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1、第六章 矿井提升设备,一、矿井提升设备的任务 提升煤炭和矸石，下放材料，升降人员、设备。二、矿井提升设备的分类 1、按用途分 可分为主井提升设备和副井提升设备。主井提升设备主要用于提升有益矿物（如提升煤炭或矿物）；副井提升设备用于辅助提升（如提升矸石，升降人员、设备，下放材料等。）。2、按提升容器分 可分为箕斗提升设备和罐笼提升设备。3、按提升机类型分 可分为缠绕式提升设备和摩擦式提升设备。4、按井筒倾角分 可分为立井提升设备和斜井提升设备。,三、矿井提升设备的组成 图6-1塔式多绳摩擦提升机罐笼提升系统和图6-2单绳缠绕式提升机箕斗提升系统。主要由提升容器、提升钢丝绳、提升机、天轮、井架、装
2、卸载设备及电气设备等组成。,62 提升容器,一、提升容器的种类 按用途和结构可分为：箕斗、罐笼、矿车、吊桶等。箕斗:分为立井箕斗和斜井箕斗，专用于主提；罐笼:既可用于主提，也可用于副提；矿车:斜井提升；吊桶:立井井筒开凿时的提升。,二、箕斗1、立井箕斗型号意义（1）立井单绳箕斗（如：JL3）,（2）立井多绳箕斗,JDS12/1104、JDSY12/1104、JDG12/1104,2、立井箕斗结构原理（1）结构 立井提煤多采用底卸式，底卸式箕斗分为平板闸门箕斗和扇形闸门箕斗。以单绳立井平板闸门箕斗为例：其结构如图63所示，主要由斗箱、框架、连接装置及闸门等组成。,（2）卸载原理 当箕斗提升至地面
3、煤仓时，卸载滚轮进入安装在井架上的卸载曲轨内，随着箕斗提升，固定在箕斗框架上的小曲轨同时向上运动，则滚轮在卸载曲轨作用下，沿着箕斗框架上的小曲轨向下运动，并转动连杆，使其通过连杆锁角为零的位置后，闸门就借助煤的压力打开，开始卸载。在箕斗下放时，以相反的顺序关闭闸门。平板闸门底卸式箕斗较扇形闸门卸载时井架受力小，卸载曲轨短，装载时撒煤少，且动作可靠。,三、罐笼 罐笼按其构造不同可分为普通罐笼和翻转罐笼，后者应用较少。普通罐笼有单层、多层和单车、双车以及单绳、多绳之分。标准普通罐笼按固定车厢式矿车名义装载质量确定为1t、1.5t、3t三种形式。1、立井普通罐笼型号意义,（1）单绳罐笼如：GLS11
4、/1、GLGY12/2,（2）多绳罐笼,其它符号意义同上。,2、罐笼的主要结构 图64 单绳1t单层普通罐笼。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，周围用不同厚度的钢板包围，罐笼四角为切角型式，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，以供运送长材料用，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。,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。罐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
5、丝绳罐道。罐笼上部还设有防坠器（又称为断绳保险器）。,防坠器的作用是当提升钢丝绳万一发生断裂后，可使罐笼牢固地支撑在井筒的罐道上，防止罐笼坠落井底造成严重事故。防坠器的型式与罐道类型有关。目前我国广泛采用的是制动绳防坠器。其工作原理如下：（以FLS型制动绳防坠器为例）,（1）布置系统：图65（2）抓捕机构极其传动装置：图66（3）缓冲器：图67（4）制动绳的拉紧装置：图68,63 提升钢丝绳,作用：一、钢丝绳的结构组成：钢丝股+绳芯（纤维绳芯（常用）、金属绳芯）。材质：1、钢丝 为优质炭素结构钢，一般直径为0.44。矿井提升抗拉强度一般采用1700Mpa以下的。2、钢丝绳表面 光面和镀锌（常用
6、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。,3、绳芯 分金属芯纤维芯。纤维绳芯作用：（1）减少股间钢丝的接触应力；（2）缓和弯曲应力；（3）储存润滑油，防止绳内钢丝锈蚀。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。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。,二、钢丝绳的分类、特点及应用（一）分类及特点 1、按钢丝绳的捻法分 可分为右交互捻（ZS）、
