多绳摩擦式矿井提升机设计说明

摘要

本文对多绳磨擦式矿井提升机发展与应用、种类与结构进行了综合阐述，对多绳摩擦式矿井提升的优缺点进行了分类和研究；论证了多绳摩擦提升的工作原理；介绍了多绳摩擦式矿井提升机的各种型号；在制动工作原理进行说明的基础上，对制动器进行了选型。结合特定的矿井的采煤与地质情况，对多绳摩擦式矿井提升机进行设备选型，形成一整套完备的矿井提升系统，整个系统的电控系统非常重要，所以最后对所设计的系统进行了电控系统设计。

多绳摩擦式矿井提升机系统的各系统的型号选型计算，与对各系统的统一布置，确定各系统的工作位置和尺寸，这些对多绳摩擦式矿井提升机在实际应用中提供了必要参数。

关键词：多绳摩擦式矿井提升机；选型；制动；系统

Abstract

In this paper, rope and more friction-mine hoist the development and application, type and structure of a comprehensive elaboration of multi-rope friction-mine the advantages and disadvantages of upgrading the classification and study of multi-rope friction demonstration enhance the work of principle; introduced a multi - - Rope friction-mine hoist the various models in principle that brake work on the basis of a selection of the brake. With a specific mine coal mining and geological conditions, the multi-rope friction-mine hoist a selection of equipment, a set of comprehensive mine hoist system, the whole system of electronic control is very important, so the final design of the system The control design. Multi-rope friction-mine hoist system of the Selection System Model, and the layout of the unified system, the system determine the location and size of these multi-rope friction-mine hoist in practical application to provide the necessary Parameters.

Keywords: multi-rope friction-mine hoist; Selection; braking; system

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目录

摘要 Abstract 前言iii

1 提升机的概述0

1.1提升机的简介0

1.2提升机的用途和发展概况1 1.3提升机的工作原理3 2 提升机的组成5

2.1 工作机构5 2.2 制动系统6

2.2.1制动装置的功用6 2.2.2 制动装置的类型7 2.3 机械传动系统7 2.4润滑系统7

2.5观察和操纵系统8

2.6拖动，控制和自动保护系统8 2.7辅助部分9

3 提升机的选型计算10

3.1设计依据10 3.2提升容器选择10 3.3钢丝绳选择11

3.3.1绳端荷载计算11

3.3.2首绳单位长度重量11 3.3.3尾绳单位长度重量12 3.4提升机的选择12

3.4.1摩擦轮的最小直径12

3.4.2最大静力和最大静力差12 3.5电机的选择13 3.6提升机的校核14

3.6.1提升机直径验算14

3.6.2钢丝绳校验（提升矸石）14 3.7 提升系统计算14

3.7.1井架高度计算14 3.7.2 上绳弦长计算15 3.7.3 上绳仰角计算15 3.7.4 下绳弦长计算15 3.7.5 下绳仰角计算15 3.7.6 围包角计算15

3.7.7 上弦距下弦最小距离计算15

4 提升机卷筒的设计17

4.1卷筒的分类17

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4.2 卷筒绳槽的确定17 4.3卷筒的确定18

4.3.1 卷筒节径设计19 4.3.2 卷筒的长度设计19 4.3.3 卷筒壁厚设计19 4.4 卷筒强度计算19 5 卷筒主轴的设计21

5.1 卷筒轴的受力分析与工作应力分析21 5.2 轴的设计计算21

5.3确定各段轴的直径和长度22 5.4 轴的校核23 6 提升机的制动系统24

6.1 盘式制动器24

6.1.1 盘式制动器的布置方式25 6.1.2 盘式制动器的工作原理26

6.2盘式制动器的设计计算26

6.2.1 盘式制动器工作时所需制动力26 6.2.2 每副闸应有的制动力矩28 6.2.3实际正压力的计算29

6.2.4制动器液压缸的结构与设计计算29 6.3 盘式制动器的调整和维护33

6.3.1 闸瓦间隙的调整33 6.3.2 蝶形弹簧的检查33

7 提升机的液压站34

7.1 液压站的功用34

7.2 提升机液压站的工作要求34 7.3 液压站的组成部分34

7.4液压站的维护与注意事项34 8 提升机电控系统 ···························8.1提升机控制系统组成36 8.2提升机控制系统的功能36 8.3安全回路39 8.4电气制动41 8.5 特点41

8.6矿井提升机控制系统的操作步骤42 8.7 提升机各部分分析46 结论67 致68

参考文献69

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前言

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。

在国外，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一样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，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，因而可以用一样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。

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通过本次的毕业设计，进一步熟悉多绳摩擦式矿井提升机各部分的工作原理，完成矿井多绳摩擦式提升机总体机构之中的各个部件的设计和校核计算，使之能够在合适的矿井下进行运作，而且使提升机的生产效率大大的提高，保证矿井工作的顺利进行。

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1 提升机的概述

1.1提升机的简介

矿井提升机是一种大型提升机械设备。由电机带动机械设备，以带动钢丝绳从而带动容器在井筒中升降，完成输送任务。矿井提升机是由原始的提水工具逐步发展演变而来。现代的矿井提升机提升量大，速度高，安全性高，已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械。

矿井提升机主要由电动机、减速器、卷筒（或摩擦轮）、制动系统、深度指示系统、测速限速系统和操纵系统等组成，采用交流或直流电机驱动。按提升钢丝绳的工作原理分缠绕式矿井提升机和摩擦式矿井提升机。缠绕式矿井提升机有单卷筒和双卷筒两种，钢丝绳在卷筒上的缠绕方式与一般绞车类似。单筒大多只有一根钢丝绳，连接一个容器。双筒的每个卷筒各配一根钢丝绳，连接两个容器，运转时一个容器上升，另一个容器下降。缠绕式矿井提升机大多用于年产量在120万吨以下、井深小于400米的矿井中。摩擦式矿井提升机的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，或一端连接容器，另一端连接平衡重。摩擦式矿井提升机根据布置方式分为塔式摩擦式矿井提升机（机房设在井筒顶部塔架上）和落地摩擦式矿井提升机（机房直接设在地面上）两种。按提升绳的数量又分为单绳摩擦式矿井提升机和多绳摩擦式矿井提升机。后者的优点是：可采用较细的钢丝绳和直径较小的摩擦轮，从而机组尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。年产120万吨以上、井深小于2100米的竖井大多采用这种提升机

矿井提升机具有以下特点： （1）安全性

所谓安全性，就是不能发生突然事故。由于矿井提升设备在矿山生产中所占的地位十分重要，其运转的安全性．不仅直接影响整个矿井的生产，而且还涉与人员的生命安全。因此各国都对矿井提升设备提出了极严格的要求。在我国这些规定包括在《煤矿安全规程》只中。 （2）可靠性

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所谓可靠性，是指能够可靠地连续长期运转而不需在短期检修。矿井提升设备所担负的任务十分艰巨，不仅每年要把数十万吨到数百万吨的煤炭和矿石从井下提升到地面，而且还要完成其他辅助工作。一个年产150万吨的矿井，停产一天就要损失大约20万元。因此矿井提升机至少要服务二十年以上而不需大修。 （3）经济性

矿井提升设备是矿山大型设备之一，功率大，耗电多，大型矿井提升机的功率超过1000KW。因此矿井提升设备的造价以与运转费用，也就成为影响矿井生产技术经济指标的重要因素之一。 1.2提升机的用途和发展概况

矿井提升设备是矿山运输中的咽喉设备,又是矿山最大的耗电设备。西德、瑞典等国是当今世界上制造矿井提升机较先进的国家,特别是多绳摩擦式提升机更为突出。在这些国家的竖井中几乎全部采用较先进的多绳摩擦式提升机,不仅广泛采用庞大井塔的塔式多绳摩擦提升机,而且越来越多地使用较低的井架的落地式多绳提升机。它们的发展特点是体积小,重量轻,终端提升量大,提升速度高,衬垫材料摩擦系数大又耐磨,液压制动,运转安全可靠,自动化程度高,多机集中控制等。生产的产品供世界上二十多个国家使用。我国矿井提升设备在上述技术方面与发达国家相比有一定的差距，自动化和多机集中控制技术方面差距大，产品在国际市场上缺乏竞争能力。

装式提升机在我国已有多台运行，作为高度机电一体化的，节能新产品应重点发展。同时开展斜井提摩擦提升和布雷尔提升机的研制。

目前国外矿井提升机总的发展趋向是：

(1)向大型化发展 矿井大型化和要求提升机大型化之目的主要在于获得更大的矿产量。1O年前，年产90～120万t的矿为大型矿。目前，就世界围而言， 年产200～300万t的矿山也不算大，仅仅算中、小型矿 瑞典最下矿将达1000 ～2500万r／a。大型化主要体现在大容量的提升容器。目前．世界上一次提升最大重量已达63t。国外大型提升机都采用多绳摩擦式提升机。

(2)向自动化、遥控方向发展 自动化不仅仅是为了节省人力，更重要的是适应大生产、集中控制、集中管理、系统联动的需要．也是保证产量和提高劳动生产率的有效手段 同时也包含减轻劳动强度、节省人力、电力和提高运行安全性。国外大型矿井

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提升机都广泛采用以多种保护为基础的自动化运行．并能记录和处理各种生产数据、运行等资料。英国完善了包括有全功能维护设计的可控硅供电，直接连接直流电动机驱动系统和在井简中的提升机控制系统 目前国外主井几乎都是自动化运行，副井由于机动性大．一般都是采用按钮控制和在罐笼遥控。

(3)继续发展多绳提升机 一般浅井、提升重量不大时．可采用常规缠绕式提升机；但当深井、提升重量大时，须采用多绳摩擦式提升机。有相当一部分提升任务既可采用缠绕式提升机也可采用多绳提升机，如果现场条件允许．则多绳摩擦式提升机更为经济。目前多绳缠绕式提升机继续向更先进方向投展。有些国家生产的多绳提升机，塔式和落地式多绳提升机大致各占5O%。

(4)发展各种新型和专用提升设备除目前已出现的落地式提升机、布雷尔提升机和采用钢芯胶带牵引的摩擦式提升机外； 国外还研制了起重式提升机、各种不同包围角的多绳摩擦式提升机(用于浅井)．另外，还研制了不同形式的无绳提升设备，现已知的有机械式、电磁式、水力式和风动式。

(5)采用“四新”(新技术、新结构、新材料和新工艺)采用“四新” 后，提升机主轴装置、制动系统、液压系统、操纵系统和驱动系统等各部分不断改进提高，使整个多绳摩擦式提升机结构朝着体积小、重量轻、效率高的方向发展。 国矿井提升机的发展趋向是：

