矿山机械矿井提升机设计.doc

前 言

毕业设计是培训学生综合运用本专业所学的理论知识和专业知识来分析,解决实际问题的能力的重要教学环节,是对三年所学知识的复习与巩固，同样，也促使了同学们之间的互相探讨，互相学习。因此，我们必须认真、谨慎、塌实、一步一步的完成设计，给我们三年的学习生涯画上一个圆满的句号。
毕业设计是一个重要的教学环节，通过毕业实习使我们了解到一些实际与理
论之间的差异。通过毕业设计不仅可以巩固专业知识,为以后的工作打下坚实的基础
,而且还可以培养和熟练使用资料,运用工具书的能力.在各位老师及有关技术人
员的指导下锻炼自己独立思考、分析、解决的能力，把我们所学的课本知识与实
践结合起来，起到温故而知新的作用。在毕业设计过程中，我们要较系统的了解
矿运及提升的设计中的每一个环节，包括从总体设计原则，本次设计综合三年所
学的专业课程，以《设计任务书》的指导思想为中心，参照有关资料，有计划、
有头绪、有逻辑地把这次设计搞好！
该设计力求内容精练，重点突出。在整个设计过程中，辅导老师员创治老师
给予我许多指导与帮助，在此，我们表示深深的感激。
由于时间仓促，再加上所学知识有限，设计中，难免出现错误或不当之处，
恳请各位教师给予一定的批评建议，我们非常感激，并诚恳地接受，以便将来在
不断的商讨和探索中，有更好的改进！以便在今后的人生道路上，不断完

第一章 矿井提升设备
一、提升方式
矿井七2煤与二1煤采用分期开拓开采的方式，初期开采七2煤，后期经技术改造后开采二1煤。七2煤井设计生产能力为0.30Mt/a，采用立井开拓，二个提升井筒，其中主井井深277m，担负七2煤矿井提煤任务；副井井深277m，担负七2煤矿井辅助提升任务；二1煤井设计生产能力为0.45Mt/a，采用立井开拓，利用七2煤井二个提升井筒延深至二1煤的开采水平，在七2煤井开采结束后进行二1煤的开采，二1煤主井井深577m，担负二1煤矿井提煤任务；副井井深577m，担负二1煤矿井辅助提升任务。
二、主提升设备选型计算
（一）设计依据
初期开采七2煤时
1、生产能力：0.30Mt/a
2、工作制度：年工作日330d，每天净提升时间16h。
3、井深：H=277m
4、提升方式：双箕斗提升，采用定重装载。
后期开采二1煤时
1、生产能力：0.45Mt/a
2、工作制度：年工作日330d，每天净提升时间16h。
3、井深：H=577m
4、提升方式：双箕斗提升，采用定重装载。
（二）提升容器选择
该矿井初期开采七2煤时井深277m，后期开采二1煤时井深577m，根据《煤炭工业矿井设计规范》规定，为避免提升系统的重复改扩建,同时考虑到矿井后期开采二1煤时井筒深度增加，所以初期开采七2煤和后期开采二1煤时主、副井提升设备统一按开采最终水平选择计算。计算过程以后期开采二1煤的提升设备选型计算为准。
1、确定经济提升速度
V=(0.3-0.5)×=7.2-12.01m/s
取：Vm=8m/s，α1=1.0m/s2
2、计算一次提升循环时间:
Tx =＋＋10＋8=98.1s
3、根据矿井年产量和一次提升循环时间即可求出一次提升量。
Qj==3.3t
据此提升容器选择JDS-4/55×4Y型标准多绳箕斗（钢丝绳罐道），箕斗自重QZ=6500kg（含连接装置）,载重量Q=4000kg，提升钢丝绳4根，平衡尾绳2根，钢丝绳间距300mm。
（三）钢丝绳选择
1、绳端荷重
Qd=QZ+Q=6500+4000=10500kg
2、钢丝绳悬垂长度
Hc=H-HZ+Hh+HX+Hg+Hr+0.75RT+e=577-30+11.008+12+6.5+10.9+0.75×0.925+5=593.1m
式中：Hg ---过卷高度 Hg=6.5m
Hh ---尾绳环高度 Hh=Hg+0.5+2S=6.5+0.5+2×2.004=11.008m
Hr ---容器高度 Hr=10.9m
RT---天轮半径
e---上下天轮垂直距离 e=5m
S---提升容器中心距
