《煤矿固定机械及运输设备》第八章 立井提升设备的选型计算.ppt

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1、第八章 立井提升设备的选型计算,河北工程大学机电学院,第一节 选型的一般原则和主要内容,第二节 提升容器的选择与计算,第三节 提升钢丝绳的选择计算,第四节 提升机的选择计算,第五节 提升电动机的预选,第六节 提升机与井筒的相对位置的确定,第七节 提升容器的运动规律,第八节 提升系统的动力方程式,第九节 变位质量的计算,第十节 速度图参数的确定,第十一节 提升动力学计算,第十二节 电动机功率的验算,第十三节 交流拖动提升设备电耗和效率的计算,第一节 选型的一般原则和主要内容,一、选型的一般原则 提升设备的选型设计是否经济合理，对矿山的基建投资、生产能力、生产效率及吨煤成本有着直接的影响。 提升设

2、备选型设计只能在提升方式确定之后进行。 当矿井年产量、井深及开采水平确定之后，就要决定合理的提升方式。提升方式与井筒开拓、井上下运输等环节都有着密切的关系。 在决定合理的提升方式时，原则上要考虑下列几个因素： 1) 一般应遵照1个井筒能设1套就装备2套提升设备的原则。对于设计产量大于3.0Mt/a的大型矿井，由于提升煤炭及辅助提升工作量均较大，一般设副井2套提升设备(1套双钩双层窄罐笼和1套单钩带平衡锤双层宽罐笼)。深井或采用多水平生产作业提升，也可以装备2套单钩带平衡锤4层(或3层)宽罐笼提升设备，以提高井筒断面利用率。 主井采用箕斗提升煤炭，副井采用罐笼完成辅助提升任务：如提升矸石、升降人

3、员和下放材料、设备等。 对于设计产量小于0.3Mt/a的小型矿井，如果仅用一套罐笼提升设备就可以完成全部主副井任务时，采用一套提升设备是经济的。,2) 一般情况下，主井均采用箕斗提升方式。这是因为箕斗提升方式能力大、运转费也较低。另外，在控制上易于自动化。 在特殊条件下，例如矿井生产的煤质品种多，且需分别运送，或是保证煤炭有足够的块度，这时只好采用罐笼做为主井提升设备。 3) 矿井主斜井运煤，条件适宜应采用带式输送机提升。 4) 对于小型矿井，以采用单绳缠绕式提升系统为宜。对于设计产量在0.9Mt/a以上的大型矿井，以采用多绳摩擦提升系统为宜。 对于中型矿井，如井较浅，可采用单绳缠绕系统，井较

4、深时也可采用多绳摩擦系统，或主井采用单绳箕斗，副井采用多绳罐笼。 5) 煤矿若有两个水平，且分前后期开采时，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，待井筒延深至第二水平时，另行更换，但电动机以换装一次为宜。,二、选型设计的依据和主要内容,(一) 设计依据 1主井提升 1) 矿井年产量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 = 330d，t = 16h； 3) 矿井开采水平数及各水平服务年限； 4) 矿井深度Hs，即井口至各开采水平的深度； 5) 卸载水平与井口的高差Hx(m

5、)，可按下列数据选取： 对于底卸式箕斗：Hx1525m， 对于普通罐笼：Hx015m； 6) 装载水平与井下运输水平的高差Hz(m)，对于底卸式箕斗：Hz1825m； 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。,1) 矸石年产量： 如无特别指出时，可取煤炭产量的1520%； 最大班出矸石按日出矸石量的50%计算； 2) 最大班下井人员数目(人/班)；立井的最大班工人下井时间，不应超过40min；最大班作业时间按6h计算。 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(

6、kg)； 6) 矸石散集密度(t/m3)。,2副井提升,计算并选择提升容器； 计算并选择提升钢丝绳， 计算并选择提升机； 提升电动机的预选； 提升机与井筒相对位置的计算； 运动学及动力学计算； 电动机功率的验算； 计算吨煤电耗(对于主井提升)； 制定最大班作业时间平衡表(对于副井)。,(二) 设计的主要内容,第二节 提升容器的选择与计算,在确定了提升容器的类型后，要计算并选择提升容器。 容器的容量大小是确定钢丝绳、提升机和电动机的主要参数。 提升速度是影响提升机工作时间及电能消耗的重要参数。 容器的容量与提升速度之间又存在着密切的联系。 一、提升速度选择 研究表明，经验提升速度为 (8-1)

