主井提升系统更新改造方案可行性研.doc

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1、凯马公司主井提升系统更新改造方案可行性研究一、 主井提升系统现状及改造理由 凯马公司现使用的主井提升系统为 1954 年安装，系 2EM 2000/1020A 型缠绕式提升机，电动 机为绕线式仿 AM6128 8 电动机，功率为 155kW ，提升机速度 V=3.7m/s 。提升机电控为老 式的逻 辑控制方式，型号为KKX ，为比较落后的电控系统，控制线路已经老化，故障率比较高，且金属电阻发热耗能较大。制动方式为块式弹簧闸制动。提升容器为 4t 斜井箕斗。 运输方式为斜井轨道运输，轨距为1300mm ，轨道长度为 417m ，在近两年的轨道运行中出现过几次断道现象，安全运行可靠度降低。钢丝绳使

2、用周期短，磨损量较大，一般情况是 8 个月更换一次钢丝绳， 更换钢丝绳比较频繁， 维护量比较大，每天需要工作人员观察检查检 测钢丝绳。现 2EM 2000/1020A 型提升机已经被列入国家淘汰设备，被限制使用。根据以上情况我公司决定对主井提升系统进行改造。二、 拟定的改造方案1、 原系统需做的工作及效果分析 根据主井提升系统运行情况和当前提倡节能、 高效、安全可靠的要求，改造原系统需要做很 多工作。更换主井提升机卷筒，拆除原系统的所有机构， 重新安装新型提升机，重新打基础进行预制， 需要垫 铁、基础螺栓二次灌浆。主电动机选用变频电动机，功率155KW 。电控选用交流变频调速系统，甩掉原提升系

3、统转子回路串金属电阻部分，可以节能 20% 左右。原设备进行更新改造时还要从以下几个方面考虑：(1) 从设备生产性来说，改造后的设备与原设备没有太大差别，不能实现连续运输，生产能力没有提高，所以从生产效率来考虑，生产效率没有提高，生产性较差。(2) 从设备可靠性来说，现在的现代化技术可以达到设备可靠运行，但斜井运输存在易断绳、箕斗下滑等事故，事故率较高。(3) 从设备维修性来说，改造后的设备比原来设备检修时减少了电气方面的维修强度和难 度，但从机械设备方面考虑和原来提升系统没有多大区别，设备的拆卸、安装难度较大，维修强度较大，维修时间较多，每天必须进行检查检修，每年必须进行大型的检修任务， 钢

4、丝 绳更换率高，维修费用较高，显然维修性较差。(4) 从安全性来说，斜井提升机运输井架 维护需要蹬高， 井架高度为 18 米，维护工作人员 需要 蹬上井架进行天轮维修，属于高空作业，安全性较低，且斜井提升机运输事故率较高， 所以安全性方面较差。(5) 从耐用性来说，提升设备使用寿命较长，但从整个系统来说，就出现了较多问题，钢 丝绳使用寿 命短，每年必须进行零部件的检修和更换，比如提升机主轴必须每年进行探伤， 天轮轴必须探伤，每 4 年必须起大轴进行检查检修， 费用和强度都很高， 从整个系统来考虑 耐用性不高。综合考虑，改造后的提升系统不能消除以上几个方面的弊端， 需要从新考虑改造方案，决定 不

5、选用提升机提升系统运输。2、 改造为 DX 型主皮带提升的研究(1 )设计参数及计算凯马公司主井基础数据， 斜井倾角为 30 度，斜长 416m 。运输物料为原煤，松散度为 1.2t/m3 。 输送距离为 412m ，上运高度为 212m ，倾角为 30 度。运输量计算 Q= 50000094.68t/h330*16根据运输机械设计选用手册选择：94.68/0.76=124.6t/h所以选用运输量为150t/h。参数及计算A、选择带宽为 800mm。B、带速选择为 0.5? 2.0m/s。C、输送能力计算Q=C pQ 0=0.68*1.2*388=316.6t/h式中：Q-输送量，t/hC-倾

