8章立井提升設(shè)備的選型計(jì)算

1、第八章 立井提升設(shè)備的選型計(jì)算河北工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院第一節(jié) 選型的一般原則和主要內(nèi)容第二節(jié) 提升容器的選擇與計(jì)算第三節(jié) 提升鋼絲繩的選擇計(jì)算第四節(jié) 提升機(jī)的選擇計(jì)算第五節(jié) 提升電動(dòng)機(jī)的預(yù)選第六節(jié) 提升機(jī)與井筒的相對(duì)位置的確定第七節(jié) 提升容器的運(yùn)動(dòng)規(guī)律第八節(jié) 提升系統(tǒng)的動(dòng)力方程式第九節(jié) 變位質(zhì)量的計(jì)算第十節(jié) 速度圖參數(shù)的確定第十一節(jié) 提升動(dòng)力學(xué)計(jì)算第十二節(jié) 電動(dòng)機(jī)功率的驗(yàn)算第十三節(jié) 交流拖動(dòng)提升設(shè)備電耗和效率的計(jì)算第一節(jié) 選型的一般原則和主要內(nèi)容一、選型的一般原則提升設(shè)備的選型設(shè)計(jì)是否經(jīng)濟(jì)合理，對(duì)礦山的基建投資、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率及噸煤成本有著直接的影響。提升設(shè)備選型設(shè)計(jì)只能在提升方式確定之后進(jìn)行

2、。當(dāng)?shù)V井年產(chǎn)量、井深及開采水平確定之后，就要決定合理的提升方式。提升方式與井筒開拓、井上下運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)都有著密切的關(guān)系。在決定合理的提升方式時(shí)，原則上要考慮下列幾個(gè)因素：1) 一般應(yīng)遵照1個(gè)井筒能設(shè)1套就裝備2套提升設(shè)備的原則。對(duì)于設(shè)計(jì)產(chǎn)量大于3.0Mt/a的大型礦井，由于提升煤炭及輔助提升工作量均較大，一般設(shè)副井2套提升設(shè)備(1套雙鉤雙層窄罐籠和1套單鉤帶平衡錘雙層寬罐籠)。深井或采用多水平生產(chǎn)作業(yè)提升，也可以裝備2套單鉤帶平衡錘4層(或3層)寬罐籠提升設(shè)備，以提高井筒斷面利用率。主井采用箕斗提升煤炭，副井采用罐籠完成輔助提升任務(wù)：如提升矸石、升降人員和下放材料、設(shè)備等。對(duì)于設(shè)計(jì)產(chǎn)量小于0.3

3、Mt/a的小型礦井，如果僅用一套罐籠提升設(shè)備就可以完成全部主副井任務(wù)時(shí)，采用一套提升設(shè)備是經(jīng)濟(jì)的。2) 一般情況下，主井均采用箕斗提升方式。這是因?yàn)榛诽嵘绞侥芰Υ?、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)也較低。另外，在控制上易于自動(dòng)化。在特殊條件下，例如礦井生產(chǎn)的煤質(zhì)品種多，且需分別運(yùn)送，或是保證煤炭有足夠的塊度，這時(shí)只好采用罐籠做為主井提升設(shè)備。3) 礦井主斜井運(yùn)煤，條件適宜應(yīng)采用帶式輸送機(jī)提升。4) 對(duì)于小型礦井，以采用單繩纏繞式提升系統(tǒng)為宜。對(duì)于設(shè)計(jì)產(chǎn)量在0.9Mt/a以上的大型礦井，以采用多繩摩擦提升系統(tǒng)為宜。對(duì)于中型礦井，如井較淺，可采用單繩纏繞系統(tǒng)，井較深時(shí)也可采用多繩摩擦系統(tǒng)，或主井采用單繩箕斗，副井采用多

4、繩罐籠。5) 煤礦若有兩個(gè)水平，且分前后期開采時(shí)，提升機(jī)、井架或井塔等大型固定設(shè)備要按最終水平選擇。提升容器、鋼絲繩和提升電動(dòng)機(jī)根據(jù)實(shí)際情況也可按第一水平選擇，待井筒延深至第二水平時(shí)，另行更換，但電動(dòng)機(jī)以換裝一次為宜。二、選型設(shè)計(jì)的依據(jù)和主要內(nèi)容(一) 設(shè)計(jì)依據(jù)1主井提升1) 礦井年產(chǎn)量A(t/a)；2) 工作制度即年工作日數(shù)br，日工作小時(shí)數(shù)t，煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：br = 330d，t = 16h；3) 礦井開采水平數(shù)及各水平服務(wù)年限；4) 礦井深度Hs，即井口至各開采水平的深度；5) 卸載水平與井口的高差Hx(m)，可按下列數(shù)據(jù)選取：對(duì)于底卸式箕斗：Hx1525m，對(duì)于普通罐籠：Hx0

5、15m；6) 裝載水平與井下運(yùn)輸水平的高差Hz(m)，對(duì)于底卸式箕斗：Hz1825m；7) 煤的散集密度(t/m3)；8) 提升方式：箕斗或罐籠；9) 礦井電壓等級(jí)。1) 矸石年產(chǎn)量： 如無(wú)特別指出時(shí)，可取煤炭產(chǎn)量的1520%； 最大班出矸石按日出矸石量的50%計(jì)算；2) 最大班下井人員數(shù)目(人/班)；立井的最大班工人下井時(shí)間，不應(yīng)超過(guò)40min；最大班作業(yè)時(shí)間按6h計(jì)算。3) 礦井深度Hs (m)；4) 每班下井材料、設(shè)備、炸藥次數(shù)。(次/班)；5) 提升罐籠型式規(guī)格，罐籠質(zhì)量(kg)，礦車質(zhì)量(kg)；6) 矸石散集密度(t/m3)。2副井提升計(jì)算并選擇提升容器；計(jì)算并選擇提升鋼絲繩，計(jì)算

6、并選擇提升機(jī)；提升電動(dòng)機(jī)的預(yù)選；提升機(jī)與井筒相對(duì)位置的計(jì)算；運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)計(jì)算；電動(dòng)機(jī)功率的驗(yàn)算；計(jì)算噸煤電耗(對(duì)于主井提升)；制定最大班作業(yè)時(shí)間平衡表(對(duì)于副井)。(二) 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容第二節(jié) 提升容器的選擇與計(jì)算在確定了提升容器的類型后，要計(jì)算并選擇提升容器。容器的容量大小是確定鋼絲繩、提升機(jī)和電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)。提升速度是影響提升機(jī)工作時(shí)間及電能消耗的重要參數(shù)。容器的容量與提升速度之間又存在著密切的聯(lián)系。一、提升速度選擇研究表明，經(jīng)驗(yàn)提升速度為 (8-1)式中 vj 經(jīng)驗(yàn)提升速度，m/s； H 提升高度，m；一般情況下，取中間值進(jìn)行設(shè)計(jì)，即 (8-2) 對(duì)于箕斗提升式中 Hs 礦井深度，m

7、； Hx 卸載水平與井口的高差，m； Hz 裝載水平與井下運(yùn)輸水平的高差，m。對(duì)于罐籠提升按經(jīng)驗(yàn)提升速度可估算經(jīng)驗(yàn)提升時(shí)間（按五階段速度圖估算）：(8-3) 式中 Tj 經(jīng)驗(yàn)提升時(shí)間，s； a 提升加速度，可暫取0.70.75 m/s2；對(duì)于專門提升物料的容器，可取0.8m/s2； u 提升容器爬行階段附加時(shí)間，可暫取10s（對(duì)于箕斗）或5s（對(duì)于罐籠）； 提升容器每次提升終了后的休止時(shí)間?；沸葜箷r(shí)間按表8-1選取。普通罐籠進(jìn)出礦車休止時(shí)間按表8-2選取。普通罐籠單層進(jìn)出材料車或平板車的休止時(shí)間按40s計(jì)算。表7-2 普通罐籠進(jìn)出礦車休止時(shí)間（s）表8-1 箕斗休止時(shí)間箕斗規(guī)格/t68912

