上篇(第一章 矿山运输设备的理论计算基础)

1、矿井提升运输矿井提升运输孟巧荣孟巧荣太原理工大学矿业工程学院太原理工大学矿业工程学院目录 上篇上篇绪论绪论第一章第一章 矿山运输设备的矿山运输设备的 理论计算基础理论计算基础第二章第二章刮板输送机刮板输送机第三章第三章带式输送机带式输送机第四章第四章矿用机车矿用机车第五章第五章辅助运输设备辅助运输设备下篇下篇第一章第一章 提升设备提升设备第二章第二章 斜井提升斜井提升第三章第三章 摩擦提升摩擦提升绪论绪论一、矿井开拓系统一、矿井开拓系统二、矿山机械的分类二、矿山机械的分类刨煤机机械牵引采煤机电牵引采煤机双滚筒采煤机单滚筒采煤机采煤机横截割头纵截割头掘进机液压支架单体液压支柱金属支柱支护设备采掘

2、机械空气压缩机通风机排水设备流体机械塔式落地式摩擦提升机）缠绕式提升机（落地式立井提升斜井提升提升设备辅助运输电机车运输带式输送机刮板输送机运输机械矿山机械三、矿井运输的任务三、矿井运输的任务(提煤出矸、下料运人提煤出矸、下料运人)1. 向外运送煤炭向外运送煤炭(主井主井)和矸石。（副井）和矸石。（副井）2. 向内运送设备和材料。（副井）向内运送设备和材料。（副井）3. 运送工作人员。（副井）运送工作人员。（副井）四、矿井运输的特点四、矿井运输的特点1. 井下巷道狭窄。井下巷道狭窄。(设备应紧凑、尺寸小设备应紧凑、尺寸小)2. 运输环节较多。（运输线路交叉连接、转载次数多）运输环节较多。（运输

3、线路交叉连接、转载次数多）3.设备流动性强。（随工作面搬迁经常移动）设备流动性强。（随工作面搬迁经常移动）4. 设备种类繁多。（适应工作需要，需多种装、卸载辅助设备种类繁多。（适应工作需要，需多种装、卸载辅助设备）设备）5.工作环境恶劣。（水、粉尘、瓦斯）（运动部件强度高、工作环境恶劣。（水、粉尘、瓦斯）（运动部件强度高、刚度大、韧性好、耐磨损）（设备耐腐蚀、耐粉尘、防刚度大、韧性好、耐磨损）（设备耐腐蚀、耐粉尘、防爆炸）爆炸）五、运输提升设备类型五、运输提升设备类型按运行方式分：按运行方式分：1. 连续运行式设备连续运行式设备一经开动能连续不断的运送货载。一经开动能连续不断的运送货载。特点整

4、机长度与运输距离相等；运输能力与运输距离特点整机长度与运输距离相等；运输能力与运输距离无关；连续运行。无关；连续运行。2. 往返运行式设备往返运行式设备设备按一定循环方式作周期性往返设备按一定循环方式作周期性往返运动。运动。特点整机长度远远小于运输距离；运输能力与运输距特点整机长度远远小于运输距离；运输能力与运输距离成反比；往返周期式运行，需操作换向。离成反比；往返周期式运行，需操作换向。按牵引原理分：链啮合牵引、挠性体摩擦牵引、车轮粘着按牵引原理分：链啮合牵引、挠性体摩擦牵引、车轮粘着牵引、钢丝绳缠绕牵引牵引、钢丝绳缠绕牵引第一节第一节 运输设备的运输能力运输设备的运输能力第二节第二节 运输

5、设备运行阻力系数和阻力计算运输设备运行阻力系数和阻力计算第三节第三节 有牵引机构的连续运输机械的牵有牵引机构的连续运输机械的牵 引力及驱动功率计算引力及驱动功率计算一、连续运行式的运输设备一、连续运行式的运输设备 连续运行式的输送设备在均匀、连续装载时，其运输能力为：连续运行式的输送设备在均匀、连续装载时，其运输能力为： Q3.6qQ : t/hq: kg/m:m/s qA Q3.6AQ3.6q 运输能力的大小与输送距离无关，它主要取决于运送货运输能力的大小与输送距离无关，它主要取决于运送货载的运行速度载的运行速度和单位长度上的货载质量和单位长度上的货载质量q。 (一一)货载均匀分布在运输设备

