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河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文
摘 要
單繩纏繞式礦井提升機的工作原理：鋼絲繩的一端用鋼絲繩夾持固定在卷筒幅板上，另一端經(jīng)卷筒的纏繞后，通過井架天輪懸掛提升容器。這樣，利用主軸旋轉方式的不同，將鋼絲繩纏繞上或放松，以完成提升或下降容器的工作。
主軸裝置是單繩纏繞式礦井提升機的主要工作機構，它的作用是： ①纏繞提升機鋼絲繩；②承受各種正常載荷(包括固定載荷和工作載荷)；③承受各種積極情況所造成的非常載荷。在非常載荷作用下，主軸裝置部分不應有殘余變形。單繩纏繞式礦井提升機的主軸裝置是其核心部件，要求我們應認真設計，精心制造，這對于確保礦井提升機安全可靠運行，預防和杜絕故障及事故的發(fā)生，也具有十分重要的意義。
本設計根據(jù)生產(chǎn)實際和預選的數(shù)據(jù)，以提升機的配套設備為核心，經(jīng)過科學的計算和分析，設計、選擇了一套礦井提升機的傳動系統(tǒng)設備，并采用了光電測速傳感器作為深度指示系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置，實現(xiàn)了從機械控制到數(shù)電控制的轉變，同時為提升機控制系統(tǒng)的技術改造奠定了基礎。
關鍵詞：提升機，主軸，制動器，光電測速傳感器
ABSTRACT
What the principle of the single rope twines mine pit elevator is that: One end of the steel wire rope is fixed to Winding by the steel wire rope nip, another end after twined hangs and promotes the vessel by derrick wheel. In this way, we make use of the differences of the revolve way to twine or relax the steel wire rope so that to complete the vessel to step up or drop down.
Main axle is the core part of the mine elevator. Its functions are: ① the steel wire rope of twines the type mine pit elevator ; ② endure a kind of normal load( including fixed load and work load ); ③ endure the kinds of unusual load which is result from positive situation. Under the unusual load function, the part of the main axle equipment should not remain remaining distortion. It required us to be careful designing and manufacture when designing and manufacturing. Only in this way, we can prevent the occurrence of failures or accidents .Obviously, the possesses is very significance.
This design is on the basis of the data which are chosen by advance and actually, take the elevator supplementary equipment as the core, after the analysis and computation in science, has designed and chosen a set of the transmission system of the mine pits elevators, and used the electrical-light sensor as the equipment of the indicating system which to measure the amount of the depth of the tank. It enforced the change from the mechanically control to the numerical control, at the same time, has laid the foundation for improve the control system of the elevator.
KEY WORDS: elevator, main axle, brake, electrical-light measurement velocity sensor
河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文
目 錄
1 前 言 1
