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山西工程技術學院 畢業(yè)設計說明書 學生姓名 ： 王鵬 學號 ： 150514016 專業(yè) ： 機械設計制造及其自動化 指導教師 ： 董清華 所屬系（部） ： 機械電子工程 二〇一九年六月 礦井主井提升設備選型與設計 摘 要 隨著社會的發(fā)展，為了提高生產效率以及各項技術指標，在世界范圍都在進行對于礦井的技術改造，這種趨向是向著效率更高、使用拆裝更加方便的發(fā)展。 礦井提升的任務主要是沿著井筒上下提升煤炭、矸石、各種工具，設備以及人員,所以，礦井提升機對于聯(lián)系井下與地面的生產設備是很重要的，是礦井提升的主干，因而，它在機械生產中具有崇高的地位。 伴隨社會生產力的不斷進步和生產規(guī)模的整體化、現(xiàn)代化，采礦技術的轉化過程、設備性能的提高、規(guī)模的擴大和自動化控制迅速發(fā)展。目前，起重設備已發(fā)展成為大型機電控制集團或單元。國外箕斗提升能力已超過50噸，提升速度約為每秒20米，牽引功率超過10000千瓦。運行控制使用統(tǒng)一控制和全自動化。 本文的主要內容是對多繩摩擦式礦井提升機的選型設計。主要六個部分:第一部分是介紹提升機的類別；第二部分是提升機總體方案選定；第三部分是提升機設備的選型計算；第四部分是提升機的制動裝置選型；第五部分是提升機的輔助裝置的選擇；第六部分是提升機的安全防護原則；第七部分是經濟性考慮； 關鍵詞：提升機；提升容器；鋼絲繩；選型設計；輔助裝置； ii Type Selection and Design of Mine Main Shaft Lifting Equipment Abstract With the development of society, in order to improve the production efficiency and various technical indicators, the technical transformation of mines is being carried out worldwide, which tends to be more efficient and more convenient to use and disassemble. The main task of mine hoisting is to hoist coal, gangue, various tools, equipment and personnel up and down the shaft. Therefore, mine hoist is very important for connecting underground and ground production equipment, and is the backbone of mine hoisting. Therefore, it has a lofty position in mechanical production. With the continuous progress of social productivity and the integration and modernization of production scale, the transformation process of mining technology, the improvement of equipment performance, the expansion of scale and the rapid development of automation control have been achieved. At present, lifting equipment has developed into a large electromechanical control group or unit. Overseas skip lifting capacity has exceeded 50 tons, lifting speed is about 20 meters per second, traction power exceeds 1000 kW. Operation control uses unified control and full automation. The main content of this paper is the selection and design of multi-rope friction mine hoist. The main six parts are as follows: the first part is to introduce the category of hoist; the second part is to select the overall scheme of hoist; the third part is to select and calculate the type of hoist equipment; the fourth part is to select the brake device of hoist; the fifth part is to select the auxiliary device of hoist; the sixth part is the principle of safety protection of hoist; the seventh part is to consider the economy; Key word:Hoist; Hoisting container; Wire rope; Selection