單繩纏繞式提升機(jī)的設(shè)計(jì)

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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 三家子煤礦主井提升設(shè)備選型設(shè)計(jì) （單繩纏繞式提升機(jī)） HOISTING EQUIPMENT SELECTION AND DESIGN FOR SANJIAZI MINE （SINGLE ROPE WINDING HOIST） 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱(chēng) 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng) 指導(dǎo)教師 20**年 5月 17日 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 摘要 本設(shè)計(jì)主要對(duì)三家子煤礦生產(chǎn)所用的提升機(jī)械設(shè)備進(jìn)行的一次合理的選型設(shè)計(jì)。 礦井提升設(shè)備的任務(wù)是沿井筒提升煤、礦石、矸石，下放材料，升

2、降人員和設(shè)備。本設(shè)計(jì)通過(guò)選箕斗、鋼絲繩、提升機(jī)、天輪、井架、電動(dòng)機(jī)等來(lái)敘述提升機(jī)的設(shè)備選型。 在礦井提升中，應(yīng)根據(jù)不同的用途，選用合適的礦井提升設(shè)備，揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮它們的效能，必須對(duì)其結(jié)構(gòu)、性能及選擇計(jì)算方法予以了解。 　為此，必須掌握礦井提升設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理、性能特點(diǎn)、選擇設(shè)計(jì)、運(yùn)轉(zhuǎn)理論等方面的知識(shí)，以做到選型合理，正確使用與維護(hù)，使之安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)轉(zhuǎn)。 關(guān)鍵詞 提升機(jī)；箕斗；鋼絲繩 Abstract This design is mainly used in the pr

3、oduction of SanJiaZi coal mine machinery equipment selection for a reasonable choice． Mine Hoist equipment is raised along the shaft coal, ores, coal, decentralization material, personnel and equipment movements. The selection of the design of vessel, the rope, elevator, and space launches, Derrick

4、, 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 understanding． Therefo

5、re, we must master the mine hoisting equipment structure, working principles, characteristics, select the design, operation theory of knowledge, Selection reasonable to do, the proper use and maintenance to make it safe, reliable and economic operation. Keywords hoist skip rope I 徐州工程學(xué)院畢業(yè)

6、設(shè)計(jì)(論文) 目 錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 2礦井提升設(shè)備的選型設(shè)計(jì) 3 2.1選型設(shè)計(jì)依據(jù)及提升方式的確定 3 2.1.1選型設(shè)計(jì)依據(jù) 3 2.1.2 提升方式的確定 3 2.2 提升容器的選擇設(shè)計(jì) 3 2.2.1 選擇原則 4 2.2.2 選擇計(jì)算 4 2.3 提升鋼絲繩的選擇設(shè)計(jì) 6 2.3.1 提升鋼絲繩的結(jié)構(gòu) 6 2.3.2 提升鋼絲繩的類(lèi)型及特點(diǎn) 6 2.3.3 提升鋼絲繩的選擇計(jì)算 7 2.4 提升機(jī)的選擇設(shè)計(jì) 10 2.4.1 提升機(jī)的類(lèi)型 10 2.4.2 單繩纏繞式提升機(jī)的分類(lèi)和結(jié)構(gòu) 10 2.4.

7、3 提升機(jī)的選擇計(jì)算 12 2.5 天輪的選擇 13 2.6預(yù)選電動(dòng)機(jī) 14 3 提升機(jī)與井筒相對(duì)位置 15 3.1井架高度 15 3.2提升機(jī)滾筒中心至井筒中鋼絲繩間水平距離 16 3.3 鋼絲繩弦長(zhǎng) 16 3.4 鋼絲繩的偏角 16 3.5 提升機(jī)滾筒的下出繩角 18 4　提升系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算 19 4.1 提升系統(tǒng)的動(dòng)力方程式 19 4.1.1 提升系統(tǒng)的靜阻力 19 4.1.2 提升系統(tǒng)的變位質(zhì)量 19 4.1.3主加減速度、的選擇和計(jì)算 20 4.2提升系統(tǒng)速度圖和力圖的計(jì)算 21 4.2.1提升速度圖參數(shù)計(jì)算 21 4.2.2提升系統(tǒng)力圖參

8、數(shù)計(jì)算 23 5 礦井提升機(jī)的拖動(dòng)和控制 26 5.1 提升電動(dòng)機(jī)容量的計(jì)算 26 5.2 電動(dòng)機(jī)容量的驗(yàn)算 27 5.2.1按發(fā)熱條件驗(yàn)算 27 5.2.3電動(dòng)機(jī)特殊過(guò)負(fù)荷能力驗(yàn)算 28 5.3 交流拖動(dòng)提升設(shè)備的電耗及效率計(jì)算 28 5.3.1 一次提升電耗 28 5.3.2 噸煤電耗 28 5.3.3 一次提升有益電耗 29 5.3.4 提升設(shè)備的效率 29 6 年產(chǎn)量驗(yàn)算 30 6.1 實(shí)際提升量 30 6.2 提升能力的富裕系數(shù) 30 結(jié)論 31 致謝 32 參考文獻(xiàn) 33 33 1 緒論 礦井提升設(shè)備的任務(wù)是沿井

9、筒提升煤炭、礦石、矸石、下放材料，升降人員和設(shè)備，所以礦井提升設(shè)備是聯(lián)系井下與地面的重要的生產(chǎn)設(shè)備，它在整個(gè)綜合機(jī)械化生產(chǎn)中占有了重要位置。 近幾十年來(lái)，為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，在全世界范圍內(nèi)進(jìn)行著對(duì)礦井的根本性技術(shù)改造，這一種改造的趨向是向著更集中，更大型發(fā)展。 隨著礦井技術(shù)改造的進(jìn)程，提升設(shè)備在高效、大型、自動(dòng)化方面都有飛速進(jìn)步?，F(xiàn)代化提升設(shè)備已發(fā)展成為大型機(jī)械——電氣機(jī)組或機(jī)組群?；酚行лd荷在國(guó)外已經(jīng)超過(guò)50噸；提升速度接近20m/s；拖動(dòng)功率達(dá)到10000kw以上；在拖動(dòng)控制方面已經(jīng)廣泛采用了集中控制及自動(dòng)控制設(shè)備。 我國(guó)提升設(shè)備的設(shè)計(jì)制造，是在解放之后才開(kāi)始的。建

10、國(guó)初期在黨的領(lǐng)導(dǎo)下，改建和新建了許多礦山機(jī)械制造廠(chǎng)。1953年撫順重型機(jī)器廠(chǎng)制造出我國(guó)第一臺(tái)纏繞式雙筒提升機(jī)。1958年洛陽(yáng)礦山機(jī)器廠(chǎng)設(shè)計(jì)制造成了我國(guó)第一臺(tái)24多生摩擦式提升機(jī)，并且在1961年開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，這種類(lèi)型的提升機(jī)與纏繞式提升機(jī)比較，具有重量輕、體積小、安全可靠、適合較深的礦井的特點(diǎn)，它是現(xiàn)代化提升機(jī)的發(fā)展方向。1971年該廠(chǎng)又新設(shè)計(jì)制造出JK型新系列單繩纏繞式提升機(jī)，新系列提升機(jī)采用一些新結(jié)構(gòu)，與老型比較，提升能力平均提高了25%，而且機(jī)器重量也有所減少，現(xiàn)在已經(jīng)作為國(guó)家定型產(chǎn)品成批生產(chǎn)。 多繩提升設(shè)備在我國(guó)改建和新建的礦井中已經(jīng)廣泛采用。在礦井的技術(shù)改造中，將纏繞式提升機(jī)改為單、雙

