本科毕业设计论文--煤矿主井提升机的选型设计.doc

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1、摘 要矿井提升运输是采煤生产过程中的重要环节，井下各工作面采掘下来的煤或矸石，由运输设备经井下巷道运到井底车场，然后再用提升设备提至地面。人员的升降，材料、设备的输送，也都要通过运输设备来完成。“运输是矿井的动脉，提升是咽喉”形象地描述了矿井提升运输系统的工作过程与重要作用。现阶段我国矿井立井提升主要有两中方式：单绳缠绕提升系统和多绳摩擦提升系统。同单绳缠绕提升机想比多绳摩擦提升具有以下优点：1) 安全可靠2) 可以选用直径较细的提升钢丝绳，并使主导轮直径降低。3) 偶数钢丝绳，采用相同数量的左右捻可以抵消钢丝绳在运行中产生的扭力。4) 改善了钢丝绳的弯曲受力状况。5) 特别适合大提升量、大井

2、深提升。不过多绳摩擦提升机是依靠提升钢丝绳在主导轮的衬垫间产生的摩擦力进行提升的，所以提升钢丝绳在衬垫上没有滑动现象是保证提升设备安全运行的最重要条件。但随着科学技术的日趋发展，提升机的控制和调节系统已日趋完善，因而，多绳摩擦式提升机必将更多地取代缠绕式提升机。从1938年开始使用第一台多绳提升机，到1948年以前，全世界总共有六台多绳摩擦式提升机在运转，到1959年未，已经有240多台。而近些年来，使用多绳提升机的国家已经越来越多。本次设计的课题为煤矿主井提升机的选型设计。通过这次设计，我除了要对煤矿提升系统所用的重要设备的选型、特点有初步的了解，还要在设计的过程中运用自己在大学四年里所学到

3、的知识，完成这次设计。充分实现理论与实践想结合，一发面对自己四年所学的知识进行一次全方位的温习，另一方面也为以后参加工作打下坚实的基础。同时在满足生产的条件下，尽可能降低成本，并能满足一定的富裕系数而且达到以下的任务及要求：1）提升容器的的设计计算；2）钢丝绳的计算和选择；3）提升机的天轮、主导向轮的确定；4）提升系统的运动学及动力学分析和计算；5）毕业设计说明书的编写6）提升机机房平面布置图、提升系统图的绘制关键词：提升机 多绳摩擦式 选型Abstract 前 言毕业设计作为对我们大学四年所学知识的综合性检验，作为大学生走向工作岗位前的一项系统性训练，具有重要意义。它不仅是培养学生综合运用所

4、学理论知识和技能，解决实际问题能力的重要环节之一，而且是衡量毕业生是否达到相应学力层次的重要依据。它将总结学生的专业基础和专业技术的学习成果,锻炼和开发学生的综合运用能力.，因而是由理论走向实践必不可少的台阶。本次毕业设计的主题是对煤矿主井提升机的选型设计。矿山提升机是矿山大型固定机械之一，也是煤矿重要设备之一，俗有 “ 矿井咽喉”之称;其担负着沿井筒提升煤炭、研石，下放材料及升降人员和设备的任务，它的工作状态直接关系到整个矿井的安全生产。通过在淮南的新庄孜煤矿几天的参观实习，使我对煤矿主井的提升设备（主要是提升机）有了一个从感性到理性的了解。矿井提升机主要包括单绳缠绕式和多绳摩擦式两种。而多

5、绳摩擦式提升机又分为两种类型:一种称为塔式多绳摩擦提升机;一种称落地式多绳摩擦提升机。通过这次毕业实习及平时上课时老师的讲解，因而使得我在这次毕业设计中能够更好的把握要点，进行设计。本设计说明书主要有九章。包括从提升机的容器选择、钢丝绳的选择、导向轮天轮的相对位置、以及电动机的选择和校核等多方面对提升机所进行的一个系统性设计。在该次设计中承蒙张安宁老师、梁超老师、尹中会老师的审查并提供了许多宝贵意见和资料。同时在毕业实习过程中，也得到了各实习单位的部门领导，和各车间领导与技术人员，师傅们的帮助。在此一并表示感谢。由于编者水平所限及设计时间仓促，书中不足及错漏之处在所难免，敬请各位老师和读者批评

