JK型矿井提升机的设计

1、JK型矿井提升机的设计1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

2、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，一般采用单纯缠绕式提升设备，当年产量超过60万吨，井深超过350m的矿井，应考虑采用多纯摩擦式提升设备；即使矿井年产量较少，但井更 深时，也可采用多纯摩擦式提升设备。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

3、可 作如下分类：(1)按用途分(1主提升设备：专用于提升煤炭；副提升设备：用于提升肝石、运送材料、设备和升降人员等辅助工作。(2)按井筒角度分(1立井提升设备：有罐笼和箕斗之分；斜井提升设备：有箕斗和用车之分。(3)按提升机缠绕机构分d等直径圆柱型滚筒单纯缠绕式提升机；变直径圆锥型滚筒单纯缠绕式提升机。缠绕式提升机的主要部件有主轴、卷筒，主轴承、调纯离合器、减速器、深度指示 器和制动器。(4)按提升机滚筒数量分(1单滚筒提升机：用于单购提升；双滚筒提升机：用于双钩提升。(5)按拖动原动机的类型分d交流电动机拖动的提升机；直流电动机拖动的提升机。矿井一般设一套主提升设备提煤，一套副提升设备提什及

4、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：主要有斜井用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用车提升。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

5、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2又出现钢结构提升机。1877年德国设计出第一台单钢丝纯（单纯）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；1938年瑞典制造出双钢丝纯（多纯）摩擦式提升机；1957年出现了单纯缠绕式（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

6、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 纯、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；多纯提升机的纯数为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台多纯提升

7、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，多纯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轮，用手摇辘物的方法 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

8、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纯缠绕式提升机；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JKM2X 4型多纯摩擦式提升机，1971年又在XKT型提升机的基础上设 计、制造了 JK系列单纯缠绕式提升机，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纯摩擦式提升机，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

9、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30目前我国已能自行设计和制造下列产品：单纯缠绕式JT0.8-1.6 , JK2.0-6.0 ;摩擦式JKM1.85X 4-4X6型，JKMD2.8X 4-3.5 X4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纯缠绕式提升机为主，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，单纯缠绕 式提升机已越来越显示出它的不足，因为这种提升机

10、的提升高度受卷筒容纯量的限 制，例如，我国制造的2JK-5/10.5型单纯缠绕式提升机，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，如仍采用单纯缠绕式提升机，就必须制造和采用更大的提升机和直径更大的钢丝 纯，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纯强度的限制。 而多纯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

11、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，弥补了单纯缠绕式提升机容量纯和一次提升负荷受到限制的缺陷。但是，多纯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，仍普遍使用单纯缠绕 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

12、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

13、， 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

14、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纯；(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。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

15、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。2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: br = 300 天，t=14h;(3) 井筒深度Hs, 260 m；(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，0.92t/n3;(7) 提升方式

16、：箕斗，单纯缠绕式提升；(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局山东省滕州市所辖，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117 15 17 117 15 33，北

17、纬340 55 0934 56 30。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2.1 km=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、

18、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

19、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1.0 1.8m,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 ;中有泥岩夹什，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

20、.61.25m, 一月厚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，仅局部有夹石干，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

21、形平坦，地貌特征为山前平原，东部为寒武系低山，西边至峰山断层的 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，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

22、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 C,煤系地层的地温梯度为 2.13 C/百m非煤系地层的地温梯度 为2.6C/百m,对应于31c的深度为660m2.3 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

23、一般采用单纯缠绕式提升 设备，本设计为立井提升故采用单纯缠绕式。 矿山提升设备的主要组成部分：提升容 器、提升机、提升机钢丝纯、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 50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

24、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。3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

25、理提升量，选择标准的提升机6 03.1.2 箕斗的选择计算(1)提升高度H Hs Hz Hx260 20 20(3.1)300m式中 H x卸载高度，m , 20mHZ装载度，m , 20mH井筒高度，m , 260m(2)确定合理的经济速度m 0.4 H0.4%J300(3.2)6.92m/s式中 m经济提升速度， m/s；提升高度，m；(3) 一次提升循环估算时间TX 循环时间：6.92 0872 sm300 20式中6.92Tx 根据经济提升速度估算的一次提升循环时间，s;a提升加速度，m/s2由于是箕斗提升，所以a 0.8m/s 2 ,初估加速度a 0.8；u 容器减速或爬升所需附加时

