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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
滑道式提升機(jī)及其控制電路的設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1各種提升機(jī)的工作原理
D型斗式提升機(jī)工作原理：由運(yùn)行部分(料斗與牽引膠帶),帶有傳動(dòng)滾筒的上部區(qū)段,帶有拉緊滾筒的下部區(qū)段,中間機(jī)殼,驅(qū)動(dòng)裝置,逆止制動(dòng)裝置等組成,適用于向上輸送松散密度ρ＜1.5t/m3粉狀、粒狀和小塊狀的無(wú)磨琢性和半磨琢性散狀物料,如煤、砂、焦末、水泥、碎礦石等。 TD型斗式提升機(jī)結(jié)構(gòu)形式:傳動(dòng)裝置TD型斗提升機(jī)的傳動(dòng)裝置有兩種形式分別配有YZ型減速器ZQ(或YY)型減速器。YZ型軸減速器直接裝在主軸軸頭上,省去了傳動(dòng)平臺(tái)、聯(lián)軸器等,使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕,而且其內(nèi)部帶有異型輥逆止器，逆止可靠。該減速器噪音低，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，并隨主軸浮動(dòng)，可消除安裝應(yīng)力。
HL型環(huán)鏈離心斗式提升機(jī)工作原理：由運(yùn)動(dòng)部分（料斗與牽引鏈條）、帶有傳動(dòng)鏈輪的上部區(qū)段、帶有拉緊輪的下部區(qū)段、中間機(jī)殼、驅(qū)動(dòng)裝置、逆止制動(dòng)裝置等組成。本提升機(jī)的料斗為間斷式布置，利用“掏取法”進(jìn)行裝載，“離心投料法”卸料。本提升機(jī)的牽引機(jī)構(gòu)是兩根環(huán)形鏈條。
TH系列斗式提升機(jī)工作原理: TH系列斗式提升機(jī)適用于輸送粉狀、粒狀及小塊狀的無(wú)磨琢及磨琢性小的物料。TH型是一種圓環(huán)鏈斗式提升機(jī)采用混合式或重力卸料，挖取式裝料。牽引件用優(yōu)質(zhì)合金鋼高度圓環(huán)鏈。中部機(jī)殼分單、雙通道兩種形式為機(jī)內(nèi)重錘箱恒力自動(dòng)張緊。鏈輪采用可換輪緣組合式結(jié)構(gòu)。使用壽命長(zhǎng)，輪緣更換工作簡(jiǎn)便。下部采用重力自動(dòng)張緊裝置，能保持恒定的張緊力，避免打滑或脫鏈，同時(shí)料斗遇到偶然因素引起的卡殼現(xiàn)象時(shí)有一定的容讓性，能夠有效地保護(hù)下部軸等部件。該斗式提升機(jī)適用于輸送堆積密度小于1.5t/m3易于掏取的粉狀、粒狀、小塊狀的底磨琢性物料。如煤、水泥、碎石、砂子、化肥、糧食等。TH型斗式提升機(jī)用于各種散狀物料的垂直輸送。適用于輸送粉狀、粒狀、小塊狀物料，物料溫度在250℃以下。
NE系列板鏈?zhǔn)蕉肥教嵘龣C(jī)工作原理：本機(jī)系流入式喂料，物料流入料斗內(nèi)靠板鏈提升到頂端，在物料重力作用下自行卸料。本系列提升機(jī)規(guī)格多(NE15~NE800共11種)提升量廣；且生產(chǎn)能高，能耗較低，可逐步代替其他類(lèi)型提升機(jī)，其主要參數(shù)見(jiàn)下表。該機(jī)采用全封式機(jī)殼鏈速低，幾乎無(wú)回料現(xiàn)象，因此無(wú)功功率損耗少，噪聲低，壽命長(zhǎng)。
DZC系列電機(jī)振動(dòng)垂直提升機(jī)工作原理：是由提升槽、振動(dòng)電機(jī)、減振系統(tǒng)和底座等組成。該系列提升機(jī)是采用振動(dòng)電機(jī)作為振動(dòng)源，固定在提升槽上的兩臺(tái)相同型號(hào)的振動(dòng)電機(jī)中心線交叉一定角度安裝，并做相反方向自同步旋轉(zhuǎn)，振動(dòng)電機(jī)所帶的偏心塊在旋轉(zhuǎn)時(shí)各個(gè)瞬間位置所產(chǎn)生的離心力之分力沿拋擲方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使支承在減振器上的整個(gè)機(jī)體不停振動(dòng)，使物料在提升槽內(nèi)被拋起的同時(shí)向上運(yùn)動(dòng)，物料落入入料槽后，開(kāi)始被拋起，此時(shí)可以使物料與空氣充分接觸，還可以起到散熱冷卻的作用。該提升機(jī)對(duì)粉狀、塊狀和短纖維狀的固體物料（有粘性和易結(jié)塊的除外）都可垂直輸送，還可以完成對(duì)物料的干燥、冷卻作用。分敞開(kāi)式、封閉式兩種結(jié)構(gòu)。并可按照用戶需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。
斗式提升機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：
規(guī)格
提升最大高度(m)
輸送量(m/h)
斗距(mm)
電機(jī)功率(kw)
160型
28
3-8
500
3-7.5
200型
31.5
6-15
500
3-7.5
250型
30.16
10-25
500
4-11
300型
30.16
25-35
500
5.5-15
350型
31
19-40
600
7.5-18.5
400型
32
35-50
600
7.5-22
450型
32.7
42-60
600
7.5-22
1.2提升機(jī)簡(jiǎn)介
斗式提升機(jī)在機(jī)械化連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)中是一種被普遍采用的垂直輸送設(shè)
備，主要用于提升粉狀、粒狀、小塊狀的無(wú)磨琢性和磨琢性物料(如水泥、
煤、砂、谷物、木屑、礦石、焦炭、硅酸鹽、鋁鎂砂、耐火材料、化肥、
化學(xué)物品等)。根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，它與板式給料機(jī)、帶式輸送機(jī)、螺旋
輸送機(jī)等其它形式輸送設(shè)備配合，可以布置成不同的工藝沉積，形成各種
運(yùn)輸系統(tǒng)。因此斗式提升機(jī)廣泛地應(yīng)用于建村、電力、冶金、機(jī)械、化工、
輕工、有色金屬、糧食等各工業(yè)部門(mén)。
在現(xiàn)代化的工廠中，從原材料進(jìn)廠，中『自J經(jīng)過(guò)各道加工工藝到成品出
廠，時(shí)刻都需要均勻地連續(xù)地進(jìn)行物料輸送，連續(xù)輸送設(shè)備是實(shí)現(xiàn)這一途
徑的理想設(shè)備。在垂直提升設(shè)備中，斗式提升機(jī)的輸送效率高，機(jī)殼橫斷
面尺寸小，占地空間小，而提升高度可達(dá)60．80m；且系統(tǒng)可靠性好，故障
少，并能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離顯示和控制；另外它具有良好的密封性能，能夠防
止粉塵污染和防止粉塵爆炸，與其它垂直輸送設(shè)備比較，功率消耗小是氣
力輸送的1／3。
斗式提升機(jī)是通過(guò)緊固在牽引構(gòu)件(膠帶、鏈條)上的許多料斗，并環(huán)
繞在提升機(jī)上部頭輪和下部尾輪之間，構(gòu)成了閉合輪廓；驅(qū)動(dòng)裝置與頭輪
軸相連是斗式提升機(jī)的動(dòng)力部分，可以使頭輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，張緊裝置一般和下
部尾輪相連，使?fàn)恳龢?gòu)件獲得必要的初張力，以維持牽引構(gòu)件正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
物料從斗式提升機(jī)下部機(jī)殼的進(jìn)料口進(jìn)入，通道流入式或掏取式裝入料斗
后，提升到頭部，在頭部沿出料口卸出，實(shí)現(xiàn)垂直方向輸送物料的目的。
斗式提升機(jī)的料斗、牽引構(gòu)件、頭輪和尾輪等安裝在全封閉的機(jī)殼之內(nèi)。
斗式提升機(jī)在下部裝料，在頭部卸料。由于被輸送的物料特性差異很
大，所以裝料和卸料的方式也就不同，根據(jù)物料特性，正確選擇裝料和卸料方式，對(duì)其工作情況和生產(chǎn)率影響很大。對(duì)裝料和卸料的要求是：裝料
均勻，塊狀物料直接流入料斗；卸料時(shí)物料能正確地進(jìn)入卸料槽，不返料：
