白庄煤矿机电设备选型设计开题报告DOC.docx

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白庄煤矿机电设备选型设计开题报告DOC

山东科技大学

本科毕业设计（论文）开题报告

题目白庄煤矿机电设备选型设计

学院名称机械电子工程学院

专业班级机械设计制造及其自动化（定单）09-1班

学生姓名王超

学号0901040820

指导教师李新平

填表时间：

2013年3月9日

填表说明

1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。

3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。

4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。

5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。

设计（论文）

题目

白庄煤矿机电设备选型设计

设计（论文）

类型（划“√”）

工程设计

应用研究

开发研究

基础研究

其它

√

一、本课题的研究目的和意义

由于我国经济的高速发展对煤炭能源的需求量不断增加，因此对矿山的生产技术提出了越来越高的要求。

矿山机电设备在我国矿业资源开发、促进矿业经济发展、实现矿山生产现代化的进程中起着十分重要、不可替代的支撑作用，其技术的发展水平对于矿山高产、高效、安全生产具有非常重大的影响，因此矿山对矿山机电设备的发展水平的要求不断增加。

经过几十年发展，我国的矿井机电设备技术取得了很大的进步，矿山开采的机械化程度也越来越高，很多大型设备都实现国产化，但是与美国、德国等世界发达国家相比，依然存在着很大的差距，一些先进设备仍然需要进口。

面对目前机械化采煤在煤矿生产中所占比重越来越大，所以要实现高产高效的采煤，对机电设备进行正确的选型有着很大的重要意义。

而矿井最主要的机电设备选型就是综采机械化采煤设备、通风排水设备、运输设备。

综合机械化采煤工作面的装备以采煤机、液压支架和刮板输送机为代表，它们共同决定着煤矿的采煤量。

而运输设备以皮带输送机、电机车、刮板输送机为主，决定着煤的运输量。

通风和排水设备在煤矿生产中的作用更是异常重要，关乎着矿井的安全生产，必须保证其完全可靠的工作。

本课题以煤矿原始资料为依据，以实现高产高效机械化采煤为目标，对矿山的综采设备、运输设备、通风设备、排水设备等机电设备进行正确合理的选型设计，以提高矿山的机械化水平，达到高产、高效、安全生产的目标，为我国的煤炭事业和国家的现代化发展做出一份贡献。

二、本课题的主要研究内容（提纲）

1、矿井概况

对白庄矿的矿井地理位置、交通状况、井田走向范围、煤层赋存情况、顶底板条件、水文地质情况进行调研，分析通风及排水要求、运输系统要求、综采及配套要求，为设备选型做好准备工作。

