120万吨煤矿主竖井多绳摩擦式矿井提升机的选型及控制系统设计含5张CAD图
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I 摘 要 本文对多绳磨擦式矿井提升机发展及应用、种类及结构进行了综合阐述,对多绳摩 擦式矿井提升的优缺点进行了分类和研究;论证了多绳摩擦提升的工作原理;介绍了多 绳摩擦式矿井提升机的各种型号;在制动工作原理进行说明的基础上,对制动器进行了 选型。结合特定的矿井的采煤及地质情况,对多绳摩擦式矿井提升机进行设备选型,形 成一整套完备的矿井提升系统,整个系统的电控系统非常重要,所以最后对所设计的系 统进行了电控系统设计。 多绳摩擦式矿井提升机系统的各系统的型号选型计算,及对各系统的统一布置,确 定各系统的工作位置和尺寸,这些对多绳摩擦式矿井提升机在实际应用中提供了必要参 数。 关键词:多绳摩擦式矿井提升机;选型;供电;控制系统;PLC II II Abstract In this paper, rope and more friction-mine hoist the development and application, type and structure of a comprehensive elaboration of multi-rope friction-mine the advantages and disadvantages of upgrading the classification and study of multi-rope friction demonstration enhance the work of principle; introduced a multi - - Rope friction-mine hoist the various models in principle that brake work on the basis of a selection of the brake. With a specific mine coal mining and geological conditions, the multi-rope friction-mine hoist a selection of equipment, a set of comprehensive mine hoist system, the whole system of electronic control is very important, so the final design of the system The control design. Multi-rope friction-mine hoist system of the Selection System Model, and the layout of the unified system, the system determine the location and size of these multi-rope friction-mine hoist in practical application to provide the necessary Parameters. Keywords: Multi rope friction mine hoist; type selection; power supply; control system; PLC III 目 录 摘 要 . ABSTRACT. 第一章 提升机的概述 .1 第一节 提升机的简介 .1 第二节 提升机的用途和发展概况 .2 第三节 提升机的工作原理 .4 第二章 提升机的组成 .6 第一节 工作机构 .6 第二节 制动系统 .7 第三节 机械传动系统 .7 第四节 润滑系统 .8 第五节 观测和操纵系统 .8 第六节 拖动,控制和自动保护系统 .8 第三章 提升机的选型计算 .10 第一节 设计依据 .10 第 二 节 提 升 容 器 选 择 .10 第三节 钢丝绳选择 .12 第四节 提升机选择 .14 第五节 提升系统的确定 .14 第六节 提升容器最小自重校核 .14 第七节 钢丝绳安全系数 .15 第八节 预选电动机 .15 第十节 提升系统动力学计算 .18 第四章 提升机的制动系统 .20 第五章 提升机的液压站 .21 第一节 液压站的功用 .21 第二节 提升机液压站的工作要求 .21 第三节 液压站的维护及注意事项 .21 IV 第六章 主竖井供电系统 .23 第一节 供电系统的拟定 .23 第二节 供电系统设备的选择和校验 .23 一、短路电流计算 .23 二、高压电缆的选择和校验 .25 三、高压开关柜的选择和校验 .29 第七章 基于 PLC 的提升机电控系统 .33 第一节 PLC 硬件设计 .33 第二节 PLC 软件设计 .35 结束语 .40 参考文献 .41 致 谢 .42 1 第一章 提升机的概述 第一节 提升机的简介 矿井提升机是一种大型提升机械设备。由电机带动机械设备,以带动钢丝绳从而带 动容器在井筒中升降,完成输送任务。