Контрольная работа по «Шахтным подъемным установкам»

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ УКРАИНЫ

Красноармейский индустриальный институт

Донецкого национального технического университета

 

 

 

Кафедра ЭМА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

По курсу  «Шахтные подъемные установки»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разработал ………………………………………………….…ДьяченкоД.Г.

Ст.группы ЕМК-11_пк                                                                   (подпись)

 

 

 

 

Проверил……………………………………………………….Зиновьев С.Н.

Доцент                                                                           (подпись)

 

 

 

 

 

 

 

 

Красноармейск 2013 г

 

Реферат

 

Объектом проектирования является шахтная подъемная установка.

 Цель работы – расчет по заданным параметрам шахтной подъемной установки, а также определение основных параметров тормозной системы выбранной подъемной машины.

В соответствии с целью, в работе выполнены расчеты, связанные с выбором подъемных и уравновешивающих канатов, подъемных сосудов, выбором подъемной машины, ее расположением относительно ствола шахты, кинематическими и динамическими расчетами, выбором подъемного двигателя и определением основных технико-экономических показателей.

Произведен проверочный  расчет тормозного устройства, которым  комплектуется подъемная машина, определены рабочие параметры давления жидкости в тормозной системе, а так же масса грузов предохранительного тормоза. Полученные значения ускорений, возникающих при торможении подъемной машины, подтверждают правильность выбранных величин.

 

Ключевые слова: канат, сосуд, подъемная машина, скорость, ускорение, приводной двигатель, тормозное устройство, тормозное усилие.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание

Рассчитать и выбрать  основное оборудование скиповой подъемной  установки, если:

• глубина шахты Н_ш = 380 м;
• годовая производительность А_год = 1,1 тыс. т.

По результатам выполненного расчета произвести:

• проверочный расчет тормозного устройства, определить рабочие параметры давления рабочей жидкости, а также массу грузов предохранительного тормоза;
• разработать мероприятия по безопасной эксплуатации подъемной машины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет главной двухконцевой подъемной установки

 

Выбор подъемного сосуда

Массу груза в подъемном сосуде определим по формуле проф. Г.М. Еланчика:

                                    т                                    

где длительность паузы на загрузку сосуда, значение которой в первом приближении принимается, равной с;

часовая производительность подъемной  установки, определяется по формуле:

                                      т/ч                                         

где коэффициент неравномерности работы подъема, для проектируемых шахт принимается, равным

N - количество рабочих дней в году, принимается равным N=300 дн/год;

продолжительность работы подъемной установки в сутки, ч/дн;

По расчетной массе  груза в подъемном сосуде принимаем  скип 2СН15-1 с секторным затвором (при. табл. 1), основные параметры которого сведем в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Основные параметры  скипа с секторным затвором

Наименование параметра	Значение
Масса груза в сосуде, кг	12000
Масса скипа, кг	9020
Расстояние между скипами  в стволе, м	2,25
Превышение рамы скипа  над бункером во время разгрузки, м	0,3
Длина разгрузочного  участка пути, м	2,17
Высота скипа, м	11,0

 

1.2. Выбор копра

Принимаем стандартный 4-х стоечный копер с горизонтальным расположением копровых шкивов высотой м и высотой разгрузочного бункера м. (прил. табл. 4).

 

1.3. Расчет и выбор головного каната

Рассматриваемая подъемная  установка относится к шахтам глубиной до 600 м. Согласно требованиям  ПТЭ для таких подъемных установок  применять уравновешивающий канат не требуется.

Масса одного метра головного  каната определится по формуле:

 

 кг/м        

где запас прочности головного каната, значение которого для грузовых подъемных установок рекомендуется принимать [  ], равным ;

фиктивная плотность головного каната, значение которой с учетом коэффициента свивки принимается, равной кг/м³;

временный предел прочности проволок в канате или маркировочная группа каната. Согласно ПТЭ значение рекомендуется выбирать исходя из глубины шахты:

• для шахт малой глубины (до 300 м) МПа;
• для шахт средней глубины (300 … 800 м) МПа;
• для глубоких шахт (более 800 м) МПа;

высота отвеса каната, значение которой определим по зависимости:

м

высота углубки ствола для  размещения загрузочных устройств, значение которой рекомендуется принимать, равной м;

По ГОСТ 2688-80 или ГОСТ 7669-80 принимаем канат подъемный  канат с погонной массой ближайшей  большей к расчетному значению. Исходя из справочных данных (табл. 3) принимаем подъемный канат Ø 50,5 мм ГОСТ 7669-80 с погонной массой, равной кг/м и суммарным разрывным усилием всех проволок в канате, равным кН.

