升机卷筒衬木车削装置设计

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1—»刖S我国是个采矿大国，也是矿山机电设备制造和使用大国。从20世纪50年代仿造第一台矿山提升机以来,至今已设计制造，使用了近6000多台。随着社会需求和现代技术的高速发展,矿山工业企业亟待生产设备及设施的机械化，电气化,现代化.而矿山工业的提升机是咽喉设备,产品不断更新换代,老产品运行年深日久,原本落后的结构问题暴露突出，故障增多，严重影响矿山的安全运转,抑制了矿山工业的高速发展，给国民经济带来了不良的影响。随着国内矿井产量的日新月异的提高,对提高提升机的安全性，可靠性，生产效率以及整机自动化运行水平，降低操作者及维护人员的劳动强度，处理设备事故的速度与对策等,成了迫切要求.对于矿井提升机的更新改造,具有极其重要的意义。本文在现有卷筒衬木车槽装置的基础之上，通过对钢丝绳磨损的调研，卷筒部件的作用和受力情况的分析，现有设备的改进和设计，立足于方便，高效、实用的前提下对卷筒衬木车削装置进行设计，目的在于最大程度的提高钢丝绳和卷筒衬木的使用寿命，降低生产成本，缩短加工和检修周期，减轻了劳动强度。

11矿井提升机工作状况简介1.1矿井提升机的工作现状目前老式矿井普遍面临问题，由于长时间的运行及矿井改、扩建，原有的提升机大多已经不能满足安全生产的需要，运行中都存在有不安全的隐患，必须进行改造。但如何改造又是普遍存在的一个难题。更换提升机虽可解决问题，但其费用高、时间长不符合煤矿实际生产的需要，为此，如何对矿井提升机进行改造,成为现代煤矿提升机发展的当务之急,并具有一定的实用性和广泛的推广价值。目前提升机的工作现状主要有以下几种：①卷筒皮内陷严重,约为10~12mm,致使衬木变形严重,运行有响声。②主、副卷筒衬木磨损不一致，致使主、副卷筒运行段缠绳不一致即常说的痛腿，造成装、卸煤困难。③卷筒的支撑件工字钢和卷筒皮均开裂严重，焊接后运行不久又开裂,且裂缝一直在增加和延伸。现主、副卷筒的8根支撑工字钢均横向断裂,卷筒皮的裂缝已经延伸到卷筒闸轮上,提升机运行时有金属错位的异常响声。④维修费用高。提升机的卷筒衬木每年必须更换一次,每次需24h,材料消耗为3.5万元。⑤维修时间长。每月对卷筒进行的烧焊加固均在16h以上,消耗大量的人力、物力和时间。

21.2矿井提升机改进的几个方向1.2.1提升机卷筒的改进常用提升机为单绳缠箕斗，配用电机功率为220KW,电机额定转速n=738r/min,制动方式是液压盘形制动闸，钢丝绳直径24.5mm,在卷筒上单层排列（钢丝绳寿命为18个月）；设计提升速度=3.25m/s,为单箕斗提升,年提升量28万,但同时会出现一次循环时间延长,钢丝绳要二层缠绕,过渡处咬绳等现象（特别是箕斗装满矿石后），咬绳就更严重,使原来•年半的钢绳寿命缩短为4个月就必须更换.从而材料费用成倍地增加。（1）通过改造,材料备件费用消耗减少。（2）改造后,避免了二层缠绕,没有了过渡处的咬绳现象，既提高了钢丝绳的寿命，又提高了运行安全系数，还减少了维修人员的维修时间和维修费用。（1）改造方案为把双层缠绕变为单层缠绕，共设计了三种方案。方案1是通过缩小提升钢绳的直径,提升机结构各项参数不改变,方法简单，但高强度的钢丝绳,不属于系列产品,选购困难。而且,高强度的钢丝绳弯曲、疲劳性比较差，使用效果如何,在理论上难预测和计算,实践上没有经验。方案2是通过改变提升机卷筒的结构以及钢丝绳的缠绕间隙,由于改变了卷筒护绳板的位置,施工工艺复杂,难度大。方案3是通过更换并加厚卷筒衬木从而加大卷筒直径，同时改变摩擦圈围绕方式，以达到以两层缠绕变为单层缠绕的目的，方案3实施起来工艺简单、易行。经过调研考察,反复论证比较,故确定采用方案3作为实施方案,如图所示增加卷筒衬木的厚度,从而加大了卷筒的直径。

3由公式代人有关数据

4=3.18(米)(”+■)(d+e)[8-2(d+£)]n式中H—实际提升高度，427.2mD一钢丝绳直径，31mmB一卷筒宽度，1500mm。一钢丝绳间隙，取2mm考虑摩擦圈为立式布置,存在压绳问题，因此，第一、二圈仍作摩擦圈使用。由计算得知,卷筒衬木必须在原基础上加厚90mm方能满足要求。(2)参数的验算略(3)改造后的衬板结构由于卷筒直径增大到3.2m,卷筒衬木的厚度达180mm到,给施工和衬木制作造成困难。采用了双层衬木结构,较好地解决了这一难题,详见图双层衬板采用加长螺丝一体固定，保证了两衬板之间没有间隙,其优点为：①双层衬板更换时，只需要更换外层衬板，由于内层衬板不受钢丝绳作用而磨损，因此不必更换。采用双层结构以后外层衬板的相对厚度减少且重量轻，因此，加工及更换均容易、方便。②采用单层衬板,衬板厚度要达到180mm,双层衬板外层的厚度只要120mm,而且利用了改造前的旧衬板作用为里层衬板，厚度为60mm,在下次更换时，内衬板保留为并进行必要的油浸煮沸，延长内衬的使用寿命,经计算节约木材33%(4)使用效果分析：

