單繩纏繞式提升機的設計.doc

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1、畢業(yè)設計(論文)三家子煤礦主井提升設備選型設計（單繩纏繞式提升機）HOISTING EQUIPMENT SELECTION ANDDESIGN FOR SANJIAZI MINE（SINGLE ROPE WINDING HOIST）學生姓名學院名稱專業(yè)名稱指導教師20*年5月17日 徐州工程學院畢業(yè)設計(論文)摘要本設計主要對三家子煤礦生產(chǎn)所用的提升機械設備進行的一次合理的選型設計。礦井提升設備的任務是沿井筒提升煤、礦石、矸石，下放材料，升降人員和設備。本設計通過選箕斗、鋼絲繩、提升機、天輪、井架、電動機等來敘述提升機的設備選型。在礦井提升中，應根據(jù)不同的用途，選用合適的礦井提升設備，揚長避短

2、，充分發(fā)揮它們的效能，必須對其結構、性能及選擇計算方法予以了解。為此，必須掌握礦井提升設備的結構、工作原理、性能特點、選擇設計、運轉理論等方面的知識，以做到選型合理，正確使用與維護，使之安全、可靠、經(jīng)濟地運轉。關鍵詞 提升機；箕斗；鋼絲繩AbstractThis design is mainly used in the production of SanJiaZi coal mine machinery equipment selection for a reasonable choiceMine Hoist equipment is raised along the shaft coal,

3、ores, coal, decentralization material, personnel and equipment movements. The selection of the design of vessel, the rope, elevator, and space launches, Derrick, motors, etc. to describe the Hoist Equipment Selection In the mine upgrade, according to the different uses, to choose an appropriate mine

4、 hoisting equipment, exceed and give full play to their effectiveness that its structure, performance and choice of method to be understanding Therefore, we must master the mine hoisting equipment structure, working principles, characteristics, select the design, operation theory of knowledge, Selec

5、tion reasonable to do, the proper use and maintenance to make it safe, reliable and economic operation.Keywords hoist skip ropeII徐州工程學院畢業(yè)設計(論文)目 錄摘要IAbstractII1 緒論12礦井提升設備的選型設計32.1選型設計依據(jù)及提升方式的確定32.1.1選型設計依據(jù)32.1.2 提升方式的確定32.2 提升容器的選擇設計32.2.1 選擇原則42.2.2 選擇計算42.3 提升鋼絲繩的選擇設計62.3.1 提升鋼絲繩的結構62.3.2 提升鋼絲繩的類

6、型及特點62.3.3 提升鋼絲繩的選擇計算72.4 提升機的選擇設計102.4.1 提升機的類型102.4.2 單繩纏繞式提升機的分類和結構102.4.3 提升機的選擇計算122.5 天輪的選擇132.6預選電動機143 提升機與井筒相對位置153.1井架高度153.2提升機滾筒中心至井筒中鋼絲繩間水平距離163.3 鋼絲繩弦長163.4 鋼絲繩的偏角163.5 提升機滾筒的下出繩角184提升系統(tǒng)運動學、動力學參數(shù)計算194.1 提升系統(tǒng)的動力方程式194.1.1 提升系統(tǒng)的靜阻力194.1.2 提升系統(tǒng)的變位質量194.1.3主加減速度、的選擇和計算204.2提升系統(tǒng)速度圖和力圖的計算214

7、.2.1提升速度圖參數(shù)計算214.2.2提升系統(tǒng)力圖參數(shù)計算235 礦井提升機的拖動和控制265.1 提升電動機容量的計算265.2 電動機容量的驗算275.2.1按發(fā)熱條件驗算275.2.3電動機特殊過負荷能力驗算285.3 交流拖動提升設備的電耗及效率計算285.3.1 一次提升電耗285.3.2 噸煤電耗285.3.3 一次提升有益電耗295.3.4 提升設備的效率296 年產(chǎn)量驗算306.1 實際提升量306.2 提升能力的富裕系數(shù)30結論31致謝32參考文獻33341 緒論礦井提升設備的任務是沿井筒提升煤炭、礦石、矸石、下放材料，升降人員和設備，所以礦井提升設備是聯(lián)系井下與地面的重要

8、的生產(chǎn)設備，它在整個綜合機械化生產(chǎn)中占有了重要位置。近幾十年來，為提高勞動生產(chǎn)率和各項經(jīng)濟技術指標，在全世界范圍內(nèi)進行著對礦井的根本性技術改造，這一種改造的趨向是向著更集中，更大型發(fā)展。隨著礦井技術改造的進程，提升設備在高效、大型、自動化方面都有飛速進步?，F(xiàn)代化提升設備已發(fā)展成為大型機械電氣機組或機組群。箕斗有效載荷在國外已經(jīng)超過50噸；提升速度接近20m/s；拖動功率達到10000kw以上；在拖動控制方面已經(jīng)廣泛采用了集中控制及自動控制設備。我國提升設備的設計制造，是在解放之后才開始的。建國初期在黨的領導下，改建和新建了許多礦山機械制造廠。1953年撫順重型機器廠制造出我國第一臺纏繞式雙筒提

9、升機。1958年洛陽礦山機器廠設計制造成了我國第一臺24多生摩擦式提升機，并且在1961年開始運轉，這種類型的提升機與纏繞式提升機比較，具有重量輕、體積小、安全可靠、適合較深的礦井的特點，它是現(xiàn)代化提升機的發(fā)展方向。1971年該廠又新設計制造出JK型新系列單繩纏繞式提升機，新系列提升機采用一些新結構，與老型比較，提升能力平均提高了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)。多繩提升設備在我國改建和新建的礦井中已經(jīng)廣泛采用。在礦井的技術改造中，將纏繞式提升機改為單、雙繩落地式摩擦提升機的試驗在進行中，新落地多繩提升設備的設計和試制的工作已開始，幾種可控硅控制系統(tǒng)以及自動化提

