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单绳缠绕式主井提升设备的选型设计

毕 业 设 计 任 务 书
一、毕业设计的任务和要求：
1、毕业设计的任务
本设计主要对矿井生产所用的提升及运输设备的选型进行的一次合理选择。
矿井提升需要用一些专用的提升设备，主要有提升容器，提升钢丝绳，提升机，
井架，装卸载设备以及一些辅助设备。矿井提升设备是矿山较复杂而庞大的机电设备，它不仅承担物料的提升与下放任务，同时还上下人员。矿井运输是煤炭生产过程的一部分，煤炭的井工生产中，运输线路长，巷道条件多种多样，运输若不畅通，采掘工作就无法继续进行，井工生产的煤矿运输作业，包括从工作面到矿井地面的煤炭运输和辅助运输，辅助运输包括矸石、材料、设备和人员运输。
2、对设计的要求
（1）设计必须符合煤矿安全规程、煤矿工业设计规程、煤矿井下供电设计技术规定。
（2）设计遵循煤炭工业建设的方针政策，在保证供电安全可靠的基础上进行技术经济比较，选用最佳方案，尽量采用新技术，新产品和国产先进设备，以确保技术的先进性。
（3）设计选型时，应采用定型的成套设备，尽量采用新技术、新产品，积极采取措施在保证供电可靠性，安全性和供电质量的基础上尽量节约投资，减少有色金属消耗量，降低电能损耗和年运行费用。做到既经济合理又安全适用。
（4）设计质量要确保技术的先进性、经济合理性、安全适应性。
（5）毕业设计严禁抄袭，计算数据、计算结果不能类同，否则取消答辩资格。
二、毕业设计的具体工作内容：
（一）熟悉课题
设计任务书下达后，学生首先应了解课题的名称，课题来源，设计任务书，提供的原始数据，要求达到的经济和技术指标。学生根据相同原始资料进行分析和设计，了解设计的基本思路。
（二）搜集资料和工厂实习
围绕课题，搜集有关中外资料查阅有关资料及技术文件，或与设计题目有关的生产现场了解实际使用情况。根据设计任务的需要，到生产现场实习和调查研究。
（三）确定设计方案
在对本课题有较充分的认识后，提出解决课题的几种方案（安装方案或设计方案），对方案进行详细分析，提出优、缺点和操作的可能性。最后将各方案进行比较、总结，按实际条件选出最佳方案。需要对方案进行实验分析时，要进行初算（或小组分工来进行），得出技术经济数据的估计值，再在多方案的基础上确定最佳方案。
说明书内容包括有：
1 引言
2 选择提升容器
3 选择提升钢丝绳
4 矿井提升机和天轮的选择
5 矿井提升机与井筒的相对位置的计算
6 初选提升电动机
7 矿井提升设备的基本动力学方程式
8 提升设备的运动学计算
9 提升设备的动力学计算
10 提升电动机容量验算
11电耗及功率计算
小结
致谢
……
三、对毕业设计的成果要求：
设计说明书、设计图纸文字、格式图形符号、文字代号、必须是国家标准设计结果，必须符合设计大纲的要求。
出现类同按抄袭处理。
四、毕业设计工作进度计划：
起 迄 日 期
2013年
9月 2日——9月 7日
9月9日——10月14日
10月16日——10月 21日
10月23日——11月9日
11月11日——11月16日
11月18日——11月28日
11月30日——12月15日
工 作 内 容

毕业设计准备，资料收集。
毕业设计方案初定
毕业设计草图、设计说明书拟定
完成大纲指导书各项要求及全部内容
毕业设计图纸审定、设计说明书定稿
毕业设计准备答辩、进行组员间预答辩
毕业设计图纸、设计说明书上交并进行论文答辩

