JK型矿井提升机的设计

01前言矿山提升设备是矿山运输中的咽喉设备，占有重要的地位，是井下与地面联系的主要工具。矿山提升设备的用途是沿井筒提运矿石和废石，升降人员，下放材料、工具和设备。矿山提升设备在工作中如果一旦发生机械和电气故障，就会造成停产，甚至人身伤亡。为了保证生产和人员的安全，要求矿山提升设备运行准确，安全可靠，并必须配有性能良好的控制设备和保护装置1。1.1课题提出矿井提升机是安装在地面，借助于钢丝绳带动提升容器沿井筒或斜坡道运行的提升机械。提升方式一般可根据矿井年产量来确定：年产量小于30万吨的小型矿井，多采用一套罐笼提升设备完成全部的提升任务；年产量大于30万吨的大中型矿井，由于有提升煤炭及辅助提升的任务较大，一般均设主、副井两套提升设备。主井采用箕斗提升煤炭，副井采用罐笼完成辅助提升任务。对于年产量大于180万吨的大型矿井，一般主井需要两套箕斗提升设备，副井除配备一套罐笼提升设备外，有时尚需设置一套带平衡锤的单容积提升设备作辅助提升。竖井开采的矿井，一般采用单绳缠绕式提升设备，当年产量超过60万吨，井深超过350的矿井，应考虑采用多绳摩擦式提升设备；即使矿井年产量较少，但井更深时，也可采用多绳摩擦式提升设备。矿山提升设备的主要组成部分：提升容器、提升机、提升机钢丝绳、井架和天轮（或井塔）以及装卸载附属装置等。根据用途、工作条件、构造形式等，提升设备可作如下分类：（1）按用途分主提升设备：专用于提升煤炭；1副提升设备：用于提升矸石、运送材料、设备和升降人员等辅助工作。2（2）按井筒角度分立井提升设备：有罐笼和箕斗之分；1斜井提升设备：有箕斗和串车之分。21（3）按提升机缠绕机构分等直径圆柱型滚筒单绳缠绕式提升机；1变直径圆锥型滚筒单绳缠绕式提升机。2缠绕式提升机的主要部件有主轴、卷筒主轴承调绳离合器、减速器、深度指示器和制动器。（4）按提升机滚筒数量分单滚筒提升机：用于单购提升；1双滚筒提升机：用于双钩提升。2（5）按拖动原动机的类型分交流电动机拖动的提升机；1直流电动机拖动的提升机。2矿井一般设一套主提升设备提煤，一套副提升设备提矸及完成其他辅助作业。小型矿井可采用一套设备进行混合提升。矿井提升设备选型前，应依据矿井产量、开拓方式、采煤方法等因素，综合考虑，首先确定合理的提升系统。提升系统的形式主要两种：（1）立井提升系统：包括立井罐笼提升系统和立井箕斗提升系统。罐笼提升因为具有用途多、系统简单、工程量小、投资少等优点，在地方煤矿被广泛采用。年产量45万吨以上的矿井，主提升设备多采用箕斗提升。（2）斜井提升系统：主要有斜井串车提升和斜井箕斗提升及带式输送机提升。地方煤矿一般采用斜井串车提升。在斜井倾角大于25度时采用斜井箕斗提升。生产能力较大的大、中型矿井当倾角小于18度是采用带式输送机提升。本设计提出根据刘村煤矿的实际开发利用方案进行设计选型。1.2国内外矿井提升设备的发展与状况1.2.1国外矿井提升设备的发展与现状19世纪初期，德国就制造出第一台蒸汽机拖动的木结构缠绕式提升机。1827年又出现钢结构提升机。1877年德国设计出第一台单钢丝绳（单绳）摩擦式提升机；1905年德国又制造出第一台电气拖动的矿井提升机，逐渐代替了蒸汽提升机；19382年瑞典制造出双钢丝绳(多绳)摩擦式提升机；1957年出现了单绳缠绕式（单筒和双筒）提升机。随着矿业生产的不断发展，矿井开采的深度与产量日益增加，渐渐又开发出了一系列许多比较成熟的产品，总体上是在向大负荷、高速和大型化方向发展，提升设备的各项技术也都有飞速发展，在增加提升量和提升高度方面也有大的突破。为提高劳动生产率和各项经济技术指标，对现有的提升设备进行技术改造，不断的采用新技术、新工艺；诸如新型制动器、液压站，使用寿命较长且结构稳定的提升钢丝绳、直流拖动和自动化控制等，从而提高设备的能量、自控化程度和安全可靠性2。近年来，各种技术方法的运用和生产需求推动了国外提升机械的发展。现在国外箕斗有效载重量已超过50t；提升速度接近25m/s；拖动功率达10000kw以上；在拖动控制方面已广泛采用了集中控制及自动控制设备；多绳提升机的绳数为10根；井深从数百米到2000m以上。例如，瑞典的基鲁那铁矿，在一个矩形的井塔上安装了12台多绳提升机（九台单箕斗提升机，二台双箕斗提升机和一台罐笼提升机），小时提升能力近万吨，多绳摩擦式已发展到卷筒直径9m，电机9000W，提升能力80t，提升高度达3000m以上。各台提升机均由综合控制台进行集中控制。随着可控硅技术的发展，直流拖动、交流变频技术正在广泛使用，计算机的应用也在逐渐推广，所有这些，都说明矿井提升设备正在日新月异，向大型化，高效率和自动控制方向发展。1.2.2国内矿井提升设备的发展与现状早在公元前1100年左右，我国古代劳动人民就发明了辘轳，用手摇辘轳的方法提升地下矿产物，这就是现代提升机的始祖。但是由于我国长期处于封建社会，工业技术没有得到正常发展，直到全国解放时，我国还不能生产矿井提升机。