单绳缠绕式提升机的设计

毕业设计(论文)三家子煤矿主井提升设备选型设计（单绳缠绕式提升机）HOISTING EQUIPMENT SELECTION ANDDESIGN FOR SANJIAZI MINE（SINGLE ROPE WINDING HOIST）学生姓名学院名称专业名称指导教师20*年5月17日 徐州工程学院毕业设计(论文)摘要本设计主要对三家子煤矿生产所用的提升机械设备进行的一次合理的选型设计。矿井提升设备的任务是沿井筒提升煤、矿石、矸石，下放材料，升降人员和设备。本设计通过选箕斗、钢丝绳、提升机、天轮、井架、电动机等来叙述提升机的设备选型。在矿井提升中，应根据不同的用途，选用合适的矿井提升设备，扬长避短，充分发挥它们的效能，必须对其结构、性能及选择计算方法予以了解。为此，必须掌握矿井提升设备的结构、工作原理、性能特点、选择设计、运转理论等方面的知识，以做到选型合理，正确使用与维护，使之安全、可靠、经济地运转。关键词 提升机；箕斗；钢丝绳AbstractThis design is mainly used in the production of SanJiaZi coal mine machinery equipment selection for a reasonable choiceMine Hoist equipment is raised along the shaft coal, ores, coal, decentralization material, personnel and equipment movements. The selection of the design of vessel, the rope, elevator, and space launches, Derrick, motors, etc. to describe the Hoist Equipment Selection In the mine upgrade, according to the different uses, to choose an appropriate mine hoisting equipment, exceed and give full play to their effectiveness that its structure, performance and choice of method to be understanding Therefore, we must master the mine hoisting equipment structure, working principles, characteristics, select the design, operation theory of knowledge, Selection reasonable to do, the proper use and maintenance to make it safe, reliable and economic operation.Keywords hoist skip ropeI徐州工程学院毕业设计(论文)目 录摘要IAbstractII1 绪论12矿井提升设备的选型设计32.1选型设计依据及提升方式的确定32.1.1选型设计依据32.1.2 提升方式的确定32.2 提升容器的选择设计32.2.1 选择原则42.2.2 选择计算42.3 提升钢丝绳的选择设计62.3.1 提升钢丝绳的结构62.3.2 提升钢丝绳的类型及特点62.3.3 提升钢丝绳的选择计算72.4 提升机的选择设计102.4.1 提升机的类型102.4.2 单绳缠绕式提升机的分类和结构102.4.3 提升机的选择计算122.5 天轮的选择132.6预选电动机143 提升机与井筒相对位置153.1井架高度153.2提升机滚筒中心至井筒中钢丝绳间水平距离163.3 钢丝绳弦长163.4 钢丝绳的偏角163.5 提升机滚筒的下出绳角184提升系统运动学、动力学参数计算194.1 提升系统的动力方程式194.1.1 提升系统的静阻力194.1.2 提升系统的变位质量194.1.3主加减速度、的选择和计算204.2提升系统速度图和力图的计算214.2.1提升速度图参数计算214.2.2提升系统力图参数计算235 矿井提升机的拖动和控制265.1 提升电动机容量的计算265.2 电动机容量的验算275.2.1按发热条件验算275.2.3电动机特殊过负荷能力验算285.3 交流拖动提升设备的电耗及效率计算285.3.1 一次提升电耗285.3.2 吨煤电耗285.3.3 一次提升有益电耗295.3.4 提升设备的效率296 年产量验算306.1 实际提升量306.2 提升能力的富裕系数30结论31致谢32参考文献33331 绪论矿井提升设备的任务是沿井筒提升煤炭、矿石、矸石、下放材料，升降人员和设备，所以矿井提升设备是联系井下与地面的重要的生产设备，它在整个综合机械化生产中占有了重要位置。