Основные положения при проектировании подъемных установок

При проектировании подъемной установки заданными являются количество транспортного груза (уголь, порода и т.д.) и высота подъема.

При нескольких рабочих горизонтах заданными являются количество транспортируемого груза и высота подъема с каждого из них.

Для проектирования вспомогательных клетевых установок, кроме этого, должны быть известны: тип и емкость вагонеток, предусмотренных на подземном транспорте; ежесменное количество подземных трудящихся; объемы транспортных операций по спуску-подъему оборудования и материалов.

Необходимо выбрать тип подъемных сосудов; способ уравновешивания; рассчитать и выбрать подъемный канат, а в случае необходимости и уравновешивающий; установить тип и основные размеры органов навивки; выбрать подъемную машину и проверить ее на статические нагрузки; принять схему расположения установки и рассчитать элементы этой схемы; выполнить расчет кинематики и динамики подъемной системы; установить систему привода, мощность двигателя и тип его; выбрать схему управления, необходимую аппаратуру управления и защиты; установить размещение элементов машины в здании; произвести технико-экономические расчеты.

Оптимальная грузоподъемность (кг), при которой суммарные годовые эксплуатационные затраты на подъемной установке будут минимальными, равна:

для одноканатных установок

Q_опт =Aч (180);

для многоканатных установок

Q_опт =Ач (181).

При подъеме с противовесом результат, полученный по формулам (180) и (181), удваивается.

Окончательно останавливаются на стандартном скипе с ближайшей меньшей грузоподъемностью, т.е Q_п < Q_опт.

При выборе типа органов навивки канатов в первую очередь следует ориентироваться на цилиндрические барабаны, далее – на бицилиндроконические барабаны или на многоканатные установки: может возникнуть необходимость в технико-экономическом сравнении возможных вариантов.

При проверке машин на статические нагрузки определяют максимальное статическое натяжение Т_{ст max} каната и максимальную разницу статических натяжений F_{ст max} канатов, причем значения этих величин не должны превышать их допустимых значений для выбранной машины.

Максимальное статическое натяжение (Н) каната определяют:

при системах с q = 0 и q = p

T_{ст max}=(Qп + Qc + pH)g; (182)

при системах q>p

T_{ст max}= . (183)

Максимальная разность статических натяжений канатов имеет место в начале подъема. Для неопрокидных подъемных сосудов (H)

F_{ст max} = (184)

Для опрокидных сосудов F_ст.max определяется по формуле (98) без учета динамической составляющей m a'.

Порядок расчета главной скиповой подъемной установки указан в 4.19

Порядок расчета вспомогательной клетевой подъемной установки такой:

а) выбирают тип клети с учетом типа вагонетки, функций, которые должна выполнять установка, и возможности произвести спуск-подъем смены не более чем за 40 мин; масса полезного груза в клети устанавливается по максимальной возможной загрузке ее (при транспортировке породы – по массе породы);

б) рассчитывают механическую часть установки и расположение последней относительно ствола шахты;

в) при расчете кинематики подъемной системы в соответствии с выбранной в п. б машиной устанавливают максимальную скорость подъемных сосудов, причем она из условия транспортирования людей не должна превышать согласно ПБ 12м/с; далее рассчитывают элементы трехпериодной диаграммы скорости, продолжительность движения подъемных сосудов Т и полную продолжительность Т_п подъемной операции;

г) рассчитывают динамику подъемной системы, устанавливают мощность двигателя и тип его, определяют расход энергии, к.п.д. подъемной установки и машины;

д) определяют затраты времени на выполнение каждой функции подъемной установки, осмотр и ремонт ее; на основе этих расчетов составляют суточный баланс времени подъемной установки и определяют количество полезного ископаемого, которое в случае необходимости она может выдать.

При упрощенных расчетах подъемных установок принимают следующий порядок. После выбора сосуда и расчета механической части установки определяют расчетную максимальную скорость движения сосудов

(185)

где а - множитель скорости, равный 1,1 … 1,35.

Формула (185) получена на основании формул (57), (43) и (44).

Фактическая максимальная скорость Vmax определяется по формуле (92), причем необходимо, чтобы V_max ≥ V_р.м.

По установленной V_max определяют продолжительность движения сосудов по формуле (57), (73) или (80) в зависимости от принятой диаграммы скорости.

