【導(dǎo)讀】的根本性技術(shù)改造，這種改造的趨向是向著更集中，更大型發(fā)展。機(jī)械化生產(chǎn)中占有重要地位。在高效、大型、自動(dòng)化方面都有著飛速的進(jìn)步。箕斗有效載重在國(guó)外已超過(guò)50噸，提升速度接近20米每秒；拖帶功率達(dá)。10000千瓦以上；在拖動(dòng)控制方面已廣泛采用了集中控制及自動(dòng)控制設(shè)備。本文的主要內(nèi)容是對(duì)單繩纏繞式礦井提升機(jī)的選型設(shè)計(jì)。相對(duì)位置；第五部分是礦井提升運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)；第六部分是礦井提升機(jī)的拖動(dòng)與控制。

　　

【正文】 mv?? 提升機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)速度， m/s； k礦井阻力系數(shù)，箕斗提升 k=； m一次提升貨載質(zhì)量， kg； Q一次提升貨載重力， N； ? 考慮到提升系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有加、減速度及鋼絲繩重力等因素影響的系數(shù)， 箕斗提升 ? = ； j? 減速器 傳動(dòng)效率，單級(jí)傳動(dòng) j? =，雙級(jí)傳動(dòng) j? =。 所以 N = kmg1000mjv ???? = 31 . 1 5 3 . 1 4 1 0 1 0 5 . 5 1 . 21 0 0 0 0 . 8 5? ? ? ? ?? = 電動(dòng)機(jī)的估算轉(zhuǎn)數(shù) n = 60mviD??? 式中 i 減速器的傳動(dòng)比； D 滾筒直徑， m。 23 所以 n = 60mviD??? = 60 ???? = /minr 根據(jù)上邊計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)數(shù)，在電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表中選用合適的電動(dòng)機(jī)。經(jīng)查表應(yīng)選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 JR1512— 12，其 基本參數(shù)如下：額定功率 330KW，額定電壓 6KV，轉(zhuǎn)數(shù) 489 /minr 。 確定提升機(jī)的實(shí)際最大提升速度 提升機(jī)實(shí)際最大提升速度為 mv? 60eDni? 式中 en 已選出電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)數(shù)， /minr 。 因?yàn)椤睹旱V安全規(guī) 程》規(guī)定 ? 所以 mv? 48960 ???? = 提升設(shè)備的運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算 提升 初加速度的確定 為了保證提升開(kāi)始時(shí)，空箕斗對(duì)卸載曲軌及井架的沖擊不致過(guò)大，箕斗離開(kāi)卸載曲軌時(shí)的速度被限制在 0v ? ,如果箕斗在卸載曲軌內(nèi)的行程為 0h ，則箕斗的初始加速度 200 02va h? 目前大量通用的箕斗卸載曲軌行程為 0h =，所以初加速度為 20 ? ? = 2/ms 24 故箕斗提升初加速度 0a 一般采用 2/ms。 提升 主加速度的確定 《煤礦安全規(guī)程》對(duì)提升加、減速度的限制為：一般豎井，加、減速度最大不超過(guò) 2/ms。 又有電動(dòng)機(jī)的最大平均出力應(yīng)大于或等于加速階段實(shí)際所需的最大出力，即 1eF kQ PH m a? ? ? ? ? 1 0 .7 5 eF kQ P Ha m? ??? ? 式中 eF 電動(dòng)機(jī)額定出力， N； 1000 ejemNF v ?? eN 電動(dòng)機(jī)額定功率， KW； j? 傳動(dòng)效率； ? 電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷系數(shù) ，其值取 2； m? 提升系統(tǒng)變位質(zhì)量， kg。 所以 1 0 .7 5 eF kQ P Ha m? ??? ? ? 0. 75 2 14 41 89 .1 0 1. 15 31 35 0 3. 38 35 ? ? ? ? ? ? ? 2/ms 而且，電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器作用到滾筒主軸上的拖動(dòng)力矩，必須小于減速器所允許的轉(zhuǎn)矩，即 ? ? ? ?1 m a xkQ 2d DP H m m a M??? ? ? ???? ? ? ? ?m a x12dM kQ P HDa mm??? ?? 25 ? ? ? ?12 1 8 0 0 0 0 1 . 1 5 3 1 3 5 0 3 . 3 8 3 5 02 . 5 9 4 9 3 2 . 6 9 3 9 1 9 8 . 9 8a ? ? ? ?? ? 1 ? 2/ms 式中 ? ?maxM 減 速器輸出軸最大允許輸出轉(zhuǎn)矩， Nm? ； D滾筒直徑， m。 綜合考慮上述三個(gè)條件，取其中最小者，確定 1 ? 2/ms。 提升減速度的確定 提升減速度目前常見(jiàn)的減速方式有三種：自由滑行減速方式、電動(dòng)機(jī)減速方式和制動(dòng)狀態(tài)減速方式。 