Дипломный проект - Проект шахтной многоканатной подъемной установки для для условий рудника Верхнекамского калийного месторождения

Подождите немного. Документ загружается.

Введение

Подъёмные установки - наиболее ответственные машины на любой шахте. В

процессе работы подъёмная машина многократно тормозится и разгоняется.

Сосуды, канат и барабаны обладают большой массой. Возникают динамические

нагрузки, которые могут стать причиной серьёзных аварий. Чтобы уменьшить

вероятность аварий необходимо знать закономерности изменения динамических

нагрузок.

Реальная машина представляет собой не только множество масс, но и изменение

этих масс во времени. Кроме того, масса может быть распределена в большом

объёме тела или по длине тела. Всё это в совокупности приводит к

дифференциальным системам уравнений с большим числом элементов. Решение

таких систем - задача сложная.

С появлением мощных математических пакетов обработка систем таких

уравнений ускорилась и упростилась. Новые математические пакеты многократно

увеличили скорость решения задач, упростили вывод результатов. Они содержат

все основные элементы современной математики. Одним из таких пакетов

является МаthCAD.

Система MathCAD содержит текстовый редактор, мощный вычислитель и очень

простой в применении графический редактор. Язык общения с пользователем в

системе MathCAD предельно приближён к обычному математическому языку.

Обширный набор векторных и матричных операций делают систему MathCAD

очень удобной для анализа и моделирования различных процессов.

Добыча полезных ископаемых невозможна без применения траспортных средств

различного назначения. Одни предназначены для транспортирования полезного

ископаемого от места добычи к околоствольному двору, другие поднимают

ископаемое на поверхность, третьи предназначены для доставки его на

поверхности по территории предприятия. Основным в этой цепочке транспорта

является шахтный подъём, вертикальный или наклонный. Машина шахтного

подъёма - основная машина на горном предприятии. Шахтный подъём

обеспечивает жизнь шахты. При аварии на подъёме, при его остановке,

останавливается всё предприятие. Убытки исчисляются огромными суммами.

Шахтный подъём обеспечивает выдачу полезного ископаемого на поверхность,

подъём и спуск горнорабочих и шахтного оборудования. Работа шахтной

подъёмной установки жёстко регламентирована Правилами Безопасности, ведь

речь идёт не только о потерях денежных средств, но и безопасности

горнорабочих.

1. О руднике

Характеристика месторождения

Верхнекамское месторождение калийных руд расположено на северо - востоке

Пермской области и занимает площадь около 3500 км

. Калийная залежь

прослеживается с севера на юг на 140 км при ширине до 40 км. Поперечные

тектонические структуры Боровицкого и Дуринского прогибов делят

месторождение на три части: северную, центральную и южную. По запасам

калийных солей Верхнекамское месторождение находится в ряду крупнейших в

мире. Геологическая ценность района возрастает за счёт наличия в подсолевых

породах нефтеносных структур, которые в плане совмещены с калийной залежью.

Начиная с середины 60-х годов в результате сейсмического зондирования и

бурения выявлено 13 перспективных на нефть структур и месторождений.

Пионерами солеварения на реке Усолке были новгородские купцы Калинниковы.

Соль выпаривалась из концентрированных рассолов, которые содержали примесь

магния и кальция, придававшие соли горьковатый вкус и красноватый оттенок. В

1914 году горный техник Н.П. Рязанцев отвёз академику Н.С. Курнакову (РАН)

образцы "красной соли" для химического анализа. Так был открыт калий в России

и только спустя 11 лет, в 1925 году начались поисково-разведочные буровые

работы в районе города Соликамска. Сегодня детально разведаны 11 участков

месторождения.

Калийная залежь отрабатывается по четырём промышленным пластам из

тринадцати, слагающих продуктивную толщу. Из недр извлекают сильвинит,

карналлит и каменную соль.

Шахтное поле рудника БПКРУ-4 расположено в пределах Быгельско-Троицкого

участка, в 12 км к востоку от города Березники. Быгельско-Троицкий участок

расположен в северной части южной половины месторождения.

В геологическом строении шахтного поля рудника БПКРУ-4 принимают участие

осадочные породы нижне- и верхнепермского возраста, залегающих на

преобладающей площади шахтного поля в нормальной для местрождения

стратиграфической последовательности.

Промышленными пластами на шахтном поле рудника БПКРУ-4 являются пласт

Красный-2, АБ сильвинитого состава и пласт В сильвинитового, карналлитового и

смешанного состава.

