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矿井提升机电控系统论文 第2页

更新时间:2010-3-8:  来源:毕业论文
矿井提升机电控系统论文 第2页
在每次运行的过程中,从启动、加速、减速一直到爬行停车整个过程中负载不发生变化,并且运行的过程既可能是负载提升,又可能是负载下放,对电机而言就是位能性负载,并且需要四象限运行。提升系统的稳定与安全对于一座矿山来讲很重要
关键词:    卷扬机       调速      运行      安全
第一章  大红山铜矿卷扬机的分析
1  提升系统的工艺流程
大红山铜矿的井下运输包括各中段水平的电机车运输,各条斜井提升机运输,原矿系统的皮带运输。目前,我矿共有七个中段使用机车运输,分别为435、485、535、550、575、600、640中段。共有斜井6条,这里以东部措施井为例来说明变频器的应用。流程图如图所示:
 运转工区工艺流程图
东部措施井提升设备选用的是中信机械公司生产的2JK—3.5/20型矿用提升机。斜井全长530m,斜度为220,配套用卷扬机为2JK-3.5/20E, 700kw。配用提升钢丝绳为6V×34+FC-22-ZZ(SS),箕斗为10m3双钩提升,该井于2006年8月份投入运行,井下有640、600、535和508四个放矿点,其中640和535放矿点采用链闸放矿,600和508放矿点采用振机放矿,井口采用钢结构制作100m3的主矿仓储矿,下部有四个链闸进行放矿。该井主要用于东部各中段的矿石运输,其提升能力640中段以上为6000t/d,508中段为4470t/d,500中段为2980t/d。
2   卷扬机的传动
矿井提升机是有色金属矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠运行,直接关系到企业的生产状况和经济效益。大红山铜矿一期的矿石通过斜井来提升,在卷扬机房,由电机经减速器带动卷筒旋转,钢丝绳在卷筒上缠绕数周,在电机的驱动下将装满矿石的一箕斗从斜井拖上来,同时把一空的箕斗从斜井放下去,空箕斗起着平衡负载的作用,任何时候总有一辆重箕斗上行,电机总是处于电动状态。这种拖动系统要求电机频繁的正、反转起动,减速制动,而且电机的转速一定规律变化。斜井提升机的机械结构示意图所示。斜井提升机的动力直流电机提供。提升系统设有3.5米提升机一台,电机功率700KW,减速器减速比20︰1,最高运行速度5.2m/s。      
 卷扬机卷筒机械传动系统结构示意图
目前,大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升,传统斜井提升机普遍采用交流绕线式电机串电阻调速系统,电阻的投切用继电器—交流接触器控制。这种控制系统由于调速过程中交流接触器动作频繁,设备运行的时间较长,交流接触器主触头易氧化,引发设备故障。另外,提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差,经常会造成停车位置不准确。提升机频繁的起动﹑调速和制动,在转子外电路所串电阻的上产生相当大的功耗。这种交流绕线式电机串电阻调速系统属于有级调速,调速的平滑性差;低速时机械特性较软,静差率较大;电阻上消耗的转差功率大,节能较差;起动过程和调速换挡过程中电流冲击大;中高速运行震动大,安全性较差。
3   电机的控制过程
为了满足生产安全可靠及节约能源,传动系统为全数字式直流传动系统。直流整流装置采用ABB公司生产的DCS502B-1503-71,额定电压660V,额定电流1503A。提升控制以GE90-30PLC(设在卷扬机操作台内)为核心,PLC与直流整流装置之间采用ProfiBus现场总线。系统设有双重超速保护三重过卷保护,还有过流、失磁、闸瓦磨损等一系列保护。主控台是电控系统的控制中心,该设备采用操作台式结构,除位置、速度、温度、压力、电流等必要的信号采集传感器和终端执行设备外,所有控制回路装到操作台中。司机可操作主控台上的开关及按钮来控制提升机运行,并通过指示灯和人机界面及时了解提升机的运行状态及运行参数。此人机界面采用触摸式液晶彩色显示屏,可显示提升机的运行状态、运行参数及各种控制元器件的工作情况,具有上位监控功能。
