平车场双钩串车提升运动学分析.doc

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，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 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≤0.5ｍ/s2。本例初选最大速度 vｍ4.7ｍ/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＝＝＝3.33 s 初加速行程 L01＝＝＝1.67 ｍ 等速度行程 L02＝LD－L01＝30－1.67＝28.33ｍ 等速度时间 t02＝＝＝28.33s tDt01t023.3328.3331.66 s （2）串车离开井底车场后的主加速度阶段 主加速时间 t1＝＝＝5.6 s 主加速行程 L1＝＝＝13.44ｍ （3） 等速度运行阶段 等速度行程 L2＝L－（LDL3L1）＝86030213.44803.12 m （式中 L3L1） 式中 L提升斜长，LLDLTLK3080030 m860 m LT井筒斜长，800m。 等速度时间 t2＝＝＝170.9s （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 t3t15.6s 31.66s L3L1 L4L02 L5L01 5 摘勾时间为摘 θ25 s 6 一次提升循环时间 T＝＋t1＋t2＋t3＋tk＋u ＝31.665.6170.95.631.6625270.42s 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LD30m； 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30m； u摘挂钩时间，一般取20～25 s本例取u25 s。 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H235.5m，倾角17,井上下车场内倾角度 3，斜长； b 矿井设计年生产能力An10万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A330天，每天3班，每日净提升时间t10h； 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 45.5 t/h 式中 An 矿井年产量（t/a）； c 提升工作不均匀系数，有井底煤仓时c1.1～1.15，无井底煤仓时ｃ＝１.2；矿井有两套提升设备时 c1.15，只有一套提升设备时c1.25; 提升设备富裕系数，主提升设备对第一水平为1.2； 年工作日数； t 日提升小时数； （2） 一次提升量 3.42t （3） 一次提升矿车数 3.42t 取n14个 式中 装载系数，当倾 角为20以下时，1；当倾角为2125时，0.950.9；当倾角为2530时，0.850.8； 煤的松散密度， t/m3； V矿车的有效容积，m3。 综上矿车的总数取n4辆 2根据矿车连接器强度验算矿车数 12.3 圆整为n212，因为n1n2，说明能保证连接器的强度，所以确定矿车数为 nn14。 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 1953.2kg 式中井筒的倾角； 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0.0150.02箕斗提升通常取0.01； m单个矿车载货量，kg； 矿车组重量，kg； 4.4.2斜井井架高度的确定 1、井架高度 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，一般取4ｍ（如图4-3），按比例关系可得 ＝＝8.1ｍ （1-1） 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LT1.54212 m，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），式选40m。 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＝＝＝5.7 则b＝5.7＜9，合符要求。 2.井口到井架钢丝绳的弦长L″计算 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，串车及货车的摩擦力为，钢丝绳的重力分力为和钢丝绳的摩擦力为组成。 图4-4 斜井钢丝绳计算图 每米钢丝绳的质量 ｍp＝ 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＋LTL″＝3080081.4911.4m。 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，滑动轴承取 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； 选用绳6T7FC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＝236kn； 验算钢丝绳安全系数 ｍp＝ 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和许用最大静张力差设计出的。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 和，以保证提升机能正常工作，对于斜井提升有 最大静张力 ＝ 28586N 双钩提升最大大静张力差 21322.9N 4.6提升机的选择 井架提升机的滚筒直径为D＝80d＝8020＝1600㎜，按安全规程规定，滚筒直径可选为2.0ｍ； 选用提升机，其主要技术数据 滚筒数量2个； 滚筒直径D2ｍ； 滚筒宽度B1.25ｍ； 钢丝绳最大静张力60000 N（满足要求）； 钢丝绳最大静张力差40000N（满足要求）； 钢丝绳最大速度VM5ｍ/s； 变位质量ｍj8400 ㎏； 电动机最大近似功率215kw； 减速器传动比20。 两滚筒中心距Ba1310mm。 提升机滚筒宽度的验算 ＝ ＝1072mm 式中 L＝LDLTLK3080030 m860 m； K滚筒缠绕的层数，3层； DP平均缠绕钢丝绳直径，2.033ｍ； DP＝＝＝2033.4mm 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应等于或稍小于提升机滚筒宽度B。