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中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書
目錄
1 摘 要 1
1 緒論 3
2 提升機的發(fā)展及主要結(jié)構(gòu) 5
2.1 概述 5
2.2 單繩纏繞式提升機的主要結(jié)構(gòu)與工作原理 6
2.2.1 主軸裝置 6
2.2.2 盤形制動器裝置 6
2.2.3 減速器 7
2.2.4 聯(lián)軸器 7
3 單繩纏繞式提升機的設(shè)計計算 9
3.1 設(shè)計依據(jù) 9
3.2 設(shè)計過程 9
3.2.1 箕斗的選定 9
3.2.2 提升鋼絲繩的選擇 13
3.2.3 提升機卷筒的選擇 14
3.2.4 天輪的選擇 15
3.2.5 提升機與井筒的相對位置 15
3.2.6 預(yù)選提升電動機 19
3.2.7 計算傳動裝置的總傳動比并分配傳動比 19
3.2.8 主軸輸入功率及軸徑的確定 20
3.2.9 根據(jù)軸徑確定主軸部分的安裝軸承 21
3.2.10 減速器的設(shè)計 21
3.2.11 聯(lián)軸器的設(shè)計 26
3.2.12 提升機各部分鍵的選擇 27
3.2.13 制動器的設(shè)計 29
4 提升設(shè)備的運動學(xué)及動力學(xué)計算 31
4.1 提升系統(tǒng)變位質(zhì)量的計算 31
4.2 提升加速度的確定 32
4.3 提升減速度的確定 33
4.4 六階段速度圖參數(shù)的計算 34
4.5 提升設(shè)備的動力學(xué)計算 36
4.6 提升電動機容量的計算 38
4.7 提升設(shè)備的電耗及效率的計算 40
5 產(chǎn)品空轉(zhuǎn)運行 42
6 結(jié)束語 43
7 參考文獻 44
8致謝 45
47
1 摘 要
目前，單繩纏繞式提升機調(diào)繩、換繩、換容器的維護檢修工作大多使用懸掛夾、木繩夾、輔助絞車等輔助設(shè)備配合使用的方法。此方法停產(chǎn)時間長、工作量大、危險、效率低，影響礦井的生產(chǎn)，所以很有必要改進方法，提高效率。本文設(shè)計了一套單繩纏繞式提升機裝置。該裝置主要是由主軸裝置、聯(lián)軸器、減速器、制動器等主要部件組成，此次設(shè)計的提升機主軸裝置、減速器與制動系統(tǒng)是配套專用產(chǎn)品，電動機的選擇可以靈活運用。這樣可以提升機的應(yīng)用、維護、保養(yǎng)、檢測等方面系統(tǒng)進行，有效提高提升機的工作效率。此次設(shè)計的單繩纏繞式提升機的特點是結(jié)構(gòu)簡單、受力均勻、運行平穩(wěn)、摩擦阻力小、成本低、效率高、易于維護等特點，具有很強的適應(yīng)性。本設(shè)計主要的選型計算包括提升容器選擇設(shè)計、提升鋼絲繩選擇設(shè)計、提升機天輪選擇設(shè)計、提升相對位置計算、提升運動學(xué)及動力學(xué)計算、電動機容量計算等。
關(guān)鍵詞：纏繞式礦井提升機， 減速器， 電動機，聯(lián)軸器
Abstract
Currently, the coil type induction-motor-driven hoist adjustable rope, change, change thecontainer maintenace work suspension clamp, mostly use rope clamps, auxiliary winch used asauxiliary equipment. This method is long and large amounts of production, low efficiency anddangerous effects, mine production, so it is necessary to improve methods, improve efficiency.This paper designs a set of wire coil type induction-motor-driven hoist devices. This device ismainly composed of spindle unit, coupling and reducer, brake, the main components of thedesign of hoist device, the spindle speed reducer and brake system is special product, supportingthe motor can be flexibly choice. This machine can be used, the maintenance and inspection etcsystem and improve the efficiency of the machine. The design of the coil type induction-motordrivenhoist is characteristic of simple structure, evenly, smooth operation, small friction, lowcost, high efficiency, easy maintenance etc, and has a strong adaptability.The designing mainly put particular emphasis on silo hoisting system , includes: to choose the lifting hold、to choose the hoist steel wire rope、 to choose the hoister、 to choose the relatives of the hoister、 to choose the dynamics of the hoister、to choose the electromotor.
