矿井主井提升机选型及控制系统设计

山西工程技术学院毕业设计说明书毕业生姓名：冯元森专业：机电一体化学号：120522167指导教师原艳红所属系（部）：机电系二一五年五月山西工程技术学院毕业设计评阅书题目：矿井主井提升机选型及控制系统设计 机电系 机电一体化 专业 姓名 冯元森 设计时间：200 14 年10月11日20015 年5月20日 评阅意见：成绩： 指导教师：（签字） 职务：20015 年月日山西工程技术学院毕业设计答辩记录卡 机电 系 机电一体化 专业 姓名 冯元森 答 辩 内 容问 题 摘 要评 议 情 况 记录员： （签名）成 绩 评 定指导教师评定成绩答辩组评定成绩综合成绩注：评定成绩为100分制，指导教师为30%，答辩组为70%。 专业答辩组组长：（签名） 20015 年月日III摘 要近几十年来，为了提高劳动生产率和各项经济技术指标，在世界范围内进行着对矿井的根本性技术改造，这种改造的趋向是向着更集中，更大型发展。矿井提升设备的任务是沿井筒提升煤炭、矸石、下放材料，升降人员和设备，所以矿井提升设备是联系井下与地面的重要生产设备，是矿山运输的咽喉，因此，它在整个综合机械化生产中 占有重要地位。随着科学技术的发展及生产的机械化和集中化，随着矿井技术改造的进程，提升设备在高效、大型、自动化方面都有着飞速的进步。近代化提升设备已发展成为大型机械-电气组或机组群。箕斗有效载重在国外已超过50吨，提升速度接近20米每秒；拖带功率达10000千瓦以上；随着计算机和PLC技术的不断进步，采用先进的控制技术来改造传统矿山行业的传统控制系统，从而使矿井提升机的控制性能得到很大的改善，其控制系统的技术性能和可靠性直接影响煤矿的安全生产。本文采用PLC技术对TKD-A电控系统进行改造，保持原操作方式、按钮、开关、主令控制器作用不变，使用户使用方便，不需要适应期。同时可以利用PLC的高速计数功能、信号显示功能等来增加一些新的控制功能，系统安全性也将大大提高，运行更加平稳、准确。改造后的系统能够满足矿山生产的苛刻要求，而且投资相对较少，性价比较高，具有很强的实用价值。关键词： 提升机；提升容器；钢丝绳；选型设计；PLC；电控系统IV目 录第一章 绪论1第一节 提升设备的发展概况1第二节 选型设计的基本原则3第三节 选型设计的依据4第二章 提升容器4第一节 箕斗4第二节 箕斗装载设备5第三节 箕斗容器的导向装置5第四节 提升容器的选择5第三章 提升钢丝绳9第一节 提升钢丝绳的选择计算9第二节 钢丝绳的使用和维护11第三节 钢丝绳的检查和试验12第四章 矿井提升机12第一节 缠绕式提升机12第二节 提升机的选型计算13第三节 天轮的选型计算16第四节 主轴装置16第五节 调绳离合器17第六节 减速器17第七节 制动装置18第八节 制动器的设计20第九节 液压站22第五章 提升机与井筒的相对位置23第一节 缠绕式提升机安装地点的选择原则23第二节 提升机与井筒的相对位置的计算23第六章 矿井提升运动学及动力学计算28第一节 矿井提升运动学28第二节 矿井提升动力学42第七章 矿井提升机的拖动与控制47第一节 拖动装置的种类及性能47第二节 提升电动机容量的计算和电动机的选择48第三节 交流拖动提升设备的电耗及效率的计算51第八章 煤矿主井提升机控制系统52第一节 变频PLC的调速系统53第二节 PLC的电控系统56第九章 结 论65参考文献65致 谢66VI第一章 绪论第一节 提升设备的发展概况矿井提升设备的任务是沿井筒提升煤炭、矸石、下放材料，升降人员和设备，所以矿井提升设备是联系井下与地面的重要生产设备，是矿山运输的咽喉，因此，它在整个综合机械化生产中 占有重要地位。近几十年来，为了提高劳动生产率和各项经济技术指标，在世界范围内进行着对矿井的根本性技术改造，这种改造的趋向是向着更集中，更大型发展。随着科学技术的发展及生产的机械化和集中化，随着矿井技术改造的进程，提升设备在高效、大型、自动化方面都有着飞速的进步。近代化提升设备已发展成为大型机械-电气组或机组群。箕斗有效载重在国外已超过50吨，提升速度接近20米每秒；拖带功率达10000千瓦以上；在拖动控制方面已广泛采用了集中控制及自动控制设备。矿井提升设备的主要组成部分是：提升容器、提升钢丝绳、滚筒、天轮和电动机等设备。由于井筒条件及选用的提升容器和提升机类型的不同，可组成各有特点的矿井提升系统。