10、升設備已經(jīng)在礦山生產(chǎn)實踐中適用。其它提升設備，比如說礦用提升鋼絲繩，提升容器近幾年也有了很大發(fā)展。使用壽命并且結構穩(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、結構合理以及大型化發(fā)展。根據(jù)提升設備的特點可將提升設備分類為：按用途來分：主井提升設備；副井提升設備。按提升機類型來分：纏繞式提升設備；摩擦式提升設備。按拖動類型來分：交流拖動提升設備；直流拖動提升設備。提升設備主要組成部分是：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備等。圖1表示豎井箕斗提升系統(tǒng)圖。圖11 豎井單繩纏繞式箕

11、斗提升系統(tǒng)圖 1提升機；2天輪；3井架；4箕斗；5卸載曲軌；6煤倉； 7鋼絲繩；8翻籠；9井底煤倉；10給煤機；11裝載設備煤炭被運至井底車場的翻籠峒室，經(jīng)過翻籠卸到煤倉9內(nèi)，再經(jīng)過裝載閘門送入給煤機，并且通過定量裝載設備裝入位于井底的箕斗。此時，另一箕斗位于地面的卸載位置，安裝在井架上的卸載曲軌5讓箕斗的底部閘門打開，然后煤炭卸到井口煤倉6內(nèi)。上下兩個箕斗分別與兩跟鋼絲繩7連接，而且每跟鋼絲繩的另一端繞過井架上的天輪2引入提升機房，并且以相反方向纏繞和固定在提升機滾筒上，然后開動提升機，使?jié)L筒旋轉，一根鋼絲繩向滾筒上纏繞，另一根則從滾筒上送放，相應的箕斗在井筒內(nèi)上下運動，從而完成提升重箕斗，

12、下放空箕斗的任務。2礦井提升設備的選型設計2.1選型設計依據(jù)及提升方式的確定2.1.1選型設計依據(jù)礦井年產(chǎn)量：=90萬噸/年； 礦井工作制度: 年工作日天；每日提升工作小時數(shù)t=14小時； 水平井深: =380 m；裝載水平與井下運輸水平的高差： =20 m；卸載水平與井口的高差：=18 m；2.1.2 提升方式的確定提升設備選型設計必須在提升方式確定后進行。當?shù)V井年產(chǎn)量、水平井深及開采水平確定之后，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)都有密切關系。所以在做新井初步設計時，對提升方式要全面綜合地考慮。在決定合理提升方式時，要考慮如下的幾個因素：（1）對于年產(chǎn)量大于60

13、萬噸的大中型礦井，因為提升煤炭及輔助提升工作量均較大，所以一般均設主副井兩套提升設備。主井用箕斗提升煤炭，副井則用罐籠完成輔助提升任務：如升降人員、提升矸石和下放材料設備等。對于年產(chǎn)量小于30萬噸小型礦井，如只用一套罐籠提升設備就能完成全部主副井任務時，用一套提升設備是經(jīng)濟的。而對于年產(chǎn)量大于180萬噸的大型礦井，主井一般需要兩套箕斗提升設備，副井除了配備一套罐籠設備以外，多數(shù)還需要設置一套單容器平衡錘系統(tǒng)來專門提升矸石。（2）一般情況下，主井都用箕斗提升方式。是因為箕斗提升方式能力大、運轉費用也比較低。另外，在控制上易于自動化。但是在特殊的條件下，比如礦井生產(chǎn)的煤質品種多，而且需要分別運送，

14、或者是保證煤炭有足夠的塊度，這時只能采用罐籠做主井提升設備。（3）為提高生產(chǎn)率，中等以上礦井，原則上都是需要用雙鉤提升。若礦井同時開采水平數(shù)過多，則用平衡錘單容器提升方式是比驕傲方便的。（4）從我國目前實際實際情況來看，對于小型礦井，采用單繩纏繞式提升系統(tǒng)較好。對于年產(chǎn)量90萬噸以上的大型礦井，采用多繩摩擦提升系統(tǒng)較好。對于中型礦井，如果井較淺，可以采用單繩纏繞系統(tǒng)，井較深時則可采用多繩摩擦系統(tǒng)，或者是主井采用單繩箕斗，副井則采用罐籠。由于三家子煤礦礦井的深度中等，年產(chǎn)量較大，全面綜合考慮后，決定主井采用單繩纏繞式箕斗提升。2.2 提升容器的選擇設計2.2.1 選擇原則提升容器規(guī)格是提升設備選

15、型計算的主要技術參數(shù)，它直接影響了提升設備的初期投資和運轉費用。在礦井提升高度和提升任務確定之后，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。因為提升容器較大，需要的提升鋼絲繩直徑和提升機滾筒直徑也較大，所以初期投資也較大，不過提升次數(shù)較少，運轉費用較少；二是選擇小規(guī)格的容器。由于初期投資較少，故運轉費用較多。所以選擇提升容器規(guī)格原則就是：一次合理提升量應該使初期投資費和運轉費的加權平均總和最少。然后根據(jù)確定的一次合理提升量，選擇出標準的提升容器。2.2.2 選擇計算2.2.2.1提升高度 式（2.1）式中 水平井深，m; 井下運輸水平與箕斗裝載水平高差，m; 卸載水平與井口水平高差，