8、3030t以上箕斗以及特制靠外動(dòng)力卸載箕斗休止時(shí)間/s8101230按有關(guān)設(shè)備部件環(huán)節(jié)聯(lián)動(dòng)時(shí)間計(jì)算確定表8-2 普通罐籠進(jìn)出礦車休止時(shí)間（s）罐籠型式單層裝車罐籠雙層裝車罐籠進(jìn)出車方式兩側(cè)進(jìn)出車同側(cè)進(jìn)出車一個(gè)水平進(jìn)出車兩層同時(shí)進(jìn)出車每層礦車數(shù)1211212礦車規(guī)格，t1121535303617201.51317324018223153620 一次經(jīng)驗(yàn)提升量Qj可初算如下 (8-4)式中 A 礦井年產(chǎn)量，t/a， C 主提升設(shè)備的提升不均衡系數(shù)， 有井底煤倉(cāng)時(shí)為1.101.15； 無(wú)井底煤倉(cāng)時(shí)為1.20； af 富裕系數(shù)，主提升設(shè)備對(duì)第一水平留有1.2的富裕系數(shù)； t 提升設(shè)備日工作小時(shí)數(shù)，16

9、h； br 提升設(shè)備年工作日數(shù)，330d。 按計(jì)算出的Qj，在箕斗的規(guī)格表中選取相近的名義貨載質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)箕斗。根據(jù)表中的斗箱有效容積Vr計(jì)算一次實(shí)際提升量Q (8-5)式中 煤的散集密度，t/m3。有些情況下，Qj介于2個(gè)箕斗名義貨載質(zhì)量之間，這時(shí)可以同時(shí)選用2個(gè)箕斗，并分2個(gè)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，直到提升機(jī)選擇出來(lái)后，再?gòu)闹凶詈蟠_定一個(gè)。一般在保證不加大提升機(jī)的情況下，優(yōu)先選用大容量箕斗。 所需一次提升時(shí)間 (8-6)按公式（7-3）可得上式等號(hào)兩邊乘上av1，整理后得到v1的一元二次方程解此方程，得兩個(gè)根，其中一個(gè)根不合理(因v1太大)，故只剩一個(gè)根 (8-7)v1是選擇提升機(jī)標(biāo)準(zhǔn)速度的一個(gè)依據(jù)，

10、按v1在提升機(jī)技術(shù)性能表中選用相近的標(biāo)準(zhǔn)速度。 煤礦安全規(guī)程規(guī)定：立井中用罐籠升降人員的最大速度vm，不得超過(guò)表8-3中的數(shù)值(即度 )。立井升降物料時(shí)，最大速度， m/s。二、罐籠選擇副井罐籠的選擇，除了應(yīng)和礦井運(yùn)輸采用的車輛規(guī)格相適應(yīng)外，還應(yīng)結(jié)合下列因素來(lái)確定：1) 當(dāng)?shù)V井的各種輔助提升工作量不大時(shí)，如果利用單層罐籠能夠滿足包括升降人員在內(nèi)的全部輔助性提升的需要時(shí)，則應(yīng)優(yōu)先采用單層罐籠；2) 當(dāng)?shù)V井的升降人員較多，利用單層罐籠提人占用的時(shí)間較長(zhǎng)，則為了縮短升降人員的時(shí)間，應(yīng)采用雙層罐籠，各層同時(shí)升降人員，在井口、井底以及升降人員數(shù)量較多的中間水平，相應(yīng)設(shè)置上、下人平臺(tái)，以節(jié)省罐籠上、下人時(shí)

11、的休止時(shí)間。采用雙層罐籠后，應(yīng)結(jié)合其它各種輔助提升工作量的大小，確定其它輔助提升是用單層或雙層同時(shí)工作。在其它各種輔助提升需要兩層同時(shí)工作時(shí)，也應(yīng)首先考慮一個(gè)水平進(jìn)出車，以簡(jiǎn)化進(jìn)出車水平的運(yùn)輸系統(tǒng)。只用作上下人的平臺(tái)，最好做成活動(dòng)式的，在下放長(zhǎng)材料（鋼軌、管材）時(shí)，應(yīng)能拆除方便，適應(yīng)下放長(zhǎng)材料的需要。副井罐籠提升，應(yīng)結(jié)合礦井輔助提升的工作量確定提升速度，首先是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)升降完上、下井人員。根據(jù)煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：最大班工人下井時(shí)間一般不超過(guò)40min。據(jù)此即可求出提升速度。第三節(jié) 提升鋼絲繩的選擇計(jì)算鋼絲繩損壞的原因：鋼絲繩在工作時(shí)受多種應(yīng)力的作用，如靜應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、

12、接觸應(yīng)力、擠壓應(yīng)力及捻制應(yīng)力等，這些應(yīng)力的反復(fù)作用將導(dǎo)致鋼絲的疲勞破斷，這是鋼絲繩損壞的主要原因；鋼絲繩的磨損及銹蝕也將導(dǎo)致鋼絲繩的損壞。由于鋼絲繩的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響因素較多，鋼絲繩強(qiáng)度計(jì)算理論尚未完善地用于工程計(jì)算。同時(shí)一些計(jì)算公式也還不能確切地反映真正的應(yīng)力情況。鋼絲繩的強(qiáng)度計(jì)算按煤礦安全規(guī)程的規(guī)定：鋼絲繩應(yīng)按最大靜載荷并考慮一定的安全系數(shù)的方法進(jìn)行計(jì)算。一、按最大靜載荷計(jì)算由圖8-1可知，鋼絲繩最大靜載荷Qmax是在A點(diǎn)。其值為(8-8) 式中 Qmax 鋼絲繩最大計(jì)算靜載荷，N； Q 容器一次提升貨載質(zhì)量，kg； Qz 容器的質(zhì)量，kg； p 鋼絲繩每米質(zhì)量，kg/m； g 重力加速度，

13、取9.8m/s2； Hc 鋼絲繩最大懸垂長(zhǎng)度。Hs礦井深度，m；Hj井架高度(m)，在尚未精確確定時(shí)，可先按下列數(shù)值選取：罐籠提升Hj = 1525m；箕斗提升Hj = 3035m；Hz由井底車場(chǎng)水平至容器裝載位置容器底部的距離m，罐籠提升Hz0，箕斗提升Hz1825m。設(shè)B為鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度(Pa)，S為鋼絲總斷面積(m2)。要保證鋼絲繩安全工作，必須滿足 (8-10)式中 ma 鋼絲繩安全系數(shù)。上式中p和S是兩個(gè)未知數(shù)，為解上式需找出p和S的關(guān)系。 (8-11)式中 0 鋼絲繩密度，kg/m3。將式(8-11)代入(8-10)式并化簡(jiǎn) (8-12)鋼絲繩的密度值0見表8-5，也可近似按鋼

14、絲繩的平均密度為9000kg/m3計(jì)算，則式(8-12)變?yōu)?(8-13)由式(8-l2)或(8-13)計(jì)算出p值后，從鋼絲繩規(guī)格表中選取與計(jì)算值相近的較大標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩。鋼絲繩選出后，要按實(shí)際所選鋼絲繩的數(shù)據(jù)校核其安全系數(shù)。 (8-14)式中 Qq 鋼絲破斷拉力總和，N。如果校核結(jié)果不能滿足式(8-14)要求，則應(yīng)重選鋼絲繩進(jìn)行校核，直至滿足式(8-14)為止。二、鋼絲繩的安全系數(shù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定單繩纏繞式提升設(shè)備采用的鋼絲繩安全系數(shù)ma：1) 專為升降入員用的鋼絲繩不得小于9；2) 升降人員和物料用的鋼絲繩：升降人員時(shí)不得小于9；提升物料時(shí)不得小于7.5；混合提升時(shí)不得小于9；3) 專為升降物

