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河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文
摘 要
礦山提升設(shè)備是礦山運輸中的咽喉設(shè)備，占有特殊地位，是井下與地面聯(lián)系的主要工具。提升機是用來將礦物運出礦井的設(shè)備。
本文詳細介紹了JK型單繩纏繞式礦井提升機核心部件“主軸裝置”的重要作用和工作原理及主軸裝置的設(shè)計思想、方法、步驟、安裝的全過程；對原設(shè)計理念的連接方式、鑄鐵法蘭盤、支承方式及軸承的選用等進行了改進。
針對提升機容易發(fā)生的過卷事故進行分類,分析了事故原因,提出了防護與改進措施。通過對礦井提升機技術(shù)改造的案例介紹,總結(jié)了在對老式提升機進行安全技術(shù)改造的過程中應(yīng)遵循的原則和注意的問題。
關(guān)鍵詞：提升機 滾筒 鋼絲繩 主軸
Abstract
The mine lift technique is in the mine haulage pharynx and larynx equipment, holds the special status, and is the mine shaft and the ground relation main tool. Elevator used to bring iron to the top of the mine.
Have introduced the single rope of JK-type to tie up the round type mineral well to promote the machine in detail. The important function and the work principles of the core parts "main shaft device”. And the design thought, method, step that main shaft device, the whole process that installation. To design the conjunction method of principle, casting iron ring flange, support way and exertion of bearing improvement, innovation that go on of design idea and so on.
The often-happened breakdowns of mining hoists are classified, their causes are analyzed, and the prevention measures are put forward. Introducing the case about the safety technical innovation to mine hoist, the paper concludes the principle that should be follow and matters need to pay attention in the course of safety technical innovation to old Russian mine hoist.
Key words: Lifting hoist drum steel wire main axle
目錄
摘 要 1
目錄 3
前 言 5
1、緒論 7
1.1 礦井提升機的任務(wù)及其地位 7
1.2 礦井提升機的發(fā)展歷程 8
1.2.1 纏繞式提升機的發(fā)展?fàn)顩r 8
1.2.2 礦井提升機生產(chǎn)過程簡介 8
1.3 礦井提升機的類型和工作原理 10
1.3.1礦井提升機的工作原理 10
2 提升機械性能參數(shù) 12
3 礦井提升機主軸裝置結(jié)構(gòu) 14
3.1主軸結(jié)構(gòu)圖示 15
3.2圓柱滾筒的構(gòu)造 16
4 JK2X1.5提升機主軸設(shè)計 17
4.1主軸的結(jié)構(gòu) 18
4.2主軸的力學(xué)模型和受力分析 19
4.3主軸的校核 21
4.3.1綜合所有JK2X1.5型礦井提升機已知條件 21
4.3.2固定載荷分配于主軸各輪轂作用點上的力 22
4.3.3鋼繩張力分配于主軸各輪轂作用點上的力 23
4.3.4作用于軸上水平方向及垂直方向的合力 24
4.3.5計算支點反力 25
4.3.6計算彎矩 26
4.3.7計算扭矩及扭轉(zhuǎn)強度 27
4.3.8計算危險斷面的安全系數(shù) 27
4.4鍵的選型特點和應(yīng)用 28
4.5聯(lián)接 29
4.5.1支輪與軸的聯(lián)接 29
4.5.2過盈配合校核 30
4.5.3 聯(lián)軸器的選擇 33
5 JK2X1.5提升機筒殼設(shè)計 34
5.1提升機的外載荷的確定 34
5.1.1正常工作時作用于筒殼上的外載荷 34
5.1.2筒殼許用應(yīng)力的確定 39
5.1.3筒殼強度計算理論 40
5.1.4剛性支輪處筒殼的強度計算 43
5.1.5絞支支輪處筒殼的強度計算 44
5.2.1已知條件 46
5.2.2計算及校核 46
5.2.3計算筒殼強度 48
6礦井提升機的制動裝置 50
6.1 概述 50
6.2 盤式制動器 52
6.2.1 盤式制動器的結(jié)構(gòu)及布置 52
6.2.2 盤式制動器工作原理 55
6.2.3 安全制動 57
6.4盤式制動器的設(shè)計計算 58
6.4.1 盤式制動器工作時所需制動力 58
6.5盤式制動器的調(diào)整和維護 61
6.5.1 閘瓦間隙的調(diào)整 61
6.5.2 蝶形彈簧的檢查 62
總 結(jié) 63
致 謝 64
參考文獻 65
前 言
我國是個能源大國，也是礦山機電設(shè)備制造和使用大國。從20世紀50年代仿造第一臺礦井提升機以來，至今已設(shè)計制造、使用了近600多臺。隨著社會需求和現(xiàn)代技術(shù)的高速發(fā)展，礦山工業(yè)企業(yè)亟待生產(chǎn)設(shè)備及設(shè)施的機械化、電氣化、現(xiàn)代化。而礦山工業(yè)的提升機是咽喉設(shè)備，產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，老產(chǎn)品運行年深日久，原本落后的結(jié)構(gòu)問題暴露突出，故障增多，嚴重影響礦山的安全運轉(zhuǎn)，抑制了礦山工業(yè)的高速發(fā)展，給國民經(jīng)濟帶來了不良的影響。
