机电一体化毕业设计矿井提升设备的选型和设计

毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 题 目 矿井提升设备的选型和设计矿井提升设备的选型和设计 _ （院）系 大大同同煤煤炭炭职职业业技技术术学学院院 专业 机电一体化机电一体化 （矿山机电） 班级 学号 学生姓名 王飞王飞 导师姓名 王富军 完成日期 20112011 年年 5 5 月月 1 1 日日 目 录 第 1 章 矿矿井井提提升升设设备备 2 一、提升方式 2 二、主提升设备选型计算 2 三、开采煤时主提升能力计算 13 四、副提升设备选型计算 16 五、开采煤时副井提升能力校核 28 六、煤井下主要运输设备选型 31 结束语结束语 34 参考文献参考文献 36 附录附录 A 采区供电系统图 附录 B 设备布置图 第一章第一章 矿井提升设备矿井提升设备 一、提升方式 矿井七2煤与二1煤采用分期开拓开采的方式，初期开采七2煤， 后期经技术改造后开采二1煤。七2煤井设计生产能力为 0.30Mt/a，采用立井开拓，二个提升井筒，其中主井井深 277m，担 负七2煤矿井提煤任务；副井井深 277m，担负七2煤矿井辅助提升 任务；二1煤井设计生产能力为 0.45Mt/a，采用立井开拓，利用七 2煤井二个提升井筒延深至二1煤的开采水平，在七2煤井开采结束 后进行二1煤的开采，二1煤主井井深 577m，担负二1煤矿井提煤任 务；副井井深 577m，担负二1煤矿井辅助提升任务。 二、主提升设备选型计算 （一）设计依据（一）设计依据 初期开采七2煤时 1、生产能力：、生产能力：0.30Mt/a 2、工作制度：年工作日、工作制度：年工作日330d，每天净提升时间，每天净提升时间16h。 3、井深：、井深：H=277m 4、提升方式：双箕斗提升，采用定重装载。、提升方式：双箕斗提升，采用定重装载。 后期开采二1煤时 1、生产能力：、生产能力：0.45Mt/a 2、工作制度：年工作日、工作制度：年工作日330d，每天净提升时间，每天净提升时间16h。 3、井深：、井深：H=577m 4、提升方式：双箕斗提升，采用定重装载。、提升方式：双箕斗提升，采用定重装载。 （二）提升容器选择（二）提升容器选择 该矿井初期开采七该矿井初期开采七2煤时井深煤时井深 277m，后期开采二，后期开采二1煤时井深煤时井深 577m，根据，根据煤炭工业矿井设计规范煤炭工业矿井设计规范规定，为避免提升系统的重规定，为避免提升系统的重 复改扩建复改扩建,同时考虑到矿井后期开采二同时考虑到矿井后期开采二1煤时井筒深度增加，所以初煤时井筒深度增加，所以初 期开采七期开采七2煤和后期开采二煤和后期开采二1煤时主、副井提升设备统一按开采最终煤时主、副井提升设备统一按开采最终 水平选择计算。计算过程以后期开采二水平选择计算。计算过程以后期开采二1煤的提升设备选型计算为煤的提升设备选型计算为 准。准。 1、确定经济提升速度 V=(0.3-0.5)=7.2-12.01m/s 577 取：Vm=8m/s，1=1.0m/s2 2、计算一次提升循环时间、计算一次提升循环时间: Tx = 108=98.1s 8 1 577 8 3、根据矿井年产量和一次提升循环时间即可求出一次提升量。、根据矿井年产量和一次提升循环时间即可求出一次提升量。 Qj=3.3t 450000 1.2 1.2 98.1 3600 330 16 据此提升容器选择据此提升容器选择 JDS-4/554Y 型标准多绳箕斗（钢丝绳罐道）型标准多绳箕斗（钢丝绳罐道） ，箕斗自重，箕斗自重 QZ=6500kg（含连接装置）（含连接装置）,载重量载重量 Q=4000kg，提升钢，提升钢 丝绳丝绳 4 根，平衡尾绳根，平衡尾绳 2 根，钢丝绳间距根，钢丝绳间距 300mm。 （三）钢丝绳选择（三）钢丝绳选择 1、绳端荷重、绳端荷重 Qd=QZ+Q=6500+4000=10500kg 2、钢丝绳悬垂长度、钢丝绳悬垂长度 Hc=H-HZ+Hh+HX+Hg+Hr+0.75RT+e=577- 30+11.008+12+6.5+10.9+0.750.925+5=593.1m 式中：式中：Hg -过卷高度过卷高度 Hg=6.5m Hh -尾绳环高度 Hh=Hg+0.5+2S=6.5+0.5+22.004=11.008m Hr -容器高度容器高度 Hr=10.9m RT-天轮半径天轮半径 e-上下天轮垂直距离上下天轮垂直距离 e=5m S-提升容器中心距提升容器中心距 HX -卸载高度卸载高度 HX=12m 3、首绳单位长度重量计算、首绳单位长度重量计算 PK = 110 () B c Q nH m d = 10500 110 167 4 (593.1) 7 =1.29kg/m 式中：B钢丝绳计算抗拉强度，取 1670MPa m钢丝绳安全系数，取钢丝绳安全系数，取7 根据以上计算，首绳选用根据以上计算，首绳选用22ZAB-6V30+FC-1670-307型钢丝型钢丝 绳左右捻各两根。其技术参数如下：钢丝绳直径绳左右捻各两根。其技术参数如下：钢丝绳直径dk=22mm，钢丝破，钢丝破 断拉力总和断拉力总和Qq=N，钢丝绳单位长度质量为，钢丝绳单位长度质量为Pk=1.96kg/m。 4、尾绳单位长度重量计算、尾绳单位长度重量计算 qk =Pk=1.96=3.92kg/m n n 4 2 式中：式中：n首绳钢丝绳根数首绳钢丝绳根数 n=4 n 尾绳钢丝绳根数尾绳钢丝绳根数 n =2 根据以上计算，尾绳选用根据以上计算，尾绳选用8815NAT-P847-1360型扁钢丝型扁钢丝 绳绳2根，单重根，单重q=3.82kg/m。 （四）提升机选择（四）提升机选择 1、主导轮直径、主导轮直径 D90d=9022=1980（mm） 2、最大静拉力和最大静拉力差、最大静拉力和最大静拉力差 最大静拉力：最大静拉力： Fj=Q+Qc+nPkHc=6500+4000+41.96593.1=15150kg 最大静张力差：最大静张力差： Fc=Q=4000kg 据此主井提升装置选用据此主井提升装置选用JKMD-2.254（I）E型落地式多绳摩擦型落地式多绳摩擦 式提升机，其主要技术参数为：摩擦轮直径式提升机，其主要技术参数为：摩擦轮直径D=2250mm，天轮直径，天轮直径 DT=2250mm，最大静张力，最大静张力215kN，最大静张力差，最大静张力差65kN，钢丝绳根数，钢丝绳根数 4根，摩擦轮钢丝绳间距根，摩擦轮钢丝绳间距300mm，提升速度，提升速度V=6.5 m/s，减速比，减速比i=10.5,提提 升机旋转部分变位质量升机旋转部分变位质量mj=6500kg，天轮变位质量，天轮变位质量mt=2300kg，衬垫，衬垫 摩擦系数摩擦系数=0.23。 （五）提升系统的确定（见图（五）提升系统的确定（见图6-1-1） 1、井架高度、井架高度 Hj=HX+Hr+Hg+0.75RT+e=12+10.9+6.5+0.751.125+5=35.2m 取取HJ=36m 2、提升机摩擦轮中心线距井筒中心线距离、提升机摩擦轮中心线距井筒中心线距离 LS0.6Hj+3.5+D=0.636+3.5+2.2527.35m 取取LS=28m 3、钢丝绳弦长、钢丝绳弦长 下弦长下弦长LX1= 22 10 ()() 22 t jS Ds HCL = 22 2.0042.25 (31 0.8)(28) 22 =39.8m 上弦长上弦长LX= 22 0 ()() 22 t jS Ds HCL 22 2.0042.25 (360.8)(28) 22 =44.9M 式中：式中：HJ1-井架下层天轮高度井架下层天轮高度 C0-摩擦轮中心与地平距离 4、钢丝绳的出绳角、钢丝绳的出绳角 下出绳角下出绳角 图6-1-1 +0m 主井提升系统图 1、本图井口标高设为+0m。 