针对列车超装后进行自动计量卸载装置设计大学毕业论文

目录TOC\o"1-3"\h\u36161绪论 2223042总体方案 3327142.1自动计量卸载装置工况及要求 3149682.1.1工况条件 3279962.1.2要求 3269042.2方案对比 4166702.2.1机架形式对比 4322692.2.2取料装置方案对比 4174502.2.3卸料装置方案对比 4223432.2.4计量装置方案对比 564052.3装置基本组成简介 582552.4主要技术参数 6112973自动计量卸载装置电控技术方案 8202153.1技术设计要求 8208473.2电控系统方案设计 935303.2.1控制系统结构 9162223.2.2装置系统控制方式综述 1084203.2.3装置系统控制过程详述 13232954主要电气设备选型及技术特点 1631654.1主要设备选型及技术特点 1697674.1.1可编程控制器(PLC) 16103154.1.2触摸屏TP270 17265664.1.3牵引绞车驱动变频器 17313074.2系统设计技术特点 17101895主要部件的设计和选型 18103095.1取料装置的设计 1890425.1.1刮板输送机发展概况 18139555.1.2发展趋势 19171115.1.3刮板输送机的机构与作用 2049475.1.4刮板输送机的型式选择 20112395.1.5机头部及传动装置的设计与选型 20176025.1.6机尾部 2541885.1.7刮板链的设计与选择 25289865.1.8刮板的设计 29125565.2液压泵站系统的设计与计算 315195.2.1初选系统工作压力 32303855.2.2油缸作用时间的确定 33222895.2.3液压缸 34233695.2.4马达 42320725.2.5液压泵 46284855.2.6驱动电机 5196245.2.7液压控制阀 55248805.2.8油箱 62185315.2.9联轴器 64255446设备的检查及维护保养 684596.1设备的检查 68280586.1.1班前检查 68218476.1.2常规防护检查 68262597总结 6915287参考文献 7015155翻译部分 7213236中文译文 7219012致谢 801绪论在产的煤业大型生产企业，煤炭外运主要采取火车运输方式。外运煤炭一般由选煤厂、发运站火车装车系统装车。大部分装车系统为上世纪七、八十年代建成，由于受当时设计水平、装备能力、投资规模等条件的影响，该类装车系统普遍存在效率低、调控能力差，不能自动解决装运列车多装、超载、卸煤集约回收等问题。这些问题已广泛影响生产企业产能与运能的发挥，因此如何提高装车系统的自动化程度、减小装车误差、提高装车效率、集约回收超装后的卸煤，满足企业外运高产、高效的需求，是许多煤企在这一作业环节中亟待解决的问题。煤矿装车系统主要存在以下几方面的问题：采用多人手动操作方式进行放煤式装载，装煤量依靠操作人员的经验控制，无法满足装煤精度的要求，普遍存在着装车误差大的缺点（亏装、超装，每一车皮最大超载量高达7000Kg）。装车系统无“超装自动卸载装置”，对于超装的煤采用人工卸煤，卸煤量大小无法控制，无法满足车皮装载量精度的要求。采用人工卸煤处理车皮的超装量，工人劳动强度大，影响整车装车效率，卸载煤沿铁路堆放、无法较好地集散、造成作业环境的无序、杂乱及污染。上述问题的存在也对煤炭外运作业的有序管理带来很大的困难和不利，也给运、销工作带来很多后续的问题。对于上述问题的解决，可以采用全自动装车（或配煤装车）系统，以保证快速、精确地装车。然而上述全自动装车系统仅适合于新建的装车线，而将其用于对于现有装车线的改造显然是不合适宜的。针对多数煤矿装车系统存在的问题，我们通过广泛的调查研究，结合机械、液压传动；传感技术；自动化控制；计算机管理、监控等方面的综合技术，根据许多矿列车装运线现有的实际情况与条件，设计出了针对列车超装后进行自动计量卸载装置。2总体方案2.1自动计量卸载装置工况及要求2.1.1工况条件最大卸载量：7000Kg车皮尺寸：长度：11～12.5m高度：2.6～3.2m轨距：1.435m列车行最大驶速度：6m/min2.1.2要求实现超装车皮的自动计量卸载，卸载量控制精度为±200Kg；系统具备自动计量卸载和人工手操作卸载两种工作方式；具备完善的计量卸载系统与列车运行的安全连锁及各类保护。