1953年抚顺重型机器厂为我国制造了第一台单绳缠绕式提升机；1958年洛阳矿山机器厂开始仿制苏联EM型矿井提升机，并在改进国外产品的基础上，于1961年自行设计和制造了我国第一台JKM24型多绳摩擦式提升机，1971年又在XKT型提升机的基础上设计、制造了JK系列单绳缠绕式提升机，此系列提升机采用了新的结构形式和先进技术，提升机的能力比老系列提升机平均提高25，其重量也相应的有所减少。现作为国家定型产品成批生产，并销售到十几个国家。1992年又生产了直连式的多3绳摩擦式提升机，为我国深部开采和开采大产量的矿井及直流电机拖动的推广应用，提供了性能良好、技术先进的设备。通过以上分析可知，国产提升机的发展大致经历了仿苏、改进及自行设计三个阶段3。目前我国已能自行设计和制造下列产品：单绳缠绕式JT0.8-1.6，JK2.0-6.0；摩擦式JKM1.854-46型，JKMD2.84-3.54型。我国所生产的各种提升机及其配套的设备，不论从设计、制造、自动控制等各方面，都具有体积小，重量轻，能力大、安全可靠等特点，并以较快的步伐跨入世界先进的行列。我国多年来一直以生产单绳缠绕式提升机为主，已形成了一整套设计与制造的完整体系；技术已比较成熟，但是，随着大型矿井的不断出现和井筒的延伸，单绳缠绕式提升机已越来越显示出它的不足，因为这种提升机的提升高度受卷筒容绳量的限制，例如，我国制造的2JK-5/10.5型单绳缠绕式提升机，由计算知，提升机的最大提升高度约为1150米，但这时容许的终端载荷却只有8.7吨，若终端载荷量增到15吨时，则提升高度必须降到450米左右。随着矿井开采深度的增加和一次提升量的增大，如仍采用单绳缠绕式提升机，就必须制造和采用更大的提升机和直径更大的钢丝绳，这样一来，不但会过多的增加基建费用，并带来制造和使用维护上的一系列缺点。提升能力又受到单根钢丝绳强度的限制。而多绳摩擦式提升机也就充分发挥了它的优点，在提升能力相同时，它具有安全可靠性能高，提升能力大，提升深度较深，生产效率高，重量轻，易于制造，电能消耗少等优点。并且井筒延伸时，提升能力不受太大影响，弥补了单绳缠绕式提升机容量绳和一次提升负荷受到限制的缺陷。但是，多绳摩擦式提升机不适合应用于浅井，特别是斜井提升，因为其张力难以控制和调整，且成本高。目前，在斜井、浅井、中小型矿井以及凿井提升中，仍普遍使用单绳缠绕式提升机，并在结构上力求使其合理化，以保证卷筒的受力情况最好，现在广泛采用焊接式筒壳及弹性支轮。我国能生产矿井提升机的企业主要有洛阳矿山机器厂、上海冶金矿山机器厂、山西机器制造公司等大型的制造工厂，他们都能够生产各种大型的矿井提升机。锦州、重庆矿山机器厂及湖南株州煤矿机器厂能够生产1.6米以下矿井绞车，其中株州煤矿机器厂、山西机器制造公司还可以生产1.6米液压防爆绞车，以满足煤矿、冶金矿山的需要4。从国内、外看矿井提升机的发展，都在采用最新的技术，最新的工艺，最新的材质，使提升设备向大型化，高效率，体积小，重量轻，能力大，安全可靠、运行4准确和标准化、集成化、智能化方向发展。1.3本课题的研究目的与意义矿井提升系统具有环节多、控制复杂、运行速度快、惯性质量大、运行特性复杂的特点，且工作状况经常交替转换。虽然矿井提升系统本身有一些安全保护措施，但是由于现场使用环境条件恶劣，造成了各种机械零件和电气元件的功能失效，以及操作者的人为过失和对行程监测研究的局限性，使得现有保护未能达到预期的效果，致使提升系统的事故至今仍未能消除。一旦提升机的行程失去控制，没有按照给定速度曲线运行，就会发生提升机超速、过卷事故，造成楔形罐道、箕斗的损坏，影响矿井正常生产，甚至造成重大人员伤亡，给煤矿生产带来极大的经济损失。本课题的研究为使提升机安全、可靠、有效高速运行，提高企业的生产效率和经济效益。根据目前国内外的煤矿生产的实际情况，为了使矿井提升设备适应生产发展的需要，一方面是加强现有提升设备的技术改造，挖掘其潜力；另外一方面，分析研究提升设备的发展趋势、设计并制造新型的更加现代化的提升设备，也是迫切和急待解决的问题。1.4本课题研究内容和技术路线研究内容：本设计研究的主要内容包括提升机工作装置的设计选型、提升设备的运动学和动力学分析、提升设备的检修维护和安全管理、经济可行性分析。提升机工作装置的设计选型主要有以下内容：（1）计算并选择提升箕斗；（2）计算并选择提升钢丝绳；（3）计算滚筒直径并选择提升机；（4）计算天轮直径并选择天轮；（5）提升机与井筒相对位置的确定；（6）预选提升电动机；（7）变位质量的计算。5技术路线：本设计根据生产实际和预选的数据，以提升机的配套设备为核心，经过科学的计算和分析，设计、选择了一套矿井提升机的传动系统设备。查阅相关资料了解认识矿井提升设备，搜集资料。多向同学、老师请教，多观察、多调查、多测验。从实践和理论去学习矿井提升机的工作原理，然后熟悉工作流程，进行工作装置机械设备选型设计，绘制零件图，最后整体校核，完成设计。进入煤矿实习参观，了解实物，查阅资料进一步了解矿井提升机。然后进行机械和系统方面的检测。最后整理设计，完成设计说明书。