电机车气制动系统改造毕业设计.docx
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电机车气制动系统改造毕业设计
摘要
本次毕业设计作为对四年所学专业知识的一次综合应用和全面的校验,设计共分主要部分,即一般部分和专题部分。
一般部分为矿井四大件选型设计,专题部分为电机车的气制动改造设计。
一般部分内容主要是矿山固定机械设备的选型计算,包括:
<一>矿井通风设备。
<二>固定压气设备。
<三>矿井排水设备。
具体情况如下:
<一>、矿井通风设备:
风机的运转参数可以依据已知条件(风量、矿井阻力)在风机性能曲线图上确定。
在这里有两种不同风机可供选择,一种是2K58NO.24轴流式风机,另一种2K60NO.28型轴流式风机。
两种风机的主要比较参数有:
1、效率。
2、年耗电量。
<二>、固定压气设备由已知条件和图表选择压气机和管网系统,本部分主要是8L-60/8型和5L-40/8型国产机的选型计算。
<三>、矿井排水设备:
利用离心水泵的性能及特性曲线选择排水设备,通过比较DS450-100X6型和D280-100X6型两台离心泵,最终选择D280-100X6型7台离心泵。
在一般部分中的选型设计中,遵循的原则有:
1、选型合理。
2、注重经济效益,正确处理技术与经济两者之间的关系。
3、计算简便可行。
4、优先采用先进技术和新型设备。
5、符合《煤矿设计规范》、《煤矿设计规程》和现行国家技术政策中的有关规定。
专题部分是电机车的气制动改造设计,由于我矿于2002~2004年先后购进6台常州电机车厂生产的ZK7-6/550电机车.该种型号的电机车由于没有气动装置,在井下实际运行情况不尽如人意。
该种型号的电机车也不符合标准化的要求。
摆在面前就两条路,一就是将车报废,购买新车,但对刚刚投入生产没几年的电机车实施报废,对企业来讲这可是不小的损失。
二就是采用该气制动改造,采用先进的制动系统,可以保证安全运输。
如:
除手制动和电制动外,增加了风制动,减小司机的劳动强度,制动灵敏准确;减少操作空行程距离、增强制动的安全可靠性。
在机车制动器结构上,增大摩擦力,提高制动力等,加强制动效果,提高安全可靠性。
对企业来讲可减小不少的损失。
电机车的气制动改造设计计算,主要计算制动气缸的工作推力,选择合适的制动气缸,计算制动气缸的排气量等。
根据空气系统原理,设计电机车的气制动气路图。
一般部分矿山通、压、排设备选型计算
1绪言·························································1
2通风设备的选型计算·········································2
2.1概述······················································2
2.2主扇选型计算··············································2
2.2.1主扇的计算条件··········································2
2.2.2主扇选型方案·············································3
3室压机的选型设计···········································12
3.1概述·····················································12
3.2设计依据·················································13
3.3压气设备的选型计算·······································14
3.4压气设备选型方案比较与结论·······························19
4矿井排水设备的选择·······································20
4.1概述······················································20
4.2排水设备的选型计算·······································21
4.2.1排水设备选型计算条件····································21
4.2.2工作水泵必须的排水能力·································21
4.2.3泵的型式(级数)和泵台数的确定·························22
4.2.4管路及管路布置·········································23
4.2.5确定水泵运转工况点······································27
4.2.6排水设备验算···········································27
专题部分电机车的气制动设计与计算
1概述························································29
1.1电机车在井下运输的优点···································29
1.2电机车在实际使用过程中发现的问题及改装的必要性···········29
1.3电机车的基本结构··········································30
