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山西工程技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
學(xué)生姓名
：
王鵬
學(xué)號(hào)
：
150514016
專業(yè)
：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
：
董清華
所屬系（部）
：
機(jī)械電子工程
二〇一九年六月
礦井主井提升設(shè)備選型與設(shè)計(jì)
摘 要
隨著社會(huì)的發(fā)展，為了提高生產(chǎn)效率以及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，在世界范圍都在進(jìn)行對(duì)于礦井的技術(shù)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(wù)主要是沿著井筒上下提升煤炭、矸石、各種工具，設(shè)備以及人員,所以，礦井提升機(jī)對(duì)于聯(lián)系井下與地面的生產(chǎn)設(shè)備是很重要的，是礦井提升的主干，因而，它在機(jī)械生產(chǎn)中具有崇高的地位。
伴隨社會(huì)生產(chǎn)力的不斷進(jìn)步和生產(chǎn)規(guī)模的整體化、現(xiàn)代化，采礦技術(shù)的轉(zhuǎn)化過(guò)程、設(shè)備性能的提高、規(guī)模的擴(kuò)大和自動(dòng)化控制迅速發(fā)展。目前，起重設(shè)備已發(fā)展成為大型機(jī)電控制集團(tuán)或單元。國(guó)外箕斗提升能力已超過(guò)50噸，提升速度約為每秒20米，牽引功率超過(guò)10000千瓦。運(yùn)行控制使用統(tǒng)一控制和全自動(dòng)化。
本文的主要內(nèi)容是對(duì)多繩摩擦式礦井提升機(jī)的選型設(shè)計(jì)。主要六個(gè)部分:第一部分是介紹提升機(jī)的類別；第二部分是提升機(jī)總體方案選定；第三部分是提升機(jī)設(shè)備的選型計(jì)算；第四部分是提升機(jī)的制動(dòng)裝置選型；第五部分是提升機(jī)的輔助裝置的選擇；第六部分是提升機(jī)的安全防護(hù)原則；第七部分是經(jīng)濟(jì)性考慮；
關(guān)鍵詞：提升機(jī)；提升容器；鋼絲繩；選型設(shè)計(jì)；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(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)及作用 2
1.2.1 工作機(jī)構(gòu) 3
1.2.2 制動(dòng)系統(tǒng) 3
1.2.3 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 3
1.3 礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 3
1.4 多繩摩擦式提升設(shè)備的工作原理 4
1.5 多繩摩擦礦井提升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及其局限性 5
1.6 多繩摩擦礦井提升設(shè)備國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì) 6
2 礦井提升設(shè)備選型設(shè)計(jì) 8
2.1 選型設(shè)計(jì)的基本原則 8
2.2 設(shè)計(jì)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(shè)備相關(guān)計(jì)算 12
3.1 提升容器選擇與計(jì)算 12
3.2 鋼絲繩的計(jì)算選型 14
3.3 礦井提升機(jī)以及天輪的選型計(jì)算 15
3.4 提升機(jī)與井筒的對(duì)應(yīng)距離計(jì)算 18
3.5 鋼絲繩理論計(jì)算 19
3.6 預(yù)選提升機(jī)電動(dòng)機(jī) 20
3.7 提升機(jī)綜合校核 22
3.7.1 提升系統(tǒng)的變位質(zhì)量計(jì)算 22
3.7.2 提升系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué) 22
3.7.3 提升減速度的確定 23
3.7.4 速度圖參數(shù)計(jì)算 24
3.7.5 運(yùn)動(dòng)力圖參數(shù)計(jì)算 25
3.8 提升機(jī)等效容量的計(jì)算 28
3.9 提升設(shè)備的電耗及效率計(jì)算 29
4 制動(dòng)裝置選型 31
4.1 制動(dòng)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(jī)安全防護(hù)原則 42
6.1 提升機(jī)必備的安全保護(hù) 42
6.2 提升機(jī)機(jī)房的管理 43
7 經(jīng)濟(jì)性考慮 44
總結(jié) 45
參考文獻(xiàn) 47
外文文獻(xiàn) 48
中文翻譯 54
致 謝 60
山西工程技術(shù)學(xué)院――畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
66
1 提升機(jī)的分類與組成
1.1 礦井提升類型介紹
礦井提升機(jī)的工作原理是用鋼絲繩帶動(dòng)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(dǎo)向輪或者天輪等組成,以便能夠完成提升人員、設(shè)備、煤炭、矸石等任務(wù)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(jī)、電動(dòng)機(jī)、主井裝卸載系統(tǒng)、副井井上下操車(chē)系統(tǒng)、過(guò)卷和過(guò)放防護(hù)設(shè)備、電控系統(tǒng)、提升信號(hào)系統(tǒng)、井架或井塔等組成。礦井提升機(jī)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(jī)
礦井提升機(jī)（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(jī)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(chǎn)工藝和滾筒大小的約束。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)鋼絲繩直徑大于60毫米時(shí)，很難制造，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致提升機(jī)和起重設(shè)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(shè)備
