多绳摩擦提升机快速换绳系统的研究

1、1毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目：矿井提升机多绳摩擦 快速换绳系统的研究姓 名： 学 号：平顶山工业职业技术学院2014 年 5 月 25 日2平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 专业班级 矿山机电 3 班 年级 2012 毕业设计（论文）题目： 多绳摩擦提升机快速换绳系统的研究 评 阅 人： 指导教师： （签字） 2014 年 6 月 12 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 2014 年 6 月 12 日毕业设计（论文）及答辩评语： 3 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书1摘摘 要要矿井提升设备是联系矿井井下与地面的咽喉设备，在煤炭生产

2、中占有特别重要的地位，它的主要用途就是沿井筒提升有用的矿物（煤炭矿石）和矸石，升降人员，设备，下放材料等.多绳摩擦提升机由于它的安全性较好.目前在世界各国都得到广泛的使用。 其应用范围不但用于深井，立井提升，而且许多国家的浅井和斜井也已优先采用.多绳摩擦提升现已成为现代矿井提升的发展方向之一.在我国的新建大中型及特大型矿井.也已得到越来越广泛的应用. 矿井提升设备是矿山较复杂且庞大的机械，在工作中一旦发生故障，就会严重影响矿井的正常生产，甚至造成人身事故.为此掌握矿井提升设备的构造.工作原理.工作性能.设备选择.运行理论等方面的知识.对合理地选择和使用维护，确保高效率和安全可靠地运转.有着极其

3、重要的意义.提升钢丝绳在使用过程中 ，由于断丝磨损 锈蚀的原因 ，强度逐渐降低.当断丝，磨损 等达到煤矿安全规程规定时.必须及时更换. 但是摩擦式提升的维护工作特别是换绳工作，因为工艺复杂，危险性高，成为影响矿井生产的一大难题。课题分析国内矿井换绳工艺的现状，换绳工艺，换绳装置，进行深入研究多绳摩擦提升机如何快速换绳。提出利用一种新型快速换绳装置进行换绳：并对该装置的结构和原理进行了详细地介绍和分析，对换绳装置的换绳效果和可靠性进行验证，为产品的进一步优化提供参考和依据。换绳工艺复杂，普通换绳使用人员较多且容易发生安全事故。本换绳装置利用锁绳装置防止跑绳现象，两个夹紧装置结合实现连续换绳，加大

4、了对换绳过程的控制和安全保障。基于液压系统具有体积小、重量轻、操作灵活简单等优点，这套装置使用液压作为驱动力。经过试验验证，本套换绳系统在矿井换绳中应用情况很好，降低了换绳难度的同时提高换绳的效率和安全可靠性。对机械设备的设计提供指导和参考，可广泛的应用于其他机械设备设计制造中。关键词：多绳摩擦提升机，快速换绳平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书2目 录摘要摘要 .1 1第一章第一章 绪论绪论 .4 41.1 矿井提升设备的任务及发展历史.41.2 提升机分类.41.2.1 缠绕式提升机.41.2.2 摩擦式提升机.51.2.3 内装式提升机.61.3 提升钢丝绳.61.3.1 提升钢

5、丝绳种类.61.3.2 提升钢丝绳失效原因：.81.4 多绳摩擦式矿井提升机提升工作原理.91.5 多绳摩擦式矿井提升机的优点及其局限性.91.6 多绳摩擦式矿井提升机在国内外的发展现状 .11第二章第二章 多绳摩擦式提升机快速换绳多绳摩擦式提升机快速换绳 .13132.1 绳摩擦式提升机换绳存在问题.132.2 换绳装置.132.3 换绳装置的分析与比较.142.3.1 稳车单绳法.142.3.2 自牵引换绳法.152.3.3 旧绳带新绳下放法.16总结 .16第三章快速换绳系统设计第三章快速换绳系统设计 .17173.1 系统整体方案设计.173.2 夹紧装置.183.2.1 连杆机构.1

6、8平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书33.2.2 结构设计.193.2.3 受力分析.203.3 锁绳装置.223.3.1 结构设计.223.3.2 受力分析.233.4 步进移动机构的分析.263.4.1 原理分析.263.4.2 强度校核.273.4.3 液压原理图及工作原理.27第四章第四章 实践实践 .29294.1 概况.294.3 施工步骤及方法.304.4 应用效果.31第五章结论及应用前景 .325.1 主要结论.325.2 应用前景.32参考文献参考文献 .3434致谢致谢 .3535平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书4第一章第一章 绪论绪论1.1 矿井提

7、升设备的任务及发展历史矿井提升设备的任务是：沿井筒提升煤炭、矸石；升降人员和设备；下放材料。它是井下生产系统和地面工业广场相连接的枢纽，是矿山运输的咽喉。提升设备在运行的过程中要求具有安全性、可靠性和经济性。因此，矿井提升设备在矿山生产的全过程中占有极其重要的地位。我国提升设备的设计制造，是在解放以后才开始的。1953 年抚顺重型机器厂制造了我国第一台缠绕式双滚筒提升机。1958 年洛阳矿山机器厂设计制造了我国第一台24 多绳摩擦式提升机。1971 年该厂叉新设计制造了 JK 型新系列单绳缠绕式提升机，采用了一些新结构，与老型提升机相比较，提升能力平均提高了 25%。这种系列的提升机技术先进，

8、运行安全可靠，在大中型矿山的应用非常广泛。近年来我国新建和在建特大型矿井年产量愈来愈大，提升设备的任务更加繁重，多绳摩擦式提升机与单绳缠绕式提升机相比，具有质量轻、体积小、安全可靠、适应较深矿井等优点，这将是提丹设备今后的发展方向之一。1.2 提升机分类1.2.1 缠绕式提升机单绳缠绕式提升机 根据卷筒数目可分为单卷筒和双卷筒两种：单卷筒提升机，一般作单钩提升。钢丝绳的一端固定在卷筒上，另一端绕过天轮与提升容器相连；卷筒转动时，钢丝绳向卷筒上缠绕或放出，带动提升容器升降。双卷筒提升机，作双钩提升（图 1） 。两根钢丝绳各固定在一个卷筒上,分别从卷筒上、下方引出,卷筒转动时，一个提升容器上升，另

