矿井装载装置设计（液压与电控）【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 摘 要 目前国内矿井装载装置都是采用气压传动方式，虽然气压传动方式具有响应快、方便等优点，但普遍存在可靠性差等问题，具体反映在以下几个方面： (1)使用集中气源，管路长，压力损失及泄漏量大； (2)压力低，气动执行元件 (气缸 )结构尺寸大，不易布置； (3)水份分离不净，冬季易产生管路冻结； (4)定位精度低，动作稳定性差，传动冲击大，使设备寿命降低； (5)噪声污染大。 装载装置是矿井运输环节中一个主要的组成部分，随着矿井生产能力的不断提高，对矿井装载装置的工作能力和可靠性都提出了更高的要求，采用气压传动 方式已远远不能满足其生产要求。高产、高效矿井对装载系统的工作能力和可靠性具体要求体现在以下几方面 (1)装载量大、速度快，以满足高产、高效矿井生产要求； (2)装载闸门、箕斗箱和溜嘴应定位精确； (3)发生停电事故时，闸门、溜嘴应回到初始位置，以便箕斗通过。 (4)工作冲击小，设备寿命长，工作安全可靠。 针对上述要求及气动式装载装置存在的问题，本文介绍了一种采用 据系统的工作原理，这种控制方式能使装载装置满足现代化高效、高产矿井的生产需要。 关键词 ： 矿井装载装置；液压系统；电控 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ in (1) of of a (2) is (3) is (4) so (5) is a of to of s to of in (1) to (2) be (3) an to in to (4) of In to a to to 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 目 录 1 绪论 1 . 1 . 1 井提升设备中的装卸载设备 . 2 . 5 置组成 . 5 作过程 . 5 . 5 . 6 . 7 . 7 . 8 . 8 . 9 . 9 . 10 2 液压系统的设计 10 . 13 系统图 . 14 . 16 3 液压缸的设计 17 . 17 . 17 . 17 . 23 . 26 . 27 . 27 . 28 . 28 . 32 . 35 . 35 . 36 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ . 36 . 37 . 38 . 39 . 39 . 40 . 41 4 液压泵站的设计与计算 44 . 44 . 44 . 45 . 46 . 47 计算与选型 . 49 5 液压辅件的选择 49 . 50 . 50 . 51 滤器的选型 . 51 箱的选型与设计 . 53 . 53 . 53 . 54 . 55 交换器 . 56 件的选择 . 58 封装置 . 59 . 60 . 60 . 60 . 61 轴器的选择 . 61 压油的选用及维护 . 61 6 液压泵站的结构设计 63 站安装联接形式 . 64 压泵站的安装调试、使用维护与故障诊断 . 65 压泵站的安 装 . 65 压泵站的调试 . 66 它辅件的安装要求 . 67 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 压泵站的使用与维护 . 68 压泵站的故障诊断 . 71 结论 73 参考文献 74 翻译部分 76 英文原文 . 76 中文翻译 . 80 致谢 84 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 1 绪论 言 矿井提升装置是采矿业的重要设备，随着科学技术进步和矿井生产现代化要求的不断提高，人们对提升机工作特性的认识进一步深化，提升设备及拖动控制系统也逐步趋于完善，各种新技术、新工艺逐步应用于矿井提升设备中。