矿井提升设备选型设计.doc

53摘要本设计主要对矿井生产所用的提升机械设备选型进行的一次合理选择。矿井提升设备的任务是沿井筒提煤、矿石、矸石，下放材料，升降人员和设备。本设计通过选人车、钢丝绳、提升机、天轮、井架、电动机等来叙述提升机的设备选型。在矿井提升中，应根据不同的用途，选用合适的钢丝绳，扬长避短，充分发挥它们的效能为此必须对其结构、性能及选择计算方法予以了解。斜井串车提升具有基建投资少和建设速度快的优点，并且可以直接用矿车不需转载。为此，必须掌握矿井提升设备的结构、工作原理、性能特点、选择设计、运转理论等方面的知识，以做到选型合理，正确使用与维护，使之安全、可靠、经济的运转。关键词提升机；钢丝绳；电动机目录摘要1绪论3第一章计算条件5第二章一次提升量的计算6第三章钢丝绳的选择11第四章提升机的选择16第五章提升系统20一、天轮的选择20二、井架高度20第六章电动机的预选23第七章提升系统的变位质量计算24第八章提升系统运动学27第九章提升系统动力学30第十章电动机容量校验34第十一章设备选型的时间校验37第十二章电耗计算40参考文献42致谢43绪论提升机械设备是沿井筒（包括斜井及盲井）升降人员，提升煤炭，矿石，器材的机械设备。是矿山的大型固定设备之一，是联系井下与地面的主要运输工具。矿井提升工作是整个采矿过程中的重要环节。矿井提升设备的主要组成部分是：提升容器，提升钢丝绳，提升机（包括机械及拖动控制系统），井架（或井塔）及安装，卸载设备等。对于煤层储存较浅，表土层不厚以及水文地质情况简单的倾斜以及倾斜煤层一般采用斜井开采。有时，在开峒或竖井开拓的井中，深部水平延伸也采用斜井开拓。斜井平车场串车提升，具有投资少，出煤快的优点，斜井串车一般适用于中小型矿井，井筒倾角不大于25度。中型矿井用双钩提升，双钩提出升量大。电耗小，但不能用水平提升。矿井提升设备选型是否合理，直接影响到矿井的安全生产、基建投资、生产能力和吨煤成本。对于斜井提升方式主要有串车、箕斗和带式输送机三种。串车提升一般用于井筒倾角小于的矿井，对于年产量在21万吨及其以下的矿井，一般采用单钩串车提升；当年产量达30万吨，而提升距离较短时，一般采用双钩串车提升。箕斗提升一般用于年产量45万吨以上，井筒倾角大于的矿井，箕斗一般采用后卸式箕斗。本设计是采用串车提升斜井串车提升的介绍: 斜井串车提升具有基建投资少和建设速度快的优点,并且可直接使用矿车不需要转载.因为它是中小型矿井,因而在小型矿井中使用较多.但是单钩提升的生产能力低,同时由于甩车场开括工程和轨道线路不止均较复杂,而且运行操作难度较大,故年产量较大的矿井(大于21万吨)多采用双钩平车场提升方式. 双钩平车场串车提升(图1),在双钩平车场上串车开始提升时,空串车由井口平车场推车器推向斜井,此时井底重穿车也已相应速度拉向井筒.这一阶段串车运动的初速度a00.3m/s2,vpc1.0m/s.当空重串车均进入井筒以后,加速至最大运行速度vm并等速运行.当重串车上行到接近井口时,减速至vpc,当重空车分别进入井上下平车场时进行摘挂钩操作,一次提升循环完成. 平车场的双钩串车提升示意图和速度图 第一章计算条件矿井年产量：=45(万吨/年) 副井筒斜长: L=540m 井筒倾角: =22 最大班下井人数98人 每班提矸石100吨矸石容量吨1.75m3 下材料、设备10次下炸药1次，保健车2次运送最重件为7吨 采用MG1.1-6型矿车： 提升不均衡系数:C=1.15 矿井工作制度: 年工作日br=300天;每天两班提升;净提升时间t=14(h) 井底车场增加的运行距离:LH=25(m) 串车在井口栈桥上的运行距离:LB=35(m)第二章一次提升量的计算一、人车的选择斜井提升是指用安装在地面的提升机，通过斜井对矿物、材料和人员进行的运输工作。