煤礦固定設(shè)備教程3章提升選型(3-6)

1、第一篇 礦山提升設(shè)備第三章 豎井提升設(shè)備的選型計(jì)算 3-1 提升方式確定原則 選型設(shè)計(jì)依據(jù)和內(nèi)容 一、提升方式確定原則 1. 年產(chǎn)量An小于30萬t的小型礦井，可用一套罐籠提升設(shè)備完成全部主副井任務(wù) 。 2. 年產(chǎn)量An大于60萬t的大中型礦井，一般均設(shè)主副井兩套提升設(shè)備。 3. 年產(chǎn)量An大于180萬t的大型礦井，主井需要兩套箕斗提升設(shè)備，副井除設(shè)備一套罐籠提升設(shè)備外，多數(shù)尚需設(shè)置一套單容器平衡錘系統(tǒng)以專門提升矸石。*其它因素：1） 主井一般采用箕斗提升方式，在特殊條件下，可采用罐籠作為主要提升設(shè)備。 2）中型以上礦井，原則上都要采用雙鉤提升。如果礦井同時(shí)開采水平數(shù)過多，也可采用平衡錘單容器

2、提升方式。3）對(duì)于年生產(chǎn)量90萬t以上的大型礦井，或井較深時(shí)可采用多繩摩擦提升系統(tǒng)。4）煤礦若有兩個(gè)分前、后期開采水平，提升機(jī)、井架或井塔等大型固定設(shè)備要按最終水平選擇；提升容器、鋼絲繩和提升電動(dòng)機(jī)根據(jù)實(shí)際情況也可按第一水平選擇。 二、選型設(shè)計(jì)的依據(jù)和主要內(nèi)容（一）選型設(shè)計(jì)的依據(jù)1. 主井提升（1）礦井的年產(chǎn)量A（t/a）;（2）工作制度：即年工作日數(shù) br ,日工作小時(shí)數(shù)t,煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：br =300d,t=14h；（3）礦井開采水平數(shù)及各水平服務(wù)年限；（4）礦井深度Hs，m：井口至各開采水平的深度；（5）卸載高度：卸載水平與井口的高差Hx (m),對(duì)于底卸式箕斗：Hx =1525

3、 m，對(duì)于普通罐籠：Hx =015 m；（6）裝載高度：裝載水平與井下運(yùn)輸水平的高差Hz（m），對(duì)于底卸式箕斗：Hz=1825 m；（7）煤的散集密度（t/ m3）；（8）提升方式：箕斗或罐籠；（9）礦井電壓等級(jí)。 2. 副井提升（1）矸石年產(chǎn)量：如無特別指出時(shí)，可取煤炭產(chǎn)量的1520%，最大班出矸量按日出矸量的50%計(jì)算；（2）最大班下井人員數(shù)目（人/班）；（3）礦井深度Hs（m）；（4）每班下井材料、設(shè)備、炸藥次數(shù)。（次/班）；（5）提升罐籠型式規(guī)格，罐籠質(zhì)量（kg），礦車質(zhì)量（kg）；（6）矸石散集密度（t/ m3）。（二）設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 1. 計(jì)算選擇提升容器； 2. 計(jì)算選擇提升鋼絲

4、繩； 3. 計(jì)算選擇提升機(jī)； 4. 提升電動(dòng)機(jī)的預(yù)選； 5. 提升機(jī)與井筒相對(duì)位置的計(jì)算； 6. 運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)計(jì)算； 7. 電動(dòng)機(jī)功率的驗(yàn)算； 8. 計(jì)算噸煤電耗（對(duì)于主井提升）或制定最大班作業(yè)時(shí)間平衡表（對(duì)于副井）。3-2 提升容器的選擇計(jì)算方法：經(jīng)濟(jì)速度法一、經(jīng)濟(jì)提升速度： Vj=(0.30.5) m/s H提升高度，H=Hs+ Hx+ Hz 二、估算一次合理提升時(shí)間： Tj=三、計(jì)算一次經(jīng)濟(jì)提升量 Qj： 按計(jì)算出的Qj，在箕斗的規(guī)格表中選取相近的名義貨載質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)箕斗。 四、計(jì)算一次實(shí)際提升量 Q：3-3 提升鋼絲繩的選擇計(jì)算 鋼絲繩受力： 靜應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、接觸應(yīng)

