機電蔡曉恬畢業(yè)設(shè)計

1、 河北工程大學(xué)成教學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 成教學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 專 業(yè)： 礦山機電 班 級： 11級 學(xué) 號： 47110452 學(xué)生姓名： 蔡曉恬 指導(dǎo)教師： 魏效玲 設(shè)計題目： 礦井提升機械設(shè)備的選型 目 錄摘 要- 0 -Abstract- 0 -第一章 概 述- 3 -第二章 礦井提升設(shè)備設(shè)備的組成- 4 -2.1提升容器- 4 -2.1.1普通罐籠- 4 -2.1.2立井普通罐籠型號意義- 6 -2.1.3罐籠承接裝置及防墜器- 6 -2.2提升鋼絲繩- 7 -2.2.1鋼絲繩的結(jié)構(gòu)及分類- 7 -2.2.2繩芯的分類及各類說明- 7 -2.2.3鋼絲繩的分類、特點及應(yīng)用- 8 -2.2.4

2、鋼絲繩結(jié)構(gòu)選擇- 8 -2.2.5鋼絲繩的標(biāo)記方法- 8 -2.3礦井提升機- 9 -2.3.1單繩纏繞式提升機- 9 -2.3.2 多繩纏繞式提升機- 10 -2.3.3提升機制動系統(tǒng)- 10 -2.4井架與天輪- 10 -2.4.1井架的類型- 10 -2.5礦井提升機的拖動控制系統(tǒng)- 10 -2.5.1交流繞線型異步電動機拖動- 11 -第三章 設(shè)備的選型計算- 11 -3.1選型設(shè)計依據(jù)及提升方式的確定- 11 -3.1.1設(shè)計依據(jù)- 11 -3.1.2提升方式的確定- 12 -3.2提升容器的選擇設(shè)計- 13 -3.2.1 選擇原則- 13 -3.2.2提升高度- 13 -3.2.3

3、經(jīng)濟提升速度- 13 -3.2.4一次循環(huán)提升時間- 13 -3.2.5副井提升能力計算- 14 -3.2.6小時提升量及次數(shù)- 15 -3.2.8一次合理提升量- 15 -3.2.9提升機所需的提升速度計算- 15 -3.3提升鋼絲繩的選擇計算- 16 -3.3.1選擇原則- 16 -3.3.2選擇計算- 16 -3.4提升機的選型計算- 18 -3.4.1提升機滾筒直徑- 18 -3.4.2選擇標(biāo)準(zhǔn)提升機- 19 -3.4.3提升機強度驗算- 19 -3.5天輪的選擇- 19 -3.6預(yù)選電動機- 20 -3.7提升機與井筒的相對位置- 20 -3.7.1井架高度- 21 -3.7.2提升

4、機滾筒中心至井筒中鋼絲繩間水平距離- 21 -3.7.3鋼絲繩弦長- 21 -3.7.4鋼絲繩偏角- 22 -3.7.5提升機滾筒的下出繩角- 22 -3.8提升系統(tǒng)運動學(xué)、動力學(xué)參數(shù)計算- 23 -3.8.1提升系統(tǒng)的總變位質(zhì)量- 23 -3.8.2運動學(xué)計算- 23 -3.8.3動力學(xué)計算- 25 -3.9提升電動機功率校核、能耗計算- 27 -3.9.1電動機的容量- 27 -3.9.2電動機容量驗算- 27 -3.9.3一次提升電耗- 28 -第四章 結(jié) 論- 28 -參考文獻- 30 -致 謝- 31 -致謝- 31 - 摘 要本設(shè)計主要對東龐煤礦北井區(qū)副井所使用的提升機械設(shè)備進行的

5、一次合理選型設(shè)計。礦井設(shè)備的主要任務(wù)是沿井筒提升煤、礦石、矸石、下放材料，升降人員和設(shè)備。本設(shè)計通過罐籠、鋼絲繩、提升機、天輪、井架、裝卸載設(shè)備及電動機等來敘述提升機設(shè)備選型。在礦井提升中，應(yīng)根據(jù)不同的用途，選用適合的礦井提升設(shè)備，揚長避短，充分發(fā)揮他們的效能，必須對其結(jié)構(gòu)、性能及選擇計算方法予以了解。為此，必須掌握礦井提升設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理、性能特點、選擇設(shè)計、運轉(zhuǎn)理論等方面的知識，以做到選型合理，正確使用與維護，使之安全、可靠、經(jīng)濟的運轉(zhuǎn)。關(guān)鍵詞: 罐籠；提升機；鋼絲繩AbstractThis design is mainly used in the production of Dong

6、Pang coal mine machinery equipment selection for a reasonable choice.Mine Hoist equipment is raised along the shaft coal，ores，coal，decentralization material，personel and equipment movements. The selection of the design of vessel， the rope，elevator，and space lauches，Derrick，motors，etc. to describe th

7、e 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 uaderstanding.Therefore, we must master the ,mine hoisting e

8、quipment structure, working principles, charateristics, select the design, operation theory of knowledge, Selection reasonable to do, the proper use and maintenance to 第一章 概 述 礦井提升設(shè)備是一種大型提升機械設(shè)備，是由原始的提水工具逐步發(fā)展演變而來。現(xiàn)代的礦井提升設(shè)備提升量大，速度快，安全性高，已發(fā)展成為電子計算機控制的全自動重型礦山機械。它作為采礦業(yè)的大型機電設(shè)備，是煤礦大型設(shè)備“四大件”之一，擔(dān)負提升煤炭和礦石，升降人

