煤矿主井提升设备选型设计

矿山固定机械设备控制课程设计设计计算说明书设计题目煤矿主井提升设备选型设计机电系机械专业2011级1班学生姓名张志伟完成日期2014年9月2号指导教师（签字）矿山固定机械设备控制课程任务书设计人 张志伟 院（系） 机电动力与信息工程系 专业（班级） 机械一班 学号 0设计题目 煤矿主井提升设备选型设计 题号 3 原始数据： 煤矿主井提升设备选型设计某矿矿井年产量为An（万吨)，矿井深度HS(米)，装载高度HZ=22M，卸载高度HX=23M，试选择该矿主井双箕斗提升设备。(散煤容重可取 =0.9吨/M3或0.92吨/M3，单水平开采)。要求:1.进行单绳缠绕式箕斗提升设备的选型计算。(按说明书步骤进行)2.画出速度图及力图，提升机与井筒相对位置图，提升机房设备布置图。矿井年产量An（万吨）井深Hs（m）70220 课程设计具体要求1)任务书内容: 题目:煤矿主井提升设备选型设计 根据所给已知参数，分别进行以下部分选型设计，并按要求绘图:1.矿井提升设备选型设计，并绘出提升机房设备布置示意图;2.按要求写出选型设计说明书。2）说明书顺序如下:封面一目录一说明书正文。图纸折叠好装入课程设计袋内。3）严禁图纸、说明书等复印或抄袭他人成果，发现雷同设计成绩一律不及格。4）图纸一律用3号图纸绘制，;说明书用16开纸，内容应在20-30P。目录一、 初步设计.4二、 提升容器的选择与计算.4三、 提升钢丝绳的选择计算.6四、 提升机和提升电动机的选择.8五、 提升机与井筒相对位置的确定.11六、 提升电动机初选计算.15七、 提升系统的动力方程.17八、 提升设备的运动学计算.19九、 提升动力学计算.25十、 电动机功率验算及提升设备电耗的计算.29十一、参考文献.32 完成时间 2014 年 9 月 3 日 签字 张志伟 一、初步设计设 计 计 算 与 说 明（一） 设计依据（1） 矿井设计年生产能力An=70(万吨)（2） 矿井深度Hs=220m（3） 卸载水平与井口的高度=23m （4） 装载水平与井下运输水平的高差=22m（5） 煤的集散密度=0.9二、提升容器的选择与计算一、提升速度选择研究表明，经验提升速度为 式中 H提升高度，m。一般情况写，提升速度取中间值进行设计，即 箕斗提升高度为 所以，提升高度 H=220+22+23=265m m/s二、提升时间计算按经验提升速度可估算经验提升时间 =67s式中经验提升事件，s。取提升加速度取提升容器爬行阶段附加时间休止时间取三、提升容量计算一次经验提升量可按下式计算，即 一次经验提升量，t。矿井年产量t不均衡系数。取1.1富裕系数。取1.2一次合理提升时间=67s工作日数=330d日工作小时数t=16h =3.3t介于两个箕斗名义货载质量之间，一般在保证不加大提升机的情况下，优先选用大容量箕斗。取名义载荷质量为4t的箕斗，所以选用型号为JL-4型的箕斗，其技术参数如下表1所示：技术参数JL-4型名义载荷质量/t4有效容积/4.4提升钢丝绳直径/mm37钢丝绳罐道直径/mm3250（根据提升高度确定）钢丝绳罐道数量/道4刚性罐道规格38kg/m钢轨刚性罐道数量/道2箕斗质量/t4.4最大终极负荷/t9.5最大提升高度/m650箕斗总高/mm8560箕斗中心距/mm1830适应井筒直径/m4.5适应提升机型号2JK-2.5、2JK-3四、一次实际提升量 根据表中提供的数据可知提升器容量，计算一次提升量Q。 =3.96t 五、计算提升机的循环时间一次提升循环时间 =81.5s六、计算提升机所需的提升速度一次提升所需速度 =4.8m/s三、提升钢丝绳的选择计算下图中钢丝绳最大静载荷是在A点，其值为 式中 容器质量，kg。由表一可知=4400kg； p钢丝绳每米质量，kg/m。取；抗拉强度取 钢丝绳最大悬垂长度，m； 井架深度，m，取=30m。 =272m =96849.12N要想保证钢丝绳安全工作，必须满足 式中 S钢丝总断面积，； 钢丝绳安全系数，由书表6-3可取=6.5 上式中p和S是两个未知数，为解上式需找出p和S的关系，即 式中 钢丝绳密度。 将上面的式子化简，得 钢丝绳的密度值可近似按计算，则可得 可以计算出从书表5-7可查得，钢丝绳选出后，要按照实际所选钢丝绳的数据校核其安全系数。即 式中 钢丝破断拉力总和，N。查表5-7可知 需要指出的是，由于提升钢丝绳在工作过程中所引起的应力非常复杂，影响钢丝绳使用寿命的因素又多，所以安全系数不代表钢丝绳真正强度的安全储备值，而仅仅表示经过实践证明在规定安全系数的条件下钢丝绳才能安全可靠地运行。