立井提升机电动机选型

第一节主立井提升设备选型计算
一、计算条件
矿井年产量： n Q =150万吨/年 单水平提升，井筒深度: 300m; 箕斗卸载高度: 20m ； 箕斗装载高度: 15m ；
松散煤的密度: 1.15T/3m ； 年工作日： n b =300 天 每天净提升时间： t =14 h 矿车型号： MG3.3C-9固定式矿车
二、箕斗的选定 1、提升高度
3002015335s z x H H H H m =++=++= 式中：s H 为井筒深度；
z H 为箕斗装载高度； x H 为箕斗卸载高度； 2、经济提升速度
7.32/m v m s ==≈ 3、一次提升循环估算时间x T 处估加速度a=0.8m/s
2074.9m
x m v H T s v a
=
++= 4、小时提升次数
3600/48.05s x n T ==次； 5、小时提升量s A
取提升不均衡系数C=1.15，提升能力宽裕系数f C =1.20
415010 1.15 1.20492.5/30014
n f n r
A CC t h b t ⨯⨯⨯=
==⨯s A
6、一次合理提升量
492.510.2548.05
t ==s s A Q=
n 考虑为以后矿井生产能力加大留有余地，由多绳箕斗规格表1-4，选择名义载重量12t 的同侧装卸式JDS-12/110*4 箕斗，其主要技术规格如下：
自重z Q =11.5t ； 全高14450r H mm =； 有效容积 13.23m ；
提升钢丝绳数 4，尾绳数 2；
实际载重量 Q=13.2⨯1.15⨯10≈151.8kN 三、选择提升钢丝绳和尾绳
1、考虑到提升容器为多绳箕斗，拟采用四绳摩擦提升机，主绳根数
2
14;1550/mm B n N σ==钢丝抗拉强度对于摩擦提升采用为宜。

2、钢丝绳最大悬垂长度c H 尾绳环高度15h H m = 初估井塔高j H =23m 提升高度 H=335m
2333515372c j h H H H H m =++=++=
2、估算钢丝绳每米重力'P
取钢丝绳抗拉强度21550/,m 7a N mm σ==B 安全系数；
'1P 0.11()c B c a Q Q n H m σ+=
-=15.181000011.510000
0.111550004(372)
7.0
⨯+⨯⨯-=28.68N/m
选用6W(19)股（1+6+6/6）-1520-30-特-镀锌-顺捻钢丝绳作主绳。

其单绳每米重p=35.35N/m, 直径d=30mm,绳中最粗钢丝直径σ=2.2mm,全部钢丝拉断力之和为d Q =559500N 。

尾绳数一般取主数的二分之一，且尽量选配等重尾绳。

本设计中尾绳数2n =
1n /2=2，则尾绳每米重'q
'12435.5971.182
n p q n ⨯=
== 据此，选用6T （25）股（1+6；1+12）-1520-43-特-镀锌-顺捻钢丝绳2根。

其单绳每米重q=70.28N/m.尾绳稍微轻于主绳。

考虑到V =4p-2q=4⨯35.59-2⨯70.28=1.8N/m
1.8 1.26%3%,4p 435.59
∆==〈⨯且
故可视为等重尾绳，以下按等重尾绳系统计算。

3.钢丝绳安全系数校核
4
559500
m 23.51035.59372
d a Z C Q Q Q pH =
=++⨯+⨯ =15.027〉
所选钢丝绳满足安全要求，合格可用。

因此，符合《煤矿规程》规定。

四、提升机的选择
1. 考虑塔式井架，不设导向轮，这样按《煤矿安全规程》有关规定，提升机卷筒直径应该符合下列条件
8080302400120012002.22640d mm
g mm D δ=⨯==⨯=≥
因此，据表1-1-12选用 JKM-2.8/4(1)型多绳摩擦轮提升机，g D =2.8m ，B=1.2，i=7.35，= 11.8m/s ，300,90,jm jc F kN F kN ==
2. 验算提升强度
钢丝绳在滚筒上的最大静张力及最大静张力差：
最大静张力：j F =d Q +k c p H =23.5410⨯+35.59⨯372=249050N 最大静张力差：c F =Q+∆H=120000+1.8⨯372=134050N
由于c F =134050〉jc F 所以可知所选提升机不符合生产要求，据表另选JKM-3.25/4(1)型塔式多绳摩擦提升机，其主要技术特征为：
设计最大钢丝绳静张力jm F =450KN
设计最大钢丝绳静张力差jc F =140KN 减速器传动比i=11.5, 传动效率j η=0.92 提升机（包括减速器）变位重力j G =138KN
jm F 和jc F 的实际值均小于设计值，强度校验合格
3.摩擦轮衬垫比压
b p 的校核
上升侧静张力s F =j F =249.05KN
下降侧静张力x F =j F -Q=249.05-120=129.05KN
b p =249050129050
132.244325 2.2
s x
F F Dd
++=
=⨯⨯22/200/N cm N cm 〈
可见衬垫合格可用。