為了能較好的控制電動(dòng)機(jī)， 減速時(shí)出力應(yīng)不小于 35%的額定值，即 ? ?332 0 . 3 5 eF k Q P H x m a F? ? ? ? ?? 所以，采用電動(dòng)機(jī)減速的減速度為 ? ?33 2 0 .3 5 ek Q P H h Fa m? ? ?? ? 3 ? 2/ms 提升設(shè)備動(dòng)力學(xué)計(jì)算 提升設(shè)備的 基本動(dòng)力方程 為 ? ?2F kQ P H x m a? ? ? ? ? 提升開(kāi)始時(shí)， 00, ,x a a??故拖動(dòng)力為 00F kQ PH m a? ? ? ? 出曲軌， 00,x h a a??故拖動(dòng)力為 ? ?0 0 0 0022F k Q P H h m a F P h? ? ? ? ? ? ?? 主加速階段開(kāi)始， 01,x h a a??故拖動(dòng)力為 26 ? ? ? ?1 0 0 1 012F k Q P H h m a F m a a?? ? ? ? ? ? ??? 主加速階段終了， 0 1 1h , ,x h a a? ? ?故拖動(dòng)力為 ? ?1 0 1 1 112 2 2F k Q P H h h m a F P h? ? ? ? ? ? ? ?? 等速階段開(kāi)始， 01h , 0,x h a? ? ?故拖動(dòng)力為 ? ?2 0 1 1 122F k Q P H h h F m a?? ? ? ? ? ? ? 等速階段終了， 0 1 2h h , 0 ,x h a? ? ? ?故拖動(dòng)力為 ? ?2 0 1 2 2 22 2 2 2F k Q P H h h h F P h? ? ? ? ? ? ? ? 減速階段開(kāi)始， 0 1 2 3h h , ,x h a a? ? ? ? ?故拖動(dòng)力為 ? ?3 0 1 2 3 2 32 2 2F k Q P H h h h m a F m a?? ? ? ? ? ? ? ??? 減速階段終了， 0 1 2 3 3h h h , ,x h a a? ? ? ? ? ?故拖動(dòng)力為 ? ?3 0 1 2 3 3 3 32 2 2 2 2F k Q P H h h h h m a F P h? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 爬行階段開(kāi)始， 0 1 2 3h h h , 0 ,x h a? ? ? ? ?故拖動(dòng)力為 ? ?4 0 1 2 3 3 32 2 2 2F k Q P H h h h h F m a?? ? ? ? ? ? ? ? ? 表 21 爬行距離及速度選擇表 爬行階段終了， , 0,x H a??故拖動(dòng)力為 4 4 42F kQ P H F P h? ? ? ? ? 根據(jù)計(jì)算，將速度圖和力圖繪制在一起，如下圖所示。 27 圖 22 箕斗提升速度圖和力圖 第 3 章提升機(jī)主軸設(shè)計(jì) 主軸結(jié)構(gòu) 提升機(jī)的主軸是用于固定卷筒，調(diào)繩裝置，聯(lián)軸器等的軸。 它是承受所有外載荷，并將此載荷經(jīng)主軸傳遞給地基的主要承力部件。對(duì)于它的設(shè)計(jì)和使用，必須給予的重視。 軸的結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件的裝配困難等問(wèn)題。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。 主軸裝置包括軸承、端蓋、離合器、聯(lián)軸器、支輪等多個(gè)部件，而有根據(jù)主軸的應(yīng)用場(chǎng)合不同，具體軸上需用的部件和結(jié)構(gòu)也不盡相同，例如本提升機(jī)主軸上用到的部件有滾筒、 端蓋、 支輪、軸承、制動(dòng)輪轂等部件，主軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如 31 圖所示： 圖 3— 1 主軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 28 結(jié)構(gòu)上除應(yīng) 滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度要求外，還應(yīng)重視工藝和安裝方面的問(wèn)題。主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)： (1)便于起吊、安裝和加工； (2)卷筒在軸上的固定方式，不論用健或熱裝固定，或用高強(qiáng)度 (或絞孔 )螺栓固定在軸的法蘭凸緣上，都應(yīng)力求可靠，不允許在轉(zhuǎn)動(dòng)中松動(dòng)。雙卷筒提升機(jī)每個(gè)卷筒僅在一個(gè)支輪輪轂處固定就可以了； (3)軸的加工和熱處理都應(yīng)嚴(yán)格遵守規(guī)程，并與機(jī)械加工前在軸頭切樣檢驗(yàn)，此外，還應(yīng)進(jìn)行探傷檢驗(yàn)； (4)軸的斷面變化不應(yīng)太劇烈，并要防止其他類(lèi)型的、過(guò)大的應(yīng)力集中； (5)主軸的材質(zhì)一般采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼，最常用的是 45 號(hào)結(jié)構(gòu)鋼。這種材料價(jià)廉、對(duì)應(yīng)力集中敏感性小、加工性能好，通過(guò)調(diào)質(zhì)處理，可獲得強(qiáng)度、耐磨性和沖擊韌性都比較好的綜合機(jī)械性能。