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河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計論文
目 錄
前 言 4
1、緒論 5
1.1 礦井提升機的任務及其地位 5
1.2 礦井提升機的發(fā)展歷程 6
1.2.1 纏繞式提升機的發(fā)展狀況 6
1.2.2 各個系列提升機的主要特點 6
1.3 礦井提升機的類型和工作原理 8
1.3.1 礦井提升機的類型及其組成部分的特點 8
1.3.2 礦井提升機的工作原理 10
2提升機的選型和計算 18
2.1.1 罐籠選擇 18
2.1.2 鋼絲繩設計及選擇 18
2.1.3提升機的選用 19
2.2 提升機的運動學計算 20
2.2.1 選擇加減速度 20
2.2.2 速度各參數的計算 20
2.3 提升動力學計算 21
2.3.1 預選電動機 21
2.3.2 提升系統(tǒng)的變位質量 21
2.3.3 力圖的計算 22
3 提升機減速器的設計 25
3.1 減速器的作用 25
3.2 減速器的國內外現狀 25
3.3 減速器的總體設計 26
3.3.1 擬定傳動方案 26
3.3.2 電機選型 27
3.3.3傳動裝置的總傳動比及其分配 27
3.3.4 計算傳動裝置的運動和動力參數 28
3.4 齒輪設計 29
3.4.1 高速級齒輪設計 29
3.4.2 低速級齒輪設計 37
3.5 軸的設計 44
3.5.1減速器高速軸1的設計 44
3.5.2 中間軸2的設計 49
3.5.3 低速級軸3的設計 51
4提升機制動裝置的結構設計 54
4.1 礦井提升機制動裝置的功用及類型 54
4.1.1 制動裝置的功用 54
4.1.2 制動裝置的類型 54
4.1.3 制動系統(tǒng)的要求 55
4.2 制動裝置的有關規(guī)定和要求 55
4.3 制動器的主要類型 56
4.3.1 塊閘制動器 56
4.3.2 綜合式制動器 59
4.3.3 盤式制動器 60
4.4 液壓盤式制動器的結構和工作原理 61
4.4.1 液壓盤式制動器的結構 61
4.4.2 液壓盤式制動器的工作原理 62
4.5盤式制動器的設計計算 63
4.5.1 盤式制動器工作時所需制動力 63
4.5.2 每副閘應有的制動力矩 66
4.6 盤式制動器的調整和維護 66
4.6.1 閘瓦間隙的調整 66
4.6.2 蝶形彈簧的檢查 67
4.7 提升機液壓工作站的設計 67
4.7.1 液壓站的功用 67
4.7.2 對交流拖動提升機液壓站的工作要求 68
4.7.3 液壓站的組成部分 68
4.7.4 液壓站類型及其結構原理 69
4.7.5 制動力的調節(jié) 72
4.7.6 液壓站的維護及注意事項 76
總 結 78
致 謝 79
參考文獻 80
附錄 81
摘 要
目前我國許多煤礦礦井已經轉向中、深部開采，礦井提升設備作為煤礦的關鍵設備，在礦井機械化生產中占有重要地位。制動器是提升機(提升絞車)的重要組成部分之一，直接關系著提升機設備的安全運行。多繩摩擦提升機具有體積小、質量輕、安全可靠、提升能力強等優(yōu)點，適用于較深的礦井提升。本文針對JK型提升機，對其制動系統(tǒng)進行設計。在對提升機的制動器選型過程中，因盤式制動器是近年來應用較多的一種新型制動器，它以其獨特的優(yōu)點及良好的安全性能被廣大用戶認可，特別是在結合了液壓系統(tǒng)和PLC 控制之后，液壓系統(tǒng)和PLC 超強的控制性能為盤式制動器的應用提供了巨大的工作平臺。制動盤的制動力，靠油缸內充入油液而推動活塞來壓縮盤式彈簧來實現。
液壓盤式制動器作為最新一種制動器，具有許多優(yōu)點，所以它在現代多種類型提升機中獲得廣泛的應用。它具有制動力大、工作靈活性穩(wěn)定、敏感度高等特點，對生產安全具有重要意義。
關鍵詞：提升機；單繩摩擦；制動器；設計；液壓傳動。
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 hoistthe 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 JK type 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 use。Especially in the light of the hydraulic control system and the PLC, Hydraulic System and PLC super performance of the disc brake provide 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.
