防爆锂电蓄电池单轨吊机车设计_专题-制动阀块以及锂电池箱的设计-机械电子毕业论文

1、 山东科技大学本科生毕业论文姓 名： 学 号： 学 院： 机械电子工程学院 专 业： 机械电子工程 设计题目 防爆锂电蓄电池单轨吊机车设计 专 题： 制动阀块以及锂电池箱的设计 指导教师： 职 称： 2021年6月5日摘 要本文研究的防爆锂电蓄电池单轨吊，是一种煤矿井下辅助运输机车。是一种多功能、高效率、多用途的井下辅助运输车辆。在平路或上坡时，由锂电蓄电池提供动力完成牵引工作；下坡时，可将动能和势能转化成电能，反充给锂电蓄电池，靠能量回馈实现自动减速制动。防爆锂电蓄电池单轨吊，比之普通单轨吊能量利用更充分，主机部更轻便，能实现能量的循环利用是对传统单轨吊的一次技术改进。而此次设计主要是想用锂

2、电蓄电池代替铅酸蓄电池，进一步取代柴油机单轨吊，到达减少本钱，降低污染的目的。通过简化单轨吊的液压系统取代复杂封闭式的液压系统，降低主机局部的重量，提高单轨吊灵活性使之能更好的适应各种地形，也进一步改进了紧急制动装置，添加了超速离心制动装置。使单轨吊车能更加平安的使用。本次毕业设计还通过结合人机工程学内容改进了十座人车的构造，使其更加人性化！通过此次设计，经过深入了解了矿用锂电蓄电池单轨吊的结构与工作方式，结合液压与电气的知识对单轨吊进行了局部改进，在很大程度上回忆了大学所学知识，并合理运用这些知识完本钱次设计！关键词：单轨吊；控制系统； 液压；电气； 锂电池ABSTRACTAnd in th

3、is paper, the explosion-proof lithium battery monorail crane, is a kind of underground auxiliary haulage locomotive, driving on the roadway monorail can not only delivery of materials and personnel and equipment, also can accomplish the downhole equipment simple lifting, hoisting work.when going dow

4、nhill, the kinetic energy and potential energy is converted into electrical energy, reverse charging to lithium battery and rely on the energy feedback to realize automatic deceleration and braking. Explosion-proof lithium battery monorail crane, than ordinary monorail energy utilization more fully

5、and hosts more portable and can realize energy recycling is the traditional monorail a technical improvement.And the design is mainly to replace lead-acid battery with lithium battery, further to replace diesel monorail crane, to reduce costs, reduce pollution purposes. The use of the monorail can b

6、e more secure. The graduation design also through the combination of ergonomic content to improve the structure of the ten men and cars, to make it more humane!Through the design, through in-depth understanding of the structure and work of mine lithium battery monorail, combined with knowledge of hy

7、draulic and electric monorail crane was partly improved, in a great extent reviews the knowledge, and the rational use of these knowledge to complete the design!Keywords: Monorail ; control system ; hydraulic ; sensor ; lithium batter目 录摘 要I第一章 矿用蓄电池单轨吊简介1防爆锂电蓄电池单轨吊简介及研究背景11.2 矿用单轨吊在国内外开展情况2国外防爆锂电蓄电

8、池单轨吊的开展状况2国内防爆锂电蓄电池单轨吊的开展状况3本课题的研究目的及意义51.4 DXP40防爆锂电蓄电池单轨吊机车参数71.5 DXP40防爆锂电蓄电池单轨吊组成局部8驾驶室8驱动部10主机室11锂电池箱12十座人车13第二章 单轨吊的设计计算14连杆装置的设计计算14连杆结构设计14单轨吊制动系统方案的设计20单轨吊机车驱动系统驱动原理202.2.2 单轨吊机车制动原理222.2.3 井下单轨吊对制动系统的要求222.2.4 主要尺寸确实定24紧急制动阀块的设计25超速离心制动装置27第三章 液压系统选型设计29单轨吊液压系统原理图31液压回路的工作情况31单轨吊工作回路31单轨吊制

9、动回路32单轨吊起吊回路34手动增压泵在液压系统中的作用34第四章 电气控制系统的设计计算36电控系统硬件设计37控制电路的设计37隔爆腔体的设计38电控系统软件设计39PLC 程序的设计39第五章 各部三维图造型40承载小车40十座人车41锂电池锂电箱41连杆三维图44外置制动阀块三维图45第六章 有限元分析46结论58第七章 总体组装设计59防爆锂电蓄电池单轨吊车总体组装图59防爆锂电蓄电池单轨吊机车液压系统图60防爆锂电蓄电池单轨吊机车电控系统原理图61防爆锂电蓄电池单轨吊机车主机室总装配图62第八章 期望与总结63主要总结638.2 工作展望64致谢65参考文献66第一章 矿用蓄电池单

10、轨吊简介防爆锂电蓄电池单轨吊简介及研究背景随着我国煤矿采、掘机械化程度的迅速开展及开采规模的不断扩大, 使得井下所需的材料、设备的数量、品种、单重以及运距大幅度增加; 井下人员数量增多、工作面的距离加长,而辅助运输系统仍旧依靠陈旧的传统方式已明显的不能适应形势开展的需要。因此, 吸收、引进国际上先进技术, 改变我国煤矿以往落后的辅助运输形式已成必然的开展趋势。目前国家对煤矿平安生产的重视程度和煤矿装备水平的都有所提高，煤矿井下辅助运输装备向本质平安型方向转变，单轨吊运输作为一种新的运输方式，克服了卡轨车运输条件限制，实现多条巷道连通使用，可以在多弯道、多起伏的巷道中应用，灵活性和适应性都较强。

