小青煤矿主井提升设备选型设计毕业设计(论文).doc

图书分类号：密 级：毕业设计(论文)小青煤矿主井提升设备选型设计(多绳摩擦式提升机)THE TYPE SELECTION AND DESIGN OF MAIN SHAFT LIFTING EQUIPMENT FOR COAL OF XIAO QING(MULTI-ROPE FRICTION HOIST)学生姓名学院名称专业名称指导教师毕业设计(论文)学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日I摘要本文主要介绍了小青煤矿主井提升设备（多绳摩擦式提升机）的选型设计，零部件的设计，各配件的选用以及校核等内容。通过对给定的小青煤矿的年产量和矿井深度的计算，选择合适的箕斗、提升钢丝绳以及多生摩擦式提升机、电动机，并对选定的提升机、电动机和钢丝绳进行校验，以及电动机等效功率计算。并且对选定的提升设备进行了运动学和动力学分析以及产量验算。通过对主井提升设备的选型计算和对其进行校验等，以此选择对小青煤矿最安全、最合理、最经济的提升设备。关键词 主井提升设备；多绳摩擦式提升机；箕斗IAbstractThis paper mainly introduces the Xiaoqing coal mine main shaft lifting equipment (multi rope hoist) design, parts design, components selection and checking etc. Through the calculation of a given green annual output and coal mine depth, choose the appropriate hoist, motor, skip and wire rope, and the selected motor and the wire rope hoist, check, calculation and equivalent motor power. And the kinematics and dynamics analysis and calculation of the yield of selected lifting equipment. The main shaft hoisting equipment selection calculation and checking of the order, the most reasonable choice of Xiaoqing mine the safest, most economical,lifting equipment. Keywords Main shaft lifting equipment multi rope friction hoist skipII目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 对矿井提升机的认知11.2 矿井提升机的分类及特点11.3 摩擦式提升机工作特点22主矿井的设计选型32.1原始计算数据32.3提升钢丝绳的选择72.3.1钢丝绳的最大悬垂长度72.3.2 估算钢丝绳每米重力82.3.3 钢丝绳安全系数校核92.3.4 提升钢丝绳的维护和试验92.4 提升机的选择102.5 提升机的维护和检修122.5.1 提升机设备的日常维护122.5.2 提升机设备的定期仔细检查122.5.3 提升机设备的计划维修142.5.4 提升机的润滑152.5.5 操作工对主提升机自检自修的具体内容162.6 提升系统的确定162.7 提升容器的最小自重172.8 预选电动机182.8.1 电动机转数192.8.2 提升机最大的速度192.8.3 预选电动机功率192.9 提升系统总变位质量202.9.1 变位重量202.9.2 变位质量203 提升设备的运动学和动力学203.1 提升速度图203.1.1 六阶段速度图213.1.2 加速度的确定213.2 提升能力校核263.3 电动机等效功率计算263.3.1 运动力计算263.3.2 等效力计算283.3.3 等效功率293.3.4 校正审核电动机过负载系数293.4 电耗计算294 提升机的防滑验算304.1 提升机的防滑验算304.2 静防滑安全系数324.3动防滑安全系数324.4 制动力矩的验算33结论34参考文献36II全套图纸 外文文献扣扣绪论1.1 对矿井提升机的认知在矿山的开采中矿井提升机是的关键设备，它联系着井下的作业和井上的生产，因此被称之为矿山的咽喉。