矿山提升设备选型

第二篇矿山提升设备第八章竖井提升设备的选型计算第一节提升方式确定原则选型设计依据和内容一、提升方式确定原则1、年产量An小于30万t的小型矿井，可用一套罐笼提升设备完成全部主副井任务。2、年产量An大于60万t的大中型矿井，一般均设主副井两套提升设备。3、年产量An大于180万t的大型矿井，主井需要两套箕斗提升设备，副井除设备一套罐笼提升设备外，多数尚需设置一套单容器平衡锤系统以专门提升矸石。*其它因素：1、主井一般采用箕斗提升方式，在特殊条件下，可采用罐笼作为主要提升设备。2、中型以上矿井，原则上都要采用双钩提升。如果矿井同时开采水平数过多，也可采用平衡锤单容器提升方式。3、对于年生产量90万t以上的大型矿井，或井较深时可采用多绳摩擦提升系统。4、煤矿若有两个分前、后期开采水平，提升机、井架或井塔等大型固定设备要按最终水平选择；提升容器、钢丝绳和提升电动机根据实际情况也可按第一水平选择。二、选型设计的依据和主要内容（一）选型设计的依据1、主井提升（1）矿井的年产量A（t/a）;（2）工作制度：即年工作日数br,日工作小时数t,《煤炭工业设计规范》规定：br=300d,t=14h；（3）矿井开采水平数及各水平服务年限；（4）矿井深度Hs，m：井口至各开采水平的深度；（5）卸载高度：卸载水平与井口的高差Hx(m),对于底卸式箕斗：Hx=15~25m，对于普通罐笼：Hx=0~15m；；（6）装载高度：装载水平与井下运输水平的高差Hz（m），对于底卸式箕斗：Hz=18~25m；（7）煤的散集密度（t/m3）；（8）提升方式：箕斗或罐笼；（9）矿井电压等级。2、副井提升（1）矸石年产量：如无特别指出时，可取煤炭产量的15~20%，最大班出矸量按日出矸量的50%计算；（2）最大班下井人员数目（人/班）；（3）矿井深度Hs（m）；（4）每班下井材料、设备、炸药次数。（次/班）；（5）提升罐笼型式规格，罐笼质量（kg），矿车质量（kg）；（6）矸石散集密度（t/m3）。（二）设计的主要内容1、计算选择提升容器；2、计算选择提升钢丝绳；3、计算选择提升机；4、提升电动机的预选；5、提升机与井筒相对位置的计算；6、运动学及动力学计算；7、电动机功率的验算；8、计算吨煤电耗（对于主井提升）或制定最大班作业时间平衡表（对于副井）。第二节提升容器的选择计算方法：经济速度法一、经济提升速度：vj=(0.3~0.5)m/s提升高度：H=Hs+Hx+Hz二、估算一次合理提升时间：Tj=HuHjjvav三、计算一次经验提升量Qj：rjfjtbTACaQ3600按计算出的Qj，在箕斗的规格表中选取相近的名义货载质量的标准箕斗。四、计算一次实际提升量QVQ第三节提升钢丝绳的选择计算•钢丝绳受力：静应力、动应力、弯曲应力、扭转应力、接触应力、挤压应力及捻制应力等，另外，钢丝绳的磨损及锈蚀也将导致钢丝绳的损坏。•钢丝绳的强度计算方法：《煤炭安全规程》的规定：钢丝绳按最大静载荷并考虑一定的安全系数的方法进行计算。一、按最大静载荷计算Qmax=(Q+Qz+pHc)g,NmSpHQQgBcz)(Sp0caBzHmgQQp0caBzHgmQQp9000计算出p值后，从钢丝绳规格表中选取与计算相近的较大标准钢丝绳。二、钢丝绳的安全系数《煤炭安全规程》规定单绳缠绕式提升设备采用的钢丝绳安全系数ma：1、专为升降人员用的钢丝绳不得小于9；2、升降人员和物料用的钢丝绳：升降人员时不得小于9；提升物料时不得小于7.5；混合提升时不得小于9；3、专为升降物料用的钢丝绳不得小于6.5。第四节提升机的选择计算一、卷筒直径原则：使钢丝绳绕经卷筒时所产生的弯曲应力不要过大，以便保持钢丝绳的一定承载能力和使用寿命。绕经卷筒的钢丝绳弯曲应力的大小，取决于卷筒和钢丝绳直径之比。