煤矿提升设备的安全毕业设计.doc

中央电大毕业论文中央广播电视大学人才培养模式改革和开放教育试点机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）论文题目煤矿提升设备的安全设计学生姓名 李 杰 学 号 200914010210088 指导教师 葛道健 专 业 机械设计制造及自动化年 级 2009年春季 学 校 济源广播电视大学 毕业设计任务书设计题目：煤矿提升设备的安全设计设计要求： 1.了解提升机的选型原则和选型依据； 2.了解提升机选型的各个参数并分析计算； 3.设计的提升机要安全合理经济适用； 4.选型设计后的安全管理要求； 5.撰写毕业设计说明书。摘 要：矿井提升设备是联系井下与地面的主要生产设备。它的任务上沿井筒提升煤炭、矸石下放材料升降人员和设备等。本设计主要针对我们鹤煤公司整合矿井生产需要，通过对矿井提升设备进行合理选型设计以及各选型参数的综合分析，提高矿井提升设备的安全性和可靠性，提高矿井生产效益。关键词：提升设备 选型设计 安全 可靠目 录1.矿井提升机选型的主要原则11.1 主提升设备的选型方式11.1.1井筒装备方式11.1.2箕斗提升方式11.1.3矿井主斜井运输方式21.1.4 主井箕斗规格的选择31.1.5副井罐笼的选择 51.2 提升钢丝绳的选择计算61.2.1单绳缠绕式立井提升钢丝绳选择71.2.2煤矿安全规程对安全系数规定71.3 提升机的选型计算82.矿井提升机选型的依据及主要内容122.1选型的依据122.2选型的主要内容132.2.1计算并选择提升容器132.2.2计算并选择钢丝绳142.2.3提升机的选择142.2.4提升机与井筒相对位置计算152.2.5预选提升电动机172.3选型计算202.3.1运动学参数动力学计算202.3.2电动机功率验算232.3.3电动机等效功率232.3.4吨煤电耗计算243.矿井提升设备的安全管理253.1 提升容器的安全使用253.2 钢丝绳的安全使用263.3 提升系统安全保护设备的安全操作27结 论28参考文献29致 谢30绪 论毕业设计是对电大教学的重要环节。不仅通过毕业设计锻炼运用所学的理论知识和专业技能来分析和解决问题的能力,还巩固以往所学到的专业知识。通过同学们广泛交流、探讨，提高了学习的积极性。为了保质保量完成这次毕业设计。本人严格要求自己，按照毕业设计的有关规定，认真、谨慎地去完成这次毕业设计。毕业设计也是理论学习与工作实际联系的桥梁，可以为以后的工作打下坚实的基础。为电大学习画上完美的句号，在设计过程中通过查阅资料，运用工具书提高分析解决问题的能力。在设计过程中，我们通过认真分析鹤煤公司整合矿井安阳二矿现有提升设备也不能满足生产实际需要和集团公司的安全技术质量标准规定。所以，通过对提升机选型设计参数的认真细致的分析，如提升容器的选择、钢丝绳的选择.提升电动机的预选等。严格执行煤矿安全规程的规定，确保设计达到安全上合理、性能稳定、经济可靠。在整个设计过程中，指导教师给予了很大帮助。在此表示诚挚的感谢！由于本人所学知识有限设计中不妥之处在所难免。希望老师们给予批评建议，并诚恳接受。为以后工作学习提供更有利的帮助。271.矿井提升机选型的主要原则1.1 主提升设备的选型方式提升设备的选型设计是否合理对煤矿企业来说至关重要，提升设备选型设计只能在提升方式确定之后进行。当矿井设计生产能力.