9、一个容器下降。缠绕式提升机按卷筒的外形又分为等直径提升机和变直径提升机两种。等直径卷筒的结构简单，制造容易，价格低，得到普遍应用。深井提升时，由于两侧钢丝绳长度变化大，力矩很不平衡。早期采用变直径提升机（圆柱锥形卷筒） ，现多采用尾绳平衡。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书5 图 1-1 缠绕式提升机缠绕式提升机的主要部件有主轴、卷筒、主轴承、调绳离合器、减速器、深度指示器和制动器等。1.2.2 摩擦式提升机多绳摩擦式提升机具有安全性高、钢丝绳直径细、主导轮直径小、设备重量轻、耗电少、价格便宜等优点，发展很快。除用于深立井提升外，还可用于浅立井和斜井提升。钢丝绳搭放在提升机的主导轮

10、（摩擦轮）上，两端悬挂提升容器或一端挂平衡重(锤)。运转时，借主导轮的摩擦衬垫与钢丝绳间的摩擦力,带动钢丝绳完成容器的升降。钢丝绳一般为 210 根。平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书6图 1-2 多绳摩擦式提升机多绳摩擦式提升机的主要部件有主轴、主导轮、主轴承、车槽装置、减速器、深度指示器、制动装置及导向轮等。1.2.3 内装式提升机内装式摩擦提升机是将工作机和驱动机合二为一且融合微电子技术、信息技术的机电一体化整体，其特点是将电动机装在卷筒或摩擦轮内部。这种一体化的机电整体，既是工作机，又是驱动机。此外，作为电动机来看，也与传统构造不同，不是定子在外，转子在内，而是恰恰相反。它从

11、根本上改变了提升机的构造概念。内装式提升机早在 1988 年就开始生产，世界上第一台内装式提升机在德国豪斯阿登矿的新鲁姆贝格 7 号井投入运行。1.3 提升钢丝绳1.3.1 提升钢丝绳种类提升钢丝绳是由一定数量的细钢丝捻成股，再由若干个股围绕绳芯捻成绳。矿用钢丝绳的钢丝为优质碳素结构钢，直径为 0.4-4 毫米，更细的钢丝易于磨损和腐蚀，平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书7直径超过 4 毫米的钢丝在生产中难以保证理想的抗拉强度和疲劳性能。通常矿井提升用钢丝绳选用 155-170 公斤毫米 z 为宜。为了增加钢丝绳的抗腐蚀能力，钢丝表面可以镀锌加以保护。钢丝韧性号可分为特号、I 号、K

12、 号。升降人员用绳必须采用特号钢丝绳，提煤的主提升钢丝绳可用特号或 I 号钢丝绳。钢丝绳的结构，指的是钢丝绳股的数目、捻向、捻距以及绳股内的钢丝数日、直径大小及排列方式等综合参数。这些参数都直接影响着钢丝绳的性能和使用寿命。钢丝绳可分为单捻、复捻和三次捻。单捻钢丝绳，就是把钢丝捻转一次而形成的钢丝束。复捻是先把钢丝围绕成钢丝芯，再捻成绳股。三次捻钢丝绳是先把钢丝捻成绳股，然后把绳股捻成细小钢丝，最后把钢丝捻成细小钢丝绳。图 1-3 不同结构的钢丝绳钢丝绳在绳股中或绳股在钢丝绳中有捻转方向的区别，有左向捻和右向捻转。钢丝绳在绳股中和绳股在钢丝绳中按同一方向捻转称为顺捻或平行捻转；按相对方向捻转称

13、此钢丝绳是交叉捻转的。顺捻钢丝绳与交叉钢丝绳各有优缺点：顺捻钢丝绳扰向性大，具有较大的支撑表面。但是易扭转，在任何情况下都不能把钢丝绳放下。交叉钢丝绳几乎不发生扭转。摩擦轮主动轮的衬多为木质，它对不平行的钢丝绳轴线的钢丝绳摩擦系数较大，因为钢丝绳轻微地压入轮衬。理论上用顺捻钢丝绳比交叉捻钢丝绳好，但是由于其有扭转倾向致使悬挂困难所以一般采用交叉捻钢丝绳。钢丝绳在绳股上的区别可以分为：圆平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书8形股钢丝绳、扁平股钢丝绳、封闭结构钢丝绳图 1-4 不同的绳股扁平股钢丝绳和封闭结构钢丝绳较圆形股钢丝绳有更大的接触面，磨损减轻，有更好的使用期限。封闭结构钢丝绳的特

14、殊结构使它具有很强的抗弯刚性。1.3.2 提升钢丝绳失效原因：钢丝绳的好坏直接影响提升设备的功能和安全性能。研究其时效原因不仅有利于提高钢丝绳的寿命，而且可以为换绳工艺提供指导。根据有关人员的研究，钢丝绳失效原因重要有以下几个(1)钢丝绳锈蚀提丹钢丝绳使用的环境比较恶劣，时常受到井筒硫酸水的腐蚀，使其表层剥离，产生黑皮麻坑形成沟纹。含有酸性或碱性的淋水和气流，不仅会冲刷掉钢丝绳表面和内部的油脂，而且还会使钢丝锈蚀、绳芯腐烂、股与股及钢丝与钢丝间磨损挤压，钢丝强度和韧性损失加剧。(2)钢丝绳磨损钢丝绳在运行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，而摩擦式提升机由于自身的传动特

