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河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院08屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
摘要
礦山提升設(shè)備是礦山運(yùn)輸中的咽喉設(shè)備，占有特殊地位，是井下與地面聯(lián)系的主要工具。
礦山提升設(shè)備的用途是沿井筒提運(yùn)礦石和廢石，升降人員，下放材料、工具和設(shè)備。礦山提升設(shè)備在工作中如果一旦發(fā)生機(jī)械和電氣故障就會(huì)造成停產(chǎn)，甚至人身傷亡。為了保證生產(chǎn)和人員的安全要求礦山提升設(shè)備運(yùn)行準(zhǔn)確，安全可靠，井必須配有性能良好的控制設(shè)備和保護(hù)裝置。
礦山提升設(shè)備的耗電量一般占礦井總耗電量的30%一40%，所以為了降低礦石的成本，必須經(jīng)濟(jì)合理地選擇和使用礦山提升設(shè)備。礦山提升設(shè)備又是礦井最大固定設(shè)備之一，是—套較復(fù)雜的機(jī)械-電氣機(jī)組。
本文針對(duì)礦山機(jī)械的特殊要求，重點(diǎn)設(shè)計(jì)卷筒部件和主軸部件，兩個(gè)部件是提升機(jī)的關(guān)鍵部分，卷筒強(qiáng)度不夠?qū)е碌闹苯雍蠊褪峭矚け粔簼ⅰ⒑缚p開(kāi)裂等；主軸是傳遞動(dòng)力裝置，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮其承受的彎扭力矩，鍵對(duì)主軸強(qiáng)度的削弱及其裝配問(wèn)題，軸的工藝要求等。
通過(guò)本次的設(shè)計(jì)，可以縮短提升機(jī)設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。
關(guān)鍵詞：提升機(jī) 滾筒 主軸 鋼絲繩
Abstract
The mine lift technique is in the mine haulage pharynx and larynx equipment, holds the special status, and is the mine shaft and the ground relation main tool.
The mine lift technique use is picks up and ships the ore and the scrap rock along the well chamber, the fluctuation personnel, the release material, the tool and the equipment. Mine lift technique in work once if has the machinery and the electrical failure can create the production suspension, even person casualties. In order to guarantee the production and personnel's safety requirements mine lift technique movement is accurate, safe reliable, the well must have the performance good control device and the protective device.
The mine lift technique power consumption occupies the mine pit total power consumption generally 170%, therefore in order to reduce the ore the cost, must the economical reasonably choice and the use mine lift technique. The mine lift technique also is one of mine pit most greatly fixed equipments, is - the complex machinery - electricity unit.
This article in view of the mining machinery special request, the key design reel part and the main axle part, two parts is the elevator essential part, the direct consequence which reel under capacity causes is the tube shell is bruised, the welded joint dehiscence and so on; The main axle transmits the power unit, when design needs to consider its withstanding the crooked moment of force, the key to the main axle intensity weakening and the assembly question, the axis technological requirement and so on.
Through this time design, may reduce the lifting hoist design cycle, enhances the product the design quality, and enhances the enterprise technological innovation ability and market competition ability.
Key words: lifting hoist drum main axle steel wire
ii
目 錄
1 緒論 1
1.1 概述 1
1.1.1 提升機(jī)的分類 1
1.1.2 提升機(jī)的概述 2
1.2 國(guó)內(nèi)外提升機(jī)的發(fā)展概況 3
1.3 提升機(jī)的技術(shù)性能 4
1.3.1 纏繞式提升機(jī)及提升絞車 4
1.3.2 提升絞車 5
1.4 各個(gè)系列提升機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 5
2 2JK-2.5×1.5型提升機(jī)的組成及各部分結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 8
3 各系列提升機(jī)主軸裝置 10
3.1 主軸裝置的結(jié)構(gòu) 10
3.2 各種主軸結(jié)構(gòu)圖示 10
3.3 兩種調(diào)繩離合器的簡(jiǎn)介 15
4 單繩纏繞式提升機(jī)滾筒的設(shè)計(jì)與計(jì)算 23
4.1 纏繞式提升機(jī)卷筒的結(jié)構(gòu) 23
4.2 正常工作時(shí)作用于筒殼上的外載荷 27
4.3 筒殼強(qiáng)度的計(jì)算 35
4.4 多層纏繞時(shí)筒殼的計(jì)算特點(diǎn) 36
4.5 具體計(jì)算及校核2JK-2.5X1.5型的筒殼強(qiáng)度 37
5 主軸理論設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 42
5.1 主軸的結(jié)構(gòu) 42
5.2 主軸及附屬部件的設(shè)計(jì)、計(jì)算 43
5.3 主軸的校核 48
5.3.1 2JK-2.5X1.5型礦用提升機(jī)已知條件 48
5.3.2 固定載荷分配于主軸各輪轂作用點(diǎn)上的力 49
5.3.3 鋼繩張力分配于主軸各輪轂作用點(diǎn)上的力 51
5.3.4 作用于軸上水平方向及垂直方向的合力 53
5.3.5 計(jì)算支點(diǎn)反力 55
5.3.6 計(jì)算彎矩 56
5.3.7 計(jì)算扭矩及扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度 59
5.3.8 計(jì)算危險(xiǎn)斷面的安全系數(shù) 60
6 軸承的計(jì)算校核 61
6.1. 軸承選取 61