井深同时生产水平数等确定之后才决定合理提升方式，初步设计对提升方式综合考虑。1.1.1井筒装备方式：一般应遵照一个井筒能设一套不装两套提升设备的原则，对矿井生产能力大于0.3mt/a的矿井，根据生产需要副井一般装两套提升设备多数为1套双钩双层窄罐和1套单钩带平衡锤双层宽罐笼提升设备。如果这类矿井为深井或采用多水平生产作业提升时，也可以装备2套单钩带平衡锤4层或3层宽罐笼提升设备。1.1.2箕斗提升方式：一般情况下，主立井均采用箕斗提升方式，这是因为箕斗提升能力大运转费用也较低。另外，在控制方面易于自动化。但在特殊条件下，如矿井生产的煤质品种多，且需要 分别运送或是保证煤炭有足够的块度，这时只好采用罐笼作为主要提升设备。1.1.3矿井主斜井运输方式：矿井主斜井运煤，条件适宜应采用带式输送机提升。根据我们国家目前实际情况，对于小型矿井以采用单绳缠绕式提升机提升为好。对于矿井设计生产能力生产量在0.9mt/a以上的大型矿井宜采用多绳摩擦式提升系统为宜。对于中型矿井如井深较浅可采用单绳缠绕式提升系统。井较深时也可采用多绳摩擦式提升系统或主井采用单绳箕斗，副井采用多绳罐笼。煤矿矿井若有2个水平，且分前后期开采时，提升机井架或井塔等大型固定设备要按所担负的最终水平工作量选择。提升容器钢丝绳和提升电动机根据实际情况也可按第一水平选择，若井筒延伸第二水平时，另行更换。但电动机以更换一次为宜。提升容器主要是底卸式箕斗和普通罐笼。箕斗的优点是：质量轻，所需井筒断面积小，装卸载可自动化，且时间短，提升能力大。箕斗的缺点是：井底及井口需要设置煤仓和装卸载设备，只能提升煤炭，不能升降人员、设备和材料，井架较高，需要另设一套辅助提升设备。罐笼的优点是：井底及井口不需设置煤仓，可以提升煤炭、矸石，下放材料，升降人员和设备，井架较矮，有利于煤炭分类运输，罐笼的缺点是：质量大，所需井筒断面积大，装卸载不能自动化，而且时间较长，生产效率较低。选择箕斗还是选择罐笼，需要根据多方面的技术、经济指标来确定。1.1.4 主井箕斗规格的选择： 进行提升设备选型设计时，矿井年产量an和矿井深度hs为已知条件。当提升容器的类型确定后，还要选择容器的规格。在提升任务确定之后，选择提升容器的规格有两种情况：一是选择较大规格的容器，一次提升量较大，则提升次数少。这样，因为一次提升量较大，所需的提升钢丝绳直径和提升机直径较大，因而初期投资较多。但提升次数较少，运转费用较少。二是选择较小规格的容器，情况和上述的相反，因而初期投资较少，而运转费用则较多。那么，应该如何选择提升容器的规格才是合理的呢?其原则是：一次合理提升量应该使得初期投资费和运转费的加权平均总和最小。为了确定一次合理提升量，从而选择标准的提升容器，可按以下步骤计算： (1)确定合理的经济速度vj ， 与一次合理提升量相对应的，有一个合理的经济速度。经研究证明，合理的经济速度vj 可用下式计算： 式中：h为提升高度，m；h=hz+hs+hx；hz为装载的高度，m；hz=1825m，hs为矿井井筒的深度，m； hx为卸载高度，m；hx=1525m。(2)估算一次提升循环时间式中：a为提升加速度，一般a=0.8m/s2；为箕斗低速爬行时间，一般取=10s；为箕斗装卸载休止时间，一般取=10s。 (3)计算小时提升量as 式中：c为提升不均衡系数；an为矿井设计年产量；caf为提升富裕系数；ts为提升设备每天工作小时数，一般为14h；br为提升设备每年工作日数，一般为300天(4)计算小时提升次数ns (5)计算一次合理提升量根据上式求出的一次合理提升量，查表选取与相等或接近的标准箕斗，其名义装载量可以大于或小于。