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马达齿轮A3.dwg

牵引绞车设计【机+电】【8张图纸】【优秀】

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马达齿轮A3.dwg---(点击预览)

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行星齿轮A2.dwg---(点击预览)

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自动刹车装置A1.dwg

行星齿轮A2.dwg

装配图A0.dwg

马达齿轮A3.dwg

1 绪论2

2 绞车的选型计算与设计5

2.1设计参数5

2.2绞车钢丝绳的布局5

2.3选择钢丝绳5

2.3.1每米钢丝绳质量的计算5

2.3.2验算钢丝绳的安全系数7

2.4绞车的选择和计算主轴的结构尺寸7

2.4.1预选绞车滚筒的直径8

2.4.2绞车的最大静张力及最大静张力差的计算8

2.4.3绞车结构的设计9

2.5主轴承的选择15

2.6滑轮组的设计15

2.6.1滑轮主要尺寸15

2.6.2滑轮强度验算16

2.6.3滑轮组设计17

2.7预选绞车使用的电动机18

2.8设计的验算计算18

3总体方案设计19

3.1绞车的控制要求19

3.2绞车房的布局20

3.3根据减速器选择的不同，绞车的布局也会不同20

4 减速器的选用20

4.1减速器20

4.1.1总传动比及传动比分配21

4.1.2传动装置的运动参数计算21

4.2齿轮传动设计23

5 联轴器和制动器的选型29

5.1电动机与减速器的输入轴处的联轴器29

N工作转速，r/min29

5.2绞车电动机的电磁制动器30

5.3盘形制动器的选型31

5.3.1正压力31

5.3.2最大工作油压32

5.3.3盘形制动器选型结果及其参数32

5.4液压站的设计33

5.4.1液压站的组成33

5.4.2液压站的结构33

5.4.3液压站的工作原理34

5.4.4电液调压装置的作用34

5.4.5液压站元件的选型和计算34

6 深度指示器的选型42

6.1绞车的深度指示器的用途42

6.2绞车用深度指示器类型42

7 PLC控制系统的设计43

7.1可编程序控制器(PLC)的特点及应用43

7.2 PLC的选型45

7.2.1牵引绞车系统的工作情况45

7.2.2系统配置45

7.2.3系统控制图47

7.2.4I/O接线图和I/O分配表47

7.2.5 编码器的选型49

7.2.6参数脉冲化的计算50

7.2.7电气接线52

7.2.8操作台的设计52

7.2.9程序设计53

7.2.10提高系统可靠性的措施54

8 结论54

参考文献56

附录158

附录261

致　　谢68

1 绪论

　　　本系统设计的目的是对缆车式活动泵房的牵引绞车的控制系统的改进，利用PLC技术使其控制系统工作稳定可靠，并且易于维修。本设计的意义是使用软件实现复杂的硬件电气的功能。

　　　对于绞车及其控制系统的发展如下：

　　　国内有移动组合式全数字变频防爆绞车控制系统，对于变频调速技术和PLC控制技术已经非常成熟，但还没有将变频调速技术和PLC 控制技术同时应用于井下防爆绞车控制的报道。究其原因：

　　　一、现有的国内外生产的变频器大多不适应我国煤矿井下生产所用660V电压等级；

　　　二、现有的变频器和PLC控制器均不防爆，不能满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井井下工况的要求；

　　　三、国内外生产的隔爆变频器普遍采用油浸或水冷散热方式，体积庞大、价格高、不便于安装和现场维护；

　　　四、没有适用于井下提升机的变频器控制的应用软件和PLC控制应用软件。移动组合式全数字四象限变频防爆绞车控制系统较好地解决了以上的问题。

　　　在国外，钻机制造商德国Wirth公司、Bentec公司以及美国Varco公司拥有先进的绞车控制技术、电动机四象限传动技术以及电子(自动) 司钻控制技术。这些绞车控制系统能根据钻压、机械钻速、转盘转速和扭矩等参数控制钻井钢丝绳的连续递送以保持稳定的钻井状态，进而大大提高钻井效率。如：

一、德国Wirth公司齿轮传动绞车

　　　德国Wirth公司新一代齿轮传动绞车采用四象限控制技术，配有2台或3台直流或交流电动机，能平稳地减速和停止下降或上升的载荷，在不超过设备使用限制的情况下，直流和交流电动机都能运用再生制动技术，制动能量大部分回馈给电网。绞车控制系统通过控制电动机四象限传动，使能量在一个起下钻作业中按4个不同传动阶段分配。

　　　绞车的控制系统是通过一个30～60kW的交流电动机来实现其它的辅助驱动。在钻井过程中，自动化司钻控制电动机实现恒钻压自动送钻，保持设定的参数，使钻井工具的寿命得以大大增长。另外，在主电动机失效时，还可做为应急装置，将井中钻具提起。

　　　绞车控制系统还包括一套智能防碰系统(ACS)，用来优化游车上下运行过程中的安全和效率，它监控绞车独立的3个刹车系统。系统提供了整个提升系统动能的参数分析，并考虑了包括系统制动能力、钩载、游车的速度和位置等参数，在位于司钻控制室的ACS系统终端设定系统的上、下限位。

　　　两个PLC上独立计算大钩的位置、速度和制动距离。根据控制系统的运算法则，并考虑到系统的动能和绞车的刹车系统能力，两个PLC能独立启用再生制动、涡流刹车或盘式刹车。大钩位置、载荷和所需要的制动距离等参数持续地由两个微处理器检测和比较，任何差异都认为是ACS系统失效。电动机再生制动、涡流刹车和盘刹紧急制动将被激活，使载荷制动停止。

