XXX煤矿机电设备选型设计 毕业论文设计.docx

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第一章综采工作面配套设备选型

11机械化采煤工作面类型的确定与论证

XXX煤矿煤层最大厚度29m煤层倾角6°煤层截割阻抗A＝375Nmm顶板岩性老顶为Ⅲ级直接顶为2类工作面设计长度为110m设计年产量为75万ta

本矿煤层赋存条件较好煤层为进水平煤层煤层厚度适中为29m井型为中型矿井设计能力为75万ta直接顶为2类中等稳定顶板老顶为Ⅲ类顶板周期来压强烈要求工作面支护强度较大

根据本矿工作面条件及我国目前采煤方法的类型及设备配套情况设计确定工作面的方法为综采一次采全高

12液压支架的选型

com压支架选型的因素

影响液压支架选型的因素主要考虑煤层顶底板稳定性煤层厚度倾角赋存状况及瓦斯含量等情况其中以煤层及顶底板稳定性影响较大

本矿煤层厚度29m倾角6°煤层赋存条件较好

本矿工作面煤层直接顶为2类顶板属中等稳定顶板强度较高强度指数在31～70kgcm2之间发育大量节理裂隙随采随落

本矿工作面老顶为Ⅲ级顶板周期来压强烈对支架支护强度的要求较高

com架的选型

com1架型的选择

液压支架根据对顶板的支护方式和结构特点不同可分为支撑式掩护式支撑掩护式三种基本型式

支撑式支架顶梁长立柱多且垂直支撑工作阻力大切顶能力强通风断面大后部有简单的挡矸装置架间不撑紧对顶板不密封它适应于稳定或坚硬以上直接顶和周期来压明显和强烈的老顶条件

掩护式支架有宽大的掩护梁可挡住采空区冒落的矸石它的顶梁较短支柱少且倾斜支撑架间密封支架工作阻力较小切顶能力差但由于顶梁较短控顶面积小支护强度不一定小它使用于不稳定和中等稳定直接顶条件

支撑掩护式支架兼有上述两种支架的结构特点顶梁较长立柱较多呈垂直或倾角较小倾斜支撑故工作阻力大切顶能力强具有掩护梁架间密封挡矸掩护性能好它使用于稳定以下各类顶板有取代支撑式支架的趋势但结构复杂重量较大价钱相对较高

由于本工作面的直接顶类别及老顶级别均以确定所以可直接根据适应不同类级顶板的架型及支护强度表直接选择

根据表中给定的架型选择标准确定本工作面的支架类型为支撑掩护式虽然该支架结构复杂成本较高但该类型支架技术成熟安全性高工作性能稳定对不同地质条件的煤层适应性强应用广泛