前 言
我國是個能源大國，也是礦山機電設備制造和使用大國。從20世紀50年代仿造第一臺礦井提升機以來，至今已設計制造、使用了近600多臺。隨著社會需求和現代技術的高速發(fā)展，礦山工業(yè)企業(yè)亟待生產設備及設施的機械化、電氣化、現代化。而礦山工業(yè)的提升機是咽喉設備，產品不斷更新?lián)Q代，老產品運行年深日久，原本落后的結構問題暴露突出，故障增多，嚴重影響礦山的安全運轉，抑制了礦山工業(yè)的高速發(fā)展，給國民經濟帶來了不良的影響。
隨著國內礦井生產量的日新月異的提高，對提高提升機的安全性、可靠性、生產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、處理設備事故的速度與對策等，成了迫切要求。
本次設計是關于2JK-2.0/20單繩纏繞式礦井提升機的設計，在本次設計中將大學四年所學習的材料力學，理論力學，機械制造，機械設計，機械制圖等知識進行了一次綜合的運用。本次設計不僅是對大學所學知識的總結和鞏固而且為以后進入社會參見工作積累了一定的經驗，本次設計是個難得的學習機會。
在畢業(yè)設計過程中，通過上網查資料，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造，為我能夠圓滿完成設計任務奠定了良好的基礎。另外我要特別感謝這次畢業(yè)設計的指導老師，劉建慧老師不僅給我提供了礦井提升機的相關資料而且給了我不少有用的建議，給我?guī)砟蟮膸椭?。由于本人理論水平有限，實踐經驗較少，本次設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，但在今后相當長的一段時間內，由于石油的日漸枯竭，必然走向衰敗，而煤炭因為儲量巨大，加之科學技術的飛速發(fā)展，煤炭氣化等新技術日趨成熟，并得到廣泛應用，煤炭必將成為人類生活中的無法代替的能源之一。我國既是煤炭生產大國又是消費大國，而根據我國的國情，在我國一次性能源結構中，煤炭所占的比重一直是70％以上，在今后相當長的時期內，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過程中必不可少的重要生產環(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備運到地面，才能加以利用。可以說，礦井提升是礦井生產的“咽喉”，其設備在工作中一旦發(fā)生故障，將直接影響生產，甚至造成人身傷亡。此外，礦井提升系統(tǒng)的耗電量很大，一般占礦井生產總耗電量的50％-70％。因此，合理選擇維護使用這些設備，使之安全可靠、經濟高效地運轉，對保證礦井安全高效的生產，對提高煤炭企業(yè)的經濟效益．都具有重要的現實意義。由于礦井提升設備是在并下巷道內和井簡內工作，空間受到限制，故要求它們結構緊湊，外部尺寸盡量??；又因工作地經常變化，因而要求其中的許多設備應便于移置；因為井下有瓦斯、煤塵、淋水、潮濕等特殊工作條件，還要求設備應防爆、耐腐蝕等。此外，礦井提升設備是一大型的綜合機械—電氣設備，其成本和耗電量比較高，所以，在新礦井的設計和老礦井的改建設計中，確定合理的提升系統(tǒng)時，必須經過多方面的技術經濟比較，結合礦井的具體條件，在保證提升設備在選型和運轉兩個方面都合理的前提下，要求提升設備具有良好的經濟性。
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)展狀況
纏繞式提升機的發(fā)展是為適應我國礦山建設的需要，國產提升機大致可分為仿蘇、改進及自行設計等三個階段。1953~1958年期間生產仿蘇產品BM系列提升機；KJ系列提升機是1958~1966年期間生產的仿蘇改進產品；JKA系列是在KJ型基礎上的改進產品；XKT系列提升機是1971年7月開始生產的自行設計產品，后又改為XKT-B系列，是已成批生產的新型礦井提升機。時至今日，中信公司生產的產品最齊全，JK/E，JKM，JTP，2JTP，JT等等。
1.2.2 各個系列提升機的主要特點
A. KJ型礦井提升機
1.)主軸裝置采用鑄鐵法蘭盤；
2.)調繩裝置為手動蝸輪蝸桿式；
3.)制動器為角移式；
4.)液壓傳動裝置為手動杠桿控制的三通閥和電磁鐵控制的四通閥；
5.)深度指示器為機械牌坊式；
6.)減速器為漸開線人字齒輪減速器。
B.JK（A）型礦井提升機
1.)調繩裝置為電動蝸輪蝸桿式；
2.)制動器為綜合式，改善了閘瓦的磨損情況；
3.)液壓傳動裝置為手動控制的低壓電液調節(jié)閥和電磁鐵控制的安全三通閥，操縱省力，易于實現自動化和半自動化控制；
4.)減速器采用圓弧人字形齒輪減速器；提高了承載能力并減輕了重量。
C. XKT型礦井提升機
1)滾筒為焊接結構，重量輕；
2.)采用液壓齒輪式快速調繩裝置，調繩省力省時；
3.)采用圓盤制動系統(tǒng)（包括圓盤式制動器和液壓站兩部分），此種系列具有以下的優(yōu)點：
（1）安全性較高；
（2）制動力矩可調性好；
（3）慣性小、動作快、靈敏性強；
（4）結構緊湊、外形尺寸小、重量輕；
