矿井提升及运输设备选型设计

题目 本(专)科毕业设计(论文） 毕业设计（论文）题目 姓 矿井运输提升设备选型设计 名 河南理工大学成人高等教育站 名： 专业名称： 机械设计制造及其自动化专业 学生姓名： 指导教师： 河南理工大学成人高等教育 2013年4月25日 I

附2：任务书

毕业设计（论文）任务书

一、设计（论文）题目： 矿井运输提升设备选型设计

二、设计（论文）任务与要求

三、设计（论文）时间： 年 月 日至 年 月 日

指导教师 （签名）

成教院院长 （签名）

附3：评定书

II

毕业设计（论文）评定书

一、设计（论文）题目： 矿井运输提升设备选型设计

二、设计（论文）共 页，附图 张

三、审阅意见及评语

根据学院教学管理的有关规定，同意（不同意）该生参加毕业答辩

指导教师 （签名） 职 称

工作单位

附4：决议

III

毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议

该生于 年 月 日进行毕业设计（论文）答辩

设计（论文）题目： 矿井运输提升设备选型设计

答辩委员会：主任委员（组长）

委 员（成员）

答辩学生向答辩委员会（小组）提交如下资料：

设计（论文）说明书 共 页

设计（论文）图纸 共 页

指导教师评阅意见 共 页

根据学生所提供的毕业设计（论文）材料和指导教师意见以及

IV

在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）作出如下决议： 一、毕业设计（论文）的总评语

二、毕业设计（论文）的总评成绩：

毕业设计答辩委员会主席（组长） （签名）

委员（成员） （签名）

年 月 日

V

引 言

本设计主要对矿井生产所用的提升及运输设备的选型进行的一次合理选择。 矿井提升需要用一些专用的提升设备，主要有提升容器，提升钢丝绳，提升机，井架，装卸载设备以及一些辅助设备。矿井提升设备是矿山较复杂而庞大的机电设备，它不仅承担物料的提升与下放任务，同时还上下人员。矿井运输是煤炭生产过程的一部分，煤炭的井工生产中，运输线路长，巷道条件多种多样，运输若不畅通，采掘工作就无法继续进行，井工生产的煤矿运输作业，包括从工作面到矿井地面的煤炭运输和辅助运输，辅助运输包括矸石、材料、设备和人员运输。

本设计分四篇就以上几种设备的选型计算方法进行系统论述。

关键词：提升机、运输机

i

目 录

1 刮板输送机的选型计算 ............................................................................................................................. 1 1.1 运输能力的确定 .................................................................................................................................. 1 1.2 电动机功率的校验 ............................................................................................................................. 2 1.3 刮板链强度校验 .................................................................................................................................. 4 2 顺槽皮带机的选型计算 ............................................................................................................................. 6 2.1 输送带的宽度 ...................................................................................................................................... 6 2.2 牵引力及运行功率 .............................................................................................................................. 7 2.3 输送机的运行阻力 .............................................................................................................................. 9 2.4 输送带张力计算 ................................................................................................................................. 11 2.5 输送带强度校验 ............................................................................................................................... 13 2.6 电动机功率校验 ................................................................................................................................ 14 3 大巷电机车的选型计算 ........................................................................................................................... 15 3.1 电机车及矿车的初选 .......................................................................................................................... 15 3.2 列车组成的计算 ................................................................................................................................ 15 3.3 电动机台数的计算 ............................................................................................................................ 19 4 主井提升设备选型计算 ........................................................................................................................... 21 4.1 箕斗的选择 ........................................................................................................................................ 21 4.2 选择提升钢丝绳 ................................................................................................................................ 22 4.3 选择提升机和天轮 .............................................................................................................................. 26 4.4 提升机与井筒相对位置的计算 ........................................................................................................ 27 4.5 预选提升电动机 .................................................................................................................................. 29 4.6 提升系统总变位质量 .......................................................................................................................... 30 4.7 运动学参数计算 ................................................................................................................................ 31 4.8动力学参数计算 .................................................................................................................................. 33 4.9 电动机容量校验 ................................................................................................................................ 35 结束语 ............................................................................................................................................................. 37 参考文献 ......................................................................................................................................................... 38 致 谢 ......................................................................................................................................................... 39

ii

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1 刮板输送机的选型计算

刮板输送机，属于煤矿运输机械。用以解决煤矿15°-25°大倾角上山运输时，减速器倾角大、润滑不良、漏油、离心摩擦式联轴器进油打滑引发火灾，电动机烧损，过渡槽中卡链、断链、物料易滚落等问题。该矿用刮板输送机由防爆电动机通过离心摩擦式联轴器、减速器、圆环链轮和机尾滚筒带动圆环链条上的刮板组成，其先进之处是：通过一种新型机头架改变电动机、联轴器、减速器在机头部的装配角度，使其在大倾角上运时呈近水平。在过渡槽中板下面安装防卡链板，设计加大中部槽的装载深度。采用该机有效解决以上问题，降低事故率和材料消耗，并能减少巷道掘进长度和运输设备数量。

1.1 运输能力的确定

1.1.1生产率的确定

当工作面采用采煤机时,因为煤是连续而均匀地装到输送机上的.所以生产率可按采煤机的生产率计算. Q?60?h?b?r?Vg

式中：ｈ—— 一次采高，ｈ= 3.5m; b —— 采煤机一次截深，b = 0.6m; r —— 原封煤容重,r = 1.35t/m3;

Ｖg —— 采煤机的最大牵引速度, Ｖg = 3.5 m/min; 则: Q?60?3.5?0.6?1.35?3.5?595.35t/h

考虑到刮板输送机的运输能力应大于采煤机的生产率,所以选择SGZ－764/320W重型刮板输送机.其主要技术规格如下：

运输能力Q=900t/h； 刮板链速度V=0.95m/s；

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刮板链单位长质量q=36.26kg/m； 刮板链破断拉力F=850kN； 电动机功率N=2×160kw；