15、点更容易磨损。磨损使钢丝绳截面减少，外周表面钢丝磨平，破断载荷随之降低，当钢丝绳外径的磨损低于煤矿安全规程规定就应停止使用，更换新绳。(3)钢丝绳弯曲、打结造成失效平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书9钢丝绳容易出现弯曲、打结、扭转、窝鼻等现象，如不及时处理就会磨损、损伤钢丝绳。如在车场挂、摘勾处余绳太多，易使钢丝绳盘圈，若不及时处理，此时就会产生弯曲或扭转。在运行中，弯曲凸出部位磨损速度快，极易出现断丝且发展迅速直至钢丝绳报废。(4)钢丝绳冲击力过大造成失效提升钢丝绳受力因素很多，既有提升系统内部的因素，也有外部因素对其产生冲击力的影响。运行过程中，加、减速度过大易产生惯性力，当惯性

16、力过大时将对钢丝绳产生直接的冲击甚至发生穿眼、棚罐现象。重物运输时如制动力过大，下放会使钢丝绳受到较大的冲击力：制动力过大上提时会产生松绳，在重物作用下加速下滑，使钢丝绳突然拉紧受到冲击。双滚筒提升时，井下扳道工误操作，造成同勾现象而使提升容器相互碰撞产生冲击。道床失修造成提升容器掉道、卡罐现象使钢丝绳产生冲击。1.4 多绳摩擦式矿井提升机提升工作原理摩擦式提升机其特点是靠摩擦轮与钢丝绳之间的摩擦力传动。它又可以分为单绳和多绳两种。近年来多采用多绳摩擦式提升机。摩擦式矿井提升机适用于凿井以外的各种竖井提升。提升绳搭挂在摩擦轮上，利用与摩擦轮衬垫的摩擦力使容器上升。提升绳的两端各连接一个容器，或

17、一端连接容器，另一端连接平衡重。为提高经济效益和安全性，摩擦式矿井提升机采用尾绳平衡提升方式，即配有与提升绳重量相等的尾绳。尾绳两端分别与两个容器（或容器和平衡重）的底部连接，形成提升绳-容器-尾绳-容器(或平衡重)-提升绳的封闭环路。容器处于井筒中的任何位置时，摩擦轮两侧的提升绳和尾绳的重量之和总是相等的。1.5 多绳摩擦式矿井提升机的优点及其局限性在国内外，多绳摩擦式提升机得到飞跃发展，同单绳缠绕式提升机相比，它具备以 下优点：1）由于钢丝绳不是缠绕在卷筒上，所以提升高度不受卷筒容绳量的限制，更适用于深井提升，这是多绳提升机较突出的优点。例如瑞典某矿井使用 50t 箕斗的 8 绳提平顶山工

18、业职业技术学院毕业设计（论文）说明书10升机，提升高度为 1300m 主导轮的直径仅为 4m，若用单绳缠绕式提升机，则滚筒直径将达 7.2 到 8m，缠绕宽度将达 5 到 4.5m，钢丝绳直径将为 80mm，不仅设备重量大，而且设备和钢丝绳直径过大，制造和安装使用维修都较困难。2）由于提升容器是由数根钢丝绳所承担，提升钢丝绳直径就比相同载荷下单绳提升的小，并导致主导轮直径小，因而在同样提升载荷下，多绳提升机具有体积小，重量轻，节省材料，制造容易，安装和运输方便等特点。3）由于多绳摩擦式提升机运动质量小，拖动电动机的容量与耗电量都相应减少。4）由于多根钢丝绳提升，几根钢丝绳被同时拉断的可能性极小

19、，因此提高了提升设备的安全性，可不设断绳保险器（防坠器） ，这就给使用钢丝绳罐道矿井提供了有利条件。5）在卡罐和过卷的情况下，有打滑的可能性，可避免断绳事故发生。6）由于多绳提升机的提升钢丝绳一般都是偶数，因而可以用相同数量的左捻和右捻钢丝绳，这样，提升钢丝绳在运行中产生的阻力就可以相互抵消，从而减轻了提升容器因钢丝绳扭力而产生对罐道的侧向压力，既降低了运行中的摩擦阻力，又可以减轻罐耳和罐道的单向摩擦，从而延长了罐耳和罐道的使用寿命。7）由于主导轮宽度较小，轴的跨度也小，改善了主轴的负载性能。8）主导轮上不缠绳，提升钢丝绳没有在缠绳时沿轴中心方向上的挤压力（单绳缠绕式矿井提升机上会受这种力的影

20、响，通常称之为“咬绳” ） ，而且，由于钢丝绳承受的动应力和静应力都低，因而有利于钢丝绳使用寿命的提高。但多绳摩擦式矿井提升机也有它的局限性：1）数根钢丝绳的悬挂、更换时工作量大，维护检修、调整工作较复杂。2）当有一根钢丝绳损坏而需要更换时，为了保持各钢丝绳具有相同的工作条件，则需要更换所有的钢丝绳。3）因不能调解绳长，故双钩提升不能用于几个中段提升，也不适用于凿井提升。4）当矿井很深时（例如超过 1200 到 1500m） ，钢丝绳故障较多，故不适用于特别深的矿井提升。平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书115）由于使用数根直径较细的钢丝绳提升，钢丝绳的外露总面积增加了，在井筒中受矿

21、井腐蚀气体侵蚀的面积就相应增加，加之由于钢丝绳直径较细，钢丝绳的绳股中钢丝直径也较细，耐磨性也明显降低，诸因素对钢丝绳的使用寿命产生了不利的影响。尤其是对于某些矿井的淋水呈酸性，腐蚀性则是影响钢丝绳使用寿命的重要原因之一。 综上所述，多绳摩擦式矿井提升机的优越性是显著的，特别是对提升量大的深井，单绳缠绕式提升机是无法比拟的。通过对多绳摩擦式矿井提升机的缺点进行分析，可以发现，这些缺点是可以克服和减轻的。例如，对于井筒中涌水较大的矿井，除了采取堵水的措施，以减轻对钢丝绳的锈蚀外，还可以采用镀锌钢丝绳，以提高抗腐蚀性能。另外在运行中还可以定期对钢丝绳涂以防腐防滑的戈培油，以改善钢丝绳的工作条件，总

