TH250斗式提升機(jī)設(shè)計(jì)說明書

中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-PAGE55-第一章緒論第1.1節(jié)概述斗式提升機(jī)是利用均勻固接于無端牽引構(gòu)件上的一系列料斗，豎向提升物料的連續(xù)輸送機(jī)械。適用于垂直輸送粉狀、粒狀、及小塊狀的磨吸性較小的散狀物料，如糧食、煤、水泥、碎礦石等。中國古代的高轉(zhuǎn)筒車和提水的翻車，是現(xiàn)代斗式提升機(jī)和刮板輸送機(jī)的雛形；17世紀(jì)中，開始應(yīng)用架空索道輸送散狀物料；19世紀(jì)中葉，各種現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的輸送機(jī)相繼出現(xiàn)。1868年，在英國出現(xiàn)了帶式輸送機(jī)；1887年，在美國出現(xiàn)了螺旋輸送機(jī)；1905年，在瑞士出現(xiàn)了鋼帶式輸送機(jī)；1906年，在英國和德國出現(xiàn)了慣性輸送機(jī)。此后，輸送機(jī)受到機(jī)械制造、電機(jī)、化工和冶金工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的影響，不斷完善，逐步由完成車間內(nèi)部的輸送，發(fā)展到完成在企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間甚至城市之間的物料搬運(yùn)，成為物料搬運(yùn)系統(tǒng)機(jī)械化和自動化不可缺少的組成部分。斗式提升機(jī)就是輸送機(jī)的其中一種。國內(nèi)斗式提升機(jī)的設(shè)計(jì)制造，技術(shù)是50年代由前蘇聯(lián)引進(jìn)的,直到80年代，幾乎沒有大的發(fā)展。在此期間,雖各行業(yè)就使用中存在的一些問題也作過一些改進(jìn),如ZL型和鉤頭鏈?zhǔn)蕉肥教嵘龣C(jī)的設(shè)計(jì)等工作,但大都因?yàn)槟承┰蛭茨艿玫酵茝V[19]。自80年代以后,隨著國家改革開放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,一些大型及重點(diǎn)工程項(xiàng)目引進(jìn)了一定數(shù)量的斗式提升機(jī),從而促進(jìn)了國內(nèi)斗式提升機(jī)技術(shù)的發(fā)展。有關(guān)斗式提升機(jī)的部頒標(biāo)準(zhǔn)JB3926—85及按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的TD、TH及TB系列斗式提升機(jī)的相繼問世,使我國斗式提升機(jī)技術(shù)水平向前邁了一大步,但與國際先進(jìn)水平相比仍存在相當(dāng)大的差距,尤其是板鏈?zhǔn)蕉肥教嵘龣C(jī)存在的差距更大一些。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)在引進(jìn)、吸收、消化了世界各國斗式提升機(jī)的最新技術(shù)，并結(jié)合我國實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出THG型和TDG型高效斗提機(jī)系列，以滿足市場對大運(yùn)輸量、大提升高度及結(jié)構(gòu)緊湊的新型高效斗提機(jī)的需要。THG、TDG型斗提機(jī)優(yōu)點(diǎn)：1THG、TDG型斗提機(jī)優(yōu)點(diǎn)輸送量大、提升高度高；2斗型合理，容量大；3環(huán)鏈采用合金鋼制造，經(jīng)表面和熱處理后，硬度適中，強(qiáng)度高，耐磨性好；4膠帶采用鋼絲繩編織芯膠帶，韌性好，強(qiáng)度高；5頭尾部和中部機(jī)殼全部作了密封處理，物料及粉塵不外揚(yáng)，不會造成環(huán)境污染；6傳動裝置中采用了垂直軸減速器和液力偶合器，并配有逆止裝置，使得傳動裝置結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)現(xiàn)了柔性傳動。既能使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，又能使電機(jī)減速器及牽引件得到保護(hù)，更能使物料在停機(jī)時保持穩(wěn)定狀態(tài)；7下部采用了重錘張緊裝置，實(shí)現(xiàn)了自動張緊。8THG型上下輪為組裝式鏈輪，輪緣用高強(qiáng)度螺栓連接在輪體上，在鏈輪磨損后，只需要更換輪緣，這樣既方便更換，又可節(jié)約材料，降低維修費(fèi)用未來提升機(jī)的將向著多型化發(fā)展、擴(kuò)大使用范圍、物料自動分揀、降低能量消耗、減少污染等方面發(fā)展。斗式提升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是，橫斷面上的外形尺寸較小，可使輸送系統(tǒng)布置緊湊；提升高度大，有良好的密封性等。缺點(diǎn)是：對過載的敏感性大；斗料和牽引結(jié)構(gòu)件易損壞。斗式提升機(jī)提升物料高度可達(dá)80米（如TGD型），一般常用范圍小于40M。輸送能力在1600M3/h以下。一般情況下多才用垂直式斗式提升機(jī)，當(dāng)垂直式斗式提升機(jī)不能滿足特殊工藝要求時才采用傾斜式提升機(jī)。由于傾斜式斗式提升機(jī)的牽引結(jié)構(gòu)在垂度過大時需要增設(shè)支承牽引構(gòu)件的裝置，而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此很少采用傾斜式斗式提升機(jī)。第1.2節(jié)斗式提升機(jī)分類斗式提升機(jī)作為一種常用的提升設(shè)備，在得到廣泛的應(yīng)用的同時，根據(jù)不同行業(yè)的要求不同也有著非常清楚的分類，其按照傳動結(jié)構(gòu)可以分為：

(1).TD系列斗式提升機(jī)

TD系列斗式提升機(jī)是一種國家標(biāo)準(zhǔn)的斗式提升機(jī)，該系列斗式提升機(jī)和D系列斗式提升機(jī)都是采用的膠帶傳動來提升物料，兩者沒有本質(zhì)的區(qū)別，D系列斗式提升機(jī)產(chǎn)品型號較老且型號規(guī)格少。TD系列斗式提升機(jī)是在D系列斗式提升機(jī)的基礎(chǔ)上經(jīng)過產(chǎn)品改良而來，其規(guī)格有TD100(不常用)、TD160、TD250、TD315、TD400、TD500、TD630、TD800、TD1000等型號,其中TD160、TD250、TD315等型號為普遍采用型號.

