第三章 矿井提升设备选型设计

3.1原始资料

矿井年产量为An(万吨)，矿井深度Hs(米)，装载高度Hz=18M，卸载高度Hx=18M,试选择该矿主井双箕斗提升设备。（散煤容重可取γ=0.9吨/M3或0.92吨/M3，单水平开采）。

An=60万t/a

Hs=210m

Hz=18m

Hx＝18m

γ＝0.9t/m3

br＝300d

t＝14h

3.2提升容器选型

3.2.1提升方式选择

设计提升方式为立井单绳缠绕式双箕斗提升。

3.2.2提升容器的选择

3.1.2.1小时提升量

Ah = C×An/br×t

  =1.1×600000/（ 300×14）

=157.1(t/h)

3.1.2.2.经济提升速度:

Ht=Hs+Hx+Hz

  =210+18+18

=246(米)

Vj =0.4

  ＝0.4

 ＝6.27m/s

3.1.2.2.一次提升经济时间估算

Tj＝

   ＝

＝67s

式中：a——提升加速度，箕斗提升取0.8m/s2

      u——容器爬升时间，对双箕斗提升取10s

      θ——提升终了休止时间，暂取10s

3.1.2.3.一次经济提升量

  式中：An——矿井设计年产量，600000t/a

      af——提升富裕系数，取1.2

      C——提升不均匀系数，有煤仓取1.1

      t——日工作时，一般取14h

      b——矿井年工作日，取300d

3.1.2.4.提升容器选择

根据计算，选择标准箕斗，型号JL6。技术参数如下：

JL-6的技术参数如下：

3.1.2.5.重新计算最大提升循环时间

3.3提升钢丝绳选择

3.3.1钢丝绳绳端荷重

钢丝绳最大静荷载Qmax按下式计算：

Qmax＝Q＋Qz＋pHc＝mg＋mzg＋mpgHc

式中：Qmax——钢丝绳最大计算静荷载，N

      Q——一次提升货载重力，6000×9.8=58800N

      Qz——容器自重力，5000×9.8=49000N

      p——钢丝绳每米重力，N

      mp——钢丝绳每米质量，kg/m

      Hc——钢丝绳最大悬垂长度，按下式计算

             Hc＝Hj＋Hs＋Hz＝30＋210＋18=258m

      Hj——井架高度，暂取30m

      Hs——矿井深度，210m

      Hz——装载高度，根据设计要求取18m。

为使钢丝绳能够承受绳端载荷，必须使下式成立：

mp≥=kg/m

根据计算，钢丝绳选择6×19-37-170右同三角形股钢丝绳。

Pk = 4.871kg/m δ = 2.4mm  ,Qs= 87600kg

3.3.2钢丝绳绳安全系数校验

m = 87600/(6000+5000+4.871×258)

=7.15> 6.5

钢丝绳选择满足要求。

3.4提升机的选择

3.4.1提升机滚筒直径

提升机滚筒直径应满足下式：

D≥80d＝80×37=2960mm

D≥1200δ＝1200×2.4=28800mm

根据计算，滚筒直径确定为3000mm。

3.4.2钢丝绳作用在滚筒上的最大静张力及最大静张力差

最大静张力：

       Fj  =  Qd+ PkHc

         =6000+5000+4.871×258

      = 12256.7 kg

最大静张力差：

   Fc= Q+ PkHc

        =  6000+4.871×258

     =  7256.7kg

根据计算的滚筒直径、最大静张力、最大静张力差选用2JK-3.0/30型矿井提升机，

提升机参数如下：

Dg =3.0m    B = 1.5m   Fje = 13000kg > Fj 

Fce= 8000kg> Fc        i= 30   Vmax = 5.6m/s

mj＝17000kg 减速器最大输出转矩＝180kN·m

 