物料拋卸中不沖擊頭部罩殼，采用問(wèn)隔布置料斗的高速斗式提升機(jī)，物料
拋卸過(guò)程中不碰撞到前面的料斗上148I。
1.3提升機(jī)的應(yīng)用
糧食提升機(jī)
通過(guò)前期國(guó)家糧庫(kù)的建設(shè),糧食倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)的糧食儲(chǔ)運(yùn)狀況得到很大的提升,立筒庫(kù)和淺圓倉(cāng)的糧食裝倉(cāng)和出倉(cāng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化生產(chǎn),生產(chǎn)作業(yè)效率得到較大提高。其輸送的物料對(duì)象為糧食,尤其是烘干后的玉米,有易碎的特點(diǎn),而在用的輸送設(shè)備卻都是以普通物料為輸送對(duì)象。如目前在糧庫(kù)普遍使用的斗式提升機(jī)、刮板輸送機(jī)在結(jié)構(gòu)上并沒(méi)有因以糧食為輸送對(duì)象而采用特殊的結(jié)構(gòu)和選用合適的相關(guān)技術(shù)參數(shù)。糧庫(kù)在使用這些輸送設(shè)備對(duì)烘后玉米進(jìn)行進(jìn)出倉(cāng)作業(yè)的過(guò)程中,造成較大的玉米破碎率,提升機(jī)一般為2. 7% ～4. 0% ,刮板輸送機(jī)在3. 0%以上,甚至更高。由于提升機(jī)是糧庫(kù)輸送作業(yè)的重要設(shè)備,其造成的玉米破碎經(jīng)濟(jì)損失巨大。特別是在今后一個(gè)階段,國(guó)家將推行散糧運(yùn)輸,同時(shí)隨著中國(guó)加入WTO和日益提高的物質(zhì)生活水平,糧食的破碎問(wèn)題對(duì)糧庫(kù)而言日顯其重要性。由于糧食作為一種特殊的輸送對(duì)象,國(guó)家對(duì)相關(guān)糧食品種的破碎有專門(mén)的要求。尤其是烘后的玉米(含水率14. 5% ) ,具有易碎的特性,在受到外力的作用下,破碎率大的問(wèn)題比較明顯。因此,設(shè)計(jì)專門(mén)為易碎糧食提供服務(wù)的提升機(jī)十分必要。在參數(shù)和結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),通過(guò)合理降低畚斗帶速度,選配相應(yīng)的頭底輪的直徑和符合拋料軌跡的機(jī)頭罩殼以及配套的畚斗型式和規(guī)格,并保證機(jī)座定向定距、底部微少積料,可以使提升機(jī)的破碎率得到較大幅度的降低。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)際的考核, 100 t/h輸送量的提升機(jī)破碎率不超過(guò)1. 3%。如果將進(jìn)糧速度控制在合理的范圍之內(nèi),糧食專用提升機(jī)的破碎率會(huì)進(jìn)一步的降低。糧食專用提升機(jī)是從糧食產(chǎn)后的生產(chǎn)實(shí)際中提出來(lái)的,并在生產(chǎn)實(shí)際中得到了應(yīng)用,取得良好的效果,可以廣泛應(yīng)用于對(duì)破碎有要求的工作環(huán)境,如米廠、港口、糧食倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)。
1.4提升機(jī)的發(fā)展
提升機(jī)結(jié)構(gòu)從機(jī)電分體到機(jī)電一體的沿革
德國(guó)人哈德摩托·阿諾爾德( HartmutArnold) ,于1956 年7 月第一個(gè)提出礦山提升機(jī)機(jī)電一體結(jié)構(gòu)原理,1960 年11 月獲得專利,專利號(hào)1095485 。顧名思義,機(jī)電一體是指提
升機(jī)滾筒和電機(jī)成為一體,是區(qū)別于機(jī)電分體即滾筒和傳動(dòng)裝置分體安裝而言的。現(xiàn)結(jié)合我國(guó)礦山提升機(jī)構(gòu)的沿革,來(lái)看從機(jī)電分體到機(jī)電一體的演變過(guò)程。20 年前,當(dāng)機(jī)電一體提升機(jī)在德國(guó)魯姆貝克礦井和雷敦礦井相繼取得成功以后,德國(guó)因礦業(yè)凋敝,沒(méi)有出現(xiàn)第3 臺(tái)機(jī)電一體提升機(jī)。5年前,當(dāng)我國(guó)準(zhǔn)備進(jìn)口第1 臺(tái)機(jī)電一體提升機(jī)時(shí),有人預(yù)言,這是提升機(jī)結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向,雖然當(dāng)時(shí)的結(jié)構(gòu)還不算成熟,也應(yīng)當(dāng)引進(jìn)1 、2 臺(tái)作為借鑒,才不會(huì)落后世界潮流太遠(yuǎn)。接著就引進(jìn)了3 臺(tái)。大雁提升機(jī)結(jié)構(gòu)已有重大改進(jìn),陳四樓提升機(jī)則得到進(jìn)一步完善,逐步實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。再過(guò)二三年,也就是大約用了十年時(shí)間,當(dāng)引進(jìn)的提升機(jī)調(diào)試和投產(chǎn)運(yùn)行取得成功后,就可以說(shuō)基本完成了這項(xiàng)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)階段,標(biāo)志著這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟。用機(jī)電一體結(jié)構(gòu)逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)結(jié)構(gòu)的總趨勢(shì)已不可逆轉(zhuǎn)。而南非的3 臺(tái)大型提升機(jī)以及澳大利亞和我國(guó)準(zhǔn)備引進(jìn)的項(xiàng)目,都實(shí)際上已經(jīng)是這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用成果了。我國(guó)是世界上礦業(yè)大國(guó),有較大的
提升機(jī)市場(chǎng),如果以后再要進(jìn)口,機(jī)電一體提升機(jī)就自然會(huì)成為首選方案,因?yàn)檫@對(duì)用戶有利。我國(guó)也需要自己開(kāi)發(fā)這項(xiàng)新技術(shù),而這些引進(jìn)項(xiàng)目的成功,必然會(huì)起到重要的促進(jìn)和借鑒作用。
礦井提升機(jī)全自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)，給礦井提升機(jī)的技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)無(wú)限的生機(jī)，使得礦井提升系統(tǒng)向著多功能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和機(jī)電一體化的方向發(fā)展，極大的提高了系統(tǒng)的安全可靠性、運(yùn)行效率以及控制的精確性，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守。它的實(shí)現(xiàn)與當(dāng)今世界對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械進(jìn)行數(shù)字化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化改造的潮流和時(shí)代的脈搏是相吻合的，對(duì)發(fā)展電力拖動(dòng)學(xué)科與技術(shù)、推動(dòng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在礦山的應(yīng)用產(chǎn)生了一定的影響，為礦山企業(yè)走新型工業(yè)化道路提供了借鑒之路，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)礦井提升新局面，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
2 總體方案確定
