机械制造专业毕业设计矿井运输系统设备选型设计

摘 要在矿井的生产中，矿井运输占有重要的地位。其中，矿用的采煤机，刮板运输机，胶带输送机，矿用电机车是井下运输中的核心设备，这些集机械、电子、液压于一体的器械的有机组合，大大增加的煤矿的运输、生产效率。而人们对于矿井运输设备的选型设计有严格的要求，首先对具体煤矿的工作条件、产量、运输量进行精确的测量与计算，然后选择最符合要求的矿井运输设备的型号，用最小的经济投入换来运输机械的最大效率，。本文简要介绍了矿井运输系统中这几种常用的运输设备，对矿井运输系统进行了简要概述，对于刮板输送机、转载机、可伸缩胶带输送机、上下山输送机及运输大巷电机车这几类运输设备给出了具体的选型原则并有较详细的文字说明，其中对刮板输送机、可伸缩胶带输送机和电机车的选型给出了详细的计算和说明。关键字 刮板输送机；可伸缩胶带输送机；电机车AbstractIn mine production, mine transport occupies an important position. Among them, the mine Shearer, scraper transport planes, belt conveyor, the mine is underground locomotive power in the core transport equipment, these sets mechanical, electronic, hydraulic equipment in one of the organic combination of the big increase in coal mine Transport, production efficiency. People for the Selection of mine transportation equipment, design of stringent requirements, the first coal mine on the specific conditions of work, production, transport of accurate measurement and calculation, and then choose the most to meet the requirements of the mine transportation equipment models, with the smallest In exchange for economic transport machinery of the greatest efficiency,. This paper introduces the mine transport systems commonly used in these types of transport equipment, mine transport system a brief overview of the scraper conveyor, reproduced machine, retractable belt conveyor, conveyor and down the mountain on the roadway motor vehicles These types of transportation equipment is given a specific principle of selection and a more detailed text, the scraper conveyor, retractable belt conveyor motor vehicles and the selection is given a detailed calculation and annotations.Keywords scraper conveyor retractable belt conveyor motor vehiclesII目 录1 