22、之，多绳摩擦式矿井提升机已成为现代提升的发展方向之一。1.6 多绳摩擦式矿井提升机在国内外的发展现状多绳摩擦式矿井提升机随着科学技术的发展，其增长速度很快，使用范围也日益增多，我国多绳摩擦式矿井提升机的系列参数从 1960 年开始制订，目前的品种有塔式和落地式；绳数上有二绳、四绳、六绳；直径结构已达 5.5m；主传动形式有电动机通过减速器拖动和低速电动机直联两种。我国 1958 年设计生产了第一台 2m 四绳塔式摩擦式矿井提升机，应用在阜新五龙矿。1960 年又设计生产了 3m 四绳摩擦式矿井提升机，在宁夏石嘴山二矿使用。从此我国也开始应用塔式多绳摩擦式矿井提升机。由于防震的需要，各矿山用户纷

23、纷要求有落地式多绳摩擦式矿井提升机供货，所以在 1977 年利用河南大峪沟因地面面积限制，原设计的双筒单绳提升机无法安装的情况下，在无任何落地式多绳摩擦提升机参考资料的情况下，完全依靠自己力量，经 5个月的努力和攻关，于 1977 年 10 月，使我国第一台 2m 双绳落地式矿井提升机在我国大峪沟诞生。随后在 1982 年洛阳矿山机械研究所设计试制的一台四绳落地式摩擦矿井提升机在广东红工矿运行，1983 年由上海冶金矿山机械厂设计生产了 3m 四绳直流低速的落地式摩擦提升机在我国浙江长广煤矿应用和鉴定。从此，我国的塔式和落地式多绳摩擦矿井提升机被矿山广泛采用平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文

24、）说明书12目前，国外多绳摩擦式矿井提升机的发展方向是：发展落地式和斜井多绳摩擦式提升机，研究其用于特浅井、盲井的可能性，以扩大起使用范围；采用新结构，以减小机器的外形尺寸和重量；实现自动化和遥控，以提高工作的可靠性和生产效率，以适应深矿井和大生产量的需求多年来；大量采用先进的拖动、控制系统，甚至是全液压型等。随着矿井开采深度不断加深和采用集中提升方式，多绳摩擦式矿井提升机有较大的发展前途。并为此探索具有耐磨性好、摩擦系数高的摩擦衬垫材料。新结构的多绳缠绕式矿井提升机开始在一些国家使用，它对提升高度大的深井开采有重要意义；采用液压马达代替电动机的防爆提升机受到重视；气力提升也正在研究和发展中。

25、平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书13第二章第二章 多绳摩擦式提升机快速换绳多绳摩擦式提升机快速换绳2.1 绳摩擦式提升机换绳存在问题多绳摩擦式提升机的维护工作相对于缠绕式提升机来说比较复杂，因为必须保持多绳摩擦式提升机的每根钢丝绳长度相等，从而使更换、检查、调整钢丝绳的工作量增大，特别是换绳工作。根据我国煤矿安全规程第 379 条规定；摩擦提升机钢丝绳（即首绳）的使用期限不得超过二年，平衡钢丝绳（即尾绳）的使用期限不得超过四年，因此，对于主、副井均为摩擦提升机的矿井来说，平均每年需要换一次首绳，两年更换一次尾绳。目前，各矿采用的换绳装置主要是自己加工，由于没有正规的设计和强度计算，

26、存在着换绳装置强度不够的问题，是矿井安全生产的隐患。同时，由于主提升机与稳车不同步，存在绳扭劲，拧死弯，新钢丝绳与旧钢丝绳、新钢丝绳与新钢丝绳扭在一起等问题，直接影响换绳的质量，甚至会使新绳受损、受伤，危及矿井的安全。2.2 换绳装置目前，各矿采用的换绳装置主要是自己加工，由于没有正规的设计和强度计算，存在着换绳装置强度不够的问题，是矿井安全生产的隐患。同时，由于主提升机与稳车不同步，存在绳扭劲，拧死弯，新钢丝绳与旧钢丝绳、新钢丝绳与新钢丝绳扭在一起等题，直接影响换绳的质量，甚至会使新绳受损、受伤，危及矿井的安全。国内大多数矿井换绳使用的换绳工具主要是：1绞车，用于容纳放出新绳，回收旧绳。2钢

27、丝绳紧固装置，与主绳径配套，用于固定新旧绳。3滑轮，用于新绳的导向。4托梁，托住提升容器。5新旧绳连接工具，有自制的旋转绳环等。6手拉葫芦，用于新绳进入系统。平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书14可以看出换绳工具非常简单，机械化程度不高。国外研究出挂绳专用绞车、 “依万诺夫一型绞车等专用设备，但是造价高不适合我国的矿井情况。2.3 换绳装置的分析与比较各研究机构和矿井企业对换绳非常重视，进行了大量的研究。更换钢丝绳的方法有许多种，换绳耗费的时间，所投入的人力、物力、财力，因方法不同，差别很大。2.3.1 稳车单绳法利用井口平台，采用上提两根旧绳的同时下放两根新绳的更换方法，以六绳摩擦

28、提升机为例，利用三次循环更换六根钢丝绳。准备工作自制两付绳滚子架(根据绳滚外形尺寸而定)和压绳装置三组，在井塔一侧依次安装，其中心线分别与 2#、5#绳对正。更换钢丝绳时，新绳与旧绳的捻向一致。在绳架两侧安装两台 10t 稳车，其中心线与 2#、5#绳一致，必须事先将稳车固定牢固，在两台稳车滚筒上缠 100m 直径为 245mm 钢丝绳作为旧绳的副绳，牵引旧绳用。在井口南侧井架上安装两个 O5m 单滑轮用柬导新钢丝绳用，并在南侧井架地脚固定梁上穿两根直径为 245mm 的钢丝绳，月 1 直径为 25mm 的“U”形绳卡分别卡成两付绳套，挂两个 20L 单滑轮，用来引导旧绳。同时在五楼平台导向轮

