礦井多繩摩擦提升課件

1、繩摩擦提升繩摩擦提升 由于礦井深度和產(chǎn)量的不斷增加，纏繞式提升機(jī)的卷筒直徑和寬度也隨之加大，使得提升機(jī)卷筒體積龐大而笨重，給制造、運(yùn)輸、安裝等帶來(lái)很大的不便。為了解決這個(gè)問(wèn)題，1877年法國(guó)人戈培提出將鋼絲繩搭在摩擦輪上，利用摩擦襯墊與鋼絲繩之間的摩擦力來(lái)帶動(dòng)鋼絲繩，以實(shí)現(xiàn)提升容器的升降，這種提升方式稱之為摩擦提升。Question:多繩摩擦提升為何會(huì)產(chǎn)生?SKT 但是，單繩摩擦式提升機(jī)只解決了提升機(jī)卷筒寬度過(guò)大的問(wèn)題，而沒(méi)有解決卷簡(jiǎn)直徑過(guò)大的問(wèn)題。因?yàn)槿拷K端載荷由一根鋼絲繩承擔(dān)，故鋼絲繩直徑很大。從而摩擦輪直徑也很大(D80d)，因此就出現(xiàn)了用多根鋼絲繩代替一根鋼絲繩的多繩摩擦提升機(jī)。這樣

2、，由于終端載荷由n根鋼絲繩共同承擔(dān)，使得每根鋼絲繩直徑變小，從而摩擦輪直徑也隨之變小。圖7-1所示為多繩摩擦提升系統(tǒng)示意圖。采用多繩摩擦提升機(jī)，若鋼絲繩數(shù)目為n根，其鋼絲繩直徑與單繩提升機(jī)鋼絲繩直徑之間有如下關(guān)系：同理，摩擦輪直徑之間的關(guān)系為：nddn1nDDn1(7-1)(7-2)Eg.r多繩摩擦提升機(jī)可分為井塔式井塔式和落地式落地式兩種。r井塔式的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是是：布置緊湊省面積，不需設(shè)置天輪，全部截荷垂直向下，井塔穩(wěn)定性好；鋼絲繩不裸露在雨雪之中，對(duì)摩擦系數(shù)和鋼絲繩使用壽命不產(chǎn)生影響。r其缺點(diǎn)缺點(diǎn)是是：井塔造價(jià)較高，施工周期較長(zhǎng)，抗地震能力不如落地式；井塔式系統(tǒng)為了保證兩提升容器的中心距離和

3、增大鋼絲繩在摩擦輪上的圍抱角，可設(shè)置導(dǎo)向輪。但與此同時(shí)卻增加了提升鋼絲繩的反向彎曲，縮短了提升鋼絲繩的使用壽命。Question: 同井架式相比,井塔式有何優(yōu)、缺點(diǎn)？v多繩摩擦提升機(jī)的結(jié)構(gòu)有如下特點(diǎn)： (1)主軸裝置 圖7-3所示是多繩摩擦提升機(jī)的一種主軸裝置圖。主軸法蘭盤(或輪數(shù))與摩擦輪輻采用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接，借助螺栓壓緊輪輻與夾板間的摩擦力傳遞扭矩。這種結(jié)構(gòu)便于拆裝及運(yùn)輸，但制造要求較高，軸向兩法蘭盤間的尺寸與摩擦輪輪幅尺寸應(yīng)吻合，以便于連接。摩擦襯墊用倒梯形截面的壓塊把襯墊固定在筒殼上。 (2)減速器為了消除機(jī)器傳給井塔的振動(dòng)，有些井塔式摩擦提升機(jī)采用彈簧基礎(chǔ)減速器，如圖7-4所示。 (

4、3)深度指示器多繩摩擦提升機(jī)為了補(bǔ)償鋼絲繩蠕動(dòng)和滑動(dòng)對(duì)深度指示器位置的影響，設(shè)置了深度指示器自動(dòng)回零裝置。 (4)尾繩懸掛裝置多繩摩擦提升設(shè)備一般均有尾繩，為了在使用圓尾繩時(shí)避免打結(jié)，在罐籠底部下方設(shè)有尾繩懸掛裝置。圖7-4 彈性基礎(chǔ)共軸減速器1-高速軸；2-高速小齒輪；3-高速大齒輪；4-高速軸套；5-彈性軸；6-減震器7-彈簧機(jī)座；8-低速小齒輪；9-低速軸套；10-輸出軸；11-剛性聯(lián)軸節(jié)；12-低速大齒輪?第二節(jié)第二節(jié) 摩擦提升傳動(dòng)原理及防滑摩擦提升傳動(dòng)原理及防滑 一、傳動(dòng)原理一、傳動(dòng)原理 多繩摩擦提升運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)計(jì)算基本上與單繩纏繞式提升相同，不同的是摩擦提升動(dòng)力的傳遞是依靠摩擦襯

