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河南理工大學(xué)2010畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
礦井提升機(jī)-主軸裝置設(shè)計(jì)
摘要：礦山提升機(jī)是礦山大型固定機(jī)械之一，礦山提升機(jī)從最初的蒸汽機(jī)拖動的單繩纏繞式提升機(jī)發(fā)展到今天的交—交變頻直接拖動的多聲摩擦式提升機(jī)和雙繩纏繞式提升機(jī)，經(jīng)歷了170多年的發(fā)展史。目前，國內(nèi)外經(jīng)常使用的提升機(jī)有但繩纏繞式和多繩摩擦式兩種形式。
軸是提升機(jī)承載的主要部件，提升機(jī)的主要工作構(gòu)件如卷筒、軸承、離合器以及聯(lián)軸器等均安裝在主軸上。有些小型提升機(jī)的主軸還裝有減速的末級大齒輪。電動機(jī)通過主軸驅(qū)動卷筒．主軸也是傳動的主要部件。提升機(jī)主軸應(yīng)能承受工作過程中的外負(fù)荷而不發(fā)生殘余變形和過量的彈性變形，同時(shí)要保證一定的使用壽命。主軸往往是提升機(jī)中重量最大的一個(gè)零件，其尺寸和傳遞的力矩也較大。主軸裝置是一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)，包括軸承、端蓋、離合器、聯(lián)軸器、支輪等多個(gè)部件，而有根據(jù)主軸的應(yīng)用場合不同，具體軸上需用的部件和結(jié)構(gòu)也不盡相同，主軸裝置設(shè)計(jì)是提升機(jī)整體設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
該課題從實(shí)際出發(fā)，首先對提升機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行概述，進(jìn)而對提升機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，其中重點(diǎn)對主軸裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，然后進(jìn)行具體零部件的分析設(shè)計(jì)；主要包括了電動機(jī)的選型，鋼絲繩的選擇，卷筒筒殼、支輪、主軸裝置等部件的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核以及制動系統(tǒng)的選擇等若干環(huán)節(jié)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，利用CAD進(jìn)行主軸裝配分析和設(shè)計(jì)，最后完成提升機(jī)整體設(shè)計(jì)。
Abstract：
Mine hoist is a mine of large fixed machinery，Mine hoister of steam from the initial drag coil type induction-motor-driven hoist to today's directly into the converter - the frictional drag type and double rope winding machine, experienced more than 170 years of history. At present, the hoist is often used more winding and ropes but rope friction two forms.
Shaft hoisting machine is the main component, bearing the main machine working component such as drum, bearings, clutch and coupling installed in the spindle etc. Some small machine with the spindle is at the end of the class big gear reducer , Driven by motor shaft transmission rolls. shaft also is the main components. Hoist spindle should be able to withstand in the working process of the load without residual deformation and excessive elastic deformation, and to guarantee the using life. Spindle is often ascend machine weight one of the biggest part, its size and transmission torque bigger also. Spindle unit is a complete structure, including bearings, clutch cover, shaft coupling, and roller and so on several teams, And according to the different applications, spindle on specific needs of components and structure is endless also and same, Shaft hoist device is an important link of the whole design.
This topic from the reality, First to hoist the structure and the working principle, And the overall design scheme analysis, The emphases of spindle unit are design analysis, And then the specific components analysis and design, Mainly includes the selection of motor, rope, drum cylinder shell, wheel, spindle component such as device design and calculation of the check and brake system and some links etc. After completion of the structure design, using CAD design and analysis on spindle assembly and finally complete ascension machine design.
關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī) 單繩纏繞式 主軸裝置
Key words: mine hoist single rope winding spindle unit
目錄
前言 7
第一章 緒論 8
1.1 提升機(jī)的用途和發(fā)展概況 9
第二章 提升設(shè)備的選型設(shè)計(jì) 16
2.1 選型設(shè)計(jì)的基本原則 16