Крепость калийных солей по шкале профессора Протодьяконова составляет 2...4.

На шахтном поле рудника БПКРУ-4 соленосные отложения залегают

сравнительно спокойно. Наибольшее погружение кровли сильвинитовой зоны (до

отметки -256,8 м) наблюдается вблизи западной границы шахтного

поля, а максимальное поднятие её (до отметки -71,4 м) вблизи северо-восточного

окончания Березниковского антиклинального поднятия и на востоке шахтного поля

до -61,3 м . Амплитуда колебаний отметок сильвинитовой зоны достигает 195,5 м.

Относительно крутое северо-западное крыло Березниковского поднятия имеет

угол наклона около 3-х градусов, в то время как падение юго-восточного крыла

этой структуры не превышает 2-х градусов.

Кровля сильвинитовой зоны имеет имеет относительно спокойный рельеф с

углами падения, изменяющимися от 0,5 до 1 градуса.

Осадочные породы, залегающие над соляной толщей, представлены (снизу

вверх):

- соляно-мергельной толщей, мощностью до 100 м;

- терригенно-карбонатной толщей, мощностью до 90 м, представленной

известняками с прослойками мергелей и песчаников;

- пестроцветной толщей мощностью до 40 м, сложенной алевролитами,

аргиллитами, глинами с прослоями песчаников и известняков;

- четвертичными отложениями, мощностью до 15 метров, представленными

суглинками, глинами, песчаниками и галечником.

Галогенные отражения представлены (снизу вверх):

- глинисто-ангидритовой толщей, мощностью до 300 м;

- подстилающей каменной солью, мощностью до 350 м;

- толщей калийно-магниевых солей, мощностью до 70 м;

- покровной каменной солью, мощностью до 15 м.

Соляная залежь на шахтном поле БПКРУ-4 является практически безводной.

Вскрытие шахтного поля

Шахтное поле рудника вскрыто четырьмя вертикальными стволами,

расположенными в центре шахтного поля.

Ствол №1 - скипо-клетьевой, оборудован одним двухскиповым и одним клетевым

подъёмом.

Ствол №2 - скиповой, оборудован двумя двухскиповыми подъёмами.

Ствол №3 - грузолюдской, оборудован грузолюдской клетевой многоканатной

подъёмной установкой и аварийно-ремонтной одноконцевой, одноканатной

подъёмной установкой.

Ствол №4 - вентиляционный, оборудован одноконцевой, одноканатной клетевой

подъёмной установкой.

В принятых границах размеры шахтного поля составляют 10370 м

меридиональном и 17375 м в широтном направлении.

Крепление стволов комбинированное - бетонная крепь и чугун.

На отметке -188,0 метров в подстилающей каменной соли размещается

околоствольный двор с камерами общешахтного назначения. От околоствольного

двора по подстилающей каменной соли в южном и северном напрвлении

пройдены два конвейерных, транспортный и закладочный штреки,

вентиляционные штреки: в северном направлении 2 штрека, в южном 4 штрека.

Подготовка шахтного поля - панельно-блоковая.

Основные требования правил безопасности при проектировании

1. Канаты для вертикальных подъёмных установок всех систем должны иметь при

навеске запас прочности не ниже 8-кратного для грузолюдских подъёмных

установок и 7-кратного для спуска и подъёма груза.

2. Отношение диаметра ведущего шкива к диаметру каждого из канатов должно

быть не менее 80 при отсутствии изгибов канатов в противоположных

направлениях и не менее 100 при наличии изгибов канатов в противоположных

направлениях.

3. Должны применяться фасоннопрядные канаты и канаты закрытого типа,

разрешается применять также круглопрядные канаты с линейным касанием

проволок в прядях.

4. К навеске допускаются канаты одного типа, диаметра и конструкции,

изготовленные на одном заводе из одинаковой проволоки. На каждой подъёмной

установке должны навешиваться канаты правой и левой свивок.

5. При выходе из строя одного из головных канатов канатов замене подлежат все

канаты.

6. На каждой подъёмной установке должно быть навешено не менее 2х

уравновешивающих канатов.

7. Применение парашютных устройств, предназначенных для улавливания клетей

в случае обрыва подъёмных канатов, на грузолюдских подъёмных установках не

обязательно.

8. Предельный срок службы подъёмных головных канатов устанавливается 2 года,

уравновешивающих канатов - 4 года.

