礦井機械運輸?shù)诰耪耞摩擦提升的傳動原理

1、.第九章 摩擦提升傳動原理2 課時第一節(jié) 多繩摩擦提升機及其結(jié)構(gòu)特點由于礦井深度和產(chǎn)量的不斷增加，纏繞式提升機的卷筒直徑和寬度也隨之加大，使得提升機卷筒體積龐大而笨重，給制造、運輸、安裝等帶來很大的不便。為了解決這個問題，1877年法國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帶動鋼絲繩，以實現(xiàn)提升容器的升降，這種提升方式稱之為摩擦提升。與單繩纏繞式提升機相比，摩擦輪的寬度明顯減小，而且不會因井深的增加而增大。同時由于主軸跨度的減小而使得主軸的直徑和長度均有所降低整機的質(zhì)量大為下降，而且由于提升機回轉(zhuǎn)力矩的減小，使得提升電動機容量降低，能耗減少。 但是，單繩摩擦式提升機

2、只解決了提升機卷筒寬度過大的問題，而沒有解決卷簡直徑過大的問題。因為全部終端載荷由一根鋼絲繩承擔，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。這樣，由于終端載荷由n根鋼絲繩共同承擔，使得每根鋼絲繩直徑變小，從而摩擦輪直徑也隨之變小。圖71所示為多繩摩擦提升系統(tǒng)示意圖。采用多繩摩擦提升機，若鋼絲繩數(shù)目為一根，其鋼絲繩直徑與單繩提升機鋼絲繩直徑之間有如下關(guān)系： 圖7-1多繩摩擦提升系統(tǒng)示意圖（a）塔式 （b）落地式1 主導輪；2天輪；3提升鋼絲繩；4容器；2 5導向輪；6尾繩 (7-1)同理，摩擦輪直徑之間的關(guān)系為： (7-2)多繩摩

3、擦提升機可分為井塔式和落地式兩種。井塔式的優(yōu)點是：布置緊湊省面積，不需設(shè)置天輪I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，對摩擦系數(shù)和鋼絲繩使用壽命不產(chǎn)生影響。其缺點是：井塔造價較高，施工周期較長，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增大鋼絲繩在摩擦輪上的圍抱角，可設(shè)置導向輪。但與此同時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。 采用多繩摩擦提升，多根提升鋼絲繩同時斷裂的可能性很小，故安全性較好。而多繩摩擦提升的鋼絲繩數(shù)，通常均取偶數(shù)(多采用210根)，其目的是利于選用左捻和右捻繩各半，以減少罐耳與罐道之間的摩擦阻力。同時，為了減少鋼絲繩

4、因物理機械性質(zhì)上的差異而影響各提升鋼絲繩的張力分配，故必須在同一批制造的鋼絲繩中，選取左、右捻鋼絲繩各一根，然后根據(jù)提升鋼絲繩的繩數(shù)分別在已選取的左、右捻鋼絲繩上截取。 國產(chǎn)多繩摩擦提升機系列主要有JKM及JKMD系列(洛陽礦山機械廠生產(chǎn))和JKD及JKMD系列(上海冶金礦山機械廠生產(chǎn))等。 多繩摩擦提升機的結(jié)構(gòu)有如下特點： (1)主軸裝置 圖73所示是多繩摩擦提升機的一種主軸裝置圖。主軸法蘭盤(或輪數(shù))與摩擦輪輻采用高強度螺栓聯(lián)接，借助螺栓壓緊輪輻與夾板聞的摩擦力傳遞扭矩。這種結(jié)構(gòu)便于拆裝及運輸，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吻合，以便于聯(lián)接。(2)車槽裝置 為使各鋼