(2).TH系列斗式提升機(jī)

TH系列斗式提升機(jī)是一種常用的提升設(shè)備，該系列斗式提升機(jī)采用鍛造環(huán)鏈作為傳動部分，具有很強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，主要用于提升機(jī)粉體和小顆粒及小塊狀物料，區(qū)別于TD系列斗式提升機(jī)，其提升量更大、運(yùn)轉(zhuǎn)效率更高。其常用于較大比重的物料的提升。如圖1.0

圖1.0斗式提升機(jī)(3).NE系列斗式提升機(jī)

NE系列斗式提升機(jī)是一種新型的斗式提升機(jī)，其采用板鏈傳動，區(qū)別于老型號TB系列板鏈斗式提升機(jī)，其命名方式采用提升量而命名而非斗寬。如NE150指的是提升量為150噸一小時而不是斗寬150。NE系列斗式提升機(jī)有著很高的提升機(jī)效率，根據(jù)提升速度不同還分有NSE型號及高速板鏈斗式提升機(jī)。

(4).TB系列斗式提升機(jī)

TB系列斗式提升機(jī)是一種較老型號的斗式提升機(jī)，其傳動部分采用板鏈傳動，現(xiàn)已經(jīng)被相應(yīng)NE系列斗式提升機(jī)產(chǎn)品替代。

(5).TG系列斗式提升機(jī)

TG系列斗式提升機(jī)是一種加強(qiáng)型膠帶斗式提升機(jī)，其區(qū)別于TD系列斗式提升機(jī)，TG系列斗式提升機(jī)采用鋼絲膠帶作為傳動帶，其具有更強(qiáng)的傳動能力。該系列斗式提升機(jī)多被應(yīng)用于糧食輸送上，又被長稱呼為糧食專用斗式提升機(jī)。

(6).其它型號斗式提升機(jī)

常見的斗式提升機(jī)型號還有HL系列斗式提升機(jī)、GTD系列斗式提升機(jī)、GTH系列斗式提升機(jī)等，其均為上型號的不同叫法和演變形式。（2）按牽引件分類：斗式提升機(jī)的牽引構(gòu)件有環(huán)鏈、板鏈和膠帶等幾種。環(huán)鏈的結(jié)構(gòu)和制造比較簡單，與料斗的連接也很牢固，輸送磨琢性大的物料時，鏈條的磨損較小，但其自重較大。板鏈結(jié)構(gòu)比較牢固，自重較輕，適用于提升量大的提升機(jī)，但鉸接接頭易被磨損，膠帶的結(jié)構(gòu)比較簡單，但不適宜輸送磨琢性大的物料，普通膠帶物料溫度不超過60°C，鋼繩膠帶允許物料溫度達(dá)80°C，耐熱膠帶允許物料溫度達(dá)120°C，環(huán)鏈、板鏈輸送物料的溫度可達(dá)250°C。斗式提升機(jī)最廣泛使用的是帶式(TD)，環(huán)鏈?zhǔn)?TH)兩種型式。用于輸送散裝水泥時大多采用深型料斗。如TD型帶式斗式提升機(jī)采用離心式卸料或混合式卸料適用于堆積密度小于1．5t／m3的粉狀、粒狀物料。TH環(huán)鏈斗式提升機(jī)采用混合式或重力式卸料用于輸送堆和密度小于1．5t／m3的粉狀、粒狀物料。（3）按卸載方式分類：斗式提升機(jī)可分為：離心式卸料、重力式卸料和混合式卸料等三種形式。離心式卸料的斗速較快，適用于輸送粉狀、粒狀、小塊狀等磨琢性小的物料；重力式卸料的斗速較慢，適用于輸送塊狀的，比重較大的，磨琢性大的物料，如石灰石、熟料等。第1.3節(jié)斗式提升機(jī)的裝載和卸載1.3.1斗式提升機(jī)的裝載斗式提升機(jī)的裝載方式有兩種：掏取式，（圖1.1）由料斗在物料中掏取裝載。掏取式主要用于輸送粉狀、顆粒狀、小塊狀的無琢磨性或半琢磨性的散狀物料。由于在掏取物料時不會產(chǎn)生很大的阻力，所以允許的料斗的運(yùn)行速度較高，為0.8-2m/s；流入式，（圖1.2）圖物料直接流入料斗內(nèi)。流入式用于輸送大塊狀和琢磨性大的物料。料斗的布置很密，防止在料斗之間撒落。料斗的運(yùn)行速度較低，一般不超過1m/s圖1.1掏取式圖1.2注入式1.3.2斗式提升機(jī)的卸載方式斗式提升機(jī)的卸載方式有離心式、重力式及混合式三種。離心式卸料料斗的運(yùn)行速度較高，通常取為1—2m/s。如欲保持這種卸載必須正確選擇驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速和直徑，以及卸料口的位置。其優(yōu)點(diǎn)是：在一定的料斗速度下驅(qū)動輪尺寸為最小；卸料位置較高，各料斗之間的距離可以減小，并可提高卸料管高度，當(dāng)卸料高度一定時，提升機(jī)的高度就可減??；缺點(diǎn)是：料斗的填充系數(shù)較小，對所提升的物料有一定的要求，只適用于流動性好的粉狀、粒狀、小塊狀物料。重力式卸載使用于卸載塊狀、半磨琢性或磨琢性大的物料，料斗運(yùn)行速度為0.4—0.8m/s左右，需配用帶導(dǎo)向槽的料斗。其優(yōu)點(diǎn)是：料斗裝填良好，料斗尺寸與極距的大小無關(guān)。因此允許在較大的料斗運(yùn)行速度之下應(yīng)用大容積的料斗；主要缺點(diǎn)是：物料拋出位置較低，故必須增加提升機(jī)機(jī)頭的高度。物料在料斗的內(nèi)壁之間被拋卸出去，這種卸載方式稱為離心—重力式卸載。常用于卸載流動性不良的粉狀物料及含水分物料。料斗的運(yùn)動速度為0.6—0.8m/s范圍，常用鏈條做牽引構(gòu)件。圖1.3離心式卸料圖1.4重力式卸料圖1.5離心—重力式卸料第1.4節(jié)斗式提升機(jī)的主要部件斗式提升機(jī)的主要部件有：驅(qū)動裝置、料斗、牽引構(gòu)件、底座和中間罩殼等。驅(qū)動裝置由電動機(jī)、減速機(jī)、逆止器或制動器及聯(lián)軸器組成，驅(qū)動主軸上裝有滾筒或鏈輪。大提升高度的斗式提升機(jī)采用液力偶合器，小提升高度時采用彈性聯(lián)軸器。使用軸裝式減速機(jī)可省去聯(lián)軸器，簡化安裝工作，維修時裝卸方便。料斗通常分為淺斗、深斗和有導(dǎo)向槽的尖棱面斗。淺斗前壁斜度大深度小，適用于運(yùn)送潮濕的和流散性不良的物料。深斗前壁斜度小而深度大，適用于運(yùn)送干燥的流散性好的散粒物料。有導(dǎo)向側(cè)邊的夾角形料斗前面料斗的兩導(dǎo)向側(cè)邊即為后面料斗的卸載導(dǎo)槽，它適用于運(yùn)送沉重的塊狀物料及有磨損性的物料。散裝水泥由于流動性好且干燥，用深斗較合適，卸載時，物料在料斗中的表面按對數(shù)螺線分布，設(shè)計(jì)離心卸料的料斗時往往在料斗底部打若干個氣孔，使物料裝載時有較高的填充量，并且卸料時更完全。牽引構(gòu)件為一封閉的繞性構(gòu)件，多為環(huán)鏈、板鏈或膠帶。張緊裝置有螺桿式與重錘式兩種。帶式斗式提升機(jī)的張緊滾筒一般制成鼠籠式殼體，以防散料粘集于滾筒上。斗式提升機(jī)可采用整體機(jī)殼，也可上升分支和下降分支分別設(shè)置機(jī)殼。后者可防止兩分支上下運(yùn)動時在機(jī)殼空氣擾動。在機(jī)殼上部設(shè)有收塵法蘭和窺視孔。在底部設(shè)有料位指示，以便物料堆積時自動報警。膠帶提升機(jī)還需設(shè)置防滑防偏監(jiān)控及速度監(jiān)測器等電子儀器，以保證斗式提升機(jī)的正常運(yùn)行第1.5節(jié)斗式提升機(jī)的選型作為常用的提升設(shè)備，斗式提升機(jī)的選用受很多方面因素的制約，選錯型號會給使用方帶來不盡的麻煩。一般決定斗式提升機(jī)選型取決于以下幾個要素：1.物料的形態(tài)：物料是粉狀還是顆粒狀還是小塊狀。2.物料的物理性質(zhì)：物料有沒有吸附性或者粘稠度，是否含水。3.物料的比重：一般斗式提升機(jī)參數(shù)都是針對堆積比重在1.6以下的物料設(shè)計(jì)和計(jì)算的，太大的物料比重需要進(jìn)行牽引力和傳動部分抗拉強(qiáng)度的計(jì)算。4.單位時間內(nèi)的輸送量。一般來說，物料的形態(tài)直接決定物料的卸料方式，常用規(guī)律為粉狀物料采用離心拋射卸料、塊狀物料采用重力卸料，而卸料方式的不同決定斗式提升機(jī)采用的料斗形式的不同，離心拋射卸料多采用淺斗和弧形斗，而重力卸料需采用深斗。斗式提升機(jī)所采用料斗的類型不同則單位時間內(nèi)提升的物料輸送量是不一樣的。斗式提升機(jī)最終的輸送量是取決于料斗形式、斗速、物料比重、物料性質(zhì)、料斗數(shù)量的一個綜合參數(shù)。選型過程如下：物料比重→傳動方式（斗提型號）→物料性質(zhì)→卸料方式→料斗形式→該系列斗式提升機(jī)的提升量→確定機(jī)型。目前國內(nèi)常用的斗式提升機(jī)均為垂直式，較新型，符合標(biāo)準(zhǔn)TB3926-85的有TD型、TH型，它們的主要特征、用途及型號見表1.1型式TD型TH型結(jié)構(gòu)特征采用橡膠帶作牽引構(gòu)件采用鍛造的環(huán)形鏈條作為牽引構(gòu)件御載特征采用離心式或混合式方式卸料采用混合式或重力式方式卸料適用輸送物料松散密度ρ＜1.5t/m3的粉狀、粒狀、小塊狀的無磨琢、半磨琢性物料松散密度ρ＜1.5t/m3的粉狀、粒狀、小塊狀的無磨琢、半磨琢性物料適用溫度被輸送物料溫度不得超過60℃，如采用耐熱橡膠帶時溫度不超過200℃被輸送物料溫度不超過250℃型號TD100、TD160、TD250、TD315、TD400、TD500、TD630TH315、TH400、T500、TH630、（TH800、TH1000）①提升高度約在4～40m范圍內(nèi)約在4.5～40m范圍內(nèi)輸送量4～238m3/h35～185m3/h表1.1第1.6節(jié)斗式提升機(jī)工作過程

