矿用主井提升机设计

矿用主井提升机设计内容摘要：

后，就要计算提升容器的容量，并从容器规格表中选择标准容器，也可根据现场要求自行设计非标准容器。 多绳摩擦提升机 由于矿井深度和产量的不断增 加，缠绕式提升机的卷筒直径和宽度也随之加大，使得提升机卷筒体积庞大而笨重，给绘图、运输、安装等带来很大的不便。 为了解决这个问题， 1877 年法国人戈培提出将钢丝绳搭在摩擦轮上，利用摩擦衬垫与钢丝绳之间的摩擦力来带动钢丝绳，以实现提升容器的升降，这种提升方式称之为摩擦提升。 与单绳缠绕式提升机相比，摩擦轮的宽度明显减小，而且不会因井深的增加而增大。 同时，由于主轴跨度的减小而使得主轴的直径和长度均有所降低，整机的质量大为下降，而且由于提升机回转力矩的减小，使得提升电动机容量降低，能耗减小。 多绳摩擦提升机 的分类 多绳摩擦提升机可分为井塔式和落地式两种。 多绳摩擦提升机的结构 （ 1） 主轴装置 主轴法兰盘（或轮毂）与摩擦轮辐采用高强度螺栓连接，借助螺栓压紧轮辐与夹板间的摩擦力传递扭矩。 这种结构便于拆装与运输，但制造要求较高，轴向两法兰盘的尺寸与摩擦轮轮辐尺寸应吻合，以便于连接。 摩擦衬垫用倒梯形截面的压块把衬垫固定在筒壳上。 衬垫绳槽深为 1/3 绳径，槽距约为绳径的 10 倍。 目前国内衬垫主要采用 PVC 和聚氨酯。 （ 2） 车槽装置 为了使得钢丝绳直径不超过规定值，以保持各钢丝绳张力均衡，多绳摩擦提升机均设有车 槽装置。 （ 3） 深度指示器 多绳摩擦提升机是为了补偿钢丝绳蠕动和滑动对深度指示器装置的影响，设置了深度指示器自动调零装置。 （ 4） 减速器 为了消耗及其传给井塔振动，有些井塔式摩擦提升机采用弹簧基础减速器。 （ 5） 尾声悬挂装置 多绳摩擦提升设备一般均有尾绳，为了在使用圆尾绳时避免打结，在罐笼底部下方设8 有尾绳悬挂装置。 井塔式提升机 井塔式的优点：布置紧凑省面积，不需设置天轮；全部载荷垂直向下，井塔稳定性很好，钢丝绳不裸露在雨雪中，对摩擦因数和钢丝绳的使用寿命不产生影响。 井塔式的缺点：井塔造价较高， 施工周期较长，抗地震能力不如落地式；井塔式为了保证两提升容器的中心距离和增大钢丝绳在摩擦轮上的围包角，可设置导向轮。 但与此同时却增加了提升钢丝绳的反向弯曲力，缩短的提升钢丝绳的使用寿命。 提升机的选择与计算 矿井提升设备的选择计算是否经济合理，对矿山的基本建设投资、生产能力、生产效率及吨煤成本都有直接的影响。 因此，在进行提升设备选择计算时，首先要确定提升方式，在确定提升方式时要考虑下列各点： （ 1） 对于年产量大于 60 万吨的大中型矿井，由于提升煤炭和辅助提升任务较大，一般均设主井、副井两套提升设备。 因 为箕斗提升能力大、运转费用较低、又易于实现自动化控制，一般情况主井均采用箕斗提升煤炭，副井采用罐笼提升矸石、升降人员和下放材料设备等辅助提升。 对于年产量 30 万吨以下的小型矿井，可采用一套罐笼提升设备，使其完成主、副井提升任务是最经济的，也有采用两套罐笼设备的。 对于 180 万吨的大型矿井，有时主井需要采用两套箕斗同时工作才能完成生产任务。 副井除了要配备一套罐笼设备外，多数尚需设置单容器平衡锤提升方式，提升矸石。 （ 2） 对于同时开采煤的品种在两种及以上并要求不同品种的煤分别外运的大、中型矿井，则应考虑采用罐笼 提升方式作为主井提升。 对煤的块度要求较高的大、中型矿井，由于箕斗提升对煤的破碎较大，也要考虑采用罐笼作为主井提升。 当地面生产系统距离井口较远，尚需一段窄轨铁路运输时，采用罐笼提升地面生产系统较为简单。 （ 3） 中等以上矿井，主井一般都采用双容器提升， 对于多水平面同时开采的矿井（特别是采用摩擦提升机）可采用平衡锤单容器提升方式。 