29、处安装两个小滑轮，以使在导向轮处新旧绳不发生咬绳。用槽钢制作长板卡 13 付三绳板卡 2 付，单绳板卡 100 付，以及 11.4kW 小绞车和控制设备等辅助工具。换绳步骤将主箕斗侧张力自动 y-衡悬挂的球阀全部关闭。上提副箕斗使罐笼顶与井口地面对平将南罐笼张力自动平衡悬挂的球阀全部关闭。在井口第一道井架上用木板钔好平台，下放副箕斗，每隔80m 一付板卡，直到主箕斗顶与井口对平为止。4.在五楼平台副箕斗侧将需更换的钢丝绳用三付单卡卡牢，从北罐侧将绳头截断捉至六楼平台，越过摩擦轮放到五楼穿过导向轮从起吊孔放至一楼 5F 台，穿过单滑轮平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书15与稳车事先卡好

30、的母子绳连接牢。5.将新钢丝绳穿过三组压绳器井口 0.5m 导绳轮，用 11.4kW 小绞车提至六楼平台，穿过摩擦轮牵至北罐侧，与桃形环连接牢后，与张力自动平衡悬挂用小轴连接好。6.将绞车的制动油压调为 28MPa，使盘形闸处于贴紧状态。7.由井口信号工发出开车信号，绞车司机打开制动闸，同时开动两台 10t 稳车上提副箕斗，同时主箕斗下放带动新钢丝绳。通知井口施工人员将副箕斗侧板卡拆下卡到主箕斗侧，将五楼提升装置松开，两根新钢丝绳用其余四根钢丝绳托住。8.同时开动两台 10t 稳车上提副箕斗，当第二付板卡到达平台时，利用五楼提张力装簧提一次新钢丝绳后，将主箕斗侧板卡拆下卡到副箕斗侧，将五楼提张

31、力装置松开，两根新钢丝绳用其余四根钢丝绳托住。直到副箕斗与井口对平为止。将新钢丝绳用提张力装置提最后一次张力，并将装置垫好，将多余的绳串到南罐侧，测量好长度截绳做绳头。9.将副箕斗侧换下的旧绳头割断用稳车提出。将新绳头用小轴与悬挂连接牢固，进行初调张力。10.下放副箕斗拆主箕斗侧板卡，接着拆下副箕斗侧板卡，直到主箕斗缶禳顶与井口对平。重复以上步骤更换其余钢丝绳。其优点是：安全性高，占用人员少。但其缺点较多：换绳期限长，每次需 67 天，对生产影响较大；4 根绳的初张力容易产生不平衡；使用设备多，特别是占用稳车多，每次需要稳车 5 台：换绳时，主提升机与稳车之间不易保持同步，容易造成钢丝绳受力不

32、均匀和松绳、咬绳现象；施工费用高。2.3.2 自牵引换绳法在 1995 年 7 月鹤壁六矿换绳时找到一种简便可行的换绳方法一“自牵引一换绳法即换绳时利用提升机的牵引力来牵引新、旧钢丝绳。一次更换四根主提升钢丝绳。整个换绳施工过程中未使用 1 台稳车。其特点是：占用设备少。根本不用稳车等设备。仅用 1 台 JD-114 调度绞车和 2 组滑轮。准备工作量少。由于施工中使用的设备少，平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书16因此，基本不需要作大量的准备工作，仅准备 4 个绳盘及支座即可施工时间短。采用此方法第一次施工，仅用了 36 小时，而第二、第三次施工，则分别用了 28 h，比原来的绳时

33、间提前 45 天(约 100-120 小时)。安全性好。 ，因为钢丝绳是同时更换，因而 4 条新绳受力比较均匀：另外，由于各绳之间用钢卡子固定，杜绝了钢丝绳之间的咬绳事故。经济效益显著。按矿井每天生产 3 000 t 原煤计算，则每天的间接经济效益(产值)约为 45 万元，3 天则为 135 万元；同时还可直接节约施工费用 4 万余元。2.3.3 旧绳带新绳下放法江苏天能集团公司龙固煤矿使用落地式多绳摩擦提升机，换绳采用旧绳带新绳下放的方法，一次更换四根钢丝绳，不使用稳车，简单方便【71。河南永城市新庄煤矿神火集团新庄矿副井绞车型号为 JKMD-28 X 41 15 落地式多摩擦式提升机，挂绳

34、高度为 438m，提升钢丝绳结构为 6V34H，钢丝绳直径为 28mm将新绳的一端提前绕过下天轮直至井口固定利用窄罐笼四根旧提升钢丝绳牵引四根新钢丝绳进行井筒下放直至井底，在井底做窄罐笼绳头更换工作， 同时，将新绳的另一绳头绕过滚筒、上天轮，然后在井口做宽罐笼主钩头更换工作，通过窄罐笼上提，新钢丝绳带出井筒中的旧钢丝绳，在井口回收旧钢丝绳。利用此换绳法首绳的更换时问由原来的22 小时减少到 13 小时，并节省了换绳的费用和安装准备工作，提高了换绳安全系数总结本章结合我国多绳摩擦提升机的使用现状。分析了我剐多绳摩擦提升机换绳的方法及存在的问题。并对多绳摩擦提升机换绳的方法进行了综述，更换钢丝绳是

35、一项难度大、技术性强、危险性高的工作。为此，寻求一种安全可靠、操作简单、投资小的落地式多绳摩擦式提升机钢丝绳更换装置，对于矿山来讲是至关重要的，也是十分迫切的。平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书17第三章快速换绳系统设计第三章快速换绳系统设计3.1 系统整体方案设计通过对上章各种方案的分析，我们发现“旧绳带新绳悬挂、新绳带旧绳回收”一次性换绳方案比较成功，可将此种方案应用到多绳摩擦式提升机快速换绳系统中，同时还应在此装置中引入装置从而将钢丝绳引入天轮和滚筒上，减小劳动强度。目前换绳大部分都是通过改进工艺来提高换绳效率，虽然在一定程度上改善了换绳的问题，但是仅通过简单的工具和工人的手工