(1)发展多绳摩擦轮提升机，特别是大型落地式多绳提升机． 以与斜井、斜坡道用的多绳提升机；

(2)不断改进井研制新型单绳与多绳缠绕式矿井提升机}

(3)可控硅供电与徽电子技术在提升机上应用，以与可编程序控制器，遥控技术．交交变频调速等先进技术；

(4)研制应用高性能摩擦衬垫．高比压闸瓦等新技术、新材料；

(5)不断引进、消化、吸收国外先进技术，并用于制造国产矿井提升机。淘汰落后技术，如块式闸与角移式闸．气动制动器，铸造结构并限制减速器和控制继电器的使用。

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1.3提升机的工作原理

按工作原理不同，矿井提升机可分为两类：单绳缠绕式和多绳缠绕式提升机。单绳缠绕式又可分为单卷筒提升机和双卷筒提升机。

单绳缠绕式提升机的工作原地如图l—1所示，简单地说，就是用一根较粗的钢丝绳在卷筒上缠上和缠下来实现容器的提升和下放运动。

图1-1.1 单绳缠绕式提升机 图1-1.2 多绳缠绕式提升机

1-滚筒；2-钢丝绳；3-容器； 1-主导轮；2-钢丝绳；3-平衡尾绳； 4-平衡尾绳；5-天轮 4-容器；5-导向轮

图l—1

提升机安装在地面提升机房里，钢丝绳一端固定在卷筒上，另一端绕过天轮后悬挂提升容器。图1—1所承为单绳缠绕式单卷筒提升机，卷筒上固定两根钢丝绳，并应使每根钢丝绳在卷简上的缠绕方向相反。这样，当电动机经过减速器带动卷筒旋转时，两根钢丝绳便经过天轮在卷筒上缠上和缠下，从而使提升容器在井筒里上下运动。不难看出，单绳缠绕式提升机的一个根本特点和缺点是钢丝绳在卷筒上不断的缠上和缠下，这就要求卷筒必须具备一定的缠绕表面积，以便能容纳下根据井深或提升高度所确定的钢丝绳悬垂长度。单绳缠绕式提升机的规格性能、应用围、机械结构等都是由这一特点来确定的。

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单绳缠绕式双卷筒提升机具有两个卷筒，每个卷筒上固定一根钢丝绳，并应使钢丝绳在两卷筒上的缠绕方向相反，其工作原理和特点与单卷筒提升机完全一样。多绳摩擦式提升机的工作原理与单绳缠绕式提升机不同，钢丝绳不是固定和缠绕在主导轮上，而是搭放在主导轮的摩擦衬垫上，如图所示，提升容器悬挂在钢丝绳的两端，在容器的底部还悬挂有平衡尾绳。提升机工作时，拉紧的钢丝绳必须以一定的正压力紧压在摩擦衬垫上。当主导轮由电动机通过减速器带动向某一个方向转动时，在钢丝绳和摩擦衬垫之间使发生很大的摩擦力，使钢丝绳在这种摩擦力的作用下，跟随主导轮一起运动，从而实现容器的提升和下放。不难看出，多绳摩擦式提升机的一个根本特点和优点是钢丝绳不在主导轮轮上缠绕，而是搭放在主导轮的摩擦衬垫上，靠摩擦力进行工作。同样，多绳摩擦式提升机的规格性能、应用围和机械结构等，都是由这一特点来确定的。

多绳摩擦式提升机特别适应于深并和大产量的提升工作。 多绳摩擦式提升机与单绳缠绕式提升机比较，在规格性能、应用围、机械结构和经济效果等方而都优越得多，就深井和大产量来说，是坚井提升的发展方向。

但是，根据我国目前浅井多、斜并多的特点，单绳缠绕式提升机仍然是目前制造和使用的重点。对于部分深井和大产量的矿井，则应该合理的选用多绳摩擦式提升机，而不宜选用大型的单绳缠绕式提升机。

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2 提升机的组成

矿井提升机作为一个完整的机械——电气机组，它的组成部分如图2—1所示。

图2—1所示

2.1 工作机构 工作机构的作用是：

（1）缠绕或搭放提升钢丝绳；

（2）承受各种正常载荷(包括固定静载荷和工作载荷)，并将此载荷经过轴承传给基础；

（3）承受在各种紧急事故情况下所造成的非常载荷，在非常载荷作用下，主轴装置的各部分不应有残余变形；

（4）当更换提升水平时，能调节钢丝绳的长度(仅限于单绳缠绕式双卷筒提升机)。 因此，主轴装置应保证主轴、卷筒和其它部分有足够的强度和刚度。

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保安规程规定，主轴装置的卷筒或主导轮直径与钢丝绳和钢丝直径的比值应符合下列要求我：

对地面提升设备

DdDd80 , D1200 (2-1)

kds对于井下提升设备

60 ，

kDd900 (2-2)

s式中 D——提升机卷筒或主导轮名义直径（毫米）；

ddsk——钢丝绳直径（毫米）；

——钢丝直径（毫米）；

调绳装置的作用是：当更换提升水平需要调节钢丝组的长度时，利用调绳装置使

游动卷筒与主轴脱开，从而可以转动固定卷筒(此时游动卷筒应用制动器闸住)调节钢丝绳长度。调绳结束时，利用调绳装置使游动卷筒与主轴合上(即连接上)，以便恢复正常的提升工作。 2.2 制动系统 2.2.1制动装置的功用

1)在提升机正常工作的减速阶段或下放重物时，参与调整提升机的运行速度，并在提升终了时使之正常停车，即工作制动；

2）当提升机工作异常时使之迅速停车，以免事故扩大，即安全制动； 3）当提升机检修时，使之保持不动；

4）双筒提升机在进行调绳操作时，是卷筒保持不动。

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2.2.2 制动装置的类型

制动装置中的制动器按结构分为块闸和盘闸；传动装置按传动能源分为油压、气压与弹簧等。

JK型

2~3m和BM型提升机使用油压角移式制动装置。JK型4~6m和

HKM3型提升机使用压气平移制动装置。JKA型提升机使用液压综合式制动装置。XKT型、JK型、GKT型2m、JKD型、JKM型、JKMD型提升机使用液压盘式制动装置。矿用提升绞车使用手动角移式制动器作为工作制动，重锤-电磁铁丝杠螺母操纵的角移式制动器或重锤-电力液压推杆操纵的平移式制动器作为安全制动，担新系列JT型1.2~1.6m提升绞车则使用液压盘式制动装置。 2.3 机械传动系统

机械传动系统包括减速器和联轴器。 （1）减速器的作用：

矿井提升机主轴的转数由于受提升速度的限制，一般在l0一60转／分之间，而用作拖动的电动机的转数，一般在480一960转／分之间。这样，除采用低速直流电动机拖动外，一般情况下不能将主轴与电动机直接联接，中间必须经过减速器。因而减速器的作用是减速印传递动力。

（2）联轴器是用来联接提升机的旋转部分，并传递动力。主要有两种： 蛇形弹簧联轴器(用于联接电动机和减速器高速轴) 齿轮联轴器(用于联接提升机主轴和减速器低速轴) 2.4润滑系统

润滑系统的作用是：在提升机工作时，不间断地向主轴承、减速器轴承和啮合齿面压送润滑油，以保证轴承和齿轮能良好的工作。润滑系统必须与自动保护系统和字电功机联锁：即润滑系统失灵时(如润滑油压力过高或过低、轴承温升过高等)，主电动机断电，提升机进行安全制动。启动主电动机之前，必须先开动润滑油泵，以确保机器在充分润滑的条件下工作。

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2.5观察和操纵系统

观测和操纵系统包括斜面操纵台、深度指示器和测速发电机奖置。 深度指示器的作用：

(1)指示提升容器的运行位置；

(2)容器接近井口卸载位置和井底停车场时， 发出减速信号； (3)当提升机超速和过卷时进行限速和过卷保护；

(4)对于多绳摩擦式提升机，深度指示器还应能自动调零，以消除由于钢丝绳在主导轮摩擦衬垫上的滑动、蛹动和自然伸长等所造成的指示误差。 2.6拖动，控制和自动保护系统

拖动、控制和自动保护系统包括主拖动电动机和微拖动电动机、电气控制系统和自动保护系统。

矿井提升机根据交直流拖动系统的不同可分别采用三相绕线式感应电动机或直流电动机。

矿井提升机自动保护系统的作用是：在司机不参与的情况下，发生故障时能自动将主电功机断开并同时进行安全制动而实现对系统的保护。 自动保护系统应具有如下性能：

(1)提升机超速时(包括等速和减速阶段的超速)自动对系统进行保护； (2)提升容器过卷时自动对系统进行保护； (3)制动油欠压或超压时自动对系统进行保护； (4)润滑油欠压或超压时自动对系统进行保护；

(5)轴承温升过高和制动油温升过高时自动对系统进行保护； (6)闸瓦磨损超过规定值时自动对系统进行保护； (7)电功机过电流或失压(断电)时自动对系统进行保护。

根据上述各项自动保护作用的要求，自动保护可分为提升机运行过程中的自动保护和一次提升结束时的自动保护。

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2.7辅助部分

包括司机座、机座、护栏、挡板、护罩等辅助用品与材料。对于多绳摩擦式提升机还包括导向轮装置与摩擦轮衬垫的车槽装置。

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3 提升机的选型计算

3.1设计依据

煤矿主井主要为了煤炭的运输提升，而副井只作为下放材料，设备，以与排矸（立井还作为人员上下的通道），副井一般采用罐笼提升。本次设计的就是副井所使用的提升机。

1、年提升矸石量：108000t

2、工作制度：年工作日330d，每天净提升时间16h。 3、井口轨面标高 +919.650m 大巷轨面标高(一水平) +505m 大巷轨面标高(二水平) +415m

井筒垂深 445m 提升高度（一水平） 414.65m 提升高度（二水平） 504.65m 4、最大班下井人数： 350人。

5、最大件重量：25t(液压支架拆后包括平板车的最大质量)。 3.2提升容器选择

根据矿井的年产量与辅助提升量，经计算，副井提升容器选用600轨距1.0t标准，钢丝绳罐道，宽灌笼质量为Q=18500kg，矿车双层4车多绳标准罐笼（宽窄各一个）每次载人数98人，窄罐笼质量为Q=10000kg,每次载人数72人。

提升矸石时选用1.5t标准矿车，矿车型号为MG1.7-6A，矿车自重QZ=720kg，载矸量为Qm=2700kg。

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3.3钢丝绳选择 3.3.1绳端荷载计算

提升物料（按提矸计算）：

Q矸=Q+Qm+QZ=18500+2700+720=21920kg 提升人员：

Q人=Q+Qr=18500+5700=24200kg 提升最大件设备： Q大件=18500+25000=43500kg

式中:Qr—每次乘载人员重量,按最多98人计算。 25000—液压支架拆后包括平板车的最大质量。 3.3.2首绳单位长度重量

Q大件P`K大件=110B=

n(Hc)m

4350011016744709=5.92kg/m

Q人P`K人=110B

n(Hc)m

2420011016744709=5.68kg/m

式中:Hc—钢丝绳悬垂长度Hc=H+Hj+Hh=445+15+10=470m n—首绳钢丝绳根数 Hh—尾绳环高度 H—矿井深度，m；

Hj—井架高度，在尚未精确确定时，可按下面数值选取：罐笼提升Hj

1525m。11 / 75

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根据以上计算，首绳选用38zbb6v37sFC型钢丝绳左右捻各两根。其技术参数如下：钢丝绳直径dk=38mm，钢丝破断拉力总和 =1136KN，钢丝绳单位长度质量为Pk=6.14kg/m。 3.3.3尾绳单位长度重量

qk´=

nPk=2×6.14=12.28kg/m n1式中:n1—尾绳钢丝绳根数

所以 提升钢丝绳和平衡钢丝绳参数如图3-1所示 容 型号 直径 数量/根 质量/(kg/m) 抗拉强度/MPa 破断拉力/kN 长度/(m/根) 图3-1

3.4提升机的选择 3.4.1摩擦轮的最小直径

D90dk9038mm3420mm。3.4.2最大静力和最大静力差

最大静力(按提升最大设备计算)Fj=Q+Q大件+nPkHj+n1qk(H+Hh) =18500+43500+4×6.14×15+2×12.3×(445+10)=61755kg

