矿山运输与提升课程设计单绳缠绕式

1、课程设计报告设计课题：单绳缠绕式主井提升设备选型设计 专业班级： 2012级机制本二 学生姓名： 左玖川 指导教师： 卜桂玲 吴晗 设计时间： 2015.6.17-6.23 呼伦贝尔学院矿业学院呼伦贝尔学院矿业学院单绳缠绕式主井提升设备选型课程设计任务书姓 名左玖川专 业机械设计制造及其自动化（机电方向）班 级2012级机制二班指导教师卜桂玲 吴晗职 称教授 课程设计题目：单绳缠绕式主井提升设备选型已知技术参数和设计要求：已知某矿井年产量An=90万吨，矿井深度Hs=600m，卸载高度Hx=40m，装载高度Hs=35m，散煤密度为1.2t/m3，年工作日br=320d，日工作小时t=14h，矿

2、井电压等级为6KV，采用主井双箕斗提升方式。所需仪器设备：计算器、电脑、铅笔、橡皮、任务指导书。成果验收形式：以设计说明书的形式上交设计成果，答辩。参考文献:1.窦永山.煤矿安全规程.高等教育出版社,20112.陈维健，齐秀丽，肖林京，张开如.矿山运输与提升设备第三版.高等教育出版社，2011.时间安排第一阶段，设计准备，确定总体设计方案；第二阶段，选择提升容器；第三阶段，选择提升钢丝绳；选择提升机和天轮；第四阶段，计算提升机与井筒的相对位置；初选提升电动机；第五阶段，计算提升系统的变位质量；第六阶段，提升运动学与动力学计算；第七阶段，编写设计说明书。指导教师： 教研室主任： 年 月 日矿业学

3、院矿山运输与提升设备课程设计成绩评定表专业：机制机电 班级：2012级机制二班 学号: 201217102030姓名： 左玖川 课题名称单绳缠绕式主井提升设备选型设计设计任务与要求设计任务：1.设计手稿一份 2.设计计算说明书一份 3.课程设计结束时进行课程设计总结和答辩。设计要求：1、综合运用专业课理论，培养分析和解决工程实际问题的能力。 2、学习简单的设计原理和过程。 3、进行基本技能训练。（计算、绘图、使用技术资料）。指导教师评语 建议成绩： 指导教师：课程小组评定评定成绩： 课程负责人： 年 月 日目录设计前言1计算数据2第一章 选择提升容器21、确定合理的经济提升速度22、估算一次合

4、理经济提升循环时间23、估算一次经济提升量24、根据mj选择提煤箕斗25、根据所选箕斗实际载货量m计算所需提升机提供的速度Vm'2第二章 选择提升钢丝绳31、计算钢丝绳的绳端载荷质量32、计算钢丝的最大悬垂长度33、计算钢丝绳的单位长度质量34、根据mp'选择标准钢丝绳35、验算钢丝绳安全系数3第三章 选择提升机和天轮31、确定提升机滚筒直径32、计算作用在提升机上的最大静张力和最大静张力差33、确定减速器传动比44、根据计算D、Fjmax、Fcmax选择提升机45、验算滚筒宽度46、计算天轮直径47、选择天轮4第四章 计算提升机与井筒的相对位置51.计算井架高度52.计算滚筒

5、中心至井筒提升中心线的距离Ls53.计算钢丝绳弦长54.钢丝绳内外偏角计算55.验算提升机滚筒的下出绳角66.提升机与井筒相对位置图（见附录图1）6第五章 初选提升电动机61. 估算电动机功率62.估算电动机转速63. 选电动机64. 确定提升机的实际最大提升速度6第六章 计算提升系统的变位质量61.直线部分的变位质量62.旋转运动部分的变位质量73. 总变位质量7第七章 提升运动学与动力学计算7（一）运动学计算71.加速度的确定7（1）初加速度的确定7（2）确定主加速度a172. 提升减速度的确定83.速度参数的计算84.提设备生产能力9（二）动力学计算91.初加速阶段92.主加速阶段93.

