平車(chē)場(chǎng)雙鉤串車(chē)提升運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與循環(huán)周期的計(jì)算設(shè)計(jì)選型

1、第4章 斜井提升4.1斜井串車(chē)提升本章主要介紹平車(chē)場(chǎng)雙鉤串車(chē)提升運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與循環(huán)周期的計(jì)算。4.1.1平車(chē)場(chǎng)雙鉤串車(chē)提升運(yùn)動(dòng)學(xué)分析平車(chē)場(chǎng)雙鉤串車(chē)提升如圖1-1，開(kāi)始時(shí)，在井口平車(chē)場(chǎng)空車(chē)線上的空串車(chē)，由井口推車(chē)器以a0加速至=1.0m/s的低速，向下推進(jìn)。同時(shí)，井底重串車(chē)上提，全部重串車(chē)進(jìn)入井筒后，絞車(chē)以a1加速到最大提升速度v。并等速運(yùn)行，行至井口?？沾?chē)運(yùn)行到井底時(shí)，絞車(chē)以a3進(jìn)行減速運(yùn)行，使之由v減至，空串車(chē)進(jìn)入井底車(chē)場(chǎng)時(shí)，減速、停車(chē)。與此同時(shí)，井口平車(chē)場(chǎng)內(nèi)的重串車(chē)在重車(chē)，借助慣性繼續(xù)前進(jìn)。行至摘掛鉤位置時(shí)，摘下重串車(chē)掛上空串車(chē)，此時(shí)，井下也摘掛鉤完畢。打開(kāi)井口空車(chē)線上的阻車(chē)器，再進(jìn)行下一

2、個(gè)循環(huán)。圖4-1 斜井平車(chē)場(chǎng)及其速度圖4.1.2斜井串車(chē)運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定：用礦車(chē)升降物料時(shí)，最大允許速度v5/s，傾斜井巷內(nèi)升降人員時(shí)，其加速度a1和減速度a30.5/s2。本例初選最大速度v=4.7/s，初加速度a00.3/s2，主加速度a10.5/s2和主減速度a30.5/s2，車(chē)場(chǎng)內(nèi)速度v01.0/s，各階段運(yùn)行速度計(jì)算圖如圖1-2所示 圖4-2 各階段運(yùn)行速度計(jì)算圖4.1.3一次提升循環(huán)時(shí)間t(1) 速度圖中各階段運(yùn)行時(shí)間及路程計(jì)算如下：重車(chē)在井底車(chē)場(chǎng)運(yùn)行階段初加速時(shí)間 t013.33 s初加速行程 l011.67 等速度行程 l02ldl01301.6728.33等速度

3、時(shí)間 t0228.33s td=t01+t02=3.33+28.33=31.66 s（2）串車(chē)離開(kāi)井底車(chē)場(chǎng)后的主加速度階段：主加速時(shí)間 t15.6 s主加速行程 l113.44（3） 等速度運(yùn)行階段：等速度行程 l2l（ld+l3+l1）860(30+213.44)=803.12 m （式中 l3=l1）式中 l提升斜長(zhǎng)，l=ld+lt+lk=30+800+30 m=860 m lt井筒斜長(zhǎng)，800m。 等速度時(shí)間 t2170.9s（4）接下來(lái)的減速，勻速、再減速的階段與重車(chē)啟動(dòng)到勻速的情況一致，即 t3=t1=5.6s=31.66sl3=l1l4=l02l5=l01(5) 摘勾時(shí)間為摘=25

4、 s(6) 一次提升循環(huán)時(shí)間：tt1t2t3tku 31.66+5.6+170.9+5.6+31.66+25=270.42s式中 ld 井底平車(chē)場(chǎng)道長(zhǎng)，即井底至井底尾車(chē)停車(chē)點(diǎn)間距離，按一次所拉串車(chē)數(shù)而定，一般可取2535，本例中選ld=30m； 井口平車(chē)場(chǎng)道長(zhǎng)，即從道岔至重串車(chē)尾車(chē)停車(chē)點(diǎn)間距離，一般可取2530本例中取=30m；u摘掛鉤時(shí)間，一般取2025 s本例取u=25 s。4.2斜井提升設(shè)備選型計(jì)算的原始資料 4.2.1 斜井提升設(shè)備選型計(jì)算的原始資料如下：a) 主斜井垂高h(yuǎn)=235.5m，傾角=17,井上下車(chē)場(chǎng)內(nèi)傾角度 3，斜長(zhǎng)；b) 礦井設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力an=10萬(wàn)t/a；c) 散煤容

