CN115405634A - 一种矿井提升机主轴与卷筒的联接结构和方法 - Google Patents

Abstract

一种矿井提升机主轴与卷筒的联接结构，包括主轴、卷筒、主轴法兰和卷筒法兰，主轴法兰和卷筒法兰具有相同厚度，且内外相对设置，使主轴法兰和卷筒法兰一起组构成了一个用于进行配合连接的圆环形法兰对接组件，在法兰对接组件的左右两侧分别设置有一块夹板，在圆环形法兰对接组件上沿其周向设置有至少四个超紧配螺栓和多个高强度螺栓，超紧配螺栓和高强度螺栓均垂直，并贯穿法兰对接组件和两块夹板设置，本发明提供了一种矿井提升机主轴与卷筒的联接结构及其联接方法，可大大减小联接结构中零部件的配合几何尺寸，且结构本身安装拆卸便捷，传递扭矩密度大，安全可靠性好，特别适用于大中型矿井提升机使用。

Description

一种矿井提升机主轴与卷筒的联接结构和方法

技术领域

本发明涉及矿井提升设备技术领域，具体的说是一种矿井提升机主轴与卷筒的联接结构及其联接方法。

背景技术

矿井提升设备是沿井筒提升煤炭或矿石、矸石，升降人员和设备，下放材料的大型机械设备。它是矿山井下生产系统和地面工业广场相连接的枢纽，是矿山运输的咽喉。因此，矿井提升设备在矿山生产的全过程中占有极其重要的地位。

矿井提升机安全可靠性至关重要，不仅关系着生产的连续性，更关乎矿工的生命安全。主轴与卷筒作为提升机的两大核心部件，两者之间的联接结构决定着提升机运行的安全可靠性。目前，提升机主轴与卷筒联接结构主要有：①双法兰双夹板+高强度螺栓，如附图1和2所示。这种结构主要通过卷筒法兰和主轴法兰处的骑缝销承担径向力和定位，依靠高强度螺栓把紧后产生正压力，通过夹板与主轴法兰和卷筒法兰之间的摩擦力传递扭矩。随着提升机设备规格的不断增大，传递扭矩也越来越高，就需要主轴法兰、卷筒法兰和夹板的几何尺寸增大，给加工和现场安装带来巨大困难。②双法兰+高强度螺栓，如附图3和4所示。这种结构主要依靠左右并列设置的主轴法兰和卷筒法兰之间的摩擦力来传递扭矩。同样存在提升机规格参数增大，主轴法兰和卷筒法兰的联接尺寸增加，难以加工制造的问题，此外，该结构中卷筒必须设计为剖分型，安装拆卸极为不方便。

发明内容

针对现有技术中的矿井提升机主轴与卷筒联接结构普遍存在尺寸较大、加工制造和安装困难，使用安全性差的技术问题，本发明提供了一种矿井提升机主轴与卷筒的联接结构及其联接方法，可大大减小联接结构中零部件的配合几何尺寸，且结构本身安装拆卸便捷，传递扭矩密度大，安全可靠性好，特别适用于大中型矿井提升机使用。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种矿井提升机主轴与卷筒的联接结构，包括主轴和套设在主轴外侧的卷筒，所述主轴和卷筒的表面分别向外和向内径向延伸设置有主轴法兰和卷筒法兰，该主轴法兰和卷筒法兰具有相同厚度，且内外相对设置，使主轴法兰和卷筒法兰一起组构成了一个用于进行配合连接的圆环形法兰对接组件，在法兰对接组件的左右两侧分别设置有一块夹板，两块夹板左右对称设置，在圆环形法兰对接组件上沿其周向设置有至少四个超紧配螺栓和多个高强度螺栓，所述的超紧配螺栓和高强度螺栓均垂直，并贯穿法兰对接组件和两块夹板设置，且法兰对接组件上超紧配螺栓的设置个数n由以下公式确定：