QQ截图20131128142607.gif

牵引绞车设计.gif

内容简介：: 无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目牵引绞车设计 2、专题二、课题来源及选题依据课题来源于生产实际。牵引绞车主要用于矿井井下及地面装载站调度编组矿车、中间巷道，户拖运矿车及完成其它辅助搬运工作，在斜巷提升、井口装罐及作翻车机动力等方面也得到了广泛的应用。为了适应经常迁移和在狭小范围条件下工作，牵引绞车应结构紧凑、轻便。为使矿车移动平稳并能准确地停车，牵引绞车的工作速度不应太高。三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 1.通过该设计使学生熟悉机械设计的一般思路。 2.使学生掌握机械设计的方法和技巧。 3. 通过设计巩固机械制图、金属材料、机械设计基础等课程的知识。 4.完成主要部件的参数计算。 5.完成标准件的选用。 6.完成零、部件图8张以上。 7.完成牵引绞车总装图1张。 8.撰写毕业说明书一份。计算正确完整，文字简洁通顺，书写整齐清晰。论文中所引用的公式和数据应注明出处。论文字数不少于1.5万字。四、接受任务学生：机械92 班姓名邵亚霜五、开始及完成日期：自2012年11月12日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长研究所所长签名系主任签名2012年11月12日II无无锡锡太太湖湖学学院院 1313 届届毕毕业业作作业业周周次次进进度度计计划划、检检查查落落实实表表系别：信机系班级：机械92 学生姓名：邵亚霜课题（设计）名称:牵引绞车设计开始日期:2012.11.12周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法指导教师意见并签字备注12012年11月12日2012年11月18日接受老师下达的毕业设计任务书，收集相关资料。初步明确了设计的任务，收集所需要的资料。通过跟导师的交流和沟通，增加了对课题的了解22012年11月19日2012年11月25日收集绞车的资料，对绞车有一个初步的了解网上搜索绞车的资料通过网上搜索来了解绞车的结构。32012年11月26日2012年12月02日撰写开题报告。根据相关资料熟悉绞车的具体结构，为毕设做好前期工作需要反复查阅资料，工作量大，可以克服4102012年12月03日2013年01月20日指导专业实训对学生指导专业实训专业实训涉及内容指导老师须讲解、解惑11122013年01月21日2013年03月01日指导毕业实习对学生指导毕业实习实习涉及内容指导老师须讲解132013年03月04日2013年03月10日收集资料，深入了解课题对学生进行补充讲解有关毕业设计涉及内容指导老师须讲解142013年03月11日2013年03月17日收集资料，进一步了解课题指导老师为学生解疑，进一步指导和导师积极交流，寻找方法152013年03月18日2013年03月24日熟悉整个绞车的结构及设计参数根据现有资料，熟悉整个绞车的结构及设计参数，为下面的工作做充分准备绞车结构复杂，设计参数多，需要耐心研究162013年03月25日2013年03月31日收集电机相关资料根据绞车需要，确定电机的类型查阅电机资料，研究其特性172013年04月01日2013年04月07日绘制草图完成绞车的总体结构的设计草图绘制草图时要综合考虑多方面因素182013年04月08日2013年04月14日具体设计根据设计参数和检测要求，完成相关计算（主要包括电机功率计算及选型、齿轮的计算、滚珠丝杠相关的计算等等）这一阶段需要计算的量较大，工作繁重；具体选型方面，需查阅各方面资料，任务重192013年04月15日2013年04月21日装配图的绘制继续上一阶段工作，并根据计算结果确定绞车结构尺寸，完成部分总装图这一段时期的任务比较烦重，是整个设计的重中之重，需要格外细心202013年04月22日2013年04月28日装配图的绘制继续上一阶段工作，并根据计算结果确定绞车结构尺寸，完成部分总装图这一段时期的任务比较烦重，是整个设计的重中之重，需要格外细心周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法指导教师意见并签字备注212013年04月29日2013年05月05日零件图的绘制完成装配图和重要零部件的部件图或零件图绘制总装图及零件图222013年05月06日2013年05月12日零件图的绘制和控制部分的初步设计完成装配图和重要零部件的部件图或零件图绘制总装图及零件图232013年05月13日2013年05月19日整理说明书整理设计说明书反复检查以前工作中的纰漏，并做修改242013年05月20日2013年05月25日整理资料，准备答辩整理相关资料，完成设计说明书。准备答辩。针对答辩充分准备说明： 1、“工作计划、进度”、“指导教师意见并签字”由指导教师填写，“每周主要完成内容”，“存在问题、改进方法”由学生填写。 2、本表由各系妥善归档，保存备查。编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目：牵引绞车设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923065学生姓名：邵亚霜指导教师：高汉华（职称：副教授）（职称：）2013年5月 25日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）牵引绞车设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：机械92 学号： 0923065 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目：牵引绞车设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923065 学生姓名：邵亚霜指导教师：高汉华（职称：副教授）（职称：） 2012年11月14日课题来源生产生活实际科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）（1）课题科学意义由于调度绞车体积小重量轻，搬运方便，牵引力大，使用灵活，性能可靠性高，在煤矿得到了广泛使用。同时随着大中型矿井的增多，煤炭产量的提高和大型综采设备的使用，要求矿用小绞车在工作能力、工作效率、节能、使用寿命方面得到应有的改进，尽快克服目前调度绞车牵引力小，并要求具有“一机多用”的功能，以简化矿用小绞车设备的生产、管理及维护，减少投资费用。调度绞车多年来国内一直具有较高的需求量, 平均每年需求各种不同规格的绞车数万台, 因此, 改进质量降低成本、研制一种具有结构紧凑、刚性好、传动效率高、安装移动方便、启动平稳、操作灵活、制动可靠、故障率低、噪音低的调度绞车具有重要意义。（2）调度绞车的研究状况及其发展前景1. 品种：国外矿用小绞车规格比较多，适用不同场合，我国矿用小绞车的规格少，品种型号多而乱，也较繁杂，没有统一标准1。2 .型式：从工作机构上分，国外有单筒、双筒及摩擦式三种，我国只有单筒一种型式。从原动力上分，国外有电动的、风动的及液压驱动，我国只有电动的和少量风动的1。3. 结构：我国及国外的调度绞车大多数采用行星齿轮传动，其传动系统、结构简单、使用维修方便。但行星齿轮传动只有在载荷分配均匀情况下才能充分发挥传动比大、结构紧凑、效率高、承载能力大、传动平稳等优点。在行星齿轮传动设计中均载机构是必不可少的。均载机构能补偿不可避免的制造误差,使各行星齿轮均匀分担载荷,功率均匀分流,降低载荷不均匀系数,从而提高承载能力。降低噪声,提高平稳性和可靠性,降低齿轮的制造精度。苏联的产品体积比我国同等规格的产品要小。例如苏联规定，国家标准规定的调度绞车的轴向尺寸不大于lm，而我国现有的牵引力1000N以上的产品轴向尺寸均远远大于1m以上1。4 .产品性能：主要寿命、噪音、可靠性等综合指标与苏联有差距。苏联矿用小绞车使用寿命规定在5年以上，我国目前不具备测试手段寿命无法考核，但从对用户的访问中得知，寿命达不到5年，噪音也稍大1。5. 三化水平：虽然我国矿用小绞车参数系列水平优于国外，但在标准化和通用化方面远不如发达采煤机械制造国。苏联把调度绞车运输绞车等统一为一个标准中，主机相同。只是制造和操作部分有所区别，而我国既使是同一规格产品，不同厂家生产的其结构各不相同，零件无通用之处，给使用和选型造成不便1。研究内容此设计进行了调度绞车的方案设计，并进行了比较分析，对其结构和主要部件经行了设计及强度校核。并对绞车的控制电路进行了设计。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 1、零件的分析，其中包括零件的功用分析和零件的工艺分析。 2、零件工艺规程设计，其中包括确定毛坯的制造形式、定位基准的选择、拟定零件加工的工艺路线、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定、确定切削用量及基本工时。3、实验完全以数据为依据进行的实验分析，行之有效，对于整套设计有完整的设计思路，具体的设计计算完全可以通过查表或者公式书籍可以获得，完全有可行性。研究计划及预期成果研究计划：2012年11月12日-2012年12月25日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书。2013年1月11日-2013年3月5日：填写毕业实习报告。2013年3月8日-2013年3月14日：按照要求修改毕业设计开题报告。2013年3月15日-2013年3月21日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。2013年3月22日-2013年4月11日：零件工艺，主要部件的参数计算及装配图草图。2013年4月12日-2013年4月25日：装配图，零件图绘制。2013年4月26日-2013年5月21日：毕业论文撰写和修改工作。预期成果：1通过该设计熟悉零件加工工艺设计的一般思路。2掌握一般零件加工工艺设计的方法和技巧。3通过设计巩固机械制图、金属材料、机械设计基础、机械制造工艺等课程的知识。4完成绞车零件工艺设计、主要部件的参数计算及标准件的选用。