Keywords: Winding machine reducer electric motor coupler
1 緒論
我國是世界第一產(chǎn)煤大國，煤炭是我國最主要的一次能源。在未來相當(dāng)長的時期內(nèi)，我國以煤為主的能源供應(yīng)和消費格局難以改變，隨著煤炭增長方式的轉(zhuǎn)變、煤炭用途的擴展，煤炭的戰(zhàn)略地位更加重要。黨中央國務(wù)院已經(jīng)明確提出了“要大力調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，堅持以煤炭為主體，以電力為中心，油氣和新能源全面發(fā)展”的戰(zhàn)略，進一步明確了煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中的主體地位。
目前我國煤炭主要是以井下方式開采，需要通過提升設(shè)備提升到地面以實現(xiàn)其使用價值和經(jīng)濟、社會效益。提升作為重要的一個環(huán)節(jié)，在一定程度上制約著煤炭生產(chǎn)能力。提升設(shè)備的合理結(jié)構(gòu)及設(shè)計，安全經(jīng)濟運行和科學(xué)管理維護，直接關(guān)系到礦井生產(chǎn)能力及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)?，F(xiàn)代采礦業(yè)的發(fā)展對提升設(shè)備在機械結(jié)構(gòu)、工藝、設(shè)計理論和方法及安全檢測等方面都有明確的要求。礦井提升設(shè)備的功能特點及生產(chǎn)的基本環(huán)節(jié)，提升設(shè)備的合理結(jié)構(gòu)及設(shè)計、安全經(jīng)濟運行和科學(xué)管理維護直接關(guān)系到礦井生產(chǎn)能力及經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。國家將在“十一五”期間對有發(fā)展?jié)摿Φ男∶旱V進行改造提升以滿足我國目前能源供應(yīng)緊張的局面，更好的為全面建設(shè)社會主義小康社會提供“動力”支持。
目前我國中小型煤礦作為我國煤炭生產(chǎn)的重要部分其提升設(shè)備同大型煤礦及世界先進水平相比，仍有很大差距，主要表現(xiàn)在：
（1）提升設(shè)備的自動化水平較低，提升設(shè)備自動控制化控制較國內(nèi)與國外大型和先進煤礦提升系統(tǒng)落后；
（2）提升設(shè)備的配套產(chǎn)品（鋼絲繩、大型電機、減速器等）的質(zhì)量安全性能尚不能滿足要求，在一定程度上制約了提升設(shè)備的總體水平；
（3）礦井提升的監(jiān)、檢手段落后、制動系統(tǒng)的可靠性明顯不足，有待進一步提高。
近幾年煤炭開采與提升技術(shù)的發(fā)展速度很快，對提升機的要求必然隨著先進技術(shù)的進步而不斷發(fā)展,其發(fā)展趨勢是:
（1）向適用型發(fā)展。
（2）向高耐久性,高可靠性方向發(fā)展。
（3）向智能化自動化方向發(fā)展。提升系統(tǒng)采用 PLC 控制監(jiān)測系統(tǒng)等，并可根據(jù)要求調(diào)節(jié)，信號用聲、光、影像來傳送。
（4）向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化方向發(fā)展。提升機零部件普遍標(biāo)準(zhǔn)化,規(guī)范化,保證設(shè)計、加工質(zhì)量和水平。
（5）向高適應(yīng)性發(fā)展。適應(yīng)不同工作環(huán)境。
因此，研究制造自己的高效提升機是為經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的長遠(yuǎn)考慮。本文首先綜合比較了各種類型提升機的特點，根據(jù)經(jīng)濟效益和最大程度利用原則的實際情況選用了單繩纏繞式提升機的設(shè)計。然后，對單繩纏繞式提升機進行了總體結(jié)構(gòu)設(shè)計并對其可靠性和可行性進行了分析。對提升機的主軸裝置、聯(lián)軸器、減速器、制動器等主要部件進行了技術(shù)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計，完成了單繩纏繞式提升機的整體設(shè)計。此次設(shè)計的提升機主軸裝置、減速器與制動系統(tǒng)是配套專用產(chǎn)品，電動機的選擇可以靈活運用。這樣可以提升機的應(yīng)用 、維護、保養(yǎng)、檢測等方面系統(tǒng)進行，有效提高提升機的工作效率。此次設(shè)計的單繩纏繞式提升機的特點是結(jié)構(gòu)簡單、受力均勻、運行平穩(wěn)、摩擦阻力小、成本低、效率高、易于維護等特點，具有很強的適應(yīng)性。
2 提升機的發(fā)展及主要結(jié)構(gòu)
2.1 概述
提升機在煤礦提升中的類型很多，有纏繞式提升機和摩擦式提升機兩大類。而
纏繞式提升機又分為單繩、多繩和絞輪式。目前世界各國廣泛采用單繩纏繞式圓柱
形卷筒提升機和多繩摩擦提升機。
纏繞式提升機與摩擦式提升機特點分別是：
（1）纏繞式 纏繞式提升機利用鋼絲繩在卷筒上纏繞和放出，實現(xiàn)提升容器的
提升和下放。鋼絲繩一端固定在提升機的卷筒上，另一端繞過井架天輪與提升容器
相連接，當(dāng)卷筒由電機拖動以不同方向轉(zhuǎn)動時，鋼絲繩在卷筒上纏繞或放出，以帶
動提升容器。
① 單繩纏繞式適用于淺井及中等深度礦井，結(jié)構(gòu)簡單。而當(dāng)深井及大終端
載荷時候鋼絲繩直徑和卷筒容繩面積要求很大，這也使提升機體積龐大，給制造和
使用帶來很大不方便，限制了單繩纏繞式提升機在深井條件下的使用。
② 多繩纏繞式 多繩纏繞式提升機不用尾繩，減少了主繩與容器連接處的應(yīng)
力波動值，可以克服深井提升時尾繩帶來的問題。而多繩纏繞式提升機的缺點很明
顯，體積較大，功耗大，一般只用于提升高度超過 1400m 的深井及大載荷條件。