6、角系数，取0.68P物料松散密度，1.2t/m 3。3Q0-水平输送能力，m /hoD、其他参数2(a)每米钢绳芯输送带质量q取20.2kg/m (输送带强度为1250N/mm,带宽为800mm)。(b )每米输送机上物料质量q的计算Qq=150*1.2/ (3.6*2.0 ) =25kg/m3.6V式中：q-每米输送机上物料质量，kg/m ;Q-输送量，t/h;v-带速，m/s o(c)每米输送机上托辊转动部分质量q 计算 S = (25+20.2 ) *1.2*1.2*9.8/ ( 8*0.024 ) =3322N及下托辊转动部分质量q1式中：S -上托辊间输送带张力，N ;q、 q0-物

7、料和输送带每米质量，kg/ml-上托辊间距，1.2m ；f-挠度，推荐 f=0.02l=0.02*1.2=0.024。 ,米用冲压座。1q =11.7kg/m11q =4.0kg/m(d)运行阻力系数3, 3值与托辊形式有关。侧辊前倾角为3? 5度。选用双侧前倾角，运行阻力系数3为0.030 (灰尘较多，输送摩擦较大的物料)。S(f)上分支允许挠度下的输送带张力S1，按公式1 = g8fSk, 查表( 运输机械(h)校核倾斜输送机最小张力设计手册表6-14 )得： 8.0kN 。注：倾斜输送机最小张力不得小于该值。(j) 传动滚筒选择： 1000mm 滚筒面纹为菱形的滚筒。(k) 带强 Gx

8、选择为 1250N/mm 。( 2 ) 选型设计计算 根据主井情况选择上运输送机计算方式(a) 运行时的总阻力与总圆周力的计算 运行时的总阻力： F=F 1+F 2+F 3+F1Fi-上分支运行阻力,N。式中：F-运行时的总阻力，N ;计算 F1=( q+q 0+q 1 ) 3 Lgcos 40=( 25+20.2+11.7 ) *0.03*412*9.8*COS30 0 =5969N 式中：q-每米物料质量，kg/m;1q - 每米输送机上托辊转动部分质量，q0 -每米输送带质量，kg/m ；3-运行阻力系数，0.03；30 0 。4 输送机倾角 ,L-输送机长度，m;计算 F 2=(q0+

9、q11 )3 Lgcos 4=( 20.2+4.0 ) *0.03*412*9.8* COS30F 2 -下分支运行阻力，=2539N式中：q11 -下托辊转动部分质量，kg/m ；式中：H-输送机提升高度，即物料输送高度， 计算 F 3 =qLsin 4 g=qHg=25*212*9.8=51940N.计算出输送机正常运行时传动滚筒的总圆周力FUF1-附加阻力，N ;简化计算时， F 1 暂时不考虑，则 FU= F1+F2 +F3=5969+2539+51940=60448N.正常运行时传动滚筒的轴功率P 0P0= FU *v/1000=60448*2/1000=121kW式中： P 0 -

10、传动滚筒轴功率， kW;v-带速，m/s, v=2.0m/s.(b )张力计算选用单传动滚筒，围包角 0 =210 度，单传动滚筒计算简图。此时，在传动滚筒趋入点的张力Si最大，传动滚筒奔离点的张力S2最小，在下分支中最小张力为S3，在上分支中最小张力为 S4 。按式 Fu = F1+F2+F3 禾口式 Fm = S1-S2 贝 V 有：Fu = F i+F2+F3= S1-S2先确定 S2 ，化简得Si= S 2 + FS3 = S 4 = S 2 + F 2 - q 0 Hg 或 S4 = Si - F i - F 3 - q°HgSi= Fu*i.3=60448*i.3=785

11、82N=79 kNS2= Si- F u =79-60=i9kNS3= S4=i9+2.5-20.2*2i2*9.8/i000=2i.5-42=-20.5kN上述算式应满足以下条件：a. 应满足不打滑条件，即S2=4.25<4.33 满足要求 ;b. S3=20.5kN 大于下分支最小张力 i4kN, 满足要求。c. S4=20.5kN 大于上分支最小张力 3.9kN ，满足要求。d.最大张力 S i =79kN 小于于表中所列带强为 i250N/mm 的所列 i00kN 值，满足要求。(c) 电动机功率计算a. 计算公式PM =K 1*K 2 *P 0式中： PM -电动机功率， kW