摩擦式礦井提升機(jī)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(chǎn)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(gè)容器，或一邊連著容器，另一邊連著平衡錘。為提高經(jīng)濟(jì)利益和安全性能，礦井摩擦提升機(jī)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(shí)，摩擦輪兩邊的鋼絲繩質(zhì)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(jī)稱為塔式摩擦礦井提升機(jī)。
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(shè)井塔花錢(qián)比較多。提升機(jī)安裝在地面上的稱為落地摩擦礦井提升機(jī)（圖1-2），這種類型的提升機(jī)，它的提升繩通過(guò)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(shè)備是在塔式多繩提升設(shè)備的基礎(chǔ)上，將主體部分由空中放到地面。
1.2 礦井提升機(jī)結(jié)構(gòu)及作用
礦井提升機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、主軸裝置、減速器、卷筒、制動(dòng)系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測(cè)速限速系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成[1]。用交流或直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)，其中制動(dòng)裝置是提升機(jī)安全運(yùn)作的重要裝置，在緊急情況下，制動(dòng)系統(tǒng)必須能讓可調(diào)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生兩級(jí)安全制動(dòng)力，用以保證提升機(jī)及時(shí)剎車(chē)，沒(méi)有過(guò)度制動(dòng)。
下面是關(guān)于與本設(shè)計(jì)有關(guān)部分的功能介紹：
1.2.1 工作機(jī)構(gòu)
工作運(yùn)動(dòng)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(guò)軸承將此載荷傳給基礎(chǔ)。
（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(chǎn)生殘余變形；
（4）當(dāng)提升水平發(fā)生變化時(shí)，可以調(diào)節(jié)提升繩的長(zhǎng)度（只能用于單繩纏繞雙卷筒提升設(shè)備）
1.2.2 制動(dòng)系統(tǒng)
制動(dòng)系統(tǒng)包括制動(dòng)器和液壓傳動(dòng)裝置兩部分。制動(dòng)器的作用是：
（1）在提升機(jī)停止運(yùn)作時(shí)，能穩(wěn)定的剎車(chē)；
（2）在減速或者下放物料時(shí)，可對(duì)提升機(jī)的速度進(jìn)行控制；
（3）緊急事故發(fā)生時(shí)，提升機(jī)能夠迅速停車(chē)，避免事故擴(kuò)大；
（4）雙滾筒提升在調(diào)整鋼絲長(zhǎng)度時(shí)，能夠剎住提升機(jī)的游動(dòng)卷筒。
1.2.3 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)
機(jī)械傳動(dòng)部分包含聯(lián)軸器和減速器。
（1）減速器的作用
礦井提升機(jī)主軸轉(zhuǎn)速會(huì)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(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速往往在480-960r/min之間，除了使用低速直流電機(jī)之外，一般不能把主軸滾筒和電動(dòng)機(jī)進(jìn)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(dòng)力。
（2）聯(lián)軸器是用來(lái)連接提升機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，并且傳遞動(dòng)力[1]。
1.3 礦井提升機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)多年來(lái)都是在生產(chǎn)單繩纏繞式提升機(jī)，提升機(jī)設(shè)計(jì)與制造已經(jīng)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(zhǎng)，單繩纏繞提升機(jī)原來(lái)所具備優(yōu)勢(shì)蕩然無(wú)存，因?yàn)閱卫K提升機(jī)的提升高度被卷筒容繩量所限制。所以多繩摩擦提升機(jī)就發(fā)揮了它的優(yōu)勢(shì)，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(qiáng)、提升深度比單繩的深、生產(chǎn)效率提升、重量相對(duì)減輕、方便制造以及耗電量少等優(yōu)點(diǎn)，比原來(lái)的單繩纏繞式礦井提升機(jī)使用條件更廣。
針對(duì)世界上礦井提升機(jī)的改進(jìn)趨勢(shì)，為了提前占領(lǐng)市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)了各種型號(hào)、規(guī)格的提升機(jī)，以達(dá)到高效、低能耗、低成本的目的，總的來(lái)說(shuō)，它正朝著大負(fù)荷、高速、大規(guī)模的方向發(fā)展。為了提高礦井提升機(jī)的可靠性，我們也十分重視，為此，除了重視礦井提升機(jī)的制造質(zhì)量外，我們還致力于零部件的生產(chǎn)，在設(shè)計(jì)和研究方面也有很大的投資。例如，為了提高生產(chǎn)效率，消除操作中的人為因素，主軸提升機(jī)通常配備全自動(dòng)提升操作裝置。副井提升提升機(jī)房?jī)?nèi)無(wú)卷?yè)P(yáng)機(jī)操作人員，但在提升容器內(nèi)往往由用戶直接控制。為了提高安全性能和延長(zhǎng)使用壽命，也做了很多工作。
圖1-3多繩摩擦礦井提升機(jī)
1.4 多繩摩擦式提升設(shè)備的工作原理
