冶金行业斜井串车单钩和双钩提升比较煤校毕业设计.docx
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冶金行业斜井串车单钩和双钩提升比较煤校毕业设计
（冶金行业）斜井串车单钩和双钩提升比较（煤校毕业设计）
前言I
第一章主斜井串车提升单钩甩车场1
1一次提升量和车组中矿车数的确定1
1.1根据矿井年产量要求计算矿车数1
1.2根据矿车连接器强度计算矿车数2
2斜井提升钢丝绳的选择计算3
2.1提升钢丝绳端经荷重3
2.2钢丝绳单位长度的重量计算3
3提升机选择计算4
3.1提升机直径选择4
3.2滚筒的宽度4
4提升系统的确定5
4.1固定天轮的选择6
4.2井架高度的确定6
4.3滚筒轴中心至天轮中心的确定6
4.4钢丝绳的内外偏角6
4.5钢丝绳的出绳角6
4.6提升电动机的预选7
5提升系统的变位质量7
5.1各变位质量7
5.2提升系统的变位质量8
6提升系统的运动学8
6.1重车在井底车场运行8
6.2重车在井筒中运行9
6.3重矿车在进入栈桥后的运行阶段9
6.4一次提升循环时间10
7提升系统动力学10
7.2矿车在井筒中运行段10
7.3重车在栈桥上运行段11
7.4等效力计算11
7.5等效功率11
8实际提升能力的验算及自然加、减速度12
8.1每年实际提升能力12
8.2富裕系数12
8.3自然加减速度12
9耗电量及其效率计算13
9.1提升耗电量13
9.2提升设备效率14
第二章主斜井串车提升双钩平车场15
1一次提升量和车组中矿车数的确定15
1.1计算提升斜长15
1.2根据矿车连接器强度计算矿车数16
2斜井提升钢丝绳的选择计算17
2.1提升钢丝绳端经荷重17
2.2钢丝绳单位长度的重量计算17
3提升机选择计算18
3.1滚筒直径确定18
3.2滚筒的宽度18
4提升系统的确定19
4.1固定天轮的选择20
4.2井架高度的确定20
4.3滚筒轴中心至天轮中心的水平距离确定20
4.4钢丝绳的内外偏角21
4.5钢丝绳的仰角21
4.6提升电动机的预选21
5提升系统的变位质量22
5.1各变位质量22
5.2提升系统的变位质量23
6提升系统的运动学23
6.1重车在井底车场运行23
6.2重车在井筒中运行23
6.3重矿车在进入栈桥后的运行阶段24
6.4一次提升循环时间24
7提升系统动力学24
7.1重矿车在井底车场阶段24
7.2矿车在井筒中运行段25
7.3重车在栈桥上运行段25
7.4等效力计算25
7.5等效功率26
8实际提升能力的验算及自然加、减速度26
8.1每年实际提升能力26
8.2富裕系数26
8.3自然加减速度27
9耗电量及其效率计算28
9.1提升耗电量28
9.2提升设备效率29
设计选型30
附录31
致谢32
参考资料33
第一章主斜井串车提升单钩甩车场
原始数据
矿井年产量：
井筒斜长：
井筒斜角：
工作制度：
年工作日天，日工作实数小时
煤的松散容重：
矿井服务年限：
采量MG1.1-6，一吨固定式车厢式矿车
提升不均衡系数：
井底车场甩车增加的运行距离：
串车在井口栈桥上的运行距离：
1、一次提升量和车组中矿车数的确定
图1-1斜井甩车场单钩串车提升系统
1一次提升量和车组中矿车数的确定
1.1根据矿井年产量要求计算矿车数
提升斜长：
一次提升持续时间的确定：
初步选定的最大速度为4.8m/s，计算每次提升的持续时间
小时提升量:
一次提升量M：
一次提升矿车数n:
式中：
装载系数当倾角在（）
煤的松散密度，