隨著國內(nèi)礦井生產(chǎn)量的日新月異的提高，對提高提升機的安全性、可靠性、生產(chǎn)效率以及整機自動化運行水平， 降低操作者及維護人員的勞動強度、處理設(shè)備事故的速度與對策等，成了迫切要求。 目前在世界范圍內(nèi)，礦井主要使用由纏繞式提升機和摩擦式提升機帶動鋼絲繩牽引容器的提升設(shè)備。其它類型提升方式只在特定條件下用，例如水力提升只用于水采礦井的煤炭提升，氣力提升散裝物料(或管道容器)僅在國外的個別礦井改造中有應(yīng)用。 本次設(shè)計是關(guān)于單繩纏繞式礦井提升機的設(shè)計，在本次設(shè)計中將大學(xué)四年所學(xué)習(xí)的材料力學(xué)，理論力學(xué)，機械制造，機械設(shè)計，機械制圖等知識進行了一次綜合的運用。本次設(shè)計不僅是對大學(xué)所學(xué)知識的總結(jié)和鞏固而且為以后進入社會參見工作積累了一定的經(jīng)驗，本次設(shè)計是個難得的學(xué)習(xí)機會。
提升運輸是礦井生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，提升設(shè)備的任何故障性失效，都會引起全礦生產(chǎn)的下降以及安全問題，造成巨大損失。在提升系統(tǒng)及設(shè)備設(shè)計中引入可靠性分析，在結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度分析和壽命估算中應(yīng)用可靠性理論，使提升設(shè)備在規(guī)定條件下、在規(guī)定的服務(wù)期限內(nèi)完成規(guī)定的提升任務(wù)二不發(fā)生故障及失效的能力。 我國是個能源大國，也是礦山機電設(shè)備制造和使用大國。從20世紀50年代仿造第一臺礦井提升機以來，至今已設(shè)計制造、使用了近600多臺。隨著社會需求和現(xiàn)代技術(shù)的高速發(fā)展，礦山工業(yè)企業(yè)亟待生產(chǎn)設(shè)備及設(shè)施的機械化、電氣化、現(xiàn)代化。而礦山工業(yè)的提升機是咽喉設(shè)備，產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，老產(chǎn)品運行年深日久，原本落后的結(jié)構(gòu)問題暴露突出，故障增多，嚴重影響礦山的安全運轉(zhuǎn)，抑制了礦山工業(yè)的高速發(fā)展，給國民經(jīng)濟帶來了不良的影響。
提升設(shè)備的安全運行，不僅直接影響整個礦井生產(chǎn)，而且涉及人身安全。隨著工業(yè)進步以及對人的價值的更加重視，礦井提升設(shè)備的高度安全可靠性已成為提升設(shè)備設(shè)計思想的重要內(nèi)容。突出安全性的另一重要原因是提升運輸事故率在煤礦機電事故中占了不可忽視的比例，其中惡性事故也時有發(fā)生，因此提高設(shè)備的安全性，增加監(jiān)測控設(shè)備以及后備保護等措施，是具有實際意義的。對礦井提升設(shè)備的高安全性要求還體現(xiàn)在提升設(shè)備及系統(tǒng)的設(shè)計，除應(yīng)符合一般設(shè)計規(guī)程及規(guī)范外，還要滿足《煤礦安全規(guī)程》的具體要求。提高設(shè)備的安全性，不應(yīng)單純理解為加大安全系數(shù)，應(yīng)從實際情況出發(fā)進行系統(tǒng)分析，例如受力(包括動態(tài))分析、可靠性分析、失效分析等，從中找出問題，并采取相應(yīng)措施。
單繩纏繞式提升機適用于淺井及中等深度礦井，提升機是礦井的主要設(shè)備，用于升降人員和物料。雙卷筒提升機在我國礦山應(yīng)用最多，卷筒之一與主軸固接，稱為固定卷筒；另一卷筒則滑裝在主軸上，通過調(diào)繩離合器與主軸連接，稱為游動卷筒。 在畢業(yè)設(shè)計過程中，通過上網(wǎng)查資料，圖書館借書，我逐步認識了礦井提升機的工作原理和基本構(gòu)造，為我能夠圓滿完成設(shè)計任務(wù)奠定了良好的基礎(chǔ)。另外我要特別感謝這次畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)老師，張曉輝老師不僅給我提供了礦井提升機的相關(guān)資料而且給了我不少有用的建議，給我?guī)砟蟮膸捅敬卧O(shè)計就難免有錯誤和考慮不足之處，敬請各位老師以及閱讀者提出寶貴的意見和建議。
1、緒論
1.1 礦井提升機的任務(wù)及其地位
煤炭是我國的主要能源，又是重要的化工原料。煤炭被譽為黑色金子，工業(yè)的食糧，它是十八世紀以來人類世界使用的的主要能源之一。雖然它的重要位置已被石油所代替，但在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，由于石油的日漸枯竭，必然走向衰敗，而煤炭因為儲量巨大，加之科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，煤炭氣化等新技術(shù)日趨成熟，并得到廣泛應(yīng)用，煤炭必將成為人類生活中的無法代替的能源之一。我國既是煤炭生產(chǎn)大國又是消費大國，而根據(jù)我國的國情，在我國一次性能源結(jié)構(gòu)中，煤炭所占的比重一直是70％以上，在今后相當(dāng)長的時期內(nèi)，煤炭仍然是我國的主要能源，故煤炭對我國的重要性不言而喻。隨著我國經(jīng)濟的不斷改革開放，煤炭工業(yè)必將高速持續(xù)地向前發(fā)展。
礦井提升是煤炭生產(chǎn)過程中必不可少的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。從井下采煤工作面采出的煤炭，只有通過礦井提升設(shè)備運到地面，才能加以利用?？梢哉f，礦井提升是礦井生產(chǎn)的“咽喉”，其設(shè)備在工作中一旦發(fā)生故障，將直接影響生產(chǎn)，甚至造成人身傷亡。此外，礦井提升系統(tǒng)的耗電量很大，一般占礦井生產(chǎn)總耗電量的50％-70％。因此，合理選擇維護使用這些設(shè)備，使之安全可靠、經(jīng)濟高效地運轉(zhuǎn)，對保證礦井安全高效的生產(chǎn)，對提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟效益．都具有重要的現(xiàn)實意義。由于礦井提升設(shè)備是在并下巷道內(nèi)和井簡內(nèi)工作，空間受到限制，故要求它們結(jié)構(gòu)緊湊，外部尺寸盡量??；又因工作地經(jīng)常變化，因而要求其中的許多設(shè)備應(yīng)便于移置；因為井下有瓦斯、煤塵、淋水、潮濕等特殊工作條件，還要求設(shè)備應(yīng)防爆、耐腐蝕等。此外，礦井提升設(shè)備是一大型的綜合機械—電氣設(shè)備，其成本和耗電量比較高，所以，在新礦井的設(shè)計和老礦井的改建設(shè)計中，確定合理的提升系統(tǒng)時，必須經(jīng)過多方面的技術(shù)經(jīng)濟比較，結(jié)合礦井的具體條件，在保證提升設(shè)備在選型和運轉(zhuǎn)兩個方面都合理的前提下，要求提升設(shè)備具有良好的經(jīng)濟性。