11、繩落地式摩擦提升機(jī)的試驗(yàn)在進(jìn)行中，新落地多繩提升設(shè)備的設(shè)計(jì)和試制的工作已開(kāi)始，幾種可控硅控制系統(tǒng)以及自動(dòng)化提升設(shè)備已經(jīng)在礦山生產(chǎn)實(shí)踐中適用。 其它提升設(shè)備，比如說(shuō)礦用提升鋼絲繩，提升容器近幾年也有了很大發(fā)展。使用壽命并且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的線(xiàn)接觸、面接觸、多層股鋼絲繩已經(jīng)在一些鋼絲繩廠(chǎng)成批生產(chǎn)。而且適合我國(guó)礦山生產(chǎn)特點(diǎn)的單繩及多繩提升容器系列也正在制定，今后將不斷向自重輕、結(jié)構(gòu)合理以及大型化發(fā)展。 根據(jù)提升設(shè)備的特點(diǎn)可將提升設(shè)備分類(lèi)為： 按用途來(lái)分：主井提升設(shè)備；副井提升設(shè)備。 按提升機(jī)類(lèi)型來(lái)分：纏繞式提升設(shè)備；摩擦式提升設(shè)備。 按拖動(dòng)類(lèi)型來(lái)分：交流拖動(dòng)提升設(shè)備；直流拖動(dòng)提升設(shè)備。 提升設(shè)備

12、主要組成部分是：提升容器、提升鋼絲繩、提升機(jī)、礦井井架、天輪及裝卸載附屬設(shè)備等。 圖1表示豎井箕斗提升系統(tǒng)圖。 圖1—1 豎井單繩纏繞式箕斗提升系統(tǒng)圖 1——提升機(jī)；2——天輪；3——井架；4——箕斗；5——卸載曲軌；6——煤倉(cāng)； 7——鋼絲繩；8——翻籠；9——井底煤倉(cāng)；10——給煤機(jī)；11——裝載設(shè)備 煤炭被運(yùn)至井底車(chē)場(chǎng)的翻籠峒室，經(jīng)過(guò)翻籠卸到煤倉(cāng)9內(nèi)，再經(jīng)過(guò)裝載閘門(mén)送入給煤機(jī)，并且通過(guò)定量裝載設(shè)備裝入位于井底的箕斗。此時(shí)，另一箕斗位于地面的卸載位置，安裝在井架上的卸載曲軌5讓箕斗的底部閘門(mén)打開(kāi)，然后煤炭卸到井口煤倉(cāng)6內(nèi)。 上下兩個(gè)箕斗分別與兩跟鋼絲

13、繩7連接，而且每跟鋼絲繩的另一端繞過(guò)井架上的天輪2引入提升機(jī)房，并且以相反方向纏繞和固定在提升機(jī)滾筒上，然后開(kāi)動(dòng)提升機(jī)，使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)，一根鋼絲繩向滾筒上纏繞，另一根則從滾筒上送放，相應(yīng)的箕斗在井筒內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，從而完成提升重箕斗，下放空箕斗的任務(wù)。 2礦井提升設(shè)備的選型設(shè)計(jì) 2.1選型設(shè)計(jì)依據(jù)及提升方式的確定 2.1.1選型設(shè)計(jì)依據(jù) 礦井年產(chǎn)量：=90萬(wàn)噸/年； 礦井工作制度: 年工作日天；每日提升工作小時(shí)數(shù)t=14小時(shí)； 水平井深: =380 m； 裝載水平與井下運(yùn)輸水平的高差： =20 m； 卸載水平與井口的高差：=18 m； 2.1.2 提升方式的確

14、定 提升設(shè)備選型設(shè)計(jì)必須在提升方式確定后進(jìn)行。 當(dāng)?shù)V井年產(chǎn)量、水平井深及開(kāi)采水平確定之后，就需要決定合理的提升方式。提升方式與井筒開(kāi)拓、井上下運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)都有密切關(guān)系。所以在做新井初步設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)提升方式要全面綜合地考慮。在決定合理提升方式時(shí)，要考慮如下的幾個(gè)因素： （1）對(duì)于年產(chǎn)量大于60萬(wàn)噸的大中型礦井，因?yàn)樘嵘禾考拜o助提升工作量均較大，所以一般均設(shè)主副井兩套提升設(shè)備。主井用箕斗提升煤炭，副井則用罐籠完成輔助提升任務(wù)：如升降人員、提升矸石和下放材料設(shè)備等。對(duì)于年產(chǎn)量小于30萬(wàn)噸小型礦井，如只用一套罐籠提升設(shè)備就能完成全部主副井任務(wù)時(shí)，用一套提升設(shè)備是經(jīng)濟(jì)的。而對(duì)于年產(chǎn)量大于180萬(wàn)噸的

15、大型礦井，主井一般需要兩套箕斗提升設(shè)備，副井除了配備一套罐籠設(shè)備以外，多數(shù)還需要設(shè)置一套單容器平衡錘系統(tǒng)來(lái)專(zhuān)門(mén)提升矸石。 （2）一般情況下，主井都用箕斗提升方式。是因?yàn)榛诽嵘绞侥芰Υ?、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用也比較低。另外，在控制上易于自動(dòng)化。但是在特殊的條件下，比如礦井生產(chǎn)的煤質(zhì)品種多，而且需要分別運(yùn)送，或者是保證煤炭有足夠的塊度，這時(shí)只能采用罐籠做主井提升設(shè)備。 （3）為提高生產(chǎn)率，中等以上礦井，原則上都是需要用雙鉤提升。若礦井同時(shí)開(kāi)采水平數(shù)過(guò)多，則用平衡錘單容器提升方式是比驕傲方便的。 （4）從我國(guó)目前實(shí)際實(shí)際情況來(lái)看，對(duì)于小型礦井，采用單繩纏繞式提升系統(tǒng)較好。對(duì)于年產(chǎn)量90萬(wàn)噸以上的大型礦井

16、，采用多繩摩擦提升系統(tǒng)較好。對(duì)于中型礦井，如果井較淺，可以采用單繩纏繞系統(tǒng)，井較深時(shí)則可采用多繩摩擦系統(tǒng)，或者是主井采用單繩箕斗，副井則采用罐籠。 由于三家子煤礦礦井的深度中等，年產(chǎn)量較大，全面綜合考慮后，決定主井采用單繩纏繞式箕斗提升。 2.2 提升容器的選擇設(shè)計(jì) 2.2.1 選擇原則 提升容器規(guī)格是提升設(shè)備選型計(jì)算的主要技術(shù)參數(shù)，它直接影響了提升設(shè)備的初期投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。在礦井提升高度和提升任務(wù)確定之后，選擇提升容器的規(guī)格有兩種情況：一是選擇大規(guī)格的容器。因?yàn)樘嵘萜鬏^大，需要的提升鋼絲繩直徑和提升機(jī)滾筒直徑也較大，所以初期投資也較大，不過(guò)提升次數(shù)較少，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較少；二是選擇小規(guī)格

