双滚筒型采煤机电路控制设计毕业论文.doc

摘摘 要要 随着采煤技术的发展 采煤机械越来越趋近于自动化和智能化 综合机械化采煤技 术的普及已经成为增加煤炭产量 提高劳动生产率 减少事故的重要手段 采煤机是综 合机械化采煤工艺中的核心设备 它的自动化程度是实现综合机械化采煤的关键 采煤 机自动化技术主要包括牵引部自动调速控制技术和采煤机调高自动控制技术 近年来 我国在采煤机牵引部调速方面的技术发展很成熟 但是采煤机调高自动控制技术发展缓 慢 成为影响采煤自动化的主要瓶颈 本文针对采煤机调高自动控制技术发展的不足 在了解实际采煤机基本结构 工作 原理和电气控制系统控制逻辑关系的基础上 掌握了采煤机记忆截割试验台基本结构 工作原理和电气控制逻辑关系 采煤机记忆截割试验台由机械系统 电气控制系统和 检测控制系统组成 本文确定了电气控制系统的控制逻辑关系 设计搭建了满足记忆截 割技术要求的电气控制系统电路 试验调试表明 电气控制系统的控制电路可以较好的 实现控制电器间的控制逻辑关系 关键词 采煤机 采煤机试验台模型 电气控制 研究类型 应用研究 Abstract Along with the development of coal mining technology the coal mining machine tends to be more and more automatic and intelligent The popularization of comprehensive mechanized mining technology has become an important means to increase output improve productivity and reduce accident The coal mining machine is core equipment in the comprehensively mechanized coal mining technology whose automation is the key to realize comprehensive mechanized mining The coal mining machine automatic technology mainly includes the automatic technology of Shearer Hauled part and the coal mining machine high automatic control technology In nowadays the automatic technology of Shearer Hauled part is rather mature while drum lifting is not very satisfising which has become the the main bottleneck of coal automation Based on the understanding of the logic relationship among basic structure working principle and electric control system this article describes that the coal mining machine cutting memory test bed is composed of mechanical electrical control and test control system determines the control logic relationship of electric control system designs electric control systematic circuit to meet the technical requirements for the memory cutting According to the test electric control systematic circuit can control the logic relationship between electrical equipments well Keywords The Coal Mining Machine The Coal Mmining Machine Test Modelt Electri Control Research types application 目目 录录 1 绪绪 论论 1 1 1 课题提出的背景 1 1 2 国内外发展状况 1 1 2 1 国外发展状况 1 1 2 2 国内发展状况 2 1 3 论文研究的目的和意义 3 