中部槽尺寸长×宽×高（ｍｍ）1500×764×222；

由于实际工作面长度和煤层倾角、煤层厚度等条件各不相同，需要对刮板输送机的运输生产能力、电机功率、刮板链强度进行验算。 1.1.2运输能力的计算

QO?3600F?rv

式中: F —— 货载最大横断面积；中部槽装煤的动堆积角按30°,从几何关系可求得 F=0.764×0.222+

10.764?0.444tg30?=0.184m2 ×（0.764-2×0.222）×

22Ψ——装满系数，按水平计算取1；

表1-1 装满系数 输送情况 装满系数 水平及向下运输 0.9～1 向 上 运 输 5o 0.8 r——散集容重，r=0.95t/m3； v——刮板链速，v=0.95m/s；

则：

10o 0.6 15o 0.5 QO=3600×0.184×1×0.95×0.95=599.08t/h＞573.86t/h 有计算结果可知所选刮板输送机的输送能力满足要求。

1.2 电动机功率的校验

1.2.1运行阻力计算

刮板输送机运行阻力按直线段和曲线段分别计算。

沿倾斜运行的刮板输送机的重段直线段阻力除克服煤和刮板链的运行阻力外，还

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需要克服煤和刮板链的重力。

重段阻力：Wzh=(qw?qlwl)Lg 空段阻力：Wk?qlLgwl

式中：q—— 中部槽单位长度的装煤量

q?FV?0.184?0.95?103?174.8kg/m； ql——刮板链单位长度的质量， ql=36.26kg/m； L——刮板输送机的长度，L=150m；

w—— 煤在槽内运行的阻力系数，采用中双链取0.7；

wl—— 刮板链在槽内运行的阻力系数取0.35；

g—— 重力加速度取9.8 m/s；

则：

Wzh?(qw?qlwl)Lg=（174.8×0.7+36.26×0.35）×150×9.8 =198524.97N

Wk?qlLgwl=36.26×150×9.8×0.35=18655.77N

刮板链在链轮处的弯曲阻力分别使其重段阻力和空段阻力增加10%，则刮板输送机的总运行阻力即电动机的牵引力为：

WO=1.1×1.1（Wzh?Wk）=1.21（Wzh?Wk）=262788.7N 表1-2 w0及w选取表

煤在溜槽 阻力系数 链子类型 单 链 双 链

1.2.2电动机功率的校验 电动机轴上的功率：

系数w 0.4～0.6 0.6～0.8 刮板链在中的移动阻力溜槽中的移动阻力系数w0 0.3～0.4 0.3～0.4

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Nd?WOV?KW? 1000 式中：WO——总牵引力；

V—— 刮板链运行速度，V=0.95m/s； 则：Nd?WOV262788.7?0.95?=249.6KW＜2×160KW 10001000所以所选刮板输送机的电动机满足要求。

1.3 刮板链强度校验

1.3.1最大张力的计算

如图：可知点2处为最大张力点，点3为最小张力取为0N。用逐点计算法求刮板链各点的张力：

S3?0N;

S4?Wk?18655.77N; S1?S4?W4?1;

其中W4?1——刮板链饶过链轮时的阻力，取W4?1?0.06S4

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所以S1?1.06S4=1.06×18655.77=19775.12N；

S2?S1?Wzh=19775.12+198524.97=218300.09N； 则点2处为最大张力点

Smax?S2?218300.09N

1.3.2刮板链的安全系数

2Sd?

1.2Smax 双链 n?

式中： Sd——一条刮板链的破断拉力，Sd=850kN； Smax——刮板链的最大静张力（N）；

λ—— 双链负荷不均匀系数，中双链取0.88； 则：

2Sd2?850?103 n????0.88?5.71＞3.5

1.2Smax1.2?218300.09所以刮板链强度满足要求。

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2 顺槽皮带机的选型计算

带式输送机是以胶带兼作牵引机构和承载机构的一种运输设备，它在矿井地面和井下运输中得到极其广泛的应用。带式输送机具有体积小、耗电少、维修方便、效率高的特点。在运输过程中对物料的破碎性小，抛撒煤炭少，因此在煤矿的井上、井下运输中广泛使用

井下矿用带式输送机，该机包括机架、主动滚筒、传动滚筒、卸料滚筒、张紧滚筒、防跑偏辊、皮带托辊，接料斗，机尾滚筒，皮带组成，其特征是在机架的上部，沿着机架的两侧装有防跑偏辊，防跑偏辊是可以旋转的，其作用在于防止运动的皮带发生偏移；皮带托辊安装在机架上，三个可转动的皮带托辊组成一个“＊”字型结构，其作用不仅可以对皮带起支撑作用，还可使煤炭向皮带中间聚集，可增加传送的煤炭量，提高工作效率，同时还有助于防止对运动皮带的偏移现象。

2.1 输送带的宽度

1. 原煤的安息角为25°，原煤的堆积密度0.95ｔ／m3，皮带机的工作倾角β=8°。查表可知倾斜系数Ｋ=0.97。

2. 因为煤是连续地从刮板输送机上转载到皮带机上的，所以皮带机的生产率可按刮板输送机的生产率计算即Q=595.35ｔ／ｈ。

3. 考虑其向上的工作条件所以选用带速V=1.6ｍ／ｓ，为了保证给定的运输能力，带上必需具有的堆积横断面积为

F?Q595.35??0.112m2

3.6rVK3.6?950?1.6?0.97 查表可知输送机的承载托辊槽角为35°，物料的安息角为25°时，带宽为1000ｍｍ的输送机上允许的物料堆积的横断面积为0.13365㎡。此值大于计算所需的堆积横断面积，据此选用带宽为1000ｍｍ的输送带能满足需要。