7、式中 vj 经验提升速度，m/s； H 提升高度，m； 一般情况下，取中间值进行设计，即 (8-2),对于箕斗提升 式中 Hs 矿井深度，m； Hx 卸载水平与井口的高差，m； Hz 装载水平与井下运输水平的高差，m。 对于罐笼提升,按经验提升速度可估算经验提升时间（按五阶段速度图估算）： (8-3) 式中 Tj 经验提升时间，s； a 提升加速度，可暂取0.70.75 m/s2；对于专门提升物料的容器，可取0.8m/s2； u 提升容器爬行阶段附加时间，可暂取10s（对于箕斗）或5s（对于罐笼）； 提升容器每次提升终了后的休止时间。箕斗休止时间按表8-1选取。普通罐笼进出矿车休止时间按表8-

8、2选取。普通罐笼单层进出材料车或平板车的休止时间按40s计算。,表7-2 普通罐笼进出矿车休止时间（s）,一次经验提升量Qj可初算如下 (8-4) 式中 A 矿井年产量，t/a， C 主提升设备的提升不均衡系数， 有井底煤仓时为1.101.15； 无井底煤仓时为1.20； af 富裕系数，主提升设备对第一水平留有1.2的富裕系数； t 提升设备日工作小时数，16h； br 提升设备年工作日数，330d。,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。根据表中的斗箱有效容积Vr计算一次实际提升量Q (8-5) 式中 煤的散集密度，t/m3。 有些情况下，Qj介于2个箕斗名义货

9、载质量之间，这时可以同时选用2个箕斗，并分2个方案进行设计，直到提升机选择出来后，再从中最后确定一个。 一般在保证不加大提升机的情况下，优先选用大容量箕斗。,所需一次提升时间 (8-6) 按公式（7-3）可得 上式等号两边乘上av1，整理后得到v1的一元二次方程 解此方程，得两个根，其中一个根不合理(因v1太大)，故只剩一个根 (8-7) v1是选择提升机标准速度的一个依据，按v1在提升机技术性能表中选用相近的标准速度。,煤矿安全规程规定： 立井中用罐笼升降人员的最大速度vm，不得超过表8-3中的数值(即度 )。立井升降物料时，最大速度， m/s。 二、罐笼选择 副井罐笼的选择，除了应和矿井运

10、输采用的车辆规格相适应外，还应结合下列因素来确定： 1) 当矿井的各种辅助提升工作量不大时，如果利用单层罐笼能够满足包括升降人员在内的全部辅助性提升的需要时，则应优先采用单层罐笼； 2) 当矿井的升降人员较多，利用单层罐笼提人占用的时间较长，则为了缩短升降人员的时间，应采用双层罐笼，各层同时升降人员，在井口、井底以及升降人员数量较多的中间水平，相应设置上、下人平台，以节省罐笼上、下人时的休止时间。,采用双层罐笼后，应结合其它各种辅助提升工作量的大小，确定其它辅助提升是用单层或双层同时工作。 在其它各种辅助提升需要两层同时工作时，也应首先考虑一个水平进出车，以简化进出车水平的运输系统。 只用作上

11、下人的平台，最好做成活动式的，在下放长材料（钢轨、管材）时，应能拆除方便，适应下放长材料的需要。 副井罐笼提升，应结合矿井辅助提升的工作量确定提升速度，首先是在规定的时间内升降完上、下井人员。根据煤炭工业设计规范规定：最大班工人下井时间一般不超过40min。据此即可求出提升速度。,第三节 提升钢丝绳的选择计算,钢丝绳损坏的原因： 钢丝绳在工作时受多种应力的作用，如静应力、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，这些应力的反复作用将导致钢丝的疲劳破断，这是钢丝绳损坏的主要原因； 钢丝绳的磨损及锈蚀也将导致钢丝绳的损坏。 由于钢丝绳的结构复杂，影响因素较多，钢丝绳强度计算理论尚

12、未完善地用于工程计算。同时一些计算公式也还不能确切地反映真正的应力情况。 钢丝绳的强度计算按煤矿安全规程的规定：钢丝绳应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,由图8-1可知，钢丝绳最大静载荷Qmax是在A点。其值为 (8-8) 式中 Qmax 钢丝绳最大计算静载荷，N； Q 容器一次提升货载质量，kg； Qz 容器的质量，kg； p 钢丝绳每米质量，kg/m； g 重力加速度，取9.8m/s2； Hc 钢丝绳最大悬垂长度。,Hs矿井深度，m； Hj井架高度(m)，在尚未精确确定时，可先按下列数值选取：罐笼提升Hj = 1525m；箕斗提升Hj = 3035m；