绪论11.1矿山运输设备在现代矿井生产中的作用11.2矿井运输设备的类型11.3国内外矿井运输设备发展状况22 采煤机选型设计52.1采煤机概述52.2设计原始资料52.3滚筒采煤机的选择52.3.1采煤机的性能参数计算与选择62.3.2所选采煤机主要技术参数的校核83 刮板输机选型设计103.1刮板输送机概述103.2刮板输送机的选型原则103.3刮板输送机选择计算103.3.1回采工作面生产能力113.3.2刮板输送机初选113.3.3刮板输送机各参数的验算124 采区顺槽运输机械的选型设计214.1转载机概述214.2载机的选择原则214.3转载机的初选224.4转载机各参数的校核225 可伸缩带式输送机的选型设计255.1带式输送机概述255.2可伸缩带式输送机的选型原则255.3胶带输送机的选择计算265.3.1胶带输送机的初选265.3.2可伸缩胶带输送机各参数的校核276 采区上下山运输设备选型设计356.1上下山运输机初选356.2钢丝绳蕊胶带输送机相关参数的校核357 矿用电机车选型设计407.1电机车概述407.2矿用电机车运输设备初选407.3电机车选择计算417.3.1列车组成计算417.3.2电机车台数的计算45结论47谢辞48参考文献49附录50附录150481 绪论1.1矿山运输设备在现代矿井生产中的作用煤炭是我国主要的能源和重要的化工原料，自建国以来，为促进国民经济的发展，煤炭行业已取得了举世瞩目的伟大成就，我国煤炭储量居世界前列，原煤产量从1949年的0.32亿吨，到2003年突破13亿吨，成为世界第一产煤大国，目前煤炭在今后相当长的时期内仍将是第一位的主要能源。【1】矿山运输是煤炭生产中非常重要的环节，从井下采煤工作面采出的煤炭，只有通过矿井运输和提升将其运到地面，才能够加以利用。矿井运输和提升在矿井生产中担负着以下任务：将工作面采出的煤炭运送到地面装车站；将掘进出来的矸石运往地面矸石厂或矸石综合加工厂；将井下生产所必需的材料，设备运往工作面或其他工作场所；运送井下工作人员。可以说矿井运输是矿井生产的“动脉”与“咽喉”，其设备在工作中一旦发生故障，将直接影响生产，甚至造成人身伤害。此外矿井运输的耗电量很大，一般占矿井生产总耗电量的50%以上。因此，合理选择维护使用这些设备，使之安全可靠，经济高效的运行，对保证矿井安全高效的生产，提高煤炭企业经济效益，具有重要的现实意义。由于矿井运输设备是在井下巷道内工作，空间受到限制，故要求它们结构紧凑，外部尺寸尽量小；同时因工作地点经常变化，又要求其中的许多设备应便于移置；另外，由于井下有瓦斯、煤尘、淋水、潮湿等特殊环境，还要求设备防爆耐腐蚀等。1.2矿井运输设备的类型矿井运输设备的类型按其动作方式不同可分为连续动作式运输设备和周期动作式运输设备两大类；按用途不同可分为主要运输设备和辅助运输设备。1、连续动作方式运输设备连续动作式运输设备是当设备启动后，能连续不断地运送货载。常见类型如下：输送机 刮板输送机、带式输送机、杓斗提运机等。无极绳运输设备 这种运输方式是将货载装在矿车中用无极连续运转的钢丝绳牵引矿车在轨道上运行，矿车与钢丝绳之间通过连接装置挂钩或摘钩。这种方式可用于井下或地面水平运输及倾角小于15的斜巷运输。风力或水力运输设备 主要设备为空压机，高压水泵及运输管道或运输槽，这种方式可分为利用压缩空气或高压水在管内运运送货载的有压运输和利用自然坡度在铁槽内运送货载的无压水力运输两种。水力运输适用于水力采煤或旱采水运矿井。自重运输 即在坡度较大的情况下，利用货载本身的自重分力，使货载沿斜坡向下连续自溜运输。2、周期动作式运输设备周期动作式运输设备已一定的循环方式周期的运送货载，在输送中需经常控制其运行方向。机车运输设备 用机车牵引一组矿车在轨道上往返周期的运送货载，是我国目前水平巷长距离运输的主要方式之一。有技术运输设备 用有极往复运行的钢丝绳牵引单个或一组矿车子轨道上往复运行。多用作小型矿井的主斜井提升或一般矿井的采区上下山辅助运输等。矿井提升设备 利用提升滚筒传动的钢丝绳牵引提升容器在井筒内往返运行，完成提升或下放人员及货载的任务。