（5）通用性好；
（6）安裝、使用及維護比較簡單；
4.)采用圓弧齒輪減速器，提高了承載能力，減輕了重量；
5.)采用了圓盤深度指示器。
XKT系列礦井提升機與KJ和JK（A）系列比較，有以下的優(yōu)點：
1）提升能力平均提高25%，重量平均減輕25%，
2）采用了一些新技術、新結構，如：盤式制動器、液壓站、快速調繩裝置、微拖動裝置等
3）通用化程度高。
D. GKT系列礦井提升機
采用JSZ-2×500型雙力線中心驅動減速器，結構緊湊，傳動平穩(wěn)，噪音小。并采用雙列向心滾動軸承，傳動效率高，在實際工作中廠家建議傳動效率取0.85~0.9；
滾筒為整體焊接結構（2m提升機可根據用戶要求，供應分割的焊接滾筒和制動盤），采用滾動軸承支座。雙滾筒提升機的主軸裝置，具有液壓操縱的、在結構上作了改進的齒輪離合器，調繩操作時間僅司機一人即可完成，節(jié)省了時間和人力；
配有自整角機傳動的圓盤深度指示器（2m提升機若用戶要求時，可以改供給牌坊式深度指示器）；
制動器為綜合式的液壓開啟的盤式制動器；
采用集中控制的操縱臺。
1.3 礦井提升機的類型和工作原理
1.3.1 礦井提升機的類型及其組成部分的特點
提升機是礦井提升設備的主要組成部分，目前我國生產及使用的礦井提升機，按其滾筒的構造特點可分為三大類，即單繩纏繞式、多繩摩擦式及內裝式提升機。
單繩纏繞式提升機在我國礦井提升中占有很大的比重，目前在豎井、斜井、淺井、中小型礦井大量使用。其工作原理是把鋼絲繩的一線固定纏繞在提升機的滾筒上，另一端繞過井架上的天輪懸掛提升容器，利用滾筒轉動方向的不同，將鋼絲繩纏上或放松，完成提升或下放重物的任務。多繩摩擦式提升機其特點是靠鋼絲繩與摩擦輪之間的摩擦力傳動，這種提升機由于具有安全可靠、體積小、質量小，適用于深井提升等優(yōu)點，在我國礦井提升中也已得到較廣泛的應用。
內裝式提升機是世界上近年來研制成功的一種全新的新型提升機，從提升機的工作原理來看，它亦屬于摩擦提升范疇，但它實現了“內裝”。所謂內裝，就是格拖動電機直接裝在摩擦輪內部，使電機轉子與摩擦輪成為一體。內裝式提升機摩擦輪的外觀與一般的摩擦式提升機毫無區(qū)別，但它卻把由電動機、減速器和摩擦輪組成的常規(guī)式，發(fā)展成為省去減速器，而使摩擦輪相當于電動機的轉子，主軸相當于電動機定子的高度，結構新穎的提升機。同時為了使內部電動機冷卻，主軸可以做成空心軸作為冷卻風道，這樣減少了設備結構重量又減少了提升系統(tǒng)的轉動慣量。世界上第1臺內裝式提升機于1988年在德國豪斯阿登礦投入運行，我國的開灤礦業(yè)集團東歡坨煤礦也于1992年從德國引進了1臺內裝式提升機，迄今設備運行良好。
內裝式提升機是提升機的機械與電氣高度一體的完美結合，由于它體積?。亓枯p、基礎設施簡單、設備造價低、運行費用低，與傳統(tǒng)的提升機相比，其各項技術、經濟指標都顯示出了很高的優(yōu)越性，引起了國際提升界極大的關注。內裝式提升機的問世，是提升機領域里的一個新的里程碑，它不但對提升機制造業(yè)產生巨大影響，還對礦井提升機的使用、維修也將引起變革，迫使人們用全新的概念去評價提升機性能的優(yōu)劣。內裝式提升機的研制，在我國尚屬空白，應給予足夠重視，以促進國內提升機的發(fā)展，趕超世界先進水平。
1.3.2 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1-1所示。
圖1-1 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地如圖1-2所示，簡單地說，就是用一根較粗的鋼絲線在卷筒上纏上和纏下來實現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。圖1-2所承為單繩纏繞式單卷筒提升機，卷筒上固定兩根鋼絲繩，并應使每根鋼絲繩在卷簡上的纏繞方向相反。這樣，當電動機經過減速器帶動卷簡旋轉時，兩根鋼絲繩便經過天輪在卷筒上纏上和纏下，從而使提升容器在井筒里上下運動。不難看出，單繩纏繞式提升機的一個根本特點和缺點是鋼絲繩在卷筒上不斷的纏上和纏下，這就要求卷簡必須具備一定的纏繞表面積，以便能容納下根據井深或提升高度所確定的鋼絲繩懸垂長度。單純纏繞式提升機的規(guī)格性能、應用范圍及機械結構等，都是由這一特點來確定的。