1.2 礦井提升機的發(fā)展歷程
1.2.1 纏繞式提升機的發(fā)展?fàn)顩r
纏繞式提升機的發(fā)展是為適應(yīng)我國礦山建設(shè)的需要，國產(chǎn)提升機大致可分為仿蘇、改進及自行設(shè)計等三個階段。1953~1958年期間生產(chǎn)仿蘇產(chǎn)品BM系列提升機；KJ系列提升機是1958~1966年期間生產(chǎn)的仿蘇改進產(chǎn)品；JKA系列是在KJ型基礎(chǔ)上的改進產(chǎn)品；XKT系列提升機是1971年7月開始生產(chǎn)的自行設(shè)計產(chǎn)品，后又改為XKT-B系列，是已成批生產(chǎn)的新型礦井提升機。時至今日，中信公司生產(chǎn)的產(chǎn)品最齊全，JK/E，JKM，JTP，2JTP，JT等等。
1.2.2 礦井提升機生產(chǎn)過程簡介
礦井提升機是沿井筒提運礦石和廢石、升降人員、下放材料和工具的設(shè)備。提升容器有罐籠和箕斗。根據(jù)井筒傾角的不同,提升容器分為立井用和斜井用兩種.立井用提升容器主要是箕斗和罐籠,箕斗分為底卸式、側(cè)卸式和翻轉(zhuǎn)式,罐籠分為普通罐籠和翻轉(zhuǎn)罐籠。斜井箕斗分為翻轉(zhuǎn)式和后壁卸載式兩種。罐籠可用來提升礦石、人員、材料與設(shè)備等，但是箕斗不能用來提升人員。不同類型礦井提升機的工作方式和工作環(huán)境各有所相同，但其根本的工作原理是相似的，礦井提升機提升原理示意圖如圖1-1所示：
通過滾筒或齒輪的旋轉(zhuǎn)帶動皮帶或鏈條升降，從而實現(xiàn)箕斗或罐籠的升降，在井下和地面之間往復(fù)運動，進行對煤和人員、貨物的運輸。
圖1-1礦井提升機提升原理示意圖
1.3 礦井提升機的類型和工作原理
1.3.1礦井提升機的工作原理
按工作原理的不同，礦井提升機可分為兩類，如圖1-2所示。
圖1-2 礦井提升機按工作原理的分類
單繩纏繞式提升機的工作原理如圖1-3所示，簡單地說，就是用一根較粗的鋼絲繩在卷筒上纏上和繞下來實現(xiàn)容器的提升和下放運動。提升機安裝在地面提升機房里，鋼絲繩一端固定在卷筒上，另一端繞過天輪后懸掛提升容器。單繩纏繞式雙卷筒提升機具有兩個卷筒，每個卷筒上固定一根鋼絲繩，并應(yīng)使鋼絲繩在兩卷筒上的纏繞方向相反，其工作原理和特點與單卷筒提升機完全相同。多繩摩擦式提升機的工作原理與單繩纏繞式提升機不同，鋼絲繩不是固定和纏繞在主導(dǎo)輪上，而是搭放在主導(dǎo)輪的摩擦襯墊上，如圖1-4所示，提升容器懸掛在鋼絲繩的兩端，在容器的底部還懸掛有平衡尾繩。提升機工作時，拉緊的鋼絲繩必須以一定的正壓力緊壓在摩擦襯墊上。當(dāng)主導(dǎo)輪由電動機通過減速器帶動向某一個方向轉(zhuǎn)動時，在鋼絲繩和摩擦襯墊之間會產(chǎn)生根大的摩擦力，使鋼絲繩在這種摩擦力的作用下跟隨主導(dǎo)輪一起運動，從而實現(xiàn)容器的提升和下放。不難看出，多繩摩擦式提升機的一個根本特點和優(yōu)點是鋼絲繩不在主導(dǎo)輪上纏繞，而是搭放在主導(dǎo)輪的摩擦襯墊上，靠摩擦力進行工作。同樣，多繩摩擦式提升機的規(guī)格性能、應(yīng)用范圍和機械結(jié)構(gòu)等，都是由這一特點來確定的。
多繩摩擦式提升機特別適用于深井和大產(chǎn)量的提升工作。多繩摩擦式提升機與單繩纏繞式提升機比較，在規(guī)格性能、應(yīng)用范圍、機械結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟效果等方面都優(yōu)越得多，就深井和大產(chǎn)量來說，是豎井提升的發(fā)展方向。
但是，根據(jù)我國目前淺井多、斜并多的特點，單繩纏繞式提升機仍然是目前制造和使用的重點。對于部分深井和大產(chǎn)量的礦井，則應(yīng)該合理的選用多繩摩擦式提升機，而不宜選用大型的單繩纏繞式提升機。
圖1-3 單繩纏繞式提升機工作 圖1-4 多 繩摩擦式提升機
原理示意圖 工作原理圖
1—卷筒；2—鋼絲繩；3—天輪； 1—主導(dǎo)輪；2—導(dǎo)向輪；3—鋼絲繩；
4—容器；5—平衡尾繩 4—容器；5—平衡尾繩
2 提升機械性能參數(shù)
設(shè)計提升機械系列參數(shù)的出發(fā)點是用較少規(guī)格的提升機去滿足最廣泛的使用需要，當(dāng)然，也可以不設(shè)參數(shù)系列，而完全根據(jù)用戶的需要設(shè)計。
反映提升機械性能的參數(shù)很多，如卷筒直徑、寬度、最大提升速度、容繩量和電動機功率等等。根據(jù)這些參數(shù)間的相互關(guān)系，可把它們分為：
1.條件參數(shù) 它是作為限制條件而預(yù)先給出的參數(shù)，是提升機參數(shù)所應(yīng)滿足的先決條件。包括其他標(biāo)準(zhǔn)已作了規(guī)定的數(shù)據(jù)，如優(yōu)先數(shù)系，電動機的同步轉(zhuǎn)數(shù)和額定轉(zhuǎn)數(shù)等；
2.主參數(shù) 在提升機的性能參數(shù)中，有一個(或最多兩個)參數(shù)是主要的。它代表提升機械的主要性能特征，稱為主參數(shù)。它是提升機械設(shè)計的主要依據(jù)，其他參數(shù)均從屬于主參數(shù)；
3.次要參數(shù) 它是由主參數(shù)決定的，與主參數(shù)有某種依賴關(guān)系。有的可表示為某種確定的因數(shù)關(guān)系，如卷簡直徑與最大靜張力之間的關(guān)系。有的則有一定的相關(guān)關(guān)系。
當(dāng)然，主參數(shù)并不能完全代替其他參數(shù)，但只要選擇得當(dāng)，就可以最大限度地代表該提升機械的性能。
主參數(shù)的基本特征是：
（1）能反映產(chǎn)品的基本特性；
（2）最穩(wěn)定的參數(shù)。
此外，主參數(shù)要便于使用。
確定主參數(shù)的步驟是：
（1）選擇主參數(shù)；
（2）確定主參數(shù)的上下限；
（3）確定主參數(shù)系列。
提升機械的主參數(shù)選擇，可采用主成分分析法，即分析所有性能參數(shù)間的關(guān)系，只要它們不相互獨立，總有可能從中找出一個或兩個作為主要性能的特征參數(shù)。
現(xiàn)以纏繞式提升機械為例，說明主參數(shù)與次要參數(shù)的關(guān)系。提升機械的容繩量與卷筒直徑、寬度及纏繞層數(shù)有關(guān)。根據(jù)安全規(guī)程，纏繞層數(shù)因不同的提升條件而有具體規(guī)定。因而，容繩量這一參數(shù)就有著固定的、可以計算的關(guān)系。
