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1、前言随着我国经济的不断改革开放,煤炭工业必将高速持续地向前发展,矿井提升是煤炭生产过程中必不可少的重要生产环节。矿山提升工作的任务是将采场采下的矿石,经井下港道运到井底车场,然后沿井筒提升到地面,再从地面运往选矿厂,或直接运往向外部运输的装车站；将掘进出来的废石运提到地面,再从地面运往废石场；此外,还担负着运输材料器械设备到使用地点和运送人员上、下班的任务。在矿山企业中,运输提升作业的劳动量很大,运输提升的费用在矿石生产成本中也占很大比重,矿井提升设备的耗电量一般占矿井总耗电量的30%40%。因此,正确的选择矿山运输提升设备,合理地布置和科学地组织运输提升工作,对提高矿井产量、降低矿石生产成本
2、和提高劳动生产率,将会有很大作用。斜井提升在我国中、小型矿井中应用极其广泛。采用斜井开拓具有初期投资少、建井快、地面布置简单等优点。但一般斜井提升能力小,钢丝绳磨损较快,井筒维护费用高。它包括斜井串车、斜井箕斗及斜井带式输送机三种提升方式。斜井串车提升：可分为单钩与双钩串车两种,其中,单钩串车提升井筒断面小,投资小,生产能力小,耗电量大,但可以用于多水平提升。双钩串车提升能力较大,但只能用于单水平提升。一般年产量在210Kt一下的小型矿井多采用单钩,年产量在300Kt左右的矿井采用双钩,两者皆适用与倾角在以下的情况本文综合运用学过的有关专业知识。本设计包括单钩甩车场和双钩平车场两部分。通过已知
3、的提升条件,分析各部分的经济性、安全性、节能性、技术可行性等诸方面,来做出最佳的提升方案。关键词钢丝绳；提升机；电动机；效率31 / 36目录前言I第一章 主斜井串车提升单钩甩车场11 一次提升量和车组中矿车数的确定11.1根据矿井年产量要求计算矿车数11.2根据矿车连接器强度计算矿车数22 斜井提升钢丝绳的选择计算32.1提升钢丝绳端经荷重32.2钢丝绳单位长度的重量计算33 提升机选择计算43.1提升机直径选择43.2滚筒的宽度44 提升系统的确定54.1固定天轮的选择64.2井架高度的确定64.3滚筒轴中心至天轮中心的确定64.4 钢丝绳的外偏角64.5钢丝绳的出绳角64.6提升电动机的
4、预选75 提升系统的变位质量75.1各变位质量75.2提升系统的变位质量86 提升系统的运动学86.1重车在井底车场运行86.2重车在井筒中运行96.3重矿车在进入栈桥后的运行阶段96.4一次提升循环时间107 提升系统动力学107.2矿车在井筒中运行段107.3重车在栈桥上运行段117.4等效力计算117.5 等效功率118 实际提升能力的验算及自然加、减速度128.1每年实际提升能力128.2富裕系数128.3自然加减速度129 耗电量及其效率计算139.1提升耗电量139.2提升设备效率14第二章 主斜井串车提升双钩平车场151 一次提升量和车组中矿车数的确定151.1计算提升斜长151
5、.2根据矿车连接器强度计算矿车数162 斜井提升钢丝绳的选择计算172.1提升钢丝绳端经荷重172.2钢丝绳单位长度的重量计算173 提升机选择计算183.1滚筒直径确定183.2滚筒的宽度184 提升系统的确定194.1固定天轮的选择204.2井架高度的确定204.3滚筒轴中心至天轮中心的水平距离确定204.4钢丝绳的外偏角214.5钢丝绳的仰角214.6提升电动机的预选215 提升系统的变位质量225.1各变位质量225.2提升系统的变位质量236 提升系统的运动学236.1 重车在井底车场运行236.2 重车在井筒中运行236.3重矿车在进入栈桥后的运行阶段246.4一次提升循环时间24
