【正文】 m2　卷筒中心至井筒提升中心線(xiàn)之間的水平距離b　其最小值應(yīng)滿(mǎn)足下式的要求：bmin≥ hja ++D在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取b≥bmin，一般為20－30m 3　鋼絲繩弦長(zhǎng)L　為鋼絲繩離開(kāi)天輪的接觸點(diǎn)到鋼絲繩與卷筒的接觸點(diǎn)之間的距離。根據(jù)有關(guān)計(jì)算式計(jì)算。4　鋼絲繩偏角а　是指鋼絲繩弦與天輪平面之間的角度。其值不應(yīng)大于1176。30185。，偏角又分為內(nèi)偏角和外偏角。5　鋼絲繩仰角φ　是指鋼絲繩弦與水平線(xiàn)之間的角度。其值可根據(jù)有關(guān)規(guī)定值選取，但一般不應(yīng)小于30176。第九章　　提升設(shè)備的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué) 第一節(jié) 提升設(shè)備的運(yùn)動(dòng)學(xué)一　提升速度的確定在提升過(guò)程中，提升速度是時(shí)間的函數(shù)v = f(t)，提升速度圖如圖所示。 根據(jù)理論力學(xué)可知：提升速度圖所包絡(luò)的面積表示提升的高度H。這就表明：把礦石提升到地面可以采用不同的速度，但其中必有一個(gè)最經(jīng)濟(jì)合理的速度。設(shè)：H－提升高度，a－加速度（減速度），t0－最短的一次提升時(shí)間，V0－最大提升速度，★　當(dāng)速度按三角形變化時(shí)，則：V0＝√aH t0＝2√a/H★　當(dāng)速度按梯形變化時(shí)，則：t＝V/a+H/V聯(lián)合上述三式，可得：t/ t0=1/2?[1+(V/ V0)2]/ (V/ V0)將上式表示的函數(shù)關(guān)系繪于圖中，如圖所示?！膱D可知：當(dāng)提升速度V超過(guò)（――）V0時(shí)，提升時(shí)間的縮短己不明顯。又設(shè)Vp－平均速度，由速度圖可得：t＝H/Vp，t0＝2H/ V0　將之代入上式得：Vp/ V0＝1/[1+(V/ V0)2]將上式表示的函數(shù)關(guān)系繪于圖中，如圖所示?！膱D可知：當(dāng)提升速度V＝，速度效率Vp/ V0＝同理，可求出提升有效載重Q、筒直徑D、提升電動(dòng)機(jī)容量Nd與提升速度之間的關(guān)系曲線(xiàn)如圖所示?！囊陨蟽煞鶊D可看出：提升速度由0增加到（）V0時(shí)，使提升有效載重Q、卷筒直徑D有較大的減小，而提升電動(dòng)機(jī)容量仍在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)；若提升速度再增加時(shí)，提升有效載重Q、筒直徑減小的不顯著，而提升電動(dòng)機(jī)容量增加程度較大。所以，最合理經(jīng)濟(jì)的提升速度為：V＝（――）V0＝（――）√aH一般提升加速度（減速度）―1m/s2,則上式可寫(xiě)成：V＝（―）√H（―）的選?。寒?dāng)H＜200 m時(shí)取下限，當(dāng)H＞600 m時(shí)取上限。根據(jù)上式計(jì)算的速度V值，選擇與其接近的提升機(jī)標(biāo)準(zhǔn)速度Vm，但必須符合安全規(guī)程的規(guī)定：★　豎井提升人員時(shí)，最大速度不應(yīng)大于下式的計(jì)算值：V＝√H，但不得大于12 m/s?！铩∝Q井提升貨物時(shí)，最大速度不應(yīng)大于下式的計(jì)算值：V＝√H二　罐籠提升速度圖各參數(shù)的計(jì)算罐籠提升一般采用三階段梯形速度圖，如圖所示。設(shè)：t1－加速運(yùn)行時(shí)間，t2－等速運(yùn)行時(shí)間，t3－減速運(yùn)行時(shí)間，T1－一次提升運(yùn)行時(shí)間，T－一次提升運(yùn)行全時(shí)間，Vm－最大提升速度?！