对于矿井提升机的选择这将直接影响到矿山的生产作业，其性能的优劣好坏，这不仅对矿山的生产以及产品的质量产生直接影响，还同矿山工作人员生命安全相挂钩。所以矿井提升机在矿山的生产当中起着不可替代的作用，我们对于他的选择显得尤为重要。我国对提升机发明和使用比较早，在古代我们的先祖就发明并且使用了辘轳提水和提升重物。1958年，中国的第一台多绳摩擦提升机在洛阳矿山机器厂制造完成，这标志着我国的矿井提升机步入了一个崭新的时代。在国外，他们对于矿井提升机的研究比较早。在第一次工业革命对于蒸汽机的制造时，就开始了对于矿井提升机的研究，而在1938年成功的研发了第一台多绳摩擦提升机，在1957年制造了多绳缠绕式提升机。1.2 矿井提升机的分类及特点对于现代的矿井，在其的提升设备的选型直接影响到到矿井的安全和经济性，因此对其合理性的确定显得尤为重要。我们对提升机的提升系统进行技术经济的比较，之后通过矿井自身的具体条件去选择最适合本井的提升机。我国已经能够自主对于各个矿井提升机及其配套设施的生产，对其设计、制造以及自动化方面已经有了巨大的进步。 按其工作方式的不同，矿井提升机分类如下图1.1：图1.1因此，根据不同的矿井需求，对采矿井提升机的选择也是有很大区别的。在国内外，单绳缠绕式提升机大多在浅井或者部分中等井深的矿井中使用，因为它工作可靠并且结构简单。而在那些矿井的井深超过300m，多绳摩擦式提升机则会被采用。多绳摩擦式提升机它拥有安全性高、钢丝绳直径细、主导轮直径小、设备重量轻、耗电少、价格便宜等特点。因此多绳摩擦式提升机除了用在深立井提升中，还被用于在浅立井和斜井提升。由于提升容器是由多根钢丝绳悬挂固定，它们受力均匀一般不会同时被拉断，因此对防坠器可以不必设置。矿井提升机安装在井塔上，这可以大大减少工业广场的占地面积，并且为布置地面生产系统创造了有利条件。而这些都是单绳提升机它所不拥有的优点，因此多绳摩擦式提升机在国内外发展越来越快。1.3 摩擦式提升机工作特点 摩擦式矿井提升机经常被用于凿井之外的各类的竖井中提升。它是利用的是摩擦轮与钢丝绳之间的摩擦力进行传动。在提升绳搭挂在摩擦轮上，利用它与摩擦轮衬垫的摩擦力使容器上升。提升绳的两端各自会接有一个容器，或在两端连接容器与之平衡。摩擦式矿井提升机多采用平衡尾绳的提升方式（尾绳重和提升绳重一样），这样可以提高经济效益，对安全性的提高也有一定帮助。2主矿井的设计选型。2.5 提升机的维护和检修为了保证矿井提升机设备运转的安全，在平时就要注重对危险的防护，及时对设备进行检修，这样才能够将危险事故扼杀在摇篮里。这种防护是根据提升机自身情况，对其运转周期、内容以及质量标准等各项的安全防护。除了必要的日常维护，对提升机还要进行有计划的维护以及定期检修等工作。2.5.1 提升机设备的日常维护对设备进行日常维护和保养，这包括有计划的润滑、日常检修和清洁设备。做日常维护设备,及时检查和修理计划仔细是减少机械部件磨损,提升一个非常有效的方法来延长使用寿命,同时也为电梯维修打下良好的基础,极大地减少了维修时间。2.5.2 提升机设备的定期仔细检查仔细检查提升机这包括日常检查、每周检查、月度检查。对于不同提升机应制定合适的维修计划,这包括对性能、结构特点和工作环境来制定具体的维修内容。而测试的结果和维修由维修人员签名要在维修记录本里面记录。1) 日检的基本内容(1)检查各部分连接零件(如螺栓、铆钉、销轴等)是否松动，对减速器齿轮的啮合情况也要进行相应检查。(2)对润滑系统的供油情况和制动系统的工作状况进行检查。(3)仔细检查深度指示器的丝杠螺母旷动情况，并对保护装置和仪表等是否工作正常进行检查。(4)详细对各转动部分的是否稳定，各部机座和基础螺栓或螺钉是否松动进行检查。(5)卷筒保护装置必须进行测试，看它是否工作正常。(6)检查松绳信号手试装置，试验各种信号(包括满仓、开机、停机、紧急信号等)。(7)仔细对各接触器(信号盘、转子控制盘、换相器等)触点磨损情况进行检查，修理和更换损坏装置从而保良好持接触(8)进行旋转和离合器的绳滑轮,如垫圈、轴承等。(9)对提升容器及其配套装置(如阻车器、连接装置、罐耳等)的结构情况进行检查。(10)对防坠器系统中的弹簧、抓捕器、联动杆等检查的它们的连接和润滑情况。