1 4 论文研究的内容 3 1 5 论文研究的技术路线 3 2 采煤机机电液控制综合实验台概述采煤机机电液控制综合实验台概述 5 2 1 综合机械化采煤的主要设备 5 2 2 采煤机的结构及功能 6 2 3 采煤工艺 7 2 3 1 炮采回采工艺 8 2 3 2 普采回采工艺 8 2 3 3 综合机械化采煤工艺 9 2 4 采煤机电液控制综合实验台的总体结构 16 3 采煤机机电液控制综合实验台的控制电路设计采煤机机电液控制综合实验台的控制电路设计 18 3 1 1 试验台控制电路的设计要求 18 3 1 2 控制电路的控制方案设计 19 3 1 3 控制电路电器的选型 21 3 2 采煤机机电液控制综合实验台电路控制原理 23 3 2 1 牵引电机控制原理 23 3 2 2 调高系统电路控制原理 25 3 3 采煤机机电液控制综合实验台电路接线原理 26 3 4 采煤机机电液控制综合实验台电路部分调试 26 4 结论结论 28 致致 谢谢 29 参考文献参考文献 30 1 绪 论 1 1 课题提出的背景课题提出的背景 经济的发展离不开能源的支持 我国以煤炭作为主要能源 机械化采煤在我国得到 快速发展 经过几十年的技术引进 消化吸收和自主研发 我国综合机械化采煤设备的 研制水平已有长足进步 但是仍然不能够松懈 我们应该再接再厉 克服重重技术难关 进行创新工作 采煤机是采煤工作中核心设备 采煤机自动化程度高低往往决定了整个 采煤工作面的工作效率 纵观国内外采煤机械发展趋向于智能化 自动化 目前采煤机 牵引部分自动化技术已经相当成熟 但是滚筒调高系统部分自动化仍然未很好解决 基 于采煤机目前现状 采煤机机电液控制综合试验台电路设计研究论文主要包括牵引部分 和滚筒调高部分的设计和研究 在研究采煤机自动化工作中提供有一些帮助和解决方案 1 2 国内外发展状况国内外发展状况 1 2 1 国外发展状况国外发展状况 世界各主要产煤国家 为适应高产高效综采工作面发展和实现矿井集约化生产的需 要 积极采用新技术 不断加速更新滚筒采煤机的技术性能和结构 相继研制出一批高 性能 高可靠性的 重型 采煤机 其中 最具代表的是英国安德森的 Eiectra 系列采 煤机 德国艾柯夫的 ST 系列采煤机 美国乔依的 TS 系列采煤机和日本三井三池的 MCLE DR 系列电牵引采煤机 这些采煤机 体现了当今世界电牵引采煤机的最新发展 方向 英国安德森公司整机结构特点是机身为整体焊接框架结构 摇臂为分体装配式 左右对称通用 电气传动系统采用两直流电机他激串联 励磁电枢部分采用两套可编程 控制器模块控制 可满足四象限运行的要求 德国艾柯夫公司 整机结构特点为机身 3 段式 两边传动部分为铸造箱体结构 中间电气部分为焊接框架结构 牵引部电气传动 系统采用两直流电机 美国乔依公司机身为 3 段焊接结构形式 摇臂为分体联结 左右 通用 牵引部电气传动系统为电机串激串联 日本三井三池公司均为交流电牵引采煤机 综合论述 国外采煤机发展特点有以下特点 1 装机功率和截割电动机功率有较大幅度增加 2 电牵引采煤机已取代液压牵引采煤机而成为主导机型 3 牵引速度和牵引力不断增大 4 多电机驱动横向布置的总体结构日益发展 1 2 2 国内发展状况国内发展状况 国内电牵引采煤机的发展状况 最初煤科总院上海分院与波兰合作研制开发了我国 第一台 MG344 PWD 薄煤层强力爬底板交流电牵引采煤机 接下来借助 MG344 PWD 电牵引采煤机的电牵引技术 对液压牵引采煤机进行技术更新 第一台 MC300 680 WD 型电牵引采煤机是在鸡西煤矿机械厂生产的 MG300 系列液压牵引采煤机的基础上改造 成功 并在大同晋华宫矿开始使用 与此同时 在太原矿山机器厂生产的 AM 500 液压 牵引采煤机上应用交流电牵引调速装置改造成 MG375 830 WD 型电牵引采煤机 20 世 纪 80 90 年代曾引进了德 英 波 日液压牵引采煤机 并以技贸结合方式引进英国 液压牵引采煤机技术和德国直流电牵引采煤机技术 通过引进并再创新 于 90 年代 掌握了国际先进的交流变频电牵引采煤机技术 2005 年中压交流变频调速技术标志着 我国采煤机电气调速技术达到或接近国际先进水平 截止目前 我国已形成多个电牵引 采煤机生产基地 鸡西煤矿机械厂 太原矿山机器厂 煤炭科学研究总院上海分院 辽 源煤矿机械厂 西安煤矿机械等 同国外采煤机相比较 国内采煤机的发展有以下几个特点 1 多电机驱动横向布置电牵引采煤机 2 总装机功率 牵引功率大幅度提高 3 电控技术研究和采煤机电气控制装置可靠性不断提高 1 3 论文研究的目的和意义论文研究的目的和意义 综合机械化采煤向着大功率 遥控 遥测 自动化方向发展 其性能日益完善 生 产率和可靠性进一步提高 但是采煤机滚筒自动调节技术的发展缓慢 影响着综采自动 化技术的发展 