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畢業(yè)設(shè)計開題報告
題目名稱： 纏繞式提升機(jī)設(shè)計
院系名稱： 機(jī) 電 學(xué) 院
班 級： 機(jī) 自 074
學(xué) 號： 200700314410
學(xué)生姓名： 夏 躍 飛
指導(dǎo)教師: ___ 胡 敏______
2011年03月
9
中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計開題報
1 本課題所涉及的內(nèi)容及其研究的綜述
1.1 礦山提升機(jī)的簡介
礦山提升機(jī)是一種大型絞車。用鋼絲繩帶動容器（罐籠或箕斗）在井筒中升降，完成輸送物料和人員的任務(wù)。礦井提升機(jī)是由原始的提水工具逐步發(fā)展演變而來?，F(xiàn)代的礦井提升機(jī)提升量大，速度高，已發(fā)展成為電子計算機(jī)控制的全自動重型礦山機(jī)械。
礦山提升機(jī)主要由電動機(jī)、減速器、卷筒（或摩擦輪）、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)等組成，采用交流或直流電機(jī)驅(qū)動。按提升鋼絲繩的工作原理分纏繞式礦井提升機(jī)和摩擦式礦井提升機(jī)。纏繞式礦井提升機(jī)有單卷筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。單筒大多只有一根鋼絲繩，連接一個容器。雙筒的每個卷筒各配一根鋼絲繩，連接兩個容器，運(yùn)轉(zhuǎn)時一個容器上升，另一個容器下降。纏繞式礦井提升機(jī)大多用于年產(chǎn)量在120萬噸以下、井深小于400米的礦井中。摩擦式礦井提升機(jī)的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。摩擦式礦井提升機(jī)根據(jù)布置方式分為塔式摩擦式礦井提升機(jī)（機(jī)房設(shè)在井筒頂部塔架上）和落地摩擦式礦井提升機(jī)（機(jī)房直接設(shè)在地面上）兩種。按提升繩的數(shù)量又分為單繩摩擦式礦井提升機(jī)和多繩摩擦式礦井提升機(jī)。后者的優(yōu)點(diǎn)是：可采用較細(xì)的鋼絲繩和直徑較小的摩擦輪，從而機(jī)組尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。年產(chǎn)120萬噸以上、井深小于2100米的豎井大多采用這種提升機(jī)。
礦山提升機(jī)按工作方式分類：
(1) 纏繞式提升機(jī)
單繩纏繞式提升機(jī) 根據(jù)卷筒數(shù)目可分為單卷筒和雙卷筒兩種：①單卷筒提升機(jī)，一般作單鉤提升。鋼絲繩的一端固定在卷筒上，另一端繞過天輪與提升容器相連；卷筒轉(zhuǎn)動時，鋼絲繩向卷筒上纏繞或放出，帶動提升容器升降。②雙卷筒提升機(jī)，作雙鉤提升。兩根鋼絲繩各固定在一個卷筒上,分別從卷筒上、下方引出,卷筒轉(zhuǎn)動時，一個提升容器上升，另一個容器下降。纏繞式提升機(jī)按卷筒的外形又分為等直徑提升機(jī)和變直徑提升機(jī)兩種。等直徑卷筒的結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，價格低，得到普遍應(yīng)用。深井提升時，由于兩側(cè)鋼絲繩長度變化大，力矩很不平衡。早期采用變直徑提升機(jī)（圓柱圓錐形卷筒），現(xiàn)多采用尾繩平衡。
纏繞式提升機(jī)的主要部件有主軸、卷筒、主軸承、調(diào)繩離合器、減速器、深度指示器和制動器等。雙卷筒提升機(jī)的卷筒與主軸固接者稱固定卷筒，經(jīng)調(diào)繩離合器與主軸相連者稱活動卷筒。中國制造的卷筒直徑為 2～5m。隨著礦井深度和產(chǎn)量的加大，鋼絲繩的長度和直徑相應(yīng)增加。因而卷筒的直徑和寬度也要增大，故不適用于深井提升。多繩纏繞式提升機(jī)是在超深井運(yùn)行中，尾繩懸垂長度變化大，提升鋼絲繩承受很大交變應(yīng)力，影響鋼絲繩壽命；尾繩在井筒中還易扭轉(zhuǎn)，妨礙工作。20世紀(jì) 50年代末，英國人布雷爾（Blair）設(shè)計了一臺直徑3.2m雙繩多層纏繞式提升機(jī)(又稱布雷爾式提升機(jī))，提升高度1580～2349m，一次提升量10～20t。