5、重：1.4t/m3，散矸石容重：1.7t/m3。d) 矸石量為原煤產(chǎn)量的30計(jì)算；e) 年工作日a=330天，每天3班，每日凈提升時(shí)間t=10h；f) 提升方式為平車(chē)場(chǎng)雙鉤串車(chē)提升。 g) 礦車(chē)形式：式選mgc1.1-6型固定車(chē)箱式礦車(chē)，單個(gè)礦車(chē)自身質(zhì)量：592kg ；單個(gè)礦車(chē)載貨量：11.8t；單個(gè)礦車(chē)的長(zhǎng)度：2000mm。礦車(chē)容積1.1m3 4.3選擇計(jì)算 一次提升量和車(chē)組中礦車(chē)數(shù)的確定 1）根據(jù)礦井年產(chǎn)量要求計(jì)算礦車(chē)數(shù) （1）小時(shí)提升量 =45.5 t/h式中 an 礦井年產(chǎn)量（t/a）；c 提升工作不均勻系數(shù)，有井底煤倉(cāng)時(shí)c=1.11.15，無(wú)井底煤倉(cāng)時(shí).2；礦井有兩套提升設(shè)備時(shí) c=

6、1.15，只有一套提升設(shè)備時(shí)c=1.25;提升設(shè)備富裕系數(shù)，主提升設(shè)備對(duì)第一水平為1.2； 年工作日數(shù)；t 日提升小時(shí)數(shù)；（2） 一次提升量 =3.42t（3） 一次提升礦車(chē)數(shù) =3.42t 取n1=4個(gè)式中 裝載系數(shù)，當(dāng)傾 角為20以下時(shí)，=1；當(dāng)傾角為2125時(shí)，=0.950.9；當(dāng)傾角為2530時(shí)，=0.850.8； 煤的松散密度， t/m3；v礦車(chē)的有效容積，m3。 綜上礦車(chē)的總數(shù)取n=4輛2)根據(jù)礦車(chē)連接器強(qiáng)度驗(yàn)算礦車(chē)數(shù) =12.3圓整為n2=12，因?yàn)閚1n2，說(shuō)明能保證連接器的強(qiáng)度，所以確定礦車(chē)數(shù)為 n=n1=4。4.4斜井提升鋼絲繩的選擇計(jì)算4.4.1鋼絲繩的端部荷重=1953

7、.2kg式中：井筒的傾角； 提升容器在斜坡運(yùn)輸?shù)郎线\(yùn)動(dòng)的阻力系數(shù)，可按具體情況選取，礦車(chē)串車(chē)提升：礦車(chē)為滾動(dòng)軸承時(shí)取0.01，礦車(chē)為滑動(dòng)軸承時(shí)取0.0150.02：箕斗提升通常取0.01；m單個(gè)礦車(chē)載貨量，kg；礦車(chē)組重量，kg；4.4.2斜井井架高度的確定1、井架高度根據(jù)斜井雙鉤平車(chē)場(chǎng)的井架高度要求能保證：（1） 摘鉤后的礦車(chē)通過(guò)下放串車(chē)的鋼絲繩的底部時(shí)，繩距地面的高度不得小于2.5。這點(diǎn)距摘掛鉤點(diǎn)的距離為，一般取4（如圖4-3），按比例關(guān)系可得：=8.1 （1-1）式中 lb 井口至阻車(chē)器的距離，取79； lt 阻車(chē)器至摘掛鉤點(diǎn)距離，為1.5nlc，即lt=1.542=12 m，為一輛礦車(chē)

8、的長(zhǎng)度；la 摘掛鉤點(diǎn)到井架中心的水平距離la一般?。?.54），式選=40m。圖4-3雙鉤斜井平車(chē)場(chǎng)（2） 為了防止礦車(chē)在井口出軌掉道，井口處的鋼絲繩牽引角b要小于9，即b5.7則b5.79，合符要求。2.井口到井架鋼絲繩的弦長(zhǎng)l計(jì)算=81.4m4.4.3鋼絲繩的單位質(zhì)量斜井提升鋼絲繩的選擇計(jì)算與立井基本相同，不同之處只是因斜井井筒傾角小于90，作用于鋼絲繩a點(diǎn)的（如圖1-4）分力由串車(chē)及貨車(chē)的重力分力為，串車(chē)及貨車(chē)的摩擦力為，鋼絲繩的重力分力為和鋼絲繩的摩擦力為組成。圖4-4 斜井鋼絲繩計(jì)算圖每米鋼絲繩的質(zhì)量：p =1.178/式中 l0鋼絲繩由天輪架到串車(chē)尾車(chē)在井下停車(chē)點(diǎn)之間的斜長(zhǎng)（），

