矿用提升机的整体设计.doc

摘摘 要要 矿山提升机是矿山大型固定机械之一 矿山提升机从最初的蒸汽机 拖动的单绳缠绕式提升机发展到今天的交变频直接拖动的多绳摩擦式提 升机和双绳缠绕式提升机已经历了 170 多年的发展历史 它是矿山井下 生产系统和地面工业广场相连接的枢纽 被喻为矿山运输的咽喉 因此 矿山提升设备在矿山生产的全过程占有重要的地位 根据矿井提升机工 作原理和结构的不同 可分为缠绕式提升机和摩擦式提升机 由于这里 不能上传完整的毕业设计 完整的应包括毕业设计说明书 相关图纸 cad proe 中英文文献及翻译等 此文档也稍微删除了一部分内容 目录及某些关键内容 如需要其他资料的朋友 请加叩扣 2215891151 在国内外 多绳摩擦式绞车飞跃发展 其发展速度远远超过单绳缠 绕式提升机 这是因为它有着许多单绳缠绕式提升机无法比拟的优点 如提升钢丝绳直径较小 主导轮直径及整个机器的尺寸都相应缩小了 设备重量也减轻了 不需要设置防坠器等 一个现代化的矿井在提升设备的选型上尤为重要 因为提升设备选 型的合理与否 直接关系到矿井的安全和经济性 因此确定合理的提升 系统时 必须经过多方面的技术经济比较 结合矿井的具体条件选择合 适的设备 关键词 关键词 提升机 多绳摩擦 制动器 选型设计 abstract the mine elevator is one of mine large scale fixed machineries the mine elevator the winding type elevator developed from initial steam engine dragging s shan sheng to today s junction hands over the frequency conversion direct dragging the multi rope friction type elevator and the double rope winding type elevator has experienced more than 170 year historical developments it was the key position which the mine shaft production system and the ground industry square connected is explained for mine haulage s pharynx and larynx therefore the mine hoisting equipment holds the important status in the mine production s entire process according to the mine pit elevator principle of work and the structure difference may divide into the winding type elevator and the friction type elevator in domestic and foreign the multi rope friction type winch leap development its development speed goes far beyond the single rope winding type elevator this is because it has the merit which many single rope winding type elevator is unable to compare like the hoisting cable diameter was small leads the wheel diameter and the entire machine s size correspondingly reduced the installation weight also reduced did not need to establish against falls and so on a modernized mine pit on lift technique s shaping especially important because of lift technique shaping reasonable or not direct relation mine pit security and efficiency therefore determined when reasonable lift system must undergo various technical economy comparison the union mine pit concrete term choice appropriate equipment keywords elevator the multi ropes rub brake shaping design 目目 录录 1 绪论 1 