学生所在系审查意见：

教研室主任：
年 月 日

目 录
第一章、 矿井提升设备的任务及发展历史 2
1.1 矿井提升设备的主要组成部分 2
1.2 矿井提升系统 3
第二章、选择提升容器 5
2.1 选择原则 5
2.2 选择计算 5
2.2.1 确定合理的经济提升速度 5
2.2.2 估算一次合理经济提升循环时间 6
2.2.3 估算一次合理经济提升量 7
2.3 选择提煤箕斗 7
2.4 根据所选箕斗的实际载货量m计算所需提升机提升的速度 8
第三章、选择提升钢丝绳 10
3.1 选择原则 11
3.2 选择计算 11
3.2.1 计算钢丝绳的绳端载荷质量 14
3.2.2 计算钢绳的最大悬垂长度 14
3.2.3 计算钢丝绳的单位长度质量 14
3.3 根据选择标准钢丝绳 15
3.4 验算钢丝绳安全系数 15
第四章、矿井提升机和天轮的选择 16
4.1 提升机滚筒直径 18
4.2 算作用在提升机上的最大静张力和最大静张力差 18
4.3 确定减速器传动比 18
4.4 根据计算的 19
4.5 验算滚筒宽度 19
4.5.1 首先考虑作单层缠绕时，每个卷筒的实际容绳宽度为： 20
4.6 计算天轮直径 20
4.7 选择天轮 20
第五章、井提升机与井筒的相对位置的计算 22
5.1 井架高度 23
5.2 算滚筒中心至井筒中提升钢丝绳间水平距离 24
5.3 计算钢丝绳的弦长 24
5.4 钢丝绳的内外偏角计算 25
5.5 验算提升机滚筒的下出绳角 28
第六章、初选提升电动机 29
6.1 估算电动机功率 29
6.2 估算电动机转速 30
6.3 选电动机 30
6.4 确定提升机的实际最大提升速度 31
第七章、矿井提升设备的基本动力学方程式 34
7.1 提升系统的静阻力 35
7.2 变位质量 35
7.2.1 直线运动部分的变位质量 36
7.2.2 总变位质量 37
第八章、提升设备的运动学计算 38
8.1 提升设备的运行规律 38
8.1.1 初加速度的确定 39
8.1.2主加速度的确定 39
8.1.3提升减速度的确定 40
8.2 提升速度图参数的计算 41
8.2.2 主加速度阶段 42
8.2.3主减速阶段 42
8.2.4爬行阶段 42
8.2.5等速阶段 43
8.3.6 抱闸停车阶段 43
8.3 提升能力富裕系数 44
第九章、提升设备的动力学计算 45
9.1 初加速阶段 45
9.2 主加速度阶段 45
9.3 等速阶段 46
9.4 减速阶段 46
9.5 爬行阶段 47
第十章、提升电动机容量验算 48
10.1 按电动机允许发热条件验算 48
10.1.2 求等效时间 49
10.1.3 求等效力 50
10.1.4 求等效功率 50
10.2 按正常运行时电动机过负荷能力验算 50
10.2 特殊过负荷能力验算 51
第十一章、电耗及功率计算 52
11.1 每提升一次电耗 52
11.2 吨煤电耗： 53
11.3 年电耗： 53
11.4 一次提升有益电耗： 54
11.5 提升设备的效率： 54
小 结 54
致 谢 55

引 言
我国是世界第一产煤大国，煤炭是我国最主要的一次能源。在未来相当长的时期内，我国以煤为主的能源供应和消费格局难以改变，随着煤炭增长方式的转变、煤炭用途的扩展，煤炭的战略地位更加重要。党中央国务院已经明确提出了“要大力调整和优化能源结构，坚持以煤炭为主体，以电力为中心，油气和新能源全面发展”的战略，进一步明确了煤炭在我国能源结构中的主体地位。
目前我国煤炭主要是以井下方式开采，需要通过提升设备提升到地面以实现其使用价值和经济、社会效益。提升作为重要的一个环节，在一定程度上制约着煤碳生产能力。提升设备的合理结构及设计，安全经济运行和科学管理维护，直接关系到矿井生产能力及技术经济指标。现代采矿业的发展对提升设备在机械结构、工艺、设计理论和方法及安全检测等方面都有明确的要求。矿井提升设备的功能特点及生产的基本环节，提升设备的合理结构及设计、安全经济运行和科学管理维护直接关系到矿井生产能力及经济技术指标。国家将在“十一五”期间对有发展潜力的小煤矿进行改造提升以满足我国目前能源供应紧张的局面，更好的为全面建设社会主义小康社会提供“动力”支持。
目前我国中小型煤矿作为我国煤炭生产的重要部分其提升设备同大型煤矿及世界先进水平相比，仍有很大差距，主要表现在：
（1）提升设备的自动化水平较低，提升设备自动控制化控制较国内与国外大型和先进煤矿提升系统落后；
（2）提升设备的配套产品（钢丝绳、大型电机、减速器等）的质量安全性能尚不能满足要求，在一定程度上制约了提升设备的总体水平；
（3）矿井提升的监、检手段落后、制动系统的可靠性明显不足，有待进一步提
高。近几年煤炭开采与提升技术的发展速度很快，对提升机的要求必然随着先进技术的进步而不断发展,其发展趋势是:
（1）向适用型发展。
（2）向高耐久性,高可靠性方向发展。
（3）向智能化自动化方向发展。提升系统采用PLC控制监测系统等，并可根据要求调节，信号用声、光、影像来传送。
（4）向标准化、规范化方向发展。提升机零部件普遍标准化,规范化,保证设计、加工质量和水平。
（5）向高适应性发展。适应不同工作环境。
本文首先综合比较根据经济效益和最大程度利用原则的实际情况选用了单绳缠绕式提升机的设计。然后，对单绳缠绕式提升机进行了总体结构设计并对其可靠性和可行性进行了分析。对提升机的主轴装置、联轴器、制动器等主要部件进行了技术分析和结构设计，完成了单绳缠绕式提升机的整体设计。此次设计的提升机主轴装置、减速器与制动系统是配套专用产品，电动机的选择可以灵活运用。这样可以提升机的应用、维护、保养、检测等方面系统进行，有效提高提升机的工作效率。此次设计的单绳缠绕式提升机的特点是结构简单、受力均匀、运行平稳、摩擦阻力小、成本低、效率高、易于维护等特点，具有很强的适应性。