矿井提升机是由原始的提水工具逐步发展演变而 来。现代的矿井提升机提升量大,速度高,安全性高,已发展成为电子计算机控制的全 自动重型矿山机械。 矿井提升机主要由电动机、减速器、卷筒(或摩擦轮)、制动系统、深度指示系统、 测速限速系统和操纵系统等组成,采用交流或直流电机驱动。按提升钢丝绳的工作原理 分缠绕式矿井提升机和摩擦式矿井提升机。缠绕式矿井提升机有单卷筒和双卷筒两种, 钢丝绳在卷筒上的缠绕方式与一般绞车类似。单筒大多只有一根钢丝绳,连接一个容器。 双筒的每个卷筒各配一根钢丝绳,连接两个容器,运转时一个容器上升,另一个容器下 降。缠绕式矿井提升机大多用于年产量在120万吨以下、井深小于400米的矿井中。摩擦 式矿井提升机的提升绳搭挂在摩擦轮上,利用与摩擦轮衬垫的摩擦力使容器上升。提升 绳的两端各连接一个容器,或一端连接容器,另一端连接平衡重。摩擦式矿井提升机根 据布置方式分为塔式摩擦式矿井提升机(机房设在井筒顶部塔架上)和落地摩擦式矿井 提升机(机房直接设在地面上)两种。按提升绳的数量又分为单绳摩擦式矿井提升机和 多绳摩擦式矿井提升机。后者的优点是:可采用较细的钢丝绳和直径较小的摩擦轮,从 而机组尺寸小,便于制造;速度高、提升能力大、安全性好。年产120万吨以上、井深小 于2100米的竖井大多采用这种提升机 矿井提升机具有以下特点: (1)安全性 所谓安全性,就是不能发生突然事故。由于矿井提升设备在矿山生产中所占的地位 十分重要,其运转的安全性不仅直接影响整个矿井的生产,而且还涉及人员的生命安 全。因此各国都对矿井提升设备提出了极严格的要求。在我国这些规定包括在煤矿安 2 全规程只中。 (2)可靠性 所谓可靠性,是指能够可靠地连续长期运转而不需在短期内检修。矿井提升设备所 担负的任务十分艰巨,不仅每年要把数十万吨到数百万吨的煤炭和矿石从井下提升到地 面,而且还要完成其他辅助工作。一个年产 150 万吨的矿井,停产一天就要损失大约 20 万元。因此矿井提升机至少要服务二十年以上而不需大修。 (3)经济性 矿井提升设备是矿山大型设备之一,功率大,耗电多,大型矿井提升机的功率超过 1000KW。因此矿井提升设备的造价以及运转费用,也就成为影响矿井生产技术经济指标 的重要因素之一。 第二节 提升机的用途和发展概况 矿井提升设备是矿山运输中的咽喉设备,又是矿山最大的耗电设备。西德、瑞典等国 是当今世界上制造矿井提升机较先进的国家,特别是多绳摩擦式提升机更为突出。在这些 国家的竖井中几乎全部采用较先进的多绳摩擦式提升机,不仅广泛采用庞大井塔的塔式多 绳摩擦提升机,而且越来越多地使用较低的井架的落地式多绳提升机。它们的发展特点是 体积小,重量轻,终端提升量大,提升速度高,衬垫材料摩擦系数大又耐磨,液压制动,运转 安全可靠,自动化程度高,多机集中控制等。生产的产品供世界上二十多个国家使用。我 国矿井提升设备在上述技术方面与发达国家相比有一定的差距,自动化和多机集中控制 技术方面差距大,产品在国际市场上缺乏竞争能力。 内装式提升机在我国已有多台运行,作为高度机电一体化的,节能新产品应重点发 展。同时开展斜井提摩擦提升和布雷尔提升机的研制。 1.目前国外矿井提升机总的发展趋向是: (1)向大型化发展 矿井大型化和要求提升机大型化之目的主要在于获得更大的矿 产量。1O年前,年产90120万t的矿为大型矿。目前,就世界范围而言, 年产200300 万t的矿山也不算大,仅仅算中、小型矿 瑞典最大地下矿将达1000 2500万ra。大型 化主要体现在大容量的提升容器。目前,世界上一次提升最大重量已达63t。国外大型提 3 升机都采用多绳摩擦式提升机。 (2)向自动化、遥控方向发展 自动化不仅仅是为了节省人力,更重要的是适应大 生产、集中控制、集中管理、系统联动的需要,也是保证产量和提高劳动生产率的有效 手段 ,同时也包含减轻劳动强度、节省人力、电力和提高运行安全性。国外大型矿井提 升机都广泛采用以多种保护为基础的自动化运行,并能记录和处理各种生产数据、运行 等资料。英国完善了包括有全功能维护设计的可控硅供电,直接连接直流电动机驱动系 统和在井简中的提升机控制系统 目前国外主井几乎都是自动化运行,主竖井由于机动性 大,一般都是采用按钮控制和在罐笼内遥控。 (3)继续发展多绳提升机 一般浅井、提升重量不大时,可采用常规缠绕式提升机; 但当深井、提升重量大时,须采用多绳摩擦式提升机。有相当一部分提升任务既可采用 缠绕式提升机也可采用多绳提升机,如果现场条件允许,则多绳摩擦式提升机更为经济。 目前多绳缠绕式提升机继续向更先进方向投展。有些国家生产的多绳提升机,塔式和落 地式多绳提升机大致各占5O%。 (4)发展各种新型和专用提升设备除目前已出现的落地式提升机、布雷尔提升机和采 用钢芯胶带牵引的摩擦式提升机外,国外还研制了起重式提升机、各种不同包围角的多 绳摩擦式提升机(用于浅井)。另外,还研制了不同形式的无绳提升设备,现已知的有机 械式、电磁式、水力式和风动式。 (5)采用“四新”(新技术、新结构、新材料和新工艺),采用“四新” 后,提升机 主轴装置、制动系统、液压系统、操纵系统和驱动系统等各部分不断改进提高,使整个 多绳摩擦式提升机结构朝着体积小、重量轻、效率高的方向发展。 2.国内矿井提升机的发展趋向是: (1)发展多绳摩擦轮提升机,特别是大型落地式多绳提升机,以及斜井、斜坡道用的 多绳提升机; (2)不断改进研制新型单绳及多绳缠绕式矿井提升机; (3)可控硅供电及徽电子技术在提升机上应用,以及可编程序控制器,遥控技术交 交变频调速等先进技术; (4)研制应用高性能摩擦衬垫,高比压闸瓦等新技术、新材料; (5)不断引进、消化、吸收国外先进技术,并用于制造国产矿井提升机。淘汰落后技 4 术,如块式闸及角移式闸,气动制动器,铸造结构并限制减速器和控制继电器的使用。 第三节 提升机的工作原理 按工作原理不同,矿井提升=可分为两类:单绳缠绕式和多绳缠绕式提升机。单绳缠 绕式又可分为单卷筒提升机和双卷筒提升机。 单绳缠绕式提升机的工作原地如图 l1 所示,简单地说,就是用一根较粗的钢丝绳 在卷筒上缠上和缠下来实现容器的提升和下放运动。 图1-1 单绳缠绕式提升机 图1-2 多绳摩擦式提升机 1-滚筒;2-钢丝绳;3-天轮; 1-主导轮;2-导向轮;3-钢丝绳; 4-天轮;5-平衡尾绳 4-容器;5-平衡尾绳 提升机安装在地面提升机房里,钢丝绳一端固定在卷筒上,另一端绕过天轮后悬挂 提升容器。图11所承为单绳缠绕式单卷筒提升机,卷筒上固定两根钢丝绳,并应使每 根钢丝绳在卷简上的缠绕方向相反。这样,当电动机经过减速器带动卷筒旋转时,两根 钢丝绳便经过天轮在卷筒上缠上和缠下,从而使提升容器在井筒里上下运动。不难看出, 单绳缠绕式提升机的一个根本特点和缺点是钢丝绳在卷筒上不断的缠上和缠下,这就要 求卷筒必须具备一定的缠绕表面积,以便能容纳下根据井深或提升高度所确定的钢丝绳 悬垂长度。单绳缠绕式提升机的规格性能、应用范围、机械结构等都是由这一特点来确 定的。 单绳缠绕式双卷筒提升机具有两个卷筒,每个卷筒上固定一根钢丝绳,并应使钢丝 5 绳在两卷筒上的缠绕方向相反,其工作原理和特点与单卷筒提升机完全相同。多绳摩擦 式提升机的工作原理与单绳缠绕式提升机不同,钢丝绳不是固定和缠绕在主导轮上,而 是搭放在主导轮的摩擦衬垫上,如图1-2所示,提升容器悬挂在钢丝绳的两端,在容器的 底部还悬挂有平衡尾绳。提升机工作时,拉紧的钢丝绳必须以一定的正压力紧压在摩擦 衬垫上。当主导轮由电动机通过减速器带动向某一个方向转动时,在钢丝绳和摩擦衬垫 之间使发生很大的摩擦力,使钢丝绳在这种摩擦力的作用下,跟随主导轮一起运动,从 而实现容器的提升和下放。不难看出,多绳摩擦式提升机的一个根本特点和优点是钢丝 绳不在主导轮上缠绕,而是搭放在主导轮的摩擦衬垫上,靠摩擦力进行工作。同样,多 绳摩擦式提升机的规格性能、应用范围和机械结构等,都是由这一特点来确定的。 多绳摩擦式提升机特别适应于深井和大产量的提升工作。 多绳摩擦式提升机与单绳 缠绕式提升机比较,在规格性能、应用范围、机械结构和经济效果等方而都优越得多, 就深井和大产量来说,是坚井提升的发展方向。 但是,根据我国目前浅井多、斜并多的特点,单绳缠绕式提升机仍然是目前制造和 使用的重点。对于部分深井和大产量的矿井,则应该合理的选用多绳摩擦式提升机,而 不宜选用大型的单绳缠绕式提升机。 6 第二章 提升机的组成 第一节 工作机构 1.工作机构的作用是: (1)缠绕或搭放提升钢丝绳; (2)承受各种正常载荷(包括固定静载荷和工作载荷),并将此载荷经过轴承传给基 础; (3)承受在各种紧急事故情况下所造成的非常载荷,在非常载荷作用下,主轴装置 的各部分不应有残余变形; (4)当更换提升水平时,能调节钢丝绳的长度(仅限于单绳缠绕式双卷筒提升机)。 因此,主轴装置应保证主轴、卷筒和其它部分有足够的强度和刚度。 保安规程规定,主轴装置的卷筒或主导轮直径与钢丝绳和钢丝直径的比值应符合下 列要求: 对地面提升设备 (2-1)120,8dskD 对于井下提升设备 (2-2)90,6dsk 式中 提升机卷筒或主导轮名义直径(毫米);D 钢丝绳直径(毫米);kd 钢丝直径(毫米);s 2.调绳装置的作用是: 当更换提升水平需要调节钢丝组的长度时,利用调绳装置使游动卷筒与主轴脱开, 从而可以转动固定卷筒(此时游动卷筒应用制动器闸住)调节钢丝绳长度。调绳结束时, 7 利用调绳装置使游动卷筒与主轴合上(即连接上),以便恢复正常的提升工作。 第二节 制动系统 1.制动装置的功用 (1)在提升机正常工作的减速阶段或下放重物时,参与调整提升机的运行速度,并 在提升终了时使之正常停车,即工作制动; (2)当提升机工作异常时使之迅速停车,以免事故扩大,即安全制动; (3)当提升机检修时,使之保持不动; (4)双筒提升机在进行调绳操作时,使卷筒保持不动。 2.制动装置的类型 制动装置中的制动器按结构分为块闸和盘闸;传动装置按传动能源分为油压、气压 及弹簧等。 JK型 m32和BM型提升机使用油压角移式制动装置。JK型 m64和HKM3 型提升机使用压气平移制动装置。JKA型提升机使用液压综合式制动装置。XKT型、JK型、 GKT型 、JKD型、JKM 型、JKMD型提升机使用液压盘式制动装置。