采煤机自动调高技术是采煤机技术发展的趋势 实际采煤机的体积 重量巨大 实 验室难以实际采煤机为对象研究采煤机自动调高技术 因此 设计采煤机试验台模型对 实验室研究采煤机自动调高具有重要的作用 本文设计 搭建作为研究采煤机自动调高 技术平台的采煤机机电液控制综合试验台电气控制系统电路对研究采煤机调高具有重要 的意义 1 4 论文研究的内容论文研究的内容 论文主要有以下研究内容 1 了解实际采煤机的结构和功能 2 熟悉采煤机机电液控制综合实验台的总体结构 确定采煤机机电液控制综合实 验台电气控制系统的控制方案 3 采煤机机电液控制综合实验台电路部分的设计 电路控制部分包括手动控制和 自动控制 4 采煤机机电液控制综合实验台电路控制部分调试 1 5 论文论文研究研究的技术路线的技术路线 采煤机机电液控制综合试验台电路设计是一项综合性研究课题 它涉及到电工电子 学 传感器技术和控制理论等一系列学科 本文技术路线如图 1 1 所示 图 1 1 论文研究的技术路线 从图 1 1 中可以看出本文主要有以下几个研究步骤 1 查阅相关的资料 了解真实采煤机的结构功能原理和操作方式 2 掌握采煤机机电液控制综合实验台的结构和功能 3 采煤机机电液控制综合实验台电路设计 包括手动控制电路和自动控制电路设计 4 电路电器元件的选型和电路连接 5 电路调试 2 采煤机机电液控制综合实验台概述 2 1 综合综合机械机械化采煤的主要设备化采煤的主要设备 综合机械化采煤工作面配套的设备通常由可弯曲刮板输送机 双滚筒采煤机和液压 支架等组成 如图 2 1 所示 图 2 1 综合机械化采煤配套设备 可弯曲刮板输送机是一种以挠性体作为牵引机构的连续动作式运输机械 同时它为 采煤机提供行走轨道以及完成装煤后的运煤工作 双滚筒采煤机 是综采工作面上落煤和装煤的设备 采煤机本身骑在刮板输送机上 能够通过采煤机上的牵引齿轮和刮板输送机上的齿轨相啮合来实现机身牵引行走 靠安 装在端部两滚筒上螺旋截齿进行割煤和装煤 双滚筒采煤机承担着综合机械化采煤工作 面中重要工作 因此是不可或缺的重要设备 液压支架是以高压液体为动力 由金属支架和若干液压元件组成 它能够实现支撑 切顶 自移及推溜等工序 液压支架具有支护性能好 强度高 移架快等特点 2 2 采煤机的结构及功能采煤机的结构及功能 采煤机是实现煤矿生产机械化和现代化的重要设备之一 机械化采煤可以减轻体力 劳动 提高安全性 达到高产量 高效率 低消耗的目的 采煤机分为截煤机 滚筒采 煤机 刨煤机等 综合机械化采煤工作面中应用的是双滚筒采煤机 双滚筒采煤机的结构如图2 2所示 主要由牵引部 截割部和电气控制部以及附属 装置等组成 图 2 2 电牵引采煤机的基本结构图 1 电动机 2 牵引部 3 摇臂 4 滚筒 5 底托架 6 滑靴 7 调高油缸 8 破碎头 电动机 一般都是定子水冷防爆 是滚筒采煤机的动力部分 它通过两端输出轴分 别驱动两个截齿部和牵引部 牵引部通过其主动链轮与输送机相啮合使采煤机沿工作面移动 即牵引部是行走机 构 采煤机牵引部承担着移动采煤机使工作机构连续落煤和调动的任务 牵引部包括牵 引机构和传动装置两部分 牵引机构是直接移动机器的装置 牵引部传动装置作用是将 采煤机电动机的动力传到主动链轮或驱动轮上实现调速 按传动方式可分为机械传动 液压传动和电牵引三种 机械牵引是全部采用机械传动装置 工作可靠 结构复杂 故 很少适用 液压牵引式利用液压传动来驱动牵引部 能够实现无级调速 操作方便 保 护系统完善 电牵引是专门驱动牵引部电机的电动机调速从而控制调节速度 电牵引调 速性能好 寿命效率高 结构简单及易于监测和保护 托架固定在和承托整台采煤机的底架 通过其下部四个滑靴将采煤机骑在刮板输送 机的槽帮上 采空区侧的两个滑靴套在输送机的导向管上 以确保采煤机的可靠导向 底托架内的调高液压缸可是摇臂连同滚筒升降 以调节采煤机的采高 调斜液压缸用于 整体采煤机的纵向倾斜度 以适应煤层走向起伏不平的截割要求 电器控制箱内部有各 种电控元件 用于采煤机的各种电气控制和保护 底截割部是采煤机直接落煤 装煤的部分 其消耗的功率占整个采煤机功率的80 多 落煤部分包括工作机构和传动系统 工作机构是指滚筒和安装在滚筒上的截齿 传 动装置是指固定减速箱 要比齿轮箱和滚筒内部的传动装置 截齿是采煤机直接割煤的 刀具 按形状和安装方式不同可分为扁形截齿和镐形截齿两种 螺旋滚筒由螺旋叶片 端盘 齿座 喷嘴等组成 螺旋叶片用来将截落得煤推向输送机 端盘紧贴煤壁工作 切出新的整齐煤壁 叶片上两齿座之间装有内喷雾喷嘴用来降尘的 采煤机一般有三种操作方式 即手动操作 两端头电按钮 遥控器操作 手动操作 操作点在调高泵箱和电控箱上 两端头电按钮操作 电按钮集中在电气操作盒上 固定 在机器两端 遥控器操作 司机随身携带无线电遥控器 可以在机身周围任何位置操作 机器 