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注：图1中B为皮带的宽度L3为托辊长度，θ为动安息角，λ皮带槽角。 如上计算：确定选用带宽B=1000ｍｍ，680S型煤矿用阻燃输送带，输送带按

qd=11.6kg/m计算。

表2-1各种带宽允许的块度表 B（mm） 500 100 150 650 130 200 800 1000 1200 1400 1600 1800 180 300 250 400 300 500 350 600 420 700 480 800 ap(mm) amax(mm) amax——货载最大块度的横向尺寸；mm

ap——货载平均块度的横向尺寸；mm

2.2 牵引力及运行功率

2.2.1驱动滚筒上所需的牵引力

'i?参照类似的带式输送机 取qg=22kg/m，q\ge= 7kg/m。略去特种阻力WT1和

WT2，计算运煤驱动滚筒上所需的牵引力：

'\?P?C?q?2q?q?q??dgg?Lg??qLgsin? ?式中：C ——附加阻力系数取1.12；

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ｑ——单位长度输送带上运物料量， q?Q599.08??104kg/m； 3.6V3.6?1.6 qd——输送带单位长度质量，qd=11.6kg/m；

'' qg—— 重段单位长度上分布的托辊旋转部件的质量，取qg=22kg/m；

q\g—— 空段单位长度上分布的托辊旋转部件的质量，

取q\g= 7kg/m；

L —— 输送机的辅设长度850ｍ； ｇ——重力加速度，取ｇ=10ｍ／s；

2?—— 输送带在托辊上运行的阻力系数，取?=0.022；

表2-2物料断面系数

动堆积角 平形 K 槽形 316 385 422 458 496 10o 67 20o 135 25o 172 30o 209 35o 247 ?—— 输送机工作倾角为8°；

则： P?1.12??104?2?11.6?22?7??850?10?0.022? 104?10?850?sin8°=155744 2.2.2带式输送机所需的运行功率

计入驱动设备的传动效率?，所需电动机的功率为：

N?PV?

式中：P—— 驱动滚筒上所需的牵引力，155.744KN； V—— 输送带速度，V=1.6ｍ／ｓ；

?——驱动设备的传动效率取0.9； 则：N?PV??155.744?1.6?277KW

0.9所以可以选用570KW的JRQ?1512?8型电动机。

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表2-3倾角系数

工作倾角 C

0o～1o 1 10o～15o 0.95 15o～20o 0.9 2.3 输送机的运行阻力

按所给条件，本设计有重段和空段两个直线倾斜区段。

表2-4 输送带沿托辊运行阻力系数

托辊型式 工作条件 清洁干燥 少量尘埃正常湿度 大量尘埃湿度大

''?q?qcos??qLg?cos???q?qd?Lgsin? 重段阻力：Wzh????dg??槽形（??） 0.02 0.03 0.04 平形（???） 0.018 0.025 0.035 \Lg?cos??qdLgsin? 空段阻力：Wk??qdcos??q\?g式中： ｑ—— 单位长度输送带上运物料量， q?Q599.08??104kg/m； 3.6V3.6?1.6 qd—— 输送带单位长度质量，qd=11.6kg/m；

'qg'—— 重段单位长度上分布的托辊旋转部件的质量，取qg=22kg/m；

q\g—— 空段单位长度上分布的托辊旋转部件的质量，取

q\g= 7kg/m；

L —— 输送机的辅设长度850ｍ； ｇ—— 重力加速度，取ｇ=10ｍ／s；

2?'——输送带沿重段运行的阻力系数取0.05；

表2-5 托辊转动部分重量表

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带 宽 B （毫米） 托辊型式 500 Gg?650 Gg??800 1000 （公斤） 14 11 12 11 22 17 17 15 槽 形 平 形 铸铁座 冲压座 铸铁座 冲压座 11 8 8 7 12 9 10 9 ?\——输送带沿空段运行的阻力系数取0.04； ?—— 输送机工作倾角为8°；

则：

Wzh?[?104?11.6?cos8??22]?850?10?0.05?cos8?+?104+11.6??850?10?sin8? =194188.9NWk??11.6?cos8??7??850?10?0.04?cos8??11.6?850?10?sin8??19951N

表2-6 带宽与帆布层数配合表

带宽 帆布层数

500 3-4 650 4-5 800 4-6 1000 5-8 1200 5-10 1400 6-12

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2.4 输送带张力计算

输送带张力按逐点计算法计算，由于带式输送机是靠摩擦力传递牵引力的，输送带张力应满足传递所需牵引力的要求；为使输送带在两滚筒间垂度不过大，对输送带的张力也有一定要求，所以在进行输送带张力计算过程中输送带张力要按以上两个条件计算：

1）摩擦传动条件:即输送带的张力必须保证工作时输送带在传动滚筒上不打滑; 2）垂度条件:即输送带的张力必须保证输送带在两托辊间的下垂度不超过规定值. 2.4.1按摩擦条件计算张力

按逐点计算法计算,如下图:

S2?S1?Wk ①

S3?KS2?K?S1?Wk??1.05?S1?Wk? ② S4?S3?Wzh ③ 按摩擦传动条件可列出S1与S4关系:

?e???1? S4?S1?1?? ④

n?? 式中: n —— 摩擦力备用系数取1.17; ?—— 输送带和滚筒间摩擦系数取0.25; ?—— 输送带在滚筒上的围包角,查表可取

5?; 4则: S4?2.43S1 ⑤

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联立上面①②③⑤式得

S1?155897N S2?175848N

S3?184640N

S4?378830N

'所以 Smin?S1?155897N ' Smax?S4?378830N

2.4.2满足输送带垂度所需张力

Smin?5?q?qd?L'ggcos?