15、料用的鋼絲繩不得小于6.5。對(duì)于多繩摩擦提升設(shè)備鋼絲繩的安全系數(shù)見第八章。注意：由于提升鋼絲繩在工作過(guò)程中所引起的應(yīng)力非常復(fù)雜，影響鋼絲繩使用壽命的因素又很多，所以安全系數(shù)并不代表鋼絲繩真正強(qiáng)度安全儲(chǔ)備值，而僅僅表示經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明在規(guī)定的安全系數(shù)的條件下，鋼絲繩才能安全可靠地運(yùn)行。第四節(jié) 提升機(jī)的選擇計(jì)算在選擇提升機(jī)時(shí)，應(yīng)首先計(jì)算卷筒的直徑和寬度，并以這兩個(gè)基本參數(shù)做依據(jù)，進(jìn)行提升機(jī)的選擇。一、卷筒直徑選擇卷筒直徑的主要原則：使鋼絲繩繞經(jīng)卷筒時(shí)所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力不要過(guò)大，以便保持鋼絲繩的一定承載能力和使用壽命。繞經(jīng)卷筒的鋼絲繩彎曲應(yīng)力的大小，取決于卷筒和鋼絲繩直徑之比。圖7-2所示為索股鋼絲繩內(nèi)的

16、彎曲應(yīng)力。在同一鋼絲繩直徑d條件下，卷筒直徑D越大，彎曲應(yīng)力越低；在不同鋼絲繩直徑、相同卷筒直徑條件下，繩徑d越小，彎曲應(yīng)力越小，亦即D/d越大，彎曲應(yīng)力越低。煤礦安全規(guī)程規(guī)定：對(duì)于安裝于地面的提升機(jī)： (8-15) (8-16)式中 鋼絲繩中最粗鋼絲直徑，mm； d 鋼絲繩直徑，mm。對(duì)于井下提升機(jī)： (8-17) (8-18)依據(jù)計(jì)算值選取標(biāo)準(zhǔn)卷筒直徑。二、卷筒寬度卷筒寬度只應(yīng)根據(jù)所需容納的鋼絲繩長(zhǎng)度確定，在卷筒表面應(yīng)容納以下幾部分鋼絲繩；1) 提升高度H，m；2) 鋼絲繩試驗(yàn)長(zhǎng)度，規(guī)定每半年剁繩頭一次進(jìn)行試驗(yàn)，一次剁掉5m，如果鋼絲繩的壽命以3年計(jì)算，則試驗(yàn)長(zhǎng)度為30m；3) 卷筒表面應(yīng)

17、保留三圈摩擦圈，以便減輕鋼絲繩在卷筒固定處的張力；4) 當(dāng)鋼絲繩在卷筒上作多層纏繞時(shí)，為了避免上下層鋼絲繩總是在一個(gè)地方過(guò)渡，每季要將鋼絲經(jīng)錯(cuò)動(dòng)約1/4圈，根據(jù)鋼絲繩的使用年限，取錯(cuò)繩圈n=24圈。 對(duì)于單層纏繞，每個(gè)卷筒的寬度為(8-19) 對(duì)于多層纏繞，每個(gè)卷筒的寬度為(8-20) 式中 d 鋼絲繩直徑，mm； 鋼絲繩圈間的間隙，一般取23，mm； k 纏繞層數(shù)； Dp 平均纏繞直徑，m，(8-21)卷筒上纏繞鋼絲繩的層數(shù)必須符合煤礦安全規(guī)程的規(guī)定：立井中升降人員或升降人員和物料的，只準(zhǔn)纏繞一層；專為升降物料的，準(zhǔn)許纏繞兩層；在45以下的傾斜井巷中升降人員的，準(zhǔn)許纏繞兩層；在30以下、斜長(zhǎng)

18、超過(guò)600m的傾斜井巷中升降人員的，準(zhǔn)許纏繞三層；暗井(包括立井、絞車道、輪子坡)中專為升降物料和地面運(yùn)輸(傾斜或水平)用的，準(zhǔn)許纏繞三層。選擇卷筒寬度時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：1) 當(dāng)計(jì)算寬度比標(biāo)準(zhǔn)寬度稍大時(shí)，可適當(dāng)減少繩間間隙值或設(shè)法將長(zhǎng)出的那幾米鋼絲繩先儲(chǔ)存在卷筒內(nèi)；2) 當(dāng)計(jì)算寬度小于標(biāo)準(zhǔn)寬度時(shí)，可適當(dāng)加大值，使鋼絲繩在卷筒上均勻分布，而不致集中于一側(cè)，惡化卷筒工作狀態(tài)；3) 計(jì)算副井單繩纏繞式卷筒寬度時(shí)，應(yīng)考慮過(guò)卷高度。三、驗(yàn)算最大靜張力及最大靜張力差為了保證提升機(jī)有足夠的強(qiáng)度，還必須驗(yàn)算所選提升機(jī)的最大靜張力Fj(它影響卷筒的強(qiáng)度和主軸的強(qiáng)度)及最大靜張力差Fc(它影響主軸的強(qiáng)度)，

19、使其滿足 (8-22) (8-23)式中 Q 容器一次提升貨載質(zhì)量，kg； Qz 容器的質(zhì)量，kg； p 鋼絲繩每米質(zhì)量，kg/m； H 提升高度，m； g 重力加速度，取9.8m/s2。提升機(jī)最大靜張力Fj及最大靜張力差Fc由表7-11查得，如驗(yàn)算不滿足，則需要重選較大規(guī)格提升機(jī)。四、減速器傳動(dòng)比 確定提升機(jī)減速器傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)先確定提升速度。提升速度是按上式計(jì)算出的v1查表7-11選用標(biāo)準(zhǔn)速度，同時(shí)傳動(dòng)比即可確定。按己確定的傳動(dòng)比同時(shí)可查出所需提升電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。第五節(jié) 提升電動(dòng)機(jī)的預(yù)選為了對(duì)提升設(shè)備進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算，應(yīng)預(yù)選提升電動(dòng)機(jī)。此外，在進(jìn)行提升設(shè)備的方案比較時(shí)，也需要粗略地選擇提升電動(dòng)機(jī)

20、。提升電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足功率、電壓及轉(zhuǎn)速三個(gè)方面的要求。提升電動(dòng)機(jī)的功率與一次實(shí)際提升量和標(biāo)準(zhǔn)速度(鋼絲繩最大速度)有關(guān)，一般雙容器提升用下列公式估算(8-24) 式中 N 提升電動(dòng)機(jī)估算功率，kW； Q 一次實(shí)際提升量，kg； v 標(biāo)準(zhǔn)速度，m/s； 減速器的傳動(dòng)效率。當(dāng)一級(jí)傳動(dòng)時(shí)0.92；二級(jí)傳動(dòng)時(shí)0.85； K礦井阻力系數(shù)，即考慮提升容器在井筒中運(yùn)動(dòng)時(shí)的風(fēng)阻、罐道阻力及鋼絲繩彎曲阻力等的阻力系數(shù)：箕斗提升時(shí)K1.15；罐籠提升時(shí)K1.2； 動(dòng)力系數(shù)，即考慮動(dòng)負(fù)荷影響的系數(shù)，一般1.21.4，箕斗提升取小值，罐籠提升取大值； g 重力加速度，取9.8 m/s2。提升電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度n、減速器的傳

21、動(dòng)比i、提升速度v及卷筒直徑D有如下關(guān)系 (8-25)按上面計(jì)算出的N與n在電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表(YR系列電動(dòng)機(jī)表8-6)中選用合適的電動(dòng)機(jī)。所選提升電動(dòng)機(jī)的電壓應(yīng)與所設(shè)計(jì)的礦井電壓等級(jí)相適應(yīng)，而其旋轉(zhuǎn)速度應(yīng)與式(8-25)計(jì)算出來(lái)的數(shù)值相接近。但選出電動(dòng)機(jī)后，其轉(zhuǎn)速不一定與式(8-25)計(jì)算出的完全相同。此外，在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，還應(yīng)注意盡量選用過(guò)負(fù)荷系數(shù)較大者，以滿足提升設(shè)備起動(dòng)力矩較大的需要。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度最后確定下來(lái)之后，提升機(jī)實(shí)際提升速度vm應(yīng)重新計(jì)算 (8-26)式中 ne 已選定的電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度，r/min。由上式計(jì)算出的vm，將做為運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)計(jì)算的原始參數(shù)。第六節(jié) 提升

