防窜仓往复式给煤机.doc

防窜仓往复式给煤机1 绪论1.1 往复式给煤机1.1.1 用途K型往复式给煤机用于煤或其它磨琢性小、粘性小的松散粒状物料的给料，将储仓或料坑里的物料连续均匀地卸落到运输设备或其他筛选设备中。1.1.2 工作原理与结构说明K型给煤机由机架、底板（给煤槽）、传动平台、漏斗、闸门、托辊等组成。当电机开动后经弹性联轴器、减速机、曲柄连杆机构拖动倾料5的底板在辊上作直线往复运动，煤均匀地卸到其他设备上。本机可根据需要设有带漏斗、不带漏斗两种形式。给煤机设有两种结构形式：1、带调节闸门 2、不带调节闸门，其给料能力由底板行程来达到。K 型给煤机外形尺寸图：图1-1K型给煤机1、减速机 2、电动机 3、传动平台 4、联轴器 5、H形架 6、连杆 7、给煤槽 8、闸门 9、机架 10、漏斗 11、托辊1.2 往复式给煤机防窜仓装置的设计研究往复式给煤机安装在煤仓下口处，在煤矿井下生产中，设置一定容量的煤仓对于保证消峰平谷和高产、高效是十分必要的。它可以有效地提高工作面采掘设备的利用率，充分发挥运输系统的潜力，保证连续均衡生产。但是，煤仓窜仓事故在我国煤矿经常发生。窜仓事故常造成设备严重损坏，井下停产，当窜仓煤量较大时，还会阻塞巷道，造成运输巷通风不畅，引起瓦斯爆炸等事故。1.2.1 方案构思研制防窜仓装置的最终目的是控制给煤机闸门，使其能在窜仓发生时非常快地关闭，减少水煤流量，以防止和降低窜仓所造成的对人身安全和运输系统的危害。为此，防窜仓装置应能满足两个工作状态，一是给煤机正常工作时对闸门位置的控制，以达到对给煤机给煤量的控制和煤仓中有水时对窜仓事故的预防；二是在窜仓发生时能立即检测到并控制防窜仓装置快速关闭闸门，在窜仓得到有效控制后，可适当调整闸门开度，使仓中的水煤按一定的控制流量排出。（1）针对防窜仓装置工作特点，对系统方案拟定如下：防窜仓装置的组成。防窜仓装置由液压传动系统，机械执行机构、电气控制系统和传感器组成。 闸门快速关闭所需要的动力。 (2)设计时主要考虑以下几点：合理选择液压系统的参数，包括蓄能器的气体常数，充液压力，管路直径和长度，可以使防窜仓装置和闸门关闭时间控制在1 S以内。蓄能器的气体常数和充液压力对系统的影响较大，如此值偏大，则液压缸活塞的运动速度增长过快，加速度大，对系统冲击也大；如此值偏小，则液压缸活塞的运动速度增大过缓，且速度衰减也较快。管路直径对系统的性能影响最大，如管路直径偏小，则管内液体的流速就大，运动阻力急剧增加，造成液压缸活塞的运动加速度衰减过快，活塞运动速度上不去，影响闸门关闭时间。在闸门关闭时间控制在1 S以内的技术指标下，管路长度可以满足液压动力装置实际工程应用中灵活布置的要求。 闸门质量、转动惯量的变化对系统的性能影响要很小。本液压动力装置能够适应不同的往复式给煤机其闸门质量及转动惯量变化的要求，具有一定的通用性。1.2.2 工作原理根据防窜仓装置的工作特点和所拟定的方案，设计了防窜仓装置，其工作原理如图1所示，系统的工作原理简述如下：图1-2 工作原理图1、过滤器；2、液压泵；3、压力表；4、直动型溢流阀；5、三位四通手动换向阀（M型滑阀机能）；6、节流阀；7、单向阀；8、液压缸；9、闸门。1.3 K4型给煤机的技术改造随着矿井的延伸，井下使用K4型给煤机的数量不断增加。由于在使用中，发现该机在结构上存在一些问题，为此我们对其进行了技术改造。1.3.1 存在的问题该机主要由电动机、减速器、曲拐、底托板、底托轮、后斜板、侧板、弧形门、煤仓缩口联接盘等组成。主要技术参数为：电动机功率：185kW；给煤量：132、268、395、530Ch。该机使用中主要存在以下问题：(1)底托板易弯曲变形。