所以选取的钢丝绳为股纤维芯钢丝绳，其参数如表2所示：直径/mm钢丝总断面积参考质量抗拉强度钢丝绳钢丝166637.02.4515.46487.10破断拉力总和/N四、提升机和提升电动机的选择煤矿安全规程规定，对于安装于地面的提升机，有 式中 钢丝绳中最粗钢丝直径。钢丝绳直径，由表二可知 D卷筒直径，mm。 1. 验算最大静张力及最大静张力差为了保证提升机有足够的强度，必须验算所选提升机的最大静张力及最大静张力差，使其满足 由上可知 由上可知，选取型号为JK-3/11.5A的提升机其技术参数如表3所示：滚筒数量/mm2滚筒直径/mm3000滚筒宽度/mm1500钢丝绳最大静力/N钢丝绳最大静张力差/N80000钢丝绳最大直径/mm37钢丝绳内钢丝破断力总和/KN876钢丝绳最大速度/m5.64.5减速器ZHLR150传动比20电动机最大近似功率/KW517415电动机转速/r.720580机器总质量（不包括电器设备）/kg53100机器旋转部分的变位质量/t17两滚筒中心距/mm1628滚筒中心高/mm650最大件质量/kg11648减速器输出转矩额定/最大/120/180滚筒宽度应容纳以下几部分钢丝绳：1） 提升高度 H，m；2） 钢丝绳试验长度，煤矿安全规程规定，升降人员或升降人员和物料用的钢丝绳，自悬挂时起每隔6个月试验一次；专门升降物料用的钢丝绳，自悬挂时起12个月时进行第1次试验，以后每隔6各月实验1次。试验时每次剁掉5m，如果绳的寿命以三年考虑，则试验绳长为30m；3） 滚筒表面应保留3圈绳不动（称为摩擦圈），以减轻绳与滚筒固定处的拉力；4） 多层缠绕时，上层到下层段钢丝绳每季需错动0.25圈，根据绳的使用年限，一般取错动圈=24圈；一般取缠绕在滚筒表面上相邻两绳圈间隙宽度为。通常滚筒直径为3m及以上时，取，其余取。单绳双层缠绕时，每个卷筒的宽度为 B=758.4mm式中 B每个卷筒的宽度，mm。 钢丝绳圈间的间隙，一般取23，mm。这里取3 k缠绕层数，取2。 平均缠绕直径，m。=3031.13mm 经检验，合格。 五、提升机与井筒相对位置的确定1.天轮的确定 煤矿安全规程规定，对于地面设备，若钢丝绳与天轮围包角大于时，则 式中 天轮直径，mm。 选用型号TSH3500/23.5的天轮，其技术参数如下表3所示：名义直径D/mm3500绳槽半径R/mm21适用钢丝绳径范围/mm3540允许的钢丝绳全部钢丝破断力的总和/N两轴承中心距L/mm1000轴承中心高H/mm250变位重量/N781总重/N24662.井架高度计算。 井架高度为从井口到天轮轴线的垂直距离，即 式中 井架高度，m。 卸载距离，m。一般取1825m，这里取23m。 容器全高，m。 过卷高度，m。取值如下表4所示 天轮半径，m。R天轮的半径，m，R=1.75m 表4提升速度4568过卷高度/m4.04.7566.58.2510.03.滚筒中心距至井筒中提升钢丝绳间水平距离。 式中 最小水平距离，m。 提升机滚筒直径，m。4钢丝绳弦长的计算。 式中 钢丝绳弦长，m。 滚筒中心线至井口水平的高差，m，一般取1.5m； L滚筒中心线至钢丝绳的水平距离，m，31.58m； D天轮的直径，m； 3m5.双滚筒提升机单层缠绕时最大外偏角。煤矿安全规程规定：最大外偏角和最大内偏角均不得超过，作单层缠绕时，最大内偏角还应保证不咬绳。 符合要求式中 B 提升机滚筒直径，m； S 提升机两天轮间距离，m，此值决定于容器规格及容器在井筒中的布置方式，与采用的罐道形式有关；a 两滚筒间的间隙，m，不同形式的提升机a值不尽相同，可参考提升机规格表的有关参数得出； 钢丝绳弦长，m。 符合要求6.提升机卷筒的下出绳角。 六、提升电动机的初选计算。提升电动机应满足功率、电压、转速3个方面的要求。提升电动机的功率与一次实际提升量和标准速度有关，一般双容器提升用下列公式估算，即 式中 N提升电动机估算功率，kW 标准速度，m/s。 减速器传动效率，取二级传动时 K矿井阻力系数，箕斗提升取1.15 动力系数，取1.2提升电动机的旋转速度n（r/min）、减速器的传动比、提升速度v及卷筒直径D有如下关系，即 选用型号为JR1512-4的电动机，其技术参数如下所示额定功率/KW1050额定电压/V6000满载时转速/1480满载时定子电流/A117满载时效率%94.1满载时功率因数（cos）0.9152.5转子电压/V1105转子电流/A595冷却空气量/2.2飞轮转矩/2500电机质量/kg5450电动机旋转速度确定下来后，提升机实际提升速度应重新计算，即 式中 最大提升速度，m/s已选定的电动机额定负载时的旋转速度，r/min。