较常见的提升系统有：（1） 竖井单绳缠绕式箕斗提升系统；（2） 竖井单绳缠绕式罐笼提升系统；（3） 竖井多绳摩擦式箕斗提升系统；（4） 竖井多绳摩擦式罐笼提升系统；（5） 斜井箕斗提升系统；（6） 斜井串车提升系统；图1-1 单绳缠绕式提升机箕斗提升系统1-提升机；2-天轮；3-井架；4-箕斗；5-卸载曲轨；6-煤仓；7-钢丝绳； 8-翻笼； 9-煤仓；10-给煤机；11-装载设备上图所示是单绳缠绕式箕斗提升系统示意图。处在井底车场的重矿车，有推车机推入翻车机8（也称翻笼），把矿车内的煤炭卸入井底煤仓，在经装载设备11把煤炭装入主井底的箕斗内。与此同时，已提至井口卸载位置的重箕斗，通过井架上的卸载曲轨的作用，箕斗底部的闸门开启，把煤炭卸入地面煤仓6。处在井上、井下的两箕斗分别通过装置与两根提升钢丝绳7相连接，两根提升钢丝绳7的另一端则绕过安装在井架3上的天轮2，以相反的方向固定在提升机卷筒1上。启动提升机，一根钢丝绳向卷筒上缠绕，使井底重箕斗向上运动；与此同时，另一根钢丝绳自卷筒上放松，使井口轻箕斗向下运动，从而完成了提升煤炭的任务。另一种常见的提升系统是竖井普通罐笼提升系统，它与上述箕斗提升系统不同之处，主要是采用的容器不同，因此，装卸载方法也不同。位于井口与井底车场的罐笼通过人工或机械装卸矿车，生产效率较箕斗提升低，这种提升系统主要用于副井，作为辅助提升。在小型矿也兼作主井提升。根据提升设备的特点可将提升设备分为：按用途分：主井提升设备；副井提升设备。按提升机类型分：缠绕式提升设备；摩擦式提升设备。按拖动类型分：交流拖动提升设备；直流拖动提升设备。第二节 选型设计的基本原则提升设备的选型设计是否合理，对矿山的基本投资、生产能力、生产效率及吨煤成本有着直接的影响。提升设备选型设计只能在提升方式确定之后进行。当矿井年产量、井深及开采水平确定之后，就要决定合理的提升方式。提升方式与井筒开拓、井上下运输等运输环节都有着密切的关系。因此，在做新井初步设计时，对提升方式要全面综合考虑。在决定合理的提升方式时，原则上要考虑如下几个因素：（1） 对于年产量大于60万吨的大中型矿井，由于提升煤炭及辅助提升工作量均较大，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：如提升矸石、升降人员和下放材料设备等。对于年产量小于30万吨的小型矿井，如果仅用一套罐笼提升设备就可以完成全部主副井任务时，采用一套提升设备也是经济、合理的。对于年产量大于180万吨的大型矿井，往往需要两套箕斗提升设备，副井除配备一套罐笼设备外，多数尚需设置一套单容器平衡锤系统以专门提升矸石。（2） 一般情况下，主井均采用箕斗提升方式。这是因为箕斗提升方式能力大，运转费也较低。另外，在控制上易于实现自动化。但在特殊条件下，例如矿井生产的媒质品种多，且需分别运送，或是保证煤炭有足够的块度，这时只好采用罐笼作为主井提升设备。（3） 为了提高生产效率，中等以上矿井，原则上都要采用双钩提升。如果矿井开采的水平数较多，采用平衡锤单容器提升方式也是比较方便的，也很经济合理。（4） 根据我国目前实际情况，对于小型矿井，以采用单绳缠绕式提升系统为宜。对于年产量90万吨以上的大型矿井，以采用多绳摩擦提升系统为宜。对于中型矿井，如果井较浅，可以采用单绳缠绕式系统，井筒较深时，也可以采用多绳摩擦提升系统，或者主井采用单绳箕斗系统，副井采用多绳罐笼。（5） 煤矿企业若有两个水平，且分前后期开采时，提升机、井架等大型固定设备要按照最终水平选择。提升容器、钢丝绳和提升电动机根据实际情况也可以按照第一水平选择，待井筒延深至第二水平时，另行更换。（6） 确定斜井提升合理提升方式时，一般来说，小型矿井主井多用串车。产量较小时也可以考虑单钩。大型斜井提升，宜用胶带运输机及双钩箕斗。井筒倾角过大，虽中等井型也可使用箕斗提升方式，以防煤炭洒出。斜井副井升降人员时采用人车。 第三节 选型设计的依据 某煤矿的年矿生产量为120万吨，进行提升设备的设计，以达到正常工作为目标，已知数据如下：（1） 矿井年生产量120万吨；（2） 提升机工作制度为年工作日300天，每天工作14小时；（3）单水平提升，井筒深度H1=630m；（4）箕斗装载深度为H2=20m;（5）松散煤的密度为0.9t/m3;（6） 采用双筒单绳缠绕式提升；（7）一套箕斗提升设备。第二章 提升容器提升容器是直接装运煤炭、矸石、人员、材料及设备的工具。按其结构可分为：箕斗、罐笼、矿车、人车及吊桶五种。第一节 箕斗我国煤矿立井广泛采用固定斗箱底卸式箕斗，其形式有很多种，过去一些矿井普遍采用扇形闸门底卸式箕斗，现在新建矿井多采用平板闸门底卸式箕斗。箕斗有斗箱、框架、联接装置及闸门等部分组成。箕斗的导向装置可以采用钢丝绳罐道，也可以采用钢轨或组合罐道。