（机械工程专业论文）煤矿副井操车系统技术升级研究.pdf

摘要 本文简述了煤矿副井操车系统技术升级研究的主要内容、特点及应用 情况，介绍了应用销齿操车技术工艺系统的布置，以及国内外相关领域作用影响 和发展前景。 关键词：罐笼提升操车装置销齿传动推车机机电一体化 a b s t r a c t t h ea r t i c l eo u t l i n e st h em i nc o n t e n t ，f e a t u r e sa n d a p p l i c a t i o n s o ft h ed e s i g n i n ga n dr e s e a r c h i n go f m i n e v i c e e l lo p e r a t i n gs y s t e mt e c h n o l o g yu p g r a d i n gr e s e a r c ki t i n t r o d u c e dt h ea p p l i c a t i o no fg e a ro p e r a t i n gs y s t e ma n d c r a f t i n gt e c h n o l o g i e s，a n d i ta l s o e x p a t i a t e d i t s f u n c t i o n , i m p a c ta n dt h ep r o s p e c t sf o rd e v e l o p m e n to fi t s r e l a t e df i e l d sh o m ea n da b r o a d k e yw o r d ：c o g e x a l t a f i o n o p e r a t i n g - v e h i c l ee q u i p m e n t g e a rd r i v e n p u t t i n gv e h i d e m e c h a t r o n i c s e 宁工程技术大学硬士学位沦文 1 前言 1 1 国内外技术状况和存在问题 国内外罐笼并车场操车作业使用的链式推车机、绳式推车机，从驱动 装置到操车机构均需要一套用园环链、套筒滚予链或钢丝绳牵引，实现由 旋转运动转变成往复直线运动的传动机构，由于这种操车装置的作业行程 单一，不能进罐推车，因此矿车由罐笼附近上下摇台进出罐笼的工作只能 由人工来完成，在罐笼内的车辆也要由其它车辆顶出，在没有其它车辆装 卸罐笼的情况下，也只能由人工将矿车从罐笼内推出或在罐笼内定位通 常异向进车布置形式的矿井，进入罐笼的矿车由罐内阻车器来完成，对于 采用同向迸车布置的矿井，现有技术由一种罐外阻拉器使车辆定位，只能 在置换矿车的情况下使用，在单独装罐时仍需人工来完成罐内车辆的定位， 在单独卸罐时也要人工来推车上述需要人工在现场操作的环节是上述装 置主要的不安全因素，并使工作效率无法提高，由于传动机构在地沟中， 结构复杂，给施工、安装、维护带来不便。 现有操车设备大多为气动、电动或电动、电液推杆驱动相混杂，气动 系统噪声高、体积大：电动装置惯性大，调速性能差；对于搡车设备作业 行程短，电动机启动频繁，多数处于启动状态工作，工况差，控制系统故 障多；电液推杆动力小，体积大，不宜使用在设备相对集中的地方；并且 需要深地沟和专门的硐室，不适应煤矿井下有淋水、煤泥、矸渣及要求防 爆的场合 1 2 总体思路和技术方案 过去十几年，矿井操车系统虽从设各改进上采用了不同的解决方法， 包括改进传统的链式气动设备，直线电机驱动和电液推杆驱动的操车设备， 仍满足不了现场使用要求 现代化大型煤矿企业生产，对煤矿设备机电一体化的要求越来越高 珏宁工程技术大学焉士学位沦文 2 当代科学技术通过多学科的交叉与融合来解决各种问题的鲜明特征和发展 趋势，使传统的机械技术与徽电子技术、信息技术、计算机技术控制工程 等有机结合，产生了大量的诸如机器人、数控机床等技术密集型的机电一 体化产品，使得现代机械产品的结构、面貌、功能及生产方式产生了根本 性的变化依藏于采运设备的机械化与自动化，采用集中液压控制，形成 机电液一体化，实现煤矿副井操调车系统机电一体化已经变成现实。 煤矿副井操车成套设备机电液一体化操车系统依托销齿传动操车装置 的发明专利，全系统机械结构配套简化，推车机、摇台、阻车器、安全门 全部实现集中液压驱动，行程限位与传动机构一体化，电控操作智能化， 机电液溶为一体，统盘考虑，从简单、可靠、安全的角度出发，简化工艺 系统，使之适应矿井上下恶劣的使用场合，完成各种条件下机械化自动操 车的要求。 