2.1 總體設(shè)計(jì)要求
1、生產(chǎn)率：4-5噸/時(shí)；
2、裝機(jī)容量：5.5千瓦；
3、提升重量：500kg；
4、提升斗自動(dòng)開(kāi)門(mén)，有自鎖功能。
2.2 總體設(shè)計(jì)
2.2.1工作原理
該提升機(jī)是一種作循環(huán)、間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)械。一個(gè)工作循環(huán)包括：取物裝置從取物地把物品提起，然后水平移動(dòng)到指定地點(diǎn)降下物品，接著進(jìn)行反向運(yùn)動(dòng)，使取物裝置返回原位，以便進(jìn)行下一次循環(huán)。
由電動(dòng)機(jī)通過(guò)鋼絲繩的拉引，在固定軌道上進(jìn)行上下的運(yùn)動(dòng)從而達(dá)到提升的作用。
2.2.2 總體尺寸綜合
確定設(shè)備外形尺寸：7500×3500×6300。在這個(gè)基礎(chǔ)上來(lái)定其它各個(gè)部件的尺寸。考慮到料斗對(duì)導(dǎo)軌的作用，導(dǎo)軌選槽鋼126×53×5.5，長(zhǎng)度初步選為10m，導(dǎo)軌與地面角度定為60度。因?yàn)檫€有計(jì)量包裝系統(tǒng)，所以料斗倉(cāng)放在水平地面以下，料斗倉(cāng)支座離地面高度為1520mm。第一、二根支架間定為1.2m第二、三根支架間定為0.7m。料斗倉(cāng)離左邊立柱處定為3810mm。機(jī)架由于受到滾筒的壓力作用并考慮支撐滾筒的尺寸，機(jī)架的尺寸定為4450×3500，機(jī)架選槽鋼126×53×5.5。立柱選槽鋼140×58×6，并由兩根槽鋼140×58×6焊接在一起而成。左右立柱間相距2900mm。
2.3 總體圖
滑道式提升機(jī)生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)圖如下：
1．提升斗 2.提升導(dǎo)軌 3.提升機(jī)構(gòu) 4.樓梯 5.攪拌滾筒
6.機(jī)架 7.成品倉(cāng) 8.控制柜
圖2.1 總體裝配圖
3 提升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1料斗倉(cāng)重量計(jì)算
通常料斗是在無(wú)動(dòng)力情況下依靠物料白重進(jìn)行工作的，其工況主要取決于物料的物理特性和料斗的幾何形狀，這里料斗的工況主要是指物料從捧料口卸出時(shí)的流動(dòng)狀況。最為常見(jiàn)的流動(dòng)狀況有兩種，一是所謂的“垂直柱流動(dòng) ，排料孔上方的物料作垂直運(yùn)動(dòng)，靠近斗壁的物料靜止不動(dòng)或緩慢流動(dòng)，物料上表面的中心部位下陷形成漏斗狀；二是所謂。整體流動(dòng) ，當(dāng)物料從捧料孔卸出，斗內(nèi)所有物料都同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)，如同液體整體下泄。為使料斗最有效地發(fā)揮作用，整體流動(dòng)是一般料斗設(shè)計(jì)所追求的理想流態(tài) 由于影響料斗內(nèi)銹料流動(dòng)的因素很多，諸如物料的粒度、濕度、粘度和硬度等物理特性，料斗的材料特性以及料斗的幾何形狀等，描述物料流態(tài)的運(yùn)動(dòng)方程很復(fù)雜，但對(duì)于特定的物料和斗壁材料，物料的流態(tài)取決于料斗的形狀等。
主要因素，當(dāng)α ≥β ( β為物料與斗壁的靜摩擦角)，就會(huì)產(chǎn)生整體流動(dòng)，當(dāng)α=β時(shí)，α即為臨界傾角，在實(shí)際設(shè)計(jì)中傾角a通常按經(jīng)驗(yàn)公式選取，α= β+(5?！?0。)，對(duì)于接卸肥料的料斗一般最小傾角可取40°。
根據(jù)料斗倉(cāng)設(shè)計(jì)尺寸計(jì)算的重量，已知料斗倉(cāng)厚度為4mm，材料為不銹鋼。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》上查得不銹鋼的密度為7.9g/。具體尺寸如下：
圖3.1料斗一側(cè)面設(shè)計(jì)尺寸
圖3.2料斗另一側(cè)面設(shè)計(jì)尺寸
由設(shè)計(jì)尺寸計(jì)算料斗外表面積S1
料斗底面面積：
可得料斗倉(cāng)面積大概為：
得料斗不加其它零件時(shí)的重量為:
考慮諸如滾輪等零件的重量，所以將料斗的總重量設(shè)為0.5t。
3.2 提升鋼絲繩的確定
3.2.1 種類(lèi)
提升鋼絲繩是由一定數(shù)量的細(xì)鋼絲捻成股，再由若干個(gè)股圍繞繩芯捻成繩。礦用鋼絲繩的鋼絲為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，直徑為0．4"---4毫米，更細(xì)的鋼絲易于磨損和腐蝕，直徑超過(guò)4毫米的鋼絲在生產(chǎn)中難以保證理想的抗拉強(qiáng)度和疲勞性能。通常礦井提升用鋼絲繩選用155"-'170公斤／毫米z為宜。為了增加鋼絲繩的抗腐蝕能力，鋼絲表面可以鍍鋅加以保護(hù)。鋼絲韌性號(hào)可分為特號(hào)、I號(hào)、K號(hào)。升降人員用繩必須采用特號(hào)鋼絲繩，提煤的主提升鋼絲繩可用特號(hào)或I號(hào)鋼絲繩。鋼絲繩的結(jié)構(gòu)，指的是鋼絲繩股的數(shù)目、捻向、捻距以及繩股內(nèi)的鋼絲數(shù)日、直徑大小及排列方式等綜合參數(shù)。這些參數(shù)都直接影響著鋼絲繩的性能和使用壽命。鋼絲繩可分為單捻、復(fù)捻和三次捻。單捻鋼絲繩，就是把鋼絲捻轉(zhuǎn)一次而形成的鋼絲束。復(fù)捻是先把鋼絲圍繞成鋼絲芯，再捻成繩股。三次捻鋼絲繩是先把鋼絲捻成繩股，然后把繩股捻成細(xì)小鋼絲，最后把鋼絲捻成細(xì)小鋼絲繩。
鋼絲繩在繩股中或繩股在鋼絲繩中有捻轉(zhuǎn)方向的區(qū)別，有左向捻和右向捻轉(zhuǎn)。鋼絲繩在繩股中和繩股在鋼絲繩中按同一方向捻轉(zhuǎn)稱為順捻或平行捻轉(zhuǎn)；按相對(duì)方向捻轉(zhuǎn)稱此鋼絲繩是交叉捻轉(zhuǎn)的。
順捻鋼絲繩與交叉鋼絲繩各有優(yōu)缺點(diǎn)：順捻鋼絲繩擾向性大，具有較大的支撐表面。但是易扭轉(zhuǎn)，在任何情況下都不能把鋼絲繩放下。交叉鋼絲繩幾乎不發(fā)生扭轉(zhuǎn)。摩擦輪主動(dòng)輪的襯多為木質(zhì)，它對(duì)不平行的鋼絲繩軸線的鋼絲繩摩擦系數(shù)較大，因?yàn)殇摻z繩輕微地壓入輪襯。理論上用順捻鋼絲繩比交叉捻鋼絲繩好，但是由于其有扭轉(zhuǎn)傾向致使懸掛困難所以一般采用交叉捻鋼絲繩。鋼絲繩在繩股上的區(qū)別可以分為：圓形股鋼絲繩、扁平股鋼絲繩、封閉結(jié)構(gòu)鋼絲繩
3.2.2實(shí)效原因
鋼絲繩的好壞直接影響提升設(shè)備的功能和安全性能。研究其時(shí)效原因不僅有利于提高鋼絲繩的壽命，而且可以為換繩工藝提供指導(dǎo)。根據(jù)有關(guān)人員的研究，鋼絲繩失效原因重要有以下幾個(gè) ‘
(1)鋼絲繩銹蝕
提丹鋼絲繩使用的環(huán)境比較惡劣，時(shí)常受到井筒硫酸水的腐蝕，使其表層剝離，產(chǎn)生黑皮麻坑形成溝紋。含有酸性或堿性的淋水和氣流，不僅會(huì)沖刷掉鋼絲繩表面和內(nèi)部的油脂，而且還會(huì)使鋼絲銹蝕、繩芯腐爛、股與股及鋼絲與鋼絲間磨損擠壓，鋼絲強(qiáng)度和韌性損失加劇。
(2)鋼絲繩磨損
鋼絲繩在運(yùn)行過(guò)程中其外周與繩道、底板、擋繩器等物體表面接觸而引起的磨損，
而摩擦式提升機(jī)由于自身的傳動(dòng)特點(diǎn)更容易磨損。磨損使鋼絲繩截面減少，外周表面鋼絲磨平，破斷載荷隨之降低，當(dāng)鋼絲繩外徑的磨損低于《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定就應(yīng)停止使用，更換新繩。
(3)鋼絲繩彎曲、打結(jié)造成失效
鋼絲繩容易出現(xiàn)彎曲、打結(jié)、扭轉(zhuǎn)、窩鼻等現(xiàn)象，如不及時(shí)處理就會(huì)磨損、損傷鋼絲繩。如在車(chē)場(chǎng)掛、摘勾處余繩太多，易使鋼絲繩盤(pán)圈，若不及時(shí)處理，此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)。在運(yùn)行中，彎曲凸出部位磨損速度快，極易出現(xiàn)斷絲且發(fā)展迅速直至鋼絲繩報(bào)廢。
