《运输机械》的选型设计-课程设计说明书

专业课课程设计《运输机械》的选型设计学院：机械工程学院系别：机械设计工程系专业：机械设计、制造及自动化班级：机械Z1215时间：2016.2.29—3.18（3周）教师：学生：机械设计工程系矿山机械教研室目录TOC\o"1-3"\h\u114第一章、刮板输送机的选型设计 4159911.1原始数据 5221411.2刮板输送机的初选 5146801.3输送能力的计算 8277611.4运行阻力的计算 9273491.4.1基本阻力 912621.4.2附加阻力 10119371.4.3总运行阻力 10140091.5电动机功率的校核 10188911.6刮板链的强度验算 1276071.6.1最小张力点张力的确定 1233241.6.2最小张力点的确定以及逐点张力计算 1217261.6.3刮板链强度验算 1326805第二章、带式输送机的选型设计 1590312.1原始数据 16101432.2输送带宽度的计算 16159062.3运行阻力的计算 1943262.3.1基本阻力 1948342.3.2附加阻力 2098642.3.3总的运行阻力 21177842.4输送带张力的确定 2299702.4.1用摩擦条件确定输送带张力 2291742.4.2用悬垂度条件校核输送带张力 23298542.5输送带强度的校核 24270362.6电动机功率的计算 2523442第三章、电机车的选型设计 26158863.1原始数据 26112493.2电机车及矿车的选择 2699643.3列车组成的计算 3066573.3.1按粘着力条件计算 30161013.3.2按牵引电动机温升条件计算 3159563.3.3按制动力条件计算 33134933.3.4列车中矿车数量的确定 34137333.4列车组成的验算 34563.4.1温升验算 34278493.4.2制动距离验算 36258363.5电机车总台数的确定 39第一章、刮板输送机的选型设计刮板输送机是一种以挠性体作为牵引机构的连续动作式运输机械，它主要用于回采工作面或顺槽等其他场所。由于刮板输送机特殊的结构和工作环境，显示出了它的一下优点：机身低矮，占空间小；可以水平弯曲，随采煤机的推移而推移，减小了控顶距；能够垂直弯曲，可以弥补底板高低不平的影响；结构强度高，能够适应采煤工作面恶劣的环境；可以作采煤机的运行轨道，还可以兼作移架时的支点；推移输送机时，铲煤板可以自动清扫机道浮煤；挡煤板可以增加装煤断面积，防止煤抛到采空区，它上边的电缆、水管槽架对其起保护作用。所以，刮板输送机迄今为止仍是综采工作面唯一的运输设备。1.1原始数据某综采工作面，采煤机一次采高，滚筒截深，实际牵引速度。煤的实体密度，散体密度。工作面长度，倾角。1.2刮板输送机的初选当工作面采用采煤机时,因为煤是连续而均匀地装到输送机上的.所以生产率可按采煤机的生产率计算式中：—采煤机一次采高，；—滚筒截深，；—实际牵引速度，；—煤的实体密度，。带入相应的数据可以计算得到根据刮板输送机技术特征表（表1.2—1），初选SGZ—764/500型号的刮板输送机（表中超重型，序号28）。SGZ—764/500型号刮板输送机的技术特征如下：设计长度：200；输送能力：1000；链速：1.2；电动机功率：；刮板链规格：刮板链重量：63.29表1.2—1刮板输送机技术特征表序号型号设计长度（m）输送能力（t/h）链速（m/s）电机功率（kW）刮板链规格（φ×t）刮板链重量（kg/m）中部槽尺寸（mm）备注轻型1SGB-420/2280600.632214×50-C1200×420×150轧制2SGB-420/30100800.883014×50-C1200×420×150轧制3SGB-420/401001000.864018×64-C1200×420×180轧制4SGB-520/401001200.864018×64-C1200×520×180轧制5SGB-620/40T1001500.864018×64-C18.81500×620×180轧制6SGB-620/80T1601500.862×4018×64-C18.81500×620×180轧制中型7SGB-630/751502500.867518×64-C21.761500×630×190轧制8SGB-630/1501502500.862×7518×64-C21.761500×630×190轧制、