提升機(jī)構(gòu)礦井提升機(jī)械設(shè)計選型設(shè)計說明書

前言畢業(yè)設(shè)計是對我們大學(xué)四年所學(xué)知識的綜合性檢驗(yàn)，是大學(xué)生走向工作崗位的一項的系統(tǒng)的訓(xùn)練。它不僅能培養(yǎng)綜合利用專業(yè)知識的能力而且有助于提高分析和解決問題的能力，是由理論走向?qū)嵺`必不可少的臺階。我們的畢業(yè)實(shí)習(xí)由學(xué)校安排在皖北煤電集團(tuán)祁東礦實(shí)習(xí)，經(jīng)過四個星期的實(shí)習(xí)，使我對實(shí)際的生產(chǎn)有了一定的了解，祁東礦設(shè)計井型150萬噸/年，可采儲量18877萬噸，服務(wù)年限89年，根據(jù)礦井的實(shí)際生產(chǎn)情況，結(jié)合自身的學(xué)習(xí)情況，在老師的指導(dǎo)下，決定對礦井所用的提升機(jī)械設(shè)備這方面，完成自己的畢業(yè)設(shè)計。本設(shè)計承侯波教授，審查并提供了許多寶貴意見和資料。在設(shè)計過程中，也得到了祁東礦技術(shù)部門領(lǐng)導(dǎo)，和機(jī)電科領(lǐng)導(dǎo)與技術(shù)人員，師傅們提供了許多煤礦原始資料。在此表示感謝。由于設(shè)計倉促，加之本人水平有限，設(shè)計中難免有缺點(diǎn)與錯誤，敬請予批評指示。高楊二零零六年五月二十九摘要提升機(jī)是礦山大型固定設(shè)備之一，在礦山生產(chǎn)建設(shè)中起著重要的作用。多繩提升機(jī)又稱“多繩摩擦式提升機(jī)”，是在單繩摩擦輪提升機(jī)的基礎(chǔ)上，為了適應(yīng)礦井向深部發(fā)展，以及年產(chǎn)量日益增大的需要逐漸發(fā)展起來的，即利用幾根直徑較細(xì)的鋼絲繩，代替原來只用一根較粗的鋼絲繩來提升。隨著科學(xué)技術(shù)的日趨發(fā)展，提升機(jī)的控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)已日趨完善，因而，多繩摩擦式提升機(jī)能夠更多地取代纏繞式提升機(jī)。從1938年開始使用第一臺多繩提升機(jī)，到1948年以前，全世界總共有六臺多繩摩擦式提升機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)，到1959年未，已經(jīng)有240多臺。而近些年來，使用多繩提升機(jī)的國家已經(jīng)越來越多。本次設(shè)計的課題為《多繩摩擦式提升機(jī)的選型設(shè)計》，，在滿足生產(chǎn)的條件下，盡可能降低成本，并能滿足一定的富裕系數(shù)有以下的任務(wù)及要求：1．提升容器的的設(shè)計計算；2．鋼絲繩的計算和選擇；3．井塔的確定；4．提升系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)分析；5．畢業(yè)設(shè)計說明書的編寫6．提升大廳平面布置圖、提升系統(tǒng)圖、井架圖，天輪結(jié)構(gòu)圖的繪制在此次設(shè)計中得到了侯波老師等老師的指導(dǎo)和幫助，在此表示由衷的謝意。AbstractPromotethemachineisthemineralmountainlargefixoneoftheequipmentses,riseinthemineralmountainproduceconstucttheimportantfunction.Manyropespromotethemachineandcall"manyropesrubthetypetopromotethemachine",rubbingthefoundationthattheroundpromotesthemachineinthesingleropeup,forthesakeoftheorientationmineralwelltoadevelopment,andthedemandthattheyieldofyearincreasinglyenlargedevelopsgraduallyof,thenmakeuseofafewsteelwireropeswiththinnerdiameter,replacingtopromotewithathickersteelwireropeoriginallyandonly.Alongwithsciencetechnicaldevelopgradually,promotethecontrolofthemachineandregulatethesystemalreadygraduallyperfect,asaresult,manyropesrubthetypetopromotethefunctiontoreplacetotieuptheroundtypetopromotethemachineenoughandmorely.Haveusesince1938manyropesofthefirstsetpromotethemachine,to1948ago,thewholeworldhadsixsetsmanyropesfrictiontypetopromotethemachineintheoperationaltogether,to1959don't,havealreadyhadmorethan240sets.Butnearerinthelastyears,usagemanyropepromotesthenationofthemachinealreadymoreandmore.Atopicfordesignfor《manyropesfrictiontypepromotesthemachinetochooseadesign》,,undertheconditionofsatisfytheproduction,declinepossiblylowcost,andcertainlycansatisfywealthycoefficientHavethefollowingmissionandrequests:1.promotethecontainerofofdesigncalculation;2.thecalculationandthechoiceofthesteelwirerope;3.theassuranceofthewelltower;4.promotethekineticsandthedynamicsanalysisofthesystem;5.motethehallflatsurfacetoarrangethediagramandpromotethesystemdiagram,thewelltowercrosssectiondiagram,leadtoalayerflatsurfacetoarrangethediagramtodrawGotaquietandpeacefulteacher,inthistimedesignintheHouteacher,xujusttheteacher'sleadingandhelps,meanthefromtheheartgratitudehere.

目錄一提升方式的確定及提升設(shè)備選型計算依據(jù)················1二提升容器的選擇······································4三提升鋼絲繩的選擇計算································7四提升機(jī)主導(dǎo)向輪和天輪的選擇··························10五提升機(jī)與井筒的相對位置的計算························12六運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)計算··································15七電動機(jī)功率的驗(yàn)算····································23八提升設(shè)備的電耗及效率計算····························25九多繩摩擦提升機(jī)的防滑驗(yàn)算····························27