13、 Hz由井底车场水平至容器装载位置容器底部的距离m，罐笼提升Hz0，箕斗提升Hz1825m。,设B为钢丝绳公称抗拉强度(Pa)，S为钢丝总断面积(m2)。要保证钢丝绳安全工作，必须满足 (8-10) 式中 ma 钢丝绳安全系数。 上式中p和S是两个未知数，为解上式需找出p和S的关系。 (8-11) 式中 0 钢丝绳密度，kg/m3。 将式(8-11)代入(8-10)式并化简 (8-12),钢丝绳的密度值0见表8-5，也可近似按钢丝绳的平均密度为9000kg/m3计算，则式(8-12)变为 (8-13) 由式(8-l2)或(8-13)计算出p值后，从钢丝绳规格表中选取与计算值相近的较大标准钢丝绳

14、。 钢丝绳选出后，要按实际所选钢丝绳的数据校核其安全系数。 (8-14) 式中 Qq 钢丝破断拉力总和，N。 如果校核结果不能满足式(8-14)要求，则应重选钢丝绳进行校核，直至满足式(8-14)为止。,二、钢丝绳的安全系数 煤矿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) 专为升降入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。 对于多绳摩擦提升设备钢丝绳的安全系数见第八章。 注意： 由于提升钢丝绳在工作过程中所引起的应力非常复杂，影响钢丝绳使用寿

15、命的因素又很多，所以安全系数并不代表钢丝绳真正强度安全储备值，而仅仅表示经过实践证明在规定的安全系数的条件下，钢丝绳才能安全可靠地运行。,第四节 提升机的选择计算,在选择提升机时，应首先计算卷筒的直径和宽度，并以这两个基本参数做依据，进行提升机的选择。 一、卷筒直径 选择卷筒直径的主要原则： 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。 图7-2所示为索股钢丝绳内的弯曲应力。 在同一钢丝绳直径d条件下，卷筒直径D越大，弯曲应力越低； 在不同钢丝绳直径、相同卷筒直径条件下，绳径d越小，弯曲应力越

16、小，亦即D/d越大，弯曲应力越低。,煤矿安全规程规定： 对于安装于地面的提升机： (8-15) (8-16) 式中 钢丝绳中最粗钢丝直径，mm； d 钢丝绳直径，mm。 对于井下提升机： (8-17) (8-18) 依据计算值选取标准卷筒直径。,二、卷筒宽度,卷筒宽度只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3年计算，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

17、绳总是在一个地方过渡，每季要将钢丝经错动约1/4圈，根据钢丝绳的使用年限，取错绳圈n=24圈。,对于单层缠绕，每个卷筒的宽度为 (8-19) 对于多层缠绕，每个卷筒的宽度为 (8-20) 式中 d 钢丝绳直径，mm； 钢丝绳圈间的间隙，一般取23，mm； k 缠绕层数； Dp 平均缠绕直径，m， (8-21),卷筒上缠绕钢丝绳的层数必须符合煤矿安全规程的规定： 立井中升降人员或升降人员和物料的，只准缠绕一层； 专为升降物料的，准许缠绕两层； 在45以下的倾斜井巷中升降人员的，准许缠绕两层； 在30以下、斜长超过600m的倾斜井巷中升降人员的，准许缠绕三层； 暗井(包括立井、绞车道、轮子坡)中专

18、为升降物料和地面运输(倾斜或水平)用的，准许缠绕三层。 选择卷筒宽度时，应注意以下几个问题： 1) 当计算宽度比标准宽度稍大时，可适当减少绳间间隙值或设法将长出的那几米钢丝绳先储存在卷筒内； 2) 当计算宽度小于标准宽度时，可适当加大值，使钢丝绳在卷筒上均匀分布，而不致集中于一侧，恶化卷筒工作状态； 3) 计算副井单绳缠绕式卷筒宽度时，应考虑过卷高度。,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 (8-22) (8-23) 式中 Q 容器一次提升货载质量，kg

19、； Qz 容器的质量，kg； p 钢丝绳每米质量，kg/m； H 提升高度，m； g 重力加速度，取9.8m/s2。 提升机最大静张力Fj及最大静张力差Fc由表7-11查得，如验算不满足，则需要重选较大规格提升机。,四、减速器传动比,确定提升机减速器传动比时，应先确定提升速度。 提升速度是按上式计算出的v1查表7-11选用标准速度，同时传动比即可确定。按己确定的传动比同时可查出所需提升电动机的转速。,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。此外，在进行提升设备的方案比较时，也需要粗略地选择提升电动机。 提升电动机应满足功率、电压及转速三个方面的要求。 提升电动

20、机的功率与一次实际提升量和标准速度(钢丝绳最大速度)有关，一般双容器提升用下列公式估算 (8-24) 式中 N 提升电动机估算功率，kW； Q 一次实际提升量，kg； v 标准速度，m/s； 减速器的传动效率。当一级传动时0.92；二级传动时0.85； K矿井阻力系数，即考虑提升容器在井筒中运动时的风阻、罐道阻力及钢丝绳弯曲阻力等的阻力系数：箕斗提升时K1.15；罐笼提升时K1.2； 动力系数，即考虑动负荷影响的系数，一般1.21.4，箕斗提升取小值，罐笼提升取大值； g 重力加速度，取9.8 m/s2。,提升电动机的旋转速度n、减速器的传动比i、提升速度v及卷筒直径D有如下关系 (8-25)

