矿井提升设备的选型设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 1 - 摘 要 为了防止提升机过卷事故的发生，人们在电控安全回路中设置了大、小过卷双重保护开关，但是由于人为的操作失误以及设备故障等原因，仍然会发生过卷事故，给企业造成了重大的损失。本设计就是为了防止矿井提升机重大事故之一 箕斗过卷后断绳下坠的发生而进行的。在设计中充分 分析了事故发生的原因 ,应用物理学、力学等理论知识，经过分析，方案比较、校核验算等步骤，设计出有效防止这一事故发生的装置 箕斗逆止器。 箕斗逆止器就是为了防止箕斗断绳下坠的装置。将其安装于正常的卸载位置以上处，当箕斗过卷时，逆止器快速动作，伸出承接装置，将下落的箕斗托于井架上，避免更大的事 故的发生，等待事故处理完毕后，又可恢复正常工作。 所以本设计是本着安全、可靠、灵活、简单的原则来进行设计的。 关键词 ：提升机； 安全系数； 强度 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 2 - 目 录 绪论 1 1 矿井提升设备的选型设计 2 2 计依据 2 2 升钢丝绳的选型 3 升机的选型 5 验提升机强度 5 塔高度的确定 6 6 7 7 9 10 11 11 12 13 14 14 选电动机 15 升系统总变位质量 15 升机加减速度的确定 16 动学参数的计算 16 力学参数计算 18 动机功率校验 19 滑校验 19 21 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 3 - 2 罐笼逆止器的设计 22 案的确定 23 爪设计 27 位弹簧的设计算 32 爪油缸的设计 33 冲油缸的设计 38 坐设计及计算 41 梁强度校核 43 3 提升机信号联锁系统的改造 45 45 46 47 后记 48 参考文献 50 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 4 - 绪 论 矿山提升机是矿山大型固定机械之一，矿山提升机从最初的蒸汽机拖动的单绳缠绕式提升机发展到今天 的交 交变频直接拖动的多绳摩擦式提升机和双绳缠绕式提升机已经历了 170多年的发展历史，它是矿山井下生产系统和地面工业广场相连接的枢纽，被喻为矿山运输的咽喉。因此矿山提升设备在矿山生产的全过程占有重要的地位。 一个现代化的矿井在提升设备的选型上尤为重要。因为提升设备选型的合理与否，直接关系到矿井的安全和经济性，因此确定合理的提升系统时，必须经过多方面的技术经济比较，结合矿井的具体条件选择合适的设备。 根据矿井提升机工作原理和结构的不同，可分为缠绕式提升机和摩擦式提升机。单绳缠绕式提升机是较早出现的一种，它工 作可靠，结构简单，但是仅适用于浅井及中等深度的矿井，而对于井深超过 300米的矿井，宜选用多绳摩擦式绞车。在国内外，多绳摩擦式绞车飞跃发展，其发展速度远远超过单绳缠绕式提升机，这是因为它有着许多单绳缠绕式提升机无法比拟的优点，如提升钢丝绳直径较小，主导轮直径及整个机器的尺寸都相应缩小了，设备重量也减轻了，不需要设置防坠器等。下面是我针对不同的矿井的地质、煤层等情况，进行综合计算分析后，本着安全、经济等原则对这两种提升设备系统进行的选型设计。 本设计充分贯彻以下设计原则：根据国家现有的设备生产状况，结合某些使用 中的具体情况，以及经济角度出发尽量选用国产设备并力求在条件基本相当的情况下进行技术的方案比较，选择即经济又合理的设备。 由于本人水平有限，设计中难免出现错误和不足之处，敬请各位老师指正。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 5 - 1 矿井提升设备的选型设计 1. 1 副井提升机的选型设计 计依据 卧牛山煤矿位于徐州市西郊九里山大彭镇境内，东郊与九里山煤田比邻，矿层界限下石盒子组和山西组以 原组以 与新河煤矿相连。矿层开采上限为 平，开采下限为 平。井下采煤方法主要为单一长壁采 煤，以倾斜煤层为主，开拓方式为立井石门开拓，是央对角式通风。全矿区共划分为二个水平， 平， 其具体的数据为 : 1)原煤的密度 : 煤= /米 3 2)矸石的密度 : 矸 = /米 3 3)含矸率 : 10% 4)一水平井深 : 5)二水平井深： 6)最大班下井人数 : 260人 7)坑木消耗 : 9 米 3 /千吨煤 根据以上情况 ,假如先进行第一水平的开采年产量定为 40 万 t,现对其进行副井提升设备的选型设计。 备类型的确定 由于第一水平井不深 ,且年产量不大 ,决定采用单绳缠绕式提升系统。 