提升方式的確定及提升設(shè)備選型計算依據(jù)一、提升方式的確定在選擇提升設(shè)備之前，首先應(yīng)確定合理的提升方式，它對提升設(shè)備的選型，對礦山的基礎(chǔ)投資，生產(chǎn)能力，生產(chǎn)效率及噸煤成本都有直接的影響，在具體設(shè)計工作中，要根據(jù)礦井的具體條件，提出若干可行方案，然后對基建投資，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，技術(shù)的先進(jìn)性諸方面進(jìn)行技術(shù)比較，同時還要考慮到我國提升設(shè)備的生產(chǎn)及供應(yīng)情況，才能決定比較合理的方案。根據(jù)我們實(shí)習(xí)的單位祁東煤礦設(shè)計的原始參數(shù)和實(shí)際情況，綜合考慮個方面的因素，決定采用落地式多繩摩擦提升系統(tǒng)較為合理。多繩摩擦式提升與單繩纏繞式提升比較，其主要優(yōu)點(diǎn)是：１、提升高度不受滾筒容繩量的限制，適用于深井提升；２、載荷是由數(shù)根鋼絲繩承擔(dān)，故鋼絲繩直徑載荷下單繩提升小；３、摩擦掄直徑顯著減??；４、由于摩擦輪的直徑小，回轉(zhuǎn)力矩減小，在提升載荷相同的情況下，多繩摩擦式提升機(jī)的質(zhì)量比單繩纏繞式小1/4~1/5提升電動機(jī)的容量和耗電量也相應(yīng)降低，設(shè)備的效率高。５、摩擦輪的直徑較小，在相同的速度下，可以使用轉(zhuǎn)速較高的電動機(jī)和較小的減速箱。６、鋼絲繩是搭放在摩擦輪上，減小鋼絲繩的彎曲次數(shù)，改善了鋼絲繩的工作條件。７、采用偶數(shù)根鋼絲繩，鋼絲繩的捻向是左右捻各半，消除了提升容器在提升過程中的轉(zhuǎn)動，減小了容器的罐耳對罐道的摩擦阻力。８、數(shù)根鋼絲繩同承受載荷，提升工作的安全性大為提高，世界各國的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，數(shù)根鋼絲繩同時被拉斷的可能性極小，因此可以不再使用防墜器，從而減小了提升容器的重量。多繩摩擦提升的缺點(diǎn)：１、數(shù)根鋼絲繩的懸掛、更換、調(diào)整、維護(hù)檢修工作復(fù)雜，而且當(dāng)有一根鋼絲繩損壞而需要更換時，為保持所有的鋼絲繩具有相同的工作條件，往往需要換所以的鋼絲繩；２、因不能調(diào)節(jié)繩長，故雙鉤提升工作不適用于多水平提升。３、當(dāng)井深超過1700m時，鋼絲繩與容器在連接處應(yīng)力波動較大，鋼絲繩的故障較多，故多繩摩擦提升不宜用于超深井提升。由于多繩摩擦式提升機(jī)具有上述一系列的優(yōu)點(diǎn)，因此，目前世界各國都得到廣泛的應(yīng)用，其適用范圍不但用于深井、立井提升，而且許多國家的淺井和斜井也已優(yōu)先采用。多繩摩擦提升機(jī)現(xiàn)已成為現(xiàn)代化礦井提升的發(fā)展方向之一。本次設(shè)計的提升系統(tǒng)類型為落地式多繩摩擦提升系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)在于建造費(fèi)用小，減少了礦井的初期投資，并且可提高抵抗地震災(zāi)害的能力。二、選型設(shè)計的主要內(nèi)容（一）設(shè)計的依據(jù)祁東礦的設(shè)計年產(chǎn)量：An=150萬噸工作制度：年工作日br=300，日工作小時t=14小時礦井開采水平：單層開采，井深：Hs=550m卸載水平與井口的高差：Hx=14m裝載水平與井下運(yùn)輸水平的高差：Hz=34m煤的散集密度：rm=0.95t/m3提升方式：落地式多繩摩擦提升礦井電壓等級：35000V（二）設(shè)計的主要內(nèi)容計算并選擇提升容器計算并選擇鋼絲繩計算滾筒直徑并選擇提升機(jī)和天輪提升機(jī)與井筒相對位置的計算提升機(jī)運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)計算電動機(jī)的功率驗(yàn)算計算噸煤電耗及效率多繩摩擦提升機(jī)的防滑驗(yàn)算三、落地式多繩摩擦提升系統(tǒng)的組成及工作原理（一）提升系統(tǒng)的組成礦井提升設(shè)備的主要組成部分包括：提升機(jī)、提升鋼絲繩、提升容器、天輪、井架以及裝卸載附屬設(shè)備。（二）提升設(shè)備的工作原理圖1為豎井箕斗提升系統(tǒng)示意圖。井下的煤車通過井底車場巷道中的翻籠（翻車機(jī)）將煤卸入井下煤倉9中，再通過裝載設(shè)備11將煤裝入停在井底的箕斗4中。此時，另一條鋼絲繩所懸掛的箕斗則位于井架3上的卸載曲軌5內(nèi)，將煤卸入井口煤倉6中。兩個箕斗也是通過兩條鋼絲繩繞過天輪，由提升機(jī)滾筒帶動在井筒中作上下往復(fù)運(yùn)動，進(jìn)行提升工作。提升容器的選擇提升容器的容量是按提升任務(wù)的大小來確定，但有幾種容器都可滿足要求時，則要考慮經(jīng)濟(jì)效果，根據(jù)祁東礦的實(shí)際情況，首選雙箕斗提升。一、目前，我國煤礦設(shè)計部門在選擇提升容器時，一般都采用經(jīng)濟(jì)速度法，長用的提升速度為：（公式出處：<礦井運(yùn)輸及提升設(shè)備>）Vj=(0.3~0.5);m/s式中：Vj——經(jīng)濟(jì)提升速度；m/sH——提升高度，m；H=Hx+Hs+HzHx——卸載高度，m；Hx=14mHz——裝載高度，m；Hz=34mHs——礦井深度，m；Hs=550m一般情況下多取中間值進(jìn)行設(shè)計，即Vf=0.4,m/sVf=0.4=9.78m/s二、根據(jù)經(jīng)濟(jì)提升速度，估算一次提升循環(huán)時間Tj=++=+10+12=s式中：Tj——根據(jù)經(jīng)濟(jì)提升速度估算的一次提升循環(huán)時間，s；——提升加速度；在以下范圍內(nèi)選取，升降人員時，升降物料時，這里取——容器爬行階段附加時間，箕斗可暫取10s——休止時間，箕斗休止時間按參考資料《礦井提升設(shè)備》中的規(guī)格表中選取表1—1箕斗休止時間箕斗規(guī)格，t<68～9121620休止時間，s810121620三、根據(jù)礦井年產(chǎn)量及估算出的一次提升循環(huán)時間，即可求出一次合理的提升量為：，t/次==12.493t/次式中：An——礦井年產(chǎn)量，t/年；C——提升不均衡系數(shù)，對于主井提升設(shè)備，有井底煤倉時，C=1.1～1.15，無井底煤倉時C=1.2，這里取C=1.1?！嵘辉Ｏ禂?shù)，主井提升設(shè)備對第一水平應(yīng)留有1.2的富裕系數(shù)——提升設(shè)備年工作日，d=300天——提升設(shè)備的日工作小時，=14小時四、根據(jù)計算出的一次合理的經(jīng)濟(jì)提升量，選取箕斗，所選用的箕斗載重量一般應(yīng)大于式中：——箕斗的容積——煤的松散比重根據(jù)所求出的箕斗的容積，便可以自箕斗規(guī)格表中選取比較接近的標(biāo)準(zhǔn)箕斗，所選取的箕斗其型號和技術(shù)參數(shù)如下：表1—2箕斗型號罐道有效容積m3提升鋼絲繩箕斗自身重量JDS-12/110×4鋼絲繩罐道13.2四根12t本次設(shè)計采用的是同側(cè)裝卸式箕斗的優(yōu)點(diǎn)在于，裝卸方便，有利于實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)，有效的提高了生產(chǎn)效率。五、根據(jù)所選的箕斗型號，計算一次提升循環(huán)所需要的時間==95.76s式中：m——所選出的標(biāo)準(zhǔn)箕斗的一次提升實(shí)際載貨量，其值為箕斗的容積與載貨密度的乘積。求得所需提升機(jī)提供的速度為：（公式出處：<礦井運(yùn)輸及提升設(shè)備>），m/s==9.7m/s是選擇提升機(jī)的一個依據(jù)。提升鋼絲繩的選擇計算一、多繩摩擦提升機(jī)的主提升鋼絲繩最好選用鍍鋅三角股鋼絲繩，三角股鋼絲繩表面圓整光滑耐磨，而疲勞性能好，壽命長，有利于提高摩擦襯墊的使用壽命和改善防滑條件，主提升鋼絲繩用數(shù)一般為偶數(shù)根，根據(jù)我國煤礦的使用經(jīng)驗(yàn)，最好采用四根或者是六根，優(yōu)先采用四根，為減少提升過程中的橫向旋轉(zhuǎn)，所用的主繩應(yīng)半數(shù)左捻，半數(shù)右捻，并且交錯排列懸掛。