com2液压支架结构参数的确定

H＝h＋a

Hmin＝hmin－S2－b－C

式中H支架最大支护高度m

Hmin支架最小支护高度m

h煤层最大厚度29m

hmin煤层最小厚度取24m

a考虑伪顶煤皮冒落后支架仍有可靠初撑力所需要的支

撑高度的补偿量中厚煤层取200mm

S2顶板最大下沉量取160mm

b支架卸载前移时立柱伸缩余量煤层厚度大于12m时取

80～100mm本次设计取100mm

c支架顶梁上存留的浮煤和碎矸石厚度取100mm

则H＝29＋02＝31m

Hmin＝24－016-01-01204m

com3支架支护强度的确定

1根据经验公式估算

q＝K·H·R

式中q支架支护强度tm2

K作用于支架上的顶板岩石厚度系数我国取6～8设计取

8

H最大采高29m

R岩石容重一般取23tm3

则q＝8×29×235336tm2

2直接查表选取

根据顶板条件及煤层厚度直接查表可知

支架支护强度为72tm2

据以上计算及查表选取确定支架支护强度为72tm2

com4选择液压支架型号

根据支架结构参数及支护强度设计选取支架型号为ZY35型

该支架技术参数如下

支架初撑力1884吨力1884kN

支架工作阻力400吨力4000kN

底板比压186公斤力厘米2186MPa

泵站工作压力200公斤力厘米220MPa

支护强度73吨力米2073MPa

13单体液压支柱工作高度支护强度及型式的选择

com大工作高度H及最小工作高度Hmin的计算

H＝h－c

Hmin＝hmin－s－c－a

式中H支柱最大工作高度m

Hmin支柱最小工作高度m

hhmin煤层最大最小采高分别为29m24m

c顶梁高度96mm

s最大控顶距处顶板顶板下沉量160mm

a支柱卸载高度80mm

则H＝29－00962804m

Hmin＝24－016－0096－0082064m

com压支柱的工作阻力及支护密度

单体液压支柱的工作阻力选取DZ-25型即工作阻力为25kN

单体液压支柱的支护密度确定如下

由于工作面最大采高为29m选型时按照3m采高进行选取支护强度为

16×3556吨米2即056MPa

支护密度56÷25224根m2

com压支柱型式及铰接顶梁的选择

单体液压支柱的型式分为内注式及外注式根据内注式和外注式的使用条件本设计选用外注式单体液压支柱外注式单体液压支柱重量相对较小制造成本低伸缩比大适用于中厚煤层之中

铰接顶梁的选择根据采煤机截深取06m铰接顶梁的长度取截深的整数倍

14滚筒采煤机的选择

com性能参数的计算与决定

com1滚筒直径的选择

根据目前我国采煤机生产现状及使用情况设计选用双滚筒采煤机

双滚筒采煤机滚筒直径应大于最大采高h的一半一般可按D052～06h选取采高大时取小值采高小时取大值目前双滚筒采煤机的滚筒直径也已经系列化所以滚筒直径的选取选取和标准直径相近的数值

D052×291508m

根据计算设计取16m

com2截深的选择

截深的选择受煤层厚度倾角顶板稳定性截割阻抗及液压支架的推移步距影响中厚煤层一般选取06m～08m同时考虑到我国生产的采煤机大部分截深在06m左右设计选取截深为06m

com3滚筒转速及截割速度

滚筒转速的选择直接影响截煤比能耗装载效果粉尘大小等转速过高不仅煤尘产生量大且循环煤增多转载效率降低截煤比能耗降低根据实践经验一般认为采煤机滚筒的转速应控制在30～50转分较为适宜设计取45转分

滚筒直径为16m转速为45转分则可计算出截割速度为3768米秒

com4采煤机最小设计生产率

采煤机最小设计生产率与采煤机有效开动率有关虽然综合机械化开采在我国中厚煤层一次采全高工作面的应用已经成熟机械设备的生产加工技术也比较完善设备可靠性也大大提高但采煤工作面煤层潜在的变数及机械设备的检修等的各种因素均影响采煤机有效开动率我国平均水平在40％左右设计取正常开动率为40％

采煤机最小设计生产率由下式计算

式中

Qmin采煤机最小设计生产率th

W采煤工作面的日平均产量750000÷3002500t

04采煤机有效开动率

则

com5采煤机在截割时的牵引速度及生产率

采煤机截割时牵引速度的高低直接决定采煤机的生产效率及所需电机功率由于滚筒装煤能力运输机生产效率支护设备推移速度等因素的影响采煤机在截割时的牵引速度比空调时低得多采煤机牵引速度在零到某个值范围内变化选择截煤机时的牵引速度要根据下述几个方面因素综合考虑

1根据采煤机最小设计生产率Qmin决定的牵引速度V1

mmin

式中Qmin采煤机最小设计生产率2604th

H采煤机平均采高265m

B采煤机截深06m

γ煤的容重135tm3

2根据截齿最大切削厚度决定的牵引速度V2

采煤机截割过程中是滚筒以一定的转速n同时又以一定的牵引速度V2沿工作面移动切削厚度呈月牙规律变化如果滚筒一条截线上安装的截齿数为m则截齿最大的切削厚度h在月牙中部可用下式求出

mm

上式中m一般取3n根据上面的计算取45转分一般来说h应小于截齿伸出齿座长度的70％根据国产采煤机的实际情况取45mm

则mmin

式中h截齿在齿座上伸出长度的70％取45mm

则

3按液压支架的推移速度决定牵引速度V3

一般讲支架的推移速度应大于采煤机的牵引速度较好这样可保证采煤机安全生产

截割时牵引速度V应根据上述三方面情况综合分析后确定其最大值应等于或大于V1但应小于V2并与V3协调使采煤机既能满足工作面生产能力的要求又可避免齿座或叶片参与截割并能保证采煤机安全生产

综上所述采煤机的牵引速度取V＝4mmin

采煤机的牵引速度确定后则采煤机的生产率Q为

Q＝60·H·B·V·γth

将上述确定的直带入公式求得采煤机的生产率为

Q＝60×265×06×4×135＝51516th

com6采煤机所需电机功率

由于采煤机在截割和装载过程中受到很多因素的影响所需电机功率大小很难用理论方法精确计算常采用类比法或比能耗法来估算采用比能耗法估算电机功率是根据采煤机生产率和比能耗截割单位体积煤所消耗电功率试验资料来确定如果比能耗确定适当计算值就比较合理