1.1提升機的用途和發(fā)展概況 1
1.2提升機的結構和用途 2
2 課題設計簡介 5
2.1設計課題 5
2.2設計步驟 5
2.3設計思路 5
3 JK—3提升機 (Ｅ系列)主軸裝置的原始資料 6
3.1本產(chǎn)品的型號、名稱 6
3.2本產(chǎn)品的性能指標和設計參數(shù) 6
4 JK—3提升機（E系列）的選擇和設計 7
4.1 JK—3礦井提升機的工作原理和主要結構 7
4.1.1主軸 7
4.1.2卷筒 7
4.1.3主軸承 8
4.1.4盤形制動器裝置 9
4.1.5深度指示系統(tǒng) 9
4.1.6減速器 10
4.1.7聯(lián)軸器 10
4.2主軸裝置的設計依據(jù) 11
4.2.1鋼絲繩 11
4.2.2卷筒寬度 11
4.2.3鋼絲繩最大靜張力 11
4.2.4鋼絲繩最大靜張力差△F 12
4.2.5最大提升速度Vmax 12
4.2.6電動機功率PN 12
4.3主軸的選擇 13
4.4主軸的設計 13
5 主要通用部件的選型計算 15
5.1盤形制動器 15
5.2減速器 15
5.3齒輪聯(lián)軸器 16
5.4彈性棒銷聯(lián)軸器 16
6 主軸的校核 17
6.1主軸強度校核 17
6.1.1工況一:提升開始, 。 18
6.1.2工況二:提升終了, ，。 21
6.2主軸撓度校核 26
6.2.1工況一:提升開始 27
6.2.2工況二:提升終了 27
7 軸承壽命計算 29
7.1左軸承 29
7.2右軸承 30
8 螺栓聯(lián)接的計算和校核 31
8.1螺栓選用型號 31
8.2高強度螺栓平面摩擦聯(lián)接校核 31
8.3受扭轉力矩鉸制孔螺栓強度計算 31
9 機器的安裝調試和維護 33
9.1機器的安裝要求 33
9.1.1主軸裝置 33
9.1.2卷筒 34
9.1.3盤形制動器 34
9.1.4電動機 34
9.1.5減速器 35
9.2機器的調整 35
9.2.1產(chǎn)品空運轉試驗要求 35
9.2.2機器的負荷試車 36
9.2.3機器的加載試車 36
9.3機器的維護和保養(yǎng) 37
9.3.1機器的維護和安全使用 37
9.3.4制動器的保養(yǎng) 37
9.4機器故障的排除 38
結 論 40
致 謝 41
參考文獻 42
附錄① 單繩纏繞式提升機設計規(guī)范(摘錄) 44
附錄② 光電測速傳感器 52
河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文
1 前 言
1.1提升機的用途和發(fā)展概況
提升機是礦山大型固定設備之一，是聯(lián)系井下與地面的主要運輸工具，在礦山生產(chǎn)建設中起著重要的作用。礦井提升機主要用于煤礦、金屬礦和非金屬礦中提升煤炭、礦石和矸石、升降人員、下放材料、工具和設備。
礦井提升機與壓氣、通風和排水設備組成礦井四大固定設備，是一套復雜的機械——電氣排組。所以合理的選用礦井提升機具有很大的意義。
礦井提升機的工作特點是在一定的距離內，以較高的速度往復運行。為保證提升工作高效率和安全可靠，礦井提升機應具有良好的控制設備和完善的保護裝置。礦井提升機在工作中一旦發(fā)生機械和電器故障，就會嚴重地影響到礦井的生產(chǎn)，甚至造成人身傷亡。
熟悉礦井提升機的性能、結構和動作原理，提高安裝質量，合理使用設備，加強設備維護，對于確保提升工作高效率和安全可靠，防止和杜絕故障及事故的發(fā)生，具有重大意義。
礦井提升機已有很長的發(fā)展歷史。早在八百多年以前，我國古代勞動人民就發(fā)明了轱轆，用手搖骨碌從地下提升煤炭和礦石，以后發(fā)展成畜力絞車。十九世紀，由于電力的發(fā)展，電力拖動的提升機逐漸代替蒸汽提升機。近幾十年來，礦井提升機有了更大的發(fā)展，出現(xiàn)了多繩摩擦式提升機以及先進的拖動和控制系統(tǒng)。目前，國外的礦井提升機正向體積小、重量輕和自動化的方向發(fā)展，以適應深井和大量的需要。
解放以前，我國根本不能制造大型礦井提升機。解放以后，我國建立了礦井提升機的制造工廠，并已由仿制和改進國外產(chǎn)品發(fā)展到能自行設計和制造。目前，我國已能成批生產(chǎn)近代化的大型礦井提升機。
1958年，我國設計并試制成功第一臺DJ2*4多繩摩擦式提升機，為我國礦井提升機的制造和使用開辟了一個新的領域。目前，我國已能成批生產(chǎn)JKM型多繩摩擦式提升機，并正在逐漸形成多繩摩擦式提升機的新系列。
1.2提升機的結構和用途
每臺提升機都由若干部分組成：主軸、纏繞機構、軸承和主制動器。這些便是基本部分。纏繞機構有好幾種，最常用的結構是單圓柱形滾筒及雙圓柱形滾筒。對于單圓柱形滾筒，兩根鋼絲繩功用一個滾筒纏繞面；第一根鋼絲繩自滾筒松開而相應地漏出的滾筒面由另一根鋼絲繩纏上。對于雙圓柱形滾筒，沒根鋼絲繩都纏繞在特有的滾筒上，即在任何時刻鋼絲繩都只是纏在兩支滾筒總纏繞面的一半上。在這種情形下，一個滾筒結實地固定在主軸上，另一個則活套在主軸上，借助于離合器與主軸相連，以便在必須時可使二滾筒作相對轉動。滾筒相對轉動的可能行使得提升設備的操作變得容易，因為可以容易地調節(jié)由于鋼絲繩彈性變形而逐漸伸長的長度。此外，還可以補償由于對鋼絲繩做周期性的試驗而截下的長度。依次，在每個滾筒的表面除了等于提升高度的鋼絲繩長度外尚需附加30米長的鋼絲繩，這樣才有可能當滾筒作相對轉動以使一根鋼絲繩的鉛垂長度增加時并不使另一根鋼絲繩縮短。當有雙滾筒提升機時還可能更換操作水平。當上容器停在井口車場時而下容器移至新的位置。這在一個提升水平但有個承受臺時也是需要的，例如翻轉式罐籠當提升重物及提人時容器的終端位置是不同的。當用單滾筒或滾筒的離合器不作用時，除原定水平外，如要服務于另一水平或承受臺則僅能用一個提升容器；第二個容器不過起著平衡錘的作用，此時，提升生產(chǎn)率驟然減少一半。
