机械毕业设计178JK-20提升机

目 录

一 绪论 (1)

二 JK-2/30缠绕式提升机 (2)

2.1选型设计依据及提升方式的确定 (2)

2.1.1选型设计依据 (2)

2.1.2 提升方式的确定 (2)

2.2 提升容器的选择设计 (3)

2.2.1 选择原则 (3)

2.2.2 选择计算 (3)

2.3 提升钢丝绳的选择设计 (4)

2.3.1 提升钢丝绳的结构 (4)

2.3.2 提升钢丝绳的类型及特点 (5)

2.3.3 提升钢丝绳的选择计算 (6)

2.4 提升机的选择设计 (9)

2.4.1 提升机的类型 (9)

2.4.2 单绳缠绕式提升机的分类和结构 (9)

2.4.3 提升机的选择计算 (11)

2.5 天轮的选择 (12)

2.6预选电动机 (12)

三 提升机与井筒相对位置 (14)

3.1井架高度 (15)

3.2提升机滚筒中心至井筒中钢丝绳间水平距离 (15)

3.3 钢丝绳弦长 (15)

3.4 钢丝绳的偏角 (16)

3.5 提升机滚筒的下出绳角 (17)

四 提升系统运动学、动力学参数计算 (17)

4.1 提升系统的动力方程式 (17)

4.1.1 提升系统的静阻力 (17)

4.1.2 提升系统的变位质量 (18)

4.1.3主加减速度1a 、3a 的选择和计算 (19)

4.2提升系统速度图和力图的计算 (20)

4.2.1提升速度图参数计算 (20)

4.2.2提升系统力图参数计算 (21)

五 矿井提升机的拖动和控制 (23)

5.1 提升电动机容量的计算 (24)

5.2 电动机容量的验算 (25)

5.2.1按发热条件验算 (25)

5.2.3电动机特殊过负荷能力验算 (25)

5.3 交流拖动提升设备的电耗及效率计算 (26)

5.3.1 一次提升电耗 (26)

5.3.2 吨煤电耗..................................................................................... 错误！未定义书签。

5.3.3 一次提升有益电耗..................................................................... 错误！未定义书签。

5.3.4 提升设备的效率 (26)

六年产量验算 (27)

6.1 实际提升量 (27)

6.2 提升能力的富裕系数 (27)

结论 (28)

致谢 (29)

参考文献....................................................................................................... 错误！未定义书签。

一绪论

矿井提升设备的任务是沿井筒提升煤炭、矿石、矸石、下放材料，升降人员和设备，所以矿井提升设备是联系井下与地面的重要的生产设备，它在整个综合机械化生产中占有了重要位置。

近几十年来，为提高劳动生产率和各项经济技术指标，在全世界范围内进行着对矿井的根本性技术改造，这一种改造的趋向是向着更集中，更大型发展。

随着矿井技术改造的进程，提升设备在高效、大型、自动化方面都有飞速进步。现代化提升设备已发展成为大型机械——电气机组或机组群。箕斗有效载荷在国外已经超过50吨；提升速度接近20m/s；拖动功率达到10000kw以上；在拖动控制方面已经广泛采用了集中控制及自动控制设备。

我国提升设备的设计制造，是在解放之后才开始的。建国初期在党的领导下，改建和新建了许多矿山机械制造厂。1953年抚顺重型机器厂制造出我国第一台缠绕式双筒提升机。1958年洛阳矿山机器厂设计制造成了我国第一台2 4多生摩擦式提升机，并且在1961年开始运转，这种类型的提升机与缠绕式提升机比较，具有重量轻、体积小、安全可靠、适合较深的矿井的特点，它是现代化提升机的发展方向。1971年该厂又新设计制造出JK型新系列单绳缠绕式提升机，新系列提升机采用一些新结构，与老型比较，提升能力平均提高了25%，而且机器重量也有所减少，现在已经作为国家定型产品成批生产。

多绳提升设备在我国改建和新建的矿井中已经广泛采用。在矿井的技术改造中，将缠绕式提升机改为单、双绳落地式摩擦提升机的试验在进行中，新落地多绳提升设备的设计和试制的工作已开始，几种可控硅控制系统以及自动化提升设备已经在矿山生产实践中适用。

其它提升设备，比如说矿用提升钢丝绳，提升容器近几年也有了很大发展。使用寿命并且结构稳定的线接触、面接触、多层股钢丝绳已经在一些钢丝绳厂成批生产。而且适合我国矿山生产特点的单绳及多绳提升容器系列也正在制定，今后将不断向自重轻、结构合理以及大型化发展。

