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自动风门的设计【5张CAD图纸+毕业论文】

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关键词：: 自动风门设计 cad图纸毕业论文自动风门自动风门设计

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自动风门的设计

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摘要I

AbstractII

第1章概述1

1.1 研究的背景与意义1

1.2 国内外发展情况2

1.3 设计的基本参数3

第2章总体设计4

2.1 总体功能4

2.2 总体布局设计4

2.2.1 驱动机构选择4

2.2.2 总体布置安排6

2.3 总体参数的确定8

2.3.1 矿井风量计算8

2.3.2 矿井风速的验算12

2.3.3 风流点压力计算13

2.3.4 电动机的选择14

第3章各部件设计17

3.1 丝杠连杆传动计算17

3.2 丝杠机构设计20

3.2.1 耐磨性校核：23

3.2.2 计算螺杆强度：25

3.2.3 验证螺杆稳定性：26

3.2.4 计算螺杆的横向振动：28

3.2.5 计算总驱动转矩:29

3.3 蜗杆减速器传动的设计32

3.3.1蜗杆传动参数32

3.3.2几何尺寸计算35

3.3.3接触强度及磨损强度校核37

3.4 电气部分设计41

3.5 附加机构设计48

结论53

致谢54

参考文献55

摘要

自动风门的设计是针对内蒙古大雁某矿地质条件进行的项目，实现大雁某矿运输石门处风门的自动控制。自动风门系统由风门机构、电气控制、丝杠连接机构等几个部分组成，可以应用在全矿区各个人员通行、风流不能通过的巷道中。该项目的研究成功和有效应用将对保障矿井正常通风、提高矿井生产安全性以及对煤矿生产提高效率具有很深远的意义。

本设计采用可编程控制器实现整体机构的自动化，由传感器探测人员运料车的位置，当人员、物料通过时自行打开、关闭，避免了工人在通过运输石门时繁琐的操作过程和高强度的工作量，使矿井运输系统机械化水平得到提高，最终达到提高生产的目的。

关键词结构设计丝杠机构自动风门

Abstract

The design of the automatic air door＆physical design is for the geological structure of the Dayan third underground mine Neimenggu，to bring about automatic for the air door blow the mine .The design of the automatic air door is composed of the air door ransmission-mechanism, the electromechanical device，the thread bar rolling that and the other.The automatic air door could be used each the tunnel that for persons pass through incapacitated ventilation all of the airway. If the design of the automatic air door has succeeded in the airway,it could ensure safety in production and raises working efficiency and also could promote efficiency for the flow of the production of the mine.

Plc is used in the design of the air door to bring out automatic and sensing device is used to reaction the men and the distribution of materials of the airway. Once the men or the distribution of materials pass the place, air door could be opened automatically to save from a trouble for the men to open or close the air door.The transport capacity in the mine must be raised because the use for the automatic air door，and For the final destination output of coal.

Keywords the physical design thread bar rolling the automatic air door

1.3 设计的基本参数

矿井年产量：0.8Mt/a；

工作面同时工作最多人数：40人；

巷道形式：矩形巷道；

巷道断面宽度：3.5m；

巷道断面长度：5m；

石门处供电电压：660v第2章总体设计

2.1 总体功能

自动风门的总体功能在与实现井下巷道中风门的自动开启与关闭。平硐通风的特点在于设置两道风门，开启其中一道，另一道风门必须关闭，以保障运送物料和人员的同时，不影响工作面的正常供风。传统的风门自锁性差、工人劳动强度高，本设计基于以上几点，在既保障风门作用的同时，又能体现出自动化系统运用的优越性。通过运用PLC技术，针对井下风门系统开启、关闭不便 ,而且极易使风门受到损坏的传统机械结构进行改进，加入电机、传感器、保护装置、隔爆安全装置，相应的故障预处理装置等，最终在安全高产的前提下实现井下风门的自动控制。

由于煤矿地理条件的特殊性，井下巷道的断面尺寸会有所变化，没有唯一性。本设计会加入相应的局部设计，使自动风门的驱动系统不限于运用在某一特定巷道，而是可以稍加改造，应用到全矿井的各个主要通风巷道。

2.2 总体布局设计

2.2.1 驱动机构选择

矿井井下条件受到一定的限制，机构的驱动动力机构只有几种常见的方式：

1）气压驱动机构

气压驱动装置是用矿井空压站为掘进提供的压缩空气作为风门的驱动动力，只要给压气电磁阀通电，使电磁阀开启，压力即可进入气压缸推动活塞往复运动，从而带动风门的启闭。

2）液压驱动机构

液压驱动是用净水压力作为风门动力，静水压是靠垂直高差形成的位能，通过管路和液压原件转换成为机械能推动风门。动作原理与气压驱动相似。

3）电动推杆驱动机构

当驱动电机通电旋转，通过减速带动丝杠螺母，把电机的圆周运动变为直线运动，利用电动机的正反转完成推拉的动作。电动推杆驱动机构与液压、气动机构相比，可省去复杂的管路，阀和液（汽）压源。

三种风门动力源的性能比较见表：

比较项目液压驱动气压驱动电机驱动

驱动能力受静水压力的限制受压缩空气压力的限制与电机驱动有关，受限较小

安全性1、平稳均匀、无冲击2、过载无危险3、可用小功率电源触发控制1、过载无危险2、可用小功率电源触发控制1、电源功率大

2、防潮、防水能力差

耐用性耐用不易损耐用不易损不耐冲击

安装的复杂性1、需敷设管路、保证连接的密封性2、需要解决水压力的问题3、需要解决排水的问题1、需敷设管路、保证连接的密封性2、需要解决气压力的问题

1、不需敷设管路

2、需拉动力线

管理维护1、密封件易老化需经常更换2、维修简单方便3、系统宜经常动作1、密封件易老化需经常更换2、维修简单方便3、系统宜经常动作1、防潮防水能力差2、冲击损害需要更换元件

使用条件适宜高瓦斯有水源矿井适宜有气源的中小矿井适宜低瓦斯大型矿井

表2-1 驱动系统比较

根据内蒙古大雁三矿的地质条件，综合考虑安装、管理、可靠性等因素，采用电机驱动机构。

参考文献

1 王德明主编.矿井通风与安全.中国矿业大学出版社，2005：199～221

2 朱孝录李杰主编.机械传动设计手册.电子工业出版社，2007:885 ～1140

3 丘宣怀主编.机械设计手册第五卷.机械工业出版社，2000：223～262

4 张国枢.通风安全学. 中国矿业大学出版社，2000：27～115

6 张幼蒂王玉浚.矿井系统工程. 中国矿业大学出版社，2000：47～122

7 国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程. 煤炭工业出版社，2001：31～46

8 王兆义著.小型可编程控制器实用技术.机械工业出版社，1996：165～207

9 王庭有贺玮等著.可编程控制器应用.国防工业出版社，2005：240～252

10 煤矿经营费指标.煤矿工业部设计局，煤炭工业出版社，1982：13～21

11 煤矿矿井设计规范.中国煤炭工业部.中国计划出版社，1982：6～17

12 李国忠.隔爆电控自动风门的研制与应用.陕西煤炭技术，2001年第5期

13 李少鹏等.PLC用于煤矿风门的自动控制.煤矿机械，1997年，第2期：79

14 M.L.Jeremic. gas drainage design and technology program. JoURNAL oF CoAL SCIENCE&ENGINEERING，2007：362～365

15 闻豫孙建平.井下风门的自动控制.山东煤炭科技，1999，第2期：60

16 冯杰张发明王喜文等.矿井风门功能的完善.煤矿安全，2002年，第2期：62～63

17 闰俭祝蒋曙光杨茂田等.煤矿常闭风门组自动控制系统的研制.矿山压力与顶板管理，2002年，第3期：110～113.