煤矿副井操车成套设备机电液一体化操车系统适用于低速、重载的机 械传动和粉尘多、润滑条件差、有防爆、防潮要求等工况环境较恶劣的场 合，而且锖车结构组合对工艺布置十分灵活，配套设备简单，改进机械闭 锁结构的摇台，阻轮式阻车器的结构采用垂直驱动，不占用空间，对双股 道布置的轨道间距没有限制整套机械设备结构牢靠、机构简单、综合配 套、先进实用解决了现有设备维护量大及电气驱动需防潮、防水的问题， 无需深地沟和传动硐室，车场下无电气驱动装置销齿操车技术的总体思 路，围绕销齿操车装置发明创造，从工艺布置和配套设备、动力、控制各 方面统盘考虑，力求简单、可靠、安全、高效，将工艺布置在机械产品创 新的基础上采用液压控制和计算机技术的新一代机电液一体化操车系统， 使整个系统的功能水平和自动化程度大大提高 1 3研究状况及发展前景 高新技术流向传统产业，引起了传统产业的深刻变革，作为传统产业 之一的机械工业，在新技术革命的冲击下，产品结构和生产系统结构发生 了质的巨变，因此，传统产业机电一体化革命所带来的优质、高效、安全、 辽宁工程技术大学i 翼士学位敝 低耗及柔性，增强了企业的竞争能力，引起各个国家和企业的极大重视 现在，在我国一些现代化大型煤矿生产中，已经采用了新型的操调车系统 如兖州集团，在国内的一些高等院校及研究机构，也已经开始对这些方面 进行研究，并生产出了一些新型的操调车系统，如中国矿业大学和南京煤 矿设计院等这些新产品的闯世，不仅体现了现代高新技术所带来的巨大 经济效益，而且在煤矿生产中，大大减轻了劳动强度，改善了劳动条件 机电一体化占据主导地位是发展的必然趋势，因丽机电一体化在当前 激烈的国际政治、军事、经济竞争中有举足轻重的地位，受到各工业国家 的极大重视许多先进工业国家将机电一体化的前沿技术，作为国家高技 术发展战略的一个重要方向。如日本。振兴科技的政策大纲”、西欧高技术 发展规划? 尤里卡”计划等。我国是发展中国家，与发达国家相比工业技 术水平存在一定差距，但有广阔的机电一体化应用开拓领域和技术产品潜 在市场改革开放以来，面临国际和国内市场经济激烈竞争形势的挑战， 国家和企业充分认识到机电一体化技术对我国经济发展具有的战略意义， 十分重视机电一体化技术的研究、应用和产业化，在利用机电一体化技术 开发新产品和改造传统产业结构及装备方面都有明显进展，取得了较大的 社会经济效益因此，以操调车系统来实现煤矿副井操调车机电一体化， 以其简单，可靠、安全、实用的特点，无论是在新矿井的建设上，还是于 老矿井的技术改造，都具有广阔的发展空间和显著的经济效益 销齿操车装置1 9 9 2 年获得国家专利，1 9 9 3 年获国家发明专利，1 9 9 8 年6 月授权德国发明专利。1 9 9 3 年单机通过部专家鉴定，一致评价该系统 工艺简单，设备牢靠，结构紧凑，解决了多年来操车作业需人工辅助和布 置型受条件限制的难题，提高了工作效率和生产现场受条件限制的难题， 提高了工作效率和生产现场的安全性，使操车技术和工艺取得突破性发展。 具有国际领先水平 销齿操车新技术工艺简单，布置容易，能适应不同情况的操车需要， 特别适合煤矿设备低速重载、启动频繁，有煤泥、矸渣、淋水。有防爆要 4 求的场合，解决了多年来操车装置不能进罐需人工辅助推车的难题，真正 实现了煤矿安全规程要求的联动闭镇，保证安全生产，改善了工人劳动条 件，使我国操车设备的功能水平和自动化程度大大提高 2 煤矿醇井撮车系统技术升级研究 5 煤矿操车成套设备机电液一体化系统具有较强的适应性，适合煤矿副 井及其它矿山恶劣的生产环境，现就以开滦精煤股份有限公司范各庄矿业 分公司为倒进行论证 z 1 概提 开滦精煤股份有限公司范各庄矿业分公司是国家现代化大型煤矿企业， 年生产能力4 6 0 万吨，其新副井操车系统原设计地面有沉车平台，地面和 地下两层装车，上层平台上人，罐笼为三层罐笼，上层乘人，中层和下层 装车，由于设备老化等原因，很多设备已无法使用，已严重制约煤矿生产， 主要存在问题如下： 2 1 1 推车机 推车机为气缸式推车机，无法实现迸罐推车，使得只卸车不装车时需 要人工辅助推车，有时还要用木棍顶车，不仅效率低，更重要的是存在安 全隐患；动力采用气动驱动，推车机运行时冲击大，速度难以控制，抗过 载能力差；车场杂乱，通行不便 2 1 2 摇台 摇台经过多年使用，也严重老化，同时抬起动作缓慢，落下冲击大， 摇台上平面无护板，人员进出罐不安全 2 1 3 阻车嚣 阻车器为报轨阻轮式，气动控制，经过多年的使用，已严重老化，动 作也不可靠，到了设备更新的时间 辽宁工程技术大学硕士学位沦文 2 1 4 安全门 6 安全门为人工手动开关左右滑动式，开闭时间长，冲击力大无法实现 可靠闭锁 2 1 5 气动系统 整套系统全部采用手动阀，无法实现闭锁，且整个系统漏气严重，动 作不可靠 2 1 6 电控系统 原配置电控系统经过多次改动，其中井下起动器改为低压防爆开关， 布置占地面积大，闭锁未正常使用，现已不能联动操作；部分接触器故障 率高( 如推车机、阻拉器控制接触器) ；操作台各按钮，转换开关可靠性差， 故障率高 2 1 7 车场布置 车场有两股平行车道组成，为了便于车辆调整编组，需安装道岔，由 于道间距的限制，道岔为两个渡线道岔组成矿车由电车推至道岔处，再 由小绞车牵拉，一辆一辆拉至所需位置由于采用了两个渡线道岔，井口 房内大部分车道由道岔组成，难以调车到位，也不便于矿车通行 2 2 技术方案确定 