潞安職業技術學院畢業論文多繩摩擦式礦井提升系統 專 業 礦山機電 作者姓名 張小朋 指導教師 喬芳 吳彩霞 定稿日期：2012年3月9日 潞安職業技術學院畢業論文 摘 要 礦井提升系統是礦井運輸設備的重要組成部分，是礦山運輸的咽喉。多繩摩擦式提升系統在現代礦山行業中的應用十分廣泛，礦井提升系統的類型很多，按被提升對象分:主井提升、副井提升;按井筒的提升道角度分:豎井和斜井;按提升容器分:箕斗提升、籠提升、礦車提升;按提升類型分:單繩纏繞式和多繩摩擦式等。我國常用的礦用提升機主要是單繩纏繞式和多繩摩擦式。我國的礦井與世界上礦業較發達的國家相比，開采的井型較小、礦井提升高度較淺，煤礦用提升機較多，其他礦(如金屬礦、非金屬礦)則較少。多繩摩擦式礦井提升機主要由電動機、減速器、摩擦輪、制動系統、深度指示系統、測速限速系統和操縱系統組成，采用交流或直流電機驅動。采用低速電動機時可不用減速器，電動機直接與卷筒主軸相連，或將電動機轉子裝在卷筒主軸的末端。 關鍵詞：提升系統 維護 變頻調速 速度輸出 目 錄摘 要I第1章 提升系統概述11.1多繩摩擦式礦井提升機在國內外的發展現狀11.2 多繩摩擦式礦井提升機在我國的應用情況2第2章 多繩摩擦式礦井提升機32.1 多繩摩擦式礦井提升機的種類及其結構分析32.2 多繩摩擦式礦井提升機的優點及其局限性42.3 多繩摩擦式礦井提升機提升工作原理5第3章 多繩摩擦式礦井提升機的方案設計73.1 礦井參數73.2 多繩摩擦式礦井提升機的主要組成部分83.2.1 多繩摩擦式提升機的類型選擇93.2.2 車槽裝置9第4章 多繩摩擦式礦井提升機機械制動裝置114.1 多繩摩擦式礦井提升機的機械制動裝置114.2 盤式制動器的選擇12致 謝15參考文獻16 多繩摩擦式礦井提升系統第1章 提升系統概述 1.1多繩摩擦式礦井提升機在國內外的發展現狀 多繩摩擦式礦井提升機隨著科學技術的發展，其增長速度很快，使用范圍也日益增多，不僅立井使用，國外在斜井或露天斜坡也在使用，例如，聯邦德國米爾斯露天礦，1954年在斜坡上使用了單箕斗四繩提升機，采用封閉式鋼絲繩，直徑為32mm。又如，奧地利Wodzyki礦井是斜井，1960年以前就使用了雙繩摩擦式礦井提升機，井筒傾角是24度，斜長1138m，串車提升，繩速8m/s，提升6輛煤車和2輛矸石車，有效負荷13.56t，為了防止鋼絲繩在主導輪上產生滑動，在井底尾繩環處安裝種錘拉緊的導向輪。國內是使用的多繩摩擦式提升機也日益增多，1960年第一臺多繩摩擦式提升機投入運行以來，大量的這種提升機在我國安裝運行。 目前，國外多繩摩擦式礦井提升機的發展方向是：發展落地式和斜井多繩摩擦式提升機，研究其用于特淺井、盲井的可能性，以擴大起使用范圍；采用新結構，以減小機器的外形尺寸和重量；實現自動化和遙控，以提高工作的可靠性和生產效率，以適應深礦井和大生產量的需求多年來；大量采用先進的拖動、控制系統，甚至是全液壓型等。 隨著礦井開采深度不斷加深和采用集中提升方式，多繩摩擦式礦井提升機有較大的發展前途。并為此探索具有耐磨性好、摩擦系數高的摩擦襯墊材料。新結構的多繩纏繞式礦井提升機開始在一些國家使用，它對提升高度大的深井開采有重要意義；采用液壓馬達代替電動機的防爆提升機受到重視；氣力提升也正在研究和發展中。 