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1、矿山运输与提升第七章第七章 提升提升设备的运的运动学和学和动力学力学7.1 提升速度的确定提升速度的确定在一次提升在一次提升过程中，提升速度是程中，提升速度是变化的。化的。提升开始时，容器以加速运行，速度由零增加到最大值；然后保持在最大速度下运行一段；接近提升终了时，容器接近卸载位置时开始减速，速度又从最大值下降到零最后停在卸载位置。在一次提升（或下放）中容器运行速度随时间的变化过程可以绘成直观的提升速度图。用横坐用横坐标表示容器运表示容器运动的延的延续时间，纵坐坐标表示相表示相应的运的运动速速度，度，则绘出容器随出容器随时间变化的速度曲化的速度曲线，就称之，就称之为提升速度提升速度图。从物理
2、意义上讲，提升速度图上速度曲线所包含的面积就是提升容器在一次提升时间内所走过的路程，即提升高度H。提升容器在一次提升提升容器在一次提升过程中的运程中的运动，一般有加速、等速和减速，一般有加速、等速和减速等三个等三个阶段。段。要实现面积等于H的速度图可以有很多，即将矿石由井下经过提升高度H提到地面，可以采用不同的提升速度。第七章第七章 提升提升设备的运的运动学和学和动力学力学7.1 提升速度的确定提升速度的确定在三在三阶段速度段速度图中，当提升加速和减速中，当提升加速和减速阶段段为匀加速匀加速和匀减速运和匀减速运动时，其提升速度随，其提升速度随时间的的变化曲化曲线呈梯呈梯形，通常称形，通常称为三
3、三阶段梯形速度段梯形速度图。若没有等速。若没有等速阶段，段，则提升速度提升速度图就就变成了三角形速度成了三角形速度图。显然，我然，我们可以把三角形速度可以把三角形速度图看作是梯形速度看作是梯形速度图的一种极限的一种极限状状态。那么我那么我们如何确定最大提升速度呢？如何确定最大提升速度呢？在提升能力一定的情况下，最大提升速度不同，在提升能力一定的情况下，最大提升速度不同，则一次提升一次提升时间就不同，因此一次提升量也不同，就不同，因此一次提升量也不同，为此而需要配置的提升此而需要配置的提升钢绳、提升机以及配套的、提升机以及配套的电动机的机的规格就不同，最格就不同，最终会会导致提升致提升系系统的投
4、的投资和提升成本不同。和提升成本不同。显然，我然，我们希望确定的最大提升希望确定的最大提升速度速度应为最最经济合理得提升速度。合理得提升速度。下面我下面我们来分析最来分析最经济合理的提升速度是如何确定的。合理的提升速度是如何确定的。第七章第七章 提升提升设备的运的运动学和学和动力学力学7.1 提升速度的确定提升速度的确定当采用梯形速度当采用梯形速度图并且提升高度一定，加速度、减速度相同并且提升高度一定，加速度、减速度相同时，其提升，其提升时间随最大提升速度的减小而增大。提升随最大提升速度的减小而增大。提升时间最短的是三角形速度最短的是三角形速度图。设提升高度提升高度为H，加速度，加速度为任意任
5、意值a且等且等于减速度，于减速度，则当速度按三角形当速度按三角形变化化时，其面其面积 ,其最大提升速度其最大提升速度为： (7-1)其相其相应的最短一次提升的最短一次提升时间为： (7-2)第七章第七章 提升提升设备的运的运动学和学和动力学力学7.1 提升速度的确定提升速度的确定当速度按梯形曲当速度按梯形曲线变化化时,一次提升一次提升时间为： (7-3)式中 V梯形速度图的最大速度。将将H=V0t0/2 及及a =2V0/t0代入代入(7-3)式，式，经整整理后得理后得 t / t0 与与V / V0 的关系式：的关系式： (7-4)把上式表示的函数关系把上式表示的函数关系绘成曲成曲线，如，如
6、图右右图所示。所示。从曲从曲线中可以看出：中可以看出：当提升速度当提升速度V 超超过(0.40.5)V0 时，提升，提升时间的的缩短就不短就不显著了。著了。第七章第七章 提升提升设备的运的运动学和学和动力学力学7.1 提升速度的确定提升速度的确定同同时还可以求出提升的有效可以求出提升的有效载重、卷筒直径、提升重、卷筒直径、提升电动机容量与提升速机容量与提升速度的关系曲度的关系曲线。经分析研究后，得出最分析研究后，得出最经济合理的提升速度合理的提升速度为： 米米/秒秒一般的提升加速度和减速度一般的提升加速度和减速度 a=0.61米米/秒秒2，故：，故： 米米/秒秒 （7-5）式中 0.30.5系
