提升绞车设计

1、职业技术学院（机电一体化技术专业）毕 业 设 计设 计 题 目 提升绞车设计 学 生 姓 名 高 干 指 导 教 师 机 电 工 程 系2008年6月10日 目 录 第一章 矿井概况2第一节 矿区概述2第二节 井田地质概述7第二章 设计副井绞车8第一节 设计依据8第二节 基本工况 8第三节 运行阻力计算8第四节 主要技术参数9第五节 设计验算9第六节 方案设计11第七节 主要部件结构12第八节 防爆开关磁阻控制调速电控系统14第九节 保护措施17第三章 通信照明18第四章 安全技术措施18第一节 通用安全技术措施18第二节 各工种专业安全技术措施19第一章 矿井概况第一节 矿区概述一、位置公乌

2、素煤矿位于内蒙古自治区乌海市境内，行政区隶属于海南区公乌素镇管辖，其地理位置坐标为：东经：10650481065242；北纬：391615392238；面积15.3106km2。二、交通 矿区位于内蒙古自治区乌海市海南区境内，属于桌子山煤田的南部，距乌海市45千米。运煤铁路线均修进矿井工业广场内，公路109国道从矿区的中部穿过,交通便利。三、地形地貌 矿区地形为丘陵地带，东南稍高，西北地形比较平坦，海拔标高+12001289m，最高与最低处落差89米，井田中部有公乌素沙沟，从本井田南一采区地表流过，由东往西流入拉僧庙沟注入黄河，该河沟除雨季暴雨时有地表流外，一般季节为干沟，故暴雨时对开采有一定

3、的影响。四、水文地质1、区域水文地质概况桌子山煤田北起千里山之北部，南至雀儿沟以南。南北长近100Km，东西宽约525 Km，总面积约300 Km2。煤田东西两侧之桌子山、岗德尔山呈南北向延伸，构成中高山地。煤田内地形以宽谷洼地为主，其间山丘起伏，阶地发育。其总体地形呈东高西低之势，沟谷发育。受地形影响，水流由东向西注入黄河。各沟谷均为季节性迳流，平时干涸无水，雨季山洪暴发，可形成洪流，历时短，雨后数小时即近于干涸。黄河距本区13 Km，为煤田附近的唯一地表水体，水位标高平均+1065m，比煤田标高低200m左右。煤田与黄河之间赋存着巨厚的隔水岩层，因此，黄河与煤田无直接水力联系。根据区域水文

4、地质资料，桌子山煤田水文地质特征详见表11，桌子山煤田水文地质特征表。2、矿区水文地质矿区地处干旱、半干旱荒漠地带，年降水量小，蒸发量大，无地表迳流及水体，依据地质报告水文地质资料对本区作出评价。（1）第四系松散岩层孔隙潜水含水岩组岩性为风积沙、黄土状亚沙土，分布于沟谷两侧，厚度不大，透水而不含水。冲洪积层以粒度不匀的砂砾石为主，分布于间歇河谷内，厚度110m，水位0.415m，单位涌水量q=0.4381.44L/sm，渗透系数K=5.9720.60m/d。水质为SO4HCO3ClK+Na。桌子山煤田水文地质特征表 表11地下水类 型含水单元主要岩性层厚(m)涌水量(公升/秒)水质矿化度(克/

5、升)备注松散岩类及半胶结岩类孔隙水宽谷洼地之近代洪积层砂、砾石、砂土0.218.180.12.0少数10HCO3SO4Na+Ca1缓慢褶曲之第三系红色岩类泥岩、粘土岩、砂岩、砾岩0300最大0.7不详坚硬岩类裂隙水伏于沉积阶地下之二叠系上统杂色砂岩泥岩、砂岩、砂砾岩175520600.0010.2HCO3Na0.63含水不匀之石炭系煤系砂岩、泥岩、煤、粘土岩2360.020.7SO4ClNa3含水不匀之石炭系煤系砂泥岩、砂岩、煤930.0038.0SO4HCO3ClCa.+Na13不含水之奥陶系绿色砂岩砂泥岩系砂岩、页岩灰岩117427形成割蚀劣地之寒武系及以前古老岩系灰岩、片麻岩、石英岩0.