5完成卷筒零件图1张。6完成绞车零件图5张。7完成绞车总装图2张。8撰写毕业说明书一份。特色或创新之处使用AUTOCAD，绘图方便快捷，方便改变参量，能够直接观察成形的箱体。可以采用三维造型软件或加工仿真软件将其进行三维造型并进行相应的加工仿真。已具备的条件和尚需解决的问题实验方案思路已经非常明确，已经具备机械制图、机械原理、机械设计、金属材料等方面的知识。将所学理论知识相结合和融会贯通的能力尚需加强，和对实际问题的分析能力有待提高。指导教师意见指导教师签名：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日牵引绞车设计第68页目录1 绪论22 绞车的选型计算与设计52.1设计参数52.2绞车钢丝绳的布局52.3选择钢丝绳52.3.1每米钢丝绳质量的计算52.3.2验算钢丝绳的安全系数72.4绞车的选择和计算主轴的结构尺寸72.4.1预选绞车滚筒的直径82.4.2绞车的最大静张力及最大静张力差的计算82.4.3绞车结构的设计92.5主轴承的选择152.6滑轮组的设计152.6.1滑轮主要尺寸152.6.2滑轮强度验算162.6.3滑轮组设计172.7预选绞车使用的电动机182.8设计的验算计算183总体方案设计193.1绞车的控制要求193.2绞车房的布局203.3根据减速器选择的不同，绞车的布局也会不同204 减速器的选用204.1减速器204.1.1总传动比及传动比分配214.1.2传动装置的运动参数计算214.2齿轮传动设计235 联轴器和制动器的选型295.1电动机与减速器的输入轴处的联轴器29N工作转速，r/min295.2绞车电动机的电磁制动器305.3盘形制动器的选型315.3.1正压力315.3.2最大工作油压325.3.3盘形制动器选型结果及其参数325.4液压站的设计335.4.1液压站的组成335.4.2液压站的结构335.4.3液压站的工作原理345.4.4电液调压装置的作用345.4.5液压站元件的选型和计算346 深度指示器的选型426.1绞车的深度指示器的用途426.2绞车用深度指示器类型427 PLC控制系统的设计437.1可编程序控制器(PLC)的特点及应用437.2 PLC的选型457.2.1牵引绞车系统的工作情况457.2.2系统配置457.2.3系统控制图477.2.4I/O接线图和I/O分配表477.2.5 编码器的选型497.2.6参数脉冲化的计算507.2.7电气接线527.2.8操作台的设计527.2.9程序设计537.2.10提高系统可靠性的措施548 结论54参考文献56附录158附录261致谢681 绪论本系统设计的目的是对缆车式活动泵房的牵引绞车的控制系统的改进，利用PLC技术使其控制系统工作稳定可靠，并且易于维修。本设计的意义是使用软件实现复杂的硬件电气的功能。对于绞车及其控制系统的发展如下：国内有移动组合式全数字变频防爆绞车控制系统，对于变频调速技术和PLC控制技术已经非常成熟，但还没有将变频调速技术和PLC 控制技术同时应用于井下防爆绞车控制的报道。究其原因：一、现有的国内外生产的变频器大多不适应我国煤矿井下生产所用660V电压等级；二、现有的变频器和PLC控制器均不防爆，不能满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井井下工况的要求；三、国内外生产的隔爆变频器普遍采用油浸或水冷散热方式，体积庞大、价格高、不便于安装和现场维护；四、没有适用于井下提升机的变频器控制的应用软件和PLC控制应用软件。移动组合式全数字四象限变频防爆绞车控制系统较好地解决了以上的问题。在国外，钻机制造商德国Wirth公司、Bentec公司以及美国Varco公司拥有先进的绞车控制技术、电动机四象限传动技术以及电子(自动) 司钻控制技术。这些绞车控制系统能根据钻压、机械钻速、转盘转速和扭矩等参数控制钻井钢丝绳的连续递送以保持稳定的钻井状态，进而大大提高钻井效率。如：一、德国Wirth公司齿轮传动绞车德国Wirth公司新一代齿轮传动绞车采用四象限控制技术，配有2台或3台直流或交流电动机，能平稳地减速和停止下降或上升的载荷，在不超过设备使用限制的情况下，直流和交流电动机都能运用再生制动技术，制动能量大部分回馈给电网。绞车控制系统通过控制电动机四象限传动，使能量在一个起下钻作业中按4个不同传动阶段分配。绞车的控制系统是通过一个3060kW的交流电动机来实现其它的辅助驱动。在钻井过程中，自动化司钻控制电动机实现恒钻压自动送钻，保持设定的参数，使钻井工具的寿命得以大大增长。另外，在主电动机失效时，还可做为应急装置，将井中钻具提起。绞车控制系统还包括一套智能防碰系统(ACS)，用来优化游车上下运行过程中的安全和效率，它监控绞车独立的3个刹车系统。系统提供了整个提升系统动能的参数分析，并考虑了包括系统制动能力、钩载、游车的速度和位置等参数，在位于司钻控制室的ACS系统终端设定系统的上、下限位。两个PLC上独立计算大钩的位置、速度和制动距离。根据控制系统的运算法则，并考虑到系统的动能和绞车的刹车系统能力，两个PLC能独立启用再生制动、涡流刹车或盘式刹车。大钩位置、载荷和所需要的制动距离等参数持续地由两个微处理器检测和比较，任何差异都认为是ACS系统失效。电动机再生制动、涡流刹车和盘刹紧急制动将被激活，使载荷制动停止。二、 Bentec公司绞车德国Bentec公司已成功地将四象限传动用于其链传动钻机上，将电动机用于刹车，并将能量回馈。盘式刹车只用于驻车或紧急制动。绞车遥控操作，游车可以准确定位。自动送钻速度从10 m/ h到150 m/ h 。三、美国Varco公司单轴绞车美国Varco公司最新一代单轴ADS 10绞车，充分利用了交流变频的控制技术，可不使用摩擦离合器而使用电动机再生制动来保持负荷。高性能可精确控制的空气冷却和水冷却伊顿( Eaton) 组合盘式刹车可实现自动送钻，并且使该绞车唯一的刹车空气冷却模块用于紧急制动和负载的静态控制，而水冷却模块用于钻井钢丝绳的均匀递送、游车运行、钻压以及其它钻井参数的动态控制。而我设计的绞车及其控制系统，仅仅是以很简单的方式对绞车进行控制，由PLC进行编程，实现对绞车各种动作的控制。2 绞车的选型计算与设计2.1设计参数泵房总重：50吨，斜坡的坡度：20度，绞车的垂直提升高度：25m，泵房的行走速度：2m/min=0.0333m/s2.2绞车钢丝绳的布局为了安全考虑，采用双滚筒，双绳提升泵房。为了使所选的绞车结构和尺寸尽量的小，以降低成本，采用滑轮组来改善泵房的受力情况，从而选择合适的零部件，进而达到优化系统的目的。我设计的绞车不采用固定滚筒和游动滚筒的形式，两个滚筒使用相同的绳索布局，并且都以相同的方式提升绞车。图2.1 钢丝绳的布局2.3选择钢丝绳钢丝绳的选择原则是根据绳的终端最大可能的悬垂重量等条件初选，再进行安全系数的验算。2.3.1每米钢丝绳质量的计算公式： kg/m (2.1)其中，m每根绳提升的泵房的重量kg 钢丝绳的抗拉强度Pa为斜坡角度，L提升斜长钢丝绳安全系数，其值(参考煤矿安全规程中规定的提升钢丝绳的安全系数的要求，专为升降物料用的钢丝绳不得小于6.5)。f泵房阻力系数，取f=0.010.015钢丝绳阻力系数，取=0.150.20参数：m=G/4=50000/4=12500kg，=185010Pa，=20，L=25/sin2073m，=8，f=0.01，=0.2结果：选型结果：(YB829-79)表2.1名称直径mm全部钢丝的断面积mm2参考重量kg/100m钢丝绳公称抗拉强度N/mm2钢丝绳钢丝1*6股芯第一层第二层1850(一)(二)(三)钢丝破断拉力总和N三角股钢丝绳6(30)股(6+12+12)绳纤维芯210.950.90.951.11.5172.95183.184319500此三角股钢丝绳的主要用途：它是同向捻钢丝绳，主要用于立井提升，高炉卷扬，露天矿斜坡卷扬，缆车，电铲，以及双卷扬(左同向与右同向绳可成对使用)的各种起重设备，例如重型冶炼浇铸吊车等。2.3.2验算钢丝绳的安全系数公式： (2.2) 其中，Q为所选钢丝绳破断力总和，即Q=319500Ng为重力加速度，即9.8m/s2结果：结论：钢丝绳符合要求。此外，双绳提升，两根钢丝绳同时断的概率要比一根绳的小得多。2.4绞车的选择和计算主轴的结构尺寸选择滚筒直径的主要原则是使钢丝绳绕经滚筒时产生的弯曲应力不要过大，以便保持钢丝绳的一定承载能力和使用寿命，钢丝绳弯曲应力的大小及其疲劳寿命，取决于滚筒和钢丝绳的直径比。2.4.1预选绞车滚筒的直径公式： (2.3) 其中，D为滚筒直径mmd为钢丝绳直径mm为钢丝绳中最粗钢丝直径mm结果：2.4.2绞车的最大静张力及最大静张力差的计算绞车各承力部件的结构强度是按照绞车系列参数规定的钢丝绳最大静张力和最大静张力差来设计的。选择绞车时，应验算实际负荷所产生的最大静张力和最大静张力差，使它小于所选绞车规定的最大静张力和最大静张力差。考虑到泵房的受力情况，则：公式： (2.4)其中，L为提升斜长，斜坡角度f泵房运动时阻力参数，滚动轴承f=0.015，滑动轴承f=0.02f提升钢丝绳运动时的阻力系数，f=0.150.2，由于斜坡距离较短，钢丝绳始终处于绷紧状态，钢丝绳的阻力系数仅考虑动滑轮处的阻力，取值会小一些，取f=0.03p为钢丝绳单位长度重量参数：G=50000kg，=20，f=0.02，f=0.03，L=73m结果：预选绞车类型：表2.2型号双刹2JTK1.6最大静张力值KN45最大静张力差KN25卷筒直径mm1600卷筒宽度mm900卷筒个数2两卷筒中心距mm1900钢丝绳直径mm24.5钢丝绳绳速m/s2.45外行尺寸长*宽*高655637902175主机重量kg148252.4.3绞车结构的设计上述所选用的矿用提升绞车是根据参数计算的结果进行的初选，考虑到我所设计的绞车只是单方向的提升，并且两卷筒是同时提升泵房，相当于两卷筒都是固定滚筒，所以，绞车的最大静张力差也应该是45KN，则预选的绞车不满足要求，需要自行设计绞车的结构。而上述所选的双刹2JTK1.6型绞车的技术参数可以作为参考，从而有利于设计的合理性。