斗式提升機(jī)利用環(huán)繞并張緊于頭輪、底輪的封閉環(huán)形料斗帶作為牽引構(gòu)件，利用安裝于料斗帶上的料斗作為輸送物料構(gòu)件，通過料斗帶的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)物料的輸送，見圖1.6。因此，斗式提升機(jī)是連續(xù)性輸送機(jī)械。理論上可將斗式提升機(jī)的工作過程分為三個階段：裝料過程、提升過程和卸料過程。裝料就是料斗在通過底座下半部分時挖取物料的過程。料斗裝滿程度用裝滿系數(shù)φ(φ=)表示。根據(jù)裝料方向不同，裝料方式有順向進(jìn)料和逆向進(jìn)料兩種，工程實(shí)際中較常用的是逆向進(jìn)料，此時進(jìn)料方向與料斗運(yùn)動方向相向，裝滿系數(shù)較大。提升過程料斗繞過底輪水平中心線始至頭輪水平中心線止的過程，即物料隨料斗垂直上升的過程稱作提升過程。此時應(yīng)保證畚頭帶有足夠的張力，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)提升，防止撒料現(xiàn)象的發(fā)生。卸料過程物料隨料斗通過頭輪上半部分時離開料斗從卸料口卸出的過程稱為卸料過程。卸料方法有離心式、重力式和混合式三種。離心式適用于流動性、散落性較好的物料，含水份較多、散落性較差的物料宜采用重力式卸料，混合式卸料對物料適應(yīng)性較好，工程實(shí)際中較常用。本次設(shè)計(jì)選擇混合或重力方式卸料，掏取式裝料，選用zh型（中深斗）料斗，牽引件為低合金高強(qiáng)度圓環(huán)鏈，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗螅哂泻芨叩目估瓘?qiáng)度和耐磨性。下部采用了重錘杠桿式張緊裝置，即可實(shí)現(xiàn)自動張緊。圖1.6斗式提升機(jī)總體圖第二章斗式提升機(jī)主要結(jié)構(gòu)計(jì)算第2.1節(jié)提升功率的計(jì)算本次設(shè)計(jì)TH250型斗式提升機(jī)。其主要參數(shù)有功率，提升高度,提升能力,料斗寬度,料斗盛水容積,料斗間距參照文獻(xiàn)[1]中第十四章斗式提升機(jī)中TH型提升機(jī)設(shè)計(jì)的功率計(jì)算部分內(nèi)容，計(jì)算過程如下：TH型斗式提升機(jī)功率計(jì)算TH型提升機(jī)驅(qū)動裝置為YY型（即ZLY或ZSY型減速器和Y型電動機(jī)配用）。傳動軸驅(qū)動功率由下式求得：P0=+PS+PL（2-1）式中P0-軸功率（KW）；Q-斗式提升機(jī)的輸送量（T/h）；H-提升高度（m）；g-重力加速度（m/s2）；PS，PL—附加功率，KW，見表2-1表2-1附加功率TH200TH250TH315TH400TH500TH630TH800PS,KW2233445PL,KW3.4由此次TH250斗式提升機(jī)設(shè)計(jì)的條件可以得知，Q=30T/h,t提升的高度H=35m重力加速度在此處可取10m/s2將數(shù)據(jù)代入（2-1）計(jì)算可得P0=+PS+PL=（2-2）電機(jī)功率p=EQ（2-3）式中P–電動機(jī)功率（KW）；P0-軸功率（KW）；n-總效率，大約為0.7。所以通過計(jì)算可得P=7.5Kw第2.2節(jié)電動機(jī)選型按已知工作要求和條件選用要求電機(jī)功率P＝7.5kW，轉(zhuǎn)速n=1500r/min左右，參照文獻(xiàn)[2]中電動機(jī)的類型及其應(yīng)用特點(diǎn)，選用Y132M-4型電動機(jī)。輸出軸直徑Φ75，中心高280mm，工作轉(zhuǎn)速1440r/min。第2.3節(jié)減速機(jī)選型根據(jù)文獻(xiàn)[1]中的YY型驅(qū)動裝置的選型原則及規(guī)范可知，TH250提升機(jī)功率為7.5Kw時，應(yīng)選用Y7Y140驅(qū)動裝置，在已選擇Y132M-4電動機(jī)后，應(yīng)選擇型號為ZLY140-18-Ⅰ（S）/Ⅱ（N）的減速器表2.2。輸入軸直徑為28mm，輸出軸直徑為65mm,中心高為160mm。表2.2總傳動比分配行星減速器i=12皮帶i=2.5133第2.4節(jié)皮帶的選擇計(jì)算確定V帶型號工作情況系數(shù)查表=1.2計(jì)算功率,（2.4）V帶型號根據(jù)和值查圖4.6A型2）確定帶輪基準(zhǔn)直徑和小帶輪直徑查表=90mm大帶輪直徑==（2.5）圓整=227mm3)驗(yàn)算帶速=（2.6）要求帶速在5-5范圍內(nèi)4）確定V帶長度和中心距初取中心距mm，初算帶的基準(zhǔn)長度=2==1904.39mm（2.7）圓整=2000（2.8）5)驗(yàn)算小帶輪包角===169.5（2.9）6)確定帶根數(shù)單根帶試驗(yàn)條件下許用功率傳遞功率增量查表（）包角系數(shù)=0.98長度系數(shù)=1.03（2.10）圓整7）計(jì)算初拉力每米帶質(zhì)量，=0.1kg/m則=176.17（2.11）8）計(jì)算壓軸力（2.12）9）帶輪槽間距槽邊距帶輪寬（2.13）第2.5節(jié)驅(qū)動軸設(shè)計(jì)2.5.1軸各軸段尺寸分析1）初步計(jì)算軸的直徑參照文獻(xiàn)[3]中關(guān)于軸的設(shè)計(jì)部分，根據(jù)軸的承載情況，選擇扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算法來計(jì)算軸的直徑。式中A——系數(shù)，此處取120，P——電動機(jī)功率，Kwn——軸的轉(zhuǎn)速，r/min,將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式3-4可得因?yàn)檩S端裝聯(lián)軸器需要開鍵槽，會削弱軸的強(qiáng)度，故將軸徑增加4%~5%，取軸的直徑為70mm。2）各軸段直徑的確定圖2.1驅(qū)動軸如圖2.1所示，軸段①與減速機(jī)空心輸出軸套裝配，并且在接近軸段②處裝有毛氈彌封圈，故直徑d1=70mm。軸段②和軸段⑧上安裝軸承，現(xiàn)暫取軸承型號為2217，其內(nèi)徑d=85mm，外徑D=150mm，寬度B=36mm，故軸段②的直徑d2=d8=85mm。軸段③和軸段⑦的直徑為軸承的安裝尺寸，查有關(guān)手冊，取d3=d7=95mm。軸段④和軸段⑥上安裝驅(qū)動鏈輪，考慮到軸段④與軸段⑥中間的截面承受的彎矩最大，故在直徑上有所增加，現(xiàn)暫定d4=d6=100mm。軸段⑤考慮滾筒便于安裝拆卸，直徑略比軸段④和軸段⑥的直徑小，取d5=110mm。3）各軸段長度的確定軸段①與減速機(jī)空心輸出軸套裝配，其長度主要決定于減速機(jī)和頭部殼體之間的安裝尺寸，同時還要保證與減速機(jī)相配合的部分有足夠的長度，從手冊中查知減速機(jī)的相關(guān)安裝尺寸要求，現(xiàn)暫取l1=140mm。軸段②與軸段⑧上安裝軸承，其長度決定于軸承的安裝尺寸，故取l2=l8=110mm。軸段③和軸段⑦的長度主要根據(jù)兩軸承之間的距離和滾筒在軸向上的安裝尺寸來定?？紤]到其軸向上密封板、殼體法蘭和軸承座等占據(jù)的位置，暫取兩軸承軸向上的中心距離為590mm，則可以暫取l3=l7=155mm。軸段④、⑤、⑥的長度要和驅(qū)動鏈輪一并設(shè)計(jì)，現(xiàn)暫定l4=l6=120mm，l5=40，驅(qū)動軸總長為950mm。d)軸上零件的固定考慮到軸段①、④、⑥處鍵傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，故軸段①與聯(lián)軸器的配合選用k6；軸段④、⑥與驅(qū)動鏈輪的配合選用r6；軸段②、⑧與軸承內(nèi)圈的配合選用r6。