１、多繩提升的主提升鋼絲繩需要的每米的質(zhì)量為（公式出處：[礦井運(yùn)輸及提升設(shè)備]）==式中：——一次提升貨載重量，；——主提升鋼絲繩的根數(shù)；——主提升鋼絲繩的公稱抗拉強(qiáng)度，?。?400Mpa；——鋼絲繩密度，三角股鋼絲繩的密度為9700——鋼絲繩的懸垂長度，=598+11.5+34=643.5m——提升高度——=——卸載高度——箕斗箱高度，可按下式計算：＝－＝——箕斗全高（14450mm）——連接裝置的高度（3750mm）——尾繩環(huán)的高度=+=m——過卷高度《煤礦安全規(guī)程規(guī)定》，摩擦輪式提升裝置提升速度小于時，過卷高度不小于速度值，但最低不得小于6m，當(dāng)提升速度大于10m/s時，過卷高度不小于10m/s,現(xiàn)在煤礦企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，提升速度已大于10m/s，故這里選=10m——防撞梁底至導(dǎo)向輪底層面的高度,這里=11.25m——導(dǎo)向輪中心高出導(dǎo)向輪層面的高度——鋼絲繩安全系數(shù),對于多繩用的新鋼絲繩《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定,當(dāng)專為升降物料時：=6.88,這里取=6.9。計算出以后，從鋼絲繩規(guī)格表中選取與其接近的標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩。根據(jù)附表I—17選取股—33—1400—特—甲—鍍—左，右捻各兩根，破斷拉力總和69050kg。重量4.786kg/m。２、鋼絲繩安全系數(shù)的校驗(yàn)：（公式出處：礦井運(yùn)輸及提升設(shè)備）＝；==7.41>故所選的鋼絲繩校驗(yàn)合格，符合要求。式中：——所選鋼絲繩所有鋼絲的破斷拉力之和一次提升的貨載的重力容器的自重鋼絲繩每米的重力二、尾繩的選擇平衡尾繩是為了平衡提升鋼絲繩的重力設(shè)置的，由于它負(fù)擔(dān)自重而無其他的載荷，因此對材料的抗拉強(qiáng)度無特殊要求，但為了安全而要求它具有旋轉(zhuǎn)不旋轉(zhuǎn)等特點(diǎn)，因此以前長采用扁鋼絲繩，但扁鋼絲繩制作效率低，價格貴，目前我國大多數(shù)礦井改用不旋轉(zhuǎn)的圓股鋼絲繩，作平衡尾繩。作平衡尾繩的鋼絲繩，其抗拉強(qiáng)度可選用的。我國廣泛的采用的等重尾繩的單位長度的質(zhì)量為：==9.572根據(jù)計算出來的尾繩單位質(zhì)量，查鋼絲繩規(guī)格表，選取6×37圓股鋼絲繩。２、尾繩的長度計算H尾＝=2×11.5+598=621m三、所選擇的鋼絲繩和尾繩的型號與技術(shù)參數(shù)如下表：表1—3鋼絲繩種類抗拉強(qiáng)度數(shù)量單位質(zhì)量直徑破斷拉力之和6（36）股－33－1400－特－甲－鍍－左（右）1400Mpa4根4.786kg/m33mm69050kg6×37股圓股鋼絲繩1400Mpa2根9.436kg/m52mm提升機(jī)主導(dǎo)向輪和天輪的選擇一、主導(dǎo)向輪的計算與選型１、摩擦輪的直徑計算摩擦輪直徑的計算原則與單繩纏繞式提升機(jī)相同，即，使鋼絲繩在摩擦輪上的彎曲應(yīng)力較小為主要原則。有導(dǎo)向輪時：無導(dǎo)向輪時：落地式多繩摩擦提升機(jī)的選型應(yīng)按有導(dǎo)向輪計算，即：２、提升系統(tǒng)的最大靜張力和最大靜張力差的計算：最大靜張力差為：（公式出處：<礦井運(yùn)輸及提升設(shè)備>）=361219.8N最大靜張力差為：==123047.48N式中：——不平衡系數(shù)==-0.272×9.8=-2.67根據(jù)計算所得的查多繩摩擦提升機(jī)規(guī)格表選擇提升機(jī)，其型號與技術(shù)參數(shù)如下：表1—4型號摩擦輪直徑鋼絲繩根數(shù)鋼絲繩最大靜張力差鋼絲繩最大靜張力鋼絲繩最大直徑鋼絲繩間距最大提升速度天輪直徑變位質(zhì)量JKMD—3.5×43.5m4140KN525KN35mm300mm13m/s3.5m13000kg驗(yàn)算主導(dǎo)向輪襯墊的比壓，由于采用四繩系統(tǒng)，比壓用下式計算：（公式出處：礦井運(yùn)輸及提升設(shè)備）=式中：——提煤上升繩股的靜張力=——提煤下降繩股的靜張力上述實(shí)際比壓小于橡膠類襯墊允許比壓值14kg/cm2，更小于塑料襯墊允許值20kg/cm2。無論采用何種襯墊都符合要求。二、天輪（多繩導(dǎo)向輪）的選擇根據(jù)主導(dǎo)輪的的型號，選取與之配合的天輪其型號為，其主要參數(shù)如下：表1—5天輪型號直徑變位質(zhì)量繩槽半徑兩軸承中心距3500mm1133kg16.5mm1000mm提升機(jī)與井筒的相對位置的計算提升機(jī)對于井筒的相對位置，系根據(jù)卸載作業(yè)的方便，地面運(yùn)輸?shù)暮喕约霸O(shè)備運(yùn)行的安全而定。所有這些都應(yīng)在礦井工業(yè)廣場的總體布置中解決。一、井架高度井口水平至下天輪軸心的距離：（公式出處：礦井運(yùn)輸及提升設(shè)備）式中：——防撞梁離下天輪中心的距離為了計算井架的高度Hj，需先確定上下兩組天輪的中心距e，e值取的過大，以致兩條鋼絲繩弦互相平行，主導(dǎo)輪的圍包角只能是180度，這時如欲增大圍包角防止鋼絲繩打滑時，必須在主導(dǎo)輪的出繩附近加設(shè)導(dǎo)向輪。這不僅使系統(tǒng)復(fù)雜，且增大了維護(hù)的工作量。如值取的過小，增加圍包角是其優(yōu)點(diǎn)，但在井架附近的上下兩條鋼絲繩弦距離過近，運(yùn)轉(zhuǎn)中如果繩弦振動而使兩繩相互碰撞也是極不安全的?？紤]如上因素后，本方案取e=5m，這是井架高度Hj:二、提升主導(dǎo)輪中心至井筒中心的距離為了安裝井架的斜撐，提升機(jī)主導(dǎo)輪中心至井筒中心距離應(yīng)大于下式計算的結(jié)果；這里取三、鋼絲繩的弦長（公式出處：礦井運(yùn)輸及提升設(shè)備）下弦長： ==式中：——主導(dǎo)向輪高出井口水平的距離取＝4.5m——兩箕斗中心距離中心距離，查箕斗規(guī)格表可知＝2.1m上弦長：==四、鋼絲繩的出繩角：上出繩角：==下出繩角：===下出角甚大于，鋼絲繩不會觸及提升機(jī)的機(jī)架或基礎(chǔ)。五、鋼絲繩繞過主導(dǎo)輪的實(shí)際圍包角，上下出繩角差：=故：弧度運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)計算一、預(yù)選提升機(jī)電動機(jī)為了對提升設(shè)備進(jìn)行動力學(xué)計算，應(yīng)預(yù)選提升電動機(jī)。在進(jìn)行提升設(shè)備的方案比較時，也需要初步選擇電動機(jī)。礦井提升電動機(jī)有交流和直流兩類。本次初步方案選用直流電動機(jī)拖動，直流拖動的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速性能好、電耗小、易于自動化。初選電動機(jī)的依據(jù)是：電動機(jī)的功率，轉(zhuǎn)數(shù)及電壓等級三個方面的要求：（公式出處：礦井運(yùn)輸及提升設(shè)備）電動機(jī)的估算功率：＝＝1678kw式中：——提升電動機(jī)的估算功率——前面計算的提升機(jī)提供的速度——礦井阻力系數(shù)，箕斗提升——考慮到提升系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時，有加減速度及鋼絲繩應(yīng)力等因素，影響系數(shù)，箕斗提升～，這里取?！?lián)軸器效率，由于本系統(tǒng)采用電動機(jī)與提升機(jī)直接相聯(lián)，采用鋼性聯(lián)軸器。電動機(jī)的估算轉(zhuǎn)數(shù)：根據(jù)計算出來的與，選擇電機(jī)的型號為：，額定功率為：，選擇額定轉(zhuǎn)數(shù)，轉(zhuǎn)動慣量３、確定提升機(jī)的實(shí)際最大提升速度最大提升速度要供《煤礦安全規(guī)程的限制》，對于立井升降物料時，最大提升速度不得超過下式求得的數(shù)值：；故所選的電動機(jī)符合《煤礦安全規(guī)程》的限制，故所選的電機(jī)符合要求。所選的電動機(jī)的型號和技術(shù)參數(shù)如下：表1—6電動機(jī)的型號額定功率額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動慣量過載系數(shù)1700KW二、為計算總變位質(zhì)量，我們可首先分別計算出各運(yùn)動部件的變位質(zhì)量。然后相加即可，各運(yùn)動部件的質(zhì)量的變位原則，必須保證該部件在變位前后的功能相等。（一）、提升系統(tǒng)中有三部分作直線運(yùn)動，既提升載荷，提升容器和提升鋼絲繩，他們直接作用于滾筒圓周上，其速度和加速度就是滾筒周圍上的速度和加速度。