V矿车容积，MG1.1—6型矿车的容积为1.1
通过计算算出n值位小数时，考虑到利用串车型号，取一次提升矿车数为13。
1.2根据矿车连接器强度计算矿车数：
矿车沿倾角为β的轨道上提时，受到斜面产生的阻力，n辆矿车的总阻力由最前面的矿车连接器来承担，为保证连接器强度，所拉矿车数受到限制。
矿车连接器强度一般容许承受拉力60000N，因此，矿车连接器强度容许的矿车数为
式中
矿车的载货量
自身质量
矿车运行摩擦阻力系数，矿车系数取
重力加速度，
计算中，，即矿车连接器强度不满足要求，矿车数应确定为。
即矿车数为8辆。
2斜井提升钢丝绳的选择计算
图1-2斜井钢丝绳计算图
2.1提升钢丝绳端经荷重
钢丝绳悬垂长度：
2.2钢丝绳单位长度的重量计算
式中：
钢丝绳在巷道内运行的阻力系数，取=0.20
钢丝绳的公拉强度，取
钢丝绳安全系数
根据上式计算的数值，查钢丝绳规格表选择标准钢丝绳。
斜井提升一般选用绳6×7股（1+6）绳纤维绳标准钢丝绳，因为这种钢丝绳的钢丝较粗耐磨。
钢丝绳的破断力总和
钢丝绳的直径d=26mm
钢丝绳的单位长度重量
钢丝绳的安全系数
符合《煤矿安全规程》的规定
3提升机选择计算
3.1提升机直径选择
《煤矿安全规程》规定对于安装在地面的提升机，其直径与钢丝绳直径关系如下
式中:
Dg为提升机卷筒的直径mm；
d为提升钢丝绳直径d=26mm
可选择滚筒直径为的单滚筒提升机
3.2滚筒的宽度
式中：
Lm-------定期试验用的钢丝绳长度,一般取30m;
3---------为滚筒上缠绕的三圈摩擦绳;
4---------《煤矿安全规程》规定为每季度将钢丝绳移动1/4圈附加的钢丝绳圈数;
ε----------钢丝绳在滚筒上缠绕时钢丝绳间的间隙,滚筒直径Dp=2.5m,取ε=2.5mm;
Kc---------钢丝绳在滚筒上的缠绕圈数,主斜井倾角25度,提升长度550m,取Kc=2
Dp-----钢丝绳在滚筒上缠绕的平均直径,Dp=Dg+（Kc-1）d=2.5+（2-1）0.027＝2.527（m）
根据以上计算，可选择JK—2.5/20型单滚筒提升机技术性能为表1-1
表1-1JK—2.5/20型单滚筒提升机技术性能
型号
卷筒
最大静张力
最大静张力差
容绳量
提升速度
电机转速
传动比
变位质量
JK-2.5/20
个数
直径m
宽度m
t
t
一层
二层
三层
m/s
min/r
20
t
1
2.5
2
9
9
400
810
1290
5
750
13.7
最大静张力
4提升系统的确定
图1-3斜井单钩甩车场井口相对位置图
4.1固定天轮的选择
《煤矿安全规程》规定：
地面天轮时时
天轮直径
查矿用固定天轮目录表3-3可选型固定天轮变为质量550kg
4.2井架高度的确定
=8.8-1.25=7.55（m）取8m
式中
井口与天轮中心之间提升钢丝绳的倾角,一般为6～10,此处取10;
井口与天轮中心之间预选的提升斜长,取50m;
天轮的半径;：
1.25m
4.3滚筒轴中心至天轮中心的确定
单钩固定天轮提升按内外偏角不超过得
取作为提升机滚筒中心与天轮中心的水平距离求得钢丝绳的弦长：
式中C为滚筒主轴中心与基座的中心高C=0.5m
滚筒的半径
4.4钢丝绳的内外偏角
符合《煤矿安全规程》的规定
4.5钢丝绳的出绳角
单滚筒为上出绳
=
=
=
4.6提升电动机的预选
电动机功率：
=
=416.94（kw）
式中根据选择的提升机，由提升机规格表查得的标准提升速度
减速器传动效率，单级传动时
电动机容量备用系数，取1.1—1.2.