2.2 選擇罐籠 18
2.3 提升鋼絲繩的選擇及計(jì)算 28
2.4 選擇提升機(jī) 31
2.5 選擇天輪 33
2.6 確定提升機(jī)和井筒相對位置 34
2.7 提升機(jī)運(yùn)動學(xué)計(jì)算 38
2.8 提升動力學(xué)計(jì)算 39
2.9 校驗(yàn)電動機(jī) 41
2.10 電能消耗 43
2.11 提升設(shè)備效率 43
第三章 卷筒及其支撐結(jié)構(gòu)的計(jì)算 44
3.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 44
3.2 計(jì)算鋼絲繩張力降低系數(shù) 44
3.3 計(jì)算雙層纏繞式的纏繞系數(shù) 45
3.4 計(jì)算筒殼強(qiáng)度 45
3.5 計(jì)算支輪的強(qiáng)度 49
3.6 計(jì)算筒殼的穩(wěn)定性 50
第四章 提升機(jī)的主軸及其計(jì)算 50
4.1主軸的結(jié)構(gòu) 50
4.2設(shè)計(jì)任務(wù) 52
4.3 固定載荷分配于主軸各輪轂上的力 56
4.4 鋼絲繩張力分配于主軸各輪轂作用點(diǎn)上的力 58
4.5 計(jì)算彎矩 60
4.6 計(jì)算扭矩 61
4.7計(jì)算危險(xiǎn)斷面的安全系數(shù) 62
4.8 計(jì)算撓度 64
第五章 礦井提升機(jī)的制動裝置 66
5.1 概述 66
5.2 盤式制動器 67
5.3 液壓站 70
第六章 礦井提升機(jī)的其他裝置簡介 74
6.1 深度指示器 74
6.2 微拖裝置 75
致 謝 78
參考書目 79
前言
礦井提升機(jī)作為礦山的大型固定設(shè)計(jì)之一，是聯(lián)系井下與地面的主要運(yùn)輸工具。礦井提升工作是整個(gè)采礦過程中的重要環(huán)節(jié)。由于礦井提升設(shè)備服務(wù)年限長、投資大、電耗多（其耗電量一般占礦井總耗電量的30～40%），所以為了降低礦石成本，提高生產(chǎn)的安全可靠性，必須經(jīng)濟(jì)合理地設(shè)計(jì)和使用礦井提升設(shè)備。隨著礦山生產(chǎn)的進(jìn)一步現(xiàn)代化，提升設(shè)備將成為機(jī)械化與電氣化相結(jié)合的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備。
礦井提升機(jī)的任務(wù)是用于煤礦、金屬礦及非金屬礦提升和下放人員、煤炭、礦石、矸石及運(yùn)輸材料和設(shè)備等。它是聯(lián)系井上和井下的重要提升運(yùn)輸工具，再整個(gè)礦井生產(chǎn)中占有重要的位置，因此被人們稱為礦山的“咽喉設(shè)備”。
提升機(jī)司機(jī)、維修和管理人員都應(yīng)當(dāng)熟知和掌握礦井提升機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)、各部件的作用和動作原理；做到精心操作、精心維護(hù)、加強(qiáng)管理。嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)章制度，定期檢修，及時(shí)排除隱患，消除不安全因素，是確保提升機(jī)安全運(yùn)行的重要措施。
本設(shè)計(jì)簡述提升機(jī)的發(fā)展史開始,對提升機(jī)的分類,重要型號,工作原理和提升機(jī)拖動的分類作了詳細(xì)的介紹.但是由于時(shí)間的倉促，作者的能力和資料的有限,所以在設(shè)計(jì)中存在著不近人意的地方是在所難免的,而且由于學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的缺乏導(dǎo)致很多需要實(shí)際論證的地方?jīng)]有來的及論證。對此作者感到非常的遺憾,希望下次有機(jī)會能夠把本設(shè)計(jì)充分在應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中為礦山的生產(chǎn)生活帶來更大的便利。
第一章 緒論
礦井提升裝置是采礦業(yè)的重要設(shè)備，提升機(jī)的電力傳動特性復(fù)雜，電動機(jī)頻繁正反向，經(jīng)常處于過負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和電動、制動不斷地轉(zhuǎn)換的狀態(tài)中。對提升機(jī)來說，運(yùn)行的安全、可靠性是至關(guān)重要的因此，安全運(yùn)行就成為提升機(jī)設(shè)計(jì)、制造的首要考慮問題。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和礦井生產(chǎn)現(xiàn)代化要求的不斷提高，人們對提升機(jī)工作特性的認(rèn)識進(jìn)一步深化，提升設(shè)備及拖動控制系統(tǒng)也逐步趨于完善，各種新技術(shù)、新工藝逐步應(yīng)用于礦井提升設(shè)備中。
（1）安全性
所謂安全性，就是不能發(fā)生突然事故。由于礦井提升設(shè)備在礦山生產(chǎn)中所占地位十分重要，其運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性，不僅直接影響整個(gè)礦井的生產(chǎn)，而且還涉及人員的生命安全。因此各國都對礦井提升設(shè)備的安全性提出了極嚴(yán)格的要求。在我國這些規(guī)定包括在《煤礦安全規(guī)程》之中。
（2）可靠性
可靠性是指能夠可靠地連續(xù)長期運(yùn)轉(zhuǎn)而不需在短期內(nèi)檢修。礦井提升設(shè)備所擔(dān)負(fù)的任務(wù)十分艱巨，不僅每年要把數(shù)十萬噸到數(shù)百萬噸的煤炭和礦石從井下提升到地面，而且還要完成其它輔助工作。罐籠或箕斗必須在不長的距離內(nèi)——數(shù)百米到上千米，以很高的速度往返運(yùn)行，因此必然要頻繁地起動和停車，可見提升機(jī)的工作條件是十分苛刻的。一個(gè)年產(chǎn)150萬t的礦井，停產(chǎn)一天就要損失大約20萬元。因此礦井提升機(jī)至少要服務(wù)二十年以上而不需大修。
（3）經(jīng)濟(jì)性
礦井提升設(shè)備是礦山大型設(shè)備之一，功率大，耗電多，大型礦井提升機(jī)的功率超過1000kW。因此提升設(shè)備的造價(jià)以及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，也就成為影響礦井生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素之一。
因此提升機(jī)的設(shè)計(jì)水平會直接影響到煤礦業(yè)的發(fā)展水平。
1.1 提升機(jī)的用途和發(fā)展概況
1.1.1礦井提升機(jī)的用途
礦井提升機(jī)是礦山重要和關(guān)鍵設(shè)備之一。其任務(wù)是用于煤礦、金屬礦及非金屬
礦提升和下放人員、煤炭、礦石、矸石及運(yùn)輸材料和設(shè)備等。它是聯(lián)系井上和井
下的重要提升運(yùn)輸工具，再整個(gè)礦井生產(chǎn)中占有重要的位置，因此被人們稱為礦山的“咽喉設(shè)備”。
1.1.2 國內(nèi)礦井提升機(jī)的發(fā)展與現(xiàn)狀
