1、完整版主斜副立井提升设备选型新毕业设计论文优秀论文 审核通过未经允许 切勿外传阳泉学院毕业设计说明书毕业生姓名：员海强专业：矿山机电学号：指导教师安道星所属系（部）：机械电子工程系二一二年五月阳泉学院毕业设计评阅书题目： 150万吨主斜副立提升副井提升设备的选型 机械电子工程 系 09矿山机电 专业 姓名 员海强设计时间：2012年 2月27日-2011 年 5月20日 评阅意见：成绩： 指导教师：（签字） 职务：2012年 月日 阳泉学院毕业设计答辩记录卡 机械电子工程 系09矿山机电 专业 姓名 员海强答 辩 内 容问 题 摘 要评 议 情 况 记录员： （签名）成 绩 评 定指导教师评定
2、成绩答辩组评定成绩综合成绩注：评定成绩为100分制，指导教师为30%，答辩组为70%。 专业答辩组组长：（签名） 201 年月日前 言矿山运输与提升是煤炭生产过程中不可少的重要生产环节；有人把矿山运输与提升形象的比作矿山生产的动脉和咽喉。从安全生产的角度看，矿山运输与提升事故占很大比例，据统计，有四分之一以上的安全事故发生运输与提升的环节，仅次于顶板事故而居第二位。轻者，影响煤炭产量，重者，则会危及人身安全。因此，煤矿安全生产离不开运输与提升的安全。从经济角度看，矿山运输与提升费用在生产成本中占的很大的比例，因为地面及井下运输与提升设备很多，从事运输和卸载的工人数几乎占全矿工人的一半。因此，正
3、确的配置运输与提升设备及合理阻止运输与提升工作，对提高煤炭的产量，降低成本和提高工人劳动生产率有着重要的作用。从人员上下井消耗时间来看，工人从入井到采掘工作面作业地点往往需要1-1.5h。有的要爬斜坡、上下山、体力消耗很大，工作耐力受到很大的影响， 这种损失是无形的巨大的。因此，开发和选用先进的辅助运输系统，对于煤矿实现高产高效和提高矿井生产的安全性具有重要意义。摘 要 iv第一章 矿井提升设备的结构和工作原理 1第一节 矿井提升设备的主要组成部分 11.提升机 12.提升钢丝绳 73.提升容器 94.井架与天轮 11第二节 矿井提升设备的工作原理 14第二章 副井提升设备选型计算 15第一节
4、 罐笼的选择 151.确定合理的经济速度 152.估算一次提升循环时间 163.提升容器的选择 16第二节 选择提升钢丝绳 171.单绳端荷重 182.钢丝绳悬垂长度 193.钢丝绳单位长度质量 194.钢丝绳安全系数校核 205.钢丝绳的使用与维护 206.钢丝绳的检查和试验 20第三节 选择提升机和天轮 211.提升机卷筒直径D 222.实际需要卷筒的容绳宽度 223摩擦圈数 224.钢丝绳实际最大静张力的校验 235.钢丝绳实际最大静张力差的校验 236.天轮的选择 23第四节 提升机与井筒相对位置的计算 231.确定井架高度 242.计算卷筒中心至井筒中钢丝绳间的水平距离 243.计算
5、钢丝绳弦长 244.内外偏角12的计算 24第五节 预选提升电动机 261.估算电动机的功率 262.确定电机额定转数与电动机额定功率 263.提升机实际最大提升速度 274.提升系统变为质量的计算 27第六节 运动学参数计算 281.主加速度的确定 282.减速度的确定 293.爬行速度和距离 294.速度图计算 29第七节 动力学参数计算 30第八节 电动机容量校验 311.电机温升验算 322.电动机等效功率的计算 323.工作过负荷校验 334.特殊过负荷校验 33第九节 电耗及效率计算 33第十节 副井提升平衡作业表 34第三章 矿井提升设备的使用和维护 35第一节 矿井提升设备的操
