煤矿主井提升机选型设计.doc

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；在拖动控制方面已广泛采用了集中控制及自动控制设备。本文的主要内容是对单绳缠绕式矿井提升机的选型设计。分为六个部分：第一部分是提升容器；第二部分是提升钢丝绳；第三部分是矿井提升机；第四部分是提升机与井筒的相对位置；第五部分是矿井提升运动学及动力学；第六部分是矿井提升机的拖动与控制。关键词 提升机；提升容器；钢丝绳；选型设计；拖动控制48目 录1绪论11.1提升设备的发展概况.11.2选型设计的基本原则.31.3选型设计的依据.42提升容器52.1箕斗及其装载设备.52.1.1箕斗.52.1.2箕斗装载设备.52.2罐笼及其承接装置.52.2.1普通罐笼.52.2.2承接装置.62.3容器的导向装置.62.3.1刚性组合罐道.62.3.2钢丝绳罐道.62.4竖井提升容器的选择.72.4.1提升容器的比较及其应用.72.4.2箕斗规格的选择.73提升钢丝绳.113.1提升钢丝绳的结构，分类和选择使用.113.1.1提升钢丝绳的结构113.1.2提升钢丝绳的分类113.1.3提升钢丝绳的选择使用113.2提升钢丝绳的选择计算.123.3提升钢丝绳的维护和试验.143.3.1提升钢丝绳的使用和维护143.3.2提升钢丝绳的检查和试验144矿井提升机.154.1缠绕式提升机.154.2提升机和天轮的选型计算.154.2.1提升机的选型计算.154.2.2天轮的选型计算174.3提升机的主要结构及其作用.174.3.1主轴装置174.3.2调绳离合器184.3.3减速器194.3.4制动装置194.3.5制动器的设计214.3.6液压站225提升机与井筒的相对位置.245.1缠绕式提升机安装地点的选择.245.2提升机与井筒相对位置的计算.245.2.1井架高度及井筒提升中心线至井筒中心线的距离.245.2.2计算钢丝绳的弦长及偏角255.2.3钢丝绳的外偏角和内偏角265.2.4提升机滚筒的出绳角276矿井提升运动学及动力学.286.1矿井提升运动学.286.1.1提升速度图286.1.2箕斗六阶段速度图各运动参数的计算286.1.3提升加速度的确定306.1.4提升减速度的确定316.1.5提升电动机的预选326.1.6传动装置的总传动比，并分配传动比336.1.7主轴输入功率及轴颈的确定336.1.8减速器的设计346.2矿井提升动力学.386.2.1提升系统的静阻力386.2.2提升系统变位质量的计算396.2.3提升设备动力学计算406.3提升设备所需拖动力的变化规律.427矿井提升机的拖动与控制.447.1拖动装置的种类及性能.447.2提升电动机容量的计算和电动机选择.447.2.1提升电动机容量的计算447.2.2提升电动机的选择457.3交流拖动提升设备的电耗及效率的计算.47结论.49致谢.50参考文献.51 设计原始资料： 矿井年产量为An为200万吨；矿井深度Hs为450米 卸载高度为20米；装载高度为20米；散煤密度：；年工作日为300天；日工作日为14小时。矿井电压为6Kv，采用双箕斗 步骤：1设计确定提升容器；2选择提升钢丝绳；3提升机的运算；4提升机与井筒的相对位置计算；5提升机变位质量的计算；6运动学计算；7动力学计算；8电动机容量验算；9提升设备的电耗及效率。1绪论1.1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。1.2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。 以上所述，只是决定合理提升方式的一般原则，在具体设计工作中，应该根据实际情况结合矿井条件全面综合考虑。为了加快煤矿建设速度，适应国民经济发展的需要，我国煤炭工业部颁发了定型成套装备和成套设备补充部分两份材料。其中对不同产量的井型，除规定开拓、提升和运输方式外，对采用的主要设备也作了规定。这不仅有利于改善设备供应状况，而且也是走向矿井标准化、系列化和定型化的有力措施。