16、m； 提升高度，m。2.2.2.2經(jīng)濟提升速度考慮到經(jīng)濟的因素。若用較大的提升速度，一次提升量Q、鋼絲繩和和提升機都可小些，總的投資費用少一些。不過這時運轉費用比提升速度小，一次提升量Q較大的方案多些。究竟選用多大的提升速度比較合理，要經(jīng)過技術經(jīng)濟的方案比較。我國煤礦設計部門在選擇提升容器時，目前常用經(jīng)濟速度法來計算。公式是： 式（2.2）式中 經(jīng)濟提升速度，m/s。2.2.2.3一次循環(huán)提升時間當最大速度已經(jīng)確定，但尚未進行運轉參數(shù)計算時，可暫用下式估算每次提升實際循環(huán)時間。 式（2.3）式中 提升加速度，m/ ，箕斗提升時，a0.8 m/ ，取a=0.8 m/ ； 箕斗在卸載曲軌內(nèi)減速與爬

17、行的估算附加時間，暫取=10s； 箕斗裝卸載時間，s ，估計箕斗規(guī)格為8t ，取=10 s ； 一次提升循環(huán)時間，s。2.2.2.4一小時提升量 式（2.4）式中 提升不均衡系數(shù)，對于主井提升設備，有井底煤倉時，取c=1.15 ； 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)； 礦井年產(chǎn)量，t/年 ； 提升設備年工作日數(shù)，一般取=300 d ； 升設備日工作小時數(shù)，一般取t=14 h ； 一小時提升量，t/h。2.2.2.5一小時提升次數(shù) 次 式(2.5)2.2.2.6一次合理提升量 t/次 式（2.6）故選取箕斗規(guī)格可以有兩個方案：名義載荷為6噸或8噸的單繩箕斗。若選6噸箕

18、斗，為了保證完成產(chǎn)量，必須加快提升速度，此時=6t/次，經(jīng)計算提升速度為：在煤礦安全規(guī)程中，豎井中提升物料時，提升容器最大速度不得超過用下列公式求出的數(shù)值: 式（2.7）我國設計部門目前常用的估算經(jīng)濟速度的公式是： 式（2.8）經(jīng)計算=10.22m/s，與10.46m/s非常接近，并且6噸箕斗的提升速度小于提升容器最大速度12.27m/s,所以6噸箕斗可用。若選8噸箕斗，總的投資費用比較大，所以從綜合角度考慮，應該選6噸箕斗，其主要技術規(guī)格參數(shù)如下：名義載重 =6t有效容積 =6.6箕斗自重 =5.0t箕斗總高 =9450mm箕斗中心距 =1870mm2.3 提升鋼絲繩的選擇設計2.3.1 提

19、升鋼絲繩的結構提升鋼絲繩是把一定數(shù)量的細鋼絲捻成股，再把若干個股圍繞繩芯捻成繩。提升鋼絲繩各部分名稱如圖21所示。圖2-1 提升鋼絲繩的結構1-股芯 2-內(nèi)層鋼絲 3-外層鋼絲 4-繩 5-繩股 6-繩芯礦用鋼絲繩的鋼絲是優(yōu)質碳素結構鋼，直徑為0.44mm,更細的鋼絲容易磨損和腐蝕，在生產(chǎn)中直徑超過4毫米的鋼絲難以保證理想的抗拉強度和疲勞性能。鋼絲是用圓鋼條冷拔而成的，其抗拉強度為140200kg/。在受到相同終端載荷的情況下，抗拉強度大的鋼絲繩的繩徑可以選擇小的。然而，抗拉強度過高的鋼絲繩彎曲疲勞性能差。一般情況下，礦井提升鋼絲繩選用155170 kg/為宜。為了提高鋼絲繩的抗腐蝕能力，鋼絲

20、表面可通過鍍鋅加以保護。鋼絲韌性號可以分為特號、I號、II號。升降人員用繩一定要用特號鋼絲繩，提煤的主提升鋼絲繩可以用特號或者I號鋼絲繩。在把鋼絲捻成股時有一個股芯，在把股捻成繩時有一個繩芯。股芯一般是鋼絲，繩芯一般有金屬繩芯和纖維繩芯兩種，前者是由鋼絲組成的，后者可以用劍麻、黃麻或有機纖維制成。繩芯的作用就是支持繩股，使繩富有彈性，并且可以貯存潤滑油，從而防止內(nèi)部鋼絲腐蝕生銹，減少鋼絲之間的摩擦。2.3.2 提升鋼絲繩的類型及特點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） 右捻、左捻、同向捻及交互捻鋼絲繩；（3） 圓形股和異形股鋼絲繩；（4） 不旋轉鋼絲繩；（5

21、） 密封鋼絲繩；（6） 扁鋼絲繩；（7） 不松散鋼絲繩。此外，選擇鋼絲繩時需考慮以下因素： （1）在礦井淋水大，酸堿度較高且作為出風井中的提升鋼絲繩，由于腐蝕嚴重而影響了鋼絲繩的適用壽命，應選用鍍鋅鋼絲繩； （2）以磨損為主要損壞原因時，應選用外層鋼絲繩直徑比內(nèi)層粗的鋼絲繩，如67，6(19)或三角股等；（3）以彎曲疲勞斷絲為主要損壞原因時，可選用內(nèi)外層鋼絲直徑差值小的線接觸式或異形鋼絲繩，如6T(25)，6W(19)等； （4）用于高溫和有明火的煤礦殲石山等處的提升鋼絲繩，可選用帶金屬繩芯的鋼絲繩。（5）實踐認為，煤礦提升用繩用同向捻鋼絲繩為好。表2-1為各種鋼絲繩的主要特點。表21 各種鋼