罐笼的选定 （ 1） 吨位的确定： 罐笼的吨位按井下运输使用的矿井名义载重量确定。卧牛矿拟选定矿车的名义载重量为 1t。因而选用罐笼的吨位为 1t。 (2)层数的选择： 层数的选择应根据运送最大班下井工人时间不超过 40 小时来确 定。卧牛山煤矿最大班下井人数为 260， 显然选择一层罐笼不能够满足工作的要求。故选用二层罐笼。其具体的技术参数如下： 型号： 12/2 G 罐笼 Y 异側进出车 1 煤车吨位 2 煤车数 2 层数 自重： 3000 许乘人数： 24 每层底有效面积 : 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 6 - 罐笼总高度 4550 罐笼宽度 : 1246 罐笼长度 : 2550 罐笼质量： 3667笼装载量： 3235小井筒允许直径 3800 采用 1 t 标准矿车，型号为 6 自重 000N 名义载煤量 1 t 有效容积 提升刚丝绳的选型 选择原则： 钢丝绳在运转中受到许多应力的作用和各种因素的影响，如静应力、动应力、弯曲应力、扭转应力和挤压应力等。磨损和锈蚀也将损害钢丝绳的性能，综合考虑以上应力因素的计算是困难的，目前国内外都是按静载荷近似计算的。我国是按煤矿安全规程的规定来设计的，其原则是：钢丝绳应按最大静载荷考虑一定的安全系数来进行计算的。在经常性作业中，以提升作业载荷最 重，故以此条件选择钢丝绳。 （ 1）次提矸量 Q: Q=2 1350 2970 ( 矸石容量 1350kg/ 矿车有效容积 V= 2） 计算钢丝绳每米重 P P纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 7 - 图 1钢丝绳计算示意图 其中 j+z=m 一次提升的 一次提升的最大载荷 ,N; 容器的重量， N B 钢丝绳的抗拉强度 r 矸 V=21350970 ( 代入数字计算得： P= N/m 根据上述计算值，从钢丝绳规格表中选取每米钢丝绳重量等于或大于 型号为： D 619+1 直径为 31 有关数据 为： d=31 , , , 170B KN/q=690 由于实际所选钢丝绳的 丝绳的比重 )不一定是 而对所选钢丝绳是否满足安全系数的要求必须按实际所选每米绳重按下式进行验算，即所选钢丝绳的实际安全系数为： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 8 - ma= (N/m) 式中 : P 为所选钢丝绳的每米重力， N/m.。 经计算： ma= = 38 90 9 所以所选钢丝绳可用。 提升机的主要参数有：卷筒直径 D,卷筒宽度 B，提升机最大静张力 这里依据卷筒直径 D 为依据选择提升机的型号，其它三个参数为校核参数。 为了保证提升钢丝绳具有一定的承 载能力和使用寿命，钢丝绳在卷筒上缠绕时所产生的弯曲应力不要过大，根据煤矿安全规程规定，安装在地面的提升机，其直径与钢丝绳的直径的关系应满足： D80d D1200 D 为提升机卷筒直径 d 为提升钢丝绳直径 为提升钢丝绳中最粗钢丝的直径 经计算 D=80 31=2480 因而选择提升机的型号为： 技术特征如下： （ 1）卷筒直径： 2.5 m （ 2）设计钢丝绳最大静张力 0 3）设计钢丝绳最大静张力差 0 4）减速器传动比 I= 5）传动效率 = 校验提升机强度： 以提矸作业为准校验，钢丝绳悬挂长度 90米。 最大静张力 : g+0+190=合要求。 动学参数计算 : 1) 罐笼提升通常采用五阶段速度图 ,其速度图如下 : v O t a t 1 罐笼提升五阶段速度图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 13 - 在竖井中采用罐笼升降人员其最大速度不得超过下式值 ,且最大不得超过 16m/s. =90 =s 2)提升加速度期 （ 1） 根据煤矿安全规程的现定，大加速度按下式计算 : a1m gF e )(式中： 电动机过负荷系数； 电动机额定拖动力； 电动机额定功率； 最大拖动的系数。 代入参数计算得： a8 8 3 28 6 64 =了留有余地，可确定提矸与升降人员加速度相同，取 （ 2）减速度 由于付井作业种类繁多载荷变动大，为 了便于控制取 不同作业时减速方式不同，提矸时需电动方式，提升人时需用机械制动方式。 在下放重载时，为了确保 此付井提升设备设有动力制动装置。 