62提升机设计总体方案2.1矿井提升机设计参数（1）矿井年产量An，90万t/a；（2）工作制度：即年工作日br，日工作小时数t，煤炭工业设计规范规定：br300天，t14h；（3）井筒深度Hs，260m；（4）卸载水平与井口的高差Hx，20m；（5）装载水平与井下运输水平的高差Hz，20m；（6）煤的松散密度，0.92tm3；（7）提升方式：箕斗，单绳缠绕式提升；（8）矿井电压等级，6kv。2.2矿井概述滕州市力源煤炭有限责任公司刘村煤矿行政区划属山东省滕州市所辖，企业性质为市属国有企业，隶属滕州市煤炭局管理。该矿位于滕州市柴胡店镇境内，地处鲁南平原。井田内地势平坦，为黄土冲积平原，土地肥沃，村庄均在井田以外。东距枣庄市区35km，西北距滕州市区30km，区内西侧有枣滕公路穿过，另有乡镇公路和生产路多条，西侧7km处有京沪铁路官桥站，交通运输十分方便。滕州市力源煤炭有限责任公司刘村煤矿位于官桥煤田中西部，八一井田南部西侧，地处滕州市柴胡店镇境内，镇驻地东侧,矿井地理坐标为：东经11715171171533，北纬345509345630。滕州市刘村煤矿开采边界：西至煤层露头，东到倾西五断层，北至新薛河附近与八一煤矿相邻，南以逆4断层与井亭煤矿分界，南北走向长2.3km，东西倾斜宽2.1km。本井田在大地构造上属华北地区鲁中穹窿的南缘，为地堑型阶梯式单斜构造，整个煤田东西狭窄，南北延展，大致走向北偏东,井田面积4.48km2。矿井北邻八一煤矿，南接井亭矿，东南部为夏庄煤矿，均已投入生产。本井田主要开拓开采范围的构造复杂程度中等，开采煤层单一，煤层赋存较稳7定，煤质优良，浅部水文地质条件为复杂类型，深部水文地质条件为简单中等类型。本区地层属华北型沉积，地层自老而新有震旦系、寒武系、奥陶系、石炭系、二迭系、侏罗系和第四系，除奥陶系及以前的古老地层在煤田东部因构造出露外，煤系地层石炭、二迭系均隐伏于第四系地层之下。本区煤层为下二迭系山西组和上石炭系太原群地层，煤系总厚度为245.55317.6m，含煤18层，其中可采煤层5层，即二迭系山西组的一、二、三层和石炭系太原群的十四、十六层。本矿主采十四、十六层。本井田在大地构造上属华北地区鲁中穹窿的南缘，为地堑型阶梯式单斜构造，整个煤田东西狭窄，南北延展，大致走向北偏东。受区域构造的影响，本井田煤系地层大致走向北偏东，褶皱不明显，北东向断层十分发育，属构造中等地区。井田内可见断层6条，除逆4断层外，其余为正断层，分别为纵3、倾西8、倾东6-1、倾东6、倾西5。本矿主采十四、十六层。十四层煤：属较稳定煤层，厚度变化不大，分上、中、下三层，为结构较复杂煤层。上、下层均较薄，中层为主要可采层，开采揭露厚1.01.8m，又分上、下两层，上层厚0.20.5m，一般0.4m，下层厚0.81.3m，一般1.0m，两层总厚度一般为1.4m，倾角1416；中有泥岩夹矸，厚0.150.6m，一般厚0.2m。根据地质报告及实际开采，VI5线以南被古河床冲刷，煤层缺失，以北层位较稳定，顶底板为泥岩，上距三层煤100110m，下距十六层煤5060m。十六层煤：属较稳定煤层，本矿-265m和-290m水平巷道实际揭露厚0.61.25m，一般厚0.85m，倾角1416，直接顶为十下灰，局部有伪顶，厚0.090.25m，底板为泥岩，煤层结构简单，仅局部有夹矸，厚0.10.2m，为泥岩或灰质泥岩，下距十二层灰岩2335m。力源公司刘村煤矿延深开采的位置为纵3断层之下的井田部分，赋存深度一般为-150m-500m之间。本区煤层煤系总厚度为245.55317.6m，含煤18层，其中可采煤层5层。截止到2007年底刘村煤矿保有资源量为640.8万t，可采储量110.6万t。煤层属低中灰，均为高挥发分煤、低磷中硫煤，高发热值煤层。按照GB5751-86中煤炭国家标准，属气煤（QM45）。本井田地形平坦，地貌特征为山前平原，东部为寒武系低山，西边至峄山断层的广大地带下伏含水丰富的奥陶系灰岩。第四系下部有一层富水性很强的砂砾层，直接覆盖在煤系各含水层和奥灰之上，三者有密切的水力联系。通过勘探和矿井生产实际揭露，本区汪部各含水层裂隙溶洞发育，富水性强，8单位涌水量常常大于2L/s.m，与第四系砂砾层直接接触，水文地质条件定为复杂类型。随着深度的增加，含水层裂隙岩溶减弱，富水性差，大部分为静储量，易于疏干，加之被不导水或弱导水的断层切割封闭，补给迳流受阴，故深部水文地质条件为简单中等类型。矿区煤层顶、底板均为泥岩或粉砂岩，胶结性较差，遇水膨胀，有底鼓的倾向，易产生冒顶，矿山开采时要留设一定厚度的煤皮假顶及底煤，同时需加强支护，并留有足够的保安煤柱，切实做好顶、底板管理工作。根据矿井每年生产资料及瓦斯鉴定结果，矿井各煤层绝对涌出量为0.31m3/min，相对涌出量为1.65m3/t，矿井瓦斯等级为低瓦斯。井田内各煤层均具有爆炸危险性和自然发火的可能，其爆炸指数1、3层为37%，14层煤为42.26%,16层煤为40.77%。本井田为正常地温区，恒温带深度为40m，温度为15.6，煤系地层的地温梯度为2.13/百m，非煤系地层的地温梯度为2.6/百m，对应于31的深度为660m。