我國提升機(jī)已有很長的發(fā)展歷史。早在公元前1100年左右，我國古代勞動人民就發(fā)明了轆轤，用手搖轆轤的方法提升地下礦物，以后發(fā)展成畜力絞車，這就是提升機(jī)的始祖。
1953年，撫順重型機(jī)器廠為我國制造了第一臺單繩纏繞式雙筒提升機(jī)；1958年，洛陽礦山機(jī)器廠開始仿制蘇聯(lián)蘇聯(lián)BM型礦井提升機(jī)，并在改進(jìn)國外產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)和制造了我國第一臺DJ2*4型多繩摩擦式提升機(jī)；1978年，又在XKTB型提升機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)、制造了JK系列單繩纏繞式提升機(jī)；1992年設(shè)計(jì)制造了JKE系列纏繞式提升機(jī)，此系列提升機(jī)采用了新的結(jié)構(gòu)形式和先進(jìn)技術(shù)，提升機(jī)的性能比老系列提升機(jī)平均提高25%，其質(zhì)量也相應(yīng)的有所減少，先作為國家定型產(chǎn)品成批生產(chǎn)，并銷售到十幾個(gè)國家?，F(xiàn)在，我國能夠生產(chǎn)4~6m各種類型的多繩摩擦式大型提升機(jī)，還可根據(jù)用戶需要生產(chǎn)直徑更大的提升機(jī)。
1.1.3國外礦井提升機(jī)的發(fā)展與現(xiàn)狀
國外提升機(jī)的發(fā)展已有200年左右的歷史。其中幾個(gè)有代表性的時(shí)期是：1827年，西方資本主義國家出現(xiàn)第一臺蒸汽式提升機(jī)；1877年，德國的培戈制造出第一臺單繩摩擦式提升機(jī)；1905年，由于電力的發(fā)展，使用了第一臺電氣拖動的礦井提升機(jī)，逐漸代替了蒸汽提升機(jī)；1938年，瑞典制造了第一臺多繩摩擦式提升機(jī)；1957年，生產(chǎn)出多繩纏繞式提升機(jī)（Blair提升機(jī)）。隨著社會的發(fā)展，為提高勞動生產(chǎn)力和各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，人們對現(xiàn)有的提升設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，不斷采用新技術(shù)、新工藝，如新型制動器、液壓站，使用壽命較長且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的線接觸、面接觸、三角股、多層股鋼絲繩，直流拖動、PLC控制技術(shù)、交-交變頻拖動等，是設(shè)備的能力、自動化程度和安全可靠性得到提高。隨著開采技術(shù)的發(fā)展，開采的深度將會日益增加，礦山生產(chǎn)也將日益走向集中化、大型化，而礦井提升機(jī)也隨之相應(yīng)發(fā)展，由單繩纏繞式提升機(jī)發(fā)展到多繩摩擦式提升機(jī)，提升速度加快，最高達(dá)到20m/s，一次提升量也日益增大。能夠反映出當(dāng)前礦井提升機(jī)世界先進(jìn)技術(shù)水平的參數(shù)是：①提升機(jī)直徑已達(dá)9m；②一次提升有效負(fù)荷為50t；③提升機(jī)單臺的功率已達(dá)14573kW；④最多繩數(shù)為10；⑤井深達(dá)2000m以上。
1.1.4微機(jī)控制在提升機(jī)上的應(yīng)用
? 從70年代開始，隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)控制技術(shù)已逐步應(yīng)用于礦井提升機(jī)中。其應(yīng)用主要體現(xiàn)在提升工藝過程微機(jī)控制、提升行程控制、提升過程監(jiān)視、安全回路、制動系統(tǒng)的控制與監(jiān)視、全數(shù)字化調(diào)速控制系統(tǒng)。
1.2 提升機(jī)的結(jié)構(gòu)和用途
提升設(shè)備的主要組成部分是：提升容器、提升鋼絲繩、提升機(jī)及拖動控制系統(tǒng)、井架（或井塔）、天輪及裝卸載設(shè)備等。
按工作原理的不同，礦井提升機(jī)可分為兩類，如圖1-1所示。
圖1—1 礦井提升機(jī)按工作原理的分類
單繩纏繞式提升機(jī)只有一根鋼絲繩與提升容器相連。鋼絲繩的一端固定在提升機(jī)卷筒上，另一端繞過天輪與提升機(jī)連接，當(dāng)卷筒由電動機(jī)拖動以不同的方向轉(zhuǎn)動時(shí)，鋼絲繩在卷筒上纏繞或放出，實(shí)現(xiàn)容器的提升和下放。
單繩纏繞式提升機(jī)按其卷筒個(gè)數(shù)，可分為單卷筒提升機(jī)和雙卷筒提升機(jī)。單卷筒提升機(jī)一般用于產(chǎn)量較小的斜井或開鑿井筒時(shí)作單鉤提升，但不便于調(diào)節(jié)繩長。為此，有的制造廠家將單卷筒制成可分離的兩部分：一部分與主軸固結(jié)，另一部分通過調(diào)繩離合器與主軸相連，兩部分可以相對轉(zhuǎn)動，使得調(diào)繩方便。
雙卷筒提升機(jī)在我國礦山應(yīng)用最多，一般用于雙鉤提升。卷筒之一與主軸固結(jié)，稱為固定卷筒（死卷筒）；另一卷筒滑裝在主軸上，通過調(diào)繩離合器與主軸連接，稱為游動卷筒（活卷筒）。打開調(diào)繩離合器時(shí)，兩卷筒可以相對轉(zhuǎn)動，以便調(diào)節(jié)繩長或改變提升水平。國產(chǎn)單繩纏繞式提升機(jī)有兩個(gè)系列：JT系列，卷筒直徑為0.8～1.6m，主要用于井下，一般稱為礦用絞車，有防爆及不防爆兩種；JK系列，卷筒直徑為2～5m，屬于大型礦井提升機(jī)，主要用于立井提升。
卷筒外邊一般設(shè)有刻制繩槽與木襯，以引導(dǎo)鋼絲繩規(guī)則排列，漸少繩的磨損，并在一定范圍內(nèi)增加筒殼接觸的強(qiáng)度和剛度。木襯厚度不小于2倍鋼絲繩直徑，寬度在100mm左右。裝配木襯時(shí)，應(yīng)使其與筒殼接觸良好，接觸不均會使應(yīng)力分布不均。由于更換木襯費(fèi)時(shí)費(fèi)工費(fèi)料，因此近年生產(chǎn)的提升機(jī)有采用加厚筒殼，直接在筒殼上車槽，稱為帶繩槽卷筒。
單程纏繞時(shí)，卷筒表面刻螺旋繩槽；多層纏繞時(shí)刻環(huán)形繩槽；多層纏繞時(shí)若采用螺旋繩槽，在纏偶數(shù)時(shí)，繩圈螺旋方向改變，卷筒每轉(zhuǎn)一周鋼絲繩發(fā)生兩次跳躍式移動，多層纏繞式采用環(huán)形平行繩槽時(shí)，卷筒每轉(zhuǎn)一周，跳槽過渡只發(fā)生一次沖擊，可以相對減少繩的卡咬現(xiàn)象。
多層纏繞鋼絲繩磨損最嚴(yán)重的部分是相鄰兩層過渡層，此處繩圈與當(dāng)繩板間形成一楔形段，鋼絲繩在拉力作用下，擠入或擠出楔形段會產(chǎn)生咬繩現(xiàn)象。在層間過渡處設(shè)置合理的幾何形狀過渡楔塊，可以引導(dǎo)鋼絲繩順利完成層間過渡，減少咬繩。
主軸是承受所有外部載荷，并將此載荷經(jīng)主軸傳給地基的主要承力部件。主軸承支撐主軸，并承受機(jī)器旋轉(zhuǎn)部件的軸向及徑向負(fù)荷，一般采用滑動軸承。
提升機(jī)采用硬齒面平行軸減速器或行星齒輪減速器。行星齒輪減速器傳動體積小、質(zhì)量輕、效率高，與同等能力平行軸齒輪減速器相比，質(zhì)量約為后者的30﹪～40﹪，效率提高5%。目前廣泛用于礦井提升機(jī)上。
