提升絞車系統(tǒng)設(shè)備選型

徐增昌

摘要：萊鋼集團(tuán)礦山建設(shè)有限公司金牛鐵礦為了滿足生產(chǎn)的需要決定對(duì)礦區(qū)副井內(nèi)的提升絞車系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行改造，根據(jù)制定的初步改造方案，需要對(duì)提升系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行計(jì)算選型。

關(guān)鍵詞：提升絞車；設(shè)備；計(jì)算選型；

公司的實(shí)際生產(chǎn)情況如下：礦井年產(chǎn)量10萬(wàn)噸，年工作日br=300天，每日工作為三班工作制，實(shí)際提礦工作時(shí)間t=12h。一個(gè)生產(chǎn)工作面，井筒深度HS=182m，副井裝載高度HZ=7.7m，卸載高度HX=2m，井架高度Hj=19.5m。散石容重ρ=3320kg/m3。井筒直徑為2.6m。采用單繩纏繞式提升絞車。

1.1 箕斗的選型

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

1.1.2 經(jīng)濟(jì)速度：（1-2）

1.1.3 估算提升循環(huán)時(shí)間Tx（1-3）：

上式預(yù)選a1=0.05m/s2，爬行時(shí)間u估計(jì)取值為10s，休止時(shí)間θ估計(jì)取值為30s。

1.1.4 計(jì)算箕斗一次提升量

（1-4）

上式中c為不均衡系數(shù)取c=1.15。

根據(jù)上式計(jì)算結(jié)果，應(yīng)選擇名義裝載量為2t的立井單繩翻轉(zhuǎn)箕斗。其主要參數(shù)：質(zhì)量QZ=1500kg；有效容積：V=0.9立方米。裝滿系數(shù)為0.85，故其實(shí)際容積為0.765立方米。

礦石密度ρ=3320kg/m3，松散系數(shù)k=0.75故一次實(shí)際提升量Q：

（1-5）

1.2 鋼絲繩的選擇計(jì)算

提升鋼絲繩在提升系統(tǒng)中具有重要作用，如果發(fā)生斷繩，則極易引發(fā)墜罐等安全事故，造成財(cái)產(chǎn)損失甚至人員傷亡。因此提升鋼絲繩的選擇計(jì)算具有重要意義。因提升鋼絲繩運(yùn)行中受力比較復(fù)雜，一般為包括彎曲應(yīng)力，擠壓應(yīng)力，靜應(yīng)力，動(dòng)應(yīng)力等應(yīng)力的綜合作用導(dǎo)致提升鋼絲繩的損壞，同時(shí)還有腐蝕及磨損等對(duì)提升鋼絲繩壽命的影響。盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)此做了大量研究工作，取得了一些成果，但還未找到一種綜合反應(yīng)上述應(yīng)力破壞的計(jì)算方法。

目前計(jì)算鋼絲繩強(qiáng)度的方法是按最大靜載荷并考慮一定的安全系數(shù)。所謂安全系數(shù)是指鋼絲繩破斷拉力總和與其最大靜拉力比。關(guān)于提升鋼絲繩的安全系數(shù)，在《煤礦安全規(guī)程》中有明確規(guī)定。

1.2.1 計(jì)算單位繩重力

（1-6）

式中選用ma=6.5、σB=1700N/mm，安全系數(shù)；HC—鋼絲繩最大懸垂長(zhǎng)度，m；HC=HS+Hj+HZ；Hj—井架高度；HS—井筒深度，m；HZ—裝載高度；Q—一次提升貨載質(zhì)量（理論最大載貨量），kg；QX—提升容器自身質(zhì)量，kg；g—重力加速度，m/s

設(shè)計(jì)選用的提升鋼絲繩型號(hào)為18×7+FC型多層股不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度1770MPa，繩徑d=20mm，繩重PS=1.56kg/m，鋼絲繩最小鋼絲破斷拉力總和Qp=280.977kN。

1.3 提升絞車與天輪的選擇計(jì)算

1.3.1 提升絞車滾筒直徑的確定

選擇滾筒天輪直徑的原則是使鋼絲繩在滾筒上纏繞時(shí)不致產(chǎn)生過大的彎曲應(yīng)力，以保證鋼絲繩的使用壽命。

（1）根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定：此次設(shè)計(jì)的提升絞車為在地面安裝的單繩纏繞式提升絞車，其滾筒直徑應(yīng)滿足：

