学士学位论文--矿井提升与运输设备选型设计.doc

- 42 -平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目：矿井提升及运输设备选型设计平顶山工业职业技术学院 平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 顾子钰 专业 机电一体化 任 务 下 达 日 期 年 月 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： 矿井提升及运输设备选型设计 A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系（部）主 任 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录 系 专业，学生 顾子钰 于 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 矿井提升及运输设备选型设计 专题（论文）题目： 矿井提升及运输设备选型设计 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 顾子钰 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 专业 年级 毕业设计（论文）题目： 矿井提升及运输设备选型设计 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 摘 要本设计主要对平煤八矿矿井生产所用的提升及运输设备的选型进行的一次合理选择。根据平煤八矿地理位置和交通环境等因素，采用合理方案。矿井提升需要用一些专用的提升设备，主要有提升容器，提升钢丝绳，提升机，井架，装卸载设备以及一些辅助设备。矿井提升设备是矿山较复杂而庞大的机电设备，它不仅承担物料的提升与下放任务，同时还上下人员。矿井运输是煤炭生产过程的一部分，煤炭的井工生产中，运输线路长，巷道条件多种多样，运输若不畅通，采掘工作就无法继续进行，井工生产的煤矿运输作业，包括从工作面到矿井地面的煤炭运输和辅助运输，辅助运输包括矸石、材料、设备和人员运输。本书分四篇就以上几种设备的选型计算方法进行系统论述。关键词：提升机、运输机目录第1章 平煤八矿介绍- 3 -第2章 刮板输送机的选型计算- 4 -2.1 运输能力的确定- 4 -2.1.1 生产率的确定- 4 -2.2.1 运输能力的计算- 5 -2.2 电动机功率的校验- 5 -2.2.1运行阻力计算- 5 -2.2.2 电动机功率的校验- 7 -2.3刮板链强度校验- 7 -2.3.1最大张力的计算- 7 -2.3.2刮板链的安全系数- 8 -第3章 顺槽皮带机的选型计算- 8 -3.1 输送带的宽度- 9 -3.2 牵引力及运行功率- 10 -3.2.1驱动滚筒上所需的牵引力- 10 -3.2.2带式输送机所需的运行功率- 11 -3.3 输送机的运行阻力- 12 -3.4 输送带张力计算- 14 -3.4.1按摩擦条件计算张力- 14 -3.4.2满足输送带垂度所需张力- 15 -3.5 输送带强度校验- 16 -3.6 电动机功率校验- 17 -第4章 大巷电机车的选型计算- 18 -4.1 电机车及矿车的初选- 18 -4.2 列车组成的计算- 19 -4.2.1按粘着力计算- 19 -4.2.2按牵引电动机温升计算- 20 -4.2.3按制动条件计算- 22 -4.2.4列车组成的确定- 23 -4.3 电动机台数的计算- 23 -4.3.1一台机车在一个工作班内能往返运行的次数- 23 -4.3.2每班运煤所需列车数- 23 -4.3.3每班运送总次数- 24 -4.3.4工作机车台数- 24 -4.3.5备用与检修台数- 24 -4.3.6所需机车总数- 