(11)对井口装载设备的工作情况进行检查。(12)根据煤规中的规定，对提升机钢丝绳的工作情况进行检查。2) 周检的基本内容 除了包括日检的内容，周检还要对以下的工作进行检查：(1)对制动系统，尤其是对液压站和制动器的动作情况进行检查，还要调整闸瓦间隙以及紧固连接机构。(2)对各种安全保护装置的进行检查包括松鼓、焊缝、钢丝绳等。(3)对摩擦提升机机主轮压块垫片和螺栓坚实的形势和导向轮等等进行检查。(4)对清洁安全锁扣逮捕设备，进行调整和注油；对刹车绳和缓冲装置进行检查。(5)对井口装载设备的易损零件进行修理和调整，必要时进行更换。(6)按煤规上的要求，对平衡钢丝绳的工作状况进行检查。3) 月检的基本内容除包括周检的内容外，月检它还需对下列各项工作进行检查：(1)打开减速器孔盖，仔细观察检查门，对齿轮的啮合情况进行详细检查，并对装置紧固情况和有无裂纹等进行检查。(2)对制动系统和保护装置进行检查，而且对液压零件及管路时要进行及时的清洗。(3)对联轴器的工作状况进行检查并要及时整改。(4)对部分轴瓦间隙仔细进行检查。(5)对润滑油要进行及时的检查和更换，还要对润滑系统中的部分部件进行清洗等工作。(6)对间隙调整防坠器系统进行清理和注油。(7)对井简装备进行定期检查。(8)对制动安全装置的进行检测。2.5.3 提升机设备的计划维修对于矿井提升机，它的维修工作可以分为小修、中修和大修。定期维修，可以保持设备处于良好状态，恢复其原始性能，并延长使用寿命与运行安全。1) 小修的内容(1)仔细检查减里齿轮的啮合以及磨损情况，对有裂纹的轮齿进行修理或更换。(2)把主轴承盖给打开,对轴颈和轴承的间隙进行仔细检查,如果真的有必要就把垫圈换掉。(3)检查润滑系统的各部件，对其处理好污油并对润滑油定期更换。(4)检查制动系统中各磨损部件，若有需要应及时修理和调整。(5)对开裂的滚筒焊接缝之间进行修理，若铆钉、螺栓、键等存在松动或变形等情况应及时加固以及更换。(6)对深度指示器以及传动部件进行检查，对存在问题的部件进行处理。(7)检查深度指示器和传动部件运行是否灵活，并对安全装置进行调整和修理。(8)检查各联轴器销轴和胶圈磨损，同时对内、外齿轮啮合的是否存在间隙或蛇形弹簧磨损等情况进行检查，并及时更换磨损的部件。(9)检查各连接销有无松动或者损坏等情况，必要时需对其进行更换等处理工作。(10)对钢丝绳的进行调绳、调头和更换等修理工作。(11要对继电器进行仔细检查，并且调整电力设备，接触器及控制线要在必要时更换。(12)该项目的仔细检查不能处理日常维护，以确保设备的正常运行，直到下一次检修。2) 中修的内容中修除了小修的全部检查内容，还必须检查下列部件：(1)对减速器中的各部轴承部进行更换等检修工作。(2对各齿轮啮合间隙以及齿轮对进行的更换等检修工作。(3)对制动系统中闸瓦以及转动销轴进行检修。(4)对车削闸轮与闸盘进行检修。(5)对滚筒木衬以及车削绳槽进行及时检修。(6)对电控设备的零部件进行检修。(7)对小修不能处理的项目进行检修，同时对不能保持到中修间隔期的部件进行检修。3) 大修的内容大修除了中修的检修内容，还需要对下列部件进行检修：(1)对减速器里部分部件重新进行调整。(2)对滚筒进行加固或更换。(3)对主轴、轴瓦等进行更换，同时调整主轴水平。(4)通过对部件的仔细检查，找准各轴间的平衡度和水平度。(5)把联轴器更换掉。(6)对机座和基础进行加固。(7)对主电动机进行更换，并检修部分电控设备。(8)对中修不能够处理的部分进行检修，同时对不可以保持到大修间隔期的部件进行检查。2.5.4 提升机的润滑机械传动的部分均存在相对运动，其表面相互作用存在摩擦，使得零部件磨损，影响设备寿命，以至于报废，同时也存在很大的安全隐患。为此我们在平时使用这些起重设备和对起重设备进行必要的维护过程中，为了确保起重设备的安全运行，这就要求我们对存在相对运动的部件进行润滑。此外，润滑也起着冷却，灰尘，铁锈和振动吸收效果。 1）提升机的润滑特点： （1）一般都是在室内作固定安装，环境温度、空气湿度变化都不大，而且环境较清洁。 （2）低速、重裁，起动频繁，常作正反转而又为连续工作机械。主轴转速一般为20一80r/min，减速器齿面压应力高达500一1000MPa，齿面啮合处存在着较大的滑动速氏瞬时温升高，润滑油易变质，抗核压性能要求高，润滑油膜建立也较困难，工作温度常超过50。 （3）若在传动过程中，提升机减速器尺寸较大，而齿轮搅动油液难度比较大，这会增大润滑油液和空气接触，润滑油液起泡、氧化加速，所以选用抗氧化、抗乳化性能好的润滑油脂比显得尤为重要。 （4）提升设备庞大，而静、动载荷变化幅度比较大，主轴轴承工作条件比较持久，因此对润滑要求比较严格。一般地，滑动轴承与减速器共用一个润滑系统，滚动轴承虽可采用单独的脂润滑系统但润滑制度严格。 （5）设备庞大而复杂，摩擦部位多，且各部位工作状况及结构不一，因而适合各部位的润滑剂种类多，甚至在同一个减速器内，高、低级齿面或铀承要求都不一样，为了维护方便，应兼顾选用润滑材料，尽可能减少品种，同时，还应建立严格的润滑制度。 2) 润滑方式以下是常见的七种润滑方式(1)手工注油(2)飞溅注油(3)油环与油链润滑：利用轴上的油环和油链带起油，对需要润滑部分进行润滑。(4)油绳和油垫润滑(5)强制给油润滑：油泵间歇地将润滑油压向润滑点从而进行润滑。(6)油雾润滑：润滑油在压缩空气的作用下喷出并雾化，送进润滑点，从而对需要润滑部分进行润滑。(7)压力循环润滑：用过的油回到油箱，冷却，过滤，然后回收。在保证润滑系统的正常工作的前提下才可以选择采用合适的润滑方式。而对润滑系统判断是否完好标准是：润滑系统的油质、油量、油压、油路、油圈转动灵以及润滑系统是否完好。2.5.5 操作工对主提升机自检自修的具体内容(1)当松动的螺栓或销钉等零件或损坏时，此时拧紧或更换。(2)对各润滑部位、传动装置以及轴承进行必要的润滑，禁止使用不合格的润滑油进行润滑。(3)当刹车片磨损达到预定值，应及时更换。(4)当深度指示器出现问题时，应及时联系把钩工，对其进行调整。(5)当弹性联轴器的销子和胶圈的磨损超过预定值时，应及时更换。(6)当过卷、松绳和闸瓦磨损等保护装置上出现问题时，必须马上对其进行调整。(7)当灯光声响信号出现问题时，以及应联系操作工或电工处理故障。(8)对室内环境及时调整并保持干净。2.6 提升系统的确定1）井塔的高度为，对它的选择计算见式（2.22） 式(2.22) =13+0.3+14.45+10+0.12+1.8+5 =44.67（m） 取=45（m），因此井塔选TZD-3.25/4-45A型。式中：指的是井塔的卸载高度 指的是箕斗底部与卸载高度位置的间距 指的是箕斗的全高 指的是过卷的高度 指的是导向轮楼层的地板的厚度 指的是导向轮的中心离楼层底板面的高度，此处取=1.8（m） 指的是导向轮离摩擦轮距离综上所述取=45（m）。2）对尾绳环高度的计算，计算见式（2.23）（m） 式(2.23)3）对于悬垂长度的计算，计算见式（2.24） 604.25（m ） 式(2.24)4）对于主导轮到导向轮的水平中心距，计算见式（2.25） 式(2.25) =2.1+1.5-1.625 =1.975（m）5）对于围包角的确定，计算见式（2.26） 式(2.26) = = = 则 =194.0 式(2.27)此处取，则通过查表可知=0.969。2.7 提升容器的最小自重对于多绳摩擦轮提升机的选型和提升系统设计，我们在防滑设计方面显得尤为重 要。要核算提升机在各种运行条件下的防滑，从而保证提升系统的安全运行。但在较浅的矿井里，规范里的规定防滑性的大多不能满足，这就使得我们增大提升容器的自重，即称之为增加配重。1）按静防滑条件，计算容器自重，见式（2.28） 式(2.28) = =17436（kg）式中，静防滑系数，=1.75或用查表法，当时，查表得，见式（2.29） 式(2.29) =2.15311980-43.452604.25 =17436（kg）2）按动防滑条件，容器自重计算 ，见式（2.30） 式(2.30) = =20622式中动防滑安全系数，取=1.25 或用查表法，当取0.8，查表，得，查表，得，见式（2.31） 式(2.31) =2.351711980+0.26393060-8343 =20622（kg）根据以上计算，取（kg）2.8 预选电动机2.8.1 电动机转数电动机转数，见式（2.32） 式(2.32) = =508.815（r/min）2.8.2 提升机最大的速度根据式（2.32）可知，取=591r/min，对于提升机的最大速度计算，计算见式（2.33） = 式（2.33） = =9.57（m/s）2.8.3 预选电动机功率根据式（2.32）及式（2.33）预选电动机功率的计算，计算见式（2.34） 式(2.34) = =1825.43（kw）式中：K指的是矿井本身的阻力系数，此处取K=1.15 指的是动负载影响系数，当电动机是自然通风式时，=1.11.2；若是强迫通风式的电动机，=1.01.05，因此此处取=1.2。