为了跟上企业的发展步伐，适应企业的发展要求，提高副井作业系统 的自动化程度与生产效率，2 0 0 5 年开滦精煤股份有限公司范各庄矿业分公 司将副井操车、调车系统的改造列为2 0 0 5 年度改造项目，要求采用目前操 车最新技术，立足范各庄煤矿实际，设计最佳方案，以解决目前煤矿剐井 运输中存在的问题，使煤矿副井运输达到安全、高效、节约的目的 2 2 1 方案确定原刚 2 2 1 1 先进性 7 通过对国内、外操车设备的调查和研究，采用先进技术和新设备，实 现各种工况全部联动和自动操车，减员增效，达到国际先进和国内领先水 平 2 工1 2 可靠性 研究克服系统薄弱环节的措施( 包括改进设备) ，使系统尽量简单，达 到少维护、易维修的先进维修管理水平 2 2 1 3 适用性 按照经济与技术相结合的原则，结合济二煤矿实际情况，实现能适于 各种工况、满足各种运输需要，与现其它运输环节可靠衔接的要求 2 3 实现目标 推车机系统自动化程度高，工作可靠，系统运行稳定，适应性强，能 有效解决原系统存在的各种问题；改造达到国际先进和国内领先水平 2 4 项目研究情况 操车设各是参与操车作业过程的各种设备的总称其中机械设备有推 车机，摇台、( 线路) 阻车器、安全门，轨道、铺板等；动力设备有液压站、 液压管路系统、液压执行机构等；控制系统包括控制柜、操作台、声光系 统等井口设备布置图见图2 - 1 ，并底设备布置图见图2 - 2 珏宁工程技术大学琢士学位沦文 她1 推车机 0 装罐推车机是罐笼井用来将矿车推进或退出罐笼的一种机械设备，常 用在井口或井底各水平车场。 装罐推车机按驱动动力分类主要有：风动推车机、电动推车机和液动 推车机 风动推车机是 ；乏压缩空气为动力，通过气缸的往复运动的，直接推动 矿车前进这种推车机结构简单，运转可靠，维修量小不足之处气缸缸 体较长，缸体内部加工困难，在寒冷地区使用时，风管中的冷凝水容易冻 结，导致推车机动作失灵。 电动推车机有电动钢丝绳推车机、电动上方推车机、电动圆环链式推 车机和直线电机推车机电动钢丝绳推车机是上世纪六十年代开始推广的 一种简易设备这种推车机结构简单，加工容易，行程较长，但不足之处 是钢丝绳磨损较快，更换频繁电动上方推车机的传动装置放在使用场地 的上方，不需设置地沟，维护检修较为方便，但其推力较小，难以将矿车 推上摇台。同时受安装的限制，它对上、下长材料及过往行人有一定影响 另外由于该推车杌直接推矿车车箱，易使矿车车箱变形和损坏电动链式 推车机是在电动钢丝绳推车机基础上将钢丝绳牵引机构改为高强度圆环链 牵引的推车机，从而克服了钢丝绳磨损快，更换频繁的缺点，但带来了抗 过载能力差的缺点，一旦推车器卡住，将破坏联轴器或电动机 液动推车机有液动钢丝绳推车机、液动销齿式推车机和液动组链式推 车机，是随着液压技术的普及而新推出的一种推车机液动钢丝绳推车机 是在电动钢丝绳推车机基础上将钢丝绳牵引机构改为液压驱动的一种推车 机，目前一般用于翻罐笼处推车机或用作调车机液动销齿式推车机是在 上世纪九十年代新研制的一种新型推车机，锗车为每辆带有四个车轮的小 车，它们首尾相连形成一列，下部有销轴，链轮拨动销轴驱动销车往复运 行推动矿车运动。在摇台和罐笼内铺上轨道，只要车场允许，就可实现推 匦哪恬婶魁求 _ 【凶匝 mn f 迪 酷 彩 h 。n 制 吗： e h i 8对j i u - 厂1 i 0 1 亡_ ! _ ： l - 目 b 一 - e 裂 言一 一 -j l 口刮7 斤 2 ；司 墨 j 毡 l t l f 二= 飘 h 啪 i l | 吲 l i 勺 l _ 胁 。出日 目 眸嗣 芒 酐 a - l 坷 | l 叶 l 当【j 【j ， 一 粤7 fj 一1 j f 禳 | a - - ；、卜一 j2 舄 ， l i 。i i 。1 1 毪 j e 辈 j l 】 l ，f j 一 厂 l 一鼙坍一 r _ 口 翮， 酗1【 乡。 j 一 = = 一 ， 性袋增扑书巨扑k*鞘鑫h卅时 陬删梧谁魁世采n晶匝 #*$娶*目囊j*#6l*十h“n 辽宁工程技术大学硕士拳位沦文 l l 车机完全迸罐，实现不装罐卸车另外，该推车机传动环节少，效率高， 故障率低更主要的是由于采用液压马达，推车机抗过载性能好，实现了 恒扭矩传动 在目前现有的液压进罐推车机中，组链式推车机相比销齿式推车机在 进罐、链节方面傲出了巨大改进： 2 4 1 1 在推车机最前端设置了导向链节，消除了推车机有时无法进罐的 现象 组链式推车机在最前端设置了导向链节，导向链节设有水平导向轮和 链节托轮，可有效防止链节在摇台对罐不准时顶住罐笼无法迸罐的现象 f l lf f；1 一、 形心 i _ i 一。1 _ ， 弋i 岁 lv i ， 舅，a ， 躲 l v ，r ， ， 图啊 1 斟茛 ： f 图2 - 3 导向链节 1 2 2 4 1 2 推车机轨道通过。