單繩纏繞式礦井提升機(jī)設(shè)計(jì)說明書

本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 1 頁 共 40 頁 1. 概述 1.1 礦井提升機(jī)的介紹 礦山生產(chǎn)的全過程離不開礦山運(yùn)輸和提升工作。因此，運(yùn)輸和提升工作的好壞直接關(guān)系到礦山生產(chǎn)能否正常高效進(jìn)行。如果說運(yùn)輸線路是礦山生產(chǎn)的動(dòng)脈，那提升設(shè)備則是其咽喉，可見其重要性和必要性。提升機(jī)是聯(lián)系井下和地面的主要運(yùn)輸工具，礦井提升工作是整個(gè)采礦工程中的重要環(huán)節(jié)。從地下采出的煤炭、礦石必須提升至地面才有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。廢石的提升、工作人員、材料及設(shè)備的升降等都要靠提升工作來完成。礦井提升機(jī)是礦井提升設(shè)備中的動(dòng)力部分，由電動(dòng)機(jī)、減速器、主軸裝置、制動(dòng)裝置、深度指示器、電控系統(tǒng)和操 縱臺(tái)等組成。根據(jù)提升機(jī)工作原理和結(jié)構(gòu)的不同，礦井提升機(jī)分類如圖 1-1。 16 圖 1-1礦井提升機(jī)分類 我國目前廣泛使用的有單繩纏繞式雙圓柱卷筒提升機(jī)和多繩摩擦式提升機(jī)兩種。 根據(jù)井筒條件（豎井或斜井）及選用的提升容器和提升機(jī)的類型不同，可組成各種不同的礦井提升系統(tǒng)。較常見的有 17： 豎井單繩纏繞式箕斗提升系統(tǒng)； 豎井單繩纏繞式罐籠提升系統(tǒng)； 豎井多繩摩擦式箕斗提升系統(tǒng)； 豎井多繩摩擦式罐籠提升系統(tǒng)； 斜井箕斗提升系統(tǒng)； 斜井串車提 升系統(tǒng) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 2 頁 共 40 頁 1.2 礦井提升機(jī)生產(chǎn)過程簡(jiǎn)介 礦井提升機(jī)是沿井筒提運(yùn)礦石和廢石、升降人員、下放材料和工具的設(shè)備。提升容器有罐籠和箕斗。根據(jù)井筒傾角的不同 ,提升容器分為立井用和斜井用兩種 .立井用提升容器主要是箕斗和罐籠 ,箕斗分為底卸式、側(cè)卸式和翻轉(zhuǎn)式 ,罐籠分為普通罐籠和翻轉(zhuǎn)罐籠。斜井箕斗分為翻轉(zhuǎn)式和后壁卸載式兩種。罐籠可用來提升礦石、人員、材料與設(shè)備等，但是箕斗不能用來提升人員。不同類型礦井提升機(jī)的工作方式和工作環(huán)境各有所相同，但其根本的工作原理是相似的，礦井提升機(jī)提升原理示意圖如圖 1-2所示： 通過滾筒或齒輪的旋轉(zhuǎn) 帶動(dòng)皮帶或鏈條升降，從而實(shí)現(xiàn)箕斗或罐籠的升降，在井下和地面之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行對(duì)煤和人員、貨物的運(yùn)輸。 11 圖 1-2礦井提升機(jī)提升原理示意圖 1.3 礦井提升的特點(diǎn) 1. 安全性 所謂安全性，就是不能發(fā)生突然事故。由于礦井提升設(shè)備在礦山生產(chǎn)中所占 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 3 頁 共 40 頁 的地位十分重要，其運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性，不僅直接影響整個(gè)礦井的生產(chǎn)，而且還涉及人員的生命安全。因此各國都對(duì)礦井提升設(shè)備提出了極嚴(yán)格的要求。在我國這些規(guī)定包括在煤礦安全規(guī)程只中。 2. 可靠性 所謂可靠性，是指能夠可靠地連續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)而不需在短期內(nèi)檢修。礦井提升設(shè)備所 擔(dān)負(fù)的任務(wù)十分艱巨，不僅每年要把數(shù)十萬噸到數(shù)百萬噸的煤炭和礦石從井下提升到地面，而且還要完成其他輔助工作。一個(gè)年產(chǎn) 150萬噸的礦井，停產(chǎn)一天就要損失大約 20萬元。因此礦井提升機(jī)至少要服務(wù)二十年以上而不需大修。 3. 經(jīng)濟(jì)性 礦井提升設(shè)備是礦山大型設(shè)備之一，功率大，耗電多，大型礦井提升機(jī)的功率超過 1000KW。因此礦井提升設(shè)備的造價(jià)以及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，也就成為影響礦井生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素之一。 1.4 礦井提升機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)狀 礦井提升機(jī)作為礦山企業(yè)的關(guān)鍵機(jī)電設(shè)備，對(duì)于礦山的高效，安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)的運(yùn)營(yíng)有極其重要的作用，他 不僅裝機(jī)容量大，是礦山的主要耗電大戶，而且他作為一個(gè)典型的位勢(shì)力矩負(fù)載，要求其拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)在其機(jī)械特性的四個(gè)象限內(nèi)頻繁周期性地進(jìn)行啟動(dòng)，制動(dòng)和方向運(yùn)行。對(duì)其在運(yùn)行過程中的加速度，減速度以及個(gè)運(yùn)行階段的行程和最后的停車位置都有精確的要求和嚴(yán)格的限制，因?yàn)樘嵘龣C(jī)始終是電力拖動(dòng)與控制的典型應(yīng)用裝置和研究對(duì)象，正確處理好礦井提升機(jī)的系統(tǒng)極其自動(dòng)化問題，對(duì)保證礦井的生產(chǎn)，安全和效益具有重要意義。 進(jìn)入 90 年代，隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在提升機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中，采用電動(dòng)機(jī) +可控硅整流 +全數(shù)字調(diào)節(jié) +PLC控制 +上位機(jī)監(jiān)控控制方式。對(duì)于這種控制方式主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障點(diǎn)少，可靠性高；可控進(jìn)度高，工作穩(wěn)定性好；故障自診斷能力強(qiáng)，大大的降低了使用維護(hù)成本；具有較高的可購置性，擴(kuò)展方便，運(yùn)行靈活性高。這種提升機(jī)控制方式在近幾年都在普及，然后由于個(gè)別廠家壓縮成本，而在保護(hù)方面出現(xiàn)了偷工減料的現(xiàn)象，導(dǎo)致安全隱患的存在。 