提升機的第二個重要部分為把電動機的轉動傳到安置有纏繞機構的主軸上的減速器。減速器結構因其類型、用途不同而異。但無論何種類型的減速器，其基本結構都是由軸系部件、箱體及附件三大部分組成。軸系部件包括傳動件、軸和軸承組合，軸承組合包括軸承、軸承蓋、密封裝置以及調整墊片等。減速器箱體上用以支持和固定軸系零件，保證傳動件的嚙合精度、良好潤滑及密封的重要零件。箱體質量約占減速器總質量的50/%。因此，在箱體結構對減速器的工作性能、加工工藝、材料消耗、質量及成本等有很大影響，設計時必須全面考慮。為了使減速器具備較完善的性能，如注油、排油、通氣、吊運、檢查油面高度、檢查傳動件嚙合情況、保證加工精度和裝拆方便等，在減速器箱體上常需設置某些裝置或零件，將這些裝置和零件及箱體上相應的局部結構統(tǒng)稱為減速器附屬裝置或簡稱為附件。它們包括：視孔與視孔蓋、通氣器、游標、放游螺塞、定位銷、啟蓋螺釘、吊運裝置、油杯等。
制動器為提升機設備第三個重要部分。制動器直接作用于制動輪或制動盤上產(chǎn)生制動力矩的部分按結構分為盤式和塊式閘等；第四部分是傳動機構，是控制并調節(jié)制動力矩的部分。按傳動能源分為油壓、壓氣或彈簧等；第五部分為深度指示器及與其相連的控制保護裝置，其用途為給司機指出提升容器在井筒中的位置；第六部分為操作臺，電動機及制動器的操縱手把均勻集中在這里，有時也有離合器操縱手把；提升機最后一部分為油壓及壓氣設備前者為每一機器所必備的；并且在油壓制動傳動時，它需作為機器潤滑，同時也作為制動裝置。當用壓氣制動時，油壓設備所起的作用僅限于機器的潤滑，而此時需要附加壓氣設備，而在油壓制動時卻不需要附加壓氣設備。
煤炭、電力工業(yè)是國家的支柱產(chǎn)業(yè)，國民經(jīng)濟發(fā)展的重點。隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，電能利用量大大增加，煤炭、電力市場頻頻告急，致使江南、四川許多地區(qū)的企業(yè)大面積拉閘限電、減少勞動日、躲避用電高峰。而礦井提升機是煤炭產(chǎn)業(yè)的關鍵設備。為此，提高大型提升機的生產(chǎn)能力，滿足國內能源、電力市場的需求勢在必行，也是緩解當前煤炭、電力緊缺的關鍵所在。據(jù)有關市場調查，年前國內火力發(fā)電總裝機容量為億千瓦，每年消耗的煤炭總量為億多噸，按年產(chǎn)量萬噸煤炭生產(chǎn)能力的大型提升機來計算，國內煤炭市場每年需遞增大型提升機臺。因此，研制開發(fā)大型礦井提升機不僅可以滿足目前國內能源、材料、電力市場的需求，也將使礦井提升設備的技術水平、安全環(huán)保、生產(chǎn)能力、資源利用、減少項目初期投資等方面有較大的改善和提高，進而實現(xiàn)大型集中化、開發(fā)有序化、控制微機化、綠色環(huán)?；陌踩?、高效、經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展的要求。
礦井提升機的主軸裝置是其主要的工作機構，它不僅要承受各種正常載荷（包括固定載荷和工作載荷），還要承受各種緊急事故情況下所造成的非正常載荷。本課題研究內容為礦井提升機主軸裝置設計，為了使提升機高效、安全、可靠地為國內外礦山機械用戶服務，實現(xiàn)廣大用戶和企業(yè)的經(jīng)濟雙贏，實現(xiàn)礦山機械用戶的高效、安全、低耗的良性經(jīng)濟發(fā)展態(tài)勢。設計者要綜合運用機械設計等知識，通過設計計算、繪圖以及運用技術標準、規(guī)范、設計手冊等有關資料，完成預期設計任務，并使機械設計的基本技能得到訓練。
本設計在已有設計基礎上針對新的市場、資源等要求，進行深入分析研究，對原有產(chǎn)品的結構進行一定的改善，設計新一代的改進型產(chǎn)品以適應市場需要，即在基本型產(chǎn)品的基礎上，開發(fā)出能耗低、重量輕、經(jīng)濟實用的改進型產(chǎn)品。
5
河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文
2 課題設計簡介
2.1設計課題
我所設計的課題題目是：纏繞式雙卷筒提升機，以提升機(系列)為例，主要是主軸裝置的設計。
提升機（系列）主軸裝置設計的主要技術指標：
1.卷筒直徑；
2.最大提升速度不大于；
3.礦井深度設定為。
2.2設計步驟
第一步：根據(jù)類似主軸結構選定主軸并進行優(yōu)化設計；
第二步：依據(jù)所設計的主軸選用通用部件；
第三步：對主軸及通用部件進行校核計算；
第四步：確定主軸裝置的安裝、使用和維護的方法。
2.3設計思路
在總的設計過程當中，盡量選用通用部件，盡量采用成熟的結構和標準部件以及提升機通用部件，提高標準化、系列化、通用化的程度；積極、慎重地采用和推廣新結構、新材料、新工藝，做到技術先進，結構、工藝經(jīng)濟合理；在結構上盡可能考慮最大限度地縮短安裝調試時間，做到以最少的代價帶來最大的經(jīng)濟效益；在設計過程中，我以可靠性、安全性、經(jīng)濟性、方便性為原則，認真、求實、虛心求教、改革創(chuàng)新為信念，完成每一項任務。