6、上货载均匀分布在运输设备上 货载均匀分布在运输设备上的输送设备有：带式货载均匀分布在运输设备上的输送设备有：带式输送机、板式输送机、链板输送机、刮板运输机、输送机、板式输送机、链板输送机、刮板运输机、气力及水力设备等。气力及水力设备等。 它们的共同特点是它们的共同特点是:物料均匀分布在运输设备上，物料均匀分布在运输设备上，理论上都理论上都 可以确定运输物料的理论截面积，但是，可以确定运输物料的理论截面积，但是，在实际运输过程中，物料并不可能完全达到理论截在实际运输过程中，物料并不可能完全达到理论截面积，因此计算中应考虑其装满程度，一般以装满面积，因此计算中应考虑其装满程度，一般以装满系数系数来

7、表示来表示:A/A0 q A0 Q3.6A0(二二)运输容器在运输线路上等间距运行运输容器在运输线路上等间距运行 货载装在单个容器内，而容器按一定规律运动并保货载装在单个容器内，而容器按一定规律运动并保持一定的间隔距离，这时货载量持一定的间隔距离，这时货载量q可由下式求出：可由下式求出： Q=3.6G/aqG/aQ3.6q二、往返运行式运输设备二、往返运行式运输设备 如前所述，往返运行式运输设备的特点是按一定的如前所述，往返运行式运输设备的特点是按一定的工作方式作周期性往返运行，把一定量的货载从一个工作方式作周期性往返运行，把一定量的货载从一个地点运至另一个地点，然后将空容器返回原处完成一地点

8、运至另一个地点，然后将空容器返回原处完成一个循环。个循环。 往返一次的运输量为：往返一次的运输量为： Q60Qy /1000T=60ZG/1000T QyZG 每小时的运输能力：每小时的运输能力：Q3.6AQ60ZG/1000T=60Qy /1000T 连续运行式连续运行式运输设备的运输设备的运输能力与运输能力与运输距离无运输距离无关关 往返运行式往返运行式运输设备的运输设备的运输能力将运输能力将随运输距离随运输距离的增加而降的增加而降低低满足生产率满足生产率 增加每次运输量或列车组数、增加每次运输量或列车组数、运行次数，缩短辅助时间。运行次数，缩短辅助时间。 运输设计生产率运输设计生产率 由

9、矿山产量任务和它的工作制度所决定的单由矿山产量任务和它的工作制度所决定的单位时间的运输量，是选择运输设备的原始依据，它由位时间的运输量，是选择运输设备的原始依据，它由采矿设计提供。采矿设计提供。 Q1KAr /Tr 考虑到所选择的运输设备的运输能力应满足矿山产考虑到所选择的运输设备的运输能力应满足矿山产量任务所要求的运输生产率，因此，运输设备的运输量任务所要求的运输生产率，因此，运输设备的运输能力应等于或稍大于运输生产率，即：能力应等于或稍大于运输生产率，即： Q1Q一、矿车运行的阻力和阻力系数一、矿车运行的阻力和阻力系数 工程计算中，常用阻力系数计算运输机械的工程计算中，常用阻力系数计算运输

10、机械的运行阻力。运行阻力。 阻力系数是阻力系数是等速运行时的运行阻力与运行支等速运行时的运行阻力与运行支承面上受到的正压力之比承面上受到的正压力之比。 阻力系数可由分析得出其表达式，实际工作阻力系数可由分析得出其表达式，实际工作中使用的是由试验得出的具体数值。中使用的是由试验得出的具体数值。一、矿车运行的阻力和阻力系数一、矿车运行的阻力和阻力系数 当矿车沿水平直线钢轨作等速运动时将产当矿车沿水平直线钢轨作等速运动时将产生下列阻力：生下列阻力： (1)轴颈与轴承之间的摩擦力；轴颈与轴承之间的摩擦力； (2)车轮沿钢轨运行时所产生的滚动摩擦阻力；车轮沿钢轨运行时所产生的滚动摩擦阻力； (3)车轮凸

