矿井提升机控制系统设计毕业设计说明书

1、 内容摘要：矿井提升设备是矿井生产的主要设备之一，在矿井生产中占有主要的地位，是沟通井下生产与地面生产运输的纽带。矿井提升设备是一套复杂的机械-电气机组。所以，矿井提升设备是矿山生产中具有举足轻重作用的重大的大型设备。本设计首先对提升机主要设备箕斗、提升钢丝绳、滚筒、天轮等进行规格的选型与设计，以及对提升机主要结构的作用进行了介绍分析。然后计算出提升机与井筒的相对位置以便于安装。接着对提升机常见的故障进行了分析与提出了预防措施。最后对提升机的制动部分与控制系统进行了总体设计。关键词：矿井提升机、箕斗、钢丝绳、井筒、plc控制 abstract : hoisting equipment is t

2、he main mine production equipment, in mine production has principal position, underground production is on communication with the ground production of transport links. mine hoist equipment is a complex mechanical-electrical unit. so, mine is mine equipment to upgrade the production plays an importan

3、t role in the major large equipment. design of the first major equipment hoist skip, rope, pulley, wheel and other specifications for the selection and design, and the hoist structure of the role of an introductory analysis. then compute the elevator shaft and the relative position for installation.

4、 proceeded to hoist common fault with the analysis of preventive measures. finally, the elevator part of the brake control system with the overall design. keywords : mine hoist, skip, rope, wellbore, plc control 1、绪论1.1 引言矿井提升设备是矿井生产的主要设备之一，在矿井生产中占有主要的地位，是沟通井下生产与地面生产运输的纽带。矿井提升设备是一套复杂的机械电气机组。所以，矿井提升设

5、备是矿山生产中具有举足轻重作用的重大的大型设备。矿井提升设备的作用是沿井筒提升矿山、矸石、下放材料、升降人员和设备等。矿井提升工作的特点是在一定的距离内，一较高的速度上下往复运行。矿井提升设备在生产过程中一旦发生事故，就会影响全矿生产，甚至导致全矿生产停顿。所以矿井提升设备要求配有良好的控制设备和保护装置。作为矿山机电技术人员，应当熟悉矿井提升设备的性能、构造和工作原理，提高安装质量，合理使用设备，加强设备维护管理，并应采用诊断技术和相应的仪器设备，这对确保矿井提升工作的高效、安全可靠以及经济的运转，防止和杜绝事故的发生，加速矿业开发建设，都具有深远的意义。提升设备耗电量大，在金属矿，耗电量有

6、时能占全矿的40%50%。因此，对其高效运转、提高效率以及节约能源必须予以高度的重视。加之，提升机一般无备用设备，所以矿井提升设备在矿井中占有十分显赫的地位，属于矿山的要害设备。由此可见，提升设备除了要对其精心设计、精心制造之外，提高安装质量，合理地使用和维护好设备，确保其安全可靠地运行，预防和杜绝事故的发生，具有十分重要的意义。目前，国外的矿井提升机正朝着体积小、重量轻、能力大、效率高、安全可靠和自动化的方向发展。1.2 研究目的与意义矿井提升机是矿井大型固定设备之一，是煤炭生产运输的主要工具，它担负着提升煤炭、研石、下放材料、升降人员和设备的任务，是联系井上与井下的唯一途径，素有矿井“咽喉

7、”之称。提升机运行的安全可靠性不仅影响到矿山的经济效益，而且更重要的是涉及到井下工作的矿工生命安全。提升机制动系统的好坏则是直接关系到提升机运行的安全性和可靠性。如果某提升机设备在工作过程中出现故障，而又未能及时进行制动并且排除故障，其结果不仅有可能会导致设备本身损坏，甚至可能造成机毁人亡的严重后果。据统计分析，因制动系统故障而造成的事故约占整个提升事故的60%以上。至今为止我国煤矿由于提升机制动系统故障而发生重大事故的例子很多。如:淮北矿务局相城煤矿主斜井提升机就因安全制动力矩过大，多次发生紧急制动断绳事故：石台煤矿主井提升机闸盘油污过多，制动力矩过小，导致重载箕斗坠入井底，造成了巨大的经济

8、损失和人员伤亡。历年来各国对矿井提升机的安全问题极为重视，对矿井提升设备的安全性提出了极严格的要求。煤矿安全规程和煤矿机电设备完好标准对此都做出了明确规定，要求对运转使用的提升机定期进行技术测试。目前，大部分矿山企业对矿井提升机采用预防维修的方法。但是，由于预防维修是按预定的时间间隔来进行的，故障的随机性和维修时间的确定性之间存在着矛盾，在实际工作中很容易出现设备尚好检修期己到的“过剩维修”、设备有隐患但检修期未到的“欠修”，还有不少故障不可能通过细而密的定期维修得到解决，相反会因频繁的拆装出现更多故障。设备的可靠性不可能通过维修得到改善，分解检查不可能鉴定运行中内部零件可靠性下降程度。复杂设

9、备的偶然故障是不可避免的，所以计划预防维修制度已不适应当今生产发展的需要。要解决上述问题，更有效地对设备进行维修，最合理的方法是根据设备运行状态的好坏来安排检修工作，这种方法称为预知维修。而要真正做好预知维修，必须建立矿井提升机的实时监测和诊断系统。1.3 矿井提升设备的组成矿井提升设备主要有提升容器、提升钢丝绳、提升机（又称卷扬机）、井架和天轮以及装卸载附属装置等组成。矿井提升机作为一个大型机械电气机组，它由下列机械和电气装置等组成：把图和文字重新排列，让其规正工作机构主轴装置传动系统测速发电机装置护板、护栅、护罩制动系统制动器主制动器辅助制动器制动器控制装置液压站空气控制装置观测操作系统深

