矿山提升设备选型

1、第二篇 矿山提升设备第八章 竖井提升设备的选型计算 第一节 提升方式确定原则 选型设计依据和内容一、提升方式确定原则1、年产量An小于30万t的小型矿井，可用一套罐笼提升设备完成全部主副井任务 。2、年产量An大于60万t的大中型矿井，一般均设主副井两套提升设备。3、年产量An大于180万t的大型矿井，主井需要两套箕斗提升设备，副井除设备一套罐笼提升设备外，多数尚需设置一套单容器平衡锤系统以专门提升矸石。*其它因素： 1、主井一般采用箕斗提升方式，在特殊条件下，可采用罐笼作为主要提升设备。 2、中型以上矿井，原则上都要采用双钩提升。如果矿井同时开采水平数过多，也可采用平衡锤单容器提升方式。3、

2、对于年生产量90万t以上的大型矿井，或井较深时可采用多绳摩擦提升系统。4、煤矿若有两个分前、后期开采水平，提升机、井架或井塔等大型固定设备要按最终水平选择；提升容器、钢丝绳和提升电动机根据实际情况也可按第一水平选择。 二、选型设计的依据和主要内容（一）选型设计的依据1、主井提升（1）矿井的年产量A（t/a）;（2）工作制度：即年工作日数 br ,日工作小时数t,煤炭工业设计规范规定：br =300d,t=14h；（3）矿井开采水平数及各水平服务年限；（4）矿井深度Hs，m：井口至各开采水平的深度；（5）卸载高度：卸载水平与井口的高差Hx (m),对于底卸式箕斗：Hx =1525 m，对于普通罐

3、笼：Hx =015 m；（6）装载高度：装载水平与井下运输水平的高差Hz（m），对于底卸式箕斗：Hz=1825 m；（7）煤的散集密度（t/ m3）；（8）提升方式：箕斗或罐笼；（9）矿井电压等级。2、副井提升（1）矸石年产量：如无特别指出时，可取煤炭产量的1520%，最大班出矸量按日出矸量的50%计算；（2）最大班下井人员数目（人/班）；（3）矿井深度Hs（m）；（4）每班下井材料、设备、炸药次数。（次/班）；（5）提升罐笼型式规格，罐笼质量（kg），矿车质量（kg）；（6）矸石散集密度（t/ m3）。（二）设计的主要内容1、计算选择提升容器；2、计算选择提升钢丝绳；3、计算选择提升机；4、

4、提升电动机的预选；5、提升机与井筒相对位置的计算；6、运动学及动力学计算；7、电动机功率的验算；8、计算吨煤电耗（对于主井提升）或制定最大班作业时间平衡表（对于副井）。第二节 提升容器的选择计算方法：经济速度法一、经济提升速度： vj=(0.30.5) m/s 提升高度：H=Hs+ Hx+ Hz 二、估算一次合理提升时间： Tj=三、计算一次经验提升量Qj：按计算出的Qj，在箕斗的规格表中选取相近的名义货载质量的标准箕斗。四、计算一次实际提升量Q第三节 提升钢丝绳的选择计算钢丝绳受力： 静应力、动应力、弯曲应力、扭转应力、接触应力、挤压应力及捻制应力等，另外，钢丝绳的磨损及锈蚀也将导致钢丝绳的

5、损坏。钢丝绳的强度计算方法：煤炭安全规程的规定：钢丝绳按最大静载荷并考虑一定的安全系数的方法进行计算。一、按最大静载荷计算 Qmax=(Q+Qz+pHc)g, N 计算出p值后，从钢丝绳规格表中选取与计算相近的较大标准钢丝绳。二、钢丝绳的安全系数煤炭安全规程规定单绳缠绕式提升设备采用的钢丝绳安全系数ma：1、专为升降人员用的钢丝绳不得小于9；2、升降人员和物料用的钢丝绳：升降人员时不得小于9；提升物料时不得小于7.5；混合提升时不得小于9；3、专为升降物料用的钢丝绳不得小于6.5。第四节 提升机的选择计算一、卷筒直径原则：使钢丝绳绕经卷筒时所产生的弯曲应力不要过大，以便保持钢丝绳的一定承载能力

