矿井提升机课程设计

矿井提升机课程设计

绪论

1.1 矿井提升机简介

矿井提升机 (mine winder；mine hoist) 是安装在地面，借助于钢丝绳带动提升容器沿井筒或斜坡道运行的提升机械。分“缠绕式提升机(mine drum winder)”和“摩擦式提升机(mine friction winder)”。它用钢丝绳带动容器（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，已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械。

1.2 矿井提升机的任务及其组成矿井提升机的任务:

(1) 提升有用矿物，矿石、煤炭。

(2) 提升井下生产过程中产生的矸石、煤泥。

(3) 升降人员、运送设备和下放物料。

矿井提升设备的主要组成部分有：提升钢丝绳、平衡钢丝绳、提升容器、井架、天轮、井筒设备（包括罐道、罐梁）等组成。一般的矿井提升机都有两个提升容器，并且两个提升容器在矿井中做方向相反的直线运动，即一个提升容器以一定的速度上升时另一个提升容器以相同的速度下降。

1.3 矿井提升机的特点

(1) 安全性

所谓安全性就是不能发生安全事故。由于矿井提升设备在矿山生产中所占的地位十分重要,其运转的安全性,不仅直接影响整个矿井的生产,而且还涉及人员的生命安全。因此全国都对矿井提升设备提出了极严格的要求,在我国这些规定包括在«煤矿安全规程»中。

(2) 可靠性

所谓可靠性,是指能够可靠的连续长期运转而不需在短期内检修。矿井提升设备所担负的任务十分艰巨,不仅每年要把数十万吨到数百万吨的煤炭和矿石从井下提升到地面,而且还要完成其他辅助工作。

(3) 经济性

矿井提升设备是矿山大型设备之一,功率大,耗电多,大型矿井提升机的功率超过1000KW。因此矿井提升机的造价及其运转费用,也就成为影响矿井生产技术经济指标的重要因素之一。

1.4 矿井提升机的工作原理

缠绕式提升机是利用钢丝绳在滚筒上的缠绕和放出，实现容器的提升和下放。当滚筒由电动机拖动以不同的方向转动时，钢丝绳或在滚筒上缠绕或放出，以带动提升容器。缠绕式双卷筒提升机具有两个卷筒，每个卷筒上固定一根钢丝绳，钢丝绳在两卷筒上的缠绕方向相反。摩擦式提升机的工作原理是利用摩擦传递动力。钢丝绳搭放在摩擦轮的摩擦衬垫上，提升容器悬挂在钢丝绳的两端，在容器底部还悬挂平衡钢丝绳。提升机工

作时拉紧的钢丝绳以一定的正压力紧压在摩擦衬垫之间便产生摩擦力。在这种摩擦力的作用下，钢丝绳便跟随摩擦轮一起运动，从而实现容器的提升或下放。

2 矿井提升机控制系统设计要求

2.1 提升机的基本功能设计

本设计是通过PLC 来控制变频器实现提升机的变频调速,该提升系统主要设计为运

送人员，为立井形式,分井口,井底和中间三个停靠位。

可实现功能：

(1) 可以动态显示目前提升机的各种运行状态和位置（位置以相对深度显示）加速，

减速以及，提升机运行速度显示。

(2) 发生故障或者遇到紧急情况时会立即报警并进行自动处理。

(3) 可实现不同档位的提升控制，本设计为三档，即高速，中速和低速。

(4) 提升机启、停时以S 型曲线运行，能加减速、平稳运行以及紧急制动等。此处

的S 型曲线由变频器设置自动完成该功能。

(5) 设计上下过卷恢复功能，当提升机制动后，若出现过卷，则系统在下次启动之

前需要先进行过卷恢复。

2.2 提升机速度要求及计算

1.提升机的速度要求

（1)加(减)速度符合国家有关安全生产规程的规定。提升人员时，加速度a‘0.75m/:’，升降物料时，加速度a‘1.2m/s’。另外不得超过提升机的减速

器所允许的动力矩。

（2)具有良好的调速性能。要求速度平稳，调速方便，调速范围大，能满足各种运行方式及提升阶段(如加速、减速、等速)稳定运行的要求。

（3)有较好的起动性能。提升机不同于其他机械，不可能待系统运转后再装加物料，因此，必须能重载启动，有较高的过载能力。

（4)特性曲线要硬。要保证负载变化时，提升速度基本上不受影响，防止负载不同时速降过大，影响系统正常工作。

2.提升机速度给定方案的确定及设计

在速度给定方案上，目前主要有两种给定方式，时间给定，行程给定，两种方式各有优劣。以时间为给定方式的速度控制，易产生误差，特别是在减速段，这对矿井提升机的安全性有很大的不利影响，而以行程为给定方式的速度控制，其误差会即时被调节纠正，或不再经过积分扩大，因此控制精度高，能满足提升安全的需要。但初加速时刻的行程为零，此时速度给定也为零，若按行程给定的方式则会出现无法开车的状况。因此在选定速度控制方案的时候，考虑到各方面的因素，在对梯形图进行 S 形转换的基础上，在提升加速阶段，采用以时间为给定方式的速度控制，在提升机减速采用以行程为给定方式的速度控制。

矿井提升机的工作过程是提升容器在井筒中往返运动的过程，通常以提升容器的运动速度或电动机的运行频率与时间的关系来表示其运动规律。

如图2-1 所示为本设计系统提升机的运行曲线。

在图2-1 中，提升机无论正转、反转其工作过程是相同的，都有起动、加速、中速运行、稳定运行、减速、低速运行、制动停车等七个阶段。每提升一次运行的时间，与系统的运行速度，加速度及立井的深度有关，各段加速度的大小，根据工艺情况确定，运行状况由程序来控制。图中各个阶段的工作情况说明如下：

(1) 未松闸之前0～t0：为给变频器的转矩上升留有一定时间，在提升机启动之前，

先将提升机锁死一段时间，待变频器将电机的转矩提升到150%左右时，再松

闸，防止溜车现象发生。

(2) 第一次加速阶段t0～t1：电机以0.5m/s每秒的加速度带动提升机运行，直至

电机频率达到25Hz。

(3) 中速阶段t1～t2：此阶段中提升机不变的速度在井筒中运行,此时电机的运行

频率保持在25Hz，提升机速度保持在2.5m/s。

(4) 第二次加速阶段t2～t3:在电机以25Hz 平稳运行时,若一切正常,无故障,则

再次加速到最高频率,以50Hz 运行。

(5) 高速阶段t3～t4:此时电机以50Hz 的频率平稳运行。

(6) 减速阶段t4～t5：此时提升机运行到减速点(本设计中假设运行至225m 时开

始减速)，电机开始以0.5m/s的加速度减速运行，直至电机频率降至10Hz 。

(7) 低速阶段t5～t6：此时提升机低速爬行,电机以10Hz 频率继续运行。

(8) 停车阶段t6～t7：此时提升机刹车，停止运行(本设计中假设运行至240m 时

立即制动停车，并抱闸)。

注：以上为PLC 自动操作程序工作,其中加速和减速段的时间均在变频器上设置。

各计时器的时间计算

在本设计中,矿井为立井,且深度为250m,为保证安全，矿井提升机的最大速度在此选择为5m/s,即当电机以50Hz ，高速运行时,其转速按1500rpm选择电机的轴比系数,相应