5、墊與鋼絲繩之間的摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其工作的可靠性取決于提升鋼絲繩與摩擦襯墊之間其工作的可靠性取決于提升鋼絲繩與摩擦襯墊之間是否有足夠的摩擦力。是否有足夠的摩擦力。根據(jù)柔索傳動(dòng)的歐拉公式可知如圖7-5所示，在極限狀態(tài)下，摩擦輪兩側(cè)鋼絲繩張力的比值為：式中：F1為重載側(cè)鋼絲繩張力； F2為輕載側(cè)鋼絲繩張力； 為鋼絲繩與襯墊之間的摩擦系數(shù)，通常取=0.2； 為鋼絲繩在摩擦輪上的圍抱角，rad。aeFF21(7-3)在式(7-3)兩邊各減去F2，則有：式(7-4)的左邊為摩擦輪兩側(cè)的張力差，它是產(chǎn)生滑動(dòng)的力。等式右邊是整個(gè)圍抱弧上產(chǎn)生的極限摩擦力，它是阻止滑動(dòng)的力，即摩擦提升的牽引力。當(dāng)式(7-4)左邊

6、的值大于右邊的值時(shí)，鋼絲繩與摩擦輪將產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，這是不允許的。為了提升工作的安全可靠。在極限狀態(tài)下，必須有F1-F2 F2(e-1)，把此式改寫成等式則有：) 1(221aeFFF(7-4) 或： 式中：為防滑安全系數(shù)。防滑安全系數(shù)可分為靜防滑安全系數(shù)和動(dòng)防滑安全系數(shù)。煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，靜防滑安全系數(shù)j1.75;動(dòng)防滑安全系數(shù)dl.25。式(7-5)中的F1和F2只考慮靜載荷時(shí)，其防滑安全系數(shù)即為靜防滑安全系數(shù)，可表示如下：122212()(1)(1)aaFFF eF eFF(7-5)jxjsajxjFFeF) 1(ammFFeamFxsjxjsaxjxd)()() 1)(7-6)(7-

7、7)若式(7-5)中的F1和F2不僅考慮靜載荷而且還考慮了動(dòng)載荷(慣性力)，則其防滑安全系數(shù)即為動(dòng)防滑安全系數(shù)，如下式表示：在某些情況下，如下放載荷或進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí)，計(jì)算防滑安全系數(shù)的式(7-6)和式(7-7)應(yīng)改寫為： 或以上各式中：Fjx為下放側(cè)靜張力；Fjs為上升側(cè)靜張力；ms為上升側(cè)運(yùn)動(dòng)部分總質(zhì)量；mx為下放側(cè)運(yùn)動(dòng)部分總質(zhì)量；a為加速度或減速度。ammFFeamFxsjsjxasjsd)()() 1)(7-8)jsjxjsjFFeF) 1(7-9) 二、防滑驗(yàn)算二、防滑驗(yàn)算 多繩摩擦提升的主要矛盾就是防滑。因此，在選型設(shè)計(jì)中，必須進(jìn)行防滑驗(yàn)算，以保證提升工作的安全可靠。而防滑驗(yàn)算就是采

8、用式(7-6)，(7-7)或(7-8)，(7-9)來(lái)計(jì)算靜、動(dòng)防滑安全系數(shù)的大小，看是否符臺(tái)煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。r現(xiàn)以幾種不同的情況來(lái)分析防滑安全系數(shù)的變化規(guī)律。(一)提升載荷，等重尾繩系統(tǒng)對(duì)于提升載荷，式(7-6)和式(7-7)所表示的函數(shù)關(guān)系可用圖7-6表示。為了簡(jiǎn)便，以三階段速度圖來(lái)表示。1靜防滑安全系數(shù) 由圖7-6可知，靜防滑安全系數(shù)的變化規(guī)律為一平行于時(shí)間軸的直線abcd，即在一個(gè)提升循環(huán)過(guò)程中，在任何階段的值均相等?？捎糜?jì)算式表示如下： 式中：Q為一次提升載荷質(zhì)量；Qz為提升容器質(zhì)量；p為提升鋼絲繩每米重力；Hc為提升鋼絲繩最大垂懸長(zhǎng)度；x，s為容器運(yùn)行阻力系數(shù)， xs，箕斗提