第一章、 矿井提升设备的任务及发展历史

矿井提升设备的任务是：①沿井筒提升煤炭、矸石；②升降人员和设备；③下放材料。它是井下生产系统和地面工业广场相连接的枢纽，是矿山运输的咽喉。提升设备在运行的过程中要求具有安全性、可靠性和经济性。因此，矿井提升设备在矿山生产的全过程中占有极其重要的地位。
我国提升设备的设计制造，是在新中国成立后开始的。1953年抚顺重型机器厂制造了我国第一台缠绕式双滚筒提升机。1985年洛阳矿山机器厂设计制成了2×4多绳摩擦式提升机。1971年该厂又新设计制造了JK型新系列单绳缠绕式提升机，采用了一些新结构，与老型号提升机相比较，提升能力平均提高了25％.近一二十年来JK系列的提升机经过进一步技术改进，主轴承选用双列向心球面滚子轴承，调绳装置采用径向齿块式的离合器，减速装置行星齿轮减速器或硬齿面平行轴减速器，液压制动系统可配置不同压力的后置式液压缸以及多条安全回油路的液压站，配置有智能化控制的PLC可编程序控制器，保证恒减速的目的。新JK型提升机具有性能好，提升能力大，结构紧凑安全可靠操作及维修方便等优点。
目前我国新建和在建特大型矿井年产量愈来愈大，提升设备的任务愈加繁重，多绳摩擦式提升机与单绳缠绕式提升机相比，具有质量轻，体积小安全可靠适应较深矿井等优点，这将是提升设备今后的发展方向之一。
近几年来为提高劳动生产率和各项经济技术指标，在世界范围内一直进行着矿井提升设备的性能技术改造，提升设备在高效、大型化、自动化方面都有飞速的发展。我国大型矿山设备通过引进、消化和吸收果味先进技术，也有了可喜的进步。

1.1 矿井提升设备的主要组成部分
矿井提升设备的主要组成部分：提升容器、提升钢丝绳、提升机及拖动控制系统、井架（或井塔）、天轮及装卸设备等。

1.2 矿井提升系统
由于井筒条件（立井或斜井）及选用的提升容器和提升机的不同，可组成各种不同的矿井提升系统。较常见的有;
⑴立井单绳缠绕式箕斗提升系统
⑵立井单绳缠绕式罐笼提升系统
⑶立井多绳摩擦式箕斗提升系统
⑷立井多绳摩擦式罐笼提升系统
⑸斜井箕斗提升系统
⑹斜井串车提升系统
设计参数
某矿主井采用双箕斗提升，矿井年产量为80An(万吨)，井筒深度220Hs(米)，工作制度：年工作日300天，日工作小时16h,装载高度Hz=18M，卸载高度Hx=18M，散煤密度取γ=0.96吨/M3，矿山电压等级为6KV.根据以上数据，设计主井提升设备。
设计主要内容