    斜井提升负载是典型的摩檫性负载,即恒转矩特性负载。重车上行时,电机的电磁转矩必须克服负载阻转矩,起动时还要克服一定的静摩檫力矩,电机处于电动工作状态,且工作于第一象限。在重车减速时,虽然重车在斜井面上有一向下的分力,但重车的减速时间较短,电机仍会处于再生状态,工作于第二象限。当另一列重车上行时,电机处于反向电动状态,工作在第三象限和第四象限。另外,有占总运行时间10%的时候单独运送工具或器材到井下时,电机纯粹处于第二或第四象限,此时电机长时间处于再生发电状态,需要进行有效的制动。

井下有640、600、535和508四个放矿点,系统工作流程如下:
上行:变频器正转启动信号――》5Hz时发出松闸信号――》抱闸器松开——》装矿点发中速信号——》运行到加速点发高速信号——》运行到减速点发中速信号——》运行到卸矿点发停车信号——》5Hz时发出抱闸信号――》变频器停止运行。
下行:正转启动信号——》延时5S发出松闸信号同时发反转信号——》抱闸器松开——》卸矿点发中速信号——》运行到加速点发高速信号——》运行到减速垫发中速信号―-》运行到装矿点发停车信号——》5Hz时发出抱闸信号——》停止运行。
值得注意的是下行开始时先发正转信号,目的是消除减速箱传动齿轮的间隙,否则下行时轿厢会出现下坠现象。在卷扬机运行的过程中,停机中段看供矿情况决定,需要在不同的中段装矿,这样就需要频繁的运行这些程序,对电机进行调速,保证了系统平稳、安全的运行。

第二章    卷扬提升系统安全操作
1    运行信号
提升机司机必须按照信号台发来的信号来进行运行操作。当信号台发来“提升”(二声铃声)、“下放”(三声铃声)或“停止”(一声铃声)命令时,操纵台上“提升”、“下放”或“停止”信号灯亮,司机可进行操作。
2   开车操作
司机利用操纵台上二个操纵杆进行运行操作。左边一个是制动手柄,右边一个是主令手柄。
司机接到井口发来的运行命令后,将制动手柄往前推松闸,台上毫安表指示可调闸电流最大250mA,为全松闸,往回拉是紧闸。
主令手柄往后拉是提升,往前推是下放。主令手柄离开零位的角度越大,提升机速度越高。
提升机最大运行速度5.68m/s,检查钢丝绳时速度不大于0.57m/s,速度选择通过检修开关选择。
由于采用了直流调速系统,加速时可以把主令手柄一下子拉(推)到一定位置,提升机按设定的0.5m/s的加速度加速。当需停车时,将主令手柄拉回零位,不需加闸,待提升机完全停止后,再将制动手柄拉回紧闸位置。
本系统带有零速度给定转距功能,既先松闸矿车也不会向下滑。运行中,尤其提升时,更不需要加闸,此时加闸不但不会减速还会加大电机电流甚至造成过流。
按照有关规定,主令手柄不允许从提升位置推至下放位置(或相反的操作方式)主令手柄一定先回零位,待停车后,才能反向运行。
3   停车
当矿车运行离目的高程5m时,此时“减速预告”光字牌会亮,提升机将自动减速运行,同时司机也应进行减速操作,即将主令手柄推(拉)回零位附近,当听到“停车”信号,立即将手柄拉回到零位,停车后再加闸。
若提升机长时间不运行,可按联动停车按钮,停止设备运行。
第三章   卷扬机的选型方案
因矿山生产需要,大红山矿东部措施斜井需延伸至385水平,实现385水平、435供矿,达到日提升矿石3000吨的目的,为此,特进行选型设计计算。
1   基本情况
a.斜井情况
b.原始数据
斜井长度:L=868M
斜井斜度:a=22°
曲轨行长度:L=4M
日提升矿量:Qd=3000t/d
2  选型及计算
2.1 提升容器选择
提升容器:4m3侧卸式矿车2列
提升形式:单钩形式,单钩串斗
已知:1个矿车自重3168kg
      1个矿车容积4m3
      矿车比重1.84t/ m3