近几十年来，为提高劳动生产率和各项经济技术指标，在全世界范围内进行着对矿井的根本性技术改造，这一种改造的趋向是向着更集中，更大型发展。随着矿井技术改造的进程，提升设备在高效、大型、自动化方面都有飞速进步。现代化提升设备已发展成为大型机械电气机组或机组群。箕斗有效载荷在国外已经超过50吨；提升速度接近20m/s；拖动功率达到10000kw以上；在拖动控制方面已经广泛采用了集中控制及自动控制设备。我国提升设备的设计制造，是在解放之后才开始的。建国初期在党的领导下，改建和新建了许多矿山机械制造厂。1953年抚顺重型机器厂制造出我国第一台缠绕式双筒提升机。1958年洛阳矿山机器厂设计制造成了我国第一台24多生摩擦式提升机，并且在1961年开始运转，这种类型的提升机与缠绕式提升机比较，具有重量轻、体积小、安全可靠、适合较深的矿井的特点，它是现代化提升机的发展方向。1971年该厂又新设计制造出JK型新系列单绳缠绕式提升机，新系列提升机采用一些新结构，与老型比较，提升能力平均提高了25%，而且机器重量也有所减少，现在已经作为国家定型产品成批生产。多绳提升设备在我国改建和新建的矿井中已经广泛采用。在矿井的技术改造中，将缠绕式提升机改为单、双绳落地式摩擦提升机的试验在进行中，新落地多绳提升设备的设计和试制的工作已开始，几种可控硅控制系统以及自动化提升设备已经在矿山生产实践中适用。其它提升设备，比如说矿用提升钢丝绳，提升容器近几年也有了很大发展。使用寿命并且结构稳定的线接触、面接触、多层股钢丝绳已经在一些钢丝绳厂成批生产。而且适合我国矿山生产特点的单绳及多绳提升容器系列也正在制定，今后将不断向自重轻、结构合理以及大型化发展。根据提升设备的特点可将提升设备分类为：按用途来分：主井提升设备；副井提升设备。按提升机类型来分：缠绕式提升设备；摩擦式提升设备。按拖动类型来分：交流拖动提升设备；直流拖动提升设备。提升设备主要组成部分是：提升容器、提升钢丝绳、提升机、矿井井架、天轮及装卸载附属设备等。图1表示竖井箕斗提升系统图。图11 竖井单绳缠绕式箕斗提升系统图 1提升机；2天轮；3井架；4箕斗；5卸载曲轨；6煤仓； 7钢丝绳；8翻笼；9井底煤仓；10给煤机；11装载设备煤炭被运至井底车场的翻笼峒室，经过翻笼卸到煤仓9内，再经过装载闸门送入给煤机，并且通过定量装载设备装入位于井底的箕斗。此时，另一箕斗位于地面的卸载位置，安装在井架上的卸载曲轨5让箕斗的底部闸门打开，然后煤炭卸到井口煤仓6内。上下两个箕斗分别与两跟钢丝绳7连接，而且每跟钢丝绳的另一端绕过井架上的天轮2引入提升机房，并且以相反方向缠绕和固定在提升机滚筒上，然后开动提升机，使滚筒旋转，一根钢丝绳向滚筒上缠绕，另一根则从滚筒上送放，相应的箕斗在井筒内上下运动，从而完成提升重箕斗，下放空箕斗的任务。2矿井提升设备的选型设计2.1选型设计依据及提升方式的确定2.1.1选型设计依据矿井年产量：=90万吨/年； 矿井工作制度: 年工作日天；每日提升工作小时数t=14小时； 水平井深: =380 m；装载水平与井下运输水平的高差： =20 m；卸载水平与井口的高差：=18 m；2.1.2 提升方式的确定提升设备选型设计必须在提升方式确定后进行。当矿井年产量、水平井深及开采水平确定之后，就需要决定合理的提升方式。提升方式与井筒开拓、井上下运输等环节都有密切关系。所以在做新井初步设计时，对提升方式要全面综合地考虑。在决定合理提升方式时，要考虑如下的几个因素：（1）对于年产量大于60万吨的大中型矿井，因为提升煤炭及辅助提升工作量均较大，所以一般均设主副井两套提升设备。主井用箕斗提升煤炭，副井则用罐笼完成辅助提升任务：如升降人员、提升矸石和下放材料设备等。对于年产量小于30万吨小型矿井，如只用一套罐笼提升设备就能完成全部主副井任务时，用一套提升设备是经济的。而对于年产量大于180万吨的大型矿井，主井一般需要两套箕斗提升设备，副井除了配备一套罐笼设备以外，多数还需要设置一套单容器平衡锤系统来专门提升矸石。（2）一般情况下，主井都用箕斗提升方式。是因为箕斗提升方式能力大、运转费用也比较低。另外，在控制上易于自动化。但是在特殊的条件下，比如矿井生产的煤质品种多，而且需要分别运送，或者是保证煤炭有足够的块度，这时只能采用罐笼做主井提升设备。（3）为提高生产率，中等以上矿井，原则上都是需要用双钩提升。若矿井同时开采水平数过多，则用平衡锤单容器提升方式是比骄傲方便的。