Введение
Современная подъёмная установка - крупнейшее сооружение шахты - предназначена для подъема полезного ископаемого и породы, спуска - подъема оборудования, материалов и людей.
Рисунок 1 - Подъемная установка с двухбарабанной подъёмной машиной.
1 - барабаны двухбарабанной подъемной машины; 2 - редуктор;
3 - электродвигатель; 4 - копровые (направляющие) шкивы; 5 - груженый сосуд; 6 - порожний сосуд; 7 - подъемные канаты; 8 - уравновешивающий (хвостовой) канат.
Основная часть подъемной установки - подъёмная машина - сложный электромеханический механизм, состоящий из отдельных элементов, выполняющие разные функции.
Рациональны набор этих элементов и установление оптимальных режимов работы машины полностью определяют безопасность и экономичность эксплуатации подъёмной установки.
В этой связи всесторонние рассмотрение существующих теории и практики расчета и выбора отдельных элементов подъемной машины, заслуживают особого внимания при проектировании новой или реконструкции действующей шахтной подъемной установки.
Для определение эффективности работы установки необходимо установить оптимальную массу подъемного груза, скипов, определить оптимальные значения ускорения, замедления и скорости подъема, выбрать и рассчитать мощность приводного двигателя, расположение подъемной машины относительно ствола шахты, определить приводную массу подъемной установки, эффективную мощность подъема, расход электрической энергии и КПД подъемной установки.
Исходные данные для проектирования:
1. Годовая производительность подъема = 800 тыс.тонн;
2. Глубина шахты = 940 м;
3. Насыпная плотность горной массы (руда, уголь, порода) = 1,6 т/м3;
4. Высота приемного бункера над землёй, = 26 м;
5. Число рабочих дней в году = 305 дней;
6. Число часов работы подъема в сутки = 14 час;
7. Коэффициент резерва производительности = 1,35;
8. Количество рабочих горизонтов n =4;
Принимаем двухбарабанную подъемную машину.
1. Выбор подъемного сосуда
Проектная часовая производительность подъема:
т/ч,
где - плановая годовая производительность подъема, т;
- коэффициент резерва; - число рабочих дней в году;
- число часов работы подъема в сутки, час.
Ориентировочная высота подъема:
м,
где - глубина шахты до откаточного горизонта, м;
- ориентировочная высота, состоящая из глубины загрузки скипа, длины скипа, высоты приемного бункера, превышения днища скипа над приемным бункером, м.
Оптимальная масса груза в скипе:
т,
где - продолжительность загрузки скипа (ориентировочно), с.
Необходимая вместимость скипа:
м3,
где - насыпная плотность руды, т/м3.
Принимаем скип с неподвижным кузовом вместимостью = 7 м3 типа СН7-185-1,8, = 10,8 т, длина = 1,85 м, ширина = 1,54 м, высота с прицепным устройством = 10,2 м.
Масса груза в скипе при полной загрузке:
т,
где - коэффициент заполнения скипа.
2. Расчет высоты копра
Направляющие шкивы располагаются на одной горизонтальной оси.
Рисунок 2 - Схема для определения высоты копра:
1 - скип при разгрузке; 2 - скип при загрузке; 3 - шкивы; 4 - приемный бункер на поверхности; 5 - загрузочное устройство.
Высота копра должна быть не менее
м,
где - высота приемного бункера, м;
- зазор между днищем скипа и бункером, м;
- высота скипа, м;
- высота переподъема по ЕПБ [1, п. 314], м;
- максимальный радиус шкива, м.
Принимаем высоту копра равной 40 м.
3. Расчет каната
Длина отвеса каната:
м,
где - глубина загрузки скипа, м.
Концевая нагрузка на канате:
Н.
Принимается канат с прочностью стали = 1800 Н/мм2.
Расчетная масса 1 м каната:
кг,
где - временное сопротивление разрыву, Н/м2;
Z - запас прочности по ЕПБ 1, п. 318;
- плотность стали, кг/м3;
- коэффициент свивки каната.