5、力、擠壓應(yīng)力及捻制應(yīng)力等，另外，鋼絲繩的磨損及銹蝕也將導(dǎo)致鋼絲繩的損壞。鋼絲繩的強(qiáng)度計(jì)算方法：煤炭安全規(guī)程的規(guī)定：鋼絲繩按最大靜載荷并考慮一定的安全系數(shù)的方法進(jìn)行計(jì)算。 一、按最大靜載荷計(jì)算 Qmax=(Q+Qz+pHc)g N 計(jì)算出p值后，從鋼絲繩規(guī)格表中選取與計(jì)算相近的較大標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩。二、鋼絲繩的安全系數(shù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定單繩纏繞式提升設(shè)備采用的鋼絲繩安全系數(shù)ma：1. 專為升降人員用的鋼絲繩不得小于9；2. 升降人員和物料用的鋼絲繩：升降人員時(shí)不得小于9；提升物料時(shí)不得小于7.5；混合提升時(shí)不得小于9；3. 專為升降物料用的鋼絲繩不得小于6.5。3-4 提升機(jī)的選擇計(jì)算一、卷筒直徑計(jì)算原

6、則：使鋼絲繩繞經(jīng)卷筒時(shí)所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力不要過大，以便 保持鋼絲繩的一定承載能力和使用壽命。 繞經(jīng)卷筒的鋼絲繩彎曲應(yīng)力的大小，取決于卷筒和鋼絲繩直徑之比。煤礦安全規(guī)程規(guī)定：對(duì)于安裝于地面的提升機(jī)： D80d D1200 對(duì)于井下提升機(jī)： D60d D900 二、卷筒寬度 卷筒寬度應(yīng)根據(jù)所需容納的鋼絲繩長度確定。在卷筒表面應(yīng)容納以下幾部分鋼絲繩：（1）提升高度H, m ；（2）鋼絲繩試驗(yàn)長度，規(guī)定每半年剁繩頭一次進(jìn)行試驗(yàn)，一次剁掉5m，如果鋼絲繩的壽命以三年計(jì)，則試驗(yàn)長度為30m；（3）卷筒表面應(yīng)保留三圈摩擦圈，以便減輕鋼絲繩在卷筒固定處的張力；（4）當(dāng)鋼絲繩在卷筒上作多層纏繞時(shí)，為了避免上下層鋼

7、絲繩總是在一個(gè)地方過渡，每季要將鋼絲繩錯(cuò)動(dòng)約1/4圈，根據(jù)鋼絲繩的使用年限，取錯(cuò)繩圈=24圈。對(duì)于單層纏繞，每個(gè)卷筒的寬度為： mm對(duì)于多層纏繞，每個(gè)卷筒的寬度為： mm三、驗(yàn)算最大靜張力及最大靜張力差為了保證提升機(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Fj（它影響卷筒的強(qiáng)度和主軸的強(qiáng)度）及最大靜張力差Fc（它影響主軸的強(qiáng)度），使其滿足:3-5 提升電動(dòng)機(jī)的預(yù)選為了對(duì)提升設(shè)備進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算，應(yīng)預(yù)選提升電動(dòng)機(jī)。 提升電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足功率、電壓及轉(zhuǎn)速三個(gè)方面的要求。一、提升電動(dòng)機(jī)的功率 動(dòng)力系數(shù)，即考慮動(dòng)負(fù)荷影響的系數(shù)，一般=1.21.4，箕斗提升取小值；罐籠提升取大值；二、提升電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

8、三、提升機(jī)實(shí)際提升速度 3-6 提升機(jī)與井筒的相對(duì)位置的確定 一、井架高度 Hj 二、鋼絲繩的外偏角1和內(nèi)偏角2 鋼絲繩的弦長與天輪平面的夾角有兩個(gè)，1稱外偏角，2稱內(nèi)偏角，根據(jù)規(guī)程規(guī)定，內(nèi)、外偏角不得超過130，否則繩與天輪輪緣的磨損過甚，易發(fā)生鋼絲繩跳出天輪的事故。三、鋼絲繩弦長Lx 鋼絲繩的弦長不能過長，過長則鋼絲繩振動(dòng)增大，因此，鋼絲繩有跳出天輪輪緣的危險(xiǎn)，一般不超過60m。四、卷筒中心線至井筒提升中心線的水平距離Ls五、提升機(jī)卷筒的下出繩角 下出繩角過小，鋼絲繩有可能與提升機(jī)基礎(chǔ)想接觸，會(huì)增大鋼絲繩的磨損。對(duì)于JK型提升機(jī)下出繩角不應(yīng)小于15。3-7 提升容器的運(yùn)動(dòng)學(xué) 一、箕斗的運(yùn)動(dòng)