Расчетную мощность N_р двигателя определяют по формуле (90) или (91), после чего принимают двигатель с необходимым запасом мощности.

Далее определяется полезный W_п и фактический W_ф расход энергии (кВт ч) на одну подъемную операцию:

W_п = (186)

W_ф = (187)

К.п.д. η подъемной установки находится как отношение W_п к W_ф, а к.п.д. η подъемной машины – по формуле (168).

 

Пример расчета подъемной установки

Рассчитать главную подъемную скиповую установку годовой производительностью Аг =1100000 т, транспортирующую с горизонта 500 м.

РАСЧЕТ

 

I.Продолжительность подъемной операции и средняя скорость движения сосудов

Высота подъема при глубине загрузки h = 25 м и высоте приемного бункера над уровнем земли h =25 м составит H = 550 м.

1.Суточная производительность подъемной установки

Асут = , т/сут,

где А_год - годовая производительность шахты, т/г., рядового угля;

К₁= 1,1-1,15 - коэффициент перевода рядового угля в горную массу, для породного подъема

N_д = 300 – количество рабочих дней в году.

 

2. Часовая производительность подъемной установки по формуле (39)

А_ч =

где К_н = 1,5 – коэффициент неравномерности работы скипового подъема;

t_сут = 18 ч – время работы скипового подъема в сутки.

 

3. Оптимальная грузоподъемность скипа по формуле (160)

Q_опт = Ач

Принимаем скип 2СН9,5-1 с секторным затвором грузоподъемностью Q =8,5 т (см. приложение). Собственная масса скипа Q = 8,46 т; высота h = 9,2 м; путь скипа при движении ролика его в разгрузочных кривых h = 2,17 м.

4. Число подъемных операций в час по формуле (40)

n =

5. Продолжительность подъемной операции и время движения подъемных сосудов по формулам (41) и (42):

Т =

Т = Т - t = 100 – 10 = 90 c.

 

5. Средняя и ориентировочная максимальная скорости подъема по формулам (43) и (44):

v =

v = a v = 1,3*6,1 = 7,93 м/с.

 

II. Механическая часть подъемной установки

1. Высота копра. При расположении направляющих шкивов в одной вертикальной плоскости

h = h + h + h + 0,75R + D +1 = 25 + 9.2 +3 + 0,75*2 + 4 +1 = 43,7 м.

Ориентировочно принято, что R = 2 м.

2. Подъемный канат. По формуле (4)

p= кг/м.

Ориентировочно (см. приложение) принимаем канат ЛК-3, имеющий Q = 1460000 Н; р = 8,466 кг/м; d = 48,5 мм. Так как запас прочности его по формуле (7) z = 6,7, то окончательно выбираем этот канат.

3. Органы навивки. Принимаем одинарный цилиндрический разрезной барабан

D = 79d = 79*48,5 = 3831 мм.

Принимаем D = 5 м, так как на барабане D = 4 м, как показал расчет, канат не разместится; диаметр направляющего шкива D = 4 м, маховый момент его (GD ) = 345000 Нм .

Ширина барабана по формуле (15)

B =

Ориентировочно принимаем машину ЦР-5×3/0,6, для которой Т = 0,28МН; F = 0,21 МН; (GD ) = 6800000 Нм (см. приложение).

Проверим барабан на статические нагрузки.

Максимальное статическое натяжение каната по формуле (182)

Т =

Максимальная разность статических натяжений канатов по формуле (184)

F =

Так как Т и F меньше допустимых значений для ориентировочно выбранного барабана, то окончательно останавливаемся на машине ЦР-5×3/0,6.

 

III. Расположение подъемной установки

1 Высота копра, определенная ранее, h = 45 м.

2 Приняв угол наклона струны к горизонту β = 48 ; с = 1м; расстояние между осями ствола и барабана по формуле (32)

l =

3 Длины струн по формуле (33) L' = 59,5 м и L" = 54 м.

4 Углы отклонения каната α. Так как B = 3 м, а ширина барабана, занятая одной ветвью каната, составляет В = 2 м, то для получения α, отвечающего требованиям ПТЭ, закрепление каната произвести, отступив от реборды на расстояние

b = B – B – B = 3 - 0,6 – 2 = 0,4 м.