斜井运输的容器主要是矿车和箕斗，乘坐人员时则称为人车。斜井运送人员的安全事项 1、斜井距离较长，垂高较大时，应采用专用人车运送人员。各车辆之间除连接装置外，必须附有保险链。连接装置和保险链要有足够的安全系数。人车应有顶棚，还应装有断绳保险器，当发生断绳、脱钩事故时，能自动(也能手动)地平稳停车。 2、斜井用矿车组提升时，严禁人货混合串车提升。 3、在用列车运送人员的斜井内，必须安装信号装置，保证在行驶途中任何地点，跟车工都能向司机发出信号，而在多水平运输时，司机能辨认出各水平发出的信号。所有收发信号的地点，都应挂明显的信号牌。 4、斜井运输工作必须有专人管理。斜井人车在运行前应对其连接装置、保险链、保险器、轨道和车辆等设备进行检查，在每班运送人员前，进行一次空载运行。确认安全后，再运送人员。 5、运送人员的列车必须有跟车安全员，跟车安全员要坐在行驶方向的第一辆装有保险器操纵杆的车内。乘车人员必须听从随车安全员指挥，按指定地点上下车，上车后必须关好车门，挂好车链。 6、乘车人员要遵守人车管理制度，服从人车司机和随车安全员的指挥，不得拥挤，不准超员乘坐；井口和车场要设候车室，依次序下车、上车；上车后必须关好车门，挂好车链，才能发出开车信号；乘车人员不得将身体探出车外，以防意外事故发生。 7、人员在上下斜井时，其上下车地点的斜井应有足够宽的人行道，一般应不小于1.5m，具有良好的照明和台阶踏步。 选提人车：人车型号SR-16型 外形尺寸长高宽 头车302010541487 挂车302010541477 头车自重1600kg 头车载人数8 挂车自重1000kg 挂车载人数8 列车满载人数16 最大速度4m/s 最大制动距离1000mm 适应轨距600mm 适应轨型15kg/m 适应范围倾角10-40详见表1322初选人车为头车挂车，满载人为16人，由于一次最大班下井人数为98人，所以分为7次下。 提升斜长: 一次提升持续时间的确定: 根据煤矿安全规程规定故选 初步选用的最大速度: 人车一次提升时间的确定一次提升量的确定： 254.5 (s)式中a-加（减）速度 m/s2 &-升降人员的休止时间，s;当两侧同时上下人时，&取25-30s,同侧上下人时，&取80-90s。 lt - 升降人员时的提升距离，m；一般取井筒斜长少30-40m。二、矿车数的选择提矸石根据已有矿车1.1-6，矿载量为1925kg，每人按70kg计算。钢丝绳端的荷重，在任何情况下都不得超过矿车钩头连接器的强度。即：即 式中矿车自重a轨道倾角决定串车由6辆1.1吨矿车组成.三、一次提矸石时间的确定一次提矸时间：188.4 (s)四、一次提材料设备时间的确定一次提材料设备时间：五、一次下保健车时间的确定一次下保健车时间：六、一次下炸药时间的确定一次下炸药时间：七、一次下重物时间的确定一次下重物时间：八、总时间的确定初选符合要求第三章钢丝绳的选择提升钢丝绳是提升系统的重要组成部分，它直接关系到矿井的正常生产和人员的安全，还是提升系统中经常更换的易耗品。在矿井提升中，根据用涂，选用合适的钢丝绳，扬长避短，充发挥它们的作用。决定钢丝绳的类型，首先应按以下原则确定：（1）使用中不松股；（2）符合使用场合及条件；（3）特别注意作业的安全。