10、度指示器斜面操纵台机 械 部 分矿 井 提 升 机机械辅助部分保护系统减速器联轴器导向轮和天轮车槽装置司机椅子电气部分主电机和微拖动电动机电气控制装置电气保护系统1.4 提升机制造发展简介与发展趋向建国前我们根本不能制造大型矿井提升机，建国后才有了自己的提升机械制造厂。现在，我国已能自行设计并能成批生产系列的大型的近代矿井提升机械。目前我国生产的和广泛使用的提升机基本上分为两大类，即单绳缠绕式提升机及多绳摩擦式提升机。当前我国矿山，特别是一些较老的矿山大都使用kj型提升机。在此基础上，洛阳矿山机械厂将其改造为jka型，该型的最大特点是不使用地下室，尽管如此仍不适应我国矿山生产发展的需要。后来，

11、洛阳矿山机器研究所和洛阳矿山机器厂的工程技术人员，自力更生，自行设计制造，于1970年生产出一种新产品xjk型。1985年又对jk型矿井提升机进行了更新，这种结构更新型的提升机的型号为jka型。我国最早生产大型矿井提升机的一家工厂是辽宁抚顺重机厂。那是在1953年，仅是小批量生产，1958年洛阳矿山机械厂建成后，就开始了大量生产，30年来仅洛阳矿山机器厂就生产了2000多台大型提升机。全国有十几家生产厂先后生产过矿井大型提升机，但目前主要是洛阳矿山机器厂、上海冶金矿山机械厂、重庆矿山机器厂和吉林重机厂等几家工厂生产，其中洛阳矿山机器厂的产量占70%80%。1.4.1交流拖动方式目前我国提升机约

12、70%采用串电阻调速的交流拖动方式。有单绳和多绳两种系列，大都采用改变转差率s的调速方法，在调速中产生大量的转差功率，使大量电能消耗在转子附加电阻上，导致调速的经济性变差。极少数提升机采用串级调速方法，其调速范围窄，且投资大。1.4.2直流拖动方式我国提升机采用直流拖动有两种系统:直流发电机一直流电动机机组(f-d)和晶闸管一直流电动机(scr-d)系统。其生产和使用情况如下:(1)国内研制大型直流提升机主要有三大厂家: 上海电机厂主要生产配套电机，己生产低速直流电机800多台，最大容量5775kw，额定转速50r / min.其中长广煤矿及五村煤矿的提升机为1000m 48r/ min，淮南

13、潘三矿采用一台2600kw 低速直联电机;上海冶金矿山机械厂主要生产主机及信号系统，己生产80多台提升机，1979年生产过一台低速直联落地式提升机; 北京整流器厂主要生产配套电控， 己从瑞士bbc公司和瑞典asea公司引进了晶闸管电控整机系统及元件生产线，直流电控容量可达7000kw;还引进了交流变频调速(交一直一交)电控生产线，可生产单机4200kw变频调速电控设备;1986年向甘肃金川矿提供了一套带微机控制的800kw 直流电控设备。(2)从国外引进的晶闸管供电的直流提升机20多套，其中aeg公司2100kw低速直联6套、西门子公司低速直联4套、瑞典asea公司9套。另外，还正在引进计算机

14、控制的低速直联电控系统。1.4.3 研制与发展(1)国产大型直流提升机及电控系统正在逐步完善和推广使用。(2)大功率变频调速电控提升机其效率可达98%，国内正在组织研究这种系统，不少院校和研究单位都在着手研制。如天津电气传动研究所己研制了一台300kw的变频调速装置。(3)可编程序控制器在提升机电控系统的应用可编程序控制器具有可靠性高、抗干扰能力强、实现继电逻辑容易，基本免于维护等独特优点，特别适用于对我国占大部分的交流提升机继电一接触器电控系统进行技术改造;因此有不少单位都在着手研制，如焦作矿务局，韩城矿务局均用可编程序控制器对tkd电控系统进行改造，己投入正常运行和使用，已经显示出了很强的

15、生命力。这是今后一段时期乃至几十年对我国占绝大多数采用继电控制的交流提升系统进行技术改造的必由之路。 2、矿井提升系统主要设备矿井提升设备用于提升有用矿物、矸石、升降人员设备、下放材料等。矿井提升设备主要由提升容器、提升钢丝绳、提升机、井架和天轮以及装卸载附属装置等组成。已知矿井年产量an=100万吨，矿井深度hs=290m，箕斗装矿高度hz=20m，箕斗卸矿高度hx=20m，年工作天数=330d，矿石松散容重r=2t。2.1 竖井提升容器的选择2.1.1 箕斗的选择我国煤矿立井广泛采用固定斗箱底卸式箕斗，其形式有很多种，过去一些矿井普遍采用扇形闸门底卸式箕斗，现在新建矿井多采用平板闸门底卸式

16、箕斗，这种底卸式箕斗如图2-1所示1 楔形绳环； 2框架； 3可调节溜煤板； 4斗箱； 5闸门；6连杆；7卸载滚轮；8套管罐耳；9钢轨罐道罐耳；10扭转弹簧；11罩子；12连接装置图2-1 单绳立井箕斗箕斗由斗箱4、框架2、连接装置12及闸门5等组成。箕斗的导向装置可以采用钢丝绳罐道，也可以采用钢轨或组合罐道。采用钢丝绳罐道时，除应考虑箕斗本身平衡外，还要考虑装煤后仍维持平衡，所以在斗箱上部装载口处安设了可调节的溜煤板3，以便调节煤堆顶部中心的位置。图2-1所示为箕斗采用曲轨连杆下开折页平板闸门的结构形式。这种闸门与老式扇形闸门相比有以下优点：闸门结构简单、严密；关闭门的冲击力小；卸载时洒煤少