2、首绳为22ZAB6V*30-1670型，4根。 3、尾绳为85*17NAT-P8*4*7型，2根。 4、单位为mm。 5、绳间距为300mm。 44900 39800 2.25m 2.25m 28000 800 31000 36000 52 37 16 51 37 28 提升中心线 装载平面 30000 卸载平面 12000 +31m +12m +36m 577000 下 下=arctan +arcsin 10 22 j t HC Ds Ls 1 2 t x DD L =ARCTAN+ARCSIN=52399 31 0.8 2.0042.25 28 22 2.252.25 2 39.8 上出绳角上出绳角 上 上=arcsin =5137 28 0j x HC L 5、围包角、围包角的确定的确定 经计算围包角经计算围包角=1811 4 （六）提升容器最小自重校核（六）提升容器最小自重校核 1、按静防滑条件容器自重为、按静防滑条件容器自重为 QZQ-nPkHc=D1Q-nPkHc 1 1 (12) (1) j w w e =2.3594000-41.96593.1 =4786.1kg 经查表，当围包角经查表，当围包角=1811 4时时D1=2.359 式中：式中：w1-箕斗提升时矿井阻力系数箕斗提升时矿井阻力系数 w1=0.075 j-静防滑安全系数静防滑安全系数 j=1.75 2、按动防滑条件、按动防滑条件 QZQ+Gd-nPkHc 1 11 1 (12)() 1 2 1(1) 1 g g ww ge ge 1 1 (1) 1 2 1(1) 1 g g ge ge =A1Q+C1Gd-nPkHc=2.21154000+0.15332300-41.96593.1 =4548.7kg 经查表，当围包角 =18114，加速度 a1=0.5 时,A1=2.2115, C1=0.1533。 式中：式中： Gd-天轮的变位质量。天轮的变位质量。 经计算满足防滑条件的箕斗最小自重均小于所选箕斗自重，防经计算满足防滑条件的箕斗最小自重均小于所选箕斗自重，防 滑条件满足要求。滑条件满足要求。 （七）钢丝绳安全系数与提升机的校验（七）钢丝绳安全系数与提升机的校验 1、首绳安全系数校验、首绳安全系数校验 m=8.37.20.00 q c nQ (QQ +) kc nP Hg 4 307200 (650040004 1.96 593.1) 9.8 05H =6.9 满足要求满足要求 2、最大静张力和最大静张力差、最大静张力和最大静张力差 最大静拉力：最大静拉力： Fj=15150kg=148kN8.2-0.0005H=7.9 q nQ (Q) kc nP Hg 矸 4 326030 (82104 1.96 611) 9.8 提升人员提升人员 m=9.99.2-0.0005H=8.9 q nQ (Q) kc nP Hg 人 4 326030 (86504 1.96 611) 9.8 提升大件设备提升大件设备 m=8.38.2-0.0005H=7.9 q nQ (Q) kc nP Hg 大件 4 326030 (111504 1.96 611) 9.8 满足要求。满足要求。 2、最大静张力和最大静张力差、最大静张力和最大静张力差 如前计算如前计算 最大静张力最大静张力Fj=15823kg=NN 最大静张力差最大静张力差Fc=3994kg39141N3 Z J M M 3 () m J MaQ R M 39503 0.5(2850 1144) 1.125 (2850 1144) 1.125 满足要求。