7、左交互捻（SZ）、右同向捻（ZZ）、左同向捻（SS）四种。标记代号中，第一个字母表示钢丝绳的捻向；第二个字母表示股的捻向；“Z”表示右捻向，“S”表示左捻向。左捻：按左螺旋方向将股捻成绳。右捻：按右螺旋方向将股捻成绳。交互捻：绳中的股的捻向与股中丝的捻向相反。,同向捻：绳中的股的捻向与股中丝的捻向相同。特点：同向捻钢丝绳柔软，表面光滑，接触面积大，应力小，使用寿命长，绳有断丝时，断丝头部会翘起便于发现，所以矿井提升多用同向捻钢丝绳。但同向捻钢丝绳有较大的恢复力，稳定性较差，易打结。交互捻钢丝绳的结构稳定,2、按钢丝在股中互相接触情况分（1）点接触钢丝绳 股中各层钢丝捻距不等，钢丝间呈点接触状态
8、。这种钢丝绳造价较低，但钢丝间接触应力大，特别是钢丝绳在绕过滚筒和天轮时，钢丝有应力集中和二次弯曲现象，所以寿命较短。（2）线接触钢丝绳 股中各层钢丝以等捻距捻制，钢丝间呈线接触状态。这种钢丝绳工作时应力降低，耐疲劳性能好，结构紧密，无二次弯曲现象，寿命较长。（3）面接触钢丝绳 它是将线接触钢丝绳股进行特殊碾压加工，使钢丝产生塑性变形而呈棉接触状态，然后再捻制成绳的。面接触钢丝绳具有结构紧密，表面光滑，不易变形，钢丝间接触面积大，刚性强和耐磨损等优点。,3、按绳股断面形状分（1）圆形股绳 绳股断面为圆形。这种绳易于制造，价格低，是矿井提升应用最多的一种钢丝绳。（2）异形股绳 绳股断面形状有三角
9、形和椭圆形两种。三角股钢丝绳：强度比同直径圆形股绳要高，承压面积大，外层钢丝磨损小；外层钢丝粗，排列方式好，抗挤压性能好，尤其是在多层缠绕时，过渡比较稳定；寿命比圆形股长。椭圆股钢丝绳：支撑面积大、抗磨损性能好，但绳的稳定性差，不适于承受较大的挤压力。这种绳股多用来与其它绳股捻制成多层不旋转钢丝绳。,（二）钢丝绳结构选择 1、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。2、在磨损严重的条件下使用的钢丝绳，如斜井提升等，应选用外层钢丝尽可能粗的钢丝绳；斜井串车提升
10、时，宜采用交互捻钢丝绳。,3、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。4、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。,三、提升钢丝绳的选择计算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、弯曲应力，扭转应力、挤压应力及接触应力等，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这也导致钢丝绳的损坏。如此复杂的各种影响因素，计算时不能一一考虑。因此，煤矿安全规程规定，计算钢丝绳时按最大静载荷计算并考虑一定的安全系数。且规定：单绳缠绕式提升装置的安全系数为专为升降人员的不得小于9；升降人员和物料用的升降人员时
11、不得小于9，提升物料时不得小于7.5；专为升降物料用的不得小于6.5。,1、立井单绳提升钢丝绳的选择计算 如图，A点承受静载荷最大，其最大静载荷Qmax为：Qmax=Q+Q2+pH0 Qmax=mg+mzg+mpgH0 式中 Q=mg 一次提升货载的重量，N；m货载质量，kg；Qz=mzg 容器的自身重量，N；mz容器质量，kg；p=mpg 钢丝绳每米重量，N/m；,mp钢丝绳质量，kg/m；H0=Hj+Hs+Hz，m H0钢丝绳最大悬垂长度，m；Hj井架高度，m；此值在计算钢丝绳时尚不能精确确定，可采用下列数值：罐笼提升Hj=1525m；箕斗提升Hj=3035m Hs矿井深度，m；Hz由井底
12、车场水平到容器装载的距离（m），罐笼提升 Hz=0；箕斗提升Hz=1825m。,以B为所要选择的钢丝绳公称抗拉强度（N/），S为所有钢丝断面积之和（），如果钢丝绳不被拉断，就必须满足：,设ma为煤矿安全规程规定钢丝绳的安全系数，则,为解上式，找出mp与S的关系，设钢丝绳的平均密度为9400kg/m3，断面积和为S（），长度为1m的质量mp为：mp=9400S kg/m,上式中的S可写成：,将上式代入,设g=10m/s2，则可得：,根据计算出的值，在规格表中选取与计算相近的标准钢丝绳直径，再按选出的资料，验算其安全系数是否符合要求即：,式中 Qp所选钢丝绳全部钢丝破断拉力总和，N；Q+Q2+pH