式中：为矿井提升机的最大静张力差；为卷筒的名义半径；E为主轴法兰上多个超紧配螺栓所在分度圆的直径；为最大剪切力；超紧配螺栓的预紧力；为超紧配螺栓的剩余应力系数，一般取0.7；其中，由以下公式计算得到：

式中：为超紧配螺栓的公称孔径；为主轴法兰的材质系数。

优选的，在圆环形法兰对接组件上同时设置有贯穿主轴法兰的超紧配螺栓和贯穿卷筒法兰的超紧配螺栓。

优选的，所述主轴法兰上的超紧配螺栓和高强度螺栓位于同一分度圆上，卷筒法兰上的超紧配螺栓和高强度螺栓也位于同一分度圆上。

优选的，所述法兰对接组件上高强度螺栓的个数为超紧配螺栓个数的整数倍。

优选的，所述的超紧配螺栓包括螺杆、锥套和两个螺母，其中，螺杆的中段设置有一个锥柄，两端设置有螺纹，锥套穿设在两块夹板和法兰对接组件上预设的安装通孔内，在锥套的内部设置有能够与螺杆中段的锥柄相配合的锥型孔，所述螺杆上的锥柄与锥套配合后，螺杆上设置有螺纹的两端能够延伸出安装通孔一段长度，且该延伸端通过与螺母的配合，将螺杆的两端紧固在夹板的外端面上。

优选的，所述超紧配螺栓的传扭能力不低于矿井提升机最大静张力差下产生的静扭矩的3倍。

优选的，所述的多个超紧配螺栓和多个高强度螺栓沿圆环形法兰对接组件的周向均匀设置。

一种矿井提升机主轴与卷筒的联接方法，包括以下步骤：

步骤一、根据矿井提升机的规格和参数，选择相应传扭能力的超紧配螺栓，并按照上述公式计算出超紧配螺栓的使用个数，进而确定高强度螺栓的使用个数，以及主轴法兰和卷筒法兰上超紧配螺栓所在分度圆的直径；

步骤二、在步骤一确定的分度圆上，采用钻模分别加工出主轴法兰、卷筒法兰和夹板上用于安装高强度螺栓的螺纹孔，将上述螺纹孔一一对应配合后，再采用钻模一次性在两块夹板和主轴法兰或卷筒法兰上加工出用于装配超紧配螺栓的安装通孔，并在夹板上打上安装通孔的位置标记；

步骤三、将矿井提升机的主轴穿入卷筒，调整卷筒法兰和主轴法兰上下对齐组构成圆环形的法兰对接组件，并调整法兰对接组件和夹板上加工的螺纹孔一一对应配合，以采用高强度螺栓通过该螺纹孔将左右两块夹板固定在一起；

步骤四、利用夹板上的位置标记，在夹板和法兰对接组件的安装通孔内依次顺序装入超紧配螺栓，并将多个超紧配螺栓拧紧至额定力矩，之后，再将夹板和法兰对接组件上的多个高强度螺栓也拧紧至要求力矩；

步骤五、运行调试矿井提升机设备，并定期检查多个超紧配螺栓和高强度螺栓的拧紧力矩是否达到要求。

有益效果

本发明的一种矿井提升机主轴与卷筒的联接结构和联接方法，通过在主轴法兰和卷筒法兰上设置超紧配螺栓，大大增大了主轴法兰和卷筒法兰之间的传扭密度，减小了联接结构中配合零部件的几何尺寸，解决了现有技术中联接结构尺寸较大、加工制造和安装困难，使用安全性差的技术问题，实现了主轴法兰和卷筒法兰之间的有效、可靠传扭连接，且联接结构本身安装拆卸便捷，安全可靠性好，使用后可大大降低生产成本，节约能源，实用效果较好，特别适用于大中型矿井提升机使用。