6、7 提升系统动力学247.1重矿车在井底车场阶段247.2矿车在井筒中运行段257.3重车在栈桥上运行段257.4 等效力计算257.5 等效功率268 实际提升能力的验算及自然加、减速度268.1 每年实际提升能力268.2富裕系数268.3自然加减速度279 耗电量及其效率计算289.1提升耗电量289.2提升设备效率29设计选型30附录31致32参考资料33第一章主斜井串车提升单钩甩车场原始数据矿井年产量：井筒斜长：井筒斜角：工作制度 ：年工作日天,日工作实数小时 煤的松散容重：矿井服务年限：采量MG1.1-6,一吨固定式车厢式矿车提升不均衡系数：井底车场甩车增加的运行距离：串车在井口栈
7、桥上的运行距离：1、一次提升量和车组中矿车数的确定图1-1斜井甩车场单钩串车提升系统1一次提升量和车组中矿车数的确定1.1根据矿井年产量要求计算矿车数提升斜长：一次提升持续时间的确定：初步选定的最大速度为4.8m/s,计算每次提升的持续时间小时提升量: 一次提升量M：一次提升矿车数n:式中：装载系数 当倾角在煤的松散密度,V矿车容积,MG1.16型矿车的容积为1.1通过计算算出n值位小数时,考虑到利用串车型号,取一次提升矿车数为13。1.2根据矿车连接器强度计算矿车数：矿车沿倾角为的轨道上提时,受到斜面产生的阻力,n辆矿车的总阻力由最前面的矿车连接器来承担,为保证连接器强度,所拉矿车数受到限制
8、。矿车连接器强度一般容许承受拉力60000N,因此,矿车连接器强度容许的矿车数为式中 矿车的载货量自身质量矿车运行摩擦阻力系数,矿车系数取重力加速度,计算中,即矿车连接器强度不满足要求,矿车数应确定为。即矿车数为8辆。2 斜井提升钢丝绳的选择计算图1-2 斜井钢丝绳计算图2.1提升钢丝绳端经荷重钢丝绳悬垂长度：2.2钢丝绳单位长度的重量计算式中： 钢丝绳在巷道运行的阻力系数,取=0.20钢丝绳的公拉强度 ,取 钢丝绳安全系数根据上式计算的数值,查钢丝绳规格表选择标准钢丝绳。斜井提升一般选用绳67股1+6绳纤维绳标准钢丝绳,因为这种钢丝绳的钢丝较粗耐磨。钢丝绳的破断力总和 钢丝绳的直径d=26m
9、m钢丝绳的单位长度重量 钢丝绳的安全系数 符合煤矿安全规程的规定3 提升机选择计算3.1提升机直径选择煤矿安全规程规定对于安装在地面的提升机,其直径与钢丝绳直径关系如下式中: Dg为提升机卷筒的直径mm；d为提升钢丝绳直径d=26mm可选择滚筒直径为的单滚筒提升机3.2滚筒的宽度式中：Lm-定期试验用的钢丝绳长度,一般取30m;3-为滚筒上缠绕的三圈摩擦绳;4-煤矿安全规程规定为每季度将钢丝绳移动1/4圈附加的钢丝绳圈数;-钢丝绳在滚筒上缠绕时钢丝绳间的间隙,滚筒直径Dp=2.5m, 取=2.5mm;Kc-钢丝绳在滚筒上的缠绕圈数,主斜井倾角25度,提升长度550m,取Kc=2Dp-钢丝绳在滚
10、筒上缠绕的平均直径, Dp=Dg+d=2.5+0.0272.527 根据以上计算,可选择JK2.5/20型单滚筒提升机技术性能为表1-1表1-1 JK2.5/20型单滚筒提升机技术性能型号卷筒最大静力最大静力差容绳量提升速度电机转速传动比变位质量JK-2.5/20个数直径m宽度mtt一层二层三层m/smin/r20t12.52994008101290575013.7最大静力4 提升系统的确定图1-3 斜井单钩甩车场井口相对位置图4.1固定天轮的选择煤矿安全规程规定：地面天轮时时 天轮直径 查矿用固定天轮目录表3-3可选型固定天轮变为质量550kg4.2井架高度的确定 =8.8-1.25=7.5
11、5m 取8m式中 井口与天轮中心之间提升钢丝绳的倾角,一般为610,此处取10;井口与天轮中心之间预选的提升斜长,取50m;天轮的半径;：1.25m4.3滚筒轴中心至天轮中心的确定单钩固定天轮提升按外偏角不超过得 取作为提升机滚筒中心与天轮中心的水平距离求得钢丝绳的弦长： 式中 C为滚筒主轴中心与基座的中心高C=0.5m滚筒的半径4.4 钢丝绳的外偏角 符合煤矿安全规程的规定4.5钢丝绳的出绳角 单滚筒为上出绳 = = =4.6提升电动机的预选 电动机功率： = =416.94kw式中 根据选择的提升机,由提升机规格表查得的标准提升速度减速器传动效率,单级传动时电动机容量备用系数,取1.11.