矿用提升绞车使用 手动角移式制动器作为工作制动,重锤-电磁铁丝杠螺母操纵的角移式制动器或重锤-电 力液压推杆操纵的平移式制动器作为安全制动,担新系列JT型 m6.12提升绞车则 使用液压盘式制动装置。 第三节 机械传动系统 机械传动系统包括减速器和联轴器。 1.减速器的作用: 矿井提升机主轴的转数由于受提升速度的限制,一般在l0一60转/分之间,而用作拖 动的电动机的转数,一般在480一960转/分之间。这样,除采用低速直流电动机拖动外, 一般情况下不能将主轴与电动机直接联接,中间必须经过减速器。因而减速器的作用是 减速以传递动力。 2.联轴器: 8 联轴器是用来联接提升机的旋转部分,并传递动力。主要有两种: (1)蛇形弹簧联轴器(用于联接电动机和减速器高速轴) (2)齿轮联轴器(用于联接提升机主轴和减速器低速轴) 第四节 润滑系统 润滑系统的作用是: 在提升机工作时,不间断地向主轴承、减速器轴承和啮合齿面压送润滑油,以保证 轴承和齿轮能良好的工作。润滑系统必须与自动保护系统和电功机联锁:即润滑系统失 灵时(如润滑油压力过高或过低、轴承温升过高等),主电动机断电,提升机进行安全制 动。启动主电动机之前,必须先开动润滑油泵,以确保机器在充分润滑的条件下工作。 第五节 观测和操纵系统 观测和操纵系统包括斜面操纵台、深度指示器和测速发电机装置。 深度指示器的作用: (1)指示提升容器的运行位置; (2)容器接近井口卸载位置和井底停车场时,发出减速信号; (3)当提升机超速和过卷时进行限速和过卷保护; (4)对于多绳摩擦式提升机,深度指示器还应能自动调零,以消除由于钢丝绳在主导 轮摩擦衬垫上的滑动、蛹动和自然伸长等所造成的指示误差。 第六节 拖动,控制和自动保护系统 拖动、控制和自动保护系统包括主拖动电动机系统、微拖动电动机、电气控制系统 和自动保护系统。 矿井提升机根据交直流拖动系统的不同可分别采用三相绕线式感应电动机或直流电 动机。 9 矿井提升机自动保护系统的作用是:在司机不参与的情况下,发生故障时能自动将 主电功机断开并同时进行安全制动而实现对系统的保护。 自动保护系统应具有如下性能: (1)提升机超速时(包括等速和减速阶段的超速)自动对系统进行保护; (2)提升容器过卷时自动对系统进行保护; (3)制动油欠压或超压时自动对系统进行保护; (4)润滑油欠压或超压时自动对系统进行保护; (5)轴承温升过高和制动油温升过高时自动对系统进行保护; (6)闸瓦磨损超过规定值时自动对系统进行保护; (7)电功机过电流或失压(断电)时自动对系统进行保护。 根据上述各项自动保护作用的要求,自动保护可分为提升机运行过程中的自动保护 和一次提升结束时的自动保护。 10 第三章 提升机的选型计算 第一节 设计依据 煤矿主井主要为了煤炭的运输提升,而主竖井只作为提升煤炭,主竖井一般采用箕 斗提升。本次设计的就是主竖井所使用的提升机。 该 煤 矿 年 产 量 为 120万 吨 , 主 竖 井 井 深 530米 , 卸 载 高 度 为 20米 , 装 载 高 度 为 20米 , 散 煤 密 度 1.15吨 /立 方 米 , 年 工 作 日 300天 , 日 平 均 工 作 14小 时 。 第 二 节 提 升 容 器 选 择 该 矿 井 开 采 煤 时 井 深 530m, 据 煤 炭 工 业 矿 井 设 计 规 范 规 定 , 为 避 免 提 升 系 统 的 重 复 改 扩 建 ,采 煤 时 井 设 备 统 一 按 开 采 最 终 水 平 选 择 计 算 。 1.小 时 提 升 容 量 = =394 (3-1)tAnhrfbac14302.52ht 式中 -不均衡系数:煤炭工业设计规范规定:有井底煤仓时为 1.10-c 1.15, 无井底煤仓是为 1.20; -提升能力富裕系数,主井提升设备对第一水平应留有 1.2 的富裕系数;fa -日工作小时数 t=14;t -年工作日 =300 天。rbrb 2.确定经济提升速度 11 =530+20+20=570m (3-2)xzst H 式中 提升高度,单位 mtH 矿井深度,单位 m, =530ms s 卸载高度,单位 m, =20mx x 装载高度,单位 m, =20mz zH (3-3)smVtj 937.150.5.0 3.计算一次提升循环时间: (3-4)uaTjtjj s8.40937.1.0 式中 -提升加速度 ,估取 =0.7asm -容器爬升时间,对双箕斗提升取 10su u -箕斗装载时间(休止时间),取 =10s 箕斗规格/t 689 12 16 20 休止时间/s 8 10 12 16 20 4.根据矿井年产量和一次提升循环时间即可求出一次提升量。 (3-5)次 tTAQjh28.93604 式中 -小时提升容量,hAth -次提升时间,jTsTj8.4 5.提升容器的确定 按 Q 的计算值可选用 10t 箕斗,故选择多绳提煤箕斗 JDS-9/110 4 标准底卸式四绳 箕斗, 其主要技术规格如下: 有效容积:10 ;3m 提升钢丝绳数:4 根; 箕斗自身重量:10.8t; 名义载重量:9t ; 12 实际载重量: 10 1.15=11.5t; 实Q 箕斗全高:13350mm。 