铸焊9SGZ-630/1801804001.002×9022×86-C36.741500×630×222轧制、铸焊10SGB-630/1801804001.002×9022×86-C30.351500×630×222轧制、铸焊11SGB-630/2201804501.012×11022×86-C30.351500×630×222轧制、铸焊12SGZ-630/2201804501.002×11022×86-C36.741500×630×222轧制、铸焊重型14SGB-630/2642004501.182×13222×86-C30.351500×630×222轧制、铸焊15SGZ-630/2642004501.102×13222×86-C36.741500×630×222轧制、铸焊16SGZ-730/2642005000.952×13226×92-C52.931500×730×222轧制、铸焊17SGZ-730/1602004500.9416026×92-C52.931500×680×290轧制、铸焊19SGZ-730/3202006000.942×16026×92-C52.931500×680×290铸焊20SGZ-730/4002007001.102×20026×92-C52.931500×680×290铸焊21SGB730/4001806001.142×20026×92-C52.931500×680×290铸焊22SGZ764/200758001.1020026×92-C52.931500×724×290铸焊23SGZ-764/2642006000.952×13226×92-C53.241500×764×222铸焊24SGB-764/2642006001.122×13222×86-C34.341500×764×222铸焊25SGZ764/315908001.2431530×108-C63.291500×724×295铸焊26SGZ-764/3202007000.952×16026×92-C53.241500×764×222铸焊27SGZ764/4001508001.102×20026×92-C53.571500×724×290铸焊超重型28SGZ-764/50020010001.202×25030×108-C63.29内宽724铸焊29SGZ-764/63020011001.302×31530×108-C63.29内宽724铸焊30SGZ-800/50020012001.202×25034×126-C97.78内宽800铸焊31SGZ-800/63020012501.302×31534×126-C97.78内宽800铸焊32SGZ-800/75020013002×37534×126-C97.78内宽800铸焊33SGZ-800/80020015002×40034×126-C97.78内宽800铸焊34SGZ-830/50020012002×25030×108-C64.45内宽780铸焊35SGZ-830/63020013002×31530×108-C64.45内宽780铸焊36SGZ-880/75025016002×37534×126-D(或C链)97.78内宽800铸焊37SGZ880/80020015001.102×40034×126-C98.491500×800×344铸焊38SGZ-880/80025016501.102×40034×126-D(或C链)98.78内宽800铸焊39SGZ-900/63025017002×31534×126-C105.85内宽900铸焊40SGZ-900/80025018002×40034×126-C105.85内宽900铸焊41SGZ1000/85513025001.2985548×152-C1481500×988×337铸焊42SGZ1000/171023025001.352×85548×152-C1611750×1000×362铸焊43SGZ1000/256530025001.353×85548×152-C1611750×1000×362铸焊44SGZ1250/24002×120048×152-C192.28内宽1250铸焊1.3输送能力的计算由于原始数据中没有给出刮板输送机输送煤时的货载断面，故此采用采煤机的生产率进行代替，则刮板机的输送能力：又有：式中：—输送机单位长度上的货载质量，；—刮板链的运行速度，。