design; Auxiliary device; ii 目 錄 摘 要 i Abstract ii 1 提升機的分類與組成 1 1.1 礦井提升類型介紹 1 1.2 礦井提升機結構及作用 2 1.2.1 工作機構 3 1.2.2 制動系統(tǒng) 3 1.2.3 機械傳動系統(tǒng) 3 1.3 礦井提升機的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 3 1.4 多繩摩擦式提升設備的工作原理 4 1.5 多繩摩擦礦井提升機的優(yōu)點及其局限性 5 1.6 多繩摩擦礦井提升設備國內外的發(fā)展趨勢 6 2 礦井提升設備選型設計 8 2.1 選型設計的基本原則 8 2.2 設計原始數(shù)據(jù)： 9 2.3 確定提升方式 9 2.4 落地式多繩摩擦提升系統(tǒng)的組成及工作原理 10 3 礦井提升設備相關計算 12 3.1 提升容器選擇與計算 12 3.2 鋼絲繩的計算選型 14 3.3 礦井提升機以及天輪的選型計算 15 3.4 提升機與井筒的對應距離計算 18 3.5 鋼絲繩理論計算 19 3.6 預選提升機電動機 20 3.7 提升機綜合校核 22 3.7.1 提升系統(tǒng)的變位質量計算 22 3.7.2 提升系統(tǒng)的運動學 22 3.7.3 提升減速度的確定 23 3.7.4 速度圖參數(shù)計算 24 3.7.5 運動力圖參數(shù)計算 25 3.8 提升機等效容量的計算 28 3.9 提升設備的電耗及效率計算 29 4 制動裝置選型 31 4.1 制動裝置選用 31 5 輔助裝置的選擇 35 5.1 減速器 35 5.2 聯(lián)軸器 36 5.3 深度指示器 39 5.4 液壓站 40 6 礦井提升機安全防護原則 42 6.1 提升機必備的安全保護 42 6.2 提升機機房的管理 43 7 經濟性考慮 44 總結 45 參考文獻 47 外文文獻 48 中文翻譯 54 致 謝 60 山西工程技術學院――畢業(yè)設計說明書 66 1 提升機的分類與組成 1.1 礦井提升類型介紹 礦井提升機的工作原理是用鋼絲繩帶動容器（罐籠或者箕斗）沿著罐道位置上下提升，與裝載裝置、井塔或者井架、導向輪或者天輪等組成,以便能夠完成提升人員、設備、煤炭、矸石等任務的大型礦山裝備。 礦井提升系統(tǒng)，主要包括提升容器、提升鋼絲繩（平衡鋼絲繩）、提升機、電動機、主井裝卸載系統(tǒng)、副井井上下操車系統(tǒng)、過卷和過放防護設備、電控系統(tǒng)、提升信號系統(tǒng)、井架或井塔等組成。礦井提升機是提升系統(tǒng)中最主要的組成部分。按提升鋼絲工作原理的不同，可以分為纏繞式和摩擦式。 圖1-1礦井多繩纏繞提升機 礦井提升機（圖1-1）有單繩纏繞和多繩纏繞兩種。卷筒上鋼絲繩的纏繞方式與普通提升機類似。它可以用在豎井和斜井，但是它的提升高度和最終載荷受到現(xiàn)在鋼絲繩生產工藝和滾筒大小的約束。一般來說，當鋼絲繩直徑大于60毫米時，很難制造，同時也會導致提升機和起重設備的巨大尺寸。所以，提升重量一般不能大于20噸，滾筒上一層纏繞提升高度不能大于600m。 圖1-2礦井落地摩擦式提升設備 摩擦式礦井提升機除了不能用于鑿井提升，能夠用于其他各種豎井。提升鋼絲在摩擦輪繩槽上，然后與摩擦襯墊產生摩擦力使容器上升或者下降。提升鋼絲的兩邊都連著一個容器，或一邊連著容器，另一邊連著平衡錘。為提高經濟利益和安全性能，礦井摩擦提升機使用尾繩平衡方式，即是有兩根與提升鋼絲重量一致的尾繩。容器不管在井筒的何種位置時，摩擦輪兩邊的鋼絲繩質量總和與尾繩的重量之和總是相等的。一般情況下，這種安裝在豎井塔頂?shù)奶嵘龣C稱為塔式摩擦礦井提升機。 塔架比地面高幾十米，在可能地震區(qū)域和地表土層比較厚的礦區(qū)建設井塔花錢比較多。提升機安裝在地面上的稱為落地摩擦礦井提升機（圖1-2），這種類型的提升機，它的提升繩通過井架上的天輪接入井筒，與容器連在一起。落地多繩摩擦式礦井提升設備是在塔式多繩提升設備的基礎上，將主體部分由空中放到地面。 1.2 礦井提升機結構及作用 礦井提升機主要由電動機、主軸裝置、減速器、卷筒、制動系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成[1]。用交流或直流電動機進行拖動，其中制動裝置是提升機安全運作的重要裝置，在緊急情況下，制動系統(tǒng)必須能讓可調液壓系統(tǒng)產生兩級安全制動力，用以保證提升機及時剎車，沒有過度制動。 下面是關于與本設計有關部分的功能介紹： 1.2.1 工作機構 工作運動的主要部分是主軸裝置和主軸軸承等等，它的作用： （1）提升鋼絲繩可以纏繞或搭放在它表面； （2）承受各類載荷（靜載荷與工作載荷），并通過軸承將此載荷傳給基礎。 （3）能夠承受緊急事故發(fā)生所造成的不穩(wěn)定載荷，在不穩(wěn)定載荷的作用下，主軸承及各部分裝置不能產生殘余變形； （4）當提升水平發(fā)生變化時，可以調節(jié)提升繩的長度（只能用于單繩纏繞雙卷筒提升設備） 1.2.2 制動系統(tǒng) 制動系統(tǒng)包括制動器和液壓傳動裝置兩部分。制動器的作用是： （1）在提升機停止運作時，能穩(wěn)定的剎車； （2）在減速或者下放物料時，可對提升機的速度進行控制； （3）緊急事故發(fā)生時，提升機能夠迅速停車，避免事故擴大； （4）雙滾筒提升在調整鋼絲長度時，能夠剎住提升機的游動卷筒。 1.2.3 機械傳動系統(tǒng) 機械傳動部分包含聯(lián)軸器和減速器。 （1）減速器的作用 礦井提升機主軸轉速會受到提升速度的影響，一般情況下是在20-60r/min之間，但是提升機的電機轉速往往在480-960r/min之間，除了使用低速直流電機之外，一般不能把主軸滾筒和電動機進行直接連接，中間必須連接減速器，所以減速器的作用是減速和傳遞動力。 （2）聯(lián)軸器是用來連接提升機的旋轉部分，并且傳遞動力[1]。 1.3 礦井提升機的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 我國多年來都是在生產單繩纏繞式提升機，提升機設計與制造已經有了一整套完備體系。但是大型礦井的不斷出現(xiàn)和井筒的加長，單繩纏繞提升機原來所具備優(yōu)勢蕩然無存，因為單繩提升機的提升高度被卷筒容繩量所限制。所以多繩摩擦提升機就發(fā)揮了它的優(yōu)勢，在提升能力全部一致的情況下，具備安全可靠、性能良好、提升能力強、提升深度比單繩的深、生產效率提升、重量相對減輕、方便制造以及耗電量少等優(yōu)點，比原來的單繩纏繞式礦井提升機使用條件更廣。 針對世界上礦井提升機的改進趨勢，為了提前占領市場，開發(fā)了各種型號、規(guī)格的提升機，以達到高效、低能耗、低成本的目的，總的來說，它正朝著大負荷、高速、大規(guī)模的方向發(fā)展。為了提高礦井提升機的可靠性，我們也十分重視，為此，除了重視礦井提升機的制造質量外，我們還致力于零部件的生產，在設計和研究方面也有很大的投資。例如，為了提高生產效率，消除操作中的人為因素，主軸提升機通常配備全自動提升操作裝置。副井提升提升機房內無卷揚機操作人員，但在提升容器內往往由用戶直接控制。為了提高安全性能和延長使用壽命，也做了很多工作。 圖1-3多繩摩擦礦井提升機 1.4 多繩摩擦式提升設備的工作原理 對于單繩纏繞提升和多繩摩擦提升，它們的工作原理是不相同的，提升繩并非固定或者纏繞在主導輪上，而是與主導輪摩擦襯墊表面緊密搭在一起的，鋼絲繩的兩邊懸掛著提升容器，平衡尾繩懸掛在容器的底端。提升機工作時拉緊的鋼絲要具有一定的正壓力緊壓在摩擦襯墊的表面。當滾筒由電動機通過減速器的驅動，向某一個方向旋轉時，在提升繩和摩擦襯墊間就有了很大的摩擦力，這種摩擦力使鋼絲繩跟隨主導輪一起運動，于是便實現(xiàn)了提升容器的下降和上升。 多繩摩擦式提升機是使用數(shù)根提升鋼絲來提升容器和載荷，對于立井提升，提升高度和最大載荷不受容繩量的影響，所以它的提升高度和最大載荷都比單繩纏繞式提升機大。 1.5 多繩摩擦礦井提升機的優(yōu)點及其局限性 隨著各個國家的高速發(fā)展，多繩摩擦提升機也在不斷地改進，相比與單繩纏繞提升，它具有以下優(yōu)勢： （1）由于提升繩不纏繞在卷筒上，卷筒繩的體積對提升高度沒有影響，更適合深井提升，這是多繩提升設備的優(yōu)勢。例如瑞典某礦山，50噸重的箕斗8繩提升，設備的提升高度為1300m，而主輪直徑僅為4m，如果單繩纏繞提升設備，滾筒直徑將達到7.m2至8m，提升繩的纏繞寬度將達到5至4.5m，提升繩的直徑將達到l達到80mm。這不僅會增加設備的重量，還會增加起重設備和鋼絲繩的直徑。增加了，給加工、制造和安裝使用帶來困難。 （2）由于提升容器它是由好幾根鋼絲繩拽著，所以提升繩直徑就要比相同負載下的單繩提升小，也會使主導輪直徑縮小，所以在同樣提升載荷下相比，多繩提升設備具備體積小、重量輕、節(jié)省材料、制造容易、安裝和運輸方便等優(yōu)勢。 （3）由于多繩提升設備變位質量比較小，需要帶動的電動機的功率與消耗能量都會降低。 （4）由于好幾根提升繩提升，它們被同時拉斷的可能性很小，因而提高了設備的安全性，可以設不必設置斷繩保護器或者防墜器，這便給提升繩罐道礦井提供了有利條件。 （5）如果發(fā)生卡罐和過卷的情況，具備打滑打滑的可能，能盡量避免發(fā)生斷繩事故。 （6）由于多繩提升的提升繩數(shù)量一般都是雙數(shù)，所以能用相同根數(shù)的左捻和右捻提升鋼絲，這樣提升繩在運作時產生的阻力便可以互相抵消，于是便減少了提升容器因為鋼絲繩扭轉而產生的罐道側向壓力，既可以降低運行中的摩擦力，也可以降低罐耳和罐道的單向摩擦，從而增加罐耳和罐道的使用壽命。 （7）由于主導輪寬度不再增加，軸的跨度也不會太大，大大優(yōu)化了主軸的負載性能。 （8）滾筒上不再纏繞繩，提升鋼絲繩不會出現(xiàn)在纏繩沿軸中心方向上的擠壓力<單繩纏繞礦井提升機上會出現(xiàn)這種擠壓力，一般稱為“咬繩”>而且，鋼絲繩所受到的動應力和靜應力都會降低，有利于提高鋼絲繩的使用壽命。 但是多繩摩擦礦井提升設備也存在它的不足之處： （1）多根鋼絲繩懸空更換時，工作量大，維修調整復雜。 （2）當損壞的鋼絲繩需要更換時，為了保持每根鋼絲繩的相同工作狀態(tài)，所有的鋼絲繩都需要更換。 （3）由于鋼絲繩長度不能調整，雙鉤起重不能用于多次中間起重，也不適用于鑿井起重。 （4）當?shù)V井很深（如1200-1500米及以上）時，鋼絲繩故障較多，不適合特殊深度的礦井提升。 （5）由于使用了多根比較細的鋼絲繩，鋼絲繩的總外露面積增大，軸內鋼絲繩的腐蝕性氣體侵蝕面積相應增大。此外，鋼絲繩直徑較小，鋼絲繩股的耐磨性明顯降低。這些因素對鋼絲繩的使用壽命都有負面影響。特別是在某些礦山，浸出水呈酸性，腐蝕性是影響鋼絲繩使用壽命的重要原因之一。 綜合上面所講，多繩摩擦礦井提升設備的優(yōu)勢是非常明顯，特別是針對提升容量比較大的深井，單繩纏繞提升機是沒辦法相比的。通過對多繩摩擦提升機所存在的不足進行分析，發(fā)現(xiàn)這些不足之處是可以克服和相對減輕的。比如說，對井筒中涌水量比較大的礦井，除了采取堵水措施用以降低鋼絲繩的銹蝕，也能更換防銹蝕的鋼絲繩（鍍鋅鋼絲繩）提高抗腐銹性能。也可以選擇，不定時對鋼絲繩涂防腐防滑的戈培油，優(yōu)化鋼絲繩的使用條件，總體來說，多繩摩擦礦井提升設備已轉化為現(xiàn)代提升的發(fā)展方向之一。 1.6 多繩摩擦礦井提升設備國內外的發(fā)展趨勢 隨著社會的不斷發(fā)展，多繩摩擦式礦井提升設備的使用面積逐漸增大，增長速度非常快。它不僅用于垂直井，也用于其他國家的斜井或露天邊坡。