Выбранный головной канат  проверим на соответствие его требованиям  ПБ по запасу прочности

Так как расчетный  запас прочности головного каната больше рекомендуемого значения запаса по ПБ (5,51 > 5,5), будем считать, что выбранный канат проходит по запасу прочности.

 

1.4. Выбор подъемной  машины

Расчетный диаметр барабана подъемной машины

 мм

Исходя из стандартного параметрического ряда подъемных машин (ГОСТ 18115-72), табл.8), принимаем подъемную машину с разрезным барабаном типа ЦР-5×3/0,6.

 

1.5. Проверка  подъемной машины по статическим  нагрузкам

 

Максимальное статическое  натяжение каната

 Н

Допустимое значение максимального статического натяжения каната для выбранной подъемной машины составляет 280 кН.

Максимальная разность статических натяжений канатов

Н

Допустимое значение максимальной разности статических натяжений канатов для выбранной подъемной машины составляет 210 кН.

Учитывая, что допустимые значения статических нагрузок выбранной  подъемной машины больше расчетных  значений, подъемная машина по нагрузкам проходит.

 

1.6. Проверка подъемной машины по канатоемкости барабана

 

Расчетная ширина размещения каната на барабане определится по формуле:

                                                          

где высота подъема (см. рис 3.1.), значение которой определяется по выражению:

м;

L_з – запас каната на периодические испытания, значение которого принимаем равным L_з =30 м;

n_тр – количество витков трения, значение которых принимается равным n_тр = 5;

n_о – количество витков для размещения дополнительной длины каната из-за его вытяжки, значение которых принимается равным n_о = 1;

зазор между соседними витками  каната, значение которого принимается  равным мм.

Подставляя значения в расчетное  уравнение, получим:

мм

Фактическая ширина барабана для размещения каната:

мм

Так как расчетная  ширина барабана, необходимая для  размещения каната, меньше фактической ширины барабана (2027,2<2400) подъемной машины, будем считать, что по этому параметру подъемная машина проходит.

 

1.7. Выбор копрового  шкива

 

Диаметр копрового шкива

 мм

По расчетному значению диаметра принимаем копровой шкив ШК-5, маховый момент которого, равен  715 кН∙м².

 

1.8. Расположение  подъемной машины относительно главного ствола

 

Расстояние, на которое  относится подъемная машина от ствола

 м.

Для дальнейших расчетов принимаем расстояние, на которое  относится подъемная машина от ствола, равным м.

Длина струны каната

м

где с – превышение оси подъемной машины над устьем ствола (рис. 3.1), значение которого принимаем равным с=0,6 м.

Угол наклона струны каната к  горизонту 

48,5 °

Наружный угол отклонения каната (угол девиации)

Внутренний угол отклонения каната (угол девиации)

Так как расчетное  значение внутреннего угла девиации превышает максимально допустимое значение, равное 1°30^/, то принимаем решение увеличить расстояние подъемной машины от устья ствола шахты с 40 до 52 м. Тогда длина струны каната, внутренний угол девиации и гол наклона струны каната к горизонту составят следующие значения:

м

40,6 °

Таким образом, увеличив расстояние подъемной машины от устья  ствола шахты с 40 до 52 м, получены расчетные  значения, которые удовлетворяют  требованиям Правил технической  эксплуатации (ПТЭ). В частности, длина  струны каната не превышает значения 65 м, угол наклона струны каната к горизонту находится в пределах , углы отклонения каната (углы девиации) не превышают 1°30^/. Выбранная машина по указанным параметрам проходит.