对于中、小型矿井，一般采用单绳缠绕式提升系统为宜。 对于年产量大于 90 万吨的大型矿井，可采用摩擦提升系统，中型矿井的井筒较深时也可采用摩擦提升系统，或主井采用单绳箕斗，副井采用多绳罐 笼。 （ 4） 矿井若有两个水平，且分前后期开采时，提升机、井架等大型固定设备要按照最终水平选择。 提升容器、钢丝绳和提升电动机根据实际情况也可以按照第一水平选择，待井筒延伸至第二水平时，再更换。 9 （ 5） 对于新矿井如没有什么特殊要求，可参照《定型成套设备》的规定确定提升方式，并尽量选用定型设备。 但因各个矿井具体情况不同，副井提升量也不一致，因此，可结合具体条件计算、选择，或验算选用的定型成套设备。 《定型成套设备》中未规定的如钢丝绳、提升机与井筒相对位置、生产能力与耗电量也要计算。 提升容器 提升容 器的分类 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，专用于主井提升； 罐笼：既可用于主井提升，也可用于副井提升； 矿车：斜井提升； 吊桶：立井井筒开凿时的提升。 箕斗 立井箕斗型号意义 立井提煤多采用底卸式，底卸式箕斗分为平板闸门箕斗和扇形闸门箕斗。 以单绳立井闸门箕斗为例：主要有斗箱、框架、连接装置及闸门等组成。 当箕斗至地面煤仓时，卸载滚轮进入安装在井架上的卸载曲轨内，随着箕斗提升，固10 定在箕斗架上的小曲轨同时向上运动，则滚轮在卸载曲轨作用下，沿着箕斗框架 上的小曲轨向下运动，并转动连杆，使其通过连杆锁角为零的位置后，闸门就借助煤的压力打开，开始卸载。 在箕斗下放时，以相反的顺序关闭闸门。 平板闸门底卸式箕斗比扇形闸门卸载时井架受力小，卸载曲轨短，装载时撒煤少，且动作可靠。 钢丝绳 钢丝绳的结构 组成为钢丝和绳芯（纤维绳芯、金属绳芯），钢丝为优质碳素结构钢，一般直径为 ，矿井提升抗拉强度一般采用 1700Mpa 以下的。 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。 绳芯的分类及各类说明 绳芯分金属芯和纤维芯。 纤维芯作用：（ 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。 钢丝绳结构选择 一、对于单绳缠绕式提升，一般宜选择光面、断面形状为圆形股或三角股、接触形式为点或线接触的钢丝绳；对于矿井淋雨大，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。 二、在磨损严重的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；斜井串车提升时，宜采用交互捻钢丝绳。 三、对于多绳摩擦提升，一般应选用镀锌、同向捻的钢丝绳，断面形状最好是三角股。 四、罐道绳最好用半密封钢丝绳或三角股绳，表面光滑，比较耐磨。 11 滚筒中心至井筒钢 丝绳之间的水平距离 Ls 此距离考虑对于有斜撑的井架，其斜撑的基础与井筒中心的水平距离约为 jH ，另外考虑提升机在运输中钢丝绳的稳定性，所以 Ls 的最小距离按下面经验公式计算： sL ≥ jH + D + 钢丝绳弦长 xL 钢丝绳弦长是指钢丝绳离开滚筒处至接触天轮之间的绳长，且上下两条弦长不完全相等，但均以滚筒中心至天轮中心之间的距离来计算弦长，即： xL = 22j0( ) ( )2 ts DH C L   ， m 式中 0C 是提升机主轴中心线高出井口水平的距离，此值决定于滚筒直径、地形和土壤等情况，一般 0C 取 1~2m。 tD 是天轮直径。 钢丝绳的弦长不能过长，过长则钢丝绳振动增大，因此，钢丝绳有跳出天轮轮缘的危险，一般不超过 60m。 