在不加大提升机滚筒直径的条件下，应尽量选用大容量箕斗，以较底的速度运行，降低能耗，减少运转费用。(6)计算一次实际提升量 选取标准箕斗后，根据所选箕斗的有效容积和煤的松散容重计算一次实际升量q式中：为煤的松散容重，v为标准箕斗的有效容积。1.1.5副井罐笼的选择：副井罐笼规格的选择按如下规定确定：1、根据井下运输使用的矿车名义载重量(主井为箕斗提升时按辅助运输矿车名义载重量)确定罐笼的吨位；2、根据运送最大班下井工人的时间不超过40 min或每班总作业时间是否超过5h来确定罐笼的层数。一般应先考虑单层罐笼，不满足要求时再选择双层罐笼。此外，罐笼的选择还应考虑如下规定：(1)升降工人的时间，按运送最大班下井工人时间的1.5倍计算；(2)升降其他人员的时间，按升降工人时间的20计算。升降人员的休止时间按下列规定取值；单层罐笼每次升降5人及以下时，休止时间为20s，超过5人，每增加1人增加1s；双层罐笼升降人员，如两层同时进出人员，休止时间比单层增加2 s信号联系时间。当人员只从一个平台选出罐笼时，休止时间比单层增加一倍，另外增加6 s换置罐笼时间；(3)普通罐笼进出材料车和平板车休止时间为4060s；(4)提升矸石量按日出矸石量的50计算；运送坑木、支架按日需量的50计算；(5)最大班净作业时间为上述各项提升时间与休止时间之和，一般不得超过5 h；(6)能够运送井下设备的最大和最重部件；(7)对于混合提升设备，每班提煤和提矸时间均应计人1.25不均衡系数，其提升能力不宜超过5.5 h。 1.2 提升钢丝绳的选择计算提升钢丝绳的选择计算是提升设备造型设计中的关键环节之一。钢丝绳在运转中受有许多应力的作用和各种因素的影响，如静应力、动应力、弯曲应力、扭转应力和挤压应力等，磨损和锈蚀也将损害钢丝绳的性能。综合考虑以上应力因素的精确计算是很困难的，目前国内外都是按静载荷近似计算的。我国是按煤矿安全规程的规定来设计的，其原则是：钢丝绳应按最大静载荷并考虑一定的安全系数来进行计算。安全系数是指钢丝绳钢丝拉断力的总和与钢丝绳的计算静拉力之比。但是应当注意，安全系数并不代表钢丝绳真正具有的强度储备，只不过表示经过实践证明在此条件下钢丝绳可以安全运行。1.2.1单绳缠绕式(无尾绳)立井提升钢丝绳选择计算：如右下图所示为一立井单绳提升钢丝绳计算示意图。 钢丝绳的最大静拉力作用于a点处，其值为：式中：为钢丝绳承受的最大计算静载荷；为一次提升的有益载荷为容器质量；p为钢丝绳每米重力；为钢丝绳悬垂长度，。 为井架高度；矿井深度；为容器装载高度。1.2.2根据煤矿安全规程对安全系数的规定必须满足下式 ：图2-5 钢丝绳计算示意图 式中：ma为新钢丝绳的安全系数。一般钢丝绳的平均比重近似取0.09 ncm3 ，于是有下式： 将式上式代入式公式并化简整理得： 代人0 的值后，得出选择每米钢丝绳重的公式为： 由于实际所选钢丝绳的0不一定是0.09 ncm3，因此所选绳是否满足安全系数的要求必须按实际所选每米绳重按下式进行验算，即所选绳的实际安全系数为： 1.3 提升机的选型计算选择提升机的主要参数有：卷简直径d；卷筒宽度b;提升机最大静张力fjma及最大静张力差fjc。其中卷筒直径d为选择提升机规格型号的依据；其他三个参数为校核参数。