6、作 35一、 采区提升设备的操作 35第二节 提升设备的使用和维护 35结束语 38参考资料 39致谢 40摘 要中国幅员辽阔，矿产丰富，煤炭生产量已跃居世界前列，其中近95%是以井下开采方式开采，需要通过一系列运输提升设备提到地面以实现其使用价值。作为生产的基本环节，提升、运输设备的合理结构和设计，安全经济运行和科学管理维护，直接关系到矿井生产能力及技术经济指标。矿井提升需要用一些专用的提升设备，是矿山较复杂而庞大的机电设备，它不仅承担物料的提升与下放任务，同时还上下人员。矿井提升设备是沿井筒（包括斜坡和盲井）升降人员，提升煤炭、矿石、器材的机械设备。主要组成部分是：提升容器，提升钢丝绳，提
7、升机，井架及装卸载设备等。本设计主要对矿井生产所用的提升设备的选型进行的一次合理选择。分三章就以上设备的选型计算方法进行系统论述。关键词：提升机 副井 第一章 矿井提升设备的结构和工作原理第一节 矿井提升设备的主要组成部分1.提升机矿井提升机是矿井提升设备中的动力部分，由电动机、减速器、主轴装置、制动装置、深度指示器、电控系统和操纵台等组成。我国目前广泛使用的提升机可分为两大类：单绳缠绕式提升机（分为小绞车（滚筒直径2m以下）和提升机）和多绳摩擦式提升机及内装饰提升机一、单绳缠绕式提升机单绳缠绕式提升机的工作原理：把钢丝绳的一端固定到提升机的滚筒上，另一端饶过井架上的天轮悬挂提升容器。这样，利
8、用滚筒转动方向不同，将钢丝绳缠上或松放，以完成提升或下放容器的工作。按滚筒数目不同，单绳缠绕式提升机有单滚筒和双滚筒提升机两种。双滚筒提升机在主轴上装有两个滚筒，其中一个与主轴用键固定连接，称为固定滚筒或死滚筒；另一个滚筒滑装在主轴上，通过调绳离合器与主轴连接，称为游动滚筒或活滚筒。将两个滚筒做成这种结构的目的，是为了在需要调绳及更换提升水平时，两个滚筒可以有相对运动。单滚筒提升机只有一个滚筒，一般用于单钩提升。型号意义：1、主轴装置（1）作用1）缠绕提升钢丝绳；2）承受各种正常载荷，并将载荷经轴承传给基础；3）承受在各种紧急事故下所造成的非常载荷；（一般要求在非常载荷作用下，主轴装置的各部分
9、不应有残余变形。）4）当更换提升水平时，调节钢丝绳的长度（仅限双滚筒提升机）。（2）结构主轴装置包括滚筒、主轴、主轴承及调绳离合器（双滚筒特有）等。滚筒的筒壳通过轮辐、轮毂用键和轴固定（固定滚筒），筒壳外边一般均设有木衬，木衬上车有螺旋导槽，以便使钢丝绳在滚筒上作规则排列，并减少钢丝绳的磨损。2m单滚筒只有一个制动盘，而单滚筒2.5m则有两个制动盘。当单滚筒作双钩提升，左侧钢丝绳为下边出绳，右侧钢丝绳为上边出绳。单钩提升时为上边出绳，单滚筒由于调绳不方便，为此做成双滚筒。双滚筒的左滚筒通过调绳离合器与主轴连接。（3）调绳离合器1）作用 使活滚筒与主轴连接或脱开，以便在调节绳长或更换提升水平时，
10、使活滚筒与死滚筒有相对运动。2）种类 调绳离合器可分三种即齿轮离合器、摩擦离合器、蜗轮蜗杆离合器。JK型提升机采用齿轮离合器。3）齿轮离合器a、结构（ 图1-1）图 1-1 齿轮调绳离合器b、控制系统图1-2离合器打开：压力油K管nmsr（压力油将活塞销顶起，活塞销下端离开轮毂凹槽，解除闭锁，同时使r的空间与j孔相通）jiK管油池。缸体带动外齿轮向右移动，直到与内齿圈啮合。注意：连锁阀的阀体固定在外齿轮的侧面，阀中的活塞销靠弹簧的作用插在轮毂的凹槽中，可以防止提升机在运转中离合器齿轮因震动等原因自动脱开图1-2调绳离合器的控制系统（三）制动系统作用：1、正常停车2、工作制动3、安全制动4、双滚
