提升选型毕业设计课题070603.docx
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提升选型毕业设计课题070603
设计课题：
主井单绳缠绕式提升设备选型设计
专业：
矿山工程技术
设计者：
谢瑞娟
指导老师：
路金萍
前言
本作品是根据１９７９年地下采煤专业孝学大纲审定会议审定的教学大纲，在１９８０年８月出版的《煤矿固定机械及运输设备》的基础上进行制作的。
本作品由田利君、谢瑞娟、连佩佩、韩果果设计和核对的。
本文在设计过程中，由于我们的水平所限，作品中不当之处在所难免，希望读者批评指正。
谢瑞娟
２００７年５月
目录
前言………………………………………………………2
一、课题相关矿井——五矿矿井概况…………………4
二、设计内容……………………………………………7
（一）选择提升容器……………………………………8
（二）选择提升钢丝绳…………………………………9
（三）选择提升机………………………………….…10
（四）提升机与井筒的相对位置…………………….11
（五）计算提升系统变位质量…………………….．12
（六）运动学计算…………………………………...14
（七）动力学计算…………………………………...16
（八）验算电动机容量……………………………….17
（九）计算提升设备电耗效率………………………18
（十）核算提升能力………………………………….19
三、小结……………………………………………….20
四、参考文献………………………………………….21
一、课题相关矿井五矿矿井概况
五矿位于河南省平顶山矿区的西部，平顶山西北郊约８km，为平煤集团总公司的主干矿井这一。
主井地理坐标东径１１３°１３′２６″，北纬３３°４７′０３″，主井中心坐标x=37396448.00m,y=38427926.00m,z=119.788m.
五矿主要开采丙，丁，戊，已等四个煤段，自投产以来，由于矿井生产和建设的需要，井田边界与相距矿井曾多次调整，现边界叙述如下：
北部：
丁，庚，煤段煤层均以锅底山的断层，已煤段煤层东翼以－４５０m等高红，西翼以锅底山断层与六矿为界；东部：
工段以煤层露头，庚煤段分别以４３号勘探红东４７０m与２００与七矿相邻；已煤段深部以t0506~t0509坐标点与力矿相接，深部以４３勘探红东２００m与七矿为界。
南部：
层露头风氧化带；西部：
丁，已和庚煤段以５０勘探线与十一矿毗邻；西南部以４７－１孔为基点４０n,方位线及已煤公网煤层－２８０米和－３２０米，底板等高线与九矿接壤；西北部工段以－６００米，成煤段以－６５０米，已和庚均以－８００米底板等高线为界。
井田东部和西部分别有京广，焦枝两枝铁路干线穿过；东南距孟宝铁路线上的平顶山火车站９km，该站向东７０km京广铁路孟庙火车站相接，与焦枝线相接。
矿区专用铁路通过矿口与国铁接轨。
公路四通八达，向北经襄城可分别至许昌、禹县、新郑、郑州；向北西经郏县至临汝、洛阳，往西经宝丰至鲁山，向南可通往叶县、舞阳、南阳等地，交通极为便利。
本区属大陆半干旱秘传，夏季炎热，冬季寒冷，四季分明。
气温：
最高４２.６°，最低－１８.８°
降雨量：
年最大降雨量１３２３.６mm,j最小１４９０.５mm
蒸发量：
最２８３３.６mm，最低１４９０.５mm
平均绝对湿度１３.５mm，平均相对温度６７﹪，最大冻土深度１４cm
冬季多北风和西北风，最大风速２４m/s，平均风速２.８m/s
本区属低山丘陵地芪，煤四分布在汝河以南，沙河以北。
北部有地表分水岭。
红石山、龙山、擂鼓台、落鸟山、平顶山、马棚山；南部有蝎子山、节山、九里山。
本区属于淮河水系，流向东南，雨季流量３３００m３/s，旱季为０.８０m3/s。
白龟山水库最大地表蓄水约为３.２１亿m3.