卷筒直徑與鋼繩最大靜張力之間也有著大致固定的關(guān)系。因為根據(jù)安全規(guī)程規(guī)定，卷筒直徑與鋼繩直徑之比為60～80，只要鋼絲繩的型式、規(guī)格和使用條件一旦確定，卷筒直徑和鋼絲繩最大靜張力這兩個參數(shù)間的關(guān)系就可以確定。
提升最大速度這一參數(shù)與提升工作的經(jīng)濟性及安全性有關(guān)。當(dāng)卷筒直徑確定后，最大提升速度就確定了卷筒的轉(zhuǎn)數(shù)，或者說，當(dāng)卷筒轉(zhuǎn)數(shù)在某一范圍時，最大提升速度為卷筒直徑的函數(shù)。
至于卷筒的寬度，看來似乎與卷筒直徑?jīng)]有什么關(guān)系。但是，考慮到實際情況，例如卷筒過寬時容易造成鋼絲繩偏角超限，也容易造成主軸撓度超限等問題，而這些問題又都與卷筒直徑及鋼絲繩直徑有關(guān)，因而卷筒寬度與卷筒直徑兩參數(shù)間也就有了一定的關(guān)系，而并不相互獨立。
從以上分析可以看出，卷筒（主導(dǎo)輪）直徑或鋼絲繩最大靜張力是提升機械的主要參數(shù)，其他參數(shù)都可以根據(jù)這參數(shù)去制定。主參數(shù)的范圍則是根據(jù)實際調(diào)查統(tǒng)計來確定，提升機械鋼絲繩的最大靜張力（或卷筒直徑）可根據(jù)以下情況確定：
（1）現(xiàn)有礦井的深度范圍；
（2）一次提升量的大??；
（3）現(xiàn)有提升容器的質(zhì)量；
（4）現(xiàn)有鋼絲繩的型式及規(guī)格。
根據(jù)對上述情況的調(diào)查統(tǒng)計，并參照國外先進標(biāo)準(zhǔn)筒直徑的范圍，就可以初步確定提升機的技術(shù)參數(shù)。
參數(shù)
型
號
滾 筒
載 荷
提升高度或運輸長度
鋼絲繩
電機
減速器
自
重
個數(shù)
直徑
m
寬度
m
最大靜張力
KN
最大靜張力差
KN
二層纏繞
m
層數(shù)
繩速
m/s
繩
徑
m
功率
kw
傳動比
單
位
t
JK-2×1.5
1
2
1.5
58.8
39.2
384
2
5
24.5
348
20
23.1
表2-1 JK－2×1.5單繩纏繞式礦井提升機技術(shù)參數(shù)表：
3 礦井提升機主軸裝置結(jié)構(gòu)
本系列主軸裝置有以下A、B兩種不同的結(jié)構(gòu)形式，分別為卷筒上帶襯木、筒殼上直接加工出繩槽兩種結(jié)構(gòu)。A種形式固定卷筒兩支輪與主軸的是過盈配合，卷筒軸板與支輪為高強度螺栓連接；B種形式為主軸上直接鍛制出兩個法蘭盤，用高強度螺栓與卷筒輻板連接。卷筒和制動盤為兩半裝配式結(jié)構(gòu)，安裝時現(xiàn)場不再焊接和加工制動盤。主軸承采用調(diào)心滾子軸承。調(diào)繩離合器均采用徑向齒塊離合器結(jié)構(gòu)，該裝置由齒塊、齒圈等工作機構(gòu)，液壓缸、移動轂等驅(qū)動機構(gòu)，操作閉鎖等控制機構(gòu)三部分組成。該結(jié)構(gòu)可滿足調(diào)繩過程中安全、精確、快速、可靠的使用要求。
主軸裝置是提升機的工作機構(gòu)，也是提升機的主要承載部件，它承擔(dān)了提升機的全部轉(zhuǎn)矩，同時也承受著摩擦輪上兩側(cè)鋼絲繩的拉力。
主軸裝置主要由主軸、摩擦輪、滾動軸承、軸承座、軸承蓋、軸承梁、摩擦襯墊、固定塊、壓塊、夾板、高強度螺栓組件等零部件組成。
3.1主軸結(jié)構(gòu)圖示
單筒主軸裝置由卷筒、主軸、主軸承、左右輪轂等組成（見圖3-1）。主軸承為滑動軸承。左輪轂與主鈾為滑動配合，右輪轂是壓配在主軸上，并用強力切向鍵與主軸固定。卷筒與右輪轂的聯(lián)接全部采用精制配合螺栓，卷筒與左輪轂的聯(lián)接采用數(shù)量各為一半的精制配合螺栓和普通螺栓。
游筒右支輪為兩半結(jié)構(gòu)，通過兩半銅瓦滑裝在主軸上，左輻板上用精制配合螺栓固定調(diào)繩離合器內(nèi)齒圈，內(nèi)齒圈右端裝有尼龍瓦，支承在游筒左支輪上，游筒左支輪壓配在主軸上，并通過強力切向鍵與主軸聯(lián)接。
圖3-1 JK型單筒提升機主軸裝置
1-主軸承 2-潤滑油杯 3-左輪轂 4-主軸 5-輻板 6-擋繩板 7-木襯 8-筒殼 9-制動盤 10-精制螺栓 11-右輪轂 12-切向 鍵
3.2圓柱滾筒的構(gòu)造
礦井提升機構(gòu)的圓柱形滾筒獲得了廣泛的應(yīng)用，這種滾筒是萬能的纏繞機構(gòu)，對實際上遇見的深度,它許可任何提升容器進行提升工作。由于卷筒是利用薄壁承載，故所受應(yīng)力較復(fù)雜，如設(shè)計或使用不當(dāng)，卷筒會變形、開裂甚至不能使用。為了提高強度也有用16Mn的，因為這些材料的貨源較廣，工藝性能也較好。一般而言，筒殼、支輪和加強筋都是用焊接的。除盤式支輪外，輪輻還有焊成工字形、十字形或丁字形的。對于小型提升機，支輪也有用鑄造的。由于工藝或安裝、搬運方面的原因，支輪有整體的，也有兩半或三瓣的。較大的提升機則很少用鑄造支輪，因為大直徑的鑄造支輪過于笨重。
對于雙卷筒提升機的活卷筒，由于它與主軸有相對運動，因此往往在輪轂與主軸之間加有襯套。襯套通常用減磨金屬，如果壓力許可，也可用尼龍襯套。
卷筒外面一般均敷有木襯。木襯的作用是防止鋼繩與筒殼直接接觸造成磨損，此外還能使鋼繩沿著木襯上的繩槽纏繞排列整齊，避免疊壓現(xiàn)象。
礦井提升機圓柱形滾筒為薄板外轂1，其外面附有木襯2（見圖3-2）。木襯的作用是作為鋼絲繩的軟墊，在其上鋼絲繩不會發(fā)生過度變形。木襯應(yīng)由柞木、水曲柳或榆木等制作。松木不適于作木襯，因為它在橫過纖維的壓力作用下經(jīng)常開裂，使用壽命僅為幾個星期。每塊木襯的厚度應(yīng)不少于鋼絲繩直徑的兩倍，一般為100毫米左右（對于直徑大于50毫米的鋼絲繩，以采用150毫米為宜），每塊的寬度在150～200毫米之間，斷面成扇形。固定卷筒木襯的螺釘頭，應(yīng)沉入木襯厚度三分之一以上，當(dāng)全部木襯固定完以后，應(yīng)用木襯沾膠水將螺釘孔定位，并使用木楔將木襯夾縫填滿。
在木條上面切有鋼絲繩用的螺旋槽。外轂是借助于鑄造輪轂3固定在提升機軸上的，它或許直接固定在輪轂上。
圖 3-2 圓柱形滾筒
4 JK2X1.5提升機主軸設(shè)計
4.1主軸的結(jié)構(gòu)
主軸是提升機承載的主要部件，提升機的主要工作構(gòu)件如滾筒、軸承、離合器以及聯(lián)軸器等均安裝在主軸上，有些小型提升機的主軸還裝有減速的末級大齒輪。電動機通過主軸驅(qū)動滾筒，主軸也是傳動的主要部件。提升機主軸應(yīng)能承受工作過程中的外負荷而不發(fā)生殘余變形和過量的彈性變形，同時要保證一定的使用壽命。