24 -第5章 主井提升设备选型计算- 24 -5.1 箕斗的选择- 24 -5.1.1确定合理的经济速度- 25 -5.1.2估算一次提升循环时间- 25 -5.1.3确定一次合理提升量- 26 -5.1.4选择标准箕斗- 26 -5.2 选择提升钢丝绳- 26 -5.2.1单绳端荷重- 27 -5.2.2钢丝绳悬垂长度- 27 -5.2.3钢丝绳单位长度质量- 27 -5.2.4 钢丝绳安全系数校核- 28 -5.2.5钢丝绳的使用与维护- 28 -5.2.6钢丝绳的检查和试验- 28 -5.3 选择提升机和天轮- 29 -5.3.1提升机卷筒直径D- 29 -5.3.2实际需要卷筒的容绳宽度- 30 -5.3.3计算实际缠绕层数- 30 -5.3.4钢丝绳实际最大静张力的校验- 30 -5.3.5钢丝绳实际最大静张力差的校验- 30 -5.3.6天轮的选择- 31 -5.4 提升机与井筒相对位置的计算- 31 -5.4.1确定井架高度- 31 -5.4.2计算卷筒中心至井筒中钢丝绳间的水平距离- 31 -5.4.3计算钢丝绳弦长- 31 -5.4.4钢丝绳最大外偏角- 32 -5.4.5钢丝绳最大内偏角- 32 -5.4.6钢丝绳下出绳角- 32 -5.5 预选提升电动机- 32 -5.5.1确定电机额定转数- 32 -5.5.2预选电动机功率- 33 -5.5.3电动机额定拖动力- 33 -5.6 提升系统总变位质量- 33 -5.6.1电动机转子变位质量- 34 -5.6.2提升机变位质量- 34 -5.6.3天轮变位质量- 34 -5.6.4钢丝绳变位质量- 34 -5.6.5容器变位质量- 34 -5.6.6载荷变位质量- 34 -5.7 运动学参数计算- 35 -5.7.1主加速度的确定- 35 -5.7.2减速度的确定- 35 -5.7.3运动学参数计算- 35 -5.7.4提升能力校验- 36 -5.8 动力学参数计算- 37 -5.9 电动机容量校验- 38 -5.9.1等效时间的计算- 38 -5.9.2等效力的计算- 38 -5.9.3电动机等效功率的计算- 39 -5.9.4工作过负荷校验- 39 -5.9.5特殊过负荷校验- 39 -结束语- 40 -参考文献- 41 -致谢- 42 -第1章 平煤八矿介绍平顶山天安煤业股份有限公司八矿（简称：平煤股份八矿）位于河南省平顶山市区东部，北依焦赞山，南临平安大道，东与许昌市襄城县毗连，距许平南高速公路7公里，西距市中心11公里，311国道、孟（庙）宝（丰）铁路穿境而过。矿区铁路专用线从储煤仓直达田庄集配站和武汉铁路局平顶山东站，与孟宝铁路相连。位置优越，交通便利，环境略差。八矿始建于1966年10月12日，是我国自行设计和施工的第一座特大型矿井，设计年生产能力300万吨，1981年2月13日一期工程投产，1984年12月30日二期工程投产。矿井附设坑口选煤厂于1977年7月动工兴建，1985年12月28日移交投产，年入洗量180万吨。八矿煤质优良，储量丰富。煤田面积43.8平方公里，东西长12.5公里，南北宽3.65公里。八矿含煤地层主要为二叠系石盒子组、山西组、石炭系太原群，主要可采煤层有丁、戊、己3组4层（丁5.6、戊9.10、己15、己16.17），煤层厚度11.6米，煤层倾角一般在5至32度之间。主要煤种为肥煤、1/3焦煤、焦煤，低硫、低磷，灰分15%-36%，发热量为20.129.1兆焦/千克，是冶金、电力、化学工业的重要原料和优良动力用煤，畅销湖南、湖北、广东、广西、河南、华东等地。近年来，八矿深化改革，加快发展，坚持以成本控制为中心，抓住煤质、材料、电费、租赁费、工资、专项资金等成本管理要素，健全完善指标分解体系、目标成本控制体系、考核落实体系、监督保障体系，全员全过程控制成本，企业经营管理不断加强，经济效益不断提高。