18 李国忠.DFM矿用隔爆型自动风门控制设备.煤炭科学技术，1994年，第2 期

19 张连发，张炜，杜五一.新型风门自动闭锁装置的研制与应用.煤矿安全，2001年，第11期：47～48

20 阎启宏，姜军民.新型自动风门的研制.煤矿机械，1996年，第1期：37～38

21 王百成，解新平.KH一n型自动控制风门的研制.机械管理与开发，2002年，增第2期：51～54

内容简介：: 外文翻译附录1瓦斯抽放技术方案及设计（节选）吉利米柯（美）3. 1 瓦斯抽放原理及理论依据在全部垮落法管理顶板的采煤工作面,沿采面推进方向,顶板一般呈现煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区三区,在离层区的垂直方向上,又可以分为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。由于瓦斯密度较小,随着采面的向前推进,瓦斯将沿离层区的冒落带向上飘逆,从而在冒落裂隙带内大量积存。这些瓦斯一部分永久滞留在采空区内,一部分又在通风负压的作用下从老塘和上隅角涌出进入回风流。顶板岩石钻孔抽放瓦斯技术正是利用布置在煤层顶板中的钻孔,在抽放泵负压的作用下,改变采空区内冒落裂隙带内积存的这部分瓦斯流向,使之通过抽排系统直接进入矿井总回风中,不再进入采面和回风流,从而达到降低采面隅角和回风流瓦斯浓度的目的。3. 2 钻孔设计根据经验公式h=m/(k-1)cos计算。告成煤矿煤层冒落裂隙带高度在1441m之间(式中,h为冒落裂隙带高度;m为煤层厚度;k为岩石碎胀系数;为煤层倾角)。根据各个工作面的实际情况,结合实际冒落裂隙带高度,分别设计每个钻场钻孔的角度进行打钻、抽放。3. 3 钻场、钻孔的布置(1) 钻场布置。沿工作面回风巷每隔4050m施工一个壁龛式钻场,钻场深5m,采用2.6m2.8m工字钢对棚支护。(2) 钻孔布置。在钻场内向采面切巷方向以不同的方位角和不同的倾角布置钻孔,钻孔终孔控制切巷隅角以内20m左右,钻孔长度为钻场间距的2倍,孔径6589mm,相邻两钻场之间钻孔的交叉长度保持在40m以上,以保证钻场钻孔的接替。钻孔的数量根据采面该区段瓦斯涌出量大小而设定。3. 4 打钻工艺(1) 钻进器具的选择。根据“三软”煤层滑动构造顶板条件,钻机钻进能力与钻孔设计长度之比要达到1.5的比例,即施工钻孔长度100m 时,钻机能力要达到150m以上。另外,钻杆直径要达到51mm以上,以满足抗扭矩能力要求,防止断钻杆。(2) 钻进速度。采用传统的旋转钻进,钻进速度较慢,为此,我们与科研院所合作,探索打钻新工艺,采用风动冲击钻进,月进尺达到1500m/台以上,完全能够保证采面钻场的正常接替。(3) 钻场维护。在软岩层中钻孔极易塌孔和堵孔,影响钻进和抽放效果,我们采取多次注浆固结钻孔和下塑胶多孔管方法解决了这一问题。3. 5 封孔工艺根据钻场迎头岩层的不同情况,采用了两种不同封孔方法。(1)孔口管直接封孔法。如果钻场迎头岩层比较完整,裂隙较少,直接下孔口管到钻孔中,然后将整个断面喷浆封闭,要求喷层覆盖整个钻场迎头断面及以外不少于2m巷道。孔口管直径为100mm,长3m,利用外端的法兰盘直接与抽放支管联接,该方法优点是工艺简单,加工方便,容易操作;缺点是开孔时要用大直径钻头对封孔部分进行扩孔(我矿使用127mm 钻头扩孔),原来密封性较差,但通过注浆加固,已解决了密封性问题。(2) 聚胺脂封孔方法。封孔前将钻场巷道全部喷浆封闭。封孔管使用50mm钢管,长6m,将封孔管分为各1.5m长的两节,在最里边一节钢管两端各焊一个挡板(相距1m,挡板直径略小于钻孔直径)。将一块1m 1m毛巾的一边固定在两个挡板之间。封孔时,先将聚胺脂15A型和B型两种药液(1kg/个)倒在容器中迅速搅拌均匀,将封孔管上的毛巾展开,将混合液体均匀糊在毛巾上、边糊边卷、然后将封孔管插进钻孔中的预定位置,整个过程必须在1min内完成。每个钻孔封孔长度为5m,其密闭性能好。3. 6 抽放系统基本情况(1) 抽放系统。采面顶板瓦斯抽放采用移动泵站抽放,配备SK-60真空泵2套。抽放系统布置为:主管250mm 从抽放泵站沿-100m回风巷经采面回风联络巷铺设到采面回风巷各个钻场处与各钻场支管相联,抽出瓦斯由抽放泵站送至总回风大巷中。(2) 测试监控手段。在抽放系统管道内安装WCJX1型瓦斯抽放参数自动监测系统并与矿井监测监控系统联网对抽放负压、压差、抽放浓度、流量、温度进行定时监测。为防止回风大巷瓦斯超限,在泵站排气口下风侧30m处安装瓦斯传感器,并与泵站电源闭锁。(3) 水垢处理。因SK-60泵是水环式真空泵,单采用水转化处理装置,除垢效果不理想。经采用醋酸溶解的办法来解决这个问题,每半月用20kg醋酸将抽放泵泵轴及内槽浸泡8h,反复涮洗去垢,效果比较好。4 结语告成矿先后在8个采煤工作面实施了顶板岩石钻孔瓦斯抽放至今,累计施工抽放钻场76个,钻孔总长度32700多m,共抽出瓦斯量1610万m3,平均单孔抽出瓦斯1.5m3/min,采面平均瓦斯抽放率达到20%30%。采煤工作面配风量从抽放前的1200m3/min以上,下降到900m3/min以下。隅角及回风流中瓦斯浓度平均降低了0.3%0.5%,取得了较好的安全效果。同时充分发挥了采面生产能力,平均每个工作面月产量提高了1.5万多t,创造了较好的经济效益。附录2gas drainage design and technology program M.L.Jeremic3 .1 gas drainage design and technology program All falling in the administration of the coal face roof, Face advancing along the direction , Roof generally shows the impact of coal wall support, Separation zone and re-compaction District 3, Separation in the vertical direction, Can be divided into caving zone, fractured zone and bending subsidence zone. Because the gas density smaller, with the mining face forward, Cubas will be along the separation to take place, inverse floating upward, thus falling within the fracture zone of accumulation. These permanent part of stranded gas in the gob area, ventilation in part to the effects of negative pressure from the old pond and on the ground into the upper corner to Merry. Roof rock drainage gas drilling technology is used in the layout of the roof seam boreholes,Pump suction drainage in the role, Change the gob area falling within the fracture zone accumulation of this part of the gas flow , Make it through pumping and drainage system directly into the return air shaft, No longer enter the mining face and back airflow, Thus achieving lower mining face and the back corner Merry gas concentration purposes. 3.2 Bored Design According to empirical formula h = m / (k-1) cos calculation. Brought to a successful conclusion falling coal seam cracks in height between 14-41m . According to face all the actual situation and in light of the actual falling fracture height, Design of each respective field drilling boreholes drilled perspective, and the drainage.3.3 Drilling market, boreholes Layout (1) drilling field layout. Face to the wind along the roadway every 40 50m construction of a niche market-drilling, Drill Field 5 m deep，Used two. 6m x 2. 