第１５卷第４期（总第９５期） ２０１０年８月 煤矿开采 ＣｏａｌｍｉｎｉｎｇＴｅｅｈｎｏｌｏｇｙ Ｖ０１．１５Ｎｏ．４（ＳｅｔｉｅｓＮｏ．９５） Ａｕｇｕｓｔ ２０１０ 矿井提升机主轴的静力学分析及其优化 牛艳奇 （灭地科技股份彳ｆ限公?ｄＪｒ采没ｉｆ．事业部．北京１０００１３） ［摘要］根据已知的数据采用ＰＲＯ／Ｅ对矿井提升机主轴三维建模，利用有限元分析的方法对 其进行有限元分析，并获得危险截面的应力分布，为主轴的校核提供精确的数据，并通过３种优化方案对主轴进行优化设计，缩短了设计周期，提高了设计效率。 ［关键词］ 矿井提升机；主轴；优化设计 ［中图分类号］ＴＨｌ３３．２［文献标识码］Ａ ［文章编号】１００６－６２２５（２０１０）０４－（１０９５－０３ ＳｔａｔｉｃｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｆ Ｍｉｎｅ Ｈｏｉｓｔｅｒ’Ｓ Ｍａｉｎ ＳｈａｆｔａｎｄＩｔｓＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ＮＩＵＹａｎ—ａｉ （ＣｏａｌＭｉｎｉｎｇ＆ＤｅｓｉｇｎｉｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＴｉａｎｄｉＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．．１ａｄ，Ｂｅｒｉｎｇ１０００１３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒａｐｐｌｉｅｄＰＲＯ／Ｅ ｔｏ ｂｕｉｌｄｉｎｇｕｐ ａ ３－Ｄｍｏｄｅｌｏｆｍｉｎｅｈｏｉｓｔｅｒａｎｄｍａｋｉｎｇｓｔａｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｂｙ ＦＥＭ．Ｉｔｏｂｔａｉｎｅｄ ｓｔｒｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｄａｎｇｅｒｏｕｓｓｅｃｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｄ ａｃｃｕｒａｔｅ ｄａｔａｆｏｒｍａｉｎｓｈａｆｔｃｈｅｃｋｉｎｇ．Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎｆｏｒｍａｉｎｓｈａｆｔ ｗａｓ ｍａｄｅｔｏ ｒｅｄｕｃｅｄｅｓｉｇｎｐｅｒｉｏｄａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄｅｓｉｇｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｎｅｈｏｉｓｔｅｒ；ｍａｉｎｓｈａｆｔ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ 矿井提升机足煤矿的主要提升设备，其可靠性和安全性足影响煤矿生产的匿要冈素。主轴足提升机的主要部件，如果出现断裂会对矿井造成最大经济损失，甚至导致人员伤亡。为了研究其安全性，本文以数值模拟技术为手段，为矿井提升机主轴完整性评价标准的建立提供理论依据‘１－２ｊ。 １ 矿井提升机主轴有限元模型的建立 在ＰＲＯ／Ｅ中创建矿井提升机主轴■维模型 （见图１）。 图１ ＰＲＯ／Ｅ创建三维模型 该主轴的材料为４５号碳素结构钢。材料的弹性模鼍Ｅ＝２０７０００ＭＰａ，泊松比Ｐ，＝０．３，假定该材料是线弹性，即不发生Ｊ｜再｛服川。 划分的单元采用ＳｏｌｉＤ９５，选用自由网格Ｆｒｅｅ来划分刚格，划分网格精度等级为ｌ级，为最高精度的网格ｉ３ｊ，共划分ｆｉｊ６７４５２个单元（如图２）。 图２ 网格划分后生成单元 如图３所示，在轴的１，２两个端面上限制了轴向位移，在３，４两个端向卜限制了径向位移。另外，为Ｊ，限制轴的刚性转动，在轴端施加Ｊ，绕轴转动的角位移约束Ｊｆ同时施加了扭矩，这样就等效地解决ｒ在静力分析中轴本身刚竹二旋转的影响。 对主轴静态的应力、应变分析，选用ＡＮＳＹＳ 的通用后处理器。通过应力、应变云图，可以形象地观察到主轴内部的应力应变的分布情况。 由图４，罔５分析结果，叮以清晰地看出主轴的受力和位移情况。存在Ａ，Ｂ，Ｃ３个危险截面，需要对这３个危险截面进行安全系数的校核，检验 ［收稿１３期］２０１０—０４—１３ ［作者简介］牛艳奇（１９７６一），男，河南平顶山人，工程师，主要从事综采工作面设备总体配套，液压支架设计研究，有限元分析等工作。 万方数据
第1章绪论 1.1 国内外提升及研究状况 近三十年来，国外提升机机械部分和电气部分都得到了飞速的发展，而且两者相互促进，相互提高。起初的提升机是电动机通过减速器传动卷筒的系统，后来出现了直流慢速电动机和直流电动机悬臂安装直接传动的提升机。上世纪七十年代西门子发明矢量控制的交一直一交变频原理后，标志着用同步电动机来代替直流电机实现调速的技术时代已经到来。1981年第一台用同步机悬臂传动的提升机在德国Monopol矿问世，1988年由MAVGHH 和西门子合作制造的机电一体的提升机(习惯称为内装电机式)在德国Romberg矿诞生了，这是世界上第一台机械和电气融合成一体的同步电机传动提升机。在提升机机械和电气传动技术飞速发展的同时，电子技术和计算机技术的发展，使提升机的电气控制系统更是日新月异。早在上世纪七十年代，国外就将可编程控制器(PLC)应用于提升机控制。