 

1.9. Кинематика подъемной установки

Для автоматизированных подъемных установок принимаем шестипериодную диаграмму скорости (Рис. 3.2).

Средняя скорость движения сосудов в стволе

 м/с,

где Т – время движения груженного скипа в стволе в процессе подъема, значение которого определится по выражению

с,

где время паузы на загрузку скипа, значение которого принимается в секундах, равных грузоподъемности сосуда в тоннах. В рассматриваемом случае для скипа грузоподъемностью 12 тонн время паузы равно 12 секунд.

Расчетная максимальная скорость движения сосуда

 м/с,

где - коэффициент скорости, значение которого для автоматизированных подъемов принимается, равным .

Корректировка максимальной скорости из условия применения параметрических рядов электрических двигателей и редукторов.

Частота вращения барабана подъемной машины

мин^-1

Расчетные частоты вращения выбираемых двигателей

мин^-1

мин^-1,

где u₁ и u₂ – передаточные отношения редукторов, с которыми может комплектоваться подъемная машина (см табл. 8).

Принимаем электродвигатель с синхронным числом оборотов, равным 300 мин^-1, и редуктор с передаточным отношением, равным 10,5.

Тогда фактическая максимальная скорость движения сосудов в стволе составит

м/с

 

1.10. Выбор подъемного  двигателя

Ориентировочное эквивалентное  усилие, передаваемое подъемному канату от барабана подъемной машины

Н,

где коэффициент вредных сопротивлений движению сосудов, ;

коэффициент эквивалентности нагрузки, значение которого для неуравновешенного подъема принимается, равным .

Расчетная мощность приводного двигателя

кВт

К установке принимаем два асинхронных электродвигателя с фазным ротором типа АКН2-18-36-20 мощностью по 630 кВт каждый. Маховый момент каждого двигателя 32,0 кН∙м², перегрузочная способность .

 

1.11. Выбор редуктора

Расчетный коэффициент  перегрузки электродвигателей

Номинальное усилие, развиваемое  приводом на окружности барабана

Н

Максимальный крутящий момент на выходном валу редуктора

Н∙м

По расчетному значению передаваемого крутящего момента и передаточному отношению (u=10,5) принимаем редуктор ЦО-22 с двух двигательным приводом и крутящим моментом 1140 кН∙м и маховым моментом 2500 кН∙м (табл.14).

 

1.12. Определение приведенной массы подъемной установки

 

Приведенную массу подъемной  установки определим по формуле:

кг

Таким образом, приведенная  масса подъемной машины ЦР 5×3/0,6 с редуктором ЦО-22 (i = 10,5) и двумя электродвигателями серии АКН2-18-36-20 частотой вращения 290 об/мин составляет 116409 кг.

 

1.13. Определение величин ускорений при разгоне и замедлении

 

Максимальное ускорение, которое могут обеспечить два  подъёмных двигателя при максимально допустимой перегрузочной способности, равной

 м/с²

Замедление подъемной  машины

м/с²

Для дальнейших расчетов примем шестипериодную диаграмму со скоростью выхода скипа из разгрузочных кривых, равной м/с, скоростью дотягивания скипа в разгрузочных кривых, равной 0,5 м/с. Величины ускорений и замедлений подъемной машины принимаем одинаковыми, равным м/с². Величину ускорения стопорения подъемной машины принимаем, равной 0,5 м/с².

 

1.14. Расчет  диаграммы скорости

Время движения скипа  в разгрузочных кривых и его ускорение в этот период

с;  м/с²

Время ускоренного движения скипа и путь, пройденный за этот период 

с

м

Продолжительность стопорения подъемной машины и путь за этот период

с;   м

Путь дотягивания скипа  и продолжительность этого периода

м;  с.

Время замедленного движения и путь, пройденный за этот период

с

м

Путь и время равномерного движения подъёмных сосудов:

                                                             с.                                           

Фактическое время движения скипа

с                                       

Время цикла

с.

где продолжительность подготовительного периода при пуске подъемного двигателя, с.

Фактическая часовая  производительность подъемной установки

 т/ч

Так как расчетное  значение часовой производительности подъемной установки больше заданного значения (439,9 > 416,7), будем считать, что подъемная установка по производительности проходит.

