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斜井提升绞车设计选型
第4章斜井提升
4.1斜井串车提升
本章主要介绍平车场双钩串车提升运动学分析与循环周期的计算。
4.1.1平车场双钩串车提升运动学分析
平车场双钩串车提升如图1-1,开始时,在井口平车场空车线上的空串车,
由井口推车器以a0加速至v0=1.0m/s的低速,向下推进。
同时,井底重串车上提,
全部重串车进入井筒后,绞车以a1加速到最大提升速度vm。
并等速运行,行至
井口。
空串车运行到井底时,绞车以a3进行减速运行,使之由vm减至v0,空串
车进入井底车场时,减速、停车。
与此同时,井口平车场内的重串车在重车,借
助惯性继续前进。
行至摘挂钩位置时,摘下重串车挂上空串车,此时,井下也摘
挂钩完毕。
打开井口空车线上的阻车器,再进行下一个循环。
图4-1斜井平车场及其速度图
1
4.1.2斜井串车运动学计算
根据《煤矿安全规程》规定:
用矿车升降物料时,最大允许速度vm≤5m/s,
倾斜井巷内升降人员时,其加速度a1和减速度a3≤0.m5/s2。
本例初选最大速度
vm=4.7m/s,初加速度a0=0.3m/s2,主加速度a1=0.5m/s2和主减速度a3=0.5m
/s2,车场内速度v0=1.0m/s,各阶段运行速度计算图如图1-2所示
图4-2各阶段运行速度计算图
4.1.3一次提升循环时间T
(1)速度图中各阶段运行时间及路程计算如下:
重车在井底车场运行阶段
初加速时间t01=v0=1.0=3.33s
a0
0.3
初加速行程
L01=
v0
2
=
1.02
2a0
2
=1.67m
0.3
等速度行程L02=LD-L01=30-1.67=28.33m
等速度时间
t02=
L02
=
28.33
=28.33s
v0
1.0
2
tD=t01+t02=3.33+28.33=31.66s
(2)串车离开井底车场后的主加速度阶段:
主加速时间
t1=
vm
v0
=
3.81.0
=5.6s
a1
0.5
主加速行程
L1=t1
(vm
v0)=5.6
(3.81.0)=13.44m
2
2
(3)等速度运行阶段:
等速度行程
L
2=L-(LD
31)=860—(30+2×13.44)=803.12m
(式中
31)
+L+L
L=L
式中L——提升斜长,L=LD+LT+LK=30+800+30m=860m
LT——井筒斜长,800m。
等速度时间
t2=
L2
=
803.72
=170.9s
vm
4.7
(4)接下来的减速,匀速、再减速的阶段与重车启动到匀速的情况一致,
即
t3=t1=5.6s
tk=tD=31.66s
L3=L1
L4=L02
L5=L01
(5)摘勾时间为摘
θ=25s
(5)一次提升循环时间:
T=td+t1+t2+t3+tk+=31.66+5.6+170.9+5.6+31.66+25=270.42s
式中LD—井底平车场道长,即井底至井底尾车停车点间距离,按一次所拉
串车数而定,一般可取25~35m,本例中选LD=30m;
3
Lk—井口平车场道长,即从道岔至重串车尾车停车点间距离,一般可
取25~30m本例中取Lk=30m;—摘挂钩时间,一般取20~25s本例取=25s。
4.2斜井提升设备选型计算的原始资料
4.2.1斜井提升设备选型计算的原始资料如下:
a)主斜井垂高H=235.5m,倾角=17°,井上下车场内倾角度3°,斜长
LT800m;
b)矿井设计年生产能力An=10万t/a;
c)散煤容重:
1.4t/m3,散矸石容重:
1.7t/m3。
d)矸石量为原煤产量的30%计算;
e)年工作日A=330天,每天3班,每日净提升时间t=10h;
f)提升方式为平车场双钩串车提升。
g)矿车形式:
式选MGC1.1-6型固定车箱式矿车,单个矿车自身质量:
592kg;单个矿车载货量:
1~1.8t;单个矿车的长度:
2000mm。
矿车容积1.1m3
4.3选择计算
一次提升量和车组中矿车数的确定
1)根据矿井年产量要求计算矿车数
(1)小时提升量
cafAn
msh
brt
1.251.2100000
33010
=45.5t/h
式中
4
An—矿井年产量(t/a);
c—提升工作不均匀系数,有井底煤仓时c=1.1~1.15,无井底煤仓
时c=1.2;矿井有两套提升设备时c=1.15,只有一套提升设备时c=1.25;af—提升设备富裕系数,主提升设备对第一水平为1.2;
