Проектирование скиповой подъемной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Расчетная работа

Проектирование скиповой подъемной установки

Выполнил

студент гр.ГМ-10:

Субботин С. В.

Проверил:

Трифанов Г.Д.

Пермь, 2014



ВВЕДЕНИЕ

Современная канатная подъемная установка является крупнейшим техническим сооружением шахты. При помощи подъемной установки выполняется спуск-подъем людей, необходимых материалов и оборудования, а также выдача на поверхность полезного ископаемого и вмещающей породы. шахта подъемный канат кинематика

Широкому распространению канатного подъема при подземной разработке месторождений полезных ископаемых способствовал ряд достоинств: универсальность в обслуживании вида и масштаба грузопотока шахты, глубины месторождений; простота конструкции, высокая надежность и сравнительно легкая управляемость; размещение основного приводного узла на поверхности вне разрабатываемого горного массива; относительно невысокие капитальные затраты и удельное энергопотребление.

Основная часть подъемной установки - подъемная машина. Представляет собой сложный электромеханический механизм. Рациональный подбор элементов, параметров и установление оптимальных режимов работы полностью определяют производительность, экономичность и безопасность эксплуатации подъемной установки и технико-экономические показатели горного предприятия в целом.

Поэтому выбор отдельных элементов подъемной машины заслуживает особого внимания при проектировании шахтной подъемной установки.



1. ВЫБОР СИСТЕМЫ ПОДЪЕМА. ВЫБОР ПОДЪЕМНОГО СОСУДА

1.1 Высота подъема сосуда (м)

,

где H_ш - глубина шахты, H_ш = 470 м;

h_заг - глубина опускания скипа под загрузку, h_заг = 15 ч 20 м.

принимаем, h_заг = 15 м;

h_пп - высота приемной площадки, h_пп = 20 ч 32 м. Принимаем, h_пп = 25 м.

м.

1.2 Часовая производительность подъемной установки (т/ч)

,

где А_год - годовая производительность подъемной установки, А_год = 2,3 млн.т/год;

b - количество рабочих дней в году, b = 345 дней;

t_сут - число часов работы подъемной установки в сутки, согласно ГОСТ t_сут = 18 часов.

с - коэффициент, учитывающий неравномерность работы предприятия. Для угольных и калийных шахт с = 1,5.

т/ч.



1.3 Полезная грузоподъемность установки (т)

,

где и - продолжительность паузы при погрузочно-разгрузочных операциях, и = 10 ч 20 с. Принимаем и = 15 с;

т.

1.4 Выбор подъемного сосуда

Выбираем скип с неподвижным кузовом марки СН 19,5.

Таблица 1. Технические характеристики скипа СН19,5[4]

Вместимость, м3	19,5
Грузоподъемность по углю, т	25
Масса с прицепным устройством, т	18
Расстояние между осями, м	2,25
Размеры в плане, м	1,74х2,23
Высота в положении разгрузки, м	14,4
Путь разгрузки, м	2,17



2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ И МАКСИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ПОДЪЕМА

2.1 Определим количество подъемов за час

.

2.2 Продолжительность цикла

с.

2.3 Чистое время подъема (без пауз)

,

где И - продолжительность паузы, И = 25 с. [2]

с.

2.4 Средняя скорость движения сосуда, (м/с)

м/с.

2.5 Максимальная скорость движения сосуда, (м/с)

,



где - множитель скорости, для скипов = 1,2 ч 1,25. Принимаем = 1,2.

м/с.



3. РАСЧЕТ И ВЫБОР ПОДЪЕМНОГО КАНАТА

3.1 Максимальная длина отвеса каната

,

где h_пер - высота переподъема, h_пер = 5 ч 7 м. [3] Принимаем h_пер = 6 м.

м.

3.2 Расчетная линейная масса каната

,

где Q_с - собственная масса скипа с прицепным устройством, Q_с = 18000 кг;

у_в - временное сопротивлению разрыву проволок каната, у_в = 1600 ч 1800 МПа. Принимаем у_в = 1700 Мпа. [2];

k_ст - статический запас прочности каната, при перевозке грузов k_ст = 6,5;

г₀ - фиктивная плотность каната, показывает давление в сечении каната, возникшее за счет веса 1 м собственной массы каната, г₀ = 8900 ч 9800 кг/м³. Принимаем г₀ = 9300 кг/м³.

кг/м.



3.3 Выбор каната [2]

По расчетной линейной массе каната выбираем канат марки ЛК-РО по ГОСТ 7668-80.

Технические характеристики Таблица 2

Диаметр каната, мм	63,0
Расчетная площадь сечения всех проволок, мм2	1538,9
Масса 1000 м смазанного каната, кг	15200
Маркировочная группа, МПа	1770
Разрывное усилие, Н, не менее	суммарное всех проволок	2710000
	каната в целом	2085000

3.4 Проверочный расчет фактического запаса прочности каната

,

где p_ф - фактическая масса 1 м каната, p_ф = 14,3кг/м;

P_сум - суммарное разрывное усилие всех проволок каната, P_сум = 2550000 Н,

k_стф = 6,72 > k_ст = 6,5 поэтому канат пригоден для эксплуатации.



