐或突然停罐等猛烈拉伸時，應立即停止運轉，進行檢查。如發(fā)現(xiàn)鋼絲繩受到損傷，或鋼絲繩延長0.5%或直徑縮小10%，無須更換新繩。 為避免“咬繩”現(xiàn)象對鋼絲繩引起巨大的磨損，可在設計井口與提升系統(tǒng)的相互位置時,使提升機的內(nèi)偏角達到最??；對于生產(chǎn)礦井中各參數(shù)已確定的絞車,改善咬繩的方法之一就是適當增加,增加后,若滾筒的容繩不夠時，可適當增加襯木厚度，使?jié)L筒直徑增加,以增加容繩量。也可以在襯木上車削出不等螺距的繩槽，對應于偏角小于的一段（靠近滾筒中間的一段）可把 減小到3mm，其余部分按偏角曲線逐漸車削出不咬繩的數(shù)值。對于斜井提升，采用游動天輪也可減輕咬

23、繩現(xiàn)象。 對于多層纏繞對鋼絲繩產(chǎn)生的磨損，按煤礦安全規(guī)程規(guī)定，鋼絲繩在多層纏繞時，每90d錯動1/4繩圈位置，使上下層受擠壓段變動一下位置，并能使上下層滑動段隨之錯動1/4繩圈的繩長。還可以采用刻有圓環(huán)形繩槽的滾筒，這種滾筒可使槽中第1層及以后幾層鋼絲繩只發(fā)生1次沖擊，可相對減少鋼絲繩的磨損。同時,為了使第1層鋼絲繩在從一圈轉到另一圈的過渡位置時，能纏繞得更加平滑均勻，這部分滾筒表面應作成光滑無槽的，其光滑表面的參數(shù)可按下式計算 式中 光滑表面對滾筒的唯一角及其長度;鋼絲繩螺旋上升角；鋼絲繩直徑； 滾筒直徑；鋼絲繩槽間間隙。鋼絲繩產(chǎn)生較大的磨損，且質量大，轉動慣量較大，在絞車啟動和停止時對鋼絲

24、繩產(chǎn)生磨損。地滾應盡量采用輕質材料，且外徑不宜過大，在目前尚未有理想的地滾產(chǎn)品之前，可以根據(jù)具體情況，設計出適合具體條件的地滾。地滾要經(jīng)常檢修和維護，保持運轉靈活，巷道要保持清潔，清除巷內(nèi)的浮巖，除掉使鋼絲繩磨損的不良因素，以提高使用壽命。很多礦用的實踐證明設有地滾并維護較好的，鋼絲繩的使用壽命可以提高2-5倍以上。3 礦井提升機卷筒襯木的綜述3.1 提升機卷筒襯木的作用及磨損情況調(diào)研 提升機卷筒襯木的作用針對煤礦主立井提升機卷筒襯木使用情況進行分析,認為等螺距繩楷的損壞均發(fā)生于與提升機重載加速起動過程相時應的最初34圈繩槽；等螺距繩槽襯木較不等螺距繩槽襯木使用壽命短得多鋼絲繩作“S”形宵曲的

25、卷筒上的襯木首先損壞。 目前, 大部分單繩纏繞式礦并提升機卷筒均裝有襯木。襯木的好壞直接影響著提升機的安全、經(jīng)濟運行和維修使用, 應引起足夠的重視。合理選用、安裝、使用和維修卷筒襯木是保證提升機安全、經(jīng)濟運轉的必要條件。更換襯木也是耗資較大費時費力的項目之一。每更換一次襯木需幾十立方米木材, 耗費大量人力、物力,需停產(chǎn)十幾小時,是一項艱巨的工作。卷筒襯木的作用是增強提升機卷筒筒殼的強度和剛度并延長鋼絲繩的使用壽命。襯木作為鋼絲繩的軟墊,在其上鋼絲繩不會發(fā)生過度變形。襯木上刻有螺旋繩槽,使鋼絲繩有規(guī)則的排列,避免“咬繩”現(xiàn)象,從而減少鋼絲繩的磨損,并利于卷筒的均衡受力。長期使用襯木的實踐證明在新

