矿井罐笼选型设计

河北工程大学成教学院毕业 目 录 - 0 -摘 要 - 0 -Abstract - 3 -第一章 概 述 - 4 -第二章 矿井提升设备设备的组成 - 4 -2.1提升容器 - 4 -2.1.1普通罐笼 - 6 -2.1.2立井普通罐笼型号意义 - 6 -2.1.3罐笼承接装置及防坠器 - 7 -2.2提升钢丝绳 - 7 -2.2.1钢丝绳的结构及分类 - 7 -2.2.2绳芯的分类及各类说明 - 8 -2.2.3钢丝绳的分类、特点及应用 - 8 -2.2.4钢丝绳结构选择 - 8 -2.2.5钢丝绳的标记方法 - 9 -2.3矿井提升机 - 9 -2.3.1单绳缠绕式提升机 - 10 -2.3.2 多绳缠绕式提升机 - 10 -2.3.3提升动系统 - 10 -2.4井架与天轮 - 10 -2.4.1井架的类型 - 10 -2.5矿井提升机的拖动控制系统 - 11 -2.5.1交流绕线型异步电动机拖动 - 11 -第三章 设备的选型计算 - 11 -3.1选型设计依据及提升方式的确定 - 11 -3.1.1设计依据 - 12 -3.1.2提升方式的确定 - 13 -3.2提升容器的选择设计 - 13 -3.2.1 选择原则 - 13 -3.2.2提升高度 - 13 -3.2.3经济提升速度 - 13 -3.2.4一次循环提升时间 - 14 -3.2.5副井提升能力计算 - 15 -3.2.6小时提升量及次数 - 15 -3.2.8一次合理提升量 - 15 -3.2.9提升机所需的提升速度计算 - 16 -3.3提升钢丝绳的选择计算 - 16 -3.3.1选择原则 - 16 -3.3.2选择计算 - 18 -3.4提升机的选型计算 - 18 -3.4.1提升机滚筒直径 - 19 -3.4.2选择提升机 - 19 -3.4.3提升机强度验算 - 19 -3.5天轮的选择 - 20 -3.6预选电动机 - 20 -3.7提升机与井筒的相对位置 - 21 -3.7.1井架高度 - 21 -3.7.2提升机滚筒中心至井筒中钢丝绳间水平距离 - 21 -3.7.3钢丝绳弦长 - 22 -3.7.4钢丝绳偏角 - 22 -3.7.5提升机滚筒的下出绳角 - 23 -3.8提升系统运动学、动力学参数计算 - 23 -3.8.1提升系统的总变位质量 - 23 -3.8.2运动学计算 - 25 -3.8.3动力学计算 - 27 -3.9提升电动机功率校核、能耗计算 - 27 -3.9.1电动机的容量 - 27 -3.9.2电动机容量验算 - 28 -3.9.3一次提升电耗 - 28 -第四章 结 论 - 30 -参考文献 - 31 -致 谢 致谢 - 31 - 摘 要 本设计主要对东庞煤矿北井区副井所使用的提升机械设备进行的一次合理选型设计。 矿井设备的主要任务是沿井筒提升煤、矿石、矸石、下放材料，升降人员和设备。本设计通过罐笼、钢丝绳、提升机、天轮、井架、装卸载设备及电动机等来叙述提升机设备选型。 在矿井提升中，应根据不同的用途，选用适合的矿井提升设备，扬长避短，充分发挥他们的效能，必须对其结构、性能及选择计算方法予以了解。 为此，必须掌握矿井提升设备的结构、工作原理、性能特点、选择设计、运转理论等方面的知识，以做到选型合理，正确使用与维护，使之安全、可靠、经济的运转。 关键词: 罐笼；提升机；钢丝绳 Abstract This design is mainly used in the production of DongPang coal mine machinery equipment selection for a reasonable choice. Mine Hoist equipment is raised along the shaft coal，ores，coal，decentralization material，personel and equipment movements. The selection of the design of vessel， the rope，elevator，and space lauches，Derrick，motors，etc. to describe the Hoist Equipment Selection. In the mine upgrade，according to the different uses， to choose an appropriate mine hoisting equipment ,exceed and give full play to their effectiveness that its structure, performance and choice of method to be uaderstanding. Therefore, we must master the ,mine hoisting equipment structure, working principles, charateristics, select the design, operation theory of knowledge, Selection reasonable to do, the proper use and maintenance to 第一章 概 述 矿井提升设备是一种大型提升机械设备，是由原始的提水工具逐步发展演变而来。现代的矿井提升设备提升量大，速度快，安全性高，已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械。