1、原始数据滚筒直径：D=1600mm绳缠绕圈数：绳的间距：l=2mm摩擦圈：nm=3滚筒宽度(至少)：B=(29.1+3)21+(28+3)2=736.1mm，取B=900mm缠绕层数：一层滚筒个数：2钢丝绳最大静张力：T=45KN钢丝绳最大静张力差：钢丝绳最大直径：d=21mm钢丝绳的钢丝最大直径：钢丝绳单位长度重量：p=1.832kg/m钢丝绳所有钢丝总断面积：钢丝绳所有钢丝破断力总和：，(抗拉强度为1850Mpa)提升速度：取v=0.033320.067m/s环境温度：040环境湿度：不小于95%传动方式：机械式传动2、滚筒支轮轮缘的直径，取因为滚筒支轮轮缘的作用之一是定位钢丝绳，使其始终处在滚筒的宽度之内，所以，支轮轮缘直径取的比计算值要高出一些。3、最大提升高度公式：单层提升高度(2.5)其中，H1为缠绕单层的最大提升高度mB为滚筒两挡绳板之间的宽度mmd为使用钢丝绳的最大直径mmb为由滚筒挡绳板内侧至筒壳出绳孔中心的距离mm滚筒筒壳钢板厚度mmt为钢丝绳在滚筒上的缠绕节距mmD滚筒的名义直径mnm钢丝绳在滚筒上缠绕的摩擦圈，通常取LS试验用钢丝绳长度(绞车实际使用的频率较低，但是，为了保证绞车的安全运行，每隔一定的时间还是要进行检查，间隔的时间可以取的长些)，则取Ls=3m 参数：B=900mm，d=21mm，=25mm，b=d/2-(11.5)=35.548，取b=40mm，t=d+(23)=23mm，=3，D=1.6m 结果：结论：斜坡提升的绳长是732146mm，所以，单层提升高度值满足要求。4、变位质量计算(1)、筒壳参考液压绞车中的相关参数，并由设计图纸，取筒壳的质量为图1.2滚筒筒壳参数：Di零件i的惯性回转直径mGi零件的实际重量kgD滚筒直径m(2.6) (2.7)(2)、支轮支轮的结构如下图，由轮、圈、环、筋四部分组成，其尺寸已经在图中标注出，以便于后续的计算。图1.3滚筒支轮支轮重量，将支轮分解为四部分：主轴装置变位质量为： 5、筒壳强度计算(1)、已知条件，绞车滚筒的筒壳的结构尺寸如下：图1.4滚筒筒壳结构尺寸筒壳材质：16Mn筒壳厚度：筒壳厚度中线半径：r=700mm 筒壳弹性模数：E=钢丝绳弹性模数：钢丝绳横向弹性模数：(2)、筒壳自由段强度计算查表得16Mn是低合金结构钢，含碳量0.16%，用于制造大型容器和管道。其抗拉强度，屈服点，伸长率，则许用应力参数：T钢丝绳最大静张力，T=45000N筒壳厚度，=5.0cm t绳圈间距，t=d+=21+2=23mm，取钢丝绳排列间隙，=2mm C由于筒壳变形，使钢丝绳拉力降低的系数 B滚筒宽度，B=900，筒壳的弹性系数p钢丝绳单位长度重量，p=1.832kg/m斜坡倾角，计算：缠绕一层绳时，筒壳自由段压缩应力：350mm属于大尺寸滑轮，应进行强度验算。查表得，标记为：绳槽断面11.5-2ZBJ80006.1-87，即滑轮绳槽半径R=11.2mm，表面精度为2级的绳槽断面。查表，选择滑轮，滑轮A21525-80ZBJ80 006.3-872.6.2滑轮强度验算计算假定：假定轮缘是多点支点梁，绳索拉力s使轮缘弯曲。图2.6 滑轮轮缘的受力参数： s绳索拉力N绳索在滑轮上包角的圆心角l两轮辐间的轮缘弧长mmw轮缘抗弯段面模数mm许用弯曲应力，对于Q235型钢应小于100N/ F辐条段面积断面折减系数许用压应力，对于Q235钢大约为100 N/ 绳索拉力的合力：由于钢丝绳的最大静张力小于其破断力总和，使用钢丝绳破断力总和值进行验算，若满足，则滑轮的选型符合要求。轮缘最大弯矩：最大弯曲应力：满足要求辐条内压应力：当p力方向与辐条中心线重合时，辐条中产生的压力最大，查表，以辐条断面为正方形，F=，=0.84，则：符合要求。2.6.3滑轮组设计选用省力滑轮组。参数： p挠性件自由端牵引力N Q起重物的重力N 滑轮倍率，单联滑轮组m=n，双联滑轮组m=n/2n悬挂物品挠性件分支数挠性件自由端牵引速度m/min动滑轮组速度m/min 挠性件自由端：牵引力：牵引速度：滑轮的结构尺寸可由查表得相应得值，通过手册来确定。2.7预选绞车使用的电动机计算：(2.8)其中，Fjm是钢丝绳最大静张力vm钢丝绳最大绳速动力系数，取=1.21.4绞车减速器的传动效率。当减速器的传动比时，=0.92；当时，=0.85。考虑到此处的电动机只作一般用途，初定为常用的Y系列，而其常用的同步转速中最低为600r/min，而绞车的提升速度是0.067m/s，由公式2n/60和n=r得到绞车的转速是n0.8r/min，则整个系统的传动比较大，取=0.75。由计算结果，选用Y160L8型，功率是7.5KW的异步电动机。同步转速750r/min，工作转速720r/min。2.8设计的验算计算(1)、验算滚筒宽度计算：(2.9) 其中，H为提升斜长m相邻绳圈的间隙，取=2mm缠绕层数：层计算出的滚筒宽度小于所设计绞车的宽度，应为一层，因此，符合要求。(2)、验算主电机功率计算：(2.10) 其中，考虑附加阻力备用系数，一般取=1.11.2 满载系数，一般取=0.70.85 最大静张力差，=45000N绞车总传动效率，一般取=0.750.78 经验算，可以选用Y160L8型异步电动机，功率为7.5KW，而且有较大的余量，能够保证系统的正常工作。3总体方案设计牵引绞车的设计是参考矿用绞车的设计方法完成的，完成绞车的选型设计后，应考虑整个系统的总体布局方案，以便于充分利用现场的条件。首先，要考虑到对于绞车的控制要求，并应该考虑绞车硐室的大小和布置问题。3.1绞车的控制要求 (1)、牵引绞车是提升泵房系统的重要组成部分之一，其安全可靠性直接关系到整个系统的运行安全。由于水厂泵房的工作环境较恶劣，运行工况复杂，各种操作要求准确，因此对绞车电控系统来说，除了能够满足各种复杂的控制要求外，更重要的是其可靠性和安全保障。(2)、要求有很好的调速性能，能够较精确地完成泵房的提升和下放的各个运行阶段。能重载起动，有一定的过载能力。(3)、工作方式转换容易，易于实现自动化。(5) 、技术先进，维护简单、方便，在保证安全可靠运行前提下，控制线路简洁明了，便于维修排除故障。(6) 、尽量降低投资成本，减少运行费用，提高节电效果和经济效益，保证系统稳定可靠的长期运行，具有较长的工作寿命。3.2绞车房的布局绞车房的布置方式有以下两种：(1)、集中布置将绞车主机部分与液压传动部分，电气控制部分都集中布置在一个绞车房中。这种集中布置的方式结构紧凑，占地面积小，维护检查方便。但是液压传动装置(特别是主油泵)的噪声大，对液压绞车司机的操作有不良的影响。(2)、设单独的泵站绞车的液压传动的动力部分是由油泵、阀组、油箱、冷却器、滤油器等组成。将液压站单独安放在一个相邻的小房中。这种布置的优点是便于采取措施减轻绞车噪声对司机操作的影响。上述两种方案的比较：集中布置要比单独为泵站设置小房的占地小，而且，成本相对较低些，适用于噪声不是很大的绞车系统。而单独设泵站的方案比集中布置易于设置隔音系统，保证操作员不受噪音的影响，使用于噪音较大的场合。3.3根据减速器选择的不同，绞车的布局也会不同(1)、采用圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动的方式进行减速。其优点是占地少，紧凑。缺点是传动效率低。(2)、采用三级行星减速器，并使用直线式布置。其优点是效率高。缺点是占地大。因此，选用第一种方案，会使整个系统结构紧凑。4 减速器的选用4.1减速器对于减速器的选择有两种方案：一种是采用圆柱齿轮减速器配合开式齿轮传动；另一种是选用行星齿轮减速器。两者的特点如下：行星齿轮减速器的特点：体积小，重量轻，承载能力大，传动效率高，占地面积小，噪声低和运行平稳可靠。平行轴渐开线齿轮减速器的特点：传动速度和功率范围大。渐开线齿廓啮合具有可分性，对中心距偏差的敏感性小，装配和维修简单。我选用三级展开式圆柱齿轮减速器图4.1：减速器结构简图减速器参数初算：开式小齿轮的转速=4r/min，选用Y系列电动机Y160L8型，功率7.5KW，转速n=720r/min。4.1.1总传动比及传动比分配总传动比，取则：4.1.2传动装置的运动参数计算1 、各轴转速计算式中，n电动机的转速r/min，电动机至轴的传动比，是轴至轴，轴至轴，轴至轴的传动比。2、各轴功率计算其中，联轴器或带传动效率，查表齿轮式联轴器的=0.99 轴承效率，查表得球轴承=0.99，滚子轴承=0.98 齿轮或蜗杆的传动效率，对于闭式圆柱齿轮效率(跑合良好6级精度和7级精度的齿轮传动，稀油润滑)=0.993、各轴扭矩计算 4、参数表表4.1型号转速r/min输出功率KW输出扭矩N.m传动比i效率电动机轴7207.596.810.97轴7207.396.8轴93.47.17267.710.97轴176.93876.25.510.97轴46.715996.34.240.97齿轮46.515996.310.975、直齿圆柱齿轮减速器中、轴上的齿轮的基本参数表4.2轴号齿轮分度圆直径mm齿宽mm中心距mm齿数模数齿轮材料轴小轮7064297.5203.545钢调质轴大轮525591503.545钢正火小轮13011541526545钢调质6、直齿圆柱齿轮减速器中、轴上的齿轮的基本参数表4.3轴号齿轮分度圆直径mm齿宽mm中心距mm齿数模数齿轮材料轴大轮700110415140545钢正火小轮176145.844822845钢调质轴大轮720140.890845钢正火使用机械设计手册软件验算，减速器中各对啮合齿轮的设计满足其齿根弯曲强度要求。4.2齿轮传动设计开式齿轮传动，传动比是5。已知条件：减速器低速级轴端的齿轮的功率，即小齿轮的功率P=6.5KW，转速n=4r/min，传动比i=5，工作预期寿命三年，即26280h。双向运转，工作条件是减速器低速轴工作平稳，而绞车主轴也工作平稳。开式齿轮的设计计算如下所示：计算项目及说明结果( 1 )、选择齿轮材料小齿轮选40Cr C-N共渗淬火，回火；大齿轮选40Cr调质。