4. ВЫБОР ПОДЪЕМНОЙ МАШИНЫ

4.1 Расчетный диаметр канатоведущего органа

По нормам ПБ должно быть удовлетворено следующее соотношение диаметра барабана к диаметру каната, при расположении подъемной машины на поверхности:

,

где d_к - диаметр каната, d_к = 63 мм,

м.

4.2 Предварительный выбор подъемной машины

По диаметру барабана выбираем подъемную машину марки 2Ц-52,8.

Таблица 3. Технические характеристики подъемной машины марки 2Ц-52,8 [1].

Диаметр барабана, мм	5000
Ширина барабана, мм	полная	2800
	заклиненной части	2800
Статическое натяжение каната, кН	560
Разность статических натяжений канатов, кН	400
Передаточное число редуктора	-
Скорость подъема, м/с	14
Маховый момент машины без редуктора и двигателя, кНМм2	44000
Масса машины, т	220



4.3 Ширина навивочной поверхности барабана

,

где l_рез - резервная длина каната на барабане, предназначенная для компенсации его укорочения при отборе проб на испытания, l_рез = 30 м;

z_тр - число витков трения на барабане, для вновь вводимых в эксплуатацию барабанов z_тр = 5;

е - величина зазора между витками, е = 2 ч 3 мм. Принимаем е = 3.

м.

4.4 Проверочный расчет ширины барабана

, где B - ширина барабана, B = 2,8 м.

Барабан подъемной машины обладает необходимой канатоемкостью.

4.5 Проверка подъемной машины на прочность

Максимальное статическое натяжение каната

,

где p_ф - линейная масса выбранного каната, p_ф = 15,2 кг/м,

Максимальная разность статических натяжений канатов



Данные условия выполняются.



5. РАСПОЛОЖЕНИЕ ПОДЪЕМНОЙ МАШИНЫ ОТНОСИТЕЛЬНО СТВОЛА ШАХТЫ

5.1 Выбор копрового шкива

Выбор направляющего шкива производят по диаметру головного каната и диаметру органа навивки D_б.

Принимаем направляющий шкив марки ШК-5 [3].

Технические характеристики Таблица 5

Диаметр	шкива, м	5
	каната, мм, не более	50
Статическое натяжение каната, кН, не более	2460
Маховый момент шкива, кН?м2	715

5.2 Определим высоту копра

Согласно ОТП 5-86 для одноканатных подъемов и двухбарабанных подъемных машин предпочтительна схема с расположением направляющих шкивов на одной горизонтальной оси.

Тогда высота копра равна

,

где h_c - высота сосуда в положении разгрузки (расстояние от приемной площадки до верхнего жимка прицепного устройства сосуда в положении разгрузки), h_c = 12,8 м [2];

м.

Принимаем копер h_к = 47 м.



5.3 Определим длину струны каната

При расположении шкивов на одной горизонтальной оси

,

где с - расстояние от поверхности земли до центра вала подъемной машины,

с = 0,6 ч 0,8 м. Для крупных подъемных машин принимаем с = 0,6 м. [2]; L_м - расстояние от вала подъемной машины до оси шахты,

где в - угол наклона струны каната к горизонту, в = 45°.

м.;

Принимаем L_м = 50 м. м.

5.4 Определим углы девиации каната

Максимальное значение углов девиации каната не должно превышать 1° 30ґ для установок с цилиндрическими барабанами. Ввнутренний угол девиации

,

где l_в - внутреннее линейное отклонение каната на поверхности барабана по отношению к плоскости, проходящей через направляющий шкив,



,

где B₀ - ширина поверхности барабана, незанятая канатом,

B₀ = B - Bґ = 2,8 - 2,6 = 0,2 м;

l_ш - расстояние между шкивами, равное расстоянию между отвесами канатов в шахтном стволе, l_ш = 2,3 м;

l_р - расстояние между ребордами двойного цилиндрического барабана,

l_р = 0,06 м [1]; м;

наружный угол девиации

,

где l_н - наружное линейное отклонение каната на поверхности барабана по отношению к плоскости, проходящей через направляющий шкив,

м,

.



6. СТАТИКА ПОДЪЁМНОЙ УСТАНОВКИ

Основное уравнение подъема в общем случае имеет вид

,

где M_дв - момент вращения на валу подъемной машины;

M_ст - момент статической нагрузки на валу подъемной машины;

M_дин - момент динамических нагрузок на валу подъемной машины.

Степень статической неуравновешенности подъёма

,

где K - коэффициент, учитывающий сопротивление движению сосуда, для скипового подъема K = 1,15;

Выбираем подъём без уравновешивающего каната.

При постоянном радиусе навивки и двухсосудном подъеме для систем без хвостового каната уравнение усилия от статических сопротивлений движению подъемных сосудов имеет вид

при - x = 0, и при - x = H_п,

где x - путь пройденный сосудом от начала подъема, м.

при - x = 0, Н,

при - x = H_п, Н.