6.2. 軸承校核 63
7 切向鍵的校核 64
8 過(guò)盈配合校核 66
致 謝 72
參考文獻(xiàn) 73
1 緒論
1.1 概述
1.1.1 提升機(jī)的分類
提升機(jī)是礦井的主要設(shè)備 用于升降人員和物料。在煤礦對(duì)大型提升機(jī)（滾筒直徑大于2米以上）稱提升機(jī)，對(duì)滾筒直徑小于2米的提升機(jī)俗稱提升絞車。提升機(jī)按工作原理分為：?jiǎn)卫K纏繞式礦井提升機(jī)和摩擦式礦井提升機(jī)。
纏繞式單滾筒提升機(jī)作單鉤提升時(shí)，提升鋼絲繩的一端固定在提升滾筒上的最右端，并纏繞在滾筒上。鋼絲繩的另一端由滾筒上方引出，繞過(guò)天輪后與提升容器相連接。當(dāng)提升機(jī)的滾筒向不同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，提升容器相應(yīng)地作上升或者下降運(yùn)動(dòng)，以完成所擔(dān)負(fù)的提升任務(wù)。
纏繞式單滾筒提升機(jī)作雙鉤提升時(shí)，滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為分離式（即滾筒由可以分開(kāi)的兩部分組成），這樣可以適應(yīng)工作中調(diào)整鋼絲繩長(zhǎng)度的需要。這時(shí)是用兩根鋼絲繩提升，一根鋼絲繩固定在滾筒的最右側(cè)，經(jīng)過(guò)纏繞后，由滾筒上方出繩，跨過(guò)天輪與提升容器相連接；另一根鋼絲繩固定在滾筒的最左側(cè)，在作反方向的纏繞后，由滾筒下方出繩，跨過(guò)天輪后與另一提升容器相連接。這樣，在滾筒向不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)提升容器將分別做上升和下降運(yùn)動(dòng)，當(dāng)滾筒的旋轉(zhuǎn)方向改變后，提升容器的運(yùn)動(dòng)方向也就將隨之改變。
纏繞式雙滾筒提升機(jī)有兩個(gè)滾筒其中一個(gè)為活（游動(dòng)）滾筒，另一個(gè)為固定滾筒。在每個(gè)滾筒的一側(cè)（外側(cè)）固定一根鋼絲繩，與單滾筒做雙鉤提升時(shí)的方式相同。通?；顫L筒位于操縱臺(tái)的左邊（正視方向）并由下方出繩；固定滾筒則在右邊，并由上方出繩。為了避免在用作多層纏繞時(shí)，提升機(jī)滾筒在主軸中部負(fù)荷應(yīng)力集中的缺點(diǎn)，固定滾筒的左側(cè)也留有出繩孔，當(dāng)用于多層纏繞時(shí)，兩個(gè)滾筒的鋼絲繩都從左邊開(kāi)始纏繞（纏繞方向相反）。提升機(jī)的滾筒寬度，應(yīng)能適用在提升過(guò)程中纏繩的實(shí)際需要。
纏繞式雙滾筒提升機(jī)如用作單鉤提升，由于滾筒上只受一個(gè)方向的拉力，沒(méi)有平衡的另一方向的拉力，因此，在計(jì)算最大靜張力時(shí)，應(yīng)按產(chǎn)品規(guī)格中的允許最大靜張力差值選用提升機(jī)。
1.1.2 提升機(jī)的概述
礦井提升機(jī)主要用于井下采區(qū)的上、下山，以及其他輔助性的斜坡運(yùn)輸（包括地面斜坡運(yùn)輸）。根據(jù)運(yùn)輸量和提升距離的實(shí)際需要，也有單鉤和雙鉤提升兩種。
摩擦式提升機(jī)的工作原理和纏繞式提升機(jī)不同，它的提升鋼絲繩不像纏繞式提升機(jī)那樣在滾筒上，而是依靠鋼絲繩與主導(dǎo)輪上的襯墊之間的摩擦力，使提升鋼絲繩與主導(dǎo)輪一起運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)鋼絲繩端部懸掛的提升容器，作上行或下行運(yùn)動(dòng)。塔式提升機(jī)的提升系統(tǒng)為了提高運(yùn)行效果，保持在運(yùn)行過(guò)程中兩側(cè)提升鋼絲繩的拉力差基本不變，通常都是在提升容器的底部懸掛有平衡尾繩。當(dāng)提升機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，提升鋼絲繩的自重和懸掛的提升容器重量，以一定的拉力壓在摩擦襯墊上，產(chǎn)生的摩擦力使鋼絲繩和提升容器隨主導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而上行或下行。摩擦式提升機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能和應(yīng)用范圍等都是根據(jù)上述特點(diǎn)確定的。
摩擦式提升機(jī)可分為塔式和落地式兩種，國(guó)際上兩種都廣泛的使用，國(guó)內(nèi)目前使用的落地式摩擦輪提升機(jī)還不太多。主要是進(jìn)口設(shè)備。
有些生產(chǎn)礦井由于生產(chǎn)的發(fā)展、井深的增加或產(chǎn)量的提高，將原已經(jīng)使用多年的纏繞式提升機(jī)改造為摩擦式提升機(jī)。如：河南鞏縣大峽溝煤礦三號(hào)井副井，把原有的纏繞式雙滾筒2m提升機(jī)改造為2m雙繩摩擦式提升機(jī)（落地）。從提出改造方案到設(shè)計(jì)制造、安裝調(diào)整，只用了5個(gè)月的時(shí)間。又如：山東棗莊礦物局朱子埠煤礦主井，將原有的雙滾筒2.5m直徑的纏繞式提升機(jī)，改造為2.8m直徑單繩落地式提升機(jī)。改造從1977年7月開(kāi)始，同年11月底完成，1978年6月已擔(dān)負(fù)全礦井的提煤任務(wù)，運(yùn)行一直比較正常，能力提高了40%。
摩擦式提升機(jī)適用于深井，而多繩摩擦式提升機(jī)更能適應(yīng)大型礦井提升的需要。纏繞式則適用于淺井或斜井，它能適應(yīng)多水平雙鉤提升的工作需要。當(dāng)然，這種調(diào)整不應(yīng)是頻繁的。摩擦式提升機(jī)則只有采用單容器（帶平衡錘）提升時(shí)，才能適應(yīng)多水平的提升工作的需要，而這種提升方式的能力較低。
1.2 國(guó)內(nèi)外提升機(jī)的發(fā)展概況
礦井提升機(jī)在礦井中擔(dān)負(fù)著升降人員、提升礦物、運(yùn)輸材料以及升降設(shè)備、工具等項(xiàng)任務(wù)，它是溝通礦井地面和井下的運(yùn)輸設(shè)備，是礦井的重要設(shè)備之一，就其耗電量來(lái)說(shuō)，大約占全礦井用電量的15%左右。
世界許多國(guó)家的工業(yè)發(fā)展表明：隨著采掘工業(yè)的發(fā)展，開(kāi)采的深度將會(huì)日益增加，礦山生產(chǎn)也將日益走向集中化、大型化。而礦井提升機(jī)也隨著相應(yīng)的發(fā)展：由單繩纏繞式提升機(jī)發(fā)展到多繩摩擦式提升機(jī)，提升速度加快，一次提升量也日益增大。能夠反應(yīng)出當(dāng)前礦井提升機(jī)世界先進(jìn)技術(shù)水平的參數(shù)是：（1）提升機(jī)直徑已打9m；（2）一次提升有效負(fù)荷為50t；（3）提升機(jī)單臺(tái)的功率已達(dá)14573KW；（4）最多繩數(shù)為10。我國(guó)的煤礦建設(shè)也是符合上述發(fā)展規(guī)律的。在第一個(gè)五年計(jì)劃期間建設(shè)的礦井，開(kāi)采深度一般都在300m以內(nèi)；礦井的最大年產(chǎn)量為120~150萬(wàn)噸；礦井提升機(jī)的一次提升量最大為9t（采用單繩纏繞式礦井提升機(jī)）。而目前我國(guó)礦井井深最大以達(dá)1000m；最大年產(chǎn)量300~400萬(wàn)噸的礦井正在多處興建，甚至能力更大的礦井也在設(shè)計(jì)中；有些礦井以按兩套一次提升量為20t的雙箕斗裝備（在一個(gè)井筒內(nèi)布置四個(gè)箕斗、由兩臺(tái)提升機(jī)提升）。更大容量的箕斗，如：25、32、40t等都已經(jīng)編制出系列，并正在設(shè)計(jì)中。
就多繩提升機(jī)來(lái)說(shuō)，過(guò)去生產(chǎn)的是在井塔上安裝的，現(xiàn)在考慮到礦井建在地震區(qū)或者某些沖積層較厚的地區(qū)的需要，已將落地式多繩提升機(jī)納入系列，與井塔式并列同時(shí)發(fā)展，可以按用戶要求供貨。
礦井提升機(jī)的生產(chǎn)廠很多，規(guī)模較大，品種較齊全的有：洛陽(yáng)中信重型機(jī)械公司，鶴壁市巨興礦山設(shè)備有限責(zé)任公司，錦州錦礦機(jī)器制造有限責(zé)任公司，山東泰鼎礦山機(jī)械有限責(zé)任公司等。
1.3 提升機(jī)的技術(shù)性能