2.3结构方案确定矿井提升设备可用于立井开采和斜井开采的矿井，立井一般采用单绳缠绕式提升设备，本设计为立井提升故采用单绳缠绕式。矿山提升设备的主要组成部分：提升容器、提升机、提升机钢丝绳、井架和天轮（或井塔）以及装卸载附属装置等。矿井提升设备选型前，应依据矿井产量、开拓方式、采煤方法等因素，综合考虑，首先确定合理的提升系统。立井提升系统：包括立井罐笼提升系统和立井箕斗提升系统。罐笼提升因为具有用途多、系统简单、工程量小、投资少等优点，在地方煤矿被广泛采用5。矿井年产量45万吨以上的矿井，主提升设备多采用箕斗提升。本设计的矿井年产量大于45万吨，故采用箕斗提升。箕斗提升与罐笼提升相比具有以下优点：（1）自重小；（2）需要的井筒断面小；（3）不增加井筒断面即可在井下使用大容量矿车；（4）装卸载过程自动化且所需时间少，因而生产能力大等。93提升机主要工作装置的设计选型3.1箕斗的选择3.1.1箕斗的选择原则提升机的规格是提升设备选型计算的主要级数参数，它直接影响提升设备的初期投资和运转费用。在矿井提升任务和提升高度确定后，选择提升机的规格有两种情况：一是选择大规格的容器。由于提升同期较大，所需要的提升钢丝绳直径和提升机滚筒直径也较大，运转费用较少；二是选择小规格的容器。因初期投资较少，所以运转费用较多。那么，如何选择提升容器的规格才合理呢？这就是：一次合理提升量应该使得初期投资费和运转费的加权平均数总和最少。根据确定的一次合理提升量，选择标准的提升机6。3.1.2箕斗的选择计算（1）提升高度（3.1）mHxzs3026式中Hx卸载高度，m，20m；Hz装载高度，m，20m；Hs井筒高度，m，260m；（2）确定合理的经济速度（3.2）smH/92.6304.式中经济提升速度，m/s；mH提升高度，m；10（3)一次提升循环估算时间XT循环时间：（3.3）suHam72209.6380.x式中根据经济提升速度估算的一次提升循环时间，s；xT提升加速度，m/s由于是箕斗提升，所以a20.8m/s，初估加速度；28.0a容器减速或爬升所需附加时间，箕斗提升可取s；u10u装卸载或换车时间，选取=10s；合理经济提升速度，m/s,=6.92m/s；mm（4)小时提升次数次（3.4）5036xsTn（5）计算一次合理的经济提升量合理经济提升量（3.5）tbCaAQrxfn360式中一次合理的经济提升量，t；Q矿井年产量，t/a，A=900000t/a；nnC提升不均衡富裕系数，c=1.15；提升能力富裕系数，=1.2；fafa提升设备年工作日数，=300d；rbrbt提升设备日工作小时数，t=14h；估算的一次合理提升时间，=81s；xTxTt91.5430672.159Q选用型号为JL6的箕斗，其技术参数如表3.1：11表3.1JL6立井单绳箕斗规格表名义载重/t6有效容积/m36.6提升钢丝绳直径/mm43箕斗自重/t5最大终端负荷/N125000最大提升高度/m700箕斗总高/mm9450箕斗中心距/mm1870适应井筒直径/m4.55.52JK3适应提升机型号2JK3.5（6）一次实际提升量（3.6）Vrm式中m所选标准箕斗的实际转载量，t；V标准箕斗的有效容积，m3，V=6.6m3；r煤炭松散度，t/m3,r=0.8t/m3；m=6.60.8=5.04t3.2提升钢丝绳的选择3.2.1、提升钢丝绳的选择原则提升钢丝绳是矿井提升设备的一个重要组成部分，它直接关系到矿井正常生产、人员生命安全及经济运转，因此应予以特别重视。钢丝绳在工作时受到许多应力的作用，如静应力、动应力、弯曲应力、扭转应力、接触应力、及挤压应力等，这些应力的反复作用将导致疲劳破断，这是钢丝绳损坏的主要原因；另外磨损及锈蚀将影响钢丝绳的性能并加速其破坏。我国矿用钢丝绳是按煤矿安全规程的规程的规定来选择的，其原则是：钢丝绳应按最大静载荷并考虑一定安全系数的方法进行计算。12提升钢丝绳是提升系统的重要组成部分，它直接关系到矿井的正常生产和人员的安全，还是提升系统中经常更换的易耗品。在矿井提升中，根据用涂，选用合适的钢丝绳，扬长避短，充发挥它们的作用8。决定钢丝绳的类型，首先应按以下原则确定：（1）使用中不松股；（2）符合使用场合及条件；（3）特别注意作业的安全。同时还应考虑以下因素：（1）在矿井淋水大，水的酸碱度高，以及在出风井中，由于腐蚀严重而影响了铜丝绳的使用寿命，应选用镀锌钢丝绳比较适宜；（2）在磨损严重条件下使用的钢丝绳，如斜井提升等，应选用外层钢丝尽可能粗的钢丝绳；（3）以疲劳断丝为钢丝绳损坏的主要原因是，可选用内外层钢丝直径差值小的线接触或异型股钢丝绳，以利于机械性能的发挥和力的均匀分布；（4）实践证明，提升钢丝绳用同向捻钢丝绳较好。多绳摩擦提升用左右捻各半；单绳缠绕式提升钢丝绳的选用原则是：为防止缠绕是松捻，钢丝绳的捻向应与绳在卷筒上缠绕时的螺旋线方向一致，目前单绳缠绕多为右旋，所以多选右同向捻绳；（5）罐道绳最好用半密封绳或三角股绳，表面光滑，耐磨损；（6）用于温度高或有明火的地方。