26、襯木狀態(tài)下卷筒運動是比較穩(wěn)定的。當襯木磨損到一定程度后,卷筒會發(fā)出咔咔響聲,嚴重時筒殼被壓彎或產(chǎn)生裂紋。因為襯木嚴重磨損未及時更換或無襯木時,載荷將集中于筒殼的某一部分,在應力多次重復作用下, 筒殼便會發(fā)生彎曲或產(chǎn)生裂紋。有襯木與無襯木的筒殼金屬內(nèi),彎曲應力存在如下關系： 式中： 1有襯木的筒殼表面彎曲應力； 0一無襯木的筒殼表面彎曲應力； H 襯木厚度； 一筒殼的鋼板厚度。比值增加時,應力將減少,筒殼中的表面彎曲應力急劇下降。這將非常有利于筒殼的正常長期運行,同時延長使用壽命。對于一個卷筒占值是不變的,襯木厚度大時,應力就小襯木磨損或減薄時應力相應增大。筒殼彎曲應力與襯木厚度關系見圖3： 圖

27、3筒殼彎曲應力與襯木厚度關系 襯木磨損對卷筒的影響襯木磨損對卷筒的影響是很大的,必須引起高度重視。襯木磨損到一定程度應及時更換。磨損到原厚度的30%時應考慮更換,或根據(jù)具體情況予以妥善處理。大型提升機的兩個卷筒襯木一般應同時更換。若只更換一個卷筒襯木，兩個直徑往往不等，兌剩困難，影響正常生產(chǎn)。焦煤九里山煤礦立井2L14X1.8提升機自1970年5月1日至1990年7月15日共使用襯木21付。平均每幅襯木使用313d，提升煤量1913678t。其中壽命最長的是第5付，使用515d，提升煤量2655973t;壽命最短的是第10付，使用122d，提升煤量866501t，提升煤量最多的是第21付，提煤

28、3529722t，使用440d。各付襯木使用情況見表1： 表1 2L14X1.8 型提升機襯木使用情況序號起止時間使用天數(shù)/d提升量/t繩槽形式鋼繩直徑/mm提升量/t.d-1備注11972-05-01-1973-02-032731105042等螺距40404821973-02-03-1974-05-01450185697等螺距40412731974-05-01-1975-06-06398174882等螺距40439441975-06-06-1976-05-01329162337等螺距40.5493451976-05-01-1977-10-01515265593等螺距40.5515761977

29、-10-01-1978-05-01210106401等螺距40506771978-05-01-1979-05-013652012105等螺距40551381979-05-01-1980-05-01272217353等螺距40623391980-02-03-1981-05-01330866501等螺距46.56586環(huán)節(jié)改造換粗繩101980-12-28-1981-05-01122260599等螺距46.57103111981-05-01-1982-05-01365260252等螺距46.57167121982-05-01-1983-05-01365276128等螺距46.57130131983

30、-05-01-1984-05-01365302606等螺距46.57565141984-05-01-1985-11-11192163879等螺距468290151985-11-11-1986-05-01200148177等螺距468535161986-05-01-1986-10-01150129975等螺距467409171986-10-01-1987-06-28268201737等螺距46.58665181987-06-28-1988-05-01307262933等螺距46.57527更換滾筒191988-05-01-1989-05-01365289464等螺距46.59565201989-

31、05-01-1990螺距46.58022 表1年以1980年使用的鋼絲繩直徑40.5mm和40mm兩種，全部為國產(chǎn)圓股鋼絲繩。1980年以后使用的鋼絲繩直徑改用46.5mm和46mm兩種，使用的德國進口6X25填充繩和日本進口圓型股6X19+1鋼絲繩及鞍鋼產(chǎn)三角股鋼絲繩。1986年以前使用的襯木均采用習慣上使用的等螺距繩槽,具體尺寸見圖4。 圖4不等螺距繩槽襯木示意圖 等螺距繩槽的鋼絲繩最大外偏角=17,最大外偏尺寸是1110mm.等螺距繩槽的損壞均發(fā)生于與提升機起動過程相對應的最初圈圈繩槽,即對應提升機重載起動時的加速階段。首先是木屑大片剝落, 繩槽幾乎成為平

