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1、摘 要一个现代化的矿井在提升设备的选型上尤为重要。因为提升设备选型的合理与否，直接关系到矿井的安全和经济性，因此确定合理的提升系统时，必须经过多方面的技术经济比较，结合矿井的具体条件选择合适的设备。根据矿井提升机工作原理和结构的不同，可分为缠绕式提升机和摩擦式提升机。单绳缠绕式提升机是较早出现的一种，它工作可靠，结构简单，但是仅适用于浅井及中等深度的矿井，而对于井深超过300米的矿井，宜选用多绳摩擦式绞车。在国内外，多绳摩擦式绞车飞跃发展，其发展速度远远超过单绳缠绕式提升机，这是因为它有着许多单绳缠绕式提升机无法比拟的优点，如提升钢丝绳直径较小，主导轮直径及整个机器的尺寸都相应缩小了，设备重量
2、也减轻了，不需要设置防坠器等。下面是我针对不同的矿井的地质、煤层等情况，进行综合计算分析后，本着安全、经济等原则对这两种提升设备系统进行的选型设计。本设计充分贯彻以下设计原则：根据国家现有的设备生产状况，结合某些使用中的具体情况，以及经济角度出发尽量选用国产设备并力求在条件基本相当的情况下进行技术的方案比较，选择即经济又合理的设备。关键字：提升机、矿井、绞车AbstractA modern, upgraded equipment at the mine on the selection of particularly important. Since the rational selectio
3、n of equipment to upgrade or not, is directly related to mine safety and economy, therefore, determine a reasonable upgrade system must go through a wide range of technical and economic comparison, combined with the specific conditions of mine appropriate equipment selection. Mine hoist in accordanc
4、e with the working principle and structure of different type can be divided into the winding and friction hoist elevator. Coiled single-rope hoist is one of the first emergence of a kind of job it is reliable, simple structure, however, applies only to shallow and middle depth of the mine, while mor
5、e than 300 meters for the depth of the mine, they are advised choice of multi-rope friction hoist. At home and abroad, multi-rope friction hoist leap in development, their development much faster than single coiled rope hoist, this is because it has a lot of single coiled rope hoist unmatched advant
6、ages, such as upgrading a smaller diameter wire rope, led wheel diameter and the whole machine size are corresponding to narrow, and equipment have reduced the weight, do not need to set up, such as anti-dropping device. The following is my response to a different mine geology, coal and so on, compr
7、ehensive calculation analysis, based on security, economic and other principles of these two kinds of lifting equipment selection system design. The design of the full implementation of the following design principles: In accordance with National existing equipment production, combined with some use