采用钢丝绳罐道时，除了应考虑箕斗本身平衡外，还要考虑装煤后仍维持平衡，所以在年斗箱上部装载口处安置了可调节的溜煤板，以便调节煤堆顶部中心的位置。第二节 箕斗装载设备目前国内外广泛采用的定量装载设备有定量斗箱式和定量输送机式两种。立井箕斗定量斗箱装载设备主要有斗箱、溜槽、闸门、控制缸和测重装置组成。当箕斗到达井底装煤位置时，通过控制元件开动控制缸，将闸门打开，斗箱中的煤边沿溜槽全部装入箕斗。利用压磁测重装置来控制斗箱中的装煤量。定量斗箱装载设备具有结构简单环节少装载时不用其他辅助机械等优点，在我国已定为标准装载设备。定量输送机装载设备的优点是：（1）不需在井筒附近开凿较大的峒室；（2）减少装倒的次数，因而可减少煤的破碎量；（3）向箕斗装载均匀，可减少提升钢丝绳的冲击负荷；（4）装载时间不受煤质变化的影响，有利于实现提升自动化第三节 箕斗容器的导向装置提升容器在井筒内运行需设导向装置，提升容器的导向装置（罐道）可分为刚性和挠性两种。钢丝绳挠性罐道优点较多，故这里采用钢丝绳挠性罐道第四节 提升容器的选择箕斗设计和选用主要应考虑其结构坚固，有足够的刚度，装卸载快，闸门工作可靠。煤矿安全规程规定，立井升降物料时，提升容器的最大速度，不得超过下列公式所求得的数值：图2-1 单绳缠绕式提升机箕斗提升系统1-提升机；2-天轮；3-井架；4-箕斗；5-卸载曲轨；6-煤仓；7-钢丝绳；8-翻笼； 9-煤仓；10-给煤机；11-装载设备根据以上选择原则，进行箕斗基本参数的计算：1. 提升高度H： H=Hz+Hs+Hx=20+630+20=670m 2. 经济提升速度Vm: Vm=0.6H=0.6670=15.53m/s 式中 H 为提升高度（m）；Hs 为矿井深度；Hx 卸载高度，箕斗提升可取15-25m；罐笼提升 可取其为20米；HZ装载高度，箕斗提升可取18-25m；罐笼提升 可取其为20米；3. 一次提升循环估算时间Tx:初估加速度 a=0.8m/s;求得Tx：=82.6m/s式中: a1提升加、减速度(开始可假定加、减速度相等)，对罐笼可暂取为0.70.75m/s2；对箕斗可暂取为0.8m/s2； 容器爬行阶段附加时间，对罐笼可暂取为5s；对箕斗可暂取为10s；容器装卸载休止时间，可暂取为10s；由此可估算出完成生产任务所需提升速度的最小值 ：可作为选择提升速度的依据，实际提升速度 应根据实际所选提升机直径、减速器减速比、提升电动机的额定转速计算。4. 按式估算一次提升质量 式中: =7.42吨矿井年产量（吨/年）；提升能力富裕系数，对第一水平要求 1.2；取1.2提升工作不均衡系数；提升不均匀系数，有井底煤仓时，c=1.11.15，无井底煤仓时，c=1.2，当矿井有两套提升设备时，c=1.15，只有一套提升设备时，c=1.25；t日工作小时数，取14小时；br年工作日，取300天；根据计算所得 ，从表一立井单绳箕斗规格表中选取一次提升质量与之相近的标准箕斗；写出所选箕斗的型号，容器质量（kg）, 有效容积(m3)及两箕斗在井筒中的中心矩S（m）等参数。箕斗的型号：JL8，容器质量5.5（kg）, 有效容积8.8 (m3)及两箕斗在井筒中的中心矩2100（mm）等。从立井单绳箕斗规格表中选取一次提升质量与之相近的标准箕斗；写出所选箕斗的型号，容器质量（kg）, 有效容积(m3)及两箕斗在井筒中的中心矩S（m）等参数。考虑到将来可能加大矿井生产能力，故选用箕斗名义装载量为8吨的箕斗。其主要技术规格如下：自重：Qz=5.5吨；全高：9250mm；有效容积：8.8m3;最大终端载荷14.5吨；实际载重量Q： Q=v Q=0.98.8=7.92吨式中: V箕斗的有效容积，m3；货载散集密度，对于煤=0.8t/m31.0t/m3；取0.9表21 立井单绳箕斗规格表型号JL-3JL-4JL-5JL-6名义装载质量(t)3468有效容积3.34.46.68.8钢丝绳直径(mm)31374043箕斗质量(t)3.84.45.05.5最大负荷质量(t)89.51214.5最大提升高度(m)500650700500箕斗总高(mm)7780865094509250箕斗中心距(mm)1830183018702100适应井筒直径(m)4.54.54.5或55适应提升机型号2JK2.52JK2.5或2JK-32JK3或2JK3.52JK3.5第三章 提升钢丝绳第一节 提升钢丝绳的选择计算提升钢丝绳的选择计算是提升设备选型设计中的关键环节之一。钢丝绳在运转中受有许多应力的作用和各种因素的影响，如静应力，动应力，弯曲应力，扭转应力和挤压应力等，磨损和锈蚀也会损害钢丝绳的性能。