1.3.1 纏繞式提升機(jī)及提升絞車
纏繞式提升機(jī)的發(fā)展是為適應(yīng)我國(guó)礦山建設(shè)的需要，國(guó)產(chǎn)提升機(jī)大致可分為仿蘇、改進(jìn)及自行設(shè)計(jì)等三個(gè)階段。1953~1958年期間生產(chǎn)仿蘇產(chǎn)品BM系列提升機(jī)；KJ系列提升機(jī)是1958~1966年期間生產(chǎn)的仿蘇改進(jìn)產(chǎn)品；JKA系列是在KJ型基礎(chǔ)上的改進(jìn)產(chǎn)品；XKT系列提升機(jī)是1971年7月開(kāi)始生產(chǎn)的自行設(shè)計(jì)產(chǎn)品，后又改為XKT-B系列，是已成批生產(chǎn)的新型礦井提升機(jī)。時(shí)至今日，中信公司生產(chǎn)的產(chǎn)品最齊全，JK/E，JKM，JTP，2JTP，JT等等。
1.3.2 提升絞車
礦井提升絞車的發(fā)展道路基本上和礦井提升機(jī)相同，從仿蘇的產(chǎn)品開(kāi)始，到改進(jìn)和自行設(shè)計(jì)并納入型譜標(biāo)準(zhǔn)。
1.4 各個(gè)系列提升機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
（1） KJ型礦井提升機(jī)
1）主軸裝置采用鑄鐵法蘭盤(pán)；
2）調(diào)繩裝置為手動(dòng)蝸輪蝸桿式；
3）制動(dòng)器為角移式；
4）液壓傳動(dòng)裝置為手動(dòng)杠桿控制的三通閥和電磁鐵控制的四通閥；
5）深度指示器為機(jī)械牌坊式；
6）減速器為漸開(kāi)線人字齒輪減速器。
（2）JK（A）型礦井提升機(jī)
1）調(diào)繩裝置為電動(dòng)蝸輪蝸桿式；
2）制動(dòng)器為綜合式，改善了閘瓦的磨損情況；
3）液壓傳動(dòng)裝置為手動(dòng)控制的低壓電液調(diào)節(jié)閥和電磁鐵控制的安全三通閥，操縱省力，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和半自動(dòng)化控制；
4）減速器采用圓弧形人字齒輪減速器；提高了承載能力并減輕了重量。
（3） XKT型礦井提升機(jī)
1）滾筒為焊接結(jié)構(gòu)，重量輕；
2）采用液壓齒輪式快速調(diào)繩裝置，調(diào)繩省力省時(shí)；
3）采用圓盤(pán)制動(dòng)系統(tǒng)（包括圓盤(pán)式制動(dòng)器和液壓站兩部分），此種系列具有以下的優(yōu)點(diǎn)：
安裝、使用及維護(hù)比較簡(jiǎn)單；
4）采用圓弧齒輪減速器，提高了承載能力，減輕了重量；
5）采用了圓盤(pán)深度指示器。
XKT系列礦井提升機(jī)與KJ和JK（A）系列比較，有以下的優(yōu)點(diǎn)：
①提升能力平均提高25%，重量平均減輕25%，
②采用了一些新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)，如：盤(pán)式制動(dòng)器、液壓站、快速調(diào)繩裝置、微拖動(dòng)裝置等
③通用化程度高。
④GKT系列礦井提升機(jī)
1）采用JSZ-2×500型雙力線中心驅(qū)動(dòng)減速器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音小。并采用雙列向心滾動(dòng)軸承，傳動(dòng)效率高，在實(shí)際工作中廠家建議傳動(dòng)效率取0.85~0.9；
2）滾筒為整體焊接結(jié)構(gòu)（2m提升機(jī)可根據(jù)用戶要求，供應(yīng)分割的焊接滾筒和制動(dòng)盤(pán)），采用滾動(dòng)軸承支座。雙滾筒提升機(jī)的主軸裝置，具有液壓操縱的、在結(jié)構(gòu)上作了改進(jìn)的齒輪離合器，調(diào)繩操作時(shí)間僅司機(jī)一人即可完成，節(jié)省了時(shí)間和人力；
3）配有自整角機(jī)傳動(dòng)的圓盤(pán)深度指示器（2m提升機(jī)若用戶要求時(shí)，可以改供給牌坊式深度指示器）；
4）制動(dòng)器為綜合式的液壓開(kāi)啟的盤(pán)式制動(dòng)器；
5）采用集中控制的操縱臺(tái)。
2 2JK-2.5×1.5型提升機(jī)的組成
及各部分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
礦井提升機(jī)作為一個(gè)完整的機(jī)械—電氣機(jī)組，它的組成部分及其功能如下：
1）工作機(jī)構(gòu)
主軸裝置和主軸承（包括滾筒和摩擦輪），作為纏繞或搭放提升鋼絲繩，以承受各種正常載荷（靜載荷、動(dòng)載荷）及非常載荷。
2）制動(dòng)系統(tǒng)
制動(dòng)器和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，用于機(jī)器停止時(shí)，能可靠地閘住機(jī)器。并能在正常（工作）制動(dòng)和緊急制動(dòng)時(shí)，參與控制機(jī)器的速度，能使機(jī)器迅速停車。
3）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)
減速器和聯(lián)軸器，用以減速和傳遞動(dòng)力。
4）潤(rùn)滑系統(tǒng)
潤(rùn)滑油站及管路，當(dāng)機(jī)器工作時(shí)，不斷向軸承、減速器軸承及嚙合齒面壓送潤(rùn)滑油。
5）觀測(cè)和操縱系統(tǒng)
包括操縱臺(tái)、深度指示器及測(cè)速發(fā)電機(jī)。操縱臺(tái)控制主電動(dòng)機(jī)的速度變化和換向及對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制；深度指示器指示提升容器的運(yùn)行位置，在提升容器接近井口（或井底）時(shí)發(fā)出減速信號(hào)，當(dāng)機(jī)器過(guò)卷或超速時(shí)，進(jìn)行限速和過(guò)卷保護(hù)。對(duì)于多繩摩擦式提升機(jī)，能自動(dòng)調(diào)零；測(cè)速發(fā)電機(jī)用于測(cè)定機(jī)器的實(shí)行運(yùn)行速度。
6）拖動(dòng)、控制和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)
拖動(dòng)有交流、直流兩大系統(tǒng)。交流包括：交流主電動(dòng)機(jī)、金屬電阻及控制接觸器，并可帶動(dòng)力制動(dòng)、低頻制動(dòng)或微拖動(dòng)裝置。直流包括：直流電動(dòng)機(jī)，其電源設(shè)備，有電動(dòng)發(fā)電機(jī)組和可控硅整流。拖動(dòng)系統(tǒng)是為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器穩(wěn)定地起動(dòng)、等速、減速、停車和換向。自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)具有：過(guò)速、過(guò)卷、閘瓦磨損超限、潤(rùn)滑油超壓或欠壓、制動(dòng)油超壓或欠壓、軸承溫升超限，制動(dòng)油溫升超限、電動(dòng)機(jī)過(guò)流或欠壓等自動(dòng)保護(hù)的作用。
7）輔助部分
包括司機(jī)座椅、機(jī)座、機(jī)架、護(hù)柵、擋板、護(hù)罩等輔助用具及材料。對(duì)于多繩摩擦式提升機(jī)還包括導(dǎo)向輪裝置及摩擦輪襯墊的車槽裝置。
72
3 各系列提升機(jī)主軸裝置
3.1 主軸裝置的結(jié)構(gòu)
主軸裝置是提升機(jī)的工作機(jī)構(gòu)，也是提升機(jī)的主要承載部件，它承擔(dān)了提升機(jī)的全部轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也承受著摩擦輪上兩側(cè)鋼絲繩的拉力。
主軸裝置主要由主軸、摩擦輪、滾動(dòng)軸承、軸承座、軸承蓋、軸承梁、摩擦襯墊、固定塊、壓塊、夾板、高強(qiáng)度螺栓組件等零部件組成。