32、面, 接著便出現(xiàn)跑槽和咬繩現(xiàn)象。采取加深繩槽,釘三角帶等措施仍阻止不了襯木狀況的繼續(xù)惡化, 使用時間不長就得更換襯木。等螺距繩槽襯木盡管使用時間有長有短, 但總提升煤量并不多。隨著礦井產(chǎn)量的逐年增高,等螺距繩槽襯木的使用壽命越來越短,直接影響了礦井的正常生產(chǎn)。 1986年10月在基本不改變外偏角的情況下，（最大外偏尺寸1123mm)采用了不等螺距繩槽襯木具體尺寸見圖5 圖5 不等螺距繩槽襯木示圖繩槽襯木使提升機起動過程中襯木的損壞情況有所改善。時至1993年, 不等螺距襯木的大螺距繩槽處還沒有發(fā)現(xiàn)繩槽損壞。為什么等螺距繩槽的損壞全部發(fā)生于與提升機重載起動加速段相對應的最初34圈內(nèi)呢？因為提升機

33、起動時一方面靜載荷最大,同時起動過程中由于加速度而產(chǎn)生的加速力也在隨著加速度的變化逐步變化。最大加速力為 F=ma 式中 m一提升機運動系統(tǒng)的變位質量。 a起動加速度。3.2 提升機卷筒襯木損壞的主要形式原因及防治措施 提升機卷筒襯木損壞的主要形式提升機起動過程中,由于罐道不直、接頭不規(guī)格罐道和罐耳間隙不均勻等因素, 在提升容器運行過程中,使鋼絲繩不僅受沖擊力而且擺動很大,因而產(chǎn)生橫向振動和附加動應力。提升機起動時受力最大,而等螺距繩槽間距僅50mm有些偏小,經(jīng)不住加速過程中的橫向振動和附加動應力的沖擊, 使其過早剝落報廢。相反,不等螺距繩槽間距為65mm受力情況就好得多了。鋼絲繩反向彎曲(鋼

34、絲繩“S”形彎曲)的卷筒上的襯木首先損壞。九里山礦主提升機投產(chǎn)時固定卷筒鋼絲繩為下出繩作“S”形彎曲,每次襯木損壞均發(fā)生在固定卷筒上,活動卷筒襯木損壞并不嚴重。而1987年提升機房更換出繩孔后,活動卷筒鋼絲繩為下出繩作反向彎曲,襯木的損壞則發(fā)生在活動卷筒仁固定卷筒襯木損壞卻不嚴重。鋼絲繩作反間彎曲不僅易損壞襯木,而且也加速鋼絲繩的損壞作反向彎曲的鋼絲繩為什么容易造成襯木的損壞。 提升機卷筒襯木損壞的原因 （1) 鋼絲繩經(jīng)過天輪時正向彎曲到卷筒上馬上又作反向彎曲,對于每根鋼絲其受力的變化是從最大拉伸到最大壓縮,或從最大壓縮到最大拉伸,從最大拉伸或最大壓縮狀態(tài)還未恢復原狀,又來了一次最大壓縮或最大

35、拉伸同時伴有彎曲等, 在諸多作用力的綜合作用下,鋼絲內(nèi)應力變化幅值最大。這種變化均發(fā)生在天輪繩槽至卷筒襯木之間。這種變化的內(nèi)在表現(xiàn)是鋼絲繩過早出現(xiàn)疲勞損壞而其外在表現(xiàn)必然是天輪繩槽和卷筒、襯木繩槽的磨損加劇。 （2) 鋼絲繩由天輪到卷筒間作反向彎曲時,鋼絲繩本身具有的編捻力矩, 因反向彎曲而相對加劇。這種編捻力矩產(chǎn)生的鋼絲繩旋轉力, 使天輪及卷筒襯木的磨損加劇,尤其對刻有螺旋繩槽的襯木，鋼絲繩的旋轉力使繩槽棱發(fā)生剝落,襯木繩槽底磨損劇烈,且很容易產(chǎn)生“咬繩”等現(xiàn)象。 （3) 在卷筒與天輪間,鋼絲繩的“振擺”傾向是造成襯木磨損和剝落的又一個不可忽視的原因,振擺越烈,磨損越嚴重。振擺和鋼絲繩的弦長

36、有關, 同時和操作及鋼絲繩具有的彈性有關。究竟弦長多少,后擺幅值最小這是個有待進一步探討的問題。同家梁礦主立井提升機房未改出繩孔前,“S”形彎曲弦長為55.3m后擺比較嚴重,襯木損壞快些。改出繩孔后,弦長為52m,襯木磨損相對稍慢些。（4) 鋼絲繩上下卷筒襯木時由于鋼絲繩振擺橫向磨損是不可避免的。這種橫向力直接破壞了襯木的繩槽并加快襯木的損壞口針對襯木的損壞情況。 制作和更換襯木時常采取了措施(1) 襯木以強而韌的硬木制作通常選橡木、水曲柳、愉木等。襯木的含水量不大于10%,襯木加工好后,應及時用機油煮。煮襯木的機油溫度控制在100一120把襯木放在油槽內(nèi)不能和油槽底部接觸。(2) 煮沸約15