 

 

1.15. Расчет диаграммы усилий

 

Усилия, действующие в  канатах на органе навивки во время работы подъемной машины, определим по уравнению М.М. Федорова:

                                                            

Последовательно подставляя слагаемые в уравнение М.М. Федорова, отвечающие известным кинематическим факторам, получим параметрический ряд расчетных уравнений усилий, действующих на подъемный канат

Результаты расчетов по уравнениям сведем в табл. 1.2.

Таблица 1.2.

Расчетные параметры  диаграммы усилий

Наименование усилия	Расчетное значение, Н	Примечание
F1	213151
F2	212727
F3	279080
F4	272684
F5	179557
F6	95697
F7	2570
F8	-3895
F9	89232
F10	84428
F11	26224
F12	26175

 

Используя расчетные  данные, строим диаграммы скорости, ускорений и движущих усилий (Рис. 3.2.). Не забывайте, что у Вас рисунок будет обозначен под другим номером и будет содержать одну диаграмму усилий, а не две.

 

 

 

 

 

1.16. Определение эквивалентной мощности подъемных двигателей

 

Эквивалентную мощность подъемных электродвигателей определим по зависимости:

 кВт,

где F_экв – эквивалентное усилие на органе навивки подъемной машины, значение которого определится по уравнению:

                                                        Н ,                                                 

где                 

эквивалентное время одного цикла, значение которого определяется по выражению:

с

Так как расчетная  эквивалентная мощность меньше суммарной  мощности ранее принятых приводных  двигателей (1196 < 1260), будем считать, что два двигателя серии АКН2-18-36-20 мощностью по 630 кВт по мощности проходят.

 

1.17. Экономическая часть

Затраченная электроэнергия за один цикл

кВт∙ч

где

Так как в процессе замедления будет применяться динамическое торможение, то усилия и применяются с положительным знаком (в режиме динамического торможения наблюдается расход электроэнергии).

Расход электроэнергии на одну тонну поднимаемого груза

кВт∙ч

Годовой расход электроэнергии подъемной установкой

кВт∙ч

Полезная энергия подъемной  установки за один цикл

кВт∙ч

КПД подъемной установки

%

 

3. Мероприятия  по безопасной эксплуатации подъемной  установки

 

3.1 Правила  безопасности при эксплуатации подъемных установок

       Подъемные  машины и их оборудование располагают  в зданиях. Здание одноканатных подъемных машин имеет зал и подвал. Компоновка некоторых малых машин не требует подвального помещения. Машинный зал многоканатных подъемных установок располагается в верхней части копра.При системе Г-Д зал делится на два помещения: для подъемной машины и для преобразовательной группы.В машинном зале размешают органы навивки, редуктор, двигатель, распределительное устройство, реверсор, пульт управления, в подвале - роторную магнитную станцию, ящики сопротивления, аккумуляторные батареи аварийного освещения.

     В стене  здания имеется монтажный проем,  который по ширине на 1,2-1,5 м,  а по высоте на 0,5 м больше  диаметра органов навивки канатов. В здании подъемной машины для монтажных и ремонтных работ имеется подъемный кран грузоподъемностью 15 т при диаметре барабана до 4 м включительно и 20 т - при диаметре больше 4 м.

   В здании должно  быть рабочее и аварийное освещение.  Рабочее освещение питается от сети 220 В, аварийное - от аккумуляторных батарей напряжением 12 В. При ремонтах дополнительное освещение осуществляется переносными лампами напряжением 12 В от трансформатора 220/12В.

   Температура в  здании должна быть не ниже 12°С и поддерживается зимой с помощью центрального отопления. Здание подъемной машины должно быть обеспечено противопожарными средствами.

   Согласно ПБ  при каждой подъемной машине  должны быть следующие документы: график работы подъема, утвержденный главным инженером шахты, с указанием времени, необходимого для производства ежесуточных осмотров элементов подъемной установки; паспорта подъемной машины и редуктора; детальная схема тормозного устройства с указанием основных размеров; исполнительные электрические схемы (принципиальные, монтажные); схема парашютных устройств с контролируемыми размерами; инструкция для машиниста подъемных установок; прошнурованные книги: Книга осмотра подъемной установки, Книга осмотра подъемных канатов и их расхода, Книга приема и сдачи смен. Схема тормозного устройства, исполнительная электрическая схема, схема парашютных устройств и инструкция для машиниста должны быть вывешены в машинном помещении в рамках под стеклом.