若稍大于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≥80d80201600mm，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＝ ＝8.1-0.8＝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130′。”由于偏角的限制，可以计算出最小弦长Lxmin。 （1） 固定天轮双钩提升最小弦长 按外偏角 19.1（21.250.06-1） 29.8m 按内偏角 19.1（1-0.06）18m 式中 s两天轮之间的距离，即井筒中轨道中心距s≥bc＋0.2ｍ，其中为矿车最突出部分宽度矿车技术参数表可得bc0.8m； 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＝ ＝＝29.1 ｍ 式中 C0提升机滚筒中心至井口水平高度，其数值的组成是C0ehh00.650.3-0.20.75 m。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 ＝ ＝ ＝29.8ｍ 4.7.2计算钢丝绳实际的外偏角α1和内偏角α2 1.5 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 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 102 kw 式中所需电动机功率，kw； 提升机选定的标准速度，3.7m/s； K备用系数，单钩提升时取1.11.4，双钩提升时取1.051.1； 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，行星轮减速器可取0.92，平行轴减速器可取0.850.90，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 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 706 r/min 式中电动机的估算转数，r/min; 减速器的传动比，查提升机技术参数表可得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6000 V； 转数735 r/min； 过负荷系数l2.3； 飞轮转矩GD2P＝1250 Nｍ2； 电机效率89.5； 同步转速750 r/min。 4.8.4确定提升机的实际最大提升速度 3.85m/s 式中提升机实际最大提升速度，m/s; 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＝41000＝4000㎏； 串车自身质量ｍZ＝nｍz1＝4592＝2368㎏； 钢丝绳质量ｍPLp＝ｍPL＋Lx＋2πD30πD ＝1.56860＋29.8＋2π2303π2 ＝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； πD多层缠绕的错绳长，m；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 12500kg 式中飞轮转矩，可由所选电动机技术参数表中查得； 减速器的传动比，查提升机技术参数表可得20; 对单绳缠绕式提升系统（无尾绳提升系统），器总变位质量为 400022368214832222 780012500 32446kg 4.10 斜井提升动力学计算 4.10.1双钩串车提升上井口为平车场时的运动力计算 重车在井底车场，空车在井口栈桥上运动阶段 设井底车场倾角和井口栈桥倾角为3，井筒倾角17 初加速开始时 22036.5N 初加速运行终了时 22025.1N 低速等速开始时 22025.1－ 12291.3N 重车沿井筒提升，空车沿井筒下放阶段 低速等速运行终了时 21791.8N 加速开始时 21791.8 38014.8N 加速运行终了时 28004.9N 等速开始时 28004.9 11781.9N 等速运行终了时 5695.3N 减速开始时 5695.3N 减速运行终了时 N 低速等速开始时 5225.6N 重车沿上井口栈桥提升，空车下行进入井底车场段 低速等速运行终了时 15486.8N 制动开始时 15486.85753.1N 制动减速运行终了时 N 大小如表4-1 表4-1 各阶段的受力 运行阶段 初加速 低等速 主加速 匀速 主减速 低等速 低减速 初始 终了 初始 终了 初始 终了 初始 终了 初始 终了 初始 终了 初始 终了 合力 N/ 22036 22025 12291 21791 38014 28004 11781 5695 5225 15486 5753 受力图如图 4-5 4-5 各阶段受力图 4.11 提升电动机容量的计算 4.11.1提升电动机等效力计算 根据电动机的发热条件计算的等效力 14562N 式中等效力，N； 等效时间，s，对于自然通风冷却的电动机，可按式21进行计算 各个运行阶段力的平方与该段时间乘积的总和，可分为以下两种情况当该段的始点与终点的力相差不大时，则按计算；当该阶段的始点与终点的力相差较大时，则应按计算，通常在最大速度的等速阶段出现这种情况。计算得 3.381010 式中 c1考虑电动机以低速运转时，散热条件不良系数，一般取c1，如果电动机有强迫通风的独立通风系统可取c10.751； c2电动机在停歇时间的散热不良系数，一般取 4.11.2电动机的等效容量 式中电动机的等效容量，kW； K电动机容量的备用系数，煤炭工业矿井设计规范规定，提升电动机功率选择储备系数，宜按1.051.10选取； 减速器的效率，一级时取0.92，二级时取0.85； 预选的电动机的功率为200kW＞Nd，即预选的电动机满足需求。 4.11.3电动机过载能力的校验（按力图计算） ≤0.80.85 式中在力图上的最大运动力，kg，通常是出现在加速阶段开始时，由上一节中的运动力分析可知38014N； 电动机的过载能力，其数值可以从电动机的产品样本中查到，MK为最大力矩，MH为额定力矩查表可得2.3； Fe电动机的额定力，N，可按下式计算 46494N 式中Ne电动机额定功率，kW； 电动机机械效率。 0.36＜0.80.85，电动机的过载能力校验满足要求。 4.11.4提升设备的能力验算 提升设备年实际最大提升能力为 AN′＝ t/a 矿井富裕系数为 at＝＝＝1.9＞1.2 符合煤炭工业矿井设计规范对矿井设计富余能力的规定。 以上所选提升机及电动机合适。 4.11.5提升设备的耗电量计算 （1）一次提升电耗W为 W＝ ＝＝12.6106 J/次 式中 ＝2.44106 NS 提升设备的每吨煤电耗为 Wt＝＝12.61064＝3.15106 J/t 提升设备按理想条件的有益电耗 Wy＝mgH＝mgLSsina ＝400010860sin17 ＝9.08106 J/次 提升设备效率 h＝ ＝ ＝0.72。 23