12、;Ki-电动机功率系数；K 2 -电动机起动方式系数，一般情况选取K 2 =1 ；P0 -传动滚筒轴功率， kW。b. 电动机功率系数的选取采用绕线型电动机时，其值如下：一般情况，单机驱动时取K 计 1.2? 1.3。选取 1.3。采用防爆鼠笼型电动机配安全型液力偶合器时其值如下： 一般情况，单机驱动时取 K1=1.2.计算 PM =1.2*1*121=145kW(d)钢绳芯胶带强度计算m=BGX/ S 1=0.8*(1250*1000)/79000=12.65式中：B-胶带宽度，0.8m;GX- 胶带破断强度， 1000000N/m;S1 -胶带最大张力， 79000N ；m-安全系数( 3

13、) 附加阻力及附加功率计算a. 清扫器阻力及其附加功率1每组弹簧清扫器：F11= (700? 1000) B=560? 800N每组空段清扫器：F11=200B=160N式中： F； -附加阻力， N ;B- 带宽， m。附加功率： P4 =EFV/1000=(560 ? 800)*2/1000=(1120 ? 1600)/1000=1.12 ? 1.6kW取值为 2kW 。式中： P4 -清扫器附加功率， kW；1EFl -附加阻力和，N ;v-带速，m/s.b得料槽阻力及其附加功率附加阻力： F；= (1.6B 2 p g+70 l=82N1附加功率： P4= F 2v/1000=82*2

14、/1000=0 . 164kW式中： P4 -附加功率， kW；1F12 -导料槽附加阻力，N；B-带宽，m;p 物料松散密度，t/m 3 ;v-带速，m/s。c. 进料处物料加速阻力及其附加功率1附加阻力： F3=0.142Qv=0.142*150*2=42.6N附加功率： P4=0.00014Qv 2=0.084kW式中： P4 -附加功率， kW；1F3-进料处物料加速引起的附加阻力，N ;Q-输送量，t/h ；v-带速，m/s。( 3) 起动和制动a. 起动与制动计算原则由于长距离、 高强度输送机的带速与张力都比较大， 因此在设计中对起动与制动必须考虑惯 性问题， 其目的是要求在各种条

15、件下起动和制动平稳，而不致发生故障。一般设计中，首先要确定单台输送机的起动或制动时间，它是由起动加速度或制动减速度、最大起动力或最大制动力等主要参数共同确定的。 为了便于分析， 这里所有力的计算， 都是 按作用于传动滚 筒的圆周力来分析的。一般长距离输送机特别是水平输送机取传动滚筒最大起动圆周力为工作圆周力的1.5 倍。F Q =AF=A ( S1 +S2 )式中： F Q -起动圆周力，N；F-工作时圆周力，N ;A-起动系数，取A=1.5 ；S1 -传动滚筒趋入点最大张力，N；S2 -传动滚筒奔离点最小张力， N。FQ =1.5* ( 79000+19000 ) =147000Nb. 起动

16、与制动负荷计算输送机在起动时， 需要克服惯性， 使输送机由静止逐渐加速至额定带速。 服惯 在制动时也需要克 性，使输送机由额定带速减速至停机。因此在稳定运转时，动能恒定， 程中动能 在起动和制动过 是变化的。计算方程式 传动滚筒在各种状态下所需圆周力的基本算式1F= F 1+F 2 +F 3+F1FQ=EFa+ ( F1+F2+F3+F)1FZ =EFa- ( F1+F2+F3+F )式中：F-工作时圆周力，N ;F i - 上分支运行阻力， N ;F2 -下分支运行阻力， N ;F3-物料提升阻力，N ;F1-附加阻力，N ;Fq-起动时圆周力，N ;Fz-制动时的圆周力，N ;EFa -总