По ГОСТ 7668-80 принимаем канат = 6,08 кг/м; = 39,5 мм; усилие разрыва всех проволок в канате = 1085000 Н (108,5 тс).
Фактический запас прочности каната:
Так как , принимается следующий канат:
= 6,75 кг/м = 42 мм = 1205000 Н (120,5 тс).
Заказывается канат 42-Г-В-Ж-1764 (180) ГОСТ 7668-80.
4. Выбор подъемной машины
Принимается двухбарабанная машина. Расчетный диаметр барабана:
= 78= 78 42 = 3276 мм,
где - диаметр каната, мм; 78 - минимальное отношение диаметра навивки к диаметру каната по ЕПБ 1, п. 351.Стандартный ближайший диаметр барабана 3500 мм.
Высота подъема:
м.
Ширина барабана, необходимая для размещения одной ветви каната:
мм,
где - запасная длина для испытания каната;
- число витков трения по ЕПБ 1, п. 354;
- зазор между соседними витками, мм. При = 3500 мм максимальная ширина барабана В = 1800 мм и ветвь каната не размещается.
Принимается следующий стандартный = 4000 мм.
Расчетная ширина барабана при = 4 м:
мм.
При = 4000 мм максимальная ширина барабана В = 2300 мм и ветвь каната не размещается.
Принимается следующий стандартный = 5000 мм.
Расчетная ширина барабана при = 5 м:
мм.
Принимается подъемная машина 2Ц-5х2,4; = 5 м; = 2,4 м. Резервная ширина барабана = 2400 - 2036 = 364 мм.
Технические данные машины 2Ц-5х2,4:
Допустимое статическое натяжение каната: = 280000 Н (28 тс).
Допустимая разность натяжений канатов: = 210000 Н (21 тс).
Статическое натяжение ветви каната при загруженном скипе:
Н.
.
Статическое натяжение порожней ветви:
Н.
Разность статических натяжений канатов:
Н.
.
Степень неуравновешенности подъема:
Навеска уравновешенного каната не производится, так как < 0,7.
5. Выбор копровых шкивов
Расчетный диаметр шкива по ЕПБ 1, п. 351:
мм.
Принимается шкив типа ШК-4, = 4 м.
6. Расположение подъемной машины
Рисунок 3 - Схема расположения подъемной машины.
Минимальное расстояние между осью подъемной машины и отвесом каната:
м.
То же максимальное:
м.
Принимается:
м.
Длина струны каната:
м,
где - превышение оси барабана над уровнем земли, м.
Угол наклона струны каната к горизонту:
; = 37о39/.
Угол не менее 30о согласно ЕПБ 1, п. 299.
Расстояние между осями копровых шкивов:
мм,
где - ширина скипа, мм;
- зазор между скипами, мм.
Отклонение каната на барабане к наружной реборде от плоскости шкива:
мм,
где - расстояние между внутренними ребордами барабанов, мм.
Наружный угол отклонения каната от плоскости шкива (наружный угол девиации):
;
= 1о5; не > 1о30 по ЕПБ 1, п. 299.
Отклонение каната на барабане к внутренней реборде от плоскости шкива:
мм.
Внутренний угол девиации:
; = 0о 42; не > 1о30 по ЕПБ 1, п. 299.
7. Выбор электродвигателя и редуктора
Число подъемов в час:
,
Принимаем n = 35.
Продолжительность одного цикла подъема:
с.
Продолжительность движения скипа:
с,
где- продолжительность загрузки скипа по нормам проектирования, с.
Средняя скорость движения скипа
м/с.
Максимальная скорость подъема (ориентировочно):
м/с,
где - множитель скорости.
Мощность двигателя (ориентировочно):
кВт,
где - коэффициент вредных сопротивлений;
- КПД редуктора (пока ориентировочно);
- коэффициент динамического режима.
Частота вращения электродвигателя при различных передаточных числах редуктора:
,
где i - передаточное число редуктора.
