矿山机械课程设计 矿井提升设备选型计算.ppt

1、矿井提升设备选型计算,1,14:25, 1 基本原则、设计依据和内容 2 提升容器的选择 3 提升钢丝绳选择计算 4 矿井提升机和天轮的选择计算 5 矿井提升机与井筒相对位置的计算 6 提升电动机的初选计算,第一节 基本原则、设计依据和内容,一、选型设计的基本原则与设计依据选型设计的基本原则 一般情况下，年产量在30万吨及其以上的大中型矿井，由于提升任务重，可设两套提升设备，主井采用箕斗提升，副井采用罐笼提升。 对于年产量超过180万吨的特大型矿井，主井可采用两套箕斗提升设备，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器提升设备作辅助提升。 对于年产量小于30万吨的矿井，可采

2、用两套罐笼提升设备，或采用一套罐笼提升设备进行混合提升。,14:25,2,对于大中型矿井，除考虑年产量外，还应考虑：如果煤的品种较多，且要求不同品种分别外运时，宜采用罐笼提升为宜。如果对煤块度要求较高时，宜采用罐笼提升。地面生产系统靠近井口，采用箕斗提升可简化煤的生产流程；若远离井口，且需窄轨运输，则宜采用罐笼提升。单水平开采时，一般采用双容器提升。当多水平提升时，一般采用单容器加平衡锤的提升系统。,选型设计的基本原则与设计依据,14:25,3,在立井提升中，一般当年产量超过60万吨、井深在300350m以上时，采用多绳摩擦式提升为好；如果井深更大，即使年产量较小，也以多绳摩擦式提升为宜。对于

3、斜井或较浅的立井应采用单绳缠绕式提升设备。 对于斜井提升方式主要有串车、箕斗和胶带输送机三种。串车提升一般用于井筒倾角小于25的矿井。对于年产量在20万吨及其以下的矿井，一般采用单钩串车提升；当年产量达30万吨，而提升距离较短时，一般采用双钩串车提升。箕斗提升一般用于年产量在45万吨以上，井筒倾角大于25的矿井。胶带输送机一般用于年产量较大，距离较长的斜井中。,选型设计的基本原则与设计依据,14:25,4,主井提升矿井年产量An t/年；工作制度：年工作日br，日工作小时t。煤矿工业设计规范规定，br=300天，t=14h； 矿井开采水平数、各水平井深Hs及各水平的服务年限；提升方式：箕斗或罐

4、笼；卸载水平与井口的高差（卸载高度）Hx，m；装载水平与井下运输水平的高差（装载高度）Hz，m；煤的松散密度，t/m3；矿井电压等级。,设计依据,14:25,5,副井提升井筒各水平深度Hs，m；矸石提升量，若无特别规定，一般按煤炭产量的15%25%计算；最大班下井人数，一般按每天下井人数的40%计算；矿车型号、规格；每班运送材料、设备、炸药等的数量；送往井下最大设备的尺寸和最重部件质量。,设计依据,14:25,6,提升容器计算和选择 提升钢丝绳计算和选择 提升机滚筒直径的计算和选择 天轮直径的计算和选择 电动机功率初选 提升机与井筒相对位置计算 运动学及动力学计算 初选电动机功率的验算 主井提

5、升吨煤电耗及效率计算 副井提升最大班作业时间平衡表制定,设计内容,14:25,7,第二节 提升容器的选择计算,14:25,8,1. 小时提升量Ah 式中 c提升不均衡系数。煤矿工业设计规范规定，有 井底煤仓时为1.101.15，无井底煤仓时为1.20； af提升能力富裕系数。主井提升设备对第一水平留有20%的富裕能力， af =1.2。 br提升设备年工作日数，一般300d。 t提升设备工作小时数，一般14h。 An矿井年产量。,A,14:25,9,2. 合理的经济提升速度 式中 H提升高度， H=Hs+Hx+Hz，m。 卸载高度，m。 矿井深度，m。 装载高度，m。 提升高度愈大，其系数取值

6、愈大。一般情况下，当H600m时取0.5为宜,第二节 提升容器的选择计算,Hx,Hs,Hz,此外，煤矿安全规程对提升速度作了规定 立井罐笼升降人员的最大速度不得超过0.5 ，并且最大速度的数值不得超过12m/s；专为升降物料的立井提升，最大速度不得超过0.6 。对于斜井升降人员或使用矿车运输物料的最大速度不得超过5m/s；用箕斗提煤（或矸石）的最大速度不得超过7m/s；当铺设固定道床，采用重型钢轨时，箕斗提煤的最大速度不得超过9m/s。,煤矿安全规程,14:25,10,3. 估算一次提升循环时间 a提升加速度：升降人员，a0.75m/s2；升降物料， a0.8m/s2 u容器爬行阶段附加时间，