同时还应考虑以下因素：（1）在静筒淋水大，水的酸碱度高，以及在出风井中，由于腐蚀严重，应选用镀锌钢丝绳；（2）在磨损严重条件下使用的钢丝绳，如斜井提升等，应选用外层钢丝尽可能粗的钢丝绳；（3）弯曲疲劳为主要损坏原因时，应选用接触式或三角股绳；（4）实践证明，提升钢丝绳用同向捻绳较好，多绳摩擦提升用左右捻各半：单绳缠绕式提升钢丝绳的选用原则是：为防止缠绕是松捻，钢丝绳的捻向应与绳在卷筒上缠绕时的螺旋线方向一致，目前单绳缠绕多为右旋，所以多选右同向捻绳；（5）罐道绳最好用半密封绳或三角股绳，表面光滑，耐磨损；（6）用于温度高或有明火的地方。如矸石山等，最好用金属绳芯钢丝绳。提升钢丝绳是煤矿提升运输系统的一个重要组成部分，因此，煤矿安全规程（以下简称规程）对矿井提升钢丝绳有专门规定。近年来，尽管各矿按照规程的要求加强了提升钢丝绳的检查和保养，但是，每年仍然有断绳事故发生。预防断绳的措施为了防止断绳，龙固煤矿根据具体情况，分别采取了如下措施。（1） 合理选择钢丝绳。（2） 正确使用、维护钢丝绳。（3） 防卡箕斗松绳。（4） 防过卷。（5） 预防过大的惯性力和冲击力。（6） 防过载。箕斗提升实行定量装载，斜井提升杜绝超挂车现象。（7） 按规程要求健全各种保护装置，并按规定定期试验，确保各种保护装置灵敏可靠。（8） 加强对司机和信号工的安全培训，强化安全意识，增强责任心和提高分析处理实际情况的能力。信号工与司机协调配合，严格按照规程操作。（9） 对提升设备的调整和维修制定了切实可靠的措施，并严格落实。（10） 及时更换新绳。当提升钢丝绳锈蚀、磨损、断丝、安全系数等达到煤矿安全规程有关规定时，必须立即予以更换。副井提升作业复杂多变，通常以提升矸石为准来选择钢丝绳，但在选绳之后，应对提人时的安全系数进行验算，以保证安全。按表31提升和悬挂用的新钢丝绳在悬挂时的安全系数表（节摘自煤矿安全规程第376条）用途分类安全系数最低值备注单绳缠绕式提升装置专为升降人员9升降人员和物料升降人员时9混合提升时9多层罐笼同一次升降人员和物料升降物料时7.5专为提升物料6.5摩擦轮式提升装置专为升降人员9.20.0005钢丝绳悬垂长度升降人员和物料升降人员时9.20.0005混合提升时9.20.0005多层罐笼同一次升降人员和物料升降物料时9.20.0005专为提升物料7.20.0005悬挂吊盘、水泵、安全梯抓岩机用钢丝绳6悬挂安全梯用的钢丝绳的安全系数最低值为9罐道绳、防撞绳、起重用的钢丝绳6悬挂风筒、风管、水管注浆管、混凝土输送管、电缆用的钢丝绳5拉紧装置用的钢丝绳5防坠器的制动绳和缓冲绳3按动载荷计算（表31） 绳端荷重: 式中 -井筒的倾角; f1- 提升容器在倾坡运输道上运动的阻力系数,具体情况选取: 矿车 串车提升:矿车为滚动轴承时,应取0.0150.02.箕斗提升:通常取 0.01. 钢丝绳悬重长度: 钢丝绳单位长度的重量计算: 式中 -钢丝绳的公称抗拉强度,kg/mm2.一般以选用=155 170kg/mm2 为宜;对于仅提升物料的主井或只提升物料的辅助提升,可以选用。 m-钢丝绳的静力安全系数; LC-提升距离,m; f2-钢丝绳的摩擦阻力系数; 选用鞍钢钢丝绳厂6M(7)-27-155-I(鞍标258-80)型钢丝绳.全部钢丝破断力总和QS=47050kg;d=27mm;pk=2.993kg/m. 安全系数: 符合规程规定.第四章提升机的选择卷筒的直径和宽度是缠绕式提升机的基本参数，煤矿安全规程对缠绕式提升机的规定：选择卷筒直径的原则是使钢丝绳绕经卷筒时产生的弯曲应力过大，保持钢丝绳的一定承载能力和使用寿命。