單繩纏繞式雙卷筒提升機具有兩個卷簡，每個卷筒上固定一根鋼絲繩，并應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純纏繞式提升機不同，鋼絲繩不是固定和纏繞在主導輪上，而是搭放在主導輪的摩擦襯墊上，如圖1-3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。當主導輪由電動機通過減速器帶動向某一個方向轉動時，在鋼絲繩和摩擦襯墊之間使發(fā)生根大的摩擦力，使鋼絲繩在這種摩擦力的作用下，跟隨主導輪一起運動，從而實現容器的提升和下放。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輪上纏繞，而是搭放在主導輪的摩擦襯墊上，靠摩擦力進行工作。同樣，多繩摩擦式提升機的規(guī)格性能、應用范圍和機械結構等，都是由這—特點來確定的。多繩摩擦式提升機特別適應于深井和大產量的提升工作。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、應用范圍、機械結構和經濟效果等方面都優(yōu)越得多，就深井和大產量來說，是豎井提升的發(fā)展方向。但是，根據我國目前淺井多、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量的礦井，則應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1-2 單繩纏繞式提升機工作 圖1-3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—主導輪；2—導向輪；3—鋼絲繩；
4—容器；5—平衡尾繩 4—容器；5—平衡尾繩
此外，還有一種新的提升機類型：布雷爾式提升機。
1957年南非工程師Robert Blair發(fā)明了多繩纏繞式提升機（我國稱為布雷爾式提升機）。他是基于深井提升的實踐，總結了單繩纏繞式和多繩摩擦式提升機存在的問題而產生的。眾所周知，單繩纏繞式提升機在井深超過1500m時，其主、尾繩和摩擦襯墊的壽命都幾乎下降，而且還會出現主繩震動和尾繩難以管理等問題。為了保證鋼絲繩的使用壽命，規(guī)定鋼絲繩的任意斷面處的應力不應過大（一般不應大于),而摩擦提升機采用尾繩，在容器與鋼絲連接處的鋼絲繩斷面上，靜力隨容器位置的不同而改變的幅度很大，約為。如果以應力波動值不大于計算，則提升高度的極限約為1700m。布雷爾提升機不用尾繩，克服了這些弱點。又無防滑問題。出現的問題是體積大功耗大。
布雷爾提升機實際上是在較寬的卷筒上安裝一個中間擋板，把一個卷筒分隔成兩段，每段纏繞一根鋼絲繩，每個卷筒上的兩根鋼絲繩，繞過天輪以后共同連接到一個提升容器上，可見提升原理與單繩纏繞式無異，只是用兩根鋼絲繩代替一根鋼絲繩，因此繩徑和卷筒直徑相對減小了。
布雷爾提升機有三種不同的布置方式。如圖1所示，其中（a）為前后排列齒輪傳動方式；（b）為直線布置式；（c）為電機直聯(lián)分別拖動式。布雷爾提升機在結構上有如下特點：
1）卷筒上的兩個纏繞間隔，必須設計成纏繞相同圈數和相同層數的鋼絲繩，以保證兩根繩中拉力平衡。
2）應進肯呢個纏繞多層以減少卷筒的寬度，實際證明，纏四層甚至是五層是無困難的，為了減少多層纏繞帶來的繩弦震動和鋼絲繩排列不齊的擠壓喝磨損，一般多采用平行繩槽（Le Bus繩槽），并很好地設計間層過渡楔。
3）以為兩根鋼絲繩連在一個提升容器上，就存在如多繩摩擦提升的鋼絲繩拉力平衡問題，布雷爾提升機使用兩種平衡方法。一種是平衡輪法，如圖2所示，兩根鋼絲繩以相反方向在平衡輪上纏繞數圈并固定在平衡輪上，拉力不平衡時，平衡輪可以轉動。另一種方法是利用天倫來平衡鋼絲繩拉力，天輪裝在聯(lián)通的液壓缸上，借天倫的升降來平衡鋼絲繩拉力。
4）保證整齊的多層纏繞對布雷爾提升機是十分重要的，為了見識纏繩情況，設有纏繩檢測裝置，如圖3所示。在卷筒的每個纏繩間隔的整個寬度上，設有弧形板A，它距所纏繞的一層鋼絲繩有繩徑的間隙，弧形板由線圈2來控制。可隨層數的不同而移動（圖上為纏繞四層），另有閉鎖線圈3，纏繩過程中，它使插銷總是定位于軸上的凹槽中（凹槽與纏繞層數相對應）。一層纏滿時，線圈3通電拔起閉鎖插銷，同時線圈B通電使軸4移動，帶動弧形板1后移或者前移，弧形板移到新的位置后，線圈2的3斷電閉鎖。如果在莫一層沒有一根繩提前纏到下層上，稀釋由于軸4被閉鎖，弧形板不能移動，便在繩的壓力下繞軸6轉動，使串與安全回路中的接點5打開，提升機以正常減速度停車。此外也可以用液壓控制檢測纏繩。
5）對制動器的設計必須特別重視，特備是直聯(lián)電機分別拖動時，由于不平衡靜力矩大，每個卷筒要設兩個制動輪（盤）。
（a）前后排列齒輪傳動布置
（b）直線式布置
（c）電器聯(lián)系直聯(lián)電機拖動式布置
鋼絲繩拉力平衡輪
根據對單繩纏繞式、多繩摩擦式的布雷爾式提升機進行一次提升量的井深，以及對功率和初期投資的比較結果，可以得出結論，每種提升機都一個臨界提升高度?？紤]繩中應力波動值不過大，多繩摩擦式提升機這個臨界高度約為1400m，布雷爾提升機約為2000m。小于臨界高度，布雷爾提升的一次提升量不變，而多繩摩擦提升則可大大增加。如果一次提升量相同，多繩摩擦提升機的均方根功率高，明顯優(yōu)于布雷爾提升機，這是由于布雷爾提升機的不平衡力矩大的緣故。影響初期投資的因素很多，但無疑多繩摩擦提升機要便宜的多，但是在那些不得不使用布雷爾提升機的礦井，這個問題就要退居次要了，以為如果由于提升機的緣故，不得不改變礦井設計，或者采用分段提升，那么費用就會超過布雷爾提升機的初期投資。由上述理由可見，1400m以內的深井，使用多繩摩擦提升機合理；超過1400m的井深，兩者都可以使用，但布雷爾提升機較合理些；深井超過1700m以上時，采用布雷爾提升機最為合理.