根据提升设备的特点可将提升设备分类为：

按用途来分：主井提升设备；副井提升设备。

按提升机类型来分：缠绕式提升设备；摩擦式提升设备。

按拖动类型来分：交流拖动提升设备；直流拖动提升设备。

提升设备主要组成部分是：提升容器、提升钢丝绳、提升机、矿井井架、天轮及装卸载附属设备等。

二 JK-2/30缠绕式提升机

2.1选型设计依据及提升方式的确定

2.1.1设计参数

2.1.2 提升方式的确定

提升设备选型设计必须在提升方式确定后进行。

当矿井年产量、水平井深及开采水平确定之后，就需要决定合理的提升方式。提升方式与井筒开拓、井上下运输等环节都有密切关系。所以在做新井初步设计时，对提升方式要全面综合地考虑。在决定合理提升方式时，要考虑如下的几个因素：

（1）对于年产量大于60万吨的大中型矿井，因为提升煤炭及辅助提升工作量均较大，所以一般均设主副井两套提升设备。主井用箕斗提升煤炭，副井则用罐笼完成辅助提升任务：如升降人员、提升矸石和下放材料设备等。对于年产量小于30万吨小型矿井，如只用一套罐笼提升设备就能完成全部主副井任务时，用一套提升设备是经济的。而对于年产量大于180万吨的大型矿井，主井一般需要两套箕斗提升设备，副井除了配备一套罐笼设备以外，多数还需要设置一套单容器平衡锤系统来专门提升矸石。

（2）一般情况下，主井都用箕斗提升方式。是因为箕斗提升方式能力大、运转费用也比较低。另外，在控制上易于自动化。但是在特殊的条件下，比如矿井生产的煤质品种多，而且需要分别运送，或者是保证煤炭有足够的块度，这时只能采用罐笼做主井提升设备。

机 器 型 号 滚 筒 钢丝绳最大静张 力 （吨） 两钢丝绳最大静张力 （吨） 缠绕层 数 提升速度(不大于） (米/

秒）

个

数 直径 （米） 宽度 （米） JK-2/30 1 2

1.7 6 6 2 4

（3）为提高生产率，中等以上矿井，原则上都是需要用双钩提升。若矿井同时开采水平数过多，则用平衡锤单容器提升方式是比骄傲方便的。

（4）从我国目前实际实际情况来看，对于小型矿井，采用单绳缠绕式提升系统较好。对于年产量90万吨以上的大型矿井，采用多绳摩擦提升系统较好。对于中型矿井，如果井较浅，可以采用单绳缠绕系统，井较深时则可采用多绳摩擦系统，或者是主井采用单绳箕斗，副井则采用罐笼。

由于煤矿矿井的深度中等，年产量中等，全面综合考虑后，决定主井采用单绳缠绕式罐笼提升。

2.2 提升容器的选择设计

2.2.1 选择原则

提升容器规格是提升设备选型计算的主要技术参数，它直接影响了提升设备的初期投资和运转费用。提升容器是直接装运煤炭，石料，人员，材料及设备的工具。按其结构可分为罐笼，箕斗，矿车，人车及吊桶五种。本次设计主要用于提升煤炭，所以选用罐笼作为提升容器。

2.2.2 选择计算

2.2.2.1确定提升高度

根据《煤矿安全规程》规定：竖井中用于升降物料的最大速度不得超过下式求出的值：

v m

≤ 0.6H

根据设计参数得：v m =4m/s 所以 4 ≤ 0.6H

H ≥ 44.44m

取H = 50 m

2.2.2.2一次循环提升时间

当最大速度V m 已经确定，但尚未进行运转参数计算时，可暂用下式估算每次提升实际循环时间X T 。 θ+++

=t v a v T m m X H 1

1 =1054

508.04+++

=32.5 s

式中 a ——提升加速度，m/2s ，箕斗提升时，a ≤0.8 m/2s ，取a=0.8 m/2s ； t ' ——箕斗在卸载曲轨内减速与爬行的估算附加时间，暂取t '=5 s ；