17、；由于闸门是向上关闭的，对箕斗存煤有向上捞回的趋势，故当煤未卸完时产生卡箕斗而造成断绳坠落事故的可能性小；箕斗卸载时闸门的开启主要借助煤的压力，因而传递到卸载曲轨上的压力较小，改善了井架受力状态；过卷时闸门打开后，即使脱离卸载曲轨，也不会自动关闭，因此可以缩短卸载曲轨的长度。这种闸门的缺点主要是：箕斗运行过程中由于煤重力作用，使闸门处于被迫打开的状态。因此箕斗必须装设可靠的闭锁装置。如闭锁装置失灵，闸门就会在井筒中自行打开。打开的箕斗闸门将会撞坏罐道、罐道梁及其他设备，因此必须经常认识检查闭锁装置。为了克服上述闸门的缺点，可以使用插板式和带圆板闸门的底卸式箕斗。2.1.2主井箕斗的规格的选择在

18、提升任务确定之后，选择提升容器的规格有两种情况：一是选择较大规格的容器，一次提升量较大，则提升次数少。这样，因为一次提升量较大，所需的提升钢丝绳直径和提升机直径较大，因而初期投资较多。但提升次数较少，运转费用较少。二是选择较小规格的容器，情况和上述相反，因而初期投资较少，而运转费用则较多。选择提升容器规格的原则是：一次合理提升量应该使得初期投资费和运转费的加权平均总和最小。为了确定一次合理提升量，从而选择标准的提升容器，可按以下步骤：（1）确定合理的经济速度。与一次合理提升量相对应的，有一个合理的经济速度。经研究证明，合理的经济速度可用下式计算 =（0.30.5） = (0.30.5) = 5

19、.69.1 取=6m/s式中：h提升高度，m； h=hs+hz+hx hs矿井深度，m； hz装载高度，m； hx卸载高度，m；（2）估算一次提升循环时间 =+ = =83 s式中：提升加速度，一般取=0.8； 箕斗低速爬行时间，一般取=10 s；箕斗装卸载休止时间，一般取=10 s；（3）计算小时提升量= = =式中：c提升不均衡系数，箕斗提升c=1.15； 矿井设计年产量，； 提升富裕系数，取1.2； 提升设备每年工作小时数，取=20h； 提升设备每年工作日数。 （4）计算小时提升次数=43次 （5）计算一次合理提升量 =4.8 t根据一次合理提升量为4.8t，又因为是双箕斗，查表1-1选

20、取与相等或相近的标准箕斗，在不加大提升机滚筒直径的条件下，应尽量选用大容量箕斗，以较低的速度运行，降低能耗，减少运转费用。选择jl3型箕斗，箕斗名义载重3t，有效容积3.3，箕斗质量3800kg，最大终端载荷80000n，最大提升高度500m，箕斗总高7780mm，箕斗中心距1830mm。（6）计算一次实际提升量，选取标准箕斗后，根据所选箕斗的有效容积和煤的松散容重计算一次实际提升量 =23.30.9=5940式中：煤的松散容重，； v标准箕斗的有效容积，； 箕斗装满系数。2.2 提升钢丝绳2.2.1提升钢丝绳的选择使用矿用提升钢丝绳都是丝股绳结构，即先由钢丝捻成绳股，再由绳股捻成绳。选择钢丝

21、绳时，应根据使用条件和钢丝绳的特点来考虑。我过提升钢丝绳多用同向捻绳，至于是左捻还是右捻，我国的选择原则是：绳的捻向与绳在卷筒上的的缠绕螺旋线方向一致。我国单绳缠绕式提升机多为右螺旋缠绕，故应选右捻绳，目的是防止钢丝绳松捻。此外，还应考虑如下因素：（1） 在井筒淋水大，水的酸减度较高且处于出风井中的提升钢丝绳，因腐蚀严重，应选用镀锌钢丝绳；（2） 以磨损为主要损坏原因时，应选用外层钢丝绳较粗的钢丝绳；（3） 以弯曲疲劳为主要损坏原因时，应优先选用线接触式或三角股钢丝绳；（4） 用于高温和有明火的地方，应选用金属绳芯钢丝绳。2.2.2 提升钢丝绳的选择计算提升钢丝绳的选择计算是提升设备选型设计中

22、的关键环节之一。钢丝绳在运转中受有许多应力的作用，和各种因素的影响，如静应力、动应力、弯曲应力等，磨损和锈蚀也将损害钢丝绳的性能。如图所示为一立井单绳提升钢丝绳计算示意图，图2-2 单绳提升钢丝绳计算示意图由图2-2所示，可见钢丝绳的最大静拉力作用于a点处，若使钢丝绳不被拉断，必须使a断面上的最大静载荷和安全系数的乘积不超过钢丝绳全部钢丝破断力的总和。即 式中：一次提升有效质量，；容器质量，； 钢丝绳每米长的质量，；钢丝绳最大悬垂高度，；钢丝绳悬垂高度 = =35+290+20 =345m式中：矿井深度，m； 井架高度，m； 容器装载高度，m；钢丝绳单位长度重量 =3.85式中： 钢丝绳极限抗