2 矿井提升设备概述 3 2 1 提升机的定义 3 2 2 提升机的分类 3 3 多绳摩擦式提升机的整体设计计算 9 3 1 设计依据 9 3 2 设计过程 10 3 2 1 箕斗的选定 10 3 2 2 提升刚丝绳的选型 12 3 2 3 提升机卷筒的选择 15 3 2 4 提升机的选择 16 3 2 5 天轮的选择 18 3 2 6 计算提升机与井筒的相对位置 19 3 2 7 预选提升电动机 22 3 2 8 计算传动装置的总传动比 i配传动比 23 3 2 9 主轴输入功率及轴径的确定 23 3 2 10 根据轴径确定主轴部分的安装轴承 25 3 2 11 减速器的设计 25 3 2 12 联轴器的设计 33 3 2 13 提升机各部分键的选择 34 3 3 制动器的设计 36 3 3 1 提升机制动器主要类型 38 3 3 2 盘式制动器的结构及工作原理 40 4 提升设备的运动学及动力学计算 43 4 1 提升系统变位质量的计算 43 4 2 提升加速度的确定 45 4 3 提升减速提升减速度的确定 46 4 4 防滑计算 47 4 4 1 静防滑 47 4 4 2 动防滑 48 4 4 3 等速和减速阶段 49 4 4 4 提升重载发生紧急制动时 49 4 5 六阶段速度图参数的计算 50 4 6 提升设备的动力学计算 53 4 7 提升电动机容量的计算 56 4 8 提升设备的电耗及效率的计算 59 致谢 61 参考文献 62 1 1 绪论绪论 矿山提升机是矿山大型固定机械之一 它是矿山井下生产系统和地 面工业广场相连接的枢纽 被喻为矿山运输的咽喉 因此矿山提升设备 在矿山生产的全过程占有重要的地位 根据矿井提升机工作原理和结构的不同 可分为缠绕式提升机和摩 擦式提升机 单绳缠绕式提升机是较早出现的一种 它工作可靠 结构 简单 但是仅适用于浅井及中等深度的矿井 而对于井深超过 300 米的 矿井 宜选用多绳摩擦式绞车 在国内外 多绳摩擦式绞车飞跃发展 其发展速度远远超过单绳缠绕式提升机 这是因为它有着许多单绳缠绕 式提升机无法比拟的优点 如提升钢丝绳直径较小 主导轮直径及整个 机器的尺寸都相应缩小了 设备重量也减轻了 不需要设置防坠器等 下面是我针对不同的矿井的地质 煤层等情况 进行综合计算分析后 本着安全 经济等原则对这两种提升设备系统进行的选型设计 目前我国煤炭 95 是以井下方式开采 需要通过提升设备提升到地 面以实现其使用价值和经济 社会效益 提升作为重要的一个环节 在 一定程度上制约着煤炭生产能力 提升设备的合理结构及设计 安全经 济运行和科学管理维护 直接关系到矿井生产能力及技术经济指标 现 代采矿业的发展对提升设备在机械结构 工艺 设计理论和方法及安全 检测等方面都有明确的要求 目前我国中小型煤矿作为我国煤炭生产的 重要部分其提升设备同大型煤矿及世界先进水平相比 仍有很大差距 主要表现在 1 提升设备的自动化水平较低 提升设备自动控制化控制较国 内与国外大型和先进煤矿提升系统落后 2 提升设备的配套产品 钢丝绳 大型电机 减速器等 的质 量安全性能尚不能满足要求 在一定程度上制约了提升设备的总体水平 3 矿井提升的监 检手段落后 制动系统的可靠性明显不足 有待进一步提高 近几年煤炭开采与提升技术的发展速度很快 对提升机的要求必然 随着先进技术的进步而不断发展 其发展趋势是 1 向适用型发展 2 向高耐久性 高可靠性方向发展 3 向智能化自动化方向发展 提升系统采用 plc 控制监测系统 等 并可根据要求调节 信号用声 光 影像来传送 4 向标准化 规范化方向发展 提升机零部件普遍标准化 规范 化 保证设计 加工质量和水平 5 向高适应性发展 适应不同工作环境 因此 研究制造自己的高效提升机是为经济发展和社会进步的长远 考虑 此次设计的提升机主轴装置 减速器与制动系统是配套专用产品 电动机的选择可以灵活运用 这样可以使提升机的应用 维护 保养 检测等方面系统进行 有效提高提升机的工作效率 多绳摩擦提升机具 有体积小 质量轻 安全可靠 提升能力强等优点 适用于较深的矿井 提升 由于水平有限 难免出现错误 请指由于水平有限 难免出现错误 请指 导老师和专家给予批评和指正 导老师和专家给予批评和指正 2 2 矿井提矿井提 升设备概述升设备概述 2 12 1 提升机的定义提升机的定义 矿井提升机是矿井大型固定设备之一 它的主要任务就是沿井筒提 升煤炭 矿石和矸石 升降人员和设备 下放材料和工具等 矿井提升 设备是联系井下与地面的纽带 是主要的提升运输工具 因此它整个矿 井生产中占有重要的地位 2 22 2 提升机的分类提升机的分类 1 按用途分 a 主井提升设备 主井提升设备的任务是专门提升井下生产的煤炭 年产 30 万吨以 上的矿井 主井提升容器多采用箕斗 年产 30 万吨以下的矿井 一般 采用罐笼 立井 或串车 斜井 b 副井提升设备 副井提升设备的任务是提升矸石 废料 下放材料 升降人员和设 备等 副井提升容器采用普通罐笼 立井 和串车 斜井 2 按拖动方式分 按提升机电力拖动方式分为交流拖动提升设备和直流拖动提升设备 3 按提升容器类型分 分为箕斗 罐笼 串车等提升设备 4 按井筒的倾角分 提升设备按井筒倾角可分为立井提升设备和斜井提升设备 