这两份规范是新井设计的依据。凡新井设计，应尽量参考选用。当然，在设计中如确有困难，也允许做局部调整。1.3选型设计的依据假定某煤矿的年矿生产量为200万吨，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200万吨；（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=450m；（4）箕斗装载深度为H2=20m;（5）箕斗卸载高度为20m;（5）松散煤的密度为1.15t/m3;（6） 采用双筒单绳缠绕式提升；（7）一套箕斗提升设备。2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。2.1箕斗及其装载设备2.1.1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。2.1.2箕斗装载设备我国过去广泛采用鼓形箕斗装载设备。这种装载设备的最大缺点是洒煤量很大，一般达到煤量的千分之十，有的竟达千分之四十，且在装载时不能保证箕斗的装载量。因此，新的箕斗装载设备采用预先定量的装载方式，其洒煤量可以大大降低，一般仅为提煤量的千分之一。定量装载方式还能保证提升工作的正常化，有利于实现提升自动化。目前在新建和改建矿井的设计中已普遍采用定量装载设备。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。2.2罐笼及其承接装置2.2.1普通罐笼单绳普通罐笼罐体是由横梁和立柱组成的金属框架结构，两侧包有钢板。罐体的接点采用铆焊结合的形式。罐体的四角为切角形式，这样既有利于井筒布置，制作又方便。罐笼顶部设有半圆弧形的淋水棚和可以打开的罐盖，以供运送长材料。罐笼两端装有帘式罐门。为了将矿车推进罐笼，罐笼底部铺设有轨道。为了防止提升过程3矿车在罐笼内移动，罐笼底部还装有阻车器及自动开闭装置。在罐笼上装有罐耳及橡胶滚轮罐耳，以使罐笼沿装设在井筒内的罐道运行。在罐笼上部装有动作可靠的防坠器，以保护生产及升降人员的安全。罐笼通过立拉杆和双面夹紧锲形环与提升钢丝绳相连。为了保证矿车能顺利进出罐笼，在井上及井下装卸载位置设置承接装置。2.2.2承接装置为了便于矿车出入罐笼，必须使用罐笼承接装置，罐笼的承接装置有承接梁，罐座及摇台三种形式。承接梁是最简单的承接装置，只用于井底车场，且易发生事故。罐座是利用托爪将罐笼托住，故可以使罐笼的停车位置准确。推入矿车的冲击有托爪承担，但要下放位于井口罐座上的罐笼时，必须先将罐笼提起，托爪靠配重自动收回，使操作复杂化。罐笼落在井底罐座上，钢丝绳容易松弛，因而提升时钢丝绳受到冲击载荷。当操作不当时，容易发生事故。过去设计的矿车，一般井口用罐座，井底用承接梁，中间水平用摇台。但在新设计的矿井中不采用罐座和承接梁，而采用摇台。摇台是由能绕转轴转动的两个钢臂组成。它安装在通向罐笼进出口处。当罐笼停于卸载位置时，动力缸中的压缩空气排除，装有轨道的钢臂靠自重绕轴转动，下落并搭在罐笼底座上，将罐笼内轨道与车场的轨道连接起来。矿车进入罐笼后，压缩空气进入动力缸，推动滑车，滑车推动摆杆套的滚子，致使轴转动而使钢臂抬起。当动力缸发生故障或其他原因不能动作时，也可以临时进行人工操作。此时，要将销子去掉，并使配重部分的重力大于钢臂部分的重力。这时，钢臂的下落靠手把转动轴抬起，靠配重实现。2.3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。挠性罐道采用钢丝绳，刚性罐道一般用钢轨，各种型钢和方木。刚性罐道固定在型钢罐道梁上。罐道的形式有钢轨罐道和用型钢焊接而成的矩形组合罐道。钢轨罐道的主要缺点是侧向刚度小，易造成容器的横向移动，刚性罐耳磨损太大，所以钢轨罐道一般用于提升速度和终端载荷都不大的提升容器。2.3.1刚性组合罐道刚性组合罐道的截面是空心矩形，一般由槽钢焊接而成。其主要优点是侧向弯曲和扭转强度大，罐道的刚性强，可配合使用摩擦因数小的橡胶滚动罐耳。这种罐道使容器运行平稳，罐道与罐耳磨损小，因此，服务年限长。