17、的容器。由于初期投資較少，故運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較多。所以選擇提升容器規(guī)格原則就是：一次合理提升量應(yīng)該使初期投資費(fèi)和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)的加權(quán)平均總和最少。然后根據(jù)確定的一次合理提升量，選擇出標(biāo)準(zhǔn)的提升容器。 2.2.2 選擇計(jì)算 2.2.2.1提升高度 式（2.1） 式中 ——水平井深，m; ——井下運(yùn)輸水平與箕斗裝載水平高差，m; ——卸載水平與井口水平高差，m； ——提升高度，m。 2.2.2.2經(jīng)濟(jì)提升速度 考慮到經(jīng)濟(jì)的因素。若用較大的提升速度，一次提升量Q、鋼絲繩和和提升機(jī)都可小些，總的投資費(fèi)用少一

18、些。不過(guò)這時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用比提升速度小，一次提升量Q較大的方案多些。究竟選用多大的提升速度比較合理，要經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的方案比較。我國(guó)煤礦設(shè)計(jì)部門(mén)在選擇提升容器時(shí)，目前常用經(jīng)濟(jì)速度法來(lái)計(jì)算。公式是： 式（2.2） 式中 ——經(jīng)濟(jì)提升速度，m/s。 2.2.2.3一次循環(huán)提升時(shí)間 當(dāng)最大速度已經(jīng)確定，但尚未進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)計(jì)算時(shí)，可暫用下式估算每次提升實(shí)際循環(huán)時(shí)間。 式（2.3） 式中 ——提升加速度，m/ ，箕斗提升時(shí)，a0.8 m/ ，取a=0.8 m/ ； ——

19、箕斗在卸載曲軌內(nèi)減速與爬行的估算附加時(shí)間，暫取=10s； ——箕斗裝卸載時(shí)間，s ，估計(jì)箕斗規(guī)格為8t ，取=10 s ； ——一次提升循環(huán)時(shí)間，s。 2.2.2.4一小時(shí)提升量 式（2.4） 式中 —— 提升不均衡系數(shù)，對(duì)于主井提升設(shè)備，有井底煤倉(cāng)時(shí)，取c=1.15 ； ——提升能力富裕系數(shù)，主井提升設(shè)備對(duì)第一水平應(yīng)留有1.2的富裕系數(shù)； ——礦井年產(chǎn)量，t/年 ； ——提升設(shè)備年工作日數(shù)，一般取=300 d ； —— 升設(shè)備日工作小時(shí)數(shù)，一般取t=14

20、h ； ——一小時(shí)提升量，t/h。 2.2.2.5一小時(shí)提升次數(shù) 次 式(2.5) 2.2.2.6一次合理提升量 t/次 式（2.6） 故選取箕斗規(guī)格可以有兩個(gè)方案：名義載荷為6噸或8噸的單繩箕斗。 若選6噸箕斗，為了保證完成產(chǎn)量，必須加快提升速度，此時(shí)=6t/次，經(jīng)計(jì)算提升速度為： 在《煤礦安全規(guī)程》中，豎井中提升物料時(shí)，提升容器最大速度不得超過(guò)用下列公式求出的數(shù)值:

21、 式（2.7） 我國(guó)設(shè)計(jì)部門(mén)目前常用的估算經(jīng)濟(jì)速度的公式是： 式（2.8） 經(jīng)計(jì)算=10.22m/s，與10.46m/s非常接近，并且6噸箕斗的提升速度小于提升容器最大速度12.27m/s,所以6噸箕斗可用。 若選8噸箕斗，總的投資費(fèi)用比較大，所以從綜合角度考慮，應(yīng)該選6噸箕斗，其主要技術(shù)規(guī)格參數(shù)如下： 名義載重 =6t 有效容積

22、=6.6 箕斗自重 =5.0t 箕斗總高 =9450mm 箕斗中心距 =1870mm 2.3 提升鋼絲繩的選擇設(shè)計(jì) 2.3.1 提升鋼絲繩的結(jié)構(gòu) 提升鋼絲繩是把一定數(shù)量的細(xì)鋼絲捻成股，再把若干個(gè)股圍繞繩芯捻成繩。提升鋼絲繩各部分名稱(chēng)如圖2—1所示。 圖2-1 提升鋼絲繩的結(jié)構(gòu) 1-股芯 2-內(nèi)層鋼絲 3-外層鋼絲 4-繩 5-繩股 6-繩芯 礦用鋼絲繩的鋼絲是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，直徑為0.44mm,更細(xì)的鋼絲容易磨損和腐蝕，在生產(chǎn)中直徑超過(guò)4毫米的鋼絲

23、難以保證理想的抗拉強(qiáng)度和疲勞性能。鋼絲是用圓鋼條冷拔而成的，其抗拉強(qiáng)度為140200kg/。在受到相同終端載荷的情況下，抗拉強(qiáng)度大的鋼絲繩的繩徑可以選擇小的。然而，抗拉強(qiáng)度過(guò)高的鋼絲繩彎曲疲勞性能差。一般情況下，礦井提升鋼絲繩選用155170 kg/為宜。為了提高鋼絲繩的抗腐蝕能力，鋼絲表面可通過(guò)鍍鋅加以保護(hù)。鋼絲韌性號(hào)可以分為特號(hào)、I號(hào)、II號(hào)。升降人員用繩一定要用特號(hào)鋼絲繩，提煤的主提升鋼絲繩可以用特號(hào)或者I號(hào)鋼絲繩。 在把鋼絲捻成股時(shí)有一個(gè)股芯，在把股捻成繩時(shí)有一個(gè)繩芯。股芯一般是鋼絲，繩芯一般有金屬繩芯和纖維繩芯兩種，前者是由鋼絲組成的，后者可以用劍麻、黃麻或有機(jī)纖維制成。繩芯的作用

24、就是支持繩股，使繩富有彈性，并且可以貯存潤(rùn)滑油，從而防止內(nèi)部鋼絲腐蝕生銹，減少鋼絲之間的摩擦。 2.3.2 提升鋼絲繩的類(lèi)型及特點(diǎn) 提升鋼絲繩的類(lèi)型有以下幾種： （1） 點(diǎn)接觸、線(xiàn)接觸及面接觸鋼絲繩； （2） 右捻、左捻、同向捻及交互捻鋼絲繩； （3） 圓形股和異形股鋼絲繩； （4） 不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩； （5） 密封鋼絲繩； （6） 扁鋼絲繩； （7） 不松散鋼絲繩。 此外，選擇鋼絲繩時(shí)需考慮以下因素： （1）在礦井淋水大，酸堿度較高且作為出風(fēng)井中的提升鋼絲繩，由于腐蝕嚴(yán)重而影響了鋼絲繩的適用壽命，應(yīng)選用鍍鋅鋼絲繩； （2）以磨損為主要損壞原因時(shí)，應(yīng)選用外層

25、鋼絲繩直徑比內(nèi)層粗的鋼絲繩，如67，6(19)或三角股等； （3）以彎曲疲勞斷絲為主要損壞原因時(shí)，可選用內(nèi)外層鋼絲直徑差值小的線(xiàn)接觸式或異形鋼絲繩，如6T(25)，6W(19)等； （4）用于高溫和有明火的煤礦殲石山等處的提升鋼絲繩，可選用帶金屬繩芯的鋼絲繩。 （5）實(shí)踐認(rèn)為，煤礦提升用繩用同向捻鋼絲繩為好。 表2-1為各種鋼絲繩的主要特點(diǎn)。 表2—1 各種鋼絲繩的主要特點(diǎn) 鋼絲繩結(jié)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 主要用途 圓形股鋼絲繩；；；；等 易于用眼檢查斷絲情況，撓性大，易制造，價(jià)位低 隨載荷變化有旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)，外部鋼絲易磨損 提

