第六章主立井單繩纏繞式提升設(shè)備的選型計(jì)算

1、第六章主立井單繩纏繞式提升設(shè)備的選型計(jì)算一、提升容器的選擇1.確定合理的經(jīng)濟(jì)速度立井提升的合理經(jīng)濟(jì)速度為 V j =0.4H式中 V j 經(jīng)濟(jì)提升速度,m /s ;H 提升高度,m ;H=H s +H x +H zH x -卸載水平與井口高差,簡稱卸載高度,m ,箕斗:H x =18m 一25m ,罐籠H x =0;Hz 裝載水平與井下運(yùn)輸水平高差,簡稱裝載高度,m ,箕斗: H z =18m25m ,罐籠H z =0; H s 井筒深度,m 。2.估算一次提升循環(huán)時(shí)間(按五階段速度圖估算式中 T j -根據(jù)經(jīng)濟(jì)提升速度估算的一次提升循環(huán)時(shí)間,s ;a 提升加速度,m /s 2,在以下范圍內(nèi)選

2、取:罐籠提升時(shí),0.75m /s 2,箕斗提升時(shí),0.8m /s 2;u 容器爬行階段附加時(shí)間,箕斗提升可取10s ,罐籠提升可取5s ;休止時(shí)間。3、計(jì)算一次合理的經(jīng)濟(jì)提升量3600n f jr A ca T m j b t =式中 rn j -一次合理的經(jīng)濟(jì)提升量,t ;A n 礦井年產(chǎn)量,t /a ;C 提升不均衡系數(shù),對于主井提升設(shè)備:有井底煤倉時(shí),1.11.15,無井底煤倉時(shí),1.2;a f 提升能力富裕系數(shù),主井提升設(shè)備對第一水平應(yīng)留有1.2的富裕系數(shù);b r 提升設(shè)備年工作日數(shù),一般取 b r =300d ;t 提升設(shè)備日工作小時(shí)數(shù),一般取t=14h 。根據(jù)計(jì)算出的一次合理的提升

3、量m j 取之相近的標(biāo)準(zhǔn)容器,并列表記錄其技術(shù)規(guī)格。4.確定實(shí)際一次提升循環(huán)時(shí)間T x 及完成年產(chǎn)量An 的最大提升速度V m 。(1 根據(jù)所選出的型號,計(jì)算一次提升循環(huán)所需要的時(shí)間為3600r n f b tmTx cA a =(2 計(jì)算提升機(jī)所需的提升速度j j j v H T u av =+ (32=m v 二、提升鋼絲繩的選擇計(jì)算當(dāng)選定標(biāo)準(zhǔn)容器之后,則可按下邊的公式計(jì)算鋼絲繩每米質(zhì)量0z p Bc a m m m H gm +-m-一次提升貨載質(zhì)量,kgM z 提升容器自身質(zhì)量,kg ;m p 提升鋼絲繩每米質(zhì)量,kg /m ;g 重力加速度,m /s 2;H c 鋼絲繩最大懸垂長度,

4、m ,H s -井筒深度,m ;H z 裝載高度,m ,罐籠提升,Hz =0,箕斗提升,Hz =18m 一25m ;H j 井架高度,井架高度在尚未精確確定時(shí),可按下面數(shù)值選取:罐籠提升,15m 一25m ;箕斗提升,30m 35m 。B -鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度,Pa ,m a -鋼絲繩的安全系數(shù)。計(jì)算出m p 后,從鋼絲繩技術(shù)規(guī)格表中選取與之相近或稍大的鋼絲繩,列表摘錄有關(guān)鋼絲繩的數(shù)據(jù),并按規(guī)定和國標(biāo),寫出所選鋼絲繩的完整標(biāo)記。鋼絲繩選出后,應(yīng)按照實(shí)際所選鋼絲繩的數(shù)據(jù)驗(yàn)算其安全系數(shù)。c pa z Q m Q Q pH +式中 Q p 所選鋼絲繩所有鋼絲破斷力之和,N ,在鋼絲繩規(guī)格表中查取。三、