3、辅助运输设备一般指除了运煤以外的运输设备，主要类型有：卡轨车 它是一种地轨式辅助运输设备，在车辆上除了装有普通的行走轮外，另装有卡轨轮，其作用是卡住轨道，使车轮不脱离轨道，以适用于巷道底板起伏大，有低鼓以及难以使用机车和有极绳运输的巷道。单轨吊车 单轨吊车是综合机械化采煤配合使用的一种采区巷道辅助运输设备。它用吊挂车辆，在悬挂于巷道上方的工字型单轨上运行，摩擦轮绞车作动力装置，通过钢丝绳牵引单轨吊车运送货载。架空索道 适用于个别山区矿井地面运输设备。推车机或爬车机 推车机是采取装车站，井底车场，当向罐笼，翻车机推送矿车时或在溜煤眼下部推送矿车时，推动矿车。而爬车机则是在矿车自溜系统中，用以补偿矿车自溜所降落的标高差，故又称为高差补偿器。无轨车 如胶轮机车在矿井下直接运行。1.3国内外矿井运输设备发展状况建国以来，我国的矿山运输设备在技术上有了很大的发展。各种运输设备均能批量生产并投入使用。刮板输送机应用极广，种类很多，有单链、双链、三链之分。近年来，随着高产高效工作面装备技术水平的不断提高，刮板输送机一发展成大功率，高强度，高可靠性的运输设备。目前国外工作面刮板输送机最大工作长度达到45m，最大输送能力达到5000t/h，最大功率达到2000kw。已普遍采用了侧卸机头，双速电机，主副电机，主副电机液压平衡的一机体。我国最新研制装机容量和生产能力最大的刮板输送机装机功率也超过500kw，链速达到1.21m/s，输送长度达到200m以上，工作能力达到1000t/h。现代先进刮板输送机主要表现为:整体铸造溜槽或组合焊接溜槽，减少螺栓连接，提高了可靠性，使用寿命达到600万t1000万t过煤量；采用大直径刮板链；采用软启动技术大大提高了输送机的可靠性，使链子和链轮的寿命加倍；故障诊断和工况监测输送机各部件的运行状态，进行故障诊断和报警。在带式输送机方面，近年来国内外带式输送机向着长距离，高带速，大运量，大功率，长寿命，低能耗智能化方向发展。这是高产高效节约化矿井生产的需要。国外带式输送机的发展主要表现在两个方面：一方面是带式输送机的功能多元化，应用范围扩大化，如高倾角带式输送机，管状带式输送机，空间转弯带式输送机等各种机型；另一方面是带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离，高带速，大运量等带式输送机已成为发展的重主要方向，其核心技术是开发应用了带式输送机动态分析与监控技术，提高了带式输送机的运行性能和可靠性。目前国外在煤矿井下使用的带式输送机已达到主要技术指标见下表1-1【2】表1-1国外带式输送机的主要技术指标主要参数国外300500万吨/年高产效矿井采区平巷可伸缩带式输送机大巷与斜井固定式强力带式输送机运距/m200030003000带速/m3.5445,最高达8输送量/t2500300030004000驱动总功率/kw1200200015003000最大达10100我国生产的带式输送机技术水平也有很大提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产品开发都取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面平巷可伸缩带式输送机等均填补了国内空白，并对带式输送机的关键技术及其主要部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软启动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置，驱动系统采用调速型液力耦合器和行星齿轮减速器。目前，我国煤矿井下用带式输送机的主要技术指标如表1-2：【2】表1-2国内带式输送机的主要指标主要参数可伸缩带式输送机大巷与斜井固定强力带式输送机运距/m1000200010004000带速/m23.52.54输送量/t800180010002000驱动总功率/kw2507507501500随着高产高效工作面的逐渐增多及煤炭科技的迅速发展，我国原来的带式输送机，无论是主要参数还是运行性能都难以适应高产高效工作面的要求，在今后的发展中，需尽快解决好以下几方面的关键技术问题：带式输送机动态分析与监控技术；软启动与功率平衡技术；中间驱动技术；自张紧技术；新型长寿命高速托辊技术；快速自移动机尾技术；高效储带技术。