多繩摩擦式提升機(jī)的設(shè)計(jì)開題報(bào)告
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- 多繩摩擦式提升機(jī)的設(shè)計(jì)開題報(bào)告1題目背景與研究意義
多繩摩擦式提升機(jī)是礦山生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于煤炭，金屬等礦山開采行業(yè)中，承擔(dān)著溝通井上，井下，運(yùn)輸人員，物資任務(wù)，有礦山的“咽喉設(shè)備”之稱。大中型礦井的礦石運(yùn)量每年有數(shù)十萬噸之多，十幾噸重的設(shè)備需要在多變的采區(qū)巷道中整體運(yùn)到工作面，此外，材料設(shè)備的品種規(guī)格多、運(yùn)輸點(diǎn)分散、上下班時(shí)要求在短時(shí)間內(nèi)把人員送到各指定點(diǎn)等等，這一切都離不開礦山運(yùn)輸和提升。由于礦山運(yùn)輸與提升由多個(gè)環(huán)節(jié)和各種設(shè)備配套而成，如果某個(gè)環(huán)節(jié)中斷，就會(huì)使工作面和其他工作地點(diǎn)的作業(yè)陷于停頓，甚至?xí)䦟?dǎo)致全礦停產(chǎn)。關(guān)于多繩摩擦式提升機(jī)的研究設(shè)計(jì)，使其能夠更安全，可靠，經(jīng)濟(jì)地工作，對煤炭實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效具有重要意義。
運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)的理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)來分析,是對三年所學(xué)知識(shí)的復(fù)習(xí)與鞏固。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅可以鞏固專業(yè)知識(shí),還為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)鍛煉了我獨(dú)立思考、分析、解決的能力，把我所學(xué)的課本知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，了解礦運(yùn)及提升的設(shè)計(jì)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，包括從總體設(shè)計(jì)原則。
2礦山提升機(jī)的簡單介紹
礦山提升機(jī)是礦山大型固定機(jī)械之一，應(yīng)用廣泛而且重要。礦山提升機(jī)從最初的蒸氣機(jī)拖動(dòng)的單繩纏繞式提升機(jī)發(fā)展到今天的交-交變頻直接拖動(dòng)的多繩摩擦式提升機(jī)和雙繩纏繞式提升機(jī)，經(jīng)歷了180多年的發(fā)展歷史。
按照提升原理的不同，礦山提升機(jī)分為摩擦式提升機(jī)和纏繞式提升機(jī)。纏繞式提升機(jī)又分為單繩纏繞式提升機(jī)和雙繩纏繞式提升機(jī)。根據(jù)安裝位置的不同，多繩摩擦式提升機(jī)分為塔式摩擦式提升機(jī)和落地式摩擦式提升機(jī)[1]。塔式多繩摩擦式提升機(jī)又分為有導(dǎo)向輪的塔式多繩摩擦式提升機(jī)和無導(dǎo)向輪的塔式多繩摩擦式提升機(jī)兩種類型。這兩大類多繩摩擦式提升機(jī)布置示意圖如圖 1.1，圖中 1.1(a)為無導(dǎo)輪塔式多繩摩擦式提升機(jī)布置圖，1.1(b)為有導(dǎo)輪塔式多繩摩擦式提升機(jī)布置圖，圖 1.1(c)為落地式多繩摩擦式提升機(jī)布置圖。
( a) ( b) (c)
圖1.1 多繩摩擦式提升機(jī)布置示意圖
塔式多繩摩擦式提升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：提升機(jī)設(shè)備的布置不受礦井地形限制，結(jié)構(gòu)緊湊，占地少；不需要設(shè)置天輪；全部載荷垂直向下，井塔穩(wěn)定性較好；鋼絲繩不會(huì)裸露在雨雪之中，摩擦系數(shù)和使用壽命較高。其缺點(diǎn)是：設(shè)備的安裝費(fèi)用比落地式的高，同時(shí)提升塔比普通井架更加龐大、復(fù)雜，前期工程需要高額的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費(fèi)用；抗震性能不如落地式提升機(jī)好。
