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1、 课程设计（论文） 题目： 竖井主井多绳摩擦式提升设备选型设计 副标题： 院（系、部）： 专 业： 年 级： 姓 名： 目 录目录.1.前言.12.序论.3 2.1 设计目的 .3 2.2设计题目.3 2.3课程设计内容.3 2.4进行方式.33.设计内容.4 3.1设计依据 .4 3.2提升容器的选择.4 3.3钢丝绳的选择.6 3.4选择提升机.7 3.5提升系统相对位置计算.8 3.6预选电动机.10 3.7运动学和动力学计算.11 3.8防滑验算.17 3.9电动机等效容量验算.18 3.10提升设备的电耗及效率的计算.194. 设计体会.215.参考文献.221.前言随着煤炭开采的机
2、械化程度的提高，矿井提升工作是重要环节，从井下采出的煤炭及矸石的提升，材料的下放，人员和设备的升降，都是由提升设备来完成的，所以提升有着咽喉部位的重要性。如果提升部位发生了故障，轻者造成工作停止和设备损坏，重者造成人身安全和重大经济损失，因此提升系统的确定有着非常重要的意义。矿井提升设备的选择计算是否经济合理，对矿山的基本建设投资、生产能力、生产效率及吨煤成本都有直接的影响。因此，在进行提升设备选择计算时，首先确定提升方式，在确定提升方式时要考虑下列各点：1、对于180万吨的大型矿井，有时主井需要采用两套箕斗同时工作才能完成生产任务。副井除配备一套罐笼设备外，多数尚需设置一套单容器平衡锤提升方
3、式，提升矸石。2、对于同时开采煤的品种在两种及以上并要求不同品种的煤分别外运的大、中型矿井，则应考虑采用罐笼提升方式作为主井提升。对煤的块度要求较高的大、中型矿井，由于箕斗提升对煤的破碎较大，也要考虑采用罐笼作为主井提升。当地面生产系统距离井口较远，尚需一段窄轨铁路运输时，采用罐笼提升地面生产系统较为简单。3、对于年产量大于90万吨的大型矿井，主井容器一般可采用箕斗提升，主井提升系统一般采用多绳摩擦提升系统，4、矿井若有两个水平，且分前后期开采时，提升机、井架等大型固定设备要按照最终水平选择。提升容器、钢丝绳和提升电动机根据实际情况也可以按照第一水平选择，待井筒延深至第二水平时，再更换。 对于
4、新矿井如没有什么特殊要求，可参照定型成套设备的规定确定提升方式，并尽量选用定型设备。但因各个矿井具体情况不同，副井提升量也不一致，因此，可结合具体条件计算、选择，或验算选用的定型成套设备。定型成套设备中未规定的如钢丝绳、提升机与井筒相对位置、生产能力与耗电量等也要计算。 随着矿井开发深度的增加和一次提升量的增大，如仍采用单绳缠绕式提升，就必须制造和选用更大的提升机滚筒和直径更粗的钢丝绳，不但会使设备的尺寸加大，投资增加，并带来制造，使用和维护上的一系列的问题正是在这种条件下，制成了单绳与多绳摩擦式提升机。多绳摩擦式提升机最大的优点是适用于深井，完成单绳缠绕式提升机不能承担的提升任务。当多绳摩擦
5、轮提升机安装在井塔上时，减少了工业广场的占地面积，并为地面生产系统的布置创造了有利条件。所以说多绳摩擦式提升机是今后提升设备发展的方向之一。随着提升在矿井生产过程中地位的逐渐提高，要求提升设备安全可靠地运转。此外，由于提升设备投资大，电耗大，因此在选型设计时，应结合矿井的实际条件做出最经济、合理的设计方案。根据设计内容已知的原始资料，经过多方面的比较，选用多绳摩擦提机，多绳摩擦提升机也是一种等直径卷筒提升机，因此在计算方法上与单绳缠绕式提升机大体相同。容器、钢丝绳及卷筒直径等计算原理基本相同；动力学计算理论也完全一致。此次我主要是设计的主井提升设备。2.序论 2.1设计目的 1）初步应用矿井运
6、输提升课程设计课程所学的知识，通过课程设计加深对 矿井运输提升课程设计课程的理解。 2）培养机械工程及自动化专业学生的动手能力，对编写采矿技术文件，包括编 写设计说明书及绘制设计图纸进行初步锻炼。 3）为毕业设计中编写毕业设计说明书及绘制毕业设计图纸打基础。2.2设计题目 某矿年产量An78万t，矿井深度Hs=820m，主井装载高度Hz=20m，煤的 松散密度=0.85t/m3卸载高度Hx=20m。年工作日br330天，日工作小时ts=16h。矿井电压等级 6KV,采用多绳摩擦提升，试进行主井提升设备的选型设计。2.3课程设计内容 1）对矿井主井提升的设计选型进行主要的计算分析及验算。 2）确