7、数，当H H200米时取下限，当H600米时取上限； H H提升高度，米。根据算出的根据算出的V 值，选择与其接近的提升机与其接近的提升机标准速度，作准速度，作为速度速度图中的最中的最大提升速度大提升速度Vm m，但必，但必须符合安全符合安全规程程规定：定：竖井用罐井用罐笼升降人升降人员的加速度不得超的加速度不得超过0.750.75米米/ /秒秒2 2，其最大速度不得超，其最大速度不得超过下式的下式的计算算值；且不能大于；且不能大于1212米米/ /秒。秒。 米米/ /秒秒竖井升降物料井升降物料时，提升容器的最大速度，不得超，提升容器的最大速度，不得超过下式的下式的计算算值： 米米/ /秒秒第
8、七章第七章 提升提升设备的运的运动学和学和动力学力学7.2 提升提升设备设备的运的运动动学学 提升提升设备属于周期属于周期动作式的作式的设备。提升。提升设备运运动学是研学是研究提升容器运究提升容器运动速度随速度随时间的的变化化规律，以求得合理的运律，以求得合理的运转方式。方式。提升提升设备运运动学学计算的基本任算的基本任务是：确定合理的加是：确定合理的加速度与减速度、各运行速度与减速度、各运行阶段的延段的延续时间以及与之相以及与之相对应的容器行程，并的容器行程，并绘制出速度制出速度图和加速度和加速度图。第七章第七章 提升提升设备的运的运动学和学和动力学力学7.2 提升提升设备设备的运的运动动学
9、学一、罐一、罐笼提升运提升运动学学罐罐笼提升采用三提升采用三阶段梯形速度段梯形速度图。如右。如右图所示。所示。图中中t1为加速运行加速运行时间，t2为等速运行等速运行时间，t3为减速运行减速运行时间，T1为一次提升运行一次提升运行时间，T为一次提升全一次提升全时间，Vmax为最大提升速度。最大提升速度。当采用等加速度当采用等加速度a1和等减速度和等减速度a3时，在加速和，在加速和减速减速阶段，速度是按与段，速度是按与时间轴成成1和和2角的角的直直线变化，故三化，故三阶段速度段速度图为梯形。梯形。（显然1=arctan a1, 3=arctan a3)为了了验算提升算提升设备的提升能力，的提升能
10、力，应对速度速度图各参数各参数进行行计算。算。计算梯形速度算梯形速度图各参数各参数时，应已知提升高度已知提升高度H及最大提升速度及最大提升速度Vmax。提升加速度提升加速度a1和减速度和减速度a3可以在下述范可以在下述范围内内选定：定：提升人提升人员时不得大于不得大于0.75米米/秒秒2；提升；提升货载时不宜大于不宜大于1米米/秒秒2。一般一般对于于较深深矿井采用井采用较大的加、减速度，浅井采用大的加、减速度，浅井采用较小的数小的数值。相。相应的加、的加、减速减速时间：手工操作：手工操作时t1(t3) 5秒；自秒；自动化操作化操作时t1(t3) 3秒。秒。第七章第七章 提升提升设备的运的运动学
11、和学和动力学力学7.2 提升提升设备设备的运的运动动学学一、罐一、罐笼提升运提升运动学学梯形速度梯形速度图各参数的各参数的计算如下：算如下：1.加速运行加速运行时间t1及距离及距离h1： (7-6)2.减速运行减速运行时间t3及距离及距离h3： (7-7)3.等速运行距离等速运行距离h2及及时间t2： (7-8)4.一次提升运行一次提升运行时间T1： (7-9)第七章第七章 提升提升设备的运的运动学和学和动力学力学7.2 提升提升设备设备的运的运动动学学一、罐一、罐笼提升运提升运动学学5.一次提升全一次提升全时间T： (7-10)式中 停歇时间（见第六章第二节）。6.每小每小时提升次数提升次数
12、n： (7-11)7.每年提升能力每年提升能力An: (7-12)式中符号意义及取值同第六章第二节。计算的每年生算的每年生产能力能力An 应大于或等于大于或等于设计的的矿井生井生产能力能力An。第七章第七章 提升提升设备的运的运动学和学和动力学力学7.2 提升提升设备设备的运的运动动学学二、箕斗提升运二、箕斗提升运动学学在箕斗的开始在箕斗的开始阶段，下放空箕斗在卸段，下放空箕斗在卸载曲曲轨内内运行，运行，为了减小曲了减小曲轨和井架的和井架的动负荷，其运行荷，其运行速度和加速度速度和加速度应受到限制。提升将近受到限制。提升将近终了了时，上升重箕斗上升重箕斗进入卸入卸载曲曲轨，其运行速度和减速，其