上世纪八十年代初，计算机又被用于提升机的监视和管理。计算机和PLC的应用，使提升机自动化水平、安全、可靠性都达到了一个新的高度，并提供了新的、现代化的管理、监视手段。特别要强调的是，此时期在国外一著名的提升机制造公司，如西门子、ABB、ALSTHOM都利用新的技术和装备，开发或完善了提升机的安全保护和监控装置，使安全保护性能又有了新的提高。 就在国外科学技术突飞猛进发展的时候，我国提升机电控系统很长时间都处于落后的状况。直到目前为止，我国正在服务的矿井提升机电控系统大多数还是转子回路串金属电阻的交流调速系统，设备陈旧、技术落后。国产提升机安全性、可靠性差，在关键部位—上下两井口减速区段没有配套的有效的速度监视装置，就提升机控制技术而言，依然是陈旧的，和国外相比，我们存在很大的差距。 矿井提升系统的类型很多，按被提升对象分:主井提升、副井提升;按井筒的提升道角度分:竖井和斜井;按提升容器分:箕斗提升、笼提升、矿车提升;按提升类型分:单绳缠绕式和多绳摩擦式等。我国常用的矿用提升机主要是单绳缠绕式和多绳摩擦式。我国的矿井与世界上矿业较发达的国家相比，开采的井型较小、矿井提升高度较浅，煤矿用提升机较多，其他矿(如金属矿、非金属矿)则较少。因此在20世纪60年代开始单绳缠绕式矿井提升机采用较多。 目前我国提升机90%以上均采用交流绕线式异步电动机的拖动方式，其电控系统用于单绳缠绕式提升机的有TKD系列，多绳磨擦式提升机的有JKM、幻J系列。这几种提升机通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行起动和调速。串电阻调速是一种恒转矩调速方法转子功率的损耗随着串入的电阻的增大而增大。尽管转子串电阻调速方法很不经济，低速特性也很软，稳定性差，但是由于这种调速方法比较简单易行，起动转矩较大在拖动起重机等中、小容量的绕线式异步电动机中仍然应用广泛。 20世纪80年代，我国从瑞典、西德等国引进20多套晶闸管—直流电动机控制系统。直流电动机传动有两种电控系统，一种为直流发电机—直流电动机机组，另一种为晶闸管—直流电动机系统。我国自己生产的晶闸管—直流电动机控制系统应用于20世纪90年代。这种控制系统的优点是:体积小、重量轻、占地面积小;基础省、安装方便、建筑费用低;无齿轮传动部分(不需要减速器)、总效率高、电能消耗少;单机容量大，适用范围广;调速平稳、调速范围广、调速精度高;易于控制，能实现自动化，安全可靠;节约电能。 矿井提升机对安全性、可靠性和调速性能的特殊要求，使得提升机电控系统的技术水平在一定程度上代表一个厂或国家的传动控制技术水平。比较国内外矿用提升机系统，具体来说国外矿井提升机在电控方面的应用特点有以下几个方面: l)提升工艺过程微机控制 提升工艺过程大都采用微机控制，由于微机功能强，使用灵活，运算速度快，监视显
绪论 随着市场上产品更新换代的加快和对零件精度提出更高的要求，传统机床已不能满足要求。数控机床由于众多的优点已成为现代机床发展的主流方向。它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，在国内外都受到高度重视。 现代数控机床是信息集成和系统自动化的基础设备，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生产效率高、自动化程度高、对加工对象的适应强等优点。实现加工机床及生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向。可以说，机械制造竞争的实质就是数控技术的竞争。 本课题的目的和意义在于通过设计中运用所学的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。通过设计分析比较机床的某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计、计算和编写技术文件，达到学习设计步骤和方法的目的。通过设计学习查阅有关设计手册、设计标准和资料，达到积累设计知识和提高设计能力的目的。通过设计获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造一定的条件。
一、设计题目及参数 1.1 题目 本设计的题目是数控车床的主轴组件的设计。它主要由主轴箱，主轴，电动机，主轴脉冲发生器等组成。我主要设计的是主轴部分。 主轴是加工中心的关键部位，其结构优劣对加工中心的性能有很大的影响，因此，在设计的过程中要多加注意。主轴前后的受力不同，故要选用不同的轴承。 1.2参数 床身回转空间400mm 尾架顶尖与主轴端面距离1000mm 主轴卡盘外径Φ200mm 最大加工直径Φ600mm 棒料作业能力50～63mm 主轴前轴承内和110～130mm 最大扭矩480N·m 二、主轴的要求及结构 2.1主轴的要求 2.1.1旋转精度 主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷，低转速的条件下，主轴前端工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。 主轴组件的旋转精度主要取决于各主要件，如主轴、轴承、箱体孔的的制造，装配和调整精度。还决定于主轴转速，支撑的设计和性能，润滑剂及主轴组件的平衡。 通用（包括数控）机床的旋转精度已有标准规定可循。 2.1.2 静刚度 主轴组件的静刚度（简称刚度）反映组件抵抗静态外载荷变形的能力。影响主轴组件弯曲刚度的因素很多，如主轴的尺寸和形状，滚动轴承的型号，数量，配置形式和预紧，前后支撑的距离和主轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，主轴组件的制造和装配质量等。 各类机床主轴组件的刚度目前尚无统一的标准。 2.1.3抗振性 主轴组件工作时产生震动会降低工件的表面质量和刀具耐用度，缩短主轴轴承寿命，还会产生噪声影响环境。 振动表现为强迫振动和自激振动两种形式。
