主井提升机验算

主井提升系统改造方案及验算
根据我矿实际生产情况，为了满足生产需要，扩大生产能力，提高经济效益，现决定对制约我矿生产能力的主井提升系统进行改造，以满足生产需要，具体改造方案如下：
一、提升系统现状
我矿主井井筒直径Ø4.5m，装备一对6T多绳箕斗，一台JKM-2.8/4（II）型多绳摩擦式提升机，矿井初期设计生产能力为45万吨/年，提升高度521.97m，根据设计院设计标准，我矿最大提升能力为72万吨/年（一钩6T、25钩/时、16小时/天、300天）。

我矿主井提升机为洛阳矿山机械厂上世纪八十年代生产的JKM系列提升机，根据出厂技术参数及说明书，钢丝绳最大静张力30T，钢丝绳最大静张力差9.5T，最大提升速度11.8m/s，传动方式分为单机拖动和双机拖动，单机最大输入功率为800KW，双机最大输入功率为1000KW，目前在用的为单机800KW拖动，已经达到最大设计标准，更换大功率的电动机已不能实现拖动，建议采用双电机（2×800KW）拖动，使现有提升机达到其最大提升能力。

二、改造方案
根据我矿现有情况，主井提升机改造方案如下：
1、不更换箕斗，现有单机拖动改为双机拖动，使现有提升机达到最大提升能力。

我矿箕斗为6T，根据实际装煤情况干煤可装7T、湿煤可装9T，按8T 计算，提升机、电动机、钢丝绳、防滑系统等均能满足生产要求（验算详
见附件二），全年出煤96万吨（一钩8T、25钩/时、16小时/天、300天），此种方案须由现在的单机拖动改为双机拖动，电控系统需全部进行更换高压变频系统，更换为高压变频系统的优点：变频调速系统节省了电阻调速环节，对车房环境温度有很大的改善，变频调速可有效减少重物下放和制动时的能量损失，节约电能；变频调速在电动机运行方面的优势，减少换向不当而烧毁电动机的问题。

变频调速加减速时间比较平缓，起动电流较小，可以进行较高频率的起停。

变频调速系统制动时，变频器可以利用自己的制动回路，将电能回馈给供电电网；改成双电机拖动后，可降低单台电动机的输出功率，增加电动机使用寿命，同时更换为变频系统运行稳定可靠，调速特性优越，能实现自动化控制。

根据中信重工机械股份有限公司提供的资料，更换全套电控系统改造资金约为300万元左右，生产周期为3月，安装调试周期为10天。

2、更换轻型箕斗提高产量（验算详见附件一）。

更换轻型箕斗提高产量，经选型验算存在以下问题：
（1）根据我国《煤炭工业设计规范》规定：提升重物时，动防滑安全系数不得小于1.25；静防滑安全系数不得小于1.75。

验算得出静防滑系数为1.525小于1.75，不满足防滑要求。

（2）更换轻型箕斗现用800KW电动机不能满足生产需要需更换为1050KW电动机，我矿提升机双电机拖动最大输入功率为1000KW，所以提升电动机也不满足更换要求。

综上所述，更换轻型箕斗提升机不能满足需要。

附件一：
一、概述
本矿井设计生产能力按100万吨/年计算，根据实际情况，主井采用多绳摩擦式箕斗提升。

二、主井提升
1、提升容器需根据提升任务的大小来确定。

本矿井主井采用箕斗提升，主要参数如下：
A n —矿井年产量，100万吨/年； H s —井筒深度，522m ；
矿井工作制度：年工作日按300天计，日工作小时数t ，取16h ； 防撞梁高度：13+8.22+11=32.22 井塔高度：32.22+6.78+4.95=43.95m 尾绳环高度：10+4.5=14.5m
钢丝绳悬垂长度：43.95-13+522+14.5=567.45m r —煤的散集容积质量，kg/m 3，取1
1、确定小时提升量
h t t b ca A A r f
n h /27516
3002.11.11000000=⨯⨯⨯==
式中： A h ——小时提升量，t ／h ； A n ——矿井年产量，100万吨／年；
c ——提升不均衡系数。