6、指正。 1 提升方案的确定及提升设备的选型1.1、提升方案的确定矿井提升运输是采煤生产过程中的重要环节。井下各工作面采掘下来的煤或矸石，由运输设备经井下巷道运到井底车场，然后再用提升设备提至地面。人员的升降，材料，设备的输送，也都要通过提升设备来完成。“运输是矿井的动脉，提升是咽喉”形象的描述了提升运输系统的工作过程与重要作用。因而在选择提升设备之前，首先应确定合理的提升方式，这对提升设备的选型，对矿山的基础投资，生产能力，生产效率及吨煤成本都有直接的影响，在具体设计工作中，要根据矿井的具体条件，提出若干可行方案，然后对基建投资，运转费用，技术的先进性诸方面进行技术比较，同时还要考虑到我国提升

7、设备的生产及供应情况，才能决定比较合理的方案。多绳摩擦式提升与单绳缠绕式提升比较，其主要优点是：1、提升高度不受滚筒容绳量的限制，适用于深井提升；2、载荷是由数根钢丝绳承担，故钢丝绳直径载荷下单绳提升小；3、摩擦抡直径显著减小；4、由于摩擦轮的直径小，回转力矩减小，在提升载荷相同的情况下，多绳摩擦式提升机的质量比单绳缠绕式小1/41/5提升电动机的容量和耗电量也相应降低，设备的效率高。5、摩擦轮的直径较小，在相同的速度下，可以使用转速较高的电动机和较小的减速箱。6、钢丝绳是搭放在摩擦轮上，减小钢丝绳的弯曲次数，改善了钢丝绳的工作条件。7、采用偶数根钢丝绳，钢丝绳的捻向是左右捻各半，消除了提升容

8、器在提升过程中的转动，减小了容器的罐耳对罐道的摩擦阻力。8、数根钢丝绳同承受载荷，提升工作的安全性大为提高，世界各国的运行经验表明，数根钢丝绳同时被拉断的可能性极小，因此可以不再使用防坠器，从而减小了提升容器的重量。正是由于以上优点，多绳摩擦提升机在世界范围内得到广泛应用，因而根据上述等情况本设计决定采用多绳摩擦式提升系统。1.2、选型设计的主要内容1.2.1 设计的依据1. 设计要求：设计年产量：An=120万吨2. 工作制度：年工作日=300，日工作小时=14小时3. 矿井深度：Hs=450m4. 卸载水平与井口的高差：=18m5. 装载水平与井下运输水平的高差：Hz=32m6. 散煤容重

9、：=0.95t/m37 提升方式：落地式多绳摩擦提升1.2.2 设计的主要内容1. 计算并选择提升容器2. 计算并选择钢丝绳3. 计算滚筒直径并选择提升机和天轮4. 提升机与井筒相对位置的计算5. 提升机运动学及动力学计算6. 电动机的功率验算7. 计算吨煤电耗及效率8. 多绳摩擦提升机的防滑验算1.3、落地式多绳摩擦提升系统的组成及工作原理1.3.1 提升系统的组成 矿井提升设备的主要组成部分包括：提升机、提升钢丝绳、提升容器、天轮、井架以及装卸载附属设备。1.3.2 提升设备的工作原理 图1-1为竖井箕斗提升系统示意图。井下的煤车通过井底车场巷道中的翻笼（翻车机）将煤卸入井下煤仓9中，再通

10、过装载设备11将煤装入停在井底的箕斗4中。此时，另一条钢丝绳所悬挂的箕斗则位于井架3上的卸载曲轨5内，将煤卸入井口煤仓6中。两个箕斗也是通过两条钢丝绳绕过天轮，由提升机滚筒带动在井筒中作上下往复运动，进行提升工作，从而完成提升任务。 图1-1 竖井基斗提升系统原理图1- 提升机；2-天轮； 3-井架；4-箕斗；5-卸载曲轨；6-井口煤仓7- 钢丝绳；8-翻车机；9-井底煤仓；10-给煤机11-装载设备2提升容器的选择提升容器是直接装运煤炭、矿石、矸石、人员、材料、及设备的工具。主要有箕斗、罐笼、矿车、斜井人车、和吊桶五种。其中矿车和斜井人车主要用于斜井，吊桶是立井凿井时使用的提升容器，箕斗和罐

11、笼在矿井中应用最多。考虑到设计任务的设计参数以及经济效果和矿井的实际情况，在这儿首选箕斗提升。选择箕斗即确定一次提升量是整个选型设计的基础，可用不同的方法选择箕斗。但目前“一次合理提升量法”最常用，起步骤为：2.1、确定合理的经济速度 = (0.30.5); 公式2-1式中：H 提升高度，m；H= 公式2-2 卸载高度，m；=18m Hz 装载高度，m；Hz=32m Hs 矿井深度，m；Hs=450m一般情况下多取中间值进行设计，即=0.4, =0.4=8.942.2、根据经济提升速度，估算一次提升循环时间=+ + 公式2-3 =+10+12 =89.10s式中： 提升加速度；在以下范围内选取