交错轨”的方式实现连续封闭 锖齿式推车机在进罐处将轨道上部敞开，当摇台对罐不准推车机进罐 遇到阻挡时，通过销车跳跃脱开阻挡实现进罐，其他推车机没有真正实现 进罐推车组链式推车机实现了轨道连续，真正实现了进罐推车功能而避 免了链节的卡、别、跳跃现象 2 4 1 3 链节作了较大改进 由于采取了整体封闭轨道，链节制作比销齿式推车机小了很多由宽 3 0 0 如长8 0 0 m m 的平板车改为宽1 1 8 n 长6 3 0 r 的链节，整台推车机的运 动重量降为销齿式推车机的一半，减小了推车机运行的惯性冲击，延长了 设备的使用寿命 1爿 l 一 1 i j i 1刊 i引 i j ，_ ! i j l ip l 图2 4 交错轨示意图 2 4 1 4 实现推头自动起落 前推头改拉簧驱动式推头为压簧驱动式推头，在保证可靠性的基础上 辽宁工程拉术大学硕士拳位沦文 廿 延长了使用寿命，后推头为外力驱动式起爪，起落受程序控制，灵活方便， 适应性广，可用于多种工况 2 4 1 5 液压站采用模拟量控制，实现了推车机变速度运行 传统的推车机全都是一个速度运行，为了提高效率，推车机速度都较 高，但太高的推车机速度对矿车、罐笼，罐道及推车机本身等都形成较大 的冲击，缩短了设备的使用寿命为了解决这个矛盾，液压站采用了模拟 量控制压力，通过p l c 或操作手柄可自动或人为改变推车机速度，使推车 机慢速启动、快速运行、慢速进罐等运行，这样，推车机在启动、装罐中 对各设备的冲击大大减小了 2 舵摇台 摇台机构的主要改进需满足操车装置进罐作业的要求，摇臂与罐笼搭 接时，摇尖与罐内导轨衬的结构要保证侧向定位可靠，不会因产生罐内外 基本轨与操车装置运行轨道错位而引起矿车掉道事故，或操车装置不能顺 利进罐作业 摇台进车侧设有阻止销车运行的阻挡器，当摇台抬起时阻挡器的挡爪 抬起，不允许销车通过；当摇台放下时，阻爪落下，才允许销车通过整 个机构与摇台机械联动闭锁，阻止销车掉进井筒的事故发生 乞4 3 阻车器 操车配套阻车器使用的阻轮式阻车器，有一对阻爪和弹簧缓冲装置， 当车轮撞击阻爪时，阻爪使套在固定轴后部的弹簧压缩，撞击的能量便为 弹簧吸收。阻爪的尾部通过连杆和操纵机构相连，液压缸活塞杆的往复运 动使两个阻爪同时打开或关闭，关闭时阻车，打开后矿车即可通过 阻车器按线路设置可分为前，后阻车器两种前阻车器作待装矿车限 位之用，后阻车器用于列车限位，并与调车启爪装置机械联动，只允许后 阻车器打开时，拉车爪抬起，调动矿车 辽宁工程技术大学硕士学位沦文 2 4 a 安全门 工作原理是：用塑性变形能力强又有一定刚度材料，制作一轻型安全 门，安全门两边设一定数目的钩头，在正对安全门关闭时钩头位置的固定 结构上设钩槽。设计原则是，按刚度原则设计安全门，使其在人员，空车、 小质量物体的碰撞下，不会产生影响使用的变形；然后按强度原则设计安 全门，使安全门在重车、大质量物体的碰撞下，安全门前移，其上钩头嵌 入固定结构上的钩槽。使安全门和固定结构变成一个整体，靠安全门材料 的塑性变形来吸收碰撞能量，但碰撞引起的最大冲力应超过安全门材料强 度极限 图2 - 5 安全门原理 豇宁工程技木大学磺士学位沦文 2 4 5 液压无极绳调车机 1 5 液压无极绳调车机为液压马达驱动钢丝绳滚筒，钢丝绳在滚筒上缠绕 一周半，推头固定在钢丝绳上，随着滚筒的转动带动钢丝绳，拉动推头作 往复式运动，一辆一辆带动矿车至所需位置。该调车机结构简单，钢丝绳 大部分为地面以上，便于更换，钢丝绳在滚筒上摩擦力比较大，不需要太 大的张紧力，张紧采用重锤张紧 2 5 方案介绍 通过对范各庄煤矿副井操车系统目前存在问题的研究，适合范各庄煤 矿使用，能解决目前存在问题、达到先进、可靠、适用的方案如下： o 以液压为动力源，即推车机、摇台，安全门、阻车器、扳道器全部 以液压为动力 o 液压站为集中控制方式 o 推车机为组链式液压驱动推车机 o 取消阻拉器，采用外动力罐内阻车器 o 轻型卡爪安全门 o 重新配置电控系统和改用集控阀组液压站及新技术密封油缸杜绝漏 油，实现自动化 o 对车场进行整改，恢复双道，取消渡线道岔，改为非标交叉渡线道 岔，使用液压自动扳道器，缩短道岔占道空问，增加调车距离，实现了全 自动调车，也完全满足了车辆调整编组的需要。 匝蹈嚣朴翳9_n匝 杈袋掣扑书落扑k*端醛h卅瞄 辽宁工程技术大掌硬士学位沦文 2 6 系统的组成： 2 6 1 机械部分； 1 7 操车系统：组链式推车机、摇台、阻车器、安全门、钢轨、铺板等 调车系统：驱动装置、推头、改向轮、张紧装置、托绳轮、轨道、阻 车器等 2 6 2 液压部分： 集中控制液压站、管路、液压油缸、液压马达等。 2 6 2 1 液压泵 液压泵是将原动机的机械能转换为液压能的能量转换元件，液压泵作 为元件向液压系统提供具有压力和流量的液体，既液压能。 2 6 2 1 1液压泵的主要技术参数 ( 1 ) 泵的捧量( m l r )泵每旋转一周所能捧出的液体体积 ( 2 ) 泵的理论流量( l m i n )在额定转数时，用计算方式得到的单位时 间内泵能捧出的最大流量。 ( 3 ) 泵的额定流量( l m m ) 在正常工作条件下，保证泵能长时间运转 所能输出的最大流量 ( 4 ) 泵的额定压力( m p a ) 在正常工作条件下，能保证泵能长时间运转 的最高压力 ( 5 ) 泵的最高压力( m p a允许泵在短时间内超过额定压力运转时的最 高压力。 ( 6 ) 泵的额定转数( r m i n在额定压力下，能保证长时间正常运转的 的最高转数。 ( 7 3 泵的最高转数( r m i n ) 在额定压力下，允许泵在短时间内超过额 定转速运转时的最高转数 ( 8 ) 泵的容积效率( )泵的实际输出流量与理论流量的比值 ( 9 ) 泵的总效率( ) 泵输出的液压功率与输入的机械功率的比值。 辽宁工程技术大学硬士学位沦文 ( 1 0 ) 泵的驱动功率( k w ) 在正常工作条件下能驱动液压泵的机械功率 2 6 2 1 2 液压泵的分类( 见表2 1 ) 表2 - 1 液压泵的分类 液压泵 齿轮泵叶片泵柱塞泵螺杆泵 外啮合内啮合单作用双作用径向轴向 渐开摆线斜斜 线内内啮盘轴 啮合合式式 2 6 2 1 液压泵的常用计算公式( 见表2 2 ) 表2 2 液压泵的常用计算公式 参数名称单位计算公式符号说明 v 一捧量( m l r ) g o2 v o n n 转速( d m i n ) 流量l m i n 吼一理论流量( l m i n ) q = v o n o q o q 一实际流量( l r a i n ) 只一输入功率( 1 【w ) 输入功率k w 只= 勘正6 0 0 t 一转矩( n m ) p o gr 输出压力( m p a ) 输出功率k w 昂= 1 矿 p o - - 输出功率( k w ) 容积效率 玑= q _ ox l 一容积效率 g 机械效率 野：x 0 0 0 p q _ _ _ _ 丝e 1 一机械效率2 2 扔l 总效率 可= 鲁舢 玎一总效率 辽宁工戳术大学硬士学位沦文 2 6 2 2 液压马达 2 6 2 2 1液压马达的主要技术参数 1 ) 捧量马达轴每旋转一转所需输入的液体体积 2 ) 额定压力在额定范围内连续运转，能达到设计寿命的最高输入压力 3 ) 最高压力允许短暂运行的最高压力 4 ) 背压指液压马达运转时出油口侧的压力能保证马达稳定运转时最 低背压 5 ) 额定转速在额定压力、规定背压条件下，能够连续运转并能达到设 计寿命的最高转速 6 ) 最低转数即在额定压力下能稳定运转的最低转数 7 ) 额定转矩在额定压力作用下液压马达输出的转矩 s ) 最大转矩允许短暂运行的最高压力输入马达后所产生的转矩 9 ) 功率液压马达输出轴上输出的机械功率 1 0 ) 容积效率液压马达输出轴上输出的机械功率 1 1 ) 总效率液压马达的输出功率与输入功率的比值 2 6 2 2 2 液压马达主要参数的计算公式( 见表2 3 ) 表2 - 3 ：液压马达主要参数计算公式 参数名称单位计算公式符号说明 g o = v o n 1 0 - 3 v 捧量( e l r ) n 一转速( r s i n ) 流量l s i n = v - _ 1 0 - 3 q i uq o 一理论流量( l a i n ) ，弦 q 一实际流量( l m i n ) 印y 输出转矩 n t = 6 2 8 7 i 卜输出转矩( n 一) 印。q ap 一入口压力和出口压力之差 e o = 酉仇 ( m p a ) 功率 k w 印窖 p o - - 输出功率( ) 丑= 面 p i 一输入功率( k w ) 容积功率 珈一容积效率 “ 机械效率 砑。；丑x 1 0 0 一机械效率 2 芳x 息效率 玑；墨1 0 0 仉一总效率 仇2 首 2 6 2 2 3 液压马达的分类 液 压 马 达 高速 液压马达 低速大转 矩液压 马达 摆动 液压马达 ( 见表2 - - 4 ) r 齿轮式 i 螺杆式 定量叶片式 l 定量径向柱塞式 定酬向柱塞式 嚣芸 f 变量叶片式 变量l 变量径向柱塞式 娥向撇 怒 摆线马达 轴向柱塞式 单叶片式 多叶片式 齿条齿轮式 螺旋活塞式 链式 曲柄连杆式 来复式 f 连杆式 i 无连杆式 1 摆缸式 i 滚柱式 r 双斜盘式 t 偏摆式 ，柱塞传力式 l 横梁传力式 1 滚轮传力式 l 径向球塞式 叹斜盘轴向式 向球塞式 表2 4 液压马达的分类 一 一 一一 一 用 用 作 作 单 多 ，jl【 式 毛 版 鲅 晰 雅 珏宁工程技术大学硕士学位沦文 丑6 3 电控部分。 操车电控、操车信号、监控系统等 z 7 系统的主要特点： 2 7 1 实现操车作业自动化 设有人工优先自动方式和单动方式； 2 采用独特技术组链式推车机 具有多功能、高强度、高可靠、结构简单、极少维护等特点可进罐 推车、可调车； 2 7 3 使用液压集中控制系统，实现动力单一化 液压系统压力和流量采用模拟量控制，实现了系统的压力、流量动态 连续可调 2 7 4 实现了起动与箭动的智能控制及自动调节推车机运行速度 能有效地减轻冲击、振动和噪音， 特别有利的是，可缩短提升休止时间， 降低了能耗，延长设备使用寿命。 