13、0货载、容器、钢丝绳重量总和。若验算结果不满足要求，即不满足煤矿安全规程要求，应重新选钢丝绳，并重新验算，直到满足要求为止。,2、斜井钢丝绳的选择计算斜井钢丝绳的选择计算与立井相同，其不同之处，只是因斜井井筒倾角小于90，在钢丝绳A点的作用力，只是串车、货载、钢丝绳重力的一个分量，及串车、钢丝绳在轨道和地滚上运动的摩擦阻力。作用于A点沿井筒方向的分力有：串车及货载的重力分力为：n（m1+m21）gsin串车及货载的摩擦力为：f1n（m1+m21）gcos钢丝绳的重力分力为：mpgL0 sin,钢丝绳的摩擦力为：f2 gL0 cos 与立井的钢丝绳计算相似，为保证钢丝绳不被拉断，并有一定安全系数
14、，可写出下式：,每米钢丝绳质量为：,式中 L0钢丝绳由A点至串车车尾车在井下停车点之间的斜长，f1矿车运行摩擦阻力系数；矿车为滚动轴承取f1=0.015；矿车为滑动轴承f1=0.02；f2运行的钢丝绳摩擦系数，此数值与矿车中托辊支承情况有关。钢丝绳全部支承在托辊上取f2=0.150.20；局部支承在托辊上取f2=0.250.4；全部在底版或枕木上拖动时取f2=0.40.6；,ma安全系数，与立井要求相同；m1每一个矿车货载质量，kg；m21每一个矿车自身质量，kg；n矿车数量；井筒平均倾角。根据上式计算的数值，从钢丝绳规格表中选择标准钢丝绳mp，并按下式验算安全系数：,式中 Qp钢丝破断拉力总
15、和，N。,钢丝绳公称抗拉强度，N/；,64 矿井提升机,矿井提升机是矿井提升设备中的动力部分，由电动机、减速器、主轴装置、制动装置、深度指示器、电控系统和操纵台等组成。我国目前广泛使用的提升机可分为两大类：单绳缠绕式提升机（分为小绞车（滚筒直径2m以下）和提升机）和多绳摩擦式提升机。,一、单绳缠绕式提升机 单绳缠绕式提升机的工作原理：把钢丝绳的一端固定到提升机的滚筒上，另一端饶过井架上的天轮悬挂提升容器。这样，利用滚筒转动方向不同，将钢丝绳缠上或松放，以完成提升或下放容器的工作。按滚筒数目不同，单绳缠绕式提升机有单滚筒和双滚筒提升机两种。双滚筒提升机在主轴上装有两个滚筒，其中一个与主轴用键固定
16、连接，称为固定滚筒或死滚筒；另一个滚筒滑装在主轴上，通过调绳离合器与主轴连接，称为游动滚筒或活滚筒。将两个滚筒做成这种结构的目的，是为了在需要调绳及更换提升水平时，两个滚筒可以有相对运动。单滚筒提升机只有一个滚筒，一般用于单钩提升。,型号意义：1、主轴装置（1）作用 1）缠绕提升钢丝绳；2）承受各种正常载荷，并将载荷经轴承传给基础；3）承受在各种紧急事故下所造成的非常载荷；（一般要求在非常载荷作用下，主轴装置的各部分不应有残余变形。）4）当更换提升水平时，调节钢丝绳的长度（仅限双滚筒提升机）。,（2）结构 主轴装置包括滚筒、主轴、主轴承及调绳离合器（双滚筒特有）等。滚筒的筒壳通过轮辐、轮毂用键
17、和轴固定（固定滚筒），筒壳外边一般均设有木衬，木衬上车有螺旋导槽，以便使钢丝绳在滚筒上作规则排列，并减少钢丝绳的磨损。2m单滚筒只有一个制动盘，而单滚筒2.5m则有两个制动盘。当单滚筒作双钩提升，左侧钢丝绳为下边出绳，右侧钢丝绳为上边出绳。单钩提升时为上边出绳，单滚筒由于调绳不方便，为此做成双滚筒。双滚筒的左滚筒通过调绳离合器与主轴连接。,提升绞车主轴装置,t523盘型制动器,JK211.5卷扬机全景,配套减速机,JK211.5卷扬机低压控制柜,JK211.5卷扬机电阻柜,JK211.5卷扬机卷筒,JK211.5卷扬机控制台,（3）调绳离合器 1）作用 使活滚筒与主轴连接或脱开，以便在调节绳长
18、或更换提升水平时，使活滚筒与死滚筒有相对运动。2）种类 调绳离合器可分三种即齿轮离合器、摩擦离合器、蜗轮蜗杆离合器。JK型提升机采用齿轮离合器。3）齿轮离合器a、结构（图611）,b、控制系统：图612 离合器打开：压力油K管nmsr（压力油将活塞销顶起，活塞销下端离开轮毂凹槽，解除闭锁，同时使r的空间与j孔相通）jihgfe离合油缸左腔；离合油缸右腔dcbaL管油池。缸体带动外齿轮向左移动，直到与内齿圈脱开。离合器合上：压力油L管abcd离合油缸右腔；离合油缸左腔efghijpqsmnK管油池。缸体带动外齿轮向右移动，直到与内齿圈啮合。注意：连锁阀的阀体固定在外齿轮的侧面，阀中的活塞销靠弹簧
