煤矿主井提升设备选型设计1.docx
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煤矿主井提升设备选型设计1.docx
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煤矿主井提升设备选型设计1
提升方式一般可根据矿井年产量来确定:
年产量小于30万吨的小型矿井,多采用
一套罐笼提升设备完成全部的提升任务;年产量大于30万吨的大中型矿井,由于有提
升煤炭及辅助提升的任务较大,一般均设主、副井两套提升设备。
主井采用箕斗提升煤炭,副井采用罐笼完成辅助提升任务。
对于年产量大于180万吨的大型矿井,一般主井
需要两套箕斗提升设备,副井除配备一套罐笼提升设备外,有时尚需设置一套带平衡锤的单容积提升设备作辅助提升。
1.设计依据
(1)矿井年产量An,150万t/a;
(2)工作制度:
即年工作日br,日工作小时数t,《煤炭工业设计规范》规定:
br=330天,t=16h;
(3)井筒深度Hs=240m;
(4)卸载水平与井口的高差Hx=23m;
(5)装载水平与井下运输水平的高差Hz=22m;
(6)煤的松散密度,0.92t/m3;
(7)提升方式:
箕斗,单绳摩擦式提升;
(8)矿井电压等级,6kv。
2.设计的主要内容
(1)计算并选择提升容器;
(2)计算并选择提升钢丝绳;
(3)计算滚筒直径并选择提升机;
(4)计算天轮直径并选择天轮;
(5)提升机与井筒相对位置的计算;
(6)运动学及动力学计算;
(7)电动机功率的验算;
(8)计算吨煤电耗及效率。
二、提升容器容器的选型计算
1、选择原则
提升容器的规格是提升设备选型计算的主要级数参数,它直接影响提升设备的初期投资和运转费用。
在矿井提升任务和提升高度确定后,选择提升容器的规格有两种情况:
一是选择大规格的容器。
由于提升同期较大,所需要的提升钢丝绳直径和提升机滚筒直径也较大,运转费用较少;二是选择小规格的容器。
因初期投资较少,所以运转费用较多。
那么,如何选择提升容器的规格才合理呢?
这就是:
一次合理提升量应该使得初期投资費和运转费的加权平均数总和最少。
根据确定的一次合理提升量,选择标准的提升容器。
2、选择计算
(1)、确定合理的经济速度
立井提升的速度vj=0.4...H
式中vj经济提升速度,m/s;
h――提升高度,m
H=Hs+Hx+Hz
=240+23+22
=285
Hx――卸载高度,m,23m
H――装载高度,m,22m
HS井筒高度,m,240m对于井筒深度Hs,—般情况取中间值,即V=0.4H进行计算
V=0.4,285m
==6.753m/s。
(2)
、估计一次循环时间:
70.645s;
=70.645s
根据经济提升速度估算的一次提升循环时间,
a提升加速度,m/s2由于是箕斗提升,所以a^0.8m/s2;
u――容器爬升阶段附加时间,箕斗提升可取10s;
二――休止时间,根据P160页/6-1表选取二=10s;
Vj——合理经济提升速度,m/s2,Vj=6.753m/s2;
(3)、计算一次合理的经济提升量
合理经济提升量mj=代cafTj
j3600brt
式中mj――一次合理的经济提升量,t;
An——矿井年产量,t/a,An=1500000t/a;
c——提升不均衡富裕系数,c=1.1;
af提升能力富裕系数,af=1.2;
br――提升设备年工作日数,br=330d;
t――提升设备日工作小时数,t=16h;
Tj――估算的一次合理提升时间,Tj=71s;
1500000^1.^1.^71「
mj==7.