首先第一個(gè)隱患就是，測(cè)速環(huán)節(jié)，好多廠家都是用霍爾傳感器，好一點(diǎn)的用增量編碼器，這種測(cè)速方式誤差大，受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境大，測(cè)速不準(zhǔn)確，因此保護(hù)就不完全，這個(gè)測(cè)速環(huán)節(jié)必須用測(cè)速發(fā)電機(jī)，這樣在 PLC的程 序才能更好的做到與速 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 4 頁 共 40 頁 度有關(guān)的保護(hù)。 第二隱患就是過分依賴變頻器，提升機(jī)是煤礦企業(yè)的核心設(shè)備，而變頻器是提升機(jī)的核心設(shè)備，直接關(guān)系生命安全，變頻器對(duì)環(huán)境要求高，而現(xiàn)在煤炭企業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差是不容忽視的，運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)的不免對(duì)變頻器造成損害，變頻器故障，這樣就導(dǎo)致了提升機(jī)的癱瘓。 另一方面由于煤礦自身管理問題存在以下安全技術(shù)缺陷 : 1、提升設(shè)備的安全保護(hù)裝置不全。目前礦山使用的提升設(shè)備，其安全保護(hù)裝置普遍不全，其原因主要有： （ 1）礦山企業(yè)的機(jī)電管理人員普遍反映，不知道按規(guī)定究竟需要安裝哪些安全保護(hù)裝置； （ 2）部 分提升設(shè)備購置時(shí)就未配全保護(hù)裝置（如：普遍缺少深度指示器失效保護(hù)裝置 ）； （ 3）部分礦山企業(yè)因種種原因有意甩開保護(hù)裝置（拆除或斷線），導(dǎo)致該項(xiàng)保護(hù)裝置不起作用。 2、設(shè)備長(zhǎng)期帶病運(yùn)行。金屬非金屬地下礦山尤其是大量的小型礦山，因技術(shù)力量薄弱，設(shè)備的選型、安裝、調(diào)試、維護(hù)、管理等均是參照周邊同類礦山，因此同類問題往往體現(xiàn)出很強(qiáng)的地域性。這些小型礦山，不知如何維護(hù)設(shè)備。比較嚴(yán)重的問題有：安全保護(hù)裝置不起作用，形同虛設(shè)；保險(xiǎn)閘損壞不及時(shí)修復(fù)；斜井提升井口不裝阻車器；聲光信號(hào)裝置不全；實(shí)際提升荷載長(zhǎng)期超設(shè)備設(shè)計(jì)能力；斜井人車沒有進(jìn)行定期維護(hù)和檢驗(yàn)，手動(dòng)落閘無法實(shí)現(xiàn)等，存在嚴(yán)重的安全隱患。 3、帶式制動(dòng)礦用提升絞車廣泛用于小型礦山的主提升。近幾年的檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，小型金屬非金屬地下礦山企業(yè)普遍采用帶式制動(dòng)礦用提升絞車用于礦山主提升。此外，有不少企業(yè)采用卷筒直徑 0.8m 的小絞車用于礦山主提升，使用的設(shè)備種類五花八門，有調(diào)度絞車、建筑卷揚(yáng)機(jī)、電控卷揚(yáng)機(jī)、運(yùn)輸絞車等， 這些設(shè)備的共同點(diǎn)是工作制動(dòng)器（常用閘）采用手動(dòng)帶式閘，因無深度指示器，也就沒有深度指示器失效保護(hù)、過卷保護(hù)和開始減速時(shí)能自動(dòng)示警的警鈴，由于卷筒直徑小，實(shí) 際使用時(shí)卷筒上纏繞鋼絲繩的層數(shù)難以符合標(biāo)準(zhǔn)要求（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：用于斜井專門升降物料時(shí)不得超過 3 層）。更令人擔(dān)憂的是，甚至有些礦山將這樣的設(shè)備用于豎井提升。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 5 頁 共 40 頁 4、老設(shè)備未進(jìn)行技術(shù)改造。自 20世紀(jì) 70年代開始，我國的仿蘇產(chǎn)品 KJ型單繩纏繞式提升機(jī)在使用后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)存在一些結(jié)構(gòu)性缺陷。如強(qiáng)度不夠（由于該產(chǎn)品卷筒結(jié)構(gòu)為薄壁強(qiáng)支結(jié)構(gòu)）、制動(dòng)力矩較小、制動(dòng)可靠性低等，時(shí)至今日，這類提升機(jī)有一部分已報(bào)廢，有一部分已經(jīng)改造，但也還有一部分未經(jīng)任何改造依然在礦山使用。 1.5 礦井提升機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 近幾十年來，隨著各種新 技術(shù)在礦用提升設(shè)備上的運(yùn)用，提升設(shè)備的結(jié)構(gòu)、制動(dòng)方式和自動(dòng)控制等方面都有了很大的改進(jìn)，總的發(fā)展趨勢(shì)為 14 15： 1、礦井提升機(jī)在總體上向大負(fù)載、高速度、大型化方向發(fā)展。為了確保提升設(shè)備無事故運(yùn)行，在提升設(shè)備有可能出事故的各個(gè)重要環(huán)節(jié)上，設(shè)有各種檢測(cè)、控制、保護(hù)裝置。為了提高生產(chǎn)效率，消除操作上的人為因素，在提升設(shè)備上配備全自動(dòng)運(yùn)行控制裝置。 2、無論是煤礦還是金屬非金屬礦山，無論是國內(nèi)還是國外，隨著礦井開采深度的加大，提升的井筒越來越深，纏繞式提升機(jī)由于受纏繞層數(shù)的限制，已不能滿足開采的需要，因而逐漸 被多繩摩擦式提升機(jī)所代替 。 3、提升設(shè)備電氣控制技術(shù)發(fā)展迅速。 目前，直流提升系統(tǒng)已經(jīng)向直流整流裝置 +編碼測(cè)速技術(shù) +PLC+PLC 獨(dú)立保護(hù)+工業(yè)電視 +計(jì)算機(jī)監(jiān)控 +網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展；交流提升系統(tǒng)是向變頻技術(shù) +編碼測(cè)速技術(shù) +PLC+PLC獨(dú)立保護(hù) +工業(yè)電視 +計(jì)算機(jī)監(jiān)控 +網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展；電氣控制技術(shù)的發(fā)展使提升機(jī)的控制更加自動(dòng)化，各種保護(hù)功能更加齊全，操作更簡(jiǎn)單，有效地提高了提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全可靠性。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 6 頁 共 40 頁 2 常見提升機(jī)的簡(jiǎn)介 2.1 纏繞式、摩擦式提升機(jī)的工作原理 我國目前廣泛使用的有單 繩纏繞式和多繩摩擦輪式兩種，以下就重點(diǎn)介紹此兩種提升機(jī)的工作原理。 