19、的作用插在轮毂的凹槽中，可以防止提升机在运转中离合器齿轮因震动等原因自动脱开。,顶开钢球,（二）深度指示器 深度指示器是矿井提升机的一个重要附属装置。它的作用是：1、指示提升容器在井筒的位置；2、容器接近井口停车位置发出减速信号；3、过卷保护；4、减速阶段通过限速装置进行限速保护等。目前我国提升机应用较多的是圆盘式深度指示器和牌坊式深度指示器。,1、圆盘式深度指示器 圆盘式深度指示器由发送部分和接收部分组成，其原理是传动轴经齿轮传动，将提升机旋转运动传给发送自整角机，该自整角机再将信号传给圆盘式深度指示器上的接收自整角机，二者组成电轴，实现同步联系，从而达到指示器位置的目的。深度指示盘装于司机
20、台上，有粗针和精针两个指针，精针只在容器接近井口时才转动，以便指示精确的停车位置。深度指示器上还配有连击铃，当提升机减速开始时，此铃发出声响，提醒司机作减速操纵。特点：圆盘式深度指示器结构简单，使用可靠，精度高，易实现自动化，但直观性差。,2、牌坊式深度指示器 牌坊式深度指示器主要由传动轴、直齿轮、锥齿轮、直立的丝杠、梯形螺母、支柱、标尺等组成。在提升机工作时，其主轴带动深度指示器上的传动轴，直齿轮，锥齿轮带动两个直立的丝杠以相反方向旋转，利用支柱分别限制装在丝杠上的梯形螺母旋转，因两个丝杠都是右螺纹，故迫使两个螺母，只能沿支柱作上、下相反方向的移动，从而指示出井筒中两容器一个向上，另一个向下
21、的位置。在两支柱上固定着的标尺上，用缩小的比例根据矿井的具体情况，刻着与井筒深度或坑道长度相适应的刻度，当装有指针的梯形螺母移动时，则指明了提升容器在井筒的位置。特点：优点是指示清楚、直观、工作可靠；缺点是不够精确。,（三）制动系统作用：1、正常停车 2、工作制动 3、安全制动 4、双滚筒提升机在更换水平、调节绳长或更换钢丝绳时，能闸住游动滚筒。制动系统由制动器和传动机构组成。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，分为盘式和块式；传动机构是控制及调节制动力矩的部分，分为油压、压气、弹簧式。JK型提升机采用的是液压站与盘式制动器配合构成的盘式制动系统。,1、盘式制动器（1）结构（
22、2）工作原理：1）松闸；2）抱闸 2、液压站（1）作用 1）在工作制动时，产生不同的工作油压，以控制盘式制动器获得不同的制动力矩；2）在安全制动时，实现二级安全制动；3）控制调绳装置,（2）工作原理：图614 1）工作制动 2）安全制动 3）调绳,二、多绳摩擦式提升机（一）概述 1、组成及工作原理 2、种类 可分为井塔式和落地式两种。3、特点（二）JKM型多绳摩擦式提升机 1、主轴装置 2、车槽装置 3、减速器 4、深度指示器 5、钢丝绳张力平衡装置,四、提升机滚筒尺寸的确定1、提升机滚筒直径D D是计算选择提升机的主要技术数据。以钢丝绳缠绕时不产生过大的弯曲应力为选择的原则。钢丝绳的弯曲试验
23、表明当D/d=80时（D滚筒直径，d钢丝绳直径），弯曲应力w较小，D/d再增大，w并无显著下降；D/d继续减小，w将会引起急剧增加，因此规程规定：井上提升机的滚筒和围抱角大于90的天轮：,式中 钢丝绳中最粗钢丝的直径，mm。,围抱角小于90的天轮：,根据计算，选择标准滚筒直径。,围抱角小于90的天轮：,井下提升机和凿井提升机的滚筒和围抱角大于90的天轮：,2、提升机滚筒宽度B 提升机滚筒宽度B的尺寸，以能容纳应缠绕的钢丝绳为原则，应包括相当于提升高度H米；还包括规定钢丝绳每半年剁绳头一次作试验（一次5米），如果绳的寿命三年考虑，则缠绕滚筒上作试验用的钢丝绳长为30米；另外滚筒表面应保留三圈摩擦
24、圈，以便减轻绳与滚筒固定处的拉力。作单层缠绕滚筒的计算宽度B为：,式中 d钢丝绳直径，mm；钢丝绳绳圈之间的间距，一般取23mm。若钢丝绳在滚筒上作双层缠绕时，为了避免上下层钢丝绳总是在一个地方过渡而损坏，要求每季度错动1/4圈，根据钢丝绳设计寿命，计算多层缠绕滚筒宽度时应加此错动绳24圈。单滚筒双钩提升计算滚筒宽度时，试验绳长应是两倍，摩擦圈也是两倍，还应再加上2圈为缠绕与下放两绳之间的间隔绳圈。,根据计算所得的滚筒直径与宽度，选择稍大且接近计算尺寸的标准提升机的直径和宽度，若无接近的，则可另选较大的，或者在规程允许的情况下作多层缠绕。为了保证提升机有足够的强度，还必须验算所选提升机最大静张
25、力Fjmax（它关系到滚筒与主轴的强度）及最大静张力差Fc（它关系到主轴的强度）应满足下式：,式中Fjmax及Fc由提升机产品规格中查得，如果验算不符合规定，需要重选较大的。,五、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不止方式，再确定相对位置的几个参数尺寸。即：1、井架高度Hj,式中 Hx卸载高度（m），由井口水平到卸载位置的容器底座的高度。对于罐笼提升一般在井口水平装卸载其Hx=015m 对于箕斗提升因地面装设有煤仓
