风矿一区主绞车选型.docx
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风矿一区主绞车选型
风水沟煤矿一二水平轨道下山
辅助运输绞车改造选型设计
首先对一、二水平两台绞车提升时间与使用一台绞车后提升所用的时间进行比较：
一.一水平绞车一次提升时间估算
1.绞车提升速度
一水平绞车实际提升速度不超过4m/s，取Vm=4m/s。
2.提升距离
一水平轨道下山长度为Lsh=826m
3.一次提升循环时间估算
根据公式：
二.二水平液压绞车一次提升循环时间估算
1.绞车提升速度
液压绞车提升速度不超过3m/s，取Vm=3m/s。
2.提升距离
二水平轨道下山长度为Lsh=721m。
3.一次提升时间估算
根据公式：
车辆在322车场用蓄电池电机车牵引运输往返平均约20min，则一、二水平车辆到达三水平车场一次提升循环时间估算为：
三.假如将一、二水平轨道下山贯通，使用一台绞车运输，一次提升时间估算
1.提升速度
取Vm=4m/s
2.提升距离
贯通后轨道下山长度为Lsh=1547m
3.一次提升循环时间估算
根据公式：
上述两种运输方式相比较：
此提升机的选型设计：
一、计算条件
1、矿井年产量165万吨，本绞车主要用于辅助矸石提升，按照矿井年产量25%计算，应为41.25万吨，同时考虑运送坑木、金属支柱，液压支架等运送。
2、工作制度：
根据《煤矿工业矿井设计规范》规定，矿井年工作天数为330天，副井提升按每天3班作业，每班工作小时为5.5小时，净提升时间为16小时。
3、此次选型一二水平辅助运输改造，井巷坡度为：
一水平轨道下山12.50，长度826米；二水平轨道下山16.50，长度721米；井巷全长为1547米。
4、矿车、平板车的自重分别为，715kg、2500kg，矿车装载量为1.1m3。
二、提升容器确定
1、小时提升量
根据公式：
2、提升速度
3、提升距离
4、一次提升时间估算
根据公式：
5、一次提升量
计算
根据公式
6、串车数的确定
因为n>n′则应按n′确定拉车数量，最后按所选提升机最大静拉力Fjmax和最大静拉力差Fjc验算拉车数量。
考虑到上片口道岔尖到天轮的实际距离，提升空矿车的串车数量限制在15辆。
三、钢丝绳的选择与计算
《煤矿安全规程》规定，单绳缠绕式提升装置用的钢丝绳的安全系数：
提升物料时不得小于7.5。
由于本台绞车承担着三水平工作面液压支架运输，所以选择钢丝绳时应按照最大载荷选择，所以绞车一次提升采掘设备最大件重量应为21吨。
根据《煤炭工业矿井设计规范》规定，缠绕式提升装置宜采用同向捻钢丝绳，斜井提升宜选用交互捻钢丝绳。
1、钢丝绳的端部荷重
斜井
2、钢丝绳的单位质量
斜井
根据参考重力，预选钢丝绳直径为Ф30，由于本绞车用于斜井采区上下山提升运输，原则上应选用外层钢丝较粗的钢丝绳，为保证钢丝绳安全系数，故选用6×7股（1+6）绳纤维芯。
根据参考重力35.28N/m、公称抗拉强度1700Mpa，查表得：
此钢丝绳破断力总和为573500N.