选择提升机卷筒直径的主要原则是：使钢丝绳在卷筒上缠绕时所产生的弯曲应力不要过大，以保证提升钢丝绳具有一定的承载能力和使用寿命。理论与实践已证明，绕经卷筒和天轮的钢丝绳，其弯曲应力的大小及其疲劳寿命取决于卷筒与钢丝绳直径的比值。 如下面图（1）所示是锁股(密封)钢丝绳进行弯曲试验的结果，由图示可知，在同一钢丝绳直径条件下，卷简直径愈大，弯曲应力愈小；在相同卷简直径条件下，绳径愈小，弯曲应力愈小，即比值dd愈大，弯曲应力愈小。 如下面图（2）所示为在不同的dd弯曲条件下，钢丝绳试验载荷与其耐久性的关系，在试验载荷相同时，dd愈大，钢丝绳所能承受的反复弯曲次数愈多，疲劳寿命愈长。 图（1） 图（2）对于安装在地面的提升机，其直径与关系： 式中：d为提升机卷筒直径；d为提升钢丝绳直径；为提升钢丝绳中最粗钢丝绳直径。对于安装在井下的提升机则有： 选定了标准卷简直径后，卷筒的标准宽度b则为巳知，然后根据实际需要在卷筒上缠绕的钢丝绳长度来计算卷筒的实际宽度b。在提升机卷筒上应容纳以下几部分钢丝绳： (1)提升高度h，m;(2)提升钢丝绳试验长度，规定每半年剁绳头一次，每次剁掉5 m，按提升钢丝绳的使用寿命为三年计，则试验长度为30 m；(3)为了减少钢丝绳在卷筒上固定处的拉力，钢丝绳在卷筒上松绳时，不能全部松放，应在卷筒表面保留三圈摩擦圈，则卷筒的实际容绳宽度b为： 式中：h为提升高度；d为提升机卷筒直径；d为提升钢丝绳直径；为提升钢丝绳绳圈间的间隙，一般为2-3mm，卷筒直径较大时，取大值。如果bb：若提升机用于有升降人员的竖井副井提升，根据煤矿安全规程规定，钢丝绳在卷筒上只能缠绕一层。但是如果b比b稍大一点，所选提升机仍可满足宽度要求，但是要是b-b的差值暂时固定在卷筒内。如果b-b的差值较大，则所选提升机的宽度不满足要求，则应采取措施：一是另选强度较高的提升钢丝绳型号；二是把提升机卷筒直径增大一级。重新计算b到满足bb。根据煤矿安全规程规定：竖井主井提升的提升钢丝绳可在卷筒上缠两层，作双层缠绕时，提升钢丝缠在卷筒上的实际缠绕宽度b可按下式 式中：dp为平均缠绕直径；k为缠绕层数；n为错绳圈数。其中： 为了避免绳圈总在一个地方过渡，每季度要将提升钢丝绳错动14圈，根据提升钢丝绳的使用年限，一般取n=24圈。为了保证提升机在其设计强度范围内工作，使提升机的工作负荷不超过其设计值，还必须验算提升工作的最大静张力及最大静张力差，使其满足所选提升机规定的数值和，可按下式计算： 式中：为提升机工作状态的最大静张力；为提升机工作状态的最大静张力差；q为有益载荷；为提升容器质量；p为提升钢丝绳单位长度重力；h为提升高度。提升机最大静张力及最大静张力差在产品规格表中给出。2.矿井提升机选型的依据及主要内容2.1选型的依据.鹤煤公司整合矿井安阳二矿改扩建后设计年生产量60万t，主井为立井开拓，数据如下：1.矿井原煤产量60万t2.提升工作制度为年工作日3.箕斗卸载高度为16m4.箕斗装载深度为18m，每日工作16h5.单水平提升，井深450m6.松散煤的密度为0.85t/m37.提升方式为一套箕斗提升8.提升机采用双筒单绳缠绕式9.矿井电压等级为6kv2.2 选型的主要内容2.2.1计算并选择提升容器1. 提升高度 h=hs+hz+hx=450+18+16=484m2. 经济提升速度 3. 