系统优化设计范文

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1、设计依据

（1）工件最大外形尺寸：12000（mm）×2450（mm）×3000（mm）；（2）工件最大重量：3600kg；（3）生产任务：40000件/年（三班制，22.5小时/天），按每天生产150件计算；（4）生产节拍：8分钟/件（设备负荷率88.9%）；（5）动力条件：电源：三相四线制，AC380V，网络电压波动±15%，频率50±5%Hz；热水：90℃，0.2Mpa；冷水：5℃，0.2Mpa；压缩空气：0.6～0.8MPa；涂装生产线工艺流程：上件底漆喷漆预备底漆喷漆（＞15℃）底漆流平（20-40℃）底漆烘干（70-80℃）底漆强冷面漆喷漆预备面漆喷漆（＞15℃）面漆流平（20-40℃）面漆烘干（70-80℃）面漆强冷下件其中底漆、面漆喷漆室采用文式喷漆室，全自动机器人喷涂；烘干室采用红外加热器辐射加热，所选用的红外加热器对有机气体具有分解净化功能，其有机气体净化率可达到60%。

2、各工位通风风量确定

（1）喷漆室送排风风量计算：对于顶部送风、底部抽风的喷漆室通风量计算，其总的通风量按下式计算:V=3600Fu[1]式中V——喷漆室总的通风量（米3/小时）；F——喷漆室操作的地坪面积（米2）；u——垂直于地坪的空气流速（米/秒）。根据《涂装作业安全规程喷漆室安全技术规定GB14444-93》中规定室内无人操作的大型喷漆室内风速控制在0.25-0.38m/s，这里空气流速取0.25m/s，假设喷漆室内腔尺寸：8m（长）×7m（宽），则总送排风风量：V=3600*8*7*0.25=50400m3/小时（2）烘干室送排风风量确定本烘干室采用红外加热器辐射加热，其自身需要有一定的风量来进行冷却，所需风量为350～400米3/（小时·只），则总送风风量V=（350～400）n，其中n为红外加热器的数量。本涂装线中底、面漆烘干室各采用28只红外加热器，故烘干室送风风量为9800～11200米3/小时。（3）强冷室送排风风量确定强冷室的通风量按下式计算:V=Q/（ρcΔT）式中V——强冷室总的通风量（米3/小时）；Q——强冷室需要带走的热量（千卡/小时）；ρ——空气的密度（公斤/米3）；取1.29c——空气的比热（千卡/公斤·℃）；取0.24ΔT——送排风的温度差（℃）。根据生产工艺，工件温度从70℃降到20℃,需要带走的热量约为15.5万大卡/小时,ΔT取15℃，则强冷室总送排风风量：V=155000/(1.29*0.24*15)=33300米3/小时（4）有机废气最小排风风量确定根据工件参数以及所使用的油漆参数，计算各工位有机溶剂的挥发量，从而确定各工位在安全状态下的排风风量，其参数及计算结果见下表：