21、 按上面计算出的N与n在电动机技术数据表(YR系列电动机表8-6)中选用合适的电动机。 所选提升电动机的电压应与所设计的矿井电压等级相适应，而其旋转速度应与式(8-25)计算出来的数值相接近。但选出电动机后，其转速不一定与式(8-25)计算出的完全相同。此外，在选择电动机时，还应注意尽量选用过负荷系数较大者，以满足提升设备起动力矩较大的需要。 电动机旋转速度最后确定下来之后，提升机实际提升速度vm应重新计算 (8-26) 式中 ne 已选定的电动机额定负载时的旋转速度，r/min。 由上式计算出的vm，将做为运动学及动力学计算的原始参数。,第六节 提升机与井筒的相对位置的确定,当井筒位置已经确

22、定后，应该研究并确定提升机的安装地点。 在确定提升机安装地点时，通常要考虑如下问题： 矿井地面工业广场布置、井筒四周地形条件、井下所留安全煤柱位置及尺寸以及地面运输生产系统等。 无论在井筒中布置一套或两套提升设备，在选择提升机安装地点时，重要的是根据具体条件，因地制宜地去考虑。 提升机安装地点一经确定，就具体确定了提升机轴线与井筒中心线的距离，另外还要算出井架高度。但在计算这些数值时，必须考虑到钢丝绳弦长、钢丝绳偏角以及卷筒出绳角等因素的安全运转条件。 井架高度、提升机轴线与井筒中心线的距离、钢丝绳弦长和出绳角是影响提升机与井筒相对位置的五个因素。它们被此相互影响相互制约。,一、天轮,天轮安装

23、在井架上，作支撑、引导钢丝绳转向之用。 根据煤炭工业部标准天轮分为：,井上固定天轮；凿井及井下固定天轮及游动天轮。 天轮结构型式分为三种类型： 直径为3500mm时采用模压焊接结构； 直径3000mm时采用整体铸钢结构； 直径为4000mm时采用模压铆接结构。,天轮直径的选择，根据煤矿安全规程规定， 对于地面设备， 若钢丝绳与天轮的围包角大于90时，则Dt80d，Dt1200； 若围包角小于90，则Dt60d，Dt1200。 对于井下设备， 若围包角大于90，则Dt60d，Dt900； 若围包角小于90，则Dt40d，Dt900。 其中 Dt 天轮直径，mm； d 钢丝绳直径，mm； 最粗钢丝

24、直径，mm。,单绳缠绕式提升机多采用钢结构井架。为了节省钢材，不能任意加大井架高度。但井架高度不符合要求时，工作不安全，甚至可能造成重大事故。 井架高度Hj，为从井口到天轮轴线的垂直距离 (8-27) 式中 Hx 卸载距离，即由井口水平到卸载位置的容器底座高度，m， 对于罐笼提升，一般来说，均在井口水平装、卸载，这时Hx0； 对于箕斗提升，地面要装设煤仓，煤仓的高度与煤仓容积、生产环节自动化程度和箕斗卸载方式等因素有关，一般Hx1825m； Hr 容器全高，即由容器底至连接装置最上面一个绳卡的距离，m，此 值可由容器的规格表中查到； Hg 过卷高度，m； Rt 天轮半径，m。 将井架高度Hj按

25、式(8-27)的计算值圆整为较大整数值。,二、井架高度Hj,Hg 过卷高度，m，即从正常卸载位置容器的连接装置最上一绳卡至连接装置上绳头同天轮轮缘接触时的高度。 根据煤矿安全规程规定； 对于罐笼提升，当最大速度vm3m/s时，Hg4m；当vm3m/s时，Hg6m； 对于箕斗提升，Hg4m；多绳摩擦提升，当vm10m/s时，Hg6m；当vm10m/s时，Hg10m； Rt 天轮半径，m，0.75 Rt为附加距离，即从容器连接装置最上一个绳卡接触天轮点到大轮轴线的距离。 注意：过卷高度： 在正常情况下，提升机早在停车位置之前业已经减速。这时，不论是由于提升载荷量的变化引起运动参数变化，致使停车位置