4.井塔高度j H 的确定
j H =r H +g H +0.75D/2=14.45+8+0.75⨯3.25/2=23.67m
由以上结果可定j H =24m 式中r H ----容器全高，r H =14.45m
m ax
V
g H ---- 过卷高度，根据《煤矿安全规程》规定，该系统最大提升速度低于8m/s ，取过卷高度g H =8m 。

五、预选电动机 1.确定电机额定转数e n
e n =
606011.57.32
495/min 3.14 3.25
m iv r D ⨯⨯==∏⨯ 考虑到箕斗容积选用较大，故预定同步转数t n =500r/min 2.预选电动机功率
由t n 可估定额定转数e n =495 r/min ，则实际最大提升速度
3.14 3.25495
7.28/606011.5
e m Dn v m s i ∏⨯⨯=
==⨯ 则电动机功率1000m
e J
KQv p ρη=
1.151518007.28
1.210000.85
⨯⨯=
⨯⨯
=1794KW
式中K------矿井阻力系数，箕斗提升时，K=1.15；
J η-----减速器传动效率，二级传动J η=0.85；
ρ------动力系数，取ρ=1.2 。

据以上计算，选择YR-2000-12/1730三相交流绕线型异步电动机，其技术特征如下：额定功率e p =2000KW
额定转速e n =495r/min 电机效率0.92d η= 过负荷系数 2.06λ= 转子飞轮转矩2252560.GD N m =
减速器最大输出动扭矩nm M =3900002.N m 3.电动机额定拖动力e F
1000100020000.85
2527477.28
e j
e m
P F N v η⨯⨯=
=
=
六、提升系统的变位质量计算 1、变位重量的计算 电动机变位重量
22
222
()5256011.5670839.81 3.25
d d g GD i G kg gD ⨯===⨯ 2．提升机包括减速器变为质量
3(13.8 3.06)10t t m G kg ==+⨯
3.钢丝绳变位质量
2235.59(34)(372207 3.14 3.25)9.81
s c x p m H L D D g ⨯=
++∏+∏=++⨯⨯ =4088kg
4.容器变位质量
2z
r Q m g
=
=3211.510⨯⨯=23000kg 5.荷载变位质量g Q
m g
=
=313.2 1.1510⨯⨯=15180kg 则d j s r g m m m m m m ∑=++++ =67080+16800+4088+23000+15180 =126151kg
七、提升系统运动学参数计算（采用六阶段速度图3参考《矿井提升设备》5-9）
1. 主加速度1a 的确定
按电动机过负荷能力10.75()
a e F KQ pH m
λ-+=
∑
30.75 2.06252747(1.15151.81035.59335)126151
⨯⨯-⨯⨯+⨯=
21.60/m s =
按减速器允许最大输出动扭矩
12()a nm d M KQ PH D m m -+≤∑-32390000
(1.15151.81035.59335)
3.2512615167083
⨯-⨯⨯+⨯=
- =0.9062/m s
据以上结果，为减轻动荷载，提高机械部分和电动机运行的可靠性，1a 取值应留有余地，故本设计取1a =0.82/m s 。

2.减速器3a 的确定
为了控制方便和节能，首先应考虑自由滑行方式减速，当3a 值偏大（小）时，再考虑电动（机械制动）方式减速。

33 1.15151.81035.59335a 126151
KQ pH m -⨯⨯+⨯==∑=1.272/m s
本例中自由滑行方式3a 偏高，故应采用机械制动方式
30.3a KQ pH Q
m
--≤
∑
331.15151.81035.593350.3151.810126151
⨯⨯+⨯-⨯⨯=
=0.912/m s
由此，可确定采用机械制动方式减速，取3a =0.82/m s 3.运动学参数计算
初加速度计算 22
200 1.5a 0.48/22 2.35x v m s h ===⨯
式中0v ------箕斗脱离卸载曲轨时的速度，取0v =1.5/m s
x h ------卸载曲轨长度，x h =2.35m 。