17、的动负荷， N。 在各种状态下运输机运行平衡方程式 一般运动平衡方程式 ( 传动滚筒作用力的运动平衡方程式 )工作状态 FD -F=0起动过程FD + F"Fa制动过程 Fz + F=AFa式中Fd-电动机对传动滚筒作用的原动力或发电制动力。上运机型在各种状态下的运动平衡式工作状态FD-(F1+ F 2+ F式中： F 1D -高速轴上原动力， N;i-传动比；刀 n 总效率；Ki-电动机功率效率，取值为 1.2;n1 -减速器效率，取 n1 =0.94.注：选择制动器动力是，取安全系数为1.3。起动与制动计算中应注意的问题如下：(a) 阻力系数的选取 上运输送机停车后防止倒转的制动

18、力要足够大，因此阻力 系数必须 取小值，一般取 3 =0.012(b) F3 V( F1+ F2+ F1 )时为电动状态的水平和上运输送机。 惯性力 ( 动负荷 ) 的计算(a) 移动部分惯性力1 1 11Fa =(q+q +q +2q 0) Lv/t式中 Fa1 -移动部分惯性力， N ；q-每米物料质量，kg/m ;)- F3=0起动过程Fd- ( Fi+ F2 + F1) - F3=EFa(注意：Fd必须大于静负荷 F汁F2+ F1+F3以免发生输送机由物料自重引起的下滑故障 ) 。制动过程 分三种情况(a)?有制动器，但未上闸时(F1 + F 2 + F 1) +F 3=EF a(b)

19、.当上制动器时Fz+( F1 + F2+ F1)+F3=EFaFz为工作制动力(c).当工作制动器给出所需制动力使输送机减速到v<1.0m/s 时，即可上安全制动器，此时1要求 F Z > F 3 -( F 1+ F 2 + F ) 这样，就可预防输送机停车后往下倒转。11传动滚筒上的作用力Fd及Fz转换到高速轴上的电动机原动力F1d及制动力F1z关系式如下：1FD=FD/ ( i 刀 n =KIFD1Fz=1.3 F z/i n11q -每米上托辊转动部分质量，kg/m ;q -每米下托辊转动部分质量，kg/m ;q o -每米输送带质量，kg/m ;L-输送机长度，m;v-带速

20、，m/s;t-起动或制动时间，s。(b )转动部分惯性力ii ii ii iiF a =F al +F a2 +F a3式中F: 1-转动部分惯性力，N ;F :;-低速轴滚筒惯性力，N ；11F a2 -低速轴联轴器惯性力，N ；11F: 3-转换到低速轴的高速轴转动部分惯性力低速轴滚筒惯性力F； R旦* 字（600+180 ）*o.2=78N4gr1式中1 各种滚筒半径，m；a平均加、旦一转动惯量与4g设备设计选用手册6 21 ；低速轴联轴器惯性力m/s2 ,a=v/t;1 22的乘积，N? s /m。传动滚筒的转动惯性力查表运输机械改向滚筒查表6 22。11 （GD2） a 匚*F a2

21、 =24g r式中GD2 低速轴联轴器飞轮矩，N? m 2 ；r传动滚筒半径，m。转换到低速轴的高速轴转动部分惯性力，包括电动机、高速轴联轴器、液力偶合器、制动轮、盘式制动器和转换到高速轴上的减速器的惯性力：F :;=刀（GD 2）/4g* 弓 i 2ri传动比；r传动滚筒半径，m;2 i 可查表运输机械设计运用手册表 6-24 4gr2总的惯性力：i iiF a = Fa + Fa式中 Fa 总的惯性力， N。转换到高速轴上的惯性力矩为：FarMa = *1/ ni式中 Ma 高速轴上的惯性力矩， N -m；n 减速器效率，取 n-i =0.94 。( 4)设备组成及其特点 输送机主要由驱动