附图说明

图1为现有技术中双法兰双夹板+高强度螺栓的联接结构示意图；

图2为图1的c向视图；

图3为现有技术中双法兰+高强度螺栓的联接结构示意图；

图4为图3的c向视图；

图5本发明中双法兰双夹板+超紧配螺栓的联接结构示意图；

图6为图5的c向视图；

图7为图5的局部放大结构示意图；

附图标记：1、主轴，2、卷筒，3、主轴法兰，4、卷筒法兰，5、夹板，6、超紧配螺栓，601、螺杆，602、锥套，603、螺母，604、锥柄，7、高强度螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如附图5-7所示，一种矿井提升机主轴与卷筒的联接结构，包括主轴1和套设在主轴1外侧的卷筒2，主轴1的表面向外径向延伸设置有主轴法兰3，卷筒2的表面向内径向延伸设置有卷筒法兰4，该主轴法兰3和卷筒法兰4具有相同厚度，且内外相对设置，使主轴法兰3和卷筒法兰4一起组构成了一个用于进行配合连接的圆环形法兰对接组件，主轴法兰3和卷筒法兰4的相同设计厚度能够保证法兰对接组件的强度满足要求，在法兰对接组件的左右两侧分别设置有一块夹板5，两块夹板5左右对称设置，在圆环形法兰对接组件上沿其周向设置有至少四个超紧配螺栓6和多个高强度螺栓7，这些超紧配螺栓6和高强度螺栓7在主轴法兰3和卷筒法兰4上均有分布，且位于主轴法兰3上的多个超紧配螺栓6和多个高强度螺栓7左右间隔分布在同一分度圆上，位于卷筒法兰4上的多个超紧配螺栓6和多个高强度螺栓7也左右间隔分布在同一分度圆上，每个分度圆上的多个超紧配螺栓6和多个高强度螺栓7沿分度圆的周向均匀设置，所述的超紧配螺栓6和高强度螺栓7均垂直，并贯穿法兰对接组件和两块夹板5设置，且法兰对接组件上超紧配螺栓6的设置个数n由以下公式确定：

式中：为矿井提升机的最大静张力差；为卷筒的名义半径；E为主轴法兰上多个超紧配螺栓所在分度圆的直径；为最大剪切力；超紧配螺栓的预紧力；为超紧配螺栓的剩余应力系数，一般取0.7；其中，由以下公式计算得到：

式中：为超紧配螺栓的公称孔径；为主轴法兰的材质系数。

上述联接结构中所采用的超紧配螺栓6的传扭能力不低于矿井提升机最大静张力差下产生的静扭矩的3倍。所述的超紧配螺栓6包括螺杆601、锥套602和两个螺母603，其中，螺杆601的中段设置有一个锥柄604，两端设置有螺纹，锥套602穿设在两块夹板5和法兰对接组件上预设的安装通孔内，在锥套602的内部设置有能够与螺杆601中段的锥柄604相配合的锥型孔，所述螺杆601上的锥柄604与锥套602配合后，螺杆601上设置有螺纹的两端能够延伸出安装通孔一段长度，且该延伸端通过与螺母603的配合，将螺杆601的两端紧固在夹板5的外端面上。

在上述联接结构中，矿井提升机的电动机驱动提升机主轴1，联接结构利用超紧配螺栓6的剪切力以及夹板5与主轴法兰3和卷筒法兰4之间的摩擦力将扭矩传递到卷筒2，从而实现重物的提升和下放。不同规格提升设备参数不等，按照提升机设计规范要求。另外，紧配螺栓6的数量要求不得少于4个，与之配合使用的高强度螺栓的数量为超紧配螺栓6数量的整数倍。可根据主轴法兰3上分度圆的直径以及所计算的超紧配螺栓6的数量，最后确定高强度螺栓7的使用数量。由于超紧配螺栓6的传扭能力已经可以满足3倍最大静力矩的要求，再加上夹板5与主轴法兰3和卷筒法兰4产生的摩擦力矩，因此，这种联接结构传扭能力远大于提升机设计要求，能够保证其安全稳定运行。