整个自动计量卸载系统应满足煤矿装车场地及地面配套设备的要求。根据用户提出的有关本装置的其他相关要求。2.2方案对比2.2.1机架形式对比机架是整个装置的载体，所有的设备和装置都是安装在机架上的。机架的形式主要有两种：一种是旁置式，一种是横跨式（龙门架）。最终我们采用了横跨式，和旁置式相比，横跨式具有及时性好，工作方式简单等优点。2.2.2取料装置方案对比为了实现把超装的煤从车皮中取出，取料装置是必不可少的。在取料装置的选择上主要有以下几种方案：抓斗式斗轮式耙装式其中，抓斗式和斗轮式都能够具有快速取料的功能，但其取料量不便控制，不能实现准确计量。耙装式取料装置，它具有连续取煤的功能，取料均匀，瞬时取煤不至于过多或过少，便于取料量的控制。但它的不足之处是其快速性没有抓斗式和斗轮式的好。通过比较分析，最终选择耙装式取料装置。2.2.3卸料装置方案对比取料装置取出的煤要通过卸料装置才能到达计量皮带称称上。卸料装置的作用不仅是对超装量的卸载，同时为了实现精确装车的目的，其还担负着将多取的煤返回车皮的任务。为了实现这个功能，我们比较了以下几种方案：四连杆翻板机构分料器机构油缸翻板卸料机构其中，四连杆机构能够实现卸料装置的功能，同时其及时性也好，但其所承受的摩擦力和驱动力都比较大，这样的后果是磨损严重，机构容易损坏，装置磨损后其精度变的很差，而且所需的动力源也需要更大的功率。显然，它不是好的方案。分料器不存在磨损问题和及时性问题，但其致命的缺点是其体积较另外两种大，而取料机构和平台之间的空间有限，如果采用分料器就必须提高取料装置，这样的后果是带来整体结构稳定性的问题，同样分料器也不是一个好的办法。油缸翻板机构能够很好地满足要求，而且它的体积较小，宜损件便于更换，最终我们采用了油缸翻板机构。2.2.4计量装置方案对比为了实现精确卸载，需要对取料装置取出的煤进行计量，计量的方法有以下几种：计量皮带称称定容积法定时间法其中，定容积法是指根据工人的经验或列车超装量的平均值对取料量设定一个固定的容积，每次取料都按这个固定的容积来取。定时间法是指对取料机构的工作时间设定一个固定的时间，如论超装量为多少，每次取料装置都工作那么长的时间。显然，这两种方法都不能满足准确取料的要求。采用计量皮带称称可以很好地满足精度要求。2.3装置基本组成简介经过分析比较后，最终自动计量卸载系统由龙门架、耙装式取煤装置、翻板卸载装置、液压泵站、计量皮带称、转运皮带、集煤仓、给煤机、电控柜、操控室等组成。龙门架：龙门架采用焊接结构，为整个耙装式自动计量卸载系统的安装平台，耙装取煤装置、卸料翻板装置、液压泵站、计量皮带称、转运皮带、电控系统等置于龙门架安装平台之上。耙装取煤装置：卸载取煤机构由耙装盘、刮板输送机、取料臂等组成。耙装盘、刮板输送机置于取料臂上，取料臂安装在龙门架安装平台的支撑座中。取煤卸载机构在升降液压缸的控制下，分别进入取煤卸载工位及列车通过工位。耙装盘铰接于取料臂上，在耙装盘液压缸的作用下，可对耙装盘角度进行调整，以利于取煤。翻板卸料装置：翻板卸料装置由支撑架、卸料板、翻转液压缸等组成。翻板卸料装置工作时，根据控制指令将耙装取煤装置所取的煤送入计量皮机带或卸回车厢。液压泵站：液压泵站安置于龙门架平台一侧。液压泵站采用双泵系统，分别为液压马达和液压缸提供液压动力。耙装盘液压马达由手动变量泵供液，以便调节拨转盘的转速，进而调节耙装取煤量。刮板输送机液压马达和一系列的油缸由定量液压泵供液。计量皮带称：计量皮带称安置于龙门架平台中央，完成卸载煤的计量，并将计量后煤料送入转运皮带。转运皮带：转运皮带安装在龙门架平台上，承接计量皮带称输送的卸载煤，并将卸载煤运至集煤仓。集煤仓、给煤机：集煤仓安装在龙门架的侧面，用于承接转运皮带的卸载煤。给煤机连接在集煤仓的下端，用于集煤仓煤的装运。电控柜：电控柜置于龙门架平台上，内置总电源及各类强、弱电控系统。操作控制室：操作控制室布置在龙门架上，位于耙装取煤装置一侧。操作控制室内设置耙装式自动计量卸载系统的触摸屏人机控制界面。在控制室内可进行卸载系统的参数设置等各种操作。操作控制室前面及两侧配置观察玻璃窗，室内设置冷暖空调，配置一名操作人员操作控制。