11、筒提升机在更换水平、调节绳长或更换钢丝绳时，能闸住游动滚筒。制动系统由制动器和传动机构组成。制动器是直接作用于制动轮或制动盘上产生制动力矩的部分，分为盘式和块式；传动机构是控制及调节制动力矩的部分，分为油压、压气、弹簧式。JK型提升机采用的是液压站与盘式制动器配合构成的盘式制动系统。1、盘式制动器（1）结构（2）工作原理1）松闸2）抱闸2、液压站 （1）作用1）在工作制动时，产生不同的工作油压，以控制盘式制动器获得不同的制动力矩；2）在安全制动时，实现二级安全制动；3）控制调绳装置（2）工作原理图1-31）工作制动2）安全制动3）调绳装置图1-3 液压站工作原理二、多绳摩擦式提升机多绳摩擦式提
12、升机其特点是靠钢丝绳与摩擦轮之间的摩擦力传动。这种提升机由于具有安全可靠、体积小、质量小，适用于深井提升等优点，在我国矿井提升中得到广泛应用。三、内装式提升机从提升机的工作原理来看，它亦属于摩擦提升范畴，但它实现了内装。所谓内装，就是将拖动电机直接装载摩擦轮内部，使电机转子与摩擦轮成为一体。它把由电动机、减速器和摩擦轮组成的常规式，发展成为省去减速器，而使摩擦轮相当于电动机的转子，主轴相当于电动机定子的高度机电合一的结构新颖的提升机。2.提升钢丝绳作用：一、钢丝绳的结构组成：钢丝股+绳芯（纤维绳芯（常用）、金属绳芯）。材质：1、钢丝 为优质炭素结构钢，一般直径为0.44。矿井提升抗拉强度一般采
13、用1700Mpa以下的。2、钢丝绳表面 光面和镀锌（常用于摩擦提升）两种。钢丝的表面状态标记代号为：光面钢丝，NAT；A级镀锌钢丝，ZAA；AB级镀锌钢丝，ZAB；B级镀锌钢丝，ZBB。3、绳芯 分金属芯纤维芯。纤维绳芯作用：（1）减少股间钢丝的接触应力；（2）缓和弯曲应力；（3）储存润滑油，防止绳内钢丝锈蚀。金属绳芯的特点：与相同断面的纤维绳芯相比，金属断面大，抗破断能力大，具有耐横向压力大，不易变形等优点。但其柔软性差，不耐腐蚀。绳芯的标记代号：纤维芯（天然或合成的），FC；天然纤维芯，NF；合成纤维芯，SF；金属丝绳芯，IWR；金属丝股芯，IWS。二、钢丝绳的分类、特点及应用（一）分类及
14、特点1、按钢丝绳的捻法分可分为右交互捻（ZS）、左交互捻（SZ）、右同向捻（ZZ）、左同向捻（SS）四种。标记代号中，第一个字母表示钢丝绳的捻向；第二个字母表示股的捻向；“Z”表示右捻向，“S”表示左捻向。左捻：按左螺旋方向将股捻成绳。右捻：按右螺旋方向将股捻成绳。交互捻：绳中的股的捻向与股中丝的捻向相反。同向捻：绳中的股的捻向与股中丝的捻向相同。特点：同向捻钢丝绳柔软，表面光滑，接触面积大，应力小，使用寿命长，绳有断丝时，断丝头部会翘起便于发现，所以矿井提升多用同向捻钢丝绳。但同向捻钢丝绳有较大的恢复力，稳定性较差，易打结。交互捻钢丝绳的结构稳定 2、按钢丝在股中互相接触情况分（1）点接触钢
15、丝绳 股中各层钢丝捻距不等，钢丝间呈点接触状态。这种钢丝绳造价较低，但钢丝间接触应力大，特别是钢丝绳在绕过滚筒和天轮时，钢丝有应力集中和二次弯曲现象，所以寿命较短。（2）线接触钢丝绳 股中各层钢丝以等捻距捻制，钢丝间呈线接触状态。这种钢丝绳工作时应力降低，耐疲劳性能好，结构紧密，无二次弯曲现象，寿命较长。（3）面接触钢丝绳 它是将线接触钢丝绳股进行特殊碾压加工，使钢丝产生塑性变形而呈棉接触状态，然后再捻制成绳的。面接触钢丝绳具有结构紧密，表面光滑，不易变形，钢丝间接触面积大，刚性强和耐磨损等优点3、按绳股断面形状分（1）圆形股绳 绳股断面为圆形。这种绳易于制造，价格低，是矿井提升应用最多的一种