Угол отклонения короткой струны каната при подходе последнего к реборде

α =

т.е. α = 0 54', что допустимо.

Аналогично для длинной струны каната со стороны переставной части барабана α = 0 49'; при этом на переставную часть барабана будет навиваться канат длиной

l = м

 

IV. Кинематика подъемной системы

1 Принимаем пятипериодную диаграмму скорости, ускорение а = 1 м/с , замедление а = 0,75 м/с , скорости v' = v" = 1,1 м/с.

2 Максимальная скорость. Предварительно по формулам (60), (61) и (48) находим: Т = 84,7с; Н = 547,1 м; а = 0,43 м/с .

По формуле (59)

v = a T - м/с

При редукторе с передаточным числом i = 10,5 требуемая частота вращения двигателя по формуле (92)

n = об/мин.

Принимаем n = 290 об/мин.

Фактическая максимальная скорость

v = м/с,

т.е. больше расчетной, что и необходимо.

3 Ускорение и замедление в разгрузочных кривых и продолжительность движения в них находим по формулам (62) – (65):

а' = а" = м/с ;

t' = t" = c.

4 Продолжительность и путь движения скипа с ускорением а по формулам (66) и (67):

t = c;

 

h = м

5 То же, с замедлением а по формулам (68) и (69):

t = c;

h = м.

6 Путь и продолжительность равномерного движения по формулам (70) и (71):

h = H – 2hp – h - h = 550 – 2*2,17 – 25,53 – 34,03 = 486,1 м;

t = c.

7 Продолжительность движения подъемных сосудов по формуле (72)

Т = t' + t + t + t + t"= 3,94 + 6,13 + 67,23 + 8,17 + 3,94 = 89,41 с

Проверка по формуле (73) дает тот же результат.

 

8 Фактический коэффициент резерва производительности установки по формуле (58) составит Сф = 1,51.

 

V. Динамика подъемной системы

1. Установка проектируется без уравновешивающего каната, так как по формуле (20) степень статической неуравновешенности:

δ =

2. Ориентировочная мощность подъемного двигателя по формуле (90) и при Т = 89,41 с; η = =0,93; ρ = 1,4

N = кВт

Предварительно два двигателя АКН-16-41-20 мощностью по 630 кВт; n = 290 об/мин; η = 0,92;

λ = (GD ) = 29000 Нм .

3. Крутящий момент на тихоходном валу редуктора, создаваемый двигателями, по формуле (30)

М = 2 Н

Принимаем редуктор 2ЦО-22 с передаточным числом i = 10,5, (GD ) = 250*10 Нм , способный передать максимальный крутящий момент на ведомом валу при двухдвигательном приводе

М = 114*10 Нм.

4. Приведенная к окружности навивки масса движущихся частей подъемной установки по формуле (85)

m = Qп + 2Qc + 2L p + 2

Масса подъемного каната по ф-ле (86)

2L кг

По формуле (89):

приведенная масса направляющего шкива

кг;

приведенная масса барабана

кг;

приведенная масса редуктора

кг;

приведенная масса роторов

кг.

Таким образом:

кг.

5. Движущие усилие по формуле (94)

F =

откуда

F =

F =

F =

F =

Н;

Аналогично находим:

 

VI. Мощность двигателя, расход энергии, к.п.д. подъемной машины и установки

1. Эквивалентное усилие по формуле (144)

То же на 1 т груза по формуле (161)

W

2. Полезный расход энергии на 1т поднимаемого груза по формуле (166) составит W =1,496 кВтч/т.

3. К.п.д. установки и машины по формулам (167) и (168): η = 0,6 и η = 0,69.

4. Годовой расход электроэнергии по формуле (163) W = 2882000 кВт·ч.

 

 

VII. Диаграммы скорости, ускорений, движущих усилий, мощности, расхода энергии приведены соответственно на рис. 83 а-д.

 

1. Проверка двигателя на перегрузки. Коэффициент перегруза при подъеме по ф-ле (146)

,

что недопустимо, так как при асинхронном двигателе h ≤ 1,8. В связи с этим принимаем

F =

2. Эквивалентная мощность подъемного двигателя по формуле (154)

3. Принимаем указанные выше двигатели АКН-16-41-20, запас мощности

что допустимо.