現在，各國為爭奪用戶市場，開發了各種形式、規格的礦井提升機，以適應各國礦井的開采深度，達到高效、低能耗、低成倍的目的。礦井提升機的發展總趨勢可歸結為：在總體上向大負荷、高速、大型化方向發展。實用、經濟、高效、可靠的提升機產品是使用者和制造者共同的追求。 1.2 多繩摩擦式礦井提升機在我國的應用情況 我國多繩摩擦式礦井提升機的系列參數從1960年開始制訂，目前的品種有塔式和落地式；繩數上有二繩、四繩、六繩；直徑結構已達5.5m；主傳動形式有電動機通過減速器拖動和低速電動機直聯兩種。我國1958年設計生產了第一臺2m四繩塔式摩擦式礦井提升機，應用在阜新五龍礦。1960年又設計生產了3m四繩摩擦式礦井提升機，在寧夏石嘴山二礦使用。從此我國也開始應用塔式多繩摩擦式礦井提升機。 由于防震的需要，各礦山用戶紛紛要求有落地式多繩摩擦式礦井提升機供貨，所以在1977年利用河南大峪溝因地面面積限制，原設計的雙筒單繩提升機無法安裝的情況下，在無任何落地式多繩摩擦提升機參考資料的情況下，完全依靠自己力量，經5個月的努力和攻關，于1977年10月，使我國第一臺2m雙繩落地式礦井提升機在我國大峪溝誕生。隨后在1982年洛陽礦山機械研究所設計試制的一臺四繩落地式摩擦礦井提升機在廣東紅工礦運行，1983年由上海冶金礦山機械廠設計生產了3m四繩直流低速的落地式摩擦提升機在我國浙江長廣煤礦應用和鑒定。從此，我國的塔式和落地式多繩摩擦礦井提升機被礦山廣泛采用。 第2章 多繩摩擦式礦井提升機 2.1 多繩摩擦式礦井提升機的種類及其結構分析 多繩摩擦式礦井提升機的控制方式有手動、半自動和全自動等幾種。一般將布置在井 筒頂部塔架上的這種提升機稱為塔式多繩摩擦式礦井提升機，塔架高出地面幾十米，在地震區和地表土層特厚的礦區建造井塔耗資較大，但塔式的優點有： 1）緊湊省地；2）不需天輪； 3）全部載荷垂直向下，井架穩定性良好； 4）可獲得較大圍包角；5）鋼絲繩不致因無保護地裸露在雨雪之中而影響摩擦系數及使用壽命。 其缺點是：設備費用比落地式高，因為提升塔比普通井架更為龐大復雜，需要更多的鋼 材。塔式多繩摩擦式礦井提升機又可分為無導向輪系統和有導向輪系統兩種，前者簡單，后者的優點是可使提升容器在井筒中的中心距不受摩擦輪直徑的限制，可以減少井筒的斷面，同時可以加大鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角，其缺點是使鋼絲繩產生了反向彎曲，直接影響鋼絲繩的使用壽命。因此設計時應盡量不采用導向輪系統。提升機布置在地面的稱為落地摩擦式礦井提升機，這種提升機的提升繩通過井架天輪引入井筒，與容器相連。因落地式可以同時安裝提升井架和提升機，井架高度也低，故這種型式的多繩摩擦式提升機在我國受到重視。 多繩摩擦式礦井提升機主要由電動機、減速器、摩擦輪、制動系統、深度指示系統、測速限速系統和操縱系統組成，采用交流或直流電機驅動。采用低速電動機時可不用減速器，電動機直接與卷筒主軸相連，或將電動機轉子裝在卷筒主軸的末端。傳動功率大時，可采用2臺或4臺電動機同時驅動。一臺提升機的總功率已達到11600千瓦。制動系統是保證提升機安全運行的重要裝置。遇緊急情況時，制動系統應通過可調節制動力矩的液壓系統產生兩級安全制動，以保證提升機及時停車又不產生制動過猛現象。