建矿以来，八矿曾被授予“全国煤炭工业行业一级安全高效矿井”、“中国煤炭工业科技进步优秀矿井”、“中国煤炭工业科技创新示范矿”、“全国部门绿化400佳单位”、“河南省五优矿井”、“河南省一级安全质量标准化矿井”、“河南省煤炭系统安全生产先进单位”、“河南省煤炭系统文明煤矿”、“河南省文明单位”等称号。目前，八矿全体干部职工在党的十七大精神指引下，以“讲党性修养、树良好作风、促科学发展” 活动为契机，深入贯彻落实科学发展观，全面践行新型资源观，坚定走平煤特色发展之路，以安全生产为重点，以成本控制为中心，以企业文化建设为载体，以构建和谐矿区为主题，以改善民生为出发点和落脚点，加快二水平及八矿二井建设，加快循环经济建设，奋力向建设500万吨现代化矿井、构建平安、发展、创新、文化、和谐八矿的目标挺进。第2章 刮板输送机的选型计算刮板输送机，属于煤矿运输机械。用以解决煤矿15-25大倾角上山运输时，减速器倾角大、润滑不良、漏油、离心摩擦式联轴器进油打滑引发火灾，电动机烧损，过渡槽中卡链、断链、物料易滚落等问题。该矿用刮板输送机由防爆电动机通过离心摩擦式联轴器、减速器、圆环链轮和机尾滚筒带动圆环链条上的刮板组成，其先进之处是：通过一种新型机头架改变电动机、联轴器、减速器在机头部的装配角度，使其在大倾角上运时呈近水平。在过渡槽中板下面安装防卡链板，设计加大中部槽的装载深度。采用该机有效解决以上问题，降低事故率和材料消耗，并能减少巷道掘进长度和运输设备数量。 2.1 运输能力的确定2.1.1 生产率的确定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： 一次采高，= 3.5m; b 采煤机一次截深，b = 0.6m; r 原封煤容重,r = 1.35; g 采煤机的最大牵引速度, g = 3.5 m/min;则: 考虑到刮板输送机的运输能力应大于采煤机的生产率,所以选择SGZ764/320W重型刮板输送机.其主要技术规格如下：运输能力Q=900t/h；刮板链速度V=0.95m/s；刮板链单位长质量q=36.26kg/m；刮板链破断拉力F=850kN；电动机功率N=2160kw；中部槽尺寸长宽高（）1500764222；由于实际工作面长度和煤层倾角、煤层厚度等条件各不相同，需要对刮板输送机的运输生产能力、电机功率、刮板链强度进行验算。2.2.1 运输能力的计算式中: F 货载最大横断面积；中部槽装煤的动堆积角按30,从几何关系可求得F=0.7640.222+（0.764-20.222）=0.184装满系数，按水平计算取1；表1-1 装满系数输送情况水平及向下运输向 上 运 输装满系数0.91510150.80.60.5r散集容重，r=0.95；v刮板链速，v=0.95；则： =36000.18410.950.95=599.08573.86有计算结果可知所选刮板输送机的输送能力满足要求。2.2 电动机功率的校验2.2.1运行阻力计算刮板输送机运行阻力按直线段和曲线段分别计算。沿倾斜运行的刮板输送机的重段直线段阻力除克服煤和刮板链的运行阻力外，还需要克服煤和刮板链的重力。重段阻力：=空段阻力：式中： 中部槽单位长度的装煤量 ； 刮板链单位长度的质量， =36.26； 刮板输送机的长度，=150； 煤在槽内运行的阻力系数，采用中双链取0.7； 刮板链在槽内运行的阻力系数取0.35； 重力加速度取9.8 m/s；则： =（174.80.7+36.260.35）1509.8=198524.97N =36.261509.80.35=18655.77N刮板链在链轮处的弯曲阻力分别使其重段阻力和空段阻力增加10%，则刮板输送机的总运行阻力即电动机的牵引力为：=1.11.1（）=1.21（）=262788.7N表1-2 及选取表 阻力系数链子类型煤在溜槽中的移动阻力系数刮板链在溜槽中的移动阻力系数单 链0.40.60.30.4双 链0.60.80.30.42.2.2 电动机功率的校验 电动机轴上的功率： 式中：总牵引力； V 刮板链运行速度，V=0.95m/s；则：=249.6KW2160KW所以所选刮板输送机的电动机满足要求。