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机械毕业设计全套

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电机车的气制动设计,机械毕业设计全套

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摘 要 本次毕业设计作为对二年所学专业知识的一次综合应用和全面的校验，设计共分主要部分，即一般部分和专题部分。一般部分为矿井四大件选型设计，专题部分为电机车的气制动改造设计。 一般部分内容主要是矿山固定机械设备的选型计算，包括： 矿井通风设备。 固定压气设备。 矿井排水设备。具体情况如下： 、矿井通风设备：风机的运转参数可以依据已知条件（风量、矿井阻力）在风机性能曲线图上确定。在这里有两种不同风机 可供选择，一种是2K58NO.24 轴流式风机，另一种 2K60NO.28 型轴流式风机。两种风 机的主要比较参数有： 1、效率。 2、年耗电量。 、固定压气设备 由已知条件和图表选择压气机和管网系统，本部分主要是 8L-60/8 型和 5L-40/8 型国产机的选型计算。 、矿井排水设备：利用离心水泵的性能及特性曲线选择排水设备，通过比较 DS450-100X6 型和 D280-100X6 型 两 台 离 心 泵 ， 最 终 选 择D280-100X6 型 7 台离心泵。 在一般部分中的选型设计中，遵循的原则有： 1、 选型合理。 2、 注重经济效益，正确处理技术与经济两者之间的关系。 3、 计算简便可行。 4、 优先采用先进技术和新型设备。 5、 符合煤矿设计规范、煤矿设计规程和现行国家技术政策中的有关规定。 专题部分是电机车的气制动改造设计，由于我矿于 2002 2004 年先后购进 6 台常州电机车厂生产的 ZK7-6/550 电机车 .该种型号的电机车由于没有气动装置 ,在井下实际运行情况不尽如人意。该种型号的电机车也不符nts合标准化的要求。摆在面前就两条路，一就是将车报废，购买新车 ,但对刚刚投入生产没几年的电机车实施报废 ,对企业来讲这可是不小的损失。二就是采用该气制动改造，采用先进的制动系统，可以保证安全运输。如：除手制动和电制动外，增加了风制动，减小司 机的劳动强度，制动灵敏准确；减少操作空行程距离、增强制动的安全可靠性。在机车制动器结构上，增大摩擦力，提高制动力等，加强制动效果，提高安全可靠性。对企业来讲可减小不少的损失。 电机车的气制动改造设计计算，主要计算制动气缸的工作推力，选择合适的制动气缸，计算制动气缸的排气量等。根据空气系统原理，设计电机车的气制动气路图。 nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 1 - 1 绪言 煤炭是 我国最主要的能源。目前在我国的一次能源（水电、石油、天然气、煤炭）的构成比例中，煤炭仍占 70左右，随着我国工业 、农业、交通运输业的飞速发展，要求供给更多的煤炭。因此，在今后相当长的一段时间内，煤炭作为最主要能源的地位不会改变。科学技术是第一生产力，为了适应迅速发展 煤炭生产建设的需要，对特定的矿井选择一套合理可行的提升、排水、通风压气设备十分重要。 本部分要求在矿山固定机械设备选型计算中做到选型合理、计算简便、方案可行。经济运行，借以提高自己的选型设计能力，加深自己对矿山设备有关知识的了解。 为此，在本部分选型设计计算中将力图遵循以下设计原则： 1、 系统运行安全可靠。 2、 技术上可行，经济上合理。 3、 尽可能采用先进技术，选择新型设备。 4、 符合煤矿安全规范、煤矿设计规范的各项要求和规定。 5、 遵守国家有关的现行技术政策。 矿井设计原始基本数据如下： 矿井设计年产量 180万吨 矿井所需风量 70m3/s 矿井初期负压 1450Pa 矿井末期负压 2670Pa 沼气等级 低沼气 进风口与出风口标高差 +25m 进口标高 5 井底标高 580m 矿井正常涌水量 580m3 矿井最大涌水 量 1200m3/h 矿水性质 中性 矿水密度 1040Kg/m3 最大涌水量持续时间 70天 电价 0.30/kwh nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 2 - 2 通风设备的选择计算 2.1 概 述 为了 冲淡和排出井下的有害气体，保证井下工作人员有足够数量、符合要求的空气供呼吸，在煤矿生产中必须不间断地向井下供给大量的新鲜空气。通风设备就是向井下 输送空气的设备。通风设备的好坏，不仅关系着电力消耗、生产成本，而且关系着煤矿的生产安全，因此它是矿井的关键设备，所以在通风设备的选择设计中，对于技术经济合理性，必须予以充分考虑。如果通风机停止运 转到一定时间，井下人员就要撤出，生产就要停顿，所以在通风设备的选择计算时，对其可靠性必须予以足够的重视。 2.2 主扇的计算 2.2.1 主扇的计算条件 井型 180 万吨 /年 矿井总风量 Qk=70m3/s=4200m3/min=252000m3/h 矿井最小负压 Hmin=1450Pa=147mmH2O 矿井最大负压 Hmax=2670Pa=270mmH2O 井口标高 5m 井风口与出风口的标高差 25m 沼气等级 低沼气 通风方式 中央并列式（抽出式 0 2.2.2 主扇选型方 案 矿井通风选型设计的主要任务是 合理选择通风机的型式、型号（叶轮直径），确定电动机的容量、型号及传动方式，确定通风机的运转工况点。