特别是模 拟技术、微电子技术 、微电脑技术在提升机控制中的应用已成为必然的发展方向。 矿井提升是矿山井下生产系统和地面工业广场相连接的枢纽，是矿山的运输的咽喉。因此提升设备在矿山生产的全过程中占有极其重要的地位。 随着科学技术的发展及生产的机械化和集中化，目前，世界上经济比较发达的一些国家，提升机的运行 速度已达 20m/s，一次提升量达到 50 t，电机容量已超过 10000 其自动化程度不高，如果提升过程中出在故必然会造成停产，产生严重后果。 装载机提升能力是衡量整机性能的一个重要参数，提升能力不足是指在生产中或新产品性能试验、设计验证时，发现装载机不能将规定重量的载荷举升到规定高度。提升能力不足将影响整机性能的发挥，降低工作效率。因此必须进行 改进，提高提升能力改进设计时，应考虑改动的部分越少越好，这样可 尽量不影响装载机的其它性能且减少了工作量 。 此外，矿井提升设备是一大型的综合机械 电 气设备，其成本和耗电量比较高，所以在新矿井的设计和老矿井的改建设计中，必须要从新的角度来考滤。本设计结合机械 电气 液压系统，全自动化装载 。 卸载系统组成 测元件主要是用于检测装置的运行状态。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 图 1矿井提升系统安装示意图 井提升设备中的装卸载设备 目前国内矿井装卸载设备都是采用气压传动方式，虽然气压传动方式具有响应快、 以空气作工作介质方便等优点，但更多得缺点使得气动式装卸载装置普遍存在工作能力低 、 可靠性差等问题 ， 现场使用中， 具体反映在以下几个方面： (1)使用集中气源， 管路长，压力损失及泄漏量大； (2)压力低，气动执行元件 (气缸 )结构尺寸大，不易布置； (3)定位精度低，动作稳定性差，传动冲击大，使设备寿命降低； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ (4)水份分离不净，冬季易产生管路冻结； (5)噪声污染大。 装卸载装置是矿井运输环节得主要组成部分，随着矿井生产能力得不断提高 ,对矿井装卸载装置得工作能力和工作可靠性都提出了更高的要求，采用气压传动方式已远远不能满足其生产要求。因此采用新型的传动方式，以提高转载卸装置的工作能力和可靠性是当前矿山生产中急需解决的问题。 高产、高效矿井对装卸载装置的工作能力和可 靠性具体要求体现在以下几个方面： （ 1）装卸载量大、速度快，以满足高产、高效矿井生产要求。 （ 2）装载闸门、箕斗箱 和溜嘴应定位精确； （ 3）发生停电事故时，闸门、溜嘴应回到初始位置，以使箕斗通过。 针对气动式卸载装置存在的问题，结合毕业实习，根据矿井提升 机 卸载系统原理， 采用液压工作方式设计一矿井提升机卸载液压系统 。 从 70 年代开始，随着微机技术的发展，微机控制技术已逐步应用于矿井提升机中。目前，国外已达到相当成熟的阶段，使整个拖动控制产生一次大的变革。其应用主要体现在以下几方面： 1） 提升工艺过程微机控制 在 交流变频装置中，提升工艺大都采用微机控制。由于微机的功能强，使用灵活，运算速度快，监视显示易于实现，并具有诊断功能，这是采用模拟控制无法实现的。如 司采用 用 微机实现的变频控制，都获得了相当的成功。它们控制、监视、基准值预测以及模拟控制等组合在公共的微机控制总线上，组成静止变流器的传动控制，计算机实现速度及多个变量的调节。 2） 提升行程的控制 提升机的控制从本质上说是 一个位置控制，要 保证提升容器在约定的地点准确停 车，要求准确度高。采用微机控制，可通过采集各种传感信号，如转角脉冲变换、钢丝绳打滑、井筒位置、滚筒及钢丝绳磨损等消耗进行处理，计算储容器准确地位置而施以控制和保护，在罐笼提升时可实现无爬行提升，大大提高了提升能力。如 公司已采用 32位微机来构成行程给定控制器。