3600^330x16
选用型号为JL—6的箕斗,其技术参数如下:
名义载重/t
8
有效容积/m3
8.8
提升钢丝绳直径/mm
43
箕斗自重/kg
5500
最大终端负荷/N
145000
最大提升高度/m
500
箕斗总高/mm
9250
箕斗中心距/mm
2100
适应井筒直径/m
4.5~5.5
适应提升机型号
2-JK3.5
(4)、一次实际提升量
m=Vr
式中m所选标准箕斗的实际转载量,t;
33
V标准箕斗的有效容积,m,V=8.8m;
、33
r煤炭松散度,t/m,r=0.92t/m;
m=8.80.92=8.0t
/_3600330167.40_x==71s。
1500000"1"2
(6)
、计算提升机所需的提升速度
,_a[Tx—(u"]-,a2【Tx—(u"]-4aH
m
提升加速度,m/s2由于是箕斗提升,所以a^0.8m/s2;
次提升循环时间,s;
――容器爬升阶段附加时间,箕斗提升可取10s;
二——休止时间,根据P190/7-1表选取,=10s;
0.8[71-20]-O.gpi-OO10)]2-40.8285
=7.285m/s
vm0.6TH=0.^/285=10.13m/s
三、钢丝绳的选型计算
1、选择原则
钢丝绳在工作时受到许多应力的作用,如静应力、动应力、弯曲应力、扭转应力、接触应力、及挤压应力等,这些应力的反复作用将导致疲劳破断,这是钢丝绳损坏的主要原因;另外磨损及锈蚀将影响钢丝绳的性能并加速其破坏。
我国矿用钢丝绳是按《煤矿安全规程的规程》的规定来选择的,其原则是:
钢丝绳应按最大静载荷并考虑一定安全系数的方法进行计算。
提升钢丝绳是提升系统的重要组成部分,它直接关系到矿井的正常生产和人员的安
全,还是提升系统中经常更换的易耗品。
在矿井提升中,根据用涂,选用合适的钢丝绳,
扬长避短,充发挥它们的作用。
决定钢丝绳的类型,首先应按以下原则确定:
1)使用中不松股;
(2)符合使用场合及条件;
3)特别注意作业的安全。
同时还应考虑以下因素:
1)在静筒淋水大,水的酸碱度高,以及在出风井中,由于腐蚀严重,应选用镀锌钢丝绳;
(2)在磨损严重条件下使用的钢丝绳,如斜井提升等,应选用外层钢丝尽可能粗的钢丝绳;
(3)弯曲疲劳为主要损坏原因时,应选用接触式或三角股绳;
(4)实践证明,提升钢丝绳用同向捻绳较好,多绳摩擦提升用左右捻各半:
单绳缠绕式提升钢丝绳的选用原则是:
为防止缠绕是松捻,钢丝绳的捻向应与绳在卷筒上缠绕时的螺旋线方向一致,目前单绳缠绕多为右旋,所以多选右同向捻绳;
(5)罐道绳最好用半密封绳或三角股绳,表面光滑,耐磨损;
(6)用于温度高或有明火的地方。
如矸石山等,最好用金属绳芯钢丝绳。
提升钢丝绳是煤矿提升运输系统的一个重要组成部分,因此,《煤矿安全规程》(以
下简称《规程》)对矿井提升钢丝绳有专门规定。
近年来,尽管各矿按照《规程》的要求加强了提升钢丝绳的检查和保养,但是,每年仍然有断绳事故发生。
预防断绳的措施
为了防止断绳,龙固煤矿根据具体情况,分别采取了如下措施。
(1)合理选择钢丝绳。
(2)正确使用、维护钢丝绳。
(3)防卡箕斗松绳。
(4)防过卷。
(5)预防过大的惯性力和冲击力。
(6)防过载。
箕斗提升实行定量装载,斜井提升杜绝超挂车现象。
7)按《规程》要求健全各种保护装置,并按规定定期试验,确保各种保护装置灵敏可靠。
(8)加强对司机和信号工的安全培训,强化安全意识,增强责任心和提高分析处理实际情况的能力。
信号工与司机协调配合,严格按照《规程》操作。
(9)对提升设备的调整和维修制定了切实可靠的措施,并严格落实。
(10)及时更换新绳。
当提升钢丝绳锈蚀、磨损、断丝、安全系数等达到《煤矿安全规程》有关规定时,必须立即予以更换。
2、钢丝绳的最大静载荷力
I1K
图1为单绳提升钢丝绳可知最大静载荷力Qmax在A点
Qmax=Qz+Q+PHc
式中Qmax——钢丝绳最大静载荷,N;
Q――一次提升货载的重力,N,Q=mg