2提升機的選型和計算
煤礦主井主要為了煤炭的運輸提升，而副井只作為下放材料，設備，以及排矸（立井還作為人員上下的通道），副井一般采用罐籠提升。本次設計的就是副井所使用的提升機。
2.1.1 罐籠選擇
根據礦車類型按表選擇單層罐籠（YJGS-1.8-1)其技術規(guī)格為：
裝載礦車一輛，最大載重2.2噸、自重2噸、乘人數10人、斷面尺寸1800X1150
礦石一次提升重量：
廢石一次提升重量：
一次提升礦車總重：
2.1.2 鋼絲繩設計及選擇
選擇鋼絲繩時，應根據使用條件和鋼絲繩的特點來考慮。我國單繩纏繞式提升機多為右螺旋纏繞，故應選右捻繩，目的是防止鋼絲繩松捻。
1） 最大懸垂長度：
2）鋼絲繩的選擇
考慮井不太深，根據貨源情況，選用6x19右捻鍍鋅鋼絲繩。
m------------------安全系數，罐籠類取7.5
按表選擇6x19鋼絲繩，其技術規(guī)格如下：
繩徑 d=24.5mm 每米繩重p=1.98kg/m
鋼絲破斷力總和N
鋼絲繩公稱抗拉強度
2.1.3提升機的選用
1卷筒直徑D=1000mm
2卷筒寬度B=1000mm
3鋼絲繩的最大靜張力
4鋼絲繩的最大靜張力差
5合理的提升速度
按照《礦井運輸提升》附表12選擇2JK-2/20型提升機，其技術規(guī)格如下：卷筒直徑D=1000mm 寬度= B=1000mm 鋼絲繩最大靜張力 最大靜張力差：.配套的二級減速器比 i=11.5機器旋轉部分變位重量 （不包括天輪和電動機）
2.2 提升機的運動學計算
2.2.1 選擇加減速度
根據煤礦安全規(guī)程規(guī)定，升降人員時加、減速度應不大于0.75米/秒 選取加速度 減速度
2.2.2 速度各參數的計算
提升中段
由-305到-245
由-245到地面
由-305到地面
提升高度H
60m
260m
320m
加速時間
7s
7s
7s
加速距離
17.5m
17.5m
17.5m
減速時間
7s
7s
7s
減速距離
17.5m
17.5m
17.5m
等速距離
25m
225m
285m
等速時間
5s
45s
57s
一次提升時間
19s
59s
71s
2.3 提升動力學計算
2.3.1 預選電動機
電動機的近似容量
選擇JRQ-147-8型電動機 其技術規(guī)格N=200千瓦 額定轉速735轉/分
額定電壓=6000伏 轉子飛輪力矩125kg.
2.3.2 提升系統(tǒng)的變位質量
(1) 礦石重量： Q=1400kg
(2) 罐籠重量：=2000kg
(3) 礦車重量： q=500kg
(4) 鋼絲繩重量：
（5) 機器旋轉部位變位質量
(6)天輪的變位質量：
（7） 電動機轉子變位質量：
（8） 總變位質量：
2.3.3 力圖的計算
a.在加速階段 動力方程式
(1) 提升開始時，t=0,拖動力為
=1.2X1400+1.98X350+2736X0.7
=4288.2kg
（2) 加速階段階段終了時， 拖動力
b.在等速階段，動力方程為
(1)在等速開始時，t=0 拖動力方程為
（2） 等速終了時， 拖動力為
C.減速階段
拖動力方程式為：
（1） 減速階段開始時，t=0, 拖動力為：
（2） 減速終了時 t= ,拖動力為：
3 提升機減速器的設計
3.1 減速器的作用
1）降速同時提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機輸出乘減速比，但要注意不能超出減速器額定扭矩。
? ?2） 降速同時降低了負載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。
3.2 減速器的國內外現狀
1）國外減速器現狀：齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機械傳動裝置。當前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機械效率過低的問題。國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領先地位，特別在材料和制造工藝方面占據優(yōu)勢，減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動形式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題，也未解決好。最近報導，日本住友重工研制的FA型高精度減速器，美國Alan-Newton公司研制的X-Y式減速器，在傳動原理和結構上與本項目類似或相近，都為目前先進的齒輪減速器。當今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。因此，除了不斷改進材料品質、提高工藝水平外，還在傳動原理和傳動結構上深入探討和創(chuàng)新，平動齒輪傳動原理的出現就是一例。減速器與電動機的連體結構，也是大力開拓的形式，并已生產多種結構形式和多種功率型號的產品。
2）國內減速器現狀：國內的減速器多以齒輪傳動、蝸桿傳動為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動比大而機械效率過低的問題。另外，材料品質和工藝水平上還有許多弱點，特別是大型的減速器問題更突出，使用壽命不長。國內使用的大型減速器（500kw以上），多從國外（如丹麥、德國等）進口，花去不少的外匯。60年代開始生產的少齒差傳動、擺線針輪傳動、諧波傳動等減速器具有傳動比大，體積小、機械效率高等優(yōu)點?。但受其傳動的理論的限制，不能傳遞過大的功率，功率一般都要小于40kw。由于在傳動的理論上、工藝水平和材料品質方面沒有突破，因此，沒能從根本上解決傳遞功率大、傳動比大、體積小、重量輕、機械效率高等這些基本要求。90年代初期，國內出現的三環(huán)（齒輪）減速器，是一種外平動齒輪傳動的減速器，它可實現較大的傳動比，傳遞載荷的能力也大。它的體積和重量都比定軸齒輪減速器輕，結構簡單，效率亦高。由于該減速器的三軸平行結構，故使功率/體積（或重量）比值仍小。且其輸入軸與輸出軸不在同一軸線上，這在使用上有許多不便。我國超大型減速器（如水泥生產行業(yè)，冶金，礦山行業(yè)都需要超大型減速器）大多依靠進口，而本減速器的一個巨大優(yōu)勢就是可以做超大型的減速器，完全可以填補國內市場的空白，并將具有較大的經濟效益和社會效益。