式中：ｑ——单位长度输送带上运物料量， q?Q599.08??104kg/m； 3.6V3.6?1.6 qd—— 输送带单位长度质量，qd=11.6kg/m； L'g—— 重段托辊间距，取L'g=1.2m； ｇ—— 重力加速度，取ｇ=10ｍ／s； ?—— 输送机工作倾角为8°；

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则：

'?S1=155897N Smin?5??104?11.6??1.2?10?cos8??6868N＜Smin所以输送带垂度张力满足要求。 表2-7输送带与滚筒间的摩擦系数

输送带 滚筒 干 燥 无衬光面滚筒 潮 湿 有 泥 水 干 燥 胶 面 滚 筒 潮 湿 有 泥 水 干 燥 人 字 沟 槽 胶 面 滚 筒

潮 湿 有 泥 水 带 0.25 0.20 0.10 0.40 0.35 — 0.4～0.5 0.30～0.35 0.25 橡胶输送塑料输送带 0.17 0.15 — 0.3 0.25 — — — — 2.5 输送带强度校验

煤矿用阻燃带的安全系数

m?Sd?BSmax

式中： Sd—— 阻燃输送带的拉断强度680Ｎ/mm； B—— 阻燃带宽度1000 mm；

Smax—— 输送带的最大静张力，即Smax?S1?155897N ； 则： m?Sd?B680?1000??4.36 Smax155897所以输送带强度满足要求。

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2.6 电动机功率校验

输送机牵引力

P?Sy?Sl?kl?Sy?Sl?

式中： Sy—— 主动滚筒相遇点张力，Sy=S4?378830N； Sl—— 主动滚筒分离点张力，Sl=S1?155897N；

kl—— 阻力系数，取kl=0.04；

则： P?378830?155897?0.04??378830?155897? ?244322.08 功率： N?P?V 1000?式中： P—— 输送机牵引力（N）； V—— 输送带速度V=1.6ｍ／ｓ；

?—— 传动装置效率取0.83；

则： N?244322.08?1.6?470.98KW

1000?0.83因为电动机应留有15-20﹪的备用系数。

1.2N?1.2?470.98?565.17KW＜570KW 所以所选择的电动机额定功率满足其运输功率的要求。

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3 大巷电机车的选型计算

电机车运输是矿井水平巷道长距离运输的主要方式，它是矿井运输中极为重要的部分。电机车具有良好的性能，它运行速度快，效率高，维护简单，运转可靠，成本低。适用于弯道和支线较多的运输巷道。可以做多种运输工作。

电机车按供电方式的不同可分为架线式和蓄电池式两大类，架线式电机车主要用于非瓦斯矿及一、二级瓦斯矿有新鲜风流的大巷道中。超级瓦斯矿绝对不允许使用，所以只能用蓄电池式电机车。

3.1 电机车及矿车的初选

按照一般的选用经验，因为年产量An?150万吨＞120万吨，可初步选用架线式电机车ZK20?9/550，其技术特征为：机车粘着质量P=20ｔ，轨距L=900㎜，机车长时牵引力Fch=12.75KN，牵引电动机的额定电压V=550V；选用底卸式矿车

MDC5.5?9，其技术特征为：最大装载量G=5ｔ，自重质量G0=300㎏。

3.2 列车组成的计算

一列车应由多少辆矿车组成，要按机车的牵引能力和制动能力计算。牵引能力受粘着力和牵引电机温升条件限制；制动能力是能够在规定的距离内停车。所以列车组成按以下三个条件确定。

表3-1 粘着系数表

工作状态 散砂起动 散砂制动 不散砂制动

ψ值 0.24 0.17 井下巷道：0.09；地面：0.12

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3.2.1按粘着力计算

以机车沿上坡牵引重载列车在起动时车轮不打滑为计算依据。满足粘着力条件机车最多牵引的矿车数：

?P??n??1??'?G?G0??zh?ip?0.11a??

式中： P—— 机车质量，P=20ｔ； G—— 矿车载重的质量，G=5ｔ； G0—— 矿车自重的质量，G0=0.3ｔ； ｎ—— 列车中的矿车数；

?—— 粘着系数，查表3-1按撒砂起动取0.24；

'?zh'—— 重列车起动的阻力系数，查表3-2取?zh=0.0105；

ip—— 轨道的平均坡度，一般为3‰；

a—— 列车起动的加速度，一般取0.04m/s2；

则：

n?200.24?????1??46.7 5?0.3?0.0105?0.003?0.11?0.04?表3-2 列车运行阻力系数 矿车载量 t 1 3 5

3.2.2按牵引电动机温升计算

电机车的牵引电机是按短时重复工作制运行的，电机的发热校验可按每循环的等

列车运行 列车起动 ?zh ?k ??zh ?k? 0.009 0.007 0.006 0.011 0.009 0.007 0.0135 0.0105 0.0165 0.0135 16

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效电流计算。即等效电流值不超过它的长时电流。由于牵引电机正常工作在牵引力特性曲线的直线部分，牵引力与电流成正比，在计算中可以用等值牵引力代替等效电流，使等值牵引力不超过长时牵引力。

按满足牵引电动机温升条件，机车最多牵引的矿车数为：

1n?G?G0??Fch?P???1000????zh?idz?g? ??式中： ｎ—— 列车中的矿车数； G—— 矿车载重的质量，G=5ｔ； G0—— 矿车自重的质量，G0=0.3ｔ；

Fch—— 机车长时牵引力，Fch=12.75KN；

?—— 调车系数，因运距大于2㎞可知取1.15；（运距小于1000m取1.4；运距为1000—2000m取1.25；运距大于2000 m取1.15.）

??TT??

其中： T—— 列车往返一个循环的运行时间， T?tzh?tk （min） tzh—— 重列车运输时间，

tzh?60Lp0.75Vzh?80LpVzh （min）

tk—— 空列车运行时间，

tk?60Lp0.75Vk?80LpVk （min）

Lp—— 加权平均运距，

Lp?L1Q1?L2Q22.5?600?2?750?Q1?Q2600?750?2.22km

Vzh—— 重列车运行速度，取Vzh=17.7km/h；

Vk—— 空列车运行速度，同样取V=17.7km/h；

k0.75—— 考虑列车运行中降速运行区段所乘的系数；

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?—— 机车在往返一个循环的休止时间，取20min；

?zh—— 重列车运行阻力系数，按表选取0.006；

idz—— 等阻坡度取2‰；

g—— 重力加速度取10m/s2； P—— 机车质量，P=20ｔ；

则： T?tzh?tk?2?80?2.22?20min

17.7

??201?20?202

????112.75?103n????20??70

5?0.3?1?1000?1.15??0.006?0.002?10????2??3.2.3按制动条件计算

《煤矿安全规程》规定：列车制动距离，运送物料时不得超过40m，运送人员时不得超过20m。

计算时按最不利的条件，即按重列车沿下坡运行且列车开始制动时的速度等于长时速度，为使列车能在规定的距离内停车，列车应有的减速度：

Vs2 b?