查绕线式电动机产品目录表，可选用JR1510-8型电动机。
技术特征见表1-2：
表1-2可选用JR1510-8型电动机技术特征
型号
容量
电
压
电
流
转
速
效
率
功率
因数
转子电压
转子
电流
额定转矩
转子
转动
惯量
电机
重量
JR1510-8
kw
V
A
r/min
%
cos∮
V
A
20
3300
kg
475
6000
58
735
92
0.84
64
470
4800
按电动机额定转数核算的提升钢丝绳最大运行速度
5提升系统的变位质量
5.1各变位质量
电动机的变位重量
天轮的变位重量
提升机的变位重量
提升钢丝绳的总长度
变位重量总计
5.2提升系统的变位质量
6提升系统的运动学
《煤矿安全规程》规定：
倾斜井巷内升降人员或用矿车升降物料时，提升容器的最大速度。
专用人车的运行速度不得超过设计最大允许速度。
其他参数确定
初始加速度。
车场内速度。
主加减速度。
升降人员时：
；升降物料时：
《煤矿安全规程》对升物料的主加速度和主减速度无限制，一般可用0.5m/s也可稍大些，但要考虑自然加、减速度问题。
摘挂钩时间。
电动机换向时间。
6.1重车在井底车场运行
初加速阶段
时间
距离
在车场内的等速阶段
距离
时间
6.2重车在井筒中运行
在井筒内的加速度阶段
时间
距离
进入栈桥前的减速阶段
时间
距离
6.3重矿车在进入栈桥后的运行阶段
未减速阶段
时间
距离
在线桥上的低速等速运行阶段
距离
时间
在井筒内的等速阶段
距离
时间
6.4一次提升循环时间
式中：
θ为摘挂钩时间，电动机换向时间之和。
7提升系统动力学
单钩串车甩车场需分别计算重车组上提的前半循环与空车组下放的后半循环，重车组上提和空车组下放的变位质量也不一样。
为了简化计算钢丝绳及空重矿车运行中的倾角虽有变化，全部按井筒的倾角β=25°计算。
7.1重矿车在井底车场阶段
提升开始时
初加速终了时
低速等速开始时
低速等速终了时
7.2矿车在井筒中运行段
主加速开始时
主加速终了时
等速开始时
等速终了时
减速开始时
减速终了时
7.3重车在栈桥上运行段
末等速开始时
末等速终了时
末减速开始时
末减速终了时
7.4等效力计算
7.5等效功率
从以上计算可知，所选电动机容量是合适的
电动机的过载系数校验
（）
由此可见，所选JR150—8型电动机是合适
8、实际提升能力的验算及自然加、减速度
由于一次提升循环的实际时间为340.24（S）为保证完成产量的一次循环时间则为460（S），
显然本设计提升能力有较大的容裕量，这有利于矿井挖潜。
8.1每年实际提升能力
式中：
8.2富裕系数
8.3自然加减速度
选取加、减速度后，若斜井倾角小于6°，还需要根据自然加、减速度来校验；倾角在6°以上时，自然加速度已达以上，故不需要校验。
若选用的加速度大于容器自然加速度时，则此提升机松绳速度大于容器运行速度，使下放钢丝绳松弛。
加速完毕等速运转时，容器仍在做加速运动，直至把钢丝绳拉紧，此时钢丝绳将受到一个很大的冲击载荷，有被拉断的危险，为了防止这种事故，要求≤。
自然加速度为
式中下放钢丝绳作用在滚筒圆周上的力，N；
β井筒倾角；
矿车数；
单个矿车自身质量kg；
下放钢丝绳端的变位质量
串车组运行阻力系数；
天轮变位质量，kg，查天轮规格表可得。
若上提重车时选用的减速度大于由于重力、摩擦阻力产生的自然减速度，钢丝绳运行速度即小容器上升速度导致松绳，严重时能使容器越过钢丝绳发生压绳与掉道事故。
提升机停止时，容器还会上升一段距离，然后下落把绳猛然拉紧，使钢绳受到很大的冲击。
为避免造成此种事故要求＜。
重串车的自然加速度为
式中
每辆矿车载货量kg
上升钢丝绳张力N
上升钢丝绳端变位质量kg
9耗电量及其效率计算
9.1提升耗电量
爬行段采用主电机控制，一次提升耗电量W