（2）摩擦式 隨著礦井開采深度和產(chǎn)量的增加，摩擦式提升機優(yōu)點就顯現(xiàn)出來 ，它的摩擦輪寬度很小，不存在隨提升高度的增加而增大的問題，同時它的主軸跨度較小，主軸的長度和直徑均有所降低，從而使電動機容量和能耗都相應(yīng)減小。但是摩擦式提升機主軸結(jié)構(gòu)較纏繞式提升機復(fù)雜，總體能量消耗過大且很少用于小型煤礦，對中小型煤礦來說不能物盡所用，造成浪費。同時摩擦式提升機的摩擦安全性能并不完全可靠。單繩摩擦式提升機解決了卷筒寬度過大的問題，但不能解決卷筒直徑和鋼絲繩直徑過大的問題。而多繩摩擦式提升機摩擦輪采用全焊接結(jié)構(gòu)，不便于拆卸和維護。
從以上情況來看，單繩纏繞式提升機的特點是結(jié)構(gòu)簡單,事故少,受力均勻,運行
平穩(wěn),摩擦阻力小,可靠性高和能耗相比之下很小，且完全能實現(xiàn)工作情況及工作條
件的要求,在中小煤礦提升中有不可比擬的優(yōu)點。缺點對鋼絲繩直徑和卷筒容繩面積
要求很大，這會導(dǎo)致提升機體積龐大，給制造、運輸和使用以及硬件設(shè)備的建設(shè)帶
來一些問題。但考慮到本次設(shè)計的應(yīng)用范圍，以及礦井生產(chǎn)的實際情況，單繩纏繞
式提升機是最合適可行的方案。
目前，礦井提升機最容易出現(xiàn)問題的部分主要是主軸和制動系統(tǒng)不穩(wěn)定等缺點。
主軸裝置是提升機的重要部件,它們的性能好壞直接關(guān)系到提升機的生產(chǎn)效率以及
安全性和可靠性。主軸容易出現(xiàn)的故障包括卷筒開裂、主軸疲勞損害、連接螺栓孔
出現(xiàn)裂紋。制動系統(tǒng)容易出現(xiàn)的問題是制動不迅速，沒有適當(dāng)緩沖。針對以上缺點，
在設(shè)計過程中，選用加厚卷筒，在卷筒轂上鑄加強筋來提高卷筒部分的抗破壞能力，
防止卷筒開裂。為了防止主軸過早疲勞損傷，選用強度較高的 40Cr 鋼，同時將左卷筒轂與主軸端采用過盈配合來提高主軸強度，將右卷筒轂與主軸采用壓入式鍵連接，便于主軸部分的拆裝、維護和清理。筒殼在與支輪聯(lián)接螺栓孔處產(chǎn)生裂紋,其原因是筒殼與支輪圓周配合處存在局部較大縫隙,在長期載荷作用下產(chǎn)生疲勞開裂,處理方法除將開裂進行重焊外,在圓周縫隙處緊塞鋼制墊片,消除已存在的縫隙。為了解決制動系統(tǒng)存在，采用制動性能較好的液壓盤式制動器，很大程度上提高了制動系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
2.2 單繩纏繞式提升機的主要結(jié)構(gòu)與工作原理
2.2.1 主軸裝置
本產(chǎn)品采用主軸裝置為雙卷筒形式，主要由主軸、卷筒、輪轂等部件組成。其
特點如下：
（1）主軸與左輪轂的連接采用過盈配合結(jié)構(gòu)，提高了主軸的強度。
（2）主軸與左右輪轂的連接采用鍵連接過渡配合，便于卷筒拆卸、維修。
（3）采用焊接式卷筒，提高了卷筒的強度。
（4）制動盤與卷筒的連接采用裝配式結(jié)構(gòu)，制動盤已經(jīng)進行了精加工，因此減
少了用戶在安裝時加工制動盤工作量，并便于運輸和裝拆，減少了制動盤的變形從
而延長了制動盤的使用壽命。
（5）主軸軸承采用滾動軸承結(jié)構(gòu)，軸承選用圓錐滾子軸承，結(jié)構(gòu)簡單，安裝維
護方便，并提高設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率，降低了電耗。
（6）鋼絲繩出繩方法：雙卷筒提升機一般在卷筒上邊出繩。
2.2.2 盤形制動器裝置
盤形制動器是礦井提升機制動系統(tǒng)的重要部件，作為工作制動和安全制動，因
此該部件不僅要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕而且要求安全可靠，動作靈敏。盤行制動器用液壓站是結(jié)合國內(nèi)最先進的液壓站：
（1）液壓閥采用 25MPa 以上壓力等級的高壓液壓閥，確保液壓站的運行可靠性 ；
（2）調(diào)壓閥采用電磁式比例溢流閥加比例放大器調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，使系統(tǒng)壓力調(diào)
節(jié)穩(wěn)定性更強，控制精度更高，調(diào)節(jié)更方便；
（3）液壓站的設(shè)計及出廠試驗標(biāo)準(zhǔn)完全滿足最新 JB/T3277-2004《礦井提升機
和礦用提升絞車液壓站》標(biāo)準(zhǔn)；
（4）主要技術(shù)參數(shù)：① 額定工作油壓：6.3MPa；② 油泵最大流量：9L/min
③ 油箱容積：500L；④ 正常工作油溫：15到60攝氏度；⑤ 液壓油牌號：夏季 N64 抗磨液壓油；冬季 N32 抗磨液壓油；⑥ 油泵驅(qū)動電機：Y90L-4-B5；⑦ 液壓站油液清潔度：NAS1638-11 級。
其工作原理是液壓控制彈簧力制動，當(dāng)油壓增大，作用力施加于彈簧，從而作
用于制動盤對卷筒制動。松開液壓閥，油壓降低，彈簧作用撤回，制動消除。
2.2.3 減速器
該產(chǎn)品為與提升機配套使用，為專用產(chǎn)品，是二級齒輪減速器，結(jié)構(gòu)有兩級齒
輪、機體、機蓋組成。齒輪潤滑是由單獨的潤滑油站進行稀油強制潤滑，潤滑油采
用 GB5903-1995 中規(guī)定的，L-CKC100（冬季）或 L-CKC150（夏季）工業(yè)齒輪油，供應(yīng)困難時可用 90 號機械油代替。根據(jù)各軸的直徑選用滾動軸承與滾針軸承，結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護方便，提高了設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率。
減速器在制造出廠前已經(jīng)跑合，安裝好的減速器必須經(jīng)過逐級加負(fù)荷試車。不