立井提 升时 提升容器采用箕斗或罐笼等 斜井提升时 提升容器一般采用矿 车 串车 或斜井箕斗 串车提升适用于井筒倾角不大于 斜井箕斗提升 适用于井筒倾角在 范围内 近年来大型斜井提升多采用胶带输 0 25 0 35 送机 5 按提升机类型分 a 单绳缠绕式提升设备 单绳缠绕式提升设备目前大部分为直径圆柱型滚筒 在个别的老矿 井 还有使用变直径滚筒 如双圆柱圆锥型滚筒 提升设备 kj 2 3m 型单绳缠绕式提升机是我国在 1958 1966 年生产的仿苏 bm 2a 型提升机 按滚筒个数来分 有单滚筒和双滚筒的提升机 按布 置方式来分 有带地下室和不带地下室的提升机 可根据设计而选用 但二者技术性能完全相同 kj 型 2 3m 提升机代号意义以 kj22 51 2d 20 型为例说明如 下 k 矿井 j 卷扬机 提升机 2 双滚筒 单滚筒时为 1 2 5 滚筒名义直径 m 1 2 每个滚筒的两侧挡绳板的距离 m d 带地下室 无 d 字表示不带地下室 20 减速器名义传动比 我国现有煤矿矿井多数是按照五十年代的标准设计的 为了快出煤 多出煤 当时主要是建设中 小型矿井 并且首先开采浅部煤层 五十 年代 我国的矿井提升设备主要是从苏联进口的 bm 型产品和国产仿苏 kj 型产品 设备的可选性小 主要是满足开采浅部煤层的需要 进入 80 年代以后 我国许多煤矿矿井已逐渐转向中深部开采 国家统煤矿 矿井的平均深度已由 200 米延伸到 400 米 现在已达 600 米 1000 米 根据国内外的实践经验 落地式摩擦提升设备 是在矿井延伸后使现有 提升设备满足加大提升高度要求的行之有效的办法 1 1 主提升钢丝绳的选择 a 钢丝绳的结构形式 应优先选用三角股钢丝绳及线接触圆股钢丝绳 当由于供应原因 亦可以选用普通圆股点接触平行捻钢丝绳 钢丝绳公称抗拉强度宜选用 1550 帕 6 10 b 钢丝绳的安全系数 根据 煤矿安全规程 规定 钢丝绳的安全系数应符合下式 m 升降人员和物料 9 20 0005mhc 升降物料 7 20 0005mhc 式中 提升钢丝绳的悬垂长度 mhc c 钢丝绳数目选择 落地摩擦式提升机的钢丝绳数目以 2 到 4 根为宜 2 2 尾绳的选择 目前 绝大多数使用多绳摩擦式提升机的矿井 都由原来选用扁钢 丝绳作平衡尾绳而改为使用圆股钢丝绳作平衡尾绳 新建的矿井 设计 中也已全部选用圆股钢丝绳作平衡尾绳 这主要是因为扁钢丝绳生产效 率低 供应困难 a 主导轮直径 d 的确定 根据 煤矿安全规程 规定 主导轮直径 d 应符合式 无导向轮 有导向轮 80 d d 100 d d d 钢丝绳直径 3 3 钢丝绳间距 n a200 250 n amm 4 4 天轮直径 w 100 w dmm 5 5 钢丝绳在摩擦衬垫上的围包角 当井深大于 300 米时 取 00 220180 当井深小于 300 米时 取 0 0 270 2360 a a b 多绳摩擦式提升设备 多绳摩擦式提升设备可分为塔式和落地式 多绳摩擦提升机的井架一般多采用钢结构四斜腿井架 放绳挂罐后 在主绳张力水平分力作用下 使井架产生弹性变形 井架有倾斜现象 多绳提升机由于使用了数根钢丝绳代替一根钢丝绳 钢丝绳的直径变小 了 摩擦轮的直径因而变小 但由于有多根钢丝绳 所以摩擦轮变为摩 擦筒 宽度稍有加宽 设采用 n 根钢丝绳 则多绳与单绳提升机钢丝绳 直径间有如下关系 1 n d dmm n 同理 摩擦筒 主导轮 直径 1 n d dmm n 多绳摩擦提升机如图 2 1 所示 1 主导轮 2 天轮 3 提升机钢丝绳 4 提升容器 5 尾绳 1 主导轮 2 天轮 3 提升机钢丝绳 4 提升容器 5 尾绳 图 2 1 多绳摩擦提升机 主轴装置的特点 它与缠绕式提升来代替木衬 由于摩擦提升是靠 摩擦力来传递动力的 所以衬垫挤压固定在筒壳上 摩擦衬垫形成衬圈 其上再车出绳槽 初车时槽深为 1 3 绳径 槽距 即绳心距 约为绳径 的 10 倍 利用熟知的柔索欧拉公式可知 摩擦轮两侧钢丝绳拉力的极 限比值为 1 12 2 uaua f eff e f 或 式中 自然对数的底 等于 2 71828 e 钢丝绳对于摩擦轮的围包角 a 钢丝绳与衬垫间的摩擦系数 通常取 0 2uu 当钢丝绳拉力比大于上式右端所给出的数值时 钢丝绳对摩擦 1 2 f f 轮产生相对滑动 为了避免这种滑动 两侧拉力不能达到其极限比值 而应有安全系数 式改写为 212 1 ua fff e 若考虑防滑而加入防滑安全系数 则有 122 1 ua fff e 式中 防滑安全系数 如果式中和仅计及静力 则得防滑 1 f 2 f 安全系数 如果计算和时考虑了惯性力的影响 则得动防滑安全 1 f 2 f 系数 我国煤矿设计规范规定 d 1 25 1 75 d i 有些国家不按拉力差来考虑防滑 而是把两侧的拉力比的极限值控 制在 1 5 以内 即 1 2 1 5 f f 在某些特殊情况 例如进行紧急制动时 可能产生超前滑动 即钢 丝绳的运动速度大于摩擦轮槽处的线速度 此时的防滑安全系数为 1 21 1 ua d f e ff 煤矿安全规程 规定 紧急制动时不能产生滑动 即 1 d 3 3 多绳摩擦式提升机的整体设计计算多绳摩擦式提升机的整体设计计算 