矿井提升设备的选型设计

-1-绪论矿山提升机是矿山大型固定机械之一，矿山提升机从最初的蒸汽机拖动的单绳缠绕式提升机发展到今天的交——交变频直接拖动的多绳摩擦式提升机和双绳缠绕式提升机已经历了170多年的发展历史，它是矿山井下生产系统和地面工业广场相连接的枢纽，被喻为矿山运输的咽喉。因此矿山提升设备在矿山生产的全过程占有重要的地位。一个现代化的矿井在提升设备的选型上尤为重要。因为提升设备选型的合理与否，直接关系到矿井的安全和经济性，因此确定合理的提升系统时，必须经过多方面的技术经济比较，结合矿井的具体条件选择合适的设备。根据矿井提升机工作原理和结构的不同，可分为缠绕式提升机和摩擦式提升机。单绳缠绕式提升机是较早出现的一种，它工作可靠，结构简单，但是仅适用于浅井及中等深度的矿井，而对于井深超过300米的矿井，宜选用多绳摩擦式绞车。在国内外，多绳摩擦式绞车飞跃发展，其发展速度远远超过单绳缠绕式提升机，这是因为它有着许多单绳缠绕式提升机无法比拟的优点，如提升钢丝绳直径较小，主导轮直径及整个机器的尺寸都相应缩小了，设备重量也减轻了，不需要设置防坠器等。下面是我针对不同的矿井的地质、煤层等情况，进行综合计算分析后，本着安全、经济等原则对这两种提升设备系统进行的选型设计。本设计充分贯彻以下设计原则：根据国家现有的设备生产状况，结合某些使用中的具体情况，以及经济角度出发尽量选用国产设备并力求在条件基本相当的情况下进行技术的方案比较，选择即经济又合理的设备。由于本人水平有限，设计中难免出现错误和不足之处，敬请各位老师指正。-2-1矿井提升设备的选型设计1.1副井提升机的选型设计1.1.1设计依据卧牛山煤矿位于徐州市西郊九里山大彭镇境内，东郊与九里山煤田比邻，矿层界限下石盒子组和山西组以F23断层分割，太原组以F27断层为界。西与新河煤矿相连。矿层开采上限为-40m水平，开采下限为-550水平。井下采煤方法主要为单一长壁采煤，以倾斜煤层为主，开拓方式为立井石门开拓，是央对角式通风。全矿区共划分为二个水平，-150水平，-310水平。，其具体的数据为:1)原煤的密度:煤=0.9吨/米32)矸石的密度:矸=1.35吨/米33)含矸率:10%4)一水平井深:-190米5)二水平井深：-350米6)最大班下井人数:260人7)坑木消耗:9米3/千吨煤根据以上情况,假如先进行第一水平的开采年产量定为40万t,现对其进行副井提升设备的选型设计。1.1.2设备类型的确定由于第一水平井不深,且年产量不大,决定采用单绳缠绕式提升系统。罐笼的选定（1）吨位的确定：罐笼的吨位按井下运输使用的矿井名义载重量确定。卧牛矿拟选定矿车的名义载重量为1t。因而选用罐笼的吨位为1t。(2)层数的选择：层数的选择应根据运送最大班下井工人时间不超过40min或总作业时间是否超过5小时来确定。卧牛山煤矿最大班下井人数为260，显然选择一层罐笼不能够满足工作的要求。故选用二层罐笼。其具体的技术参数如下：型号：GLSY—1×2/2G—罐笼L---立井单绳S---钢丝绳罐道Y—异側进出车1—煤车吨位2—煤车数2—层数自重：3000Kg允许乘人数：24-3-每层底有效面积:2.3m3罐笼总高度4550㎜罐笼宽度:1246㎜罐笼长度:2550㎜罐笼质量：3667Kg罐笼装载量：3235Kg最小井筒允许直径3800㎜采用1t标准矿车，型号为MG1.1—6自重qc=6000N名义载煤量1t有效容积1.1m31.1.3提升刚丝绳的选型选择原则：钢丝绳在运转中受到许多应力的作用和各种因素的影响，如静应力、动应力、弯曲应力、扭转应力和挤压应力等。磨损和锈蚀也将损害钢丝绳的性能，综合考虑以上应力因素的计算是困难的，目前国内外都是按静载荷近似计算的。我国是按《煤矿安全规程》的规定来设计的，其原则是：钢丝绳应按最大静载荷考虑一定的安全系数来进行计算的。在经常性作业中，以提升作业载荷最重，故以此条件选择钢丝绳。