準(zhǔn)不經(jīng)過試車投入全負(fù)荷運轉(zhuǎn)，負(fù)荷試車有十分重要的意義，它不僅在一定程度上
糾正制造和安裝誤差，提高接觸精度，而且也是齒面金屬材料鍛煉體質(zhì)的過程，這
對于抗疲勞十分有利，試運轉(zhuǎn)可與機器的負(fù)荷試車一起進行。
減速器在使用過程中應(yīng)防止齒面的破壞，齒面破壞的形式主要有兩種：一種是
點蝕破壞，點蝕破壞又分為疲勞點蝕和早期點蝕。另一種是磨損破壞，齒面擦傷及
斷齒，這種現(xiàn)象較少。早期點蝕主要原因是由于齒面接觸不良及超負(fù)荷運轉(zhuǎn)引起的
齒面接觸應(yīng)力增大，所以在負(fù)荷試車的時候不應(yīng)該進行超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，待齒面接觸情
況達(dá)到規(guī)定要求時，再滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)。對于后期點蝕（疲勞點蝕）主要由幾個原因造
成的，接觸精度不好；大小齒輪表面硬度差偏小，配合性能及抗疲勞性能差；潤滑
油太稀等，因此應(yīng)針對以上情況采用對應(yīng)措施，如采用黏度較大的潤滑油為宜。
2.2.4 聯(lián)軸器
本系列產(chǎn)品采用兩種結(jié)構(gòu)相同的聯(lián)軸器，設(shè)計原則是在滿足使用要求的前提下，
以結(jié)構(gòu)簡單、易于維護檢查、更換為目標(biāo)。此聯(lián)軸器采用柱銷聯(lián)軸器和整體式外套
結(jié)構(gòu)，因此可以減少機器啟動和停車前的慣性沖擊，并且確保兩軸連接的可靠性，
主要結(jié)構(gòu)是有擋板、聯(lián)接螺釘、兩個半聯(lián)軸器和柱銷組成。兩個聯(lián)軸器中，由于主
軸部分載荷較大，容易受沖擊，故采用比電機聯(lián)軸器較少的擋板螺釘。
3 單繩纏繞式提升機的設(shè)計計算
3.1 設(shè)計依據(jù)【1】
礦井提升設(shè)備的設(shè)計制造是否合理，直接影響礦井的基建投資、生產(chǎn)能力和噸煤生產(chǎn)成本等多項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。在設(shè)計開始前，主要應(yīng)考慮以下因素。
（1）生產(chǎn)能力 對于年產(chǎn)量小于 30 萬噸的小型礦井，首先采用一套提升設(shè)備完成提升煤以及其它輔助作業(yè)，若提升能力不足，再考慮加大提升設(shè)備的數(shù)量和其他提升方式。
（2）同時提升的水平數(shù)
（3）最終開采深度 它直接關(guān)系提升設(shè)備的設(shè)計，重要是對電動機的選擇有很大的影響。
（4）提升機形式 一般中小礦井多采用單繩纏繞式提升機，而大型礦井則采用多繩摩擦式提升機。
在確定了提升方式之后，除考慮以上因素外，還應(yīng)按國家的技術(shù)經(jīng)濟政策，考慮技術(shù)發(fā)展趨勢，按經(jīng)濟合理性及技術(shù)先進性兩方面進行綜合分析和比較，從而最終確定設(shè)計的
具體內(nèi)容。
本次畢業(yè)設(shè)計針對礦井年礦生產(chǎn)量為 120 萬噸，進行提升設(shè)備的設(shè)計，以達(dá)到
正常工作為目標(biāo)，已知數(shù)據(jù)如下：
（1）礦井年生產(chǎn)量 120 萬噸；
（2）提升機工作制度為年工作日 300 天，每天工作 14 小時；
（3）單水平提升，井筒深度 H1=320m；
（4）箕斗卸載高度為 Hx=20m；
（5）箕斗裝載深度為 Hz=20m；
（6）松散煤的密度為 0.9t/m3；
（7）采用雙筒單繩纏繞式提升；
（8）兩套箕斗提升設(shè)備；
3.2 設(shè)計過程
3.2.1 箕斗的選定【1】
箕斗是單一用途的提升容器，僅用于提升煤炭或礦石。其結(jié)構(gòu)和工作示意圖如圖 3-1所示。我國煤礦廣泛采用固定斗箱底部卸載式箕斗，其優(yōu)點是閘門結(jié)構(gòu)簡單、嚴(yán)密，閘門向上關(guān)閉沖擊小，當(dāng)煤倉已滿，煤為卸載完畢時，箕斗產(chǎn)生斷繩的可能性很小。箕斗閘門開啟主要借助煤的壓力，因而卸載時傳遞到卸載曲軌上的力較小，改善了井架受力狀態(tài)該閘門的缺點是：如果閉鎖裝置一旦失靈，閘門可能由于震動、沖擊而在井筒中自行開啟 ，不但會把煤卸載在井筒里，還會撞壞井筒設(shè)備，因此必須認(rèn)真檢查閉鎖。
箕斗設(shè)計和選用主要應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)堅固，有足夠的剛度，裝卸載快，閘門工可靠。
圖3-1 單繩纏繞式提升機箕斗提升系統(tǒng)
1-提升機；2-天輪；3-井架；4-箕斗；5-卸載曲軌；6-煤倉；7-鋼絲繩；8-翻籠
9-煤倉；10-給煤機；11-裝載設(shè)備
根據(jù)以上選擇原則，進行箕斗基本參數(shù)的計算：
（1）提升高度H：
H=Hz+Hs+Hx=20+320+20=360m (3.1)
（2）經(jīng)濟提升速度Vm:
Vm=0.6 =0.6 =11.38m/s (3.2)
式中: H——為提升高度（m）；
Hs——為礦井深度；
Hx——卸載高度，箕斗提升可取15-25m；罐籠提升可取為20m；
HZ——裝載高度，箕斗提升可取18-25m；罐籠提升可取為20m；
（3) 一次提升循環(huán)估算時間 Tx:
初估加速度 ;將式(3.1)代入式(3.3)求得 Tx： (3.3)
式中: a1——提升加、減速度(開始可假定加、減速度相等)，對罐籠可暫取為 0.7～0.75m/s2；對箕斗可暫取為 0.8m/s2；
t’——容器爬行階段附加時間，對罐籠可暫取為 5s；對箕斗可暫取為 10s；
θ ——容器裝卸載休止時間，可暫取為 10s
（4）按式(3.4)估算一次提升質(zhì)量 （3.4）
式中: An ——礦井年產(chǎn)量（噸/年 ）；
af——提升能力富裕系數(shù)，對第一水平要求 ≥1.2；