7、定合适的主井提升方案及细节过程。 3）利用CAD软件对提升设计图的绘制。 2.4进行方式 学生按设计大纲要求，按老师给定设计题目条件，综合应用矿井运输提升 所学知识，每个人独立完成一份课程设计。设计者之间可以讨论、借鉴，但不得 相互抄袭，疑难问题可与指导教师共同研究解决。 本课程设计要求提升方案进行技术分析与经济比较。3. 设计内容3.1设计依据 1）矿井年的产量给定An78万t 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 =330d,t=16h； 3）矿井开采水平数及各水平服务年限；水平数1，服务年限20年； 4）矿井深度Hs，m,即井口至各开采水平的深度；给
8、定Hs=820m； 5）卸载水平与井口的高差Hx (m),可按下列数据选取； 对于底卸式箕斗：Hx =1525 m， 对于普通罐笼：Hx =015 m； 给定Hx=20m； 6）装载水平与井下运输水平的高差Hz（m），对于底卸式箕斗：Hz=1825 m； 给定Hz=20m； 7）煤的散集密度（t/ m3）；=0.85t/m3； 8）提升方式：箕斗； 9）矿井电压等级给定6KV； 3.2提升容器的选择 3.2.1确定合理的经济速度 1）提升高度H 式中： Hz主井装载高度m Hx卸载高度m Hs井深高度m 2）经济速度Vj Vj=0.5=0.5=14.663m/s 式中：H提升高度 m 3.2.
9、2估算一次提升循环时间Tj 式中：a预选为0.8m/s U爬行时间估取10s 休止时间估取12s 3.2.3计算箕斗一次合理的经济提升量Mj 其中：c不均衡系数 ，取1.1 af提升能力富裕系数，主提升设备对第一水平留有1.2的富裕 系数； br年工作日 330d Tj提升循环时间 98.98s An年产量 78万t ts日工作时数 16h根据上述计算结果查【1】P177页可知，另依据矿井的生产能力的要求，考虑到煤炭的提升能力 ，决定选用JDG9/1104型号的立井多绳刚性罐道的箕斗提升容器，有效容积10m3,箕斗自重11.6t,容器全高Hr=13.5m,两容器中心距S=1.8m。 3.2.4
10、计算一次实际提升量 因散煤密度0.85t/m3 故一次实际提升量m为 m=0.85=8.5t 式中：V有效容积为10m 结论：经检验所选箕斗合适。 3.2.5计算一次提升循环所需时间 156.923s 3.2.6计算提升机所需要的提升速度 式中：停车休止时间 S,查【1】P233页表5-1 取=11s u容器启动加速及爬行段延续时间S,箕斗提升取 u=10s煤矿安全规程规定：立井升降物料时，最大速度不得超过下式求得的数值结论：速度Vmh合理。 3.3钢丝绳的选择 经常性作业中，以提升煤炭作业载荷最重，另由于采用的是多绳摩擦式提升，为了克服绳的旋转性给容器导向装置造成磨损，一般选用左、右捻各一半
11、的钢丝绳，由于现代大型矿井大多采用等重尾绳的情况，故以此条件选择钢丝绳。 3.3.1计算单位绳重力p其中：Hc=Hs+Hj+Hz+Hh=820+40+20+10.2=890.2m Hh=Hg+1.5S=7.5+1.51.8=10.2m ma=7.2-0.0005Hc=7.2-0.0005890.2=6.8 Hg过卷高度取7.5m（查课件用插值法求得） Hj井架高取40m 钢丝绳抗拉强度取1700N/mm根据上述p值，查【1】 P198页表2-2（8）选用三角股钢丝绳，其中有关数据为：钢丝绳直径31mm ，最粗丝直径2.2mm，钢丝总断面面积376.56mm2, 公称抗拉强度1700N/mm2，
12、破断拉力Qp=640000N，钢丝绳每米重量p=37.28N/m。 3.3.2检验安全系数ma 所选钢丝绳符合主井提升要求。钢丝绳型号为：6（30）-31-1700-特-光-右同 GB1102-74和6（30）-31-1700-特-光-左同 GB1102-74（各2根）。根据主绳情况，查【2】下册P1308页选用圆股钢丝绳637钢丝绳作尾绳，主要参数值dw=44mm，q=73.8N/m。 3.4.选择提升机查【2】上册P360可选用JKM3.254(1)E型多绳摩擦提升机。配用导向轮直径Dt=3m。导向轮的变位重力Gt=2.72t。与之配套的减速机型号为：XP1120,速比i=11。上述提升机