36、操作还是不能保障换绳的高效和安全。因此，急需研究一种便捷又安全的机械装置实现换绳，行。设想一种换绳装置带动钢丝绳以一定的速度向前运动，实现换绳。采用可移动的夹紧装置带动钢丝绳运动，当到达行程时，返回进行下一段钢丝绳的运送。但是势必造成换绳的间断，因此采用两个夹紧的装置，交替工作，通过合理的控制实现钢丝绳的不间断运送。为了防止换绳过程中发生意外出现跑绳现象，系统增加了安全保护装置即防跑绳机构。利用自锁原理设计的锁绳装置可以在紧急情况下抱紧钢丝绳避免危险产生。多绳摩擦式提升机钢丝绳快速更换装置的安装示意图如图 2-2 所示。平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书18图图 3-1 多绳摩擦式提

37、升机快速换绳系统安装示意图多绳摩擦式提升机快速换绳系统安装示意图3.2 夹紧装置3.2.1 连杆机构连杆机构是由低副(转动副、移动副、球面副、球销副、俐札剐及螺旋副等)将若干构件联接而成的，故又称为低副机构。连杆机构可根据其构件之蒯的相对运动为平面运动或空间运动，分为平面连杆机构和空间连杆机构；又可根据机构中构件数 El 的多少分为四杆机构、五杆机构、六杆机构等；一般将五个或五个以上的构件组成的连杆机构称为多杆机构。单闭环的平面连杆机构的构件数至少为 4，因而没有平面三杆机构：单闭环的空问连杆机构的构件数至少为 3，闭而可由三个构件组成空间三杆机构。连杆机构是常用的主要机构之一，它在一些机械的

38、工作机构和操纵装置中得到了平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书19广泛的应用。连杆机构能够实现多种运动形式的转换，例如它可把原动件的转动转换成从动件某科 t 规律的往复移动或摆动，反之也可把往复移动或摆动转换成连续运动：此外，应用在连杆上点的轨迹可以完成工程上特殊的曲线运动要求。 连杆机构中应用最广泛的是平面四杆机构，它是构成和研究平面多杆机的基础。3.2.2 结构设计夹紧装置采用工程上广泛应用的平行四连杆机构来实现。平行四连杆机构是由若干刚性构件用低副联接而成的平行机构，是平面低副机构。平面连杆机构运动形式多样。可实现转动、摆动、移动和平面复杂运动，可用于实现已知运动规律和已知轨迹。

39、低副接触具有运动副单位面积受力较小、面接触便于润滑、磨损较小、易获得较高精度等特点。平行四连杆的基本型式为铰接四连杆机构即所有运动副为转动副。铰接四连杆分为曲柄遥杆机构、双曲柄机构、双遥杆机构。由于制造加工等原因导致钢丝绳的直径不均匀，为了保证其可靠性，使用两组双遥杆四连杆机构实现钢丝绳的夹紧。使用个油缸驱动两个连杆机构。如图所示：图图 3-2 夹紧装置示意图夹紧装置示意图1-下压块下压块 2-上压块上压块 3-油缸油缸平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书203.2.3 受力分析取一组进行分析与计算，其机构简图如下图所示。机架 4 为下压块，连杆 2 为上压块。连接杆在力的作用下摆动，

40、带动连杆 2(上压块)运动，从而夹紧钢丝绳。图图 3-3 四连杆机构简图四连杆机构简图每根钢丝绳自重为 G，取安全系数为 2，所以夹紧机构须对钢丝绳产生 2G 的摩擦力。此摩擦力由两个连杆机构共同作用产生，且每个连杆机构又有上下两个压块，为方便计算不考虑绳子的影响，将上下压块产生磨擦力视为相等。则单个压块对钢丝绳的摩擦力 f=。在夹绳机构与钢丝绳相接触的地方选用摩擦材料一石棉树脂复合材料，2G同时使用摩擦材料可减小钢丝绳的磨损，取 =O.2。 根据公式 f=N 可知25GN 取为研究对象，受力分析如图 3-3 所示平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书21图图 3-4 的受力分析图的受力

41、分析图由 1FNtan4G52NN可得4tanG5tanNF1取 I 为研究对象，受力分析如图所示图图 3-5 I 的受力分析图的受力分析图平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书22根据力平衡原理4tanG5FF12对 I 进行力矩平衡计算：F（180+120）=180+180sin2FsinbNcos由(2)式得 bN4G5将(3)式、(5)式带入(4)式，得2tanG3F 若连杆转到最大角度时 =75，液压缸产生的推力为 0.402G。3.3 锁绳装置3.3.1 结构设计防跑绳机构利用了斜面自锁的原理。把质量为 m 的物体放在斜面上，慢慢地增大斜面的倾角 0，当倾角增大到一定程度时，

42、物体开始滑动。在物体开始滑动时，静摩擦力最大。根据物体平衡条件，有：= =mgsinmgcosant角秽称为摩擦角。当斜面的倾角小于时，在斜面上无论放多重的物体由于重力沿斜面向下的分力始终与静摩擦力平衡，并且小于最大静摩擦力，物体不会滑动。这就是斜面的摩擦“自锁现象”。参照自锁原理，锁绳装置采用四个楔形块和一个导向套来实现锁绳。制动过程利用液压松闸、弹簧抱闸的原理，其结构简图如图所示。平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书23图图 3-6 锁绳装置结构图锁绳装置结构图1 一压盖 2 一套筒 3 一弹簧 4 一穿绳管 5 一弹簧座 6 一楔形块3.3.2 受力分析以楔形块为研究对象，进行受