3 13 1 设计依据设计依据 假设一矿层开采上限为 40m 水平 开采下限为 550 水平 井下采 煤方法主要为单一长壁采煤 以倾斜煤层为主 开拓方式为立井石门开 拓 是对角式通风 全矿区共划分为二个水平 190 水平 510 水平 其具体的数据为 1 原煤的密度 0 9 吨 米 煤 3 2 矸石的密度 矸 1 35 吨 米 3 3 含矸率 10 4 井深 450 米 5 最大班下井人数 260 人 6 坑木消耗 9 米 千吨煤 3 根据以上情况 假如先进行第一水平的开采年产量定为 150 万 t 现 对其主进行井提升设备的选型设计 已知数据如下 1 矿井年生产量 150 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 hs 450m 4 箕斗卸载高度为 hx 20m 5 箕斗装载深度为 hz 20m 6 松散煤的密度为 0 9t m3 7 采用多绳摩擦式提升 8 一套箕斗提升设备 3 23 2 设计过程 设计过程 3 2 13 2 1 箕斗的选定箕斗的选定 箕斗是单一用途的提升容器 仅用于提升煤炭或矿石 我国煤矿广 泛采用固定斗箱底部卸载式箕斗 其优点是闸门结构简单 严密 闸门 向上关闭冲击小 当煤仓已满 煤为卸载完毕时 箕斗产生断绳的可能 性很小 箕斗闸门开启主要借助煤的压力 因而卸载时传递到卸载曲轨 上的力较小 改善了井架受力状态 该闸门的缺点是 如果闭锁装置一 旦失灵 闸门可能由于震动 冲击而在井筒中自行开启 不但会把煤卸 载在井筒里 还会撞坏井筒设备 因此必须认真检查闭锁装置 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 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 20 450 20 490m 式 3 1 2 经济提升速度 vm vm 0 6 0 6 13 28m s 式 3 2 h490 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 可取为 0 hz 装载高度 箕斗提升可取 18 25m 罐笼提升 可取为 0 3 一次提升循环估算时间 tx 初估加速度 a 0 8m s 将式 3 1 代入式 3 3 求得 tx 式 3 3 t v h a v m m 1 x t 73 5 s1010 28 13 490 8 0 28 13 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 7 0 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 t 为 10s 容器装卸载休止时间 可暂取为 10s 4 按式 3 4 估算一次提升质量 式 3 4 x r nf t tb aca m 3600 143003600 5 73100001502 115 1 11 16 吨 式中 矿井年产量 吨 年 n a 提升能力富裕系数 对第一水平要求 1 2 f a 提升工作不均衡系数 提升不均匀系数 有井底煤仓时 c c 1 1 1 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 从多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 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 11 5 吨 全高 14450mm 有效容积 13 2m3 最大终端载荷 440kn 实际载重量 q q v 式 3 5 q 0 9 13 2 11 88 吨 式中 v 箕斗的有效容积 m3 货载散集密度 对于煤 0 8t m3 1 0t m3 3 2 23 2 2 提升刚丝绳的选型提升刚丝绳的选型 选择原则 钢丝绳在运转中受到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 磨损和锈蚀也将损害钢丝 绳的性能 综合考虑以上应力因素的计算是困难的 目前国内外都是按 静载荷近似计算的 我国是按 煤矿安全规程 的规定来设计的 其原 则是 钢丝绳应按最大静载荷考虑一定的安全系数来进行计算的 在经 常性作业中 以提升作业载荷最重 故以此条件选择钢丝绳 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 还影响提升机的设计 又是提升系统中经常更换的 易耗品 因此无论从安全生产还是经济运行上考虑都要给予足够的重视 钢丝绳在工作时候受到多种应力作用 如静应力 动应力 弯曲应 力 接触应力 挤压应力等 这些原因导致钢丝绳疲劳破坏 而磨损与 锈蚀也会降低钢丝绳性能 缩短钢丝绳使用寿命 综合考虑这些影响并 精确的选择 计算钢丝绳是个复杂的问题 尽管国内外对矿井提升钢丝 绳进行了大量的研究 但钢丝绳强度计算理论尚未达到工程应用的程度 所以对矿井钢丝绳的选择计算仍按静载荷进行近似计算 同时考虑一定 的安全系数 且规定单绳缠绕式提升机装置的安全系数为专为升降人员 