6.提升速度 (1)实际一次提升循环所需的提升时间: (3-6)fntxacAmbT360s105.120.43 (2)所需提升机的提升速度: (3-2 4)()( 2aHuTuTaVxxm 7) = 2570.4)10(57.0)1(057. 2 =7.7 sm 提升机的最大提升速度应符合煤矿安全规程的规定: 对立井箕斗 (3-8)s mHVm94.1570.0 s. 是选择提升机标准速度的一个依据,根据 到矿井提升机规格表中选用与其相mV mV 近的提升机标准速度 mV 第3节 钢丝绳选择 提升钢丝绳用以悬吊提升容器并传递动力,是提升系统的重要组成部分,在工作中 受到多种应力作用,如静应力、动应力、弯曲应力、接触应力、挤压应力和捻制应力等。 这些应力的反复作用将导致钢丝绳疲劳损坏。它直接关系到矿井的正常生产和人员的安 全,是提升系统中经常更换的易耗品在矿井提升中,根据用途选用合适的钢丝绳,扬 长避短,充发挥它们的作用。 13 1、绳端荷重 (3-9)kgQcd 2301850实 式中 -箕斗实际载重实Q -箕斗自重c 2、钢丝绳悬垂长度 (3-10)eRHHrrgxhzc 75.0 =580-20+11.008+20+6.5+13.3+0.750.925+5=593.1m 式中: gH-过卷高度 H g=6.5m h-尾绳环高度 msgh 08.14.25.0625.0 r -容器高度 H r=13.3m R-天轮半径 e-上下天轮垂直距离 e=5m s-提升容器中心距 xH-卸载高度 H X=20m 3、首绳单位长度重量计算 (3-11)mkgmnQPcBdk 29.1537160410 式中: 钢丝绳计算抗拉强度,取 1670MPaB 钢丝绳安全系数,取7 根据以上计算,首绳选用GB1102-74绳6 37股(1+6+12+18)型钢丝绳左右捻各两根。 其技术参数如下:钢丝绳直径d k=19.5mm,钢丝破断拉力总和Q q=239500N,钢丝绳单位长 度质量为P k=1.33kg/m。 4、尾绳单位长度重量计算 (3-12)mkgPnqkk 6.23.14 式中 -首绳钢丝绳根数 n -尾绳钢丝绳根数 2 根据以上计算,尾绳选用优质钢丝绳6 19类(GB8918-88)钢丝绳2根,单重 14 q=2.74kg/m。 第四节 提升机选择 1.主导轮直径 (3-13)mdD175.90 2.最大静拉力和最大静拉力差 (1)最大静拉力 (3-14)gHmFpzj )(max 10)538.105( N293 (2)最大静张力差: (3-15)pc ).()(ax 据此主井提升装置选用JKM-2.8/4(II)多绳摩擦式提升机,其主要技术参数为:摩擦 轮直径D=2250mm,天轮直径D T=2250mm,最大静张力275kN,最大静张力差95kN,钢丝绳 根数4根,摩擦轮钢丝绳间距300mm,提升速度V=6.5 m/s,减速比i=10.5,提升机旋转部 分变位质量m j=6500kg,天轮变位质量m t=2300kg,衬垫摩擦系数=0.23。 第五节 提升系统的确定 1.井架高度 (3-16)3.5712.750.632075.0 eRHrgrxj 取 mHj60 2.提升机摩擦轮中心线距井筒中心线距离 (3-17)75.412.5360.5.36. DLjs 取 Ls42 第六节 提升容器最小自重校核 1.按静防滑条件容器自重为 15 (3-18)ckckxjz HnPQDnweQ 1112 =2.3594000-41.96593.1 =4786.1kg 经查表,当围包角=18114时D 1=2.359 式中:w 1-箕斗提升时矿井阻力系数 w 1=0.075 j-静防滑安全系数 j=1.75 2.按动防滑条件 QZ Q+ Gd-nPkHc (3-19) 11(2)(geg1()2ge =A1Q+C1Gd-nPkHc=2.21154000+0.15332300-41.96593.1 =4548.7kg 经查表,当围包角 =18114,加速度 a1=0.5 时,A 1=2.2115,C1=0.1533。 式中: G d-天轮的变位质量。 经计算满足防滑条件的箕斗最小自重均小于所选箕斗自重,防滑条件满足要求。 第七节 钢丝绳安全系数 首绳安全系数校验: m= = (3-20) qcnQ(+)kcPHg43072(6501.965.)8 =8.37.20.0005H =6.9 满足要求。 第八节 预选电动机 1.电动机估算功率 ( 3-21) KWkmgVNj 10352.9.0165.10 16 式 中 -电 动 机 的 估 算 功 率 , kwN -提 升 机 的 标 准 速 度 , 取 6.5m/smV -矿 井 阻 力 系 数 , 箕 斗 提 升 取 1.15k -一 次 提 升 货 载 重 量 , 115000N g -考 虑 到 提 升 系 统 运 转 时 , 有 加 、 减 速 度 及 钢 丝 绳 重 力 等 因 素 影 响 的 系 数 , 箕 斗 提 升 取 1.2 -减 速 器 传 动 效 率 , 单 级 传 动 取 0.92j 2.