摘要
我国是个采矿大国，也是矿山机电设备制造和使用的大国，而矿山工业的提升机是咽喉设备。产品不断更新换代，矿井提升设备正朝着大型化、高效化、自动化方向发展，在这种新的条件下，早期安装的一些BM型和KJ型提升设备，其提升高度已满足不了矿井延深的需要，因此对落地式摩擦提升设备的设计是满足加大提升高度要求的行之有效的办法。本文将浅井（200米左右）延深到深井(600米及以上)作为设计条件进行设计，并进行了一系列的运动学、动力学和经济指标的验算，以满足现代提升的需要。
天轮是落地式摩擦提升机的重要部分，在天轮的结构设计中，对其进行有限元分析对提高天轮的静态性能和优化天轮结构设计，均具有重要意义。将有限元技术应用于天轮结构分析，提出改进意见，使结构能够满足强度和刚度要求，己经成为天轮设计以及现代工程设计的重要组成部分。实践证明，利用有限元法对天轮结构进行分析是有效的，可进行静态分析。
本文作者以所设计的天轮为例，在工程图纸的基础上，首先利用ANSYS软件建立了天轮结构的几何模型。然后利用实体单元，建立了供强度计算的有限元模型并进行了简化。在有限元模型的建立过程中，不但考虑了边界条件的处理与简化，还考虑了天轮结构以及作用在其上的载荷的处理方法，进行了天轮结构的强度计算。计算结果表明，文中建立的有限元模型是合理的，分析是正确的，所得结果可直接用于指导天轮设计的改进和性能评价。
关键词：摩擦式提升机；天轮；ANSYS；有限元分析
目录
前言………………………………………………………………………………1
1矿井提升设备…………………………………………………………………2
1.1 矿井提升设备的概述………………………………………………………2
1.1.1 矿井提升设备的历史………………………………………………………2
1.1.2 矿井提升设备的任务………………………………………………………2
1.1.3 矿井提升设备的分类………………………………………………………2
1.1.4 矿井提升设备的组成………………………………………………………3
1.2 矿井提升设备的问题………………………………………………………3
1.2.1矿井提升设备的问题……………………………………………………3
1.2.2矿井提升设备问题的解决………………………………………………3
1.3 落地式多绳摩擦提升机……………………………………………………3
1.3.1落地式多绳摩擦提升机的组成……………………………………………3
1.3.2 落地式多绳摩擦提升机的工作原理………………………………………3
2 多绳摩擦提升机的结构设计…………………………………………………5
2.1设计依据………………………………………………………………………5
2.2 选择箕斗……………………………………………………………………6
2.2.1 提升高度…………………………………………………………………6
2.2.2 经济提升速度…………………………………………………………6
2.2.3 一次提升循环时间估算…………………………………………………6
2.2.4 小时提升次数……………………………………………………………6
2.2.5 小时提升量……………………………………………………………6
2.2.6 一次合理的提升量………………………………………………………7
2.2.7 确定箕斗及其参数…………………………………………………………7
2.3 选择钢丝绳……………………………………………………………………7
2.3.1 选择钢丝绳…………………………………………………………………7
2.3.2 主绳所允许的最小安全系数……………………………………………8
2.3.3确定钢丝绳主绳……………………………………………………………8
2.3.4 确定钢丝绳尾绳……………………………………………………………9
2.3.5 确定重尾绳系统的重力差………………………………………………9
2.3.6 确定最大静张力………………………………………………………9
2.3.7 验算主绳的安全系数…………………………………………………10
2.4 选择摩擦轮…………………………………………………………………10
2.4.1 摩擦轮直径……………………………………………………………10
2.4.2 验算所选提升机强度……………………………………………………10
2.5 选择天轮……………………………………………………………………12
2.6 计算提升机与井筒的相对位置……………………………………………13
2.6.1 确定井架高度…………………………………………………………13
2.6.2 计算提升机摩擦轮中心至井筒中钢丝绳间的水平距离……………13
2.6.3 计算钢丝绳弦长………………………………………………………14
2.7 预选电动机…………………………………………………………………15
2.7.1 确定电机额定转数……………………………………………………15
2.7.2 电动机作用于摩擦轮上的额定力……………………………………17
2.7.3 计算提升系统总变位质量…………………………………………17
3 运动学参数设计………………………………………………………………19
3.1 确定提升加速度…………………………………………………………19
3.1.1 按减速器能力确定最大加速度…………………………………………19
3.1.2 按充分利用电机能力计算加速度……………………………………19
3.1.3保证动防滑安全系数下的最大加速度…………………………………19
3.2 确定下降减速度…………………………………………………………21
3.2.1 自由滑行减速方式下的减速度………………………………………21
3.2.2 制动减速方式下的减速度……………………………………………21
3.2.3 电动机减速方式下的减速度…………………………………………21
3.3 各阶段运动参数设计………………………………………………………22
3.3.1 初加速阶段………………………………………………………………22
3.3.2 主加速阶段………………………………………………………………22
3.3.3 爬行阶段…………………………………………………………………23
3.3.4 减速阶段…………………………………………………………………23
3.3.5 等速阶段…………………………………………………………………23
3.4 一次提升循环时间………………………………………………………23
3.5 实际小时提升量…………………………………………………………24
4 提升系统的各阶段动力学计算………………………………………………25
4.1 提升开始……………………………………………………………………25
4.2 箕斗出卸载曲轨时…………………………………………………………25
4.3 主加速阶段…………………………………………………………………25
4.4 等速阶段……………………………………………………………………26
4.5 减速阶段……………………………………………………………………26
4.6 爬行阶段……………………………………………………………………26
4.7 提升工作图…………………………………………………………………27
5 校核……………………………………………………………………………28
5.1校核电机容量…………………………………………………………………28
5.1.1 计算等效时间…………………………………………………………28
5.1.2 计算等效力……………………………………………………………28
5.1.3 验算电动机的等效功率………………………………………………29
5.1.4 正常过负荷验算…………………………………………………………29
5.2 动防滑验算………………………………………………………………29
6 提升电耗与提升效率…………………………………………………………31
6.1 一次提升电耗……………………………………………………………31
6.2 吨煤电耗…………………………………………………………………31
6.3 一次提升有益电耗………………………………………………………31
6.4 提升效率…………………………………………………………………31
6.5 提升能力富裕系数………………………………………………………31
7 天轮的有限元分析……………………………………………………………32
7.1 有限元分析的意义…………………………………………………………32
7.2 分析过程……………………………………………………………………32
7.2.1 有限元分析的目的………………………………………………………32
7.2.2 天轮结构模型的建立……………………………………………………32
7.3 天轮建模单元特性…………………………………………………………37
7.4 天轮网格划分情况…………………………………………………………37
7.5 天轮施加约束情况…………………………………………………………40
7.6 天轮受力情况………………………………………………………………40
7.7 天轮分析结果………………………………………………………………42
8 天轮轴的有限元分析…………………………………………………………45
8.1 天轮轴的建模………………………………………………………………45
8.2 天轮轴网格划分情况………………………………………………………46
8.3 天轮轴施加约束情况………………………………………………………47
8.4 天轮轴受力情况……………………………………………………………47
8.5 天轮轴分析结果……………………………………………………………48
9 技术经济分析…………………………………………………………………51
10 结论…………………………………………………………………………52
致谢………………………………………………………………………………53
参考文献…………………………………………………………………………54
附录 译文……………………………………………………………………55