37、min左右, 即看到油中沒有泡沫或泡沫很少時為止。油煮襯木不干裂,不變形,可增加柔軟性能,減少鋼絲繩的磨損,延長鋼絲繩和襯木的使用壽命。 (3) 襯木各加工表面必須平滑光潔襯木內(nèi)圓弧半徑應和卷筒殼外徑相一致。 (4) 裝配襯木應使其與筒殼接觸良好。接觸不好就會使筒殼應力分布不均勻,導致筒殼裂紋、變形等缺陷。 (5) 襯木繩槽最好在襯木安裝好后在卷筒上制作,若事先制作好繩槽,安裝時應使繩槽對準,且過渡處光滑。(6) 各部襯木安好后,將其空隙以及各襯木間隙用相應厚度木條堵死。(7) 使用中對已經(jīng)剝落和磨損的襯木,用機油加黃油涂抹于襯木上使其減少磨擦和磨損也可收到一定效果。 4 常見卷筒襯木繩槽的加

38、工方法4.1 利用普通車床加工繩槽 利用普通車床加工繩槽示意圖簡介 功率P=2.2kw 輸入電流A=4.9安 鐵心直徑d=95mm 內(nèi)徑=104mm （2）確定計算功率 由表8-7（機械設計，第七版）查得工作情況系數(shù)=1.1,故 （3）選擇V帶帶型 根據(jù)，由圖8-11可得選擇A型帶（4）確定帶輪基準直徑，由表8-6和8-8，取小帶輪基準直徑=80mm。驗算帶速V，按式8-13驗算帶的速度：因為5m/sV30m/s 故帶速合適， 計算大帶輪的基準直徑， 根據(jù)表8-8 圓整為 （5）確定V帶中心距a和基準長度根據(jù)式（8-20）初定中心距=300mm,由式（8-22）計算帶所需的基準長度： =101

39、7mm由表8-2選帶的基準長度=1000mm. 按式（8-23)計算實際中心距a 中心距變化范圍為277307mm。 (6) 驗算小帶輪上的包角 (7) 計算帶的根數(shù)Z計算單根V帶的額定功率由=80mm和=1430r/min。查表8-4a得KW,根據(jù)=1430r/min,i=2.125和A型帶，查表8-4b得0.17KW,查表6-5得,查表8-2得，于是計算V帶的根數(shù)Z： 所以V帶取4根。 (8) 計算單根V帶初拉力的最小值 由表8-3得A型帶的單位長度質量q=0.1kg/m。所以 =85.98N 應使帶的實際拉力 （9) 計算壓軸力壓軸力的最小值為： （10) 帶輪的結構設計由表8-10查得

40、 則帶輪緣寬度： 取整B=65mm。因為大帶輪基準直徑(d為電動機鐵心直徑）故帶輪的結構形式采用實心式（詳細解構見圖紙）。 （11) 帶輪的尺寸參數(shù) 單位;mm代號大帶輪小帶輪18080196879515B6565L888819030(12) V帶輪的輪槽設計 V帶輪的輪槽選用A型帶的型號，V帶輪在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形，使V帶工作面發(fā)生變化，為了使V帶工作面與帶輪輪槽工作面緊密配合將V帶輪輪槽工作面夾角做成小于40。V帶密封到輪槽鐘以后，一般不應超出帶輪外圓，也不應與輪槽底部接觸，輪槽表面粗糙度為3.2。 (13) V帶輪的材料選擇及技術要求 帶輪材料選用HT200鑄鋼或鋼板沖壓后焊接而成。

41、鑄造、焊接、或燒結的帶輪在輪緣腹板、輪輻及輪轂上不允許有砂眼、裂縫、縮孔、氣泡。鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應力的情況下，允許對輪緣凸臺腹板及輪轂表面的缺陷進行修補，轉速高于極限轉速的帶輪要做動平衡，反之要做靜平衡。 軸的結構設計及校核 （1）大帶輪輪軸的設計 ：由于聯(lián)軸器選用的是型彈性柱銷聯(lián)軸器，所以有聯(lián)軸器參數(shù)可知軸段的最小直徑，。 ：密封處軸段根據(jù)軸向定位要求，定位高度，以及密封圈的的標準。 ：滾動軸承處軸段=45mm,滾動軸承取30209，其尺寸為 。 ：帶輪軸直徑。 ：軸端長度。 :由軸承端蓋裝配關系可確定:。 :由滾動軸承，擋油盤及之間的裝配關系可確定：。 ：為帶輪寬度，由帶傳動設計可得:

42、。 （2）小帶輪輪軸的設計 :根據(jù)成型銑刀的刀桿直徑，確定=15mm。 :密封處軸段根據(jù)軸向定位要求，定位高度，以及密封圈的的標準。 ：滾動軸承處軸段=25mm,滾動軸承取30204，其尺寸為 。 ：帶輪軸直徑。 :由成型銑刀的刀寬確定:。 :由軸承端蓋裝配關系可確定:。 ；帶輪寬度。 （3）大小帶輪輪軸的校核由于該裝置只是卷筒襯木車削的簡易裝置，所選帶輪輪軸為標準件，其彎扭合成強度和安全系數(shù)均符合要求，所以大小帶輪的輪軸在此處不再進行校核。 車削裝置中聯(lián)軸器的的選擇與設計 根據(jù)工作要求，為了緩和沖擊，保證帶輪的正常工作，電動機與大帶輪軸之間選用彈性柱銷聯(lián)軸器，考慮到轉矩變化很小，取，則 按照

43、計算轉矩小于聯(lián)軸器工程轉矩的條件，查或手冊，選用型，彈性套柱銷聯(lián)軸器，其公稱扭矩為63，孔徑（2028)mm。，許用轉速為4200r/min,故適用，型聯(lián)軸器: 銑刀頭結構的設計 (1) 銑刀結構及材料的選擇 銑刀片的形狀見圖2。刀片材質為T8或T8A鍛造以后經(jīng)磨削制成。刀體為65Mn鋼，刀片共4對8片，并且刀片的淬火硬度不宜太高, 刀刃的淬火硬度一般為4050HRC。其工藝為將一組刀片用刀盤裝卡后(見圖3),鹽浴加熱, 油淬而成。組合銑刀的形狀如圖3所示。按繩槽槽底半徑要求, 將一組刀片制成不同的直徑, 并依大小從中間向兩側對稱排列, 然后用刀盤將其夾持成組合銑刀, 其端部即形成繩槽槽底半徑

44、R。 (2） 組合銑刀的參數(shù)及結構特點: 刀頭成鏟型，便于刃磨，減少摩擦 切削部分前角后角為減少后刀面的摩擦，后角增大到12，刃傾角，左右錯齒，切削輕快，并磨出一個的過度刃傾角，以防切屑堵塞，發(fā)生崩刃現(xiàn)象。 為了提高刀具的耐用度，主刀刃上磨有0.15負倒棱。使用楔塊裝。夾，牢固可靠，且體積小，制造也簡單，刀片裝好后進行體內(nèi)刃磨，保證刀具刃磨精度。(3) 切削用量和技術要求 加工卷筒襯木時，由于銑刀轉速可以達到，每次進給量為1.5mm，手動進給。如果機床主軸的徑向便擺小于0.05mm時，可以適當提高切削用量。 其它輔助裝置參數(shù)的選取與設計 （1）帶傳動架體的設計由于帶輪固定在軸上，并通過軸承座固

45、定在小托板上，軸承座的選取應根據(jù)軸承的型號而確定，但必須保證大小帶輪的中心高度必須一致，考慮到大小帶輪直徑均為180mm和80mm，則選中心高h為120mm。(2) 車床架體、導軌及托板的設計選用閑置的機床床身作為卷筒襯木切削裝置的架體，導軌采用2根平行的11#工字鋼焊接而成，托板用的鋼板制作，大托板尺寸；100mm132mm,且導軌長約1800mm,小托板尺寸80mm60mm,且導軌長約10mm,大托板可以實現(xiàn)自動進給，小托板采用手動進給形式。托板前后有導向爪，鋼板上部和C630車床刀架相連，下部與絲杠螺母相連，絲杠兩端有軸承座制成并固定在架體上。大托板下絲杠主軸最小直徑56mm。小托板下絲杠主軸最小直徑20mm。 (3) 該裝置中其它零件均選用標準件，在此不在加以設計。 卷筒襯木車削裝置的加工工藝特性 (1) 試銑與開機順序 銑槽前,先將組合銑刀