26、稍高于正常卸载位量；或是司机操车不够及时，容器发生过卷，这种过卷距离往往不大。煤矿安全规程所规定的过卷高度是符合要求的。 如果由于减速开关失灵或其它原因，致使容器以最大速度碰撞安装在井口以上半米处的过卷开关，并实现安全制动迫使提升机停车时，对于箕斗提升，4m的过卷高度仍然是不富余的。,三、钢丝绳的外偏角1和内偏角2,在提升过程中，随着卷筒的转动，偏角是变化的。 当右钩尚未开始提升时，右钩钢丝绳形成最大外偏角1。而此时左钩钢丝绳则形成最大内偏角2， 当右钩提升结束时，左钩钢丝绳形成最大外偏角1，而右钩形成最大内偏角2。,钢丝绳偏角过大时会产生下列情况： 1) 加剧钢丝绳与天轮轮缘的磨损，降低了钢

27、丝绳的使用年限。磨损严重时，还可能引起断绳事故。为此，煤矿安全规程规定，内外偏角均不大于130； 2) 在某些情况下，当钢丝绳缠向卷筒时会发生“咬绳”现象。在图中A点所示。这无疑将加剧钢丝绳的磨损。就钢丝绳弦长与已经缠在卷筒上邻圈钢丝绳来说，是相当于空间直线与空间螺旋曲线的关系。由于钢丝绳的直径不是无限小，如果内偏角过大，弦长的分离段与邻圈钢丝绳不是相离而是相交，这就是“咬绳”。 即或在偏角不太大的情况下，例如符合130的要求，但是由于卷筒上绳圈间隙较小、钢丝绳直径较大或卷筒直径较大，均会导致“咬绳”。,分析图8-5可见：一台3.5m直径的提升机，若选用的钢丝绳直径d43.5mm，而钢丝绳缠在

28、卷筒上的绳圈间隙2mm时，不“咬绳”的允许内偏角只有44。它远小于130。但若将值增加至4mm时，允许的内偏角则增大到119。所以避免“咬绳”的有效措施是适当地增大值。显然，值增大，减小了卷筒的容绳量，有时甚至要采用直径更大的提升机，这也是不经济的。因此要根据矿井具体情况及“咬绳”程度来综合全面地考虑问题。 从图8-5也可看出，采用同样的绳圈间隙时，直径小的提升机允许的内偏角大些；同一直径的提升机，钢丝绳直径较小时，允许的内偏角也大些。但是提升机及钢丝绳都是根据矿井产量及井深确定的，一般来说很难因“咬绳”问题而任意减小。 结论： 最大外偏角要不大于130 ，最大内偏角应取上述两个条件所得之较小

29、值。 当钢丝绳在卷筒上做多层缠绕时，“咬绳”是不可避免的，尤其在过渡层的跨越点处钢丝绳磨损严重。从这一点看，多层缠绕时可以不必考虑“咬绳”对偏角的限制，内外偏角可一律取不大于115。,四、钢丝绳弦长Lx,钢丝绳弦长Lx是指钢丝绳离开卷筒处至钢丝绳与天轮接触点的一段绳长。 由图8-3可看出，上下两条弦长不完全相等。但近似地以卷筒中心至天轮中心的距离来计算弦长，误差不大。 根据允许的最大内、外偏角1max及2max可求出所需钢丝绳的最小弦长Lxmin。,1按外偏角1max计算 (8-28) 2按内偏角2max计算 (8-29),B 已选提升机标准宽度，m； B1 钢丝绳的实际缠绕宽度。对于单层缠绕

30、可按式(7-19)；对于多层缠绕，则B=B1； S 两天轮间距离，m，即两容器中心距，此值取决于容器规格、容器在井筒中的布置方式及罐道型式等。可参阅表6-2及6-4； a 两卷筒之间的间隙，m，它等于两卷筒中心距(在提升机规格表中可查到)与卷筒宽度之差。,根据上两式即可预选出Lxmin，使Lxmin大于Lx1min及Lx2min。 为了防止在运转中钢丝绳跳出天轮轮缘，钢丝绳弦长不宜过长。一般限制弦长在60m以内。因为弦长过长时，振动也随之增大。 井筒中仅布置一套提升设备时，提升机与井筒相对位置布置的结果，弦长多数是满足上述要求的。 只有在井筒中布置两套提升设备，而且两台提升机采用同侧布置方案时

31、，后一台提升机的弦长就有可能超过60m。这时，可在地面适当的地方加设支撑导轮，以减少弦长跨度。,五、卷筒中心线至井筒提升中心线的水平距离Ls,按钢丝绳最小弦长Lxmin及其它有关参数可计算出最小的Ls (8-30) 式中 C0 卷筒中心线与井口水平之高差，m。 C0值由下述三部分组成： 卷筒中心线高出提升机房地面的高度。 此值取决于提升机的型式。可由所选的提升机规格表中查得； 提升机房地面与室外地坪的高差。 因为提升机房大多数为双层建筑物。为使地下室层不致过分潮湿且采光较好，常用半地下室式结构。提升机房地下室内标高一般低于室外地坪标高1.52.0m。这样，只要提升机房地下室高度决定后，就可算出