對(duì)于小型多繩提升機(jī)，如無(wú)特殊要求，制動(dòng)盤(pán)是焊接在筒殼上的，項(xiàng)常稱之為固定閘盤(pán)或死閘盤(pán)，根據(jù)使用盤(pán)形制功器副數(shù)的多少，可以焊有一個(gè)或兩個(gè)制功盤(pán)；大型提升機(jī)多采用雙制功盤(pán)形式，制動(dòng)盤(pán)與摩擦輪之間采用可拆組合式聯(lián)接，即制動(dòng)盤(pán)做成兩半，用高強(qiáng)度螺栓與摩擦輪聯(lián)接，成對(duì)裝在摩擦輪上，采用大平面摩擦副來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩，制動(dòng)盤(pán)與摩擦輪之間有配合止口作徑向定位，兩半制動(dòng)盤(pán)合口面之間用鍵作軸向定位，并沒(méi)有少量精制螺栓．提高定位精度，增強(qiáng)局部剛件，刃拆式制動(dòng)盤(pán)優(yōu)點(diǎn)主要是便于運(yùn)輸并可以更換，尤其適用于大型或特大型多繩提升機(jī)。
3.2 各種主軸結(jié)構(gòu)圖示
（1） KJ型(BM型)礦井提升機(jī)主軸裝置結(jié)構(gòu)
單筒主軸裝置由左右兩個(gè)與制動(dòng)輪制成一體的鑄鐵支輪用切向鍵與主軸聯(lián)接。卷簡(jiǎn)支承在兩端支輪上，并通過(guò)螺栓與支輪聯(lián)接，如圖（3-1）所示：
圖3-1 KJ型（BM型）提升機(jī)主軸裝置
1-切向鍵 2-制動(dòng)輪 3-筒殼 4-木襯 5-錐齒輪 6-手輪
7-主軸 8-小絞輪 9-蝸輪 10-蝸桿 11-支架
雙筒主軸裝置由固定卷筒和游動(dòng)卷筒及調(diào)繩離合器等組成，調(diào)繩離合器采用手動(dòng)蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，調(diào)繩操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力。卷筒為兩半薄殼結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度較低(見(jiàn)圖3—2)。
（2） JKA型礦井提升機(jī)主軸裝置結(jié)構(gòu)
單筒主軸裝置與KJ型基本相同。
雙筒主鈾裝置與腳型摹本相同主要有下列兩點(diǎn)區(qū)別：
1)KJ型的兩制動(dòng)輪在兩個(gè)卷筒中間．而J以型的兩制動(dòng)輪在兩卷簡(jiǎn)的兩外側(cè)(見(jiàn)圖3—3)。
2)對(duì)于調(diào)繩離合器，腳型全靠人力操作，而JKA型裝了一套電動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)靠電力實(shí)現(xiàn)游動(dòng)卷筒與主軸的朋開(kāi)與接合。
（3） XKT型、JK型礦井提升機(jī)主軸裝置結(jié)構(gòu)
這兩種系列主軸裝置的卷筒全部采用Q345(16Mn)鋼板焊接而成，卷筒內(nèi)部設(shè)有支環(huán)于厚完彈性支撐結(jié)構(gòu)。
單筒主軸裝置由卷筒、主軸、主軸承、左右輪毅等組成(見(jiàn)圖3-4)。主軸承為滑動(dòng)軸承。左輪毅與主鈾為滑動(dòng)配合，右輪鼓是壓配在主軸上，并用強(qiáng)力切向鍵與主軸固定。卷筒與右輪轂的聯(lián)接全部采用精制配合螺栓，卷簡(jiǎn)與左輪轂的聯(lián)接采用數(shù)量各為—半的精制配合螺栓和普通螺栓。
雙筒主軸裝置由主軸、主軸承、兩個(gè)卷筒、四個(gè)輪毅、調(diào)繩離合器等主要零部件組成(見(jiàn)圖3—5)。固定卷筒裝在主軸的傳動(dòng)側(cè)，其與輪轂的聯(lián)接與單筒主動(dòng)裝置相同。游動(dòng)卷簡(jiǎn)在主軸的非傳動(dòng)側(cè)，游動(dòng)卷筒與游筒有支輪的聯(lián)接采用數(shù)量各一半的桔精制配合螺栓和普通螺栓。游筒右支輪為兩半結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩半銅瓦滑裝在主軸上，左輻板上用精制配合螺栓固定調(diào)繩離合器內(nèi)齒圈，內(nèi)齒圈右端裝有尼龍瓦，支承在游筒左支輪上，游筒左支輪壓配在主軸上，并通過(guò)強(qiáng)力切向鍵與主軸聯(lián)接。
圖3-2 KJ型（BM型）雙筒提升機(jī)主軸裝置
1-切向鍵 2-筒殼 3-主軸 4-制動(dòng)輪 5-蝸輪 6-切向鍵 7-銅軸套 8-螺桿 9-調(diào)整環(huán) 10-軸 11-蝸桿 12-心軸 13-壓緊螺母
14-手輪 15螺母
圖3-3 JKA型提升機(jī)主軸裝置
1-傳動(dòng)螺桿 2-摩擦片式離合器 3-小蝸輪對(duì) 4-木襯 5-筒殼 6-制動(dòng)輪 7-切向鍵 8-主軸 9-軸 10-蝸桿 11-切向鍵 12-心軸
13-蝸輪 14-小電動(dòng)機(jī) 15-傳動(dòng)螺母
圖3-4 XKT型、JK型單筒提升機(jī)主軸裝置
1-主軸承 2-潤(rùn)滑油杯 3-左輪轂 4-主軸 5-輻板 6-擋繩板
7-木襯 8-筒殼 9-制動(dòng)盤(pán) 10-精制螺栓 11-右輪轂 12-切向鍵
圖3-5 XKT型，JK型雙筒提升機(jī)主軸裝置
1-密封頭 2-主軸承 3-游動(dòng)卷筒左輪轂 4-齒輪式調(diào)繩離合器 5-游動(dòng)滾筒 6、14-潤(rùn)滑油杯 7-尼龍?zhí)? 8-擋繩板 9-筒殼 10-木襯 11-銅制軸套 12-游動(dòng)卷筒右輪轂 13-固定卷筒左輪轂 15-固定卷筒16-制動(dòng)盤(pán) 17-精制螺栓 18-固定卷筒右輪轂 19-切向鍵 20-主軸 21-切向鍵 22-外齒輪 23-內(nèi)齒輪 24-輻板 25-角鋼 26-聯(lián)鎖閥 27-調(diào)繩液壓缸28-油管
3.3 兩種調(diào)繩離合器的簡(jiǎn)介
本系列提升機(jī)采用軸向齒輪式調(diào)繩離分器(見(jiàn)圖3—6)。在游筒支輪上沿圓周裝有三個(gè)調(diào)繩液壓缸4，調(diào)繩液壓缸的另一端插在齒輪6的孔中。這樣當(dāng)齒輪6與固定在卷筒9輻板上的內(nèi)齒輪8相嚙合時(shí)．調(diào)繩液壓缸便相當(dāng)于三個(gè)傳動(dòng)銷，將游筒左支輪3與齒輪6連接在一起，經(jīng)齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。需調(diào)繩時(shí)，充油到三個(gè)液壓缸的前腔．齒輪6外移與內(nèi)齒輪脫開(kāi)，游筒卷筒閘住。轉(zhuǎn)動(dòng)固定卷筒，內(nèi)齒輪8與游動(dòng)左支輪3通過(guò)尼龍瓦7作相對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)，以達(dá)到調(diào)繩的目的。
圖3-6 軸向齒輪式調(diào)繩離合器
1-主軸 2-鍵 3-游筒左支輪 4-液壓缸 5-橡膠緩沖墊 6-齒輪
7-尼龍瓦 8-內(nèi)齒輪 9-卷筒輻板 10-油管 11-軸承座 12-密封頭 13-聯(lián)鎖閥
本系列主軸裝置朽有以下A、B兩種不同的結(jié)構(gòu)形式，分別為卷筒上帶木襯、筒殼上方直接加工出繩槽兩種結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3—7、圖3—8)。A種形式固定卷筒兩支輪與主軸為過(guò)盈配合，卷筒輻板與支輪為高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接；B種形式為主軸上直接鍛制出兩個(gè)法蘭盤(pán)，用高強(qiáng)度螺栓與卷筒輻板聯(lián)接。卷筒和制動(dòng)盤(pán)為兩半裝配式結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)現(xiàn)場(chǎng)不再焊接和加工制動(dòng)盤(pán)。主軸承采用調(diào)心滾子軸承。調(diào)繩離合器均采用徑向齒塊離合器結(jié)構(gòu)，該裝置由齒塊、齒圈等工作機(jī)構(gòu)，液壓缸、移功轂等驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，操作閉鎖等控制機(jī)構(gòu)三部分組成(見(jiàn)圖3—9)。該新結(jié)構(gòu)可滿足調(diào)繩過(guò)程中安全、精確、快速、可靠的使用要求。
調(diào)繩工作原理如下：