9、員、物料及設(shè)備，器械的機械設(shè)備的重要任務(wù)。素有“礦井咽喉”之稱，是聯(lián)系井下與地面的主要運輸設(shè)備。提升設(shè)備在運行的過程中要求具有安全性、可靠性、和經(jīng)濟性。它的工作狀態(tài)關(guān)系到整個礦井的安全生產(chǎn)。由電機帶動機械設(shè)備，以帶動鋼絲繩從而帶動容器在井筒中升降，完成輸送物料和人員的任務(wù)。 我國目前礦山使用的提升機主要是有KJ系列、JK系列和JKM系列。KJ系列是仿蘇20世紀(jì)50年代的老產(chǎn)品。20世紀(jì)70年代初期，我國自行設(shè)計與制造了XKT型，與仿蘇產(chǎn)品相比較，具有提升能力大、重量輕、結(jié)構(gòu)先進、通用化和系列化程度高等優(yōu)點，但也存在不一些不足之處。1976年經(jīng)過技術(shù)改造按國家產(chǎn)品型號標(biāo)準(zhǔn)定為JK系列。JK系列提

10、升機為單繩纏繞提升機，滾筒直徑為25m，屬大型礦井提升機。新系列提升機采用一些新結(jié)構(gòu)，與老型比較，提升能力平均提高25%，而且機器重量也有所減少，現(xiàn)在已經(jīng)作為國家定型產(chǎn)品成批生產(chǎn)。 其他提升設(shè)備，比如說礦用提升繩，提升容器在近幾年也有很大發(fā)展。使用壽命并且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的線接觸、面接觸、多層股鋼絲繩已經(jīng)在一些鋼絲繩廠成批生產(chǎn)。而且適合我國礦山生產(chǎn)特點的單繩及多繩提升容器系列也正在制定，今后將不斷向自重輕、結(jié)構(gòu)合理以及大型化發(fā)展。 根據(jù)提升設(shè)備特點可將其分類為： 1、按用途分：主井提升設(shè)備（如提升煤炭或礦物）和副井提升設(shè)備（如提升矸石，升降人員、設(shè)備，下放材料等）。 2、按提升工作原理可分為:纏繞式提

11、升設(shè)備和摩擦式纏繞設(shè)備。 3、按提升容器可分為：罐籠提升設(shè)備、箕斗提升設(shè)備、串車提升設(shè)備等。4、 按拖動類型可分為：交流拖動設(shè)備和直流拖動設(shè)備。 提升設(shè)備主要組成部分是：提升容器、提升鋼絲繩、提升機、礦井井架、天輪及裝卸載附屬設(shè)備等。本設(shè)計分三章進行論述，第一章概述，主要論述選題背景意義、發(fā)展概況以及課程主要內(nèi)容；第二章是礦井提升機介紹，主要介紹提升機機構(gòu)組成及工作原理；以及粗略介紹了礦井拖動裝備的種類及性能所涉及方面的簡易概述。第三章主要根據(jù)第二章所介紹的設(shè)備進行詳細的選型計算。其中包括提升容器的選擇與確定、鋼絲繩方面的選擇與計算、提升機的選擇計算、提升系統(tǒng)的確定、鋼絲繩與提升機的校驗以及電

12、動機、電耗方面的計算。下面分章節(jié)論述。 第二章 礦井提升設(shè)備設(shè)備的組成2.1提升容器 提升容器是直接裝運煤炭、矸石、人員、材料及設(shè)備的工具。按用途和結(jié)構(gòu)可分為：箕斗、罐籠、礦車、吊桶等?；罚河蓱覓煅b置、斗箱、卸載閘門三部分組成。分為立井箕斗和斜井箕斗，專用于主提。我國煤礦豎井，主井普遍采用底卸式； 罐籠：既可用于主提，也可用于副提。主要用于副井提升；罐籠按結(jié)構(gòu)分為普通罐籠和翻轉(zhuǎn)式罐籠兩種基本形式。礦車：斜井提升；吊桶：立井井筒開鑿時的提升2.1.1普通罐籠主體部分包括骨架、罐蓋、罐底、側(cè)板和軌道等；以及罐耳，連接裝置，阻車器，防墜器。 罐籠是一種多用途提升容器，設(shè)計時要考慮滿足不同要求。如，

13、滿足在規(guī)定時間內(nèi)的升降人員的要求；礦車在罐籠內(nèi)要穩(wěn)定；能裝在井下使用的大型設(shè)備；升降人員的罐籠要設(shè)防墜器等。主要有立井單繩罐籠和立井多繩罐籠。提升鋼絲繩繞過雙面夾緊楔形繩環(huán)與罐籠的主拉桿連接。罐籠是由橫梁、垂直立柱通過鉚接和焊接結(jié)合成的金屬框架結(jié)構(gòu)，周圍用不同的厚度的鋼板包圍，罐籠的四角為切角型式，這樣既有利于井筒布置又制作方便。罐籠頂部有半圓弧形淋水棚和可以打開的罐蓋，一共運送長材料用，罐兩端設(shè)有簾式罐門，為了將礦車推進罐籠，罐籠底部敷設(shè)軌道，為了防止提升過程中發(fā)生跑車事故裝有阻車器。 罐籠按其所裝車的名義裝載量確定罐籠的噸位，分為1t、1.5t、3t幾種，分單層和雙層。1t和1.5t雙層普