br—年工作日数;
t—日提升小时数;
(2)一次提升量
m
Tmsh
3600
45.5270.42
3600
=3.42t
(3)一次提升矿车数
n1
m
m1
=3.42=3.42t取n1=4个
1
式中
——装载系数,当倾
角为20°以下时,
=1;当倾角为21°~25°时,
=0.95~0.9;当倾角为25°~30°时,=0.85~0.8;
——煤的松散密度,t/m3;
3
V——矿车的有效容积,m。
2)根据矿车连接器强度验算矿车数
n2
60103
g(m1mz1)(sinf1cos)
60103
=
101000592sin170.015cos17
=12.3
圆整为n2=12,因为n1 5 4.4斜井提升钢丝绳的选择计算 4.4.1钢丝绳的端部荷重 mdnn(mmz)(sinf1cos)=4(1000592)(sin170.015cos17)=1953.2kg 式中: ——井筒的倾角; f1——提升容器在斜坡运输道上运动的阻力系数,可按具体情况选取,矿 车串车提升: 矿车为滚动轴承时取0.01,矿车为滑动轴承时取0.015~0.02: 箕斗 提升通常取0.01; m——单个矿车载货量,kg; mz——矿车组重量,kg; 4.4.2斜井井架高度的确定 1、井架高度Hj 根据斜井双钩平车场的井架高度要求能保证: (1)摘钩后的矿车通过下放串车的钢丝绳的底部时,绳距地面的高度不得 小于2.5m。 这点距摘挂钩点的距离为Ln,一般取4m(如图4-3),按比例关系 可得: HjRt=2.5(LB LT LA)= 2.5 (912 60)=8.1m (1-1) LB LT Ln 912 4 式中LB—井口至阻车器的距离,取7~9m; LT—阻车器至摘挂钩点距离,为1.5nLc,即LT=1.5×4×2=12m,Lc为一 辆矿车的长度; LA—摘挂钩点到井架中心的水平距离LA一般取(2.5~4)Ls,式选 Ls=40m。 6 图4-3双钩斜井平车场 (2)为了防止矿车在井口出轨掉道,井口处的钢丝绳牵引角b要小于9°, 即 b=tg 1 Hj Rt =tg 1 8.1 =5.7 ° LB LT LA 9 1260 则b=5.7°<9°,合符要求。 2.井口到井架钢丝绳的弦长L″计算 L(LBLTLA)2 (HjRt)2=812 8.12=81.4m 4.4.3钢丝绳的单位质量 斜井提升钢丝绳的选择计算与立井基本相同,不同之处只是因斜井井筒倾角 小于90°,作用于钢丝绳A点的(如图1-4)分力由串车及货车的重力分力为 n(m1mz1)gsin,串车及货车的摩擦力为f1n(m1mz1)gcos,钢丝绳的重力 分力为mpgL0sin和钢丝绳的摩擦力为f2mpgL0cos组成。 7 图4-4斜井钢丝绳计算图 每米钢丝绳的质量: mp= n(m1 mz1)(sin f1cos ) 6 B 11 10 L0 (sin f2cos) ma 4 1000 592 sin170 0.015cos170 11 106 1550 106 911.4 sin170 0.4cos170 7.5 =1.178㎏/m 式中L0—钢丝绳由天轮架到串车尾车在井下停车点之间的斜长(m) , L0=LD+LT+L″=30+800+81.4=911.4m。 f2—矿车运行摩擦阻力系数,此数值与矿井中托辊支承情况有关,钢丝 绳局部支承在托辊上取f2=0.25~0.4; f1——矿车运行摩擦阻力系数,矿车为滚动轴承取f1 0.015,滑动轴承 取f10.02 B—钢丝绳公称抗拉强度; ma—安全系数,与立井要求相同,即混合提升时升降物料不得小于7.5; 8 选用绳6T×7+FC面接触钢丝绳,其直径d=20㎜,其每100m钢丝绳质量 为156㎏,公称抗拉强度为1550MPa,钢丝绳破断拉力总和Qp=236kn; 验算钢丝绳安全系数: mp= Qp n(m1 mz1)g(sin f1cos)mpgL0(sin f2cos) 236000 4 1000 59210 sin170 0.015cos170 1.56 10911.4sin170 0.4cos170 =8.1 6.5 根据上式计算的数值,以上所选钢丝绳可以使用。 4.5提升机的最大静张力和最大静张力差的计算 提升机是按提升机系列规定的许用最大静张力[Fjmax]和许用最大静张力差 [Fcmax]设计出的。 