礦山機械課程設(shè)計 礦井提升設(shè)備選型計算.ppt

1、礦井提升設(shè)備選型計算,1,14:25, 1 基本原則、設(shè)計依據(jù)和內(nèi)容 2 提升容器的選擇 3 提升鋼絲繩選擇計算 4 礦井提升機和天輪的選擇計算 5 礦井提升機與井筒相對位置的計算 6 提升電動機的初選計算,第一節(jié) 基本原則、設(shè)計依據(jù)和內(nèi)容,一、選型設(shè)計的基本原則與設(shè)計依據(jù)選型設(shè)計的基本原則 一般情況下，年產(chǎn)量在30萬噸及其以上的大中型礦井，由于提升任務重，可設(shè)兩套提升設(shè)備，主井采用箕斗提升，副井采用罐籠提升。 對于年產(chǎn)量超過180萬噸的特大型礦井，主井可采用兩套箕斗提升設(shè)備，副井除配備一套罐籠提升設(shè)備外，有時尚需設(shè)置一套帶平衡錘的單容器提升設(shè)備作輔助提升。 對于年產(chǎn)量小于30萬噸的礦井，可采

2、用兩套罐籠提升設(shè)備，或采用一套罐籠提升設(shè)備進行混合提升。,14:25,2,對于大中型礦井，除考慮年產(chǎn)量外，還應考慮：如果煤的品種較多，且要求不同品種分別外運時，宜采用罐籠提升為宜。如果對煤塊度要求較高時，宜采用罐籠提升。地面生產(chǎn)系統(tǒng)靠近井口，采用箕斗提升可簡化煤的生產(chǎn)流程；若遠離井口，且需窄軌運輸，則宜采用罐籠提升。單水平開采時，一般采用雙容器提升。當多水平提升時，一般采用單容器加平衡錘的提升系統(tǒng)。,選型設(shè)計的基本原則與設(shè)計依據(jù),14:25,3,在立井提升中，一般當年產(chǎn)量超過60萬噸、井深在300350m以上時，采用多繩摩擦式提升為好；如果井深更大，即使年產(chǎn)量較小，也以多繩摩擦式提升為宜。對于

3、斜井或較淺的立井應采用單繩纏繞式提升設(shè)備。 對于斜井提升方式主要有串車、箕斗和膠帶輸送機三種。串車提升一般用于井筒傾角小于25的礦井。對于年產(chǎn)量在20萬噸及其以下的礦井，一般采用單鉤串車提升；當年產(chǎn)量達30萬噸，而提升距離較短時，一般采用雙鉤串車提升?；诽嵘话阌糜谀戤a(chǎn)量在45萬噸以上，井筒傾角大于25的礦井。膠帶輸送機一般用于年產(chǎn)量較大，距離較長的斜井中。,選型設(shè)計的基本原則與設(shè)計依據(jù),14:25,4,主井提升礦井年產(chǎn)量An t/年；工作制度：年工作日br，日工作小時t。煤礦工業(yè)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，br=300天，t=14h； 礦井開采水平數(shù)、各水平井深Hs及各水平的服務年限；提升方式：箕斗或罐

4、籠；卸載水平與井口的高差（卸載高度）Hx，m；裝載水平與井下運輸水平的高差（裝載高度）Hz，m；煤的松散密度，t/m3；礦井電壓等級。,設(shè)計依據(jù),14:25,5,副井提升井筒各水平深度Hs，m；矸石提升量，若無特別規(guī)定，一般按煤炭產(chǎn)量的15%25%計算；最大班下井人數(shù)，一般按每天下井人數(shù)的40%計算；礦車型號、規(guī)格；每班運送材料、設(shè)備、炸藥等的數(shù)量；送往井下最大設(shè)備的尺寸和最重部件質(zhì)量。,設(shè)計依據(jù),14:25,6,提升容器計算和選擇 提升鋼絲繩計算和選擇 提升機滾筒直徑的計算和選擇 天輪直徑的計算和選擇 電動機功率初選 提升機與井筒相對位置計算 運動學及動力學計算 初選電動機功率的驗算 主井提