5主井提升机卷筒钢绳缠绕方式的技术改造于年底进行完毕,并经过4年的应用，取得了明显的安全效果和经济效益,主要有如下优点：①由于双层缠绕改为单层，从而减少了钢绳的咬绳和磨损，钢绳的使用寿命大幅度提高。改造后钢绳的使用情况统计表明，钢绳使用寿命在12T5个月之间。经过比较，每年可节约钢绳4一5根，约9.2t。②由于钢丝绳使用寿命延长,避免了由于断丝造成突发性换绳，大大地提高了主井提升系统的安全可靠性。③改造前由于钢绳使用寿命短,换绳或调绳头工作几乎每月都要进行，既影响生产又浪费了较大的人力物力。总之,通过对卷筒钢绳缠绕方式进行技术改造,沛城煤矿主井提升机的生产效率得到了较大地提高，取得了明显的社会及经济效益。1.2.2矿井提升机的节能改造节能改造矿井提升机是矿井井上与井下以及井下之间的主要运输工具，是矿山运输的关键设备.它的能耗较大，耗电量一般占矿井总耗电量的30%-40%.在能源日益紧张的今天,运用各种新技术,新方法研制出新型的节能系统，并应用于矿井提升机中，用来有效地节约能源,具有重要现实意义.静液传动技术在矿井提升机中得到了广泛应用，如防爆液压绞车，制动闸等.基于能量回收与重新利用而提出的二次调节静液传动技术，二次调节静液传动技术是新发展起来的液压传动系统，它具有一系列独特的优点:(1)二次调节静液传动系统的节能特性.对于电动机施动的矿井提升机,若要进行重力势能的回收与重新利用，需利用电动机的可逆性，即通过电动机由电动机状态向发电机状态转换来实现.电动机作发电状态时需外界有原动机(对于程技术矿井提升机是下降的负载腕动转子及使

6转子以略超过其同步转速的转动速度运转，此时输入的机械功率变成电功率从定子输出，使电动机作发电机运行，向电网回馈能量.矿井提升机在提升负载阶段不能进行能量回收，系统仅从电网获取能量.在下放负载时,只能在加速或等速阶段形成负力矩时才能采用发电反馈制动，向电网回馈电能,而在减速阶段不能采用发电制动.这是因为在减速阶段应使提升机从最大速度逐渐降低到零，这与矿井提升发电回馈能量时需要以超同步转速运转的要求相违背，这时的提升机需要采用其它制动方式来减速,停车.应用了二次调节静液传动技术的矿井提升机,可以通过调节二次元件的斜盘倾角实现对制动动能和重力势能的回收。(2)应用二次调节静液传动技术的矿井提升机具有以下特点:①二次调节系统为压力耦联系统,可并联多个负载,此时系统功率按各个负载的平均功率之和进行设计，各自实现互不相关的控制规律,从而可对多负载系统采用集中的液压泵站,减少设备投资.现有液压绞车系统•般为由变量泵和定量马达组成的流量耦联系统,若接多个负载,系统功率需按各个负载的最大功率之和进行设计,运行过程中能耗大.②对于矿井提升机来说,要保证其安全运行，必须使负载按给定速度曲线运行，并且应有良好的位置精度.二次调节系统可通过转速，位置和转矩等的复合控制实现上述要求,且控制参数少，易于实现.③拖动系统正反换向可通过调整二次元件的斜盘倾角(过零点)来实现，电动机在换向过程中不需停机,这样减小了电动机频繁起动对电网的冲击.④回收的能量可直接供其它系统使用或由蓄能器储存供系统在提升加速需要大流量时使用，从而使系统设计功率可按平均功率取值,这样，既减少初期设备投资，又减少运行过程中的电能消耗。对于目前常用的矿井提升机虽然也能进行能量回收，但回收后的能量形式只能是电能,回收的能量对系统的设计功率没有影响,不能减少系统的设计功率.⑤二次调节系统直接从恒压网络中获取能量,无节流损失和溢流损失，使系统沮升减小,噪声降低，节省冷却费用。

72钢丝绳绳槽与提升机卷筒磨损的调研分析2.1钢丝绳的作用及磨损形式和成因2.1.1钢丝绳的作用矿井提升钢丝绳是煤矿提升、运输系统的一个重要组成部分，关系到煤矿的正常生产，影响矿井工人的生命安全，因此《煤矿安全规程》对矿井提升钢丝绳有专门规定。钢丝绳的正确使用及维护是降低煤矿成本的一个重要方面。目前我国煤矿使用的钢丝绳寿命普遍较短，特别是用于斜井提升的钢丝绳，其寿命就更短。影响钢丝绳寿命的因素很多，其中磨损、锈蚀和使用不当是造成钢丝绳寿命降低的主要原因。本文仅就钢丝绳的磨损作一简单探讨。2.1.2钢丝绳的磨损形式提升钢丝绳磨损的界定和表现形式提升钢丝绳的损坏可分为：宏观损坏和微观损坏两大类。宏观损坏可分为：a、磨损损坏，即内、外部磨损损坏；b、断丝损坏，即疲劳断丝损坏、冲击断丝损坏、振动断丝损坏；c、拉伸损坏，即冷拨拉伸损坏、冲击拉伸损坏、断丝拉伸损坏。微观损伤可分为：a、变形损伤，即挤压变形损伤、拉伸变形损伤；b、锈蚀损伤，即锈皮点蚀、麻坑；c、疲劳损伤，即拉拨疲劳损伤、弯曲疲劳损伤。