3、通风系统优化设计

在传统的涂装生产线中，各工段大都采用独立的送排风系统。喷漆、流平室大多采用车间外直接取风和车间外排风，因此，在黄河以北地区，冬季送风要求加热到25度左右，需要消耗大量的能源。烘干室加热一般采用天然气加热，利用循环热风对工件进行烘干，同样需要大量的热能。强冷室却排放出大量的热风。因此，为充分合理利用能源，必须对其通风系统的设计进行优化，思路如下：（1）为了减少有机废气的排放量，可以考虑喷漆室内排出的空气部分进入循环使用，同时确保喷漆室内的有机废气浓度低于其爆炸下限的25%；同时，根据油漆的施工工艺要求，喷漆室的送风温度要求大于15℃，为节省能源，喷漆室的冬季取风可采用强冷室的排风。（2）流平室的温度要求控制在20-40℃之间，因此考虑采用一套独立的送排风循环加热系统，其中部分气体排出室体，保证流平室内的有机废气浓度低于其爆炸下限的25%；补充新风从强冷室排风管取风，可减少新风的加热量。（3）喷漆室、流平室排出的有机废气送入烘干室内，作为烘干室的红外辐射加热器的冷却用取风，通过加热器对有机气体的分解净化功能，减少有机废气的排放量。底漆部分通风系统流程图如下：系统调节控制的关键点：（1）各循环送排风装置的风机采用变频控制，有利于调节系统中的风量平衡。（2）采用比例式电动定风量调节阀，对关键管路中的风量实行定量控制。（3）保留喷漆、流平室的循环送排风装置中的热水加热段，作为系统中的辅助加热系统。（4）在喷漆室顶部设一紧急出风口，在测得喷漆或流平室内有机溶剂浓度超标时，对室内的气体进行更换。通风系统优化设计前后能耗比较：（1）优化设计前，喷漆室采用车间外直接取风和排风，以冬季加热25度计算，51000立方米的风量每小时需要的加热量为40万大卡，优化设计后，采用循环风并且由强冷室的排风作为补充新风，冬季需要的加热量几乎为零。（2）优化设计前，流平室采用循环加热，并且补充车间外新风，优化设计后，采用强冷室排风作为新风补充，以补充新风比车间外新风平均高25度计算，每小时节省的加热量为1.2万大卡/小时。（3）优化设计前，烘干室采用车间外新风作为加热器冷却用新风，优化设计后，烘干室采用喷漆和流平室的排风作为补充新风，以年平均高出15度计算，每小时节省热量4.9万大卡/小时。（4）优化设计前，喷漆流平室的有机废气采用吸脱附装置，且风量为52500立方米/小时，优化设计后，废气处理量为10500立方米/小时，且由烘干室内的红外加热器进行处理。每小时至少能节省电能45kW。（5）将节省的热能转化为电能计算，预计至少3个月喷漆室需要加热，则涂装线底面漆两部分一年能节省的能源为327万千瓦时。以1.5元/千瓦时单价计算，则涂装生产线一年能节省运行成本至少为490.5万元。

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1 概述

本文以二水平副暗斜井上口摘挂钩时间较长，影响我矿二水平副暗斜井提升能力进行可行性分析。该矿采场重点由浅部向深部二水平北翼采区转移，二水平北翼Ⅱ61下采区是本矿主采6煤重点准备采区，目前此采区始终保持三个岩巷头进行掘进，加上生产采区Ⅱ62采区Ⅱ627准备工作面联巷岩巷掘进头共计5个掘进头，均用车皮出货，现有的二水平副暗斜井提升系统已经满足不了生产需要，优化工作势在必行。

2 巷道设备布置优化前与优化后分析

优化前：

（1）二水平副暗斜井提升时间

二水平副暗斜井每日12：00-14：00为轨道检修时间，，作业方式为“三八”制，每班混合作业6.5小时，每日总提升时间为19.5小时。

①二水平副暗斜井下口采用绳式推车机，三班作业，平均摘、挂勾用时3分钟。

②二水平副暗斜井上口使用两部11.4kw绞车来回牵引重车及空车，三班作业，平均摘、挂勾用时6分。

③二水平副暗斜井轨道运行，三班作业，平均用时10分。

由以上得：二水平副暗斜井完成正规循环平均用时16分。

（2）二水平副暗斜井提升能力

二水平副暗斜井每个正规循环提升8车（不包括大件），大件车提升5车。

Ab=（3.6×Tb×n×q）÷（k×T） Ab ：每天提升量，辆；

Tb：每班提升工作小时，6.5小时； n：每勾串车数，8车；

q：矿车载重量，取1t；k：提升不均衡系数，取1.25；

T：最大提升循环时间，12min；

提升量=（3.6×Tb×n×q）÷（k×T）

=（3.6×6.5×60×8×1）÷（1.25×16）

=561辆

（3）二水平副暗斜井设备

二水平副暗斜井上口：11.4kw调度绞车2部，JKY3.0液压绞车1部。

二水平副暗斜井下口：DWS6弯道绳式调车机2部。

优化后：

（1）二水平副暗斜井上部车场采用11.4kw小绞车牵引重车及车皮，在使用过程中摘挂勾头存在安全隐患，经优化后使用三部弯道推车器代替两部11.4kw小绞车，在使用过程中解除了摘挂勾头，同时绞车司机进行了优化，降低了作业人员工作量。