11、由于其具有运输能力大、隐患少、效率高、安装简单等优点，正在被越来越多的煤矿企业所采用，成为近几年来煤矿井下辅助运输的首选运输工具。 (1) 单轨吊车是挂在巷道顶板上或支架上运送负载，不受底板变形 (底鼓) 及巷道内物料堆积影响，但需要有可靠的吊挂承载装置。吊挂在拱形或梯形钢支架上时，支架应装拉条加固，用锚杆悬吊时，每个吊轨点要用2根锚固力均为60kN以上的锚杆。巷道断面要大于或等于7m2。(2) 可用于水平和倾斜巷道运输。用于倾斜巷道运输时，机车牵引单轨吊车，坡度18，最正确使用坡度12(国外最大达 40)。绳牵引单轨吊车坡度25(国外最大达 45)。最大单件运输质量为1215t，最小水平曲率

12、半径为4 m。(3) 机车牵引单轨吊车具有机动灵活的特点，1台机车可实现有多条分支巷道的物料、设备和人员的运输，可以不经过转载，不受运程限制。绳牵引单轨吊车在弯道上需装设大量绳轮，而且不能进分支岔道，运距一般为 12 km，最大不超过 3 km。因为运距过长，列车运行阻力、牵引绳的阻力、轨道和支架的承载能力等都要增加，单轨的支承、导向钢丝绳及钢丝绳的拉紧都将趋于复杂化。(4) 柴油机单轨吊车排放的气体有少量污染和异味，因此，使用巷道要有足够的风量以稀释有害气体，使其到达无损健康的程度。(5) 蓄电池单轨吊车的最大优点是没有空气污染，但受蓄电池蓄电能力的限制，蓄电池单轨吊车的功率偏小，自重较大，

13、适用于所需牵引力较小、通风较差的掘进巷道运送材料和人员。而锂电池单轨吊那么大大的减少了蓄电池单轨吊的缺点。1.2 矿用单轨吊在国内外开展情况国外防爆锂电蓄电池单轨吊的开展状况原西德是世界采矿兴旺国家之一, 五十年代就开始研制单轨吊车, 到1967 年研制出柴油机单轨吊, 1979 年研制出蓄电池单轨吊,之后,法国、捷克、苏联、英国等国家也相继引进或研制出单轨吊,并在这些国家普遍应用。单轨吊机车在德国已有两家公司生产DBT、布劳提干并在多个国家销售过蓄电池单轨吊车和柴油机动力单轨吊车；捷克Becorit公司也生产燃油动力柴油机车。先进产煤国家的辅助运输采用单轨吊、卡轨车、齿轨车和无轨胶轮车等高效

14、运输装备,矿井运输根本实现了从井底车场甚至从地面(平峒或斜井开拓时) 至采区工作面的不经转载的直达运输。这些装备体积小、机动灵活、通过巷道断面小、转弯半径小、无需转载和停顿、运输效率高,可实现远距离连续运输;牵引力大,可实现重型物料如重型支架的整体搬运,运行速度快;有比拟完备的配套设备和运输车辆,根本实现了装卸作业的机械化。原捷克斯洛伐克的大局部煤矿煤层属缓倾斜煤层，巷道坡度不一，而且底坡较多，因此其辅助运输设备是清一色的单轨吊车；1979年年底西德沙尔夫公司研制出第一台214KW蓄电池单轨吊车，次年投入使用；1980年西德鲁尔塔勒公司又研制出38KW样机；1982年原苏联卡拉干达煤矿设计院研

15、制出6KW蓄电池单轨吊车。世界各主要采煤国近年来尤其加强了大容量高效率蓄电池的研究，这主要是因为铅酸蓄电池和内燃机相比，具有噪音低、运转热量小、维修简单、无空气污染等优点。国内防爆锂电蓄电池单轨吊的开展状况国内使用只有柴油机牵引式单轨吊和蓄电池电机牵引单轨吊。目前，国内使用防爆油柴机单轨吊机车的矿井有： 潞安矿业集团的漳村煤矿和常村煤矿。漳村矿是我国第一个辅助运输单轨吊化矿井，它 可将167支架或其他货载沿长1438m坡度6 (最大10)的斜井直接运到工作面，使辅助运输系统大为减化。单轨吊作为煤矿辅助运输的一种新型装备,20世纪90 年代初引进国内,至今使用已10年多,目前单轨吊运输在煤矿辅助

16、运输中得到了广泛的应用。由于是吊挂式运输,与巷道底板状况无关,巷道空间可以得到充分利用。除日常的运人、运料和运设备以外,还可实现液压支架的整体搬运。单轨吊为煤矿辅助运输现代化矿井的建设发挥了积极的作用。 常村煤矿所用的单轨吊属于柴油机液压牵引式单轨吊。使用过的15台均为进口英国贝克瑞特公司生产的NFC-D916型单轨吊，主要用于采煤工作面运输。常村矿辅助运输为多种辅助运输形式接力转运。从地面到井下运输为副井双罐笼和辅井单罐笼；大巷运输为架线式电机车；采区运输为液压卡轨车；工作面运输为单轨吊。该机型进口配件需要单独安排生产，不仅费用髙，而且很难组织货源，况且进口配件占用资金大，资金周转慢，国内很