6、029.9不详石灰岩岩溶水可能为地下水主要储水水源之桌子山灰岩厚层灰岩鲕状灰岩290794140.00HCO3NaCa1.0拉僧庙泉资料（2）坚硬岩类孔隙裂隙承压水含水岩组据原报告资料，该含水岩组可分为五个含水带和四个相对隔水层。其中第含水带和第一隔水层核实区内不存在，现就其他含水层和隔水层分述如下：第含水带（P1s4P2s1）：上部为灰白色黄绿色中细粒砂岩，夹粘土质泥岩，下部以灰色砂岩为主，夹泥岩，全厚794。裂隙比较发育，含水微弱，单位涌水量q=0.L/sm，渗透系数K=0.m/d，水质为SO4HCO3K+Na。第二隔水层（P1s3）：岩性为灰深灰色砂质泥岩、煤层与粘土岩，厚11m。隔水性

7、能较好。第含水带（P1s2P1s1上部）：全厚80m，含水层厚度38.74m，岩性主要为灰白色砂岩，地表裂隙率4.14%，钻孔简易水文观测消耗量0.020.70m3/h，据钻孔抽水试验，单位涌水量q=0.00865L/sm，渗透系数K=0.00256m/d。第三隔水层（P1s1底部）：岩性主要为粘土岩、砂质泥岩及9号煤层，一般厚3.83m，全区普遍发育，隔水性能良好。第含水带（C2t2C2t1上部）：全厚84m。上部岩性为灰色细砂岩、砂质泥岩、泥岩为主；下部岩性以深灰色、灰白色砂质泥岩为主，夹细砂岩。含水层厚度31.04m，岩性以砂岩为主，地表统计面裂隙率为1.1913.12%，钻孔统计岩心线

8、裂隙率0.5710%；简易水文观测消耗量为0.031.58m3/h，含水较丰富，据钻孔抽水试验，单位涌水量q=0.0369L/sm，渗透系数K=0.138m/d，水质类型为SO4ClK+NaCaMg型水。含裂隙承压水，富水性弱。第四隔水层（C2t1中部）：岩性为16号煤层及泥岩，一般厚8.50m，全区发育，隔水性能较好。第含水带（16#煤层底C2b上部）：全厚约30m，岩性为灰白色细粒砂岩，含水层厚度21.26m，地表裂隙率3.66%，钻孔岩心裂隙率0.30.98%，钻孔抽水资料：单位涌水量q=0.0110.0304L/sm，渗透系数K=0.07531.67m/d。水质类型为SO4ClKNaC

9、a型水。（3）石灰岩类岩溶含水岩组矿区的煤系基底为奥陶系中下统，其上部岩段（O2）岩性为巨厚层状的黑灰色灰岩，岩溶发育较好；下部岩段（O1）岩性为石灰岩与石英砂岩互层，岩溶发育相对较差。据拉什仲150号钻孔资料：单位涌水量q=0.581L/sm，渗透系数K=1.302m/d，含溶隙承压水，富水性弱中等。（4）断层对矿床充水的影响矿区南边界发育F8、F23号正断层，对本区影响不大。矿区内没有专门针对断层的水文工作。据原报告资料反映，钻孔见到的断层带导水性并不强，其富水性及裂隙发育程度应属较好。但间歇性沟谷在洪水期间对断层的补给量较大，补给时间又很集中，煤矿在断层附近开采时，在洪水期应提高警惕，预

10、防断层突然涌水成灾。3、矿区水文地质复杂类型评价综上所述，矿区地质构造中等，直接、间接充水含水层的含水空间以裂隙为主，富水性弱中等；补给源为贫乏的大气降水，据此将矿区水文地质类型划分为第二类第一第二型，即裂隙充水矿床，水文地质条件简单中等型。五、气候特征 矿区气候干燥，少雨多风，属于半内陆半沙漠半干旱地区，年平均降雨量为247.7mm，多集中在7、8、9月份内，蒸发量大于降水量12-14倍，风沙较大，3-5为风季，最大风速28m/s，主要风向，夏秋季节为东南风，冬春季节为西北风，一般风速为28m/s，冻结期为半年，冻结深度为1.32m，最高温度为38.1，最低温度为-28.6，平均温度为4.8