2.1.1 單繩纏繞式提升機(jī)的工作原理 纏繞式提升機(jī)的主要部件有主軸、卷筒 主軸承 調(diào)繩離合器、減速器、深度指示器和制動(dòng)器 。示意圖如圖 2-1所示。 13 圖 2-1纏繞式礦井提升機(jī) 單繩纏繞式提升機(jī)是較早出現(xiàn)的一種類型，工作原理比較簡(jiǎn)單，就是將鋼絲繩的一端固定在提升機(jī)的卷筒上，另一端繞過井架上的天輪與提升容器相連接，利用兩個(gè)卷筒上鋼絲繩的纏繞方向的不同，當(dāng)提升機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使兩個(gè)容器一個(gè)上升一個(gè)下降，以完成提升任務(wù)，這種提升機(jī)在我 國礦山中廣泛使用。按卷筒數(shù)目的不同，有單筒及雙筒提升機(jī)兩種。雙筒提升機(jī)在主軸上裝有兩個(gè)卷筒，其中之一與主軸固接（鍵裝或熱裝），稱為固定卷筒；另一卷筒則滑裝在主軸上，通過離合器與主軸連接，稱為游動(dòng)卷筒。將兩種卷筒做成這樣的目的，是為了在需要調(diào)繩及更換提升水平時(shí)，兩個(gè)卷筒可以有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。單卷筒提升機(jī)只有一個(gè)卷筒，一般用于單鉤提升，但是如果在單卷筒上固定兩根鋼絲繩，且其纏繞方向相反，也可作雙鉤提升，這時(shí)，由于一根鋼絲繩自卷筒上松放，另一根則向卷筒上纏繞，卷筒表面得到了充分利用，所以單卷筒提升機(jī)相對(duì)于雙卷筒提升機(jī)來 說，質(zhì)量和 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 7 頁 共 40 頁 體積都小很多。不過單卷筒提升機(jī)做雙鉤提升時(shí)，繩長(zhǎng)的調(diào)節(jié)頗為不便，為此，可以把單卷筒制成可分離式的兩部分，一部分與主軸固接，另一部分通過離合器與主軸相連，這種型式的稱為可分離式單卷筒提升機(jī)。 2.1.2 多繩摩擦式提升機(jī)的工作原理 多繩摩擦式提升機(jī)的主要部件有主軸、主導(dǎo)輪、主軸承、車槽裝置、減速器、深度指示器、制動(dòng)裝置及導(dǎo)向輪 。由于使用了數(shù)根鋼絲繩代替一根鋼絲繩，鋼絲繩的直徑變小，摩擦輪雖變?yōu)槟Σ镣玻ㄒ喾Q主導(dǎo)輪）而稍有加寬，但其直徑亦變小。由于多繩不易在同一時(shí)間內(nèi)斷裂，故較為安全，多繩摩擦式提升機(jī)的結(jié) 構(gòu)圖示如圖 2-2。 13 圖 2-2多繩摩擦式礦井提升機(jī) 由于開采深度的增加，需要纏在卷筒上的提升鋼絲繩變長(zhǎng)，因而礦井提升機(jī)的卷筒寬度加大，這帶來了一系列問題，如提升機(jī)主軸太長(zhǎng)、繩弦偏角太大、機(jī)器加重而使轉(zhuǎn)動(dòng)慣量加大等。為了解決這個(gè)矛盾，德國人 Koepe提出將鋼絲繩搭在摩擦輪上，利用摩擦襯墊與鋼絲繩之間的摩擦力來帶動(dòng)鋼絲繩運(yùn)動(dòng)。與卷筒纏繞式相比，摩擦輪的寬度顯著地變窄了，同時(shí)由于跨度變小，提升機(jī)主軸的直徑與長(zhǎng)度均有所降低，結(jié)果顯著地減輕了機(jī)器的重力，而且由于回轉(zhuǎn)力矩的減少，亦將 降低提升電動(dòng)機(jī)的容量。 多繩摩擦提升設(shè)備的布置方式可分為塔式和落地式兩類。其提升系統(tǒng)示意圖如圖 2-3和 2-4所示。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 8 頁 共 40 頁 多繩摩擦提升機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是與它的動(dòng)力傳遞原理以及安裝特點(diǎn)密切相關(guān)的。即由于它是靠摩擦力來傳遞動(dòng)力的，它必須有較高摩擦系數(shù)的襯墊，為了保持幾根繩的繩槽處的深淺相同，即各繩的摩擦半徑相同，需設(shè)切槽裝置，為了補(bǔ)償鋼絲繩蠕動(dòng)或滑動(dòng)對(duì)深度 指示器指示位置的影響，設(shè)置了深度指示器自動(dòng)調(diào)零裝置，為了在使用圓尾繩時(shí)尾繩可以松捻而避免打結(jié)，在罐籠底部下方設(shè)有尾繩懸掛裝置。摩擦提升依靠襯墊與鋼絲繩之間的摩擦力來傳遞動(dòng)力，因此其工作可靠性就在于提升鋼絲繩與安在主導(dǎo)輪上的摩擦襯墊之間是否產(chǎn)生滑動(dòng)，即是否有足夠的摩擦力。 2.2 纏繞式、摩擦式提升機(jī)的特點(diǎn)、存在的問題以及解決的方法 2.2.1. 纏繞式提升機(jī)的特點(diǎn)、缺點(diǎn)以及問題的解決 纏繞式提升機(jī)最大的特點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)及工作原理十分簡(jiǎn)單，就是利用鋼絲繩的纏繞方向的不同來實(shí)現(xiàn)物料的提升。但是，正是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)、工作 原理簡(jiǎn)單也導(dǎo)致其存在以下很多的問題和不足。 (1)纏繞式提升機(jī)只能應(yīng)用于淺井或中等深度的礦井中。這是因?yàn)樵谏罹按蠼K端載荷時(shí)鋼絲繩和提升卷筒容繩面積要求太大，這導(dǎo)致了提升機(jī)體積龐大，質(zhì)圖 2-3 井塔式多繩摩擦提升系統(tǒng)示意圖 圖 2-4 落地式多繩摩擦提升系統(tǒng)示意圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 9 頁 共 40 頁 量激增，使提升機(jī)的提升高度受到滾筒容繩量的限制，不適用于深井提升。 (2)單繩纏繞式提升機(jī)的載荷由單根鋼絲繩承擔(dān)，因此單繩纏繞式提升機(jī)的鋼絲繩直徑往往很大。 (3)纏繞式提升機(jī)的鋼絲繩纏繞在卷筒上，因此其卷筒直徑比較大，這就使其回轉(zhuǎn)力矩比較大，這就使纏繞式提升機(jī)的質(zhì)量比較大，從而使電動(dòng)機(jī)的容量和耗電量也增大，所以提升機(jī)的效率比 較低。 (4)卷筒的直徑比較大，這就使提升機(jī)的提升速度受到了限制，因此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也比較低，減速器比較大。 (5)纏繞式提升機(jī)的鋼絲繩是纏繞在卷筒上，因此鋼絲繩的彎曲次數(shù)比較多，這就導(dǎo)致鋼絲繩的工作條件比較差，鋼絲繩的壽命降低。 (6)單繩纏繞式提升機(jī)是用單根鋼絲繩提升容器，因此容器在提升過程中會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，這就使提升容器的罐耳和罐道發(fā)生摩擦，產(chǎn)生摩擦阻力。 (7)單繩纏繞式提升機(jī)由單根鋼絲繩提升容器，因此它的安全性比較低。 纏繞式提升機(jī)存在的一些問題是可以通過改變其結(jié)構(gòu)而解決的。