Q=740010=74000
Qz容器自身重量,N,Qz=mzg;
mz提升容器自重,kg,根据书p139表5-4中得mz=5500kg;
mp---提升钢丝绳每米质量kg/m
P钢丝绳每米重力,N/m,P=mpg
由书p141表5-8选得每米重力为57.2N/m,抗拉强度1700MPa
、22
g重力加速度,m/s,g=10m/s;
Hc――钢丝绳的最大悬垂长度,m
=240+22+30
=292m
Hs
――井筒深度,
m
Hs=240m
Hz
装载高度,
m
Hz=22m
Hj
――井架高度,
m
由于箕斗提升Hj=30m
Qmax=mg+
m
zg+mpgHe
=7400105500057.2292
=145702.4N
3、效验钢丝绳的安全系数
单绳缠绕式提升装置
专为升降人员
9
升降人员和物料
升降人员时
9
混合提升时
9
多层罐笼同一次升降人员和物料
升降物料时
7.5
专为提升物料
6.5
摩擦轮式提升装置
专为升降人员
9.2〜0.0005He
He—钢丝绳悬垂长度
升降人员和物料
升降人员时
9.2〜0.0005He
混合提升时
9.2〜0.0005He
多层罐笼同一次升降人员和物料
升降物料时
9.2〜0.0005He
专为提升物料
7.2〜0.0005He
悬挂吊盘、水泵、安全梯抓岩机用钢丝绳
6
悬挂安全梯用的钢丝绳的安全系数最低值为9
罐道绳、防撞绳、起重用的钢丝
绳
6
悬挂风筒、风管、水管注浆管、
5
混凝土输送管、电缆用的钢丝绳
拉紧装置用的钢丝绳
5
防坠器的制动绳和缓冲绳
3
按动载荷计算
从钢丝绳规格表中选取每米钢丝绳重等于或稍大于计算值的标准钢丝绳。
由于实际所选钢丝绳的密度不一定是平均密度值,因此所选钢丝绳是否满足安全系数的要求必须按实际所选钢丝绳的数据验算其安全系数。
=7.03_6.5
1025000
740005500016702
式中Qp――所选钢丝绳的破断力之和,N,由书p149钢丝绳规格表5-8选出,
Q――一次提升货载的重力,N,Q=mg
Q=740010=74000
Qz容器自身重量,N,Qz=mzg;
P钢丝绳每米重力,N/m,
由书p149表5-8选得每米重力为57.2N/m;
煤矿安全规程规定单绳缠绕式提升设备采用的新钢丝绳安全系数ma为:
1.专为升降物料用的钢丝绳不得小于6.5;
经过效验ma满足要求。
4、钢丝绳结构的选择
选择钢丝绳时,还应根据不同的使用条件和钢丝绳的特点来考虑,这样可以延长钢丝绳的使用寿命,降低使用成本。
在相同使用条件下,三角股钢丝绳比圆股钢丝绳的承压面积大、抗压性能好、抗
磨损好、强度高、使用寿命长,根据一矿矿井淋水大选择绳619的钢丝绳,其技术参数如下:
直径/mm
钢丝绳总断
面积/mm2
参考重力
N/100m
钢丝绳公称抗拉强度/MPa
钢丝绳
钢丝
1700
40.0
2.6
604.95
571.70
钢丝绳破断拉力总和(不小于)/KN
1025.0
四、提升机滚筒的选型计算
1、提升机滚筒的直径确定
选择滚筒直径的原则是钢丝绳在滚筒上缠绕时不产生过大的弯曲应力,以保证其具有一定的承载能力和使用寿命。
我国《煤矿安全规程》规定,提升机滚筒直径的确定于钢丝绳直径的关系如下:
由于所用提升机为地面设备,所以提升机滚筒的直径
D-80d
D-1200
式中D滚筒直径,mm
d钢丝绳直径,mmd=43mm;
6---钢丝绳中最粗的钢丝直径,mm其值在钢丝绳规格表中查取。
D=8040=3200mm。
D=12002.6=3120mm
2、提升机的最大静张力和最大静张力差的计算
(1)、提升机最大静张力的计算
Fjmax=Q+Qz+PH
式中Q――一次提升货载的重力,N,Q=mg
Q=704010=70400
Qz容器自身重量,N,Qz=mzg;
mz提升容器自重,kg,mz=5500kg;
p钢丝绳每米重力,N/m,
Fjmax=mg+mzg+p(Hx+Hs+Hz)