      矿石装满系数0.8
则有:2个矿车自重Qr=3168×2=6336kg
      2个矿车装矿量Q=4×1.84×2=11776kg
2.2 作业量计算
每天按三班,每班运行6小时,则每天运行时间18小时。
则小时提升量:As=3000/18=167T/h=167000kg
小时提升次数:n= As/Q=167000/11776=14次
一次提升时间:t=3600/n=3600/14=257秒
2.3质点受力分析
当钢丝绳提升时,需要克服矿车(含矿石)重力所产生的下滑力和磨擦阻力以及钢丝绳自身重量所产生的下滑力和磨擦阻力。如图所示:
则有,下滑力:F'=(Qr+Q)sinα+qL cosα
磨擦阻力:Ff'=f(Qr+Q)cosα+fqL cosα
 
2.4 卷扬机选择
暂定选3M卷扬机,因无单卷筒3M卷扬机,故选择双卷筒3M卷扬机。型号为:2JK—3/20。
已知:卷筒直径:D=3000mm
      卷筒宽度:B=1500mm
      允许最大静拉力:[Timax]=127400N=1300kg
允许最大静拉力差:[ΔTimax]=78400N=8000kg
2.5 选择提升钢丝绳
选择三角股钢丝绳:直径为d=37mm
钢丝绳型号:6V34—Fc—φ37—ZZ
已知:钢丝绳单位重量:q=4.871kg/M
      钢丝绳总破断力:Qq=98700kg
2.6 安全系数验算
M=Qq/(F'+ Ff')≥6.5(冶金地下矿山安全规程规定:提升安全系数≥6.5)
得:m=Qq/[(Qr+Q)sinα+(Qr+Q)fcosα+qL sinα+ qLf cosα]
     = Qq/[(Qr+Q)(sinα+f cosα)+ qL(sinα+f cosα)]
     = Qq/(sinα+f cosα)( Qr+Q+ qL)
     =98700/(0.3746+0.1×0.9272)(6336+11776+4.871×868)
     =9.45≥6.5(满足规程要求)
2.7 最大静拉力和最大静拉力差计算
最大静拉列力:
Timax= F'+ Ff'
     =(Qr+Q)sinα+(Qr+Q)fcosα+ qL(sinα+f cosα)
=(6336+11776)×0.3476+(6336+11776)×0.9272+4.871×868×(0.3476+0.1×0.9272)
=10439(㎏)>[Timax=1300㎏]
空车下放时的拉力为Tk:
Tk= Qr sinα+ f Qr cosα+ qL(sinα+f cosα)
所以,最大静拉力差:
ΔTimax=Timax-Tk
=Timax-Qr sinα+ f Qr cosα+ qL(sinα+f cosα)
 =104393-6336×(0.3476+0.1×0.9272)+4.871×868×(0.3476+0.1×0.9272)
       =5502<[ΔTimax=8000](满足规程要求)
2.8 选择天轮
选择:整体自行轮式或型钢铆合且式。
      D=3000mm
      D/d=3000/37=81>61(冶金规程规定:D/d>61,满足规程要求)
三   速度图计算
提升特点:
矿车在下部装矿点开始起动—加速—等速运行—减速—通过曲轨(卸矿),完成了一次提升过程。
3.1 重车沿下部提升时间计算
①、起动时间t1:
t1=V0/a0=1.5/0.3=5(s)
式中:a0—提升加速度
      取a0=0.3m/s2
      V0—初速度,取V0=1.5m
起动运行距离l1:
l1=1/2* Vt1=1/2×5×7.1=17.75(M)
②、当重车运行到井口一段距离时开始减速
减速运行时间t3:
t3=V/a=5/0.7=7(s)
减速运行距离L3:
l3=1/2Vt3=1/2×5×7=17.5(M)
重车在直斜道上匀速运行距离L2:
L2=L-(L1+L3)=868-(17.75+17.5)=832.75(M)