14、通罐籠用于主井提升時，每層可裝1輛礦車；當(dāng)用于副井提升時，上層罐籠可不裝阻車器。3t的只考慮作副井提升容器。按提升鋼絲繩的數(shù)量可分為單繩罐籠和多繩罐籠。單繩罐籠一般用于不超過400米的礦井，多繩罐籠一般用超過350米的礦井。不同規(guī)格的罐籠在井筒中布置與井筒直徑有關(guān)。 在罐籠上設(shè)有罐耳并使其緊靠在罐道上保證罐籠平穩(wěn)的沿著罐道運行。管道可分為剛性及柔性兩種，剛性罐道有鋼軌罐道、木罐道及組合罐道三種；柔性罐道即鋼絲繩罐道。 圖21單繩1t單層普通罐籠2.1.2立井普通罐籠型號意義（1）單繩罐籠如：GLS-1×1/1、GLGY-1×2/2表21（2）多繩罐籠 表22其他意義符號同上

15、。2.1.3罐籠承接裝置及防墜器在井口、中間水平及井底車場，為了便于礦車進出罐籠，必須使用罐籠承接裝置。罐籠承接裝置分為罐座、搖臺和支罐機三種形式。（1）罐座，由于其操作復(fù)雜及易出現(xiàn)事故。規(guī)程規(guī)定：升降人員嚴(yán)禁使用罐座。（2）搖臺，由能繞軸轉(zhuǎn)動的兩個鋼臂組成，安裝在通向罐籠進出口處。應(yīng)用范圍較廣，井底、井口及中間水平都可使用特別是多繩摩擦提升系統(tǒng)必須使用搖臺。目前我國多采用搖臺。不足之處調(diào)節(jié)受鋼臂長度的限制，對準(zhǔn)確性要求較高。（3）支罐機，近年出現(xiàn)的新型承接裝置?？烧{(diào)節(jié)距離可達1000mm，能準(zhǔn)確地使罐籠內(nèi)軌道與車場固定軌道對接，方便礦車和人員進出；提升鋼絲繩不承受進出礦車時產(chǎn)生的附加在和，延

16、長鋼絲繩的使用壽命；。這些優(yōu)點在大礦更為明顯。缺點罐籠有活動底盤，需增設(shè)供制罐機使用的液壓動力裝置。 為了保證人員和生產(chǎn)安全，升降人員的罐籠必須在罐籠上部裝設(shè)可靠的防墜器（又稱斷繩保險器）。鋼絲繩或連接裝置萬一斷裂，防墜器可使罐籠支撐在井筒內(nèi)的罐道或防墜繩上，而不致墜入井底造成重大事故。 防墜器的型式與罐道有關(guān)，有木罐道防墜器、鋼軌罐道防墜器及制動繩防墜器3種。目前我國廣泛采用的是制動繩防墜器。2.2提升鋼絲繩 提升鋼絲繩是提升系統(tǒng)的重要組成部分之一。它直接關(guān)系到礦井的正常生產(chǎn)和人員的生命安全，對正確選擇、合理使用維護鋼絲繩，意義十分重大。2.2.1鋼絲繩的結(jié)構(gòu)及分類礦井提升鋼絲繩一般都是絲-

17、股-繩結(jié)構(gòu)如圖2-1： 制造提升鋼絲繩的鋼絲是由優(yōu)質(zhì)炭素結(jié)構(gòu)圓鋼冷拔而成，一般直徑為0.44。直徑小于0.4mm的鋼絲易磨損和腐蝕，直徑超過4mm的鋼絲在生產(chǎn)中難以保證理想的抗拉強度的疲勞性能。立井提升抗拉強度多采用1550MPa和1700MPa兩種。 為了增加鋼絲繩的抗腐蝕能力，鋼絲繩表面可以鍍鋅。鋼絲韌性分為特號、號和號三種。提升人員的鋼絲繩只允許用特號鋼絲來制造。光面和鍍鋅（常用于摩擦提升）兩種。鋼絲的表面狀態(tài)標(biāo)記代號為：光面鋼絲，NAT；A級鍍鋅鋼絲，ZAA；AB級鍍鋅鋼絲，ZAB；B級鍍鋅鋼絲，ZBB。 2.2.2繩芯的分類及各類說明 一、繩芯分類: 金屬繩芯,纖維（麻芯）繩芯 二、

18、繩芯作用： （1）減少股間鋼絲接觸應(yīng)力，減少鋼絲擠壓和變形； （2）緩和彎曲應(yīng)力，使鋼絲富有彈性； （3）儲存潤滑油，防止繩內(nèi)鋼絲銹蝕。 三、 金屬繩芯的特點：與相同斷面的纖維繩芯相比，金屬斷面大，抗破斷能力大，具有耐橫向壓力大，不易變形等優(yōu)點。但其柔軟性差，不耐腐蝕。 四、 繩芯的標(biāo)記代號：纖維芯（天然或合成的），F(xiàn)C；天然纖維芯，NF；合成纖維芯，SF；金屬絲繩芯，IWR；金屬絲股芯，IWS。2.2.3鋼絲繩的分類、特點及應(yīng)用提升鋼絲繩的類型有以下幾種：（1）點接觸、線接觸及面接觸鋼絲繩； (2) 左捻、右捻、同向捻及交互捻鋼絲繩；（3）圓形股和異形股鋼絲繩；（4）不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩（5）密封鋼

19、絲繩（6）扁鋼絲繩（7）不松散鋼絲繩2.2.4鋼絲繩結(jié)構(gòu)選擇一、 對于單繩纏繞式提升，一般宜選用光面右同向捻、斷面形狀為圓形股或三角股、接觸形式為點或線接觸的鋼絲繩；對于礦井淋水大，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。二、 在磨損嚴(yán)重的條件下使用的鋼絲繩，如斜井提升等，應(yīng)選用外層鋼絲繩直徑比內(nèi)徑粗的鋼絲繩，如6×7,6×（19）或三角股等。三、 對于多繩摩擦提升，一般應(yīng)選用鍍鋅、同向捻(左右捻各半)的鋼絲繩，斷面形狀最好是三角股。四、 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。五、實踐認為，煤礦提升繩用同向捻鋼絲繩為好。2.2.5鋼絲