16、钢丝绳。（2）异形股绳 绳股断面形状有三角形和椭圆形两种。三角股钢丝绳：强度比同直径圆形股绳要高，承压面积大，外层钢丝磨损小；外层钢丝粗，排列方式好，抗挤压性能好，尤其是在多层缠绕时，过渡比较稳定；寿命比圆形股长。椭圆股钢丝绳：支撑面积大、抗磨损性能好，但绳的稳定性差，不适于承受较大的挤压力。这种绳股多用来与其它绳股捻制成多层不旋转钢丝绳。 3.提升容器一、提升容器的种类按用途和结构可分为：箕斗、罐笼、矿车、吊桶等。箕斗 分为立井箕斗和斜井箕斗，专用于主提；罐笼 既可用于主提，也可用于副提；矿车 斜井提升；吊桶 立井井筒开凿时的提升二、罐笼罐笼按其构造不同可分为普通罐笼和翻转罐笼，后者应用较少
17、。普通罐笼有单层、多层和单车、双车以及单绳、多绳之分。标准普通罐笼按固定车厢式矿车名义装载质量确定为1t、1.5t、3t三种形式。1、立井普通罐笼型号意义（1）单绳罐笼如：GLS111、GLGY122（2）多绳罐笼2、罐笼的主要结构图1-4 单绳1t单层普通罐笼。提升钢丝绳绕过双面夹紧楔形绳环与罐笼的主拉杆连接。罐笼是由横梁、垂直立柱通过铆接和焊接结合成的金属框架结构，周围用不同厚度的钢板包围，罐笼四角为切角型式，这样既有利于井筒布置又制作方便。罐笼顶部有半圆弧形淋水棚和可以打开的罐盖，以供运送长材料用，罐两端设有帘式罐门，为了将矿车推进罐笼，罐笼底部敷设轨道，为了防止提升过程中发生跑车事故装
18、有阻车器。在罐笼上设有罐耳并使其紧靠在罐道上保证罐笼平稳的沿着罐道运行。罐道可分为刚性及柔性两种，刚性罐道有钢轨罐道、木罐道及组合罐道三种；柔性罐道即钢丝绳罐道。罐笼上部还设有防坠器（又称为断绳保险器）。图1-4 单绳1 t 单层普通罐笼结构4.井架与天轮一、井架是矿井地面的重要建筑物之一，它用来支持天轮和承受全部提升重物，固定罐道和卸载曲轨，架设普通罐笼的停灌装置等。井架有木井架，金属井架，混凝土井架，装配式竞价等。（1）木井架：用于服务年限较短（68年）、产量较低的小型矿井（2）金属井架：目前使用较为广泛，构建可在工厂制造，工地进行安装。服务年限长，耐火性好，弹性大，能适应提升过程中发生的
19、振动。但成本较高，钢材消耗大，容易腐蚀，故必须注意保护，每年都应涂防腐剂一次。（3）混凝土井架：其优点是节省钢材，服务年限长，耐火性好，抗震性强。缺点是自重大，必须加强基础，因而成本高，施工期长 。（4）装配式井架：用钢管河槽钢装配而成。用于竖井开凿施工井架，其优点是便于运输和拆装。二、天轮是矿井提升系统中的关键部件之一，安装在井架上，作支撑引导钢丝绳转向之用。可以分为三种：（1）井上固定天轮：轮体只作旋转运动，主要用于竖井提升及斜井箕斗提升。（2）凿井及井下固定天轮（3）游动天轮：轮体除作旋转运动外，还可沿轴向移动，主要用于斜井串车提升。第二节 矿井提升设备的工作原理矿井提升设备是联系矿井井
20、下与地面的“咽喉”设备，在煤炭生产中占有特别重要的地位，它的用途是沿井筒提升有用矿物和矸石，升降人员，设备，下放材料等。矿井提升系统根据倾角及提升容器的不同分为以下几种：（一） 竖井普通罐笼提升系统：其原理是其中一个罐笼位于井底进行装车，另一个罐笼则位于井口出车平台，进行卸车，两条钢丝绳的两端，一端与罐笼相连，另一端绕过井架上的天轮，缠绕并固定在提升机的滚筒上。滚筒旋转即可带动井下的罐笼上升，地面的罐笼下降，使罐笼在井筒中上下往复运动，进行提升工作。（二） 斜井串车提升系统：其工作原理是两条钢丝绳的两端，一端与若干个矿车组成的串车相连，另一端绕过井架上的天轮缠绕并固定在提升机的滚筒上，通过井底