带入相应数据计算可得：1.4运行阻力的计算刮板输送机的运行阻力包括：货载及刮板链在溜槽中运行时的滑动摩擦阻力；倾斜运输时，货载及刮板链的下滑分力；刮板链绕经链轮时的链条的弯曲阻力以及链轮的轴承阻力；传动装置的阻力；可弯曲刮板输送机弯曲段的附加阻力；惯性力。以上阻力在一下计算中的不同位置分别计入。1.4.1基本阻力基本阻力考虑以上提及的运行阻力的前两项，如图所示。此阻力按重段和空段分别计算。重段运行阻力空段运行阻力带入相应的数据可以计算得：式中：，—货载、刮板链在溜槽中的运行阻力系数。见下表1.4—1（本刮板输送机采用的是中双链）;—输送机的铺设长度，m;—输送机的铺设倾角；—重力加速度，；—单位长度刮板链质量，。表1.4—1运行阻力系数表输送机类型单链刮板输送机0.4~0.60.25~0.4双链刮板输送机0.6~0.80.3~0.41.4.2附加阻力包括刮板链绕经链轮时的弯曲阻力和轴承的转动阻力，由于相关的细节数据不足，弯曲阻力和转动阻力均按照重段阻力和空段阻力之和的10%考虑；因此有：弯曲阻力：转动阻力：1.4.3总运行阻力总运行阻力为基本阻力和附加阻力之和，则有：1.5电动机功率的校核综合机械化采煤工作面，设为输送机一个循环工作时间，在任意时刻时的电动机功率为。在周期性负荷变化的情况下，电动机功率按等效功率即等值功率来计算。式中—刮板输送机满负荷运行时的最大功率，按下面公式计算；—刮板输送机空载运行时的最小功率，按下面公式计算；—电动机备用系数，可取。式中—传动装置的总效率，可取；—刮板链运行速度，；—刮板输送机的牵引力，。带入数据计算可得：显然，因此电动机功率满足要求。1.6刮板链的强度验算1.6.1最小张力点张力的确定从理论上讲，刮板链的最小张力点张力最好为零，但是由于某些原因，最小张力为零很难保证。为了安全起见，一般设计时都大于零，其经验数据为：对于单链刮板输送机，取最小张力点张力对于双链刮板输送机，取最小张力点张力本次设计所选刮板机为双链，取最小张力点张力为。1.6.2最小张力点的确定以及逐点张力计算在连续动作式运输机械中，牵引机构在沿程各点所受张力不同。为了进行各点张力的计算，应该利用逐点张力计算法进行计算，即牵引机构某一点的张力，等于沿其运行方向后一点的张力与这两点之间的运行阻力之和。式中、—分别为牵引机构前后两点的张力；—前后两点间的运行阻力。应用逐点张力计算法，有牵引力双端驱动，两端的功率相等，所以有将，带入上式，并整理得带入数据计算得由上式结果可以判断是最小张力点，可取；由逐点张力计算法，依次可以计算得到：(张力图如右图所示)1.6.3刮板链强度验算以上求出了刮板链的各点张力，选其最大张力点进行刮板链强度验算。最大张力为最大静张力和动张力之和。动张力按最大静张力的20%考虑。刮板链强度验算，以安全系数来衡量。双链式中—安全系数。刮板输送机要求；—一条牵引链的破断力，；—最大静张力，；—双链负荷不均系数。双边链取0.85；双中链可以适当取大些。显然的值是最大的，即4点的张力最大；其中刮板链规格为，根据下表可以确定的值为1130，取值0.86表1.6—1各级圆环链的破断负荷14×5018×6422×8626×9230×10834×12638×13742×14648×152B级/kN1903204806708901100C级/kN2504106108501130145018202220D级/kN310510760106014101700将相关数据带入安全系数计算公式，计算得到：由以上计算可知刮板链强度合格。综合上述所有计算过程，型号刮板输送机满足题设要求。第二章、带式输送机的选型设计带式输送机，又称胶带输送机，现场俗称“皮带”。它是冶金、电力和化工等厂矿企业常见的连续动作式运输设备之一，尤其是在煤炭工业中，使用更为广泛。带式输送机可以输送煤、矸石及其他粉末状物料，也可以输送包装好的成件物品。但为了保护输送带，不宜输送有坚硬棱角的不规则状物料。在煤矿上，带输送机主要用于采区顺槽、采区上（下）山、主要运输平巷及斜井，也常用于地面生产系统和选煤厂中。带式输送机铺设倾角为。一般向上运输取较大值，向下运输取较小值。带式输送机输送能力大、调度组织简单、维护方便，因而营运费低。此外结构简单、运转平稳可靠、运行阻力小、耗电量低、容易实现自动化也是它的特点。2.1原始数据某带式输送机，运输生产率，输送带运行速度，铺设长度，铺设倾角，上托辊槽行倾角，物料动堆积角。注：1、围包角：单滚筒；双滚筒。2、托辊间距：上托辊、；下托辊、。