20、繩的標(biāo)記方法 我國產(chǎn)圓形股鋼絲繩按國家標(biāo)準(zhǔn)GB1102，異形股鋼絲繩是按原冶金工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)YB829選用。其標(biāo)記方法如下：表21 2.3礦井提升機礦井提升機主要由纏繞機構(gòu)（摩擦式提升機則為主導(dǎo)輪）、減速器、聯(lián)軸器離合器、制動閘、深度指示器、液壓站以及操縱臺等部分組成，采用交流或直流電機驅(qū)動。 按提升鋼絲繩的工作原理分為纏繞式礦井提升機和摩擦式礦井提升機。纏繞式提升機主要部分有主軸、卷筒、主軸承、調(diào)繩離合器、減速器、深度指示器和制動器。纏繞式提升機目前使用最廣泛，根據(jù)其滾筒上的纏繞多少又分為單繩纏繞式提升機和多繩纏繞式提升機。2.3.1單繩纏繞式提升機單繩纏繞式根據(jù)滾筒的個數(shù)和結(jié)構(gòu)有單滾筒和雙滾筒

21、之分。鋼絲繩在滾筒上的纏繞方式與一般絞車類似。單筒大多只有一根鋼絲繩，連接一個容器。雙筒的每個滾筒各配一根鋼絲繩，連接兩個容器，運轉(zhuǎn)時一個容器上升，另一個容器下降。它工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，但僅適用于淺井及中等深度的礦井，且終端載荷不能太大。纏繞式礦井提升機大多用于年產(chǎn)量在120萬噸以下、井深小于400米的礦井中。 單繩纏繞式提升機是較早出現(xiàn)的一種提升機，其工作原理是，將利用鋼絲繩的一端以相反的方向分別纏繞并固定在提升機的滾筒上；另一端繞過井架的天輪分別與提升容器連接。這樣，通過電動機改變滾筒的轉(zhuǎn)動方向，可將提升鋼絲繩分別在兩個滾筒上纏繞和松放，以達到提升或下放容器，完成提升任務(wù)的目的。雙滾筒提升

22、機的兩個滾筒與軸的連接方式上有所不同：其中一個滾筒通過熱裝與主軸連接，成為固定滾筒（又稱死滾筒）；另一個滾筒華裝在主軸上，通過離合器與主軸連接，故稱之為游動滾軸（又為活滾筒）。采用這種結(jié)構(gòu)的目的是考慮到在礦井生產(chǎn)過程中提升鋼絲繩在終端載荷的作用下產(chǎn)生彈性伸長，或再多水平提升中提升水平的轉(zhuǎn)換，需要兩個滾筒之間能夠相對轉(zhuǎn)動，以調(diào)節(jié)繩長，使得兩個容器分別對準(zhǔn)井口和井底水平。雙滾筒提升機在我國礦山應(yīng)用的最多。雙滾筒提升機型號標(biāo)記方法如下表22：2.3.2 多繩纏繞式提升機 多繩纏繞式提升機 提升機在超深井運行中，尾繩懸垂長度變化大，提升鋼絲繩承受很大交變應(yīng)力，影響鋼絲繩壽命；尾繩在井筒中還易扭轉(zhuǎn)，妨礙

23、工作。20世紀(jì) 50年代末，英國人布雷爾（Blair）設(shè)計了一臺直徑3.2m雙繩多層纏繞式提升機(又稱布雷爾式提升機)，提升高度15802349m，一次提升量1020t。2.3.3提升機制動系統(tǒng)制動系統(tǒng)是提升機的重要組成部分，它由制動器（執(zhí)行機構(gòu)，也稱閘）和傳動機構(gòu)組成。制動器是直接作用于制動輪或制動盤上產(chǎn)生制動力矩的部分，按結(jié)構(gòu)分為盤式閘和塊式閘等；傳動機構(gòu)是控制及調(diào)節(jié)制動力矩的部分，按傳動能源部分為油壓、壓力或彈簧等。2.4井架與天輪2.4.1井架的類型 （1）金屬井架：使用較廣泛，服務(wù)年限長彈性大能適應(yīng)提升過程中發(fā)生的振動；但成本較高。 （2）混凝土井架：節(jié)省鋼材、 耐火性好；但自重大，

24、施工期長。多繩摩擦式提升多采用鋼筋混凝土井架。 （3）裝配式井架：主要用于立井開鑿施工，便于運輸拆裝。2.5礦井提升機的拖動控制系統(tǒng) 提升機的拖動和控制需滿足以下要求：1.調(diào)速性能好2.特性曲線要硬3.工作方式轉(zhuǎn)換容易4.有較高的過負荷能力5.易于實現(xiàn)自動化6.投資和運轉(zhuǎn)費用要低。能符合這些要求的拖動設(shè)備，主要是電力拖動裝置。一種是交流拖動裝置，另一種是直流拖動裝置。直流拖動裝置相對于交流拖動裝置的優(yōu)點是：調(diào)速時沒有附加電能損失，低俗調(diào)速性能好，且易于實現(xiàn)自動化。在直流拖動裝置中調(diào)速時，需要改變他激直流電動機的電樞電壓，且需要增設(shè)變用經(jīng)驗比較成熟流設(shè)備。交流拖動裝置的優(yōu)點：系統(tǒng)較簡單、設(shè)備價格