17、多代理商都不愿意代理此项业务。国内引进过德国单轨吊车20多台，引进捷克单轨吊2台，同时原煤炭部石家庄煤机厂试制单轨吊近10台，太原矿山机器电气公司试制过蓄电池单轨吊2台。太原市博世通机电液工程检测检验进口单轨吊10多台，并将主要部件柴油 机、主泵、辅助泵驱动马达、起吊马达、温度传感器等完全国产化，在性能上和可靠 性上有很大提高。1985 年，我国成功研制出了第一台 FND-40 型防爆柴油机单轨吊车，填补了国内空白。其后，国内相继研制出各种型号不同的单轨吊车，单轨吊在我国煤矿井下也逐步得到了推广和应用。目前我国已经使用的较先进的单轨吊车有防爆柴油机单轨吊车和防爆蓄电池单轨吊车。防爆蓄电池单轨吊

18、车是继防爆柴油机单轨吊车之后的又一种高效煤矿井下辅助运输设备，与防爆柴油机单轨吊车相比，它具有排气无污染、运转热量小、噪音低、维护工作量小和易实现自动控制等优势，在矿山具有更广阔的推广应用前景。我国以防爆特殊性蓄电池为动力的机车目前只生产地轨机车，机型分别为2.5t、3t、5t、8t、12t几种。因受爬坡能力的限制而主要应用于大巷运输。1992年8月，国家级单轨吊车性能检测中心站对国产25KW蓄电池单轨吊车首次进行了检测，在汾西矿务局水峪矿作井下进行了检测，半年多的运转因其实用而深受煤矿工人欢送。1993年3月中旬通过了中煤总公司组织的专家鉴定。1.3本课题的研究目的及意义单轨吊车运输系统的核

19、心局部就是单轨吊机车简称单轨吊。根据动力源不同，单轨吊可以分为防爆柴油机单轨吊与防爆蓄电池单轨吊。国内极少数煤矿企业采用了单轨吊的，绝大多数都是几十年前进口的柴油机动力型产品，油耗大，本钱高，使用柴油对井下平安生产环境构成威胁，并且产生尾气污染和噪音污染，影响矿井生产环境。由于电动单吊使用电能，动力源持续稳定，运行距离远，平安性能佳，且节能环保无污染，所以现在成为一种主流的开展趋势。传统的电动单轨吊的动力源主要以铅酸电池为主，这种单节电池电压仅为左右，另外它存在体积大、重量重，污染重、不环保，设备自重大、工作效率低，可靠性差、报废率高，维护繁琐、占场地大等一系列缺点。锂离子单节电池电压可到达左

20、右，具有稳定性能好，环保，可以大电流充放电等优点，根本克服了铅酸电池的诸多缺点，电池的充电系统是电池使用过程中的一个必要环节，本文主要以动力锂电池在单轨吊上的使用情况，针对动力锂电池的充电环节进行了研究。目前，单轨吊系统技术在我国还处于开展阶段，单轨吊行走在悬挂于巷道顶部的轨道上，靠行走驱动轮与工字钢间的摩擦力来驱动机车行走。本文研制的单轨吊的行走、制动与起吊、装载重物等功能均由液压系统来实现，因此液压系统起着至关重要的作用。液压系统依据现有的单轨吊液压系统的功能和原理，根据在生产中出现的实际问题，应用现代设计理论和方法和近代液压传动系统理论，设计了单轨吊液压系统，特别是介绍了液压元件的选型和

21、液压性能分析，为实现单轨吊液压系统的国产化做好准备。本文对单轨吊液压系统进行设计及其性能分析，以降低本钱，提高产品质量，从而设计出更平安可靠的液压系统，为今后单轨机车液压系统的调整及国产化奠定一定的理论根底，为以后排查液压系统的故障做了保障，预计国产化后的液压系统，根本能够实现单轨吊的各种功能，能够到达其性能指标，还能在整体上改善人机接口，以便于维护和使用。本课题主要研究的就是锂电池单轨吊的液压控制系统，电气控制系统，制动阀块以及紧急制动装置以及基于人体工程学的人车等各个方面的设计，经过此次设计能给我国煤矿辅助运输设备带来重大革新！1.4 DXP40防爆锂电蓄电池单轨吊机车参数表1.1 单轨吊

22、机车参数额定牵引力40KN额定制动力1.5*40KN额定车速转弯半径水平转弯半径4m垂直转弯半径10m额定爬坡能力12额定载重量8t标准机车长28m机车宽蓄电池容量560Ah限定速度电动机功率驱动轮直径350mm驱动轮与轨道的摩擦系数甲烷浓度1.5%表1.2 液压系统参数液压泵20ccm制动缸夹紧缸起吊压力12MPa制动缸工作压力15MPa夹紧压力6MPa1.5 DXP40防爆锂电蓄电池单轨吊组成局部1.5.1驾驶室图驾驶室尤洛卡防爆锂电蓄电池单轨吊机车驾驶室造型图，用于控制机车的前进后退，制动与行走！驾驶室含座椅、减震、制动、控制柜设计、射灯前白光、后为红光，挡板保证驾驶员平安！驾驶室分为主