一般过程控制用微机不同时用作监视，行程控制也采用单独微机完成，从而大大提高了系统的可靠性。 3） 提升过程监视 由于近代提升机控制系统的设计特别强调安全可靠性，所以提升过程监视与安全回路一样，是现代提升机控制的主要环节，提升过程 采用微机主要买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 完成如下参数的监视：提升过程中各工况参数监视；各主要设备运行监视；各传感器信号的监视。使各种故障在出现之前就得以处理，防止事故的发生，并对个监视参数进行储存、保留或打印输出。甚至与上位机联网，合并于矿井监视系统中。 4） 安全回路 安全回路是指提升机在出现机械、电气故障时控制提升机进入安全 护状态极为主要的环节。对不同故障一般采用不同的处理方法，大致分为一下几种情况：报警显示，如冷却器过高等；二次不能开车，如电机绕组过热、制动油过热等；立即进行电气制动，如停车终点设备出现故障时本次提升应尽快停下来；立 即进行安全制动，如过卷、超速等。安全回路极为重要，它是保护的最后环节之一，英、德几家公司都采用两台 安全回路具有完善的故障监视功能，无论是提升机还是安全回路本身出现故障时都准确实施安全制动。 5） 刹车特性的控制和监视 刹车控制系统除姚保证可靠地完成制动和安全制动外，还要完成对液压站的控制以及各环节参数的监视，其技术要求与安全回路相似。如西门子公司采用两套可编程序控制器（ 双重控制与保护系统。 6)全数字化系统高速控制 德国 6位机 )系统都已应用于提升机上。全数 字化系统具有硬件结构单一、参数稳定且调整方便，可方便地与上位机联网等优点。当然此类系统要求维护人员有更高的技术水平和计算机知识。 （ 4）内装式提升机 司生产的内装式提升机，将提升主电机与滚筒合为一体，转子固定，转动的定子充当滚筒，使机构大为简化，占地面积小，制造成本低。 （ 5）直线电机驱动矿井提升机 最近国外提出了一种用于立井提升机的“矿井运输系统”，为直线电机在矿井提升中的应用开拓了崭新的途径。基本原理是将具有绕组结构的直线电机初级绕组间隔地布置在提升罐道中，它既是提升支撑系统，又是动力源。绕组由 配电站供电，产生沿井筒方向的平移磁场。由永久磁铁组成的次级处于双边初级的中间并已导向轮沿提升罐道滚动，提升容器通过吊挂装置与次级相连接。采用同步直线电机变频调速方式达到提升要求。这种系统的主要优点是：井筒深度不受限制；提升系统大为简化，提升设备极少；减少了占地空间，不需要井塔。但系统还存在制动系统的重大技术问题，目前国外尚无报道。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 矿井提升系统各设备的安装位置如图 1所示。提升系统是周期性工作的，其工艺过程为，箕斗下放到装矿位，溜嘴油缸伸出，闸门油缸缩回打开闸门，矿石从计量斗通过 闸门借助溜嘴进入箕斗，装满箕斗后，闸门油缸伸出关闭闸门，然后溜嘴油缸缩回。接近开关 1 4 用来控制闸门油缸和溜嘴油缸的伸缩位置。箕斗提升到达井口，由卸载油缸拉动箕斗，使箕斗旋转，到位后分配小车油缸伸出，箕斗打开卸料。卸料结束后，分配小车油缸缩回，之后卸载油缸伸出使箕斗归位以便进入下一个工作循环。接近开关 5 和 6 用于控制分配小车油缸的位置，接近开关 7 和 8 用于控制箕斗旋转时的定位。 置 组成 矿井装卸载装置包括两部分：装载装置和卸载装置。本次主要研究装载装置液压系统，系统主要由执行元件（闸门油缸、溜嘴油缸） ，液压油源，控制阀组，系统工况监测元件（温度传感器、压力继电器、滤油器发讯装置和压力表）等组成。 作过程 装载装置在输送生产线上循环动作，一个工作周期内的工况顺序为： （ 1）箕斗箱下放，当接近开关检测斗箱到位后，溜嘴油缸伸出； （ 2） 到位后，闸门油缸 缩回打开闸门，打开料舱门使矿料从料舱通过闸门借助溜嘴进入箕斗箱； （ 3） 由定量秤检测物料重量，满足要求后，油缸伸出关闭闸门，到位后，缩回溜嘴油缸，箕斗上提到井口卸载，接着箕斗下放，进入下一周期。 