13、的有关数据是：D=3.25m，Fjmax=450kN，Fjc=140kN，Gj=13.36t。选用聚氯乙烯衬垫允许比压Pb=200N/cm2，摩擦系数=0.25。 3.4.1衬垫比压验算： 式中：Fjs上升箕斗静张力N Fjx下放侧静张力N Pb衬垫比压N/cm2 Dn主导轮直径cm dn主绳直径cm 结论：产生的比压小于衬垫比压允许值，满足要求。 3.4.2最大静张力及最大静张力差验算： 式中：Fjmax最大静张力KN Fcmax最大静张力差KN 结论：最大静张力和最大静张力差都小于许用值，满足要求。 3.5.提升系统相对位置的计算 3.5.1围包角的计算 主井采用塔式布置，设有主导轮和导向
14、轮。根据【2】上册p630页主导轮与导向轮中心垂直高差（即两轮垂直中心距）公式： 1950符合规定要求。 3.5.2塔式布置井架高度Hj 根据【1】P231页公式（4-10） 式中：Hx卸载高度m Hr容器全高m Hg过卷高度m r导向轮半径m Ht主导轮与导向轮中心垂直高差m考虑到安全设施和设备安置的需要，确定Hj=50m。 3.5.3尾绳环高度 Hh=Hg+1.5S=7.5+1.51.8=10.2m 取11m式中：S是两容器中心距，通过手册【2】查得s=1.6m 3.5.4等重尾绳悬垂长度根据【1】P201页公式Hc=Hs+Hj+Hz+Hh=820+50+20+11=901m 3.5.5主
15、导轮与导向轮水平中心距 3.5.6主导轮与导向轮垂直中心距 3.5.7卸载位置至天轮中心线距离 3.5.8尾绳最大悬垂长度 竖井主井多绳摩擦提升系统结构及尺寸见图1-1 HS=820mHx=20mHz=20mHj=50mh0=30mH0=871mH=860mHh=11mHc=901mHt=6mL0=1.65mS=1.8mR=1.625mR=1.5m 图1-1 竖井主井多绳摩擦提升系统图 3.6预选电动机 3.6.1估算电动机功率 式中：K矿井阻力系数，箕斗提升取k=1.15 动力系数，箕斗提升取=1.2j减速器传动效率，取j =0.85 提升机的标准速度，m/s 3.6.2估算电动机转速 式中
16、： i减速器的传动比,查【2】上册P360页取i=11 Dn提升机滚筒的直径，m 3.6.3初选电动机 查【1】P275页表8-3选电动机型号为：YR1000-12/1430 电动机参数： 电动机功率 1000kW 电动机转速 492r/min 3.6.4确定提升机的实际最大提升速度 结论：速度合理，满足要求。 3.7.运动学和动力学计算 3.7.1 变位质量的计算 1）电动机转子的变位质量 式中：（GD)2电动机回转力矩 18610N.m2 2）提升机及减速器的变位质量 查【2】上册P300页表3-2-5提升机JKM-3.254()E的变位质量： 3）导向轮的变位质量 查【2】上册P300页
17、表3-2-5提升机JKM-3.254()E导向轮的变位质量： 4）提升系统总的变位质量 式中： m货载质量kg mz箕斗质量kg n1提升主绳数 mp主绳每米质量Kg/m Lp每根提升主绳全长m n2尾绳数目 mq尾绳每米质量kg/m Lq每根尾绳全长m n导向轮数目 mt导向轮变位质量kg mj提升机变位质量Kg md电动机转子变位质量Kg 3.7.2提升设备的运动学计算 1）初加速度的确定 2）主加速度的确定 规程规定立井加减速度最大不超过1.2m/s2 按电动机过负荷能力来确定 Fp启动阶段提升电动机产生的平均速度m/s 提升钢丝绳与平衡尾绳的总单位质量之差 按减速器允许的最大力矩计算式
18、中：Mmax减速器轴输出端允许的最大力矩，N.m 按防滑条件计算 根据上述计算结果，综合考虑取最大主加速度a1=1m/s2 3)提升减速度确定 自由滑行减速 按机械制动的减速度 按电动机减速方式 按防滑条件确定加速度 结论：结合安全规程规定，一般在竖井，加、减速度最大不超过1.2m/s2，制动方式选为自由滑行减速，取a3=1m/s2 4)其它参数确定 初加速度阶段 主加速度阶段 加速阶段行程 主减速阶段 减速阶段时间 减速阶段行程 爬行阶段 爬行时间 抱闸停车阶段 等速阶段 一次提升循环时间： 提升设备小时提升能力： 提升设备的年实际提升量为： 提升能力的富裕系数为： 结论：满足要求 3.7.