32、提升机房与室外地坪的高差。当然，进行实地测量也可确定这一数值。提升机房地下室的高度与电气设备的型式、容量有关，应结合具体情况确定； 3) 提升机房室外地坪标高与井口水平标高差。应根据矿井地形条件决定。,一般来说，在井筒与提升机房之间很难再建筑其它建筑物。因此，为节省占地面积，Ls愈小愈紧凑。但根据井架天轮受力情况又可看出，为了提高井架的稳定性在井筒与提升机房之间设有井架斜撑。斜撑的基础与井筒中心的水平距离为0.6Hj左右。如果Ls取得过小，以致无法安装斜撑是不合理的。 Ls值可按下面经验公式计算： (8-31) 按式(8-30)及(8-31)算得的Ls，取其大者，并圆整为整数。,六、复算钢丝绳

33、弦长及内外偏角值,根据已定的Ls值，复算钢丝绳的实际弦长Lx及实际内外偏角值。求出 (8-32) 实际最大外偏角 (8-33) 单层缠绕时实际最大内偏角 (8-34) 双层缠绕时实际最大内偏角 (8-35) 按式(8-33)、(8-34)或(8-35)复算出的偏角值一定要满足前述要求。,七、提升机卷筒的下出绳角,卷筒出绳角的大小影响着提升机主轴的受力情况。设计JK型提升机的主轴时，是以上出绳角为0、下出绳角为15考虑的。卷筒实际的出绳角度增大时，无疑对提升机主轴的工作是有利的。限制下出绳角的最小值为15，是考虑到下出绳角过小时，钢丝绳有可能与提升机基础相接触，增大了钢丝绳的磨损。为此，对于JK

34、型提升机，只需检验下出绳角，令其不小于15就可以了。 (8-36) 式中 R 卷筒半径，m。,在相对位置确定后，应按比例绘出提升机与井筒相对位置图，以便给施工设计打好基础。,第七节 提升容器的运动规律,提升设备的运行状态主要取决于提升容器在井筒中的运动规律。容器的运动规律与容器的类型及控制方式等有密切的关系。 以底卸式箕斗提升为例进行说明。 当提升开始时，重箕斗在井底装载位置，空箕斗在井架上的卸载曲轨中。由于空箕斗在卸载曲轨中向下运行速度受到限制，因此，提升开始时加速度a0比较小，以保证箕斗离开卸载曲轨时的速度不超过1.5m/s，以免设备受到过大的冲击。这阶段称为初加速阶段。 空箕斗出卸载曲轨

35、后，为了在短时间t1内从v0增加到最大提升速度vm，应以较大的加速度a1加速，这阶段称为主加速阶段。 然后箕斗以最大速度vm作等速运动，这阶段称为等速阶段。,当重箕斗提升接近井口时，以减速度a3进行减速。设计时应保证容器减速至卸载曲轨进口时，速度不大于0.5m/s，这阶段称为主减速阶段。,然后箕斗以爬行速度v4 (0.5m/s)运行，运行一段时间之后重箕斗进入卸载曲轨，空箕斗接近井底装载位置并开始推动煤仓闸门。为了防止设备受到猛烈冲击而损坏，必须低速爬行，这阶段称为爬行阶段。 在最后0.5s左右的时间内，箕斗到达停车位置。电动机切断电源，提升机抱闸停车。这是抱闸停车阶段。 经过提升机休止、容器

36、装卸载所用时间之后，再进行下一循环提升。 上述箕斗的运动规律用v-t直角坐标系给出，称为提升速度图。箕斗提升速度图为六阶段。,对于普通罐笼提升，由于没有卸载曲轨的限制，所以时间为t0的初加速阶段就不需要了，一开始就以较大加速度a1加速。在接近井口时，为了准确停车，使罐笼内轨道与车场轨道偏差限制在50mm以内，因此，也需要爬行阶段。所以，普通罐笼提升为五阶段提升速度图。 同一台提升机手动操作时，可能有不同的速度图。 自动化的提升机，由于各种因素的变化也可能出现不同的速度图。 但是，许多速度图中相应阶段中的行程、速度和时间虽然不同，但每个速度图都必须有加速阶段、等速阶段、减速阶段及爬行阶段。,第八