23、拉强度，m钢丝绳的安全系数；按表3-4，选用钢丝绳股绳纤维芯 ， ， ， 钢丝绳总断面积433.13验算安全系数 = =7.16.5 安全系数满足要求2.3 矿井提升机和天轮的选择单绳缠绕式提升机是较早出现的一种，它工作可靠，结构简单。其工作原理是：将两根提升钢丝绳的一端以相反的方向分别缠绕并固定在提升机的两个卷筒上；另一端绕过井架上的天轮分别与两个提升容器连接。这样，通过电动机改变卷筒的转动方向，可将提升钢丝绳分别在两个卷筒上缠绕和松放，以达到提升或下放容器，完成提升任务的目的。单绳缠绕式提升机是一种圆柱形卷筒提升机，根据卷筒的数目不同，可分为双卷筒和单卷筒两种。双卷筒提升机的两个卷筒在与轴

24、的连接方式上有所不同：其中一个卷筒通过楔键或热装与主轴固接在一起，称为固定卷筒，又称为死卷筒；另一个卷筒滑装在主轴上，通过离合器与主轴连接，故称之为游动卷筒，又称为活卷筒。采用这种结构的目的是考虑到在矿井生产过程中提升钢丝绳在终端载荷作用下产生弹性伸长，或在多水平提升中提升水平的转换，需要两个卷筒之间能够相对转动，以调节绳长，使得两个容器分别对准井口和井低水平。单卷筒提升机只有一个卷筒，一般仅用作单钩提升。如果单卷筒提升机用作双钩提升，则要在一个卷筒上固定两根缠绕方向相反的提升钢丝绳。提升运行时，一根钢丝绳向卷筒上缠绕，同时，令一根钢丝绳自卷筒上松放。其优点是：卷筒容绳表面得到了充分的利用，从

25、而使得提升机的体积和重力较小。其缺点是：用作双钩提升时，两个容器分别在井口和井底水平的位置不易调整。为了解决这一问题，把单卷筒制成可以分离的两部分：一部分与轴固接：另一部分通过离合器与轴连接，因而称这种提升机为可分离式单卷筒提升机。由于这种提升机只有一个卷筒，容绳量小，适用于提升能力较小的场合。2.3.1提升机的选型计算（1）卷筒直径选择提升机的主要参数有：卷筒直径d；卷筒宽度b；提升机最大静张力；及最大静张力差。其中卷筒直径d为选择提升机规格型号的依据，其他三个参数为校核参数。 选择提升机卷筒直径的主要原则是：使钢丝绳在卷筒上缠绕时所产生的弯曲应力不要过大，以保证提升钢丝绳具有一定的承载能力

26、和使用寿命。理论与实践证明，绕经卷筒和天轮的钢丝绳，其弯曲应力与比值之间的关系如图2-3所示。 图2-3 弯曲应力 与的关系由图可见，当比值时，再增大比值，弯曲应力无显著下降；反之，当60时，随的减小将引起弯曲应力的急剧增大，所以保安规程规定对安装在地面的提升机，其直径与钢丝绳直径有如下关系： 式中：d卷筒直径，mm； d钢丝绳直径，mm； 钢丝绳中最粗钢丝绳的直径，mm。 根据以上计算值，可选择提升机的标准卷筒直径d=3000mm。卷筒的理论直径是指缠绕直径，即钢丝绳缠绕在卷筒上其中心线间的距离。卷筒的名义直径是指木衬的外径。当木衬上刻有深的绳槽时，则名义直径和理论直径之差就很小，因此在计算

27、中可取卷筒名义直径作为计算的理论直径。（2） 卷筒宽度卷筒宽度根据所需缠绕的全部钢丝绳长度来确定。钢丝绳总长包括：提升高度；供实验用的钢丝绳长度；为减少绳头在卷筒上固定处的拉力而设的三圈摩擦圈。同时，为了避免钢丝绳缠绕时挤压与摩擦，线圈间应保持23间隙。单绳缠绕时： = =14801500式中：钢丝绳试验长度，取2030m；钢丝绳圈的间隙，取23mm；h提升高度，m。安全规程规定：竖井提升人员的卷筒只准缠绕一层，专为升降物料的，准许缠两层，并规定多层缠绕时，卷筒两端挡绳板至少要高出最外层绳圈2.5倍钢丝绳直径。（3）校核计算按计算数值选取标准提升机后，须校验提升机最大静拉力差，其值都不能超过在

28、提升机技术性能表中所规定的值。钢丝绳最大静拉力： = =111545130000钢丝绳最大静拉力差： = =79068000故选型提升机作单缠层缠绕即可满足要求。2.3.2天轮的选型计算 天轮安装在井架上，作支撑、引导钢丝绳转向之用，根据原煤炭工业部的标准，天轮分为三种：井上固定天轮；凿井及井下固定天轮；游动天轮。其结构形式也分为三种类型：直径为3500mm时，采用模压焊接结构；直径小于3000mm时，采用整体铸刚结构；直径为4000mm时，采用模压铆接结构。根据表3-3选天轮型号 ： 天轮直径的选择：根据煤矿安全规程的规定，对于地面设备，当钢丝绳对天轮围包角大于时： 式中： d卷筒直径，mm