8m I-beam right shelf supports.(2) drilling layout. In drilling site to Face Lane in a different direction and different azimuth angle layout bored ，Bored final hole control and Lane corner within 20 m, Borehole drilling length of the field two times the distance, Two adjacent borehole drilling field between the crossover length at 40 m above ，To ensure that the borehole drilling market to succeed. Bored amount of surface mining in the zone gas emission size settings. 34 Drilling Technology (1) Drilling apparatus choice. Under the soft coal seam roof sliding tectonic conditions, Drilling rigs and drilling design capacity ratio of the length to achieve a. 5 ratio ，Construction is bored length 100 m, the rig capacity to achieve over 150m. In addition, the drill pipe diameter to achieve the above 51mm to meet anti-torque capacity, to prevent broken drill pipe. (2) drilling speed. Using the traditional rotary drilling, drilling a slower pace, To this end, we cooperation with scientific research institutes, Exploration drilling new technology, using pneumatic percussion drilling, On footage reached 1500 m , over completely to ensure that mining face the normal drilling market succeed. (3) drilling field maintenance. Soft rock collapse easily bored and frustrated Kong Kong, the impact of drilling and suction effect, We carried out a number of drilling and grouting consolidation under plastic perforated pipe solution to the problem. 3. 5 sealing technology According to the market head-on rock drill to the different conditions, using two different methods of sealing. (1) opening of direct sealing method. If the market head-on rock drilling more comprehensive and less cracks, holes under the direct control of the bored, Then spray the entire section closed ，Asked sprayed layer covering the whole field drilling section head-on and off of not less than 2 m roadway. Orifice tube diameter of 100 mm and length of 3m, the use of outer side of the flange directly with the drainage pipe connected, The advantages of the process is simple, easy process, easy to operate; The drawback is when the hole with large diameter bit of sealing parts reaming .Sealing less original, but through the grouting reinforcement, had addressed the issue of sealing.(2) barrier sealing methods. Sealing before drilling market closed roadway all shotcrete. Sealing governing the use of 50mm steel tube, long 6m, Sealing of the pipe into 1. 5m long 2, the most inside a welded steel pipe ends of the one lagging . To a 1 m 1m towel on the side of the fixed baffles between the two. 3. 6 basic drainage system (1) drainage system. Face roof gas drainage using mobile drainage pumping station, With SK-60 vacuum two sets.Drainage System Layout : Competent 250mm from the drainage pumping station along-wind 100m back alley by the mining face to the wind to contact the roadway laying Face to the wind all roadway Drill Field Offices and field drilling pipe linked, Extract gas from the drainage pumping station sent back to the wind roadway. (2) Testing and Monitoring tools. Drainage pipe system in the installation of gas drainage WCJX1-parameter monitoring systems and mine monitoring and control system interface Drainage of pressure, pressure, and the drainage concentration, flow rate, temperature regularly monitored.To prevent the return air roadway methane in the exhaust pumping station under 30m wind-installed gas sensors, Power and pumping stations and atresia. (3) the treatment of scale. By SK-60 pump water ring vacuum pumps, single-use water into treatment plants , Descale effect is not ideal. 20 and a half months per kg of acetic acid used to suction pump shaft and inner groove immersion 8 h, Repeatedly rinsed detergent, and the results were quite good. 