交流電動機驅動的提升機，其制動系統還要具有靈敏的制動力矩可調性能，以準確控制提升機在臨近停車點時的運行速度。 2.2 多繩摩擦式礦井提升機的優點及其局限性 在國內外，多繩摩擦式提升機得到飛躍發展，同單繩纏繞式提升機相比，它具備以 下優點： 1）由于鋼絲繩不是纏繞在卷筒上，所以提升高度不受卷筒容繩量的限制，更適用于深井提升，這是多繩提升機較突出的優點。例如瑞典某礦井使用50t箕斗的8繩提升機，提升高度為1300m主導輪的直徑僅為4m，若用單繩纏繞式提升機，則滾筒直徑將達7.2到8m，纏繞寬度將達5到4.5m，鋼絲繩直徑將為80mm，不僅設備重量大，而且設備和鋼絲繩直徑過大，制造和安裝使用維修都較困難。 2）由于提升容器是由數根鋼絲繩所承擔，提升鋼絲繩直徑就比相同載荷下單繩提升的小，并導致主導輪直徑小，因而在同樣提升載荷下，多繩提升機具有體積小，重量輕，節省材料，制造容易，安裝和運輸方便等特點。 3）由于多繩摩擦式提升機運動質量小，拖動電動機的容量與耗電量都相應減少。 4）由于多根鋼絲繩提升，幾根鋼絲繩被同時拉斷的可能性極小，因此提高了提升設備的安全性，可不設斷繩保險器（防墜器），這就給使用鋼絲繩罐道礦井提供了有利條件。 5）在卡罐和過卷的情況下，有打滑的可能性，可避免斷繩事故發生。 6）由于多繩提升機的提升鋼絲繩一般都是偶數，因而可以用相同數量的左捻和右捻鋼絲繩，這樣，提升鋼絲繩在運行中產生的阻力就可以相互抵消，從而減輕了提升容器因鋼絲繩扭力而產生對罐道的側向壓力，既降低了運行中的摩擦阻力，又可以減輕罐耳和罐道的單向摩擦，從而延長了罐耳和罐道的使用壽命。 7）由于主導輪寬度較小，軸的跨度也小，改善了主軸的負載性能。 8）主導輪上不纏繩，提升鋼絲繩沒有在纏繩時沿軸中心方向上的擠壓力（單繩纏繞式礦井提升機上會受這種力的影響，通常稱之為“咬繩”），而且，由于鋼絲繩承受的動應力和靜應力都低，因而有利于鋼絲繩使用壽命的提高。 但多繩摩擦式礦井提升機也有它的局限性：1）數根鋼絲繩的懸掛、更換時工作量大，維護檢修、調整工作較復雜。2）當有一根鋼絲繩損壞而需要更換時，為了保持各鋼絲繩具有相同的工作條件，則需要更換所有的鋼絲繩。 3）因不能調解繩長，故雙鉤提升不能用于幾個中段提升，也不適用于鑿井提升。 4）當礦井很深時（例如超過1200到1500m），鋼絲繩故障較多，故不適用于特別深的礦井提升。 5）由于使用數根直徑較細的鋼絲繩提升，鋼絲繩的外露總面積增加了，在井筒中受礦井腐蝕氣體侵蝕的面積就相應增加，加之由于鋼絲繩直徑較細，鋼絲繩的繩股中鋼絲直徑也較細，耐磨性也明顯降低，諸因素對鋼絲繩的使用壽命產生了不利的影響。尤其是對于某些礦井的淋水呈酸性，腐蝕性則是影響鋼絲繩使用壽命的重要原因之一。 綜上所述，多繩摩擦式礦井提升機的優越性是顯著的，特別是對提升量大的深井，單繩纏繞式提升機是無法比擬的。通過對多繩摩擦式礦井提升機的缺點進行分析，可以發現，這些缺點是可以克服和減輕的。例如，對于井筒中涌水較大的礦井，除了采取堵水的措施，以減輕對鋼絲繩的銹蝕外，還可以采用鍍鋅鋼絲繩，以提高抗腐蝕性能。另外在運行中還可以定期對鋼絲繩涂以防腐防滑的戈培油，以改善鋼絲繩的工作條件，總之，多繩摩擦式礦井提升機已成為現代提升的發展方向之一。