25、較低等。而我國現(xiàn)在的技術(shù)水平已有所提高，直流電動機更符合現(xiàn)在的生產(chǎn)水平，也是未來發(fā)展的趨向。2.5.1交流繞線型異步電動機拖動 它是礦井提升機電力拖動發(fā)展的第一階段,大體在20 世紀(jì)50 年代至60 年代初,采用的是“異步電機+ 轉(zhuǎn)子串電阻加速+ 高壓接觸器換向+ 動力制動(或低頻拖動減速) + 繼電器控制”方式。由于鼠籠型異步電動機很難滿足提升機起動和調(diào)速性能的要求,因此,在這一階段,礦井提升機多采用繞線型異步電動機進行拖動。繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻后能限制起動電流和提高起動轉(zhuǎn)矩,并能在一定范圍內(nèi)調(diào)速。具有結(jié)構(gòu)簡單,堅固耐用,建筑面積小,維護方便,價格低廉,安裝調(diào)試方便等優(yōu)點。缺點是啟

26、動階段電能損耗較大,當(dāng)用于要求頻繁啟動或不同運行速度的多水平提升機時,問題就更為突出,但用于單水平深井提升時,提升效率與用發(fā)電機組供電的直流拖動系統(tǒng)相當(dāng)。此外,由于靠切除轉(zhuǎn)子回路電阻進行調(diào)速,所以系統(tǒng)的調(diào)速性能不好,調(diào)速范圍小且為有級調(diào)速。如果選用了動力制動、低頻制動、可調(diào)機械閘、負荷測量、計量裝載等輔助裝置后,運行性能將會大有改進。目前,在我國中小型礦山或中等深度以下的礦井中,還有一定的市場。受交流開關(guān)容量的限制,單臺交流拖動的電動機容量一般不大于1 000 kW,當(dāng)功率超過1 000 kW而又選用這種拖動方式時,可利用2 臺繞線型異步電動機組成雙機拖動系統(tǒng)。2.5.2 發(fā)電機-電動機直流拖

27、動    發(fā)電機- 電動機直流拖動與繞線型異步電動機交流拖動同屬第一發(fā)展階段。一般采用“發(fā)電機- 電動機機組+ 繼電器控制”的方式。由于繞線型異步電動機的調(diào)速性能不夠理想,所以在20世紀(jì)50 年代和60 年代初,人們便開始采用這種拖動方式。直流電動機的機械特性為直線,較之交流電動機而言,調(diào)速性能更好,工作更加可靠。系統(tǒng)的主提升電動機為他勵式直流電動機,由同步電動機驅(qū)動的直流發(fā)電機對其直接供電,通過改變直流發(fā)電機的勵磁大小來改變直流電動機電樞兩端的電壓,從而改變電動機的轉(zhuǎn)速,達到了提升機的調(diào)速目的。 第三章 設(shè)備的選型計算3.1選型設(shè)計依據(jù)及提升方式的確定3.1.1

28、設(shè)計依據(jù) 1該礦井年產(chǎn)量 80萬t 2 矸石年產(chǎn)量 12萬t/m³ 3水平井深 Hs=205m 4 最大班下井人數(shù)（人/班） 70 5礦井工作制：年工作日 br=350d 6每日提升工作小時數(shù) t=18h 7礦車規(guī)格自重 1.2t 裝矸重量 1.8t 8矸石的松散密度 1.5 t/m³ 9每班下井材料、設(shè)備及炸藥等情況 3次/班 選型計算內(nèi)容：（1）提升容器，（2）提升鋼絲繩，（3）礦井提升機（4）提升電動機的選型計算（5）礦井提升運動學(xué)，動力學(xué)計算（6）提升電動機功率校核，能耗計算，（7）計算天輪直徑并選擇天輪；（8）提升機與滾筒的相對位置；3.1.2提升方式的確定提升設(shè)

29、備選型設(shè)計必須在提升方式確定后進行。當(dāng)?shù)V井年產(chǎn)量、水平井深及開采水平確定后，就需要決定合理的提升方式。提升方式與井筒開拓、井上下運輸?shù)拳h(huán)節(jié)都有密切關(guān)系。所以在對北井初步計算時，對提升方式要全面的考慮。在決定合理提升方式時要考慮以下幾個因素：1、 對于年產(chǎn)量大于60萬t的大中型礦井，因為提升煤炭及輔助提升工作量均較大，所以一般均設(shè)主副井兩套提升設(shè)備。主井用箕斗提升煤炭，副井則用罐籠完成輔助提升任務(wù)：如升降人員、提升矸石和下放材料設(shè)備等。對于年產(chǎn)量小于30萬t的小型礦井，如只用一套罐籠提升設(shè)備就能完成全部主副井任務(wù)時，用一套提升設(shè)備是經(jīng)濟的。2、 從我國目前實際情況看，對于小型礦井，采用單繩纏繞式

30、提升系統(tǒng)較好。對于年產(chǎn)量90萬t以上的大型礦井，采用多繩摩擦提升系統(tǒng)，或者是主井采用單繩箕斗，副井采用罐籠。 由于北井礦井深度較淺，年產(chǎn)量屬于中型礦井，全面考慮，決定副井采用單繩纏繞式雙滾筒罐籠提升。3.2提升容器的選擇設(shè)計3.2.1 選擇原則 提升容器規(guī)格是提升設(shè)備選型計算的主要參數(shù)，他直接影響了提升設(shè)備的初期投資和運轉(zhuǎn)費用。在礦井提升高度和提升任務(wù)確定后，選擇提升容器規(guī)格原則是：一次合理提升量應(yīng)該使得初期投資非和運轉(zhuǎn)費的加權(quán)平均總和最少。根據(jù)一次合理提升量，選擇標(biāo)準(zhǔn)的提升容器。3.2.2提升高度 =205+0+0=205m 式(3.1)式中H提升高度，m； H卸載水平與井口高差，簡稱卸載高