目录摘要IAbstractII第1章概述11.1 研究的背景与意义11.2 国内外发展情况21.3 设计的基本参数3第2章总体设计42.1 总体功能42.2 总体布局设计42.2.1 驱动机构选择42.2.2 总体布置安排62.3 总体参数的确定82.3.1 矿井风量计算82.3.2 矿井风速的验算122.3.3 风流点压力计算132.3.4 电动机的选择14第3章各部件设计173.1 丝杠连杆传动计算173.2 丝杠机构设计203.2.1 耐磨性校核：233.2.2 计算螺杆强度：253.2.3 验证螺杆稳定性：263.2.4 计算螺杆的横向振动：283.2.5 计算总驱动转矩:293.3 蜗杆减速器传动的设计323.3.1蜗杆传动参数323.3.2几何尺寸计算353.3.3接触强度及磨损强度校核373.4 电气部分设计413.5 附加机构设计48结论53致谢54参考文献55附录156附录259附录364摘要自动风门的设计是针对内蒙古大雁某矿地质条件进行的项目，实现大雁某矿运输石门处风门的自动控制。自动风门系统由风门机构、电气控制、丝杠连接机构等几个部分组成，可以应用在全矿区各个人员通行、风流不能通过的巷道中。该项目的研究成功和有效应用将对保障矿井正常通风、提高矿井生产安全性以及对煤矿生产提高效率具有很深远的意义。本设计采用可编程控制器实现整体机构的自动化，由传感器探测人员运料车的位置，当人员、物料通过时自行打开、关闭，避免了工人在通过运输石门时繁琐的操作过程和高强度的工作量，使矿井运输系统机械化水平得到提高，最终达到提高生产的目的。关键词结构设计丝杠机构自动风门AbstractThe design of the automatic air doorphysical design is for the geological structure of the Dayan third underground mine Neimenggu，to bring about automatic for the air door blow the mine .The design of the automatic air door is composed of the air door ransmission-mechanism, the electromechanical device，the thread bar rolling that and the other.The automatic air door could be used each the tunnel that for persons pass through incapacitated ventilation all of the airway. If the design of the automatic air door has succeeded in the airway,it could ensure safety in production and raises working efficiency and also could promote efficiency for the flow of the production of the mine.Plc is used in the design of the air door to bring out automatic and sensing device is used to reaction the men and the distribution of materials of the airway. Once the men or the distribution of materials pass the place, air door could be opened automatically to save from a trouble for the men to open or close the air door.The transport capacity in the mine must be raised because the use for the automatic air door，and For the final destination output of coal.Keywords the physical design thread bar rolling the automatic air door目录摘要IAbstractII第1章概述11.1 研究的背景与意义11.2 国内外发展情况21.3 设计的基本参数3第2章总体设计42.1 总体功能42.2 总体布局设计42.2.1 驱动机构选择42.2.2 总体布置安排62.3 总体参数的确定82.3.1 矿井风量计算82.3.2 矿井风速的验算122.3.3 风流点压力计算132.3.4 电动机的选择14第3章各部件设计173.1 丝杠连杆传动计算173.2 丝杠机构设计203.2.1 耐磨性校核：233.2.2 计算螺杆强度：253.2.3 验证螺杆稳定性：263.2.4 计算螺杆的横向振动：283.2.5 计算总驱动转矩:293.3 蜗杆减速器传动的设计323.3.1蜗杆传动参数323.3.2几何尺寸计算353.3.3接触强度及磨损强度校核373.4 电气部分设计413.5 附加机构设计48结论53致谢54参考文献55III第1章概述1.1 研究的背景与意义在东北地区的煤矿开采中，多采用平硐与主扇风道连续通风的方式，这种通风方式的缺点在于需要设置运输石门来运输人员、物料。而石门的存在就会使主扇供风顺石门流出矿井，形成供风短路导致工作面得不到新鲜风，供风失败。矿山生产的重要必需条件之一就是通风，因此为不影响生产，需要设置两道阻风的风门，阻止主扇风道的风流从运输石门处流回。当人员、物料从上一水平经石门运出时，开启一道风门，人员、物料通过后立即关闭然后开启另一道，最终顺利通过。这样留出一个风流停滞空间以保障运输石门处绝对不通风。这就使井下风门成为通风安全和生产运输系统至关重要的环节。长期以来主要是采用人工启闭的普通风门,由于大巷多处在高风压区,加上大巷需要矿车通行,风门面积大,造成开门阻力大,甚至单人通过时力量太小无法打开。如在大门上设置一个小门,行人通过时只打开小门可缓解上述问题,但会增加漏风量。另外,对于井下生产运输系统,人工启闭风门费时费力,耽误时间,影响运输效率。在煤矿生产实践中，目前通常使用的都是手动风门，虽然也按照设计规范施工使其正常情况下能够依靠自重实现自动关闭，但是由于管理上的某些原因和人为原因，往往因行人或行车过后而没有及时关上，甚至被车辆误撞而损毁，通风系统的可靠性程度没有保障，严重影响井下通风的安全性。那么要解决这个问题，就必须寻找一种自动风门，解决这种生产与安全的矛盾，因此,设计了以电机为驱动装置的自动风门。如果对井下风门实现自动化，将大大缩短运输时间、增加工作效率，进一步提高井下运输系统运作的经济性和高效性。1.2 国内外发展情况2000年我国煤炭工业国有重点企业人均全员工效为2.5吨/工，与此相比，同期美国煤炭工业的全员工效为43吨/工，英、德国家煤炭全员工效为18吨/工。煤炭企业生产成本和出口成本高昂，在国际上竞争力很弱。对于我国煤炭行业这样一个以粗放式经营、劳动密集型为主要特征的行业,大力开发和应用高新技术,是改变目前落后现状,转变经济增长方式的必由之路。因此加强煤矿工业的自动化!信息化技术水平已迫在眉睫。国外，就英、德两国而言，煤矿自动化已应用得极为广泛，无论运输主巷、通风局巷，还是井底车场等煤矿工作场所，均较为广泛的应用了自动控制。当前我国煤矿井下普遍使用的风门均是由人工操作 ,由于负压大 ,开门的操作力相当大 ,不仅开启、关闭十分不便 ,而且极易使风门受到损坏。近年来,煤矿生产、设计、科研单位对此进行了一些探索,尤其随着煤矿生产自动化程度的提高,井下信息系统的完善,煤矿井下风门自动化显得更为重要。并且随着国家法制建设的逐步完善，对矿井通风的安全性要求越来越高，井下通过设置风门来控制风流量达到预期的风量分配是一种常用而经济有效的手段。兖州矿业(集团)公司东滩煤矿和山东省煤炭科学研究所开展了井下风门自动控制的研究 ,通过特殊结构由远红外传感器对车辆进行动态检测 ,用可编程控制器实现了矿山井下风门的自动开启和关闭 ,已由专家通过技术鉴定。国内其他的矿业集团虽然也有深入性的研究，但是仍然没有推广生产，因此自动风门系统在我国起步较晚，普及性较差，所有的研究仍处在初步的阶段。1.3 设计的基本参数矿井年产量：0.8Mt/a；工作面同时工作最多人数：40人；巷道形式：矩形巷道；巷道断面宽度：3.5m；巷道断面长度：5m；石门处供电电压：660v第2章总体设计2.1 总体功能自动风门的总体功能在与实现井下巷道中风门的自动开启与关闭。平硐通风的特点在于设置两道风门，开启其中一道，另一道风门必须关闭，以保障运送物料和人员的同时，不影响工作面的正常供风。传统的风门自锁性差、工人劳动强度高，本设计基于以上几点，在既保障风门作用的同时，又能体现出自动化系统运用的优越性。通过运用PLC技术，针对井下风门系统开启、关闭不便 ,而且极易使风门受到损坏的传统机械结构进行改进，加入电机、传感器、保护装置、隔爆安全装置，相应的故障预处理装置等，最终在安全高产的前提下实现井下风门的自动控制。由于煤矿地理条件的特殊性，井下巷道的断面尺寸会有所变化，没有唯一性。