11、，最大积雪厚度为6cm。六、地震及地质灾害 经西北兰州地震大队和国家地震局河北地震大队鉴定，本地区地震烈度为8，根据调查本地区历史上从未发生过较大的破坏性地震，乌海市地震动峰值加速度0.20，对照烈度8。区内无泥石流，滑坡及塌陷等不良地质灾害现象发生。第二节 井田地质概述一、井田地质构造1、褶曲：公乌素矿区位于拉什仲背斜向斜没部分，因之次一级褶曲为矿区的基本构造。、公乌素背斜：位于矿区中部，走向为南北方向，倾角1018度，为单斜构造。、A1北斜：位于公乌素背斜之东，背斜轴为南北方向，自北向南倾没。、S1向斜：位于公乌素背斜和A1背斜之间，由两者倾没所伴生，全长2km，仅影响到煤层浅部。2、本井

12、田内发现断层共17条，其中较大断层有：、西来峰逆断层：位于井田的东北部，形成井田自然东北境界，走向北西25度，倾向西，倾角3847度，落差50138m，于矿区东北部有6个钻孔和1个槽探控制。、F10逆断层：位于本井田的东部，走向为南北，倾向东，倾角75度，落差40m，有两个钻孔控制深部。、F11正断层：位于井田的西南部，走向北东4050度，倾角7080度，其两侧伴生有小断层多条，构成南北宽200m的破碎带，落差1015m，有33和10号孔控制，总之，本井田以单斜构造为主，断层较多。井田内无火成岩活动第二章 设计副井绞车 第一节 设计依据1、煤矿安全规程2006版。2、无级绳连续牵引车行业标准，

13、MT/T998-2006。3、矿用无极绳调速机械绞车行业标准，MT/T885-2000。4、公乌素煤矿斜井巷道基本工况及要求。第二节 基本工况1、 巷道斜长400米，倾角坡度为16度，其中井口平道45米。2、最大单件提升重量18吨（含平板车）。3、单轨运输，轨距为600mm，轨型为30kg/m。第三节 运行阻力计算根据实际工况条件及运行要求，计算系统运行阻力如下： 式中：G-运输最大重量； G0-制动梭车重量；Max-运行线路最大坡度；-钢丝绳磨擦阻力系数；qR-单位长度钢丝绳（选用26NAT619型）重量；L-运输距离；g-重力加速度；W=（G+2G0）(0.02cosMax+sinMax)

14、 g+2qRgL（18+24）1000（0.02cos16+sin16）20.252.43400=7666.4486=8152.4kg第四节 主要技术参数根据运行要求采用钢丝绳牵引方式，单轨运输，一根绳在轨道中心线上，另一根绳布置在轨道外左侧。牵引绞车、张紧装置布置在地面，尾轮安装在井底车场。系统采用开关磁阻电机调速，无级变速。牵引绞车防爆，电气控制部分安装在地面绞车房内，为防爆。梭车带安全失效型制动闸，液压松闸，弹簧制动，具有断绳自动保护功能。重载下坡时具有能量回馈功能，保持车辆速度稳定。主要技术参数如下：最大牵引力：83KN电机功率：132KW运行速度：0.2 1.432.4m/s(无级调

15、速)最大紧急制动力：160KN滚筒直径：1600mm钢丝绳规格：619 26适用巷道倾角：16第五节 设计验算1、 牵引力验算：绞车牵引力 F=83KN=8469.4KN系统运行阻力W=8152.4kgFW 牵引力满足运行要求。2、 紧急制动力验算：本系统在牵引绞车和梭车上分别设计有紧急制动闸，在非断绳情况下由梭车施闸，紧急制动力都依照煤矿安全规程第378条第（一）款的规定：保险制动和停车制动的制动力应额定牵引力的1.52倍。（1）、牵引绞车紧急制动力验算：绞车牵引力为83KN，紧急制动闸所制动轴扭矩为：M1=8310000.8/78.824=2527.1Nm现选用BYW500-ED201/6