21、车场，井口车场的一些装卸载辅助工作，滚筒旋转即可带动串车组在井筒中往复运动，进行提升工作。第二章 副井提升设备选型计算第一节 罐笼的选择已知下列基本参数：矿井年产量：An=150104t年最大班下井人数：580人每班出矸：400t下材料、设备：38次 下炸药：2次 保健车：2次 副井井筒深度： =290m 矿井年工作日：天矿井日工作小时数： 运送最重设备质量：15t矸石散集容积质量：1.76tm3矿车规格：MG3.39B1.确定合理的经济速度=0.4=0.4式中: H提升高度(m);装载高度(m), =0;矿井深度(m), =290m;卸载高度(m), =0;则: =0.4=0.4=6.81m
22、s2.估算一次提升循环时间式中: 提升加速度,罐笼一般取0.5-0.7ms2估取=0.5ms2罐笼在卸载曲轨内爬行时间,取=5s;罐笼装载时间(休止时间)休止时间不同，可查表。则: =+=+5+=56.2+3.提升容器的选择由于矿车型号是MG3.39B，有关矿车数据如下：容积：v=3.3m3矿车高：H=1300mm矿车自重：q=1270kg则Q矸石=rv=1.763.3=5.808（t)由于下放最重件15吨，所以三吨矿车单层双侧普通罐笼GLGY-311，查表得，Q载重=6720kg,Q自重=4500kg查表可知对于单层罐笼，两侧进车=15s，其他情况可按规定相应取得，则每次提升不同物品所需时间
23、如下：提矸时：Tx1=56.2+15=71.2s提人时：Tx2=56.2+24=80.2s下放保健车：Tx3=56.2+15=71.2s下放炸药：Tx4=56.2+260=176.2s下放材料：Tx5=56.2+38=94.2s同时煤矿安全规程规定：(1)要求最大下井作业必须在40min内完成；(2)罐笼提升最大班作业时间必须小于5小时，因此必须在规定时间内完成任务。在计算最大班下井人员，矸石及材料提升时间应该遵守下列规定：升降工人时间，按下井工人提升时间的1.5被计算；升降其他人员时间，按升降工人时间的20计算；提升矸石量按下井日出矸量的50考虑;(3)能够运送井下设备的最大最重部件;所以,
24、每班运输不同材料所需时间如下:提矸时:T1=71.271.2=4931.6s式中Ag每班出矸率T班。提人时：T2=Tx2=80.2=1938.2s下放材料：T5=Tx5=94.2=1789.8s下放保健车：T3=Tx32=71.22=142.4s下放炸药：T4=Tx42=176.22=352.4s总提升时间T=T1+T2+T3+T4+T5=4931.6+1938.2+142.4+352.4+1789.8=9154.3s= 2.67（)40(min) 两个要求均符合，所以选择GLGY-311型单层车单绳罐笼合适第二节 选择提升钢丝绳副井提升作业多种多样，应以最终的终端载荷来计算并选择钢丝绳，提升
25、钢丝绳是提升系统的重要组成部分，它直接关系到矿井的正常生产和人员的安全，还是提升系统中经常更换的易耗品在矿井提升中，根据用涂，选用合适的钢丝绳，扬长避短，充发挥它们的作用。决定钢丝绳的类型，首先应按以下原则确定：（1）使用中不松股；（2）符合使用场合及条件；（3）特别注意作业的安全。同时还应考虑以下因素：（1）在静筒淋水大，水的酸碱度高，以及在出风井中，由于腐蚀严重，应选用镀锌钢丝绳；（2）在磨损严重条件下使用的钢丝绳，如斜井提升等，应选用外层钢丝尽可能粗的钢丝绳；（3）弯曲疲劳为主要损坏原因时，应选用接触式或三角股绳；（4）实践证明，提升钢丝绳用同向捻绳较好，多绳摩擦提升用左右捻各半：单绳缠