主軸往往是提升機中重量最大的一個零件，其尺寸和傳遞的力矩也較大。因此，在結(jié)構(gòu)上除應(yīng)滿足強度和剛度要求外，還應(yīng)重視工藝和安裝方面的問題。主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮如下幾點：
（1）要便于起吊、拆裝和加工。零件在軸上要求定位準(zhǔn)確，工作中不發(fā)生移動。例如，為了便于安裝、找正，提升機主軸目前一般做成兩支點；為了便于加工，主軸軸向尺寸不宜過長，以免需要大型工裝及需要大型爐進行熱處理等。現(xiàn)代提升機上已普遍采用滾動軸承代替原來的滑動軸承，這樣可減小主軸軸向尺寸，為便于安裝，主軸結(jié)構(gòu)應(yīng)作相應(yīng)考慮。
（2）滾筒在軸上的固定方法可用切向鍵也可用靜配合，但不論用何種方法都應(yīng)使連接可靠，不允許在運轉(zhuǎn)中出現(xiàn)松動現(xiàn)象，對鍵連接應(yīng)有防遲裝置。雙滾筒提升機每個滾筒僅在一個支輪輪轂處固定就可以了，對于活滾筒，為了避免因多次調(diào)繩操作后軸上磨出構(gòu)槽，所以在其右輪轂與主軸間加設(shè)襯套。
（3）軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量使軸受力合理，避免或減輕應(yīng)力集中，以保證軸的疲勞強度。軸徑變化處過渡園角半徑不應(yīng)過小。根據(jù)需要和可能對主軸進行表面強化處理(如噴九、滾壓等)以提高其疲勞強度。
（4）主軸是主要承載部件且受交變應(yīng)力，故對其工藝要求較高。主軸鍛造后必須進行探傷試驗及機械性能試驗，當(dāng)有裂紋及其他缺陷存在時，此軸的壽命會受到影響。主軸加工后要進行熱處理，熱處理方法有用正火也有用調(diào)質(zhì)的。
（5）主軸材料一般采用優(yōu)質(zhì)碳鋼，最常用的是45碳素結(jié)構(gòu)鋼。這種材料價廉、對應(yīng)力集中敏感性小、加工性能好，通過調(diào)質(zhì)熱處理，可獲得強度、耐磨性和沖擊韌性都比較好的綜合機械性能。一般不采用合金鋼，因為合金鋼的彈性模量相差很小，用合金鋼雖可提高主軸強度，但對提高主軸剛度意義不大。
提升機主軸的強度計算步驟如下：
（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)及工藝要求，繪制出主軸結(jié)構(gòu)草圖，并初定主軸的尺寸。主軸的直徑可以根據(jù)它們傳遞的扭矩進行初算，也可以根據(jù)經(jīng)驗估計。
（2）計算主軸的正常載荷。根據(jù)最大正常載荷，計算主軸危險斷面的安全系數(shù)，對于對稱循環(huán)應(yīng)力，一般取疲勞安全系數(shù)[n]＞1．5；對于非對稱循環(huán)應(yīng)力，取疲勞安全系數(shù)[n]＞2。
（3）按正常載荷校核主軸的剛度、主軸的最大撓度應(yīng)滿足相應(yīng)的要求。
（4）計算主軸的非常載荷（按卡罐、斷繩情況）。根據(jù)非常載荷計算主軸危險斷面的應(yīng)力，此應(yīng)力應(yīng)小于材料的屈服極限，以保證主軸在非常載荷下不產(chǎn)生殘余變形。
提升機主軸強度計算，可按機械零件中軸的計算方法進行，只是主軸的外載荷應(yīng)根據(jù)提升機具體工作特點確定。
4.2主軸的力學(xué)模型和受力分析
把主軸簡化成受幾個集中載荷的無重軸，以單筒提升機為例來說明，左支輪、右支輪處和軸承處傳遞扭矩。
作用在主軸上的集中力：
（1）安裝在主軸上的各零、部件及主軸的自重，主要有滾筒、和支輪。它們的重量可認為集中加于各自輪轂的中心；主軸可認為是均布載荷，用加在各輪轂中心及支座亡的集中力來代替。此項載荷在提升過程中，對于各點來說大小不變且方向垂直向下，對軸產(chǎn)生垂直方向的彎矩。
（2）纏繞在滾筒上的鋼絲繩重量s由于纏在滾筒上的鋼繩因數(shù)隨提升過程而發(fā)生變化，所以此項載荷在提升過程中大小是變化的，方向向下，對主軸產(chǎn)生垂直方向的彎矩。
（3）鋼繩的拉力在主軸上產(chǎn)生的集中力。鋼繩的拉力是作用在滾筒半徑上的，它對主軸的作用可視為一個集中力和一個力偶矩合成。一般集中力的方向與水平面成一個角度，故在計算過程中，應(yīng)把它分解成水平力和垂直力!在提升過程中，該集中力的作用點和大小是隨提升過程而變化的，使軸產(chǎn)生水平和垂直兩個方向的彎矩。
電機功率348KW
滾筒周長c=2.0π
轉(zhuǎn)速
最大扭矩
根據(jù)材料力學(xué)公式：
計算得d≥2 06.94mm
由于固定滾筒處采用切向鍵連接，且主軸上斷面變化不應(yīng)太劇烈，根據(jù)《機械零件》，對于直徑d≥100mm的軸，有一個鍵槽時軸徑應(yīng)增大3%，即
取
兩支輪處軸徑均為d=280mm；兩個軸承座處軸徑均為
根據(jù)支輪外徑比軸徑寬40%～60%，支輪外徑
計算一些必要的數(shù)據(jù)
主軸全長：L=3140mm；
左右軸承中心線之間的距離：=2600mm；則軸重
根據(jù)提升機設(shè)計的經(jīng)驗確定出擋繩板厚度為25mm ,制動盤厚度為30mm，支撐板厚為25mm，一個滾筒上的木襯重量為350kg；
由支輪外徑是內(nèi)徑的1.5倍，可以計算出輪轂的重量:
左支輪重：
右支輪重：
4.3主軸的校核
4.3.1綜合所有JK2X1.5型礦井提升機已知條件
卷筒直徑： D=2000mm；
卷筒寬度： B=1500mm；
鋼絲繩最大靜張力： ；
鋼絲繩最大靜張力差： ；
主軸全重： =1500kg；
卷筒左輪轂重： =370kg；
卷筒右輪轂重： =370kg；
卷筒重： =3300kg；
一個卷筒上的木襯重： =350kg；
鋼絲繩直徑： d=24.5mm；
一次提升總量（包括鋼繩的重量）： F=83KN；
提升加減速度： a=0.7；
略去聯(lián)軸器重及周邊不平衡力。
4.3.2固定載荷分配于主軸各輪轂作用點上的力
1）主軸自重作用于輪轂上的力
主軸單位長度重q為：
主軸自重作為集中力分配于輪轂作用點上，計算如下:
附加于 點1
點2
2）卷筒、輪轂等自重作用于輪轂上的力，計算如下：
附加于 點1
點2
3）合成的固定靜載荷
兩種工況下的值為：
4.3.3鋼繩張力分配于主軸各輪轂作用點上的力
1）鋼繩張力及其位置的計算
分兩種工況計算
（1）卷筒提升開始
卷筒上的鋼
繩張力
距右擋板的距離
（2）卷筒提升終了
卷筒上的綱繩張力
距左擋板的距離
2）鋼繩張力在各輪轂上的分配
根據(jù)鋼繩在卷筒上的位置及卷筒的結(jié)構(gòu)尺寸，按杠桿比例關(guān)系（即簡支梁求反力的關(guān)系），把鋼繩張力分配于1、2點，計算結(jié)果如下：
工況Ⅰ 計算結(jié)果 ，
工況Ⅱ 計算結(jié)果 ，
兩種工況下的計算簡圖如下：
注：圖中所示箭頭方向為輪轂反力方向，與鋼繩張力作用于軸上的力方向相反。
由于出繩角為水平方向（最危險方向），所以上述的、都是水平方向的力。