立井单绳缠绕式提升一般选用619的钢丝绳，如条件许可也可选用线接触钢丝绳或异型股钢丝绳。钢丝绳品种选定后，就要具体确定钢丝绳的直径和型号参数。提升钢丝绳的选择按煤矿安全规程的规定，应采用最大静载荷来进行计算并考虑一定的安全系数。各种提升设备用的钢丝绳，悬挂时的安全系数，必须符合下列规定：专用于升降人员的，不低于9；升降人员和物料用的，升降人员时不低于9，升降物料时不低于7.5； 专用于升降物料的，不低于6.5； 多绳摩擦提升钢丝绳，专用于升降人员的，不低于9.2-0.0005 ；升降人员或升降人员和物料用的, 升降人员时不低于9.2-0.0005 , 升降物料时不低于8.2-0.0005 ；专用于升降物料的7.2-0.0005 ；对提升机的钢丝绳进行计算和选用： 1. 钢丝绳最大悬垂长度H预估井架高度Hj=30m： Hc=Hj+Hs+Hz=30+630+20=670m Hc钢丝绳最大悬垂长度，m；Hj井架高度，m；此值在计算钢丝绳时尚不能精确确定；可采用下列数值：罐笼提升Hj=1525m；箕斗提升Hj =3035m； 取其为30Hs矿井深度，m；Hz由井底车场水平到容器装载的距离（m），罐笼提升Hz =0m；箕斗提升Hz =1825m；取其为20。 2. 估算钢丝绳每米重量P 取钢丝绳抗拉强度=17000 kgcm2，安全系数ma=6.5; =（8000+5500）【（1.117000） 6.5670】=6.11千克/米式中:Q一次提升货载的重量，千克；Qz容器的自身重量，千克；Ma安全系数煤矿安全规程规定，主井箕斗提升，ma大于等于6.5，取ma=6.5；P钢丝绳每米重量，千克/米；故选用普通圆形股619型钢丝绳，其技术特征为：钢丝绳直径d=40mm；钢丝直径=2.6mm；钢丝绳全部钢丝断裂力总和Qq=102500千克；每米重P=5.717千克米；钢丝钢丝绳极限抗拉强度为B =17000kgcm2；3. 钢丝绳安全系数校核 =102500（8000+5500+6.11670）6.53 6.5式中Qq所选钢丝绳全部钢丝破断拉力总和，N；Q+QZ+pHc货载、容器、钢丝绳重量总和； 安全系数煤矿安全规程规定，主井箕斗提升，大于等于6.5，取=6.5由于实际安全系数大于6.5,故校核安全，所选钢丝绳满足安全要求，合格可用。 第二节 钢丝绳的使用和维护提升钢丝绳是提升设备中的一个重要组成部分，除了合理选择钢丝绳的结构之外，还应正确地使用和维护钢丝绳，以便延长钢丝绳的工作状态和使用寿命。这不仅有一定的经济意义，而且对提升设备的安全有重要的作用。煤矿安全规程对提升钢丝绳运转维护的要求 必须符合规定的绳轮直径和绳径比；（1） 绳槽的直径要符合要求；（2） 缠绕式提升机用钢丝绳必须定期涂油润滑，润滑油要符合钢丝绳制造厂提出的要求；摩擦提升用钢丝绳只能涂专用的钢丝绳油；（3） 严禁用布条之类的东西捆在钢丝绳上作提升深度指示标记，以防该处的钢丝绳得不到良好的润滑而发生腐蚀断丝；（4） 钢丝绳的运送，存放和悬挂都应严格按照要求去做；（5） 对提升钢丝绳必须每天以0.3米每秒的速度进行认真检查，并记录断丝情况，有关断丝和钢丝绳断面缩小的极限要求可见煤矿安全规程的有关规定；（6） 钢丝绳遭受卡罐或突然停车等猛烈拉伸时，必须立即停车检查，遭受冲击拉伸的一段如果长度增加百分之0.5以上或有明显损伤，要更换新绳，才能使用；（7） 多层缠绕时，由下层转到上层的一段绳由于磨损严重，必须加强检查，并且每季度要错绳四分之一圈。第三节 钢丝绳的检查和试验为了确保钢丝绳的使用安全，防止断绳事故发生，对钢丝绳要进行定期的检查和试验。提升钢丝绳和平衡尾绳，在使用前都要经过试验，试验合格的备用钢丝绳，必须妥善保管。煤矿安全规程还规定钢丝绳必须定期切下一段进行试验，以验证使用中的钢丝绳性能是否符合要求。（1） 新绳在使用之前均必须进行试验；（2） 除摩擦式提升用钢丝绳和尾绳以及倾角30度以下的斜井专门用来升降物料的钢丝绳外，提升钢丝绳在使用过程中必须定期切下一段做试验。升降人员或升降人员或物料的钢丝绳，自悬挂之日起每6个月试验一次；专门升降物料的钢丝绳，自悬挂之日起一年后进行第一次试验，以后每6个月试验一次。第四章 矿井提升机第一节 缠绕式提升机根据矿井提升机工作原理和结构的不同，可以分为缠绕式提升机和摩擦式提升机。单缠绕式提升机是较早出现的一种提升机。其工作原理是：将两根提升钢丝绳的一端以相反的方向分别缠绕并固定在提升机的两个卷筒上；另一端绕过井架上的天轮分别与两个提升容器相连。这样，通过电动机改变卷筒的转动方向，可将提升钢丝绳分别在两个卷筒上缠绕和放松，以达到提升和下放容器，完成提升任务的目的。