1． 进行单绳缠绕式箕斗提升设备的选型计算。
2． 画出速度图及力图，
3． 画出提升机与井筒相对位置图，
4． 画出提升机房设备布置图。
5． 画出提升机液压站原理图
6． CAD制动器布置图
具体设计数据：

序号
姓名
矿井年产量An(万吨)
井深（M）
容量（t）
1

80
200

2

80
210

3
XXX
80
220
0.96
4

80
230

5

80
240

6

80
250

7

80
260

8

80
270

9

80
280

10

80
290

11

80
300

12

80
310

13

80
320

14

80
330

第二章、选择提升容器

2.1 选择原则
提升容器的规格是提升设备选型计算的主要技术参数，它直接影响提升设备的初期投资和运转费用。在矿井提升任务和提升高度确定之后，选择提升容器的规格有两种情况：一是选择大规格的容器，即一次提升量较大，而提升次数少。这样，因提升容器较大，所需要的提升钢丝绳直径和提升机滚筒直径较大，初期投资较大；但提升次数较少，运转费用较少。二是选择小规格的容器，情况和上述相反，因而初期投资较少，而运转费用则较多。那么，应该如何选择提升容器的规格才是合理的呢？选择原则是：一次合理提升量应该使得初期投资费和运转费的加权平均总和最少。根据确定的一次合理提升量，选择标准的提升容器。

2.2 选择计算
提升容器的规格和提升速度之间，存在着相互依赖、相互制约的复杂关系。对于这两个参数的确定，国内外的有关学者做了大量的分析研究工作，所得的结论也不相同。罗马尼亚、匈牙利等国家采用较大的提升速度，而波兰采用较低的提升速度。我国是在不加大提升机型号和井筒直径的前提下，尽量采用较大的提升容器，比较低的速度运行，这样能获得较优的运行经济指标。我国煤矿设计部门在选择提升容器时，一般都采用经济速度法来计算。

2.2.1 确定合理的经济提升速度
H=Hs+Hx+Hz
=220+18+18
=256m
=
=6.4m/s
式中 —经济提升速度，m/s
H—提升高度，m
Hs—简称卸载高度，m，箕斗：Hs=18~25m,罐笼：Hx=0；
Hz—井筒深度，m。
对于井筒深度Hs<200m,采用Vj=0.3;当Hs>600m时，采用Vj=0.5；一般情况下多取中间值，即Vj=0.4进行计算为宜。对于改建矿井及利用积压的库存设备时，可以不受上述的限制。
2.2.2 估算一次合理经济提升循环时间

=
=72.7s
式中 Tj——根据经济提升速度估算的一次提升循环时间，s；
a——提升加速度。m/s,罐笼提升时，a0.8m/s;
U——容器爬行阶段附加时间，箕斗提升可取10s；罐笼提升可取5s；
——休止时间，箕斗提煤的休止时间见表2-1
表2-1　箕斗休止时间
箕斗规格/t
＜6
8~9
12
16
20
休止时间/s
8
10
12
16
20

2.2.3 估算一次合理经济提升量

式中 —— 一次合理的经济提升量，t；
An——矿井年产量，t/a；
C——提升不均衡系数，对于主井提升设备：有井底煤仓时，c=1.1~1.5，无井底煤仓时，c=1.2;
——提升能力富裕系数，主井提升设备对第一水平应留有1.2的富裕系数;
——提升设备年工作日数。
——提升设备日工作小时数。
2.3 选择提煤箕斗
根据计算出的一次合理的提升量mj选择提升容器。，在箕斗规格表中（表2-2）选取与mj相等或接近的标准箕斗，其名义装载量可以大于或小于mj。在不加大提升机滚筒直径的前提下，应尽量选用大容量箕斗，以较低的速度运行，降低能耗，减少运转费用。
查箕斗规格表（表2-2）选用JL-6型立井提煤箕斗，其技术规格如下：
箕斗斗箱容积6.6 ；箕斗全高=9.45m；
箕斗中心距S=1.87m；箕斗自身重量=5000kg；
箕斗名义载货量6t；
箕斗实际载货量m==6.27t。
型号
JL - 3
JL - 4
JL - 6
JL - 8
名义载重/t
有效容积/
提升钢丝绳直径/mm
3
3.3
31
4
4.4
37
6
6.6
43
8
8.8
43
钢丝绳罐道