（1）次提矸量Q:Q=2rqv=2×1350×1.1＝2970(kg)Rq———矸石容量1350kg/m3V———矿车有效容积V=1.1m3（2）计算钢丝绳每米重PP≥caBzxHmgQgQ11.0-4-图1-1钢丝绳计算示意图其中Hc=Hj+Hs+Hz=14.13+190.14=204.27mQx一次提升的QXg一次提升的最大载荷,N;Qz容器的重量，NB钢丝绳的抗拉强度QXg=2×r矸×V=2×1350×1.1=2970(kg)代入数字计算得：P′=caBzxHmgQgQ11.0=86.3127.204917000011.029703000N/m根据上述计算值，从钢丝绳规格表中选取每米钢丝绳重量等于或大于P值的钢丝绳，选型号为：D—6×19+1直径为31mm的钢丝绳。有关数据为：d=31㎜,0.2max㎜,33.83N/m,170BKN/cm2,Qq=690KN由于实际所选钢丝绳的r0(钢丝绳的比重)不一定是0.09N/cm3，因而对所选钢丝绳是否满足安全系数的要求必须按实际所选每米绳重按下式进行验算，即所选钢丝绳的实际安全系数为：-5-ma=czqpHgQQgQ(N/m)式中:Qq为所选钢丝绳所有钢丝拉断力之和NP为所选钢丝绳的每米重力，N/m.。经计算：ma=czqpHgQQgQ=14.903383.027.2047.29306909所以所选钢丝绳可用。1.1.4选择提升机提升机的主要参数有：卷筒直径D,卷筒宽度B，提升机最大静张力Fjmax及最大静张力差Fjc.。这里依据卷筒直径D为依据选择提升机的型号，其它三个参数为校核参数。为了保证提升钢丝绳具有一定的承载能力和使用寿命，钢丝绳在卷筒上缠绕时所产生的弯曲应力不要过大，根据《煤矿安全规程》规定，安装在地面的提升机，其直径与钢丝绳的直径的关系应满足：D≥80dD′≥1200δD′为提升机卷筒直径mm小d为提升钢丝绳直径mmδ为提升钢丝绳中最粗钢丝的直径经计算D=80×31=2480㎜因而选择提升机的型号为：XKT2—2.5×1.2B—11.5其技术特征如下：（1）卷筒直径：2.5m（2）设计钢丝绳最大静张力Fjm=70KN（3）设计钢丝绳最大静张力差Fjc=40KN（4）减速器传动比I=9.5（5）传动效率η=0.851.1.5校验提升机强度：以提矸作业为准校验，钢丝绳悬挂长度He=190米。最大静张力:Fjm=Qg+Qzg+qc+PHc=29.7+30+0.03383×190=66.1270KN-6-最大静张力差Fjc=Qg+△H=29.7+0.3383×190=36.1240KNFjm、Fjc的实际值均小于设计值，强度校验合格。1.1.6井塔高度Hj确定：Hj=Hr+Hg+0.752D=4550+8643.5+937.5=14131mm=14.131m因而确定井塔的高度为14.13米.1.1.7预选电动机电动机额定转速：ne=60ivm/πD=5015.214.39.65.960r/minD——提升机卷筒直径mI——为减速器传动比Vm:——最大速度由下表查得：表1-150060075011．55．6886．8268．53020—3．9254．90630——2．6183．270电动机的同步转速数为：nt=500r/min则额定转速ne=480r/min此时相应最大提升速度为Vm=πDne/60i=sm/75.65.9604905.214.3预选电动机的功率（按提矸作业选定）Pe=iKQVm1000PK——阻力系数K=1.15P——动负荷影响系数取P=1.3转速Vm传动比-7-则：Pe=6.32285.010003.175.67.2915.1(KW)由Pe、ne选电动机为JRQ1512-12三相交流绕组异步电动机，其技术特征参数如下：额定功率：Pe=330KW额定电压：6000KV额定电流：44.2A频率：50HZ转子电流：355A转子电