12、2.查绕线式电动机产品目录表,可选用JR1510-8型电动机。技术特征见表1-2：表1-2 可选用JR1510-8型电动机技术特征型号容量电压电流转速效率功率因数转子电压转子电流额定转矩转子转动惯 量电机重量JR1510-8kwVAr/min%cosVA203300kg475600058735920.84644704800 按电动机额定转数核算的提升钢丝绳最大运行速度5 提升系统的变位质量5.1各变位质量电动机的变位重量天轮的变位重量提升机的变位重量 提升钢丝绳的总长度变位重量总计 5.2提升系统的变位质量6 提升系统的运动学煤矿安全规程规定：倾斜井巷升降人员或用矿车升降物料时,提升容器的最大
13、速度。专用人车的运行速度不得超过设计最大允许速度。其他参数确定初始加速度。 车场速度。主加减速度。升降人员时：；升降物料时：煤矿安全规程对升物料的主加速度和主减速度无限制,一般可用0.5m/s也可稍大些,但要考虑自然加、减速度问题。 摘挂钩时间。 电动机换向时间。6.1重车在井底车场运行初加速阶段 时间 距离 在车场的等速阶段 距离 时间 6.2重车在井筒中运行在井筒的加速度阶段 时间 距离 进入栈桥前的减速阶段 时间 距离 6.3重矿车在进入栈桥后的运行阶段未减速阶段 时间 距离 在线桥上的低速等速运行阶段 距离 时间 在井筒的等速阶段 距离 时间 6.4一次提升循环时间 式中：为摘挂钩时间
14、, 电动机换向时间之和。7 提升系统动力学单钩串车甩车场需分别计算重车组上提的前半循环与空车组下放的后半循环,重车组上提和空车组下放的变位质量也不一样。 为了简化计算钢丝绳及空重矿车运行中的倾角虽有变化,全部按井筒的倾角=25计算。7.1重矿车在井底车场阶段提升开始时初加速终了时 低速等速开始时低速等速终了时 7.2矿车在井筒中运行段主加速开始时 主加速终了时 等速开始时 等速终了时 减速开始时 减速终了时 7.3重车在栈桥上运行段末等速开始时 末等速终了时 末减速开始时 末减速终了时 7.4等效力计算7.5 等效功率 从以上计算可知,所选电动机容量是合适的电动机的过载系数校验 由此可见,所选
15、JR1508型电动机是合适8、实际提升能力的验算及自然加、减速度 由于一次提升循环的实际时间为340.24S为保证完成产量的一次循环时间则为460S, 显然本设计提升能力有较大的容裕量,这有利于矿井挖潜。8.1每年实际提升能力式中：8.2富裕系数8.3自然加减速度选取加、减速度后,若斜井倾角小于6,还需要根据自然加、减速度来校验；倾角在6以上时,自然加速度已达以上,故不需要校验。若选用的加速度大于容器自然加速度时,则此提升机松绳速度大于容器运行速度,使下放钢丝绳松弛。加速完毕等速运转时,容器仍在做加速运动,直至把钢丝绳拉紧,此时钢丝绳将受到一个很大的冲击载荷,有被拉断的危险,为了防止这种事故,
16、要求。自然加速度为 式中 下放钢丝绳作用在滚筒圆周上的力,N；井筒倾角；矿车数；单个矿车自身质量kg；下放钢丝绳端的变位质量串车组运行阻力系数；天轮变位质量,kg,查天轮规格表可得。若上提重车时选用的减速度大于由于重力、摩擦阻力产生的自然减速度,钢丝绳运行速度即小容器上升速度导致松绳,严重时能使容器越过钢丝绳发生压绳与掉道事故。提升机停止时,容器还会上升一段距离,然后下落把绳猛然拉紧,使钢绳受到很大的冲击。为避免造成此种事故要求 。重串车的自然加速度为式中 每辆矿车载货量kg上升钢丝绳力N上升钢丝绳端变位质量kg 9 耗电量及其效率计算 9.1提升耗电量爬行段采用主电机控制,一次提升耗电量W式
