【正文】 1 第 1 章 緒 論 不少人把提升機(jī)械定義為聯(lián)系 井上與井下的一種機(jī)械設(shè)備 ， 有人更具體的說(shuō)，提升機(jī)械是用作沿井筒提升或下放礦物人員和設(shè)備的一種機(jī)械。 我國(guó)把纏繞直徑在 2米以上的提升設(shè)備成為提升機(jī)械 。纏繞直徑在 2米以下的稱為絞車（盡管兩者結(jié)構(gòu)基本相同）。有的國(guó)家把最大提升速度大于 4m/s的提升設(shè)備稱為提升機(jī)械；小于 4m/s 的稱為絞車。 這些說(shuō)法都從一個(gè)側(cè)面或一定程度上說(shuō)明了提升機(jī)械的功能和特性。但這些說(shuō)法并沒(méi)有給出提升機(jī)械以嚴(yán)格的定義。因?yàn)樘嵘龣C(jī)械的功能不僅可以聯(lián)系井上與井下，還可以聯(lián)系井下之間。另外，聯(lián)系井上井 下見(jiàn)的也不局限于體上機(jī)械， 交帶 輸送機(jī)也可以 作為聯(lián)系井上與井下之間的搬運(yùn)工具。 礦井提升設(shè)備是礦井運(yùn)輸 —— 提升綜合體的一個(gè)重要組成部分。它包括：提升機(jī)、井架（或井塔）天輪、鋼絲繩、提升容器以及裝卸載裝置等。 其中礦井提升機(jī)的主要組成部分為：纏繩機(jī)構(gòu)，減速機(jī)構(gòu)，拖動(dòng)機(jī)構(gòu)（電動(dòng)機(jī)），控制、保護(hù)監(jiān)視及信號(hào)裝置等。根據(jù)提升機(jī)卷筒（又稱絞筒、滾筒或繩筒）的構(gòu)造特點(diǎn)可分為兩大類： 1） 纏繞式提升機(jī)：起提點(diǎn)是在提升過(guò)程中，鋼絲繩纏繞在卷筒表面。它有單圓柱卷筒和雙圓柱卷筒兩種。圓柱圓錐形提升機(jī)也是纏繞提升機(jī)的一種，這種提升機(jī)結(jié)構(gòu) 復(fù)雜、笨重，在我國(guó)除一些老礦還在使用外，新設(shè)計(jì)的礦井一般不再采用。 2） 摩擦輪提升機(jī)：其特點(diǎn)是靠摩擦輪與鋼絲繩之間的摩擦力傳動(dòng)。它又可以分為單繩和多繩兩種。近年來(lái)多采用多繩摩擦輪提升機(jī)。 多年來(lái)，大量采用多繩摩擦式以及先進(jìn)的拖動(dòng)、控制系統(tǒng)，還出現(xiàn)了全液壓型等。目前礦井提升機(jī)正向體積小、重量輕和自動(dòng)化方向發(fā)展，以適應(yīng)深礦井和大生產(chǎn)量的需求。 熟悉礦井提升機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理，提高安裝質(zhì)量，合理使用設(shè)備，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，才能確保提升機(jī)高效率和安全可靠的工作。 本說(shuō)明書主要介紹了 ? 4 型多繩摩擦式礦井提升機(jī) 的結(jié)構(gòu)以及控制裝置的選擇與設(shè)計(jì) 。 圖 11 為摩擦式提升機(jī)工作原理圖 2 圖 11 塔式多生摩擦提升機(jī)工作原理圖 （ 有導(dǎo)向輪系統(tǒng) ） 1 提升容器， 2鋼絲繩 3主導(dǎo)輪 4導(dǎo)向輪 5尾繩 它靠提升鋼絲繩與主導(dǎo)輪的摩擦傳動(dòng) 動(dòng)力 ， 以 實(shí)現(xiàn) 提升機(jī)的正常工作要求。 3 第 2 章 提升機(jī)的選型與設(shè)計(jì) 提升機(jī)的選擇與設(shè)計(jì) 礦井提升設(shè)備是供提升礦物（煤礦、礦石）、升降人員、設(shè)備，下放材料等使用的 。他的工作安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)具有極為重要的作用?