單繩纏繞式主井提升設備的選型設計NXPowerLite

1、單繩纏繞式主井提升設備的選型設計畢 業(yè) 設 計 任 務 書一、畢業(yè)設計的任務和要求：1、畢業(yè)設計的任務本設計主要對礦井生產(chǎn)所用的提升及運輸設備的選型進行的一次合理選擇。礦井提升需要用一些專用的提升設備，主要有提升容器，提升鋼絲繩，提升機，井架，裝卸載設備以及一些輔助設備。礦井提升設備是礦山較復雜而龐大的機電設備，它不僅承擔物料的提升與下放任務，同時還上下人員。礦井運輸是煤炭生產(chǎn)過程的一部分，煤炭的井工生產(chǎn)中，運輸線路長，巷道條件多種多樣，運輸若不暢通，采掘工作就無法繼續(xù)進行，井工生產(chǎn)的煤礦運輸作業(yè)，包括從工作面到礦井地面的煤炭運輸和輔助運輸，輔助運輸包括矸石、材料、設備和人員運輸。2、對設計的

2、要求（1）設計必須符合煤礦安全規(guī)程、煤礦工業(yè)設計規(guī)程、煤礦井下供電設計技術規(guī)定。（2）設計遵循煤炭工業(yè)建設的方針政策，在保證供電安全可靠的基礎上進行技術經(jīng)濟比較，選用最佳方案，盡量采用新技術，新產(chǎn)品和國產(chǎn)先進設備，以確保技術的先進性。（3）設計選型時，應采用定型的成套設備，盡量采用新技術、新產(chǎn)品，積極采取措施在保證供電可靠性，安全性和供電質量的基礎上盡量節(jié)約投資，減少有色金屬消耗量，降低電能損耗和年運行費用。做到既經(jīng)濟合理又安全適用。（4）設計質量要確保技術的先進性、經(jīng)濟合理性、安全適應性。（5）畢業(yè)設計嚴禁抄襲，計算數(shù)據(jù)、計算結果不能類同，否則取消答辯資格。二、畢業(yè)設計的具體工作內(nèi)容：（一）

3、熟悉課題設計任務書下達后，學生首先應了解課題的名稱，課題來源，設計任務書，提供的原始數(shù)據(jù)，要求達到的經(jīng)濟和技術指標。學生根據(jù)相同原始資料進行分析和設計，了解設計的基本思路。（二）搜集資料和工廠實習圍繞課題，搜集有關中外資料查閱有關資料及技術文件，或與設計題目有關的生產(chǎn)現(xiàn)場了解實際使用情況。根據(jù)設計任務的需要，到生產(chǎn)現(xiàn)場實習和調查研究。（三）確定設計方案在對本課題有較充分的認識后，提出解決課題的幾種方案（安裝方案或設計方案），對方案進行詳細分析，提出優(yōu)、缺點和操作的可能性。最后將各方案進行比較、總結，按實際條件選出最佳方案。需要對方案進行實驗分析時，要進行初算（或小組分工來進行），得出技術經(jīng)濟數(shù)

4、據(jù)的估計值，再在多方案的基礎上確定最佳方案。說明書內(nèi)容包括有：1 引言2 選擇提升容器3 選擇提升鋼絲繩4 礦井提升機和天輪的選擇5 礦井提升機與井筒的相對位置的計算6 初選提升電動機7 礦井提升設備的基本動力學方程式8 提升設備的運動學計算9 提升設備的動力學計算10 提升電動機容量驗算11電耗及功率計算小結致謝三、對畢業(yè)設計的成果要求：設計說明書、設計圖紙文字、格式圖形符號、文字代號、必須是國家標準設計結果，必須符合設計大綱的要求。出現(xiàn)類同按抄襲處理。四、畢業(yè)設計工作進度計劃：起 迄 日 期2013年9月 2日9月 7日9月9日10月14日10月16日10月 21日10月23日11月9日1

5、1月11日11月16日11月18日11月28日11月30日12月15日工 作 內(nèi) 容畢業(yè)設計準備，資料收集。畢業(yè)設計方案初定畢業(yè)設計草圖、設計說明書擬定完成大綱指導書各項要求及全部內(nèi)容畢業(yè)設計圖紙審定、設計說明書定稿畢業(yè)設計準備答辯、進行組員間預答辯畢業(yè)設計圖紙、設計說明書上交并進行論文答辯學生所在系審查意見：教研室主任： 年 月 日目 錄第一章、 礦井提升設備的任務及發(fā)展歷史21.1 礦井提升設備的主要組成部分21.2 礦井提升系統(tǒng)3第二章、選擇提升容器52.1 選擇原則52.2 選擇計算52.2.1 確定合理的經(jīng)濟提升速度52.2.2 估算一次合理經(jīng)濟提升循環(huán)時間62.2.3 估算一次合理

6、經(jīng)濟提升量72.3 選擇提煤箕斗72.4 根據(jù)所選箕斗的實際載貨量m計算所需提升機提升的速度8第三章、選擇提升鋼絲繩103.1 選擇原則113.2 選擇計算113.2.1 計算鋼絲繩的繩端載荷質量143.2.2 計算鋼繩的最大懸垂長度143.2.3 計算鋼絲繩的單位長度質量143.3 根據(jù)選擇標準鋼絲繩153.4 驗算鋼絲繩安全系數(shù)15第四章、礦井提升機和天輪的選擇164.1 提升機滾筒直徑184.2 算作用在提升機上的最大靜張力和最大靜張力差184.3 確定減速器傳動比184.4 根據(jù)計算的194.5 驗算滾筒寬度194.5.1 首先考慮作單層纏繞時，每個卷筒的實際容繩寬度為：204.6 計

7、算天輪直徑204.7 選擇天輪20第五章、井提升機與井筒的相對位置的計算225.1 井架高度235.2 算滾筒中心至井筒中提升鋼絲繩間水平距離245.3 計算鋼絲繩的弦長245.4 鋼絲繩的內(nèi)外偏角計算255.5 驗算提升機滾筒的下出繩角28第六章、初選提升電動機296.1 估算電動機功率296.2 估算電動機轉速306.3 選電動機306.4 確定提升機的實際最大提升速度31第七章、礦井提升設備的基本動力學方程式347.1 提升系統(tǒng)的靜阻力357.2 變位質量357.2.1 直線運動部分的變位質量367.2.2 總變位質量37第八章、提升設備的運動學計算388.1 提升設備的運行規(guī)律388.