本设计会加入相应的局部设计，使自动风门的驱动系统不限于运用在某一特定巷道，而是可以稍加改造，应用到全矿井的各个主要通风巷道。2.2 总体布局设计2.2.1 驱动机构选择矿井井下条件受到一定的限制，机构的驱动动力机构只有几种常见的方式：1）气压驱动机构气压驱动装置是用矿井空压站为掘进提供的压缩空气作为风门的驱动动力，只要给压气电磁阀通电，使电磁阀开启，压力即可进入气压缸推动活塞往复运动，从而带动风门的启闭。2）液压驱动机构液压驱动是用净水压力作为风门动力，静水压是靠垂直高差形成的位能，通过管路和液压原件转换成为机械能推动风门。动作原理与气压驱动相似。3）电动推杆驱动机构当驱动电机通电旋转，通过减速带动丝杠螺母，把电机的圆周运动变为直线运动，利用电动机的正反转完成推拉的动作。电动推杆驱动机构与液压、气动机构相比，可省去复杂的管路，阀和液（汽）压源。三种风门动力源的性能比较见表：比较项目液压驱动气压驱动电机驱动驱动能力受静水压力的限制受压缩空气压力的限制与电机驱动有关，受限较小安全性1、平稳均匀、无冲击2、过载无危险3、可用小功率电源触发控制1、过载无危险2、可用小功率电源触发控制1、电源功率大2、防潮、防水能力差耐用性耐用不易损耐用不易损不耐冲击安装的复杂性1、需敷设管路、保证连接的密封性2、需要解决水压力的问题3、需要解决排水的问题1、需敷设管路、保证连接的密封性2、需要解决气压力的问题1、不需敷设管路2、需拉动力线管理维护1、密封件易老化需经常更换2、维修简单方便3、系统宜经常动作1、密封件易老化需经常更换2、维修简单方便3、系统宜经常动作1、防潮防水能力差2、冲击损害需要更换元件使用条件适宜高瓦斯有水源矿井适宜有气源的中小矿井适宜低瓦斯大型矿井表2-1 驱动系统比较根据内蒙古大雁三矿的地质条件，综合考虑安装、管理、可靠性等因素，采用电机驱动机构。2.2.2 总体布置安排整个设计的安装是在井下巷道中，因此尽量采用运输方便、安装使用方便的原则进行设计：图2-1 安装设计布置示意图为了保证通风的正常运行，风门必须成对使用。示意图中的是两道风门其中的一道，因为机构重复，所以单拿出进行演示。整个机构功能的实现是由电动机提供动力，经减速器减速从而带动丝杠旋转，丝杠上的螺母随着旋转而往复运动。将门用连杆与螺母连接，实现门的开闭。整体设计中，除了设置限制门过开或是关门过位置两种状态的门墙外，在电气设计部分中，也要加入门的开限、闭限控制，以确保机构工作的可靠性。工作过程：当传感器得到信号（有人或矿车经过）时，控制部分会给电机通电，电机动作，从而开门。延时一段时间后，若传感器检测不到人或车经过，则控制部分会给电机反转继电器通电，进行关门动作。在关门时如果传感器检测到有人（或车）通过时，立即停止关门动作，延时一段时间后进行关门动作。为了便于检修与更换，每道风门都有一套独立的控制系统，两组控制系统在总电路上互锁，即可实现一道风门开启时，另一道绝对关闭的功能。具体的设计在电气设计部分有所体现。2.3 总体参数的确定2.3.1 矿井风量计算矿井需风量，按下列要求计算，并采用其中最大值1）按井下同时工作最大人数计算，每人每分钟供给不少于4m3；2）按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算A:按井下同时工作的最多人数计算Q=4NK （2-1）式中Q矿井总供风量；m3/minN井下同时工作的最多人数K矿井通风系数取1.45 Q4401.45187m3/minB:按平均日产一吨每昼夜实际放出或预计放出沼气或二氧化碳计算: Q=TqK T=A/N式中Q矿井总供风量；m3/minT矿井平均日产量（t）q吨煤供风量（m3/min/t）取1.1K风量备用系数1.151.45A矿井年产量(该区段),tN年工作日,取330;Q=20141.11.3=2880 m3/minC:按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算矿井总进风量为： Q（Q采Q 掘Q 硐Q它）K （2-2）式中Q矿井总进风量；Q采采煤工作面实际需风量和；m3/minQ 掘掘进工作面实际需风量和；m3/minQ 硐硐室实际需要风量和；m3/minQ它矿井除了采煤，掘进和硐室需要风量之外其它井巷的需要风量和；m3/min。K矿井内部漏风系数1.25。3）采煤工作面实际需要风量每个采煤工作面需要的风量，应该按照瓦斯二氧化碳涌出量和爆破后的有害气体产生量以及工作面气温，风速和人数等规定要求分别进行计算，并取其中最大值按瓦斯涌出量计算 Q采=100q采ki （2-3）式中：Q采采煤工作面需要风量，m3/min；q采采煤工作面的瓦斯绝对涌出量，m3/min，q采=1.06m3/min；ki采煤工作面因瓦斯涌出量不均匀的备用系数，通常机采工作面取1.21.6；炮采工作面取1.42.0。则： Q采 =1001.061.4=148.4 m3/min （2-4）按工作面温度计算:表1-2 工作面空气温度与风速对应表工作面空气温度（）工作面风速（）150.3-0.515-180.5-0.818-200.8-1.020-231.0-1.523-261.2-1.8采煤工作面的需要风量可按下式计算 Q采 =60VaiSaiKi （2-5）式中：Vai第i 个采煤工作面的风速，m/s；Sai回采工作面平均有效断面，按最大和最小控顶有效断面的平均值计算，经计算得12m2；Ki工作面长度系数。Q采=601.0121.35=972m3/min4）按工作人员数量计算Q采=4Ni式中：Ni第i 个采煤工作面同时工作的最多人数，人；4每个人需要的风量，m3/min。Q采4Ni430120(m3/min)根据以上计算，取最大值工作面为810m3/min，矿井达到设计量时一个工作面，此时采面保证产量Q采=97211.25=1215m3/min5）掘进工作面实际需要分量每个独立通风的绝对工作面实际需要风量，应按瓦斯允许浓度和瓦斯涌出量，炸药用量，局部通风机实际吸风量，风速，人数等规定要求分别进行计算，并取最大值。按矿井各个需要独立通风的掘进工作面实际风量的总和计算，即掘=kQ掘（2-6）式中Q掘各个掘进工作面实际需要风量，m3/min。按瓦斯涌出量计算Q掘 =100q掘kd式中q掘掘进工作面的瓦斯绝对涌出量，m3/min，q掘=1.06m3/min；Q掘掘进工作面的需要风量，m3/min；Kd掘进工作面的通风系数，一般Kd取1.22.0。故 Q掘=1001.062.0=212m3/min按炸药量计算Qbi=25Ai式中Ai第i 个掘进工作面一次爆破的最大炸药需用量，；Qbi =25Ai =254100 m3/min按局部通风机的实际吸风量计算Q掘=QfIkf式中Q掘掘进工作面局部通风机的实际吸风量，m3/min，各种通风机的额定风量按下表选取。I第i 个掘进工作面同时通风的局部通风机台数，台；kf为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数，一般取1.21.3。表2-3 各种局部通风机的额定风量表风机型号额定风量(m3/min)JBT-51(5.5kW)150JBT-52(11kW)200JBT-61(14kW)250JBT-62(28kW)300故 Q掘=25011.25=312.5m3/min6）按人数计算Q掘=4Ni430120(m3/min)式中Ni掘进工作面同时工作的最多人数，人。根据以上计算取最大值312.5m3/min，为保证生产接续，安排一个掘进面。则：Q 掘=1.251312.5=391m3/min7）硐室实际需风量按矿井各个独立通风硐室实际需风量的总和计算，即Q 硐=kQ硐（2-7）式中 Q硐为第i个独立通风的硐室的实际需要风量，m3/min；井下爆破材料库取100m3/min，充电硐室取150m3/min，机电硐室取70m3/min，柴油机硐室取500m3/min。则 Q 硐=kQc （2-8）= 1.25(100+150+70+500)=1025m3/min8）其他井巷实际需要风量按矿井其他用风量的总和计算Q 它=Q它（2-9）式中Q它其他井巷的用风量，m3/min。其他井巷的实际用风量应根据瓦斯涌出量和风速分别进行计算，并采取其中最大值。按瓦斯涌出量计算Q它-=133qtkt （2-10）式中qt井巷的瓦斯绝对涌出量，m3/min；kt其他井巷的通风系数，一般取1.21.3。新矿井设计其他用风巷道所需风量难以计算时，也可以采取按采煤、掘进、硐室的总和的3%5%进行考虑。则 Q它-=133qtkt=1331.061.3183m3/min矿井总进风量为： Q=（Q采Q 掘Q 硐Q 它）K=（1215+3912+1025+183）1.25=4125m3/min2.3.2 矿井风速的验算1）工作面风速验算：安全规程附录3规定，回采工作面最低风速为0。25m/s, 最高风速为4m/s的要求进行验算。15SaiQ采240Sai1512180 m3/min240122880 m3/min 180 m3/minQ采2880 m3/min Q采1013 m3/min故检验都符合要求。2）掘进低风速验算：15SaiQ掘240Sai1512Q掘24012180Q掘2880掘进风量为391 m3/min故检验都符合要求根据附录3中要求，大巷中风速不能超过8m/s则符合要求。