22、機(jī)與井筒的相對(duì)位置的確定當(dāng)井筒位置已經(jīng)確定后，應(yīng)該研究并確定提升機(jī)的安裝地點(diǎn)。在確定提升機(jī)安裝地點(diǎn)時(shí)，通常要考慮如下問(wèn)題：礦井地面工業(yè)廣場(chǎng)布置、井筒四周地形條件、井下所留安全煤柱位置及尺寸以及地面運(yùn)輸生產(chǎn)系統(tǒng)等。無(wú)論在井筒中布置一套或兩套提升設(shè)備，在選擇提升機(jī)安裝地點(diǎn)時(shí)，重要的是根據(jù)具體條件，因地制宜地去考慮。提升機(jī)安裝地點(diǎn)一經(jīng)確定，就具體確定了提升機(jī)軸線與井筒中心線的距離，另外還要算出井架高度。但在計(jì)算這些數(shù)值時(shí)，必須考慮到鋼絲繩弦長(zhǎng)、鋼絲繩偏角以及卷筒出繩角等因素的安全運(yùn)轉(zhuǎn)條件。井架高度、提升機(jī)軸線與井筒中心線的距離、鋼絲繩弦長(zhǎng)和出繩角是影響提升機(jī)與井筒相對(duì)位置的五個(gè)因素。它們被此相互影響

23、相互制約。一、天輪天輪安裝在井架上，作支撐、引導(dǎo)鋼絲繩轉(zhuǎn)向之用。根據(jù)煤炭工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)天輪分為：井上固定天輪；鑿井及井下固定天輪及游動(dòng)天輪。天輪結(jié)構(gòu)型式分為三種類型：直徑為3500mm時(shí)采用模壓焊接結(jié)構(gòu)；直徑3000mm時(shí)采用整體鑄鋼結(jié)構(gòu)；直徑為4000mm時(shí)采用模壓鉚接結(jié)構(gòu)。天輪直徑的選擇，根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，對(duì)于地面設(shè)備，若鋼絲繩與天輪的圍包角大于90時(shí)，則Dt80d，Dt1200；若圍包角小于90，則Dt60d，Dt1200。對(duì)于井下設(shè)備，若圍包角大于90，則Dt60d，Dt900；若圍包角小于90，則Dt40d，Dt900。其中 Dt 天輪直徑，mm； d 鋼絲繩直徑，mm； 最粗鋼絲直

24、徑，mm。單繩纏繞式提升機(jī)多采用鋼結(jié)構(gòu)井架。為了節(jié)省鋼材，不能任意加大井架高度。但井架高度不符合要求時(shí)，工作不安全，甚至可能造成重大事故。井架高度Hj，為從井口到天輪軸線的垂直距離 (8-27)式中 Hx 卸載距離，即由井口水平到卸載位置的容器底座高度，m， 對(duì)于罐籠提升，一般來(lái)說(shuō)，均在井口水平裝、卸載，這時(shí)Hx0； 對(duì)于箕斗提升，地面要裝設(shè)煤倉(cāng)，煤倉(cāng)的高度與煤倉(cāng)容積、生產(chǎn)環(huán)節(jié)自動(dòng)化程度和箕斗卸載方式等因素有關(guān)，一般Hx1825m；Hr 容器全高，即由容器底至連接裝置最上面一個(gè)繩卡的距離，m，此 值可由容器的規(guī)格表中查到；Hg 過(guò)卷高度，m；Rt 天輪半徑，m。將井架高度Hj按式(8-27)的

25、計(jì)算值圓整為較大整數(shù)值。二、井架高度HjHg 過(guò)卷高度，m，即從正常卸載位置容器的連接裝置最上一繩卡至連接裝置上繩頭同天輪輪緣接觸時(shí)的高度。根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定；對(duì)于罐籠提升，當(dāng)最大速度vm3m/s時(shí)，Hg4m；當(dāng)vm3m/s時(shí)，Hg6m；對(duì)于箕斗提升，Hg4m；多繩摩擦提升，當(dāng)vm10m/s時(shí)，Hg6m；當(dāng)vm10m/s時(shí)，Hg10m；Rt 天輪半徑，m，0.75 Rt為附加距離，即從容器連接裝置最上一個(gè)繩卡接觸天輪點(diǎn)到大輪軸線的距離。注意：過(guò)卷高度：在正常情況下，提升機(jī)早在停車位置之前業(yè)已經(jīng)減速。這時(shí)，不論是由于提升載荷量的變化引起運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化，致使停車位置稍高于正常卸載位量；或是司機(jī)操車

26、不夠及時(shí)，容器發(fā)生過(guò)卷，這種過(guò)卷距離往往不大。煤礦安全規(guī)程所規(guī)定的過(guò)卷高度是符合要求的。如果由于減速開關(guān)失靈或其它原因，致使容器以最大速度碰撞安裝在井口以上半米處的過(guò)卷開關(guān)，并實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)迫使提升機(jī)停車時(shí)，對(duì)于箕斗提升，4m的過(guò)卷高度仍然是不富余的。三、鋼絲繩的外偏角1和內(nèi)偏角2在提升過(guò)程中，隨著卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，偏角是變化的。當(dāng)右鉤尚未開始提升時(shí)，右鉤鋼絲繩形成最大外偏角1。而此時(shí)左鉤鋼絲繩則形成最大內(nèi)偏角2，當(dāng)右鉤提升結(jié)束時(shí)，左鉤鋼絲繩形成最大外偏角1，而右鉤形成最大內(nèi)偏角2。 鋼絲繩偏角過(guò)大時(shí)會(huì)產(chǎn)生下列情況：1) 加劇鋼絲繩與天輪輪緣的磨損，降低了鋼絲繩的使用年限。磨損嚴(yán)重時(shí)，還可能引起斷繩事

27、故。為此，煤礦安全規(guī)程規(guī)定，內(nèi)外偏角均不大于130；2) 在某些情況下，當(dāng)鋼絲繩纏向卷筒時(shí)會(huì)發(fā)生“咬繩”現(xiàn)象。在圖中A點(diǎn)所示。這無(wú)疑將加劇鋼絲繩的磨損。就鋼絲繩弦長(zhǎng)與已經(jīng)纏在卷筒上鄰圈鋼絲繩來(lái)說(shuō)，是相當(dāng)于空間直線與空間螺旋曲線的關(guān)系。由于鋼絲繩的直徑不是無(wú)限小，如果內(nèi)偏角過(guò)大，弦長(zhǎng)的分離段與鄰圈鋼絲繩不是相離而是相交，這就是“咬繩”。 即或在偏角不太大的情況下，例如符合130的要求，但是由于卷筒上繩圈間隙較小、鋼絲繩直徑較大或卷筒直徑較大，均會(huì)導(dǎo)致“咬繩”。分析圖8-5可見：一臺(tái)3.5m直徑的提升機(jī)，若選用的鋼絲繩直徑d43.5mm，而鋼絲繩纏在卷筒上的繩圈間隙2mm時(shí)，不“咬繩”的允許內(nèi)偏角

28、只有44。它遠(yuǎn)小于130。但若將值增加至4mm時(shí)，允許的內(nèi)偏角則增大到119。所以避免“咬繩”的有效措施是適當(dāng)?shù)卦龃笾怠ｏ@然，值增大，減小了卷筒的容繩量，有時(shí)甚至要采用直徑更大的提升機(jī)，這也是不經(jīng)濟(jì)的。因此要根據(jù)礦井具體情況及“咬繩”程度來(lái)綜合全面地考慮問(wèn)題。從圖8-5也可看出，采用同樣的繩圈間隙時(shí)，直徑小的提升機(jī)允許的內(nèi)偏角大些；同一直徑的提升機(jī)，鋼絲繩直徑較小時(shí)，允許的內(nèi)偏角也大些。但是提升機(jī)及鋼絲繩都是根據(jù)礦井產(chǎn)量及井深確定的，一般來(lái)說(shuō)很難因“咬繩”問(wèn)題而任意減小。結(jié)論：最大外偏角要不大于130 ，最大內(nèi)偏角應(yīng)取上述兩個(gè)條件所得之較小值。當(dāng)鋼絲繩在卷筒上做多層纏繞時(shí)，“咬繩”是不可避免的