参数计算如下 : 加速阶段 : aV m s 02 =22.4 m 减速阶段 : a VV 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 14 - 332 速阶段 : s 90 3=行阶段 : s s m 抱闸停车阶段 : s 42 一次提升时间 T 为 ： T=t1+t2+t3+t4+1=. 2 主井提升机的选型设计 卧牛矿拟开采第二水平 ,假如产量大幅提升年产量为 180万 t, 其具体数据如下 : 1矿井年产量 80 万吨 2原煤密度 煤= 矸= 10% 现根据 以上情况对主井提升设备进行选型设计。 备类型的确定 提升容器主要是底卸式箕斗和普通卸笼。箕斗的优点是：质量轻，所需井筒断面小，装卸可自动化，且时间短，提升能力大。它的缺点是：井底及井口需要设置煤仓和装载设备，只能提煤炭，不能升降人员、设备和材料，井架较高，需要另设一套辅助提升设备。 罐笼的优点是：井底及井口不需要设置煤仓，可以提升煤炭、矸石，下放材料，升降人员和设备，井架较矮，有利于煤炭分类运输。罐笼的缺点是：质量大，所需井筒断面积大，装卸不能实现自动化，而且时间较长，生产效率较低。由于现在井的 深度比较深，年产量大，综合考虑后，决定采用多绳、塔式布置的箕斗提升系统。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 15 - 斗的选型 1)提升高度 : H=z+中 井筒水平深度 装载高度 18 25m 取 0m 卸煤高度 取 =350+83.5 m 2) 经济提升速度 : =s 3)一次循环提升时间初加速度估计为 a=1m/s 20: 20为装卸载时间 =s 4) 一小时提升量 : As=式中 : C 不均衡系数，煤炭工业设计规范规定，有井底煤仓时为 C=f 提升能力富裕系数，煤炭工业设计规范规定，主井提升设备一般对于第一水平留有 20%的富裕系数，取.2 年工作日，取 00天 t 是工作小时数，取 t=14 小时 年产量，吨 A=14300 =t/h 5)一小时提升次数 : ns= 次 6）一次合理提升量： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 16 - Q= 次 由主井多绳箕斗规格表选择名义装载重量为 16t 的箕斗，其主要技术规格参数如下： 自重 全高 5600 有效容积 V=升钢丝绳数 绳间距 =300 尾绳数 实际载重量 Q=mV=5.6 t 升钢丝绳的选择 1) 钢丝绳的最大悬垂长度 估计井架 0m. 由于 s,取 3m，箕斗间距 S=2050 g+3+m 取 0 m j+z+0+350+20+20=430 m 2) 估算钢丝绳每米重力 P 取钢丝绳抗拉强度 B =1520n/全系数 005430=P=) =)4 3 08 9 5 2 0 0 9 8 1 0) =（ 36）股（ 13 2+31+12+纤维芯 ,左右捻各二根 ,其每米重量 =d= =d= 根 . q=n (192 31)8 4 10扁钢丝绳 =4 2m. 而且%1 0 0 04 =以所选钢丝绳合格可用 . 择提升机 1)考虑塔式井塔 ,设导向轮 ,滚筒直径 D: D 100d=100950 由此选择 4/4(I)型多绳摩擦式提升机 ,其技术参数如下 : 摩擦轮直径 D=4m 设计最大钢丝绳静张力 58860t) 设计最大钢丝绳静张力差 177 18t) 减速器传动比 I=动效率 =速器最大输出扭距 57tm(559KNm) 提升机 (包括减速器 ,导向轮 )变位重力 2) 验算提升机强度 最大静张力 = Q+ (9810+480 = N 防滑校验合格 . 2) 动防滑校验 要求动防滑系数 j 提升时 , 上升侧静张力 N 上升侧变位质量 3 t 下降侧静张力 N 下降侧变位质量 7.4 t 11 )()( )1)( =4 2 64 5 9( ) 6( =d防滑系数合格 . 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 24 - 3)紧急制动防滑校 (3 2 9 8 8 6 0 ( M z=m/()()1)( =) 5 8 )0 5 8 =1042/106=10 弯曲应力 由 =z 式中 h/2 Zz=2 h 托爪矩形断面高度 b 托爪矩形断面宽度 根据材 料力学性能 ,受弯梁力学分布 ,截面宽和高最佳比例为 : b:h=2:3 所以 =(M h/2)/(2)=9M/ 79.5 剪切应力计算中 ,A=210 h定托爪截面尺寸 据以上结果 ,查机械设计手册确定： h=200 mm b=135 验算 安全系数 抗压安全系数： s/ = s/(z) =0353 46=剪安全系数 : = 2/纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 33 - =托爪强度校验合格 爪尺寸图 注： 为防止箕斗正常工作时，托爪卡在箕斗上，所以托爪支撑端底部设计为以 连接安装复位弹簧，在图弧中心处焊接挂钩。 