提升钢丝绳 平衡钢丝绳 38zbb6v37sFC 38mm 4 6.14 1770 1136 710 17028ZBBP849FC 170mm28mm 2 12.3 1370 1490 620 12 / 75

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最大静力差Fc=Qr+（18500-10000）=14200kg

据此副井提升装置选用JKMD-3.54型落地式多绳摩擦提升机。 其主要技术参数为： 摩擦轮直径D=3500mm， 天轮直径DT=3500mm， 最大静力570kN， 最大静力差180kN， 钢丝绳根数4根，

摩擦轮钢丝绳间距300mm， 提升速度V=6 m/s， 变位质量10940kg， 效率为0.98，

衬垫摩擦系数u0.25。 3.5电机的选择 电动机功率

PKQgv10001.2185009.861.21185KW j10000.92式中：K——矿井阻力系数，取K=1.2；

Q——一次提升人员质量（按宽罐笼计算）；计入罐笼质量差； Φ——提升系统运转时，加减速度与钢丝绳重力因素影响系数； ηj——减速器传动效率，ηj=0.92；

根据计算的电动机的功率，选取型号为ZKTD-215/56的电机，功率为1250KW，转速n=55r/min，转动惯量md=20000kg•m2。

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3.6提升机的校核 3.6.1提升机直径验算

D090DK90383420mm3500mm

允许的钢丝绳安全系数

提升人员8.91 提升物料7.91 3.6.2钢丝绳校验（提升矸石） 1.载重侧最大静力为

F1T1QmaxQ2NKQKg423.88KN570KN

2.空载侧最小静力为

3.最大静力差

4.绳衬比压计算

5.首绳安全系数

提升矸石时 m=

nQq(Q矸nPkHc)g=9.12>7.91

3.7 提升系统计算 3.7.1井架高度计算

过卷高度 Hg=13.90m 防撞梁距导向论中心的垂高 Hf=6.3m 两天轮中心垂高 Ha=5.5m 本体高度 Hr=6.1m

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井架高度计算式为

3.7.2 上绳弦长计算 上绳弦长计算式为

3.7.3 上绳仰角计算 上绳仰角计算式为

3.7.4 下绳弦长计算 下绳弦长计算式为

3.7.5 下绳仰角计算 下绳仰角计算式为

3.7.6 围包角计算 围包角计算式为

3.7.7 上弦距下弦最小距离计算 上弦距下弦最小距离计算式为

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4 提升机卷筒的设计

4.1卷筒的分类

按照钢丝绳在卷筒上的卷绕层数分，卷筒分单层绕和多层绕两种。一般起重机大多采用单层绕卷筒。只有在绕绳量特别大或特别要求机构紧凑的情况下，为了缩小卷筒的外形尺寸，才采用多层绕的方式。本设计采用单层绕。

按照卷筒的表面分，有光卷筒和带螺旋槽卷筒两种。光卷筒用于多层卷绕，其结构比较简单，钢丝绳按螺旋形紧密地排列在卷筒表面上，绳圈的节矩等于钢丝绳的直径。由于钢丝绳和卷筒表面之间接触应力较高，相邻绳圈在工作时又有摩擦，钢丝绳使用寿命就要降低。为了使钢丝绳在卷筒表面上排列整齐，单层绕卷筒一般都有螺旋槽，有了绳槽后，使钢丝绳与卷筒的接触面积增加，因而减小了它们之间的接触应力，也消除了在卷筒卷绕过程中绳圈间可能产生的摩擦，因此提高了钢丝绳的使用寿命，目前，多层绕卷筒也制成带绳槽的，更为合理。绳槽在卷筒上的卷绕方向可以制成左旋或右旋。单联滑轮组的卷筒只有一条螺旋绳槽；双联滑轮的卷筒，两侧应分别右一条左旋和右旋的绳槽。绳槽的形状分别为标准绳槽和深槽两种，如图（4—1）。 4.2 卷筒绳槽的确定

查机械设计手册知，卷筒绳槽槽底半径R，槽深c 槽的节矩t 其尺寸关系为： R=（0.54~0.6）d（ d 为钢丝绳直径 ）

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绳槽深度：标准槽：c1=（0.25~0.4）d （mm） 深槽： c2=（0.6~0.9） d （mm） 绳槽节距：标准槽：t1＝d＋（2～4） （mm） 深槽： t2＝d＋（6～8） （mm）

卷筒槽多数采用标准槽，只有在使用过程中钢丝绳有可能脱槽的情况才使用深槽，本设计选用标准槽，钢丝绳直径选用38mm，

R=（0.54～0.6）d mm=18.9～21mm 取R=20mm

c=（0.25~0.4）d mm =8.75~14mm 取c=12mm t＝d＋（2～4）mm=40mm 4.3卷筒的确定

卷筒按照转矩的传递方式来分．有端侧板周边大齿轮外啮合式和筒端或筒齿轮啮合式，其共同特点是卷筒轴只承受弯矩，不承受转矩。本设计卷筒采用齿轮啮合式。如图（4—2）。

图 4—2 齿啮合式卷筒

卷筒的设计主要尺寸有节径D0 、卷筒长度 L 、卷筒壁厚 δ。

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4.3.1 卷筒节径设计

查机械设计手册，选取标准卷筒节径D0=3500mm 4.3.2 卷筒的长度设计

查机械设计手册，选取标准卷筒长度为1500mm 4.3.3 卷筒壁厚设计

本设计为了延长钢丝绳的寿命，用铸铁卷筒，对于铸铁卷筒可按经验公式初步确定，然后进行强度验算。

对于铸铁筒壁厚0.02D6~10 mm

根据铸造工艺的要求，铸铁卷筒的壁厚不应小于12 mm，

0.02D6~10 mm

＝0.02×3500＋（6～10） ＝70+8 ＝78 mm

所以卷筒的参数选择为：绳槽节距t＝38mm、槽底半径c1＝12mm、卷筒直径D0＝3500mm、卷筒长度L=1500mm、卷筒壁厚78mm。 4.4 卷筒强度计算

查机械设计手册第二册可知，卷筒材料一般采用不低于HT200的铸铁，特殊需要时可采用ZG230-450、ZG270-500铸钢或Q235-A焊接制造。本设计的卷筒五特殊需要，额定起重重量不是很大，所以选择HT200的铸铁制造。

一般卷筒壁厚相对于卷筒直径较小，所以卷筒壁厚可以忽略不计，在钢丝绳的最大拉力作用下，使卷筒产生压应力、弯曲应力和扭曲应力。其中压应力最大。当L3D0时弯曲应力和扭曲应力的合成力不超过压应力10%,所以当L3D0时只计算压应力即可。

本设计中L=1500mm D=3500 mm，符合L3D0的要求，所以只计算压应力即可。

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当钢丝绳单层卷绕时，卷筒所受压应力按下式来计算：

=A

Fmaxbc （3—10） t其中 为钢丝绳单层卷绕时卷筒所受压应力（MPa）

Fmax为钢丝绳最大拉力（N）

 为卷筒壁厚

A 为应力减小系数，一般取A=0.75

bc为许用压力，对于铸铁bc=b

5b 为铸铁抗压强度极限 所以=A

Fmaxbc t4238800.757838

107.26MPa查教材机械设计基础知b195MPa，所以bc107.26MPa。 所以 bc

经检验计算，卷筒抗压强度符合要求。

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5 卷筒主轴的设计

5.1 卷筒轴的受力分析与工作应力分析

常用的卷筒轴分轴固定式和轴转动式（图5—1）两种情况。卷扬机卷筒工作时，钢丝绳在卷简上的位置是变化的。钢丝绳拉力经卷筒与支承作用到轴上产生的力矩，其大小随钢丝绳在卷简上位置的变化而不同。强度计算时应按钢丝绳在卷筒上两个极限位置分别计算。由卷扬机工作情况和轴的受力分析可知，a、b因卷筒轴主要承受弯矩，可简化为简单的心轴。a图为固定心轴，b图为转动心轴。对于转动心轴，其弯曲应力一般为对称循环变化；对固定心轴，其应力循环特征为0r1，视具体的载荷性质而定。对固定心轴的疲劳失效而言，最危险的应力情况是脉动循环变化，为安全起见，卷筒的固定心轴应力以按脉动循环处理为宜。c图卷筒轴既受弯又受扭，为转轴。其弯曲应力的应力性质为对称循环变应力，而扭转剪应力的应力性质可视为脉动循环变化。由此可知，卷筒轴在正常使用条件下，最终将发生疲劳破坏。但也不排除在超载或意外情况下发生静强度破坏。

图 5—1 卷筒轴的类型

a: 轴固定式 b、c: 轴转动式

5.2 轴的设计计算 已知条件：

钢丝绳直径 d=38mm 摩擦轮直径 Dm=3.5m 绳槽半径 R=20mm 绳槽深度标准槽 C=12mm

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钢丝绳间距 L=300mm 卷筒厚度 78mm 卷筒宽度 B=1500mm

从减速器出来的轴的输出功率P3=1152KW， 联轴器效率：0.99 则作用在主轴上的功率

PP3•11520.991140KW轴上转速n=55.3r/min 轴上转矩 T9.55106p11409.55106196871609N.mm n55.3选取45号钢作为轴的材料，调至处理。 由dA3p 计算轴的最小值径，考虑键槽对轴的影响，去系数为1.06，查表取nA=110，则

dmin1.06110zp319.7mm n3结合联轴器的径取d=360mm。 5.3确定各段轴的直径和长度

由T3和N3选择联轴器的型号为LH10型弹性柱销联轴器 ① 各轴段直径的确定

d1：最小直径，d1=360mm。

d2d3：密封处轴段，根据大带轮的定位要求，以与密封圈的标准（拟采用毡圈密封），d2375mm，d3380mm。

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d4：锥套处轴段，根据锥套和轴承的定位要求，d4420. d5：滚动轴承处轴段，d5380mm。选择调双列圆锥滚子轴承

GB/T2991995351980.