8现在所研究的提升钢丝绳磨损属于宏观损坏范畴，其又可分为粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、微动磨损和接触疲劳磨损。粘着磨损是指两表面在摩擦过程中，由于耗散摩擦能的绝大部分转化为热量，引起了接触面温度升高，从而造成与钢丝绳接触的材料发生软化，并且其熔化峰点在摩擦过程中将向钢丝绳表面转移所形成的磨损。磨粒磨损是指物料颗粒或硬的微凸体与材料表面相互作用而造成材料流失形成的磨损现象。腐蚀磨损是指当摩擦副在摩擦过程中，摩擦表面与周围介质发生化学或电化学反应，产生物质损失的现象。微动磨损是指摩擦表面间由•微小振幅滑动而引起的•种磨损形式。接触疲劳磨损是指当2个接触体相对滚动或滑动时，若接触区形成的循环应力超过材料的疲劳强度，则在表面将引发裂纹，并逐步扩展，最后使裂纹以上的材料断裂剥落下来的磨损过程。综合来看，钢丝绳磨损具有一定的系统性，并且机理复杂，为此有关材料利用数理逻辑的思想，通过一系列的逻辑符号，将导致失效事件的各种可能性沿其发生过程连接起来，这样不但有利于判断提升钢丝绳失效类型对应的原因，也有利于通过钢丝绳应用的现场因素，预测出可能发生的失效类型，从而采取适宜的重点防护措施。这为煤矿生产中判断其失效原因及预防提供了可靠依据。实践证明，在使用过程中的提升钢丝绳与使用前的提升钢丝绳相比，磨损损坏是很容易发现的。一方面钢丝绳绳径变细，外层钢丝绳磨损变形，出现外部磨损；另••方面股间和股内钢丝磨损变形，出现内部磨损。从整条钢丝绳来看，提升段以外部磨损为主，缠绕段以内部磨损为主，一般外部磨损比内部磨损严重得多。主要表现在：1）梯度磨损，垂弧启动，在提升循环中，从井口到井底，与托辐布距相对应的不同，钢丝绳与托辑的磨损依次增加，并呈现梯度变化，称为梯度磨损。梯度磨损与实际情况不完全符合,原因在于垂弧启动，矿车接触点和绳辐接触点的连线与轨道有一倾角e,e角的存在和和绳辑接触后的渐进特性，造成了下

9行钢丝绳与托辐间的运动先经过一个滚动过程，在弦垂钢丝绳托辑间的摩擦力矩大于阻力矩时，实现绳辐间的相对转动，这个过程为垂弧启动。滑动摩擦的多次重复造成垂弧启动段磨损严重，成为影响钢丝绳使用寿命的重要危险段。这也是斜井提升钢丝绳使用到一定时间后需要剁绳头的重要原因。2）拉锯运动，绳辐间成相对滚动状态时的钢丝绳的磨损较轻，-但托辑损坏，就会产生滚动磨损，提升过程成为绳辑间的拉锯式锂削过程，称为拉锯运动。如果绳辐材质相近，相互易磨起毛刺，会造成钢丝绳的剧烈磨损，恶性循环。拉锯运动是提升中要力求避免的。2.1.1钢丝绳磨损形成的原因提升钢丝绳磨损形成的原因影响钢丝绳磨损的因素有：内部因素、外部因素两大类。内部因素有：a、材质因素一钢丝绳材质、滚筒和托辐的材质；b、工艺结构因素一钢丝绳的结构和加工工艺；c、振动因素一机械振动的固有振动。外部因素有：a、物理因素一提升量、速度、加速度、巷道倾角、长度、托辑布等;b、环境因素一井巷水质、灰尘，井巷安全与道路状况；c、管理因素一保管、使用、检查、试验、运行操作等。根据磨损机理又可分为以下几种：钢丝绳在使用过程中其外周与绳道、底板、挡绳器等物体表面接触而引起的磨损为外部磨损，钢丝绳截面将减少，外周表面钢丝将磨平，钢丝绳破断载荷随之降低，在实际现象中，又有单周磨损、全周磨损。单周磨损较全周磨损更恶劣，在全长

10范围内，尽可能地做到均匀磨损，即全周磨损由于振动、碰撞造成的钢丝绳表面撞损，为变形磨损，这是一种局部磨损现象。如卷筒表面的钢丝绳受到其它物体的撞击，钢丝绳相互打缠、打结，或者由于咬绳，都会使钢丝绳产生变形磨损。这种变形磨损因局部挤压而变形，其钢丝横断面在挤压处向两旁伸展成翅形。从外表看，钢丝宽度扩展，虽然钢丝绳截面积减小不多，但局部挤压处的钢丝表面材质硬化，极易断丝。时间一久，变形突出部位往往磨损严重，外层钢丝也极易断丝。再者，内部磨损的因素也不可忽视：钢丝绳经过卷筒或滑轮时所承受的全部负荷压在钢丝绳的一侧，各根细钢丝的曲率半径不可能完全相同。同时，由于钢丝绳的弯曲，钢丝绳内部各根细钢丝就会相互产生作用力并且产生滑移，这时股与股之间接触应力增大，使相邻股间的钢丝产生局部压痕深凹。当反复循环拉伸弯曲时,在深凹处则产生应力集中而被折断。2.2钢丝绳磨损对其寿命的影响与防治措施2.2.1钢丝绳磨损对寿命的影响钢丝绳的失效形式主要有钢丝绳的静力拉断、疲劳、腐蚀和磨损。一般情况下，钢丝绳的失效，并不是钢丝绳突然断裂，往往表现为累积式的断丝、断股和直径缩小，以致绳的强度逐渐降低，最后达到极限而破坏。事实上，提升钢丝绳通常为丝一股一绳结构，钢丝绳的股与股之间及丝与丝之间成一定角度捻绕在一起，在轴向拉力和弯曲作用力下可导致股与股之间及丝与丝之间发生相对错动。虽然错动很小，但引起钢丝绳的磨损破坏，从而对钢丝绳寿命的影响却是不容忽视的。有关文章利用有限元分析模块，模拟计算了摩擦提升机钢丝绳中钢丝在不同外载影响下及随磨损深度增加而产生的应力区变化，得出了摩擦提升机钢丝应力分布与磨损程度密切相关，随磨损深度的增加，钢丝应力对挤压外载

