多绳摩擦式提升机设计
摘要
目前我国许多煤矿矿井已经转向中、深部开采，矿井提升设备作为 煤矿的关键设备，在矿井机械化生产中占有重要地位。制动器是提升的 重要组成部分之一，直接关系着提升机设备的安全运行。
多绳摩擦提升机具有体积小、质量轻、安全可靠、提升能力强等优 点，适用于较深的矿井提升。本文利用大学期间所学课程针对多绳摩擦 轮提升机，对其滚筒和制动系统进行设计。
在对提升机的制动器选型过程中，因盘式制动器是近年来应用较多 的一种新型制动器，它以其独特的优点及良好的安全性能被广大用户认 可，特别是在结合了液压系统和PLC 控制之后，液压系统和PLC 超强的 控制性能为盘式制动器的应用提供了巨大的工作平台。 制动盘的制动力， 靠油缸内充入油液而推动活塞来压缩盘式弹簧来实现。
液压盘式制动器作为最新一种制动器，具有许多优点，所以它在现 代多种类型提升机中获得广泛的应用。它具有制动力大、工作灵活性稳 定、敏感度高等特点，对生产安全具有重要意义。
关键词：提升机；多绳摩擦；制动器；设计；液压传动。
Abstract
Currently many of our coal mine has turned to deep mining. Mine coal upgrading equipment as the key equipment holds an important position in mechanized production of the mine. The brakes are one of the important components of a direct bearing on Hoist the safe operation of equipment.
Multi-rope friction hoist with small size, light weight, safe, reliable, and strong ability to upgrade apply to the deeper mine hoist. In this paper, the braking system for four-rope friction round hoist have been designed.
In the hoist brake selection process, because in recent years disc brake is used in the new brakes It's unique strengths and good safety performance recognized by the majority of users. Especially in the light of the hydraulic control system and the PLC, Hydraulic System and PLC super performance of the disc brake provides a tremendous platform for the work. Brake disc braking force and rely on the fuel tank filled with oil that drives the piston to compress spring to achieve Disc.
Hydraulic disc brakes as the latest development of a brake, which has many advantages. Therefore it in a modern aircraft types to upgrade gain wider application. It is the braking force, flexibility stability, high sensitivity; on production safety is of great significance.
Keywords: Hoist? Multi-rope friction? Brake? Design? Hydraulic drive.
目录
摘要 (1)
Abstract (2)
前言 (7)
第一章 提升机的概述 (9)
1.1提升机的简介 (9)
