摩擦式提升机计算.docx
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摩擦式提升机计算
二、副立井提升设备
1、设计基础资料
矿井设计生产能力：
An=0.9Mt/a
矿井工作制度：
年工作日：
330d、日提升小时：
16h
绞车房标高：
＋1074.00m
副井井口标高：
＋1074.00m
井底大巷标高：
＋835m
提升高度：
Ht＝239m
提升容器：
600轨距多绳提升罐笼（一宽一窄）
⑴、1t矿车单层双车钢罐道四绳宽罐笼：
型号GDG1/6/1/2K型1个
罐笼总质：
（包括自动平衡首尾绳悬挂装置、滚动罐耳、防滑附加质量及配重等）：
Qz=20000kg
本体高度：
4.13m
全高：
6.677m
载人数：
38人
长×宽：
4410×1704
⑵、1t矿车单层双车钢罐道四绳窄罐笼：
型号GDG1/6/2/4型1个
罐笼总质：
（包括自动平衡首尾绳悬挂装置、滚动罐耳、防滑附加质量及配重等）：
Qz=20000kg
本体高度：
4.13m
全高：
6.677m
载人数：
23人
长×宽：
4410×1024
每次提升矿车数：
2辆
提升大件设备时，经防滑校验，需在窄罐中加10000kg配重。
1t矿车型号：
MGC1.1-6
载荷（矸石）质量：
1800kg
自重：
610kg
5、最大件质量（采煤机、掘进机最大不可拆卸件）：
18000kg，运送大件平板车质量：
1800kg，工作面液压支架整体下放为13000kg。
6、两罐笼提升中心线间距：
1.802m
7、提升内容
升降人员、矸石、设备材料，升降最大件时，对侧配重10000kg，升降工作面液压支架时，对侧配重5000kg（4辆重矿车）。
8、最大班提升量
下井工人：
99人；矸石：
50t（按出煤量的5%计算）；雷管、炸药：
3车；料石、水泥、砂子：
30t，设备、材料、坑木：
25车；保健车：
2次；其它：
10次
服务年限：
整个矿井可采期12.4a。
2、副立井提升设备方案选择
兼并重组整合后矿井设计生产能力900kt/a，采用斜井－立井开拓方式，在工业场地设副立井。
根据矿井副立井井筒特征和提升能力，设计采用多绳摩擦轮式提升机。
多绳摩擦轮式提升系统分为井塔式和落地式两种，采用井塔式的优点是设备综合投资较少、井塔占地面积小、工业场地布置相对容易，缺点是井塔基础及结构形式复杂、施工困难且费用大、施工占用井口的时间较长，影响建井工期，设备起吊安装困难，需设电梯和电动超卷扬起重机。
采用落地式多绳摩擦式提升机提升的缺点是井架消耗的钢材量较大、设备投资较高、占地面积大、工业场地布置相对较难、每日的天轮例行检查需上井架、井架的日常防腐费用高。
但考虑到井架基础简单、施工工期短，井筒装备的施工的提升机房施工及设备安装调试可以平行交叉作业、占用井口时间短，缩短了建井工期，其经济效益甚佳，因此副立井采用落地式多绳摩擦轮式提升机提升系统。
3、副立井提升设备的计算
副立井主要担负矿井矸石、材料、设备、液压支架和人员的升降任务。
提升高度239m，混凝土支护，净直径7.0m，净断面积38.47m2，副井提升设备选用JKMD—3.5×4（Ⅲ）型四绳落地式摩擦轮提升机，配低速直联悬挂式电动机（850kW，30r/min），提升容器选用1t矿车单层二车钢罐道四绳宽罐笼和1t矿车单层二车钢罐道四绳窄罐笼，最大提升速度Vmax=5.5m/s，
主绳型号：
38ZBB6V×37S+FC1670ZZ（SS）－866－585型四根。
尾绳型号：
170×28ZAAPD8×4×14－1470型扁尾绳二根。
副立井提升设备的计算按最不利升降采煤机最大不可拆卸件时进行计算和防滑校验。
1）、校验现钢丝绳安全系数
①经济提升速度：
，初取最大提升速度取Vmax=5.5m/s
②钢丝绳的选择：
⑴绳端荷重，由Qd=Q+Qz，得：
专提矸：
Qd矸=24820kg
提大件：
Qd大=39800kg
专提人：
Qd人=23230kg（要求单层乘人，大罐最多乘人38人，最不利因素为轻载侧空罐，每人按85kg计算）
⑵钢丝绳悬垂长度：
Hc=Hh+Ht+Hk′=286.0m
式中：