矿nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 3 - 井通风设备能否连续正常运转，关系着煤矿的安全生产方式，运转效率的高低影响着矿井的电力消耗及生产成本。因此矿井通风机选择设计中的基本原则就是：保证通风机运转的可靠性及技术合理性。 根据主扇选型条件，大型矿井条件以及有关通风机的技术资料，拟采用两种选择方案即： (1)、 2K58型轴流式通风机 (2)、 2K60型轴流式通风机 (1)2K58型轴流式通风机 1.确定通风机必须的风量 Q(m3/s) Q=KLQK 式中： KL 设备漏风系数，依据规范第 2 133条，当风井不作提升作用时， KL 1.1 1.15，这里取 KL 1.15； QK 矿井所需要的风量，从原始数据中查得 QK 70 m3/s Q=KLQK=70 1.15=80.5 m3/s 2.确定通风机所需得静压 Hst（ mmH2O） H st=Hmin+ h （ Pa） H st=Hmax+ h （ Pa） 式中： H st 通风容易时期必须产生的静压。（ Pa） H st 通风困难时期必须产生的 静压。（ Pa） Hmin、 Hmax 通风困难时期和容易时期的矿井负压。（ Pa） h 通风设备阻力，即除风机以外的风道和辅助装置中的风压损失，一般取 100 200Pa；若设有消声器，应将风压值增加 50 80Pa。 h=250Pa H st=1450+250=1700Pa=173.5 mmH2O H st=2670+250=2920Pa=298.0 mmH2O 3.预选通风机 nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 4 - 根据通风机必须产生的风量和风压，分析 2K58 型轴流式风机的特性曲线图，依据 2K58 系列产品初步选型图，从 s 80为标准，最后可以确选2K58No.24型轴流式风机较为合适，同步转速为 750r/min。 4.工况点的确定 1） 后期工况点 通风机网路阻力系数： R = H st/Q2=2920/80.52=0.451(N S2/m8) 通风网路曲线方程： Hzst R Q2=0.451 Q2 计算数据如下表所示： Q（ m3/s） 0 10 20 30 40 Hzst（ 10N/ m2） 0 4.51 18.02 40.55 72.10 Q（ m3/s） 50 60 70 80 90 Hzst（ 10N/ m2） 112.65 162.22 220.79 288.39 364.99 表 2-1 2) 前期工况点 通风机网路阻力系数： R = H st/Q2=1700/80.52=0.262(N S2/m8) 通风网路曲线方程： Hzst R Q2=0.262Q2 计算数据如下表所示： Q（ m3/s） 0 10 20 30 40 Hzst（ 10N/ m2） 0 2.62 10.49 23.61 41.91 Q（ m3/s） 50 60 70 80 90 Hzst（ 10N/ m2） 65.58 94.44 128.54 167.89 212.49 表 2-2 nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 5 - 图 2-1 2K58No.24 矿井轴流通风机性能曲线 根据上面两表格中相关计算数据，在 2K58No.24，同步转速为 750r/min的风机特性曲线上分别做 出前后期的通风网路特性曲线，如 2K58 风机装置特性曲线图上所示， K 、 K 即为矿井通风网路特性曲线与通风机性能曲线的交点，即为通风机前后期运行工况点。 nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 6 - 前期 K Q =80.5 m3/s H st=1720Pa 叶片安装角 a 32.5 81.34 后期 K Q =80.5 m3/s H st=2905Pa 叶片安装角 a 37.5 80 5.电动机功率计算及选型 1） 电动机轴功率 N 单位 KW N=QHs/(102 c) 式中： Hs取 Hsmax的值时， N称为“ N ” ,取 Hsmin值时 N 称为“ N ” ； c 传递系数 c 0.95 0.98 这里取 c 0.98 N =98.0813 4.0102 81.9172 05.80 =173.60KW N =98.080.0102 81.929055.80 =298.10KW 2） 前后期所需功率比 Nmin/Nmax 173.60/298.10=0.58 0.6 所以 在 整个服务年限范围内矿井负压在前期和后期变化较大，因而要分期选择两台不同功率的电动机，且每台电机使用年限一般不小于 10年。 前期功率 =（ 1.1 1.2） NN =（ 1.1 1.2） 10.29860.173 =250.24 272.98KW 后期功率 =（ 1.1 1.2） N =（ 1.1 1.2） 298.10 =327.91 357.72KW 3） 选择电动机 考虑到主扇所用电压等级为 6KV,所以据上已知条件，前期可选用JR1410-8 型电动机两台，（额定功率 280KW，同步转速 n 740rpm）。