26、间，箕斗提升可取u 10s；装卸载或换车时间，选取=10s；(4)m 合理经济提升速度, 小时提升次数m/s, m =6.92m/s;ns3600 、八小六50次Tx(5)计算一次合理的经济提升量合理经济提升量AnCafTx 3600br t(3.5)式中Q 一次合理的经济提升An 矿井年产量，t/a, A n =900000t/a；afbr一提升不均衡富裕系数,提升能力富裕系数， 一提升设备年工作日数, 提升设备日工作小时数,c=1.15;af =1.2;br =300d;t=14h;Tx 估算的一次合理提升时间，Tx=81s；c， 90000 1.15 1.2 72Q 5.91t3600

27、300 14选用型号为儿一6的箕斗，其技术参数如表3.1:11表3.1 JL 6立井单绳箕斗规格表名义载重/t6功效容积/m6.6提升钢丝绳直径/mm43箕斗自重/t5取人终端负何/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/m4.5 5.5适应提升机型号2JK- 32JK3.5(6) 一次实际提升量m Vr式中m所选标准箕斗的实际转载量，t;V标准箕斗白有效容积，m3, V=6.6ni;r煤炭松散度，t/m3,r=0.8t/m 3；m=6.60.8=5.04t(3.6)3.2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纯是矿井

28、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纯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定安全系数的方法进行计算。12提升钢丝纯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 丝纯，扬长避短，充

29、发挥它们的作用 网。决定钢丝纯的类型，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，应选用镀锌钢丝纯比较适宜；(2)在磨损严重条件下使用的钢丝纯，如斜井提升等，应选用外层钢丝尽可能 粗的钢丝纯；(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纯，以利于机械性能的发挥和力的均匀分布；(4)实践证明，提升钢丝纯用同向捻钢丝纯较好。 多纯摩擦提升用左右捻各半； 单纯缠绕式提升钢丝绳的选用原则是：为防止

30、缠绕是松捻，钢丝绳的捻向应与纯在卷 筒上缠绕时的螺旋线方向一致，目前单纯缠绕多为右旋，所以多选右同向捻绳；(5)罐道纯最好用半密封纯或三角股纯，表面光滑，耐磨损；(6)用于温度高或有明火的地方。如什石山等，最好用金属纯芯钢丝纯。提升钢丝纯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，每年仍然有断绝事故发生。预防断绝的措施：为了防止断纯，煤矿根据具体情况，分别采取了如下措施：(1)合理选择钢丝纯；(2)正确使用、维护钢丝纯；(3)防卡箕斗松纯；(4)防过卷；(5)预防过大的惯性

31、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)及时更换新纯。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HcHe H j H S HZ C JS Z(3.7)3226020 312m式中

32、Hs 井筒深度，m Hs=260mh z 装载(Mi度，m h z=20mHj 井架高度，m,由于箕斗提升Hj=32m图3.1立井单绳提升钢丝绳计算示意图(2)钢丝绳的最大静载荷力由图3.1可知，钢丝纯最大静载荷Qmax是在A点，其值为:Qmax Q Qz PHc（3.8）式中Q一次所能提升的重力，N,Q=mg，2,2g重力加速度， m/s ,g=l0 m/s ；Q=6000 10=60000NQz 容器自身重量，N;mz提升容器自重，kg, mz 5000kg；Qz mzg 5000 10 50000 NP钢丝纯每米重力，N/m=估算钢丝纯每米重力p :取钢丝绳抗拉强度 b 1500N/mm

33、2,安全系数ma 6.5QQz60000 500001.1 BHc1.1 155047.6N /mma6.5312从钢丝纯规格表中选取6 19的钢丝纯，选取每米钢丝绳重稍大于计算值的标准钢丝纯，每米重P 57.17N/m。其技术特征如表3.2 :表3.2钢丝绳的技术特征直径/mm钢丝绳总断面积/2/mm参有重力N/100m钢丝绳公称抗拉强度/MPa钢丝绳钢丝155040 02 6604 955717 0钢丝绳破断拉力总和（不小于）/KN937.5Qmax Q Qz PHc60000 50000 57.17 312127837.04（3）校核钢丝绳的安全系数表3.3各类型提升机安全系数单绳缠绕式

34、提升装置专为升降人员9升降人员和物料升降人员时9混合提升时9多层罐笼同一次升降人员和物料升降物料时7.5专为提升物料6.5摩擦轮式提升装置专为升降人员9.2 0.0005 H cH 0 一钢丝绳悬垂 c1升降人员和物料升降人员时9.2 0.0005 Hec长度混合提升时9.2 0.0005 Hc多层罐笼同一次升升降物料时9.2 0.0005 H c降人员和物料专为提升物料7.2 0.0005 H1 1 c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