，F(xiàn)在提升設(shè)備的容器在井道內(nèi)的速度，可達(dá)鐵路列車的速度（ 20~30 米 /秒）；一次有益提升量 30~50 噸；電機(jī)容量一萬(wàn) ~一萬(wàn)五千千瓦。因此如果忽視它的運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠性，會(huì)造成礦井生產(chǎn)停頓，甚至不堪設(shè)想的后果。 礦井提升設(shè)備耗電量大，在金屬礦，耗電有時(shí)能達(dá)到全礦的 40%~50%。因此，對(duì)它的經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)，提高效率以節(jié)約能源也必須給予充分的注意。 礦井提升設(shè)備是礦井運(yùn)輸 —— 提升綜合體的一個(gè)重要組成部分。它包括：提升機(jī)、井架（或井塔）天輪、鋼絲繩、提升容器以及裝卸載裝置等。 其中礦井提升機(jī)的主要組成部分為：纏繩機(jī)構(gòu)，減速機(jī)構(gòu)，拖動(dòng)機(jī)構(gòu)（電動(dòng)機(jī)），控制、保護(hù)監(jiān)視及信號(hào)裝置等。根據(jù)提升機(jī)卷筒（又稱絞筒、滾筒或繩筒）的構(gòu)造特點(diǎn)可分為兩大類： 3） 纏繞式提升機(jī)：起提點(diǎn)是在提升過(guò)程中，鋼絲繩纏繞在卷筒表面。它有單圓柱卷筒和雙圓柱卷筒兩種。圓柱圓錐形提升機(jī)也是纏繞提升機(jī)的一種，這種提升機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，在我國(guó)除一些老礦還在使用外，新設(shè)計(jì)的礦井一般不再采用。 4） 摩擦輪提升機(jī)：其特點(diǎn)是靠摩擦輪與鋼絲繩之間的摩擦力傳動(dòng)。它又可以分為單繩和多繩兩種。近年來(lái)多采用多繩摩擦輪提升機(jī)。 多年來(lái)，大量采用多繩 摩擦式以及先進(jìn)的拖動(dòng)、控制系統(tǒng)，還出現(xiàn)了全液壓型等。目前礦井提升機(jī)正向體積小、重量輕和自動(dòng)化方向發(fā)展，以適應(yīng)深礦井和大生產(chǎn)量的需求。 熟悉礦井提升機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理，提高安裝質(zhì)量，合理使用設(shè)備，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，才能確保提升機(jī)高效率和安全可靠的工作。 本說(shuō)明書介紹了 4（Ⅰ）型多繩摩擦式礦井提升機(jī)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。 下為 4（Ⅰ）型多繩摩擦式礦井提升機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)表： 4 型 號(hào) 導(dǎo)向輪直徑 鋼 絲 繩 最大靜拉力 最大靜拉力差 有導(dǎo)向輪時(shí)最大直徑 無(wú)導(dǎo)向輪時(shí)最 大直徑 間距 m KN mm 3 450 140 32 300 最大提升速度 減速 器 旋轉(zhuǎn)部分變位重量 導(dǎo)向輪變位重量 外形尺寸 長(zhǎng) x寬 x高 m/s 型號(hào) 速比 t t m 14 XP1120 4（Ⅰ）型多繩摩擦式礦井提升機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表 由于多生摩擦輪提升的特點(diǎn)，所以它的運(yùn)算參數(shù)九與纏繞式有所不同，主要有： 1）速度圖可能有所不同。盡管在正常傳動(dòng)時(shí)，鋼 絲繩并不沿繩槽滑動(dòng)，但彈性蠕動(dòng)時(shí)不可避免的。