3、滚筒摩擦系数：光面；胶面。4、物料散体密度：2.2输送带宽度的计算输送机的输送能力因为每米输送带上的货载质量所以（）式中—货载断面积，；—货载的散集密度，；（本题计算取）—输送带的运行速度，。使用槽行托辊时，货载的断面积如下图所示，它是由弓形面积和梯形面积组成通过计算，货载的断面积：令：所以：将上式带入（）式中，并考虑输送机铺设倾角对断面大小的影响，则输送能力：式中—货载的动堆积角；—货载断面积系数；—输送机的倾角系数；见下表2.2—1（本题查表得）—输送带宽度，。表2.2—1输送机倾角系数表：/度将原始数据以及查表数据带入上述公式，计算可得：根据下表2.2—2相应数据，初选钢绳芯带型号的输送带，带宽；强度。表2.2—2输送带强度种类型号强度N/mm.层输送带宽度，mm每层质量kg/m250065080010001200140016001800200022002400帆布带CC-5656√√√√√√1.36尼龙带NN-100100√√√√√√1.02NN-150150√√√√√√√1.12NN-200200√√√√√√√1.22NN-250250√√√√√√√√√1.32NN-300300√√√√√√√√√1.42聚酯带EP-100100√√√√√√√√√1.22EP-200200√√√√√√√√√1.58EP-300300√√√√√√√√√1.7钢绳芯ST-650650√√√√√ST-800800√√√√√√ST-10001000√√√√√√√√√ST-12501250√√√√√√√√√ST-16001600√√√√√√√√√ST-20002000√√√√√√√√√ST-25002500√√√√√√√√√ST-30003000√√√√√√√√√ST-35003500√√√√√√√√ST-40004000√√√√√√√√ST-45004500√√√√√√ST-50005000√√√√√√ST-55005500√√√√√√ST-60006000√√√√√√注：钢绳芯输送带抗拉强度单位：N/mm。2.3运行阻力的计算带式输送机的运行阻力包括基本阻力和附加阻力两部分。基本阻力是由多项阻力组成的，它包括：托辊的旋转阻力，输送带压陷给托辊的滚动阻力，输送带运行时因垂度反向弯曲的阻力，物料间的相互撞击阻力，倾斜运输时输送带和货载的下滑分力等。。以上阻力除了最后一项外，其他阻力均可隐含在运行阻力系数中。附加阻力包括“输送带在滚筒处的弯曲阻力以及滚筒转动阻力，凸弧段附加阻力，物料在装载处的加速阻力，导料槽的摩擦阻力，清扫装置的清扫阻力等。2.3.1基本阻力带式输送机的基本运行阻力包括重段阻力和空段阻力两部分，如下图所示。它们分别由下式计算式中—每米输送带的货载质量，—每米输送带的质量，；查表得；—输送机的铺设长度，；本题中—重力加速度，；取—输送机的铺设倾角；—输送带在重段、空段的运行阻力系数，见下表；查表可得—重段、空段折算到单位长度上的托辊转动部分的质量，，用下式计算式中—重段、空段每个托辊转动部分质量，，见下表；查表得：—重段、空段的托辊间距，；取。则计算可得：带入原始数据以及查下表2.2—1；2.2—2；2.2—3计算所得数据，计算重段、空段阻力：表2.2—1输送带运行阻力系数工作条件托辊形式槽形托辊平行托辊清洁干燥0.020.018少量尘埃，正常湿度0.030.025大量尘埃，湿度大0.040.035表2.2—2钢绳芯带式输送机托滚转动部分质量kg带宽/mm800100012001400160018002000槽形托滚14222547507277平形托滚12172039426165注：以上参数均按铸铁座计算。表2.2—3钢绳芯输送带质量抗拉强度，N/mm65080010001250160020002500300035004000钢绳直径，mm4.56.758.19.1810.3覆盖胶厚，mm6+67+78+8输送带质量，kg/m223.524.324.625.332.333.44041.545.247.5带宽Bmm800输送带每米质量kg/m18.819.419.720.225.826.73233.336.238100024.324.625.332.333.44041.545.247.5120029.530.438.840.14849.854.257140035.745.246.85658.163.366.5160051.753.46466.472.376180058.260.17274.481.385.5200066.8808390.4952.3.2附加阻力为了简化计算，附加阻力按重段阻力和空段阻力之和的10%考虑。