8、1.1 初加速度的確定39主加速度的確定39提升減速度的確定408.2 提升速度圖參數(shù)的計算418.2.2 主加速度階段42主減速階段42爬行階段42等速階段438.3.6 抱閘停車階段438.3 提升能力富裕系數(shù)44第九章、提升設備的動力學計算459.1 初加速階段459.2 主加速度階段459.3 等速階段469.4 減速階段469.5 爬行階段47第十章、提升電動機容量驗算4810.1 按電動機允許發(fā)熱條件驗算4810.1.2 求等效時間4910.1.3 求等效力5010.1.4 求等效功率5010.2 按正常運行時電動機過負荷能力驗算5010.2 特殊過負荷能力驗算51第十一章、電耗及

9、功率計算5211.1 每提升一次電耗5211.2 噸煤電耗：5311.3 年電耗：5311.4 一次提升有益電耗：5411.5 提升設備的效率：54小 結54致 謝55引 言 我國是世界第一產(chǎn)煤大國，煤炭是我國最主要的一次能源。在未來相當長的時期內(nèi)，我國以煤為主的能源供應和消費格局難以改變，隨著煤炭增長方式的轉變、煤炭用途的擴展，煤炭的戰(zhàn)略地位更加重要。黨中央國務院已經(jīng)明確提出了“要大力調整和優(yōu)化能源結構，堅持以煤炭為主體，以電力為中心，油氣和新能源全面發(fā)展”的戰(zhàn)略，進一步明確了煤炭在我國能源結構中的主體地位。目前我國煤炭主要是以井下方式開采，需要通過提升設備提升到地面以實現(xiàn)其使用價值和經(jīng)濟、

10、社會效益。提升作為重要的一個環(huán)節(jié)，在一定程度上制約著煤碳生產(chǎn)能力。提升設備的合理結構及設計，安全經(jīng)濟運行和科學管理維護，直接關系到礦井生產(chǎn)能力及技術經(jīng)濟指標?，F(xiàn)代采礦業(yè)的發(fā)展對提升設備在機械結構、工藝、設計理論和方法及安全檢測等方面都有明確的要求。礦井提升設備的功能特點及生產(chǎn)的基本環(huán)節(jié)，提升設備的合理結構及設計、安全經(jīng)濟運行和科學管理維護直接關系到礦井生產(chǎn)能力及經(jīng)濟技術指標。國家將在“十一五”期間對有發(fā)展?jié)摿Φ男∶旱V進行改造提升以滿足我國目前能源供應緊張的局面，更好的為全面建設社會主義小康社會提供“動力”支持。 目前我國中小型煤礦作為我國煤炭生產(chǎn)的重要部分其提升設備同大型煤礦及世界先進水平相比

11、，仍有很大差距，主要表現(xiàn)在： （1）提升設備的自動化水平較低，提升設備自動控制化控制較國內(nèi)與國外大型和先進煤礦提升系統(tǒng)落后； （2）提升設備的配套產(chǎn)品（鋼絲繩、大型電機、減速器等）的質量安全性能尚不能滿足要求，在一定程度上制約了提升設備的總體水平； （3）礦井提升的監(jiān)、檢手段落后、制動系統(tǒng)的可靠性明顯不足，有待進一步提高。近幾年煤炭開采與提升技術的發(fā)展速度很快，對提升機的要求必然隨著先進技術的進步而不斷發(fā)展,其發(fā)展趨勢是: （1）向適用型發(fā)展。 （2）向高耐久性,高可靠性方向發(fā)展。 （3）向智能化自動化方向發(fā)展。提升系統(tǒng)采用PLC控制監(jiān)測系統(tǒng)等，并可根據(jù)要求調節(jié)，信號用聲、光、影像來傳送。 （

12、4）向標準化、規(guī)范化方向發(fā)展。提升機零部件普遍標準化,規(guī)范化,保證設計、加工質量和水平。 （5）向高適應性發(fā)展。適應不同工作環(huán)境。 本文首先綜合比較根據(jù)經(jīng)濟效益和最大程度利用原則的實際情況選用了單繩纏繞式提升機的設計。然后，對單繩纏繞式提升機進行了總體結構設計并對其可靠性和可行性進行了分析。對提升機的主軸裝置、聯(lián)軸器、制動器等主要部件進行了技術分析和結構設計，完成了單繩纏繞式提升機的整體設計。此次設計的提升機主軸裝置、減速器與制動系統(tǒng)是配套專用產(chǎn)品，電動機的選擇可以靈活運用。這樣可以提升機的應用、維護、保養(yǎng)、檢測等方面系統(tǒng)進行，有效提高提升機的工作效率。此次設計的單繩纏繞式提升機的特點是結構簡