2、采煤工作面设备选型设计

1）分析采煤工作面的情况，对采煤工作面进行采煤工艺选择。

2）研究采煤工作面配套技术要求，根据原始数据资料，进行采煤机选型设计、支护设备选型设计、刮板输送机选型设计，并满足三机配套要求。

3）绘制三机配套图和采煤工作面布置图。

3、矿井运输设备选型设计

1）工作面和运输下山的皮带输送机设计

（1）分析研究工作面和运输下山的原始数据资料，初步选择输送机类型。

（2）确定皮带输送机的布置方案，并对贷款、托辊等基本参数的初步确定。

（3）计算输送机的运行阻力，并利用摩擦条件计算输送带各点张力。

（4）对皮带运输机进行悬垂度和强度验算，计算电动机功率。

2）运输大巷中电机车的选型设计

（1）分析研究白庄煤矿选择电机车的原始条件。

（2）初步计算电机车的运行周期、允许列车组重量、矿车个数等

（3）对列车进行温升、制动距离、起动粘着条件的验算。

（4）确定井下电机车台数。

3）矿井提升设备选型

（1）分析研究白庄煤矿选择矿井提升设备的原始条件。

（2）根据矿井一次提升量选择能满足提升要求的提升容器及提升速度。

（3）根据钢丝绳的单位质量选择合适的钢丝绳。

（4）确定滚筒和天轮直径，计算提升机最大静张力和最大静张力差，选择提升机和天轮。

（5）计算提升机与井筒的相对位置。

（6）根据电动机功率和转速初步选择电动机。

（7）计算提升系统的变位质量、动力学和运动学。

（8）验算电动机功率，并进行电耗及效率计算。

4、排水、通风设备选型设计

1）排水设备选型计算

（1）分析研究白庄矿的排水要求及设备的工作环境。

（2）根据排水能力和扬程，初步选择水泵。

（3）确定泵的台数和级数，并进行泵的稳定性校验。

（4）确定管路的趟数及布置方式，并选择合适的管路直径。

（5）计算管路特性，确定工况点。

（6）验算排水时间，确定泵的安装高度，选择电动机。

（7）泵房及水仓设计。

2）通风设备选型计算

（1）根据原始条件计算风量和风压，初步选择风机。

（2）绘制管路特性曲线，确定工况点。

（3）选择电动机。

（4）通风机房的设计。

三、文献综述（国内外研究情况及其发展）

矿山机电属于重机装备，是为基础原材料工业服务的，是我国机电工业中的一个重要分支。

长期以来，矿山机电在开发我国矿业资源、促进矿业经济发展、实现矿山生产现代化的进程中起着十分重要、不可替代的支撑作用。

一般来说，矿业资源的开发、利用程度，标志着一个国家的基础工业的实力和工业科技水平。

而矿业资源的开发、利用主要是通过矿山机电来实现、完成的。

因此，矿山机电的先进性与现代化，在一定程度上反映了一个国家的工业化水平。

可见，矿山机电对于国民经济的发展有着特别重要的地位和作用。

（1）国内外研究情况

我国矿山机电业曾有过辉煌的历史，是国民经济的支柱产业。

经过近50年的发展，从无到有，从小到大，特别是经过“六五““、七五”和“八五”期间的技术引进、技术改造和重大技术装备的科技攻关，使我国矿山机电业有了长足的进步，取得了令人瞩目的成绩。

能批量生产常用设备，品种满足率达到80%。

为矿山开采业和基础施工业的发展、技术进步，为建立我国独立完整的工业体系，为国民经济的发展做出了重大贡献。

但国内企业与国外企业相比，在技术储备、资金、装备水平、经营机制以及技术创新、产品开发、研制能力等诸多方面仍然存在着较大差距，还无法与之抗衡。

此外，国际市场已基本被欧盟、美、日等国垄断。

国内用于水电、交通等重点工程所需的大型高附加值产品，目前国内尚不能制造，多进口。

目前，多数企业尚未真正建立起现代企业制度，管理体制存在弊端，经营者墨守成规，缺乏参与国际市场的竞争管理人才和运作机制。

尤其是随着市场经济竞争机制转换和国家金融政策的变化，国内矿山机电业从1996年以来，步入低谷。

市场需求不旺、任务不足、资金紧张、效益下滑，出现全行业亏损，矿山机电业元气大伤，一些企业甚至面临着生存的威胁。

国外矿山机电是机电行业中重要组成部分之一。

美国采掘机械从1967年至1976年平均年增长率为12%。

日本的平均增长率1955~1980年则为29.1%。

美国的矿山机电在60年代初期就已到较完善的程度，液压技术已经普及，电子技术已开始开发应用。

美国也是矿山机电设备产量最多的国家，品种较齐全、质量好，在世界上居领先地位。

美国有644个企业生产矿山机电，其中50家大企业的发货量占世界总发货量的80%。

美国生产矿山机电备件也较多，如挖掘机备件—般占总产量的50%，可换零部件及备件商品产值占主机产值的25%以上。

日本原有技术比较落后，他们大量购买先进专利，与国外先进企业联营，加速发展矿山机电。

如小松制作所就是引进美国康明斯柴油机的重型汽车、B—E公司的专利等经消化吸收使自己产品达到世界先进水平。

80年代以来由于西方工业国家金属矿山基本上处于不景气状态，矿山机电是围绕“提高效率、降低成本”继续向大型化、微型化两极方向发展，加快自动化进程和机电一体化。

在产品性能、可靠性及寿命，故障诊断等方面也有很大进展。

同时对司机安全性及环境保护等进行了大量研究，并发展为“人类工程学”一门学科由此出发，大力开展人与机器、环境的关系的研究，使噪声、振动、粉尘、油雾等危害人和环境的状况得到改善。