使用上述联接结构进行的矿井提升机主轴与卷筒的联接方法，包括以下步骤：

步骤一、根据矿井提升机的规格和参数，选择相应传扭能力的超紧配螺栓6，并按照上述公式计算出超紧配螺栓6的使用个数，进而确定高强度螺栓7的使用个数，以及主轴法兰3和卷筒法兰4上超紧配螺栓6所在分度圆的直径；

步骤二、在步骤一确定的分度圆上，采用钻模分别加工出主轴法兰3、卷筒法兰4和夹板5上用于安装高强度螺栓7的螺纹孔，将上述螺纹孔一一对应配合后，再采用钻模一次性在两块夹板5和主轴法兰3或卷筒法兰4上加工出用于装配超紧配螺栓6的安装通孔，并在夹板5上打上安装通孔的位置标记，即采用超紧配螺栓的安装通孔需要将左右夹板5与两法兰把合在一起后配铰孔至设计值，并在夹板5上打上标记；

步骤三、安装时，将矿井提升机的主轴1竖向或横向穿入卷筒2，调整卷筒法兰4和主轴法兰3上下对齐组构成圆环形的法兰对接组件（必要时可调整卷筒法兰4和主轴法兰3使其之间具有一定间隙），并调整法兰对接组件和夹板5上加工的螺纹孔一一对应配合，以采用高强度螺栓7通过该螺纹孔将左右两块夹板5固定在一起，此过程中将左右夹板5固定高强度螺栓7把紧即可，暂无需拧紧至要求力矩；

步骤四、利用夹板5上的位置标记，在夹板5和法兰对接组件的安装通孔内依次顺序装入超紧配螺栓6，并将多个超紧配螺栓6拧紧至额定力矩，之后，再将夹板5和法兰对接组件上的多个高强度螺栓7也拧紧至要求力矩；

步骤五、运行调试矿井提升机设备，并定期检查多个超紧配螺栓6和高强度螺栓7的拧紧力矩是否达到要求。

应用效果对比：

以JKM-4.5×6摩擦式矿井提升机为例，按照国标参数：该矿井提升机的最大静张力为1450kN，最大静张力差440kN选择传扭联接结构。

采用现有技术中的双法兰双夹板+高强度螺栓结构时：高强度螺栓M30，360条，重470kg；夹板4个，重1200kg；整个联接副总重1670kg，最大外形尺寸Φ1570mm；

采用本申请的双法兰双夹板+超紧配螺栓结构时：高强度螺栓M30，16条，重21kg；超紧配螺栓M45，16条，重28kg；夹板4个，重560kg；整个联接副总重609kg，最大外形尺寸Φ1190mm；

由上述分析计算可知，采用本发明的联接结构和方法时：联接副的重量可减轻63.5%，外形尺寸减小24.2%，从而大大节约了成本，降低了联接结构加工制造和安装的难度，提高了设备整体的安全性。

Claims (8)

1.一种矿井提升机主轴与卷筒的联接结构，包括主轴（1）和套设在主轴（1）外侧的卷筒（2），所述主轴（1）和卷筒（2）的表面分别向外和向内径向延伸设置有主轴法兰（3）和卷筒法兰（4），该主轴法兰（3）和卷筒法兰（4）具有相同厚度，且内外相对设置，使主轴法兰（3）和卷筒法兰（4）一起组构成了一个用于进行配合连接的圆环形法兰对接组件，其特征在于：在法兰对接组件的左右两侧分别设置有一块夹板（5），两块夹板（5）左右对称设置，在圆环形法兰对接组件上沿其周向设置有至少四个超紧配螺栓（6）和多个高强度螺栓（7），所述的超紧配螺栓（6）和高强度螺栓（7）均垂直，并贯穿法兰对接组件和两块夹板（5）设置，且法兰对接组件上超紧配螺栓（6）的设置个数n由以下公式确定：

式中：为矿井提升机的最大静张力差；为卷筒的名义半径；E为主轴法兰上多个超紧配螺栓所在分度圆的直径；为最大剪切力；超紧配螺栓的预紧力；为超紧配螺栓的剩余应力系数；其中，由以下公式计算得到：