Hh——尾绳环高度Hh=Hg+0.5+2S＝12.6m，取Hh=13m，取根据提升最大速度，取过卷高度Hg＝6m。
Hk′——卸载点距天轮中心的高度Hk′=Hr+Hg+He+Hzx+Hf，取Hk′=34.1m
⑶钢丝绳单位长度重量：
Pk′≥
=5.71kg/m
式中：
σ——钢丝绳的公称抗拉强度，16700kg/mm2
m——规程允许的钢丝绳安全系数，
升降物料时m≥8.2－0.0005Hc＝8.06
升降人员时m≥9.2－0.0005Hc＝9.068
尾绳每米重量P1：
⑷主绳选择38ZBB6V×37S+FC1670ZZ（SS）－866－585钢丝绳四根（左、右捻各半），参数见表7-1.2-1。
⑸尾绳选择170×28ZAAPD8×4×14－1370扁尾绳二根。
其主要技术特征参数见表7-1.2-2。
⑹系统不平衡重量计算
△=2qk-4pk=0.4kg/m
△/4pk=1.7%<3%，可看作等重提升系统，并按此原则计算力矩。
表7-1.2-1提升主钢丝绳参数表
序号
名称
单位
数量
1
主钢丝绳根数n1
4
2
钢丝绳直径d1
mm
38
3
公称抗拉强度σB1
MPa
1670
4
最小钢丝破断力总和Qs1
kN
1020
5
单位长度质量Pk1
kg/m
5.85
6
最粗钢丝直径ζmax
mm
2.4
表7-1.2-2提升尾绳参数表
序号
名称
单位
数量
1
尾绳尺寸
Mm
170×28
2
公称抗拉强度σB2
MPa
1370
3
最小钢丝破断力总和Qs2
kN
1560
4
单位长度质量Pk2
kg/m
11.9
⑺安全系数校验：
安全系数：
提矸时：
m=13.2＞8.06
提大件时：
m=8.95＞8.06
提人时：
m=13.9＜9.06
钢丝绳满足要求。
2）、提升机验算
①主导轮直径
规程要求：
主导轮直径/丝绳直径：
≥90，主导轮直径/大钢丝直径：
≥1200
Dg=3500mm＞90dk=3420mm
Dg=3500mm＞1200δ=2880mm
②提升设备选型计算及校验
根据副立井提升能力的要求和提升容器，初选JKMD-3.5×4（Ⅲ）型落地式四绳摩擦轮矿井提升机，提升设备主要技术参数见表7-1.2-3。
表7-1.2-3 副立井提升机技术参数
序号
名称
单位
数量
1
主导轮直径DN
mm
3500
2
主提升绳根数n1
4
3
绳间距
mm
300
4
天轮直径（导向轮）Dt
mm
3500
5
允许最大静张力Fj
kN
570
6
允许最大静张力差FC
kN
140
7
衬垫摩擦系数μ
0.25
8
提升机变位质量Gj
kg
13655
9
天轮（导向轮）变位质量2Gt
kg
2×6300
最大静张力：
专提矸：
重侧：
F1j矸＝Qd矸+4pkHC＝309.1kN＜570kN
轻侧：
F2j矸＝QZ+4pkHC＝273.8kN＜570kN（轻侧须装2辆空矿车）
最大静张力差：
FC矸＝35.3kN＜140kN
专提大件：
重侧：
F1j大＝Qd在+4pkHC＝456.1kN＜570kN
轻侧：
F2j大＝QZ+4pkHC＝279.5kN＜570kN（加1辆运送平板车）
最大静张力差：
FC大＝176.6kN
为了对防滑有利，下大件时轻侧加配重，所加配重根据防滑验算取值为100kN（约10t），加配重后：
最大静张力差：
FC大＝78.5kN＜140kN
最大静张力差在升降大件的状态时，当大件出罐笼后，此时静张力差为极限最大静张力差10+1.8=11.8t，即115.8kN＜140kN。
下放18t最大件时，对侧需配10t配重；下放工作面液压支架时，对侧需配2辆矸石重车。
操作时，先装配重，后装大件，卸车时，先卸大件，后卸配重
专提人：
重侧：
F1j人＝Qd人+4pkHC＝294.0kN＜570kN
轻侧：
F2j人＝QZ+4pkHC＝262.4kN＜570kN（轻侧为空罐）
最大静张力差：
FC人＝31.7kN＜140kN
专提配重：
重侧：
F1j配＝Qd配+4pkHC＝360.0kN＜570kN
轻侧：
F2j配＝Qd矸+4pkHC＝309.1kN＜570kN（轻侧须装2车矸石）
最大静张力差：
FC矸＝50.8kN＜140kN
绳衬比压验算：
Pb=（F1j+F2j）/4Dgdk
提矸时：