满足要求。 式中：式中：MZ-制动力矩制动力矩 MJ-静荷重旋转力矩静荷重旋转力矩 （十二）最大班作业时间计算（十二）最大班作业时间计算 最大班作业时间见表最大班作业时间见表 最大班作业时间为最大班作业时间为2.1h,最大班下井人员时间为最大班下井人员时间为12.6分钟分钟. 符合符合要求。要求。 最大班作业时间平衡表最大班作业时间平衡表 提升内容提升内容 单单 位位 数数 量量每次提升量每次提升量每班提升次数每班提升次数 每次提升时间每次提升时间 （S） 总需时间总需时间 （S） 下放人员下放人员人人95304189.4757.6 上提人员上提人员人人48302189.4378.8 提升材料和设备提升材料和设备车车10110169.41694 提升矸石提升矸石车车20120141.42828 其它其它次次1010189.41894 合合 计计7552.4(s)，2.1(h) （十三）电控设备（十三）电控设备 本提升机采用直流拖动，电控设备随主机成套供货。电控设备本提升机采用直流拖动，电控设备随主机成套供货。电控设备 型号选用型号选用JKMK/SZ-NT-778/550-3系列提升机全数字直流电控设备。系列提升机全数字直流电控设备。 （十四）供电电源（十四）供电电源 提升机采用双回路供电，一回工作，一回备用。供电电源引自提升机采用双回路供电，一回工作，一回备用。供电电源引自 矿井地面变电所，详见地面供电系统图。矿井地面变电所，详见地面供电系统图。 五、开采七2煤时副井提升能力校核 矿井在初期开采七矿井在初期开采七2煤时设计生产能力为煤时设计生产能力为0.30Mt/a，提升高度，提升高度 H=277m，副井提升装置选用以开采二，副井提升装置选用以开采二1煤计算为准的煤计算为准的 JKMD2.254（I）E型落地式多绳摩擦式提升机，提升容器为型落地式多绳摩擦式提升机，提升容器为 1.0t双层单车标准多绳罐笼（钢丝绳罐道）双层单车标准多绳罐笼（钢丝绳罐道） 。提升钢丝绳首绳选用。提升钢丝绳首绳选用 22ZAB-6V30+FC-1770-326型钢丝绳左右捻各两根。尾绳选用型钢丝绳左右捻各两根。尾绳选用 8815NAT-P847-1360型扁钢丝绳型扁钢丝绳2根，该提升设备在初期开采根，该提升设备在初期开采 七七2煤时一次安装到位，分期担负七煤时一次安装到位，分期担负七2煤和二煤和二1煤的开采期的辅助提升煤的开采期的辅助提升 工作。工作。 （一）提升运动学及提升能力计算 经计算得主加速度经计算得主加速度 a1=0.50m/s2，提升减速度，提升减速度 a3=0.50m/s2。 （提（提 升速度图力图见图升速度图力图见图 6-1-6） 1、正常加速度阶段、正常加速度阶段 加速时间：加速时间：t1=10.2s 1 m V a 5.1 0.5 加速阶段行程：加速阶段行程：h1=t1=10.2=26m 2 m V5.1 2 2、正常减速阶段、正常减速阶段 减速阶段时间：减速阶段时间：t3=9.4s 4 3 m VV a 5.1 0.4 0.5 减速阶段行程：减速阶段行程：h3=t3=9.4=25.9m 4 2 m VV5.1 0.4 2 3、爬行阶段、爬行阶段 爬行时间：爬行时间：t4=6.25s 4 4 h V 2.5 0.4 爬行距离：爬行距离：h4=2.5m 4、抱闸停车时间、抱闸停车时间 t5=1s 5、等速阶段、等速阶段 等速阶段行程：等速阶段行程：h2=H-h1-h3-h4=277-26-25.9-2.5=222.6m 等速阶段时间：等速阶段时间：t2=43.6s 2 m h V 222.6 5.1 3351633516 16244 3351633516 50792 2 2 V4=0.4m/s a3=0.5m/s a1=0.5m/s