8、 in specific circumstances, as well as economic point of view as far as possible and seek to choose China-made equipment at the basic conditions for the case of a considerable technical program of comparison, the selection that is economical and reasonable equipment. Keywords：Hoist、 Mine、 Winch 目 录摘
9、 要.AAbstract.B第1章 绪论.- 1 -1.1矿井提升机- 1 -1.1.1矿井提升机的说明：- 1 -1.1.2矿井提升机的组成：- 1 -1.2多绳摩擦提升机- 2 -1.2.1多绳摩擦提升机的结构特点：- 2 -1.2.2井塔式提升机- 2 -1.3 提升机的选择与计算- 3 -1.4提升容器- 4 -1.4.1箕斗- 4 -1.5钢丝绳- 5 -1.5.1钢丝绳的结构- 5 -1.5.2钢丝绳的分类、特点及应用- 5 -1.5.3钢丝绳结构选择- 6 -1.6提升机滚筒- 7 -1.6.1滚筒直径D- 7 -1.6.2滚筒宽度B- 7 -1.7提升机与井筒的相对位置- 8
10、-1.7.1井架高度Hj- 8 -1.7.2滚筒中心至井筒钢丝绳之间的水平距离Ls- 8 -1.7.3钢丝绳弦长Lx- 9 -1.7.4钢丝绳的偏角- 9 -1.7.5滚筒下绳的出绳角（或称下绳仰角）- 9 -第2章 设备选型计算.- 10 -2.1计算数据- 10 -2.2提升容器的选择与确定- 11 -2.2.1单位小时提升量：- 11 -2.2.2提升速度：- 11 -2.2.3每次提升时间估算- 11 -2.2.4每次提升量：- 11 -2.2.5按选定的=9000kg所需提升速度- 11 -2.3钢丝绳的选择与计算- 12 -2.3.1绳端荷重：- 12 -2.3.2钢丝绳垂长度：-
11、 12 -2.3.3首绳单位长度重量计算：- 12 -2.3.4尾绳单位长度重量计算：- 12 -2.4提升机的选择- 13 -2.4.1主导轮直径：- 13 -2.4.2最大静拉力和拉力差计算：- 13 -2.5提升系统的确定- 13 -2.5.1井塔高度：- 13 -2.5.2尾绳环高度：- 13 -2.5.3悬垂长度：- 14 -2.5.4主导轮与导向轮之间水平中心距：- 14 -2.5.5包围角的确定：- 14 -2.6提升容器最小自重- 14 -2.6.1按静防滑条件：- 14 -2.6.2按动防滑条件：- 14 -2.7钢丝绳与提升机的校验- 15 -2.7.1首绳安全系数：- 1
12、5 -2.7.2最大静拉力荷拉力差- 15 -2.8衬垫材料单位压力：- 16 -2.9预选电动机- 16 -2.9.1提升机转数：- 16 -2.9.2提升机最大速度：- 16 -2.9.3预算电动机功率：- 17 -2.10提升系统变位计算- 17 -2.10.1变位重量：- 17 -2.10.2变位质量：- 17 -2.11提升速度图- 17 -2.11.1采用六阶段速度图- 18 -2.11.2加速度的确定- 18 -2.11.3减速的确定- 18 -2.11.4爬行速度和距离- 19 -2.11.5速度图计算：- 19 -2.11.6提升一次循环所需时间：- 20 -2.12提升能力
13、- 20 -2.13电动机等效计算：- 21 -2.13.1运动力计算（按平衡系统计算）- 21 -2.13.2等效计算：- 22 -2.13.3等效功率：- 23 -2.13.4校核电动机过系数:：- 23 -2.14电耗计算- 23 -2.14.1提升一次电耗：- 23 -2.14.2每次提升实际电耗：- 24 -2.14.3每吨煤耗电量：- 24 -2.14.4提升机效率：- 24 -2.15提升机的防滑验算- 24 -2.15.1静防滑安全系数：- 24 -2.15.2动滑安全系数：- 24 -2.15.3制动力矩的验算：- 25 -第3章 拖动装置的种类及性能.- 26 -第4章 结
14、论.- 27 -参考文献.- 28 -致 谢.- 29 -第1章 绪论矿山提升机是矿山大型固定机械之一，矿山提升机从最初的蒸汽机拖动的单绳缠绕式提升机发展到今天的交交变频直接拖动的多绳摩擦式提升机和双绳缠绕式提升机已经历了170多年的发展历史，它是矿山井下生产系统和地面工业广场相连接的枢纽，被喻为矿山运输的咽喉。因此矿山提升设备在矿山生产的全过程占有重要的地位。1.1矿井提升机1.1.1矿井提升机的说明：矿井井下和地面的工作机械。是一种大型绞车。用钢丝绳带动容器（罐笼或箕斗）在井筒中升降，完成输送物料和人员的任务。矿井提升机是由原始的提水工具逐步发展演变而来。现代的矿井提升机提升量大，速度高，
15、已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械。1.1.2矿井提升机的组成：矿井提升机主要由电动机、减速器、卷筒（或摩擦轮）、制动系统、深度指示系统、测速限速系统和操纵系统等组成，采用交流或直流电机驱动。按提升钢丝绳的工作原理分缠绕式矿井提升机和摩擦式矿井提升机。缠绕式矿井提升机有单卷筒和双卷筒两种，钢丝绳在卷筒上的缠绕方式与一般绞车类似。单筒大多只有一根钢丝绳，连接一个容器。双筒的每个卷筒各配一根钢丝绳，连接两个容器，运转时一个容器上升，另一个容器下降。缠绕式矿井提升机大多用于年产量在120万吨以下、井深小于400米的矿井中。摩擦式矿井提升机的提升绳搭挂在摩擦轮上，利用与摩擦轮衬垫的摩擦力使容