與減速機(jī)和驅(qū)動鏈輪的聯(lián)結(jié)均采用A型普通平鍵，分別為鍵20×125GB1096-1996及鍵28×110GB1096-1996。e)軸上倒角及圓角軸端倒角2×45°，安裝鏈輪的軸段倒角為2.5×45°，倒圓角為R1.6mm，為方便加工，其它軸肩圓角半徑均取為0.6mm。第2.5.2節(jié)軸的強(qiáng)度校核計(jì)算軸的受力分析及彎扭矩圖2.2所示圖2.2軸的受力分析及扭矩圖2）計(jì)算支承反力由于軸在水平面上不受力，所以FRIH=FR2H=0（2.14）在豎直面上（2.15）式中：——同一時刻提升機(jī)上行料斗中物料重量——環(huán)鏈預(yù)緊力（平均每米長度牽引構(gòu)件重量，25kg/m）——牽引構(gòu)件重量（2000N），（2.16）（2.17）（2.18）3）按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算如下很顯然b-b截面為危險截面。由于彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力，則（2.18）（2.19）所以b-b截面左側(cè)安全，顯然b-b截面右側(cè)也是安全的。4）安全系數(shù)校核彎曲應(yīng)力（2.20）應(yīng)力幅平均應(yīng)力Mpa（2.21）切應(yīng)力（2.22）（2.23）安全系數(shù)（2.24）（2.25）（2.26）許用安全系數(shù)顯然S>,故b—b剖面安全。以上計(jì)算表明，軸的彎扭合成強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度是足夠的。第2.6節(jié)軸承的選型及分析1）軸承選型考慮驅(qū)動軸在的較大彎矩作用下會產(chǎn)生彎曲變形，且不易與減速機(jī)嚴(yán)格保證同心，故選用承載能力大并有自動調(diào)心功能的調(diào)心球軸承2217。其基本參數(shù)如表2.3基本尺寸/mm額定載荷/kNdDB851503658.223.5表2.3軸承2217基本參數(shù)2）工作情況分析及壽命計(jì)算提升機(jī)驅(qū)動軸軸承主要承受徑向載荷，軸向載荷很小并可以忽略中等沖擊。其當(dāng)量動載荷為：（2.27）式中：——載荷系數(shù)，中等沖擊取1.2~1.8。其壽命為：（2.28）式中：——軸承的壽命指數(shù)，滾子軸承=10/3。故驅(qū)動軸軸承的工作壽命為24362小時。第2.7節(jié)聯(lián)軸器的選擇由于彈性柱銷聯(lián)軸器（如圖2.2所示）具有一般補(bǔ)償兩軸相對偏移和減振能力，結(jié)構(gòu)簡單，更換彈性元件簡便，允許有軸向竄動，適用的工作溫度為-20°C到+70°C，所以根據(jù)提升機(jī)的工作特性，選擇彈性柱銷聯(lián)軸器作為減速器和提升機(jī)上部主軸之間的連接設(shè)備。由文獻(xiàn)[2]可知應(yīng)選取的聯(lián)軸器型號為：Y由表可知所選用連軸器的公稱扭矩=3153，許用轉(zhuǎn)速為3450r/min,而本次設(shè)計(jì)所需的扭矩T=1530,轉(zhuǎn)速為48r/min,故所選的聯(lián)軸器LX5完全滿足要求。下面對聯(lián)軸器與軸連接處的鍵進(jìn)行設(shè)計(jì)和強(qiáng)度較核。由軸的直徑d為70mm，查文獻(xiàn)[2]，由表9-4可知，應(yīng)取鍵的寬度b=20mm，高度h=120mm的普通平鍵，鍵的材料應(yīng)選45鋼，由于鍵所受載荷性質(zhì)為輕微沖擊，由表9-3可知[σc]=110MP，[τ]=90MP，鍵連接工作面的強(qiáng)度校核如下<（2.29）<（2.30））d—軸的直徑（mm）l—鍵的工作長度，A型（mm），l=L-b(mm)A—鍵與輪轂的接觸高度，平鍵K=h/2其中b為鍵的寬度圖2.3聯(lián)軸器第2.8節(jié)驅(qū)動鏈輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)TH型斗式提升機(jī)是利用鏈輪與圓環(huán)鏈間的摩擦力進(jìn)行動力傳遞的。特別當(dāng)鏈輪與鏈條摩擦副不能相互匹配，即鏈輪與鏈條產(chǎn)生相對滑動時，鏈輪磨損加劇，因此，鏈輪是一個易損件。對于鏈輪應(yīng)選擇合理的材料、熱處理工藝以保證輪緣的硬度和耐磨性。同時考慮到鏈條價昂，應(yīng)使鏈輪的硬度略低于鏈條的硬度。TH250的軸上的扭距通過鍵槽傳遞給兩個鏈輪，鏈輪由輪緣和輪體兩部分組成，結(jié)構(gòu)如圖2.41和2.41所示。輪體由HT200鑄造而成，輪緣由QT60-2鑄造而成，要求鑄件不得有氣孔、縮孔及裂紋等，以保正鏈輪工作正常工作所需要的強(qiáng)度。此次設(shè)計(jì)采用了組裝式鏈輪。有輪體、輪緣用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接而成。在鏈輪磨損到一定程度后，可擰下螺栓，拆換輪緣，更換方便，且節(jié)約拆料、降低了維修費(fèi)。圖2.41鏈輪圖2.42驅(qū)動鏈輪裝置第2.9節(jié)料斗與環(huán)鏈的設(shè)計(jì)根據(jù)斗式提升機(jī)的輸送量及提升高度要求，參照國家關(guān)于機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中垂直斗式提升機(jī)Zh型（中深斗）料斗參數(shù)尺寸，設(shè)計(jì)的料斗的形狀如圖所示，料斗容量為3L，輸送的物料最大塊度為25mm，圖2.5料斗與鏈環(huán)對比同類型的斗式提升機(jī)的環(huán)鏈選擇的相關(guān)參數(shù)可知，與料斗配套使用的鍛造圓環(huán)鏈條是SL1850，直徑Φ18mm，節(jié)距為64mm，單條破斷強(qiáng)度≥320KN，牽引件為低合金高強(qiáng)度園環(huán)鏈，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?，具有很高的抗拉?qiáng)度和耐磨性，使用壽命長，符合TM36-8《礦用高強(qiáng)度園環(huán)鏈》標(biāo)準(zhǔn)見表2.4,鏈號直徑直徑x節(jié)距破斷載荷（kN）重量英寸mm碳鋼合金鋼kg/mSL10403/810x40451101.85SL13451/213x45751603.50SL14501/214x50891906.30SL16565/816x561182504.90SL185023/3218x501503206.91SL186323/3218x631503206.50SL186423/3218x641503206.60SL20703/420x70189390390表2.42.10中部區(qū)段的設(shè)計(jì)選材由于本設(shè)計(jì)中的提升機(jī)提升高度達(dá)35m，為防止兩分支上下運(yùn)動時在機(jī)殼產(chǎn)生空氣擾動，故上行部分和下行部分的罩殼均采用獨(dú)立式結(jié)構(gòu)。連接法蘭同樣采用63×63×6的等邊角鋼，殼體采用3mm厚的鋼板，并在罩殼上設(shè)有檢修門，主要是用來觀察、檢查提升機(jī)內(nèi)部的工作情況，在出現(xiàn)故障時可以方便檢修機(jī)內(nèi)部的工作情況，在出現(xiàn)故障時可以方便檢修圖2.6中部區(qū)段，第三章斗式提升機(jī)的安裝、使用說明第3.1節(jié)斗式提升機(jī)安裝、調(diào)整及試運(yùn)行1、先安裝下部區(qū)段。斗式提升機(jī)下部支承面要保證座落在基礎(chǔ)的水平面上，校正后將地腳螺栓緊固。上端面與水平面的平行度允差1/1000。2、按標(biāo)記依次安裝中間機(jī)殼，機(jī)殼的聯(lián)接允許墊入防水粗帆布或石棉帶以保證密封和調(diào)整。要求下部和中部機(jī)殼的中心線力求在同一鉛垂線上，其垂直度偏差在1000mm長度上不應(yīng)超過1mm，總高度的累積偏差不應(yīng)超過8mm。雙通道機(jī)殼還要注意使兩個通道的機(jī)殼相平齊。3、為防止提升機(jī)的搖動，中部必須有防止偏移的支承裝置，支承點(diǎn)間距不要大于8m，最上面的支承點(diǎn)要盡量靠近頭部。支承裝置不要限制提升機(jī)在垂直方向的伸縮。雙通道中間機(jī)殼每隔4m要用連板把兩個通道聯(lián)接起來以加強(qiáng)穩(wěn)定性。4、安裝上部區(qū)段和驅(qū)動裝置，安裝減速器前要先認(rèn)真閱讀減速器說明書。減速器要加足工業(yè)齒輪油（詳見減速器說明書）5、主軸與下部軸應(yīng)在同一垂直平面內(nèi)，兩軸心線均應(yīng)與水平面平行。