具体尺寸如下图所示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 34 - 图 2托爪尺寸图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 35 - 定转轴尺寸 转轴主要受到剪切应力 N=20 4/2=0 4N 选择材料为 45#钢，安全系数取 5 =15353= =2=由 = AN=0 -3 D 59.9 机械设计手册，取 D=63 位弹簧的设计计算 由于本设计的复位弹 簧只起复位作用，无具体的要求，只要在初位置有一个预紧力，在终端位置不会因受力太大而发生永久形变即可，取预拉伸长度 L=10 。而初位置时 52 42。当弹簧处于终端位置时 05。 弹簧 d=4,0,c=5 L0=n+30 n=(2424=53 0+ 1 1 =2520 1 = 式中 1 查机械设计手册取 G=80000 358 48000010 2 = 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 36 - d (8 式中 23 358 48000053 3 + 因而弹簧的几何尺寸确定为 : 中径 0 外径 D=D2+d=20+4=24 内径 206 节距 t=d=4 自由长度 42 弹簧刚度 Kf=3208 480000 34 = 52 时 f( 05 时 f( 爪油缸的设计 缸位置的确定 收爪油缸在本设计中无太多的要求 ,只要它能支撑起托爪重力和弹簧的拉力的合力即可 托爪油箱放置位置如图 ,它的活塞杆长度应使托爪不致于阻碍箕斗下放 . 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 37 - 图 2托爪结构图 爪油缸受力 分析 当托爪处于正常工作位置 (水平位置 )不受力 ,当手动油泵给油缸注油时 ,看需力为 : 2式中 估算为 G= V=( 30020020041 2 )135 =0 3kg/而 G= 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 38 - 注 : X,Y,Z 由比例图上大致量为 60,175,59 所以 9 = 爪油缸尺寸确定 1)根据实际需要 ,查液压系统设计手册选择内径 D=30 2)计算壁厚： 2/ 液压缸壁厚 实验压力取工作压力 D 压缸内径内径 料许用应力 选择铸钢材料 =105 作压力 P=24= = 05= 取 =3 3)缸盖厚度确定 前端盖 : t(/ 0式中 ： t )05/ = 查机械设计手册取 t= 4)最小导向长度确定 H 222302014022 取 H=30 式中： L=140 5)活塞宽度 B=（ D=( 30=18 取出 B=20 缸盖滑动支撑面宽度 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 39 - =18 取出 0 隔套长度 C C= )2220(2130)(21 1 6)收爪油缸结构图 : 图示如下 : 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 40 - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 41 - 冲油缸设计 取油缸的内径 D=140 塞杆直径确定 工作压力 P=242 = 液压系统设计手册则 d/D= d=40=98 取 d=100 校验其强度 4 择 45#钢 s=325 足强度要求。 压缸壁厚和外径计算 壁厚 2/ =15 106/2 105 106= =14 查机械设计手册得液压缸外径 +2 =140+2 14=168 盖厚度确定 t 105/ 取 t=20 小导向长度确定 H214021022 5 取 H=80 塞宽度 B 确定 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 42 - 由于 D80 所以 B=(1.0)d=( 0)100=(60 100) 取 B=80 量压缩值 液压缸初油压为 油压为 : 缸连接皮囊式贮能器 ,技求指标 : 容积 : 力 : 10量 : g 油缸充油量为 终油压为 :由 V V = V V =以四个油缸中的油流到贮能器中为 : V=个油缸去油量 所以下降高度为 : x= 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 43 - 减震油缸剖视图 座设计及计算 座设计方案 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 44 - 底座设计是根据实际需要进行的。