9、升取0.075，罐籠提升取0.1；n為提升鋼絲繩根數(shù)；k為礦井阻力系數(shù)，k12kQgeQgnpHcgQFFeFaxzjxjsajxj) 1)() 1(7-10)2動(dòng)防滑安全系數(shù) 在圖7-6中，動(dòng)防滑安全系數(shù)的變化規(guī)律為折線efbcgh，可見，動(dòng)防滑安全系數(shù)的最小值在加速階段ef。所以，對(duì)等重尾繩系統(tǒng)，提升載荷時(shí)，靜防滑對(duì)等重尾繩系統(tǒng)，提升載荷時(shí)，靜防滑可在任何階段中任何工況點(diǎn)驗(yàn)算，動(dòng)防滑可在加速可在任何階段中任何工況點(diǎn)驗(yàn)算，動(dòng)防滑可在加速階段中任何工況點(diǎn)驗(yàn)算。階段中任何工況點(diǎn)驗(yàn)算。計(jì)算式表示如下：式中：ms為上升側(cè)總質(zhì)量；mx為下放側(cè)總質(zhì)量。1111)() 1)()()() 1)(ammkQg

10、eamQgnpHgQammFFeamFxsaxxczxsjxjsaxjxd 在導(dǎo)向輪側(cè)下放比在導(dǎo)向輪側(cè)上提更容易產(chǎn)生動(dòng)態(tài)滑動(dòng)，故將導(dǎo)向輪放在下放側(cè)計(jì)算。提升載荷加速階段可能出現(xiàn)的滑動(dòng)為反向滑動(dòng)，如圖7-7所示。 (二二)提升載荷，重尾繩系統(tǒng)提升載荷，重尾繩系統(tǒng) 1靜防滑安全系數(shù) 由圖7-8可知，靜防滑安全系數(shù)的變化規(guī)律為折線abcd，且在d點(diǎn)，即提升終了點(diǎn)有最小值。其計(jì)算式表示如下：式中：Hk為容器卸載位置至摩擦輪中心的距離，m；H為提升高度，m；Hh為尾繩環(huán)高度，m；n為尾繩根數(shù)；HqnnpkQgeQgqHnHHnpgQaxhkzj)() 1()(7-14)2.2.動(dòng)防滑安全系數(shù)動(dòng)防滑安全系

11、數(shù) 由圖7-8可知，動(dòng)防滑安全系數(shù)的變化規(guī)律為折線efbcgh，且在f點(diǎn)有最小值?？砂聪率接?jì)算：式中：H為加速開始至終了時(shí)的距離。 由圖7-8可知，提升載荷，重尾繩系統(tǒng)靜防滑安全系數(shù)只驗(yàn)算d點(diǎn)工況值，動(dòng)防滑安全系數(shù)只驗(yàn)算f點(diǎn)工況值。11)()1()() (ammHqnnpkQgeamQgHHHqnHHnpgQxsaxxhkzdv但是在某些情況下，對(duì)于重尾繩系統(tǒng)，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的變位質(zhì)量不很大時(shí)，防滑安全系數(shù)在f點(diǎn)的值大于其在d點(diǎn)的值，這樣，當(dāng)靜防滑安全系數(shù)大于1.75時(shí)，動(dòng)防滑安全系數(shù)一定能滿足要求，不用再驗(yàn)算動(dòng)防滑安全系數(shù)了。v這表明了重尾繩系統(tǒng)改善了動(dòng)防滑條件，這就這表明了重尾繩系統(tǒng)改善了動(dòng)防

12、滑條件，這就說(shuō)明了前面所述的，不采用等重尾繩而采用重說(shuō)明了前面所述的，不采用等重尾繩而采用重尾繩系統(tǒng)的意義所在。尾繩系統(tǒng)的意義所在。( (三三) )下放載荷，等重尾繩系統(tǒng)下放載荷，等重尾繩系統(tǒng)1 1靜防滑安全系數(shù)靜防滑安全系數(shù) 由圖7-lO可知，靜防滑安全系數(shù)的變化規(guī)律亦為一平行于時(shí)間軸的直線abcd，所以，在一個(gè)提升循環(huán)過(guò)程中任何階段的靜防滑安全系數(shù)值均相等，即為常數(shù)。可用下式計(jì)算：QgkeQgnpHgQFFeFasczjsjxajsj)2() 1)() 1(7-16)2 2動(dòng)防滑安全系數(shù)動(dòng)防滑安全系數(shù) 由圖7-10可知，動(dòng)防滑安全系數(shù)的變化規(guī)律亦為折線 efbcgh 。動(dòng)防滑安全系數(shù)的最小