电动机估算转数 ( 3-22)min28035.7606rDiVnm 式 中 -减 速 器 的 传 动 比 , 7.35i -导 向 轮 直 径 , 2mD 根 据 N, n 及 矿 井 电 压 等 级 为 10KV, 查 电 动 机 规 格 表 选 用 JR1250- 8/1430 电 动 机 , 参 数 为 : 额 定 功 率 KWe1250 转 数 min74rd 额 定 电 压 Vu10 飞 轮 转 矩 2275NGD 额 定 转 矩 最 大 转 矩 08. 3.确定提升机的实际最大提升速度 ( 3-23)smiDnVd935.760421.max 立 井 提 升 物 料 时 , 速 度 不 得 超 过 下 式 限 定 速 度 : 17 ( 3-24)smH68.13506.0Vmax 提 升 速 度 满 足 要 求 。 第九节 提升运动学及提升能力计算 经计算得初加速度a 0=0.48m/s2,V 0=1.5m/s,卸载曲轨行程h 0=2.35m,主加速度 a1=0.50m/s2,提升减速度a 3=0.50m/s2。 1.初加速度阶段 卸载曲轨初加速时间:t 0= = =3.13soa1.548 箕斗在卸载中曲轨内的行程:h 0=2.35m 2.正常加速度阶段 加速时间:t 1= = =10.8s0mVa6.915 加速阶段行程:h 1= t1= 10.8=45.4m02.2 3.正常减速阶段 减速阶段时间:t 3= = =12.8s4mVa6.950 减速阶段行程:h 3= t3= 12.8=47.4m42.2 4.爬行阶段 爬行时间:t 4= = =6shV0.5 爬行距离:h 4=3m 5.抱闸停车时间 t5=1s 6.等速阶段 等速阶段行程:h 2=Ht-h0-h1-h3-h4=570-2.35-45.4-47.4-3=471.8m 式中:H t-提升高度 H t=H-HZ+HX+Hr=577-30+12+10.9=569.9m 等速阶段时间:t 2= = =68.4smhV78. 18 图 3-1 加速度减速度图 7.一次提升循环时间 Tx=t0+t1+t2+t3+t4+t5+=3.13+10.8+68.4+12.8+6+1+12=114.1s 式中: 休止时间取 12s 第十节 提升系统动力学计算 1.提升系统总变位质量 m=m+2m z+4PkLp+2mt+mj+md (3-25) =4000+26500+41.961212+22300+6500+4399 =42001kg 式中:L p钢丝绳全长 Lp=1212m(包括尾绳) 2.运动学计算(按平衡系统计算) (1)提升开始阶段 开始时:F 0=Kmg+H t+ma 0=1.1540009.8+420010.48=65240N 19 终了时:F 0=F 0-2h 0=652400=65240N 式中:-提升钢丝绳与平衡尾绳的总单重之差,平衡系统0。 (2)主加速阶段 开始时:F 1=F0+m(a 1a 0)=65240+42001(0.50.48)=66081N 终了时:F 1=F 1=66081N (3)等速阶段 开始时:F 2=F1ma 1=66081420010.50=45080N 终了时:F 2=F 2=45080N (4)减速阶段 开始时:F 3=F2ma 3=45080420010.50=24080N 终了时:F 3=F 3=24080N (5)爬行阶段 开始时:F 4=F3+ma 3=24080+420010.50=45080N 终了时:F 4=F 4=45080N 20 第四章 提升机的制动系统 制动系统是提升机的重要组成部分,它直接关系到提升设备的安全运行。制动系统 由执行机构(制动器,通常称闸)和传动机构组成。制动器是直接作用于制动轮产生制动 力矩的机构。制动器按其结构可分为盘闸和块闸,块闸又分为角移式和平移式,传动机 构是控制并调节制动力矩的部分,按动力源分为液压、气压和弹簧等。KJ23m、KJ46m 提升机分别采用油压和气压块闸制动系统,JK 系列提升机及多绳摩擦式提升机采用液压 盘闸制动系统 盘式制动器是为了克服块式制动器的可靠性不高的缺点而发展的新型制动装置,目 前国内外生产的提升机或提升绞车都使用了盘式制动器.盘式制动器具有以下:制动力 矩可在较大范围内调节,而且容易调整;制动系统空行程小、动作快、响应速度快、 灵敏度高;重量轻,外形尺寸小,结构紧凑;通用性好,可通过改变盘形闸的数量 来满足不同绞车的制动要求;安全可靠性高,多副盘形闸同时工作,其中少数部分盘 形闸失灵或故障,其余完好盘闸一般仍可刹住提升机;而且传动环节(如管路破裂失、压 断电等)均可自动施闸。 盘式制动器都是依靠碟形的预压缩恢复张力使闸块压向制动盘,从而产生制动力矩; 当松闸时,向活塞腔内注入压力油,压力油推动活塞后移并压缩碟形弹簧,带动闸瓦离 开制动盘,从而实现松闸。 目前国内外提升机使用的盘式制动器形式多样,主要有前腔式盘形闸,后腔式盘形 闸单缸双作用盘形闸,以及钳式盘形闸。 