例如：?jiǎn)卫K纏繞式提升 機(jī)的鋼絲繩直徑過大；單繩纏繞式提升機(jī)的提升容器的轉(zhuǎn)動(dòng)；單繩纏繞式提升機(jī)的安全性比較低。這些都是由于提升是靠單根鋼絲繩承載造成的，要解決這些問題可以增加提升鋼絲繩的數(shù)量，即采用多繩纏繞式提升機(jī)。而另一些解決不了的問題就要靠改變提升機(jī)的工作原理，采用摩擦式提升機(jī)來解決了。 11 2.2.2. 摩擦式提升機(jī)的特點(diǎn)、缺點(diǎn)以及問題的解決 多繩摩擦式提升機(jī)與單繩纏繞式提升機(jī)比較其主要優(yōu)點(diǎn)： (1)提升高度不受滾筒容繩量的限制，適用于深井提升。 (2)載荷是由數(shù)根鋼絲繩承擔(dān)，故鋼絲繩直徑較相同載荷下單繩提升小。 (3)摩擦輪直徑顯著減小。 (4)由于摩擦輪直徑小，回轉(zhuǎn)力矩減小，在提升載荷相同的情況下，多繩摩擦提升機(jī)的質(zhì)量比單繩纏繞式提升機(jī)小 1/4 1/5,提升電動(dòng)機(jī)的容量和耗電量也相應(yīng)降低，設(shè)備的效率提高。 (5)摩擦輪直徑較小，在相同提升速度下，可以使用轉(zhuǎn)速較高的電動(dòng)機(jī)和較小的減速器。 (6)鋼絲繩是搭放在摩擦輪上，減少鋼絲繩的彎曲次數(shù)，改善了鋼絲繩的工作條件。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 10 頁 共 40 頁 (7)采用偶數(shù)跟提升鋼絲繩，鋼絲繩的捻向是左右捻各半，消除了提升容器在提升過程中的轉(zhuǎn)動(dòng)，減少了容器的罐耳和罐道的摩擦阻力。 (8)數(shù)根鋼絲繩同時(shí)承受載荷，提升 工作的安全性大為提高，數(shù)根鋼絲繩被同時(shí)拉斷的可能性極小，因此可以不再使用防墜器，從而減少了提升容器的質(zhì)量。 雖然多繩摩擦提升機(jī)解決了單繩纏繞式提升機(jī)存在的一些問題，但是多繩摩擦提升機(jī)自身也存在一定的缺陷與不足。 (1)數(shù)根鋼絲繩的懸掛、更換、調(diào)整、維護(hù)檢修工作復(fù)雜，而且有一根鋼絲繩損壞需要更換時(shí)，為保持各鋼絲繩具有相同的工作條件，往往需要更換所有的鋼絲繩。 (2)因不能調(diào)節(jié)繩長(zhǎng)，故雙鉤提升工作不適用于多水平提升。 (3)當(dāng)井深超過 1700m 時(shí)，鋼絲繩與容器在連接處的應(yīng)力波動(dòng)的較大，鋼絲繩的故障增多，故鋼絲繩 摩擦提升不宜用于超深井提升。 要解決多繩摩擦式提升機(jī)鋼絲繩的懸掛、更換等檢修復(fù)雜、不適用于多水平提升、不宜用于超深井提升這些問題，不是單靠改變提升機(jī)的結(jié)構(gòu)能夠解決的。多繩摩擦式提升機(jī)本身的原理是利用多根鋼絲繩和摩擦襯墊的摩擦力來傳動(dòng)的，因此要解決多繩摩擦式提升機(jī)的這些問題就必須改變其工作原理，因此這些問題并不是摩擦式提升機(jī)自身可以解決的。 11 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 11 頁 共 40 頁 3 礦井提升機(jī)的設(shè)計(jì)選型計(jì)算 3.1 設(shè)計(jì)背景和依據(jù) 1.設(shè)計(jì)背景 : 山西天泰和瑞煤業(yè)有限公司位于澤州縣下村鎮(zhèn)北約 3Km處，行政區(qū)隸屬 下村鎮(zhèn)管轄，其地理坐標(biāo)為北緯 500435 130435 ，東經(jīng) 2124112 112 0334 。 井田面積 1.244Km2 ，井田內(nèi)穩(wěn)定可采煤層為山西組的 3 號(hào)煤層及太原組的15號(hào)煤層。含煤地層總厚 137.55m，煤層平均總厚 12.82m，含煤系數(shù) 9.32%。礦井 3 號(hào)煤層探明經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)儲(chǔ)量為 9263Kt， 15 號(hào)煤層經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)儲(chǔ)量為 1035Kt。 3號(hào)煤為中灰、特低硫、高熱值無煙煤，具有一定市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 礦井布置主力井、副立井、回風(fēng)立井三個(gè)井筒。主力井圓形斷面，凈直徑 5.5m，垂深 283m，凈斷面積 23.75m2 。主力井設(shè)計(jì)為擔(dān)負(fù)礦井的原煤提升任務(wù)，兼做為礦井的進(jìn)風(fēng)井和一個(gè)安全出口。 2.設(shè)計(jì)依據(jù) : 1)礦井年產(chǎn)量： An=45萬噸 2)工作制度：年工作日 330天，日工作小時(shí) 16h 3)井筒深度：sH=283m 4)裝載高度： Hz=20m 5)卸載高度： Hx=18m 6)煤的松散密度： =0.95 7)礦井電壓： 3000v、 6000v 8)主井提升方式：雙箕斗 ,井底設(shè)煤倉，定量自動(dòng)裝載 3.2 豎井提升容器的選擇 3.2.1 提升容器的比較及其應(yīng)用范圍 提升容器主要是底卸式箕斗和普通罐籠?；返膬?yōu)點(diǎn)是：質(zhì)量輕，所需井筒斷面積小，裝卸載可自動(dòng)化，且時(shí)間短，提升能力大?；返娜秉c(diǎn)是：井底及井口需要設(shè)置煤倉和裝卸載設(shè)備，只能提升煤炭，不能升降人員、設(shè)備和材料，井架較高，需要另設(shè)一套輔助提升設(shè)備。 罐籠的優(yōu)點(diǎn)是：井底及井口不需設(shè)置 煤倉，可以提升煤炭、矸石，下放材料，升降人員和設(shè)備，井架較矮，有利于煤炭分類 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 12 頁 共 40 頁 運(yùn)輸，罐籠的缺點(diǎn)是：質(zhì)量大，所需井筒斷面積大，裝卸載不能自動(dòng)化，而且時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率較低。 選擇箕斗還是選擇罐籠，需要根據(jù)多方面的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來確定。 3.2.2 主井箕斗規(guī)格的選擇 進(jìn)行提升設(shè)備選型設(shè)計(jì)時(shí)，礦井年產(chǎn)量 An和礦井深度 Hs為已知條件。當(dāng)提升容器的類型確定后，還要選擇容器的規(guī)格。在提升任務(wù)確定之后，選擇提升容器的規(guī)格有兩種情況：一是選擇較大規(guī)格的容器，一次提升量較大，則提升次數(shù)少。這樣，因?yàn)橐淮翁嵘枯^大，所需的 提升鋼絲繩直徑和提升機(jī)直徑較大，因而初期投資較多。但提升次數(shù)較少，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較少。二是選擇較小規(guī)格的容器，情況和上述的相反，因而初期投資較少，而運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用則較多。