基于PLC控制的储煤仓升降系统设计（全套含CAD图纸）
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购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 摘 要 本设计是一种煤块在入仓过程中的防破碎技术，采用煤仓内设置升降缓冲仓的方法来实现。利用煤在下落过程中与相对较小直径的缓冲仓筒壁的摩擦减速，延长下落时间，达到减小煤块在落入仓底时的冲力，减小了煤块的破碎率，大大提高了块煤的入仓储存率。 缓冲仓结构由直径依次增大的七节可伸缩筒仓连接而成，每个上下筒仓间采用定位板和内环实现连接功能。内环上开有与定位板中线重合、个数相等的槽口，安装和拆卸时只要将筒仓沿圆周方向旋转相应角度即能完成。即避免了 煤尘和细小颗粒在 筒仓间伸缩腔内的堆积，又便于维修。 缓冲仓以 防爆型电机为动力，经减速器和卷筒、滑轮、导向轮、制动器组成缓冲仓的升降提升系统。其中对筒仓位置、煤位的监测采用限位行程开关和自行设计的碰触点为面的压力传感器，利用 200筒仓位置、煤位和提升电机升降系统进行自动控制，控制操作简单，运行可靠。 在本设计中，第一突破是筒仓连接定位板的设计 ；第二突破是将煤位传感器的碰触点扩大到面，增大了接触面积提高了系统运行的安全性。 关键词： 防破碎； 缓冲仓； 结构； 提升动力系统； 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 is of in is in in in to to s s in of of to be in in by so as in in is as a to s 7to on is is In is is to to 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 目 录 1 序言 . 1 言 . 1 述 . 1 2 设计方案 . 3 计参数 . 3 计的任务 . 3 破碎的方法 . 3 3 缓冲仓的设计 . 5 筒的构造 . 5 筒设计方法 . 7 筒设计步骤 . 8 仓提升板的设计 . 14 仓的定位板设计 . 15 4 提升部件的设计 . 16 丝绳的选择 . 16 筒的选择 . 18 筒的技术要求 . 18 筒的计算 . 19 丝绳的固定 . 23 丝绳在卷筒上的固定 . 23 丝绳在筒仓上的连接 . 25 5 电机和减速器的选择 . 26 机的选择要求 . 26 定电动机的型号 . 27 速器的选择 . 29 速比的计算 . 29 速器的选型 . 29 速器箱体的设计 . 31 件设计 . 32 速器的润滑与密封 . 33 6 滑轮和导向轮的设计 . 34 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 轮的设计 . 34 向轮的设计 . 39 7 轴和联轴器的设计 . 40 的设计 . 40 轴器的选用 . 43 的设计 . 45 承的选择 . 47 8 制动器的设计 . 49 动器的基本要 求 . 49 动器的计算和选型 . 50 9 电气控制 . 52 感器和限位的设计 . 52 气控制过程 . 57 制流程图 . 57 编程序控制器 (特点及应用 . 57 序设计 . 60 设计 . 62 选型 . 62 序设计 . 64 何提高系统的可靠性 . 67 10 提升机及其相关设备的安装与维修保养 . 68 总结 . 73 参考文献 . 74 翻译部分 . 76 致谢 . 89 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 1 序言 煤炭是当前我国能 源的主要组成部分之一，是国民经济保持高速增长的重要物质基础。 纵观世界煤炭工业发展史，煤炭在一次能源（包括煤炭、石油、天然气、水电和可再生能源等）的产量和消费上始终占据着重要的地位。尽管在二次世界大战以后，在西方国家石油和天然气取代了煤炭，但在 1973年 10月的中东战争后，石油输出国组织提高了石油价格，加上中东战争对石油供应的影响以及煤炭储量的优势，煤炭资源开始重新受到了重视。特别是近期由于中东局势混乱，国际原油价格在 42桶高位运行，以石油为主要能源的行业企业受到了很大的影响。煤炭作为一种量大价廉 的能源来源被重新开始认识和定位。预测未来石油价格不会出现大幅下落，煤炭将越来越得到重视 。但是目前我国的煤炭工业的发展远不能满足整个国民经济的发展需要，因此必须以更快的速度发展煤炭工业。然而，高速发展煤炭工业的出路在于煤炭工业的机械化，同时在煤炭资源日益显得匮乏的时候合理而行之有效的利用成为了关键，在我国存在着能源浪费的突出情况，这其中包括能源在运输、加工等的中间环节上。煤炭资源支撑着我国大部分的国民经济领域，怎样保证我们的煤炭能得到最大化的利用非常紧迫问题，解决合适的煤块粒度是煤炭利用中的核心技术，这将直接 影响煤块地利用程度。 