為了使停車時(shí)對(duì)罐準(zhǔn)確，往往在提升終了時(shí)，需要使容器有一個(gè)低速運(yùn)行階段（爬行階段），以便較容易的使容器停留在預(yù)定的水平面上而不致誤差過(guò)大。 2）由于多生摩擦輪提升機(jī)不能調(diào)節(jié)相對(duì)繩長(zhǎng)，因此，如果用雙容器提升，就不在兩個(gè)水平同時(shí)工作，為避免此缺點(diǎn)，往往采用平衡錘的單端提升方式，即鋼絲繩的一端為提升容器，另一端為平衡錘。 摩擦襯墊 多生摩擦輪的傳動(dòng) 是 一種典型的柔性傳動(dòng)方式。傳動(dòng)的性能在很大程度 5 上依賴于襯墊的性能。在選用襯墊材料時(shí)，要考慮到以下幾個(gè)特性： 1) 較大的 摩擦系數(shù) 2) 較好的耐壓和耐磨損性 3) 經(jīng)濟(jì)性 下為幾種材料的參考性能列表 襯墊材料 設(shè)計(jì)用摩擦系數(shù) μ 許用比壓 MPa K25 ≤ Kautex PVC ≤ 木材 ≤ 皮革 —— 鋁合金 —— 帆布 —— 6KB10 榆木 提入 ≤ 提貨≤ Modar —— PVC 普通橡膠帶 聚氨酯 選用襯墊材料時(shí) ，逼近要注意到它們的許用值和測(cè)試值，還要注意到摩擦系數(shù)可能出現(xiàn)的變化，如： 1） 摩擦系數(shù)對(duì)有油、水、煤粉時(shí)的變化及敏感程度； 2） 摩擦系數(shù)因壓強(qiáng)和相對(duì)滑動(dòng)速度以及溫度的不同產(chǎn)生的變化； 3） 摩擦系數(shù)值因測(cè)試方法不同而產(chǎn)生的誤差。 高摩擦系數(shù)的襯墊，不僅能保證較好的正常傳動(dòng)，而且也可以提高設(shè)備能力。但也不是摩擦系數(shù)越大越好，因?yàn)樵谀承┣闆r下，鋼絲繩的滑動(dòng)，有利于保護(hù)機(jī)械設(shè)備，使其免予過(guò)載。 有人認(rèn)為，襯墊的消耗主要是車槽是車掉的二不是由于滑動(dòng)（蠕動(dòng)）磨掉的，但一般來(lái)說(shuō)，選用耐磨性較好的 襯墊材料還是合適的。 還應(yīng)該指出的是：不論用什么方法測(cè)定襯墊的摩擦系數(shù)，由于摩擦輪對(duì)鋼絲繩的比壓，在包角范圍內(nèi)各不相同，而摩擦系數(shù)又與比壓有關(guān)，因此， 6 無(wú)論是設(shè)計(jì)用的，或是測(cè)定的摩擦系數(shù)，都只能看成一個(gè)當(dāng)量的值。 防滑問(wèn)題 盡管國(guó)內(nèi)對(duì)于防滑問(wèn)題的敘述各不相同，但歸根結(jié)底出發(fā)點(diǎn)只有一個(gè)，即鋼絲繩兩端張力應(yīng)符合一定的關(guān)系，并且計(jì)算時(shí)，都是以歐拉公式為基礎(chǔ)的。 我國(guó)及對(duì)于防滑問(wèn)題規(guī)定，靜防滑系數(shù)≥ ，動(dòng)防滑系數(shù)≥ 。其他一些國(guó)家對(duì)防滑問(wèn)題，往往僅規(guī)定鋼絲繩兩端的靜張力之比。 由于鋼絲繩兩端的張 力與提升機(jī)提升類型有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，帶平衡錘的單容器提升比雙容器提升更不易打滑。而且，摩擦輪提升系統(tǒng)多為帶尾繩系統(tǒng) ，故以下按待容器的雙容器系統(tǒng)分析。 根據(jù)分析，提升機(jī)提升重物開(kāi)始階段，是容易產(chǎn)生滑動(dòng)的情況，除非在放下重物或提升重物的減速大于提升重物開(kāi)始時(shí)的加速度，才需要進(jìn)行校核外，只需要校核提升重物開(kāi)始階段就可以了。 