Vm=5.1m/s 16.259.443.6 10.2 t5t4t3t2t1 图(6-1-6) F(N) v(m/s) t (s) 50792 16244 6、一次提升循环时间、一次提升循环时间 提升人员时：提升人员时： Tx=t1+t2+t3+t4+t5+=10.2+43.6+9.4+6.25+1+60=130.5s 提升物料时：提升物料时： Tx=t1+t2+t3+t4+t5+=10.2+43.6+9.4+6.25+1+40=110.5 提升矸石时：提升矸石时： Tx=t1+t2+t3+t4+t5+=10.2+43.6+9.4+6.25+1+12=82.5s 式中式中: 休止时间，提升人员时取休止时间，提升人员时取 60s,提升物料时取提升物料时取 40s,提升提升 矸石时取矸石时取 12s。 （二）提升系统动力学计算（二）提升系统动力学计算 1、提升系统总变位质量、提升系统总变位质量 m=m+2mz+4PkLp+2mt+mj+md =2850+（4656+5800）+41.96602+22300+6500+5517 =34552kg 式中：式中：Lp提升钢丝绳全长提升钢丝绳全长 Lp=602m（包括尾绳）（包括尾绳） 。 2、运动学计算（按平衡系统计算）、运动学计算（按平衡系统计算） （1） 、主加速阶段、主加速阶段 开始时：开始时：F1=kmg+ma1 =1.228509.8+345520.5=50792N 终了时：终了时：F1=F1=50792N （2） 、等速阶段、等速阶段 开始时：开始时：F2=F1-ma1=50792-345520.50=33516N 终了时：终了时：F2=F2=33516N （3） 、减速阶段、减速阶段 开始时：开始时：F3=F2ma3=33516-345520.50=16240N 终了时：终了时：F3=F3=16240N （4） 、爬行阶段、爬行阶段 开始时：开始时：F4=F3+ma3=16240+345520.50=33516N 终了时：终了时：F4=F4=33516N （三）最大班作业时间计算（三）最大班作业时间计算 最大班作业时间见表最大班作业时间见表 最大班作业时间为最大班作业时间为2.2h,最大班下井人员时间为最大班下井人员时间为10.9分钟分钟. 符合符合要求。要求。 最大班作业时间平衡表最大班作业时间平衡表 提升内容提升内容 单单 位位 数数 量量每次提升量每次提升量每班提升次数每班提升次数 每次提升时间每次提升时间 （S） 总需时间总需时间 （S） 下放人员下放人员人人125305130.5652.5 上提人员上提人员人人63303130.5391.5 提升材料和设备提升材料和设备车车20120110.52210 提升矸石提升矸石车车4014082.53300 其它其它次次1010130.51305 合合 计计7859(s)，2.2(h) 经计算所选副井提升设备在初期开采七经计算所选副井提升设备在初期开采七2煤时煤时,可满足副井辅助可满足副井辅助 提升任务的要求。提升任务的要求。 六、七2煤井下主要运输设备选型 1、上仓斜巷设备选型 设计依据：上仓巷斜长设计依据：上仓巷斜长L=121m，倾角，倾角11，生产能力，生产能力 0.30Mt/a。 经计算，选用一部经计算，选用一部SD-800型胶带输送机，运距型胶带输送机，运距L=121m，满足，满足 要求。主要技术参数：带宽要求。主要技术参数：带宽 B=800mm，运量，运量Q=350t/h，带速，带速 V=2.0m/s，运距，运距L=183m，配电机为矿用防爆电机，配电机为矿用防爆电机N=55kW。胶带类。胶带类 型：型：PVG整编芯阻燃胶带。整编芯阻燃胶带。 2、+0 运输大巷设备选型 设计依据：设计依据：+0运输大巷长运输大巷长L=897m，其中东翼运距，其中东翼运距L=293m,西翼西翼 运距运距L=604m,生产能力生产能力0.30Mt/a。 