θ ——箕斗装卸载时间，s ，取θ=10 s ；

X T ——一次提升循环时间，s 。

2.2.2.4一小时提升量 T b A ca m X r n f t 36001=

=14

30036005.32100001002.115.1X X X X X X =2.96吨

式中 C —— 提升不均衡系数，对于主井提升设备，有井底煤仓时，取c=1.15 ； f a ——提升能力富裕系数，主井提升设备对第一水平应留有1.2的富裕系数； A n ——矿井年产量，t/年 ；

r b ——提升设备年工作日数，一般取r b =300 d ；

t —— 升设备日工作小时数，一般取t=14 h ；

选用罐笼名义装载量为1.5吨的罐笼。

其主要技术规格参数如下：

罐笼型号 GLG-1.5X1/1

名义载重 Q =1.5t

罐笼自重 Q Z =3.45t

罐笼总高 H r =4850mm

2.3 提升钢丝绳的选择设计

2.3.1 提升钢丝绳的结构

提升钢丝绳是把一定数量的细钢丝捻成股，再把若干个股围绕绳芯捻成绳。提升钢丝绳各部分名称如图2—1所示。

图2-1 提升钢丝绳的结构

1-股芯 2-内层钢丝 3-外层钢丝 4-绳 5-绳股 6-绳芯

矿用钢丝绳的钢丝是优质碳素结构钢，直径为0.44mm,更细的钢丝容易磨损和腐蚀，在生产中直径超过4毫米的钢丝难以保证理想的抗拉强度和疲劳性能。钢丝是用圆钢条冷拔而成的，其抗拉强度为140200kg/2

mm。在受到相同终端载荷的情况下，抗拉强度大的钢丝绳的绳径可以选择小的。然而，抗拉强度过高的钢丝绳弯曲疲劳性能差。一般情况

mm为宜。为了提高钢丝绳的抗腐蚀能力，钢丝表下，矿井提升钢丝绳选用155170 kg/2

面可通过镀锌加以保护。钢丝韧性号可以分为特号、I号、II号。升降人员用绳一定要用特号钢丝绳，提煤的主提升钢丝绳可以用特号或者I号钢丝绳。

在把钢丝捻成股时有一个股芯，在把股捻成绳时有一个绳芯。股芯一般是钢丝，绳芯一般有金属绳芯和纤维绳芯两种，前者是由钢丝组成的，后者可以用剑麻、黄麻或有机纤维制成。绳芯的作用就是支持绳股，使绳富有弹性，并且可以贮存润滑油，从而防止内部钢丝腐蚀生锈，减少钢丝之间的摩擦。

2.3.2 提升钢丝绳的类型及特点

提升钢丝绳的类型有以下几种：

（1）点接触、线接触及面接触钢丝绳；

（2）右捻、左捻、同向捻及交互捻钢丝绳；

（3）圆形股和异形股钢丝绳；

（4）不旋转钢丝绳；

（5）密封钢丝绳；

（6）扁钢丝绳；

（7）不松散钢丝绳。

此外，选择钢丝绳时需考虑以下因素：

（1）在矿井淋水大，酸碱度较高且作为出风井中的提升钢丝绳，由于腐蚀严重而影响了钢丝绳的适用寿命，应选用镀锌钢丝绳；

（2）以磨损为主要损坏原因时，应选用外层钢丝绳直径比内层粗的钢丝绳，如6×7，6×(19)或三角股等；

（3）以弯曲疲劳断丝为主要损坏原因时，可选用内外层钢丝直径差值小的线接触式或异形钢丝绳，如6T(25)，6W(19)等；

（4）用于高温和有明火的煤矿歼石山等处的提升钢丝绳，可选用带金属绳芯的钢丝绳。

（5）实践认为，煤矿提升用绳用同向捻钢丝绳为好。

表2-1为各种钢丝绳的主要特点。

表2—1 各种钢丝绳的主要特点

钢丝绳结构 优点 缺点 主要用途

圆形股钢丝绳76?；196?；）（19X 6；）

（19W 6；25T 6）（等 易于用眼检查断丝情况，挠性大，易制造，价位低 随载荷变化有旋转趋势，外部钢丝易磨损 提升钢丝绳，

尾绳，罐道绳，

制动绳，缓冲绳 三角股钢丝绳）（216?；）（246?；）（306?；）（366?等 易于用眼检查断丝情况；相同条件下，比圆形绳强度大，寿命长，抗挤压性能好，外层钢丝比圆形股绳耐磨损