(4)鋼絲繩沖擊力過(guò)大造成失效
提升鋼絲繩受力因素很多，既有提升系統(tǒng)內(nèi)部的因素，也有外部因素對(duì)其產(chǎn)生沖擊力的影響。①運(yùn)行過(guò)程中，加、減速度過(guò)大易產(chǎn)生慣性力，當(dāng)慣性力過(guò)大時(shí)將對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生直接的沖擊甚至發(fā)生穿眼、棚罐現(xiàn)象。②重物運(yùn)輸時(shí)如制動(dòng)力過(guò)大，下放會(huì)使鋼絲繩受到較大的沖擊力：制動(dòng)力過(guò)大上提時(shí)會(huì)產(chǎn)生松繩，在重物作用下加速下滑，使鋼絲繩突然拉緊受到?jīng)_擊。③雙滾筒提升時(shí)，井下扳道工誤操作，造成同勾現(xiàn)象而使提升容器相互碰撞產(chǎn)生沖擊。④道床失修造成提升容器掉道、卡罐現(xiàn)象使鋼絲繩產(chǎn)生沖擊。
3.2.3鋼絲繩的計(jì)算
1、 鋼絲繩的受力分析：
F拉 = G * Sin60°+ Ff
Ff = μ FN
FN = G * Cos60°
查閱相關(guān)資料，得到鋼與鋼之間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)為0.03~0.09。
行進(jìn)中的料斗只需克服滾動(dòng)摩擦力即可，為此取滾動(dòng)系數(shù)為0.05，代入上式公式計(jì)算的出料斗與導(dǎo)軌之間的摩擦力：
Ff = 0.05 * 500 * 1000 * 9.8 * 0.5 = 122500 N
則易得出鋼絲繩所需提供的拉力：
F拉 = Ff + 500 * 1000 * 9.8 * 0.866 = 4365900 N
鋼絲繩按所受最大工作靜拉力計(jì)算選用，要滿足承載能力和壽命要求。
1．鋼絲繩承載能力的計(jì)算
鋼絲繩承載能力的計(jì)算有兩種方法，可根據(jù)具體情況選擇其中一種。
（1）公式法： S ≤ 10 * d2 * c *ω / n
式中:d--鋼絲繩最小直徑，mm；
S--鋼絲繩最大工作靜拉力；
c--選擇系數(shù)，mm/ ；
n--安全系數(shù)，根據(jù)工作機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別確定；
k--鋼絲繩捻制折減系數(shù)；
ω--鋼絲繩充滿系數(shù)；
--鋼絲的公稱抗拉強(qiáng)度，N/mm2。
機(jī)構(gòu)工作級(jí)別
M1，M2，M3
M4
M5
M6
M7
M8
安全系數(shù)（n）
4
4.5
5
6
7
9
表3－1 工作機(jī)構(gòu)用鋼絲繩的安全系數(shù)
用途
支承動(dòng)臂
起重機(jī)械自身安裝
纜風(fēng)繩
吊掛和捆綁
安全系數(shù)（n）
4
2.5
3.5
6
表3－2 其他用途鋼絲繩的安全系數(shù)
注:對(duì)于吊運(yùn)危險(xiǎn)物品的起升用鋼絲繩一般應(yīng)選用比設(shè)計(jì)工作級(jí)別高一級(jí)別的安全系數(shù)
選用方法一進(jìn)行計(jì)算：
F拉 ≤ 10 * d2 * c *ω / n
查表： 取安全系數(shù) n =2.5 代入公式計(jì)算
得： d ≥ ≥10 mm
選用公稱直徑為 14mm 的鋼絲繩即可滿足安全方面的要求
公稱直徑
近似重量
公稱抗拉強(qiáng)度
mm
In
Kg/100m
1570
1670
1770
纖維芯
FC
鋼芯
IWR
纖維芯
FC
鋼芯
IWR
纖維芯
FC
鋼芯
IWR
纖維芯
FC
鋼芯
IWR
6
1/4
12.5
13.7
17.3
18.7
18.4
19.9
19.5
21.1
7
9/32
17.0
18.7
23.6
25.5
25.1
27.1
26.6
28.7
8
5/16
22.1
24.4
30.8
33.3
32.8
35.4
34.7
37.6
9
3/8
28.0
30.9
39.0
42.2
41.5
44.9
44.0
47.5
10
13/32
34.6
38.1
48.1
52.1
51.2
55.4
54.3
58.7
11
7/16
41.9
46.1
58.3
63.0
62.0
67.0
65.7
71.1
12
1/2
49.8
54.9
69.4
75.0
73.8
79.8
78.2
84.6
13
1/2
58.5
64.4
81.4
88.0
86.6
93.7
91.8
99.3
14
9/16
67.8
74.7
94.4
102.0
100.0
108.0
106.0
115.0
16
5/8
88.6
97.5
123.0
133.0
131.0
141.0
139.0
150.0
18
11/16
112.0
123.0
156.0
168.0
166.0
179.0
176.0
190.0
20
13/16
138.0
152.0
192.0
208.0
205.0
221.0
217.0
235.0
22
7/8
167.0
184.0
233.0
252.0
248.0
268.0
263.0
284.0
24
15/16
199.0
219.0
277.0
300.0
295.0
319.0
312.0
338.0
26
1
234.0
258.0
325.0
352.0
346.0
374.0
367.0
397.0
28
1-1/8
271.0
299.0
377.0
408.0
401.0
434.0
426.0
460.0
30
1-3/16
311.0
343.0
433.0
469.0
461.0
498.0
489.0
528.0
32
1-1/14
354.0
390.0
493.0
533.0
524.0
567.0.0
556.0
601.0
34
--
400.0
440.0
557.0
602.0
592.0
640.0
628.0
679.0
36
--
448.0
494.0
624.0
675.0
664.0
718.0
704.0
761.0
38
1-1/2
500.0
550.0
695.0
752.0
740.0
800.0
784.0
848.0
40
1-19/32
554.0
610.0
771.0
833.0
820.0
887.0
869.0
840.0
表 3－3 鋼絲繩抗拉強(qiáng)度
2、鋼絲繩的壽命
鋼絲繩的使用壽命總是隨著配套使用的滑輪和卷筒的卷繞直徑的減小而降低的，所以，必須對(duì)影響其壽命的鋼絲繩卷繞直徑（即按鋼絲繩中心計(jì)算的滑輪和卷筒的卷繞直徑）作出限制，不得低于設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的值，即：
D0min ≥ h d
式中:D0min--按鋼絲繩中心計(jì)算的滑輪和卷筒允許的最小卷繞直徑， mm；
d--鋼絲繩直徑， mm；
h--滑輪或卷筒直徑與鋼絲繩直徑的比值。
機(jī)構(gòu)工作級(jí)別
M1,M2,M3
M4
M5
M6
M7
M8
卷筒h1
14
16
18
20
22.4
25
滑輪h2
16
18
20
22.4
25
28
表3－4滑輪或卷筒的h值
注:l 采用不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩時(shí)，應(yīng)按機(jī)構(gòu)工作級(jí)別取高一檔的數(shù)值。
2 對(duì)于流動(dòng)式起重機(jī)，可不考慮工作級(jí)別，取h1＝16，h2=18。
3.3 提升系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)選擇
電動(dòng)機(jī)是已經(jīng)系列化的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，主要根據(jù)所需電動(dòng)機(jī)的輸出功率，工作條件及經(jīng)濟(jì)性要求，從產(chǎn)品目錄中選擇其類(lèi)型、結(jié)構(gòu)型式、容量（功率）和轉(zhuǎn)速、并確定型號(hào)。
3.3.1 選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)型式