5、升噸煤電耗及效率計算 副井提升最大班作業(yè)時間平衡表制定,設(shè)計內(nèi)容,14:25,7,第二節(jié) 提升容器的選擇計算,14:25,8,1. 小時提升量Ah 式中 c提升不均衡系數(shù)。煤礦工業(yè)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，有 井底煤倉時為1.101.15，無井底煤倉時為1.20； af提升能力富裕系數(shù)。主井提升設(shè)備對第一水平留有20%的富裕能力， af =1.2。 br提升設(shè)備年工作日數(shù)，一般300d。 t提升設(shè)備工作小時數(shù)，一般14h。 An礦井年產(chǎn)量。,A,14:25,9,2. 合理的經(jīng)濟提升速度 式中 H提升高度， H=Hs+Hx+Hz，m。 卸載高度，m。 礦井深度，m。 裝載高度，m。 提升高度愈大，其系數(shù)取值

6、愈大。一般情況下，當H600m時取0.5為宜,第二節(jié) 提升容器的選擇計算,Hx,Hs,Hz,此外，煤礦安全規(guī)程對提升速度作了規(guī)定 立井罐籠升降人員的最大速度不得超過0.5 ，并且最大速度的數(shù)值不得超過12m/s；專為升降物料的立井提升，最大速度不得超過0.6 。對于斜井升降人員或使用礦車運輸物料的最大速度不得超過5m/s；用箕斗提煤（或矸石）的最大速度不得超過7m/s；當鋪設(shè)固定道床，采用重型鋼軌時，箕斗提煤的最大速度不得超過9m/s。,煤礦安全規(guī)程,14:25,10,3. 估算一次提升循環(huán)時間 a提升加速度：升降人員，a0.75m/s2；升降物料， a0.8m/s2 u容器爬行階段附加時間，

7、箕斗取10s，罐籠取5s 休止時間，箕斗的休止時間見下表,一次提升循環(huán)時間,箕 斗 休 止 時 間,14:25,11,3. 估算一次提升循環(huán)時間 休止時間，罐籠的休止時間見下表,一次提升循環(huán)時間,普通罐籠進出礦車休止時間（s）,14:25,12,3. 估算一次提升循環(huán)時間 4. 一次經(jīng)濟合理提升量,一次提升循環(huán)時間,14:25,13,1）根據(jù)計算出的一次合理提升量值，從箕斗規(guī)格表中選取接近的標準箕斗； 2）在不增大提升機規(guī)格及井筒直徑的前提下，選擇較大的提升容器，采用較低的提升速度，節(jié)省電耗，比較經(jīng)濟合理。 6.箕斗選定后，計算一次提升循環(huán)時間Tx和所需提升速度vm s m/s,箕斗選擇原則,

8、14:25,14,立井箕斗規(guī)格表,14:25,15,副井罐籠提升應考慮以下規(guī)定： 最大班工人下井時間不超過40min； 罐籠提升最大班凈作業(yè)時間，一般不超過5h。 在計算最大班下井人員、矸石及材料提升時間時應遵守下列規(guī)定：升降工人時間，按下井工人提升時間的1.5倍計算；升降其他人員時間，按升降工人時間的20%計算；提升矸石按日出矸量的50%考慮，運送坑木按日需要量的50%考慮。 對于混合提升設(shè)備的提升能力，應同時符合下述要求：最大班工人下井時間不超過40min；每班提煤和提矸時間均計入1.25倍不均勻系數(shù)，并且總計不超過5.5h。,罐籠選擇原則,14:25,16, 能夠運送井下設(shè)備的最大和最重

9、部件； 普通罐籠進出車（材料車和平板車）的休止時間為4060s； (6)升降人員的休止時間采用：單層罐籠每次升降5人及以下時為20s；超過5人，每增加1人增加1s；對于雙層罐籠，如兩層中的人員同時進出罐籠，休止時間比單層罐籠增加信號聯(lián)系時間2s；當兩層中的人員都由一個平臺進出時，休止時間比單層罐籠增加一倍并另加置換罐籠時間6s。,罐籠選擇原則,14:25,17,第三節(jié) 提升鋼絲繩的選擇計算,1提升鋼絲繩的安全系數(shù) 根據(jù)煤礦安全規(guī)程的規(guī)定，按最大靜載荷并考慮一定安全系數(shù)的方法進行計算。 安全系數(shù)是指鋼絲繩各鋼絲拉斷力的總和與鋼絲繩最大靜拉力之比。 煤礦安全規(guī)程對提升鋼絲繩的安全系數(shù)ma作了明確規(guī)