的不得小于 9 升降人员和物料用的 升降人员时不得小于 9 提升 物料时不得小于 7 5 专用升降物料的不得小于 6 5 依据以上选择原则 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 hc 按式 2 6 计算 预估井架高度 hj 30m hc hj hs hz 30 450 20 500m 式 3 6 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 15 25m 箕斗提升 hj 30 35m hs 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 18 25m 2 估算钢丝绳每米重量 p 由式 3 5 3 6 并按式 3 7 计 算 取钢丝绳抗拉强度 17000 kg cm2 安全系数 ma 7 b 式 3 7 c a b z h m qq n 1 1 1 p 1 500 7 170001 1 1150012000 4 1 2 375 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 7 取 ma 7 p 钢丝绳每米重量 千克 米 故选用普通圆形股 6 19 型钢丝绳 其技术特征为 钢丝绳直径 d 26mm 钢丝直径 1 7mm 钢丝绳全部钢丝断裂力总和 qq 492500 千克 每米重 p 2 444 千克 米 3 钢丝绳安全系数校核 由式 3 6 3 7 并按式 3 8 计 算 式 3 8 cz q a phqq q m 4 1 50044 2 1150012000 4 1 492500 7 23 7 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 a m a m 等于 7 取 7 由于实际安全系数大于 7 故所选钢丝绳满足安全要 a m 求 合格可用 提升钢丝绳除合理选用外 还应正确使用 精心维护 定期试验 保证钢丝绳处于良好的工作状态 延长其使用寿命 保证提升工作的安 全 3 2 33 2 3 提升机卷筒的选择提升机卷筒的选择 xxxxxxxxxx 此处删除无数 n 个字 完整设计请加扣扣 2215891151 的油玷污闸瓦及制动盘 盘式制动器的结构如图所示 图 3 8 盘式制动器结构图 1 松闸 当压力油充入制动油缸 推动活塞 5 而压缩蝶形弹簧 4 并带 动调整螺栓 6 螺钉 7 及柱塞 13 右移时 筒体和闸瓦 15 在回复弹簧 16 及拉紧螺栓 17 的作用下也一同右移 则闸瓦离开制动盘 呈松闸状态 2 制动 当制动油缸内的油液压力降低 盘式弹簧就回复其在松闸状 态时的压缩变形 因而在盘式弹簧的张力作用下 推动活塞 5 向左移动 同时带动调整螺栓 6 螺钉 7 柱塞 13 推动筒体 衬板 11 和闸瓦 15 左 移 使闸瓦压向制动盘 实现制动目的 制动状态时 闸瓦压向制动盘 的正压力大小 决定于油缸内工作油的压力 当缸内压力为最小值时 弹簧力几乎全部作用在活塞上 此时制动盘上正压力最大 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 4 4 提升设备的运动学及动力学计算提升设备的运动学及动力学计算 4 14 1 提升系统变位质量的计算提升系统变位质量的计算 为计算总变位质量 我们可首先分别计算出各运动部件的变位质量 然后相加即可 各运动部件的质量变位原则 必须保证该部件在变位前 后的动能相等 提升系统中有三部分作直线运动 即提升载荷 提升容器 对于罐 笼提升 则包括罐笼自重和矿车自重 和提升钢丝绳 它们直接作用于 滚筒圆周上 其速度和加速度就是滚筒圆周上的速度和加速度 所以不 用变位 它们本身的质量就是变位质量 提升系统中还有三部分作旋转运动 即提升机 包括减速器 天轮 和电动机转子 在提升过程中这些部件各运动质点都围绕自己的轴 以 不同的回转半径和回转速度旋转 需要把它们变位到滚筒圆周上 则各 部件变位后的质量值就不等于它原来的数值 提升机 包括减速器 的变位质量 mj 和天轮的变位质量 mt 可以在它 们的技术规格表中查出 不必计算 只有电动机转子的变位质量需要计 算 1 电动机转子的变位质量 md由下式求得 式 4 1 2 2 4 d i jm dd g gd j d d 4 2 即 式 4 2 2 2 2 d mi dg gd d 2 2 5 11 8 210 12480 21052 04 千克 式中 gd2 d 电动机转子的回转力矩 可由电动机规格表中查到 gd2 d 36310 牛 米 2 d 提升机滚筒直径 i 减速比 已知 i 11 5 2 提升系统的总变位质量为 21 2 1 djtqpz mmnmqlnplnqq g m 式 4 3 12000 2 115000 4 24 44 539 9 2 48 8 520 550 5700 2105 2 g 1 72646 6 千克 式中 提升住绳全长 对缠绕式提升机 3d 30 p l p l c h x l n d m 对塔式多绳摩擦式提升机 2h 2 m p l j h 尾绳全长 h 2 m q l q l h h 