底座上需要固定减震油缸 ,收爪油缸 ,复位弹簧及托爪 底部凹槽为固定减震油缸用 ,由于缓冲油缸只受径向力 ,所以油缸 只需放入槽中即可 ,收爪油缸焊在底座上。 孔校核 轴孔受拉面积为 : (108 45=2025 2 两轴孔总受拉面积为 : A=2 2025=4050 2 由以前计算知转轴处受力为 : 0 4 N 所以 F/A =0 4/405010 座选择铸钢 45# 钢 则 : =320 全系 数 / =5 因此底座轴孔强度符合安全要求 . 座示意尺寸图如下 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 45 - 图 2 底座示意尺寸图 梁强度校核 梁受力分析 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 46 - 图 2梁受力分析图 由于托梁两边受力为对称 ,因而可简化为 : 图 2受力简化图 已知力 2=610 4 N 由 m=0 2750 750 得 2750 21751064 =04 N 由 Y=0 2 10 0 4=0 4 N 所以 1=0 4 N 2=610 4N 0 4 N 梁的 Q 图及 2 2 275 275 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 47 - 图 2Q 图和 M 图 托梁和罐道相交处采用焊缝厚度的方法焊接。 梁强度校核 1)剪应力校核 中部截面为受前力最大截面，而截面面积小受 力 0 4N 面积为 A=210h 式中 h 托梁高。 选择铸钢材料。 =320 = /2=160 于受到巨大的冲击载荷，而缓冲油缸抵消大部分冲击，所以安全系数 M10 F/A=0 4N/210h 10 0 4/210h16 h 2)弯曲应力校核 W=6351622 04Nm 04Nm 04文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 48 - M=104 =6/351 4 10 32 h 根椐以上计算结果 ,查机械设计手册取 h=126 . 3 提升机信号联锁系统的改造 3 1 原信号联锁系统的缺陷 在矿井提升系统中 ,提升信号可与各种提升电控系统进行接口配套 号闭锁的保护、安全保护要符合煤矿安全规程的要求。使用罐笼提升的立井，井口、井底和中间运输巷的安全门必须与罐笼和提升信号连锁，在信号系统中，采用了由一个按钮打多种信号的方式，既安全又可靠。 卧牛矿原先使用的信号联锁系统，是早期天津电器设备厂生产的，距今已有三十多年，设备陈旧老化严重。它是利用 气式时间继电器是利用空气阻尼作用而达到延时的目的。由于该继电器在正常的运行中容易出现很多的问题，其触点开关存在着一些固有的缺点，如机械磨损，触点的电蚀损耗，易受污染等。经常出现时间继电器漏气，延时不精确，在动作频率较高的环境中容易发生故障，动作较慢等。不能满足随着生产技术的发展对电路开关的工作速度、可靠性越来越高的要求。其原电路原理图如下： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 49 - 图 3原信号联锁电路图 造后的电路及 工作原理 由于以上电路存在着许多不足之处，因而有必要对其进行技术改进，以适应现代化的生产要求。在实习期间我查阅了大量的科技资料，以及向工程技术人员请教，在原有电路的基础上对其进行了改进，最后取得了满意的效果。改造后的电路为晶体管元件控制的插件板，使用了 12有元件少、灵敏度高、调试安装简单等优点，提高了其工作的可 靠性，并且大大降低了维修量。以下是改进后的电路图： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 50 - 图 3改进后信号联锁电路图 当井口发出停车信号，或 动作一次时， 常开触点闭合，这时的正电压经 时给 集电极电位下降， 电吸合。同时 时信号停止， 时 第二次信号的到来做准备。因为未发出第二次信号， 车制动手柄不能敞开闸，起信号联锁作用。 当连续发出第二或多次信号时，给 时给 通， 用 3 的吸合，约 5秒。 通原电路中的 在安全回路的 许绞车正常运行。 要元器件的选择 流二极管选用型号 值