落地式多繩摩擦式提升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：提升機(jī)安裝在地面的機(jī)房內(nèi)，不需要建設(shè)提升塔，在井筒上設(shè)置井架，安裝兩組天輪，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費(fèi)用較低，前期投入較少；抗震性能好。其缺點(diǎn)是：需要更長的提升鋼絲繩；有部分提升鋼絲繩暴露在雨雪之中，提升鋼絲繩的摩擦系數(shù)和使用壽命較低[2]。
3國內(nèi)外相關(guān)研究情況
3.1 國外發(fā)展趨勢
目前,多繩提升機(jī)的應(yīng)用已由塔式發(fā)展成落地式,由豎井發(fā)展到斜井及露天礦的斜坡,由深井發(fā)展到淺井。如西德米爾斯露天礦在斜坡上使用了單箕斗4繩提升機(jī),鋼絲繩為封閉式,直徑32mm。又如奧地利(Wodgyki)煤礦的斜井采用一臺(tái)雙繩提升機(jī),其斜井長1138m,傾角24°,提升6個(gè)煤車,總重135.6kN,也可提56人,提升速度8m/s,可服務(wù)于幾個(gè)工作水平。又如法國馬賽的一個(gè)斜井,也采用了多繩摩擦式提升機(jī)。
3.2 大型化、高速度、全自動(dòng)
到1965年止,全世界所使用的礦井提升機(jī)已有70%實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化。目前,瑞典和西德生產(chǎn)的提升機(jī)幾乎全部自動(dòng)化。由于開采深度不斷加深,為提高生產(chǎn)效率,有效載重將不斷加大(已達(dá)500kN),提升速度不斷增加(最高已達(dá)25m/s)。據(jù)聯(lián)邦德國報(bào)道,近20年來,在最大井深增加到1200m的情況下,提升能力平均從5000kN/h,增加到11100kN/h。傳動(dòng)裝置的功率相應(yīng)地從4000kw增加到8000kw。如聯(lián)邦德國的大型6繩提升設(shè)備都帶有功率為9200kw的傳動(dòng)裝置和有效載重為420kN的箕斗(井深為1117m)。提升人員的罐籠提升設(shè)備也在不斷增大。如聯(lián)邦德國的罐籠提升設(shè)備在井深600m時(shí)的最大有效載重為460kN[3]。目前國外不斷擴(kuò)大多繩提升機(jī)的使用范圍,已經(jīng)使用在斜井或露天斜坡提升。最近幾年,奧地利和美國聯(lián)合經(jīng)營的拉登坦—?jiǎng)P爾特菱鎂公司的米爾恩特爾—阿爾帕礦的斜井,提升長度約240米,傾角22.5°,采用單鉤提升,即一個(gè)斜井箕斗,一個(gè)平衡錘的提升系統(tǒng)。斜井直徑為3.4米。采用雙繩摩擦式提升機(jī)。斜井有效載荷為4噸,提人時(shí)可為9人,摩擦輪直徑為1.5米,提升速度為2米/秒。一些國家的礦井開采深度不斷增加,許多大型礦井不斷建成,再加上壟斷資本家為了滿足他們夢寐以求的超額利潤,對生產(chǎn)效率的要求也越來越高。礦井深度:加拿大有的礦井深達(dá)1280米;南非礦井有的已達(dá)深度1615.44米~2286米[4]。
3.3 我國礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀
礦井提升機(jī)是煤炭、冶金、化工和建材礦井中的四大關(guān)鍵設(shè)備之一,作為豎井提升礦物和升降人員、材料設(shè)備之用。礦井提升運(yùn)輸不僅關(guān)系著礦山的正常生產(chǎn),而且關(guān)系到礦工的生命安全。目前,洛陽礦山機(jī)械廠已生產(chǎn)出JK型2～4m單繩提升機(jī),JKM型1.85×4～4×4塔式多繩提升機(jī),JKMD型2.8×2、2.8×4落地式多繩提升機(jī),研制成功JKM型4×4低速直聯(lián)提升機(jī),已引進(jìn)瑞典ASEA公司先進(jìn)的單繩直徑為3雙筒和直徑為4×4落地式多繩提升機(jī)軟件技術(shù)。上海冶金礦山機(jī)械廠已生產(chǎn)出JKD(JKM)0.8×4～4×6、JKMD3.5×4多繩提升機(jī)。重慶礦山機(jī)械制造GKT2~2.5m單繩提升機(jī),JKM1×4~1.85×4多繩提升機(jī)。國內(nèi)提升機(jī)存在的主要問題：
(l) 大型提升機(jī)缺乏,無法滿足大型礦井的需要