那么，應(yīng)該如何選擇提升容器的規(guī)格才是合理的呢 ?其原則是：一次合理提升量應(yīng)該使得初期投資費(fèi)和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)的加權(quán)平均總和最小。為了確定一次合理提升量，從而選擇標(biāo)準(zhǔn)的提升容器，可按以下步驟計(jì)算： 8 (1)確定合理的經(jīng)濟(jì)速度 Vj 與一次合理提升量相對(duì)應(yīng)的，有一個(gè)合理的經(jīng)濟(jì)速度。經(jīng)研究證明，合理的經(jīng)濟(jì)速度 Vj 可用下式計(jì)算 10： HVj )5.03.0( （ 3-1） 式中： H為提升高度， H=Hz+Hs+Hx； Hz為裝載的高度，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書 Hz=20m； Hs為礦井的深度，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書 Hs=283m； Hx為卸載高度，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書 Hx=18m； H=Hz+Hs+Hx=20+283+18=321m 所以： HV j )5.03.0( =（ 0.30.5） 321 =5.378.95 m/s 取 Vj=6.6 m/s (2)估算一次提升循環(huán)時(shí)間 XT aVVHT jjX （ 3-2） 式中： a為提升加速度， 取 a=0.5m/s2； 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 13 頁 共 40 頁 為箕斗低速爬行時(shí)間，取 =15s； 為箕斗裝卸載休止時(shí) 間，一般取 =8s。 aVVHT jjX =321/6.6+6.6/0.5+15+8=84.8s (3)計(jì)算小時(shí)提升量 As )/( httbACaAsrnfs （ 3-3） 式中： C為提升不均衡系數(shù) ，有井底煤倉時(shí) C=1.11.15，無井底煤倉時(shí)取 C=1.2，根據(jù)設(shè)計(jì)背景，本礦井有井底煤倉，因此取 C=1.12。 An為礦井設(shè)計(jì)年產(chǎn)量 ,根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書 An=45萬噸。 af為提升富裕系數(shù)，取 af=1.2。 ts為提升設(shè)備每天工作小時(shí)數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書 ts=16h。 br為提升設(shè)備每年工作日數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書取 br=330天。 srnfs tbACaA=1.12 1.2 450000/（ 330 16） =114.55 t/h (4)計(jì)算小時(shí)提升次數(shù) ns Xs Tn 3600 （次） （ 3-4） Xs Tn 3600 =3600/84.8=42.45 次， 取 ns=42次。 (5)計(jì)算一次合理提升量 Q sSnAQ （ 3-5） sSnAQ =114.55/42=2.73 t 根據(jù)式（ 3-5）求出的一次合理提升量 Q ，查表 3-1選取與 Q 相等或接近的標(biāo)準(zhǔn)箕斗，其名義裝載量可以大于或小于 Q 。在不加大提升機(jī)滾筒直徑的條件下，應(yīng)盡量選用大容量箕斗，以較底的速度運(yùn)行，降低能耗，減少運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 14 頁 共 40 頁 表 3-1箕斗規(guī)格型號(hào) 型號(hào) JL-3 JL-4 JL-6 名義裝載質(zhì)量 KN 30 40 60 有效容積 M 3.3 4.4 6.6 提升鋼絲繩直徑 m 31 37 43 剛性罐道 規(guī)格 380N/m鋼軌 數(shù)量 2 箕斗質(zhì)量 T 3.8 4.4 5.0 最大終端負(fù)荷 T 8 9.5 12 最大提升高度 m 500 650 700 箕斗總高 mm 7780 8560 9450 箕斗中心距 mm 1830 1830 1870 查表 3-1，選用 JLS-3型箕斗，其參數(shù)見上圖。 (6)計(jì)算一次實(shí)際提升量 選取標(biāo)準(zhǔn)箕斗后，根據(jù)所選箕斗的有效容積和煤的松散容重計(jì)算一次實(shí)際升量 Q VQ （ 3-6） 式中：為煤的松散容重， V為標(biāo)準(zhǔn)箕斗的有效容積。 VQ =0.95 3.3=3.135t 設(shè)置井下裝載系統(tǒng)，使用給煤機(jī)配用 3t 定重容器裝載。所以箕斗每次實(shí)際提升量 Q=3t。 3.3 提升鋼絲繩的選擇計(jì)算 3.3.1 鋼絲繩的分類 按結(jié)構(gòu)分類：分為點(diǎn)接觸鋼絲繩、線接觸鋼絲繩、面接觸鋼絲繩、多層股不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩、異型股鋼絲繩（三角股、扇形股、橢圓形股和扁平形）、滿充式鋼絲繩、涂塑鋼絲繩等。 按 繩芯分類：天然纖維芯鋼絲繩、合成纖維芯鋼絲繩、 金屬繩芯鋼絲繩、金屬股芯鋼絲繩。 按用途分類：可分為一般用途鋼絲繩、重要用途鋼絲繩。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 15 頁 共 40 頁 3.3.2 鋼絲繩的標(biāo)示 表面：光面鋼絲繩用 NAT表示，鍍鋅鋼絲繩用 ZBB、 ZAB、 ZAA 表示。 繩芯：纖維芯用 FC 表示（其中天然纖維芯用 NF 表示，合成纖維芯用 SF 表示，如：聚丙烯用 PP 表示，聚乙烯用 PE 表示）。金屬繩芯用 IWR 表示，金屬股芯用 IWS表示。 捻法：右交互捻用 ZS，左交互捻 SZ，右同向捻用 ZZ，左同向捻用 SS。 繩股：圓股不用代號(hào)標(biāo)記。 “V” 表示三角股； “ ” 表示橢圓股； “T”表示面接觸鋼絲繩； “S” 表示西魯式鋼絲繩； “W” 表示瓦林吞式鋼絲繩； “SW”表示西魯 瓦林吞式鋼絲繩； “FI” 填充式鋼絲繩； 鋼絲繩強(qiáng)度： 1570、 1670、 1770、 1960等等 鋼絲繩完整表示方法 18 NAT 6 19S+FC 1770 ZS GB/T20118-2006 產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)（一般用途） 鋼絲繩捻向（右交互捻） 公稱鋼絲抗拉強(qiáng)度（ MPa） 鋼絲繩結(jié)構(gòu)（西魯式、麻芯） 鋼絲繩表面狀態(tài)（光面） 鋼絲繩公稱直徑 3.3.3 鋼絲繩結(jié)構(gòu)選 擇 1、對(duì)于單繩纏繞式提升，一般宜選用光面右同向捻、斷面形狀為圓形股或三角股、接觸形式為點(diǎn)或線接觸的鋼絲繩；對(duì)于礦井淋水大、水的酸堿度高，以及在出風(fēng)井中，由于腐蝕嚴(yán)重，應(yīng)選用鍍鋅鋼絲繩。 