它作为采矿业的大型机电设备，是煤矿大型设备“四大件”之一，担负提升煤炭和矿石，升降人员、物料及设备，器械的机械设备的重要任务。素有“矿井咽喉”之称，是联系井下与地面的主要运输设备。提升设备在运行的过程中要求具有安全性、可靠性、和经济性。它的工作状态关系到整个矿井的安全生产。由电机带动机械设备，以带动钢丝绳从而带动容器在井筒中升降，完成输送物料和人员的任务。 我国目前矿山使用的提升机主要是有KJ系列、JK系列和JKM系列。KJ系列是仿苏20世纪50年代的老产品。20世纪70年代初期，我国自行设计与制造了XKT型，与仿苏产品相比较，具有提升能力大、重量轻、结构先进、通用化和系列化程度高等优点，但也存在不一些不足之处。1976年经过技术改造按国家产品型号标准定为JK系列。JK系列提升机为单绳缠绕提升机，滚筒直径为2~5m，属大型矿井提升机。新系列提升机采用一些新结构，与老型比较，提升能力平均提高25%，而且机器重量也有所减少，现在已经作为国家定型产品成批生产。 其他提升设备，比如说矿用提升绳，提升容器在近几年也有很大发展。使用寿命并且结构稳定的线接触、面接触、多层股钢丝绳已经在一些钢丝绳厂成批生产。而且适合我国矿山生产特点的单绳及多绳提升容器系列也正在制定，今后将不断向自重轻、结构合理以及大型化发展。 根据提升设备特点可将其分类为： 1、按用途分：主井提升设备（如提升煤炭或矿物）和副井提升设备（如提升矸石，升降人员、设备，下放材料等）。 2、按提升工作原理可分为:缠绕式提升设备和摩擦式缠绕设备。 3、按提升容器可分为：罐笼提升设备、箕斗提升设备、串车提升设备等。 4、 按拖动类型可分为：交流拖动设备和直流拖动设备。 提升设备主要组成部分是：提升容器、提升钢丝绳、提升机、矿井井架、天轮及装卸载附属设备等。 本设计分三章进行论述，第一章概述，主要论述选题背景意义、发展概况以及课程主要内容；第二章是矿井提升机介绍，主要介绍提升机机构组成及工作原理；以及粗略介绍了矿井拖动装备的种类及性能所涉及方面的简易概述。第三章主要根据第二章所介绍的设备进行详细的选型计算。其中包括提升容器的选择与确定、钢丝绳方面的选择与计算、提升机的选择计算、提升系统的确定、钢丝绳与提升机的校验以及电动机、电耗方面的计算。下面分章节论述。 第二章 矿井提升设备设备的组成 2.1提升容器 提升容器是直接装运煤炭、矸石、人员、材料及设备的工具。 按用途和结构可分为：箕斗、罐笼、矿车、吊桶等。 箕斗：由悬挂装置、斗箱、卸载闸门三部分组成。分为立井箕斗和斜井箕斗，专用于主提。我国煤矿竖井，主井普遍采用底卸式； 罐笼：既可用于主提，也可用于副提。主要用于副井提升；罐笼按结构分为普通罐笼和翻转式罐笼两种基本形式。 矿车：斜井提升； 吊桶：立井井筒开凿时的提升 2.1.1普通罐笼 主体部分包括骨架、罐盖、罐底、侧板和轨道等；以及罐耳，连接装置，阻车器，防坠器。 罐笼是一种多用途提升容器，设计时要考虑满足不同要求。如，满足在规定时间内的升降人员的要求；矿车在罐笼内要稳定；能装在井下使用的大型设备；升降人员的罐笼要设防坠器等。主要有立井单绳罐笼和立井多绳罐笼。 提升钢丝绳绕过双面夹紧楔形绳环与罐笼的主拉杆连接。罐笼是由横梁、垂直立柱通过铆接和焊接结合成的金属框架结构，周围用不同的厚度的钢板包围，罐笼的四角为切角型式，这样既有利于井筒布置又制作方便。罐笼顶部有半圆弧形淋水棚和可以打开的罐盖，一共运送长材料用，罐两端设有帘式罐门，为了将矿车推进罐笼，罐笼底部敷设轨道，为了防止提升过程中发生跑车事故装有阻车器。 罐笼按其所装车的名义装载量确定罐笼的吨位，分为1t、1.5t、3t几种，分单层和双层。1t和1.5t双层普通罐笼用于主井提升时，每层可装1辆矿车；当用于副井提升时，上层罐笼可不装阻车器。3t的只考虑作副井提升容器。 按提升钢丝绳的数量可分为单绳罐笼和多绳罐笼。单绳罐笼一般用于不超过400米的矿井，多绳罐笼一般用超过350米的矿井。不同规格的罐笼在井筒中布置与井筒直径有关。 在罐笼上设有罐耳并使其紧靠在罐道上保证罐笼平稳的沿着罐道运行。管道可分为刚性及柔性两种，刚性罐道有钢轨罐道、木罐道及组合罐道三种；柔性罐道即钢丝绳罐道。 图2—1单绳1t单层普通罐笼 2.1.2立井普通罐笼型号意义 （1）单绳罐笼 如：GLS-1×1/1、GLGY-1×2/2 表2—1 （2）多绳罐笼 表2—2 其他意义符号同上。 2.1.3罐笼承接装置及防坠器 在井口、中间水平及井底车场，为了便于矿车进出罐笼，必须使用罐笼承接装置。罐笼承接装置分为罐座、摇台和支罐机三种形式。 （1）罐座，由于其操作复杂及易出现事故。《规程》规定：升降人员严禁使用罐座。 （2）摇台，由能绕轴转动的两个钢臂组成，安装在通向罐笼进出口处。应用范围较广，井底、井口及中间水平都可使用特别是多绳摩擦提升系统必须使用摇台。目前我国多采用摇台。不足之处调节受钢臂长度的限制，对准确性要求较高。 （3）支罐机，近年出现的新型承接装置。可调节距离可达1000mm，能准确地使罐笼内轨道与车场固定轨道对接，方便矿车和人员进出；提升钢丝绳不承受进出矿车时产生的附加在和，延长钢丝绳的使用寿命；。这些优点在大矿更为明显。缺点罐笼有活动底盘，需增设供制罐机使用的液压动力装置。 为了保证人员和生产安全，升降人员的罐笼必须在罐笼上部装设可靠的防坠器（又称断绳保险器）。钢丝绳或连接装置万一断裂，防坠器可使罐笼支撑在井筒内的罐道或防坠绳上，而不致坠入井底造成重大事故。 防坠器的型式与罐道有关，有木罐道防坠器、钢轨罐道防坠器及制动绳防坠器3种。目前我国广泛采用的是制动绳防坠器。 2.2提升钢丝绳 提升钢丝绳是提升系统的重要组成部分之一。