2 矿井提升机直流全数字传动理论分析 2.1 矿井提升机电气传动装置 2.1.1 概述 矿井提升机是矿井的关键设备之一。作为井上与井下的唯一输送通道，是矿井的咽喉部位。不难想象，矿井提升机运行性能的优劣，不仅直接影响到矿山的正常生产与产品产量，而且还与设备及人身安全密切相关。 矿井提升机种类繁多，按照井道结构，有立井与斜井之分；按照拖动电动机，有交流拖动与直流拖动提升机；按容器功能，则有箕斗与罐笼，箕斗又分为单箕斗和双箕斗，罐笼也有单罐笼和双罐笼，还有单层罐笼和双层罐笼之区别。按钢丝绳结构方式，则有单绳圆柱滚筒提升机和多绳摩擦轮提升机，按照速度图形式，则有三阶段，五阶段和六阶段速度的提升机。 在1894年AEG公司曾为西格兰德矿井提供了第一套配有直流发电机-电动机系统的矿井提升机，直到1965年，世界各地要求较高或容量较大的矿井提升机都一直沿用这类系统。此后，由于电力半导体技术的发展。特别是晶闸管的出现，对要求较高或多水平开采的矿井，其提升机几乎都采用了晶闸管变流装置供电的直流传动系统。 以交流电动机组成的交流传动系统，亦大量地应用于提升机。但就我国目前情况看，国产的交流传动矿井提升机大部分仍采用较老的控制方式，它是在绕线转子异步电动机的转子回路，串入多级电阻(也有用水电组的),逐渐切除电阻,实现分级调速;减速制动多采用能耗制动的方式；至于停车前的爬行段,常需另外增加一套附加装置,它可以是小容量异步电动机或低频(5Hz)电源。不过，这类系统的控制性能均不够理想，而且消耗大量的电能，从节能的观点出发，是不利的。这类系统一般仅用于容量不大，控制要求不高的单水平矿井提升机。从技术发展的角度看，由于电力半导体器件及微电子技术的发展，近年来变频调速技术迅速发展，使它有可能应用到提升机。国外已将交-交变频调速系统用于矿井提升机，我国也已引进这方面的技术，可望在短期内有较快的发展，但目前主要还是成本偏高，故在复杂的要求较高的多水平大容量的提升机中，占主导地位的仍属于直流传动系统。 2.1.2 提升机传动系统 a.直流发电机-电动机传动方式这是多年来具有代表性的传动方式，控制直流发电机的励磁，实现电动机变电枢电压调速，均匀的调节励磁电流和极性，可以方便地实现转速无级调节和四象限运行。目前几乎已完全为电力半导体静止变流装置所代替。
设计题目机床主传动系统设计系别机电工程分院 专业机械制造及其自动化学生姓名 专业班级 班级学号 设计日期
车床设计任务书一、设计题目 工件最大回转直径D max=300mm， /r 轴最低转速=355min /r 轴最高转速=1800min 电机功率P=3KW，公比Ф=1.26= 二、运动设计，确定结构式 1. 查表得 250 500 1000 265 530 1060 280 560 1120 300 600 1180 315 630 1250 335 670 1320 355 710 1400 375 750 1500 400 800 1600 425 850 1700 450 900 1800
475 950 1900 355，450，560，710，900，1120，1400，1800（共8级） 或者 Z=8 2.结构式、传动组和传动副数的确定 ①传动组和传动副数可能的方案有： 8=4×2 8= 2×4 8 = 2×2×2 第一行方案有时可以省掉一根轴。缺点是有一个传动组内有四个传动副。如果用一个四联滑移齿轮，则会增加轴向尺寸；如果用两个双联滑移齿轮，则操纵机构必须互锁以防止两个滑移齿轮同时啮合。所以一般少用。 第二行的方案根据 “前多后少”的原则。取8 = 2×2×2 的方案。 ②结构式或结构网的各种方案的确定 由①知方案有 a.4212228??= b.4122228??= c.2142228??= d.2412228??= e.1422228??= f.1242228??=
选择原则： I)传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围 降速传动中，主动齿轮的最少齿数受到限制m in u ≥41 ； 避免被动齿轮的直径过大升速传动比最大值max u ≤2（斜齿传动max u = 2.5）尽量减少振动和噪声； 各变速组的变速范围m ax R =max u /m in u ≤8-10 之间； 对于进给传动链，由于转速通常较低，零件尺寸也较小，上述限制可放宽些。 8.251 ≤≤进i 。故max 进R 14≤ 在检查传动组的变速范围时，只需检查最后一个扩大组。因为其它传动组的变 速范围都比它小。应为: max ) 1-(p n R R n x n ≤=? II)基本组与扩大组的排列顺序。 原则是选择中间传动轴变速范围最小的方案。 综上所述，方案4212228??= 较好 三、转速图与传动系统图 1.根据已知参数，取 4级电动机Y100L2-4，额定功率3KW ，满载转速1430min /r 本例所选定的结构式共有三个传动组，变速机构共需4轴。加上电动机轴