后期可选用 JR158-8 型电动机两台（额定功率 360KW,转速 735rpm），前者效率90.0，后者效率 91.5%。每台主扇各配一台电动机。 nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 7 - 4）计算年电耗 Wa=sac 21zs t102 24365QH 式中： 1 81.34 c 0.98 2 80 a1 90.0 a2 91.5 as 0.95 则有 ： 前期年电耗： Wa 1.78 106（ kwh） 后期年电耗 ： Wa 3.00 106（ kwh） 5）计算百 万 立方米帕电耗 W=(Wa 1000000)/(365 24 3600 Q Hzst) =(80.5 2905 365 24/9.81)/102 24 3600 Q Hzst =3.00 106(kwh) 查有关国家政策规定，易知轴流式通风机百万立方米帕电耗 值应小于0.44kwh/106m3Pa,则有： 前期： W =(Wa 1000000)/(365 24 3600 Q H zst) =（ 1.78 1000000） /（ 365 24 3600 80.5 1720） = 0.408 0.44（ kwh/106m3Pa） 前期： W =(Wa 1000000)/(365 24 3600 Q H zst) =（ 3.00 106 1000000） /（ 365 24 3600 80.5 2905） =0.407 0.44（ kwh/106m3Pa） (2)2K60型轴流式通风机 1.确定通风机必须的风量 Q（ m3/s） (同 2K58) Q=KLQK=1.15 70=80.5（ m3/s） 2.确定通风机所需的静压 Hzst单位（ Pa） H st Hmin+ h nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 8 - 1450 250 1700Pa 173.5 mmH2O H st Hmax+ h 2670 250 2920Pa 298.0 mmH2O 3.预选通风机 根据通风机 必须产生的风量 Q 和风压 H st、 H st，分析 2K60 型轴流式通风机特性曲线图，依据 2K60系列产品初步选型图，以 s 80为标准，最后可以确定选用 2K60No28型轴流式风机较为合适，同步转速 600rpm。 4.工况点的确定 后期： Hzst R Q2=0.451 Q2 Q（ m3/s） 0 10 20 30 40 Hzst（ 10N/ m2） 0 4.51 18.02 40.55 72.10 Q（ m3/s） 50 60 70 80 90 Hzst（ 10N/ m2） 112.65 162.22 220.79 288.39 364.99 表 2-3 前期： Hzst R Q2=0.262Q2 Q（ m3/s） 0 10 20 30 40 Hzst（ 10N/ m2） 0 2.62 10.49 23.61 41.97 Q（ m3/s） 50 60 70 80 90 Hzst（ 10N/ m2） 65.58 94.44 128.54 167.89 212.49 表 2-4 nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 9 - 图 2-2 2K60No.28 性能曲线图 根据上面两表格中相关计算数据，在 2K60No.28特性曲线上分别做 出前后期的通风网路特性曲线，如 2K60No.28 风机装置特性曲线图上所 示， K 、K 即为矿井通风网路特性曲线与通风机性能曲线的交点，即为通风机前后nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 10 - 期运行工况点。 前期 K Q =80.5 m3/s H st=1700Pa 叶片安装角 a 15 77.8 后期 K Q =80.5 m3/s H st=2910Pa 叶片安装角 a 22.5 79.8 5.电动机功率计算及选型 1）电动机轴功率 N 单位 KW N=QHs/102 c N =98.0798.0102 81.917005.80 =179.38KW N =98.0798.0102 81.929105.80 =299.36KW 2） 前后期所需功率比： Nmin/Nmax=179.38/299.36=0.599 0.6 所以在整个服务年限范围内矿井负压在前期和后期变化较大，因而要分期选择两台不同功率的电动机，且每台电机使用年限一般不小于 10 年 ，以适应前后期负压的变化。 前期功率 =（ 1.1 1.2） NN =254.90 278.08KW 后期功率 =（ 1.1 1.2） N =（ 1.1 1.2） 298.10 =329.30 359.23KW 3） 选择电动机 考虑到主扇所用电压等级为 6KV,所以据上已知条件，前期可选用JR157-10 型电动机两台，（额定功率 260KW，同步转速 n 590rpm， a89.5）。后期可选用 JR1510-10 型电动机两台（额定功率 400KW,转速590rpm， d 90.5 ）。每台主扇 在前后期 各配一台 合适 电动机。 nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 11 - 4）计算年电耗 则有：前期年电耗： Wa 1.85 106（ kwh） 后期年电耗： Wa 3.05 106（ kwh） 5）计算百万立方米帕电耗 前期： W =(Wa 1000000)/(365 24 3600 Q H zst) （ 1.85 1000000） /（ 365 24 3600 80.5 1700） 0.429 0.44（ kwh/106m3Pa） 前期： W =(Wa 1000000)/(365 24 3600 Q H zst) （ 3.05 106 1000000） /（ 365 24 3600 80.5 2910） 0.413 0.44（ kwh/106m3Pa） (3)方案比较 因无主扇价格等具体资料，故以下仅以电耗及有关技术性能方面进行比较。 1.由以上计算易知，方案一中采用的 2K58No.24型轴流式通风机年电耗稍低于方案二中采用的 2K60No.28 型轴流式通风机，以地区电量单价 0.3 元 /度计算，两者比较如下， 前期内：方案二每年要多支付电费（ 1.85 1.78）106 0.3 2.1 万元，后期内：方案二每年要多支付电费（ 3.05 3） 106 0.3 1.5万元。 2.方案比较表格如下： 项目 方案一 方案二 通风机型号 2K58No.24 2K60No.28 电动机型号 前期 JR1410-8 JR157-10 后期 JR158-8 JR1510-10 工况点 前期 风量 80.5m3/s 风量 80.5m3/s nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 12 - 静压 1720Pa 静压 1700Pa 后期 风量 80.5m3/s 静压 2905Pa 风量 80.5m3/s 静压 2910Pa 风机效率 前期 81.34 77.8 后期 80 79.8 年电耗 kwh 前期 1.78 106 1.85 106 后期 3.00 106 3.05 106 年电费 （万元） 前期 53.4 55.5 后期 90.0 91.5 百万立方米 .帕电耗（ kwh/106m3Pa） 前期 0.408 0.429 后期 0.407 0.413 表 2-5 3.比较结果 经方案比较分析可以看出，采用 2K58No.24型轴流式通风机 较好于 使用2K60No.28 型轴流风机，它们都需要在前后期选用不同的电机，但是2K58No.24 的同步转速较高，因而电动机的价格相比之下便宜一些， 且在风量和静压都能满足要求的情况下， 2K58No.24 风机在效率、年电耗（年电费）以及百万立方米 .帕电耗方面均优于 2K60No.28 型轴流风机。故最后确定本矿主扇采用 6K58No.24 型轴流式风机，同步转速为 750r/min。 3 室压机的选型设计 3.1 概述 现代工矿企业中，使用压缩气体的机器越来越多，许多工业中无不广泛使用各种各类的气体压缩机。因此，气体压缩集是现代工业生产中不可缺少nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 13 - 的通用机器。 压缩空气一直是矿山所采用的原动之一，用以带动凿岩机，风镐及其他风动机械，在煤矿的特殊条件下，使用压缩空气的风 动机械，虽然效率较低，但与电动机械想比较，主要存在的以下几个优点。 1、安全性好，减少了因电火花锦旗瓦斯或煤尘爆炸事故的隐患，特别使用于高深部开采的矿井。 2、缓冲性能好，减少钻凿坚硬岩石和煤层是的冲击震动。 3、气动工具构造简单，容易操作，重量轻，耐潮湿，适用井下工作。 4、废气可降温和改善井下通风。 产生压缩空气的机器叫做空气压缩机，即空压机，他的任务就是安全，经济，可靠地产生足够数量的空气。由于空压机的结构复杂，运转效率低，而且消耗电量大，故本设计本着矿山压缩空气设备必须保证能在整个矿井服务期间内，在 用风量最多，输气距离最远的情况下，供给足够数量和压力的压缩空气的原则进行合计的。同时，设计中充分考虑了设备使用的效能，为设备运转的经济性打下了有利的基础。 3.2 设计依据 1、原始资料 矿井井型：竖井； 年产量： 120 万吨； 工业广场标高： +45m； 开采水平：第一水平标高 -450m； 空气压缩机站地点：空气压缩机站设在地面工业广场，集中供风； 空气压缩机每年工作天数： 300 天； 空气压缩机昼夜工作时数； 21小时； 矿井服务年限内输气管道布置图见图 3-2-1所示。 2、矿井用风情况 nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 14 - 1） 采区用风量：根据采区 机械配备图，考虑同时工作的风动工具的台数和耗电量，采区风量见表 3-1 风动工具类型 每台耗风量 台数 使用压力 风钻 3.2m3/min 5 5 kgf/cm2 锚喷机 8 m3/min 2 4 kgf/cm2 凿岩机 3.2 m3/min 6 5 kgf/cm2 表 3-1 2） 井底用风量 3.3 m3/min 3） 地面用风量 10.9 m3/min 3.3 压气设备的选型计算 1、全矿总的用风量的计算 : Q= 1 2 y nigiki m3/min 式中 : 1 沿管路全长的漏气系数 取 1=1.2 2 风动机具磨损后耗电气量增加的系数 取 2=1.15 y 海拔高度休整系数 取 y=1 ni 在一个工作班内，同型号风动机具的台数 gi 一台风动机具的耗气量 m3/min ki 同型号风动机具有的同时工作系数 所以： Q=82.39 m3/min 2、估算室压机必须的出口压力。 