29、，尤其在過(guò)渡層的跨越點(diǎn)處鋼絲繩磨損嚴(yán)重。從這一點(diǎn)看，多層纏繞時(shí)可以不必考慮“咬繩”對(duì)偏角的限制，內(nèi)外偏角可一律取不大于115。四、鋼絲繩弦長(zhǎng)Lx鋼絲繩弦長(zhǎng)Lx是指鋼絲繩離開卷筒處至鋼絲繩與天輪接觸點(diǎn)的一段繩長(zhǎng)。由圖8-3可看出，上下兩條弦長(zhǎng)不完全相等。但近似地以卷筒中心至天輪中心的距離來(lái)計(jì)算弦長(zhǎng)，誤差不大。根據(jù)允許的最大內(nèi)、外偏角1max及2max可求出所需鋼絲繩的最小弦長(zhǎng)Lxmin。1按外偏角1max計(jì)算 (8-28) 2按內(nèi)偏角2max計(jì)算 (8-29)B 已選提升機(jī)標(biāo)準(zhǔn)寬度，m；B1 鋼絲繩的實(shí)際纏繞寬度。對(duì)于單層纏繞可按式(7-19)；對(duì)于多層纏繞，則B=B1；S 兩天輪間距離，m，即

30、兩容器中心距，此值取決于容器規(guī)格、容器在井筒中的布置方式及罐道型式等?？蓞㈤啽?-2及6-4；a 兩卷筒之間的間隙，m，它等于兩卷筒中心距(在提升機(jī)規(guī)格表中可查到)與卷筒寬度之差。根據(jù)上兩式即可預(yù)選出Lxmin，使Lxmin大于Lx1min及Lx2min。為了防止在運(yùn)轉(zhuǎn)中鋼絲繩跳出天輪輪緣，鋼絲繩弦長(zhǎng)不宜過(guò)長(zhǎng)。一般限制弦長(zhǎng)在60m以內(nèi)。因?yàn)橄议L(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)，振動(dòng)也隨之增大。井筒中僅布置一套提升設(shè)備時(shí)，提升機(jī)與井筒相對(duì)位置布置的結(jié)果，弦長(zhǎng)多數(shù)是滿足上述要求的。只有在井筒中布置兩套提升設(shè)備，而且兩臺(tái)提升機(jī)采用同側(cè)布置方案時(shí)，后一臺(tái)提升機(jī)的弦長(zhǎng)就有可能超過(guò)60m。這時(shí)，可在地面適當(dāng)?shù)牡胤郊釉O(shè)支撐導(dǎo)輪，以減

31、少弦長(zhǎng)跨度。五、卷筒中心線至井筒提升中心線的水平距離Ls按鋼絲繩最小弦長(zhǎng)Lxmin及其它有關(guān)參數(shù)可計(jì)算出最小的Ls (8-30)式中 C0 卷筒中心線與井口水平之高差，m。C0值由下述三部分組成：卷筒中心線高出提升機(jī)房地面的高度。 此值取決于提升機(jī)的型式?？捎伤x的提升機(jī)規(guī)格表中查得；提升機(jī)房地面與室外地坪的高差。 因?yàn)樘嵘龣C(jī)房大多數(shù)為雙層建筑物。為使地下室層不致過(guò)分潮濕且采光較好，常用半地下室式結(jié)構(gòu)。提升機(jī)房地下室內(nèi)標(biāo)高一般低于室外地坪標(biāo)高1.52.0m。這樣，只要提升機(jī)房地下室高度決定后，就可算出提升機(jī)房與室外地坪的高差。當(dāng)然，進(jìn)行實(shí)地測(cè)量也可確定這一數(shù)值。提升機(jī)房地下室的高度與電氣設(shè)備的

32、型式、容量有關(guān)，應(yīng)結(jié)合具體情況確定；3) 提升機(jī)房室外地坪標(biāo)高與井口水平標(biāo)高差。應(yīng)根據(jù)礦井地形條件決定。一般來(lái)說(shuō)，在井筒與提升機(jī)房之間很難再建筑其它建筑物。因此，為節(jié)省占地面積，Ls愈小愈緊湊。但根據(jù)井架天輪受力情況又可看出，為了提高井架的穩(wěn)定性在井筒與提升機(jī)房之間設(shè)有井架斜撐。斜撐的基礎(chǔ)與井筒中心的水平距離為0.6Hj左右。如果Ls取得過(guò)小，以致無(wú)法安裝斜撐是不合理的。Ls值可按下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： (8-31)按式(8-30)及(8-31)算得的Ls，取其大者，并圓整為整數(shù)。六、復(fù)算鋼絲繩弦長(zhǎng)及內(nèi)外偏角值根據(jù)已定的Ls值，復(fù)算鋼絲繩的實(shí)際弦長(zhǎng)Lx及實(shí)際內(nèi)外偏角值。求出(8-32) 實(shí)際最大外

33、偏角(8-33)單層纏繞時(shí)實(shí)際最大內(nèi)偏角(8-34) 雙層纏繞時(shí)實(shí)際最大內(nèi)偏角(8-35) 按式(8-33)、(8-34)或(8-35)復(fù)算出的偏角值一定要滿足前述要求。 七、提升機(jī)卷筒的下出繩角卷筒出繩角的大小影響著提升機(jī)主軸的受力情況。設(shè)計(jì)JK型提升機(jī)的主軸時(shí)，是以上出繩角為0、下出繩角為15考慮的。卷筒實(shí)際的出繩角度增大時(shí)，無(wú)疑對(duì)提升機(jī)主軸的工作是有利的。限制下出繩角的最小值為15，是考慮到下出繩角過(guò)小時(shí)，鋼絲繩有可能與提升機(jī)基礎(chǔ)相接觸，增大了鋼絲繩的磨損。為此，對(duì)于JK型提升機(jī)，只需檢驗(yàn)下出繩角，令其不小于15就可以了。(8-36) 式中 R 卷筒半徑，m。在相對(duì)位置確定后，應(yīng)按比例繪

34、出提升機(jī)與井筒相對(duì)位置圖，以便給施工設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。第七節(jié) 提升容器的運(yùn)動(dòng)規(guī)律提升設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)主要取決于提升容器在井筒中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。容器的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與容器的類型及控制方式等有密切的關(guān)系。以底卸式箕斗提升為例進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)提升開始時(shí)，重箕斗在井底裝載位置，空箕斗在井架上的卸載曲軌中。由于空箕斗在卸載曲軌中向下運(yùn)行速度受到限制，因此，提升開始時(shí)加速度a0比較小，以保證箕斗離開卸載曲軌時(shí)的速度不超過(guò)1.5m/s，以免設(shè)備受到過(guò)大的沖擊。這階段稱為初加速階段。空箕斗出卸載曲軌后，為了在短時(shí)間t1內(nèi)從v0增加到最大提升速度vm，應(yīng)以較大的加速度a1加速，這階段稱為主加速階段。然后箕斗以最大速度vm作等速運(yùn)動(dòng)

35、，這階段稱為等速階段。當(dāng)重箕斗提升接近井口時(shí)，以減速度a3進(jìn)行減速。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證容器減速至卸載曲軌進(jìn)口時(shí)，速度不大于0.5m/s，這階段稱為主減速階段。然后箕斗以爬行速度v4 (0.5m/s)運(yùn)行，運(yùn)行一段時(shí)間之后重箕斗進(jìn)入卸載曲軌，空箕斗接近井底裝載位置并開始推動(dòng)煤倉(cāng)閘門。為了防止設(shè)備受到猛烈沖擊而損壞，必須低速爬行，這階段稱為爬行階段。在最后0.5s左右的時(shí)間內(nèi)，箕斗到達(dá)停車位置。電動(dòng)機(jī)切斷電源，提升機(jī)抱閘停車。這是抱閘停車階段。經(jīng)過(guò)提升機(jī)休止、容器裝卸載所用時(shí)間之后，再進(jìn)行下一循環(huán)提升。上述箕斗的運(yùn)動(dòng)規(guī)律用v-t直角坐標(biāo)系給出，稱為提升速度圖。箕斗提升速度圖為六階段。對(duì)于普通罐籠提升，由