31、度，m，罐籠：H=0； H裝載水平與井下運輸水平高差，簡稱裝載高度，m，罐籠：H=0 H水平井深，m3.2.3經(jīng)濟提升速度 立井罐籠升降人員提升的合理經(jīng)濟速度為： Vj=0.33=0.33=4.72m/s 式(3.2)式中Vj經(jīng)濟提升速度取4.72m/s3.2.4一次循環(huán)提升時間 1、當(dāng)最大速度VJ已經(jīng)確定，但尚未進行轉(zhuǎn)運參數(shù)計算時，可暫用下式估算每次提升實際循環(huán)時間Tx。 = 式（3.3） 式中a提升加速度，m/s²，罐籠提升時，a0.75m/s²則取0.75 t'容器爬行階段附加時間，罐籠可取5s 休止時間（裝卸載時間），單層罐籠每次最多20人，取30s Tx一

32、次提升時間，s故Tx=85s2、提矸及物料時循環(huán)時間 =75.6saj提矸時加速度 設(shè)為1 m/st爬行時間，一般取12S上下礦車時間，一般取15S3.2.5副井提升能力計算 （萬t/a）A副井提升能力，萬t/a；R出矸率（矸石與產(chǎn)量的重量比），12.5%；M噸煤用材料比重，% 按近年統(tǒng)計數(shù)估算出M=0.25%TG提矸循環(huán)時間，S/次；估算平均值115S/次Tc每次提升材料循環(huán)時間，S/次。估算平均值115S/次PG每次提矸石重量，t/次。取3t PC每次提升材料重量，t/次； 每次提升重量應(yīng)小于PG；按每次提升最大重量取值：2.5t/次 D下放其他材料次數(shù)，次/班；指下炸藥、重型設(shè)備等；取平

33、均值3次/班 TQ下放其他材料每次提升循環(huán)時間S/次；取平均值160S/次TR預(yù)計每班上下班人員總時間，3600S/班3.2.6小時提升量及次數(shù) =150.96t./hC不均衡系數(shù) 罐籠為1.25An副井年提升能力，84.54萬t/年br提升設(shè)備年工作日數(shù)，取350d t提升設(shè)備日工作小時數(shù)，取20h ns=42.4次/h3.2.8一次合理提升量 3.2.9提升機所需的提升速度計算所以v'm=5.2則據(jù)提升機規(guī)格表中的出Vm=5.6,V"m=4.5m/s因要求副井罐籠應(yīng)能在40分鐘內(nèi)運送完全部人員。最大上、下人數(shù)為100人，由此計算提升罐籠乘人數(shù)量27人。又根據(jù)規(guī)程第三百八十

34、一條第六款“罐籠內(nèi)每人占有的有效面積應(yīng)不小于0.18m2”的規(guī)定，可計算罐籠面積為0.2×27=5.4m² 由于北井水平井深為205m，主要用于升降人員且輔助提升工作量不大，所以采用單層罐籠即可。具體參數(shù)如下:最大載重:3.5t罐籠自重Qz=3.5t 罐籠總高：Hr=3450mm3.3提升鋼絲繩的選擇計算3.3.1選擇原則鋼絲繩在工作過程中，產(chǎn)生許多復(fù)雜的應(yīng)力，如靜應(yīng)力、動應(yīng)力、彎曲張力，扭轉(zhuǎn)張力、擠壓張力及接觸應(yīng)力等，這些應(yīng)力的反復(fù)作用，必將引起鋼絲的疲勞、損壞；另外還受到磨損及腐蝕也導(dǎo)致鋼絲繩的損壞。因此，全面綜合反映上述應(yīng)力的疲勞計算是一個較復(fù)雜的問題，由于鋼絲繩影響

35、因素較多，鋼絲繩強度計算理論還沒有完善，一些計算公式還不夠確切地反應(yīng)真實應(yīng)力的情況。我國礦用鋼絲繩是按照煤礦安全規(guī)程的規(guī)定：鋼絲繩應(yīng)按照最大靜載荷并且考慮一定安全系數(shù)的方法進行計算。鋼絲繩的安全系數(shù)是實測的合格鋼絲繩拉斷里的綜合與其所承受的最大靜拉力（包括繩端載荷和鋼絲繩自重所引起的靜拉力）之比。通常用m表示，即：m=鋼絲繩拉斷力的總和/鋼絲繩的最大靜拉力。但應(yīng)當(dāng)注意，安全系數(shù)并不是代表鋼絲繩真正具有的強度儲備，只是表示在此條件下經(jīng)過實踐證明鋼絲繩可以安全運行。我國煤礦安全規(guī)程對提升鋼絲繩的安全系數(shù)規(guī)定如下表所示。 表313.3.2選擇計算（1）計算鋼絲繩每米重量圖31圖為單繩提升鋼絲繩的計算