3 JK—3提升機 (Ｅ系列)主軸裝置的原始資料
3.1本產(chǎn)品的型號、名稱
本產(chǎn)品執(zhí)行中華人民共和國機械工業(yè)部標準及《單繩纏繞式礦井提升機型式基本參數(shù)與尺寸》，其型號表示方法符合中華人民共和國機械工業(yè)部《礦山機械產(chǎn)品型號編制方法》的規(guī)定。
型號示例： － 礦井提升機
雙筒*____| | | | | |__系列
卷揚機類________| | | |_______減速器速比
礦井提升機組__________| |___________卷筒直徑米
注：*單筒無此代號
3.2本產(chǎn)品的性能指標和設計參數(shù)
卷筒直徑
最大提升速度
礦井深度
容器自重
載重量
14
4 JK—3提升機（E系列）的選擇和設計
4.1 JK—3礦井提升機的工作原理和主要結構
礦井提升機由動力系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)、工作系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、控制指示系統(tǒng)等及其它附屬部分組成。它以電動機為動力源，通過減速器，傳遞給主軸裝置，使纏繞在卷筒上的鋼絲繩收放，實現(xiàn)提升容器在井筒中升降的目的，通過制動器，操縱臺等一系列電氣、液壓和機械的控制、保護、指示系統(tǒng)，確保設備安全運行。
本產(chǎn)品主要用于礦山地面豎井和斜井、作升降物料、人員及設備之用，也可用于井下運輸和鑿井吊桶提升，由于本產(chǎn)品電氣設備為非防爆型，故不適用于有瓦斯、煤塵等易燃、易爆等介質的場合。
4.1.1主軸
主軸承受各種正常載荷（包括固定載荷和工作載荷）及各種緊急事故情況下所造成的非常載荷。它同時承受扭矩和彎矩，因此應具有足夠的強度和剛度。
主軸有兩種不同的結構：一種是光軸，另一種是帶有兩個法蘭的軸。本設計采用光軸結構。
4.1.2卷筒
卷筒用來纏繞提升鋼絲繩，應滿足所需容繩量的要求，它承受尚未纏到卷筒上的鋼絲繩拉力使卷筒產(chǎn)生的扭轉和彎曲及已纏到卷筒上的鋼絲繩對筒殼產(chǎn)生的徑向壓縮，因此應具有足夠的強度。
卷筒有以下幾種不同的結構形式：
單筒提升機：對開裝配式木襯卷筒，對開裝配式繩槽卷筒，整體式木襯卷筒三種。
對開裝配式木襯卷筒：
為便于運輸和安裝，每個卷筒采用了剖分裝配式結構，為使鋼絲繩排列整齊，減少鋼絲繩的磨損，用戶使用時應在卷筒外側裝設木襯，并在木襯上加工出繩槽。繩槽尺寸是由用戶根據(jù)所有鋼絲繩直徑的大小而設定的。該木襯要采用英制木材，由用戶自備。在使用過程中，應根據(jù)實際磨損情況，定期予以更換。
對開裝配式繩槽卷筒：
與對開裝配式木襯卷筒不同之處，是由制造廠在筒殼上直接加工出螺旋繩槽，為消除提升過程中的夾繩和減輕咬繩程度，在鋼絲繩由一層向二層和由二層向三層過渡的過渡區(qū)增設了層間過渡塊。
整體式木襯卷筒：
這種卷筒為整體結構，用戶使用時應在卷筒外側裝設木襯，用戶根據(jù)所用鋼絲繩直徑的大小自行在木襯上加工出繩槽，制動盤由制造廠焊接在卷筒上，并經(jīng)過精加工。一般情況下用戶不需要再加工，若制動盤偏擺量超過規(guī)定值，用戶只需在安裝后作少量加工，使之達到要求。
由于對開裝配式木襯卷筒結構具有易加工，運輸方便，用戶維護任務輕，可減少鋼絲繩磨損，適應于不同繩徑等優(yōu)點，目前是主流的結構形式，所以本設計采用裝配式木襯卷筒結構。
卷筒上鋼絲繩的出繩方向和出繩口位置的確定：
對于單筒提升機，建議用戶將鋼絲繩的出繩方向選擇在卷筒的上側，即“上出繩”。
4.1.3主軸承
主軸承受的載荷通過軸承傳遞給基礎，主軸承采用雙列向心球面滾子軸承。它主要用于承受徑向載荷，也能承受少量的雙向軸向載荷。具有調心性能，適用于多支點軸、彎曲剛度小的軸以及難于精確對中的支承。該軸承結構簡單，傳動效率高，承載力大，使用中只需定期加注潤滑脂即可，減少了用戶的維修工作量。
4.1.4盤形制動器裝置
在早期的提升機系列產(chǎn)品中，制動裝置一般采用的都是角移式制動器、平移式制動器和綜合式制動器。但是角移式制動器具有圍抱角較大，所產(chǎn)生的制動力矩也較小的缺點，而且由于閘瓦表面的壓力分布不夠均勻，閘瓦上下磨損也不均勻；平移式制動器則因為結構比較復雜，對于用戶的維護和檢修都十分不便；綜合式制動器所能產(chǎn)生的制動力矩也比較小，不能適用于大功率、高速運轉系統(tǒng)的緊急制動，容易給用戶帶來潛在的安全隱患。
結合實際生產(chǎn)和工作的經(jīng)驗，本設計采用盤形制動器裝置。盤形制動器裝置是以實現(xiàn)提升機的工作制動和安全制動，其工作原理是液壓松閘，彈簧力制動。它的制動力矩是靠閘瓦沿軸向從兩側壓向制動盤產(chǎn)生的，為了使制動盤不產(chǎn)生附加變形，主軸不承受附加軸向力，盤閘都是成對使用。根據(jù)所要求制動力矩的大小，每臺提升機可布置多副制動器。
4.1.5深度指示系統(tǒng)
深度指示系統(tǒng)是提升機的重要組成部分，其功能有如下幾點：
1. 指示提升容器在井筒中的實際位置。
2. 發(fā)送減速、過卷等訊號。
3. 進行限速保護。
深度指示器系統(tǒng)一般有三種類型，多水平深度指示系統(tǒng)(監(jiān)控器)，牌坊式深度指示器系統(tǒng)，圓盤式深度指示器系統(tǒng)。