直径/mm
数量
32~50（根据提升高度确定）
4
刚性罐道
规格
数量
38kg/m 钢轨
2
箕斗自重/kg
最大终端载荷/N
最大提升高度/m
箕斗总高/mm
箕斗中心距/mm
适应井筒直径/m
3800 4400 5000 5500
80000 95000 120000 145000
500 650 700 500
7780 8560 9450 9250
1830 1830 1870 2100
4.5 4.5 4.5~5.0 5.0
适应提升机型号
2JK-2.5
2JK-2.5
2JK-3
2JK-3.5
2JK-3
2JK-3.5

表2-2 立井单绳箕斗规格表
2.4 根据所选箕斗的实际载货量m计算所需提升机提升的速度
所需一次提升循环时间：

=
=3.7
是选择提升及标准速度的一个依据。在选出提升机后，可据从提升机规格表中选用与相近的标准提升速度。
必须说明，提升机的最大提升速度要遵循《煤矿安全规程》规定：
(l)立井中用罐笼升降人员的最大速度不得超过下式求得的数值，且最大不得超过12m/s.

(2)立井升降物料的最大提升速度不得超过下式求得的数值:

第三章、选择提升钢丝绳

提升钢丝绳的正确选择，不仅关系到提升设备的安全可靠地运行，而且可以节约大量的优质钢材。
提升钢丝绳是提升系统的重要组成部分，它直接关系到矿井的正常生产和人员的安全，还是提升系统中经常更换的易耗品。在矿井提升中，根据用途，选用合适的钢丝绳，扬长避短，充发挥它们的作用。
决定钢丝绳的类型，首先应按以下原则确定：
（1）使用中不松股；
（2）符合使用场合及条件；
（3）特别注意作业的安全。
（1）在静筒淋水大，水的酸碱度高，以及在出风井中，由于腐蚀严重，应选用镀锌钢丝绳；
（2）在磨损严重条件下使用的钢丝绳，如斜井提升等，应选用外层钢丝尽可能粗的钢丝绳；
（3）弯曲疲劳为主要损坏原因时，应选用接触式或三角股绳；
（4）实践证明，提升钢丝绳用同向捻绳较好，多绳摩擦提升用左右捻各半：单绳缠绕式提升钢丝绳的选用原则是：为防止缠绕是松捻，钢丝绳的捻向应与绳在卷筒上缠绕时的螺旋线方向一致，目前单绳缠绕多为右旋，所以多选右同向捻绳；
（5）罐道绳最好用半密封绳或三角股绳，表面光滑，耐磨损；
（6）用于温度高或有明火的地方 。如矸石山等，最好用金属绳芯钢丝绳。
提升钢丝绳是煤矿提升运输系统的一个重要组成部分，因此，《煤矿安全规程》（以下简称《规程》）对矿井提升钢丝绳有专门规定。近年来，尽管各矿按照《规程》的要求加强了提升钢丝绳的检查和保养，但是，每年仍然有断绳事故发生。
预防断绳的措施  为了防止断绳，龙固煤矿根据具体情况，分别采取了如下措施。
（1） 合理选择钢丝绳。
（2） 正确使用、维护钢丝绳。
（3） 防卡箕斗松绳。
（4） 防过卷。
（5） 预防过大的惯性力和冲击力。
（6） 防过载。箕斗提升实行定量装载，斜井提升杜绝超挂车现象。
   （7） 按《规程》要求健全各种保护装置，并按规定定期试验，确保各种保护装置灵敏可靠。
    （8） 加强对司机和信号工的安全培训，强化安全意识，增强责任心和提高分析处理实际情况的能力。信号工与司机协调配合，严格按照《规程》操作。
    （9） 对提升设备的调整和维修制定了切实可靠的措施，并严格落实。
    （10） 及时更换新绳。当提升钢丝绳锈蚀、磨损、断丝、安全系数等达到《煤矿安全规程》有关规定时，必须立即予以更换。
副井提升作业复杂多变，通常以提升矸石为准来选择钢丝绳，但在选绳之后，应对提人时的安全系数进行验算，以保证安全。

