第六章主立井单绳缠绕式提升设备的选型计算.docx

第六章主立井单绳缠绕式提升设备的
选型计算

一、提升容器的选择
1．确定合理的经济速度
立井提升的合理经济速度为 Vj=0.4√H

式中 Vj—经济提升速度，m／s；
H——提升高度，m；
H=Hs +H x+Hz
Hx--卸载水平与井口高差，简称卸载高度，m，箕斗：Hx =18m一25m，罐笼Hx=0；
Hz——装载水平与井下运输水平高差，简称装载高度，m，箕斗： Hz =18m~25m，罐笼Hz =0;
Hs —井筒深度，m。
2．估算一次提升循环时间(按五阶段速度图估算)
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／s2，在以下范围内选取：罐笼提升时，≤0.75m／s2，箕斗提升时，≤0.8m／s2；
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；
θ—休止时间。
3、计算一次合理的经济提升量

式中 rnj--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，1．1～1．15，无井底煤仓时，1．2；
af——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；
br ——提升设备年工作日数，一般取 br =300d；
t——提升设备日工作小时数，一般取t=14h。
根据计算出的一次合理的提升量mj取之相近的标准容器，并列表记录其技术规格。
4．确定实际一次提升循环时间T′x及完成年产量An的最大提升速度V′m。
（1） 根据所选出的型号，计算一次提升循环所需要的时间为

（2） 计算提升机所需的提升速度
（3）
二、提升钢丝绳的选择计算
当选定标准容器之后，则可按下边的公式计算钢丝绳每米质量

m-----一次提升货载质量，kg
Mz——提升容器自身质量，kg；
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，
Hs --井筒深度，m；
Hz —装载高度，m，罐笼提升，Hz =0，箕斗提升，Hz =18m一25m；
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，15m一25m；箕斗提升，30m～35m。
σB-----钢丝绳的抗拉强度，Pa，
ma--钢丝绳的安全系数。
计算出mp后，从钢丝绳技术规格表中选取与之相近或稍大的钢丝绳，列表摘录有关钢丝绳的数据，并按规定和国标，写出所选钢丝绳的完整标记。
钢丝绳选出后，应按照实际所选钢丝绳的数据验算其安全系数。

式中 Qp ——所选钢丝绳所有钢丝破断力之和N，在钢丝绳规格表中查取。
三、矿井提升机和天轮的选择计算
1、 提升机滚筒直径的确定
《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

式中 D——滚筒直径，mm；
d——钢丝绳直径，mm；
δ——钢丝绳中最粗的钢丝直径，mm，其值在钢丝绳规格表中查取。
根据计算值选取标准的滚筒直径。
2、提升机滚筒宽度的验算
单滚筒或双滚筒提升机，每个滚筒的实际容绳宽度为：
单和多层缠绕时分别为

式中 B′—提升机所需的滚筒缠绳宽度，mm；
D------多层缠绕时平均缠绕直径，即
k----缠绕层数。
3、提升机的最大静张力和最大静张力差的计算
为了保证提升机有足够的强度，还必须验算所选提升机的最大静张力及最大静张力差，使其满足下式，

4、确定提升机的标准速度
根据公式(7—6)计算出B和根据D、 Fjmax、Fcmax选出的提升机型号，在提升机规格表中选出提升机的标准速度V″m，同时，减速器的传动比也就随之确定。
5、天轮的选择
天轮也按确定滚筒直径的公式计算，同样选定后要摘录其有关技术数据。
四、矿井提升机与井筒相对位置的计算
1、井架高度

式中：Rt—天轮半径，m
Hg—过卷高度，m；
Hr----容器全高，m，此值可由容器规格表中查得
将上式的计算值圆整为稍大的整数。
2、滚筒中心线至井筒中提升钢丝绳间水平距离

式中 Hj——井架高度，m；
D—提升机滚筒直径，m。
计算结果一般取较大的圆整值。
3、钢丝绳弦长

式中 D —天轮直径，m；
co——滚筒中心线至井口水平的高差，m，此数值决定于提升机滚筒直径、提升机房的结构和地形等情况，设计时一般取co：1m～2m。
4、钢丝绳的外偏角和内偏角
(1) 、双滚筒提升机单层缠绕时
最大外偏角和内偏角