例如，德國聯(lián)邦的米爾斯露天礦在1954年在斜坡上使用了單斗四繩提升機，使用直徑為32 mm的封閉鋼絲繩。例如，奧地利的WODZYKI礦山是一個斜井。1960年，使用了雙繩摩擦式提升設備，豎井傾斜角24度，傾斜長1138米，對列車提升機進行培訓，鋼絲繩移動8米/秒，能夠拖動6輛運煤車和2輛矸石車，有效載荷13.56t，為防止提升繩在主輪上相對滑動，在尾繩處安裝一個重錘，在軸的底部擰緊導向輪。我國在多繩摩擦提升的領域也在不斷加深研究。自從1960年，第一臺多繩摩擦提升機投入使用之后，我國已安裝和使用了許多多繩摩擦提升設備。 目前，國外多繩摩擦式礦井提升設備的發(fā)展趨勢是：在著陸井和斜井中開發(fā)多繩摩擦式提升設備，研究其在超淺井和盲井中作業(yè)的可能性，擴大其使用范圍；采用更優(yōu)化的結構，相對減小了尺寸和重量。實現(xiàn)自動化和遠程控制，提高工作可靠性和生產效率。多年來，它已適應深部礦井和大型生產的需要。采用先進的阻力、控制系統(tǒng)，甚至全液壓式。 伴隨著礦井采煤深度的增加和使用更加集中，多繩摩擦提升有很大的應用市場。并在此基礎上研究具有耐磨性更優(yōu)、摩擦系數(shù)高的新型耐磨的摩擦襯墊。新型的多繩纏繞式提升設備也開始在一些國家使用，它對提升高度要求大的深井提升有重要作用；現(xiàn)在采用液壓馬達替代電動機的防爆提升設備受到關注；氣動提升也在研究和發(fā)展中。 當今時代，各個國家為了爭奪和占領市場，研發(fā)改進了各種不同型號的礦井提升機，以能夠達到各個國家不同的使用標準為主，具備更加高效、能耗低、成本低的條件。礦井提升機總的發(fā)展趨勢可歸類為：整體上向著大負荷、高速、大型化的方向改進。實用、經濟、高效、可靠的提升機產品是使用商和制造商一致的目標。  2 礦井提升設備選型設計 2.1 選型設計的基本原則 礦井提升機最終選擇合不合理，將會直接影響礦井的安全生產、基建投資、生產能力和適用成本。所以在選型設計時，需要進行技術方案的綜合考慮，使設計方案能滿足技術與經濟的合理性。 礦井提升的設計合理性，主要取決于提升系統(tǒng)，也可以說是設計時需要采用幾套提升設備、提升設備的種類（單繩纏繞還是多繩摩擦式）以及提升時采用箕斗還是罐籠。 一般對于年產量在30萬噸及其以上的大中型礦井來說，由于提升任務重，可以裝設兩套提升設備，主井使用箕斗提升，副井使用罐籠提升。而對于年產量超過180萬噸的大型礦井來說，主井能夠用兩套箕斗用來提升，副井中除了有一套提升設備，有時也得再裝設一套帶平衡錘的單容器提升設備用來做輔助提升。對于年產量小于30萬噸的礦井，只需要裝設兩套普通的罐籠提升，要是一套提升設備也能完成生產任務的話，那也可以用一套普通的罐籠用來提升。 對于大中型礦井，決定其最終使用的提升方式，還需注意以下幾點： （1）如果需要提升的煤的品種多樣時，而且需要將其分種類分別運輸時，應該使用罐籠提升較為合適； （2）如果需要對煤的塊度要求較為嚴格時，也需要使用罐籠提升； （3）當?shù)孛嫔a靠近井口時，使用箕斗提升可簡化煤的卸載過程；如若離井口較遠，同時也需要使用窄軌道運輸，那就適宜用罐籠來提升； （4）單箱或雙箱提升的選擇主要取決于同時開采的水平。大多數(shù)煤礦采用單層開采，一般采用雙筒提升。采用多級提升時，一般采用單箱平衡錘提升系統(tǒng)。 （5）多繩摩擦提升機具備更全面的功能。在立井提升中，一般當年產量達到60萬噸以上時，井深也差不多在以上時，選擇多繩提升較為合適。如果井深太大，即便年產量要求較低，一般也得選擇多繩摩擦提升較為合適。斜井或較淺的立井一般使用單繩纏繞提升設備為宜。 （6）以上僅是一般的設計原則，在具體設計時，必須依據(jù)礦井的實際生產條件，需要推出多種選擇方案，對經濟投資、運轉費、技術的先進性等諸多方面進行綜合比較后確定。同時還得考慮到我國提升設備的生產和供應的具體情況，才能最終確定使用何種方案較為合適。 2.2 設計原始數(shù)據(jù)： 1、某礦設計年產量：A=650000t/a。 2、工作制度：年工作日：300天；日工作小時:14小時 3、單水平提升。 4、井深：Hs=620m。 5、卸載高度：Hx=16m。 6、裝載深度：Hz=23m。 6、煤的散集密度：1t/m3。 7、提升容器：箕斗。 2.3 確定提升方式 起升方式與井筒的開發(fā)運輸密切相關。因此，在新井設計中，應綜合考慮提升方式。在確定適當?shù)奶嵘绞綍r，原則上應考慮以下因素： （1）豎井提升可采用單繩纏繞式提升機、多繩纏繞式提升機或雙筒雙繩纏繞式提升機。單繩纏繞提升機一般用于井深小于600米的礦井，多繩摩擦輪提升機多用于井深300-1400米的礦井，布萊爾提升機僅用于井深大于1000米的礦井。 （2）對于不易破碎或含泥或水較多的礦石，或當起重物料較多時，可采用籠式起重。根據(jù)《冶金礦山安全規(guī)程》，所有進風井只能用籠吊，嚴禁翻斗吊礦。 （3）翻斗提升：當?shù)V石尺寸為400-500 mm時，應選擇翻斗；當?shù)V石尺寸控制在350 mm以下時，可選擇底部卸料翻斗。 （4）籠式和箕斗組合容器在其他國家得到廣泛應用。通常，籠子放在箕斗上方?；\子可分為單層、雙層或三層。箕斗為翻斗式和底卸式。我國的一些礦山采用籠式和箕斗式相結合。其他采用一端籠，一端跳。 （5）從節(jié)能和安全的角度來看，豎井單繩吊裝一般采用雙鉤吊裝，而不是單鉤吊裝。但在多級提升中，最好采用單鉤平衡錘提升。 （6）主井一般采用箕斗提升。由于該方法具有升級能力強、運行成本低、易于實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點。 （7）以上是確定起升方式的一般原則。在具體設計工作中，應根據(jù)實際情況，結合礦山實際情況確定。新井設計應參照《礦山固定設備選用手冊》的有關規(guī)定，確定起升方式，并盡可能選擇設備。 