29、； d钢丝绳直径，mm；钢丝绳中最粗钢丝绳的直径，mm。根据表2-10选天轮直径为3m 3、提升机的主要结构及其作用3.1 单绳缠绕式矿井提升机主轴装置单筒主轴装置由左右两个与制动轮制成一体的铸铁支轮用切向键与主轴联接。卷筒支承在两端支轮上，并通过螺栓与支轮联接（见图 3-1）。1切向键 2制动轮 3筒壳 4木衬 5锥齿轮 6手轮7主轴 8小绞轮 9蜗轮 10蜗杆 11支架图 3-1 kj型（ 型）提升机主轴装置双筒主轴装置由固定卷筒和游动卷筒及调绳离合器等组成，调绳离合器采用手动蜗轮蜗杆结构，调绳操作费时费力。卷筒为两半薄壳结构，强度较低（见图 3-2）。单筒主轴装置由卷筒、主轴、主轴承、左

30、右轮毂等组成（见图3-1）。主轴承为滑动轴承。左轮毂与主轴为滑动配合，右轮毂是压配在主轴上，并用强力切向键与主轴固定。卷筒与右轮毂的联接全部采用精制配合螺栓，卷筒与左轮毂的联接采用数量各为一半的精制配合螺栓和普通螺栓。双筒主轴装置由主轴、主轴承、两个卷筒、四个轮毂、调绳离合器等主要零部件组成（见图3-2）。固定卷筒装在主轴的传动侧，其与轮毂的联接与单筒主轴装置相同。游动卷筒在主轴的非传动侧，游动卷筒与游筒右支轮的联接采用数量各一半的精制配合螺栓和普通螺栓。游筒右支轮为两半结构，通过两半铜瓦滑装在主轴上，左辐板上用精制配合螺栓固定调绳离合器内齿圈，内齿圈右端装有尼龙瓦，支承在游筒左支轮上，游筒左

31、支轮压配在主轴上，并通过强力切向键与主轴联接。1 密封头 2主轴承 3游动卷筒左轮毂 4齿轮式调绳离合器 5游动卷筒 6、14润滑油杯 7尼龙套 8挡绳板 9筒壳 10木衬 11铜制轴套 12游动卷筒右轮毂 13固定卷筒左轮毂 15固定卷筒 16制动盘 17精制螺栓 18固定卷筒右轮毂 19切向键 20主轴 21切向键 22外齿轮 23内齿轮 24辐板 25角钢 26联锁阀 27调绳液压缸 28油管图 3-2 jk 型双筒提升机主轴装置3.2 调绳离合器离合器的作用是使活卷筒与主轴连接或脱开，以便在调节绳长或更换水平时，能调节两个容器的位置。本系列提升机采用轴向齿轮式调绳离合器。在游筒支轮上沿

32、圆周装有三个调绳液压缸，调绳液压缸的另一端插在齿轮的孔中。这样当齿轮与固定在卷筒辐板上的内齿轮 相啮合时，调绳液压缸便相当于三个传动销，将游筒左支轮与齿轮连接在一起，经齿轮传递转矩。需调绳时，充油到三个液压缸的前腔，齿轮外移与内齿轮脱开，游筒卷筒闸住。转动固定卷筒，内齿轮与游动左支轮通过尼龙瓦作相对运转，以达到调绳的目的。3.3 联轴器矿井提升机主传动系统采用的联轴器结构形式通常有3种，即齿轮联轴器、蛇形弹簧联轴器、弹性棒销联轴器。主电动机与减速器高速轴采用齿轮联轴器 （用于仿苏 kj型提升机）、蛇形弹簧联轴器（用于 jk、xkt、jkm 型提升机） 或弹性棒销联轴器 （用于 jka、jke、

33、jkm、jkma、jkme、jkmd 型提升机）。主轴与减速器连接一般均采用齿轮联轴器。3.3.1 各种联轴器的性能特点（1）、齿轮联轴器该联轴器的特点是传递转矩大，并可较好地补偿两轴的偏斜和不同心。其结构如图 3-3所示，由外齿轴套 1、2，内齿圈 3、5，传动螺栓 4等组成。1、2外齿轴套 3、5内齿圈4传动螺栓图 3-3 齿轮联轴器（2）、蛇形弹簧联轴器该联轴器的特点是能吸收电动机起动时的冲击，有利于设备平稳运转、减少噪声。并能补偿两轴安装时的微量偏斜和不同心。其结构如图3-4所示，由轮毂 1、6，外壳 2、4，蛇形弹簧 3所组成。1、6轮毂 2、4外毂 3蛇形弹簧5螺栓 7密封圈 8注

34、油嘴图 3-4 蛇形弹簧联轴器（3）、弹性棒销联轴器该联轴器具有蛇形弹簧联轴器的类似性能特点，具有良好的减振、吸振性，可以适量补偿两轴安装时的偏斜和不同心。其另外一个特点是在弹性棒销疲劳损坏后，电动机轴和减速器高速轴仍能保持连接在一起，确保传动安全可靠。其结构如图 3-5所示，由传动轮毂 1、4，外套 2，弹性棒销 3组成。弹性棒销 3一般采用弹性较好、耐疲劳的聚氨酯橡胶制作。1、4轮毂 2外套 3弹性棒销 （聚氨酯橡胶）图 3-5 弹簧棒销联轴器3.4 减速器 根据提升机的要求，提升机主轴的转速一般为4060r/min，而拖动提升机的交流电机转速通常在290380 r/min的范围内，因此，