② 各轴段长度的确定

开始段长度比轮毂略短，所以L1=350mm,L2=60mm,

L3310mm，L4200mm，L51100mm，L6200mm，L7310mm

5.4 轴的校核

因为是单向回转图，所以扭转切应力视为脉动循环变应力，折算系数a0.6。

aT0.6196871609118122965Nmm

MTM2(aT)2(5)校核轴的强度

进行校核时，通常只校核偏心轴上承受最大弯矩和转矩的截面(即动颚轴承处C、D)的强度。

14886960211812296521.19108Nmm

caMTWMT0.1d31.191080.11903MPa626MPa

根据选定的轴的材料45钢，调质处理，由所表查得1800MP因a。故强度足够。

ca[1]，

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6 提升机的制动系统

制动系统是提升机的重要组成部分，它直接关系到提升设备的安全运行。制动系统由执行机构(制动器，通常称闸)和传动机构组成。制动器是直接作用于制动轮杀不过产生制动力矩的机构。制动器按其结构可分为盘闸和块闸，块闸又分为角移式和平移式，传动机构是控制并调节制动力矩的部分，按动力源分为液压、气压和弹簧等。KJ2~3m、KJ4~6m提升机分别采用油压和气压块闸制动系统，JK系列提升机与多绳摩擦式提升机采用液压盘闸制动系统 6.1 盘式制动器

盘式制动器是为了克服块式制动器的可靠性不高的缺点而发展的新型制动装置，目前国外生产的提升机或提升绞车都使用了盘式制动器.盘式制动器具有以下：①制动力矩可在较大围调节，而且容易调整；②制动系统空行程小、动作快、响应速度快、灵敏度高；③重量轻，外形尺寸小，结构紧凑；④通用性好，可通过改变盘形闸的数量来满足不同绞车的制动要求；⑤安全可靠性高，多副盘形闸同时工作，其中少数部分盘形闸失灵或故障，其余完好盘闸一般仍可刹住绞车；而且传动环节(如管路破裂失、压断电等)均可自动施闸。

盘式制动器都是依靠碟形的预压缩恢复力使闸块压向制动盘，从而产生制动力矩；当松闸时，向活塞腔注入压力油，压力油推动活塞后移并压缩碟形弹簧，带动闸瓦离开制动盘，从而实现松闸。

目前国外提升机使用的盘式制动器形式多样，主要有前腔式盘形闸，后腔式盘形闸单缸双作用盘形闸，以与钳式盘形闸。

盘式制动器原理如图6-1所示：

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图6-1

6.1.1 盘式制动器的布置方式

盘式制动器又称盘型闸，它与闸块不同，其制动力矩是靠盘瓦沿轴向两侧压向滚筒上的制动盘而产生的。为了使制动盘不产生附加变形，主轴不承受附加轴向力，因而盘式制动器都成对地装设使用，每一对盘式制动器叫做一副，如图所示。根据所需制动力矩的大小，一台提升机可以同时布置两副四副或更多副盘式制动器。

盘式制动器的布置方式如图6-2所示：

A管B管（a）A管B管(b)A管B管(c)

图6-2 盘式制动器的布置图

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6.1.2 盘式制动器的工作原理

盘式制动器的结构如图所示。两个制动油缸3位于滚筒制动盘的两侧，均装在支座2上。支座2为整体铸钢件，一副盘式制动器通过支座与垫板1用地脚螺栓固定在基座上。制动油缸3装有活塞5柱塞13调整螺栓6螺钉7盘式弹簧4与弹簧套筒8等。筒体9衬板11和渣瓦15一齐可沿支座的孔往复移动。闸瓦与衬板的连接，可用铜螺钉连接或用黏结剂粘贴，但大多数是以燕尾槽的形式将闸瓦固定在衬板上。在使用中当闸瓦磨损或闸瓦与制动盘的间隙过大时，可用调整螺栓6调节筒体9的位置，使闸瓦间隙保持在1~1.5mm 。柱塞13与销子14的连接采用榫槽结构，在拧动螺钉7时不致使柱塞13转动，以便调整闸瓦间隙。压向制动盘的制动力，由盘式弹簧产生。解除制动力，靠线油缸充入油液而向右推动活塞5，压缩盘式弹簧来实现。螺钉12是放空气用的。在第一次向制动油缸3充油，或在使用中发现送闸的时间教长时，可将放气螺钉12旋松，把制动油缸中的空气排出，以免影响制动油缸的正常工作。塞头20是排油用的。在使用中制动油缸可能有微量的渗油，因而要定期将塞头20旋开排油。在排油时，应避免渗出的油玷污闸瓦与制动盘。

盘式制动器的结构如图6-3所示：

图6-3盘式制动器的结构图

6.2盘式制动器的设计计算 6.2.1 盘式制动器工作时所需制动力

如图所示，活塞同时受弹簧的作用力F2，压力油产生的力F1，综合阻力F3包括空行程压缩弹簧的力)作用，制动状态时F3的作用力方向与F2相反。故压向制动盘的正压力为：NF2F1F3。当改变油压力时，正压力N相应变化，油压值P=0时，

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即F1=0，正压力达最大值Nmax＝F2F1，此时为全制动状态。在松闸过程中，F3作用方向与F1

相反，此时力平衡方程为：NF2F3F1.在P＝Pmax时，F2F1，活塞压缩蝶形弹簧，是全松闸状态，N=0，即F1F2F3

图6-4 盘型工作原理示意图

1)正压力随油压 P的增加而减少，其变化过程可以近似地看成线性关系。 2)松闸过程和制动过程所得曲线不重合，这是因为在松闸和制动过程活塞所需克服的摩擦力方向不同所致．松闸时，液压缸壁与密封圈对活塞的阻力与蝶形弹簧力的方向一致。所以在一样油压情况下(与制动过程相比)制动盘正压力较大，反之，在制动过程中．活塞所受摩擦阻力与蝶形弹簧的作用力方向不一致，所以制动盘的正压力较低：

3)松闸和制动的不可控区，(两条曲线不重合度)较小，说明有较高的控制灵敏性。

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正压力N与P的关系如图6-5

制动器在制动盘上产生的制动力矩，取决于正压力N的数值

MZ2•N••RM•n

kg•m) 式中：Mz制动力矩（闸瓦对制动盘的摩擦系数0.4

Rm制动盘平均摩擦半径 n--------提升机制动器付数

同时制动力矩应满足三倍静力矩 MZ2•N•RM•n3Mj3Fc•3D•FC(kg)

4Rm••nD 2N式中：D-------滚筒名义直径（m)

FC提升机最大静张力差

6.2.2 每副闸应有的制动力矩

（1）根据总制动力矩应大于3倍最大静力矩即：

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M13TJ3180000.527000kg•m

每副闸应有的制动力矩为：

M0.3M10.3270008100kg•m

6.2.3实际正压力的计算

6.2.4制动器液压缸的结构与设计计算 盘式制动器的闸瓦在制动盘上产生的 制动力F制等于：F=N

式中 N—闸瓦压向制动盘上的正压力，N；

—闸瓦对制动盘的摩擦系数，=0.35~0.5。

由图可知，闸瓦压向制动盘的正压力N等于：NF2F1F4 式中 F1—压力油产生的推力；

F2—盘式弹簧推力，N； F4—活塞移动阻力；N。

液压盘式制动器结构示意图如图6-6所示：

1— 制动盘；2—闸瓦；3—活塞；4—弹簧

图6-6

F21PA(DD2412)P

式中 P—作用在活塞上的油压，/cm2；

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1） （. . . .

D1—油缸直径，cm；

D2—柱塞直径，cm。

将式带入，则得：NF2PA

活塞移动阻力大会降低制动器对闸盘的正压力，使制动力矩降低，活塞移动阻力的太小可以通过测试信号分析，当闸瓦间隙刚好为零时，橙闸过程的闸瓦刚刚开闸盘时的油压PK 称为橙闸油压；合闸过程的闸瓦与闸盘刚刚贴上的油压Pt称为贴闸油压。根据油缸活塞运动方向的不同，PK和Pt的表达式：

PKANF3' （2）

PtANF3 （3）

式中 A—油缸有效作用面积；

F3，F3'—松闸和贴闸阻力。

由式(2)、式(3)得合阻力：

F3F3'(PKPt)A （4）

显然，按式，当P=0时：NF2，则F制为最大值（按F制=），提升机制动盘在盘式弹簧的正压力的作用下，获得最大制动力；

当PPmax，且P时：N0，F制0；或N0，F制0，则闸瓦向maxAF2右移动，提升机解除制动；

当0PPmax时：0NF2，则F制在零至最大值之间变化。

由上述可以得出：调节制动油缸的油液压力，则可调节制动力。在制动或松闸过程中，制动力的可调级数在30级以上，这样可以保证提升机制动时的平稳和调速性能要求。通常制动油缸的油压的最小值不等于零，而为全制动时油缸的残压，其残压值最大达50/cm2。解除制动时需要的最大油压，应根据提升机实际静力差来计算。 活塞工作需要的最小压力（效率30.95）

FLmin1000Pmin2190N/cm221.9MPa 2AL30 / 75

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安全制动闸的最小调整释放压力Pa min'22.5MP已知液压缸：工作油压—P=21.9MPa； 活塞直径—D=8.5cm 活塞面积—A=56.7cm2 制动器液压缸如图6-7所示：

VFP1dDP2

图6-7

计算下列数值：

F推=

2m/s时，取DP， ——总阻力损失率，=0.7~0.8 当活塞<0.2

44max=0.8；当活塞>0.2 m/s时，取min=0.7，所以F推=8.5221.9MPa0.7，

得F推=87KN。 由于F查表〈〈液压与气压传动〉〉 得0.3，取=0.3，得F推=，0.5m/s，

所以F=F推=2.61KN即移动负载为m=261Kg。

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在一般工况下

d=0.2~0.3，取d=0.2D，得d=1.7cm ，壁厚与径之比往往为D/D1/10，所以取=0.8cm

(8) 盘式制动器所需的最大工作油压的确定；

盘式闸制动系统液压站的工作油压为5．2MPa，一级制动油压为1．7MPa，残压为0．3MPa，10副制动器；

盘式制动器实际需要的最大工作油压，应当根据矿井实际最大静力差按下式计算和调整Px(FxP0)C； Fc式中 Px—实际需要的最大工作油压；

P0—提升机设计最大静力差时的油压值（查表得《提升机司机》）；

Fx—提升机实际最大静力差，N； Fc—提升机设计最大静力差，N；

C—克服盘式制动器各阻力之和所需要油压，C值为：CP1P2P3；

P1—提升机全松闸时，为了保证闸瓦的必要的间隙而压缩盘式弹簧之力，折算成油压

2值P； 190/cmP2—油缸、密封圈、拉紧弹簧等阻力，折算成油压值P270/cm2；

2P3—液压站在提升机制动状态时的残压，按最大残值计算，P50/cm； 3查表得： p0326N；FC=930N；FX=890N

求得 Px(890421)907050411N/cm2930

5.2MPa

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6.3 盘式制动器的调整和维护 6.3.1 闸瓦间隙的调整

盘式制动器闸瓦间隙不得大于2毫米，当闸瓦间隙超过规定值时，需要进行闸瓦间隙的调整。调整间隙前，应先将容器放在井筒锋位置并将滚筒用地锁锁住，向制动缸充入压力油，使闸松开，测量闸瓦间隙。然后拧掉螺钉，转动调整螺栓，推动柱塞使向前移动，同时测量闸瓦间隙，一般闸瓦间隙调整在1--1.5毫米围。调整时，一副闸瓦的两个闸应同时调整。调整好后，应进行闸的试运转，并重新测量其间隙，如有变化应进一步调整。 6.3.2 蝶形弹簧的检查

盘闸制动力是由蝶形弹簧产生的，因此，蝶形弹簧的实效或疲劳毁坏都会对制动工作产生影响，因此必须加强对碟形弹簧检查的检查和维护。蝶形弹簧可按下述方法检查：首先使闸瓦合上，机器处于全制动状态。再逐步向油缸冲入压力油使制动油缸压力慢慢升高，各闸瓦就在不同压力下逐个分开。记录下不同闸瓦的放开压力，如果闸瓦的放开压力有明显差别时，应检查在低压下放开闸，并检查其蝶形弹簧。