19、3运动学计算 基本动力方程式： 1)初加速度阶段 提升开始时 初加速终了时 2)主加速度阶段 加速开始时 加速终了时 3)等速阶段 等速开始时 等速终了时 4)减速阶段 减速开始时 减速终了时 5)爬行阶段 爬行开始时 爬行终了时 箕斗提升六阶段速度图及受力图见图1-2图1-2箕斗提升六阶段速度图及力图 3.8防滑验算 3.8.1静防滑验算 3.8.2动防滑验算 1)加速度段动防滑验算 结论：加速段防滑验算合格，满足要求。 2)减速段动防滑验算 结论：减速段防滑验算合格，满足要求。 3.9电动机等效容量验算 3.9.1等效力的计算 式中：Fd提升电动机作用在滚筒圆周上的等效力N Td等效时间s
20、 3.9.2电动机等效容量 3.9.3电动机容量验算 1)按电动机发热量验算 2)按正常运行时，电动机过负荷能力验算 结论：上述三项验算均满足要求，电动机容量合适。 3.10提升设备的电耗及效率的计算 3.10.1一次提升电耗W为： 3.10.2吨煤电耗w1及提升设备的年电耗Wn 3.10.3一次提升有益电耗Wy 3.10.4提升设备效率 结论：上述选型合理可行。4.设计体会 这次矿井运输提升课程设计在薛老师的悉心指导下，经过近两个礼拜的时间，我的设计内容全部完成，心情很是愉悦。我首先要感谢薛华老师一丝不苟的悉心指导和谆谆教诲，另外，也要感谢我在设计过程中给予帮助的老师和同学们。 进行主井提升
21、设备的选型设计，在设计过程中，充分利用矿井运输提升上所学知识，结合实际情况，以安全第一和生产为原则，从技术上和经济上着手，设计出了一套在技术上可行，经济上优越的现代化大型矿井煤主井的提升方案。在这次设计过程中，我对多绳摩擦提升机的设计及构造有了更进一步的理解和认识，学到了很多知识，利用电脑CAD绘制矿井运输系统布置图和多绳摩擦式箕斗提升系统示意图的过程中，从许多细节问题处达到了很多益处，同时增强了动手能力，使自己得到了又一次前所未有的锻炼。在编制课程设计说明书的过程中，对矿井运输提升上所学知识又梳理了一遍，对提升方面的许多专业知识比以前的认识更深了，在说明书上所附的各计算示意图均用工程绘图软件AutoCAD2004绘制，在这个过程中，我对矿井运输提升AutoCAD制图有了新的认识，重新温习了许多绘图命令，如何利用先进技术绘制标准、规范、合格的采矿工程图是我们采矿人必须关注并解决的问题，在为今后的学习和工作中，得到了质的提高。 通过这次课程设计，让我经历了一个矿井的主井从设计到运行的全过程，这将是我以后学习和工作的财富。最后再次感谢指导我和帮助过我完成此次课程设计的老师!5.参考文献【1】洪晓华等 . 矿井运输提升 . *出版社，2005【2】于励民、仵自连等 . 矿山固定设备选型使用手册 . *出版社，2007