7. ВЫБОР ПОДЪЁМНОГО ДВИГАТЕЛЯ

7.1 Определим расчетную частоту вращения двигателя при безредукторном приводе для выбранной подъёмной машины

об/мин.

Принимаем стандартную частоту вращения двигателя постоянного тока по табл. 1.15 [3] n_с = 25 об/мин.

7.2 Определим фактическое значение максимальной скорости подъёма

м/с.

7.3 Определим ориентировочную мощность двигателя

,

где с - характеристика динамического режима подъёмной системы, для подъёмных установок с неопрокидными скипами с = 1,3;

з_i - КПД зубчатой передачи редуктора, з_зп = 1;

кВт.



8. КИНЕМАТИКА ПОДЪЁМНОЙ УСТАНОВКИ

8.1 Определение приведенной к окружности барабана массы подъемной установки

В общем виде приведенная масса подъемной системы определяется суммой масс поступательно движущихся элементов и суммой приведенных к поверхности навивочного органа масс вращающихся элементов

,

где n - число подъемных канатов, для двухканатной подъемной установки n = 2;

L_k - длина одной ветви подъемного каната

м.

m_б - приведенная масса органа навивки

,

где - маховый момент органа навивки, = 44000 кН?м²;

кг.

m_рот - приведенная масса ротора подъемного двигателя



,

где - маховый момент ротора подъемной машины, = 1140 кН?м²;

кг.

m_ред - приведенная масса редуктора, m_ред = 0;

m_шк - приведенная масса копрового шкива

,

где = 715 кНМм²- маховый момент копрового шкива.

кг.

кг.

8.2 Выбор величин ускорения и замедления

;

.

8.3 Расчет шестипериодной диаграммы скорости

Продолжительность периода ускорения при перемещении скипа

с.



путь пройденный за период и

м.

м.

с.

период 2 и 4

с.

путь, пройденный за период нормального ускорения

м.

период 3 (равномерное движение с максимальной скоростью)

путь, пройденный за период движения с максимальной скоростью

,

м.

продолжительность периода движения с максимальной скоростью

с.

Продолжительность подъема



,

с.

Продолжительность цикла

с.



9. ДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ПОДЪЁМНОЙ УСТАНОВКИ

9.1 Построение диаграммы движущих усилий

Основное уравнение подъема в общем случае имеет вид

,

где M - крутящий момент, обеспечиваемый электроприводом на валу подъемной машины;

M_ст - момент статических нагрузок на валу подъемной машины;

М_дин - момент динамической нагрузок на валу подъемной машины.

В нашем случае при отсутствии хвостового каната уравнение примет вид

,

где F - усилие на ободе барабана, Н;

x - путь пройденный сосудом от начала подъема, м.

9.2 Эффективная мощность подъема

,

где F_эфф - эффективное усилие подъема,

,



где F - усилие элементарного участка по графику усилий;

t - продолжительность элементарного участка;

T_эфф - эквивалентная продолжительность цикла,

,

где в₁ и в₂ - коэффициенты, учитывающие ухудшение охлаждение двигателя в периоды соответственно неустановившегося движения и во время паузы, в₁ = 0,5;

в₂ = 0,25. [2]

с.

Н.

тогда эффективная мощность подъема

кВт

мощность двигателя с учетом 10% запаса составит



кВт;

P_дв = 1971 < P_ном = 2000 кВт.

9.3 Проверка двигателя на перегрузочную способность

Для двигателей постоянного тока

,

где F_max - наибольшее усилие на окружность барабана, F_max = 607802 Н;

F_н - усилие на окружность барабана, соответствующее номинальной мощности подъемного двигателя,

Н;

.

9.4 Построение диаграммы мощностей

В общем виде выражение мощности имеет вид

,

где F_стi - статическое усилий на элементарном участке,

.



10. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ

10.1 Полезный расход электроэнергии на подъем

кВт•ч.

10.2 Фактический расход энергии из сети за один подъем

,

где t_i - продолжительность отдельных периодов подъема;

?P_iср - средняя величина мощности, потребляемой из сети в отдельные периоды подъема;

з_дв - КПД подъемного двигателя, з_дв = 0,905;

з_преоб - КПД преобразователя по системе Г-Д,

,

где з_г - КПД генератора, з_г = 0,96;

з_сд - КПД синхронного двигателя, з_сд = 0,87;

кВт•ч.35



10.3 Удельный фактический расход электроэнергии на подъем одной тонны массы за один цикл

35/15,7=2,2 кВт•ч/т.

10.4 Коэффициент полезного действия подъемной установки

21/35=0,6

.

10.5 Годовой расход электроэнергии

кВт•ч.

2,2*3200000=



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Стационарные установки шахт. Под общей ред. Б.Ф. Братченко. М., «Недра», 1977, 440 с.

2. Песвианидзе А.В. Расчет шахтных подъемных установок: Учеб. пособие для вузов. - М.: Недра, 1992. - 250 с.: ил.

3. Гришко А.П. Стационарные машины. - Том 1. Рудничные подъемные установки: Учебник для вузов. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2006. - 477с.: ил.

Размещено на Allbest.ru

...