（2）在44大巷增加了80m车场，使得矿车在该车场内进行集中，一次性进行运输，大大的提高了工作效率。

（3）二水平副暗斜井上部车场增加了一组对称组合道岔，改变了原有的运输方式，空车及重车分向运输，有效的节省了运输时间，增加了提升效率。

（4）我矿重点工程掘进工作面集中的二水平，经改造后，二水平副暗斜井的提升能力得到增加，使得我矿重点工程车皮周转得到了有效的控制，从而提高了我矿重点工程进尺。

3 现场施工工艺

（1）采用ZDZ630/3/1213对称组合道岔一副，与二水平副暗斜井内轨道连接，平巷内布置三条轨道，其中两端为空车道，中间为重车道，二水平副暗斜井上口安装三套推车器。并在44轨道石门铺设70m车场。

（2）井巷施工量

二水平副暗斜井上口巷道断面规格为：净宽×净高=6200m×5000m，自一水平泄水巷三岔门处按N163°方位对巷道两帮进行刷大，两帮各刷大1200mm、刷大长度为39m，后按N103°方位对巷道左帮进行刷大，刷大宽度2000mm、长度50m，最后对44-46石门按N163°方位对巷道左帮进行刷大，刷大宽度600mm、刷大长度80m，总工程量208m。

（3）设备材料投入

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中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

一、抽采系统现状：

矿井现有四套大流量固定式抽放系统，额定抽放能力1650 m3/min；第五套抽放系统安装完毕投入使用后，矿井抽放系统总额定抽放能力达到2230m3/min。

下石节煤矿自1997年11月建成第一套瓦斯抽放系统，抽放泵站设在二广场，安设了二台SK－85型（现已更换安装为2BEC42）水环式真空泵，安设抽放管路3759米，抽放主管路（φ426mm，2159m）从二广场泵站经风井到暗风井，支管路（φ325mm，1600m）从暗风井铺设至抽放地点； 2004年又建成第二套瓦斯抽放系统，抽放泵站设在二广场，安设了二台2BEC62型水环式真空泵，安设主管路（φ500mm玻璃钢管，2599m），支管路（φ325mm钢管，1430m）；2006年又建成第三套瓦斯抽放系统，抽放泵站设在二广场，安设了二台2BEC72型水环式真空泵，安设主管路（φ610mm管路，2772m），支管路（φ325mm管路，1394m）；2008年12月安装了第四套抽放系统，安装二台2BEC72型水环式真空泵，安设主管路（φ630mm管路，2599m），支管路（φ325mm管路，1394m）。

抽采系统技术参数表

1．抽采方式

瓦斯抽放主要采用边掘边抽、采前预抽、采后卸压及高抽巷抽放等方法综合进行瓦斯抽放。

2. 回采工作面抽放方式：采前预抽、采后卸压和高抽巷抽放。

2.1采前预抽抽放工艺：

①、在距回采工作面(现采面为219工作面)切眼100m向外，运、回顺（内错50米）每100m施工一钻场，钻场规格：6×4×3（长×宽×高），钻场内施工钻孔10--14个扇形孔,孔长120m―140m左右，孔径φ153mm，终孔距煤层顶板2-5m。利用的系统:运顺2BEC-42,回顺2BEC-72。

②、在距工作面(现采面为219工作面)切眼50m向外每5m施工一平行钻孔，孔长120m―130m左右，孔径φ153mm，终孔距煤层顶板1--4m左右。利用的系统:运顺2BEC-42,回顺2BEC-72。