5、礦井提升機(jī)和天輪的選擇計(jì)算1、 提升機(jī)滾筒直徑的確定煤礦安全規(guī)程規(guī)定,提升機(jī)滾筒直徑的確定與鋼絲繩直徑、鋼絲直徑的關(guān)系如下:對于地面使用的提升機(jī)801200D dD d 式中 D 滾筒直徑,mm ;d 鋼絲繩直徑,mm ;鋼絲繩中最粗的鋼絲直徑,mm ,其值在鋼絲繩規(guī)格表中查取。根據(jù)計(jì)算值選取標(biāo)準(zhǔn)的滾筒直徑。2、提升機(jī)滾筒寬度的驗(yàn)算單滾筒或雙滾筒提升機(jī),每個(gè)滾筒的實(shí)際容繩寬度為:單和多層纏繞時(shí)分別為30(3(30(43(p H B d D H B d k d +=+=+式中 B 提升機(jī)所需的滾筒纏繩寬度,mm ;D-多層纏繞時(shí)平均纏繞直徑,即k-纏繞層數(shù)。3、提升機(jī)的最大靜張力和最大靜張力差的

6、計(jì)算為了保證提升機(jī)有足夠的強(qiáng)度,還必須驗(yàn)算所選提升機(jī)的最大靜張力及最大靜張力差,使其滿足下式,m ax m ax m ax m ax j z j c c F Q Q pH F F Q PH F =+4、確定提升機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)速度根據(jù)公式(76計(jì)算出B 和根據(jù)D 、 F jmax 、F cmax 選出的提升機(jī)型號,在提升機(jī)規(guī)格表中選出提升機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)速度V m ,同時(shí),減速器的傳動比也就隨之確定。5、天輪的選擇天輪也按確定滾筒直徑的公式計(jì)算,同樣選定后要摘錄其有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)。四、礦井提升機(jī)與井筒相對位置的計(jì)算1、井架高度0.75H j H x H r H g Rt =+式中:R t 天輪半徑,m ;H g

7、過卷高度,m ;Hr-容器全高,m ,此值可由容器規(guī)格表中查得將上式的計(jì)算值圓整為稍大的整數(shù)。2、滾筒中心線至井筒中提升鋼絲繩間水平距離min 0.6 3.5Ls Hj D +式中 H j 井架高度,m ;D 提升機(jī)滾筒直徑,m 。計(jì)算結(jié)果一般取較大的圓整值。3、鋼絲繩弦長222(D t L x L s =+- 式中 D 天輪直徑,m ;c o 滾筒中心線至井口水平的高差,m ,此數(shù)值決定于提升機(jī)滾筒直徑、提升機(jī)房的結(jié)構(gòu)和地形等情況,設(shè)計(jì)時(shí)一般取co :1m 2m 。4、鋼絲繩的外偏角和內(nèi)偏角(1 、雙滾筒提升機(jī)單層纏繞時(shí)最大外偏角和內(nèi)偏角13(2arctan s a B d a L x -+

8、=30(3(22arctan s aH B d D L x a -+-+=式中 B 提升機(jī)滾筒寬度,m ;S 提升機(jī)兩天輪間距離,m ,此值決定于容器規(guī)格及容器在井筒中的布置方式,與采用的罐道形式也有關(guān);a 兩滾筒之間的間隙,m ,不同形式的提升機(jī)。值不盡相同,可參閱提升機(jī)規(guī)格表的有關(guān)參數(shù)得出;d 鋼絲繩直徑,m ;鋼絲繩纏繞在滾筒上的繩圈間隙,m ;Lx 鋼絲繩弦長,m 。H 提升高度,m ;D 提升機(jī)滾筒直徑,m 。(2 雙滾筒提升機(jī)多層纏繞時(shí)arctan 21LxB a a s -= arctan 21Lx a as -=5、提升機(jī)滾筒的下出繩角arctan arcsin 2j t s

9、t H c D D L R Lx -+=+-五、提升電動機(jī)的初選計(jì)算1、電動機(jī)的估算功率10001000mm j j km gv kQ v P =式中 P 提升電動機(jī)估算功率,kW ;v m 提升機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)速度,m /s ;k 礦井阻力系數(shù),箕斗提升K=1.15,罐籠提升k=1.2;m 一次提升實(shí)際貨載質(zhì)量,kg ;Q 一次提升實(shí)際貨載重量,N ; 考慮提升系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),有加、減速度及鋼絲繩重力等因素影響的系數(shù),箕斗提升:1.21.4,罐籠提升1.4;j -減速器傳動效率,單級傳動功0.92,雙級傳動0.85。2、電動機(jī)的估算轉(zhuǎn)數(shù)60mv i n D =式中 i 減速器的傳動比;D 提升機(jī)滾筒直徑