43、力分析，受力分析如图所示。图图 3-7 楔块受力分析楔块受力分析平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书24图中是液压给楔快的推力，是弹簧力，和是分别钢丝绳给楔块的摩擦力pFsF1F1N和压力，和是分别导向套给楔块的摩擦力和压力，2F2N初始状态下，钢丝绳与楔块没有接触，=0，=O。以图示 X 轴、Y 轴的方向2N2F对楔形块所受的力迸行分解。X 轴：左边轴：左边=+sF2F右边右边=+1Fcos1NsinY 轴：左边轴：左边=2N右边右边=1Ncos最终达到平衡状杰，此时，E 式左右相等。对钢丝绳受力分析如下：图图 3-8 钢丝绳受力钢丝绳受力为钢丝绳受到的拉力。在换绳过程中钢丝绳所受主

44、要拉力来自其自身的重力，GF设为 G。取安全系数为 2，即楔形块对钢丝绳的摩擦力为钢丝绳的自重 2 倍，得出=2G，摩擦力从滑动摩擦转为静摩擦，因此将平衡状态的摩擦力近似为滑动摩擦，2F设楔块和钢丝绳之间摩擦系数为，得到=22N2G2平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书25代入，得=2G（）sF1-tan221可知，弹簧力与、成递增关系，与成递减关系。当、够足够小1tan21tan时，弹簧力可以取零甚至为负。取 为 5，钢与钢的摩擦系数为 0.15，代入得到=1.17GsF中间过程，要求楔块在导向套斜面垂直方向上平衡，水平方向要保证左向的力大于右向的力。在导向套斜面垂直方向上和水平方向

45、作受力分析，得到如下公式：此处力均为任意时间 t 下的瞬时值。得到如下不等式若仍按上面 为 5，钢与钢的摩擦系数为 0.15，将1.16G 代入sF1.16GsF还可以从能量角度来计算，弹簧的势能和钢丝绳的动能全部转换为热能，这里不再另作推导。但是效果并不理想，为了提高效率以较小的力实现制动，根据公式，可以设法减小楔块与导向套之间的摩擦系数、增大楔块与钢丝绳的摩擦系数。查机械手平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书26册，钢与钢在各种情况下的摩擦系数如下：表 3-1 钢与钢的摩擦系数由于钢丝绳表面不光滑，楔块与钢丝绳之间的摩擦系数要大于 O.15，如果将楔块内表面涂上摩擦材料，可将摩擦系

46、数增加到 0.25 以上；楔块与导向套之间的摩擦系数可以通过润滑、改变材料、改滚动摩擦等实现，如果仅用润滑剂可以将摩擦系数减到0.12。3.4 步进移动机构的分析3.4.1 原理分析移动式换绳机构的移动部分以 lm/s 的速度向前运动，从而实现从新钢丝绳盘上拽新钢丝绳的目的。由此，可以考虑利用液压缸活塞杆的伸缩推动夹紧部分的移动。液压缸结构简单，工作可靠，在机械工业上得到了广泛的应用。如用束驱动磨床、车床、组合机床的进给运动等往复运动和摆动。液压缸可以分为 3 类：活塞式液压缸、柱塞式液压缸和摆动式液压缸，本装置则选用单杆活塞缸。移动式换绳机构的移动部分的工作原理如下：将单作用式液压缸一端与兴

47、紧部分用螺栓联接，另一端固定在地基上，并在移动式机构的夹紧部分装滚轮。供油时，液压缸即步进汕缸动作带动央紧部分向前移动；不供油时步进油缸回油，央紧部分复位。步进移动机构结构示意图如图 3-1 所示平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书27步进移动机构结构示意图步进移动机构结构示意图3.4.2 强度校核山于步进油缸与螺栓联接处受到的冲击较大，为了保证步进fl|缸联接螺栓的可靠性，对联接螺栓须进行受力分析。该螺栓联接为普通联接。各螺栓所受预紧力为：F0=KNN/mfzF0=KNN/mfz其中：KN：可靠性系数取KN=1.1：z：螺栓个数取Z=6：f：摩擦系数取f=0.13血：摩擦面数取m=2

48、N：正压力取N=10吨所以F0=15吨，故选用109级螺栓。3.4.3 液压原理图及工作原理步进式换绳机构液压原理图如图 3.12 所示。平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书28液压原理图工作原理：油泵未工作时，锁紧阀组 l、2 右位工作位置，移动式和固定式换绳机构的央紧部分都处于必紧状念此时钢丝绳被抱死。当液压油泵工作时液压油同时到达锁紧阀组 l、2 和移动阀纽。先操纵锁紧阀组 2(右位为工作位置)时。油通过单 I 柚阀进入油缸，固定式换绳机构的央紧部分松开，再操纵锁紧阀组 l(左位为工作位置)和移动阀组(左位为工作位置)，油通过单向阀进入步进油缸同时移动式换绳机构的央紧部分央紧钢丝

49、绳。步进油缸以一定(约为 1/s)的速度带动央紧部分向前移动。此时，山于移动式换绳机构的火紧部分央紧钢丝绳，带动滚筒上缠绕的钢丝绳也以一定速度运动 Up 钢丝绳被卜股。当步进油缸移动到极限位置时，放开锁紧阀组 1、2 和移动阀组的手柄，步进油缸停止向前移动，移动式换绳机构的火紧部分松开。而固定式换绳机构的夹紧部分央紧钢丝绳。再操纵移动阀纽的手柄(右位为工作位置)，步进油缸向后移动。重复进行以上的操作，就可达到进新绳，调节绳长或下放钢丝绳的目的。平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书29第四章第四章 实践实践4.1 概况河南煤化集团永煤公司城郊煤矿西风井井径 5m，井深 512.5m，井架