2. Проектирование подъёмной установки

Выбор клети

Проектируемая подъёмная установка является грузолюдской, предназначена для

спуска в шахту материалов и людей. Максимальное количество людей в клети:

человек. Расчётная масса груза по материалам:

20000

. Большая

грузоподъёмность объясняет применение многоканатной подъёмной машины в

условиях БПКРУ-4. Также при спуске-подъёме людей обеспечивается большая

безопасность, т.к. одновременный обрыв всех канатов маловероятен.

Используется клеть 1КН 6.1-2, прицепные устройства УПС-30. Масса подъёмного

сосуда с прицепным и парашютным устройством:

26300

Противовес

Вес противовеса определяется из условия равенства статических сопротивлений

при подъёме груза и противовеса:

G Q

⋅+:=

получим

G 36300

кг

Канаты

Глубина подъёма:

398.6

Размер хвостовой петли:

хв

16.5

Высота от нулевой отметки до

оси шкива трения:

48.3

рис. 1 Геометрия подъёма

Клеть подвешивается на четырёх канатах.

Определим линейный вес каждого из головных канатов:

в верхнем сечении, при этом заданный запас прочности в верхнем сечении для

многоканатных установок:

ст

4.5

Коэффициент свивки:

1.1

Временное сопротивление разрыву, характеристика

материала проволочек каната

Тогда требуемая линейная плотность в верхнем сечении:

вр

17000

кг

см

вс

( )

вр

ст

⋅

−













⋅

вс

3.08

кг/м

В нижнем сечении, при этом запас прочности:

ст

9.5

нс

( )

⋅

вр

ст

⋅

нс

5.88

кг/м

Рекомендуют для многоканатных подъёмных машин горнорудной

промышленности использовать канаты, изготовленные по ГОСТ 7669-80 [Носы...].

Канат двойной свивки, тип ЛК-РО, ГОСТ 7669-80.

Характеристика головных канатов: диаметр каната:

мм

Линейная плотность

7.12

кг/м

Суммарное разрывное усилие

1120000

Площадь сечения всех проволочек в канате

6.84

см

Для окончательного выбора каната необходимо проверить, чтобы фактическое

значение запаса прочности удовлетворяло нормам ПБ.

Фактический запас прочности в верхнем сечении:

9.81

факт В

( )

p H

⋅+













⋅

факт В

7.92

4.5

Фактический запас прочности в нижнем сечении

факт Н

( )

⋅

факт Н

9.86

9.5

По Правилам Техники Безопасности многоканатная установка со шкивом трения

должна иметь не менее 2х уравновешивающих канатов. Принимаем два

хвостовых каната

сумм

⋅:=

сумм

28.48

кг/м

сумм

Линейный вес каждого хвостового каната

сумм

14.24

кг/м

В качестве уравновешивающего устанавливаем 2 резинотросовые ленты

Тип: ЛРТКУ-7, ширина 400 мм, толщина 20 мм

Линейная плотность:

q 14.4

кг/м

Суммарное разрывное усилие

zхв

1412180

Значение разности линейных весов хвостовых и головных канатов

∆ 2 q

⋅

сумм

−:=

∆ 0.32

кг/м

Для улучшения условий работы пары канат-шкив трения рекомендуют применять

тяжёлый уравновешивающий канат. Но ввиду малой разности линейных весов

дальнейший расчёт ведётся как для равновесного хвостового каната.

Выбор подъёмной машины

Выбор подъёмной машина производят с учётом статических нагрузок и

требований ПБ. Многоканатные подъёмные машины со шкивами трения

проверяют на допустимое удельное давление каната на футеровку

канатоведущего шкива и условие нескольжения каната по канатоведущему шкиву.

Максимальное статическое натяжение канатов:

ст

( )

⋅

⋅+









⋅:=

ст

565567.4

Максимальная разность статических натяжений канатов. Формула для

вертикальных многоканатных подъёмников с равновесным хвостовым канатом по

системе клеть-противовес.

g 0.5 Q

⋅

∆ H

( )

⋅+









⋅:=

99502.9

Правилами Безопасности ограничено отношение диаметра органа навивки к

диаметру барабана. Это отношение должно быть больше величины,

определённой по формуле:

100 d

⋅:=

Получим:

4300

мм

Машина МК 5*4П - 13, завод изготовитель ДМЗ

Допустимое статическое натяжение каната: 1 200 000 Н;

Допустимая разность статических натяжений канатов: 250 000 Н;

Диаметр приводного и отклоняющего шкивов:

шк

5000

мм;

Маховый момент машины

маш

625000

кг*м

;

Маховый момент отклоняющих шкивов

шк

50000

кг*м

Для подъёмных машин со шкивами трения обязательна проверка по допустимому

удельному давлению на футеровку шкива.