26、升鋼絲繩， 尾繩，罐道繩， 制動(dòng)繩，緩沖繩 三角股鋼絲繩；；；等 易于用眼檢查斷絲情況；相同條件下，比圓形繩強(qiáng)度大，壽命長(zhǎng)，抗擠壓性能好，外層鋼絲比圓形股繩耐磨損 隨載荷變化有旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)，撓性比圓形股差 提升鋼絲繩， 罐道繩 多層股不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩；等 旋轉(zhuǎn)性小，有相當(dāng)大的撓性 內(nèi)部鋼絲不易檢查 尾繩， 鑿井提升鋼絲繩 密封、半密封鋼絲繩 不旋轉(zhuǎn)，抗磨、抗腐蝕性能好，相同條件強(qiáng)度最大，彈性變形小 內(nèi)部鋼絲不易檢查；直徑大時(shí)斷面易變形，撓性小，制造復(fù)雜，價(jià)格高 罐道繩， 提升鋼絲繩 扁繩 不旋轉(zhuǎn)，易于檢查，某一方向上有很大的撓性 易磨損，手工生產(chǎn)效

27、率低、價(jià)格高 尾繩， 鑿井提升鋼絲繩 2.3.3 提升鋼絲繩的選擇計(jì)算 2.3.3.1選擇原則 鋼絲繩在工作時(shí)受到種應(yīng)力作用，如靜應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、接觸應(yīng)力、捻制應(yīng)力及擠壓應(yīng)力等，這些應(yīng)力反復(fù)作用將導(dǎo)致鋼絲的疲勞破斷，這就是鋼絲繩破損的主要原因；另外鋼絲繩破損及銹蝕將影響鋼絲繩的性能和破損。因此，全面綜合反映上述應(yīng)力的疲勞計(jì)算是一個(gè)較復(fù)雜的問(wèn)題，雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這方面作了大量的研究工作，并取得了一些成就，但由于鋼絲繩的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響因素較多，鋼絲繩強(qiáng)度計(jì)算理論還沒(méi)有完善，一些計(jì)算公式還不能夠確切地反映真實(shí)的應(yīng)力情況。我國(guó)礦用鋼絲繩是按照《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定：鋼絲

28、繩應(yīng)按照最大靜載荷并且考慮一定安全系數(shù)的方法進(jìn)行計(jì)算。 安全系數(shù)指鋼絲繩鋼絲拉斷力總和與鋼絲繩計(jì)算靜拉力之比。但應(yīng)當(dāng)注意，安全系數(shù)并不是代表鋼絲繩真正具有的強(qiáng)度儲(chǔ)備，只是表示在此條件下經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明鋼絲繩可以安全運(yùn)行。我國(guó)《煤礦安全規(guī)程》對(duì)提升鋼絲繩的安全系數(shù)規(guī)定如表2—2所示。 表2—2 提升鋼絲繩安全系數(shù)表 用途分類(lèi) 安全系數(shù)最低值 備注 單繩纏繞式提升裝置 專(zhuān)為升降人員 9 升降人員和物料 升降人員時(shí) 9 混合提升時(shí) 9 多層罐籠同一次升降人員和物料 升降物料時(shí) 7.5 專(zhuān)為提升物料 6.5 2.3.3.2 選擇計(jì)算 （1）計(jì)算鋼

29、絲繩每米重量 圖2—2為單繩提升鋼絲繩計(jì)算示意圖。 圖2-2 單繩提升鋼絲繩計(jì)算示意圖 由圖可知，鋼絲繩最大靜載荷在A點(diǎn)，其值為： 式（2.9） 式中 ——鋼絲繩最大計(jì)算靜載荷，kg； ——容器一次提升量，kg; ——容器自重，kg； ——鋼絲繩每米重量，kg/m; ——鋼絲繩最大懸垂長(zhǎng)度，m。 式（2.10） 式中 —

30、—井架高度，m,箕斗提升：，取。 根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，如果保證鋼絲繩安全工作，必須滿(mǎn)足式（2.11） 式（2.11） 式中 ——鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度，kg/,??； ——鋼絲繩中所有鋼絲斷面積之和，; ——鋼絲繩安全系數(shù)，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，主井箕斗提升，，取。 上式中和是兩個(gè)未知數(shù)，為解上式需找出和的關(guān)系。 式（2.12） 式中 ——

31、鋼絲繩的比重，，取=0.009。 將式（2.12）帶入式（2.11）并化簡(jiǎn)： 式（2.13） 將的值代入是（2.13）中得： 式（2.14） 根據(jù)上述P值，選用619普通圓股鋼絲繩，其有關(guān)數(shù)據(jù)： 鋼絲繩直徑d=37mm,鋼絲直徑=2.4mm,鋼絲繩每米重量=4.871kg/m,鋼絲繩抗拉強(qiáng)度，全部鋼絲斷裂力之和=87600kg， （2）鋼絲繩選出后，要按照實(shí)際所選鋼絲繩的數(shù)據(jù)校核其安全系數(shù)，可通過(guò)式（2.15）求得

32、： 式（2.15） 故所選鋼絲繩可用。 2.4 提升機(jī)的選擇設(shè)計(jì) 2.4.1 提升機(jī)的類(lèi)型 我國(guó)目前生產(chǎn)和使用的提升機(jī)可分為兩大類(lèi)：?jiǎn)卫K纏繞式提升機(jī)和多繩摩擦式提升機(jī)。單繩纏繞式提升機(jī)是較早出現(xiàn)的一種提升機(jī)，它的工作原理較簡(jiǎn)單，就是把鋼絲繩一段固定住并且纏繞在提升機(jī)滾筒上，另一端則繞過(guò)井架天輪懸掛提升容器。然后利用滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)方向的不同，將鋼絲繩纏上或放松，來(lái)完成提升或下放容器的工作。單繩纏繞式提升機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，但只適用于淺井及中等深度的礦井，而且終端載荷不能太大。對(duì)深井且終端裁荷較大時(shí)，提升鋼絲繩和提升機(jī)卷筒直徑很大，造成體積龐大，重

33、力猛增，使提升鋼絲繩和提升機(jī)在運(yùn)輸、制造和使用上都有諸多不便。所以在一定程度上限制了單繩纏繞式提升機(jī)在深井中的使用。多繩摩擦式提升機(jī)的工作原理是通過(guò)利用摩擦傳遞動(dòng)力，就和皮帶傳輸機(jī)的傳動(dòng)原理是一樣的，這類(lèi)提升機(jī)的特點(diǎn)是體積小、重量輕，且適用于中等深度和比較深的礦井。 2.4.2 單繩纏繞式提升機(jī)的分類(lèi)和結(jié)構(gòu) 按滾筒數(shù)目的不同，單繩纏繞式提升機(jī)可以分為雙滾筒和單滾筒提升機(jī)兩種：雙滾筒提升機(jī)在主軸上裝有兩個(gè)滾筒，其中一個(gè)用鍵固定在主軸之上，稱(chēng)為固定滾筒死滾筒或固定滾筒；另一個(gè)滾筒滑裝在主軸上，用調(diào)繩離合器與主軸連接，稱(chēng)為活滾筒或游動(dòng)滾筒。將兩個(gè)滾筒做成這種結(jié)構(gòu)的目的，是為了在需要時(shí)兩個(gè)滾筒可以