目前，单绳缠绕式提升机在我国矿山中使用较为普遍。单绳缠绕式提升机是一种圆柱形卷筒提升机，根据卷筒的数目不同，可分为双卷筒和单卷筒两种。双卷筒提升机的两个卷筒在与轴的连接方式上有所不同：其中一个卷筒通过挈键或热装与主轴固接在一起，称为固定卷筒，又称为死卷筒；另一个滑装在主轴上，通过离合器与主轴连接，故称之为游动卷筒，又称活卷筒。采用这种结构的目的是考虑到在矿井生产过程中提升钢丝绳在终端载荷作用下产生弹性伸长，或在多水平提升中提升水平的转换，需要两个卷筒之间能够相对转动，以调节绳长，使得两个容器分别对准井口和井底水平。单卷筒提升机只有一个卷筒，一般仅用作单钩提升。如果单卷筒提升机用做双钩提升，则要在一个卷筒上固定两根缠绕方向相反的提升钢丝绳。提升机运行时，一根钢丝绳向卷筒上缠绕，同时，另一根钢丝绳自卷筒上放松。其优点是：卷筒容绳表面得到了充分的利用，从而使得提升机的体积和重力较小。其缺点是：用作双钩提升时，两个容器分别在井口和井底水平的位置不容易调整。为了解决这一问题，把单卷筒制成可以分离的两个部分：一部分与轴固接；另一部分通过离合器与轴连接，因而称这种提升机为分离式单卷筒提升机。由于这种提升机只有一个卷筒，容绳量小，适用于提升能力较小的场合。第二节 提升机的选型计算选择提升机的主要参数有：卷筒的直径D；卷筒的宽度B；提升机的最大静张力及最大静张力差。其中卷筒的直径D为选择提升机规格型号的依据，其他三个参数为校核参数。选择提升机卷筒直径的主要原则是：使钢丝绳在卷筒上缠绕时所产生的弯曲应力不要过大，以保证提升钢丝绳具有一定的承载能力和使用寿命。理论与实践已经证明，绕经卷筒和天轮的钢丝绳，其弯曲应力的大小及其疲劳寿命取决于卷筒与钢丝绳直径的比值。提升机滚筒直径D，是计算选择提升机的主要技术数据。选择滚筒直径的原则是钢丝绳在滚筒上缠绕时不产生过大的弯曲应力以保证其承载能力和使用寿命。1. 提升机卷筒直径D 80403200毫米 12002.63120 毫米取卷筒直径 D =3500mm。2. 提升机卷筒宽度B：卷筒容绳宽度 =2867.85mm式中: d钢丝绳直径，mm；钢丝绳绳圈之间的间距，一般取23mm；由于所需滚筒宽度小于标准提升机的宽度1.7米。所以提升时，滚筒宽度满足要求。考虑误差等实际情况，取B=1421mm。故卷筒选用单绳缠绕，卷筒直径D=3500mm,宽度B=1421mm。滚筒宽度应容纳以下几部分长度的钢丝绳。提升高度H。 钢丝绳试验长度，煤矿安全规程规定，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1次；专门升降物料用的钢丝绳，自悬挂时起经过1年进行1次试验，以后每隔6个月试验1次。试验时每次剁掉5m，如果绳的寿命以三年考虑，则试验绳长为30m。滚筒表面应保留三圈绳不动(称摩擦圈)，以减轻绳与滚筒固定处的拉力。多层缠绕时，上层到下层段钢丝绳每季需错动14圈，根据绳子的使用年限，一般取错动圈n2-4圈。缠绕在滚筒圆周表面上相邻两绳圈间隙宽度单层缠绕时滚筒的实际宽度为B，若BB则绳在滚筒上可缠绕单层；若BB2B则绳在滚筒上需缠绕两层。对于缠绕层数煤矿安全规程规定：立井中升降人员或升降入员、物料的，只准缠绕一层；专为升降物料的准许缠两层；倾斜井巷中升降人员的，准许缠两层；升降物料，准许缠三层；在建井期间，无论在立井或倾斜井巷中，升降人员和物料的，都准许缠绕两层。若缠绕层数超过煤矿安全规程规定，则需改选直径较大的提升机。并重新验算滚筒宽度，直到缠绕层数满足要求为止。多层缠绕时公式中还需增加错动圈n。由于所需滚筒宽度小于标准提升机的宽度1.7米。所以提升时，滚筒宽度满足要求。滚筒出绳角的大小，影响提升机主轴的受力情况。设计JK型提升机主轴时，是以上出绳角为零度，下出绳角为15考虑的。滚筒的实际出绳角度增大时，对提升机主轴的工作有利。限制下出绳角的最小值为15，是考虑到过小时，钢丝绳有可能与提升机基础接触，增大了钢丝绳的磨损。为此，对于提升机，下出绳角，令其大于15就可以了。算出Hj、Ls后，也有可能偏角不能满足要求。为此一般是适当增大Ls值，这会使L从而满足12的要求。总之，应根据实际条件，具体分析妥善解决。 为了保证提升机有足够的强度，还必须验算所选提升机最大静张力Fjmax（它关系到滚筒与主轴的强度）及最大静张力差所选提升机最大静张力Fc（它关系到主轴的强度）应满足下式：3. 提升机强度验算8000+5500+6.11670=16593.7 kg17000 kg 8000+6.11670=11093.7 kg11500 kg 式中:Fjmax所选提升机最大静张力；Fc 所选提升机最大静张力差；所以强度校验合格。