36、示意圖由圖可知，鋼絲繩最大靜載荷Qmax在A點，其值為： Qmax=（Q+Qz+PHC） g 式一式中 Qmax鋼絲繩最大計算靜載荷，kg； Q 容器一次提升量，kg Qz容器自重，kg mp鋼絲繩每米重力，N/m; g重力加速度，取10m/s² Hc鋼絲繩最大懸垂長度，m Hc=HJ+HS+HZ=25 +205+0=235m 式2式中 HJ井架高度，m Hs水平井深，m； Hz罐籠提升，m根據(jù)煤礦安全規(guī)程，如果保證鋼絲繩安全工作，必須滿足式3: 式3式中B鋼絲繩的抗拉強度，取為；1550MPa S鋼絲繩中所有鋼絲斷面之和，m²； ma鋼絲繩安全系數(shù)。m9 故取為9. 上式

37、中P和S是兩個未知數(shù)，為解上式需找出兩者關(guān)系 mp=s 式4式中0鋼絲繩的密度，kg/cm³，取平均值為0.009kg/cm³。 將式中4帶入式3并化簡： 式5 將0的值代入式5中得: mp=kg/m根據(jù)mp值，選擇6×37+FC-34.5-1550-特-光-右向同捻鋼絲繩 其具體參數(shù)為： 鋼絲繩直徑：d=34.5mm 鋼絲最大直徑：2.2mm 鋼絲總斷面積：446.13mm 單位重量：mp=4.194kg/m 破斷力總和：Qp=742800N=75766kgf 鋼絲繩實際所選數(shù)據(jù)校驗其安全系數(shù)。 =9.91>9 故選鋼絲繩可用。3.4提升機的選型計算3.4

38、.1提升機滾筒直徑 D80d=80×34.5=2760mm D1200=1200×2.2=2640mmD滾筒直徑，mmd鋼絲繩直徑，mm鋼絲繩中最粗的鋼絲直徑，mm3.4.2選擇標(biāo)準(zhǔn)提升機 對于計算結(jié)果，選用直徑3米的提升機是合適的， 故選擇2JK3×1.5/20E型雙滾筒提升機，以下是檢驗滾筒寬度B及提升機強度的運算。 雙滾筒提升機，每個滾筒實際容繩寬度為： B'= = =1049mm<1500mm故鋼絲繩在滾筒上作單層纏繞B'提升機所需的滾筒纏繞寬度，mm e纏繞愛在滾筒周圍表面上相鄰兩繩圈間隙寬度，取3mm1.鋼絲繩試驗長度取30米；2

39、.滾筒處表面應(yīng)保留3圈摩擦圈；K纏繞層數(shù)，煤礦安全規(guī)程規(guī)定：立井升降人員或升降人員和物料的，只準(zhǔn)許纏繞1層，故K=1。3.4.3提升機強度驗算 （鋼絲繩最大靜張力） （鋼絲繩最大靜張力差）式中Fjmax=（3310+3400+4.1×205）×10-3 =75.505kN<130kN Fcmax=（3310+4.1×205）×10-3 =41.505kN<80kN 強度校驗合格。 根據(jù)上述說明，選用2JK3×1.5/20E型雙滾筒提升機是合適的。 其相關(guān)數(shù)據(jù)：D=3000mm，B=1500mm，i=20 Fjmax=130kN， F

40、cmax=80kN ，Vmax=5.6m/s3.5天輪的選擇天輪安裝在井架上，起支撐、引導(dǎo)鋼絲繩轉(zhuǎn)向作用。主要有固定天輪、鑿井及井下固定天輪和游動天輪兩種類型。其結(jié)構(gòu)有三種類型：直徑4000mm時，采用模壓鉚接結(jié)構(gòu)；直徑3500mm時，采用模壓焊接結(jié)構(gòu)；直徑小于3000mm時，采用整體鑄造結(jié)構(gòu)。根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，對于安裝在井上的天輪且鋼絲繩與天輪的圍抱角小于90°時用以下計算選擇天輪： 式中 Dt天輪直徑，mm 查天輪規(guī)格表，故選擇TSG型天輪。3.6預(yù)選電動機 在計算副井提升設(shè)備需要選用新電動機時，可以用下式估算功率： =kwP提升電動機估算功率，kW；Q一次實際提升量，kg；

41、V"m提升機標(biāo)準(zhǔn)速度，m/s減速器的傳動效率，一級傳動時為0.92；二級傳動時為0.85K礦井阻力系數(shù)，及考慮到提升容器在井筒中活動的風(fēng)阻、罐籠阻力及鋼絲繩彎曲阻力等的阻力系數(shù)，罐籠提升時K=1.2動力系數(shù)，即考慮到動負荷影響的系數(shù)，一般取為1.21.4箕斗提升取小值，罐籠取大值；g重力加速度，取10m/s²電動機估算轉(zhuǎn)數(shù)由最大提升速度來確定，用下式計算： 提升電動機的估算速度n（r/min）、減速器的傳動比i、提升機標(biāo)準(zhǔn)速度v"m及滾筒直徑的關(guān)系。根據(jù)電動機的估算功率和轉(zhuǎn)數(shù)，則選Z400-4A直流式電動機其主要參數(shù)為： 額定功率：320kw 額定轉(zhuǎn)數(shù)：690r/

42、min 額定電流：624A 電動機效率：90.5% 過負荷數(shù)：=2.153.7提升機與井筒的相對位置 提升機對井筒的相對位置，關(guān)系到礦井地面工業(yè)廣場的布置、井下保安煤柱的尺寸及提升設(shè)備和地面運輸系統(tǒng)的安全、可靠運行。在確定位置的各參數(shù)時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)地形及生產(chǎn)條件，因地制宜。首先考慮提升機對井筒的布置方式（一般采用罐籠提升時，提升機房位于重車機房運行方向的對側(cè)），再確定相對位置的幾個參數(shù)尺寸。提升機安裝地點選好后，主要考慮五因素：井架高度、鋼絲繩弦長、提升機滾筒軸線與井筒中心線的距離、傾角和偏角。它們影響著提升機與井筒的相對位置，并且相互影響制約。3.7.1井架高度 =5+3.45+6+0.75&