所以不用變位，它們本身的質(zhì)量就是變位質(zhì)量。直線運(yùn)動部分的變位質(zhì)量為：＝＝式中：——一根鋼絲繩總長度；＝＝——尾繩長度（二）、提升系統(tǒng)還有三部分作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，即提升機(jī)，天輪和電動機(jī)轉(zhuǎn)子，在提升過程中這些部件各運(yùn)動質(zhì)點(diǎn)都圍繞自己的軸，以不同的回轉(zhuǎn)半徑和回轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，需要把它們變位到滾筒圓周上，則各部件變位后的質(zhì)量值就不等于它們原來的數(shù)值。提升機(jī)的變位質(zhì)量和天輪的變位質(zhì)量可以在它們的技術(shù)參數(shù)規(guī)格表中查出，不必計算，只有電動機(jī)轉(zhuǎn)子的變位質(zhì)量需要計算。電動機(jī)轉(zhuǎn)子的變位質(zhì)量，由下式計算求得：式中：——電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量——提升機(jī)滾筒的半徑（三）、則提升系統(tǒng)中的變位質(zhì)量：三、提升設(shè)備的運(yùn)動學(xué)計算（一）、提升設(shè)備的運(yùn)行規(guī)律提升設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，主要取決于提升容器在井筒中的運(yùn)行規(guī)律，而容器的運(yùn)行規(guī)律與容器的類型及控制方法等有密切關(guān)系。（二）、提升加速度的確定１、箕斗提升初加速度的確定為了保證提升開始時空箕斗對卸載曲軌及井架的沖擊不致過大，箕斗離開卸載曲軌時的速度被限制在，所以加速度為：目前大量通用的箕斗卸載曲軌行程為，所以加速度為：故箕斗的提升初速度取２、主加速度的確定主加速度是按經(jīng)濟(jì)的原則來確定的，主加速度的大小受《煤礦安全規(guī)程》，減速箱強(qiáng)度，電動機(jī)過負(fù)荷能力三方面的限制，本系統(tǒng)沒有減速箱所以只從《煤礦安全規(guī)程》和電動機(jī)的過負(fù)荷能力兩方面考慮。（1）、《煤礦安全規(guī)程》中提升加減速度的限制：一般在豎井升降物料，加速度最大不能超過1.2m/s2（2）、按電動機(jī)的過負(fù)荷能力來確定，電動機(jī)的最大平均出力應(yīng)大于或等于加減速階段實(shí)際所需的最大出力，即：即：式中：——電動機(jī)的額定出力綜合兩種情況?。?、減速度的確定根據(jù)實(shí)際情況及安全性考慮，本系統(tǒng)決采用電氣制動與機(jī)械制動相結(jié)合的制動方法來完成提升系統(tǒng)的制動，所以減速度的大小要符合機(jī)械制動和電氣制動兩方面的要求。（1）、采用機(jī)械制動減速時，為了避免閘瓦過度發(fā)熱和磨損，制動力應(yīng)不大于0.3Q即：即：（2）、采用電器制動，是用電動機(jī)緩慢減速，即電動機(jī)的轉(zhuǎn)子附加電阻再逐級接入轉(zhuǎn)子回路，使電動機(jī)在較軟的人工特性上運(yùn)行。為了能較好地控制電機(jī)，這時出力應(yīng)不小于35%的額定值，即：所以當(dāng)采用電動機(jī)減速方式時，其減速度為：根據(jù)以上計算的兩個結(jié)果，綜合實(shí)際情況選取（三）、速度圖參數(shù)的計算速度圖是驗(yàn)算設(shè)備的提升能力，選擇提升機(jī)控制設(shè)備及動力學(xué)計算的基礎(chǔ)。各類速度圖的計算方法大致相同。卸載曲軌中初加速度時間：箕斗在卸載曲軌的行程：主加速時間：主加速階段行程：主減速階段時間：主減速階段行程：爬行時間：式中、從下表中查出表1—7表格爬行階段自動控制手動控制箕斗距離h42.5～3.35.0速度v40.5（定量裝載）0.4（舊式裝載設(shè)備）抱閘時間，可定為1s，行程很小，可考慮包括在爬行距離內(nèi)不另行計算，減速度一般取1m/s2等速階段的行程：等速階段的時間：１１、一次提升循環(huán)時間：四、提升設(shè)備動力學(xué)計算提升開始時，，故拖動力：出曲軌時：，故拖動力：主加速階段開始，，故拖動力：主加速階段結(jié)束，，故拖動力：等速階段開始，，故拖動力：等速階段結(jié)束，，故拖動力：減速階段開始，，故拖動力：減速階段結(jié)束，，故拖動力：爬行階段開始，，故拖動力：爬行階段結(jié)束，，故拖動力：根據(jù)以上的計算結(jié)果，繪出箕斗提升速度圖和力圖。電動機(jī)功率的驗(yàn)算提升機(jī)等效容量的計算（公式出處：<礦井運(yùn)輸及提升設(shè)備>）１、等效時間的計算：對于自帶風(fēng)扇裝置的電動機(jī)，其散熱條件則與電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，轉(zhuǎn)數(shù)高時風(fēng)扇散熱條件好，低時散熱條件差，休止時間散熱條件最差。故對于自帶扇風(fēng)裝置電動機(jī)的等效時間為：＝＝s式中：——考慮電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時的散熱不良系數(shù)，一般取交流電機(jī)：；直流電機(jī)：；——考慮停車間歇時間的散熱不良系數(shù)，一般取交流電機(jī)：；直流電機(jī)：；２、等效力的計算在一次提升過程中，由于拖動力和速度不同，因此電動機(jī)繞組中的電流和產(chǎn)生的熱量也不一樣，為了簡化，用一個定負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時的固定力和最大提升速度，作為選擇電動機(jī)容量的依據(jù)，這個固定力叫做等效力。＝＝上式：＝＝N等效容量：kw３、電動機(jī)等效容量的計算根據(jù)以上計算出電動機(jī)的等效容量后，需按如下兩個條件來驗(yàn)算前面初選的電動機(jī)的容量是否合適。1、按電動機(jī)允許發(fā)熱條件應(yīng)滿足：；既：1471kwkw式中——初選電動機(jī)的額定功率2、按正常運(yùn)行時電動機(jī)過負(fù)荷能力應(yīng)滿足：即：按上述兩種條件驗(yàn)算時，所選的電動機(jī)均符合要求，故所選的電動機(jī)合格。提升設(shè)備的電耗及效率計算一、一次提升電耗為：（公式出處：<礦井運(yùn)輸及提升設(shè)備>），J/次＝＝J式中：——考慮提升機(jī)的附屬設(shè)備（如潤滑油泵、制動油泵、磁力站、動力制動電源裝置等）耗電量的附加系數(shù)；——減速器效率；——電動機(jī)效率；積分式：==N利用上式計算時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：如果減速器階段采用自由滑行或機(jī)械制動減速時，因提升電動機(jī)已切斷電源，其定子繞組內(nèi)無電流通過，不消耗電能，故減速階段力與不應(yīng)計入。只在采用電動機(jī)減速方式與電氣制動減速時才計入。爬行階段，當(dāng)采用脈動爬行時，爬行階段的拖動力與應(yīng)計入。二、噸煤電耗及提升設(shè)備年電耗W年＝J一次提升有益電耗提升設(shè)備效率%=64%多繩摩擦提升機(jī)的防滑驗(yàn)算對于箕斗提升系統(tǒng)，因只上提貨載不下放貨載所以只進(jìn)行上提貨載防滑驗(yàn)算。因上面選取的主加速度大于，所以要進(jìn)行動防滑系數(shù)驗(yàn)算為基準(zhǔn)，對于等重尾繩提升系統(tǒng)，分析得知，在提升加速度階段動防滑安全系數(shù)最小，即：（公式出處：礦井運(yùn)輸及提升設(shè)備）==1.272式中：==36859kg其中：，——導(dǎo)向輪的數(shù)目和變位質(zhì)量由于導(dǎo)向輪在下放側(cè)更容易使鋼絲繩滑動，故應(yīng)將，計入中，以便得到更低的防滑安全系數(shù)。——下放側(cè)礦井阻力，對于箕斗：——鋼絲繩與摩擦襯墊間的摩擦系數(shù)，一般取——鋼絲繩在摩擦襯墊上的圍包角，為我國《煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，動防滑安全系數(shù)，驗(yàn)算所得的>1.25，故動防滑系數(shù)合格應(yīng)當(dāng)指出，多繩摩擦提升機(jī)的防滑安全系數(shù)及鋼絲繩與摩擦襯墊之間的摩擦力的大小，與其摩擦系數(shù)和摩擦襯墊材料關(guān)系極大，摩擦襯墊的材質(zhì)，性能的優(yōu)劣對摩擦提升機(jī)的工作性能、使用范圍，工作可靠性都有直接影響，所以在摩擦材料的選取上，要選用摩擦性能較高，質(zhì)量較高的材料，來提高系統(tǒng)的安全性能。