雙卷筒提升機(jī)都裝有調(diào)繩離合器，離合器的作用是使活卷筒與主軸連接或脫開，以便于調(diào)節(jié)繩長時(shí)，使兩卷筒能相對轉(zhuǎn)動。
調(diào)繩離合器有三種基本類型；渦輪蝸桿離合器、摩擦離合器和齒輪離合器。應(yīng)用較多的是齒輪離合器。
蝸輪蝸桿離合器調(diào)繩操作笨重，勞動強(qiáng)度大，操作時(shí)間長，一般需要20～30min，曾在舊系列卷筒直徑為3m以下的提升機(jī)上應(yīng)用。
摩擦離合器的優(yōu)點(diǎn)是可以無級調(diào)繩，但超載時(shí)安全可靠性差，結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，只在早期的提升機(jī)上使用過。
國產(chǎn)JK系列提升機(jī)層采用過軸向移動齒輪離合器，三個(gè)調(diào)繩油缸沿圓周布置，相當(dāng)于三個(gè)銷子將齒輪與活卷筒左支輪（輪轂）連接在一起，正常運(yùn)行時(shí)外齒輪與固定在活卷筒上的內(nèi)齒輪嚙和，活卷筒隨主軸一起轉(zhuǎn)動。跳繩時(shí)油缸通入高壓油，在油壓作用下外齒輪與油缸一起軸向移動（活塞不動）與內(nèi)齒輪脫開，活卷筒與主軸分開。
軸向移動離合器的缺點(diǎn)是對齒銷困難，需要反復(fù)幾次才能對上，一般調(diào)繩一次需用10～15min。為了提高調(diào)繩速度，JK系列提升機(jī)已改用徑向齒塊式調(diào)繩離合器。內(nèi)齒圈固定在活卷筒的幅板上，徑向齒塊通過滑動榖的帶動與內(nèi)齒圈嚙合或脫開，滑動榖由傳動油缸的活塞桿推動。當(dāng)壓力油進(jìn)入合上腔時(shí)，推動活塞桿使齒塊與齒圈嚙合，通過內(nèi)齒圈與齒塊的嚙合傳遞扭矩。
徑向齒塊式調(diào)繩離合器對齒方便、調(diào)繩時(shí)間短、結(jié)構(gòu)簡單、能傳遞較大扭矩，但所能調(diào)節(jié)繩長的數(shù)值受離合器齒數(shù)限制，設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足最小調(diào)繩距離的要求。
圖1—2所承為單繩纏繞式單卷筒提升機(jī)，卷筒上固定兩根鋼絲繩，并應(yīng)使每根鋼絲繩在卷簡上的纏繞方向相反。這樣，當(dāng)電動機(jī)經(jīng)過減速器帶動卷簡旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩根鋼絲繩便經(jīng)過天輪在卷筒上纏上和纏下，從而使提升容器在井筒里上下運(yùn)動。不難看出，單繩纏繞式提升機(jī)的一個(gè)根本特點(diǎn)和缺點(diǎn)是鋼絲繩在卷筒上不斷的纏上和纏下，這就要求卷簡必須具備一定的纏繞表面積，以便能容納下根據(jù)井深或提升高度所確定的鋼絲繩懸垂長度。單純纏繞式提升機(jī)的規(guī)格性能、應(yīng)用范圍相機(jī)械結(jié)構(gòu)等，都是由這一特點(diǎn)來確定的。
多繩纏繞式提升機(jī)用兩根以上的鋼絲繩與提升容器相連，卷筒用附加擋板分隔開，每根鋼絲繩在各自的分段上作多層纏繞，利用平衡懸掛裝置調(diào)節(jié)鋼絲繩間的張力平衡。與單繩纏繞式提升機(jī)相比，其繩徑、卷筒直徑、寬度均相應(yīng)減小。
單繩纏繞式提升機(jī)不適于深井、大載荷提升。多繩摩擦式提升在井深超過1400～1500m時(shí)，其主繩的使用壽命急劇下降，尾繩事故率增加。多繩纏繞式提升機(jī)不用尾繩，克服了深井提升時(shí)尾繩帶來的問題，適合于深井及大載荷條件，其缺點(diǎn)是機(jī)體較大、消耗功率大。
多繩摩擦式提升機(jī)的工作原理與單純纏繞式提升機(jī)不同，鋼絲繩不是固定和纏繞在主導(dǎo)輪上，而是搭放在主導(dǎo)輪的摩擦襯墊上，如圖l—3所示，提升容器懸掛在鋼絲繩的兩端，在容器的底部還懸掛有平衡尾繩。提升機(jī)工作時(shí)，拉緊的鋼絲繩必須以一定的正壓力緊壓在摩擦襯墊上。當(dāng)主導(dǎo)輪由電動機(jī)通過減速器帶動向某一個(gè)方向轉(zhuǎn)動時(shí)，在鋼絲繩和摩擦襯墊之間使發(fā)生根大的摩擦力，使鋼絲繩在這種摩擦力的作用下，跟隨主導(dǎo)輪一起運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)容器的提升和下放。不難看出，多繩摩擦式提升機(jī)的一個(gè)根本特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是鋼絲繩不在主導(dǎo)輪上纏繞，而是搭放在主導(dǎo)輪的摩擦襯墊上，靠摩擦力進(jìn)行工作。同樣，多繩摩擦式提升機(jī)的規(guī)格性能、應(yīng)用范圍和機(jī)械結(jié)構(gòu)等，都是由這—特點(diǎn)來確定的。
多繩摩擦式提升機(jī)特別適應(yīng)于深井和大產(chǎn)量的提升工作。多繩摩擦式提升機(jī)與單繩纏繞式提升機(jī)比較，在規(guī)格性能、應(yīng)用范圍、機(jī)械結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)效果等方面都優(yōu)越得多，就深5井和大產(chǎn)量來說，是豎井提升的發(fā)展方向。
但是，根據(jù)我國目前淺井多、斜并多的特點(diǎn)，單繩纏繞式提升機(jī)仍然是目前制造和使用的重點(diǎn)。對于部分深井和大產(chǎn)量的礦井，則應(yīng)該合理的選用多繩摩擦式提升機(jī)，而不宜選用大型的單繩纏繞式提升機(jī)。
圖1—2 單繩纏繞式提升機(jī)工作原理
1-卷筒；2-鋼絲繩；3-天輪；
4-容器；5-平衡尾繩
第二章 提升設(shè)備的選型設(shè)計(jì)
2.1 選型設(shè)計(jì)的基本原則
2.1.1選型的一般原則
在選擇提升設(shè)備之前，首先應(yīng)確定合理的提升方式，它對提升設(shè)備的選型，對礦山的基本建設(shè)投資、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率及噸煤成本都有直接的關(guān)系。
礦井的年產(chǎn)量、井深及開采水平確定以后，就要決定合理的提升方式。提升方式與井筒的開拓、井上、井下運(yùn)輸環(huán)節(jié)有著密切的關(guān)系，原則上應(yīng)考慮下列幾個(gè)因素：
（1）對于年產(chǎn)量大于600kt的大、中型礦井，由于提升煤炭及輔助工作量均較大，一般均設(shè)主、副井兩套提升設(shè)備。主井采用箕斗提升煤炭，副井采用罐籠完成輔助提升任務(wù)，如提升矸石、升降人員和下放材料、設(shè)備等。對于年產(chǎn)量小于300kt的小型礦井，如果僅用一套罐籠提升設(shè)備就可以完成主、副井的提升任務(wù)，則采用一套提升設(shè)備是經(jīng)濟(jì)的。對于年產(chǎn)量大于1800kt的大型礦井，主井往往需要兩套箕斗提升設(shè)備，副井除配備一套罐籠提升設(shè)備外，多數(shù)尚需要設(shè)置一套單容器平衡錘系統(tǒng)專門提升矸石。
（2）一般情況下，主井均采用箕斗提升方式。但在特殊條件下，例如礦井生產(chǎn)的煤質(zhì)品種多，且須分別運(yùn)送，或是保證煤炭有足夠的塊度，只好采用罐籠作為主井的提升設(shè)備。
（3）為了提高生產(chǎn)率，中型以上的礦井原則上都采用雙鉤提升。如果礦井同時(shí)水平數(shù)較多，采用平衡錘單容器提升方式也是比較方便的。