對(duì)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(dǎo)輪上，而是與主導(dǎo)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(jī)工作時(shí)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(dāng)滾筒由電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器的驅(qū)動(dòng)，向某一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(dǎo)輪一起運(yùn)動(dòng)，于是便實(shí)現(xiàn)了提升容器的下降和上升。
多繩摩擦式提升機(jī)是使用數(shù)根提升鋼絲來(lái)提升容器和載荷，對(duì)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(jī)大。
1.5 多繩摩擦礦井提升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及其局限性
隨著各個(gè)國(guó)家的高速發(fā)展，多繩摩擦提升機(jī)也在不斷地改進(jìn)，相比與單繩纏繞提升，它具有以下優(yōu)勢(shì)：
（1）由于提升繩不纏繞在卷筒上，卷筒繩的體積對(duì)提升高度沒(méi)有影響，更適合深井提升，這是多繩提升設(shè)備的優(yōu)勢(shì)。例如瑞典某礦山，50噸重的箕斗8繩提升，設(shè)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(shè)備，滾筒直徑將達(dá)到7.m2至8m，提升繩的纏繞寬度將達(dá)到5至4.5m，提升繩的直徑將達(dá)到l達(dá)到80mm。這不僅會(huì)增加設(shè)備的重量，還會(huì)增加起重設(shè)備和鋼絲繩的直徑。增加了，給加工、制造和安裝使用帶來(lái)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(fù)載下的單繩提升小，也會(huì)使主導(dǎo)輪直徑縮小，所以在同樣提升載荷下相比，多繩提升設(shè)備具備體積小、重量輕、節(jié)省材料、制造容易、安裝和運(yùn)輸方便等優(yōu)勢(shì)。
（3）由于多繩提升設(shè)備變位質(zhì)量比較小，需要帶動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的功率與消耗能量都會(huì)降低。
（4）由于好幾根提升繩提升，它們被同時(shí)拉斷的可能性很小，因而提高了設(shè)備的安全性，可以設(shè)不必設(shè)置斷繩保護(hù)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(guò)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(yùn)作時(shí)產(chǎn)生的阻力便可以互相抵消，于是便減少了提升容器因?yàn)殇摻z繩扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的罐道側(cè)向壓力，既可以降低運(yùn)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(dǎo)輪寬度不再增加，軸的跨度也不會(huì)太大，大大優(yōu)化了主軸的負(fù)載性能。
（8）滾筒上不再纏繞繩，提升鋼絲繩不會(huì)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(jī)上會(huì)出現(xiàn)這種擠壓力，一般稱為“咬繩”>而且，鋼絲繩所受到的動(dòng)應(yīng)力和靜應(yīng)力都會(huì)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(shè)備也存在它的不足之處：
（1）多根鋼絲繩懸空更換時(shí)，工作量大，維修調(diào)整復(fù)雜。
（2）當(dāng)損壞的鋼絲繩需要更換時(shí)，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(zhǎng)度不能調(diào)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(dāng)?shù)V井很深（如1200-1500米及以上）時(shí)，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(xì)的鋼絲繩，鋼絲繩的總外露面積增大，軸內(nèi)鋼絲繩的腐蝕性氣體侵蝕面積相應(yīng)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(duì)鋼絲繩的使用壽命都有負(fù)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(shè)備的優(yōu)勢(shì)是非常明顯，特別是針對(duì)提升容量比較大的深井，單繩纏繞提升機(jī)是沒(méi)辦法相比的。通過(guò)對(duì)多繩摩擦提升機(jī)所存在的不足進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這些不足之處是可以克服和相對(duì)減輕的。比如說(shuō)，對(duì)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(shí)對(duì)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(lái)說(shuō)，多繩摩擦礦井提升設(shè)備已轉(zhuǎn)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(shè)備國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)
隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，多繩摩擦式礦井提升設(shè)備的使用面積逐漸增大，增長(zhǎng)速度非?？臁Ｋ粌H用于垂直井，也用于其他國(guó)家的斜井或露天邊坡。例如，德國(guó)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(jī)，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(gè)斜井。1960年，使用了雙繩摩擦式提升設(shè)備，豎井傾斜角24度，傾斜長(zhǎng)1138米，對(duì)列車(chē)提升機(jī)進(jìn)行培訓(xùn)，鋼絲繩移動(dòng)8米/秒，能夠拖動(dòng)6輛運(yùn)煤車(chē)和2輛矸石車(chē)，有效載荷13.56t，為防止提升繩在主輪上相對(duì)滑動(dòng)，在尾繩處安裝一個(gè)重錘，在軸的底部擰緊導(dǎo)向輪。我國(guó)在多繩摩擦提升的領(lǐng)域也在不斷加深研究。自從1960年，第一臺(tái)多繩摩擦提升機(jī)投入使用之后，我國(guó)已安裝和使用了許多多繩摩擦提升設(shè)備。