（1-7） D≥80d

式中 D—滾筒的直徑；d—鋼絲繩的直徑；D≥80d=80×20=1600mm；

由此選用JTP-1.6型提升絞車，其技術(shù)數(shù)據(jù)為：卷筒直徑D=1.6m，卷筒寬度1.2m，最大靜張力：45kN。

（2）滾筒寬度的驗(yàn)算

滾筒的直徑確定后，就確定了提升絞車及滾筒寬度，但還需要驗(yàn)算滾筒能否滿足容繩量的要求。鋼絲繩纏繞在滾筒上的長(zhǎng)度應(yīng)包括：

①設(shè)計(jì)的提升高度H，m；

②定期截繩頭進(jìn)行安全檢測(cè)試驗(yàn)所需的鋼絲繩長(zhǎng)度，此次設(shè)計(jì)的提升絞車只提升物料，根據(jù)《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》，其鋼絲繩試驗(yàn)周期為自懸掛之日起一年一次，之后每半年一次。按鋼絲繩壽命為3年考慮，需做5次試驗(yàn)，一次截繩頭長(zhǎng)度為6m，則鋼絲繩試驗(yàn)長(zhǎng)度為30m；

1.3.2 天輪的選擇

提升鋼絲繩在井架上的支撐和導(dǎo)向靠裝設(shè)在井架上的天輪來實(shí)現(xiàn)。為減小鋼絲繩的彎曲應(yīng)力，延長(zhǎng)其使用壽命，天輪直徑 應(yīng)滿足《煤礦安全規(guī)程》的要求：Dt≥80d=80×20=1600mm

1.4 安全可靠性分析

設(shè)計(jì)提升井所選用的提升絞車、鋼絲繩等均能滿足提升絞車卷筒直徑應(yīng)≥提升鋼絲繩直徑80倍以及鋼絲繩安全系數(shù)提物、提人時(shí)的有關(guān)安全規(guī)程要求。提升設(shè)備選型安全可靠，滿足《金屬非金屬礦山安全規(guī)程礦山》對(duì)礦山提升的要求。

設(shè)計(jì)同時(shí)要求，對(duì)提升系統(tǒng)、制動(dòng)裝置、鋼絲繩必須按《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》（GB16423-2006）中的有關(guān)規(guī)定要求定期進(jìn)行檢測(cè)、維修。提升控制信號(hào)、通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)要保證靈敏、暢通、可靠。經(jīng)分析驗(yàn)證，副井提升系統(tǒng)是安全可行的。

1.5 改造后技術(shù)參數(shù)

（1）提升絞車，型號(hào)：JTP-1.6型；配電機(jī)：N=132kw；提升速度：V=3.06m/s；最大靜張力：45kN

（2）提升鋼繩，型號(hào)：18x7+FC型；直徑：φ20mm 單重：1.56kg/m；抗拉強(qiáng)度：δ=1870MPa；實(shí)測(cè)鋼絲繩破斷拉力：Q=263KN

（3）提升容器，箕斗：0.9m3翻轉(zhuǎn)箕斗；斷面：700x700mm；自重：1500kg

（4）礦石體重：3.36t/m3；最大載重：2196kg

（5）提升實(shí)際終端載重：4000kg； 提升最大靜拉力：39.3kN

（6）年提升能力：10萬(wàn)噸

1.6本章小結(jié)

本章主要根據(jù)礦區(qū)實(shí)際生產(chǎn)需求，先確定單次礦石提升量，箕斗單次提升的礦石量要達(dá)到1845.1kg，才能滿足公司的生產(chǎn)需求。確定單次提礦量后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行計(jì)算、選型。

（1）箕斗的選型：選用名義裝載量為2t的立井單繩翻轉(zhuǎn)箕斗。箕斗自重Qz=1500kg；有效容積：V=0.9立方米。裝滿系數(shù)為0.85，礦石提升量為1905kg。

（2）鋼絲繩的選型：根據(jù)提升總質(zhì)量、鋼絲繩自重等因素，依照《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，按最大靜載荷并考慮一定的安全系數(shù)的方法進(jìn)行計(jì)算所需鋼絲繩的強(qiáng)度。提升鋼絲繩選用型號(hào)為18×7+FC型多層股不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度1770MPa，繩徑d=20mm，繩重PS=1.56kg/m，鋼絲繩最小鋼絲破斷拉力總和QP=280.977kN。根據(jù)計(jì)算，其安全系數(shù)為7.67，高于6.5的安全系數(shù)臨界值。

（3）提升絞車的選型：根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定：地面安裝的單繩纏繞式提升絞車滾筒直徑D≥80d（d為鋼絲繩的直徑），由此選用JTP-1.6型提升絞車，其技術(shù)數(shù)據(jù)為：卷筒直徑D=1.6m，卷筒寬度2m，最大靜張力：45kN。