11的敏感性下降的结论。这对确定钢丝绳寿命有重要意义。2.2.2提升钢丝绳磨损的防治措施为减轻提升钢丝绳的磨损，可通过改善托辑的结构和材质、减轻垂弧启动磨损以提高钢丝绳的保护性能外，加强对斜井检查管理，及时排除停转托辐，避免拉锯运动的发生，是保护钢丝绳的重要一环。必须加强宏观技术管理共振断绳，进行共振区段的测定，避开共振区域。对提升钢丝绳，除每日进行检查外，每周必须以0.3m/s以下的速度进行一次详细检查。钢丝绳•个捻距内的断丝达到10%时（如断丝在端部，允许切去断丝部分，继续使用），直径比开始悬挂使用时缩小10%或捻距比开始悬挂使用时延长0.5%,均应更换新绳。钢丝绳遭受卡罐或突然停罐等猛烈拉伸时，应立即停止运转，进行检查。如发现钢丝绳受到损伤，或钢丝绳延长0.5%或直径缩小10%,无须更换新绳。为避免“咬绳”现象对钢丝绳引起巨大的磨损，可在设计井口与提升系统的相互位置时，使提升机的内偏角达到最小；对于生产矿井中各参数已确定的绞车,改善咬绳的方法之一就是适当增加,增加后,若滚筒的容绳不够时，可适当增加衬木厚度，使滚筒直径增加，以增加容绳量。也可以在衬木上车削出不等螺距的绳槽，对应于偏角小于的一段（靠近滚筒中间的一段）可把减小到3mm,其余部分按偏角曲线逐渐车削出不咬绳的数值。对于斜井提升，采用游动天轮也可减轻咬绳现象。对于多层缠绕对钢丝绳产生的磨损，按《煤矿安全规程》规定，钢丝绳在多层缠绕时，每90d错动1/4绳圈位置，使上下层受挤压段变动一下位置，并能使上下层滑动段随之错动1/4绳圈的绳长。还可以采用刻有圆环形绳槽的滚筒，这种滚筒可使槽中第1层及以后儿层钢丝绳只发生1次冲击，可相对减少钢丝绳的磨损。同时,为了使第1层钢丝绳在

12从一圈转到另一圈的过渡位置时，能缠绕得更加平滑均匀，这部分滚筒表面应作成光滑无槽的，其光滑表面的参数可按下式计算式中一光滑表面对滚筒的唯一角及其长度;一钢丝绳螺旋上升角；一钢丝绳直径；滚筒直径；一钢丝绳槽间间隙。钢丝绳产生较大的磨损，且质量大，转动惯量较大，在绞车启动和停止时对钢丝绳产生磨损。地滚应尽量采用轻质材料，且外径不宜过大，在目前尚未有理想的地滚产品之前，可以根据具体情况，设计出适合具体条件的地滚。地滚要经常检修和维护，保持运转灵活，巷道要保持清洁，清除巷内的浮岩，除掉使钢丝绳磨损的不良因素，以提高使用寿命。很多矿用的实践证明设有地滚并维护较好的，钢丝绳的使用寿命可以提高2-5倍以上。

133矿井提升机卷筒衬木的综述3.1提升机卷筒衬木的作用及磨损情况调研3.1.1提升机卷筒衬木的作用针对煤矿主立井提升机卷筒衬木使用情况进行分析，认为等螺距绳楷的损坏均发生于与提升机重载加速起动过程相时应的最初3~4圈绳槽；等螺距绳槽衬木较不等螺距绳槽衬木使用寿命短得多钢丝绳作“S”形宵曲的卷筒上的衬木首先损坏。目前，大部分单绳缠绕式矿并提升机卷筒均装有衬木。衬木的好坏直接影响着提升机的安全、经济运行和维修使用，应引起足够的重视。合理选用、安装、使用和维修卷筒衬木是保证提升机安全、经济运转的必要条件。更换衬木也是耗资较大费时费力的项目之一%每更换一次衬木需几十立方米木材，耗费大量人力、物力，需停产十儿小时，是一项艰巨的工作。卷筒衬木的作用是增强提升机卷筒筒壳的强度和刚度并延长钢丝绳的使用寿命。衬木作为钢丝绳的软垫,在其上钢丝绳不会发生过度变形。衬木上刻有螺旋绳槽，使钢丝绳有规则的排列,避免“咬绳”现象,从而减少钢丝绳的磨损,并利于卷筒的均衡受力。长期使用衬木的实践证明在新衬木状态下卷筒运动是比较稳定的。当衬木磨损到一定程度后,卷筒会发出咔咔响声,严重时筒壳被压弯或产生裂纹。因为衬木严重磨损未及时更换或无衬木时,载荷将集中于筒壳的某一部分，在应力多次重复作用下,筒壳便会发生弯曲或产生裂纹。有衬木与无衬木的筒壳金属内，弯曲应力存在如下关系：