目前，國(guó)外多繩摩擦式礦井提升設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)是：在著陸井和斜井中開(kāi)發(fā)多繩摩擦式提升設(shè)備，研究其在超淺井和盲井中作業(yè)的可能性，擴(kuò)大其使用范圍；采用更優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，相對(duì)減小了尺寸和重量。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制，提高工作可靠性和生產(chǎn)效率。多年來(lái)，它已適應(yīng)深部礦井和大型生產(chǎn)的需要。采用先進(jìn)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(yīng)用市場(chǎng)。并在此基礎(chǔ)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(shè)備也開(kāi)始在一些國(guó)家使用，它對(duì)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(dá)替代電動(dòng)機(jī)的防爆提升設(shè)備受到關(guān)注；氣動(dòng)提升也在研究和發(fā)展中。
當(dāng)今時(shí)代，各個(gè)國(guó)家為了爭(zhēng)奪和占領(lǐng)市場(chǎng)，研發(fā)改進(jìn)了各種不同型號(hào)的礦井提升機(jī)，以能夠達(dá)到各個(gè)國(guó)家不同的使用標(biāo)準(zhǔn)為主，具備更加高效、能耗低、成本低的條件。礦井提升機(jī)總的發(fā)展趨勢(shì)可歸類為：整體上向著大負(fù)荷、高速、大型化的方向改進(jìn)。實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠的提升機(jī)產(chǎn)品是使用商和制造商一致的目標(biāo)。
2 礦井提升設(shè)備選型設(shè)計(jì)
2.1 選型設(shè)計(jì)的基本原則
礦井提升機(jī)最終選擇合不合理，將會(huì)直接影響礦井的安全生產(chǎn)、基建投資、生產(chǎn)能力和適用成本。所以在選型設(shè)計(jì)時(shí)，需要進(jìn)行技術(shù)方案的綜合考慮，使設(shè)計(jì)方案能滿足技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的合理性。
礦井提升的設(shè)計(jì)合理性，主要取決于提升系統(tǒng)，也可以說(shuō)是設(shè)計(jì)時(shí)需要采用幾套提升設(shè)備、提升設(shè)備的種類（單繩纏繞還是多繩摩擦式）以及提升時(shí)采用箕斗還是罐籠。
一般對(duì)于年產(chǎn)量在30萬(wàn)噸及其以上的大中型礦井來(lái)說(shuō)，由于提升任務(wù)重，可以裝設(shè)兩套提升設(shè)備，主井使用箕斗提升，副井使用罐籠提升。而對(duì)于年產(chǎn)量超過(guò)180萬(wàn)噸的大型礦井來(lái)說(shuō)，主井能夠用兩套箕斗用來(lái)提升，副井中除了有一套提升設(shè)備，有時(shí)也得再裝設(shè)一套帶平衡錘的單容器提升設(shè)備用來(lái)做輔助提升。對(duì)于年產(chǎn)量小于30萬(wàn)噸的礦井，只需要裝設(shè)兩套普通的罐籠提升，要是一套提升設(shè)備也能完成生產(chǎn)任務(wù)的話，那也可以用一套普通的罐籠用來(lái)提升。
對(duì)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(diǎn)：
（1）如果需要提升的煤的品種多樣時(shí)，而且需要將其分種類分別運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)該使用罐籠提升較為合適；
（2）如果需要對(duì)煤的塊度要求較為嚴(yán)格時(shí)，也需要使用罐籠提升；
（3）當(dāng)?shù)孛嫔a(chǎn)靠近井口時(shí)，使用箕斗提升可簡(jiǎn)化煤的卸載過(guò)程；如若離井口較遠(yuǎn)，同時(shí)也需要使用窄軌道運(yùn)輸，那就適宜用罐籠來(lái)提升；
（4）單箱或雙箱提升的選擇主要取決于同時(shí)開(kāi)采的水平。大多數(shù)煤礦采用單層開(kāi)采，一般采用雙筒提升。采用多級(jí)提升時(shí)，一般采用單箱平衡錘提升系統(tǒng)。
（5）多繩摩擦提升機(jī)具備更全面的功能。在立井提升中，一般當(dāng)年產(chǎn)量達(dá)到60萬(wàn)噸以上時(shí)，井深也差不多在以上時(shí)，選擇多繩提升較為合適。如果井深太大，即便年產(chǎn)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(shè)備為宜。
（6）以上僅是一般的設(shè)計(jì)原則，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，必須依據(jù)礦井的實(shí)際生產(chǎn)條件，需要推出多種選擇方案，對(duì)經(jīng)濟(jì)投資、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)、技術(shù)的先進(jìn)性等諸多方面進(jìn)行綜合比較后確定。同時(shí)還得考慮到我國(guó)提升設(shè)備的生產(chǎn)和供應(yīng)的具體情況，才能最終確定使用何種方案較為合適。
2.2 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：
1、某礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)量：A=650000t/a。
2、工作制度：年工作日：300天；日工作小時(shí):14小時(shí)
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(kāi)發(fā)運(yùn)輸密切相關(guān)。因此，在新井設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮提升方式。在確定適當(dāng)?shù)奶嵘绞綍r(shí)，原則上應(yīng)考慮以下因素：