23、驾驶和副驾驶室，安有转换开关具备操作优先性，不能同时进行操作！1.5.2驱动部图 1.3驱动部包含制动闸 ，导向轮， 驱动轮，制动油缸减速机，驱动电机 ，夹紧油缸 ，承载轮，弯架，制动弹簧等。主要用来进行驱动是整个机车的驱动部件！1.5.3主机室图1.4主机室含电控箱，液压站，电机，手摇泵，制动阀块等主要液压控制设备！驾驶室信号通过主机室来控制电机以及制动部件！1.5.4锂电池箱图1.5防爆锂电箱防爆蓄电池箱，内涵锂电蓄电池。蓄电池提供的电能，通过行走电机逆变器和油泵电机逆变器，将直流电逆变成三相交流电，供给行走电机和液压站油泵电机；同时，在机车下坡时，行走电机逆变器将单轨吊机车动能或势能转变

24、成电能，向蓄电池组反充电。 图十座人车用于井下搭载工人,挂载于副驾驶室后面，一般以十人座十二人座为主，本次设计主要设计十人座小车。十座人车座椅采用栓木制作座椅轻便平安，结实并且容易保养制作。第二章 单轨吊的设计计算连杆装置的设计计算.1连杆结构设计 单轨吊的驾驶室、驱动单元、起吊梁、人车等件必须有可靠地连接，如图10所示。在设计连接件时要考虑如下内容：图1连接件1-螺栓；2-六角螺母；3-开口销；4-联轴节；5-连杆轨道梁与承载梁的连接应传力直接，防止偏心，防止松动并安装方便。一般可直接或通过垫件 、吊杆等以普通防松螺栓销轴相连接，螺栓直径不宜小于16mm，所需螺栓数量按计算决定，并每侧不少于

25、2个。计算时荷载与支吊反力均按作用在连接件的一侧考虑 ，并乘以 2的增大系数。对抗剪的普通螺栓 ，其抗剪承载力宜考虑折减系数0.6；所有连接受力的螺栓均应采用双螺帽或扣紧螺母等措施，以防松动，在轧制工字钢翼缘内侧有斜面连接时应采用斜垫圈；同时宜在外伸支座处加强梁的连接以增加其抗扭性能。当伸臂长度超过 1.5m时，应在伸臂端点处设置侧向支撑。1拉杆材料选用20Cr无缝钢管7012，调质处理。拉杆处采用关节轴承 杆端关节轴承是带有杆端或装于杆端的关节轴承，它属于关节轴承中的一支类。关节轴承是球面滑动轴承，根本型是由具有球形滑动球面接触外表的内、外圈组成。关节轴承主要是由一个有外球面的内圈和一个有内

26、球面的外圈组成，能承受较大的负荷。根据其不同的类型和结构，可以承受径向负荷、轴向负荷或径向、轴向同时存在的联合负荷。由于在内圈的外球面上镶有复合材料，故该轴承在工作中可产生自润滑。一般用于速度较低的摆动运动，也可在一定角度范围内作倾斜运动，当支承轴与轴壳孔不同心度较大时，仍能正常工作。自润滑关节辅承应用于水利、专业机械等行业。因为关节轴承的球形滑动接触面积大，倾斜角大，同时还因为大多数关节轴承采取了特殊的工艺处理方法，如外表磷化、镀锌、镀铬或外滑动面衬里、镶垫、喷涂等。因此有较大的载荷能力和抗冲击能力，并具有抗腐蚀、耐磨损、自调心、润滑好或自润滑无润滑污物污染的特点，即使安装错位也能正常工作。

27、因此，关节轴承广泛用于速度较低的摆动运动、倾斜运动和旋转运动。关节轴承广泛应用于工程液压油缸、锻压机床、工程机械、自动化设备，汽车减震器，水利机械等行业。福建龙溪轴承集团股份 总部：中国福建省漳州市延安北路 363000 : 办公室 0086-596-2072156 国内市场部 0086-596-2072087类别：关节轴承 - 杆端关节轴承 型号:SAC 滑动磨擦副：钢/PTFE复合材料 钢/PTFE编织物 特征及应用：自润滑组装杆端关节轴承是由杆端体和自润滑向心关节轴承GEC或GEET-2RS组装而成，杆端体材料是碳钢，外表镀锌；无需润滑，具有较大的承受能力、安装拆卸方便、机构简化的优点。

28、浙江精久轴承电 话：86 578 2262838,2660751,2660752传 真：86 578 2126755,2695988地 址：中国 浙江 丽水市 天宁工业区丽阳街1119号邮 编：323000SA45ET-2RS20Cr冷拔管抗拉强度及屈服点20Cr冷拔管的化学成分%：碳0.180.24；硅0.1737；锰0.50.8；钼0；铬0.71.0；钛0；硼02、屈服点：540MPa 抗拉强度：835MPa3、伸长率5：10% 收缩率：40%4、冲击吸收功Ak：47J5、退火或高温回火供给状态硬度HB179低淬透性渗碳钢此钢也可在调质状态下使用，用于制造工作速度较低并承受中等冲击负荷的零