据一些资料介绍，同一副闸瓦，放开压力差超过5%时，应拆开在低压放开的那半个闸进行检查；各副闸之间，最高放开压力与最低放开压力差不应超过10%。

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7 提升机的液压站

7.1 液压站的功用

盘式制动器液压站的控制系统同提升机的类型、自动化程度相适应的。在直流拖动系统的提升系统中，由于提升机的调速性能较好，液压站控制的制动器一般只用于提升终了时停车和安全制动。而在交流拖动的提升系统中，液压系统除上述功用外，因制动器还要参与提升机速度的控制，所以液压站还有调节制动力矩的作用。 7.2 提升机液压站的工作要求

（1）按矿井提升实际需要，产生不同的工作油压，控制制动器的工作制动力矩，从而实现提升机的工作制动。

（2）在安全制动时能迅速回油，并实现提升机二级制动。

（3）根据矿井多水平生产、或因提升钢丝绳伸长而需要调绳时，能控制双滚筒提升机的游动滚筒的调绳装置。

（4）根据多水平生产、或钢丝绳伸长时间时调绳的需要，控制双筒提升机滚筒的调绳装。

7.3 液压站的组成部分

2JK型双滚筒提升机的液压站液压系统，液压站配置有两套液压装置，每套装置由电动机，叶片油泵（高压油泵）溢流阀、电液调节阀、压力继电器、网式滤油器等组成。二套装置虽然装在一台油箱上，但油箱中间用隔板分为两半，分别装入各自油泵的吸油部分。两半油箱之间用旋塞相连接，即可接通又可断开，便于维修和换油工作。二套装置用手动换向阀控制输出地高压油，使之一套工作，一套备用。

液压站装设有二级制动安全阀12，在意外情况下可实现安全制动。二位四通阀控制调绳离合器，二位五通阀为游动滚筒制动器和调绳离合器油路的闭锁器。此外，装设有电触头压力温度计与压力表，分别控制油液温度和指示油液的压力。 7.4液压站的维护与注意事项

1) 要注意排除系统油液的空气。液压系统中油液的可缩性很小，在一般情况下它

的影响可忽略不计。但是，低压空气的可缩性很大，约为油液的1000倍，所以，即

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使液压系统中含有少量空气，其影响也是很大的。溶解在油液中的空气，会使系统在工作时产生噪声，在提升机制动过程中会使制动器发生颤动，在盘式制动器工作时将会延长松闸时间。因此，在使用中应经常注意排除油液中的空气。

2) 油泵的吸油管不宜太短，所有回油管的出油口均需在油箱的油面一下。吸油管与

回油管不能靠的太近，以免回油飞溅成泡沫，容易将空气吸入油泵； 3) 平时要与时更换实效的密封元件和摩损超限的液压元件；

4) 工作中要保证油液的清洁，防止杂质或污物混入油液，否则就会使液压系统产生

各种障碍；

5) 经常检查滤油器的工作状况。对粗滤油器应定期清洗。纸质滤油器经常使用一定

时间后，纸质滤油器芯会被赃物堵塞而失效，失效的滤芯不能清洗复用，而需要更换新的滤芯；

6) 平时要注意检查油液温度，液压温度最好维持在通常温度下工作。过高过低都会

影响油液的工作特性。

7） 塞而失效，失效的滤芯不能清洗复用，而需要更换新的滤芯；

平时要注意检查油液温度，液压温度最好维持在通常温度下工作。过高过低都会影响油液的工作特性。

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8 提升机电控系统

8.1提升机控制系统组成

本系统装置适用于煤矿等行业的提升机控制。对现在沿用的TKD系统进行技术改造或控制设备更新尤为适用。 （1）使用围

① 环境温度 -5℃－+40℃

② 相对湿度 不超过90％（+20℃）

③ 其周围环境空气中没有导电尘埃和绝缘材料的气体和微粒，无爆炸性气体和煤尘；

④ 没有剧烈振动、冲击的场所 ⑤ 没有高温、结霜、雨淋的场所 8.2提升机控制系统的功能 （1）手动和半自动功能

系统有手动和半自动两种运行功能，在半自动状态下，提升机的启动由主令手动给定速度，等运行到变坡点后通过司机按半自动运行按钮实现半自动运行，半自动运行时等速、减速与停车按预先设定的速度图运行；在手动状态下，提升机在操作司机的控制下运行。

（2）半自动验绳、半自动检修运行功能、应急开车方式

验绳时提升机的速度由PLC数字输出给变频器一个恒速(0.37m/s)运行命令，设备的起停和方向由司机操纵主令手柄控制。

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半自动检修运行时，提升机的速度由PLC数字输出给变频器一个恒速(0.37m/s)运行命令，设备的起停和方向由司机操纵主令手柄控制。

应急开车只用在有一套PLC系统发生故障时运行。此时系统完全由一台PLC控制且各种保护具备，绞车能在限定的速度(0.37m/s)下由司机手动完成本次提升。 （3）测速与容器位置指示

安装在提升机上的两个轴编码器输出的数字脉冲与主电动机的转速成正比，一个用于提升机速度和行程的显示，另一个用于速度保护，两个轴编码器相互监测，如果一个失效，将切换到另一个进行提升机速度和行程的显示和速度保护。 （4）保护与联锁功能

① 首次上电或故障时安全继电器断电后，只有提升机在主令零位紧闸位才能再次接通安全继电器，当有故障时安全继电器断电后，配合液压站安全阀使提升机实现一级或二级制动；，工作闸继电器与制动油泵等控制回路断电，使制动油压降为零。 ② 任何情况下，只有提升机在主令零位紧闸位才能接收到开车信号，只有当司机接到开车信号后，才能起动提升机使其运行。

③ 当提升过程中发生润滑油压力过高、过低，润滑油温高、液压站油温高时、上位机和操作台上均有相应的一次提升故障信息显示，点亮相应信号灯，告知司机可以完成本次提升工作。当故障解除后才允许司机进行下一次提升工作。

④ 当提升机因发生故障在中途停车，工控机上有相应的故障信息显示，排除故障后允许司机选择方向开车。

⑤ 全矿停电时，由PLC保证提升机能实现二级制动，并作好提升机的后备保护。 ⑥ 盘式制动器的工作制动力矩可调，紧急制动（安全制动）能产生二级制动，避免机械冲击力，活卷筒和死卷筒的制动机构能单独作用。 （5）自学习功能

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在不知道电动机必要参数时，可用自学习功能自动地设定电动机参数。变频器能自动设定电动机铭牌围的电机参数，由此从变频器专用电机到通用电机都可以进行矢量控制运行，使电动机最大限度地发挥作用。 （6）直接转矩控制功能

控制系统实时检测电机轴上的负载力矩，根据负载力矩的大小控制变频器的输出电流，使输出力矩满足负载力矩的要求，转矩控制精度为±4％。 （7）PID控制功能

使用PID控制功能可以实现反馈控制。所谓反馈控制，是用检测装置将检测出的值进行反馈，使变频器的输出频率（电动机的转速）与指令目标一致的控制方式。 8）零伺服控制功能

控制系统在零伺服控制有效时，可以使电动机在转速为零的状态下也能产生200％以上的转矩，这一功能特别适用于位势能负载的控制。 （9）低噪声功能

由于输出回路采用IGBT功率模块和高载波频率正弦波SPWM控制方式，使电动机发出的噪声大大降低。 （10）监视功能

使用数字操作器可监视频率指令、输出频率、输出电流、电动机转速、输出电压指令、主回路直流电压、输出功率、力矩指令、输入端子的状态、运行状态、软件编号。

（11）能量再生与回馈功能

当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车）减速时，电机也处于再生发电状态，传动系统中所储存的

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机械能经电动机转换成电能。为了使再生能量能回馈到电网，通过控制直流母线电压，采用有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动，这种回馈制动的优点是能四象限运行，电能回馈提高了系统的效率。 （12）故障监视与记录功能

应用可编程序（PLC）控制技术和通讯技术，配合精度高、稳定性好的旋转编码器、无触点感应式电位器、霍尔传感器与闸瓦磨损开关，对电机、滚筒与天轮等提升机的各种运行工况与参数进行采集、处理、显示、 存贮，使提升机不仅具有良好的启动、停车、调速和功率平衡等功能，而且能监测设备各部位的运行情况，对松绳、断绳、深度指示器失效、过速与闸瓦磨损等不正常状态进行保护，显示和记录故障类型，具有完善的保护和自诊断功能。 (13)运行方式

本系统共有三种运行方式可供选择：正常运行(人力推车阶段：40M，0.37m/s；减速段:a=0.29m/s2,19.5M，减速时间10S，爬行段：0.37M/s，20m ) 8.3安全回路

安全回路设计的好坏，是衡量对提升机的保护与不发生跑车事故的重要标志。新系统将安全回路设计成双安全回路，即系统的安全回路有两套，一套由PLC构成（“软”安全回路），另一套为继电器直动安全回路（“硬”安全回路）。提升机的保护分两种，一种是在发生故障时立即实现一级或二级安全制动；另一种是在发生故障时可以完成本次提升循环，不能进行下一个提升循环的二次不能开车保护。 安全回路的保护由以下几个部分组成： 1、主令控制手柄零位联锁 2、工作闸制动手柄联锁 3、制动油超压保护

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4、主电源断电保护 5、后备保护 6、变频故障 7、过卷保护

8、机械闸瓦磨损保护 9、调绳联锁保护 10、LC软安全回路控制

纸质滤油器全堵塞 等速超速保护 减速段过速保护 爬行段超速保护 运行状态监测 溜车故障 制动泵故障 润滑泵故障 深指失效 编码器失效 PLC故障 松绳故障

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8.4电气制动

在变频调速系统中，降速的基本方法是通过逐渐降低给定频率来实现。在频率下降过程中，电动机将处于再生制动状态（发电机状态），使电动机的转速迅速地随频率的下降而下降。

在再生制动过程中，例如提升机下放重物的运行过程，转子绕组切割旋转磁场，转子的电动势增大，电动机实现再生制动，电能反馈到电网中，这样不仅增大了制动转矩，而且节省了能源。 8.5 特点 1、降低能耗

传统提升机TKD控制系统采用转子串接电阻调速是根据转子串接电阻值的大小，通过操作人员同时施加机械闸，利用机械制动和电机拖动的合成特性来的到要求的速度。这样做，不仅耗电量大，闸瓦磨损快，而且操作人员工作非常紧，安全性、可靠性差。变频调速是通过改变电机定子电源频率的方法，无需制动闸的参与就可获的所需的速度。电机的功率与电源的频率成正比，即：P∝f，可见，改变电源频率既实现了调速又节约了电能。实际测试节约35％以上。 2、改善运行性能

矿井提升机是一种大型的机电设备，惯性比较大，传统TKD系统中转子串接电阻调速是有级调速，在加减速时有较大的机械冲击，一方面使系统运行不平稳，一方面增加机械部分维修的工作量，减少提升机械的使用寿命。采用新TKPF变频调速时，频率从最小到最大可以连续变化，实现无级调速，通过PID控制与参数调整，可在最小频率时输出最大转矩，获得良好的低频特性、稳定的低速爬行和平滑的调速性能，最大限度的减少了惯性带来的电气和机械冲击，使系统在整个过程中平稳运行。 3、能量回馈