（4）从我国目前实际实际情况来看，对于小型矿井，采用单绳缠绕式提升系统较好。对于年产量90万吨以上的大型矿井，采用多绳摩擦提升系统较好。对于中型矿井，如果井较浅，可以采用单绳缠绕系统，井较深时则可采用多绳摩擦系统，或者是主井采用单绳箕斗，副井则采用罐笼。由于三家子煤矿矿井的深度中等，年产量较大，全面综合考虑后，决定主井采用单绳缠绕式箕斗提升。2.2 提升容器的选择设计2.2.1 选择原则提升容器规格是提升设备选型计算的主要技术参数，它直接影响了提升设备的初期投资和运转费用。在矿井提升高度和提升任务确定之后，选择提升容器的规格有两种情况：一是选择大规格的容器。因为提升容器较大，需要的提升钢丝绳直径和提升机滚筒直径也较大，所以初期投资也较大，不过提升次数较少，运转费用较少；二是选择小规格的容器。由于初期投资较少，故运转费用较多。所以选择提升容器规格原则就是：一次合理提升量应该使初期投资费和运转费的加权平均总和最少。然后根据确定的一次合理提升量，选择出标准的提升容器。2.2.2 选择计算2.2.2.1提升高度 式（2.1）式中 水平井深，m; 井下运输水平与箕斗装载水平高差，m; 卸载水平与井口水平高差，m； 提升高度，m。2.2.2.2经济提升速度考虑到经济的因素。若用较大的提升速度，一次提升量Q、钢丝绳和和提升机都可小些，总的投资费用少一些。不过这时运转费用比提升速度小，一次提升量Q较大的方案多些。究竟选用多大的提升速度比较合理，要经过技术经济的方案比较。我国煤矿设计部门在选择提升容器时，目前常用经济速度法来计算。公式是： 式（2.2）式中 经济提升速度，m/s。2.2.2.3一次循环提升时间当最大速度已经确定，但尚未进行运转参数计算时，可暂用下式估算每次提升实际循环时间。 式（2.3）式中 提升加速度，m/ ，箕斗提升时，a0.8 m/ ，取a=0.8 m/ ； 箕斗在卸载曲轨内减速与爬行的估算附加时间，暂取=10s； 箕斗装卸载时间，s ，估计箕斗规格为8t ，取=10 s ； 一次提升循环时间，s。2.2.2.4一小时提升量 式（2.4）式中 提升不均衡系数，对于主井提升设备，有井底煤仓时，取c=1.15 ； 提升能力富裕系数，主井提升设备对第一水平应留有1.2的富裕系数； 矿井年产量，t/年 ； 提升设备年工作日数，一般取=300 d ； 升设备日工作小时数，一般取t=14 h ； 一小时提升量，t/h。2.2.2.5一小时提升次数 次 式(2.5)2.2.2.6一次合理提升量 t/次 式（2.6）故选取箕斗规格可以有两个方案：名义载荷为6吨或8吨的单绳箕斗。若选6吨箕斗，为了保证完成产量，必须加快提升速度，此时=6t/次，经计算提升速度为：在煤矿安全规程中，竖井中提升物料时，提升容器最大速度不得超过用下列公式求出的数值: 式（2.7）我国设计部门目前常用的估算经济速度的公式是： 式（2.8）经计算=10.22m/s，与10.46m/s非常接近，并且6吨箕斗的提升速度小于提升容器最大速度12.27m/s,所以6吨箕斗可用。若选8吨箕斗，总的投资费用比较大，所以从综合角度考虑，应该选6吨箕斗，其主要技术规格参数如下：名义载重 =6t有效容积 =6.6箕斗自重 =5.0t箕斗总高 =9450mm箕斗中心距 =1870mm2.3 提升钢丝绳的选择设计2.3.1 提升钢丝绳的结构提升钢丝绳是把一定数量的细钢丝捻成股，再把若干个股围绕绳芯捻成绳。提升钢丝绳各部分名称如图21所示。图2-1 提升钢丝绳的结构1-股芯 2-内层钢丝 3-外层钢丝 4-绳 5-绳股 6-绳芯矿用钢丝绳的钢丝是优质碳素结构钢，直径为0.44mm,更细的钢丝容易磨损和腐蚀，在生产中直径超过4毫米的钢丝难以保证理想的抗拉强度和疲劳性能。钢丝是用圆钢条冷拔而成的，其抗拉强度为140200kg/。在受到相同终端载荷的情况下，抗拉强度大的钢丝绳的绳径可以选择小的。然而，抗拉强度过高的钢丝绳弯曲疲劳性能差。一般情况下，矿井提升钢丝绳选用155170 kg/为宜。为了提高钢丝绳的抗腐蚀能力，钢丝表面可通过镀锌加以保护。钢丝韧性号可以分为特号、I号、II号。升降人员用绳一定要用特号钢丝绳，提煤的主提升钢丝绳可以用特号或者I号钢丝绳。在把钢丝捻成股时有一个股芯，在把股捻成绳时有一个绳芯。股芯一般是钢丝，绳芯一般有金属绳芯和纤维绳芯两种，前者是由钢丝组成的，后者可以用剑麻、黄麻或有机纤维制成。绳芯的作用就是支持绳股，使绳富有弹性，并且可以贮存润滑油，从而防止内部钢丝腐蚀生锈，减少钢丝之间的摩擦。2.3.2 提升钢丝绳的类型及特点提升钢丝绳的类型有以下几种：（1） 点接触、线接触及面接触钢丝绳；（2） 右捻、左捻、同向捻及交互捻钢丝绳；（3） 圆形股和异形股钢丝绳；（4） 不旋转钢丝绳；（5） 密封钢丝绳；（6） 扁钢丝绳；（7） 不松散钢丝绳。