c ——提升工作不均衡系數(shù)；提升不均勻系數(shù)，有井底煤倉時，c=1.1～1.15，無井底煤倉時，c=1.2，當(dāng)?shù)V井有兩套提升設(shè)備時，c=1.15，只有一套提升設(shè)備時，c=1.25；
t——日工作小時數(shù)，取 14 小時；
br——年工作日，取 300 天；
根據(jù)計算所得 ，從表 3-1 立井單繩箕斗規(guī)格表中選取一次提升質(zhì)量與之相近的標(biāo)準(zhǔn)箕斗；寫出所選箕斗的型號，容器質(zhì)量（kg）, 有效容積(m3)及兩箕斗在井筒中的中心矩S（m）等參數(shù)?？紤]到將來可能加大礦井生產(chǎn)能力，故選用箕斗名義裝載量為 8 t的箕斗，其主要技術(shù)規(guī)格如下：
自重：Qz=5.5 t；
全高：9250mm；
有效容積：8.8m3;
最大終端載荷 14.5t；
實際載重量 Q：
Q= ρ×v =0.9×8.8=7.92 t （3.5）
式中: V——箕斗的有效容積，m3；
ρ——貨載散集密度，對于煤ρ=0.8t/m3～1.0t/m3；
表 3—1 立井單繩箕斗規(guī)格表
型號
JL-3
JL-4
JL-6
JL-8
名義裝載質(zhì)量（t）
3
4
6
8
有效容積（m3）
3.3
4.4
6.6
8.8
提升鋼絲繩
直徑（mm）
31
37
43
43
鋼絲繩罐道
直徑（mm）
32之50 根據(jù)安全系數(shù)決定
數(shù)量
4
剛性罐道
規(guī)格
380N/m鋼軌
數(shù)量
2
箕斗質(zhì)量（t）
3.8
4.4
5
5.5
最大終端載
荷質(zhì)量（t）
8
9.5
12
14.5
最大提升高度（m）
500
650
700
500
箕斗總高（m）
7780
8650
9450
9250
箕斗中心距（m）
1830
1830
1870
2100
適用精通直徑（mm）
4.5
4.5
4.5
5
適用機型選擇
2JK-2.5
2JK-2.5
2JK-3
2JK-3.5
2JK-3
2JK-3.5
3.2.2 提升鋼絲繩的選擇
提升鋼絲繩是提升系統(tǒng)的重要組成部分。它直接關(guān)系到礦井的正常生產(chǎn)和人員的安全，還影響提升機的設(shè)計，又是提升系統(tǒng)中經(jīng)常更換的易耗品。因此無論從安全生產(chǎn)還是經(jīng)濟運行上考慮都要給予足夠的重視。
在礦井提升系統(tǒng)中，應(yīng)該根據(jù)不同的用途，選用合適的鋼絲繩，揚長避短，充分發(fā)揮他們的效能，為此必須對其結(jié)構(gòu)、性能及選擇計算做詳細(xì)的了解
在選用鋼絲繩時還應(yīng)考慮以下因素：單繩纏繞式提升機為防止纏繞時繩松捻，鋼絲繩的捻向應(yīng)與繩在卷筒上纏繞時的螺旋線方向一致，目前單繩纏繞多為右旋，所以多選用右同向捻繩。為加強工作性能，增強可靠性最好選用金屬繩芯鋼絲繩。
鋼絲繩在工作時候受到多種應(yīng)力作用，如靜應(yīng)力、動應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、接觸應(yīng)力、擠壓應(yīng)力等。這些原因?qū)е落摻z繩疲勞破壞，而磨損與銹蝕也會降低鋼絲繩性能，縮短鋼絲繩使用壽命。綜合考慮這些影響并精確的選擇、計算鋼絲繩是個復(fù)雜的問題。盡管國內(nèi)外對礦井提升鋼絲繩進行了大量的研究，但鋼絲繩強度計算理論尚未達(dá)到工程應(yīng)用的程度。所以對礦井鋼絲繩的選擇計算仍按靜載荷進行近似計算，同時考慮一定的安全系數(shù)。且規(guī)定單繩纏繞式提升機裝置的安全系數(shù)為專為升降人員的不得小于 9；升降人員和物料用的——升降人員時不得小于 9，提升物料時不得小于 7.5；專用升降物料的不得小于 6.5。
依據(jù)以上選擇原則，對提升機的鋼絲繩進行計算和選用：
（1）鋼絲繩最大懸垂長度 Hc，按式(3.6)計算：
預(yù)估井架高度 Hj=30m：
Hc=Hj+Hs+Hz=30+320+20=370m （3.6）
Hc——鋼絲繩最大懸垂長度，m；
Hj——井架高度，m；此值在計算鋼絲繩時尚不能精確確定，可采用下列數(shù)值：罐籠提升 Hj=15～25m；箕斗提升 Hj =30～35m；
Hs——礦井深度，m；
Hz——由井底車場水平到容器裝載的距離（m），罐籠提升 Hz =0m；箕斗提升 Hz =18～25m；
（2）估算鋼絲繩每米重量 P，由式(3.5) 、(3.6)并按式(3.7)計算：
取鋼絲繩抗拉強度 σ B =17000 kg／cm2，安全系數(shù) ma=6.5; (3.7)
式中: Q——一次提升貨載的重量，千克；
Qz——容器的自身重量，千克；
ma——安全系數(shù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，主井箕斗提升，ma 大于等于 6.5，取 ma=6.5；
P——鋼絲繩每米重量，千克/米；
故選用普通圓形股 6 × 19 型鋼絲繩，其技術(shù)特征為：
鋼絲繩直徑 d=40mm；
鋼絲直徑 δ =2.6mm；
鋼絲繩全部鋼絲斷裂力總和 Qq=102500 Kg；
每米重 P=5.717 Kg／m；
鋼絲鋼絲繩極限抗拉強度為
（3）鋼絲繩安全系數(shù)校核，由式(3.6) 、(3.7)并按式(3.8)計算：
(3.8)
式中： Qq ——所選鋼絲繩全部鋼絲破斷拉力總和，N；
Q+QZ+pHc——貨載、容器、鋼絲繩重量總和；
ma—— 安全系數(shù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，主井箕斗提升， ma 大于等于 6.5， ma 取 6.5；由于實際安全系數(shù)大于 6.5,故所選鋼絲繩滿足安全要求，合格可用。
提升鋼絲繩除合理選用外，還應(yīng)正確使用，精心維護，定期試驗，保證鋼絲繩處于良好的工作狀態(tài)，延長其使用壽命，保證提升工作的安全。
3.2.3 提升機卷筒的選擇