式中：
附属设备耗电量的附加系数:
1.02
减速箱的传动效率，二级传动，
电动机的效率取
积分项按下式计算：
1度电=
吨煤电耗
式中：
有益电耗
9.2提升设备效率
第二章主斜井串车提升双钩平车场
计算条件
矿井年产量：
=30万吨
井筒斜长：
L=550米
井筒斜角：
工作制度：
年工作日br=300天，日工作实数t=14小时
煤的松散容重：
=0.92t/
矿井服务年限：
40年
采量，一吨固定式车厢式矿车
提升不均衡系数：
井底车场甩车增加的运行距离：
串车在井口栈桥上的运行距离：
图2-1斜井平车场双钩串车提升系统
1一次提升量和车组中矿车数的确定
1.1计算提升斜长
一次提升持续时间的确定：
初步选定的最大速度，计算每次提升的持续时间：
小时提升量:
一次提升量M：
一次提升矿车数：
式中：
—装载系数当倾角在
—煤的松散密度，
V—矿车容积，MG1.1—6型矿车的容积为
通过计算算出n值位小数时，考虑到利用串车型号，取一次提升矿车数为6。
1.2根据矿车连接器强度计算矿车数
矿车沿倾角为β的轨道上提时，受到斜面产生的阻力，n辆矿车的总阻力由最前面的矿车连接器来承担，为保证连接器强度，所拉矿车数受到限制。
矿车连接器强度一般容许承受拉力60000N，因此，矿车连接器强度容许的矿车数为
式中
矿车的载货量
自身质量
矿车运行摩擦阻力系数，矿车系数取
重力加速度，
计算中，，即矿车连接器强度满足要求，矿车数应确定为。
即矿车数为6辆。
图2-2斜井钢丝绳计算图
2斜井提升钢丝绳的选择计算
2.1提升钢丝绳端经荷重
钢丝绳悬垂长度
2.2钢丝绳单位长度的重量计算
式中：
钢丝绳在巷道内运行的阻力系数，取=0.20
钢丝绳的公拉强度，取15500N
根据上式计算的数值，查钢丝绳规格表选择标准钢丝绳。
斜井提升一般选用绳6×7股（1+6）绳纤维绳芯为标准钢丝绳，因为这种钢丝绳的钢丝较粗耐磨。
钢丝绳的破断力总和
钢丝绳直径d=24.5mm
单位长度重量
钢丝绳的安全系数
符合《煤矿安全规程》的规定
3提升机选择计算
3.1滚筒直径确定
《煤矿安全规程》规定对于安装在地面的提升机，直径与钢丝绳直径关系：
式中:
Dg为提升机卷筒的直径mm；
d为提升钢丝绳直径d=24.5mm
可选择滚筒直径为的双滚筒提升机
3.2滚筒的宽度
式中：
Lm-------定期试验用的钢丝绳长度,一般取30m;
3---------为滚筒上缠绕的三圈摩擦绳;
4---------《煤矿安全规程》规定为每季度将钢丝绳移动1/4圈附加的钢丝绳圈数;
ε=2.5mm钢丝绳在滚筒上缠绕时钢丝绳间的间隙,滚筒直径Dp=2.5m,
Kc---------钢丝绳在滚筒上的缠绕圈数,主斜井倾角25度,提升长度550m,取Kc=2
Dp-----钢丝绳在滚筒上缠绕的平均直径,Dp=Dg+（Kc-1）d=2.5+（2-1）0.027＝2.527（m）
根据以上计算，可选择2JK—2.5/20型双滚筒提升机技术性能为表2-1
表2-12JK—2.5/20型双滚筒提升机技术性能
型号
卷筒
最大静张力
最大静张力差
容绳量
提升速度
电机转速
传动比
变位质量
2JK-2.5/20
个数
直径m
宽度m
t
t
一层
二层
三层
m/s
min/r
20
t
2
2.5
1.2
9
5.5
220
500
790
8.5
750
7.9
双钩提升时最大静张力差为
4提升系统的确定
图2-3斜井双钩平车场井口相对位置图
4.1固定天轮的选择
《煤矿安全规程》规定：
地面天轮时时
天轮直径
查矿用固定天轮目录表3-3可选型固定天轮变为质量307kg
4.2井架高度的确定
=8.8-1.25=7.81（m）取8m
式中-井口与天轮中心之间提升钢丝绳的倾角,一般为6º～10º,此处取10º;