16、器上升。提升绳的两端各连接一个容器，或一端连接容器，另一端连接平衡重。摩擦式矿井提升机根据布置方式分为塔式摩擦式矿井提升机（机房设在井筒顶部塔架上）和落地摩擦式矿井提升机（机房直接设在地面上）两种。按提升绳的数量又分为单绳摩擦式矿井提升机和多绳摩擦式矿井提升机。后者的优点是：可采用较细的钢丝绳和直径较小的摩擦轮，从而机组尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。年产120万吨以上、井深小于2100米的竖井大多采用这种提升机。立井提升容器主要是箕斗和罐笼。在同等条件下，箕斗于实现与罐笼相比，质量小，占井筒断面小，装卸载快，提升能力大，电动机功率小，提升效率高，便自动化。缺点是用途单一，需设
17、置煤仓及装卸载设备，需另设辅助提升设备，井架较高，井筒较深。可根据矿井生产能力的大小确定提升容器的类型。提升容器的类型确定后，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。1.2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页随之加大，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
18、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，能耗减少。1.2.1多绳摩擦提升机的结构特点：1.2.1.1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。这种结构便于拆装及运输，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吧衬垫固定在筒壳上。衬垫绳槽初车槽深为绳径，槽距约为绳径的10倍。目前国内衬垫主要采用PVC和聚氨脂。1.2.1.2车槽装置。为了使个钢丝绳槽直径不超过规定值，以保持各钢丝绳张力均衡
19、，多绳摩擦提升机均设有车槽装置。1.2.1.3减速器。为了消耗及其传给井塔的振动，有些井塔式摩擦提升机采用弹簧基础减速器。1.2.1.4深度指示器。多绳摩擦提升机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。1.2.1.5尾绳悬挂装置。多绳摩擦提升设备一般均有尾绳，为了在使用圆尾绳式避免打结，在罐笼底部下方设有尾绳悬挂装置。1.2.2井塔式提升机多绳摩擦提升机可分为井塔式和落地式两种。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之中，对摩擦因数和钢丝绳使用寿命不产生影响。缺点：井塔造价较高，施工周期较长，抗地震
20、能力不如落地式；井塔式系统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抱角，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，缩短了提升钢丝绳的使用寿命 。1.3 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：一 、 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
21、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，使其完成全部主、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。副井除配备一套罐笼设备外，多数尚需设置一套单容器平衡锤提升方式，提升矸石。二 、 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
22、为简单。三 、 中等以上矿井，主井一般都采用双容器提升，对于多水平同时开采的矿井（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，副井采用多绳罐笼四 、 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，待井筒延深至第二水平时，再更换。五 、 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
23、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、生产能力与耗电量等也要计算。1.4提升容器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。1.4.1箕斗1.4.1.1立井箕斗型号意义：立井单绳箕斗（如：JL3）立井多绳箕斗JDS12/1104、JDSY12/1104、JDG12/11041.4.1.2箕斗结构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