29、件，这种钢还可用作低碳马氏体淬火用钢，更进2 拉杆拉应力强度校核如下：无缝钢管7012，调质处理，许用拉应力=s/S平安系数，=s/S平安系数=835/2=417.5MPa,无缝钢管的受力面积A=3.14(D2-d2)/4=1884mm2实际拉应力=F/A=180000/1884=95.54MPa=417.5MPa,强度满足。螺纹强度计算，用4-M16螺栓连接3连接螺栓强度校核，联轴节用4-M16固定在机架上。 单个M16螺栓最小拉应力查GB/T 3098.1-2021 最小拉力载荷是125KN，所以4125KN=1000KN，强度满足。4 把杆端关节用M423螺纹巩固在拉杆端，后用1010焊

30、缝圆周施焊。 w=190N/mm25拉杆用销轴选材和强度计算 牌号：20CrMnTi标准：GB/T 3077-1999特性及适用范围：是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的外表与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面30mm的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。抗拉强度b=1080MPa，s=835MPa，销轴40上端，下端M242，调质处理， a)剪切强度校核如下： 剪切许用应力=0.6， =s/S平安系数 无缝钢管的受力面积A=3.14d2/4=1256mm2 实际剪切应力=F/A=180

31、0000.5/1256=71.6MPa=250.5MPa,强度满足。 图2 链接结构 b)弯曲应力校核 许用弯曲应力应力w=， =s/S平安系数=835/2=417.5MPa,w=417.5MPa,，侧支承板厚18mm，耳环厚度=28mm，安装空间每侧5mm,=28+10=38 弯曲应力力臂a=18+0.5=37mm，侧支承的反力PA=F/2=180000/2=90000N 实际弯曲应力w=32PAa/(3.14D3=329000/(3.14403=14.33w=417.5MPa强度满足。单轨吊机车的外形犹如空中缆车，悬吊在井下巷道顶端的钢轨I140E上，靠防爆柴油机提供动力。这种井下辅助运输

32、工具的优越性表现在续航能力强、运载载荷大、平安性能高、减少煤矿辅助运输系统中的换装环节和工作人员数量，运输效率高。单轨吊车机车主体由两个驾驶室和发动机以及驱动单元等主要局部组成。驱动单元提供机车行驶的动力。驱动单元由驱动轮、承载轮和工作制动轮等主要部件组成。每一组驱动单元中安装低转速大扭矩液压马达，它的输出法兰连接驱动轮，夹紧油缸将驱动轮紧固在轨道上。再由驱动轮外表的特殊材料将强大的正压力转化为驱动轮与轨道的摩擦力，其反作用力就是机车行进的强大的驱动力源。单轨吊机车安装有超速保护器编码器，当机车行驶速度超过额定行进速度，也即马达转速超标时，编码器把信号传给电脑，控制程序发送电信号，电信号控制电

33、液换向阀，立即启动紧急制动，机车克服惯性，自动制动停车。单轨吊车的轨道是工字形断面，但与普通工字钢不同，它的翼板厚而窄，对长度方向的平直性、截面形状误差、机械强度和化学成分都有严格的要求，以提高其承载能力和耐磨损能力，减少运行阻力。采用I140E型钢轨的直轨每节不超过3m，其两端有连接机构和吊钩。节间连接在结构上使之在水平和垂直两个方向各有一定角度变化的间隙。直轨之间通常采用吊耳和塔式连接，材质选用20SiMn。轨道截面如下列图所示：驱动单元和制动单元结构如图1所示： (a) (b) I140E单轨截面 (c)单轨轨道连接方式 (d)驱动系统外形结构图3 驱动单元和轨道结构图 单轨吊机车制动原

34、理单轨吊机车制动时，制动器摩擦片与单轨腹板接触，制动力一般都是用制动弹簧蓄能，靠液压操作，释放流体后，有制动弹簧产生的正压力使闸块与轨道摩擦产生制动力。钳式摩擦液压制动采用了液压涨紧，制动弹簧释放的原理，具有平安可靠，制动力可调，复位方便的特点。制动器制动方式确实定是设计中的关键问题，它对制动器的制动性能、可靠性、及制动材料的选择等多方面有着决定性的意义。该制动方式，制动弹簧套在液压缸体上，减少了空间布置。同时，由于液压相对于气压，提供的力较大，因此，下端连杆可以设计的相对较短，整体结构较小。水平方向是沿衬套水平运动的制动杆。另外有一根支撑杆，绕机架支点运动。制动臂连接制动液压缸与制动杆，并与

35、支撑杆连接在一起，绕机架旋转，实现制动杆的水平运动。 井下单轨吊对制动系统的要求单轨吊由于工作在煤矿井下的特殊环境中，正常工作时不可防止的要受到作业空间和地质条件等诸多因素的制约。一方面由于井下粉尘瓦斯浓度大，制动系统直接暴露在高粉尘瓦斯环境中，这就对制动系统提出了严格的防爆要求。因此，制动摩擦材料的选用就比拟特殊。另一方面，井下巷道较窄，坡道较多，工况差，这就要求单轨吊机车的制动系统总体尺寸不应过大，以免影响正常运行；同时，在矿井生产平安第一的前提下，制动系统的平安可靠性更要得到保证。制动器是制动系统的主要制动执行元件，是用于产生阻碍车辆运动或运动趋势的制动部件，它在行驶过程中起减速和停车，

