运输与提升课程设计.doc

应用采矿10-2班 王迎春 21106128矿井提升与运输课程设计 绪 论一、 课程设计的目的、任务及基本要求课程设计是继矿井提升运输课程后的一门设计实践性课程，理论与实践紧密结合，培养学生机械基本和综合设计以及提高创新设计能力。基本要求：1、方案设计：根据课程设计任务的要求，在搜集、归纳、分析资料的基础上，明确系统的主要功能，确定实现系统主要功能的原理方案，需要时可以对方案进行选优。2、课程设计的成果最后集中表现在课程设计说明书上，每个学生应独立完成课程设计说明书一份。3、根据系统方案设计的分析、计算内容，写出设计说明，要求其内容密切结合设计课题，重点突出，用自己的语言认真书写，文字通顺流畅，要防止不加分析地长篇引用教科书，抄袭其它著作中的阐述，课程设计说明书要求必须有目录、正文和参考文献，打印说明书。4、设计选题分班进行，每位同学采用不同方案（或参数）独立完成，注意目录、和正文的形式不要出现基本雷同现象，否则视为相互抄袭，成绩均为不及格。二、课程设计的主要内容1、根据给定的矿井设计生产条件，完成矿井生产系统各运输环节的主要运输和辅助运输方式及矿井提升方式的技术方案论证；2、完成矿井运输系统设备的选型与配套、完成提升系统的设备选型，对主要运输环节的设备运输能力和提升能力进行计算；3、写设计说明书，不少于四千字，设计说明书按照统一封面，统一格式，内容包括矿井生产技术条件、主要设计要求、技术方案论证与选择、运输设备与提升设备的选型设计和生产能力计算，设计计算中的有关技术规范与要求等；4、应该根据自己的具体情况，在指导老师的指导下，按时完成设计任务。三、课程设计的题目1、带式输送机的选型设计；2、主井缠绕式提升机选型设计。第一章 带式输送机的选型设计带式输送机是由承载的输送带兼作牵引机构的连续运输设备，它具有运输能力大、运输阻力小、耗电量低、运行平稳、在运输途中对物料的损伤小特点，它是由：输送带、托辊、驱动装置、机架、拉紧装置和清扫装置组成。带式输送机可用于水平和倾斜运输，倾斜的角度依物料性质的不同和输送带表面形状不同而异。某矿下运带式输送机参数确定，试选定带式输送机型号：原始数据：某矿年产量=80万吨，年工作日b=300d，每日工作时数t=14h。井深=400m，装载高度=20 m，卸载高度=24 m，散煤容重=1200 kg/m3，试进行主井提升设备的选型设计。该矿的某综采工作面，采煤机生产能力Q0 =460t/h，牵引速度v m/min，工作面长度L m，煤层倾角。如果带式输送机是固定长度的，长度为600米，与上述采煤机的生产率相配套使用，请设计皮带机。某上运带式输送机，已知其输送量 Q =800t/h，输送机长度L=600m，倾角b=10，散煤容重g = 1200kg/m3，最大块度a=150mm ，试选择合适的带式输送机。1、带式输送机主要参数的确定由题意知：带式输送机的生产能力应该与采煤机配套，故 Q =460t/h，1.2带速V的确定。 带速V根据带宽和被运物料性质确定，我国带速已标准化，具体选取可参考教材表321初步确定带速V=1.6m/s。1.3带宽B的确定。 按给定条件Q =200t/h，g =1200kg/m3，V=1.6m/s，又通过教材查表318,取倾角=10得k=0.95，求出物料断面积A为其中：Q为带式输送机的输送能力t/hA物料断面积Ag散煤容重V带式输送机的带速k输送机的倾斜系数按槽角a=300、堆积角=100查表317，取带宽B=1000 mm。1.4求圆周力Fu 其中：C考虑到附加阻力后引入的系数，C=1.06f模拟摩擦系数qRO承载分支托辊每米长旋转部分质量qRU回程分支托辊每米长旋转部分质量qB每米长输送带的质量qG每米长输送物料的质量查表322得：查表323得： 查表36得：选钢丝绳芯胶带GX1000得，则 倾斜阻力特种主要阻力： 1.4.1、输送的理论计算能力校核运量确定：带式输送机运量Q按500t/h，初步确定输送带输送机的带速v=2m/s、带宽B=1000mm。输送的理论计算能力Qc：Qc3.6Avkg =3.60.0720.951200574t/hQcQ因此，所选输送带能满足输送能力的要求。