2.3刮板链强度校验2.3.1最大张力的计算如图：可知点2处为最大张力点，点3为最小张力取为0N。用逐点计算法求刮板链各点的张力：其中刮板链饶过链轮时的阻力，取所以=1.0618655.77=19775.12N； =19775.12+198524.97=218300.09N； 则点2处为最大张力点2.3.2刮板链的安全系数 双链 式中： 一条刮板链的破断拉力，=850kN； 刮板链的最大静张力（N）； 双链负荷不均匀系数，中双链取0.88；则： 3.5所以刮板链强度满足要求。第3章 顺槽皮带机的选型计算带式输送机是以胶带兼作牵引机构和承载机构的一种运输设备，它在矿井地面和井下运输中得到极其广泛的应用。带式输送机具有体积小、耗电少、维修方便、效率高的特点。在运输过程中对物料的破碎性小，抛撒煤炭少，因此在煤矿的井上、井下运输中广泛使用井下矿用带式输送机，该机包括机架、主动滚筒、传动滚筒、卸料滚筒、张紧滚筒、防跑偏辊、皮带托辊，接料斗，机尾滚筒，皮带组成，其特征是在机架的上部，沿着机架的两侧装有防跑偏辊，防跑偏辊是可以旋转的，其作用在于防止运动的皮带发生偏移；皮带托辊安装在机架上，三个可转动的皮带托辊组成一个“”字型结构，其作用不仅可以对皮带起支撑作用，还可使煤炭向皮带中间聚集，可增加传送的煤炭量，提高工作效率，同时还有助于防止对运动皮带的偏移现象。3.1 输送带的宽度原煤的安息角为25，原煤的堆积密度0.95，皮带机的工作倾角=8。查表可知倾斜系数=0.97。因为煤是连续地从刮板输送机上转载到皮带机上的，所以皮带机的生产率可按刮板输送机的生产率计算即Q=595.35。考虑其向上的工作条件所以选用带速V=1.6，为了保证给定的运输能力，带上必需具有的堆积横断面积为 查表可知输送机的承载托辊槽角为35，物料的安息角为25时，带宽为1000的输送机上允许的物料堆积的横断面积为0.13365。此值大于计算所需的堆积横断面积，据此选用带宽为1000的输送带能满足需要。注：图1中B为皮带的宽度L3为托辊长度，为动安息角，皮带槽角。如上计算：确定选用带宽B=1000，680S型煤矿用阻燃输送带，输送带按=11.6计算。表2-1各种带宽允许的块度表B（mm）50065080010001200140016001800(mm)100130180250300350420480(mm)150200300400500600700800货载最大块度的横向尺寸；mm货载平均块度的横向尺寸；mm3.2 牵引力及运行功率3.2.1驱动滚筒上所需的牵引力参照类似的带式输送机 取=22，= 7。略去特种阻力和，计算运煤驱动滚筒上所需的牵引力：式中：C 附加阻力系数取1.12； 单位长度输送带上运物料量， ； 输送带单位长度质量，=11.6； 重段单位长度上分布的托辊旋转部件的质量，取=22； 空段单位长度上分布的托辊旋转部件的质量，取= 7；L 输送机的辅设长度850；重力加速度，取=10； 输送带在托辊上运行的阻力系数，取=0.022；表2-2物料断面系数动堆积角1020253035K平形67135172209247槽形316385422458496 输送机工作倾角为8；则： =3.2.2带式输送机所需的运行功率计入驱动设备的传动效率，所需电动机的功率为：式中：P 驱动滚筒上所需的牵引力，155.744KN； V 输送带速度，V=1.6； 驱动设备的传动效率取0.9；则：所以可以选用570KW的型电动机。表2-3倾角系数工作倾角01 10151520 C 1 0.95 0.93.3 输送机的运行阻力按所给条件，本设计有重段和空段两个直线倾斜区段。