斜井绞车选型设计

斜井绞车选型设计方案设备处2012年9月28日目录目录 (1)前言 (2)1 设计要求及设计参数 (3)2 钢丝绳选型设计 (4)3 绞车选型设计 (9)4 钢丝绳校核 (13)5 绞车校核 (14)6 结论 (22)参考文献 (23)参考规范性文件 (24)前言我矿的斜井带式制动绞车（型号为JT-0.8×0.6）安装于1991年，虽只用作提升矿车，但也肩负着东部出矿的提升重任，现设置两班制，每日工作时间也有16个小时，属于我矿的重要考核设备。

绞车距今已投入使用20多年，设备陈旧，技术状况较差，且根据国家安全生产监督管理总局下发的文件，已将带式制动绞车列为淘汰产品，禁止在煤矿和金属非金属矿山使用，因此公司领导本着安全第一的原则，考虑到我矿目前的安全形势，决定对斜井绞车进行更换。

本设计在现有的技术参数下，严格参照《GB l6423—2006金属非金属矿山安全规程》和《煤矿安全规程》，并结合全国大部分金属非金属矿山中已通过国家安全生产监督管理总局审查并同意使用的斜井绞车型号，对我矿斜井绞车进行选型设计。

1 设计要求及设计参数1.1 设计要求我矿原斜井绞车型号为JT-0.8×0.6，钢丝绳采用的是6×19-NF-Φ15.5，斜井长度为125m ，轨道倾角为20°，提升一辆重车。

此次更换斜井绞车，轨道倾角仍为20°，但要求绞车能够在200m 斜井长度上提升两辆重车。

根据现场实际尺寸画出斜井绞车提升示意图，如下：图1 斜井绞车提升示意图1.2 设计参数根据已知参数和现场实际尺寸，则设计参数如下：（1）矿车类型：0.68 m 3 翻转式矿车，矿车自重：1710M kg =；（2）矿岩容重：3.1 t / m 3；矿岩松散系数：1.6；矿车装满系数：0.85； 矿车有效载重：2 3.10.680.8511201.6M kg =⨯⨯=； 则两辆重车重量：122()2(7101120)3660K M M M kg =+=⨯+=；（3）轨道倾角：20θ=︒；（4）斜井长度：0200L m =；380挂钩点至380井底距离暂取10m ；420摘钩点至420井口距离暂取20m ；'2001020230L m =++=；（5）380挂钩点到420第一个地滚筒间钢丝绳长度：L=210m ；（6）斜井已铺设15kg/m 的轨道，600mm 轨距，采用水泥轨枕。

2 钢丝绳选型设计2.1 钢丝绳结构选择斜井提升用钢丝绳，正常情况下磨损是钢丝绳报废的主要原因，因此在钢丝绳选型时，保证安全系数的前提下，既要考虑钢丝绳的耐磨性，也要根据我矿的提升条件、实际使用情况等方面考虑经济性。

2.1.1 三角股钢丝绳三角股钢丝绳是由6个具有一定螺旋状的等边三角形股围绕绳芯紧密扣合而成。

参考《GB/T 8918—2006重要用途钢丝绳》得知6V×18、6V×19适用于斜井提升，它的股外层钢丝有9根。

由于股中钢丝数量少，钢丝直径相对较粗，使用时其耐磨性、寿命远远高于普通圆股钢丝绳，因此价格也是最高的。

与普通圆股点接触钢丝绳相比，它具有以下优点：①接触面积大，耐磨性能好；②因股与股之间接触点增多，因而抗压性能好；③总破断拉力可提高20％一25％；④制造时由于预先形成螺距，采用了预变形和强有力的矫直定径装置，消除了捻制残余应力，因而结构稳定，使用时不易断丝，且换绳操作方便。