《煤炭工业设计规范》规定：有井底煤仓时为1.10；无井底煤仓时为1.20。

本设计取1.10；
a f ——提升能力富裕系数，取1.2；
b r ——年工作日，300天；
t ——日工作小时数，16h ； 2、合理的经济提升速度
在选择提升容器时，一般都采用经济速度法，常用的经济提升速度为v m =(0.4～0.5)H ，m/s
式中 H ——提升长度，522m 。

取v m =(0.4～0.5)H =0.5H
代入数据计算得：s m H V m /14.95224.04.0=⨯== 3、估算一次提升循环时间T x
u a a
V V H T m
m x +++=
简化后可得：
s
H
a a u T x 97.995228
.04.08
.016.010104.016.011
=⨯+++=+++=θ
式中： a ——提升加速度，通常a 1≤1m/s ²，罐笼提升一般取0.5-0.75m ／s ²，箕斗提升一般取0.7-0.8m ／s ²；取a =0.8m ／s 2
u ——爬行时间，箕斗可取10 s ；
θ——休止时间，箕斗提煤的休止时间，容量6T 及以下箕斗提煤休止时间为8s ；8t-9t 箕斗为10s ；12-30t 箕斗按每吨1s 计算，休止时间取得θ=10 s 。

4、一次合理提升量的确定
t T A m x h 64.73600
97.992753600=⨯==
根据上述计算值，从箕斗规格表中选取8T 的标准箕斗。

其特征见表1-1
表1-1 轻型箕斗特征表
箕斗型号
装载重量（t ）
自重(t) 箕斗容积 (m 3) 提升钢丝绳直径（mm ）
最大提升高度(m)
JG-7Q
8
3.3
8.8
5、根据所选箕斗，计算一次提升循环时间T x 和所需提升速度v m
s A ca tQ b T n f r x 7.1041000000
2.11.181630036003600=⨯⨯⨯⨯⨯==
s
m aH u T a u T a V x x m /26.122
]
5228.04)]1010(7.104[8.0)1010(7.104[8.02
]4)]([)([2222=⨯⨯-+--+-⨯=
-+--+-=
θθ 式中 Q ——箕斗的载重质量，8t 。

三、提升钢丝绳的选择计算
按《煤矿安全规程》的规定，提升钢丝绳应按最大静载荷，并考虑一定的安全系数的方法进行计算。

1、计算钢丝绳终端荷重 F=(Q+Q z )sin α
式中 F ——钢丝绳终端载荷，t ； Q z ——容器自重，11.6t ； α——井筒倾角，90°。

代入数据计算得：
F=11.3t
2、钢丝绳悬垂长度：43.95-13+522+14.5=567.45m
3、钢丝绳单位长度重量P /
m kg H m F p c
a
B
/43.51.11000'=-⨯
≥
σ
式中σB ——钢丝绳公称对拉强度，㎏／㎝2；
m a ——钢丝绳安全系数；
《煤矿安全规程》规定，专门升降物料的钢丝绳m a ≥6.939。

从钢丝绳规格表中选取直径为28㎜。

其特征见表1-2。

表1-2 钢丝绳特征表
钢丝绳直径(㎜) 钢丝直径（mm ） 参考重量 (㎏／m) 公称对拉强度 (Mpa) 破断拉力总和
（KN ） 28.0
2
3.33
1670
494
钢丝绳安全系数验算 验算公式为：
939.605.1152233.3)33008000(4
1
50408
)(1
＞=⨯++=
++≤
c k z q
a H q m m n
Q m
式中 Q q ——全部钢丝绳破断力总和，50408kg ； m ——有效载荷，8000KG ； m z ——提升容器质量，3300KG ；
q k ——每米长度重量，3.33㎏／m 。