為滿足提升機在各種工況下的使用要求，本設計配備有監(jiān)控器和牌坊式深度指示器以及光電測速傳感器系統(tǒng)。一般對于多水平提升的礦井，應優(yōu)先采用監(jiān)控器系統(tǒng)，對于單水平提升的礦井，用戶可任選一種或多種組合使用，本設計推薦使用光電測速傳感器系統(tǒng)。
4.1.6減速器
齒輪減速器是礦井提升機機械系統(tǒng)中一個很重要的組成部分，它的作用主要是用來傳遞回轉運動和動力。包括用電動機輸出的轉速經(jīng)減速器降至提升卷筒所需的工作轉速；把電動機輸出的力和扭矩經(jīng)減速器增至提升卷筒所需的力和工作扭矩。
在礦井提升機上，減速器的常見結構形式有：漸開線行星齒輪減速器、平行軸圓弧齒輪減速器、平行軸漸開線圓柱齒輪減速器、雙輸入軸漸開線（圓?。X輪減速器、同軸式彈簧基礎減速器。由于行星齒輪減速器具有體積小、重量輕、承載能力大、傳動效率高和工作平穩(wěn)等一系列優(yōu)點，因此本設計采用行星齒輪減速器。
4.1.7聯(lián)軸器
提升機采用的聯(lián)軸器有兩種結構：減速器低速軸與主軸裝置的聯(lián)接采用齒輪聯(lián)軸器。此種聯(lián)軸器傳遞扭矩大，并能補償安裝時兩軸的微量偏斜和不同心。
減速器高速軸與主電機的聯(lián)接采用彈性棒銷聯(lián)軸器，此種聯(lián)軸器由于采用彈性元件和整體外套結構，因此不僅能減少機器啟動和停車前的慣性沖擊，并能確保兩軸聯(lián)接的安全可靠。
4.2主軸裝置的設計依據(jù)
4.2.1鋼絲繩
由以上參數(shù)決定選用三角股鋼芯鋼絲繩，結構型號為：6V×37S+IWR。技術性能見表4—1：
表4—1 鋼絲繩性能參數(shù)
鋼絲繩公稱直徑
鋼絲繩近似重量
鋼絲繩公稱抗拉強度，
1670
鋼絲繩最小破斷拉力
允許偏差
合成纖維芯鋼絲繩
鋼芯鋼絲繩
纖維芯鋼絲繩
鋼芯鋼絲繩
%
注：最小鋼絲破拉力總和=鋼絲繩最小破斷拉力×（纖維芯）或（鋼芯）
最小鋼絲破拉力總和=×=
4.2.2卷筒寬度
根據(jù)卷筒直徑和計算所得的卷筒寬度選擇標準提升機，此處選。
4.2.3鋼絲繩最大靜張力
－容器自重，；本設計選用為。
－載重量，；本設計選用為。
－鋼絲繩每米重量，。本設計選用為。
鋼絲繩安全系數(shù)的驗算：
本設計滿足升降物料的要求。
4.2.4鋼絲繩最大靜張力差△F
4.2.5最大提升速度Vmax
4.2.6電動機功率PN
選用的電動機型號為：直流電動機。性能參數(shù)如下：
額定電壓轉速
最大轉速
功率
效率
4.3主軸的選擇
主軸材料一般采用優(yōu)質中碳鋼，最常用的是＃碳素結構鋼，這種材料價格便宜，對應力集中的敏感性小，加工性能好，一般不采用合金鋼。本系列產(chǎn)品的主軸有兩種不同的結構，單、雙筒米提升機采用光軸，固定卷筒的左右支輪熱裝在主軸上，而米雙筒提升機的主軸上有兩個鍛造出的法蘭盤，固定卷筒的兩個幅板用高強度螺栓分別與兩法蘭連接。
主軸一般選優(yōu)質中碳鋼＃，其主要機械性能如表：
表 ＃鋼的主要性能參數(shù)
熱處理
正火 回火
毛坯直徑
>～
>～
>～
硬度
～
～
～
抗拉強度
屈服強度
彎曲疲勞極限
扭轉疲勞極限
許用靜應力
許用疲勞應力
～
～
～
4.4主軸的設計
根據(jù)結構及工藝要求，繪制出結構草圖，并初定主軸的尺寸，主軸直徑可根據(jù)傳遞扭矩進行初算，也可根據(jù)結構估計，通常取，式中為卷筒直徑，然后進行驗算。
圖4—1 主軸設計草圖
圖4—1為本設計最終選取的方案草圖。該主軸采用兩點支撐，電動機在軸的右端通過連軸器和減速器與軸連接。軸上設計一個鍵槽，為以后安裝機械式深度指示器裝置預留接口。支輪與軸的連接采用熱裝方式；減速器與軸的連接則采用兩個切向鍵來連接。
5 主要通用部件的選型計算
5.1盤形制動器
估算摩擦半徑
所需制動力矩
所需總摩擦力
單個制動器的正壓力
選用制動器型號為：。性能參數(shù)為：一個制動器所產(chǎn)生的最大壓力為。制動器裝置數(shù)量為個，制動器對數(shù)為對。
5.2減速器
求所需額定扭矩及最大輸出扭矩
額定扭矩
選用的減速器型號為：
高速級轉速為：；低速級轉速為：。
5.3齒輪聯(lián)軸器
長期作用于聯(lián)軸器上的最大扭矩
聯(lián)軸器所需的最小允許扭矩
選用的齒輪聯(lián)軸器型號為：。公稱轉矩。許用轉速。
5.4彈性棒銷聯(lián)軸器
所需額定力矩
選用的彈性棒銷聯(lián)軸器型號為:。
11
6 主軸的校核
6.1主軸強度校核
安裝在主軸上的零部件的重量：可認為集中加于各輪轂中心。主軸自重可認為是均布載荷，也可認為集中加在各輪轂處，作用于各輪轂的中心，此項載荷在提升過程中大小不變。
纏繞在卷筒上的鋼絲繩的重量：此項載荷在提升過程中是變化的。鋼絲繩拉力，在提升過程中大小是變化的。
計算說明：
1. 提升機出繩按水平方向計算。
2. 由于提升過程中外載荷是變化的，設計時都是對具體提升機選定幾種典型的工況，對這幾種工況的外載荷進行計算，然后找出各危險斷面的最大外載荷進行強度計算。本設計選取了提升機提升開始和結束時的兩種典型工況。在這兩種工況下，提升機主軸裝置的受力達到極限狀態(tài)，并且計算時對其主軸裝置的受力分析也采用了典型分析，這樣所計算出的數(shù)據(jù)更有意義，也更有說服力。
3. 本計算根據(jù)第三強度理論即最大切應力理論。這一理論認為引起材料屈服破壞的因素是最大切應力。最大切應力理論能很好地說明低碳鋼試件拉伸出現(xiàn)的滑移線，并與有關塑性材料的多種試驗結果相接近。它的計算也較簡便，所以應用相當廣泛。
6.1.1工況一:提升開始, 。