这三种操作方式的作用都是控制采煤机的牵引和摇臂的调高等 采煤机附属装置包括调高和调斜装置 喷雾降尘装置 防滑装置和电缆拖移装置等 2 3 采煤工艺采煤工艺 采煤工艺按设备的不同主要可以分为炮采回采工艺 普采回采工艺 综合机械化采 煤工艺 2 3 1 炮采回采工艺炮采回采工艺 炮采回采工艺过程包括打眼 爆破落煤和装煤 刮板输送机运煤 移置输送机 支 柱等主要工序 炮眼的布置一般分为单排眼 适合一般的薄煤层或软质煤 节理发育的煤层 双排 眼一般适合采高较小的中硬度中厚煤层 三排眼适合采高较大 煤质坚硬的中厚煤层 爆破工序主要器材有炸药和毫秒雷管等 应该确定合理的间隔和起爆顺序 合理的 间隔时间应该大于弹性震动延续时间 一般是 4 6ms 应大于煤岩开始移动形成裂隙时 间 一般是 4 3 5 8ms 确定合理时间间隔的办法是通过现场试验 当炸药耗量低 炮 眼利用率高 震动小 即为合理间隔时间 2 3 2 普采回采工艺普采回采工艺 普通机械化采煤工作面通常由单滚筒采煤机 可弯曲刮板输送机 金属支柱或者单 体液压支柱和铰接梁配套 普通机械化采煤主要有落煤 装煤 运煤和支护等几个主要 采煤工序 如图 2 2 所示 普采工作面采煤工艺过程如下 1 采煤机的滚筒进入下缺口 然后由下向上采煤 2 随采煤机之后 清理顶煤 挂顶梁 3 在采煤机后面清理出新轨道 并在距采煤机 10 15 米处开始推移刮板输送机 4 当输送机移到新机道上后 在悬挂的顶梁下面支撑金属支柱或者单体液压支柱 当采煤机运行到工作面 进行工作时 采煤机由上向下 开始一个循环采煤 如果 煤层厚度大于滚筒的直径 不能一次采全高 采煤机由下向上牵引沿顶板采顶煤 然后 由上向下牵引沿底板采底煤 采煤机沿工作面上往返牵引一次 才能实现一个完整的采 煤循环 图 2 2 普采工作面 1 但滚筒采煤机 2 刮板输送机 3 单体液压支柱 2 3 3 综合机械化采煤工艺综合机械化采煤工艺 综采机械化采煤工作面设备布置如图2 3所示 综合机械化采煤工作面中刮板输送 机沿着煤壁方向布置 主要完成运煤工作 同时是采煤机运行导轨 双滚筒采煤机骑在 刮板输送机上一边前进一边割煤 液压支架在刮板输送机上方为采煤工作支撑出一定的 工作空间 输送机的推移和支架的前移是由支架底部的推移千斤顶来完成的 端头支架 是用于加强工作面端部顶板支护的液压支架 转载机一端与工作面输送机相连接 另一 端骑在可伸缩带式输送机的机尾上 可伸缩带式输送机是工作面运输巷中的运煤装置 乳化液泵站装在运输巷道里面 是液压支架和其它液压装置提供液压动力的设备 图 2 3 电牵引采煤机的基本结构图 1 双滚筒采煤机 2 刮板输送机 3 支架 4 下端头支护 5 上端头支护 6 转载机 7 胶带输送机 8 配电箱 9 乳化液泵站 10 平板列车 11 移动变电站 12 喷雾泵站 13 液压绞车 综采生产工艺过程主要包括割煤 运煤 支护和处理采空区4个工序 1 割煤工序 割煤工序包括落煤和装煤 完成落煤工序的设备是双滚筒采煤机 一般采用前滚筒 在上割煤 后滚筒在下割煤 采煤机在割煤的同时 利用滚筒的螺旋叶片和滚筒的旋转 抛掷作用 把煤直接装入刮板输送机上 为了提高装煤效果 在滚筒后面装有弧形挡板 1 采煤机的割煤方式 采煤机割煤及与其他工序合理配合 称为采煤机割煤方式 采煤机割煤方式可分为 单向割煤和双向割煤两种 单向割煤 单向割煤方式的特点是采煤机单程割煤 回程装煤或者空行 沿工作面往返一次进 刀 根据工作面条件不同 单向割煤工序分为下行式割煤和上行式割煤 如图2 4所示 下行式割煤工序 采煤机由工作面上切口下行割煤 推移输送机机尾至煤壁 采煤 机继续下行至割通工作面 图a 采煤机上行装煤或空行 随即移动机头和推输送机 图b 采煤机运行至上端输送机机尾处 沿机尾处弯曲段斜切进刀 图c 采煤机 从机尾处开始下行割煤 图d 图2 4 滚筒采煤机单向割煤方式 采煤机双向割煤 双向割煤采煤机沿工作面往返一次进两刀完成两个采煤循环 双向割煤能够充分发 挥采煤机的效能 提高工作面生产效率 存在的问题是工人劳动强度大 要求各种技术 水平高 2 滚筒作业方式 双滚筒采煤机一般采用 前顶后底 的割煤方式 即前滚筒沿顶板割顶煤 后滚筒沿 底板割底煤 如图2 5所示 采煤机向右牵引时 前滚筒为右螺旋 割煤时顺时针旋转 沿顶板割煤 后滚筒为左螺旋 割煤时逆时针旋转 沿底板割煤 向左牵引时调整滚筒 摇臂 实现反向割煤 这种割煤方式即是 前顶后底 工作方式 图2 5 双棍滚筒采煤机 前顶后底 割煤方式 3 采煤机进刀方式 采煤机沿工作面全长割完一刀后 需要使其滚筒进入煤体 即推进一个截深的距离 以便于下一刀割煤 这一过程叫做进刀 滚筒采煤机的进刀方式主要有推入是 正切式 和斜切式 推入式进刀法又称为预开口式进刀法 进刀过程为 先利用人工或者其他方法 在工作面两端开好切口 即先把刮板输送机机头或机尾部位采出形成切口 