22、装置、传动装置、张紧装置、逆止装置、清扫装置、胶带、电气保护装置等部分组成。机头采用单电机传动滚筒驱动方式，机尾采用自动张紧小车的滑动张紧装置，确保输送机能够正常运行。a. 驱动装置驱动装置主要由变频调速装置、电动机、减速机、离心式摩擦片偶合器、逆止器等组成。采 用变频调速装置，保证合理稳定调速。采用电动机、减速机直联传动，单电机单滚筒驱动方式，将驱动装置固定在一个整体机座上，保证设备的稳定性。 采用离心式摩擦片偶合器，保证电动机的平稳起动和胶带输送机的安全运行。b. 传动装置传动装置主要由传动滚筒、机尾换向滚筒和传动机构等部分组成。传动滚筒采用菱形胶面滚筒，增加了胶带和传动滚筒间的摩擦力。传

23、动滚筒采用胀套连接，便于安装更换。c. 机身和托架机身采用槽钢连接，中间架加工成H形，中间横梁采用直径为50mm厚壁钢管与支腿焊接，上部托辊架布置为 4 个托辊支座。其中 2 个长托辊布置在两侧，与水平导角成70 度， 2个短辊布置在中下部，与水平成 30 度角，使得胶带在运行时成深槽形，增加物料与胶面间 的摩擦，避免物料下滑。同时，检修通道一侧加防护网，防止物料伤人。自机头起每25 米布置一组压带辊，防止胶带跑偏和物料的倾洒，保证胶带能够正常运行。d. 制动和逆止系统制动系统采用电力防爆型液压制动器，其特点是制动力矩大、行程小，制动迅速。逆止系统采用棘轮式逆止器，安装于低速轴轴端，能够可靠防

24、逆转。e. 张紧装置 采用自动张紧小车，利用巷道倾角和轨道安装滑动张紧小车，保证输送机能平稳运行。f. 清扫装置 安装清扫装置，清除胶带人字花纹间残留物料。设置两台清扫装置，一台安装在机头滚筒的后面，另一台安装于机尾换向滚筒的前面。清扫物料，保证胶带的使用寿命。胶带接头采用g. 胶带选用 Gx=1250N/mm,B=800mm,L=412m, 人字花纹型阻燃钢丝绳芯胶带，机械硫化。h. 保护装置胶带输送机安装综合保护装置， 具有跑偏保护、烟雾保护、煤位保护和超温保护。 跑偏保护 装置在 机头、机身、机尾共安装 4 套，增强防跑偏功能，保证胶带输送机正常运行。（4）效果分析a. 选用 ST125

25、0 型大倾角上运强力胶带输送机， 可以提高运输量，由原来的运输能力 30t/a 可 以增加到 50t/a ，大大提高原煤的输送能力，为我公司今后的产量提升打下基础。b. 减少了运输环节，节约了大量的人力、物力和时间。原来提升机箕斗运输需要五人操作和 六个人维 修，经常需要更换箕斗（需要六个人进行） ，使用胶带输送机只需两人操作，三个 人维护即可。提升 机轨道运输，经常出现轨道折断，迫使生产停下来，需要更换道轨，浪费 很多人力、 物力和时间。 而 且道面需要经常清理， 箕斗在运输过程中存在洒煤现象，清理道 面需要很长时间（大概 8 小时 /周）， 浪费大量的人力。c. 使用 ST1250型 30

26、 。大倾角上运强力胶带输送机可以节约运行时间和材料费用。原提升机使用时，每 8 个月更换一次主提升钢丝绳，每次更换钢丝绳的材料费用为2.0 万元，同时需要停产一班进行，少生产原煤200t ，直接经济损失达 8.0 万元。此外，每月对提升机、运输轨 道等运输环节的维护，需要材料费用 1.0 万元。使用胶带输送机，每天只需三个人对胶带、 托辊等设备进行简单的维护，投入的人力、物力和时间很少。三、结论使用大倾角强力胶带输送机代替原来使用的提升机， 使用胶带输送机比原提升机系统增加了安全可靠度， 了事故率， 为矿井的安全可靠生产打下良好基础。 经济效益和社会效益。结论：使用大倾角强力胶带输送机代替原来的提升系统。且 可以节约大量的人力、 物力和时间， 而 提 低 高了生产能力， 减少了维护量， 降 使用大 著的 倾角强力胶带输送机能够创造显