(2) 摩擦式提升機(jī)
1938年，瑞典的ASEA公司在拉維爾（Laver）礦安裝了一臺直徑1.96m雙繩摩擦式提升機(jī)。1947年德國G.H.H.公司在漢諾威（Hannover）礦安裝了一臺四繩摩擦式提升機(jī)。多繩摩擦式提升機(jī)具有安全性高、鋼絲繩直徑細(xì) 、主導(dǎo)輪直徑小、設(shè)備重量輕、耗電少、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展很快。除用于深立井提升外，還可用于淺立井和斜井提升。鋼絲繩搭放在提升機(jī)的主導(dǎo)輪（摩擦輪）上，兩端懸掛提升容器或一端掛平衡重(錘)。運(yùn)轉(zhuǎn)時，借主導(dǎo)輪的摩擦襯墊與鋼絲繩間的摩擦力,帶動鋼絲繩完成容器的升降。鋼絲繩一般為2～10根。井塔式提升機(jī) 機(jī)房設(shè)在井塔頂層，與井塔合成一體，節(jié)省場地；鋼絲繩不暴露在露天，不受 雨雪的侵蝕，但井塔的重量大，基建時間長，造價高，并不宜用于地震區(qū) 。
落地式提升機(jī)的機(jī)房直接設(shè)在地面上，井架低，投資小，抗震性能好；缺點(diǎn)是鋼絲繩暴露在露天，彎曲次數(shù)多,影響鋼絲繩的工作條件及使用壽命。
多繩摩擦式提升機(jī)的主要部件有主軸、主導(dǎo)輪、主軸承、車槽裝置、減速器、深度指示器、制動裝置及導(dǎo)向輪等。主導(dǎo)輪表面裝有帶繩槽的摩擦襯墊。襯墊應(yīng)具有較高的摩擦系數(shù)和耐磨、耐壓性能,其材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響提升機(jī)的生產(chǎn)能力、工作安全性及應(yīng)用范圍。目前使用較多的襯墊材料有聚氯乙烯或聚氨基甲酸乙酯橡膠等。由于鋼絲繩與主導(dǎo)輪襯墊間不可避免的蠕動和滑動，停車時深度指示器偏離零位，故應(yīng)設(shè)自動調(diào)零裝置，在每次停車期間使指針自動指向零位。車槽裝置用于車削繩槽，保持直徑一致，有利于每根鋼絲繩張力均勻。為了減少震動，可采用彈簧機(jī)座減速器。
1.2 我國礦山提升機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
當(dāng)今時代礦山提升設(shè)備由大型機(jī)械一電氣組組成，提升容器在有限的運(yùn)距內(nèi)，往返高速運(yùn)行，速度及加、減速度要求嚴(yán)格而準(zhǔn)確地控制。因此，除傳力、承力及其運(yùn)載部件外，還必須配備完整的拖動控制，安全檢測及其井筒信號等系統(tǒng)和設(shè)備。 當(dāng)今，在世界范圍內(nèi)運(yùn)行的提升機(jī)，最大的提升速度達(dá)到20～25m/s;一次提升重量達(dá)50t；點(diǎn)擊容量已超過10000KW;井深超過2000m。由于礦井生產(chǎn)的強(qiáng)化和集中化，一些礦井為了滿足生產(chǎn)量和不同的提升任務(wù)的要求，常在一個井筒安裝多臺提升機(jī)——機(jī)群，例如瑞典的基魯那礦，在在一個矩形提升臺上安裝了12臺多繩摩擦式提升機(jī)，采用集中控制。