经验算，均满足要求。2.3.3 风流点压力计算通过第前面两部分计算，验算出三矿主巷风速为5.4m/s，而与主巷相连的风门另一侧为半煤岩巷，允许最大风速为4m/s。风门处的风流电压力为 P ti =P i +h vi （2-11）式中P ti 风流中i点的绝对全压，单位P i 风流中i点的绝对静压，单位h vi 风流中i点的动压，单位假使密闭完好，则P ti 风流中i点的绝对全压为零。但是矿井作为连续生产单位，很多原因导致不能做到完全密闭，所以会有一定的漏风量。参考文献中体现风门处允许的漏风量为2%，这就是说主巷风量4125m3/min的2%会经过风门，留到半煤岩巷中去。根据参考文献，风门处所受的最大压力即为风流的动压： P ti = (Q / V总 -Q/V) （2-12） =4484.25巷道的截面积： S=ab=35=15，式中a门体的宽度，单位mm b门体的长度，单位mm则整个风门处所受的压力为P = P ti/S （2-13）=4484.25/15=298.95n式中P ti风流中i点的绝对全压，单位此时对于整个风门来讲，当风门处于关闭状态时，打开风门需要整个过程最大的力：根据力矩平衡列方程，可以近似的计算出螺杆拉力的最大值：图2-2 风门受力示意图即 P拉l=p l （2-14） P拉=2p=298.952=597.9n600n式中l门体的宽度，单位mm P拉门所受的拉力，单位n2.3.4 电动机的选择根据矿井环境的特殊性，以及机械负载特性、生产工艺、电网要求、建设费用运输费用等综合指标，选用YB2系列隔爆型三相异步电动机。通过手册上对电机功率的记述，选用YB2-71M1型矿用隔爆电动机，该电机参数技术为：同步转速：1500r/min，功率: 0.25kW。电动机容量由额定功率来表示，其大小主要由运行的发热条件，依据工作机容量来确定，必要时还需用过载能力及起动条件加以校核。对载荷比较稳定、长期运转的机械，首先估算传动系统的总效率，再根据工作及特征计算工作及所需电动机功率，最后选定电动机额定功率，且使电动机额定功率大于所需电动机功率。工作及所需电动机功率： = （2-15）式中工作机所需电动机功率kW工作机所需有效功率KwF、T工作机的阻力或阻力矩（丝杠的驱动力矩）、n工作机的线速度或转速传动系统的总效率，取0.4。参照表： = （2-16） = =228.25W =0.228kW表2-4 传动形式比较表传动类型传动类别效率单级传动比蜗杆传动单头螺杆0.40.45常用1560自锁螺杆0.700.75常用1040由求得的工作及所需电动机功率，在电动机额定功率满足的条件下，便可以从电动机额定功率系列之中选定电动机额定功率，即确定所用电动机容量。表：在前面电机初选时选了YB2系列电动机的YB2-71M1型电动机，经计算证明，电动机容量满足机构完成功能。在三相交流异步电动机产品规格中，同一功率有几种不同的同步转速。从上表中，可以选择1500r/min，功率为0.25 kW的电动机。表2-5 YB2系列电动机技术数据同步转速机座号3000r/min1500r/min1000r/min750r/min600r/min功率/kW功率/kW功率/kW功率/kW功率/kW71M 10.370.2571M 20.550.370.2580M 10.750.550.370.1890 S1.51.10.750.37第3章各部件设计3.1 丝杠连杆传动计算风门的开启、关闭过程需要丝杠机构螺母的往复运动来实现。根据这一特性，可以将丝杠螺母运动简化，看成按固定冲程运行的滑块进行设计及参数的计算。门的开启、关闭使门体在固定范围内进行回转运动，而这一运动的实现是由于连杆传动螺母的运动实现，由此可以建立曲柄滑块机构模型：图3-1 丝杠连杆机构示意图图中为极位夹角，一般取是表征机构性能的重要指标，其值越大越好AB、A、A为曲柄的几个状态的位置，且长度为aC、为滑块的两种不同位置CB为连杆的长度，值为bH为滑块工作的冲程从模型中可以看出，当门完全开启时，机构的状态如图所示：图3-1 门体开限连杆位置示意图当风门完全关闭时，机构状态如图所示：图3-2 门体闭限连杆位置示意图得出结论：整个机构的开启、关闭两个极限位置都能实现，因此采用曲柄滑块机构进行门体、连杆的结构及尺寸设计。根据现场尺寸的要求冲程H=3000mm,极位夹角=，最小传动角=见参考文献3连杆传动部分。（3-1）（3-2）式中极位夹角余弦值，最小传动角余弦值代入H、值联立方程组得：曲柄长度a=1460.957mm 连杆长度b=1968.459mm 偏距 =221.805mm根据所计算的值输入计算机，对此机构进行运动分析，得出机构运动曲线：图3-3 计算机及模拟机构运动曲线图曲线较为平滑，可以看出此机构运行时较为平稳、没有过大的冲击。随着开门，滑块的速度逐渐加大。所以，设计采用该尺寸的曲柄滑块机构。各个部分的尺寸圆整为：a=1500mm，b=2000mm，e=220mm。3.2 丝杠机构设计根据本设计中所采用的丝杠机构，当机构处于闭合状态时，开启瞬间需要丝杠承受最大负载，在此时刻画机构受力简图：图3-4 丝杠连杆的受力分析从机构简图上可以看出电动机带动丝杠的负载拉力，与水平方向的风流阻力相等。即：F=P拉,F为丝杠阻力。即F=600N。以F为螺旋丝杠的负载，进行螺旋传动设计。由于井下运输条件和工作条件的限制，可以有两种螺旋传动进行选择，即滑动螺旋和滚动螺旋传动。两种传动形式比较：表3-1 两种螺旋传动比较滑动螺旋传动滚动螺旋传动特点1摩擦阻力大，传动效率低（通常为30%60%）2结构简单加工方便3易于自锁4运转平稳5定位精度和轴向刚度较差6磨损快1摩擦阻力小，传动效率高（一般在90%以上）2结构复杂制造困难3具有传动可逆性可以把螺旋传动变成直线运动又可以把直线运动变成螺旋运动4运转平稳5螺母和螺杆经调整预紧可得到很高的定位精度井下不必要求较高的定位精度，而且限于加工水平有限，因此采用滑动螺旋传动的形式。对于滑动螺旋，可选的几种螺纹形状为：1）梯形螺纹2）矩形螺纹3）三角形螺纹4）特种螺纹下面将几种螺纹形式列表进行比较：表3-2 螺纹形式的比较种类梯形螺纹矩形螺纹三角形螺纹特点牙形角=,螺纹副的大径和小径处有相等的径向间隙。压根强度高，螺纹的工艺性好；内外螺纹以锥面贴合，对中性好，不易松动；采用剖分式螺母，可以调整和消除间隙；但其效率较低牙形为正方形，牙形角=。传动效率高，但精确制造困难（为便于加工，可制成牙形角）；螺纹强度比梯形螺纹、锯齿形螺纹低，对中精度低，螺纹副磨损后的间隙难以补偿与修复牙形角=的特殊螺纹或公制螺纹自锁性好、效率低应用用于传力螺旋和传动螺旋如金属切削机床的丝杠、栽重螺旋式起重机、锻压机的传力螺旋用于传力螺旋和传动螺旋，如一般起重螺旋用于小螺距的高强度调整螺旋如仪表机构综合各种螺旋的特点与应用，选择梯形螺纹进行设计计算。梯形螺纹的通用形式：图3-5 梯形螺纹配合形式图3-6 梯形螺纹规格已知：轴向最大载荷F=1000N，螺母形式：整体式，滑动速度范围：低速、润滑良好；螺杆材料：45钢，螺母材料：ZCuSn10Zn2；的值：梯形螺纹=0.8 的值：整体式螺母=1.22.5，取2；许用压强P的值：1825MPa，取20MPa；k为安全系数，取1.7；3.2.1 耐磨性校核： 1）计算公式 d2=k （3-3） =1.70.8 =6.8mm式中梯形螺纹校验系数螺母材料系数P许用压强，单位MPa值为20 MPa代入数据，计算出螺纹中径d2的值为6.8mm。梯形螺纹和矩形螺纹h=0.5PH=d2 =26.8=13.6mm z=1012, =1012 =3，符合要求P=P （3-4） = =19.894MPa式中H螺母高度，mmz螺母最低旋合圈数h螺纹工作高度，mmP工作压强，MPa。工作压强P=19.894MPa，小于许用压强P，校核通过。2）验算自锁情况螺纹升角 = （3-5）螺旋副的摩擦系数 =0.085牙形角 = = （3-6） = = （3-7） = 式中当量摩擦角螺旋副摩擦系数L导程，单位mm 因为=，所以校核通过。3）计算螺纹力矩： T1=F （3-8） =1000 =17010.7Nm式中T1螺纹力矩，单位Nm3.2.2 计算螺杆强度：螺杆材料许用应力:71118.333MPa1）螺杆强度计算公式 = （3-9） = =40.594MPa因为=40.594MPa，小于，所以校核通过。式中T传递转矩，单位Nmm 螺杆材料许用应力，单位Mpa2）计算螺纹牙强度参数45钢材料的许用切应力：3040MPa 许用弯曲应力b：4060MPa计算公式螺杆 = （3-10） = =7.652MPa因为=7.652MPa小于许用切应力，所以校核通过（3-11） = =17.658MPa式中材料的许用切应力，单位Mpa，取值35Mpa 材料的需用弯曲应力，单位Mpa，值为17.658MPa因为=17.658MPa小于许用弯曲应力b，所以校核通过同理，螺母 = （3-12） =7.62MPa小于许用切应力，校核通过（3-13） =17.658MPa小于需用弯曲应力，校核通过式中b螺纹牙底宽度，值为0.65P=12.931mm螺杆或螺母抗剪强度螺杆或螺母抗弯强度3.2.3 验证螺杆稳定性：1）稳定性计算参数螺杆的最大工作长度l：1800mm长度系数在参考文献3螺旋传动部分上规定，两端固定的螺旋传动，长度系数=0.5计算所得（）的值为90螺杆材料的弹性模量E=207000MPa计算公式： Fc= （3-14）方程式联立得： Fc= （3-15） = =4569.589N因为2.5,稳定性校核通过。