7、箕斗取10s，罐笼取5s 休止时间，箕斗的休止时间见下表,一次提升循环时间,箕 斗 休 止 时 间,14:25,11,3. 估算一次提升循环时间 休止时间，罐笼的休止时间见下表,一次提升循环时间,普通罐笼进出矿车休止时间（s）,14:25,12,3. 估算一次提升循环时间 4. 一次经济合理提升量,一次提升循环时间,14:25,13,1）根据计算出的一次合理提升量值，从箕斗规格表中选取接近的标准箕斗； 2）在不增大提升机规格及井筒直径的前提下，选择较大的提升容器，采用较低的提升速度，节省电耗，比较经济合理。 6.箕斗选定后，计算一次提升循环时间Tx和所需提升速度vm s m/s,箕斗选择原则,

8、14:25,14,立井箕斗规格表,14:25,15,副井罐笼提升应考虑以下规定： 最大班工人下井时间不超过40min； 罐笼提升最大班净作业时间，一般不超过5h。 在计算最大班下井人员、矸石及材料提升时间时应遵守下列规定：升降工人时间，按下井工人提升时间的1.5倍计算；升降其他人员时间，按升降工人时间的20%计算；提升矸石按日出矸量的50%考虑，运送坑木按日需要量的50%考虑。 对于混合提升设备的提升能力，应同时符合下述要求：最大班工人下井时间不超过40min；每班提煤和提矸时间均计入1.25倍不均匀系数，并且总计不超过5.5h。,罐笼选择原则,14:25,16, 能够运送井下设备的最大和最重

9、部件； 普通罐笼进出车（材料车和平板车）的休止时间为4060s； (6)升降人员的休止时间采用：单层罐笼每次升降5人及以下时为20s；超过5人，每增加1人增加1s；对于双层罐笼，如两层中的人员同时进出罐笼，休止时间比单层罐笼增加信号联系时间2s；当两层中的人员都由一个平台进出时，休止时间比单层罐笼增加一倍并另加置换罐笼时间6s。,罐笼选择原则,14:25,17,第三节 提升钢丝绳的选择计算,1提升钢丝绳的安全系数 根据煤矿安全规程的规定，按最大静载荷并考虑一定安全系数的方法进行计算。 安全系数是指钢丝绳各钢丝拉断力的总和与钢丝绳最大静拉力之比。 煤矿安全规程对提升钢丝绳的安全系数ma作了明确规

10、定。,14:25,18,14:25,19,提升钢丝绳在工作中将受到各种载荷的作用：静应力、弯曲应力、编捻应力、接触应力动应力等。 上述应力的反复作用将引起钢丝疲劳，再加磨损和侵蚀作用，钢丝绳经过使用必然要损坏。 直到目前，尚无既完善又简便的汁算上述应力的方法。 提升钢丝绳的计算仍是根据安全规程的规定，按照钢丝绳最大静负荷，并采用一较大的安全系数进行计算的。,安全规程规定钢丝绳安全系数,14:25,20,多绳摩擦钢丝绳安全系数讨论,14:25,21,根据我国的具体情况,参照各国的规定,煤炭主管部门多次组织专家反复研究论证,1992年颁布的煤矿安全规程第376条中规定的摩擦轮式提升装置的钢丝绳安全

11、系数为: 专为升降人员时9.2-0.000 5H 升降人员和物料时： 当升降人员时：9.2-0.000 5H 当混合提升时：9.2-0.000 5H 当升降物料时：8.2-0.000 5H 专为升降物料时：7.2-0.000 5H H为钢丝绳的悬挂长度,2提升钢丝绳的类型选择在选择钢丝绳时，应考虑以下因素：在井筒淋水大、水的酸碱度高以及出风井中，应选用镀锌绳。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，或线接触、面接触钢丝绳。弯曲疲劳为主要破坏原因时，应选用线接触式或三角股绳。一般立井或斜井箕斗提升用同向捻较好，多绳摩擦提升用左右捻各半，斜井串车提升采用交互捻，

12、单绳缠绕提升多选右捻。罐道绳多用密封或三角股绳，其表面光滑，耐磨损。用于温度高或有明火的地方，应选用石棉绳芯或金属绳芯钢丝绳。,提升钢丝绳的选择,14:25,22,立井单绳缠绕提升钢丝绳的选择计算钢丝绳最大静载荷Qmax为： Qmax = m g + mz g + mp g Hc m一次提升货载质量,kg； mz提升容器质量,kg； mp提升钢丝绳每米质量，kg/m。 (P274),Hc,Hj,Hs,Hz,A,提升钢丝绳规格选择计算,14:25,23,返回,立井单绳缠绕提升钢丝绳的选择计算钢丝绳最大静载荷Qmax为： Qmax = m g + mz g + mp g Hc 设：b为钢丝绳钢丝抗