22、絲繩的主要特點 鋼絲繩結構 優(yōu)點 缺點 主要用途圓形股鋼絲繩；等易于用眼檢查斷絲情況，撓性大，易制造，價位低隨載荷變化有旋轉趨勢，外部鋼絲易磨損提升鋼絲繩，尾繩，罐道繩，制動繩，緩沖繩三角股鋼絲繩；等易于用眼檢查斷絲情況；相同條件下，比圓形繩強度大，壽命長，抗擠壓性能好，外層鋼絲比圓形股繩耐磨損隨載荷變化有旋轉趨勢，撓性比圓形股差提升鋼絲繩，罐道繩多層股不旋轉鋼絲繩；等旋轉性小，有相當大的撓性內(nèi)部鋼絲不易檢查尾繩，鑿井提升鋼絲繩密封、半密封鋼絲繩不旋轉，抗磨、抗腐蝕性能好，相同條件強度最大，彈性變形小內(nèi)部鋼絲不易檢查；直徑大時斷面易變形，撓性小，制造復雜，價格高 罐道繩，提升鋼絲繩扁繩不旋轉，

23、易于檢查，某一方向上有很大的撓性易磨損，手工生產(chǎn)效率低、價格高尾繩，鑿井提升鋼絲繩2.3.3 提升鋼絲繩的選擇計算2.3.3.1選擇原則鋼絲繩在工作時受到種應力作用，如靜應力、動應力、扭轉應力、彎曲應力、接觸應力、捻制應力及擠壓應力等，這些應力反復作用將導致鋼絲的疲勞破斷，這就是鋼絲繩破損的主要原因；另外鋼絲繩破損及銹蝕將影響鋼絲繩的性能和破損。因此，全面綜合反映上述應力的疲勞計算是一個較復雜的問題，雖然國內(nèi)外學者在這方面作了大量的研究工作，并取得了一些成就，但由于鋼絲繩的結構復雜，影響因素較多，鋼絲繩強度計算理論還沒有完善，一些計算公式還不能夠確切地反映真實的應力情況。我國礦用鋼絲繩是按照煤

24、礦安全規(guī)程的規(guī)定：鋼絲繩應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。安全系數(shù)指鋼絲繩鋼絲拉斷力總和與鋼絲繩計算靜拉力之比。但應當注意，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)定如表22所示。表22 提升鋼絲繩安全系數(shù)表用途分類安全系數(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6.52.3.3.2 選擇計算（1）計算鋼絲繩每米重量圖22為單繩提升鋼絲繩計算示意圖。圖2-2 單繩提升鋼絲繩計算示意圖由圖可

25、知，鋼絲繩最大靜載荷在A點，其值為： 式（2.9） 式中 鋼絲繩最大計算靜載荷，kg； 容器一次提升量，kg; 容器自重，kg； 鋼絲繩每米重量，kg/m; 鋼絲繩最大懸垂長度，m。 式（2.10） 式中 井架高度，m,箕斗提升：，取。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（2.11） 式（2.11） 式中 鋼絲繩的抗拉強度，kg/,??； 鋼絲繩中所有鋼絲斷面積之和，; 鋼絲繩安全系數(shù)，煤礦安全規(guī)程規(guī)定，主井箕斗提升，取。上式中和是兩個未知數(shù)，為解上式需找出和的關系。 式（2.12） 式中 鋼絲繩的比重，取=0.009。將式（2.12）帶入式（2.11）并化簡： 式（2.13）將

26、的值代入是（2.13）中得： 式（2.14）根據(jù)上述P值，選用619普通圓股鋼絲繩，其有關數(shù)據(jù)：鋼絲繩直徑d=37mm,鋼絲直徑=2.4mm,鋼絲繩每米重量=4.871kg/m,鋼絲繩抗拉強度，全部鋼絲斷裂力之和=87600kg，（2）鋼絲繩選出后，要按照實際所選鋼絲繩的數(shù)據(jù)校核其安全系數(shù)，可通過式（2.15）求得： 式（2.15）故所選鋼絲繩可用。2.4 提升機的選擇設計2.4.1 提升機的類型我國目前生產(chǎn)和使用的提升機可分為兩大類：單繩纏繞式提升機和多繩摩擦式提升機。單繩纏繞式提升機是較早出現(xiàn)的一種提升機，它的工作原理較簡單，就是把鋼絲繩一段固定住并且纏繞在提升機滾筒上，另一端則繞過井架天

27、輪懸掛提升容器。然后利用滾筒轉動方向的不同，將鋼絲繩纏上或放松，來完成提升或下放容器的工作。單繩纏繞式提升機結構簡單，工作可靠，但只適用于淺井及中等深度的礦井，而且終端載荷不能太大。對深井且終端裁荷較大時，提升鋼絲繩和提升機卷筒直徑很大，造成體積龐大，重力猛增，使提升鋼絲繩和提升機在運輸、制造和使用上都有諸多不便。所以在一定程度上限制了單繩纏繞式提升機在深井中的使用。多繩摩擦式提升機的工作原理是通過利用摩擦傳遞動力，就和皮帶傳輸機的傳動原理是一樣的，這類提升機的特點是體積小、重量輕，且適用于中等深度和比較深的礦井。2.4.2 單繩纏繞式提升機的分類和結構按滾筒數(shù)目的不同，單繩纏繞式提升機可以分

28、為雙滾筒和單滾筒提升機兩種：雙滾筒提升機在主軸上裝有兩個滾筒，其中一個用鍵固定在主軸之上，稱為固定滾筒死滾筒或固定滾筒；另一個滾筒滑裝在主軸上，用調(diào)繩離合器與主軸連接，稱為活滾筒或游動滾筒。將兩個滾筒做成這種結構的目的，是為了在需要時兩個滾筒可以有相對運動，這樣可以更方便地調(diào)節(jié)繩長或更換水平。單滾筒提升機只有一個滾筒，一般情況下用于單鉤提升。礦井提升機是礦井提升設備中的動力部分，主要由主軸裝置、調(diào)繩離合器、減速器、深度指示器、電動機、制動系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和操縱臺等組成。2.4.2.1 主軸裝置提升機主軸裝置包括滾筒、主軸、主軸承，在雙筒提升機中還包含有調(diào)繩離合器。滾筒的筒殼通過輪輻、輪轂用鍵固定

