畢業(yè)設計-礦井提升機主體選擇與提升機控制系統(tǒng)設計(已修改)

　

【正文】 1 第 1 章 緒 論 不少人把提升機械定義為聯(lián)系 井上與井下的一種機械設備 ， 有人更具體的說，提升機械是用作沿井筒提升或下放礦物人員和設備的一種機械。 我國把纏繞直徑在 2米以上的提升設備成為提升機械 。纏繞直徑在 2米以下的稱為絞車（盡管兩者結構基本相同）。有的國家把最大提升速度大于 4m/s的提升設備稱為提升機械；小于 4m/s 的稱為絞車。 這些說法都從一個側面或一定程度上說明了提升機械的功能和特性。但這些說法并沒有給出提升機械以嚴格的定義。因為提升機械的功能不僅可以聯(lián)系井上與井下，還可以聯(lián)系井下之間。另外，聯(lián)系井上井 下見的也不局限于體上機械， 交帶 輸送機也可以 作為聯(lián)系井上與井下之間的搬運工具。 礦井提升設備是礦井運輸 —— 提升綜合體的一個重要組成部分。它包括：提升機、井架（或井塔）天輪、鋼絲繩、提升容器以及裝卸載裝置等。 其中礦井提升機的主要組成部分為：纏繩機構，減速機構，拖動機構（電動機），控制、保護監(jiān)視及信號裝置等。根據提升機卷筒（又稱絞筒、滾筒或繩筒）的構造特點可分為兩大類： 1） 纏繞式提升機：起提點是在提升過程中，鋼絲繩纏繞在卷筒表面。它有單圓柱卷筒和雙圓柱卷筒兩種。圓柱圓錐形提升機也是纏繞提升機的一種，這種提升機結構 復雜、笨重，在我國除一些老礦還在使用外，新設計的礦井一般不再采用。 2） 摩擦輪提升機：其特點是靠摩擦輪與鋼絲繩之間的摩擦力傳動。它又可以分為單繩和多繩兩種。近年來多采用多繩摩擦輪提升機。 多年來，大量采用多繩摩擦式以及先進的拖動、控制系統(tǒng)，還出現了全液壓型等。目前礦井提升機正向體積小、重量輕和自動化方向發(fā)展，以適應深礦井和大生產量的需求。 熟悉礦井提升機的性能、結構和動作原理，提高安裝質量，合理使用設備，加強設備維護，才能確保提升機高效率和安全可靠的工作。 本說明書主要介紹了 ? 4 型多繩摩擦式礦井提升機 的結構以及控制裝置的選擇與設計 。 圖 11 為摩擦式提升機工作原理圖 2 圖 11 塔式多生摩擦提升機工作原理圖 （ 有導向輪系統(tǒng) ） 1 提升容器， 2鋼絲繩 3主導輪 4導向輪 5尾繩 它靠提升鋼絲繩與主導輪的摩擦傳動 動力 ， 以 實現 提升機的正常工作要求。 3 第 2 章 提升機的選型與設計 提升機的選擇與設計 礦井提升設備是供提升礦物（煤礦、礦石）、升降人員、設備，下放材料等使用的 。他的工作安全、可靠和經濟運轉具有極為重要的作用。現在提升設備的容器在井道內的速度，可達鐵路列車的速度（ 20~30 米 /秒）；一次有益提升量 30~50 噸；電機容量一萬 ~一萬五千千瓦。因此如果忽視它的運轉安全可靠性，會造成礦井生產停頓，甚至不堪設想的后果。 礦井提升設備耗電量大，在金屬礦，耗電有時能達到全礦的 40%~50%。因此，對它的經濟運轉，提高效率以節(jié)約能源也必須給予充分的注意。 礦井提升設備是礦井運輸 —— 提升綜合體的一個重要組成部分。它包括：提升機、井架（或井塔）天輪、鋼絲繩、提升容器以及裝卸載裝置等。 其中礦井提升機的主要組成部分為：纏繩機構，減速機構，拖動機構（電動機），控制、保護監(jiān)視及信號裝置等。根據提升機卷筒（又稱絞筒、滾筒或繩筒）的構造特點可分為兩大類： 3） 纏繞式提升機：起提點是在提升過程中，鋼絲繩纏繞在卷筒表面。它有單圓柱卷筒和雙圓柱卷筒兩種。圓柱圓錐形提升機也是纏繞提升機的一種，這種提升機結構復雜、笨重，在我國除一些老礦還在使用外，新設計的礦井一般不再采用。 4） 摩擦輪提升機：其特點是靠摩擦輪與鋼絲繩之間的摩擦力傳動。它又可以分為單繩和多繩兩種。近年來多采用多繩摩擦輪提升機。 多年來，大量采用多繩 摩擦式以及先進的拖動、控制系統(tǒng)，還出現了全液壓型等。目前礦井提升機正向體積小、重量輕和自動化方向發(fā)展，以適應深礦井和大生產量的需求。 熟悉礦井提升機的性能、結構和動作原理，提高安裝質量，合理使用設備，加強設備維護，才能確保提升機高效率和安全可靠的工作。 本說明書介紹了 4（Ⅰ）型多繩摩擦式礦井提升機的設計與計算。 