立井提升设备的选型计算Word格式文档下载.docx
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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），可按下列数据选取：
对于底卸式箕斗：
Hx＝15～25m，
对于普通罐笼:
Hx＝0~15m；
6）装载水平与井下运输水平的高差Hz（m）,对于底卸式箕斗：
Hz＝18~25m；
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。
2．副井提升
1）矸石年产量：
如无特别指出时,可取煤炭产量的15~20％；
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（kg）;
6）矸石散集密度（t/m3）。
（二）设计的主要内容
1）计算并选择提升容器;
2）计算并选择提升钢丝绳,
3）计算并选择提升机;
4）提升电动机的预选；
5）提升机与井筒相对位置的计算;
6）运动学及动力学计算；
7）电动机功率的验算;
8）计算吨煤电耗（对于主井提升）；
9）制定最大班作业时间平衡表（对于副井）。
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）
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0.7～0。
75m/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）；
θ—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—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8—1箕斗休止时间
箕斗规格/t
≤68~9
8～9
12～30
30t以上箕斗以及特制靠外动力卸载箕斗
休止时间/s
8
10
按有关设备部件环节联动时间计算确定
表8-2普通罐笼进出矿车休止时间（s）
罐笼型式
单层装车罐笼
双层装车罐笼
进出车方式
两侧进出车
同侧进出车
一个水平进出车
两层同时进出车
每层矿车数
1
2
矿车规格，t
12
15
35
30
36
17
20
1。
5
13
——-
32
40
18
22
3
—-—
---
--—
———
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。
10～1.15；
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γ--煤的散集密度，t/m3。
有些情况下,Qj介于2个箕斗名义货载质量之间，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=15~25m；
箕斗提升Hj=30~35m；
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Hz＝0，箕斗提升Hz＝18~25m。
设σB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γ0——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γ0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。
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：
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σ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σ越小,亦即D/d越大,弯曲应力σ越低。
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。
对于安装于地面的提升机：
（8-15）
（8-16）
式中δ——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，根据钢丝绳的使用年限,取错绳圈n'
=2～4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；
ε——钢丝绳圈间的间隙，一般取2~3，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ε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ε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；
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；
η—减速器的传动效率。
当一级传动时η＝0.92；
二级传动时η＝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K＝1.15;
罐笼提升时K＝1.2；
ρ—动力系数,即考虑动负荷影响的系数,一般ρ＝1.2~1.4，箕斗提升取小值，罐笼提升取大值；
g-—重力加速度，取9。
8m/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）
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：
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Dt≥80d，Dt≥1200δ；
若围包角小于90°
，则Dt≥60d，Dt≥1200δ。
对于井下设备,
若围包角大于90°
则Dt≥60d,Dt≥900δ；
则Dt≥40d,Dt≥900δ。
其中Dt——天轮直径，mm；
d——钢丝绳直径，mm；
δ-—最粗钢丝直径，mm。
二、井架高度Hj
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Hx＝0；
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Hx＝18~25m；
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按式（8—27）的计算值圆整为较大整数值.
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vm＜3m/s时,Hg≥4m；
当vm＞3m/s时,Hg≥6m；
对于箕斗提升，Hg≥4m；
多绳摩擦提升,当vm＜10m/s时，Hg≥6m；
当vm＞10m/s时，Hg≥10m；
Rt——天轮半径,m，0.75Rt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α1和内偏角α2
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α1。
而此时左钩钢丝绳则形成最大内偏角α2，
当右钩提升结束时，左钩钢丝绳形成最大外偏角α1，而右钩形成最大内偏角α2。
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1º
30'
;
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1º
的要求，但是由于卷筒上绳圈间隙ε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d＝43。
5mm，而钢丝绳缠在卷筒上的绳圈间隙ε＝2mm时，不“咬绳"
的允许内偏角只有44'
。
它远小于1º
30’。
但若将值增加至4mm时，允许的内偏角则增大到1º
19’.所以避免“咬绳”的有效措施是适当地增大ε值。
显然，ε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ε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1º
，最大内偏角应取上述两个条件所得之较小值。
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1º
15'
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α1max及α2max可求出所需钢丝绳的最小弦长Lxmin.
1．按外偏角α1max计算
（8—28）
2．按内偏角α2max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
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