2.4主要技术参数龙门架总体参数机架龙门长度(立柱中心距)：3.0m机架龙门宽度(过车宽)：3.4m机架龙门高度（距轨面）：3.45m卸载取煤机构耙装盘宽度：2.5m耙装盘卧底深度：250mm耙装盘抬起高度：360mm转盘转速：30r/min刮板输送机运输形式：边双链刮板槽宽：510mm爬坡设计夹角：25°链速：0.95m/s锚链规格：18×64mm张紧形式：黄油缸张紧输送量：180m/h液压系统系统额定压力：马达控制系统16MPa液压缸控制系统10MPa装载马达驱动泵电动机：型号：Y200L-4功率：30KW转速：1470r/min液压缸驱动泵电动机：型号：Y160L-4功率：15KW转速：1460r/min电气系统供电电压：380/660V总功率：45KW3自动计量卸载装置电控技术方案3.1技术设计要求装置具备全自动取煤和人工手操作取煤两种工作方式，且两种方式可以任意切换，切换过程中不能打乱系统整个工作流程。装置在自动工作方式下，每节车皮的卸载误差不得超过±200kg。由位置检测机构控制取料臂的动作，形成闭环控制。列车行走与耙装取煤机构动作相匹配。在整个卸载取煤过程中，不允许有洒、漏煤现象发生。在手动操作方式下，各机构可单独动作，方便人工操作。装置具有完善的报警功能，防止人工操作失误。装置具有各种保护，保证系统的安全正常运行。装置具有完善的故障报警功能，及时发现设备存在的故障，并给出相应的信息，供维修人员判定和处理。整个电控系统设计，均按照铁路电控设计标准执行，依据故障导向安全的原则进行设计。利用工业现场专用触摸屏面板显示整个系统的工作过程，和当前卸载取煤量、车皮编号、车皮总数、每节车皮的给定取煤量、实际取煤量、当日取煤总量、操作员姓名等数据。电气线路设计要求简单、布线合理，走线及安装，一律按照国家电工协会标准执行。3.2电控系统方案设计3.2.1控制系统结构自动计量卸载装置主要是根据前方传来的车皮参数、装煤量等有关参数，通过调整自动计量卸载装置的有关工作参数进行计量取煤卸载。取出的煤量通过电子皮带秤进行计量、判定。本装置主要通过对列车牵引绞车进行变频调速，实现卸载取煤量的调节。耙装盘耙装速度也可根据相应的有关参数进行调节，以满足卸载取煤量的要求。列车定位、耙装取煤装置的定位及升降动作均由控制系统根据卸载取煤参数的要求进行调节与控制。上述各功能的实现均由PLC（可编程序控制器）完成。因此可编程序控制器PLC是整个系统的控制核心。装置控制系统结构如图3.１所示：触摸屏触摸屏轨道衡称重数据打印轨道衡称重数据打印故障报警列车牵引绞车控制可编程控制器故障报警列车牵引绞车控制可编程控制器PLC传感器传感器转运皮带控制耙装卸载装置转运皮带控制耙装卸载装置液压控制系统皮带秤控制耙装卸载装置保护刮板输送机耙装卸载装置保护刮板输送机控制耙装盘控制图3.1电控原理方案3.2.2装置系统控制方式综述系统控制方式分为以下几种：自动控制方式：当控制方式选择开关处于自动控制方式时，计量卸载取煤系统按照预定的工艺流程自动进行。在此过程中，除了故障按钮按下，手动状态无效。本过程中允许进行其中一些参数重新调整、设置，如车皮数量、型号等数据。自动控制卸载取煤工艺流程参见图3.2。手动控制方式：当控制方式选择开关处于手动控制方式时，可以手动控制耙装取煤机构的升降、耙装盘的运转、计量皮带称及转运皮带的运行等工况。手动控制时报警系统和保护系统及极限停车位有效，以防止人工操作失误。本过程允许进行参数设定以及参数调整。手动卸载取煤过程工艺流程参见图3.3。故障处理方式：装置发生故障后，当按下故障处理按钮后，系统停止工作处于检修状态。设备所存在的故障排除后，控制方式转换开关处于自动位置时，可以按下故障恢复按钮，系统继续故障发生前的工况。若按下系统复位按钮，所有工作数据清零，系统所有的动作重新开始。停止方式：按下系统急停开关，控制系统掉电。在此工作方式下，所有的自动、手动操作全部失效。此工作方式为安全检查方式。使用此功能时，列车就无法启动，必须把取料装置抬起复位，并关闭安全锁，列车才能启动。选择自动方式，按系统启动键参数设定完成，确认键按下开始选择自动方式，按系统启动键参数设定完成，确认键按下开始对比参数，计算第N节车皮的取煤量，同时计算牵引绞车速度对比参数，计算第N节车皮的取煤量，同时计算牵引绞车速度轨道衡传来第N节车皮装车重量 轨道衡传来第N节车皮装车重量1、2号传感器上升沿信号，第N节车皮到达。蓄能器检测满足条件1、2号传感器上升沿信号，第N节车皮到达。蓄能器检测满足条件放下转臂，开始取煤放下转臂，开始取煤皮带秤计量是否到达取煤量置传感器2为ON？皮带秤计量是否到达取煤量置传感器2为ON？