6、等加速阶段104减速阶段105.爬行阶段10第八章 电动机功率验算10（二）按正常运行时电动机过负荷能力验算11（三）特殊过负荷能力验算11第九章 电耗及功率计算111.每提升一次电耗112.吨煤电耗113.年电耗124.一次提升有益电耗125.提升设备的效率12第十章 总结14十一 参考文献15设计前言近几十年来，为了提高劳动生产率和各项经济技术指标，在全世界范围内进行着对矿井的根本性技术改造，这种改造的趋向是向着更集中，更大型发展。 矿井提升设备的任务是沿井筒提升煤炭、矸石、下方材料，升降人员和设备，所以矿井设备是联系井下与地面的重要生产设备，是矿山运输的咽喉，因此，它在整个综合机械化生产

7、中占有重要的地位。随着科学技术的发展，及生产的机械化和集中化，随着矿井技术改造的进程，提升设备在高效、大型、自动化方面都有着飞速的进步。近代化提升设备已发展成为大型机械-电气组或机组群。箕斗有效载重在国外已超过50吨，提升速度接近20米每秒；拖带功率达10000千瓦以上；在拖动控制方面已广泛采用了集中控制及自动控制设备。本次设计的主要内容是对单绳缠绕式矿井提升机的选型设计。分为五个部分：第一部分是提升容器；第二部分是提升钢丝绳；第三个部分是矿井提升机；第四个部分是提升机与井筒的相对位置；第五个部分是矿井提升运动学及动力学。矿井提升设备选型计算数据已知某矿井年产量An=90万吨，矿井深度Hs=6

8、00m，卸载高度Hx=40m，装载高度Hz=35m，散煤密度为1.2t/m3，年工作日br=320d，日工作小时t=14h/d，矿井电压等级为6KV，采用主井双箕斗提升方式。第一章 选择提升容器1、确定合理的经济提升速度H=HS+HX+HZ=600+40+35=675m vi=0.30.5H=0.4H=0.4675=10.3m/s2、估算一次合理经济提升循环时间 Tj=Vja+HVj+u+=10.30.8+67510.3+10+10=98.37s 取 a=0.8ms2，u=10s，=10s3、估算一次经济提升量 mj=AnCafTj3600brt=900000*1.15*1.2*98.3736

9、00*320*14=7.57 t/次4、根据mj选择提煤箕斗查箕斗规格表选用JL-8型立井单绳提煤箕斗，其技术规格：箕斗斗箱容积:8.8m3 箕斗全高：Hr=9.25m 箕斗名义载货量：8t 箕斗自身质量：5500kg箕斗实际载货量：m=8.8*1.2=10.56t 5、根据所选箕斗实际载货量m计算所需提升机提供的速度Vm'所需一次提升循环时间：T=3600mbrtcAnaf=3600×10.56×320×141.15×900000×1.2=139.12sVm'=aT'-u+-a2T'-u+2-4aH2 =0.8

10、88.5-10+10-0.8288.5-10+102-4*0.8*375)2 =6.17m/sVm'是选择提升机标准的一个重要依据，在选择提升机后，可依据Vm'从提升机规格表中选用与Vm'相近似的标准提升速度。第二章 选择提升钢丝绳1、计算钢丝绳的绳端载荷质量m+mz =10560+5500=16060kg2、计算钢丝的最大悬垂长度HC=Hj+Hs+Hz=32+600+35=667m 3、计算钢丝绳的单位长度质量mp'=m+mz11×10-6 ma-Hc=1606011×10-6×1700×10-66.5-667=7.26

11、 kg/mma专为升降物料：6.5ms24、根据mp'选择标准钢丝绳查钢丝绳规格表选用钢丝绳46NAT6x19股（1+6+12）NF1665ZZ876487GB81102,d=37mm其技术规格如下：d=46mm,mp=7.61kgm,=3mm,Qp=1365000N5、验算钢丝绳安全系数Qp(m+mz+mpHc)g=136500016060+7.61*667*10=6.8>6.5所以所选钢丝绳满足要求第三章 选择提升机和天轮1、确定提升机滚筒直径D80d=80×46= 3680 mmD1200=1200×3.0=3600 mm2、计算作用在提升机上的最大静张

12、力和最大静张力差Fjmax=m+mz+mpHg =10560+5500+7.61×675×10 =211967N Fcmax=m+mpHg =10560+7.61×675×10 =156967N 3、确定减速器传动比根据上面计算的vm'=6.17 m/s，在提升机规格表中选用与其相近的标准速度vm''=6.1 m/s，则即随之确定减速器的i=204、根据计算D、Fjmax、Fcmax选择提升机查提升机规格表选用：2JK-4/20，D=4 ，B=1.8m ，变位质量mj=31800kg,减速器许用最大转矩Mmax=375000N&#