13、單、受力均勻、運行平穩(wěn)、摩擦阻力小、成本低、效率高、易于維護等特點，具有很強的適應性。第一章、 礦井提升設備的任務及發(fā)展歷史礦井提升設備的任務是：沿井筒提升煤炭、矸石；升降人員和設備；下放材料。它是井下生產(chǎn)系統(tǒng)和地面工業(yè)廣場相連接的樞紐，是礦山運輸?shù)难屎?。提升設備在運行的過程中要求具有安全性、可靠性和經(jīng)濟性。因此，礦井提升設備在礦山生產(chǎn)的全過程中占有極其重要的地位。我國提升設備的設計制造，是在新中國成立后開始的。1953年撫順重型機器廠制造了我國第一臺纏繞式雙滾筒提升機。1985年洛陽礦山機器廠設計制成了2×4多繩摩擦式提升機。1971年該廠又新設計制造了JK型新系列單繩纏繞式提升機

14、，采用了一些新結構，與老型號提升機相比較，提升能力平均提高了25.近一二十年來JK系列的提升機經(jīng)過進一步技術改進，主軸承選用雙列向心球面滾子軸承，調繩裝置采用徑向齒塊式的離合器，減速裝置行星齒輪減速器或硬齒面平行軸減速器，液壓制動系統(tǒng)可配置不同壓力的后置式液壓缸以及多條安全回油路的液壓站，配置有智能化控制的PLC可編程序控制器，保證恒減速的目的。新JK型提升機具有性能好，提升能力大，結構緊湊安全可靠操作及維修方便等優(yōu)點。目前我國新建和在建特大型礦井年產(chǎn)量愈來愈大，提升設備的任務愈加繁重，多繩摩擦式提升機與單繩纏繞式提升機相比，具有質量輕，體積小安全可靠適應較深礦井等優(yōu)點，這將是提升設備今后的發(fā)

15、展方向之一。近幾年來為提高勞動生產(chǎn)率和各項經(jīng)濟技術指標，在世界范圍內(nèi)一直進行著礦井提升設備的性能技術改造，提升設備在高效、大型化、自動化方面都有飛速的發(fā)展。我國大型礦山設備通過引進、消化和吸收果味先進技術，也有了可喜的進步。1.1 礦井提升設備的主要組成部分礦井提升設備的主要組成部分：提升容器、提升鋼絲繩、提升機及拖動控制系統(tǒng)、井架（或井塔）、天輪及裝卸設備等。1.2 礦井提升系統(tǒng)由于井筒條件（立井或斜井）及選用的提升容器和提升機的不同，可組成各種不同的礦井提升系統(tǒng)。較常見的有;立井單繩纏繞式箕斗提升系統(tǒng)立井單繩纏繞式罐籠提升系統(tǒng)立井多繩摩擦式箕斗提升系統(tǒng)立井多繩摩擦式罐籠提升系統(tǒng)斜井箕斗提升

16、系統(tǒng)斜井串車提升系統(tǒng)設計參數(shù)某礦主井采用雙箕斗提升，礦井年產(chǎn)量為80An(萬噸)，井筒深度220Hs(米)，工作制度：年工作日300天，日工作小時16h,裝載高度Hz=18M，卸載高度Hx=18M，散煤密度取=0.96噸/M3，礦山電壓等級為6KV.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，設計主井提升設備。設計主要內(nèi)容1 進行單繩纏繞式箕斗提升設備的選型計算。2 畫出速度圖及力圖，3 畫出提升機與井筒相對位置圖，4 畫出提升機房設備布置圖。5 畫出提升機液壓站原理圖6 CAD制動器布置圖具體設計數(shù)據(jù)：序號姓名礦井年產(chǎn)量An(萬噸)井深（M）容量（t）1802002802103XXX802200.964802305802

17、4068025078026088027098028010802901180300128031013803201480330第二章、選擇提升容器2.1 選擇原則提升容器的規(guī)格是提升設備選型計算的主要技術參數(shù)，它直接影響提升設備的初期投資和運轉費用。在礦井提升任務和提升高度確定之后，選擇提升容器的規(guī)格有兩種情況：一是選擇大規(guī)格的容器，即一次提升量較大，而提升次數(shù)少。這樣，因提升容器較大，所需要的提升鋼絲繩直徑和提升機滾筒直徑較大，初期投資較大；但提升次數(shù)較少，運轉費用較少。二是選擇小規(guī)格的容器，情況和上述相反，因而初期投資較少，而運轉費用則較多。那么，應該如何選擇提升容器的規(guī)格才是合理的呢？選擇原

18、則是：一次合理提升量應該使得初期投資費和運轉費的加權平均總和最少。根據(jù)確定的一次合理提升量，選擇標準的提升容器。2.2 選擇計算提升容器的規(guī)格和提升速度之間，存在著相互依賴、相互制約的復雜關系。對于這兩個參數(shù)的確定，國內(nèi)外的有關學者做了大量的分析研究工作，所得的結論也不相同。羅馬尼亞、匈牙利等國家采用較大的提升速度，而波蘭采用較低的提升速度。我國是在不加大提升機型號和井筒直徑的前提下，盡量采用較大的提升容器，比較低的速度運行，這樣能獲得較優(yōu)的運行經(jīng)濟指標。我國煤礦設計部門在選擇提升容器時，一般都采用經(jīng)濟速度法來計算。2.2.1 確定合理的經(jīng)濟提升速度H=Hs+Hx+Hz=220+18+18=2