第三节 天轮的选型计算天轮安装在井架上，作支承，引导钢丝绳转向之用，根据原煤碳工业部的标准，天轮分为三种：井上固定天轮，凿井及井下固定天轮和游动天轮。其结构形式也分为三种类型：直径为3500毫米时，采用模压焊接结构；直径小于3000毫米时，采用整体铸造结构；直径围4000毫米时，采用模压铆接结构。天轮直径的选择：根据煤矿安全规程的规定，对于地面设备，当钢丝绳对天轮围抱角大于90度时根据定型成套装备中规定以及所计算的钢丝绳直径可以选用名义直径为3500毫米,绳槽直径为23.5毫米的天轮。第四节 主轴装置提升机的主轴装置包括卷筒，主轴和主轴承，在双筒提升机（或可分为离式单筒提升机）中还包括调绳离合器。由图可知，固定卷筒的右轮毂用切向键固定在主轴上，左轮毂滑装在主轴上，其上装有润滑油杯，应定期向润滑油杯加润滑油，以免轮毂和主轴表面磨损。游动卷筒的右轮毂经轴套滑装在主轴上，也装有润滑杯，保证润滑。轴套的作用是保护主轴和轮毂，避免在调绳时轴和轮毂磨损。左轮毂用切向键固定在轴上并经调绳离合器与卷筒连接。卷筒为焊接结构，其特点是筒壳下没有其它支撑结构，两侧轮辐是由钢板制成的，开有若干入口。这种孔壳支撑结构的弹性比铸造支轮好，可以在一定范围内降低筒壳的局部应力。筒壳和支轮的材料过去主要用普通3号钢板，为了提高强度，目前多用16Mn钢板。筒壳外边一般均设有木衬。在单层缠绕时，木衬上车有螺旋绳槽，以使钢丝绳规则地排列，并减少钢丝绳的磨损。木衬的厚度应不小于2倍钢丝绳的直径，通常宽在100毫米左右；木衬用杵木，水曲柳或榆木等木材制作。装配木衬时，应尽可能与筒壳接触良好，否则会造成应力分布不均。木衬在使用磨损后应及时更换，不然也会明显地影响到钢丝绳的使用寿命。由于过去生产的卷筒壳多为薄壳焊接结构，筒壳开裂现象时有发生，加之木衬更换颇费工时。现在一些矿山中研究设计了厚壳卷筒，并在筒上直接加工绳槽。在多层缠绕情况下，煤矿安全规程规定：卷筒必须设有带绳槽的衬垫。但是，并没有规定绳槽的形式。目前，我国采用螺旋绳槽或圆环形直槽，有一些文献则推荐直槽，但是到底哪种绳槽较好，需要进一步试验研究。第五节 调绳离合器离合器的作用是使活卷筒与主轴连接或脱开，以便在调节绳长或更换水平时，能调节两个容器的相对位置。调绳离合器可分为三种类型：齿轮离合器，摩擦离合器和蜗轮杆离合器。应用较多的是齿轮离合器。JK系列提升机的调绳离合器的结构采用齿轮离合器液压控制。活卷筒的轮毂通过键与主轴相连，在活卷筒左支轮上沿圆周的三个孔中，放入调绳油缸，调绳油缸的另一端在齿轮的孔中。这样，当齿轮与固定在轮辐上的内齿轮相啮合时，调绳油杠便相当于三个销子把轮毂和齿轮连接在一起，传递力矩。调绳油缸的左端盖连同缸体一起用螺钉固定在齿轮上，而齿轮则滑装在活卷筒的左轮毂上。活塞通过活塞杆和右端盖一起固定在轮毂上。因此，当压力油进入油缸时，活塞不动，缸体沿着缸套移动，当油缸左腔接压力油，右腔接回油池时，缸体便在压力油的作用下，连同齿轮一起向左移动，使齿轮与内齿圈脱离啮合，活卷筒与主轴脱开。与此相反，当向右腔供压力油而左腔回油时，离合器连接，活圈筒与主轴连接。当调绳离合器在提升机正常工作时，左右腔均无压力油。当齿轮向左移动与内齿轮脱开后，主轴带动死卷筒旋转时，轮毂便与安装在内齿轮上的尼龙瓦做相对运动，所以，在打开离合器之前，应扭动油杯，以便将油脂压入尼龙瓦。调绳离合器的液压控制系统中，连锁阀的阀体固定在齿轮的侧面，阀中的活塞销靠弹簧的作用牢牢地插在轮毂的凹槽中，以防止提升机在运转中因震动等原因使齿轮脱出，造成事故。现在多数矿山研究所设计制造了更为方便的径向动作的齿轮离合器。它的结构如图，轴线以上表示离合器的脱开位置，轴线以下表示离合器的合上位置。第六节 减速器根据提升速度的要求，提升机主轴的转速一般为4060转每分钟，而拖动提升机的交流电机转速通常在290980转每分钟的范围内，因此，除了采用低速直流电机拖动外，不能把电机与主轴直连，必须通过减速器。JK型提升机采用圆弧齿轮减速器，其速比为11.5，20，30。型号为ZHL115，ZHLR130，ZHLR150，ZHfLR170等。符号意义是：Z为圆柱；H为圆弧齿；L为两级减速；R为人字齿；数字115，170代表中心距。直径3.5米以上的提升机可以采用双机拖动，其相应的减速器型号为ZHD2R180及ZD2x200型，这两种减速器都具有双端出轴。减速器的低速轴用齿轮连轴器与主轴相连，高速轴用弹性连轴器与电机轴相连。