13、183;m，Fjmax=180000N，两滚筒中心距为1964mm, Femax=125000N。5、验算滚筒宽度首先考虑单层缠绕B'=H+30D+3d+ =675+303.14×4+30.046+0.003=2.751.8 由以上计算知单层缠绳不符合安全规程要求，需考虑双层缠绕。 B双=H+30+4+3DDpd+=675+30+7×3.14×42×3.14×4.0380.046+0.003 =1.53<BDP=D+k-124d2-d+2 =4+2-124×0.0432-0.043+0.0032 =4.038m 6、计算

14、天轮直径D80d=80×43= 3680 mmD1200=1200×3= 3600 mm7、选择天轮根据计算的天轮直径，查看天轮规格表选用天轮TSH400025，Dt=4000mm，变为质量mt=1300kg第四章 计算提升机与井筒的相对位置1.计算井架高度Hj=Hx+Hr+Hg+0.75Rt=40+9.25+6.58+0.75×4÷2 =57.33m 将计算的井架高度值圆整后取Hj=57m.2.计算滚筒中心至井筒提升中心线的距离Ls Lsmin0.6Hj+3.5+D =0.6×57+3.5+4=41.7m 取Ls=41m3.计算钢丝绳弦长Lx

15、=(Hj-CO)2+(LS-Dt2)2=(57-2)2+(41-42)2=67.6m 式中估取CO=2m4.钢丝绳内外偏角计算因为是双层缠，故钢丝绳按缠满滚筒考虑外偏角1=arctanB-S-a2LX=arctan1.8-2.1-0.164267.6=0.7°式中S-两箕斗中心距，S=2.1m;两滚筒内缘间距，a=两滚筒中心距-滚筒宽度，即=1.964-1.8=0.164m内偏角2=arctanS-a2LX =arctan2.1-0.14242.2 =0.8° 内外偏角均小于1.30°，且提升钢丝绳在滚筒双层缠绕不考虑咬绳问题，故满足煤矿安全规程要求。5.验算提升

16、机滚筒的下出绳角下=arctanHj-COLs-Rt+arcsinDt+D2LX=arctan57-241-2+arcsin4+42×67.6=54.65°+3.39°=58.04°>15°滚筒下出绳角满足要求。6.提升机与井筒相对位置图（见附录图1）第五章 初选提升电动机1. 估算电动机功率 N=kmgvm''1000j=1.15*10560*6.1*10100*0.85*1.2=1026kw2.估算电动机转速n=60vm''iD=60*6.1*203.14*4=582 r/min3. 选电动机根据N，n

17、及矿井电压等级为6KV，查电动机规格表选用YR500-10/1430绕线型异步电动机:Ne=1250kN，（GD2）d=19220NM2 ,ne=593r/min , d=0.92 ,=1.96 ,额定电压为6KV。4. 确定提升机的实际最大提升速度Vm=Dne60i=6.2m/s第六章 计算提升系统的变位质量1.直线部分的变位质量ml=m+2mz+2mpLp+mqLq =10560+2*5500+2*7.61*852.5+0=34154kg 其中 Lp=Hc+Lx+30+n+n'D=667+67.6+30+3+4*4 =852.5 2.旋转运动部分的变位质量天轮 mt=1300kg提

18、升机（包括减速器） mJ=31800kg电动机转子的变位质量md=（GD2）di2gD2=192220*2010*42=480503. 总变位质量m=mL+2mt+mj+md =26054+2*1133+24500+21355=116574kg 第七章 提升运动学与动力学计算（一）运动学计算1.加速度的确定（1）初加速度的确定选择箕斗出曲轨时的速度为v0=1.5m/s，箕斗在卸载曲轨内的行程的行程为h0=2.35m，则：a0=v022h0=1.522×2.35=0.48m/s2取a0=0.5m/s2（2）确定主加速度a1第一，按一般在主井专提物料时: a11.2m/s2第二，按减速器

19、输出轴允许的最大转矩a12MmaxD-kQ+PHm-md=2MmaxD-km+mpHgm-md =2×3750004-1.15×10560+7.61×675×10116574-48050=0.25m/s2 其中Mmax=375 000，求提升机规格表可查得第三，按充分利用电动机过负荷能力 a10.75Fe-kQ+PHm =0.75Fe-km+mpHgm =0.75×1.99×171370-1.15×10560+7.61×675×10116574 =0.28m/s2 Fe=1000Nejvm =1000&#