当采煤机割 至工作面端部时 利用推移装置将输送机推向煤壁 然后采煤机正常割煤 一般普采工 作面单滚筒采煤机常用这种进刀 正切进刀法是在工作面对两端用强力千斤顶将输送机及上面的采煤机滚筒推向 煤壁 利用滚筒端盘端面上的截齿钻入煤壁 以实现进刀 进刀过程 当采煤机割煤至 工作面一端后停止牵引 但是滚筒继续旋转 放下上滚筒采煤机返回割一个机身长的底 煤部 开动千斤顶推移支承采煤机的输送机槽 滚筒边钻进煤壁直至钻入一个截深并移 输送机 变换前后滚筒位置 采煤机割去端面残煤 再转入正常割煤 斜切式进刀法 端部斜切式进刀法如图2 6所示 其进刀过程为 当采煤机割煤至工作面端头时 其后的输送机机槽已经移近煤壁 采煤机机身处还留着一端下部煤 调换滚筒位置 前 滚筒降下 后滚筒升起 然后沿输送机弯曲段反向割入煤壁 直到采煤机机身进入输送 机直线段为止 这时采煤机已向煤壁推进了一个截深 然后将输送机移直 调换上下滚 筒位置 采煤机沿工作面正常割煤直到另一端 再重复进刀 图2 6端部斜切进刀法 中部斜切式进刀法如图2 7 其过程为采煤机割至工作面端面时工作面成为一条直 线 输送机在工作面中部弯曲 采煤机快速空牵引至工作面的中部 然后沿输送机弯曲 段以正常的速度斜切进刀继续割至工作面另一端 采煤机返回快速牵引至工作面中部 然后开始割剩下未割的半段煤壁 图2 7中部斜切进刀法 2 运煤工序 采煤机割下煤炭装入刮板输送机中 从工作面运出后转载到桥式转载机 再经带 式输送机及采空区带式输送机运到采区煤仓 综采工作面运煤工序包括工作面运煤和工 作面运输巷运煤 1 工作面运煤 完成工作面运煤工序的设备是刮板输送机 它除了要完成运煤和清理机道浮煤 还 要作为采煤机的运行轨道 以及液压支架向前移动的支点 因此 刮板输送机是综采设 备中不可分割的部分 它的性能直接影响综采面的正常生产 2 工作面运输巷运煤 工作面运输巷运煤主要设备室桥式转载机和带式输送机 桥式转载机时综采面运煤 系统的中间转载设备 可以纵向整体移动重型刮板输送机 它将刮板输送机运出的没转 到带式输送机上 带式输送机是工作面运输巷的专用设备 由它把煤从工作面运输巷运 到装车站的煤仓中 带式输送机机身长度可以根据工作面的需要伸长或者缩短 3 工作面支护 综采工作面是用液压支架进行支护的 液压支架是综采工作面的关键设备之一 它 是以高压液体作为动力来完成对工作面顶板的支撑 切顶和挡矸等一系列动作 1 液压支架的移架方式 图2 8 液压支架的移架方式 液压支架的移架方式 可分为单架依次顺序式 分组间隔交错式和成组整体依次顺 序式 如图2 8所示 单架依次顺序式 又称为单架连续式 如图2 8a所示 支架沿采煤机的牵引方 向依次前移 移动步距等于采煤机的截深 支架移成一条直线 该方式简单 容易保证 支护质量 可用于不稳定顶板 但是移架速度慢 工时长 分组间隔交错式 如图2 8b所示 每组2 3个架 组内按顺序前移 组间平行作 业 该方式移架速度快 能满足采煤机快速采煤的要求 但是支护质量不足 适应于稳 定顶板 成组整体依次顺序式 如图2 8c所示 该方式按顺序每次移动一组 每组2 3个 架 组内联动 组间按顺序前移 该方式移架速度快 但是支护质量差 2 支护方式 按支护与割煤 移架 退移输送机3个主要工序配合方式不同 综采工作面的支护 方式有及时支护和滞后支护方式 及时支护是指采煤机割煤后 支架依次或分组随机立 即前移支护顶板 这种支护方式 推移输送机后 在支架底座前端和输送机之间要一个 截深的宽度 工作空间大 有利于行人 运料和通风 但是增加了工作面的控顶宽度 不利于控制顶板 因此有的综采设备其支架和输送机采用插底式和半插底式配合方式 滞后支护方式是指割煤后 输送机跟随采煤机先逐段向煤壁移动 然后支架再随输送机 前移而依次移动 或者是输送机先逐段移动 全部移完后 支架再依次或分组移动 4 采空区处理 随着采煤工作面向前推进 顶板暴露面积不断增加 工作面压力也逐渐增大 为了 正常安全生产 必须对采空区的顶板及时处理 采空区的处理方法主要根据顶岩层的性 质 厚度和开采每层的厚度等因素选择的 一般分为两种方法 垮落法是使采空区悬露 顶板自行垮落或者人为垮落后充填采空区的控制方法 充填法是用充填材料充填采空区 空间的控制方法 2 4 采煤机电液控制综合实验台的总体采煤机电液控制综合实验台的总体结构结构 采煤机机电液控制综合试验台是以实际电牵引采煤机 MG500 1130 WD 型 按 1 6 的比例设计 采煤机机电液控制综合试验台的总体方案设计流程图如图 2 9 所示 采煤机结构 工作原 理及参数 确定机电液综合控制 试验台总体设计方案 机械部分设计电气控制部分设计 实验台检测控制 系统设计 实验台机械部分 安装 电器控制部分电路连 接 检测元件选择安 装 软件编辑 机电液综合控制试验 台总体调试 图 2 9 