1.4空气系统概述及工作原理····································30
1.4.1空气系统概述············································30
1.4.2工作原理················································31
1.4.3压缩空气电机回路········································32
2空气制动的设计与计算······································32
2.1计算电机车整车的闸瓦最大总压力···························32
2.2制动气缸的工作推力·······································33
2.3计算及选择气缸直径·······································33
2.4计算活塞杆直径,选择气缸··································36
2.5耗气量的计算·············································36
2.6计算气缸进(排)气口直径·································37
2.7确定管道直径和控制阀通径的选择···························38
2.8管道压力损失的计算和管径、通径的验算······················39
2.9选择空压机、气罐与安全阀的调整····························40
3气动装置的运行与维护······································42
3.1开车前检查与准备工作······································42
3.2机车的制动················································42
3.3注意事项··················································42
3.4空压机的保养··············································42
结束语························································44
参考文献······················································45
致谢···························································46
1绪言
煤炭是我国最主要的能源。
目前在我国的一次能源(水电、石油、天然气、煤炭)的构成比例中,煤炭仍占70%左右,随着我国工业、农业、交通运输业的飞速发展,要求供给更多的煤炭。
因此,在今后相当长的一段时间内,煤炭作为最主要能源的地位不会改变。
科学技术是第一生产力,为了适应迅速发展煤炭生产建设的需要,对特定的矿井选择一套合理可行的提升、排水、通风压气设备十分重要。
本部分要求在矿山固定机械设备选型计算中做到选型合理、计算简便、方案可行。
经济运行,借以提高自己的选型设计能力,加深自己对矿山设备有关知识的了解。
为此,在本部分选型设计计算中将力图遵循以下设计原则:
1、系统运行安全可靠。
2、技术上可行,经济上合理。
3、尽可能采用先进技术,选择新型设备。
4、符合《煤矿安全规范》、《煤矿设计规范》的各项要求和规定。
5、遵守国家有关的现行技术政策。
矿井设计原始基本数据如下:
矿井设计年产量
180万吨
矿井所需风量
70m3/s
矿井初期负压
1450Pa
矿井末期负压
2670Pa
沼气等级
低沼气
进风口与出风口标高差
+25m
进口标高
+5
井底标高
-580m
矿井正常涌水量
580m3
矿井最大涌水量
1200m3/h
矿水性质
中性
矿水密度
1040Kg/m3
最大涌水量持续时间
70天
电价
0.30/kwh
2通风设备的选择计算
2.1概述
为了冲淡和排出井下的有害气体,保证井下工作人员有足够数量、符合要求的空气供呼吸,在煤矿生产中必须不间断地向井下供给大量的新鲜空气。
通风设备就是向井下输送空气的设备。
通风设备的好坏,不仅关系着电力消耗、生产成本,而且关系着煤矿的生产安全,因此它是矿井的关键设备,所以在通风设备的选择设计中,对于技术经济合理性,必须予以充分考虑。
如果通风机停止运转到一定时间,井下人员就要撤出,生产就要停顿,所以在通风设备的选择计算时,对其可靠性必须予以足够的重视。
2.2主扇的计算
2.2.1主扇的计算条件
井型
180万吨/年
矿井总风量
Qk=70m3/s=4200m3/min=252000m3/h
矿井最小负压
Hmin=1450Pa=147mmH2O
矿井最大负压
Hmax=2670Pa=270mmH2O
井口标高
+5m
井风口与出风口的标高差
+25m
沼气等级
低沼气
通风方式
中央并列式(抽出式0
2.2.2主扇选型方案
矿井通风选型设计的主要任务是合理选择通风机的型式、型号(叶轮直径),确定电动机的容量、型号及传动方式,确定通风机的运转工况点。
矿井通风设备能否连续正常运转,关系着煤矿的安全生产方式,运转效率的高低影响着矿井的电力消耗及生产成本。
因此矿井通风机选择设计中的基本原则就是:
保证通风机运转的可靠性及技术合理性。