4. Потребляемая мощность. Мощность на валу подъемного двигателя по формуле (100):

N

 

 

 

Аналогично находим: N = 437 кВт; N = -145 кВт; N = -27,8 кВт; N = 25,5 кВт; N = 0

Мощности, потребляемые из сети без учета потерь в двигателе по формуле (156):

5. Расход энергии. На одну подъемную операцию по формуле (160)

 

кВт·с

Требования Правил Безопасности к эксплуатации

Шахтных подъёмных установок

4.7 Шахтный подъем

4.7.1 Максимальные скорости подъема и спуска людей и грузов по вертикальным и наклонным выработкам определяются проектом, но не должны превышать величин, указанных в таблице 4.

 

Таблица 4.2

Наименование выработок	Максимальная скорость подъема и спуска, м/с
	Людей	Грузов
Вертикальные выработки, оборудованные:
Клетями		Определя­ется проектом
Скипами	—	Определя­ется проектом
Наклонные выработки, оборудованные:
Скипами	—
Вагонетками
Вертикальные выработки в проходке, оборудованные:
Бадьями (по направляющим)
Бадьями (без направляющих)
Подвесным проходческим оборудованием	—	0,2
Спасательными лестницами	0,35	—
Спуск негабаритов по вертикальным и наклонным выработкам	—	1/3 номинальной скорости для данного подъема

 

4.7.2. Величина среднего замедления подъемной установки как при предохранительном, так и при рабочем (в экстренных случаях) торможении при подъеме груза не должна превышать значений, указанных в таблице 4.3.

 

Таблица 4.3

Угол наклона, град								0 и более
Величина замедления, м/с^2	0,8	1,2	1,8	2,5	3,0	3,5	4,0	5,0

 

Величина среднего замедления установки при предохра­нительном торможении при спуске груза должна быть не менее 0,75 м/с² при углах наклона выработок до 30° и не менее 1,5 м/с² при углах наклона выработок более 30°.

На подъемных установках с углами наклона вырабо­ток до 30° допускаются замедления менее 0,75 м/с2, если при этом обеспечивается остановка поднимающегося сосу­да в пределах пути переподъема, а опускающегося – на свободном участке пути, расположенном ниже посадочной площадки.

Под средним замедлением подразумевается отношение фактической скорости ко времени, протекающему с момента начала торможения до полной остановки подъемной машины.

На подъемных установках со шкивами трения величи­на среднего замедления определяется на установившемся участке процесса торможения.

В выработках с переменным углом наклона величина замедления подъемной установки для каждого из участ­ков пути с постоянным углом не должна превышать соответствующих им значений, указанных в таблице 4.3.

Величина замедления для промежуточных углов наклона выработок, не указанных в таблице 4.3, определяется путем линейной интерполяции.

В установках со шкивами трения замедление как при рабочем, так и при предохранительном торможении не должно превышать величины, обусловленной возможностью проскальзывания каната по шкиву.

В отдельных случаях на действующих одноканатных и многоканатных скиповых подъемных установках со шки­вом трения по условию предотвращения скольжения канатов допускается ограничить нижний предел замедления величиной 1,2 м/с2 при условии оборудования таких установок блокировкой, исключающей возможность спуска груза со скоростью более 1 м/с.

Подъемные установки со шкивами трения, на которых регулировкой тормозной системы невозможно обеспечить требуемые замедления, должны оснащаться системами избирательного или автоматически регулируемого предох­ранительного торможения.

Требования данного пункта не распространяются на проходческие лебедки и лебедки для спасательных лестниц (при скорости движения каната не более соответственно 0,2 и 0,35 м/с).

4.7.3. Для защиты от переподъема и превышения скорости шахтная подъемная установка должна быть снаб­жена следующими предохранительными устройствами:

а) каждый подъемный сосуд (противовес) – концевым выключателем, установленным в выработке или на копре и предназначенным для включения предохранительного тормоза при подъеме сосуда на 0,5 м и выше уровня верхней приемной площадки (нормального положения при разгрузке), и дублирующим концевым выключателем на указа­теле глубины (или в аппарате задания и контроля хода).