尾绳环高度 m h h 多绳缠绕时错绳圈数 2 4 n 提升钢丝绳数 1 n 尾绳数 2 n 每个天轮的变位重量 查得 2 5 米直径的天轮的变位重量 t m 550 公斤 t g 天轮个数 n 提升机 包括减速器 变位质量 j mkg 其他符号意义同前 4 24 2 提升加速度的确定提升加速度的确定 1 箕斗提升初加速度的确定 为了保证提升开始时 空箕斗对卸载曲轨及井架的冲击不致过大 取空箕斗在曲轨内运动时的最大速度 v0 1 5 米 秒 箕斗卸载曲轨行程 h0 2 35m 或 2 13m 初加速度 a0为 2 0 2 0 0 48 0 35 2 2 5 15 1 2 秒 米 h v a 初加速阶段时间 t0为 秒13 3 0 0 0 a v t 式中 v0 1 5m s 箕斗脱离卸载曲轨时的速度 2 主加速度的确定 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 安全规程 减速器强度 电动机过负荷能力三个方面的限制 煤矿安全规程 对提升加 减速度的限制 立井中用罐笼升 1 降人员的加 减速度不得超过 0 75m s2 斜井中升降人员的加 减速 度不得超过 0 5m s2 对升降物料的加 减速度规程没有规定 一 般在立井 加 减速度最大不超过 1 2m s2 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 2 或等于加速阶段实际所需的最大出力 即 n v p f m je e 1 188721 26 11 85 0 25001000 1000 电动机的额定功率 2500 千瓦 e p e p j 传动效率 取 j 0 85 m phkqf a e 75 0 1 0 78 米 秒 2 式中 电动机过负荷系数 可在电动机规格表中查出 0 75 在加速度时 由于电动机依次切除转子电阻 拖动力起伏 变化 故可取电动机此时出力不大于最大拖动力的 0 75 倍 fe 电动机作用到滚筒缠绕圆周上的额定拖动力 n k 矿井阻力系数 箕斗提升取 k 1 15 4 34 3 提升减速提升减速度的确定提升减速提升减速度的确定 采用自由滑行减速方式 在减速开始时 将电动机从电网切除 容器靠系统的惯性向卸载位 置运行 速度逐渐降低 既不用电力拖动 又不用制动器制动 故称为 自由滑行减速方式 采用自由滑行减速方式时 电动机已从电网断开 此时拖动力为 0 根据基本动力方程 式 4 4 0 2 3 h maxhpkq 6 72646 49044 2412000015 1 1 188721275 0 因减速阶段开始时 x h h3 所以减速阶段开始时的减速度 式 4 5 m hhpkq a h 2 3 3 6 72646 302490 44 2412000015 1 1 75 米 秒 2 减速阶段终了时的减速度 式 4 6 m phkq a z 3 6 72646 49044 2412000015 1 1 73 米 秒 2 式中 采用自由滑行减速方式时的减速度 m s2 h a3 h3 阶段的行程 一般为 30 40m 4 44 4 防滑计算防滑计算 4 4 14 4 1 静防滑静防滑 多绳摩擦提升在拖动原理 运动学与动力学计算方面 与单绳摩擦提 升是完全相同的 钢丝绳与摩擦衬垫之间是否有足够的摩擦力 是摩擦提 升工作可靠性的决定因素 根据柔索传动的欧拉公式可知 在临界状态下 摩擦轮两侧钢丝绳张 力的极限比值为 式 4 7 e f f 2 1 式中 重载侧钢丝绳张力 1 f 轻载侧钢丝绳张力 2 f e 自然对数底值 钢丝绳与摩擦衬垫间的摩擦系数 一般工程设计计算中通常 取 0 2 钢丝绳在摩擦轮上的围包角的弧度值 当两侧钢丝绳实际张力比 的值大于上式右端所限定的数值时 1 f 2 f 钢丝绳 与摩擦轮之间将发生相对滑动 在工程应用上 为了避免这种 滑动 两侧实际张力比不能达到其极限值 而应当留有一定的安全度 根据 钢丝绳在摩擦衬垫上滑动 钢丝绳与主导轮衬垫 1 eff xm 之间产生的摩擦力的极限值 式可知 表征出多绳摩擦提升机提升能力 的摩擦力 其值决定于钢丝绳的张力 钢丝绳在主导轮上的围包角和钢 丝绳与摩擦衬垫的摩擦系数 随着摩擦力的减小会发生钢丝绳沿主导轮 滑动的危险 以致可能造成严重的后果 因此 为了保证摩擦提升在工 作中不发生打滑现象 必须验算防滑安全系数 包括静防滑验算和安全 制动防滑验算三种 重尾绳 提升终了时静防滑安全系数最小 则 式 4 8 75 173 1 164957 286757 xj sj d f f 4 4 24 4 2 动防滑动防滑 在加速阶段 式 4 9 scpzsj hngqqf 1 式 4 10 scpzxj hngqf 1 css phn g gqqm 1 1 d czs gnphn g qm 11 1 式中 主绳根数 1 n 钢丝绳最大悬垂长度 c h 一个导向轮的变位质量 d g 分别为上升侧和下降侧的矿井阻力 对于箕斗提升取 x s 0 075qg 式 4 11 2 1 qgk xs 动防滑安全系数为 式 4 12 1 1 1 ammkqg eamf xs xxj d 2 1 9 16597 8 240085 1200015 