3、天轮的选择
根据预选的钢丝绳直径，选择天轮型号
《煤矿安全规程》规定，通过天轮的钢丝绳必须低于天轮的边缘，其高度差：
提升天轮不得小于钢丝绳直径的1.5倍，本提升机准备采用游动天轮。
根据相关规定，采用游动天轮符合提升机到天轮弦长L≥16m，钢丝绳在天轮上上围包角a≤300时，可不必效验天轮游动距离以及作用在轴上的合力。
根据所选钢丝绳直径Ф30，查找游动天轮相关技术参数，TD1400/740
（1）型天轮符合使用要求。
该天轮绳槽半径17mm，适应钢丝绳直径范围为＞25-31mm，适应全部钢丝破断力总和为596.5KN，本绞车所选钢丝绳破断力总和为574KN，符合使用条件，该天轮最大外圆直径为1580mm。
4、斜井井架高度的确定
（1）在确定井架高度之前，首先计算车场尖轨至天轮中心水平距离
。
上部车场为甩车场时
（2）井架高度计算（天轮至底板高度）
斜井甩车场
5、采用游动天轮钢丝绳弦长计算
单钩提升：
6、钢丝绳的安全系数计算
斜井提升根据公式：
根据计算结果，结合钢丝绳捻向选用原则，钢丝绳捻向英语钢丝绳在卷筒上缠绕的螺旋方向一致，目前国内提升机均为右绳槽，因此应选用右捻向钢丝绳，同时，斜井串车提升中经常摘挂钩，钢丝绳一端经常成为自由端，为防止打结，应采用交互捻钢丝绳。
所以本绞车选用30NAT6×7+NF-ZS型钢丝绳。
四、提升机的选择与计算
1、卷筒直径的计算
选择提升机的主要参数有：
卷筒直径D；卷筒宽度B；提升机最大静张力Fjmax及最大张力差Fjc其中卷筒直径作为选择提升及规格型号的依据，其他三个参数为校核依据。
选择提升机卷筒直径的主要原则是：
使钢丝绳在卷筒上缠绕时所产生的弯曲应力不要过大，以保证提升钢丝绳具有一定的承载能力和使用寿命。
《煤矿安全规程》规定，井下提升绞车和凿井提升绞车的卷筒、井下架空乘人装置的主导轮和尾导轮、围包角大于90度的天轮与钢丝绳直径之比不得小于60；围包角小于90度的天轮不得小于40。
凿井时运输物料的绞车卷筒和天轮，倾斜井巷提升绞车的游动轮，最小直径与钢丝绳直径之比不得小于20.
根据计算值D/,选取标准卷筒直径D≥D/。
所以选择直径为2000mm-3000mm的滚筒方可符合要求。
根据计算滚筒直径D/，同时考虑滚筒承受的最大静张力要求，预选型号为JKB-3.0×2.2P型绞车。
此型号绞车卷筒直径为3000mm，卷筒宽度为2200mm，缠绕三层绳时最大提升长度为1655m，最大静张力为130KN，最大静张力差为130KN，缠绕钢丝绳最大直径为Ф36，允许钢丝绳最小破断力总和为900KN，最大提升速度为3.52m/s，减速比为j=31.5，电动机转速为≤750r/min。
符合本绞车使用要求。
2、卷筒宽度选择
《煤矿安全规程》规定，钢丝绳在卷筒上的缠绕层数，.升降物料时，准许缠绕三层。
对于单滚筒多层缠绕时的单钩提升，钢丝绳绳缠层数按下式计算：
3、钢丝绳作用在滚筒上的力
钢丝绳作用在滚筒上的最大静张力计算
斜井：
关于Lc的选择，斜井按照最大提升件重以及最大坡度进行计算，如果井底起坡点上既是最大坡度，则按照全部提升长度计算。
钢丝绳作用在滚筒上的最大静张力差计算
斜井
五、电动机的预选
斜井提升机电动机容量按下式计算：
单钩提升
六、提升系统变位质量计算
提升系统运动部分的变位质量按下式计算：
七、斜井串车提升系统速度图参数的选取与计算
斜井串车提升系统的速度图，除了与提升长度、最大速度、加减速度等参数有关以外，还与上井口车场形势有关。
单钩提升上井口为甩车场时，其速度图如下所示：
运动学计算：
采用七段速度图，设计中采用：
初加速度a0＝0.3m/s2
加速低速段速度V0＝1.5m/s
正常加速度a1＝0.5m/s2
最大提升速度Vm＝3.52m/s
正常减速度a3＝0.5m/s2
运动学计算结果为：
名称
单位
计算公式
计算结果
初加速时间
s
t0=V0/a0
5.00
初加速运行距离
m
L0=V0t0/2
3.75
车场内低速等速运行距离
m
L’0=LH-L0
36.25
车场内低速等速运行时间
s
t’0=L’0/V0
24.16
加速时间
s
t1=（Vmax-V0）/a1
4.04
加速运行距离
m
L1=（Vmax+V0）×t1/2
10.14
减速时间
s
t3=Vmax/a3
7.04
减速运行距离
m
L3=Vmax×t3/2
12.39
等速运行距离
m
L2=Lt-LH-L1-L3
1484.47
等速时间
s
t2=L2/Vmax
421.72
加减速时间
s
T’4=t’6=V0/a0
5.00
加减速运行距离
m
L’4=L’6=V0×t’4/2
3.75
低速等速运行距离
m
L’5=Le-2L4’
32..50
低速等速运行时间
s