(1)機(jī)器正常工作階段 此時(shí)齒塊和內(nèi)齒圈處于嚙合狀態(tài)，液壓缸的合上腔和離開(kāi)腔通過(guò)液壓站上的電磁閥(34D2-10BY)處于回油狀態(tài)，聯(lián)鎖閥的柱銷鎖入游動(dòng)左支輪凹槽中，機(jī)器正常運(yùn)行。
(2)調(diào)繩準(zhǔn)備階段(即離合器離開(kāi)) 撥動(dòng)操縱臺(tái)上調(diào)繩轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)到調(diào)繩位置，安全電磁閥斷電，使機(jī)器處于安全制動(dòng)狀態(tài)。再撥動(dòng)電磁鐵G2通電，高壓油即可通過(guò)聯(lián)鎖閥進(jìn)入調(diào)繩液壓缸的離開(kāi)腔，聯(lián)鎖閥的柱銷從凹槽中移出．推動(dòng)液壓缸活塞外移，使齒塊與內(nèi)齒輪脫離嚙合，游筒卷筒與主軸聯(lián)接脫開(kāi)。
(3)調(diào)繩操作階段 撥動(dòng)另一個(gè)安全電磁閥，解除固定卷筒的安全制動(dòng)，游筒卷筒仍為安全制動(dòng)。起動(dòng)機(jī)器使固定卷筒慢速運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)鋼繩長(zhǎng)度或更換提升水平，實(shí)現(xiàn)調(diào)繩的日的。
(4)恢復(fù)工作階段(離合器合上) 鋼繩調(diào)繩完畢后，恢復(fù)固定卷筒的安全制功，然后將電磁閥G2斷電，液壓缸離開(kāi)腔的高壓油即回油箱。再接通電滋閥G1，高壓油即可進(jìn)入液壓缸的合上腔，驅(qū)功液壓缸活塞向里移動(dòng)，使齒塊與內(nèi)齒圈重新嚙合。同時(shí)活塞桿碰壓行程開(kāi)關(guān)Q1，操縱臺(tái)上的指示燈顯示出“合上”的信號(hào)后，方可將電磁閥G1斷電，并復(fù)位調(diào)繩轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。此時(shí)電磁閥34D2—10BY處于回油位置，至此，調(diào)繩操作全部結(jié)束，機(jī)器恢復(fù)正常的工作制功狀態(tài)。
(5)調(diào)繩安全聯(lián)鎖環(huán)節(jié) 在調(diào)繩操作過(guò)程中，如果離合器萬(wàn)—偶然地從原來(lái)的離開(kāi)位置向合上位置移動(dòng)時(shí)，行程開(kāi)關(guān)Q2即動(dòng)作，固定卷筒立即安全制動(dòng)．避免打齒事故發(fā)生。另外在調(diào)繩操作過(guò)程中，若一旦發(fā)生誤操作，導(dǎo)致游動(dòng)卷簡(jiǎn)突然松閘，此時(shí)行程開(kāi)關(guān)Q3功作，機(jī)器立即安全制動(dòng)，以確保調(diào)繩全過(guò)程的安全。
圖3-7 2JKA型雙筒提升機(jī)主軸裝置
1-滾動(dòng)軸承 2-調(diào)繩離合器 3-連接螺栓 4-制動(dòng)盤(pán) 5-銅套 6-繩槽結(jié)構(gòu)（在筒殼上直接加工出） 7-游動(dòng)卷筒 8-固定卷筒 9-高強(qiáng)度螺栓 10-木襯繩槽 11-支輪 12-圓錐齒輪
圖3-8 2JKE型雙筒提升機(jī)主軸裝置
1-滾動(dòng)軸承 2-調(diào)繩離合器 3-連接螺栓 4-制動(dòng)盤(pán) 5-銅套 6-游動(dòng)卷筒 7-繩槽結(jié)構(gòu)（筒殼上加工） 8-固定卷筒 9-高強(qiáng)度螺栓 10-圓錐齒輪 11-木襯結(jié)構(gòu) 12-調(diào)繩對(duì)齒標(biāo)記
圖3-9 徑向齒塊式調(diào)繩離合器結(jié)構(gòu)及工作原理圖
1-內(nèi)齒圈 2-齒塊 3-拔叉 4-移動(dòng)轂 5-調(diào)繩液壓缸 6-聯(lián)鎖閥
4 單繩纏繞式提升機(jī)滾筒的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1 纏繞式提升機(jī)卷筒的結(jié)構(gòu)
卷筒是提升機(jī)的主要部件。它有幾種不同的結(jié)構(gòu)，其常見(jiàn)型式如圖4-1
圖4-1 卷筒的結(jié)構(gòu)型式
a）鑄造支輪卷筒；b）盤(pán)式支輪卷筒
1-主軸；2-輪轂；3-輔板；4-制動(dòng)盤(pán)；
5-加強(qiáng)角鋼；6-法蘭盤(pán)（支輪）；7-支環(huán)
所有卷簡(jiǎn)大致都由下列幾部分組成：
1)筒殼；
2)支輪——包括鍵輻和輪緣，亦可為輻板式結(jié)構(gòu)；
3)用以加強(qiáng)筒殼的縱向筋和環(huán)向筋
(辦稱支環(huán))，目前有縱向筋的不多，但多設(shè)有支環(huán)。
由于卷筒是利用薄壁承載，故所受應(yīng)力較復(fù)雜，如設(shè)計(jì)或使用不當(dāng)，會(huì)造成變形、開(kāi)裂甚至不能使用。
筒殼、支輪和加強(qiáng)筋所用的剛才大都為及，為了提高強(qiáng)度也有用16Mn的，因?yàn)檫@些材料的貨源較廣，工藝性能也較好。
一般而言，筒殼、支輪和加強(qiáng)筋都用焊接的。除盤(pán)式支輪外，輪輻還有焊成工字型、十字型或丁字型的
對(duì)于小型提升機(jī)，支輪也有用鑄造的(圖4-1a)。由于工藝或安裝、運(yùn)搬方面的原因，支輪有整體的，也行兩半或三瓣的。較大的提升機(jī)則很少用鑄造支輪，因?yàn)榇笾睆降蔫T造支輪過(guò)于笨重。
對(duì)于雙卷筒提升機(jī)中的活卷筒，內(nèi)于它與主軸有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此往往在輪轂與主軸之間加有襯套(圖4-2)。襯套通常用減磨金屬，如比壓許可，也可用尼龍襯套。
卷筒外面—般均敷有木襯。木襯的作用是防止鋼繩與簡(jiǎn)殼直接接觸造成磨損，此外還能使鋼繩沿著木襯上的溝槽纏繞，排列整齊，避免疊壓現(xiàn)象。
滾筒的失效形式及原因
滾筒的失效形式主要有：
(1)裂紋。裂紋出現(xiàn)于筒殼、支輪及支環(huán)上。筒殼上的裂紋多出現(xiàn)于圓周方向和螺釘孔處，如圖4—12所示。支輪的裂紋多出現(xiàn)于人孔周邊，呈放射狀；支環(huán)的裂紋多出現(xiàn)于焊縫處，或支環(huán)斷裂。
(2)局部變形過(guò)大多。此種情況多數(shù)是筒殼中部塌陷。
(3)連接螺栓被剪斷或彎曲變形過(guò)大。
造成上述失效的原因是復(fù)雜的，需要具體分析，一般來(lái)說(shuō)可能有以下幾種：
(1)理論計(jì)算有誤。如某礦使用的241．7仿蘇型提升機(jī)，根據(jù)正確計(jì)算應(yīng)有3~4個(gè)支環(huán)，而實(shí)際只有兩個(gè)，故造成滾筒強(qiáng)度不足。
(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不良。造成該筒各部分剛度相差過(guò)大。如所加支輪和支環(huán)的結(jié)構(gòu)不合理，形成局部剛性過(guò)高，從而導(dǎo)致局部應(yīng)力過(guò)高，不符合彈性均勻化設(shè)計(jì)原則。
(3)加工安裝不當(dāng)。如滾筒不圓或支環(huán)與筒殼貼合不好等。
(4)使用維修不當(dāng)。如過(guò)載以及加速度過(guò)大等。
(5)原材料有缺陷。如內(nèi)部裂紋等。
(6)焊接工藝不當(dāng)。如焊條或焊接參數(shù)選用不當(dāng)，焊接處清洗不凈，以及焊后不進(jìn)行熱處理或熱處理不當(dāng)造成焊接殘余應(yīng)力過(guò)高等。
(7)原設(shè)計(jì)許用應(yīng)力選取過(guò)大。如蘇制或仿蘇的241．7和2 41．8型提升機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)中可以采用8t底卸式箕斗，鋼繩直徑可達(dá)47．5mm，鋼繩最大靜拉力可分別達(dá)到17．5t和18t，而筒殼厚度僅有16mm，其應(yīng)力可達(dá)180MPa一200MPa，因此很容易出現(xiàn)裂紋。
圖4-2 筒殼的裂紋形式示意圖
（a）沿筒殼圓周方向局部開(kāi)裂；（b）沿焊縫和支環(huán)處局部開(kāi)裂
1-筒殼；2-支環(huán)
簡(jiǎn)殼許用應(yīng)力的確定
筒殼和支環(huán)的材料通常是A3和16Mn。鑄造支輪多用ZG35，A3的厚度在20mm~~40mm時(shí)，230MPa，＝400Mpa;l6Mn的厚度在20mm~~40mm時(shí)，290MPa一330Mpa,=500 MPa。