10、,m 。3、初選電動機(jī)按上面計(jì)算出來的P 、vm 在電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表中選用合適的電動機(jī),并摘取有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)。4、確定提升機(jī)的實(shí)際最大提升速度60e m D n v i =式中 V m -提升機(jī)實(shí)際最大提升速度,m /s ;n 已選出電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)數(shù),r /min 。由上式計(jì)算出來的v m 之值還應(yīng)符合煤礦安全規(guī)程對最大提升速度的要求。六、提升系統(tǒng)的變位質(zhì)量222z p p t j dm m m m L m m m =+式中:L p 提升鋼絲繩全長,L p =H c +L x +3丌D+30+n 丌D ,m ;H c 鋼絲繩的懸垂長度,m ;L x 鋼絲繩弦長,m ;3D 3圈摩擦圈繩長度,m

11、;30試驗(yàn)繩長度,m ;n D 多層纏繞的錯(cuò)繩用繩長,m ;n =24圈;m p 提升鋼絲繩的每米質(zhì)量,kg /m ;m t 天輪的變位質(zhì)量,ks ;m j 提升機(jī)(包括減速器的變位質(zhì)量,kg 。 22 =D i g GD m d 七、提升設(shè)備的運(yùn)動學(xué)計(jì)算1、提升速度的階段的確定立井底卸式箕斗,為了保證箕斗脫離卸載曲軌時(shí)的速度不大于1.5m/s ,需要有初加速階段,在停車前為了補(bǔ)償減速行程的誤差及限制重箕斗對井架和曲軌的沖擊,保護(hù)裝載設(shè)備,提高停車的準(zhǔn)確性,故需要設(shè)爬行階段,幫采用六階段速度圖。2、提升加速度的確定(1 箕斗提升初加速度a o 的確定如上所述,為了保證提升開始時(shí),空箕斗對卸載曲

12、軌及井架的沖擊不致過大,箕斗離開卸載曲軌時(shí)的速度被限制在v o 1.5m /s 。002o v a h (2 主加速度a 1的確定主加速度a 1是按安全經(jīng)濟(jì)的原則來確定的,主加速度的大小受煤礦安全規(guī)程、減速器強(qiáng)度、電動機(jī)過負(fù)荷能力三個(gè)方面的限制。(1煤礦安全規(guī)程對提升加、減速度的規(guī)定:“立井中用罐籠升降人員時(shí)加速度和減速度,都不得超過0.75m /s 2;對升降物料的加、減速度規(guī)程沒有規(guī)定,一般在豎井,加、減速度最大不超過1.2m /s 2。(2按電動機(jī)的過負(fù)荷能力來確定。110.750.75p p F e km g m gH m aF e km g m gHa m+-式中 Fe 電動機(jī)的額定

13、拖動力,N ;1000e je mP F v =Pe-電動機(jī)額定功率,kW ; j 傳動效率;電動機(jī)過負(fù)荷系數(shù)。(3按減速器允許的輸出傳動轉(zhuǎn)矩來確定。m ax 12(p dM km g m gH Da m m-+-式中 M max 減速器輸出軸最大允許輸出轉(zhuǎn)矩,N m ,可由提升機(jī)規(guī)格表查得; D 滾筒直徑,m 。綜合考慮上述三個(gè)條件,按其中最小者確定主加速度d1的大小。 3、提升減速度的確定提升減速度一般取與加速度相同值。它不僅需要滿足上述煤礦安全規(guī)程的規(guī)定,同時(shí)還與提升設(shè)備所采用的減速方式有關(guān)。目前提升機(jī)的減速方式有以下三種:1.自由滑行減速3p km g m gHa m-=2.電動機(jī)減速

14、方式330.350.35p ep km g m gH m aF km g m gH Fa m -3.制動減速方式330.30.3p p km g m gH m am gkm g m gH m ga m-+4、提升速度圖參數(shù)計(jì)算(1 卸載曲軌中初加速時(shí)間000v t a =(2 主加速階段 加速時(shí)間11m v v t a -=加速階段的行程112m v v h t +=(3 主減速階段 減速階段時(shí)間433m v v t a -=減速階段行程4332m v v h t +=(4 爬行階段 爬行時(shí)間434h t v =爬行速度階段的爬行距離及爬行速度值由表81查出。 (5 抱閘停車階段t 5=1s