21 第五章 提升机的液压站 第一节 液压站的功用 盘式制动器液压站的控制系统同提升机的类型、自动化程度相适应的。在直流拖动 系统的提升系统中,由于提升机的调速性能较好,液压站控制的制动器一般只用于提升 终了时停车和安全制动。而在交流拖动的提升系统中,液压系统除上述功用外,因制动 器还要参与提升机速度的控制,所以液压站还有调节制动力矩的作用。 第二节 提升机液压站的工作要求 1.按矿井提升实际需要,产生不同的工作油压,控制制动器的工作制动力矩,从而 实现提升机的工作制动。 2.在安全制动时能迅速回油,并实现提升机二级制动。 3.根据矿井多水平生产、或因提升钢丝绳伸长而需要调绳时,能控制双滚筒提升机 的游动滚筒的调绳装置。 4.根据多水平生产、或钢丝绳伸长时间时调绳的需要,控制双筒提升机滚筒的调绳 装置。 第三节 液压站的维护及注意事项 1.要注意排除系统油液内的空气。液压系统中油液的可缩性很小,在一般情况下它的 影响可忽略不计。但是,低压空气的可缩性很大,约为油液的 1000 倍,所以,即使液压系 统中含有少量空气,其影响也是很大的。溶解在油液中的空气,会使系统在工作时产生噪 声,在提升机制动过程中会使制动器发生颤动,在盘式制动器工作时将会延长松闸时间。 因此,在使用中应经常注意排除油液中的空气。 2.油泵的吸油管不宜太短,所有回油管的出油口均需在油箱的油面一下。吸油管与回 油管不能靠的太近,以免回油飞溅成泡沫,容易将空气吸入油泵; 3.平时要及时更换实效的密封元件和摩损超限的液压元件; 4.工作中要保证油液的清洁,防止杂质或污物混入油液,否则就会使液压系统产生各 种障碍; 22 5.经常检查滤油器的工作状况。对粗滤油器应定期清洗。纸质滤油器经常使用一定时 间后,纸质滤油器芯会被赃物堵塞而失效,失效的滤芯不能清洗复用,而需要更换新的滤 芯; 6.平时要注意检查油液温度,液压温度最好维持在通常温度下工作。过高过低都会影 响油液的工作特性。 23 第六章 主竖井供电系统 第一节 供电系统的拟定 本 系 统 采 用 双 回 路 供 电 。 这 种 方 案 供 电 可 靠 , 一 回 路 发 生 故 障 时 , 可 换 接 到 另 一 回 路 供 电 。 供 电 图 如 图 6-1 所 示 : 图 6-1 供电系统图 1-变电所;2-提升机房 第二节 供电系统设备的选择和校验 一、短路电流计算 1.短路的种类和特点 供电系统中可能发生的故障类型比较多,但常见的而且危害较大的故障就是短路。 所谓短路,是指供电系统中不等电位的导电部分在电气上被短接时的总称。在短路电流 计算时,对于三相对称短路一般采用计算曲线法;对于不对称短路,则采用对称分量法。 2.计算短路电流的目的 发生短路故障后,短路回路中将出现数值很大的短路电流。在煤矿供电系统中短路 电流要比额定电流大几十倍甚至几百倍,通常可达数千安。这样大的电流通过电气设备 和导线必然要产生很大的电动力,并使载流体温度急剧上升而损坏设备。同时短路点电 压将降为零,在短路点附近,电压也要相应地显著下降,造成这些地方的供电中断或严 重影响电动机工作。在发生接地短路时所出现的不对称短路电流,还将对与架空线平行 24 敷设的通讯线路产生干扰。更危险的是当短路点离发电厂很近,而且短路的持续时间较 长时可能造成发电机失去同步,而使整个电力系统的运行解体,这是最严重的后果。 (1)为了防止发生短路所造成的危害及限制故障范围的扩大,需要进行一系列的计 算及采取相应措施,以保证供电系统在正常或故障的情况下,做到安全、可靠又经济。 掌握短路电流的计算方法很重要。综上所述,计算短路电流的目的可归纳为下列几点: 作为系统主接线方案比较的项目之一,以便判断哪种主接线方式更能保障供电的 安全和可靠,然后再决定系统的主要运行方式。 作为校验电气设备的依据,以便确定所选的设备,在发生短路故障时是否会被损 坏。 正确地选择与校验限制短路电流所需的设备,以确保电气设备不被短路电流损坏。 确定选择和校验继电保护装置所需的各种参数。 根据故障的实际情况,进行故障分析,找出事故的发生原因。 (2)在短路电流计算中,需要求出下列几种数值,以供今后使用: 次暂态短路电流 I”,即三相短路电流周期分量第一周期的有效值。它可供计算继 电保护装置的整定值,计算短路电流冲击值 ikr及短路全电流最大有效值 Ikm之用。需注 意: 应该用电力系统在最大运行方式下,继电保护装置安装处发生短路时的次暂态短路 电流来计算保护装置的整定值;而用电力系统在最小运行方式下,继电保护装置保护范 围最远点发生短路时的次暂态短路电流来校验保护装置的灵敏度。因此,计算时应分别 计算这两种运行方式下的次暂态短路电流值。 次暂态三相短路电流容量 S”。 短路发生后 0.2 秒时的短路电流周量分量有效值(此时非周期分量基本上已衰减 完了)I 0.2,可用来校验开关电器的额定断流量。 短路电流稳态有效值 ,可用来校验设备、电缆的热稳定性。I 短路冲击电流 ikr和短路全电流最大有效值 Ikm,可用来校验电气设备、载流体的动 稳定性。 3.计算短路电流 原始数据资料:由井下中央变电所提供相应电压等级的电源,10KV 馈出线出口处路 断路器的三相短路容量为 100MVA,继电保护时限为 1s。 