36、于沒有卸載曲軌的限制，所以時(shí)間為t0的初加速階段就不需要了，一開始就以較大加速度a1加速。在接近井口時(shí)，為了準(zhǔn)確停車，使罐籠內(nèi)軌道與車場(chǎng)軌道偏差限制在50mm以內(nèi)，因此，也需要爬行階段。所以，普通罐籠提升為五階段提升速度圖。同一臺(tái)提升機(jī)手動(dòng)操作時(shí)，可能有不同的速度圖。自動(dòng)化的提升機(jī)，由于各種因素的變化也可能出現(xiàn)不同的速度圖。但是，許多速度圖中相應(yīng)階段中的行程、速度和時(shí)間雖然不同，但每個(gè)速度圖都必須有加速階段、等速階段、減速階段及爬行階段。第八節(jié) 提升系統(tǒng)的動(dòng)力方程式根據(jù)達(dá)倫培爾原理，提升機(jī)在主軸上的拖動(dòng)力矩M與提升系統(tǒng)的靜阻力矩及慣性力矩Md處于平衡狀態(tài)。即 (8-37) 在等直徑提升系統(tǒng)中可

37、以用力的關(guān)系表示。即 (8-38)式中 F 提升電動(dòng)機(jī)作用在卷筒纏繩圓周上的拖動(dòng)力，N； Fj 提升系統(tǒng)的靜阻力，N； Fd 提升系統(tǒng)的慣性力，N； m 提升系統(tǒng)變位到卷筒纏繩圓周上的總變位質(zhì)量，kg； a 提升容器的加速度，m/s2。(8-38)式可以寫成 (8-39)這是等直徑提升系統(tǒng)的動(dòng)力方程式。利用此式可以研究提升系統(tǒng)的力與加速度或減速度的關(guān)系。提升系統(tǒng)的靜阻力是由有益載荷、容器自重和鋼絲繩重量以及礦井阻力等形成的。我國(guó)礦山豎井多用雙容器提升，由于兩個(gè)存器自重互相抵消，只剩下有益載荷和變化中的繩重。礦井阻力是指井筒中氣流和罐道對(duì)容器的阻力、天輪軸承的阻力和鋼絲繩在天輪及提升機(jī)上的彎曲阻

38、力等。如圖8-8所表示，所研究的瞬間空、重容器都已經(jīng)運(yùn)行了x米。這時(shí)上升側(cè)鋼絲繩的靜張力 (8-40)下放側(cè)鋼絲繩的靜張力 (8-41)式中：Q 有益貨載質(zhì)量，kg； Qz 空容器質(zhì)量，kg； p 鋼絲繩每米質(zhì)量，kg/m； H 提升高度，m； g 重力加速度，m/s2； Ws 上升側(cè)礦井阻力，N； Wx 下放側(cè)礦井阻力，N。式(8-40)及(8-41)中對(duì)弦長(zhǎng)及井架中繩長(zhǎng)的重量末予考慮，因?yàn)樗鼘?duì)兩卷筒出繩點(diǎn)的張力的作用可以認(rèn)為是相同的，因此互相抵消。 提升系統(tǒng)的靜阻力Fj是兩根鋼絲繩的靜張力差： 式中Ws+Wx的值詳細(xì)計(jì)算比較困難，目前生產(chǎn)中一般對(duì)箕斗提升用0.15Qg來(lái)表示它們的和；對(duì)罐籠

39、提升用0.2Qg來(lái)計(jì)算。這時(shí)靜阻力 (8-42)式中 礦井阻力系數(shù)，箕斗提升k =1.15；罐籠提升k=1.2。提升系統(tǒng)的靜力不平衡現(xiàn)象因提升容器的位置不同，靜阻力按(8-42)式變化。在以提升行程x為橫坐標(biāo)的圖上，靜阻力是一條下斜的直線。如圖8-9a所示。當(dāng)井很深繩很重時(shí)，斜線的傾角就比較大。甚至在提升終了前就出現(xiàn)負(fù)靜阻力，形成圖8-9b的形式。這時(shí)提升電動(dòng)機(jī)在加速階段必須產(chǎn)生很大的拖動(dòng)力，才能使提升系統(tǒng)獲得必要的加速度。為此，有時(shí)需要額外地加大電動(dòng)機(jī)的功率。到了減速階段，又必須用足夠大的制動(dòng)力施閘。不僅用閘吸收系統(tǒng)的動(dòng)能以達(dá)到減速的目的，而且還要用閘克服下放繩的重力。這樣才能保證一定的減速

40、度，按時(shí)停車，避免過(guò)卷事故。所以，這樣的提升設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)既不安全又不經(jīng)濟(jì)。要想擺脫這種局面，必須把繩重的影響平衡掉。這就提出了提升系統(tǒng)需要靜力平衡措施的問(wèn)題。掛尾繩是一種平衡方法，在兩個(gè)提開容器下面用一根每米質(zhì)量為q，kg的鋼絲繩聯(lián)起來(lái)，繩環(huán)直垂到井底。此繩稱為尾繩。此時(shí)靜阻力為 (8-43)若恰好選成每米尾繩質(zhì)量等于每米主繩質(zhì)量，即qp，則靜阻力為常數(shù)FjkQg。此時(shí)靜阻力不再因容器的位置而變化。這樣的提升系統(tǒng)稱為靜力平衡系統(tǒng)。這就解決了上述因?yàn)樘嵘摻z繩長(zhǎng)度變化面形成靜力不平衡的現(xiàn)象。掛尾繩的影響：要掛尾繩就要增加費(fèi)用，還要為尾繩環(huán)延深井筒。生產(chǎn)中維修工作量增加了，掛繩和換繩的工作量也增加了。

41、掛上尾繩以后，雙容器提升設(shè)備就不能在多水平工作。并且，增加總的變位質(zhì)量，增加主繩的負(fù)荷。由于容器下面尾繩長(zhǎng)度是變化的，主繩將承受一個(gè)波動(dòng)較大的變動(dòng)負(fù)荷。是否采用掛尾繩進(jìn)行平衡，要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比較，才能最后確定。有人曾建議當(dāng)不掛尾繩比掛尾繩的電動(dòng)機(jī)功率增加15以上、效率降低10以上時(shí)應(yīng)掛尾繩。我國(guó)現(xiàn)在有些較深的礦井并沒有掛尾繩。但是在一些一般的深井、延深井和擴(kuò)建井，為了充分利用現(xiàn)有設(shè)備，或一時(shí)調(diào)配不到較大的電動(dòng)機(jī)，可以用掛尾繩的方法。一些老礦曾采用圓錐形卷筒或雙圓柱圓錐形卷筒提升機(jī)，這是另一種平衡靜阻力的方法。提升開始時(shí)，上升側(cè)鋼絲繩在小直徑部分纏繞，下放側(cè)鋼絲繩由大直徑部分放出來(lái)。這樣，由

42、于纏繞半徑不同，總的靜力矩得到平衡。因?yàn)檫@種提升設(shè)備比較笨重，投資大，目前新井很少用。第九節(jié) 變位質(zhì)量的計(jì)算提升開始時(shí)，提升系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件都要加速。為了便于計(jì)算總的慣性力，把各部件的質(zhì)量都變位到提升機(jī)卷筒表面纏繩的圓周上。該處的線加速度即為提升容器的加速度a1。系統(tǒng)變位質(zhì)量的總和稱為提升系統(tǒng)的總變位質(zhì)量。一個(gè)部件的質(zhì)量變位原則是： 必須保持該部件變位前后的動(dòng)能相等。提升系統(tǒng)中提升容器、提升鋼絲繩和有益載荷，它們的速度和加速度就是卷筒上纏繩圓周的速度和加速度，所以不用變位。計(jì)算總變位質(zhì)量時(shí)，直接把它們的質(zhì)量值加起來(lái)就可以了。提升系統(tǒng)中有三部分作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即提升機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件、天輪和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子