3.1 选择原则
力、接触应力及挤压应力等，这些应力的反复作用将导致疲劳破断，这是钢丝绳损坏的主要原因；另外磨损及锈蚀将影响钢丝绳的性能并加速其损坏。因此综合反映上述应力的疲劳计算是一个复杂的问题，虽然国内外学者在这方面作了大量的研究工作，取得了一些成就，但是由于钢丝绳的结构复杂，影响因素较多，强度计算理论尚未完善，一些计算公式还不能确切地反映真正的应力情况。我国矿用钢丝绳是按《煤矿安全规程》的规定来选择的，其原则是：钢丝绳应按最大静载荷并考虑一定安全系数的方法进行计算。

3.2 选择计算
图3－1为竖井单绳提升钢丝绳计算示意图。
由图可知，钢丝绳最大静载荷Qmax是在A点，其值为
Qmax＝Q＋Qz＋pHc
＝mg＋mzg＋mp gHc 　　

图3—1 竖井钢丝绳计算示意图

式中　Qmax——钢丝绳最大静载荷，N；
Q ——一次提升货载的重力，N，Q ＝ mg ;
Qz——容器自身的重力，N，Qz＝mzg ;
mz——提升容器自身质量， Kg;　　　
p——钢丝绳每米重力，N/m；p ＝mp g ;
mp——提升钢丝绳每米质量，kg/m；
g ——重力加速度，m/s2；
Hc——钢丝绳最大悬垂长度m ，Hc＝Hj＋Hs＋Hz　 　　 （3-2）
Hs——井筒深度，m；
Hz——装载高度，m，罐笼提升，Hz＝0 ，箕斗提升，Hz＝18～25m ；
Hj——井架高度，井架高度在尚未精确确定时，可按下面数值选取：罐笼提升，Hj＝15～25m ；箕斗提升，Hj＝30～35m 。
设σB为钢丝绳的抗拉强度，N/m2， S0为钢丝绳所有钢丝断面积之和，m2。如果保证钢丝绳安全工作必须满足下式
m＋mz＋mpHc≤　　 （3-3）
式中　ma—— 钢丝绳的安全系数。
钢丝绳的安全系数是指钢丝绳钢丝破断拉力的总和与钢丝绳的计算静拉力之比。但应当注意，安全系数并不代表钢丝绳真正具有的强度储备，只不过表示经过实践证明在此条件下钢丝绳可以安全运行。具体数值按《煤矿安全规程》规定选取。
《煤矿安全规程》规定单绳缠绕式提升设备采用的新钢丝绳安全系数ma为：
用途分类
安全系数最低值
备注
单绳缠绕式提升装置
专为升降人员
9

单绳缠绕式提升装置
专为升降人员
9

升降人员和物料
升降人员时
9

混合提升时
9
多层罐笼同一次升降人员和物料
升降物料时
7.5

专为提升物料
6.5

摩擦轮式提升装置
专为升降人员
9.2～0.0005
—钢丝绳悬垂长度
升降人员和物料
升降人员时
9.2～0.0005

混合提升时
9.2～0.0005
多层罐笼同一次升降人员和物料
升降物料时
9.2～0.0005

专为提升物料
7.2～0.0005

表3-1 提升和悬挂用的新钢丝绳在悬挂时的安全系数表
（节摘自《煤矿安全规程》第376条）

为解（3-3）式，需找出mp和S0的关系
S0= 　　 （3-4）
式中　——钢丝绳密度，kg/m3。
将式（3-4）代入（3-3）并化简整理得
mp≥　　 　　　　　 （3-5）
也可近似按钢丝绳的平均密度9400 kg/m3计算，g＝10m/s2，
则式（3-5）变为
mp≥

3.2.1 计算钢丝绳的绳端载荷质量

式中 m——一次提升货载的质量，kg
mz——提示容器自身质量，kg
3.2.2 计算钢绳的最大悬垂长度

=32+220+18
=270m

3.2.3 计算钢丝绳的单位长度质量
=
=
=4.5kg/m
式中 ma————钢丝绳安全系数；

3.3 根据选择标准钢丝绳
查钢丝绳规格表选用钢丝绳：31NAT619股（1+6+12）NF1815ZZ662338.3
GB1102-74
其技术规格如下：
d=37mm,=4.97kg/m,
=2.4mm（钢丝直径）；
3.4 验算钢丝绳安全系数
由于实际所选钢丝绳的密度不一定是平均密度值，因此所选钢丝绳是否满足安全系数的要求必须按实际所选钢丝绳的数据验算其安全系数:
应满足下式