設(shè)計心得通過本次設(shè)計，讓我充分懂得了理論聯(lián)系實(shí)踐的重要性，在設(shè)計中，理論計算部分綜合了大學(xué)四年所學(xué)到的知識，并且把這些知識運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中去，我才感覺到所學(xué)的知識的重要性，這次設(shè)計為我以后參加工作起到很好的鋪墊作用。通過這次設(shè)計，我對礦山主井提升系統(tǒng)這一套機(jī)電設(shè)備的計算選型，以及整套系統(tǒng)的工作原理有了初步的了解，但這離我作一個工程技術(shù)人員還很遙遠(yuǎn)，今后我會不斷的學(xué)習(xí)完善自己，為祖國的發(fā)展和煤礦的繁榮，盡自己的所有力量。在設(shè)計中我也感覺到所學(xué)的知識并不是非常的牢固，在設(shè)計中會經(jīng)常碰到不明白的問題，通過這次設(shè)計，就等于重新復(fù)習(xí)了四年來所學(xué)到的知識，牢固的掌握了這些知識，為我以后走向社會打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。最后我要感謝學(xué)校，為我們走向社會之前提供了這樣難能可貴的機(jī)會，還要感謝實(shí)習(xí)設(shè)計指導(dǎo)老師侯波等老師，沒有他們我也不能順利的完成這次畢業(yè)設(shè)計。高楊2006年6月參考文獻(xiàn)（１）《礦井運(yùn)輸及提升設(shè)備》中國礦業(yè)大學(xué)出版社1989年出版（２）《礦井提升機(jī)械設(shè)備》中國礦業(yè)大學(xué)出版社1987年出版（３）《礦山機(jī)械與設(shè)備》中國礦業(yè)大學(xué)出版社1999年出版（４）《煤礦安全規(guī)程》煤炭工業(yè)出版社1992年出版（５）《多繩摩擦提升設(shè)備》中國礦業(yè)大學(xué)出版社1994年出版摘要提升機(jī)是礦山大型固定設(shè)備之一，在礦山生產(chǎn)建設(shè)中起著重要的作用。多繩提升機(jī)又稱“多繩摩擦式提升機(jī)”，是在單繩摩擦輪提升機(jī)的基礎(chǔ)上，為了適應(yīng)礦井向深部發(fā)展，以及年產(chǎn)量日益增大的需要逐漸發(fā)展起來的，即利用幾根直徑較細(xì)的鋼絲繩，代替原來只用一根較粗的鋼絲繩來提升。隨著科學(xué)技術(shù)的日趨發(fā)展，提升機(jī)的控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)已日趨完善，因而，多繩摩擦式提升機(jī)能夠更多地取代纏繞式提升機(jī)。從1938年開始使用第一臺多繩提升機(jī)，到1948年以前，全世界總共有六臺多繩摩擦式提升機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)，到1959年未，已經(jīng)有240多臺。而近些年來，使用多繩提升機(jī)的國家已經(jīng)越來越多。本次設(shè)計的課題為《多繩摩擦式提升機(jī)的選型設(shè)計》，，在滿足生產(chǎn)的條件下，盡可能降低成本，并能滿足一定的富裕系數(shù)有以下的任務(wù)及要求：1．提升容器的的設(shè)計計算；2．鋼絲繩的計算和選擇；3．井塔的確定；4．提升系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)分析；5．畢業(yè)設(shè)計說明書的編寫6．提升大廳平面布置圖、提升系統(tǒng)圖、井架圖，天輪結(jié)構(gòu)圖的繪制在此次設(shè)計中得到了侯波老師等老師的指導(dǎo)和幫助，在此表示由衷的謝意。AbstractPromotethemachineisthemineralmountainlargefixoneoftheequipmentses,riseinthemineralmountainproduceconstucttheimportantfunction.Manyropespromotethemachineandcall"manyropesrubthetypetopromotethemachine",rubbingthefoundationthattheroundpromotesthemachineinthesingleropeup,forthesakeoftheorientationmineralwelltoadevelopment,andthedemandthattheyieldofyearincreasinglyenlargedevelopsgraduallyof,thenmakeuseofafewsteelwireropeswiththinnerdiameter,replacingtopromotewithathickersteelwireropeoriginallyandonly.Alongwithsciencetechnicaldevelopgradually,promotethecontrolofthemachineandregulatethesystemalreadygraduallyperfect,asaresult,manyropesrubthetypetopromotethefunctiontoreplacetotieuptheroundtypetopromotethemachineenoughandmorely.Haveusesince1938manyropesofthefirstsetpromotethemachine,to1948ago,thewholeworldhadsixsetsmanyropesfrictiontypetopromotethemachineintheoperationaltogether,to1959don't,havealreadyhadmorethan240sets.Butnearerinthelastyears,usagemanyropepromotesthenationofthemachinealreadymoreandmore.Atopicfordesignfor《manyropesfrictiontypepromotesthemachinetochooseadesign》,,undertheconditionofsatisfytheproduction,declinepossiblylowcost,andcertainlycansatisfywealthycoefficientHavethefollowingmissionandrequests:1.promotethecontainerofofdesigncalculation;2.thecalculationandthechoiceofthesteelwirerope;3.theassuranceofthewelltower;4.promotethekineticsandthedynamicsanalysisofthesystem;5.motethehallflatsurfacetoarrangethediagramandpromotethesystemdiagram,thewelltowercrosssectiondiagram,leadtoalayerflatsurfacetoarrangethediagramtodrawGotaquietandpeacefulteacher,inthistimedesignintheHouteacher,xujusttheteacher'sleadingandhelps,meanthefromtheheartgratitudehere.現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展制造業(yè)是現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)和綜合國力的重要支柱，其生產(chǎn)總值一般占一個國家國內(nèi)生產(chǎn)總值的20%~55%。在一個國家的企業(yè)生產(chǎn)力構(gòu)成中，制造技術(shù)的作用一般占60%左右。專家認(rèn)為，世界上各個國家經(jīng)濟(jì)的競爭，主要是制造技術(shù)的競爭。其競爭能力最終體現(xiàn)在所生產(chǎn)的產(chǎn)品的市場占有率上。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的高速發(fā)展以及顧客需求和市場環(huán)境的不斷變化，這種競爭日趨激烈，因而各國政府都非常重視對先進(jìn)制造技術(shù)的研究。