式中：为超紧配螺栓的公称孔径；为主轴法兰的材质系数。

2.根据权利要求1所述的一种矿井提升机主轴与卷筒的联接结构，其特征在于：在圆环形法兰对接组件上同时设置有贯穿主轴法兰（3）的超紧配螺栓（6）和贯穿卷筒法兰（4）的超紧配螺栓（6）。

3.根据权利要求2所述的一种矿井提升机主轴与卷筒的联接结构，其特征在于：所述主轴法兰（3）上的超紧配螺栓（6）和高强度螺栓（7）位于同一分度圆上，卷筒法兰（4）上的超紧配螺栓（6）和高强度螺栓（7）也位于同一分度圆上。

4.根据权利要求1所述的一种矿井提升机主轴与卷筒的联接结构，其特征在于：所述法兰对接组件上高强度螺栓（7）的个数为超紧配螺栓（6）个数的整数倍。

5.根据权利要求1所述的一种矿井提升机主轴与卷筒的联接结构，其特征在于：所述的超紧配螺栓（6）包括螺杆（601）、锥套（602）和两个螺母（603），其中，螺杆（601）的中段设置有一个锥柄（604），两端设置有螺纹，锥套（602）穿设在两块夹板（5）和法兰对接组件上预设的安装通孔内，在锥套（602）的内部设置有能够与螺杆（601）中段的锥柄（604）相配合的锥型孔，所述螺杆（601）上的锥柄（604）与锥套（602）配合后，螺杆（601）上设置有螺纹的两端能够延伸出安装通孔一段长度，且该延伸端通过与螺母（603）的配合，将螺杆（601）的两端紧固在夹板（5）的外端面上。

6.根据权利要求1所述的一种矿井提升机主轴与卷筒的联接结构，其特征在于：所述超紧配螺栓（6）的传扭能力不低于矿井提升机最大静张力差下产生的静扭矩的3倍。

7.根据权利要求1所述的一种矿井提升机主轴与卷筒的联接结构，其特征在于：所述的多个超紧配螺栓（6）和多个高强度螺栓（7）沿圆环形法兰对接组件的周向均匀设置。

8.采用权利要求1的结构进行的一种矿井提升机主轴与卷筒的联接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据矿井提升机的规格和参数，选择相应传扭能力的超紧配螺栓（6），并按照上述公式计算出超紧配螺栓（6）的使用个数，进而确定高强度螺栓（7）的使用个数，以及主轴法兰（3）和卷筒法兰（4）上超紧配螺栓（6）所在分度圆的直径；

步骤二、在步骤一确定的分度圆上，采用钻模分别加工出主轴法兰（3）、卷筒法兰（4）和夹板（5）上用于安装高强度螺栓（7）的螺纹孔，将上述螺纹孔一一对应配合后，再采用钻模一次性在两块夹板（5）和主轴法兰（3）或卷筒法兰（4）上加工出用于装配超紧配螺栓（6）的安装通孔，并在夹板（5）上打上安装通孔的位置标记；

步骤三、将矿井提升机的主轴（1）穿入卷筒（2），调整卷筒法兰（4）和主轴法兰（3）上下对齐组构成圆环形的法兰对接组件，并调整法兰对接组件和夹板（5）上加工的螺纹孔一一对应配合，以采用高强度螺栓（7）通过该螺纹孔将左右两块夹板（5）固定在一起；

步骤四、利用夹板（5）上的位置标记，在夹板（5）和法兰对接组件的安装通孔内依次顺序装入超紧配螺栓（6），并将多个超紧配螺栓（6）拧紧至额定力矩，之后，再将夹板（5）和法兰对接组件上的多个高强度螺栓（7）也拧紧至要求力矩；

步骤五、运行调试矿井提升机设备，并定期检查多个超紧配螺栓（6）和高强度螺栓（7）的拧紧力矩是否达到要求。

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