斜井绞车选型设计.doc

(完整版)斜井绞车选型设计

斜井绞车
选型设计方案

设 备 处

2012年9月28日

目 录

目录……………………………………………………………………（1)
前言……………………………………………………………………（2）
1 设计要求及设计参数………………………………………………(3）
2 钢丝绳选型设计……………………………………………………(4）
3 绞车选型设计………………………………………………………（9）
4 钢丝绳校核………………………………………………………（13）
5 绞车校核…………………………………………………………（14）
6 结论………………………………………………………………（22)
参考文献……………………………………………………………（23）
参考规范性文件……………………………………………………（24）

前 言

我矿的斜井带式制动绞车（型号为JT—0。8×0.6）安装于1991年，虽只用作提升矿车，但也肩负着东部出矿的提升重任，现设置两班制，每日工作时间也有16个小时,属于我矿的重要考核设备。绞车距今已投入使用20多年，设备陈旧,技术状况较差，且根据国家安全生产监督管理总局下发的文件，已将带式制动绞车列为淘汰产品，禁止在煤矿和金属非金属矿山使用，因此公司领导本着安全第一的原则，考虑到我矿目前的安全形势,决定对斜井绞车进行更换。
本设计在现有的技术参数下,严格参照《GB l6423—2006金属非金属矿山安全规程》和《煤矿安全规程》,并结合全国大部分金属非金属矿山中已通过国家安全生产监督管理总局审查并同意使用的斜井绞车型号，对我矿斜井绞车进行选型设计。

1 设计要求及设计参数
1。1 设计要求
我矿原斜井绞车型号为JT—0。8×0。6，钢丝绳采用的是6×19-NF-Φ15.5,斜井长度为125m，轨道倾角为20°，提升一辆重车。此次更换斜井绞车,轨道倾角仍为20°,但要求绞车能够在200m斜井长度上提升两辆重车.
根据现场实际尺寸画出斜井绞车提升示意图，如下：