2.2高抽巷抽放工艺： 回采工作面高抽巷采用分段成巷，高抽巷布置在距煤层顶板15m-25m左右。高抽巷内错回风顺槽15米，煤厚5-12米时，布置在煤层顶板15米左右，煤厚12-32米时 布置在距煤层顶板25米左右。抽放时在高抽巷口压埋两趟φ325mm抽放管路，利用的系统：两套2BEC-72型抽放泵进行抽放。

3.掘进工作面抽放方式：边掘边抽。

沿掘进巷道（现掘进头为2301工作面回顺、运顺）两帮每100米布置一个钻场，两钻场内错50米，钻场沿掘进方向布置5个掘前预抽孔，钻孔分为上下层，钻孔长度90米，径φ153mm，终孔距煤层顶板1--3m，并连接进行掘前抽放，前探钻孔始终超前掘进工作面40―50米，目前便掘边抽工作未做。运顺每隔5米施工一平行钻孔120-130米工作正在进行，封孔合茬后利用的系统：2BEC-62型泵预抽。

4.采空区抽采：212、213、216、207、218工作面采空区利用2BEC-42泵系统通过闸阀控制选择性抽采。

5.抽采系统现状

1.主干管路:

①目前2301运顺预抽顺层钻孔瓦斯，使用2 BEC-62型泵，Ø500mm干管已经到2#回风井的位置；

②2 BEC-72-1#泵、2 BEC-72-2#泵均在219工作面高抽巷抽采，Ø630mm、Ø610mm主干管路已铺至219工作面回顺联巷口；

③2BEC-42型泵抽采219工作面运顺钻场和顺层钻孔，Ø426mm干管已铺至2#回风井的位置。

二、现有抽采系统存在问题：

1、部分预抽钻孔与高抽巷或与采空区卸压抽采使用同一套系统；如219回顺与219高抽巷使用同一套72泵系统，219回顺顺层钻孔的抽采负压为13KPa；219运顺预抽钻孔与212、213、216、207、218等工作面采空区利用2BEC-42泵通过闸阀控制选择性抽采；难以保证预抽钻孔的抽采负压。

2、高、低浓瓦斯未分源抽采，不利于瓦斯利用；

3、所有抽采地点均没有实现分源计量，无法评估抽采效果；

4、预抽钻孔缺少控制阀门，不便于对抽采系统的调节。

三、抽采方案优化

1. 方案优化的原则和思路

1.1实行分源抽采的原则：由于矿井利用瓦斯,方案优化时实行高、低浓度瓦斯分开抽采，根据瓦斯来源实现分源抽采。

1.2瓦斯分源:已封闭的采空区瓦斯;准备工作面钻孔预抽瓦斯;高抽巷抽采瓦斯；尾抽瓦斯（灌浆巷横川埋管和分组钻孔抽采瓦斯）以及工作面前方钻孔边采边抽瓦斯；其他高浓度瓦斯抽采。

1.3抽采泵分配：采空区高浓度低流量抽采，选用2BEC-42型泵

高负压、低流量选用2BEC-62型泵，低负压、高流量选用2 BEC-72型泵，采空区卸压抽采及利用选用2BEC-42型泵。

根据矿井现状具体瓦斯抽采泵分配如下：

219运、回顺预抽钻孔、2301运、回顺预抽钻孔及下向穿层钻孔采用2BEC-62型泵系统；

219高抽巷、219灌浆巷尾抽及该工作面其他卸压抽采采用2套2 BEC-72-型泵系统；

212、213、216、207、218等工作面采空区采用2BEC-42型泵系统。

采场及抽采地点变化后，需根据实际情况进行系统调整。

1.4 计量装置的安装

按分源计量的原则，需在以下地点安装人工和自动计量装置：

219回顺、219运顺、219高抽巷（2套）、219灌浆巷、2301回顺、2301运顺及其他抽采地点；2301穿层钻场需单独安装计量装置；所安装的计量装置必须与抽采管路的管径相配套，根据目前各地点的抽采管径，安装孔板的规格见下表。