2、在磨損嚴(yán)重的條件下使用的鋼絲繩，如斜井提升等，應(yīng)選用外層鋼絲盡可能粗的鋼絲繩；斜井竄車提升時(shí)，宜采用交互捻鋼絲繩。 3、對(duì)于多繩摩擦提升，一般應(yīng)選用鍍鋅、同向捻（左右各半）的鋼絲繩，斷面形狀最好是三角股。 4、罐道繩最好用半密封鋼絲繩或三角股繩，表面光滑，比較耐磨。 3.3.4 單繩纏繞式 (無尾繩 )立井提升鋼絲繩選擇計(jì)算 提升鋼絲繩的選擇計(jì)算是提升設(shè)備造型設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。鋼絲繩在運(yùn)轉(zhuǎn)中受有許多應(yīng)力的作用和各種因素的影響，如靜應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、扭 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 16 頁 共 40 頁 轉(zhuǎn)應(yīng)力和擠壓應(yīng)力等，磨損和銹蝕也將損害鋼絲繩的性能。綜合考慮以上應(yīng)力因素的精確計(jì)算是很困難的，目前國內(nèi)外都是按靜載荷近似計(jì)算的。我國是按煤礦安全規(guī)程的規(guī)定來設(shè)計(jì)的，其原則是：鋼絲繩應(yīng)按最大靜載荷并考慮一定的安全系數(shù)來進(jìn)行計(jì)算。 安全系數(shù)是指鋼絲繩鋼絲拉斷力的總和與鋼絲繩的計(jì)算靜拉力之比。但是應(yīng)當(dāng)注意，安全系數(shù)并不代表鋼絲繩真正具有的強(qiáng)度儲(chǔ)備，只不過表示經(jīng)過實(shí)踐證明 在此條件下鋼絲繩 可以安全運(yùn)行。 圖 3-1所示為一立井單繩提升鋼絲繩計(jì)算示意圖。 鋼絲繩的最大靜拉力作用于 A點(diǎn)處，其值為： cz pHQQQ m ax (式 3-7) 式中：maxQ為鋼絲繩承受的最大計(jì)算靜載荷； Q 為一次提升的有益載荷 ,Q=3 410 N zQ 為容器重量； zQ =3.8 410 N p 為鋼絲繩每米重力； cH為鋼絲繩懸垂長(zhǎng)度，zsjc HHHH =34+283+20=337m； jH為井架高度；sH礦井深度； zH 為容器裝載高 根據(jù)煤礦安全規(guī)程對(duì)安全系數(shù)的規(guī)定 5，必須滿足下式 ： acZB mpHQQS 0 （ 3-8） 式中： ma為新鋼絲繩的安全系數(shù)，其值必須嚴(yán)格按照煤礦安全規(guī)程規(guī)定選取。 S0為鋼絲繩所有鋼絲斷面面積之和， m2 B為鋼絲繩抗拉強(qiáng)度， Pa 一般鋼絲繩的平均比重近似取 0.09 N cm3 ，于是有下式： )/(00 mNSp （ 3-9） 式中： 0為鋼絲繩的比重， 0=9.0 104 N/m3 將式 (3-9)代入式 (3-8)得： 圖 3-1 鋼絲繩計(jì)算示意圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 17 頁 共 40 頁 acZBmpHQQP 0 BP )ma0 CZ PHQQ （ P( B- )ma0 CH )(ma0 ZQQ )/(0mNHmQQpCaBZ （ 3-10） 代人 0=9.0 104 N/m3的值后，得出選擇每米鋼絲繩重的公式為： )/(101.1 5 mNHmQQpCaBZ （ 3-11） 查表 3-2，鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度 B數(shù)值有 表 3-2 鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度 B 鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度 /MPa 1470 1570 1670 1770 1870 取 B=1770MPa 表 3-3 鋼絲繩安全系數(shù) ma 最低值 5 用途分類 安全系數(shù)最低值 單繩纏繞式提升裝置 轉(zhuǎn)為升降人員 9 升降人員和物料 升降人員時(shí) 9 混合升降時(shí) 9 升降物料事 7.5 專為升降物料 6.5 本次設(shè)計(jì)的為專為升降物料提升裝置，因此 ma=6.5 所以 3375.6 101700101.1108.31036544P=23.4 N/m=234 kg/100m 根據(jù)計(jì)算結(jié)果查圖 3-2選取鋼絲繩型號(hào) 1 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 18 頁 共 40 頁 圖 3-2鋼絲繩型號(hào) 選取直徑為 30mm，天然纖維芯鋼絲繩，抗拉強(qiáng)度為 1770MPa，其型號(hào)表示為：30 NAT 6 19S+FC 1770 Z GB/T20118-2006 由于實(shí)際所選鋼絲繩的 0 不一定是 0.09 N cm3，因此所選繩是否滿足安全系數(shù)的要求必 須按實(shí)際所選每米繩重按下式進(jìn)行驗(yàn)算，即所選繩的實(shí)際安全系數(shù)為： CZqa pHQQ Qm （ 3-12） 式中 Qq為所選鋼絲繩全部鋼絲破斷拉力總和，查上表得 525KN Q 為一次提升的有益載荷 ,Q=3 410 N zQ 為容器重量； zQ =3.8 410 N PHC=337 332 10 100=11188.4N 所以 CZqa pHQQ Qm = 63.64.1 1 1 8 8108.3103 10525 44 3 6.5 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 19 頁 共 40 頁 經(jīng)驗(yàn)算所選鋼絲繩在安全規(guī)程規(guī)定值內(nèi)，是可以使用的。選用合格。 3.4 天輪 選擇計(jì)算 天輪安裝在井架上，作支撐，供礦井提升時(shí)支拖提升機(jī)卷筒到提升容器之間，引導(dǎo)鋼絲繩轉(zhuǎn)向之用。繩槽帶塑襯或膠塊，增加鋼絲繩的使用壽命。 6 3.4.1 天輪分類 立井天輪， 鑿井天輪， 游動(dòng)輪。 3.4.2 天輪結(jié)構(gòu) 直徑 4000mm時(shí)，采用模壓鉚接結(jié)構(gòu)； 直徑 3500mm時(shí)，采用模壓焊接結(jié)構(gòu)； 直徑小于 3000mm 時(shí)，采用整體鑄鋼結(jié)構(gòu)。 天輪輪緣的結(jié)構(gòu)對(duì)鋼絲繩的使用壽命有一定影響，應(yīng)盡量減輕輪緣的重量。 3.4.3 天輪工作原理 1)立井天輪及鑿井天輪的輪體只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 2)立井天輪主要用于立井提升及斜井箕提升。 3)鑿井天輪用于立井鑿時(shí)懸吊吊盤及穩(wěn)繩。 4)游動(dòng)天輪的輪體除作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，還可以軸向移動(dòng)，主要適用于串車提升。 