2.3 多繩摩擦式礦井提升機提升工作原理 摩擦式提升機其特點是靠摩擦輪與鋼絲繩之間的摩擦力傳動。它又可以分為單繩和多繩兩種。近年來多采用多繩摩擦式提升機。摩擦式礦井提升機適用于鑿井以外的各種豎井提升。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。為提高經濟效益和安全性，摩擦式礦井提升機采用尾繩平衡提升方式，即配有與提升繩重量相等的尾繩。尾繩兩端分別與兩個容器（或容器和平衡重）的底部連接，形成提升繩-容器-尾繩-容器(或平衡重)-提升繩的封閉環路。容器處于井筒中的任何位置時，摩擦輪兩側的提升繩和尾繩的重量之和總是相等的。 第3章 多繩摩擦式礦井提升機的方案設計 本章將在前一章研究的基礎上，進一步對多繩摩擦式礦井提升機進行總體方案設計，對提升機各設備進行分類，研究各組成部分的功用及原理，并對其進行選型設計。圖3-1為多繩摩擦式礦井提升機系統圖。圖3-1 多繩摩擦式礦井提升機系統 3.1 礦井參數主井提升1）礦井年產量，90萬t/年；2）工作制度：即年工作日，日工作小時數t。設計規范規定: =300天, t=14h ；3）礦井開采水平數1,各水平井深為480；4）卸載水平與井口的高差為25；5）裝載水平與井下運輸水平的高差為13；6）煤的散集密度，1t/立方米；7）提升方式:雙箕斗提升，采用定重裝載。 3.2 多繩摩擦式礦井提升機的主要組成部分礦井提升機作為一個完整的機械-電氣機組，它的主要組成部分及其功能如下： 1）工作機構 主軸裝置和主軸承，作為搭放提升鋼絲繩，以承受各種正常載荷（靜載荷、動載荷） 以及非常載荷。2）制動系統 制動器和液壓傳動系統，用于機器停止時，能可靠地閘住機器。并能在正常制動和 緊急制動時，參與控制機器的速度，能使機器迅速停車。3）機械傳動系統 減速器和聯軸器，用以減速和傳遞動力。4）觀測和操縱系統 包括操縱臺、深度指示器及測速發電機。操縱臺控制主電動機的速度變化和換向及對制動系統進行控制；深度指示器指示提升容器的運行位置，在提升容器接近井口（或井底）時發出減速信號，當機器過卷或超速時，進行限速和過卷保護。對于多繩摩擦式提升機，能自動調零；測速發電機用于測定機器的實行運行速度。5）自動保護系統 自動保護系統具有：過速、過卷、閘瓦磨損超限、潤滑油超壓或欠壓、制動油超壓或欠壓、軸承溫升超限、制動油溫升超限、電動機過流或欠壓等自動保護的作用。6）輔助部分輔助部分包括司機座椅、機座、機架、護柵、擋板、護罩等輔助用具及材料。對于多繩摩擦式 提升還包括導向輪裝置及摩擦襯墊的車槽裝置。 3.2.1 多繩摩擦式提升機的類型選擇圖3-2 塔式摩擦提升礦井提升機 在這里我們選用塔式多繩摩擦式礦井提升機（如圖3-2）有導向輪系統，因為它具有以下優點：緊湊省地；不需天輪；全部載荷垂直向下；井架穩定性好；可獲得較大圍包角；鋼絲繩不致因無保護地裸露在雨雪之中而影響摩擦系數及使用壽命；可使提升容器在井筒中的中心距不受主導輪直徑的限制；可減小井筒的斷面；可加大鋼絲繩在主導輪上的圍包角。其缺點是：設備費用高；井架更龐大、復雜，需更多的鋼材；使鋼絲繩產生了反向彎曲，直接影響鋼絲繩的使用壽命。 3.2.2 車槽裝置 多繩摩擦式提升機在開始運轉前，為了增加提升鋼絲繩與摩擦襯墊之間的接觸面積，必須在襯墊上車出車槽。