9、l0ldlt+l30+800+81.4=911.4m。f2 礦車(chē)運(yùn)行摩擦阻力系數(shù)，此數(shù)值與礦井中托輥支承情況有關(guān)，鋼絲繩局部支承在托輥上取f2 0.250.4；f1礦車(chē)運(yùn)行摩擦阻力系數(shù)，礦車(chē)為滾動(dòng)軸承取，滑動(dòng)軸承取鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度；a安全系數(shù)，與立井要求相同，即混合提升時(shí)升降物料不得小于7.5；選用繩6t7+fc面接觸鋼絲繩，其直徑d20，其每100鋼絲繩質(zhì)量為156，公稱抗拉強(qiáng)度為1550mpa，鋼絲繩破斷拉力總和236kn；驗(yàn)算鋼絲繩安全系數(shù)：p =根據(jù)上式計(jì)算的數(shù)值，以上所選鋼絲繩可以使用。4.5提升機(jī)的最大靜張力和最大靜張力差的計(jì)算提升機(jī)是按提升機(jī)系列規(guī)定的許用最大靜張力和許用最大靜

10、張力差設(shè)計(jì)出的。選用時(shí)，應(yīng)使實(shí)際負(fù)荷所造成的最大靜張力和最大靜張力差小于或等于許用 和，以保證提升機(jī)能正常工作，對(duì)于斜井提升有：最大靜張力 =28586n雙鉤提升最大大靜張力差=21322.9n4.6提升機(jī)的選擇井架提升機(jī)的滾筒直徑為：d80d80201600，按安全規(guī)程規(guī)定，滾筒直徑可選為2.0；選用提升機(jī)，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)：滾筒數(shù)量：2個(gè)；滾筒直徑d：2；滾筒寬度b：1.25；鋼絲繩最大靜張力：60000 n（滿足要求）；鋼絲繩最大靜張力差：40000n（滿足要求）；鋼絲繩最大速度vm：5/s；變位質(zhì)量j：8400 ；電動(dòng)機(jī)最大近似功率：215kw；減速器傳動(dòng)比：20。兩滾筒中心距b+a：1

11、310mm。提升機(jī)滾筒寬度的驗(yàn)算： =1072mm式中 lld+lt+lk=30+800+30 m=860 m；k滾筒纏繞的層數(shù)，3(層)；dp平均纏繞鋼絲繩直徑，2.033；dp2033.4mmd鋼絲繩直徑，；纏繞在滾筒圓周表面上相鄰兩繩之間的間隙，通常滾筒直徑為3m及以上時(shí)，取=3mm，其余取=2mm。對(duì)于纏繞層數(shù)，煤礦安全規(guī)程規(guī)定：豎井中升降人員或升降人員和物料的，只準(zhǔn)纏繞1層；專為升降物料的，準(zhǔn)許纏繞2層；傾斜井巷中升降人員或升降人員和物料的，準(zhǔn)許纏繞2層；升降物料的，準(zhǔn)許纏繞3層；在建井期間，無(wú)論在豎井或傾斜井巷中，升降人員和物料的，準(zhǔn)許纏繞2層。煤礦安全規(guī)程還規(guī)定，滾筒上纏繞2層或

12、2層以上鋼絲繩時(shí)，滾筒的邊緣應(yīng)高出最外一層鋼絲繩的高度，至少應(yīng)為鋼絲繩直徑的2.5倍。對(duì)于2層以上纏繞的滾筒，必須設(shè)有帶繩槽的襯墊。按照提升機(jī)滾筒實(shí)際纏繞鋼絲繩計(jì)算出的滾筒寬度應(yīng)等于或稍小于提升機(jī)滾筒寬度b。若稍大于b，可適當(dāng)減小值，或設(shè)法將長(zhǎng)出的幾米鋼絲繩（試驗(yàn)繩長(zhǎng)）儲(chǔ)存在滾筒內(nèi)；若小于b,可適當(dāng)增大值，使鋼絲繩在滾筒上均勻分布，而不致集中于一側(cè)，惡化滾筒工作狀態(tài)。4.7提升機(jī)與井筒的相對(duì)位置4.7.1天輪的選擇計(jì)算固定天輪工作可靠維護(hù)量小，但由于鋼絲繩偏角的要求，使提升機(jī)至天輪的距離較遠(yuǎn)。煤礦安全規(guī)程規(guī)定：地面天輪90時(shí) dt80d=8020=1600mm，選擇天輪為：tsg1600/10