29、在軸上（固定滾筒），筒殼外邊通常都設有木襯，木襯上車有螺旋導槽，目的是使鋼絲繩在滾筒上作規(guī)則排列，并減少鋼絲繩的磨損。在多層纏繞情況下，煤礦安全規(guī)程規(guī)定：滾筒必須要設有帶繩槽的襯墊。2.4.2.2 調(diào)繩離合器雙滾筒提升機一般都裝有調(diào)繩離合器，它的作用是使活滾筒與主軸連接或脫開，從而方便在調(diào)節(jié)繩長或更換提升水平時，使死滾筒與活滾筒有相對運動。調(diào)繩離合器基本上可以分為三種類型：齒輪離合器、摩擦離合器、蝸輪蝸桿離合器。一般應用比較多的是齒輪離合器。2.4.2.3 減速器根據(jù)提升速度的要求提升機主鈾轉速一般為4060 rmin，然而拖動提升機的電動機轉速一般為290980 rmin，所以，除采用低速直

30、流電機拖動外，不能夠把電動機與主鈾直聯(lián)，必須通過減速器。我國提升機減速器曾經(jīng)用過的速比有：30；20；15.5；12.5；11.5；10.5；9.5；7.35。JK型提升機的減速器是屬于二級圓弧齒輪減速器，其減速比是30；20；11.5；10.5。減速器低速軸采用齒輪聯(lián)軸器與主軸相連，而高速軸則采用彈性聯(lián)軸器與電機軸相連2.4.2.4深度指示器深度指示器的作用是：（1）容器接近井口停車位置的時候發(fā)出減速信號；（2）向司機指示提升容器在礦井中的位置；（3）當提升容器過卷時，終點開關切斷安全保護回路，然后進行安全制動；（4）減速階段用限速裝置進行過速保護。深度指示器類型較多，按其動作原理可以分為機

31、械式，機械電氣混合式和數(shù)字式等。KJ系列提升機采用了機械牌坊式深度指示器，這種深度指示器在我國礦山應用比較多，它的優(yōu)點是指示清楚，工作可靠；缺點就是體積較大，指示精度不高，不方便實現(xiàn)提升機的遠程控制。所以，JK新系列提升機采用結構緊湊的同步聯(lián)系式圓盤深度指示器。它由兩部分組成：深度指示器傳動裝置（發(fā)送部分）以及深度指示盤（接受部分）。數(shù)字式深度指示器在我國使用不多，還處于研究階段。2.4.2.5 制動系統(tǒng)制動系統(tǒng)的組成是制動器(也稱閘)和傳動機構。制動器是直接作用在制動盤或制動輪上產(chǎn)生制動力矩的部分，它按照結構形式分為盤式閘及塊式閘等。傳動機構則是控制并調(diào)節(jié)制動力矩的部分。它按傳動能源可分為油

32、壓、氣壓或彈簧。制動器的作用有以下幾個：（1）在提升機的正常操作中，對提升機進行速度控制，在提升結束時可靠地閘住提升機，即通常所說的正常停車。；（2）如果發(fā)生緊急事故，能迅速地并按要求減速，閘住提升機，即安全制動。（3）在減速階和下方重物的時候，對提升機進行控制，即工作制動。（4）對于雙滾筒提升機，在調(diào)節(jié)繩長、更換鋼絲繩及更換水平時，應該能夠閘住提升機活滾筒，松開死滾筒。我國生產(chǎn)的礦井提升機主要采用盤閘制動系統(tǒng)，它包括了盤閘制動器和液壓站兩部分。盤閘制動系統(tǒng)與塊閘制動系統(tǒng)相比較，它的優(yōu)點是重量小，結構緊湊，安全性好，動作靈敏。2.4.3 提升機的選擇計算2.4.3.1 提升機滾筒直徑提升機滾筒

33、直徑是選擇計算提升機的基本參數(shù)之一。選擇滾筒直徑主要的原則是鋼絲繩在滾筒上纏繞時不會產(chǎn)生過大彎曲應力，以方便保持其具有一定的承載能力和使用壽命。理論與實踐都已證明，繞經(jīng)卷筒及天輪的鋼絲繩，它的彎曲應力的大小和疲勞壽命，取決于滾筒與鋼絲繩直徑之比。在同一鋼絲繩直徑這一條件下，滾筒的直徑越大，彎曲應力則越低；而鋼絲繩直徑不同，滾筒直徑相同的條件下，繩徑越小，即D/d越大，彎曲應力越低。在承受相同試驗荷載的情況下，D/d值越大，鋼絲繩可以承受的反復彎曲次數(shù)越高，壽命愈長。根據(jù)以上的兩點，煤礦安全規(guī)程規(guī)定：對于安裝在地面上的提升機： 式（2.16） 式（2.17）式中 D滾筒直徑，mm ； d鋼絲繩直

34、徑，mm ； 鋼絲繩中最粗的鋼絲直徑，mm 。2.4.3.2選擇標準提升機根據(jù)計算結果，選用滾筒直徑為3.5米的提升機是適合的，對2JK-3.5/11.5型提升機需檢驗滾筒寬度B及提升機強度。雙滾筒提升機，每個滾筒實際容繩寬度為： 式（2.18）式中 提升機所需的滾筒纏繩寬度，mm； 纏繞在滾筒圓周表面上相鄰兩繩圈間隙寬度，取=3mm ； 多層纏繞時平均纏繞直徑，即 式（2.19）k 纏繞層數(shù)，煤礦安全規(guī)程規(guī)定：專為升降物料的，準許纏2層。故取k=2 。所以滾筒寬度滿足要求。2.4.3.3提升機強度驗算 式（2.20） 式（2.21）計算得： 式中 鋼絲繩實際最大靜張力，kg； 鋼絲繩實際最大