选用时,应使实际负荷所造成的最大静张力和最大静张力差小 于或等于许用[Fjmax]和[Fcmax],以保证提升机能正常工作,对于斜井提升有: 最大静张力 Fjmax=n(m1 mz1)g(sin f1cos )mpgL(sin f2cos) 4 1000 592 10 sin170 0.015cos170 1.5610 860 sin170 0.4cos170 =28586N 双钩提升最大大静张力差 Fcmax nm1 mz1 gsin f1cos mpgLsin f2cos ngmz1 sin f1cos 4 1000592 10 sin170 0.015cos170 1.56 10860 sin170 0.4cos170 4 10 592 sin170 0.015cos170 =21322.9N 9 4.6提升机的选择 井架提升机的滚筒直径为: D=80d=80×20=1600㎜,按《安全规程》规定, 滚筒直径可选为2.0m; 选用GKT221.2520提升机,其主要技术数据: 滚筒数量: 2个; 滚筒直径D: 2m; 滚筒宽度B: 1.25m; 钢丝绳最大静张力Fjmax: 60000N(满足要求); 钢丝绳最大静张力差Fcmax: 40000N(满足要求); 钢丝绳最大速度VM: 5m/s; 变位质量mj: 8400㎏; 电动机最大近似功率: 215kw; 减速器传动比: 20。 两滚筒中心距B+a: 1310mm。 提升机滚筒宽度的验算: B'=L30 (4 3)πD(d) KDP = 860 30 (43)π2(202)=1072mm 3 2.033 式中L=LD+LT+LK=30+800+30m=860m; K—滚筒缠绕的层数,3(层); DP—平均缠绕钢丝绳直径,2.033m; DP=DK14d2(d )2=2000314202 (202)2=2033.4mm 2 2 d—钢丝绳直径,㎜; —缠绕在滚筒圆周表面上相邻两绳之间的间隙,通常滚筒直径为3m 及以上时,取=3mm,其余取=2mm。 对于缠绕层数,《煤矿安全规程》规定: 竖井中升降人员或升降人员和 10 物料的,只准缠绕1层;专为升降物料的,准许缠绕2层;倾斜井巷中升降人员 或升降人员和物料的,准许缠绕2层;升降物料的,准许缠绕3层;在建井期间, 无论在竖井或倾斜井巷中,升降人员和物料的,准许缠绕2层。 《煤矿安全规程》还规定,滚筒上缠绕2层或2层以上钢丝绳时,滚筒 的边缘应高出最外一层钢丝绳的高度,至少应为钢丝绳直径的2.5倍。 对于2层 以上缠绕的滚筒,必须设有带绳槽的衬垫。 按照提升机滚筒实际缠绕钢丝绳计算出的滚筒宽度B'应等于或稍小于 提升机滚筒宽度B。 若B'稍大于B,可适当减小值,或设法将长出的几米钢丝 绳(试验绳长)储存在滚筒内;若B'小于B,可适当增大值,使钢丝绳在滚筒上 均匀分布,而不致集中于一侧,恶化滚筒工作状态。 4.7提升机与井筒的相对位置 4.7.1天轮的选择计算 固定天轮工作可靠维护量小,但由于钢丝绳偏角的要求,使提升机至天轮的距离较远。 《煤矿安全规程》规定: 地面天轮α90°时DT≥80d=80×20=1600mm,选择天轮为: TSG1600/10型,名义直径Dt=1600㎜,变位质量mt=222㎏。 1.井架高度Hj 根据斜井双钩平车场的井架高度要求能保证: (1)摘钩后的矿车通过下放串车的钢丝绳的底部时,绳距地面的高度不得 小于2.5m。 这点距摘挂钩点的距离为Ln,一般取4m(如图9-5),由式(1-1) 可得: Hj=8.1Rt =8.1-0.8=7.3m 2.钢丝绳弦长Lx: 根据《煤矿安全规程》规定“天轮到滚筒的钢丝绳,最大内外偏角不得超过 1°30。 ′”由于偏角的限制,可以计算出最小弦长Lxmin。 11 (1)固定天轮双钩提升最小弦长按外偏角 2Ba s 2Bas 19.(12B as) LXmin 2tan130 2tan 1 =19.1×(2×1.25+0.06-1) =29.8m 按内偏角 L ' Xmin s a sa 19.(1s a) ×(1-0.06)=18m 2tan 2tan130 =19.1 1 式中 s—两天轮之间的距离,即井筒中轨道中心距: s≥bc+0.2(m),其中为矿车 最突出部分宽度矿车技术参数表可得bc=0.8m; a—两滚筒内侧间隙,m; B—滚筒宽度; (2)提升机滚筒中心至天轮中心水平距离Ls: LS= 2 (HjC0)2 LXmin =29.82(7.30.75)2=29.1m 式中C0—提升机滚筒中心至井口水平高度,其数值的组成是 C0=e+h+h0=0.65+0.3-0.2=0.75m。 