此外，选择钢丝绳时需考虑以下因素： （1）在矿井淋水大，酸碱度较高且作为出风井中的提升钢丝绳，由于腐蚀严重而影响了钢丝绳的适用寿命，应选用镀锌钢丝绳； （2）以磨损为主要损坏原因时，应选用外层钢丝绳直径比内层粗的钢丝绳，如67，6(19)或三角股等；（3）以弯曲疲劳断丝为主要损坏原因时，可选用内外层钢丝直径差值小的线接触式或异形钢丝绳，如6T(25)，6W(19)等； （4）用于高温和有明火的煤矿歼石山等处的提升钢丝绳，可选用带金属绳芯的钢丝绳。（5）实践认为，煤矿提升用绳用同向捻钢丝绳为好。表2-1为各种钢丝绳的主要特点。表21 各种钢丝绳的主要特点 钢丝绳结构 优点 缺点 主要用途圆形股钢丝绳；等易于用眼检查断丝情况，挠性大，易制造，价位低随载荷变化有旋转趋势，外部钢丝易磨损提升钢丝绳，尾绳，罐道绳，制动绳，缓冲绳三角股钢丝绳；等易于用眼检查断丝情况；相同条件下，比圆形绳强度大，寿命长，抗挤压性能好，外层钢丝比圆形股绳耐磨损随载荷变化有旋转趋势，挠性比圆形股差提升钢丝绳，罐道绳多层股不旋转钢丝绳；等旋转性小，有相当大的挠性内部钢丝不易检查尾绳，凿井提升钢丝绳密封、半密封钢丝绳不旋转，抗磨、抗腐蚀性能好，相同条件强度最大，弹性变形小内部钢丝不易检查；直径大时断面易变形，挠性小，制造复杂，价格高 罐道绳，提升钢丝绳扁绳不旋转，易于检查，某一方向上有很大的挠性易磨损，手工生产效率低、价格高尾绳，凿井提升钢丝绳2.3.3 提升钢丝绳的选择计算2.3.3.1选择原则钢丝绳在工作时受到种应力作用，如静应力、动应力、扭转应力、弯曲应力、接触应力、捻制应力及挤压应力等，这些应力反复作用将导致钢丝的疲劳破断，这就是钢丝绳破损的主要原因；另外钢丝绳破损及锈蚀将影响钢丝绳的性能和破损。因此，全面综合反映上述应力的疲劳计算是一个较复杂的问题，虽然国内外学者在这方面作了大量的研究工作，并取得了一些成就，但由于钢丝绳的结构复杂，影响因素较多，钢丝绳强度计算理论还没有完善，一些计算公式还不能够确切地反映真实的应力情况。我国矿用钢丝绳是按照煤矿安全规程的规定：钢丝绳应按照最大静载荷并且考虑一定安全系数的方法进行计算。安全系数指钢丝绳钢丝拉断力总和与钢丝绳计算静拉力之比。但应当注意，安全系数并不是代表钢丝绳真正具有的强度储备，只是表示在此条件下经过实践证明钢丝绳可以安全运行。我国煤矿安全规程对提升钢丝绳的安全系数规定如表22所示。表22 提升钢丝绳安全系数表用途分类安全系数最低值备注单绳缠绕式提升装置专为升降人员9升降人员和物料升降人员时9混合提升时9多层罐笼同一次升降人员和物料升降物料时7.5专为提升物料6.52.3.3.2 选择计算（1）计算钢丝绳每米重量图22为单绳提升钢丝绳计算示意图。图2-2 单绳提升钢丝绳计算示意图由图可知，钢丝绳最大静载荷在A点，其值为： 式（2.9） 式中 钢丝绳最大计算静载荷，kg； 容器一次提升量，kg; 容器自重，kg； 钢丝绳每米重量，kg/m; 钢丝绳最大悬垂长度，m。 式（2.10） 式中 井架高度，m,箕斗提升：，取。根据煤矿安全规程，如果保证钢丝绳安全工作，必须满足式（2.11） 式（2.11） 式中 钢丝绳的抗拉强度，kg/,取； 钢丝绳中所有钢丝断面积之和，; 钢丝绳安全系数，煤矿安全规程规定，主井箕斗提升，取。上式中和是两个未知数，为解上式需找出和的关系。 式（2.12） 式中 钢丝绳的比重，取=0.009。将式（2.12）带入式（2.11）并化简： 式（2.13）将的值代入是（2.13）中得： 式（2.14）根据上述P值，选用619普通圆股钢丝绳，其有关数据：钢丝绳直径d=37mm,钢丝直径=2.4mm,钢丝绳每米重量=4.871kg/m,钢丝绳抗拉强度，全部钢丝断裂力之和=87600kg，（2）钢丝绳选出后，要按照实际所选钢丝绳的数据校核其安全系数，可通过式（2.15）求得： 式（2.15）故所选钢丝绳可用。2.4 提升机的选择设计2.4.1 提升机的类型我国目前生产和使用的提升机可分为两大类：单绳缠绕式提升机和多绳摩擦式提升机。单绳缠绕式提升机是较早出现的一种提升机，它的工作原理较简单，就是把钢丝绳一段固定住并且缠绕在提升机滚筒上，另一端则绕过井架天轮悬挂提升容器。然后利用滚筒转动方向的不同，将钢丝绳缠上或放松，来完成提升或下放容器的工作。单绳缠绕式提升机结构简单，工作可靠，但只适用于浅井及中等深度的矿井，而且终端载荷不能太大。对深井且终端裁荷较大时，提升钢丝绳和提升机卷筒直径很大，造成体积庞大，重力猛增，使提升钢丝绳和提升机在运输、制造和使用上都有诸多不便。