这样各种附加阻力总和为：2.3.3总的运行阻力2.4输送带张力的确定2.4.1用摩擦条件确定输送带张力单滚筒驱动时，由欧拉公式可以得出驱动滚筒所能产生的极限牵引力：为了保证带式输送机安全可靠运行，在设计中，对驱动滚筒所能传递的摩擦牵引力应考虑一定的备用能力，因此，驱动滚筒实际传递的摩擦牵引力：式中—摩擦力备用系数，可取（本题设计中取）；—滚筒摩擦系数，光面，胶面（本题设计中取）；—驱动滚筒围包角（本题中设计为单滚筒，）。由上式变形可得另外联立上面两个公式，带入数据计算可得机头在下布置方式如图所示，此时有；则机头在上布置方式如图所示，此时有；则对比两种布置方式的张力图可知：机头在上的布置方式更加合理，故选择机头在上的布置方式。（张力图如下图所示）2.4.2用悬垂度条件校核输送带张力为了使带式输送机运行平稳而且运行阻力降低，输送带在两托辊之间的悬垂度不宜过大。一般把悬垂度限制在两托辊间距的25‰以内。输送带的垂度与其张力有关：张力越大，悬垂度就越小；张力越小，悬垂度就越大。输送带的张力与悬垂度的受力关系如图所示。根据受力可以导出一下方程式中—重段最小张力，；—输送带的最大垂度，。其他符号意义同前。将带入上式，整理得同理空段最小张力带入相应的数据，计算可得由上面计算结果可知，悬垂度条件是符合要求的。2.5输送带强度的校核输送带的强度是否满足要求，以它承受的最大静张力和安全系数来衡量。对于钢绳芯输送带式中—输送带宽度，；—钢绳芯输送带的抗拉强度，；—输送带中的最大静张力，。对于钢绳芯输送带，最小安全系数要求大于7，重载时可取。带入相应数据，计算可得由计算结果可知：输送带的强度满足要求。2.6电动机功率的计算由以上的计算结果可得，此时电动机正常运行。输送机的主轴功率式中—输送带运行速度，；—传动装置的效率，一般取（本次设计中取）带入数据计算可得计入功率备用系数1.2，按选配电动机第三章、电机车的选型设计电机车运输是矿井运输中极为重要的部分，广泛用于矿山地面及井下运输，是矿井水平巷道长距离运输的主要方式。机车在轨道上运行，它的牵引力不仅受牵引电机功率的限制，还受车轮与轨面间的摩擦制约。运输轨道的坡度一般为3‰，局部坡度不能超过30‰。电机车与其他运输方式相比较，有以下三个优点：产量和运距发生变化时，只需增减电机车台数就可以满足要求；适用于弯道和支线较多的巷道；可以做多种运输工作。3.1原始数据某煤矿主要运输大巷拟采用架线式电机车和矿车运输，大巷平均坡度。东翼采区装车站距井底车场的距离，每班出煤；西翼采区装车站距井底车场的距离，每班出煤；矸石产量为煤产量的10%。起动时粘着系数（撒砂起动），列车往返一个周期的休止时间。3.2电机车及矿车的选择根据原始数据中给出的矿用电机车的粘着质量，查矿用架线电机车技术特征表（表3.2—1），初选电机车的型号为根据原始数据中给出矿车技术参数，查矿车的技术参数表（表3.2—2），并配合电机车的轨距要求，初选矿车的型号为表3.2—1矿用架线式电机车技术特征项目单位6-7/25096-7/25096-7/55096-7/5509粘着质量轨距受电器工作高度固定轴距主动轮直径传动比制动方式tmmmmmmmm3600;762;9001800~22008166506.34机械7；10600;762;9001800~220011006806.92机械，电气7；10600；762；9001800~220011006806.92机械，电气14762；9001900~220016007606.08机械，电气，空气14600；762；9002000~3200170076014.4机械，电气，空气14762；9002000~320019008006.08机械，电气，空气20762；9002400~3400250084014.4机械，电气，空气牵引力小时制长时制N470015101303033301510043202568063702666096002352099004116013030速度小时制长时制km/h9.11211171116.212.41912.917.71419.213.219.7牵引电动机型号台数电压台VZQ－121250ZQ－212250ZQ－242550ZQ－46A2250ZQ－522550ZQ－46B2550ZQ－822550