我国的煤炭工业从小到大，从弱到强。原煤年产量从 1949年的 989年的 10 亿吨。此后，连续 10 年的年产量都在 10 亿吨以上，在 2002年达到 居世界第一位。 2003年由于强劲的需求原煤产量达到了 计 2004年全年产量将达到 国不仅是世界上最大的煤炭生产国，而且是最大的煤炭消费国。煤炭在我国一次能源总产量和消费总量中的比例均在 75%左右，目前仍占 70%左右。国内 70%的燃料和工业动力、 60%的民用商品能源、 60%的化工原料都 是由煤炭来提供的。煤炭在我国的一次能源的产量和消费上都占有主导地 。 众所周知，块煤的售价比碎 煤要高出许多，因此，对于选煤厂来说努力提高块煤产率是提高经济效益的一个十分有效的方法，从采煤工作面到选煤厂产品装车的各个环节，块煤总的破碎率约为 21%，其中装仓破碎率约为 10%，所以减少块煤在装仓时的破碎更是诸多环节中最重要的一环。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 块煤的破碎机理是块煤在外力作用下遭到破坏的过程。块煤在运输过程中产生的碰撞是其形成破碎的主要表现形式，块煤所受外力大于其团聚力是破碎的成因 。 假设煤块与煤块或与其他物体间的碰撞为 完全非弹性碰撞，碰撞后煤块的运动速度为零。因此解决块煤破碎的问题应该从两个方面入手：一是降低块煤的运动速度；二是延长块煤颗粒之间以及与其他物体之间的碰撞时间。降低块煤落底速度的方法有降低高差和以外阻力减速，降低高 度 差的有限位放煤法，自动放煤机 (吊斗法 )和套筒仓法 (也称仓内小仓法 )。 此 外阻力减速的方法有螺旋溜槽、斜坡仓法、斜板法等。延长碰撞时间的方法是在块煤落底过程中或落底时加缓冲垫，如 之 形缓冲和多层钢丝绳缓冲等 我所设计的这套系统是在煤块入仓下落过程中由于摩擦减速而减少摔击造成的过度粉碎，使煤块保持相对较大 粒度储存，从而达到合理利用煤炭的目的。由于储煤仓的空间有限，既要考虑整个系统的可操作性又要考虑系统所占据煤仓的空间。在综合考虑以上因素以后在动力系统和控制系统上都必须符合要求，而系统的动力是绞车提升，在工业系统中绞车已经被广泛的应用，其技术和经验都已很成熟；同时 于 我国在很久以前的古代，就知道采用辘辘等来提升重物，以减轻体力劳动的强度和提高生产率。但提升设备的生产是解放以后才开始的，随着生产的发展到了 60年代，由于对煤炭的开采， 对提升设备在生产和使用越来越多。改革开放以后，为了发展提升设备的生产，行业组织了有关厂家的人员对全国提升机的生产和应用情况进行了调查，是新产品的开发提到日程上来。不少生产厂家成了了厂属研究所，开发了如告诉卷扬机、变速卷扬机、自动限位卷扬机等新产品，以及谐波传动、摆线针轮传动、圆弧齿齿轮传动、圆弧圆柱蜗杆传动等具有新型传动型式的卷扬机。对单筒快速提升卷扬机起重质量从 本实现了结构紧凑、加工简单、操作方便、体积小，重量轻，满足了生产的需要和技术的进步。 控制技术中的一朵奇葩。经过 30多年的发展替代继电 接触器控制的简单功能，发展到目前的具有接近计算机的强有力的软硬件功能。 接触器控制，它与传统的电气控制技术有着密不可分的联系。 合了计算机技术、半导体技术、自动控制技术、数字技术和网络通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。 活性强、使用方便的优越性，迅速占领了工业控制领域。从运动控制到过程控制，从单机自动化到生产线自动化乃至工厂自动化，从工业机器人、数控设备到柔性制造系统，从集中控制 系统到大型集散控制系统， 展现出了强劲的态势。 用势头最强的工业控制器风靡全球。 值运算、数据传输、过程控制、位置控制、高速计数、中断控制、人机对话、网络通信等功能的控制领域。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 解决了动力和信号系统的关键部分，使得整个设计以此为基础顺利的进行下去。 2 设计方案 皮带输送能力： 400T/t； 煤最大块度： 200大直径 )； 煤仓高度 ： 20 自动升降缓冲仓的设计； 牵引系统设 计； 控制系统设计； 说明书； 破碎的方法 1) 螺旋溜槽：适用于大型的圆筒仓中。其作用机理是延长块煤下降的距离，利用摩擦和离心力，降低块煤运动的末速度，防止块煤破碎。其优点是运行费用低廉，维护简单。其缺点是制造、加工和安装难度较大，防破碎效果取决于煤质、粒度、螺旋角和内倾角的大小，需要个别试验和科学计算，角度不合适会造成堵煤或防碎效果不理想，而且发生过因堵煤造成溜槽垮台事故。其具体有以下几方面： 螺旋溜槽图 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 (1 )由于溜槽是钢板焊接而成，溜槽面为钢板，无耐磨材料，有可能 长时间使用出现钢板凹凸不平现象，影响使用效果，甚至造成钢板磨穿需重新制作更换，维护不便。建议溜槽面使用耐磨喷涂材料，以保护钢板不被磨损。 (2 )因螺旋仓单口入料，故用螺旋溜槽装满仓后，另一侧仍有空间无煤，比原设计仓储减小很多。 (3 )煤仓底部锥体部分的螺旋溜槽技术问题。 2) 斜面仓法：这种方法克服了限位放煤法的缺点，有效利用了仓体的容量。其作用机理是延长块煤运动时间，降低块煤运动的末速度，防止块煤破碎。缺点是土建工程量大、施工难度大、有限下率构成的细粒煤容易沉积在斜坡上，造成块煤颗粒滚动，降低了防止块 煤破碎的效果。 3) 自动放煤机：工作原理是利用 中控制系统，对定量斗、放煤斗通过压力传感器实施自动间断放煤的防破碎方法。定量斗存储一定量的块煤后，打开闸门给放煤斗供煤，放煤斗盛煤结束后，自动下落到仓底或与存煤接触底部位，打开底部闸板，实施放煤，完成煤炭的防破碎功能。从工作过程不难看出，其工作机理变胶带的连续给煤为定量斗间断放煤，完全避免了块煤的速度对破碎的影响，使块煤的运动速度降低到了一个理想的状态，块煤的势能完全被运输的机械所消化，因此防破碎的效果是明显的。其优点是自动化程度高，对仓体的适应能力 较强，效果好。缺点是制造工艺复杂，运行费用高 (提升电机功率大，带式输送机必须断续运行 )，维护工作量大，具有一些易损的部件，要经常检修、保养。 图中： 图 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 4) 煤仓内缓冲仓法：在煤仓这个大仓内再建一个截面 1右的圆形或矩形小仓，此小仓是由多节套筒组成，可以上、下升降。其工作原理：在往煤仓内装煤前，先开动绞车，下放套筒，套筒底面与煤仓料面接触后，位置传 感器将信号传给 制器， 令提升机停电抱闸，同时带式输送机转动，块煤通过套筒仓上部的缓冲仓，流入套筒仓，待块煤装到缓冲仓上料位传感器时，提升机开始提升最下节套筒，同时装仓带式输送机连续给料，随着套筒的不断升高，套筒中块煤不断流入大的煤仓中。整体设计结构如 因为套筒中块煤流动量应大于或等于输送带给料量，缓冲仓中块煤下落快。料位落到下限位时，下料位压力传感器发出信号， 令绞车停机，等待缓冲仓位上升到上限位时，绞车再开动，提升套筒。当煤仓装火车时，煤仓料位下降后压力传感器断开，绞 车自动反转，套筒下放，最下节套筒底面与煤仓内料面相接触。简单的也有采用绞车上提套筒，套筒靠自重下降的方法。套筒仓法的最大优点是可以煤的破碎率低，可以将破碎率降低 5%，但缺点是以现有的料位传感器的可靠性均难以满足块煤仓的使用要求，传感器在块煤的冲击作用下经常误动作或不动作，造成使用效果不理想。针对上述情况分析，我个人认为比较有效的方法应该是套筒仓法，当然问题的关键是要设计合适的传感器和传感方式感知煤位，所以我通过对现有系统的进行改进，采用改进后的可靠性更高的机械式位置传感器和压力传感器，利用可编程序控制器的智 能对传感信号可能出现的错误进行判断和剔除，并且对系统本身的故障进行判断和报警，可以满足现场使用的要求。 3 缓冲仓的设计 1）每个圆筒上端都焊接了圆环状内环 4，下端安装了圆环状外环，套筒在伸缩过程中内环与外环之间形成了一个伸缩空腔，煤仓中的煤尘和细小颗粒很容易通过内外圆环与筒壁之间的空隙进入伸缩空腔，在伸缩空腔的下部堆积。由于外环与筒壁之间的间隙小，堆积的煤尘和细小颗粒大部分不能从伸缩空腔中排出。套筒收缩到最后这些堆积的煤尘和细小颗粒被积压成坚硬的煤层，套筒反复伸缩 ，煤尘和细小颗粒反复被挤压成坚硬的煤层，使套筒的伸缩距离越来越小，防破碎效果越来越低，最终失效。 2）内外圆环与筒壁焊接后形成了一个整体，每个铁筒都不能方便地从套筒中拆出，同时清除堆积在空腔中的煤层非常的不方便，给维修、更换造成很多的困难。 3）绞车必须沿绞车梁小幅移动才能使钢丝绳的相对位置保持不变，这种购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 双向移动的绞车结构比较复杂，并且在移动过程中容易引起钢丝绳的晃动。为解决套筒仓法的不足，本设计采用了一种新型的设计：将圆环状外圆环用 定位板替换，这样套筒仓内够将进入伸缩空腔的绝大多数煤尘和细小颗粒排出，同 时也能够清除进入套筒伸缩空腔的煤尘和细小颗粒，煤尘和细小颗粒不会在伸缩空腔内存留、积压和堆积，能够保证较长时间的无故障运行。另外，这种新型设计还能使得套筒仓中的每个桶都能方便地从整体中取出，便于维修和更换。另外本次设计改变了绞车的安装位置 绞车与漏斗几乎在同一水平线上，便于安装和维修。同时设计了导向轮装置，这样使得钢丝绳定位准确、不晃动。 1）圆筒下端沿筒外壁分散焊接了两个以上的定位板，定位板之间较大的间隙，间隙两端都是光滑的筒壁，克服了已有技术外圆环与筒壁之间间隙较小、堆积的煤尘和细 小颗粒大部分不能从伸缩空腔内排出的弊病。套筒在伸缩的过程中，圆筒上端的内圆环和圆筒下端的定位板不断刮除进入伸缩空腔并且粘附在筒壁上的煤尘和细小颗粒，它们不会在伸缩空腔内存留、积压和堆积，能够较长时间的无故障运行。 2. 筒仓 3. 绳槽 6. 内环槽 图 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 2）在圆筒上端的内圆环上开了两个以上的槽口。