提高生产效率 2 7 5 在装罐过程中，操作司机可以随时改变推车速度 能有效地减轻冲击、振动和噪音，延长设备使用寿命，避免矿车掉遵 等故障 砭宁工程技术大学硕士学位沦文 2 7 6 安全门开闭平腰无冲击 它利用材料的拉伸强度阻挡矿车的冲击，因而门体可以做的轻便，易 于设计成美观的造型因门体较轻，所以所需动力小，启闭速度快特别 是避免了现有各种安全门下端无约束，开闭时摆动量较大，容易撞坏行程 开关的弊端 2 7 7 操作台符合人机工程学原理，舒适、高效 操作台上安有两块液晶显示屏，一块以形象化的实际设备模拟图形显 示设备位置状态，直观不易误读；另一块显示出车侧视频图像 2 7 8 系统采用模块化设计 推车机用独立模块控制，与外围设各连接方便可靠。 2 7 9 采用旋转编码器全程监测推车机运行工况 2 8 参数确定； 煤矿副并成套设备中推车机是操车系统中起着重要作用，其推力计 算公式如下： f = p s p 一一气( 液) 源压力 s 一一缸的截面积 就范各庄矿新副井来说，原安有气动推车机，正常使用数年，新推车 机推力确定可参照原推车机进行，原推车机为气缸式推车机，气缸半径 6 0 m m ，气压o 4 - - 0 s m p a ，其最大推力为： 辽宁工程技术大掌磺士学位沦文 f m n * * p m a x s = p m “耳r 2 - - 0 8 x 3 1 4 6 0 2 - - 9 0 4 3 ( n ) f 。岱一一气缸最大推力，n p m 。广一气源最大气压，m p a r 一气缸半径，脚 参照以上计算，确定推车机最大推力为1 0 0 0 0 n 7 8 2 , 推车机液压马达的选取： 2 8 2 1 扭矩、捧量、压力确定： 液压马达的扭矩计算公式为： n m “= f i t n 。广一马达最大扭矩，n m f n m 推车机最大推力，n l 卜一驱动装置齿轮分度圆半径，h i m 以范各庄煤矿为倒，推车机设计推力1 0 0 0 0n ，驱动装置齿轮分度圆 半径1 8 0 m m ，那么，液压马达的最大扭矩为： n m “= f r = 1 0 0 0 0 1 8 0 1 0 0 0 = 1 8 0 0 ( n m ) 在意大利生产的马达中，n h m 系列马达中的n h m l l 1 0 0 0 马达符合要 求，其每转捧量为1 0 0 0 1 r ，工作压力为2 5 m p a ，马达最高使用压力为3 2 m p a 。 2 8 2 2 转速、最大流量确定： 正常情况下，推车机运行速度为o 3 一1 5 m s ，驱动装置齿轮分度 圆半径1 8 0 m m ，则马达的最大转速为： n m = 6 0 v m a x ( 2 r ) n 。，一一马达最大转速，r p m v 。广一推车机最大运行速度，m s 辽宁工程技术大学硬学位沦文 r 一一驱动装置齿轮分度圆半径，m m n m u z 6 0 v m a x ( 2 r ) 一6 0 1 5 1 0 0 0 - - ( 3 1 4 1 8 0 2 ) = 8 0 r p m 马达的最小转速为： n m i n - - - - 6 0 v m i n ，( 2 r ) - 6 0 0 3 x 1 0 0 0 ( 3 1 4 1 8 0 2 ) = 1 6 r p m n m i n _ 一马达最小转速，r p m v 。i 。一一推车机最小运行速度，m s l 卜一驱动装置齿轮分度圆半径，m l n 由于系统为伺服变量系统，因此只计算最大转速时的流量为： qm “2 n m - x p - - 8 0 x1 0 0 0 1 0 0 0 - 8 0 ( 1 m i n ) q 。广一马达所需最大流量，l m i n n n t “一一马达最大转速，r p m r 一马达每转捧量，m l r 2 j l 3 推车机液压泵选取 根据以上计算，油泵最大压力不低于1 2 m p a ，最大流量不低于8 0 1 r a i n ， 在进口的液压泵中v 7 0 a 3 变量柱塞泵符合要求，该泵压力流量均可调节， 寿命较长，噪声低 2 8 4 推车机最大行程计算 推车机的最大行程即是推车机的卸罐( 不装车，仅把罐内矿车推出罐 笼的行程) 行程。我们把矿车推出罐笼定义为推车机把矿车推到矿车后轮 运行到罐龙出车侧边缘线上即为推出罐笼3 吨矿车长度3 4 5 0 m m ，轴距 圮宁工程技术大学硬士学位沦文 1 1 0 0 m m ，碰头距轮轴1 1 7 5 m m ，因此，推车机推头运行终点为距出车侧罐 笼边缘1 1 7 5 r a m 时即可认为推车机将矿车推出了罐笼，罐笼底盘长度4 2 5 0 ， 根据下图，此时推车机运行距离为： 图2 7 井口推车机运行距离 井口：s j k = 2 6 5 0 + 1 6 5 0 + 7 3 0 + 4 2 5 0 - - 1 1 7 5 = 8 1 0 5 ( m m ) 厂一 _ l 一一。 