表2-4 输送带沿托辊运行阻力系数托辊型式工作条件槽形（）平形（） 清洁干燥 0.02 0.018少量尘埃正常湿度 0.03 0.025大量尘埃湿度大 0.04 0.035重段阻力：空段阻力：式中： 单位长度输送带上运物料量， ； 输送带单位长度质量，=11.6； 重段单位长度上分布的托辊旋转部件的质量，取=22； 空段单位长度上分布的托辊旋转部件的质量，取= 7；L 输送机的辅设长度850； 重力加速度，取=10；输送带沿重段运行的阻力系数取0.05；表2-5 托辊转动部分重量表托辊型式带 宽 B （毫米）5006508001000 （公斤）槽形铸铁座11121422冲压座891117平形铸铁座8101217冲压座791115输送带沿空段运行的阻力系数取0.04； 输送机工作倾角为8；则： 表2-6 带宽与帆布层数配合表带宽500650800100012001400帆布层数3-44-54-65-85-106-123.4 输送带张力计算输送带张力按逐点计算法计算，由于带式输送机是靠摩擦力传递牵引力的，输送带张力应满足传递所需牵引力的要求；为使输送带在两滚筒间垂度不过大，对输送带的张力也有一定要求，所以在进行输送带张力计算过程中输送带张力要按以上两个条件计算：摩擦传动条件:即输送带的张力必须保证工作时输送带在传动滚筒上不打滑;2）垂度条件:即输送带的张力必须保证输送带在两托辊间的下垂度不超过规定值.3.4.1按摩擦条件计算张力按逐点计算法计算,如下图: 按摩擦传动条件可列出与关系: 式中: n 摩擦力备用系数取1.17; 输送带和滚筒间摩擦系数取0.25; 输送带在滚筒上的围包角,查表可取;则: 联立上面式得 所以 3.4.2满足输送带垂度所需张力式中：单位长度输送带上运物料量， ； 输送带单位长度质量，=11.6； 重段托辊间距，取=1.2m； 重力加速度，取=10； 输送机工作倾角为8；则：=155897N所以输送带垂度张力满足要求。表2-7输送带与滚筒间的摩擦系数 输送带滚筒橡胶输送带塑料输送带无衬光面滚筒干 燥0.250.17潮 湿0.200.15有 泥 水0.10胶 面 滚 筒干 燥0.400.3潮 湿0.350.25有 泥 水人 字 沟 槽胶 面 滚 筒干 燥0.40.5潮 湿0.300.35有 泥 水0.253.5 输送带强度校验煤矿用阻燃带的安全系数 式中： 阻燃输送带的拉断强度680/mm； 阻燃带宽度1000 mm； 输送带的最大静张力，即；则： 所以输送带强度满足要求。3.6 电动机功率校验输送机牵引力 式中： 主动滚筒相遇点张力，=N； 主动滚筒分离点张力，=； 阻力系数，取=0.04；则： 功率： 式中： 输送机牵引力（N）； 输送带速度V=1.6； 传动装置效率取0.83；则： 因为电动机应留有15-20的备用系数。 570KW所以所选择的电动机额定功率满足其运输功率的要求。第4章 大巷电机车的选型计算电机车运输是矿井水平巷道长距离运输的主要方式，它是矿井运输中极为重要的部分。电机车具有良好的性能，它运行速度快，效率高，维护简单，运转可靠，成本低。适用于弯道和支线较多的运输巷道。可以做多种运输工作。电机车按供电方式的不同可分为架线式和蓄电池式两大类，架线式电机车主要用于非瓦斯矿及一、二级瓦斯矿有新鲜风流的大巷道中。超级瓦斯矿绝对不允许使用，所以只能用蓄电池式电机车。4.1 电机车及矿车的初选按照一般的选用经验，因为年产量120万吨，可初步选用架线式电机车，其技术特征为：机车粘着质量P=20，轨距L=900，机车长时牵引力=12.75KN，牵引电动机的额定电压V=550V；选用底卸式矿车，其技术特征为：最大装载量=5，自重质量=300。4.2 列车组成的计算一列车应由多少辆矿车组成，要按机车的牵引能力和制动能力计算。牵引能力受粘着力和牵引电机温升条件限制；制动能力是能够在规定的距离内停车。所以列车组成按以下三个条件确定。表3-1 粘着系数表工作状态 值散砂起动 0.24散砂制动 0.17不散砂制动井下巷道：0.09；地面：0.124.2.1按粘着力计算以机车沿上坡牵引重载列车在起动时车轮不打滑为计算依据。