10、定。,14:25,18,14:25,19,提升鋼絲繩在工作中將受到各種載荷的作用：靜應力、彎曲應力、編捻應力、接觸應力動應力等。 上述應力的反復作用將引起鋼絲疲勞，再加磨損和侵蝕作用，鋼絲繩經(jīng)過使用必然要損壞。 直到目前，尚無既完善又簡便的汁算上述應力的方法。 提升鋼絲繩的計算仍是根據(jù)安全規(guī)程的規(guī)定，按照鋼絲繩最大靜負荷，并采用一較大的安全系數(shù)進行計算的。,安全規(guī)程規(guī)定鋼絲繩安全系數(shù),14:25,20,多繩摩擦鋼絲繩安全系數(shù)討論,14:25,21,根據(jù)我國的具體情況,參照各國的規(guī)定,煤炭主管部門多次組織專家反復研究論證,1992年頒布的煤礦安全規(guī)程第376條中規(guī)定的摩擦輪式提升裝置的鋼絲繩安全

11、系數(shù)為: 專為升降人員時9.2-0.000 5H 升降人員和物料時： 當升降人員時：9.2-0.000 5H 當混合提升時：9.2-0.000 5H 當升降物料時：8.2-0.000 5H 專為升降物料時：7.2-0.000 5H H為鋼絲繩的懸掛長度,2提升鋼絲繩的類型選擇在選擇鋼絲繩時，應考慮以下因素：在井筒淋水大、水的酸堿度高以及出風井中，應選用鍍鋅繩。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，或線接觸、面接觸鋼絲繩。彎曲疲勞為主要破壞原因時，應選用線接觸式或三角股繩。一般立井或斜井箕斗提升用同向捻較好，多繩摩擦提升用左右捻各半，斜井串車提升采用交互捻，

12、單繩纏繞提升多選右捻。罐道繩多用密封或三角股繩，其表面光滑，耐磨損。用于溫度高或有明火的地方，應選用石棉繩芯或金屬繩芯鋼絲繩。,提升鋼絲繩的選擇,14:25,22,立井單繩纏繞提升鋼絲繩的選擇計算鋼絲繩最大靜載荷Qmax為： Qmax = m g + mz g + mp g Hc m一次提升貨載質(zhì)量,kg； mz提升容器質(zhì)量,kg； mp提升鋼絲繩每米質(zhì)量，kg/m。 (P274),Hc,Hj,Hs,Hz,A,提升鋼絲繩規(guī)格選擇計算,14:25,23,返回,立井單繩纏繞提升鋼絲繩的選擇計算鋼絲繩最大靜載荷Qmax為： Qmax = m g + mz g + mp g Hc 設(shè)：b為鋼絲繩鋼絲抗

13、拉強度（N/m2） As為鋼絲繩各鋼絲斷面積之和（m2） 0為鋼絲繩線密度（kg/m），則需要滿足,Hc,Hj,Hs,Hz,A,提升鋼絲繩規(guī)格選擇計算,14:25,24,As與mp有如下關(guān)系 求得： kg/m 計算出鋼絲繩每米質(zhì)量mp后，可以從鋼絲繩規(guī)格表中選取稍大于mp的鋼絲繩，并查出該繩所有鋼絲的破斷力之和Qq，驗算所選鋼絲繩 滿足上式即說明所選鋼絲繩合適。否則應選取大一些的鋼絲繩，并重新進行驗算。,14:25,25,14:25,26,立井多繩摩擦提升鋼絲繩的選擇 對于等重尾繩提升系統(tǒng)，提升鋼絲繩在A點受最大靜張力，且重載容器在任何位置時，其值不變，可得： 驗算公式為,Hs,Hc,Hx,H

14、z,Hh,H0,Hj,h0,H,A,提升鋼絲繩根數(shù),每根提升鋼絲繩每米質(zhì)量,提升鋼絲繩規(guī)格選擇計算,A,14:25,27, 對于重尾繩，= n2 mqn1 mp 0。當重容器在井口卸載位置時，主繩在A點受最大靜拉力，其值為 同樣可得 驗算公式為 對于輕尾繩系統(tǒng)= n2 mqn1 mp 0 ，當重容器在井底裝載位置時，提升鋼絲繩在A點受最大靜拉力。 平衡尾繩是為了平衡提升鋼絲繩的重量而獲得等力矩設(shè)置的，目前新建礦井大多數(shù)都使用圓股鋼絲繩作平衡尾繩，一般采用兩條。,尾繩根數(shù),每根尾繩每米質(zhì)量,0，等重尾繩，常采用 0，重尾繩，有時采用 0，輕尾繩，很少采用,14:25,28,第四節(jié) 提升機的選擇計