一钟尸丫 图2 - 8 井底推车机运行距离 井底：s j d = 2 6 5 0 + 2 8 8 0 + 2 2 0 8 + 4 2 5 0 - - 1 1 7 5 = 1 0 8 1 3 ( m m ) 辽宁工程技术大学硕士学位沦文 2 8 5 推车机销齿传动设计 在推车机中，采用销齿齿条传动销齿传动属于齿轮传动的一种特殊 形式，与一般齿轮传动相比，具有结构简单，加工容易，拆修方便，造价 低等优点，传动齿轮和销轴为主要受力零件，其尺寸确定如下： 2 8 5 1 销轴直径确定， 2 8 5 1 1 按接触强度理论计算： d p 3 1 0 ( f t 4 ) o 5 ，【oh 】 d p 一一销轴直径，i n l n f t 一- - 额定负荷下的圆周力，n 垂一一齿轮齿宽系数，巾= b d p = 4 0 4 0 = l 【0h 】一一许用接触应力， 取 【oh = 1 0 0 3 m p a ( 按齿轮转速5 0 r p m ，4 5 正火状态) d p t 3 1 0 ( f t 由) o 5 【oh 】 = 3 1 0 ( 1 0 0 0 0 1 ) o 5 1 0 0 3 = 3 0 9 1 ( i n l n ) 取销轴直径d ，为4 0 为了增加销轴的耐磨性和降低噪音，销轴外增加了耐磨套和自润滑轴 承，使销轴外径达到6 0 m m 2 8 5 1 2 按弯曲强度校验d p ： 乃= 2 5f t ( l b 2 ) ，d p d 口- 一销轴直径，m m f t _ 一额定负荷下的圆周力，n b 一一齿轮齿宽，b = 4 0 m m l 一一销齿计算长度，l = 8 2 m m 而一一销轴接触应力，m p a 【吒】一一销轴许用接触应力， 吒= 2 5f t ( l - b 2 ) ，d p 圮宁工程技术大学磺士学位沦文 = 2 5 x 1 0 0 0 0 x ( 8 2 - 4 0 2 ) 4 0 3 = 2 4 3 ( m p a ) 【o - , = 1 2 3 ( m p a ) 【吒】= o 4 3 0 t ( 1 1 5 x1 6 ) = 1 2 3 ( m p a ) c 、按弯曲强度校验齿轮轮齿： o 1 = 1 6f t ( b p ) p 一一齿距，l n m f t - - - 额定负荷下的圆周力，n b - - 一齿轮齿宽，b = 4 0 m m 吼一一齿轮接触应力，m p a 【q 】一一齿轮许用接触应力， o i = 1 6f t ( b p ) = 1 6 1 0 0 0 0 ( 4 0 x1 2 6 3 2 ) = 3 1 7 ( m p a ) 【ol 】= 1 2 3 ( m p a ) 【q 】= 0 4 3 0 j ( 1 1 5 x1 6 ) ；1 2 3 ( m p a ) 2 8 5 2 齿轮几何尺寸确定： 齿轮齿数 z l = 9 销齿直径d p = 6 0 m m 齿距 p = d p 0 4 7 5 = 6 0 0 4 7 5 = 1 2 6 3 2 ( m m ) 齿轮节圜直径d l = p z d 靠= 1 2 6 3 2 x 9 耳= 3 6 1 8 8 ( m m ) z i 一一齿轮齿数 齿轮齿根圆角半径 取pf = 3 l m m ， pf = ( 0 5 1 5 o 5 2 ) d p d 广一销轴直径，m m d p _ 一销轴直径，6 0 m m p 严( 0 5 1 5 - 0 5 2 ) d p = ( 0 5 1 5 - 0 5 2 ) 6 0 = 3 0 9 - 3 1 2 辽宁工程技未大学硕士学位沦文 齿轮齿根四角半径中心至节圆距离 c 一( 0 0 4 - - 0 0 5 ) d p = ( 0 0 4 - 0 0 5 ) 6 0 = 2 4 - 3 取e = 3 m m d ，一一销轴直径，m l n 齿轮齿顶高h a = k p = o 4 1 2 6 3 2 = 5 0 。5 3 ( m m ) p - 一一齿轮齿距，m m 齿轮齿数 z l = 9 ，d p p = o 4 7 5 ，根据下图2 - 6 ，可查得k = o 4 啮合重合度c ；1 1 3 c 一一啮合重合度 i 1 - l l i t 1 2 8 6 调车机推力计算： 鲁k ( 争 图2 - 9 啮合重合度 范各庄矿新副井调车机设计每次调车1 4 辆，3 吨矿车载重时总重约 6 6 2 吨，1 4 辆矿车总重约9 2 6 8 吨，调车机最大推力应包括：矿车在启动 时阻力w l 、调车机的运行阻力w 2 、推头由于受力而产生的阻力w 3 调 辽宁工程技术大学焉士学位沦文 车机的最大推力为： w 一( w i + 1 3 ) z + w 2 w l = ( q e + q ) ( a + l lg ) w 2 = 2 0 0 0 ( n ) w 3 = w l 肛i i t i z 一一矿车数量 q o 一一矿车自重 q 一一矿车载重 a 一矿车加速度 i i 一一矿车阻力系数，0 0 0 9 g - 一重力加速度 l ii 一一推头阻尼系数，o 0 5 h _ 一推头高度 l 一一推头长度 w i - - ( q o + q ) ( a + l ig ) = ( 1 3 2 0 + 5 