它直接关系到矿井的正常生产和人员的生命安全，对正确选择、合理使用维护钢丝绳，意义十分重大。 2.2.1钢丝绳的结构及分类 矿井提升钢丝绳一般都是丝-股-绳结构 如图2-1： 制造提升钢丝绳的钢丝是由优质炭素结构圆钢冷拔而成，一般直径为0.4～4㎜。直径小于0.4mm的钢丝易磨损和腐蚀，直径超过4mm的钢丝在生产中难以保证理想的抗拉强度的疲劳性能。立井提升抗拉强度多采用1550MPa和1700MPa两种。 为了增加钢丝绳的抗腐蚀能力，钢丝绳表面可以镀锌。钢丝韧性分为特号、Ⅰ号和Ⅱ号三种。提升人员的钢丝绳只允许用特号钢丝来制造。 光面和镀锌（常用于摩擦提升）两种。钢丝的表面状态标记代号为：光面钢丝，NAT；A级镀锌钢丝，ZAA；AB级镀锌钢丝，ZAB；B级镀锌钢丝，ZBB。 2.2.2绳芯的分类及各类说明 一、绳芯分类: 金属绳芯,纤维（麻芯）绳芯 二、绳芯作用： （1）减少股间钢丝接触应力，减少钢丝挤压和变形； （2）缓和弯曲应力，使钢丝富有弹性； （3）储存润滑油，防止绳内钢丝锈蚀。 三、 金属绳芯的特点：与相同断面的纤维绳芯相比，金属断面大，抗破断能力大，具有耐横向压力大，不易变形等优点。但其柔软性差，不耐腐蚀。 四、 绳芯的标记代号：纤维芯（天然或合成的），FC；天然纤维芯，NF；合成纤维芯，SF；金属丝绳芯，IWR；金属丝股芯，IWS。 2.2.3钢丝绳的分类、特点及应用 提升钢丝绳的类型有以下几种： （1）点接触、线接触及面接触钢丝绳； (2) 左捻、右捻、同向捻及交互捻钢丝绳； （3）圆形股和异形股钢丝绳； （4）不旋转钢丝绳 （5）密封钢丝绳 （6）扁钢丝绳 （7）不松散钢丝绳 2.2.4钢丝绳结构选择 一、 对于单绳缠绕式提升，一般宜选用光面右同向捻、断面形状为圆形股或三角股、接触形式为点或线接触的钢丝绳；对于矿井淋水大，水的酸碱度高，以及在出风井中，由于腐蚀严重，应选用镀锌钢丝绳。 二、 在磨损严重的条件下使用的钢丝绳，如斜井提升等，应选用外层钢丝绳直径比内径粗的钢丝绳，如6×7,6×（19）或三角股等。 三、 对于多绳摩擦提升，一般应选用镀锌、同向捻(左右捻各半)的钢丝绳，断面形状最好是三角股。 四、 罐道绳最好用半密封钢丝绳或三角股绳，表面光滑，比较耐磨。 五、实践认为，煤矿提升绳用同向捻钢丝绳为好。 2.2.5钢丝绳的标记方法 我国产圆形股钢丝绳按国家标准GB1102，异形股钢丝绳是按原冶金工业部标准YB829选用。其标记方法如下： 表2—1 2.3矿井提升机 矿井提升机主要由缠绕机构（摩擦式提升机则为主导轮）、减速器、联轴器离合器、制动闸、深度指示器、液压站以及操纵台等部分组成，采用交流或直流电机驱动。 按提升钢丝绳的工作原理分为缠绕式矿井提升机和摩擦式矿井提升机。缠绕式提升机主要部分有主轴、卷筒、主轴承、调绳离合器、减速器、深度指示器和制动器。缠绕式提升机目前使用最广泛，根据其滚筒上的缠绕多少又分为单绳缠绕式提升机和多绳缠绕式提升机。 2.3.1单绳缠绕式提升机 单绳缠绕式根据滚筒的个数和结构有单滚筒和双滚筒之分。钢丝绳在滚筒上的缠绕方式与一般绞车类似。单筒大多只有一根钢丝绳，连接一个容器。双筒的每个滚筒各配一根钢丝绳，连接两个容器，运转时一个容器上升，另一个容器下降。它工作可靠，结构简单，但仅适用于浅井及中等深度的矿井，且终端载荷不能太大。缠绕式矿井提升机大多用于年产量在120万吨以下、井深小于400米的矿井中。 单绳缠绕式提升机是较早出现的一种提升机，其工作原理是，将利用钢丝绳的一端以相反的方向分别缠绕并固定在提升机的滚筒上；另一端绕过井架的天轮分别与提升容器连接。这样，通过电动机改变滚筒的转动方向，可将提升钢丝绳分别在两个滚筒上缠绕和松放，以达到提升或下放容器，完成提升任务的目的。 双滚筒提升机的两个滚筒与轴的连接方式上有所不同：其中一个滚筒通过热装与主轴连接，成为固定滚筒（又称死滚筒）；另一个滚筒华装在主轴上，通过离合器与主轴连接，故称之为游动滚轴（又为活滚筒）。采用这种结构的目的是考虑到在矿井生产过程中提升钢丝绳在终端载荷的作用下产生弹性伸长，或再多水平提升中提升水平的转换，需要两个滚筒之间能够相对转动，以调节绳长，使得两个容器分别对准井口和井底水平。双滚筒提升机在我国矿山应用的最多。 双滚筒提升机型号标记方法如下 表2—2： 2.3.2 多绳缠绕式提升机 多绳缠绕式提升机 提升机在超深井运行中，尾绳悬垂长度变化大，提升钢丝绳承受很大交变应力，影响钢丝绳寿命；尾绳在井筒中还易扭转，妨碍工作。20世纪 50年代末，英国人布雷尔（Blair）设计了一台直径3.2m双绳多层缠绕式提升机(又称布雷尔式提升机)，提升高度1580～2349m，一次提升量10～20t。 2.3.3提升机制动系统 制动系统是提升机的重要组成部分，它由制动器（执行机构，也称闸）和传动机构组成。制动器是直接作用于制动轮或制动盘上产生制动力矩的部分，按结构分为盘式闸和块式闸等；传动机构是控制及调节制动力矩的部分，按传动能源部分为油压、压力或弹簧等。 2.4井架与天轮 2.4.1井架的类型 （1）金属井架：使用较广泛，服务年限长弹性大能适应提升过程中发生的振动；但成本较高。 （2）混凝土井架：节省钢材、 耐火性好；但自重大，施工期长。多绳摩擦式提升多采用钢筋混凝土井架。 （3）装配式井架：主要用于立井开凿施工，便于运输拆装。 2.5矿井提升机的拖动控制系统 提升机的拖动和控制需满足以下要求：1.调速性能好2.特性曲线要硬3.工作方式转换容易4.有较高的过负荷能力5.易于实现自动化6.投资和运转费用要低。能符合这些要求的拖动设备，主要是电力拖动装置。