《煤矿安全规程》规定：对于安装于地面的提升机：D≥80d,mmD≥1200,mm对于井下提升机：D≥60d,mmD≥900,mm二、卷筒宽度卷筒宽度应根据所需容纳的钢丝绳长度确定。在卷筒表面应容纳以下几部分钢丝绳：（1）提升高度H,m；（2）钢丝绳试验长度，规定每半年剁绳头一次进行试验，一次剁掉5m，如果钢丝绳的寿命以三年计，则试验长度为30m；（3）卷筒表面应保留三圈摩擦圈，以便减轻钢丝绳在卷筒固定处的张力；（4）当钢丝绳在卷筒上作多层缠绕时，为了避免上下层钢丝绳总是在一个地方过渡，每季要将钢丝绳错动约1/4圈，根据钢丝绳的使用年限，取错绳圈=2~4圈。•对于单层缠绕，每个卷筒的宽度为：•mm•对于多层缠绕，每个卷筒的宽度为：•mmedDHB330)()3(30'dDkDnHBp22421ddkDDp三、验算最大静张力及最大静张力差•为了保证提升机有足够的强度，还必须验算所选提升机的最大静张力Fj（它影响卷筒的强度和主轴的强度）及最大静张力差Fc（它影响主轴的强度），使其满足:gpHQQFZjgpHQFC第五节提升电动机的预选•为了对提升设备进行动力学计算，应预选提升电动机。•提升电动机应满足功率、电压及转速三个方面的要求。•一、提升电动机的功率1000gKQNρ——动力系数，即考虑动负荷影响的系数，一般ρ=1.2~1.4，箕斗提升取小值；罐笼提升取大值；二、提升电动机的转速nDin60三、提升机实际提升速度•第六节提升机与井筒的相对位置的确定一、井架高度Hj二、钢丝绳的外偏角α1和内偏角α2钢丝绳的弦长与天轮平面的夹角有两个，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。tgrXjRHHHH75.0iDnem60三、钢丝绳弦长Lx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。四、卷筒中心线至井筒提升中心线的水平距离Ls五、提升机卷筒的下出绳角β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。对于JK型提升机下出绳角不应小于15°。5.36.0DHLjs220)2()(tsjxDLCHLxttsjLDDRLCH2sintan101第七节提升容器的运动学•一、箕斗的运动分析1、加、减速度的确定•《煤矿安全规程》规定：•竖井升降人员时：•竖井提升物料箕斗提升加速度：21/75.0sma21/2.1sma2、减速方式（1）自由滑行方式减速（2）制动方式：1）电气制动：直流拖动：发电制动；交流拖动：低频发电机或动力制动等2）机械闸制动（3）电动机减速方式二、普通罐笼的运动分析在普通罐笼提升运动中，应注意以下两点：（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。第八节提升系统的动力方程式提升机在主轴上的拖动力矩M与提升系统的静阻力矩及惯性力矩处于平衡状态。即M－Mj－Md=0在等直径提升系统中可以用力的关系表示。即F－Fj－Fd=0maFFj一、提升系统的静阻力•提升系统的静阻力：（1）有益载荷（2）容器自重（3）钢丝绳重量（4）矿井阻力1、上升侧：szsWgxHpQQF2、下放侧：xzxWpxQgFxsxsjWWgxHpQFFF2gxHpkQFj23、提升系统的静阻力Fj：式中：Ws+Wx=ξQg，箕斗ξ=0.15；罐笼ξ=0.21k4、提升系统的静力不平衡现象在以提升行程为横坐标的图上，静阻力是一条下斜的直线。当井很深绳很重时，斜线的倾角就比较大。甚至在提升终了前就出现负静阻力。存在的问题：（1）加速阶段：提升电动机必须产生很大的拖动力，才能使提升系统获得必要的加速度。为此，有时需要额外地加大电动机的功率。