论文某矿立井井塔式多绳摩擦提升设备选型设计计算书[整理].docx

第1章 概 述
该矿是一座年产原煤320万吨的大型现代化矿井，新井采用主、副井混合多绳摩擦轮提升。矿山南有京唐港，西有塘沽港，公路、铁路、海运极为便利。矿业分公司煤种以肥煤为主，并有少量气肥煤和焦肥煤，拥有国内较为先进的大型综采设备，采煤机械化程度为100%；建有一座原西德引进设备、年入洗能力达400万吨的大型现代化洗煤厂。洗煤采用分计入洗、块煤重介、末煤跳汰、煤泥浮选的联合工艺流程，主要产品有精煤、洗混块、洗末、煤泥等。现年产9级和10级精煤90万吨，广泛应用于冶金、铸造、化工等行业。随着煤炭开采的机械化程度的提高，矿井提升工作是重要环节，从井下采出的煤炭及矸石的提升，材料的下放，人员和设备的升降，都是由提升设备来完成的。
随着矿井开发深度的增加和一次提升量的增大，多绳摩擦式提升机在矿井生产中应用逐渐增加。多绳摩擦式提升机最大的优点是适用于深井，完成单绳缠绕式提升机不能承担的提升任务。当多绳摩擦轮提升机安装在井塔上时，减少了工业广场的占地面积，并为地面生产系统的布置创造了有利条件。多绳摩擦式提升机是今后提升设备发展的方向之一。
本设计依据某矿新井现场条件，设计年产量为220万吨，做主井井塔式
多绳摩擦提升设备选型，设计内容主要包括：矿井概况；提升容器、提升钢丝绳、提升机等提升设备选择；提升设备运动学与动力学计算；防滑计算与校验；绘制提升机房大厅设备布置图一张，绘制新井井筒设备平面图一张。

第二章 主井提升设备选型与设计
2.1 设计依据
1、井筒直径：7.8m；
2、设计年产量：218t/a；
3、年工作日：300d；
4、日工作小时：14h；
5、井口标高：30.5m；
6、二水平标高：—490m；
7、装载高度：44.73m；
8、卸载高度：14.049m；
9、散煤密度：1.05
10、电压等级：6000V.
根据以上资料，现设计如下：
2.2 提升容器选择
一、提升高度计算
(m)
＝520.5+14.049+44.73＝579.279(m)
式中——井筒深度520.5m；
——卸载高度14.049m；
——装载高度44.73m.
二、合理的经济速度
(m/s)
0.4
9.63 （m/s）

式中——提升高度579.279 m.
三、估算一次提升循环时间
(s)

＝98.99 （s）
式中——初定主加速度值，箕斗可取；
——箕斗在卸载曲轨内减速或爬行所需附加时间，箕斗提升取10s；
——装卸载休止时间取 16s；
四、估算一次合理的经济提升量
（t/次）
式中—矿井设计年产量t/a；
——提升能力富裕系数；仅考虑：水平提升 取；
——不均匀系数；考虑井底设置煤仓 取 =1.15；
——年工作日300d；
——日工作小时数14h 。
根据一次合理的经济提升量，查表【8】选箕斗选择JDG—16/150×6型多绳箕斗（注意：箕斗钢丝绳根数应与主提升钢丝绳根数一致），箕斗主要技术参数：
箕斗名义载荷——16t；
箕斗有效容积—— 17.6；
箕斗最大终端载荷——60t；
提升主绳根数——6根；
箕斗自身质量——15t；
箕斗全高——15.6m.
五、计算实际一次提升量
（一）、定量装载实际一次提升量

（二）、实际装载

式中：——标准箕斗有效容积，t；
——煤的松散密度，，，考虑到，已能满足生产要求，故后面计算中取采用定量装载。
（三）、计算一次提升循环时间

（四）、计算提升机所需的提升速度

10.39（）
提升机的最大提升速度应符合《煤矿安全规程》的规定：
对立井箕斗＝＝14.44(m/s)

满足要求.
2.3 提升钢丝绳选择
一、主井提升钢丝绳每米长度质量计算

式中：——主绳根数，；
—— 一次有益提升质量kg；；
——容器自身质量kg；t；
——钢丝绳抗拉强度；；
——钢丝绳安全系数，7.2-0.0005Hc=7.2-0.0005×633.6=6.88；
——钢丝绳最大悬垂长度,m：