即

=
=6.6
所选钢丝绳满足要求

第四章、矿井提升机和天轮的选择

矿井提升机是煤矿大型固定设备之一，它在矿井生产中占有极其重要的地位，正确合理地选择提升机，具有重大的经济意义。
提升机滚筒直径D,是计算选择提升机的主要技术数据。选择滚筒直径的原则是钢丝绳在卷筒上缠绕时不产生过大的弯曲应力，以保证其具有一定承载能力和使用寿命。理论与实践已证明，绕经滚筒和天轮的钢丝绳，其弯曲应力的大小及其疲劳寿命取决于滚筒与钢丝绳直径的比值。
图4一1所示为钢丝绳的弯曲试验曲线，由曲线可知，在同一钢丝绳直径条件下，滚筒直径愈大，弯曲应力愈小;在相同滚筒直径条件下，绳径愈小，弯曲应力愈小、即的比值愈大，弯曲应力愈小。

图4--2所示为在不同的弯曲条件下，钢丝绳试验载荷与其耐久性的关系曲线。由曲线可知，在试验载荷相同时，愈大，钢丝绳能承受的反复弯曲次数愈多，疲
劳寿命愈长
我国《煤矿安全规程》规定提升机滚筒直径的确定与钢丝绳直径、钢丝直径的关系如下:
对于地面使用的提升机
D
D
对于井下使用的提升机
D
D

4.1 提升机滚筒直径
D
D
式中 D——卷筒直径，mm；
d——钢丝绳直径，mm
—— 钢丝绳中最粗的钢丝直径，mm，其值在《煤矿固定设备选型使
用手册》钢丝绳规格表中查取。

4.2 算作用在提升机上的最大静张力和最大静张力差
提升机是按提升机系列规定的许用最大静张力[Fjmax]和许用最大静张力差[Fcmax]设计出来的。选用时，应使实际负荷所造成的最大静张力和最大静张力差小于或等于许用[Fjmax]和[Fcmax]，以保证提升机能正常工作，即：

4.3 确定减速器传动比
根据上面计算的=3.65m/s,在提升机规格表中选用与其相近的标准速度=3.7m/s，则即随之确定减速器的传动比i=20

4.4 根据计算的D、、选择提升机
查提升机规格表选用：2JK-3/20提升机其技术规格如下：
D=3m,变位质量=111648kg；
滚筒宽度B=1.5m，减速器许用最大转矩[]=180000N；
两滚筒中心距为1628mm；
钢丝绳最大静张力[]=135000N；
钢丝绳最大静张力差[]=85000N

4.5 验算滚筒宽度
选出提升机后，卷筒的标准宽度B则为已知，然后根据工作需要计算出卷筒的实际缠绕钢丝绳的宽度进行验算。卷筒宽度应能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，《煤矿安全规程》规定，升降人员或升降人员和物料用的钢丝绳，自悬挂时起每隔6个月试验一次；专门升降物料用的钢丝绳，自悬挂时起12个月时进行第一次试验，以后每隔6个月试验一次。试验时每次剁掉5m，如果绳的寿命以3年考虑，则试验绳长为30m。
(3) 卷筒表面应保留3圈绳不动（称为摩擦圈），以减轻绳与卷筒固定处的拉力。
(4) 多层缠绕时，上层到下层段钢丝绳每季需错动1/4圈，根据绳的使用寿命一般取错动圈n′=2~4圈。
一般取缠绕在卷筒圆周表面上相邻两绳圈间隙宽度为=2~3mm，通常卷筒直径为3m及以上时，取=3mm，其余取=2mm。

4.5.1 首先考虑作单层缠绕时，每个卷筒的实际容绳宽度为：
取0.003m
=（）
=1.33m<B
式中 B′——提升机所需的卷筒缠绕宽度，mm
由以上计算知单层缠绳能缠下，故无需考虑采用双层缠绕。