141+0.05曳=%式中：o1一有衬木的筒壳表面弯曲应力；00一无衬木的筒壳表面弯曲应力；H一衬木厚度；3一筒壳的钢板厚度。比值增加时,应力将减少,筒壳中的表面弯曲应力急剧下降。这将非常有利于筒壳的正常长期运行，同时延长使用寿命。对于一个卷筒占值是不变的,衬木厚度大时,应力就小衬木磨损或减薄时应力相应增大。筒壳弯曲应力与衬木厚度关系见图3：图3筒壳弯曲应力与衬木厚度关系3.1.2衬木磨损对卷筒的影响衬木磨损对卷筒的影响是很大的,必须引起高度重视。衬木磨损到一定程度应及时更换。磨损到原厚度的30%时应考虑更换,或根据具体情况予以妥善处理。大型提升机的两个卷筒衬木一般应同时更换。若只更换一个卷筒衬木，两个直径往往不等，兑剩困难，影响正常生产。焦煤九里山煤矿立井2L14XL8提升机自1970年5月1日至1990年7月15日共使用衬木21付。平均每幅衬木使用313d,提升煤量1913678to其中寿命最长的是第5

15付，使用515d,提升煤量2655973t;寿命最短的是第10付，使用122d,提升煤量8665013提升煤量最多的是第21付,提煤35297223使用440d。各付衬木使用情况见表1：收12L14X1.8型提升机衬木使用情况序起止时间使用天数/d提升量/t绳槽形式钢绳直径/mm提升量/t.d-1备注11972-05-01-1973-02-032731105042等螺距40404821973-02-03-1974-05-01450185697等螺距40412731974-05-01-1975-06-06398174882等螺距40439441975-06-06-1976-05-01329162337等螺距40.5493451976-05-01-1977-10-01515265593等螺距40.5515761977-10-01-1978-05-01210106401等螺距40506771978-05-01-1979-05-013652012105等螺距40551381979-05-01-1980-05-01272217353等螺距40623391980-02-03-1981-05-01330866501等螺距46.56586环节改造换粗绳101980-12-28-1981-05-01122260599等螺距46.57103111981-05-01-1982-05-01365260252等螺距46.57167121982-05-01-1983-05-01365276128等螺距46.57130131983-05-01-1984-05-01365302606等螺距46.57565141984-05-01-1985-11-11192163879等螺距468290

16151985-11-11-1986-05-01200148177等螺距468535161986-05-01-1986-10-01150129975等螺距467409171986-10-01-1987-06-28268201737等螺距46.58665181987-06-28-1988-05-01307262933等螺距46.57527更换滚筒191988-05-01-1989-05-01365289464等螺距46.59565201989-05-01-1990-07-15440325972等螺距46.58022表1年以1980年使用的钢丝绳直径40.5mm和40mm两种，全部为国产圆股钢丝绳。1980年以后使用的钢丝绳直径改用46.5mm和46nun两种,使用的德国进口6X25填充绳和日本进口圆型股6X19+1钢丝绳及鞍钢产三角股钢丝绳。1986年以前使用的衬木均采用习惯上使用的等螺距绳槽,具体尺寸见图4。图4不等螺距绳槽衬木示意图等螺距绳槽的钢丝绳最大外偏角丫=1°7，，最大外偏尺寸是1110mm.等螺距绳槽的损坏均发生于与提升机起动过程相对应的最初圈圈绳槽，即对应提升机重载起动时的加速阶段。首先是木屑大片剥落，绳槽儿乎成为平面，接着便出现跑槽和咬绳现象。采取加深绳槽,钉三角带等措施仍阻止不了衬木状况的继续恶化，使用时间不长就得更换衬木。等螺距绳槽衬木尽管使用时间有长有短，但总提升煤量并不多。随着矿井产量的逐年增高,等螺距绳槽衬木的使用寿命越来越短,直接影响了矿井的正常生产。1986年10月在基本不改变外偏角的情况下，（最大外偏尺寸1123mm）采用了不等螺距绳槽衬木具体尺寸见图5

17图5不等螺距绳槽衬木示图绳槽衬木使提升机起动过程中衬木的损坏情况有所改善。时至1993年，不等螺距衬木的大螺距绳槽处还没有发现绳槽损坏。为什么等螺距绳槽的损坏全部发生于与提升机重载起动加速段相对应的最初3〜4圈内呢？因为提升机起动时一方面静载荷最大，同时起动过程中由于加速度而产生的加速力也在随着加速度的变化逐步变化。最大加速力为F=£ma式中Em…提升机运动系统的变位质量。a一起动加速度。3.1提升机卷筒衬木损坏的主要形式原因及防治措施3.2.1提升机卷筒衬木损坏的主要形式提升机起动过程中，由于罐道不直、接头不规格罐道和罐耳间隙不均匀等因素，在提升容器运行过程中，使钢丝绳不仅受冲击力而且摆动很大,因而产生横向振动和附加动应力。提升机起动时受力最大，而等螺距绳槽间距仅50mm有些偏小，经不住加速过程中的横向振动和附加动应力的冲击，使其过早剥落报废。相反,不等螺距绳槽间距为65nlm受力情况就好得多了。钢丝绳反向弯曲(钢丝绳“S”形弯曲)的卷筒上的衬木首先损坏。九里山矿主提升机投产时固定卷筒钢丝绳为下出绳作“S”形弯曲,每次衬木损坏均发生在固定卷筒上,活动卷筒衬木损坏并不严重。而1987年提升机房更换出绳孔后,活动卷筒钢丝绳为下出绳作反向弯曲，衬木的