因此，所选钢丝绳符合《煤矿安全规程》规定，可用使用。

四、提升机的选择计算
多绳摩擦式提升机主要特征参数有：摩擦轮直径D，最大静张力
jm
F，
最大静张力差
jc
F及摩擦衬垫的比压b p。

在选择计算时，首先确定摩擦轮直径D，然后验算其它参数。

1、提升机滚筒直径 D
选择摩擦轮直径的原则是使钢丝绳在摩擦轮上缠绕时不致产生过大的弯曲应力，以保证钢丝绳的使用寿命。

根据《煤矿安全规程》的规定：
摩擦式提升机有导向轮井上安装，摩擦轮直径为D≥90d=90×28=2520mm；无导向轮时D≥80d=2240mm。

根据滚筒直径初选型号为JKM-2.8/4(Ⅱ)的提升机。

其主要特征见表1-3。

表1-3 提升机主要特征表
型号
主导轮直
径m 导向轮
直径m
钢丝绳
最大净
张力KN
最大净
张力差
KN
最大提升
速度m/s
JKM-2.8/4(Ⅱ) 2.8 2.5 294 93.1 11.8 提升钢丝绳作用在主导轮上的最大静张力和最大静张力差
最大静张力F1即重载侧的静张力
F1=8000+3300+4×3.33×522=18253.04kg=178.88KN
轻载侧的静张力F2=3300+2×6.81×522=10409.64kg=102.014KN 提升机强度校验
从所选提升机的规格表中可以查得提升机允许的
最大静张力jm F =294KN 最大静张力差jc F =93.1KN 按下式式验算：
KN gH q n g m mg F c
k z jm 88.1788.9)52233.3433008000(1=⨯⨯⨯++=++≥
KN mg
F jc 4.788.98000=⨯=≥
经校验，初选提升机满足要求。

五、衬垫的压力验算
提升钢丝绳作用在主导轮衬垫上的压力
Mpa d D n F F p g 914.08
.2280468
.28662121=⨯⨯=+=
衬垫的压力满足生产需要 六、防滑计算
1、静平衡系统摩擦式提升机的防滑计算
提升机重载侧的静张力F 1j ，提升机轻（空）载侧的静张力F 2j
：
F 1j =178.88KN F 2j =100.48KN
摩擦式提升机主绳轮上的分离点与相遇点处钢丝绳的静张力之比为
K j =1.78＞K jo
不满足设计要求。

（1）对应于静防滑系数σj 的临界值【K jo 】 目前设计要求
75.1525.148
.10088.178)1718.2(48.100)1(14.325.0212＜=--=--=
⨯j
j j F F e F j μασ
静防滑不满足生产要求。

式中μ——提升钢丝绳与主导轮衬垫间的摩擦系数，取0.25； α——提升钢丝绳在主导轮上的围抱角； e ——自然对数的底，2.718。

令
（2）对应于动防滑系数σd 的临界值【K jo 】D 设计要求
25.1539.1014
.10288.178)
1718.2(014.102)1(14.325.0212＞=--=--=
⨯F F e F g μασ 动防滑系数满足要求。

七、提升电动机的估算 电动机功率P
KW
kmgv P j
m
10543.192.010008
.927.8800015.11000=⨯⨯⨯⨯⨯=
=ϕη
式中 k —矿井阻力系数，箕斗提升k=1.15，罐笼提升k=1.2； m —一次提升货物质量，kg ； v m —所选提升机标准速度，m/s ；
ϕ—考虑到提升系统运转时，加、减速度及钢丝绳重力等因素的影响系数，箕斗提升ϕ=1.2～1.4；罐笼提升ϕ=1.4； η—减速器传动效率，取0.92。

现用电动机功率为800KW ，需更换电动机。

根据以上验算得出选用8T 轻型箕斗不符合设计要求。

附件二：
导向轮直径：2.5m 主导轮直径：2.8m 钢丝绳直径：Φ28mm 钢丝绳根数：4根
钢丝绳最大静张力：30T=294KN 钢丝绳最大静张力差：9.5T=93.1KN 减速机型号：ZHD 2R-140 减速比：10.5
电机功率：单电机800KW 、双电机1000KW 提升高度：522m
防撞梁高度：13+8.22+11=32.22
井塔高度：32.22+6.78+4.95=43.95m
尾绳环高度：10+4.5=14.5m
钢丝绳悬垂长度：43.95-13+522+14.5=567.45m
绳端载荷：8471+8000=16471kg
提升方式：箕斗提升，一对6T多绳箕斗，箕斗重量8471kg（包括首尾绳悬挂装置）
1、钢丝绳安全系数
《煤矿安全规程》规定，摩擦式提升机的安全系数如下：
专为升降物料用的
m a≥6.939
安全系数校验
式中——尾绳每米质量，kg/m；
H0——提升钢丝绳的悬垂长度，m；
F q——钢丝绳的破断拉力，KN；
n1——钢丝绳的数量；
n2——尾绳的数量；
m——提升货载的质量，kg；
m z——提升容器的自重，kg。