一种是交流拖动装置，另一种是直流拖动装置。直流拖动装置相对于交流拖动装置的优点是：调速时没有附加电能损失，低俗调速性能好，且易于实现自动化。在直流拖动装置中调速时，需要改变他激直流电动机的电枢电压，且需要增设变用经验比较成熟流设备。交流拖动装置的优点：系统较简单、设备价格较低等。而我国现在的技术水平已有所提高，直流电动机更符合现在的生产水平，也是未来发展的趋向。 2.5.1交流绕线型异步电动机拖动 它是矿井提升机电力拖动发展的第一阶段,大体在20 世纪50 年代至60 年代初,采用的是“异步电机+ 转子串电阻加速+ 高压接触器换向+ 动力制动(或低频拖动减速) + 继电器控制”方式。由于鼠笼型异步电动机很难满足提升机起动和调速性能的要求,因此,在这一阶段,矿井提升机多采用绕线型异步电动机进行拖动。绕线型异步电动机转子回路串电阻后能限制起动电流和提高起动转矩,并能在一定范围内调速。具有结构简单,坚固耐用,建筑面积小,维护方便,价格低廉,安装调试方便等优点。缺点是启动阶段电能损耗较大,当用于要求频繁启动或不同运行速度的多水平提升机时,问题就更为突出,但用于单水平深井提升时,提升效率与用发电机组供电的直流拖动系统相当。此外,由于靠切除转子回路电阻进行调速,所以系统的调速性能不好,调速范围小且为有级调速。如果选用了动力制动、低频制动、可调机械闸、负荷测量、计量装载等辅助装置后,运行性能将会大有改进。目前,在我国中小型矿山或中等深度以下的矿井中,还有一定的市场。受交流开关容量的限制,单台交流拖动的电动机容量一般不大于1 000 kW,当功率超过1 000 kW而又选用这种拖动方式时,可利用2 台绕线型异步电动机组成双机拖动系统。 2.5.2 发电机-电动机直流拖动     发电机- 电动机直流拖动与绕线型异步电动机交流拖动同属第一发展阶段。一般采用“发电机- 电动机机组+ 继电器控制”的方式。由于绕线型异步电动机的调速性能不够理想,所以在20世纪50 年代和60 年代初,人们便开始采用这种拖动方式。直流电动机的机械特性为直线,较之交流电动机而言,调速性能更好,工作更加可靠。系统的主提升电动机为他励式直流电动机,由同步电动机驱动的直流发电机对其直接供电,通过改变直流发电机的励磁大小来改变直流电动机电枢两端的电压,从而改变电动机的转速,达到了提升机的调速目的。 第三章 设备的选型计算 3.1选型设计依据及提升方式的确定 3.1.1设计依据 1该矿井年产量 80万t 2 矸石年产量 12万t/m³ 3水平井深 Hs=205m 4 最大班下井人数（人/班） 70 5矿井工作制：年工作日 br=350d 6每日提升工作小时数 t=18h 7矿车规格自重 1.2t 装矸重量 1.8t 8矸石的松散密度 1.5 t/m³ 9每班下井材料、设备及炸药等情况 3次/班 选型计算内容： （1）提升容器， （2）提升钢丝绳， （3）矿井提升机 （4）提升电动机的选型计算 （5）矿井提升运动学，动力学计算 （6）提升电动机功率校核，能耗计算， （7）计算天轮直径并选择天轮； （8）提升机与滚筒的相对位置； 3.1.2提升方式的确定 提升设备选型设计必须在提升方式确定后进行。 当矿井年产量、水平井深及开采水平确定后，就需要决定合理的提升方式。提升方式与井筒开拓、井上下运输等环节都有密切关系。所以在对北井初步计算时，对提升方式要全面的考虑。在决定合理提升方式时要考虑以下几个因素： 1、 对于年产量大于60万t的大中型矿井，因为提升煤炭及辅助提升工作量均较大，所以一般均设主副井两套提升设备。主井用箕斗提升煤炭，副井则用罐笼完成辅助提升任务：如升降人员、提升矸石和下放材料设备等。对于年产量小于30万t的小型矿井，如只用一套罐笼提升设备就能完成全部主副井任务时，用一套提升设备是经济的。 2、 从我国目前实际情况看，对于小型矿井，采用单绳缠绕式提升系统较好。对于年产量90万t以上的大型矿井，采用多绳摩擦提升系统，或者是主井采用单绳箕斗，副井采用罐笼。 由于北井矿井深度较浅，年产量属于中型矿井，全面考虑，决定副井采用单绳缠绕式双滚筒罐笼提升。 3.2提升容器的选择设计 3.2.1 选择原则 提升容器规格是提升设备选型计算的主要参数，他直接影响了提升设备的初期投资和运转费用。在矿井提升高度和提升任务确定后，选择提升容器规格原则是：一次合理提升量应该使得初期投资非和运转费的加权平均总和最少。根据一次合理提升量，选择标准的提升容器。 3.2.2提升高度 =205+0+0=205m 式(3.1) 式中H——提升高度，m； H ——卸载水平与井口高差，简称卸载高度，m，罐笼：H =0； H ——装载水平与井下运输水平高差，简称装载高度，m，罐笼：H =0 H ——水平井深，m 3.2.3经济提升速度 立井罐笼升降人员提升的合理经济速度为： Vj=0.33 =0.33 =4.72m/s 式(3.2) 式中Vj——经济提升速度取4.72m/s 3.2.4一次循环提升时间 1、当最大速度VJ已经确定，但尚未进行转运参数计算时，可暂用下式估算每次提升实际循环时间Tx。 = 式（3.3） 式中a——提升加速度，m/s²，罐笼提升时，a≤0.75m/s²则取0.75 t'——容器爬行阶段附加时间，罐笼可取5s θ——休止时间（装卸载时间），单层罐笼每次最多20人，取30s Tx——一次提升时间，s 故Tx=85s 2、提矸及物料时循环时间 =75.6s aj——提矸时加速度 设为1 m/s t’——爬行时间，一般取12S ——上下矿车时间，一般取15S 3.2.5副井提升能力计算 EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT （万t/a） A——副井提升能力，万t/a； R——出矸率（矸石与产量的重量比），12.5%； M——吨煤用材料比重，% 按近年统计数估算出M=0.25% TG——提矸循环时间，S/次；估算平均值115S/次 Tc——每次提升材料循环时间，S/次。