二、设计内容
设计课题：
五矿主井单绳绕式提升设备选型设计
主井提升设备原始条件：
矿井年产量：
１００万吨/年
矿井工作制：
年工作天数３００天，天工作小时数１４小时
矿井开采水平：
第一水平：
２１０米；第二水平３８０米
卸载水平与井口高差１８米
装载水平与井底运输水平高差２２米
煤的松散容重０.９２吨/米３
提升方式：
双箕斗同时装卸，井底有煤库，能实现自动定量装卸
矿井电压等级：
６０００伏
井筒直径：
６米
井口周围地形平坦，不影响提升机布置
主井单绳缠绕式提升设备选型设计
原始资料：
年产量为１００万吨矿井之主井提升设备，采用箕斗提升；
工作制度为年工作日３００天，第２班提升，第班提升７个小时；
受煤仓距井口水平高度１８米
草叶筒 尝试为２１０米
装煤库距井底车场水平高度为２２米
散煤容量r=0.92吨/m3
一.选择提升容器
容器的容量大小是确定钢丝绳，提升机和电动机的主要参数，而提升速度是影响提升机工作时间及电能消耗的重要参数。
另外，容器的容量与提升速度之间又存在着密切的联系。
计算提升高度H
Ｈ＝Hs+Hx+Hz＝210+18+22=250m
式中：
Hs=210mHx=18m Hz=22m
决定最大提升速度V′m
V′m=0.3√H=0.3√250=4.8米/秒
考虑到在满足年产量的前提下，为了降低电耗，速度还可低一些决定采用V′m＝４.８米/秒
估算一次提升循环时间T
T=V'm/a1+H/V’m+u+θ=4.8/.8+250/48=79
式中a1＝0.８米/秒 U＝１０秒 θ＝１０秒
计算一次提升量Q′
Q′=C*A*T/3600*by*t=1.15*100*104*79/3600*300*14=6T
式中：
C=1.15 A=100万吨 By =300天 t＝１４小时
决定选择JL-8Ｇ型立井箕斗，其技术规格如下：
箕斗斗箱容积v=8.8米３
箕斗实际载重Q=8.8*r=8.8*0.92=8.1t
箕斗自重Qz =５.５吨
箕斗全高Hy =9.52米
二、选择提升钢丝绳
钢丝绳在工作时受多种应力的作用，如静应力.动应力.弯曲应力.扭转应力.接触应力.挤压应力等，这些应力的反复作用将导致钢丝的疲劳破裂，这是钢丝绳损坏的主要原因；另外，钢丝绳的磨损及锈蚀也将导致钢丝绳的损坏。
１、钢丝绳端荷重：
Q+Qz=8.1+5.5=14吨
２、钢丝绳悬垂长度：
Hc=H1+Hs+Hz=32+210+22=264m
３、钢丝绳单位长度重量P′
P=Q+Q2/1.1*（QB/MA）-Hc=13600/1.1*（17000/6.5）-264=5.2KG/M
式中：
Qb ＝１７００公斤/毫米２ Ma ＝６.５
选择６*１９-４３-１７０光－右交GB1102-74园股钢丝绳，其规格是：
d=43毫米，q＝２.８毫米，p=６.６３公斤/米，
Qb＝１１９０００公斤。
４、验算钢丝绳安全系数
Qq/Q+Qz+PHc=119000/13600+6.5*264=7.75>MA
所选钢丝绳满足要求。
三、选择提升机
选择提升机是，应首先计算卷筒的直径和宽度，并以这两个基本参数做依据，进行提升机的选择。
１、提升机滚筒直径D′
D′>=80d=80*43=3440毫米
D′>=1200d=1200*2.8=3360毫米
２、作用在滚筒上的最大静张力F1′
F1′=Q+Qz+Ph=8100+5500+6.63*250=15257.5KG
３、作用在滚筒上的最大静张力差FC′
Fc′=Q+PH=8100+6.63*250=9758KG
选择２ＪＫ－３.５/１１.５提升机，其规格为：
D=2.5米，B=1.7米，Fc′ ＝１７０００公斤，Fc=11500公斤,g1=23500公斤
以上看出F1>Fc′,Fc>Fc′,所选提升机强度足够。
４、验算滚筒宽度
B=（H+30+（4+3）3.14D/K*3.14+Dc）（d+e）=（250+30+7*3.14*3.5）/2*3.14*3.5*（43+3）=747mm
式中:
K=2采用二层绕缠
Ｄc＝Ｄ＋（Ｋ－１）／２√４Ｄｄ２－（ｄ２＋ｅ）＝３．５＋（２－１）／２＊√４＊０．０４３２－（０．０４３＋０．０３）２
＝３．５３米
所选提升机符合要求．
四﹑提升机对井筒的相对位置
１﹑选择天轮
天轮直径Dt′=80d=80*43=3440毫米
选择ＴＳＨ３５００／２３.５型天轮；Dt′＝３.5米
ＧT＝１１３３公斤
２﹑确定井架高度HJ
HJ=Hx+Hy+Hz+0.75Rt=18+9.52+4.0.75*1.75=32.83m
选取HJ=33米
3、计算钢丝绳最小弦长L′mxin
（1）钢丝绳内外偏角最大允许值
α1ax=αmax=130′
（2）根据α1ax与αmax计算钢丝绳最小弦长
L′mxin≥（B-（s-a）/2-3（d+e））/tgαmax
=（1700-（2100-140）/2）-3*46）/tg130′=22.4米
L′mxin≥（（s-a）/2）/tg130′=37.7米