根據(jù)歐拉公式，鋼絲繩兩端張力之比應(yīng)符合： ??epp ?21 或 ? ?12 21 ??? ??ep pp 式中 2,1 pp 分別為鋼絲繩松邊和緊邊的張力。 為保證不滑動(dòng)，必須有 ? ?212 )1( ppep ????? 或 ? ? fppep ??? ??? 212 /)1( （ 或 d? ） 式中 f? 及 d? 分別為靜防滑系數(shù)和動(dòng)防滑系數(shù)。 7 提升機(jī)鋼絲繩張力均衡問(wèn)題 由于各種原因，多生摩擦提升機(jī)的各繩受理時(shí)不均勻的，如果相差過(guò)大時(shí)，可能導(dǎo)致各繩槽磨損程 度過(guò)分不均，受力大的鋼絲繩安全系數(shù)降低等。 引起鋼絲繩受理不平衡的原因主要有： 1） 鋼絲繩主導(dǎo)輪繩槽直徑偏差 2） 鋼絲繩本身的長(zhǎng)度偏差 3） 鋼絲繩本身剛度偏差 對(duì)于鋼絲繩張力不均的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，只需每隔一定時(shí)間調(diào)整一下可以滿足使用要求了。目前正在使用的液壓螺旋調(diào)繩器，就是基于這樣的原則設(shè)計(jì)的。 8 第 3 章 PLC 控制的提出與設(shè)計(jì) 問(wèn)題提出 礦 井提 升機(jī)是聯(lián) 系井下與地面的重要工具。 礦 井提升機(jī)起 動(dòng)頻 繁， 負(fù) 荷變 化大， 運(yùn) 行速度要求 嚴(yán)格，這就要 求配 備 具有良好性能的控制 設(shè)備 和保 護(hù)裝 置。 交流提升機(jī)在 運(yùn) 行中， 較難解決 的 問(wèn)題 是 電動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 電阻 的串入和切除的控制。 電動(dòng) 機(jī)在起 動(dòng)時(shí) 要串入 電阻 ， 隨著電動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速的提高，串入 電阻 要逐步切除，正常 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 要全部切除。要求每一段 電阻 的切除要合理、準(zhǔn)確，否 則將 不能正常 運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán) 重 時(shí)將 停機(jī)或因 電 流 過(guò) 大而 燒 壞 電 機(jī)。 在接觸器控制系 統(tǒng) 中， 電阻 的切除 由 時(shí)間繼電 器控制，而 時(shí)間繼電 器的計(jì)時(shí) ，往往不能做到十分準(zhǔn)確，即有一定 誤 差范 圍 。 這 種控制方法受外界干擾大 ，繼電 器、接觸器磨 損 快，易 產(chǎn) 生火花， 給 提升機(jī)的正常 運(yùn) 行 帶來(lái)了許多困 難 。 提升機(jī)在 運(yùn) 行中，另一 個(gè)難解決 的 問(wèn)題 是， 對(duì) 提升機(jī)械 設(shè)備 故障的及早監(jiān)測(cè)和 警 報(bào) 。例如 ，鋼絲繩 的 斷 裂以及 兩條鋼絲繩 的 長(zhǎng) 度不一等。 這 些 問(wèn)題如果不及早 發(fā)現(xiàn) ，均 會(huì) 造成很大的事故。 對(duì) 于 過(guò) 卷、蹲罐等故障的防止和 處理，墨前有很多種方法，但 這 些方 法總 的 講 不是十分完美。 這 些安全 百戶 中存在的 問(wèn)題， 都不同程度的影 響著生產(chǎn) ，需要 盡 快加以解 決。 采用 PLC (可編程控制器 )控制的優(yōu)越性 PLC 可 編 程控制器是一種采用微 電腦 技 術(shù) 的控制 裝 置， 專為工業(yè)環(huán) 境中應(yīng) 用而 設(shè)計(jì) 的。