3 0 0 ) x ( 0 2 + 0 0 0 9 x 9 8 ) = 1 9 0 8 ( n ) q o 一一矿车自重，1 3 2 0 k g q 一一矿车载重，5 3 0 0 k g a _ 一矿车加速度，o 2 m s l i 一一矿车阻力系数，0 0 0 9 g 一一重力加速度 w 2 - - - - 2 0 0 0 ( n ) w 3 = w l l ii h l - - i9 0 8 0 0 5x2 8 0 5 6 0 = 4 8 ( n ) | il 一一推头阻尼系数，0 0 5 h - - - - 推头高度，2 8 0 卜一推头长度，5 6 0 缸宁工程技术大学硕士学位沦吏 w = ( w i + w d z + w 2 a ( 1 9 0 8 + 4 8 ) x1 4 + 2 0 0 0 - - 2 9 3 4 8 ( n ) 2 8 7 调车机液压马达的选取 2 8 7 1 扭矩、捧量、压力确定； 液压马达的扭矩计算公式为： n = f x r n 一一马达扭矩 f - - - - 调车机推力 r - - - - 驱动装置绳轮半径 调车机设计推力3 0 0 0 0n ，驱动装置绳轮半径2 5 0 m m ，那么，液压马 达的扭矩为： n - - f x r = 3 0 0 0 0x2 5 0 10 0 0 = 7 5 0 0 ( n m ) 在意大利生产的马达中，n h m 系列马达中的n h m l 6 - 2 0 0 0 马达符合 要求，其每转捧量为2 0 0 0 1 r ，t 作压力为2 0 m p a ，马达最高使用压力为 2 5 m p a 2 8 7 2 转速、流量确定： 转速的计算公式为： n - - 6 0 v ( 2 ir ) n _ 一马达转速 r 一调车机运行速度 r - - - - 驱动装置绳轮半径 流量的计算公式为： q = n p q 一一马达所需流量 辽宁工程技术大学硕士学位沦文 n - 一马达转速 p 一一马达每转捧量 正常情况下，调车机运行速度为l m s ，驱动装置绳轮圆半径2 5 0 m m ， 则马达的转速为： n = 6 0 v ，( 2 真r ) = 6 0 l 1 0 0 0 + ( 3 1 4 2 5 0 x 2 ) = 3 8 r p m n 一马达转速 v _ 一调车机运行速度 r 一一驱动装置绳轮半径 系统的流量为： q = n p = 3 8 x 2 0 0 0 1 0 0 0 = 7 7 ( 1 m i n ) 2 8 8 调车机液压泵选取 根据以上计算，油泵最大压力不低于1 2 m p a ，最大流量不低于8 0 1 m i n ， 在进口的液压泵中v 7 0 a 3 变量柱塞泵符合要求，该泵压力流量均可调节， 寿命较长，噪声低 2 8 9 调车机钢丝绳张紧力的计算 调车机中钢丝绳在绳轮上缠绕9 8 9 r a d ，如下图所示，钢丝紧边拉力( 调 车机拉力) s l 与钢丝松边拉力( 张紧力) s 2 的关系为： s 2 = s , e ” s 2 _ 一张紧力 s l 一一调车机拉力 弘一一摩擦系数 a 一一钢丝绳包角 珏宁工程技术大学硬士学位沦文 丝 s 2 f f is l e 。 = 3 0 0 0 0 1e 0 i 9 1 9 ；l l l 6 ( n ) 2 9 设备技术参数： 2 鱼l 推车机： 7 9 2 摇台? 2 9 3 阻车器： 推力；0 1 0 0 0 0 牛顿( 连续可调) 速度：0 3 1 5 米秒( 连续可调) 行程： 井口：装车5 4 3 0 m m 卸车8 1 0 5 m m 井底：装车8 1 3 8 m m 卸车1 0 8 1 3 m = 摇臂长度； 调节高度： 井口8 0 0 u 井宸2 3 0 0 2 8 0 0 m m 井口7 5 衄 井底2 5 0 m = 缓冲距离；l l o m m 缓冲能量：7 8 0 0 j 珏宁工程技术大学磺士学位沦尘 2 9 4 安全门： 2 9 5 液压站； 2 且6 电控系统： 2 1 0 设备介绍 2 1 0 1 组链式推车机 开闭时间：5 s 防撞能力；7 吨电机车全速 功率：操车 调车 1 5 k w 2 ， 1 8 5 k w 2 压力：o 1 8 m p a ( 模拟量控制，连续可调) 流量：0 1 0 0 1 m i n ( 连续可调) 油箱容积：8 0 0 1 供电电压：动力部分： 控制部分： 控制电压：d c 2 4 v 井上a c 3 8 0 v 井下a c 6 6 0 v 并上a c 2 2 0 v 井下a c l 2 t v 2 1 0 1 1 功能 与其他设备配合装卸矿车、配车能实现自动化装罐、卸罐、调车等 作业，特别是能够真正实现进罐推车，解决了原推车机装卸矿车不到位的 缺点，消除了用棍棒顶矿车的现象，从根本上消除了操车隐患。 2 1 0 1 2 结构 由导向链节、前推头、组链、调车爪、液压马达驱动装置、起爪器、 豇宁工程技术大学磺士学位沦文 轨道等组成 2 1 0 1 3 特点： 2 1 0 1 3 1 该设