估算平均值115S/次 PG——每次提矸石重量，t/次。取3t PC——每次提升材料重量，t/次； 每次提升重量应小于PG；按每次提升最大重量取值：2.5t/次 D——下放其他材料次数，次/班；指下炸药、重型设备等；取平均值3次/班 TQ——下放其他材料每次提升循环时间S/次；取平均值160S/次 TR——预计每班上下班人员总时间，3600S/班 3.2.6小时提升量及次数 =150.96t./h C——不均衡系数 罐笼为1.25 An——副井年提升能力，84.54万t/年 br——提升设备年工作日数，取350d t——提升设备日工作小时数，取20h ns= =42.4次/h 3.2.8一次合理提升量 3.2.9提升机所需的提升速度计算 所以v'm=5.2则据提升机规格表中的出Vm=5.6,V"m=4.5m/s 因要求副井罐笼应能在40分钟内运送完全部人员。最大上、下人数为100人，由此计算提升罐笼乘人数量27人。又根据《规程》第三百八十一条第六款“罐笼内每人占有的有效面积应不小于0.18m2”的规定，可计算罐笼面积为0.2×27=5.4m² 由于北井水平井深为205m，主要用于升降人员且辅助提升工作量不大，所以采用单层罐笼即可。具体参数如下: 最大载重:3.5t 罐笼自重Qz=3.5t 罐笼总高：Hr=3450mm 3.3提升钢丝绳的选择计算 3.3.1选择原则 钢丝绳在工作过程中，产生许多复杂的应力，如静应力、动应力、弯曲张力，扭转张力、挤压张力及接触应力等，这些应力的反复作用，必将引起钢丝的疲劳、损坏；另外还受到磨损及腐蚀也导致钢丝绳的损坏。因此，全面综合反映上述应力的疲劳计算是一个较复杂的问题，由于钢丝绳影响因素较多，钢丝绳强度计算理论还没有完善，一些计算公式还不够确切地反应真实应力的情况。我国矿用钢丝绳是按照《煤矿安全规程》的规定：钢丝绳应按照最大静载荷并且考虑一定安全系数的方法进行计算。 钢丝绳的安全系数是实测的合格钢丝绳拉断里的综合与其所承受的最大静拉力（包括绳端载荷和钢丝绳自重所引起的静拉力）之比。通常用m表示，即：m=钢丝绳拉断力的总和/钢丝绳的最大静拉力。但应当注意，安全系数并不是代表钢丝绳真正具有的强度储备，只是表示在此条件下经过实践证明钢丝绳可以安全运行。我国《煤矿安全规程》对提升钢丝绳的安全系数规定如下表所示。 表3—1 3.3.2选择计算 （1）计算钢丝绳每米重量 图3—1图为单绳提升钢丝绳的计算示意图 由图可知，钢丝绳最大静载荷Qmax在A点，其值为： Qmax=（Q+Qz+PHC） g 式一 式中 Qmax——钢丝绳最大计算静载荷，kg； Q ——容器一次提升量，kg Qz——容器自重，kg mp——钢丝绳每米重力，N/m; g——重力加速度，取10m/s² Hc——钢丝绳最大悬垂长度，m Hc=HJ+HS+HZ=25 +205+0=235m 式2 式中 HJ——井架高度，m Hs——水平井深，m； Hz——罐笼提升，m 根据《煤矿安全规程》，如果保证钢丝绳安全工作，必须满足式3: 式3 式中σB——钢丝绳的抗拉强度，取为；1550MPa S——钢丝绳中所有钢丝断面之和，m²； ma——钢丝绳安全系数。m≥9 故取为9. 上式中P和S是两个未知数，为解上式需找出两者关系 mp=γ s 式4 式中γ0——钢丝绳的密度，kg/cm³，取平均值为0.009kg/cm³。 将式中4带入式3并化简： 式5 将γ0的值代入式5中得: mp≥ = kg/m 根据mp值，选择6△×37+FC-34.5-1550-特-光-右向同捻钢丝绳 其具体参数为： 钢丝绳直径：d=34.5mm 钢丝最大直径：2.2mm 钢丝总断面积：446.13mm 单位重量：mp=4.194kg/m 破断力总和：Qp=742800N=75766kgf 钢丝绳实际所选数据校验其安全系数。 =9.91>9 故选钢丝绳可用。 3.4提升机的选型计算 3.4.1提升机滚筒直径 D≥80d=80×34.5=2760mm D≥1200δ=1200×2.2=2640mm D——滚筒直径，mm d——钢丝绳直径，mm ——钢丝绳中最粗的钢丝直径，mm 3.4.2选择标准提升机 对于计算结果，选用直径3米的提升机是合适的， 故选择2JK—3×1.5/20E型双滚筒提升机，以下是检验滚筒宽度B及提升机强度的运算。 双滚筒提升机，每个滚筒实际容绳宽度为： B'= = =1049mm<1500mm 故钢丝绳在滚筒上作单层缠绕 B'——提升机所需的滚筒缠绕宽度，mm e——缠绕爱在滚筒周围表面上相邻两绳圈间隙宽度，取3mm 1.钢丝绳试验长度取30米； 2.滚筒处表面应保留3圈摩擦圈； K——缠绕层数，《煤矿安全规程》规定：立井升降人员或升降人员和物料的，只准许缠绕1层，故K=1。 3.4.3提升机强度验算 （钢丝绳最大静张力） （钢丝绳最大静张力差） 式中Fjmax=（3310+3400+4.1×205）×10-3 =75.505kN<130kN Fcmax=（3310+4.1×205）×10-3 =41.505kN<80kN 强度校验合格。 根据上述说明，选用2JK—3×1.5/20E型双滚筒提升机是合适的。 