(1)主軸上作用力大小
轉矩
圓周力
徑向力
(2)軸承支反力
水平面上的支反力
圖6-1工況一
垂直面上的支反力
(3)求彎矩
C處 水平面
垂直面
D處 水平面
垂直面
(4)合成彎矩
C處
D處
(5)計算彎矩
軸為雙向回轉,視轉矩為對稱循環(huán),,則截面C、D兩處的當量彎矩分別為：
(6)按彎扭合成應力校核軸的強度
截面C當量彎矩最大,故截面C為可能危險截面。
截面E處雖僅受轉矩,但其直徑最小,則該截面亦為可能危險截面。
所以主軸強度足夠。
圖6-2危險截面
由圖6-1及圖6-2可知，計算彎矩在C截面處最大；Ⅰ截面處計算彎矩較大，且有圓角和配合邊緣的應力集中；Ⅱ截面處計算彎矩也較大且有鍵槽的應力集中；Ⅲ截面處計算彎矩雖然不大，但其直徑最小且有圓角、鍵槽和配合邊緣多種應力集中。所以以上4個都是可能的危險截面。可取許用安全系數(shù)，其校核計算如下：
(7)C截面處疲勞強度安全系數(shù)計算
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
合成彎矩
扭矩
因為應力為對稱循環(huán)應力:
彎曲應力幅
彎曲平均應力
扭剪應力幅
扭剪平均應力
彎曲、剪切疲勞極限
彎曲、扭轉的等效系數(shù)
絕對尺寸系數(shù)
表面質量系數(shù)
彎曲時配合邊緣處有效應力集中系數(shù)為：
扭轉時配合邊緣處有效應力集中系數(shù)為：
受彎矩作用時的安全系數(shù)
受扭矩作用時的安全系數(shù)
安全系數(shù)
Ⅰ截面處疲勞強度安全系數(shù)校核(經(jīng)計算可證明安全，略)。
Ⅱ截面處疲勞強度安全系數(shù)校核(經(jīng)計算可證明安全，略)。
Ⅲ截面處疲勞強度安全系數(shù)校核(經(jīng)計算可證明安全，略)。
6.1.2工況二:提升終了, ，。
(1)主軸上作用力大小
轉矩
圓周力
徑向力
圖6-3工況二
(2)軸承上的支反力
垂直面上的支反力
(3)求彎矩
C處 水平面
垂直面
D處 水平面
垂直面
(4)合成彎矩
C處
D處
(5)計算彎矩
軸為雙向回轉,視轉矩為對稱循環(huán),,則截面D處的當量彎矩為
(6)按彎扭合成應力校核軸的強度
截面D當量彎矩最大,故截面D為可能危險截面。
截面E處雖僅受轉矩,但其直徑最小,則該截面亦為可能危險截面。
所以主軸強度足夠。
圖6-4危險截面
由圖6-3及圖6-4可知，計算彎矩在D截面處最大；Ⅰ截面處計算彎矩較大，且有圓角和配合邊緣的應力集中；Ⅱ截面處計算彎矩也較大且有鍵槽的應力集中；Ⅲ截面處計算彎矩雖然不大，但其直徑最小且有圓角、鍵槽和配合邊緣多種應力集中。所以以上4個都是可能的危險截面。取許用安全系數(shù)，其校核計算如下：
(7)Ⅱ截面處疲勞強度安全系數(shù)計算
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
合成彎矩
扭矩
因為應力為對稱循環(huán)應力:
彎曲應力幅
彎曲平均應力
扭剪應力幅
扭剪平均應力
彎曲、剪切疲勞極限
彎曲、扭轉的等效系數(shù)
絕對尺寸系數(shù)
表面質量系數(shù)
彎曲時配合邊緣處與鍵連接處的有效應力集中系數(shù)分別為：
扭轉時配合邊緣處與鍵連接處的有效應力集中系數(shù)分別為：
計算取較大值，即
受彎矩作用時的安全系數(shù)
受扭矩作用時的安全系數(shù)
安全系數(shù)
D截面處疲勞強度安全系數(shù)校核(經(jīng)計算可證明安全，略)。
Ⅰ截面處疲勞強度安全系數(shù)校核(經(jīng)計算可證明安全，略)。
Ⅲ截面處疲勞強度安全系數(shù)校核(經(jīng)計算可證明安全，略)。
6.2主軸撓度校核
由于作用于主軸上的載荷不對稱，主軸的最大撓度并不發(fā)生在主軸的中點，但分析指出，用主軸中點的撓度代替最大撓度誤差很小，故以下計算只計算主軸中點的撓度。另外，主軸是階梯軸，近似的按當量直徑法計算。
L
圖6-5撓度計算示意圖
當＜時
當＞時
式中：－主軸在垂直或水平面內各節(jié)點上的作用力，；
－主軸材料的彈性模數(shù)，；
－主軸的慣性矩，；
式中：－主軸兩支點間長度,；
－第段階梯軸的長度,；
－第段階梯軸的直徑,。
6.2.1工況一:提升開始
撓度合成:
6.2.2工況二:提升終了
撓度合成:
主軸允許撓度：
由以上計算可得：
因此主軸剛度合格。
28
7 軸承壽命計算
軸承壽命計算公式：
式中：－已選定的軸承的額定動負荷，；
－軸承的工作轉速 ，
－修正后的當量動負荷，
-軸承所受的動負荷，；
－負荷系數(shù)，見軸承樣本表，一般可取；
7.1左軸承
軸承代號：
性能參數(shù)：
額定負荷
極限轉速：
靜負荷
脂
動負荷
油
重量
左軸承合格。
7.2右軸承
軸承代號：
性能參數(shù)：
額定負荷
極限轉速：
靜負荷
脂
動負荷
油
重量
右軸承合格。
40
8 螺栓聯(lián)接的計算和校核
8.1螺栓選用型號
連接孔選用螺栓型號為：
鉸制孔選用螺栓型號為：
8.2高強度螺栓平面摩擦聯(lián)接校核
螺栓所能傳遞的力矩
所需要傳遞的動力矩
螺栓的預拉力
一個螺栓的擰緊力矩：
即
所以選用的螺栓合格。
8.3受扭轉力矩鉸制孔螺栓強度計算
單個螺栓剪切應力τ
螺栓材料的許用剪應力
所以
即選用的螺栓合格。
9 機器的安裝調試和維護
9.1機器的安裝要求
若采用光電傳感器測速系統(tǒng)和數(shù)字直流電控設備，則安裝場地應符合以下條件：
1.海拔高度不高于，超過需要特殊設計。