原因是：支撑轮间跨度大，抗弯能力低；钢板厚度较薄(1012 mm)，随着过煤量的增加，磨损严重；放煤时受煤块频繁冲击砸压，发生变形、弯曲。(2)后斜板和侧板易变形。原因是：受煤仓煤流频繁冲击，从而发生变形。(3)弧形门不能随意调节，无法控制煤仓跑水煤现象。原因是：在给煤机运行过程中，因经常发生跑水煤现象，冲坏输送机托辊、埋住机架、甚至发生伤人的安全事故。1.3.2 改进措施(1)底托板，增设支撑轮装置在底托板下面焊接2根轨距为600mm的矿用轨道，以底托板中心线对称布置，支撑轮顶在轨道上。运行时轨道与底托板一起运动 支撑轮做旋转运动。支撑轮采用普通矿车轮，矿车轮用支座安装在承载梁上，承载梁用矿用l2 工字钢，承载梁下为2根与底板固定的工字钢立柱。支撑轮支座用8条MI6 X60螺栓与承载梁上焊接的钢板连接，便于支撑轮因磨损或轴承故障时更换方便。这样，底托板由4点支撑变为6点支撑，跨度缩小，抗弯曲能力大大提高。(2)后斜板加焊矿用l2 工字钢在后斜板加焊与给煤机给煤方向垂直的水平工字钢，工字钢采用矿用3根l2 工字钢，长度与给煤机后斜板宽度相同，这样增强了后斜板的抗弯曲能力。 (3)底托板、后斜板和侧板均增加衬板衬板均采用6=12ram的普通锰钢。底托板的1块衬板，四周用20条MI6 X60的沉头螺栓与原底托板连接。后斜板衬板1块，四周用l6条M16 X60的沉头螺栓与原后斜板连接。侧板衬板左右各1块，每块用22条M16 X60的沉头螺栓与侧板连接。(4)弧形门增加电动控制装置装置包括电动机、减速器、卷筒、钢丝绳、导向滑轮、固定平台。电动机和减速器采用SSJ一1000110 X 2型可伸缩带式输送机的收带装置，卷筒和导向滑轮自制加工，钢丝绳直径 l55mm，固定平台由6-12mm钢板和矿用l2 工字钢制作。改造后，给煤机在运行过程中可实现无级调节，可随时控制给煤量的大小，当有水煤时，司机可立即按下控制按钮，将弧形门放下，减少给煤量。当水煤放完后，可将弧形门重新开大，调大给煤量。弧形门上设有过位保护装置，使弧形门在最低位置时与底托间之间仅有2050mm的间隙，这样可防止弧形门挤坏底托板，经现场使用，效果良好。(5)实施要点1)在新安装每台给煤机时应事先在下井前完成上述改造项目。如果使用后再进行改造，由于底托板、后斜板与侧板变形弯曲，实施难度加大。2)所有衬板用沉头螺栓与底托板、后斜板、侧板连接后，再在各板四边进行点焊，使衬板与原板牢靠地成为一体，可大大延长衬板的使用时间，同时便于更换衬板。3)弧形门电动控制装置平台与给煤机放煤口要保持一定的安全距离(一般为1215 m)，当煤仓内有大量水煤时，司机可站在给煤机前方安全地点操作，可确保人身安全，此点在斜巷运输中更为重要。1.3.3 经济效益(1)K4型给煤机改造前，一般只能用2 a，改造后可使用56 a，每台改造费用1万元，计入6a内更换衬板2次、费用2万元，共计3万元。而在改造前6a内需更换2台给煤机，需花费30万元。(2)对于运煤系统而言，运煤系统沿途布置多台给煤机，每台给煤机检修时，为了确保安全，需停止下面的带式输送机，这样将严重制约运煤系统的运行时间；改造后，由于可避免运煤系统输送机频繁停机，从而可提高主运煤系统的有效运行时间。2 电动机和减速器的选用已知：如下图所示曲柄AB=150mm，连杆长BC=1.2m，曲柄转速n=62r/min，滑块行程250mm, =220mm 图2-1 曲柄滑块机构示意图在如图所示的曲柄滑块机构中，已知杆长、，原动件1的正向转角及正向角速度分别为，要求滑块的速度v，加速度a2.1 位移分析将ABCD看作一向量封闭多边形，则该机构的向量封闭方程式为 （）按欧拉公式展开得 方程的实部和虚部应分别相等，即 （）消去后得（）连杆倾角 （）2.2速度分析将式（）对时间求导得 将上式乘以得 按欧拉公式展开，取实部后得 