36、下坡时保持速度相对稳定，以及在平地或坡道上较长时间实现驻车的功能。为满足煤矿井下单轨吊的使用要求，一般应设有工作制动、紧急制动和驻车制动等三种制动方式。 工作制动：单轨吊正常运行中由司机操纵的制动。紧急制动：(平安制动):在工作制动失灵、或者单轨吊出现突发情况需紧急停车、或超速状态下的自动停车制动。驻车制动:单轨吊停车后为了防止停在坡道上下滑的制动。这种制动可以有独立的制动系统。也可以采用上述任一形式的制动。但是必须能产生可靠和足够大的制动力。a)非制动状态 b)制动状态 c)极限制动状态图4单轨吊机车标准对单轨吊制动系统及制动性能做出了规定:l 机车超速保护装置一离心限速释放器动作时，转子的

37、转速值不超过规定值的5%。l 单轨吊机车应设有工作制动、紧急制动和停车制动。工作制动装置和紧急制动装置必须具有相互独立的控制系统，紧急制动和停车制动装置允许合二为一。l 紧急制动必须设计成失效平安型，且既可手动又可自动的制动装置。l 制动闸块所用的材料，应选用在制动时阻燃且不会引爆外界爆炸性物质的材料。单轨吊制动性能的规定:v 2倍。v 紧急制动施闸的空动时间不大于0.7s。v 在最大坡道上，以相应的最大载荷和最大速度向下运行时，制动距离应不超过相当于在这一速度运行6s的行程。2.2.4 主要尺寸确实定 在设计制动系统总体结构时，要确定以下几个关键尺寸: 制动闸块摩擦片到钢轨的距离。制动闸块到

38、钢轨的距离，应该在一个合理的范围内：尺寸过小，对于设计安装要求就比拟高;尺寸过大，那么会造成下端制动弹簧以及液压缸行程过长，制动结构整体尺寸过大。 钢轨底端到制动系统最小距离。钢轨由于相互之间的连接，下方焊接了连接机构 和吊钩。为防止机构发生干预，要注意其间的尺寸，不应过小。 制动连接杆相关尺寸确实定。为了减小制动弹簧以及液压缸所受压力，采用了1:3的 杠杆机构。其他一些尺寸，如制动弹簧，液压缸等，在具体零件设计中，单独考虑。 相关尺寸如图5所示。图5 杠杆结构2.2.5紧急制动阀块的设计1外置阀块外置式制动模块，通过外部接油管的方式控制一个驱动部的一对制动缸。该外置式制动由阻尼孔、单向阀和插

39、装阀组成。外置式制动模块加工制造工艺简单、本钱低，能方便更换和维修阀组。图6制动液压系统图1-电机；2-齿轮泵；3-溢流阀；4-单向节流阀；5，6-电液换向阀；7-插装阀；8-阻尼孔；9-单向阀；10-制动缸;11-X腔压力传感器；12B腔压力传感器；13-液拟阀该系统中有两个两位三通电液换向阀5和6,控制外置式制动模块，该模块中的单向阀9向制动缸10的有杆腔进油而反向截止，阻尼孔8为插装阀的X腔和B腔提供压差，插装阀开启后由于液油路阻力，制动缸活塞腔的容积在制动弹簧伸出力作用下扩大，形成局部负压吸油，绝大多数油液迅速进入制动缸活塞腔，缩短了回油时间，增强了紧急制动效果。电液换向阀5,6通电，

40、辅助泵2产生的高压液体经电液换向阀5、单向阀4-2、电液换向阀6、单向阀9进入制动缸10液压力克服弹簧力脱离轨道，机车行走，这个工况称为解除制动。当图1中的电液换向阀5，6都得电时，机车行进；当电液换向阀5断电时，液流通过阻尼孔、节流阀、电液换向阀6，从电液换向阀5的T回油箱，实施行进制动。2.2.6超速离心制动装置离心式限速器的结构及原理离心式限速器是制动系统中重要的一个机构,其作用是在单轨吊机车运行过程中超过限定速度时,起到自动制动的作用。一旦到达设定速度,限速器的拨杆伸出,拨动行程阀开关,使液压缸快速卸荷。图是山东立业公司使用的离心限速器机构。离心限速器是紧急制动系统中的重要部件。图是离

41、心限速器的结构图,主要有转动体组件,滑块、,滑动轴,连接板组件,压簧等组成。在滑动轴上装有个滑块,滑块通过销钉与滑动轴相联结,滑块可在滑动轴上滑动。在转动体组件高速旋转时,滑块做类似于圆锥摆运动,产生离心现象。滑块沿滑动轴向外移动,由于滑块与滑动轴联结在一起,所以当滑块向外移动时,就带动滑动轴一起向外移动。转轴转得越快,滑动轴向外移动距离越大,即滑动轴向外移动距离的大小与转动体组件轴的旋转快慢有着对应关系。图7立业公司离心限速器结构图8 离心式限速器结构示意图离心释放器的优点离心释放器只在单轨吊机车超速运行时才动作。单轨吊在运行中,一旦发生连接局部断裂,那么牵引部后面的车体,将失去动力,此时离