19、56m=6.4m/s式中 經(jīng)濟提升速度，m/s H提升高度，m Hs簡稱卸載高度，m，箕斗：Hs=1825m,罐籠：Hx=0；Hz井筒深度，m。對于井筒深度Hs<200m,采用Vj=0.3;當Hs>600m時，采用Vj=0.5；一般情況下多取中間值，即Vj=0.4進行計算為宜。對于改建礦井及利用積壓的庫存設備時，可以不受上述的限制。2.2.2 估算一次合理經(jīng)濟提升循環(huán)時間=72.7s式中 Tj根據(jù)經(jīng)濟提升速度估算的一次提升循環(huán)時間，s；a提升加速度。m/s,罐籠提升時，a0.8m/s;U容器爬行階段附加時間，箕斗提升可取10s；罐籠提升可取5s；休止時間，箕斗提煤的休止時間見表2-

20、1表2-1箕斗休止時間箕斗規(guī)格/t689121620休止時間/s8101216202.2.3 估算一次合理經(jīng)濟提升量 式中 一次合理的經(jīng)濟提升量，t； An礦井年產(chǎn)量，t/a；C提升不均衡系數(shù)，對于主井提升設備：有井底煤倉時，c=1.11.5，無井底煤倉時，c=1.2;提升能力富裕系數(shù)，主井提升設備對第一水平應留有1.2的富裕系數(shù);提升設備年工作日數(shù)。提升設備日工作小時數(shù)。 2.3 選擇提煤箕斗根據(jù)計算出的一次合理的提升量mj選擇提升容器。，在箕斗規(guī)格表中（表2-2）選取與mj相等或接近的標準箕斗，其名義裝載量可以大于或小于mj。在不加大提升機滾筒直徑的前提下，應盡量選用大容量箕斗，以較低的速

21、度運行，降低能耗，減少運轉費用。查箕斗規(guī)格表（表2-2）選用JL-6型立井提煤箕斗，其技術規(guī)格如下：箕斗斗箱容積6.6 ；箕斗全高=9.45m；箕斗中心距S=1.87m；箕斗自身重量=5000kg；箕斗名義載貨量6t；箕斗實際載貨量m=6.27t。型號JL - 3JL - 4JL - 6JL - 8名義載重/t有效容積/提升鋼絲繩直徑/mm33.33144.43766.64388.843鋼絲繩罐道 直徑/mm數(shù)量 3250（根據(jù)提升高度確定） 4剛性罐道規(guī)格數(shù)量38kg/m 鋼軌2箕斗自重/kg最大終端載荷/N最大提升高度/m箕斗總高/mm箕斗中心距/mm適應井筒直徑/m 3800 4400

22、5000 550080000 95000 120000 145000 500 650 700 5007780 8560 9450 92501830 1830 1870 2100 4.5 4.5 4.55.0 5.0 適應提升機型號2JK-2.52JK-2.52JK-32JK-3.52JK-32JK-3.5表2-2 立井單繩箕斗規(guī)格表2.4 根據(jù)所選箕斗的實際載貨量m計算所需提升機提升的速度所需一次提升循環(huán)時間： = =3.7 是選擇提升及標準速度的一個依據(jù)。在選出提升機后，可據(jù)從提升機規(guī)格表中選用與相近的標準提升速度。必須說明，提升機的最大提升速度要遵循煤礦安全規(guī)程規(guī)定：(l)立井中用罐籠升降

23、人員的最大速度不得超過下式求得的數(shù)值，且最大不得超過12m/s. (2)立井升降物料的最大提升速度不得超過下式求得的數(shù)值:第三章、選擇提升鋼絲繩提升鋼絲繩的正確選擇，不僅關系到提升設備的安全可靠地運行，而且可以節(jié)約大量的優(yōu)質鋼材。提升鋼絲繩是提升系統(tǒng)的重要組成部分，它直接關系到礦井的正常生產(chǎn)和人員的安全，還是提升系統(tǒng)中經(jīng)常更換的易耗品。在礦井提升中，根據(jù)用途，選用合適的鋼絲繩，揚長避短，充發(fā)揮它們的作用。決定鋼絲繩的類型，首先應按以下原則確定：（1）使用中不松股；（2）符合使用場合及條件；（3）特別注意作業(yè)的安全。 （1）在靜筒淋水大，水的酸堿度高，以及在出風井中，由于腐蝕嚴重，應選用鍍鋅鋼絲

24、繩；（2）在磨損嚴重條件下使用的鋼絲繩，如斜井提升等，應選用外層鋼絲盡可能粗的鋼絲繩；（3）彎曲疲勞為主要損壞原因時，應選用接觸式或三角股繩；（4）實踐證明，提升鋼絲繩用同向捻繩較好，多繩摩擦提升用左右捻各半：單繩纏繞式提升鋼絲繩的選用原則是：為防止纏繞是松捻，鋼絲繩的捻向應與繩在卷筒上纏繞時的螺旋線方向一致，目前單繩纏繞多為右旋，所以多選右同向捻繩；（5）罐道繩最好用半密封繩或三角股繩，表面光滑，耐磨損；（6）用于溫度高或有明火的地方 。如矸石山等，最好用金屬繩芯鋼絲繩。提升鋼絲繩是煤礦提升運輸系統(tǒng)的一個重要組成部分，因此，煤礦安全規(guī)程（以下簡稱規(guī)程）對礦井提升鋼絲繩有專門規(guī)定。近年來，盡管

25、各礦按照規(guī)程的要求加強了提升鋼絲繩的檢查和保養(yǎng)，但是，每年仍然有斷繩事故發(fā)生。預防斷繩的措施  為了防止斷繩，龍固煤礦根據(jù)具體情況，分別采取了如下措施。（1） 合理選擇鋼絲繩。（2） 正確使用、維護鋼絲繩。（3） 防卡箕斗松繩。（4） 防過卷。（5） 預防過大的慣性力和沖擊力。（6） 防過載?；诽嵘龑嵭卸垦b載，斜井提升杜絕超掛車現(xiàn)象。   （7） 按規(guī)程要求健全各種保護裝置，并按規(guī)定定期試驗，確保各種保護裝置靈敏可靠。    （8） 加強對司機和信號工的安全培訓，強化安全意識，增強責任心和提高分析處理實際情況的