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當(dāng)前制造科學(xué)要解決的問題

當(dāng)前制造科學(xué)要解決的問題主要集中在以下幾方面：(1)制造系統(tǒng)是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，為滿足制造系統(tǒng)敏捷性、快速響應(yīng)和快速重組的能力，必須借鑒信息科學(xué)、生命科學(xué)和社會科學(xué)等多學(xué)科的研究成果，探索制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)、制造模式和制造系統(tǒng)有效的運(yùn)行機(jī)制。制造系統(tǒng)優(yōu)化的組織結(jié)構(gòu)和良好的運(yùn)行狀況是制造系統(tǒng)建模、仿真和優(yōu)化的主要目標(biāo)。制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)不僅對制造企業(yè)的敏捷性和對需求的響應(yīng)能力及可重組能力有重要意義，而且對制造企業(yè)底層生產(chǎn)設(shè)備的柔性和可動態(tài)重組能力提出了更高的要求。生物制造觀越來越多地被引入制造系統(tǒng)，以滿足制造系統(tǒng)新的要求。

(2)為支持快速敏捷制造，幾何知識的共享已成為制約現(xiàn)代制造技術(shù)中產(chǎn)品開發(fā)和制造的關(guān)鍵問題。例如在計算機(jī)輔助設(shè)計與制造(CAD／CAM)集成、坐標(biāo)測量(CMM)和機(jī)器人學(xué)等方面，在三維現(xiàn)實(shí)空間(3-Real

Space)中，都存在大量的幾何算法設(shè)計和分析等問題，特別是其中的幾何表示、幾何計算和幾何推理問題；在測量和機(jī)器人路徑規(guī)劃及零件的尋位(如Localization)等方面，存在C-空間(配置空間Configuration

Space)的幾何計算和幾何推理問題；在物體操作(夾持、抓取和裝配等)描述和機(jī)器人多指抓取規(guī)劃、裝配運(yùn)動規(guī)劃和操作規(guī)劃方面則需要在旋量空間(Screw

Space)進(jìn)行幾何推理。制造過程中物理和力學(xué)現(xiàn)象的幾何化研究形成了制造科學(xué)中幾何計算和幾何推理等多方面的研究課題，其理論有待進(jìn)一步突破，當(dāng)前一門新學(xué)科--計算機(jī)幾何正在受到日益廣泛和深入的研究。

(3)在現(xiàn)代制造過程中，信息不僅已成為主宰制造產(chǎn)業(yè)的決定性因素，而且還是最活躍的驅(qū)動因素。提高制造系統(tǒng)的信息處理能力已成為現(xiàn)代制造科學(xué)發(fā)展的一個重點(diǎn)。由于制造系統(tǒng)信息組織和結(jié)構(gòu)的多層次性，制造信息的獲取、集成與融合呈現(xiàn)出立體性、信息度量的多維性、以及信息組織的多層次性。在制造信息的結(jié)構(gòu)模型、制造信息的一致性約束、傳播處理和海量數(shù)據(jù)的制造知識庫管理等方面，都還有待進(jìn)一步突破。

(4)各種人工智能工具和計算智能方法在制造中的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了制造智能的發(fā)展。一類基于生物進(jìn)化算法的計算智能工具，在包括調(diào)度問題在內(nèi)的組合優(yōu)化求解技術(shù)領(lǐng)域中，受到越來越普遍的關(guān)注，有望在制造中完成組合優(yōu)化問題時的求解速度和求解精度方面雙雙突破問題規(guī)模的制約。制造智能還表現(xiàn)在：智能調(diào)度、智能設(shè)計、智能加工、機(jī)器人學(xué)、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能診斷等多方面。

這些問題是當(dāng)前產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵理論問題，也是制造由一門技藝上升為一門科學(xué)的重要基礎(chǔ)性問題。這些問題的重點(diǎn)突破，可以形成產(chǎn)品創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究體系。

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現(xiàn)代機(jī)械工程的前沿科學(xué)

不同科學(xué)之間的交叉融合將產(chǎn)生新的科學(xué)聚集，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步對科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了新的要求和期望，從而形成前沿科學(xué)。前沿科學(xué)也就是已解決的和未解決的科學(xué)問題之間的界域。前沿科學(xué)具有明顯的時域、領(lǐng)域和動態(tài)特性。工程前沿科學(xué)區(qū)別于一般基礎(chǔ)科學(xué)的重要特征是它涵蓋了工程實(shí)際中出現(xiàn)的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。

超聲電機(jī)、超高速切削、綠色設(shè)計與制造等領(lǐng)域，國內(nèi)外已經(jīng)做了大量的研究工作，但創(chuàng)新的關(guān)鍵是機(jī)械科學(xué)問題還不明朗。大型復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的性能優(yōu)化設(shè)計和產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計、智能結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)、智能機(jī)器人及其動力學(xué)、納米摩擦學(xué)、制造過程的三維數(shù)值模擬和物理模擬、超精度和微細(xì)加工關(guān)鍵工藝基礎(chǔ)、大型和超大型精密儀器裝備的設(shè)計和制造基礎(chǔ)、虛擬制造和虛擬儀器、納米測量及儀器、并聯(lián)軸機(jī)床、微型機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域國內(nèi)外雖然已做了不少研究，但仍有許多關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題有待解決。

信息科學(xué)、納米科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、管理科學(xué)和制造科學(xué)將是改變21世紀(jì)的主流科學(xué)，由此產(chǎn)生的高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)將改變世界的面貌。因此，與以上領(lǐng)域相交叉發(fā)展的制造系統(tǒng)和制造信息學(xué)、納米機(jī)械和納米制造科學(xué)、仿生機(jī)械和仿生制造學(xué)、制造管理科學(xué)和可重構(gòu)制造系統(tǒng)等會是21世紀(jì)機(jī)械工程科學(xué)的重要前沿科學(xué)。

2.1

制造科學(xué)與信息科學(xué)的交叉--制造信息科學(xué)