根据主扇选型条件,大型矿井条件以及有关通风机的技术资料,拟采用两种选择方案即:
(1)、2K58型轴流式通风机
(2)、2K60型轴流式通风机
(1)2K58型轴流式通风机
1.确定通风机必须的风量Q(m3/s)
Q=KLQK
式中:
KL——设备漏风系数,依据《规范》第2-133条,当风井不作提升作用时,KL=1.1~1.15,这里取KL=1.15;
QK——矿井所需要的风量,从原始数据中查得QK=70m3/s
∴Q=KLQK=70×1.15=80.5m3/s
2.确定通风机所需得静压Hst(mmH2O)
H′st=Hmin+△h(Pa)
H″st=Hmax+△h(Pa)
式中:
H′st—通风容易时期必须产生的静压。
(Pa)
H″st—通风困难时期必须产生的静压。
(Pa)
Hmin、Hmax—通风困难时期和容易时期的矿井负压。
(Pa)
△h—通风设备阻力,即除风机以外的风道和辅助装置中的风压损失,一般取100~200Pa;若设有消声器,应将风压值增加50~80Pa。
∴△h=250Pa
∴H′st=1450+250=1700Pa=173.5mmH2O
H″st=2670+250=2920Pa=298.0mmH2O
3.预选通风机
根据通风机必须产生的风量和风压,分析2K58型轴流式风机的特性曲线图,依据2K58系列产品初步选型图,从
s≧80%为标准,最后可以确选2K58No.24型轴流式风机较为合适,同步转速为750r/min。
4.工况点的确定
1)后期工况点
通风机网路阻力系数:
R″=H″st/Q2=2920/80.52=0.451(N·S2/m8)
通风网路曲线方程:
Hzst=R″Q2=0.451Q2
计算数据如下表所示:
Q(m3/s)
0
10
20
30
40
Hzst(10N/m2)
0
4.51
18.02
40.55
72.10
Q(m3/s)
50
60
70
80
90
Hzst(10N/m2)
112.65
162.22
220.79
288.39
364.99
表2-1
2)前期工况点
通风机网路阻力系数:
R′=H′st/Q2=1700/80.52=0.262(N·S2/m8)
通风网路曲线方程:
Hzst=R′Q2=0.262Q2
计算数据如下表所示:
Q(m3/s)
0
10
20
30
40
Hzst(10N/m2)
0
2.62
10.49
23.61
41.91
Q(m3/s)
50
60
70
80
90
Hzst(10N/m2)
65.58
94.44
128.54
167.89
212.49
表2-2
图2-12K58No.24矿井轴流通风机性能曲线
根据上面两表格中相关计算数据,在2K58No.24,同步转速为750r/min的风机特性曲线上分别做出前后期的通风网路特性曲线,如2K58风机装置特性曲线图上所示,K′、K″即为矿井通风网路特性曲线与通风机性能曲线的交点,即为通风机前后期运行工况点。
前期K′Q′=80.5m3/sH′st=1720Pa
叶片安装角a′=32.5°η′=81.34%
后期K″Q″=80.5m3/sH′st=2905Pa
叶片安装角a″=37.5°η″=80%
5.电动机功率计算及选型
1)电动机轴功率N单位KW
N=QHs/(102ηηc)
式中:
Hs取Hsmax的值时,N称为“N′”,取Hsmin值时N称为“N″”;
ηc——传递系数ηc=0.95~0.98这里取ηc=0.98
N′=
=173.60KW
N″=
=298.10KW
2)前后期所需功率比
Nmin/Nmax=173.60/298.10=0.58﹤0.6
所以在整个服务年限范围内矿井负压在前期和后期变化较大,因而要分期选择两台不同功率的电动机,且每台电机使用年限一般不小于10年。
前期功率=(1.1~1.2)
=(1.1~1.2)
=250.24~272.98KW
后期功率=(1.1~1.2)N′
=(1.1~1.2)×298.10
=327.91~357.72KW
3)选择电动机
考虑到主扇所用电压等级为6KV,所以据上已知条件,前期可选用JR1410-8型电动机两台,(额定功率280KW,同步转速n=740rpm)。
后期可选用JR158-8型电动机两台(额定功率360KW,转速735rpm),前者效率90.0%,后者效率91.5%。
每台主扇各配一台电动机。
4)计算年电耗
Wa=
式中:
η1=81.34%ηc=0.98η2=80%
ηa1=90.0%ηa2=91.5%ηas=0.95
则有:
前期年电耗:
Wa′=1.78×106(kwh)
后期年电耗:
Wa″=3.00×106(kwh)
5)计算百万立方米·帕电耗
W=(Wa×1000000)/(365×24×3600×Q×Hzst)
=(80.5×2905×365×24/9.81)/102×24×3600×Q×Hzst
=3.00×106(kwh)
查有关国家政策规定,易知轴流式通风机百万立方米·帕电耗值应小于0.44kwh/106m3Pa,则有:
前期:
W′=(Wa′×1000000)/(365×24×3600×Q×H′zst)
=(1.78×1000000)/(365×24×3600×80.5×1720)
=0.408﹤0.44(kwh/106m3Pa)
前期:
W″=(Wa″×1000000)/(365×24×3600×Q×H″zst)
=(3.00×106×1000000)/(365×24×3600×80.5×2905)
=0.407﹤0.44(kwh/106m3Pa)
(2)2K60型轴流式通风机
1.确定通风机必须的风量Q(m3/s)(同2K58)
Q=KLQK=1.15×70=80.5(m3/s)