矿井提升机 是矿井井下和地面的工作机械。是一种大型绞车。用钢丝绳带动容器（罐笼或箕斗）在井筒中升降，完成输送物料和人员的任务。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，已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械。 目录
?1简介 ?2说明 ?3组成 ?4分类 ?缠绕式提升机 ?摩擦式提升机 ?制动装置 ?5绞车的调整和保养?绞车的调整 ?绞车的润滑 ?绞车的试运转 简介 编辑 名称：矿井提升机 英文名：mine hoist 2说明
编辑 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 3组成 编辑 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
矿井提升机的选型原则 在选择提升设备之前，首先应确定合理的提升方式，它对提升设备的选型，矿山机械设备对矿山的基本建设投资、生产能力、生产效率及吨煤成本都有直接的影响。 当矿井的年产量、井深及开采水平确定之后，就要决定合理的提升方式。提升方式与井简的开拓、井上井下运输等环节有着密切的关系，原则上应考虑下列几个因素： (1)对于年产量大于600kt的大、中型矿井，由于提升煤炭及辅助工作最均较大，一般均设主、副井2套提升设备。主井采用箕斗提升煤炭，副井采用罐笼完成辅助提升任务，如提升矸石、升降入员和下放材料、设备等。矿山机械设备对于年产量小于300kt的小型矿井，如果仅用1套罐笼提升设备就可以完成全部主、副井的提升仟务时，则采用丨套提升设备是经济的。对于年产量大于1800kt的大型矿井，主井往往需要2套箕斗提升设备，副井除配备1套罐笼提升设备外，多数尚需要设置1套单容器平衡锤系统专门提升矸石。 (2)一般情况下，主井均采用箕斗提升方式。但在特殊条件下，例如矿井生产的煤质品种多，且需分别运送，或是保证煤炭有足够的块度，只好采用罐笼作为主井的提升设备。 (3)为了提高生产率，中型以上的矿井原则上都要采用双钩提升。矿山机械设备如果矿井同时开采水平数过多，采用平衡锤单容器提升方式也是比较方便的。 (4)根据我国H前的实际情况，对于小型矿并，以采用单绳缠绕式提升系统为宜。对于年产量9001ct以上的大甩矿井，以采用多绳摩擦提升系统为宜。矿山机械设备对于中型矿并，如井较浅，可采用单绳缠绕系统；井较深时，也可采用多绳摩擦提升系统，或主井采用单绳箕斗，副井采用多绳摩擦罐笼提升。 (5)矿井若有2个水平，且分前、后期开采时，提升机、井架或井塔等大型固定设备要按最终水平选择。提升容器、钢丝绳和提升电动机根据实际情况也可按第一水平选择，待井筒延伸到第二水平时，另行更换，但电动机以换装一次为宜。 (6)对于斜井，目前应采用单绳缠绕式提升机。 (7)地面生产系统靠近井口时，采用箕斗提升可以简化煤的生产流程；若远离井口，地面尚需一段窄轨铁路运输，应采用罐笼提升。 以上所述，仅提出了决定提升方式的一般原则。矿山机械设备在具体的设计工作中，要根据矿井的具体条件，提出若干可行的方案，然后对基建投资、运转费用、技术的先进性诸方面进行技术经济比较，同时还要考虑到我国提升设备的生产和供应情况，才能决定合理的方案。矿山机械设备特别是计算机技术在煤矿的日益广泛应用，为矿井设计和优化设计提供了更为有利的条件。
毕业设计（论文） 题目：矿井提升机设计 姓名：饶祖文 2015年9月20日
摘要 毕业设计是培训学生综合运用本专业所学的理论和专业知识，用来分析和解决实际问题的能力的重要教学环节，对三年所学知识的复习与巩固。同样，也促使了同学们之间的相互探讨，相互学习。因此，我们必须认真、谨慎、塌实、一步一步的完成设计，给我们三年的学习生涯画上一个圆满的句号。 毕业设计是一个重要的教学环节，通过毕业实习使我们了解到一些实际与理论之间的差异。通过毕业设计，不仅可以巩固专业知识为以后的工作打下坚实的基础，而且还可以培养和熟练地使用资料、运用工具书的能力，在各位老师及有关技术人员的指导下锻炼自己独立思考、分析、解决问题的能力，把我们所学的课本知识与实践相结合起来，起到温故而知新的作用。在毕业设计过程中，我们要较系统地了解矿井提升设计中的每一个环节，包括从总体设计原则。本次设计综合三年所学的专业课程，以《设计任务书》的指导思想为中心，参照有关资料，有计划、有头绪、有逻辑地把这次设计搞好！ 由于时间仓促，再加上所学知识有限，设计中，难免出现错误或不当之处，恳请各位教师给予一定的批评和建议，我表示非常感激，并诚恳地接受，以便将来在不断的商讨和探索中，有更好的改进，以便在今后的人生道路上，不断完善。