34、有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這樣可以更方便地調(diào)節(jié)繩長(zhǎng)或更換水平。單滾筒提升機(jī)只有一個(gè)滾筒，一般情況下用于單鉤提升。 礦井提升機(jī)是礦井提升設(shè)備中的動(dòng)力部分，主要由主軸裝置、調(diào)繩離合器、減速器、深度指示器、電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和操縱臺(tái)等組成。 2.4.2.1 主軸裝置 提升機(jī)主軸裝置包括滾筒、主軸、主軸承，在雙筒提升機(jī)中還包含有調(diào)繩離合器。 滾筒的筒殼通過(guò)輪輻、輪轂用鍵固定在軸上（固定滾筒），筒殼外邊通常都設(shè)有木襯，木襯上車(chē)有螺旋導(dǎo)槽，目的是使鋼絲繩在滾筒上作規(guī)則排列，并減少鋼絲繩的磨損。在多層纏繞情況下，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：滾筒必須要設(shè)有帶繩槽的襯墊。 2.4.2.2 調(diào)繩離合器 雙滾筒提升

35、機(jī)一般都裝有調(diào)繩離合器，它的作用是使活滾筒與主軸連接或脫開(kāi)，從而方便在調(diào)節(jié)繩長(zhǎng)或更換提升水平時(shí)，使死滾筒與活滾筒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。調(diào)繩離合器基本上可以分為三種類(lèi)型：齒輪離合器、摩擦離合器、蝸輪蝸桿離合器。一般應(yīng)用比較多的是齒輪離合器。 2.4.2.3 減速器 根據(jù)提升速度的要求．提升機(jī)主鈾轉(zhuǎn)速一般為40～60 r／min，然而拖動(dòng)提升機(jī)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一般為290～980 r／min，所以，除采用低速直流電機(jī)拖動(dòng)外，不能夠把電動(dòng)機(jī)與主鈾直聯(lián)，必須通過(guò)減速器。 我國(guó)提升機(jī)減速器曾經(jīng)用過(guò)的速比有：30；20；15.5；12.5；11.5；10.5；9.5；7.35。JK型提升機(jī)的減速器是屬于二級(jí)圓弧齒

36、輪減速器，其減速比是30；20；11.5；10.5。減速器低速軸采用齒輪聯(lián)軸器與主軸相連，而高速軸則采用彈性聯(lián)軸器與電機(jī)軸相連 2.4.2.4深度指示器 深度指示器的作用是： （1）容器接近井口停車(chē)位置的時(shí)候發(fā)出減速信號(hào)； （2）向司機(jī)指示提升容器在礦井中的位置； （3）當(dāng)提升容器過(guò)卷時(shí)，終點(diǎn)開(kāi)關(guān)切斷安全保護(hù)回路，然后進(jìn)行安全制動(dòng)； （4）減速階段用限速裝置進(jìn)行過(guò)速保護(hù)。 深度指示器類(lèi)型較多，按其動(dòng)作原理可以分為機(jī)械式，機(jī)械電氣混合式和數(shù)字式等。 KJ系列提升機(jī)采用了機(jī)械牌坊式深度指示器，這種深度指示器在我國(guó)礦山應(yīng)用比較多，它的優(yōu)點(diǎn)是指示清楚，工作可靠；缺點(diǎn)就是體積較大，指示精

37、度不高，不方便實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的遠(yuǎn)程控制。所以，JK新系列提升機(jī)采用結(jié)構(gòu)緊湊的同步聯(lián)系式圓盤(pán)深度指示器。它由兩部分組成：深度指示器傳動(dòng)裝置（發(fā)送部分）以及深度指示盤(pán)（接受部分）。數(shù)字式深度指示器在我國(guó)使用不多，還處于研究階段。 2.4.2.5 制動(dòng)系統(tǒng) 制動(dòng)系統(tǒng)的組成是制動(dòng)器(也稱(chēng)閘)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。制動(dòng)器是直接作用在制動(dòng)盤(pán)或制動(dòng)輪上產(chǎn)生制動(dòng)力矩的部分，它按照結(jié)構(gòu)形式分為盤(pán)式閘及塊式閘等。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)則是控制并調(diào)節(jié)制動(dòng)力矩的部分。它按傳動(dòng)能源可分為油壓、氣壓或彈簧。制動(dòng)器的作用有以下幾個(gè)： （1）在提升機(jī)的正常操作中，對(duì)提升機(jī)進(jìn)行速度控制，在提升結(jié)束時(shí)可靠地閘住提升機(jī)，即通常所說(shuō)的正常停車(chē)。； （2

38、）如果發(fā)生緊急事故，能迅速地并按要求減速，閘住提升機(jī)，即安全制動(dòng)。 （3）在減速階和下方重物的時(shí)候，對(duì)提升機(jī)進(jìn)行控制，即工作制動(dòng)。 （4）對(duì)于雙滾筒提升機(jī)，在調(diào)節(jié)繩長(zhǎng)、更換鋼絲繩及更換水平時(shí)，應(yīng)該能夠閘住提升機(jī)活滾筒，松開(kāi)死滾筒。 我國(guó)生產(chǎn)的礦井提升機(jī)主要采用盤(pán)閘制動(dòng)系統(tǒng)，它包括了盤(pán)閘制動(dòng)器和液壓站兩部分。盤(pán)閘制動(dòng)系統(tǒng)與塊閘制動(dòng)系統(tǒng)相比較，它的優(yōu)點(diǎn)是重量小，結(jié)構(gòu)緊湊，安全性好，動(dòng)作靈敏。 2.4.3 提升機(jī)的選擇計(jì)算 2.4.3.1 提升機(jī)滾筒直徑 提升機(jī)滾筒直徑是選擇計(jì)算提升機(jī)的基本參數(shù)之一。選擇滾筒直徑主要的原則是鋼絲繩在滾筒上纏繞時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大彎曲應(yīng)力，以方便保持其具有一定的

39、承載能力和使用壽命。理論與實(shí)踐都已證明，繞經(jīng)卷筒及天輪的鋼絲繩，它的彎曲應(yīng)力的大小和疲勞壽命，取決于滾筒與鋼絲繩直徑之比。在同一鋼絲繩直徑這一條件下，滾筒的直徑越大，彎曲應(yīng)力則越低；而鋼絲繩直徑不同，滾筒直徑相同的條件下，繩徑越小，即D/d越大，彎曲應(yīng)力越低。在承受相同試驗(yàn)荷載的情況下，D/d值越大，鋼絲繩可以承受的反復(fù)彎曲次數(shù)越高，壽命愈長(zhǎng)。根據(jù)以上的兩點(diǎn)，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：對(duì)于安裝在地面上的提升機(jī)： 式（2.16）

40、 式（2.17） 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 。 2.4.3.2選擇標(biāo)準(zhǔn)提升機(jī) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選用滾筒直徑為3.5米的提升機(jī)是適合的，對(duì)2JK-3.5/11.5型提升機(jī)需檢驗(yàn)滾筒寬度B及提升機(jī)強(qiáng)度。 雙滾筒提升機(jī)，每個(gè)滾筒實(shí)際容繩寬度為： 式（2.18） 式中 ——提升機(jī)所需的滾筒纏繩寬度，mm； ——纏繞在滾筒圓周表面上相鄰兩繩圈間隙寬度，取=3mm ； ——多層纏繞時(shí)平均纏繞直徑，即

41、 式（2.19） k ——纏繞層數(shù)，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：專(zhuān)為升降物料的，準(zhǔn)許纏2層。故取k=2 。 所以滾筒寬度滿(mǎn)足要求。 2.4.3.3提升機(jī)強(qiáng)度驗(yàn)算 式（2.20） 式（2.21） 計(jì)算得： 式中 ——鋼絲繩實(shí)際最大靜張力，kg； ——鋼絲繩實(shí)際最大靜張力差，kg。 強(qiáng)度校核合格。 通過(guò)

