毕业设计--矿井提升机设计

第一章 矿井提升机的拖动系统矿井提升机是煤矿运输系统重要组成部分，人员、设备、材料、煤炭和矸石等均靠提升机输送。

提升机安全、高效和合理运行，对矿井生产及人身安全具有重发意义。

有效地合理选择电气设备是非常重要的。

第一节 提升机电动机的选择提升电动机一般分为直流和交流两种，交流电动机多采用绕线式异步电动机，目前我国矿井提升机交流拖动单机容量不超过1000KW ，双机拖动容量不超过2000KW ，其容量限制主要受主回路换向器容量的限制，交流拖动系统简单，设备价格便宜，当电动机单机容量超过1000KW ，或最大提升速度超过10m/s 时应采用直流拖动。

提升机的电动机选择时应满足功率、电压和转速三个方面的要求。

功率与提升机的一次提升质量和最大速度有关，双容器提升系统的电动机功率为：ημ1000m gkQV P = (1-1)式中 g – 重力加速度，m/s 2k - 矿井阻力系数，箕斗取1.15，罐笼提升取1.2Ｑ - 提升机一次提升质量，ｋｇＶm - 提升机最大提升速度， m/sμ - 动力系数，取1.2~1.4η - 减速机传动效率直联传动时取1提升电动机电压，首先看电动机功率等级，功率越大电压等级越高，一般情况是，电动机功率在200kw 以下选380V 电压，250~500kw 以上选用高压6kv 电动机，200~500kw 范围内选用660v 电压，若电压等级在功率交叉范围内，最好通过技术经济比较后确定，也可由矿井供电电压决定，高压为6kv ，低压采用380v 。

电动机的转速为：D iV n m π60= (1-2)式中 i - 减速器传动比D - 提升机卷筒直径对于交流电动机确定型号，规格后，要根据力图中可能出现的最大力去校验是否满足过载能力，即 4.1m λλ=(1-3)第二节 提升系统对控制的要求无论何种提升系统，电力拖动和控制系统都为求简单经济，保证与设计的速度图和力图相符，并且在所有的情况下，提升系统都能够安全可靠工作，提升系统的电力拖动和控制系统应满足下列要求。

（1）从罐座或承接梁上提起罐笼的速度不能过大，一般不能超过1.5m/s。

（2）提升物料时，加速度不大于1.2m/s2,升降人员时不大于0.75m/s2。

（3）不管提升机轴上的负荷怎样变化和转向如何，都应当保证设计的最大提升速度。

（4）减速时，应保证其速度平稳地、准确地从最大速度降低到0.5m/s以下。

（5）在爬行阶段，应使提升容器以0.5m/s以下低速运行。

（6）提升容器进行装卸时，应切断拖动电动机的电源，并实现工作制动。

（7）控制系统应具有《煤矿安全规程》中规定的和提升机生产工艺流程所要求的各项保护和闭锁装置，以监督提升设备各部件的工作是否正常。

第三节提升机的电力拖动方式提升机可以用一台电动机，也可用二台电动机拖动。

目前采用一台交流绕线型异步电动机拖动的较多，其拖动方式将电动机转子串联一定附加电阻，利用控制装置附加电阻进行调整，以满足不同的提升速度。

采用二台电机拖动时，每台电机容量可相同，也可不同，但转速必须接近，还可以在不同工作方式下运行，如一台工作在电动方式，另一台工作在制动方式。

但是，双机拖动方式使用设备多，投资大，控制系统复杂，因此，在选择拖动方式时，除满足生产工艺要求外，还应该对各种拖动方式作经济比较，从中选择最合理的设计方案。

第二章提升电动机起动电阻的计算转子起动电阻的正确计算和选择，具有很大的技术经济意义。

如果选择和计算正确，可充分发挥电动机的潜力，缩短提升循环时间，提高提升能力，节约电能，减少调试工作量，还可以使提升机起动平稳，减小起动过程的机械冲击力，延长提升机的使用寿命。

因此正确计算和选择起动电阻是很有必要的。

磁力站是控制电动机转子电阻的控制装置。

按起动切除电阻方法可分为平衡起动和不平衡起动电阻两种。

不平衡起动电阻一般用于矿用小绞车，现不太常用，本文不介绍。

平衡起动电阻用于大中型提升机。

按切除级数分，它分五级、八级和十级三种（旧式不六级的，小绞车有配用四级的）。

通常5级起动有一级作为预备级，4级作为主加速级，200kw以上使用八级，两级预备，其余为加速级，常用起动方法有完全起动和不完全起动。

本文主要介绍完全起动。

第一节起动电阻的计算计算起动电阻常用的一般有两种方法，有经验公式法和较精确计算法。

经验公式法简单，但准确性差，只能为预选时或提升任务不重的提升机采用，安装时和运转时必须调整起动电阻值，才能满足机械部分的正常运转，通常制造厂亦按此法计算供货。

提升机是煤矿重要的机械设备，正确地计算其拖动电动机的起动电阻，具有重要的技术经济意义，经验公式法是把机械特性当作理想的线性外理，误差较大，另外，它主要考虑的是发挥电动机的过载能力，计算出的的电阻值不一定能满足速度图的要求。

为此，矿井提升机最好采用利用曲线按给定加速度的方法计算起动电阻。

本文主要介绍8级起动电阻计算方法，其它级数可根据实际增减。

下面按给定加速度利用公式计算起动电阻。

图11、第一预备级电阻的计算每一预备级的作用：消除传动齿轮的啮合间隙；拉紧钢丝绳；实现低速验绳和检查井筒；消除电动机接入电网时的过电压等。

对于箕斗提升，一般使第一预备级所产生的转矩为电动机额定转矩的0.3~0.4。

也可以按验绳要求来计算，对立井N L pr F PHG K +-=)1(1λ (2-1)式中：K - 矿井阻力系数，箕斗取1.15，罐笼取1.2；G L - 有效载重量，N ；P - 钢丝绳单重，N/m ；H - 提升高度，m ；F N - 电动机传递到滚筒圆周上的额定力，N 。

