Шахтный подъем

Исходными данными для расчёта являются: годовая производительность шахты Аг=930000 тонн в год и её глубина Нш=370 метров. Глубина загрузочного и высота приёмного бункеров принимается в процессе расчета.

В задачу расчёта входят: выбор подъёмного сосуда, каната, типа подъёмной машины, мощности и числа оборотов приводного двигателя, а также расчет энергетических показателей работы подъёма.

Последовательность расчёта.

1. Расчет и выбор ёмкости подъёмного сосуда

а) определяется часовая производительность подъёмной установки

, т/ч (1)

где С = 1.5-коэффициент резерва производительности подъёмной установки;

N = 300-расчётное число рабочих дней подъёмной установки в году;

t = 18-продолжительность работы подъёмной установки в сутки, ч;

б) рассчитывается оптимальная грузоподъёмность подъёмного сосуда

, кг (2)

где Н - высота подъёма, м.

Определяется в соответствии с принятой схемой подъёмной установки. Для скипового подъёма

, м (3)

где = 25 м-высота приемного бункера;

= 25 м-глубина загрузочного бункера:

-продолжительность паузы, с.

Примем:

с;

Aг = 930103 т/год;

Нш = 370м.

тыс. т;

т/ч;

м;

6.241103 кг

По (4,стр.33, табл.1) принимаем скип СН 7-185-1,1 с Qм=8320 кг и Qп=6470 кг.

кг,

Qo - суммарная масса груза, кг

2. Расчет и выбор подъёмного каната

а) при глубине шахты Нш м:

, кг/м, (4)

где ув = 1800 мН/м2-временное сопротивление разрыву проволок каната;

m = 6.5-коэффициент запаса прочности каната, принимаем по ПБ;

Но - длина отвеса каната, м;

g = 9.8 м/с2-ускорение свободного падения.

, м (5)

Высоту копра рассчитывают в соответствии с выбранной схемой и рекомендации. Для случая расположения шкивов на одной горизонтальной оси

(6)

где hпс = 10.21 м по (4,стр.33, табл.1)-высота подъёмного сосуда;

hпр = 0.3 м- превышение скипа над приёмным бункером;

hпер = 3 м-высота переподъёма;

с = 8700 кг/м-плотность подъёмного каната.

м,

Принимаем hк=41 м.

м

Для определения высоты копра диаметр шкива Dш ориентировочно принимаем равным 4 метра; Rш = 2 м - радиус шкива.

кг/м

По (4,стр.35, табл.6) применяем стальной круглопрядный канат с диаметром dк = 36.5 мм и расчётная масса 1м каната p = 5.795 кг.

Выбранный по каталогу подъёмный канат проверяется на фактический запас прочности

(7)

где кН по (4,стр.35, табл.6) -расчетное суммарное разрывное усилие всех проволок каната, кН;

3. Расчёт и выбор основных размеров органа навивки

К установке принимаем цилиндрическую машину.

Расчетный диаметр органа навивки:

(8)

м

Принимаем Dб = 4 м

), (9)

где Н-высота подъёма;

lрез = 30 м- резервная длина каната;

Dб - стандартное значение диаметра барабана;

Zтр = 5 - мёртвые витки трения;

- зазор между витками;

м

Принимаем В=2.3 м, тогда по (4,стр.37, табл.9) выбираем двухбарабанную подъёмную машину с цилиндрическими барабанами 2Ц4х2.3

Максимальное статическое натяжение груженой ветви каната

(10)

Максимальное неуравновешенное статическое усилие (разница натяжений гружёной и порожней ветвей канатов):

, (11)

где и - допустимые нагрузки на машину из её технической характеристики.

кН;

=160 кН.

4. Расположение подъёмной установки относительно ствола шахты

Схема расположения подъёмной установки у ствола шахты (рис.8) определяется следующими основными параметрами:

hк - высота копра;

Во - расстоянием от оси каната до оси подъёмной машины;

Lстр - длиной струны каната;

С = 1м - превышением оси машины над устьем ствола;

в - углом наклона струны каната к горизонту;

lш = 1.95 м- расстоянием между осями шкивов;

бн, бвн - углами девиации каната соответственно наружным и внутренним.

Значение размера Во зависит от многих факторов. Его минимальное значение определяется по выражению:

Воmin=0.6hк+3.5+Dб (12)

Воmin=0.6hк+3.5+Dб=32.1 м

Рациональное значение этого размера находится в пределах

0.9hк (13)

36.9

Примем Во=50 м.