卷筒是礦井提升機的主要承載部件，卷筒外一般設(shè)有木襯，并在木襯上車出繩槽，目的是減少鋼絲繩與卷筒直接接觸而造成磨損，并使鋼繩排列整齊。通過試驗證明，木襯能夠提高卷筒的承載能力。
（1）提升機卷筒直徑 D：
D ≥ 80d
≥ 80×40 ≥ 3200 mm （3.9）
D ≥ 1200δ
≥ 1200×2.6
≥ 3120 mm （3.10）
選用卷筒直徑 D =3500mm。
（2）提升機卷筒寬度 B：
（3.11）
式中: d——鋼絲繩直徑，mm；
ε——鋼絲繩繩圈之間的間距，一般取 2～3mm；
由于所需滾筒寬度小于標(biāo)準(zhǔn)提升機的寬度 1.7 米。所以提升時，滾筒寬度滿足要求?？紤]誤差等實際情況，取 B=1655mm。故卷筒選用單繩纏繞，卷筒直徑 D=3500mm,寬度 B=1655mm。
為了保證提升機有足夠的強度，還必須驗算所選提升機最大靜張力 Fjmax（它關(guān)系到滾筒與主軸的強度）及最大靜張力差 Fc（它關(guān)系到主軸的強度）應(yīng)滿足下式：
（3)下面進行提升機強度驗算。
Q + Q z + pH ≤ F j max
8000+5500+5.717×360=15558.12 kg ≤ 17000 kg (3.12)
Q + pH ≤ Fc
8000+5.717×360=10058.12 kg ≤ 11500 kg (3.13)
式中: Fjmax——所選提升機最大靜張力；
Fc ——所選提升機最大靜張力差；
強度校驗合格。
3.2.4 天輪的選擇
根據(jù)《定型成套裝備》中規(guī)定以及所計算的鋼絲繩直徑可以選用名義直徑為 3500 毫米,繩槽直徑為 23.5 毫米的天輪。
3.2.5 提升機與井筒的相對位置
（1）井架高度 Hj
H j = H X + H r + H g + 0.75 Rt
=20 +9.25+4+0.75×3.5/2
=34.56 m (3.14)
式中：Hx——卸載高度，即由井口水平到卸載位置容器底部的高度，m．對于罐籠提升：一般來說均在井口水平裝、卸載，這時 Hx＝0；對于箕斗提升；地面要裝設(shè)煤倉，煤倉的高度與煤倉容積、生產(chǎn)環(huán)節(jié)自動化程度和箕斗卸載方式等因素有關(guān)，一般 Hx＝18—25m；
Hr——容器全高，由容器底至連接裝置最上面一個繩卡的距離，m，此值可由容器的規(guī)格表中查得；
Hg——過卷高度(容器從卸載時正常位置，自由的提升到容器連接裝置上繩卡同天輪輪緣接觸點的高度。《煤礦安全規(guī)程》對立井提升過卷高度的取值規(guī)定是:對于罐籠提升,當(dāng)最大速度 Vm<3 米/秒時,Hg >4 米；當(dāng)最大速度 Vm ≥ 3 米/秒時，Hg >6 米；對于箕斗提升，Hg≥ 4 m；
Rt——天輪半徑（m）；
式（3.14）中最后一項 0.75Rt 是一段附加距離。這是因為過卷高度只計算到過卷時容器連接裝置上繩頭與天輪輪緣相接觸點的距離。從這一接觸點至天輪中心的距離大約為0.75Rt，所以在計算井架全部高度 Hj 時，要將此段距離計入。
在計算和選擇鋼絲繩時,曾估取井架高度 Hj 為 30 m.經(jīng)過上述精確計算,說明原估取數(shù)值可用,無需再校驗鋼絲繩,將 Hj 圓整成 35 m。
（2）滾筒中心線至井筒中提升鋼絲繩間水平距離 Ls
一般來說，在井筒與提升機房之間很難再設(shè)置其他建筑物，因此為節(jié)省占地面積，滾筒中心線至井筒中鋼絲繩間水平距離 Ls 愈小愈緊湊。但根據(jù)井架天輪受力情況又可看出，為了提高井架的穩(wěn)定性，使其具有較好的受力狀態(tài)，在井筒與提升機房之間．設(shè)有井架斜撐。斜撐的基礎(chǔ)與井筒中心的水平距離約為 0.6Hj 左右，另外，還應(yīng)使機房的基礎(chǔ)與斜撐的基礎(chǔ)保證不接觸，考慮上述原因，Ls 的最小值 Lsmin 可按下面經(jīng)驗公式(3.15)計算；
Lsmin≥0.6Hj+3.5+D式(3.15)
≥ 0.6×35+3.5+3.5
≥28 m （3.15）
式中： Hj——井架高度，m.
D——提升機滾筒直徑，m。
（3）鋼絲繩弦長 Lx
鋼絲繩弦長是鋼絲繩離開滾筒處至鋼絲繩與天輪接觸點的一段繩長。參閱圖 3—1 可看出，上下兩條弦長不完全相等。但近似地以滾筒中心至天輪中心的距離來計算弦長，誤差不大，我國煤礦工程設(shè)計中都是如此處理。
當(dāng)井架高度 Hj 和滾筒中心線至井筒中鋼絲繩間水平距離 Ls 均已確定時，弦長 Lx 即為定值。
Lx 可按下式(3.16)求出：
(3.16)
式中：Rt——天輪直徑
C0 ——滾筒中心線與井口水平的高差提升機主軸中心線高出井口水平的距離，此值決定于滾筒直徑、地形和土壤等情況，一般 C 0 =1～2m；
為了防止在運行中鋼絲繩振動而跳出天輪繩槽，鋼絲繩弦長一般限制在 60m 以內(nèi)。井筒中僅布置一套提升設(shè)備時，弦長多數(shù)是滿足上述要求的。只有在井筒中布置兩套提升設(shè)備，而且兩臺提升機采用同側(cè)布置方案時，后臺提升機的弦長就有可能超過 60m。這時可在適當(dāng)?shù)牡胤?，加設(shè)支撐導(dǎo)輪．以減小弦長跨度。
（4）鋼絲繩的外偏角和內(nèi)偏角
鋼絲繩的偏角是指鋼絲繩弦與通過天輪平面所成的角度，偏角有外偏角和內(nèi)偏角之分。在提升過程中，隨著滾筒轉(zhuǎn)動，鋼絲繩在滾筒上纏繞或放松，偏角是變化的?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定：最大外偏角和最大內(nèi)偏角均不得超過 1°30′，否則繩與天輪輪緣的磨損過甚，易發(fā)生鋼絲繩跳出天輪的事故。
最大外偏角
（3.17）
式中：B——滾筒標(biāo)準(zhǔn)寬度，B=1.7 米；
s——兩箕斗中心距，從表 3-1 查得 S=2.1 米
a——兩滾筒之間的間隙，不同型式的提升機不盡相同，可通過提升機規(guī)格表中的有關(guān)參數(shù)計算得出；查得 2JK-3.5 型提升機兩滾筒中心距為 1.84 米，故 a=1.84-1.7=0.14m；
