矿山运输与提升课程设计单绳缠绕式概论

课程设计报告

设计课题：单绳缠绕式主井提升设备选型设计

专业班级： 2012级机制本二

学生姓名：左玖川

指导教师：卜桂玲吴晗

设计时间： 2015.6.17-6.23 呼伦贝尔学院矿业学院

呼伦贝尔学院矿业学院

单绳缠绕式主井提升设备选型课程设计任务书

指导教师：教研室主任：年月日

矿业学院矿山运输与提升设备课程设计成绩评定表

年月日

设计前言 (1)

计算数据 (2)

第一章选择提升容器 (2)

1、确定合理的经济提升速度 (2)

2、估算一次合理经济提升循环时间 (2)

3、估算一次经济提升量 (2)

4、根据mj选择提煤箕斗 (2)

5、根据所选箕斗实际载货量m计算所需提升机提供的速度Vm′ (2)

第二章选择提升钢丝绳 (3)

1、计算钢丝绳的绳端载荷质量 (3)

2、计算钢丝的最大悬垂长度 (3)

3、计算钢丝绳的单位长度质量 (3)

4、根据mp′选择标准钢丝绳 (3)

5、验算钢丝绳安全系数 (3)

第三章选择提升机和天轮 (3)

1、确定提升机滚筒直径 (3)

2、计算作用在提升机上的最大静张力和最大静张力差 (3)

3、确定减速器传动比 (4)

4、根据计算D、Fjmax、Fcmax选择提升机 (4)

5、验算滚筒宽度 (4)

6、计算天轮直径 (4)

7、选择天轮 (4)

第四章计算提升机与井筒的相对位置 (5)

1.计算井架高度 (5)

2.计算滚筒中心至井筒提升中心线的距离Ls (5)

3.计算钢丝绳弦长 (5)

4.钢丝绳内外偏角计算 (5)

5.验算提升机滚筒的下出绳角 (6)

6.提升机与井筒相对位置图（见附录图1） (6)

第五章初选提升电动机 (6)

1. 估算电动机功率 (6)

2.估算电动机转速 (6)

3. 选电动机 (6)

4. 确定提升机的实际最大提升速度 (6)

第六章计算提升系统的变位质量 (6)

1.直线部分的变位质量 (6)

2.旋转运动部分的变位质量 (7)

3. 总变位质量 (7)

第七章提升运动学与动力学计算 (7)

（一）运动学计算 (7)

1.加速度的确定 (7)

（1）初加速度的确定 (7)

（2）确定主加速度a1 (7)

2. 提升减速度的确定 (8)

3.速度参数的计算 (8)

4.提设备生产能力 (9)

（二）动力学计算 (9)

1.初加速阶段 (9)

2.主加速阶段 (9)

3.等加速阶段 (10)

4．减速阶段 (10)

5.爬行阶段 (10)

第八章电动机功率验算 (10)

（二）按正常运行时电动机过负荷能力验算 (11)

（三）特殊过负荷能力验算 (11)

第九章电耗及功率计算 (11)

1.每提升一次电耗 (11)

2.吨煤电耗 (11)

3.年电耗 (12)

4.一次提升有益电耗 (12)

5.提升设备的效率 (12)

第十章总结 (14)

十一参考文献 (15)

设计前言

近几十年来，为了提高劳动生产率和各项经济技术指标，在全世界范围内进行着对矿井的根本性技术改造，这种改造的趋向是向着更集中，更大型发展。

矿井提升设备的任务是沿井筒提升煤炭、矸石、下方材料，升降人员和设备，所以矿井设备是联系井下与地面的重要生产设备，是矿山运输的咽喉，因此，它在整个综合机械化生产中占有重要的地位。

随着科学技术的发展，及生产的机械化和集中化，随着矿井技术改造的进程，提升设备在高效、大型、自动化方面都有着飞速的进步。近代化提升设备已发展成为大型机械--电气组或机组群。箕斗有效载重在国外已超过50吨，提升速度接近20米每秒；拖带功率达10000千瓦以上；在拖动控制方面已广泛采用了集中控制及自动控制设备。