2Lshi式中： Vs—— 制动开始时的运行速度，Vch?17.7km/h?4.9m/s； Lshi—— 实际制动距离，按运送物料40m计算；

Vs24.92则： b???0.3m/s2

2Lshi2?40满足制动条件列车中最多矿车数为：

?P??n??1???G?G0?0.11b???izhp??

式中： P—— 机车质量，P=20ｔ；

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G—— 矿车载重的质量，G=5ｔ； G0—— 矿车自重的质量，G0=0.3ｔ； ?—— 粘着系数，按撒砂制动取0.17；

b—— 列车能在规定的距离内停车应有的减速度；

?zh—— 重列车运行阻力系数，按表选取0.006；

ip则： n?—— 轨道平均坡度，一般为3‰；

200.17?????1??18 5?0.3?0.11?0.3?0.006?0.003?3.2.4列车组成的确定

列车组成应按同时满足上述三个条件来确定，即按其中最少的矿车数来确定。所以该列车应该由18辆矿车组成。

3.3 电动机台数的计算

3.3.1一台机车在一个工作班内能往返运行的次数

60Tb （次/班） T?? Z1? 式中： Tb—— 一个班内的运输工作时间，运送人员取Tb=7.5小时； T—— 列车往返一个循环的运行时间，

可知 T?tzh?tk?2?80?2.22?20min

17.7?—— 机车在往返一个循环的休止时间，取20min；

则： Z1?60?7.5?11 （次/班）

20?20

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3.3.2每班运煤所需列车数

k1?k2?AbnG

Zb?式中： Ab—— 每班运煤量，

Ab?Q1?Q2?600?750?1350t

k1—— 运输不均衡系数，取k=1.25；

1k2—— 矸石系数，k2?1?0.12?1.12； ｎ——车组中的矿车数；

G—— 矿车载重的质量，G=5ｔ； 则： Zb?1.25?1.12?1350?21（次/班）

18?53.3.3每班运送总次数

运人时，每一运输大巷按一次计算。该矿井为两翼开采，所以Zr?2 Zc?Zb?Zr?21?2?23 （次/班） 3.3.4工作机车台数

N?Zc23??2 台 Z1113.3.5备用与检修台数

通过查阅资料1

N0?N?N'?2?1?3 台

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4 主井提升设备选型计算

4.1 箕斗的选择

已知下列基本参数： 矿井年产量： An?1.5?106t 矿井深度： Hs?350m 矿井年工作日：bn?300天 矿井日工作小时数：tr?14h 装载高度：Hz?18m 卸载高度：Hx?20m 散集容积质量：??950kg/m3 4.1.1确定合理的经济速度Vm

Vm=0.4H =0.4Hz?Hs?Hx 式中: H——提升高度(m); Hz——装载高度(m),Hz=18m; Hs——矿井深度(m), Hs=350 m; Hx——卸载高度(m), Hx=20m;

则: Vm=0.4H =0.4Hz?Hs?Hx=0.4388=7.87s 4.1.2估算一次提升循环时间Tx'

HVm????? Vma Tx'?式中: a—— 提升加速度,估取a=0.8m/s2;

?——箕斗在卸载曲轨内爬行时间,取?=10s;

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θ——箕斗装载时间(休止时间),取θ=10s; 则: Tx'=

3887.87HVm??10?10?79.13s ++υ+θ=

7.870.8Vma4.1.3确定一次合理提升量Q'

Q'?c'c'fAn3600bntrTx'

式中: c'——提升不均衡系数,取c'=1.15;

c'f——提升能力富裕系数,对多水平提升时应留有为1.2的能力富裕系数; bn——年工作日bn=300天; tr——日工作小时数tr?14h;.

An——矿井年产量An=1.5?106t；

1.15?1.2?1.5?106?79.13?10.83t 则: Q?T?3600?300?143600bntr''xc'c'fAn4.1.4选择标准箕斗

查箕斗规格表,选标准箕斗JDS－16/150×4。其技术特征为： 载重：Q=16t=16000kg； 自重：QZ=15t=15000kg; 全高: Hr=15600mm.

4.2 选择提升钢丝绳

提升钢丝绳是提升系统的重要组成部分，它直接关系到矿井的正常生产和人员的安全，还是提升系统中经常更换的易耗品．在矿井提升中，根据用途，选用合适的钢丝绳，扬长避短，充发挥它们的效能。

选择钢丝绳的类型，首先应按以下原则确定： （1）使用中不松股；

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（2）符合使用场合及条件； （3）符合《煤矿安全规程》的规定。 同时还应考虑以下因素：

（1）在井筒淋水大，水的酸碱度高，以及在出风井中，由于腐蚀严重，应选用镀锌钢丝绳；

（2）在磨损严重条件下使用的钢丝绳，如斜井提升等，应选用外层钢丝尽可能粗的钢丝绳；

（3）弯曲疲劳为主要损坏原因时，应选用接触式或三角股绳；

（4）实践证明，提升钢丝绳用同向捻绳较好，多绳摩擦提升用左右捻各半：单绳缠绕式提升钢丝绳的选用原则是：为防止缠绕时松捻，钢丝绳的捻向应与绳在卷筒上缠绕时的螺旋线方向一致，目前单绳缠绕多为右旋，所以多选右同向捻绳；

（5）罐道绳最好用半密封绳或三角股绳，表面光滑，耐磨损；

（6）用于温度高或有明火的地方．如矸石山等，最好用金属绳芯钢丝绳。 4.2.1单绳端荷重

Q?Qz4

Qd?式中： Q—— 一次提升量，Q=16000 kg；

QZ—— 容器质量，QZ=15000 kg； 则： Qd?Q?Qz16000?15000??7750kg 444.2.2钢丝绳悬垂长度

Hc?Hj?Hs?Hz

式中： Hj—— 井架高度，近似取值Hj=34ｍ； Hs—— 矿井深度，Hs=350m Hz—— 装载高度，Hz=18m 则： Hc?34?350?18?402m