YY型驅(qū)動裝置低速軸與主軸力求在同一軸心線上，其最大平行偏移不得超過0.1mm，最大軸線交角不得超過6、最后安裝運(yùn)行部分。鏈?zhǔn)蕉诽釞C(jī)的鏈條應(yīng)選配，使平行的兩條鏈長度相等。運(yùn)行部分裝好后拉近裝置剩余的行程要大于全行程的一半。7、HL型雙通道提升機(jī)安裝或調(diào)整鏈條，需要提起拉近鏈輪組時，可以利用中部機(jī)殼上的吊重鋼槽。方法是：打開下部區(qū)、區(qū)段上蓋板，在鋼槽上掛一小型起重葫蘆，即可進(jìn)行提起鏈輪組的工作。8、鏈條式提升機(jī)拉近裝置采用重錘張緊方式，重錘箱內(nèi)應(yīng)放有足夠的重物。9、提升機(jī)滑板調(diào)節(jié)得好可以減少回料，我廠提升機(jī)滑板上有橡膠板，調(diào)節(jié)時以橡膠板離料斗外緣10mm左右為宜。10、提升機(jī)安裝完畢后，檢查所有緊固處是否緊固。向各潤滑系統(tǒng)加注必要的潤滑劑，用手轉(zhuǎn)動傳動部分應(yīng)輕便靈活，并最少使工作鏈轉(zhuǎn)一周，確認(rèn)安裝無誤后，可以空車試運(yùn)轉(zhuǎn)，先運(yùn)行兩次以上瞬時試轉(zhuǎn)，再開機(jī)空轉(zhuǎn)2小時空載試車無問題后，應(yīng)進(jìn)行16小時負(fù)荷試車。試車開始時，物料要分三次加到要求的輸送量。喂料要均勻，負(fù)荷試車2小時后開始檢查軸承溫度，一般不應(yīng)超過60℃表3.1安裝尺寸第3.2節(jié)斗式提升機(jī)操作規(guī)章一、洗煤系統(tǒng)集中控制時,應(yīng)按先后順序啟動,停止；二、起動前應(yīng)檢查設(shè)備各部件有無異常,減速速機(jī)及潤滑系統(tǒng)加油是否適量等，檢查無異常時,與控制室聯(lián)系,發(fā)出洗煤信號三、要隨時注意斗子提升機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時,鏈板,銷子及擋圈等工作情況,發(fā)現(xiàn)異常及時停車,通知維修人員處理；四、做好崗位記錄,發(fā)現(xiàn)問題及時匯報；五、交接班時,必須在本崗位進(jìn)行,不許離崗交班；六、交接班人員應(yīng)共同檢查滑道,斗子,鏈板,銷子,擋圈及其它部件是否正常，共同檢查安全裝置,信號,照明等工作情況；七、檢查完畢后,經(jīng)試車無異常時,雙方共同在交接班日志上簽字,交班者方可離開崗位；八、斗子被壓或被卡時必須立即停車處理,處理時,斗子正面不得站人,以防物料墜落以及斗子脫鏈；九、斗子提升機(jī)檢修時,必須切斷電源,進(jìn)入機(jī)殼,上下必須有完善的聯(lián)系電鈴信號設(shè)備,照明等處電壓不得超過十二伏,工作時必須有專人負(fù)責(zé)安全監(jiān)督工作,機(jī)殼內(nèi)進(jìn)行電焊時,下面禁止有人工作；十、檢修完畢后,必須清點(diǎn)人員及工具,確實(shí)證明內(nèi)部無人及工具時,才能試車灌水；十一、嚴(yán)禁攀登斗子機(jī)。第3.3節(jié)斗式提升機(jī)故障處理故障可能原因解決措施斗提在操作中不能開關(guān)自如1、卸料系統(tǒng)不起作用；2、軌道脫離開關(guān)失靈；3、聯(lián)軸器接線頭開關(guān)裝置失靈；4、皮帶夾緊連接的安全裝置失靈；5、輸送路線中無障但皮帶和/或料斗不能移動；6、三相電機(jī)、齒輪單元、聯(lián)軸器或傳動軸失靈；1、檢查其功能，打開卸料系統(tǒng)；2、檢查皮帶運(yùn)行并重新調(diào)整；3、參照說明4、檢查皮帶夾緊連接，重新高速錘子；5、檢查并確保皮帶和/或料斗的清理；6、修理或更換損壞部件；斗提不能運(yùn)送足夠的物料料斗沒有正確填充；卸料板沒有正確調(diào)節(jié)；卸料板上的料斗沒有完全清空；入口斜槽處有不正常的積料；1、檢查喂料；2、調(diào)節(jié)卸料板；3、檢查物料輸送情況；4、檢查物料輸送情況，若有必要，清空斗提罩；料斗內(nèi)物料過滿1、料位指示器不起作用；2、斗提出口堵塞；3、卸料系統(tǒng)不起作用；4、喂料系統(tǒng)過度喂料；1、檢查并確定其作用；2、找正原因并清空斗提；3、檢查其功能；4、檢查喂料規(guī)律并進(jìn)行調(diào)整；速度監(jiān)控器不起作用1、近似開關(guān)或控制裝置失靈；2、拉緊站不起作用；確保其功能；控制流動性和拉緊距離。速度監(jiān)控器一段時間不起作用斗提內(nèi)有大塊清理斗提罩皮帶在底部失調(diào)張緊裝置磨損或開裂；斗提內(nèi)有大塊；更換拉緊滑輪；清理斗提；傳動系統(tǒng)故障1、傳動鏈拉長；2、減速機(jī)故障；主、從動鏈輪磨損；1、張緊傳動鏈；2、減速機(jī)檢查保養(yǎng)；3、磨損件視情況更換；殼體磨穿殼體更換落料出料口磨損；1、鏈板斷裂，鏈銷磨損；2、斗子磨損，斗子螺栓松動，脫落；1、鏈板更換，磨損件更換；2、磨損斗子更換，螺栓緊固；第四章結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)完整的完成了TH250型斗式提升機(jī)的整體設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的計(jì)算依據(jù)符合斗式提升機(jī)通用計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，零件的強(qiáng)度校核計(jì)算符合機(jī)械設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)主要形成了以下幾方面的成果1參考國內(nèi)外斗式提升機(jī)相關(guān)資料文獻(xiàn)，將當(dāng)前TH250型斗式提升機(jī)中所采用的電機(jī)減速器傳動裝置正確運(yùn)用到本設(shè)計(jì)中2設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照原始工作參數(shù)，參照現(xiàn)有輸送設(shè)備斗式提升機(jī)的相關(guān)計(jì)算資料，及零件的常規(guī)計(jì)算校核方法，對提升機(jī)的鏈條、料斗、鏈輪等零部件進(jìn)行了正確的選取與計(jì)算。最終形成的TH250設(shè)計(jì)方案及計(jì)算結(jié)果，滿足原始工作條件的各項(xiàng)參數(shù)其中主要參數(shù)如下功率：7.5kW；提升高度：35m；提升能力：30（t/h）；料斗寬度：250mm；料斗盛水容積：3L；參考文獻(xiàn)[1]梁庚煌.[M][2]毛謙德，李振清.袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.[3][M][4]朱昆泉，許林發(fā).建材機(jī)械工程手冊[M].武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社，2000.[5][M]機(jī)械工業(yè)出版社[6]褚瑞卿.建材通用機(jī)械與設(shè)備[M]武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1996.[7]梁庚煌.運(yùn)輸機(jī)械手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1983.[8]北京建材學(xué)校.建材機(jī)械與設(shè)備[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1981.[9]王旭，王積森.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.[10]張文明，焦萬才.焊工實(shí)用技術(shù)[M].遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2004.[11]沈世德.機(jī)械原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.[12]王章忠.機(jī)械工程材料[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.[13]張慶進(jìn).硅酸鹽工業(yè)機(jī)械設(shè)備[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，1992[14]許林發(fā).建筑材料機(jī)械設(shè)計(jì)（一）[M].