5、絲繩繩槽直徑不超過規(guī)定值，以保持各鋼絲繩張力均衡，多繩摩擦提升機均設(shè)有車槽裝置。(3)減速器 為了消除機器傳給井塔的振動，有些井塔式摩擦提升機采用彈簧基礎(chǔ)減速器，如圖74所示。圖7-3 多繩摩擦提升機主軸裝置結(jié)構(gòu)(4)深度指示器 多繩摩擦提升機為了補償鋼絲繩蠕動和滑動對深度指示器位置的影響，設(shè)置了深度指示器自動回零裝置。(5)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；2 高速大齒輪；4高速軸套；5彈性軸；6減震器7彈簧機座；8低速小齒輪；9低速軸套；10輸出軸；11剛性聯(lián)軸節(jié)1

6、2低速大齒輪第二節(jié)摩擦提升傳動原理及防滑一、傳動原理多繩摩擦提升運動學與動力學計算基本上與單纏繞式提升相同，不同的是摩擦提升動力的傳遞是依靠摩擦襯墊與鋼絲繩之間的摩擦力來實現(xiàn)的，其工作的可靠性取決于提升鋼絲繩與摩擦襯墊之間是否有足夠的摩擦力。根據(jù)柔索傳動的歐拉公式可知。如圖75所示，在極限狀態(tài)下，摩擦輪兩側(cè)鋼絲繩張力的比值為： (7-3)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。在式(93)兩邊各減去F2，則有： （7-4）式(74)的左邊為摩擦輪兩側(cè)的張力差，它是產(chǎn)生滑動的力。等式右邊是整個圍抱弧上

7、產(chǎn)生的極限摩擦力，它是阻止滑動的力，即摩擦提升的牽引力。圖75 摩擦提升傳動原理圖 當式(74)左邊的值大于右邊的值時，鋼絲繩與摩擦輪將產(chǎn)生相對滑動，這是不允許的。正如式(74)那樣，提升工作的安全性也是很不可靠的。所以，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： （7-5）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)和動防滑安全系數(shù)。煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，靜防滑安全系數(shù)j1.75；動防滑安全系數(shù)dl.25。 式(95)中的F1和F2只考慮靜載荷時，其防滑安全系數(shù)即為靜防滑安全系數(shù)，可表示如下： （7-6）若式(75)中的F1

8、和F2不僅考慮靜載荷而且還考慮了動載荷(慣性力)，則其防滑安全系數(shù)即為動防滑安全系數(shù)，如下式表示： （7-7）在某些情況下，如下放載荷或進行緊急制動時，計算防滑安全系數(shù)的式(76)和式(79)應改寫為： （7-8）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)運動部分總質(zhì)量；mx為下放側(cè)運動部分總質(zhì)量；a為加速度或減速度。二、防滑驗算 多繩摩擦提升的主要矛盾就是防滑。因此，在選型設(shè)計中，必須進行防滑驗算，以保證提升工作的安全可靠。而防滑驗算就是采用式(76)，(77)或(78)，(79)來計算靜、動防滑安全系數(shù)的大小，看是否符臺煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范的要求。但是，在計算之前，必

9、須了解靜防滑安全系數(shù)j和動防滑安全系數(shù)d在一個提升循環(huán)過程的變化規(guī)律，以便找出最容易發(fā)生滑動的危險點，僅驗算各自危險點的靜防滑安全系數(shù)和動防滑安全系數(shù)即可。 現(xiàn)以幾種不同的情況來分析防滑安全系數(shù)的變化規(guī)律。 (一)提升載荷，等重尾繩系統(tǒng) 對于提升載荷，式(76)和式(77)所表示的函數(shù)關(guān)系可用圖76表示。 為了簡便，以三階段速度圖來表示。 （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)律為一平行于時間軸的直線abed，即在一個提升循環(huán)過程中，在任何階段的值均相等。可用計算式表示如下： （7-10）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

