主井提升机改造研究资料2.docx
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主井提升机改造研究资料2
任楼煤矿主井提升机改造
可行性研究报告
任楼煤矿机电科
周勇
2013-1-8
目录
一、改造背景概述
（一）减速器损坏现状
（二）针对减速器损坏采取的改进措施
（三）减速器损坏带来的安全和经济影响
二、主井提升机改造主要技术要求
三、主井提升机改造方案
（一）土建及机械安装方案
（二）电控改造方案
（三）提升机主要参数及选型计算
（四）主井提升系统运动学计算表
（五）提升系统提升速度图
四、提升设备的能力校核计算
五、主井绞车落地改造可行性分析
六、提升系统的可行性分析
七、其他备选方案简介
任楼煤矿主井提升机改造可行性研究报告
一、改造背景概述
（一）减速器损坏现状：
任楼煤矿主井提升系统使用一对16吨箕斗，实行自动化定量装载，最大提升速度为9.1m/s。
采用JKM-4×4（I）RL型塔式多绳摩擦轮提升机，配套ZD120/40型2000KW直流电动机，2012年10月电控系统改为ABB公司的AC110自动控制系统，驱动改造为DCS600直流传动系统。
主井提升机原配套的减速器为ZHG-100A同轴式弹簧基础减速器，于95年投入使用，中间人形齿齿圈沿齿根部断裂，将损坏减速器返回洛矿更换人形齿后投入使用（影响生产17天），99年11月对减速器进行改造，将平衡轴减速器更换为行星齿轮减速器，型号为ZZP1250
（2）A，速比为11.2，额定输出扭矩为719400N·M。
改造后的1#行星齿轮减速器于99年11月投入使用，2003年10月本台减速器在正常运行时内齿圈轮齿折断（影响生产74小时）。
2#减速器于2003年10月投入使用，2007年10月份更换为3#新减速器，2#减速器更换返厂大修、拆解检查时发现行星轮的轮齿上有1处严重剥落和3处明显的裂纹。
2008年5月份停产大修期间，2#减速器投入使用，当年9月2日正常运行时行星轮的轴承保持架损坏，3#减速器再次投入使用。
2009年8月7日对3#减速器进行开盖检修时发现输入轴有一齿齿面单侧胶合，相邻齿齿顶有2处局部残缺,更换为2#减速器。
2012年3月8日2#减速器高速侧的二级传动齿外侧承滚道损坏，打开轴承压盖，可以明显看到磨损铁屑，将3#减速器投入使用。
3#减速器在2012年3月11日更换，运行10小时后检查发现减速器高速传动轴联轴器侧的轴承滚道损坏，其损坏面积为长60×宽40×深10（mm）。
现使用的4#减速器，2012年12月12日发现高速端齿轮表面严重磨损，磨损痕迹大概有100mm长，西勾上运行时，减速器声音异常。
综上所述，主井减速器自平行轴减速器改造为行星齿轮减速器后，9次出现齿轮损坏、断齿等现象，难以保证生产需要。
（二）针对减速器损坏采取的改进措施
针对上述损坏现象公司相关领导和矿相关负责人以及减速器厂方专家也多次召开技术研讨会，从各个方面分析研究，聘请中国矿业大学、北京ABB公司对减速器运行进行监测，具体做出改善工作如下：
1、对电控系统进行优化，实现了提升机加减速曲线S型优化，减小了电控对减速器冲击。
2、安装振动实时监测装置，实时采集监测减速器振动参数。
3、进行了减速器内部供油管路、降低润滑油位，在高速轴承端加装供油管路等改善减速器润滑条件方面优化。
4、进行了主井井塔沉降监测。
5、加固减速器基础，形成整体减速器底盘，振动值有所下降（2010年5月大修期间对减速器两独立底座进行焊接加固成整体）。
通过一系列改进、优化，但到目前为止仍没有解决减速器损坏率较高这一难题。