18损坏则发生在活动卷筒仁固定卷筒衬木损坏却不严重。钢丝绳作反间弯曲不仅易损坏衬木，而且也加速钢丝绳的损坏作反向弯曲的钢丝绳为什么容易造成衬木的损坏。3.2.2提升机卷筒衬木损坏的原因(1)钢丝绳经过天轮时正向弯曲到卷筒上马上又作反向弯曲，对于每根钢丝其受力的变化是从最大拉伸到最大压缩，或从最大压缩到最大拉伸，从最大拉伸或最大压缩状态还未恢复原状，又来了一次最大压缩或最大拉伸同时伴有弯曲等，在诸多作用力的综合作用下，钢丝内应力变化幅值最大。这种变化均发生在天轮绳槽至卷筒衬木之间。这种变化的内在表现是钢丝绳过早出现疲劳损坏而其外在表现必然是天轮绳槽和卷筒、衬木绳槽的磨损加剧。(2)钢丝绳由天轮到卷筒间作反向弯曲时，钢丝绳本身具有的编捻力矩，因反向弯曲而相对加剧。这种编捻力矩产生的钢丝绳旋转力，使天轮及卷筒衬木的磨损加剧,尤其对刻有螺旋绳槽的衬木，钢丝绳的旋转力使绳槽棱发生剥落，衬木绳槽底磨损剧烈，且很容易产生“咬绳”等现象。(3)在卷筒与天轮间，钢丝绳的“振摆”倾向是造成衬木磨损和剥落的又一个不可忽视的原因，振摆越烈,磨损越严重。振摆和钢丝绳的弦长有关，同时和操作及钢丝绳具有的弹性有关。究竟弦长多少,后摆幅值最小这是个有待进一步探讨的问题。同家梁矿主立井提升机房未改出绳孔前，“S”形弯曲弦长为55.3m后摆比较严重，衬木损坏快些。改出绳孔后,弦长为52m,衬木磨损相对稍慢些。(4)钢丝绳上下卷筒衬木时由于钢丝绳振摆横向磨损是不可避免的。这种横向力直接破坏了衬木的绳槽并加快衬木的损坏口针对衬木的损坏情况。3.2.3制作和更换衬木时常采取了措施(1)衬木以强而韧的硬木制作通常选橡木、水曲柳、愉木等。衬木的含水量不大于10%,衬木加工好后,应及时用机油煮。煮衬木的机油温度控制在100C—120

19把衬木放在油槽内不能和油槽底部接触。(2)煮沸约15min左右，即看到油中没有泡沫或泡沫很少时为止。油煮衬木不干裂，不变形,可增加柔软性能,减少钢丝绳的磨损，延长钢丝绳和衬木的使用寿命。(3)衬木各加工表面必须平滑光洁衬木内圆弧半径应和卷筒壳外径相--致。(4)装配衬木应使其与筒壳接触良好。接触不好就会使筒壳应力分布不均匀，导致筒壳裂纹、变形等缺陷。(5)衬木绳槽最好在衬木安装好后在卷筒上制作，若事先制作好绳槽,安装时应使绳槽对准,且过渡处光滑。(6)各部衬木安好后,将其空隙以及各衬木间隙用相应厚度木条堵死。(7)使用中对已经剥落和磨损的衬木，用机油加黄油涂抹于衬木上使其减少磨擦和磨损也可收到•定效果。

204常见卷筒衬木绳槽的加工方法4.1利用普通车床加工绳槽4.1.1利用普通车床加工绳槽示意图简介此毕业设计已通过答辩，详细计算，完整说明书和全套设计图纸,■请联系扣扣：@②⑤⑦®④①⑥零④；⑨⑨@X2X?)①鳏)yigai大帝轮(A3)yigai联轴器(A3)(A3)卷筒衬木车削装置传动系统图(A1)吗中英文翻译卷筒衬木车削装置机架S(A1)卷筒衬木削装置总图(A0)设计说明一丝杠(A3)——甫轮轴(A3)丝杠獴母(4嬖轮(A3)A3)Hj推要轴承座(A2)功率P=2.2kw输入电流A=4.9安铁心直径d=95mm内径d]=104mm

21(2)确定计算功率以由表8-7(机械设计，第七版)查得工作情况系数K,「L1,故Pca=KA-P=\Ax2.2=2.42KW(3)选择V带带型根据以，勺,由图8-11可得选择A型带(4)确定带轮基准直径由表8-6和8-8,取小带轮基准直径dd]=80mmo验算带速V,按式8T3验算带的速度:血dl〃l60x10003.14x80x143060x1000=5.99/77/5因为5m/s〈V〈30m/s故带速合适,计算大带轮的基准直径42，42==2.125x80=170mm根据表8-8圆整为(5)确定V带中心距a和基准长度乙根据式(8-20)初定中心距即=300mm,由式(8-22)计算带所需的基准长度：Lda=2ao+—(dd.+J,2)+%)24an=2x300+々80+180)+080-80)-24x300=1017min由表8-2选带的基准长度4=1000mm.按式(8-23)计算实际中心距aL,—2d。1000—1017a=an+==300+=292mm