13、值在減速階段gh。所以，對(duì)等重尾繩系統(tǒng),下放載荷時(shí)，靜防滑在任何階段中任何工況點(diǎn)驗(yàn)算，動(dòng)防滑可在減速階段中任何工況點(diǎn)驗(yàn)算。計(jì)算式表示如下：3313)()2() 1)()()() 1)(ammQgkeamQgnpHgQammFFeamFxsassczxsjsjxasjsd(7-17)( (四四) )下放載荷重尾繩系統(tǒng)下放載荷重尾繩系統(tǒng)1 1靜防滑安全系數(shù)靜防滑安全系數(shù) 由圖7-11可知，靜防滑安全系數(shù)的變化規(guī)律為一向上傾斜的直線abcd ,在下放開始時(shí)的a點(diǎn)有最小值，故靜防滑安全系數(shù)可以a點(diǎn)工況驗(yàn)算。其驗(yàn)算計(jì)算式如下：)() 1(jsjxajsdFFeFHqnnpQgkeQgqHnHHnpgQa

14、shkzj)()2() 1()(7-20) 2動(dòng)防滑安全系數(shù) 由圖7-11知?jiǎng)臃阑踩禂?shù)的變化規(guī)律為一折線efbcgh，在減速開始時(shí)的點(diǎn)g有最小值，故防滑安全系數(shù)可以g點(diǎn)工況驗(yàn)算，其計(jì)算式如下：式中：H為減速開始至終了時(shí)的距離。 33)()() 1)(ammFFeamFxsjsjxasjsd33)()()2() 1()() (ammHqnnpQgkeamQgmQgHHqnHHHnpgQxsassxhkzj(7-21)下放載荷減速階段可能出現(xiàn)的滑動(dòng)為超前滑動(dòng)，即提升鋼絲繩的運(yùn)動(dòng)速度大于摩擦輪繩槽處的線速度，如圖7-12所示。)(25. 1) 1(25. 1) 1()max3xsasjsjxaj

15、smmemFFeFa(7-22)對(duì)于下放載荷緊急制動(dòng)狀態(tài)的防滑驗(yàn)算，煤礦安全規(guī)程規(guī)定，下放額定載荷時(shí)，其減速度a31.5ms2，而且，其最大減速度不得超過(guò)鋼絲繩的滑動(dòng)極限。下放載荷緊急制動(dòng)減速度應(yīng)按最大減速度滑動(dòng)極限狀態(tài)驗(yàn)算?？紤]到緊急制動(dòng)是偶發(fā)性的故我國(guó)設(shè)計(jì)部門把動(dòng)防滑安全系數(shù)取 l 來(lái)計(jì)算下放載荷，緊急制動(dòng)時(shí)的最大減速度值為：式中：azmax為緊急制動(dòng)減速度。)() 1() 1()maxxsasjsjxajszmmemFFeFa(7-23)v通過(guò)上述摩擦提升防滑驗(yàn)算可知，與防滑條件有與防滑條件有關(guān)的參數(shù)主要有容器的關(guān)的參數(shù)主要有容器的質(zhì)量、加速度和減速度。質(zhì)量、加速度和減速度。 v現(xiàn)將容器

16、的質(zhì)量、提升加速度和減速度的確定方法簡(jiǎn)述如下： (1)(1)容器質(zhì)量的確定容器質(zhì)量的確定 防滑條件有靜防滑和動(dòng)防滑兩個(gè)條件，利用靜防滑條件求出的容器質(zhì)量稱為容器靜防滑質(zhì)量靜防滑質(zhì)量；利用動(dòng)防滑條件求出的容器質(zhì)量稱為容器動(dòng)防滑動(dòng)防滑質(zhì)量質(zhì)量。下面僅以等重尾繩雙容器提升系統(tǒng)為例。容器靜防滑質(zhì)量的計(jì)算 據(jù)式(7-10)可計(jì)算容器靜防滑質(zhì)量Qzj如下：容器動(dòng)防滑質(zhì)量的計(jì)算 式(7-11)可計(jì)算容器動(dòng)防滑質(zhì)量Qzd如下：gQgnpHeKQgQxcajzj1(7-25)(7-24)gCaBaAQzd)1 (11QgnpHekQgAxcaj1daxxcgeGnnpHQgB) 1(2gegCad) 1(21(