套筒在伸缩时，因为槽口中的中线与内筒下端定位板的中线相差角度为 30度，在钢丝绳的限位下槽口与定 位板始终相错角度 30度。检修更换时，先将钢丝绳从提升板中分离，然后需要更换的套筒旋转角度 30度，使定位板对准槽口，因为槽口的宽度略宽于定位板的宽度，槽口的数目与定位板的数目相同，槽口的中线位置与定位板的中线位置对应，这样套筒中的每个筒都能方便地从整体中拆出，便于维修和更换。 3） 图 由导向轮组将钢丝绳定位，这样钢丝绳定位准确不晃动。综上所述，我所设计得新型筒仓的形式如图 筒仓的设计要求：（ 1）重量不能太重；（ 2）耐冲击，有 一定的韧性；（ 3）耐磨性好易制造，；（ 4）制造成本低 由于圆筒仓的工作情况，输送能力 400 吨 /小时，设计选材用 45#钢板，钢板的厚度取 1板的高度取 2m。本题目设计要用到煤的堆积密度，堆积密度是指在 20下单位（包括煤的内外空隙及煤粒间的空隙）煤的质量，用 方便计算本题目用 表示并取 =，堆积密度的大小除与煤的真密度有关外，主要决定于煤的粒度组成和堆积的密实度，堆积密度对煤炭的生产和加工利用部门设计矿车、 煤仓、估算煤堆质量等很关键。 假设煤从输送机上脱落进入漏斗并滑到漏斗下断口，此过程中重力对煤做的功等于摩擦力对煤做的功，即此过程中外力不对煤做功，那么理论上漏斗的下端口的面积大于等于落入煤的有效面积即可。 落入漏斗的有效面积（用 示）计算如下： 因为 Q = v 式中： 煤的堆积密度， = = 1200kg/； Q 筒仓的运输量， Q = 400t / h = s ； v 煤的入仓速度； 由于煤进行的是自由落体运动， S = 21漏斗的垂直距离可取 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 下落的距离 s= t = = v = s 从而 Q / v =1200= 而对于圆截面 式中求得： =以设计的漏斗下端口直径只要能大于等于 可，但考虑到其他象冲击、输送煤量的不均匀等，设计漏斗下断口的直径为 斗上端口直径为 l=下来的第一节套筒（后文称为第一节固定套筒）的直径应大于等于漏斗下端口的外径（ 同时由于输送能力为 400 吨 /小时，综合以上因素可取第一节（最上端）圆筒的横截面尺寸 S 因为 S= 所以 解得 r= 取 r=400=410径） 筒仓铁板的体积 V=2 r H V 筒仓铁板的实际体积 R 为筒仓的内径 H 筒仓的高度 现 定义最上端可移动桶为 依此类推由上至下依次定义各可移动桶为 选取伸缩空腔的厚度为 35筒外环至外筒壁的距离取 d=5高H=2000 为简化计算将筒仓展开成铁板计算其体积从而求得其重量 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 计算筒仓 1重量： 2 H 2 =7850=1A = g = 算筒仓 2重量： 2 H ( 2 =7850=2A = g = 算筒仓 3重量： 2 H ( 2 =7850=3A= g =算筒仓 4重量： 2 H ( 2 =7850=4A = g =算筒仓 5重量： 2 H d =2 ( 2 =7850=5A= g =算筒仓 6重量： 2 H ( 2 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 =7850=6A= g =算筒仓 7重量： 2 H ( 2 =7850=7A= g =算各筒仓的容积： H= 2= H=( 2= H=( 2= H=( 2= H=( 2= H=( 2= H=( 2=根据以上计算结果得表数据表格如下： 表 号 内径（ 外径（ 容积（ 重量 G（ 800 820 2 890 910 3 980 1000 4 1070 1090 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 1160 1180 6 1250 1270 7 1340 1360 筒仓内环和上筒仓定位板可以近似看作下筒仓内环，对其重量的计算结 果如下表 ： 表 序号 内径（ 外径（ 体积（ 重量（ 1 830 890 920 980 1010 1070 1100 1160 1190 1250 1280 1340 算煤在下落过程对筒壁的摩擦力，在筒仓内壁任取微小元 其进行摩擦力分析，然后在整个筒仓上积分得摩擦力： 11( 式中：d 4 圆容器的系数 n 的值可以按下式来确定转的抛物体本设计中煤炭的内摩擦系数 f=炭对于钢的摩擦系数 两值代入下式得 )1.