毕业设计矿井提升机设计.docx

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毕业设计矿井提升机设计

第一章矿井提升机的拖动系统

矿井提升机是煤矿运输系统重要组成部分，人员、设备、材料、煤炭和矸石等均靠提升机输送。

提升机安全、高效和合理运行，对矿井生产及人身安全具有重发意义。

有效地合理选择电气设备是非常重要的。

第一节提升机电动机的选择

提升电动机一般分为直流和交流两种，交流电动机多采用绕线式异步电动机，目前我国矿井提升机交流拖动单机容量不超过1000KW，双机拖动容量不超过2000KW，其容量限制主要受主回路换向器容量的限制，交流拖动系统简单，设备价格便宜，当电动机单机容量超过1000KW，或最大提升速度超过10m/s时应采用直流拖动。

提升机的电动机选择时应满足功率、电压和转速三个方面的要求。

功率与提升机的一次提升质量和最大速度有关，双容器提升系统的电动机功率为：

（1-1）

式中g　–　重力加速度，m/s2

k　-　矿井阻力系数，箕斗取1.15，罐笼提升取1.2

　　Ｑ　-　提升机一次提升质量，ｋｇ

　　Ｖm　-　提升机最大提升速度，m/s

μ-动力系数，取1.2~1.4

η-减速机传动效率直联传动时取1

提升电动机电压，首先看电动机功率等级，功率越大电压等级越高，一般情况是，电动机功率在200kw以下选380V电压，250~500kw以上选用高压6kv电动机，200~500kw范围内选用660v电压，若电压等级在功率交叉范围内，最好通过技术经济比较后确定，也可由矿井供电电压决定，高压为6kv，低压采用380v。

电动机的转速为：

（1-2）

式中i-减速器传动比

D-提升机卷筒直径

　　　对于交流电动机确定型号，规格后，要根据力图中可能出现的最大力去校验是否满足过载能力，即

（1-3）

第二节提升系统对控制的要求

无论何种提升系统，电力拖动和控制系统都为求简单经济，保证与设计的速度图和力图相符，并且在所有的情况下，提升系统都能够安全可靠工作，提升系统的电力拖动和控制系统应满足下列要求。

（1）从罐座或承接梁上提起罐笼的速度不能过大，一般不能超过1.5m/s。

（2）提升物料时，加速度不大于1.2m/s2,升降人员时不大于0.75m/s2。

（3）不管提升机轴上的负荷怎样变化和转向如何，都应当保证设计的最大提升速度。

（4）减速时，应保证其速度平稳地、准确地从最大速度降低到0.5m/s以下。

（5）在爬行阶段，应使提升容器以0.5m/s以下低速运行。

（6）提升容器进行装卸时，应切断拖动电动机的电源，并实现工作制动。

（7）控制系统应具有《煤矿安全规程》中规定的和提升机生产工艺流程所要求的各项保护和闭锁装置，以监督提升设备各部件的工作是否正常。

第三节提升机的电力拖动方式

提升机可以用一台电动机，也可用二台电动机拖动。

目前采用一台交流绕线型异步电动机拖动的较多，其拖动方式将电动机转子串联一定附加电阻，利用控制装置附加电阻进行调整，以满足不同的提升速度。

采用二台电机拖动时，每台电机容量可相同，也可不同，但转速必须接近，还可以在不同工作方式下运行，如一台工作在电动方式，另一台工作在制动方式。

但是，双机拖动方式使用设备多，投资大，控制系统复杂，因此，在选择拖动方式时，除满足生产工艺要求外，还应该对各种拖动方式作经济比较，从中选择最合理的设计方案。

第二章提升电动机起动电阻的计算

转子起动电阻的正确计算和选择，具有很大的技术经济意义。

如果选择和计算正确，可充分发挥电动机的潜力，缩短提升循环时间，提高提升能力，节约电能，减少调试工作量，还可以使提升机起动平稳，减小起动过程的机械冲击力，延长提升机的使用寿命。