24、单绳立井平板闸门箕斗为例：主要由斗箱、框架、连接装置及闸门等组成。 1.4.1.3卸载原理当箕斗提升至地面煤仓时，卸载滚轮进入安装在井架上的卸载曲轨内，随着箕斗提升，固定在箕斗框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较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。1.5钢丝绳1.5.1钢丝绳的结构组成：钢丝股+绳芯（纤维绳芯（常用）、金属绳芯）。 1.5.1.1钢丝 为优质炭素结构钢，一般直径为0.44。
25、矿井提升抗拉强度一般采用1700Mpa以下的。 1.5.1.2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。 1.5.1.3绳芯的分类及各类说明一、 绳芯分金属芯纤维芯。 二、 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。 三、 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。 四、 绳芯的标记代号：纤维芯（天然或合成的），FC；天然纤维芯，NF
26、；合成纤维芯，SF；金属丝绳芯，IWR；金属丝股芯，IWS。1.5.2钢丝绳的分类、特点及应用1.5.2.1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
27、大的恢复力，稳定性较差，易打结。交互捻钢丝绳的结构稳定 1.5.2.2按钢丝在股中互相接触情况分一、点接触钢丝绳 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。二、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。三、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
28、优点。 1.5.2.3按绳股断面形状分一、 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钢丝绳。二、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。1.5.3钢丝绳结构选择一、 对于单绳缠绕式提升，一般宜选用光面右同向捻、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；对于矿井淋水
29、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(左右捻各半)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。1.6提升机滚筒1.6.1滚筒直径D D是计算选择提升机的主要技术数据。以钢丝绳缠绕时不产生过大的弯曲应力为选择的原则。钢丝绳的弯曲试验表明当D/d=80时（D滚筒直径，d钢丝绳直径），弯曲应力w较小，D/d再增大，w并无显著下降；D/d继续减小，w将会引起急
30、剧增加，因此规程规定： 井上提升机的滚筒和围抱角大于90的天轮式中 钢丝绳中最粗钢丝的直径，mm。围抱角小于90的天轮： 井下提升机和凿井提升机的滚筒和围抱角大于90的天轮：根据计算，选择标准滚筒直径。1.6.2滚筒宽度B 提升机滚筒宽度B的尺寸，以能容纳应缠绕的钢丝绳为原则，应包括相当于提升高度H米；还包括规定钢丝绳每半年剁绳头一次作试验（一次5米），如果绳的寿命三年考虑，则缠绕滚筒上作试验用的钢丝绳长为30米；另外滚筒表面应保留三圈摩擦圈，以便减轻绳与滚筒固定处的拉力。 作单层缠绕滚筒的计算宽度B为：式中 d钢丝绳直径，mm； 钢丝绳绳圈之间的间距，一般取23mm。 若钢丝绳在滚筒上作双层
31、缠绕时，为了避免上下层钢丝绳总是在一个地方过渡而损坏，要求每季度错动1/4圈，根据钢丝绳设计寿命，计算多层缠绕滚筒宽度时应加此错动绳24圈 。单滚筒双钩提升计算滚筒宽度时，试验绳长应是两倍，摩擦圈也是两倍，还应再加上2圈为缠绕与下放两绳之间的间隔绳圈。 根据计算所得的滚筒直径与宽度，选择稍大且接近计算尺寸的标准提升机的直径和宽度，若无接近的，则可另选较大的，或者在规程允许的情况下作多层缠绕。 为了保证提升机有足够的强度，还必须验算所选提升机最大静张力Fjmax（ 它关系到滚筒与主轴的强度）及最大静张力差Fc（它关系到主轴的强度）应满足下式： 式中Fjmax及Fc由提升机产品规格中查得，如果验算
32、不符合规定，需要重选较大的。1.7提升机与井筒的相对位置 提升机对井筒的相对位置，关系到矿井地面工业广场的布置、井下保安煤柱的尺寸及提升设备和地面运输系统的安全、可靠运行。在确定位置的各参数时，应当根据地形及生产条件，因地制宜，首先考虑提升机对井筒的不止方式，再确定相对位置的几个参数尺寸。即： 1.7.1井架高度Hj 式中 Hx卸载高度（m），由井口水平到卸载位置的容器底座的高度。对于罐笼提升一般在井口水平装卸载其Hx=015m对于箕斗提升因地面装设有煤仓等其Hx=1825mHr容器全高（m），容器底至连接装置最上一个绳卡之间的距离，可在容器规格表中查取。Hg过卷高度（m），容器正常卸载位置到钢丝绳最上一个绳卡与天轮接触的距离，按规程规定：对于罐笼提升，且提升速度Vm30000(kg) 2-26经过上例计算最大静拉力超过提升机的预计值，首绳安全系数也小于安全规程规定的要求，为了不使提升机升级，应减少值，故将取0.6，=时，查表得=2.203，查表=0.1852按动防滑条件： =+=2.+0.8=13029（kg） 取=13100