3.3 減速器的總體設計
3.3.1 擬定傳動方案
礦井提升機機是低速重載機械，工作條件較差，載荷有一定的沖擊，且有粉塵等。與其它傳動方式相比，齒輪傳動有效率高，尺寸小，適應性強等優(yōu)點，所以設計礦井提升機機采用齒輪傳動。設計球磨機工作二十年，每年工作340天，每天連續(xù)工作13h。根據齒輪傳動的特點，擬定采用兩級傳動，均采用閉式斜齒輪傳動，如下圖所示：
3.3.2 電機選型
工業(yè)上一般用三相交流電源，無特殊要求，一般采用三相異步交流電機。由上章所知，選擇的是JRQ-147-8型電動機，其技術規(guī)格N=200千瓦，額定轉速735轉/分，額定電壓為6000伏。
3.3.3傳動裝置的總傳動比及其分配
由上章所知，選擇的是2JK-2/20型礦井提升機，其相配套的減速器的傳動比為11.5,20,30三種，本次設計采用傳動比為11.5的二級斜齒圓柱減速器。
分配傳動比
選，則 ,則
3.3.4 計算傳動裝置的運動和動力參數
1、各軸轉速 n
各軸標號如圖
2、各軸功率
礦井提升機機是專用機械，應用電機的輸入功率來計算各軸的輸入功率，電機的額定功率為200kw，電動機的效率為，所以電動機的輸出功率為185kw
各軸的輸入功率為：
0.99
3、各軸輸入轉矩
將以上結果，整理列入下表
項 目
電動機軸
軸1
軸2
軸3
轉速（r/min）
735
735
216.2
63.9
功率（kW）
185
183.15
174.1
165.5
轉矩（N·m）
2403.7
2380.2
7768.9
24734.3
傳動比
1
3.4
3.38246
3.4 齒輪設計
3.4.1 高速級齒輪設計
斜齒輪傳動比較平穩(wěn)，沖擊、震動、噪聲小，適用于高速重載傳動，所以提升機磨傳動裝置高速級選擇斜齒輪傳動。
高速級傳動位于減速器內，屬閉式傳動，所以按齒面接觸疲勞強度計算，然后校核齒根彎曲疲勞強度。
1、齒輪材料、精度等級、齒數及螺旋角選擇
小斜齒輪選擇40Cr，調質處理，HB=241～286強度極限為700Mpa,屈服極限為50Mpa,齒面硬度為260HBS。大齒輪材料選用45號鋼，調質處理，HB=217～255，選取硬度為：225 HBS 二者硬度差為：35 HBS，精度等級為7。
齒數選擇：小齒輪齒數，，取75
初選螺旋角
2.、按齒面接觸疲勞強度計算
（1） 確定公式內各計算量
1）選擇=1.6。
2）查圖10-30選擇區(qū)域系數=2.42。
3）計算小齒輪轉矩
4）齒寬系數，選
5）彈性影響系數，
6）按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強度極限，大齒輪接觸疲勞強度極限
7）計算應力循環(huán)次數
8）查疲勞強度壽命系數；
9）計算接觸疲勞許用應力
10）端面重合度，查得，，于是
取失效概率為1%，安全系數S=1得
（2）計算
1）試算小齒輪分度圓直徑，代入的值.
2)計算圓周速度V
3)計算齒寬及模數
齒寬
模數
齒高
4）計算縱向重合度
5）計算載荷系數K
經查課本《機械設計》表10-2得使用系數 根據v=7.14m/s,7級精度,查圖10-8得動載系數，由表10-3查得；由表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，齒向載荷分布系數
由,,2查圖10-13得,故載荷系數為：
6)按實際的載荷系數校正所得的分度圓直徑如下：
7)計算模數：
3 按照齒根彎曲強度設計，使用以下公式：
(1) 確定計算參數
1)計算載荷系數：
2) 根據縱向重合度 =1.875 查圖10-28得螺旋角影響系數
3）計算當量齒數.
4）查取齒形系數
查10-5表應用插值法得
5）查取應力校正系數
查10-5表應用插值法得
（2）其余參數選擇
查圖10-20c表得小齒輪的彎曲疲勞極限 ;大齒輪的彎曲疲勞極限
查圖10-21表選取彎曲疲勞壽命系數
計算彎曲疲勞許用應力
選取彎曲疲勞安全系數S=1.4 ,利用公式求得如下:
MPa
4）計算大小齒輪的 并加以比較.
小齒輪的數值大
(3) 設計計算
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數與由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數相差較大，為保證齒輪的在使用期間能滿足壽命要求，取較大值作為設計時參考的模數，取標準值=8mm,取分度圓直徑
取，則,取
4 幾何尺寸計算
（1）計算中心距
將中心距圓整為439mm
（2） 按圓整后的中心距修正螺旋角
（3 ）計算大，小圓的基圓直徑，齒圓直徑，齒根圓直徑
5 結構設計：
以大齒輪為例,因齒輪齒頂圓直徑大于160mm, 所以選擇腹板式為好.其他有關尺寸按圖表推薦用的結構尺寸設計.
3.4.2 低速級齒輪設計
1、齒輪材料、精度等級、齒數及螺旋角選擇
小斜齒輪都選擇40Cr，調質處理，HB=241～286強度極限為700Mpa,屈服極限為50Mpa,齒面硬度為260HBS。大齒輪材料選用45號鋼，調質處理，HB=217～255，選取硬度為：225 HBS 二者硬度差為：35 HBS，精度等級為7。
齒數選擇：小齒輪齒數，，取82
初選螺旋角
2.、按齒面接觸疲勞強度計算
（1） 確定公式內各計算量
1）選擇=1.6。
2）查圖10-30選擇區(qū)域系數=2.42。
3）計算小齒輪轉矩
4）齒寬系數，選
5）彈性影響系數，
6）按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強度極限，大齒輪接觸疲勞強度極限
7）計算應力循環(huán)次數
8）查疲勞強度壽命系數；
9）計算接觸疲勞許用應力
10）端面重合度，查得，，于是
取失效概率為1%，安全系數S=1得
（2）計算
1）試算小齒輪分度圓直徑，代入的值.