(2)、按齿根弯曲疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度，按估取圆周速度取公差组9级小齿轮模数如下：尺宽系数，按齿轮相对轴承为悬臂布置，硬齿面，直齿，取值小齿齿数在推荐值1720中选大齿齿数，齿数比u，传动比误差，误差在范围内小轮转矩，载荷系数K，使用系数KA动载荷系数KV，查表得初值KVt齿向载荷分布系数齿间载荷分配系数，由得查表得=0.2=20=96 u =4.8合适=1.00 =1.01 =1.07 =1.42 则载荷系数K的初值，齿形系数，小轮大轮应力修正系数，小轮大轮重合度系数，许用弯曲应力弯曲疲劳极限应力循环次数弯曲寿命系数尺寸系数安全系数，较高的可靠性，则比较下列两式：=1.53 =2.81 =2.25 =1.55 =1.78 =0.7 =1 =1.25 取较大的带入设计公式计算得，模数的设计初值为：小齿轮分度圆直径的参数圆整值圆周速度与估取的很相近，对影响不大，用修正，取为安全考虑，以及满足强度的要求，取：，取m=16小轮分度圆直径大轮分度圆直径中心距尺宽大轮尺宽b2=b小轮尺宽b1=b2+(510) KV=1.01 K=1.53a=928mm取b2 =67mmb1=72mm(3)、与滚筒相连的齿轮基本尺寸(即大轮)标准齿轮的基本参数：模数m=16，齿数Z296系数ha*=1，c*=0.25压力角20分度圆直径d2齿顶高ha=ha*m=116齿根高hf (ha*+c*)m=(1+0.25)16齿全高h(2ha*+c*)m=(21+0.25)16齿顶圆直径da=d+2ha=1536+216齿根圆直径df=d-2hf=1536-220基圆直径db=dcos1536cos20齿距p=m=3.1416齿厚s=m/2齿槽宽e=m/2基圆齿距pb=pcos50.2cos20法向齿距pn=pb=47mm顶隙c=c*m=0.2516由于齿顶圆直径da500mm，所以将齿轮制造成轮辐式的圆柱齿轮，联接键使用A型键，其参数是：键宽b56mm键长L=160500mm键高h=32mmd21536mmha=16mmhf 20mmh36mmda=1568mmdf=1496mmdb=1443.4mmp=50.2mms=25.1mme=25.1mmpb=47mmc=4mm5 联轴器和制动器的选型5.1电动机与减速器的输入轴处的联轴器我国使用KJ型提升机的高速轴和低速轴的联轴器是齿轮联轴器；2JK型和JKM型提升机，低速轴均配套齿轮联轴器，高速轴则采用蛇形弹簧联轴器。齿轮联轴器的特点：具有制造加工方便，安装找正容易，但存在着在减速、停车和安全制动时，齿面冲击大、磨损快、维修量大、更换频繁等。蛇形弹簧联轴器的齿轮冲击方面有明显的效果，但蛇形弹簧易折断损坏，而且制造空难，购置费用高。系统中，电动机与减速器的输入轴处的联轴器，考虑到电动机的需要制动的要求，我选用带制动轮的鼓形齿式联轴器NGCLZ型(A型)的。联轴器一般根据负荷情况，计算转矩，轴端直径和工作转速来选择。已知条件是减速器高速轴扭矩T=96.8Nm，轴径d=40mm；电动的工作转速n=720r/min，轴径d=42mm，则选型如下：表5.1型号NGCLZ3许用转矩Tn ，Nm1600许用转速n，r/min3800轴孔直径d，mm40、42轴孔长度L，mm，Y型112制动轮直径D4，mm200转动惯量I，kgm20.193干油用量，mL65重量，kg18.8计算转矩如下：公式：Tc=KT=K9550PW/nTn (5.1)其中，T理论转矩，NmTn许用转矩，NmN工作转速，r/minPW驱动功率，KWK工作情况系数，取K1.5结果：Tc=1.595507.5/720149.2 Nm1600 Nm对于齿式联轴器，还应考虑转速与角向补偿量的变化对传递转矩的影响。即：TcK1Tn，式中K1为转矩修正系数，其由角向补偿量=130=90min和转速系数Kn查表得到，而Knn/n=720/3800=0.19，式中n工作转速r/minn许用转速r/min所以查表得到K10.62，则：Tc0.621600992Nm结论：选型满足要求。5.2绞车电动机的电磁制动器电磁铁式制动器的特点是结构简单，工作安全可靠。但工作是响声大，冲击大，电磁线圈寿命短，磨损严重。用于操作频繁，快速起动的场合。虽然，我设计的系统起动不是很频繁，但是要求其能够快速起动，以便于实现绞车的准确定位。(1)、制动力矩的确定对于提升机构，制动力矩M通常是根据重物可靠的悬吊在空中来确定的，因有较大的安全系数，可略去惯性力矩。公式： (5.2)其中，W重物与吊具重力之和，N D提升卷筒直径，m 制动轴到卷筒的传动比制动轴到卷筒S制动安全系数参数：W500009.8490000N，D=1.6m，设备类型是机动的重级工作制，所以S=2，JC=40%，(0.97)50.86，1805900结果：(2)、选型：TJ2交流电磁铁块式制动器，TJ2-200100型，技术性能如下：表5.2制动器型号TJ2-200/100制动轮直径D，mm200制动闸瓦宽度mm90电磁铁型号(不包括在制动器内)MZD1-100制动力矩N.cmJC25%40%4000JC100%2000电磁铁力矩N.cmJC25%40%550JC100%300重量kg24.45.3盘形制动器的选型盘形制动器的作用是实现绞车的停车。盘形制动器的主要特点：闸瓦不作用于制动轮上，而是作用在制动盘上。与其他类型的制动器相比，盘形制动器的优点是体积小，重量轻，惯量小，结构紧凑，动作迅速，安全可靠，制动力矩可调性好，零件通用，方便制造与维修等。液压式盘形制动器的基本工作原理是液压松闸，弹簧力制动。其主要参数如下：5.3.1正压力公式：盘形制动器产生的制动力矩：MZ=2NfRmn 同时制动力矩MZ应能满足三倍最大静力矩Mj的要求，则有 MZ=2NfRmn=3Mj=3FC(D/2) 即：(5.3) 其中， MZ制动力矩，Nmf闸盘对制动盘得摩擦系数，f=0.350.4Rm制动盘的平均摩擦半径，m N制动器闸瓦副数D滚筒名义直径，mFC绞车最大静张力，N参数：D=1.6m，FC=45000N，f=0.35，n=2，Rm=(1.85-1.6)/4+1.6/2=0.863m结果：由正压力的值选择TP1-10型盘形制动器，其最大正压力是98000N。5.3.2最大工作油压公式：在松闸时，压力油作用于活塞上的推力需要克服三部分力，即：（1）弹簧的预压力，其数值等于正压力；（2）为保持必须的闸瓦间隙使弹簧压缩的反力；（3）制动器部分的阻力.活塞推力：F1=N+Kn1+C(5.4) 其中，N所需正压力闸瓦最大间隙，mmK碟形弹簧的刚度，取K54300N/mmn1一组碟形弹簧的片数C盘形闸制动器各运动部分的阻力，取C0.1N制动器所需最大工作油压力：P=4F1/(D2-d2) (5.5) 其中，D油缸直径，cmD活塞小端直径，cm参数:N=89389N，K=54300N/mm，2mm，C=0.1，n1=9，D=140mm，d=50mm结果：F1=N+Kn1+C98389+543002/9+0.1101456NP=4F1/(D2-d2)4101456/3.14(1402-502)7.5N/mm27.5MPa5.3.3盘形制动器选型结果及其参数表5.3项目名称单位型号TP1-10最大正压力N98000设计摩擦系数0.4最大工作油压MPa10.8闸瓦最大比压MPa1.30闸瓦允许最大温度C210活塞有效面积mm213420活塞直径mm140/50闸瓦(长宽厚)mm32023527闸瓦有效面积mm275200闸瓦有效厚度mm20允许闸瓦间隙mm2外形尺寸mm485360258重量kg1305.4液压站的设计液压传动系统的组成有能源装置、执行装置、控制调节装置、辅助装置、工作介质。其中，能源装置是把机械能转变成油液的压力能；执行装置是将油液压力能转变成机械能，并对外做功；控制调节装置是控制液压系统中油液的压力、流量和流动方向的装置；辅助装置对保证液压系统可靠、稳定、持久的工作，有重要作用；工作介质是液压油或其他合成液体。液压系统的主要参数是工作压力和流量，是选择液压元件的主要依据，而系统的工作压力和流量分别取决于液压执行元件的工作压力，管路上的压力损失和液压执行元件所需的流量、回路泄漏。所以，确定液压系统的主要参数实质上是确定液压执行元件的主要参数。在我设计的系统中主要是考虑对于盘形制动器提高液压油。5.4.1液压站的组成本系统的液压站是由油泵，电动机，过滤器，温度计，电液调压装置，减压阀，蓄能器，电磁换向阀(G1、G2)等组成。5.4.2液压站的结构双绳双滚筒绞车的液压站原理如图纸，由于我所设计的绞车工作不是很频繁，而且绞车的运行速度很慢。为了确保绞车的正常工作，以一套油泵和电动机提供液压油，就可以满足液压站的安全要求。设置温度计可以方便的了解油箱内液压油的温度，从而决定是否换油。5.4.3液压站的工作原理液压站通过电液调压装置来调节系统中的油压，为盘形制动器提供所需的油压值。油压得变化，通过绞车司机控制电液调压装置的信号电流大小来实现的，从而达到调节制动力矩的目的。绞车正常工作时，液压站的电动机带动油泵连续转动，油泵产生的压力油经过滤油器，一部分经减压阀进入调绳液压缸处的电磁换向阀G1，再进入调绳液压缸和蓄能器。另一部分经电磁换向阀G2进入盘形制动器的油缸内，使盘形制动器松闸，滚筒正常转动。绞车实现停车制动或是处于停车状态时，电磁换向阀G1、G2经弹簧复位，此时，调绳液压缸的压力油与绳的张力平衡，并由蓄能器提供压力能。而盘形制动器的压力油流回油箱，使盘形制动器由碟形弹簧复位，从而实现制动操作。5.4.4电液调压装置的作用电液调压装置是液压站中的重要工作机构，它的作用是：一、根据绞车的实际工作额定负荷，确定最大工作油压值，并通过电液调压装置的固定的手柄进行调定的；二、通过改变电液调压装置的线圈的电流的大小实现系统油压的可调性，保证实际制动力矩的需要。5.4.5液压站元件的选型和计算1、调绳液压缸调绳液压缸的设计目的是补偿由提升钢丝绳变形引起的变化。提升钢丝绳经过多次的提升绞车，时间长了，由于多种原因，绳子会出现塑性伸长，需要进行补偿。通过绳的最大静张力和液压缸内液压油的油压力的平衡原理，来设计液压缸。调绳液压缸可以实现自动补偿绳的拉伸变化，使调整绳长更简单。液压缸是液压系统的执行元件，它的职能是将液压能转换成机械能。液压缸由缸筒、活塞、活塞杆、端盖、活塞杆密封件等主要部件组成。根据设计目的和用途，我选用单作用单活塞液压缸，由于单作用缸是向缸的一侧输入高压油，靠其它外力使活塞反向回程。如图8，液压缸缸体固定，而液压缸的活塞杆连于提升钢丝绳，由P1处输入高压油，由高压油产生的压力和钢丝绳的静张力处于平衡状态，当钢丝绳发生变形时，液压缸的活塞受力不平衡，液压油会自动向缸内补充，从而达到补偿钢丝绳的变化的目的。已知条件：负载大小，F=45000N；工作压力，P=10.8MPa(为了便于液压系统的调节，使液压缸的工作压力尽量与盘形制动器的最大工作油压相近)。