根據(jù)設計任務和具體生產條件，根據(jù)上述設計原則和原參數(shù)，綜合考慮各種因素，采用落地式多繩摩擦提升系統(tǒng)是合理的 多繩摩擦提升的主要優(yōu)點是： （1）荷載由多根鋼絲繩承擔，因此單根鋼絲繩在鋼絲繩直徑荷載作用下起升較小。 （2）摩擦輪直徑相對減小。 （3）由于摩擦輪直徑小，轉動力矩小，在相同的提升載荷下，多繩摩擦提升機的質量比單繩纏繞提升機小1/4～1/5。提升電機的容量和功耗也相應降低，設備效率高。 （4）摩擦輪直徑較小。在相同的轉速下，可以使用轉速更高、減速器更小的電機。 （5）鋼絲繩鋪設在摩擦輪上，減少鋼絲繩的彎曲次數(shù)，改善鋼絲繩的工作條件。 （6）采用偶數(shù)鋼絲繩，鋼絲繩的纏繞方向取二分之一，可以消除起重過程中起重容器的旋轉，減少容器耳對槽的摩擦阻力。 （7）多根鋼絲繩承受同一載荷，大大提高了起重作業(yè)的安全性。世界各國的運行經驗表明，多根鋼絲繩同時被拉斷的可能性很小，因此防墜裝置不再使用，從而減輕了起重集裝箱的重量。 多繩摩擦提升設備的不足： （1）多根鋼絲繩的懸掛、更換、調整和維護比較復雜，當一根鋼絲繩損壞需要更換時，為了保持所有鋼絲繩相同的工作條件，經常需要更換所有鋼絲繩。 （2）由于鋼絲繩長度不可調，雙鉤吊裝不適合多級吊裝。 （3）當井深超過1700m時，鋼絲繩與容器的應力波動較大，鋼絲繩失效較多。因此，多繩摩擦提升不適合超深井提升。 由于多繩摩擦提升機具有一系列的優(yōu)點，在世界各地得到了廣泛的應用。其適用范圍適用于深井、垂直井的提升。 本次本次選擇的提升系統(tǒng)確定為落地多繩摩擦提升系統(tǒng)，使用它的好處在于建設時耗資小，能減少礦井的前期費用，同時還能夠提高抗震的能力。 2.4 落地式多繩摩擦提升系統(tǒng)的組成及工作原理 （1）提升系統(tǒng)的組成 礦井提升設備的組成主要包括：提升機、鋼絲繩、提升的容器、天輪、井架以及其它附屬設備。 （2）提升系統(tǒng)的工作原理 如圖所示為豎井箕斗提升示意圖，井下的運煤車通過井底車場巷道中的翻車機將煤卸入井下煤倉9中，再通過裝載設備11將煤裝入停在井底的箕斗4中。此時，另一條鋼絲繩所懸掛的箕斗則位于井架3上的卸載曲軌5內，將煤卸入井口煤倉6中。兩個箕斗也是通過兩條鋼絲繩繞過天輪，由提升摩擦滾筒轉動，然后在井中上下運動。 圖2—1豎井箕斗提升圖 1—提升機；2—天輪；3—井架；4—箕斗；5—卸載曲軌6—井口煤倉；7—鋼絲繩； 8—翻車機；9—井底煤倉；10—給煤機；11—裝載設備；  3 礦井提升設備相關計算 3.1 提升容器選擇與計算 （1）提升高度H： H=Hs+Hx+Hz=620+16+23=659m （2）經濟提升速度vj vj=0.4H=0.4659=10.3m/s 式中： H ——提升高度（m）； HS——礦井深度（m）； Hx——卸載高度（m）； HZ——裝載高度（m）； （3)一次提升循環(huán)估算時間Tj: 初估加速度 a=0.8m/s2求得Tj： Tj=vja+Hvj+μ+θ=65910.3+10.30.8+10+8=94.9s 式中： a——提升加速度、減速度（計算時可認為速度相等），箕斗暫時取0.8m/s2； μ——容器爬行階段所需要的時間，箕斗可暫取為10s； θ——容器裝卸載休止時間，可暫取為8s； 表3—1 箕斗休止時間 箕斗規(guī)格，t <6 8～9 12 16 20 休止時間，s 8 10 12 16 20 （4）按式確定一次合理的經濟提升量 mj=AncafTj3600brt=1.15×1.2×65×10000×94.93600×300×14=5.63噸/次 式中： An——礦井年產量（噸/年）； af ——提升能力富余系數(shù)，這里取1.2； C——提升工作不均衡系數(shù)；提升不均勻系數(shù)，有井底煤倉時，c=1.1～1.15，無井底煤倉時，c=1.2，當?shù)V井存在兩套提升設備，c=1.15，只有一套提升設備時，c=1.25； T——日工作小時數(shù)，取14小時； br——年工作日，取300天； (5) 根據(jù)計算出的一次合理的經濟提升量，選取箕斗，所選用的箕斗載重量一般應大于mj。 查箕斗規(guī)格表所選取的箕斗其型號和技術參數(shù)如下： 表3—2箕斗型號 箕斗型號 罐道 有效容積m3 提升鋼絲繩 箕斗自身重量 JDG—6/55×4 剛性罐道 6.6 四根 7.0t 本設計采用同側裝卸斗。其優(yōu)點是裝卸方便，可實現(xiàn)自動化生產，提高生產效率。由于實際工作中的箕斗載荷可能超過或小于標準重量，所選的箕斗不僅能保證標準重量，而且能保證意外情況下的超載。所選提升機的提升能力也能完全滿足要求，不需要檢查提升能力，也能提高工作效率和產量。 根據(jù)所選的箕斗型號，計算一次提升循環(huán)所需要的時間： T1=3600brtmcAnαf=3600×300×14×6.61.15×650000×1.2=111.0s 式中： m——所選出標準箕斗的一次提升實際裝載量，結果為載貨密度與箕斗的容積的乘積。 m=rm×V=1×6.6=6.6t 此式是為了確定實際提升能達到的要求，用此式計算出的重量進行計算?？梢员ＷC后面選擇的提升機、減速器或者電動機滿足要求。 求得所需提升機提供的速度為：（公式出處：《礦山機械》） v1=a1?T1-u+θ-a2?T1-u+θ2-4aH2m/s 0.8×111-10+8-0.82×111-10+82-4×0.8×6592= 7.09m/s v1是選擇提升機標準速度的依據(jù)，按v1提升機在技術性能表中選擇相近的標準速度。 《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：立井中若升降物料時，最大速度不得超過此下表所規(guī)定的具體由此公式確定vm=0.6H，m/s。 