在多绳摩擦提升机及JK系列矿用提升机中，有采用共轴减速器的，这种减速器的入轴和出轴在同一中心线上，功率为两路传递，在中间齿轮的轮缘和轮毂间设有弹簧，用以消除由于齿轮加工误差引起的负荷分配不均，并减少减速器在启动和停止时的冲击负荷。这种减速器如加工制造精度达到要求，装配得当，则齿轮受力较小，布置较为合理。在塔式多绳摩擦提升机上，为了减少提升机运转时对井塔的震动冲击，将减速器放在减震的弹簧基础上。为了使减速器的质量和结构尺寸较小，在起重运输机械及矿井提升机中，已开始采用行星齿轮减速器，这种减速器体积小，质量轻，传动效率高。第七节 制动装置制动装置由制动器（也称闸）和传动系统组成。制动器按结构形式分为盘闸及快闸。传动系统控制并调节制动力矩。按传动能源分为油压，气压或弹簧制动装置。JK系列提升机采用油压盘闸制动系统，旧型JK系列采用油压和气压块闸系统。1. 制动器的作用和对制动装置的要求制动器的作用有四个:（1） 在提升机正常操作中，参与提升机的速度控制，在提升终了时可靠地闸住提升机，即通常所说的工作制动。（2） 当发生紧急事故时，能迅速的按要求减速，制动提升机，以防止事故的扩大，即安全制动。（3） 在减速阶段参与提升机的速度控制。（4） 对于双卷筒提升机，在调节绳长，更换水平及更换钢丝绳时，应能分别闸住提升机活卷筒及死卷筒，以便主轴带动死卷筒一起旋转时活卷筒闸住不动。制动装置不仅是一个工作机构，同时也是重要的安全机构，为了确保提升工作安全顺利地进行，煤矿安全规程对它提出了一系列要求，归纳起来主要有两点：一是制动器必须给出一个恰当的制动力矩；二是安全制动必须能自动，迅速和可靠地实现恰当的制动力矩包括三方面的含义：（1） 制动力矩应足够大。例如，对于竖井和倾角30度以上的斜井，工作制动和安全制动的制动力矩不得小于提升系统最大静负荷力矩的三倍。（2） 双卷筒提升机打开离合器调绳时，制动装置在各卷筒上产生的制动力矩不得小于该卷筒所悬挂提升容器和钢丝绳重力造成的静力矩的1.2倍。（3） 制动力矩的数值必须保证安全制动减速度在一定范围内，过大的减速度会对提升设备产生较大动载荷，对设备和运载人员的健康不利；过小的减速度则不能及时制止事故的发生或扩大。提升系统在同一制动力矩作用下，上提货载时的减速度比下放货载时的减速度大，这是因为前者的静阻力矩与制动力矩方向一致，有利于制动，而后者则相反。在确定提升机制动力矩时，要同时兼顾各个方面对制动力矩的要求，若不能同时满足，安全制动可用二级制动。对于摩擦提升机，工作制动或安全制动所产生的减速度，还要受到防滑条件的限制。对制动装置的第二个要求，参见煤矿安全规程377385条。目前，我国生产的矿井提升机采用盘闸制动系统，它与块闸制动系统相比较，其主要优点是重量小，结构紧凑，动作灵敏，安全性好。2. 盘闸制动器盘闸制动器的制动力矩是闸瓦沿轴向压制动盘时产生的摩擦力矩。为了使制动盘不产生附加变形，主轴不承受附加轴向力，盘闸都成对使用，每一对叫做一副制动器。依所要求的制动力矩大小不同，每一台提升机上可以同时布置不同副数的制动器。由制动油缸的结构图，我们可以知道油缸内装有活塞，柱塞，调整螺栓，碟形弹簧等零件。筒体能在支座内孔往复移动，闸瓦用铜螺钉或燕尾槽等形式固定在衬板上。制动力靠碟形弹簧产生，松闸靠油压。当压力油冲入油缸，推动活塞压缩碟形弹簧，并带动调整螺栓，螺钉及柱塞右移时，筒体和闸瓦在回复弹簧和缸紧螺栓的作用下一起右移，闸瓦离开制动盘，呈松闸状态。当油缸内油压降低，碟形弹簧回复其压力变形，推动活塞向左移动，同时带动调整螺栓，螺钉，柱塞推动缸体左移，使闸瓦压向制动盘，达到制动的目的。闸瓦压向制动盘的正压力大小取决于油缸内的压力，当缸内压力为最小值时，弹簧力几乎全部作用在活塞上，呈全制动状态。反之，当工作油压为系统最大油压时，机器全松闸。为了改进密封情况，制造厂也设计生产了碟簧前置，活塞后置的制动器，进一步改善了盘式制动器的性能。第八节 制动器的设计制动装置由制动器和传动机构组成。制动器是直接作用于制动盘上，产生制动力矩的部分。按结构分为块式闸和盘式闸。传动机构是控制并调节制动力矩的部分，按动力源分为油压、压气及弹簧等传动系统。制动装置的作用可归纳为： （1）在提升终了或提升机不工作时，可靠地闸住提升机；（2）在减速阶段参与提升机的速度控制；（3）作为安全机构，在发生紧急事故时，进行安全制动，对提升系统进保护。本次设计采用盘式制动器，其装配简图如图4-1所示。器装在支座上，依靠碟形弹簧的作用力把衬板及闸瓦推向制动器，产生力矩。松闸时将压力油送入工作腔，通过活塞及连接螺栓将闸瓦的衬板拉回，弹簧被压缩，闸瓦离开制动盘。调节螺母是用以调整闸瓦间隙的。