17、中： 附属设备耗电量的附加系数: 1.02 减速箱的传动效率,二级传动, 电动机的效率取积分项按下式计算： 1度电=吨煤电耗式中：有益电耗 9.2提升设备效率第二章主斜井串车提升双钩平车场计算条件矿井年产量：=30万吨井筒斜长： L=550米井筒斜角：工作制度 ：年工作日br=300天,日工作实数t=14小时 煤的松散容重：=0.92t/矿井服务年限：40年采量,一吨固定式车厢式矿车提升不均衡系数：井底车场甩车增加的运行距离：串车在井口栈桥上的运行距离：图2-1 斜井平车场双钩串车提升系统1 一次提升量和车组中矿车数的确定1.1计算提升斜长一次提升持续时间的确定：初步选定的最大速度,计算每次提
18、升的持续时间：小时提升量: 一次提升量M：一次提升矿车数：式中： 装载系数 当倾角在煤的松散密度,V矿车容积,MG1.16型矿车的容积为通过计算算出n值位小数时,考虑到利用串车型号,取一次提升矿车数为6。1.2根据矿车连接器强度计算矿车数 矿车沿倾角为的轨道上提时,受到斜面产生的阻力,n辆矿车的总阻力由最前面的矿车连接器来承担,为保证连接器强度,所拉矿车数受到限制。矿车连接器强度一般容许承受拉力60000N,因此,矿车连接器强度容许的矿车数为式中 矿车的载货量自身质量矿车运行摩擦阻力系数,矿车系数取 重力加速度,计算中,即矿车连接器强度满足要求,矿车数应确定为。即矿车数为6辆。图2-2 斜井钢
19、丝绳计算图2斜井提升钢丝绳的选择计算2.1提升钢丝绳端经荷重钢丝绳悬垂长度2.2钢丝绳单位长度的重量计算 式中： 钢丝绳在巷道运行的阻力系数,取=0.20 钢丝绳的公拉强度 ,取15500N 根据上式计算的数值,查钢丝绳规格表选择标准钢丝绳。斜井提升一般选用绳67股1+6绳纤维绳芯为标准钢丝绳,因为这种钢丝绳的钢丝较粗耐磨。钢丝绳的破断力总和 钢丝绳直径d=24.5mm 单位长度重量 钢丝绳的安全系数 符合煤矿安全规程的规定3提升机选择计算3.1滚筒直径确定煤矿安全规程规定对于安装在地面的提升机,直径与钢丝绳直径关系：式中: Dg为提升机卷筒的直径mm；d为提升钢丝绳直径d=24.5mm可选择
20、滚筒直径为的双滚筒提升机3.2滚筒的宽度式中：Lm-定期试验用的钢丝绳长度,一般取30m;3-为滚筒上缠绕的三圈摩擦绳;4-煤矿安全规程规定为每季度将钢丝绳移动1/4圈附加的钢丝绳圈数;=2.5mm钢丝绳在滚筒上缠绕时钢丝绳间的间隙,滚筒直径Dp=2.5m, Kc-钢丝绳在滚筒上的缠绕圈数,主斜井倾角25度,提升长度550m,取Kc=2Dp-钢丝绳在滚筒上缠绕的平均直径, Dp=Dg+d=2.5+0.0272.527 根据以上计算,可选择2JK2.5/20型双滚筒提升机技术性能为表2-1表2-1 2JK2.5/20型双滚筒提升机技术性能型号卷筒最大静力最大静力差容绳量提升速度电机转速传动比变位