(21122121 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 2222 n 对于第一节固定筒仓： , 11(21 )1(1( = 第 1节可移动套筒所受的摩擦力： , (1(第 2节可移动套筒所受的摩力 : 80(1(第 3节可移动套筒所受的力 : 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 (1(第 4节可移动套筒所受的力 : (1(第 5节可移动套筒所受的力 : (1(第 6节可移动套筒所受的力 : (1(购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 仓提升板的设计 提升板除了在第 7节筒仓上设置两个外其余的筒仓上不设置，其剪切强度是关键。为方便计算提升板的强度分别 把煤在筒仓内下落过程的摩擦力求出，只有这样才能精确的计算提升板的强度，所以在保证筒仓 7的提升板剪切力的强度后才能精确选择其他部件，校核过程不下： 提升板在第 7节筒仓上有两个，长 120 28 100焊接也是采用开坡口熔透 T 形接头，与定位板一样，它也承受剪切力，不均衡系数取 其中 为焊缝的许用应力查表得： 7 8 5 N/安全 当 筒仓 7收缩完 毕第筒仓 6开始收缩时，筒仓 7的提升 板所承受的拉力 ： 9 6 7 95 9 4 25 6 0 45 2 2 61 学毕业设计任务书 学院 专业年级 学生姓名 任 务 下 达 日 期 ： 20 1 月 20 日 毕业设计日期： 20 3 月 15 日至 20 6 月 10日 毕业设计题目：基于 制的储煤仓升降系统 毕业设计专题题目： 毕业设计主要内容和要求： （ 1）用途： 块 煤防破碎 （ 2）煤仓高度： 20m （ 3）煤最大块度： 200（直径） （ 4）皮带输煤能力： 400T t （ 1） 自动升 降缓冲煤仓的结构设计 （ 2） 起重设备的选择与设计（包括电机、减速器、卷筒选择及相应构件的结构设计） （ 3） 控制系统设计 硬件选择与软件设计 （ 4）传感器的设计 摘 要 本设计是一种煤块在入仓过程中的防破碎技术，采用煤仓内设置升降缓冲仓的方法来实现。利用煤在下落过程中与相对较小直径的缓冲仓筒壁的摩擦减速，延长下落时间，达到减小煤块在落入仓底时的冲力 ， 减小了煤块的破碎率，大大提高了块煤的入仓储存率。 缓冲仓结构由直径依次增大的七节可伸缩筒仓连接而成，每个上下筒仓间采用定位板 和 内环实现连接功能。 内环上开有与定位板中线重合 、 个数相等的槽口，安装和拆卸时只要将筒仓沿圆周方向旋转相应角度即能完成。即避免 了 煤尘和细小颗粒在 筒仓间伸缩腔内的堆积，又便于维修。 缓冲仓以防爆型电机为动力，经减速器和卷筒、滑轮、导向轮、 制动器组成缓冲仓的升降提升系统。其中对筒仓位置、煤位的监测采用限位行程开关和自行设计的碰触点为面的压力传感器，利用 200筒仓位置、煤位和提升电机升降系统进行自动控制， 控制 操作简单，运行可靠。 在本设计中，第一 突破是筒仓连接定位板的设计 ；第二突破是将煤位传感器的碰触点扩大到面，增大了接 触面积提高了系统运行的安全性。 关键词 ： 防破碎； 缓冲仓； 结构； 提升动力系统； is of in is in in in to to s s in of of to be in in by so as in in is as a to s 7to on is is In is is to to 录 1 序言 . 1 言 . 1 述 . 1 2 设计方案 . 3 计参数 . 3 计的任务 . 3 破碎的方法 . 3 3 缓冲仓的设计 . 5 筒的构造 . 5 筒设计方法 . 7 筒设计步骤 . 8 仓提升板的设计 . 14 仓的定位板设计 . 15 4 提升部件的设计 . 16 丝绳的选择 . 16 筒的选择 . 18 筒的技术要求 . 18 筒的计算 . 19 丝绳的固定 . 23 丝绳在卷筒上的固定 . 23 丝绳在筒仓上的连接 . 25 5 电机和减速器的选择 . 26 机的选择要求 . 26 定电动机的型号 . 27 速器的选 择 . 29 速比的计算 . 29 速器的选型 . 29 速器箱体的设计 . 31 件设计 . 32 速器的润滑与密封 . 33 6 滑轮和导向轮的设计 . 34 轮的设计 . 34 向轮的设计 . 39 7 轴和联轴器的设计 . 40 的设计 . 40 轴器的选用 . 43 的设计 . 45 承的选择 . 47 8 制动器的设计 . 49 动器的基本要求 . 49 动器的计算 和选型 . 50 9 电气控制 . 52 感器和限位的设计 . 52 气控制过程 . 57 制流程图 . 57 编程序控制器 (特点及应用 . 57 序设计 . 60 设计 . 62 选型 . 62 序设计 . 64 何提高系统的可靠性 . 67 10 提升机及其相关设备的安装与维修保养 . 68 总结 . 73 参考文献 . 74 翻译部分 . 76 致谢 . 89 摘 要 本设计是一种煤块在入仓过程中的防破碎技术，采用煤仓内设置升降缓冲仓的方法来实现。利用煤在下落过程中与相对较小直径的缓冲仓筒壁的摩擦减速，延长下落时间，达到减小煤块在落入仓底时的冲力，减小了煤块的破碎率，大大提高了块煤的入仓储存率。 