所以在一定程度上限制了单绳缠绕式提升机在深井中的使用。多绳摩擦式提升机的工作原理是通过利用摩擦传递动力，就和皮带传输机的传动原理是一样的，这类提升机的特点是体积小、重量轻，且适用于中等深度和比较深的矿井。2.4.2 单绳缠绕式提升机的分类和结构按滚筒数目的不同，单绳缠绕式提升机可以分为双滚筒和单滚筒提升机两种：双滚筒提升机在主轴上装有两个滚筒，其中一个用键固定在主轴之上，称为固定滚筒死滚筒或固定滚筒；另一个滚筒滑装在主轴上，用调绳离合器与主轴连接，称为活滚筒或游动滚筒。将两个滚筒做成这种结构的目的，是为了在需要时两个滚筒可以有相对运动，这样可以更方便地调节绳长或更换水平。单滚筒提升机只有一个滚筒，一般情况下用于单钩提升。矿井提升机是矿井提升设备中的动力部分，主要由主轴装置、调绳离合器、减速器、深度指示器、电动机、制动系统、电控系统和操纵台等组成。2.4.2.1 主轴装置提升机主轴装置包括滚筒、主轴、主轴承，在双筒提升机中还包含有调绳离合器。滚筒的筒壳通过轮辐、轮毂用键固定在轴上（固定滚筒），筒壳外边通常都设有木衬，木衬上车有螺旋导槽，目的是使钢丝绳在滚筒上作规则排列，并减少钢丝绳的磨损。在多层缠绕情况下，煤矿安全规程规定：滚筒必须要设有带绳槽的衬垫。2.4.2.2 调绳离合器双滚筒提升机一般都装有调绳离合器，它的作用是使活滚筒与主轴连接或脱开，从而方便在调节绳长或更换提升水平时，使死滚筒与活滚筒有相对运动。调绳离合器基本上可以分为三种类型：齿轮离合器、摩擦离合器、蜗轮蜗杆离合器。一般应用比较多的是齿轮离合器。2.4.2.3 减速器根据提升速度的要求提升机主铀转速一般为4060 rmin，然而拖动提升机的电动机转速一般为290980 rmin，所以，除采用低速直流电机拖动外，不能够把电动机与主铀直联，必须通过减速器。我国提升机减速器曾经用过的速比有：30；20；15.5；12.5；11.5；10.5；9.5；7.35。JK型提升机的减速器是属于二级圆弧齿轮减速器，其减速比是30；20；11.5；10.5。减速器低速轴采用齿轮联轴器与主轴相连，而高速轴则采用弹性联轴器与电机轴相连2.4.2.4深度指示器深度指示器的作用是：（1）容器接近井口停车位置的时候发出减速信号；（2）向司机指示提升容器在矿井中的位置；（3）当提升容器过卷时，终点开关切断安全保护回路，然后进行安全制动；（4）减速阶段用限速装置进行过速保护。深度指示器类型较多，按其动作原理可以分为机械式，机械电气混合式和数字式等。KJ系列提升机采用了机械牌坊式深度指示器，这种深度指示器在我国矿山应用比较多，它的优点是指示清楚，工作可靠；缺点就是体积较大，指示精度不高，不方便实现提升机的远程控制。所以，JK新系列提升机采用结构紧凑的同步联系式圆盘深度指示器。它由两部分组成：深度指示器传动装置（发送部分）以及深度指示盘（接受部分）。数字式深度指示器在我国使用不多，还处于研究阶段。2.4.2.5 制动系统制动系统的组成是制动器(也称闸)和传动机构。制动器是直接作用在制动盘或制动轮上产生制动力矩的部分，它按照结构形式分为盘式闸及块式闸等。传动机构则是控制并调节制动力矩的部分。它按传动能源可分为油压、气压或弹簧。制动器的作用有以下几个：（1）在提升机的正常操作中，对提升机进行速度控制，在提升结束时可靠地闸住提升机，即通常所说的正常停车。；（2）如果发生紧急事故，能迅速地并按要求减速，闸住提升机，即安全制动。（3）在减速阶和下方重物的时候，对提升机进行控制，即工作制动。（4）对于双滚筒提升机，在调节绳长、更换钢丝绳及更换水平时，应该能够闸住提升机活滚筒，松开死滚筒。我国生产的矿井提升机主要采用盘闸制动系统，它包括了盘闸制动器和液压站两部分。盘闸制动系统与块闸制动系统相比较，它的优点是重量小，结构紧凑，安全性好，动作灵敏。2.4.3 提升机的选择计算2.4.3.1 提升机滚筒直径提升机滚筒直径是选择计算提升机的基本参数之一。选择滚筒直径主要的原则是钢丝绳在滚筒上缠绕时不会产生过大弯曲应力，以方便保持其具有一定的承载能力和使用寿命。理论与实践都已证明，绕经卷筒及天轮的钢丝绳，它的弯曲应力的大小和疲劳寿命，取决于滚筒与钢丝绳直径之比。在同一钢丝绳直径这一条件下，滚筒的直径越大，弯曲应力则越低；而钢丝绳直径不同，滚筒直径相同的条件下，绳径越小，即D/d越大，弯曲应力越低。在承受相同试验荷载的情况下，D/d值越大，钢丝绳可以承受的反复弯曲次数越高，寿命愈长。根据以上的两点，煤矿安全规程规定：对于安装在地面上的提升机： 式（2.16） 式（2.17）式中 D滚筒直径，mm ； d钢丝绳直径，mm ； 钢丝绳中最粗的钢丝直径，mm 。2.4.3.2选择标准提升机根据计算结果，选用滚筒直径为3.5米的提升机是适合的，对2JK-3.5/11.5型提升机需检验滚筒宽度B及提升机强度。