15、, (6 等速階段 等速階段的行程h 2=H-h o -h 1-h 3-h 4等速階段的時(shí)間22mh t v =7.一次提升循環(huán)時(shí)間Tx=t 0+t 1+t 2+t 3+t 4+t 5+速度圖計(jì)算完后,需重新驗(yàn)算提升能力富裕系數(shù)a f 。 提升設(shè)備小時(shí)提升能力為3600s xA mT =提升設(shè)備的年實(shí)際提升量為r snb tA Ac =提升能力的富裕系數(shù)為n f n A a A=式中 A n 礦井設(shè)計(jì)年產(chǎn)量,t /年; b r 年工作日數(shù),日/年; r 每日提升小時(shí)數(shù),h /日;c 提升不均衡系數(shù),主井提升,一般有井下煤倉時(shí)取1.101.15;無井下煤倉時(shí)取1.20最后繪制出提升速度圖。 八、

16、提升設(shè)備的動力學(xué)計(jì)算單繩纏繞式無尾繩提升設(shè)備的基本動力方程式為(2pF kmg m g H x ma=+-+(1初加速度階段 提升開始時(shí),x=0,a=a 0,故拖動力F 0為00p F km g m gH m a=+出曲軌,x=h 0,a=a 0,拖動力為F 0為000(2p F km g m g H h m a=+-+ (2主加速階段a=a 1 ,x=h 0開始時(shí),拖動力為F 1101(2p F kmg m g H h ma=+-+,a=a 1,x=h 0+ h 1拖動力為F 11011(22p F kmg m g H h h ma=+-+ (3 等速階段x=h 0+ h 1,a=0 開始時(shí)

17、,拖動力F 2為F 2=F 1-ma 1終了時(shí)F 2=F 2-2 m p g h 2 (4 減速階段 開始時(shí),拖動力F3為F 3= F 2-ma 3終了時(shí) F 3=F 3-2 m p g h 3 (5 爬行階段開始時(shí),拖動力 F 4= F 3+ma 3 終了時(shí) F 4=F 4-2 m p g h 4根據(jù)本節(jié)計(jì)算結(jié)果畫出力圖,數(shù)值標(biāo)人圖中。在設(shè)計(jì)說明書中,速度圖和力圖是繪制在起的。九、提升電動機(jī)容量的計(jì)算 1、提升電動機(jī)等效容量的計(jì)算 d F =式中 比例常數(shù);I 電動機(jī)定子繞組中通過的電流; dq r 電動機(jī)定子繞組產(chǎn)生的熱量。式中 F d 提升電動機(jī)作用在滾筒圓周上的等效力,N ;T d 等

18、效時(shí)間,s ,對于強(qiáng)制通風(fēng)電動機(jī)T d =T x 。 對于自帶風(fēng)扇裝置的電動機(jī),其等效時(shí)間為 T d =a(t o +t 1+t 2+t 3+t 4+t 2+ 式中 a 考慮電動機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的散熱不良系數(shù);考慮停車間歇時(shí)間的散熱不良系數(shù); 休止時(shí)間,s 。22222222222003311222440123422322Txt F F F F F F F F F F F F Fd t t t t t +=+利用上式計(jì)算時(shí),若采用減速方式不同,F 3 、F 3的數(shù)值 也不同,爬行階段也類同。 電動機(jī)的等效容量為 1000d m d jF v P =式中 Vm-提升容器的最大提升速度,m /s ;

19、j -提升機(jī)減速器的效率,一級傳動時(shí)j =0.92;二級傳動時(shí)j =0.85。 2、電動機(jī)容量的驗(yàn)算根據(jù)上式計(jì)算出電動機(jī)的等效容量P d 后,需按如下三個(gè)條件來驗(yàn)算前面初選的電動機(jī)的容量是否合適。(1 按電動機(jī)允許發(fā)熱條件應(yīng)滿足d eP P 式中P d 初選電動機(jī)的額定功率。(2 按正常運(yùn)行時(shí)電動機(jī)過負(fù)荷能力應(yīng)滿足m ax 0.75eF F 式中 F max 力圖中最大拖動力,N ;F e -初選電動機(jī)的額定出力,N ;入初選電動機(jī)的最大過負(fù)荷系數(shù)。(3 在特殊情況下,電動機(jī)過負(fù)荷能力應(yīng)滿足0.9t eF F F t 為特殊過負(fù)荷力,在下列情況下發(fā)生: (i 普通罐籠提升時(shí),空罐籠位于井底支撐裝置上,而把井口重罐