35、除了采用低速直流电机拖动外，不能把电机与主轴直联，必须通过减速器。减速器是矿井提升机机械系统中一个很重要的组成部分，它的作用是传递运动和动力。它不仅将电动机的输出转速转化为提升卷筒所需的工作转速，而且将电动机输出的转矩转化为提升卷筒所需的工作转矩。矿井提升机多数是 3 班不停地运行，运转过程中会出现少量冲击，启动、制动非常频繁，且正反向运转，其负荷类型属于中等冲击负荷。矿井提升机启动时的尖峰负荷一般是正常工作负荷的 1.5 2倍。在一个工作循环中，提升机提升、下放负荷变化曲线随提升容器和装卸方式不同而有所差异。矿井提升机负荷图矿井提升机的工作特性是载荷波动，在计算齿轮强度时，可以将这种波动的载

36、荷简化为名义载荷，而用使用系数 ka来修正名义载荷。这样，就将变动的工况转化为非变动的工况来处理，并且根据国家标准来计算齿轮疲劳强度。矿井提升机的名义载荷（低速轴名义工作转矩） 等于钢丝绳最大静张力差与卷筒半径的乘积。使用系数 ka是考虑由于齿轮啮合外部因素引起附加动载荷影响的系数，这种外部附加动载荷取决于原动机和从动机的特性、轴和联轴器系统的质量和刚度以及运行状态。使用系数 ka可以通过精密实测或对传动系统作全面的力学分析得到，也可以从大量的现场经验确定。根据经验，对于单绳缠绕式矿井提升机使用系数 ka一般为 1.60；对于多绳摩擦式矿井提升机使用系数 ka一般为 1.75。考虑到矿井提升机

37、的安全性要求，根据国家标准来计算齿轮疲劳强度时，齿轮强度接触安全系数一般大于 1.1，弯曲安全系数一般大于 1.5。对于软齿面齿轮减速器，齿轮模数一般取减速器中心距的 0.01 0.015倍；对于硬齿面齿轮减速器，齿轮模数一般取减速器中心距的 0.015 0.02倍。单入轴平行轴齿轮减速器主要用于单绳缠绕式矿井提升机，一般为二级平行轴齿轮传动，单电动机驱动。随着齿轮的设计制造技术的进步，齿轮齿面硬度、齿轮的承载能力不断提高，单入轴平行轴减速器的体积、重量逐渐降低，制造惩办也随之降低。单入轴平行轴齿轮减速器由软齿面渐开线齿轮减速器发展为软齿面圆弧齿轮减速器、中硬齿面渐开线齿轮减速器、硬齿面渐开线

38、齿轮减速器。渐开线齿轮减速器结构如图3-6所示：图3-6 渐开线齿轮减速器3.5 深度指示器3.5.1 深度指示器的结构和工作原理 单绳牌坊式深度指示器由两部分组成，一部分是与提升机主轴轴端成直角连接的传递运动的装置，即牌坊式深度指示器传动装置。另一部分是深度指示器，两者通过联轴器相连。它的工作原理如图3-7所示。提升机主轴的旋转运动由传动装置传递给深度指示器，经过齿轮对传给丝杠，使两根垂直丝杠以互为相反的方向旋转。当丝杠旋转时，带有指针的两个梯形螺母也以互为相反的方向移动，即一个向上，另一个向下。丝杠的转数与主轴的转数成正比，因而也与容器在井筒中的位置相对应，因此螺母上的指针在丝杠上的位置也

39、与之相对应，通过指针便能准确地指出容器在井筒中的位置。梯形螺母上不仅装有指针，而且还装有掣子和碰铁，当提升容器接近井口卸载位置时，掣子带动信号拉杆上的销子，将信号拉杆渐渐抬起，同时销子在水平方向也在移动，当达到减速点时销子脱离掣子下落，装在信号拉杆上的撞针敲击信号铃，发出减速开始信号，在信号拉杆旁边的立柱上固定有一个减速极限开关，当提升容器到达一定位置时，信号拉杆上的碰块碰减速器开关的磙子进行减速，直至停车。若提升机发生过卷，则梯形螺母上的碰铁将把过卷扬极限开关打开，进行安全制动。1游动卷筒限速圆盘 2游动卷筒限速板 3提升机主轴 4主轴上大锥齿轮5固定卷筒限速圆盘 6固定卷筒限速板 7自整角

40、机图3-7牌坊式深度指示器传动原理图3.5.2 单绳牌坊式深度指示器结构如图 3-8所示。1 支承盖 2大锥齿轮 3小锥齿轮 4角接触球轴承 5轴 6左半联轴器7右半联轴器 8传动轴 9左压盖 10轴承 11右压盖 12联轴器13轴承座图 3-8 牌坊式深度指示器传动装置3.5.3 深度指示器安装、调试要求和使用维护注意事项3.5.3.1牌坊式深度指示器安装调试要求（1） 指示标尺应在提升机安装时进行刻度，即在标尺上用白漆画出与井筒深度或坑道长度相适应的分格。指针行程为标尺全长的2/3以上。（2） 传动装置应灵活可靠，指针移动时不得与标尺相碰。（3） 传动轴的安装与调试应保证齿轮啮合良好，主轴

41、轴头的一对锥齿轮间隙一定要调好，以免别劲，造成断信号事故。3.5.3.2 使用维护注意事项（1） 油箱内应保证足够的润滑油，使蜗杆、圆柱齿轮、圆锥齿轮浸于油内。（2） 每年要更换油箱内的油。（3） 经常观察看铰链连接并润滑之。（4） 经常检查主轴端部锥齿轮的啮合间隙，以免间隙小别坏锥齿轮而导致断信号的事故发生。4、提升机与井筒相对位置的计算4.1 单绳缠绕式提升机安装地点的选择原则 在井筒位置确定后,应研究与提升机安装的地点。正确地选择提升机的安装地点是非常重要的。在确定提升机安装地点时,通常要考虑以下问题：矿井地面工业广场布置；井筒四周地形条件；井下安全矿柱位置及尺寸;地面工业广场运输系统等