双滚筒提升机，每个滚筒实际容绳宽度为： 式（2.18）式中 提升机所需的滚筒缠绳宽度，mm； 缠绕在滚筒圆周表面上相邻两绳圈间隙宽度，取=3mm ； 多层缠绕时平均缠绕直径，即 式（2.19）k 缠绕层数，煤矿安全规程规定：专为升降物料的，准许缠2层。故取k=2 。所以滚筒宽度满足要求。2.4.3.3提升机强度验算 式（2.20） 式（2.21）计算得： 式中 钢丝绳实际最大静张力，kg； 钢丝绳实际最大静张力差，kg。强度校核合格。通过上述计算，说明选用2JK-3.5/11.5型提升机是合适的。其相关数据：D=3500mm,B=1700mm,i=11.5, =17000kg, =11500kg,=12m/s。2.5 天轮的选择天轮安装在井架上，它的作用是引导、支撑钢丝绳转向，根据煤炭工业部的标准，天轮分为以下三种：（1）井上的固定天轮；（2）凿并及井下的固定天轮；（3）游动天轮。天轮的结构形式也可分为三种类型：直径小于3000 mm时，采用整体铸钢结构；直径为3500mm时，采用模压焊接结构；直径为4000mm时，采用模压铆接结构。根据煤矿安全规程规定，对于安装在井上的天轮且钢丝绳与天轮的围抱角小于时，用下式计算选择天轮直径： 式（2.22） 式（2.23）式中 天伦直径，mm 。故选用天轮。2.6预选电动机在计算新井提升设备需要选用新电动机时，可以用下式估算功率： 式（2.24）式中 P电动机估算功率，kw; K矿井阻力系数，箕斗提升K=1.15;考虑提升系统运转时，有加、减速度及钢丝绳重力等因素影响的系数，取=1.3;减速器的效率，二级传动为0.85。电动机的估算转数由最大提升速度来确定，用下式计算:式中 电动机的估算转数，r/min; i减速器传动比； 根据电动机的估算功率和转数先暂选YR1000-8/1108型三相交流线绕型异步电动机，其主要参数如下：额定功率 =1000 KW；额定转数 =741 r/min；过负荷系数 =2.15；转子飞轮转距 =6540N.；电动机效率 =92%。3 提升机与井筒相对位置当井筒位置已确定后，重要的是正确选择提升机的安装地点。在决定提升机安装地点时，一般需要考虑一下的问题：矿井地面工业广场的布置、井下所留有的安全煤柱位置和尺寸、井筒四周的地形条件和地面运输生产系统等。用箕斗提升的时候，提升机房应位于卸载方向对侧。对于井架上的天轮，根据提升机的类型和用途、提升机房地点以及容器在井筒中的布置，装在同一水平轴线上或者是同一垂直面上。当提升机安装地点选好后，就要考虑以下五个因素：井架高度、钢丝绳弦长、提升机滚筒轴线与井筒中心线的距离、倾角和偏角，它们影响着提升机与井筒的相对位置，并且相互影响相互制约。图31为提升机与井筒相对位置图。图3-1 提升机与井筒相对位置图3.1井架高度参考图3-1，井架高度应该是由下列部分组成： 式（3.1）式中 井架高度，m； 容器全高，由容器底至连接装置最上面一个绳卡的距离，m，查得JL6型箕斗的全高=9.45m； 过卷高度，实现安全制动时，,是提升机运转时最大速度， 是安全制动减速度（），取，S是安全制动时容器所经过的距离，经计算S=10.94，S，取10.94； 天轮半径，m。将圆整成39m。3.2提升机滚筒中心至井筒中钢丝绳间水平距离一般情况下，在提升机房与井筒之间很难再设置其他建筑物，所以为了节省占地面积，滚筒中心至井筒中钢丝绳间水平距离尽量小一点好。但是根据井架天轮受力情况又能够看出，为了提高井架稳定性，在提升机房与井筒之间，设有井架斜撑。斜撑基础与井筒中心的水平距离大概为0.6左右，若取的过小，导致无法安装斜撑是不合理的。考虑上述原因，的最小值可按经验公式计算： 式（3.2）考虑到减轻“咬绳”现象，取=31m。3.3 钢丝绳弦长钢丝绳的弦长指的是钢丝绳离开滚筒处到钢丝绳与天轮接触点的一段绳长。参考图3-1可以看出，上下两条弦长不是完全相等的。但可以近似地以滚筒中心到天轮中心的距离计算弦长。当井架高度和滚筒中心线到井筒中钢丝绳间水平距离都已经确定时，弦长即为定值。按下式求出： 式（3.3）式中滚筒中心线与井口水平的高差，m ，从2JK-3.5/11.5型提升机的数据中查得滚筒中心线高出提升机房地面700mm，考虑到提升机房与室外地坪高差，提升机室外地坪与井口水平差后，取取=1.5 m。由于实际弦长是47.71m，钢丝绳弦长在运转中振动不大，不会跳离天轮轮缘。3.4 钢丝绳的偏角钢丝绳的偏角指的是钢丝绳弦与通过的天轮平面所成的角度，偏角分为外偏角和内偏角。由图3-2可见，在提升过程中，随着滚筒转动，偏角是有变化的。当右钩还没有开始提升时，右钩钢丝绳形成了最大外偏角，而且这个时候左钩钢丝绳形成最大内偏角。