9、分析1. 加、減速度的確定規(guī)程規(guī)定：豎井升降人員時(shí)：豎井提升物料箕斗提升加速度：2. 減速方式 1）自由滑行方式減速 2）制動(dòng)方式： （1）電氣制動(dòng)： 直流拖動(dòng)：發(fā)電制動(dòng)； 交流拖動(dòng)：低頻發(fā)電機(jī)或動(dòng)力制動(dòng)等 （2）機(jī)械閘制動(dòng) 3）電動(dòng)機(jī)減速方式 二、普通罐籠的運(yùn)動(dòng)分析在普通罐籠提升運(yùn)動(dòng)中，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1）規(guī)程規(guī)定，立井中用罐籠升降人員的加速度和減速度，都不能超過0.75m/s2；（2）爬行階段的速度和距離的大小，主要以能便于操縱和準(zhǔn)確停車為原則。3-8 提升系統(tǒng)的動(dòng)力方程式 提升機(jī)在主軸上的拖動(dòng)力矩M與提升系統(tǒng)的靜阻力矩及慣性力矩處于平衡狀態(tài)。即MMjMd=0 在等直徑提升系統(tǒng)中可以用力

10、的關(guān)系表示。即FFjFd=0 一、提升系統(tǒng)的靜阻力 提升系統(tǒng)的靜阻力：（1）有益載荷（2）容器自重（3）鋼絲繩重量（4）礦井阻力 1. 上升側(cè)： 2. 下放側(cè)： 3. 提升系統(tǒng)的靜阻力Fj： 式中：Ws+Wx=Qg，箕斗=0.15；罐籠 = 0.2 4. 提升系統(tǒng)的靜力不平衡現(xiàn)象 在以提升行程為橫坐標(biāo)的圖上，靜阻力是一條下斜的直線。 當(dāng)井很深繩很重時(shí)，斜線的傾角就比較大。甚至在提升終了前就出現(xiàn)負(fù)靜阻力。 存在的問題： （1）加速階段：提升電動(dòng)機(jī)必須產(chǎn)生很大的拖動(dòng)力，才能使提升系統(tǒng)獲得必要的加速度。為此，有時(shí)需要額外地加大電動(dòng)機(jī)的功率。 （2）減速階段：必須用足夠大的制動(dòng)力施閘。這不僅要用閘吸收

11、系統(tǒng)的動(dòng)能以達(dá)到減速的目的，而且還要用閘克服下放繩的重力。 靜力平衡措施 ：掛尾繩 在兩個(gè)提升容器下面用一根q(kg/m)的鋼絲繩聯(lián)起來，繩環(huán)直垂到井底。 掛尾繩弊端：增加尾繩費(fèi)用；要為尾繩環(huán)延深井筒；增加維修工作量；增加掛繩和換繩的工作量。二、變位質(zhì)量1. 變位質(zhì)量：提升系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量都變位到提升機(jī)卷筒表面纏繩的圓周上后的質(zhì)量之和。2. 變位質(zhì)量計(jì)算的原則：必須保持該部件變位前后的動(dòng)能相等。帶尾繩靜阻力為3. 變位質(zhì)量計(jì)算方法： 1）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部分： （1）提升機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件：變位質(zhì)量在規(guī)格表中查出 。 （2）天輪：變位質(zhì)量在規(guī)格表中查出。 （ 3）電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子： 按變位前后動(dòng)能相等的原

12、則有： 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子變位到提升機(jī)軸上后的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子變位到卷筒纏繩圓周上的質(zhì)量為： 電動(dòng)機(jī)的規(guī)格表中查不到Jd值，卻能查到轉(zhuǎn)子飛輪力矩（GD2）值，它是工程上常用的表示物體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性的數(shù)值。它與Jd的換算關(guān)系是：所以2）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部分：（1）提升鋼絲繩：2根 （2）容器：2Qz （3）有益載荷：Q（4）尾繩：1根3）總變位質(zhì)量：三、拖動(dòng)力力圖繪制繪制依據(jù)： （1）提升系統(tǒng)速度圖（2）提升系統(tǒng)動(dòng)力基本方程以單繩纏繞式無尾繩箕斗雙容器提升設(shè)備為例3-9 電動(dòng)機(jī)功率的驗(yàn)算一、按電動(dòng)機(jī)溫升條件驗(yàn)算 1. 電動(dòng)機(jī)的額定功率： 指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下以額定速度連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，其繞組的溫升不超過允許值時(shí)的