1.4.2输送带输送机选型计算1.4.3初选输送带机输送带输送机主要技术参数初选为：运量Q500t/h，机长L=600m，倾角10，提升高度H=104.2m，带速v=2m/s，带宽B=1000mm，带强ST5400。1.4.4圆周驱动力Fu根据初选的输送带机主要参数，计算圆周驱动力Fu（暂不考虑附加阻力）：Fu=CfLgqRO+qRU+(2qB+qG）cos+qGHg=1.060.0226009.813.3+5.7+(224.63+79.9)cos10+79.9104.29.8=101637.3N 其中：C考虑到附加阻力后引入的系数，C=1.06f模拟摩擦系数，f=0.022qRO承载分支托辊每米长旋转部分质量，qRO=13.3kg/mqRU回程分支托辊每米长旋转部分质量，qRU=5.7kg/mqB每米长输送带的质量，qB=24.63kg/mqG每米长输送物料的质量，qG=Q/3.6v=79.9kg/m1.4.5电动机功率P计算传动滚筒轴所需功率：kWPAFuv/1000=19915756.222/1000=4659.134kW电动机功率：P=PA/0.78239.1/0.78=306.6kW 电动机采用2台YBP-4、400kW，一台工作，一台备用。1.5、输送带各点张力计算为了满足启动要求（要求启动时胶带张力较大，另外有时会出现超载和意外载荷，胶带张力也会增大）及摩擦阻力和运行阻力的变化，牵引力应有一定的储备能力，保证滚筒与胶带不打滑，则启动时的最大张力必须得到保证。输送机布置如图一所示 （见附页）1.5.1限制输送带下垂度的最小张力承载分支：NN回程分支：N 5.2输送带工作时不打滑需保持的最小张力绳按双滚筒传动，功率配比2：1。NN为满足不打滑条件，NN N其中，围包角按195，滚筒与皮带间的摩擦系数取0.35，e=3.291。，满足防滑条件。5.3上、下分支最小张力下分支最小张力：其中下分支阻力：F2=C f Lg（qRU + qB）cos1.060.02816409.81（20.3+100.62）cos1655503.01N上分支最小张力：S4= S3170461.49NFsmin=42056.233N满足要求。6、输送带安全系数 满足要求。7、选型计算结果带宽：B=1000mm；带速：v=2m/s；带强： =5400N/mm ；运输能力：Q=500t/h；机长：Lh=600m；倾角：=10；提升高度：H=104.2m；传动滚筒直径：2040mm；托辊直径：194mm；电动机：YBP-4、400kW，一台工作，一台备用第三章 主井摩擦式提升机选型设计某矿井为多绳摩擦提升机，年产量An=600万吨，年工作日br=320d，每日工作14h。该矿在整个服务年限内前后期分两个水平开采，第一水平井深Hs1=830m,第二水平井深Hs2=370m,主井装载高度Hz=18m,卸载高度Hx=15m。散煤容重=1000kg/m3。原装配一台2JK3/11.5型缠绕式提升机，采用了名誉载重为4t的箕斗，原井架高度Hj=31m。先拟再开采第二水平，按年产量An=125万吨进行技术改造，试进行主井提升设备的选型设计。1、提升容器的确定1.1提升高度H1.2经济速度1.3估算提升循环时间Tx上式预选a1=0.8m/s2，爬行时间u估取得10s；休止时间估取10s。1.4计算箕斗一次提升量考虑到为以后矿井生产能力加大和矿井水 平延伸留有余地，从单绳箕斗规格表中选择名义装载重量为8吨的JL-8型箕斗的，其主要技术规格见表1-1。表 1-1 箕斗技术规格型号自重KG全高mm有效容积m3容器间中心距S/mm名义载重量tJL-8550092508821008因散煤容重1000kg/，故一次实际提升量Q为 2、钢丝绳的选择计算2.1计算单位绳重力p式中 ： 井架高度，箕斗提升：=31m ； 矿井深度， 370m；装载高度，箕斗提升：=18m；取钢丝绳抗拉强度，安全系数根据上述p值，选取6X19-1700-40普通圆股钢丝绳，其技术特性见表1-2。表1-2 钢丝绳技术规格钢丝绳直径dmm绳中最粗钢丝直径/mm钢丝破断拉力总和/N每米钢丝绳重pN/m432.811900006632.2验算钢丝绳安全系数式中 ：钢丝破断拉力总和，1190000N；钢丝绳安全系数满足要求，合格选用。