50、高度34.3m。井筒内运行双层二车 1.5t 罐笼各一个，型号为 GDG1.5/6/2/2，罐笼重量为10.17t。两罐笼采用四根 30ZAB631WSFC（30631）钢丝绳提升，四根钢丝绳左右捻各两根，单根绳长 560m，单位重量 3.42Kg/m。根据煤矿安全规程规定和实际使用情况，2011 年 6 月，我矿对现用的主钢丝绳进行更换。4.2 施工方案 采用在用提升首绳带新提升首绳“上提”的新换绳方法，即把 B 罐停在井口位置，4根新绳绳头在井口通过 A 罐侧的导向滑轮，使用绳夹与 A 罐侧旧绳连接，以 0.4m/s 的速度开动提升机下放 B 罐，将新绳依次带过下天轮、滚筒、上天轮至 B

51、罐侧井口处。将新绳在井口、上、下天轮处分别使用复合板夹固定后提起，然后拆除新、旧绳连接用的钢丝绳夹，提升机房利用行车拉开新绳，使上、下天轮及提升机滚筒上的新钢丝绳与其脱离开，反向以 1.5m/s 的速度开车，将 B 罐提至井口。把新绳头与 B 罐楔形绳环连接。以 0.4m/s 的速度下放 B 罐，上提 A 罐顶部至井口处，在此过程中，每隔25m 停车一次，分别在井口和井口上方 12.5m 工作平台处将新绳和旧绳使用复合板夹卡紧固定一次。B 罐下放至井底，此时 A 罐到达井口工作位置，在井口将新绳截断，新旧钢丝绳交换绳槽。在井下先更换 B 罐顶部钢丝绳头，使新绳与 B 罐楔形绳环联接；然后在井口

52、处更换 A 罐侧钢丝绳头，在下天轮平台处拉紧 3t 葫芦，使新绳绷紧，将对应的新绳与楔形绳环固定，并对 B 罐侧平衡油缸进行打压。在提升机滚筒下方将旧钢丝绳截断(用麻绳事先拴好） ，拆除 A 罐侧旧绳，以 0.5m/s 的速度下放 A 罐，拆 B 罐侧复合板夹，同时回收旧绳。B 罐上提到井口后，旧绳回收完毕。对 B 罐侧平衡油缸进行打压，试运行。平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书304.3 施工步骤及方法施工总体方法 先回收旧绳，然后割断旧绳，采用“旧绳带新绳” ，即正在运行使用的旧钢丝绳附带新钢丝绳的更换方法。 。将 B 罐提升至井口处，在井口 A 罐侧将工作平台搭接好，用 1 付

53、 30U 型卡分别将四根新绳与对应旧绳可靠连接，开动提升机上提 A 罐，使新绳依次通过下天轮、滚筒、上天轮至 B 罐侧井口处。天轮和绞车房必须各安排 2 人看护，有问题及时联系停车。 （钢丝绳夹过滚筒和天轮时必须注意螺栓方向，适时调整，以“U”型面挤压衬垫为准） 。在上、下天轮及滚筒处使用两副复合板夹夹紧新绳，分别在+34.3m 平台十字交叉中间钢梁上和井架斜支撑腿+25.4m 中间大板梁上悬挂 1 根 21.5 钢丝绳套，并挂 2台 3T 葫芦 ,分别利用此处和绞车房天车悬挂的 3T 葫芦起吊上、下天轮及滚筒上的新绳，使上、下天轮及提升机上的新钢丝绳与其脱离开；拆除新旧绳连接用的 30U 型

54、卡（在上、下天轮和提升机房各设 2 人看护，防止摩擦力过大，箕斗无法上提） ，在井口卡锁 4 根新绳。上提 B 罐至井口处，采用 2 付复合通卡将新绳头与旧绳卡锁在一起，并将新绳头固定好。在 B 罐侧井口+0.00 水平位置套架横梁上和+12.5m 水平套架横梁上分别搭建卡通卡的两层工作平台。在井架+19.7m 平台上，对 4 根新绳安装捋绳卡，捋绳卡紧固程度根据新绳下放松紧度和快慢进行适当调整。以 0.5m/s 的速度将 B 罐下放，过 5m 时在 12.5m 工作平台处先打第一付复合板夹；然后每 25m 停车一次，在 12.5m 工作平台处固定一付复合板卡,将 8 根绳牢靠固定，并始终保持

55、绳的顺序一致(新绳要绷直才能打卡子，并保证各绳均能被可靠卡住)。反复操作上述步骤，当 B 罐底部下放到距轨道上平面约 2m 位置，停止下放，用两根25#工字钢对称地摆放在井下首层套架梁上，然后将 B 罐担坐到工字钢上，开始更换B 罐侧新旧绳头。平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书31将 A 罐停至到合适的位置，利用井口套架上悬挂的 2 台 20t 手拉葫芦悬挂，并搭建工作平台，同时根据现场位置，确定适当长度后把新绳从绳盘架上截断，在下天轮下侧使用复合板夹固定旧钢丝绳。解除捋绳卡，将 A 罐侧悬挂油缸打压,使最低的悬挂装置到底,然后逐根泄压，逐根拆除旧绳，在天轮和提升机滚筒上将新旧绳交换绳槽，在下天轮平台处拉紧 3 吨葫芦，使新绳绷紧，将对应的新绳与楔形绳环固定。 （完毕后给张力平衡油缸打压，新绳开始受力） 。8、解除下天轮的复合板夹，在提升机滚筒下方割断旧绳，将上天轮上的钢丝绳从提升机房外用长竹杆勾出。下天轮上的旧绳在井口 A 罐侧用麻绳固定并经过下天轮放至井架外的地面上。回收麻绳。拆除 A 罐侧井口工作平台，将 B 罐上提，采用电动扳手在两层工作平台处逐步拆除复合板卡,同时将旧绳进行回收，完毕后给 B 罐侧平衡油缸打压。拆除（移出）临时设施，试运行。4.4 应用效果城郊煤矿主副井更换钢丝绳一直采用旧绳带新绳“下放”的换绳方案，此施工方案需提前将 4 盘新绳头穿过天