機(jī)電產(chǎn)品是信息在原材料上的物化。許多現(xiàn)代產(chǎn)品的價值增值主要體現(xiàn)在信息上。因此制造過程中信息的獲取和應(yīng)用十分重要。信息化是制造科學(xué)技術(shù)走向全球化和現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。人們一方面對制造技術(shù)開始探索產(chǎn)品設(shè)計和制造過程中的信息本質(zhì)，另一方面對制造技術(shù)本身加以改造，以使得其適應(yīng)新的信息化制造環(huán)境。隨著對制造過程和制造系統(tǒng)認(rèn)識的加深，研究者們正試圖以全新的概念和方式對其加以描述和表達(dá)，以進(jìn)一步達(dá)到實(shí)現(xiàn)控制和優(yōu)化的目的。

與制造有關(guān)的信息主要有產(chǎn)品信息、工藝信息和管理信息，這一領(lǐng)域有如下主要研究方向和內(nèi)容：

(1)

制造信息的獲取、處理、存儲、傳遞和應(yīng)用，大量制造信息向知識和決策轉(zhuǎn)化。

(2)

非符號信息的表達(dá)、制造信息的保真?zhèn)鬟f、制造信息的管理、非完整制造信息狀態(tài)下的生產(chǎn)決策、虛擬管理制造、基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的設(shè)計和制造、制造過程和制造系統(tǒng)中的控制科學(xué)問題。

這些內(nèi)容是制造科學(xué)和信息科學(xué)基礎(chǔ)融合的產(chǎn)物，構(gòu)成了制造科學(xué)中的新分支--制造信息學(xué)。

2.2

微機(jī)械及其制造技術(shù)研究

微型電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)，是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機(jī)電系統(tǒng)。MEMS技術(shù)的目標(biāo)是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。MEMS的發(fā)展將極大地促進(jìn)各類產(chǎn)品的袖珍化、微型化，成數(shù)量級的提高器件與系統(tǒng)的功能密度、信息密度與互聯(lián)密度，大幅度地節(jié)能、節(jié)材。它不僅可以降低機(jī)電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機(jī)電系統(tǒng)無法完成的任務(wù)。例如用尖端直徑為5μm的微型鑷子可以夾起一個紅細(xì)胞；制造出3mm大小能夠開動的小汽車；可以在磁場中飛行的像蝴蝶大小的飛機(jī)等。MEMS技術(shù)的發(fā)展開辟了技術(shù)全新的領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，具有許多傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此在制造業(yè)、航空、航天、交通、通信、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事、家庭以及幾乎人們接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

微機(jī)械是機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)在納米尺度上相融合的產(chǎn)物。早在1959年就有科學(xué)家提出微型機(jī)械的設(shè)想，1962年第一個硅微型壓力傳感器問世。1987年美國加州大學(xué)伯克利分校研制出轉(zhuǎn)子直徑為60~120μm的硅微型靜電電動機(jī)，顯示出利用硅微加工工藝制作微小可動結(jié)構(gòu)并與集成電路兼容制造微小系統(tǒng)的潛力。微機(jī)械技術(shù)有可能像20世紀(jì)的微電子技術(shù)那樣，在21世紀(jì)對世界科技、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)產(chǎn)生巨大的影響。近10年來，微機(jī)械的發(fā)展令人矚目。其特點(diǎn)如下：相當(dāng)數(shù)量的微型元器件(微型結(jié)構(gòu)、微型傳感器和微型執(zhí)行器等)和微系統(tǒng)研究成功，體現(xiàn)了其現(xiàn)實(shí)的和潛在的應(yīng)用價值；多種微型制造技術(shù)的發(fā)展，特別是半導(dǎo)體微細(xì)加工等技術(shù)已成為微系統(tǒng)的支撐技術(shù)；微型機(jī)電系統(tǒng)的研究需要多學(xué)科交叉的研究隊伍，微型機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)是在微電子工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，涉及電子工程、機(jī)械工程、材料工程、物理學(xué)、化學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等多種工程技術(shù)和科學(xué)。

目前對微觀條件下的機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律，微小構(gòu)件的物理特性和載荷作用下的力學(xué)行為等尚缺乏充分的認(rèn)識，還沒有形成基于一定理論基礎(chǔ)之上的微系統(tǒng)設(shè)計理論與方法，因此只能憑經(jīng)驗(yàn)和試探的方法進(jìn)行研究。微型機(jī)械系統(tǒng)研究中存在的關(guān)鍵科學(xué)問題有微系統(tǒng)的尺度效應(yīng)、物理特性和生化特性等。微系統(tǒng)的研究正處于突破的前夜，是亟待深入研究的領(lǐng)域。

2.3

材料制備／零件制造一體化和加工新技術(shù)基礎(chǔ)

材料是人類進(jìn)步的里程碑，是制造業(yè)和高技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。每一種重要新材料的成功制備和應(yīng)用，都會推進(jìn)物質(zhì)文明，促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和軍事實(shí)力的增強(qiáng)。21世紀(jì)中，世界將由資源消耗型的工業(yè)經(jīng)濟(jì)向知識經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的設(shè)計實(shí)現(xiàn)定量化、數(shù)字化；要求材料和零件的制備快速、高效并實(shí)現(xiàn)二者一體化、集成化。材料和零件的數(shù)字化設(shè)計與擬實(shí)仿真優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)材料與零件的高效優(yōu)質(zhì)制備／制造及二者一體化、集成化制造的關(guān)鍵。一方面，通過計算機(jī)完成擬實(shí)仿真優(yōu)化后可以減少材料制備與零件制造過程中的實(shí)驗(yàn)性環(huán)節(jié)，獲得最佳的工藝方案，實(shí)現(xiàn)材料與零件的高效優(yōu)質(zhì)制備／制造；另一方面，根據(jù)不同材料性能的要求，如彈性模量、熱膨脹系數(shù)、電磁性能等，研究材料和零件的設(shè)計形式。進(jìn)而結(jié)合傳統(tǒng)的去除材料式制造技術(shù)、增加材料式覆層技術(shù)等，研究多種材料組分的復(fù)合成形工藝技術(shù)。形成材料與零件的數(shù)字化制造理論、技術(shù)和方法，如快速成形技術(shù)采用材料逐漸增長的原理，突破了傳統(tǒng)的去材法和變形法機(jī)械加工的許多限制，加工過程不需要工具或模具，能迅速制造出任意復(fù)雜形狀又具有一定功能的三維實(shí)體模型或零件。

2.4

機(jī)械仿生制造

21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)，機(jī)械科學(xué)和生命科學(xué)的深度融合將產(chǎn)生全新概念的產(chǎn)品(如智能仿生結(jié)構(gòu))，開發(fā)出新工藝(如生長成形工藝)和開辟一系列的新產(chǎn)業(yè)，并為解決產(chǎn)品設(shè)計、制造過程和系統(tǒng)中一系列難題提供新的解決方法。這是一個極富創(chuàng)新和挑戰(zhàn)的前沿領(lǐng)域。

地球上的生物在漫長的進(jìn)化中所積累的優(yōu)良品性為解決人類制造活動中的各種難題提供了范例和指南。從生命現(xiàn)象中學(xué)習(xí)組織與運(yùn)行復(fù)雜系統(tǒng)的方法和技巧，是今后解決目前制造業(yè)所面臨許多難題的一條有效出路。仿生制造指的是模仿生物器官的自組織、自愈合、自增長與自進(jìn)化等功能結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式的一種制造系統(tǒng)與制造過程。如果說制造過程的機(jī)械化、自動化延伸了人類的體力，智能化延伸了人類的智力，那么，"仿生制造"則可以說延伸了人類自身的組織結(jié)構(gòu)和進(jìn)化過程。