重车在直斜道上匀速运行 t2:
t2=L2/V=832.75/5=166.55(s)
③、重车在曲轨上减速运行距离L4:
L4=8(M)
式中:   L4——为两个矿车通过4米曲轨面的距离。
重车通过曲轨运行时间t4:
t4=L4/V0=8/1.5=5.3(S)
④、重车一次提升过程时间累加T1:
T1=t1+t2+t3+t4+θ1+θ2
  =7.1+166.55+7+5.3+20+60
  =266(s)
式中:θ1——卸矿时间  
      θ2——装矿时间
3.2 空车沿井口下放时间计算
①、起动时间t1:
T1=V/a=5/0.7=7.1(s)
起动运行距离L1:
L1=1/2*Vt1=1/2×5×7.1=17.75(M)
空车下放至井底放矿点前一段距离开始减速
②、减速运行时间t3:
T3=v/a=5/0.7=7.1(s)
减速运行距离L3:
L3=1/2Vt3=1/2×5×7.1=17.75(s)
空车在直斜道上匀速下放距离L2:
L2=L-(L1+L3)=868-(17.75+17.75)=832.5(M)
③、空车在直斜道上等速运行时间t2:
t2=L2/V=832.5/5=166.5(s)
④、空车下放运行时间累加T2:
T2=t1+t2+t3=7.1+166.5+7.1=180.7(s)
3.3 重车、空车提、放一次循环时间T:
T=T1+T2=266+180.7=447(s)
则实际小时提升次数为n′
n′=3600/447=8(次/h)
小时提升矿量为Qs:
Qs=Q* n′=11776×8=94208kg/h
          =94(t/h)
一天(三班)实际提升Qd:
Qd=18Qs=18×94=1512(t/d)
4    提升系统变位质量计算
2个矿车变位质量Mk:
       Qk=Qr+Q=6336+11776=181129(kg)
提升钢丝绳变位质量Ms:
       Ms=q (L+Lt)=4.871×(868+35)=4398(kg)
式中: Qr-----矿车自重
       Q------2车矿石重量
       q------钢丝绳单位重量
       L------斜井长度
       Lt-----天轮到卷筒钢绳长
天轮变位质量Mt:
        Mt=90D2=90×32=810(kg)
式中:
       D------天轮直径
主轴、联轴器、减速器转动部分变位质量Me:
        Me=1600(kg)            <查表得)
电动机转动部分变位质量Md:
        Md=612(kg)             <查表得》
提升系统变位质量ΣM:
Σm=Mk+Ms+Mt+Mz+Md
=18112+4398+810+1600+612
=25532(kg)
5    力图计算
重车(2个矿车)沿385装矿点上行:
T1阶段开始:
F1=K(Qr+q)×(sinα+Fcosα)g+ql(Sinα+Fcosα)g+Σma
  =[k(Qr+Q)+ql]×(sinα+Fcosα)g+Σma
=[1.1(6336+11776)+4.871×868]×9.8×(0.3746+0.1×0.9272)+25532×0.7
  =128478.9(kg)
式中:k--------提升阻力系数     k=1.1
      f--------钢绳及车轮磨擦系数f=0.1
      Qr-------2个矿车自重       Qr=6336(kg)
      Q--------2车矿石重量       Q=11776(kg)
      g--------重力加速度         g=9.8m/s2
      q--------钢绳单位重量       q=4.871kg/m
      L--------斜井长度           L=868m
t1阶段终了:

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