随载荷变化有旋转趋势，挠性比圆形股差 提升钢丝绳， 罐道绳 多层股不旋转钢丝绳

1718?；734?等 旋转性小，有相当大的挠性

内部钢丝不易检查 尾绳， 凿井提升钢丝绳 密封、半密封钢丝绳 不旋转，抗磨、抗腐蚀性

能好，相同条件强度最

大，弹性变形小 内部钢丝不易检查；直径大时断面易变形，挠性小，制造复杂，价格高 罐道绳， 提升钢丝绳

扁绳 不旋转，易于检查，某一

方向上有很大的挠性 易磨损，手工生产效率低、价格高 尾绳， 凿井提升钢丝绳

2.3.3 提升钢丝绳的选择计算

2.3.3.1选择原则

钢丝绳在工作时受到种应力作用，如静应力、动应力、扭转应力、弯曲应力、接触应力、捻制应力及挤压应力等，这些应力反复作用将导致钢丝的疲劳破断，这就是钢丝绳破损的主要原因；另外钢丝绳破损及锈蚀将影响钢丝绳的性能和破损。因此，全面综合反映上述应力的疲劳计算是一个较复杂的问题，虽然国内外学者在这方面作了大量的研究工作，并取得了一些成就，但由于钢丝绳的结构复杂，影响因素较多，钢丝绳强度计算理论还没有完善，一些计算公式还不能够确切地反映真实的应力情况。我国矿用钢丝绳是按照《煤矿安全规程》的规定：钢丝绳应按照最大静载荷并且考虑一定安全系数的方法进行计算。

安全系数指钢丝绳钢丝拉断力总和与钢丝绳计算静拉力之比。但应当注意，安全系数并不是代表钢丝绳真正具有的强度储备，只是表示在此条件下经过实践证明钢丝绳可以安全运行。我国《煤矿安全规程》对提升钢丝绳的安全系数规定如表2—2所示。

表2—2 提升钢丝绳安全系数表

用途分类

安全系数最低值 备注

单绳缠绕式

提升装置 专为升降人员

9 升降人员和物料 升降人员时

9 混合提升时

9 多层罐笼同一次升降人员和物料

升降物料时

7.5 专为提升物料 6.5 2.3.3.2 选择计算

（1）计算钢丝绳每米重量

图2—2为单绳提升钢丝绳计算示意图。

图2-2 单绳提升钢丝绳计算示意图

由图可知，钢丝绳最大静载荷max Q 在A 点，其值为：

max Q Q+Q PH Z C =+ 式（2.9） 式中 max Q ——钢丝绳最大计算静载荷，kg ；

Q ——容器一次提升量，kg;

Q Z ——容器自重，kg ；

P ——钢丝绳每米重量，kg/m;

H C ——钢丝绳最大悬垂长度，m 。

H H H H Z S J C ++=

= 20 + 50 = 70m

式中 H j ——井架高度m,罐笼提升：

m H J 2515-=，取其为20； H S ----矿井深度；

H z ----由井底车场水平到容器装载的距离，罐笼提升H z =0m ；

计算钢丝绳每米绳重：

H m Q C a B

Z X Q P -+=δ11.0

= 705

.617000011.03450

1500-+X =1.76㎏/m

式中 B σ——钢丝绳的抗拉强度，kg/2cm ,取2B 17000kg/cm σ=

m a ——钢丝绳安全系数，《煤矿安全规程》规定，主井箕斗提升，m 6.5a ≥，取m 6.5a =。

根据上述P 值，选用6×19普通圆股钢丝绳，其有关数据：

选取P=1.903㎏/m,其对应的钢丝绳直径d=23mm,钢丝直径δ=1.5mm,钢丝绳抗拉强度2B 17000kg/cm σ=，全部钢丝断裂力之和Q q =34200kg ，

（2）钢丝绳选出后，要按照实际所选钢丝绳的数据校核其安全系数，求得：

实际安全系数 H Q Q C

Z q

P Q m ++= =70

903.13450150034200X ++

=6.69 ≥ 6.5

故所选钢丝绳可用。

2.4 提升机的选择设计

2.4.1 提升机的类型

我国目前生产和使用的提升机可分为两大类：单绳缠绕式提升机和多绳摩擦式提升机。单绳缠绕式提升机是较早出现的一种提升机，它的工作原理较简单，就是把钢丝绳一段固定住并且缠绕在提升机滚筒上，另一端则绕过井架天轮悬挂提升容器。然后利用滚筒转动方向的不同，将钢丝绳缠上或放松，来完成提升或下放容器的工作。单绳缠绕式提升机结构简单，工作可靠，但只适用于浅井及中等深度的矿井，而且终端载荷不能太大。对深井且终端裁荷较大时，提升钢丝绳和提升机卷筒直径很大，造成体积庞大，重力猛增，使提升钢丝绳和提升机在运输、制造和使用上都有诸多不便。所以在一定程度上限制了单绳缠绕式提升机在深井中的使用。多绳摩擦式提升机的工作原理是通过利用摩擦传递动力，就和皮带传输机的传动原理是一样的，这类提升机的特点是体积小、重量轻，且适用于中等深度和比较深的矿井。