式中l螺杆的最大工作长度mm，Ia螺杆危险截面的轴惯性矩，i螺杆危险截面的惯性半径mm，A螺杆危险截面的面积，E螺杆材料的弹性模量MPa。2）计算螺杆的刚度：计算参数螺杆材料的切变模量G=83000MPa轴向载荷使导程产生的变形： = （3-16） =2.76931mm转矩使导程产生的变形： = （3-17） = =2.57783mm =25.12导程的总变形量：=2.769312.57783=5.34714或-0.19748mm，即最大变形量为5.34714mm。式中：螺杆危险截面的极惯性矩， G螺杆材料的切变模量MPa，对于钢G=83000MPa3.2.4 计算螺杆的横向振动：1）横向振动计算参数螺杆两支撑间的最大距离lc=2200mm，系数与螺杆两端固定形式有关，本设计采用两端固定形式，=0.43螺杆的总质量m，估算为m=12.5kg。计算公式：对于钢制螺栓：临界转速 = （3-18） = =2102.27r/min式中lc螺杆两支撑间的最大距离，单位mm，值为2200mm系数与螺杆两端固定形式有关，值取0.43m螺杆的总质量，单位kg，取值12.5kg3.2.5 计算总驱动转矩:1）计算公式T=T1+T2+T3 （3-19） =17010.7+10+10 =17030.7Nm式中T1螺纹力矩NmT2、T3轴承最大摩擦力矩，取10 Nm。2）螺旋传动机构效率计算：计算参数轴承效率：取0.95计算公式 =0.95100% （3-20） =0.95100% =45.32%得出结论：采用的螺旋传动机构效率为45.32%。3）机构的运行速度计算为了保障开、关门的安全性和及时性，必须设定开门（或关门）的线速度v，画机构瞬时速度简图：图3-7 瞬时速度简图由此图和计算机模拟图中可以看出，随着角的增大，线速度的值会越来越大，为了避免开门速度过小导致的长运输时间，选取最小的速度时刻（即开门瞬间）进行计算，这样的计算结果是机构运行可能的最长时间，螺母运行的最低速度不能低于这一瞬时速度。运动并不是匀速圆周运动，如果按的速度一直运转下去，将会是最长的开门时间，设这个时间为5s，则线速度 = （3-21） =1500/23.14 =0.15m/s开门瞬时的线速度为，与螺母运动的速度相等。在开门瞬时：图3-8 开门瞬时速度分析丝杠上的瞬时速度如图示，可以看出，螺母、螺杆之间的相对速度与螺杆自转的线速度合成了螺母水平运动的，则值为：（3-22） = （3-23） =1.7320.15 =0.2598m/s =15.58m/min n=/c （3-24） = =15.58/0.1227=127.11r/min 式中c螺杆的断面周长，单位mn螺杆运行时的转速，单位，r/min主体机构的尺寸较小，传动精度要求不大，但传动比较高。同时要求传动要有一定的自锁性，因此，自动风门系统的减速器装置采用蜗杆减速器。3.3 蜗杆减速器传动的设计3.3.1蜗杆传动参数1）计算参数蜗杆输入功率：P=0.25kW 蜗杆类型：阿基米德螺杆（ZA）蜗杆转速n1=1500r/min 涡轮转速n2=128r/min使用寿命T=8000小时理论蜗杆传动比：n1/n2=1500/128=11.719推荐蜗杆头数z1为3。见表：表3-3 推荐的z1、z2值各种传动比时推荐的z1、z2值iz1z2566293678428329133275214242328722527125081z1=3对应的蜗轮齿数z2=35实际传动比i=11.66662）蜗杆蜗轮材料蜗杆材料：45钢热处理类型：淬火涡轮材料：ZCuSn10Pb1 铸造方法：离心铸造接触疲劳安全系数=1.1 弯曲疲劳安全系数=1.2蜗杆副精度7-7-6b（GB/T 10089-1998）3）蜗杆减速器基本参数按下表初选减速器=50%表3-4 齿轮箱KA值表应用场合每日载荷持续时间10往复式1.501.752.0圆盘1.001.001.25螺杆1.001.251.50按照下表查得材料系数CHE=4.4;初取=0.35。表3-5螺杆传动常用材料的性能DIN涡轮材料国产材料E弹性模数（）CHEYWG-CuSn12ZCuSn10Pb1（砂型）88300MPa265MPa1476.81.3115Gz-CuSn12ZCuSn10Pb1（离心铸造）98100MPa520MPa152.24.40.95225G-CuSn12NiZnSn10Zn2（砂型）98100MPa350MPa152.25.71.3165G-CuSn10ZnZCuSnZn2(离心铸造)98100MPa430MPa152.25.01190确定中心距由可查得接触系数=2.5;初取最小接触安全系数，估算减速器中心距：a （3-25）=4.41.063=31.875 表3-5 蜗杆减速器标准中心距单位：mm第一系列2832516380100125160第二系列140180按表3-5取标准中心距a=32mm.确定蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2 一般情况下蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2可按下式选取： z1= （3-26） z12.87，取整，z1=3 z2=iz1 =11.663 =34.98，取z2=35确定分度圆直径d1（mm）d1=（d1/a）a =320.625 =20mm式中d1分度圆直径，单位mm a标准中心距，单位mm，值为32mm确定蜗杆轴向模数m（mm）初取x=0.5 m= （3-27） = =1.22式中x估计的需用参数，值为0.5 z2蜗轮齿数，值为35表3-6 m、d1的标准值：各种传动比时推荐的z1、z2值m1.2522.52.7533.2 d12026263032.530.43236.63.3.2几何尺寸计算蜗杆直径系数q q=d1/m=20/1.25=16 （3-28）式中m模数，值为20蜗杆节圆直径1 1=d1+2x2m （3-29） =20+211.25 =22.5mm蜗杆齿顶高ha1=ham=11.25=1.25mm （3-30）式中ha齿顶高系数，当z1=3时，z1为1蜗杆齿根高hf1=（ha+c）m （3-31） =（1+0.16）1.25 =1.45mm蜗杆全齿高h1= ha1+ hf1=2.7mm （3-32）顶隙 c= cm （3-33） =0.161.25 =0.2mm蜗杆轴向齿厚Sx=0.4m=0.43.141.25=1.963mm （3-34）蜗杆法向齿厚Sn=sxcos （3-35） =0.43.141.25cos蜗杆齿顶圆直径da1=d1+2ha1=d1+2ham=20+211.25=22.5mm （3-36）蜗杆齿根圆直径 df1=d1-2（ha+c）m （3-37） =20-2（1+0.16）=17mm蜗杆齿宽 b1=2.5m=2.51.25=16mm （3-38）蜗杆分度圆导程角 =arctan（z1/q）（3-39） =arctan（3/16）=蜗杆法向模数mn=mn=mcos=1.25cos=1.228 （3-40）蜗杆轴向齿距Px=m=3.141.25=3.925mm （3-41）蜗杆导程Pz=z1Px=33.925=11.725mm （3-42）蜗轮部分计算过程与蜗杆相同：蜗轮齿顶高ha2=ham+x2m=11.25+1.25=2.5mm （3-43）式中ha齿顶高系数，当z1=3时，z1为1蜗轮齿根高hf2=（ha+c-x2）m （3-44） =（1+0.16-1）1.25=0.2mm蜗轮全齿高 h1= ha1+ hf1=2.7mm （3-45）蜗轮分度圆直径 d2=2a-d1=64-20=44mm （3-46）蜗轮齿顶圆直径 da2=d2+2ha2=d2+2（ha+x2）m =44+（0.8+1）21.25=46.25mm （3-47）蜗轮齿根圆直径 df2=d2-2（ha+c）m （3-48） =46.25-2（1+0.16）=40.75mm蜗轮外圆直径de2=da2+（0.31.0）m=47mm （3-49）蜗轮咽喉圆半径rg2=a-0.5da2=32-0.544=10mm （3-50）蜗轮齿宽b2b1+x取整后=17mm （3-51）3.3.3接触强度及磨损强度校核齿面接触安全系数校核（3-52）式中齿面接触许用应力，单位MPa齿面接触最小安全系数，许用值为11.3，一般情况下取1.1，当载荷较大，可靠性较高时取1.31.5齿面磨损安全系数校核（3-53）式中磨损许用应力，MPa齿面磨损最小安全系数，取值方法与基本相同，当磨损寿命不是主要矛盾时可取值为1.接触应力 = （3-54）式中材料组合弹性系数，见减速器基本参数部分。=152.2 Z=2.05/（d1/a）（3-55）=2.05/（20/32）=1.747，单位式中输出转矩，P1为电机输出功率，值为0.25KW，=9550P1i/n1=95500.2511.660.45/1500=8.35Nm，KA为工况系数，值为1.25，见减速器基本参数部分。代回式（3-54）中=152.21.747=150.06549MPa接触许用应力 = （3-56）抗磨损许用应力 = （3-57）式中摩擦副系数，其近似值为1。