控系统 电控系统是整个装置的控制核心，负责装置与 外部系统的通讯，控制油缸的动作并具有检测系统 本身故障的功能。系统组成如图 1示。 工作前由中控室发出准备信号，由控制器先控制泵站将蓄能器充液，达到压力后使泵泻荷，并发出装载装置准备完毕信号，当收到箕斗接近开关的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 信号后，依次控制溜嘴油缸伸出，闸门油缸缩回，并发信号给料舱控制器下料，当称重传感器发出信号后，控制器首先发信号给料舱控制器停止下料，然后依次控制闸门油缸伸出、溜嘴油缸缩回，油缸到位后，控制油泵给蓄能器供液，达到压力后压力继电器动作使泵站卸荷等待下一周期。为了满足现场要求，当系统停电时要保证 溜嘴油缸全部缩回、闸门油缸全部伸出。在电控系统中还采用了备用电瓶，并可检测电瓶电压。停电后，靠复位开关切换供电线路，由电瓶对电磁铁供电，使溜嘴和闸 门归位， 以保证整个系统的可靠性。 行程开关、按钮、温度传感器、污染报警器、接近开关、称重传感器中控室、料舱控制器s 7 - 2 0 0 P L 2 0 0电磁阀图 1控系统框图 箕斗装卸自动控制中的应用 主井箕斗装卸载设备自动控制式为实现煤矿主井提升自动化而设计的机控制设备，它既可实现主井箕斗装卸工艺过程的控制要求，又可模拟显示其工艺过程，以监视装卸设备的运行状态，同时进行故障诊断检测，以保 证系统正常运行。 统抗干扰能力强，工作稳定性可靠，通用性、灵活性强，能很方便的实现多种复杂的自动工作循环，使用简单，编程方便，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 还可实现控制的可视化。其软件实现了模块化，硬件实现了积木化，便于改进，扩展和维修，其井下设备为防爆型，能适应煤矿的要求。 (1)保证箕斗装卸载系统的设备按规定的程序运行，并根据状态的设备运行情况自动发出开、停提升机指令。 (2)设备运行状态载井下集控的模拟屏上均有信号显示，可监视各设备的运行情况。当装卸设备发生故障时，能根据故障性质发出停止设别运转的指令， 并报警显示故障设备的代号。还有自动计数、显示功能和天神级方向断电记忆显示功能。 (3)具有自动控制和手动控制两种控制方式。载井下集控台上可集中手动控制各设备的工作。 (4)配有通讯接口，可实现与矿井调度管理微机的联网。 系统主要由模拟显示柜 、井下集控台防爆控制箱、卸载信号箱及各种传感器组成。 (1)开关量输入 开关量输入用来接收装卸系统各部分的状态信号，这些信号由位置传感器或状态接触点通过电缆送到 输入端， 出指控指令，在开关量输入信号中，单 向状态信号以高电位表示“ 1”，低电位表示“ 0”，而双向状态信号，高电位表示启动，低电位表示停止，以上电信号均由无源触点提供。 统提供一个单独的与主机电源隔离的电源，信号通过触点返回到各开关输入端，每个输入端都有对应的信号指示灯。 (2)开关量输出 开关量输出式用来驱动箕斗装卸系统的执行机构。 (3)系统的工作原理 采用 梯形图语言编制用户软件，以实现装卸系统的自动化控制。软件采用循环顺序控制的程序。系统启动后，首先初始化各 个状态，容纳后，对各开关量输入进行采集、运算和处理，再输给驱动电控，以控制带买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 式输送机和装卸载设备。 故障诊断 为了 延长系统的有效寿命，就要知道那些部分容易出现故障，以便采取相应措施。系统故障主要分为外部故障和内部故障两类，外部故障指系统与实际过程相连的传感器、检测开关、执行机构和负载等外部设备的故障。