理论和实践都证明，绕经天轮及卷筒的钢丝绳弯曲应力的大小，以及疲劳寿命，取决于卷筒和钢丝绳直径比。在同一钢丝绳直径条件下，卷筒直径越大，弯曲应力越低；在不同绳子径，相同卷筒直径条件下，绳径越小，即D/d越大，弯曲应力越低。表明在不同的D/d弯曲条件下，钢丝绳试验荷载与其耐久性的关系。在相同试验荷载时，D/d值越大，钢丝绳承受的反复弯曲次数越高，寿命愈长。基于以上原因，煤矿安全规程对缠绕式提升机规定： 对于安装在地面上的提升机： 对于安装在井下的提升机：60 d900故：滚筒直径： 式中g-滚筒的计算直径,mm; d-已选定的钢丝绳直径,mm; 选用2JK-2.5/20型双筒提升机: . 滚筒的缠绳宽度: 式中 Dg -定期试用的钢丝绳长度,一般取30m; d -钢丝绳直径,mm; -钢丝绳在滚筒上缠绕时,钢丝绳间的间隙. 数值的选取将在后面作一些必要的说明; 3-为在滚筒上缠绕的三圈摩擦圈. +4-是为了定期(通常是两个月规程规定为每季能 将钢丝绳移动1/4圈)附加的钢丝绳圈数; Dp-多层缠绕时,钢丝绳在滚筒上缠绕的平均直径,m. 先试用单层缠绕: (可从表4-1中查到 =2.5) (因为120032393938312002） 最大静拉力: 最大静张里差: 可见所选的提升机是合适的.表4-1钢丝绳在滚筒上的间隙值选用表钢丝绳直径范围(mm)2525.5313237.5384345505257计算值 (mm)22.252.042.482.2952.792.5632.883.3753.043.443.423.873.64.04.055.04.164.564.685.13提升机滚筒直径(m)22.533.545间隙的采用值(mm)22.533.545 若 选用2JK-2/20型提升机: . (值可从表4-1中查到.=2) 式中 钢丝绳在滚筒上绕二层(因为1000310002). 最大静拉力: 最大静张力差: 故所选用的提升机合适.第五章提升系统一、 天轮选择: Dt-天轮直径,m; Hj-井架高度,m; S-天轮间距,mm; 选用TSG-2500/16型固定天轮,由表2查得: 天轮的间距按 S=1200(mm) 二、井架高度井架相对位置计算：井架相对位置图井架高度的确定： 按允许的偏角求提升机滚筒中心与天轮中心间的钢丝绳弦长: 按外偏角: =30.93（s） 按内偏角: ( a值可从表3中查到,a=150mm). 以作为提升机滚筒中心与天轮中心之间的水平距离,再求出钢丝绳的弦长为: 钢丝绳的偏角: 外偏角: 内偏角: 钢丝绳的仰角 下绳仰角: 上绳仰角: 第六章电动机的预选在进行提升设备方案比较时，需要初步确定提升电动机，而在进行提升设备动力学计算之前也要进行电动机的预选。一般情况下先预选电动机，动力学计算完后再进行电动机的验算。 根据斜井的估算电动机容量计算公式：式中NS-所需电动机功率，KW; K-矿井提升的阻力系数，箕斗提升可取 1.15; Vmax-提升机选定的最大速度，m/s; -减速器的传动效率，减速器采用滚动轴 承时，取 0.93. 选用JR148-8型电动机（查表4）：按电动机的额定转速核算提升机的最大速度：式中nd-计算电动机的转速，rpm; I-减速器的传动比。第七章 提升系统的变位质量计算在提升系统动力学方程中，有提升系统各运动部分惯性力之和一项，而系统中的各部件既有作直线运动的，也有作旋转运动的，使得计算总惯性力时很不方便。为了简化计算，可以用一个假想的集中在卷筒圆周围表面的当质量来代替提升系统所有运动部分的质量，称为总变为质量。