图5.1：液压缸设：无杆腔活塞的有效面积A1=(4)D2有杆腔活塞的有效面积A2=(4)(D2-d2)当压力油进入有杆腔时的输出力是F2，而且活塞杆受拉伸，查表取d=(0.30.5)D=0.3D，由平衡原理，则有：F2P1A2-P2A1(5.6)其中，F= P2A1=45000N， P1=P=10.8MPa， F2=0，得：P1A2P(4)(D2-d2)=10.8(3.14/4)D2-(0.3D)2=45000结果：D=72.86mm由标准系列选缸筒的内径D=80mm，则活塞杆直径d=0.38024mm，圆整取d=25mm，缸长L20801600mm，则实际的工作压力为：PS=F2/A2=45000/(3.14/4)(802-252)=9.93MPa (5.7)选型：W140L-1 LB 80 C 140 N600 A 含义：型号W140L，采用丁腈橡胶密封，缸径80mm，杆型为C，额定压力为14MPa，无缓冲，行程长度600mm，进出油口位置A(GB/T2348-1993)。参数：表5.4额定压力14MPa最大允许压力21MPa耐压值21MPa最低起动压力90%传动介质常规矿物液压油缸径80mm受压面积无杆腔50.2cm2有杆腔C型40.3cm2速度比C型1.25允许行程1600mm2、液压泵液压泵是一种能量转换装置，它把驱动它的原动机的机械能转换成输送到系统中去的油液的压力能。(1)、液压泵工作压力：PPP+P(5.8) 其中，P盘形制动器和调绳液压缸额最大工作压力，取P10.8MPa P进油路上压力损失，在简单系统中取P0.3MPa结果：PP10.8+0.311.1MPa(2)、液压泵流量：QPK(Qi)max(5.9) 其中，K回油泄漏折算系数K1.11.3(Qi)max同时工作的执行元件流量之和的最大值。由于调绳液压缸的主要作用是平衡钢丝绳的张力的，对其流量要求不是很严格，可以不予考虑。主要考虑盘形制动器的最大流量，取其松闸的时间是t=1s，闸瓦的允许间隙是2mm，而活塞的有效面积是A13430mm2，由于有两副，即四个制动头，则盘形制动器的流量是：Q1=4A(6010-6)t4134302(6010-6)0.1=6.4L/min若取K=1.3，则：结果：QPK(Qi)maxK Q11.36.48.32 L/min(3)、计算所得的PP是系统的静压力。系统在工作过程常因过渡过程的压力超调或周期性的压力脉动而存在着动态压力，其值远远超过静态压力.所以液压泵的额定压力，应比系统最高压力大出2560，至于液压泵的流量应与系统所需的最大流量相适应即可。则液压泵的额定压力PN=11.1(1+30)14.43MPa，取PN14MPa选型：Y2B型双级双作用叶片泵，其特点是具有工作可靠、寿命长等优点，但轴向尺寸较大，容积效率较低。参数：表5.5型号Y2B-A9C-*F排量8.9ml/r压力额定14MPa最高16MPa转速额定1000r/min最高1800r/min驱动功率2.88KW重量(脚架式)31kg液压泵理论流量QVn=8.910-310008.9L/min，即最大流量。3、驱动电动机油泵电动机的功率的计算公式：Nb=KbKmFcVmax/(1000Z) (5.10)其中，Nb油泵电动机功率，kwFc绞车最大静张力，NVmax钢丝绳最大绳速，m/sKb备用系数，一般取Kb1.11.2Km满载工作系数，一般取Km0.70.85Z液压绞车总效率，一般Z0.750.8参数：Kb1.1，Km0.8，Z0.75，Vmax0.067m/s，Fc45000N结果：P=1.10.8450000.067(10000.75)3.54KW选型：液压泵的应用范围很广，但可以归纳为两大类：一类为固定设备用液压装置，另一类为移动设备用液压装置，这两类液压装置对液压泵的选用有较大的差异。由于本系统中的液压泵为盘形制动器和液压缸提供压力油，属于固定设备用液压装置，则原动机是电动机，驱动转速较稳定，且多为1450r/min左右。由计算结果及液压泵的驱动功率，选用Y132M1型电动机，其功率是4KW，同步转速是1000r/min，即可满足要求。4、电液调速阀控制阀的规格是根据系统最高压力和通过该阀的实际流量，在标准元件的产品样本中选取，在选择时，要注意液压系统有串联油路和并联油路之分。元件选定的额定压力和流量应尽量与其计算所需的值接近，必要时，应允许通过元件的最大实际流量超过其额定流量的20.系统最大的压力Pmax=14MPa，实际流量Q8.32L/min。选型：Y2D1-HC10L，其含义是Y2型交流湿式二级同心电磁溢流阀，滑阀机能为H常开式，压力调节范围820MPa，连接形式L为螺纹联接。参数：表5.6通径10mm压力32MPa额定流量40L/min调压范围820MPa重量4.5kg生产厂家上海液压件二厂5、减压阀减压阀的功用是能使其出口压力低于进口压力，并使出口压力可以调节。系统最大的压力Pmax=14MPa，实际流量Q4.16L/min。选型：JF-L10H，其含义是减压阀JF，连接形式L为螺纹联接，通径为10mm，工作压力范围H为721MPa。参数：表5.7通径10mm流量20L/min压力范围721MPa重量3.5kg生产厂家上海液压件二厂等6、电磁换向阀换向阀是利用阀芯与阀体间的相对运动来切换油路中液流的方向的液压元件。系统最大的压力Pmax=14MPa，实际流量Q4.16L/min。(1)、换向阀G1选型：24D J-B10HT，其含义是二位四通阀，干式交流电磁铁，滑阀机能为J型，板式连接，通径为10mm，最大工作压力21MPa，结构是弹簧复位。参数：表5.8通径10mm压力21MPa流量30L/min允许背压7MPa电源电压交流220V重量4.7kg(2)、换向阀G2选型：23D -B10HT，其含义是二位三通阀，干式交流电磁铁，滑阀机能为J型，板式连接，通径为10mm，最大工作压力21MPa，结构是弹簧复位。参数：表5.9通径10mm压力21MPa流量30L/min允许背压7MPa电源电压交流220V重量4.7kg7、过滤器过滤器的主要功用就是对液压油进行过滤，控制油的洁净程度，其主要的性能指标有过滤精度、通流能力、压力损失等，其中过滤精度为主要指标。选型：(1)、粗过滤器：型号WU-6380-J，通径25mm，公称流量63L/min，过滤精度80m。(2)、普通过滤器：型号WU-4040-J，通径20mm，公称流量40L/min，过滤精度40m。8、压力表及温度计(1)、压力表选型：普通电接点式压力表，型号YTX-153，结构型式为轴向无边，测量范围025MPa，精度等级1.5，连接螺纹为M201.5mm。(2)、压力表开关选型：KF-L8/14E，通径8mm，压力35MPa，压力表的接口螺纹为M141.5，进油口的接口螺纹为M141.5。(3)、温度计选型：YW2系列液位液温计。9、蓄能器蓄能器是液压系统中的一种能量储存装置，它利用力的平衡原理，使工作液体的体积发生变化，从而达到储存或释放液压能的作用。选型：弹簧式蓄能器，其工作压力P12MPa。10、管路(1)、管道内径的确定公式：(5.11)其中，d管道内径，mm Q通过管道内的流量，m3/s V管道内液体平均流速，m/s在设计液压系统管路式，要限制流速，允许流速推荐值为吸油管路(有过滤器)0.51.5m/s，回路管路23m/s。吸油管路：取V1m/s，Q=8.3210-3600.13910-3m3/s 回油管路：取V2.5m/s，Q=8.3210-3600.13910-3m3/s (2)、管路壁厚公式：5Pd/ = b /n(5.12)其中，管道壁厚，mmP管道承受的最高工作压力，105Pad管道内径，mm管道材料的许用拉应力，Ncm2b材料的抗拉强度，Ncm2n安全系数，n48，当振动、压力冲击大时取大值由实用机械零件手册选管道材料为聚酰胺(PA)尼龙66，其材料的抗拉强度b=67008300N/cm2，取b=6800N/cm2，取安全系数n=5。吸油回路：5Pd1n/b=510813568005.2mm 回油回路：5Pd2n/b=51088568003.2mm11、油箱油箱的主要功用是储存油液，同时箱体还具有散热、沉淀污物、析出油液中渗入的空气以及安装平台等作用。合理确定油箱的容量是保证液压系统正常工作的重要条件。公式：V=Q (5.13)其中，V油箱容量，LQ液压泵的总额定流量，L/min经验系数，一般低压系统24，中压系统57计算：取6，Q=8.32L/min则：V=68.3249.9L12、工作介质选择液压系统工作介质时，考虑到液压设备所处的环境没有着火的危险，可以选用液压油，其特点是液压油的品种较多，制备容易，来源广，价格比较便宜。依据工况为压力714MPa，温度在50C以下，环境是水上。推荐使用HM型的抗磨液压油。选型：HM-68(GB11118.1-1994)参数：表5.11项目质量指标品种(GB/T7631.2)L-HM质量等级一等品黏度等级(GB/T3141)68运动黏度/mm2s-10 C 不大于40C不大于140061.274.8黏度指数不大于95闪点C开口不低于闭口不低于1806 深度指示器的选型6.1绞车的深度指示器的用途(1)、给操作者提示所提升的泵房在斜坡的位置；(2)、利用警铃当提升的泵房接近一定的位置时，发出减速信号；(3)、当提升容器过卷时，打开装在深度指示器上的过卷开关，切断保护电路，进行安全制动。(4)、在减速阶段，通过限速装置实现减速点减速保护。6.2绞车用深度指示器类型绞车上使用的深度指示器有机械牌坊式和圆盘式两种形式。我选用圆盘式的。对于机械传动的牌坊式深度指示器，其优点是指示清楚，工作可靠；缺点是体积大，指示精度不高，不便于实现绞车的远距离控制。为了使系统占地小，也便于看到泵房的位置情况，故我选用圆盘式深度指示器。圆盘式深度指示器结构紧凑，是单向交流同步电机。其组成有发送和接收两部分。发送部分的自整角机和绞车主轴或减速器低速轴相连，接收部分的自整角机则装在司机操作台上。其传动原理是传动轴经过法兰盘与减速器低速轴或主轴装置的主轴连接。通过更换齿轮对，蜗杆和增速齿轮对，将主轴的旋转运动传给发送自整角机。该自整角机再将信号传给圆盘深度指示器上的接收自整角机，二者组成电轴，实现同步联系，从而达到指示器位置的目的。本系统采用圆盘式深度指示器，其主要目的是向绞车的操作者显示泵房的实际位置，以便于初始安装时调整泵房的初始位置。在绞车进行调整时，也可以实时显示泵房的位置情况，当发生意外时，绞车的操作者可以及时的进行手动操作。图6.1：圆盘式深度指示器7 PLC控制系统的设计7.1可编程序控制器(PLC)的特点及应用PLC以其日趋成熟的技术和显著的特点，广泛应用于工业改造和工业自动化控制中，己成当今自动化电气控制的主流。