42、心限速器靠车轮与钢轨之间的粘着力完全能使限速器动作,翻开制动装置。离心限速器动作灵敏可靠,巩固耐用,不用防爆,造价低,维修方便。第三章 液压系统选型设计在液压传动系统设计时须从实际出发，结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求能设计出一种结构简单、本钱低、效率高、工作可靠、操作简单和维修方便的液压传动系统。液压技术与其它传动方式相比拟具有如下优势：单位功率的质量轻，布局较灵活方便，调速范围大，即可采用调节变量泵的容积和内燃机的油门结合变速，从而实现大范围的无极调速，工作平稳、油液具有弹性，可吸收冲击，易于实现快速启动、制动和频繁的换向，易于实现自动化和机电液一体化，液压系统易于实现直线运

43、动，且其设计、制造和使用维护等比拟方便。液压系统通常按油液的循环方式分类，可以分为闭式系统和开式系统两种。开式系统：即液压泵从油箱吸油，执行元件回油返回油箱。该系统结构简单、散热条件好，但需要较大容积的油箱、低压油路与空气接触，空气易渗入管路而造成冲击和振动；闭式系统的主要特点是结构紧凑、无论高压还是低压管路都有一定的压力，空气不易进入管路，运动平稳且无冲击现象，但是液压系统较复杂，需用补油泵进行补油，并用冲洗阀换油进行热交换，液压执行元件排出的油液直接流回到泵的进口，此系统效率较高，这种系统多应用于车辆、船舶绞车、起重运输机械、造纸和纺织等设备中。根据工作特性可分为液压传动系统和液压控制系统

44、。液压传动系统通常是不带反应的开环系统，它主要是以传递动力为主，以信息的传递为次，追求其传动特性的完善。液压系统的特性液压元件的特性及它们之间的相互作用来确定，其工作质量受工作条件变化的影响比拟大，因此液压传动系统的应用较为普遍；液压控制系统通常为采用伺服阀等组成的带反应的闭式系统，以信息传递信息为主，以动力传递为次，追求控制特性的完善。因为参加了检测反应，故系统可用一般的元件来构成精确的控制系统，控制质量受其工作条件变化的影响较小，液压控制系统在高精数控机床、冶金、航空等领域应用广泛。综上所述，单轨机车的液压系统的设计不仅要满足主机所要求的工作循环和主机的性能要求，而且还应到达效率高，工作可

45、靠、寿命长、造价低，制造容易和维修方便等方面的要求，而且要充分考虑单轨机车的使用工况及动作特点的情况下设计完成液压系统。目前液压系统的设计主要还是经验法，往往随着设计的实际的实际情况和设计者的经验不同而各有差异，但从总体上看，设计过程主要分为以下几个方面：1)明确液压系统的设计要求，进行其工况分析；2)确定执行元件；3)草拟液压系统原理图；4)计算和选择液压元件；5)验证液压系统的性能；6)液压系统的装配设计。3.1单轨吊液压系统原理图图3.1 单轨吊系统原理图3.2液压回路的工作情况3.2.1单轨吊工作回路单轨吊机车启动前，刹车片是紧贴轨道起到制动防止单轨吊滑动出现事故，驱动轮是离开轨道。启

46、动时的工作状态回路：主泵1单向阀3.1泵出头压力控制溢流阀15当油压超过21MPa时多余的油压将返回油箱二位四通电磁换向阀14Y1断电单向阀10先导式二位三通电磁换向阀9.1Y2得电单向阀12先导式二位三通电磁换向阀9.2Y3得电，此时主油路将分别进入1号及2号驱动部的制动缸和夹紧缸、1号和2号驾驶室的控制缸和蓄能器与压力指示表里。1当油液通往驱动部的制动缸时的情况，得先经过外置制动阀块分别由插装阀、节流阀和单向阀组成，具体情况见图和图3.6通过单向阀制动缸的上腔体活塞固定，缸体自由随着缸体上腔体体积的增大，下腔体的油液将阻尼孔27.2和27.3缓慢返回油箱，随着缸体的不断上升表示刹车片不断地

47、脱离轨道。2当油液通往驱动部的夹紧缸时的情况，先经过减压阀25夹紧缸是使驱动轮与轨道的夹紧与松弛；过大的油压，容易使得两个驱动轮对轨道压力过大，不仅破坏轨道也易于使驱动轮变形或损坏，效率也不高，将压力降低到12MPa左右先导式二位四通电磁换向阀32Y4断电夹紧缸22下腔体，上腔体油液返回油箱；此时活塞缸上升，即驱动轮开始不断夹紧轨道，此时如果驱动部电机带动驱动轮转动，随着夹紧的摩擦力增大，当牵引力将带动单轨吊行走。3当油液通往驾驶室的控制缸时的情况，其工作原理与驱动部制动缸相似，均是先通过外置制动阀块的单向阀控制缸的上腔体，下腔体油液返回油箱，解除制动状态。4当油液通往蓄能器与压力指示表时的情

48、况，直接供给开光球阀给蓄能器补液且通过指路在压力指示表中显示油压；直观地显示出当前油压，便于工作员调节压力。以上四个支路均是同时进行的，不分先后顺序由于回路较为长，所以单轨吊启动较为平缓，不会出现因快速启动导致颠簸。3.2.2单轨吊制动回路单轨吊的制动可分为工作制动、紧急制动、超速制动及其驾驶室的手动制动。工作制动回路：工作制动最关键的环节是先导式电磁两位三通换向阀9.1Y2断电、先导式电磁两位三通换向阀9.2Y3得电和先导式电磁两位四通换向阀32Y4得电；具体回路是先导式电磁两位三通换向阀9.1Y2断电此时主油路将不再为各个油缸提供油压，在正常行驶的状态里，驱动部的制动缸及驾驶室的控制缸弹簧