26、等其Hx=1825m Hr容器全高（m），容器底至连接装置最上一个绳卡之 间的距离，可在容器规格表中查取。Hg过卷高度（m），容器正常卸载位置到钢丝绳最上一个绳卡与天轮接触的距离，按规程规定：对于罐笼提升，且提升速度Vm3m/s时，Hg4m；当提升速度Vm3m/s时，Hg6m；,对于箕斗提升Hg4m。Rt天轮半径，0.75Rt表示附加距离，是容器最上一个绳卡将要与天轮轮缘相接触时的位置至天轮水平轴线间的距离。2、滚筒中心至井筒钢丝绳之间的水平距离Ls 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
27、计算：,3、钢丝绳弦长Lx 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：,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=12m；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。,4、钢丝绳的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，1称外偏角，2称内偏角，根据规程规定，内、外偏角不得超过130，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。最大外偏角最大内偏角,式中 s两
28、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。5、滚筒下绳的出绳角（或称下绳仰角）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。即下出绳角值为：,65 提升设备的运行理论,提升设备的运行理论是研究提升设备在一次提升过程中提
29、升容器的速度变化规律和电动机作用在提升机滚筒圆周上力的变化规律的，以确定合理的运动参数。,一、提升系统基本动力方程式 在提升系统工作时，作用于主轴上的拖动力矩M与提升系统的静阻力矩Mj，及惯性力矩Mg处于平衡状态，得 M-Mj-Mg=0 在等直径提升系统中，可以写成为：F-Fj-Fg=0 式中 F电动机作用在滚筒圆周上的拖动力，N；Fj提升系统的静阻力，N；Fg提升系统的惯性力，N。,上式即根据达朗伯尔原理，解决提升系统的受力分析和受力计算，以下将逐项分析：1、提升系统的静阻力 提升系统的静阻力是由货载、容器、钢丝绳的重力以及运行时形成的阻力组成。（1）货载、容器、钢丝绳作用在滚筒缠绕圆周上的
30、静阻力Fj1 图6-19为具有尾绳的提升系统，两容器下面用一根钢丝绳联接起来，此钢丝绳称为尾绳，此种提升系统的货载、容器、钢丝绳作用在滚筒缠绕圆周上的静张力，系滚筒的上升与下降两钢丝绳的静拉力差。,下面讨论提升机工作在某瞬时，即空、重容器都已运行了x米时的静阻力。上升钢丝绳的静拉力Fsj为：Fsj=Q+Qz+p（H-x）+qx 下降钢丝绳的静拉力Fxj为：Fsj=Qz+px+q（H-x）式中 p、q提升主绳、尾绳每米重量（N/M）。所以 Fj1=Fsj-Fsj=Q+（p-q）（H-2x）在上面计算中，将相当于井架高的那段钢丝绳与钢丝绳弦长部分，因对于滚筒缠绕圆周作用的力相互抵消因而不计。,（2
31、）提升系统运行时的阻力Fj2提升系统运行时的阻力包括容器在井筒中运行时空气的阻力，罐耳与罐道的摩擦阻力，钢丝绳的弯曲阻力及天轮滚筒等轴承的阻力；由于这些阻力在设备运行时都是变化的，精确计算较困难，因此，一般在计算中近似认为阻力是不变的，并且用提升量的百分数来表示，其阻力为：Fj2=Q式中 一般对箕斗提升系统取0.15；对罐笼提升系统取0.2。,提升系统的静阻力为：Fj=Fj1+Fj2=Q+Q+（p-q）（H-2x）=KQ+（p+q）（H-2x）式中 K=1+提升系统阻力系数。箕斗提升系统K=1.15 罐笼提升系统K=1.20,2、提升系统的惯性力Fg提升系统运动速度发生变化时，反抗其变化的力为