下為 4（Ⅰ）型多繩摩擦式礦井提升機的主要技術參數表： 4 型 號 導向輪直徑 鋼 絲 繩 最大靜拉力 最大靜拉力差 有導向輪時最大直徑 無導向輪時最 大直徑 間距 m KN mm 3 450 140 32 300 最大提升速度 減速 器 旋轉部分變位重量 導向輪變位重量 外形尺寸 長 x寬 x高 m/s 型號 速比 t t m 14 XP1120 4（Ⅰ）型多繩摩擦式礦井提升機主要技術參數表 由于多生摩擦輪提升的特點，所以它的運算參數九與纏繞式有所不同，主要有： 1）速度圖可能有所不同。盡管在正常傳動時，鋼 絲繩并不沿繩槽滑動，但彈性蠕動時不可避免的。為了使停車時對罐準確，往往在提升終了時，需要使容器有一個低速運行階段（爬行階段），以便較容易的使容器停留在預定的水平面上而不致誤差過大。 2）由于多生摩擦輪提升機不能調節(jié)相對繩長，因此，如果用雙容器提升，就不在兩個水平同時工作，為避免此缺點，往往采用平衡錘的單端提升方式，即鋼絲繩的一端為提升容器，另一端為平衡錘。 摩擦襯墊 多生摩擦輪的傳動 是 一種典型的柔性傳動方式。傳動的性能在很大程度 5 上依賴于襯墊的性能。在選用襯墊材料時，要考慮到以下幾個特性： 1) 較大的 摩擦系數 2) 較好的耐壓和耐磨損性 3) 經濟性 下為幾種材料的參考性能列表 襯墊材料 設計用摩擦系數 μ 許用比壓 MPa K25 ≤ Kautex PVC ≤ 木材 ≤ 皮革 —— 鋁合金 —— 帆布 —— 6KB10 榆木 提入 ≤ 提貨≤ Modar —— PVC 普通橡膠帶 聚氨酯 選用襯墊材料時 ，逼近要注意到它們的許用值和測試值，還要注意到摩擦系數可能出現的變化，如： 1） 摩擦系數對有油、水、煤粉時的變化及敏感程度； 2） 摩擦系數因壓強和相對滑動速度以及溫度的不同產生的變化； 3） 摩擦系數值因測試方法不同而產生的誤差。 高摩擦系數的襯墊，不僅能保證較好的正常傳動，而且也可以提高設備能力。但也不是摩擦系數越大越好，因為在某些情況下，鋼絲繩的滑動，有利于保護機械設備，使其免予過載。 有人認為，襯墊的消耗主要是車槽是車掉的二不是由于滑動（蠕動）磨掉的，但一般來說，選用耐磨性較好的 襯墊材料還是合適的。 還應該指出的是：不論用什么方法測定襯墊的摩擦系數，由于摩擦輪對鋼絲繩的比壓，在包角范圍內各不相同，而摩擦系數又與比壓有關，因此， 6 無論是設計用的，或是測定的摩擦系數，都只能看成一個當量的值。 防滑問題 盡管國內對于防滑問題的敘述各不相同，但歸根結底出發(fā)點只有一個，即鋼絲繩兩端張力應符合一定的關系，并且計算時，都是以歐拉公式為基礎的。 我國及對于防滑問題規(guī)定，靜防滑系數≥ ，動防滑系數≥ 。其他一些國家對防滑問題，往往僅規(guī)定鋼絲繩兩端的靜張力之比。 由于鋼絲繩兩端的張 力與提升機提升類型有關，一般來說，帶平衡錘的單容器提升比雙容器提升更不易打滑。而且，摩擦輪提升系統(tǒng)多為帶尾繩系統(tǒng) ，故以下按待容器的雙容器系統(tǒng)分析。 根據分析，提升機提升重物開始階段，是容易產生滑動的情況，除非在放下重物或提升重物的減速大于提升重物開始時的加速度，才需要進行校核外，只需要校核提升重物開始階段就可以了。 根據歐拉公式，鋼絲繩兩端張力之比應符合： ??epp ?21 或 ? ?12 21 ??? ??ep pp 式中 2,1 pp 分別為鋼絲繩松邊和緊邊的張力。 為保證不滑動，必須有 ? ?212 )1( ppep ????? 或 ? ? fppep ??? ??? 212 /)1( （ 或 d? ） 式中 f? 及 d? 分別為靜防滑系數和動防滑系數。 7 提升機鋼絲繩張力均衡問題 由于各種原因，多生摩擦提升機的各繩受理時不均勻的，如果相差過大時，可能導致各繩槽磨損程 度過分不均，受力大的鋼絲繩安全系數降低等。 引起鋼絲繩受理不平衡的原因主要有： 1） 鋼絲繩主導輪繩槽直徑偏差 2） 鋼絲繩本身的長度偏差 3） 鋼絲繩本身剛度偏差 對于鋼絲繩張力不均的問題，經過實踐證明，只需每隔一定時間調整一下可以滿足使用要求了。目前正在使用的液壓螺旋調繩器，就是基于這樣的原則設計的。 8 第 3 章 PLC 控制的提出與設計 問題提出 礦 井提 升機是聯(lián) 系井下與地面的重要工具。 