图1 斜井绞车提升示意图
1.2 设计参数
根据已知参数和现场实际尺寸,则设计参数如下：
(1）矿车类型：0.68 m3 翻转式矿车，矿车自重：；
（2）矿岩容重:3。1 t / m3；矿岩松散系数：1.6;矿车装满系数：0。85;
矿车有效载重：；
则两辆重车重量：；
（3)轨道倾角：；
(4）斜井长度：;380挂钩点至380井底距离暂取10m；420摘钩点至420井口距离暂取20m；；
（5）380挂钩点到420第一个地滚筒间钢丝绳长度：L=210m；
（6)斜井已铺设15kg/m的轨道，600mm轨距，采用水泥轨枕。
2 钢丝绳选型设计
2.1 钢丝绳结构选择
斜井提升用钢丝绳，正常情况下磨损是钢丝绳报废的主要原因，因此在钢丝绳选型时，保证安全系数的前提下,既要考虑钢丝绳的耐磨性,也要根据我矿的提升条件、实际使用情况等方面考虑经济性.
2.1。1 三角股钢丝绳
三角股钢丝绳是由6个具有一定螺旋状的等边三角形股围绕绳芯紧密扣合而成。参考《GB/T 8918—2006重要用途钢丝绳》得知6V×18、6V×19适用于斜井提升，它的股外层钢丝有9根。由于股中钢丝数量少，钢丝直径相对较粗，使用时其耐磨性、寿命远远高于普通圆股钢丝绳,因此价格也是最高的.
与普通圆股点接触钢丝绳相比，它具有以下优点：
① 接触面积大，耐磨性能好；
② 因股与股之间接触点增多，因而抗压性能好；
③ 总破断拉力可提高20％一25％；
④ 制造时由于预先形成螺距，采用了预变形和强有力的矫直定径装置，消除了捻制残余应力，因而结构稳定，使用时不易断丝，且换绳操作方便.
2.1。2 面接触钢丝绳
从钢丝绳股内各层钢丝之间的接触状态来看，当前国内外的发展趋势是点到线到面。即逐步淘汰使用寿命低的点接触钢丝绳，而由线接触钢丝绳以及面接触钢丝绳所替代。从钢丝绳使用寿命来看，点、线、面接触的三种类型，后者依次比前者提高50％以上.
与普通圆股钢丝绳相比，面接触圆股钢丝绳具有以下优点：
① 耐磨性好，钢丝表面平滑，与绳轮之间的接触面积大，单位压力小，可减少绳轮磨损;
② 耐疲劳性能好,钢丝之间呈面状接触，接触应力小，不易断丝；
③ 破断拉力高；
④ 不松散性能好。
面接触钢丝绳用于斜井提升,当首选股中钢丝数少、钢丝直径粗的6T×7结构。面接触钢丝绳使用寿命比点接触钢丝绳提高50％～100％。
2。1。3 线接触圆股钢丝绳
线接触圆股钢丝绳的圆股内不仅同层钢丝之间为线状接触，而且相邻层钢丝之间也是线状接触.适合斜井提升用钢丝绳推荐的有两种结构，一种是6×9W，另一种是6×7。
（1）6×9W钢丝绳
6×9W结构钢丝绳股中心丝由3根组成,外层相间排列粗细各3根钢丝，粗丝位于内层丝凹处，细丝位于内层丝的凸处。
与点接触钢丝绳相比，具有以下优点：
① 绳股结构较点接触紧密，在使用时可减少股内钢丝的相对滑动。因股内钢丝的捻距相等，故其内层的捻角较小,因而钢绳的结构伸长较小；
② 绳股内相邻层钢丝在全长上呈线接触状态，接触面积大，因而在使用时股内钢丝所受的接触应力小；
③ 钢丝绳的密度系数高，因而在相同强度和直径的情况下，承受载荷高 8%～10％。
(2)6×7钢丝绳
6×7结构钢丝绳是股中心丝外包捻一层钢丝,属于丝数少的线接触钢丝绳，但一般都把它当点接触钢丝绳看待.直径相同的钢丝绳,股中钢丝数少，钢丝直径相对较粗，耐磨性也相应好一些。由于6×7结构股中钢丝直径粗,耐磨性好，而且方便生产,价格便宜，现仍在多数煤矿斜井中普遍使用。
因此，结合我矿实际情况,暂选6×7—NF线接触圆股钢丝绳。
2。2 钢丝绳抗拉强度的选择
钢丝绳的公称抗拉强度按《GB/T 8918—2006重要用途钢丝绳》的规定,从1570 MPa到1960 MPa共列出5个等级.选择强度高的钢丝绳,则安全系数高、强度高,但其弯曲、扭转值相应地就会低些，影响使用寿命。按《煤矿安全规程》的规定：钢丝绳的公称抗拉强度应根据钢丝绳在使用中所承受的最大静拉力和钢丝绳内钢丝破断拉力总和来计算.即：
[1]
式中： ——最大静拉力，kN；
——钢丝绳内钢丝破断拉力总和，kN;
——安全系数,.
最大静拉力不仅包括绳端荷重,而且包括钢丝绳的自身重量。斜井提升系统中，其最大静拉力应考虑倾角及阻力的影响。所以在420第一个地滚筒切点处钢丝绳的最大静拉力为：
［2]
式中：——两辆重车的重量，;
——380挂钩点与420第一个地滚筒切点间钢丝绳重量,kg；
-—轨道倾角，；
——提升容器运动的阻力系数，=0.01~0.015，现取=0.015；
—-钢丝绳与底板和地滚筒间摩擦系数，钢丝绳全部支承在地滚筒上时取=0。15～0.2，局部支承在地滚筒上时取=0.25～0。4，
现取=0.3；
-—重力加速度，。
根据6×7-NF线接触圆股钢丝绳的最小破断拉力，结合耐磨性、安全系数、强度、弯曲、扭转等参数，暂选=1670Mpa。
2。3 钢丝绳单位重量P计算
斜井钢丝绳单位重量计算公式为：
[3]
式中：-—公称抗拉强度，Mpa；
—-钢丝绳长度，m。
则，
所以，应选单位重量大于0。484 kg/m的钢丝绳.
2。4 钢丝绳直径d计算
斜井钢丝绳直径计算公式为:
[4］
式中：——钢丝绳直径,mm;
-—破断拉力换算系数；
——最小破断拉力系数；
——钢丝绳重量系数，kg/100m·mm²。
将初步选定的钢丝绳结构和公称抗拉强度，再加上《GB/T 8918-2006 重要用途钢丝绳》表2和附录A中找出的=1.134、=0.332、=0.351，代人公式得:

考虑到纲丝绳的使用寿命、绞车的磨损和绞车的容绳量，暂选用钢丝绳直径为。
2。5 钢丝绳捻法的选择
钢丝绳的捻法分为4种，即左同向捻、右同向捻、左交互捻、右交互捻.
同向捻的钢丝绳在使用中外层钢丝曲率与滑轮槽的曲率较吻合，接触面大，在与地滚筒等接触中钢丝磨损比较均匀.交互捻钢丝绳外层钢丝不是均匀磨损，局部磨损严重，断丝的机率大，使用寿命短.
同向捻的钢丝绳，由于股内钢丝的扭转力矩与钢丝绳的扭转力矩方向相同，在制造时不可能彻底消除，在斜井提升中终端虽不能自由旋转，但在使用中若稍不注意容易使钢丝绳扭结，不安全。交互捻钢丝绳，由于股内钢丝的扭转力矩与钢丝绳的扭转力矩方向相反，不易产生旋转、扭结等不安全因素。
斜井箕斗提升用钢丝绳宜选用同向捻的钢丝绳，斜井矿车提升用钢丝绳宜选用交互捻的钢丝绳.我矿380斜井采用的是矿车提升，因此选用交互捻的钢丝绳。
2。6 钢丝绳初选型号的确定
综上所述,在符合钢丝绳安全系数的前提下，考虑钢丝绳使用寿命和使用的经济性，暂选线接触圆股钢丝绳6×7—NF—Φ16—1670，捻向为ZS或SZ。

3 绞车选型设计
3。1 绞车型号的选择
国家安全生产监督管理总局已将JT、JKA、KJ、JTK等绞车列为淘汰产品，禁止在煤矿和金属非金属矿山使用。现比较适合的绞车只有JTP、JK两种型号的绞车，其中JK型绞车最小卷筒直径是2m，但从我矿的提升要求和经济性考虑，没有必要使用JK型绞车，而JTP型绞车从各方面都符合我矿的提升条件,且经济实用。
3。1.1 绞车制动系统的选择
现国内矿山普遍使用的绞车主要采用盘闸制动系统,其特点为：
① 结构紧凑，质量小，动作灵敏，安全性好，便于矿井自动化；
② 盘闸制动器的液压控制系统是同绞车的拖动系统、自动化控制相配合的；
③ 制动器还要参与绞车速度控制，制动力矩必须在较宽的范围内进行调节，与此相应的液压站（带二级制动）与之适应。
盘闸制动系统的作用:
① 在绞车停止工作时，能可靠地闸住绞车,即正常停车;
② 在减速阶段及下方重物时，参与绞车的控制，即工作制动；
③ 当发生紧急事故时，能迅速可靠且合乎要求地闸住绞车,即全制动.
3.1.2 绞车电控系统的选择
电磁继电式逻辑电路构成的绞车电控系统和TKD型电控系统已都不符合当前绞车电控系统，现有普通交流接触器式电控系统、PC或PLC控制电控系统和变频调速电控系统三种类型.普通交流接触器式电控系统相比其他两种的安全性能较低，而变频调速电控系统成本较高，PC或PLC控制电控系统适合本设计要求.
所以本设计选用JTP盘形制动绞车，电控系统采用PC或PLC控制电控系统。
3。2 卷筒最小直径D计算
根据《煤矿安全规程》中规定：井下提升绞车的卷筒直径与钢丝绳直径之比值不应小于60。
则，
所以,参照标准卷筒尺寸，选取D=1200mm。
3.3 卷筒最小宽度B计算
根据《煤矿安全规程》中规定：专为升降物料的绞车钢丝绳缠绕层数不可超过3层。
卷筒平均缠绕直径公式为:
[5］
式中：——平均缠绕直径，mm；
--卷筒直径，现取;
——缠绕层数,=3；
——钢丝绳直径，mm；
—-两绳圈间隙宽度,=2~3mm；现取=3 mm。
则，
又根据卷筒B计算公式为：
[6］
式中:——定期试验用的钢丝绳长度,一般取；
—-为滚筒上缠绕的三圈摩擦绳,=3；
—-《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，=4。
则，
所以,参照标准卷筒尺寸，选取B=1000mm。
3.4 最大静张力和最大静张力差计算
根据初步选定的钢丝绳具体型号，将参数代入式[2]可得绞车承受的最大静拉力为：