N3、4号传感器是否有下降沿信号NN3、4号传感器是否有下降沿信号NYYYY转臂抬起，停止取煤转臂抬起，停止取煤5、6号传感器有下降沿信号时7号是否有信号5、6号传感器有下降沿信号时7号是否有信号紧急停止煤车紧急停止煤车启动蓄能器备用液压油路系统报警NNY故障处理Y故障处理N是否到达最后一节车皮 N是否到达最后一节车皮YY各机构停止动作各机构停止动作结束结束图3.2自动取煤过程工艺流程开始开始系统上电系统上电选择开关置于手动位置选择开关置于手动位置启动液压系统启动刮板机和拨爪启动液压系统启动刮板机和拨爪启动转运皮带和电子秤车皮到，手动放下转臂取煤车皮到，手动放下转臂取煤人工监控电子秤取煤读数人工监控电子秤取煤读数N是否会碰上车厢是否会碰上车厢是否到达最终取煤量是否到达最终取煤量NNYYY手动抬起转臂手动抬起转臂N是否到达最后一节车皮N是否到达最后一节车皮YY各机构停止动作各机构停止动作结束结束图3.3手动操作工艺流程图3.2.3装置系统控制过程详述考虑到本系统的整个工艺运行流程以及相关的技术要求，将整个系统化分为下列控制过程：系统上电电源总开关闭合，控制系统上电、液压控制系统上电，相应的上电指示灯点亮。参数设定人工初始设定系统运行有关参数。选择或输入列车的编组信息。该信息可通过485口传送,也可直接输入。自动运行控制（参见附录一卸载取煤运行时序图）当列车编组信息输入后，选择开关处于自动控制方式时，按下启动按钮，系统信号检测正常后，进入自动控制方式工作状态。转运皮带启动。当1、2号传感器同时收到上升沿信号，耙装卸载装置、翻板卸料装置进入工作位置进行卸载取煤。同时对车皮开始计数。卸载机构卸载取煤同时，电子皮带秤计量卸载量，并与轨道衡传过来的重量数据比较，当达到卸载取煤量时，翻板卸料装置动作，将刮板输送机上的煤返回到车厢内，减少了误差。与此同时，卸载机构动作，进入列车通过位置，到位后7号传感器有信号。当3、4号传感器下降沿信号，卸载机构未处于列车通过位置时，且耙装盘距车厢顶部只有1米距离，卸载机构无条件抬起，处于列车通过位置。当5、6号传感器下降沿信号，卸载机构距车厢只有0.6米距离，7号传感器仍无信号，系统报警，并无条件停止列车。7号传感器有信号时，列车正常通过。当1号传感计数到达上限后，作业完成，相应机构停机，等待下一步命令。煤量预估控制依据经验数据，最大取煤量为7000Kg，根据不同的卸载取煤量，计算取煤机构插入煤层的深度和列车行进的速度。如果卸载取煤量过大，必须调整列车行进速度，系统把列车行进速度分为三挡速度控制，以保证大卸载取煤量时也能完成工作要求。根据不同的卸载取煤量，装置把取煤机构插入深度也分为三挡。当卸载取煤量大时，插入煤层的深度较大，反之较浅。既到达快速卸载取煤的要求，又保证称量精度。卸载机构控制卸载机构控制是控制系统的主要部分，分别包括：卸载机构的位置控制：卸载机构由液压缸配合限位开关控制。根据控制信号卸载机构分别处于卸载工作位和列车通过位。卸载取煤时，根据不同的卸载取煤量，卸载机构处于不同的工作位置。刮板输送机驱动：刮板输送机由液压马达驱动，该马达由变频液压动力源驱动，使刮板输送机速度可调，以保证有限时间内的运量和卸载取煤量。耙装盘驱动：耙装盘与刮板输送机同步变频调速。卸载机构保护： 在正常卸载取煤作业中，若卸载机构受力过大超载，控制系统控制卸载机构自动上抬，以减小受力。在非作业期间使用卸载机构安全锁。当关闭安全锁后，牵引绞车启动回路接通，才能牵引列车。卸载机构具有双重保护，为防止撞上车厢，由3、4、5、6传感器测量位置，进行保护。若列车到位后卸载机构不能抬起，列车会联锁停车。另一方面在液压上设计有独立于PLC的旁路控制回路，供紧急时自动启动蓄能器备用油源，也可使卸载机构处于列车通过位置。电子皮带秤控制电子皮带秤启停：由PLC控制启停，具有保护功能。数据采集：电子皮带秤的称重量通过485信号传输给PLC,一节车皮取完后，PLC下达数据清零信号给电子皮带秤，以备下次重新计量。牵引绞车控制启停控制：牵引绞车（铁牛）的启停仍由前方装煤人员控制。在启停回路中串入停止开关，卸载取煤操作人员可以按下停止开关使列车停止。卸载机构的位置信号也串入启停回路。当因卸载取煤系统原因，前方装煤人员无法启动列车时，卸载取煤系统会送出相应的指示信号。速度控制：牵引绞车由45KW变频调速器控制（可根据用户装机容量定），进而控制列车的运行速度。速度分三挡进行，正常卸载取煤速度为V，当需卸载取煤量为0～4000Kg时，列车速度降为V,当需卸载取煤量超过4000Kg时，列车速度降为0.6V。