1 171828 2 5 19917164957 301072 0 0 99 1 25 故验算是合格的 4 4 34 4 3 等速和减速阶段等速和减速阶段 在这两个阶段中 加速度 a 等于零或负数 因此 正常提升时这两 个阶段可不作验算 4 4 44 4 4 提升重载发生紧急制动时提升重载发生紧急制动时 经研究表明 对于井深在 600 米以内的矿井 只要满足 矿井安全 规程 规定的紧急制动减速要求 发声紧急制动时 防滑条件是能够保 证的 因此可不必验算 从以上验算防滑安全系数的公式可以看出 采取下列措施可以增大 防滑安全系数 1 增大围包角 可用加设导向轮的直径按系列生产已为定值 而容器的最小中心距亦为定值 所以的增大也受到限制 而且因加设 导向轮使钢丝绳受到反向弯曲缩短寿命 故一般在以内使用 195 2 增加钢丝绳与摩擦衬垫间的摩擦系数 采用具有高摩擦系数 且耐压耐磨的材料制作衬垫 此外还可以对钢丝绳加以处理来增大 我国使用了洒松香粉的方法 国外有在钢丝绳上涂以特制油漆的办法 可同时起到增大及保护钢丝绳的作用 3 采用尾绳 可以增大空载绳的张力 因而摩擦提升全使用尾绳 通常使用等重尾绳 有时也用重尾绳 4 增大容器自重 也可以增大空载绳的张力 对于浅井 效果特 别显著 此时所需要增加的容器自重 r q 5 采用平衡锤单容器提升 因为平衡锤的重量等于容器自重加有 效提升量之半 故静张力差约为双容器提升时静张力差之半 静张力差 减小 防滑安全系数增大 可扩大摩擦提升的应用范围 并且这种系统 有利于多中段提升 因而获得了广泛的应用 6 控制最大的加减速度 以减小动载荷 4 54 5 六阶段速度图参数的计算六阶段速度图参数的计算 速度图是验算设备的提升能力 选择提升机控制设备及动力学计算 的基础 各类速度图的计算方法大致相同 1 卸载曲轨中初加速时间 秒48 0 35 2 2 5 15 1 2 0 2 0 0 h v a 初加速阶段时间 t0为 秒13 3 0 0 0 a v t 2 箕斗在卸载曲轨内的行程为 h0 2 35 米 3 主加速时间 秒34 9 78 0 5 126 11 1 0 1 a vv t m 4 主加速阶段行程 h1为 米58 5934 9 2 5 126 11 2 1 0 1 t vv h m 5 爬行时间 t4为 提升设备采取自动控制方式 故取爬行距离 h4 2 5 米 爬行速度 v4取为 0 5 米 秒 秒5 5 0 5 2 4 4 4 v h t 爬行距离 h4及爬行速度 v4按表 4 1 选择 表 4 1 爬行距离及速度表 容器爬行阶段自动控制手动控制 爬行距离 h4 m 2 5 3 3 5 0箕斗 爬行速度 v4 m s 0 5 定量装载 0 4 旧式装载设备 爬行距离 h4 m 2 0 2 5 5 0罐笼 爬行速度 v4 m s 0 4 6 主减速阶段时间 秒48 6 73 1 5 026 11 3 4 3 a vv t m 7 主减速阶段行程 米64 3648 6 2 5 026 11 2 3 4 3 t vv h m 8 刹车阶段 刹车制动减速度一般取 a5 1m s2 此阶段时间很短可以不计 9 等速阶段的行程 h2 h h0 h1 h3 h4 式 4 16 490 2 35 59 58 36 64 2 5 368 93 米 等速阶段时间 秒54 34 26 11 93 368 2 2 m v h t 10 一次提升循环时间 tx t0 t1 t2 t3 t4 式 4 17 3 13 9 34 34 54 6 48 5 1 12 71 49 秒 式中 次提升循环休止时间 s 11 提升设备的年实际提升量及提升能力富裕系数 万吨211 2 149 71 143001236003600 ct tmb a x r n 式 4 18 42 1 150 211 n n t a a a 式中 an 矿井设计年产量 吨 年 br 一年工作日数 一般为 300 日 t 一日工作时数 一般为 14 小时 c 提升工作不均衡系数 对于有井底煤仓的 c 1 1 1 15 对于无井底煤仓的 c 1 2 at 提升设备富裕系数 主提升设备对第一水平大于 1 2 4 64 6 提升设备的动力学计算提升设备的动力学计算 提升动力学是研究和确定在提升过程中 滚筒圆周上拖动力的变化 规律 为验算电动机功率及选择电气控制设备提供依据 各类速度图所对应的动力学计算方法大致相同 基本方法是将计算 出的各提升阶段的各个量代入提升动力学基本方程式 计算出提升过程 中各阶段的拖动力 若把提升各阶段的始 终点的速度和拖动力代入功 率计算公式 即可求出滚筒轴上的功率 现以多绳摩擦式箕斗提升系统六阶段速度图为例 介绍动力学计算 的基本方法 多绳摩擦式提升设备的基本动力方程式为 f kq p h 2x a 4 19 将提升速度图中各阶段的行程 相应的加速度和减速度代入上式中 就可以计算出提升过程中各阶段的拖动力 1 初加速度阶段 初加速度开始 x 0 t 0 a a0 1 f0 kq ph a0 式 4 20 m 1 15 12000 2 444 490 7264 7 0 48 18482 千克 初加速度终了 x h0 t t0 a a0 2 f0 kq p h 2h0 