空气压缩机压机的出口压力，除了应保证工作地点的压力应比风动工具额定压力大一个大气压外，尚需设计及管路系统中的压力损失 P= hg P 1 PH 式中： hg 风动机具的额定工作压力 0.1Mpa nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 15 - PH 考虑压缩空气站与风 动工具所在地的位置时，使管内形成空气柱的静压力。因管内他所空气平均密度 m很微小，故取 PH=0。 P 输气管路各部分压力损失之和，包括直线管段的摩擦损失和各种管件的局部损失。设计时按每公里长度取 =3040 Kpa/km的系数来估算，即 : P= L=3Q 6.70=201 Kpa 式中： L 指压缩空气站出口至最员的风动工具地点的管道全长 km 所以 : P=5 0.1 1 0.1 0.201=0.801 Mpa 3、选择空气压缩机机型及台数量 根据以上计算的 Q和 P值，从室压机产品样本中（见矿山固定 机械手册表）选择合适的空气压缩机。目前国产动力用活塞式空压机的排气压力一般为 . . Mpa，而排气量有不同的规格可供参考与选择。因此根据值可组成多种方案。具体选用何种型号及其相应台数的室压机，需进行技术经济性比较后方能确定。同时，在选择室压机是应考虑以下几点： ）压缩空气站内室压机的型号，一般采用一种型号，安设台数不能超过五台。其中备用台数一台。 ）室压机的台数及客量应与压缩空气站计算供气量适应。同时要有一定的备用量。一般备用量为压缩空气站计算供气量的。 所以根据以上原则 ，本设计可能有两种方案进行选择，案案具体内容见表 型号 工作台数 备用台数 二级缸径 排气量 电机型号及规格 价格 5L-40/8 3 1 355mm 40m3/min TDK118/24-14 350kw 6kv 11.8万元 nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 16 - L8-60/8 2 1 420mm 60m3/min TDK116/34-14 350kw 6kv 14.8 万元 表 3-2 查矿山固定机械手册表 4-2-4可知，两种型号的空气压缩机二级 表压力均为 gkgf/cm2,其技术规格如表 3-3所示。 型号 结构 排气量 排气压力 转速 轴功率 比重量 传动方式 5L-40/8 L型 2缸 40 2 7/8 428 220 KW 119 直联 L8-60/8 L型 2缸 60 8 428 303 KW 125 直联 表 3-3 4、室压机的轴功率和气电耗的确定。 根据表压力和排气量的值查矿山固定机械手册表 4-3-8即可得 二级空气压缩机理论功率 NT（ km）。 5L-40/8型空气压缩机： NT=168.8 kw L8-60/8型空气压缩机： NT2=253.2 kw 轴功率 N=NT/ i m 式中： i 空气压缩机理论效率取为 0.85 m 空气压缩机机械效率取为 0.9 所以： 5L-40/8型空气压缩机 N1=168.8/0.85 0.9=220.65 kw L8-60/8 型空气压缩机 N2=253.2/0.85 0.9=330.98 kw 5、计算电耗 1台空气压缩机年电耗量为 Ey=（ Nbt/ 1 2 3）（ 0.8k1 0.2） 式中： k1 压缩空气站负载系数，等于所需压气量与室压机最大排气量之比。 所以： 5L-40/8型 k11=82.39/3 40=0.687 L8-60/8 型 k12=82.39/2 60=0.687 nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 17 - b 每天 工作天数 取 b=300天 t 每天工作小时数取 t=21小时 1 电动机效率 取 0.92 2 传网效率 取 0.95 3 电动机效率 取 0.97 所以： 5L-40/8型空气压缩机 Ey= 2.06 8 7.08.097.095.092.0 213 0 065.2 2 0 =1229110.4 kw h/年 压缩空气站全年电耗量为： E=Z*Ey=3 1229110.4=3687331.2 kw h/年 式中： Z 空气压缩机同时工作台数 L8-60/8 型空气压缩机 Ey= 2.06 8 7.08.097.095.092.0 213 0 098.3 3 0 =1843693.4 kw h/年 压缩空气站全年电耗量为： E=Z*Ey=2 3687386.8 kw h/年 6、选择各管道直径 依据风动机具配置图，可求得通过各管段的空气量及确定各管段“选择计算管长”，然后查表，即可选出标准钢管直径，结果列于表。 