В наклонных выработках концевые выключатели долж­ны устанавливаться на верхней приемной площадке на расстоянии 0,5 м от нормального положения, обусловленного рабочим процессом.

Подъемные установки с опрокидными клетями должны иметь дополнительные концевые выключатели, установлен­ные на копре на 0,5 м выше уровня площадки, предна­значенной для посадки людей в клеть. Работа этих кон­цевых выключателей должна также дублироваться конце­выми выключателями, установленными на указателе глу­бины (в аппарате задания и контроля хода). Данное тре­бование не распространяется на подъемные установки с самоопрокидывающимися бадьями при проходке верти­кальных стволов.

Допускается установка дублирующих концевых выключателей на копре на одном уровне с основными при подключении их отдельными кабелями. Последнее требование не распространяется на бесконтактные концевые выключатели, в схеме которых предусмотрен самоконтроль исправности цепей.

Дополнительные концевые выключатели (основные и дублирующие) на установках с опрокидными клетями должны включаться в цепь защиты в зависимости от за­данного режима “груз” и “люди”.

Для проверки исправности и правильности установки выключателей (основных и дублирующих) на пульте машиниста должны быть установлены кнопки или переклю­чатели (без фиксации положения);

б) ограничителем скорости, вызывающим включение предохранительного тормоза в случае:

превышения в период замедления скорости защитной тахограммы, величина которой в каждой точке пути замедления определяется из условий предотвращения аварий­ного переподъема скипов и клети (скорость более 1 м/с);

превышения скорости равномерного хода на 15%;

подхода сосуда к верхней и нижней приемным площад­кам, а также к жестким направляющим при канатной армировке ствола со скоростью более 1 м/с при спуске-подъеме людей и 1,5 м/с – при спуске-подъеме груза.

Требования подпункта “б” этого пункта распространяются на действующие подъемные установки со скоростью движения свыше 3 м/с и вновь проектируемые – свыше 2 м/с.

Остальные подъемные установки должны быть оснащены аппаратами, выключающими установку в случае превышения скорости равномерного хода на 15%.

в) амортизирующими устройствами, устанавливаемыми на копре и в зумпфе ствола с многоканатной подъемной установкой, кроме реконструируемых установок с подъемными машинами, устанавливаемыми на земле.

4.7.4. Шахтные подъемные установки должны быть оборудованы следующими защитными и блокировочными устройствами:

а) устройством блокировки от чрезмерного износа тормозных колодок, срабатывающей при увеличении зазора между ободом барабана и тормозной колодкой более чем на 2 мм (это требование не распространяется на грузовые подземные и проходческие лебедки);

б) максимальной и нулевой защитой;

в) защитами от провисания струны каната, кроме многоканатных подъемов;

г) устройством блокировки предохранительных решеток, исключающим возможность их открывания до прихода подъемного сосуда на приемную площадку и включающим сигнал “стоп” у машиниста при открытых решетках. Допускается открывание предохранительных решеток при нахождении подъемных сосудов вне приемных площадок при спуске-подъеме негабаритных грузов в режиме “оборудование” и при осмотре подъемного комплекса в режиме “Ревизия”. После завершения этих операций блокировка должна быть восстановлена. Движение подъемных сосудов по шахтному стволу должно осуществляться при закрытых предохранительных решётках всех приёмно-отправительных площадок.

д) устройством блокировки, позволяющим включать двигатель после переподъема сосуда только в сторону ликвидации переподъема;

е) устройством блокировки, не допускающим снятия предохранительного тормоза, если рукоятка рабочего тормоза не находится в положении “заторможено”, а рукоятка аппарата управления (контроллера) – в нулевом положении;

ж) устройством блокировки, обеспечивающим остановку бадьи при подходе ее к нулевой площадке с закрытыми лядами, а также устройством блокировки, обеспечивающим при проходке ствола остановку бадьи за 5 м до подхода ее к рабочему полку и при подходе к забою ствола;

з) устройством, подающим сигнал машинисту и стволовому при выдергивании тормозных канатов в месте их крепления в зумпфе;

и) устройством, подающим сигнал машинисту при недопустимом поднятии петли уравновешивающего каната;

к) дублирующим ограничителем скорости или устройством, обеспечивающим контроль целостности передачи от вала подъемной машины к указателю глубины, если ограничитель скорости не имеет полного самоконтроля;

л) устройством, сигнализирующим машинисту о положении качающихся площадок и посадочных кулаков;

м) автоматическим звонком, сигнализирующим о начале периода замедления (за исключением грузовых подъемных установок, работающих в автоматическом режиме).