12、，升降人员时，升降物料时，这里取 箕斗在卸载曲轴内爬行时间，可暂取=10s 休止时间，箕斗休止时间按参考资料矿井提升设备中的规格表这里暂取表21 箕斗休止时间箕斗规格，t故所选的钢丝绳校验合格，符合要求。式中：所选钢丝绳所有钢丝的破断拉力之和一次提升的货载的重力容器的自重钢丝绳每米的重力3.2、尾绳的选择缠绕式没有尾绳平衡尾绳是为了平衡提升钢丝绳的重力设置的，由于它负担自重而无其他的载荷，因此对材料的抗拉强度无特殊要求，但为了安全而要求它具有旋转不旋转等特点，因此以前长采用扁钢丝绳，但扁钢丝绳制作效率低，价格贵，目前我国大多数矿井改用不旋转的圆股钢丝绳，作平衡尾绳。作平衡尾绳的钢丝绳，其抗拉强

13、度可选用的。我国广泛的采用的等重尾绳的单位长度的质量为： 公式3-3 = =7.6/m根据计算出来的尾绳单位质量，查钢丝绳规格表，选取637圆股钢丝绳。尾绳的长度计算 H尾 公式3-4 =210+500=520m3.3、所选择的钢丝绳和尾绳的型号与技术参数如下表：表3-2钢丝绳种类抗拉强度数量单位质量直径破断拉力之和6（37）股-32-1470-特-甲-镀-左（右）1470Mpa4根4.73kg/m32mm68218637股圆股钢丝绳1400Mpa2根9.36kg/m52mm4.提升机主导向轮和天轮的选择4.1、主导向轮的计算与选型4.1.1、摩擦轮的直径计算摩擦轮直径的计算原则与单绳缠绕式提

14、升机相同，即，使钢丝绳在摩擦轮上的弯曲应力较小为主要原则。有导向轮时：无导向轮时： 落地式多绳摩擦提升机的选型应按有导向轮计算，即：4.1.2、提升系统的最大静张力和最大静张力差的计算：最大静张力差为： 公式4-1 =316581.6N最大静张力差为： 公式4-2 = =123872N式中：不平衡系数= =-0.29.8=-1.96根据计算所得的查多绳摩擦提升机规格表选择提升机，其型号与技术参数如下：表4-1型号摩擦轮直径钢丝绳根数钢丝绳最大静张力差钢丝绳最大静张力钢丝绳最大直径钢丝绳间距最大提升速度天轮直径变位质量JKMD3.543.5m4140KN525KN35mm300mm13m/s3.

15、5m13000kg4.1.3.验算主导向轮衬垫的比压，由于采用四绳系统，比压用下式计算： 公式4-3= 式中：提煤上升绳股的静张力 公式4-4 = 提煤下降绳股的静张力 公式4-5 上述实际比压小于橡胶类衬垫允许比压值14kg/cm2，更小于塑料衬垫允许值20kg/cm2。无论采用何种衬垫都符合要求。本设计综合实用和经济的情况，决定采用橡胶聚氨酯摩擦材料。4.2、天轮（多绳导向轮）的选择根据主导轮的的型号，选取与之配合的天轮其型号为，其主要参数如下：表4-2天轮型号直径变位质量绳槽半径两轴承中心距3500mm1133kg16.5mm1000mm5提升机与井筒的相对位置的计算提升机对于井筒的相对

16、位置，系根据卸载作业的方便，地面运输的简化以及设备运行的安全而定。所有这些都应在矿井工业广场的总体布置中解决。5.1、井架高度井口水平至下天轮轴心的距离： 公式5-1 式中：防撞梁离下天轮中心的距离为了计算井架的高度，需先确定上下两组天轮的中心距e，e值取的过大，以致两条钢丝绳弦互相平行，主导轮的围包角只能是180度，这时如欲增大围包角防止钢丝绳打滑时，必须在主导轮的出绳附近加设导向轮。这不仅使系统复杂，且增大了维护的工作量。如值取的过小，增加围包角是其优点，但在井架附近的上下两条钢丝绳弦距离过近，运转中如果绳弦振动而使两绳相互碰撞也是极不安全的。考虑如上因素后，本方案取e=5m，从而井架高度