当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车）减速时，电机也处于再生发电状态，传动系统中所储存的

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机械能经电动机转换成电能，转子串接电阻调速系统是将这部分能量在电阻上消耗掉。为了使再生能量能回馈到电网，通过控制直流母线电压，采用有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动，这种回馈制动的优点是能四象限运行，电能回馈提高了系统的效率，节能效果更为显著。 4、系统保护记忆

应用可编程序（PLC）控制技术和通讯技术，配合精度高、稳定性好的旋转编码器、无触点感应式电位器与霍尔传感器，对电机、滚筒与天轮等提升机的各种运行工况与参数进行采集、处理、显示、 存贮，使提升机不仅具有良好的启动、停车、调速和功率平衡等功能，而且能监测设备各部位的运行情况，对松绳、断绳、深度指示器失效等不正常状态进行保护，显示和记录故障类型，具有完善的保护和自诊断功能。可对最后三次提升的信号与状态进行记录，以备事后巡查。便于对事故的原因进行科学的分析，避免事故重复出现，使提升机处于安全高效的运行状态。同时，有助于引导提升司机正确操作、提高维护质量。 5、直接转矩控制改善低频特性

普通变频器虽然可以输出较低的频率，但输出力矩小，特性较软，应用于提升位能负载时，起动瞬间总要溜车。采用特殊的软件编程，实时监测电机轴上的负载力矩，应用直接控制技术，实现闭环调节，改善低频特性，即使在输出0Hz的情况下，也能输出200％的负载力矩，达到了在整个运行过程都能输出满足负载要求的力矩。完全避免了重载坡起时溜车现象。 8.6矿井提升机控制系统的操作步骤 1、开车前的准备工作

1） 将操作台上的制动手柄拉到紧闸位，主令手柄置于停止位，总电源开关顺时

针打到位。

2） 合电源柜电源开关CAI（电源互投装置），观察面板上的电压表三相电压是

否正常。

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3） 合电源柜的空气开关。若三相电压正常方可按下电源柜面板上的变频送电按

钮，给变频柜送电。

4） 给变频柜上电：将变频柜控制回路隔离开关由“OFF”打至“ON”位，观察

三相电压是否正常，将主回路隔离开关由“OFF”打至“ON”位，将变频器启动开关由“0”位打至“2”位，持续2秒后松手，变频器冷却风机起动。将开关打至“1”位，并按控制面板上的“RESET”键复位PPCC LINK故障 5） 合动力柜两相控制回路空气开关以与UPS进线空气开关和UPS控制回路空气

开关，合润滑油泵和制动油泵主回路空气开关，将面板上的制动油泵选择开关和润滑油泵选择开关打至相应的位置。

6） 按UPS开机键1秒以上UPS先进行自检，面板上的批示灯从下到上逐一熄灭，

几秒后逆变批示灯等这证明UPS已启动。

7） 将操作台的两相控制回路空气并关合上，再将操作台面板上的控制回路电源

开关打至“顺时针”位，给操作台上电。

2、开车

（1）听到开车信号后，分别按下操作台面板上的制动泵启动和润滑泵启动按钮，启动制动泵和润滑泵，观察其指示灯是否点亮，油压表显示压力是否正常。油压正常才允许开车。

（2）向前推动司机操作台主令手柄，随即向前推动司机操作台制动手柄至半松闸位置（即左手柄置中间位），此时提升机低速起动。司机观察无异常现象后，将制动手柄向前推到底，使制动闸全松开，然后向前将主令手柄推到位，同时观察速度显示数字表,使绞车加速至等速运行。

（3）司机听到减速铃响后，将右手柄逐渐向后拉，同时观察速度显示数字表，使绞车减速慢速运行。

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（4）司机观察深度指示器，确认提升容器接近停车位置时，将右手柄向后拉到底，然后将左手柄向后拉到底，提升机停车，一个提升循环结束。

（5）按下制动油泵停止按钮、润滑油泵停止按钮，提升机处于制动状态。一次提升过程结束，下次提升重复（1）——（5）。

（6）停车期间，司机离开操作位置时必须做到：将制动闸手把、主令手把置于零位。 3、开车操作中的注意事项

（1）起动过程分两个阶段，一个阶段叫初加速，另一个阶段叫主加速。在初加速阶段

中由于串车要过道岔，故提升机速度不能太大，要控制在1.0m/s以下，待串车驶过道岔，进入直道后方能开始主加速。主加速使提升速度增大到最大提升速度（3.4m/s）。 （2）随时注意观察以下几点：

① 电流、电压、油压、速度、深度等各种仪表的指示。 ② 深度指示器指针位置和移动的速度。 ③ 触膜屏、信号盘的信号变化情况。 ④ 各运转部位的声音。

⑤ 各种保护装置的声光显示。 ⑥ 滚筒上绳的排列情况和出绳的松驰情况。

（3）在运行中出现下列现象之一时，应当即将主令手柄拉回零位，用工作闸制动，进行中途停车。

① 电流过大，加速太慢，起动不起来； ② 运转部位发生异响；

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③ 出现情况不明的意外信号； ④ 过减速点不能正常减速；

⑤ 出现其它必须立即停车的不正常现象。

（4） 运行中出现下列情况之一时，应立即按下急停开关进行紧急停车。 ① 工作闸操作失灵； ② 接到紧急停车信号；

③ 接近正常停车位置，不能正常减速停车； ④ 出现其它必须立即停车的故障。 4、调绳操作

（1） 将司机操作台“调绳开关”旋至调绳位置（逆时针旋90 ），“四通阀”开关6AK扳至接通位置，此时安全回路断电，提升机处于制动状态，合上10AK开关，离合器合上信号灯点亮。

（2） 启动制动油泵，将司机操作台左手柄向前推，观察制动油压表，使油压升至2.94-3.43mp，调绳离合器打开，当“离合器打开”信号灯点亮时，表示调绳离合器完全打开。

（3） 司机按正常提升方式开动提升机，此时活卷筒制动，固定卷筒转动，直到固定卷筒上的提升容器到达所需位置，抱闸停车。

（4） 断开“四通阀”开关，将“调绳开关”旋至调绳位置，合上10AK开关，合上“五通阀”开关7AK，将司机操作台左手柄向前推，调绳离合器开始合上，当离合器完全合上时，“离合器合上”信号灯点亮，所有调绳过程结束。

（5） 断开“五通阀”开关，断开“10AK开关”，将“调绳开关”旋至正常提升位置（顺时针旋90 ），系统恢复到正常提升状态。

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5、 调整闸瓦间隙操作

（1） 将调绳转换开关打到调闸瓦间隙位置，解除安全制动和闸瓦磨损之间的联锁。 （2） 起动制动油泵。

（3） 合上安全阀开关8AK，使电磁阀G3通电，为固定卷筒松闸做准备，此时游动卷筒处于紧闸状态。

（4） 将制动手把推到全松闸的位置，使压力油进入电磁阀G3控制油路上的固定卷筒，制动器松闸，此时可对固定卷筒的闸瓦进行调整，调整完毕后，制动手把拉到紧闸位置，固定卷筒处于紧闸位置。

（5） 将安全阀开关8AK打到停止位置，使电磁阀G3断电，使电磁阀G3’通电，为游动卷筒松闸做准备。

（6） 将制动手把推到松闸的位置，游动卷筒松闸，此时可对游动卷筒的闸瓦进行调整，调整完毕后，将制动手把拉到紧闸位置，游动卷筒处于紧闸位置，到此两组制动器闸瓦间隙已调整完毕。

（7） 将调绳转换开关打到正常工作位置。

（8） 调整闸瓦间隙时，提升容器必须在车场的位置。 8.7 提升机各部分分析

目前，我国绝大部分矿井提升机（超过70%）采用传统的交流提升机电控系统（TKD-A为代表）。TKD控制系统是由继电器逻辑电路、大型空气接触器、测速发电机等组成的有触点控制系统。矿井提升PLC控制系统是在TKD-A和JKMK/J-A型控制系统的基础上发展起来的。本装置以TKD-A型控制系统为例，对提升机各部分进行分析。

1.主电路

主电路是指主电动机的定子和转子回路，用以给主电动机供电和电动机换向与保护。

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(1)定子回路

如附图1(a)所示，提升机电动机的定子绕组经高压隔离开关QS1、高压断路器QF和高压换向器与6kV高压电源相连。高压换向器由提升机下放接触器KM2、提升机提升接触器KM3和主接触器KM1组成，用以控制电动机转向和电源的通断。高压断路器设有失压脱扣器KV1与过电流脱扣器KA1、KA2，当电源电压过低或电动机过流时，断路器跳闸以保护电动机；另外，在安全回路串有断路器的辅助触点QF，同时实现安全制动。在电压互感器TV1的二次侧与失压脱扣器KV1相串联的还有紧急停车开关SF1、高压换向器室栅栏门闭锁开关SL1，前者用于紧急情况下司机脚踏停车；后者用于栅栏门与高压电源闭锁。当打开栅栏门时，SL1即断开，失压脱扣器KV1断电，断路器跳闸，可以保证进入高压区域人员的安全。

当采用动力制动时，由晶闸管电源柜S提供直流电源，经过动力制动接触器KM4与定子绕组接通。QS2与QS3分别为高压电源的进线和备用线的高压隔离开关。

(2)转子回路

如图1所示，电动机转子回路附加8段电阻，其接入与切除分别由8个加速接触器K1V～K8V进行控制。

2.测速回路

如附图1(b)所示，测速回路用以测量提升机的转速，并进行过速保护。测速回路的核心元件是测速发电机BR，它由主电动机拖动，其输出电压和极性反映了提升系统的实际速度和旋转方向。在测速回路接有8个继电器和仪表等元件。

(1)在第1，2行回路接有提升方向继电器KV8，KV9。由于二极管VD10，VD11的单向导电作用，使它们的通断反映了提升机的旋转方向。其触点分别接在速度给定自整角机B5和B6的励磁绕组，从而保证提升机正转时自整角机B5工作，反转时自整角机B6工作。与KV8，KV9串联的电阻Rt1用以防止等速时测速发电机电压较高烧坏其线圈；低速时用低速中间继电器KV13的动断触点将其短接，以保证有足够吸合电压。

(2)低速继电器KV3和低速中间继电器KV13相配合，用以实现低速脉动爬行。低速继电器整定在对应提升速度时释放和吸合。通过KV13在换向回路动断触点，使电动机二次给电，自动实现脉动爬行。

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(3)第4，5，6行分别接有速度继电器KV4，KV5，KV6，它们的触点分别接在第18、第20、第22行回路。利用这三个继电器可以在动力制动减速时适当切除电阻，以维持较大的制动转矩，它们的动作是按速度原则控制的。

(4)过速继电器KV7用以进行过速保护。当提升机速度超过最大速度Vm的15%，KV7吸合，串接在安全回路的动断触点断开，利用安全接触器KM5在控制回路第12行切断KM1，KM2，KM3控制回路使电动机断开电源，并进行安全制动。