隨著現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)步和采礦工業(yè)的發(fā)展，提升設(shè)備在機(jī)械結(jié)構(gòu)、工藝、設(shè)計理論及方法、拖動控制及安全檢測等方面都有了很大的發(fā)展。例如中低壓和中高壓盤式閘機(jī)液壓站、硬齒面行星輪傳動等的應(yīng)用；內(nèi)裝同步電機(jī)主軸裝置的問世；零部件設(shè)計中CAD/CAM及有限元法的應(yīng)用；利用系統(tǒng)工程方法驚醒提升系統(tǒng)的設(shè)計和改造、提升系統(tǒng)的摸化和仿真都取得了較新的成就；拖動類型除異步電動機(jī)拖動調(diào)整、直流電動機(jī)調(diào)速外，交變頻供電同步電動機(jī)拖動方式已在大型提升及中應(yīng)用；由可編程控制器PLC構(gòu)成的提升工藝控制、安全回路、監(jiān)視回路、行程控制器、制動控制以及井筒信號系統(tǒng)，在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)國家已有比較典型的產(chǎn)品。
近幾十年來，由于礦井開采深度的加大，大型提升設(shè)備的需求量不僅在數(shù)量上增加很快，而且在提升機(jī)滾筒的方式、制動方式和電力拖動等方面都有了很大的改進(jìn)。
（1）大型提升設(shè)備在礦井生產(chǎn)中的重要性
提升設(shè)備是礦井生產(chǎn)的通風(fēng)、排水、壓風(fēng)、提升四大機(jī)械中最重要的設(shè)備，因?yàn)榱硗馊N設(shè)備有了故障可以立即運(yùn)行備用設(shè)備，不影響礦井的生產(chǎn)，而主、副井提升設(shè)備一旦出了故障就要全礦井停產(chǎn)，有時連井下人員也上不了井。提升設(shè)備出了重大事故，不僅會造成很嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，而且還會造成重大的人員傷亡。因此礦井大型提升設(shè)備的維護(hù)是機(jī)電工程師們最關(guān)注的環(huán)節(jié)；每次停產(chǎn)檢修，提升系統(tǒng)是檢修的重點(diǎn)；在設(shè)備的改進(jìn)上，升設(shè)備的改進(jìn)也是機(jī)電工程師們研究計論的重點(diǎn)。
（2）滾筒的改進(jìn)
無論是煤礦還是其它礦井，無論是國內(nèi)還是國外，隨著礦井開采深度的加大，提升的井筒越來越深，纏繞式提升機(jī)由于纏繞層數(shù)的限制，已不能滿足開采的需要，因而被多繩摩擦輪提升機(jī)所代替。對于多繩摩擦輪提升機(jī)，因繩太多，存在張力不平衡之患及繩多維護(hù)困難的原因，近十幾年來又由多繩小滾筒向少繩大滾筒方向發(fā)展。在同樣的載荷下用六繩小直徑鋼絲繩或用四繩大直徑鋼絲繩均可滿足載荷要求的況下，采用后者偏多。目前生產(chǎn)的多繩摩擦輪提升機(jī)在國內(nèi)外八繩以上的已不多見。
（3）形制動閘
提升設(shè)備的制動系統(tǒng)是提升中的重中之重，制動系統(tǒng)失靈會導(dǎo)致重大的人身傷亡和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。由于角移式閘其軸銷多、磨損松曠現(xiàn)象嚴(yán)重，靈敏度低、空行程大，加之其液壓制動的缸體是單一的，一旦出現(xiàn)卡缸就會造成嚴(yán)重的跑車事故。盤型閘的液壓制動是多缸體的，無論從靈敏度上還是可靠性看，遠(yuǎn)比角移式的制動安全可靠的多。目前的液壓站也在逐步完善，大部分部件都是集成化，且其液壓的壓力也在升高，由過去的6MPa提高到14～2lMPa，這樣就可以使制動閘的缸體縮小或減少，可靠性大大增強(qiáng)。
（4）用直聯(lián)電動機(jī)
過去的提升設(shè)備絕大部分是異步電動機(jī)拖動 減速機(jī) 滾筒。減述機(jī)是提升設(shè)備中維護(hù)量最大、維護(hù)費(fèi)用最高的部件．尤其是滑動軸承減速機(jī)，軸瓦磨損快，減速機(jī)易磨損，聯(lián)軸節(jié)及齒輪和鍵等也常出故障，約8a成組齒輪全要更換，換減速機(jī)箱更是頻繁，維護(hù)量大，維護(hù)費(fèi)用高，且其運(yùn)行時的噪聲也大，故現(xiàn)有較大型的提升設(shè)備生產(chǎn)的配套電動機(jī)，也在向直流方向發(fā)展，電動機(jī)與滾筒直聯(lián)，取消了減速機(jī)，這也是大型提升設(shè)備發(fā)展的趨勢之一。