液压系统控制液压系统的启停：液压系统的启停由PLC依据工艺要求进行控制。液压系统的运行监控：为了使液压系统安全可靠的运行，控制系统对其实行实时监控，内容包括：工作压力、液箱油位、液压油温、油污染、超压保护等。转运皮带控制启停控制：启停由PLC依据工艺要求进行控制。驱动电机配有热保护。跑偏控制：左右配置4个跑偏开关，当皮带极限跑偏时，信号传输到PLC,卸载取煤动作会自动停止，并报警。触摸屏控制系统数据设定与显示采用工业专用触摸屏，可方便的设定运行数据，并实时监控取煤运行数据，可以显示故障报警信息。4主要电气设备选型及技术特点4.1主要设备选型及技术特点自动计量卸载装置电气控制部分主要有以下几个部分：4.1.1可编程控制器(PLC)可编程控制器PLC为本套系统的控制核心，选用德国SIEMENS公司的成熟产品S7-300系列CPU314可编程控制器。 主要完成以下几种功能:按照工艺流程要求完成卸载取煤联锁动作,包括自动、手动、故障三种方式的联锁功能。选用最适合的控制算法,控制刮板输送机运行速度、耙装盘入煤深度及转速、牵引绞车速度等在不同工况的运行值。完成与轨道衡之间的数据交换、与电子皮带秤之间的数据交换、与牵引绞车驱动系统的数据交换、与TP270触摸屏之间的数据交换。 S7-300系列PLC的性能及特点：循环周期短、处理速度高、系统容错能力强。指令及功能强大、可用于复杂功能。产品设计紧凑、可用于空降有限的场合。模块化结构、适合紧密安装。可在各种恶劣的环境条件下可靠的运行。结构紧凑,易于接线,用户程序和预置数据保存在EEPROM中相当安全,指令执行速度(布尔指令位0.2us)具有MPI、PROFIBUS等多种通讯方式，可与多种设备通讯。4.1.2触摸屏TP270 系统人机界面采用德国SIEMENS公司TP27010英寸彩色触摸屏，可十分方便的设置参数和显示数据。 TP270触摸屏特点：功能强大，性能卓越，价格低廉，可显示各种过程控制和监视。坚固耐用、稳定可靠、使用简便，具有标准硬件/软件接口，保证了极高的柔性度和透明度。彩色STN液晶显示，640*480像素，256色。独立内存卡，大容量数据存储。具有MPI、PROFIBUS、以太网和USB等多种接口配置。适合所有的文本显示和面板组态，使图形达到所见即所得。4.1.3牵引绞车驱动变频器 变频器采用德国SIEMENS公司MICROMASTER440系列，同样具有使用方便、坚固耐用、通讯方便等特点。采用VVVF变频调速控制，整个运转过程中转矩恒定，可以采用本地面板控制，外部开关量控制，外部模拟量控制以及网络化通讯控制四种方式。4.2系统设计技术特点 自动计量卸载装置控制部分设计上充分考虑控制系统的可靠性、先进性、可扩展性以及经济性等方面，综合如下：控制系统的先进性作为工控领域国际公认的知名品牌，西门子公司享有盛誉，本装置人机界面、PLC、变频器等控制核心部件全部选用该公司的产品。同时选用了西门子公司的两种网络：MPI网络和USS网络。本装置系统可以方便的接入工业现场总线网，纳入整个工厂的管控一体化。完善的操作方式及故障处理手段 本装置的参数设定灵活、方便。给出了各种故障报警提示。对于每节车皮的给定装煤量和实际卸煤量，可以进行显示、查询以及打印。当发生故障时，允许操作人员手动操作系统，故障恢复后，可继续使用自动装煤。 现场设有急停开关，如果现场发生紧急情况，可以停止所有设备的动作，操作台选择开关设有零位档，禁止所有的操作和动作，可以有效的避免在设备维护和检修过程中的误动作。 精确、简便的控制算法： 本装置系统的关键性技术是如何在保证精度的同时，在有限的40～50秒钟时间内，取出相应的数量的煤，太快精度不高，太慢无法完成作业。本装置系统采用实时调节耙装盘入煤深度、刮板输送机运行速度、牵引绞车速度的多变量预估计算法，保证每节车皮及时完成作业。 装置系统的可扩展性 西门子S7-300系统具有很大的扩展空间。既可以作为以太网的主站控制多台现场传感一执行机构，也可以作为profibus—pp网的一个从站方便地纳入管控一体化的网络系统。装置系统的安全性 系统充分考虑各关键部分的安全性，对于转臂采用二重保护控制，其他部分设计也依据故障导向安全的原则设计。最大限度的保证系统安全。经济性西门子S7-300整个系统设计紧凑，性价比较高。再者采用了网络化通讯模式，大大降低了线缆方面的成本，也减少了布线、维护方面的费用。