4.3.4作用于軸上水平方向及垂直方向的合力
將鋼繩張力的垂直分力（實際上各分力均為零）與合成固定靜載荷相加，則得作用于軸上垂直方向的合力；而作用于軸上的水平方向的合力就等于鋼繩張力的水平分力。其計算如下：
——角標(biāo)代表作用點1處的垂直力，頭標(biāo)（1）表示工況Ⅰ
工況Ⅰ ， ；
， ；
工況Ⅱ ， ；
，
4.3.5計算支點反力
——下標(biāo)表示左支輪的垂直反力，表示右支輪垂直反力，表示右支輪水平反力，表示左支輪水平反力，上標(biāo)表示工況Ⅰ
工況Ⅰ 垂直合力對主軸所造成的支點反力：
對于左軸承
對于右軸承
水平合力對主軸所造成的支點反力：
同理亦可計算出其它各種工況時的支點反力，計算如下：
工況Ⅱ =25852.1N =25852.1N
=21418N =16082N
4.3.6計算彎矩
工況Ⅰ
1）垂直力對主軸所造成的垂直彎矩
在1、2各點分別為：
2）水平力對主軸所造成的彎矩
3）合成彎矩
同理亦可計算出其它各種工況時的彎矩，計算如下：
工況Ⅱ
4.3.7計算扭矩及扭轉(zhuǎn)強度
在計算扭矩時，由于支撐活卷筒右輪轂到左軸承中心線處的軸都不受扭矩，即（1-2這段軸不受扭矩）
卷筒提升開始
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
45號鋼許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 []=25～45
故可滿足強度要求
卷筒提升終了時
按扭轉(zhuǎn)強度校核，主軸滿足強度要求。
4.3.8計算危險斷面的安全系數(shù)
軸的材料為45號鋼調(diào)質(zhì)
，，，
抗彎斷面系數(shù)：
最大彎應(yīng)力：
最大扭應(yīng)力：
最小彎應(yīng)力和扭應(yīng)力分別為：
應(yīng)力輻：
平均應(yīng)力：
抗彎安全系數(shù)：
合成安全系數(shù)：
4.4鍵的選型特點和應(yīng)用
由《機械設(shè)計》知鍵的長度L≈（1.5～2）d，由此得L=330mm.
查《機械設(shè)計手冊》表5-3-27可知：
強力切向鍵
標(biāo)準(zhǔn)：GB/T1974—2003
鍵厚度：t=22mm 計算寬度：b=66mm
鍵槽尺寸：
深度 輪轂 t1=22mm
軸 t2=22.4mm
計算寬度 輪轂 b1=66mm
軸 b2=66.5mm
特點：由兩個斜度為1∶100的楔鍵組成。其上下兩面（窄面）為工作面，其中一面在通過軸心線的平面內(nèi)。鍵從兩邊打入，工作面上的壓力沿軸的切線方向作用，能傳遞很大的轉(zhuǎn)矩，一個切向鍵只傳遞一個方向的轉(zhuǎn)矩，傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時須用兩個，互成120°～135°。
應(yīng)用：用于載荷很大，對中要求不嚴的場合，常用于直徑大于100mm的軸上。
4.5聯(lián)接
4.5.1支輪與軸的聯(lián)接
過盈聯(lián)接的特點：過盈聯(lián)接是利用零件間的配合過盈來實現(xiàn)聯(lián)接的，這種聯(lián)接結(jié)構(gòu)簡單，定心精度好，可承受轉(zhuǎn)矩、軸向力或兩者復(fù)合的載荷，而且承載能力高，在沖擊、振動載荷下也能較可靠的工作。缺點是結(jié)合面加工精度要求較高，裝配不便，雖然聯(lián)接零件無鍵槽削弱，但配合面邊緣處應(yīng)力集中較大。過盈聯(lián)接主要用在重型機械、起重機械、船舶、機車及通用機械，且多用于中等和大尺寸的情況。
圓柱面過盈聯(lián)接特點和應(yīng)用：圓柱面過盈聯(lián)接的過盈量是由所選擇的配合來確定的。過盈量及配合尺寸較小時，一般采用在常溫下直接壓入法裝配；當(dāng)過盈量及配合尺寸較大時，常用溫差法裝配。
圓柱面過盈連接結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，不宜多次拆裝，應(yīng)用廣泛，用于軸轂聯(lián)接，輪圈與輪心的聯(lián)接，滾動軸承與軸的聯(lián)接、曲軸的聯(lián)接。
過盈聯(lián)接的選擇：
（1）確定基本偏差代號：根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第四版第二卷圖5-4-7中查出相應(yīng)的基本偏差代號“u”
（2）確定公差等級：采用的公差 孔為IT7,軸為IT6
（3）選定配合：H7/u6
4.5.2過盈配合校核
1）傳遞載荷所需要的最小過盈量
（1）傳遞載荷所需要的最小結(jié)合壓強：
T-傳遞的轉(zhuǎn)矩， -結(jié)合直徑，mm
-結(jié)合長度，mm -被連接件摩擦因數(shù)
查表5-4-4可得： =0.14
由裝配圖和已知載荷可得：
=280mm =（0.9～1.6）=350mm
由上述條件可得：
（2）直徑比
包容件：
-包容件外徑，mm
被包容件：
-被包圍件的內(nèi)徑
（3）傳遞載荷所需最小直徑變化量
包容件：
其中
E-被連接件彈性模量 v-被連接件材料的泊松比
a-表示包容件 i-表示被包容件
被包容件：
其中
由機械設(shè)計手冊（軟件版）得：=200000MPa =0.3
=200000MPa =0.3
由前面的條件可得： =2.9 =0.0111mm
=0.7 =0.0027mm
（4）傳遞載荷所需的最小有效過盈
=+=0.0138mm
2）不產(chǎn)生塑性變形所允許的最大過盈量
（1）不產(chǎn)生塑性變形所允許的最大過盈量結(jié)合面壓強
包容件： 塑性材料 =
其中 a=
被包容件： =
其中 c=
-被包容件的屈服點； -包容件的屈服點
查得： =355MPa
=310MPa
由前面的條件可得：a=0.3 =93MPa
c=0.5 =177.5MPa
取 =93Mpa
（2）不產(chǎn)生塑性變形所允許的最大直徑變化值
包容件：
被包容件：
由前面條件可得： =0.37758mm =0.09114mm
所以被連接件不產(chǎn)生塑性變形所允許的最大有效過盈量：
=+=0.46872mm
基本過盈量 需滿足 ,由此可取
=0.315mm
根據(jù)右支輪所選的配合查機械設(shè)計手冊（軟件版）得：
基本尺寸為280mm，基孔制過盈配合
查詢結(jié)果為
孔 上偏差： +0.052mm
下偏差： 0
軸 上偏差： +0.347mm
下偏差： +0.315mm
與上面的校核數(shù)據(jù)比較，滿足要求。
4.5.3 聯(lián)軸器的選擇
由于主軸的最大扭矩69600 N.m,主軸的轉(zhuǎn)速為47.6 r/min,主軸直徑為220mm,知減速器低速軸與主軸相連應(yīng)選用鼓形齒聯(lián)軸器，型號為：G1CL16，其軸孔長度為470mm.