（5）電子計算機(jī)加入提升設(shè)備的控制
新型的大型提升設(shè)備中都裝配有電子計算機(jī)控制系統(tǒng)，為安全起見，老的大型提升設(shè)備也在逐步引進(jìn)計算機(jī)控制系統(tǒng)，這樣不但增強(qiáng)了后備保護(hù)、故障診斷及其安全控制，并使提升系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全可靠。
（6）電力拖動
大型提升設(shè)備電力拖動方式是近幾十年來發(fā)展速度最快的。異步電動機(jī)拖動向直流電動機(jī)拖動方向演變；大型的直流電動機(jī)拖動又向同步電動機(jī)拖動方向發(fā)展。由于大容量可控硅整流設(shè)備的問世，使直流電動機(jī)在大型提升設(shè)備上又大有用武之地。過去使用直流電動機(jī)拖動，要有旋轉(zhuǎn)的直流發(fā)電機(jī)供電，由于其發(fā)電整流子故障多、噪聲大，影響了在大型提升機(jī)上的配套?，F(xiàn)在可以用靜態(tài)的大容量的可控硅給直流電動機(jī)供電，一般容量在1000kW以上的均可以考慮使用直流電動機(jī)，這樣不僅取消了維護(hù)困難、維護(hù)費(fèi)用高、噪聲大的問題，更主要的是直流拖動的調(diào)速性能好，這對于頻繁啟動的提升設(shè)備而言，是一個很突出的優(yōu)點(diǎn)。20世紀(jì)70年代，由于交一交變頻可控硅在大型提升機(jī)上有了很大的發(fā)展，很快就取代了直流電動機(jī)，因?yàn)槠涞皖l性能也取消了減速機(jī)，低頻調(diào)速性能也很好；又因?yàn)樗枪饣你~環(huán)，不存在有直流電動機(jī)整流子維護(hù)困難的問題。因此同步電動機(jī)在大型提升機(jī)設(shè)備很快得到了應(yīng)用，過去我國煤炭系統(tǒng)對提升設(shè)備使用同步電機(jī)交一交 變頻 ，是控制在3000kW以上容量的可選用。而國際技術(shù)交流上德國西門一子的觀點(diǎn)是2000kW以上的均可選用。由于交一交變頻的供電，同步電動機(jī)在大型提升機(jī)上的應(yīng)用，才有可能考慮將電動機(jī)裝在滾筒內(nèi)，這樣目前世界上最先進(jìn)的內(nèi)裝式的提升機(jī)才能夠得以問世。內(nèi)裝式提升機(jī)體積小，且其軸的受力均衡，故大有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。特別是塔式提升機(jī)上優(yōu)點(diǎn)尤為突出，因其可以縮小大廳的面積，降低井塔的土建造價。
（7）大型提升設(shè) 備的自動化
目前發(fā)達(dá)國家井底大型提升設(shè)備，特別是主井提升設(shè)備，全部實(shí)現(xiàn)自動化，提升機(jī)房沒有司機(jī)。而我國礦井提升設(shè)備的運(yùn)行方式還是手動的，有少數(shù)個別礦井也在作初步自動化的工作，這是可喜的起步。從實(shí)現(xiàn)我國現(xiàn)代化的發(fā)展角度來看，大型提升設(shè)備，特別是主井提升設(shè)備的自動化已是一個發(fā)展的必然。因?yàn)槟壳拔覈嵘O(shè)備的電控系統(tǒng)在逐步完善，電子計算機(jī)在礦井的應(yīng)用也在逐步擴(kuò)展，電子計算機(jī)在提機(jī)電控上應(yīng)用，也為提升機(jī)自動化創(chuàng)造條件。目前，由于我國加入了WTO，電氣元件的進(jìn)口量也會增加，市場上傳感器規(guī)格也更加多樣化，這些都給提升設(shè)備的自動化創(chuàng)造了條件。目前世界上最先進(jìn)的提升設(shè)備電控系統(tǒng)應(yīng)該是瑞典的北方基律納鐵礦，11臺大型提升設(shè)備，其控制系統(tǒng)在不遠(yuǎn)處的電控室內(nèi)兩臺顯示屏可以滑動到任一臺絞車的位置上，由兩個人監(jiān)控即可。相比之下，我國大型提升設(shè)備應(yīng)加快自動化的步伐。