1.2提升机的用途和发展概况 (10)
1.3提升机的工作原理 (13)
第二章 提升机的组成 (15)
2.1 工作机构 (15)
2.2 制动系统 (17)
2.3 机械传动系统 (17)
2.4润滑系统 (18)
2.5观察和操纵系统 (18)
2.6拖动，控制和自动保护系统 (19)
2.7辅助部分 (20)
第三章 提升机的选型计算 (21)
3．1设计依据 (21)
3.2提升容器选择 (21)
3.3钢丝绳及提升机选择 (22)
3.4．提升机的选择 (24)
3.5．电机的选择 (25)
3.6．提升机的校核 (25)
3.7 提升系统计算 (26)
第四章 提升机卷筒的设计 (29)
4.1卷筒的分类 (29)
4.2 卷筒绳槽的确定 (29)
4.3卷筒的确定 (30)
4.4 卷筒强度计算 (32)
第五章 卷筒主轴的设计 (34)
5.1 卷筒轴的受力分析与工作应力分析 (34)
5.2 轴的设计计算 (35)
5.3.确定各段轴的直径和长度 (36)
5.4轴的校核 (36)
第六章 提升机的制动系统 (38)
6.1 盘式制动器 (38)
6.2盘式制动器的设计计算 (41)
6.3 盘式制动器的调整和维护 (49)
第七章 提升机的液压站 (51)
7.1 液压站的功用 (51)
7.2 提升机液压站的工作要求 (51)
7.3 液压站的组成部分 (51)
7.4液压站的维护及注意事项 (52)
结论 (54)
致谢 (55)
参考文献 (56)
前言
目前，国外多绳摩擦式矿井提升机的发展方向是：发展落地式和斜 井多绳摩擦式提升机，研究其用于特浅井、盲井的可能性，以扩大起使 用范围；采用新结构，以减小机器的外形尺寸和重量；实现自动化和遥 控，以提高工作的可靠性和生产效率。
在国内外，多绳摩擦式提升机得到飞跃发展，同单绳缠绕式提升机 相比，它具备以下优点：
1）由于钢丝绳不是缠绕在卷筒上，所以提升高度不受卷筒容绳量的 限制，更适用于深井提升，这是多绳提升机较突出的优点。例如瑞典某 矿井使用50t箕斗的8绳提升机，提升高度为1300m主导轮的直径仅为4m， 若用单绳缠绕式提升机，则滚筒直径将达7.2到8m，缠绕宽度将达5到 4.5m，钢丝绳直径将为80mm，不仅设备重量大，而且设备和钢丝绳直径 过大，制造和安装使用维修都较困难。
2）由于提升容器是由数根钢丝绳所承担，提升钢丝绳直径就比相同 载荷下单绳提升的小，并导致主导轮直径小，因而在同样提升载荷下， 多绳提升机具有体积小，重量轻，节省材料，制造容易，安装和运输方 便等特点。
3）由于多绳摩擦式提升机运动质量小，拖动电动机的容量与耗电量 都相应减少。
4）由于多根钢丝绳提升，几根钢丝绳被同时拉断的可能性极小，因 此提高了提升设备的安全性，可不设断绳保险器（防坠器），这就给使 用钢丝绳罐道矿井提供了有利条件。
5）在卡罐和过卷的情况下，有打滑的可能性，可避免断绳事故发生。
6）由于多绳提升机的提升钢丝绳一般都是偶数，因而可以用相同数 量的左捻和右捻钢丝绳，这样，提升钢丝绳在运行中产生的阻力就可以 相互抵消， 从而减轻了提升容器因钢丝绳扭力而产生对罐道的侧向压力， 既降低了运行中的摩擦阻力，又可以减轻罐耳和罐道的单向摩擦，从而 延长了罐耳和罐道的使用寿命。
7）由于主导轮宽度较小，轴的跨度也小，改善了主轴的负载性能。
8）主导轮上不缠绳，提升钢丝绳没有在缠绳时沿轴中心方向上的挤 压力 （单绳缠绕式矿井提升机上会受这种力的影响， 通常称之为 “咬绳” ）， 而且，由于钢丝绳承受的动应力和静应力都低，因而有利于钢丝绳使用 寿命的提高。
通过本次的毕业设计， 进一步熟悉多绳摩擦式矿井提升机各部分的工 作原理，完成矿井多绳摩擦式提升机总体机构之中的各个部件的设计和 校核计算，使之能够在合适的矿井下进行运作，而且使提升机的生产效 率大大的提高，保证矿井工作的顺利进行。
第一章 提升机的概述
1.1 提升机的简介
矿井提升机是一种大型提升机械设备。由电机带动机械设备，以带 动钢丝绳从而带动容器在井筒中升降，完成输送任务。矿井提升机是由 原始的提水工具逐步发展演变而来。现代的矿井提升机提升量大，速度 高，安全性高，已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械。