取七、提升系统的动力方程1.变位质量。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，可以用一个假象的集中在滚筒圆周表面的当量质量来代替提升系统所有运动部分的质量，称为总变位质量，以表示。原则是变位前后动能不发生改变。实际上，在提升系统中，容器质量、有效载重和钢丝绳三部分与滚筒圆周具有相同的速度，故不需变位。只有提升机（包括减速器）、天轮和电动机转子三部分作旋转运动，其质量需要变位。2.电动机转子的变位量。电动机转子的转动惯量为，变位到提升机轴上后转数已经改变，故变为。设电动机的角速度为，提升机的角速度为。按变位前后动能相等的原则，可得 所以 式中 减速器传动比。电动机转子变位到滚筒缠绳圆周上的质量为 式中 R滚筒缠绳半径。为了计算需要知道电动机转子的转动惯量值。但电动机的规格表中查到转子飞轮力矩,它与的换算关系是 kg3.提升系统变位总质量。 对单绳缠绕式提升系统（无尾声提升系统），其总变为质量为 式中 为了减少钢丝绳固定点的张力，在卷筒上缠3圈摩擦圈绳长，m。 多层缠绕时为了在上下层过渡处每季度错动1/4圈所用绳长，m。 八、提升设备的运动学计算1.提升加速度的确定箕斗提升初加速度的确定为了保证提升开始时空箕斗对卸载曲轨及井架的冲击不致过大，箕斗离开卸载曲轨的速度限制在以下。若箕斗卸载曲轨性行程为，则箕斗提升初加速度为 故其箕斗提升初加速度一般采用。主加速度的确定（1） 为了保证提升和下放人员的安全，煤矿安全规程规定：立井升降人员时，。（2）按电动机的过负荷能力来确定。电动机的最大平均出力应大于或等于加速阶段实际所需的最大出力，即 式中 Fe 电动机的额定拖动力，N； 式中 电动机额定功率，kW。 传动效率。 电动机过负荷系数。 （3）按减速器允许的输出力矩来确定。电动机通过减速器作用到卷筒上的拖动力矩必须小于减速器所允许的最大输出力矩，即 减速器要对加速度经行限制，故 2.提升减速度的确定自由滑行减速。减速一开始，电动机便从电网上断开，提升系统拖动力为零，靠惯性自由滑行。由动力方程可得 式中 减速阶段及爬行阶段的行程，取3040m。3.提升速度图参数的计算。（1）初加速阶段在曲轨中加速时间为 箕斗在卸载曲轨内的行程为。 （2）主加速阶段加速时间 加速阶段行程 （3）主减速阶段减速时间 减速阶段行程 （4）爬行阶段爬行时间 爬行速度阶段的爬行距离及爬行速度之值由下表查出。参数爬行距离爬行速度自动操纵手动操纵旧式装载设备定量装载设备箕斗2.5-3.350.40.5（5）、抱闸停车时间抱闸停车的时间，可定为1s；行程很小，可考虑包括在爬行距离内部另行计算；减速度一般取1。（6）等速阶段等速阶段行程 等速阶段时间 （7）一次提升循环时间 （8）速度图计算完后，需重新验算提升能力富裕系数。提升设备小时提升能力为 提升设备的年实际提升量为 提升能力的富裕系数为 九、提升动力学计算对于单绳缠绕式无绳提升设备，动力方程式为 1.初加速阶段初加速开始阶段，；故拖动力为 初加速终了阶段，故拖动力为 2.主加速阶段主加速开始阶段，故拖动力为 主加速终了阶段，故拖动力为 3.等速阶段等速开始阶段，故拖动力为 等速终了阶段，故拖动力为 4.减速阶段减速开始阶段，故拖动力为 减速终了阶段，故拖动力为 5.爬行阶段爬行开始阶段，故拖动力为 爬行终了阶段，故拖动力为 6.抱闸停车阶段抱闸停车开始阶段，故拖动力为 抱闸停车终了阶段，故拖动力为 箕斗提升阶段速度与力图分析如下： 出加速阶段运行时间，由于这时井上空箕斗在卸载曲轨内运行，故加速度不可过高，以免对设备产生过大冲击，煤炭工业设计规范规定，箕斗轮滑离开曲轨时的速度； 主加速阶段运行时间，此时加速度较大，速度一直从加速到最大提升速度； 等速阶段运行时间，即容器以最大速度 等速运行的时间； 主减速阶段运行时间，即容器以最大速度减速到爬行速度阶段的时间； 爬行阶段运行时间，此时箕斗上升到井口以上进入卸载曲轨运行，为减少对井架及曲轨的冲击，爬行速度一般控制在； 抱闸停车阶段时间，即箕斗到达停车位置，提升机抱闸停车用的时间； 休止时间，即装卸载时间。十、电动机功率验算及提升设备电耗的计算1.电动机功率的验算按电动机温升条