煤矿主井提升设备选型设计.doc

中国矿业大学银川学院

课程设计说明书

题目名称： 煤矿主井提升设备选型设计

系 部： 机电系
专业班级：矿山机电10级机械一班
学生姓名：
学 号：
指导教师：
日 期： 2013.11.27

目录

一 设计任务书…………………………………………………………2

二 提升容器的确定…………………………………………………..3

三 钢丝绳计算………………………………………………………..4

四 选择提升机和天轮 ……………………………………………..5

五 计算提升机与井筒相对位置……………………………………..6

六 初选提升电动机…………………………………………………..7

七 计算提升系统的变位质量………………………………………..8

八 提升运动学与动力学计算………………………………………..9

（一）、运动学计算…………………………………………………..9

（二）、动力学计算…………………………………………………..11

九 电动机功率验算…………………………………………………..12

十 电耗及效率计算…………………………………………………..13

十一 总结………………………………………………………………..14

十二 参考文献…………………………………………………………..15

十三 附录………………………………………………………………..16

0

矿山系课程设计任务书

一、 煤矿主井提升设备选型设计题目

某矿矿井年产量为105（万吨)，矿井深度150(米)，装载高度HZ=22M，卸载高度HX=23M，试选择该矿主井双箕斗提升设备。(散煤容重可取γ =0.9吨/M3或0./M3，单水平开采)。

二、 设计要求

根据所给已知参数，分别进行以下部分选型设计，并按要求绘图:
1.矿井提升设备选型设计，并绘出提升机房设备布置示意图;
2.按要求写出选型设计说明书。
2）说明书顺序如下:封面一目录一说明书正文。图纸折叠好装入课程设计袋内。
3）严禁图纸、说明书等复印或抄袭他人成果，发现雷同设计成绩一律不及格。
4）图纸一律用3号图纸绘制，;说明书用16开纸，内容应在20-30P。

三、示意图

图1-1 单绳缠绕式提升机箕斗提升系统
1-提升机；2-天轮；3-井架；4-箕斗；5-卸载曲轨；6-煤仓；
7-钢丝绳； 8-翻笼； 9-煤仓；10-给煤机；11-装载设备

1

一、 选择提升容器
（1） 提升高度H：
H=Hz+Hs+Hx=22+150+23=195m
（2）经济提升速度Vm:
Vm=0.4=0.6=5.6m/s
式中
H —为提升高度（m）；
Hs —为矿井深度；
Hx —卸载高度；
HZ—装载高度；
（3) 一次提升循环估算时间Tx:
初估加速度 a=0.8m/s;求得Tx：

=61.8 s
式中:
a1—提升加、减速度(开始可假定加、减速度相等)，对箕斗可暂取为0.8m/s2；
—容器爬行阶段附加时间，对箕斗可暂取为10s；
—容器装卸载休止时间，可暂取为10s
（4）按式估算一次提升质量

=5.8吨
式中:
—矿井年产量（吨/年）；
—提升能力富裕系数，对第一水平要求 ≥1.2；取1.2
—提升工作不均衡系数；提升不均匀系数，
有井底煤仓时，c=1.1～1.15，无井底煤仓时，c=1.2，
当矿井有两套提升设备时，c=1.15，只有一套提升设备时，c=1.25；
t—日工作小时数，取14小时；
br—年工作日，取300天；
根据以上结果可知：应该选用名义装载量6t的JL—6型的单绳箕斗。其有关数据是：自重Qz=5t，容器全高Hr=9.45m，有效容积V=6.6m3，两箕斗中心距S=1.87m。
实际载重量Q： 
Q= V
Q=0.96.6=5.94 t
式中:
V— 箕斗的有效容积，m3；
ρ—散煤容重可取γ =0.9吨/M3