35、靜張力差，kg。強度校核合格。通過上述計算，說明選用2JK-3.5/11.5型提升機是合適的。其相關數(shù)據(jù)：D=3500mm,B=1700mm,i=11.5, =17000kg, =11500kg,=12m/s。2.5 天輪的選擇天輪安裝在井架上，它的作用是引導、支撐鋼絲繩轉向，根據(jù)煤炭工業(yè)部的標準，天輪分為以下三種：（1）井上的固定天輪；（2）鑿并及井下的固定天輪；（3）游動天輪。天輪的結構形式也可分為三種類型：直徑小于3000 mm時，采用整體鑄鋼結構；直徑為3500mm時，采用模壓焊接結構；直徑為4000mm時，采用模壓鉚接結構。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

36、抱角小于時，用下式計算選擇天輪直徑： 式（2.22） 式（2.23）式中 天倫直徑，mm 。故選用天輪。2.6預選電動機在計算新井提升設備需要選用新電動機時，可以用下式估算功率： 式（2.24）式中 P電動機估算功率，kw; K礦井阻力系數(shù)，箕斗提升K=1.15;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)，取=1.3;減速器的效率，二級傳動為0.85。電動機的估算轉數(shù)由最大提升速度來確定，用下式計算:式中 電動機的估算轉數(shù)，r/min; i減速器傳動比； 根據(jù)電動機的估算功率和轉數(shù)先暫選YR1000-8/1108型三相交流線繞型異步電動機，其主要參數(shù)如下：額定功率 =1000

37、 KW；額定轉數(shù) =741 r/min；過負荷系數(shù) =2.15；轉子飛輪轉距 =6540N.；電動機效率 =92%。3 提升機與井筒相對位置當井筒位置已確定后，重要的是正確選擇提升機的安裝地點。在決定提升機安裝地點時，一般需要考慮一下的問題：礦井地面工業(yè)廣場的布置、井下所留有的安全煤柱位置和尺寸、井筒四周的地形條件和地面運輸生產(chǎn)系統(tǒng)等。用箕斗提升的時候，提升機房應位于卸載方向對側。對于井架上的天輪，根據(jù)提升機的類型和用途、提升機房地點以及容器在井筒中的布置，裝在同一水平軸線上或者是同一垂直面上。當提升機安裝地點選好后，就要考慮以下五個因素：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

38、、傾角和偏角，它們影響著提升機與井筒的相對位置，并且相互影響相互制約。圖31為提升機與井筒相對位置圖。圖3-1 提升機與井筒相對位置圖3.1井架高度參考圖3-1，井架高度應該是由下列部分組成： 式（3.1）式中 井架高度，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，查得JL6型箕斗的全高=9.45m； 過卷高度，實現(xiàn)安全制動時，,是提升機運轉時最大速度， 是安全制動減速度（），取，S是安全制動時容器所經(jīng)過的距離，經(jīng)計算S=10.94，S，取10.94； 天輪半徑，m。將圓整成39m。3.2提升機滾筒中心至井筒中鋼絲繩間水平距離一般情況下，在提升機房與井筒之間很難再設置其他建筑物

39、，所以為了節(jié)省占地面積，滾筒中心至井筒中鋼絲繩間水平距離盡量小一點好。但是根據(jù)井架天輪受力情況又能夠看出，為了提高井架穩(wěn)定性，在提升機房與井筒之間，設有井架斜撐。斜撐基礎與井筒中心的水平距離大概為0.6左右，若取的過小，導致無法安裝斜撐是不合理的。考慮上述原因，的最小值可按經(jīng)驗公式計算： 式（3.2）考慮到減輕“咬繩”現(xiàn)象，取=31m。3.3 鋼絲繩弦長鋼絲繩的弦長指的是鋼絲繩離開滾筒處到鋼絲繩與天輪接觸點的一段繩長。參考圖3-1可以看出，上下兩條弦長不是完全相等的。但可以近似地以滾筒中心到天輪中心的距離計算弦長。當井架高度和滾筒中心線到井筒中鋼絲繩間水平距離都已經(jīng)確定時，弦長即為定值。按下式

40、求出： 式（3.3）式中滾筒中心線與井口水平的高差，m ，從2JK-3.5/11.5型提升機的數(shù)據(jù)中查得滾筒中心線高出提升機房地面700mm，考慮到提升機房與室外地坪高差，提升機室外地坪與井口水平差后，取取=1.5 m。由于實際弦長是47.71m，鋼絲繩弦長在運轉中振動不大，不會跳離天輪輪緣。3.4 鋼絲繩的偏角鋼絲繩的偏角指的是鋼絲繩弦與通過的天輪平面所成的角度，偏角分為外偏角和內(nèi)偏角。由圖3-2可見，在提升過程中，隨著滾筒轉動，偏角是有變化的。當右鉤還沒有開始提升時，右鉤鋼絲繩形成了最大外偏角，而且這個時候左鉤鋼絲繩形成最大內(nèi)偏角。同樣，當右鉤提升結束的時候，左鉤鋼絲繩形成了最大外偏角，而