2.環(huán)境溫度不超過，并且24h內的平均溫度不超過，最低環(huán)境溫度不得低于。
3.空氣清潔，相對濕度在最高溫度時不超過，在較低溫度時，允許有較高的相對濕度（如在時為），應考慮由于溫度變化而可能偶然發(fā)生的凝露。
4.空氣的污染程度不超過國家環(huán)境衛(wèi)生的有關規(guī)定，不含有過量的塵埃、酸、堿、腐蝕性及爆炸性微粒和氣體。
5.電控設備安裝傾斜度不得超過。
6.安裝地基處能夠允許的振動條件：振動頻率范圍為時，最大振動加速度不應超過。
7.設備防護等級：
8.交流進線電網(wǎng)質量應符合第條的規(guī)定。
9.1.1主軸裝置
主軸裝置就位時與安裝基準線的位置偏差應符合下列要求：
1.主軸軸心線水平位移度為。
2.主軸軸心線標高為。
3.提升機提升中心線的位移度為。
4.主軸中心線與提升中心線的不垂直度不超過。(注：—為主軸軸心線與井筒提升中心線或天輪軸心線間的水平距離。)
5.主軸裝上卷筒后，主軸的水平度不得大于。
9.1.2卷筒
1.卷筒的出繩孔處不得有棱角和毛刺。
2.兩半卷筒接合面的連接螺栓應均勻擰緊。
3.卷筒與兩個支輪連接的摩擦面以及制動盤與卷筒的接合面必須清洗干凈，并用扭力扳手按圖紙規(guī)定的擰緊力矩緊固。在緊固卷筒和支輪前，先將卷筒內的6—8個工藝用槽鋼割掉，以更有效的保證接合面的摩擦力。
9.1.3盤形制動器
1.仔細清洗制動盤，并吹干清洗劑，任何油污和防銹劑的存在都將大大減少制動力矩。
2.支架相對與制動盤兩側面距離的偏移不大于。
3.支架兩側面和閘盤的兩側面的不平行度不大于。
4.在閘瓦與制動盤全接觸的情況下，實際的平均摩擦半徑不得小于設計的平均的摩擦半徑。
9.1.4電動機
1.電動機的基礎由安裝單位按到貨后的電動機尺寸進行施工，安裝用的底架，地腳螺栓由現(xiàn)場自備。
2.電動機軸上裝的半聯(lián)軸器在安裝時按主電機軸的尺寸進行擴孔和插鍵槽。擴孔加工時應從聯(lián)軸器外圓定心，以保證安裝時主電機和減速器的同心。
3.半聯(lián)軸器是熱裝到主電機軸上的，加熱溫度不得超過，加熱前要檢查孔徑公差，加熱應均勻，一般燒到表面呈淺黃色為宜，并用事先做好的量棒量其孔徑，在孔徑全長上必須通過，然后擦凈孔徑表面的油污，最后將半聯(lián)軸器套在主電機軸上。
9.1.5減速器
1.按照規(guī)定把調整墊鐵組放置在每個地腳螺栓兩旁的基礎上；然后以提升機主軸回轉中心為安裝基準，使減速器就位。
2.用安裝在提升機主軸裝置上的半聯(lián)軸器的外圓和端面作為基準，使主軸回轉中心線與減速器出軸的回轉中心線的標高，歪斜誤差找到以內。
3.通過調整各調整墊鐵組，使減速器的機體上平面或底座的上平面的水平誤差小于。復查與減速器相連的設備，確認滿足安裝規(guī)定后，均勻地擰緊各地腳螺栓，其擰緊程度應適當，并可采用通過敲擊調整墊鐵聲音的方法確定各地腳螺栓擰緊程度是否均勻。擰緊地腳螺栓之后，重新檢查減速器機體上平面或底座上平面的水平度誤差。
4.清洗各零部件，按減速器裝配圖中明細欄逐步清點各零部件數(shù)量，完成上述各項工作后即可總裝減速器，總裝減速器時應遵循先內后外，先上后下，以不影響下道裝配工序為原則，秩序漸進，精心安裝。
9.2機器的調整
9.2.1產(chǎn)品空運轉試驗要求
1.在機器各部件調整結束后，可進行空運轉試車，空運轉時間為8小時(正反向連續(xù)運轉各4小時)。產(chǎn)品空運轉試驗時不掛鋼繩和容器。
2.主軸裝置運轉應平穩(wěn)，主軸承溫升不超過。
3.減速器雜空運轉時，運轉應平穩(wěn)，不得有周期性沖擊聲，各軸承溫升不超過，各密封處不得滲油。
4.貼磨各閘瓦，接觸面積應達到閘瓦全面積的以上。
5.試調深度指示器的正確性及減速、二級制動極限和限速過卷訊號的正確作用。光電測速傳感器的具體調試方法見附錄二。
6.連續(xù)全速運轉，正反方向各4小時，全面檢查各部件是否有異狀并排除之。
9.2.2機器的負荷試車
1.機器空負荷試車合格后，可將鋼絲繩和提升容器掛上，調整鋼絲長度，同時相應的將深度指示器部分做出減速、停車等有關標記，并最終確定深度指示器的減速二級制動極限過卷、限速等正確位置。
2.確定鋼絲繩和卷筒擋繩板上減速停車、過卷點的標記，以便正確操縱和停車。
3.為了試車安全，負荷試車先在假井口進行，假井口距實際井口停車點和井底停車點各左右，并相應調整深度指示器指示部分和深度指示器傳動裝置，以及鋼絲繩、卷筒擋繩板上的減速、停車、過卷點的標記。
4.空容器試車，時間8小時。
9.2.3機器的加載試車
1.加載試車，載荷應逐級增加，一般分三級：、和滿負荷（—產(chǎn)品實際使用的最大靜拉力差）。前二級負荷運轉時間：正反轉各小時。滿負荷運轉時間共為小時。加載到時，負荷試車后，應檢查減速器的齒面接觸情況，達到要求后才可以進行滿負荷試車，在滿負荷試車時，應全面檢查各不見是否有殘余變形或其他缺陷，在進行各級負荷試驗時，相應調整工作油壓并且在滿負荷試驗中應著重檢查工作制動的可調性和安全制動的減速度以及各機電連鎖的情況。通過上述試車確認無問題后，將假井口移至真井口試運轉小時。
2.停車檢查，要全面檢查各不見有無異樣和鋼絲繩與容器連接處的緊固情況以及安全保護系統(tǒng)的正確可靠性。最好減速器能揭蓋檢查一次齒面接觸情況，并更新一次新油，只有確認負荷試車后，設備無問題時，才允許進行試生產(chǎn)和正式投產(chǎn)運轉。
9.3機器的維護和保養(yǎng)
9.3.1機器的維護和安全使用