式中 B——提升机滚筒宽度，m；
S——提升机两天轮间距离，m，此值决定于容器规格及容器在井筒中的布置方式，与采用的罐道形式也有关；
a—两滚筒之间的间隙，m，不同形式的提升机。值不尽相同，可参阅提升机规格表的有关参数得出；
d——钢丝绳直径，m；
ε——钢丝绳缠绕在滚筒上的绳圈间隙，m；
Lx——钢丝绳弦长，m。
H——提升高度，m；
D——提升机滚筒直径，m。
(2) 双滚筒提升机多层缠绕时

5、提升机滚筒的下出绳角

五、提升电动机的初选计算
1、电动机的估算功率

式中 P—提升电动机估算功率，kW；
v″m—提升机的标准速度，m／s；
k——矿井阻力系数，箕斗提升K=1．15，罐笼提升k=1．2；
m一次提升实际货载质量，kg；
Q——一次提升实际货载重量，N；
φ ——考虑提升系统运转时，有加、减速度及钢丝绳重力等因素影响的系数，箕斗提升：1.2～1.4，罐笼提升1.4；
ηj--减速器传动效率，单级传动功0.92，双级传动0.85。
2、电动机的估算转数

式中 i——减速器的传动比；
D——提升机滚筒直径，m。
3、初选电动机
按上面计算出来的P、v"m在电动机技术数据表中选用合适的电动机，并摘取有关技术数据。
4、确定提升机的实际最大提升速度

式中 Vm提升机实际最大提升速度，m／s；
n——已选出电动机的额定转数，r／min。
由上式计算出来的vm之值还应符合《煤矿安全规程》对最大提升速度的要求。
六、提升系统的变位质量

式中：Lp—提升钢丝绳全长，Lp=Hc+Lx+3丌D+30+n′丌D，m；
Hc—钢丝绳的悬垂长度，m；
Lx—钢丝绳弦长，m；
3πD—3圈摩擦圈绳长度，m；
30—试验绳长度，m；
n′πD—多层缠绕的错绳用绳长，m；n′=2—4圈；
mp—提升钢丝绳的每米质量，kg／m；
mt—天轮的变位质量，ks；
mj—提升机(包括减速器)的变位质量，kg。

七、提升设备的运动学计算
1、提升速度的阶段的确定
立井底卸式箕斗，为了保证箕斗脱离卸载曲轨时的速度不大于1.5m/s，需要有初加速阶段，在停车前为了补偿减速行程的误差及限制重箕斗对井架和曲轨的冲击，保护装载设备，提高停车的准确性，故需要设爬行阶段，帮采用六阶段速度图。
2、提升加速度的确定
（1） 箕斗提升初加速度ao的确定
如上所述，为了保证提升开始时，空箕斗对卸载曲轨及井架的冲击不致过大，箕斗离开卸载曲轨时的速度被限制在vo≤1．5m／s。

（2） 主加速度a1的确定
主加速度a1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。
(1)《煤矿安全规程》对提升加、减速度的规定：“立井中用罐笼升降人员时加速度和减速度，都不得超过0．75m／s2；对升降物料的加、减速度规程没有规定，一般在竖井，加、减速度最大不超过1．2m／s2。
(2)按电动机的过负荷能力来确定。

式中 Fe——电动机的额定拖动力，N；

Pe--电动机额定功率，kW；
ηj——传动效率；
λ——电动机过负荷系数。
(3)按减速器允许的输出传动转矩来确定。

式中 [Mmax]——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。
综合考虑上述三个条件，按其中最小者确定主加速度d1的大小。
3、提升减速度的确定
提升减速度一般取与加速度相同值。它不仅需要满足上述《煤矿安全规程》的规定，同时还与提升设备所采用的减速方式有关。目前提升机的减速方式有以下三种：
1．自由滑行减速