41、這時右鉤形成了最大內(nèi)偏角。鋼絲繩的偏角過大有兩個缺點： （1）使鋼絲繩與天輪輪緣的磨損加劇，并使鋼絲繩使用壽命降低。磨損嚴重時，還可能引起斷繩事故；（2）在某些情況下，鋼絲繩纏向滾筒時會發(fā)生“咬繩”現(xiàn)象。從圖32中可看出，若鋼絲繩內(nèi)偏角過大，弦長奔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”現(xiàn)象。即使在內(nèi)偏角不太大的情況下，因為滾筒上繩圈間隙較小、滾筒直徑較大或鋼絲繩直徑較大，都會導致“咬繩”。“咬繩”加劇了鋼絲繩的磨損。通過對偏角的分析，可以得出以下的結論：最大外偏角和最大內(nèi)偏角都不得超過，作單層纏繞時，最大內(nèi)偏角還應該要保證不咬繩。圖3-2 鋼絲繩在滾筒上纏繞時“咬繩”

42、示意圖最大外偏角： 式（3.4）式中 B提升機滾筒寬度，m ；S兩箕斗中心距，m，僅安裝一套提升設備，6噸箕斗采用罐道時，查得S=1.87m;a兩滾筒之間的間隙，m，查2JK-3.5/11.5型提升機兩滾筒中心距為1.84m,故a=1.84-1.7=0.14m；鋼絲繩纏在滾筒上的繩圈間隙，m,取。單層纏繞時最大內(nèi)偏角： 式（3.5）多層纏繞時最大內(nèi)偏角： 式（3.6）分析上述諸值，完全符合煤炭安全規(guī)程的要求，是安全的。3.5 提升機滾筒的下出繩角鋼絲繩弦與水平面之間的夾角稱為滾筒鋼絲繩的出繩角，而出繩角大小影響提升機主軸的受力情況。當大于零的時候鋼絲繩拉力有一向上分力可以抵消一部分主軸的重力，

43、減少了重力彎矩，相對提高了主軸的強度。所以滾筒實際的出繩角度增大是對提升機主軸的工作有利，限制了下出繩角的最小值是15，是因為下出繩角過小，鋼絲繩有可能與提升機基礎相接觸，會使鋼絲繩的磨損增大。對于JK型提升機下出繩角不應該小于15。所以下出繩角值為： 式（3.7）由于實際下出繩角大于15，因此是符合要求的。4提升系統(tǒng)運動學、動力學參數(shù)計算為了保證空、重箕斗在卸載曲軌內(nèi)運行的穩(wěn)定性和停車的準確性，采用六階段速度圖。4.1 提升系統(tǒng)的動力方程式4.1.1 提升系統(tǒng)的靜阻力提升系統(tǒng)的靜阻力包括有益載荷、容器自重、鋼絲繩的重量和礦井阻力等形成。礦井阻力指的是井筒中氣流和罐道對容器的阻力，鋼絲繩在天輪

44、和滾筒上的彎曲阻力及天輪軸承的阻力等。圖4-1是提升系統(tǒng)示意圖，研究空、重容器均已運行了X米時的靜阻力，這時靜阻力可用下式表示： 式（4.1）圖4-1提升系統(tǒng)示意圖4.1.2 提升系統(tǒng)的變位質量為了方便計算總的慣性力，可以把各運動部分的質量都變位到滾筒表面纏繞的圓周上，這個地方的線加速度就是提升容器的加速度。條件是變位前后的動能相等，系統(tǒng)變位質量的總和就是提升系統(tǒng)的總變位質量。提升系統(tǒng)運動部分可以分成直線運動和旋轉運動兩個部分，作直線運動的部分是提升容器、有益載荷和提升鋼絲繩。它們的速度和加速度就等于提升機滾筒表面速度、加速度，所以它們的變位質量與實際質量相同；作旋轉運動的部件為是：提升機的旋

45、轉部件（包括減速器）、天輪以及電動機轉子。提升機和天輪的變位質量可以在其技術規(guī)格表中查出。所以只有電動機轉子變位重量需要計算。電動機轉子的變位質量為： 式（4.2）每根鋼絲繩的重量是全繩長乘上每米重量P，所以兩根鋼絲繩的總重量為： 式（4.3）式中 提升鋼絲繩全長，m ；為減少鋼絲繩固定點的拉力，在滾筒上纏三圈摩擦圈繩長度，m ；30 實驗用繩長度，m;多層纏繞的錯繩用繩長，m ，取=2圈。提升機旋轉部分的變位重量由滾筒、主軸、減速器和聯(lián)軸器等組成，可以從提升機規(guī)格表中查出，用表示。天輪的變位重量則用表示，它也可以從天輪規(guī)格表中查出。提升系統(tǒng)的總變位質量為： 式（4.4）式中 提升系統(tǒng)的總變?yōu)?/p>

46、重量，KN； 提升機的變位重量，KN； 電動機轉子的變位重量，KN。4.1.3主加減速度、的選擇和計算提升系統(tǒng)動力方程式的常用形式為： 式（4.5）上式表示加速度a與托動力的關系，已知加速度就可求出需要的拖動力，反之，已知托動力也可求出加速度。在確定加（減）速度時，纏繞式提升設備受到煤礦安全規(guī)程、減速器能力及電動機能力的限制。4.1.3.1主加速度的選擇和計算（1）減速器能力對加速度的限制必須滿足下式： 式（4.6）式中 減速器的最大扭矩，可從提升機的技術規(guī)格表中查出。 （2）電動機能力對加速度的限制必須滿足下式： 式（4.7）式中 電動機的額定拖動力，N ； 式（4.8）（3）煤礦安全規(guī)程對