井口与天轮中心之间预选的提升斜长,取50m;
天轮的半径;
4.3滚筒轴中心至天轮中心的水平距离确定
双钩固定天轮提升按内外偏角不超过。
由于偏角的限制，可计算出最小弦长。
按外偏角
按内偏角
（m）
式中滚筒宽度；B=1.2m
两滚筒内侧间隙；a=1.35-1.2=0.15m
两天轮间距，即井筒中轨道中心距，其中为矿车最突出部分宽度；S=880+200=1080mm
以作为提升机筒中心之间的水平距离，再求出钢丝绳弦长为
式中
天轮的半径
滚筒的半径
C为滚筒主轴中心与基座的中心C=0.5（m）
4.4钢丝绳的内外偏角
外偏角
符合《煤矿安全规程》
内偏角
符合《煤矿安全规程》
4.5钢丝绳的仰角
下绳仰角
符合《煤矿安全规程》
上绳仰角
4.6提升电动机的预选
电动机功率：
式中由提升机规格表查得的标准提升速度
减速器传动效率，单级传动时
电动机容量备用系数，取1.1—1.2.
查绕线式电动机产品目录表可选用JR158-10型电动机。
技术特征见表2-2：
表2-2用JR158-10型电动机技术特征
型号
容量
电
压
电
流
转
速
效
率
功率
因数
转子电压
转子
电流
额定转矩
转子
转动
惯量
电机
重量
JR1510-10
kw
V
A
r/min
%
cos∮
V
A
1.8
4200
kg
400
6000
51
590
92
0.82
605
422
48000
按电动机额定转数核算的提升钢丝绳最大运行速度
5：
提升系统的变位质量
5.1各变位质量
电动机的变位重量
=
天轮的变位重量
提升机的变位重量
提升钢丝绳的总长度
变位重量总计
5.2提升系统的变位质量
6提升系统的运动学
《煤矿安全规程》规定：
倾斜井巷内升降人员或用矿车升降物料时，提升容器的最大速度。
专用人车的运行速度不得超过设计最大允许速度。
见附录斜井平车场速度图及力图图A。
其他参数确定
初始加速度。
车场内速度。
主加减速度。
升降人员时：
升降物料时：
《煤矿安全规程》对升物料的主加速度和主减速度无限制，一般可用0.5m/s也可稍大些，但要考虑自然加、减速度问题。
摘挂钩时间。
电动机换向时间。
6.1重车在井底车场运行
初加速阶段时间
距离
在车场内的等速阶段
距离
时间
6.2重车在井筒中运行
在井筒内的加速度阶段
时间
距离
进入栈桥前的减速阶段
时间
距离
6.3重矿车在进入栈桥后的运行阶段
未减速阶段时间
距离
在线桥上的低速等速运行阶段
距离
时间
在井筒内的等速阶段
距离
=610—（30+30+12.6+12.6）=524.8（m）
时间
6.4一次提升循环时间
=（5+17.5+4.7+135.9585+4.7+17.5+5+25）=215.35（s）
式中：
θ为摘挂钩时间，电动机换向时间之和。
7提升系统动力学
单钩串车甩车场需分别计算重车组上提的前半循环与空车组下放的后半循环，重车组上提和空车组下放的变位质量也不一样。
为了简化计算钢丝绳及空重矿车运行中的倾角虽有变化，全部按井筒的倾角25°计算。
见附录斜井平车场速度图及力图图B。
7.1重矿车在井底车场阶段
提升开始时
初加速终了时
低速等速开始时
低速等速终了时
7.2矿车在井筒中运行段
主加速开始时
主加速终了时
等速开始时
等速终了时
减速开始时
减速终了时
7.3重车在栈桥上运行段
末等速开始时
末等速终了时
末减速开始时
末减速终了时
7.4等效力计算
7.5等效功率
从以上计算可知，所选电动机容量是合适的
电动机的过载系数校验
（）
由此可见，所选JR157—10型电动机是合适
8实际提升能力的验算及自然加、减速度
由于一次提升循环的实际时间为215.35（S）为保证完成产量的一次循环时间则为230.43（S），显然本设计提升能力有较大的容裕量，这有利于矿井挖潜。