4.6 计算天轮直径
80d=8037=2960 mm
1200

4.7 选择天轮
根据计算的天轮直径，查天轮规格表（表4-1）选用天轮TSG：名义直径Dt=3000mm ,变位质量=781kg
型号
图号
绳槽底圆直径Dmm
绳槽半径Rmm
适用钢丝绳直径mm
全部钢丝破断力总和N
滚动轴承型号
变为质量kg
总质量kg
TSG 1200/7
TSG 1200/8.5
B76-305.11
1200
7
11-13
164640
3612
104
259
8.5
>13-15
TSG 1600/9.5
B76-305.12
1600
9.5
>15-17
298410
3616
222
593
TSG 1600/10
10
>17-18.5
TSG 1600/11
11
>18.5-20
TSG 2000/12
B76-305.13
2000
12
>20-21.5
449330
3620
307
841
TSG 2000/12.5
12.5
>21.5-23
TSG 2000/13.5
13.5
>23-24.5
TSG 2500/15
B76-305.14
2500
15
>24.5-27
648270
3624
550
1512
TSG 2500/16
16
>27-29
TSG 2500/17
17
>29-31
TSG 2500/18
B76-305.15
3000
18
>31-33
989800
3630
781
2466
TSG 3000/19
19
>33-35
TSG 3000/20
20
>35-37

表4-1 井上固定天轮基本参数
第五章、井提升机与井筒的相对位置的计算

提升机对于井筒的相对位置，应根据卸载作业方便、地面运输的简化以及设备运行的安全而定。所有这些都应在矿井工业广场的总体布置中解决。一般采用普通罐笼提升时，提升机房位于重车运行方向的对侧；用箕斗提升时，提升机房位于卸载方向的对侧。井架上的天轮，根据提升机的类型和用途，容器在井筒中的布置以及提升机房地点，装在同一水平轴线上，或同一垂直面上。
当井筒装备有两套提升设备时，两套提升机与井筒的相对位置有:对侧式、同侧式、垂直式和斜角式，如图5-1所示
。

对侧式的优点是井架受力易平衡，同侧式和斜角式的优点是
提升机房占地面积小。
确定影响提升机相对位置的五个因素，即井架高度、提升机卷筒轴线与提升中心线的水平距离、钢丝绳弦长、偏角和倾角。它们彼此相互制约、相互影响。

5.1 井架高度
井架高度为从井口至最上面的天轮轴心线间的垂直距离。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。因此必须正确计算井架高度。
井架高度Hj由下式计算

=18+9.45+5+0.75
=33.95mm
将计算的井架高度值圆整后取
其中过卷高度规定见表5-2，提升速度为表中所列速度的中间值时，用插值法计算，计算步骤为：

式中 Hx ——-卸载高度，m;
——容器全高，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得;
Rt—天轮半径，m;
Hg——过卷高度，m。
卸载高度Hx，即为井口水平到卸载位置容器底部的高度，一般来说罐笼提升均在井口水平装、卸载，这时Hx=0;对于箕斗提升，地面要设煤仓，煤仓的高度与仓的容积、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 m~25 m;过卷高度Hg是指容器从卸载时的正常位置，自由的提升到容器连接装置上绳头同天轮轮缘接触点的高度。对于单绳缠绕式提升设备我国《煤矿安全规程》对过卷高度的规定见表5-2; 最后一项0.75 Rt是一段附加距离。这是因为过卷只计算到过卷时容器连接装置上绳头与天轮轮缘相接触点的距离。从这一接触点至天轮中心的距离大约为0.75Rt。所以在计算井架高度Hj时，要将此段距离计入。
表5-2　立井提升装置的过卷高度
提升速度 * /m/s
≤3
4
6
8
≥10
过卷高度/ m
4.0
4.75
6.5
8.25
10.0
*提升速度为本表中所列速度的中间值时，用插值法计算。

5.2 算滚筒中心至井筒中提升钢丝绳间水平距离
一般来说，在井筒与提升机房之间很难再设置其他建筑物，因此为节省占地面积，卷筒中心线至井筒中钢丝绳间水平距离Ls愈小愈紧凑。但很据井架天轮受力情况又可看出，为了提高井架的稳定性，使其具有较好的受力状态，在井筒与提升机房之间，设有井架斜撑。斜撑的基础与井筒中心的水平距离约为0.6Hj；还应使提升机房的基础与斜撑的基础保证不接触，考虑上述原因，Ls的最小值Lsmin可按经验公式计算。

取
式中
Hj—井架高度，m;
D—提升机滚筒直径，m

5.3 计算钢丝绳的弦长
钢丝绳弦长是钢丝绳离开滚筒处至钢丝绳与天轮接触点的一段绳长。上下两条绳弦长不完全相等。但近似认为滚筒中心至天轮中心的距离即为弦长。
当井架高度拭和滚筒中心线至井筒中钢丝绳间水平距离Ls均已确定时，弦长Lx即为定值

Lx按下式计算：