（2）矿山机电的发展趋势

矿山机电的发展是与人类的技术进步、现代科学技术和整体工业水平息息相关的，特别是与机械工程科学和采矿学科的发展紧密相连。

现代科学技术前沿具有明显的时域、领域和动态特性。

信息科学、材料科学、生命科学、纳米科学、管理科学和制造科学将是改变21世纪的主流科学。

由此产生的高新技术及其产业将改变世界。

与以上领域相交叉发展的制造系统和制造信息学、纳米机械和纳米制造科学、仿生机械和仿生制造学、制造管理科学和可重构制造系统等，是二十一世纪机电工程科学的重要前沿科学。

不同科学之间的交叉融合将产生新的科学聚集，经济的发展和社会的进步对矿山机电产生新的要求和期望。

新世纪机电工程科学发展的总趋势将是交叉、综合化；数字、智能化；微型、精密化；高效、清洁化；柔性、集成化。

矿山机电工程作为机电工程学科的一个分支，也遵循这个发展的总趋势。

概括起来主要表现在如下几个方面：

1）无轨采矿。

以铲运机为核心的无轨采矿设备的成功使用，促进了地下采矿工艺的变革，是当今地下采矿技术的发展趋势。

未来地下矿山设备的发展趋势是无轨化、液压化、自动化和微机控制化、辅助设备的通用化和多功能化。

已从加大设备规格转向优化性能，提高适应能力、运转可靠性、安全性和舒适性，增设微机控制和设备故障预测与诊断；纯水及内燃机泵等新型传动系统，将降低设备运转对环境的污染和提高作业人员护卫能力，向着环境友好的生态化目标发展。

2）连续采矿技术。

连续出矿设备及其工艺的成功应用，可实现采矿从间断到连续的工艺变革，是提高采矿效率的最佳途径。

未来硬岩连续采矿机、机械化全断面掘进技术、地下移动式破碎机、连续出矿、连续运搬设备的研制也将成为地下矿山装备的主攻方向。

3）遥控采矿设备。

通过实时控制系统将给采矿方法带来实质性的变革。

世界上一些采矿发达国家正在极力利用遥控、无线电通讯、仿真、计算机管理信息系统、实时监控等先进技术来控制采矿设备和系统，如遥控凿岩台车、自动化铲运机、遥控装载机、遥控装药和爆破设备、遥控混凝土喷射设备、程控巷道掘进机等。

遥控采矿设备代表了21世纪采矿设备的发展方向。

4）智能矿山设备。

智能结构系统是在结构中集成传感器、控制器及执行器，赋予结构健康自诊断，环境自适应及损伤自愈合等某些智能功能与生命特征，以达到增强结构安全、减轻质量、降低能耗、提高性能等目的的一种仿生结构系统

5）大力开发矿山机器人。

传统的工作条件使得矿工在潮湿、充满粉尘的环境里长时间、高负荷的工作，这严重影响到矿工的身体健康和生活质量。

在异常情况下，甚至危及他们的生命。

因此，研制矿山机器人具有十分重要的意义。

一方面，矿山机器人能够高强度、持久地在各种工作环境中从事单调重复的劳动，使矿工从繁重的体力劳动中解脱出来；另一方面，它对工作环境有很强的适应能力，能代替人在有害场所从事危险作业。