铩〖铀龠\(yùn)行時(shí)間t1和距離h1：t1＝Vm / a1；h1＝1/2 Vm t1★　減速運(yùn)行時(shí)間t3和距離h3：t3＝Vm / a3；h3＝1/2 Vm t3★　等速運(yùn)行時(shí)間t2和距離h2：h2＝H―h1―h3；t2＝h2/ Vm★　一次提升運(yùn)行時(shí)間：T1＝t1＋t2＋t3★　一次提升運(yùn)行全時(shí)間：T＝T1＋θθ－停歇時(shí)間★　每小時(shí)提升次數(shù)n為：n＝3600/T★　每年生產(chǎn)能力A’n＝tr ts n Q/C≥An加速度a1和減速度a2通常在下列范圍內(nèi)選定：；提升貨物時(shí)不能大于1m/s2?！　∠鄳?yīng)的加、減速時(shí)間為：手動(dòng)操作時(shí)t1（t3）≥5s；自動(dòng)操作時(shí)t1（t3）≥3s三　箕斗提升速度圖各參數(shù)的計(jì)算1　箕斗提升速度圖在箕斗提升過(guò)程中，若空（重）箕斗在卸載曲軌內(nèi)運(yùn)行時(shí)，其速度和加（減）速度都要受到限制，而在卸載曲軌外運(yùn)行時(shí)，其速度和加（減）速度則不受限制，因此，★　單繩提升非翻轉(zhuǎn)式箕斗采用對(duì)稱(chēng)五階段速度圖，如圖所示?！铩卫K提升翻轉(zhuǎn)式箕斗采用六階段速度圖，如圖所示。★　多繩提升底卸式箕斗用固定曲軌卸載時(shí)采用六階段速度圖，如圖所示?！铩《嗬K提升底卸式箕斗用活動(dòng)曲軌卸載時(shí)采用非對(duì)稱(chēng)五階段速度圖，如圖所示。2　箕斗提升速度圖各參數(shù)的計(jì)算箕斗進(jìn)出卸載曲軌的速度和在其中運(yùn)行時(shí)的加（減）速度常按下列數(shù)值選取：★　空箕斗離開(kāi)卸載曲軌時(shí)速度V0≤，a0≤；★　重箕斗進(jìn)入卸載曲軌時(shí)速度V4≤1m/s，a4≤；以六階段速度圖為例，已知H、Vm和箕斗卸載距離h0；選取箕斗進(jìn)出卸載曲軌的速度V0、V4和在其中運(yùn)行時(shí)的加（減）速度a0、a4；爬行距離h4以及減速度a5；箕斗在卸載曲軌外運(yùn)行的加（減）速度aa3；則：★　空箕斗在卸載曲軌內(nèi)運(yùn)行的加速運(yùn)行時(shí)間t0及加速度a0：t0＝2 h0/ V0；　　a0＝V0/ t0；★　箕斗在卸載曲軌外運(yùn)行的加速運(yùn)行時(shí)間t1及距離h1：t1＝Vm－V0/ a1；　h1＝（Vm＋V0）t1/ 2；★　重箕斗在卸載曲軌內(nèi)的減速運(yùn)行時(shí)間t5及距離h5：t5＝V4/ a5；　　　h5＝V4t5/ 2；★　重箕斗在卸載曲軌內(nèi)的等速爬行時(shí)間t4：t4＝h4/ V4；★　箕斗在卸載曲軌外的減速運(yùn)行時(shí)間t3及距離h3：t3＝Vm－V4/ a3；　　h3＝（Vm＋V4）t3/ 2；★　箕斗在卸載曲軌外的等速運(yùn)行時(shí)間t2及距離h2：h2＝H―h0―h1―h3―h4―h5；　t2＝h2/ Vm；★　一次提升運(yùn)行時(shí)間：T1＝t0＋t1＋t2＋t3＋t4＋t5；其它計(jì)算同前。第二節(jié)　提升設(shè)備的動(dòng)力學(xué)一　提升設(shè)備的動(dòng)力學(xué)基本方程為了使提升系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，則卷筒上力矩是平衡的，即：M＝Mj＋ΣMg式中，M－提升電動(dòng)機(jī)作用在卷筒軸上的旋轉(zhuǎn)力矩；Mj－提升系統(tǒng)作用在卷筒軸上的靜力矩；ΣMg－提升系統(tǒng)所有運(yùn)動(dòng)部分作用在卷筒軸上的慣性力矩之和；由于卷筒直徑不變，因此，上式可寫(xiě)成：F＝Fj＋ΣFg式中，F(xiàn)－提升電動(dòng)機(jī)作用在卷筒圓周上的拖動(dòng)力；F j－提升系統(tǒng)作用在卷筒圓周上的靜阻力；ΣFg－提升系統(tǒng)所有運(yùn)動(dòng)部分作用在卷筒圓周上的慣性力之和；ΣFg＝Σma所以，　　F＝Fj＋Σma上式即為提升設(shè)備的動(dòng)力學(xué)基本方程。