2.4.2 单绳缠绕式提升机的分类和结构

按滚筒数目的不同，单绳缠绕式提升机可以分为双滚筒和单滚筒提升机两种：双滚筒提升机在主轴上装有两个滚筒，其中一个用键固定在主轴之上，称为固定滚筒死滚筒或固定滚筒；另一个滚筒滑装在主轴上，用调绳离合器与主轴连接，称为活滚筒或游动滚筒。将两个滚筒做成这种结构的目的，是为了在需要时两个滚筒可以有相对运动，这样可以更方便地调节绳长或更换水平。单滚筒提升机只有一个滚筒，一般情况下用于单钩提升。

矿井提升机是矿井提升设备中的动力部分，主要由主轴装置、调绳离合器、减速器、深度指示器、电动机、制动系统、电控系统和操纵台等组成。

2.4.2.1 主轴装置

提升机主轴装置包括滚筒、主轴、主轴承，在双筒提升机中还包含有调绳离合器。

滚筒的筒壳通过轮辐、轮毂用键固定在轴上（固定滚筒），筒壳外边通常都设有木衬，木衬上车有螺旋导槽，目的是使钢丝绳在滚筒上作规则排列，并减少钢丝绳的磨损。在多层缠绕情况下，《煤矿安全规程》规定：滚筒必须要设有带绳槽的衬垫。

2.4.2.2 调绳离合器

双滚筒提升机一般都装有调绳离合器，它的作用是使活滚筒与主轴连接或脱开，从而方便在调节绳长或更换提升水平时，使死滚筒与活滚筒有相对运动。调绳离合器基本上可以分为三种类型：齿轮离合器、摩擦离合器、蜗轮蜗杆离合器。一般应用比较多的是齿轮

离合器。

2.4.2.3 减速器

根据提升速度的要求．提升机主铀转速一般为40～60 r／min，然而拖动提升机的电动机转速一般为290～980 r／min，所以，除采用低速直流电机拖动外，不能够把电动机与主铀直联，必须通过减速器。

我国提升机减速器曾经用过的速比有：30；20；15.5；12.5；11.5；10.5；9.5；7.35。JK型提升机的减速器是属于二级圆弧齿轮减速器，其减速比是30；20；11.5；10.5。减速器低速轴采用齿轮联轴器与主轴相连，而高速轴则采用弹性联轴器与电机轴相连

2.4.2.4深度指示器

深度指示器的作用是：

（1）容器接近井口停车位置的时候发出减速信号；

（2）向司机指示提升容器在矿井中的位置；

（3）当提升容器过卷时，终点开关切断安全保护回路，然后进行安全制动；

（4）减速阶段用限速装置进行过速保护。

深度指示器类型较多，按其动作原理可以分为机械式，机械电气混合式和数字式等。

KJ系列提升机采用了机械牌坊式深度指示器，这种深度指示器在我国矿山应用比较多，它的优点是指示清楚，工作可靠；缺点就是体积较大，指示精度不高，不方便实现提升机的远程控制。所以，JK新系列提升机采用结构紧凑的同步联系式圆盘深度指示器。它由两部分组成：深度指示器传动装置（发送部分）以及深度指示盘（接受部分）。数字式深度指示器在我国使用不多，还处于研究阶段。

2.4.2.5 制动系统

制动系统的组成是制动器(也称闸)和传动机构。制动器是直接作用在制动盘或制动轮上产生制动力矩的部分，它按照结构形式分为盘式闸及块式闸等。传动机构则是控制并调节制动力矩的部分。它按传动能源可分为油压、气压或弹簧。制动器的作用有以下几个：（1）在提升机的正常操作中，对提升机进行速度控制，在提升结束时可靠地闸住提升机，即通常所说的正常停车。；

（2）如果发生紧急事故，能迅速地并按要求减速，闸住提升机，即安全制动。

（3）在减速阶和下方重物的时候，对提升机进行控制，即工作制动。

（4）对于双滚筒提升机，在调节绳长、更换钢丝绳及更换水平时，应该能够闸住提升机活滚筒，松开死滚筒。

我国生产的矿井提升机主要采用盘闸制动系统，它包括了盘闸制动器和液压站两部分。盘闸制动系统与块闸制动系统相比较，它的优点是重量小，结构紧凑，安全性好，动作灵敏。

2.4.3 提升机的选择计算

2.4.