本设计煤层截割阻抗为AX＝375Nmm根据下述公式可求得采煤机截割时的比能耗HωX

式中HωX煤层截割比能耗kW·ht

AX煤层截割阻抗375Nmm

A基准煤截割阻抗取190Nmm

HωB基准煤比能耗通过插入法计算知当牵引速度为55mmin时基准煤比能耗为039kW·ht

则

由于本设计采煤机为双滚筒采煤机所以后滚筒的截割比能耗可由下式求得

式中K3后滚筒工作条件系数根据采煤机割煤方式取08

则

采煤机所需电机功率为

式中K1功率利用系数采煤机用一台电机驱动取1

K2功率水平系数查表取095牵引速度调节方式为自动调节电机最大转矩和额定转矩的比值取22～24

则

由于国内采煤机的功率均以系列化根据计算数值就近选取设计选采煤机的功率为300kW

com7采煤机牵引力

根据采煤机电动机的功率可直接查表求得采煤机的牵引力

查表采煤机牵引力250～300kN

com煤机及其配套设备

根据采高滚筒直径截深生产率电机功率牵引力及牵引速度初步选择采煤机型号为MLS3H-340查阅煤炭科学院等编制的采煤机械化成套设备参考资料一览表确定选用ZC5-ZY35成套设备但其刮板机的运输能力偏小设计选取电机功率为320kW且其机电设备选型大部分为国家淘汰产品本次设计根据实际进行了适当调整设备选型配套情况见下表1－4－1

表1－4－1ZC5－ZY35成套设备表

型号规格单位数量工

作

面液压支架ZY-35架100采煤机MLS3H-340台1刮板输送机SGZ-764320台1单体液压支柱DZ25根20顺

槽转载机SZB730110台1带式输送机DSP－10801000台1破碎机PCM－110台1乳化液泵XRB2B－80200台2乳化液泵箱XRXTA台1喷雾泵站XPB－25055台2液压安全绞车YAJ－13台1端

头端头液压支架D1ZY－35组2单体液压支柱DZ25根40金属铰接顶梁HDJA根50电

器

设

备移动变电站KSGZY－630114台2KSGZY－315069台1台1高压电缆连接器AGKB30－2006000个8馈电开关BKD9-4001140F台2BKD9-200690F台2磁力启动器QJZ-2×1201140型台1BQD10－80ZD／1140型台1BQD10－200ZND／1140型台1BQD10－200ZND／1140型台1QJZ-2×2001140型台1QJZ-2×2001140型台1BQD10－120ZD／1140型台1BQD10－120ZD／1140型台1BQD10－80ZND／660型台1BQD10－80ZND／660型台1BQD10－80ZND／660型台1BQD10－80ZD／660型台1煤电钻变压器综合装置BZ80－25台1KSGZ－4066台1矿用照明灯具KBY－622×6W套50KBY－15W个50电缆UYPJ-366-3×253×16m2800UYP-038066-3×351×10m150UYP-038066-3×951×25m550UYP-038066-3×251×10m300UYP-038066-3×351×16m180UYP-066114-3×701×16m420UCP-066114-3×701×163×6m121YC－5003×4＋1×4mm2m250YC－5003×10＋1×6mm2m1000

采煤机主要技术参数见表1-4-2

表1-4-2采煤机主要技术参数表

型号高度m质量kg电机高度m减速箱高度m摇臂长度m摆角范围°MLS3H-3402～3230000060611965°～17°com煤机主要技术参数的校核

com1最大采高的校核

本设计最大采高h为29m滚筒直径D为16m采煤机高度A及所需底托架高度B可由下式计算

A＝h＋

B＝h－

式中A采煤机高度m

h工作面最大采高29m

H采煤机截割部减速箱高度一般等于电机高度06m

L摇臂长度119m

α摇臂向上摆动最大角度60°

D滚筒直径16m

S运输机槽帮高度0220m

则A＝29＋＝137m

B＝29－

com2最小采高的校核

采煤工作面最小采高hmin应大于采煤机高度A支架顶梁高度h1过机高度h2顶梁与采煤机机身上平面之间的距离三项之和即采煤机与支护设备应能通过煤层变薄带滚筒不割岩石

hmin＞A＋h1＋h2

式中h1支架顶梁高度033m

h2过机高度不应小于01～025m取015m

则hmin＞137＋0033＋0151533m

工作面最小采高24m选型满足最小采高的要求

com3卧底量校核

最大卧底量K按下式计算

K＝A－

式中β摇臂向下摆动最大角度20°

K＝16－016m

采煤机卧底量一般为90～300mm最大卧底量为016m满足要求

com4采煤机最大截割速度的校核

运输机采煤机液压支架在结构性能之间有相应的配套要求运输机的生产能力一般应略大于采煤机的生产率以便把煤及时运走不出现堆煤现象根据此原则可把运输机的运输能力看成采煤机的最大生产率此时采煤机截割的最大牵引速度为

