新型礦井提升機關鍵技術研究

      近年來隨著礦產資源開采向深部發(fā)展,深井開采設備需求持續(xù)增加,但目前國內深井提升設備尚存在著疲勞壽命短,抗沖擊性能差及設備沉重臃腫等性能弊端,傳統(tǒng)千米級深井提升設備亟待改造升級.在此背景下,本課題對深井提升中最為常用的JKM系列提升機進行了創(chuàng)新研究.本文首先對不同結構形式的提升機性能進行了利弊探討,并根據(jù)千米級深井的具體工況選定提升方案為摩擦式提升機JKM系列;通過分析傳統(tǒng)JKM系列提升機的結構特點并結合相應的工程案例,找出制約傳統(tǒng)JKM系列提升機疲勞壽命,抗沖擊性能的主要部件——主軸裝置;對傳統(tǒng)JKM系列主軸裝置結構進行了系統(tǒng)的剖析,并針對結構存在的問題,改變了摩擦襯墊裝配方式,取消了壓塊的使用,并設計了全新結構的摩擦輪.其次本文運用CAD/CAE技術對新型結構摩擦輪進行三維造型及相應的靜力與拓撲優(yōu)化分析,以結構應力分布均勻及結構質量輕便為目標反復調整新型摩擦輪結構,得到最終的結構形式;對同類型的新舊兩種摩擦輪結構進行高周疲勞分析與線性屈曲分析,結果表明相比于傳統(tǒng)結構摩擦輪,新型結構摩擦輪在疲勞壽命,抗沖擊性能上有著明顯優(yōu)勢,且克服了設備臃腫,質量大等問題;根據(jù)已設計的新型結構摩擦輪,選取了使用電機,軸承并設計了與之相配和的主軸結構,完成了完整的主軸裝置系統(tǒng)的設計.第三本文根據(jù)礦井工況要求對鋼絲繩進行了選型,并建立了摩擦輪——鋼絲繩——重物的提升系統(tǒng)數(shù)學模型,運用虛擬樣機技術對新型結構摩擦輪在三種常用的加速度曲線下(梯形加速度曲線,正線形加速曲線及三角形加速曲線)進行了運行過程的仿真模擬,通過對比三種加速度曲線下鋼絲繩產生的沖擊大小確定了最佳提升曲線為梯形加速曲線.最后對所設計的新型主軸裝置,運用啟動沖擊限制理論,計算出其在梯形加速度曲線下的最佳運動參數(shù),并在該參數(shù)下的對主軸裝置進行了瞬態(tài)動力學分析,驗證了參數(shù)計算的合理性;根據(jù)瞬態(tài)動力學分析結果提出對主軸裝置進行強化處理的措施.最終完成對摩擦輪,主軸裝配圖及零件圖的設計,并給出新型結構主軸裝置的最佳運動參數(shù).本文針對傳統(tǒng)JKM系列提升機存在的問題,設計了全新結構的主軸裝置,新型主軸裝置能夠有效提高JKM系列提升機的疲勞壽命與抗沖擊性能,并有著質量小,結構緊湊等優(yōu)勢.通過計算與數(shù)值仿真的手段得到了適用于新型設備的最佳運用學參數(shù),使提升過程更為安全可靠.本文的研究對于提高我國深井提升設備的技術水平,縮短與國外先進產品的差距具有重要意義,同時研究過程中所使用的理念與方法亦可為企業(yè)新產品的研發(fā)提供相應的理論支撐,可有效降低工程人員對設計經驗的依賴程度,對于縮短產品的研發(fā)周期,搶占市場先機具有重要作用.