表3-3速度表 提升高度H/m 64 100 144 196 256 324 400 484 576 676 784 900 ≥1024 最大速度vm/m?s-1 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 3.2 鋼絲繩的計算選型 (1)多繩提升的主提升鋼絲繩需要的每米的質量為（公式出處：《礦山機械》） q≥m+mzn?δbgρma-HC=6600+70004×1570×1069.8×9700×6.95455-673=1.996kg/m 式中： m——一次提升貨載重量kg，m=6600kg; mz——提升容器自身質量kg，mz=7000kg; n ——提升鋼絲繩的數(shù)量； δb——提升鋼絲繩的公稱抗拉強度 取δb＝1570Mpa;　　　　　　　 ρ——圓股鋼絲繩的密度 ，9700 kg/m2; g ——重力加速度，取9.8m/s2; Hc——鋼絲繩的懸垂長度，鋼絲繩懸掛長度 Hc=Hj+Hs+HZ =40+620+23=673m HJ——井架高度，罐籠提升時Hj=15~25m,箕斗提升時HJ=30~35m;這里預選30m用來計算。 ma——鋼絲繩安全系數(shù)用于多繩的鋼絲繩由《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定,當是用來升降物料時：ma≥7.2-0.0005Hc=6.95455。 計算出q以后，從鋼絲繩規(guī)格表中選取與其接近的標準鋼絲繩。據(jù)此選擇繩619股（1+6+12）圓股鋼絲繩，左右捻各二根，其每米重量q=1.96kg/m，即首繩單位長度重量q=1.96kg/m。直徑d=22.0mm，繩中最粗鋼絲直徑1.5mm，單根鋼絲繩破斷拉力總和為Fq=270000N。 (2)鋼絲繩安全系數(shù)的校核 鋼絲繩選出后，要按實際所選鋼絲繩的數(shù)據(jù)校驗其安全系數(shù) nFqg（m+mZ+qHc）≥ma 4×2700009.8×(6600+7000+1.96×673)=7.39≥ma 式中： Fq——鋼絲繩的破斷拉力總和，N。 由校核結果得，所選出的提升鋼絲繩滿足條件，對于尾繩來說，只要所選鋼絲繩重量和強度滿足，便可以不用進行尾繩安全系數(shù)的校核。 尾繩數(shù)n’=2根。尾繩每米重mq由下式得 mq=nn'×q= 4×1.962=3.92(kg /m ) 根據(jù)翻閱的指導書最終使用P8×4×7扁鋼絲繩，其尾繩參數(shù)為mq=3.82kg/m。 3.3 礦井提升機以及天輪的選型計算 礦井提升機是煤礦大型固定設備之一，在礦井生產中占有及其重要的地位。而提升機的尺寸和質量都很龐大，制造所用的鋼材很多，所以正確合理的選擇提升機，具有重要的經濟意義。 (1)摩擦輪的直徑計算　 摩擦輪直徑的計算原則與單繩纏繞式提升機相同，即，使鋼絲繩在摩擦輪上的彎曲應力較小為主要原則。 有導向輪時： D≥90d，mm D≥1200δ,mm 沒有導向輪時： D≥80d，mm D≥1200δ,mm 落地式多繩摩擦提升機的選型應按有導向輪計算，即： D≥90d=90×22=1980mm D≥1200δ=1200×1.5=1800mm (2)提升系統(tǒng)的最大靜張力和最大靜張力差的計算： 最大靜張力為：（公式出處：<礦山運輸及提升設備>） Fjmax=m+mZ+n?q?Hcg=6600+7000+4×1.96×673×9.8= 184987.936N 最大靜張力差為： Fcmax=m×g+?×H=6600×9.8+-1.96×659=65971.64N 式中：?——不平衡系數(shù) ?=n'×mq-n×q×g=2×3.82-4×1.96×9.8 =-1.96 根據(jù)計算所得的D、Fjmax、Fcmax、所得，查多繩摩擦提升機規(guī)格表選擇提升機，其型號與技術參數(shù)如下： 表3—4摩擦輪型號 型號 摩擦輪直徑 鋼絲繩根數(shù) 鋼絲繩最大靜張力差 鋼絲繩最大靜張力 鋼絲繩間距 最大提升速度 天輪直徑 天輪變位質量 JKMD—2.25×4（I）E 2.25 m 4 65 kN 215 kN 300 mm 10 m/s 2.5 m (2.3×2)t (3)摩擦襯墊單位壓力的計算： 摩擦提升機主輪上襯墊的作用：當提升繩的端部負荷拉緊鋼絲繩時，在一定的正壓力下，墊塊之間會產生很大的摩擦力。這種摩擦力必須確保提升機在各種工作條件下不會在主輪上的襯墊上滑動。 用作摩擦襯墊的材料應具有以下特性： （1）摩擦系數(shù)應較高，水或油對摩擦系數(shù)的影響應較小。 （2）耐磨性高。磨損過程中產生的粉塵必須對人體和機器無害。 （3）應具有高壓。 （4）材料來源廣，價格低，加工拆卸方便。 上述性能中最重要的是摩擦系數(shù)。在相同的壓力和磨損條件下，提高摩擦系數(shù)將取得顯著的經濟效果。 驗算主導向輪襯墊的比壓，由于采用四繩系統(tǒng)，比壓用下式計算：（公式出處：礦山固定設備選型使用手冊） p=F1+F2nDgd=18866.0519+12134.25194×225×2.2=15.66kg/cm2 式中： F1——提煤時上升繩股的靜張力 F1=m+mZ+4×q×H+2×mq×Hh =6600+7000+4×1.96×659+2×3.82×13.7 =18871.228kg F2——提煤時下降繩股的靜張力 F2=mZ+2×mq×H+Hh =7000+2×3.82×(659+13.7) =12139.428kg Hh——尾繩環(huán)高度； Hh=Hg+0.5+2s=10+0.5+2×1.6=13.7m Hg——過卷高度；《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定摩擦輪式提升裝置提升速度小于10m/s時，過卷高度不小于速度值，但最低不得小于6m，當提升速度大于10m/s時，過卷高度不小于10m,現(xiàn)在煤礦企業(yè)為提高生產效率，提升速度已大于10m/s，故這里選Hg=10m。 