图4-1 盘式制动器装配简图盘式制动器采用液压控制，液压站为盘式制动器提供压力油源，控制油路以实现制动器的各项制动功能。液压站的控制系统同整个提升机的拖动类型、自动化程度相配合。盘式闸制动器的优点是结构紧凑，闸的副数可以根据制动力的大小，灵活增减。为使制动盘不受附加载荷，主轴不受轴向力，盘式制动器均成对使用。盘式制动器的令一特点是动作快，空行程时间不超过0.3s，远比块式闸制动系统空行程时间短。盘式闸工作原理如图4-2：图4-2 盘式制动器工作原理图1-闸瓦；2-盘形弹簧；3-油缸；4-活塞；5-后盖；6-筒体；7-制动器；8-制动盘第九节 液压站制动器的液压控制系统是同提升机的拖动类型，自动化程度相配合的。在直流拖动自动化程度较高的系统中，由于调速性能好，机械闸一般是在提升终了时起定车作用。在交流拖动系统中，机械闸还要参与提升机的速度控制，因此，要求制动力能在较宽的范围内进行调节。2JK型提升机的液压工作站主要用在交流拖动系统中，其具体作用有三(1)按实际提升操作的要求，生产不同的工作油压，调节，控制盘闸的制动力矩，从而实现工作制动；(2)安全制动时，能迅速自动回油，并实现二级制动；(3)根据多水平提升的需要以及钢丝绳伸长后调绳的需要，控制双筒提升机活卷筒的调绳离合器，同时闸住活卷筒。矿井提升机深度指示器深度指示器是矿井提升机的重要保护检测装置之一，他的作用是：(1)向司机指示提升容器在井筒中的运行位置；(2)容器接近井口停车位置时发出减速信号；(3)当提升容器过卷时，推动装在深度指示器上的终嵌开关，切断安全保护回路，进行安全制动；(4)减速阶段，通过限速装置进行过速保护。深度指示器的类型较多，根据其动作原理可以分为；机械式，机械电气混合式及数字式等。第五章 提升机与井筒的相对位置第一节 缠绕式提升机安装地点的选择原则当井筒的位置已经确定后，正确选择提升机的按装地点是十分重要的。在决定提升机安装地点时，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和地面运输生产系统等。根据矿井的具体生产条件，双容器在井筒中的布置形式，对于箕斗提升，提升机房应建筑在井筒卸载位置的对侧；对于罐笼提升，提升机房应建筑在重车运行方向的对侧。这种布置方式，井架高度稍小，且提升机房离井筒的位置也最近。我国多数煤矿采用这种不置方式。有的矿井只有一个开采水平。这时，可以选用单滚筒提升机作双钩提升。这种布置方法，两个天轮不在同一水平，但在一个垂直平面内。一些矿井的井筒装备有两套提升设备。两套提升机与井筒的相对位置有：对侧式，同侧式，垂直式和斜角式。对侧式的优点是井架负载易平衡。同侧式和斜角式的优点是提升机房占地比较紧凑。无论在井筒中布置一套或两套提升设备，在选择提升机安装地点时，重要的是根据具体情况，因地制宜地去考虑。第二节 提升机与井筒的相对位置的计算当提升机安装地点选好之后，就要具体确定提升机轴线与井筒中心线的距离，以便安装提升机和修建提升机房。另外，还要算出井架的高度。但在计算这些数值时，必须考虑到钢丝绳弦长，钢丝绳的偏角以及卷筒出绳角等因素的安全运转条件。所以，井架高度，提升机的轴线与井筒中心线的距离，钢丝绳的弦长，偏角和倾角是影响提升机与井筒相对位置的五个因素。他们彼此相互影响，相互制约。1. 井架高度及井筒提升中心线至卷筒中心线距离对于罐笼提升：一般来说均在井口水平装、卸载，这时Hx0；对于箕斗提升；地面要装设煤仓，煤仓的高度与煤仓容积、生产环节自动化程度和箕斗卸载方式等因素有关，一般Hx1825m；Hr容器全高，由容器底至连接装置最上面一个绳卡的距离，m，此值可由容器的规格表中查得；Hg过卷高度(容器从卸载时正常位置，自由的提升到容器连接装置上绳卡同天轮轮缘接触点的高度。煤矿安全规程对立井提升过卷高度的取值规定见表；Rt天轮半径，m。表5-1： 立井提升过卷高度取值表提升速度,m/s346810过卷高度和过放距离,m4.04.756.58.2510.0注；提升速度为表中所列速度的中间值时，用插值法计算。井架高度Hj=20 +9.25+4+0.75 =34.56米在计算和选择钢丝绳时,曾估取井架高度Hj为30米.经过上述精确计算,说明原估取数值可用,无需再校验钢丝绳,将Hj圆整成35米.滚筒中心线至井筒中提升钢丝绳间水平距离Ls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，滚筒中心线至井筒中钢丝绳间水平距离Ls愈小愈紧凑。但根据井架天轮受力情况又可看出，为了提高井架的稳定性，使其具有较好的受力状态，在井筒与提升