減速機(jī)選擺線針輪減速機(jī)。三相異步交流電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用和維修方便，價(jià)格便宜，所以在工業(yè)中得到廣泛的使用。Y系列籠型三相異步交流電動(dòng)機(jī)具有效率高、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、價(jià)格低，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。適用于不易爆，不易燃、無(wú)腐蝕性氣體的一般場(chǎng)所和無(wú)特殊要求的機(jī)械上，例如：機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、食品機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等。也適用于對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求較高的機(jī)械，如壓縮機(jī)等，對(duì)于經(jīng)常啟動(dòng)，制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小及過(guò)載能力大，應(yīng)選用冶金及其起重用的YZ（籠型）或YZR（繞線型）系列。在我們?cè)O(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用YEJ系列。
YEJ系列（IP44）電磁制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)是Y系列（IP44）三相異步電動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇與端蓋之間附加一個(gè)直流電磁制動(dòng)器派生產(chǎn)品。IP.國(guó)際外殼防護(hù)標(biāo)志代號(hào)，為International Preventing的簡(jiǎn)寫(xiě)字母。IP44代表封閉式，防護(hù)大于1mm的固體且防濺。該系列電機(jī)適用于建筑、食品、印刷、橡膠、化工、包裝、木工、鍛壓及冶金等要求快速、準(zhǔn)確停車(chē)的各種機(jī)械設(shè)備中。
該系列電機(jī)高效節(jié)能、噪音低、安裝尺寸和功率等級(jí)完全符合IEC標(biāo)準(zhǔn)和DIN42673標(biāo)準(zhǔn)。采用B級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為IC0141，額定電壓和頻率分別為380V、50HZ、工作制為連續(xù)工作制S1。
該系列電機(jī)應(yīng)用在下列條件下使用：
1、海拔不超過(guò)1000米；環(huán)境空氣最高溫度隨季節(jié)變化，但不超過(guò)40度最低溫度為-15度。若在海拔1000米或者40度以上條件下使用，應(yīng)按GB755的規(guī)定。
2、環(huán)境濕度最濕月月平均最高相對(duì)濕度為90%，同時(shí)該月月平均最低溫度不高于25度
3.3.2 選擇電動(dòng)機(jī)的容量
選擇電動(dòng)機(jī)的容量就是合理確定電動(dòng)機(jī)的額定功率。電動(dòng)機(jī)功率選擇合理與否，對(duì)其工作和經(jīng)濟(jì)型都有影響。電動(dòng)機(jī)功率小于工作要求時(shí)，則不能保證工作機(jī)正常工作，或使電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載，發(fā)熱大而過(guò)早損壞；電動(dòng)機(jī)功率過(guò)大，電動(dòng)機(jī)容量不能充分利用，效率和功率因素都較低，造成浪費(fèi)。所以，對(duì)于載荷不變或變化不大，且在常溫下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，只需使電動(dòng)機(jī)負(fù)載不超過(guò)其額定值，電動(dòng)機(jī)便不會(huì)過(guò)熱，因此，選擇電動(dòng)機(jī)就是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定功率稍大于（或等于）所需電動(dòng)機(jī)功率來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)。
電動(dòng)機(jī)工作時(shí)所需的功率按下式計(jì)算：
（KW） （3-1）
式中：—滑輪工作所需的功率，（KW）；—電動(dòng)機(jī)的工作效率，=0.85工作機(jī)所需的功率一般根據(jù)工作機(jī)的生產(chǎn)阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算：
（KW） （3-2）
式中：F—滑輪的工作阻力，（N）；V—滑輪的速度，（m/s）；
于是需要求出F和V.先求出F.
當(dāng)料斗沿導(dǎo)軌開(kāi)始提升后，對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行受力分析如下圖所示；
圖3.1料斗提升受力分析
由〈〈機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)〉〉中可以查得，在料斗提升時(shí)料斗與導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為μ=0.1，摩擦力f= μ=0.05G
由力的平衡條件得F=
=（
=0.916G=N
=N
由〈〈現(xiàn)澆混凝土建筑結(jié)構(gòu)施工手冊(cè)〉〉可以查得，在機(jī)械工程中，材料的提升速度最小為0.12m/s，最大為0.6m/s，此處設(shè)計(jì)時(shí)，為了安全和可靠系數(shù)比較高，選v=0.3m/s。
將F=和v=0.3m/s代入式（3-2）得：
再將，η=0.85代入式（3-1）中得到
3.23KW
引參考文獻(xiàn)〈〈機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)〉〉，考慮到上列計(jì)算公式與實(shí)際工作時(shí)的工況差異頗大，為了安全和整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，通常取功率裕度系數(shù)為1～3,此處取1.6，于是計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率：
由于載荷平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)額定功率應(yīng)略大于即可。所以初步選定5.5KW的電動(dòng)機(jī)。
3.3.3選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)
選擇減速電動(dòng)機(jī)的型號(hào)：
因?yàn)楹突嗊B接的減速電機(jī)給滑輪提供動(dòng)力，所以滑輪的速度也是這個(gè)減速電動(dòng)機(jī)的速度。則電機(jī)轉(zhuǎn)速為
（設(shè)滾筒直徑為200mm）
=
=28.7r/min
由此確定選用輸出轉(zhuǎn)速為35r/min的減速電動(dòng)機(jī)。再由5.5KW的功率，同步轉(zhuǎn)速選1500r/min，所以傳動(dòng)比i==43。
由這些條件，最后確定選用擺線針輪減速機(jī)XWD5.5-6-43.t它的公稱許用
引參考文獻(xiàn)[4]電機(jī)工作時(shí)，它的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩
Ms= （）=9550=1129N
因?yàn)镸s<=2200，合格可選。
式中 N—輸入功率,KW；
n—輸入軸轉(zhuǎn)速，r/min；
K—工況系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查的連續(xù)工作時(shí)K=1.2；
i—傳動(dòng)比；
η—機(jī)械效率，單級(jí)時(shí)η=0.9；
擺線針輪減速電動(dòng)機(jī)，按傳動(dòng)系數(shù)分為單級(jí)和多級(jí)傳動(dòng)類(lèi)型，該處選用單級(jí)。按結(jié)構(gòu)型式可分為臥式、立式，此處選臥式。
1.適用范圍
傳動(dòng)比： 單級(jí) 11≤i≤87
兩級(jí) 121≤i≤ 5133