5主要部件的设计和选型5.1取料装置的设计5.1.1刮板输送机发展概况5O年代广泛使用SGD－Ⅱ型、SGB—Ⅱ型刮板输送机，因不能横向弯曲自移工作面推进后要大拆大卸重新安装，占用时问长，劳动强度大，再加上强度不足，功率小，即使沿工作面分段放炮，仍不断发生超载事故。在逐步挟用SGD－20型sGs－30型刮板输送机之后，工作面的生产能力虽然有所提高，但仍不能弯曲自移，凭人力搬运十分笨重，而且输送机与煤壁距离较远，要人力攉煤。到了70年代，随着采煤机的大量应用，出现了SC-W-40、SGW－44型可弯曲刮板输送机，实现了不解体和不停运分段自移，运输能力提高到200t／h。80年代以来，工作面运输设备发展很陕，由于各种新型采煤机的出现，刮板输送机已大为改观，因采煤机要在输送机上行走，不仅要求输送机强度大，保证采煤机工作稳定，且要与采煤机生产能力相匹配，促使刮板输送机不断向重型化发展。代表机型有SGW-I50和SGW－250型。随着大功率采煤机的出现，一些刮板输送机的功率已达到400—500kW，运输能力达1000t／h，已能适应工作面单产150万t／a的生产规模。目前煤矿用刮板输送机的类型很多，按牵引链的结构形式分为双边链，双中链和单链3种。双边链刮板输送机：双边链是目前国外使用得最广泛的结构形式．与单链相比其优点是预张力较低，能承受较大的张力，链条充满上下溜槽两边的槽帮链道并可自行清扫链道积煤。缺点是：溜槽磨损较大，两条链子受力不均，在链轮处易跳链，弯曲性能和断链事故多等。其代表机型有国产SGW-250型．SGB764W／264型及英国ML-722型。双中链刮板输送机：其特点是将两条相同直径的链条并列布置在溜槽中心，与双边链相比，这种结构形式的链子受力均匀，弯曲性能好，使用性能较好。其代表机型有国产SGz_730／320、SGZ一764／264型及西德MZI－600型等单链刮板输送机：其特点是结构简单，事故少，受力均匀，运行平稳，摩擦阻力小，馏槽利用率高和弯曲性能好．在输送机上不易出现堵塞。缺点是预张力较大。其代表机型为国产SGWD--250及德国EⅪ--HB280型。当然按照刮板链的构造及加工方式，按传动方式及溜槽的布置方式也可以对刮板输送机分类。目前，由西北煤机厂研制的SGZ-8B0／2×400型交叉倾4卸式(功率8OOkW、运输能力l500t／h)的重型刮板输送机已于1995年5月通过了工业性试验。该机具有结构紧凑，占用空间小，有利于端头支护、输送和转载机布置在同一平面上，转载煤炭落差小。产生的煤粉少，输送机卸载煤流与转载机运输煤流一致，输送机回煤量步，底链阻力小，功率消耗少，输送机与转载机整体推移，有利于实现集中控制和管理等特点，代表着最先进的卸载方式。5.1.2发展趋势刮板输送机的发展趋势呈现以下几个特点：研制运输能力2000—3500t／h，功率均为采煤机功率1．5倍的超重型刮板输送机。中部槽采用整体铸造和轧制，尽量减少螺栓联接。为了减少空载功率消耗，中部槽采用封底结构，取消铲、挡板的联接螺栓，提高工作可靠性。为了避免端头卸载发生大块堵塞．重点发展交叉侧卸式。链条将普遍采用强化链或异形链，既有利于降低机身高度，增大装煤量，又有足够强度。同时．随着链环强度的提高，单链重型刮板输送机将得到很大发展。应增设软起动系统，既能保证满载起动，又能保证多电机同步调速和功率平衡。减速器采用行星齿轮传动，其优点是：体积小，效率高，承载能力大和卸载便等。应增设自动紧链和工况监测显示，传输及报警系统，为双高工作面进一步扩大发展创造条件。5.1.3刮板输送机的机构与作用刮板输送机是一种有挠性牵引机构的连续输送机械。它由刮板、链轮、刮板链、溜槽、机头部、机尾等部件组成。其中牵引构件是刮板链，承载装置是溜槽。由于综采刮板输送机中的溜槽比较加工复杂，所以本系统的溜槽不采用综采中的刮板结构而使用钢板焊接而成。5.1.4刮板输送机的型式选择本系统预紧力小，运输时倾角大，因此采用边双链型式的刮板输送机。这种刮板输送机的刮板链位于刮板两端链条和连结环在中部槽内起导向作用。其主要优缺点是：预紧力小，功率消耗少但两连受力不均。5.1.5机头部及传动装置的设计与选型机头架机头架是机头部支撑安装链轮组件、马达、过滤槽等部件的框架式焊接构件，它由左侧板、右侧板和中板用较厚的钢板焊接而成，右足够的刚度和强度。传动装置及选型本系统刮板输送机的传动装置为液压马达。