上篇(第一章 礦山運輸設(shè)備的理論計算基礎(chǔ))

1、礦井提升運輸?shù)V井提升運輸孟巧榮孟巧榮太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院目錄 上篇上篇緒論緒論第一章第一章 礦山運輸設(shè)備的礦山運輸設(shè)備的 理論計算基礎(chǔ)理論計算基礎(chǔ)第二章第二章刮板輸送機刮板輸送機第三章第三章帶式輸送機帶式輸送機第四章第四章礦用機車礦用機車第五章第五章輔助運輸設(shè)備輔助運輸設(shè)備下篇下篇第一章第一章 提升設(shè)備提升設(shè)備第二章第二章 斜井提升斜井提升第三章第三章 摩擦提升摩擦提升緒論緒論一、礦井開拓系統(tǒng)一、礦井開拓系統(tǒng)二、礦山機械的分類二、礦山機械的分類刨煤機機械牽引采煤機電牽引采煤機雙滾筒采煤機單滾筒采煤機采煤機橫截割頭縱截割頭掘進(jìn)機液壓支架單體液壓支柱金屬支柱支護(hù)設(shè)備采掘

2、機械空氣壓縮機通風(fēng)機排水設(shè)備流體機械塔式落地式摩擦提升機）纏繞式提升機（落地式立井提升斜井提升提升設(shè)備輔助運輸電機車運輸帶式輸送機刮板輸送機運輸機械礦山機械三、礦井運輸?shù)娜蝿?wù)三、礦井運輸?shù)娜蝿?wù)(提煤出矸、下料運人提煤出矸、下料運人)1. 向外運送煤炭向外運送煤炭(主井主井)和矸石。（副井）和矸石。（副井）2. 向內(nèi)運送設(shè)備和材料。（副井）向內(nèi)運送設(shè)備和材料。（副井）3. 運送工作人員。（副井）運送工作人員。（副井）四、礦井運輸?shù)奶攸c四、礦井運輸?shù)奶攸c1. 井下巷道狹窄。井下巷道狹窄。(設(shè)備應(yīng)緊湊、尺寸小設(shè)備應(yīng)緊湊、尺寸小)2. 運輸環(huán)節(jié)較多。（運輸線路交叉連接、轉(zhuǎn)載次數(shù)多）運輸環(huán)節(jié)較多。（運輸

3、線路交叉連接、轉(zhuǎn)載次數(shù)多）3.設(shè)備流動性強。（隨工作面搬遷經(jīng)常移動）設(shè)備流動性強。（隨工作面搬遷經(jīng)常移動）4. 設(shè)備種類繁多。（適應(yīng)工作需要，需多種裝、卸載輔助設(shè)備種類繁多。（適應(yīng)工作需要，需多種裝、卸載輔助設(shè)備）設(shè)備）5.工作環(huán)境惡劣。（水、粉塵、瓦斯）（運動部件強度高、工作環(huán)境惡劣。（水、粉塵、瓦斯）（運動部件強度高、剛度大、韌性好、耐磨損）（設(shè)備耐腐蝕、耐粉塵、防剛度大、韌性好、耐磨損）（設(shè)備耐腐蝕、耐粉塵、防爆炸）爆炸）五、運輸提升設(shè)備類型五、運輸提升設(shè)備類型按運行方式分：按運行方式分：1. 連續(xù)運行式設(shè)備連續(xù)運行式設(shè)備一經(jīng)開動能連續(xù)不斷的運送貨載。一經(jīng)開動能連續(xù)不斷的運送貨載。特點整

4、機長度與運輸距離相等；運輸能力與運輸距離特點整機長度與運輸距離相等；運輸能力與運輸距離無關(guān)；連續(xù)運行。無關(guān)；連續(xù)運行。2. 往返運行式設(shè)備往返運行式設(shè)備設(shè)備按一定循環(huán)方式作周期性往返設(shè)備按一定循環(huán)方式作周期性往返運動。運動。特點整機長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于運輸距離；運輸能力與運輸距特點整機長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于運輸距離；運輸能力與運輸距離成反比；往返周期式運行，需操作換向。離成反比；往返周期式運行，需操作換向。按牽引原理分：鏈嚙合牽引、撓性體摩擦牽引、車輪粘著按牽引原理分：鏈嚙合牽引、撓性體摩擦牽引、車輪粘著牽引、鋼絲繩纏繞牽引牽引、鋼絲繩纏繞牽引第一節(jié)第一節(jié) 運輸設(shè)備的運輸能力運輸設(shè)備的運輸能力第二節(jié)第二節(jié) 運輸