42、。 根据矿井具体生产条件,若双容器在井筒中的布置方式如图4-1中的a处图4-1 提升机安装位置示意图这种布置方式,井架高度偏小,且提升机房离井筒位置也最近.我国目前多采用这种布置方式.有的矿井只有一个开采水平,这是,可以选用单卷筒提升机作双钩提升,如提升容器在井筒中的布置方式仍如图4-1所示,这时通常将提升机安装在b处.这种布置方式，两个天轮不在同一水平,而在一个垂直平面内.在一个矿井的井筒装备有两套提升设备,此时提升机与井筒的相对布置不外乎有如下方案:对侧式;同侧式;垂直式;斜角式.对侧式的优点是井架负载易平衡;同侧式和斜角式的优点是提升机房占地较紧凑.无论在井筒中布置一套还是两套提升设备,

43、在选择提升机安装地点时,都要根据具体条件,因地制宜地加以考虑.4.2 提升机与井筒相对位置的计算在提升机安装地点选好后,就要具体确定提升机轴线与井筒的距离,以便安装提升机和修建提升机房.同时要计算井架高度.但在计算这些数值时,必须考虑到钢丝绳弦长,钢丝绳偏角以及卷筒出绳角等安全运转条件.所以,井架高度、提升机轴线与井筒中心线的距离、钢丝绳弦长、偏角和倾角等是影响提升机与井筒相对位置的主要因素.它们彼此相互影响,相互制约。一般来说,双筒提升机采用罐笼提升时,提升机房宜位于重车运行方向的对侧;用箕斗提升时，提升机房宜位于卸载方向的对侧。井架上的天轮，根据提升机的型式，容器在井筒中的布置以及提升机房

44、的设置地点，可装在同一水平轴线上，也可装在同一垂直平面或不同平面上。4.2.1 井架高度井架的作用是：（1）支撑天轮并承受外力；（2）固定伸出井筒的罐道及箕斗的卸载曲轨；（3）支撑罐座或摇台的横梁。井架高度如图4-2所示，是指从井口水平到最上面天轮轴线间的垂直距离。 图4-2提升机与井筒相对位置两天轮位于同一水平轴线上，对箕斗提升 =20+5.1+6+3=31.85取=32，取整数。式中：容器高度 过卷高度（当提升速度时，；当提升速度时，）4.2.2卷筒中心至井筒提升中心线间的水平距离 卷筒中心至井筒提升中心线间的水平距离b如图4-2所示。此距离的大小主要应使提升机房的基础不与井架斜撑的基础相

45、接触，若两者接触时，由于井架斜撑的振动，可能引起提升机房以及提升机基础损坏，为避免这种现象的发生，其最小距离应满足下式要求： =0.632+3.5+3=25.7m 取b=30m4.2.3 钢丝绳弦长 钢丝绳弦长l为钢丝绳离开天轮的接触点到钢丝绳与卷筒的接触点间的距离如图4-2所示。钢丝绳弦长有两个，既上边出绳的弦长和下边出绳的弦长。 按图的布置，钢丝绳弦长为： =42.2m式中：c卷筒轴中心线高出井口水平的距离，取c=1。4.2.4钢丝绳偏角 这是指钢丝绳弦与天轮平面所成的角度，其值不应大于。限制偏角主要是为了防止钢丝绳与天轮轮缘相互磨损，当钢丝绳多层缠绕时，宜取左右，以改善钢丝绳缠绕状况。偏

46、角有两个，外偏角和内偏角。 选择的是单层缠绕： =0.0138 ，符合要求 =0.019式中：s两容器轴线间的距离； b卷筒宽度； 两卷筒内缘之间的距离。4.2.5 钢丝绳仰角钢丝绳弦与水平线所成的仰角应按提升机技术数据中的规定值检验，但一般不应大于，以适应井架建筑的要求。仰角有两个，即上出绳仰角和下出绳仰角。按图4-2所示，钢丝绳的仰角分别为： 得 5、矿井提升机的电力拖动矿井提升机是地下矿山的“咽喉”设备,根据矿井提升机电力拖动技术发展的三个阶段,介绍和分析了绕线型异步电动机交流拖动、发电机- 电动机直流拖动、晶闸管整流装置供电的直流拖动和交- 交变频器供电的交流拖动等四种拖动方式。5.1

47、 交流绕线型异步电动机拖动这是矿井提升机电力拖动发展的第一阶段,这个阶段大体在20 世纪50 年代至60 年代初。由于鼠笼型异步电动机很难满足提升机起动和调速性能的要求,因此,在这一阶段,矿井提升机多采用绕线型异步电动机进行拖动。绕线型异步电动机转子回路串电阻后能限制起动电流和提高起动转矩,并能在一定范围内调速。这种系统具有结构简单,坚固耐用,建筑面积小,维护方便,价格低廉,安装调试方便等优点。缺点是启动阶段电能损耗较大,当用于要求频繁启动或不同运行速度的多水平提升机时,这个问题就更为突出,但用于单水平深井提升时,情况会有所改善。当然,由于靠切除转子回路电阻进行调速,所以系统的调速性能不好,调