（1）豎井提升可采用單繩纏繞式提升機(jī)、多繩纏繞式提升機(jī)或雙筒雙繩纏繞式提升機(jī)。單繩纏繞提升機(jī)一般用于井深小于600米的礦井，多繩摩擦輪提升機(jī)多用于井深300-1400米的礦井，布萊爾提升機(jī)僅用于井深大于1000米的礦井。
（2）對(duì)于不易破碎或含泥或水較多的礦石，或當(dāng)起重物料較多時(shí)，可采用籠式起重。根據(jù)《冶金礦山安全規(guī)程》，所有進(jìn)風(fēng)井只能用籠吊，嚴(yán)禁翻斗吊礦。
（3）翻斗提升：當(dāng)?shù)V石尺寸為400-500 mm時(shí)，應(yīng)選擇翻斗；當(dāng)?shù)V石尺寸控制在350 mm以下時(shí)，可選擇底部卸料翻斗。
（4）籠式和箕斗組合容器在其他國(guó)家得到廣泛應(yīng)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(guó)的一些礦山采用籠式和箕斗式相結(jié)合。其他采用一端籠，一端跳。
（5）從節(jié)能和安全的角度來(lái)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(jí)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(jí)能力強(qiáng)、運(yùn)行成本低、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。
（7）以上是確定起升方式的一般原則。在具體設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合礦山實(shí)際情況確定。新井設(shè)計(jì)應(yīng)參照《礦山固定設(shè)備選用手冊(cè)》的有關(guān)規(guī)定，確定起升方式，并盡可能選擇設(shè)備。
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和具體生產(chǎn)條件，根據(jù)上述設(shè)計(jì)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(diǎn)是：
（1）荷載由多根鋼絲繩承擔(dān)，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(duì)減小。
（3）由于摩擦輪直徑小，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小，在相同的提升載荷下，多繩摩擦提升機(jī)的質(zhì)量比單繩纏繞提升機(jī)小1/4～1/5。提升電機(jī)的容量和功耗也相應(yīng)降低，設(shè)備效率高。
（4）摩擦輪直徑較小。在相同的轉(zhuǎn)速下，可以使用轉(zhuǎn)速更高、減速器更小的電機(jī)。
（5）鋼絲繩鋪設(shè)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(guò)程中起重容器的旋轉(zhuǎn)，減少容器耳對(duì)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(guó)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，多根鋼絲繩同時(shí)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(shè)備的不足：
（1）多根鋼絲繩的懸掛、更換、調(diào)整和維護(hù)比較復(fù)雜，當(dāng)一根鋼絲繩損壞需要更換時(shí)，為了保持所有鋼絲繩相同的工作條件，經(jīng)常需要更換所有鋼絲繩。
（2）由于鋼絲繩長(zhǎng)度不可調(diào)，雙鉤吊裝不適合多級(jí)吊裝。
（3）當(dāng)井深超過(guò)1700m時(shí)，鋼絲繩與容器的應(yīng)力波動(dòng)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(jī)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，在世界各地得到了廣泛的應(yīng)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(shè)時(shí)耗資小，能減少礦井的前期費(fèi)用，同時(shí)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(shè)備的組成主要包括：提升機(jī)、鋼絲繩、提升的容器、天輪、井架以及其它附屬設(shè)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(yùn)煤車(chē)通過(guò)井底車(chē)場(chǎng)巷道中的翻車(chē)機(jī)將煤卸入井下煤倉(cāng)9中，再通過(guò)裝載設(shè)備11將煤裝入停在井底的箕斗4中。此時(shí)，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(nèi)，將煤卸入井口煤倉(cāng)6中。兩個(gè)箕斗也是通過(guò)兩條鋼絲繩繞過(guò)天輪，由提升摩擦滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，然后在井中上下運(yùn)動(dòng)。
圖2—1豎井箕斗提升圖
1—提升機(jī)；2—天輪；3—井架；4—箕斗；5—卸載曲軌6—井口煤倉(cāng)；7—鋼絲繩；
8—翻車(chē)機(jī)；9—井底煤倉(cāng)；10—給煤機(jī)；11—裝載設(shè)備；
3 礦井提升設(shè)備相關(guān)計(jì)算
3.1 提升容器選擇與計(jì)算
（1）提升高度H：
H=Hs+Hx+Hz=620+16+23=659m
（2）經(jīng)濟(jì)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(shí)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(jì)算時(shí)可認(rèn)為速度相等），箕斗暫時(shí)取0.8m/s2；
μ——容器爬行階段所需要的時(shí)間，箕斗可暫取為10s；
θ——容器裝卸載休止時(shí)間，可暫取為8s；
表3—1 箕斗休止時(shí)間
箕斗規(guī)格，t
<6
8～9
12
16
20
休止時(shí)間，s
8
10
12
16
20
（4）按式確定一次合理的經(jīng)濟(jì)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(chǎn)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(cāng)時(shí)，c=1.1～1.15，無(wú)井底煤倉(cāng)時(shí)，c=1.2，當(dāng)?shù)V井存在兩套提升設(shè)備，c=1.15，只有一套提升設(shè)備時(shí)，c=1.25；