（4）根據(jù)我國目前的實(shí)際情況，對于小型礦井，以采用單繩纏繞式提升系統(tǒng)為宜。對于年產(chǎn)量900kt以上的大型礦井，以采用多繩摩擦提升系統(tǒng)為宜，對于中型礦井，如井較淺，可采用單繩纏繞系統(tǒng)，井較深時(shí)，也可采用多繩摩擦提升系統(tǒng)，或主井采用單繩箕斗，副井采用多繩罐籠提升系統(tǒng)。
（5）煤礦若有兩個(gè)水平，且分前后期開采時(shí)，提升機(jī)、井架或井塔等大型固定設(shè)備要案最終水平選擇。提升容器、鋼絲繩和提升電動機(jī)根據(jù)實(shí)際情況也可按第一水平選擇，待井筒延伸到第二水平時(shí)，另行更換，但電動機(jī)以換裝一次為宜。
（6）對于斜井，目前應(yīng)采用單繩纏繞式提升機(jī)。
（7）地面生產(chǎn)系統(tǒng)靠近井口時(shí)，采用箕斗提升可以簡化煤的生產(chǎn)流程；若遠(yuǎn)離井口，地面尚需一段窄軌鐵路運(yùn)輸，應(yīng)采用罐籠提升。
以上所述，僅提出了決定提升的一般原則。在具體的設(shè)計(jì)工作中，要根據(jù)礦井的具體條件，提出若干可行方案，然后對基建投資、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用、技術(shù)的先進(jìn)性諸方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，同時(shí)還要考慮到我國提升設(shè)備的生產(chǎn)和供應(yīng)情況，才能決定合理方案。特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)在煤礦的日益廣泛應(yīng)用，為煤礦設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了更為有利的條件。
2.1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)
1.礦井地面標(biāo)高+15，采礦中段標(biāo)高-245，采準(zhǔn)中段標(biāo)高-305；
2.井下運(yùn)輸設(shè)備
（1）YFC-0.7-(6)型礦車
容積V=0.7m3，自重q1=500kg,礦石裝載量Q1=1330kg，廢石裝載量Q/1=1260kg；
（2）YLC-1-(6)型材料車
名義載重量1000kg，自重580kg，每車運(yùn)送木材1m3；
（3）0.5t炸藥車
載重500kg，自重720kg；
3.井底車場形式 雙面；
4.每日提升工作量見下表
項(xiàng)目
中段
每日提升量
備注
副產(chǎn)礦石
廢石
廢石
人員
木材
鋼軌及管子
炸藥
保健車
設(shè)備
其他非固定任務(wù)
由-305至-245
-245
-305
245
-245
-305
-245
-245
70t
20t
170t
600人
11 m3
10根
1200kg
7次
6次
12次
晚班
晚班
早中班
早班270人
早中班
早班
三班
三班
三班
三班
2.2 選擇罐籠
一、罐籠
圖 2—1 單繩普通罐籠結(jié)構(gòu)圖
1-提升鋼絲繩；2-雙面夾緊楔形環(huán)；3-主拉桿；4-防墜器；5-橡膠滾輪罐耳；6-淋水棚；7-橫梁；8-立柱；9-鋼板；10-罐門；11-軌道；12-阻車器；
13-穩(wěn)罐罐耳；14-罐蓋；15-套管罐耳
罐籠為多用途的提升容器。它既可以提升煤炭的矸石，也可以升降人員、運(yùn)送材料和設(shè)備。罐籠主要用于副井提升，也可以用于小型礦井的主井提升。
1.罐體
罐體由骨架、側(cè)板、罐頂、罐底及軌道等組成。罐籠頂部設(shè)有半圓弧形的淋水棚和可以打開的罐蓋，以便運(yùn)送長材料時(shí)用，罐籠兩端設(shè)有簾式罐門，以保證提升人員的安全。
2.連接裝置
連接裝置是連接提升鋼絲繩和提升容器的裝置，包括立拉桿、夾板、楔形環(huán)等。
3.罐耳
與罐道配合，使提升容器在井筒中穩(wěn)定運(yùn)行，防止其發(fā)生扭轉(zhuǎn)或擺動。
4.阻車器
防止提升過程中礦車跑出罐籠。
5.防墜器
圖 2—2 BF—152型制動繩防墜器系統(tǒng)布局圖
1-合金繩頭；2-天輪平臺；3-圓木；4-緩沖鋼絲繩；5-緩沖器；
6-連接器；7-制動繩；8-抓捕器；9-罐籠；10-；拉緊裝置
(1)防墜器作用
《《煤礦安全規(guī)程》》規(guī)定：升降人員或升降人員和物料的單繩提升罐籠，必須裝設(shè)可靠的防墜器。當(dāng)提升剛絲繩或連接裝置萬一斷裂時(shí)，防墜器可以使罐籠平穩(wěn)地在井筒中的罐道或特設(shè)的制動器上，以免罐籠墜入井底。
(2)對防墜器的基本要求
①保證在任何情況下都能平穩(wěn)可靠地制動住下墜的罐籠；
②在制動下墜罐籠時(shí)，為了保證人身安全，在最小終端載荷時(shí)，制動減速度不大于50m/s2, 延續(xù)時(shí)間不超過0.2～0.5s；在最大終端載荷時(shí)；減速度不小于10m/s2
;
③防墜器動作的空行程時(shí)間， 即從鋼絲繩斷裂到防墜器發(fā)生作用的時(shí)間不大于0.75s；
④動作靈活但不能產(chǎn)生誤動作；
⑤防墜器主要承載零件的安全系數(shù)；主拉桿的安全系數(shù)不得低于13；其他材料按屈服極限計(jì)算不得小于2；無屈服極限的材料按強(qiáng)度極限計(jì)算，安全系數(shù)不得小于5；制動繩作支撐物時(shí)，制動繩的安全系數(shù)不得小于3；
⑥防墜器的主要受力構(gòu)件不得用鑄鋼、鑄鐵制造；主要鍛件應(yīng)進(jìn)行超聲探傷檢查。
立井用防墜器一般有以下四個(gè)部分組成：開動機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、抓捕機(jī)構(gòu)和緩沖機(jī)構(gòu)。其工作過程是：當(dāng)發(fā)生斷繩時(shí)，開動機(jī)構(gòu)動作，通過傳動機(jī)構(gòu)傳動抓捕機(jī)構(gòu)，抓捕機(jī)構(gòu)把罐籠支撐到井筒中的支撐物上（罐道或制動繩）；罐籠下墜的動能由緩沖機(jī)構(gòu)來吸收。一般開動機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)連在一起，抓捕和緩沖有的聯(lián)合作用，有的設(shè)有專門緩沖機(jī)構(gòu)以限制制動力的大小。
圖 2—2 BF—152型防墜器抓捕機(jī)構(gòu)示意圖
1-彈簧；2-滑楔；3-主拉桿；4-橫梁；5-連扳；6-拔桿；
7-制動繩；8-導(dǎo)向套
圖2—3 緩沖器
1-螺桿；2-螺母；3-緩沖器；4-小軸；5-滑塊；6-外殼
二、罐籠承接裝置
為了便于礦車進(jìn)出罐籠，必須使用罐籠承接裝置。罐籠承接裝置有罐座、承接梁、搖臺和支罐機(jī)四種。
1.承接梁
承接梁由一些木梁組成，是最簡單的支撐裝置，用于防止操作不當(dāng)發(fā)生蹲罐事故。
2.罐座
罐座是利用可伸縮的抓托拖住罐籠，使礦車能平穩(wěn)進(jìn)出。罐籠運(yùn)行時(shí)罐座必須收回。使用罐座司機(jī)操作復(fù)雜，易發(fā)生蹲罐事故。另外，鋼絲繩時(shí)松時(shí)緊易發(fā)生疲勞破壞，目前新設(shè)計(jì)的礦井不再使用?！丁睹旱V安全規(guī)程》》規(guī)定：升降人員時(shí)，嚴(yán)禁使用罐籠。
3.搖臺