6、和使用寿命。 绕经卷筒的钢丝绳弯曲应力的大小，取决于卷筒和钢丝绳直径之比。煤矿安全规程规定：对于安装于地面的提升机： D80d, mm D1200, mm 对于井下提升机： D60d, mm D900, mm 二、卷筒宽度 卷筒宽度应根据所需容纳的钢丝绳长度确定。在卷筒表面应容纳以下几部分钢丝绳：（1）提升高度H, m ；（2）钢丝绳试验长度，规定每半年剁绳头一次进行试验，一次剁掉5m，如果钢丝绳的寿命以三年计，则试验长度为30m；（3）卷筒表面应保留三圈摩擦圈，以便减轻钢丝绳在卷筒固定处的张力；（4）当钢丝绳在卷筒上作多层缠绕时，为了避免上下层钢丝绳总是在一个地方过渡，每季要将钢丝绳错动约1

7、/4圈，根据钢丝绳的使用年限，取错绳圈=24圈。对于单层缠绕，每个卷筒的宽度为： mm对于多层缠绕，每个卷筒的宽度为： mm三、验算最大静张力及最大静张力差为了保证提升机有足够的强度，还必须验算所选提升机的最大静张力Fj（它影响卷筒的强度和主轴的强度）及最大静张力差Fc（它影响主轴的强度），使其满足:第五节 提升电动机的预选为了对提升设备进行动力学计算，应预选提升电动机。 提升电动机应满足功率、电压及转速三个方面的要求。一、提升电动机的功率 动力系数，即考虑动负荷影响的系数，一般 =1.21.4，箕斗提升取小值；罐笼提升取大值；二、提升电动机的转速n 三、提升机实际提升速度 第六节 提升机与井

8、筒的相对位置的确定一、井架高度Hj二、钢丝绳的外偏角1和内偏角2 钢丝绳的弦长与天轮平面的夹角有两个，1称外偏角，2称内偏角，根据规程规定，内、外偏角不得超过130，否则绳与天轮轮缘的磨损过甚，易发生钢丝绳跳出天轮的事故。三、钢丝绳弦长Lx 钢丝绳的弦长不能过长，过长则钢丝绳振动增大，因此，钢丝绳有跳出天轮轮缘的危险，一般不超过60m。四、卷筒中心线至井筒提升中心线的水平距离Ls五、提升机卷筒的下出绳角 下出绳角过小，钢丝绳有可能与提升机基础想接触，会增大钢丝绳的磨损。对于JK型提升机下出绳角不应小于15。第七节 提升容器的运动学 一、箕斗的运动分析1、加、减速度的确定煤矿安全规程规定：竖井升

9、降人员时：竖井提升物料箕斗提升加速度：2、减速方式 （1）自由滑行方式减速 （2）制动方式： 1）电气制动： 直流拖动：发电制动； 交流拖动：低频发电机或动力制动等 2）机械闸制动 （3）电动机减速方式 二、普通罐笼的运动分析在普通罐笼提升运动中，应注意以下两点：（1）规程规定，立井中用罐笼升降人员的加速度和减速度，都不能超过0.75m/s2；（2）爬行阶段的速度和距离的大小，主要以能便于操纵和准确停车为原则。第八节 提升系统的动力方程式 提升机在主轴上的拖动力矩M与提升系统的静阻力矩及惯性力矩处于平衡状态。即MMjMd=0 在等直径提升系统中可以用力的关系表示。即FFjFd=0 一、提升系统

10、的静阻力 提升系统的静阻力：（1）有益载荷（2）容器自重（3）钢丝绳重量（4）矿井阻力 1、上升侧： 2、下放侧： 3、提升系统的静阻力Fj： 式中：Ws+Wx=Qg， 箕斗=0.15；罐笼 = 0.2 4、提升系统的静力不平衡现象 在以提升行程为横坐标的图上，静阻力是一条下斜的直线。 当井很深绳很重时，斜线的倾角就比较大。甚至在提升终了前就出现负静阻力。存在的问题：（1）加速阶段：提升电动机必须产生很大的拖动力，才能使提升系统获得必要的加速度。为此，有时需要额外地加大电动机的功率。（2）减速阶段：必须用足够大的制动力施闸。这不仅要用闸吸收系统的动能以达到减速的目的，而且还要用闸克服下放绳的重