如矸石山等，最好用金属绳芯钢丝绳。提升钢丝绳是煤矿提升运输系统的一个重要组成部分，因此，煤矿安全规程（以下简称规程）对矿井提升钢丝绳有专门规定。近年来，尽管各矿按照规程的要求加强了提升钢丝绳的检查和保养，但是，每年仍然有断绳事故发生。预防断绳的措施：为了防止断绳，煤矿根据具体情况，分别采取了如下措施：（1）合理选择钢丝绳；（2）正确使用、维护钢丝绳；（3）防卡箕斗松绳；（4）防过卷；（5）预防过大的惯性力和冲击力；（6）防过载。箕斗提升实行定量装载，斜井提升杜绝超挂车现象；13（7）按规程要求健全各种保护装置，并按规定定期试验，确保各种保护装置灵敏可靠；（8）加强对司机和信号工的安全培训，强化安全意识，增强责任心和提高分析处理实际情况的能力。信号工与司机协调配合，严格按照规程操作；（9）对提升设备的调整和维修制定了切实可靠的措施，并严格落实；（10）及时更换新绳。当提升钢丝绳锈蚀、磨损、断丝、安全系数等达到煤矿安全规程有关规定时，必须立即予以更换。3.2.2、提升钢丝绳的选择计算（1）钢丝绳最大悬垂长度cH（3.7）mHZSJ3120263式中井筒深度，m，=260m；sHs装载高度，m，=20m；zz井架高度，m，由于箕斗提升=32m；jj（2）钢丝绳的最大静载荷力由图3.1可知，钢丝绳最大静载荷是在A点，其值为：maxQ图3.1立井单绳提升钢丝绳计算示意图14（3.8）CzPHQmax式中Q一次所能提升的重力，N,Q=mgg重力加速度，,g=10；2/s2/sQ=600010=60000N容器自身重量，N；z提升容器自重，kg，5000kg；mzmN501gQzP钢丝绳每米重力，N/m。估算钢丝绳每米重力:p取钢丝绳抗拉强度，安全系数2/150B5.6a（3.9）mNHmQcaBz/.47312.0.从钢丝绳规格表中选取的钢丝绳，选取每米钢丝绳重稍大于计算值的标准196钢丝绳，每米重。NP/7.5其技术特征如表3.2：表3.2钢丝绳的技术特征直径/mm钢丝绳公称抗拉强度/MPa钢丝绳钢丝钢丝绳总断面积/mm2参考重力N/100m1550钢丝绳破断拉力总和（不小于）/KN40.02.6604.955717.0937.504.127833127.56maxczPHQ（3)校核钢丝绳的安全系数15表3.3各类型提升机安全系数专为升降人员9升降人员时9混合提升时9多层罐笼同一次升降人员和物料升降人员和物料升降物料时7.5单绳缠绕式提升装置专为提升物料6.5专为升降人员9.20.0005cH钢丝绳悬垂长度升降人员时9.20.0005混合提升时9.20.0005c多层罐笼同一次升降人员和物料升降人员和物料升降物料时9.20.0005H摩擦轮式提升装置专为提升物料7.20.0005c悬挂吊盘、水泵、安全梯抓岩机用钢丝绳6悬挂安全梯用的钢丝绳的安全系数最低值为9罐道绳、防撞绳、起重用的钢丝绳6悬挂风筒、风管、水管注浆管、混凝土输送管、电缆用的钢丝绳5拉紧装置用的钢丝绳5防坠器的制动绳和缓冲绳3按动载荷计算由于实际所选钢丝绳的密度不一定是平均密度值，因此所选钢丝绳是否满足安全系数的要求必须按实际所选钢丝绳的数据验算其安全系数。（3.10）5.63.7812095aczqmPHQ煤矿安全规程规定单绳缠绕式提升设备采用的专为升降物料用的新钢丝绳安全系数不得小于6.5；经过校验满足要求。ama163.3提升机的选择提升机是大型设备，所需钢材多、价格高，因此应正确合理地进行选择。3.3.1提升机滚筒直径D选择滚筒直径的原则是使钢丝绳在滚筒上缠绕时不产生过大的弯曲应力，以保证其具有一定的承载能力和使用寿命。我国煤矿安全规程规定，提升机滚筒直径的确定与钢丝绳直径的关系如下：由于所用提升机为地面设备，所以提升机滚筒的直径（3.11）dD80（3.12）12式中D滚筒直径，mm；d钢丝绳直径，mm，d=40mm；钢丝绳中最粗的钢丝直径，mm,在所选钢丝绳规格表中查取；mD3204816.1203.3.2提升机的最大静张力和最大静张力差的计算（1）提升机最大静张力的计算（3.13）PHQFzj式中Q一次所能提升的重力，N,Q=mg；g重力加速度，,g=10；2/sm2/sQ=600010=60000N容器自身重量，N；z提升容器自重，kg，5000kg；mzN501gQzP钢丝绳每米重力，N/m,在所选钢丝绳规格表中查取；H提升高度，m,由前求得H=300m；N127530.57106PHgFzj17（2）提升机最大静张力差的计算（3.14）NPHQFc71530.560选用型号为提升机，其技术参数如表3.4：5.1/3JK表3.42JK-3.5/11.5提升机技术参数滚筒数量/mm2滚筒直径/mm3500滚筒宽度/mm1700钢丝绳最大静张力/N170000钢丝绳最大静张力差/N115000钢丝绳最大直径/mm43钢丝绳内钢丝破断力总和/KN1185钢丝绳最大速度/m1s11.49.257.65减速器ZHLR170传动比11.5电动机最大近似功率/KW1125910755电动机转速/r.1min720580480机器总质量（不包括电器设备）/kg74000机器旋转部分的变位质量/t23.6两滚筒中心距/mm1840滚筒中心高/mm700最大件质量/kg16611减速器输出转矩额定/最大/mKN200/30018由表3.4看出滚筒直径为3500mm，钢丝绳最大静张力，钢丝绳最大静张jjF力差，故所选提升机强度足够。