26、能力。信號工與司機協(xié)調配合，嚴格按照規(guī)程操作。    （9） 對提升設備的調整和維修制定了切實可靠的措施，并嚴格落實。    （10） 及時更換新繩。當提升鋼絲繩銹蝕、磨損、斷絲、安全系數(shù)等達到煤礦安全規(guī)程有關規(guī)定時，必須立即予以更換。副井提升作業(yè)復雜多變，通常以提升矸石為準來選擇鋼絲繩，但在選繩之后，應對提人時的安全系數(shù)進行驗算，以保證安全。3.1 選擇原則 力、接觸應力及擠壓應力等，這些應力的反復作用將導致疲勞破斷，這是鋼絲繩損壞的主要原因；另外磨損及銹蝕將影響鋼絲繩的性能并加速其損壞。因此綜合反映上述應力的疲

27、勞計算是一個復雜的問題，雖然國內(nèi)外學者在這方面作了大量的研究工作，取得了一些成就，但是由于鋼絲繩的結構復雜，影響因素較多，強度計算理論尚未完善，一些計算公式還不能確切地反映真正的應力情況。我國礦用鋼絲繩是按煤礦安全規(guī)程的規(guī)定來選擇的，其原則是：鋼絲繩應按最大靜載荷并考慮一定安全系數(shù)的方法進行計算。3.2 選擇計算圖31為豎井單繩提升鋼絲繩計算示意圖。由圖可知，鋼絲繩最大靜載荷Qmax是在A點，其值為QmaxQQzpHcmgmzgmp gHc 圖31 豎井鋼絲繩計算示意圖式中Qmax鋼絲繩最大靜載荷，N；Q 一次提升貨載的重力，N，Q mg ;Qz容器自身的重力，N，Qzmzg ;mz提升容器自

28、身質量， Kg;p鋼絲繩每米重力，N/m；p mp g ;mp提升鋼絲繩每米質量，kg/m； g 重力加速度，m/s2； Hc鋼絲繩最大懸垂長度m ，HcHjHsHz （3-2）Hs井筒深度，m；Hz裝載高度，m，罐籠提升，Hz0 ，箕斗提升，Hz1825m ；Hj井架高度，井架高度在尚未精確確定時，可按下面數(shù)值選?。汗藁\提升，Hj1525m ；箕斗提升，Hj3035m 。設B為鋼絲繩的抗拉強度，N/m2， S0為鋼絲繩所有鋼絲斷面積之和，m2。如果保證鋼絲繩安全工作必須滿足下式mmzmpHc （3-3）式中ma 鋼絲繩的安全系數(shù)。鋼絲繩的安全系數(shù)是指鋼絲繩鋼絲破斷拉力的總和與鋼絲繩的計算靜拉

29、力之比。但應當注意，安全系數(shù)并不代表鋼絲繩真正具有的強度儲備，只不過表示經(jīng)過實踐證明在此條件下鋼絲繩可以安全運行。具體數(shù)值按煤礦安全規(guī)程規(guī)定選取。煤礦安全規(guī)程規(guī)定單繩纏繞式提升設備采用的新鋼絲繩安全系數(shù)ma為：用途分類安全系數(shù)最低值備注單繩纏繞式提升裝置專為升降人員9單繩纏繞式提升裝置專為升降人員9升降人員和物料升降人員時9混合提升時9多層罐籠同一次升降人員和物料升降物料時7.5專為提升物料6.5摩擦輪式提升裝置專為升降人員9.20.0005鋼絲繩懸垂長度升降人員和物料升降人員時9.20.0005混合提升時9.20.0005多層罐籠同一次升降人員和物料升降物料時9.20.0005專為提升物料7

30、.20.0005表3-1 提升和懸掛用的新鋼絲繩在懸掛時的安全系數(shù)表（節(jié)摘自煤礦安全規(guī)程第376條）為解（3-3）式，需找出mp和S0的關系S0= （3-4）式中鋼絲繩密度，kg/m3。將式（3-4）代入（3-3）并化簡整理得mp （3-5）也可近似按鋼絲繩的平均密度9400 kg/m3計算，g10m/s2，則式（3-5）變?yōu)?mp3.2.1 計算鋼絲繩的繩端載荷質量式中 m一次提升貨載的質量，kgmz提示容器自身質量，kg3.2.2 計算鋼繩的最大懸垂長度 =32+220+18 =270m3.2.3 計算鋼絲繩的單位長度質量 = = =4.5kg/m 式中 ma鋼絲繩安全系數(shù)；3.3 根據(jù)選

31、擇標準鋼絲繩 查鋼絲繩規(guī)格表選用鋼絲繩：31NAT619股（1+6+12）NF1815ZZ662338.3GB1102-74 其技術規(guī)格如下：d=37mm,=4.97kg/m,=2.4mm（鋼絲直徑）；3.4 驗算鋼絲繩安全系數(shù)由于實際所選鋼絲繩的密度不一定是平均密度值，因此所選鋼絲繩是否滿足安全系數(shù)的要求必須按實際所選鋼絲繩的數(shù)據(jù)驗算其安全系數(shù):應滿足下式 即 = =6.6 所選鋼絲繩滿足要求第四章、礦井提升機和天輪的選擇礦井提升機是煤礦大型固定設備之一，它在礦井生產(chǎn)中占有極其重要的地位，正確合理地選擇提升機，具有重大的經(jīng)濟意義。提升機滾筒直徑D,是計算選擇提升機的主要技術數(shù)據(jù)。選擇滾筒直徑