3.1 提升机滚筒直径

提升机滚筒直径是选择计算提升机的基本参数之一。选择滚筒直径主要的原则是钢丝绳在滚筒上缠绕时不会产生过大弯曲应力，以方便保持其具有一定的承载能力和使用寿命。理论与实践都已证明，绕经卷筒及天轮的钢丝绳，它的弯曲应力的大小和疲劳寿命，取决于滚筒与钢丝绳直径之比。在同一钢丝绳直径这一条件下，滚筒的直径越大，弯曲应力则越低；而钢丝绳直径不同，滚筒直径相同的条件下，绳径越小，即D/d 越大，弯曲应力越低。在承受相同试验荷载的情况下，D/d 值越大，钢丝绳可以承受的反复弯曲次数越高，寿命愈长。根据以上的两点，《煤矿安全规程》规定：对于安装在地面上的提升机：

D ≥ 80d = 80x23 = 1840mm ≤ 2000mm

D ≥ 1200δ=1200x1.5 = 1800 ≤ 2000mm

式中 D ——滚筒直径，mm ；

d ——钢丝绳直径，mm ；

δ——钢丝绳中最粗的钢丝直径，mm 。

2.4.

3.2选择标准提升机

根据计算结果，选用滚筒直径为2米的提升机是适合的，对JK-2/30型提升机需检验滚筒宽度B 及提升机强度。

双滚筒提升机，每个滚筒实际容绳宽度为：

()3330+??

? ??++=d D H B π =()3233214.33050+??

? ??++X =409.2mm ≤ 1700mm

式中 B ' ——提升机所需的滚筒缠绳宽度，mm ；

ε ——缠绕在滚筒圆周表面上相邻两绳圈间隙宽度，取ε=3mm ；

k ——缠绕层数，《煤矿安全规程》规定：专为升降物料的，准许缠2层。故取k=2 。

所以滚筒宽度满足要求。

2.4.

3.3提升机强度验算

jmax jmax F Q Q PH F ??=++≤??

[]cmax cmax F Q+PH F =≤

计算得：kg kg X PH Q Q F Z

J 6000503850903.134501500max ≤=++=++= kg kg X PH Q F C 6000159250903.11500≤=+=+=

式中 jmax F ——钢丝绳实际最大静张力，kg ；

cmax F ——钢丝绳实际最大静张力差，kg 。

强度校核合格。

其相关数据：D=2000mm,B=1700mm,i=30,[ jmax F ]=6000kg,[ cmax F ]=6000kg.

2.5 天轮的选择

天轮安装在井架上，它的作用是引导、支撑钢丝绳转向，根据煤炭工业部的标准，天轮分为以下三种：（1）井上的固定天轮；（2）凿并及井下的固定天轮；（3）游动天轮。

天轮的结构形式也可分为三种类型：直径小于3000 mm 时，采用整体铸钢结构；直径为3500mm 时，采用模压焊接结构；直径为4000mm 时，采用模压铆接结构。

根据《煤矿安全规程》规定，对于安装在井上的天轮且钢丝绳与天轮的围抱角小于o 90时， 用下式计算选择天轮直径：

D t

≥ 60d = 60x23 = 1380mm

D t

≥ 1200δ=900x1.5 =1350mm 式中 t D ——天伦直径，mm 。

综合考虑选用D t =2000mm 整体铸钢结构的天轮，天轮型号为5

.132000TSG

，主要参数如下：

名义直径： 2000mm

绳槽半径： 13.5mm

适用钢丝绳直径范围： 23---24.5mm

允许的钢丝绳全部钢丝破断力总和： 458500kg

两轴承中心距： 700mm

轴承中心高： 180mm

变位重量： 3070kg

总重： 9100N 2.6预选电动机

计算最大经济速度：

《煤矿安全规程》规定：竖井中用罐笼升降物料时的最大速度不得超过下列公式求出的数值

v m ≤ 0.6H

此外还要考虑经济的因素，因为若用较大的提升速度时，一次提升量Q 和提升机都

可以小一些。总的投资费用减少一些。但是这时运转费用要比提升速度较小，一次提升量Q 较大的方案多一些。到底选用多大的提升速度v m 比较合适，要经过技术经济的方案比较。我国设计部门目前常用的估算经济公式是：

v

m =（0.4—0.5）H

取v m =0.4H

=0.4x 50

=2.83m/s

根据提升机的规格和最大提升速度，所选电动机的转速为：

D i n V m π60=

=2

14.33083.260X X X =811r/min

式中 n ——电动机的估算转数，r/min;

i ——减速器传动比；

则电动机的额定转数为n e =750r/min.