s——兩容器中心距 s=1.6m P——摩擦襯墊的比壓,Mpa; n——主提升鋼絲繩數(shù)目 D——摩擦輪直徑，cm d——主提升鋼絲繩直徑，cm 上述計算比壓≤襯墊允許值20kg/cm2，所以最終選擇摩擦襯墊的材料為GM-3型高性能摩擦襯墊。 (4)天輪的選型： 天輪位于井架的天輪支撐處，作用是支承和引導從提升機房延伸出來的提升鋼絲繩到達井筒。天輪可分為井上固定天輪、鑿井及井下固定天輪、游動天輪三種。當直徑大于3.5m時采用型鋼裝配式天輪，當直徑是3m以下時采用整體鑄鋼結構。根據(jù)《礦山固定設備選型使用手冊》中所規(guī)定的結合所計算出的鋼絲繩直徑可以確定天輪的型號。 選擇天輪時，天輪的最小直徑與鋼絲繩直徑之比，必須符合以下要求： <1>井上提升裝置的圍包角大于90°的天輪，不得小于80。圍包角小于90°的天輪，不得小于60。 <2>井下提升絞車和鑿井提升絞車的圍包角大于90°的天輪，不得小于60。圍包角小于90°的天輪，不得小于40。 立井的天輪的最小直徑，同鋼絲繩中最粗鋼絲的直徑之比，必須符合下列要求： <1>井上提升裝置，不得小于l200。 <2>井下和鑿井所使用的提升裝置，不能小于900。 由于指導書上的內容有限，天輪的選擇范圍只能使用2.5m，但是可能在有些計算公式不符合要求，所以會使用2.25m選擇計算。 根據(jù)所選摩擦輪的的型號，選擇與它相匹配的天輪其主要參數(shù)如下所示： 表3—5天輪型號 天輪型號 直徑 變位質量 繩槽半徑 兩軸承中心距 TSG2500/15 2500mm 550.0kg 15mm 800mm 3.4 提升機與井筒的對應距離計算 提升機和井筒的相對距離，是根據(jù)卸載是否方便，運輸是否方便以及設備運行時安不安全而規(guī)定的，所有的這些問題都必須在礦井作業(yè)區(qū)域的整體布置中予以解決。 (1)井架高度Hj 《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，摩擦輪和導向輪的最小直徑同鋼絲繩的直徑比，必須符合下列要求：無導向輪的塔式摩擦提升設備，井上D≥80d，井下D≥70d；落地式及塔式摩擦提升設備，井上D≥90d，井下D≥80d。 Hj=HX+Hr+Hg+Hf+Hs-Hr2= 16+11+10+3+3-3= 　 40m 式中： Hx——卸載高度，井口的水平面到卸載位置的容器底部高度，m； Hr——容器全高，由容器底部到連接裝置最高處一個繩卡的中間距離，Hr=11m； Hg——過卷高度，容器從卸載的位置自由的提升到過卷裝置的高度。 Hf——防撞梁底部距下天輪中心的垂直高度，m； Hs——兩天輪上下中心的垂直高度，m； Hr2——箕斗卸載口到其底部的距離，m； 井架高度Hj由以上公式計算，得Hj理論高度40米，經驗算與原先使用30m計算僅只有高度差別，選型出來的提升機、鋼絲繩各個系數(shù)滿足要求。實際繪圖所標注所更改的高度選擇46m。 如果HS值太大，兩條鋼絲繩將相互平行。主輪的纏繞角度必須為180度。如果要增加纏繞角度以防止鋼絲繩打滑，必須在主輪的鋼絲繩上增加導向輪。這不僅會使系統(tǒng)復雜化，還會增加維護負擔。但是，如果HS值太小，增大圍擋角是其優(yōu)點，但會使井架附近的上下鋼絲繩離得太近。在工作中，如果兩條鋼絲繩因振動而相互碰撞，也很不安全。根據(jù)礦井實際工作情況或抗震要求，將提升設備安裝在地面上，將井架安裝在豎井上，然后安裝兩天輪組。井架天輪上下分布，位于不同高度。上下兩組天輪的垂直高度為 HS=dt+（0.5~1.5）=2.5+0.5=3米。 (2)提升摩擦滾筒中心到井筒中心的距離L0 一般來說，在鼓室和提升機房之間修建其他建筑物比較困難。為了節(jié)省空間，滾筒中心線與軸內鋼絲繩的水平距離L0越近越好。但通過對起重機的受力分析，可以看出，為了提高起重機的穩(wěn)定性，使其具有穩(wěn)定的受力結構，在電梯間與井道之間還設置了井架斜撐。斜撐位置到井筒中心的水平距離約為0.6Hj，另外，機房基礎和斜撐基礎不應接觸。鑒于以上考慮，從提升機摩擦滾筒中心到井筒中心的距離L0應大于或等于以下公式計算的結果： L0≥0.6Hj+D+3.5=0.6× 46 +2.25 +3.5 =33.35m 式中： Hj——井架高度，m； D——提升機摩擦輪直徑，m； 這里取L0=34m； 3.5 鋼絲繩理論計算 （1）鋼絲繩弦長計算 (公式出處：<礦井提升系統(tǒng)基礎理論> <礦山固定設備選型使用手冊> ) 上弦長LS： LS=Hj-E02+L0+S-Dt22-Dg-Dt22= 46-12+34+1.6-2.522-2.25-2.522= 56.61m 式中： E0——滾筒中心線與井口水平的高差，m此數(shù)值決定于提升機滾筒直徑，地形等情況，設計時一般取E0=1~2m； L0——滾筒中心至井筒中心水平距離，m； S——兩提升鋼絲繩中心距離，m； Dt——上、下天輪直徑，m； 下弦長LS1： LS1=Hj-Hs-E02+L0-Dt22-Dt+Dg22= 46-10-12+34-2.522-2.5+2.2522=47.87m （2）鋼絲繩的出繩角： 上繩仰角為： βS=arctanHj-E0L0+S-Dt2=arctan46-134+1.6-2.52=52.34≈52° 計算誤差直接取整 下繩仰角為: βS1=arctanHj-Hs-E0L0-Dt2+arctanDg+Dt2Ls1 =arctan46-4-134-2.52+arctan2.25+2.252×47.87=54.07≈54° 計算誤差直接取整 （3）鋼絲繩繞過主導輪的實際圍包角， 上下出繩角差： ?