42、上述計(jì)算，說(shuō)明選用2JK-3.5/11.5型提升機(jī)是合適的。 其相關(guān)數(shù)據(jù)：D=3500mm,B=1700mm,i=11.5,[ ]=17000kg,[ ]=11500kg,= 12m/s。 2.5 天輪的選擇 天輪安裝在井架上，它的作用是引導(dǎo)、支撐鋼絲繩轉(zhuǎn)向，根據(jù)煤炭工業(yè)部的標(biāo)準(zhǔn)，天輪分為以下三種：（1）井上的固定天輪；（2）鑿并及井下的固定天輪；（3）游動(dòng)天輪。 天輪的結(jié)構(gòu)形式也可分為三種類(lèi)型：直徑小于3000 mm時(shí)，采用整體鑄鋼結(jié)構(gòu)；直徑為3500mm時(shí)，采用模壓焊接結(jié)構(gòu)；直徑為4000mm時(shí)，采用模壓鉚接結(jié)構(gòu)。 根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，對(duì)于安裝在井上的天輪且鋼絲繩與天輪的

43、圍抱角小于時(shí)，用下式計(jì)算選擇天輪直徑： 式（2.22） 式（2.23） 式中 ——天倫直徑，mm 。 故選用天輪。 2.6預(yù)選電動(dòng)機(jī) 在計(jì)算新井提升設(shè)備需要選用新電動(dòng)機(jī)時(shí)，可以用下式估算功率： 式（2.24） 式中 P——電動(dòng)機(jī)估算功率，kw; K——礦井阻力系數(shù)，箕斗提升K=1.15; ——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)，取=

44、1.3; ——減速器的效率，二級(jí)傳動(dòng)為0.85。 電動(dòng)機(jī)的估算轉(zhuǎn)數(shù)由最大提升速度來(lái)確定，用下式計(jì)算: 式中 ——電動(dòng)機(jī)的估算轉(zhuǎn)數(shù)，r/min; i——減速器傳動(dòng)比； 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的估算功率和轉(zhuǎn)數(shù)先暫選YR1000-8/1108型三相交流線(xiàn)繞型異步電動(dòng)機(jī)，其主要參數(shù)如下： 額定功率 =1000 KW； 額定轉(zhuǎn)數(shù) =741 r/min； 過(guò)負(fù)荷系數(shù) =2.15； 轉(zhuǎn)子飛輪轉(zhuǎn)距 =6540N.； 電動(dòng)機(jī)效率 =92%。 3 提升機(jī)與井筒相對(duì)位置 當(dāng)井筒位置已確定后，重要的是正確選擇提升機(jī)的安

45、裝地點(diǎn)。在決定提升機(jī)安裝地點(diǎn)時(shí)，一般需要考慮一下的問(wèn)題：礦井地面工業(yè)廣場(chǎng)的布置、井下所留有的安全煤柱位置和尺寸、井筒四周的地形條件和地面運(yùn)輸生產(chǎn)系統(tǒng)等。用箕斗提升的時(shí)候，提升機(jī)房應(yīng)位于卸載方向?qū)?cè)。對(duì)于井架上的天輪，根據(jù)提升機(jī)的類(lèi)型和用途、提升機(jī)房地點(diǎn)以及容器在井筒中的布置，裝在同一水平軸線(xiàn)上或者是同一垂直面上。 當(dāng)提升機(jī)安裝地點(diǎn)選好后，就要考慮以下五個(gè)因素：井架高度、鋼絲繩弦長(zhǎng)、提升機(jī)滾筒軸線(xiàn)與井筒中心線(xiàn)的距離、傾角和偏角，它們影響著提升機(jī)與井筒的相對(duì)位置，并且相互影響相互制約。圖3—1為提升機(jī)與井筒相對(duì)位置圖。 圖3-1 提升機(jī)與井筒相對(duì)位置圖 3.1井架高度 參考圖3-1，井

46、架高度應(yīng)該是由下列部分組成： 式（3.1） 式中 ——井架高度，m； ——容器全高，由容器底至連接裝置最上面一個(gè)繩卡的距離，m，查得JL－6型箕斗的全高=9.45m； ——過(guò)卷高度，實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)時(shí)，,是提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)最大速度， 是安全制動(dòng)減速度（），取，S是安全制動(dòng)時(shí)容器所經(jīng)過(guò)的距離，經(jīng)計(jì)算S=10.94，S，取10.94； ——天輪半徑，m。 將圓整成39m。 3.2提升機(jī)滾筒中心至井筒中鋼絲繩間水平距離 一般情況下，在提升機(jī)房與井筒之間很難再設(shè)置其他建筑物，所以為了

47、節(jié)省占地面積，滾筒中心至井筒中鋼絲繩間水平距離盡量小一點(diǎn)好。但是根據(jù)井架天輪受力情況又能夠看出，為了提高井架穩(wěn)定性，在提升機(jī)房與井筒之間，設(shè)有井架斜撐。斜撐基礎(chǔ)與井筒中心的水平距離大概為0.6左右，若取的過(guò)小，導(dǎo)致無(wú)法安裝斜撐是不合理的。考慮上述原因，的最小值可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 式（3.2） 考慮到減輕“咬繩”現(xiàn)象，取=31m。 3.3 鋼絲繩弦長(zhǎng) 鋼絲繩的弦長(zhǎng)指的是鋼絲繩離開(kāi)滾筒處到鋼絲繩與天輪接觸點(diǎn)的一段繩長(zhǎng)。參考圖3-1可以看出，上下兩條弦長(zhǎng)不是完全相等的。但可以近似地以滾筒中心到天輪中心的距離計(jì)算弦長(zhǎng)。 當(dāng)井架高度和滾筒中心

48、線(xiàn)到井筒中鋼絲繩間水平距離都已經(jīng)確定時(shí)，弦長(zhǎng)即為定值。按下式求出： 式（3.3） 式中——滾筒中心線(xiàn)與井口水平的高差，m ，從2JK-3.5/11.5型提升機(jī)的數(shù)據(jù)中查得滾筒中心線(xiàn)高出提升機(jī)房地面700mm，考慮到提升機(jī)房與室外地坪高差，提升機(jī)室外地坪與井口水平差后，取取=1.5 m。 由于實(shí)際弦長(zhǎng)是47.71m，鋼絲繩弦長(zhǎng)在運(yùn)轉(zhuǎn)中振動(dòng)不大，不會(huì)跳離天輪輪緣。 3.4 鋼絲繩的偏角 鋼絲繩的偏角指的是鋼絲繩弦與通過(guò)的天輪平面所成的角度，偏角分為外偏角和內(nèi)偏角。由圖3-2可見(jiàn)，在提升過(guò)程中，隨著滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，偏角是