43、。提升機(jī)和天輪的變位質(zhì)量在它們的規(guī)格表中可以查出。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的變位質(zhì)量需要計(jì)算。設(shè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Jd，變位到提升機(jī)軸上后轉(zhuǎn)數(shù)已經(jīng)改變，故變?yōu)镴d1。設(shè)電動(dòng)機(jī)的角速度為，提升機(jī)的角速度為j。按變位前后動(dòng)能相等的原則，可得 (8-44)故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子變位到提升機(jī)軸上后的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 (8-45)式中 i 減速器的傳動(dòng)比。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子變位到卷筒纏繩圓周上的質(zhì)量為 (8-46)為了計(jì)算md1，需要知道電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jd值。但是電動(dòng)機(jī)的規(guī)格表中查不到Jd值，卻能查到轉(zhuǎn)子飛輪力矩(GD2) (Nm2)值。它是工程上常用的表示物體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性的數(shù)值。它與Jd的換算關(guān)系是(8-47) 所以(8-48

44、) 計(jì)算變位質(zhì)量時(shí)要注意有兩個(gè)容器。用罐籠提升煤或矸石、下放料石等，還必須考慮礦車的質(zhì)量。每根鋼絲繩的質(zhì)量是全繩長(zhǎng)Lp乘上每米繩質(zhì)量p，所以兩根鋼絲繩總質(zhì)量為 (8-49)式中 Hc 鋼絲繩由天輪到井底裝載位置的懸垂長(zhǎng)度，m； Lx 鋼絲繩由天輪到提升機(jī)卷筒的弦長(zhǎng)，m； 3D 為了減少鋼絲繩固定點(diǎn)的張力，在卷筒上纏三圈摩擦圈繩長(zhǎng)，m； 30 試驗(yàn)用繩長(zhǎng)度，m； nD 多層纏繞時(shí)為了在上、下層過(guò)渡處每季度錯(cuò)動(dòng)四分之一圈所用繩長(zhǎng)；尾繩質(zhì)量為 (8-50)式中 Hh 尾繩環(huán)高度(一般取15m)； Lq 尾繩長(zhǎng)，m。提升機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的變位質(zhì)量包括卷筒、主軸、聯(lián)軸器和減速器等，可由提升機(jī)的規(guī)格表中查出，以

45、mj表示。天輪的變位質(zhì)量用mt表示，也可由天輪的規(guī)格表中查出。提升系統(tǒng)的總變位質(zhì)量為 (7-51)第十節(jié) 速度圖參數(shù)的確定在提升系統(tǒng)的動(dòng)力方程式(8-39)代入靜阻力Fj的表示式(8-43)，則得提升系統(tǒng)動(dòng)力方程式的常用形式為 (8-52)上式表示加速度a與拖動(dòng)力F的關(guān)系。在已知加速度后代入上式可求得需要的拖動(dòng)力；當(dāng)給定拖動(dòng)力時(shí)，就可以求得加速度。一、速度圖參數(shù)的確定按有關(guān)規(guī)定和提升設(shè)備的不同要求，合理地確定提升速度圖各參數(shù)是提升設(shè)備選型設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。確定加（減）速度時(shí)，纏繞式提升設(shè)備受電動(dòng)機(jī)能力、減速器能力控制方式與制動(dòng)形式的限制。(一) 提升加速度的確定1箕斗提升初加速度a0的確定為了保

46、證提升開始時(shí)空箕斗對(duì)卸載曲軌及井架的沖擊不致過(guò)大，箕斗離開卸載曲軌時(shí)的速度v0限制在1.5m/s以下?，F(xiàn)在大量通用的卸載曲軌行程h0為2.13m，新標(biāo)準(zhǔn)系列箕斗卸載曲軌行程h0為2.35m。箕斗提升初加速度a0可計(jì)算如下(8-53) 或故箕斗提升初始加速度a0一般采用0.5 m/s2。 2主加速度a1的確定為了保障提升和下放人員的安全，煤礦安全規(guī)程規(guī)定：豎井升降人員時(shí)，a10.75 m/s2；豎井提升物料，煤礦安全規(guī)程沒有限制（設(shè)計(jì)規(guī)范以前曾規(guī)定：箕斗提升加速度a11.2 m/s2）。表8-10減速器型式與技術(shù)性能中給出最大輸出力矩Mmax，電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器作用到卷筒上的拖動(dòng)力矩必須小于此值。

47、即 (8-54)在起動(dòng)時(shí)x = 0，故 加速度a1必須 (8-55)這就是減速器能力對(duì)加速度的限制。在加速過(guò)程中，由于電動(dòng)機(jī)依次切除轉(zhuǎn)子電阻，拖動(dòng)力是起伏變化的。在計(jì)算時(shí)可取平均值。一般情況下初步估算，可以認(rèn)為電動(dòng)機(jī)的平均出力不大于最大拖動(dòng)力的0.75倍。電動(dòng)機(jī)作用到卷筒上的額定拖動(dòng)力Fe為 (8-56)式中 Ne 電動(dòng)機(jī)的額定功率，kW。 電動(dòng)機(jī)作用在卷筒上的最大拖動(dòng)力(對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的顛覆力矩的)為Fe，這里的是電動(dòng)機(jī)的最大力矩(即顛覆力矩)與額定力矩之比，可在電動(dòng)機(jī)的規(guī)格表中查出，故加速階段提升機(jī)的拖動(dòng)力為 (8-57)按電動(dòng)機(jī)能力產(chǎn)生的最大加速度為 (8-58)加速度受上述三個(gè)條件的限制

48、，所以只可取其中最小值。如果某礦采用的加速度比其中最小值還小得多，又沒有什么其它原因，就應(yīng)該設(shè)法提高。這可充分利用現(xiàn)有設(shè)備并節(jié)省電費(fèi)。(二) 提升減速度的確定煤礦安全規(guī)程規(guī)定：升降人員的減速度0.75 m/s2。減速度的數(shù)值與減速方式有關(guān)。在減速階段常采用自由滑行方式減速，這樣既達(dá)到了減速的目的，又充分利用了提升系統(tǒng)的動(dòng)能，節(jié)約電耗。這時(shí)電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)力為零。即 (8-59)自由滑行減速度a3h為 (8-60)式中 h3 + h4 減速階段及爬行階段的行程，此時(shí)可暫取3040m。自由滑行減速方式雖有不少優(yōu)點(diǎn)，但是有時(shí)卻不得不用其它方式減速。1) 當(dāng)?shù)V井很深時(shí)，自由滑行的減速度太小，減速階段拖延時(shí)

49、間太長(zhǎng)，生產(chǎn)率受到影響。這時(shí)就需要用制動(dòng)方式減速。 如用直流拖動(dòng)時(shí)，此時(shí)可用發(fā)電制動(dòng)； 如用交流拖動(dòng)時(shí)，宜用低頻發(fā)電制動(dòng)或動(dòng)力制動(dòng)等電氣制動(dòng)方式，以減少機(jī)械閘的磨損。 若沒有電氣制動(dòng)裝置，則需用機(jī)械閘制動(dòng)。此時(shí)為了減少閘瓦磨損，在主井提煤工作時(shí)，制動(dòng)力應(yīng)限制在0.3Qg，N以下。即 (8-61)用上式可求得機(jī)械制動(dòng)時(shí)的減速度a3z (8-62)一般應(yīng)取用小于此計(jì)算值的值。若需要用更大的減速度，則改用電氣制動(dòng)。2) 若提升容器掛有尾繩，同時(shí)總變位質(zhì)量相對(duì)于有益載荷的比值較小，這時(shí)自由滑行的減速度就很大。有時(shí)大到不符合要求。這時(shí)就要用電動(dòng)機(jī)減速方式。在實(shí)際操作中，是把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子附加電阻，再逐級(jí)地