其相关数据：D=3000mm，B=1500mm，i=20 [Fjmax]=130kN， Fcmax=80kN ，Vmax=5.6m/s 3.5天轮的选择 天轮安装在井架上，起支撑、引导钢丝绳转向作用。主要有固定天轮、凿井及井下固定天轮和游动天轮两种类型。 其结构有三种类型：直径4000mm时，采用模压铆接结构；直径3500mm时，采用模压焊接结构；直径小于3000mm时，采用整体铸造结构。 根据《煤矿安全规程》规定，对于安装在井上的天轮且钢丝绳与天轮的围抱角小于90°时用以下计算选择天轮： 式中 Dt——天轮直径，mm 查天轮规格表，故选择TSG 型天轮。 3.6预选电动机 在计算副井提升设备需要选用新电动机时，可以用下式估算功率： = kw P——提升电动机估算功率，kW； Q——一次实际提升量，kg； V"m——提升机标准速度，m/s η——减速器的传动效率，一级传动时为0.92；二级传动时为0.85 K——矿井阻力系数，及考虑到提升容器在井筒中活动的风阻、罐笼阻力及钢丝绳弯曲阻力等的阻力系数，罐笼提升时K=1.2 ρ——动力系数，即考虑到动负荷影响的系数，一般取为1.2~1.4箕斗提升取小值，罐笼取大值； g———重力加速度，取10m/s² 电动机估算转数由最大提升速度来确定，用下式计算： EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT 提升电动机的估算速度n（r/min）、减速器的传动比i、提升机标准速度v"m及滚筒直径的关系。 根据电动机的估算功率和转数，则选Z400-4A直流式电动机其主要参数为： 额定功率：320kw 额定转数：690r/min 额定电流：624A 电动机效率：90.5% 过负荷数：λ=2.15 3.7提升机与井筒的相对位置 提升机对井筒的相对位置，关系到矿井地面工业广场的布置、井下保安煤柱的尺寸及提升设备和地面运输系统的安全、可靠运行。在确定位置的各参数时，应当根据地形及生产条件，因地制宜。首先考虑提升机对井筒的布置方式（一般采用罐笼提升时，提升机房位于重车机房运行方向的对侧），再确定相对位置的几个参数尺寸。提升机安装地点选好后，主要考虑五因素：井架高度、钢丝绳弦长、提升机滚筒轴线与井筒中心线的距离、倾角和偏角。它们影响着提升机与井筒的相对位置，并且相互影响制约。 3.7.1井架高度 =5+3.45+6+0.75×1.5 =15.6m HJ——井架高度，m Hx——卸载距离，即由井口水平到卸载位置的容器底座高度m，对于罐笼提升一般在井口水平装卸载其Hx=0～15m HR——容器全高，即有容器底至连接装置上面一个绳卡的距离，m，此值可由容器的规格表中查到； Hg——过卷高度，m RJ——天轮半径，m 井架高度取16m。 3.7.2提升机滚筒中心至井筒中钢丝绳间水平距离 此距离考虑对于有斜撑的井架，其斜撑的基础与井筒中心的水平距离约0.6Hj，另外考虑提升机在运输中钢丝绳的稳定性，所以Ls的最小距离按下面经验公式计算： m 考虑“咬绳”现象，取Ls=17m 3.7.3钢丝绳弦长 钢丝绳弦长是指钢丝绳离开滚筒处至接触天轮之间的绳长，由图可见上下两条弦长不完全相等，但均以滚筒中心至天轮中心之间的距离来计算弦长，即： =21m 式中 C0——提升机主轴中心线高出井口水平的距离，此值决定于滚筒直径、地形和土壤等情况，一般C0=1～2m； Dt——天轮直径。 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。 3.7.4钢丝绳偏角 钢丝绳的弦长与天轮平面的夹角，从上图可见，偏角有两个，α1称外偏角，α2称内偏角，根据《规程》规定，内、外偏角不得超过1°30ˊ，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。 最大外偏角 =1°1' 单绳缠绕最大内偏角 α2= =2'87" 式中 s——两天轮间的距离（m），其值决定于容器的规格及提升容器在井筒内的布置，可查提升机规格表中两滚筒中心距； a——两滚筒之间的间隙（m），其值见提升机规格表。 综上值，符合规程。 3.7.5提升机滚筒的下出绳角 钢丝绳弦与水平之间的夹角称滚筒钢丝绳的出绳角，出绳角大小影响提升机主轴的受力情况。大于零时钢丝绳拉力有一向上的分力能抵消一部分主轴的重力，减少它的重力弯矩，相对提高了主轴的强度。另外下出绳角过小，钢丝绳有可能与提升机基础想接触，会增大钢丝绳的磨损。为此出绳角不应小于提升机规格表中规定值。对于JK型提升机下出绳角不应小于15°。 即下出绳角β值为： =48+8 =56° 由于实际下出绳角大于15°，因此符合要求。 3.8提升系统运动学、动力学参数计算 3.8.1提升系统的总变位质量 电动机变位质量 其中 提升系统总变位量为 3500+2×3500+2×4.194×323.68+2×7810+17000+29212 =75047.03kg 3.8.2运动学计算 对于罐笼提升，因无卸载曲轨的限制，故无需初加速阶段，开始就以较大的主加速度加速，但是为了准确停车（使罐笼内的轨道与车场轨道对齐），也需有一爬行阶段，因此普通罐笼提升采用如图所示的五阶段速度图 图3—2五阶段速度图 （1）主加速度a1 1、按安全经济的原则确定，立井罐笼升降人员时加速度和减速度都不得超过0.75m/s²。 2、 电动机对加速度a1的限制需满足下式: 主加速度a1 其中Fe= 则 =0.37m/s² 3、 减速器对加速度a1的限制需满足下式: =0.72m/s² 综上三个条件限制取其中最小值，故a1=0.37m/s² （2）主减速度a3 1、 自由滑行减速 减速一开始，电动机便从电网上断开，提升系统拖动力为0.