功率： 0.4≤P40KW
輸出扭矩： 147≤≤19620
輸入轉(zhuǎn)速： n≤1500r/min
2.代號(hào)
由參考文獻(xiàn)[4]行星擺線針輪減速器代號(hào)包括型號(hào)和規(guī)格兩部分。型號(hào)用漢語(yǔ)字母拼音表示， X—行星擺線針輪減速器，W—臥式，D—帶電動(dòng)機(jī)。規(guī)格包括功率、機(jī)型號(hào)和傳動(dòng)比三項(xiàng)內(nèi)容，均以實(shí)際數(shù)字表示。
選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)：
由功率5.5KW，同步轉(zhuǎn)速1500r/min，引參考文獻(xiàn)[3]，可知驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)選YJE132S-4型制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)。實(shí)際轉(zhuǎn)速1440r/min。
4 提升系統(tǒng)的校核
4.1 導(dǎo)軌校核
4.1.1導(dǎo)軌強(qiáng)度校核
圖4.1導(dǎo)軌與水平面夾角示意圖
由已知條件可以求出導(dǎo)軌與水平面所成夾角。
tan= =
由=角可以計(jì)算出導(dǎo)軌從運(yùn)行到卸料時(shí)的長(zhǎng)度（設(shè)為C），而已知所列直角三角形的一條邊的長(zhǎng)度為6.1m。畫(huà)出支持導(dǎo)軌的三個(gè)支架，并計(jì)算出1、2兩支架間的長(zhǎng)度以校核導(dǎo)軌的最大彎曲正應(yīng)力。所計(jì)算的三角形如下：
圖4.2導(dǎo)軌支架示意圖
由上圖可得：， 這樣證明了導(dǎo)軌長(zhǎng)度選9m是可以的
所以導(dǎo)軌的長(zhǎng)度最終確定為9m，為2.4m。
導(dǎo)軌（1、2間）受力簡(jiǎn)化如下圖：
圖4.3導(dǎo)軌（1、2）間受力簡(jiǎn)化圖
如圖所示，列出靜力平衡方程：
由此得：
從而求出支反力：
再把P、Ra、P-Ra這三個(gè)力在導(dǎo)軌的水平方向和豎直方向進(jìn)行分解。
圖4.4導(dǎo)軌受力分解圖
在三力分解后，因?yàn)閷?dǎo)軌水平方向受力所引起的強(qiáng)度變化和導(dǎo)軌和豎直方向引起的強(qiáng)度變化比起來(lái)，它可以忽略不計(jì)。所以在水平方向上無(wú)需對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行強(qiáng)度校核，只要在豎直方向上對(duì)導(dǎo)軌校核就可以。
于是進(jìn)一步簡(jiǎn)化為下圖：
圖4.5導(dǎo)軌受水平力簡(jiǎn)化圖
然后作出導(dǎo)軌的彎矩圖如下圖所示：
圖4.6導(dǎo)軌受力彎矩圖
在圖4.6所示變形情況下，即截面m-m上的彎矩變形凸向下時(shí)，截面m-m上的彎矩規(guī)定為正：反之為負(fù)。
圖4.7彎矩變形圖
所以彎矩：
設(shè)
若要使得y取最大值，則，這樣為最大值。
所以在料斗（已經(jīng)裝了材料時(shí)）沿導(dǎo)軌運(yùn)行到正中間時(shí)，料斗對(duì)導(dǎo)軌的彎曲應(yīng)力最大。
則 （P=1t=）
=（b=1.2m）
在該材料的強(qiáng)度時(shí)，限定最大正應(yīng)力不得超過(guò)許用應(yīng)力，于是強(qiáng)度條件為：
而由已知條件得 （1）
由參考文獻(xiàn)[2]可以查得，在熱扎普通槽鋼126×53×5.5中，W=62.1，將W代入上面的公式（1）得：
引參考文獻(xiàn)[6]可以查得，[]=345～420MPa
因?yàn)?[]，導(dǎo)軌的強(qiáng)度足夠。
4.1.2 導(dǎo)軌剛度校核
仍然以1、2間導(dǎo)軌長(zhǎng)設(shè)為來(lái)進(jìn)行剛度校核。如下圖所示：
圖3.10導(dǎo)軌受力圖
求出兩端支座的支反力為：
,
分段列出彎矩方程
AC段： (0)
CB段： （）
由于梁AC和CB兩段內(nèi)彎矩不同，撓曲線的微分方程也就不同，所以應(yīng)分成兩段進(jìn)行積分。而因?yàn)樵诹谐鯟B段的彎矩方程時(shí)，仍用截面左端的外力來(lái)計(jì)算，這就使得的表達(dá)中包含著的表達(dá)式，而增加的項(xiàng)又含有因子（-a）。在CB段積分時(shí)，對(duì)含有（-a）的項(xiàng)就以（-a）為變量。積分的結(jié)果是：
AC段(0)
CB段（）
EI=
（i）
（j）
EI
（k）
（）
積分出現(xiàn)4個(gè)常數(shù)，需要4個(gè)條件來(lái)確定。因?yàn)閾锨€是連續(xù)光滑的曲線，所以在兩段交界的截面C上，由式（i）確定的轉(zhuǎn)角應(yīng)該等于由式（k）確定的轉(zhuǎn)角，應(yīng)該由式（j）確定的撓度應(yīng)該等于由式（1）確定的撓度。
即 時(shí)， ，
在（i）、（j）、（k）和（l）等式中，令，并應(yīng)用上列連續(xù)性條件得
由以上兩式，即可求得
C=C , D=D
此外，梁在A、B兩皆為角支座，邊界條件為
X=0時(shí)， V=0 (m)
X=1時(shí)， V=0 (n)
以邊界條件（m）代入式（j）,得
D=D=0
以邊界條件（n）代入式（l）,得
C=C=
把求得的四個(gè)積分常數(shù)代入（i）、（j）、（k）和9（l）四式，得轉(zhuǎn)角和擾度方程如下；
AC段（0）
CB段（a）
(o)
(p)
(q)
(r)
受一個(gè)集中力P作用的簡(jiǎn)支梁，其最大轉(zhuǎn)角一般在兩端截面上，在式（o）、（q）中分別令和，得
若a>b，可以斷定為最大轉(zhuǎn)角。
最大撓度發(fā)生在=0的截面上。在a>b的情況下，θ=o的截面AC段內(nèi)，令式（0）等于零，得
即為發(fā)生最大撓度的截面的坐標(biāo)。在式（p）中，令得最大撓度為：
的值一般非常接近0.5，即撓度最大的截面總在跨度中點(diǎn)附近。因此，可用跨度中點(diǎn)的撓度近似地代替最大撓度。在式（p）中令，得
當(dāng)a=b=時(shí)，撓度最大。
（2）
由強(qiáng)度計(jì)算中已經(jīng)計(jì)算出的條件可知，。而根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可以查得，在熱扎普通槽鋼126X53X5.5中，彈性模量E=(2～2.2)N/,取E=2N/，I=391，將E、I、l代入公式（2）得：
（）
=-
=1.67mm
規(guī)定[f]= =4.8mm
因?yàn)?[f]，所以導(dǎo)軌的剛度足夠。所以選擇導(dǎo)軌材料槽鋼126X53X5.5可以或者對(duì)該型號(hào)的槽鋼加固以提高剛度。
5 機(jī)架的設(shè)計(jì)及校核
在機(jī)器中支承或容納零部件稱為機(jī)架。如支承罐的塔架、容納傳動(dòng)齒輪的減速器的殼體，機(jī)床的床身等等統(tǒng)稱為機(jī)架。
5.1機(jī)架結(jié)構(gòu)類(lèi)型
5.1.1 按機(jī)架外形分類(lèi)
按機(jī)架外形分類(lèi)：網(wǎng)架式、框架式、梁柱式、板塊式和箱殼式。
5.1.2 按機(jī)架的制造方法和材料分類(lèi)
按制造方法，機(jī)架可分為鑄造機(jī)架、焊接機(jī)架和螺栓或鉚接機(jī)架。按機(jī)架材料可分為金屬機(jī)架、非金屬機(jī)架。非金屬機(jī)架又可分為混凝土機(jī)架、素混凝土機(jī)座平臺(tái)、花崗巖機(jī)架、塑料機(jī)架等。
鑄造機(jī)架常用材料為鑄鐵、鑄鋼和鑄鋁。小型設(shè)備（如儀表等）的機(jī)架則有銅制或塑料制造。
5.2 機(jī)架結(jié)構(gòu)的選擇
進(jìn)行機(jī)架結(jié)構(gòu)形式的選擇是一個(gè)較復(fù)雜的過(guò)程，對(duì)結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件截面和結(jié)點(diǎn)構(gòu)造等均需要結(jié)合具體的情況進(jìn)行仔細(xì)的分析。對(duì)結(jié)構(gòu)方案要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。由于各種設(shè)備有不同的規(guī)范和要求，制定統(tǒng)一的機(jī)架結(jié)構(gòu)選擇方法較困難。但是，可以利用結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識(shí)提出下列一般的規(guī)則。這些規(guī)則是為了節(jié)約材料在選擇形式時(shí)應(yīng)遵守的一般規(guī)律。