15、算,1、提升機卷筒（或摩擦輪）直徑的確定 選擇卷筒（或摩擦輪）直徑D的主要原則是使鋼絲繩在卷筒（或摩擦輪）上纏繞時不致產(chǎn)生過大的彎曲應力，以保證鋼絲繩的一定承載能力和使用壽命。 理論和實踐都證明，繞經(jīng)卷筒和天輪的鋼絲繩彎曲應力大小及其使用壽命，取決于卷筒與鋼絲繩直徑的比值。煤礦安全規(guī)程規(guī)定： 根據(jù)上式計算D值后，從提升機規(guī)格表中選擇標準提升機。,鋼絲繩直徑，mm,鋼絲直徑，mm,14:25,29,根據(jù)計算值D，選擇標準卷筒直徑： 。 選定了標準卷筒直徑后，卷筒的標準寬度B則為巳知，然后根據(jù)實際需要在卷筒上纏繞的鋼絲繩長度來計算卷筒的實際寬度B。,卷筒寬度的驗算,3、卷筒寬度的驗算卷筒上所需纏繞

16、的鋼絲繩總長度包括以下部分： 提升高度H，m；H = Hs + Hx + Hz 鋼絲繩試驗長度Ls：規(guī)定每半年剁繩頭一次，每次剁掉5m，按提升鋼絲繩的使用壽命為三年計，則試驗長度為30m每6個月剁繩頭5m 。 為減少鋼絲繩在卷筒固定處的拉力，按規(guī)定應保留3圈不動（稱摩擦圈）； 多層纏繞時，為了避免上下層鋼絲繩總是在一個地方過渡，需要在每季度將鋼絲繩錯動1/4圈，一般錯繩圈數(shù)n 24圈。,卷筒寬度的驗算,14:25,31,卷筒寬度的驗算卷筒的寬度B： 單層纏繞時 多層纏繞時,相鄰兩繩圈間的間隙，一般為23mm,多層纏繞時鋼絲繩平均纏繞直徑,纏繞層數(shù),卷筒寬度的驗算,14:25,32,單繩纏繞提升

17、機卷筒,14:25,33,4繩摩擦提升機滾筒,14:25,34,2、天輪的選擇根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，天輪直徑Dt按以下條件確定： 天輪可分為固定天輪和游動天輪。 井上固定天輪按結(jié)構(gòu)形式有三種類型：當直徑 3 000 mm時采用整體鑄鋼結(jié)構(gòu)，直徑為 3 500 mm時采用模壓焊接結(jié)構(gòu)，直徑為4 000 mm時采用模壓鉚接結(jié)構(gòu)。 游動天輪輪體制成整體鑄鋼結(jié)構(gòu)型式，采用光軸，其兩端裝有滾動軸承使其輪體既能在軸上滑動，又能隨軸一起轉(zhuǎn)動。,天輪的選擇計算,14:25,35,14:25,36,14:25,37,固定天輪型號 天輪直徑m 鋼絲繩直徑mm 兩軸承中心距離mm TZG600 0.6 14 355

18、 TZG800 0.8 16 355 TZG1000 1.0 18 470 TZG1200 1.2 20 470 TZG1600 1.6 24 500,游動天輪基本尺寸 型號 天輪直徑（m）鋼絲繩直徑（mm）最大游動距離（mm）兩軸承中心距（mm） TZD-600/300 0.6 16 300 670 TZD-800/700 0.8 20 700 1100 TZD-1000/800 1.0 20 800 1250 TZD-1400/740 1.4 24.5 740 1300 TZD-1400/1350 1.4 24.5 1350 1900,游動天輪的輪體除作旋轉(zhuǎn)運動外，還可以軸向移動，主要適用