这样才能提高我国带式输送机的设计生产和使用管理能力，赶上国际先进技术水平。在电机车运输方面，电机车正向着大型化、高速化、能爬大坡度、高度自动化控制方向发展。如瑞典、美国、波兰等国家已开始研制和使用能自动装卸载、无人驾驶运行的全自动化控制的电机车运输设备。电机车的速度与调速均由中央控制室控制，实现装卸自动化，列车位置及岔道的开合状态可在中央控制室的模拟盘上观察，我国电机车已采用晶闸管脉冲调速系统，实现无级调速，这标志着我国在矿山运输方面已达到了一个新的水平。2 采煤机选型设计2.1采煤机概述采煤机是一个集机械、电气和液压为一体的大型复杂系统,工作环境恶劣,如果出现故障将会导致整个采煤工作的中断,造成巨大的经济损失.随着煤炭工业的发展,采煤机的功能越来越多,其自身的结构、组成愈加复杂,因而发生故障的原因也随之复杂。双滚筒采煤机综合了国内外薄煤层采煤机的成功经验，是针对我国具体国情而设计的新型大功率薄煤层采煤机。 2.2设计原始资料已知条件煤层厚度 ：2.42.6 m；支护强度：40 KN/；顶板条件 ： 级3 类 ；工作面年产量 ：100 万吨,；工作面长度： 150 m, 倾角: 5 度；物料的散碎密度： 850 Kg/m物料中最大块度的尺寸： max = 300 ；物料的动堆积角： 20；大巷坡度： 3大巷条件： 低瓦斯矿井， 大巷为进风巷道；该矿井有2个相同的生产能力的工作面，分别设有2个采区，2个采区装车站到井底车厂距离分别为： = 3.5 ， = 3 ；顺槽长度： 890 m；上下山： 下； 上下山长度： 990 m；顺槽有少量的灰尘， 温度正常；使用ZZ4000/17/35 型（ ZY35b 型）支撑掩护式支架，其具体使用条件为：煤层厚度2.03.2 m，煤层倾角25顶板中等稳定，底板抗压强度2Mp,支撑高度1.73.5 m,中心距1.5m,工作阻力4000KN,初撑力1884N,支护强度0.73Mp ,质量10.5 t,对底板比压1.83。2.3滚筒采煤机的选择正确选择和使用采煤机是提高采煤工作面，生产能力的一项主要任务，对采煤工作面的生产效率、能耗、安全等都具有重要影响，但采煤机选型涉及问题较多，目前还缺乏一套完善的计算方法。它不仅与煤层的厚度，倾角及煤的物理机械性质、地质条件等有关，还要考虑与支护设备，运输设备之间配套关系，因此，在选型过程中要考虑多方面因素，综合分析后去确定。2.3.1采煤机的性能参数计算与选择1、液压支柱最大工作高度Hmax及最小工作高度Hmin的计算Hmax=hmax-c =2.6-0.096=2.504mHmin=hmin-s-c-a=2.4-0.20-0.096-0.080=2.074m式中 hmax， hmin煤层最大，最小采高 c顶梁高度 c=96mm s最大控顶距处，顶板下沉量，可参阅液压支架方法选取 a支柱卸载高度，取80mm2、滚筒直径的选择：滚筒直径大些对装煤有利，但不宜过大并应满足采高的要求。双滚筒采煤机滚简直径应大于液压支架最大采高的一半，则D= （0.520.6）=（0.520.6）2.8= 1.451.68m初选D=1.6 m式中 液压支架最大采高,为hmax加上支撑高度的补偿量，中厚煤层可取 200 毫米， 厚煤层取 300 毫米，薄煤层适当减小；3、滚筒截深的确定滚筒截深是采煤机工作机构截入煤璧的深度，是影响采煤机装机功率及生产率的主要因素，决定截深时应充分考虑煤层的压张效应，截割阻抗(截齿截割单位切屑厚度所对应的截割阻力)大小，煤层厚度、倾角、顶板稳定性及采煤机稳定性等。另外：为了管理顶板方便，截深应等于液压支架的推移步距。中厚煤层截深可取0.60.8m，若顶扳稳定，截割阻抗小可适当加大厚煤层为了减轻煤壁片邦，减轻液压支架载荷和避免煤从运输机溢出，截深宜小，可取0.5m左右。薄煤层由于工人行走困难，牵引速度比较低。为了保证大的生产率截深可取0.81m。国内生产采煤机，为了制造方便，大部分截深在0.6m左右，薄煤层为l米左右。