上篇(第一章-矿山运输设备的理论计算基础)

煤矿提运设备与系统孟巧荣太原理工大学矿业工程学院目录上篇绪论第一章矿山运输设备的理论计算基础第二章 刮板输送机第三章 带式输送机第四章 矿用机车第五章 辅助运输设备下篇第一章提升容器第二章提升钢丝绳第三章矿井提升机第四章提升机与井筒相对位置第五章矿井提升运动学和动力学第六章斜井提升第七章多绳摩擦提升第八章矿井提升机的拖动与控制绪论一、矿井开拓系统二、矿山机械的分类二、矿井运输的任务(提煤出矸、下料运人)1.向外运送煤炭(主井)和矸石。（副井）2.向内运送设备和材料。（副井）3.运送工作人员。（副井）三、矿井运输的特点1.井下巷道狭窄。(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）3.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）5.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、防爆炸）五、运输提升设备类型按运行方式分：1.连续运行式设备——一经开动能连续不断的运送货载。特点①整机长度与运输距离相等；②运输能力与运输距离无关；③连续运行。2.往返运行式设备——设备按一定循环方式作周期性往返运动。特点①整机长度远远小于运输距离；②运输能力与运输距离成反比；③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、车轮粘着牵引、钢丝绳缠绕牵引第一章矿山运输设备的理论计算基础

导入第一节运输设备的运输能力第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算第三节有牵引机构的连续运输机械的牵引力及驱动功率计算导入

我们可以按功能－结构特征把全部现有的和可能的连续运行式运输设备和往返运行式运输设备进行一般系统化，进而将其分为以下四组主要元件：

承载元件——承载并同货载一起移动的承载机构或容器；

牵引机构——克服物料运输阻力用的动力元件；

导向机构——承载元件和牵引机构的导向元件，物料沿导向机构或相对于导向机构运输；

传动装置——保证被运输物料移动用的传动元件。导入

配合法具有往返运行式运输设备的特征

结合法具有连续运行式运输机械设备的特征。传动机构与随物料一起移动的承载机构相配合，一般就产生机车运输一类的机械设备。传动机构和承载机构结合时，即承载机构或容器与一台(数台)传动装置作相对移动时，就产生了连续运输机械设备。上述四组元件中，承载元件和牵引机构是共性较多的元件。第一节运输设备的运输能力

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：

Q＝3.6qυQ:t/hq:kg/mυ:m/s第一节运输设备的运输能力

q＝Aγ

Q＝3.6AγυQ＝3.6qυ

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υ和单位长度上的货载质量q。第一节运输设备的运输能力(一)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。它们的共同特点是:物料均匀分布在运输设备上，理论上都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面积，因此计算中应考虑其装满程度，一般以装满系数φ来表示:φ＝A/A0

q＝A0φγ

Q＝3.6A0φγυ第一节运输设备的运输能力(二)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持一定的间隔距离，这时货载量q可由下式求出：

Q=3.6υG/aq＝G/aQ＝3.6qυ第一节运输设备的运输能力二、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个循环。往返一次的运输量为：Q＝60Qy

/1000T=60ZG/1000T

Qy＝ZG

每小时的运输能力：第一节运输设备的运输能力Q＝3.6AγυQ＝60ZG/1000T=60Qy/1000T

连续运行式运输设备的运输能力与运输距离无关

往返运行式运输设备的运输能力将随运输距离的增加而降低满足生产率

增加每次运输量或列车组数、运行次数，缩短辅助时间。第一节运输设备的运输能力

运输设计生产率

——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，它由采矿设计提供。Q1＝KAr/Tr

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，运输设备的运输能力应等于或稍大于运输生产率，即：Q1≤Q第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算一、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运行阻力。阻力系数是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。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。第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算一、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．将产生下列阻力：

(1)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；

(3)车轮凸缘与钢轨间的摩擦阻力。第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算一、矿车运行的阻力和阻力系数