在提升機的運行期間，由于提升鋼絲繩之間的張力不同，造成了襯墊磨損不均勻，使各繩槽直徑產生誤差，為了保證所有各提升鋼絲繩均勻負擔繩端的負荷，當繩槽直徑誤差到某一定值時，也必須對襯墊繩槽進行車削，為此設置了專用的車槽裝置如圖3-3所示 車槽裝置安裝在主導輪的下方，每根鋼絲繩的繩槽部都有一個專用的車刀裝置1，它通過支承架固定在車槽架上，車削時要調整好車刀，使車刀的刀面與主軸中心線平行，轉動手輪可進刀和退刀，進刀量的大小，可以從刻度盤上看出，一般是每轉一格刻度，進刀量為0.1mm。可以同時車削全部繩槽，也可以單獨車某個或幾個繩槽。圖3-3 車槽裝置 第4章 多繩摩擦式礦井提升機機械制動裝置4.1 多繩摩擦式礦井提升機的機械制動裝置 礦井提升機的制動裝置，通稱制動器，是提升機一個非常重要的組成部分。制動器由執行機構和傳動機構兩部分組成，執行機構直接作用于制動輪或制動盤上產生制動力矩的部分，按其結構可分為盤式制動器和塊式制動器等。傳動機構是控制并調節制動力矩的部分，新型號提升機采用油壓盤式制動系統，舊型號提升機采用油壓或氣壓塊式制動系統。制動系統的作用有：（1）、保證提升容器按給定的狀態運動，并在需要的位置制動工作制動；（2）、在可能造成事故的不正常工作狀態下，緊急制動以保障人員和設備的安全緊急制動；（3）、更換水平調節繩時，制動活卷筒。工作制動，緊急制動時都可用手動或圖5-1盤式制動器調節制動力原理圖1活塞；2碟形彈簧；3閘瓦 盤式制動器的工作原理是用油壓松閘，以彈簧力制動，如圖4-1所示當向Y腔給入壓力油后，使活塞帶動筒體，襯板和閘瓦一起往左運動，壓縮碟行彈簧，形成松閘。當油壓下降時，在彈簧力的作用下，使活塞通過聯結軸推動筒體閘瓦向右運動，達到制動的目的。 調節制動力矩的原理如圖5-1所示，當閘瓦與制動盤接觸時，活塞就同時受彈簧的作 用力F2和制動油產生的壓力F1的作用，則一個制動器的閘瓦壓向制動盤的正壓力為： N=F2-F1當油壓P=0時，即F1=0,N=Nmax=F2，此時為全制動狀態。當油壓P=Pmax時，F1F2,閘瓦間隙大于零，為全松閘狀態，正壓力N的變化只受油壓力P的影響，即：N=P,而閘瓦與制動盤的摩擦系數一般不變，故正壓力的變化就反映了制動力的變化。 4.2 盤式制動器的選擇盤式制動器主要參數的計算1）制動力矩的計算根據卷筒上鋼絲繩的實際最大靜拉力差和安全規程的規定，制動力矩2）確定制動器的副數n=副 （5-1）因為盤式制動器均為對稱布置，故采用6個單頭制動裝置，所以去n=6副3）實際正壓力的計算 壓實現的。確定最大的工作油壓P，并依靠調整溢流閥的定壓彈簧壓緊程度，可以 保證油壓在不超過P的范圍內變化。 安全制動時，安全電磁鐵11斷電，電液調壓裝置中的滑閥處于最上面的位置，切斷了壓力油的通路，并使所有盤式制動器油缸中的壓力油分別金國“A”管和“B”管，與“A”管相連的制動器通過安全閥直接回油，很快的抱閘。同時，與“B ”管相連的制動器通過安全閥的節流閥，以較緩慢的速度回油，產生二級制動力矩。并可用調節安全伐的節流桿位置，來改變二級制動特性。節流桿在上面時，只是一級制動。 總 結 本設計是多繩摩擦式提升機總體機構設計，主要對礦井提升機主體進行設計和選型計算并且提升機附屬設備選擇兩