Pb=1.10＜2MPa
提大件时（加配重）：
Pb=1.57＜2MPa
提人时：
Pb=1.05＜2MPa
提配重：
Pb=1.25＜2MPa
提升钢丝绳作用在天轮上的最大静张力：
提矸时：
F=nQs/m=506.4kN＞309.1N
提大件时：
F=nQs/m=506.4kN＞456.1kN
提人时：
F=nQs/m=450.5kN＞294.0kN
提配重：
F=nQs/m=506.4kN＞360.0N
可见，提升机及钢丝绳满足要求。
3）、电动机的预选：
式中：
K——矿井提升阻力系数，罐笼提升取1.2
ρ——动负荷影响系数，罐笼提升取1.3~1.4
η——传动效率，直联传动取0.92
提大件时：
Ns＝760.1kW
选用额定功率Ne=850kW的低速悬挂式直流电动机，额定电压Ue=660V或770V，转动惯量J=8682kg·m2，额定转速n=30r/min，λ＝2，电动机的变位重量：
Gd=
=2835kg
提升机实际运行最大速度：
确定电动机的额定功率、额定力矩和最大力矩等主要参数，附主电动机参数表，见表7-1.2-4。
表7-1.2-4主电动机参数表
序号
名称
单位
数量
1
额定功率PN
kW
850
2
额定电压VN
V
660或750
3
额定转速nN
r/min
30
4
转动惯量J
kg·m2
8682
5
过载能力λ
2
4）、提升系统运动学
①井架高度
下天轮中心高度：
Hj1≥Hr+Hg+0.75Rt+5=23.889m，取Hj1=25m
上天轮中心高度：
取Hj2=Hj1+5.5=30.5m
井架中心至提升滚筒轴心线距离：
Ls=0.6Hj2+Dg＝21.8m，取Ls=22m。
钢丝绳弦长计算：
上弦长
式中：
C——滚筒中心与井口水平的高差，1.05
下弦长
钢丝绳的仰角计算：
上绳仰角：
54°18′51″
下绳仰角：
56.6°＝56°34′45″
钢丝绳围抱角：
α=180°+β2–β1=182.3°；euα=2.214
②提升运动学计算
采用五阶段速度图，a1=a3=0.6m/s2，a5=0.5m/s2，爬行速度v4=0.5m/s，h4=3m，Vmax=5.5m/s，提升过程中各阶段的行程和时间见表7-1.2-5。
表7-1.2-5 提升系统运动学计算表
序号
运行阶段
计算公式
行程（m）
时间（s）
1
加速阶段
25.2
9.16
2
减速阶段
25.0
8.33
3
爬行阶段
t4=H4/v4
=3
3.0
6.00
4
制动段
t5=v4/a5
0.31
1.25
5
等速阶段
t2=H2/vmax
H2=Ht-（H1+H3+H4+H5）
185.5
33.7
6
等效时间
升降人员
63.8
提矸
51.1
设备、材料
54.9
雷管、炸药
76.1
7
一次纯运行时间
TC=t1+t2+t3+t4+t5
58.5
8
休止时间θ
升降人员
53
提矸
15
设备、材料
40
雷管、炸药
90
9
一次提升时间
升降人员
T=TC＋θ
111.5
提矸
73.5
设备、材料
98.5
雷管、炸药
374.0
一次提升循环时间：
T=TC+θ=58.5+θs
提升矸石休止时间：
θ=15s；材料、料石、设备休止时间：
θ=40s；雷管炸药休止时间：
θ=90s；人员休止时间5人及以下按20s计算，超过5人，每增加1人按增加1s，θ=53s
5）、最大班作业时间计算
附最大班作业时间平衡表，见表7-1.2-6。
表7-1.2-6 最大班作业时间平衡表
序号
作业项目
单位
每班
提升量
每班提升次数
一次提升时间（s）
每班时间（min）
备注
1
下降工人
人
99
4
111.5
8.0
＜60min
2
升降工人
人
14.4
3
其它人员
人
2.9
4
提升矸石
T/班
50
14
73.5
17
5
下放料石、水泥、砂子
T/班
30
8
98.5
14
6
下放设备材料、坑木
车/班
25
25
98.5
41
7
雷管炸药坑代品
次/班
3
374.0
19
最大速度
不大于1m/s
8
保健车
次/班
2
98.5
3
9
其它
次/班
10
98.5
17
10
副井提升合计
127
11
最大班作业时间
2.1＜6h