——提升高度，m；
——提升容器卸载位到天轮中心线的距离m：
，
——井塔高度,

——过卷高度10m，见2010版《煤矿安全规程》P213；
——导向轮半径1.5m；
——摩擦轮与导向轮之间的中心垂直高差；
——箕斗(容器)全高15.6m；
取50.95m（考虑防撞梁安装尺寸等）。

根据箕斗装载量,查提升机表【8】初选提升机为JKM3.5/6(Ⅲ)
=3.5m；
；
；
；

——尾绳环高度，（m）；
=10+1.5×2.2＝13.3（m）
取17.35m（考虑楔型罐道安装尺寸等）。
S ——两容器中心距离（m） ， S = 2.2m.
规程规定：

选钢丝绳类型，根据,和查钢丝绳技术规格表选主提升钢丝绳，选6△（30）三角股钢丝绳，左捻、右捻各三根，主要技术规格：
钢丝绳抗拉强度：= 1700MPa；
钢丝绳直径：= 35mm；
钢丝绳每米长度质量：=4.756kg/m；
钢丝绳破断拉力总和：=816500N.
钢丝绳安全系数校验 ：

式中：——钢丝绳破断拉力总和N，
——钢丝绳安全系数（查2010版《煤矿安全规程》P215页）.
二、平衡尾绳选择
平衡尾绳品种选择：采用重尾绳时提升有利。考虑到圆股绳6×37平重柔性较好，货源易解决，故采用6×37点接触钢丝绳。
计算平衡尾绳每米长度质量：

尾绳只承受本身质量，抗拉强度可选用=1400MPa,根据计算抗拉强度，查钢丝绳技术规格表选尾绳。
主要技术参数：
选两根： 钢丝绳抗拉强度
钢丝绳每米长度质量 = 11.074 kg/m
钢丝绳直径
再选一根：
，
尾绳与主绳每米长度质量差：

2.4提升机选择计算
一、提升机摩擦轮直径的计算
《煤矿安全规程》规定：落地式及有导向轮的塔式摩擦轮提升机，提升机摩擦轮直径需按下列条件确定，井上用：
，
——绳中最粗钢丝直径。
， ， 取3500mm。
二、提升机选型
根据计算出的值取大值，查表选择提升机：JKM——3.5/6（Ⅲ）型多绳摩擦式提升机，主要技术参数：
主导轮直径 ；
导向轮直径；
最大静张力；
最大静张力差；
提升机变位质量；
导向轮质量。
2.5提升机与井筒相对位置计算
一、井塔高度

井塔高度，如图1所示，结合现场实际，井塔各部分尺寸如下：
——井塔高度50.95m；
——卸载高度14.049m；
——容器（箕斗）全高15.6m，箕斗箱高度11.3m；
——过卷高度查《规程》， 取10m；
——箕斗箱顶部至防撞梁底之间的距离11.651 m，结合现场实际确定；
——防撞梁的底部到导向轮的中心线的距离6.65m；
——导向轮半径1.5m；
——摩擦轮与导向轮之间的垂直高差7.3m。
二、确定主导轮与导向轮之间的水平距离

式中 —— 两容器中心距离 2.2m；
——导向轮半径1.5m；
——主导轮（摩擦轮）半径1.75m。
三、确定围包角
主导轮与导向轮中心距离

式中——主导轮与导向轮之间的高差7.3m，对有导向轮时，钢丝绳在主导向轮上的围包角限制在之内，即。
2.6按防滑条件确定加配重
一、按静防滑条件求容器质量

式中：——矿井阻力系数，对箕斗，罐笼；
——静防滑安全系数=1.75；
——一次有益提升质量16000kg；
—— 主绳根数 6；
——每米长度质量4.756kg/m；
——钢丝绳悬垂长度 633.6m；

二、按动防滑条件求容器质量

式中 —— 导向轮变位质量kg；
其余符合意义同前。
比较和， 取大者计算所需容器配重：

2.7校验钢丝绳强度
一、加配重后钢丝绳终端载荷

二、计算钢丝绳安全系数

式中： ——分别为主绳和尾绳根数,；
—— 容器配重加配重后钢丝绳终端载荷36258kg；
——分别为主绳和尾绳每米长度质量；
2根，1根；
——提升高度579.279m；
——提升容器卸载位到天轮中心线的距离36.9m；
—— 尾绳环高度，17.35m；
值查《规程》：。
2.8 校验提升机强度
一、钢丝绳最大静张力
式中 ——容器配重质量5258kg；
—— 容器自身质量 15000kg；
其余符合同前。
二、钢丝绳最大静张力差