电动机额定力可按下式计算：m GN N v P F η1000= (2-2)式中：P N - 电动机额定功率，kW ；ηG - 减速器传动效率，一级传动取0.92，二级传动取0.85，多绳摩擦轮提升取0.9以上；v m - 提升机最大速度，m/s.电动机转子电阻 N N N I E R 2223=(2-3)式中：E 2N - 电机的转子电压；I 2N - 电机的转子电流；则第一预备级电阻： 121pr N pr R R λ=(2-4)2、第二预备级电阻的计算第二预备级的作用：对于箕斗提升，是用来实现在卸载曲轨内的初加速；对于罐笼提升，是用来限制提人时的加速度。

（1） 对于普通罐笼提升，第二预备级所产生的转矩为电动机额定转矩的0.9~1，其电阻值为222pr Npr R R λ= (2-5)（2） 对于箕斗提升，为了满足初加速度的需要，须使第二预备级所产生的平均起动转矩的相对值为 N av F F F 2"0'00+=λ (2-6) 式中：F 0’ - 初加速起始的力值，NF 0“ - 初加速终了时的力值，N初加速终了时转差率s s i v v v s 0-= (2-7)式中：v 0 - 初加速终了时的提升速度，m/s v s - 对应于n 0 的提升速度，m/s而 m Ns v n n j Dn v 0060==π (2-8) 式中：D - 提升机滚筒直径，mj - 减速器速比。

第二级预备级电动机产生的转矩相对值可用下式计算 i av pr s 02λλ=(2-9) 则第二预备级电阻为222pr Npr R R λ= (2-10)3、主加速级主加速平均起动力相对值N av F F F 2"1'1+=λ (2-11)电动机额定转差率00n n n s NN -= (2-12)固有特性曲线上的临界转差率 )1(2-+=m m N m s s λλ (2-13)固有特性曲线上力矩为λav 时的转差率)1)((2--=av m av m m av s s λλλλ (2-14) 起动公比为5.01195.0+=n av s s q (2-15)式中n - 主加速级数s 11 - 主加速第一级特性曲线上力矩等于λ1时的转差率，完全起动时，对于普通罐笼提升，s 11等于1 ；对于箕斗和斜井串车提升， s 11等于s i 。

校验λ1 λ2 λav ’qs s q s s n 10201110==(2-16) 将s 10 、s 20 代入实用方程校验m m m m s s s s λλλ9.0210101≤+= (2-17)L m m m s s s s λλλ)1.1~05.1(220202≥+= (2-18) 21'λλλ=av (2-19)N L F ma F F 22"1'1-+=λ (2-20) 式中：m - 提升系统总变位质量，kga - 主加速度，m/s 2λL - 加速段平均负载转矩相对值。

若λ1λ2λav ’ 满足上述条件，则前面计算的起动电阻公比可以采用；如不能满足，则重新计算。

4、各段电阻计算值列表表一 各段电阻计算表(表中为八段)电动机转子固有电阻)(20Ω∙=N N s R r (2-21)转子连接电缆的电阻在计算中如未考虑，则在选择电阻箱时，最后两段电阻可选取偏小数值。

5、各级电阻起动电流的计算 1) 第一预备级起动电流为npr pr I I 211λ= (2-22)2) 第二预备级起动电流为npr pr I I 222λ= (2-23)3) 主加速级平均起动电流为Nav I I 22122.1λλ+=(2-24)6、起动时间计算L av s F F s s m v t --=∆)(20100 (2-25)对于完全启动可用120100)(a s s v t s -=∆ (2-26) 式中 F av - 实际平均启动力，N ，F av =λav ’F N； (2-27)F L - 主加速段负载力，N ，F L =λL F N ； (2-28)a 1 - 主加速段的加速度； 1) 各级电阻的起动时间06t q t ∆=∆2132435465t q t t q t t q t t q t t q t ∆=∆∆=∆∆=∆∆=∆∆=∆ (2-29) 第二预备级上起动时间，对于普通罐笼可取0.75s ，对于箕斗、斜井串车提升，可取速度图上该段电阻的运行时间。

第一预备级上起动时间可取0.75s. 2)各级电阻通电持续率计算（1）第一预备级电阻通电持续率按下述原则选择：当2~7.0=T t r时，选JC pr1%=40%； 当2>T t r时，选JC pr1%=100%；式中 T - 所选电阻箱发热时间常数，s ，电阻箱未选定时，可根据该级启动电流，查手册预选确定。

t r - 检查井筒时的持续时间，s 。

对于双钩提升时3.05.0Ht r =(2-30)式中H 为提升高度对于单钩提升或带尾绳的双钩提升时3.05Ht r =(2-31)对于配有微拖动装置或低频控制的提升机，第一预备段电阻的电持续率可取40% （2）第二预备段电阻通电持续率%100)(%4121⨯+∆+∆+∆=∑Tt t t t JC pr pr pr （2-32）式中∑T - 一个提升循环时间，s ；t 4 - 爬行时间主加速级各段电阻通电持续率用下式计算：%100%21⨯∆+∆+∆=∑∑Ttt t JC pr pr i (2-33)式中JC i % - 第i 段电阻通电持续率； ΣΔt - 第i 段电阻通电时间；第二节 启动特性曲线绘制首先按下表所例公式，计算出主加速级λ等于λN 、λ1、λ2、λm 时对应的转差率，填入表相应位置中相应的位置。