（三）减速器损坏带来的安全和经济影响：
出现减速器故障时，抢修更换工作大都是仓促上阵，浪费大量的人力物力，同时给安全管理造成极大的隐患，影响生产给我矿及公司造成巨大的损失。
减速器损坏9次共影响我矿生产时间为18天，直接损失资金主要包含维修费用、劳动力费用和投入材料费用约500万元。
间接损失影响矿井提煤16.2万吨，损失资金约8100万元，极大的影响了公司的经济效益。
二、主井提升机改造主要技术要求：
1、通过提速将主井核定提升能力282万吨提高至350万吨。
2、停产改造时间不超过5天，便于在大修期间完成，减少生产影响。
3、从深部井提升来考虑此主井改造的必要性。
（局原计划我矿建立深部井，但建立前此提升系统还可服务10年）
4、绞车提速、箕斗增容校核符合煤矿安全规程，设备选用要有一定的安全系数。
5、改造方案具有先进性，技术上的可行性。
6、合理利用原主井设备，减少改造成本投入。
三、主井提升机改造方案：
方案一：
将主井提升系统改造为落地式摩擦轮提升机。
为了能够彻底解决我矿主井减速器频繁损坏的问题，结合任楼煤矿现场实际，特制定方案将主井提升系统改造为落地式摩擦轮提升机。
预计施工周期为一年，投资资金约2870万元。
（详见附表）
具体方案如下：
（一）土建及机械安装：
1、原井塔不动，在不影响生产的情况下，在原井塔上面新建一座钢井架，新井塔总高度为76米，四角安装四个支撑腿。
2、在主井东侧新建主井绞车房，分两层，第一层内布置主电机冷却系统等设备，第二层布置直流电机、滚筒、闸控、电控及操作系统。
3、上天轮和下天轮采用直径4米的天轮安装在钢井架上。
4、在主井井塔塔顶以提升中心线为基准，开一个提升口，具体尺寸可根据7楼原主滚筒提升口为标准。
5、拆除井塔7楼主电机、减速器、主滚筒和6楼导向轮，更换主提升钢丝绳。
6、对上井口套架梁进行改造，防撞梁提高至6楼，增加过放距离，为提速增产做准备。
（二）电控改造方案：
1、为减少改造成本，利用2012年投入的DCS800传动系统，购置直流慢速电机（600万元）与传动系统配套，要求电机功率大于3000kw，转速大于60r/min，输出扭矩大于1200KN,电机额定电流4000（8000）A，额定电压为直流750（400）V。
2、如选择主电机使用电压为400V，将传动接线组态方式由串联接法改造为并联接法，减小直联电机供电电压，增大供电电流，现有传动柜总功率不变。
3、在新绞车房二楼安装新购置的一套ABB自动控制系统（300万元）。
4、由新绞车房至传动柜敷设控制回路及主回路电缆。
（三）提升机主要参数及选型计算如下：
依据《煤矿安全规程》《煤炭工业矿井设计规范》《矿山固定设备选型使用手册》，结合主井提升机改造要求，在不改变箕斗容积和主钢丝绳绳径的情况下提升机主要技术参数如下表：
提升机主要技术参数表
名称
参数
提升主绳
4*40.5mm
滚筒直径DN
4m
滚筒宽度B
3m
天轮直径Dt
4m
允许最大静张力F
750KN
允许最大静张力差F差
180KN
提升机变位质量Gj
13010kg
天轮变位质量Gt
1307kg
提升高度
612.5m
箕斗载重
16800kg
最大提升速度
Vm=12.5m/s
主电机
N=3000KW
nd=72r/min,Ve=0.4KV,λ=1.8，η=93.37%
制动系统
159
初加速度
0.5m/s²
主加速度
1m/s²
主减速度
1m/s²
制动减速度
1m/s²
1、提升机校验：
Dg/≥（60-80）d
1）滚筒直径验算：
绳径d=40.5mm
80×40.5=3240mm2）天轮直径：
60×24.5=2430mm小结：