同样，当右钩提升结束的时候，左钩钢丝绳形成了最大外偏角，而这时右钩形成了最大内偏角。钢丝绳的偏角过大有两个缺点： （1）使钢丝绳与天轮轮缘的磨损加剧，并使钢丝绳使用寿命降低。磨损严重时，还可能引起断绳事故；（2）在某些情况下，钢丝绳缠向滚筒时会发生“咬绳”现象。从图32中可看出，若钢丝绳内偏角过大，弦长奔离段与邻圈钢丝绳不是相离而是相交，如图中A点所示，这就是“咬绳”现象。即使在内偏角不太大的情况下，因为滚筒上绳圈间隙较小、滚筒直径较大或钢丝绳直径较大，都会导致“咬绳”。“咬绳”加剧了钢丝绳的磨损。通过对偏角的分析，可以得出以下的结论：最大外偏角和最大内偏角都不得超过，作单层缠绕时，最大内偏角还应该要保证不咬绳。图3-2 钢丝绳在滚筒上缠绕时“咬绳”示意图最大外偏角： 式（3.4）式中 B提升机滚筒宽度，m ；S两箕斗中心距，m，仅安装一套提升设备，6吨箕斗采用罐道时，查得S=1.87m;a两滚筒之间的间隙，m，查2JK-3.5/11.5型提升机两滚筒中心距为1.84m,故a=1.84-1.7=0.14m；钢丝绳缠在滚筒上的绳圈间隙，m,取。单层缠绕时最大内偏角： 式（3.5）多层缠绕时最大内偏角： 式（3.6）分析上述诸值，完全符合煤炭安全规程的要求，是安全的。3.5 提升机滚筒的下出绳角钢丝绳弦与水平面之间的夹角称为滚筒钢丝绳的出绳角，而出绳角大小影响提升机主轴的受力情况。当大于零的时候钢丝绳拉力有一向上分力可以抵消一部分主轴的重力，减少了重力弯矩，相对提高了主轴的强度。所以滚筒实际的出绳角度增大是对提升机主轴的工作有利，限制了下出绳角的最小值是15，是因为下出绳角过小，钢丝绳有可能与提升机基础相接触，会使钢丝绳的磨损增大。对于JK型提升机下出绳角不应该小于15。所以下出绳角值为： 式（3.7）由于实际下出绳角大于15，因此是符合要求的。4提升系统运动学、动力学参数计算为了保证空、重箕斗在卸载曲轨内运行的稳定性和停车的准确性，采用六阶段速度图。4.1 提升系统的动力方程式4.1.1 提升系统的静阻力提升系统的静阻力包括有益载荷、容器自重、钢丝绳的重量和矿井阻力等形成。矿井阻力指的是井筒中气流和罐道对容器的阻力，钢丝绳在天轮和滚筒上的弯曲阻力及天轮轴承的阻力等。图4-1是提升系统示意图，研究空、重容器均已运行了X米时的静阻力，这时静阻力可用下式表示： 式（4.1）图4-1提升系统示意图4.1.2 提升系统的变位质量为了方便计算总的惯性力，可以把各运动部分的质量都变位到滚筒表面缠绕的圆周上，这个地方的线加速度就是提升容器的加速度。条件是变位前后的动能相等，系统变位质量的总和就是提升系统的总变位质量。提升系统运动部分可以分成直线运动和旋转运动两个部分，作直线运动的部分是提升容器、有益载荷和提升钢丝绳。它们的速度和加速度就等于提升机滚筒表面速度、加速度，所以它们的变位质量与实际质量相同；作旋转运动的部件为是：提升机的旋转部件（包括减速器）、天轮以及电动机转子。提升机和天轮的变位质量可以在其技术规格表中查出。所以只有电动机转子变位重量需要计算。电动机转子的变位质量为： 式（4.2）每根钢丝绳的重量是全绳长乘上每米重量P，所以两根钢丝绳的总重量为： 式（4.3）式中 提升钢丝绳全长，m ；为减少钢丝绳固定点的拉力，在滚筒上缠三圈摩擦圈绳长度，m ；30 实验用绳长度，m;多层缠绕的错绳用绳长，m ，取=2圈。提升机旋转部分的变位重量由滚筒、主轴、减速器和联轴器等组成，可以从提升机规格表中查出，用表示。天轮的变位重量则用表示，它也可以从天轮规格表中查出。提升系统的总变位质量为： 式（4.4）式中 提升系统的总变为重量，KN； 提升机的变位重量，KN； 电动机转子的变位重量，KN。4.1.3主加减速度、的选择和计算提升系统动力方程式的常用形式为： 式（4.5）上式表示加速度a与托动力的关系，已知加速度就可求出需要的拖动力，反之，已知托动力也可求出加速度。在确定加（减）速度时，缠绕式提升设备受到煤矿安全规程、减速器能力及电动机能力的限制。4.1.3.1主加速度的选择和计算（1）减速器能力对加速度的限制必须满足下式： 式（4.6）式中 减速器的最大扭矩，可从提升机的技术规格表中查出。 （2）电动机能力对加速度的限制必须满足下式： 式（4.7）式中 电动机的额定拖动力，N ； 式（4.8）（3）煤矿安全规程对升降物料的加、减速度规程的限制是，一般在竖井，加、减速度最大不超过。加速度受上述三个条件限制，取其中的最小值，所以取。4.1.3.2主减速度的选择和计算综合考虑后，按自由滑行方式确定减速度。在自由滑行整个减速阶段，拖动力为零。不带尾绳的静力不平衡提升系统的静阻力不断变化，使得减速阶段的实际减速度是变量。