管段代号 实际管长 m 干或支管 通过空气量m3/min 选择计算管长 M 选用标准钢管 压力损失Kpa 单价 元 /m 0-1 55 干 75.49 6700 219 6 5.95 29.94 1-2 495 干 67.35 6700 194 6 7.42 26.43 2-3 2000 干 20.76 6700 133 4 24.73 11.38 3-4 1000 干 20.76 6700 133 4 12.37 11.38 4-N2 600 支 12.46 4100 108 4 8.805 9.34 nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 18 - 4-5 950 干 8.3 6700 89 3.5 17.73 6.72 5-N1 250 支 8.3 6700 89 3.5 4.67 6.72 2-6 1500 干 42 3000 159 4.5 27.45 16.29 6-7-N3 1000 支 42 3000 159 4.5 18.30 16.29 2-9 100 支 2.3 600 1（ 1/2） 0.112 2.38 2-10 10 支 2.3 510 1（ 1/2） 0.005 2.38 表 3-4 说明： 1）表中第四柱通过空气量是按 Q=a1a2 nigi计算 其中 a1=1.15 a2=1.2 ni 表示该管段后面的风动机及具同时工作台数量，ki是对应 ni的同时工作系数 . 2）根据煤矿设计手册说明：利用附录表选干管管径是，应以矿井服务年限内最远采压工作面到室压机站的距离老考虑。而选支管时可 按达到设计产量是该采区最远工作面到室压机站的距离来考虑 8、校验室压机的排气压力 1）计算各管段的压力损失 P P=1.2 10-6Li/di5 Qi1.85 Pa 式中： Li 表示某段管道考虑局部损失后的参考计算长度 ,即 Li =1.15 Li m Li 表示某段管道的实际长度 di 第 i 段管道的实际内径 m 现将各段管道的长度，通过的空气量和选顶的内径分别带入。这样得到的各段管段的压力损失值列于表 3-3-3 2）室压机的出口压力 nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 19 - 从上表可查出自室压机站至 N 工作面这一段管道的空气压力损失最大见表 3-4其值 为： Pmax=5.95+7.42+24.73+12.37+17.73+4.67 =72.87Kpa=0.07287Mpa 室压机的最小出口压力为： Pmin=Phg Pmax 0.1 =0.5+0.07287+0.1=0.67287Mpa 式中： Phg 风动工具的额定工作压力 0.1Mpa 由此可知：选额定压力为 0.8Mpa 的室压机满足要求，如果 N1点推进到末期，即 5-N1管长为 2250m，则该管管段压力损失为 42kpa，则管段最大压力损失为： Pmax =5.95+7.42+24.73+12.37+17.73+42 =110.2Kpa=0.1102Mpa 室压机的最小出口压力 Pmin =0.5+0.1102+0.1=0.7102Mpa 0.8Mpa 故后期该段管径不变仍能满足要求。 3.4 压气设备选型方案比较与结论 1、压气设备的选型方案比较列表如下： 方案 比较项目 方案一 方案二 空 气 压 缩 机 型号 台数 5L-40/8 四台 L8-60/8 三台 风量（ m3/min） 40 60 轴功率（ kw） 220.65 330.98 电动机 型号 TDK118/24-14 TDK116/34-14 功率（ kw） 250 350 初 设备 47.2 44.4 nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 20 - 期投资 万元 钢材 10.22 10.22 土建（ 2000元 /m2） 3.2 3.6 合计 60.62 58.22 年电费（万元）（电价： 0.2元 /度） 73.75 73.75 表 3-5 2、结论： 从表 3-5可以看出，选用 L8-60/8 型空气压缩机和 5L-40/8型空气压缩机，从经济上考虑，虽运行费用二者相差无机，但选用目前在投资上小，而且设备台数 少，可减少维护费用。技术上两型号空气压缩机的大致相近。综上所述即确定选用方案二： 3 台 L8-60/8 型空气压缩机，其中 2 台工作， 1台备用。 说明：表中“初期投资”是依据同一时期特价按实际需要进行估算的。 4 矿井排水设备的选择 4.1 概述 在矿井建设和生产过程中，随时都有各种来源的水涌入矿井。只有极少数例外的矿井是干燥的。将涌入矿井的水排出，只是和矿水斗争的一方面，另一方面是采取有效措施，减少涌入矿井的水量。特别是防止突然涌水的袭击，对保证矿井生产有重要意义。 矿井排水设备不仅要排除 各时期涌入矿井的矿水，而 且在遭到突然涌水的袭击有可能淹没矿井的情况下，还要抢险排水。在恢复被淹没的矿井时，首要的工作就是排水。排水设备始终伴随着矿井建设和生产而工作，直至矿井寿命截止才完成它的使命。因此排水设备是煤矿建设和生产中不可缺少的，它对保证矿井正常生产起着非常重要的作用。 为了使排水设备能在安全、可靠和经济的状况下工作，必须做好确定排nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 21 - 水方案，选择排水设备，进行布置设计，施工试运转。直到正常运行各环节的工作。在本章 内容中将遵循国家有关技术政策，设计规范以及这些环节的理论和实践经验，对矿井排水设备进行正确的选择，以达到预期的目 的。 4.2 排水设备的选型计算 4.2.1 排水设备选型计算条件 1) 单水平开采，井深 585米。 2) 正常涌水量 qz 580m3/h，正常涌水期 rz 295天。 3) 最大涌水量 qmax 1200m3/h，最大涌水期 rz 70天 4) 矿井呈中性，密度 =1040kg/m3 5) 矿井电压： 6000v 6) 矿井主排水设备泵房设在井底车场附近。 7) 本矿属低沼气矿井。 