提升绞车系统设备选型

徐增昌

摘要：莱钢集团矿山建设有限公司金牛铁矿为了满足生产的需要决定对矿区副井内的提升绞车系统设备进行改造，根据制定的初步改造方案，需要对提升系统的设备进行计算选型。

关键词：提升绞车；设备；计算选型；

公司的实际生产情况如下：矿井年产量10万吨，年工作日br=300天，每日工作为三班工作制，实际提矿工作时间t=12h。一个生产工作面，井筒深度HS=182m，副井装载高度HZ=7.7m，卸载高度HX=2m，井架高度Hj=19.5m。散石容重ρ=3320kg/m3。井筒直径为2.6m。采用单绳缠绕式提升绞车。

1.1 箕斗的选型

1.1.1 提升高度H：（1-1）H=HS+HZ+HX=182+7.7+2=191.7m

1.1.2 经济速度：（1-2）

1.1.3 估算提升循环时间Tx（1-3）：

上式预选a1=0.05m/s2，爬行时间u估计取值为10s，休止时间θ估计取值为30s。

1.1.4 计算箕斗一次提升量

（1-4）

上式中c为不均衡系数取c=1.15。

根据上式计算结果，应选择名义装载量为2t的立井单绳翻转箕斗。其主要参数：质量QZ=1500kg；有效容积：V=0.9立方米。装满系数为0.85，故其实际容积为0.765立方米。

矿石密度ρ=3320kg/m3，松散系数k=0.75故一次实际提升量Q：

（1-5）

1.2 钢丝绳的选择计算

提升钢丝绳在提升系统中具有重要作用，如果发生断绳，则极易引发坠罐等安全事故，造成财产损失甚至人员伤亡。因此提升钢丝绳的选择计算具有重要意义。因提升钢丝绳运行中受力比较复杂，一般为包括弯曲应力，挤压应力，静应力，动应力等应力的综合作用导致提升钢丝绳的损坏，同时还有腐蚀及磨损等对提升钢丝绳寿命的影响。尽管国内外对此做了大量研究工作，取得了一些成果，但还未找到一种综合反应上述应力破坏的计算方法。

目前计算钢丝绳强度的方法是按最大静载荷并考虑一定的安全系数。所谓安全系数是指钢丝绳破断拉力总和与其最大静拉力比。关于提升钢丝绳的安全系数，在《煤矿安全规程》中有明确规定。

1.2.1 计算单位绳重力

（1-6）

式中选用ma=6.5、σB=1700N/mm，安全系数；HC—钢丝绳最大悬垂长度，m；HC=HS+Hj+HZ；Hj—井架高度；HS—井筒深度，m；HZ—装载高度；Q—一次提升货载质量（理论最大载货量），kg；QX—提升容器自身质量，kg；g—重力加速度，m/s

设计选用的提升钢丝绳型号为18×7+FC型多层股不旋转钢丝绳，钢丝绳公称抗拉强度1770MPa，绳径d=20mm，绳重PS=1.56kg/m，钢丝绳最小钢丝破断拉力总和Qp=280.977kN。

1.3 提升绞车与天轮的选择计算

1.3.1 提升绞车滚筒直径的确定

选择滚筒天轮直径的原则是使钢丝绳在滚筒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。

（1）根据《煤矿安全规程》的规定：此次设计的提升绞车为在地面安装的单绳缠绕式提升绞车，其滚筒直径应满足：

（1-7） D≥80d

式中 D—滚筒的直径；d—钢丝绳的直径；D≥80d=80×20=1600mm；

由此选用JTP-1.6型提升绞车，其技术数据为：卷筒直径D=1.6m，卷筒宽度1.2m，最大静张力：45kN。

（2）滚筒宽度的验算

滚筒的直径确定后，就确定了提升绞车及滚筒宽度，但还需要验算滚筒能否满足容绳量的要求。钢丝绳缠绕在滚筒上的长度应包括：

①设计的提升高度H，m；

②定期截绳头进行安全检测试验所需的钢丝绳长度，此次设计的提升绞车只提升物料，根据《金属非金属矿山安全规程》，其钢丝绳试验周期为自悬挂之日起一年一次，之后每半年一次。按钢丝绳寿命为3年考虑，需做5次试验，一次截绳头长度为6m，则钢丝绳试验长度为30m；

1.3.2 天轮的选择

提升钢丝绳在井架上的支撑和导向靠装设在井架上的天轮来实现。为减小钢丝绳的弯曲应力，延长其使用寿命，天轮直径 应满足《煤矿安全规程》的要求：Dt≥80d=80×20=1600mm

1.4 安全可靠性分析

设计提升井所选用的提升绞车、钢丝绳等均能满足提升绞车卷筒直径应≥提升钢丝绳直径80倍以及钢丝绳安全系数提物、提人时的有关安全规程要求。提升设备选型安全可靠，满足《金属非金属矿山安全规程矿山》对矿山提升的要求。

设计同时要求，对提升系统、制动装置、钢丝绳必须按《金属非金属矿山安全规程》（GB16423-2006）中的有关规定要求定期进行检测、维修。提升控制信号、通讯联络系统要保证灵敏、畅通、可靠。经分析验证，副井提升系统是安全可行的。

1.5 改造后技术参数

（1）提升绞车，型号：JTP-1.6型；配电机：N=132kw；提升速度：V=3.06m/s；最大静张力：45kN

（2）提升钢绳，型号：18x7+FC型；直径：φ20mm 单重：1.56kg/m；抗拉强度：δ=1870MPa；实测钢丝绳破断拉力：Q=263KN

（3）提升容器，箕斗：0.9m3翻转箕斗；断面：700x700mm；自重：1500kg

（4）矿石体重：3.36t/m3；最大载重：2196kg

（5）提升实际终端载重：4000kg； 提升最大静拉力：39.3kN

（6）年提升能力：10万吨

1.6本章小结

本章主要根据矿区实际生产需求，先确定单次矿石提升量，箕斗单次提升的矿石量要达到1845.1kg，才能满足公司的生产需求。确定单次提矿量后，对设备进行计算、选型。

（1）箕斗的选型：选用名义装载量为2t的立井单绳翻转箕斗。箕斗自重Qz=1500kg；有效容积：V=0.9立方米。装满系数为0.85，矿石提升量为1905kg。

（2）钢丝绳的选型：根据提升总质量、钢丝绳自重等因素，依照《煤矿安全规程》的规定，按最大静载荷并考虑一定的安全系数的方法进行计算所需钢丝绳的强度。提升钢丝绳选用型号为18×7+FC型多层股不旋转钢丝绳，钢丝绳公称抗拉强度1770MPa，绳径d=20mm，绳重PS=1.56kg/m，鋼丝绳最小钢丝破断拉力总和QP=280.977kN。根据计算，其安全系数为7.67，高于6.5的安全系数临界值。

（3）提升绞车的选型：根据《煤矿安全规程》的规定：地面安装的单绳缠绕式提升绞车滚筒直径D≥80d（d为钢丝绳的直径），由此选用JTP-1.6型提升绞车，其技术数据为：卷筒直径D=1.6m，卷筒宽度2m，最大静张力：45kN。