5 JK2X1.5提升機筒殼設(shè)計
5.1提升機的外載荷的確定
提升機械的容繩量與卷筒直徑、寬度及纏繞層數(shù)有關(guān)。根據(jù)安全規(guī)程，纏繞層數(shù)因不同的提升條件而有具體規(guī)定。因而，容繩量這一參數(shù)就有著固定的、可以計算的關(guān)系。
卷筒直徑與鋼繩最大靜張力之間也有著大致固定的關(guān)系。因為根據(jù)安全規(guī)程規(guī)定，卷筒直徑與鋼繩直徑之比為60～80，只要鋼絲繩的型式、規(guī)格和使用條件一但確定，卷筒直徑和鋼絲繩最大靜張力這兩個參數(shù)間的關(guān)系就可以確定。提升最大速度這一參數(shù)與提升工作的經(jīng)濟性及安全性有關(guān)。當(dāng)卷筒直徑確定后，最大提升速度就確定了卷筒的轉(zhuǎn)數(shù)，或者說，當(dāng)卷筒轉(zhuǎn)數(shù)在某一范圍時，最大提升速度為卷筒直徑的函數(shù)。
至于卷筒的寬度，看來似乎與卷筒直徑?jīng)]有什么關(guān)系。但是，考慮到實際情況，例如卷筒過寬時容易造成鋼絲繩偏角超限，也容易造成主軸撓度超限等問題，而這些問題又都與卷筒直徑及鋼絲繩直徑有關(guān)，因而卷筒寬度與卷筒直徑兩參數(shù)間也就有了一定的關(guān)系，而并不相互獨立。
從以上分析可以看出，卷筒（主導(dǎo)輪）直徑或鋼絲繩最大靜張力是提升機械的主要參數(shù)，其他參數(shù)都可以根據(jù)這參數(shù)去制定。
根據(jù)對上述情況的調(diào)查統(tǒng)計，并參照國外先進標(biāo)準(zhǔn)筒直徑的范圍。就可以初步確定所需參數(shù)。主參數(shù)的分檔可以根據(jù)不同的原則，但應(yīng)盡量做到滿足用戶不同的要求，又有利于降低生產(chǎn)成本。人們不難理解，分檔寬則產(chǎn)品品種簡化，單位產(chǎn)品成本低，標(biāo)準(zhǔn)化效果好，但用戶選擇余地少，用戶有時還要多付出一定的費用；分檔密則不利于制造。
5.1.1正常工作時作用于筒殼上的外載荷
纏繞式提升機滾筒要受繩的拉力，纏繞到滾筒上的繩是在具有一定的繩張力的條件下纏繞到滾筒上的。所以提升繩對滾筒的作用力主要有兩個：一方面是沒有纏到筒上的繩對滾筒的作用力，對這個力來講滾筒像一般的空心軸要受到這個力的彎曲和扭轉(zhuǎn)；另一個是纏繞到滾筒上的繩的張力對滾筒的作用，這個作用可看作是在筒殼外有一個均勻的壓力壓到筒殼上，好像一個密閉的圓筒在海底，四周受到均布水壓一樣，只是筒殼的兩端在提升機處并不受側(cè)面的壓力。
鋼繩的最大靜拉力：
Q——額定負載，N； ——容器自重，N；
-繩每米重，N／m； ——繩的懸重高度，m;
另外，鋼繩上還承受動拉力，如加減速時、緊急制動時、層間過渡時，但是就纏繞到滾筒上的繩來講，其絕大多數(shù)的動拉力都近似等于其纏繞到滾筒上時的靜拉力。顯然，對于沒有等重尾繩的提升系統(tǒng)來講，這個靜拉力會隨鋼繩長度（沒有纏繞到滾筒上的繩）的變化而變化；對于具有等重尾繩的纏繞提升系統(tǒng)，該靜拉力才可以被認為是不變的。
由于提升機滾筒的直徑很大，盡管筒殼很薄，但其截面的慣性矩和極慣矩都很大，因此，沒有纏繞到滾筒上的鋼繩拉力在筒殼上所引起的剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力都很小。一般來講，此拉力在筒殼上所引起的彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力在2帕左右或更小一些；例如，一個直徑D=2m，筒殼厚度60mm；當(dāng)靜拉力＝12t時。其在筒殼上所引起的彎曲應(yīng)力最大值為50MP左右，故此項在應(yīng)力分析中忽略不計。
同樣是上面所講的條件，假設(shè)鋼繩的直徑為d，繩間隙為2～3mm，此時在滾筒上自由區(qū)段的周向壓縮應(yīng)力為由此可見，對于筒殼的受力，我們只考慮已纏到滾筒上的繩對筒殼的作用即可。一般按等重尾繩的纏繞提升系統(tǒng)來考慮靜力值。
鋼繩張力和自重，使筒殼像空心軸一樣被彎曲，鋼繩張力作用于纏繞半徑上，使筒殼像空心軸一樣被扭轉(zhuǎn)。
由于卷筒的直徑很大，因而慣性矩很大，而有上面所述的兩種載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力都不大，計算時省去。
鋼繩纏繞在卷筒上，當(dāng)繩有張力時，會產(chǎn)生一個沿圓周分布的力，壓縮筒殼使其有縮小的趨勢，這是筒殼產(chǎn)生的主要載荷。為了簡化可以將螺旋纏繞看成是環(huán)形纏繞，由于螺距很小，可以將其看成是若干環(huán)狀載荷的疊加，也就是說只要分析出一個繩的作用就可以了。
一個繩圈對筒殼的作用，如下圖所示：
圖5-1
自筒殼上分出一個單位(1厘米)弧長，夾角為θ，如果認為鋼繩的張力F為定值，則鋼繩的張力的合力(當(dāng)夾角足夠小時)為：
由于=1，故上式可成：，其中r為筒殼平均半徑。
此力是作用在單位弧長筒殼上的外載荷，方向為徑向，指向圓心。如令此載荷為P，則，當(dāng)筒殼受此力時，顯然有沿徑向縮小的趨勢，即沿徑向產(chǎn)生變形。如徑向變形為y，它在筒殼中必然會引起壓縮應(yīng)力： ，E為材料的彈性系數(shù)。
如果認為此應(yīng)力在徑向沿筒殼徑向厚度，在軸向沿繩圈間距均勻分布，則由此產(chǎn)生的側(cè)向壓縮力為：
式中 t代表鋼繩纏繞節(jié)距， 為筒殼厚度。
仿照上面的推導(dǎo)法，可以求出單位弧度筒殼的單位長度上二側(cè)向壓縮力的合力為：
上述公式可看成為線性的，由于這種在結(jié)構(gòu)和載荷上極為對稱的筒殼，可不按照一般的方程來計算，而可以把它當(dāng)成一個從筒殼上面分割出來的，沿弧長為單位長度的反力與撓度成線性的“梁”來計算,這種辦法簡單，概念容易建立。
“梁的變形和內(nèi)力分析”
分析梁的變形和內(nèi)力的方法很多，我們采用彈性線方程的方法。
齊次方程的解為：
圖5-2
此時梁的變形方程的通解是該齊次方程的通解與一個特解的和。
y=
特解方程是
y= +
通解中的A1、A2、A3、A4為積分常數(shù)，這四個積分常數(shù)由筒殼具體的邊界條件來確定，也就是說由支輪和支環(huán)的具體條件來定。