目前,國內(nèi)單繩提升機(jī)己成系列,品種規(guī)格齊全,可裝備年產(chǎn)量120萬噸以下的礦井。多繩系列中,井塔式共有十三種規(guī)格。僅制造過八種,其中較小規(guī)格和較大的規(guī)格未試制;落地式十一種規(guī)格,僅制造了3.5×8、2.8×4、2.8×2。當(dāng)前多繩提升機(jī)可裝備年產(chǎn)200萬噸以下礦井。年產(chǎn)300、400萬噸礦井用的大型提升機(jī)未研制,缺乏設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn),滿足不了國內(nèi)對大型落地式多繩提升機(jī)的迫切需要。
(2) 設(shè)計(jì)方法陳舊,沿用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式,套用現(xiàn)成的圖紙,采用類比經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
(3) 整機(jī)的可靠性差及某些主要零部件的壽命低
產(chǎn)品技術(shù)水平較低,制造和安裝的質(zhì)量較差。如減速器、液壓裝置、制動(dòng)器漏油;彈性基礎(chǔ)減速器振動(dòng)過大;軸承質(zhì)量差,徑向跳動(dòng)超差,噪音大,卷筒焊縫早期開裂;電控元件性能不穩(wěn)定。
(4) 提升系統(tǒng)成套性差在提升機(jī)配套上存在很大差距
大功率直流可控硅供電不過關(guān),設(shè)計(jì)只能選用機(jī)紐供電,以至換流效率僅有90%,造成體積大、耗電高,維護(hù)工作量大;襯墊的厚擦系數(shù)低,大型低速直聯(lián)懸掛式電機(jī)主軸裝置,高精度深度指示器和行程控制器,可編程序控制器在提升機(jī)的應(yīng)用急待解決,配套鋼絲繩強(qiáng)度低,壽命短,鋼絲繩增摩油不過關(guān);提升容器的容量小;井筒開關(guān)等電氣元介和傳感元件可靠性差[5]。
3.4 今后礦井提升機(jī)發(fā)展方向和目標(biāo)
根據(jù)市場調(diào)研分析, 我國未來幾年煤炭冶金等行業(yè)需新增大型礦井提升機(jī)400～600臺(tái)套, 主要用于國家煤炭重點(diǎn)建設(shè)礦井的主提升系統(tǒng); 另一方面現(xiàn)有礦井提升設(shè)備的挖潛改造, 特別是礦井延深, 同時(shí)20世紀(jì)60～80年代生產(chǎn)的提升機(jī), 大部分已超役，需更新。綜合估算將需提升機(jī)1500-1 600臺(tái)套, 且大型和特大型約占55 % , 而井筒延深約占2 0 % , 提升機(jī)市場廣闊[6]。
4本課題研究的主要內(nèi)容
摩擦式提升機(jī)主要有提升容器、提升鋼絲繩、電動(dòng)機(jī)、天輪、減速箱、主軸、井架及裝卸載設(shè)備等組成。在礦井生產(chǎn)過程中，不僅要求提升設(shè)備具有較高的安全可靠性，而且要求具有很好的經(jīng)濟(jì)性能。提升設(shè)備屬大型設(shè)備，耗電多、投資大、運(yùn)營費(fèi)用高，應(yīng)結(jié)合礦井的實(shí)際生產(chǎn)條件，確定最經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案。
4.1 本課題研究的方法：
⑴充分了多繩摩擦式提升機(jī)，熟悉其發(fā)展?fàn)顩r、詳細(xì)構(gòu)造和工作原理；
⑵根據(jù)多繩摩擦式提升機(jī)的主要參數(shù)，對其各主要部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算；
⑶完成校核；
4.2 本課題研究方案的選擇：
這次摩擦式提升機(jī)的設(shè)計(jì)，我選擇塔式摩擦提升機(jī)：其主要部分有電動(dòng)機(jī)、高速輸出軸裝置、減速箱、低速輸出裝置、主軸（主軸與輪轂整體鑄造）、摩擦輪、軸承支座與軸承等。變速箱的變速結(jié)構(gòu)為齒輪傳遞變速，由兩對嚙合齒輪來傳遞和降低轉(zhuǎn)速，從而使主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到要求，變速箱低速輸出軸與主軸的聯(lián)接采用齒輪聯(lián)軸器。其中最重要的部分就是主軸與摩擦輪的聯(lián)接方式，我有兩個(gè)選擇，一個(gè)是采用鍵聯(lián)接，另一個(gè)是螺栓聯(lián)接。雖然鍵聯(lián)接是常用的軸與輪聯(lián)接方式，但是在摩擦提升機(jī)中，由于主軸要承擔(dān)巨大的載荷，因此主軸本身的結(jié)構(gòu)必須要保證對稱，如果用鍵聯(lián)接，則會(huì)破壞主軸的剛度性能，提升系統(tǒng)的安全性不能得到保證。而螺栓聯(lián)接一般用于小部分的、強(qiáng)度不高的聯(lián)接，所以我準(zhǔn)備采用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接，同時(shí)主軸與輪轂采用整體鑄造和加工，以保證螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度。對于鋼絲繩的選擇，我選擇常用的四繩摩擦式提升機(jī)，而對于鋼絲繩直徑的要求，則取決于于載荷的大小以及載荷的運(yùn)動(dòng)速度，這要通過詳細(xì)的計(jì)算和驗(yàn)證來確定鋼絲繩的直徑與摩擦輪的直徑。