目录 第1章绪论 (1) 1.1国内外提升机的研究状况 (1) 1.2课题研究的目的和意义 (4) 1.3本论文承担的任务 (8) 1.4小结 (10) 第2章矿井提升机的组成及分类 (11) 2.1科技名词定义 (11) 2.2矿井提升机的组成 (11) 2.3矿井提升机的分类 (11) 第3章矿井提升机的制动装置与安全装置 (13) 3.1矿井提升机的制动装置 (13) 3.1.1制动装置的组成及种类 (13) 3.1.2制动装置的作用 (13) 3.1.3《煤矿安全规程》对制动力矩的规定 (13) 3.1.4制动装置的有关规定 (14) 3.2矿井提升机的安全保护装置 (14) 3.2.1提升机机房的管理 (15) 3.2.2设备电气火灾的预防措施 (14) 3.2.3提升机机房的保安措施 (16) 3.2.4井下提升机电控制室对风量和温度的具体要求 (16) 3.2.5斜井（巷）提升，常用的跑车防护装置及设施类型 (16) 第4章提升机调速控制系统硬件实现 (17) 4.1引言 (17) 4.2提升机电控系统总体结构 (17) 4.3提升机电控制系统变频器的选择 (18) 4.4变频控制部分设计 (19) 4.4.1变频调速主系统设计 (19) 4.4.2变频器外电路设计 (21) 4.5PLC 控制部分设计 (25) 4.5.1基本控制功能 (25) 4.5.2位置检测电路 (28) 4.6硬件调速控制系统保护措施 (29) 4.6.1调速控制系统抗干扰处理 (30) 4.7小结 (33) 第5章提升机调速控制系统软件实现 (31)
矿井提升机的选型原则 对于年产量大于600kt的大、中型矿井，由于提升煤炭及辅助工作最均较大，一般均设主、副井2套提升设备。主井采用箕斗提升煤炭，副井采用罐笼完成辅助提升任务，如提升矸石、升降入员和下放材料、设备等。矿山机械设备对于年产量小于300kt 的小型矿井，如果仅用1套罐笼提升设备就可以完成全部主、副井的提升仟务时，则采用丨套提升设备是经济的。对于年产量大于1800kt的大型矿井，主井往往需要2套箕斗提升设备，副井除配备1套罐笼提升设备外，多数尚需要设置1套单容器平衡锤系统专门提升矸石。(2) 一般情况下，主井均采用箕斗提升方式。但在特殊条件下，例如矿井生产的煤质品种多，且需分别运送，或是保证煤炭有足够的块度，只好采用罐笼作为主井的提升设备。(3) 为了提高生产率，中型以上的矿井原则上都要采用双钩提升。矿山机械设备如果矿井同时开采水平数过多，采用平衡锤单容器提升方式也是比较方便的。(4) 根据我国H前的实际情况，对于小型矿并，以采用单绳缠绕式提升系统为宜。对于年产量9001ct以上的大甩矿井，以采用多绳摩擦提升系统为宜。矿山机械设备对于中型矿并，如井较浅，可采用单绳缠绕系统；井较深时，也可采用多绳摩擦提升系统，或主井采用单绳箕斗，副井采用多绳摩擦罐笼提升。(5)
矿井若有2个水平，且分前、后期开采时，提升机、井架或井塔等大型固定设备要按最终水平选择。提升容器、钢丝绳和提升电动机根据实际情况也可按第一水平选择，待井筒延伸到第二水平时，另行更换，但电动机以换装一次为宜。(6) 对于斜井，目前应采用单绳缠绕式提升机。(7) 地面生产系统靠近井口时，采用箕斗提升可以简化煤的生产流程；若远离井口，地面尚需一段窄轨铁路运输，应采用罐笼提升。以上所述，仅提出了决定提升方式的一般原则。矿山机械设备在具体的设计工作中，要根据矿井的具体条件，提出若干可行的方案，然后对基建投资、运转费用、技术的先进性诸方面进行技术经济比较，同时还要考虑到我国提升设备的生产和供应情况，才能决定合理的方案。矿山机械设备特别是计算机技术在煤矿的日益广泛应用，为矿井设计和优化设计提供了更为有利的条件。
浅析矿井提升机液压站常见故障分析与处理办法 液压制动系统是竖井提升机的重要保护装置，它由液压站和盘式制动器组成。液压站为制动器提供动力源，控制制动器的松闸与制动，其工作可靠性直接影响到提升设备的安全运行。本文针对液压站常见故障进行分析，并提出相应的处理办法。 标签：提升机液压站故障处理 0引言 目前提升机是我国矿井提升机制动装置大多采用液压盘式闸制动装置，该装置由液压站与盘形闸和电控系统组成。其中液压站是机制动系统的驱动和调节压力机构，液压站的稳定可靠运行是矿井安全提升的必要保证，其性能和质量直接影响设备和人身的安全。使用表明恒减速控制液压站，在紧急制动时，能使平均制动力矩随负载变化而变化，能实现恒减速控制，符合提升系统恒减速要求。但由于该液压制动系统和控制系统较为复杂，使用与维护不当会出现制动减速度超限和制动力矩不足等多种故障，以致造成严重后果。 1提升机液压站的作用 提升机液压站可作为盘型制动器提供不同的油压值的压力油，以获得不同的制动力矩。在事故状态下，可以使制动器的油压迅速降到预先调定的某一值，经过延时后，制动器的油压迅速回到零，使制动达到全制动状态。供给单绳双滚筒提升机调绳装置所需要的压力油。 2提升机液压站常见故障分析及处理办法 2.1漏油及油压不稳长期使用后，安全制动装置中的各集油路之间，以及阀与集油路间大量泄漏，且油压下降导致松不开阀，原因是它们之间的螺钉松动，将螺钉拧紧即可消除故障；油压不稳原因是液压系统中混入空气，应排除空气，或是电液调压装置线圈的电流滤波不好，线圈上下振动，造成油压不稳，加装电解电容器加强滤波即可。 2.2油压值不能保证原因是系统内有空气吸入，油箱内的油有好多泡沫，或者是溢流阀、电磁换向阀内泄漏大，处理方法：检查油泵吸油口是否泄漏；油泵吸油处管接头是否拧紧：吸油过滤器的螺钉是否拧紧：检查吸油过滤器到油泵吸油口处的管路是否漏气；检查油泵端盖螺钉是否拧紧；清洗溢流阀阀芯，如果阀芯在阀体内活动不灵活，可以用手拿住阀芯在体内来回研磨：清洗电磁换向阀阀芯，要求阀芯在阀体内运动灵活，保证工作时阀芯到位。 2.3零油压制动器不松闸系统没有压力的原因：油泵旋转方向反了或油泵没有输出液：电液比例装置上的溢流阀阀芯卡死，阻尼孔堵塞：油泵吸油口不畅