確定了這四個積分常數(shù)，也就確定了該滾筒在支輪和支環(huán)附近處的y(x)，求組合y(x)，從而可以確定附近區(qū)域內(nèi)任一處的彎短、剪力和周向壓縮應(yīng)力，即
然后，按第三強度理論，找出最大合成應(yīng)力點，對筒殼強度進行校核。
離支輪與支環(huán)較遠的區(qū)域，支輪與支環(huán)對其不產(chǎn)生影響。滾筒(筒殼)上的這些區(qū)域稱為自由段，可認為只受周向壓縮應(yīng)力。
為了系統(tǒng)起見，首先找出各種邊界條件下單元梁變形方程的解，從而得到在各種邊界條件下的M(f)和Q(x)，并且導(dǎo)出圓環(huán)、圓板的有關(guān)計算公式；然后考慮鋼繩拉力的降低系數(shù)和多層纏繞時的鋼繩纏繞系數(shù)；最后再對簡殼進行強度校核。
5.1.2筒殼許用應(yīng)力的確定
筒殼和支環(huán)的材料通常是A3和16Mn，鑄造支輪多用ZG350。A3的厚度在20～40mm時，＞230MPa，＝400MPa；16Mn的厚度在20～40mm時，＞290～330MPa，＝500MPa。
盡管從理論上分析得知筒殼和支輪所受的應(yīng)力是變化的，實踐也證明多數(shù)卷筒的失效都是在沒有顯著變形的情況下形成裂紋。但在設(shè)計計算時，都是按照靜強度的方法來計算，或按照與疲勞強度等效的靜強度計算。
安全系數(shù)的確定是一個比較復(fù)雜的問題。它主要取決于下列幾種因素：
（1）原材料的穩(wěn)定情況，包括材料性質(zhì)，原材料尺寸變化，制造工藝的穩(wěn)定性等；
（2）計算的精確度，包括外載荷，以及應(yīng)力等計算的精確程度；
（3）零件的重要程度。
根據(jù)卷筒的具體情況，它的原材料和制造工藝都比較穩(wěn)定，計算精度為中等，又是屬于比較重要的零件，根據(jù)經(jīng)驗可把其安全系數(shù)定為1.5～1.8。目前我國各廠家常取A3的許用應(yīng)力〔〕=140MPa，l6Mn的許用應(yīng)力〔〕＝180Mpa。它們也都在1．5～1．8之間?；蜻@樣計算，即取材料的脈動疲勞極限為（0．52～0．56），安全系數(shù)為1．5。這樣計算出的許用應(yīng)力亦與上述相近。但考慮到卷筒在成形或安裝時，會有局部凹陷的現(xiàn)象，故有人建議在按上述許用應(yīng)力計算出卷筒厚度之后再加上2～3mm。
卷筒的焊接和連接螺栓的許用應(yīng)力至今尚無統(tǒng)一認識，設(shè)計中可以參照卷筒的母材的許用應(yīng)力或參照結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范選取，見表5-1。
在滾筒上的螺孔及焊縫截面的變化處均有應(yīng)力集中，焊接處如不經(jīng)退火也會有殘余應(yīng)力存在。未經(jīng)處理的焊縫中心的殘余應(yīng)力是拉應(yīng)力，其值可達到屈服極限，當(dāng)它與工作應(yīng)力疊加時，造成平均應(yīng)力增加。這樣就大大降低許用疲勞強度，使壽命降低。消除的方法可以用退火，振動與錘擊以及火焰烘烤等方法，另外也可以用預(yù)熱法。
表5-1 焊縫和連接螺栓的許用應(yīng)力 單位MPa
5.1.3筒殼強度計算理論
如圖5-3所示，單元梁上所受的力總的可看作一個向下的均布線荷力和在支輪(支環(huán))處對單元梁的一個集中載荷和一個力偶。對支環(huán)來講只認為其作用于單元梁的是一個向上集中力。一般來講，支輪處對單元梁的作用是一個集中力和一個力偶，視為絞接時，認為支輪此處力偶為零。
已知集中力的影響區(qū)為，非影響區(qū)的筒殼段可視力只受均布載荷q的無限長梁。故在自由段內(nèi)，單元梁只受周向壓縮應(yīng)力： ，在剛性支輪處，c＝o，單元梁只受彎曲應(yīng)力，其壓縮應(yīng)力為零。在影響區(qū)內(nèi)，如圖5-3所示單元梁截面上，x方向有彎曲應(yīng)力，在截面內(nèi)有剪應(yīng)力，在2y平面內(nèi)作用有周向壓縮應(yīng)力。
圖 5-3
單元梁受力示意圖由前面可知道：，只和該處的撓度有關(guān)，是均布的。由材料力學(xué)的知識可以知道，在出的最大，并且只有和，且為主應(yīng)力。由于上面應(yīng)力的特性可以將其轉(zhuǎn)化為平面應(yīng)力狀態(tài)，由彈性力學(xué)可知
由大標(biāo)題中的內(nèi)容可知
在此為
代入式得
在某一個截面上，x0時，其非自由段認為，所以，對單元梁的強度校核，也就是對筒殼的強度校核，按第三強度理論。
在單元梁上處處成立。即
所以，筒殼的強度校核就歸為求y、M，然后尋找在x＝0處的強度校核
自由筒殼段的周向壓縮應(yīng)力
對單層纏繞可用以下公式計算，多層纏繞則把下面的C再乘上即可
5.1.4剛性支輪處筒殼的強度計算
目前4米以上提升機的焊接滾筒及鑄造支輪，當(dāng)Ll＞0.9/A時，可視為剛性支撐，其力學(xué)模型可歸結(jié)為一端固接的半無限長彈性基礎(chǔ)梁，受均布載荷q的作用，如圖5-4所示。
圖5-4受均布載荷作用圖
剛性支輪筒殼強度計算
在支輪附近，單層繩 ，多層繩 其中n為繩纏在滾筒上的層數(shù)。所以可得
查表可知，x=0處，有最大值，。故用x＝0處的最大彎曲應(yīng)力作為筒殼強度校核依據(jù)。
此時筒殼強度校核計算的公式為
對單層纏繞
對多層纏繞
5.1.5絞支支輪處筒殼的強度計算
當(dāng)鑄造支輪Ll＜0.9/β時，滾筒的支輪可視為絞支，其力學(xué)模型可歸為一端絞支的半無限長彈性基礎(chǔ)梁。由式
圖5-5
支輪筒殼強度計算
查表可知：在時，與有不為零的相應(yīng)值；在時，分別驗算此兩處的值。
在時
在時
采用求極值的辦法可精確地求出的值
]
對x求導(dǎo)，并令其值為零，得
在=0.462處：
所以，在絞支時筒殼的危險點出現(xiàn)在約處，筒殼強度的校核計算公式為
對單層纏繞
對多層纏繞 5.2 JK2X1.5型礦井提升機筒殼強度計算
5.2.1已知條件
鋼繩最大靜張力 F=58.8KN， 鋼繩的直徑 d=24.5mm
鋼繩彈性模量
鋼繩金屬斷面積
卷筒殼半徑 r=88.75cm
纏繞層數(shù) n=2； 輪轂半徑
纏繞節(jié)距 t=24.5mm+2mm=26.5mm
卷筒殼厚度 ； 圓盤厚
鋼