13、型，名義直徑dt1600，變位質(zhì)量t222。1井架高度hj根據(jù)斜井雙鉤平車(chē)場(chǎng)的井架高度要求能保證：（1） 摘鉤后的礦車(chē)通過(guò)下放串車(chē)的鋼絲繩的底部時(shí)，繩距地面的高度不得小于2.5。這點(diǎn)距摘掛鉤點(diǎn)的距離為ln，一般取4（如圖9-5），由式（1-1）可得：hj 8.1-0.87.32鋼絲繩弦長(zhǎng)lx：根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定“天輪到滾筒的鋼絲繩，最大內(nèi)外偏角不得超過(guò)130?！庇捎谄堑南拗?，可以計(jì)算出最小弦長(zhǎng)lxmin。（1） 固定天輪雙鉤提升最小弦長(zhǎng)按外偏角=19.1（21.25+0.06-1） =29.8m按內(nèi)偏角=19.1（1-0.06）=18m式中 s兩天輪之間的距離，即井筒中軌道中心距：sbc0

14、.2()，其中為礦車(chē)最突出部分寬度礦車(chē)技術(shù)參數(shù)表可得bc=0.8m；a兩滾筒內(nèi)側(cè)間隙，；b滾筒寬度；（2）提升機(jī)滾筒中心至天輪中心水平距離ls：ls 29.1 式中 c0提升機(jī)滾筒中心至井口水平高度，其數(shù)值的組成是c0=e+h+h0=0.65+0.3-0.2=0.75 m。e為提升機(jī)卷筒中心線高出室內(nèi)地面的高度，m，數(shù)值可以從提升機(jī)技術(shù)規(guī)格表中查到。h為提升機(jī)房室內(nèi)外的標(biāo)高差，m；當(dāng)提升機(jī)房為單層建筑時(shí)，h可取0.20.3m；當(dāng)提升機(jī)為半地下式或兩層建筑時(shí)，h可分別取2.0和3.7m。h0為提升機(jī)房室外地坪與井口的標(biāo)高差，數(shù)值可以結(jié)合地形條件與工業(yè)場(chǎng)地布置的有關(guān)專業(yè)人員商定，這里取h0=-0.

15、2m。將ls取為接近計(jì)算值較大的整數(shù)29，得出實(shí)際弦長(zhǎng)： 29.84.7.2計(jì)算鋼絲繩實(shí)際的外偏角1和內(nèi)偏角2=1.54.7.3求鋼絲繩的下出繩角本礦設(shè)計(jì)中滾筒直徑與天輪直徑不相同下出繩角 = =16.215根據(jù)上述計(jì)算，畫(huà)出提升機(jī)與井口相對(duì)位置圖，如圖43所示。4.8提升電動(dòng)機(jī)的初選計(jì)算4.8.1電動(dòng)機(jī)的估算功率 =102 kw式中所需電動(dòng)機(jī)功率，kw；提升機(jī)選定的標(biāo)準(zhǔn)速度，3.7m/s；k備用系數(shù)，單鉤提升時(shí)取1.11.4，雙鉤提升時(shí)取1.051.1；減速器的傳動(dòng)小路，煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，提升機(jī)與電動(dòng)機(jī)連接裝置傳動(dòng)效率的選擇在無(wú)廠家給定值是，直聯(lián)可取0.98，行星輪減速器可取0.92

16、，平行軸減速器可取0.850.90，本設(shè)計(jì)中選擇的提升機(jī)的減速器屬于平行軸減速器，取=0.85鋼絲繩作用在卷筒上的最大靜張力差4.8.2電動(dòng)機(jī)的估算轉(zhuǎn)數(shù) = =706 r/min式中電動(dòng)機(jī)的估算轉(zhuǎn)數(shù)，r/min;減速器的傳動(dòng)比，查提升機(jī)技術(shù)參數(shù)表可得=20; d提升機(jī)滾筒直徑，m。4.8.3初選電動(dòng)機(jī)按上面計(jì)算出來(lái)的ns與n在電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表中選用合適的電動(dòng)機(jī)，所選提升電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)與上式中計(jì)算出來(lái)的數(shù)值相當(dāng)，但不一定與算出值完全相同，這是因?yàn)橥睫D(zhuǎn)數(shù)相同的交流電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)數(shù)并不完全相同。此外，應(yīng)選用過(guò)負(fù)荷系數(shù)較大者，以滿足對(duì)電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷能力要求。依據(jù)以上要求，最后選jrq-1478型電動(dòng)