cF3.3.3验算滚筒的宽度滚筒宽度应根据所需容纳的钢丝绳长度确定，在滚筒表面应容纳以下几部分钢丝绳：（1）提升高度H米；（2）煤矿安全规程规定：钢丝绳试验长度，升降人员或升降人员和物料用的钢丝绳，自悬挂时起每隔6个月试验一次；专门升降物料用的钢丝绳，自悬挂时起12个月时进行第1次试验，以后每隔6各月实验1次。试验时每次剁掉5m，如果钢丝绳的寿命以三年考虑，则试验绳长为30m；13（3）滚筒表面应保留3圈绳不动（称为摩擦圈），以减轻绳与滚筒固定处的拉力；（4）当钢丝绳在滚筒上作多层缠绕时，为了避免上下层钢丝绳总是在一个地方过渡，上层到下层段钢丝绳每季需错动圈，根据钢丝绳的使用年限，一般取错绳41圈圈，因此在计算多层缠绕滚筒的宽度时，尚需加上错绳圈数；2n一般取缠绕在滚筒表面上相邻两绳圈间隙宽度为。通常滚筒直径m32为3m及以上时，取，其余取。m3m2（3.15）dDHB142035.30式中提升机所需滚筒的缠绳宽度，mm；BH提升高度，m，300m；D滚筒直径，mm,3500mm;d钢丝绳直径，mm，40mm；钢丝绳圈间的间隙，mm，3mm；由于，因而不需要考虑多层缠绕。B193.4天轮的选择天轮安装在井架上，作支撑、引导钢丝绳转向之用，天轮分为下列三种：（1）井上固定天轮；（2）凿井及井下固定天轮；（3）游动天轮。其结构形式也分为三种类型：直径为3500mm时采用模压焊接结构；直径mm时，采用整体铸钢结构；直径为4000mm时，采用模压铆接结构。0tD天轮轮毂的结构对钢丝绳的使用寿命有一定影响。因为在提升机启动和停止时，有一天冷的惯性，将引起轮毂与钢丝绳间的相对滑动，增加钢丝绳的磨损，从这个意义上讲，应尽量减轻轮毂的重量。此外，轮毂的材质和绳沟的半径，对钢丝绳的使用寿命也有直接影响。一般绳沟半径要稍大于钢丝绳半径。绳沟开角在4060。天轮直径的选择，根据煤矿安全规程规定，对于地面设备，若钢丝绳与天轮的围包角大于90时：（3.16）（3.17）dDt80120tD式中天轮直径，mm；tmt348d钢丝绳直径，mm，40mm；t1206.最粗钢丝直径，mm，2.6mm；选用型号的天轮，其技术参数如表3.5：5.230TSH表3.5天轮的技术参数5.30TSH名义直径D/mm3500绳槽半径R/mm23.5适用钢丝绳径范围/mm3743允许的钢丝绳全部钢丝破断力的总和/N1420000两轴承中心距L/mm1000轴承中心高H/mm25520变位重量/N11330总重/N364003.5提升机与井筒相对位置的确定当井筒位置已经确定后，正确选择提升机的安装地点是十分重要的。在决定提升及安装地点时，通常要考虑如下问题：矿井地面工业广场布置、井筒四周地形条件、井下所留安全煤柱位置及尺寸以及地面运输生产系统等。根据矿井具体生产条件，对于箕斗提升，提升机房应建在井筒卸载位置的对侧；对于罐笼提升，提升机房应建在重车运行方向的对侧。当提升机安装地点选好之后，就要具体确定提升轴线与井筒轴线的距离，以便安装提升机和修建提升机房。另外，还要算出井架高度。但在计算这些数值时，必须考虑到钢丝绳弦长、钢丝绳偏角等因素的安全运转条件。所以，井架高度、提升机轴线与井筒中心线的距离、钢丝绳弦长、偏角和倾角是影响提升机与井筒相对位置的五个因素。它们彼此相互影响相互制约9。计算提升机对井筒相对位置的目的在于正确的决定提升机位置，并合理的布置工业广场。3.5.1确定井架高度单绳缠绕式提升机多采用钢结构井架。为了节省钢材，不能任意加大井架高度。图3.2为提升机与井筒相对位置图21但井架高度不符合要求时，工作不安全，甚至可能造成重大事故。井架高度由下列部分组成：（3.18）tgrxjRH75.0式中卸载距离，由井口到卸载位置的容器底座高度，m；xH容器全高，由容器底至连接装置最上面一个绳卡的距离，m；r过卷高度，过卷高度是指容器从卸载时的正常位置，自由的提升到g容器连接装置上绳头同天轮轮缘接触的高度，m；天轮半径，m；tR煤矿安全规程第373第规定，考虑实际提升速度低于8m/s，取过卷高度。8gHmHj76.3825.70845.920确定，与预估值相差不大，未影响钢丝绳安全性能，故可用。mj393.5.2滚筒中心距至井筒中提升钢丝绳间水平距离一般来说，在井筒与提升机房之间很难再设置其他建筑物。因此为节省占地面积，滚筒中心至井筒中钢丝绳间水平距离愈小愈紧凑。但根据井架天轮受力情况sL又可看出，为了提高井架的稳定性，在井筒和提升机房之间，设有井架斜撑。斜撑的基础与井筒中心的水平距离约为0.6左右。如果取得过小，以致无法安装斜jHs撑是不合理的。