式中S=2100毫米 a=1840-1700=140毫米
选取L′mxin=40米
（3）滚筒与井中心距L′S
L′S=√L2mxin-（HJ-C0）+D/2=√402-（33-1）2+3.5/2=27.15米
Ls≥0.6H+3.5+D=0.6*33+3.5+3.5=26.2
取Ls=2=27米
（4）计算实际的钢丝绳弦长Lx
Lx=√（LS-RT）2+（HJ-C0）2=√（27-17.5）2+（33-1）2=40.37米
4、计算实际的钢丝外偏角
a1=arctg（B-（s-a）/2-3（d+e））/Lx
=arctg（1700-（2100-140）/2-3（43+3）
=5a2=arctgB-（s-a）/2/Lx=123′
计算钢丝绳出绳角
（1） 下出绳角β1
β1=arctg（（Hj-C0）/（Ls-Rt）+arc（D+Dt）/2*Lx
=arctg（32.5-1）/（27-1.75）+（3.5+3.5）/2*40.37=5551′
（2）一出绳角β2
β2=arctg（（Hj-C0）/（Ls-Rt）-arc（D+Dt）/2*Lx
=arctg（33-1）/27-1.75）=5130′
五、计算提升系统变位质量
1、 选电动机
（1） 估算电动机功率N
N=KQVM’/102nJ*p=11.5*8100*4.0/102*0.85*1.3=696.2W
式中：
K=1。
15 nj=0。
85 p=1.3
（2） 电动机转数n′e
n′e=60*Vm′i/Πd=60*4.75.11.5/3.14*3.5=298转/分
式中：
i=11.5 Vm′=4.75米/秒
根据P′、N′选择JRZ-170/49-20感电动机：
Pe=720W，n′e=298转/分，λ=2.1，GD2*d=3400公斤/米2，ηd=0.91
（3）提升机实际速度Vm
VM=πDNe/60i=π3.15*295/60*11.5=4.7米/秒
2、 提升系统变位质量
（1） 变位重量G1
有效载荷变位重量Q=8100KG
提升容器变位重量G2=5500KG
钢丝绳变位重量PLp=5.2*389.3=202436
式中：
Lp=Hc+Lx+3ΠD+ΠD=264+4037+3ΠD*3.5+30+2Π*3.5=38.9米
天轮变位重量Gt′=1133公斤
提升机变位重量Gj=23500公斤
电动机变位重量
Gd=（GD2）di2/D2=3400*11.52/3.52=36706公斤
总变位重量:
Gi=Q+2G2+2PLp+2Gt+Gj+Gd
=8100+2*5500+2*2024+2*1133+23500+36706
=87129KG
（2） 总变位质量
m=Gi/g=89038/9.81=9076（公斤-秒/米）
六、运动学计算
1、 确定速度图阶段：
采用阶段速度图
2、 确定提升加速度
（1） 初加速度a0
a0=V20/2hx=1.52/2*2.35=0.18米/秒2
式中：
V2=1.5米/秒 hx=2.35米
（2） 主加速度a1
（a）一般情况下a1≤1.2米/秒2
（b）按减速器输出轴允许最大扭矩
a1≤（2Mmax/D-（KQ+PH））/（m-md′）
=（（2*30000/3.5）-（1.15*8100+5.2*250））/（9045-3742）=1.16
式中：
Mmax=30吨/米
m′d=（GD2）d/g*（i/D）2=3400/9.8*（11.5/3.5）2
=3742公斤*秒2/米
（c）按充分利用电动机过负荷能力
a1≤（0.75λF0-（KQ+PH））/m
=（0.75/2.1*13281-（11.5*8100+5.2*250））/9045
=1.1
取a1=0.85米/秒2
3、 减速度a3
采用自动滑行方式
a3=（KQ-P（H-2h3））/m
=（1.15*8100-5.2*（250-2*30））/9076
=0.8米
取a3=0.8米/秒2
4、 爬行距离及速度
采用自动控制h=3米 v＝0.5米／秒
5、 速度图各参数计算
（1）加速度阶段
a0=0.48米/秒2
hx=2.35
t0=v/a0=2.35
（2）主加速度1阶段
a1=0.85米/秒2
t1=（Vm-V0）/a1=4.7-1.5/0.85=3.76秒
h1=（Vm+V0）/2*t1=（4.7+1.5）/2*3.76=11.7米
（3）减速阶段
a3=0.83米/秒2
t3=（Vm-V4）/a4=（4.7-0.5）/0.8=53
h3=（Vm-V4）/a4*t3=（4.7-0.5）/0.8*5=13m
（4）爬行阶段
V4=0.5米/秒
h4=3米
t4=h4/V4=3/0.5=6秒
（5）等速阶段
h2=h-hx-h1-h3-h4=250-2.35-11.7-13-3=221m
t2=h2/Vm=221/4.7=47s
（6）一次循环提升时间
Tx=t0+t1+t2+t3+t4+t5+θ
=3+3.76+47+4.77+6+1+10=75.53秒