此时，与之相应的速度变化、时间和形成等计算方法也需要改变。不过减速时间很短，静力不平衡程度不是太大，可近似地认为减速度阶段减速度是常量。减速终了时的减速度为: 式（4.9）减速终了时的减速度是减速整个过程中最小的，所以取。4.2提升系统速度图和力图的计算4.2.1提升速度图参数计算对于箕斗提升，其开车与停车，无论是自动、手动，均要按规律准确进行。在提升过程中，电动机以初加速度启动，使得井上箕斗脱离卸载曲轨时的速度，不超过=1.5m/s，箕斗脱离卸载曲轨后，电动机以主加速度运行，加速度为，经过主加速时间s，行程m后，提升机的速度达到最大运行速度m/s，接着电动机就开始在自然特性曲线上作等速运动，经过s，行程m后。此时采取恰当的减速方式以减速度进行减速，运行s，行程m。箕斗在停车之前，设计有一等速爬行阶段，到最后提升机加闸制动停车。所以，箕斗提升采用了六阶段速度图，如图42所示。图4-2 箕斗提升速度图4.2.1.1 初加速阶段新标准系列的箕斗卸载曲轨行程，卸载曲轨中初加速度为： 式（4.10）卸载曲轨中初加速时间： 式（4.11）4.2.1.2 主加速阶段加速时间： 式（4.12）主加速阶段的行程为： 式（4.13）4.2.1.3 爬行阶段爬行时间为： 式（4.14）箕斗在爬行阶段自动控制时，爬行距离取，爬行速度 取。4.2.1.4 主减速阶段主减速阶段时间为： 式（4.15）主减速阶段行程为： 式（4.16）4.2.1.5 抱闸停车阶段抱闸停车的时间为，可以大约估计为1 s ；因为行程很小，可以考虑包括在爬行距离内不另行计算。其减速度一般取 。4.2.1.6 等速阶段等速阶段行程为： 式（4.17）等速阶段时间为： 式（4.18）4.2.1.7 一次提升循环时间 式（4.19）4.2.2提升系统力图参数计算将速度图中每一个阶段的行程还有相应的加速度和减速度代到提升系统动力方程式（4.5）中，就能够计算出提升过程中的各个阶段的托动力。然后就可以画出力图。4.2.2.1初加速度阶段提升开始时， ，拖动力为： 式（4.20）出曲轨， ，拖动力为： 式（4.21）4.2.2.2主加速阶段主加速阶段开始时，所以拖动力为： 式（4.22）主加速终束时， ，所以拖动力为： 式（4.23）4.2.2.3 等速阶段等速阶段开始时，所以拖动力为： 式（4.24）等速终了时， ，所以拖动力为： 式（4.25）4.2.2.4 减速阶段减速阶段开始时，所以拖动力为： 式（4.26）减速终了时， ，所以拖动力为： 式（4.27）4.2.2.5 爬行阶段 爬行阶段开始时，所以拖动力为： 式（4.28）爬行终了时， ，所以拖动力为： 式（4.29）由以上求得的各个参数，以时间为坐标图x轴，作出提升系统的速度图与力图如图4-35 矿井提升机的拖动和控制 提升机的拖动和控制需满足以下要求：（1）调速性能好；（2）特性曲线要硬；（3）工作方式转换容易；（4）有较高的过负荷能力；（5）易于实现自动化；（6）投资和运转费用低。能符合这些要求的拖动设备，主要是电力拖动装置。一种是交流拖动装置，另一种是直流拖动装置。直流拖动装置与交流拖动装置相比较优点是：调速时没有附加电能损失，低速调速性能好，且易于实现自动化。在直流拖动装置中调速时，需要改变它激直流电动机的电枢电压，且需要增设变用经验比较成熟流设备，或者是采用价格昂贵的变流机组。交流拖动装置也有不少优点：系统比较简单、使用经验比较成熟和设备价格较低使等。目前我国广泛采用的是交流拖动装置。因为为了能够利用外接电阻调速，必须要使用交流绕线型感应电动机。由于当交流电动机外接电阻运转时，电动机人工特性曲线过陡，且低速运转时稳定性较差。目前由于换向器容量的影响，所使用的交流单机拖动装置的容量限制要在1000 kW以下。若矿井提升机所需功率超过l000 kw时，仍想采用交流拖动装置，则可以使用双机拖动。5.1 提升电动机容量的计算从提升力图和速度图能够看出，在一次提升循环中，提升机滚筒圆周上的速度、拖动力都是变化的。之前初选的提升电动机，能不能满足各种运行状态的要求，需要通过验算才能确定。验算内容按温升条件、特殊力条件及过负荷条件分别进行。电动机的额定功率指的是电动机在额定负载下以额定转速连续运转，它的绕组的温升不超过允许值时的功率。电动机在长时间运转过程中是否过负荷的标志是其温升，如果电动机在变化负荷下运转时的温升和其在某一固定负荷下运转时的温升相等，就能够用这个固定力作为验算电动机功率的依据，这个力则称为等效力。影响电动机温升的条件除了有产生的热量外，还有散热条件，然而散热条件又与电动机转速等因素有关。因此考虑到散热因素，计算电动机容量时不根据实际时间计算，而以等效时间计算。等效力的表达式为： 式（5.1）式中