4.7.5. Шкивы с литыми или штампованными ободьями, для которых не предусматривается применение футеровки, должны заменяться новыми при износе реборды или обода на 50% начальной их толщины и во всех случаях, когда обнажаются торцы спиц.

Допускается специализированными организациями наплавка желоба шкива при износе его в глубину не более 50% начальной толщины.

4.7.6. На случай поломки подъемной машины или застревания подъемных сосудов в стволе должны быть оборудованы аварийно-ремонтные подъемные установки.

При наличии в одном стволе двух подъемных установок или одной подъемной установки и лестничного отде­ления, дополнительная аварийно-ремонтная установка может отсутствовать.

Для стволов (скважин), оборудованных одним подъемом, используемым в аварийных случаях и для ремонтных работ, должны быть утвержденные главным инженером шахты по согласованию с МакНИИ мероприятия по выводу людей из застрявшего (зависшего) подъемного со­суда.

Допускается отсутствие стационарной аварийно-ремонтной подъемной установки при наличии на вооружении ГАСС /ГВГСС/, обслуживающего шахту, передвижной подъемной установки.

Для шахт глубиной до 100 м допускается применение для этой цели ручных лебедок, оборудованных тормозами и храповичным остановом.

При проходке и углубке стволов на случай аварии с подъемом необходимо иметь подвесную аварийно-спасательную лестницу длиной, обеспечивающей размещение на ней одновременно всех рабочих наибольшей по численности смены. Лестница прикрепляется к канату лебедки, оборудованной тормозами и имеющей комбинированный привод (механический и ручной). Ручной привод лебедки должен обеспечивать подъем лестницы при аварийном отключении электроэнергии.

На нижнем этаже рабочего полка должна находиться аварийная канатная лестница необходимой длины для выхода людей из забоя ствола на проходческий полок. В случае возможности прохождения спасательной лестницы через полок до забоя наличие на полке аварийной канатной лестницы не обязательно.

При проходке стволов глубиной до 100 м лебедки для подвески аварийно-спасательных лестниц могут иметь только ручной привод и должны быть оборудованы тормозами и храповичным остановом.

4.7.7. Не допускается переход людей через подъемные отделения ствола.

На всех горизонтах шахты перед стволами должны быть установлены предохранительные решетки для предупреж­дения перехода людей через подъемные отделения. На промежуточных горизонтах не допускается применение посадочных кулаков.

При подъеме и спуске людей, а также при работе подъема в режиме “ревизия” механизмы обмена грузов (вагонеток) на всех приемных площадках ствола должны автоматически отключаться.

Допускается на действующих шахтах применение на верхней приемной площадке дверей гильотинного типа при наличии дополнительного ограждения, препятствующего доступу людей к стволу до полной остановки клети и в период ее отправления.

Требования сигнала “стоп”, предусмотренного подпунктом “г” пункта 4.7.4 этих Правил не распространяются на подъемные установки, оборудованные дверями гильотинного типа.

4.7.8. В стволах шахт, по которым не предусмотрен спуск и подъем людей, пользоваться подъемными установками разрешается только лицам, занятым на осмотре и ремонте этих стволов, за исключением аварийных ситуаций.

При проходке стволов во время спуска-подъема обору­дования проходческими лебедками работа подъема разре­шается только для перемещения рабочих и технического персонала, наблюдающих за выполнением этих работ.

4.7.9. Все промежуточные, нижние и верхние приемные площадки вертикальных стволов, по которым произ­водится подъем и спуск грузов в вагонетках, а также площадки перед опрокидывателем должны быть оборудо­ваны стопорными устройствами, обеспечивающими единичную дозировку и предотвращающими произвольное скатывание вагонеток.

 

Таблица 1 - Основные механические характеристики канатов.

ГОСТ	φ^2	ψ
2690-80	0,381
3805-80	0,502
3089-80	0,42
3091-80	0,31
3092-80	0,23
7663-80	0,281
7668-80	0,389
7669-80	0,47

Таблица 2