2.1.2 面接触钢丝绳从钢丝绳股内各层钢丝之间的接触状态来看，当前国内外的发展趋势是点到线到面。

即逐步淘汰使用寿命低的点接触钢丝绳，而由线接触钢丝绳以及面接触钢丝绳所替代。

从钢丝绳使用寿命来看，点、线、面接触的三种类型，后者依次比前者提高50％以上。

与普通圆股钢丝绳相比，面接触圆股钢丝绳具有以下优点：①耐磨性好，钢丝表面平滑，与绳轮之间的接触面积大，单位压力小，可减少绳轮磨损；②耐疲劳性能好，钢丝之间呈面状接触，接触应力小，不易断丝；③破断拉力高；④不松散性能好。

面接触钢丝绳用于斜井提升，当首选股中钢丝数少、钢丝直径粗的6T×7结构。

面接触钢丝绳使用寿命比点接触钢丝绳提高50％～100％。

2.1.3 线接触圆股钢丝绳线接触圆股钢丝绳的圆股内不仅同层钢丝之间为线状接触，而且相邻层钢丝之间也是线状接触。

适合斜井提升用钢丝绳推荐的有两种结构，一种是6×9W，另一种是6×7。

（1）6×9W钢丝绳6×9W结构钢丝绳股中心丝由3根组成，外层相间排列粗细各3根钢丝，粗丝位于内层丝凹处，细丝位于内层丝的凸处。

与点接触钢丝绳相比，具有以下优点：①绳股结构较点接触紧密，在使用时可减少股内钢丝的相对滑动。

因股内钢丝的捻距相等，故其内层的捻角较小，因而钢绳的结构伸长较小；②绳股内相邻层钢丝在全长上呈线接触状态，接触面积大，因而在使用时股内钢丝所受的接触应力小；③钢丝绳的密度系数高，因而在相同强度和直径的情况下，承受载荷高8％～10％。

（2）6×7钢丝绳6×7结构钢丝绳是股中心丝外包捻一层钢丝，属于丝数少的线接触钢丝绳，但一般都把它当点接触钢丝绳看待。

直径相同的钢丝绳，股中钢丝数少，钢丝直径相对较粗，耐磨性也相应好一些。

由于6×7结构股中钢丝直径粗，耐磨性好，而且方便生产，价格便宜，现仍在多数煤矿斜井中普遍使用。

因此，结合我矿实际情况，暂选6×7-NF线接触圆股钢丝绳。

2.2 钢丝绳抗拉强度 的选择钢丝绳的公称抗拉强度按《GB/T 8918—2006重要用途钢丝绳》的规定，从1570 MPa到1960 MPa共列出5个等级。

选择强度高的钢丝绳，则安全系数高、强度高，但其弯曲、扭转值相应地就会低些，影响使用寿命。

按《煤矿安全规程》的规定：钢丝绳的公称抗拉强度应根据钢丝绳在使用中所承受的最大静拉力和钢丝绳内钢丝破断拉力总和来计算。

即：hj F Q m = [1]式中：j Q ——最大静拉力，kN ；h F ——钢丝绳内钢丝破断拉力总和，kN ；m ——安全系数， 6.5m ≥。

最大静拉力j Q 不仅包括绳端荷重K M ，而且包括钢丝绳的自身重量L M 。

斜井提升系统中，其最大静拉力应考虑倾角及阻力的影响。

所以在420第一个地滚筒切点处钢丝绳的最大静拉力为：12(sin cos )(sin cos )j K L Q gM f gM f θθθθ=+++ [2] 式中：K M ——两辆重车的重量，3660K M kg =；L M ——380挂钩点与420第一个地滚筒切点间钢丝绳重量，kg ；θ ——轨道倾角，20θ=︒；1f ——提升容器运动的阻力系数，1f =0.01～0.015，现取1f =0.015；2f ——钢丝绳与底板和地滚筒间摩擦系数，钢丝绳全部支承在地滚筒上时取2f =0.15～0.2，局部支承在地滚筒上时取2f =0.25～0.4，现取2f =0.3；g ——重力加速度，29.8/g m s =。

根据6×7-NF 线接触圆股钢丝绳的最小破断拉力，结合耐磨性、安全系数、强度、弯曲、扭转等参数，暂选σ=1670Mpa 。

2.3 钢丝绳单位重量P 计算斜井钢丝绳单位重量计算公式为：12(sin cos )11(sin cos )K M f P L f mθθσθθ+≥-+ [3] 式中：σ——公称抗拉强度，Mpa ；L ——钢丝绳长度，m 。