4.3 本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已展開工作
本課題的重點(diǎn)是：繪制多繩摩擦式提升機(jī)的裝配圖。
本課題的難點(diǎn)是：減速器作為重要的中間裝置，它保證了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)進(jìn)度，如何設(shè)計(jì)減速器以及確定不同的輸出轉(zhuǎn)速至關(guān)重要，而且采用怎么樣的變速裝置，以及變速裝置的各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算也要求務(wù)必準(zhǔn)確。
前期已展開工作：查閱多繩摩擦式提升機(jī)的相關(guān)資料，了解其組成及裝配關(guān)系；并為進(jìn)一步的設(shè)計(jì)做好充分準(zhǔn)備。
5預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
1) 整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是提升鋼絲繩和提升容器的選擇和相關(guān)參數(shù)計(jì)算，鋼絲繩作為連接和提升的關(guān)鍵，其各項(xiàng)參數(shù)必須重視，防滑安全系數(shù)的計(jì)算，以求滿足負(fù)載要求，同時(shí)保證安全性，最后還要進(jìn)行檢驗(yàn)和校核，特別是壽命計(jì)算；
2) 根據(jù)負(fù)載和鋼絲繩的具體要求來決定主導(dǎo)輪和摩擦襯墊的設(shè)計(jì)與選擇，同時(shí)間接地確定主導(dǎo)輪的半徑和寬度等尺寸；
3）選擇合適的電動(dòng)機(jī)類型，滿足提升機(jī)提升速度的要求，并且認(rèn)真考慮工業(yè)用電的一般參數(shù)；
4）確定聯(lián)軸器的各項(xiàng)基本尺寸，選擇合適的輸入軸連接裝置，保證能最大程度降低剛性沖擊，提高使用壽命；
5）計(jì)算滿足提升要求的主軸轉(zhuǎn)速，并以此設(shè)計(jì)減速器的結(jié)構(gòu)，并計(jì)算和校核齒輪等零件的強(qiáng)度和使用壽命并檢驗(yàn)；
6）合理選擇或者設(shè)計(jì)主軸連接裝置，以此保證主軸的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，減小剛性沖擊，同時(shí)要計(jì)算連接裝置的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度等參數(shù)，同時(shí)考慮軸承的選擇類型以及選擇該類型軸承的作用與優(yōu)點(diǎn)；
7）設(shè)計(jì)主軸與主導(dǎo)輪的連接方式，盡可能使主導(dǎo)輪在主軸上的滑移偏差最小化，同時(shí)計(jì)算軸承的負(fù)載情況，并且考慮具體情況，以此選擇合適的軸承來保證主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定；
8）繪制提升機(jī)的動(dòng)力設(shè)備的裝配圖，同時(shí)繪制主要的零件圖；
6完成本課題的工作方案及速度計(jì)劃
第1周－第3周：查閱資料，完成基礎(chǔ)知識(shí)的積累和開題報(bào)告；
第4周－第5周：制定初步設(shè)計(jì)方案；
第6周－第8周：主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算；
第9周－第14周：應(yīng)用AutoCAD軟件繪制總裝配圖以及主要部件的零件圖；
第15周：進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)，編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，并做好答辯的準(zhǔn)備；
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