8) 矿井年产量 180万吨。 4.2.2 工作水泵必须的排水能力 根据有关规定，要求投入工作的水泵的排水能力能在 20小时内排完 24小时的正常涌水量，即： QB=(24/20) qz 696 m3/h，工作水泵与备用水泵的总能力，能在 20 小时内排完 24小时最大涌水量，即： Qmax=(24/20) qmax 1440 m3/h， 式中： QB 指工作水泵必须的排水能力（ m3/h）， Qmax 指工作与备用水泵必须的排水总能力（ m3/h）。 1） 工作水泵必须的扬程 HB = HC1+（ 0.1 0.12） /sin = 590*1+（ 0.10.1 0.12） /sin90 = 649 660.8(m) 其中： Hc=(井深 )+（井底车场与最低吸水面标高差） +（排水管出口高出井口的高度 ） =585+4+1=590（ m） nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 22 - 因为是竖井，所以 =90 2） 排水设备的选择 根据上述条件及相关计算值，查有关产品目录，经分析，拟选用DS450-100 型多级分段式离心泵；现将这种放案 进行选型计算，以验证是否合适。 选用 DS450-100 型多级分段式离心泵 4.2.3 泵的型式（级数）和泵台数的确定 查产品说明书可得 DS450-100 型离心泵的额定流量为 Qe=450m3/h,单级额定扬程 Hei=100m,该泵的单级平均特点如图 4-1所示： 图 4-1 DS450-100 型离心泵 1） 水泵级数的确定 由水泵特 性曲线可查 Q=1/2*696 m3/h=96.7 l/s 时扬程 Hi=110m.则所需泵的级数 i=HB/Hi=649 660.8/110=5.9 6.01 所以 i取 b 级。 2） 水泵台数的确定 比较 QB、 Qmax Qe 可知，在正常涌水期内需要投入工作的台数 n1+n2 =Qmax nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 23 - /Qe=1440/450=3.2,所以备用水泵台数 n2=2 台；除此之外，还需检修水泵的台数 n3。 n3 0.25n ，所以此时 n3 取 1 台；因此，总计需水泵的台数n=n1+n2+n3=2+2+1=5 台。 3） 校验泵的稳定性 自上面水泵特性 曲线上查得 Q=0 时，单级泵的扬程为 125m.所以总扬程H0=125*6=750m,又因为 750*0.9=675m 大于 Hc=590m.因此满足稳定条件0.9H0Hc的要求。 4.2.4 管路及管路布置 规程第 242条规定：主要排水设备必须有工作和备用的水管；其中工作水管的能力能配合工作水泵在 20 小时内排出 24 小时的矿井正常涌水量；工作和备用水管的总能应配合工作和备用水泵在 20 小时内，排出矿井24小时的最大涌水量。 根据各涌水期投入工作的水泵台数，可选用二条管路。两台泵工作时可用 任一水管排水，最大涌水期中，四台水泵同时工作，两条水泵用一趟管路排水，五台泵中有一台轮换作为检修水泵。 1.计算管径和选择管材 （ 1） 取经济速度 VP=2m/s,则排水管内径 自标准 YB231-70 查 得 外 径 DP=377mm 的 无 缝 钢 管 厚 有 9 ，9.5,10,11,12,13,14,15 等；取壁厚 =15mm试算。此时 DP=377-15*2=347 则有所需壁厚： 式中 dP 标准管内径， dP =34.7cm Z 许用应力，无缝钢管 Z=80MPa P 管内液体压强，作为估算 P=0.011Hc(MPa) 0.12 附加厚度。 HC=排水高度 nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 24 - 所以 经验算易知计算值 =1.410cm 小于所选标准厚度 1.50cm,故所选管壁厚度合适。 考虑到 矿井较长，可采用壁厚不等的管道分段安装。即分别采用YB231-70 377*15， 377*14， 377*13 和 377*12的无缝钢管作排水管。 2.吸水管直径及管材的确定 吸水管直径通常应比排水管直径大 25mm,以降低矿水流速减小损失，取得较大的吸水高度则有： Dx=Dp+25=377+25=402mm 自标准 YB231-70中同理可查得 ，对于吸水管选用 402*9的无缝钢管。 管路系统 ： 图 4-2 管路系统图 nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 25 - 管路系统具体如图所示，其中只给出一台泵的管路布置，其余四台泵的管路布置类同。 1） 估算排水管路长度： 排水管长度可估算为： lp=Hc+(40 50)=590+（ 40 50） =630 640（ m） 取排水管长度 lp=640m 吸水管长度通常可取为： lx=8m 3.