d——鋼絲繩直徑，d=0.04 米；
ε——鋼絲繩纏在滾筒上的繩圈間隙，一般取 2～3 毫米；
Lx ——鋼絲繩弦長，Lx =42.17 米；
最大內(nèi)偏角
式（3.18）
式中：H——提升高度，米；
D——提升機滾筒直徑(M)；
分析上述結(jié)果，完全符合《煤礦安全規(guī)程》的要求，是安全的。
（5）提升機滾筒的下出繩角
鋼絲繩弦與水平之間的夾角稱滾筒鋼絲繩的出繩角，出繩角大小影響提升機主軸的受力情況。大于零時鋼絲繩拉力有一向上的分力能抵消一部分主軸的重力，減少它的重力彎矩，相對提高了主軸的強度。另外下出繩角過小，鋼絲繩有可能與提升機基礎(chǔ)想接觸，會增大鋼絲繩的磨損。為此出繩角不應(yīng)小于提升機規(guī)格表中規(guī)定值。對于 JK 型提升機下出繩角不應(yīng)小于 15°。即下出繩角β值為
式 （3.19）
（）由于實際出繩角大于允許植 15°，因此是安全的。
3.2.6 預(yù)選提升電動機【7】【9】
作為提升機的動力部分，提升電動機的選擇關(guān)系到提升效率和工作性能。因此在對提升電動機在選擇過程中主要從電動機轉(zhuǎn)數(shù)、額定功率和額定拖動力方面考慮，對其進行合理的計算與選擇：
(3.20)
（1）確定電機額定轉(zhuǎn)數(shù) ne 按式(3.20)計算：
由于箕斗容積較大，故預(yù)定同步轉(zhuǎn)數(shù) nt=750r/min。
（2）預(yù)選電動機功率 Pe，由式(3.20)并按式(3.21)，(3.22)計算：
有 nt 可估定額定轉(zhuǎn)數(shù) ne=742r/min;
實際最大提升速度 V m :
則電動機功率：
式(3.21)
式中：k——礦井阻力系數(shù)，取 k=1.15；
ηj ——減速器傳動效率，二級減速器取ηj =0.85；
ρ ——動力系數(shù)，取 ρ =1.2；
根據(jù)以上計算選擇 YR2000-8/1730 三相異步電動機，其技術(shù)特征如下：
額定功率 Pe=2000KW,轉(zhuǎn)數(shù) ne=742r/min,效率 ηd =0.93,飛輪轉(zhuǎn)矩(GD2)d=36310N.m2
（3）電動機的額定拖動力 Fe ，由式(3.21)，(3.22)并按式(3.23)計算:
=144189.99 N (3.23)
3.2.7 計算傳動裝置的總傳動比并分配傳動比
（1）有前面初步預(yù)算減速器的傳動比為 11.5；
（2）分配傳動比：
3.2.8 主軸輸入功率及軸徑的確定
主軸的輸入功率與電動機輸出功率和運動傳遞過程中各相連部件的傳遞效率密切相關(guān)，按式（3.24）計算：
P主軸 = Pe × η總
= Pe × η12 × η24× η32
= 2000 × 0.99 × 0.98 × 0.97
=1771KW （3.24）
其中，η1、η、η3 、η4 分 別為聯(lián)軸器 、軸承 、齒輪和卷筒的傳遞效率 。 分別取η1 = 0.99,η2 = 0.98,η3 = 0.97,η4 = 0.99 。
主軸輸入轉(zhuǎn)矩 T 主軸 ，按式（3.25）計算：
（3.25）
按轉(zhuǎn)矩法初步確定該軸最小直徑 d min ，由式（3.25）并按式(3.26)計算:
（3.26）
表 3-2 常用材料的許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 [τ ] 值和 C 值
軸的材料
Q235、20
35
45
40Cr、35SiMn
12——20
160——200
20——30
135——118
30——40
118——107
40——52
107——98
注：當(dāng)作用在軸上的彎矩比傳遞的轉(zhuǎn)矩小或只傳遞轉(zhuǎn)矩時，C 值取較小值；否則取較大值。
最小直徑在連軸器處，此外，主軸上有三鍵槽，應(yīng)放大 7%左右，d min =672.63×（1+7%）故d=719.71mm,圓整為 d min =720mm，材料為 40Cr 鋼。
式中：P——為主軸軸傳遞的功率；
n——為主軸的轉(zhuǎn)速；
c——為許用應(yīng)力確定值，選用 40Cr，取 c=105。
3.2.9 根據(jù)軸徑確定主軸部分的安裝軸承
根據(jù)主軸軸徑選用圓錐滾子軸承 3506／720 型，其技術(shù)參數(shù)如下：
表3-3所選軸承技術(shù)參數(shù)
國內(nèi)舊型號
國內(nèi)新型號
內(nèi)徑
外徑
厚度
所屬類型
3506/720
977/720
720
915
190
圓錐滾子
軸承
3.2.10 減速器的設(shè)計【3】【5】【10】【12】【14】
減速器的設(shè)計主要從傳動比和傳動平穩(wěn)性方面考慮，對其進行計算與設(shè)計，在考慮綜合因素滿足使用要求的情況下，經(jīng)濟性和傳動效率也是減速器設(shè)計過程中需要特別注意的，它關(guān)系到能量利用程度，解決好以上問題，能在一定程度上節(jié)省資源，提高經(jīng)濟。
有預(yù)選電動機的功率 Pe=2000KW,ne =742r/min,效率 ηd =0.93 查得手冊電動機軸徑為d=170mm。
（1）計算減速器各軸運動和動力參數(shù)
①各軸的轉(zhuǎn)速
高速軸 n1=ne=742r/min （3.27）
中間軸 n2=n1/i1=742/2.87=185r/min （3.28）
低速軸 n3=n2/iII=185/2.87=64.5r/min （3.29）
② 各軸的輸入功率
高速軸 PΙ =Pe× η1 =2000×0.99=1980 KW （3.30）
中間軸 PΠ = PΙ ×η2 × η3 =1980×0.98×0.97=1882 KW （3.31）
低速軸 PⅢ= PΠ × η2 × η3 =1882×0.98×0.97=1789 KW （3.32）
按轉(zhuǎn)矩法對減速器各個軸直徑進行確定：
即要求
(3.33）
其中，c 與材料有關(guān)，當(dāng)軸材料為 45 鋼時，c=115；當(dāng)軸材料為 40Cr 時，c=105；為輸入功率，n 為該軸轉(zhuǎn)速。