1.3 本課題涉及的主要內(nèi)容
（1） 纏繞式提升機(jī)提升部分示意圖
參考文獻(xiàn)：
[1] 黃大宇 梅瑛主編. 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計.吉林大學(xué)出版社,2007
[2] 徐灝主編. 機(jī)械設(shè)計手冊[第二版].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000
[3] 彭文生等主編.機(jī)械設(shè)計.北京：高等教育出版社，2002
[4] 黃玉美等主編.機(jī)械制造裝備設(shè)計. 高等教育出版社，2006
[5] 孫玉蓉 周法孔主編.礦山提升機(jī). 煤炭工業(yè)出版社，1995
[6] 王志勇主編.煤炭專用設(shè)備設(shè)計計算.北京：煤炭工業(yè)出版社 1984
2 本課題有待解決的主要關(guān)鍵問題
（1）確定本次畢業(yè)設(shè)計課題單繩纏繞式提升機(jī)所要設(shè)計的機(jī)械部分包括哪些部分。
（2）減速器和電動機(jī)的選定。
（3）電機(jī)和減速器之間的聯(lián)軸器的選擇確定，減速器與卷筒主軸之間聯(lián)軸器的確定。
（4）卷筒結(jié)構(gòu)設(shè)計和影響卷筒強(qiáng)度的因素。
（5）調(diào)繩離合器類型的選定和調(diào)繩離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
（6）制動裝置的選定和制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
（7）鋼絲繩的選擇和天輪的選擇。
3．對課題要求及預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
1）熟悉提升設(shè)備的主要組成部分、分類以及不同種類的提升機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，了解提升機(jī)組成部分的作用，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計要求認(rèn)真考慮選擇所設(shè)計提升機(jī)的類型。
2）查找相關(guān)資料和現(xiàn)實(shí)一些廠家所設(shè)計產(chǎn)品圖片，認(rèn)識并了解相關(guān)部件的大概外形及其結(jié)構(gòu)，以便增強(qiáng)設(shè)計產(chǎn)品在意識中的立體感，為繪制二維圖奠定基礎(chǔ)。
3）根據(jù)要求選定并計算卷筒類型、提升容器類型、調(diào)繩離合器種類、制動裝置類型、天輪結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)計算選擇減速器和電動機(jī)。
4）繪制提升機(jī)裝配圖草圖，然后開始對提升機(jī)主要部件進(jìn)行計算說明，確定具體尺寸，并對草圖進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹?
5）運(yùn)用計算機(jī)繪圖軟件繪制提升機(jī)總裝配圖和部分主要部件零件圖。
6）復(fù)核圖紙，并經(jīng)指導(dǎo)老師審核。
4．完成本課題的工作計劃及進(jìn)度安排
2.21――3.06 課題調(diào)研及畢業(yè)實(shí)習(xí)
3.07――3.13 總體方案論證及譯文
3.14――3.27 總體設(shè)計
3.28――5.21 具體零部件設(shè)計
5.22――5.23 答辯資格評審
5.31――6.01 畢業(yè)答辯
6.02――6.07 畢業(yè)設(shè)計修改
5 指導(dǎo)教師審閱意見
指導(dǎo)教師(簽字)： 年 月 日
6 指導(dǎo)小組意見
指導(dǎo)小組組長(簽字)：
年 月 日