今年来国内外使用这种罐道的矿井逐渐增多，尤其是在终端负荷和提升速度都很大时，使用这种罐道更为合适。2.3.2钢丝绳罐道钢丝绳罐道与刚性罐道相比具有安装工作量小，建设时间短，维护简便，高速运行平稳和通风阻力小等优点。但使用钢丝绳罐道时，容器之间及容器与井臂之间的间隙要求较大，因此就必须增大井筒的净断面积，且使井塔或井架的荷重增大，这些都限制了钢丝绳罐道的使用。特别是当地压较大，井筒垂直中心线发生错动，甚至井筒发生弯曲时，不能采用钢丝绳罐道，此时应采用刚性罐道。每个容器一般采用四根罐道绳。罐道绳应采用刚性大，耐磨和防腐性强的钢丝绳，因此使用密封式钢丝绳较好。也可采用三角股和普通圆股钢丝绳。罐道绳上端用双契块固紧式固定装置固定在井架上，下端采用连接装置和重锤拉紧。2.4提升容器的选择2.4.1提升容器的比较及其应用立井提升容器主要是箕斗和罐笼。在同等条件下，箕斗与罐笼相比，质量小，占井筒断面小，装卸载快，提升能力大，电动机功率小，提升效率高，便于实现自动化。缺点是用途单一，需设置煤仓及装卸载设备，需另设辅助提升设备，井架较高，井筒较深。可根据矿井生产能力的大小确定提升容器的类型。提升容器的类型确定后，就要计算提升容器的容量，并从容器规格表中选择标准容器，也可根据现场要求自行设计非标准容器。在矿井年产量、工作制度一定的情况下，可以选择大容量容器低速提升；也可以选择小容量容器高速提升。这两种提升方式，前者因容器大，所需提升钢丝绳直径粗，提升机直径大，电动机功率大，设备初期投资高；但运行电费低。后者则反之。在实际工作中确定提升方案时，要先对两种方案进行选型计算，从初期投资，运行电费等各方面进行技术经济比较，考虑现场特殊需要，确定经济合理的提升方案。在做方案设计时，可采用经济提升速度的方法。2.4.2箕斗规格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+450+20=490m （2）经济提升速度Vm: Vm=0.6=0.6=13.28m/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：=73.50 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 ， =12.87(吨)式中: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=1.158.8=10.12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2JK3.52JK3.53提升钢丝绳3.1提升钢丝绳的结构，分类和选择使用3.1.1提升钢丝绳的结构矿井提升钢丝绳都是丝-股绳结构，即先有钢丝捻成绳股，再由绳股捻成绳。制造提升钢丝绳的钢丝是由优质碳素结构圆钢冷拔而成的，一般直径为0.44毫米，钢丝的抗拉强度14002000牛每平方毫米，我国多用1550牛每平方毫米和1700牛每平方毫米两种。为了增加抗腐蚀能力，钢丝表面可以度锌，称为度锌钢丝，此外还可以用钢丝的韧性来标志，分为特号，一号和二号三种。提升矿物用的钢丝绳可以选用特号或一号钢丝来制造，提升人员的钢丝绳只允许用特号钢丝来制造。在由钢丝捻成股时有一个股芯，由股捻成绳时由一个绳芯。股芯一般为钢丝，绳芯有金属绳芯和纤维绳芯两种。绳芯的作用是支持绳股，使绳富有弹性，并可存储润滑油，防止内部钢丝腐蚀生锈。3.1.2提升钢丝绳的分类提升钢丝绳有很多种，结构不同性能也不同。根据不同的特点有不同的分类方法，实际上都是从不同的角度来说明钢丝绳的结构特点，了解这些特点，对于认识不同钢丝绳的性能，正确选择和合理使用都是有益的。(1)依绳股在绳中的捻向来分，有：左捻钢丝绳，即股在绳中方向以左螺旋方向捻绕；右捻钢丝绳，即股在绳中方向以右螺旋方向捻绕。(2)依钢丝在股中和股在绳中捻向的关系分，有：同向捻钢丝绳；交叉捻钢丝绳；同向捻钢丝绳比较柔软，表面比较光滑，弯曲应力较小，因而寿命长，有较大的恢复力，容易旋转打结；交叉捻钢丝绳与上述情况相反。