二　提升靜力學(xué)提升靜阻力Fj等于上升和下放兩根鋼絲繩的靜張力差(Fjs－Fjx)與礦井阻力W之和，即：Fj＝Fjs－Fjx＋W如圖所示，設(shè)罐籠自提升開(kāi)始經(jīng)過(guò)時(shí)間t，重罐籠上升和空罐籠下降的距離均為x，則★　上升繩的靜張力為：Fjs＝[Q＋Qr＋p(H－x)]g★　下放繩的靜張力為：Fjx＝(Qr＋px)g★　礦井阻力包括：井筒內(nèi)運(yùn)行的空氣阻力、罐道的摩擦阻力、鋼絲繩彎曲時(shí)的剛性阻力及軸承的摩擦阻力等，通常按下式估算：W=ξQg式中，ξ表示提升阻力為提升量Q的百分?jǐn)?shù)，對(duì)于罐籠提升ξ=20%，對(duì)于箕斗提升ξ=15%，所以有：Fj＝[(1+ξ)Q+ p(H－2x)]g＝[KQ+ p(H－2x)]g式中，K －礦井阻力系數(shù)，對(duì)于罐籠提升K＝，對(duì)于箕斗提升K＝由此可見(jiàn)，F(xiàn)j＝f（x）是一條向下傾斜的直線(xiàn)，如圖所示?！铩‘?dāng)x＝0時(shí)，即提升開(kāi)始時(shí)，F(xiàn)j＝（KQ+ pH）g★　當(dāng)x＝H/2時(shí)，即兩罐籠相遇時(shí)，F(xiàn)j＝KQg★　當(dāng)x＝H時(shí)，即提升終了時(shí)，F(xiàn)j＝（KQ－pH）g由此可見(jiàn)，在一次提升過(guò)程中，造成靜阻力變化的是鋼絲繩重力（pHg）的改變，而不是提升量及礦井阻力（KQg）。鋼絲繩重力使下放繩的靜張力不斷增加、使上升繩的靜張力不斷減小，導(dǎo)致兩根鋼絲繩的靜張力差減小，這種提升系統(tǒng)稱(chēng)為靜力不平衡系統(tǒng)。這對(duì)提升工作是不利的。三　提升系統(tǒng)平衡原理為了克服靜力不平衡提升系統(tǒng)的缺點(diǎn)，常用懸掛尾繩方法進(jìn)行靜力平衡。設(shè)：q－尾繩每米重，則：Fjs＝[Q＋Qr＋p(H－x)＋q（x+hw）]gFjx＝[Qr＋px+ q（H+hw－x）]g式中，hw－容器位于裝礦位置時(shí)，其底部到尾繩繩環(huán)端部的高度，故Fj＝Fjs－Fjx＋W＝[KQ－（q－p）(H－2x)]g令Δ＝q－p，則：Fj＝[KQ－Δ(H－2x)]g★　當(dāng)Δ＝0時(shí)，q＝p，為等重尾繩提升系統(tǒng)，此時(shí)有：Fj＝KQ g，可見(jiàn)，上式表示F＝f（x）的函數(shù)關(guān)系是一條平行于橫坐標(biāo)的直線(xiàn)，如圖所示。這種在整個(gè)提升過(guò)程中，靜阻力保持常數(shù)的提升系統(tǒng)稱(chēng)為靜力平衡系統(tǒng)?！铩‘?dāng)Δ＞0時(shí)，q＞p，為重尾繩提升系統(tǒng)，F(xiàn)＝f（x）的函數(shù)關(guān)系是一條上升的直線(xiàn)，如圖所示?！铩‘?dāng)Δ＜0時(shí)，q＜p，為輕尾繩提升系統(tǒng)?！〔捎梦怖K提升系統(tǒng)，也有如下缺點(diǎn)：★　兩個(gè)容器不能同時(shí)進(jìn)行幾個(gè)中段的提升工作；★　增加了提升系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，從而增加了提升電動(dòng)機(jī)的容量；★　生產(chǎn)成本增加；因此，單繩纏繞式提升只有在較深礦井采用尾繩平衡提升系統(tǒng)才是合理的。第三節(jié)　提升系統(tǒng)的變位質(zhì)量一　提升系統(tǒng)變位質(zhì)量的概念提升系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，為了簡(jiǎn)化提升系統(tǒng)慣性力的計(jì)算，可以用卷筒上的集中質(zhì)量來(lái)代替提升系統(tǒng)所有運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量，這種集中代替質(zhì)量稱(chēng)為提升系統(tǒng)的變位質(zhì)量。提升設(shè)備工作時(shí)，提升容器、貨載和未纏繞的鋼絲繩作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，其速度和加速度等于卷筒圓周上的線(xiàn)速度和線(xiàn)加速度，這部分的變位質(zhì)量等于其實(shí)際質(zhì)量。因此，僅需要將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量進(jìn)行變位。