6）、提升系统动力学计算，附系统变位质量统计表，见表7-1.2-7
提升系统的旋转部分变位质量总和：
ΣM空=Gj+Gd+2Gt=29090kg
表7-1.2-7 提升系统变位质量计算表 单位：
kg
作业方式名称
升降空罐
升降人员
升降矸石物料
升降大件
升降配重
罐笼质量
40000
40000
40000
40000
40000
宽罐一侧质量
0
4820
19800
4820
窄罐一侧质量
0
1220
11800
11800
钢丝绳（含尾绳）
9021.0
9021.0
9021.0
9021.0
9021.0
旋转部分变位质量总和
29089.9
29089.9
29089.9
29089.9
29089.9
提升系统总变位质量总和Σm
各阶段力值计算（按平衡系统计算ΔHt=0）见表7-1.2-8和表7-1.2-9。
表7-1.2-8 上提时动力学计算表单位：
kN
提升内容
矸石、料石
大件
（宽18t+窄10t）
配重
（宽4.82t+窄11.8t）
人员
（宽满+窄空）
加速开始时
150.2
217.4
193.9
141.7
加速终了时F2
138.7
205.8
182.3
130.1
等速开始时F3
85.7
137.5
125.5
81.3
等速终了时F4
0.5
52.3
40.3
-3.9
减速开始时F5
-52.5
-16.0
-16.5
-52.7
减速终了时F6
-53.7
-27.5
-28.0
-64.1
爬行开始时F7
-0.7
40.8
28.8
-15.3
爬行终了时F8
-0.8
39.5
27.4
-16.7
制动段F9≈F10
-47.8
-56.8
-29.9
-104.2
上提时矿井提升阻力系数k＝1.2
表7-1.2-9 下放时动力学计算表单位：
kN
下放内容
矸石、料石
大件
（宽18t+窄10t）
配重
（宽4.82t+窄11.8t）
人员
（宽满+窄空）
初加速开始时F0=k′mg+ΣMa0
11.5
25.9
16.0
7.5
初加速终了时F0′
12.6
27.0
17.2
8.6
加速开始时F1
25.9
44.1
31.0
19.6
加速终了时F2
-26.0
49.5
-13.5
25.0
等速开始时F3
-26.1
-18.8
36.3
-18.8
等速终了时F4
-79.1
-19.1
-18.8
-19.1
减速开始时F5
-80.2
-87.4
-19.1
-62.9
减速终了时F6
-27.2
-93.1
-74.2
-68.6
爬行开始时F7
-27.5
-24.8
-80.0
-24.8
爬行终了时F8
-27.4
-25.5
-24.8
-25.5
制动段F9≈F10
-43.8
-57.5
-48.2
-41.2
注：
下放时矿井提升阻力系数k＝－0.8
7）、校验提升主电动机（按大件）
宽罐提升18t大件，窄罐配重10t
等效力：
提升大件时：
Fdx＝112.2kN
等效时间：
提升大件时：
Tdx＝59.5s（休止时间40s）
等效功率：
提升大件时：
Ndx＝804.7kW＜850kW
电动机额定出力：
F＝143kN
计算的电动机过载系数：
最大λ＝0.62＜0.75λe＝1.5。
副立井提升系统图见图7-1.2-1、副立井提升系统速度图、力图见图7-1.2-2和7-1.2-3。
8）、提升系统防滑校验
①按静防滑条件确定容器自重：
QC≥D2Q-n1pkHc-Qz=1.8295×19800-4×5.85×286-10000=19532kg
式中：
②按动防滑条件确定容器自重：
QC≥A2Q+C1Gt－n1qHc－Qz
=1.8369×19800+0.159×6300-4×5.85×286-11800=18879.2kg
式中：
——欧拉系数，
=2.214
μ——摩擦系数，0.25
α——钢丝绳在摩擦轮上围包角，182°
Gt——天轮变位重量6.3t
——动防滑安全系数1.25
——静防滑安全系数1.75
a1——加速度0.6m/s2，
Q——升降大件重量19800kg（含承载平板车）
Qz——罐笼内配重总重量11800kg（含承载平板车）
根据计算容器最小自重取20t。
①对应静防滑σj≥1.75的临界值［Kj0］：