记忆截割试验台的总体方案设计流程图 首先 了解真实采煤机结构和工作原理的基础上根据比例要求确定试验台的尺寸要 求 其次 对真实采煤机结构进行简化 确定试验台的设计方案 记忆截割试验台的设 计主要分为三个部分 机械系统的设计 电气控制系统的设计 检测控制系统的设计 本文主要对机电液控制综合实验台的电气控制系统进行设计 3 采煤机机电液控制综合实验台的控制电路设计 3 1 试验台试验台控制电路方案设计控制电路方案设计 3 1 1 试验台试验台控制电路的设计要求控制电路的设计要求 采煤机机电液控制综合试验台控制电路的设计包括两个方面 包括牵引部分和调高 部分手动控制电路设计和自动控制电路设计 牵引部采用电机驱动 采用齿轮齿轨传动 方式驱动采煤机试验模型在导轨上运动 通过控制牵引部电机的正转 反转来实现采煤 机试验模型在工作面的牵引 调高部分通过使用两个电机驱动摇臂来模拟真实采煤机的 调高油缸驱动摇臂 通过控制调高电机的正转 反转来实现两摇臂的调高 手动控制 电路设计要求能够实现通过控制采煤机控制面板的按钮来使采煤机的进行各种操作功能 如液压泵站的启 停 左 右滚筒的启 停 左 右牵引启 停和左 右摇臂的升 降 停 电气控 制系统电气控制间逻辑关系如图 3 1 所示 按钮手动控制自动控制 左 右 滚 筒 启 停 左 牵 引 启 停 左 摇 臂 升 降 停 右 摇 臂 升 降 停 液 压 泵 站 启 停 左 牵 引 左 摇 臂 升 降 右 摇 臂 升 降 液压泵站 驱动电机 滚筒驱 动电机 牵引部驱 动电机 左 右液 压缸 右 牵 引 启 停 右 牵 引 图 3 1 电气控制系统电气控制间的逻辑关系 3 1 2 控制电路的控制电路的控制方案设计控制方案设计 控制电路的控制方案流程如图 3 2 所示 图 3 2 控制电路控制方案流程图 控制电路控制方案流程 分析采煤机的结构和原理 分析试验台的工作原理 设计 手动和自动控制电路 绘制电路接线图 调试电路 图 3 3 为电气控制系统设计的结构图 从图中可以看出 电气控制系统包括牵引部 手动 自动控制 调高系统的手动 自动控制和滚筒电机的控制 其中牵引部和调高系统 的控制是电气控制系统的重点 按钮手动控制自动控制 左 滚 筒 启 停 左 牵 引 液 压 泵 站 启 停 左 牵 引 启 右 摇 臂 升 右 摇 臂 降 液压泵站 驱动电机 滚筒驱 动电机 牵引部驱 动电机 右 牵 引 启 右 牵 引 右 滚 筒 启 停 左 摇 臂 升 降 左 摇 臂 停 右 摇 臂 升 降 右 摇 臂 停 左 接 近 开 关 右 接 近 开 关 控 制 监 控 指 示 灯 右角度 限位继电器 限位继电器 左液 压缸 右液 压缸 左角度 限位继电器 限位继电器 右角度 限位 左角度 限位 电源 左 摇 臂 降 左 摇 臂 升 图 3 3 电气控制系统设计的结构图 1 牵引部手动 自动控制电路 牵引部手动 自动控制是指手动按下左 右牵引按钮 或通过电脑输入左右牵引的控 制指令 后试验台会向左或向右牵引 试验台左右牵引靠牵引电机的正反转实现 实现 电机正反转的道理很简单 只要改变三相电源的相序就可以实现 交流接触器常用来接 通或断开电动机或其他设备的主电路 本文使用两个交流接触器来改变三相电源的相序 同时使用两个热继电器保护电路过载 2 调高系统的手动 自动控制电路 泵站电机是双作用叶片泵的动力源 双作用叶片泵只有它的转子顺时针旋转时 才 能输出压力油 所以要手动调节泵站电机的相序使电机顺时针旋转 本文在泵站电机的 控制电路中安装了停止和开启按钮 只有泵站电机启动按钮作用后 调高系统的左右液 压缸才能工作 调高系统的手动 自动控制都是通过控制 VDC 24V 的中间继电器的线圈间接的控制 电磁阀工作 机械式限位开关控制的继电器的长闭触点串联在左右摇臂上升的电路中起 到保护摇臂的作用 手动控制回路中的自锁由继电器实现 互锁由按钮实现 自动控制 回路的互锁由继电器完成 3 1 3 控制控制电路电器的电路电器的选型选型 在自动控制系统中 继电器的性能直接影响整个控制系统的性能 因此适当的选择 继电器可以提高整个控制系统的性能 继电器是一种当输入量的变化达到规定要求时 在电气输出电路中 使被控量发生预定阶跃变化的开关电器 继电器的输入量可以是电 压 电流等电量 也可是温度 速度等非电量 输出量是触头的动作 如图 3 4 所示 图 3 4 继电器机构简图 1 轭铁 2 复位弹簧 3 线圈 4 工作气隙 5 衔铁 6 触头 电磁式继电器一般由铁芯 线圈 衔铁 触点簧片等组成的 只要在线圈两端加上 一定的电压 线圈中就会流过一定的电流 从而产生电磁效应 衔铁就会在电磁力吸引 的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯 从而带动衔铁的动触点与静触点 常开触点 吸合 当线圈断电后 电磁的吸力也随之消失 衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的 位置 使动触点与原来的静触点 常闭触点 吸合 这样吸合 释放 从而达到了在电 路中的导通 切断的目的 对于继电器的 常开 常闭 触点 可以这样来区分 继电 器线圈未通电时处于断开状态的静触点 称为 常开触点 处于接通状态的静触点称 为 常闭触点 接触器如图3 5所示 正常工作条件下 是用来频繁地接通或分断电动机等主电路 并能远距离控制的开关电器 图 3 5 交流接触器简图 1 触电压力弹簧 2 主触点 3 线圈 4 辅助常开触点 5 辅助常闭触点 它具有操作频率高 使用寿命长 工作可靠 性能稳定 结构简单 维护方便等优 点 在电力拖动控制系统中获得广泛的应用 电磁式接触器由电磁机构 触头系统 弹 簧 灭弧装置及支架底座等部分组成 接触器的工作原理 接触器电磁线圈通电后 在 铁芯中产生磁通 于是在衔铁气隙处产生电磁吸力 将衔铁吸合 经传动机构带动主触 头和辅助触头的动触头动作 常开主触头闭合接通主电路 同时常开辅助触头闭合 常 闭辅助触头打开 将其接在控制电路中起联锁作用 而当电磁线圈断电或电磁线圈电压 显著降低时 电磁吸力消失或减弱 反力大于吸力 衔铁释放 使接触器主触头与辅助 触头都恢复到原来状态 控制电路中各电器元件的选型如表3 1所示 表表3 1试验台电路电器元件选型试验台电路电器元件选型 继电器接触器控制灯 型号MY3 CJ20 10 24V220V 数量19285 3 2 采煤机机电液控制综合实验台电路控制原理采煤机机电液控制综合实验台电路控制原理 3 2 1 牵引电机控制原理牵引电机控制原理 采煤机机电液控制综合试验台左右牵引靠牵引电机的正反转实现 实现电机正反转 的道理很简单 只要改变三相电源的相序就可以实现 本文使用两个交流接触器来改变 三相电源的相序 同时使用两个热继电器保护电路过载 采煤机机电液控制综合试验 台牵引电机的控制分为手动和自动两种控制方式 控制电路原理如图3 8所示 主电路 由交流接触器KM1 KM2 熔断器KH1和开关按钮组成 控制电路由开关按钮 交流接 触器 控制灯等组成 同一电器中不同的触头连接在电路中能够实现不同的功能 图3 8牵引部手动和自动控制电路原理图 手动控制电路中牵引停SB03按钮控制电机的停止 当开关断开时实现牵引电机停止 控制灯D03和控制电机正 反转的交流器KM1 KM2的常闭触点相串联 这样当左牵引 时 交流接触器KM1的常闭触头是断开 牵引停控制灯D03处于熄灭状态 左牵引电路 中连接着交流接触器KM1的线圈辅助触点 当左牵引按钮SB04常开触头闭合 KM1线 圈中通电 则主电路中的接触器KM1主触头就会闭合 左牵引按钮SB04常开触头和右 牵引按钮SB05常闭触头相串联 同样右牵引电路按钮SB05常开触头和左牵引按钮SB04 常闭触头相串联 这样实现了左 右牵引电路的互锁功能 左牵引按钮SB04常开触头 右牵引按钮SB05常开触头分别和接触器KM1 KM2的常开触点相并联实现按钮的自锁 功能 自动控制电路原理 由微机操作系统发出控制指令来控制相关继电器的开合来实现 对实验台的各种操作 自动控制电路中左牵引继电器KA15常闭触点和右牵引继电器 KA14常开触点相串联 右牵引继电器KA14常闭触头和左牵引继电器KA15常开触头相 串联 这样正转电路和反转电路之间实现互锁 3 2 2 调高系统调高系统电路电路控制原理控制原理 采煤机调高系统控制原理是利用基本控制电路实现对继电器的控制 进而继电器控 制连接在液压回路中电磁阀 调高系统的手动 自动控制都是通过控制 VDC 24V 的中间 继电器的线圈间接的控制电磁阀工作 机械式限位开关控制继电器的长闭触点串联在左 右摇臂上升的电路中起到限制摇臂最大伸角的作用 手动控制回路中的自锁由继电器实 现 互锁由按钮实现 自动控制回路的互锁由继电器完成 调高系统的手动 自动控制 电路原理图如图 3 9 所示 图 3 9 滚筒的手动和自动调高电路图 摇臂停止按钮 SB08 断开则整个手动控制系统停止 控制灯 D08 和左摇臂升继电器 KA09 左摇臂降继电器 KA10 常闭触电串联接在一起 当左右摇臂都不动作时 控制 灯 D08 是亮开的 当左摇臂上升时 左摇臂升继电器 KA09 常闭触头断开 控制灯 D08 灯熄灭 同样当左摇臂下降时 左摇臂降继电器 KA10 常闭触头断开 控制灯 D08 也是 熄灭的 左摇臂按钮 SB09 闭合 左摇臂升继电器 KA09 线圈中通电 继而继电器控制 电磁阀实现左摇臂升高 左摇臂升按钮 SB09 和左摇臂升继电器 KA09 常开触点并联实 现按钮的自锁 左摇臂按钮 SB10 和左摇臂降继电器 KA10 常开触头并联实现自锁 左 摇臂生升按钮 SB09 和左摇臂降按钮 SB10 常闭触头串联 右摇臂降按钮 