3.安全回路

安全回路用以保证提升机安全、可靠地运行。当PLC监测到不正常工作状态时，安全回路的接触器KM5断电，KM5切断KM1、KM2、KM3控制回路，使电动机换向回路断电，使电动机与电源断开；同时也断开安全阀电磁铁Y7、Y8、Y9的电源，使提升机进行安全制动。安全回路原理图见附图2。

（1）主令接触器手柄零位连锁触点SA1.1。当电动机操纵手柄在中间位置时，SA1.1闭合，提升机在运行中SA1.1断开，使提升机在断电的情况下才能解除安全制动。

（2）工作闸制动手柄连锁触点SA2.1,当手柄位于制动位置时，其触点闭合，接入这一触点后只能在工作制动状态下才能解除安全制动，这样可避免提升机在容器与钢丝绳的重力作用下自动运转。

（3）测速回路断线监视继电器KA5的动合触点。一旦测速回路出现故障。该触点断开。正常工作时，由于加速开始或升降过程中测速发电机BR转速较低，以致使KA5无法吸合，为此，利用加速接触器K8V的动断触点短接KA5，使提升机能正常运转。

（4）制动油过压继电器K2动断触点。当制动油压过高时，油压继电器KP1的触点闭合，K2得电，其动断触点断开，同时信号灯HLR2发光指示。

（5）动力制动失压继电器KV2的动合触点，若晶闸管整流装置断线或发生故障失压时，接在晶闸管整流柜的KV2失电，同时安全回路失电。

（6）高压断路器QF的辅助动合触点。若断路器因故跳闸，该触点打开，使高压断电的同时。安全回路亦断电进行安全制动。

（7）过卷开关SL2—SL5.其中SL2,SL3安装在深度指示器上，SL4，SL5安装在井架上，当任一过卷开关打开时，均能使安全回路断电进行安全制动。

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（8）过卷复位开关SA5，用于过卷后将SL2—SL5短接，使安全回路通电，以放下过卷的容器。为了防止再次过卷，SA5与过卷开关之间有连锁关系，当接通SA5时，只能使提升机向过卷相反的方向开车。

（9）调绳转换开关SA4.7.正常提升时该触点闭合，将调绳闭锁回路短接；调绳时该触点打开，将调绳闭锁回路接入安全回路，以保证调绳过程的安全。

（10）SA10为操纵台上手动控制开关，可以作为安全回路试验之用，有操作人员进行控制。

第64行回路中SA4.12闭合可使打开离合器的电磁阀Y4和闭合离合器的电磁阀Y5通电为离合器操作准备了条件。第41行回路中的SA4.10闭合，可通过信号灯指示出离合器的工作状况。 4.可调闸控制回路

(1)电液调压阀的工作过程

如图3所示，可调闸是通过电液调压阀调节制动油压的大小，从而达到调节制动转矩的目的。电液调压阀线圈Y1（或Y2）中的电流，是由制动手把带动自整角机B1发出的信号，经磁放大器A1放大供给的。当制动手把处于全紧闸位置时，自整角机同步绕组中的输出电压为零。这时磁放大器的输出电流最小，线圈Y1产生的电磁力也最小，克服不了十字弹簧的反力，使挡板处于最高位置，喷嘴喷油量多，因而溢流阀的油压力下降，工作闸在自身弹簧的作用下抱紧。当制动手把逐渐向松闸位置移动时，带动自整角机反时针旋转，其电压逐渐升高，磁放大器输出给线圈Y1中的电流也逐渐增大。线圈Y1在永久磁铁气隙中产生的电磁力也逐渐增大，于是压缩十字弹簧，带动挡板下移，使喷嘴喷油量逐渐减少，制动油压增高，制动闸逐渐松开。手把推至全松

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闸位置时，自整大约转50°，这时输出电压最高，线圈Y1中的电流也最大，工作处

于

图3 电液调压阀工作原理

阀Y1）

(2)磁放大器的控制过程

如附图4所示，磁放大器A1的4个交流绕组接成正反馈方式，由306，307两点输出电压，经C1滤波后加在电液调压阀线圈Y1（或Y2）上，输出电压的特性如图5所示。由于是正反馈，使特性曲线起始工作点落在D点，采用正偏移线圈～使磁放大器接近饱和，工作点移至A点，此时输出电压最大。

KC2为工作闸继电器，用它控制可调闸的工作状态。在手动操作时，当司机将制动手把置于紧闸位置，工作闸闭锁开关SA2.1被压开，其动断触点打开，KC2断电，其触点使磁放大器A1和自整角机B1与电源断开，线圈Y1中无电流，盘形闸处于抱闸

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状态。如司机将制动手把向松闸位置推动时，SA2.1被释放，其动断触点闭合，KC2通电，A1和B1才有可能通电，可调闸才有可能松开。

可调闸制动转矩的调节也有手动和自动两种方式(本设备只有手动控制方式)。手动调节由司机通过制动手柄控制，当手把向松闸位置移动时，A1和B1均接通电源，同时还带动B1转动，使B1的输出电压由零慢慢增大，经VC2整流，由电位器RPt8输出给A1的控制线圈～，由于RPt8的正端接控制线圈的单号，故其电流由流向，对放大器铁心呈正激磁。而控制线圈的双号端接于A1的输出正端（306），对铁心呈负激磁。当电位器上的电压高于磁放大器A1的输出电压时，二极管VD5起堵截作用，控制绕组中无电流流过。但当RPt8上的电压低于A1的输出电压时，则有电流由A1的输出端306→VD5→线圈～→RPt8→307流回A1的输出端，对铁芯其负激磁作用。所以，控制线圈～称为截止负反馈线圈，电位器RPt8上的电压叫堵截电压。

调整时手柄放在松闸位置，RPt8上的电压和A1的输出电压接近相等，截止负反馈线圈中的电流接近于零，使A1仍工作于A点（图5），

此时输出最大，全松闸。随着手把由全松闸向紧闸位置移动时，B1的输出呈线性减小，RPt8上的电压线性降低，截止负反馈线圈中的电流便增加，A1的输出减小，其工作点有A向D，E转化。当手把移到紧闸位置时，RPt8上的电压最小，截止负反馈线圈中的电流最大，使A1的输出最小，闸便抱紧，实现了手动控制。

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可调闸制动转矩的自动调节是靠设计速度与实际速度的偏差值来控制的。设计速度由深度指示器限速圆盘上凸块带动自整角机B5，B6给出。当提升机正转时，方向继电器KV8有电，其动合触点接通B5的电源；同理，提升机反转时，由KV9将B6电源接通。B5或B6的输出电压在等速和减速段代表设计速度，此电压经整流桥VC6或VC7整流，C4滤波，供给A1的给定线圈～为正激磁，Rt25是用以调节给定激磁电流的可调电阻。测速反馈线圈～接于测速反馈回路的212，214端子上，其电压反映了实际速度的大小，为负激磁，由Rt26调节其激磁电流的大小。当速度正常时，应调节给定线圈的激磁安匝等于测速反馈线圈的激磁安匝，速度偏差为零，A1仍工作于A点，这时无制动作用。当实际速度大于给定速度时，测速反馈线圈安匝大于给定线圈激磁安匝，相当于对A1负激磁，A1的输出便从A点向D、E或F点转化，使输出减小，产生一定的制动转矩。根据设计要求，当超速5％时应贴闸皮，超速8％时抱死闸，如果给定速度大于实际速度，使A1趋于饱和时，输出电流保持最大值基本不变，仍处于全松闸状态。

5.减速阶段过速保护控制回路

减速阶段过速保护由磁放大器A2（被调整成继电特性）控制的过速继电器KA6来实现。当实际速度超过给定速度的10％时，A2的～线圈中的激磁安匝较A2的～线圈中激磁安匝增大10％。因为A2的～线圈的双号端子接至电源正极（214）,所以这时对A2来说速度偏差为负激磁。由于A2被调整成继电特性，故这时A2的输出突然减小，使KA6释放，切断安全回路，实现安全制动。A2也是正反馈接线，再用控制线圈～接成外正反馈，调整Rt21使A2的反馈系数大于1而成为继电特性，如图6所示。调整Rt21可以改变特性曲线环的宽度，初始工作点为A点。

当控制电流Ic为零时，虽加有负偏移线圈～，使工作点变为B点，但磁放大器输出仍为最大，所以只要接上交流36V电源，KA6立即吸持，其在安全回路的动合触点就闭合。

正常运行时，反等于给定速度的正这时虽有负偏移线

映实际速度的负激磁安匝IcN～激磁安匝Ig～，速度偏差为零。圈的激磁安匝IbN～存在，但继电

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器的输出仍在吸合安匝IxhN的围之，A2输出仍最大。

如果减速阶段实际速度低于给定速度时，IgN～大于IcN～，由图6可以看出，这时A2仍有最大输出，KA6仍吸合。

当超速10％时，负激磁安匝应为0.1IcN～。一般来说，此值与负偏移线圈激磁安匝IbN～之和应等于继电器释放时负激磁安匝IsfN（工作点C），所以继电器输出电流突然减小，KA6释放，实现安全制动。 6.动力制动控制回路

矿井提升机采用动力制动，可以提高提升机运转的安全性并减轻机械闸的负担。TKD-A型电控系统配有KZG（D）型单相晶闸管动力制动电源柜，系统框图如图7所示。晶闸管输出电压的大小与触发装置输入的控制信号电压的高低有关。

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控制信号电压由两个回路组成一个或门电路，只要其中之一达到触发要求时，即可使晶闸管触发制动。这两个回路：一个回路是由实际速度与给定速度比较形成的偏差值自动控制着磁放大器A3的输出，另一个回路是由司机控制自整角机B2的输出以实现人工调节。

在人工控制动力制动时，由司机控制脚踏板带动自整角机B2发出控制电压。当脚刚刚踩下而脚尖尚未踏下时，SF2开关便打开，KM8与KC1皆断电，KM4便吸合，使晶闸管动力制动投入，但此时自整角机B2输出很小，动力制动电流也最小。当司机将脚尖完全踏下后，自整角机输出最大。

在脚踏动力制动与A3输出回路中，分别由VD12和VD13两个二极管组成一个或门电路，这两种信号呈并联关系，互不影响。

磁放大器A3的控制线圈～与电容C6和可变电阻Rt31组成微分负反馈电路，用以改善系统的动态品质。

KZG型晶闸管整流柜的原理如图8所示。KZG型晶闸管整流柜主回路采用单相半控桥式整流电路，有晶闸管VT1、VT2和二极管VD27、VD28组成。FU41、FU5为交流侧的熔断器；L1，L2为限流电抗器。每个整流元件也都并联有阻容保护装置R和C。晶闸管VT1、VT2的导通情况，决定于触发电路。T2、T3为脉冲变压器。

在KZG的触发电路中，同步变压器T1的原边接在交流电源的B1相上。同步变压器T1的副边有两组电压一样、相位相反的UB2和-UB2电压，其中UB2与同步变压器原边电压同相，-UB2与同步变压器原边电压反相。UB2和-UB2分别为晶闸管VT2和VT1触发回路的同步电压。主电源的同步电压相序如图10所示。这时，VT2的同步电压-UB2将超前主电源电压UAC90°。电压波形如图11所示。