3.4.4 立井天輪基本尺寸 立井天輪基本尺寸見圖 3-3 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 20 頁 共 40 頁 圖 3-3天輪基本尺寸 3.4.5 天輪的選型計(jì)算 天輪安裝在井架上，作為提升鋼絲繩的支撐、導(dǎo)向之用。根據(jù)煤礦安全規(guī)程的規(guī)定，天輪直徑tD需按下面條件確定。 5 tD 80d （ 3-13） 并且應(yīng)滿足 tD1200 （ 3-14） 式中 d為鋼絲繩直徑， d=30mm 為鋼絲繩中最粗鋼絲直徑 =2mm 則 tD80d =80 30=2400mm tD1200 =1200 2=2400mm 查圖 3-3選用 TLG 2500/17的天輪。 天輪特征表 型號(hào) 名義直徑 mm 繩槽半徑 mm 軸承中心高 mm 總重 N TLG 2500/17 2500 17 200 15100 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 21 頁 共 40 頁 3.5 提升機(jī)的選型計(jì)算 選擇提升機(jī)的主要參數(shù)有：卷簡(jiǎn)直徑 D；卷筒寬度 B；提升機(jī)最大靜張力 Fjmax及最大靜張力差 Fjc。其中卷筒直徑 D為選擇提升機(jī)規(guī)格型號(hào)的依據(jù)；其他三個(gè)參數(shù)為校核參數(shù) 選擇提升機(jī)卷筒直徑的主要原 則是：使鋼絲繩在卷筒上纏繞時(shí)所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力不要過大，以保證提升鋼絲繩具有一定的承載能力和使用壽命。理論與實(shí)踐已證明，繞經(jīng)卷筒和天輪的鋼絲繩，其彎曲應(yīng)力的大小及其疲勞壽命取決于卷筒與鋼絲繩直徑的比值。 3.5.1 提升機(jī)的表示方法 2 J K B 改進(jìn)序號(hào) 補(bǔ)充特征（變頻調(diào)速為 P，直流調(diào)速為 Z，開關(guān)磁阻為D，電阻調(diào)速不注） 卷筒寬度，單位為米（ m） 卷筒直徑，單位為米（ m） 隔爆型（非隔爆型不注） 礦井提升機(jī) 卷揚(yáng)機(jī)類 雙卷筒（單筒不 注） 示例 1：卷筒直徑為 3m、寬度為 2.2 m，采用非隔爆型電阻調(diào)速的單卷筒單繩纏繞式礦井提升機(jī)的產(chǎn)品型號(hào)為： JK-3 2.2。 3.5.2 提升機(jī)的計(jì)算 3 圖 3-4所示是鎖股 (密封 )鋼絲繩進(jìn)行彎曲試驗(yàn)的結(jié)果，由圖示可知，在同一鋼絲繩直徑條件下，卷簡(jiǎn)直徑愈大，彎曲應(yīng)力愈??；在相同卷簡(jiǎn)直徑條件下，繩徑愈小，彎曲應(yīng)力愈小，即比值 D d愈大，彎曲應(yīng)力愈小。 圖 3-5 所示為在不同的 D d 彎曲條件下，鋼絲繩試驗(yàn)載荷與其耐久性的關(guān)系。由圖 3-3 可知，在試驗(yàn)載荷相同時(shí)， D d 愈大，鋼絲繩所能承受的反復(fù)彎 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 22 頁 共 40 頁 曲次數(shù)愈多， 疲勞壽命愈長(zhǎng)。 對(duì)于安裝在地面的提升機(jī)，其直徑與鋼絲繩直徑的關(guān)系如下： 80Dd (3-15) 1200D (3-16) 式中： D 為提升機(jī)卷筒直徑； d為提升鋼絲繩直徑 ,d=30mm； 為提升鋼絲繩中最粗鋼絲繩直徑 , =2mm 所以： D 80d =80 30=2400mm D 1200 =1200 2=2400mm 圖 3-4 鋼絲繩彎 曲應(yīng)力圖 圖 3-5 不同的 D/d 時(shí)載荷與耐久性的關(guān)系 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 23 頁 共 40 頁 表 3-3 JK礦井提升機(jī)型號(hào)參數(shù)表 產(chǎn) 品 型 號(hào) 卷筒 鋼絲繩最大靜張力 鋼絲繩最大靜張力差 鋼絲 繩最 大直 徑 鋼絲 繩最 小拉 斷力 總和 提升高度或運(yùn)輸長(zhǎng)度 最大提升速度 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(不大于 ) 個(gè) 數(shù) 直徑 寬度 兩卷筒中心距 載人 載物 載人 載物 一層纏繞 二層纏繞 三層纏繞 不大于 m kN mm kN m m/s r/min 2JK-2.5 1.2 2 2.5 1.20 1.29 69 90 55 30 621 215 422 670 8.8 750 2JK-2.5 1.2P 2JK-2.5 1.35 1.35 1.44 286 564 885 2JK-2.5 1.35P 2JK-2.5 1.5 1.50 1.59 302 638 1013 2JK-2.5 1.5P 查表 3-3，初步選用 2JK-2.5 1.2 型號(hào)的提升機(jī)，其卷筒直徑為 2.5m，寬度為 1.2m。 選定了標(biāo)準(zhǔn)卷筒后，根據(jù)實(shí)際需要在卷筒上纏繞的鋼絲繩長(zhǎng)度來計(jì)算卷筒的實(shí)際寬度 B 。在提升機(jī)卷筒上應(yīng)容納以下幾部分鋼絲繩： (1)提升高度 H， m。 (2)提升鋼絲繩試驗(yàn)長(zhǎng)度，規(guī)定每半年剁繩頭一次，每次剁掉 5 m，按提升鋼絲繩的使用壽命為三年計(jì)，則試 驗(yàn)長(zhǎng)度為 30 m。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 24 頁 共 40 頁 (3)為了減少鋼絲繩在卷筒上固定處的拉力，鋼絲繩在卷筒上松繩時(shí)，不能全部松放，應(yīng)在卷筒表面保留三圈摩擦圈，則卷筒的實(shí)際容繩寬度 B為： 30( 3 ) ( )HBdD (3-17) 式中： H為提升高度 ， H=321m D為提升機(jī)卷筒直徑 ， D=3m d為提升鋼絲繩直徑 ， d=0.03m 為提升鋼絲繩繩圈間的間隙，一般為 2-3mm，卷筒直徑較大時(shí)，取大值取 =3mm 30( 3 ) ( )HBdD = m33.1003.003.03314.3 30321 1.2m BB ，若提升機(jī)用于有升降人員的豎井副井提升，根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，鋼絲繩在卷筒上只能纏繞一層。若提升機(jī)用于豎井主井提升，當(dāng)提升鋼絲繩在卷筒上作單層纏繞時(shí)，當(dāng)B B。根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定：豎井主井提升的提升鋼絲繩可在卷筒上纏兩層。而本設(shè)計(jì)為主井豎井的提升，因此可以選用兩層纏繞方式。另一方面，根據(jù)上表提升機(jī)的參數(shù)情況可知：本礦井提升的高度為 321m，如做單層纏繞時(shí)不能滿足提升高度要 求。因此選用雙層纏繞方式。作雙層纏繞時(shí)，提升鋼絲纏在卷筒上的實(shí)際纏繞寬度 B可按下式 3-103303525.22335.2303213330 dDkDnHBp (3-18) 式中： Dp為平均纏繞直徑； K為纏繞層數(shù) ， k=2； n 為錯(cuò)繩圈數(shù)。 