则，3660(sin 20+0.015cos20)0.484/111670210(sin 20+0.3cos20)6.5P kg m ︒︒≥=⨯-︒︒ 所以，应选单位重量大于0.484 kg/m 的钢丝绳。

2.4 钢丝绳直径d 计算斜井钢丝绳直径计算公式为：d ≥ [4] 式中：d ——钢丝绳直径，mm ；h K ——破断拉力换算系数；'K ——最小破断拉力系数；K ——钢丝绳重量系数，kg/100m·mm²。

将初步选定的钢丝绳结构和公称抗拉强度σ，再加上《GB/T 8918—2006 重要用途钢丝绳》表2和附录A 中找出的h K =1.134、'K =0.332、K =0.351，代人公式得：11.77mm d ≥= 考虑到纲丝绳的使用寿命、绞车的磨损和绞车的容绳量，暂选用钢丝绳直径为16d mm =。

2.5 钢丝绳捻法的选择钢丝绳的捻法分为4种，即左同向捻、右同向捻、左交互捻、右交互捻。

同向捻的钢丝绳在使用中外层钢丝曲率与滑轮槽的曲率较吻合，接触面大，在与地滚筒等接触中钢丝磨损比较均匀。

交互捻钢丝绳外层钢丝不是均匀磨损，局部磨损严重，断丝的机率大，使用寿命短。

同向捻的钢丝绳，由于股内钢丝的扭转力矩与钢丝绳的扭转力矩方向相同，在制造时不可能彻底消除，在斜井提升中终端虽不能自由旋转，但在使用中若稍不注意容易使钢丝绳扭结，不安全。

交互捻钢丝绳，由于股内钢丝的扭转力矩与钢丝绳的扭转力矩方向相反，不易产生旋转、扭结等不安全因素。

斜井箕斗提升用钢丝绳宜选用同向捻的钢丝绳，斜井矿车提升用钢丝绳宜选用交互捻的钢丝绳。

我矿380斜井采用的是矿车提升，因此选用交互捻的钢丝绳。

2.6 钢丝绳初选型号的确定综上所述，在符合钢丝绳安全系数的前提下，考虑钢丝绳使用寿命和使用的经济性，暂选线接触圆股钢丝绳6×7-NF-Φ16-1670，捻向为ZS或SZ。

3 绞车选型设计3.1 绞车型号的选择国家安全生产监督管理总局已将JT、JKA、KJ、JTK等绞车列为淘汰产品，禁止在煤矿和金属非金属矿山使用。

现比较适合的绞车只有JTP、JK两种型号的绞车，其中JK型绞车最小卷筒直径是2m，但从我矿的提升要求和经济性考虑，没有必要使用JK型绞车，而JTP型绞车从各方面都符合我矿的提升条件，且经济实用。

3.1.1 绞车制动系统的选择现国内矿山普遍使用的绞车主要采用盘闸制动系统，其特点为：①结构紧凑，质量小，动作灵敏，安全性好，便于矿井自动化；②盘闸制动器的液压控制系统是同绞车的拖动系统、自动化控制相配合的；③制动器还要参与绞车速度控制，制动力矩必须在较宽的范围内进行调节，与此相应的液压站（带二级制动）与之适应。

盘闸制动系统的作用：①在绞车停止工作时，能可靠地闸住绞车，即正常停车；②在减速阶段及下方重物时，参与绞车的控制，即工作制动；③当发生紧急事故时，能迅速可靠且合乎要求地闸住绞车，即全制动。

3.1.2 绞车电控系统的选择电磁继电式逻辑电路构成的绞车电控系统和TKD型电控系统已都不符合当前绞车电控系统，现有普通交流接触器式电控系统、PC或PLC控制电控系统和变频调速电控系统三种类型。

普通交流接触器式电控系统相比其他两种的安全性能较低，而变频调速电控系统成本较高，PC或PLC控制电控系统适合本设计要求。