初加速时间000 1.5 3.120.48
v t s a =
== 主加速时间0107.28 1.5
7.2250.8
m v v t s a --=
== 主加速行程 0117.28 1.5
7.22531.7222
m v v h t m ++==⨯= 减速时间4337.280.5
8.4750.8
m v v t s a --=
== 减速行程 4337.280.5
8.47532.9722
m v v h t m ++=
=⨯= 爬行时间 444360.5
h t s v =
== 式中 4h ---------爬行距离，取4h =3m ；
4v ----------爬行速度，取4v =0.5m/s 。

等速行程2134x h H h h h h =----
=372 2.3531.7232.973316.96m =----= 等速时间22316.9643.457.28
m h t s v =
== 箕斗卸载休止时间由《矿井提升设备》中表5-1可查得θ=16s 一次循环时间0123484.36x T t t t t t s θ=+++++= 4.提升能力校核： 年提升能力4
3600360030014151.8
198.71.1584.3610n r n x b t Q A CT ⨯⨯⨯=
==⨯⨯万吨/年
实际提升富裕能力较大，故在施工投产时可考虑将爬行距离增加到4h =5m,不过应相应调整运动学参数，重新校核提升能力，这里从略。

八、提升系统动力学计算
初加速开始 '00248896F KQ PH ma N =++∑=
初加速终了 '''002248729x F F ph N =-= 主加速开始 '''1010()289097F F m a a N =+∑-= 主加速终了 '''1112286839F F ph N =-= 等速开始 '''211185918F F ma N =-∑= 等速终了 ''''
2222163357F F ph N =-=
减速阶段由于采用机械制动方式，电动机已断电，故不计入。

爬行开始 '44(2)161010F KQ p H h N =--= 爬行终了 ''
4160797F KQ pH N =-=
t(s)
速度图及力图
九、电动机容量校核
1、等效时间计算
0134211()2d T t t t t t θβ
=+++++
=116(3.127.2258.4756)43.5423
+++++
=61.28s 2. 等效力d F 计算
'2''2'2''2'2'''''2'2''2
2
00112222440
0124
2232
T
F F F F F F F F F F F dt t t t t +++++⎰=+++
=
2222
2488962487292890972868393.127.22522
++⨯+⨯+ 2222
18591818591816335716335716101016079743.54632
+⨯++⨯+⨯
=2.277 1210⨯2.N s
192762d F N =
==
3. 电动机等效功率d P
1927627.28
1651100010000.85
d m d j F v P KW η⨯=
==⨯2000KW 〈
4.工作负荷校验
0.75m
d e
F P F λ=
≤ 式中m F ----------力图中最大拖动力，由图可知，m F =289097 则289097 1.1140.75 2.06 1.545252747
m d e F P F =
==〈⨯= 5.特殊过负荷（调节绳长时）
0.9t
e
F F λ≤
式中t F ----------调节绳长时特殊提升力，取动力系数 1.1μ=，则
4() 1.1(11.51035.59335)139615t z F Q pH N μ=+=⨯⨯+⨯=由此1396150.550.9 2.06 1.854252747
t e F F ==〈⨯= 从以上校核结果可知，预选之电动机可用。

十、提升电耗及效率
1、''''''''''''001122440
01242222T
F F F F F F F F Fdt t t t t ++++⎰=+++ 2488962487292890972868393.127.22522
++=⨯+⨯ +18591816335716101016079743.54622
++⨯+⨯ =11426002N.S
2.一次提升电耗W
01.02 1.027.281142600230.8636001000360010000.850.92
T
m j d v Fdt W ηη⨯⨯===⨯⨯⨯⨯⎰kw.h/次 3.吨煤电耗
30.86 2.03./15.18
t W W kw h t Q === 4.一次有益电耗
14.13.10003600
y QH W kw h ==⨯ 5.提升效率
14.130.4630.86y W W η=
==。