其主要特点有:(1)、编程容易，操作简单目前PLC使用的语言主要有:梯形图语言适用于原来从事继电器逻辑控制设计的人员。这种语言简单、直观，只要熟悉电气线路，很容易为现场操作、维修人员所掌握，且编程方法简单，二次开发比一般计算机来得容易。布尔逻辑语言或功能图语言这种语言适用于熟悉布尔代数和硬件逻辑设计的人员。汇编语言适用于熟悉并掌握计算机软件设计的人员。高级语言使PLC程序设计更加灵活，控制功能更加完善。相对传统的电气控制线路，PLC为设计者和使用者提供了极其方面的手段，大大提高了电气控制功能，缩短了控制设备的研制开发周期。(2)、体积小，功耗低，性价比高由于PLC内部继电器只是数字逻辑运算，并不是真正有触点的继电器，其动作稳定可靠，不需要维护。用PLC替代继电器，将大大减少继电器接点，极大地提高电气设备运行的可靠性。对于一般矿井提升机来说，采用一套中小容量的PLC就能满足控制要求，其价格亦相当低廉。随着PLC技术的日益完善，使工业控制器小巧、低功耗、低成本完全成为可能。(3)、可靠性高，抗干扰能力强PLC 是充分考虑实际生产条件而设计出来的产品，它以微处理器为核心，结构简单紧凑，输入和输出回路均采用光电隔离，输入输出独立于控制单元，且主机的输入电源和输出执行回路电源相互独立，抗干扰能力强，具有极高的可靠性和稳定性。实践表明，一般PLC产品，可抗1KV， lus的窄脉的干扰。(4)、结构模块化，易于扩展和拆装由于采用插件式结构和标准单元结构进行设计，用户可以根据需要灵活地进行系统扩展，缩小或更换硬件模块数量、规模及连接方式。根据需要可在很短的时间内设计和实现一个工业控制系统，使设计调试周期大大缩短。采用模块化组合式结构，使系统构成十分灵活，可根据需要任意组合，易于维修，易于实现分散式控制。(5)、故障率低，维护简单PLC内部一般不会出现故障，不需要维护。而其外围输入输出线路，由于PLC的参与，没有复杂的逻辑线路，只有简单的输入/输出线路，使控制系统变得非常简单明了，并且每条线路的当前工作状态在PLC都有相应的指示。只要观察这些状态指示，就可知道哪条线路出现故障。在PLC控制系统中，可安装微机监视器，操作维护人员可通过监视器观测到PLC每一条线路的工作状态，实现异地控制。PLC平均故障运行时间(MTBF)一般可达5-10万小时。(6)、通用性好，输出能力大由于半导体在存储技术的引入，使得PLC在不同控制程序下实现不同的控制目的，具有较强的通用性。PLC输出接点功率较大，可直接驱动中小继电器和各种控制阀，使控制设备外围器件数量大大减少，同时也降低了故障率。(7)、控制功能逐渐增强按照不同控制类型，PLC具有如下控制功能:逻辑控制这是PLC最基本的控制功能，可用以取代继电器控制的电气线路和二极管矩阵式控制，如:机床、电梯、起重机、皮带运输机等电器控制。模拟量控制在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。而PLC中所处理的是数字量，为了能接受模拟量输入和输出模拟量信号，PLC中配置有A/D和D/A转换模块，将现场需控制的模拟量通过A/D转换为数字量，经微处理器进行运算处理，再通过D/A转换后，变成模拟量去控制被控对象。这样就实现了PLC对模拟量的控制。闭环过程控制运用PLC不仅可以对模拟量进行开环控制，而且可以进行闭环控制。现代大中型的PLC一般都配备了专门的PID控制模块。当控制过程中某一变量出现偏差时，PLC就按照PID算法去调节控制过程，把变量保持在某一整定值。PLC的PID的控制已广泛应用于加热炉、锅炉、反应堆、酿酒以及位置和速度等控制中。定时控制PLC具有定时控制的功能，它可以为用户提供几十甚至上百个定时器，其计时的时间要以由用户在编写程序时设定，也可以由操作人员在现场通过编程器进行设定，实现定时或延时的控制。计数控制计数控制也是控制系统不可缺少的，PLC同样为用户提供了几十甚至上百个计数器，设定方式同定时器。用户也可通过选择高速计数器对高频信号进行计数。顺序(步进)控制在工业控制中，采用PLC实现顺序控制，要以用移位寄存器和步进指令编写程序，也可以采用IEC规定的用于顺序控制的标准化语言一一顺序功能图编写程序，使得PLC在实现按照事件或输入状态的顺序，控制相应输出更加容易。数据处理现代PLC都具有数据处理功能。它不仅能进行算术运算，数据传送，而且还能进行数据比较，数据转换，数据显示和打印以及数据通信等。对于大、中型PLC还可以进行浮点运算，函数运算等。通信和联网PLC的控制已从早期的单元机控制发展到了多机控制，实现了工厂自动化。这是由于现代PLC一般都具有通信的功能，它既可以对远程1/0进行控制，以能实现PLC与PLC， P LC与计算机之间的通信。从而可以方便可靠地搭成“集中管理，分散控制”分布式控制系统，因此PLC是实现工业自动化的理想工业控制器。7.2 PLC的选型7.2.1牵引绞车系统的工作情况牵引绞车的工作过程：当水位提高时，主电动机开始正转，提升绞车；当水位降低时，主电动机反转，下放绞车当发生紧急情况或是要停车时，控制主电动机以及滚筒的制动装置动作。为实现上述功能，采用PLC控制系统，在滚筒的输出轴上安装轴编码器，用PLC的高速计数功能对编码器输出的脉冲进行计数，当计数值与给定的水位变化值相同时，就调用中断程序，停止泵车升降并进行制动，从而使泵车可以一次性的准确停车，而不需要反复调整。绞车控制系统的控制点：输入有编码器的值、河道水位信号、泵房的停靠位置信号；输出的控制有主电动机的正反转、主电动机的电磁制动、油泵电动机的启动、油泵电动机的停止、滚筒的盘形制动器的制动等。7.2.2系统配置1、I/O点数的统计：输入点至少10点(SB0、SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8、SB9)，输出点至少6点(KM1、KM2、KM3、G0、G1、G2)，其中控制主电动机的是SB1电动机正转，SB2电动机反转，SB3电动机停止转动。2、估算PLC的用户程序长度开关量输入：1020B/点，10点共200B开关量输出：510B/点，6点共60B定时器/计数器：2B/点，4点共8B共计大约是340B结论：选用S7200CPU224 AC/DC的继电器输出的PLC即能够满足要求。系统配置表7.1型号CPU224程序存储器4096字用户数据存储器2560字用户存储器类型EEPROM数据后备典型时间190h本机I/O14入/10出扩展模块数量7个数字量I/O映像区大小256(128入/128出)模拟量I/O映像区大小32入/32出33MHz下布尔指令执行速度0.37s/指令内部继电器256计数器/定时器256/256顺序控制继电器256内置高速计数器6个(30kHz)模拟调节电位器2高速脉冲输出2(20kHz，DC)脉冲捕捉14通信中断每个端口有：1发送/2接收定时中断2(1255ms)硬件输入中断4个输入点实时时钟有(内置)口令保护有通信口数量1(RS485)3、系统得扩展模块由于系统的输入端子足够，而输出端子的个数不够，系统扩展一块直流数字量输出模块EM222 8DC24V，有8个数字量输出点，分成两组，每组需用户提供一个DC24V的电源。数字量输出模块的每一个输出点能控制一个用户的离散型负载。典型的负载包括：继电器，接触器，电磁阀线圈，指示灯等。对于直流输出模块是晶体管输出方式，或用场效应晶体管的驱动。7.2.3系统控制图系统控制原理如下图，以西门子公司的S7-200PLC为基础，对于整个系统进行控制，我所设计是绞车的控制系统，其工作过程是由系统绞车处PLC读取泵房处PLC 所取得的水位信号，将水位信号与泵房初始位置的值相减，并用绞车处PLC的内部程序处理得到绞车的调整值，再由PLC控制相应电动机的动作，从而准确调整泵房的位置，使泵房的位置变化符合水位信号的变化。设定绞车处PLC为主站2，泵房处PLC为从站3。图7.1 系统硬件组成7.2.4I/O接线图和I/O分配表1、 I/O接线图绞车的PLC的控制系统的I/O接线图如图纸。2、 I/O分配表(1)、输入信号表7.2对应端子功能按钮内部线圈(M)I0.0I0.2高速计数器HS0设置位I0.3启动系统按钮SB0I0.4盘形制动器制动SB4M0.5I0.5盘形制动器松闸SB5M0.3I0.6电磁制动器制动SB6M0.6I0.7电磁制动器松闸SB7M0.4I1.0油泵启动SB8M0.2I1.1油泵停转SB9I1.3主电机正转SB1M0.0I1.4主电机反转SB2M0.1I1.5主电机停转SB3M0.7I1.2调整泵房初始位置SB10(2)、输出信号表7.3对应端子功能控制线圈Q0.0主电机正转接触器线圈KM1Q0.1主电机反转接触器线圈KM2Q0.2电磁制动器电磁阀线圈G0Q0.3调绳液压缸处电磁阀线圈G1Q0.4盘形制动器处电磁阀线圈G2Q0.5油泵电动机接触器线圈KM3(3)、各处指示灯表7.4指示灯序号功能对应端子或线圈H1主电动机正转KM1H2主电动机反转KM2H3主电动机出现故障停车FR1H4油泵电机启动KM3H5油泵电机故障停车FR2H6泵房不用调整Q2.0H7绞车上提信号Q2.1H8绞车下放信号Q2.2H9绞车过卷报警Q2.3H10绞车下放到底报警Q2.4H11调整泵房初始位置的信号灯Q2.5(4)、使用变量地址表7.5PLC内部变量地址功能VW90存放水位信号所需的调整值转换为泵房在斜坡上的位移值VW100存放水位信号的初始值，即上次调整后的水位信号值VW106存放水位信号相对终值，即新获得的水位信号值VD112(VW100)-(VW106)的差值存放地址VD116位移脉冲化后的最终结果VW200参数脉冲化计算使用地址，存放水位VW206参数脉冲化计算使用地址，存放泵房的位置VW220参数脉冲化计算后的结果VW216调整值TZ(加减速用去的脉冲个数)VD208VW208存放5m的倍数值VW210VB400接收缓冲区的网络指令执行状态VB401从站3地址，设为3VD402站3被访问数据区首地址，设为&VB500VB406数据长度，其值为1VB407从远程从站3读到数据的存放区域7.2.5 编码器的选型光电编码器(又称编码式传感器)以其高精度、高分辨率和高可靠性而被广泛应用于各种线位移和角位移的测量。光电编码器是用光电方法将转角和位移转换为各种代码形式的数字脉冲传感器。虽然各种光电编码器在机械结构上有一定差异，但其光电检测原理都十分相似。