压：595V额定转数：490转/分转子飞轮转距[GD2]=29430Nm2电动机的效率：nd=93%电动机作用于滚筒上额定拖动力Fe=1000Pe*ηi/Vm=6.4155575.685.03301000N1.1.8天轮的选型计算：天轮的分类：（1）井上固定天轮（2）凿井及井下固定天轮（3）游动天轮结构形式的分类：（1）直径为3500mm，采用模压焊接结构（2）直径小于3000mm时，采用整体铸钢结构（3）直径为4000mm，采用模压铆接结构根据《煤矿安全规程》的规定，当钢丝绳对天轮的围抱角大于900时。Dt≥80dDt≥1200式中Dt—天轮直径，㎜；—钢丝绳中最粗钢丝绳直径，㎜根据以上计算，选择天轮为：Dt≥80×30=2400㎜取Dt=2500㎜整体铸钢结构的天轮1.1.9提升机与井筒相对位置的计算1）钢丝绳弦长Lx及偏角的确定。《煤矿安全规程》对偏角，弦长等有严格的限制，Lx过大时，绳的振动-8-也会加大，因此将弦长Lx限制在60m以内。一些提升机对仰角也有一定的要求，其原因（1）偏角过大将加剧钢丝绳与天轮的磨损，因此《煤矿安全规程》规定，内外偏角均应小于1030’。（2）某些情况下，当钢丝绳缠向卷筒时，若内偏角过大会发生“咬绳”现象。咬绳现象加剧了钢丝绳的磨损。先按《煤矿安全规程》规定的最大外偏角允许值1030’代入下式计算最小弦长。最小弦长Lx·min′≥max.1tan)(32daSB式中—卷筒宽度，m;S—两天轮中心距，m;—两卷筒之间的距离，m;—两卷筒上绳圈的间隙；d—钢丝绳直径。代入参数计算得：Lx·min′≥m6.195.1tan)002.003.0(3214.092.15.10再根据内偏角的允许角度曲线图查得D=2.5m,d=0.002m的不“咬绳”允许内偏角为10求出内偏角符合要求的最小弦长Lx.max〃最小弦长Lx.max″≥max.2tan])()330([2dDHBaS=01tan)]002.003.0)(330190(5.1[214.092.1=13.5mLx.max″Lx·min’,应该取弦长为20m.2)计算井筒提升中心线至卷筒中心线的距离Ls·minLs·min=tjxRCHL202min.)(式中C0为卷筒中心线至井中水平的高度m,一般C0=1.5～2m.。Rt为天轮-9-半径。代入参数计算得：Ls·min=25.1)5.114(2022=16.86m3)仰角=arctanmin.min.02arcsinxttsjLDDRLCH式中Hj—井架高度;C0—提升机主轴高出井口水平的高C0=1.5m;代入参数=arctan2025.25.2arcsin25.18.1925.114=34.50+7.180=41.680150符合要求。1.1.10运动学参数计算:1)罐笼提升通常采用五阶段速度图,其速度图如下:vOt1t2t3t4t5taa1ta3图1-2罐笼提升五阶段速度图-10-在竖井中采用罐笼升降人员其最大速度不得超过下式值,且最大不得超过16m/s.Vm≤0.5H=0.5190=6.9m/s2)提升加速度期a1和减速度a3的确定（1）根据《煤矿安全规程》的现定，竖井长降人员的加减速度不得大于0.75m/s2,最大加速度按下式计算:a1≤mpHKQgFe)(75.0式中：——电动机过负荷系数；Fe——电动机额定拖动力；Pe——电动机额定功率；0.75——最大拖动的系数。代入参数计算得：a≤8832881.966002.194.1066498.175.0=0.742m/s2为了留有余地，可确定提矸与升降人员加速度相同，取a1=0.7m/s2。（2）减速度a3确定由于付井作业种类繁多载荷变动大，为了便于控制取a3=0.7m/s2。不同作业时减速方式不同，提矸时需电动方式，提升人时需用机械制动方式。在下放重载时，为了确保a1、a3仍为0.7m/s2需采用电气制动方式，为此付井提