满足粘着力条件机车最多牵引的矿车数：式中： 机车质量，P=20； 矿车载重的质量，G=5； 矿车自重的质量，=0.3； 列车中的矿车数； 粘着系数，查表3-1按撒砂起动取0.24； 重列车起动的阻力系数，查表3-2取=0.0105； 轨道的平均坡度，一般为3； 列车起动的加速度，一般取0.04；则：表3-2 列车运行阻力系数矿车载量 t 列车运行 列车起动 10.0090.0110.01350.0165 30.0070.0090.01050.0135 50.0060.0074.2.2按牵引电动机温升计算电机车的牵引电机是按短时重复工作制运行的，电机的发热校验可按每循环的等效电流计算。即等效电流值不超过它的长时电流。由于牵引电机正常工作在牵引力特性曲线的直线部分，牵引力与电流成正比，在计算中可以用等值牵引力代替等效电流，使等值牵引力不超过长时牵引力。按满足牵引电动机温升条件，机车最多牵引的矿车数为：式中： 列车中的矿车数； 矿车载重的质量，G=5； 矿车自重的质量，=0.3； 机车长时牵引力，=12.75KN； 调车系数，因运距大于2可知取1.15；（运距小于1000m取1.4；运距为10002000m取1.25；运距大于2000 m取1.15.） 其中： 列车往返一个循环的运行时间， （） 重列车运输时间， （） 空列车运行时间， （） 加权平均运距， 重列车运行速度，取=17.7； 空列车运行速度，同样取=17.7；0.75 考虑列车运行中降速运行区段所乘的系数； 机车在往返一个循环的休止时间，取20； 重列车运行阻力系数，按表选取0.006； 等阻坡度取2； 重力加速度取10； 机车质量，P=20；则： 4.2.3按制动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，运送人员时不得超过20m。 计算时按最不利的条件，即按重列车沿下坡运行且列车开始制动时的速度等于长时速度，为使列车能在规定的距离内停车，列车应有的减速度： 式中： 制动开始时的运行速度，； 实际制动距离，按运送物料40m计算；则： 满足制动条件列车中最多矿车数为： 式中： 机车质量，P=20； 矿车载重的质量，G=5； 矿车自重的质量，=0.3； 粘着系数，按撒砂制动取0.17； 列车能在规定的距离内停车应有的减速度； 重列车运行阻力系数，按表选取0.006； 轨道平均坡度，一般为3；则： 4.2.4列车组成的确定列车组成应按同时满足上述三个条件来确定，即按其中最少的矿车数来确定。所以该列车应该由18辆矿车组成。4.3 电动机台数的计算4.3.1一台机车在一个工作班内能往返运行的次数 （次/班） 式中： 一个班内的运输工作时间，运送人员取=7.5小时； 列车往返一个循环的运行时间，可知 机车在往返一个循环的休止时间，取20；则： （次/班）4.3.2每班运煤所需列车数式中： 每班运煤量， 运输不均衡系数，取=1.25； 矸石系数，；车组中的矿车数； 矿车载重的质量，G=5；则： （次/班）4.3.3每班运送总次数运人时，每一运输大巷按一次计算。该矿井为两翼开采，所以 （次/班）4.3.4工作机车台数 台4.3.5备用与检修台数通过查阅资料1N3,所以 取.4.3.6所需机车总数 台第5章 主井提升设备选型计算5.1 箕斗的选择已知下列基本参数：矿井年产量： 矿井深度： 矿井年工作日：天矿井日工作小时数：装载高度：卸载高度：散集容积质量：5.1.1确定合理的经济速度=0.4式中: H提升高度(m); 装载高度(m),=18m; 矿井深度(m), =350 m; 卸载高度(m), =20m;则: =0.4=0.4=7.87s5.1.2估算一次提升循环时间 式中: 提升加速度,估取=0.8;箕斗在卸载曲轨内爬行时间,取=10s; 箕斗装载时间(休止时