t’5=L’5/V0
21.66
休止时间
s
θ
60.00
一次提升时间（Tc）
s
t0+t’0+t1+t2+t3+t’4+t’5+t’6+5+θ
548.76
一次循环时间
s
T=Tc+θ+5
613.76
一次提升持续时间
s
Tg=2T
1227.52
提升系统动力学计算结果为：
提升系统动力学计算表
序
号
项目
计算公式
计算结果（N）
重车沿井底车场运行阶段，按a=50计算
1
初加速运行开始时
F0=Kn1（m+mc）（sina+u1cosa）g+
qkLt（sinα+u2cosa）g+∑Ma0
48351
2
初加速运行终了时
F’0=Kn1（m+mc）（sina+u1cosa）g+
qk（Lt-L0）（sinα+u2cosa）g+∑Ma0
48311
3
等速段开始时
F1=F0-∑Ma0
37673
重车沿井筒提升阶段，按α=16.5°计算
4
等速运行终了时
F’1=Kn1（m+mc）（sinα＋u1cosα）g+qk（Lt-L0-L’0）（sinα+u2cosα）g
95280
5
加速开始时
F2=F’1+∑Ma1
114077
6
加速运行终了时
F’2=Kn1（m+mc）（sinα＋u1cosα）g+qk（Lt-L0-L’0-L1）（sinα+u2cosα）g+∑Ma1
113891
7
等速开始时
F3=F2'-∑Ma1
96094
8
等速运行终了时
F’3=Kn1（m+mc）（sinα＋u1cosα）g+qk（Lt-L0-L’0-L1-L2）（sinα+u2cosα）g
68872
重车沿井筒上片口运行阶段
9
减速开始时
F4=Kn1（m+mc）（sinα＋u1cosα）g+qk（Lt-L0-L’0-L1-L2）（sinα+u2cosα）g-∑Ma3
51075
10
减速运行终了时
F’4=Kn1（m+mc）（sinα＋u1cosα）g+qk（Lt-L0-L’0-L1-L2-L3）（sinα+u2cosα）g-∑Ma3
50837
注：
表中：
矿井提升阻力系数k=1.15。
八、提升电动机校验
1.按上提支架的运行方式进行校验：
ΣF2t=（F02+F’02）t0/2+（F12+F’12）t’0/2+（F22+F’22）t1/2+（F32+F’32）t2/2
+（F42+F’42）t3/2
=3.15×1012N2s
等效时间Td=（t0+t’0+t1+t3+t’4+t’5+t’6）/2+t2+（θ+5）/3=478.65s
电动机等效力Fd=（∑F2t/Td）1/2=81117N
电动机等效容量Nd=FdVmaxK／1000η=341kW
式中：
ηj------传动效率，ηj=0.92；
ΣF2t------各个运行阶段力的平方与该段时间乘积的总和，N2s；
K------电动机容量的备用系数，宜按1.05—1.10选取；
2.电动机过载能力的校验：
λ＇=Fmax/λFe=114077/2×99318=0.57≤0.80
式中：
Fmax------在力图上的最大运动力，N；
λ------电动机的过载能力，λ=MK/MH；其中Mk为最大力矩，MH为额定力矩；λ=1.8-2.2
Fe------预选电动机作用在卷筒圆周的额定力，N；
Fe=1000Peηj/Vmax=1000×380×0.92/3.52=99318N
由于本绞车计算过程全部按照采区最大件提升要求计算，因此计算过程中考虑的计算条件全部按照最大件、最大坡度进行。
所配电动机能够容量满足要求。
另外，根据煤矿机电设备发展方向，在节能方面考虑，建议电控部分采用变频器无级调速装置，电动机选用变频器专用电机更加符合现代化矿井提升的使用要求。
九、总结
经过计算，一、二水平提升绞车选型结果如下：
设备
型号
数量
备注
绞车
JKB-3.0×2.2P
1
150万元
天轮
TD1400/740
（1）
1
减速机
XL-31.5
1
最大静张力1300KN，减速比31.5
电动机
YB2-355L-8
1
功率380KW
钢丝绳
30NAT6×7+NF-ZS
1000米
直径φ30，公称抗拉强度1700MPa
变频操作系统
BPJ1-315/1140
1
西门子四象限65万元
可编程控制箱
KXJI-127矿用隔爆兼本质安全型可编程控制箱
1台
18万元
操作台
THI-24本质安全型操作台
1台
北京昆仑通态显示器8万元
液压站
润滑站
十、参考资料
本绞车选型参考资料为：
1、煤炭工业出版社出版的《矿山固定设备选型手册》一书，由于励民、仵自连教授主编。
2、中国矿业大学出版社出版的《矿井运输与提升》一书、由洪晓华、陈军教授主编。
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