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.
. Расчет и выбор ёмкости подъёмного сосуда
а) определяется часовая производительность подъёмной установки
, т/ч (1)
где С = 1.5-коэффициент резерва производительности подъёмной установки;= 300-расчётное число рабочих дней подъёмной установки в году;= 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;
г = 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,
- суммарная масса груза, кг
. Расчет и выбор подъёмного каната
а) при глубине шахты Нш м:
, кг/м, (4)
где ?в = 1800 мН/м2-временное сопротивление разрыву проволок каната;= 6.5-коэффициент запаса прочности каната, принимаем по ПБ;
Но - длина отвеса каната, м;= 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;пр = 0.3 м- превышение скипа над приёмным бункером;пер = 3 м-высота переподъёма;
? = 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;
. 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;рез = 30 м- резервная длина каната;б - стандартное значение диаметра барабана;тр = 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.
. Расположение подъёмной установки относительно ствола шахты
Схема расположения подъёмной установки у ствола шахты (рис.8) определяется следующими основными параметрами:к - высота копра;
Во - расстоянием от оси каната до оси подъёмной машины;стр - длиной струны каната;
С = 1м - превышением оси машины над устьем ствола;
? - углом наклона струны каната к горизонту;ш = 1.95 м- расстоянием между осями шкивов;
?н, ?вн - 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
.9hк (13)
.9
Примем Во=50 м.
Длина струны каната рассчитывается формулой
(14)
Принимаем Lстр = 63 м.
Угол наклона струны каната к горизонту
; 45?30 (15)
Расчет углов девиации для двухбарабанной подъёмной машины (рис.1):
а) наружный угол девиации
; (16)
б) внутренний угол девиации
= ; (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;= 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;
==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 ? = 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=ho=2.45 м, a=a1=0.8 м/с2
H=ho+h1=29.266 м, a=a1=0.8 м/с2
H=ho+h1=29.266 м, a=0 м/с2
H=ho+h1+h2=390.734 м, a=0 м/с2
H=ho+h1+h2=390.734 м, a= -a3=-0.8 м/с2
H=ho+h1+h2+h3=417.55 м, a= -a3= -0.8 м/с2
H=ho+h1+h2+h3=417.55 м, a= -a= -0.2 м/с2
H=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;н - 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, ;
Мощность, потребляемая из сети,
(59)
где ?дв = 92.4% - КПД двигателя.
Рис. 4 - Диаграммы мощностей
шахтный установка канат мощность
Расход энергии на один подъём
Действительный расход энергии на один подъём представляет собой площадь диаграммы мощности, потребляемой из сети, и рассчитывается:
(60)
Удельный расход энергии на одну тонну
(61)
;
Расход энергии на тонно-километр
;
КПД подъёмной установки
КПД подъёмной установки определяется как отношение полезного расхода энергии на один подъём Wп к действительному расходу Wд
(62)
Полезный расход энергии на один подъём определяется:
(63)
где Qп - масса полезного груза, кг.
Литература
1.Шахтный подъём: Научно-производственное издание / Бежок В.Р., Дворников В.И., Манец И.Г., Пристром В.А.; общ. Ред. Б.А. Грядущий, В.А. Корсун.- Донецк: ООО «Юго-Восток, Лтд», 2007.-624с., 494 ил., 233 библиогр.
2.Методические указания к расчету подъёмных установок по дисциплине «Стационарные машины» для студентов специальностей 17.01, 09.02, 09.05, 08,06 / Сост.: А.И.Шишков, В.Г.Дерюгин, В.И.Самуся, Е.А.Кириченко.- Днепропетровск: ДГИ, 1993.- 44 с.
Комментариев нет:
Отправить комментарий