32、惯性力即 Fg=ma式中 m提升系统所有运动部分换算到滚筒圆周上的变为质量的总和；a提升容器运动时的线加速度。3、提升系统动力方程式 F=KQ+（p-q）（H-2x）+ma（1）无尾绳提升系统 q=0，动力方程式为：F=KQ+p（H-2x）+ma,由上式可见在提升过程中，静阻力不断减小，是由于主钢丝绳的重量得不到平衡所致，故称此种系统为不平衡提升系统，一般适用于井深小于400m。当矿井很深，提升钢丝绳很重，在一次提升终了之前甚至出现负静阻力，为此有时需要额外地加大电动机功率，这样还要用足够大的制动力施闸，吸收系统的动能，和克服下降绳的重力，以保证一定的减速度，达到按时停车，避免过卷事故。这种提
33、升系统既不安全，又不经济。,（2）等重尾绳提升系统 悬挂等重尾绳，q=p，动力方程式为：F=KQ+ma 主绳重被尾绳完全平衡，这种系统称为静力平衡提升系统。一般在井深大于400m时采用。3、重尾绳提升系统 悬挂重尾绳，qp，可以改善提升系统的动力状态。在提升开始时，提升系统静阻力小，有助于电动机的启动；在提升终了时，提升系统静阻力大，有助于停车。这种提升系统多用于具有重负载的深井提升和多绳摩擦提升。注意：是否采用尾绳进行平衡，要进行技术经济比较。,二、提升系统的变位质量 为了计算总的惯性力，提升系统中把各运动部分的质量都变位（折算）到滚筒缠绕圆周上，使其与滚筒缠绕圆周的速度和加速度相等，条件是
34、变位前后的动能相等，这种变位后的质量，叫作变位质量，全系统各个变位质量的总和为提升系统的总变位质量m，此值可以实测，也可以计算。提升系统运动部分可分成直线运动和旋转运动两部分，作直线运动的部件为提升容器及货载、提升钢丝绳、尾绳。它们的速度和加速度与提升机滚筒表面速度、加速度相同，所以其变位质量与实际质量相等；作旋转运动的部件为：提升机（包括减速器）、天轮和电动机转子。提升机和天轮的变位质量在其技术规格表中可分别查出。只有电动机转子变位质量md需要计算。,其计算方法为,式中,在查电动机规格表时，需预先通过电动机功率初选电动机的型号。,电动机的估算功率为,式中 vm提升机最大速度，m/s；规程规定
35、，立井升降物料时，提升容器的最大速度，不得超过下列公式所求得的数值：,式中 H提升高度，m；H=Hx+Hs+HzHx井口水平至容器卸载底之高度；Hs井深；Hz由井底车场水平到容器装载位置的距离。,规程还规定，立井中用罐笼升降人员，其最大速度不得超过下列公式所求得的数值，且最大不能超过16m/s。,一些设计单位，常用的经济速度为：,一般用,在提升机技术规格表中，最大速度栏内查得与计算接近的数值，为最大提升速度。,j减速器传动效率，一级减速器j=0.920.94，二级减速器j=0.840.86；提升系统运转时的动力系数，箕斗提升=1.21.4，罐笼提升=1.41.6。提升系统的总变位质量为；,式中
36、 l p一根提升钢丝绳全长，m；lp=Hc+lx+3D+30+nD Hc钢丝绳悬垂长度，m；,lx钢丝绳的弦长，m；3D滚筒上缠绕三圈摩擦圈绳长，m；30试验用钢丝绳长度，m；nD多层缠绕时错绳圈绳长，n=24圈；lq尾绳长，m；lq=H+2Hh H提升高度，m；Hh尾绳高度，一般取15m。,三、提升系统运动学提升容器在井筒中上下运动，其运动速度除有大小变化外，同时有是间歇、往返、周期性的运动。为了掌握其运动规律，须确定合理的运动参数，以指导提升设备工作和作为电动机功率、电耗量计算以及调整电控等的原始数据。（一）箕斗提升的运动分析对于箕斗提升，其开车与停车，无论手动、自动，都要按规律准确进行。
37、在提升过程中，电动机以初加速度启动运转，使井上箕斗脱离卸载曲轨时的速度，不超过v0=1.5m/s，箕斗脱离卸载曲轨后，电动机实行主加速度运行，即加速度为a1m/s2，经过t1s，行程h1m后，提升机达到最大运行速度,vmm/s，然后电动机开始在自然特性曲线上作等速运动，经过t2s后，行程h2m。此时可以根据作用在滚筒上的两根钢丝绳的拉力差的大小，采取恰当的减速方式以减速度a3 m/s2进行，减速运行t3s，行程h3m。箕斗在停车之前，为了补偿减速运行之误差，提高停车准确度，设计有一等速爬行阶段，最后提升机加闸制动停车。因此，箕斗提升采用了六阶段速度图，如下图所示。,箕斗卸载曲轨行程h0=2.3
38、5m或2.13m。,初加速度a0为,初加速阶段时间t0为,式中 v0=1.5m/s，箕斗脱离卸载曲轨时的速度。,2、主加速度阶段 主加速度a1要受到规程的限制，其具体数值受电动机能力及减速器限制，摩擦式提升机还要加上防滑条件的限制。（1）规程对于提升物料的加速度，没有限制，一般使a11.2m/s2。（2）减速器能力对加速度的限制为,式中 Mmax减速器输出轴最大允许输出扭矩（由提升机规格表中查出），Nm；D滚筒直径，m。,（3）电动机过负荷能力限制为,式中 电动机过负荷系数，可在电动机规格表中查出；0.75在加速度时，由于电动机依次切除转子电阻，拖动力起伏变化，故可取电动机此时出力不大于最大拖