七、动力学计算
１、提升开始
F0=kQ+PH+ma0=1.15*8100+6.63*250+9076*0.18=123540N
２、初加速终了
F′0=F0-2Phx=123540-6.63*2.35=123235N
３、主加速开始
F1=F′0-m（a1-a0）=123235-9076*（0.85-0.5）=154366N
４、主加速终了
F′1=F1-2Ph1=154366-2*6.63*h1=152845N
５、等速开始
F2=F′1-ma1=152845-9076*0.85*9.8=77242N
６、等速终了
F′2=F2-2Ph2=77424-2*6.63*2.21*9.8=48563N
７、减速开始
F3=F′2-ma3=48563-9076*9.8*0.88=-29708N
８、减速终了
F′3=F3-2Ph3=-29708-2*6.63*12.4*9.8=-31319N
９、爬行开始
F4=F′3-2Ph4=-31319-9076*0.88*9.8=46952N
１０、提升终了
F′4=F4-2Ph4=46952-2*6.63*3=46526N
画出速度图和力图
八、验算电动机容量
１、按等效容量验算
（1）计算等效力F4
（a）求
=（F02+F′02）/2t0+（F12+F′12）t1/2+（F22+F2F′2+F′22）/2*t2+（F32+F′32）t3/2+（F42+F′42）t4/2
=（123402+1232352）*3/2+（1543662+1528452）*3.76/2+（774242+77424*48563+485632）+（465622+465922）*6/2
=1.5*1013N
（b）求等效时间
T4=1/2（t0+t1+t3+t4）+t2+1/3θ
=1/2（3+3.76+4.77+6）+47*（1/3）
=58.1N
（c）求等效力
F4=√/Td=√1.5*1013/58.1=5.2*106N
（2）电动机等效功率
Pt=FdVm/102*η=5200*4.7/（02*0.85）=281W
经验算P0/PD=720/580=1.2≧1.1
2、按工作过负荷验算
F1=Fmax/Fe=154366/（3281*9.8）=1.2<1.57
3、特殊过负荷效验:
调绳时打开离合器作单钩提升
Ft=μ（QZ+PH）=1.1*（5500+250*6.63）=7873
Ft/Fe=7873/13281=0.59<1.89
经验算,于选电动机是适合的
九、计算提升设备电耗及效率
1、一次提升的电耗W
=（F0+F′0）t0/2+（F1+F′1）t1/2+（F2+F′2）t2/2+（F4+F′4）T4/2
=4.59*1012+8.87*1012+1.96*1012+0.13*1012
=1.56*1012
W=1.02*Vm*/102*3600*η1*ηD
=1.02*4.7*1.56*1012/102*3600*0.85*0.92
=14.6
2、吨煤电耗Wt
Wt=W/Q=15.5/8.5=1.71
3、设备效率η
Wy=Q*H/（3.6*102）=4.1*250/（3.6*102）=5.5
η=Wy/W*100％=5.5/1.46*100％=58.7％
十、核算提升能力
1、年实际提升能力A′n
A′n=3600*by*t*Q/（C*TX）=3600*300*14*8.5/（1.15*106.1_=105
2、富裕系数
af=A′n/An=105/90=1.17
F0=16738公斤 F′0=16707公斤 F1=20065公斤
F′1=19910公斤 F′2=12195公斤 F3=-152公斤
F′3=-327公斤 F4=7206公斤 F4=7168公斤
三、小结
时光流水，白驹过隙。
三年的大学生活即将要结束了！
从内心来讲，是恋恋不舍的，因为可能以后我再也不能像现在这样坐在宽敞明亮的教室中学习理论知识，虽然人可以活到老学到老，但是在社会中是很少有像老师这样无私、耐心、热情的教导我们。
学校的学习生活将永远刻在我的心中！
这次的毕业设计，应该是一个很好的验证，通过这次毕业设计，会使我的理论知识得到一个新的升华，我在图书馆翻阅了大量图书，在互联网上搜集了大量的提升设备知识，并多次到五矿深入调查了解，这些既巩固了我原有的知识，又学习到了许多新的知识。
在做这次毕业设计时，路老师给了我很多的帮助，她的作风值得我终生学习。
这次毕业设计，使我对以后的生活充满了信心，我相信以我的能力，会为我打造一个美好的未来，为学校，为企业争光！
四、参考文献
牛树仁，《煤矿固定机械运输设备》（北京煤炭工业出版社，１９９８）
姜丽平，《ＡutoCAD2002标准谁培训教材》（北京教育科学出版社，2００４）
参考网址：
WWW.CCIPH.COM.CN
WWW.ESPH.COM.CN
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