本次设计的主要内容是对单绳缠绕式矿井提升机的选型设计。分为五个部分：第一部分是提升容器；第二部分是提升钢丝绳；第三个部分是矿井提升机；第四个部分是提升机与井筒的相对位置；第五个部分是矿井提升运动学及动力学。

矿井提升设备选型

计算数据

已知某矿井年产量An=90万吨，矿井深度Hs=600m，卸载高度Hx=40m，装载高度Hz=35m，散煤密度为1.2t/m3，年工作日br=320d，日工作小时t=14h/d，矿井电压等级为6KV，采用主井双箕斗提升方式。

第一章选择提升容器

1、确定合理的经济提升速度

H=H S+H X+H Z=600+40+35=675m

v i=(0.3～0.5)√H=0.4√H=0.4√675=10.3m/s

2、估算一次合理经济提升循环时间

T j=V j

a +H

V j

+u+θ=10.3

0.8

+675

10.3

+10+10=98.37s

取a=0.8m s2

?，u=10s，θ=10s 3、估算一次经济提升量

m j=A n C a f T j

3600b r t =900000?1.15?1.2?98.37

3600?320?14

=7.57 t/次

4、根据m j选择提煤箕斗

查箕斗规格表选用JL-8型立井单绳提煤箕斗，其技术规格：

箕斗斗箱容积:8.8m3

箕斗全高：H r=9.25m

箕斗名义载货量：8t

箕斗自身质量：5500kg

箕斗实际载货量：m=8.8?1.2=10.56t

5、根据所选箕斗实际载货量m计算所需提升机提供的速度V m′所需一次提升循环时间：

T‘=3600mb r t

cA n a f

3600×10.56×320×14

1.15×900000×1.2

=139.12s

V m′=a[T′?(u+θ)]?√a2T′?(u+θ)2?4aH

=0.8[(88.5?(10+10))]?√0.82([(88.5?(10+10))]2?4?0.8?375))

=6.17m/s

V m′是选择提升机标准的一个重要依据，在选择提升机后，可依据V m′从提升机规格表中选用与V m′相近似的标准提升速度。

第二章选择提升钢丝绳

1、计算钢丝绳的绳端载荷质量

m+m z =10560+5500=16060kg

2、计算钢丝的最大悬垂长度

H C=H j+H s+H z=32+600+35=667m

3、计算钢丝绳的单位长度质量

m p′=

m+m z

11×10?6

σΒ

m a?H c

16060

11×10?6×1700×10?6

6.5?667

=7.26 kg/m

m a专为升降物料：≥6.5m s2

4、根据m p′选择标准钢丝绳

查钢丝绳规格表选用钢丝绳46NAT6x19股（1+6+12）NF1665ZZ876487GB81102,d=37mm其技术规格如下：

d=46mm,m p=7.61kg m

?,δ=3mm,Q p=1365000N

5、验算钢丝绳安全系数

Q p

(m+m z+m p H c)g =

1365000

(16060+7.61?667)?10

=6.8>6.5

所以所选钢丝绳满足要求

第三章选择提升机和天轮

1、确定提升机滚筒直径

D≥80d=80×46= 3680 mm

D≥1200δ=1200×3.0=3600 mm

2、计算作用在提升机上的最大静张力和最大静张力差

F jmax=(m+m z+m p H)g

=(10560+5500+7.61×675)×10

=211967N

F cmax =(m +m p H)g

=(10560+7.61×675)×10

=156967N 3、确定减速器传动比

根据上面计算的v m ′

=6.17 m/s ，在提升机规格表中选用与其相近的标准速度v m ′′=6.1 m/s ，则即随之确定减速器的i=20

4、根据计算D 、F jmax 、F cmax 选择提升机

查提升机规格表选用：2JK -4/20，D=4 ，B=1.8m ，变位质量m j =31800kg ,减速器许用最大转矩[M max ]=375000N ·m ，[F jmax ]=180000N ，两滚筒中心距为1964mm, [F emax ]=125000N 。

5、验算滚筒宽度首先考虑单层缠绕

B ′=(

H+30πD

+3)(d +ε)

=(675+30+3)(0.046+0.003)