13、功率。 2. 等效力Fd： 如果電動(dòng)機(jī)在變化負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)的溫升與其在某一固定負(fù)載下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫升相等，就可以用這個(gè)固定稱為等效力。 3. 影響溫升的條件 ： （1）產(chǎn)生的熱量 ；（2）散熱條件 等效時(shí)間： 電動(dòng)機(jī)的等效功率:按電動(dòng)機(jī)的溫升條件驗(yàn)算: 二、按過負(fù)荷條件驗(yàn)算提升電動(dòng)機(jī)是在重載下頻繁起動(dòng)，所以其過負(fù)荷能力越高越好。保證提升電動(dòng)機(jī)的正常穩(wěn)定的起動(dòng)，其過負(fù)荷條件為：預(yù)選電動(dòng)機(jī)作用于卷筒上的額定力: 三、按特殊力驗(yàn)算 1）采用罐座的罐籠提升設(shè)備，當(dāng)空罐為于井底罐座上，而把重罐從井口稍稍提起時(shí)： 2）在更換水平或調(diào)節(jié)繩長打開離合器作單鉤提升時(shí)： 多繩摩擦提升 一、多繩摩擦提升發(fā)展及設(shè)備類型 單繩

14、摩擦提升多繩摩擦提升 1877年，世界上第一臺(tái)摩擦提升機(jī)只有一根鋼絲繩搭放在主導(dǎo)輪上。單繩摩擦提升雖然解決了滾筒寬度的問題，但是對(duì)于深井提升來說，主導(dǎo)輪直徑還是很大的，因?yàn)槿拷K端載荷由一根鋼絲繩承擔(dān)，鋼絲繩直徑仍很大。 多繩摩擦提升：利用數(shù)根較細(xì)的鋼絲繩(一般是4或6根)來代替一根較粗鋼絲繩工作的。 根據(jù)布置方式分：井塔式、落地式 井塔式：整套提升機(jī)安置在井塔的頂層。 優(yōu)點(diǎn)：不受礦井地形的限制，布置緊湊，節(jié)省工業(yè)廣場用地，天輪、鋼絲繩不暴露在雨雪中，改善了鋼絲繩的工作條件。 缺點(diǎn)：建造井塔費(fèi)用較高，初期投資較大。落地式：提升機(jī)安裝在地面上。 優(yōu)點(diǎn)：（1）井架建造費(fèi)用較小，減少了礦井的初期投資

15、；（2）可提高抵抗地震災(zāi)害的能力。 缺點(diǎn)： 天輪、鋼絲繩暴露在雨雪中，鋼絲繩的工作條件差。 井塔式：無導(dǎo)向輪、有導(dǎo)向輪兩種。 有導(dǎo)向輪： 優(yōu)點(diǎn)：兩提升容器的中心距不受摩擦輪直徑的限制，可減小井筒斷面；可加大鋼絲繩在主導(dǎo)輪上的圍包角。 缺點(diǎn)：鋼絲繩產(chǎn)生反向彎曲，影響使用壽命。 因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能優(yōu)先考慮無導(dǎo)向輪系統(tǒng)。二、多繩摩擦式提升的特點(diǎn)1優(yōu)點(diǎn)(1)多繩摩擦式提升利用多根鋼絲繩同時(shí)承受載荷，安全性較高；(2)由于鋼絲繩直徑較細(xì)，其主導(dǎo)輪直徑較小；(3)由于主導(dǎo)輪直徑較小，使提升機(jī)尺寸減小，質(zhì)量減輕，易于搬運(yùn)和布置；(4)鋼絲繩捻向按左右各半配置，消除了提升容器在提升過程中的轉(zhuǎn)動(dòng)，減少了容器的罐耳對(duì)罐道的摩擦阻力，延長了罐耳和罐道的使用壽命。 2缺點(diǎn)(1)對(duì)鋼絲繩的懸掛、調(diào)整和檢查比較困難；如調(diào)整不好，會(huì)產(chǎn)生張力不平衡現(xiàn)象。(2)使用中的鋼絲繩不能做定期試驗(yàn)；(3)雙鉤提升時(shí)，不能用于多水平提升。 斜 井 提