由电动机的额定转速计算最大经济速度：

i

Dn v e m 60π= =

3060750214.3X X X =2.62m/s

取v m =3m/s

v m =3m/s<5

.0H =3.53m/s

故v m =3m/s 是安全且经济的。 预选电动机：

提升最重货载为矸石，根据提矸石作业预选电动机

在计算新井提升设备需要选用新电动机时，可以用下式估算功率： ρηj m

v KQg P 1000==3.185

.01000310100015.1X X X X X =85.3kw 式中 P ——电动机估算功率，kw;

K ——矿井阻力系数，取K=1.15;

?——考虑提升系统运转时，有加、减速度及钢丝绳重力等因素影响的系数，

取?=1.3;

j η——减速器的效率，二级传动为0.85。

根据电动机的估算功率和转数先暂选电动机型号为JR137-8，其主要参数如下： 额定功率 e P =210KW ；

额定转数 e n =750 r/min ；

过负荷系数 λ=1.91；

转子飞轮转距 ()

d 2

G D =850N.2m ；

电动机效率 d η=91.5%。

3 提升机与井筒相对位置

当井筒位置已确定后，重要的是正确选择提升机的安装地点。在决定提升机安装地点时，一般需要考虑一下的问题：矿井地面工业广场的布置、井下所留有的安全煤柱位置和尺寸、井筒四周的地形条件和地面运输生产系统等。用箕斗提升的时候，提升机房应位于卸载方向对侧。对于井架上的天轮，根据提升机的类型和用途、提升机房地点以及容器在井筒中的布置，装在同一水平轴线上或者是同一垂直面上。

当提升机安装地点选好后，就要考虑以下五个因素：井架高度、钢丝绳弦长、提升机

滚筒轴线与井筒中心线的距离、倾角和偏角，它们影响着提升机与井筒的相对位置，并且

相互影响相互制约。图3—1为提升机与井筒相对位置图。

图3-1 提升机与井筒相对位置图

3.1井架高度

参考图3-1，井架高度应该是由下列部分组成：

R H H H H t g X r J 75.0+++=

=4.85 + 4.75 + 0.75 x 1

=10.35 m

根据计算值取H j =12米。

式中 j H ——井架高度，m ；

r H ——罐笼容器全高r H =4.85m ；

g H ——过卷高度取g H =4.75；

H x ---卸载距离，H x =0；

t R ——天轮半径，m 。

将j H 圆整成39m 。

3.2提升机滚筒中心至井筒中钢丝绳间水平距离

一般情况下，在提升机房与井筒之间很难再设置其他建筑物，所以为了节省占地面积，滚筒中心至井筒中钢丝绳间水平距离s L 尽量小一点好。但是根据井架天轮受力情况又能够看出，为了提高井架稳定性，在提升机房与井筒之间，设有井架斜撑。斜撑基础与井筒中心的水平距离大概为0.6J H 左右，若s L 取的过小，导致无法安装斜撑是不合理的。考虑上述原因，s L 的最小值s.min L 可按经验公式计算：

D H L J s ++≥5.36.0

≥0.6x12 + 3.5 + 2

≥12.7

考虑到减轻“咬绳”现象，取s L =31m 。

3.3 钢丝绳弦长

钢丝绳的弦长指的是钢丝绳离开滚筒处到钢丝绳与天轮接触点的一段绳长。参考图3-1可以看出，上下两条弦长不是完全相等的。但可以近似地以滚筒中心到天轮中心的距离计算弦长。

当井架高度J H 和滚筒中心线到井筒中钢丝绳间水平距离s L 都已经确定时，弦长X L 即为定值。X L 按下式求出：

()??? ??