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4.2.3钢丝绳单位长度质量

Pk'?1.1?B?Hcm

Qd' 式中： P； k——钢丝绳单位长度质量（kg/m）

?B——钢丝绳的公称抗拉强度，取?B=160kg/mm2； ｍ——钢丝绳的静力安全系数，查表取ｍ=9.2； 则： Pk'?7750?5.12kg/m

1.1?16000?4029.2按《矿山固定机械》手册表１－5－5推荐，选用6×19―1700―40―特―镀锌―右交叉捻，其技术特征为：

钢丝绳直径：d=40 mm； 绳中最粗钢丝直径：D=2.6 mm；

钢丝绳全部钢丝断裂力总和：QD?1025000N; 每米重:p=57.17N/m。 4.2.4 钢丝绳安全系数校核

QD1025000??10.2＞9.2

Qd?pHc7750?10?57.17?402 m? 所选钢丝绳满足安全要求，合格可用。 4.2.5钢丝绳的使用与维护

使用中的钢丝绳润滑是非常重要的，它关系到钢丝绳的使用寿命及安全运行。润滑的作用归纳有三：

1）保护钢丝不锈蚀；

2）起润滑作用，减少钢丝绳的磨损；

3）防止湿气、水分浸入绳内，并补充绳芯油量。 在使用中要正确地选用润滑油。对润滑油提出以下要求：

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1）粘稠性好，能使油脂紧密粘附在绳上，振动、淋水也甩冲不掉； 2）要有较好的粘温特性，低温时不硬化（龟裂），高温时不流失；

3）防锈和润滑性能要好，不含酸碱性，应有一定的透明度，以便发现磨损及断丝。

4.2.6钢丝绳的检查和试验

提升钢丝绳每天必须以0.3m/s的速度进行详细检查并记录断丝情况。有关断丝和钢丝绳断面缩小的极限要求和换绳要求见《煤矿安全规程》有关规定。

钢丝绳如遭受卡罐或突然停车等猛烈拉伸时必须立即停车检查，遭受冲击拉伸的一段如果长度增长0.5%以上或有明显损伤，应更换新绳。

多绳缠绕时由下层转到上层的一段绳，由于磨损严重，必须加强检查并且每季度移绳四分之一圈。

钢丝绳的检查方法目前大量采用眼睛观察和用手捋绳检查，这不仅劳动条件差而且不能检查绳内部断丝情况，为此国内外已研制出了多种钢丝绳探伤仪器。例如“GXT-1型钢丝绳在线无损探伤仪”，采用漏磁交联放大原理检查钢丝绳内外断丝、磨损、锈蚀；对钢丝绳接头焊点及断面等有一定的定性、定量精度。

新绳在使用前均应进行试验。试验合格的备用钢丝绳必须妥善保管。

使用中的钢丝绳必须定期试验，《煤矿安全规程》规定除摩擦式提升机用钢丝绳和平衡尾绳以及30度以下斜井专为升降物料用的钢丝绳外，提升钢丝绳在使用过程中要定期作剁绳头试验。

升降人员或升降人员和物料的钢丝绳自悬挂之日起每隔6个月试验1次，升降物料用的钢丝绳，自悬挂时起经过1年以后进行第一次试验，以后每隔6个月试验1次。钢丝绳的试验应严格遵守《煤矿安全规程》。

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4.3 选择提升机和天轮

4.3.1提升机卷筒直径D

〈〈规程〉〉规定：井上提升滚筒围包角大于90度的天轮，最小直径与钢丝绳直径之比不得小于80；立井天轮与钢丝绳二者直径比不得小于1200。

则： D?80d?80?40?3200mm

D?1200??1200?2.6?3120mm

据此选用2JK?3.5/11.5提升机，其技术特征为： 卷筒直径D=3.5m； 卷筒宽度B=1.7m；

许用最大静张力Fjm?170KN； 最大静张力差Fjc?115KN； 变位重量Gj?297KN；

减速器最大输出动扭矩Mnm?300KN?m； 两卷筒间隙a?140mm； 两卷筒中心距S?1870mm。 4.3.2实际需要卷筒的容绳宽度

?H?30??388?30?B'???3??d?3????3???40?3??1635mm

??D??3.14?3.5?由于B＞B，因而要考虑多层缠绕 4.3.3计算实际缠绕层数

'nc?1??H?30?1??388?30????3?4d?????3?4?40?3????????1700??3.14?3.5? B??????D?????1.14所以缠绕两层，根据《煤矿安全规程》箕斗提升许可缠绕两层，因而卷筒宽度可满足该矿井使用要求。

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4.3.4钢丝绳实际最大静张力的校验

Fjm??Q?Qz?g?pH??16000?15000??10?57.17?388

44 ?99681.96N＜170000N 4.3.5钢丝绳实际最大静张力差的校验

Q160000?pH??57.17?388 44Fjc??62181.96N＜115000N

由以上钢丝绳实际最大静张力和最大静张力差的校验可知所选提升机强度满足要求。

4.3.6天轮的选择

Dt?80d?80?40?3200mm Dt?1200??1200?2.6?3120mm 据此可选用井上TSH3500型固定天轮。其技术特征为： 23.5天轮直径Dt=3.5m； 变位重量Gt?11330N。

4.4 提升机与井筒相对位置的计算

4.4.1确定井架高度

根据《煤矿安全规程》第373条规定，考虑实际提升速度低于8m/ｓ取过卷高度

Hg?8m。

Hj?Hx?Hr?Hg?0.75?38.76m

Dt3.5?20?9.45?8?0.75?22

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确定Hj?39m

4.4.2计算卷筒中心至井筒中钢丝绳间的水平距离

Ls?0.6Hj?3.5?D?0.6?39?3.5?3.5?30.4m

确定Ls?31m 4.4.3计算钢丝绳弦长

提升机卷筒中心与机房地平高差0.7m，机房地平与井筒高差0.5m，所以取

l0?1.2m

则 Lx??Hj?C0?2D????Ls???2??23.5?31??39?1.2?????