矿井提升机主要由电动机、减速器、卷筒（或摩擦轮）、制动系统、 深度指示系统、测速限速系统和操纵系统等组成，采用交流或直流电机 驱动。按提升钢丝绳的工作原理分缠绕式矿井提升机和摩擦式矿井提升 机。缠绕式矿井提升机有单卷筒和双卷筒两种，钢丝绳在卷筒上的缠绕 方式与一般绞车类似。单筒大多只有一根钢丝绳，连接一个容器。双筒 的每个卷筒各配一根钢丝绳，连接两个容器，运转时一个容器上升，另 一个容器下降。缠绕式矿井提升机大多用于年产量在120万吨以下、井深 小于400米的矿井中。摩擦式矿井提升机的提升绳搭挂在摩擦轮上，利用 与摩擦轮衬垫的摩擦力使容器上升。提升绳的两端各连接一个容器，或 一端连接容器，另一端连接平衡重。摩擦式矿井提升机根据布置方式分 为塔式摩擦式矿井提升机（机房设在井筒顶部塔架上）和落地摩擦式矿 井提升机（机房直接设在地面上）两种。按提升绳的数量又分为单绳摩 擦式矿井提升机和多绳摩擦式矿井提升机。后者的优点是：可采用较细 的钢丝绳和直径较小的摩擦轮，从而机组尺寸小，便于制造；速度高、 提升能力大、安全性好。年产120万吨以上、井深小于2100米的竖井大多 采用这种提升机
矿井提升机具有以下特点：
（1）安全性
所谓安全性，就是不能发生突然事故。由于矿井提升设备在矿山生 产中所占的地位十分重要，其运转的安全性．不仅直接影响整个矿井的 生产，而且还涉及人员的生命安全。因此各国都对矿井提升设备提出了 极严格的要求。在我国这些规定包括在《煤矿安全规程》只中。
（2）可靠性
所谓可靠性，是指能够可靠地连续长期运转而不需在短期内检修。 矿井提升设备所担负的任务十分艰巨，不仅每年要把数十万吨到数百万 吨的煤炭和矿石从井下提升到地面，而且还要完成其他辅助工作。一个 年产150万吨的矿井，停产一天就要损失大约 20万元。因此矿井提升机 至少要服务二十年以上而不需大修。
（3）经济性
矿井提升设备是矿山大型设备之一，功率大，耗电多，大型矿井提 升机的功率超过1000KW。因此矿井提升设备的造价以及运转费用，也 就成为影响矿井生产技术经济指标的重要因素之一。
1.2 提升机的用途和发展概况
矿井提升设备是矿山运输中的咽喉设备,又是矿山最大的耗电设备。 西德、 瑞典等国是当今世界上制造矿井提升机较先进的国家,特别是多绳 摩擦式提升机更为突出。在这些国家的竖井中几乎全部采用较先进的多 绳摩擦式提升机,不仅广泛采用庞大井塔的塔式多绳摩擦提升机,而且越 来越多地使用较低的井架的落地式多绳提升机。它们的发展特点是体积 小,重量轻,终端提升量大,提升速度高,衬垫材料摩擦系数大又耐磨,液 压制动,运转安全可靠,自动化程度高,多机集中控制等。 生产的产品供世
界上二十多个国家使用。我国矿井提升设备在上述技术方面与发达国家 相比有一定的差距，自动化和多机集中控制技术方面差距大，产品在国 际市场上缺乏竞争能力。
内装式提升机在我国已有多台运行，作为高度机电一体化的，节能 新产品应重点发展。同时开展斜井提摩擦提升和布雷尔提升机的研制。
目前国外矿井提升机总的发展趋向是：
(1)向大型化发展 矿井大型化和要求提升机大型化之目的主要在于 获得更大的矿产量。1O年前，年产90～120万t的矿为大型矿。目前，就 世界范围而言，年产200～300万t的矿山也不算大， 仅仅算中、 小型矿 瑞 典最大地下矿将达1000 ～2500万r／a。 大型化主要体现在大容量的提升 容器。目前．世界上一次提升最大重量已达63t。国外大型提升机都采用 多绳摩擦式提升机。
(2)向自动化、遥控方向发展 自动化不仅仅是为了节省人力，更重 要的是适应大生产、集中控制、集中管理、系统联动的需要．也是保证 产量和提高劳动生产率的有效手段 同时也包含减轻劳动强度、节省人 力、电力和提高运行安全性。国外大型矿井提升机都广泛采用以多种保 护为基础的自动化运行．并能记录和处理各种生产数据、运行等资料。 英国完善了包括有全功能维护设计的可控硅供电，直接连接直流电动机 驱动系统和在井简中的提升机控制系统 目前国外主井几乎都是自动化 运行，副井由于机动性大．一般都是采用按钮控制和在罐笼内遥控。
(3)继续发展多绳提升机 一般浅井、提升重量不大时．可采用常规 缠绕式提升机；但当深井、提升重量大时，须采用多绳摩擦式提升机。 有相当一部分提升任务既可采用缠绕式提升机也可采用多绳提升机，如 果现场条件允许．则多绳摩擦式提升机更为经济。目前多绳缠绕式提升
机继续向更先进方向投展。有些国家生产的多绳提升机，塔式和落地式 多绳提升机大致各占5O%。