m a =8.33
经校验，钢丝绳满足《煤矿安全规程》要求。

2、提升钢丝绳作用在主导轮上的最大静张力和最大静张力差 最大静张力（重载侧的静张力）
KN
g H q n m m F k z 15.2378.9)42.56781.6284718000()(0'21=⨯⨯⨯++=++=
轻载侧的静张力
KN g H q n m F k z 08.157)42.56733.348471()(012=⨯⨯+=+=
最大静张力差
KN F F F 07.8008.15715.23721'1=-=-=
3、衬垫的压力验算
提升钢丝绳作用在主导轮衬垫上的压力
d
D n F F p g 12
1+=
4、衬垫摩擦系数
采用K25高性能摩擦衬垫，摩擦系数μ≥0.25 5、提升钢丝绳在主导轮上围包角 围包角α=192.7° 6、防滑计算
（1）静平衡系统摩擦式提升机的防滑计算
提升机重载侧的静张力F 1j ，提升机轻（空）载侧的静张力F 2j ：
F1j=235.48KN
F2j=157.08KN
摩擦式提升机主绳轮上的分离点与相遇点处钢丝绳的静张力之比为
K j=1.499
○1对应于静防滑系数σj的临界值【K jo】
目前设计要求
式中μ——提升钢丝绳与主导轮衬垫间的摩擦系数，取0.25；α——提升钢丝绳在主导轮上的围抱角；
e——自然对数的底，2.718。

令
○2对应于动防滑系数σd的临界值【K jo】D
设计要求
由防滑分析可知，在提升重物正常加速时，F1与F2的差别最大，此时加速度限制在1m/s²以内。

只要满足此种状态的防滑，其他正常加、减速状态时的防滑要求均可满足。

即
式中a——加速度，m/s²；
g——重力加速度，m/s²。

计算得出a≤1.39m/s²
令
○
3紧急制动时的临界值【K jo 】s 和【K jo 】x 根据防滑分析，若忽略矿井阻力和导向轮的影响，上提重物紧急制动时，不发生超前滑动的条件是
F 2≤F 1e μα
下放重载时的条件是
F 1≤F 2e μα
上提制动减速度
下放制动减速度
上提重载和下放重载紧急制动时，对于额定负载的实际减速度为
式中M j ——静力矩，N ·m ，且M j =（F 1j -F 2j ）R=m 0gR ；
∑M ——总变位质量，且∑M =m 1+m 2+两侧运动部分合计的变位质量，
kg ，其中m 1=
g
F j 1，m 2=
g
F j 2；
M z ——制动力矩，N ·m ，且M z =nM j ； n ——制动力矩倍数，g
m F
M M n z j z 0==； R ——主绳轮半径，m ；
F z ——转换到主绳轮半径上的制动力，N 。

7、电动机
电动机的估算功率
式中N ——提升电动机估算功率，KW ；
V m ——提升机的标准速度，m/s ；
K ——矿井阻力系数，箕斗提升1.15，罐笼提升1.2； m ——一次提升载荷，kg ；
φ——考虑到提升系统运转时，有加减速度及钢丝绳重力等因素影响的系数，箕斗提升时取1.2~1.4，罐笼提升时取1.4；
ηj ——减速器的传动效率，单级传动时0.92，双级传动时0.85. 电动机的估算转速
8、提升速度的确定
○
1提升加速度的确定 （1）按减速器允许的最大力矩计算出的加速度
式中ω——阻力系数
∑'M ——不包括电动机变位质量时的提升系统变位质量，kg 。

（2）按充分利用电动机的过载能力计算的加速度
2
1/14.08
.963.657328
.9)522714.2800015.1(6.164449)(s m M
g
H m F a p =⨯⨯⨯-⨯-=
∆+-≤
∑ω
式中F P ——启动阶段提升电动机产生的平均力，N 。

当采用金属电阻分级启动时，F P 按式F P =（0.75~0.8）λF e 计算；当采用液体电阻时，F P 按式 F P =（0.85~0.9）λF e 计算；
F P =（0.75~0.8）λF e =164449.6N
式中λ——选定的电动机最大转矩与额定转矩之比值，其数值可从电动机的产品样本中查得；
F e ——电动机的额定力，N ，按式
根据以上验算得出，不更换箕斗提高产量提升机可以满足生产需要，需增加电动机，对电控部分进行全部更换。