在經(jīng)常做連續(xù)下放重物的礦井，必須選用帶動力制動的電控，如無動力制動而必須合閘進行重物下放時，必須嚴格注意制動器的溫升。在使用過程中要經(jīng)常檢查閘瓦磨損情況和制動器工作狀態(tài)。更換閘瓦時要注意不要全部一下?lián)Q掉，這樣會造成由于接觸面積小而影響制動力矩，應逐步交替更換。
9.3.4制動器的保養(yǎng)
使用過程中要定期檢查安全保護裝置的可靠性，以免失效。要經(jīng)常檢查制動盤和閘瓦的工作表面上是否有油污，如有油污，必須清洗干凈。檢修制動器和液壓站時，除了應該使安全閥電磁鐵斷電外，還應該利用鎖緊裝置將卷筒鎖住以使安全。每個作業(yè)班都必須檢查安全閥動作是否可靠。應定期檢查減速器的使用情況，安全制動的減速度不能太大。
9.4機器故障的排除
本系列提升機與以往的提升機相比，具有提升能力大，技術性能好，使用安全可靠，結構緊湊、重量輕，操縱靈便，能夠很好的為我國礦井建設服務，但是在使用的過程中由于種種原因，仍然會出現(xiàn)一些故障。常見的故障及其排除方法見表8—1。
故障
原因
修理
1.制動器不釋放（不松閘）
1.沒有油壓或油壓不足
2.制動器密封破損
1.檢查液壓站
2.更換密封圈
2.松閘和制動緩慢
1.液壓系統(tǒng)有空氣
2.液壓系統(tǒng)不正常，閥不在正常位置或有油污
3.閘瓦間隙太大
4.油液很稠或很稀或泄漏太多
5.密封圈損壞
1.在制動狀態(tài)和最高點放氣檢查、清洗閥和系統(tǒng)
2.同1
3.重調間隙
4.更換油，檢查和修理液壓系統(tǒng)
5.更換密封圈
3.制動器不能制動
1.液壓站和管路有問題
2.制動器損壞帶筒體的襯板在制動器體中卡住
1.檢查修理液壓站
2.檢查制動器并修理
4.制動時間或制動滑行距離太長，制動力小
1.載荷太大或者速度太高
2.閘瓦間隙太大
3.制動盤和閘瓦上有油污
4.所有制動器無動作
5.碟簧組有毛病
6.密封圈磨損
1.檢查載荷和速度是否在允許范圍之內
2.調節(jié)間隙
3.用三氯乙烯清洗制動盤，更換沾有油的閘瓦
4.檢查液壓站
5.更換碟簧組
6.更換密封圈并檢查所有密封表面
5.閘瓦磨損不均勻
1.制動器校正不均勻
2.制動盤偏擺太大，串動調整式或主軸傾斜較大
1.檢查安裝技術要求
2.重車制動盤，檢查調整主軸傾斜度偏角和軸承
6.閘瓦意外磨損
1.增加了制動器的利用
2.閘瓦間隙太小
3.制動器不能同步釋放
1.檢查電氣制動，速度限制器工作是否正常，司機操作是否正確，檢查載荷速度和制動頻率是否正確
2.調節(jié)閘瓦間隙
3.檢查油路和管路
表9—1 常見故障及排除方法
結 論
這次畢業(yè)設計過程的認真思考、反思，我總結出此次設計過程的得與失：
1.面對主軸裝置的設計，我開始設計自己的方案，由于沒有經(jīng)驗，走了很多彎路。經(jīng)過指導老師的提醒，我才認識到研究以往設計資料的重要性，然后根據(jù)相似結構設計主軸，最終取得了成功。
2.在接下來的設計過程中，我吸取了開始的教訓，按照《礦井提升機械》上的要求進行設計和選型，然后對其進行校核，確定其是否滿足裁量的強度剛度要求和設計任務書的要求，不滿足要求，再重新設計主軸進行校核，直到設計出合適的主軸為止。
3.主軸與固定卷筒支輪的連接采用無鍵連接，因為我們選擇的主軸的安裝方式為熱裝，這樣比鍵連接更安全；卷筒的安裝方式為對半結構，這樣一方面便于安裝，另一方面運輸方便；卷筒與固定支輪的連接采用高強度螺栓連接，裝拆方便。這些都是在借鑒以往設計成果的基礎上決定的方案。
4.其次，在設計中沒有考慮到整個裝置的潤滑，比如軸承的潤滑、制動器的潤滑；液壓站也沒有涉及，這是本設計的一個缺憾。
5.在設計中，我在深度指示系統(tǒng)上使用光電測速傳感器接收、傳遞信號，使提升機的整體結構更加緊湊，占地面積大大減少，同時提高了可編程控制器的使用價值，優(yōu)化了提升機電控系統(tǒng)的結構和功能。
通過這次設計，我認識到一名設計人員在設計過程中要具有求實、嚴謹、負責的態(tài)度，要有積極創(chuàng)新的精神，這是我在這次畢業(yè)設計中的所感和所得。
河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文
致 謝
本次畢業(yè)設計中，我得到了院系里很多領導和老師們的熱心支持和幫助，特別是向道輝老師的幫助，向老師給我提供了很充分的參考資料；同時還要感謝我們班級的同學；最后還要機械學院的其他老師，在他們的認真指導、耐心幫助下我才取得了今天的成果！
本次設計是我們畢業(yè)前的最后一次鍛煉自己實際應用所學知識能力的過程。通過這次的畢業(yè)設計，我了解和掌握了礦井提升機的設計全過程，并懂得了如何設計一個產(chǎn)品的規(guī)范過程，同時鍛煉了自己的創(chuàng)新能力，為自己積累了寶貴的經(jīng)驗，這對我以后的學習和工作都有很大的幫助。
本次設計的成果是我和老師及同學共同努力的成果，我們之間的團結協(xié)作、互相幫助、共同討論和研究使我的設計得以順利完成。在這里我要向我的指導老師表示感謝！在他的指導、幫助下我終于完成了自己的設計，并取得了新的成果！同時我們學校的圖書館，為我的設計提供了大量的參考資料，解決了我設計中的許多困難，在此也非常感謝學校圖書館，為我提供的方便！
最后，我還要再一次感謝我的指導老師——向道輝老師！感謝他在我的畢業(yè)設計過程中為我提供的大量的幫助!
參考文獻
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