外部设备发生故障，直接影响系统饿控制功能，这类故障一般是由本身的质量和寿命所致。内部故障指 身的故障。一般来说， 省的故障率很低，可靠性远远高于外部设备的可靠性， 根据现场经验， 统的故障诊断大致分为以下几步： (1)是否使用不当引起的故障。常见的使用不当包括供电电源错误、端子接线错误、模板安装错误等。 (2)如果不是使用故障，则可能式偶然性故障或系统运行时间较长所引发的故障。对这类故障故按 先检查与实际过程相连的传感器、检测开关、执行机构和负载是否有故障；然后检查 I/后检查 (3)在检查 参考各种控制元件指示灯。 (4)采取上述步骤还查不出故障部位和原因，则可能式系统设计的 错误，此时要重新检查系统的设计，包括硬件设计和软件设计。另外，在 下信号工应对整个系统进行监护，当装载过程出现特殊情况时，可按下装载急停按钮，整个装载部分设备将全部停止工作，等到故障处理完后，装载方式转换到点动工作方式，继续完成剩下的部分。在箕斗到位后，再恢复系统自动控制的工作方式。 (5)位开关等对外部设备进行监控的，一旦传感器元件失灵或误动作， 将进行误动或不动作，此时单单通过控制台显示屏是观察不到设备实际运行状态的，要求信号工要经常巡查工作现场， 或监听设备运转的声音是否正常，以便采取相应的措施。 液压传动控制中的应用 液压传动式研究以液体为传动介质来实现各种机械传动与控制的技术，几乎应用于机械运动的各个领域，已成为自动控制系统中的一个重要的组成部分，采用液压技术的程度已成为衡量一个国家工业化水平的重要标志。目买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 前，我国的液压工业已成为影响机械工业和扩大机电产品国际交往的瓶颈产业，迅速改变这种状况，式我国液压技术研究和制造和创造所面临的迫切的任务，液压传动的控制经历了继电器控制、无触点逻辑控制、卫星计算机控制以及现在的 制 等阶段， 以微电子技术为基础发展起来的新一代工业控制设备，是计算机技术与继电器逻辑控制概念有机结合的产物。 液压传动系统一般含有 一个或几个基本的液压回路，包括控制执行元件运动速度的速度控制回路，控制液压系统全部或局部压力的压力控制回路，用来控制液压缸运动方式的换向回路等。功能复杂的液压传动系统油多个不同功能的基本液压回路组成，这些回路的传动系统实现了机械设备所需要的各种运动及控制功能。通过对液压传动系统的工作过程和特点进行分析，液压传动系统控制的任何一各运动几乎都是按 顺序步骤进行的，工作部件主要为液压缸，他们的工作过程按预定的逻辑关系实现，运动状态的改变靠转换信号。信号主要来源于按钮开关、行程限位开关、压力控制开关以及温度、压力等参数变化。这些输入的信号可通过 辑运算转化为控制液压换向阀电磁铁线圈的输出信号。 统的硬件设计 统可以 用上位机实现对液压系统的控制，主要式控制液压系统完成基本的动作 而实现动力滑台的进给运动。总的控制系统的结构是：上位机用力控组态软件做人机画面，实现各种控制的可视化；下位机用 现电磁换 向阀的控制，如图 1示 按钮开关行程开关压力开关磁换向阀 液压缸适配器编程软件计算机图 1压控制系统 制原理图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 从上图可以看出， 择是否合适非常重要。在选择 ，首先要分析液压系统运动过程、设计功能以及输入设备和输出设备的作用，明确输入、输出信号的对应关系和数量，选择与之相适应的 程序设计的方法 常用 能设计表图法、分解设计法等。虽然不同方法设计出的程序控制效果是一样的， 需根据具体情况分析以选择合适的方法。 经验设计法设计 序：经验设计法是利用传统机电器电气系统的设计概念，即在一些典型程序的基础上，根据被控对象的实际的要求，不断修改、完善程序。有时需多次反复修改后才能得到一个满意的结果，常用于简单的液压系统。 