(3)依钢丝在股中的接触情况分，钢丝在绳股中的接触形式有点接触，线接触和面接触三种。点接触钢丝绳，股中内外层钢丝绳以等捻角不等捻距来捻制，一般以相同直径的钢丝来制造；线接触钢丝绳，股中内外层钢丝绳以不等捻角等捻距来捻来制造，一般以不直径的钢丝来制造。两绳相比较，线接触比较柔软，无压力集中现象，寿命较长。面接触式钢丝绳结构紧密，表面光滑，抗磨损和抗腐蚀性能好。（4）依绳股的断面形状分，最常用的为圆股钢丝绳，这种绳的绳断面为圆形；此外，还有异形股绳，其断面形状为三角形或椭圆形，提升应用最多的是三角绳股。（5）特种钢丝绳。除了上面介绍的一些钢丝绳以外，还有一些结构比较特殊的钢丝绳，在矿井提升中应用的有：多层股不旋转钢丝绳；密封钢丝绳和半密封钢丝绳；扁钢丝绳。3.1.3升钢丝绳的选择使用选择钢丝绳时，应根据使用条件和钢丝绳的特点来考虑。我国对于提升钢丝绳的选择原则是：绳的捻向与绳在卷筒上的缠绕螺旋线方向一致。我国单绳缠绕式提升机多为右螺旋缠绕，故应选右捻绳，目的是为了防止钢丝绳松捻；多绳摩擦提升为了克服绳的旋转性给容器导向装置造成磨损，一般选左右捻各一半。此外，还应考虑以下因素：（1）在井筒淋水大，水的酸碱度较高且处于出风井中的提升钢丝绳，因腐蚀严重，应选用镀锌钢丝绳；（2）以磨损为主要损坏原因时，应选用外层钢丝绳较粗的钢丝绳；（3）以弯曲疲劳为主要损坏原因时，应优先选用线接触式或三角股钢丝绳，如6T（25），6W（19）等；（4）用于高温和有明火的地方，如煤矿矸石山等，应选用金属绳芯的钢丝绳。3.2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Hc，预估井架高度Hj=30m： Hc=Hj+Hs+Hz=20+450+20=490m 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=1020m；箕斗提升Hj =1525m； 取其为20Hs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 =20m；箕斗提升Hz =1825m；取其为20。（2）估算钢丝绳每米重量P，计算：取钢丝绳抗拉强度=17000 kgcm2，安全系数ma=6.5; 6.54千克/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， 5.561 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。3.3钢丝绳的使用，维护和试验3.3.1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。3.3.2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。4矿井提升机4.1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。4.2提升机和天轮的选型计算4.2.1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 =1420.29 mm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)下面进行提升机强度验算。8000+5500+5.717300=13500+1715.1=15215.1 kg17000 kg 8000+5.717300=8000+1715.1=9715.1 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。4.2.2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。4.3提升机的主要结构及其作用4.3.1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。4.3.2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