1．結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況要與材料的性能相適應(yīng)，以便發(fā)揮材料的優(yōu)點(diǎn)。軸力較彎矩能更充分地利用材料。桿件受軸力作用時(shí)，截面上的材料分布是均勻的，所有材料都能得到充分利用。但在彎矩作用下截面的應(yīng)力分布是不均勻的，所以材料的應(yīng)力分布不夠經(jīng)濟(jì)。
機(jī)械結(jié)構(gòu)中許多構(gòu)件所受的都是沿垂直于桿軸的方向作用的。彎矩沿桿變化很迅速。有垂直載荷處，彎矩曲線有曲率，且曲率與載荷集度成正比。最大的彎矩限于一小段內(nèi)，在較長(zhǎng)段內(nèi)材料不能充分利用，這是彎曲構(gòu)件不經(jīng)濟(jì)的另一原因。
2.結(jié)構(gòu)的作用在于把載荷由施力點(diǎn)傳到基礎(chǔ)。載荷傳遞的路程愈短，結(jié)構(gòu)使用的材料愈省。
3.結(jié)構(gòu)的連續(xù)性可以降低內(nèi)力，節(jié)省材料。
5.3 機(jī)架設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)則和要求
5.3.1機(jī)架設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則
1．工況要求 任何機(jī)架的設(shè)計(jì)首先必須保證機(jī)器的特定工作要求。例如，保證機(jī)架上安裝的零部件能順利運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)架的外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不致有阻礙運(yùn)動(dòng)件通過(guò)的突起；設(shè)置執(zhí)行某一工況所必須的平臺(tái)；保證上下料的要求、人工操作的方便及安全等。
2．剛度要求 在必須保證特定外形條件下，對(duì)機(jī)架的主要要求是剛度。例如機(jī)床的剛度決定了機(jī)床的效率和加工的精度；在齒輪減速器中，箱殼的剛度決定了齒輪的嚙合性及運(yùn)轉(zhuǎn)性能。
3．強(qiáng)度要求 對(duì)于一般的機(jī)架，剛度達(dá)到要求，同時(shí)也能滿足強(qiáng)度的要求。但對(duì)于重載設(shè)備的強(qiáng)度要求必須引起足夠的重視。其準(zhǔn)則是在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中可能發(fā)生的最大載荷情況下，機(jī)架上任何點(diǎn)的應(yīng)力都不得大于容許應(yīng)力。此外，還要滿足疲勞強(qiáng)度的要求。
4．要求 對(duì)于細(xì)長(zhǎng)的或薄壁的受力結(jié)構(gòu)及受彎—壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問(wèn)題，某些板殼結(jié)構(gòu)也存在失穩(wěn)問(wèn)題或局部失穩(wěn)問(wèn)題。失穩(wěn)對(duì)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大的破壞，設(shè)計(jì)時(shí)必須校核。
5．美觀 目前對(duì)機(jī)器的要求不僅要求能完成特定的工作，還要使外形美觀。
6．其他 如散熱的要求；防腐蝕及特定環(huán)境的要求；對(duì)于精密機(jī)械儀表等熱變形小的要求，等等。
5.3.2 機(jī)架設(shè)計(jì)的一般要求
在滿足機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的前提下，必須根據(jù)機(jī)架的不同用途和所處環(huán)境，考慮下列各項(xiàng)要求，并有所偏重。
1.機(jī)架的重量輕，材料選擇合適，成本低。
2.結(jié)構(gòu)合理，便于制造。
3.結(jié)構(gòu)應(yīng)使機(jī)架上的零部件安裝、調(diào)整、修理和更換都方便。
4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性好，還應(yīng)使機(jī)架本身的內(nèi)應(yīng)力小，由于溫度變化引起的變形應(yīng)力小。
5.抗振性能好。
6.耐腐蝕，使機(jī)架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少修理。
7.有導(dǎo)軌的機(jī)架要求導(dǎo)軌面受力合理，耐磨性良好。
5.4 機(jī)架的形式及主要參數(shù)
在生產(chǎn)設(shè)備中，經(jīng)過(guò)多方面的考慮后，決定選用框架式的金屬機(jī)架。在下圖4-1中，陰影部分表示滾筒，滾筒通過(guò)桿件和主機(jī)架連成一整體，由機(jī)架的立柱支撐。
圖5.1機(jī)架的外形結(jié)構(gòu)
圖5.2主機(jī)架結(jié)構(gòu)
由圖4-2計(jì)算主機(jī)架重量：
首先計(jì)算總長(zhǎng)度L L=
所以 L=
=17800+11900+7000+7200=43900mm （槽鋼12.368kg/m）
為了維修方便，在機(jī)架上還有一塊4mm厚的鋼板（4850mm X 3500mm）。
鋼板重
=
考慮到存在一些不確定因素，所以取機(jī)架重量為1.2噸。
5.5機(jī)架的強(qiáng)度校核
主機(jī)架受滾筒作用如圖5.3所示：（已知滾筒自重0.8噸）
圖5.3主機(jī)架受滾筒作用圖
由圖5.3可以看出，滾筒對(duì)主機(jī)架的壓力主要是作用在梁1和2上，3和4沒(méi)受什么影響，然后梁1和2把力傳到了梁5和6上，最終由梁5和6承擔(dān)了滾筒對(duì)機(jī)架的作用力，而因?yàn)樗鼈兪菍?duì)稱的，為了簡(jiǎn)化機(jī)架的受力，把所有對(duì)機(jī)架的作用力都只有一半在梁5和6上檢驗(yàn)即可。
現(xiàn)在取梁5來(lái)做受力分析，如圖5-4所示：
圖5.4梁5受力分析圖
而根據(jù)已設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)和圖紙可得下列數(shù)據(jù)。
P=1.0t， 為料斗（含料時(shí)）的重量，
為滾筒（含料時(shí)）的重量，
為機(jī)架自重，
為成品倉(cāng)（含料時(shí)）的重量，
，，，，
由力和彎矩方程求出支反力和
圖5.5梁5的受力圖
由力和彎矩公式列方程求出支反力和
，
代入數(shù)據(jù)解得：=1.09t =1.11t
因?yàn)橐獧z驗(yàn)剛架的強(qiáng)度，必須用最大的彎矩來(lái)計(jì)算，所以，必須求出在梁5上的最大彎矩。
段的最大彎矩：
圖5.6 段受力和彎矩圖
在圖5-6中，由，得
（0≤X≤）
當(dāng)X=時(shí)，最大，
段的最大彎矩：
圖5.7 段受的彎矩圖
在圖5-7中，由，得
=
當(dāng)X=時(shí)，最大，
=537.5t?mm
段的最大彎矩：
圖5.8 段彎矩圖
在圖5.8中，由，得
（0≤X≤）
=
=0.24X+（1.09X1250-0.5X1650）t?mm
=0.24X+537.5t?mm
當(dāng)X=時(shí)，最大，=0.24X200t?mm+537.5t?mm
=609.5t?mm
段的最大彎矩：
圖5.9 彎矩圖
在圖5-9中，由得
（0≤X≤）
=0.36X+505.5t?mm
當(dāng)X=時(shí)，最大，
=613.5t?mm
段的最大彎矩：
圖5.10 彎矩圖
在圖5-10中，由 得
（0≤X≤）
=（1.11-0.4）X-0.4x600
=0.76X-240 t?mm
當(dāng)X=時(shí)，最大，
=558t?mm
段的最大彎矩：見(jiàn)下圖圖5.11所示
圖5.11 段彎矩圖
在圖5-11中，由 得
（0≤X≤）
當(dāng)X=時(shí)，最大，
=240t?mm