T——日工作小時(shí)數(shù)，取14小時(shí)；
br——年工作日，取300天；
(5) 根據(jù)計(jì)算出的一次合理的經(jīng)濟(jì)提升量，選取箕斗，所選用的箕斗載重量一般應(yīng)大于mj。
查箕斗規(guī)格表所選取的箕斗其型號(hào)和技術(shù)參數(shù)如下：
表3—2箕斗型號(hào)
箕斗型號(hào)
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(shè)計(jì)采用同側(cè)裝卸斗。其優(yōu)點(diǎn)是裝卸方便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。由于實(shí)際工作中的箕斗載荷可能超過(guò)或小于標(biāo)準(zhǔn)重量，所選的箕斗不僅能保證標(biāo)準(zhǔn)重量，而且能保證意外情況下的超載。所選提升機(jī)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(chǎn)量。
根據(jù)所選的箕斗型號(hào)，計(jì)算一次提升循環(huán)所需要的時(shí)間：
T1=3600brtmcAnαf=3600×300×14×6.61.15×650000×1.2=111.0s
式中：
m——所選出標(biāo)準(zhǔn)箕斗的一次提升實(shí)際裝載量，結(jié)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(shí)際提升能達(dá)到的要求，用此式計(jì)算出的重量進(jìn)行計(jì)算?？梢员ＷC后面選擇的提升機(jī)、減速器或者電動(dòng)機(jī)滿足要求。
求得所需提升機(jī)提供的速度為：（公式出處：《礦山機(jī)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(jī)標(biāo)準(zhǔn)速度的依據(jù)，按v1提升機(jī)在技術(shù)性能表中選擇相近的標(biāo)準(zhǔn)速度。
《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：立井中若升降物料時(shí)，最大速度不得超過(guò)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(jì)算選型
(1)多繩提升的主提升鋼絲繩需要的每米的質(zhì)量為（公式出處：《礦山機(jī)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(zhì)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(qiáng)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(zhǎng)度，鋼絲繩懸掛長(zhǎng)度
Hc=Hj+Hs+HZ =40+620+23=673m
HJ——井架高度，罐籠提升時(shí)Hj=15~25m,箕斗提升時(shí)HJ=30~35m;這里預(yù)選30m用來(lái)計(jì)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(dāng)是用來(lái)升降物料時(shí)：ma≥7.2-0.0005Hc=6.95455。
計(jì)算出q以后，從鋼絲繩規(guī)格表中選取與其接近的標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)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(shí)際所選鋼絲繩的數(shù)據(jù)校驗(yàn)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(jié)果得，所選出的提升鋼絲繩滿足條件，對(duì)于尾繩來(lái)說(shuō)，只要所選鋼絲繩重量和強(qiáng)度滿足，便可以不用進(jìn)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(dǎo)書(shū)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(jī)以及天輪的選型計(jì)算
礦井提升機(jī)是煤礦大型固定設(shè)備之一，在礦井生產(chǎn)中占有及其重要的地位。而提升機(jī)的尺寸和質(zhì)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(jī)，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。
(1)摩擦輪的直徑計(jì)算
摩擦輪直徑的計(jì)算原則與單繩纏繞式提升機(jī)相同，即，使鋼絲繩在摩擦輪上的彎曲應(yīng)力較小為主要原則。
有導(dǎo)向輪時(shí)：
D≥90d，mm
D≥1200δ,mm
沒(méi)有導(dǎo)向輪時(shí)：
D≥80d，mm
D≥1200δ,mm
落地式多繩摩擦提升機(jī)的選型應(yīng)按有導(dǎo)向輪計(jì)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(jì)算：
最大靜張力為：（公式出處：<礦山運(yùn)輸及提升設(shè)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(jì)算所得的D、Fjmax、Fcmax、所得，查多繩摩擦提升機(jī)規(guī)格表選擇提升機(jī)，其型號(hào)與技術(shù)參數(shù)如下：
表3—4摩擦輪型號(hào)
型號(hào)
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(zhì)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(jì)算：
摩擦提升機(jī)主輪上襯墊的作用：當(dāng)提升繩的端部負(fù)荷拉緊鋼絲繩時(shí)，在一定的正壓力下，墊塊之間會(huì)產(chǎn)生很大的摩擦力。這種摩擦力必須確保提升機(jī)在各種工作條件下不會(huì)在主輪上的襯墊上滑動(dòng)。
用作摩擦襯墊的材料應(yīng)具有以下特性：
（1）摩擦系數(shù)應(yīng)較高，水或油對(duì)摩擦系數(shù)的影響應(yīng)較小。
（2）耐磨性高。磨損過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵必須對(duì)人體和機(jī)器無(wú)害。
（3）應(yīng)具有高壓。