21、质量2JK-2.5/20个数直径m宽度mtt一层二层三层m/smin/r20t22.51.295.52205007908.57507.9双钩提升时最大静力差为 4 提升系统的确定图2-3 斜井双钩平车场井口相对位置图4.1固定天轮的选择煤矿安全规程规定：地面天轮时时 天轮直径 查矿用固定天轮目录表3-3可选型固定天轮变为质量307kg4.2井架高度的确定=8.8-1.25=7.81m 取8m式中 -井口与天轮中心之间提升钢丝绳的倾角,一般为610,此处取10; 井口与天轮中心之间预选的提升斜长,取50m;天轮的半径;4.3滚筒轴中心至天轮中心的水平距离确定双钩固定天轮提升按外偏角不超过。由于偏
22、角的限制,可计算出最小弦长。 按外偏角 按偏角 m式中滚筒宽度；B=1.2m 两滚筒侧间隙；a=1.35-1.2=0.15m 两天轮间距,即井筒中轨道中心距,其中为矿车最突出部分宽度；S=880+200=1080mm以作为提升机筒中心之间的水平距离,再求出钢丝绳弦长为 式中天轮的半径 滚筒的半径C为滚筒主轴中心与基座的中心C=0.54.4钢丝绳的外偏角 外偏角 符合煤矿安全规程偏角 符合煤矿安全规程4.5钢丝绳的仰角 下绳仰角 符合煤矿安全规程 上绳仰角 4.6提升电动机的预选 电动机功率：式中 由提升机规格表查得的标准提升速度减速器传动效率,单级传动时电动机容量备用系数,取1.11.2.查绕
23、线式电动机产品目录表可选用JR158-10型电动机。技术特征见表2-2：表2-2 用JR158-10型电动机技术特征型号容量电压电流转速效率功率因数转子电压转子电流额定转矩转子转动惯 量电机重量JR1510-10kwVAr/min%cosVA1.84200kg400600051590920.8260542248000按电动机额定转数核算的提升钢丝绳最大运行速度5：提升系统的变位质量5.1各变位质量电动机的变位重量=天轮的变位重量提升机的变位重量 提升钢丝绳的总长度变位重量总计 5.2提升系统的变位质量6提升系统的运动学煤矿安全规程规定：倾斜井巷升降人员或用矿车升降物料时,提升容器的最大速度。专
24、用人车的运行速度不得超过设计最大允许速度。见附录斜井平车场速度图及力图图A。其他参数确定初始加速度。 车场速度。主加减速度。升降人员时：升降物料时：煤矿安全规程对升物料的主加速度和主减速度无限制,一般可用0.5m/s也可稍大些,但要考虑自然加、减速度问题。 摘挂钩时间。 电动机换向时间。6.1 重车在井底车场运行初加速阶段 时间 距离 在车场的等速阶段 距离 时间 6.2 重车在井筒中运行在井筒的加速度阶段 时间 距离 进入栈桥前的减速阶段 时间 距离 6.3重矿车在进入栈桥后的运行阶段未减速阶段 时间 距离 在线桥上的低速等速运行阶段 距离 时间 在井筒的等速阶段 距离 =61030+30+
25、12.6+12.6=524.8m 时间 6.4一次提升循环时间 =5+17.5+4.7+135.9585+4.7+17.5+5+25=215.35s 式中：为摘挂钩时间, 电动机换向时间之和。7提升系统动力学单钩串车甩车场需分别计算重车组上提的前半循环与空车组下放的后半循环,重车组上提和空车组下放的变位质量也不一样。 为了简化计算钢丝绳及空重矿车运行中的倾角虽有变化,全部按井筒的倾角25计算。见附录斜井平车场速度图及力图图B。 7.1重矿车在井底车场阶段提升开始时初加速终了时低速等速开始时低速等速终了时 7.2矿车在井筒中运行段主加速开始时 主加速终了时 等速开始时等速终了时 减速开始时 减速