式中运输机的运输能力800th

H平均采高265m

B采煤机截深06m

γ煤的实体容重135tm3

则

设计选取得截割牵引速度为4mmin计算值大于选取值满足要求

com5采煤机牵引力的估算

采煤机移动时必须克服的牵引阻力T为

T＝K2G＋fDcosα－K2＋2K3±Gsinα

式中f摩擦系数取平均值018

K1经验系数取07

K2估算系数取02

K3侧面导向反力对牵引阻力影响系数导向板在采空区侧布置煤层倾角倾角为6°取0402

最后一项当向上牵引时取正号向下牵引时取负号

15采煤机支护设备输送机配套关系图

采煤机输送机支护设备均已系列化选取设备时应根据计算参数选择相近参数的设备本次设计根据计算选择综采成套设备ZC5－ZY35并根据设计的实际情况进行了适当的修改

工作面设备配套关系图见附图

第二章矿山运输机械选型设计

21回采工作面运输机械的选择设计

com始资料

1回采工作面生产能力Qcth

Qc＝60·h·b·γ·V

式中h回采平均高度265m

b滚筒截深06m

γ原煤容重135tm3

V采煤机牵引速度4mmin

则Q＝60×265×06×135×4515th

2刮板输送机的铺设长度Lm

设计工作面长度为110m刮板铺设长度为110m

3刮板输送机的铺设倾角β

煤层倾角为6°刮板输送机的铺设倾角最大按6°考虑

4物料的散碎密度γ

物料散碎密度为09tm3

com送机的验算

com1验算运输能力

刮板输送机的运输能力为

Q＝36FγψV－Vc60

式中F运行物料的断面积经过SGZ764-320型刮板的运行物料断面积为028m2

γ物料的散碎密度09tm3

V刮板链速11ms

Vc采煤机牵引速度4mmin

ψ装满系数查表可知当β为6°时取08

则Q＝36×028×900×08×11－460749th＞Qc＝515th

所选刮板输送机适合

com2运行阻力计算

1重段直线段的总阻力

Wzh＝q·ω＋q1·ω1L·g·cosβ－q＋q1L·g·sinβ

＝118092N

式中q中部槽单位长度货载质量kgm

q＝Qc36V＝74936×11189kgm

q1刮板链单位长度质量188kgm

ω物料在溜槽中运行阻力系数取07

ω1刮板链在溜槽内移行的阻力系数取03

L刮板输送机的铺设长度110m

β刮板输送机的铺设倾角6°

2空段直线段的总阻力

Wk＝q1·L·gω1cosβ±sinβ

上述式中＋－的选取该段向上运行时去＋向下运行时取－

经计算Wk＝8331N

3弯曲段运行阻力

工作面刮板输送机在推溜时机身产生蛇形弯曲由此产生的附加阻力为

①重段弯曲段的附加阻力

Wzhw＝01Wzh11809N

式中Wzhw重段弯曲段附加阻力N

②空段弯曲段附加阻力

Wkw＝01Wk831N

③刮板链绕经从动链轮处的阻力

Wc＝005～007Sy’640N

式中Sy’刮板链在从动链轮处的阻力10665N

④刮板链绕经主动链轮时的阻力

Wz＝003～005Sy＋Sl＝656N

式中Sy’刮板链在主动链轮相遇点的张力10665N

S1刮板链在主动链轮分离点的张力11198N

总的牵引力W0可按下式计算

W0＝121Wzh＋Wk

＝1211180928331

152971N

com3刮板链张力的计算

1判断最小张力点的位置

设计选取双机头驱动按两端布置传动装置分析Wk－12W0＜0则1点为最小张力点

2用逐点计算法求各点张力

通常从最小张力点开始计算

计算简图如下

S1Smin＝6000N

S2S1＋Wzh＝6000＋118092＝124092N

S3S2－W0＝124092－1529712＝476065N

S4S1Wk6000833114331N

com4牵引力及电动机功率计算

设计为机采工作面刮板输送机的总牵引力为

W0＝121Wzh＋Wk

＝1211180928331

152971N

N＝

Nmin＝

Nd＝06

考虑20％的备用功率取电机功率备用系数为k’＝12则

N＝12Nd15924kW

由计算知所选刮板输送机的电机功率满足要求

com5刮板链的预紧力和紧链力计算略

刮板链的预紧力和紧链力以保证链条与链轮的正常啮合平稳运行为宜一般按2000～3000N考虑

com6验算刮板链的强度

刮板输送机刮板链的安全系数为

n＝＝78