13、运行速度和减速度也度也应受到限制。但在曲受到限制。但在曲轨之外，箕斗之外，箕斗则可以可以用用较大的速度和减速度运行。因此：大的速度和减速度运行。因此： 单绳提升非翻提升非翻转箕斗通常采用箕斗通常采用对称五称五阶段段速度速度图，如右上，如右上图。 翻翻转式箕斗因其卸式箕斗因其卸载距离距离较大，大，为了加快了加快箕斗卸箕斗卸载而增加一个等速（爬行）而增加一个等速（爬行）阶段，段，这样翻翻转式箕斗提升速度式箕斗提升速度图便采用六便采用六阶段速度段速度图，如右下如右下图。第七章第七章 提升提升设备的运的运动学和学和动力学力学7.2 提升提升设备设备的运的运动动学学二、箕斗提升运二、箕斗提升运动学学箕斗
14、箕斗进出卸出卸载曲曲轨的运行速度，以及在其中运行的加减速度，通常按下述数的运行速度，以及在其中运行的加减速度，通常按下述数值选取：空箕斗离开卸取：空箕斗离开卸载曲曲轨时的速度的速度V01.5米/秒，加速度，加速度a0 0.3米/秒2;重重箕斗箕斗进入卸入卸载曲曲轨时的速度的速度V4，对于于对称五称五阶段速度段速度图， V41米/秒，对于于六六阶段速度段速度图， V4=0.30.5米/秒，相，相应的最的最终减速度减速度a5(a4) 应使最后使最后阶段段的的时间t5(t4) 1秒。秒。现以六以六阶段速度段速度图为例例进行运行运动学学计算。算。已知提升高度已知提升高度H，最大提升速度，最大提升速度V
15、max和箕斗的和箕斗的卸卸载距离距离h0；选取箕斗取箕斗进出卸出卸载曲曲轨的速度的速度V0 、V4 、爬行距离、爬行距离h4= h0+(0.52)米、及减速度米、及减速度a5；并按本并按本节所述方法确定加速度所述方法确定加速度a1及减速度及减速度a3。则速度速度图中各参数的中各参数的计算如下。算如下。第七章第七章 提升提升设备的运的运动学和学和动力学力学7.2 提升提升设备设备的运的运动动学学二、箕斗提升运二、箕斗提升运动学学1.空箕斗在卸空箕斗在卸载曲曲轨内的加速运行内的加速运行时间t0及加速度及加速度a0： (7-13)2.箕斗在卸箕斗在卸载曲曲轨外的加速运行外的加速运行时间t1及距离及距
16、离h1： (7-14)3.重箕斗在卸重箕斗在卸载曲曲轨内的减速运行内的减速运行时间t5及距离及距离h5 ： (7-15)4.重箕斗在卸重箕斗在卸载曲曲轨内等速运行内等速运行时间t4： (7-16)第七章第七章 提升提升设备的运的运动学和学和动力学力学7.2 提升提升设备设备的运的运动动学学二、箕斗提升运二、箕斗提升运动学学5.箕斗在卸箕斗在卸载曲曲轨外的减速运行外的减速运行时间t3及距离及距离h3： (7-17)6.箕斗在卸箕斗在卸载曲曲轨外的等速运行距离外的等速运行距离h2及及时间t2 ： (7-18)7.一次提升运行一次提升运行时间T1 ： (7-19) 8.一次提升一次提升时间、每小、每
17、小时提升次数、每年生提升次数、每年生产能力的能力的计算，与（算，与（7-10）、）、 （7-11）、（）、（7-12）式相同。）式相同。 第七章第七章 提升提升设备的运的运动学和学和动力学力学7.3 提升提升设备设备的的动动力学力学提升提升设备的的动力学是研究和确定在提升力学是研究和确定在提升过程中，卷筒程中，卷筒圆周上拖周上拖动力的力的变化化规律，律，为验算算电动机功率及机功率及选择电气控制气控制设备提供提供依据。依据。提升提升设备动力学力学计算的基本方法是：根据提升速度算的基本方法是：根据提升速度图和加速度和加速度图，将，将计算出的各提升算出的各提升阶段的各个量代入提升段的各个量代入提升动
18、力学基本方程力学基本方程式，式，计算出提升算出提升过程中各程中各阶段的拖段的拖动力，力，绘制出力制出力图。根据提升速度根据提升速度图和力和力图，可求出提升各，可求出提升各阶段的卷筒段的卷筒轴功率，并功率，并可可绘制出功率制出功率图。提升速度提升速度图、加速度、加速度图、力、力图及功率及功率图和在一起称和在一起称为提升系提升系统工作工作图。（因（因课时有限，提升有限，提升设备动力学的力学的计算算过程程请同学同学们自学）自学）第七章第七章 提升提升设备的运的运动学和学和动力学力学复复习题：1.1.什么是提升速度什么是提升速度图？2.2.采用三采用三阶段梯形速度段梯形速度图时，提升容器在一次提升，提升容器在一次提升过程中的运程中的运动一般有一般有 哪三个哪三个阶段？段？3.3.最最经济合理的提升速度如何确定？合理的提升速度如何确定？4.4.提升提升设备的运的运动学学计算需要确定和算需要确定和计算哪些参数？算哪些参数？