搖臺目前被廣泛使用，它由能繞軸轉(zhuǎn)動的兩個(gè)搖臂組成，其操作過程是：當(dāng)罐籠進(jìn)出臺時(shí)，氣缸供氣使滑臺后退，作用在搖臺上的外動力與搖臂脫開，搖臂靠自重搭接在罐籠上進(jìn)行承接工作。罐籠進(jìn)出車完畢后，氣缸反向供氣推動滑臺前進(jìn)，滾輪抬起，帶動擺桿轉(zhuǎn)一角度，搖臂抬起相應(yīng)角度。其特點(diǎn)是動作快，操作時(shí)間短，缺點(diǎn)是要求停罐位置準(zhǔn)確。搖臺適用于井口、井底及各中間水平。
圖 2—4 搖臺
1-鋼臂；2-手把；3-動力缸；4-配重；5-軸；6-擺桿；
7-銷子；8-滑車；9-擺桿套；10-滾子
4.支罐機(jī)
圖 2—5 支罐機(jī)
1-液壓油缸；2-支托裝置；3-固定導(dǎo)軌
支罐機(jī)由液壓缸帶動支托裝置，支托裝置支撐罐籠的活動底盤使其上升和下降，以補(bǔ)償提升鋼絲繩長度的變化和停罐的誤差。支罐機(jī)調(diào)節(jié)距離可達(dá)1000mm。
支罐機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是能準(zhǔn)確地使罐籠內(nèi)軌道與固定軌道對接，進(jìn)出礦車和人員方便，由于活動底盤是托在支罐機(jī)上，礦車進(jìn)出平穩(wěn)，提升鋼絲繩不承擔(dān)進(jìn)出礦車時(shí)產(chǎn)生的附加載荷；另外，車廠布置緊湊。其缺點(diǎn)是罐籠有活動底盤，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還需增設(shè)液壓動力裝置。
三、副井罐籠的選擇
在選擇副井罐籠時(shí)，應(yīng)按以下條件：
①根據(jù)井下運(yùn)輸用的礦車名義載重確定罐籠的噸位；
②按最大作業(yè)班井下工人下井時(shí)間不超過40min來確定罐籠層數(shù)；
③罐籠提升最大作業(yè)班的凈作業(yè)時(shí)間不應(yīng)超過5h，在統(tǒng)計(jì)作業(yè)時(shí)間時(shí)應(yīng)遵循下列規(guī)定：
a．升降工人時(shí)間，按下井工人提升時(shí)間的1.5倍計(jì)算；
b．升降其他人員時(shí)間，按升降工人時(shí)間是20﹪計(jì)算；
c．提升矸石量按井下日出矸石量50﹪考慮，運(yùn)坑木按日需量的50﹪考慮；
d．普通罐籠進(jìn)出材料車和平板車的休止時(shí)間為40～60s；升降人員的休止時(shí)間為：單層罐籠每次升降5人以下時(shí)20s，超過5人，每增加1人增加1s；雙層罐籠，如兩層中的人員同時(shí)進(jìn)出罐籠，休止時(shí)間僅比單層罐籠增加2s的信號聯(lián)系時(shí)間；當(dāng)兩層中的人員都由一個(gè)平臺進(jìn)出罐籠時(shí)，休止時(shí)間比單層罐籠增加一倍另加6s；
④要考慮能運(yùn)送井下設(shè)備的最大和最重部件；
⑤對混合提升應(yīng)滿足下列要求：
a．最大作業(yè)班工人下井時(shí)間不超過40min；
b．每班提煤和提矸時(shí)間均計(jì)入1.25的不均衡系數(shù)；
c．總作業(yè)時(shí)間不應(yīng)超過5.5h。
根據(jù)礦車類型查表（冶金礦山豎井單繩系列型譜）應(yīng)選擇5＃單層罐籠（YFGG-4-1），其技術(shù)規(guī)格如下：
裝載0.7 m3礦車兩輛，最大載重5t，自重Qrg=4.5t,乘人數(shù)30人，
斷面尺寸4000mm×1450mm，罐籠全高7m。
礦石一次提升量：Q=2 Q1=2660kg，
廢石一次提升量：Q/=2 Q/1=2520kg;
一次提升礦車總量：q=2 q1=1000kg。
2.3 提升鋼絲繩的選擇及計(jì)算
提升鋼絲繩的用途是懸吊提升容器并傳遞動力，當(dāng)提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)通過鋼絲繩帶動容器沿井筒運(yùn)行，所以鋼絲繩是礦井提升設(shè)備的一個(gè)重要組成部分，它對礦井提升的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)起著重要作用。
2.3.1 提升鋼絲繩的結(jié)構(gòu)
礦用提升鋼絲繩都是絲→股→繩結(jié)構(gòu)，即先由鋼絲捻成繩股，再由繩股捻成繩。制造提升鋼絲繩的鋼絲是由優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)圓鋼冷拔而成的，一般直徑為0.4～4mm，鋼絲的抗拉強(qiáng)度為1400～2000N/mm2 ，我國多用1550 N/mm2和1700 N/mm2 兩種。為了增加抗腐蝕性能，鋼絲表面可以鍍鋅，稱為鍍鋅鋼絲，未鍍鋅的稱為光面鋼絲。此外還可以用鋼絲韌性來標(biāo)識，分為特號、Ⅰ號和Ⅱ號三種，提升礦物用的鋼絲繩可以選用特號或Ⅰ號鋼絲來制造，提升人員用的鋼絲繩只允許用特號鋼絲來制造。
在由鋼絲捻成股時(shí)有一個(gè)股芯，在由股捻成繩時(shí)有一個(gè)繩芯。股芯一般為鋼絲，繩芯有金屬繩芯和纖維繩芯兩種，前者有鋼絲組成，后者可用劍麻、黃麻或有機(jī)纖維制成。繩芯的作用是：①減少鋼絲之間的擠壓變形和接觸應(yīng)力；②使鋼絲繩富有彈性，抗沖擊和緩和彎曲應(yīng)力；③貯存潤滑油，防止內(nèi)部銹蝕和減小絲間摩擦。
2.3.2 提升鋼絲繩的分類
提升鋼絲繩有很多種，結(jié)構(gòu)不同性能也不同。根據(jù)不同的特點(diǎn)有不同的分類方法。
1.按鋼絲繩繞制次數(shù)分
(1)單繞繩
由鋼絲直接捻制成繩，沒有繩股，適宜做靜止的拉索。
(2)雙繞繩
先由絲捻成股，再由股捻制成繩，適宜作提升用繩。
(3)三繞繩
由絲捻成股，由股捻成細(xì)繩，多用于做鋼索橋梁。
2.按捻向分
(1)按由股捻成繩的捻向分
左螺旋方向捻制的叫左捻鋼絲繩(或S捻)。右螺旋方向捻制的叫右捻制鋼絲繩(或Z捻)。
(2)按捻法分
絲在股中的捻向與股在繩中的捻向相同的叫同向捻鋼絲繩；兩種捻向相反的叫交互捻鋼絲繩。
同向捻鋼絲繩比較柔軟，表面光滑，與繩輪接觸面積大，彎曲應(yīng)力小，使用壽命較長，斷絲易發(fā)現(xiàn)，多用作提升繩。這種繩穩(wěn)定性差，易打結(jié)。交互捻特點(diǎn)與之相反，常用作斜井串車提升繩。
選用捻向時(shí)應(yīng)使鋼絲繩在滾筒上纏繞時(shí)的螺旋方向一致，以使纏繞時(shí)鋼絲繩不會松動。
3.按股中鋼絲接觸情況分
(1)點(diǎn)接觸式
這是普通鋼絲繩，股內(nèi)鋼絲直徑相等，內(nèi)外各層鋼絲之間成點(diǎn)接觸狀態(tài)，絲間接觸應(yīng)力很高，易磨損，易斷絲，耐疲勞性能差。6×19、16×37普通圓股鋼絲繩即為點(diǎn)接觸型。
(2)線接觸式
多用不同直徑的鋼絲捻制，在各層間鋼絲呈平行狀態(tài)且為線接觸，這種繩無二次彎曲現(xiàn)象，繩結(jié)構(gòu)緊密，金屬斷面利用系數(shù)高，使用壽命長。6×7、西魯繩6×(19)、瓦林吞繩6W(26)均為線接觸型。
(3)面接觸式
將線接觸式的繩股經(jīng)特殊擠壓加工，使鋼絲產(chǎn)生塑性變形而呈面接觸狀態(tài)，然后捻制成繩，這種繩結(jié)構(gòu)緊密，表面光滑，與繩輪接觸面積大，耐磨損，抗擠壓；股內(nèi)鋼絲接觸應(yīng)力小，抗疲勞，壽命長；鋼絲繩金屬斷面系數(shù)大同樣繩徑下有較大強(qiáng)度；鋼絲繩伸長變形小，但柔軟性能差。