钢丝绳的偏角 ɑ 钢丝绳的弦长 与天轮平面的夹角有两个， ɑ1 称为外偏角， ɑ2 称为内偏角，根据《规程》规定，内、外偏角不得超过 1176。 30′，否则绳与天轮轮缘的磨损过甚，易发生钢丝绳跳出天轮的事 故。 最大外偏角 ɑ1 = tan1 30 d2xs a HBDL （ +3 ） ( + ) 最大内偏角 12 ɑ2 = tan1 d2xsaBL（ ） + ）3（ 式中 s— 两天轮间的距离（ m），其值决定于容器的规格及提升容器在井筒内的布置，可查提升机规格表中两滚筒中心距； a— 两滚筒之间的间隙（ m），其值见提升机规格表。 第 2 章 设备选型计算 计算数据 （ 1） 生产能力（年产量） nA =35 万吨 （ 2） 年工作日 300 天 （ 3） 日工作小时 14 小时 （ 4） 井深 sH =350 米 （ 5） 提升方式：双箕斗提升 （ 6） 卸载高度 xH =25 米 （ 7） 装载高度 ZH =25 米 （ 8） 开采水平：单水平开采 （ 9） 散煤密度 3/tm （ 10） 矿井电压等级 6KV （ 11） 服务年限： 20 年 提升容器的确定计算 一般认为，在不加大提升机及滚筒直径的前提下，选用较大容积 的提升容器，以采用较低的提升速度，节省电耗，比较经济合理。 确定经济提升速度： Vj =（ ~） H 其中 ， H= Hs + HX + HZ =350m 所以 ， Vj =（ ~） 350 =~ /ms 13 取 ： Vj =7 /ms， ɑ1 = 2/ms 计算一次提升循环时间 jT = jjv H uav   θ = 6+ 3506+10+8 = 根据矿井年产量和一次提升循环时间即可求出一次提升量 jA = 3600n f jrAcaTbt 式中 nA 矿井年产量， t/年 ； c提升不均衡系数，取 c=； fa 提升能力富裕系数，取 fa =； rb 提升设备年工作日数，一 般 300 天； t提升设备日工作小时数， t=14h。 所以 jA = 3500 00 33600 300 14 = t 根据 jA =，查箕斗规格表可选择标准箕斗： 箕斗型号为 JL— 3，箕斗自重为 吨，有效容积 3m ，载重量 吨。 根据所选出的箕斗型号计算一次提 升循环所需要的时间 3600brXnftmT cA a  式中 m 箕斗一次提升的实际载货量，其值为箕斗的容积与散煤密度的乘积， t。 所以 3600brX nftmT cA a  14 = 36 00 30 0 14 3. 141. 2 35 00 00 1. 2   = s 求得提升机的提升速度： mv =    22 42XXa T u a T u a H            =     220 . 8 9 4 . 2 1 0 8 0 . 8 9 4 . 2 1 0 8 4 0 . 8 3 5 02              = /ms 提升机的提升速度是选择提升机标准速度的一个依据，在矿井提升机规格表中选择与其相近的提升机标准速度。 提升钢丝绳的选择计算 钢丝绳在工作时受多种动、静应力的作用，如弯曲应力、扭转应力、接触应力及挤压应力等，这些应力的反复作用将导致疲劳破断，这是钢丝绳损坏的主要原因；另外，磨损及锈蚀将加速损坏。 因此，综合反映上述应力的疲劳计算是一个较复杂的问题，目前我国矿用钢丝绳的强度计算仍按最大静载荷并考虑一定安全系数的方法进 行。 选择计算 竖井单绳提升钢丝绳的最大静载荷 maxQ 是在提升机滚筒与垂直钢丝绳接触的绳端，其值为 maxQ = ZcQ Q pH = z p cmg m g m gH （ 1） 式中 maxQ 钢丝绳最大计算静载荷， N； Q 一次提升货载的重量， N； ZQ 容器的自身重力， N； p 钢丝绳每。