光电编码器的工作原理：在光电编码器的转轴上附有一个圆形的码盘，码盘是一个加工极好的黑白相间的精细图形，图形上的每一个间隔代表转轴上的某一个角度，当光束透过圆片，将会产生某一间隔的图形。当图形映射在其后的光电接受器上时，光电接受器即检测出光的有无，而产生“1”或“0”的二进制信号。当转轴转动时，透明圆盘也随之转动，在光电接受器上出现另一图形，因而形成另一组二进制信号，代表另一位置的角度。利用这种原理可制造各种编码器。编码器按结构形式分为直线式编码器和旋转式编码器。旋转式编码器按信号性质分为：增量式(可辨向和不可辨向)和绝对式两种。增量式编码器的输出是一系列脉冲，需要一个计数系统对脉冲进行累计计数，一般还需要一个基准数据即零位才能完成角度测量。绝对编码器不需要基准数据及计数系统，它在任意位置都可给出与位置相对应的固定数字码输出。本系统中的编码器是用来测量绞车主轴的转速的，也可安装于绞车的减速器的低速轴的轴端，并设定要求的精度为1mm/脉冲，即输出一个脉冲，绞车转动1mm。因为开式齿轮的传动比是5，所以，需要选用的编码器的分辨率为D/（15）=3.141600/5=1004.8P/R。因此，我选用OMRON的增量型光电旋转编码器E6C-C型的。其主要参数如下：表7.6型号E6C-C外形尺寸50mm60mm，轴径16mm分辨率(P/R)101024，取1000输出相ABZ相(可逆的)精度(输出相位差)9045最高响应频率30Hz允许最大转速5000r/min电源电压DC512V，DC1224V消耗电流50mA以下输出容量20mA电压输出，80mA开路集电极输出荷重径向39.2N横向29.4N启动转矩9.810-3Nm保护结构JEM规格IP52F使用环境温度-10+55C，不结冰7.2.6参数脉冲化的计算已知条件：编码器的分辨率为1000P/R，即每转输出的脉冲个数。滚筒的周长：D3.141.65.024m开式齿轮的传动比i=5每米输出的脉冲个数：ni10005.024995个m图7.2斜坡长度与高度的值的转换公式： S=h/sin20C=2.92h=3h1、设：X0为取得的水位信号，X1为取得的泵房的位置，Y为脉冲化后的参数值。B为倍数值且B=(X0-X1)/5，TZ为调整值(即绞车起停时，加减速脉冲化后的脉冲数)。由于本系统中，为了便于工人便于装卸泵房的水管，为泵房设置每5米一个停靠位，则每5米的脉冲数是99554975P/R，则得到公式:Y=4975B-TZ2、调整值的计算(1)、绞车速度的确定上提时速度：Vm1=0.067m/s 下放时速度：Vm2=(n0/nN)Vm1=(750/720)0.0670.070m/s 式中，n0电机同步转速，n0=750r/min nN电机额定转速，nN=720r/min(2)、主加速度的确定参考煤矿安全规程规定，对斜巷运输物料时的最大加速度，规程中无明确限制，在实际运行中，主加速度一般按不超过1.0m/s2考虑。这类似于绞车提升泵房的情况。本系统中的绞车起停活动不是很频繁，而且每次调整的斜坡距离最少是5m(相当于是水位变化1.7m)。因此，它对主加速度无明确的限制。上提时取加速度值：a0=0.2m/s2 下放时取加速度值：a3=0.3m/s2(3)、主减速度的确定参考煤矿安全规程规定，下放重载的制动减速度不得小于0.75m/s2，提升重载时的制动减速度不得大于自然减速度an，则：自然减速度：ang(sin20+fcos20)9.8(0.342+0.0150.9397)3.49m/s2式中，f为泵房的阻力系数，f0.010.015上提时减速度：a2=0.5m/s20.75m/s2(4)、计算调整值上提时，已知：V0=0m/s，Vm1=0.067m/s，V=0m/s，a0=0.2m/s2，a2=0.5m/s2加速阶段：减速阶段：调整值：TZ1=(h1+h2)99512.9，取TZ1=13下放时，已知：V0=0m/s，Vm2=0.018m/s，V=0m/s，a3=0.3m/s2，a5=1.0m/s2加速阶段：减速阶段：调整值：TZ2=(h1+h2)9957.9，取TZ2=87.2.7电气接线绞车控制系统的主电路的电气接线如图纸，主要是对主电动机和油泵电动机的控制。图中的电路保护环节有：(1)、熔断器FU的电路短路保护；(2)、热继电器FR的过载保护作用；7.2.8操作台的设计1、操作台的组成操作台的布局结构如下图，由以下几部分组成：启动系统、调整泵房初值位置、主电动机的控制、油泵电机的控制、盘形制动器和电磁制动器的控制、油温指示、液位指示、绞车深度指示、压力指示、一些相关的指示灯等。图7.3：操作台面板示意图2、操作台上各按键及仪表的作用(1)、启动系统按键，做启动系统的准备，相当于合上电气电路中的闸开关。(2)、调整泵房初值位置的按键，系统安装后或是修理后，重新定位泵房与水位对应的初始位置。(3)、温度计，用来观察和了解油箱内油液的温度。(4)、液位指示表，指示水位的信号。(5)、绞车深度指示表，指示泵房的位置信号。(6)、压力表，用来观察和了解液压站中的相关的油压值，以便于及时调整。(7)、指示灯区，指示各种操作的状态，通过观察指示灯，绞车操作者可以完成相应的操作，从而使泵房准确的调整。(8)、主电动机区，对于主电动机的正反转及停车操作。(9)、油泵电动机区，对于油泵电动机的起停操作。(10)、制动器区，对于盘形制动器和电磁制动器的松闸、制动的操作。7.2.9程序设计对于PLC中的程序设计，其程序流程图如附录1所示，源程序如附录2所示。程序实现的功能：(1)、在系统第一次工作时，按下SB10按键，调整泵房的初始位置，使泵房的初始位置与水位的零位对应。(2)、正常工作时，按下SB0启动系统按键，指示灯H11亮，PLC内部程序开始检测水位信号，从而确定是否需要调整泵房的位置及怎样调整，并控制相应的指示灯的亮灭，显示调整动作，指示操作员工作。(3)、按下SB1按键，做正转调整，指示灯H1亮。(4)、按下SB2按键，做反转调整，指示灯H2亮。(5)、按下SB3按键，绞车停车。(6)、当出现绞车过卷或是下放到底时，指示灯区相应的指示灯亮，提醒操作员，做相应的应急操作。(7)、按键SB8是手动控制油泵电动机的启动，指示灯H4亮。(8)、按键SB9是手动控制油泵电动机的停止。(9)、当出现主电动机故障停车时，指示灯H3亮；当出现油泵电动机故障停车时，指示灯H5亮。7.2.10提高系统可靠性的措施PLC专为在工业环境下应用而没计，其显著特点之一就是高可靠性，为了提高PLC的可靠性，PLC本身在软.硬件上均采取了一系列抗干扰措施，在一般工厂内使用完全可以可靠地工作，一般平均无故障时间可达几万小时，但这并不意味着对PLC的环境条件及安装使用可以随意处理。在过于恶劣的环境条件下，如强电磁干扰.超高温、超低温、过欠电压等情况，或安装使用不当等，都可能导致PLC内部存储信息的破坏，引起控制紊乱，严重时还会使系统内部的元器件损坏。为了提高PLC控制系统运行的可靠性，必须选择合理的抗干扰措施，使系统正常可靠的工作。良好的环境条件是PLC系统正常运行的重要保证。各厂家的PLC对安装环境都有规定，通常应满足以下条件： (1)环境温度约在055C，环境温度过高或过低，使PLC长期处于极限温度下工作，会影响PLC工作的稳定性和可靠性。因而PLC安装时应远离热源。PLC安装在控制柜内时，柜的上下应有通风散热的百叶窗，必要时应安装电风扇降温；注意不要把发热量大的元器件，如变压器.稳压电源、加热器.大功率电阻等放在PLC下方。PLC四周底留有一定的空间供通风散热用。 (2)PLC允许的相对湿度一般在3580，湿度太高不仅使漏电流增大影响绝缘性能，而且直接影响模拟量输入/输出装置的精度，必要时可设置小加热器或夜间不切断电源。(3)周围不应有导电尘埃、油性物或有机溶剂、腐蚀性气体。以防锈蚀元器件，造成绝缘降低、严重漏电、局部短路等故障，甚至损坏设备。 (4)PLC能承受的振动和冲击有一定规定，振动过大会引起插接件松动。为了减少震动和冲击，可将PLC控制柜与振动和冲击源分开，或用抗震垫来固定PLC控制柜。8 结论本次设计的主要目的是实现牵引绞车的自动化控制。在设计中，我主要完成的是牵引绞车的控制系统。我使用可编程序控制器(PLC)对牵引绞车进行控制，对PLC编程来实现控制回路的功能，从而简化系统，使系统的工作更可靠、稳定，并且易于维修。在设计的过程中，由于自身的经验不足，考虑的问题不够周全，系统中还存在着很多的问题。如在机械结构设计时，对实际的情况估计不足，使得结构复杂化，并增加了相应的成本。在选择液压系统各元器件时，其流量的匹配做得不够，使得系统的冗余较大，造成了一定的浪费，这方面有待优化。在控制方面，指示灯的设置有些重复，需要改进。此外，我所设计的控制功能较简单，仅仅是实现绞车的上提和下放的简单调整，以及过卷报警和下放到坡底的报警动作。系统的控制功能还可以进一步完善。这里有两点改进的想法：一、在绞车下放时，要考虑泵房的自重产生的影响，会引起泵房下放过快，需要调节制动力的大小，以便于绞车正常的工作，实现匀速下放。思路是利用传感器检测泵房的下放速度，再将速度信号传入PLC中，比较检测到的速度值是否超过某一固定值，若超过，则由PLC输出信号去控制液压站的调压装置，改变液压站的工作压力，进而调节盘形制动器的制动力的大小，以便于调节泵房的下放速度。当然，由于速度和控制液压站的信号均是模拟信号，需要扩展模拟量模块。二、液压站的蓄能器及盘形制动器处都可以检测压力信号，并将信号送入PLC中，当检测的压力不足时，可由PLC输出相应的信号控制液压泵动作，以补偿其压力损失。检测压力值可选用电接点式压力表或是压力继电器。由于压力信号及控制信号均为模拟量，也需要扩展模拟量模块。所以，可以选用模拟量输入输出模块EM235。最后，通过本次设计，我了解了完成一项设计的基本步骤，从收集相关资料，了解课题的发展，到分析实际工作情况，确定相关参数，再到选择正确的原理、公式及元器件等。每一步都要认真考虑，才能使设计的结果符合要求。参考文献1 吴辉海.液压绞车.北京：煤炭工业出版社，19892 吴中俊，黄永红.可编程序控制器原理及应用.北京：机械工业出版社，20053 韩春艳.液粘调速绞车的PLC控制系统硕士学位论文.辽宁：辽宁工程技术大学，20024 赖昌干.采掘运机械的控制.徐州：中国矿业大学出版社，19945 张复德.矿井提升设备.北京：煤炭工业出版社，19956 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