8.1每年实际提升能力
式中：
8.2富裕系数
说明上述选型设计合理可行
8.3自然加减速度
选取加、减速度后，若斜井倾角小于6°，还需要根据自然加、减速度来校验；倾角在6°以上时，自然加速度已达以上，故不需要校验。
若选用的加速度大于容器自然加速度时，则此提升机松绳速度大于容器运行速度，使下放钢丝绳松弛。
加速完毕等速运转时，容器仍在做加速运动，直至把钢丝绳拉紧，此时钢丝绳将受到一个很大的冲击载荷，有被拉断的危险，为了防止这种事故，要求≤。
自然加速度为
式中——下放钢丝绳作用在滚筒圆周上的力，N；
井筒倾角；
矿车数；
单个矿车自身质量，kg；
下放钢丝绳端的变位质量
串车组运行阻力系数；
天轮变位质量，kg，查天轮规格表可得。
若上提重车时选用的减速度大于由于重力、摩擦阻力产生的自然减速度，钢丝绳运行速度即小容器上升速度导致松绳，严重时能使容器越过钢丝绳发生压绳与掉道事故。
提升机停止时，容器还会上升一段距离，然后下落把绳猛然拉紧，使钢绳受到很大的冲击。
为避免造成此种事故要求＜。
重串车的自然加速度为
式中
每辆矿车载货量kg；
上升钢丝绳张力N；
上升钢丝绳端变位质量，kg。
9耗电量及其效率计算
9.1提升耗电量
爬行段采用主电机控制，一次提升耗电量W
式中：
附属设备耗电量的附加系数。
1.02
减速箱的传动效率，二级传动，
电动机的效率，取
积分项按下式计算：
1度电=
吨煤电耗
式中：
有益电耗
9.2提升设备效率
设计选型
下表主要以两种方案的技术性进行比较
单钩甩车场和双钩平车场比较表
矿车数
钢丝绳直径
提升机型号
电动机功率
一次循环时间
实际提升能力
富裕系数
吨煤电耗
机械设备效率
单钩
8辆
26mm
JK-2.5/20
475（kw）
340.24（s）
1.156
2.42
29％
双钩
6辆
24.5mm
2JK-2.5/20
400（kw）
215.35（s）
1.27
2.2
31.5％
从表中可以看出，双钩平车场和单钩甩车场比较其优点有一下几点：
第一矿车数要少、钢丝绳的直径细、电动机的功率小。
第二一次提升循环时间减少一半，实际的提升能力比较强；第三机械设备效率高；第四富裕系数较高。
这几项技术上的优势，第一可以减少一定数额的初期投入，可为矿井建成投产运行过程中获得较高的回报，减小煤矿企业运营管理成本。
使煤矿企业获得较大的企业利润，也这有利于煤矿企业在后期生产中的挖掘潜能。
综上所述，我们采用矿井的提升方式为平车场双钩串车提升。
附录
斜井平车场速度图及力图
图A斜井平车场速度图
图B斜井平车场力图
致谢
本设计的完成是在我们的赵贵军老师的细心指导下进行的。
在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。
从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了赵老师很多的宝贵时间和精力，在此向导师表示衷心地感谢！
赵老师师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生！
还要感谢和我同一设计小组的几位同学，是你们在我平时设计中和我一起探讨问题，并指出我设计上的误区，使我能及时的发现问题把设计顺利的进行下去，没有你们的帮助我不可能这样顺利地完成本次设计，在此表示深深的谢意.
参考资料
1.《矿山固定机械手册》作者：
严万生煤炭工业出版社。
1986年5月
2.《煤矿固定机械及运输设备》作者:
牛树仁煤炭工业出版社，1998年10月
3.《煤矿固定机械及运输设备》作者：
毛君煤炭工业出版社，2006年9月
4.《煤矿固定机械及运输
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