计算管路特性 1）计算沿程阻力系数：由舍维列夫公式可得： 排水管： p=0.021/dp0.3=0.021/0.3470.3=0.0288 吸水管： x=0.021/dx0.3=0.021/0.3840.3=0.0280 2)计算局部阻力损失系数 对于吸、排水管的局部管件分别为： 排水管：名称 数 量 系 数 90 弯头 6 0.206*3=1.236 45 弯头 2 0.103*2=0.206 30 弯头 2 0.069*2=0.138 三通 1 1.5*1=1.5 闸阀 2 0.26*2=0.52 止回阀 1 1.7*1=1.7 扩大器 1 0.5*1=0.5 表 4-1 由上表可知： p=1.236+0.206+0.138+1.5+0.52+0.5+1.7=5.80 吸水管：名称 数 量 系 数 底阀 1 3*1=3 90 弯头 1 0.206*1=0.206 收缩管 1 0.1*1=0.1 nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 26 - 表 4-2 由上表可知： x=3+0.206+0.1=3.306 排水管局部损失的当量长度 ldp=( p+1)/ p*dp=(5.80+1)/0.0288*0.347=82(m) 吸水管局部损失的当量管长 ldx=（ x/ x） *dx=（ 3.306/0.0280） *0.384=45(m) 3)计算管路阻力损 失系数： 利用文献 3中公式 2-57计算阻力系数： RT =8/ 2g x(lx+ldx)/dx5+ p(lp+ldp)/dp5 =8/ 2*9.8070.0280*(8+45)/(0.384)5+0.0288(540+82)/(1.347)5 =356(s2/m5) 4)管路特性方程式（新管） H=HB+RTQ2=590+356*10-6Q2 其中：流量 Q单位以（ l/s） 计。 参照水泵的流量范围，选取九个流量值，分 别计算出和与六级泵相应的六分之一扬程值，如下表所示。利用得出数据可绘出特性曲线。 Q（ L/S） 20 40 60 80 100 H(m) 590.14 590.57 591.28 592.28 593.56 H/n(m) 98.36 98.43 98.55 98.71 98.93 Q（ L/S） 120 140 160 180 H(m) 595.13 596.98 599.11 601.53 H/n(m) 99.19 99.50 99.85 100.26 表 4-3 4.2.5 确定水泵运转工况 点 分析本管路系统可以发现在正常涌水期和最大涌水期内，水泵的工况点均相同，即为单台泵与一条管路特性的交点。如上面图线所示，可得相应的工况点及工况参数。 nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 27 - 新管工况点为 K ,其相应的工况参数有（单台泵） 流量： Qk =128 l/s =128*3.6 =460.8m3/h 扬程： Hk =100.0*6=600(m) 效率： k =0.72=7.2% 4.2.6 排水设备验算 1）计算允许吸水高度 Hx =Hs-(10-Pa/9.8 103)+(0.24-Pn /9.8 103) -8/ 2g x lx/dx5+( x+1)/dx4Q2 式中： Hx 实际条件下预计允许吸水高度； Pa 泵房大气压； Hs 预计工况时的允许吸上真空度； Pn 矿水温度下的饱和蒸气压； Dx,lx 吸水管内径和长度； 其余符号意义见上面。 Q 为工况流量 Q=0.128m3/s 经分析可取： Pa=9.8 104Pa Pn =0.235 104Pa 又自泵特性上查得Hs=5m,则相应实际条件下 的允许吸水高度。 Hx =5-10-(9.8 104/9.8 103)+(0.24-0.235 104/9.8 103)-8/9.807 0.0280 8/(0.384)5+(3.306+1)/(0.384)4 (0.128)2 =5-0+0-0.3=4.7m 此值一般可以满足要求。 2） 验算排水时间（有旧管时按旧管计算）： 正常涌水期每天必须排水时间： Tz=24 qz/n1 Qk=24 580/2 460.8=15.10(小时 ) 最大涌水期每天必须排水时间： Tmax=24 qmax/(n1+n2) Qk=2 1200/4 460.8=15.63(小时 ) 经计算可知，无论正常涌水期和最大涌水期，每昼夜排水时间均不超过nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 28 - 20小时，符合规程规定。 3） 验算电机容量 根据对应的工况参数可计算出电机必须的容量为： Nd K ( gQkHk/1000 3600 k c) 1.1 (1040 9.807 460.8 600/1000 3600 0.72 0.98) 1221(kw) 式中： K 富裕系数，当 Qk 300m3/h时 K=1.1 矿水密度， 1040Kg/ m3 c 传动效率， c 0.98 由上可知，泵配套电动机型号可选为 JKZ-1250(6KV) nts中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 29 - 专题 部分 ：电机车的气制动设计 与 计算 1 概述 1.1 电机车在井下运输的优点 矿用电机车在井下巷道运输中得到广泛应用，它有下列一些优点： 1、 牵引力大。机车采用直流串激牵引电动机，该电机特性能使机车获得较大的牵引力。 2、 维护费用小。电机车运行速度较高，最高可达 26km h而且只用司机一人操作就可以，所需辅助人员少，维护简单，动力消耗不大。 3、 可改善劳动条件。电机车运行不受气候的影 响，由于采用电力拖动，不会产生废气，避免了空气污染，大大改善了劳动条件，保证了井下工人