16、型防爆电力液压推杆制动器，功率375KW，动作时间0.57s，制动弹簧力1900N，最大制动力矩：MMax=5400Nm紧急制动闸制动力安全系数：=M1/MMax=5400/2527.1=2.141.5因此，牵引绞车紧急制动力满足规程要求。（2）、梭车紧急制动力验算：=N/F=160/83=1.931.5因此，梭车紧急制动力满足规程要求。3、钢丝绳强度验算：通过钢丝绳最大张力，可根据下式验算钢丝绳强度：=QZ/Smax=451.6081000/8152.49.8=5.65式中，-钢丝绳安全系数QZ-26NAT619型钢丝绳破断拉力总和Smax-钢丝绳最大张力（KN）钢丝绳许用安全系数为：=50

17、.001LE=50.001400=4.6式中，L由绞车至尾轮的钢丝绳长度，取L=400m根据煤矿安全规程第四百条规定，倾斜无极绳绞车运物时安全系数的最低值=4.6。所以，选用26NAT619型钢丝绳能够满足安全规定要求。4、绳径比验算：依据MT-T9882006无极绳连续牵引车行业标准第5。4。7的规定，绞车滚筒上绳衬直径应满足以下要求。1） 抛物线滚筒绳衬直径至少应为牵引钢丝绳直径的50倍。2） 绳槽式主滚筒衬直径至少应为牵引钢丝绳直径的40倍，副滚筒直径至少应为牵引钢丝绳直径的28倍。本系统绞车采用绳槽式比滚筒驱动，牵引钢丝绳直径26。主滚筒直径1600，绳径比为61.540，副滚筒直径1

18、300，绳径比为5028，符合行业标准要求。第六节 方案设计1、 系统布置方式斜井运输为长期固定运输，运距始终固定，运行频率高。为减少钢丝绳磨损，延长钢丝绳的使用寿命，本方案采用一根绳布置在轨道中间，另一根绳布置在轨道外侧的方案。如图：系统采用单尾轮结构，设计成倾斜尾轮，满足将主副绳分开的需要，减少了钢丝绳间的磨擦；张紧装置上两只导向轮也是为分绳而设计的，避免绞车卷筒上入绳和出绳相互咬绳。2、系统初步配置：序号型号名称单位数量备注1JW132牵引绞车台12CQJ00梭车台2900轨距3F1-02B张紧装置套2五轮4LW00尾轮套15LYS00压绳轮组套106LPT00托绳轮组套257LPTZ专

19、用轮组套28电控装置套19钢丝绳61926米9003、 运行计算：本系统可实现无级别变速，在01.43m/s时为恒扭矩，牵引力始终为83KN，最大牵引重量18t，单程运输一次需要5.3分钟；在1.432.4m/s时为恒功率，牵引力随着速度的增加而减少，最大速度（2.4m/s）时牵引力为50KN，最大牵引重量7t，单程运输一次需要3.1分钟。 注：以上运行时间未考虑摘挂钩时间。4、 特点描述：（1）、开关磁阻调速无级绳绞车牵引，连续运输。（2）、采用主绳在轨道内，而副绳在轨道外的布置型式。（3）、液压抱轨式制动梭车，具有断绳制动保护功能。（4）、绞车、张紧装置及防爆电控装置布置在地面绞车房内。（

20、5）、运输方式：提升时梭车在前牵引，下放时梭车在后牵引。第七节 主要部件结构1、 牵引绞车电机型号：KBC132电机功率：132KW减速器：进口SEW传动方式：绳槽式双轮驱动主滚筒直径：1600，3绳槽控制方式：开关磁阻控制制动方式：2套，电液制动和人工手动远程制动绞车体积：3840183017002、 张紧装置：（1）、机械重锤式张紧装置（2）、五轮结构，动轮2个，静轮3个（3）、主、副钢丝绳各配一组，共二组。（4）、单组最大尺寸334050026503、梭车设计为液压抱轨式制动梭车（1）、控制原理：超速自动控制抱轨，液压松闸、弹簧制动。（2）、制动方式：剪式制动（3）、单梭车制动力：4个2

21、0KN，共80KN，双梭车160KN（4）、目的：解决断绳自动保护（5）、自重：约4吨/台4、钢丝绳及布置方式：（1）、布置方式：主钢丝绳（连续梭车）布置在轨道中心线方向，另一根副绳布置在轨道外侧。（2）、主、副钢丝绳间距：450+350（3）、钢丝绳规格：26NAT619S 无油5、轮组（1）、轮组采用组合型式，有轨道内、轨道外两部分组成，插接连接，便于安装和运输（2）、分类：组合压绳轮组限制主、副绳 组合托绳轮组托起主、副绳 导绳装置张紧装置前分绳6、 道岔改造：为了保障梭车牵引板顺利通过岔口，需要对道岔进行改造（1）、解决方式：把小曲轨改为旋转式（2）、执行路线：由矿和科室共同研究第八节