17、为: 公式5-25.2、卷筒中心线至井筒中心线的水平距离确定原则：提升机房基础不与井架基础想接触，避免由于井架震动，引起提升机房及提升机房基础的震动和损坏。因而其最小距离应满足经验公式： 公式5-3 式中： D卷筒直径，m这里取m5.3、钢丝绳的弦长的计算钢丝绳弦长是指与卷筒接触点与天轮接触点的距离。根据理论研究，钢丝绳弦横向振动的自振频率与绳弦长度及提升高度有关。主要决定于绳弦长度，当超过60m时，其自振频率与提升机卷筒转动产生的任何规则冲击，通常都可能激发绳弦产生激烈的横向振动，因而通常限制弦长在60m以内。对弦长计算，一般采用以下公式：下弦长： 公式5-4 = =式中：主导向轮高出井口水

18、平的距离取4.5m两箕斗中心距离中心距离，查箕斗规格表可知2.1m上弦长： 公式5-5 = =当弦长因特殊原因超过60m时，可在地面适当地方加设拖绳轮以减少绳弦振动。5.4、钢丝绳的仰角： 钢丝绳弦对水平线所构成的仰角，应按提升技术要求的规定值检验。JK系列提升机曾限定下出绳角不得小于，这是考虑下出绳角过小时，钢丝绳有可能与提升机基础相接触，造成钢丝绳磨损。 上出绳角： 公式5-6 = = 下出绳角： 公式5-7 = = 由上计算可知：下出角远大于，故钢丝绳不会接触提升机的机架或基础，所以不会对钢丝绳造成磨损。 5.5、钢丝绳绕过主导轮的实际围包角， 上下出绳角差： 公式5-8 = 故钢丝绳绕

19、过主导轮的实际围包角为： 弧度由以上计算可得提升机的井筒及其天轮的相对位置图如下： 图5-1 天轮及井架位置图6运动学及动力学计算6.1、预选提升机电动机为了对提升设备进行动力学计算，应预选提升电动机。在进行提升设备的方案比较时，也需要初步选择电动机。矿井提升电动机有交流和直流两类。本次初步方案选用直流电动机拖动，直流拖动的优点是调速性能好、电耗小、易于自动化。初选电动机的依据是：电动机的功率，转数及电压等级三个方面的要求：6.1.1电动机的估算功率： 公式6-1 1100式中：提升电动机的估算功率,前面计算的提升机提供的速度,m/s矿井阻力系数，箕斗提升考虑到提升系统运转时，有加减速度及钢丝

20、绳应力等因素，影响系数，箕斗提升，这里取联轴器效率，由于本系统采用电动机与提升机直接相联，采用钢性联轴器。6.1.2电动机的估算转数： 公式6-2根据计算出来的与，选择电机的型号为：，额定功率为：，选择额定转数，转动惯量，过载系数 6.1.3 确定提升机的实际最大提升速度 公式6-3最大提升速度要供煤矿安全规程的限制，对于立井升降物料时，最大提升速度不得超过下式求得的数值：； 故所选的电动机符合煤矿安全规程的限制，故所选的电机符合要求。所选的电动机的型号和技术参数如下表6-1电动机的型号额定功率额定转速转动惯量过载系数1250kw6.2、为计算总变位质量，我们可首先分别计算出各运动部件的变位质

21、量。然后相加即可，各运动部件的质量的变位原则，必须保证该部件在变位前后的功能相等。6.2.1、提升系统中有三部分作直线运动，既提升载荷，提升容器和提升钢丝绳，他们直接作用于滚筒圆周上，其速度和加速度就是滚筒周围上的速度和加速度。所以不用变位，它们本身的质量就是变位质量。直线运动部分的变位质量为： 公式6-4 式中：一根钢丝绳总长度, ； 公式6-5尾绳长度,m6.2.2、提升系统还有三部分作旋转运动，即提升机，天轮和电动机转子，在提升过程中这些部件各运动质点都围绕自己的轴，以不同的回转半径和回转速度旋转，需要把它们变位到滚筒圆周上，则各部件变位后的质量值就不等于它们原来的数值。提升机的变位质量

22、和天轮的变位质量可以在它们的技术参数规格表中查出，不必计算，只有电动机转子的变位质量需要计算。电动机转子的变位质量，由下式计算求得： 公式6-6式中：电动机转子的转动惯量, ，提升机滚筒的半径, m6.2.3、则提升系统中的变位质量： 公式6-7 6.3、提升设备的运动学计算6.3.1、提升设备的运行规律 提升设备的运行状态，主要取决于提升容器在井筒中的运行规律，而容器的运行规律与容器的类型及控制方法等有密切关系。6.3.2、提升加速度的确定 1、箕斗提升初加速度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被限制在，所以加速度为： 公式6-8目前大量通