10、繩最大垂懸長度；x，s為容器運行阻力系數(shù)， xs，箕斗提升取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)，k12（2）動防滑安全系數(shù) 在圖76中，動防滑安全系數(shù)的變化規(guī)律為折線efbcgh，可見，動防滑安全系數(shù)的最小值在加速階段。所以，對等重尾繩系統(tǒng)，提升載荷時，靜防滑可在任何階段中任何工況點驗算動防滑可在加速階段中任何工況點驗算。計算式表示如下： （7-11）式中：ms為上升側(cè)總質(zhì)量；mx為下放側(cè)總質(zhì)量。在導向輪側(cè)下放比在導向輪側(cè)上提更容易產(chǎn)生動態(tài)滑動，故將導向輪放在下放側(cè)計算。提升載荷加速階段可能出現(xiàn)的滑動為反向滑動，如圖77所示。 (二)提升載荷，重尾繩系統(tǒng) （1）

11、靜防滑安全系數(shù) 由圖78可知，靜防滑安全系數(shù)的變化規(guī)律為折線abcd，且在d點，即提升終了點有最小值。其計算式表示如下圖7-7 反向滑動提升加速過程（7-14）（2）動防滑安全系數(shù)由圖78可知，動防滑安全系數(shù)的變化規(guī)律為折線efbcgh，且在f點有最小值?？砂聪率接嬎悖?（7-15）由圖78可知，提升載荷，重尾繩系統(tǒng)靜防滑安全系數(shù)只驗算d點工況值，動防滑安全系數(shù)只驗算f點工況值。但是在某些情況下，對于重尾繩系統(tǒng)，當整個系統(tǒng)的變位質(zhì)量不很大時，防滑安全系數(shù)在f點的值大于其在d點的值，這樣，當靜防滑安全系數(shù)大于1.75時，動防滑安全系數(shù)一定能滿足要求，不用再驗算動防滑安全系數(shù)了。這表明了重尾繩系統(tǒng)

12、改善了動防滑條件，這就說明了前面所述的，不采用等重尾繩而采用重尾繩系統(tǒng)的意義所在。圖7-8 提升載荷防滑安全系數(shù)變化規(guī)律重尾繩系統(tǒng) (三)下放載荷，等重尾繩系統(tǒng) （1）靜防滑安全系數(shù) 由圖7一l0可知，靜防滑安全系數(shù)的變化規(guī)律亦為一平行于時間軸的直線abcd，所以，在一個提升循環(huán)過程中任何階段的靜防滑安全系數(shù)值均相等，即為常數(shù)。可用下式計算： （7-16）（2）動防滑安全系數(shù) 由圖710可知，動防滑安全系數(shù)的變化規(guī)律亦為折線efbcgh 。動防滑安全系數(shù)的最小值在減速階段gh。所以，對等重尾繩系統(tǒng),下放載荷時，靜防滑在任何階段中任何工況點驗算，動防滑可在減速階段中任何工況點驗算。計算式表示如下

13、： (7-17)圖7-10 下放載荷等重尾繩系統(tǒng)防滑安全系數(shù)變化規(guī)律對于下放載荷等重尾繩系統(tǒng)靜防滑安全系數(shù)為一常數(shù)，可在提升循環(huán)中任意工況點驗算；動防滑安全系數(shù)可驗算減速階段任意工況點。 (四)下放載荷重尾繩系統(tǒng)（1）靜防滑安全系數(shù)由圖7一11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 ,在下放開始時的a點有最小值，故靜防滑安全系數(shù)可以a點工況驗算。其驗算計算式如下： （7-20）圖7-11 下放載荷等重尾繩系統(tǒng)防滑安全系數(shù)變化規(guī)律（2）動防滑安全系數(shù)由圖7-11知動防滑安全系數(shù)的變化規(guī)律為一折線efbcgh，在減速開始時的點g有最小值，故防滑安全系數(shù)可以g點工況驗算，其計算式如

14、下： （7-21）下放載荷減速階段可能出現(xiàn)的滑動為超前滑動，即提升鋼絲繩的運動速度大于摩擦輪繩槽處的線速度，如圖7一12所示。 如果按正常運行狀態(tài)，取動防滑安全系數(shù)d=1.25，此時的最大減速度可據(jù)式(717)或式(721)計算，將Fjs,Fjx,ms,mx等代入相應的值，則可得： （7-22）對于下放載荷緊急制動狀態(tài)的防滑驗算，煤礦安全規(guī)程規(guī)定，下放額定載荷時，其減速度a31.5 ms2。，而且，其最大減速度不得超過鋼絲繩的滑動極限。下放載荷緊急制動減速度應按最大減速度滑動極限狀態(tài)驗算?？紤]到緊急制動是偶發(fā)性的故我國設(shè)計部門把動防滑安全系數(shù)取l來計算下放載荷，緊急制動時的最大減速度值為： （