表3-7 摩擦副系数值摩擦副系数材料蜗轮ZCuSn10Pb110.110.35蜗杆45钢（0.881.37）0.230.97抗点蚀极限应力，其值为152MPa抗磨损极限应力，其值为（2.6），（3-58）式中Ln为在要求寿命内蜗轮齿上载荷作用次数允许磨损质量极限 =，单位kg （3-59）式中为蜗轮轮缘材料密度，单位mg/mm蜗轮轮齿极限法相磨损量，单位为mm 0.3蜗轮齿面面积 ,单位为mm，载荷作用系数，由于机构是变转速运行，（3-60）寿命系数，（3-61）将结果列表：校核轮齿断裂面安全系数由表3-5查得=225MPa，进行校核 mb2/（）（3-62） =2256.240/(140001.25) =3.21.5 校核通过校核螺杆弯曲安全系数确定值(1.31.7)a （3-63） =1.732=54.4mm取60mm确定值 =23.47 （3-64） = （3-65）=21014000=0.0273mm （3-66） =0.0046.2/0.0273=0.9080.5，校核通过附：ZA蜗杆减速器图样：图3-9减速器外形图3.4 电气部分设计该部分的设计是矿山自动化应用的体现，将先进的现代化控制系统引用于传统的机械设备上，对于加快矿山现代化建设、增进矿山运输效率、提高矿山整工作条件都有一定的作用。自动风门的电气设计的主体为可编程控制器控制。可编程控制器的可靠性高，抗干扰能力强：可编程控制器是专为工业控制而设计的，出来对器件的严格筛选和老化外，在硬件和软件两个方面都加入了屏蔽、滤波、隔离、故障论断和自动恢复等措施，适用性好，功能完善，结构性能强。综合继电器控制系统、微机控制系统等考虑，应用可编程控制器更能适应矿山复杂、多变以及较为恶劣的工作环境。控制对象及控制范围自动风门的控制目标是实现电动机的正反转自动控制。一组石门处包含两组风门，每组风门用两台电机控制（如图示）：图3-10 电动机布置示意图采用一台可编程控制器控制一道风门，在总电路中将这一组风门的两台可编程控制器互锁，即可实现至少一道风门处于关闭状态的功能。电动机正转，风门打开；电动机反转，风门关闭。可编程控制器的选择由于整个控制系统并不复杂，而且动作要求不多，可以采用中、小型功能可靠的PLC来实现。本设计采用三菱公司的可编程控制器。本系列的可编程控制器体积小、适用环境要求不高，适合用于矿井中。表3-9 型可编程控制器的环境规格项目材料环境温度使用时050，保存时-2070相对湿度使用时35%RH85%RH（不结露）抗振动符合JISC0911、055Hz、0.5mm（最大2g）抗冲击符合JISC0912、10g抗噪声噪声电压峰-峰值1000v宽1s周期100Hz以下正常耐压AC1500V，1min全部端子和接地端子之间绝缘电阻5M以上（DC500v欧姆表）接地第三种接地（不可与强电系统共地）不能接地时可悬空工作环境无腐蚀性气体、导电尘埃不严重自动风门采用可编程控制器全自动控制，两台PLC在系统中互锁，实际上工作的只有一台PLC。系列可编程控制器可以按要求实现顺序控制，每个步骤之间加入状态转移进行步与步的连接。完成步与步的设计后进而完成步进顺序图，即控制语言的实现。功能顺序图：图3-11 自动风门系统控制顺序功能图考虑到开门-关门状态的安全性和整体机构运行的稳定性，在电机外接入电阻。当门碰触到安装在开门行程中的减速开关（行程开关）时，PLC会指示系统接入电阻，使电机转速下降，已达到减速开、关门这一动作。电子元件的选择自动风门系统的电子元件主要进行传感器、继电器的选择。应用于井下的电路，设计时需考虑的主要因素有粉尘浓度、湿度、温度和噪声等。巷道中的粉尘会沉降在信号原件表面，严重时会阻隔光信号的传输。电路板受粉尘污染后，电路的性能会受到影响，甚至失去作用。温度、湿度大时，必须对电路板进行密封防潮处理。电机车等用电设备运行时会产生干扰电渡，影响无线电信号的传输，并能在线路板中感应出于扰电流，严重时会使电路产生误动作。因此只有在设计时充分考虑各种不利因素，才能在试验中对各种电路异象作出正确的分析判断并加以改进。控制电路包括信号的拾取、放大、整形，风门状态延时，信号合成，风门状态信号反馈处理，输出控制等功能部分。不同类型的控制电路具有不同的结构，但最后的输出控制基本是一样的，即输出的信号触发可控硅或继电器，控制电机或其它机械开关，由机械传动机构将控制信号转化成空问位移，实现风门的启闭，并可显示声光信号等。控制信号拾取的方法很多，能用于井下特定电路设计的，有以下几种：机械式信号触发。在电机车架空输电线旁边铺设复线，或在铁轨上埋设动触开关来获得信号(亦可包括人工触发信号)。这类触发原理简单、铺设方便。铺设复线的方式，只有在电机车通过时才能发出信号手推车或行人通过则需另设手动开关可用于人员或车辆较少通过的巷道中。铁轨上埋设动触开关，则是靠车轮压动开关来获取信号，同样只能用于条件好，行车少的巷道中。这类触发信号可以不经再处理，就能直接去控制风门电机的电路开关。超声波发射与接收用超声渡器件发射出特定频率的超声波信号，经接收器接收到控制信号。这类电路还可分为两种类型，一种是超声波发射器件安装在机车上，用于运行的机车控制前面风门的开启，遥控距离一般10m左右；电路原理比较简单。另一种是风门的控制电路发射出超声波，超声波到达物体表面被反射回来，经接收后从发射波时间差的变化中探知物体的移动，从而得到控制信号，原理同雷达探测一样。无线电遥控将控制信号调制后，用调频或调幅波发射出去，接收电路接收电渡后，进行放大解调还原出控制信号。采用这种方式主要用于运行的机车控制前面风门的开启或后面风门的闭合，遥控距离可长可短。这类电路可供参考的范例较多调频发射波的抗干扰能力一般较好，设计中可优先考虑，并注意多采用集成电路有利于提高电路性能和便于调试。光电式信号检取。在巷道的一侧安装红外线发射管或可见光源，在巷道的另一侧安装红外线接收管或光敏器件，当人或物通过时，隔断了光线，引起接收信号的变化，从而获得触发信号这类电路的制作也比较容易，可应用于人行道或运输巷中，粉尘浓度高的场台则不宜采用。由于行人和车辆运行速度相差较大，当巷道既通行人又通车时，风门的启闭时间会显得很不协调。这时需要采用其它的信号检取方式，或对不同的对象采用各自独立的信号检取电路，然后再对信号进行处理合并。根据以上的考虑，本设计采用声波式传感器。该传感器安装在门体的里外两侧。方向对着人或车行进的方向。无论是人进门还是关门，传感器都可以检测到。如果在关门过程中，传感器检测到人或车时，PLC会根据设定的程序，延时一段时间后立刻转换成开门状态。防止人或车被门体夹在门当中发生事故。即可以在巷道顶或是地板上，安装在巷道顶较好，可以避免人或车的碰撞或是破坏引起的误动作。安装位置如图：图3-12 传感器安装位置示意图可编程控制器的软、硬件设计根据PLC的输入、输出决定I/O接口的配置，并且设计出PLC的梯形图和语句表：运用三菱公司“三菱PLC全系列编程软件”进行计算机设计，输出结果如下：可编程控制器的梯形图：图3-12 系统接线图可编程控制器的接线图：图3-13 可编程控制器的梯形图可编程控制器的语句：0 LD M5 26 OUT T01 AND X005 27 LD M32 OR M8002 28 AND T03 OR M0 29 OR M44 AND M1 30 ANI M65 OUT M0 31 ANI M56 LD M0 32 OUT M47 AND X000 33 OUT Y0028 LD M6 34 LD M49 AND X000 35 AND X00410 ORB 36 OR M511 OR M1 19 OUT M2 12 OUT M1 37 ANI M014 OUT Y000 38 ANI M6 15 LD M1 39 OUT M516 AND X001 40 OUT Y00317 OR M2 41 LD M418 ANI M3 42 AND X00020 OUT Y001 43 LD M521 LD M2 44 AND X00022 AND X002 45 ORB23 OR M3 46 OR M624 ANI M4 47 ANI M125 OUT M3 48 OUT M6 49 OUT T1 3.5 附加机构设计1)丝杠连杆设计作用：丝杠连杆机构是为了使丝杠机构整体运行的更加稳定，不会使丝杠在往复运动时发生法向的窜动。组成：丝杠连杆机构由导轨组件、导轨支架、丝杠导轨连杆等部分组成。导轨组件：导轨组件由导轨、滑块、连接销组成。导轨选用普通滑动导轨（简称滑动导轨）。表3-10 导轨类型导轨类型主要特点应用滑动导轨1、结构简单2未形成完全液体摩擦时易低速爬行普通机床、冶金设备上应用普遍塑料导轨1动导轨表面贴塑料软带等与铸铁或钢导轨搭配2刚度较低、耐热性差主要应用于中、大型机床压强不大的导轨应用日趋广泛该导轨与滑块配合的形式：图3-15 导轨示意图导轨支架作用：固定导轨，位于丝杠的上方，稳定的与地面联系起来。使丝杠连杆、丝杠运行平稳，并承担导轨所有质量和丝杠连杆的部分质量。组成：导轨支架分为A支架和B支架。B支架靠近门体，结构上由于要与丝杠支座相搭配，所以与A支架略有不同。A支架与B支架整体上相同，都是由导轨座

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