11、缘与钢轨间的摩擦阻力。车轮凸缘与钢轨间的摩擦阻力。一、矿车运行的阻力和阻力系数一、矿车运行的阻力和阻力系数 02-2111=dSkNDF各作用力对轴心的力矩方程：各作用力对轴心的力矩方程：一、矿车运行的阻力和阻力系数一、矿车运行的阻力和阻力系数 02-2111=dSkNDF 当当N N1 1= =N N2 2时，时，F F2 2= =F F1 1，全部运行阻力为：，全部运行阻力为： F=F1+F2= mg 矿车运行的阻力系数即为：矿车运行的阻力系数即为：工程计算中用的阻力系数是由试验得出的：工程计算中用的阻力系数是由试验得出的： F=mg 最终矿车运行总牵引力最终矿车运行总牵引力F0为：为：

12、F0 =CF F0 =Cmg(2k+d)/D2 直线段的运行阻力，因牵引机构及支承方式的不同而直线段的运行阻力，因牵引机构及支承方式的不同而异，有链条滑行、滚轮链运行及牵引构件在托辊上运异，有链条滑行、滚轮链运行及牵引构件在托辊上运行三种。行三种。1.链条滑行链条滑行 l=Fl/(qlLg) Fl= qlLgl阻力系数：阻力系数：运行阻力：运行阻力：运行阻力运行阻力槽底摩擦力槽底摩擦力侧帮摩擦力侧帮摩擦力=+ 2.滚轮链运行滚轮链运行 滚轮链为牵引构件的板式输送机的承载一牵引部件。被滚轮链为牵引构件的板式输送机的承载一牵引部件。被运物料装在承载板上，物料与承载一牵引部件一起运行，运物料装在承载

13、板上，物料与承载一牵引部件一起运行，这种结构的输送机承载段沿水平运行时的阻力为：这种结构的输送机承载段沿水平运行时的阻力为： Fzh=(q十十q0)Lg1 3.牵引构件在托辊上运行牵引构件在托辊上运行运输的运行阻力，重段运输的运行阻力，重段(承载段承载段)为；为； Fzh=(q+qd+qg)Lg 返回的空行程段为：返回的空行程段为： Fk=(qd+qg)Lg 1 1绕经可转动的导向体绕经可转动的导向体 可转动的导向体，依牵引构件的不同，有链轮、可转动的导向体，依牵引构件的不同，有链轮、绳轮和滚筒三种。这类导向体，牵引构件与导向体绳轮和滚筒三种。这类导向体，牵引构件与导向体的转动部件一起绕轴转动

14、。牵引构件绕经这类导向的转动部件一起绕轴转动。牵引构件绕经这类导向体的阻力由以下三部分组成。体的阻力由以下三部分组成。 (1)在牵引构件与导向体的相遇点，当它由直线变成弯曲时，因牵引构件的弯曲转折所产生的阻力； (2)导向体转轴上的摩擦阻力； (3)在牵引构件绕出导向体的分离点，当它由弯变直时，因牵引构件转折所产生的阻力。11fFFyf=链轴上的摩擦阻力：链轴上的摩擦阻力：22111DFdFf=由做功相等的条件得：由做功相等的条件得：DfdFDdFFyf1111= 分离点链条由弯变直，因链轴上的摩擦给链轮旋转增分离点链条由弯变直，因链轴上的摩擦给链轮旋转增加的阻力为：加的阻力为：DfdFFl1

15、3= 链轮转轴上的摩擦阻力，当绕进和绕出的两股链条链轮转轴上的摩擦阻力，当绕进和绕出的两股链条相互平行时：相互平行时：fFFFlyf)(2+= 把作用于链轮转轴上的摩擦阻力变为链轮节圆周上的把作用于链轮转轴上的摩擦阻力变为链轮节圆周上的, ,即即为转轴上的摩擦力给链轮旋转的阻力，按力矩相等的条件得：为转轴上的摩擦力给链轮旋转的阻力，按力矩相等的条件得：DfddfFFFFFFlyr+=+=11321)(2222DFdFf=DdfFFFly)(2+=链条绕经链轮的阻力为：链条绕经链轮的阻力为：Dfddfkr+=11)(lyrrFFkF+= 2 2绕经固定的圆弧导向体绕经固定的圆弧导向体 牵引构件绕