17、機(jī)：額定功率pe200kw；額定電壓：6000 v；轉(zhuǎn)數(shù)：735 r/min；過(guò)負(fù)荷系數(shù)l：2.3；飛輪轉(zhuǎn)矩(gd2)p1250 n2；電機(jī)效率：89.5%；同步轉(zhuǎn)速：750 r/min。4.8.4確定提升機(jī)的實(shí)際最大提升速度 = =3.85m/s式中提升機(jī)實(shí)際最大提升速度，m/s; 已選出電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)數(shù)，r/min。煤礦安全規(guī)程規(guī)定：用礦車(chē)升降物料時(shí)，最大允許速度v5/s，而=3.85m/s5m/s，符合要求。4.9提升系統(tǒng)的變位質(zhì)量計(jì)算貨載質(zhì)量n1410004000；串車(chē)自身質(zhì)量znz145922368；鋼絲繩質(zhì)量plpp(llx2d+30+d) 1.56(86029.822+30+32

18、)1483；式中 p提升鋼絲繩每米質(zhì)量，kg/m；l提升鋼絲繩斜長(zhǎng)，m；lx鋼絲繩弦長(zhǎng)，m；d多層纏繞的錯(cuò)繩長(zhǎng)，m；=2圈天輪變位質(zhì)量t222；提升機(jī)變位質(zhì)量j7800；電動(dòng)機(jī)變位質(zhì)量md = = =12500kg式中飛輪轉(zhuǎn)矩，可由所選電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)表中查得；減速器的傳動(dòng)比，查提升機(jī)技術(shù)參數(shù)表可得=20;對(duì)單繩纏繞式提升系統(tǒng)（無(wú)尾繩提升系統(tǒng)），器總變位質(zhì)量為 = 4000+22368+21483+2222+ 7800+12500 =32446kg4.10 斜井提升動(dòng)力學(xué)計(jì)算4.10.1雙鉤串車(chē)提升上井口為平車(chē)場(chǎng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)力計(jì)算重車(chē)在井底車(chē)場(chǎng)，空車(chē)在井口棧橋上運(yùn)動(dòng)階段：設(shè)井底車(chē)場(chǎng)傾角和井口棧橋傾角

19、為=3，井筒傾角=17初加速開(kāi)始時(shí) =22036.5n 初加速運(yùn)行終了時(shí) =22025.1n 低速等速開(kāi)始時(shí) = 22025.1 =12291.3n 重車(chē)沿井筒提升，空車(chē)沿井筒下放階段： 低速等速運(yùn)行終了時(shí) =21791.8n 加速開(kāi)始時(shí) = 21791.8+ =38014.8n 加速運(yùn)行終了時(shí) =28004.9n 等速開(kāi)始時(shí) = 28004.9 =11781.9n等速運(yùn)行終了時(shí) =5695.3n減速開(kāi)始時(shí)= 5695.3=n減速運(yùn)行終了時(shí) =n低速等速開(kāi)始時(shí) = =5225.6n重車(chē)沿上井口棧橋提升，空車(chē)下行進(jìn)入井底車(chē)場(chǎng)段：低速等速運(yùn)行終了時(shí) =15486.8n制動(dòng)開(kāi)始時(shí)= 15486.8=

20、5753.1n制動(dòng)減速運(yùn)行終了時(shí) =n 大小如表(4-1)表4-1 各階段的受力運(yùn)行階段初加速低等速主加速勻速主減速低等速低減速初始終了初始終了初始終了初始終了初始終了初始終了初始終了合力n/2203622025122912179138014280041178156955225154865753 受力圖如圖 4-5 4-5 各階段受力圖 4.11 提升電動(dòng)機(jī)容量的計(jì)算4.11.1提升電動(dòng)機(jī)等效力計(jì)算根據(jù)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱條件計(jì)算的等效力 =14562n式中等效力，n；等效時(shí)間，s，對(duì)于自然通風(fēng)冷卻的電動(dòng)機(jī)，可按式(21)進(jìn)行計(jì)算各個(gè)運(yùn)行階段力的平方與該段時(shí)間乘積的總和，可分為以下兩種情況：當(dāng)該段的始點(diǎn)與終點(diǎn)的力相差不大時(shí)，則按計(jì)算；當(dāng)該階段的始點(diǎn)與終點(diǎn)的力相差較大時(shí)，則應(yīng)按計(jì)算，通常在最大速度的等速階段出現(xiàn)這種情況。計(jì)算得=3.381010 式中 c1考慮