速度 角速度2.3 加速度分析 将式（）对时间求导两次，经整理后得 加速度 角加速度如下图所示采用图解法求出极限位置的角度图2-2 曲柄滑块机构极限位置的角速度速度 最大加速度 最大速度取料仓的高为950mm，长为1250mm，宽为即为底板行程250mm 图2-3料仓口尺寸给煤机每小时的生产量 式中料仓的体积； 煤的密度，一般取所以给煤机槽体内煤的质量： 底板选用中碳钢，其密度，底板厚度取15mm，则底板尺寸为底板质量： 推动力：2.4 往复式给煤机的工作简述往复式给煤机由槽形机体和带有曲柄连杆装置的活动底板组成。底板是工作机构。由于曲柄连杆装置的作用，底板作有规律的往复运动。当底板正行时，将煤仓和槽形机体内的煤带到机体前端；底板逆行时，槽形机体内的煤被机体后部的斜板挡住，底板与煤之间产生相对滑动，机体前端的煤自行落下。由于底板往复运动的结果，机体内的煤连续地卸落到运输设备或筛选设备上。能耗分析2.4.1 往复式给煤机的运行阻力往复式给煤机运行时，电动机功率主要消耗在克服下列阻力上。正行时：底板在托滚轮上的运行阻力和煤与固定侧板的摩擦阻力。逆行时：底板在托滚轮上的运行阻力和煤与底板的摩擦阻力。此外，还有一些能量消耗在克服底板加速运动时的运行阻力上。往复式给煤机正行时的功耗是有效功耗，逆行时的功耗是无效功耗。2.4.2 往复式给煤机的运行阻力由以下公式计算 式中重力加速度， 底板在托滚轮上的运行阻力系数， 式中煤与钢的摩擦系数，取 煤对侧板的侧压系数， 底板上煤的厚度，煤的松散容重，给煤机底板水平投影长度，所以 正行阻力：逆行阻力：2.4.3 电动机功率的计算给煤机所需的最大功率：图2-4 传动图1电动机；2联轴器；3二级齿轮箱,实现二级减速；4曲柄滑块机构。输入曲柄滑块机构的功率： 式中曲柄滑块机构的效率， 给煤机工作时所需的最大功率 输入减速器的功率： 式中输入曲柄滑块机构的功率 减速器的效率减速器的效率 式中齿轮的传动效率，取 轴承的效率， 联轴器的效率，所以减速器的效率 所以 电动机需输出的功率： 式中联轴器的效率， 所以电动机所需的功率： 式中联轴器的效率， 所以2.5 电动机的选型 参考资料7的表16-1-89,YB系列隔爆型三相异步电动机 选180L-6型,技术参数如下：功率（KW）转速(r/min)效率(%)重量(kg)1597089.52602.6 减速器的传动比 式中电动机的转速， 曲柄的转速， 所以2.7 减速器的选用 减速器的承受能力受机械强度和热平衡许用功率两方面的限制。因此减速器的选用必须通过以下两个步骤。（1） 选用减速器的公称输入功率，应满足： 式中计算功率，KW； 载荷功率，KW； 减速器的公称输入功率，KW； 工况系数（即使用系数）； 启动系数； 可靠度系数；往复式给煤机载荷为强冲击，查表15-2-8得，考虑到每天24小时工作，应将再加大15%，所以；选取启动系数和可靠度系数，查表15-2-9和15-2-10得、；所以计算功率： （2） 校核热平衡许用功率，应满足： 或 式中计算热功率，KW； 、减速器热功率，无冷却装置为，有冷却装置为； 、环境温度系数，载荷率系数，公称功率利用系数；查表15-2-11、15-2-12、15-2-13得：，（每天24h连续工作），所以热平衡许用功率： 查表15-2-7，对于ZLY224型，所以选用ZLY224型减速器图2-5 ZLY224型减速器3 联轴器的选型联轴器，连接两轴或轴和回转件，在传递转矩和运动过程中一同回转而不脱开的一种机械装置。弹性联轴器，即利用弹性元件的弹性变形，以实现补尝两轴相对位移，缓和冲击和吸收振动的扰性联轴器。选用弹性柱销联轴器HL3，如图 3-1 所示，弹性柱销联轴器是利用若干非金属材料制成的柱销，置于两半