35、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f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纯的数据验算具安全系数。QqmaQ QzPHc(3.10)业随 7.33 6.5127380.8煤矿安全规程规定单纯缠绕式提升设备采用的专为升降物料用的新钢丝纯安 全系数ma不得小于6.5 ;经过校验ma满足要求。3.3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纯直径

36、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D 80d(3.11)D 1200(3.12)式中D 漆筒直径，mnp d钢丝绳直径，mm d=40mm；钢丝纯中最粗的钢丝直径，mm在所选钢丝纯规格表中查取；D 80 40 3200mmD 1200 2.6 3120mm3.3.2 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Fj Q Qz PH(3.13)式中 Q一次所能提升的重力，N,Q=mg,2,2g重力加速度，m/s ,g=10 m/s ;Q=6000 10=60000NQz 容器自身重量，N;mz提升容器自重，kg, mz 5000kg；Qz mzg

37、5000 10 50000NP 钢丝纯每米重力，N/m,在所选钢丝纯规格表中查取；H提升高度，m,由前求得H=300mFj mg mzg PH 6000 10 5000 10 57.17 300 127151N17(2)提升机最大静张力差的计算Fc Q PH 60000 57.17 300 77151 N(3.14)选用型号为2JK 3.5/11.5提升机，其技术参数如表3.4:表3.4 2JK-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

38、和/KN118511.4 .、1钢丝绳取大速度/m s9.257.65减速器ZHLRH170HI传动比11.51125电动机最大近似功率/KW910755720电动机转速/r. min 1580480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/KN m200/300由表3.4看出滚筒直径为3500mm钢丝绳最大静张力Fj Fj,钢丝纯最大静张 力差匕F；,故所选提升机强度足够。3.3.3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

39、几部分钢丝 纯：(1)提升高度H米；煤矿安全规程规定：钢丝纯试验长度，升降人员或升降人员和物料用的 钢丝纯，自悬挂时起每隔 6个月试验一次；专门升降物料用的钢丝纯，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 丝纯的寿命以三年考虑，则试验纯长为 30m 13(3)滚筒表面应保留3圈纯不动(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，上层到下层段钢丝纯每季需错动 因圈，根据钢丝绳的使用年限，一般取错纯 圈n 24圈，因此在计算多层缠绕滚筒的宽度时，尚需加上错绳圈数；2mm 3m

40、m。通常滚筒直径(3.15)一般取缠绕在滚筒表面上相邻两绳圈间隙宽度为 为3m及以上时，取3mm ,其余取 2mm。H 30D300 30 40 33.14 3.51420mm式中 B提升机所需滚筒的纯绳宽度，mmH提升高度，m , 300mD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B B ,因而不需要考虑多层缠绕。3.4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，大轮分为下列三种：(1)井上固定天轮；(2)凿井及井下固定大轮；(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Dt 3000m

41、m寸，采用整体铸钢结构；直径为 4000mm寸，采用模压怫接结构。大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，将引起轮毂与钢丝纯间的相对滑动， 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。止匕外，轮毂的材质和纯沟的半径，对钢丝绳的使用 寿命也有直接影响。一般纯沟半径要稍大于钢丝纯半径。绳沟开角在4060。Dt 1200(3.17)Dt 80 40 3200 mm Dt 1200 2.6 3120mm大轮直径的选择，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：Dt 80d(3.16)式中 Dt天轮直径，mmd 钢

42、丝绳直径，mm 40mm-最粗钢丝直径，mm 2.6mm选用型号TSH梁的天轮，其技术参数如表3.5: 一3500表3.5 TSH天轮的技术参数3.5名义直径D/mm3500绳槽半径R/mm23.5适用钢丝绳径范围/mm37 43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/mm255变位重量/N11330总重/N36400203.5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

43、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。图3.2为提升机与井筒相对位置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、钢丝纯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、钢丝纯弦长、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 网。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 确定井架高度单纯

44、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。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：21H j Hx Hr Hg 0.75Rt(3.18)式中Hx 卸载距离，由井口到卸载位置的容器底座高度，成H r 容器全高，由容器底至连接装置最上面一个纯卡的距离，mHg 过卷高度，过卷高度是指容器从卸载时的正常位置，自由的提升到容 器连接装置上绳头同天轮轮缘接触的高度，mRt大轮半径，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Hg 8m o g3.5H j 20 9.45 8 0.75 38.76m j2确定Hj 3