5、設(shè)備運行阻力系數(shù)和阻力計算運輸設(shè)備運行阻力系數(shù)和阻力計算第三節(jié)第三節(jié) 有牽引機構(gòu)的連續(xù)運輸機械的牽有牽引機構(gòu)的連續(xù)運輸機械的牽 引力及驅(qū)動功率計算引力及驅(qū)動功率計算一、連續(xù)運行式的運輸設(shè)備一、連續(xù)運行式的運輸設(shè)備 連續(xù)運行式的輸送設(shè)備在均勻、連續(xù)裝載時，其運輸能力為：連續(xù)運行式的輸送設(shè)備在均勻、連續(xù)裝載時，其運輸能力為： Q3.6qQ : t/hq: kg/m:m/s qA Q3.6AQ3.6q 運輸能力的大小與輸送距離無關(guān)，它主要取決于運送貨運輸能力的大小與輸送距離無關(guān)，它主要取決于運送貨載的運行速度載的運行速度和單位長度上的貨載質(zhì)量和單位長度上的貨載質(zhì)量q。 (一一)貨載均勻分布在運輸設(shè)備

6、上貨載均勻分布在運輸設(shè)備上 貨載均勻分布在運輸設(shè)備上的輸送設(shè)備有：帶式貨載均勻分布在運輸設(shè)備上的輸送設(shè)備有：帶式輸送機、板式輸送機、鏈板輸送機、刮板運輸機、輸送機、板式輸送機、鏈板輸送機、刮板運輸機、氣力及水力設(shè)備等。氣力及水力設(shè)備等。 它們的共同特點是它們的共同特點是:物料均勻分布在運輸設(shè)備上，物料均勻分布在運輸設(shè)備上，理論上都理論上都 可以確定運輸物料的理論截面積，但是，可以確定運輸物料的理論截面積，但是，在實際運輸過程中，物料并不可能完全達(dá)到理論截在實際運輸過程中，物料并不可能完全達(dá)到理論截面積，因此計算中應(yīng)考慮其裝滿程度，一般以裝滿面積，因此計算中應(yīng)考慮其裝滿程度，一般以裝滿系數(shù)系數(shù)來

7、表示來表示:A/A0 q A0 Q3.6A0(二二)運輸容器在運輸線路上等間距運行運輸容器在運輸線路上等間距運行 貨載裝在單個容器內(nèi)，而容器按一定規(guī)律運動并保貨載裝在單個容器內(nèi)，而容器按一定規(guī)律運動并保持一定的間隔距離，這時貨載量持一定的間隔距離，這時貨載量q可由下式求出：可由下式求出： Q=3.6G/aqG/aQ3.6q二、往返運行式運輸設(shè)備二、往返運行式運輸設(shè)備 如前所述，往返運行式運輸設(shè)備的特點是按一定的如前所述，往返運行式運輸設(shè)備的特點是按一定的工作方式作周期性往返運行，把一定量的貨載從一個工作方式作周期性往返運行，把一定量的貨載從一個地點運至另一個地點，然后將空容器返回原處完成一地點

8、運至另一個地點，然后將空容器返回原處完成一個循環(huán)。個循環(huán)。 往返一次的運輸量為：往返一次的運輸量為： Q60Qy /1000T=60ZG/1000T QyZG 每小時的運輸能力：每小時的運輸能力：Q3.6AQ60ZG/1000T=60Qy /1000T 連續(xù)運行式連續(xù)運行式運輸設(shè)備的運輸設(shè)備的運輸能力與運輸能力與運輸距離無運輸距離無關(guān)關(guān) 往返運行式往返運行式運輸設(shè)備的運輸設(shè)備的運輸能力將運輸能力將隨運輸距離隨運輸距離的增加而降的增加而降低低滿足生產(chǎn)率滿足生產(chǎn)率 增加每次運輸量或列車組數(shù)、增加每次運輸量或列車組數(shù)、運行次數(shù)，縮短輔助時間。運行次數(shù)，縮短輔助時間。 運輸設(shè)計生產(chǎn)率運輸設(shè)計生產(chǎn)率 由