在梁5上，段的最大彎矩分別為，537.5t?mm，=609.5t?mm，613.5t?mm，558t?mm
最大，所以，最大彎矩發(fā)生在上。
在校核材料的強(qiáng)度時(shí)，限定最大正應(yīng)力不得超過(guò)許用應(yīng)力，于是強(qiáng)度條件為：
而由已知條件得
（1）
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中，可以查得在熱扎普通槽鋼中，W=80.5，將W代入上面的公式（1）得：
76.2MPa
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中，可得[]=375～460MPa
因?yàn)?[]，的強(qiáng)度足夠
這樣，梁5的強(qiáng)度是足夠的。從總體上來(lái)看的話，機(jī)架的強(qiáng)度也是足夠的。對(duì)機(jī)架設(shè)計(jì)的分析：由計(jì)算可以知道，在處強(qiáng)度最大，對(duì)整個(gè)機(jī)架考慮后，為了使機(jī)架更加安全可靠，考慮加上加強(qiáng)梁。
5.6 機(jī)架的剛度校核
由圖5.5可知梁5的受力圖。
圖5.5梁5的受力圖
和強(qiáng)度計(jì)算一樣，采用分步驟的計(jì)算。對(duì)作用處進(jìn)行計(jì)算，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將CA部分作為懸臂梁如圖5-12所示。
圖5.12 作用時(shí)懸臂梁示意圖
在作用下，引參考文獻(xiàn)[2]查的C點(diǎn)的撓度是
因?yàn)樵贏的右端還有梁，所以需要求出在截面A的轉(zhuǎn)角，引參考文獻(xiàn)[2]查得 =0.00032
而在梁A—B段，因?yàn)樵邳c(diǎn)、和這三個(gè)點(diǎn)上最有可能出現(xiàn)撓度最大的情況，所以，取這三個(gè)點(diǎn)來(lái)分析。
對(duì)作用處理進(jìn)行計(jì)算，分析如下圖4-13所示：
圖5.13 作用力圖
在作用下，引參考文獻(xiàn)[2]查得D點(diǎn)的撓度是：
=1.53mm
引參考文獻(xiàn)[2]查得對(duì)截面A和B的轉(zhuǎn)角和的計(jì)算公式并求出這兩個(gè)數(shù)值：
=
=0.0015
=
=0.0014
對(duì)作用處進(jìn)行計(jì)算，分析如圖5.14所示：
圖5.14 對(duì)梁的作用力圖
在作用下，引參考文獻(xiàn)[2]查的E點(diǎn)的撓度為：
=1.64mm
引參考文獻(xiàn)[2]查得對(duì)截面A和B的轉(zhuǎn)角和的計(jì)算公式并求出這兩個(gè)數(shù)值：
= = 0.00247
= =0.0015
對(duì)作用處進(jìn)行計(jì)算，分析如圖4-15所示
圖5.15 對(duì)梁的作用力圖
在作用下，參考文獻(xiàn)[2]查得F點(diǎn)的撓度為：
=1.23mm
引參考文獻(xiàn)[2]查得對(duì)截面A和B的轉(zhuǎn)角和的計(jì)算公式并求出這兩個(gè)數(shù)值
= =0.0012
= =0.0015
對(duì)作用處進(jìn)行計(jì)算校核
圖5.16 作用校核圖
為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將BG部分作為懸臂梁如圖5-16所示。
在作用下，引參考文獻(xiàn)[1]查的G點(diǎn)撓度為：
==0.23mm
因?yàn)樵贐的左端還有梁，所以需要求出在截面B的轉(zhuǎn)角
引參考文獻(xiàn)[2]查得== =0.00058
引參考文獻(xiàn)[2]可以查得，在小變形且材料服從胡克定理的情況下，可以求得撓曲線的近似微分方程它是一個(gè)線性方程，因而方程式的解可以疊加的。這樣，當(dāng)梁上有幾種載荷共同作用時(shí)，可分別求出每一載荷單獨(dú)作用時(shí)下的變形，
然后將各個(gè)載荷單獨(dú)引起的變形疊加，就是這些載荷共同作用時(shí)下的變形。以下就是運(yùn)用疊加法在總體考慮上來(lái)計(jì)算處的總撓度。
計(jì)算處受的總撓度
0.0015400-0.00247400-0.0012400+0.00058400
=0.17-0.6-1-0.48+0.232 =-1.68
機(jī)架上這一部分總長(zhǎng)為=600mm
引參考文獻(xiàn)[1]可知，在懸臂梁中，受彎構(gòu)件的跨度為懸臂梁的懸伸長(zhǎng)度的兩倍
[]=1.68<2=2mm，符合要求。
計(jì)算處受的總撓度
=1.57+1.64+1.23-0.4-0.96 =3.08mm
機(jī)架上這一部分總長(zhǎng)A-B為2900mm
[]=3.08<2=4.8mm，符合要求。
計(jì)算處受的總撓度
=1.53+1.64+1.23-0.5-0.783 =3.12mm
機(jī)架上這一部分總長(zhǎng)為A-B為2900mm
[]=3.12<2=4.8mm，符合要求。
計(jì)算處受的總撓度
=1.53+1.64+1.23-0.59-0.61
=3.2mm
[]=3.2<2=4.8mm，符合要求。
計(jì)算處受的總撓度：
=0.37-0.84-0.9-0.72+0.192=-1.9
機(jī)架上這一部分總長(zhǎng)為：=1000mm
引參考文獻(xiàn)[1]可知，在懸臂梁中，受彎構(gòu)件的跨度為懸臂梁的懸伸長(zhǎng)度的兩倍。
[]=1.9<2=3.3mm，符合要求。
所以，機(jī)架的剛度滿足要求
因?yàn)閿嚢铦L筒運(yùn)行時(shí)可能對(duì)機(jī)架產(chǎn)生其它載荷，為了更加安全，在機(jī)架設(shè)計(jì)時(shí)立柱上各加了一個(gè)加強(qiáng)梁以提高機(jī)架的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)考慮到實(shí)際作用和外形美觀，在A-B段也加了加強(qiáng)梁，使機(jī)架更加安全可靠。如下圖4-17所示。
圖5-17 安裝加強(qiáng)梁的機(jī)架
5.7立柱的強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核
1、強(qiáng)度校核：下支座受力最大，其受力情況如圖4-18所示：
圖5.18 立柱受力圖
從設(shè)計(jì)尺寸可以知道，立柱是將兩根槽鋼140586焊接在一起而成的,長(zhǎng)度為1900mm，引參考文獻(xiàn)[2]可以查得立柱截面面積B=，對(duì)立柱受到的壓力和來(lái)說(shuō)，=1.11t>=1.09t，所以選來(lái)計(jì)算支柱壓應(yīng)力。
（引參考文獻(xiàn)[6]）
2、穩(wěn)定性校核：
引參考文獻(xiàn)[2]
P≤ Pc—臨界載荷，
μ—長(zhǎng)度系數(shù)取1
=（公斤） 引參考文獻(xiàn)[2]可查得
E=
因參考文獻(xiàn)[2]可查得I=564
公斤
P =1110公斤< =67937公斤
所以，立柱穩(wěn)定。
6 檢驗(yàn)安裝和使用維修
6.1檢驗(yàn)規(guī)則
1.設(shè)備個(gè)部件出廠前必須經(jīng)技術(shù)檢驗(yàn)合格后方準(zhǔn)出廠。
2.本設(shè)備電控系統(tǒng)在出廠前必須檢驗(yàn)。
3.設(shè)備安裝完畢進(jìn)行空轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)方可交付使用。
空轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)技術(shù)要求如下：
1.電動(dòng)機(jī)順利起動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
2.提升斗，攪拌滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)異常振動(dòng)和響動(dòng)。
3.試驗(yàn)中各種動(dòng)作平穩(wěn)，協(xié)調(diào)、準(zhǔn)確，傳動(dòng)系統(tǒng)無(wú)異常響聲。
6.2吊裝，安裝和調(diào)整
1. 吊裝
1.1滾筒出廠時(shí)已裝配好，可整機(jī)吊裝。
1.2吊裝時(shí)，兩鋼絲繩的夾角不得大雨90度，以免引起設(shè)備變形。
1.3吊裝時(shí)必須注意安全，吊運(yùn)工具