所以，的最小值可按下面经验公式计算：sLmins（3.19）Dj5.36.0i式中井架高度，m；jHD提升机滚筒直径，m；mHLjs305.396.0356.0in取。Ls303.5.3钢丝绳弦长的计算钢丝绳弦长是指钢丝绳离开滚筒处至钢丝绳与天轮接触点的一段绳长。参阅图223.2可看出，上下两条弦长不完全相等。但近似的以滚筒中心至天轮中心的距离来计算弦长，误差不大。当井架高度和滚筒中心线至井筒中钢丝绳间水平距离jH均已确定时，弦长即为定值。sLxL按下式求出：x（3.20）22tsojxDLC式中钢丝绳弦长，m；xL井架高度，m；jH滚筒中心线至井口水平的高差，m，一般取1.2m；oC滚筒中心线至钢丝绳的水平距离，m，30m；s天轮的直径，m；tD提升机卷筒中心与机房地平面高差0.7m,机房地平面与井口高差0.5m,取，则C2.10mLx19.4725.30.1392为了防止在运转中钢丝绳跳出天轮轮缘，钢丝绳弦不宜过长。一般限制绳弦在60米以内。因为弦长过大时，振动也随之增大。又，故不会引起绳弦强烈Lx6跳动，弦长合理。3.5.4钢丝绳的外偏角和内偏角、下出绳角分析图3.2可见，在提升过程中，随着滚筒的转动，偏角是变化的。当右钩尚未开始提升时，右钩钢丝绳形成最大外偏角。而此时左钩钢丝绳则形成最大内1偏角，同理，当右钩提升结束时，左钩钢丝绳形成最大外偏角，而右钩形成最21大内偏角。钢丝绳偏角过大的缺点有两个：（1）加剧了钢丝绳与天轮轮缘的磨损，降低了钢丝绳使用年限。磨损严重时，还可能引起断绳事故。为此，煤矿安全规程规定，内外偏角均应小于130；（2）某些情况下，当钢丝绳缠向滚筒时会发生“咬绳”现象。这无疑将加剧钢23丝绳的磨损。就钢丝绳弦长与已缠在滚筒上的临圈钢丝绳来说，是相当于空间直线与空间螺旋曲线的关系13。最大外偏角应如下计算：（3.21）0315219.4703.3208.17arctnrt1xLdaSB式中B提升机宽度直径，m；S提升机两天轮间距离，m，此值决定于容器规格及容器在井筒中的布置方式，与采用的罐道形式有关；a两滚筒间的间隙，m，不同形式的提升机a值不尽相同，可参阅提升机规格表的有关参数得出；d钢丝绳直径，m；钢丝绳缠绕在滚筒上的线圈间隙，m；钢丝绳弦长，m。xL钢丝绳最大内偏角：2（3.22）03119.472.08.anSan2rctLrctx滚筒出绳角的大小，影响着提升机主轴的受力情况。设计JK型提升机的主轴时，是以上出绳角为零度、下出绳角为15考虑的。滚筒实际的出绳角角度增大时，无疑对提升机主轴的工作是有利的。限制下出绳角的最小值为15，是考虑到下出绳角过小时，钢丝绳有可能与提升机基础相接触，增大了钢丝绳的磨损。为此，对于JK型提升机，只需检验下出绳角，令其大于15就可以了。值如下计算：24（3.23）1582719.47253arcsin.309arctnrsirt0xttsjLDLCH式中D提升机滚筒直径，m；天轮的直径，m；t钢丝绳弦长，m；xL井架高度，m；jH滚筒中心线至井口水平的高差，m；oC滚筒中心线至钢丝绳的水平距离，m。s提升机滚筒下出绳角大于15，故满足要求。3.6提升系统变位质量提升开始时，提升系统的各个运动部件都要加速。为了便于计算总的惯性力，把各部件的质量都变位到提升机滚筒表面缠绳圆周上。该处的线加速度即为提升容器的加速度。系统变位质量的总和称为提升系统的总变位质量。原则是变位前后1a动能不发生改变。实际上，在提升系统中，容器质量、有效载重和钢丝绳三部分与滚筒圆周具有相同的速度，故不需变位。只有提升机（包括减速器）、天轮和电动机转子三部分作旋转运动，其质量需要变位。提升机和天轮的变位质量在它们的规格表中可以查出。只有电动机转子的变位质量需要计算。3.6.1提升电动机的初选计算为了计算提升系统的变位质量应预先选择电动机。提升电动机应满足功率、电压、及转数三个方面的要求。提升最重货载为矸石。根据提矸作业预选电动机10。（1）确定电机额定转数25（3.24）Dvinme60式中i减速器传动比，在选择提升机时，根据提升速度由提升机规格表中mv可查得相应的标准速度及传动比。经济提升速度，m/s；mvD提升机滚筒直径，m；。min/435.1.92660mrDine考虑到箕斗窖选用较大，故预定同点转数in/0rt（2）预选电动机功率由可估定额定转数，则实际最大提升速度tnin/492rne（3.25）smiDvem/84.75.1609234.则电动机功率：jmeKQvp10（3.26）式中K矿井阻力系数，箕斗提升时，K1.15；减速器传动效率，一级传动为0.92，二级传动为0.85；jj考虑到提升系统运转时，有加、减速度及钢丝绳重量等因素影响的系数，取.2；Q一次提升实际货载重量，N，60000N；KWQvpjme7642.185.0147.