功率小时制长时制kW12.220.67.4249.646195225.54621.58238电流小时制长时制A5825953450.519.6212841055096.53916275空气压缩机电机功率kW———1.953.75工作气压范围Mpa———0.45~0.60.55~0.60.55~0.60.55~0.6外形尺寸（长×宽×高）mm950﹡；2700；150012501060﹡4500；155013601060﹡4500；155013605000；1360；16004900；1355；15504700；1800；30007400；1660；1900注：﹡代表600mm轨距电机车宽度表3.2—2矿车的技术参数型号容积m3名义载荷最大载荷轨距轴距轮径牵引力长×宽×高质量MG1.1-61.11.01.8600550300602000×800×11500.607MG1.7-61.71.52.7600750300602400×1050×12000.718MG1.7-91.71.52.7900750350602400×1150×11500.974MG3.3-93.33.05.39001100350603450×1320×13001.315MD3.3-63.33.05.36001100350603450×1200×14001.700MD5.5-95.55.08.09001350400604200×1520×15503.000注：MG—煤矿用固定式矿车；MD—煤矿用底卸式矿车。3.3列车组成的计算列车的组成计算就是确定一列车由多少辆矿车组成。她应满足三个条件：粘着力条件、牵引电机温升条件和制动力条件。3.3.1按粘着力条件计算机车的最大牵引力为：机车在运输中，拉重车组在上坡起动时所需要的牵引力为最大，牵引力为：为使机车在最困难的条件下不打滑，令上式右边相等，可得出在满足粘着力条件下机车最多牵引的矿车数，计算公式：式中—分别为机车及重车组质量，；—分别为矿车载量及矿车质量，；—列车中的矿车数，计算值要圆整为较小的整数；—起动时的粘着系数，撒砂起动时；—重列车起动时的阻力系数；查表列车运行阻力系数表（表3.3—1），本设计中取值—轨道的平均坡度，没有特别指明时；—列车起动时的加速度，一般取。带入数据计算得表3.3—1列车运行阻力系数表矿车质量列车运行列车起动10.0090.0110.01350.016530.0070.0090.01050.013550.0060.0073.3.2按牵引电动机温升条件计算牵引电机的温升条件是在运转过程中，其温升不得超过允许值。机车运输是往返循环连续运行，而牵引电动机是短时重复工作制运转，在一个循环中，两向运行所需的牵引力不同，根据电工学，其等效电流式中，——分别为重车、空车时电机电流值，A；，——分别为重、空列车的运行时间，min；——列车往返一次的运行时间，min；——列车往返一个循环中的休止时间，min；由题目知，。——调车系数，运距小于1000m取1.4；运距为1000~2000m取1.25；运距大于2000m取1.15。（本次设计中，运距为1700和1300，所以调车系数取，）电机车牵引电机的温升条件：等效电流不大于牵引电机的长时制电流，即但是这样计算繁琐，可以简化计算。根据直流串励电动机牵引力与电流成正比的原则，上式可以转换为电机车等效牵引力(进一步简化为，在等阻力坡度下进行计算。即列车匀速运行，且重车下坡，空车上坡牵引力相等。则(令，且等阻力坡度一般取为2‰，因此，等阻力牵引力又可表达为(联立(((式得对于：可由任务书附表中，电机车电机特性曲线有关参数计算公式计算。对于ZQ-52型电机（适用于ZK14—7、9/550型电机车）：I=6+7Fv=26.193-0.186I+0.0006I2km/h(F→kN)由电机车技术特征表可知，所以，。对于：联立以上三式，得，对于：由表3-1可知。对于：等阻力坡度取。所以，最终，按温升条件计算。3.3.3按制动力条件计算《煤矿安全规程》规定：列车制动距离，运送物料时不得超过40m，运送人员不得超过20m。本次选型设计只运送物料。为使列车在规定的制动距离内制动停车，列车应有的减速度为列车最不利的制动条件为重车下坡制动，这时所需的制动力为制动时，在撒砂条件下，列车的粘着系数。故，机车能输出的最大制动力为结合以上两式，在满足制动条件的列车最多矿车数为故，在满足制动距离条件下，。3.3.4列车中矿车数量的确定综合以上三个条件，