37、节 提升系统的动力方程式,根据达伦培尔原理，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Md处于平衡状态。即 (8-37) 在等直径提升系统中可以用力的关系表示。即 (8-38) 式中 F 提升电动机作用在卷筒缠绳圆周上的拖动力，N； Fj 提升系统的静阻力，N； Fd 提升系统的惯性力，N； m 提升系统变位到卷筒缠绳圆周上的总变位质量，kg； a 提升容器的加速度，m/s2。,(8-38)式可以写成 (8-39) 这是等直径提升系统的动力方程式。 利用此式可以研究提升系统的力与加速度或减速度的关系。 提升系统的静阻力是由有益载荷、容器自重和钢丝绳重量以及矿井阻力等形成的。 我国

38、矿山竖井多用双容器提升，由于两个存器自重互相抵消，只剩下有益载荷和变化中的绳重。 矿井阻力是指井筒中气流和罐道对容器的阻力、天轮轴承的阻力和钢丝绳在天轮及提升机上的弯曲阻力等。,如图8-8所表示，所研究的瞬间空、重容器都已经运行了x米。这时上升侧钢丝绳的静张力 (8-40) 下放侧钢丝绳的静张力 (8-41) 式中：Q 有益货载质量，kg； Qz 空容器质量，kg； p 钢丝绳每米质量，kg/m； H 提升高度，m； g 重力加速度，m/s2； Ws 上升侧矿井阻力，N； Wx 下放侧矿井阻力，N。 式(8-40)及(8-41)中对弦长及井架中绳长的重量末予考虑，因为它对两卷筒出绳点的张力的作

39、用可以认为是相同的，因此互相抵消。,提升系统的静阻力Fj是两根钢丝绳的静张力差： 式中Ws+Wx的值详细计算比较困难，目前生产中一般对箕斗提升用0.15Qg来表示它们的和；对罐笼提升用0.2Qg来计算。这时静阻力 (8-42) 式中 矿井阻力系数，箕斗提升k =1.15；罐笼提升k=1.2。,提升系统的静力不平衡现象 因提升容器的位置不同，静阻力按(8-42)式变化。在以提升行程x为横坐标的图上，静阻力是一条下斜的直线。如图8-9a所示。 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，形成图8-9b的形式。这时提升电动机在加速阶段必须产生很大的拖动力，才能使提升系统获得

40、必要的加速度。为此，有时需要额外地加大电动机的功率。到了减速阶段，又必须用足够大的制动力施闸。不仅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。这样才能保证一定的减速度，按时停车，避免过卷事故。所以，这样的提升设备运转既不安全又不经济。 要想摆脱这种局面，必须把绳重的影响平衡掉。这就提出了提升系统需要静力平衡措施的问题。,挂尾绳是一种平衡方法，在两个提开容器下面用一根每米质量为q，kg的钢丝绳联起来，绳环直垂到井底。此绳称为尾绳。此时静阻力为 (8-43) 若恰好选成每米尾绳质量等于每米主绳质量，即qp，则静阻力为常数FjkQg。此时静阻力不再因容器的位置而变化。这样的提升

41、系统称为静力平衡系统。这就解决了上述因为提升钢丝绳长度变化面形成静力不平衡的现象。 挂尾绳的影响： 要挂尾绳就要增加费用，还要为尾绳环延深井筒。 生产中维修工作量增加了，挂绳和换绳的工作量也增加了。 挂上尾绳以后，双容器提升设备就不能在多水平工作。并且，增加总的变位质量，增加主绳的负荷。 由于容器下面尾绳长度是变化的，主绳将承受一个波动较大的变动负荷。,是否采用挂尾绳进行平衡，要进行技术经济方案比较，才能最后确定。 有人曾建议当不挂尾绳比挂尾绳的电动机功率增加15以上、效率降低10以上时应挂尾绳。 我国现在有些较深的矿井并没有挂尾绳。但是在一些一般的深井、延深井和扩建井，为了充分利用现有设备，

42、或一时调配不到较大的电动机，可以用挂尾绳的方法。 一些老矿曾采用圆锥形卷筒或双圆柱圆锥形卷筒提升机，这是另一种平衡静阻力的方法。提升开始时，上升侧钢丝绳在小直径部分缠绕，下放侧钢丝绳由大直径部分放出来。这样，由于缠绕半径不同，总的静力矩得到平衡。因为这种提升设备比较笨重，投资大，目前新井很少用。,第九节 变位质量的计算,提升开始时，提升系统的各个运动部件都要加速。 为了便于计算总的惯性力，把各部件的质量都变位到提升机卷筒表面缠绳的圆周上。该处的线加速度即为提升容器的加速度a1。系统变位质量的总和称为提升系统的总变位质量。 一个部件的质量变位原则是： 必须保持该部件变位前后的动能相等。 提升系统