17、7-28)(7-27)(7-26)r式(7-25)對(duì)于某一確定的系統(tǒng)，A，B和C均為常數(shù)，故式(7-25)表示在動(dòng)防滑條件下，容器動(dòng)防滑質(zhì)量與提升加速度之間的關(guān)系，加速度a1越大，容器動(dòng)防滑質(zhì)量越大。因此，在利用式(7-25)來(lái)確定容器動(dòng)防滑質(zhì)量時(shí)，必須先確定一個(gè)加速度a1。注意，加速度a1除了符合前述三個(gè)條件外，還要受容器動(dòng)防滑質(zhì)量的約束。r當(dāng)計(jì)算Qzj和Qzd。之后，比較兩值之大小，然后選取其中較大值者確定為容器防滑質(zhì)量Qzr，若提升容器自身質(zhì)量小于容器防滑質(zhì)量，則必須加配重。配重Q可如下計(jì)算： (2)加速度加速度a1的確定的確定 如果按前述三個(gè)條件確定的加速度a1來(lái)計(jì)算容器動(dòng)防滑質(zhì)量的值

18、過(guò)大(比容器自身質(zhì)量大很多)時(shí)，也可以先確定一個(gè)較合理的容器防滑質(zhì)量值，然后反算加速度a1的值，計(jì)算如下：zzrzQQQ(7-29)v應(yīng)該注意，用式(7-30)計(jì)算的加速度a1值必須符合前述關(guān)于加速度的三個(gè)條件。 (3)減速度減速度a3的確定的確定 可據(jù)式(7-22)和式(7-23)計(jì)算確定。1zrzrQ gAaQ gB(7-30)第三節(jié)第三節(jié) 多繩摩擦提升的若干問(wèn)題多繩摩擦提升的若干問(wèn)題一、鋼絲繩與襯墊間的摩擦系數(shù)一、鋼絲繩與襯墊間的摩擦系數(shù)v近代摩擦理論與實(shí)踐表明, 庫(kù)倫定律只是在一定條件下才是合適的，在某些特定場(chǎng)合，例如對(duì)于礦井摩擦提升機(jī)的襯墊與鋼絲繩之間的摩擦，它不一定都成立(采用榆木

19、或鋁合金襯墊時(shí))，或者全部不成立而正好相反。v圖7-13和7-14表明摩擦系數(shù)與比壓和相對(duì)滑速之間的關(guān)系。 隨著比壓增加，摩擦系數(shù)降低，證明對(duì)于有油的鋼絲繩摩擦系數(shù)與接觸面的大小有關(guān)。而相對(duì)滑速與摩擦系數(shù)的關(guān)系曲線則說(shuō)明對(duì)于橡膠類襯墊，靜摩擦系數(shù)小于動(dòng)摩擦系數(shù)，但在一定范圍內(nèi)摩擦系數(shù)隨著相對(duì)滑速的增加而增加。 由于摩擦系數(shù)的這些特性，因而在給出摩擦系數(shù)時(shí)必須說(shuō)明其測(cè)試條件。二、襯墊比壓二、襯墊比壓 當(dāng)鋼絲繩與襯墊間的比壓超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，由于存在著蠕動(dòng)的緣故，襯墊將很快磨損。摩擦村墊的比壓按下式計(jì)算： 一般對(duì)于聚胺酯襯墊取比壓的允許值為2106MPa，PVC襯墊則取為1.4106MPa。 nnjxjsbdDFFP(7-31)三、鋼絲繩張力的平衡三、鋼絲繩張力的平衡 多繩提升中各鋼絲繩的張力往往難以保持一致，其原因是；各繩的物理性質(zhì)不一致，彈性模量不等；各繩槽的深度不等；鋼絲繩的長(zhǎng)短不一；各鋼絲繩的滑動(dòng)不等；鋼絲繩的蠕動(dòng)。 為了消除因鋼絲繩物理性質(zhì)不同而引起的張力差，最好使用連續(xù)生產(chǎn)的鋼絲繩。 為了改善各鋼絲繩張力的不平衡狀況，通常設(shè)置平衡裝置，表示在圖7-15中。圖7-15 各種平衡裝置示意圖r圖7-16所示是螺旋液壓調(diào)繩器。 螺旋液壓調(diào)繩裝置，在張力平衡方面由于沒(méi)有解決密封問(wèn)題，故只能實(shí)現(xiàn)提升鋼絲繩的靜平衡。在運(yùn)行維護(hù)及安全可靠性方面也存在著一些問(wèn)題。r