二　單繩纏繞式提升系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的變位質(zhì)量單繩纏繞式提升系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分變位到卷筒圓周上的質(zhì)量為：Σm=Q+2Qr+2pLp+qLq+miz+mic+ mil＋2mit+mid式中，Lp－一根鋼絲繩全長(zhǎng)Lq－尾繩全長(zhǎng)miz－主軸裝置的變位質(zhì)量mic－減速齒輪的變位質(zhì)量mil－聯(lián)軸器的變位質(zhì)量mit－一個(gè)天輪的變位質(zhì)量mid－電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的變位質(zhì)量其它符號(hào)同前。1　電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的變位質(zhì)量mid的計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jd及角速度ωd，則：mid=4Jdi2/D2 i－減速器傳動(dòng)比2　主軸裝置的變位質(zhì)量miz的計(jì)算已知主軸裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz,則：miz＝4Jz/D23　減速齒輪的變位質(zhì)量mic的計(jì)算已知減速齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jc,則：mic=4Jc/D2 4　聯(lián)軸器的變位質(zhì)量mil的計(jì)算已知聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jl,則：mil=4Jli2/D2,　　或　mil=4Jl/D25　天輪變位質(zhì)量mid的計(jì)算已知天輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jl,則：mit＝4Jt/Dt2 　　　Dt－天輪的直徑。三　電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算因電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)速有關(guān)，所以，必須先求出電動(dòng)機(jī)近似功率和轉(zhuǎn)速，然后，據(jù)此查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄預(yù)選出電動(dòng)機(jī)，并查出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。1　電動(dòng)機(jī)近似功率的計(jì)算：★　對(duì)于豎井單繩提升：P‘＝KQgVmρ/1000η★　對(duì)于豎井單容器平衡錘及多繩提升：P‘＝KΔFj Vmρ/1000η式中，P‘－電動(dòng)機(jī)近似功率 K－礦井阻力系數(shù)Q－一次有效提升量；Vm－最大提升速度；ΔFj－提升鋼絲繩的最大靜張力差；η－減速器傳動(dòng)效率，查產(chǎn)品目錄表；ρ－動(dòng)力系數(shù)，查有關(guān)資料。第十章 礦井提升機(jī)的電力拖動(dòng)裝置與制動(dòng)裝置第一節(jié) 礦井提升機(jī)的電力拖動(dòng)裝置一、提升電動(dòng)機(jī)類(lèi)型及其應(yīng)用范圍用于礦井提升機(jī)的電動(dòng)機(jī)有交流繞線(xiàn)型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和直流它激電動(dòng)機(jī)兩類(lèi)。一般地，拖動(dòng)容量大于1000KW或提升速度在10m/s以上，或在多繩摩擦式提升系統(tǒng)中多用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。否則，多采用交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。二、提升電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的特點(diǎn)交流提升電動(dòng)機(jī)直接由交流電源供電，提升機(jī)速度的變化由電動(dòng)機(jī)中可變電阻控制。