49、都是压缩的，油液没有油压继续作用下，它将恢复原长，所以油液从油压缸的上腔体流出经过阻尼孔27.1先导式电磁两位三通换向阀9.2Y3得电 节流阀11先导式电磁两位三通换向阀9.1Y2断电，局部油液通过阻尼孔27.2和27.3进入油压缸的下腔体，局部油液返回油箱，即刹车片夹紧轨道；此时，先导式电磁两位四通换向阀32Y4得电，局部液压缸的油液进过减压阀2和换向阀32后回到夹紧缸的上腔体，活塞缸下降，下腔体油液返回到油箱，即驱动轮离开轨道；由于回路较长所以制动相对较为缓慢，所以称之为工作制动。紧急制动回路：先导式电磁二位三通换向阀9.2Y3断电，此时无论先导式电磁二位三通换向阀9.1是否得电，主油路油

50、液均在换向阀9.2被截止，由于液压无法通过换向阀9.2，换向阀9.2相当于直接通油箱，油压可视为0MPa。但由于之前机车还处于行驶状态，液压缸弹簧处于被压缩状态，要恢复原长，所以油液从上腔体流出，小局部油液通过阻尼孔27.1和27.4回到油箱，绝大局部油液通过插装阀开启状态快速回到油压缸的下腔体，液压缸缸体下降，即刹车片贴近轨道起制动作用，由于回路短，所以制动快捷、迅速，所以称之紧急制动。但是由于夹紧缸回路，下腔体由于通过换向阀32Y4得电返回下腔体相对制动缸稍慢点，所以这种紧急制动容易驱动轮空转，易损坏电机及驱动轮，因此，尽量防止开启紧急制动。3.2.3单轨吊起吊回路通过主泵1溢流阀15电磁

51、二位四通换向阀14Y1得电起吊平安16当油压超过12MPa后，多余的油压将返回油箱；此时油路分成两路，一路到起吊双作用液压缸，另一路到起吊液压马达。到液压缸的支路先通过液压支架单片闸19.1和 19.2，每个闸片均要么上面的全开下面的全闭或下面的全开上面的全闭，保证两个起吊双作用液压缸17.1和17.2一端进口一端闭合，由于进油端油压越来越大大，闭合端对应的液压腔体的油液可通过液压支架双向液压锁回到进油腔那端；到起吊液压马达的支路作用效果和进液压缸相似，只是有驱动起吊液压缸升降的那局部改成用液压马达来驱动。3.2.4手动增压泵在液压系统中的作用从系统液压图3.1中可以看出，手动增压泵的下面还有

52、一个单向阀，其目的为了防止当整个系统油压过大，反向把手动增压泵给冲击破坏掉，因此，为了应对这种情况，我们在手动液压泵的下面增加单向阀，在其上面增加手动增压泵溢流阀，当油压超过20MPa时多余的油压自动溢出回到油箱，具体所示； 图第四章 电气控制系统的设计计算电控系统的设计分为硬件系统的设计和软件系统的设计。硬件系统的设计包括电控系统控制电路的设计、电气元件选型设计和隔爆腔体设计；软件系统设计包括 PLC 程序设计和触摸屏程序设计，其中 PLC 程序根据其功能可分为信号接收、控制和故障报警 3 个模块，触摸屏程序主要实现车速、转速、温度和压力等机车性能参数的显示和报警记录的显示。电控系统的结构框

53、图如图 4.1 所示。 电控系统的结构框图4.1电控系统硬件设计控制电路的设计电控系统的控制电路可以分为电源单元、信号接收单元、中央控制单元和指令执行单元，以及自动灭火和视频监控两个独立单元。电源单元为系统供电，控制系统的电源为 24 V 直流电源；信号接收单元主要由传感器、继电器以及控制按钮组成。信号采集之后将数据传送给 PLC 单元，PLC 单元在接收到信号之后进行运算处理，并发出相应的控制指令；执行元件如电磁阀、电磁铁在接到指令后执行相应的动作。电控系统的原理如图 2 所示。信号采集是电控系统实现其监测、控制以及报警等功能的根底，下面就信号的采集如何实现进行详细的介绍。从图 2 可以看出

54、，电控系统中既有夹紧开关、驻车开关和喇叭按钮等数字量开关，又有诸如车速、转速和液位等模拟量传感器，这些电器元件都属于本安电路，而 PLC 单元由于其构造复杂，属于非本安电路，为了防止非本安电路对本安电路造成电磁干扰而导致采集的信号发生偏差，要在本安电路与非本安电路之间进行隔离。该设计中分别选用了封装继电器和光电隔离栅来分别实现数字量开关和模拟量传感器与 PLC 单元之间的平安隔离，保证了采集信号的稳定性和可靠性。视频监控单元和自动灭火单元是两个独立单元，除了电源外，它们的电路独立于主控电路之外。 图4.2电气原理图4.1.2隔爆腔体的设计隔爆腔体是为了满足非本安电路的防爆要求而设计的，所以主要根据非本安电路中电气元件的体积以及相关