式中n刮板链安全系数

Sd一条链的破断力610000N

S刮板链的最大净张力124092N

λ双链负荷不均匀系数取096

计算出的安全系数必须满足

n≥35

经计算n为78说明链子的强度满足

22采区运输顺槽运输机械的选择设计

com的选择

com1选择原则

1转载机的运输能力要稍大于工作面刮板输送机的运输能力

2顺槽转载机的机尾与工作面刮板输送机的连接处要配套

3顺槽转载机的零部件与工作面的刮板输送机的零部件尽可能通用

com2顺槽转载机的选择

根据上述选择原则及工作面刮板输送机的运输能力等选择转载机型号为SZB730110型其技术参数如下表

SZB730110型刮板转载机的技术参数

型号标准长度m链速ms园链环mm输送量th中部槽规格mmSZB73011025107φ22×86-c7001500×730×222com送机的选型计算

设计原始资料

带式输送机的铺设长度800m

带式输送机的铺设倾角0°

顺槽设计运输生产率Qc515th

物料的松散密度09tm3

物料中的最大块度尺寸300mm

物料堆积角30°

根据上述资料初选顺槽带式输送机型号为DSJ10080160型可伸缩带式输送机其技术参数如下

型号运量th运距m带速ms电机功率kW倾角°DSJ100801601000100025160±5com1带式输送机的验算

1验算带式输送机的运输能力和带宽

带式输送机的运输能力用下式计算

Q＝kB2vγc458×12×25×09×110305th

式中B输送带的宽度1m

k物料断面系数查表取458

v输送机的带速25ms

γ物料松散密度09tm3

C倾角系数1

Q＞Qc输送机的选择满足运输的要求

输送带的宽度验证

物料最大块度为300mm则输送带的宽度应满足下式

B≥2×300＋200mm＝800mm

设计带宽1000mm满足运输要求

com2计算输送带的运行阻力

1重段直线段的运行阻力

Wzh＝q＋qd＋Lgcosβ±q＋qdLgsinβ

＝57＋231＋1575×800×98×004×1

＝26301N

式中Wzh重段运行阻力N

q单位长度输送带上物料的重量kgm

q＝Qc36v51536·2557kgm

qd单位长度输送带的重量查表231kgm

L输送机铺设长度700m

ω’输送带沿重段运行的阻力系数查表取004

重段单位长度上分布的托辊旋转部件的质量经计算取1575kgm

2空段直线段的运行阻力

Wk＝qd＋Lgcosβ±qdsinβ

＝231＋536×800×98×0035×1

＝68332N

式中空段单位长度上分布的托辊旋转部分的质量经计算取536kgm

输送带沿空段运行时的阻力系数查表取0035

3曲线段运行阻力

在进行张力计算时滚筒处阻力计算如下

绕出改向滚筒的输送带张力为

式中绕出改向滚筒的输出带张力N

绕入改向滚筒的输送带张力N

k张力增大系数

传动滚筒处阻力为

Wc＝003～005Sy＋S1

式中Wc传动滚筒处的阻力N

Sy输送带在传动滚筒相遇点的张力N

S1输送带在传动滚筒相离点的张力N

com3输送带的张力计算

1用逐点计算法找出了S1与S4的关系

按磨擦转动条件找出S1S4关系

因为S2S1WK

S3S2W2－3

S4S3Wzh

所以S4S1WzhWKW2－3

W2－3＝007S2007S1＋WK

S4S1＋WzhWK007S1＋WK

＝107S1＋Wzh107WK

2按磨擦转动条件找出S1与S4关系

式中C0摩擦力备用系数取12

μ0输送带与滚筒之间的摩擦因数取02

θ围包角取240°

则＝231

即S421S1

解联立方程求得

S1326335N

S4685304N

S2394667N

S3422294N

com4输送带的悬垂度和强度验算

1垂度验算

重段胶带允许最小张力为

Sminzh5dgcosβ

5×57231×15×98cosβ

58774N

空段输送带允许的最小张力

Smink5qggcosβ

5×536×3×98×cosβ

788N

2强度验算

输送带为强力帆布输送带带强P0960Ncm·层设计输送带按硫化接头7层帆布设计

〔Se〕＝

com5牵引力及电机功率计算

输送机主轴牵引力为

F0S4－S1＋004S4＋S1

＝685304－326335＋0