在提升過(guò)程中，均未能得到設(shè)計(jì)的等加（減）速度和直邊速度圖，其實(shí)際加（減）速度及速度變化如圖所示。提升機(jī)加速時(shí)，逐段增加電阻。提升機(jī)減速時(shí)，其減速方式與拖動(dòng)力F3的大小有關(guān)，有三種減速方式：電動(dòng)機(jī)減速（F3＞0）、自由滑行減速（F3＝0）、制動(dòng)減速（F3＜0）。電動(dòng)機(jī)減速是在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中加進(jìn)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。自由滑行減速是電動(dòng)機(jī)自電網(wǎng)斷開(kāi)，且無(wú)制動(dòng)作用，拖動(dòng)力為0。制動(dòng)減速是電動(dòng)機(jī)自電網(wǎng)斷開(kāi)，使用機(jī)械或電氣（動(dòng)力）制動(dòng)?！∵x擇減速方式時(shí)，首先考慮采用自由滑行減速，如果自由滑行減速度太小，則需要采用制動(dòng)減速；如果自由滑行減速度太大，則需要采用電動(dòng)機(jī)減速。通常，在生產(chǎn)實(shí)際中，采用自由滑行減速和機(jī)械制動(dòng)相組合。直流提升電動(dòng)機(jī)直接由直流電源供電，其提升速度的變化通過(guò)改變外來(lái)電壓的方法實(shí)現(xiàn)。提升加速時(shí)，逐漸增加外供電壓；提升減速時(shí)，逐漸減小外供電壓?！≈绷魈嵘妱?dòng)機(jī)的控制比交流提升電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。三、提升電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算與選擇電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算提升電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和速度都是變化的，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率常按其線(xiàn)圈發(fā)熱條件進(jìn)行計(jì)算與選擇。電動(dòng)機(jī)等值力矩（又稱(chēng)有效力矩）是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)以不變的最大角速度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的一個(gè)大小不變的力矩。根據(jù)發(fā)熱條件計(jì)算的電動(dòng)機(jī)等值力矩為：M=√∫T0 M2dz dt/T式中，Mdz—電動(dòng)機(jī)軸上的變化力矩。又設(shè)減速器傳動(dòng)比為i，效率為η，電動(dòng)機(jī)軸上的最大旋轉(zhuǎn)角速度為ωm，提升系統(tǒng)最大速度Vm，提升機(jī)作用在卷筒圓圍上的等值力為Fd，則提升電動(dòng)機(jī)等值功率Pd為：Pd=Vm/1000η?√∫T0 F2dt/Td設(shè)力圖中某階段ti開(kāi)始的拖動(dòng)力為F’i，終了的拖動(dòng)力為F”i，如圖所示。則該階段的拖動(dòng)力的直線(xiàn)方程為：F =F’i(F’i F”i)t/ti∴∫t0 F2dt=∫t0 [F’i(F’i F”i)t/ti]2dt = (F’i2 + F’i F”i + F”i2 ) ti /3對(duì)于交流拖動(dòng)采用梯形速度圖的罐籠提升設(shè)備(見(jiàn)力圖)，∫T0 F2dt積分的普遍式可寫(xiě)成：∫T0 F2dt =( F’12+F”12)t1/2+(F’22 +F’2F”2 +F”22 )t2/3 +(F’32 + F”32 )t3/2對(duì)于交流拖動(dòng)采用直邊六階段速度圖的箕斗提升設(shè)備(見(jiàn)力圖)，∫T0 F2dt積分的普遍式可寫(xiě)成：∫T0 F2dt =( F’02+F”02)t0/2+( F’12+F”1