（2）减速阶段：必须用足够大的制动力施闸。这不仅要用闸吸收系统的动能以达到减速的目的，而且还要用闸克服下放绳的重力。静力平衡措施：挂尾绳在两个提升容器下面用一根q(kg/m)的钢丝绳联起来，绳环直垂到井底。gxHqpkQFj2•挂尾绳弊端：•增加尾绳费用；要为尾绳环延深井筒；增加维修工作量；增加挂绳和换绳的工作量。•二、变位质量•1、变位质量：•提升系统的各个运动部件质量都变位到提升机卷筒表面缠绳的圆周上后的质量之和。•2、变位质量计算的原则：•必须保持该部件变位前后的动能相等。带尾绳静阻力为3、变位质量计算方法：（1）旋转运动部分：1）提升机的旋转部件：变位质量在规格表中查出。2）天轮：变位质量在规格表中查出。3）电动机的转子：按变位前后动能相等的原则有：2122121jddJJ电动机转子变位到提升机轴上后的转动惯量为：221iJJJdjdd电动机转子变位到卷筒缠绳圆周上的质量为：•电动机的规格表中查不到Jd值，却能查到转子飞轮力矩（GD2）值,它是工程上常用的表示物体旋转运动时惯性的数值。它与Jd的换算关系是:222114DiJRJmdddgGDJd422221)(DgiGDmd所以（2）直线运动部分：1）提升钢丝绳：两根2）容器：2Qz3）有益载荷：Q4）尾绳：1根kgDnDLHppLxcp,'30322kgHHqqLhq).2(kgmmmqLpLQQmdjtqpz,2221（3）总变位质量：三、拖动力力图绘制绘制依据：（1）提升系统速度图（2）提升系统动力基本方程以单绳缠绕式无尾绳箕斗双容器提升设备为例第九节电动机功率的验算一、按电动机温升条件验算1、电动机的额定功率：指电动机在额定负载下以额定速度连续运转，其绕组的温升不超过允许值时的功率。2、等效力Fd：如果电动机在变化负荷下运转的温升与其在某一固定负载下运转时的温升相等，就可以用这个固定称为等效力。3、影响温升的条件：（1）产生的热量；（2）散热条件dTdTdtFF20)(22322242''42'432''32'322''2''2'22'212''12'102''02'020sNtFFtFFtFFFFtFFtFFdtFT)()(24310stttttTd等效时间电动机的等效功率:)(1000kWFNmdd按电动机的温升条件验算:deNN二、按过负荷条件验算•提升电动机是在重载下频繁起动，所以其过负荷能力越高越好。保证提升电动机的正常稳定的起动，其过负荷条件为：75.0maxeFFemeNF1000式中的预选电动机作用于卷筒上的额定力:三、按特殊力验算1）采用罐座的罐笼提升设备，当空罐为于井底罐座上，而把重罐从井口稍稍提起时9.0etFF2）在更换水平或调节绳长打开离合器作单钩提升时])([HpqQQgFzt)(pHQgFzt第八章多绳摩擦提升系统的选型计算概述一、多绳摩擦提升发展概述及设备类型类型：单绳摩擦提升、多绳摩擦提升1877年，世界上第一台摩擦提升机只有一根钢丝绳搭放在主导轮上。单绳摩擦提升虽然解决了滚筒宽度的问题，但是对于深井提升来说，主导轮直径还是很大的，因为全部终端载荷由一根钢丝绳承担，钢丝绳直径仍很大。多绳摩擦提升，它是利用数根较细的钢丝绳(一般是4或6根)来代替一根较粗钢丝绳工作的。根据布置方式不同，可分为井塔式和落地式两种类型:井塔式整套提升机安置在井塔的顶层。优点：不受矿井地形的限制，布置紧凑，节省工业广场用地，天轮、钢丝绳不暴露在雨雪中，改善了钢丝绳的工作条件。缺点：建造井塔费用较高，初期投资较大。落地式提升机安装在地面上。优点：(1)井架建造费用较小，减少了矿井的初期投资；(2)可提高抵抗地震灾害的能力。缺点：天轮、钢丝绳暴露在雨雪中，钢丝绳的工作条件差。井塔式：无导向轮、有导向轮两种。有导向轮：优点：两提升容器的中心距不