武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1990[15][16][M][17]錢志峰劉蘇.工程圖學(xué)[M].[18][M][19]張家寧李飛.我國斗式提升機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].起重運(yùn)輸機(jī)械1997(9),31-32[20]成大先.新版機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第三卷[M].北京機(jī)械工程出版社2008[21]JB/T3926.13－1999圓環(huán)鏈鏈輪參數(shù)尺寸[S][22]JB/T3926.1－1999垂直斗式提升機(jī)型式與基本參數(shù)[S][23]JB/T3926.2－1999垂直斗式提升機(jī)技術(shù)條件[S][24]JB/T3926.4－1999垂直斗式提升機(jī)H型料斗參數(shù)尺寸[S]英文原文SPEEDANDPOSITIONSENSORSFORMINEHOISTSANDELEVATORSPETERG.KOVALCHIKFRANKT.DUDAU.S.BureauofMinesPittsburghP.O.Box18070Pittsburgh,Abstract-Minehoistandelevatorsafetydevicesaretestedperiodically.However,periodictestingcannotensurethatarecentlytestedsafetydevicewillfunctionproperlywhencalledupon.Ideally,theconditionofcriticalsafetydevicesshouldbecontinuouslymonitoredbutthisiseitherimpracticalorimpossible.TheU.S.BureauofMinesisconductingresearchonthemorepracticalapproachofcontinuouslymonitoringthespeedandpositionoftheshaftconveyance.Bymonitoringthedepthandspeedofaconveyanceandcomparingtheresultwiththeappropriatespeedcurve,anoperatorcanbewarnedbeforethecurveisexceededandmaythentakeappropriateaction.Thisinformationwillalsodetectotherhoistingmalfunctionssuchasmotororbrakeproblems.Monitoringtheactualcagepositionduringoperationandcomparingthiswiththepositionindicatedbythewindingdrumwillindirectlyenablethedetectionofropeslipforfrictionhoistsandslackropeindrumhoists.Hoistsystemspresentlyinusearetypicallynotequippedwithappropriatedevicesfordirectlymonitoringactualcagespeedandposition.Conventionaloverspeedprotectionforamineelevatoriscurrentlydonebyacentrifugalgovernor.However,amechanicalgovernorisnotcapableofdeterminingifthespeedcurveischangingwithrespecttothecagepositioninthehoistingcycle.Therefore,anothermeansofsensingcagespeedisneeded.Thispaperdiscussesseveraltypesofspeedandpositionsensors,andadvantagesanddisadvantagesofeach.Theresearchsuggestsmethodstomonitoractualspeedandpositionofthecage,whichcanbeverysignificantinpreventingoverspeedaccidentsresultingfromsafetydevicefailuresinminehoistsandelevators.BACKGROUNDIntheUnitedStates,MineSafetyandHealthAdministration(MSHA)regulationsrequirehoist/elevatorsystemsforundergroundmetal/nonmetal(MNM)andcoalminestobeequippedwithmechanicalandelectricalsafetydevices.Thesesafetydevicesincludeoverwind,underwind,slackhoistrope,treadwear,brake-clutchinterlock,jammedconveyancedetectors,tracklimitswitches,over-temperatureswitchesonbearings,ventilationswitches,safetygate,safetychain,catches,andoverspeeddevices.TheMSHAregulationsspecifydaily,weekly,monthly,andannualinspectionsbytheowneroftheconveyance.Theresultsfromtheseinspectionsaredocumentedinrecordsandequipmentlogs.Inadditiontothetestingdonebytheoperator,MSHAalsoexaminesthesafetydevicesandoperationalequipmentperiodically.However,periodictestingcannotensurethatarecentlytestedsafetydevicewillfunctionproperlywhencalledupon.Despitethistesting,documentedminehoist/elevatoraccidents[l]haveoccurredresultingfromelectrical,mechanical,andstructuralfailures.Forexample,shaftaccidentsassociatedwiththehoistingcycleoftenoccurwhentheconveyanceisemptyorlightlyloaded.Surveydataindicatethatthecarisemptyorlightlyloadedin90%ofthehoistingcycles[2].Thiscreatesasituationwherethecounterweightisheavierthanthecar.Ifthebrakefails,thecaracceleratesintheupwarddirectionandcrashesintotheheadframeresultinginan“overspeed”and/or“overwind”condition.TwowelldocumentedaccidentsthatoccurredintheUnitedStates[3,4],fittheabovecriteria;fortunately,thecagewasemptyinbothaccidents.ThesenearmissescouldhaveeasilybeenasdisastrousastheaccidentattheMarkhamCollieryintheUnitedKingdomonJuly30,1973[5].Amechanicalbrakedidnotengageonahoist,resultingin18menkilledand11othersseriouslyinjured.Becauseofthisaccident,theUnitedKingdomadoptedregulationsgoverningcagepositionandoverwindandoverspeedmonitoringforminehoists