   Согласно Правилам  технической эксплуатации каждая  подъемная установка должна иметь в резерве: испытанный и годный для навески канат или полный комплект канатов для многоканатных подъемов; подъемный сосуд с прицепным устройством; электродвигатель или полный комплект запасных частей к нему, а в случае системы постоянного тока и к генератору; компрессор с электродвигателем при отсутствии подвода от общешахтной пневмосети; комплект тормозных колодок; комплект футеровки (для подъемных машин со шкивом трения); необходимое количество запасных вкладышей или подшипников качения, быстроходных и быстроизнашивающихся элементов аппаратов контроля, управления и защиты, определяемое заводом-изготовителем.

   Подъемная установка  находится в ведении главного  механика. Непосредственно несет ответственность за ее исправность и ремонт механик подъемной установки. За правильную эксплуатацию в свою смену ответственность несет машинист (оператор) подъемной установки, к которому предъявляются определенные требования (к состоянию здоровья и в отношении стажа работы на шахте по обслуживанию шахтных машин и механизмов, сдачи экзаменов на право управления подъемной машиной, стажировки по управлению).

   В обязанности  машиниста входит прием и сдача  смены, управление (пуск и остановка  машины согласно графику), уход и надзор за машиной.

   При приемке смены оба машиниста, сдающий и принимающий смену, производят наружный осмотр установки. При осмотре проверяются исправность тормозных устройств, правильность показаний указателя глубины, исправность органов навивки и их футеровки, исправность двигателя и его нагрев, уровень масла в редукторе и др. После проверки исправности подъемной машины машинисты расписываются в Книге приема и сдачи смен.

   О замеченных  неисправностях сообщают горному  диспетчеру. Причины повреждений и меры по их устранению главный механик шахты обязан записать в Книгу приема и сдачи смен.

   О приеме-сдаче  смены извещают стволового и  рукоятчика. На всех посадочных площадках и в машинном зале должны быть вывешены объявления, в которых указываются: фамилия лица, отвечающего за спуск и подъем людей, условное обозначение сигналов, наибольшее число людей, которые могут находиться одновременно в клети, расписание подъема и спуска людей.

   Пуск в ход  подъемной машины производят  только после получения сигналов  от рукоятчика. При ручном управлении машинист обязан выполнять заданную диаграмму скорости и не допускать повышенных ускорений и замедлений подъемной системы.

   При транспортировке  людей должен присутствовать  запасной машинист, в обязанности  которого входит наблюдение за  подъемом и спуском людей и принятие необходимых мер в случае нарушения нормальной работы подъемной установки. Транспортировка людей разрешается только после холостой перегонки клетей.

    Машинист должен  остановить подъемную машину  и затормозить ее предохранительным тормозом в случае замеченной неисправности в рабочем тормозе, выпадении футеровки барабанов, попадании каких-либо предметов между канатом и барабаном и др. Каждая аварийная остановка машины, а также все замеченные повреждения должны быть записаны машинистом в журнал. Машину можно пускать в ход после того, как установлена причина предохранительного торможения.

   При автоматическом включении предохранительного тормоза машинист должен после окончания торможения дополнительно затормозить машину рабочим тормозом и выяснить причину срабатывания предохранительного тормоза. Пуск подъемной машины может быть произведен только после выяснения и устранения этой причины. Всякий непонятный сигнал должен восприниматься машинистом как сигнал "Стоп".

   Смазка подъемной машины производится в соответствии с картой смазки, прилагаемой к машине в комплекте технической документации.

   Для смазки подъемных машин применяют следующие смазочные материалы: мази УНИОЛ 2 (ГОСТ 23510-79), УС2 и УСЗ (ГОСТ 1033-73), масла И12А, И45А, И50А (ГОСТ 20799-75) и др.