缓冲仓结构由直径依次增大的七节可伸缩筒仓连接而成，每个上下筒仓间采用定位板和内环实现连接功能。内环上开有与定位板中线重合、个数相等的槽口，安装和拆卸时只要将筒仓沿圆周方向旋转相应角度即能完成。即避免了 煤尘和细小颗粒在 筒仓间伸缩腔内的堆积，又便于维修。 缓冲仓以 防爆型电机为动力，经减速器和卷筒、滑轮、导向轮、制动器组成缓冲仓的升降提升系统。其中对筒仓位置、煤位的监测采用限位行程开关和自行设计的碰触点为面的压力传感器，利用 200筒仓位置、煤位和提升电机升降系统进行自动控制，控制操作简单，运行可靠。 在本设计中，第一突破是筒仓连接定位板的设计 ；第二突破是将煤位传感器的碰触点扩大到面，增大了接触面积提高了系统运行的安全性。 关键词： 防破碎； 缓冲仓； 结构； 提升动力系统； is of in is in in in to to s s in of of to be in in by so as in in is as a to s 7to on is is In is is to to 目 录 1 序言 . 1 言 . 1 述 . 1 2 设计方案 . 3 计参数 . 3 计的任务 . 3 破碎的方法 . 3 3 缓冲仓的设计 . 5 筒的构造 . 5 筒设计方法 . 7 筒设计步骤 . 8 仓提升板的设计 . 14 仓的定位板设计 . 15 4 提升部件的设计 . 16 丝绳的选择 . 16 筒的选择 . 18 筒的技术要求 . 18 筒的计算 . 19 丝绳的固定 . 23 丝绳在卷筒上的固定 . 23 丝绳在筒仓上的连接 . 25 5 电机和减速器的选择 . 26 机的选择要求 . 26 定电动机的型号 . 27 速器的选择 . 29 速比的计算 . 29 速器的选型 . 29 速器箱体的设计 . 31 件设计 . 32 速器的润滑与密封 . 33 6 滑轮和导向轮的设计 . 34 轮的设计 . 34 向轮的设计 . 39 7 轴和联轴器的设计 . 40 的设计 . 40 轴器的选用 . 43 的设计 . 45 承的选择 . 47 8 制动器的设计 . 49 动器的基本要 求 . 49 动器的计算和选型 . 50 9 电气控制 . 52 感器和限位的设计 . 52 气控制过程 . 57 制流程图 . 57 编程序控制器 (特点及应用 . 57 序设计 . 60 设计 . 62 选型 . 62 序设计 . 64 何提高系统的可靠性 . 67 10 提升机及其相关设备的安装与维修保养 . 68 总结 . 73 参考文献 . 74 翻译部分 . 76 致谢 . 89 1 序言 煤炭是当前我国能源的主 要组成部分之一，是国民经济保持高速增长的重要物质基础。 纵观世界煤炭工业发展史，煤炭在一次能源（包括煤炭、石油、天然气、水电和可再生能源等）的产量和消费上始终占据着重要的地位。尽管在二次世界大战以后，在西方国家石油和天然气取代了煤炭，但在 1973年 10月的中东战争后，石油输出国组织提高了石油价格，加上中东战争对石油供应的影响以及煤炭储量的优势，煤炭资源开始重新受到了重视。特别是近期由于中东局势混乱，国际原油价格在 42桶高位运行，以石油为主要能源的行业企业受到了很大的影响。煤炭作为一种量大价廉的能源 来源被重新开始认识和定位。预测未来石油价格不会出现大幅下落，煤炭将越来越得到重视 。 但是目前我国的煤炭工业的发展远不能满足整个国民经济的发展需要，因此必须以更快的速度发展煤炭工业。然而，高速发展煤炭工业的出路在于煤炭工业的机械化，同时在煤炭资源日益显得匮乏的时候合理而行之有效的利用成为了关键，在我国存在着能源浪费的突出情况，这其中包括能源在运输、加工等的中间环节上。煤炭资源支撑着我国大部分的国民经济领域，怎样保证我们的煤炭能得到最大化的利用非常紧迫问题，解决合适的煤块粒度是煤炭利用中的核心技术，这将直接影响煤 块地利用程度。 我国的煤炭工业从小到大，从弱到强。原煤年产量从 1949年的 989年的 10 亿吨。此后，连续 10 年的年产量都在 10 亿吨以上，在 2002年达到 居世界第一位。 2003年由于强劲的需求原煤产量达到了 计 2004年全年产量将达到 国不仅是世界上最大的煤炭生产国，而且是最大的煤炭消费国。煤炭在我国一次能源总产量和消费总量中的比例均在 75%左右，目前仍占 70%左右。国内 70%的燃料和工业动力、 60%的民用商品能源、 60%的化工原料都是由煤 炭来提供的。煤炭在我国的一次能源的产量和消费上都占有主导地 。 众所周知，块煤的售价比 碎 煤要高出许多，因此，对于选煤厂来说努力提高块煤产率是提高经济效益的一个十分有效的方法，从采煤工作面到选煤厂产品装车的各个环节，块煤总的破碎率约为 21%，其中装仓破碎率约为 10%，所以减少块煤在装仓时的破碎更是诸多环节中最重要的一环。 块煤的破碎机理是块煤在外力作用下遭到破坏的过程。块煤在运输过程中产生的碰撞是其形成破碎的主要表现形式，块煤所受外力大于其团聚力是破碎的成因 。 假设煤块与煤块或与其他物体间的碰撞为完全非 弹性碰撞，碰撞后煤块的运动速度为零。