При i = 10,5 n = 29,8 10,5 = 312,9 об/мин;
i = 11,5 n = 29,8 11,5 = 342,7 об/мин;
i = 20 n = 29,8 20 = 596 об/мин.
Принимаем асинхронный двигатель с фазным ротором типа АКН2-18-36-16 и редуктор c i = 11,5.
Технические данные электродвигателя:
= 800 кВт; = 370 об/мин; = 6000 В;
= 2,4; = 850 кгм2 ; = 93,8 %.
Крутящий момент на валу барабана подъемной машины, создаваемый грузом и канатом,
Нм.
Крутящий момент от принятого электродвигателя
Принимается редуктор 2ЦО-20, i = 11,5; = 0000 Нм; = 45000 кгм2 ;
= 0,94.
Максимальная скорость подъема с принятым электродвигателем и редуктором, - ускорение (принято предварительно).
м/с.
8. Определение приведенной массы подъемной установки
Длина одной ветви каната:
Масса двух ветвей каната:
кг.
Масса поступательно движущихся частей установки:
кг.
Приведенная масса барабанов машины 2Ц-5х2,4:
кг.
Приведенная масса редуктора 2ЦОН-18:
кг.
Приведенная масса копрового шкива ШКК-4Б:
кг.
Приведенная масса ротора электродвигателя:
кг.
Приведенная масса вращающихся частей установки:
кг.
Приведенная масса всей установки:
кг.
9. Максимальное ускорение скипа
Номинальный момент электродвигателя:
Н•м.
Максимальный момент электродвигателя:
Н•м.
Момент переключения:
Н•м.
Средний момент электродвигателя:
Н•м.
Средняя сила тяги в канате, создаваемая электродвигателем:
Н (15 тс).
Статическая сила от веса груза и от веса каната:
Н (12 тс).
Динамическая сила при разгоне сосуда:
Н (2,9 тс).
Ускорение скипа при разгоне:
м/с2.
Тормозная сила при свободном выбеге:
Н (4,1 тс).
Замедление скипов при свободном выбеге в конце подъема:
м/с2.
Замедление скипов при подтормаживании с усилием 30% от веса груза:
м/с2.
Замедление = 0,62 м/с2 не более 5 м/с2 допускаемого ЕПБ [1, п. 357].
10. Расчет диаграммы скорости скипа
Принимаем 5-периодную симметричную диаграмму скорости. Время движения порожнего скипа в разгрузочной кривой:
с,
где h0 - высота разгрузочной кривой, м;
V0 - скорость выхода скипа из кривой, м / с.
Время движения груженого скипа в разгрузочной кривой:
с,
где V4 - скорость входа груженого скипа в кривую, м/с.
Ускорение скипа в разгрузочной кривой:
м/с2.
Замедление груженого скипа в разгрузочной кривой:
м/с2.
Продолжительность движения груженого скипа с ускорением
а1 = 0,29 м/с2:
с.
Путь, пройденный скипом за время разгона:
м.
Продолжительность движения скипа с замедлением а3 = 0,62 м/с:.
с.
Путь, пройденный скипом за время замедления:
м.
Путь, пройденный скипом с равномерной скоростью:
м.
Продолжительность движения скипа с равномерной скоростью:
с.
Фактическая продолжительность движения скипа:
с.
Фактический коэффициент резерва производительности:
11. Определение усилий в подъемном канате
Общий вид уравнения усилий в канате:
,
где х - расстояние от точки загрузки до скипа, м.
Необходимые усилия в канате по отдельным периодам (точкам).
1. Начало подъема, когда один скип загружен, другой порожний находится в разгрузочной кривой х = 0; а = а0 = 0,25 м/с2.
2. Груженый скип поднялся на х = 2 м, порожний скип выходит из кривой х = h0 = 2м; а = а1 = 0,25 м/с2.
2а. Груженый скип ускоряется с а = а1 = 0,29 м/с2 , порожний скип вышел из кривой х = h0 = 2м.
3. Груженый скип в конце участка ускорения:
м;
а = а1 = 0,29 м/с2.