HX ---卸载高度 HX=12m
3、首绳单位长度重量计算
PK´ ===1.29kg/m
式中：δB—钢丝绳计算抗拉强度，取1670MPa
m—钢丝绳安全系数，取7
根据以上计算，首绳选用22ZAB-6V×30+FC-1670-307型钢丝绳左右捻各两根。其技术参数如下：钢丝绳直径dk=22mm，钢丝破断拉力总和Qq=307200N，钢丝绳单位长度质量为Pk=1.96kg/m。
4、尾绳单位长度重量计算
qk´=Pk=×1.96=3.92kg/m
式中：n—首绳钢丝绳根数 n=4
n´—尾绳钢丝绳根数 n´=2
根据以上计算，尾绳选用88×15NAT-P8×4×7-1360型扁钢丝绳2根，单重q=3.82kg/m。
（四）提升机选择
1、主导轮直径
D´≥90d=90×22=1980（mm）
2、最大静拉力和最大静拉力差
最大静拉力：
Fj=Q+Qc+nPkHc=6500+4000+4×1.96×593.1=15150kg
最大静张力差：
Fc=Q=4000kg
据此主井提升装置选用JKMD-2.25×4（I）E型落地式多绳摩擦式提升机，其主要技术参数为：摩擦轮直径D=2250mm，天轮直径DT=2250mm，最大静张力215kN，最大静张力差65kN，钢丝绳根数4根，摩擦轮钢丝绳间距300mm，提升速度V=6.5 m/s，减速比i=10.5,提升机旋转部分变位质量mj=6500kg，天轮变位质量mt=2300kg，衬垫摩擦系数μ=0.23。
（五）提升系统的确定（见图6-1-1）
1、井架高度
Hj=HX+Hr+Hg+0.75RT+e=12+10.9+6.5+0.75×1.125+5=35.2m
取HJ=36m
2、提升机摩擦轮中心线距井筒中心线距离
LS≥0.6Hj+3.5+D=0.6×36+3.5+2.25＝27.35m
取LS=28m
3、钢丝绳弦长
下弦长LX1==
=39.8m
上弦长LX==
=44.9M
式中：HJ1---井架下层天轮高度
C0---摩擦轮中心与地平距离
4、钢丝绳的出绳角
下出绳角
图6-1-1
+
0m
主井提升系统图
1、本图井口标高设为
+
0m。
2、首绳为22ZAB6V*30-1670型，4根。
3、尾绳为85*17NAT-P8*4*7型，2根。
4、单位为mm。
5、绳间距为300mm。
44900
39800
2.25m
2.25m
28000
800
31000
36000
52 37 16
51 37 28
提升中心线
装载平面
30000
卸载平面
12000
+31m
+12m
+36m
577000

β下=arctan+arcsin
=ARCTAN+ARCSIN=52°39´9"
上出绳角
β上=arcsin=51°37´28"
5、围包角а的确定
经计算围包角а=181°1´4"
（六）提升容器最小自重校核
1、按静防滑条件容器自重为
QZ´≥[]Q-nPkHc=D1Q-nPkHc
=2.359×4000-4×1.96×593.1
=4786.1kg
经查表，当围包角а=181°1´4"时D1=2.359
式中：w1---箕斗提升时矿井阻力系数 w1=0.075
δj---静防滑安全系数 δj=1.75
2、按动防滑条件
QZ´≥[]Q+[]Gd-nPkHc
=A1Q+C1Gd-nPkHc=2.2115×4000+0.1533×2300-4×1.96×593.1
=4548.7kg
经查表，当围包角а=181°1´4"，加速度a1=0.5时,A1=2.2115,
C1=0.1533。
式中： Gd---天轮的变位质量。
经计算满足防滑条件的箕斗最小自重均小于所选箕斗自重，防滑条件满足要求。
（七）钢丝绳安全系数与提升机的校验
1、首绳安全系数校验
m===8.3>7.2－0.0005H
=6.9
满足要求
2、最大静张力和最大静张力差
最大静拉力：
Fj=15150kg=148kN<215kN
最大静张力差：
Fc=4000kg=39kN<65kN