2222中心距变化范围为277~307mm。(6)验算小带轮上的包角45740574°«,=180°-(^2-^2)—=180°-(180-80)——=160°>90°a292(7)计算带的根数Z计算单根V带的额定功率Q由=80mm和％=1430r/min。查表8-4a得Po=0.68KW,根据n,=1430r/min,i=2.125和A型带,查表8-4b得Ap。=0.17KW,查表6-5得Ka=0.95,查表8-2得K,=0.89,于是乙=(p0+Apo),Ka-K/=(0.68+0.17)x0.95x0.89b0.72KW计算V带的根数z：所以V带取4根。（8）计算单根V带初拉力的最小值（乙）僦由表8-3得A型带的单位长度质量q=0.lkg/m。所以优）=500（2.5t）12'KaZV%+0.1x5.9925Q0(2.5-0.95)x2.420.95x4x5.99=85.98N应使带的实际拉力F。＞伉）ms

23（9）计算压轴力工，压轴力的最小值为：（Fp）min=2Z（为"nSi〃登=2X4X85.98xSin?=677N（10）带轮的结构设计由表8To查得e=15±0.3nw?f=9mm则带轮缘宽度：B=（Z-l）e+2f=（4-l）x15+2x9=63mm取整B=65mm。因为大带轮基准直径d.=18042.54（d为电动机铁心直径）故带轮的结构形式采用实心式（详细解构见图纸）。（11）带轮的尺寸参数单位;mm代号大带轮小带轮dd180804,19687d9515B6565L8888d\19030（12）V带轮的轮槽设计V带轮的轮槽选用A型带的型号，V带轮在带轮上以后发生弯曲变形,使V带工作面发生变化，为了使V带工作面与带轮轮槽工作面紧密配合将V带轮轮槽工作面夹角做成小于40°。V带密封到轮槽钟以后，一般不应超出带轮外圆，也不应与轮槽底部接触，轮槽表面粗糙度为3.2。（13）V带轮的材料选择及技术要求带轮材料选用HT200铸钢或钢板冲压后焊接而成。铸造、焊接、或

24烧结的带轮在轮缘腹板、轮辐及轮毂上不允许有砂眼、裂缝、缩孔、气泡。铸造带轮在不提高内部应力的情况下，允许对轮缘凸台腹板及轮毂表面的缺陷进行修补，转速高于极限转速的带轮要做动平衡，反之要做静平衡。5.3.8轴的结构设计及校核(1)大带轮轮轴的设计4。和小：由于联轴器选用的是T4型弹性柱销联轴器，所以有联轴器参数可知轴段的最小直径4°=22nw?,=25mm。dl2：密封处轴段根据轴向定位要求，定位高度〃=(0.07-以及密封圈的的标准《2=35mm。43：滚动轴承处轴段43=45mm,滚动轴承取30209,其尺寸为dxDxTxB=45mmx85，〃，〃x20.75mmx19mm。dl4：带轮轴直径d=60mm。ln：轴端长度I”=38'”,”o/i2:由轴承端盖装配关系可确定：ll2=50mmo心：由滚动轴承，挡油盘及之间的装配关系可确定：%=45mm。心：L为带轮宽度，由带传动设计可得：3=6=65，〃，〃。(2)小带轮轮轴的设计4i：根据成型铳刀的刀杆直径，确定%=15mm。《2：密封处轴段根据轴向定位要求，定位高度力=(007-0.1乂1,以及密封圈的的标准&2=20mm。

2543：滚动轴承处轴段d”=25mm,滚动轴承取30204,其尺寸为dx0x7x8=20mmx47mmx15.25mmx14mm。di4：带轮轴直径d=30mm.h:由成型铳刀的刀宽确定：％=30mmoli2:由轴承端盖装配关系可确定：心=50刈”=/13；带轮宽度/13=5=65nw?。(3)大小带轮轮轴的校核由于该装置只是卷筒衬木车削的简易装置，所选带轮轮轴为标准件,其弯扭合成强度和安全系数均符合要求，所以大小带轮的轮轴在此处不再进行校核。5.3.9车削装置中联轴器的的选择与设计根据工作要求，为了缓和冲击，保证带轮的正常工作，电动机与大带轮轴之间选用弹性柱销联轴器，考虑到转矩变化很小，取幺=1.3,则7；a=jta.T=1.3xl4.69«19.iym按照计算转矩几小于联轴器工程转矩的条件，查G8/T4323-1984或手册，选用T4型，弹性套柱销联轴器，其公称扭矩为63Mm,孔径(20-28)mmoL=52mm,4=38nw?,许用转速为4200r/min,故适用，TL4型联轴器：，———GB/T4323-1984，838x525.3.10铳刀头结构的设计(1)铳刀结构及材料的选择铳刀片的形状见图2。刀片材质为T8或T8A锻造以后经磨削制成。刀体为65Mn

26钢，刀片共4对8片，并且刀片的淬火硬度不宜太高，刀刃的淬火硬度一般为40〜50HRC。其工艺为将一组刀片用刀盘装卡后(见图3),盐浴加热，油淬而成。组合铳刀的形状如图3所示。按绳槽槽底半径要求,将一组刀片制成不同的直径，并依大小从中间向两侧对称排列，然后用刀盘将其夹持成组合铳刀，其端部即形成绳槽槽底半径R。图2铳刀片

27图3组合铳刀装配图1刀片'2.3——刀盘.(2)组合铳刀的参数及结构特点：①刀头成铲型，便于刃磨，减少摩擦②切削部分前角7=7°后角。=6为减少后刀面的摩擦，后角增大到12°,刃倾角4=10°,左右错齿，切削轻快，并磨出••个夕=10°的过度刃倾角，以防切屑堵塞，发生崩刃现象。③为了提高刀具的耐用度，主刀刃上磨有0.15负倒棱。使用楔块装。夹，牢固可靠，且体积小，制造也简单，刀片装好后进行体内刃磨，保证刀具刃磨精度。(3)切削用量和技术要求加工卷筒衬木时，由于铳刀转速可以达到〃=2980r/min,每次进给量为1.5mm,手动进给。如果机床主轴的径向便摆小于0.05mm时，可以适当提高切削用量。5.3.11其它辅助装置参数的选取与设计(1)带传动架体的设计