各作用力对轴心的力矩方程：第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算一、矿车运行的阻力和阻力系数

第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算

当N1=N2时，F2=F1，全部运行阻力为：

F=F1+F2=

mg

矿车运行的阻力系数即为：第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算工程计算中用的阻力系数是由试验得出的：

F=mgω

最终矿车运行总牵引力F0为：

F0

=C·F

F0=C·mg(2k+μd)/D第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算二、有牵引机构的连续运输机械的运行阻力和阻力系数

有牵引机构的连续运行式运输机械，其牵引机构连接成封闭环形，在驱动装置的带动下，沿线路连续循环运行。整个线路由沿直线运行的直线段和绕曲线运行的曲线段组成。直线段和曲线段的运行条件不同，其运行阻力也不同，通常分别计算。2第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算(一)直线段运行阻力直线段的运行阻力，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行三种。1.链条滑行ωl=Fl/(qlLg)Fl=qlLgωl阻力系数：运行阻力：运行阻力槽底摩擦力侧帮摩擦力=+第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算2.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。被运物料装在承载板上，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：

Fzh=(q十q0)Lgω1

第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算3.牵引构件在托辊上运行运输的运行阻力，重段(承载段)为；Fzh=(q+qd+q'g)Lgω'

返回的空行程段为：Fk=(qd+q"g)Lgω"

第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算(二)绕经曲线段的阻力1．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、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。牵引构件绕经这类导向体的阻力．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。第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算链轴上的摩擦阻力：第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算由做功相等的条件得：第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算

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：

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：第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算

把作用于链轮转轴上的摩擦阻力变为链轮节圆周上的,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：链条绕经链轮的阻力为：第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算2．绕经固定的圆弧导向体

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。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。

第二节运输设备运行阻力系数和阻力计算运行阻力:

牵引构件沿直线运行时，阻力与牵引构件的张力无关，与负载、运输距离、牵引构件及其支承条件有关,沿曲线运行时，阻力与牵引构件的张力成正比。第三节有牵引机构的连续运输机械的牵引力及驱动功率计算一、牵引构件的张力分析及计算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力用“逐点计算法”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，其规则是：牵引构件某一点上的张力，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：

Fi=Fi-1+F(i-1)～i第三节有牵引机构的连续运输机械的牵引力及驱动功率计算

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，依次分别向绕进和绕出驱动装置的相遇点和分离点进行。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，通常是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，经比较确定。

第三节有牵引机构的连续运输机械的牵引力及驱动功率计算

例: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。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:

F2=F1+Fk

F3=F2+F2～3F4=F3+Fzh

第三节有牵引机构的连续运输机械的牵引力及驱动功率计算

当倾角β不大，Fzh>0时，有：

F4>F3>F2>F1

在这种情况下，1点的张力最小当倾角β较大，Fzh<0时，F4<F3，在这个情况下F4和F1哪个小，需由(Fzh+Fk)的条件确定。若(Fzh+Fk)>0，则表明整台机器的运行阻力为正值，需要外加动力给驱动装置，由驱动轮传递牵引力给牵引构件。在这种条件下，F4>F1，1点的张力最小；若(Fzh+Fk)<0，则表明整台机器的运行阻力为负值，靠承载物料的重力，推动牵引构件克服阻力运行。在这种条件下，F4<F1，4点的张力最小。第三节有牵引机构的连续运输机械的牵引力及驱动功率计算三、牵引力及驱动功率为了克服运行阻力，由驱动装置施加给牵引构件的牵引力通过驱动轮(滚筒)传到牵引构件上，驱动装置作用在驱动轮(滚筒)圆周上的力叫牵引力(亦称圆周力)。有牵引机构的连续运输机械的牵引力用下式计算：有牵引机构的连续运输机械稳定运行时，在驱动轮(滚筒)轴上的功率用下式计算第三节有牵引机构的连续运输机械的牵引力及驱动功率计算三、机头位置的合理选择在设计布