22、 防爆开关磁阻控制调速电控系统现在国内绞车驱动系统一般采用交流异步直接起动和交流串级电机调速的方案，自动化程度低、可靠性差、维护量大，容易出现机械和电气故障。采取交流电动驱动，由于是直接起动，电流很大，约为额定电流的78倍，这样对电网的冲击大，耗能多；对机械部分及钢丝绳的冲击明显，严重时能使减速器的齿轮齿剔掉、固定的电机底座的螺栓切断，影响正常生产，钢丝绳的使用寿命减短。部分绞车下行车速度不可控，经常出现掉道的现象，危及设备和人员安全；由于原电机不能调速，故在绞车出现故障（如掉道）及换绳、换滚筒轴瓦时得很不方便，操作危险性较大，容易出现事故。为了解决上述缺点，满足更高的生产要求，同时减轻工人的

23、劳动强度，提高电气控制部分整体技术水平已是刻不容缓。本方案采用开关磁阻电动机调速系统（带回馈）、西门子PLC可编程控制器和液晶触摸屏，构成的新型绞车驱动系统，使绞车的调速性能和控制水平大大提高。本系统具有一下优点： 以开关磁阻电机调速系统为核心的绞车系统，起动转矩大升速平稳，起动电流小，能减小启动时系统对电网的大电流冲击。 内置能量回馈单元，能根据工况要求，控制下行速度，同时减小了电气柜的体积。 运行在发电状态时，将能量返回电网，大大降低能耗。 换向平稳，大大延长了机械设备（尤其是钢丝绳）的使用寿命，降低维修成本。 由PLC控制实现起动-加速-运行-减速-停止全程制动控制。 触摸屏动态显示绞车

24、运行位置（运行图），运行速度、运行时间等运行参素，故障时显示故障类别，便于操作工监控和维护。 计数复位传感器，保证精确计数和位置控制，限位开关和机械刹车保证设备安全运行。1、系统组成和主要技术参数（1）系统组成.主传动用132KW开关磁阻电动机调速系统，内置回馈单元 允许重载启动（启动电流为额定电流30%时，启动转矩可达到额定转矩的150%） 允许四象限运行 制动运行时能量回馈电网.采用可编程控制器（PLC）实现自动控制 完成操作台按钮输出的各项指令（启、停、自动运行、运行速度、位置校正、紧急停车） 绞车停止运行或遇紧急情况停车，机械抱闸动作，保证系统安全。 远程控制绞车停止（该功能预留）。

25、根据电机位置反馈信号计算绞车位置，用于液晶屏幕显示，同时当出现运输线路过卷时，进行限位的软保护。 绞车二端越限时，报警并紧急停车，机械抱闸动作.大屏幕液晶触摸屏方式显示显示巷道的剖面图，显示绞车运行位置（画面注意直观动感），并可根据实际情况进行调整设定。可结轨道的关键点（弯道、岔道、变坡）进行显示设定，便于提示、操作人员及时调整车速。绞车运行数据（速度、行程、往返次数、电流、电压、累计运行时间）故障信息历史记录、查询系统报警信息操作帮助信息d、其它采用GGD标准电气柜，坚固可靠，面板安装电压、电流表，SRD显示板设置总电源开关，可实现设备断电检修操作台安装液晶显示面板，符合用户要求，操作台设计

26、大气，便于用户操作和使用。具有漏电保护功能。接收现场安装的接近开关位置信号，进行巷道运输线路过卷的硬件保护，当限位的软件过卷保护失效时，系统能够紧急停车。接收现场安装的接近开关位置信号，进行钢丝绳打滑零位校准。预留远程控制系统接口，可接受该系统接口输入，进行紧急停车。输出绞车抱闸打开控制信号（660V/500W）现场安装信号线采用屏蔽电缆（2）主要技术参数：额定功率：132KW额定电压三相交流：660V/50HZ电压波动范围：10%额定电流：120A额定转速：1350转/分起动电流不超过：40A调速范围为：2002300转/分冷却方式：控制器风冷；电机风冷电机结构：12/8极，隔爆电机保护类型