=2.75＞1.8

由以上计算知单层缠绳不符合安全规程要求，需考虑双层缠绕。

B 双=(H +30+(4+3)πD

κπD p

)(d +ε)

=(675+30+7×3.14×42×3.14×4.038

)(0.046+0.003)

=1.53

D P =D +k?12

√4d 2?(d +ε)2 =4+

2?12

√4×

0.0432

?(0.043+0.003)2

=4.038m

6、计算天轮直径

D ≥80d =80×43= 3680 mm D ≥1200δ=1200×3= 3600 mm

7、选择天轮

根据计算的天轮直径，查看天轮规格表选用天轮TSH

400025

，D t =4000mm ，

变为质量m t=1300kg

第四章计算提升机与井筒的相对位置

1.计算井架高度

H j=H x+H r+H g+0.75R t

=40+9.25+6.58+0.75×4÷2

=57.33m

将计算的井架高度值圆整后取H j=57m.

2.计算滚筒中心至井筒提升中心线的距离L s

L smin≥0.6H j+3.5+D

=0.6×57+3.5+4

=41.7m

取L s=41m

3.计算钢丝绳弦长

L x=√(H j?C O)2+(L S?D t 2 )2

=√(57?2)2+(41?4 2 )2

=67.6m

式中估取C O=2m

4.钢丝绳内外偏角计算

因为是双层缠，故钢丝绳按缠满滚筒考虑

外偏角α1=arctan B?S?a 2

L X

=arctan 1.8?

2.1?0.164

67.6

=0.7°

式中S?两箕斗中心距，S=2.1m;

两滚筒内缘间距，a=两滚筒中心距?滚筒宽度，即

α=1.964?1.8=0.164m

内偏角α2=arctan S?a 2 L X

=arctan 2.1?0.14

2 42.2

=0.8°

内外偏角均小于1.30°，且提升钢丝绳在滚筒双层缠绕不考虑咬绳问题，故

满足?煤矿安全规程?要求。

5.验算提升机滚筒的下出绳角

β下=arctan

H j?C O

L s?R t

+arcsin

D t+D

2L X

=arctan 57?2

41?2

+arcsin

4+4

2×67.6 =54.65°+3.39°

=58.04°>15°

滚筒下出绳角满足要求。

6.提升机与井筒相对位置图（见附录图1）第五章初选提升电动机

1. 估算电动机功率

N=kmgv m′′

1000ηj φ=1.15?10560?6.1?10

100?0.85

?1.2=1026kw

2.估算电动机转速

n=60v m′′i

60?6.1?20

=582 r/min

3. 选电动机

根据N，n及矿井电压等级为6KV，查电动机规格表选用YR500-10/1430绕线型异步电动机:N e=1250kN，（GD2）

=19220N?M2,n e=593r/min , ηd=0.92 ,λ=1.96 ,额定电压为6KV。

4. 确定提升机的实际最大提升速度

V m=πDn e

60i

=6.2m/s

第六章计算提升系统的变位质量

1.直线部分的变位质量

m l=m+2m z+2m p L p+m q L q

=10560+2?5500+2?7.61?852.5+0

=34154kg

其中L p=H c+L x+30+(n+n′)πD

=667+67.6+30+(3+4)?π?4

=852.5

2.旋转运动部分的变位质量

天轮m t=1300kg 提升机（包括减速器）m J=31800kg 电动机转子的变位质量

m d=（GD2）

gD2

192220?20

10?42

=48050

3. 总变位质量

Σm=m L+2m t+m j+m d

=26054+2?1133+24500+21355

=116574kg

第七章提升运动学与动力学计算

（一）运动学计算

1.加速度的确定

（1）初加速度的确定

选择箕斗出曲轨时的速度为v0=1.5m/s，箕斗在卸载曲轨内的行程的行程为?0=2.35m，则：

a0=v02

1.52

=0.48m/s2

取a0=0.5m/s2

（2）确定主加速度a1

第一，按一般在主井专提物料时: a1≤1.2m/s2第二，按减速器输出轴允许的最大转矩

a1≤2M max

D?(kQ+PH)

∑m?m d

=2M max

D?(km+m p H)g

∑m?m d

=2×375000

4?(1.15×10560+7.61×675)×10

=0.25m/s2