9、礦山產(chǎn)量任務(wù)和它的工作制度所決定的單由礦山產(chǎn)量任務(wù)和它的工作制度所決定的單位時間的運輸量，是選擇運輸設(shè)備的原始依據(jù)，它由位時間的運輸量，是選擇運輸設(shè)備的原始依據(jù)，它由采礦設(shè)計提供。采礦設(shè)計提供。 Q1KAr /Tr 考慮到所選擇的運輸設(shè)備的運輸能力應(yīng)滿足礦山產(chǎn)考慮到所選擇的運輸設(shè)備的運輸能力應(yīng)滿足礦山產(chǎn)量任務(wù)所要求的運輸生產(chǎn)率，因此，運輸設(shè)備的運輸量任務(wù)所要求的運輸生產(chǎn)率，因此，運輸設(shè)備的運輸能力應(yīng)等于或稍大于運輸生產(chǎn)率，即：能力應(yīng)等于或稍大于運輸生產(chǎn)率，即： Q1Q一、礦車運行的阻力和阻力系數(shù)一、礦車運行的阻力和阻力系數(shù) 工程計算中，常用阻力系數(shù)計算運輸機械的工程計算中，常用阻力系數(shù)計算運輸

10、機械的運行阻力。運行阻力。 阻力系數(shù)是阻力系數(shù)是等速運行時的運行阻力與運行支等速運行時的運行阻力與運行支承面上受到的正壓力之比承面上受到的正壓力之比。 阻力系數(shù)可由分析得出其表達(dá)式，實際工作阻力系數(shù)可由分析得出其表達(dá)式，實際工作中使用的是由試驗得出的具體數(shù)值。中使用的是由試驗得出的具體數(shù)值。一、礦車運行的阻力和阻力系數(shù)一、礦車運行的阻力和阻力系數(shù) 當(dāng)?shù)V車沿水平直線鋼軌作等速運動時將產(chǎn)當(dāng)?shù)V車沿水平直線鋼軌作等速運動時將產(chǎn)生下列阻力：生下列阻力： (1)軸頸與軸承之間的摩擦力；軸頸與軸承之間的摩擦力； (2)車輪沿鋼軌運行時所產(chǎn)生的滾動摩擦阻力；車輪沿鋼軌運行時所產(chǎn)生的滾動摩擦阻力； (3)車輪凸

11、緣與鋼軌間的摩擦阻力。車輪凸緣與鋼軌間的摩擦阻力。一、礦車運行的阻力和阻力系數(shù)一、礦車運行的阻力和阻力系數(shù) 02-2111=dSkNDF各作用力對軸心的力矩方程：各作用力對軸心的力矩方程：一、礦車運行的阻力和阻力系數(shù)一、礦車運行的阻力和阻力系數(shù) 02-2111=dSkNDF 當(dāng)當(dāng)N N1 1= =N N2 2時，時，F(xiàn) F2 2= =F F1 1，全部運行阻力為：，全部運行阻力為： F=F1+F2= mg 礦車運行的阻力系數(shù)即為：礦車運行的阻力系數(shù)即為：工程計算中用的阻力系數(shù)是由試驗得出的：工程計算中用的阻力系數(shù)是由試驗得出的： F=mg 最終礦車運行總牽引力最終礦車運行總牽引力F0為：為：

12、F0 =CF F0 =Cmg(2k+d)/D2 直線段的運行阻力，因牽引機構(gòu)及支承方式的不同而直線段的運行阻力，因牽引機構(gòu)及支承方式的不同而異，有鏈條滑行、滾輪鏈運行及牽引構(gòu)件在托輥上運異，有鏈條滑行、滾輪鏈運行及牽引構(gòu)件在托輥上運行三種。行三種。1.鏈條滑行鏈條滑行 l=Fl/(qlLg) Fl= qlLgl阻力系數(shù)：阻力系數(shù)：運行阻力：運行阻力：運行阻力運行阻力槽底摩擦力槽底摩擦力側(cè)幫摩擦力側(cè)幫摩擦力=+ 2.滾輪鏈運行滾輪鏈運行 滾輪鏈為牽引構(gòu)件的板式輸送機的承載一牽引部件。被滾輪鏈為牽引構(gòu)件的板式輸送機的承載一牽引部件。被運物料裝在承載板上，物料與承載一牽引部件一起運行，運物料裝在承載