只要根据工作环境的情况，对矿山机器人的用材和结构进行适当的选择并进行台理设计，就可以在异常压力、潮湿、粉尘和有害气体等环境中从事操作作业。

这将把在危险、有害和困难条件下工作的工人解放出来，防止工伤和职业病的危害。

（3）对我国矿山机电业发展的要求

以internet和微电子技术为标志的信息时代，不仅改变了人们的生活、工作和学习方式，而且正在或已经影响着矿山机电行业的进一步发展。

尤其是加入WTO后，我国矿山设备的开发与生产与国外矿山设备制造公司合作的日益加强。

同时，国外的先进设备会加剧与我国矿山设备竞争，我国矿山设备的进一步研究与开发已刻不容缓。

我国矿山设备的发展只能立足我国市场，从我国的现实出发，加大企业改革力度、加大投入力度、加大宏观调控力度，走自己的可持续发展的道路。

以市场为导向，调整产品结构和产品类型，拓宽产品投放领域，逐步使矿山设备向系列化、大型化方向发展。

借鉴外国先进经验，在自动化与信息化、结构简单化、作业过程智能化和设计、生产模块化等方面加强设计与开发，在矿山实现“智能采矿”“、远程采矿”、无人驾驶矿用自卸式汽车运输。

在利用全球自动定位系统进行钻机定位、挖掘机定位等方面应用先进技术，使产品的综合质量迈上一个新的台阶。

我国正处于由计划经济向市场经济转轨时期，各行业都在大力推进改革，借这个契机大力整顿我国矿山机电行业的现状，改变以往的各自为政、单兵作战的局面，聚集国内矿山机电行业各方面的优势力量，成立集团化产业公司，形成强大优势。

走产业化道路，积极参与国际市场竞争，将由外国公司占领的国内市场份额逐步抢夺回来，就一定会在不远的将来赶上和超过世界先进水平，使我国矿山设备的开发与生产进入世界前列。

四、拟解决的关键问题

1．工作面设备选型设计

主要进行采煤机、刮板输送机和液压支架的选型设计，满足采煤工作面的生产能力配套要求、移架速度与牵引速度要求、相关尺寸配套要求，绘制出三机配套设备图。

2．运输提升设备选型设计

（1）皮带机能够满足运输量要求

（2）皮带的抗拉强度能够满足要求，满足垂度条件

（3）选择制动装置和逆止装置，防止倒转。

（4）选择软启动装置

3．通风排水设备选型设计

（1）通风设备

满足容易时期和困难时期的风量和负压要求，选择合理的工况点，设计风机布置方案，绘制风机布置图。

（2）排水设备

选择的水泵要满足排水量要求和排水高度要求，选择合理的工况点，防止发生汽蚀现象，设计泵房布置方案，绘制泵房布置图。

五、研究思路和方法

1．查阅关于矿山机电设备选型设计的相关资料，熟悉选型设计的基本过程。

2．根据工作面的基本情况和相关资料，确定合理的采煤工艺，根据采煤工作面三机设备的配套要求和工作面原始数据，按照工作面综采设备选型原则和步骤，对采煤机、刮板输送机和支护设备的进行选型设计。

3．根据矿井的水泵的要求和《煤矿安全规程》的要求，确定水泵和管路的布置方案，按照水泵的选型设计步骤对排水设备进行正确的选型设计。

4.根据矿井的通风的要求和《煤矿安全规程》的要求，确定风机和风道的布置方案，按照风机的选型设计步骤对通风设备进行正确的选型设计。

5．根据运输上山的实际情况确定皮带机的布置方案，根据原始数据资料，按照皮带机选型设计步骤，选择合理的皮带机及相关的配套设备，绘制出皮带机布置图。

六、本课题的进度安排

第1周：

查阅相关资料，为毕业实习做准备，并书写开题报告。

第2~6周：

根据安排，到白庄矿实习，并完成实习报告。

第7~9周：

采掘部分选型设计，并绘制工作面布置图。

第10~12周：

运输部分选型设计，并绘制电控系统原理图。

第13~14周：

通风排水部分选型设计，并绘制泵房布置图或风机布置图。

第15周：

文献资料翻译，整理并打印论文和图纸，准备答辩。

第16周：

毕业答辩。

七、参考文献

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指导教师意见

指导教师（签名）：

年月日

所在系（所）意见

负责人（签章）：

年月日