3.5提升系统

3.5.1天轮直径Dt

Dt＝80d＝80×37=2960mm

Dt＝1200δ＝1200×2.4=2880mm

根据计算选择TSH型天轮。

名义直径Dt＝3000mm，绳槽半径Rt=20mm

适于钢丝绳直径范围：＞25～37mm，允许的钢丝绳全部钢丝破断力总和：1010000N，两轴中心距L＝950mm，轴承中心高度H＝240mm，变位质量mt＝781kg，自身重量2466kg。

3.5.2井架高度Hj

Hj=Hx+Hr+Hp+Hg+0.75Rt

=18+9.45+0.3+10+0.75×1.5

=38.8m

式中：Hj——井架高度，m

      Hx——卸载高度，18m

      Hr——容器高度，9.25m

      Hg——过卷高度，10m

选取井架高度为40m

3.5.3提升机滚筒中心到提升中心线间的水平距离Ls

Ls≥0.6Hj＋D＋3.5＝0.6×40＋3.5＋3.5=31m

式中：D——提升级滚筒直径，3.5m

取Ls=35m（滚筒中心至提升容器中心线的距离）

3.5.4提升钢丝绳弦长Lx

式中：Dt——天轮直径，3m

      c0——滚筒中心线与井口水平的高差，设计取1.5m

根据计算，提升钢丝绳弦长为51m。

3.5.5钢丝绳外偏角α1和内偏角α2

3.5.5.1钢丝绳外偏角

式中：B——滚筒宽度，1.7m，

      s——两天轮间距，取2300mm

      a——两滚筒之间的间隙，140mm

      d——钢丝绳直径，40mm

      ε——钢丝绳缠在滚筒上的间隙，3mm

      Lx——钢丝绳弦长，51m。

计算得：

α1=0.5516°＝0°33′6″

3.5.5.2钢丝绳内偏角

式中字母意义同上，经计算，α2=1.213°＝1°12′47″＜1°30′

钢丝绳的内外偏角满足规范要求。

3.5.6钢丝绳的仰角

对于JK型提升机，只验算其下出绳角β即可。

钢丝绳下出绳角大于15°，满足规范要求。

3.5.7电动机预选

3.5.7.1电动机的估算功率

=

式中：N——电动机的估算功率，kW

      V″m——提升机的标准速度，取4.5m/s

      k——矿井阻力系数，箕斗提升取1.15

      Q——一次提升货载重量，60000N

      ψ——考虑到提升系统运转时，有加、减速度及钢丝绳重力等因素影响的系数，箕斗提升取1.2

      ηj——减速器传动效率，单击传动取0.92

3.5.7.2电动机的估算转数

＝573 rpm

式中：i——减速器的传动比，20

      D——滚筒直径，3m

3.5.7.3初选电动机

根据以上计算，选取电动机为：

JR1512-8/570

Ne=570kW   nd=738rpm     V=6000V

(GD2)d=5100Nm2 λ＝2.0

提升机实际提升速度：

Vmax=πDgnd/60i＝3.14×3.0×738/60×20=5.78m/s

立井提升物料时，速度不得超过下式限定速度：

Vmax≤0.6=0.6＝10.4m/s

提升速度满足要求。

3.5.8变位质量计算

3.5.8.1直线运动部分的变位质量mL

mL＝m＋2mz＋2mpLp＋mqLq

式中：LP——一根提升钢丝绳的总长度，m

             Lp＝Hc＋Lx＋3πD＋30＋n′πD

               ＝348＋51＋3×3.14×3.5＋30＋3×3.14×3.5

                ＝404.94m

      Hc——钢丝绳的悬垂长度，258m

      Lx——钢丝绳的弦长，51m

      3πD——3圈摩擦圈绳长度，m

      30——试验绳长度，m

      n′πD——多层缠绕时的错绳用绳长，n′取3

      mq——尾绳每米质量，4.871kg/m

      Lq——尾绳长度，Lq＝H＋2Hh＝300＋30=330m

      Hh——尾绳环高度，一般取15m。

mL＝6000＋2×50500＋2×4.871×494.94＋4.871×330

  ＝22429kg

3.5.8.2转动部分的变位质量

提升机变位质量mj＝17000kg

天轮变位质量mt＝781kg

电动机的变位质量md＝＝

提升系统总变位质量为：

＝22429+2×781＋17000＋23129

=64120kg

3.5.9提升速度图的计算:

设计为箕斗提升，速度图按六阶段速度图计算。

图3-1 提升过程图

1、箕斗提升初加速度a0的确定

初加速度由下式确定

a0=＝

式中：v0——箕斗离开卸载曲轨时的速度，取1.5m/s

     h0——箕斗离开曲轨内的行程，目前h0取值范围在2.13～2.35m之间

设计取a0=0.5m/s2

2、箕斗主加速度a1的确定

箕斗的主加速度由下式计算

式中，Fe——电动机的额定出力，N

＝

      Ne——电动机的额定功率，570kW

      ηj——出动效率，0.92

      λ——电动机过负荷系数，2.0

      ——提升系统变位质量，64120kg

      Vm——提升机实际提升速度，5.78m/s

按减速器允许的输出传动转矩来确定主加速度。

=

规程对立井箕斗提升的加减速度没有规定，一般不超过1.2m/s2,计算值为0.289m/s2,设计取主加速度为0.28m/s2.

3、提升机减速度a3的确定

按自由滑行减速方式计算

＝

式中：h3——减速阶段的行程，一般取30～40m。

按电动机减速方式计算

     

按制动状态减速方式计算

＝1.21

根据计算，设计选取提升减速度为0.7m/s2

4、速度图参数的计算

（1）卸载曲轨中初加速时间为：

（2）箕斗在卸载曲轨内的行程为h0=2.35m

（3）主加速时间为

（4）主加速阶段的行程为：

h1=

（5）主减速阶段时间为

（6）主减速阶段的行程为

h3=

（7）爬行时间为

t4=

（8）抱闸停车的时间为t5=1s

（9）等速阶段的行程为

h2=H-h0-h1-h3-h4=246－2.35-55-21-2.5=161.8m

（10）等速阶段的时间为

＝

（11）一次提升循环时间为Tx

Tx=t0+t1+t2+t3+t4+t5+θ＝3+15.3+28+7.5+5+1+8=67.8s

提升设备小时提升能力为

式中：m——一次提升货载的质量，6t

提升设备的年提升量为：

提升富裕系数

af＝

图3-2 主提升速度图

3.5.10提升设备的动力学计算:

提升设备各阶段拖动力计算如下：

提升开始时：

F0=kQ＋PH＋＝1.15×6000＋4.871×246＋6412×0.5=11304kg

出曲轨时

F0′=F0－2Ph0=11304－2×4.871×2.35=11281kg

主加速阶段开始时

F1=F0′＋＝11281＋6412×（0.28－0.5）＝9870.7kg

主加速终了时

F1′＝F1－2Ph1=9870.7-2×4.871×28=9973kg

等速阶段开始时

F2= F1′－＝9973－6412×0.28=8178kg

等速阶段终了时

F2′＝F2－2Ph2=8178-2×4.871×161.8=6601kg

减速阶段开始时，

F3= F2′－＝6601-6412×0.8=1472kg

减速阶段终了时

F3′＝F3－2Ph3=1472－2×4.871×23.7=1245.8kg

爬行阶段开始时

F4= F3′＋＝1245.8＋6412×0.8=6375kg

爬行阶段终了时

F4′＝F4－2Ph4=6375-2×4.871×2.5=6350.6kg

主提升速度图力图如下：

图3-3 主力提升图

3.5.11电动机功率校核

将前节数据带入上式可得：

2.69×109

等效功率：

Pd＝＝＝470＜570kW

式中：Td＝

所选电机合适。

图3-3 提升设备与井筒相对位置图

图3-4 提升设备机房布置图