13、板上，物料與承載一牽引部件一起運行，這種結(jié)構(gòu)的輸送機承載段沿水平運行時的阻力為：這種結(jié)構(gòu)的輸送機承載段沿水平運行時的阻力為： Fzh=(q十十q0)Lg1 3.牽引構(gòu)件在托輥上運行牽引構(gòu)件在托輥上運行運輸?shù)倪\行阻力，重段運輸?shù)倪\行阻力，重段(承載段承載段)為；為； Fzh=(q+qd+qg)Lg 返回的空行程段為：返回的空行程段為： Fk=(qd+qg)Lg 1 1繞經(jīng)可轉(zhuǎn)動的導(dǎo)向體繞經(jīng)可轉(zhuǎn)動的導(dǎo)向體 可轉(zhuǎn)動的導(dǎo)向體，依牽引構(gòu)件的不同，有鏈輪、可轉(zhuǎn)動的導(dǎo)向體，依牽引構(gòu)件的不同，有鏈輪、繩輪和滾筒三種。這類導(dǎo)向體，牽引構(gòu)件與導(dǎo)向體繩輪和滾筒三種。這類導(dǎo)向體，牽引構(gòu)件與導(dǎo)向體的轉(zhuǎn)動部件一起繞軸轉(zhuǎn)動

14、。牽引構(gòu)件繞經(jīng)這類導(dǎo)向的轉(zhuǎn)動部件一起繞軸轉(zhuǎn)動。牽引構(gòu)件繞經(jīng)這類導(dǎo)向體的阻力由以下三部分組成。體的阻力由以下三部分組成。 (1)在牽引構(gòu)件與導(dǎo)向體的相遇點，當(dāng)它由直線變成彎曲時，因牽引構(gòu)件的彎曲轉(zhuǎn)折所產(chǎn)生的阻力； (2)導(dǎo)向體轉(zhuǎn)軸上的摩擦阻力； (3)在牽引構(gòu)件繞出導(dǎo)向體的分離點，當(dāng)它由彎變直時，因牽引構(gòu)件轉(zhuǎn)折所產(chǎn)生的阻力。11fFFyf=鏈軸上的摩擦阻力：鏈軸上的摩擦阻力：22111DFdFf=由做功相等的條件得：由做功相等的條件得：DfdFDdFFyf1111= 分離點鏈條由彎變直，因鏈軸上的摩擦給鏈輪旋轉(zhuǎn)增分離點鏈條由彎變直，因鏈軸上的摩擦給鏈輪旋轉(zhuǎn)增加的阻力為：加的阻力為：DfdFFl1

15、3= 鏈輪轉(zhuǎn)軸上的摩擦阻力，當(dāng)繞進(jìn)和繞出的兩股鏈條鏈輪轉(zhuǎn)軸上的摩擦阻力，當(dāng)繞進(jìn)和繞出的兩股鏈條相互平行時：相互平行時：fFFFlyf)(2+= 把作用于鏈輪轉(zhuǎn)軸上的摩擦阻力變?yōu)殒溳喒?jié)圓周上的把作用于鏈輪轉(zhuǎn)軸上的摩擦阻力變?yōu)殒溳喒?jié)圓周上的, ,即即為轉(zhuǎn)軸上的摩擦力給鏈輪旋轉(zhuǎn)的阻力，按力矩相等的條件得：為轉(zhuǎn)軸上的摩擦力給鏈輪旋轉(zhuǎn)的阻力，按力矩相等的條件得：DfddfFFFFFFlyr+=+=11321)(2222DFdFf=DdfFFFly)(2+=鏈條繞經(jīng)鏈輪的阻力為：鏈條繞經(jīng)鏈輪的阻力為：Dfddfkr+=11)(lyrrFFkF+= 2 2繞經(jīng)固定的圓弧導(dǎo)向體繞經(jīng)固定的圓弧導(dǎo)向體 牽引構(gòu)件繞