2.确定通风机所需的静压Hzst单位(Pa)
H′st=Hmin+△h
=1450+250=1700Pa=173.5mmH2O
H″st=Hmax+△h
=2670+250=2920Pa=298.0mmH2O
3.预选通风机
根据通风机必须产生的风量Q和风压H′st、H″st,分析2K60型轴流式通风机特性曲线图,依据2K60系列产品初步选型图,以
s≧80%为标准,最后可以确定选用2K60No28型轴流式风机较为合适,同步转速
=600rpm。
4.工况点的确定
后期:
Hzst=R″Q2=0.451Q2
Q(m3/s)
0
10
20
30
40
Hzst(10N/m2)
0
4.51
18.02
40.55
72.10
Q(m3/s)
50
60
70
80
90
Hzst(10N/m2)
112.65
162.22
220.79
288.39
364.99
表2-3
前期:
Hzst=R′Q2=0.262Q2
Q(m3/s)
0
10
20
30
40
Hzst(10N/m2)
0
2.62
10.49
23.61
41.97
Q(m3/s)
50
60
70
80
90
Hzst(10N/m2)
65.58
94.44
128.54
167.89
212.49
表2-4
图2-22K60No.28性能曲线图
根据上面两表格中相关计算数据,在2K60No.28特性曲线上分别做出前后期的通风网路特性曲线,如2K60No.28风机装置特性曲线图上所示,K′、K″即为矿井通风网路特性曲线与通风机性能曲线的交点,即为通风机前后期运行工况点。
前期K′Q′=80.5m3/sH′st=1700Pa
叶片安装角a′=15°η′=77.8%
后期K″Q″=80.5m3/sH′st=2910Pa
叶片安装角a″=22.5°η″=79.8%
5.电动机功率计算及选型
1)电动机轴功率N单位KW
N=QHs/102ηηc
N′=
=179.38KW
N″=
=299.36KW
2)前后期所需功率比:
Nmin/Nmax=179.38/299.36=0.599<0.6
所以在整个服务年限范围内矿井负压在前期和后期变化较大,因而要分期选择两台不同功率的电动机,且每台电机使用年限一般不小于10年,以适应前后期负压的变化。
∴前期功率=(1.1~1.2)
=254.90~278.08KW
后期功率=(1.1~1.2)N′
=(1.1~1.2)×298.10
=329.30~359.23KW
3)选择电动机
考虑到主扇所用电压等级为6KV,所以据上已知条件,前期可选用JR157-10型电动机两台,(额定功率260KW,同步转速n=590rpm,ηa=89.5%)。
后期可选用JR1510-10型电动机两台(额定功率400KW,转速590rpm,ηd=90.5%)。
每台主扇在前后期各配一台合适电动机。
4)计算年电耗
则有:
前期年电耗:
Wa′=1.85×106(kwh)
后期年电耗:
Wa″=3.05×106(kwh)
5)计算百万立方米·帕电耗
前期:
W′=(Wa′×1000000)/(365×24×3600×Q′×H′zst)
=(1.85×1000000)/(365×24×3600×80.5×1700)
=0.429﹤0.44(kwh/106m3Pa)
前期:
W″=(Wa″×1000000)/(365×24×3600×Q″×H″zst)
=(3.05×106×1000000)/(365×24×3600×80.5×2910)
=0.413﹤0.44(kwh/106m3Pa)
(3)方案比较
因无主扇价格等具体资料,故以下仅以电耗及有关技术性能方面进行比较。
1.由以上计算易知,方案一中采用的2K58No.24型轴流式通风机年电耗稍低于方案二中采用的2K60No.28型轴流式通风机,以地区电量单价0.3元/度计算,两者比较如下,前期内:
方案二每年要多支付电费(1.85-1.78)×106×0.3=2.1万元,后期内:
方案二每年要多支付电费(3.05-3)×106×0.3=1.5万元。
2.方案比较表格如下:
项目
方案一
方案二
通风机型号
2K58No.24
2K60No.28
电动机型号
前期
JR1410-8
JR157-10
后期
JR158-8
JR1510-10
工况点
前期
风量80.5m3/s
静压1720Pa
风量80.5m3/s
静压1700Pa
后期
风量80.5m3/s
静压2905Pa
风量80.5m3/s
静压2910Pa
风机效率
前期
81.34%
77.8%
后期
80%
79.8%
年电耗kwh
前期
1.78×106
1.85×106
后期
3.00×106
3.05×106
年电费(万元)
前期
53.4
55.5
后期
90.0
91.5
百万立方米.帕电耗(kwh/106m3Pa)
前期
0.408
0.429
后期
0.407
0.413
表2-5
3.比较结果
经方案比较分析可以看出,采用2K58No.24型轴流式通风机较好于使用2K60No.28型轴流风机,它们都需要在前后期选用不同的电机,但是2K58No.24的同步转速较高,因而电动机的价格相比之下便宜一些,且在风量和静压都能满足要求的情况下,2K58No.24风机在效率、年电耗(年电费)以及百万立方米.帕电耗方面均优于2K60No.28型轴流风机。
故最后确定本矿主扇采用6K58No.24型轴流式风机,同步转速为750r/min。
3室压机的选型设计
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- 机车 制动 系统 改造 毕业设计