.TheUnitedStateshas285coalminesthatutilize218hoistsand204elevators.Ofthese285mines,4%reportedatotalof103hoistandelevatoraccidentsin1992.Ananalysisoftheseaccidentsshows77%werecausedbyfaultyequipmentand/orpoormaintenance,and43%ofthosewereduetoelectricalproblemssuchasdefectiverelays,switches,fuses,andrectifierandmotorfailures.ThiscontinuestobethetrendforhoistandelevatoraccidentsoverthepastseveralyearsforbothMNMTheUnitedStatesalsohas116MNMmineswith310hoistsinservice.Fromthese116mines,13%reportedatotalof80hoistingaccidentsin1992.Ananalysisoftheseaccidentsshows62.5%werecausedbyfaultyequipmentorpoormaintenance,and72%ofthosewereduetoelectricalproblemssuchasovertravelandoverspeedswitchfailures,andfailingmotors,relays,andwiring.Furtherassessmentofaccidentstatisticsshowsthatabout10%ofallinjuriesinMNMminesintheperiod1985-1992wererelatedtomineshafts,andthatin1992,almostone-halfofallshaftaccidentswereinMNMmines.Morethan90%ofthesewererelatedtoerrorsbyoperatingandmaintenancepersonnel.Therefore,researchtoimproveandincreaseinformationalflowaboutoperationalstatusandrelocatingpersonnelfromthehoistingfunction,arecrucial.ThesedataindicatethatmuchoftheNation'sexistingminehoistinginfrastructureisnotcapableofcontinuingtofunctioninasafeandeconomicalmannerwithoutsupplementingitwithnewtechnology.APPROACHSincecontinuouslymonitoringtheconditionofsafetydevicesisimpracticaland/orimpossible,amorepracticalapproachofcontinuouslymonitoringthespeedandpositionofthecageisbeingresearchedbytheUSBM.Bycomparingtheresultofmonitoringthedepthandspeedofthehoistwiththeappropriatespeedcurve,theoperatorcanbewarnedofexcessivespeedbeforethecurveisexceeded,andappropriatecorrectiveactioncanbetaken.Inaddition,theinformationcanbeusefulindetectingmotororbrakeproblemsandropeslipforfrictionhoistsandslackropeindrumhoistscanalsobedetectedbycomparingtheactualcagepositionduringoperationwiththepositionindicatedbythehoistsheaveordrumCurrenthoistsystemsarenotequippedwithappropriatedevicesformonitoringactualcagespeedandposition.Overspeedprotectionforamineelevatorisdonebyacentrigualgovernor,butamechanicalgovernorisnotcapableofdeterminingwhenthespeedcurveischangingwithrespecttothecagepositioninthehoistingcycle.Therefore,someothermeansofsensingcagespeedisneeded.EVALUATIONOFSENSORSEightpracticalsensingtechniquesformonitoringthecagepositionorvelocitywereevaluated.Theseeightsensortechniquesare:DCtachometer,opticalencoder,toothedwheeldetector,photoelectricpositionsensor,accelerometer,ultrasonic,microwave,andmagneticstriping.A.DCTachometerThissensorconsistsofawoundarmatureandapermanentmagneticstatorwithasetofcommutatorbrushes.Rotationofthearmatureinducesavoltageinthearmaturewindingsastheymovethroughthefieldcreatedbythepermanentmagnets.Anoutputvoltageisproducedatthebrusheswhichisdirectlyproportionaltotherotationalspeedofthearmature.BecausetheDCtachometerhastobephysicallyattachedtoarotatingpartinthewindingsystem,thesystemwouldhavetobepermanentlymodifiedtodocontinuousspeedmonitoring.Thismodificationwouldbelocatedeitheratthedrumorsheave.Therefore,thiswouldnotgiveactualcagespeed,buttherotationspeedofthewindingdrumorhoistmotor.OpticalEncoderInthistechnique,anencoder,usuallyintheformofaslotteddisk,isattachedtoarotatingpart.Astheencoderrotates,abeamoflightisbrokengeneratingapulsetrain.Thetrainofpulsesarecountedduringafixedperiodoftimebyapulseaccumulator.Byknowingthenumberofslotsinthedisk,thespeedofrotationoftheslotteddiskand,thus,thespeedoftherotatingpartcanbedetermined.Becausetheslotteddiskhastobephysicallycoupledtotherotatingpart,thetechniquehasthesamelimitationsastheDCtachometer.ToothedWheelDetectorAtoothedwheelisfittedtothedrumshaft.Twoproximitysensorsinstalledclosetotheteethgeneratepulseseachtimeatoothpasses.Thisdeviceisabletodetectspeed,distance,anddirection.However,thespeedisnottruecagespeedbecausethetoothedwheelismountedtothedrum.