选择车床主轴材料,设计合理的加工路线,热处理工艺方案 摘要：根据车床主轴的工作情况,对材料的选用、其加工路线及相应的热处理工艺进行了分析,并就其操作提出了自己观点。 关键词：车床主轴；加工路线；热处理工艺；材料 一、材料的选择 主轴是车床上传递动力的零件，传递着动力和各种负荷，它的合理选材直接影响整台车床的精度和使用寿命。其主要实效形式如下：1、受横向力并传递扭矩，承受交变弯曲应力和扭应力，常常发生疲劳断裂。 2、轴颈和花键等部位发生相对运动，承受较大的摩擦，轴颈表面产生过量的磨损。 3、承受一定的过载和冲击和载荷，产生过量弯曲变形，甚至发生折断或扭断。 所以所选的材料应满足：良好的综合力学性能，即具有较高的强度刚度、足够的韧性、疲劳强度、变形小及对应力集中的敏感性低等性能以防止过载和冲击断裂，还要有良好的切削加工性，高的表面硬度和良好的耐磨性，以防止轴颈摩损。在设计时要充分考虑： 1、主轴的工作特性和技术要求。主轴的摩檫和磨损情况;主轴的载荷大小和载荷性质。
2、主轴热处理的要求。主轴的工作状况;主轴精密度和光洁度;主轴弯曲载荷和扭转力矩;主轴转速;主轴有无冲击载荷。 3、主轴热处理加工工艺实行的可能性以及经济性。 轴的常用材料为碳素钢和合金钢。 合金钢比碳素钢具有更高的机械性能和更好的热处理性能。含不同合金的钢可获得各种特殊性能。因此，对于载荷大并要求尺寸小，重量轻、耐高温或耐磨性、抗腐蚀性能要求高的轴可采用合金钢。合金钢对应力集中的敏感性高，因此设计时应从结构上避免或减小应力集中，并降低其表面粗糙度的数值。由于在常温下合金钢的弹性模量与一般碳素钢差不多，故选合金钢对提高轴的刚度没有实效。 而对形状复杂的轴可采用球墨铸铁。球墨铸铁具有良好的吸振性和耐磨性，对应力集中的敏感性低，且价格低廉，加工性好。但球墨铸铁的强度较低。 我们一般主轴承受交变弯曲应力和扭应力，在轻度或中等载荷、转速不太高，精度不很高，冲击、交变载荷不大的情况下，具有普通力学性能就能满足要求，一般采用45钢制造。这类材料强度和塑形、韧性等综合机械性能较好，一般经正火、调质处理，而且材料来源方便，加工性、经济性好。 在主轴大端的内锥孔和外锥体,因常与卡盘、顶尖有相对摩擦;花键部位与齿轮有相对滑动,故这些部位要求较高的硬度与耐磨性;主轴在滚动轴承中运转,工作时因轴颈与轴承不发生摩擦,故轴颈无耐磨性要求。钢轴的毛坯多数用轧制的圆钢和锻件。锻件的内部组织
矿井提升机的提升方式的选择 斜井提升在我国矿井应用极其广泛，它包括斜井串车、斜井箕斗及斜井带式输送机三种提升方式。采用斜井开拓具有初期投资少、建井快、地面布置简单等优点。但一般斜井提升能力小，钢丝绳磨损快，井筒维护费用高。 （1）斜井矿井提升机可分为单钩与双钩串车两种。其中，单钩串车提升井筒断面小，投资小，生产能力小，耗电量大，但可以用于多水平提升。双钩串车提升生产能力较大，但只能用于单水平提升。一般年产量在21万吨以下的小型矿井多采用单钩，年产量在30万吨左右的矿井多采用双钩，两者均适用于倾角在25°以下。 （2）斜井箕斗提升与串车提升相比，具有提升速度大，生产能力高，容器自重小及装卸载易实现自动化等优点。但需设置装卸载设备、建造煤仓，基建投资大。此外，为了提升矸石、下放材料、升降人员，需要外设置一套副井提升设备。箕斗提升一般采用双钩，适用于井筒倾角为25°~30°，年产量在30万t~60万t的矿井中。 （3）带式输送机提升这种提升方式具有安全可靠、运输量大，且易实现自动化，但初期投资较大，设备安装时间较长，并需要安装卸载煤仓等设备，一般用于年产量在60万吨以上，倾角小于18°的斜井中。《煤炭工业设计规定》规定：大型矿井的主斜井宜采用带式输送机提升。 注：矿井提升机按车场形式不同，又可以分为平车场和甩车场两种方式。甩车场提升方式的优点：地面车场及井口设备简单、布置紧凑、井架低、摘挂钩安全方便;缺点是提升循环时间长、提升能力小、每次提升电动机换向次数多、操纵复杂。矿井提升机平车场没有上述缺点，车场通过能力大，提升操作简单方便。但是，平车场需设置阻车器等辅助设备，故一般情况下甩车场多用于单钩提升，平车场多用于双钩提升。在串车提升中，为在车场内调车和组车方便，应注意一次升降的矿车数尽可能与电机车一次牵引的矿车数成倍数关系。
矿井提升机技术参数介绍及设备选型过程 目录 一、提升机相关参数 二、选型过程 三、MA标志查询办法 四、提升系统设计内容与步骤。 五、电机功率选择与校核 一、技术参数 1、卷筒宽度和直径 2、两卷筒中心距 3、最大静张力、最大静张力差 4、钢丝绳直径、绳速 5、提升高度、容绳量 6、减速器速比 7、电机功率、极数、电机型号简介 8、变位质量 JK-2/2JK-2提升机技术参数表 1、卷筒宽度和直径 卷筒直径：提升机卷筒上第一层钢丝绳中心到卷筒中心距离的2倍。 绞车卷筒的直径为：卷筒缠绳表面到卷筒中心距离的2倍。 二者概念有差别，相差1根钢丝绳的直径。 卷筒宽度：卷筒两个挡绳板内侧直间的距离。 卷筒直径和宽度决定了卷筒使用钢丝绳的最大直径和容绳量 2、最大静张力和最大静张力差 JK-2型提升机的最大静张力161KN，2JK-2型绞车的最大静张力和最大静张力差分别为61KN、40KN。 钢丝绳的张力，也就是钢丝绳的拉力。在单钩提升时，滚筒上只有一根钢丝绳，其拉力主要由提升容器、钢丝绳、提升载荷的重力构成。拉力最大值在天轮的切点处，载荷越大、井筒越深、容器重量越大钢丝绳的拉力就越大。最大静张力是针对提升机而言的，是强度允许的，滚筒上最大的拉力值 双钩提升时，滚筒上有两条钢丝绳，重载钢丝绳的拉力大，轻载钢丝绳的拉力小，两根钢丝绳拉力的差值就是静张力差。最大静张力差就是静张力差的最大值，是绞车强度所允许的，滚筒上两根钢丝绳拉力差的最大值。 通过以上分析，我们可以这样来理解二者。 对于单滚筒绞车，只有最大静张力，没有最大静张力差。最大静张力就是绞车强度所允许的容器、钢丝绳、提升载荷自重的总和。单位为重力单位：KN，最