26、终了时 7.3重车在栈桥上运行段 末等速开始时 末等速终了时 末减速开始时 末减速终了时 7.4 等效力计算7.5 等效功率 从以上计算可知,所选电动机容量是合适的 电动机的过载系数校验 由此可见,所选JR15710型电动机是合适8实际提升能力的验算及自然加、减速度由于一次提升循环的实际时间为215.35S为保证完成产量的一次循环时间则为230.43S,显然本设计提升能力有较大的容裕量,这有利于矿井挖潜。8.1 每年实际提升能力式中：8.2富裕系数 说明上述选型设计合理可行8.3自然加减速度选取加、减速度后,若斜井倾角小于6,还需要根据自然加、减速度来校验；倾角在6以上时,自然加速度已达以上,
27、故不需要校验。若选用的加速度大于容器自然加速度时,则此提升机松绳速度大于容器运行速度,使下放钢丝绳松弛。加速完毕等速运转时,容器仍在做加速运动,直至把钢丝绳拉紧,此时钢丝绳将受到一个很大的冲击载荷,有被拉断的危险,为了防止这种事故,要求。自然加速度为 式中 下放钢丝绳作用在滚筒圆周上的力,N；井筒倾角；矿车数；单个矿车自身质量,kg；下放钢丝绳端的变位质量 串车组运行阻力系数；天轮变位质量,kg,查天轮规格表可得。若上提重车时选用的减速度大于由于重力、摩擦阻力产生的自然减速度,钢丝绳运行速度即小容器上升速度导致松绳,严重时能使容器越过钢丝绳发生压绳与掉道事故。提升机停止时,容器还会上升一段距离
28、,然后下落把绳猛然拉紧,使钢绳受到很大的冲击。为避免造成此种事故要求 。重串车的自然加速度为式中 每辆矿车载货量kg；上升钢丝绳力N；上升钢丝绳端变位质量,kg 。9耗电量及其效率计算9.1提升耗电量 爬行段采用主电机控制,一次提升耗电量W 式中： 附属设备耗电量的附加系数。1.02 减速箱的传动效率,二级传动,电动机的效率 , 取 积分项按下式计算：1度电=吨煤电耗式中：有益电耗 9.2提升设备效率设计选型下表主要以两种方案的技术性进行比较单钩甩车场和双钩平车场比较表矿车数钢丝绳直径提升机型号电动机功率一次循环时间实际提升能力富裕系数吨煤电耗机械设备效率单钩8辆26mmJK-2.5/2047
29、5340.241.1562.4229双钩6辆24.5mm2JK-2.5/20400215.351.272.231.5从表中可以看出,双钩平车场和单钩甩车场比较其优点有一下几点：第一矿车数要少、钢丝绳的直径细、电动机的功率小。第二一次提升循环时间减少一半,实际的提升能力比较强；第三机械设备效率高；第四富裕系数较高。这几项技术上的优势,第一可以减少一定数额的初期投入,可为矿井建成投产运行过程中获得较高的回报,减小煤矿企业运营管理成本。使煤矿企业获得较大的企业利润,也这有利于煤矿企业在后期生产中的挖掘潜能。综上所述,我们采用矿井的提升方式为平车场双钩串车提升。附录斜井平车场速度图及力图图A 斜井平车场速度图图B 斜井平车场力图参考资料1.矿山固定机械手册严万生 煤炭工业。1986年5月2.煤矿固定机械及运输设备牛树仁 煤炭工业,1998年10月3.煤矿固定机械及运输设备毛君 煤炭工业,20XX9月4.煤矿固定机械及运输设备王志甫 煤炭工业,20XX1月5.矿井运输与提升福固 中国矿业大学 20XX11月