一次提升循环估算时间 提升加速度取0.8m/s tx=va/a+h/vm=8.8/0.8+484/8.8=86s4.1小时提升次数 5.1小时提升量:取提升均衡系数c=1.15，提升能力富裕系数取af=1.20qj=acaftxdh=6000001.151.205600=148t/h一次合理提升量q=qj/ns=148/41.86=3.5t，所以选择箕斗的名义载重量为8t,箕斗自重qz=5.5t,hr=9250,箕斗容积为8.8m3,s=2100mm,箕斗实际载重量为q=0.85108.8=7.5t2.2.2计算并选择钢丝绳619-43-1700-i-光面-右同gb1102-74型普通圆股钢丝绳，提升钢丝绳直径d=43mm,绳中最粗钢丝绳直径=28mm,钢丝绳全部钢丝断裂总和qd=1190000n,每米重66.30n/m,钢丝绳安全系数校核:所选钢丝绳,满足煤矿安全规程规定,专用升降物料安全系数不得小于6.5。2.2.3提升机的选择：1.滚筒直径d80433440m,d3360m所以选用2jk-3.511.5提升机其技术特征卷筒直径d3.5m,卷筒宽度b1.7m钢丝绳许用最大静拉力差fjm=170kn,最小静拉力差为fj=115kn,变位重量gj=235kn,减速器最大输出动扭矩mnm=300kn m,两卷筒间隙=140,两卷筒中心距s=1840,可选用速度vm=5.67m/s。2.实际需要卷筒容绳宽度由于bb,因此要多绳考虑.3.计算实际缠绕层数4.计算钢丝绳承受的静张力钢丝上最大静拉力fjm校核钢丝绳实际最小静拉力差fj校核5.煤矿安全规程规定对于地面设备,若钢丝绳与天轮围包角90时,天轮的选择dt80d.=8043=3440,dt120012002.8=3360dt： 天轮直径d:钢丝绳直径，所以选用天轮直径dt=3.5m,变位重量gt=113010=11300n2.2.4提升机与井筒相对位置计算1.确定井架高度根据煤矿安全规程规定,考虑实际提升速度低于vm=8m/s取过卷高度hg=8m计算卷筒中心至井筒中钢丝绳间的水平距离2.计算钢丝绳的弦长根据煤矿安全规程规定,天轮到滚筒上的最大内外偏角都不得超过130,实测提升机卷筒中心与机房室外水平标高差0.8m,机房地平与井口标高差为0.6m,取c0=1.4m3.钢丝绳最大内外偏角钢丝绳实际双层最大内外偏角以上两个偏角符合煤矿安全规程要求.4.钢丝绳下出绳角：此值大于jk型提升机最小出角度绳角15,符合要求.设计jk型提升机的主轴时,是以出绳角为0,下出绳角为15考虑.卷筒实际出绳增大时,无疑对提升机主轴工作是有利的.2.2.5预选提升电动机1.确定电动机的额定转速n：预定同步转速为ne=500r/min预选电动机功率ne可估额定转速n=492r/min,则实际最大提升速度则电动机功率: k-矿井阻力系数即考虑提升容器在井筒中活动时的风阻,罐笼阻力及钢丝绳弯曲阻力等的阻力系数,箕斗提升时k=1.2,罐笼提升k=1.15-动力系数即考虑动负荷影响的系数一般=1.2-1.4,箕斗提升取最小值,罐笼提升取最大值.减速器的传动效率,一般为=0.92二级传动=0.85n.提升电动机估算功率q.一次实际提升量选yr-8000-12/1430,三相交流绕线型异步电动机,其技术特征如下;额定功率pe=800kw,n=492r/min,电动机效率=0.915,过负荷系数=2.67转子的回转力矩为14660n2.