满足要求
（八）预选电动机
1、电动机估算功率
P′=×Φ=×1.2=382.2kW
式中：K——矿井阻力系数，取K=1.15；
Q——一次提升实际货载量；
Φ——提升系统运转时，加减速度及钢丝绳重力因素影响系数；
ηj——减速器传动效率，ηj=0.92；
2、电动机估算转数
n= ==579.6r/min
据此主井绞车电机选用Z450-3A型直流电动机，660V，500kW，其额定转速为ne=611r/min，转动惯量md=50.5kg•m2。
3、确定提升机的实际最大提升速度
Vm===6.9(m/s)
（九）提升运动学及提升能力计算
经计算得初加速度a0=0.48m/s2，V0=1.5m/s，卸载曲轨行程h0=2.35m,主加速度a1=0.50m/s2，提升减速度a3=0.50m/s2。（提升速度图力图见图6-1-2）
1、初加速度阶段
卸载曲轨初加速时间：t0= ==3.13s
箕斗在卸载中曲轨内的行程：h0=2.35m
2、正常加速度阶段
加速时间：t1===10.8s
加速阶段行程：h1=×t1=×10.8=45.4m
3、正常减速阶段
减速阶段时间：t3===12.8s
减速阶段行程：h3=×t3=×12.8=47.4m
4、爬行阶段
爬行时间：t4===6s
爬行距离：h4=3m
5、抱闸停车时间t5=1s
6、等速阶段
等速阶段行程：h2=Ht-h0-h1-h3-h4=569.9-2.35-45.4-47.4-3=471.8m
式中：Ht---提升高度 Ht=H-HZ+HX+Hr=577-30+12+10.9=569.9m
等速阶段时间：t2===68.4s

7、一次提升循环时间
Tx=t0+t1+t2+t3+t4+t5+θ=3.13+10.8+68.4+12.8+6+1+12=114.1s
式中: θ—休止时间取12s
8、提升设备年实际提升量
An′==56万t/a
提升能力富裕系数为
af===1.2
提升能力满足要求
（十）提升系统动力学计算
1、提升系统总变位质量
∑m=m+2mz+4PkLp+2mt+mj+md
=4000+2×6500+4×1.96×1212+2×2300+6500+4399
=42001kg
式中：Lp——钢丝绳全长Lp=1212m（包括尾绳）。
2、运动学计算（按平衡系统计算）
1、提升开始阶段
开始时：F0=Kmg+⊿Ht+∑ma0=1.15×4000×9.8+42001×0.48=65240N
终了时：F0′=F0-2⊿h0=65240－0=65240N
式中：⊿---提升钢丝绳与平衡尾绳的总单重之差，平衡系统⊿＝0。
2、主加速阶段
开始时：F1=F0′+∑m（a1－a0）=65240+42001×（0.5－0.48）=66081N
终了时：F1′=F1=66081N
3、等速阶段
开始时：F2=F1′－∑ma1=66081－42001×0.50=45080N
终了时：F2′=F2=45080N
4、减速阶段
开始时：F3=F2′－∑ma3=45080－42001×0.50=24080N
终了时：F3′=F3=24080N
5、爬行阶段
开始时：F4=F3′+∑ma3=24080+42001×0.50=45080N
终了时：F4′=F4=45080N
（九）提升电动机容量验算
1、等效时间
Td=α（t0+t1+t3+t4+t5）+t2+βθ
=×（3.13+10.8+12.8+6+1）+68.4+×12=89.3s
式中：α——低速运转散热不良系数，α= 1/2 ；
β——停车间歇时间散热不良系数,β=1/3。
2、电动机等效力
F2dt=F02t0+F12t1+F22t2＋F32t3+F42t4=2.19×1011
3、提升电动机作用在滚筒圆周上的等效力
Fd===49533N
4、电动机等效容量
Pd==×1.15=427kW＜500kW
满足要求
经验算，所选电动机符合要求
(十)提升机制动力矩验算
===4.3>3
满足要求。
