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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