19、于串車提升。,說明：,14:25,38,4、提升機強度校核從提升機規(guī)格表中，可查得提升機允許的最大靜張力Fjm和最大靜張力差Fjc，按下式驗算提升機強度是否滿足要求。 （1）對于纏繞式提升機 系統(tǒng)最大靜張力為提升機處于井底裝載位置、且滿載時，A點靜張力,提升機強度校核,14:25,39,P23,4、提升機強度校核 （1）對于纏繞式提升機 系統(tǒng)最大靜張力差為提升機處于井底裝載位置、且滿載時A點的最大靜張力，與提升機位于井口卸載位置、空載時的最小靜張力之差,提升機強度校核,14:25,40,Fjc= mg + mp g（HC - Hj） 或 Fjc= mg + mp g（HS + HZ）,P23,

20、4、提升機強度校核從提升機規(guī)格表中，可查得提升機允許的最大靜張力Fjm和最大靜張力差Fjc，按下式驗算提升機強度是否滿足要求。 （2）對于摩擦式提升機等重尾繩 重尾繩 輕尾繩,提升機強度校核,14:25,41,多繩摩擦提升機為保證摩擦襯墊的性能，延長使用壽命，規(guī)定了襯墊的允許比壓pb 實際比壓pb為 pbpb 如果以上驗算通過，則所選提升機可用，否則必須改選用摩擦輪直徑較大的提升機，或直徑不變而將原來選用的四繩提升機改用六繩提升機。,Fjs上升側(cè)鋼絲繩總的靜張力，N; Fjs = mg + mz g + n1 mp g (Hc+h0) + n2 mq g Hh,Fjx下放側(cè)鋼絲繩總的靜張力，N

21、; Fjx = mz g + n1 mp g h0 + n2 mq g ( H + Hh),應達到2MPa,摩擦系數(shù)不小于0.2，宜采用0.25以上。,摩擦襯墊比壓,14:25,42,德國 GDM326進口材料高性能摩擦襯墊,1.在各種工況下GDM326進口材料高性能摩擦襯墊的摩擦系數(shù)均大于0.28，完全滿足多繩摩擦式提升機的使用要求。,2.機械強度高，不含損傷鋼絲繩的物質(zhì)，易于現(xiàn)場加工繩槽。,14:25,43,第五節(jié) 提升機與井筒相對位置的計算,提升機安裝地點選定后，要確定影響提升機相對位置的五個因素，即井架高度Hj、滾筒中心線與井筒中提升鋼絲繩間的水平距離Ls 、鋼絲繩弦長Lx 、偏角和下

22、出繩角 。它們彼此相互制約，互相影響。,14:25,44,井架高度是指從井口水平到天輪中心軸線間的垂直距離。 Hj = Hx + Hr + Hg + 0.75Rt 式中： Hx 卸載距離。由井口水平到卸載位置容器底部。罐籠為0?；?8-25m,并與煤倉的參數(shù)和箕斗卸載方式有關(guān) Hr容器全高。有底部到連接裝置最上面一個繩卡的距離。,井架高度Hj,14:25,45,井架高度是指從井口水平到天輪中心軸線間的垂直距離。 Hj = Hx + Hr + Hg + 0.75Rt 式中： Hg 過卷高度。最上面繩卡到天輪輪緣的高度。規(guī)程：罐籠最大提升速度小于3m/s時， Hg 4m；最大提升速度大于或等于3

23、m/s時， Hg 6m；箕斗： Hg 4m 0.75Rt天輪與繩卡或繩頭相碰處至天輪軸線尚有一段距離，約為0.75Rt,井架高度Hj,14:25,46,Hj的計算值應圓整為整數(shù)值,1、允許最大內(nèi)外偏角2max、1max的確定鋼絲繩的偏角是指鋼絲繩弦與通過天輪平面所形成的角度，有內(nèi)偏角和外偏角之分。 偏角過大將會導致加劇鋼絲繩與天輪間的磨損，降低鋼絲繩的使用壽命，磨損嚴重時還會引起斷繩事故。因此，煤礦安全規(guī)程規(guī)定，內(nèi)外偏角不得超過130。如果內(nèi)偏角過大，當鋼絲繩纏繞卷筒時，繩弦與已纏繞到卷筒上的繩圈會相互接觸，并產(chǎn)生磨損，這一現(xiàn)象稱為“咬繩”，因此，最大內(nèi)偏角2max，不僅受煤礦安全規(guī)程的上述限制，同時還受不“咬繩”的限制。,提升機與井筒相對位置的計算,14:25,47,3.