2)計算圓周速度V
3)計算齒寬及模數
齒寬
模數
齒高
4）計算縱向重合度
5）計算載荷系數K
經查課本《機械設計》表10-2得使用系數 根據v=2.39m/s,7級精度,查圖10-8得動載系數，由表10-3查得；由表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，齒向載荷分布系數
由,,2查圖10-13得,故載荷系數為：
6)按實際的載荷系數校正所得的分度圓直徑如下：
7)計算模數：
3 按照齒根彎曲強度設計，使用以下公式：
(2) 確定計算參數
1)計算載荷系數：
2) 根據縱向重合度 =2.045 查圖10-28得螺旋角影響系數
3）計算當量齒數.
4）查取齒形系數
查10-5表應用插值法得
5）查取應力校正系數
查10-5表應用插值法得
（2）其余參數選擇
查圖10-20c表得小齒輪的彎曲疲勞極限 ;大齒輪的彎曲疲勞極限
查圖10-21表選取彎曲疲勞壽命系數
計算彎曲疲勞許用應力
選取彎曲疲勞安全系數S=1.4 ,利用公式求得如下:
大齒輪的數值大
(4) 設計計算
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數與由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數相差較大，為保證齒輪的在使用期間能滿足壽命要求，取較大值作為設計時參考的模數，取標準值=10mm,取分度圓直徑
取，則,取
4 幾何尺寸計算
（1）計算中心距
將中心距圓整為616mm
（2） 按圓整后的中心距修正螺旋角
因值改變不多,故參數 等不必修正
（3 ）計算大，小圓的基圓直徑，齒圓直徑，齒根圓直徑
5 結構設計：
以大齒輪為例,因齒輪齒頂圓直徑大于160mm, 所以選擇腹板式為好.其他有關尺寸按圖表推薦用的結構尺寸設計.
3.5 軸的設計
3.5.1減速器高速軸1的設計
1、選擇材料
由于傳遞中小功率，軸的轉速較高，為保持尺寸穩(wěn)定性和減少熱處理變形可選用40，
經調質處理，查得材料的力學性能數據為：
2、初步估算軸徑
由于軸的材料為40Cr鋼，調質處理。，查參考文獻[機械設計] 選取 ，則得：
此軸上有一個鍵槽，則軸徑增大7%
輸入軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的軸頸。為了使所選的,軸頸與聯(lián)軸器的孔頸相適應，故需同時選取聯(lián)軸器型號。
聯(lián)軸器的計算轉矩,查表取,則：
按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件，查機械設計手冊，選用LH7型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉矩為6300N.m。半聯(lián)軸器的孔徑為70mm,故取，故取輸入軸的最小直徑為70mm,半聯(lián)軸器長度，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度。
3、齒輪的力分析計算：
圓周力:
徑向力： 、
軸向力：
4、軸的結構設計
高速軸1的形狀如下圖，為了方便清楚的進行尺寸設計計算，圖上軸的各段標注了相應的數字。
1）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，1-2軸段左端需制出一軸肩，故取2-3段的直徑；右端用軸端擋圈定位。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故1-2段的長度應比略短一些，現取。
2）初步選擇滾動軸承。因軸承同時受徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承參照工作要求并根據；，由軸承產品目錄中初步選取0基本游隙組、標準精度等級角接觸球軸承33016，其尺寸為，故；而。左端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊查得30316型軸承的定位軸肩高度，因此取。
3)已知齒輪輪轂的寬度為200mm，故取。4-5段比3-4段高出一個軸肩的高度，軸肩高度，故取h=7mm,則。根據實際情況取。
4）軸承端蓋的總寬度為20mm（由減速器及軸承端蓋的結構設計而定）。根據軸承端蓋的裝拆及便于添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器左端面之間的距離，故取。
5）取齒輪距箱體內壁之距離，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動軸承位置時，應距離箱體內壁一短距離s，取，已知滾動軸承寬度，則 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。
6)軸上零件的周向定位
半聯(lián)軸器與軸的周向定位.采用平鍵連接。半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為，長度取95mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑公差為m6。
7）確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角為，各軸肩處的圓角半徑見圖紙所示。
5 支座反力分析
1）水平面上支反力
2) 垂直反力
6 當量彎矩
1）水平彎矩
2) 垂直面彎矩
3) 合成彎矩
根據以上數據，以及單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取得
7、 校核強度
按扭彎合成應力校核軸的強度，由軸的結構筒圖及當量彎矩圖可知截面C處當量彎矩最大，是軸的危險截面，進行校核時，只校核軸上承受最大當量彎矩的截面的強度，則由軸的強度校核式
其中軸為直徑d=70mm的實心軸，則
故軸的強度足夠，軸安全可靠。
3.5.2 中間軸2的設計
1、選擇材料
軸2的材料與軸1的材料相同