因此解决块煤破碎的问题应该从两个方面入手：一是降低块煤的运动速度；二是延长块煤颗粒之间以及与其他物体之间的碰撞时间。降低块煤落底速度的方法有降低高差和以外阻力减速，降低高 度 差的有限位放煤法，自动放煤机 (吊斗法 )和套筒仓法 (也称仓内小仓法 )。 此 外阻力减速的方法有螺旋溜槽、斜坡仓法、斜板 法等。延长碰撞时间的方法是在块煤落底过程中或落底时加缓冲垫，如 之 形缓冲和多层钢丝绳缓冲等 我所设计的这套系统是在煤块入仓下落过程中 由于摩擦减速而减少摔击造成的过度粉碎，使煤块保持相对较大粒度储 存，从而达到合理利用煤炭的目的。 由于储煤仓的空间有限，既要考虑整个系统的可操作性又要考虑系统所占据煤仓的空间。在综合考虑以上因素以后在动力系统和控制系统上 都必须符合要求，而系统的动力是 绞车 提升， 在工业系统中绞车已经被广泛的应用，其技术和经验都已很成熟；同时 于 我国在很久以前的古代，就知道采用辘辘等来提升重物，以减轻体力劳动的强度和提高生产率。但提升设备的生产是解放以后才开始的，随着生产的发展到了 60年代，由于对煤炭的开采，对提升 设备在生产和使用越来越多。改革开放以后，为了发展提升设备的生产，行业组织了有关厂家的人员对全国提升机的生产和应用情况进行了调查，是新产品的开发提到日程上来。不少生产厂家成了了厂属研究所，开发了如告诉卷扬机、变速卷扬机、自动限位卷扬机等新产品，以及 谐波传动、摆线针轮传动、圆弧齿齿轮传动、圆弧圆柱蜗杆传动等具有新型传动型式的卷扬机。对单筒快速提升卷扬机起重质量从 本实现了结构紧凑、加工简单、操作方便、体积小，重量轻，满 足 了生产的需要和技术的进步。 术 中的一朵奇葩。经过 30多年的发展 替代继电 接触器控制的简单功能，发展到 目前的具有 接近计算机的强有力的软硬件功能。 接触器控制，它与传统的电气控制技术有着密不可分的联系。 合了计算机技术、半导体技术、自动控制技术、数字技术和网络通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。 活性强、使用方便的优越性，迅速占领了工业控制领域。从运动控制到过程控制，从单机自动化到 生产线自动化乃至工厂自动化，从工业机器人、数控设备到柔性制造系统，从集中控制系统到 大型集散控制系统， 展现出了强劲 的态势。 用势头最强的工业控制器风靡全球。 值运算、数据传输、过程控制、位置控制、高速计数、中断控制、人机对话、网络通信等功能的控制领域。 解决了动力和信号系统的关键部分，使得整个设计以此为基础顺利的进行下去。 2 设计 方案 皮带输送能力 ： 400T/t； 煤最大块度 ： 200大直径 )； 煤仓高度 ： 20 自动升降缓冲仓的 设计 ； 牵引系统设计 ； 控制系统设计； 说明书； 破碎的方法 1) 螺旋溜槽：适用于大型的圆筒仓中。其作用机理是延长块煤下降的距离，利用摩擦和离心力，降低块煤运动的末速度，防止块煤破碎。其优点是运行费用低廉，维护简单。其缺点是制造、加工和安装难度较大，防破碎效果取决于煤质、粒度、螺旋角和内倾角的大小，需要个别试验和科学计算，角度不合适会造成堵煤或防碎效果不理想，而且发生过因堵煤造成溜槽垮台事故。 其具体有以下几 方面： 螺旋溜槽图 (1 )由于溜槽是钢板焊接而成，溜槽面为钢板，无耐磨材料，有可能长时间使用出现钢板凹凸不平现象，影响使用效果，甚至造成钢板磨穿需重新制作更换 ， 维护不便。建议溜槽面使用耐磨喷涂材料，以保护钢板不被磨损。 (2 )因螺旋仓单口入料，故用螺旋溜槽装满仓后，另一侧仍有空间无煤，比原设计仓储减小 很多 。 (3 )煤仓底部锥体部分的螺旋溜槽技术问题 。 2) 斜面仓法：这种方法克服了限位放煤法的缺点，有效利用了仓体的容量。其作用机理是延长块煤运动时间，降低块煤运动的末速度，防止块煤破碎。缺点是土建工程量大、施工难度大、有限下率构成的细粒煤容易沉积在斜坡上，造成块煤颗粒滚动，降低了防止块煤破碎 的效果。 3) 自动放煤机：工作原理是利用 中控制系统，对定量斗、放煤斗通过压力传感器实施自动间断放煤的防破碎方法。定量斗存储一定量的块煤后，打开闸门给放煤斗供煤，放煤斗盛煤结束后，自动下落到仓底或与存煤接触底部位，打开底部闸板，实施放煤，完成煤炭的防破碎功能。从工作过程不难看出，其工作机理变胶带的连续给煤为定量斗间断放煤，完全避免了块煤的速度对破碎的影响，使块煤的运动速度降低到了一个理想的状态，块煤的势能完全被运输的机械所消化，因此防破碎的效果是明显的。其优点是自动化程度高，对仓体的适应能力较强， 效果好。缺点是制造工艺复杂，运行费用高 (提升电机功率大，带式输送机必须断续运行 )，维护工作量大，具有一些易损的部件，要经常检修、保养。 图中： 图 4) 煤 仓内 缓冲仓 法：在煤仓这个大仓内再建一个截面 1右的圆形或矩形小仓，此小仓是由多节套筒组成，可以上、下升降。