23、用的箕斗卸载曲轨行程为，所以加速度为：故箕斗的提升初速度取2、主加速度的确定主加速度是按经济的原则来确定的，主加速度的大小受煤矿安全规程，减速箱强度，电动机过负荷能力三方面的限制，本系统没有减速箱所以只从煤矿安全规程 和电动机的过负荷能力两方面考虑。（1）、煤矿安全规程中提升加减速度的限制：一般在竖井升降物料，加速度最大不能超过1.2m/s2（2）、按电动机的过负荷能力来确定，电动机的最大平均出力应大于或等于加减速阶段实际所需的最大出力，即： 公式6-9 即式中：电动机的额定出力，N 公式6-10综合两种情况取3、减速度的确定根据实际情况及安全性考虑，本系统决采用电气制动与机械制动相结合的制动

24、方法来完成提升系统的制动，所以减速度的大小要符合机械制动和电气制动两方面的要求。（1）、采用机械制动减速时，为了避免闸瓦过度发热和磨损，制动力应不大于0.3Q即： 公式6-11即： （2）、采用电器制动，是用电动机缓慢减速，即电动机的转子附加电阻再逐级接入转子回路，使电动机在较软的人工特性上运行。为了能较好地控制电机，这时出力应不小于35%的额定值，即： 公式6-12所以当采用电动机减速方式时，其减速度为： 根据以上计算的两个结果，综合实际情况选取6.3.3、速度图参数的计算速度图是验算设备的提升能力，选择提升机控制设备及动力学计算的基础。各类速度图的计算方法大致相同。1、 卸载曲轨中初加速度

25、时间： 公式6-132、 箕斗在卸载曲轨的行程：3、 主加速时间： 公式6-144、 主加速阶段行程： 公式6-155、 主减速阶段时间： 公式6-166、 主减速阶段行程： 公式6-177、 爬行时间： 公式6-18式中、从下表中查出表6-2表格爬行阶段自动控制手动控制箕斗距离h42.53.35.0速度v40.5（定量装载）0.4（旧式装载设备）8、 抱闸时间，可定为1s，行程很小，可考虑包括在爬行距离内不另行计算，减速度一般取1m/s29、 等速阶段的行程： 公式6-19 10、 等速阶段的时间： 公式6-2011、一次提升循环时间： 公式6-21 6.4、提升设备动力学计算提升开始时，故

26、拖动力： 公式6-22 出曲轨时：，故拖动力：主加速阶段开始，故拖动力： 公式6-23 主加速阶段结束，故拖动力： 等速阶段开始，故拖动力： 公式6-24等速阶段结束，故拖动力： 减速阶段开始，故拖动力： 公式6-25 减速阶段结束，故拖动力： 爬行阶段开始，故拖动力： 公式6-26爬行阶段结束，故拖动力： 根据以上的计算结果，绘出箕斗提升速度图和力图。 图6-1箕斗提升速度图图6-2箕斗提升受力图7电动机功率的验算7.1、提升机等效容量的计算：有了提升工作图后，就可以对预选的电动机进行功率校核，对提升设备进行电耗几效率的计算。本章进行的是对电动机功率的验算。7.1.1、等效时间的计算：对于自

27、带风扇装置的电动机，其散热条件则与电机转数有关，转数高时风扇散热条件好，低时散热条件差，休止时间散热条件最差。故对于自带扇风装置电动机的等效时间为： 公式7-1 s式中：考虑电机在低速运转时的散热不良系数，一般取交流电机：；直流电机：；考虑停车间歇时间的散热不良系数，一般取交流电机：；直流电机：；7.1.2、等效力的计算在一次提升过程中，由于拖动力和速度不同，因此电动机绕组中的电流和产生的热量也不一样，为了简化，用一个定负荷下运转时的固定力和最大提升速度，作为选择电动机容量的依据，这个固定力叫做等效力。 公式7-2上式：公式7-3N等效容量： 公式7-47.2、电动机功率的验算根据以上计算出电动机的等效容量后，需按如下两个条件来验算前面初选的电动机的容量是否合适。1、按电动机允许发热条件应满足： ； 既： 1221kw1250kw式中初选电动机的额定功率2、按正常运行时电动机过负荷能力应满足：即：