20、215;1250×0.856.2 =171370N 根据以上计算，选取a1=0.25m/s2。2. 提升减速度的确定首先考虑采用最经济的自由滑行减速方式a3=KQ-PH-2h3+h4m=km-mpH-2h3+h4gm =1.15×10560-7.61×675-2×35+3×10116574 =0.64m/s2 3.速度参数的计算曲轨中初加速度时间： t0=v0÷a0=1.5÷0.5=3s箕斗在卸载曲轨中的实际行程： h0=2.35m主加速时间： t1=vm-v0÷a1=6.2-1.5÷0.25=18.8s

21、主加速阶段行程： h1=vm+v0t1÷2=6.2+1.5×18.8÷2=72.38m主减速阶段时间： t3=vm-v4÷a3=6.2-0.5÷0.64=8.9s由表查得：h4=3m v4=0.5m/s主减速阶段行程： h3=vm+v4t3÷2=6.2+0.5×8.9÷2=29.8m爬行时间： t4=h4÷v4=3÷0.5=6s等速阶段行程： h2=H-h0-h1-h2-h3-h4 =675-2.35-72.38-29.8-3 =597.47m等速阶段时间： t2=h1÷vm=567.

22、47÷6.2=91.5s抱闸停车时间： t5=1s一次提升循环时间： Tx=t0+t1+t2+t3+t4+t5+=3+18.8+91.5+8.9+6+1+10=139s 此值小于选择容器时所估算的一次提升循环时间T'=82.2s 故知以上运动学参数选择是合适的。4.提设备生产能力 小时生产能力：msh=3600Tx*m=3600139*10.56=273.5t/h年实际提升能力：An=brtmshC=320*14*273.51.2=1021kt/a提升能力富裕系数：af=AnAn=102.190=1.13（二）动力学计算1.初加速阶段 F0=kQ+PH+ma0=km+mpHg

23、 +ma0 +ma0=10×1,15×10560+7.61×675+116574×0.5=231094N F0'=F0-2mpgh0=231094-2×7.61×10×2.35=230736N2.主加速阶段 F1=F0'+ma1-a0=230736+116574×0.25-0.5=201592N F1'=F1-2mph1g=201592-2×7.61×72.38×10=190573N3.等加速阶段 F2=F1'-ma1 =190573-74175*1.0

24、5 =190575N F2'=F2-2mph2g =161431-2×7.61×10×567.47 =75062N 4减速阶段由于采用自由滑行减速方式，主电机已从网上断开，故无拖动力，即F3=F3'=05.爬行阶段 F4=kQ-PH-2h4=gkm-mpH-2h4=10×1.15×10560-7.61675-2×3=70529.1NF4'=kQ-PH=gkm-mpH=10×1.15×10560-7.61×675=70072N将以上计算结果做出提升力图（见附图2）第八章 电动机功率验

25、算（一）按电动机允许发热条件验算1求0TF2dt0Tdt=12F02+F02't0+12F12+F12't1+13F22+F2F2'+F22't2+12F42+F42't4 =22.44*1011 2.求等效时间Td=12t0+t1+t3+t4+t2+13=113.15 s3.求等效力Fd=0TF2dtTd=140700 N4.求等效功率Nd=Fdm1000j=1024 kw因前面预选的电动机额定功率为 Ne=1250kw所以 Ne>Nd（电动机允许发热条件满足要求）（二）按正常运行时电动机过负荷能力验算图中最大拖动力 Fmax=231094N0.

26、75Fe=251915N故0.75Fe>Fmax满足要求（三）特殊过负荷能力验算 FT=uQz+PH =1.1mz+mpHg =117004 FTFe=117004131370=0.680.9=0.9×1.96=1.764所以FTFe<0.9满足要求第九章 电耗及功率计算1.每提升一次电耗0TFdt=F0+F0't0÷2+F1+F1't1÷2+F2+F2't2÷2+F4+F4't4÷2 =15641321W=1.2vm0TFdtnjnd=1.02×6.2×156413210.85&

27、#215;0.92=1.26×1082.吨煤电耗W1=Wm=1.26×10810.56=1.2×107J/t3.年电耗W年=W1An=1.2×107×900 000=1.07×1013J/a4.一次提升有益电耗 Wy=1000mgH=1000×10.56×675×10 =7.1×107J/次5.提升设备的效率=WyW=7.1×1071.26×108=0.54提升机设备选型设计完成。附图一附图二第十章 总结我感觉到这些天我的所学胜过我这一学期所学，这次任务原则上是设计，其实就是一次大的作业，是让我对课本知识的巩固和对基本公式的熟悉和应用，计算力学和运动学及预选电动机过程中的那些