49、有變化的。當(dāng)右鉤還沒(méi)有開(kāi)始提升時(shí)，右鉤鋼絲繩形成了最大外偏角，而且這個(gè)時(shí)候左鉤鋼絲繩形成最大內(nèi)偏角。同樣，當(dāng)右鉤提升結(jié)束的時(shí)候，左鉤鋼絲繩形成了最大外偏角，而這時(shí)右鉤形成了最大內(nèi)偏角。 鋼絲繩的偏角過(guò)大有兩個(gè)缺點(diǎn)： （1）使鋼絲繩與天輪輪緣的磨損加劇，并使鋼絲繩使用壽命降低。磨損嚴(yán)重時(shí)，還可能引起斷繩事故； （2）在某些情況下，鋼絲繩纏向滾筒時(shí)會(huì)發(fā)生“咬繩”現(xiàn)象。從圖3—2中可看出，若鋼絲繩內(nèi)偏角過(guò)大，弦長(zhǎng)奔離段與鄰圈鋼絲繩不是相離而是相交，如圖中A點(diǎn)所示，這就是“咬繩”現(xiàn)象。即使在內(nèi)偏角不太大的情況下，因?yàn)闈L筒上繩圈間隙較小、滾筒直徑較大或鋼絲繩直徑較大，都會(huì)導(dǎo)致“咬繩”?！耙ЮK

50、”加劇了鋼絲繩的磨損。 通過(guò)對(duì)偏角的分析，可以得出以下的結(jié)論：最大外偏角和最大內(nèi)偏角都不得超過(guò)，作單層纏繞時(shí)，最大內(nèi)偏角還應(yīng)該要保證不咬繩。 圖3-2 鋼絲繩在滾筒上纏繞時(shí)“咬繩”示意圖 最大外偏角： 式（3.4） 式中 B——提升機(jī)滾筒寬度，m ； S——兩箕斗中心距，m，僅安裝一套提升設(shè)備，6噸箕斗采用罐道時(shí)，查得S=1.87m; a——兩滾筒之間的間隙，m，查2JK-3.5/11.5型提升機(jī)兩滾筒中心距為1.84m,故a=1.84-1.7=0.14m； ——鋼絲繩纏在滾筒上的繩圈間隙，m,取。 單層纏繞時(shí)最大內(nèi)偏角

51、： 式（3.5） 多層纏繞時(shí)最大內(nèi)偏角： 式（3.6） 分析上述諸值，完全符合《煤炭安全規(guī)程》的要求，是安全的。 3.5 提升機(jī)滾筒的下出繩角 鋼絲繩弦與水平面之間的夾角稱(chēng)為滾筒鋼絲繩的出繩角，而出繩角大小影響提升機(jī)主軸的受力情況。當(dāng)大于零的時(shí)候鋼絲繩拉力有一向上分力可以抵消一部分主軸的重力，減少了重力彎矩，相對(duì)提高了主軸的強(qiáng)度。所以滾筒實(shí)際的出繩角度增大是對(duì)提升機(jī)主軸的工作有利，限制了下出繩角的最小值是15，是因?yàn)橄鲁隼K角過(guò)小，鋼絲繩有可能與提升機(jī)基礎(chǔ)相接觸，會(huì)使鋼絲繩的

52、磨損增大。對(duì)于JK型提升機(jī)下出繩角不應(yīng)該小于15。所以下出繩角β值為： 式（3.7） 由于實(shí)際下出繩角大于15，因此是符合要求的。 4　提升系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算 為了保證空、重箕斗在卸載曲軌內(nèi)運(yùn)行的穩(wěn)定性和停車(chē)的準(zhǔn)確性，采用六階段速度圖。 4.1 提升系統(tǒng)的動(dòng)力方程式 4.1.1 提升系統(tǒng)的靜阻力 提升系統(tǒng)的靜阻力包括有益載荷、容器自重、鋼絲繩的重量和礦井阻力等形成。礦井阻力指的是井筒中氣流和罐道對(duì)容器的阻力，鋼絲繩在天輪和滾筒上的彎曲阻力及天輪軸承的阻力等。

53、圖4-1是提升系統(tǒng)示意圖，研究空、重容器均已運(yùn)行了X米時(shí)的靜阻力，這時(shí)靜阻力可用下式表示： 式（4.1） 圖4-1提升系統(tǒng)示意圖 4.1.2 提升系統(tǒng)的變位質(zhì)量 為了方便計(jì)算總的慣性力，可以把各運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量都變位到滾筒表面纏繞的圓周上，這個(gè)地方的線(xiàn)加速度就是提升容器的加速度。條件是變位前后的動(dòng)能相等，系統(tǒng)變位質(zhì)量的總和就是提升系統(tǒng)的總變位質(zhì)量。 提升系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分可以分成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)兩個(gè)部分，作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的部分是提升容器、有益載荷和提升鋼絲繩。它們的速度和加速度就等于提升機(jī)滾

54、筒表面速度、加速度，所以它們的變位質(zhì)量與實(shí)際質(zhì)量相同；作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部件為是：提升機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件（包括減速器）、天輪以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子。提升機(jī)和天輪的變位質(zhì)量可以在其技術(shù)規(guī)格表中查出。所以只有電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子變位重量需要計(jì)算。 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的變位質(zhì)量為： 式（4.2） 每根鋼絲繩的重量是全繩長(zhǎng)乘上每米重量P，所以?xún)筛摻z繩的總重量為： 式（4.3） 式中 ——提升鋼絲繩全長(zhǎng)，m ； ——為減少鋼絲繩固定點(diǎn)的拉力，在滾筒上纏三圈摩擦圈繩長(zhǎng)度，m ； 30 ——實(shí)驗(yàn)用繩長(zhǎng)度，m; ——多層纏繞的

55、錯(cuò)繩用繩長(zhǎng)，m ，取=2圈。 提升機(jī)旋轉(zhuǎn)部分的變位重量由滾筒、主軸、減速器和聯(lián)軸器等組成，可以從提升機(jī)規(guī)格表中查出，用表示。天輪的變位重量則用表示，它也可以從天輪規(guī)格表中查出。提升系統(tǒng)的總變位質(zhì)量為： 式（4.4） 式中 ——提升系統(tǒng)的總變?yōu)橹亓?，KN； ——提升機(jī)的變位重量，KN； ——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的變位重量，KN。 4.1.3主加減速度、的選擇和計(jì)算 提升系統(tǒng)動(dòng)力方程式的常用形式為： 式（4.5） 上式表示加速度a與托動(dòng)力的關(guān)系，已知加速度就可

56、求出需要的拖動(dòng)力，反之，已知托動(dòng)力也可求出加速度。 在確定加（減）速度時(shí)，纏繞式提升設(shè)備受到《煤礦安全規(guī)程》、減速器能力及電動(dòng)機(jī)能力的限制。 4.1.3.1主加速度的選擇和計(jì)算 （1）減速器能力對(duì)加速度的限制必須滿(mǎn)足下式： 式（4.6） 式中 ——減速器的最大扭矩，可從提升機(jī)的技術(shù)規(guī)格表中查出。 （2）電動(dòng)機(jī)能力對(duì)加速度的限制必須滿(mǎn)足下式： 式（4.7） 式中 ——電動(dòng)機(jī)的額定拖動(dòng)力，N ； 式（4.8）

57、 （3）《煤礦安全規(guī)程》對(duì)升降物料的加、減速度規(guī)程的限制是，一般在豎井，加、減速度最大不超過(guò)。 加速度受上述三個(gè)條件限制，取其中的最小值，所以取。 4.1.3.2主減速度的選擇和計(jì)算 綜合考慮后，按自由滑行方式確定減速度。在自由滑行整個(gè)減速階段，拖動(dòng)力為零。不帶尾繩的靜力不平衡提升系統(tǒng)的靜阻力不斷變化，使得減速階段的實(shí)際減速度是變量。此時(shí)，與之相應(yīng)的速度變化、時(shí)間和形成等計(jì)算方法也需要改變。不過(guò)減速時(shí)間很短，靜力不平衡程度不是太大，可近似地認(rèn)為減速度階段減速度是常量。減速終了時(shí)的減速度為: 式（4.9） 減速終了時(shí)的減速度是減速整個(gè)過(guò)