刮板输送机的输送能力，按连续运行方式进行计算，其公式为（5.1）式中F＝货载最大横断面积，㎡（如图5.1）（5.2）（5.3）（5.4）ρ－货载在溜槽中的动堆角，对原煤ψ－货载的装满系数，ψ＝0.65－0.9γ－货载的集中容量，t/，对原煤v－刮板输送机的链速，m/s，v＝0.95m/s取值：b=510㎜h=157.5㎜ρ=0°ψ=0.65γ=1.0t/v=0.95m/s计算结果：＝163.5t/h图5.1中部槽物料断面刮板输送机的运输能力应应不得小于铲斗的装载能力即：（5.5）铲斗的装载能力为：即＝163.5t/h>（5.6）所以刮板输送机的运输能力符合要求。当给定输送机生产能力时，验算溜槽最大货载断面时，按下式计算（㎡）（5.7）式中－输送机对列车得相对速度(m/s)（5.8）式中号选取的原则是：当刮板链与列车的运动方向相反是取“＋”号，相同时取“－”号。链轮组件及链轮驱动链轮的型式如图5.2本系统刮板链采用圆环链。圆环链公称直径=18节距=64圆环链最大外宽=60以上刮板链的选择按GB/T12718规定取用链轮齿数=5链轮节距角（5.9）链轮节圆直径（5.10）链轮外径（5.11）图5.2驱动链轮的型式和尺寸链轮立环立槽直径（5.12）链轮立环立槽宽度（5.13）齿根圆弧半径（5.14）链窝长度L（5.15）链窝平面圆弧半径值等于接连环圆弧部分的最大外圆半径。圆心在连接环中心线上，此中心线平行链窝平面，距链轮中心的距离为链窝中心至窝底平面的距离（5.16）值精确到0.5㎜短齿厚度（5.17）式中：A为链窝中心距链窝中心距离（A为参考值）（5.18）齿形圆弧半径（5.19）式中：为参考值，圆弧半径的中心在离链轮中心的直线上立环槽圆弧半径（5.20）短齿根部圆弧半径（5.21）链窝间隙限制的最大值，能保证圆环链在链窝中得到足够的支撑，也能保证连接环和刮板在链窝中有足够的间隙。但在某些重载情况下，平链环的支撑面积有必要增加时，用户和厂方商定，可以规定尺寸，而调整值。带入数值计算得：＝36°，＝208㎜，＝244㎜＝129㎜，＝25㎜，＝9㎜L＝105㎜，＝30㎜，＝86.5㎜＝60㎜，＝87㎜，＝37㎜＝9㎜，＝9㎜驱动链轮的技术要求：1）驱动链轮的材料：抗拉强度：延伸率：冲击值：链轮材料选用：2）链轮须进行碉质处理．凋质硬度应达到HB260—320，链禽和齿形表而须进行淬火，淬火硬度应达到HRC45－55，淬火硬度层深度不低于3mm。3）链轮齿面及链窝表面粗糙度不高于25。5.1.6机尾部本系统刮板输送机的功率较小，因此采用机头传动方式，机尾则采用光轴传动。光轴在两侧开槽槽的宽和深与链轮相同。为减少刮板链对槽帮的磨损，在机尾假上槽两侧装有压板块。由于不在机尾部紧链，机尾不设紧链装置。5.1.7刮板链的设计与选择刮板链和刮板的连接如图5.3所示图5.3刮板与刮板链形状与连接采用边双链与Ⅱ型刮板连接，刮板和开口时连接环相连接。本系统采用圆环链。圆环链的型式和尺寸表1圆环链型式和尺寸（GB/T12718-91）成品链直径d节距p宽度圆弧半径r焊接处单位长度质量≈kg/m最大直径长度公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差最大内宽b最小内宽a公称尺寸极限偏差1864216028+2019.5136.6配对长度在拉应力为的成品链上测量，任意两条配对链的长度之差在2m以内，不得大于链条公称长度的;2m以上应符合图5.4和表2的规定图5.4圆环链型式、尺寸与配对链条长度图a－链条型式和尺寸;b－单链型式和尺寸；c－配对链条长度图表2圆环链配对链条长度（GB/T12718-91）圆环链规格长度L1长度L2连环数n公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差测量次数大于至大于至18x64317919845056+20995（15环）2～55～1010～2121～2579159505610176+301593191017620416+603193892041624896+80圆环链的技术要求1）圆环链的钢材性能（GB10560-89）：牌号：试样毛坯尺寸：15mm热处理：淬火：温度：880℃冷却剂：水回火：温度：370℃冷却剂：空气力学性能：适用于钢材直径：10～18mm屈服点：＝885抗拉强度：＝1080伸长率：10％冷弯试验180°，d=弯心直径，a＝钢材直径：d＝a（热扎钢）2）圆环链的破断负荷参数(GB/T12718-91)圆环链规格：18x64mmB级：试验负荷：260KN最小破断负荷：320KNC级：试验负荷：330KN最小破断负荷：410KND级：试验负荷：410KN最小破断负荷：510KN3）疲劳试验时的上限负荷、下限负荷和弯曲挠度值（GB12718-91）圆环链规格：18x64mmB级：下限：25KN上限：127KNC级：下限：25KN上限：168KND级：下限：25KN上限：204KN最小挠度值：14mm刮板链的连接装置刮板链之间采用开口式连接环进行连接。