2．电动机减速方式

3．制动减速方式

4、提升速度图参数计算
（1） 卸载曲轨中初加速时间

（2） 主加速阶段
加速时间

加速阶段的行程

（3） 主减速阶段
减速阶段时间

减速阶段行程

（4） 爬行阶段
爬行时间

爬行速度阶段的爬行距离及爬行速度值由表8—1查出。
（5） 抱闸停车阶段
t5=1s，
（6） 等速阶段
等速阶段的行程
h2=H-ho-h1-h3-h4

等速阶段的时间

7．一次提升循环时间
Tx=t0+t1+t2+t3+t4+t5+θ

速度图计算完后，需重新验算提升能力富裕系数af。
提升设备小时提升能力为

提升设备的年实际提升量为

提升能力的富裕系数为

式中 An——矿井设计年产量，t／年；
br——年工作日数，日／年；
r——每日提升小时数，h／日；
c——提升不均衡系数，主井提升，一般有井下煤仓时取1．10～1．15；无井下煤仓时取1．20
最后绘制出提升速度图。
八、提升设备的动力学计算
单绳缠绕式无尾绳提升设备的基本动力方程式为

(1)初加速度阶段 提升开始时，x=0，a=a0，故拖动力F0为

出曲轨，x=h0，a=a0，拖动力为F0′为

(2)主加速阶段a=a1 ，x=h0开始时，，拖动力为F1

，a=a1，xh0+ h1拖动力为F1′

(3) 等速阶段x=h0+ h1，a=0 开始时，，拖动力F2为
F2=F′1-∑ma1
终了时
F′2=F2-2 mpg h2
(4) 减速阶段 开始时，，拖动力F3为
F3= F′2-∑ma3
终了时
F′3=F3-2 mpg h3
(5) 爬行阶段
开始时，拖动力
F4= F′3+∑ma3
终了时
F′4=F4-2 mpg h4

根据本节计算结果画出力图，数值标人图中。在设计说明书中，速度图和力图是绘制在—起的。
九、提升电动机容量的计算
1、提升电动机等效容量的计算

式中 κ——比例常数；
I——电动机定子绕组中通过的电流；
dqr——电动机定子绕组产生的热量。
式中 Fd——提升电动机作用在滚筒圆周上的等效力，N；
Td——等效时间，s，对于强制通风电动机Td=Tx。
对于自带风扇装置的电动机，其等效时间为
Td=a(to+t1+t2+t3+t4+…)+t2+ βθ
式中 a——考虑电动机在低速运转时的散热不良系数；
β——考虑停车间歇时间的散热不良系数；
θ——休止时间，s。

利用上式计算时，若采用减速方式不同，F3 、F′3的数值 也不同，爬行阶段也类同。
电动机的等效容量为

式中 Vm--提升容器的最大提升速度，m／s；
ηj----提升机减速器的效率，一级传动时ηj =0．92；二级传动时ηj =0．85。
2、电动机容量的验算
根据上式计算出电动机的等效容量Pd后，需按如下三个条件来验算前面初选的电动机的容量是否合适。
（1） 按电动机允许发热条件应满足

式中Pd——初选电动机的额定功率。
（2） 按正常运行时电动机过负荷能力应满足

式中 Fmax———力图中最大拖动力，N；
Fe--初选电动机的额定出力，N；
入——初选电动机的最大过负荷系数。
（3） 在特殊情况下，电动机过负荷能力应满足

Ft为特殊过负荷力，在下列情况下发生：
(i) 普通罐笼提升时，空罐笼位于井底支撑装置上，而把井口重罐笼稍向上提起时产生的特殊力为

式中 F′t——考虑到动力的附加系数，取／J’二1．05～1．10；
Q——一次提升货载重量；
Qz——容器自重。
(ii) 在更换水平或调节绳长时，打开离合器而单独提升空容器时产生的特殊力为

按上述三个条件验算时，其中有一个条件不满足，则必须重选电动机，并重新计算提升系统变位质量，计算运动学、动力学、校验电动机容量，直到合适为止。如果仅条件3中的(1)不满足，可考虑改用摇台代替罐座。
十、提升设备的电耗及效率的计算
1、一次提升电耗

式中 F——力图中各阶段变化力，N；
Vm-提升容器实际最大提升速度，m／s；
1．02——考虑提升机的附属设备(如润滑油泵、制动油泵、磁力站、动力制动电源装置等)耗电量的附加系数；
ηi——减速器效率；
ηd--电动机效率。
积分式

利用上式计算时，应注意以下几点：(参考教材)
2、吨煤电耗W：及提升设备的年电耗电W。

式中 An——矿井年产量，t／年。
3、一次提升有益电耗Wy

4、提升设备的效率η