在这里选取0.5m4、滚筒转速的计算滚筒转速一般认为滚筒转速在3050r/min较为适宜，薄煤层小直径滚筒由于装煤能力差，为了提高生产率转速可增大到60100r/min。假定滚筒转速为n=40r/min，转速及滚筒直径经确定后则 V= =4m/min 式中 m每一截线上的截齿数取m=2t允许的切削厚度t=50mm5、采煤机最小设计生产率= 694t/h 式中 年生产量,td年工作日，取300天h24小时K有效开机率，有效开动率是指采煤机在一天或一班内有效工作时间与一天或一班占有时间的比值，它综合反映了设备可靠性，选型及组织管理水平，工人技术熟练程度等，西德高产工作面有效开动率可达51%，苏联高产综采工作面可达50，我国根据有些典型工作面的推算大约在0.150.35之间，一般可取0.20。6、采煤机截割时牵引速度及生产率采煤机截割时牵引速度的高低，直接决定采煤机的生产率及所需电机功率，由于滚筒装煤能力，运输机生产率，支护设备推移速度等因素的影响，采煤机在截割时的牵引速度比空调时低的多。采煤机牵引速度在零到某个值范围内变化，选择截割时的牵引速度，要根据下述几方面因素，综合考虑。（1)根据采煤机最小设计生产率决定牵引速度v=60HBvr 式(2.1)式中 采煤机最小设计生产率 ,t/hH 采煤机平均采高 ,mB 采煤机截深 ,mr 煤的容重 1.35 t/由式(2.1)得V= =5.49m/min（2) 通过截齿最大切屑速度， 液压支架推移速度， 综合分析后， 取v=5.5 m/min所以Q =60HBvr =602.60.65.51.35= 695t/h 7、采煤机所需电机功率由于采煤机在截割和装载过程中，受到很多因素的影响，所需电机功率大小，很难用理论方法精确计算，常采用类比法或比能耗法来估算。采用比能耗法估算电机功率，是根据采煤机生产率和比能耗(截割单位体积煤所消耗的功率)实验资料来确定，如果比能耗值确定适当，计算值就比较合理。取截割阻抗A=180200N/mm的煤为基准煤，当采煤机以不同的牵引速度截割时，包括牵引部及辅助液压系统在内，其比能耗的估算值如表2-1，表2-1螺旋滚筒采煤机比能耗牵引速度（米/分）23456（千瓦小时/吨）0.500.440.420.400.38（1)计算比能耗值：=0.38=0.34 式中A截割阻抗被截割煤层截割阻抗国内还缺乏这方面资料根据经验取0.18基准煤的比能,按上表取0.38（2) 双滚筒采煤机所需电机功率双滚筒采煤机前滚筒与后滚筒截割条件不同，前滚筒截割时，煤层只有面向采空区一个自由面，后滚筒截割时，前滚筒己截割出第二个自由面。若以表示前滚箭截割比能耗，后滚筒截割比能耗为=0.80.34=0.27N=(0.6+0.4)=(0.60.34+0.40.27)= 337kw式中功率利用系数 两台电机驱动为0.8功率水平系数 取0.85后滚筒工作条件系数,按表2-2选取，取0.8表2-2后滚筒工作条件系数滚筒转向后滚筒开采煤层部位下部上部向着前滚筒截割自由面0.80.7逆着前滚筒截割自由面1.00.9国内生产的采煤机电机功率已系列化，有100、150、170、(1702)、200、300、(3002)千瓦，可就近选取双电机驱动 N=1702=340 kw。选MLH340双电机滚筒采煤机， MLH340 双电机滚筒采煤机的参数:生产率： 780 吨/时 ， 采高： 1.6 3.0 米，滚筒直径1.6 米,最大牵引力210KN 牵引速度0 9.33 米/分 电机功率2170 千瓦,最小控顶距2.2 米。外形尺寸： 740021131400 毫米,质量30 吨。查采煤机配套相关书籍，初选SGZ-730/264 刮板输送机与之配套。2.3.2所选采煤机主要技术参数的校核1、最大采高的校核：=A+L+=1.380.23+1.19+0.8= 2.96m2.8m所以符合2、最小采高的校核:=A+=1.380+0.138+0.25=1.768m其运输能力满足（2）装载截面的校核在与采煤机配套使用时中部槽应具有的装载面积为= 式(3.5)式中 中部槽应具有的装载断面积，采煤机的实际生产能力，t/hV 刮板链速,m/s 采煤机的牵引速度，m/min物料的散碎密度， kg/m装满系数，取0.9由式(3.5)得=“”的选择原则是：当刮板链与采煤机运动方向相反时取正，相同时取负，在这里取负，便于校核=0.1340当0.60.40时既倾斜向下运煤倾角不大时，“1”点张力最小当0.60.43.5所以满足强度要求。