32、的原則是鋼絲繩在卷筒上纏繞時不產(chǎn)生過大的彎曲應力，以保證其具有一定承載能力和使用壽命。理論與實踐已證明，繞經(jīng)滾筒和天輪的鋼絲繩，其彎曲應力的大小及其疲勞壽命取決于滾筒與鋼絲繩直徑的比值。圖4一1所示為鋼絲繩的彎曲試驗曲線，由曲線可知，在同一鋼絲繩直徑條件下，滾筒直徑愈大，彎曲應力愈小;在相同滾筒直徑條件下，繩徑愈小，彎曲應力愈小、即的比值愈大，彎曲應力愈小。圖4-2所示為在不同的彎曲條件下，鋼絲繩試驗載荷與其耐久性的關系曲線。由曲線可知，在試驗載荷相同時，愈大，鋼絲繩能承受的反復彎曲次數(shù)愈多，疲勞壽命愈長我國煤礦安全規(guī)程規(guī)定提升機滾筒直徑的確定與鋼絲繩直徑、鋼絲直徑的關系如下:對于地面使用的提

33、升機 D D對于井下使用的提升機 D D4.1 提升機滾筒直徑 D D 式中 D卷筒直徑，mm； d鋼絲繩直徑，mm 鋼絲繩中最粗的鋼絲直徑，mm，其值在煤礦固定設備選型使用手冊鋼絲繩規(guī)格表中查取。4.2 算作用在提升機上的最大靜張力和最大靜張力差提升機是按提升機系列規(guī)定的許用最大靜張力Fjmax和許用最大靜張力差Fcmax設計出來的。選用時，應使實際負荷所造成的最大靜張力和最大靜張力差小于或等于許用Fjmax和Fcmax，以保證提升機能正常工作，即：4.3 確定減速器傳動比 根據(jù)上面計算的=3.65m/s,在提升機規(guī)格表中選用與其相近的標準速度=3.7m/s，則即隨之確定減速器的傳動比i=2

34、04.4 根據(jù)計算的D、選擇提升機 查提升機規(guī)格表選用：2JK-3/20提升機其技術規(guī)格如下：D=3m,變位質量=111648kg；滾筒寬度B=1.5m，減速器許用最大轉矩=180000N；兩滾筒中心距為1628mm；鋼絲繩最大靜張力=135000N；鋼絲繩最大靜張力差=85000N4.5 驗算滾筒寬度選出提升機后，卷筒的標準寬度B則為已知，然后根據(jù)工作需要計算出卷筒的實際纏繞鋼絲繩的寬度進行驗算。卷筒寬度應能容納以下幾部分鋼絲繩：（1）提升高度H，m。（2）鋼絲繩試驗長度，煤礦安全規(guī)程規(guī)定，升降人員或升降人員和物料用的鋼絲繩，自懸掛時起每隔6個月試驗一次；專門升降物料用的鋼絲繩，自懸掛時起1

35、2個月時進行第一次試驗，以后每隔6個月試驗一次。試驗時每次剁掉5m，如果繩的壽命以3年考慮，則試驗繩長為30m。(3) 卷筒表面應保留3圈繩不動（稱為摩擦圈），以減輕繩與卷筒固定處的拉力。 (4) 多層纏繞時，上層到下層段鋼絲繩每季需錯動1/4圈，根據(jù)繩的使用壽命一般取錯動圈n=24圈。一般取纏繞在卷筒圓周表面上相鄰兩繩圈間隙寬度為=23mm，通常卷筒直徑為3m及以上時，取=3mm，其余取=2mm。4.5.1 首先考慮作單層纏繞時，每個卷筒的實際容繩寬度為： 取0.003m =（） =1.33m<B式中 B提升機所需的卷筒纏繞寬度，mm由以上計算知單層纏繩能纏下，故無需考慮采用雙層纏繞。

36、 4.6 計算天輪直徑 80d=8037=2960 mm 12004.7 選擇天輪根據(jù)計算的天輪直徑，查天輪規(guī)格表（表4-1）選用天輪TSG：名義直徑Dt=3000mm ,變位質量=781kg型號圖號繩槽底圓直徑Dmm繩槽半徑Rmm適用鋼絲繩直徑mm全部鋼絲破斷力總和N滾動軸承型號變?yōu)橘|量kg總質量kgTSG 1200/7TSG 1200/8.5B76-305.111200 711-131646403612104259 8.5>13-15TSG 1600/9.5B76-305.1216009.5>15-172984103616222593TSG 1600/1010>17-18

37、.5TSG 1600/1111>18.5-20TSG 2000/12B76-305.13200012>20-21.54493303620307841TSG 2000/12.512.5>21.5-23TSG 2000/13.513.5>23-24.5TSG 2500/15B76-305.14250015>24.5-2764827036245501512TSG 2500/1616>27-29TSG 2500/1717>29-31TSG 2500/18B76-305.15300018>31-3398980036307812466TSG 3000/191

38、9>33-35TSG 3000/2020>35-37表4-1 井上固定天輪基本參數(shù)第五章、井提升機與井筒的相對位置的計算提升機對于井筒的相對位置，應根據(jù)卸載作業(yè)方便、地面運輸?shù)暮喕约霸O備運行的安全而定。所有這些都應在礦井工業(yè)廣場的總體布置中解決。一般采用普通罐籠提升時，提升機房位于重車運行方向的對側；用箕斗提升時，提升機房位于卸載方向的對側。井架上的天輪，根據(jù)提升機的類型和用途，容器在井筒中的布置以及提升機房地點，裝在同一水平軸線上，或同一垂直面上。當井筒裝備有兩套提升設備時，兩套提升機與井筒的相對位置有:對側式、同側式、垂直式和斜角式，如圖5-1所示。對側式的優(yōu)點是井架受力易平