二、 选择提升钢丝绳
　（1）钢丝绳最大悬垂长度Hc，
　　　预估井架高度Hj=30m：
Hc=Hj+Hs+Hz=30+150+22=202m

Hc—钢丝绳最大悬垂长度，m；
　　　Hj—井架高度，m；此值在计算钢丝绳时尚不能精确确定；
　　　可采用下列数值：罐笼提升Hj=15～25m；箕斗提升Hj =30～35m； 取其为30
　　　Hs—矿井深度，m；
（2）估算钢丝绳每米重量P，计算：
取钢丝绳抗拉强度=17000 kg／cm2，安全系数ma=6.5;
＝4.1千克/米
　　　式中:
　　　Q—一次提升货载的重量，千克；
　　　Qz—容器的自身重量，千克；
　　　Ma—安全系数《煤矿安全规程》规定，主井箕斗提升，ma大于等于6.5，取ma=6.5；
　　　P—钢丝绳每米重量，千克/米；
　　　故选用钢丝绳，43NAT6X9股（1+6+12）NF1665ZZ1190663GB1102-74，
　　　其技术特征为：
　　　钢丝绳直径d=43mm；钢丝直径=2.8mm；钢丝绳全部钢丝断裂力总和Qq=1190000千克；
　　　每米重P=6.63千克／米；
　　　钢丝钢丝绳极限抗拉强度为 B =17000kg／cm2；
（3）钢丝绳安全系数校核，
＝9.6 > 6.5
式中
　　　Qq—所选钢丝绳全部钢丝破断拉力总和，N；
　　　Q+QZ+pHc—货载、容器、钢丝绳重量总和；
　　 安全系数《煤矿安全规程》规定，主井箕斗提升，大于等于6.5，取=6.5由于实际安全系数大于6.5,
故校核安全，所选钢丝绳满足安全要求。

三、 选择提升机和天轮

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及最大静张力差Fjc
(1)提升机卷筒直径D：

80×43
3440 mm

1200×2.8
3360 mm
取卷筒直径 D =3500mm。
(2) 计算作用在提升机上的最大静张力和最大静张力差
最大静拉力Fjmax
Fjmax=Q+QZ+PH=(11000+6.63*195)*10=122928.5N
最大静张力差FJC
FJC=Q+PH=(6000+6.63*195)*10=72928.5N
(3) 由D、Fjmax、FJC选择提升机
可选用2JK-3/13.5型单绳缠绕式提升机，滚筒直径D=3.5m.滚筒宽度B=1.7m.最大静张力为170kN,两绳的最大静张力差为115kN.两筒中心距为1.84m
4）验算滚筒宽度B
首先考虑单绳缠绕

=1079.8 mm < B
故提升机的滚筒宽度满足要求。
（5） 计算天轮直径

80×43
3440 mm

1200×2.8
3360 mm
（6） 选择天轮
根据计算的天轮直径，查天轮规格表选用天轮：TSH
Dt=3500mm 变位质量mt=1133kg。

四、 计算提升机与井筒相对位置

1.井架高度：
Hj=Hx+Hr+Hg+0.75Rt= 23+9.45+4+0.75*1.75=37.76 m
Hr——容器全高；
Hg——过卷高度(容器从卸载时正常位置，自由的提升到容器连接装置上绳卡同天轮轮缘接触点的高度；
Rt——天轮半径，m。
取井高度：H=38 m
2. 井筒提升中心线到滚筒中心的距离：

取Ls=36m
3. 计算提升钢丝绳弦长Lx：

= 50.4m
Rt——天轮直径
 ——滚筒中心线与井口水平的高差提升机主轴中心线高出井口水平的距离，=1;
4. 钢丝绳的外偏角和内偏角
(1)最大外偏角

=0.79
式中：
B—滚筒标准宽度，B=1.7m；
s—两箕斗中心距，从表3-1查得S=1.87m
a—两滚筒之间的间隙，不同型式的提升机不尽相同，可通过提升机规格表中的有关参数计算得出；查得2JK-3.5型提升机两滚筒中心距为1.84米，
故a=1.84-1.7=0.14米
d—钢丝绳直径，d=0.04米；
ε—钢丝绳缠在滚筒上的绳圈间隙，一般取2～3毫米；取其为3毫米
Lx—钢丝绳弦长,m；
（2） 最大内偏角

=0.28
分析上述结果，完全符合《煤矿安全规程》的要求，
所以是安全的。
5. 验算提升机滚筒的下出绳角
β
=47.2 +3.98 =51.18 > 15
由于实际出绳角大于允许值15°，
因此是安全的。
（6） 提升机与井筒相对位置图，见附录一