它采用可 編 程的 內(nèi) 存，用存 儲(chǔ)邏輯運(yùn) 算、 順 序控制、 定時(shí) 、計(jì) 算和算 術(shù)運(yùn) 算等操作指令。并通 過(guò)數(shù) 字式、模 擬 式的 輸 入和 輸 出，控制各種類 型的機(jī)械或生 產(chǎn)過(guò) 程。它可以 實(shí)現(xiàn) 多 機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊 ，可以 與強(qiáng)電 一起工作，而且抗干擾，可 擴(kuò) 展，比一般微機(jī)控制 編 程 簡(jiǎn)單 。因此， 許多舊 的 傳統(tǒng) 的 邏輯控 制器、 繼電 器控制 邏輯 、二極管矩 陣邏輯 、接 線 的 數(shù) 字 邏輯 等，正在被具有存 儲(chǔ)邏輯 的 PLC 所代替。 把 PLC 控制 應(yīng) 用 礦 井提升機(jī)的控制系 統(tǒng) 中，是解 決 提升機(jī)的控制中所存在 問(wèn)題的行 之有效的措施。 這 是因 為： 其一， PLC 就有 計(jì)數(shù) 功能，使提升機(jī)原控制回路中的 時(shí)間繼電 器，控制回路中的大部分的觸 點(diǎn) 均被 PLC 的 內(nèi) 部存儲(chǔ)邏輯 所 代替。 這就簡(jiǎn) 化了控制系 統(tǒng) 的硬件接 線 ， 減 少了控制屏體 積 。 當(dāng) 需 9 要提升功能 時(shí) ，只要改 變 程序， 而不用改 變 I/O 硬件接 線 ，增 強(qiáng) 了控制系 統(tǒng)的 靈 活性、通用性，并提高了可靠性和安全性。其二， PLC 采用的是 掃 描工作方式，串行工作。其工作速度 比繼電 接觸器快，也避免了 繼電 接觸器控制的觸 點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng) 和 時(shí) 序失 控問(wèn)題 。其三，由于 PLC 具 有許 多 內(nèi) 部的 軟繼電 器，在這 些 軟繼電 器中 ，還 有具有特殊功能 的輔 助 繼電 器， 這 些 輔 助 繼電 器的特殊功能，使提升機(jī)控制系 統(tǒng) 的保 護(hù) 更加完善和可靠。如有禁止 輸 出的特殊 繼電器，可以利 用編 程 時(shí) 其在提升機(jī) 發(fā) 生異常事故 時(shí)動(dòng) 作，迫使提升機(jī)停止 運(yùn) 行，起到安全保 護(hù) 作用。 還 有停 電記憶的輔 助 繼電 器只要 在編寫程 序 時(shí)應(yīng) 用 這 個(gè)繼電 器，它就 會(huì) 有 記憶 功能， 記 住提升機(jī)在停 電 瞬 間 的 運(yùn) 行位置， 當(dāng)電 源恢復(fù) 時(shí)只 要 滿足運(yùn) 行田 間 ，它就 會(huì)從 停 電時(shí) 的 運(yùn) 行位置 開(kāi)始運(yùn) 行。其四， PLC 抗干擾能力 強(qiáng) ，使提升機(jī)在 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 不怕震 動(dòng) ，不怕火花，能 適應(yīng) 各種 惡 劣的 工業(yè)環(huán) 境。其五， PLC 可以 實(shí)現(xiàn)對(duì) 模 擬 量的控制， 對(duì) 于機(jī)械 設(shè)備 的故障可以用傳 感器取出信 號(hào) ，通 過(guò) PLC 的 A/D 或 D/A 模 塊，實(shí)現(xiàn)對(duì) 提升機(jī)故障的 監(jiān)測(cè)和報(bào) 警， 從 而使控制系 統(tǒng)采 取相 應(yīng) 的措施，避免事故 的發(fā) 生。 因此，采用 PLC 控制提升機(jī) 不僅 方便、安全、可靠，而且大大提高了提升機(jī)的工作效率和使用 壽命 。 提