功能表图设计 序：该方法首先式绘制功能表图，然后再将其转化为 个功能表图由工步、转换、用以连接和转换的外部接线图。将液压系统的工作顺序划分为步，并确定各步之间的转换的条件，当满足进入下一步的转换条件的输入信号出现时即标志这一步的结束和下一步的开始。在步内，输出状态保持不变，当本步的转换条件成立时，上一个运行状态结束，下一个运行状态开始。这种 方法有章可寻，设计出的程序较规范，但对简单的液压系统的程序设计显得有点繁琐。一般用于较复杂的液压系统。 分析设计法设计 序：任何复杂的控制系统都可将其拆分成独立的、相对简单的基本回路单元，可先针对独立的基本回路编程，然后分析其运动顺序的关系，根据输入信号与执行元件的逻辑关系，用输入和输出新华区奥将各独立回路连成一个整体。该方法在某种程度上具有经验设计法的性质，对复杂的液压系统适用。 2 液压系统 的设计 液压系统设计作为液压主机设计的重要组成部分，设计时必须满足主机工作循环所需的全部技术要求，且静动 态性能好、效率高、结构简单、工作安全可靠、寿命长、经济性好、使用维护方便。为此，要明确与液压系统有买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 关的主机参数的确定原则，要与主机的总体设计（包括机械、电气设计）综合考虑，做到机、电、液相互配合，保证整机的性能最好。 液压系统设计的步骤一般是： 1) 明确液压系统的使用要求，进行负载特性分析。 2) 设计液压系统方案。 3) 计算液压系统主要参数。 4) 绘制液压系统工作原理图。 5) 选择液压元件。 6) 验算液压系统性能。 7) 液压装置结构设计。 8） 绘制工作图，编制文件，并提出电气系统设计任务书。 液压系统设计作为液压主机设计的重要组成部分 ，设计必须满足工作需要的全部技术要求，且静动态性能好、效率高、结构简单、工作安全可靠、寿命长、经济性好、使用维护方便。 压系统方案设计 选用开式回路，即执行元件的排油回油箱，油液经过沉淀、冷却后再进入液压泵的进口。 行走机械和航空航天液压装置为减少体积和重量可选择闭式回路，即执行元件的排油直接进入液压泵的进口。本设计选用开式回路。 设计液压系统选用矿油型液压油作工作介质， 其中室内设备多选用汽轮机油和普通液压油，室外设备则选用抗磨液压油或低凝液压油，航空液压系统多选用 航空液压油。对某些高温设备或井下液压系统，应选用难燃介质，如膦酸酯液、水一乙二醇、乳化液。液压油液选定后，设计和选择液压元件时应考虑其相容性。本系统属于普通液压系统，故选用矿油型液压油作为工作介质。 3初定系统压力 液压系统的压力与液压设备工作环境、精度要求等有关。在大多数情况下可以自由的选取。适当提高压力可以降低成本，同时可以提高响应速度、加大输出力、提高功率密度和管流速度，并且不容易发生执行器低速爬行现象，所以，系统压力有提高的趋势，但液压系统的压力受到所用元件的限制，而且提高压力也带来一些问题，如元 件寿命缩短，易于发生阀的卡阻及自激买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 振荡，液压工作介质容易变质，内泄露加大，油温升高，必须采取措施防止漏油。根据下面表格中的参考值初步选定系统的工作压力 p=13 2机类型 设计压力 机床 精加工机床 半精加工机床 35 龙门刨床 28 拉床 810 农业机械、小型工程机械、工程机械的辅助机构 1016 液压机、大中型挖掘机、中型机械 2032 4 选择执行元件 1) 若要求实现连续回转运动，选用液压马达。如果转速高于500r/可直接选用告诉液压马达，如齿轮马达、双作用叶片马达或轴向柱塞马达；若转速低于 500r/可选用低速液压马达或告诉液压马达加机械减速装置，低速液压马达有单作用连杆型径向柱塞马达和多作用内曲线径向柱塞马达。 2) 要求往复摆动，可选用摆动液压缸或齿条活塞液压缸。 3) 若