五、 初选提升电动机

（1） 电动机的功率

k—矿井阻力系数，取k=1.15；
—减速器传动效率，二级减速器取=0.85；
—动力系数，取=1.2
(2) 估算电动机的转速

i-为减速器的传动比 D-滚筒直径
（3）选电动机
根据以上计算选择YR630-12/1430绕线型异步电动机，
其技术特征如下：
额定功率Pe=630KW;
转速ne=491r/min;
效率=0.915;
飞轮转矩(GD2)d=12530N.m2
=2.58
(4) 确定提升的实际最大提升速度

六、 计算提升系统的变位质量

1. 直线运动部分的变位质量
Ml=Q+Qz+2PLp+MqLq
=4940+5000*2+2*6.63*315.37+0
=20121.8kg
Lp=Hc+Lx+3πD+30
=202+50.4+30+3*3.14*3.5+0
=315.37 m
3pD—滚筒上缠绕三圈摩擦圈绳长
30—试验用钢丝绳长度
H—提升高度
Hc—钢丝绳悬垂长度
Lx—钢丝绳的弦长
2. 旋转运动部分的变位质量
提升机(包括减速器)的变位质量mj和天轮的变位质量mt可以在它们的技术规格表中查出，不必计算。
天轮： mi=1133kg
提升机（包括减速器）： mj=246000kg
电动机转子的变位质量：
=24574kg

3. 总变位质量

∑m=Ml + 2mt + mj + md
=20122+2*1133+24600+24574
=71562kg

七、 提升运动学与动力学计算

(一) 运动学计算
1. 加速度的确定
（1） 初加速的的确定
选取箕斗出曲轨时的速度为 V0=1.5m/s, 箕斗在卸载曲轨内的行程为 h0=2.35 m

取a0=0.5m/s2
(2) 确定主加速度
主加速度是按安全经济的原则来确定的，主加速度的大小受《煤矿安全规程》、减速器强度、电动机过负荷能力三个方面的限制。
第一、《煤矿安全规程》对提升加、减速度的限制：“立井中用罐笼升降人员的加、减速度不得超过0．75m／s2；斜井中升降人员的加、减速度不得超过0.5 m/s2。”对升降物料的加、减速度规程没有规定，一般在立井，加、减速度最大不超过1.2 m/s2。
第二、 按电动机的过负荷能力来确定。电动机的最大平均出力应大于或等于加速阶段实际所需的最大出力，即

=1.3 m/s2
电动机的额定拖动力

= 92327.6N

λ—电动机过负荷系数，可在电动机规格表中查出；
0.75—在加速度时，由于电动机依次切除转子电阻，拖动力起伏变化，
故可取电动机此时出力不大于最大拖动力的0.75倍。
Fe—电动机作用到滚筒缠绕圆周上的额定拖动力，
k—矿井阻力系数，箕斗提升取k=1.15
第三、按减速器允许的输出传动转矩来确定
电动机通过减速器作用到滚筒主轴上的拖动力矩，必须小于减速器所允许的最大输出转矩，即

1.9m/s2
—减速器输出轴最大允许输出转矩，N·M；可由提升机规格表查得，
D —滚筒直径，m。
根据以上计算，选取a1=1.2 m/s2
2. 提升减速的确定
自由滑行减速方式：在减速开始时，将电动机从电网切除，容器靠系统的惯性向卸载位置运行，速度逐渐降低。既不用电力拖动，又不用制动器制动，故称为自由滑行减速方式

=0.81 m/s2

h3=18m ； h4=3m ；
3. 速度图参数的计算
曲轨中初加速度时间

箕斗在卸载曲轨中的实际行程
h0 = 2.35 m

主加速阶段 ：
t1 = ( Vm - V0 )/a1 = (5.8-1.5)/1.2 = 3.6s

h1=(Vm + V0)t1/2 =(5.8+1.5)*3.6/2 =13.14m
主减速阶段
t4=(Vm -V4)/a3=（5.81-0.5）/0.81=6.5s
H3=(Vm + V4)t3/2=(5.8+0.5)*6.5/2=20.5m
爬行阶段行程：考虑电控系统自动二次给电
参照表8-1 取 h4 = 3m ； V4 = 0.5m/s