考虑到我矿运输量和运输距离，采用单卷筒单钩提升，则最大静张力和最大静张力差相等，即重车组位于下部车场开始向上运行的阻力.
所以，
3。5 绞车牵引力F计算
计算绞车牵引力考虑到绞车承受载荷的不均衡性,应取一个安全系数,一般取1.25，则绞车的牵引力应为:
［7］
则：
3。6 电动机的选择
3。6。1 电动机功率计算
电动机功率估算公式为：
[8］
式中：N--电动机功率，KW；
——矿井阻力系数，即考虑提升容器在井筒中活动时的风阻、轨道阻力和钢丝绳弯曲阻力系数，现取=1.2；
——最大提升速度,暂取=1。8 m/s；
—-减速器的传动效率，一级传动时=0.92，二级传动时=0。85；现取=0。85。
则，
3.6.2 电动机转速计算
根据公式：
［9]
式中:——电动机转速，r/min；
—-减速器传动比,现取。
则，
经上述计算，初步选用YR-280S-8型电动机，功率为55KW，额定转速为725 r/min.
3。7 绞车初选型号的确定
综上所述,结合目前国内生产的主要几种绞车型号，初步选定为JTP—1.2×1。0盘形制动绞车，电控系统采用PC或PLC控制电控系统，减速器传动比为24，电动机为YR-280S-8型,其功率为55KW，额定转速为725 r/min。

4 钢丝绳校核
4。1 钢丝绳安全系数校核
查《GB/T 8918—2006重要用途钢丝绳》表9可知钢丝绳最小破断拉力,查《GB/T 8918—2006重要用途钢丝绳》附录A可知破断拉力换算系数，则钢丝绳破断拉力总和，根据式［1］可得：

由此可知，6×7钢丝绳的安全系数符合《煤矿安全规程》的规定。
4.2 钢丝绳单位重量校核
查《GB/T 8918—2006重要用途钢丝绳》中6×7钢丝绳的单位重量，则：

符合要求。

5 绞车校核
5。1 绞车最大静张力和最大静张力差校核
查JTP-1.2×1.0绞车的最大静张力和最大静张力差分别为:
、，则：

所以，该型号绞车的最大静张力和最大静张力差满足要求。
5.2 绞车牵引力校核
查JTP-1.2×1.0绞车参数表可知：

则，
所以,该型号绞车的牵引力能满足要求。
5。3 绞车卷筒校核
5.3。1 钢丝绳直径与卷筒直径比校核
钢丝绳直径与卷筒直径比为：

符合《煤矿安全规程》中井下提升绞车的卷筒直径与钢丝绳直径之比值应不小于60的规定。
5.3。2 卷筒容绳量校核
已知容绳量计算公式为：
［10]
式中:——穿绳孔直径，一般取；
——为滚筒上缠绕的三圈摩擦绳，=3；
——《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,=4；
--平均缠绕直径，；
——定期试验用的钢丝绳长度，一般取.
则，

所以，该型号绞车容绳量符合要求。
5。4 绞车制动力矩校核
已知绞车最大静力矩：

查JTP-1。2×1.0绞车参数表可知绞车额定静力矩为：
则,
所以符合《煤矿安全规定》中对绞车制动性能的要求：工作制动器和安全制动器制动力矩均不应小于绞车最大静力矩的3倍。
5。5 运动学、动力学计算
5。5.1 提升系统变位质量计算
查JTP-1。2×1.0绞车参数表可知：
绞车的变位质量：
电动机的变位质量：
钢丝绳的变位质量:
两辆重车的变位质量:
则变位质量总计：

5。5.2 运行参数的确定
查JTP—1.2×1。0绞车参数表可知,提升系统最大提升速度，符合《煤矿安全规程》中：斜井用矿车升降物料时,速度应不超过的规定。参照《煤矿安全规程》对斜井提升运行参数的规定，本设计运行参数确定如下：
（1）初加速度：；
(2)车场内低速运行速度：；
（3）主加、减速度:;
（4）自然减速度：；
（5）最大运行速度：；
（6)休止时间（摘挂钩和发信号时间）:。
5。5。3 运动学的计算
(1）重车在380车场运行阶段
① 初加速阶段时间：
② 初加速阶段距离：
③ 初等速阶段距离：
④ 初等速阶段时间：
（2）重车在井筒里运行阶段
① 主加速阶段时间:
② 主加速阶段距离：
③ 主减速阶段时间：
④ 主减速阶段距离：
⑤ 高等速阶段距离:
⑥ 高等速阶段时间：
(3)重车在420车场运行阶段
① 末减速阶段时间：
② 末减速阶段距离：
③ 末等速阶段距离：
④ 末等速阶段时间：
（4）具体的提升运动学图如下:

图2 提升运动学图
5.5.4 动力学的计算
(1)重车在380车场运行阶段
① 初加速开始时：

② 初加速终了时：

③ 初等速开始时:

④ 初等速终了时：

（2)重车在井筒里运行阶段
① 主加速开始时：

② 主加速终了时:

③ 高等速开始时：

④ 高等速终了时：

⑤ 主减速开始时：

⑥ 主减速终了时：

（3)重车在420车场运行阶段
① 末等速开始时：

② 末等速终了时:

③ 自然减速开始时:

④ 自然减速终了时：

（4)具体的提升动力学图如下：

图3 提升动力学图
5.5。5 等效力的计算
将各阶段力的平方与该段时间乘积计算如下：

等效时间为：
则等效力为:
5.5。6 空车下滑力计算
钢丝绳全长暂取,则空车在420井口的下滑力为:

空车在420井口的阻力为：

钢丝绳阻力为:

则,
所以，空车下滑时能满足拖动钢丝绳的要求。
5。6 电动机校核
5.6.1 电动机功率校核
已知等效力，则等效功率为：

则，
从以上计算可知，所选电动机容量是合适的。
5.6。2 电动机过载系数校核
电动机过载系数为:
［11]
式中：——最大阻力，即。
则，
由此可见，所选YR-280S-8型电动机是合适的。
5。6。3 最大提升速度的校核
根据式[9]换算可得在电动机额定转速下绞车的最大提升速度公式为：
[12]
式中：—-电动机额定转速，。
则，

所以，电动机能满足最大提升速度的要求。
5。7 实际提升能力计算
一次循环提升时间为：

每小时最大提升矿车量为：

每小时最大提升量为:

则，年最大提升量为：
[13]
式中：—-提升不均匀系数，当只设一套提升装置时,；
-—年实际工作天数，现取;
-—暂设一班制，则日实际工作时间为。
则，
6 结论
经上述计算和校核，本设计选用的线接触圆股钢丝绳6×7-NF和JTP-1。2×1.0盘形制动绞车能够满足提升要求。其具体参数列表如下：
表1 钢丝绳技术参数
钢丝绳型号
6×7—NF线接触圆股钢丝绳
钢丝绳直径
Φ16mm
钢丝绳用途
重要用途（斜井提升）
钢丝绳最小破断拉力
142kN
钢丝绳公称抗拉强度
1670Mpa
钢丝绳单位重量
89。9kg/100m
钢丝绳捻向
交互捻（ZS或SZ)

表2 绞车技术参数
绞车型号
JTP-1.2×1。0盘形制动绞车
绞车用途
专提物,不提人
绞车提升方式
斜井提升
绞车卷筒个数
1个
绞车卷筒直径
1200mm
绞车卷筒宽度
1000mm
绞车卷筒容绳量
660m
绞车许用最大静张力
和最大静张力差
30kN
绞车最大提升速度
1.84m/s
电动机型号
YR—280S-8
电动机额定功率
55KW
电动机额定转速
725r/min
减速器传动比
24

参考文献

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[2] 张德明,李少磊,徐恩华。新编矿山采矿设计手册［M］. 北京:中国矿业大学出版社,2007。
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[5] 张德英,李广宇，向卫国。斜井提升用钢丝绳的选择方法[J］.煤矿机电。2005年第2期,2005。
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参考规范性文件

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［2] GB/T 8919—1996 制绳用钢丝
［3] MT 716—2005 煤矿重要用途钢丝绳验收技术条件
[4] GB 20181-2006 矿井提升机和矿用提升绞车安全要求
［5］ AQ 1033 煤矿用JTP型提升绞车 安全检验规范
[6] JB/T 8519—1997 矿井提升机和矿用提升绞车 盘形制动器
[7] GB l6423—2006 金属非金属矿山安全规程
[8] 煤矿安全规程（2011年版）
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