26、绕式提升钢丝绳的选用原则是：为防止缠绕是松捻，钢丝绳的捻向应与绳在卷筒上缠绕时的螺旋线方向一致，目前单绳缠绕多为右旋，所以多选右同向捻绳；（5）罐道绳最好用半密封绳或三角股绳，表面光滑，耐磨损；（6）用于温度高或有明火的地方如矸石山等，最好用金属绳芯钢丝绳。提升钢丝绳是煤矿提升运输系统的一个重要组成部分，因此，煤矿安全规程对矿井提升钢丝绳有专门规定。近年来，尽管各矿按照规定要求加强了提升钢丝绳的检查和保养，但是，每年任然有断绳事故发生。副井提升作业复杂多变，通常以提升矸石为准来选择钢丝绳，但在选绳之后应对提人时的安全系数进行验算，以保证安全。1.单绳端荷重Qd=Q+Qz式中： 一次提升量， =
27、6720 kg； 容器质量， =4500 kg；则：Qd=Q+Qz= 6720+4500 =11220 kg绳端荷重Gd=Qdg=1122010=112200N2.钢丝绳悬垂长度式中： 井架高度，近似取值=25； 矿井深度， =290； 装载高度， =0；则： Hc=25m+290m+0m=3153.钢丝绳单位长度质量式中： 钢丝绳单位长度质量（）；钢丝绳的公称抗拉强度，取=170；钢丝绳的静力安全系数，查表取=9.2；则： Pk=6.6查钢丝绳规格表选用钢丝绳46 NAT 6I9 股（1+6+12）+NF1665ZZ190663GB其技术特征为：钢丝绳直径：d=46 mm；绳中最粗钢丝直径：
28、D=3.0 mm；钢丝绳全部钢丝断裂力总和：QD=N;每米重:p=7.611m。4.钢丝绳安全系数校核m=9.99.2所选钢丝绳满足安全要求，合格可用。 5.钢丝绳的使用与维护使用中的钢丝绳润滑是非常重要的，它关系到钢丝绳的使用寿命及安全运行。润滑的作用归纳有三：1) 保护钢丝不锈蚀；2) 起润滑作用，减少钢丝绳的磨损；3) 防止湿气、水分浸入绳内，并补充绳芯油量。在使用中要正确地选用润滑油。对润滑油提出以下要求：1) 粘稠性好，能使油脂紧密粘附在绳上，振动、淋水也甩冲不掉；2) 要有较好的粘温特性，低温时不硬化，高温时不流失；3) 防锈和润滑性能好，应含酸碱性，应有一定的透明度，以便发现磨损
29、及断丝。6.钢丝绳的检查和试验提升钢丝绳每天必须以0.3ms的速度进行详细检查并记录断丝情况。有关断丝和钢丝绳断面缩小的极限要求和换绳要求见煤矿安全规程有关规定。钢丝绳如遭受卡罐或突然停车等猛烈拉伸时必须立即停车检查，遭受冲击拉伸的一段如果长度增长0.5%以上或有明显损伤，应更换新绳。多绳缠绕时由下层转到上层的一段绳，由于磨损严重，必须加强检查并且每季度移绳四分之一圈。钢丝绳的检查方法目前大量采用眼睛观察和用手掳绳检查，这不仅劳动条件差而且不能检查绳内部断丝情况，为此国内外已研制出了多种钢丝绳探伤仪器。例如“GXT-1型钢丝绳在线无损探伤仪”，采用漏磁交联放大原理检查钢丝绳内外断丝、磨损、锈蚀；对钢丝绳接头焊点及断面等有一定的定性、定量精度。新绳在使用前均应进行试验。试验合格的备用钢丝绳必须妥善保管。使用中的钢丝绳必须定期试验，煤矿安全规程规定除摩擦式提升机用钢丝绳和平衡尾绳以及30度以下斜井专为升降物料用的钢丝绳外，提升钢丝绳在使用过程中要定期作剁绳头试验。升降人员或升降人员和物料的钢丝绳自悬挂之日起每隔6个月试验1次，升降物料用的钢丝绳，自悬挂时起经过1年以后进行第一次试验，以后每隔6个月试验1次。钢丝绳的试验应严格遵守煤矿安全规程。第三节 选择提升机和天轮卷筒的直径和宽度是缠绕式提升机的基本参数，规程规定：选择卷筒直径的原则是使钢丝绳绕经卷筒时产生的弯曲