（4）材料來(lái)源廣，價(jià)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(jīng)濟(jì)效果。
驗(yàn)算主導(dǎo)向輪襯墊的比壓，由于采用四繩系統(tǒng)，比壓用下式計(jì)算：（公式出處：礦山固定設(shè)備選型使用手冊(cè)）
p=F1+F2nDgd=18866.0519+12134.25194×225×2.2=15.66kg/cm2
式中：
F1——提煤時(shí)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(shí)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(guò)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(shí)，過(guò)卷高度不小于速度值，但最低不得小于6m，當(dāng)提升速度大于10m/s時(shí)，過(guò)卷高度不小于10m,現(xiàn)在煤礦企業(yè)為提高生產(chǎn)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(jì)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(dǎo)從提升機(jī)房延伸出來(lái)的提升鋼絲繩到達(dá)井筒。天輪可分為井上固定天輪、鑿井及井下固定天輪、游動(dòng)天輪三種。當(dāng)直徑大于3.5m時(shí)采用型鋼裝配式天輪，當(dāng)直徑是3m以下時(shí)采用整體鑄鋼結(jié)構(gòu)。根據(jù)《礦山固定設(shè)備選型使用手冊(cè)》中所規(guī)定的結(jié)合所計(jì)算出的鋼絲繩直徑可以確定天輪的型號(hào)。
選擇天輪時(shí)，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(chē)和鑿井提升絞車(chē)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(dǎo)書(shū)上的內(nèi)容有限，天輪的選擇范圍只能使用2.5m，但是可能在有些計(jì)算公式不符合要求，所以會(huì)使用2.25m選擇計(jì)算。
根據(jù)所選摩擦輪的的型號(hào)，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(hào)
天輪型號(hào)
直徑
變位質(zhì)量
繩槽半徑
兩軸承中心距
TSG2500/15
2500mm
550.0kg
15mm
800mm
3.4 提升機(jī)與井筒的對(duì)應(yīng)距離計(jì)算
提升機(jī)和井筒的相對(duì)距離，是根據(jù)卸載是否方便，運(yùn)輸是否方便以及設(shè)備運(yùn)行時(shí)安不安全而規(guī)定的，所有的這些問(wèn)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(dǎo)向輪的最小直徑同鋼絲繩的直徑比，必須符合下列要求：無(wú)導(dǎo)向輪的塔式摩擦提升設(shè)備，井上D≥80d，井下D≥70d；落地式及塔式摩擦提升設(shè)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(gè)繩卡的中間距離，Hr=11m；
Hg——過(guò)卷高度，容器從卸載的位置自由的提升到過(guò)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(jì)算，得Hj理論高度40米，經(jīng)驗(yàn)算與原先使用30m計(jì)算僅只有高度差別，選型出來(lái)的提升機(jī)、鋼絲繩各個(gè)系數(shù)滿足要求。實(shí)際繪圖所標(biāo)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(dǎo)向輪。這不僅會(huì)使系統(tǒng)復(fù)雜化，還會(huì)增加維護(hù)負(fù)擔(dān)。但是，如果HS值太小，增大圍擋角是其優(yōu)點(diǎn)，但會(huì)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(dòng)而相互碰撞，也很不安全。根據(jù)礦井實(shí)際工作情況或抗震要求，將提升設(shè)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(lái)說(shuō)，在鼓室和提升機(jī)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(nèi)鋼絲繩的水平距離L0越近越好。但通過(guò)對(duì)起重機(jī)的受力分析，可以看出，為了提高起重機(jī)的穩(wěn)定性，使其具有穩(wěn)定的受力結(jié)構(gòu)，在電梯間與井道之間還設(shè)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(jī)房基礎(chǔ)和斜撐基礎(chǔ)不應(yīng)接觸。鑒于以上考慮，從提升機(jī)摩擦滾筒中心到井筒中心的距離L0應(yīng)大于或等于以下公式計(jì)算的結(jié)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(jī)摩擦輪直徑，m；
這里取L0=34m；
3.5 鋼絲繩理論計(jì)算
（1）鋼絲繩弦長(zhǎng)計(jì)算
(公式出處：<礦井提升系統(tǒng)基礎(chǔ)理論> <礦山固定設(shè)備選型使用手冊(cè)> )
上弦長(zhǎng)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(jī)滾筒直徑，地形等情況，設(shè)計(jì)時(shí)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(zhǎng)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(jì)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(jì)算誤差直接取整
（3）鋼絲繩繞過(guò)主導(dǎo)輪的實(shí)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(yù)選提升機(jī)電動(dòng)機(jī)
要想對(duì)我所選擇的提升機(jī)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算，應(yīng)該預(yù)先選擇拖動(dòng)電機(jī)。在對(duì)所選出的提升設(shè)備進(jìn)行方案比較時(shí)，也要先選出電動(dòng)機(jī)。