47、升降物料的加、減速度規(guī)程的限制是，一般在豎井，加、減速度最大不超過。加速度受上述三個條件限制，取其中的最小值，所以取。4.1.3.2主減速度的選擇和計算綜合考慮后，按自由滑行方式確定減速度。在自由滑行整個減速階段，拖動力為零。不帶尾繩的靜力不平衡提升系統(tǒng)的靜阻力不斷變化，使得減速階段的實際減速度是變量。此時，與之相應的速度變化、時間和形成等計算方法也需要改變。不過減速時間很短，靜力不平衡程度不是太大，可近似地認為減速度階段減速度是常量。減速終了時的減速度為: 式（4.9）減速終了時的減速度是減速整個過程中最小的，所以取。4.2提升系統(tǒng)速度圖和力圖的計算4.2.1提升速度圖參數(shù)計算對于箕斗提升，

48、其開車與停車，無論是自動、手動，均要按規(guī)律準確進行。在提升過程中，電動機以初加速度啟動，使得井上箕斗脫離卸載曲軌時的速度，不超過=1.5m/s，箕斗脫離卸載曲軌后，電動機以主加速度運行，加速度為，經(jīng)過主加速時間s，行程m后，提升機的速度達到最大運行速度m/s，接著電動機就開始在自然特性曲線上作等速運動，經(jīng)過s，行程m后。此時采取恰當?shù)臏p速方式以減速度進行減速，運行s，行程m。箕斗在停車之前，設計有一等速爬行階段，到最后提升機加閘制動停車。所以，箕斗提升采用了六階段速度圖，如圖42所示。圖4-2 箕斗提升速度圖4.2.1.1 初加速階段新標準系列的箕斗卸載曲軌行程，卸載曲軌中初加速度為： 式（4

49、.10）卸載曲軌中初加速時間： 式（4.11）4.2.1.2 主加速階段加速時間： 式（4.12）主加速階段的行程為： 式（4.13）4.2.1.3 爬行階段爬行時間為： 式（4.14）箕斗在爬行階段自動控制時，爬行距離取，爬行速度 取。4.2.1.4 主減速階段主減速階段時間為： 式（4.15）主減速階段行程為： 式（4.16）4.2.1.5 抱閘停車階段抱閘停車的時間為，可以大約估計為1 s ；因為行程很小，可以考慮包括在爬行距離內(nèi)不另行計算。其減速度一般取 。4.2.1.6 等速階段等速階段行程為： 式（4.17）等速階段時間為： 式（4.18）4.2.1.7 一次提升循環(huán)時間 式（4.

50、19）4.2.2提升系統(tǒng)力圖參數(shù)計算將速度圖中每一個階段的行程還有相應的加速度和減速度代到提升系統(tǒng)動力方程式（4.5）中，就能夠計算出提升過程中的各個階段的托動力。然后就可以畫出力圖。4.2.2.1初加速度階段提升開始時， ，拖動力為： 式（4.20）出曲軌， ，拖動力為： 式（4.21）4.2.2.2主加速階段主加速階段開始時，所以拖動力為： 式（4.22）主加速終束時， ，所以拖動力為： 式（4.23）4.2.2.3 等速階段等速階段開始時，所以拖動力為： 式（4.24）等速終了時， ，所以拖動力為： 式（4.25）4.2.2.4 減速階段減速階段開始時，所以拖動力為： 式（4.26）減速

51、終了時， ，所以拖動力為： 式（4.27）4.2.2.5 爬行階段 爬行階段開始時，所以拖動力為： 式（4.28）爬行終了時， ，所以拖動力為： 式（4.29）由以上求得的各個參數(shù)，以時間為坐標圖x軸，作出提升系統(tǒng)的速度圖與力圖如圖4-35 礦井提升機的拖動和控制 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）投資和運轉費用低。能符合這些要求的拖動設備，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。直流拖動裝置與交流拖動裝置相比較優(yōu)點是：調(diào)速時沒有附加電能損失，低速調(diào)速性能好

52、，且易于實現(xiàn)自動化。在直流拖動裝置中調(diào)速時，需要改變它激直流電動機的電樞電壓，且需要增設變用經(jīng)驗比較成熟流設備，或者是采用價格昂貴的變流機組。交流拖動裝置也有不少優(yōu)點：系統(tǒng)比較簡單、使用經(jīng)驗比較成熟和設備價格較低使等。目前我國廣泛采用的是交流拖動裝置。因為為了能夠利用外接電阻調(diào)速，必須要使用交流繞線型感應電動機。由于當交流電動機外接電阻運轉時，電動機人工特性曲線過陡，且低速運轉時穩(wěn)定性較差。目前由于換向器容量的影響，所使用的交流單機拖動裝置的容量限制要在1000 kW以下。若礦井提升機所需功率超過l000 kw時，仍想采用交流拖動裝置，則可以使用雙機拖動。5.1 提升電動機容量的計算從提升力圖

53、和速度圖能夠看出，在一次提升循環(huán)中，提升機滾筒圓周上的速度、拖動力都是變化的。之前初選的提升電動機，能不能滿足各種運行狀態(tài)的要求，需要通過驗算才能確定。驗算內(nèi)容按溫升條件、特殊力條件及過負荷條件分別進行。電動機的額定功率指的是電動機在額定負載下以額定轉速連續(xù)運轉，它的繞組的溫升不超過允許值時的功率。電動機在長時間運轉過程中是否過負荷的標志是其溫升，如果電動機在變化負荷下運轉時的溫升和其在某一固定負荷下運轉時的溫升相等，就能夠用這個固定力作為驗算電動機功率的依據(jù)，這個力則稱為等效力。影響電動機溫升的條件除了有產(chǎn)生的熱量外，還有散熱條件，然而散熱條件又與電動機轉速等因素有關。因此考慮到散熱因素，計算電動機容量時不根據(jù)實際時間計算，而以等效時間計算。等效力的表達式為： 式（5.1）式