a0 m 式 4 21 1 15 12000 2 444 490 2 2 35 7264 7 0 48 18471 2 千克 2 主加速度阶段 主加速度开始 1 x h0 t t0 a a1 式 4 22 f1 kq p h 2h0 a1 m 1 15 12000 2 444 490 2 2 35 7264 7 0 78 20650 千克 主加速度终了 x h0 h1 t t0 t1 a a1 2 f1 kq p h 2h0 2h1 a1 m 式 4 23 1 15 12000 2 444 490 2 2 35 2 59058 7264 7 0 78 220357 千克 3 等速度阶段 等速度开始 x h0 h1 t t0 t1 a 0 1 f2 kq p h 2h0 2h1 式 4 24 1 15 12000 2 444 490 2 2 35 2 59 58 14692 千克 等速度终了 x h0 h1 h2 t t0 t1 t2 a 0 2 f2 kq p h 2h0 2h1 2h2 式 4 25 1 15 12000 2 444 490 2 2 35 2 59 58 2 388 93 12794 千克 4 减速度开始及终了时拖动力均认为等于零 5 爬行阶段 爬行开始 x h0 h1 h2 h3 t t0 t1 t2 t3 a 0 1 f4 kq p h 2h4 式 4 26 1 15 12000 2 444 490 2 2 5 12628 千克 爬行终了 x h0 h1 h2 h3 h4 t t0 t1 t2 t3 t4 a 0 2 f4 kq p h 2h0 2h1 2h2 2h3 2h4 式 4 27 1 15 12000 2 444 490 2 2 35 2 59 58 2 388 93 2 36 64 2 5 12590 千克 坐标图上 横坐标为时间 s 纵坐标为力 f n 绘制力图 图 4 1 图 4 1 六阶段提升示意图 4 74 7 提升电动机容量的计算提升电动机容量的计算 由提升力图和速度图可以看出 在一次提升循环中 提升机滚筒圆 周上的拖动力 速度都是变化的 初选的提升电动机 是否能满足各种 运行状态的要求 要通过验算才能确定 验算内容按温升条件 过负荷 条件及特殊力条件分别进行 提升电动机等效容量的计算 在一次提升过程中 由于拖动力和速度不同 因此电动机绕组中的 电流和产生的热量也不一样 为了简化 用一个定负荷下运转时的固定 力和最大提升速度 作为选择电动机容量的依据 这个固定力叫做等效 力 影响提升电动机温升除了产生的热量以外 还有散热条件 而散热 条件又与电动机的转数等因素有关 比如 高速运转时 电动机自带风 扇散热条件较好 而低速运转较差 停止运转时更差 所以 计算电动 机容量时并不以实际运行时间计算 而按等效时间计算 等效力与变化力的关系为 式 4 28 d t d t dtf f 0 2 式中可作简单计算 对于箕斗提升六阶段力图可计算为 t dtf 0 2 4 2 4 2 4 2 2 222 2 2 1 2 1 2 1 0 2 0 2 0 0 2 2322 t ff t ffff t ff t ff dtf t 式 4 29 34 9 2 2035720650 13 3 2 1847118483 2222 5 2 1259112629 54 34 3 12794127941469214692 2222 1068 10 2017 10 4370 10 795 10 6666 8250 10 千克秒 62 在计算上式中 减速阶段的拖动力是否计入 与减速方式有关 自 由滑行减速或机械制动减速时 由于电网与电动机已经断开 电动机不 再发热 则 f3 f 3的值不应计入 式 4 30 ttttttatd 24310 0 5 3 13 9 34 6 48 5 34 54 10 10 3 1 49 5 秒 其中 低速运行时散热不良系数 1 2 停机散热不良系数 1 3 电动机的等效功率为 千克14519 5 49 108250 6 0 2 d t d t dtf f 千瓦2193 85 0 1000 26 1114519 1000 j md d vf p 由于 因此从温升条件看 预选电动机是合适的 下面检验特殊过负荷 在调节绳长或换绳需打开离合器作单钩提升时 产生特殊力 ft ft 可如下式计算 式 4 31 phqf zt 1 1 11500 2 44 490 13965 千克 式中 ed pp 动力附加系数取 1 05 1 1 特殊过负荷系数可如下计算 t 式 4 32 74 0 1 18872 13965 fe ft t 一般规定特殊负荷系数应小于电动机最大过负荷系数的 0 9 倍 t 而 0 9 0 9 2 1 8 现实实际特殊过负荷系数为 0 74 小于 1 8 t 所以是安全的 通过上述计算 说明预选电动机是合理的 4 84 8 提升设备的电耗及效率的计算提升设备的电耗及效率的计算 提升设备的电耗和效率 是提升设备的主要经济指标 是评价设备的 依据 电动机的功率等于力乘以速度 而力和速度在提升过程中都是变化 的 交流提升电动机计算电耗时 应该用最大提升速度 vm 这是因为绕 线式感应电动机在加速或减速阶段 转子回路一般