经计算，西翼选用二部经计算，西翼选用二部SD-800型胶带输送机型胶带输送机,每部运距每部运距L=302m, 满足要求。主要技术参数：带宽满足要求。主要技术参数：带宽 B=800mm，运量，运量Q=300t/h，带速，带速 V=1.6m/s，配电机为矿用防爆电机，配电机为矿用防爆电机N=75kW。胶带类型：。胶带类型：PVG整编整编 芯阻燃胶带。东翼选用一部芯阻燃胶带。东翼选用一部SD-800型胶带输送机型胶带输送机,每部运距每部运距L=293m, 满足要求。主要技术参数：带宽满足要求。主要技术参数：带宽 B=800mm，运量，运量Q=300t/h，带速，带速 V=1.6m/s，配电机为矿用防爆电机，配电机为矿用防爆电机N=55kW。胶带类型：。胶带类型：PVG整编整编 芯阻燃胶带。芯阻燃胶带。 3、+0 轨道大巷设备选型 设计依据：设计依据：+0轨道大巷长轨道大巷长L=830m，主要用于运输物料、设备、，主要用于运输物料、设备、 矸石。矸石。 经计算，选用经计算，选用CXT-5型蓄电池电机车型蓄电池电机车5台台,该电机车主要技术参该电机车主要技术参 数为，黏着质量为数为，黏着质量为5t，轨距，轨距600mm，牵引电动机型号为，牵引电动机型号为DZQB-7.5型，型， 每台电机车一次牵引每台电机车一次牵引5辆矿车用于大巷物料、设备、矸石运输。辆矿车用于大巷物料、设备、矸石运输。 4、轨道上山设备选型 （1）设计依据：轨道上山斜长）设计依据：轨道上山斜长L=582m，平均倾角，平均倾角=24.4,主主 要用于提升物料、设备、矸石等。物料量要用于提升物料、设备、矸石等。物料量10车车/班、矸石量班、矸石量10车车/班，班， 其它其它10次次/班，提升矸石一次串两辆矿车。班，提升矸石一次串两辆矿车。 （2） 、设备选型 、钢丝绳选择、钢丝绳选择 钢丝绳单位质量（按提升矸石）：钢丝绳单位质量（按提升矸石）： P PK K 121 2 () (sincos) 1.1 15500 (sincos) a n mmBfB LBfB m = 2 (1800610) (sin24.40.015 cos24.4 ) 1.1 15700 582 (sin24.40.25 cos24.4 ) 6.5 =0.904kg/m 式中：式中：n串矿车数；串矿车数； m1、m2矿车载重量和自重；矿车载重量和自重； f1矿车运行摩擦阻力系数；矿车运行摩擦阻力系数； f2钢丝绳移动阻力系数。钢丝绳移动阻力系数。 据此选择据此选择 18NAT+FC-67-1570 型钢丝绳，其主要技术参数为型钢丝绳，其主要技术参数为 直径直径 d=18mm，钢丝绳破断拉力总和，钢丝绳破断拉力总和 Qq=190.5kN，单位质量，单位质量 PK=1.14kg/m，钢丝绳公称抗拉强度为，钢丝绳公称抗拉强度为 1570Mpa。 、钢丝绳安全系数校验、钢丝绳安全系数校验 按提升矸石按提升矸石 ma=9.36.5 q 121k2 Q n(m +m )(sinB+f cosB) g+P L(sinB+f cosB)g 满足要求满足要求 、提升机选择、提升机选择 最大静张力：最大静张力：Fjmax=ng（m1+m2） （sim+f1cos） +PkL（sim+f2cos）g=20584N 滚筒直径：滚筒直径：D60d=6018=1080mm 据此选择据此选择 JTPB1.61.2-30 型矿用防爆提升绞车，其主要技术型矿用防爆提升绞车，其主要技术 参数为最大静张力参数为最大静张力 45000N，传动比，传动比 i=30，滚筒直径，滚筒直径 D=1600mm， 滚筒宽度滚筒宽度 B=1200mm，速度，速度 V=2.8m/s，配防