39、衡，同側式和斜角式的優(yōu)點是提升機房占地面積小。確定影響提升機相對位置的五個因素，即井架高度、提升機卷筒軸線與提升中心線的水平距離、鋼絲繩弦長、偏角和傾角。它們彼此相互制約、相互影響。5.1 井架高度井架高度為從井口至最上面的天輪軸心線間的垂直距離。單繩纏繞式提升機多采用鋼結構井架。為了節(jié)省鋼材，不能任意加大井架高度。但井架高度不符合要求時，工作不安全，甚至可能造成重大事故。因此必須正確計算井架高度。井架高度Hj由下式計算 =18+9.45+5+0.75 =33.95mm將計算的井架高度值圓整后取其中過卷高度規(guī)定見表5-2，提升速度為表中所列速度的中間值時，用插值法計算，計算步驟為：式中 Hx

40、-卸載高度，m; 容器全高，由容器底至連接裝置最上面一個繩卡的距離m，此值可由容器的規(guī)格表中查得; Rt天輪半徑，m; Hg過卷高度，m。卸載高度Hx，即為井口水平到卸載位置容器底部的高度，一般來說罐籠提升均在井口水平裝、卸載，這時Hx=0;對于箕斗提升，地面要設煤倉，煤倉的高度與倉的容積、生產(chǎn)環(huán)節(jié)自動化程度和箕斗卸載方式等因素有關，一般Hx=18 m25 m;過卷高度Hg是指容器從卸載時的正常位置，自由的提升到容器連接裝置上繩頭同天輪輪緣接觸點的高度。對于單繩纏繞式提升設備我國煤礦安全規(guī)程對過卷高度的規(guī)定見表5-2; 最后一項0.75 Rt是一段附加距離。這是因為過卷只計算到過卷時容器連接裝

41、置上繩頭與天輪輪緣相接觸點的距離。從這一接觸點至天輪中心的距離大約為0.75Rt。所以在計算井架高度Hj時，要將此段距離計入。表5-2立井提升裝置的過卷高度提升速度 * /m/s346810過卷高度/ m4.04.756.58.2510.0*提升速度為本表中所列速度的中間值時，用插值法計算。5.2 算滾筒中心至井筒中提升鋼絲繩間水平距離一般來說，在井筒與提升機房之間很難再設置其他建筑物，因此為節(jié)省占地面積，卷筒中心線至井筒中鋼絲繩間水平距離Ls愈小愈緊湊。但很據(jù)井架天輪受力情況又可看出，為了提高井架的穩(wěn)定性，使其具有較好的受力狀態(tài)，在井筒與提升機房之間，設有井架斜撐。斜撐的基礎與井筒中心的水平

42、距離約為0.6Hj；還應使提升機房的基礎與斜撐的基礎保證不接觸，考慮上述原因，Ls的最小值Lsmin可按經(jīng)驗公式計算。 取式中 Hj井架高度，m; D提升機滾筒直徑，m5.3 計算鋼絲繩的弦長 鋼絲繩弦長是鋼絲繩離開滾筒處至鋼絲繩與天輪接觸點的一段繩長。上下兩條繩弦長不完全相等。但近似認為滾筒中心至天輪中心的距離即為弦長。 當井架高度拭和滾筒中心線至井筒中鋼絲繩間水平距離Ls均已確定時，弦長Lx即為定值Lx按下式計算： 式中 Dt天輪直徑，m; C。滾筒中心線至井口水平的高差，m，此數(shù)值決定于提升機滾筒直徑、提升機房的結構和地形等情況，設i時一般取C。=1 m-2 m為了防止在運行中鋼絲繩振動

43、而跳出天輪繩槽，鋼絲繩弦長一般限制在60m以內(nèi)。5.4 鋼絲繩的內(nèi)外偏角計算 鋼絲繩的偏角是指鋼絲繩弦與通過天輪平面所成的角度，偏角有外偏角和內(nèi)偏角之分。在提升過程中，隨著滾筒轉動，鋼絲繩在滾筒上纏繞或放松，偏角是有變化的。煤礦安全規(guī)程規(guī)定最大外偏角和最大內(nèi)偏角均不得超過，作單層纏繞時最大內(nèi)偏角。還應保證不咬繩。 鋼絲繩的偏角過大有兩個缺點 (1)加劇了鋼絲繩與天輪輪緣的磨損，降低了鋼絲繩使用壽命。磨損嚴重時，還可能引起斷繩事故;(2)某些情況下，當鋼絲繩纏向滾筒時會發(fā)生“咬繩”現(xiàn)象。由圖52所示。如果鋼絲繩內(nèi)偏角2過大，弦長的脫離段與鄰圈鋼絲繩不是相離而是相交，如圖中A點所示，這就是“咬繩”