=740010+550010+52285
=143820N<170000N
(2)、提升机最带静张力差的计算
Fcmax=Q+PH=74000+52285=88820N115000N
选用型号为2JK-3.5/15.5提升机,其技术参数如下:
滚筒数量/mm
2
滚筒直径/mm
3500
滚筒宽度/mm
1700
钢丝绳最大静力/N
170000
钢丝绳最大静张力差/N
115000
钢丝绳最大直径/mm
43
钢丝绳内钢丝破断力总和/KN
1185
8.5
钢丝绳最大速度/m
6.85
5.67
减速器
ZHLR—170III
传动比
20
1125
电动机最大近似功率/KW
910
755
720
电动机转速/r.min’
580
480
机器总质量(不包括电器设备)/kg
74000
机器旋转部分的变位质量/t
23.6
两滚筒中心距/mm
1840
滚筒中心高/mm
700
最大件质量/kg
16611
减速器输出转矩额定/最大/KNm
200/300
根据以上数据初选2JK-3.5/15.5,故滚筒直径为3500mm
(3)、滚筒宽度的验算
滚筒宽度应容纳一下几部分钢丝绳:
1)提升高度H,m;
2)钢丝绳试验长度,《煤矿安全规程规定》,升降人员或升降人员和物料用的钢丝绳,自悬挂时起每隔6个月试验一次;专门升降物料用的钢丝绳,自悬挂时起12个月时进行第1次试验,以后每隔6各月实验1次。
试验时每次剁掉5m,如果绳的寿命以三年考虑,则试验绳长为30m;
3)滚筒表面应保留3圈绳不动(称为摩擦圈),以减轻绳与滚筒固定处的拉力;
4)多层缠绕时,上层到下层段钢丝绳每季需错动-圈,根据绳的使用年限,一
4
般取错动圈n=2~4圈;
一般取缠绕在滚筒表面上相邻两绳圈间隙宽度为;=2mm~3mm。
通常滚筒直径为
3m及以上时,取;=3mm,其余取;=2mm。
H30(43)二D
单绳缠绕时
K二Dp
=1473mm
式中B'――提升机所需滚筒的缠绳宽度,mm
D滚筒直径,mm;
d钢丝绳直径,mm40mm
名两绳圈间隙,mm3mm
五、提升机天轮的选型计算
根据《煤矿安全规程》规定,选择天轮直径对于地面天轮
若钢丝绳与天轮的围包角大于90时
Dt-80d
Dt-1200、
式中Dt天轮直径,mrp
d钢丝绳直径,mm40mm
Dt=8040=3200mm
Dt=12002.6=3120mm
选用型号TSH3500/23.5的天轮,其技术参数如下:
名义直径D/mm
3500
绳槽半径R/mm
23.5
适用钢丝绳径范围/mm
37~43
允许的钢丝绳全部钢丝破断力的总和/N
1420000
两轴承中心距L/mm
1000
轴承中心高H/mm
255
变位重量/N
11330
总重/N
36400
六、矿井提升机与井筒相对位置计算
1、井架高度的计算
Hj=Hx+Hr+Hg+0.75R
=23+9.25+8.25+0.751.6
=52.5m
式中hj――为井架高度,m
hx――卸载高度,m
Rt----天轮半径,m
容器全高,m选出容器全高为9.25m;
hg――过卷咼度,m
提升速度*/m‘s'
<3
4
5
6
8
>10
过卷高度/m
4.0
4.75
6
6.5
8.25
10.0
图2两天轮在同一水平轴线上时,提升机与井筒的相对位置
Rt――天轮的半径,mRt=D%=1.6m;
2、滚筒中心距至井筒中提升钢丝绳间水平距离
Lsmin=0.6Hj+3.5+D
=0.652.5+3.5+3.2
=38.2
式中hj――井架高度,m
d――提升机滚筒直径,m
3、钢丝绳弦长的计算
Lx=(Hj—c。
)2〜一》)2
V2
=64m
式中LX——钢丝绳弦长,64m
Hj井架高度,m52.5m;
c0——滚筒中心线至井口水平的高差,m一般取1.5m;
ls——滚筒中心线至钢丝绳的水平距离,m36m
dt――天轮的直径,m
4、双滚筒提升机单层缠绕时最大外偏角
《煤矿安全规程》规定:
最大外偏角:
!