提升機(jī)拖動(dòng)電機(jī)分為交流和直流兩類。本次初步方案選用交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，選擇交流拖動(dòng)的原因是因?yàn)檎{(diào)速性能優(yōu)良、耗電少、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
預(yù)選電機(jī)的依據(jù)：電機(jī)功率，轉(zhuǎn)速及電壓等級(jí)三個(gè)方面的要求：（公式出處：《礦山固定設(shè)備選型使用手冊(cè)》《礦山運(yùn)輸與提升設(shè)備》）
（1）電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的估算功率，kW；
vm——提升機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有加減速度及鋼絲繩應(yīng)力等因素影響系數(shù)，箕斗提升φ=1.2~1.4，罐籠提升時(shí)φ=1.4；
ηj——減速器傳動(dòng)效率，一級(jí)傳動(dòng)時(shí)ηj=0.92，二級(jí)減速器取ηj=0.85；
（2）電動(dòng)機(jī)的估算轉(zhuǎn)速：
n=60vmiπD=60×10×10.53.14×2.25=891.719r/min
n——轉(zhuǎn)速，r/min；
i——減速器的傳動(dòng)比；
D——卷筒的直徑，m；
根據(jù)計(jì)算出的已知條件，電動(dòng)機(jī)選擇YR1000－6/1180的型號(hào)；額定功率：1000kw；額定轉(zhuǎn)數(shù)：989r/min；過(guò)負(fù)荷系數(shù)為2.27；
（3）確定提升機(jī)的實(shí)際最大提升速度vm
vm=πDne60i= 3.14×2.25×98960×10.5=11.09m/s
vm——提升機(jī)實(shí)際最大提升速度，m/s；
ne——已選出電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，r/min；
最大提升速度要根據(jù)《煤礦安全規(guī)程的限制》，對(duì)于立井升降物料時(shí)，最大提升速度不得超過(guò)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(dòng)機(jī)符合《煤礦安全規(guī)程》的限制，故所選的電機(jī)符合要求。所選的電動(dòng)機(jī)的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)如下：
表3—6電動(dòng)機(jī)型號(hào)
電動(dòng)機(jī)的型號(hào)
額定功率
額定轉(zhuǎn)速
過(guò)載系數(shù)
效率
YR1000－6/1180
1000kw
989r/min
2.27
92.5%
3.7 提升機(jī)綜合校核
3.7.1 提升系統(tǒng)的變位質(zhì)量計(jì)算
（1）提升系統(tǒng)的變位質(zhì)量按下式計(jì)算：
M=F1g+F2g+Md+Mdm+Me
=18871.288+12139.428+4×550+6500+2186.19=41896.846kg
F1——重載側(cè)提升鋼絲繩的動(dòng)張力，N；
F2——輕載側(cè)提升鋼絲繩的動(dòng)張力，N；
Md——導(dǎo)向輪的變位質(zhì)量，kg；
Mdm——提升機(jī)主導(dǎo)輪旋轉(zhuǎn)部分的變位質(zhì)量，kg；
Me——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的變位質(zhì)量，kg；
Me=GD2di2gD2g=48205.549.6125=971.6kg
大型交流異步電動(dòng)機(jī)，并采用強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)
(2)所需風(fēng)量：
QF=N1.1+?θm3/s
式中：
?θ——允許的溫升，一般為15～20℃；
N——電動(dòng)機(jī)的總損失功率，kw；
（3）電動(dòng)機(jī)總損失計(jì)算公式為：
N=1-ηdNe=1-0.925×1000=75kw
3.7.2 提升系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)
（1）箕斗提升初加速度a0
為了保證提升開(kāi)始時(shí)空箕斗對(duì)卸載曲軌及井架的沖擊不致過(guò)大，箕斗離開(kāi)卸載曲軌時(shí)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(jì)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(dòng)機(jī)變位質(zhì)量時(shí)的提升系統(tǒng)變位質(zhì)量，kg；
M'=M-md= 41896.846-2200=39696.846kg
（3）充分利用電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力計(jì)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(dòng)階段提升電動(dòng)機(jī)產(chǎn)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(jì)算出的允許最大加速度
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，在《煤礦安全規(guī)程》允許的范圍內(nèi)，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(jì)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(zhì)量之差；
（2）按機(jī)械制動(dòng)的減速度：
a3≤Km+?Ht+0.3mgM≤80278.072+1800×9.841896.846=19.19m/s2
（3）按電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式計(jì)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(duì)于重物提升系統(tǒng)，μ=0.2時(shí)，不必驗(yàn)算減速度；，對(duì)于下放重物的提升系統(tǒng)，允許的減速度應(yīng)符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定。
3.7.4 速度圖參數(shù)計(jì)算
初加速度階段時(shí)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(shí)間：