因此正确计算和选择起动电阻是很有必要的。

磁力站是控制电动机转子电阻的控制装置。

按起动切除电阻方法可分为平衡起动和不平衡起动电阻两种。

不平衡起动电阻一般用于矿用小绞车，现不太常用，本文不介绍。

平衡起动电阻用于大中型提升机。

按切除级数分，它分五级、八级和十级三种（旧式不六级的，小绞车有配用四级的）。

通常5级起动有一级作为预备级，4级作为主加速级，200kw以上使用八级，两级预备，其余为加速级，常用起动方法有完全起动和不完全起动。

本文主要介绍完全起动。

第一节起动电阻的计算

计算起动电阻常用的一般有两种方法，有经验公式法和较精确计算法。

经验公式法简单，但准确性差，只能为预选时或提升任务不重的提升机采用，安装时和运转时必须调整起动电阻值，才能满足机械部分的正常运转，通常制造厂亦按此法计算供货。

提升机是煤矿重要的机械设备，正确地计算其拖动电动机的起动电阻，具有重要的技术经济意义，经验公式法是把机械特性当作理想的线性外理，误差较大，另外，它主要考虑的是发挥电动机的过载能力，计算出的的电阻值不一定能满足速度图的要求。

为此，矿井提升机最好采用利用曲线按给定加速度的方法计算起动电阻。

本文主要介绍8级起动电阻计算方法，其它级数可根据实际增减。

下面按给定加速度利用公式计算起动电阻。

图1

1、第一预备级电阻的计算

每一预备级的作用：

消除传动齿轮的啮合间隙；拉紧钢丝绳；实现低速验绳和检查井筒；消除电动机接入电网时的过电压等。

对于箕斗提升，一般使第一预备级所产生的转矩为电动机额定转矩的0.3~0.4。

也可以按验绳要求来计算，对立井

（2-1）

式中：

K-矿井阻力系数，箕斗取1.15，罐笼取1.2；

GL-有效载重量，N；

P-钢丝绳单重，N/m；

H-提升高度，m；

FN-电动机传递到滚筒圆周上的额定力，N。

电动机额定力可按下式计算：

（2-2）

式中：

PN-电动机额定功率，kW；

ηG-减速器传动效率，一级传动取0.92，二级传动取0.85，多绳摩擦轮提升取0.9以上；

vm-提升机最大速度，m/s.

电动机转子电阻

（2-3）

式中：

E2N-电机的转子电压；

I2N-电机的转子电流；

则第一预备级电阻：

（2-4）

2、第二预备级电阻的计算

第二预备级的作用：

对于箕斗提升，是用来实现在卸载曲轨内的初加速；对于罐笼提升，是用来限制提人时的加速度。

（1）对于普通罐笼提升，第二预备级所产生的转矩为电动机额定转矩的0.9~1，其电阻值为

（2-5）

（2）对于箕斗提升，为了满足初加速度的需要，须使第二预备级所产生的平均起动转矩的相对值为

（2-6）

式中：

F0’-初加速起始的力值，N

F0“-初加速终了时的力值，N

初加速终了时转差率

（2-7）

式中：

v0-初加速终了时的提升速度，m/s

vs-对应于n0的提升速度，m/s

而（2-8）

式中：

D-提升机滚筒直径，m

j-减速器速比。

第二级预备级电动机产生的转矩相对值可用下式计算

（2-9）

则第二预备级电阻为

（2-10）

3、主加速级

主加速平均起动力相对值

（2-11）

电动机额定转差率

（2-12）

固有特性曲线上的临界转差率

（2-13）

固有特性曲线上力矩为λav时的转差率

（2-14）

起动公比为

（2-15）

式中n-主加速级数

s11-主加速第一级特性曲线上力矩等于λ1时的转差率，完全起动时，对于普通罐笼提升，s11等于1；对于箕斗和斜井串车提升，s11等于si。

校验λ1λ2λav’