16、经固定的圆弧导向体其运牵引构件绕经固定的圆弧导向体其运行阻力也是由三部分组成的。行阻力也是由三部分组成的。 与绕经可转动导向体不同的是，此时与绕经可转动导向体不同的是，此时导向体固定不动，因而导向体对牵引构件导向体固定不动，因而导向体对牵引构件运行的阻力，是挠性体在圆弧上的摩擦力，运行的阻力，是挠性体在圆弧上的摩擦力，其摩擦力大小可由欧拉柔索公式求出。其摩擦力大小可由欧拉柔索公式求出。 e FFyl= ) 1-(-e FFFFyylg=运行阻力运行阻力: 牵引构件沿直线运行时，牵引构件沿直线运行时，阻力与牵引构件的阻力与牵引构件的张力无关张力无关，与负载、运输距离、牵引构件及与负载、运输距离、

17、牵引构件及其支承条件有关其支承条件有关,沿曲线运行时，阻力与牵沿曲线运行时，阻力与牵引构件的张力成正比。引构件的张力成正比。 有牵引机构的运输机械，驱动装置通过牵引构件传递牵引有牵引机构的运输机械，驱动装置通过牵引构件传递牵引力，以克服各种运行阻力使机器运行。阻力愈大，需要的牵力，以克服各种运行阻力使机器运行。阻力愈大，需要的牵引力愈大，牵引构件的张力增加也越大。引力愈大，牵引构件的张力增加也越大。 由于连续运输机械的运行阻力是沿运输路径分布的，因而由于连续运输机械的运行阻力是沿运输路径分布的，因而牵引构件的张力沿运行方向逐渐变化。牵引构件在各点的张牵引构件的张力沿运行方向逐渐变化。牵引构件在

18、各点的张力用力用“逐点计算法逐点计算法”计算。计算。 逐点计算法，是计算牵引构件在运行时各点张力的方法，逐点计算法，是计算牵引构件在运行时各点张力的方法，其规则是：牵引构件某一点上其规则是：牵引构件某一点上的张力，等于沿其运行方向后的张力，等于沿其运行方向后一点的张力与这两点间的运行阻力之和。用公式表达为：一点的张力与这两点间的运行阻力之和。用公式表达为： Fi=Fi-1+F(i-1)i 用逐点计算法求牵引构件各点上的张力，可以用逐点计算法求牵引构件各点上的张力，可以从任意点开始，依次分别向从任意点开始，依次分别向绕进和绕出绕进和绕出驱动装置的驱动装置的相遇点和分离点进行。相遇点和分离点进行。

19、 由于连续运行的运输机械对牵引构件的最小张由于连续运行的运输机械对牵引构件的最小张力往往有一定的要求，所以，计算各点张力时，通力往往有一定的要求，所以，计算各点张力时，通常是常是从牵引构件的最小张力点开始从牵引构件的最小张力点开始。 牵引构件运行时，最小张力点的位置依运动方牵引构件运行时，最小张力点的位置依运动方向、驱动装置的位置和安装倾角的不同而异，因此，向、驱动装置的位置和安装倾角的不同而异，因此，应在给定的工作条件下，按逐点计算规则，经比较应在给定的工作条件下，按逐点计算规则，经比较确定。确定。 例例: :向下运输物料，驱动装置在下端，用逐点计算法求各点向下运输物料，驱动装置在下端，用逐点计算法求各点张力的方法如下张力的方法如下。 沿牵引构件的运行方向，将直线和曲线段的变换点逐点编沿牵引构件的运行方向，将直线和曲线段的变换点逐点编号，根据逐点计算法的规则，可写出号，根据逐点计算法的规则，可写出: : F2=F1