式中 —— 一次有益提升量，16000kg；
—— 提升高度，579.279m；
—— 尾绳与主绳每米长度质量之差 0.165 kg/m，
；

满足要求。
2.9 衬垫比压验算
一、初选衬垫

2.10 提升系统变位质量
一、预选电动机
电动机功率

式中 ——， 箕斗取1.15；
——一次有益提升量 16000Kg；
——最大提升速度10.39m/s；
——动力系数，箕斗取1.2～1.4 ，强迫通风取1.05；
——减速器效率电动机技术参数 ：
额定功率＝2050kw；
额定速度；
电动机过载倍数＝2.5；
转子变位质量＝ 720000 ；
额定电压 750V。
二、实际提升速度

式中——主导轮直径3.5m；
——速比，直流直联=1，
规程规定：
符合要求。
三、提升系统变位质量

式中 —一次有益提升量 16000kg；
——容器（箕斗）的质量15000kg；
——容器配重质量5258kg；
——电动机转子变位质量,

——导向2520kg；
——提升机变位质量11400kg。
2.11 运动学计算
一、提升速度确定
主井箕斗提升机采用六阶段速度图。
二、提升加速度确定
(一)、专门升降物料时
。
(二)、按充分利用电动机过负荷能力计算
式中 ——电动机过载能力2.5；
—— 电动机作用在主导轮上的额定力，

——矿井阻 箕斗取1.15；
——一次有益提升量16000kg；
—— 主、尾绳每米长度质量之差0.165kg/m；
—— 提升系统变位质量112692kg。
按防滑条件计算允许的加速度（按提升开始考虑）
1、计算提升侧钢丝绳静张力

式中 ——上升侧矿井阻力，

—— 一次有益提升量16000kg；
其余符合同前。
2、计算下放侧钢丝绳静张力 式中 ——下放侧矿井阻力。
3、计算上升侧变位质量

4、计算下放侧变位质量

式中 ——2520kg；
5、按防滑条件确定加速度

三、主减速度确定
(一)、《规程》规定同加速度。
(二)、采用自由滑行减速时

式中——矿井阻力系数，箕斗取1.15；
——一次有益提升量16000kg；
—— 主尾绳每米质量差值，
；
——提升系统变位质量；
(三)、按防滑条件计算允许的减速度（按提升终了考虑）
1、计算上升侧钢丝绳的静张力

式中——上升侧矿井阻力,；
其余符合意义同前。
2、计算下降侧钢丝绳的静张力

式中。
3、计算上升侧变位质量
式中——导向轮变为质量2520kg。
4、计算下降侧变位质量

5、按防滑条件计算允许的减速度

四、速度图各参数计算
（一）、初加速度段
初加速度
式中——箕斗离开卸载曲轨的速度,一般；
——卸载曲轨行程，查书 2.35；
初加速时间。
（二）、主加速段
主加速度 ；
主加速度时间；
主加速度行程。
（三）、减速度
减速度时间
式中 ——爬行速度 查表取值；
减速行程。
（四）、爬行段
爬行速度 （查表）；
爬行距离 （查表）；
爬行时间。
等速段行程

等速段时间
（六）、一次提升循环时间

式中：——制动轮抱闸停车时间可取1s；
——休止时间，查表16s。
2.12 防滑验算
为了防止钢丝绳滑动，保证摩擦提升安全可靠运行，必须进行防滑验算。
一、静防滑验证

式中 ——提升终了时上升侧钢丝绳静张力，，
参见前述计算防滑允许的减速度中相应的。
——提升终了时下降侧钢丝绳静张力，，
参见前述计算防滑允许的减速度中相应的。
二、动防滑验算
(一)、加速终了时，上升侧钢丝绳静涨力