58、程中最小的，所以取。 4.2提升系統(tǒng)速度圖和力圖的計(jì)算 4.2.1提升速度圖參數(shù)計(jì)算 對(duì)于箕斗提升，其開(kāi)車(chē)與停車(chē)，無(wú)論是自動(dòng)、手動(dòng)，均要按規(guī)律準(zhǔn)確進(jìn)行。在提升過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)以初加速度啟動(dòng)，使得井上箕斗脫離卸載曲軌時(shí)的速度，不超過(guò)=1.5m/s，箕斗脫離卸載曲軌后，電動(dòng)機(jī)以主加速度運(yùn)行，加速度為，經(jīng)過(guò)主加速時(shí)間s，行程m后，提升機(jī)的速度達(dá)到最大運(yùn)行速度m/s，接著電動(dòng)機(jī)就開(kāi)始在自然特性曲線(xiàn)上作等速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)s，行程m后。此時(shí)采取恰當(dāng)?shù)臏p速方式以減速度進(jìn)行減速，運(yùn)行s，行程m?；吩谕＼?chē)之前，設(shè)計(jì)有一等速爬行階段，到最后提升機(jī)加閘制動(dòng)停車(chē)。所以，箕斗提升采用了六階段速度圖，如圖4—2所示。

59、 圖4-2 箕斗提升速度圖 4.2.1.1 初加速階段 新標(biāo)準(zhǔn)系列的箕斗卸載曲軌行程，卸載曲軌中初加速度為： 式（4.10） 卸載曲軌中初加速時(shí)間： 式（4.11） 4.2.1.2 主加速階段 加速時(shí)間： 式（4.12） 主加速階段的行程為：

60、式（4.13） 4.2.1.3 爬行階段 爬行時(shí)間為： 式（4.14） 箕斗在爬行階段自動(dòng)控制時(shí)，爬行距離取，爬行速度 取。 4.2.1.4 主減速階段 主減速階段時(shí)間為： 式（4.15） 主減速階段行程為： 式（4.16） 4.2.1.5 抱閘停車(chē)階段 抱閘停車(chē)的時(shí)間為，可以大約估計(jì)為1 s ；因?yàn)樾谐毯苄?，可以考慮包括在

61、爬行距離內(nèi)不另行計(jì)算。其減速度一般取 。 4.2.1.6 等速階段 等速階段行程為： 式（4.17） 等速階段時(shí)間為： 式（4.18） 4.2.1.7 一次提升循環(huán)時(shí)間 式（4.19） 4.2.2提升系統(tǒng)力圖參數(shù)計(jì)算 將速度圖中每一個(gè)階段的行程還有相應(yīng)的加速度和減速度代到提升系統(tǒng)動(dòng)力方程式（4.5）中，就能夠計(jì)算出提升過(guò)程中的各個(gè)階段的托動(dòng)力。然后就可以畫(huà)

62、出力圖。 4.2.2.1初加速度階段 提升開(kāi)始時(shí)， ，拖動(dòng)力為： 式（4.20） 出曲軌， ，拖動(dòng)力為： 式（4.21） 4.2.2.2主加速階段 主加速階段開(kāi)始時(shí)，，所以拖動(dòng)力為： 式（4.22） 主加速終束時(shí)， ，所以拖動(dòng)力為： 式（4.23） 4.2.2.3 等速階段 等速階段開(kāi)始時(shí)，

63、，所以拖動(dòng)力為： 式（4.24） 等速終了時(shí)， ，所以拖動(dòng)力為： 式（4.25） 4.2.2.4 減速階段 減速階段開(kāi)始時(shí)，所以拖動(dòng)力為： 式（4.26） 減速終了時(shí)， ，所以拖動(dòng)力為： 式（4.27） 4.2.2.5 爬行階段 爬行階段開(kāi)始時(shí)，所以拖動(dòng)力為：

64、 式（4.28） 爬行終了時(shí)， ，所以拖動(dòng)力為： 式（4.29） 由以上求得的各個(gè)參數(shù)，以時(shí)間為坐標(biāo)圖x軸，作出提升系統(tǒng)的速度圖與力圖如圖4-3 5 礦井提升機(jī)的拖動(dòng)和控制 提升機(jī)的拖動(dòng)和控制需滿(mǎn)足以下要求：（1）調(diào)速性能好；（2）特性曲線(xiàn)要硬；（3）工作方式轉(zhuǎn)換容易；（4）有較高的過(guò)負(fù)荷能力；（5）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；（6）投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低。能符合這些要求的

65、拖動(dòng)設(shè)備，主要是電力拖動(dòng)裝置。一種是交流拖動(dòng)裝置，另一種是直流拖動(dòng)裝置。直流拖動(dòng)裝置與交流拖動(dòng)裝置相比較優(yōu)點(diǎn)是：調(diào)速時(shí)沒(méi)有附加電能損失，低速調(diào)速性能好，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。在直流拖動(dòng)裝置中調(diào)速時(shí)，需要改變它激直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，且需要增設(shè)變用經(jīng)驗(yàn)比較成熟流設(shè)備，或者是采用價(jià)格昂貴的變流機(jī)組。交流拖動(dòng)裝置也有不少優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單、使用經(jīng)驗(yàn)比較成熟和設(shè)備價(jià)格較低使等。目前我國(guó)廣泛采用的是交流拖動(dòng)裝置。因?yàn)闉榱四軌蚶猛饨与娮枵{(diào)速，必須要使用交流繞線(xiàn)型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。由于當(dāng)交流電動(dòng)機(jī)外接電阻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)人工特性曲線(xiàn)過(guò)陡，且低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定性較差。目前由于換向器容量的影響，所使用的交流單機(jī)拖動(dòng)裝置的容量

66、限制要在1000 kW以下。若礦井提升機(jī)所需功率超過(guò)l000 kw時(shí)，仍想采用交流拖動(dòng)裝置，則可以使用雙機(jī)拖動(dòng)。 5.1 提升電動(dòng)機(jī)容量的計(jì)算 從提升力圖和速度圖能夠看出，在一次提升循環(huán)中，提升機(jī)滾筒圓周上的速度、拖動(dòng)力都是變化的。之前初選的提升電動(dòng)機(jī)，能不能滿(mǎn)足各種運(yùn)行狀態(tài)的要求，需要通過(guò)驗(yàn)算才能確定。驗(yàn)算內(nèi)容按溫升條件、特殊力條件及過(guò)負(fù)荷條件分別進(jìn)行。 電動(dòng)機(jī)的額定功率指的是電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下以額定轉(zhuǎn)速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，它的繞組的溫升不超過(guò)允許值時(shí)的功率。電動(dòng)機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中是否過(guò)負(fù)荷的標(biāo)志是其溫升，如果電動(dòng)機(jī)在變化負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫升和其在某一固定負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫升相等，就能夠用這個(gè)固定力作為驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)功率的依據(jù)，這個(gè)力則稱(chēng)為等效力。 影響電動(dòng)機(jī)溫升的條件除了有產(chǎn)生的熱量外，還有散熱條件，然而散熱條件又與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)。因此考慮到散熱因素，計(jì)算電動(dòng)機(jī)容量時(shí)不根據(jù)實(shí)際時(shí)間計(jì)算，而以等效時(shí)間計(jì)算。 等效力的表達(dá)式為： 式（5.1） 式中