25 NUIS)3( (6-1) 其中 S-出口处断路器的三相短路容量 I(3) -三相短路电流 UN-电源电压 所以三相短路电流: (6-2)kAUSIN50.3)( 三相短路次暂态电流: (6-3)kI.)3()( 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值: (6-4)AIish 025.14.52. )3()3( (6-5)kIs 381 )()( 二相短路电流: (6-6) )3()2(II 二、高压电缆的选择和校验 1.电缆选择的意义 矿用电缆具有安全可靠、不占空间、不受外界影响等优点,特别适用于有火灾和瓦 斯煤尘爆炸危险、潮湿和底下淋水、空间狭窄和人机拥挤的井下输电;在地面工业广场 内,主副井钢丝绳空间交错,也采用电缆向各主要设备输电,电缆成为矿井供电系统的 大动脉。但是矿电缆与架空线路相比具有投资大、查找故障困难、维护检修不便等缺点, 加之岩石坠落、机械压砸等原因容易产生短路、漏电,引发瓦斯煤尘爆炸、设备烧毁和 人身触电事故。因此必须正确地选择、安装、使用和精心维护矿用电缆。 2.煤矿用电电缆的分类 在矿井井下除架线电机车外均采用电缆线路。 电力电缆按绝缘材料可分为:相交绝缘电缆、塑料绝缘电缆、油浸氏绝缘电缆三种。 (1)矿用橡套电缆 橡胶绝缘电缆也称橡套电缆。橡套电缆因结构和材料不同可分为普通橡套电缆和矿 用橡套电缆等多种类型。矿用橡套电缆又分为屏蔽型和非屏蔽型两种。 26 煤矿常用橡套电缆 型 号 电 缆 名 称 额定电压,V 芯 数 标称截面, mm2 主 要 用 途 MZ MZP 煤矿用电钻电缆 煤矿用屏蔽电钻电缆 0.3/0.5 45 2.5,4 电钻、照明设备 MC 采煤机橡套软电缆 0.38/0.66 1650 MCP 采煤机屏蔽橡套软电缆 0.38/0.66 0.66/1.14 1.9/3.3 1650 3595 3595 MCPT 采煤机金属屏蔽橡套软电缆 1.9/3.3 3595 MCPTJ 采煤机金属屏蔽监视型橡套软电缆 0.66/1.14 1.9/3.3 1695 3595 采煤机、掘 进机及类似设 备 MY 煤矿用移动橡套软电缆 0.38/0.66 495 MYP 煤矿用移动屏蔽橡套软电缆 0.38/0.66 0.66/1.14 3.6/6 495 1095 1650 MYPT 煤矿用移动金属屏蔽橡套软电缆 1.9/3.3 3.6/6 3595 1650 移动采煤设 备及类似设备 MYPTJ 煤矿用移动屏蔽监视型橡套软电缆 3.6/6 9 2550 移动变电站及类似设备 注: M-煤矿用阻燃;Z-电钻;C-采掘机用;P-屏蔽;T-金属;J-监视 (2)塑料绝缘电缆 常用塑料绝缘电力电缆有:交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆和聚氯乙烯绝缘聚氯 乙烯护套电缆两种。塑料绝缘电缆导电芯线也分铜芯和铝芯、有铠装和无铠装、有屏蔽 层和无屏蔽层、有外被层和无外被层等几种。 27 聚氯乙烯护套具有抗酸碱、耐腐蚀、质量轻、敷设垂直落差不受限制等优点,所以 条件适合时应尽量采用。交联聚乙烯绝缘电缆允许温升高、介电性能优良、耐热性好, 故在一般情况下应优先选用交联聚乙烯绝缘电缆。 塑料电缆的型号含义为:M 为煤矿用阻燃;V 为聚氯乙烯;Y 为聚乙烯;YJ 为交联聚 乙烯。 3.电缆的选用原则 电缆的选用应遵从以下原则: 必须选用经检验合格的,并取得煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆。严禁采用铝 包电缆。 电缆实际敷设地点的水平差,应与电缆规定的允许敷设水平差相适应。 电缆应带有供保护接地用的足够截面的导体,即保证作保护接地用的电缆芯线, 其电阻值应不超过规定值。用于移动式和手持式电气设备的电缆芯线的电阻值、作保护 接地用的电缆芯线的电阻值,都不得超过 1 ;其他电气设备用的电缆、作保护接地用 的电缆芯线电阻值,不得超过 2。 固定敷设的高压电缆: 在立井井筒或倾角 45o 及其以上的井巷内,应采用聚氯乙烯绝缘粗钢丝铠装聚氯乙 烯护套电力电缆,交联聚氯乙烯绝缘粗钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆; 在水平巷道或倾角 45o 以下的井巷内,应采用聚氯乙烯绝缘钢带或细钢丝铠装聚氯 乙烯护套电力电缆,交联聚氯乙烯钢带或细钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆。 非固定敷设的高压电缆必须采用符合 MT818 标准的橡套软电缆。 4.高压电缆选择 (1)型号选择 根据电缆的用途,向提升设备供电的高压电缆选 MYJV-10(煤矿用交联聚氯乙烯绝 缘聚氯乙烯护套电力电缆)矿用固定敷设电力电缆。 (2)截面积选择 电缆的最大长时
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