其工作原理：在往煤仓内装煤前，先开动绞车，下放套筒，套筒底面与煤仓料面接触后，位置传感器将 信号传给 制器， 令提升机停电抱闸，同时带式输送机转动，块煤通过套筒仓上部的缓冲仓，流入套 筒仓，待块煤装到缓冲仓上料位传感器时，提升机开始提升最下节套筒，同时装仓带式输送机连续给料，随着套筒的不断升高，套筒 中块煤不断流入大的煤仓中。整体设计结构如 因 为套筒中块煤流动量应大于或等于输送带给料量，缓冲仓中块煤下落快。 料位落到下限位时，下料位压力传感器发出信号， 令绞车停机，等待缓冲 仓 位上升到上限位时，绞车再开动，提升套筒。当煤仓装火车时，煤仓料位下 降后 压力传感器断开，绞车自动 反转，套筒下放，最下节套筒底面与煤仓内料面相接触。简单的也有采用绞车上提套筒，套筒靠自重下降的方法。套筒仓法的最大优点是可以煤的破碎率低，可以将破碎率降低 5%，但缺点是以现有的料位传感器的可靠性均难以满足块煤仓的使用要求，传感器在块煤的冲击作用下经常误动作或不动作，造成使用效果不理想。针对上述情况分析，我个人认为比较有效的方法应该是套筒仓法， 当然问题的关键是要设计合适的传感器和传感方式感知煤位，所以我通过对现有系统 的进行改进，采用改进后的可靠性更高的机械式位置传感器和压力传感器，利用可编程序控制器的智能对传 感信号可能出现的错误进行判断和剔除，并且对系统本身的故障进行判断和报警，可以满足现场使用的要求。 3 缓冲仓的设计 构造 1）每个圆筒上端都焊接了圆环状内环 4，下端安装了圆环状外环，套筒在伸缩过程中内环与外环之间形成了一个伸缩空腔，煤仓中的煤尘和细小颗粒很容易通过内外圆环与筒壁之间的空隙进入伸缩空腔 ， 在伸缩空腔的下部堆积。由于外环与筒壁之间的间隙小，堆积的煤尘和细小颗粒大部分不能从伸缩空腔 中排出。套筒收缩到 最后这些堆积的煤尘和细小颗粒被积压成坚硬的煤层，套筒反复伸缩，煤尘 和细小颗粒反复被挤压成坚硬的煤层，使套筒的伸缩距离越来越小，防破碎效果越来越低，最终失效。 2）内外圆环与筒壁焊接后形成了一个整体，每个铁筒都不能方便地从套筒中拆出，同时清除堆积在空腔中的煤层非常的不方便，给维修、更换造成很多的困难。 3）绞车必须沿绞车梁小幅移动才能使钢丝绳的相对位置保持不变，这种 双向移动的绞车结构 比较复杂，并且在移动过程中容易引 起钢丝绳的晃动。为解决套筒仓法的不足，本设计采用了一种新型的设计：将圆环状外圆环用 定位板替换，这样套筒仓内够将进入伸缩空腔的绝大多数煤尘和细小颗粒排出，同时也能 够清除进入套筒伸缩空腔的煤尘和细小颗粒，煤尘和细小颗粒不会在伸缩空腔内存留、积压和堆积，能够保证较长时间的无故障运行。另外，这种新型设计还能使得套筒仓中的每个桶都能方便地从整体中取出，便于维修和更换。另外本次设计改变了绞车的安装位置 绞车与漏斗几乎在同一水平线上，便于安装和维修。同时设计了导向轮装置，这样使得钢丝绳定位准确、不晃动。 计 方法 1） 圆筒下端沿筒外 壁分散焊接了两个以上的定位板，定位板之间较大的间隙，间隙两端都是光滑的筒壁，克服了已有技术外圆环与筒壁之间间隙较小、堆积的煤尘和细小颗粒 大部分不能从伸缩空腔内排出的弊 病。 套筒在伸缩的过程中，圆筒上端的内圆环和圆筒下端的定位板不断刮除进入伸缩空腔并且粘附在筒壁上的煤尘和细小颗粒，它们不会在伸缩空腔内存留 、积压和堆积，能 够较长时间的无故障运行。 2. 筒仓 3. 绳槽 6. 内环槽 图 2）在圆筒上端的内圆环上开了两个以上的槽口。套筒在伸缩时，因为槽口中的中线与内筒下端定位板的中线相差角度 为 30度 ，在钢丝绳的限位下槽口与定位板始 终相错角度 30度 。检修更换时，先将钢丝绳从提升板中分离，然后需要更换的套筒旋转角度 30度 ，使定位板对准槽口 ，因为槽口的宽度略宽于定位板的宽度，槽口的数目与定位板的数目相同，槽口的中线位置与定位板的中线位置对应，这样套筒中的每个筒都能方便地从整体中拆出，便于维修和更换。 3） 图 由 导向 轮组将钢丝绳定位，这样钢丝绳定位准确不晃动。综上所述，我所设计得新型筒仓的形式如图 筒仓 的设计要求：（ 1） 重量不能太重 ；（ 2）耐冲击，有一定的 韧性；（ 3） 耐磨性好 易制造，；（ 4）制造成本低 计步骤 由于 圆筒仓的工作 情况 ，输送能力 400 吨 /小时，设计选材用 45#钢板，钢板的厚度取 1板的高度取 2m。本题目设计要用到煤的堆积密度，堆积密度是指在 20下单位（包括煤的内外空隙及煤粒间的空隙）煤的质量，用 方便计算本题目用 表示并取 =，堆积密度的大小除与煤的真密度有关外， 主要决定于煤的粒度组成和堆积的密实度，堆积密度对煤炭的生产和加工利用部门设计矿车、煤仓、 估算煤堆质量等 很关键。 假设煤从输送机上脱落进入漏斗并滑到漏斗下断口，此过程中重力对煤做的功等于摩擦力对煤做的功，即此过程中外力不对煤做功，那么理论上漏斗的下端口的面积大于等于落入煤的有效面积即可。 落入漏斗的有效面积（用 示）计算如下： 因为 Q = v 式中： 煤的堆积密度， = = 1200kg/； Q 筒 仓
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