（2）計算減速器各軸最小直徑
① 高速軸直徑的確定：
高速軸最小直徑
其中 c 為受材料影響的參數(shù)，查得軸為 45 鋼時 c=115。由于二級減速器的高速軸上有一個鍵槽，故將計算值加大 3%，即
dmin=160.05×(1+3%)=164.85mm，圓整后 d min =170mm。
② 中間軸直徑的確定：
中間軸最小直徑
由于該軸上有兩個鍵槽，所以 d min =253.43×（1+7%）=271.17mm，圓整后取 d min =300mm。
③ 低速軸直徑的確定：
低速軸最小直徑
由于該軸上設(shè)有一個鍵槽故 d min =354.04×（1+3%）=364.66mm,圓整為
dmin =390mm。
（3）各軸軸承的選擇
①高速軸軸承的選擇：
根據(jù)軸直徑選擇深溝球軸承中 16034 型。
其技術(shù)參數(shù)如下：
圖 3-2 深溝球軸承
表3-4所選軸承技術(shù)參數(shù)
內(nèi)舊型號
國內(nèi)新型號
內(nèi)徑
外徑
厚度
所屬類型
16034
7000134
170
260
28
深溝球軸承
② 中間軸軸承的選擇：
選用深溝球軸承中 16060 型。
其技術(shù)參數(shù)如下：
表3-5所選軸承技術(shù)參數(shù)
國內(nèi)舊型號
國內(nèi)新型號
內(nèi)徑
外徑
厚度
所屬類型
16060
7000160
300
460
50
深溝球軸承
③ 低速軸軸承的選擇：
選用深溝球軸承 RNA 4872 型。
其技術(shù)參數(shù)如下：
表3-6所選軸承技術(shù)參數(shù)
國內(nèi)舊型號
國內(nèi)新型號
內(nèi)徑
外徑
厚度
所屬類型
RNA 4872
4644872
390
440
80
滾針軸承
（4）齒輪參數(shù)的確定
根據(jù) GB/T1357-87 選用標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列，取齒輪模數(shù) m=16mm。
對于第一對齒輪：
取 z1 =16，則 z 2 =4.01×16 ≈ 64。壓力角由 GB/T1356-88 取 α = 20 。則分度圓直徑: d1 = mz1 = 16×16 = 256mm
d2 = mz2 = 16×64 = 1024mm
齒頂高: ha1 = ha2 = ha?×m = 1×16 = 16mm
齒根高: hf1 = hf 2 = ha? +c?×m = 1.25 ×16 = 20mm
其中 hax =1，cx =0.25 為我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。Hax 稱為齒頂高系數(shù)，c? 稱為頂隙系數(shù) 。
齒全高: h1 = h2 = (2ha? + c?) × m =(2×1+0.25)×16 = 36mm
齒頂圓直徑:da1 = (z1 + 2ha?) × m = (16+2×1)×16 = 288mm
da2 =(z2 +2ha?) × m = (64 +2×1)×16 = 1056mm
齒根圓直徑:df1 = (z1?2ha??2c?)× m = (16?2×1?2×0.25)×16 = 216mm
df2 = (z2? hax?2c)× m = (64?2×1?2×0.25)×16 = 984mm
基圓直徑:db1 = d1 ×cosα= 256×cos 20°= 240.56mm
db2 =d2×cosα=1024× cos 20°= 962.24mm
齒距: P1 = P2 = P = π×m = 3.14 × 16 = 50.24mm
基圓齒距: Pb1 = Pb2 =P×cosα = 50.24 × cos20°= 47.22mm
齒厚: S1 = S2 = S = π×m = 3.14 ×16 = 25.12mm
齒槽寬: e1 = e2 = e = π×m = 3.14 × 16 = 25 .12 mm
頂隙: C1 = C2 = C = c×m = 0.25 × 16 = 4mm
標(biāo)準(zhǔn)中心距:a1 = a2 = m ×（z1+z2）/2=16×(16+64)/2=640mm
節(jié)圓直徑: d1/ =d1 =256mm
d2/ =d2 =1024mm
傳動比: i=Z1/Z2=64/16=4mm
則齒寬:
B2 = φd×d = 1×256 = 256mm
一般情況下，小齒輪要比大齒輪寬 3～10mm，故
B1 = B2 + 8 = 264mm
由表 3-3 取圓柱齒輪齒寬系數(shù) φ d = 1 。
表 3-7圓柱齒輪的齒寬系數(shù) φ d = 1
裝置情況
兩支撐相對小齒輪作對稱布置
兩支撐相對小齒輪作不對稱布置
小齒輪作懸臂布置
0.9~1.14（1.2~1.9）
0.7~1.15（1.1~1.65）
0.4~0.6
齒輪具體結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計：
高速大齒輪 da = 1056 mm,可以做成腹板式結(jié)構(gòu)。如圖 3-3 所示：
圖 3-3 高速大齒輪結(jié)構(gòu)圖
具體結(jié)構(gòu)數(shù)值為：
由前知道 da2 =1056mm
D0 = da2 ? 12 × m = 1056 ? 12 × 16 = 864mm
C = 0.25B = 0.25 × 256 = 64mm
D3 = 1.6D4 = 1.6 × 320 = 512mm
D1 =(D0 + D3 )/2=（864 + 512）/2=864mm
D2 = 0.3 × (D0 ? D3 ) = 0.3 × (864 ? 512) = 106mm
對于第二對齒輪：
由 于 低 速 級 齒 輪 傳 動 比 i = 2.87，取 模 數(shù) m=16 ，Z 3 = 24 。那 么 Z4 = Z3 × i = 24 × 2.87 ≈ 70 。壓力角由 GB/T1356-88 取 α = 20° 則
分度圓