一般采用合金鋼，因?yàn)樘间撆c合金鋼的彈性模量相差很小，用合金鋼雖可提高主軸強(qiáng)度，但對(duì)提高主軸強(qiáng)度意義不大。 選擇聯(lián)軸器 聯(lián)軸器是聯(lián)接兩軸或軸和回轉(zhuǎn)件，并傳遞扭矩。由于兩軸的相對(duì)位置可能是同一軸線(xiàn)的，也可能成一定角度；即使同軸線(xiàn)的兩根軸，因?yàn)橹圃旌桶惭b的不精確以及工作時(shí)的變形等，也會(huì)使兩軸之間產(chǎn)生軸向、徑向、角度或綜合性的位移。為此，通常將聯(lián)軸器設(shè)計(jì)成可移式動(dòng)聯(lián)接，或在聯(lián)軸器中裝上彈性 較大的元件如橡皮及彈簧等，利用聯(lián)軸器的可移動(dòng)性或彈性元件的變形來(lái)補(bǔ)償兩軸間的各種偏位誤差。 剛性聯(lián)軸器 這類(lèi)聯(lián)軸器沒(méi)有彈性元件，按能否補(bǔ)償位移分為固定式和可移式兩種。 固定 式要求兩軸嚴(yán)格對(duì)中，并在工作時(shí)不允許發(fā)生任何相對(duì)位移。由于安裝困難，又不能補(bǔ)償位移及消除沖擊，故應(yīng)用較少。可移式允許兩軸有某種限度的位移如齒輪聯(lián)軸器，十字滑塊聯(lián)軸器及萬(wàn)向聯(lián)軸器等，都是可移式剛性聯(lián)軸器，在煤礦機(jī)械和機(jī)床中均有應(yīng)用。 彈性聯(lián)軸器 這類(lèi)聯(lián)軸器裝有彈性元件，具有緩沖減振的功能，同時(shí)可補(bǔ)償一定的偏位誤差，如彈性柱 銷(xiāo)聯(lián)軸器，尼龍柱銷(xiāo)聯(lián)軸器及液力聯(lián)軸器等，在各種機(jī)械中更為常用。 聯(lián)軸器的類(lèi)型應(yīng)根據(jù)使用要求和工作條件來(lái)確定。具體的選擇時(shí)可考慮以下的幾點(diǎn)： （ 1）所需傳遞的扭矩的大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖和減振方面的要求。 （ 2）聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境，通常由金屬元件制成不需潤(rùn)滑的聯(lián)軸器比較可靠，需要潤(rùn)滑的聯(lián)軸器，其性能易受到潤(rùn)滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。 29 （ 3）兩軸相對(duì)位移的大小和方向，當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保證兩軸嚴(yán)格精確對(duì)中，或工作過(guò)程兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對(duì)位移時(shí)，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器，例如，當(dāng) 徑向位移較大時(shí)，可選用滑塊聯(lián)軸器，角位移較大或相交兩軸的聯(lián)接可選用萬(wàn)向聯(lián)軸器等。 （ 4）聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小，對(duì)于高速傳動(dòng)軸，應(yīng)選擇平衡精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器 .彈簧聯(lián)軸器 .齒式聯(lián)軸器等，而不適宜選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器等。 （ 5）聯(lián)軸器的制造 安裝 維護(hù)和成本，在滿(mǎn)足使用性能的前提下，應(yīng)選用裝拆方便，維護(hù)簡(jiǎn)單和成本低的聯(lián)軸器。 根據(jù)以上條件并結(jié)合軸的直徑，傳遞的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，就可選定聯(lián)軸器的型號(hào)以及尺寸。聯(lián)軸器兩端的聯(lián)接軸直徑可不相同，所選聯(lián)軸器的孔徑應(yīng)分別與兩端軸徑相配 。 在設(shè)計(jì)軸的開(kāi)始估算軸的最小直徑 mind 。所選軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理 。 由公式 mind ? 3pAn 式中 A由材料的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力所確定的系數(shù)，其值為 A=103~126， 取 A=115； P主軸的功率，其值為 p=330 =； n主軸的轉(zhuǎn)速，其值為 n=489/i=489/=。 所以 mind ? 3 ? 220mm? 對(duì)于外伸軸，由上式求出的直徑，為外伸軸段的最小直徑；對(duì)于非外伸軸，計(jì)算時(shí)應(yīng)取較大的 A0 值。計(jì)算軸徑處有鍵槽時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增大軸徑以補(bǔ)償鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱作用。外伸軸段裝有聯(lián)軸器時(shí)，外伸段的軸徑應(yīng)與聯(lián)軸器轂孔直徑相適應(yīng) 外 伸軸段用聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)軸相連時(shí)，應(yīng)注意外伸段的直徑與電動(dòng)機(jī)軸的直徑不能相差太大 。