13、拉强度（N/m2） As为钢丝绳各钢丝断面积之和（m2） 0为钢丝绳线密度（kg/m），则需要满足,Hc,Hj,Hs,Hz,A,提升钢丝绳规格选择计算,14:25,24,As与mp有如下关系 求得： kg/m 计算出钢丝绳每米质量mp后，可以从钢丝绳规格表中选取稍大于mp的钢丝绳，并查出该绳所有钢丝的破断力之和Qq，验算所选钢丝绳 满足上式即说明所选钢丝绳合适。否则应选取大一些的钢丝绳，并重新进行验算。,14:25,25,14:25,26,立井多绳摩擦提升钢丝绳的选择 对于等重尾绳提升系统，提升钢丝绳在A点受最大静张力，且重载容器在任何位置时，其值不变，可得： 验算公式为,Hs,Hc,Hx,H

14、z,Hh,H0,Hj,h0,H,A,提升钢丝绳根数,每根提升钢丝绳每米质量,提升钢丝绳规格选择计算,A,14:25,27, 对于重尾绳，= n2 mqn1 mp 0。当重容器在井口卸载位置时，主绳在A点受最大静拉力，其值为 同样可得 验算公式为 对于轻尾绳系统= n2 mqn1 mp 0 ，当重容器在井底装载位置时，提升钢丝绳在A点受最大静拉力。 平衡尾绳是为了平衡提升钢丝绳的重量而获得等力矩设置的，目前新建矿井大多数都使用圆股钢丝绳作平衡尾绳，一般采用两条。,尾绳根数,每根尾绳每米质量,0，等重尾绳，常采用 0，重尾绳，有时采用 0，轻尾绳，很少采用,14:25,28,第四节 提升机的选择计

15、算,1、提升机卷筒（或摩擦轮）直径的确定 选择卷筒（或摩擦轮）直径D的主要原则是使钢丝绳在卷筒（或摩擦轮）上缠绕时不致产生过大的弯曲应力，以保证钢丝绳的一定承载能力和使用寿命。 理论和实践都证明，绕经卷筒和天轮的钢丝绳弯曲应力大小及其使用寿命，取决于卷筒与钢丝绳直径的比值。煤矿安全规程规定： 根据上式计算D值后，从提升机规格表中选择标准提升机。,钢丝绳直径，mm,钢丝直径，mm,14:25,29,根据计算值D，选择标准卷筒直径： 。 选定了标准卷筒直径后，卷筒的标准宽度B则为巳知，然后根据实际需要在卷筒上缠绕的钢丝绳长度来计算卷筒的实际宽度B。,卷筒宽度的验算,3、卷筒宽度的验算卷筒上所需缠绕

16、的钢丝绳总长度包括以下部分： 提升高度H，m；H = Hs + Hx + Hz 钢丝绳试验长度Ls：规定每半年剁绳头一次，每次剁掉5m，按提升钢丝绳的使用寿命为三年计，则试验长度为30m每6个月剁绳头5m 。 为减少钢丝绳在卷筒固定处的拉力，按规定应保留3圈不动（称摩擦圈）； 多层缠绕时，为了避免上下层钢丝绳总是在一个地方过渡，需要在每季度将钢丝绳错动1/4圈，一般错绳圈数n 24圈。,卷筒宽度的验算,14:25,31,卷筒宽度的验算卷筒的宽度B： 单层缠绕时 多层缠绕时,相邻两绳圈间的间隙，一般为23mm,多层缠绕时钢丝绳平均缠绕直径,缠绕层数,卷筒宽度的验算,14:25,32,单绳缠绕提升

17、机卷筒,14:25,33,4绳摩擦提升机滚筒,14:25,34,2、天轮的选择根据煤矿安全规程规定，天轮直径Dt按以下条件确定： 天轮可分为固定天轮和游动天轮。 井上固定天轮按结构形式有三种类型：当直径 3 000 mm时采用整体铸钢结构，直径为 3 500 mm时采用模压焊接结构，直径为4 000 mm时采用模压铆接结构。 游动天轮轮体制成整体铸钢结构型式，采用光轴，其两端装有滚动轴承使其轮体既能在轴上滑动，又能随轴一起转动。,天轮的选择计算,14:25,35,14:25,36,14:25,37,固定天轮型号 天轮直径m 钢丝绳直径mm 两轴承中心距离mm TZG600 0.6 14 355