--+=2220D L C H L t S j x

= 32.7 m

式中0c ——滚筒中心线与井口水平的高取0c =2 m 。

为了防止在运转中钢丝绳跳出天轮轮缘，钢丝绳弦不宜过长。一般限制绳弦在60米以 内。因为弦长过大时，震动也随之增大。井筒中仅布置一套提升设备时，提升机与井筒相对位置的布置结果，弦长多数是满足上述要求的。只有在井筒中布置两套提升设备，而且两台提升机采用同侧布置方案时，后台提升机的弦长就有可能超过60米。这时可在地面适当的地方，加设支撑导轮，以减少弦长跨度。

3.4 钢丝绳的偏角

钢丝绳的偏角指的是钢丝绳弦与通过的天轮平面所成的角度，偏角分为外偏角和内偏角。由图3-2可见，在提升过程中，随着滚筒转动，偏角α是有变化的。当右钩还没有开始提升时，右钩钢丝绳形成了最大外偏角1α，而且这个时候左钩钢丝绳形成最大内偏角2α。同样，当右钩提升结束的时候，左钩钢丝绳形成了最大外偏角1α，而这时右钩形成了最大内偏角2α。

钢丝绳的偏角过大有两个缺点：

（1）使钢丝绳与天轮轮缘的磨损加剧，并使钢丝绳使用寿命降低。磨损严重时，还可能引起断绳事故；

（2）在某些情况下，钢丝绳缠向滚筒时会发生“咬绳”现象。从图3—2中可看出，若钢丝绳内偏角2α过大，弦长奔离段与邻圈钢丝绳不是相离而是相交，如图中A 点所示，这就是“咬绳”现象。即使在内偏角不太大的情况下，因为滚筒上绳圈间隙ε较小、滚筒直径较大或钢丝绳直径较大，都会导致“咬绳”。“咬绳”加剧了钢丝绳的磨损。

通过对偏角的分析，可以得出以下的结论：最大外偏角1α和最大内偏角2α都不得超过031' ，作单层缠绕时，最大内偏角2α还应该要保证不咬绳。此处，内偏角等于外偏角，由公式：

Tan α=L X B 2=7

.3227

.1=0.0259 α=1.49°≤ 031'

图3-2 钢丝绳在滚筒上缠绕时“咬绳”示意图

3.5 提升机滚筒的下出绳角

钢丝绳弦与水平面之间的夹角称为滚筒钢丝绳的出绳角，而出绳角大小影响提升机主轴的受力情况。当大于零的时候钢丝绳拉力有一向上分力可以抵消一部分主轴的重力，减少了重力弯矩，相对提高了主轴的强度。所以滚筒实际的出绳角度增大是对提升机主轴的工作有利，限制了下出绳角β的最小值是15°，是因为下出绳角过小，钢丝绳有可能与提升机基础相接触，会使钢丝绳的磨损增大。对于JK 型提升机下出绳角不应该小于15°。所以下出绳角β值为：

L D R L C H X

t t S J

D 2arcsin arctan 01++--=β =7

.32222arcsin 131215arctan X ++--

=27°> 15°

由于实际下出绳角大于15?，因此是符合要求的。

4 提升系统运动学、动力学参数计算

为了保证空、重罐笼在卸载曲轨内运行的稳定性和停车的准确性，采用五阶段速度图。

4.1 提升系统的动力方程式

4.1.1 提升系统的静阻力

提升系统的静阻力包括有益载荷、容器自重、钢丝绳的重量和矿井阻力等形成。矿井阻力指的是井筒中气流和罐道对容器的阻力，钢丝绳在天轮和滚筒上的弯曲阻力及天轮轴承的阻力等。图4-1是提升系统示意图，研究空、重容器均已运行了X 米时的静阻力，这时静阻力可用下式表示：

()j F KQ+P H-2X = 式（4.1）

图4-1提升系统示意图

4.1.2 提升系统的变位质量

为了方便计算总的惯性力，可以把各运动部分的质量都变位到滚筒表面缠绕的圆周上，这个地方的线加速度就是提升容器的加速度1a 。条件是变位前后的动能相等，系统变位质量的总和就是提升系统的总变位质量。

提升系统运动部分可以分成直线运动和旋转运动两个部分，作直线运动的部分是提升容器、有益载荷和提升钢丝绳。它们的速度和加速度就等于提升机滚筒表面速度、加速度，所以它们的变位质量与实际质量相同；作旋转运动的部件为是：提升机的旋转部件（包括减速器）、天轮以及电动机转子。提升机和天轮的变位质量可以在其技术规格表中查出。所以只有电动机转子变位重量需要计算。

电动机转子的变位质量

()kg X X X g i D GD m d d 191258.985023022

22

2=== 提升系统运动部分总变位质量