Длина струны каната рассчитывается формулой

(14)

Принимаем Lстр = 63 м.

Угол наклона струны каната к горизонту

; 45в30 (15)

Расчет углов девиации для двухбарабанной подъёмной машины (рис.1):

а) наружный угол девиации

; (16)

б) внутренний угол девиации

tg= ; (17)

= ,

В формулах (19), (20) а = 0.14 м - расстояние между внутренними ребордами барабанов; lш - расстояние между осями направляющих шкивов, зависит от грузоподъёмности подъёмных сосудов.

Рис. 1 - Схема расположения подъёмной установки у ствола шахты

Кинематика подъёмной установки

Расчет продолжительности подъёмной операции

По известной часовой производительности подъёмной установки и выбранной грузоподъёмности подъёмного сосуда время его движения определяется в следующей последовательности:

количество подъёмов, ч

; (18)

Продолжительность одного цикла подъёма, с

; (19)

Принимаем Ту=91 с.

время движения подъёмных сосудов, с

(20)

.

Расчёт максимальной скорости подъёма

Для подъёмных установок, оборудованных неопрокидными скипами с секторным затвором и проводом от асинхронного двигателя, принимается прямолинейная пятипериодная диаграмма скорости (рис. 2).

При расчете диаграммы известными являются:

Н - высота подъёма;

Т - расчетное время движения;

ho = 2,45 м, по (4,стр.33, табл.1) - путь движения в кривых.

В соответствии с рекомендациями ПБ задаются:

а1 = 0.8 м/с2- ускорение вне кривых;

а3 = 0.8 м/с2- замедление вне кривых;

а1I = 0.2 м/с2-ускорение подъёмных сосудов в кривых;

а3I = 0.2 м/с2- замедление подъёмных сосудов в кривых;

При этом проверяются:

скорость схода порожнего скипа с кривых

; (21)

скорость входа груженого скипа в кривые

(22)

Для расчета максимальной скорости движения фактическая пятипериодная диаграмма скорости заменяется условной трёхпериодной с параметрами:

высота подъёма - Ну; время движения - Ту;

максимальная скорость - , м/с.

Максимальная скорость условной трёхпериодной диаграммы

, (23)

где а - модуль скорости, определяемый по формуле:

(24)

Vср.y - средняя скорость условной диаграммы:

(25)

Время условной диаграммы

. (26)

Высота подъёма Ну условной диаграммы определяется выражением:

(27)

;

;

=4.465 м/с; 4.851 м/с;

Максимальная скорость фактической пятипериодной диаграммы скорости равна:

(28)

Далее расчётная максимальная скорость согласуется с Vmax по ПБ и корректируется по выбранному оборудованию в следующей последовательности:

а) определяется число оборотов двигателя, соответствующее расчетному значению максимальной скорости

, (29)

где i=11.5- передаточное отношение редуктора.

;

б) определяется ближайшее к расчетному синхронное число оборотов асинхронного двигателя по выражению:

no = , (30)

где f = 50 Гц- промышленная частота тока;

р = 8-число пар полюсов;

no==375 об/мин;

в) определяется номинальные обороты двигателя

(31)

где Sн = 0.003- номинальное скольжение двигателя.

;

г) фактическая максимальная скорость подъёма

(32)

=6.625 м/с;

После установления значения фактической максимальной скорости определяется:

- время и путь ускоренного движения порожнего скипа вне разгрузочных кривых:

(33)

(34)

;

- время и путь замедленного движения груженого скипа перед разгрузочными кривыми:

, c, (35)

(36)

;

- время и путь равномерного движения:

(37)

(38)

;

фактическая продолжительность движения подъёмных сосудов

(39)

с;

-фактический коэффициент резерва производительности подъёмной установки

; (40)

=1.634

Рис. 2 - Диаграммы скоростей и ускорений

Динамика подъёмной установки

Расчёт приведённой к окружности органа навивки массы движущихся частей подъёмной установки

Предварительно решается вопрос об уравновешивании подъёмной установки хвостовым (уравновешивающим) канатом. Степень статической неуравновешенности определяется формулой

, (41)

де к = 1.15- для скипов.