48、速范围小且为有级调速。如果选用了动力制动、低频制动、可调机械闸、负荷测量、计量装载等辅助装置后,运行性能将会大有改进。目前,在我国中小型矿山或中等深度以下的矿井中,这种拖动系统还有一定的市场。受交流开关容量的限制,单台交流拖动的电动机容量一般不大于1000kw,当功率超过1000kw而又选用这种拖动方式时,可利用2 台绕线型异步电动机组成双机拖动系统。与单机拖动系统相比,双机拖动系统有以下几个特点:(1) 如果生产条件允许,2 台电动机可分期安装,例如先安装一台,按照生产发展需要时再安装另一台,可大大提高系统效率。(2) 利用2 台电动机转子电阻的交替切除,可使平均启动转矩大为增加。(3) 利

49、用2 台电动机不同的工作方式,例如减速阶段一台处于制动状态,另一台处于电动状态,可得到合成的低速爬行硬特性。(4) 在故障情况下,可以降低负荷单机运行,使2 台电动机达到互为备用的目的。以上是双机拖动系统的有利之处,不利之处是控制设备较单机拖动系统复杂,安装调试不便。5.2 发电机- 电动机直流拖动发电机- 电动机直流拖动与绕线型异步电动机交流拖动同属第一发展阶段。由于绕线型异步电动机的调速性能不够理想,所以在20 世纪50 年代和60 年代初,人们便开始采用这种拖动方式。直流电动机的机械特性为直线,较之交流电动机而言,调速性能更好,工作更加可靠。发电机- 电动机直流拖动系统,主提升电动机为他

50、励式直流电动机,由同步电动机驱动的直流发电机对其直接供电,通过改变直流发电机的励磁大小来改变直流电动机电枢两端的电压,从而改变电动机的转速,达到了提升机的调速目的。一般情况下,这种系统采用磁放大器和电机放大机两级放大的速度闭环调速方式。给定部分送来的信号,加到双拍磁放大器的给定绕组,经放大后供给电机放大机的给定绕组,经再次放大后接发电机的励磁绕组。磁放大器和电机放大机的反馈绕组按负反馈接法分别接到各自的输出端,磁放大器构成外反馈环节,电机放大机构成电压负反馈环节,使磁放大器和电机放大机具有较理想的特性。通过与提升机硬轴连接的测速发电机获得测速反馈信号,加到磁放大器速度反馈绕组和给定信号进行综合

51、比较,构成速度负反馈环节。在较小容量的提升机中,只有电机放大机环节而没有磁放大器;在更大容量的提升机中,由于电机放大机的容量有限,往往增加中间励磁机。发电机- 电动机直流拖动系统的特点是过载能力强,所需设备均为常规定型产品,供货容易,运行可靠,技术要求不高,对系统以外的电网不会造成有害的影响。缺点是效率低,平均只有75 %左右;调速范围由于剩磁影响不能过大;设备复杂、庞大、占地面积大等。目前,这种系统已较少采用。5.3 晶闸管整流装置供电的直流拖动自20 世纪60 年代初到70 年代,在这近20 年的时间里,伴随着电力电子技术的飞速发展,晶闸管整流装置供电的直流拖动系统得到迅速发展和普及,这是

52、矿井提升机电力拖动发展的第二阶段。为获得可逆运行特性以实现四象限调速,这种系统通常有两种电气控制方案:一种是电枢可逆自动调速方案,通过改变直流电动机的电枢电压的极性,改变提升机运行方向;另一种是磁场可逆自动调速方案,通过改变直流电动机励磁电流方向,来改变提升机的运行方向。不论采取哪种方案,调速方法一般以调压为主,调磁为辅。电枢可逆方案需改变电动机电枢回路电流的方向,由于电枢回路电感较小,时间常数小(约几十毫秒) ,反向过程进行快,因此适用于频繁启动、制动的多水平提升系统。但是,这种方案主回路需要两套容量较大的晶闸管变流装置,一次性投资较大,提升机容量越大,这个问题就越突出。磁场可逆方案,主回路

53、只用一套晶闸管变流装置,励磁回路采用两套晶闸管变流装置。由于励磁功率较小,所以设备总容量比电枢可逆方案小得多,一次性投资较少。但是,由于励磁回路电感量比较大,时间常数大(约零点几秒到数秒) ,因此,这种系统反向过程较慢,在采用强迫励磁之后,其快速性可得到一定程度的补偿,但切换时间仍在几百毫秒以上。应当指出,磁场可逆系统在电动机反转过程中,当励磁电流改变方向时,应使电动机的电枢电压为零,以防止电动机在切换过程中由于失励磁而“飞车”,这不仅增大了反向过程的死区,也增加了控制系统的复杂性。矿井提升机一般容量较大,且对快速性要求不高,因此,磁场可逆方案采用更为普遍。与发电机- 电动机直流拖动系统相比,

54、晶闸管整流装置供电的直流拖动系统具有如下优点:(1) 功率放大倍数高。发电机- 电动机直流拖动系统为101 左右;晶闸管整流装置供电的直流拖动系统可高达104 ,高出三个数量级。(2) 快速响应性好。发电机- 电动机直流拖动系统为秒级;晶闸管整流装置供电的直流拖动系统为毫秒级,因而动态品质较佳。(3) 功耗小,效率高。发电机- 电动机直流拖动系统平均效率为75 % ,晶闸管整流装置供电的直流拖动系统为85 %以上。(4) 调速范围大。发电机- 电动机直流拖动系统由于剩磁影响低速受到限制;晶闸管整流装置供电的直流拖动系统则无此限制。(5) 运行可靠。直流发电机及其配套装置为转动设备;晶闸管整流装置为静止设备,因而运行更加稳定可靠。(6) 设备费用