15、7-23）通過上述摩擦提升防滑驗算可知，與防滑條件有關(guān)的參數(shù)主要有容器的質(zhì)量、加速度和減速度。 現(xiàn)將容器的質(zhì)量、提升加速度和減速度的確定方法簡述如下： (1)容器質(zhì)量的確定 防滑條件有靜防滑和動防滑兩個條件，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；利用動防滑條件求出的容器質(zhì)量稱為容器動防滑質(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)量的計算據(jù)式(910)可計算容器靜防滑質(zhì)量Qzj如下： （7-24）容器動防滑質(zhì)量的計算式(911)可計算容器動防滑質(zhì)量Qzd如下： （7-25）式中： （7-26） （7-27） （7-28）式(725)對于某一確定的系統(tǒng)，A，B和C均為常數(shù)，

16、故式(725)表示在動防滑條件下，容器動防滑質(zhì)量與提升加速度之間的關(guān)系，加速度a1越大，容器動防滑質(zhì)量越大。因此，在利用式(725)來確定容器動防滑質(zhì)量時，必須先確定一個加速度a1。注意，加速度a1除了符合前述三個條件外，還要受容器動防滑質(zhì)量的約束。當計算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可如下計算： （7-29）(2)加速度a1的確定如果按前述三個條件確定的加速度a1來計算容器動防滑質(zhì)量的值過大(比容器自身質(zhì)量大很多)時，也可以先確定一個較合理的容器防滑質(zhì)量值，然后反算加速度a1的值，計

17、算如下： （7-30）應該注意，用式(7-30)計算的加速度a1值必須符合前述關(guān)于加速度的三個條件。 (3)減速度a3的確定 可據(jù)式(722)和式(733)計算確定。第三節(jié) 多繩摩擦提升的若干問題一、鋼絲繩與襯墊間的摩擦系數(shù)近代摩擦理論與實踐表明, 庫倫定律只是在一定條件下才是合適的，在某些特定場合，例如對于礦井摩擦提升機的襯墊與鋼絲繩之間的摩擦，它不一定都成立(采用榆木或鋁合金襯墊時)，或者全部不成立而正好相反。圖713和714表明摩擦系數(shù)與比壓和相對滑速之間的關(guān)系。隨著比壓增加，摩擦系數(shù)降低，證明對于有油的鋼絲繩摩擦系數(shù)與接觸面的大小有關(guān)。而相對滑速與摩擦系數(shù)的關(guān)系曲線則說明對于橡膠類襯墊

18、，靜摩擦系數(shù)小于動摩擦系數(shù)，但在一定范圍內(nèi)摩擦系數(shù)隨著相對滑速的增加而增加。 由于摩擦系數(shù)的這些特性，因而在給出摩擦系數(shù)時必須說明其測試條件。二、襯墊比壓 當鋼絲繩與襯墊間的比壓超過一定數(shù)值時，由于存在著蠕動的緣故，襯墊將很快磨損。摩擦村墊的比壓按下式計算： （7-31） 一般對于聚胺酯襯墊取比壓的允許值為2×106MPa，PVC襯墊則取為1.4×106MPa。 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；鋼絲繩的長短不一；各鋼絲繩的滑動不等；鋼絲繩的蠕動。 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715中。圖715 各種平衡裝置示意圖圖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有解決密封問題，故只能實現(xiàn)提升鋼絲繩的靜平衡。在運行維護及安全可靠性方面也存在著一些問題。圖7-17所示為目前已在國內(nèi)100多個礦井使用的XSZ型多繩摩擦提升機鋼絲繩張