式中：MZ---制动力矩
MJ---静荷重旋转力矩
（十一）电控设备
本提升机采用直流拖动，电控设备随主机成套供货。电控设备型号选用JKMK/SZ-NT-778/550-3系列提升机全数字直流电控设备。
（十二）供电电源
提升机采用双回路供电，一回工作，一回备用。供电电源引自矿井地面变电所，详见地面供电系统图。
三、开采七2煤时主提升能力计算
矿井在初期开采七2煤时设计生产能力为0.30Mt/a，井筒深度H=277m，主井提升装置选用以开采二1煤计算为准的JKMD－2.25×4（I）E型落地式多绳摩擦式提升机，提升容器为JDS-4/55×4Y型标准多绳箕斗（钢丝绳罐道）。提升钢丝绳首绳选用22ZAB-6V×30+FC-1670-307型钢丝绳左右捻各两根。尾绳选用88×15NAT-P8×4×7-1360型扁钢丝绳2根，该提升设备在初期开采七2煤时一次安装到位，分期服务于七2煤和二1煤的开采。
（一）提升高度的确定
Ht=H-HZ+HX+Hr=277-30+12+10.9=269.9m
式中：Hr ---容器高度 Hr=10.9
HX ---卸载高度 HX=12m
Hz ---装载高度 HZ=30m
（二）提升运动学及提升能力计算(提升速度图力图见图6-1-3)
经计算得初加速度a0=0.48m/s2，V0=1.5m/s，卸载曲轨行程h0=2.35m,主加速度a1=0.50m/s2，提升减速度a3=0.50m/s2。（提升速度及力图见图6-1-3）
1、初加速度阶段
卸载曲轨初加速时间：t0===3.13s
箕斗在卸载中曲轨内的行程：h0=2.35m
2、正常加速度阶段
加速时间：t1===10.8s
加速阶段行程：h1=×t1=×10.8=45.4m
3、正常减速阶段
减速阶段时间：t3===12.8s

减速阶段行程：h3=×t3=×12.8=47.4m
4、爬行阶段
爬行时间：t4===6s
爬行距离：h4=3m
5、抱闸停车时间t5=1s
6、等速阶段
等速阶段行程：h2=Ht-h0-h1-h3-h4=269.9-2.35-45.4-47.4-3=171.8m
式中：Ht---提升高度 Ht=H-HZ+HX+Hr=277-30+12+10.9=269.9m
等速阶段时间：t2===24.9s
7、一次提升循环时间
Tx=t0+t1+t2+t3+t4+t5+θ=3.13+10.8+24.9+12.8+6+1+12=70.6s
式中: θ—休止时间取12s
8、提升设备年实际提升量
An′==89.7万t/a
提升能力富裕系数为
af===2.99
提升能力满足要求
（三）提升系统动力学计算
1、提升系统总变位质量
∑m=m+2mz+4PkLp+2mt+mj+md
=4000+2×6500+4×1.96×610+2×2300+6500+4399
=37281kg
式中：Lp——钢丝绳全长Lp=610m（包括尾绳）。
2、动力学计算（按平衡系统计算）
1、提升开始阶段
开始时：F0=Kmg+⊿Ht+∑ma0=1.15×4000×9.8+37281×0.48=62975N
终了时：F0′=F0-2⊿h0=62975－0=62975N
式中：⊿---提升钢丝绳与平衡尾绳的总单重之差，平衡系统⊿＝0。
2、主加速阶段
开始时：F1=F0′+∑m（a1-a0）=62975+37281×（0.5-0.48）=63721N
终了时：F1′=F1=63721N
3、等速阶段
开始时：F2=F1′-∑ma1=63721-37281×0.50=45080N
终了时：F2′=F2=45080N
4、减速阶段
开始时：F3=F2′-∑ma3=45080-37281×0.50=26440N
终了时：F3′=F3=26440N
5、爬行阶段
开始时：F4=F3′+∑ma3=26440+37281×0.50=45080N
终了时：F4′=F4=45080N
经计算所选主井提升设备在初期开采七2煤时,可满足矿井七2煤井煤炭提升任务的要求。