16、經(jīng)固定的圓弧導(dǎo)向體其運牽引構(gòu)件繞經(jīng)固定的圓弧導(dǎo)向體其運行阻力也是由三部分組成的。行阻力也是由三部分組成的。 與繞經(jīng)可轉(zhuǎn)動導(dǎo)向體不同的是，此時與繞經(jīng)可轉(zhuǎn)動導(dǎo)向體不同的是，此時導(dǎo)向體固定不動，因而導(dǎo)向體對牽引構(gòu)件導(dǎo)向體固定不動，因而導(dǎo)向體對牽引構(gòu)件運行的阻力，是撓性體在圓弧上的摩擦力，運行的阻力，是撓性體在圓弧上的摩擦力，其摩擦力大小可由歐拉柔索公式求出。其摩擦力大小可由歐拉柔索公式求出。 e FFyl= ) 1-(-e FFFFyylg=運行阻力運行阻力: 牽引構(gòu)件沿直線運行時，牽引構(gòu)件沿直線運行時，阻力與牽引構(gòu)件的阻力與牽引構(gòu)件的張力無關(guān)張力無關(guān)，與負(fù)載、運輸距離、牽引構(gòu)件及與負(fù)載、運輸距離、

17、牽引構(gòu)件及其支承條件有關(guān)其支承條件有關(guān),沿曲線運行時，阻力與牽沿曲線運行時，阻力與牽引構(gòu)件的張力成正比。引構(gòu)件的張力成正比。 有牽引機構(gòu)的運輸機械，驅(qū)動裝置通過牽引構(gòu)件傳遞牽引有牽引機構(gòu)的運輸機械，驅(qū)動裝置通過牽引構(gòu)件傳遞牽引力，以克服各種運行阻力使機器運行。阻力愈大，需要的牽力，以克服各種運行阻力使機器運行。阻力愈大，需要的牽引力愈大，牽引構(gòu)件的張力增加也越大。引力愈大，牽引構(gòu)件的張力增加也越大。 由于連續(xù)運輸機械的運行阻力是沿運輸路徑分布的，因而由于連續(xù)運輸機械的運行阻力是沿運輸路徑分布的，因而牽引構(gòu)件的張力沿運行方向逐漸變化。牽引構(gòu)件在各點的張牽引構(gòu)件的張力沿運行方向逐漸變化。牽引構(gòu)件在

18、各點的張力用力用“逐點計算法逐點計算法”計算。計算。 逐點計算法，是計算牽引構(gòu)件在運行時各點張力的方法，逐點計算法，是計算牽引構(gòu)件在運行時各點張力的方法，其規(guī)則是：牽引構(gòu)件某一點上其規(guī)則是：牽引構(gòu)件某一點上的張力，等于沿其運行方向后的張力，等于沿其運行方向后一點的張力與這兩點間的運行阻力之和。用公式表達(dá)為：一點的張力與這兩點間的運行阻力之和。用公式表達(dá)為： Fi=Fi-1+F(i-1)i 用逐點計算法求牽引構(gòu)件各點上的張力，可以用逐點計算法求牽引構(gòu)件各點上的張力，可以從任意點開始，依次分別向從任意點開始，依次分別向繞進(jìn)和繞出繞進(jìn)和繞出驅(qū)動裝置的驅(qū)動裝置的相遇點和分離點進(jìn)行。相遇點和分離點進(jìn)行。

19、 由于連續(xù)運行的運輸機械對牽引構(gòu)件的最小張由于連續(xù)運行的運輸機械對牽引構(gòu)件的最小張力往往有一定的要求，所以，計算各點張力時，通力往往有一定的要求，所以，計算各點張力時，通常是常是從牽引構(gòu)件的最小張力點開始從牽引構(gòu)件的最小張力點開始。 牽引構(gòu)件運行時，最小張力點的位置依運動方牽引構(gòu)件運行時，最小張力點的位置依運動方向、驅(qū)動裝置的位置和安裝傾角的不同而異，因此，向、驅(qū)動裝置的位置和安裝傾角的不同而異，因此，應(yīng)在給定的工作條件下，按逐點計算規(guī)則，經(jīng)比較應(yīng)在給定的工作條件下，按逐點計算規(guī)則，經(jīng)比較確定。確定。 例例: :向下運輸物料，驅(qū)動裝置在下端，用逐點計算法求各點向下運輸物料，驅(qū)動裝置在下端，用逐點計算法求各點張力的方法如下張力的方法如下。 沿牽引構(gòu)件的運行方向，將直線和曲線段的變換點逐點編沿牽引構(gòu)件的運行方向，將直線和曲線段的變換點逐點編號，根據(jù)逐點計算法的規(guī)則，可寫出號，根據(jù)逐點計算法的規(guī)則，可寫出: : F2=F1