Давление на футеровку определяется по формуле:

1.5 Q

( )

⋅

2 Q

⋅

( )

⋅+









⋅+

⋅

хв

⋅+









⋅

шк

⋅

τ 1.69

МПа

Для круглопрядных канатов значение удельного давления должно быть меньше

2.0 МПа .

Проверка по условию нескольжения канатов по шкиву трения машины,

производится по отношению статического натяжения гружёной ветви к ветви

противовеса. Т

- статическое натяжение гружёной ветви. Т

- статическое

натяжение ветви противовеса.

⋅

⋅+

( )

⋅:=

565567.4

⋅

11352.13

G n

⋅

⋅+

( )

⋅:=

468718.7

κ 1.21

Отношение должно быть меньше величины 1.25 (для круглопрядных канатов).

Наиболее опасным явлением при эксплуатации шахтной многоканатной

подъёмной установки является скольжение канатов по футеровке шкива. На

стадии проектирования возможность скольжения оценивается статическим

коэффициентом безопасности противоскольжения. Определяется следующим

образом:

Коэффициент трения каната о футеровку шкива

Угол обхвата канатом шкива трения

f 0.3

α 191deg

Переведём в радианы значение угла

α 191deg

180deg

⋅:=

α 3.33

565567.38

468718.66

ск

f α

⋅

−

( )

⋅

−

ск

8.32

−

96848.71

Величина статического коэффициента безопасности противоскольжения по ПБ

ск

>1,75.

Статические сопротивления

Грузовой коэффициент:

k 1.2

. Для равновесных хвостовых канатов формула

статических сопротивлений имеет вид:

ст

k 0.5

−( )

⋅

⋅:=

ст

137340

Выбор электродвигателя и редуктора

Требуемая скорость подъёма:

м/с. Требуемая для обеспечения этой

скорости частота вращения вала двигателя при передаточном числе редуктора

ред

11.5

равна:

дв

60 V

⋅

ред

⋅

1000

⋅

π D

шк

⋅

дв

176

об/мин

Диаграммный коэффициент:

1.25

,КПД редуктора:

ред

0.97

ор

ст

⋅

1000 η

ред

⋅

⋅:=

ор

707.9

кВт

Требуемая мощность двигателя:

дв

1.12 N

ор

⋅:=

дв

792.9

кВт

Характеристика двигателя: тип АКН-2-19-41-24У4, мощность номинальная

ном

1000

кВт, номинальная частота вращения вала двигателя

ном

245

об/мин, критический момент

крит

2.3

, КПД двигателя

дв

0.93

, момент

маховый

мах.дв

8000

кг*м

, масса двигателя 10 т.

Двигатель обеспечивает максимальную скорость:

max

π D

шк

⋅

ном

⋅

60 i

ред

⋅

1000

⋅

max

5.58

м/с

Допустимая перегрузка двигателя:

доп

крит

доп

1.65

Редуктор выбирается из условия обеспечения максимального момента на валу

машины в период разгона. Максимальный крутящий момент рассчитывается по

формуле:

крут

830 N

ном

⋅

ном

дв

⋅

доп

⋅

0.025

мах.дв

шк

−

⋅

⋅−













ред

⋅

⋅:=

крут

581957

Н*м

Редуктор 2ЦД-20, крутящий момент 70 т*м, момент маховый

мах.ред

157000

кг*м

, передаточное отношение

ред

11.5

, масса редуктора 35000 кг.

Приведённая масса подъёмной установки

Длина отвеса головного каната

Но H

+:=

Но 446.9

м, длина отвеса

хвостового каната

хв

2 h

хв

⋅+:=

хв

431.6

м.

398.6

h 48.3

Масса поступательно движущихся частей

⋅

Но

⋅+

⋅

хв

⋅+:=

107758

кг

Масса вращающихся частей

мах.дв

шк

−

⋅

( )

ред

⋅

мах.ред

шк

−

⋅

( )

маш

шк

−

⋅

( )

шк

−

⋅

( )

+:=

75600

кг

Приведённая масса подъёмной установки

пр

+:=

пр

183358

кг