43、中提升容器、提升钢丝绳和有益载荷，它们的速度和加速度就是卷筒上缠绳圆周的速度和加速度，所以不用变位。计算总变位质量时，直接把它们的质量值加起来就可以了。 提升系统中有三部分作旋转运动，即提升机的旋转部件、天轮和电动机的转子。 提升机和天轮的变位质量在它们的规格表中可以查出。 电动机转子的变位质量需要计算。,设电动机转子的转动惯量为Jd，变位到提升机轴上后转数已经改变，故变为Jd1。设电动机的角速度为，提升机的角速度为j。按变位前后动能相等的原则，可得 (8-44) 故电动机转子变位到提升机轴上后的转动惯量为 (8-45) 式中 i 减速器的传动比。 电动机转子变位到卷筒缠绳圆周上的质量为 (8

44、-46),为了计算md1，需要知道电动机转子的转动惯量Jd值。但是电动机的规格表中查不到Jd值，却能查到转子飞轮力矩(GD2) (Nm2)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 (8-47) 所以 (8-48) 计算变位质量时要注意有两个容器。用罐笼提升煤或矸石、下放料石等，还必须考虑矿车的质量。,每根钢丝绳的质量是全绳长Lp乘上每米绳质量p，所以两根钢丝绳总质量为 (8-49) 式中 Hc 钢丝绳由天轮到井底装载位置的悬垂长度，m； Lx 钢丝绳由天轮到提升机卷筒的弦长，m； 3D 为了减少钢丝绳固定点的张力，在卷筒上缠三圈摩擦圈绳长，m； 30 试验用绳长度

45、，m； nD 多层缠绕时为了在上、下层过渡处每季度错动四分之一圈所用绳长； 尾绳质量为 (8-50) 式中 Hh 尾绳环高度(一般取15m)； Lq 尾绳长，m。,提升机转动部分的变位质量包括卷筒、主轴、联轴器和减速器等，可由提升机的规格表中查出，以mj表示。天轮的变位质量用mt表示，也可由天轮的规格表中查出。 提升系统的总变位质量为 (7-51),第十节 速度图参数的确定,在提升系统的动力方程式(8-39)代入静阻力Fj的表示式(8-43)， 则得提升系统动力方程式的常用形式为 (8-52) 上式表示加速度a与拖动力F的关系。 在已知加速度后代入上式可求得需要的拖动力； 当给定拖动力时，就可

46、以求得加速度。,一、速度图参数的确定,按有关规定和提升设备的不同要求，合理地确定提升速度图各参数是提升设备选型设计的重要环节。 确定加（减）速度时，缠绕式提升设备受电动机能力、减速器能力控制方式与制动形式的限制。 (一) 提升加速度的确定 1箕斗提升初加速度a0的确定 为了保证提升开始时空箕斗对卸载曲轨及井架的冲击不致过大，箕斗离开卸载曲轨时的速度v0限制在1.5m/s以下。现在大量通用的卸载曲轨行程h0为2.13m，新标准系列箕斗卸载曲轨行程h0为2.35m。 箕斗提升初加速度a0可计算如下 (8-53) 或 故箕斗提升初始加速度a0一般采用0.5 m/s2。,2主加速度a1的确定 为了保障

47、提升和下放人员的安全，煤矿安全规程规定： 竖井升降人员时，a10.75 m/s2； 竖井提升物料，煤矿安全规程没有限制（设计规范以前曾规定：箕斗提升加速度a11.2 m/s2）。 表8-10减速器型式与技术性能中给出最大输出力矩Mmax，电动机通过减速器作用到卷筒上的拖动力矩必须小于此值。即 (8-54) 在起动时x = 0，故,加速度a1必须 (8-55) 这就是减速器能力对加速度的限制。 在加速过程中，由于电动机依次切除转子电阻，拖动力是起伏变化的。在计算时可取平均值。一般情况下初步估算，可以认为电动机的平均出力不大于最大拖动力的0.75倍。电动机作用到卷筒上的额定拖动力Fe为 (8-56

48、) 式中 Ne 电动机的额定功率，kW。,电动机作用在卷筒上的最大拖动力(对应于电动机的颠覆力矩的)为Fe，这里的是电动机的最大力矩(即颠覆力矩)与额定力矩之比，可在电动机的规格表中查出，故加速阶段提升机的拖动力为 (8-57) 按电动机能力产生的最大加速度为 (8-58) 加速度受上述三个条件的限制，所以只可取其中最小值。如果某矿采用的加速度比其中最小值还小得多，又没有什么其它原因，就应该设法提高。这可充分利用现有设备并节省电费。,(二) 提升减速度的确定,煤矿安全规程规定：升降人员的减速度0.75 m/s2。 减速度的数值与减速方式有关。在减速阶段常采用自由滑行方式减速，这样既达到了减速的目的，又充分利用了提升系统的动能，节约电耗。这时电动机的拖动力为零。即 (8-59) 自由滑行减速度a3h为 (8-60) 式中 h3 +