39、动力的0.75倍。Fe电动机作用到滚筒缠绕圆周上的额定拖动力，N；,主加速阶段时间t1为,主加速阶段行程h1为,j传动效率。综合考虑以上三个因素，按其中最小者确定主加速度a1的大小。,3、减速阶段 提升机减速度可以采取多种方式，常用的有自由滑行减速、制动减速和电动机拖动减速。（1）自由滑行减速 即当容器接近卸载位置时，将电动机断电，利用容器的惯性慢慢停车，在能够正常运行的条件下，采用自由滑行运行，可简化操作过程，并节省电能，此时的减速度可由动力方程式求出。,减速阶段开始时 x=H-h3,所以减速度,式中 h3减速阶段的行程，一般为30m40m。,（2）制动方式减速 当矿井很深自由滑行的减速度太
40、小，减速阶段拖延时间太长时，可在减速阶段将电动机断电，利用制动器操纵提升机快速停车。为了使机械闸闸瓦不过度发热和磨损，一般在采用制动器减速时，制动力不应大于0.3Q。其减速度可用动力方程式求出：,（3）电动机减速方式 若自由滑行的减速度太大，可将附加电阻逐级接入电动机转子回路，这时电动机在较软的人工特性曲线上工作。为了较好地控制电动机，电动机发出的拖动力不应小于额定力的35%，在减速即将结束时，可用制动器配合，达到准确停车。即,总之，减速度阶段应首先考虑自由滑行方式运转。若用自由滑行算得的减速度值太小，可选用制动器减速，同时要控制制动力在0.3Q以内，所需制动力超过0.3Q时，考虑用电气制动方
41、式。减速度一般取在0.71m/s2之间。,减速度时间：,减速阶段行程：,式中 v4爬行速度，m/s。,4、爬行阶段箕斗提升的爬行距离和爬行速度可参考下表。,爬行时间t4为：,5、刹车阶段 刹车制动减速度一般取a5=1m/s2；此阶段时间很短可以不计，若计算则：,制动时间：,制动距离：,s,，m,6、等速阶段 等速阶段行程h2：,h2=H-（h0+h1+h3+h4+h5）,等速阶段时间t2,7、一次提升循环时间 Tx=t1+t2+t3+t4+t5+式中 一次提升循环休止时间，s。,8、提升设备的年实际提升量及提升能力富裕系数,式中 An矿井设计年产量，t/年；br一年工作日数，一般为300日；t
42、一日工作时数，一般为14小时；c提升工作不均衡系数；对于有井底煤仓的c=1.11.15，对于无井底煤仓的c=1.2，at提升设备富裕系数，主提升设备对第一水平为1.2。,计算出依次提升的总时间后，再根据上式进行校验，是否满足矿井生产量的要求。若不能满足则应重新选取运动系统中各参数，或修改最大提升速度，然后重新计算运动中各参数。最后在坐标图上以横坐标为时间（s），纵坐标为速度（m/s），按一定比例绘制六阶段速度图。,2、普通罐笼提升的运动分析 由于普通罐笼提升过程中，不需要卸载曲轨，因此就不必要社初加速度阶段，所以普通罐笼提升以五阶段速度图运行。五阶段提升速度的各参数计算方法，除加速度为一个阶段
43、外，其余与六阶段提升速度计算相同。在普通罐笼提升运动中，尚应注意以下两项：（1）规程规定，立井中用罐笼升降人员的加速度和减速度，都不能超过0.75m/s2；（2）爬行阶段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，国内一些矿井和设计部门的经验数值如下表：,四、提升系统动力学 提升系统动力学是研究和确定在提升过程中，滚筒圆周上拖动力的变化规律，为验算电动机容量及选择电气控制设备提供依据。提升设备的动力学计算和绘制力图，主要依据动力学方程式，对提升系统力的变化作定量分析。各类提升系统的动力学计算方法大致相同，现在只以无尾绳箕斗提升，即六阶段速度图为例，介绍动力学计算的基本方法。对于单绳缠
44、绕式无尾绳提升设备，动力方程式为F=KQ+p（H-2x）+ma 将提升速度图中各阶段的行程、相应的加速度和减速度代入上式中，就可以计算出提升过程中各阶段的拖动力。,1、初加速度阶段（1）初加速度开始，x=0，t=0，a=a0；F0=KQ+pH+ma0（2）初加速度终了，x=h0，t=t0，a=a0 F0=KQ+p（H-2 h0）+ma0=F0-2p h02、主加速度阶段（1）主加速度开始：x=h0，t=t0，a=a1 F1=KQ+p（H-2 h0）+ma1=F0+m（a1-a0）,（2）主加速度终了，x=h0+h1，t=t0+t1，a=a1 F1=KQ+p（H-2 h0-2 h1）+ma1=F