SB10 和左摇臂 升按钮 SB09 常闭触头串联 当左摇臂升时实 SB09 常闭触断开 同样当左摇臂降时 按钮 SB10 常闭触头断开 这样实现了左摇臂升降操作之间的互锁 自动控制时由微机发出各种指令来控制继电器触头开启或者闭合来达到控制电路 自动控制左摇臂升电路中当控制左摇臂升继电器 KM17 自动 常开触头闭合 实现左 摇臂升高 左摇臂升继电器 KM17 自动 常开触头和左摇臂降继电器 KM16 自动 常闭触头串联 实现左摇臂升 降电路间互锁 3 3 采煤机机电液控制综合实验台电路接线原理采煤机机电液控制综合实验台电路接线原理 实际的电气接线 是通过导线将电气设备连接起来的 形成特定功能和要求的系统 在采煤机机电液控制综合试验台控制电路接线图中 要对各连接线回路进行标号 以便 于了解回路的性质 功能和用途 并根据回路标号进行正确的接线 3 4 采煤机机电液控制综合实验台电路部分调试采煤机机电液控制综合实验台电路部分调试 机电液控制综合试验台电路设计完成以后要对其进行调试 调试是试验过程中非常 重要的一环 系统通电前 对照接线路检查接线时否正确 检查电器元件和连接线的标 号和接线图上是否一致 先试探行通电 观察各电器元件是否能正常工作 采煤机机电液控制综合试验台电路调试主要包内容如下 1 采煤机控制板上按下控制按钮要实现相对应的执行动作 比如当按下左牵引按 钮 采煤机机电液控制综合试验台必须进行左牵引 按下左摇臂升按钮 试验台一定是 实现做摇臂升动作 2 不同电路之间的互锁调试 比如手动控制电路和自动控制电路之间的互锁 牵 引驱动电机 滚筒驱动电机正反转电路间的互锁 摇臂升 降电路间的互锁 3 角度限位和行程限位电路调试 4 结论 本论文在了解真实采煤机和采煤机机电液控制综合试验台的结构和功能的基础上 对采煤机机电液控制综合试验台电路系统进行设计 采煤机机电液控制综合试验台包括 机械系统 电气控制系统 检测控制系统 电气控制系统控制分为牵引部手动 自动控 制电路和滚筒调高系统手动 自动控制电路 总结本文的工作 主要包括以下几个方面 1 通过了解真实采煤机 详细分析了采煤机的结构和功能 给出了采煤机机电液控 制综合试验台电路控制要求 2 通过学习初级简单电路设计 逐步掌握了复杂的电路设计原理 并根据机电液控 制综合试验台的控制要求确定了电路设计方案 3 对连接好的电路进行调试 试验表明电路设计方案的正确性 致 谢 本学位论文是在郭卫教授的亲切关怀和悉心指导下完成的 他严肃的科学态度 严 谨的治学精神 精益求精的工作作风 深深地感染和激励着我 从论文的开题到论文的 最终完成 他都始终给予我细心的指导和不懈的支持 在此谨向郭卫教授致以诚挚的谢 意和崇高的敬意 在此 我还要感谢在一起愉快的度过大学生活的各位同学们 正是由于你们的帮助 和支持 我才能克服一个一个的困难和疑惑 直至本文的顺利完成 在论文即将完成之际 我的心情无法平静 从开始进入课题到论文的顺利完成 有 多少可敬的师长 同学 朋友给了我无言的帮助 在这里请接受我诚挚的谢意 最后我 还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母 谢谢你们 参考文献 1 李常熙 沈立山 高荣 采煤机 M 北京 煤炭工业出版社 1980 2 郑天丕 继电器制造工艺和使用 M 北京 电子工业出版社 第2版 1992 3 谢锡纯 李晓豁 矿山机械与设备 M 中国矿业大学出版社 2007 4 王东 采煤机记忆调高实验模型控制系统研究 D 西安 西安科技大学 2009 5 刘建平 我国煤矿连续采煤机国产化发展现状与思考 J 煤炭科学研究院太原分院 1998 6 王万仓 基于PC104控制的采煤机记忆截割系统研究 D 西安 西安科技大学2010 7 张军辉 我国煤矿采煤机的研制回顾 现状以及发展 J 煤炭科学研究总院 8 B H 扎哈罗夫 采煤机自动化 J 9 B N 谢洛夫 采煤机的自动化 J 10 孙福群 典型长臂采煤机结构分析 J 2003 11 朱林 机电一体化系统设计 M 石油工业出版社 2005 12 赵玉刚 宋现春 数控技术 M 机械工业出版社 2000 13 刘富 综采工艺 M 北京 煤炭工业出版社 第 1 版 2004 14 白雪 电机与电气控制技术 M 西安 西北工业大学出版社 2002 15 钟玉利 韦洪喜 国内外大功率采煤机技术及自动操纵差距 J 煤炭技术 2005 24 16 李春华 刘春生 采煤机滚筒自动调高技术的分析 J 工矿自动化 2005 4 谢贵君 电牵引采煤机的现状与发展趋势 J 煤矿机械 2009 2 袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄 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