2、初步估算軸徑
由于軸的材料為40Cr鋼，調質處理。，查參考文獻[機械設計] 選取 ，則得：
3、軸的結構設計
高速軸1的形狀如下圖，為了方便清楚的進行尺寸設計計算，圖上軸的各段標注了相應的數字。
1) 初步選擇滾動軸承。軸的兩端采用深溝球軸承，顯然此軸的最小直徑在兩端的安裝軸承處，根據尺寸，由軸承產品目錄初步選0基本游隙組，標準精度級的單列圓錐滾子軸承33016，其尺寸為，故，且（6-7段左端有一個擋圈），取(1-2段右端有一個套筒)
2）取安裝齒輪處的軸段2-3的直徑；齒輪的左端與左軸承之間采用軸套定位。已知齒輪輪轂的寬度為205mm,為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸端應略短于輪轂寬度，故取。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度，故取h=5mm，則。軸環(huán)寬度，取。
3）由低速級小齒輪的齒寬為273mm得。取軸段5-6比6-7段高出一個軸肩，取，。
4）齒輪與軸的周向定位采用平鍵連接，按，由表查得平鍵，取長度為180mm。
5）軸的強度校核和軸1相同，經校驗強度足夠，安全。
3.5.3 低速級軸3的設計
1、選擇材料
軸3的材料與軸2的材料相同
2、初步估算軸徑
由于軸的材料為40Cr鋼，調質處理。，查參考文獻[機械設計] 選取 ，則得：
此軸上有一個鍵槽，則軸徑增大7%
輸入軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的軸頸。為了使所選的,軸頸與聯(lián)軸器的孔頸相適應，故需同時選取聯(lián)軸器型號。
聯(lián)軸器的計算轉矩,查表取,則：
按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件，查機械設計手冊，選用LH12型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉矩為63000N.m。半聯(lián)軸器的孔徑為170mm,故取，故取輸入軸的最小直徑為170mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度為242mm
3、軸的結構設計
1）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，1-2軸段左端需制出一軸肩，故取2-3段的直徑；右端用軸端擋圈定位。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度為，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故1-2段的長度應比略短一些，現取。
2）初步選擇軸承。因軸承同時受徑向力和軸向力選作用，故采用單列角接觸球軸承，因軸徑較大，采用專門制造的大軸承。取，，則，軸的6-7段左端由套筒定位，套筒長12mm，取。
3)取安裝齒輪處的軸段；齒輪的右端與右軸承之間采用軸套定位。已知齒輪輪轂的寬度為278mm,為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸端應略短于輪轂寬度，故取。齒輪的左端采用軸肩定位，軸肩高度，故取h=6mm，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度，取。
4），取
5）齒輪與軸的周向定位采用平鍵連接，由選，取長度為250mm。
6）軸的強度校核同軸1的方法相同，經校核強度足夠，安全。
附 減速器的其他設計尺寸：
軸承端蓋凸緣厚度11mm，減速器殼體壁厚12mm，軸承距箱體內壁8mm，齒輪距箱體內壁16mm.
4提升機制動裝置的結構設計
4.1 礦井提升機制動裝置的功用及類型
4.1.1 制動裝置的功用
1)在提升機正常工作的減速階段或下放重物時，參與調整提升機的運行速度，并在提升終了時使之正常停車，即工作制動；
2）當提升機工作異常時使之迅速停車，以免事故擴大，即安全制動；
3）當提升機檢修時，使之保持不動；
4）雙筒提升機在進行調繩操作時，是卷筒保持不動。
4.1.2 制動裝置的類型
制動裝置中的制動器按結構分為塊閘和盤閘；傳動裝置按傳動能源分為油壓、氣壓及彈簧等。
JK型和BM型提升機使用油壓角移式制動裝置。JK型和HKM3型提升機使用壓氣平移制動裝置。JKA型提升機使用液壓綜合式制動裝置。XKT型、JK型、GKT型、JKD型、JKM型、JKMD型提升機使用液壓盤式制動裝置。礦用提升絞車使用手動角移式制動器作為工作制動，重錘-電磁鐵絲杠螺母操縱的角移式制動器或重錘-電力液壓推桿操縱的平移式制動器作為安全制動，擔新系列JT型提升絞車則使用液壓盤式制動裝置。
4.1.3 制動系統(tǒng)的要求
1）全部制動力矩Mz不得小于小于提升機所允許最大靜力矩的三倍，則
2）一副制動器的制動力矩應大于調繩力矩的的1.2倍，即
3）安全制動時，對于提升重物，減速度必須小于5米/秒；對于下方重物，減速度應大于1.5米/秒；
4）對于摩擦式提升，安全制動時的減速度不應使鋼絲繩滑動。
4.2 制動裝置的有關規(guī)定和要求
制動速度快，但不要有過大的沖擊。因此，希望制動器的空行時間（自斷電開始到制動力開始產生的時間）不大于0.5秒，最好是不大于0.3秒。并要求制動力源十分可靠。安全規(guī)程規(guī)定，安全制動裝置的力源必須是重錘，但在目前提升機安全制動的力源是彈簧而不是重錘，經過長時間使用證明，也很可靠。對工作制動的要求則有些不同，因為他參與運行的手段，故要求制動力矩的大小可以任意（由司機控制，或根據提升運行參數自動調節(jié)）調整。對于小型提升機，制動力源可用人力；對于較大的提升機，則用重錘、彈簧、氣壓等。為了使制動裝置工作安全可靠，要求工作制動與安全制動在系統(tǒng)上互相獨立，以免失靈后相互影響。但二者的制動力矩則不應疊加，以免造成過大的減速度。不過目前不少制動裝置的工作制動和安全制動在系統(tǒng)上都不是完全獨立的，而是大部分是共用的。制動裝置