靠惯性自由滑行 = =0.45m/s² 因测算的为副井，为安全考虑应选电气制动。 故a3取0.45m/s² 提升速度图参数计算 爬行距离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。手动控制距离5.0h4（m），速度0.4v4（m/s）。 1、主加速阶段 加速时间 = =15s 加速阶段的行程 = =42m 2、主减速阶段 减速阶段时间 = s 减速阶段行程 = 3、爬行阶段 爬行时间 = 由表查出罐笼h4=5m，v4=0.4m/s 4、抱闸停车阶段 抱闸停车时间t5=1s，减速度a5=1m/s² 5等速阶段 等速阶段的行程:h2=H-h1-h3-h4 =205-42-34.8-5 =123.2m 等速阶段的时间 : = s 6、一次提升循环时间 =15+22+11.6+12.5+1+30 =92.1s 3.8.3动力学计算 主加速度阶段 1主加速度开始x=h0，a=a1，拖动力F1为 终了时， ， 2等速阶段 x=h0+h1，a=0 终了时，x=h0+h1+h2，a=0 3减速阶段 开始时x=h0+h1+h2，a=-a3 终了时，x=h0+h1+h2+h3，a=-a3 4爬行阶段 开始时x=h0+h1+h2+h3，a=0 终了时，x=H,a=0 3.9提升电动机功率校核、能耗计算 3.9.1电动机的容量 等效力 式一 对于自带风扇的装置电动机的等效时间： 项是整个提升循环中，变力F的平方对时间的积分，因此得出： 则=189647.96 KN²s 所以等效力为：Fd=51.11KN 电动机的等效功率 则Pd= 283.81kw＜Pe=320kw 3.9.2电动机容量验算 1、Pd=283.81kw＜Pe=320kw 2、 过负荷能力验算 ＜0.75 =1.6125 3、电动机特殊过负荷能力验算 3.9.3一次提升电耗 第四章 结 论 毕业设计是培训学生综合运用本专业所学的理论知识和专业知识来分析,解决实际问题的能力的重要教学环节,是对三年所学知识的复习与巩固，同样，也促使了同学们之间的互相探讨，互相学习。因此，我们必须认真、谨慎、塌实、一步一步的完成设计，给我们三年的学习生涯画上一个圆满的句号。 毕业设计是一个重要的教学环节，通过毕业实习使我们了解到一些实际与理 论之间的差异。通过毕业设计不仅可以巩固专业知识,为以后的工作打下坚实的基础,而且还可以培养和熟练使用资料,运用工具书的能力.在各位老师及有关技术人员的指导下锻炼自己独立思考、分析、解决的能力，把我们所学的课本知识与实践结合起来，起到温故而知新的作用。在毕业设计过程中，我们要较系统的了解矿运及提升的设计中的每一个环节，包括从总体设计原则，本次设计综合三年所学的专业课程，以《设计任务书》的指导思想为中心，参照有关资料，有、有头绪、有逻辑地把这次设计搞好！ 该设计力求内容精练，重点突出。在整个设计过程中，辅导老师给予我许多指导与帮助，在此，我们表示深深的感激。 由于时间仓促，再加上所学知识有限，设计中，难免出现错误或不当之处， 恳请各位教师给予一定的批评建议，我们非常感激，并诚恳地接受，以便将来在 不断的商讨和探索中，有更好的改进！以便在今后的人生道路上，不断完善，不 断成熟！ 参考文献 《煤矿安全规程》 煤炭工业出版社出版 2005版 朱承高 《电力拖动原理》 冶金工业出版社出版 2000版 裴文喜 《矿山提升设备》 煤炭工业出版社出版 2004版 毛君 《煤矿固定机械及运输设备》 煤炭工业出版社，2003版 顾永辉：《煤矿电工手册:》 煤炭工业出版社 1987版 程居山等 《矿山机械》 中国矿业大学出版社 1997版 周乃荣、严万生等《矿山固定机械手册》 煤炭工业出版社 1986版 方稹权 《煤矿机械》 中国矿业大学出版社 1987版 孙玉荣、周法孔 《矿井提升设备》 煤炭工业出版社 1995版 潘英 《矿山提升机械设计》 中国矿业大学出版社 1989版 致 谢 毕业设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核，也是对我们进行科学研究基本功的训练，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文和工作打下良好的基础。 本次设计能够顺利完成，首先我要感谢我的母校——河北工程大学，是她为我们提供了学习知识的土壤，使我们在这里茁壮成长；其次我要感谢河北工程学院的老师们，他们不仅教会我们专业方面的知识，而且教会我们做人做事的道理；尤其要感谢在本次设计中给与我大力支持和帮助的吴炳胜老师、魏效玲老师，每有问题，吴炳胜、魏效玲、王桂梅老师总是耐心的解答，使我能够充满热情的投入到毕业设计中去，吴炳胜老师、魏效玲、王桂梅老师的严谨的治学态度，细致的研究精神和敬业精神对我以后的生活工作和学习将产生积极的影响，再次向吴炳胜、魏效玲、王桂梅老师表示感谢；还要感谢我的同学们，他们热心的帮助，使我感到了来自兄弟姐妹的情谊；最后还要感谢相关资料的编著者和给予我们支持的社会各界人士，感谢您们为我们提供一个良好的环境，使本次设计圆满完成。 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括： 1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作） 2）原创性声明 3）中文摘要（300字左右）、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入） 6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论 7）参考文献 8）致谢 9）附录（对论文支持必要时） 2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。 