（2-16）

将s10、s20代入实用方程校验

（2-17）

（2-18）

（2-19）

（2-20）

式中：

m-提升系统总变位质量，kg

a-主加速度，m/s2

λL-加速段平均负载转矩相对值。

若λ1λ2λav’满足上述条件，则前面计算的起动电阻公比可以采用；如不能满足，则重新计算。

4、各段电阻计算值列表

表一各段电阻计算表（表中为八段）

各级电阻

计算公式

各段电阻

计算公式

R6

R5

R4

R3

R2

R1

Rpr2

Rpr1

r20·q

r6·q

r5·q

r4·q

r3·q

r2·q

公式见前

公式见前

Δr6

Δr5

Δr4

Δr3

Δr2

Δr1

Δrpr2

Δrpr1

R6-r20

R5-R6

R4-R5

R3-R4

R2-R3

R1-R2

Rpr2-R1

Rpr1-Rpr2

电动机转子固有电阻

（2-21）

转子连接电缆的电阻在计算中如未考虑，则在选择电阻箱时，最后两段电阻可选取偏小数值。

5、各级电阻起动电流的计算

1）第一预备级起动电流为

（2-22）

2）第二预备级起动电流为

（2-23）

3）主加速级平均起动电流为

（2-24）

6、起动时间计算

（2-25）

对于完全启动可用

（2-26）

式中Fav-实际平均启动力，N，

Fav=λav’FN；（2-27）

FL-主加速段负载力，N，

FL=λLFN；（2-28）

a1-主加速段的加速度；

1）各级电阻的起动时间

（2-29）

第二预备级上起动时间，对于普通罐笼可取0.75s，对于箕斗、斜井串车提升，可取速度图上该段电阻的运行时间。

第一预备级上起动时间可取0.75s.

2）各级电阻通电持续率计算

（1）第一预备级电阻通电持续率按下述原则选择：

当时，选JCpr1%=40%；

当时，选JCpr1%=100%；

式中T-所选电阻箱发热时间常数，s，电阻箱未选定时，可根据该级启动电流，查手册预选确定。

tr-检查井筒时的持续时间，s。

对于双钩提升时

（2-30）

式中H为提升高度

对于单钩提升或带尾绳的双钩提升时

（2-31）

对于配有微拖动装置或低频控制的提升机，第一预备段电阻的电持续率可取40%

（2）第二预备段电阻通电持续率

（2-32）

式中-一个提升循环时间，s；

t4-爬行时间

主加速级各段电阻通电持续率用下式计算：

（2-33）

式中JCi%-第i段电阻通电持续率；

ΣΔt-第i段电阻通电时间；

第二节启动特性曲线绘制

首先按下表所例公式，计算出主加速级λ等于λN、λ1、λ2、λm时对应的转差率，填入表相应位置中相应的位置。

主加速级各转差率计算公式表

r20

R6

R5

R4

R3

R2

R1

λN

sN

sN6=sNq

sN5=sNq2

sN4=sNq3

sN3=sNq4

sN2=sNq5

sN1=sNq6

λ2

s20

S26=s20q

S25=s20q2

S24=s20q3

S23=s20q4

S22=s20q5

S21=s20q6

λ1

s10

S16=s10q

S15=s10q2

S14=s10q3

S13=s10q4

S12=s10q5

S11=s10q6

λm

sm

Sm6=smq

Sm5=smq2

Sm4=smq3

Sm3=smq4

Sm2=smq5

Sm1=smq6

在坐标经上画出横坐标λ，纵坐标s，将上表计算各点标出，并用曲线板连成光滑曲线，即为启动特性曲线。

第一预备级特性曲线近似直线，由纵坐标s=0和横坐标λ=λpr1两点画出。

第二预备级特性曲线可通过λ=0，s=0;λ=λpr2，s=1及λi=siλpr2，s=si；三点近似画出。

第三节选择电阻箱

目前，我国提升机主要配有ZX-1型铸铁电阻和ZX-9型铁铬铝合金电阻。

其中铸铁电阻价格便宜，被广泛使用，其缺点是体积较大、笨重。

ZX-1型电