11、力。 静力平衡措施 ：挂尾绳 在两个提升容器下面用一根q(kg/m)的钢丝绳联起来，绳环直垂到井底。 挂尾绳弊端：增加尾绳费用；要为尾绳环延深井筒；增加维修工作量；增加挂绳和换绳的工作量。二、变位质量1、变位质量：提升系统的各个运动部件质量都变位到提升机卷筒表面缠绳的圆周上后的质量之和。2、变位质量计算的原则：必须保持该部件变位前后的动能相等。 带尾绳静阻力为3、变位质量计算方法：（1）旋转运动部分： 1）提升机的旋转部件：变位质量在规格表中查出 。 2）天轮：变位质量在规格表中查出。 3）电动机的转子： 按变位前后动能相等的原则有： 电动机转子变位到提升机轴上后的转动惯量为：电动机转子变位到

12、卷筒缠绳圆周上的质量为： 电动机的规格表中查不到Jd值，却能查到转子飞轮力矩（GD2）值,它是工程上常用的表示物体旋转运动时惯性的数值。它与Jd的换算关系是:所以（2）直线运动部分：1）提升钢丝绳：两根 2）容器：2Qz 3）有益载荷：Q4）尾绳：1根（3）总变位质量：三、拖动力力图绘制绘制依据： （1）提升系统速度图（2）提升系统动力基本方程以单绳缠绕式无尾绳箕斗双容器提升设备为例第九节 电动机功率的验算一、按电动机温升条件验算1、电动机的额定功率： 指电动机在额定负载下以额定速度连续运转，其绕组的温升不超过允许值时的功率。2、等效力Fd： 如果电动机在变化负荷下运转的温升与其在某一固定负载

13、下运转时的温升相等，就可以用这个固定称为等效力。3、影响温升的条件 ： （1）产生的热量 ；（2）散热条件 等效时间 电动机的等效功率:按电动机的温升条件验算:二、按过负荷条件验算提升电动机是在重载下频繁起动，所以其过负荷能力越高越好。保证提升电动机的正常稳定的起动，其过负荷条件为：式中的预选电动机作用于卷筒上的额定力: 三、按特殊力验算 1）采用罐座的罐笼提升设备，当空罐为于井底罐座上，而把重罐从井口稍稍提起时 2）在更换水平或调节绳长打开离合器作单钩提升时第八章 多绳摩擦提升系统的选型计算概 述 一、多绳摩擦提升发展概述及设备类型 类型：单绳摩擦提升、多绳摩擦提升 1877年，世界上第一台

14、摩擦提升机只有一根钢丝绳搭放在主导轮上。单绳摩擦提升虽然解决了滚筒宽度的问题，但是对于深井提升来说，主导轮直径还是很大的，因为全部终端载荷由一根钢丝绳承担，钢丝绳直径仍很大。 多绳摩擦提升，它是利用数根较细的钢丝绳(一般是4或6根)来代替一根较粗钢丝绳工作的。 根据布置方式不同，可分为井塔式和落地式两种类型: 井塔式整套提升机安置在井塔的顶层。 优点：不受矿井地形的限制，布置紧凑，节省工业广场用地，天轮、钢丝绳不暴露在雨雪中，改善了钢丝绳的工作条件。 缺点：建造井塔费用较高，初期投资较大。落地式提升机安装在地面上。优点：(1)井架建造费用较小，减少了矿井的初期投资；(2)可提高抵抗地震灾害的能

15、力。缺点：天轮、钢丝绳暴露在雨雪中，钢丝绳的工作条件差。 井塔式：无导向轮、有导向轮两种。 有导向轮： 优点：两提升容器的中心距不受摩擦轮直径的限制，可减小井筒断面；可加大钢丝绳在主导轮上的围包角。 缺点：钢丝绳产生反向弯曲，影响使用寿命。 因此，在设计时应尽可能优先考虑无导向轮系统。二、多绳摩擦式提升的特点1优点(1)多绳摩擦式提升利用多根钢丝绳同时承受载荷，安全性较高；(2)由于钢丝绳直径较细，其主导轮直径较小；(3)由于主导轮直径较小，使提升机尺寸减小，质量减轻，易于搬运和布置；(4)钢丝绳捻向按左右各半配置，消除了提升容器在提升过程中的转动，减少了容器的罐耳对罐道的摩擦阻力，延长了罐耳