45、1-2p h1 3、等速度阶段（1）等速度开始：x=h0+h1，t=t0+t1，a=0 F2=KQ+p（H-2 h0-2 h1）=F1-ma1（2）等速度终了：x=h0+h1+h2，t=t0+t1+t2，a=0 F2=KQ+p（H-2 h0-2 h1-2 h2）=F2-2p h24、减速度阶段（1）减速度开始：x=h0+h1+h2，t=t0+t1+t2，a=-a3 F3=KQ+p（H-2 h0-2 h1-2 h2）-ma3=F2-ma3（2）减速度终了：x=h0+h1+h2+h3，t=t0+t1+t2+t3，a=-a3 F3=KQ+p（H-2 h0-2 h1-2 h2-2 h3）-ma3=F3
46、-2p h3,5、爬行阶段（1）爬行开始：x=h0+h1+h2+h3，t=t0+t1+t2+t3，a=0 F4=KQ+p（H-2 h0-2 h1-2 h2-2 h3）=F3+ma3（2）爬行终了：x=h0+h1+h2+h3+h4，t=t0+t1+t2+t3+t4，a=0 F4=KQ+p（H-2 h0-2 h1-2 h2-2 h3-2h4）=F4-2p h4,6、刹车制动阶段（1）刹车开始：x=h0+h1+h2+h3+h4，t=t0+t1+t2+t3+t4，a=-a5 F5=KQ+p（H-2 h0-2 h1-2 h2-2 h3-2 h4）-ma5=F4-ma5（2）刹车终了：x=H，t=t0+t
47、1+t2+t3+t4+t5，a=-a5 F5=KQ+pH-ma5=F5-2p h5,坐标图上（横坐标为时间（s），纵坐标为力F（N）绘制力图（图621）。在图中确定所计算力值的位置，应与速度图横坐标各阶段的时间相对应，并将每阶段首末两点连成直线即成力图，实际上力在加、减速度阶段的变化呈抛物线，近似成直线其误差很小，是允许的。把力图和速度图绘制在一起，就是提升工作图（图621）。,五、电动机容量验算及提升电耗计算（一）电动机容量验算 在提升系统的变位质量计算中，已经预选了电动机，它是否能满足提升系统各种运动状态下的要求，要通过对电动机温升、过负荷能力和特殊力等条件验算才能确定。,1、按电动机温升
48、条件验算 电动机的额定功率是指电动机在额定负载下以额定转速连续运转，其绕组的温升不超过允许值时的功率。由于在一次提升循环中，提升机滚筒圆周上的拖动力和速度是变化的。这样就不能直接按某一时间的负载和转速计算电动机功率。但是电动机在长时间运转过程中是否过负荷的标志是其温升，若电动机在变化负荷下运转时的温升与其在某一固定负荷下运转时的温升相等，就可以用这个固定力作为验算电动机功率的依据，这个力称为等效力Fd。,影响电动机温升的条件除了产生的热量外，还有散热条件，而散热条件又与电动机转速等因素有关。如高速运转时其冷却风流散热较低速时好些。考虑到散热因素，计算电动机容量时不以实际时间计算，而以等效时间计
49、算。等效力为，N式中 可作简单计算，对于箕斗提升六阶段力图可计算为：,在计算上式中，减速阶段的拖动力是否计入，与减速方式有关。自由滑行减速或机械制动减速时，由于电网与电动机已经断开，电动机不再发热，则F3、F3的值不应计入；若采用电动机减速制动方式时，其力值应计入，这是由于此时电动机内有电流通过而产生热量的缘故；当采用动力制动时，应将F3、F3与分别乘以1.4和1.6的系数，再进行计算，系数1.4和1.6是考虑到动力制动时，力与电流之比值与电动机运转方式不同，因为此时电动机定子为两相通入直流电的缘故；对于爬行阶段，若采用微机拖动，也不应计入其力值。最后的刹车制动阶段，一般均采用机械制动，所以力
50、值不计算在上式中。,其中 低速运行时散热不良系数，=1/2；停机散热不良系数，=1/3。,电动机的等效功率为,，KW,电动机的温升条件是,2、按正常运行时电动机过负荷能力验算,式中 电动机的过负荷系数，可由电动机规格表查得。,N所选电动机作用于滚筒上的额定力。,3、按特殊过负荷能力验算,式中 Ft作用在滚筒缠绕圆周上的特殊力，在下列情况下产生特殊力。,（1）在设有罐座的罐笼提升设备中，当空罐笼位于井底罐座上，仅把重罐笼从井口稍稍提起时其特殊力为：,，N,，N,（2）在更换水平或调节绳长打开离合器作单钩提升空容器时,式中 动力附加系数取1.051.1。,预选电动机全部符合上述要求时，就确定为正式