参考文献

徐永圻等，《煤矿开采学》，中国矿业大学出版社，1999；

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2机械手机体阀台的液压原理

对于每台机械手都单独配置一套机体阀台，机体阀台采用集成阀块设计，通过整合优化液压控制系统，将各相关液压元件采用集约布置方式，使全部液压元件集中安装在集成阀块上，元件间的连接通过阀块内部油道沟通，从而最大限度地减少外部连接，基本消除外泄漏。机体阀台的四个出入油口(P－压力油口，P2－补油油口，T－回油油口，L－泄漏油口)分别与液压泵站的对应油口相连接。压力油由P口进入机体阀台后，经高压球阀1及单向阀2．1后，一路经单向阀4给蓄能器6供油以作为系统紧急状态供油，一路经插装阀3给系统正常工作供油。为保证每个回路产生的瞬间高压不影响别的工作回路，在每个回路的进出口都设置了单向阀，对于夹钳工作回路因设置了减压阀16进行减压后供油，无需设置单向阀。对于小车行走系统，由比例阀12．1控制液压马达21的运动方向，液压马达设置了旋转编码器，对于马达行走采用闭环控制，以实现平稳起制动以及小车的精准定位。为避免制动时换向阀切换到中位，液压马达靠惯性继续旋转产生的液压冲击，设置了双向溢流阀11分别用来限制液压马达反转和正转时产生的最大冲击压力，以起到制动缓冲作用，考虑到液压马达制动过程中的泄漏，为避免马达在换向制动过程中产生吸油腔吸空现象，用单向阀9．1和9．2从补油管路P2向该回路补油，为实现单台机械手的故障检修，在补油管路P2上设置了高压球阀8，为实现检修时，可以将小车手动推动到任意检修位置，系统设置了高压球阀5．2。对于双垂直液压缸回路，由比例阀12．2控制液压缸22的运动方向，液压缸安装了位移传感器，对于液压缸位置采用闭环控制，实现液压缸行程的精准定位，液压缸驱动四连杆机构来完成夹钳系统的垂直方向运动;为防止液压缸停止运动时自行下滑，回路设置了双液控单向阀13．1，其为锥面密封结构，闭锁性能好，能够保证活塞较长时间停止在某位置处不动;为防止垂直液压缸22因夹钳系统及工件自重而自由下落，在有杆腔回路上设置了单向顺序阀14，使液压缸22下部始终保持一定的背压力，用来平衡执行机构重力负载对液压执行元件的作用力，使之不会因自重作用而自行下滑，实现液压系统动作的平稳、可靠控制;为防止夹钳夹持超过设计重量的车轮，在有杆腔设置了溢流阀15．1作为安全阀对于夹钳液压缸回路，工作压力经减压阀16调定工作压力后由比例阀17控制带位置监测的液压缸23的运动，来驱动连杆机构完成夹钳的夹持动作，回路设置了双液控单向阀13．2，来保证活塞较长时间停止固定位置，考虑到夹钳开启压力原小于关闭压力(液压缸向无杆腔方向运动夹钳关闭)，在液压缸无杆腔回路上设置了溢流阀15．3，调定无杆腔工作压力，当比例换向阀17右位工作时，压力油经液控单向阀13．2后，一路向有杆腔供油，一路经电磁球阀18向蓄能器19供油，当夹钳夹住车轮，有杆腔建立压力达到压力继电器20设定值后，比例换向阀17回中位，蓄能器19压力油与有杆腔始终连通，确保夹持动作有效，当比例换向阀17左位工作时，蓄能器19压力油经电磁球阀18与有杆腔回油共同经过比例换向阀17回回油口。紧急情况下，电磁换向阀7得电(与系统控制电源采用不同路电源)，将蓄能器6储存的压力油，一路经单向阀9．11供给夹钳液压缸23，使夹钳打开，同时有杆腔回油经电磁球阀18，单向阀9．9回回油T口;一路压力油经节流阀10，单向阀9．3使液压马达21带动小车向炉外方向运动，液压马达回油经比例换向阀12．1，单向阀9．5回回油T口。以确保设备能放下待取车轮，退出加热炉内部，保护设备安全。