28由于带轮固定在轴上，并通过轴承座固定在小托板上，轴承座的选取应根据轴承的型号而确定，但必须保证大小带轮的中心高度必须一致,考虑到大小带轮直径均为180nlm和80mln,则选中心高h为120mm。(2)车床架体、导轨及托板的设计选用闲置的机床床身作为卷筒衬木切削装置的架体，导轨采用2根平行的11#工字钢焊接而成，托板用6=24〃加的钢板制作，大托板尺寸；lOOmmX132mm,且导轨长约1800mm,小托板尺寸80mmX60mm,且导轨长约10mm,大托板可以实现自动进给，小托板采用手动进给形式。托板前后有导向爪，钢板上部和C630车床刀架相连，下部与丝杠螺母相连，丝杠两端有轴承座制成并固定在架体上。大托板下丝杠主轴最小直径56mm。小托板下丝杠主轴最小直径20mm。(3)该装置中其它零件均选用标准件，在此不在加以设计。5.3.12卷筒衬木车削装置的加工工艺特性(1)试铳与开机顺序铳槽前,先将组合铳刀调至卷筒衬木的绳槽旋入端,摇动小拖板手轮进刀并启动铳削电动机试铳一点。然后测量该点绳槽深度与槽底半径是否符合设计要求。如达到要求,先启动铳刀电动机,再启动主电动机进行铳削,铳削时将小拖板固定。每个卷筒铳削2〜3次即可完成。(2)停机顺序停车时应先停主电动机，再停铳刀电动机。(3)周长要求卷筒绳槽的周长可用钢卷尺围圆测量。如前所述两卷筒直径误差不应大于2mm。直径误差过大时将影响对罐的准确性。5.3.13卷筒衬木车削装置的特点(1)转速高

29组合铳刀盘转速为5956r/min,电动机功率为2.2kw、转速2860r/mino(2)绳槽质量好衬木经刨削后即可装于卷筒上进行铳槽。因组合铳刀转速远大于卷筒转速(大162倍)，既使衬木上有些凹凸不平,对铳槽影响也不大。实践证明，用该机铳削的绳槽标准、规范、质量好，完全符合《规程》要求。(3)效率高铳刀片切削刃数量多(每片12个)，铳削频率高，整个铳槽过程仅需7h,比手工刻制绳槽提高工效20多倍,大大的缩短了停产时间。(4)传动机构简单合理用两个链轮代替了四个挂轮，并省去了拆卸部分制动闸瓦和高速轴上皮带轮的麻烦，尤其是在铳削不同螺距的绳槽时，只需更换到两个链轮。(5)操作简单，拆装方便铳槽时只需一人操作，调好进刀量以后将小托板固定即可，该机只有主动链轮与主轴轴头用6个M24螺栓连接，故安装拆卸方便，省时。

30致谢首先，我要感谢河南理工大学，感谢机械学院对我两年的培养，自从08年经过专升本考试进入河南理工大学以来，这两年的学习生活让我学到了许多本专业的基础知识，掌握了一定的技巧，提高了自己独立发现问题解决问题的能力，真挚的感谢河南理工大学机械学院各位老师在这两年里对我的关怀与照顾，在此，再次致以我诚挚的谢意。这个毕业设计从选题到最后定稿成文，机械学院高瑞棉老师和校办工厂的张益民老师一直给予了悉心指导，两位老师的那种严谨求实的作风，广博深邃的洞察力，孜孜不倦的开拓精神和敬业精神令我深受启迪和教益，谨向我的设计指导老师高瑞棉老师和校办工厂的张益民科长致以深深的谢意。我的这次毕业设计正是从矿山机械最常见的问题着手，结合校办工厂遇到的实际问题，进行构思和设计的，由于本人的水平有限，在理论的设计、资料的查阅等方面难免会有不当、不深，不周的地方，有些设计思路也尚欠成熟，敬请各位老师批评指正。最后，我还要向在设计过程中所有曾经帮助过我的同学和朋友们致敬，你们的鼓励和帮助永远是我前进的动力。

31参考文献［1］孙玉蓉.《矿井提升设备》北京：煤炭工业出版社，1995［2］唐殿全.《煤矿机械修理与安装》北京：煤炭工业出版社1994［3］《机械设计手册》联合编写组.《机械设计手册》1987［4］戴曙.《金属切削机床设计》北京：机械工业出版社1981［5］王之煦.《新标准机械图图集》北京：机械工业出版社1989［6］冯冠大.《典型零件机械加工工艺》北京:机械工业出版社1986L7］殷玉枫.《机械设计课程设计》北京：机械工业出版社2008［8］胡仁喜.《AutoCAD2005通用机械设计》北京：机械工业出版社［9］徐祖茂.《机械工程图学》北京：上海交通大学出版社2005［10］张建民.《机电一体化系统设计》北京：高等教育出版社2007L11］北京市技术交流展.《北京市金属切削刀具汇编》1977［12］《机床设计图册》.上海科学技术出版社1979［13］中国机械教育协会.《金属切削机床》.2004L13］戴曙.《金属切削机床》.1997L14］吴宗则.《机械设计课程设计手册》.2006年5月［15］荣涵锐.《机械设计课程设计简明手册》.2005［16］潘英.《矿山提升机设计》.2001

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