從理論上分析可知筒殼和支輪所受的應(yīng)力是變化的，但實(shí)踐證明多數(shù)滾筒的失效都是在沒(méi)有顯著變形的情況下形成裂紋。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，都是按照靜強(qiáng)度的方法來(lái)計(jì)算，或按照與疲勞強(qiáng)度等效的靜強(qiáng)度計(jì)算。
安全系數(shù)的確定是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。它主要取決于下列幾種因素：
(1)原材料的穩(wěn)定情況，包括材料性質(zhì)，原材料尺寸變化，制造工藝的穩(wěn)定性等；
(2)計(jì)算的精確度，包括外載荷，以及應(yīng)力等計(jì)算的精確程度；
(3)零件的重要程度。
根據(jù)滾筒的具體情況，其原材料和制造工藝都比較穩(wěn)定，計(jì)算精度為中等，又是屬于比較重要的零件，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可把安全系數(shù)定為1．5—1．8。目前，我國(guó)各廠家常取A3的許用應(yīng)力［］＝140MPa，16Mn的許用應(yīng)力［］＝180MPa。它們也都在1．5~~1．8之間，亦可這樣計(jì)算，即取材料的脈動(dòng)疲勞極限為(0．52一0.56) ，安全系數(shù)為1．5；這樣計(jì)算出的許用應(yīng)力與上述相近。但考慮到滾筒在成形或安裝時(shí)，會(huì)有局部凹陷的現(xiàn)象，故有人建議在按上述許用應(yīng)力計(jì)算出卷筒厚度之后再加上2mm一3mm。
滾筒的焊縫和連接螺栓的許用應(yīng)力至今尚無(wú)統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，設(shè)計(jì)中可以參照滾筒母材的許用應(yīng)力或參照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范選取，見(jiàn)表3—1。
在滾筒上的螺孔及焊縫截面的變化處均有應(yīng)力集中，焊接處如不經(jīng)退火也會(huì)有殘余應(yīng)力存在。未經(jīng)處理的焊縫中心的殘余應(yīng)力是拉應(yīng)力，其值可達(dá)到屈服極限，當(dāng)它與工作應(yīng)力疊加時(shí)，造成平均應(yīng)力增加。這樣就大大降低許用疲勞強(qiáng)度，使壽命降低。消除的方法可以用退火、振動(dòng)與錘擊，以及火焰烘烤等，另外也可以用預(yù)熱法。
4.2 正常工作時(shí)作用于筒殼上的外載荷
作用于筒殼上的外載荷有：
1）鋼繩張力和自重，使筒殼像空心軸一樣被彎曲；
2）鋼繩張力作用于纏繞半徑上，使筒殼像空心軸一樣被扭轉(zhuǎn)；
由于卷筒的直徑很大（盡管筒殼很薄），因而慣性矩（包括極慣性矩）很大，故由上兩種載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力都不大，計(jì)算時(shí)可以略去。
3）鋼繩螺旋纏繞在卷筒上，當(dāng)鋼繩有張力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沿圓周分布的力，壓縮筒殼，使其半徑有縮小的趨勢(shì)。根據(jù)下面將敘述到的理由，這是使筒殼產(chǎn)生應(yīng)力的主要載荷。
為了簡(jiǎn)化，可以把螺旋纏繞的繩圈看成是環(huán)形纏繞，因?yàn)槁菥啵ㄅc直徑相比）很小。纏繞的全部繩圈，可以看作是若干環(huán)狀載荷的疊加，也就是說(shuō)，只要分析清楚一個(gè)繩圈的作用就可以了，其余繩圈的作用，可用同樣的方法來(lái)分析。
1)一個(gè)繩圈對(duì)于筒殼的作用
可以直觀的看出，每一個(gè)環(huán)狀繩圈都是一個(gè)沿圓周均勻分布的徑向載荷（圖4-3a）。對(duì)于這一點(diǎn)，我們可以從力的分析上來(lái)說(shuō)明。
圖4-3 筒殼受力分析圖
a）筒殼的徑向外載荷；b）繩圈對(duì)筒殼的壓力
自筒殼上分出一單位（1厘米）弧長(zhǎng)，夾角為（圖4-3b）。如認(rèn)為鋼繩張力為定值，則鋼繩張力的合力（當(dāng)夾角足夠小時(shí)）為：
由于，故上式可寫(xiě)成：
式中 r——筒殼平均半徑。
此力是作用在單位弧長(zhǎng)筒殼上的外載荷，方向?yàn)閺较?，指向圓心。如令此載荷為P，則
當(dāng)筒殼受此力時(shí)，顯然有沿徑向產(chǎn)生變形（撓度）。如徑向變形（撓度）為y，它在筒殼中必然引起壓縮應(yīng)力：
式中 E——材料的彈性模數(shù)。
如認(rèn)為此應(yīng)力在徑向沿筒殼厚度、在軸向沿繩圈間距均勻分布，則由此而產(chǎn)生的側(cè)向壓縮力（與鋼繩張力F大小相等、方向相反）為：
（4-1）
式中 ——鋼繩纏繞節(jié)距（即繩圈間距）；
——筒殼厚度。
仿上面的推導(dǎo)方法．可求出在單位弧長(zhǎng)筒殼的單位長(zhǎng)度(軸向)上二側(cè)向壓縮力的合力(方向?yàn)閺较蛳蛲?為：
用表示、表示，則上式可以寫(xiě)成：
（4-2）
上式表明，當(dāng)筒殼受外載荷P時(shí)，產(chǎn)生徑向壓縮變形y，同時(shí)伴隨著產(chǎn)生一反力，其大小與y成正比，方向與撓度方向相反。式中稱為基礎(chǔ)系數(shù)。
經(jīng)過(guò)以上分析，對(duì)于這種在結(jié)構(gòu)上和載荷上都是極對(duì)稱的筒殼在計(jì)算時(shí)不必從筒殼的一般方程出發(fā)而可以把它當(dāng)作一個(gè)自筒殼上分割出的、沿弧長(zhǎng)為單位長(zhǎng)的、反力與撓度成正比的“梁”來(lái)計(jì)算。按這種方法，計(jì)算較簡(jiǎn)單，概念也比較容易建立。即可按普通梁的公式和計(jì)算程序來(lái)計(jì)算筒殼。
不過(guò)，在作為梁處理之前，還需要附加一點(diǎn)變化。原因是梁在變形時(shí)，以中性層為界，受壓縮的一面纖維縮短，受拉伸的一面纖維伸長(zhǎng)，因而在梁的側(cè)面上有向外凸出和向里凹進(jìn)的現(xiàn)象。也就是說(shuō)，如梁的縱向變形為，則橫向變形為，但對(duì)自筒殼中截出的這個(gè)“梁”則不然，因?yàn)樗軅?cè)面相鄰截面的約束，不允許在變形后側(cè)面有凸出或凹進(jìn)的現(xiàn)象，因此，側(cè)面受有應(yīng)力，使此“梁”處于平面應(yīng)力狀態(tài)。其應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系，應(yīng)由廣義虎克定律得出，即
上式與單向應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系相比，相當(dāng)于彈性模量放大了倍，因此，在計(jì)算“梁”的剛度時(shí)，不用普通梁的剛度，而要相應(yīng)的改變?yōu)椋?
（4—3）
式中 ——板的彎曲剛度；
——波桑比，取=0.3。
2)“梁”（筒殼）的變形和內(nèi)力分析。
分析梁的變形和內(nèi)力的方法很多，我們采用彈性線方程的方法。根據(jù)材料力學(xué)，普通梁的彈性方程為：
式中 ——作用于梁上的均布載荷。
根據(jù)前面所述，對(duì)于自筒殼中分割出的梁，一旦產(chǎn)生撓度后，便有一相應(yīng)的反力產(chǎn)生，故此時(shí)作用于梁上的載荷不再是q，而為，并且應(yīng)把改用，則梁（筒殼）的彈性線方程為：
或 （4-4）
上式的特解為；其次方程的解為：
（4-5）
式中
為求出積分常數(shù)、、、，需找出相應(yīng)的邊界條件。
從力學(xué)意義上來(lái)看，式（4-5）為受有環(huán)向集中載荷P的筒殼的彈性線方程，它與彈性基礎(chǔ)梁受有集中力P的撓度方程相同。先用比較簡(jiǎn)單的條件定出其積分常數(shù)。
比較簡(jiǎn)單的情況是無(wú)窮長(zhǎng)梁，此時(shí)邊界條件為：
時(shí)， ，；
（即在P的作用點(diǎn)處）時(shí)，，。
由此求出諸常數(shù)：
；；
代入（4-5）式，整理得：
（4-6）
式中 （見(jiàn)《礦山提升運(yùn)輸機(jī)械》冶金工業(yè)出版社）
根據(jù)撓度方程，便可求出彎矩及剪力方程：
式中