和最大内偏角:
'2均不得超过130,作单层缠绕时,最大内偏角:
'2还应保证不咬绳。
B-^^-
—=arctan
Lx
=0.761。
<130符合要求。
式中B——提升机滚筒直径,m;
S――提升机两天轮间距离,m,此值决定于容器规格及容器在井筒中的布置方式,与采用的罐道形式有关;
a――两滚筒间的间隙,m,不同形式的提升机a值不尽相同,可参阅提升机规格表的有关参数得出;
d钢丝绳直径,m;
;――钢丝绳缠绕在滚筒上的线圈间隙,m;
Lx――钢丝绳弦长,m
:
-2=arctan
=0.877<130符合要求。
式中H――提升高度,m;
D提升机滚筒直径,m。
提升机滚筒的下出绳角
滚筒处绳角的大小,影响提升机主轴的受力情况,令其大于15即可
勺如煮arcsinD2LxD
=55.715
七、提升电动机的初选计算
初选电动机的依据是:
电动机的功率、转数和电压等级
1、电动机的估算功率
kmgvm
1000j
1.15江74000父6.85_
=1.2
10000.85
=822kw
式中P提升机的电动机估算功率,kw;
v"m提升机的标准速度,m/s,6.85m/s;
k矿井阻力系数,箕斗提升k=1.15;
m一次提升实际货载质量,kg,7400kg;
Q――一次提升实际货载重量,N,740000N;
:
――考虑提升系统运转时,有加,减四度及钢丝绳重力等因素影响的系数,
箕斗提升=1.2;
j――减速器传动效率,0.85;
2、电动机的估算转数
rr
60Vmi
n=nD
=60x6.85x15.5
3.14疋3.2=634r/min
式中n估算转数,r/min
i――减速器传动比,15.5;
D――提升机滚筒直径,m
3、初选电动机
选用型号为JR1512—8的电动机,其急速参数如下:
额定功率/KW
850
额定电压N
6000
满载时转速/rmin二
989
满载时定子电流/A
94.6
满载时效率%
95
满载时功率因数(cos©)
0.91
扎()
额定转矩
2.26
转子电压N
950
转子电流/A
532
冷却空气量/m3s°
2.0
飞轮转矩/Nm2
4000
电机质量/kg
5150
4、确定提升机的实际最大提升速度
Dne
Vm-
60i
=3.14x3.2x989
60Q5.5
=10.68m/s2
式中vm最大提升速度,m/s;
ne已选出电动机的额定转数,r/min,989r/min;
八、提升设备运行理论
1、变为质量
在提升系统动力学方程中,有提升系统各运动部分惯性力之和一项,而系统中的部件既有作直线运动的,也有作旋转运动的,使得计算总惯性力时很不方便。
为了简化计算,可以用一个假象的集中在滚筒圆周表面的当量质量来代替提升系统所有运动部分的质量,称为总变位质量,以am表示。
原则是变位前后动能不发生改变。
实际上,在提升系统中,容器质量、有效载重和钢丝绳三部分与滚筒圆周具有相同的速度,故不需变位。
只有提升机(包括减速器)、天轮和电动机转子三部分作旋转运动,其质量需要变位。
2、电动机转子的变位量
设Jd为电动机转子的转动惯量,Jd为变位到滚筒圆周上的转动惯量,•-为电动机的角速度,「为滚筒的角速度。
根据变位前后动能相等的原则,应当有如下关系:
121*
JdJd'
22
所以
Jd=Jd(―)2
co
所以电动机转子变位到滚筒圆周上的质量md即为
式中R——滚筒缠绕半径。
为了计算md,必须知道电动机转子的转动惯量Jd,但是一般电动机规格表中没有
Jd值,而有回转力矩计算电动机转子变位质量的公式
GD24g
这样得到的回转力矩计算电动机转子变位质量的公式、
4000x
10
=9385kg
3、提升系统总变位质量7m
对单绳缠绕式提升系统(无尾声提升系统),其总变为质量am为
二m=m2mz2mpLp2mtmjmd
=74002550025.241821133236009385
=57998.2kg
Lp二HeLx3D30nP
=2926433.143.2302
=418m
式中Lp――提升钢丝绳全长,m;
He――钢丝绳的悬垂长度,m;
Lx――钢丝绳弦长,m;
3「D――3圈摩擦圈绳长度,m;
30——试验绳长度,m;
n二D多层缠绕的错绳用的绳长,m;n=2~4圈;
mp提升钢丝绳的每米质量,kg/m;
mt天轮的变位质量,kg;
mj提升机(包括减速器)的变位质量,kg。
九、提升设备运动学计算
1、提升加速度的确定
(1)、箕斗提升初加速度的ao的确定
如上所述,为了保证提升开始时,空箕斗对卸载曲轨及井架的冲击不至过大,箕斗
2
亠
2h。
h。
=2.13m,新标准系列箕斗的卸载曲轨行程
离开卸载曲轨时的速度被限制在v。
.5m/s,如果箕斗在卸载曲轨内的行程为ho,贝U箕斗的初始加速度
目前大量通用的箕斗卸载曲轨行程为
为2.35m,所以初加速a0=0.5m/s2。
(2)、主加速度ai是按安全经济的原则来确定的,主加速度的大小受《煤矿安全规程》、减速器强度、电动机过负荷能力三方面的限制。
1)、对升降物料的加、减速度《煤矿安全规程》没有规定,一般在竖井、减速度最
大不超过1.2m/s2。
2)、按电动机的过负荷能力来确定。
电动机的最大平均出力应大于或等于加速阶段实际所需的最大出力,即
0.75Fe_kmgmpgH-二ma
0.75■Fe-kmg-mpgH
ai■
Zm
式中Fe――电动机的额定拖动力,N;
1000PJj
Fe=
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- 煤矿 提升 设备 选型 设计