3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。 4.文字、图表要求： 1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写 2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画 3）须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上 5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5.装订顺序 1）设计（论文） 2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 - 34 - _1234567922.unknown _1234567938.unknown _1234567954.unknown _1234567962.unknown _1234567970.unknown _1234567974.unknown _1234567978.unknown _1234567980.unknown _1234567982.unknown _1234567984.unknown _1234567985.unknown _1234567983.unknown _1234567981.unknown _1234567979.unknown _1234567976.unknown _1234567977.unknown _1234567975.unknown _1234567972.unknown _1234567973.unknown _1234567971.unknown _1234567966.unknown _1234567968.unknown _1234567969.unknown _1234567967.unknown _1234567964.unknown _1234567965.unknown _1234567963.unknown _1234567958.unknown _1234567960.unknown _1234567961.unknown _1234567959.unknown _1234567956.unknown _1234567957.unknown _1234567955.unknown _1234567946.unknown _1234567950.unknown _1234567952.unknown _1234567953.unknown _1234567951.unknown _1234567948.unknown _1234567949.unknown _1234567947.unknown _1234567942.unknown _1234567944.unknown _1234567945.unknown _1234567943.unknown _1234567940.unknown _1234567941.unknown _1234567939.unknown _1234567930.unknown _1234567934.unknown _1234567936.unknown _1234567937.unknown _1234567935.unknown _1234567932.unknown _1234567933.unknown _1234567931.unknown _1234567926.unknown _1234567928.unknown _1234567929.unknown _1234567927.unknown _1234567924.unknown _1234567925.unknown _1234567923.unknown _1234567906.unknown _1234567914.unknown _1234567918.unknown _1234567920.unknown _1234567921.unknown _1234567919.unknown _1234567916.unknown _1234567917.unknown _1234567915.unknown _1234567910.unknown _1234567912.unknown _1234567913.unknown _1234567911.unknown _1234567908.unknown _1234567909.unknown _1234567907.unknown _1234567898.unknown _1234567902.unknown _1234567904.unknown _1234567905.unknown _1234567903.unknown _1234567900.unknown _1234567901.unknown _1234567899.unknown _1234567894.unknown _1234567896.unknown _1234567897.unknown _1234567895.unknown _1234567892.unknown _1234567893.unknown _1234567891.unknown