以VT2为例，说明KZG触发回路的工作情况。当同步电压为正半周时，电容器C15经二极管VD33、电阻R19开始充电。稳压管VS3、VS4串联后的稳压值约为24V，C15的充电电压被限幅在24V。晶闸管VT4导通前，由于二极管VD36短接T3的初级绕组，故晶闸管

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VT2不可能被触发。由于电容C15无放电回路，即使延续到同步电压的负半周，电容器C15两端的电压仍可维持，从而可得到足够宽的移相围。UC15的波形如图11所示。

提升控制系统的制动控制信号线467，466输出电压被引至电阻R30上，经整形、滤波和限幅后，经电位器RP6、RP3、电阻R29、二极管VD35加于三极管V2的基极。

由同步变压器副边6V电源引出的固定偏置电压经滤波稳压后，再经电位器RP5、电阻R21、二极管VD34也加于三极管V2基极。

提升控制系统的制动控制信号输出较小时，由它引至V2的基极电位低于由固定偏置电压引来的电位。因此，提升控制系统的制动控制信号的输出信号被阻断，对V2不起作用。V2在固定偏置电压下导通，电容C14开始充电。由于固定偏置电压低，需经一定时间，C14充电电压才能达到单晶管V4的峰值电压Up。Uc1的波形如图11中虚线所示。当Uc1达Up值时，电源电压UA1C1恰在负半周的Q点。因发生在负半周，故KZG没有输出，电动机不产生制动力。但是，V4导通使电容C14放电，对晶闸管VT4发出触发脉冲。VT4导通后C15放电，保持了触发电路与主电路的正常同步关系。

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提升控制系统的制动控制信号输出一定电压时，不再受固定偏置电压的阻断，电容C12达到峰值电压Up时间缩短。在电源电压UA1C1为负半周时使V1导通。脉冲变压器T3副边对VT1发出脉冲电压Ug，VT1导通；在电源电压UA1C1为正半周时另一块触发电路板使VT2导通，KZG输出直流电流，电动机产生制动力。该触发电路的移相围约180°。显然，提升控制系统的制动控制信号输出的电压愈高，VT2导通角越大，KZG输出的直流电压也越高。

7.辅助电路

辅助电路用以对提升机辅助设备供电和控制。低压380V电源（也有备用电源）通过转换开关QC1进行切换。在辅助回路上接有动力制动电源柜S，用自动开关QA2控制和保护。M1与M2为制动油泵电动机，二者互为备用，用转换开关QC2转换，用接触器KM10控制。M3与M4为润滑油泵电动机，二者也互为备用，用转换开关QC3转换，用接触器KM11控制。另外，在辅助回路上还接有安全制动电磁铁Y7、Y8、Y9，控制离合器油路的三通电磁铁Y4、Y5，以与控制回路电源接触器KM7等元件。

8.提升信号回路

提升信号系统由电源变压器、开关、按钮、信号指示灯、电铃或电笛、继电器、线路与其他电气元件组成。

一套完整的提升信号应包括: (1)工作信号。

(2)事故信号(急停信号)。 (3)检修信号。 (4)各种安全保护信号。 (5)通讯系统。

为保证提升系统安全可靠地运转，各类提升信号必须满足下列基本要求： (1)信号电源电压不得大于127V，并须设置独立的信号电源变压器和电源指示灯。 (2)工作信号必须声光兼备，警告信号必须为声响信号，一般指示灯为灯光信号。 (3)信号系统应与提升机控制系统有连锁关系，即不发信号则提升机无法启动。 (4)缠绕式提升机必须有松绳保护信号装置，防止因松绳造成断绳事故。 (5)应设置井筒检修信号装置，在检修井筒的整个时间检修指示信号应保持显示。沿井筒壁须敷设供检修人员发送开车、停车信号的装置。

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(6)提升机司机与信号工之间应设直通，便于与时联系。直通可兼作联系信号用。 本装置针对罐笼基本提升信号系统进行分析。 矿井提升信号系统基本原理图如图12所示。 (1)简要说明

①开车信号由井口转发，井底不发信号，井口便发不出信号。 ②开车信号除有声响外，还有灯光保留，直至打停车信号时消除。

③信号系统与提升机加减速控制回路有闭锁关系，不发开车信号，提升机无法加速。

④停车信号兼作事故信号，井底、井口均可直发至提升机房，以便司机与时停车。 (2)工作过程

基本信号系统分别为停车与事故信号回路、井下对井口的开车信号回路、井口对绞车房的开车信号回路，以与提升机的信号回路。

①停车与事故信号回路

如图12停车与事故信号回路所示，停车信号可由井底或井口发出，1DL2，2DL3，3DL2分别是井底、井口、绞车房的电铃，3HL1、2HL3、1HL2分别是安装在绞车房、井口、井底的停车或事故指示灯，当井底按下按钮1SB1或井口按下2SB1时，1DL2，2DL3，3DL2都可以响铃，1HL2、2HL3、3HL1发光，向井底、井口、绞车房同时发出停车信号或事故信号。绞车司机听到铃响并看到3HL1亮的信号后进行停车或紧急制动。继电器KA8也在此回路中随着电路的接通而吸合，其接点断开开车信号回路中KA9、KA10的自保电路，作用是使信号回路复位。

②井底对井口的开车信号回路

如图12开车信号回路1所示，开车信号按钮1SB2设于井下，由井下信号工控制，按钮由井门开关闭锁。井门是保障上下罐笼的人员、物料安全的重要设施，当提升机在停车位停车时，井门打开，人员或物料进出罐笼。要进行提升时必须关闭井门，井门上的4个限位开关闭合（4个限位开关对应4个井门开关）。当井底的井门全部关闭后，信号按钮才能与电源接通，这时信号工按下1SB2。1SB2接通两个控制回路；第一个回路是处于井底和井口的2个电铃1DL1和2DL1，使之响铃以声音方式传递信号；第二个回路是灯光控制回路，将使井底和井口的信号灯1HL1和2HL1同时亮，继电器KA9也因为得电吸合，其接点KA9闭合自保。同时也使1HL1和2HL1灯保持常亮，直

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到停车回路接通，继电器KA8得电吸合，其常闭接点KA8断开KA9的自保回路为止。继电器KA9在开车信号回路2中有一个常开接点，作用是对井口对绞车房的开车信号回路进行闭锁，即必须由井底先对井口发出开车信号，使KA9吸合自保，井口才能对绞车房发出开车信号。

③井口对绞车房的开车信号回路

如图12开车信号回路2所示，电源经接点KA9、井门开关（井口的井门开关，其作用同上）到达开车信号按钮2SB2上。由此可见，当井下已经向井口发出开车信号后（KA9闭合）和井口门被关闭（井门开关闭合）这两个条件同时具备时按下2SB2，有两个回路被闭合：其一，电铃2DL2（井口）、3DL1（安装与绞车房）被接通发出声音信号；其二，指示灯2HL2，3HL2发光指示，同时继电器KA10得电吸合，其常开接点闭合自保，维持KA10的吸合和2HL2，3HL2发光，另一个常开接点在提升机信号回路中闭合。

④提升机的信号回路

由图12中去提升机信号回路所示，线路544与线路I5.7之间接有两个触点KA10和延时断开的常开触点KT。在提升机停止状态时并且井口没有发出开车信号前，继电器KA10是处于释放状态的，其常闭接点在时间继电器KT回来种处于闭合状态，KT处于吸合状态，其延时断开的常开触点在线路544与线路I5.7之间的闭合，但由于继电器KA10正处于释放状态，其常开接点处于断开状态，因此线路544与线路I5.7之间是不通的。

当井口发来提升信号时，KA10得电吸合并自锁，KA10的常闭接点在时间继电器KT回路中断开，KT失电，其在提升机信号回路中的常开触点KT延时一段时间后断开，而在KT延时这段时间，KA10正处于闭合状态，即线路544与线路I5.7之间相通，提升机信号回路接通。至此，提升信号发出完毕，提升机在司机的操纵下启动并加速。

KT在经过一段时间的延时后其接点在线路544与线路I5.7之间断开，完成提升信号的传送。提升信号灯（无论是井下、井口和绞车房的信号灯）在有效的提升信号发出后到再发出停车信号止都是亮着的。当井下或井口发出停车信号信号时，将提升信号系统复位，信号灯熄灭，KA10释放，其接点在线路544与线路I5.7之间断开，并把KT接通电源，KT接点瞬动闭合，为下次发出提升信号作准备。

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附图1（a） 主电路

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附图1(b) 测速回路

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附图2（a） 控制回路1

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附图8 KZG型晶闸管整流柜原理图

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附图12 矿井提升信号系统基本原理图

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结论

制动系统是提升机不可缺少的重要组成部分，是提升机最关键也是最后一道安全保障装置，制动力矩的不足是导致提升设备过卷、放大滑等事故的直接因素。制动装置的可靠性直接关系到提升机的安全运行。

我国许多煤矿矿井已经转向中、深部开采，多绳摩擦提升机适用于较深的矿井提升，它具有体积小、质量轻、安全可靠、提升能力强等优点。本文针对多绳摩擦轮提升机的卷筒和制动装置的设计，了解制动器的结构和工作原理。

盘式制动器是近年来应用较多的一种新型制动器，它以其独特的优点与良好的安全性能被广大用户认可。盘式制动器与其它类型制动器相比较，其优点是：因多副制动器同时使用，即使一副制动器失灵，也不是影响一部分制动力矩，故可靠性高，操作方便，制动力矩可调性好、惯性小、动作快、灵敏度高、重量轻、结构紧凑、外形尺寸小、安装维护方便、通用性大等；但其缺点也比较明显：对于制动盘和制动器的制造精度要求较高，对闸瓦的性能要求较高等。

盘式制动器所具有的优点在相当大的程度上可以满足生产和安全的需要，所以它在现代多种类型提升机中获得广泛的应用，随着盘式制动器发展的成熟，它的优越性会越来越明显，市场前景广阔。

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致

时间已经快进入六月份，为期两个多月的毕业设计接近尾声。看着自己完成的作业，一方面心中禁不住产生欢欣的感觉，另一方面很是惆怅，四年的大学学习和生活就要随着这篇论文大大便而结束了。很庆幸在这四年我遇到了很多良师益友，无论是在学习上还是生活上或者工作上都给给予我无私的帮助和热心的照顾，让我诸多方面都有所成长。感恩之情很难用语言度量，在这里表示崇高的敬意！

在这里我要首先感我的指导老师延锋老师，在老师的亲切指导下我才能完成论文，从课题的选择到论文的最终完成老师都给予我悉心的指导。另外我从老师身上，我可以感受到一个学者的严谨和务实，这都让我获益匪浅，终身受用。

作为即将离校的我们，每天匆匆穿行于校园中，一切都给人一种熟悉而又陌生的感觉，处处充满了新奇和回味，多么美好的校园。回想起来四年的时间，在这里，我们不仅学到了知识和技能，更重要的是学到了做人的道理和做事的准则。世事洞明皆学问，只要用心去钻，什么地方都会有东西可学。就如这次毕业设计，从前期的准备到后来的实习；从老师的指导到同学间的交流；从书本上的知识到实践中的经验，各个环节都有可学之处。而正是脚踏实地，一步一个脚印地干下去，收获了许多。

由于知识匮乏，经验欠缺，其中错误不足敬请诸位批评指正，一并表示感。

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参考文献

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