对滚筒和天轮的计算直径均小于所选，故所选提升机满足要求。
2、电动机选型
1）提升电动机估算
式中：
N——所需提升机电机功率，KW；
K——矿井提升的阻力系数，箕斗提升取1.15；
m——一次提煤重量，16800kg;
Vmax——提升机选定的最大速度，m/s;（12.5m/s）
η——无减速器的传动效率，取1
ρ——动负荷的影响系数，箕斗提升取1.2～1.3。
电机功率:
KW
电动机转速：
式中：
n'd——电动机的转速，r/min；
Vmax——提升机选定的最大速度，m/s;
i——传动比，1；
Dg——滚筒直径，m;
Π取3.14。
小结：
由以上计算初选用电机相关技术参数如下：
电机功率3000KW,转速72r/min,Ve=0.75KV,λ=1.8，η=93.37%。
3、提升机的最大速度验算：
式中：
Vmax——提升机的最大速度，m/s；
n'd——所选电动机的额定转速，r/min
i——传动比；
Dg——滚筒直径，m;
4、提升系统运动学计算
选定数据：
v0——进出曲轨时的最大速度；1.5m/s
h0——箕斗在曲轨中的行程，2.25m；
Vmax——最大提升速度，12.5m/s；
V4——低速爬行速度，0.5m/s；
h4——爬行阶段运行距离，5m；
HT——提升距离，612.5m。
Vmax——电机轴端输出允许的最大力矩1200KN·m
1爬行速度和爬行距离的选定
爬行时间:
②初出加速度（出曲轨时）
取0.5
③主加速度，提物不超过1.2，取值1
④主减速度，参考煤安规程提物时加减速度不大于1.2，取值为1
⑤最大速度选定
煤矿按全规程规定提升机最大速度
提升高度H=612.5m
最大速度
经济速度
提升机最大速度选定为：
12.5
（四）主井提升系统运动学计算表：
序号
名称
计算公式
计算结果
1
初加速度阶段时间s
t0=v0/a0
3
2
初加速度阶段运行距离m
h0=v0t0/2
2.25
3
加速时间s
t1=（vmax－v0）/a1
11
4
加速距离m
h1=（vmax＋v0）t1/2
77
5
减速时间s
t3=（vmax-v4）/a3
12
6
减速距离m
h3=（vmax-v4）t3/2
84
7
爬行时间s
t4=h4/v4
10
8
制动时间s
t5=v4/a5
0.3
9
制动距离m
h5=a5t5/2
0.15
10
等速距离s
h2=HT－h0—h1－h3－h4－h5
444.1
11
等速时间m
t2=h2/vmax
35.52
12
纯运行时间s
tC=t0＋t1＋t2＋t3＋t4＋t5
71.82
13
休止时间s
θ
12.5
14
一次循环时间
84.32
（五）提升系统提升速度图;
Tg=tc＋θ=84.32s
四、提升设备的能力校核计算：
计算过程及结果
式中：
A—主井年提升能力；万t/a；
b—年工作日，330d；
t—日提升时间，18h；
Pm—每次提升煤炭量，16.8t；
K—装载系数，取1；
k1—提升不均匀系数,取1.1；
k2—提升能力富余系数,取1.1；
T—提升一次循环时间，86.49s。
主井提升系统能力核定为343.3万t/a。
小时最大提升量：
总结：
综上选型与校验可知：
提升设备选用落地矿井提升机；提升电机选用直流型，箕斗选用钢铝轻型箕斗；箕斗自重：
Q=19500Kg，标称16t，容积：
17.6m³，一次提煤重量：
Q2=16800kg，均能满足实际提升需要。
五、主井绞车落地改造可行性分析：
1、提升系统的基本情况
主井使用滚筒直径4m的提升机，提升距离为612.5m，箕斗载重16.8T吨，采用ABB设备公司的电控设备，一次提升时间为106s，年提升量核算可达282万多吨。