电动机额定拖动力：电动机转子变位质量:提升机(还包括减速器) 变位质量:天轮变位质量：钢丝绳变位质量：容器变位质量：荷载变位质量：则总变位质量：3、运动学参数计算主加速度：按减速器允许最大输出懂扭矩:减速度a3的确定为了方便控制和节省材料,首先考虑自由滑行方式减速当a3偏大或偏小时,电动方式减速,取按自由滑行方式确定减速度a3偏低应考虑电动方式,依靠机械制动取计算2.3选型计算2.3.1运动学参数动力学计算初加速度时间：主加速度时间：主加速度行程：减速度时间: 减速度行程：爬行时间: 爬行距离，=3m:爬行速度，=0.5ms等速行程：等速时间：一次提升循环时间：提升能力校核：实际提升能力实际提升富裕能力较大可考虑采用自由滑行减速方式将爬行距离加大到=8m.动力学参数计算：初加速度终了:主加速度开始: 主加速度终了: 等速度开始: 等速度终了：爬行开始: 爬行终了: 绘制力图： 2.3.2电动机功率验算1.电动机容量校核:等效时间计算:t d:等效时间s，：考虑低速运转时电动机散热不良系数一般取12，考虑停车间歇时间电动机散热不良系数一般取13，：休止时间取8 s2.等效时间计算：2.3.3电动机等效功率：电动机等效功率小于电动机额定功率,因此所选电动机符合要求.工作过负荷校检：所以负荷需要。特殊负荷：所以符合要求。通过以上比较与验算，说明预选电动机合适。2.3.4吨煤电耗计算1.提升电耗:2.一次提升电耗:3.吨煤电耗：4.年电耗：5.一次提升有益电耗:6.提升效率:3.矿井提升设备的安全管理3.1 提升容器的安全使用1.立井中升降人员，应使用罐笼或带乘人间的箕斗。在井筒内作业或以其他原因，需要使用普通箕斗或救急罐升降人员时，必须制定安全措施。2.专为升降人员和升降人员与物料的罐笼（包括乘人间的箕斗）必须符合下列要求：乘人层顶部，应设置可以打开的铁盖或铁门，两侧装设扶手罐底必须满铺钢板，如果需要设孔时，必须设置牢固可靠的门；两侧用钢板挡严并不得有孔。进出口必须设罐门或罐帘，高度不得小于1.2米。罐门或罐帘下部边缘至罐底的距离不得超过250毫米，罐帘横杆的间距不得大于200毫米。罐门不得向外开，门轴必须防脱；提升矿车的罐笼内必须装有阻车器3.升降人员或升降人员和物料的单绳提升罐笼、带乘人间 的箕斗，必须装设可靠的防坠器4.检修人员站在罐笼或箕斗顶上工作时，必须遵守下列规定：在罐笼内或箕斗顶上，必须装设保险伞和栏杆5.必须佩带保险带提升容器的速度，一般为0.30.5ms，最大不超过2ms，检修用信号必须安全可靠3.2 钢丝绳的安全使用在钢丝绳的使用中，一定要满足煤矿安全规程中规定的滚筒直径与钢丝绳直径的比值要求，以减轻钢丝绳的弯曲疲劳；绳槽直径必须合理，绳槽过小时会引起钢丝绳过度挤压而提前断丝，绳槽过大时会使钢丝绳在绳槽中支持面积减小，增大其接触应力，导致绳与绳槽的加速磨损。钢丝绳使用过程中应注意涂油，定期并正确地涂油对提高钢丝绳使用寿命作用很大。严禁用布条之类的东西捆缚在钢丝绳上作提升容器位置的标记此外，司机操作要平稳，注意滚筒及天轮衬垫情况，认真加强对钢丝绳的维护，严格按煤矿安全规程的要求对提升钢丝绳进行管理，保证提升安全，提高钢丝绳的使用寿命。要养成日常检查和定期检验的好习惯。提升钢丝绳每天必须以不大于0.3ms的速度进行详细检查，并记录断丝情况。定期检验可以了解运转一定时间的钢丝绳机械性能变化情况，也观察钢丝绳的绳芯情况。钢丝绳的使用期限及更换标准应按煤矿安全规程上的具体要求执行。3.3 提升系统安全保护设备的安全操作在提升速度大于3ms的提升系统内，必须设防撞梁和托罐