一、变位重量的计算：电动机的变位重量：式中Gd-电动机转子的变位重量，kg; GD-电动机的回转力矩，kg.m2;能从表4中查得；天轮的变位重量： (由表2中查得)提升机的变位重量： （由表3中查得）提升钢丝绳每根的总长度： 变位重量总计：式中LK-提升钢丝绳的全长，m;可按下式计算：Gt-天轮的变位重量，kg;其数值可从固定天轮基本参数（表2）中查得；如果不是这种型号的天轮，则可按下式计算： 木质衬垫时 铁质衬垫时 若已知天轮的回转力矩（GD2）时，则变位重量可 按下式计算： Gj-提升机包括减速器在内的变位重量，kg.其数值可以根据选用的产品型号，相应从有关表中查到。对于新建矿井选用的JK.2J型提升机，可从表3中查到。如果提升机的变位重量无法查到时可以用：提升机的变位重量：双滚筒提升机单滚筒提升机Gd-电动机转子的变位重量，kg.可按下式计算： 变位重量：式中g-重力加速度；g9.81m/s2; 第八章提升系统运动学 初速度及末速度取0.3m/s2;正常加速度及正常减速度取0.5m/s2;在车场内低速等速运行的速度取1.5m/s. 重矿车在井底车场运行段: 初加速阶段: 时间: 距离: 在车场内等速运行距离: 在车场内等速运行时间: 重矿车在井筒中加速阶段 在井筒中的加速时间: 加速距离: 重矿车在进入栈桥前的减速阶段: 减速时间: 减速运行距离: 重矿车在进入栈桥后的运行段: 末减速阶段: 时间: 距离: 在栈桥上低速等速运行距离: 在栈桥上低速等速运行时间: 在井筒内等速运行阶段: 重矿车在井筒中等速运行距离: 重矿车在井筒中等速运行时间: 一次提升的循环时间: 式中 - 休息时间,s;对于平车场,取25s. Lt- 提升距离(斜长),m; LH- 井底车场增加的运行距离,其数值决定于串车组成的 车辆数,(该设计取25m); LB- 串车在井口栈桥的运行距离,其数值与串车组成的车 辆数有关,(该设计取35m). 第九章提升系统动力学提升动力学是研究和确定提升过程中，滚筒圆周上拖动力的变化规律，为验算电动机功率及电气控制设备的选择计算提供依据。为了简化计算,钢丝绳及空、重矿车运行中的倾角虽有变化,全部按井筒的倾角计算. 重矿车在井底车场段: 提升开始时： 初加速终了时： 低速等速开始时： 低速等速终了时： 矿车在井筒中运行段： 加速开始时： 加速终了时： 等速开始时： 等速终了时： 减速开始时： 减速终了时： 重矿车在栈桥上运行段： 末等速开始时： 末等速终了时： 末减速开始时： 末减速终了时： 式中 K- 阻力系数,通常取K=1.1; n - 串车组成的矿车数,辆. 采用六阶段速度图提升速度图和力图第十章电动机容量效验 等效力计算： 等效功率：电动机的过载系数效验：所选的电动机是合适的。式中Td- 等效时间，S； F2t- 各个运行阶段力的平方与该段时间乘积的总和.可分 两种情况：当该阶段的始点与终点的力相差不大时, 则按计算。 当该阶段的始点与终点的力相差较大时, 则应按 计算，通常在最大速度的等速阶段出现这种情况。 K- 电动机容量的备用系数,规范规定:备用系数应为1.1. Fmax- 在力图上的最大运动力,kg；通常是出现在加速度段开始时； - 电动机的过载能力,其数值可从电动机产品样本中 查到; (Mk-最大力矩; MH-额定力 矩). Ft- 作用在滚筒上的特殊力,kg.第十一章设备选型的时间校验最大净化时间的确定：加速度及末加速度取；正常加速度及正常减速度取，在车场内低速等速运行速度取.。一般取25一次提矸石时间：47.8+142.5 =190.3 (s)一次提人时间： =199.6