上面幾個(gè)式子，雖然是對(duì)于無(wú)窮長(zhǎng)梁求出的，但是由于撓度、彎矩和剪力均為x的衰減函數(shù)，衰減的速度也較快，因此，作為近似，上述各式在一定條件下亦可用于有限長(zhǎng)度的梁。
經(jīng)過(guò)以上的分析可以得出如下概念：
由于、、經(jīng)過(guò)其第一個(gè)零點(diǎn)〔的第一個(gè)零點(diǎn)為，的第一個(gè)零點(diǎn)為，的第一個(gè)零點(diǎn)為〕后余值不大，故實(shí)際上可以把無(wú)窮長(zhǎng)梁理解為：
（4-7）
也就是說(shuō)，在計(jì)算筒殼時(shí)，只要其長(zhǎng)度距集中載荷作用點(diǎn)大于時(shí)，均可作為無(wú)窮長(zhǎng)的彈性基礎(chǔ)梁來(lái)處理。（4-7）式中的、、分別稱為撓度、彎矩和剪力的影響區(qū)。
3)各繩圈力的疊加
要注意這樣一個(gè)問(wèn)題，即所有繩圈的力不是同時(shí)加上，而是有先后順序的，逐圈加上的。這種纏繞方式的特點(diǎn)，對(duì)鋼繩的張力亦有影響，可以直接參照《礦山機(jī)械》（運(yùn)輸機(jī)械部分）此書(shū)來(lái)計(jì)算。
參考公式，此處C為鋼繩張力降低系數(shù)。
（4-8）
上式是根據(jù)無(wú)窮長(zhǎng)梁的條件推導(dǎo)出，對(duì)于有支撐處的C值則不能用上式計(jì)算。
為了避免運(yùn)算上的繁瑣，也可用下面較簡(jiǎn)單的公式計(jì)算：
（4-9）
在一般情況下，（4-8）式與（4-9）式之差約為5%。
4.3 筒殼強(qiáng)度的計(jì)算
基于上面的分析可以看出，由于引入了影響區(qū)的概念，可以不必把“梁”（筒殼）看成一個(gè)整體，而可把它分為若干區(qū)域：
1）自由筒殼區(qū)：不受支撐要影響的區(qū)域，故把此區(qū)域的梁作為無(wú)窮長(zhǎng)梁來(lái)處理;
2) 支輪區(qū)：受支輪支撐影響的區(qū)域；
3）支環(huán)區(qū)：受支環(huán)支撐影響的區(qū)域；
下面分別討論各區(qū)筒殼應(yīng)力的計(jì)算：
(1)自由區(qū)筒殼應(yīng)力的計(jì)算
由于不受支撐的影響，故無(wú)彎曲應(yīng)力，僅受壓縮應(yīng)力，其值為：
（4-10）
式中 q——作用在筒殼上的均布載荷，；
C——自由區(qū)鋼繩張力降低系數(shù)，按（4-8）式或（4-9）式計(jì)算。
(2)支輪處筒殼應(yīng)力的計(jì)算
由于支輪結(jié)構(gòu)的不同，故所造成的支撐條件亦不同，大致有如下三種類型：
1）接近鉸支的；
2）接近固定的；
3）接近彈性支撐的；
公式的具體推導(dǎo)過(guò)程參考書(shū)《礦山機(jī)械（提升運(yùn)輸機(jī)械部分）》
端點(diǎn)（支輪處）的彎曲應(yīng)力為：
（4-11）
(3)支環(huán)處筒殼應(yīng)力的計(jì)算
支環(huán)與筒殼系剛性固定，由于支環(huán)不是絕對(duì)剛性的，所以在纏繞繩圈作用下筒殼與支環(huán)同時(shí)產(chǎn)生變形，顯然它們的變形量（撓度）相等，即支環(huán)處筒殼的撓度等于支環(huán)的撓度。
值得注意的是滾筒上的木襯的作用，木襯沿軸向做成許多條狀，用埋頭螺栓固定在滾筒上。具體排列情況有兩種：一種是木襯做成松散的排列，一種是木襯做緊密排列。
不論木襯如何排列，因?yàn)槟疽r具有變形的滯后性，也就是變形落后于作用力一個(gè)微小時(shí)間。滯后的變形發(fā)生在鋼繩纏到滾筒之后，故它將引起鋼繩拉力降低，根據(jù)理論分析與實(shí)驗(yàn)證明，在木襯下面加一層模數(shù)很小的墊片（如橡膠墊），稱為彈性卸荷層，可使筒殼的應(yīng)力降低25%~27%，但木襯可使?jié)L筒轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，從而電能消耗也增加并且增加了維修工作量。但從上述可知，對(duì)原設(shè)計(jì)的木襯，不經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析與計(jì)算，不應(yīng)該隨便改變要求或去掉。
4.4 多層纏繞時(shí)筒殼的計(jì)算特點(diǎn)
多層纏繞于單層纏繞的區(qū)別，是載荷增大了。如前所述，當(dāng)成纏繞時(shí)筒殼所受的均布載荷為，則多層纏繞時(shí)筒殼所受的均布載荷為（稱為纏繞系數(shù)，隨纏繞層數(shù)而變化）。此外，由于纏繞多層后，鋼繩對(duì)卷筒擋板產(chǎn)生側(cè)壓，使筒殼產(chǎn)生縱向拉力。如纏繞的層數(shù)不太多（例如不超過(guò)5層），這種現(xiàn)象所造成的應(yīng)力遠(yuǎn)小于徑向載荷說(shuō)造成的應(yīng)力，故可略去不計(jì)。以下僅討論由徑向載荷所造成的筒殼應(yīng)力。
顯然，在多層纏繞時(shí)，筒殼外載荷的計(jì)算可歸結(jié)為求纏繞系數(shù)。當(dāng)外載荷求出后，其它計(jì)算與單層纏繞時(shí)相同。
圖4-4 雙層纏繞計(jì)算示意圖
雙層纏繞時(shí)：
三層纏繞時(shí)：
筒殼的許用應(yīng)力如下：
當(dāng)材料為或時(shí)，〔〕=1400公斤／；
當(dāng)材料為16Mn時(shí)，許用應(yīng)力比高30%。
4.5 具體計(jì)算及校核2JK-2.5X1.5型的筒殼強(qiáng)度
(1)已知條件（2JK-2.5X1.5型提升機(jī)）
鋼繩最大靜張力F=83KN，鋼繩直徑d=30mm
鋼繩彈性模量MPa
鋼繩金屬斷面積
卷筒殼半徑r=117.5cm
纏繞層數(shù)n=3；輪轂半徑
纏繞節(jié)距t=30+3=33mm
卷筒殼厚度；圓盤(pán)厚=30mm
鋼的彈性模量MPa
筒殼及圓盤(pán)材料16Mn, =182MPa
(2)計(jì)算：
取i=10
∕cm
的計(jì)算如下：
查表6-1《礦山提升運(yùn)輸機(jī)械》（冶金工業(yè)出版社）
的計(jì)算如下表4-1
距第一圈的距離x(mm)
3.3
6.6
9.9
13.2
16.5
19.8
23.1
26.4
29.7
33
0.22585
0.4517
0.67756
0.9034
1.1293
1.35511
1.58096
1.8068
2.0327
2.2585
0.9651
0.8231
0.6997
0.5712
0.4476
0.2849
0.1959
0.1234
0.0667
0.0080
4.1856
自由筒殼區(qū)鋼繩張力降低系數(shù)：
(3)計(jì)算三層纏繞時(shí)的纏繞系數(shù)：
(4)計(jì)算筒殼強(qiáng)度
1）自由筒殼區(qū)
筒殼均布載荷
2）在支撐處：如認(rèn)為此處鋼繩張力降低系數(shù)
彎曲應(yīng)力
壓縮應(yīng)力
各應(yīng)力值均在極限應(yīng)力值內(nèi)，滿足強(qiáng)度要求。
5 主軸理論設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核
5.1 主軸的結(jié)構(gòu)
主軸是提升機(jī)承載的主要部件，提升機(jī)的主要工作構(gòu)件如滾筒、軸承、離合器以及聯(lián)軸器等均安裝在主軸上。有些小型提升機(jī)的主軸還裝有減速的末級(jí)大齒輪。電動(dòng)機(jī)通過(guò)主軸驅(qū)動(dòng)滾筒．主軸也是傳動(dòng)的主要部件。提升機(jī)主軸應(yīng)能承受工作過(guò)程中的外負(fù)荷而不發(fā)生殘余變形和過(guò)量的彈性變形，同時(shí)要保證一定的使用壽命。
主軸往往是提升機(jī)中重量最大的一個(gè)零件，其尺寸和傳遞的力矩也較大。因此．在結(jié)構(gòu)上除應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度要求外，還應(yīng)重視工藝和安裝方面的問(wèn)題。主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)；
(1)要便于起吊、拆裝和加工。零件在軸上要求定位準(zhǔn)確，工作中不發(fā)生移動(dòng)。例如，為了便于安裝、找正，提升機(jī)主軸目前一般做成兩支點(diǎn)。為了便于加工，主軸軸向尺寸不宜過(guò)長(zhǎng)．以免需要大型工裝及需要大型爐進(jìn)行熱處理等。現(xiàn)代提升機(jī)上已普遍采用滾動(dòng)軸承代替原來(lái)的滑動(dòng)軸承，這樣可減小主軸軸向尺寸：為便于安裝，主軸結(jié)構(gòu)應(yīng)作相應(yīng)考慮。如圖4—l所示的雙滾筒主軸，為廠安裝上的方便，在死滾筒左支輪側(cè)留有一定間隙，在活滾筒有輪教兩端固定有擋環(huán)作為調(diào)整環(huán)，以便在裝配時(shí)修正。