因此选择2台YR1000-10/1430型电动机，其详细的技术参数见下表（2-3）表2-3 YR1000-10/1430型电动机技术参数额定功率P=1000kw额定转速nd=591r/min过负载系数2.0转子转动惯量GD2=1980kg.m2电动机效率93.5%电压V=6000v电动机作用在滚筒上的额定拖动力，见式（2.35） 式(2.35) = =177582.8（N）2.9 提升系统总变位质量2.9.1 变位重量变位重量，计算见式(2.36) 式(2.36) =41771+29791+3060+15260+20667 =110549（kg） 式中：指的是电动机的变位重量见下式（2.37） 式(2.37) =20667（kg）式中：i指的是减速器速比； ()指的是从电动机产品样本上查到的回转力矩。2.9.2 变位质量定义变位质量：用集中在卷筒圆周上的质量来代替钢丝绳提升设备所有运动部分的质量。该集中质量的动能等于提升设备所有运动部分动能之和，见式（2.38） =11280.5（kg/m） 式(2.38) 3 提升设备的运动学和动力学3.1 提升速度图对于矿井提升机应该按照合理设计的速度图运行，这样符合安全规程的要求，也可以保证它安全高效的工作，对于掌握提升机的性能及其运行状况有着极其重要的作用。对于多绳摩擦式提升机我们多采用六阶段速度图。由于多绳提升机大多用在较深的矿井中，更多的是被用于大型的矿井的提升。而当采用的是直流拖动时，加速的阶段有二种可能：一种是等加速；而另一种则是变加速度。而一般对箕斗提升要求有一次最小的提升时间，因此限制了变加速度的速度图的使用，所以只有在副井中提升，且对一次提升时间的要求并不是严格的情况下，为了降低电动机和电源设备的过载以及电网的高峰负荷，才会考虑选则变加速度的速度图。由于我们是在主井箕斗提升，因此等加速度的速度图比较合适。3.1.1 六阶段速度图此次选型采用六阶段速度图，如图3-1所示:图3-1 六阶段速度图3.1.2 加速度的确定3.1.2.1 初加速度确定初加速度，见式（3.1） 式(3.1)=0.375（m/s） 式中：指的是箕斗脱离卸载轨时速度，为了安全此处取 =1.5（m/s） 指的是卸载曲轨的长度，此处取 =3（m）3.1.2.2 正常加速度1)根据减速器最大力矩来计算，计算见式（3.2） 式(3.2) = =1.51（m/）式中：指的是除了电动机变位质量之外其他提升系统的变位质量,见式(3.3) 式(3.3) =11280.5- =9171.6（kg/m）2)根据电动机过负载系数，计算见式(3.4) 式(3.4) = =1.35（m/）式中：指的是在提升电动机刚刚起动时产生的平均力，计算见式（3.5） 式(3.5) = =15742.646（kg）3) 根据防滑条件进行计算计算容器最小自重时已定。根据以上可以确定加速度=0.8是合格的。3.1.2.3 减速度的确定对于自由滑行方式减速，是减速刚刚开始的时候，电动机就从电网上断开，不提供拖动力，意思就是提升系统的拖动力为零，仅仅只靠惯性进行自由滑行，计算见式（3.6） 式(3.6) = =1.104（）根据计算确定采用自由滑行方式减速。按防滑条件，见式（3.7） 式(3.7) = = =4.23（m/s）查表得到：当，时，；查表得到：当，时，=4.5873140（万吨/年）综上所述提升能力校正审核合格。3.3 电动机等效功率计算3.3.1 运动力计算由于之前在论文中确定可以认为是等重尾绳，按平衡系统进行分析计算，=01) 提升刚刚开始提升的时候，运动力计算见式（3.21） 式(3.21) = =18007.2（kg）2)当初加速提升结束的时候，运动力计算见式（3.22） = 式(3.22) =18007.2（kg）3) 加速提升开始的时候，运动力计算见式（3.23） 式(3.23) = =22801.4（kg）4) 加速提升结束的时候，运动力计算见式（3.24） 式(3.24) =22801.4kg）5) 等速提升开始的时候，运动力计算见式（3.25） 式(3.25) = =13777（kg）6) 等速提升结束的时候，运动力计算见式（3.26） 式(3.26) =13777（kg）7) 减速提升开始的时候，由于滑行方式为自由滑行，运动力计算见式（3.27）