3、验算提升机单绳缠绕式提升机工作原理：将两根提升钢丝绳的一端以相反的方向分别缠绕并固定在提升机的两个卷筒上；另一端绕过井架上的天轮分别与两个提升容器连接。这样，通过电动机改变卷筒的转动方向，可将提升钢丝绳分别在两个卷筒上缠绕和松放，以达到提升或下放容器，完成提升任务的目的。选择提升机的主要参数有：卷简直径D；卷筒宽度B；提升机最大静张力Fjmax及最大静张力差Fjc。其中卷筒直径D为选择提升机规格型号的依据;其他三个参数为校核参数。 3.1选择提升机卷筒直径主要原则：使钢丝绳在卷筒上缠绕时所产生的弯曲应力不要过大，以保证提升钢丝绳具有一定的承载能力和使用寿命。理论与实践已证明，绕经卷筒和天轮的钢丝绳，其弯曲应力的大小及其疲劳寿命取决于卷筒与钢丝绳直径的比值。煤矿安全规程规定，对于安装在地面的提升机，其直径与钢丝绳直径的关系如下： 式中：D为提升机卷筒直径，；d为提升钢丝绳直径,43mm；为提升钢丝绳中最粗钢丝绳直径,2.8mm。由于原2JK-3/11.5型提升机不能满足扩建后的技术要求，所以选用卷筒直径为3.5米的2JK-3.5/11.5 型提升机。据此选用2JK-3.5/11.5型提升机，其技术规格见表1-3。表1- 3 提升机技术规格卷简直径Dm卷筒宽度Bm提升机最大静张力FjmaxkN最大静张力差FjckN3.51.7180115变位质量GjkN最大钢丝绳直径mm两卷筒间隙amm两卷筒中心距Smm2354314018403.2计算实际需要的卷筒容绳宽度B 选定了标准卷简直径后，卷筒的标准宽度B则为巳知，然后根据实际需要在卷筒上缠绕的钢丝绳长度来计算卷筒的实际宽度B。在提升机卷筒上应容纳以下几部分钢丝绳： 3.2.1提升高度H，m;3.2.2提升钢丝绳试验长度，规定每半年剁绳头一次，每次剁掉5m，按提升钢丝绳的使用寿命为三年计，则试验长度为30m； 3.2.3为了减少钢丝绳在卷筒上固定处的拉力，钢丝绳在卷筒上松绳时，不能全部松放，应在卷筒表面保留三圈摩擦圈，则卷筒的实际容绳宽度B为： 由于BB，卷筒不满足设计要求,提升钢丝绳在卷筒的实际缠绕宽度B可按下式计算:式中：H为提升高度,399m；D为提升机卷筒直径,3.5m；d为提升钢丝绳直径,43mm；为提升钢丝绳绳圈间的间隙，取3mm。为错绳圈数,=4n为缠绕层数,取n=2Dp为平均缠绕直径3.3 强度校核为了保证提升机在其设计强度范围内工作，使提升机的工作负荷不超过其设计值，必须验算提升工作的最大静张力Fjmax ： 为了保证提升机在其设计强度范围内工作，使提升机的工作负荷不超过其设计值，还必须验算最大静张力差Fjc ：由以上两项计算可知：重新选用卷筒直径为3.5米的2JK-3.5/11.5 型提升机强度满足要求。4、天轮的选型计算天轮直径的选择：根据煤矿安全规程的规定，对于地面设备，当钢丝绳对天轮围抱角大于90时应满足如下要求：据此选用型井上固定天轮，其技术规格为：天轮直径Dt=3500mm，变位质量Gt=11330N。5、提升机与井筒相对位置5.1 井架高度应由下列各部分组成：式中：Hx为卸载高度,17m；Hr容器全高，从容器规格中查得9.25m；Hg为过卷高度,8m；Rt为天轮半径,1.75m。式中最后一项0.75Rt是一段附加距离，因为从容器连接装置上绳头与天轮轮缘的接触点到天轮中心约为0.75Rt最后确定Hj=36m，原井架不能继续使用，应更换到36米。5.2提升机与井筒提升中心线水平距离Ls对于需要在井筒与提升机房之间安装井架斜撑的矿井，对上述L值要按下式检验 ：考虑到减轻“咬绳”现象，取Ls=30m5.3钢丝绳弦长Lx 在提升过程中，弦长、偏角是变化的,且相互制约。为了防止运转时钢丝绳跳出天轮轮缘，Lx在不宜过大。Lx过大时，绳的振动幅度也增大。因此将弦长Lx限制在60m以内。上、下两条绳弦长度不相等，但在计算中，近似地认为卷筒中心至天轮中心的距离即为弦长。提升卷筒中心与机房地平高差0.7，机房地平与井口高差0.5，取=1.2，则： 不会引起绳弦强烈跳动，弦长合理。5.4钢丝绳偏角5.4.1钢丝绳最大外偏角煤矿安全规程规定的1最大允许值130.