(4)发展各种新型和专用提升设备除目前已出现的落地式提升机、 布 雷尔提升机和采用钢芯胶带牵引的摩擦式提升机外；国外还研制了起重 式提升机、各种不同包围角的多绳摩擦式提升机(用于浅井)．另外，还 研制了不同形式的无绳提升设备，现已知的有机械式、电磁式、水力式 和风动式。
(5)采用“四新”(新技术、新结构、新材料和新工艺)采用“四新” 后，提升机主轴装置、制动系统、液压系统、操纵系统和驱动系统等各 部分不断改进提高，使整个多绳摩擦式提升机结构朝着体积小、重量轻、 效率高的方向发展。
国内矿井提升机的发展趋向是：
(1)发展多绳摩擦轮提升机，特别是大型落地式多绳提升机． 以及 斜井、斜坡道用的多绳提升机；
(2)不断改进井研制新型单绳及多绳缠绕式矿井提升机}
(3)可控硅供电及徽电子技术在提升机上应用，以及可编程序控制 器，遥控技术．交交变频调速等先进技术；
(4)研制应用高性能摩擦衬垫．高比压闸瓦等新技术、新材料；
(5)不断引进、消化、吸收国外先进技术，并用于制造国产矿井提升 机。淘汰落后技术，如块式闸及角移式闸．气动制动器，铸造结构并限 制减速器和控制继电器的使用。
1.3 提升机的工作原理
按工作原理不同，矿井提升机可分为两类：单绳缠绕式和多绳缠绕 式提升机。单绳缠绕式又可分为单卷筒提升机和双卷筒提升机。
单绳缠绕式提升机的工作原地如图l—1所示，简单地说，就是用一 根较粗的钢丝绳在卷筒上缠上和缠下来实现容器的提升和下放运动。
图1-1.1 单绳缠绕式提升机 图1-1.2 多绳缠绕式提升机 1-滚筒；2-钢丝绳；3-容器； 1-主导轮；2-钢丝绳；3-平衡尾绳；
4-平衡尾绳；5-天轮 4-容器；5-导向轮
图l—1
提升机安装在地面提升机房里，钢丝绳一端固定在卷筒上，另一端 绕过天轮后悬挂提升容器。图1—1所承为单绳缠绕式单卷筒提升机，卷 筒上固定两根钢丝绳，并应使每根钢丝绳在卷简上的缠绕方向相反。这 样，当电动机经过减速器带动卷筒旋转时，两根钢丝绳便经过天轮在卷 筒上缠上和缠下，从而使提升容器在井筒里上下运动。不难看出，单绳
缠绕式提升机的一个根本特点和缺点是钢丝绳在卷筒上不断的缠上和缠 下，这就要求卷筒必须具备一定的缠绕表面积，以便能容纳下根据井深 或提升高度所确定的钢丝绳悬垂长度。单绳缠绕式提升机的规格性能、 应用范围、机械结构等都是由这一特点来确定的。
单绳缠绕式双卷筒提升机具有两个卷筒，每个卷筒上固定一根钢丝 绳，并应使钢丝绳在两卷筒上的缠绕方向相反，其工作原理和特点与单 卷筒提升机完全相同。多绳摩擦式提升机的工作原理与单绳缠绕式提升 机不同，钢丝绳不是固定和缠绕在主导轮上，而是搭放在主导轮的摩擦 衬垫上，如图所示，提升容器悬挂在钢丝绳的两端，在容器的底部还悬 挂有平衡尾绳。提升机工作时，拉紧的钢丝绳必须以一定的正压力紧压 在摩擦衬垫上。 当主导轮由电动机通过减速器带动向某一个方向转动时， 在钢丝绳和摩擦衬垫之间使发生很大的摩擦力，使钢丝绳在这种摩擦力 的作用下，跟随主导轮一起运动，从而实现容器的提升和下放。不难看 出，多绳摩擦式提升机的一个根本特点和优点是钢丝绳不在主导轮轮上 缠绕，而是搭放在主导轮的摩擦衬垫上，靠摩擦力进行工作。同样，多 绳摩擦式提升机的规格性能、应用范围和机械结构等，都是由这一特点 来确定的。
多绳摩擦式提升机特别适应于深并和大产量的提升工作。多绳摩擦 式提升机与单绳缠绕式提升机比较，在规格性能、应用范围、机械结构 和经济效果等方而都优越得多，就深井和大产量来说，是坚井提升的发 展方向。
但是，根据我国目前浅井多、斜并多的特点，单绳缠绕式提升机仍 然是目前制造和使用的重点。对于部分深井和大产量的矿井，则应该合 理的选用多绳摩擦式提升机，而不宜选用大型的单绳缠绕式提升机。
第二章 提升机的组成
矿井提升机作为一个完整的机械——电气机组， 它的组成部分如图2 —1所示。
图2—1所示
2.1 工作机构
工作机构的作用是：
（1）缠绕或搭放提升钢丝绳；
（2）承受各种正常载荷(包括固定静载荷和工作载荷)，并将此载荷 经过轴承传给基础；
（3）承受在各种紧急事故情况下所造成的非常载荷，在非常载荷作 用下，主轴装置的各部分不应有残余变形；
（4）当更换提升水平时，能调节钢丝绳的长度(仅限于单绳缠绕式 双卷筒提升机)。
因此，主轴装置应保证主轴、卷筒和其它部分有足够的强度和刚度。 保安规程规定，主轴装置的卷筒或主导轮直径与钢丝绳和钢丝直径 的比值应符合下列要求我：