矿井提升机选型及控制设计——毕业设计
矿井提升机选型及控制设计 摘要 矿井提升机是矿井运输的重要设备，是沟通矿井上下的纽带的，其任务是沿井筒提煤、矿石、矸石，下放材料，升降人员和设备。矿井提升机是煤矿、铁矿、有色金属矿生产过程中的重要设备，它的可靠运行直接关系到煤矿生产的安全，矿井提升机信号系统的可靠性和准确性是矿井提升和安全运输的重要保证。 本设计主要对矿井生产所用的提升机械设备选型及控制进行的一次合理选择，了解了煤矿生产矿井的提升系统的基构造和原理，对提升设备的选型和设计有了初步的了解，而且对井下大巷和采区的机械有了进一步的深入了解，对提升机，皮带，以及绞车的设计和选择有了更深一步的认识。设计中运用PLC控制技术，PLC系统采用三菱公司的FX2N系列作为主控制器，对井口、井底、机房信号台进行信号联络。组态设计使用WINCC完成，能够实现上位监控功能。使用编程软件实现信号的联络。 采用PLC控制不但提高了信号传输的可靠性和准确性,而且具有极大的灵活性和扩展性。在不改变系统硬件的前提下,仅靠改变PLC内部的程序就可满足用户要求。有效地解决了信号系统中的远距离传输和可靠性问题。 关键词：矿井提升机信号系统；提升机；钢丝绳；电
动机PLC；上位监控; WINCC 前言 毕业设计是培训学生综合运用本专业所学的理论知识和专业知识来分析,解决实际问题的能力的重要教学环节,是对三年所学知识的复习与巩固，同样，也促使了同学们之间的互相探讨，互相学习。因此，我们必须认真、谨慎、塌实、一步一步的完成设计，给我们三年的学习生涯画上一个圆满的句号。 毕业设计是一个重要的教学环节，通过毕业实习使我们了解到一些实际与理 论之间的差异。通过毕业设计不仅可以巩固专业知识,为以后的工作打下坚实的基础 ,而且还可以培养和熟练使用资料,运用工具书的能力.在各位老师及有关技术人 员的指导下锻炼自己独立思考、分析、解决的能力，把我们所学的课本知识与实
编号：AQ-JS-01063 ( 安全技术) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 矿井提升机盘式制动器工作可 靠性分析 Working reliability analysis of disc brake of mine hoist
矿井提升机盘式制动器工作可靠性 分析 使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科 学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。 1前言 矿井提升设备的主要任务是沿井筒提升煤炭、矸石，下放材料，升降人员和设备，所以矿井提升设备是联系井下与地面的重要设备，是联系井上下的咽喉。保证矿井提升设备安全可靠的工作关系到人员安全和设备的安全，故我们有必要对矿井提升设备进行安全性分析。 为了保证提升系统安全可靠工作，按照《煤矿安全规程》提升系统有防止过卷装置、防止过速装置、过负荷和欠压保护装置、限速装置、深度指示器失效保护装置、闸间隙保护装置、松绳保护装置、满仓保护装置、减速功能保护装置，这些保护发生作用最终得到安全停车的最后保障是制动闸安全可靠的安全制动工作。所以，
制动闸安全可靠是提升机安全可靠运行的最后保证，也是提升机安全可靠运行的基本保证。下面我们就主分析一下提升机制动闸。 现在我国提升机制动闸主要有两种类型，块闸制动系统和盘闸制动系统。块闸制动系统的不足之处在于产生的制动力较小，制动效果差，结构复杂，经过的环节多，经过现场考察闸瓦和制动轮同心度都不是太好，且有效接触面积一般较小，近几年因使用该类型制动系统，已发生过多次提升安全事故。部分单位已率先要求淘汰块闸制动系统，本人也建议淘汰块闸制动系统。下面主要分析一下盘形制动系统。 2盘形制动系统故障分析 2．1制动系统主要测试内容及要求 《煤矿机电设备完好标准》规定盘形闸制动系统瓦间隙一般为1~1.5mm，最大不得超过2mm；安全制动时空动时间不得0.3s；竖井提升时无论工作闸或保险闸工作时其制动力矩不得小于最大静负荷力矩的3倍；调绳时作用到单滚筒上的制动力矩不得小于该滚筒所悬吊负荷力矩的1.2倍；正在使用中的制动盘偏摆量≤1mm，
| | | 1.提升容器的选择 1）小时提升量： 式中-----不均衡系数。《规范》规定：有井底煤仓时为~;无井底煤仓时为; ----提升能力富裕系数。 2）提升速度： 式中---提升距离，罐笼提升时：；箕斗提升时：。 3）一次提升时间估算： 式中---提升正常加速度，通常； ---容器启动初加速及爬行段延续的时间，取5~10s； ---提升容器在每次提升终了后的休止时间，s。 4）一次提升量的确定： 2.钢丝绳的选择 1）钢丝绳的端部荷重： 式中---容器的载重量，即实际一次提升量,kg；---容器（包括连接装置）的重量,kg。 2）提升钢丝绳的单重： 式中---钢丝绳的公称抗拉强度，一般选=155~170； m----钢丝绳的静力安全系数；---钢丝绳的最大悬垂长度，m。