爬行时间： t4 = h4 /V4 = 3/0.5 = 6 s

等速阶段： h2=H-h0-h1-h3-h4=195-2.35-13.14-20.5-3=156m
t2=h2/Wm=156/5.8=27s
抱闸停车时间 t5=1s
一次提升循环时间：
Tx=t0+t1+t2+t3+t4+t5+θ
=3+3.6+27+6.5+6+1+10
=57 s
此值小于选择容器所估算的一次提升时间T=62 s,故以上运动学参数选择合适。
4. 提升速度图 见附录二
5. 提升设备生产能力
年实际提升能力：

提升能力富余系数

(二) 动力学计算
1. 初加速阶段
F0=KQ+PH+a0
=1.15×59400+66.3×195+71562×0.5
=117019.5N

F0ˊ=F0-2PH0
=117019.5-2×6.63×10×2.35
=116707.9N
2. 主加速阶段
F1=F0ˊ+(a1-a0)
=116707.9+71562×(1.2-0.5)
=166800 N

F1ˊ=F1-2PH1
=166800-2×6.63×10×13.14
=165058N
3. 等速阶段
F2 =F1ˊ-a1
=165.58-71562×1.2
=79183.6N
F2ˊ=F2-2PH2
=79183.6-2×6.63×10×156
=58498N
4. 减速阶段
由于采用自由滑行减速方式，主电动机已从网上断开；
F3 = F3ˊ=0
5. 爬行阶段
F4 =KQ-p（H-2h4）
=1.15×59400-66.3×(195-2×3)
=55779.3N
F4ˊ=KQ-PH
= 1.15×59400-66.3×195
=55580N
提升力图见附录

八、 电动机功率验算
（一） 按电动机允许发热条件计算
1.

=

=2.876×1011
2. 求等效时间

= 0.5（3+3.6+6.5+6）+27+ 1/3×10
= 40 s
3. 求等效力

4. 求等效功率

电动机的额定功率为Ne=630KW
所以Ne > Pd 因此从温升条件看，预选电动机是合适的

（二） 按正常运行时电动机过负荷能力验算

力图中最大的拖动力 F1=166800 N

0.75λFe=0.75×2.58×92328=178654N

0.75λFe > F1
故满足要求

（三） 特殊过负荷能力验算

FT=μ(Q+PH)=1.1(5000+6.63*195)*10=69221.35N

FT / Fe =0.75

0.9λ=0.9×2.58=2.3

0.9λ> FT / Fe
故满足要求

九、 电耗及效率计算

（1） 一次提升电耗

=

=

+

=3140715

= 2.39×107 J/ 次

（2） 吨煤点耗

W2 = W1 / m = 2.39×107 / 5.94 = 4.02×106 J/ t

(3) 一次提升有效电耗

Wy=1000mgH=1000*5.94*10*195=1.16×107 J/ 次
(4) 年电耗

Wa=W2An=4.02×106×10×1050000=4.22×1012J/ a

(5) 提升设备的效率
η=Wy/W1=1.16×107 / 2.39×107 = 0.49

提升设备选型设计完成。

总结
矿井提升设备是联系矿井井底生产和地面生产运输的重要枢纽,是矿山运输的咽喉.矿井提升设备的设计是否合理直接影响矿井生产的成本和效率。
通过本次设计，要根据设计的具体要求结合实际情况,并根据相关的计算公式,选择合适的提升容器;提升钢丝绳也是提升设备的重要组成部分,提升钢丝绳的选择是否合理直接关系着提升设备的安全可靠性和经济性,因此我们要严格按照要求选择合适的钢丝绳;确定提升机卷筒的直径和宽度,并对其进行严格的校核,并选择合适的天轮;对提升设备进行运动学和动力学计算,计算出各个提升阶段的速度等;选择合适的拖动和控制设备.对提升机的每一部分我们都要进行严格的设计,以便使其达到所需的工作要求。

参考文献

[1] 洪晓华 矿井运输提升[M]中国矿业大学出版社，2005.06
[2] 陈维健 齐秀丽 矿山运输与提升设备 [M]中国矿业大学出版社，2011.01
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[4] 孙恒，陈作模.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2001.05
[5] 濮良贵.纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001

附录
附录2

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