45、9m,与预估值相差不大，未影响钢丝纯安全性能，故可用。3.5.2 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，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 Hj左右。如果Ls取得过小，以致无法安装斜撑是不 合理的。所以，Ls的最小值Lsmin可按下面经验公式计算：Lsmin 0.6Hj 3.5 D(3.19)式中 Hj井架高度，mD一提升机滚筒直径，成Lsmin 0.6H j 35 D 0.6

46、 39 3.5 3.5 30m取 Ls 30m 03.5.3 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大轮接触点的一段纯长。参阅图3.2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 Hj和滚筒中心线至井筒中钢丝绳间水平距离 Ls均已确定时，弦长Lx即为定值。Lx按下式求出：2Lx J H j Co 2Ls D2.L(3.20)式中 Lx 钢丝纯弦长，口h j井架局度，mCo滚筒中心线至井口水平的高差，m, 一月取1.2m；Ls滚筒中心线至钢丝绳的水平距离，m 30mDt 天轮白直径，m；提升机卷筒中心与机房地平面高差0.7m

47、,机房地平面与井口高差0.5m,取Co 1.2m ,则_ 23.5 2Lx .39 1.23047.19m为了防止在运转中钢丝纯跳出大轮轮缘，钢丝纯弦不宜过长。一般限制纯弦在60米以内。因为弦长过大时，振动也随之增大。又 Lx 60m,故不会引起纯弦强烈 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偏角2,同理，当右钩提升结束时，左钩钢丝绳形成最大外偏角1,而右钩形成最大内偏角2 o钢丝纯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，

48、降低了钢丝绳使用年限。磨损严重时， 还可能引起断绝事故。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 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13023最大外偏角应如下计算:Barctan 一1.7 arctan 1.87 0.14 320.04 0.00347.1951 25(3.21 )1 30式中b 提升机宽度直径，mS 提升机两天轮间距离，R1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

49、同，可参阅提升机 规格表的有关参数得出；d钢丝绳直径，m；Lx钢丝绳缠绕在滚筒上的线圈间隙， m-钢丝纯弦长，mS a,2arctanLx钢丝绳最大内偏角1.870 0.142 arctan2 1 03 1 30(3.22)47.19滚筒出纯角的大小，影响着提升机主轴的受力情况。设计JK型提升机的主轴时, 是以上出纯角为零度、下出纯角B为 15。考虑的。滚筒实际的出纯角角度增大时，无疑对提升机主轴的工作是有利的。限制下出纯角B的最小值为15。，是考虑到下出纯角过小时，钢丝纯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，只需检验下出纯角B,令其大于 15就可以了。B值如下

50、计算:arctanLsCo D2arcsinD Dt2Lx39arctan 301.23.52,3.5 3.5 arcsin2 47.19(3.23)57 2815式中 D提升机滚筒直径，m；Dt天轮的直径，mLx 钢丝绳弦长，mHj 井架高度，m；Co 滚筒中心线至井口水平的高差， m；Ls 滚筒中心线至钢丝绳的水平距离，R1提升机滚筒下出纯角大于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貌纯圆周上。 该处的线加速度即为提升容器的 加速度ai。系统变位质量的总和称为提升系统的总变位质量

51、。 原则是变位前后动能不 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。提升最重货载为什石。根据提什作业预选电动机10。(1)确定电机额定转数ne60i vmD(3.24)式中i 减速器传动比，在选择提升机时，根据提升速度 Vm由提升机规格表中可 查得相应

52、的标准速度及传动比。v m经济提升速度， m/s；D一一提升机滚筒直径，m；25ne60 i mD6011 .56.923.143.5434 r / min考虑到箕斗窖选用较大，故预定同点转数 nt500r / min(2)预选电动机功率由nt可估定额定转数ne492r / min,则实际最大提升速度DneVm60i3.14 3.5 492，7.84m/s60 11.5(3.25)则电动机功率:PeKQv m1000 j(3.26)式中K 矿井阻力系数，箕斗提升时，K= 1.15;j 减速器传动效率，一级传动为 0.92 ,二级传动为j =0.85 ;P考虑到提升系统运转时，有加、减速度及钢丝

53、纯重量等因素影响的系数, 取 p = 1 .2 ;次提升实际货载重量，N, 60000N ;n KQv mp e1000 j1.15600007.84, 小1 .210000.85764 KW据以上计算，选择YR800- 12/1430绕线型异步电动机表3.6选才i YR800- 12/1430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/ r min492满载时定于电流/A100满载时效率%91.5满载时功率因数(cos )0.825继表3.6选才i YR80O- 12/1430绕线型异步电动机技术参数(最大转矩 额定转矩2.67转子电压/V549转子电流/A517飞轮转矩/ N m21