提矸：
Kj矸＝F1j/F2j=1.129＜1.51，满足
提大件（加配重）：
Kj大＝F1j/F2j=1.207＜1.51，满足
提人：
Kj人＝F1j/F2j=1.153＜1.51，满足
②对应动防滑σd≥1.25的临界值［Kj0D］：
取a=1m/s，提矸：
Kj0矸＝F1j/F2j=1.229＜1.396，满足
提大件（加配重）：
Kj0大＝F1j/F2j=1.208＜1.396，满足
提人：
Kj0人＝F1j/F2j=1.153＜1.396，满足
③紧急制动时的临界值［Kj0s］和Kj0x］：
提升重载极限减速度
下放重载极限减速度
上提及下放空运行极限减速度
根据《煤矿安全规程》规定，提升重物时紧急制动减速度不得小于5m/s2，下放重物时紧急制动减速度不得小于1.5m/s2，且紧急制动减速度不得超过钢丝绳滑动极限减速度，为满足规程要求，经计算，制动力矩的合理范围为：
412kNm～490kNm。
取Mz＝475kNm，以此计算紧急制动减速度。
计算结果见表7-1.2-10。
④实际制动安全减速度校验
配备1套恒减速液压站，若提升机在运行过程中恒减速度制动系统失效，制动系统立即转入带有二级制动的恒制动力系统，正常为恒减速制动，采用恒减速度为1.5m/s2。
根据需要实现工作制动和安全制动，其最大制动力矩均不得小于实际最大静力矩（最大静张力差按FC＝78.5kN计）的3倍，制动系统设定两个给定力矩，来满足不同负载、不同提升状态下的恒力矩制动防滑要求。
要求升降大件时使用一个制动力矩，其它日常作业如“提矸”、“下料”、“升降人员”、“空容器”使用一个制动力矩。
恒减速失效时为恒力矩二级制动，以下系按最不利情况时采用恒力矩制动时的一级制动进行校验。
配套防滑计算结果见表7-1.2-10，由表可知，系统满足防滑性能要求。
表7-1.2-10 系统防滑计算结果表
项目
单位
允许极限减速度（m/s2）
制动减速度（m/s2）
上提
下放
上提
下放
提升机型号
JKMD-3.5×4（Ⅰ）E
电动机型号
低速直流电动机
主绳型号
38ZBB6V×37S+FC1670ZZ（SS）－1020－585
尾绳型号
170×28ZAAPD8×4×14－1370
围包角
°
182
制动力
kN
300
防滑配重
kN
100
制动力矩
kNm
525
提升内容
矸石
3.51
2.62
3.12
2.46
人员
3.42
2.64
3.23
2.55
大件
3.93
2.50
2.86
1.52
空载
3.01
3.01
2.98
2.96
结论
上提及下放减速度满足规程防滑要求
经校验提升大件时，需增配重P＝100kN时，防滑校验可满足规程要求。
4、提升机电源及对电控的要求
1）、提升机房供电电源
副立井提升机房采用双回路10kV和双回路0.38kV电源供电，10kV电源引自矿井35/10/0.38kV变电所10kV不同母线段；当一电源回路停止供电时，另一电源回路保证提升机房的全部负荷运行。
380V低压电源一回引自提升机房内辅助变压器，另一回引自35/10/0.38kV变电所380V母线段。
2）、提升机控制及信号系统
提升机采用综合自动化系统，电控装置采用智能型全数字直流电控系统，晶闸管串联12脉动供电，电枢可逆、磁场恒定的全数字调速与监控直流传动系统，具有良好的调速性能和完善可靠的控制、保护功能，可实现提升过程的全数字化、程序化控制。
无功补偿及谐波滤波由35/10kV变电所统一考虑。
井底、井口及提升机房之间设置提升信号装置。
信号发送方式为转发式；提升信号声光兼备，具有记忆功能；信号装置能对不同的提升类别加以区别，如人、物、大件、检修、换层、调平、急停等，提升信号类别显示须同操车工况协调一致。
提升信号同提升机控制回路相闭锁。
此外，还有备用信号装置。
在井底、井口及提升机房之间设置用于正常通话联络的直通电话，同时设置用于井筒检查的无线电通讯装置。
5、附属设备的配置
主机房内设25t＋25t手动双梁双小车起重机一台，供安装及检修设备起吊用。
附插图：
副立井提升系统图、副立井提升速度图、力图。
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