2、改造后的主井生产工艺：
主井使用慢速直联电机、滚筒直径4m的提升机，提升距离为612.5m，箕斗载重16.8T吨，采用ABB设备公司的电控设备，一次提升时间为86.49s，年提升量核算可达343.3万多吨。
改造后的年提升能力增加了60万t/a，小时提升能力达到了699.4t/h，较现有的提升能力有了很大的提高。
3、国内同行业对比：
根据调研与我矿行星轮减速器同一型号的傅村煤矿，已经在2005年5月对主井提升系统改造，改造以来不但提高了产量，且使用效果良好，未出现过任何问题。
淮南潘集二矿自2007年进行行星齿轮减速器改造后也同样出现不明原因的损坏，已经开始改造，2013年完工。
建议我矿取消减速器这一环节，改造成落地直联绞车。
六、提升系统的可行性分析：
1、由于提升容器载重没有增加，提升钢丝绳采用原型号，符合升降物料用的安全系数不小于6.5的规定。
2、提升设备选用滚筒、天轮的计算直径均能满足Dg＞（60-80）d，故所选提升机满足要求。
3、提升机电动机的选择：
利用原DCS800传动可节约工程投资，更好地提高可靠性和实现自动化控制，综合以上条件初选直流慢速直联型电机。
其相关技术参数如下：
电机功率3000KW,转速72r/min,Ve=0.75KV,λ=1.8，η=93.37%。
4、提升电动机的校验：
据提升系统运动学各计算公式，得出提升系统各阶段的速度图，见以上方案。
根据电动机的发热条件计算等效力并由该力得出等效容量，代入相关数据得出等效容量小于所初选的电机容量，故所选的电机容量能满足要求。
通过对电动机过载能力的校验和特殊力下电机的过载能力的校验可知所选用的电动机能够满足运转中的实际需要。
5、通过本次改造实现了以下目标：
提高提升系统的安全性和可靠性，提高了劳动生产率和产量，避免了因减速器故障影响生产，并实现全自动化提升。
6、落地改造方案优缺点：
优点：
1、改造后增加了过放距离，运行速度可以提高到12.5米每秒，提高矿井产量。
2、除去减速器环节，从根本上避免减速器损坏造成的事故影响。
3、提升系统落地后，消除了井塔提升系统振动大的弊端。
4、改造时停产影响生产时间较短
缺点：
工程投资偏大
（后附：
主井原井塔提升示意图、主井井塔改造方案示意图、改造后平面布置示意图）。
七、其他备选方案简介：
方案二：
不改变提升系统现状，采用进口减速器替代现有减速器。
定制2台新减速器及新电机做为备用，每年按时更换一次减速器。
方案优缺点：
优点：
工期较短、单项短期内费用较低。
缺点：
1、不能从根本上解决减速器易损问题。
2、长远看来每年更换减速器，综合费用较高。
3、定期更换需投入大量人力物力，既长期耗费资金，同时也存在较大的安全隐患。
方案三：
在7楼原基础上改造为直联慢速电机提升系统
改造步骤：
1、拆除原减速器、电机。
2、加固井塔基础结构，对井塔结构承载梁加固。
3、安装直联电机。
该计划对改造工程投资约2700万元、并且需全矿停产45天方可完成改造。
此方案优缺点：
优点：
减去减速器可以减少提升设备故障率。
缺点：
1、基础改造影响矿生产时间太长。
2、耗费资金也较多。
3、不能避免井塔摆动及振动较大等缺陷。
4、不能提高运行速度，无法增加产量。
结论：
综合合以上几种方案，为了能够彻底的解决任楼矿主井减速器频繁损坏的问题，提高矿井产量，结合任楼煤矿现场实际，建议选用方案一为（将主井提升系统改造为落地式摩擦轮提升机）最佳推选方案。
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