18、 TZG800 0.8 16 355 TZG1000 1.0 18 470 TZG1200 1.2 20 470 TZG1600 1.6 24 500,游动天轮基本尺寸 型号 天轮直径（m）钢丝绳直径（mm）最大游动距离（mm）两轴承中心距（mm） TZD-600/300 0.6 16 300 670 TZD-800/700 0.8 20 700 1100 TZD-1000/800 1.0 20 800 1250 TZD-1400/740 1.4 24.5 740 1300 TZD-1400/1350 1.4 24.5 1350 1900,游动天轮的轮体除作旋转运动外，还可以轴向移动，主要适用

19、于串车提升。,说明：,14:25,38,4、提升机强度校核从提升机规格表中，可查得提升机允许的最大静张力Fjm和最大静张力差Fjc，按下式验算提升机强度是否满足要求。 （1）对于缠绕式提升机 系统最大静张力为提升机处于井底装载位置、且满载时，A点静张力,提升机强度校核,14:25,39,P23,4、提升机强度校核 （1）对于缠绕式提升机 系统最大静张力差为提升机处于井底装载位置、且满载时A点的最大静张力，与提升机位于井口卸载位置、空载时的最小静张力之差,提升机强度校核,14:25,40,Fjc= mg + mp g（HC - Hj） 或 Fjc= mg + mp g（HS + HZ）,P23,

20、4、提升机强度校核从提升机规格表中，可查得提升机允许的最大静张力Fjm和最大静张力差Fjc，按下式验算提升机强度是否满足要求。 （2）对于摩擦式提升机等重尾绳 重尾绳 轻尾绳,提升机强度校核,14:25,41,多绳摩擦提升机为保证摩擦衬垫的性能，延长使用寿命，规定了衬垫的允许比压pb 实际比压pb为 pbpb 如果以上验算通过，则所选提升机可用，否则必须改选用摩擦轮直径较大的提升机，或直径不变而将原来选用的四绳提升机改用六绳提升机。,Fjs上升侧钢丝绳总的静张力，N; Fjs = mg + mz g + n1 mp g (Hc+h0) + n2 mq g Hh,Fjx下放侧钢丝绳总的静张力，N

21、; Fjx = mz g + n1 mp g h0 + n2 mq g ( H + Hh),应达到2MPa,摩擦系数不小于0.2，宜采用0.25以上。,摩擦衬垫比压,14:25,42,德国 GDM326进口材料高性能摩擦衬垫,1.在各种工况下GDM326进口材料高性能摩擦衬垫的摩擦系数均大于0.28，完全满足多绳摩擦式提升机的使用要求。,2.机械强度高，不含损伤钢丝绳的物质，易于现场加工绳槽。,14:25,43,第五节 提升机与井筒相对位置的计算,提升机安装地点选定后，要确定影响提升机相对位置的五个因素，即井架高度Hj、滚筒中心线与井筒中提升钢丝绳间的水平距离Ls 、钢丝绳弦长Lx 、偏角和下

22、出绳角 。它们彼此相互制约，互相影响。,14:25,44,井架高度是指从井口水平到天轮中心轴线间的垂直距离。 Hj = Hx + Hr + Hg + 0.75Rt 式中： Hx 卸载距离。由井口水平到卸载位置容器底部。罐笼为0。箕斗18-25m,并与煤仓的参数和箕斗卸载方式有关 Hr容器全高。有底部到连接装置最上面一个绳卡的距离。,井架高度Hj,14:25,45,井架高度是指从井口水平到天轮中心轴线间的垂直距离。 Hj = Hx + Hr + Hg + 0.75Rt 式中： Hg 过卷高度。最上面绳卡到天轮轮缘的高度。规程：罐笼最大提升速度小于3m/s时， Hg 4m；最大提升速度大于或等于3

23、m/s时， Hg 6m；箕斗： Hg 4m 0.75Rt天轮与绳卡或绳头相碰处至天轮轴线尚有一段距离，约为0.75Rt,井架高度Hj,14:25,46,Hj的计算值应圆整为整数值,1、允许最大内外偏角2max、1max的确定钢丝绳的偏角是指钢丝绳弦与通过天轮平面所形成的角度，有内偏角和外偏角之分。 偏角过大将会导致加剧钢丝绳与天轮间的磨损，降低钢丝绳的使用寿命，磨损严重时还会引起断绳事故。因此，煤矿安全规程规定，内外偏角不得超过130。如果内偏角过大，当钢丝绳缠绕卷筒时，绳弦与已缠绕到卷筒上的绳圈会相互接触，并产生磨损，这一现象称为“咬绳”，因此，最大内偏角2max，不仅受煤矿安全规程的上述限制，同时还受不“咬绳”的限制。,提升机与井筒相对位置的计算,14:25,47,3.