经以上计算知，所选SGZ730/2132刮板输送机满足选型需要，在给定条件下能适用。4 采区顺槽运输机械的选型设计4.1转载机概述转载机是将工作面输送机运出的煤，转载到带式输送机上的中间转载设备，它的作用有两个：一是将工作面刮板输送机运出的煤，转运到可伸缩带式输送机上；二是输送机伸缩时减少胶带的拆装次数。转载机实际上是一种结构特殊的短刮板输送机，其传动系统和驱动装置与刮板机相同，主要不同点是，转载机的机身有一段悬桥结构，使它能与带式输送机有一段搭接长度。机身主要由拱桥段，拍破断于落地段三部分组成。拱桥段部分由标准溜槽、挡板和封底板组成，三者用螺栓连接成一刚性整体。连接时溜槽，挡板俄封底板的接口要互相错开，以增加机身的刚度。拱桥段的前端与机头不连接，后端与爬坡段的凸形溜槽连接。爬坡段由凸形溜槽，凹溜槽组成，将货载抬高，并与拱桥组成一刚性体整体结构，构成与可伸缩带式输送机机尾搭接的足够长度，后段的凹溜槽与破碎机的出料腔连接。落地段的前方与破碎机的进料口连接，后方与机尾连接，其各溜槽间用哑铃连接，允许在水平和垂直方向有一定的偏转以适应底板的变化。【2】4.2载机的选择原则选择转载机， 要注意与工作面刮板输送机的配套要求：（1） 转载机的运输能力要稍大于工作面刮板输送机的运输能力为保证采煤工作面正常生产不使刮板输送机的煤流出现堵塞，并能满足在采煤高峰的最大生产能力和和转载机不出现溢煤现象，转载机的输送能力QZ应大于刮板输送机的输送能力QS,即QZ QS,转载机生产能力应由下列几方面得到保证刮板链速度转载机刮板链的速度V应大于刮板输送机的链速V即VZVS实验证明：刮板输送机的链速增大以后，不仅对槽体和刮板链磨损严重，而且使刮板链的动负荷剧增，使链条寿命明显下降，因此刮板链速不宜过高，一般转载机的链速V应比刮板输送机大20%左右。刮板间距L为了提高运煤效果，和刮板链通过爬坡段时不致降低输送量，转载机的刮板间距LZ应大于刮板输送机的刮板间距LS，即LZLS溜槽宽度B为便于刮板输送机卸载，降低机头卸架高度以及减少回煤量，转载机的溜槽宽度B应大于刮板输送机溜槽宽度B,即：BZBS为了便于维护管理，一般转载机溜槽宽度都采用与刮板机相同的宽度。（2） 顺槽转载机的机尾与工作面输送机的连接处理要配套（3）转载机的零部件与工作面输送刮板机的零部件应尽可能通用（4）转载机头布置及其作业高度，机尾长度均应由巷道受动压后的洁净断面及维护条件相适应34.3转载机的初选由上所述因素考虑综采设备的配套选择： SZZ 730/110转载机。具体参数如表4-1所示表4-1 SZZ 730/110转载机主要参数项目单位数值型号SZZ730/110设计长度m45出厂长度m35输送量m650与皮带机搭接长度m12爬坡角度 所以满足要求2、电动机功率的校核转载机电动机功率的大小，可根据各段长度，爬坡段的倾角等具体条件决定，其具体的关系式为：= 式(4.2)式中 K电动机功率备用系数，K=1.151.2这里取1.2 刮板链绕过两端链轮时附加阻力系数，取1.1 转载机爬坡段弯曲时加阻力系数，取1.1 q货载每米重力,N/m,按下式计算：q= 刮板链每米重力，N/m,355.348N/m 转载机水平段长度，m 转载机爬坡段长度，m W货载在溜槽中运行阻力系数，0.4 刮板链在溜槽中运行阻力系数，0.3 爬坡段倾角，12 Vz链速，m/s 取1.05 传动效率，0.85 g重力加速度，根据式(4.2)可求得q=1814.8N/mF=54KWF110KW所以选型符合。经以上计算知，所选SGZ730/110转载输送机满足选型需要，在给定条件下能适用。5 可伸缩带式输送机的选型设计5.1带式输送机概述带式输送机由于具有长距离连续运输、运行可靠与易于实现自动化等特点，在各行各业的到了极其广泛的应用。尤其在矿山开采方面，已成为地面和井下原煤的主要运输设备，而且许多煤矿正向“运煤胶带化”方向发展。它主要由胶带、