据以上计算，选择YR80012/1430绕线型异步电动机26表3.6选择YR80012/1430绕线型异步电动机技术参数额定功率/KW800额定电压/V380满载时转速/1minr492满载时定子电流/A100满载时效率%91.5满载时功率因数（cos）0.8继表3.6选择YR80012/1430绕线型异步电动机技术参数）额定转矩最大转矩（2.67转子电压/V549转子电流/A517飞轮转矩/2mN14660（3）电动机额定拖动力eF（3.27）Nvpmjee867354.8013.6.2提升系统变位质量的计算（1）电动机转子的变位量设为电动机转子的转动惯量，为变位到滚筒圆周上的转动惯量，为电dJdJ动机的角速度，为滚筒的角速度。根据变位前后动能相等的原则，应当有如下关系：（3.28）221ddJ故电动机转子变位到提升机轴上后的转动惯量272)(iJJdd式中减速器的传动比。i所以电动机转子变位到滚筒圆周上的质量即为dm（3.29）224DiJR式中R滚筒缠绕半径。为了计算，必须知道电动机转子的转动惯量，但是一般电动机规格表中dmdJ查不到值，而有转子回转力矩的值。它是工程上常用的表示物体旋转运动时惯性dJ的数值。它与的换算关系是：（3.30）gGDJd42式中电动机转子回转力矩，；2GD22160mNg重力加速度，取；/8.9smgi减速比，已知i=11.5。这样得到的回转力矩计算电动机转子变位质量的公式：kg16305.18.94)(22DiGd（2）提升机滚筒及减速器的变位质量（3.31）kggqmjj302781.92式中提升机总变位重量，查表得。jqNj（3）天轮的变位质量（3.32）kggqtt23108.92式中天轮的变位重量，查表得。tqNt1（4）主提升钢丝绳的变位质量28主提升钢丝绳的变位重量PLp（3.33）DnLHxc30式中一根钢丝绳总长度；pLP钢丝绳每米重力，N/m,；mNP/17.5钢丝绳弦长，m，；xx94钢丝绳最大悬垂长度，m,；cH32cD滚筒直径，m，；D5.3为了减少钢丝绳固定点的拉力，在滚筒上缠三圈摩擦圈绳长，m；3多层缠绕时错绳圈数，取。n4n（3.34）kgDnLHPgxcps5435.31473019.4281.972（5）提升容器变位质量（3.35）kggQmzr10928.52式中容器自身重量，N，。zQNz（6）有效荷载变位质量（3.36）kgg618.90式中一次所能提升的重力，N,。NQ则提升系统总的变位质量为：（3.37）kgmmgvsjd7045961092543213816294提升设备的运动学和动力学分析4.1提升设备运动学计算运动学计算是验算提升设备生产能力、进行动力学计算及选择提升机拖动控制设备的基础。4.1.1提升加速度的确定（1）箕斗提升初加速度的确定0a为了保证提升开始时，空箕斗对卸载曲轨及井架的冲击不至过大，箕斗离开卸载曲轨时的速度被限制在，如果箕斗在卸载曲轨内的行程为，则箕斗的smvo/5.10h初始加速度11（4.1）xhva20目前大量通用的箕斗卸载曲轨行程为，新标准系列箕斗的卸载曲轨m13.0行程为2.35m，所以初加速。20/48.as（2）主加速度是按安全经济的原则来确定的，主加速度的大小受煤矿安全1规程、减速器强度、电动机过负荷能力三方面的限制。对升降物料的加、减速度，煤矿安全规程没有规定，一般竖井加速度1最大不超过1.2m/。2s30按电动机的过负荷能力来确定。电动机的最大平均出力应大于或等于加速2阶段实际所需的最大出力，即（4.2）mPHKQFae75.01式中Fe电动机的额定拖动力，N,；Ne863P钢丝绳每米重力，N/m,；P/7.5提升系统总的变位质量,kg，；Mkg0459M电动机过负荷系数,。6.221/4.1704593.1836.2750sma(3)按减速器允许的最大输出传动转矩来确定。电动机通过减速器作用到滚筒主轴的拖动力矩，必须小于减速器所允许的最大输出转矩，即（4.3）2)(max1MDmPHKQddDMa）2ax1式中Mmax减速器输出轴最大允许输出传动转矩，可由规格表查N得；电动机转子的变位量。dm21/57.1163074597.302sma据以上结果，为减轻动荷载，提高机械部分和电动机运行的可靠性，取值应1a留有余地，故本设计取。21/8.0sm4.1.2提升减速度的确定3a煤矿安全规程中对提人减速度的规定与主加速度相同。不论提人还是提物，首先应合理选择减速方式。一般应尽量选择自由滑行减速方式，以充分利用提升系统的动能，简化操作，节省电耗。当井很深时自由滑行减速度太小，减速阶段拖延时间太长，使生产力受到影响时，为了提高生产力需要采用制动方式减速。1331减速一开始，电动机便从电网上断开，提升系统拖动力为零，靠惯性自由滑行。按自由滑行方式确定的减速度：（4.4）23/74.07045931.61.smmPHKQa本例中自由滑行方式偏低，故应考虑机械制动方式32/9.070495603.1.615.3.sma由此，可确定采用机械制动方式减速，取。23/sma4.1.3提升速度图参数计算（1）初加速阶段初加速度：20/48.sma初加速时间：vt153.0初加速度运行距离，即箕斗在卸载曲轨内的行程。0h（2）主加速阶段主加速度:21/8.0s