16、和罐道的使用寿命。 2缺点(1)对钢丝绳的悬挂、调整和检查比较困难；如调整不好，会产生张力不平衡现象。(2)使用中的钢丝绳不能做定期试验；(3)双钩提升时，不能用于多水平提升。第一节 多绳摩擦提升计算的一般原则 一、容器的选择原则 1、单水平选择双容器； 当矿井为多水平同时生产时，双容器只适用于最深的生产水平，一般为主要生产水平。在这个生产水平以上的各个生产水平，将只能作单容器提升的方式运行。 2、选择单容器提升时，要采用带平衡锤提升系统； 3、对于多水平生产，而且对于煤有不同的品种、牌号有分装分运要求时：可以按照具体的产量及生产水平的需要，在一个井筒中装设两套单容器带平衡锤的提升设备；或采用

17、一套单容器，另一套双容器提升方式。 二、提升钢丝绳的原则 1、当供应的条件允许时，应优先采用三角股钢丝绳；2、在三角股钢丝绳的货源无法解决时，应选用线接触、品种结构为W（瓦林吞式）、T（填充式）的同向捻圆股钢丝绳；3、在只有普通圆股点接触钢丝绳时，则应选用同向捻的钢丝绳。多绳摩擦提升钢丝绳的安全系数规定：当钢丝绳的悬垂长度Hc1200m时 专为升降物料时： ma= 7.2-0.0005Hc专为升降人员时： ma= 9.2-0.0005Hc升降人员和物料时：升降人员ma= 9.2-0.0005Hc 混合提升ma= 9.2-0.0005Hc 升降物料ma= 8.2-0.0005Hc 三、平衡尾绳的

18、选择原则 平衡尾绳的要求：不旋转、不打结。1、平衡尾绳类型：扁钢丝绳、多层不旋转圆股钢丝绳 、普通圆股钢丝绳； 2、尽量采用等重尾绳。四、提升机的选择原则主导轮直径D ：无导向轮时：有导向轮时：第二节 多绳摩擦提升的防滑分析一、防滑安全系数上升端与下放端钢丝绳张力差 ： 防滑系数： 静防滑安全系数：动防滑安全系数： 煤炭工业设计规范规定：上提重物加速阶段及下放重物减速阶段： 动防滑安全系数不得小于1.25 静防滑安全系数不得小于1.75二、防滑性能的分析 1.静防滑双容器提升时：以一侧提升货载（最大载重），另一侧下放空容器（对于罐笼提升，则为下放侧的罐笼内无矿车或其它物件）时，对防滑性能最不利

19、。单容器提升时：以提升平衡锤，另一侧下放空容器时，对防滑性能最为不利。 最容易产生滑动的点： 1）轻（无）尾绳的提升系统：提升开始的始点 2）等重尾绳的提升系统：提升过程的任意点 3）重尾绳的提升系统：提升终了时的终点2.动防滑 双容器提升时：以提升重物，下放空容器时的加速阶段，且导向轮位于下放侧时，对动防滑最为不利。 单容器提升时：以提升平衡锤，另一侧下放空容器时的加速阶段，且导向轮位于平衡锤侧时，对动防滑最为不利。 最容易产生滑动的点： 1）轻尾绳的提升系统：最大加速度阶段的始点 2）等重尾绳的提升系统：最大加速度阶段的任意点 3）重尾绳的提升系统：最大加速阶段的终点三、增大防滑安全系数的

20、措施（一）增加围包角（1）当=180，设备尺寸小，井塔低，绳只受单向弯曲，应优先选用，但提升能力较低；（2）当=185-195，可以改变两侧提升钢丝绳的中心距，但增加井塔高度，绳有附加弯曲应力；（3）当195，钢丝绳工作条件显著恶化。（二）提高摩擦系数（=0.25） 选用高摩擦系数、高比压和磨损小的新型衬垫材料。（三）提高下放端钢丝绳的张力Fx （1）加大钢丝绳直径；（2）加大容器自重（箕斗）；（3）采用单容器带平衡锤系统；（4）双罐笼提升，上提货载时，在下放侧配空矿车。（四）控制最大加、减速度，减小动载荷 从电气控制和制动器两方面实现。第三节 多绳摩擦提升钢丝绳张力平衡装置 多绳摩擦提升使各钢丝绳达到均匀受力，是增加钢丝绳和衬垫使用寿命，提高生产率的一个重要问题。一、影响钢丝绳张力不平衡的因素 1绳槽直径的偏差 一般要求各绳槽直径相差不超过005mm 2各钢丝绳的长度偏差 3各钢丝绳的刚度偏差要求采用同一规格的钢丝绳并经严格挑选