(二)、加速终了时下降侧钢丝绳静涨力

(三)、计算上升侧变位质量

(四)、计算下降侧变位质量

(五)、验算动防滑安全系数

动防滑安全系数应满足。
三、提升载荷安全制动防滑验算
《规程》规定：
第一：安全制动时，最大制动力矩必须大于三倍最大位移力矩；
第二：安全制动时，全部机械的制动减速度在提升重载时不得大于；
第三：安全制动时，全部机械的减速度不得超过钢丝绳的防滑极限减速度。
(一)、根据《规程》规定，计算安全制动所需制动力矩，为了安全制动的安全平稳，又不致使提升机械减速度过大，防止钢丝绳打滑，采用二级制动。制动时，先施加第一级制动力矩，使制动减速度大于，当速度降至零后，再施加第二级制动力矩，第二级制动力矩应大于，保证安全可靠地闸住提升机。
第一级制动
式中
第二级制动力矩
(二)、验算提升机载荷实际的安全制动减速度
对﹥0重尾绳，提升开始时进行安全制动对防滑最不利

(三)、计算提升载荷的滑动极限减速度

式中——重尾绳系统，提升开始时上升和下放侧钢丝绳静张力N，
参见允许的加速度计算中的值，；
——单个容器的,
；
—— 一次有益提升量16000kg；
——分别为上升侧和下放侧变位质量，

2.13 动力学计算
一、初加速段拖动力
初加速开始：

式中 ——主尾绳每米长度质量之差值；
—— 初加速度值 ；
初加速终了：

二、主加速段拖动力
主加速开始

主加速终了
三、等速段拖动力
等速段开始
等速段终了
四、减速段拖动力
减速段开始
减速段终了
五、爬行段拖动力
爬行段开始
爬行段终了
2.14 一、计算等效力

等效力

对强制通风散热电动机=
为一次提升循环时间 参见前述计算
二、电动机等效功率

式中——最大提升速度，；
=0.98；
电动机等效功率满足要求。
三、验算电动机过负荷电力

式中：—— 电动机最大拖动力参见图 ；
——电动机过负荷系数 2.5；
——电动机额定拖动力，

式中：——电动机额定功率；
——减速器效率 0.98；
——最大提升速度 。
一、一次提升电耗

式中：1.02——考虑提升机附属设备（如润滑油泵制动油泵、制动油泵、磁力站、动力制动电源装置）耗电量的附加系数；
——最大提升速度；
——减速器效率，取0.98；
——电动机效率，取1；
积分式

二、吨煤电耗

式中：——一次提升量16t.
三、一次提升量有益电耗

四、提升设备效率

2.16 校验提升能力
一、实际提升能力

式中：——年工作日300d；
—— 日工作小时数14h；
—— 一次有益提升量16t；
—— 提升不均匀系数，箕斗提升有井底煤仓取C=1.2 ；
——一次提升循环时间89s，
实际提升能力﹥＝万t（设计年产量）满足要求。
图1提升机与井筒相对位置图（单位）
图2主导轮与导向轮关系图

图3 提升速度图、加速度图、力图

小 结
通过这次《某矿井立井塔式多绳摩擦式提升设备选型设计》的毕业设计，使我熟悉了立井塔式多绳摩擦提升机选型设计的过程、步骤，在对矿井用提升机、提升系统设备的类型、型号、技术参数选用时能够按要求，经过各个面经济上、技术上的比较，合理地选择出配套的使用设备，对各类型的设备在不同场合的使用情况也有了一定的了解，增加了我的实际知识。
在设计过程中，我进一步加深对所学理论的理解和掌握，理论联系实际的能力得到进一步提高，提高了自己的研究分析、解决问题的能力。而且，通过制图能够让我熟练的掌握CAD，为我今后从事煤矿专业工作和设计制图打下良好的基础。
从实习到毕业设计完成这段时间，非常感谢领导及辅导老师的支持与帮助。

参 考 文 献
[1]周乃荣,严万生.《矿山固定机械手册》[M].北京: 煤炭工业出版社,1986.
[2]陈维.《矿山运输与提升设备》[M].北京: 煤炭工业出版社,2004.
[3]牛树仁,陈滋平.《煤矿固定机械及运输设备》[M].北京:煤炭工业出版社,1997.
[4]蔡春源,蒋尊贤,李自治.《机械设计手册》[M]. 辽宁:辽宁科学技术出版社, 1990.
[5]中国矿业学院.《矿井提升设备》[M].北京:煤炭工业出版社,1980.
[6]范家骏.《矿井多绳提升选型设计》[M].北京:煤炭工业出版社,1981.
[7]国家安全生产监督管理局，国家煤矿安全监察局.《煤矿安全规程》[M].北京:煤炭工业出版社,2010.
[8]毋虎成，裴文喜主编.《矿山运输与提升设备》. 北京: 煤炭工业出版社,2006.