2??22=47.8m

因为Lx＜60m 故不会引起绳弦强烈跳动，钢丝绳弦长合理。 4.4.4钢丝绳最大外偏角

s?a1870?140?3?d???1700??3??40?3?22?arctg Lx47.8?1000?'B??1?arctg =0.847?＜130 4.4.5钢丝绳最大内偏角

S?a1870?1402?2?arctg2?arctg 3Lx47.8?10 ?1?04'＜130

?'

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4.4.6钢丝绳下出绳角

Hj?C0D?Dt??arctg?arcsin

Dt2LxLs?2 ?arctg39?1.23.5?3.5 ?arcsin3.52?47.831?2 ?56.46?＞15?

所以钢丝绳下出绳角合格。

4.5 预选提升电动机

4.5.1确定电机额定转数

60iVm60?11.5?88??552r/min?D3.14?3.5

ne?考虑到箕斗容积选用较大，故预定同步转数 nt?500r/min 有nt可估定额定转速ne?492r/min； 4.5.2预选电动机功率

实际提升速度Vm??Dn60i?3.14?3.5?492?7.84m/s

60?11.5则电动机功率； Pe?kQVm?

1000?j 式中：k——矿井阻力系数，箕斗提升时k=1.15；

?j——减速器传动效率，

?j=0.85；

?——动力系数，取?=1.2； 则： Pe?1.15?16000?10?7.84?1.2?2000KW

1000?0.8529

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根据以上计算，选择YR?2000?12/1730绕线型异步电动机其技术特征如下： 额定功率Pe?2000KW； 额定转速ne?495r/min； 电动机效率?d?0.92； 过载能力??2.06;

飞轮惯量GD2?52560N?m2 4.5.3电动机额定拖动力

Fe?

1000Pe?jVm?1000?2000?0.85?216836.73N7.84

4.6 提升系统总变位质量

提升系统有多个运动部件组成，为便于计算系统总的惯性力，必须将各部件的质量变位到共同的基点上，例如卷筒表面缠绕圆周上，该处的线速度为提升容器的线速度。

质量的变位原则是保持变位前后的动能相等。系统变位质量的总和称为提升系统的总变位质量，用?m表示。 4.6.1电动机转子变位质量

22GD2?i?52560?11.5?md?????????57842kg

g?D?9.8?3.5?4.6.2提升机变位质量

mj?Gjg?297000?30280kg 9.8

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4.6.3天轮变位质量

2Gt2?11330??2310kg g9.8mt?4.6.4钢丝绳变位质量

2p?Hc?Lx?30?3?D?4?D? g2?57.17??402?47.8?30?7?3.14?3.5? 9.8ms?? ?6495kg 4.6.5容器变位质量

mr?2Qz2?150000??30581kg g9.84.6.6载荷变位质量

Q160000??16310kg g9.8mg?则： ?m?md?mj?mt?ms?mr?mg

?57842?30280?2310?6495?30581?16310 ?143818kg

4.7 运动学参数计算

4.7.1主加速度a1的确定

按电动机过负荷能力

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a1??0.75?Fe??kQ?pH??m0.75?2.06?216837??1.15?160000?57.17?388?

143818?0.82m/s2按减速器允许最大输出动扭矩，为了减轻动荷载，提高机械部分和电动机运行的可靠性，a1取值应留有余地。故本设计取a1=0.8m/s2. 4.7.2减速度a3的确定

按自由滑行方式确定的减速度

a3??kQ?pH?m1.15?160000?57.17?388

143818?1.12m/s24.7.3运动学参数计算

V021.52初加速度： a0???0.48m/s2

2hx2?2.35式中： V0——箕斗脱离卸载曲轨时的速度（m/s）； hx——卸载曲轨长度，hx=2.35m； 初加速时间： t0?主加速时间： t1?主加速行程： h1?V01.5??3.12s a00.48Vm?V07.84?1.5??7.93s a10.8Vm?V07.84?1.5t1??7.93?37m 22减速时间： t3?减速行程： h3?Vm?V47.84?0.5??6.55s a31.12Vm?V47.84?0.5t3??6.55?27.31m 22

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爬行时间： t4?h43??6s V40.5 式中： h4——爬行距离，取h4=3m； V4——爬行速度，V4=0.5m/s；

等速行程： h2?H?hx?h1?h3?h4?388?2.35?37?27.31?3 ?318.34m 等速时间： t2?h2318.34??40.60s Vm7.84一次提升循环时间 Tx?t0?t1?t2?t3?t4??

?3.12?7.93?40.60?6.55?6?16

?80.20s式中: ?——休止时间，具体所装的材料不同，休止时间不同查表取

?=16s

1.7.4提升能力校验 实际年提升能力：

An?3600bntrQCTx

3600?300?14?16?262.30万吨/年

1.15?80.20?104 ?

4.8动力学参数计算

初加速开始: F0'?kQ?pH??ma0

?1.15?160000?57.17?388?143818?0.48

?275214N

初加速终了： F0\?F0'?2phx

?275214?2?57.17?2.35 ?274945.9N

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'\主加速开始： F1?F0??m?a1?a0? ?274945.9?143818??0.8?0.48?

?320967.6N 主加速终了： F1\?F1'?2ph1

?320967.6?2?57.17?37 ?316740.94N 等速开始： F2'?F1\??ma1

?316740.94?143818?0.8

?201686.54N 等速终了： F2\?F2'?2ph2

?201686.54?2?57.17?318.34 ?165287.54N

减速阶段由于采用机械制动方式,电动机已断电，故不计入。 爬行开始： F4'?kQ?p?H?2h4?

?1.15?160000?57.17??388?2?3? ?162161.06N 爬行终了： F4\?kQ?pH

?1.15?160000?57.17?388 ?161818.04N

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4.9 电动机容量校验

4.9.1等效时间的计算

11?t0?t1?t3?t4??t2??2?