Becauseithastobephysicallycoupledtothedrum,thesystemwouldhavetobepermanentlymodifiedinordertodocontinuousspeedmonitoring.PhotoelectricPositionSensorInthistechnique,asourceoflightispositionedonthecage.Sensorsarepositionedalongtheshaftwall.Asthecagepasses,eachsensordetectsthebeamoflightandthusrecordsthepositionofthecage.Thesensorscanbeusedtomeasurespeedwithappropriatesignalprocessingbymeasuringthetimethecagetakestotravelbetweentwoconsecutivesensors.Butthisrestrictsthemeasurementtoaspecificlocation.Multiplesensorswouldbeneededtomeasurevelocityoverthelengthoftheshaft.Thistechniqueisrelativelyexpensivebecauseofthenumberofsensorsrequiredtoobtainadequateresolution.Afurtherlimitationisthattheoperationislimitedinadirty,dustyenvironmentwhichistypicalinmining.AccelerometersThesedevicesarenormallyconstructedfrompiezoelectricmaterialssuchasquartzorceramiccrystals.Theaccelerometerwouldberigidlyattachedtothetopofthecage.Whenthecagechangesspeed,astressinthecrystalisproducedbytheforceoverthecrosssectionalareaofthecrystal.Thisstressresultsinaminutedeformationofthecrystallattice.Thisdeformationcausesanelectricalpolarizationinthecrystalandavoltageisproducedacrossthecrystalproportionaltotheaccelerationofthecage.Inordertodeterminevelocity,thisvoltagemustbeintegrated.Thesystemworkswellaslongasthereisachangeinspeedofthecage.Oncezeroaccelerationisreached,itisdifficulttodetermineanaccuratevelocityduetodriftsintheelectroniccircuitry.UltrasonicThisisaself-containedunitequippedwithatransmitterandreceiverdesignedtooperateat62.5kHz.Itcanbeeasilymountedonthecagesothatthetransmittedhighfrequencysoundwavecanbereflectedofftheshaftwall.Whenthereflectedenergyreturnstothereceiver,itismixedwithaportionofthetransmittedsignal.Withappropriatesignalprocessing,thevelocityofthecagerelativetotheshaftwallcanbedetermined.Themainadvantageoftheunitisthatitisanoncontactsystem.However,preliminaryresultsindicatethatthedeviceisnotreliableduetohigh-frequencynoisesgeneratedintheminingenvironment.MicrowaveThisisaself-containedunitequippedwithatransmitterandreceiverdesignedtooperateat24.125GHz.Itcanbeeasilymountedonthecagesothatthetransmittedhigh-frequencywavecanbereflectedofftheshaftwall.Whenthereflectedenergyreturnstothereceiver,itismixedwithaportionofthetransmittedsignal.Withappropriatesignalprocessing,thevelocityofthecagerelativetotheshaftwallcanbedetermined.Preliminaryresultsshowthisunittobethemostpromisingbecauseitisnoncontact,rugged,environmentallyinsensitivetominingconditions,andrelativelyinexpensive.MagneticStripingThistechniqueinvolvesmagneticstripingofthehoistorguideropesatintervalsoffourtimestheropediameter.Anoncontactmagneticsensorisusedtodetecttheevenlyspacedmagneticpolesandtheresultsareusedtodeducethedirectionoftravel.Thetechniquethenistocountthenumberofmagneticmarkstransversedinagiventimeperiod.Forfrictionhoistsonlyonehoistropeisstriped.Withthedrumhoist,theguideropeisstriped.Otherwise,aseparateone-inch-diametersteelropemustbedroppedandthenstriped.Usually,afluxgatemagnetometerisusedtogenerateapulseeachtimethemagneticstripepassesitshead.Thisisanoncontactsystemthatmeasuresactualcagepositionandtrueropespeed.Itcanalsobeusedtoeasilyderiveslackortautropeconditionsindrumhoistsystemsandslipdetectioninfrictionhoists.ThisisaproventechnologywhichisbeingusedintheUnitedKingdom,France,andSweden.However,itsinitialsetupcostisrelativelyexpensive.CONCLUSIONSOurevaluationsindicatethattheDCtachometer,opticalencoder,andtoothed-wheeldetectorwillnotgivetruecagespeedbecauseofthelocationofthesensors.Thephotoelectricpositionsensor,althoughitwillgivetruecagespeed,appearstobeinadequatebecauseofthedirty,dustyenvironmentthatistypicalofmining.Theultrasonicsystemhadseveraladvantagesinthatitgavetruecageposition,wasnoncontact,portable,andrugged.However,thissystemisnotreliableduetomineenvironmentnoiseinitsworkingfrequencyrange.Accel