式中：B为卷筒宽度,1700mm； S为两天轮中心距,1000mm； a为两卷筒之间距离,140mm。5.4.2钢丝绳最大内偏角2煤矿安全规程规定的2最大允许值130，根据不“咬绳”的条件，由图43中内偏角的允许角度曲线查得允许内偏角为1。内偏角2与弦长Lx的关系为：5.5卷筒的下出绳角 仰角的大小影响着提升机主轴受力情况。JK型提升机主轴设计时，是以下出绳角为15考虑的，若15，钢丝绳有可能与提升机基础接触,加大了钢丝绳的磨损。对于JK型提升机，应按下式计算出值： 6、提升系统运动学、动力学参数计算6.1预选电动机 为了对提升设备进行动力学计算，必须预选电动机，以便计算电动机转子的变位质量。预选电动机必须满足功率、转速拖动力方面的要求：则电动机功率式中：N为预选电动机的容量，kw；为动力系数，箕斗提升，取=1.3；j为减速器传动效率，取j=0.85根据计算，选用YR800-10/1180绕线式异步电动机，其技术规格如表1-4。表1- 4 电动机技术规格额定功率PeKW额定转速ne r/min电动机功率过载能力飞轮惯量GD2KN.m28005910.922.067156.2提升系统总变位质量提升系统运行时，一些设备做直线运动，一些设备做旋转运动。做直线运动的设备是：提升容器、容器内有益载荷、提升钢丝绳和尾绳。它们运动时的加速度就是卷筒圆周处的加速度。因此，这些部分无需变。做旋转运动的设备有：天轮、提升机中的卷筒及减速器齿轮、电动机转子等。它们需要变位。式中： (GD2)为电动机的飞轮惯量，12530Nm2；D为卷筒直径，3.5m；i为减速比，11.5 ； 式中：Gj为提升机全部旋转部分变位到卷筒圆周处的变位重力(包括减速器)；Gt为天轮变位到卷筒圆周处的变位重力6.3主加减速度的确定6.3.1提升加速度a1的确定确定提升加速度a1时，应综合考虑如下因素：6.3.2按电动机过负荷能力确定最大加速度a1。最大加速度a1 ，可按下式计算：式中：为电动机过负荷系数； Fe为电动机额定拖动力； Pe为电动机额定功率； 0.75为考虑电动机稳定运行而限制其最大拖动力的系数。6.3.3按减速器最大输出扭矩确定最大加速度a1。 提升机产品规格表中给出了减速器最大输出扭矩Mmax,电动机通过减速器作用到提升机卷筒圆周上的拖动力不能超过减速器的能力，可按下式计算：式中：为减速器最大输出扭矩， md为电动机转子变位质量；m为提升系统总变位质量；k为矿井阻力系数，箕斗提升取k=1.15 根据设计规范建议，箕斗提升加速度,以上计算值过大，为减轻动荷载，提高机械部分和电动机运行的可靠性，取值应有余地，故本设计取0.8m/s2。6.3.4提升加速度a3的确定 提升减速度a3除了要满足上述煤矿安全规程规定外，减速度a3的大小与采用的减速方式有关。比较常用的减速方式有三种：自由滑行减速方式、制动状态减速方式和电动机减速方式。自由滑行减速方式，操作简单，节省电耗，优先考虑。当值偏大（小）时，再考虑机械制动状态减速方式。自由滑行减速方式： 当容器抵达减速点时，将电动机自电源断开，拖动力为零，整个提升系统靠惯性滑行直至停车。减速度a3可按下式计算：制动状态减速方式：由于提升系统的惯性力较大，在自由滑行状态下的减速度过小，对提升系统不能达到有效的减速，这时则要采用制动方式减速。采用制动方式减速时，要考虑需要施加制动力的大小：当所需要施加的制动力较小时(Fz0.3Qg)，可采用机械闸制动。减速度值可由下式计算：最后采用混合减速方式减速，即在自由滑动状态下，用闸瓦适当参与控制。故取=1m/s26.4运动学参数计算 6.4.1 初加速阶段式中：h0为卸载距离；取h0=2.35mv0为箕斗在卸载曲轨内运行的最大速度,取v0=1.5m/s；t0为初加速阶段运行时间,s；a0为初加速阶段的加速度，m/s2。6.4.2主加速阶段式中：t1为主加速阶段运行时间，s；h1为主加速阶段运行距离，m。6.4.3减速阶段式中：t3为减速阶段运行时间,s；h3为减速阶段运行距离，m；v4为爬行速度，m/s，一般取v4=0.40.5m/s。 6.4.4爬行阶段 式中：t4为爬行阶段运行时间，s； h4为爬行阶段运行距离，取3m； 6.4.5等速阶段 一次提升循环时间Tx的计算：式中：为箕斗装卸载及