圖4-5 主軸結(jié)構(gòu)
（a）2JK型；(b)2JK（A）型
(2)滾筒在軸上的固定方法可用切向鍵也可用靜配合，但不論用何種方法都應(yīng)使連接可靠，不允許在運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。對(duì)鍵連接應(yīng)有防遲裝置。雙滾筒提升機(jī)每個(gè)滾筒僅在一個(gè)支輪輪轂處固定就可以了。對(duì)于活該筒，為了避免因多次調(diào)繩操作后軸上磨出構(gòu)槽，所以在其右輪毅與主軸問(wèn)加設(shè)襯套。
（3）軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量使軸受力合理，避免或減輕應(yīng)力集中，以保證軸的疲勞強(qiáng)度。軸徑變化處過(guò)渡圓角半徑不應(yīng)過(guò)小。根據(jù)需要和可能對(duì)主軸進(jìn)行表面強(qiáng)化處理（如噴丸、滾壓等）以提高其疲勞強(qiáng)度。
（4）主軸是主要承載部件，且受交變應(yīng)力，故對(duì)其工藝要求較高。主軸鍛造后必須進(jìn)行探傷實(shí)驗(yàn)及機(jī)械性能試驗(yàn)，當(dāng)有裂紋及其他缺陷存在時(shí)，此軸的壽命會(huì)受到影響。主軸加工后要進(jìn)行熱處理，熱處理方法有用正火也有用調(diào)質(zhì)的。
（5）主軸材料一般采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼，最常用的是45碳素結(jié)構(gòu)鋼。這種材料價(jià)廉、對(duì)應(yīng)力集中敏感性小、加工性能好，通過(guò)調(diào)質(zhì)處理，可獲得強(qiáng)度、耐磨性和沖擊韌性都比較好的綜合機(jī)械性能。一般不采用合金鋼，因?yàn)樘间撆c合金鋼的彈性模量相差很小，用合金鋼雖可提高主軸強(qiáng)度，但對(duì)提高主軸剛度意義不大。
5.2 主軸及附屬部件的設(shè)計(jì)、計(jì)算
主軸的正常載荷
1）. 安裝載荷
安裝載荷包括：主軸、活卷筒、固定卷筒、調(diào)繩裝置、輪轂、半聯(lián)軸器以及鋼繩等的自重。卷筒（包括木襯）自重認(rèn)為平均分配在各輪轂上，并集中于輪轂長(zhǎng)度的中心；調(diào)繩裝置（固定在活卷筒右擋繩板和死卷筒的左擋繩板上）、輪轂和半聯(lián)軸器的自重認(rèn)為集中加于各自輪轂的中心；主軸自重所產(chǎn)生的均勻載荷可用加于各輪轂中心和支座上的集中力來(lái)代替，其各力的大小按相鄰軸段自重之半來(lái)計(jì)算。這些載荷方向始終垂直向下，大小不變。
2）工作載荷
工作載荷是由鋼絲繩張力而產(chǎn)生的彎矩和扭矩。作用在卷筒上的綱繩張力分別為：
上升繩的張力
下放繩的張力
考慮到出繩角的影響，鋼繩的張力可分為垂直方向及水平方向的分力。由于出繩角一般為正值（即出繩高于水平）故垂直分力方向向上，與安裝載荷的方向相反。當(dāng)校核已知出繩角的提升機(jī)主軸強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)按實(shí)際的出繩角進(jìn)行計(jì)算，但在新設(shè)計(jì)提升機(jī)時(shí)，從較危險(xiǎn)的工況出發(fā)，出繩角按水平計(jì)算。
鋼絲繩張力在各輪轂上的分配，是根據(jù)鋼絲繩在卷筒上的位置及卷筒的結(jié)構(gòu)尺寸，按杠桿比例關(guān)系（即簡(jiǎn)支梁求反力的關(guān)系）將其分配于1、2、3、4各點(diǎn)上如圖4-6所示。當(dāng)提升機(jī)工作時(shí)，在一次提升過(guò)程中鋼絲繩張力作用在卷筒上的位置是變化的，對(duì)于不平衡提升系統(tǒng)其大小也是變化的，要想在開(kāi)始計(jì)算時(shí)，就判別出哪一種工況最危險(xiǎn)是不容易的，但又不可能對(duì)運(yùn)行中的所有各點(diǎn)均進(jìn)行計(jì)算。因此，實(shí)際上說(shuō)采用的方法是找出幾個(gè)典型工況，并認(rèn)為最危險(xiǎn)的工況就是其中之一。對(duì)于雙筒提升機(jī)單層纏繞時(shí)，通常按以下四種工況進(jìn)行計(jì)算：
（1）死卷筒提升開(kāi)始；
（2）死卷筒提升終了；
（3）活卷筒提升開(kāi)始；
（4）活卷筒提升終了；
同時(shí)，由于平衡提升時(shí)，鋼絲繩張力對(duì)主軸說(shuō)產(chǎn)生的彎矩比較大、扭矩比較小，而不平衡提升則相反。因此，對(duì)于成批生產(chǎn)的大型提升機(jī)，應(yīng)按兩種提升系統(tǒng)分別進(jìn)行計(jì)算，亦即對(duì)于雙筒提升機(jī)單層纏繞時(shí)需要計(jì)算八種工況。顯然，對(duì)于多層纏繞時(shí)提升機(jī)主軸的計(jì)算將更加復(fù)雜。
根據(jù)安裝載荷和工作載荷，可求出作用于主軸上的垂直分力和水平分力，從而可求出主軸各斷面由正常載荷產(chǎn)生的垂直彎矩，水平彎矩及合成彎矩，它使主軸產(chǎn)生交變彎曲應(yīng)力。
主軸的事故載荷
鋼絲繩斷裂時(shí)對(duì)主軸造成事故載荷。當(dāng)提升容器在井筒中的任何位置時(shí)，由于各種原因都可能發(fā)生斷繩。最可能的原因是全速上升的容器突然被卡住，由于鋼絲繩的彈性，整個(gè)系統(tǒng)的其它運(yùn)動(dòng)部分并不立刻停止，而因慣性繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。因之除上升容器以外的整個(gè)系統(tǒng)的慣性力都作用在上升鋼絲繩上，使其張力大大增加，從而引起鋼絲繩很大的變形直至斷裂。因?yàn)檫@種事故很少發(fā)生，在此就不做詳述了。
提升機(jī)主軸的強(qiáng)度計(jì)算，按機(jī)械零件中所闡述的方法進(jìn)行。首先計(jì)算出各種工況下主軸各斷面在垂直面上和水平面上的彎矩，同時(shí)繪出相應(yīng)的彎矩圖，并求出合成彎矩；其次計(jì)算出各種工況下各段軸所承受的扭矩，并繪出相應(yīng)的扭矩圖。綜合分析彎矩和扭矩的計(jì)算結(jié)構(gòu)，確定危險(xiǎn)斷面。然后根據(jù)應(yīng)力集中、載荷性質(zhì)等因素，校核主軸各危險(xiǎn)斷面的安全系數(shù)。
提升機(jī)主軸上彎曲應(yīng)力是從變到，在聯(lián)軸器與其臨近卷筒之間的那一段軸上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力是從變到，而在兩卷筒之間的那一段軸上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力則從變到（）。
2JK-2.5×1.5型提升機(jī)主軸計(jì)算
電機(jī)采用YRJ315M1-10，220KW
滾筒周長(zhǎng)：C=
轉(zhuǎn)速n=r/min
最大扭矩；M=9550=90171.678
根據(jù)材料力學(xué)公式：＜
＜80000000
計(jì)算得 d≥225.6mm
由于固定滾筒處采用兩個(gè)切向鍵連接，且主軸上斷面變化不應(yīng)太劇烈，根據(jù)《機(jī)械零件》，對(duì)于直徑d≥100mm的軸，有兩個(gè)鍵槽時(shí)軸徑應(yīng)增大7%，即
=225.6=241.4mm
安排四個(gè)輪轂處軸徑分別為（從活動(dòng)到固定）；； ；兩個(gè)軸承座處軸徑均為
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（后面使用到的公式都可以在附表參考資料中查?。┮?，鍵長(zhǎng)是軸徑的1.5倍，故
鍵長(zhǎng)取
；
；
根據(jù)鍵長(zhǎng)L是比輪轂寬10%~15%，所以取
輪轂寬；
；
活卷筒與死卷筒之間加工出軸肩，軸肩高h(yuǎn)＞0.07d=0.07×410=29
故軸肩直徑＞410+58=468取軸肩=470
計(jì)算一些必要的數(shù)據(jù)
主軸全長(zhǎng)：L=5393mm；
左右軸承中心線之間的距離：=45