e为提升机卷筒中心线高出室内地面的高度,m, 数值可以从提升机技术规格表中查到。 h为提升机房室内外的标高差,m;当提 升机房为单层建筑时,h可取0.2~0.3m;当提升机为半地下式或两层建筑时,h 可分别取2.0和3.7m。 h0为提升机房室外地坪与井口的标高差,数值可以结合地 形条件与工业场地布置的有关专业人员商定,这里取h0=-0.2m。 将Ls取为接近计算值较大的整数29m,得出实际弦长: Lx=Ls2 (Hj C0)2 =292 (7.3 0.75)2 =29.8m 12 4.7.2计算钢丝绳实际的外偏角α1和内偏角α2 1 arctan2B a s arctan2 1.25 0.061=1.5° 2LX 2 29.8 1 arctans a arctan1 0.06 0.9 2LX 2 29.8 4.7.3求钢丝绳的下出绳角 本矿设计中滚筒直径与天轮直径不相同 下出绳角 XarctanHjC0arcsinDDt Ls2LX =arctan7.30.75arcsin21.6 29229.8 =16.2°>15° 根据上述计算,画出提升机与井口相对位置图,如图4-3所示。 4.8提升电动机的初选计算 4.8.1电动机的估算功率 KFcmaxvmax Ns 1000 =1.121322.93.7 10000.85 =102kw 式中Ns——所需电动机功率,kw; vmax——提升机选定的标准速度,3.7m/s; K——备用系数,单钩提升时取1.1~1.4,双钩提升时取1.05~1.1; ——减速器的传动小路,《煤炭工业矿井设计规范》规定,提升机与电动 机连接装置传动效率的选择在无厂家给定值是,直联可取0.98,行星轮减速器可 13 取0.92,平行轴减速器可取0.85~0.90,本设计中选择的提升机的减速器属于平行轴减速器,取=0.85 Fcmax——钢丝绳作用在卷筒上的最大静张力差 4.8.2电动机的估算转数 n 60vmaxi πD =603.720 π2 =706r/min 式中n——电动机的估算转数,r/min; i——减速器的传动比,查提升机技术参数表可得i=20; D——提升机滚筒直径,m。 4.8.3初选电动机 按上面计算出来的NS与n在电动机技术数据表中选用合适的电动机,所选 提升电动机的转数应与上式中计算出来的数值相当,但不一定与算出值完全相 同,这是因为同步转数相同的交流电动机的额定转数并不完全相同。 此外,应选用过负荷系数较大者,以满足对电动机的过负荷能力要求。 依据以上要求,最后 选JRQ-147-8型电动机: 额定功率Pe=200kW;额定电压: 6000V; 转数: 735r/min; 过负荷系数l: 2.3; 飞轮转矩(GD2)P=1250N·m2; 电机效率: 89.5%; 同步转速: 750r/min。 4.8.4确定提升机的实际最大提升速度 πDne vmax 60i 14 π2735 = 6020 =3.85m/s 式中vmax——提升机实际最大提升速度,m/s; ne——已选出电动机的额定转数,r/min。 《煤矿安全规程》规定: 用矿车升降物料时,最大允许速度vm≤5m/s,而 vmax=3.85m/s<5m/s,符合要求。 4.9提升系统的变位质量计算 货载质量m=nm1=4×1000=4000㎏; 串车自身质量mZ=nmz1=4×592=2368㎏; 钢丝绳质量mP·Lp=mP(L+Lx+2πD+30+nπD) =1.56×(860+29.8+2×π×2+30+3×π×2) =1483㎏; 式中mP——提升钢丝绳每米质量,kg/m; L——提升钢丝绳斜长,m; Lx——钢丝绳弦长,m; nπD——多层缠绕的错绳长,m;n=2~4圈天轮变位质量mt=222㎏; 提升机变位质量mj=7800㎏; 电动机变位质量md=GD2 2 i g D 2 125020 = 102 =12500kg 式中GD2——飞轮转矩,可由所选电动机技术参数表中查得; i——减速器的传动比,查提升机技术参数表可得i=20; 15 对单绳缠绕式提升系统(无尾绳提升系统),器总变位质量m为 mm2mz2mpLp2mtmjmd =4000+22368+2×1483+2×222+7800+12500=32446kg 4.10斜井提升动力学计算
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