27、：过压、欠压、缺相、堵转、过载、控制器过热、电机过热、超速保护、传感器保护等。能量回馈：PWM控制方式（3）、控制中心单元（西门子PLC）控制中心单元采用西门子PLC S7200系列中的CPU226CN，该系列PLC具有结构小巧、功能强大、编程软件方便等优点，参数如下：PLC型号：S7200系列CPU226CN输入电压：220VAC/50HZ输入点数：24；输出点数：16（4）、液晶触摸屏：西门子的K-TP178micro 与226CN配套使用，功能强，既可显示又可设置，使用RS-485与PLC进行通讯。K-TP178micro：5.7英寸触摸屏，友好的操作界面，触摸屏+按键特殊要求，可由用户

28、提出。（5）、辅助元件：辅助元件的选取主要围绕西门子，施耐德，上海二工等可靠元件生产厂商进行。（6）、提供三相电源以内的机房内的连接导线（包含功率线和信号线）第九节 保护措施1、 越位保护设置2道越位保护程序软保护：控制程序上的软保护，通过软件实现梭车行程距离的设定，梭车到达设定位置后自动停机。硬件保护：安置于机头、尾处的过卷保护装置，车辆越位后通过行程开关控制停车。2、 紧急停车可配套具有先进技术的漏泄移动通讯系统，配置手机，随时与绞车司机进行信号传送和话音联络，手机与手机之间也可以实现话音通信，具有打点、通话、紧急停车功能。控制台急停按钮3、 断绳保护梭车超速抱轨制动附件：1、牵引绞车基础

29、图2、绞车安装基础图3、系统组成示意图第三章 通信照明一、通信系统 绞车房机头处、机尾处各设通讯电话一部。二、照明系统巷道每隔10米距离安装架间照明灯1个,照明灯型号BGG-60/127V。第四章 安全技术措施第一节 通用安全技术措施1、入井人员必须戴安全帽，随身携带自救器和矿灯，严禁携带烟草和点火物品，严禁穿化纤衣服，入井前严禁喝酒；2、非专职人员或非值班电气人员不得擅自检修或操作电气设备；3、机组运行过程中，机道内严禁行人作业；4、严禁扒车、跳车；5、井下行走时，必须要走人行道，倾斜巷道内，一律做到行车不行人，行人不行车；6、任何人员不准蹬皮带和刮板输送机；7、刮板输送机、皮带过人必须设置

30、过桥。过桥要安全牢固可靠；8、井下一切容易碰到衣襟的传动和传动部分都必须加防护罩，防止碰触危险；9、巷道停风或瓦斯超过1.0%，设备必须断电，停止一切工作，采取有效处理措施，经瓦检员确定瓦斯浓度降至1.0%以下时方可恢复工作；10、任何情况下，不得将两道风门同时打开，杜绝风流短路；11、井下工作人员严禁脱岗、岗上睡觉；12、井下工作人员严禁损坏通风设施；13、井下盲巷必须悬挂警戒牌，设置栅栏，严禁任何人员进入；14、井下各类司机及特殊工种必须经过专门培训，并持证上岗。15、工作面开工前，班组长、安检员必须对工作面的安全情况进行全面检查，发现隐患及时处理，只有隐患全部处理完毕后，才准开工生产。第二节 各工种专业安全技术措施绞车司机：1、脚车司机必须经专门培训获得合格证的人员持车证上岗操作 ；2、小绞车司机必须穿工作服，扎紧袖口，精力集中，谨慎操作，不得擅自离岗，不做与本岗无关的事情，行车时不准与他人交谈；3、执行“行人不行车，行车不幸人，不作业”的规定；4、严禁超载、超瓜、蹬钩、扒车；5、矿车调道时禁止用小绞车硬拉复位；6、正常停车后（指较长时间停止运行），应闸紧滚筒；需离开岗位时，必须切断电源；7、绞车信号必须灵敏可靠，制动可靠，四柱一错齐全，牢固，必须带电放车；tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1