仿生制造所涉及的科學(xué)問題是生物的"自組織"機(jī)制及其在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用問題。所謂"自組織"是指一個系統(tǒng)在其內(nèi)在機(jī)制的驅(qū)動下，在組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式上不斷自我完善、從而提高對于環(huán)境適應(yīng)能力的過程。仿生制造的"自組織"機(jī)制為自下而上的產(chǎn)品并行設(shè)計、制造工藝規(guī)程的自動生成、生產(chǎn)系統(tǒng)的動態(tài)重組以及產(chǎn)品和制造系統(tǒng)的自動趨優(yōu)提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)條件。

仿生制造屬于制造科學(xué)和生命科學(xué)的"遠(yuǎn)緣雜交"，它將對21世紀(jì)的制造業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。

仿生制造的研究內(nèi)容目前有兩個方面：

2.4.1

面向生命的仿生制造

研究生命現(xiàn)象的一般規(guī)律和模型，例如人工生命、細(xì)胞自動機(jī)、生物的信息處理技巧、生物智能、生物型的組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式以及生物的進(jìn)化和趨優(yōu)機(jī)制等；

2.4.2

面向制造的仿生制造

研究仿生制造系統(tǒng)的自組織機(jī)制與方法，例如：基于充分信息共享的仿生設(shè)計原理，基于多自律單元協(xié)同的分布式控制和基于進(jìn)化機(jī)制的尋優(yōu)策略；研究仿生制造的概念體系及其基礎(chǔ)，例如：仿生空間的形式化描述及其信息映射關(guān)系，仿生系統(tǒng)及其演化過程的復(fù)雜度計量方法。

機(jī)械仿生與仿生制造是機(jī)械科學(xué)與生命科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的高度融合，其研究內(nèi)容包括生長成形工藝、仿生設(shè)計和制造系統(tǒng)、智能仿生機(jī)械和生物成形制造等。目前所做的研究工作大多屬前沿探索性的工作，具有鮮明的基礎(chǔ)研究的特點(diǎn)，如果抓住機(jī)遇研究下去，將可能產(chǎn)生革命性的突破。今后應(yīng)關(guān)注的研究領(lǐng)域有生物加工技術(shù)、仿生制造系統(tǒng)、基于快速原型制造技術(shù)的組織工程學(xué)，以及與生物工程相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)等。3

現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨勢20世紀(jì)90年代以來，世界各國都把制造技術(shù)的研究和開發(fā)作為國家的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)先發(fā)展，如美國的先進(jìn)制造技術(shù)計劃AMTP、日本的智能制造技術(shù)（IMS）國際合作計劃、韓國的高級現(xiàn)代技術(shù)國家計劃(G--7)、德國的制造2000計劃和歐共體的ESPRIT和BRITE-EURAM計劃。

隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，市場需求個性化與多樣化，未來現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢是向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、綠色集成化、全球化的方向發(fā)展。

當(dāng)前現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨勢大致有以下九個方面：

(1)

信息技術(shù)、管理技術(shù)與工藝技術(shù)緊密結(jié)合，現(xiàn)代制造生產(chǎn)模式會獲得不斷發(fā)展。

(2)

設(shè)計技術(shù)與手段更現(xiàn)代化。

(3)

成型及制造技術(shù)精密化、制造過程實(shí)現(xiàn)低能耗。

(4)

新型特種加工方法的形成。-\#"#,##0"

(5)

開發(fā)新一代超精密、超高速制造裝備。

(6)

加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學(xué)。

(7)

實(shí)施無污染綠色制造。

(8)

制造業(yè)中廣泛應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

(9)

制造以人為本。NewdevelopmentoftheadvancedmanufacturingtechnologyThemanufacturingindustryistheimportantpillarsofmodernnationaleconomyandcomprehensivenationalstrength,itstotaloutputvaluegenerallyaccountsfora20%~55%ofnationalgrossdomesticproduct.Inanationalenterpriseproductivitycomposition,thefunctionofthemanufacturingtechnologygenerallyaccountsforabout60%.Theexpertthinks,thecompetitionofeachnationaleconomyintheworldismainlyacompetitionofthemanufacturingtechnology.Itscompetitivepowerreflectsonthemarketshareoftheproductsproducedfinally.Withhigh-speeddevelopmentandcustomer'sdemandandconstantchangeinthemarketenvironmentofeconomictechnology,thiskindofcompetitionisbecomingfiercer,thereforegovernmentsofvariouscountriespaymuchattentiontothestudyonadvancedmanufacturingtechnology.1.makestheproblemthatsciencewillsolveatpresentMakesciencewantproblemthatsolvemainlyconcentrateonthefollowingaspectsatpresent:(1)Themanufacturesystemisagreatcomplicatedsystem,fortheabilityofmeetingagilityofmanufacturesystem,respondingfastandrecombinatingfast,mustdrawlessonsfrommulti-disciplinaryresearchresultssuchasinformationscience,lifesciencesandsocialscience,etc.,explorethesystemstructurewithnewmanufacturesystem,maketheeffectiveoperatingmechanismofthemodeandmanufacturesystem.Itismodelingofmanufacturesystems,emulationandmaingoaloptimizedtomaketheinstitutionalframeworkofsystemoptimizationandgoodoperationconditions.Notmerelyandcanrecombinateabilityandhaveimportantmeaningstotheagilityandresponseabilitytothedemandofthemanufacturingcompanyinsystemstructurewithnewmanufacturesystem,andandcanrecombinateabilityandputforwardhigherrequirementtotheflexibilityforproducingapparatusofgroundfloorofmanufacturingcompanydynamically.Thelivingbeingsmaketheviewandisintroducedintothemanufacturesystemmoreandmore,inordertorespondtotherequestthatthemanufacturesystemisnew.(2)Inordertosupportedandmakequicklyfast,thesharingofgeometircknowledgehasalreadybecomeandrestrictedproductdevelopmentandkeyproblemmadeinmodernmanufacturingtechnology.Forexampleandmake(CAD/CAM)integratinginCAD,thecoordinatemeasuresrespectssuchas(CMM)androbotics,etc.,inthree-dimensionrealisticspace(3-RealSpace),existalargenumberofgeometircalgorithmdesignandproblemofanalyzingetc.,especiallyamongthemgeometryshow,geometrycalculatewithgeometrydeducingthequestion;Inmeasuringwithseekingthelocation(suchasLocalization)ofrobotrouteplanningandpartetc.,existC-geometryofspace(disposespaceConfigurationSpace)calculatewithgeometrydeducingtheproblem;Operateintheobject(Grasp,pickandassembleetc.)describethatmeanmorewiththerobotthatpicksplanning,assemblesportplan,planrespectneedpersonwhofastenspace(ScrewSpace)deducegeometrywithoperation.Manufactureprocessphysicsandmechanicsgeometryofphenomenontake,study,form,makesciencegeometrycalculatewithgeometrypersonwhodeduceinmanyaspectssubjectforresearch,itstheoryremainstofurtherbreakthrough,anewdisciplineatpresent--Computergeometryisreceivingtheextensiveanddeepresearchdaybyday.(3)Inthecourseofmakingmodernly,informationhasnotmerelyalreadybecomethedecisivefactorofdecidingthemanufactureindustry,andstillthemostactivedrivefactor.Informationhandlingcapacitytoimprovemanufacturesystembecomemodernafocalpointtomakescientificdevelopmentalready.Becausemanufacturesysteminformationorganizationandstructurearemulti-level,makeinformationobtain,integrateandmerge,demonstrategettingstereoscopic,informationmultidimensionoftolerance,andinformationorganizationgettingmulti-level.Makestructuralmodel,consistencyrestraint