Приведённая к окружности органа навивки масса движущихся элементов подъёмной установки рассчитывается:

(42)

где - масса элементов подъёмной установки, совершающих поступательное движение, истинно равное суммарной массе груза, подъёмных сосудов и канатов, кг; - масса элементов подъёмной установки, совершающих вращательное движение, условно приведенная к окружности органа навивки, кг.

Масса элементов, совершающих поступательное движение, определится как

п=Qп+2Qм+2Lгк, (43)

где Lгк - длина одной ветви головного каната, м,

(44)

;

п=Qп+2Qм+2Lгк;

Приведенная к окружности органа навивки масса вращающихся элементов подъёмной установки

(45)

где mб, mн.ш, mз.п, mр - приведённые к окружности органа навивки массы соответственно барабана, направляющего шкива, зубчатой передачи и ротора электродвигателя;

Кз.п = 1.3- коэффициент, учитывающий приведённый к окружности органа навивки вес редуктора;

, кг, (46)

где - маховый момент машины, приведённый к тихоходному валу, принимается из технической характеристики подъёмной машины;

, кг, (47)

где =345 кН/м2 по (4,стр.35, табл.5) - маховый момент направляющего шкива, кН/м2, принимается из технической характеристики шкива;

, кг, (48)

;

=2.2 кг;

Для определения махового момента ротора приводного двигателя предварительно определяем его ориентировочную мощность

кВт, (49)

где с = 1.4 - коэффициент, учитывающий динамический режим работы приводного двигателя, для скиповой установки.

,

По (5,стр.43, табл.16) выбираем асинхронный электродвигатель АКН-15-51-16 с частотой вращения 365 об/мин и мощностью 630 КВт и маховым моментом ротора =19.7 кН, тогда:

кг;

кг;

кг;

Расчёт диаграммы усилий

Расчет движущих усилий на окружности органа навивки производится по уравнению академика М.М.Фёдорова:

, (50)

где к=1.15 - коэффициент, учитывающий вредные сопротивления движению; x- путь, пройденный сосудом от начала подъёма.

Применительно к рассматриваемому случаю уравнение М.М.Фёдорова запишется:

. (51)

х=0 м, а=а1I=0.2 м/с2

H

x=ho=2.45 м, a=a1I=0.2 м/с2

H

x=ho=2.45 м, a=a1=0.8 м/с2

H

x=ho+h1=29.266 м, a=a1=0.8 м/с2

H

x=ho+h1=29.266 м, a=0 м/с2

H

x=ho+h1+h2=390.734 м, a=0 м/с2

H

x=ho+h1+h2=390.734 м, a= -a3=-0.8 м/с2

H

x=ho+h1+h2+h3=417.55 м, a= -a3= -0.8 м/с2

H

x=ho+h1+h2+h3=417.55 м, a= -a= -0.2 м/с2

H

x=ho+h1+h2+h3+ho=420 м, a= -= -0.2 м/с2

H

Рис. 3 - Диаграмма усилий

Мощность приводного двигателя

Точный расчет мощности приводного двигателя производится на основании диаграммы движущих усилий и выполняется в следующей последовательности:

-определяется эквивалентное усилие по выражению

(52)

Для пятипериодной диаграммы скорости (рис.2.3) числитель формулы (2.52) состоит из пяти членов и рассчитывается так:

Tэ - эквивалентное время работы двигателя и для приводных двигателей с самовентиляцией определяется:

(54)

где - коэффициенты, учитывающие ухудшение условий охлаждения двигателя и периоды неустановившихся движения и пауз.

При расчетах принимается ; .

Применяем механический тормоз пружинно-гидравлический, тогда

кВТ. (55)

Окончательно по каталогу принимается двигатель по эквивалентной мощности. Выбранный по каталогу двигатель проверяется по условиям пусковой перегрузки.

(56)

где Fmax - максимальное усилие из диаграммы движущих усилий;

Fн - номинальное усилие выбранного двигателя, рассчитываемое по выражению

(57)

=613.827 кВТ;

;

.

Расход энергии КПД подъёмной установки

Расчёт мощности на валу двигателя и потребляемой из сети

Для определения расхода энергии за подъём рассчитывают мощности на валу двигателя и потребляемой из сети.

Мощность на валу двигателя и потребляемая из сети рассчитывается на базе диаграмм скорости и движущих усилий (рис.4).

Мощность на валу двигателя

, кВт (58)

=0 кВт, ;