对地面提升设备
80 3 d D k , 1200 3 d D s (2-1)
对于井下提升设备
60 3 d D k ， 900 3 d D s (2-2)
式中 D ——提升机卷筒或主导轮名义直径（毫米）；
d k
——钢丝绳直径（毫米）； d s
——钢丝直径（毫米）； 调绳装置的作用是：当更换提升水平需要调节钢丝组的长度时，利 用调绳装置使游动卷筒与主轴脱开， 从而可以转动固定卷筒(此时游动卷 筒应用制动器闸住)调节钢丝绳长度。调绳结束时，利用调绳装置使游动 卷筒与主轴合上(即连接上)，以便恢复正常的提升工作。
2.2 制动系统
2.2.1 制动装置的功用
1)在提升机正常工作的减速阶段或下放重物时，参与调整提升机的 运行速度，并在提升终了时使之正常停车，即工作制动；
2）当提升机工作异常时使之迅速停车，以免事故扩大，即安全制 动；
3）当提升机检修时，使之保持不动；
4）双筒提升机在进行调绳操作时，是卷筒保持不动。
2.2.2 制动装置的类型
制动装置中的制动器按结构分为块闸和盘闸； 传动装置按传动能 源分为油压、气压及弹簧等。
JK型( ) m
3
~
2
? 和BM型提升机使用油压角移式制动装置。JK型
( ) m
6
~
4
? 和HKM3型提升机使用压气平移制动装置。JKA型提升机使用液
压综合式制动装置。XKT型、JK型、GKT型( ) m
2
? 、JKD型、JKM型、JKMD
型提升机使用液压盘式制动装置。矿用提升绞车使用手动角移式制动器 作为工作制动，重锤-电磁铁丝杠螺母操纵的角移式制动器或重锤-电力 液压推杆操纵的平移式制动器作为安全制动，担新系列JT型
( ) m
6 . 1
~
2 . 1
? 提升绞车则使用液压盘式制动装置。
2.3 机械传动系统
机械传动系统包括减速器和联轴器。
（1）减速器的作用：
矿井提升机主轴的转数由于受提升速度的限制，一般在l0一60转／ 分之间，而用作拖动的电动机的转数，一般在480一960转／分之间。这 样，除采用低速直流电动机拖动外，一般情况下不能将主轴与电动机直 接联接，中间必须经过减速器。因而减速器的作用是减速印传递动力。
（2）联轴器是用来联接提升机的旋转部分，并传递动力。主要有两 种：
蛇形弹簧联轴器(用于联接电动机和减速器高速轴)
齿轮联轴器(用于联接提升机主轴和减速器低速轴)
2.4 润滑系统
润滑系统的作用是：在提升机工作时，不间断地向主轴承、减速器 轴承和啮合齿面压送润滑油，以保证轴承和齿轮能良好的工作。润滑系 统必须与自动保护系统和字电功机联锁： 即润滑系统失灵时(如润滑油压 力过高或过低、 轴承温升过高等)， 主电动机断电， 提升机进行安全制动。 启动主电动机之前，必须先开动润滑油泵，以确保机器在充分润滑的条 件下工作。
2.5 观察和操纵系统
观测和操纵系统包括斜面操纵台、深度指示器和测速发电机奖置。
深度指示器的作用：
(1)指示提升容器的运行位置；
(2)容器接近井口卸载位置和井底停车场时， 发出减速信号；
(3)当提升机超速和过卷时进行限速和过卷保护；
(4)对于多绳摩擦式提升机，深度指示器还应能自动调零，以消除由 于钢丝绳在主导轮摩擦衬垫上的滑动、蛹动和自然伸长等所造成的指示 误差。
2.6 拖动，控制和自动保护系统
拖动、控制和自动保护系统包括主拖动电动机和微拖动电动机、电 气控制系统和自动保护系统。
矿井提升机根据交直流拖动系统的不同可分别采用三相绕线式感应 电动机或直流电动机。
矿井提升机自动保护系统的作用是：在司机不参与的情况下，发生 故障时能自动将主电功机断开并同时进行安全制动而实现对系统的保 护。
自动保护系统应具有如下性能：
(1)提升机超速时(包括等速和减速阶段的超速)自动对系统进行保 护；
(2)提升容器过卷时自动对系统进行保护；
(3)制动油欠压或超压时自动对系统进行保护；
(4)润滑油欠压或超压时自动对系统进行保护；
(5)轴承温升过高和制动油温升过高时自动对系统进行保护；
(6)闸瓦磨损超过规定值时自动对系统进行保护；
(7)电功机过电流或失压(断电)时自动对系统进行保护。
根据上述各项自动保护作用的要求，自动保护可分为提升机运行过 程中的自动保护和一次提升结束时的自动保护。
2.7 辅助部分
包括司机座、机座、护栏、挡板、护罩等辅助用品及材料。对于多 绳摩擦式提升机还包括导向轮装置及摩擦轮衬垫的车槽装置。