礦 井提升機起 動頻 繁， 負 荷變 化大， 運 行速度要求 嚴格，這就要 求配 備 具有良好性能的控制 設備 和保 護裝 置。 交流提升機在 運 行中， 較難解決 的 問題 是 電動 機 轉 子 電阻 的串入和切除的控制。 電動 機在起 動時 要串入 電阻 ， 隨著電動 機 轉 速的提高，串入 電阻 要逐步切除，正常 運轉時 要全部切除。要求每一段 電阻 的切除要合理、準確，否 則將 不能正常 運轉，嚴 重 時將 停機或因 電 流 過 大而 燒 壞 電 機。 在接觸器控制系 統(tǒng) 中， 電阻 的切除 由 時間繼電 器控制，而 時間繼電 器的計時 ，往往不能做到十分準確，即有一定 誤 差范 圍 。 這 種控制方法受外界干擾大 ，繼電 器、接觸器磨 損 快，易 產 生火花， 給 提升機的正常 運 行 帶來了許多困 難 。 提升機在 運 行中，另一 個難解決 的 問題 是， 對 提升機械 設備 故障的及早監(jiān)測和 警 報 。例如 ，鋼絲繩 的 斷 裂以及 兩條鋼絲繩 的 長 度不一等。 這 些 問題如果不及早 發(fā)現 ，均 會 造成很大的事故。 對 于 過 卷、蹲罐等故障的防止和 處理，墨前有很多種方法，但 這 些方 法總 的 講 不是十分完美。 這 些安全 百戶 中存在的 問題， 都不同程度的影 響著生產 ，需要 盡 快加以解 決。 采用 PLC (可編程控制器 )控制的優(yōu)越性 PLC 可 編 程控制器是一種采用微 電腦 技 術 的控制 裝 置， 專為工業(yè)環(huán) 境中應 用而 設計 的。它采用可 編 程的 內 存，用存 儲邏輯運 算、 順 序控制、 定時 、計 算和算 術運 算等操作指令。并通 過數 字式、模 擬 式的 輸 入和 輸 出，控制各種類 型的機械或生 產過 程。它可以 實現 多 機聯(lián)網通訊 ，可以 與強電 一起工作，而且抗干擾，可 擴 展，比一般微機控制 編 程 簡單 。因此， 許多舊 的 傳統(tǒng) 的 邏輯控 制器、 繼電 器控制 邏輯 、二極管矩 陣邏輯 、接 線 的 數 字 邏輯 等，正在被具有存 儲邏輯 的 PLC 所代替。 把 PLC 控制 應 用 礦 井提升機的控制系 統(tǒng) 中，是解 決 提升機的控制中所存在 問題的行 之有效的措施。 這 是因 為： 其一， PLC 就有 計數 功能，使提升機原控制回路中的 時間繼電 器，控制回路中的大部分的觸 點 均被 PLC 的 內 部存儲邏輯 所 代替。 這就簡 化了控制系 統(tǒng) 的硬件接 線 ， 減 少了控制屏體 積 。 當 需 9 要提升功能 時 ，只要改 變 程序， 而不用改 變 I/O 硬件接 線 ，增 強 了控制系 統(tǒng)的 靈 活性、通用性，并提高了可靠性和安全性。其二， PLC 采用的是 掃 描工作方式，串行工作。其工作速度 比繼電 接觸器快，也避免了 繼電 接觸器控制的觸 點競爭 和 時 序失 控問題 。其三，由于 PLC 具 有許 多 內 部的 軟繼電 器，在這 些 軟繼電 器中 ，還 有具有特殊功能 的輔 助 繼電 器， 這 些 輔 助 繼電 器的特殊功能，使提升機控制系 統(tǒng) 的保 護 更加完善和可靠。如有禁止 輸 出的特殊 繼電器，可以利 用編 程 時 其在提升機 發(fā) 生異常事故 時動 作，迫使提升機停止 運 行，起到安全保 護 作用。 還 有停 電記憶的輔 助 繼電 器只要 在編寫程 序 時應 用 這 個繼電 器，它就 會 有 記憶 功能， 記 住提升機在停 電 瞬 間 的 運 行位置， 當電 源恢復 時只 要 滿足運 行田 間 ，它就 會從 停 電時 的 運 行位置 開始運 行。其四， PLC 抗干擾能力 強 ，使提升機在 運轉時 不怕震 動 ，不怕火花，能 適應 各種 惡 劣的 工業(yè)環(huán) 境。其五， PLC 可以 實現對 模 擬 量的控制， 對 于機械 設備 的故障可以用傳 感器取出信 號 ，通 過 PLC 的 A/D 或 D/A 模 塊，實現對 提升機故障的 監(jiān)測和報 警， 從 而使控制系 統(tǒng)采 取相 應 的措施，避免事故 的發(fā) 生。 因此，采用 PLC 控制提升機 不僅 方便、安全、可靠，而且大大提高了提升機的工作效率和使用 壽命 。 提