4.按繩股斷面形狀分
(1)圓股
這種繩易制造，價(jià)格低，礦井提升應(yīng)用最多。
(2)異形股
繩股斷面為三角形或橢圓形，強(qiáng)度比圓形繩股高，承壓面積大，外層鋼絲，磨損小，抗擠壓，壽命長。
5.特種鋼絲繩
(1)多層股不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩
這種鋼絲繩具有兩層或三層股，各層繩股在繩中以相反方向捻制，因而繩的旋轉(zhuǎn)性小，多用作尾繩和鑿井提升繩。
(2)密封鋼絲繩
在中心鋼絲周圍呈螺旋狀纏繞著一層或多層圓鋼絲，其外面有一層或多層異形鋼絲捻制而成的鋼絲繩，多用作罐道繩。
(3)扁鋼絲繩
其斷面形狀為扁矩形，手工編織，這種繩柔軟，運(yùn)行平穩(wěn)，適用于作尾繩，但制造復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，價(jià)格高。
2.3.3 提升鋼絲繩選擇使用
選擇鋼絲繩時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用條件和鋼絲繩的特點(diǎn)來考慮。我國提升鋼絲繩多用同向捻繩，至于左捻還是右捻，我國的選擇原則是：繩的捻向與繩在卷筒上的纏繞螺旋線方向一致。我國單繩纏繞式提升機(jī)多為右螺旋纏繞，故應(yīng)選右捻繩，目的是防止鋼絲繩松捻；多繩摩擦提升為了克服繩的旋轉(zhuǎn)性給容器導(dǎo)向裝置造成磨損，一般選左右捻各一半。
此外，選擇鋼絲繩時(shí)，還應(yīng)考慮以下因素：
①在井筒淋水大、水的酸堿度高及出風(fēng)井中，應(yīng)選鍍鋅繩。
②在磨損嚴(yán)重條件下使用的鋼絲繩，如斜井提升等，應(yīng)選用外層鋼絲繩較粗的鋼絲繩，或線接觸、面接觸鋼絲繩。
③彎曲疲勞為主要破壞原因時(shí)，應(yīng)選用線接觸式或三角股繩。
④一般立井或斜井提升用同向捻較好；多繩摩擦提升用左右捻各半；斜井串車提升用交互捻；單繩纏繞多為右旋，所以多選右捻。
⑤罐道繩多用密封、半密封繩或三角股繩，其表面光滑，耐磨損。
⑥用于溫度高或有明火的地方，應(yīng)選用石棉繩芯或金屬芯鋼絲繩。
2.3.4 由選型依據(jù)知
1.最大懸垂長度
H0=hja+Hj=15+320=335m
式中 hja---井架高度，暫取15m;
Hj---礦井最大深度，Hj=15+305=320m
2.鋼絲繩每米重
P/===3.32kg/m
按表1-7選擇6×19鋼絲繩，其技術(shù)規(guī)格如下：
繩徑d=31mm,每米繩重p=3.4 kg/m
鋼絲斷力總和Fp=66200N, 鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度=1850Mpa。
2.4 選擇提升機(jī)
2.4.1 卷筒直徑的確定
卷筒直徑D的確定是以保證鋼絲繩在卷筒上的纏繞時(shí)產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力較小為原則。根據(jù)理論和實(shí)驗(yàn)計(jì)算，鋼絲繩彎曲應(yīng)力與比值D/d的關(guān)系如下：當(dāng)比值D/d≈80時(shí)，再增大比值D/d，彎曲應(yīng)力無顯著下降；相反，當(dāng)D/d≈60時(shí)，再減小比值D/d，則會引起彎曲應(yīng)力的急劇增加。據(jù)此，安全規(guī)程規(guī)定，卷筒直徑D與鋼絲繩直徑d之比：
對于地面設(shè)備 ≥80
對于井下提升設(shè)備 ≥60
按上兩式求出的數(shù)值，選擇提升機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)卷筒直徑。
卷筒的理論直徑是指纏繞直徑，即鋼絲繩纏繞在卷筒上時(shí)其中心線間的距離；卷筒的名義尺寸直徑是指木襯的外徑。當(dāng)木襯上刻有d/3的繩槽時(shí)，則名義直徑和理論直徑之差就狠小，因此，在計(jì)算時(shí)可取卷筒名義尺寸作為計(jì)算的理論直徑。
由設(shè)計(jì)依據(jù)可取卷筒直徑：
D≥80d=80×31=2480mm
初選標(biāo)準(zhǔn)直徑D=2.5m。
2.4.2 卷筒寬度的確定
卷筒寬度B根據(jù)所需容納的鋼絲繩總長度來確定。鋼絲繩總長度包括：1）提升高度（按最深中段計(jì)算）；2）供實(shí)驗(yàn)用的鋼絲繩長度；3）為減少繩頭在卷筒上固定處的張力而設(shè)的三圈摩擦圈。
由設(shè)計(jì)依據(jù)按單層纏繞，故：
B=()(d+)=（+3）（31+3）=1575mm
式中 ---鋼絲繩實(shí)驗(yàn)長度，一般取20～30m;
Hj---礦井最大深度；
H---最大提升高度，H=Hj=320m；
D---提升機(jī)卷筒直徑；
d---提升鋼絲繩直徑；
---提升機(jī)鋼絲繩圈間的間隙，一般取2～3mm；
m---摩擦圈，一般取三圈；
根據(jù)計(jì)算所得的卷筒直徑與寬度選擇標(biāo)準(zhǔn)提升機(jī)。如標(biāo)準(zhǔn)提升機(jī)寬度不夠時(shí)，則可另選直徑較大的提升機(jī)或在允許情況下做多層纏繞。
2.4.3 鋼絲繩最大靜張力(提升礦石時(shí))
Fjmax=(Q+Qrg+pH)g=(2660+4500+3.4×320) ×10=82.5KN
2.4.4 鋼絲繩最大靜張力差（提升廢石時(shí)）
△Fj=（Q/+ Qrg + pH）g=(2520+4500+3.4×320) ×10=81.1KN
2.4.5 合理提升速度
V=0.3=0.3 =5.36m/s
由以上計(jì)算，按表JKA2～5米礦井提升機(jī)產(chǎn)品型號及技術(shù)規(guī)格選取提升機(jī)如下：
選擇JK-2.5/20A型提升機(jī)，其技術(shù)規(guī)格如下：
卷筒直徑D=2.5m，寬度B=2m，筒殼和支輪的材料多采用A3或16Mn，它們的許用應(yīng)力分別為: A3[]=140MPa;16Mn[]=180MPa。
鋼絲繩最大靜張力Fjmax=90KN, 最大靜張力差△Fj=90KN,
減速器速比i=20，配套電動機(jī)轉(zhuǎn)速730r/min,標(biāo)準(zhǔn)速度為4.6m/s,
機(jī)器旋轉(zhuǎn)環(huán)部分變位質(zhì)量:
2.5 選擇天輪
天輪安設(shè)在井架上，供引導(dǎo)鋼絲繩轉(zhuǎn)向之用。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為兩類：
1.鑄造輻條式天輪
一般直徑3.5m以下的天輪常采用鑄造輻條式。它由鑄鋼（或鑄鐵）輪緣1、圓鋼輪輻2及鑄鋼（或鑄鐵）輪轂3等組成。輪輻呈放射狀，其兩端鑄在輪緣和輪轂內(nèi)。輪轂用鍵固定在軸4上。在軸上裝有擋環(huán)，以防止天輪的軸向移動。直徑2m以內(nèi)的天輪多鑄為整體，超過2m時(shí)則多鑄造為剖分式。
2.型鋼裝配式天輪
一般直徑4m以上的天輪，為了制造、安裝和運(yùn)輸?shù)姆奖?，常采用裝配式，它由數(shù)段沖壓鋼板輪緣1、型鋼輪輻2和鑄鋼輪轂3等組成。輪輻一端用精致螺栓和輪轂連接，而另一端則用鉚釘與輪緣固定。
輪緣是天輪的工作結(jié)構(gòu)，它有帶襯的和不帶襯的兩種，目前這兩種類型在我國礦山都有采用。襯墊可用木材、舊皮帶、軟金屬或耐磨塑料等制成。由于木襯墊取材和制造容易，故我國礦山采用較多。
天輪直徑的選擇：一般等于卷筒直徑，故:
天輪直徑Dt=D=2.5m.