50、接入轉(zhuǎn)子回路。這時(shí)電動(dòng)機(jī)在較軟的人工特性曲線上運(yùn)轉(zhuǎn)。為了能較好地控制電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)出力不宜小于0.35Fe，N，即 (8-63)用上式可求得用電動(dòng)機(jī)減速時(shí)的減速度為 (8-64)減速階段應(yīng)首先考慮自由滑行方式運(yùn)轉(zhuǎn)，若此值太小。可選較大的減速度。此時(shí)要計(jì)算制動(dòng)力是否大于0.3Qg。若制動(dòng)力大于0.3Qg，則需要考慮用電氣制動(dòng)方式。副井罐籠有下放人員、設(shè)備及材料等任務(wù)，為了安全可靠都應(yīng)該采用電氣制動(dòng)方式。多繩摩擦提升設(shè)備、斜井提升設(shè)備及副井提升設(shè)備有時(shí)需要采用電動(dòng)機(jī)減速方式。(三) 爬行距離和爬行速度的確定爬行距離和爬行速度的大小，主要以便于操縱和準(zhǔn)確停車為原則，其數(shù)值見表8-11。(四) 抱閘停

51、車階段減速度的確定一般采用1 m/s2，這階段時(shí)間t5為0.5s，它的行程很小(0.125m)，一般可略去不計(jì)。二、速度圖參數(shù)的計(jì)算速度圖是驗(yàn)算設(shè)備提升能力、選擇提升機(jī)的控制設(shè)備及動(dòng)力學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)。各類速度圖參數(shù)的計(jì)算方法大致相同。計(jì)算中必須牢記：速度曲線下面積等于提升高度。在計(jì)算速度圖參數(shù)之前，必須已知提升高度H、最大提升速度vm及速度圖各主要參數(shù)a0、a1、a3、v4、h4及v0等。下面以箕斗提升六階段速度圖為例，列出速度圖參數(shù)的計(jì)算方法。在曲軌中加速時(shí)間t0為 (8-65)箕斗的卸載距離h0為 (8-66)(7-70)爬行時(shí)間t4為 (8-71)主加速時(shí)間t1為 (8-67)主加速階段的

52、行程h1為 (8-68)減速階段時(shí)間t3為 (8-69)減速階段的行程h3為(8-75)一次提升循環(huán)時(shí)間T為 (8-76)抱閘停車階段時(shí)間t5為 (8-72)抱閘停車階段的行程h5為 (8-73)等速階段的行程h2為 (8-74)等速階段的時(shí)間t2為一次循環(huán)總時(shí)間Tx為 (8-77)(8-77)式計(jì)算出來(lái)的提升時(shí)間是提升機(jī)實(shí)際的提升時(shí)間，為了滿足提升任務(wù)的需要，它應(yīng)不大于(8-6)式算得的提升時(shí)間T1，即(8-78) 最后按一定比例繪制速度圖。罐籠提升速度圖參數(shù)的計(jì)算方法與箕斗的相似，僅因沒有卸載曲軌，所以不需要初加速階段。為了準(zhǔn)確停車，仍需要有爬行階段。副井提升速度圖要考慮人員升降時(shí)煤礦安全

53、規(guī)程中對(duì)加、減速度的限制。運(yùn)送炸藥要受煤礦安全規(guī)程27l條限制。罐籠的休止時(shí)間，因工作性質(zhì)不同和進(jìn)出車條件不同而異。設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)升降人員，升降各種材料及設(shè)備的休止時(shí)間做了規(guī)定。第十一節(jié) 提升動(dòng)力學(xué)計(jì)算提升動(dòng)力學(xué)計(jì)算的主要依據(jù)是提升動(dòng)力方程式。動(dòng)力學(xué)計(jì)算是為驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)功率及選擇控制設(shè)備打基礎(chǔ)的。各類速度圖所對(duì)應(yīng)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法大致相同。現(xiàn)以箕斗提升為例，介紹動(dòng)力學(xué)計(jì)算的基本方法。對(duì)于單繩纏繞式無(wú)尾繩提升設(shè)備，動(dòng)力方程式為根據(jù)上節(jié)計(jì)算的每階段行程，將選定的加、減速度代入上式，就可以計(jì)算出提升過(guò)程中各階段的拖動(dòng)力。一、初加速階段初加速開始，x0，故拖動(dòng)力F0為 (8-79)初加速終了，xh0，故拖動(dòng)

54、力F0為 (8-80)二、主加速階段主加速開始，xh0，故拖動(dòng)力F1為 (8-81)主加速終了，xh0 + h1，aa1，拖動(dòng)力F1為 (8-82)三、等速階段等速開始，xh0 + h1，a0，故拖動(dòng)力F2為 (8-83)等速終了，xh0 + h1 + h2，a0，故拖動(dòng)力F2為 (8-84)四、減速階段減速開始，xh0+ h1+ h2，a-a3，故拖動(dòng)力F3為 (8-85)減速終了，xh0 + h1 + h2 + h3，a-a3，故拖動(dòng)力F3為 (8-86)五、爬行階段爬行開始，xh0 + h1 + h2 + h3，a0，故拖動(dòng)力F4為 (8-87)爬行終了，xh0 + h1 + h2 +

55、h3+ h4，a0，故拖動(dòng)力F4為 (8-88)六、抱閘停車階段抱閘停車開始，xH h5，a- a5，故拖動(dòng)力F5為 (8-89)抱閘停車終了，xH，a- a5，故拖動(dòng)力F5為 (8-90)根據(jù)本節(jié)計(jì)算結(jié)果，畫成圖7-10所示的速度圖和力圖，將數(shù)值標(biāo)入圖中。其中抱閘停車階段，由于時(shí)間短，力可略去不計(jì)。第十二節(jié) 電動(dòng)機(jī)功率的驗(yàn)算前面預(yù)選的電動(dòng)機(jī)是否能滿足提升系統(tǒng)各種狀態(tài)的要求，要通過(guò)驗(yàn)算之后才能確定。驗(yàn)算內(nèi)容按溫升條件、過(guò)負(fù)荷條件及特殊力條件分別進(jìn)行。一、按電動(dòng)機(jī)溫升條件驗(yàn)算已知在一次提升循環(huán)中，提升機(jī)卷筒上的圓周力和圓周速度是變化的。電動(dòng)機(jī)的額定功率，是指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下以額定速度連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，

56、其繞組的溫不否超過(guò)允許值時(shí)的功率。無(wú)法直接按某一時(shí)間的負(fù)載和轉(zhuǎn)速計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率。但是電動(dòng)機(jī)在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)積中是否過(guò)負(fù)荷的標(biāo)志是它的溫升。如果電動(dòng)機(jī)在變化負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫升與其在某一固定負(fù)載下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫升相等，就可以用這個(gè)固定力作為驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)功率的依據(jù)。這個(gè)力稱為等效力Fd。影響溫升的條件除了其產(chǎn)生的熱量以外，還有散熱條件，而散熱條件又與電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度等因素有關(guān)。高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有如風(fēng)扇吹風(fēng)散熱。低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)散熱能力就較差。這樣在相同的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)散熱量就不同?？紤]到散熱的因素后，計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率時(shí)并不按真實(shí)時(shí)間而是按等效時(shí)間Td計(jì)算。 等效力Fd可計(jì)算如下： (8-91)式中 為一次提升循環(huán)中變力F的平方對(duì)時(shí)間的積分，它間接地反映出電動(dòng)機(jī)的溫升與拖動(dòng)力的平方和時(shí)間的乘積成正比。以底卸式箕斗的力圖為例討論此積分的計(jì)算方法。 中包括力圖中一個(gè)循環(huán)的各個(gè)階段。嚴(yán)格地說(shuō)，只有等速階段的力隨時(shí)間是按直線規(guī)律變化的，其余各階段均為曲率不大