Td?11 ???3.12?7.93?6.55?6??40.60??16

23 ?57.7s

4.9.2等效力的计算

F0'2?F0\F1'2?F1\F2'2?F2'?F2\?F2\F4'2?F4\Fdt?t0?t1?t2?t42232

2

?T0

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2753002?27500023211002?3168002?3.12??7.93? ?222017002?201700?165300?16530021621002?1618002?40.60??6

32?2.68?1012

Fd??T0F2dtTd?2.68?1012?215516N

57.74.9.3电动机等效功率的计算

Pd?FdVm215516?7.84 ?1000?j1000?0.85?1987.8KW＜2000KW

4.9.4工作过负荷校验

Fm?0.75?Fe

式中：Fm——力图中最大拖动力，Fm=331200N 则：

Fm321100??1.48?0.75?2.06?1.545 Fe216836.734.9.5特殊过负荷校验

Ft?0.9?Fe

式中：Ft——调节绳长时特殊提升力，取动力系数??1.1 则Ft???Qz?pH??1.1??150000?57.17?388??189400N 因此：

Ft189400??0.87?0.9?2.06?1.854 Fe216836.73从以上校验结果可知所选电动机可用。

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结束语

这次毕业设计是一次综合性的练兵设计，是对我们三年来所学知识的一次检验，在设计中既巩固了所学的知识，又为走向工作岗位奠定了良好的基础。因此，我们必须认真、谨慎、踏实地完成设计。从而给我们的三年大学生活画上一个圆满的句号。

本次设计综合三年所学的专业课程，以《设计任务书》的指导思想为中心，参照有关资料，有计划、有头绪、有逻辑地把这次设计搞好。

该设计力求内容精练，重点突出。在整个设计过程中，辅导老师闫永红老师给予我许多指导与帮助，在此，我表示衷心的感激。

由于时间仓促，再加上所学知识有限，设计中，难免出现错误或不当之处，恳请各位教师给予一定的批评建议，我非常感激，并诚恳地接受，以便将来在不断的商讨和探索中，有更好的改进！以便在今后的人生道路上，不断完善，不断成熟！

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参考文献

[1]于学谦等，《矿山运输设备》，中国矿业大学出版社，1988年 [2]洪致育、林良明主编，连续输送机。北京：机械工业出版社，1980 [3]梁庚煌等主编，运输机械手册，北京：化学工业出版社，1983 [4]张国柱、方佳雨编，综采输送机，北京：煤炭工业出版社，1986

[5]杨复兴编译，胶带输送机构原理与计算。北京：煤炭工业出版社，1983 [6]能源部：《煤矿安全规程》，北京，煤炭工业出版社，1992年。

[7]王志勇等：《煤矿专用设备设计计算》，北京，煤炭工业出版社，1984年 [8]北京煤炭设计研究院：《煤炭专用设备图册》，第四版，1990年 [9]李仪钰：《矿井提升运输机械》，北京，冶金工业出版社，1989年 [10]严万生等：《矿井固定机械手册》，北京，煤炭工业出版社，1986.5 [11]《固定机械与运输》 中国矿业大学出版社，1985年

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河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文）

致 谢

本设计从拟定题目到完工，历时数周。在本设计完成之际，首先要向我的指导老师闫永红致以诚挚的谢意。在设计的过程中，闫老师给了我许许多多的帮助和关怀。

张老师和王老师学识渊博、治学严谨、平易近人，在闫老师的耐心指导下，我不仅学到了扎实的专业知识，也在为人处事等方面受益匪浅；同时他对工作积极热情、认真负责、有条不紊、实事求是的态度，给我留下了深刻的印象，使我受益颇深。在此我谨向闫老师表示衷心的感谢和深深的敬意。

同时，我要感谢我们学院给我们授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了如何求学治学、如何为人处事。我也要感谢我的母校阳泉职业技术学院，是她提供了良好的学习和生活环境，让我的大学生活丰富多彩，为我的人生留下精彩的一笔。

另外，衷心感谢我的学友和朋友，在我毕业设计的过程中，与他们的探讨交流使我受益颇深；同时，他们也给了我很多无私的帮助和支持，我在此深表谢意。

最后，向我亲爱的家人和朋友表示深深的谢意，他们给予我的爱、理解、关心和支持是我不断前进的动力。 学无止境。明天，将是我终身学习另一天的开始。

这次设计时间紧，任务重，加上我们能力有限以及缺乏经验，故缺点、错误在所难免，敬请各位老师批评指导，借以提高我们的设计能力，适应矿井机械化的需要。

谢谢

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河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文）

致 谢

本设计从拟定题目到完工，历时数周。在本设计完成之际，首先要向我的指导老师闫永红致以诚挚的谢意。在设计的过程中，闫老师给了我许许多多的帮助和关怀。

张老师和王老师学识渊博、治学严谨、平易近人，在闫老师的耐心指导下，我不仅学到了扎实的专业知识，也在为人处事等方面受益匪浅；同时他对工作积极热情、认真负责、有条不紊、实事求是的态度，给我留下了深刻的印象，使我受益颇深。在此我谨向闫老师表示衷心的感谢和深深的敬意。

同时，我要感谢我们学院给我们授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了如何求学治学、如何为人处事。我也要感谢我的母校阳泉职业技术学院，是她提供了良好的学习和生活环境，让我的大学生活丰富多彩，为我的人生留下精彩的一笔。

另外，衷心感谢我的学友和朋友，在我毕业设计的过程中，与他们的探讨交流使我受益颇深；同时，他们也给了我很多无私的帮助和支持，我在此深表谢意。

最后，向我亲爱的家人和朋友表示深深的谢意，他们给予我的爱、理解、关心和支持是我不断前进的动力。 学无止境。明天，将是我终身学习另一天的开始。

这次设计时间紧，任务重，加上我们能力有限以及缺乏经验，故缺点、错误在所难免，敬请各位老师批评指导，借以提高我们的设计能力，适应矿井机械化的需要。

谢谢

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