又天輪直徑小于3000mm,故其結(jié)構(gòu)采用整體鑄鋼結(jié)構(gòu)，由《礦井運(yùn)輸提升》表3-3查得井上固定天輪基本參數(shù)：
天輪型號為TSG，其名義直徑D=2500mm,繩槽半徑R=17mm，
允許的鋼絲繩全部鋼絲破斷拉力總和F=661500N,
兩軸承中心距L=800mm，軸承中心高H=200mm.
變位重力Gt=5500N,總重G=15120N.
2.6 確定提升機(jī)和井筒相對位置
單繩纏繞式提升機(jī)安裝地點(diǎn)的確定，主要考慮卸載作業(yè)的方便和盡可能簡化地面運(yùn)輸系統(tǒng)，井架上的天輪，根據(jù)提升機(jī)的型式、容器在井筒中的布置以及提升機(jī)房的設(shè)置地點(diǎn)，可以裝在同一水平軸線上，也可以裝在同一垂直軸線上。
提升機(jī)安裝地點(diǎn)確定之后，其具體位置有下列因素確定：1）井架高度；2）卷筒中心至井筒提升中心線間的水平距離；3）鋼絲繩弦長；4）鋼絲繩偏角；5）鋼絲繩仰角.
圖 2—6 提升機(jī)與井筒相對位置之單卷筒提升機(jī)
2.6.1井架高度
井架高度hja是指從井口水平到最上面天輪軸線間的垂直距離。即：
hja=hr+hgi+Dt+hj=7+6+×2.5+4=17.63m
式中 hj ---兩天輪軸線間的垂直距離，hj = Dt +（1～1.5）m
hr---容器高度（容器底部至連接裝置最上面繩卡間的距離）；
hgi---過卷高度（容器由正常卸載位置提到連接裝置最上面一個(gè)繩卡與天輪輪緣接觸時(shí)，或者容器本身與井架構(gòu)件相接觸時(shí)所走的距離）。
當(dāng)提升速度VM≤3m/s時(shí)，hgi≥4m;
當(dāng)提升速度VM＞3m/s時(shí)，hgi≥6m;
故取hja=20m.
2.6.2卷筒中心至井筒提升中心線間的水平距離
卷筒中心至井筒提升中心線間的水平距離的大小主要應(yīng)使提升機(jī)房的基礎(chǔ)不與井架斜撐的基礎(chǔ)相接觸，若二者接觸時(shí)，由于井架斜撐的振動，可能引起提升機(jī)房以及提升基礎(chǔ)的損壞，為了避免上述的產(chǎn)生，其最小距離應(yīng)滿足下述要求：
≥0.6hja +3.5+D=0.6×20+3.5+2.5=18m
在設(shè)計(jì)時(shí)，一般取b≥，故取b=30m
2.6.3鋼絲繩弦長
鋼絲繩弦長L為鋼絲繩離開天輪的接觸點(diǎn)到鋼絲繩與卷筒的接觸點(diǎn)的距離。即天輪軸線與卷筒軸線間的距離。鋼絲繩弦長有兩個(gè)：上邊出繩的弦長L1和下邊出繩的弦長L2。
則鋼絲繩弦長分別為：
L1=
=
=35.13m
L2=
=
=35.04m
式中 c---卷筒軸中心線高出井口水平的距離，取c=1.
s---兩容器軸線間的距離，s=1600mm.
2.6.4鋼絲繩偏角
鋼絲繩偏角是指鋼絲繩弦與天輪平面所成的角度，其值不應(yīng)大于1°30′。偏角的限制主要是防止鋼絲繩與天輪輪緣彼此磨損，當(dāng)鋼絲繩作多聲纏繞時(shí)，宜取1°10′左右，以改善鋼絲繩纏繞狀況。偏角有兩個(gè)：外偏角和內(nèi)偏角。
對于單卷筒提升機(jī)做雙鉤提升時(shí)，應(yīng)檢查最大外偏角，此時(shí)，兩天輪的垂直面通過卷筒中心線，
tan===0.0256
則=1°27′＜1°30′
2.6.5鋼絲繩仰角
鋼絲繩弦與水平線所成的仰角應(yīng)按提升機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中的規(guī)定值檢驗(yàn)，但一般不應(yīng)小于30°，以適應(yīng)井架（或斜撐）建筑的要求。仰角有兩個(gè)：上出繩仰角1，下出繩仰角2。
則鋼絲繩仰角分別為：
1=tan-1 tan-1
=
=32°42′
2=tan-1 tan-1
= tan-1 tan-1
=28°12′+4°4′
=32°52′
2.7 提升機(jī)運(yùn)動學(xué)計(jì)算
罐籠提升采用三階段梯形速度圖。
圖2—7罐籠提升速度圖
2.7.1 選擇加減速度
根據(jù)安全規(guī)程規(guī)定，升降人員時(shí)加、減速度應(yīng)不大于0.75m/s2。
選取加速度a1=0.7，減速度a1=0.7。
2.7.2 速度圖各參數(shù)的計(jì)算
計(jì)算結(jié)果見下表：
提升中段
由-305至-245
由-245至地面
由-305至地面
提升高度 H m
加速時(shí)間 t1=Vm/a1 s
加速距離 h1=Vmt1 m
減速時(shí)間 t3 = Vm/a3 s
減速距離 h3=Vmt3 m
等速距離 h2=H-h1-h3 m
等速時(shí)間 t2=h2/Vm s
一次提升時(shí)間 T1=t1+t2+t3 s
60
8
22.4
8
22.4
15.2
3
19
260
8
22.4
8
22.4
215.2
39
55
320
8
22.4
8
22.4
275.2
49
65
2.8 提升動力學(xué)計(jì)算
2.8.1 預(yù)選電動機(jī)
電動機(jī)近似功率
P/===787KW
式中 K---礦井阻力系數(shù)，K=1.2;
---減速器傳動功率，可由產(chǎn)品目錄查出，一般取=0.9～0.95；
---考慮鋼絲繩及運(yùn)動部分慣性的影響系數(shù)：對于單繩罐籠提升=1.3～1.4；對于單容器提升值可取小些。
考慮到與787KW接近的標(biāo)準(zhǔn)容量為800KW，且由以上提升機(jī)合理提升速度V=0.3=0.3 =5.36m/s知：提升機(jī)應(yīng)配以i=20的減速器，電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)數(shù)730r/min.。故預(yù)選YR630-10/1180型異步電動機(jī)，其技術(shù)規(guī)格如下：
額定功率=800KW,額定轉(zhuǎn)速n=740r/min,效率d=0.92,最大過負(fù)荷系數(shù)=2.3，轉(zhuǎn)子飛輪轉(zhuǎn)矩為5760N·㎡.
2.8.2 提升系統(tǒng)的變位質(zhì)量
（1）變位質(zhì)量
1)一次提升礦石量：Q=2660kg;
2)一次提升廢石量：Q/=2520kg;
3)罐籠自重：Qrg=4500kg;
4)礦車自重:q=1000kg;
5)鋼絲繩重：
2p=2×3.4×(H0++L++3D)
=6.8×(335++36.25+3×2.5)
=2711kg;
6)機(jī)器旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量：
++=21390kg
7)天輪的變位質(zhì)量：
2=2×90=2×90×=1126kg
8)電動機(jī)轉(zhuǎn)子的變位質(zhì)量：
===11520kg
（2）總變位質(zhì)量
1）提升礦石時(shí)：
=Q+Qrg+q+2p++++2+
=