β=βS1-βS=54°-52°=2° 圍包角a： a=π+2°180°π=3.176弧度 3.6 預選提升機電動機 要想對我所選擇的提升機進行動力學計算，應該預先選擇拖動電機。在對所選出的提升設備進行方案比較時，也要先選出電動機。 提升機拖動電機分為交流和直流兩類。本次初步方案選用交流電動機拖動，選擇交流拖動的原因是因為調速性能優(yōu)良、耗電少、容易實現(xiàn)自動化。 預選電機的依據(jù)：電機功率，轉速及電壓等級三個方面的要求：（公式出處：《礦山固定設備選型使用手冊》《礦山運輸與提升設備》） （1）電動機的估算功率： N=kmgvm1000ηjφ=1.15×6600×9.8×101000×0.85×1.2=1050kw 式中： N——提升電動機的估算功率，kW； vm——提升機的標準速度，m/s；　 k——礦井阻力系數(shù)，箕斗提升選擇k=1.15; m——一次提升載荷，kg； φ——考慮到提升系統(tǒng)運轉時，有加減速度及鋼絲繩應力等因素影響系數(shù)，箕斗提升φ=1.2~1.4，罐籠提升時φ=1.4； ηj——減速器傳動效率，一級傳動時ηj=0.92，二級減速器取ηj=0.85； （2）電動機的估算轉速： n=60vmiπD=60×10×10.53.14×2.25=891.719r/min n——轉速，r/min； i——減速器的傳動比； D——卷筒的直徑，m； 根據(jù)計算出的已知條件，電動機選擇YR1000－6/1180的型號；額定功率：1000kw；額定轉數(shù)：989r/min；過負荷系數(shù)為2.27； （3）確定提升機的實際最大提升速度vm vm=πDne60i= 3.14×2.25×98960×10.5=11.09m/s vm——提升機實際最大提升速度，m/s； ne——已選出電動機的額定轉速，r/min； 最大提升速度要根據(jù)《煤礦安全規(guī)程的限制》，對于立井升降物料時，最大提升速度不得超過下式求得的數(shù)值： vm≤0.6H； m/s 11.09≤15.40； m/s 故所選的電動機符合《煤礦安全規(guī)程》的限制，故所選的電機符合要求。所選的電動機的型號和技術參數(shù)如下： 表3—6電動機型號 電動機的型號 額定功率 額定轉速 過載系數(shù) 效率 YR1000－6/1180 1000kw 989r/min 2.27 92.5% 3.7 提升機綜合校核 3.7.1 提升系統(tǒng)的變位質量計算 （1）提升系統(tǒng)的變位質量按下式計算： M=F1g+F2g+Md+Mdm+Me =18871.288+12139.428+4×550+6500+2186.19=41896.846kg F1——重載側提升鋼絲繩的動張力，N； F2——輕載側提升鋼絲繩的動張力，N； Md——導向輪的變位質量，kg； Mdm——提升機主導輪旋轉部分的變位質量，kg； Me——電動機轉子的變位質量，kg； Me=GD2di2gD2g=48205.549.6125=971.6kg 大型交流異步電動機，并采用強迫風冷時 (2)所需風量： QF=N1.1+?θm3/s 式中： ?θ——允許的溫升，一般為15～20℃； N——電動機的總損失功率，kw； （3）電動機總損失計算公式為： N=1-ηdNe=1-0.925×1000=75kw 3.7.2 提升系統(tǒng)的運動學 （1）箕斗提升初加速度a0 為了保證提升開始時空箕斗對卸載曲軌及井架的沖擊不致過大，箕斗離開卸載曲軌時的速度被限制在v0=1.5m/s，所以加速度a0為： a0≤v022h0 目前大量通用的箕斗卸載曲軌行程為h0=2.13m，所以加速度a0為： a0≤1.522×2.13≤0.528m/s2 （2）按減速器允許的最大力矩計算出的加速度： a1≤Mmax-ωm+?HtgRgRgM'≤150000-1.15×6000+1291.64×9.8×1.251.25×39696.846=1m/s2 式中： ω——阻力系數(shù)； M'——不包括電動機變位質量時的提升系統(tǒng)變位質量，kg； M'=M-md= 41896.846-2200=39696.846kg （3）充分利用電動機的過載能力計算的加速度： a1≤Fp-ωm+?HtgM ≤167980-1.15×6000+1291.64×9.841896.846=2.093m/s2 式中 Fp——啟動階段提升電動機產生的平均力； Fp=0.75～0.8λFe=0.8×2.27×92500=167980N Fe=Neηvmax×103=92500N?m （4）按防滑條件，計算出的允許最大加速度 根據(jù)上述計算結果，在《煤礦安全規(guī)程》允許的范圍內，選取其中最小的數(shù)值，作為正常的加速度a1。 3.7.3 提升減速度的確定 （1）按自由滑行計算的減速度： a3≤Km-?HtgM≤54961.92841896.846=1.311m/s2 式中 K——礦井阻力系數(shù)箕斗選擇1.15； ?——提升鋼絲繩與平衡尾繩的總單位質量之差； （2）按機械制動的減速度： a3≤Km+?Ht+0.3mgM≤80278.072+1800×9.841896.846=19.19m/s2 （3）按電動機運行方式計算的減速度 a3≤Km-?Ht-0.35FegM≤54961.928-32375×9.841896.846=5.283m/s2 （4）按防滑條件允許的減速度 對于重物提升系統(tǒng)，μ=0.2時，不必驗算減速度；，對于下放重物的提升系統(tǒng)，允許的減速度應符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定。 3.7.4 速度圖參數(shù)計算 初加速度階段時間： T0=v0a0=1.50.528=2.84s 初加速度階段行程： H0=12v0t0=12×1.5×2.84=2.13m 正常加速度階段時間：