其中： 22 )(42 1 ddkDD P （ 3-19） 為了避免繩圈總在一個(gè)地方過渡，每季度要將提升鋼絲繩錯(cuò)動(dòng) 1 4圈，根據(jù)提升鋼 絲繩的使用年限，一般取 n=2 4 圈，本次計(jì)算取 n=3。 所以： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 25 頁 共 40 頁 22 )(42 1 ddkDD P =2.5+ 223- 330-304102 1-2 =2.525m 帶入（ 3-18）得： 3-103303525.22335.2303213330 dDkDnHBp=0.927m 1.2m 所選 2JK-2.5 1.2 型號(hào)的提升機(jī)，其卷筒直徑為 2.5m，寬度為 1.2m，雙層纏繞，滿足使用要求。 3.5.3 提升機(jī)強(qiáng)度校驗(yàn) 為了保證提升機(jī)在其設(shè)計(jì)強(qiáng)度范圍內(nèi)工作，使提升機(jī)的工作負(fù)荷不超過其設(shè)計(jì)值，還必須驗(yàn)算提升工作的最 大靜張力 Fjmax及最大靜張力差 Fjc，使其滿足所選提升機(jī)規(guī)定的數(shù)值 Fjmax和 Fjc，可按下式計(jì)算： m a xm a x jzj FpHQQF (3-20) jcjc FpHQF (3-21) 式中： Q 為一次提升的有益載荷 ,Q=3 410 N； zQ 為容器重量， zQ =3.8 410 N； p 為提升鋼絲繩單位長(zhǎng)度重力， P=33.2N/m； H為提升高度， H=321m； 提升機(jī)最大靜張力 Fjmax及最大靜張力差 Fjc在產(chǎn)品規(guī)格表中給出maxJF=90KN,jcF=50KN。 所以 : KNKNpHQQF zj 90782992.33108.3103 44m a x KNKNFpHQF jcjc 5566.403 2 12.33103 4 驗(yàn)算合格，因此所選提升機(jī)卷筒型號(hào)滿足使用要求。 3.6 提升機(jī)與井筒的相對(duì)位置 圖 3-6所示為影響纏繞式提升機(jī)安裝位置的主要參數(shù)關(guān)系圖。圖中： 井架高度JH：地面至天輪中心線的距離。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 26 頁 共 40 頁 弦長(zhǎng) Lx：提升機(jī)卷筒輪緣至天輪輪緣的距離。 偏角：在繩弦所在平面內(nèi)，從天輪輪緣作垂線使之垂直于井筒中心線，則繩弦與垂線所形成的角度稱之為偏角。下繩弦與水平線形成仰角 圖 3-6 影響提升機(jī)安裝位置的主要參數(shù)關(guān)系圖 3.6.1 鋼絲繩弦長(zhǎng) Lx 及偏角 在提升過程中，弦長(zhǎng)、偏角是變化的，且相互制約。為了防止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)鋼絲繩跳出天輪邊緣， Lx 不宜過大。 Lx過大時(shí)，繩的振動(dòng)幅度也增大。因此將弦長(zhǎng) Lx限制在 60m以內(nèi)。由圖 3-6可以看出，上、下兩條繩弦長(zhǎng)度不相等，但在計(jì)算中，近似地認(rèn)為卷中心至天輪中心的距離即為弦長(zhǎng)。 由圖 3-6可見，當(dāng)右鉤提升即將開始時(shí)，右鉤鋼絲繩形成最大外偏角 1 ，左鉤鋼絲繩形成最大內(nèi)偏角 2 ，當(dāng)左鉤提升即將開始時(shí)，左鉤鋼絲繩形成最大外偏角 1 ，右鉤形成最大內(nèi)偏角 2 。 限制偏角的原因及具體規(guī)定是： （ 1）偏角過大將加劇鋼絲繩與天輪輪緣的磨損，降低了鋼絲繩的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)有可能發(fā)生斷繩事故。因此，煤礦安全規(guī)程規(guī)定，內(nèi)外偏角應(yīng)小于 031 。 5 圖 3-7 鋼絲繩在卷筒上 纏繞時(shí)，“咬繩”示意圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 27 頁 共 40 頁 （ 2）某些情況下，當(dāng)鋼絲繩纏向卷筒時(shí)，發(fā)生“咬繩”現(xiàn)象。由圖 3-7 可見，若內(nèi)偏角過大，繩弦的脫離段與鄰圈 鋼絲繩不相離而相交，如圖中 A點(diǎn)所示，這就是“咬繩”。有時(shí)，雖然內(nèi)偏角并不是很大，但由于卷筒上繩圈間隙 較小、鋼絲繩直徑 d較大或卷筒直徑 D較大也會(huì)“咬繩”。“咬繩”加劇了鋼絲繩的磨損。 圖 3-8提升機(jī)在不同， d及 D時(shí)避免“咬繩”的內(nèi)偏角的允許角度曲線 由圖 3-6可以看出，外偏角與弦長(zhǎng) L的關(guān)系式為： 4 x1 Ld3-2 aa r c t a n）（ SB （ 3-22） 式中： B為卷筒寬度， B=1.2m； S為兩天輪中心距，查箕斗型號(hào)參數(shù)表，中心距 S=1.83m； a為兩卷筒之間的距離，查提升機(jī)型號(hào)參數(shù)表， a=0.09m； 上式中：若取 Lx較小， 1 能超過最大允許值 031 ，應(yīng)以煤礦安全規(guī)程規(guī)定的最大允許值 031 帶入上式，求出相應(yīng)的最小弦長(zhǎng)min,XL。 4 即： m a x1m inx ta nd3-2 a SBL （ 3-23） 內(nèi)偏角 2 與弦長(zhǎng) Lx的關(guān)系為： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 28 頁 共 40 頁 2 =xLS d)3D30H(-B-2aa r c t a n）（ （ 3-24） 式中： H為提升高度； 30為鋼絲繩試驗(yàn)長(zhǎng)度； 3為摩擦圈數(shù)； 2 查圖 3-8可得 4212 o 。 上式中分子中跨弧一項(xiàng)代表提升終了時(shí)，卷筒表面未纏繩部分的寬度。 同理，以最大允許角度max2，代入上式，可求出相應(yīng)的minx，L。 即： minx，Lm ax2t a nd)3D 30H(-B-2 a，）（ S （ 3-25） 要特別指出的是：上式應(yīng)同時(shí)滿足前述兩個(gè)規(guī)定。 選擇 L和 L 中的大值，定位最小弦長(zhǎng) L。若求出的 L已超 60m，設(shè)法解決。若僅由于“咬繩”致使 過小以致 L過大時(shí)，可以根據(jù)具體情況，適當(dāng)增大 或采取其他措施，提高 以降低 L。 顯然，式（ 3-25）是適用于單層纏繞的。對(duì)于雙層或多層纏繞的提升機(jī)，由于層與層之間已加劇了鋼絲繩的磨損。故一般不再考慮“咬繩”問題。多層纏繞時(shí)，minx，L的計(jì)算公式應(yīng)為 4： minx，Lmax2tan2a， S （ 3-26） 則minx，L 421ta n2 09.0-83.1ta n2 am ax2 o S =35.6m 初步取 Lx=45m 把 Lx=45m帶入（ 3-22）得到外偏角 1 =0.3 1.5 把 Lx=45m帶入（ 3-24）得到內(nèi)偏角 2 =0