44、。即使在內(nèi)偏角2不太大的情況下，由于滾筒上繩圈間隙較小、鋼絲繩直徑較大或滾筒直徑較大，也會導致“咬繩”?！耙ЮK”加劇了鋼絲繩的磨損。圖5-3，給出避免“咬繩”時內(nèi)偏角允許角度曲線。分析圖5-3中曲線可看出，一臺3.5 m直徑的提升機，若選用的鋼絲繩直徑d=43.5mm而鋼絲繩纏繞在滾筒上的繩圈間隙=2mm時，不“咬繩”時內(nèi)偏角只有44'，遠小于l。30。但若將值增加至4mm時，允許內(nèi)偏角則增大到1,19。所以避免“咬繩”的有效措施是適當增大值。然而增大，減小了滾筒的容繩量，有時甚至要采用直徑更大的提升機，這也是不經(jīng)濟的。因此要根據(jù)礦井具體情況及“咬繩”程度全面考慮問題。當鋼絲繩在滾筒上

45、做雙層纏繞時，已經(jīng)加劇了鋼絲繩的尾損，這時即亡吏有輕度咬繩，一般也可不予考慮。圖5-2 鋼絲繩在卷筒上纏繞時“咬繩”示意圖因為雙滾筒提升機是單層纏繞，所以最大外偏角： = 式中 B提升機卷筒寬度，m； S提升機兩天輪間距離，此值決定于容器規(guī)格及容器在井筒中的布置方式，與采用的罐道形式也有關； a兩卷筒之間的間隙，m，不同形式的提升機a值不盡相同，可從礦山固定設備選型使用手冊提升機規(guī)格表中的有關參數(shù)得出； d鋼絲繩直徑，m； 鋼絲繩纏繞在卷筒上的繩圈間隙，m； Ls鋼絲繩弦長，m。其中a=兩滾筒中心距滾筒寬度，即a=1.628-1.5=0.13最大內(nèi)偏角： = = =式中 H提升高度，m:D-提

46、升機滾筒直徑，m。 內(nèi)外偏角均小于，因為提升鋼絲繩在滾筒上做單層纏繞故需要考慮“咬繩”問題，分析圖5-2內(nèi)偏角允許角度曲線可看出，直徑2.5m的提升機，鋼絲繩直徑d=31mm,鋼絲繩纏在滾筒上的繩圈間隙時，不“咬繩”的允許內(nèi)偏角為，故不會產(chǎn)生“咬繩”現(xiàn)象。滿足煤礦安全規(guī)程要求。5.5 驗算提升機滾筒的下出繩角卷筒出繩角的大小，影響提升機主軸的受力情況。設計JK型提升機時，是以上出繩角為零度，下出繩角為15°考慮的。卷筒的實際出繩角度增大時對提升機主軸的工作有利。當<15°，鋼絲繩有可能與提升機基礎接觸，增大了鋼絲繩的磨損。為此，對于JK型提升機，只需檢驗下出繩角，令其

47、大于15°就可以了。 =滾筒下出繩滿足要求。最后畫出提升機與井筒相對位置圖（見附錄圖）圖5-3 不產(chǎn)生“咬繩”的內(nèi)偏角允許角度曲線第六章、初選提升電動機為了對提升設備進行動力學計算，應預選提升電動機。 礦井提升電動機有交流和直流兩類。目前，我國礦山廣泛采用交流繞線式感應電動機。其優(yōu)點是設備簡單，投資少；缺點是加速和低速運行階段電能消耗較大，調速受一定限制。當電動機容量超過1000kw時，因我國目前制造廠生產(chǎn)供應的高壓換向器的容量不夠，故不宜采用單電動機交流拖動，應考慮采用直流電動機拖動。直流拖動有電動發(fā)電機組供電和晶閘管供電兩種類型。直流拖動的優(yōu)點是調速性能好，電耗小，易于實現(xiàn)自動化

48、。但如采用電動機發(fā)電組，則設備費用較高。隨著電子技術的飛速發(fā)展，硅整流器已能夠很好的克服電動機發(fā)電組設備費用較高的缺點。因此，采用晶閘管供電的直流電動機拖動在國內(nèi)外的大型及特大型礦井也已得到了推廣應用。我國礦井提升中廣泛采用的三相交流繞線式電動機的初選計算。用于礦井提升的三相交流繞線式感應電動機有高壓和低壓兩大系列。電動機功率大于200kw時應選用3000v和6000v的高壓電動機，200kw以下時可選用380v的低壓電動機。必須說明：當選用高壓電動機時，我國新建礦井一律采用6000v的額定電壓等級，只有改建的老礦井仍可采用3000v額定電壓等級。初選提升電動機的依據(jù)是：電動機的功率、轉數(shù)及電

49、壓等級。在進行提升設備動力學計算之前要進行電動機的預選。一般情況下先預選電動機，動力學計算完后再進行電動機的驗算。6.1 估算電動機功率N=式中 P-提升電動機估算功率,kW v一提升電動機的標準速度，m/s; k礦井阻力系數(shù)，箕斗提升k=1.15,罐籠提升k=1.2;m次提升實際貨載質量,kg;Q次提升實際貨載重量,N; 考慮提升系統(tǒng)運轉時，有加、減速度及鋼絲繩重力等因素影響的系數(shù)，箕斗提升=1.2-1.4,罐籠提升=1.4; j-減速器傳動效率，單級傳動，j=0.90,雙級傳動，j =0.85行星輪減速器時，j=0.926.2 估算電動機轉速式中 i減速器的傳動比; D提升機滾筒直徑，m。6.3 選電動機根據(jù)N、n，查電動機規(guī)格表（表6-1），選用YRKK5603/12繞線型異步電動機，其技術規(guī)格如下：Ne=400kw；飛輪轉矩；轉速;滿載時效率；最大轉矩/額定轉矩;額定電壓6kv。6.4 確定提升機的實際最大提升速度 電動機選出后，轉數(shù)已確定，提升機實際最大提升速度就可以確定，計算公式為式中 v一提升機實際最大提升速度m/s Ne已選出電動機的額定轉數(shù)r/min由上式計算出