43、#215;1.5 =15.6mHJ井架高度，mHx卸載距離，即由井口水平到卸載位置的容器底座高度m，對于罐籠提升一般在井口水平裝卸載其Hx=015mHR容器全高，即有容器底至連接裝置上面一個繩卡的距離，m，此值可由容器的規(guī)格表中查到；Hg過卷高度，mRJ天輪半徑，m井架高度取16m。3.7.2提升機滾筒中心至井筒中鋼絲繩間水平距離此距離考慮對于有斜撐的井架，其斜撐的基礎(chǔ)與井筒中心的水平距離約0.6Hj，另外考慮提升機在運輸中鋼絲繩的穩(wěn)定性，所以Ls的最小距離按下面經(jīng)驗公式計算： m考慮“咬繩”現(xiàn)象，取Ls=17m3.7.3鋼絲繩弦長 鋼絲繩弦長是指鋼絲繩離開滾筒處至接觸天輪之間的繩長，由圖可見

44、上下兩條弦長不完全相等，但均以滾筒中心至天輪中心之間的距離來計算弦長，即： =21m式中 C0提升機主軸中心線高出井口水平的距離，此值決定于滾筒直徑、地形和土壤等情況，一般C0=12m； Dt天輪直徑。 鋼絲繩的弦長不能過長，過長則鋼絲繩振動增大，因此，鋼絲繩有跳出天輪輪緣的危險，一般不超過60m。3.7.4鋼絲繩偏角鋼絲繩的弦長與天輪平面的夾角，從上圖可見，偏角有兩個，1稱外偏角，2稱內(nèi)偏角，根據(jù)規(guī)程規(guī)定，內(nèi)、外偏角不得超過1°30，否則繩與天輪輪緣的磨損過甚，易發(fā)生鋼絲繩跳出天輪的事故。 最大外偏角 =1°1'單繩纏繞最大內(nèi)偏角 2= =2'87&quo

45、t;式中 s兩天輪間的距離（m），其值決定于容器的規(guī)格及提升容器在井筒內(nèi)的布置，可查提升機規(guī)格表中兩滾筒中心距； a兩滾筒之間的間隙（m），其值見提升機規(guī)格表。綜上值，符合規(guī)程。3.7.5提升機滾筒的下出繩角鋼絲繩弦與水平之間的夾角稱滾筒鋼絲繩的出繩角，出繩角大小影響提升機主軸的受力情況。大于零時鋼絲繩拉力有一向上的分力能抵消一部分主軸的重力，減少它的重力彎矩，相對提高了主軸的強度。另外下出繩角過小，鋼絲繩有可能與提升機基礎(chǔ)想接觸，會增大鋼絲繩的磨損。為此出繩角不應(yīng)小于提升機規(guī)格表中規(guī)定值。對于JK型提升機下出繩角不應(yīng)小于15°。即下出繩角值為： =48+8 =56° 由于

46、實際下出繩角大于15°，因此符合要求。3.8提升系統(tǒng)運動學(xué)、動力學(xué)參數(shù)計算3.8.1提升系統(tǒng)的總變位質(zhì)量 電動機變位質(zhì)量其中提升系統(tǒng)總變位量為3500+2×3500+2×4.194×323.68+2×7810+17000+29212 =75047.03kg3.8.2運動學(xué)計算對于罐籠提升，因無卸載曲軌的限制，故無需初加速階段，開始就以較大的主加速度加速，但是為了準(zhǔn)確停車（使罐籠內(nèi)的軌道與車場軌道對齊），也需有一爬行階段，因此普通罐籠提升采用如圖所示的五階段速度圖圖32五階段速度圖（1）主加速度a1 1、按安全經(jīng)濟的原則確定，立井罐籠升降人員時加

47、速度和減速度都不得超過0.75m/s²。2、 電動機對加速度a1的限制需滿足下式:主加速度a1 其中Fe=則 =0.37m/s²3、 減速器對加速度a1的限制需滿足下式: =0.72m/s²綜上三個條件限制取其中最小值，故a1=0.37m/s²（2）主減速度a31、 自由滑行減速減速一開始，電動機便從電網(wǎng)上斷開，提升系統(tǒng)拖動力為0.靠慣性自由滑行 = =0.45m/s² 因測算的為副井，為安全考慮應(yīng)選電氣制動。故a3取0.45m/s²提升速度圖參數(shù)計算爬行距離的速度和距離的大小，主要以能便于操縱和準(zhǔn)確停車為原則。手動控制距離5.0h4

48、（m），速度0.4v4（m/s）。1、主加速階段加速時間=15s加速階段的行程=42m2、主減速階段減速階段時間=s減速階段行程=3、爬行階段爬行時間=由表查出罐籠h4=5m，v4=0.4m/s4、抱閘停車階段 抱閘停車時間t5=1s，減速度a5=1m/s²5等速階段 等速階段的行程:h2=H-h1-h3-h4 =205-42-34.8-5 =123.2m 等速階段的時間 : =s6、一次提升循環(huán)時間 =15+22+11.6+12.5+1+30 =92.1s 3.8.3動力學(xué)計算主加速度階段1主加速度開始x=h0，a=a1，拖動力F1為終了時，2等速階段 x=h0+h1，a=0終了時，x=h0+h1+