式中---尾环绳的高度，m。 式中S---两提升容器的中心距，m；对于单容器带平衡锤的提升系统，则为提升容器与平衡锤的中心距，m；---过卷高度, m；---提升高度, m。 式中---井底车场运输水平至在装载位置的提升容器底部的距离，在未最后确定前，一般按18~25m计算；---矿井深度； ---井口至卸载煤仓的高度，在未最后确定前，一般可取~ ; ---箕斗在卸载位置时，底部高出煤仓的高度，一般取~。 3）尾绳单位长度重量计算： 式中---尾绳设置的数量 3.提升机的选择 1）滚筒直径：； 式中：---滚筒的计算直径，mm；---已选定的钢丝绳直径，mm； ---已选定的钢丝绳中最粗钢丝的直径，mm。 2）提升钢丝绳作用在主导轮上的最大静张力和最大静拉力差： 最大静张力的计算内容见下表所示，即重载侧的静拉力； 最大静张力差式中：为轻载侧的静拉力，其计算内容见下表。
3-4 矿井提升机的制动装置 I教材分析： 本章内容是全教材的中心内容之一，而“制动装置”又是全章的重要一节。它从制动装置的功用出发，讨论了提升机上使用过的三种类型的制动装置，并侧重介绍了盘式制动器的布置方式、结构和工作原理。可以说，教材系统地较全面地介绍了矿井提升机的制动装备。关于重难点分析，首页已列。 n学员分析： 大多数学员来自主提升机作业岗位, 从事本工种作业时间大约两年以上，具有比较丰富的实践经验，但理论知识不足。所以，只有通过讲授，并结合生产实际案例讨论，才能真正达到本节课的教学目的。 另：鉴于春天容易犯困，须提醒学员集中精力听课。 皿教法确定： 一、引言：由现场案例引入教学，以便导入新课。 二、新课：由于本节内容主要是传授新知识，而且本节课内容理论性较 强，所以选用讲授法，用以阐述分析问题。 三、小结：作为本节课的要点归纳，选用总结法 IV教学实施:
引言： 教师由提升机的组成部分引入制动装置，再通过事故案例说明制 动装置的重要性。 板书：提升机是矿井提升工作的重要工作机械 制动装备是矿井提升机的重要组成部分 § 3-4矿井提升机制动装置（一） 一、 功用 教师列举制动装置的四项功用，并逐条讲解，最后归纳成 16个 字，以突出重点。 1、 提升终了或提升机不工作时，可靠地闸住提升机一一正常停 车 2、 在减速阶段或下放重物时，参与提升机的速度控制 工作 制动 3、 发生紧急情况时，能迅速而安全地闸住提升机一一安全制动 4、 双滚筒提升机更换水平、调节绳长时，松开死滚筒，闸住活 滚筒一一配合调绳 二、 组成 教师带领学生分析制动装置的组成，并介绍他们的分类情况 块闸式［角移式 1平移式 盘闸式 _____________________ ［油压式 控制、调节制动矩的部分* 、压气式 教师结合生产实际中的应用实例说明制动装备的应用情况 板书：KJ 型2—3米系列提升机一一油压角移式制动装置 KJ 型4—6米系列型提升机一一压气平移式制动装置 板书： 1.制动器一一产生制动力矩的部分V 三、应用
专业综合实验 --常用机床主轴的热处理及组织与性能分析 一、实验目的 1. 对于车床主轴的选材 2. 掌握车床主轴热处理工艺的制定及操作方法 3. 分析热处理工艺与材料性能的关系 二、实验原理 2.1热处理工艺 热处理主要是通过对钢材在固定范围内施以不同的加热、保温、冷却的过程，来改变其内部组织，从而获得所需性能的工艺方法。 热处理可以是工件加工过程中一个中间环节，也可以是使工件性能达到要求的最终工序，普通热处理基本工艺包括退火、正火、淬火和回火等。 图1 碳钢退火加热温度与铁碳平衡图的关系（1）钢的退火
钢的退火是将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。 根据钢件的成分及退火目的不同和工件退火时加热温度的不同，退火工艺一般为：①低温回火；②再结晶退火；③不完全退火；④完全退火；⑤等温退火； ⑥扩散退火等。各种退火工艺的加热温度与铁碳平衡图的关系见图11。 （2）钢的正火 钢的正火是将工件加热到A C1或Acm以上30-50℃，保温后在空气中冷却的一种热处理工艺。碳素钢退火、正火温度如表1所示。 表1 碳素钢退火、正火温度
（3）钢的淬火 钢的淬火是将钢加热到A C3或A C1以上30-50℃，保温后在不同的冷却介质中快速冷却，从而获得马氏体和（或）贝氏体组织的一种热处理工艺。 制定淬火工艺需要根据工件的化学成分、形状、尺寸选择适当的加热温度、保温时间和淬火冷却介质。常用的淬火剂的冷却能力如表2所示，常用淬火碱浴、盐浴剂的成分如表3所示。制定淬火工艺还需要选择适当的淬火方法，常用的淬火方法有单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火等。 （4）钢的回火 钢的回火是指把经过淬火后的钢在加热到A C1以下某一温度，保温一段时间，然后在空气中或油中冷却的热处理工艺。根据回火目的不同，回火又可以分为低温回火（〈250℃），中温回火（250～500℃），高温回火（500～650℃）。 2.2 钢在热处理状态下的显微组织及性能 碳素钢经过完全退火处理后的显微组织基本上与铁碳相图中的各种平衡组织相似。但在快速冷却条件下的显微组织就不能用铁碳相图来加以分析，而应由过冷奥氏体等温或连续转变曲线（C曲线）来确定。 随着碳素钢化学成分及冷却条件的不同，过冷奥氏体将发生不同类型的转变。共析钢过冷奥氏体在不同温度条件下转变的组织特征及其性能如表4所示。 （1）钢的退火和正火组织