开口式连接环适用于煤矿井下边双链刮板输送机及转载机，与矿用高强度圆环链，刮板相连接使用，其形状如图5.5所示。图5.5开口式连接环1－连接环；2－螺栓；3－弹簧垫圈；4－螺母连接环组件静拉伸和疲劳性能（MT/T71-1997）:规格：18x64mm初始载荷：13KN试验负荷：B级：232KNC级：300KN试验负荷下最大伸长率：2％最小破断负荷：B级：290KNC级：370KN破断后永久伸长率：≥8％脉动负荷范围：上限：25KN下限：127KN最小循环次数：B级：25000C级：40000连接环配合使用紧固件性能（MT/T71-1997）：连接环规格：18×64mm螺栓：规格：M20x75mm性能等级：10.9螺母：规格：M20最小拧紧力矩：400N·m弹簧垫圈:规格：20mm5.1.8刮板的设计刮板是刮板输送机和刮板转载机的重要部件，刮板不仅要求强度高、耐磨，而且要具有一定的韧性和抗腐蚀性，所以设计时要考虑的问题较多。这里选用边双链刮板，边双链刮板适用于煤矿井下边双链刮板输送机和边双链转载机，其规格有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四种型式，如下图5.6所示。其中Ⅰ、Ⅱ型刮板用于圆环链φ18×64mm以下非综采小型刮板输送机，Ⅲ、Ⅳ型刮板用于中型以上的刮板输送机。制造边双链刮板常用的钢号为27SiMn。本系统选用Ⅱ型刮板。我国刮板链分中单链、边双链、中双链和准边双链4种型式，但无论哪一种型式，其刮板的设计都要考虑与链轮的配套关系、与溜槽的配套关系、与链环的配套关系及上、下刮板的配套关系，同时还要考虑结构的合理性(包括强度与重量、体积的关系)和制造的工艺性。刮板还可分整体刮板和分体刮板2种。整体刮板是由刮板、横梁(E形螺栓或u形螺栓)组成，其受力主要作用在刮板两端头。整体刮板强度高，但随着输送机功率加大．溜槽加宽，也就要求刮板越来越长，这就给制造带来困难。如果刮板超出12OOmm，制造后其变形量就比较大，无法满足设计要求，那么就有必要考虑设计成分体刮板。分体刮板由左、右或上、下2个分刮板组成，两端所受的力作用在不同刮板上，所以螺栓受力比较大。分体刮板由于长度缩小，其设计加工也就比较方便，但对紧固螺栓的要求比较高，尤其是防松问题。所以目前多采用整体刮板。随着输送机向重型发展，分体刮板也将是发展方向．因此应加紧研制，尽快解决紧固螺栓的防松问题。本系统刮板较短且受力较小因此使用整体刮板。图5.6刮板结构5.2液压泵站系统的设计与计算液压泵站安置于龙门架平台一侧。液压泵站采用双泵系统，分别为液压马达和液压缸提供液压动力。耙装盘液压马达、刮板输送机液压马达由变频驱动液压泵供液，以便调节耙装取煤量和刮板输送机输送量。耙装取煤装置升降液压缸、耙装盘液压缸由定量泵系统供液。本装置中主要的执行元件有液压马达和液压缸，包括铲板上的拨转盘马达，刮板输送机的链轮马达以及各个油路的液压缸。液压缸共三组5个，其中，铲板升降油缸2个，铲臂升降油缸2个，翻板机构油缸1个。根据装置的功能要求现确定总体规划如图4.1所示图5.7液压系统原理图图中共分为三个回路：装载回路，运输回路和油缸回路。5.2.1初选系统工作压力压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看出不经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。具体选择可参考表3和表4。表3按载荷选择工作压力载荷/kN＜55～1010～2020～3030～50＞50工作压力/MPa＜0.8～11.5～22.5～33～44～5≥5表4各种机械常用的系统工作压力机械类型机床家业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门创床拉床工作压力/MPa0.8～23～52～88～1010～1820～32根据系统的工作情况和各执行元件载荷的大小，参考表3和表4，选择各执行元件的工作压力，如表5表5系统各回路额定压力执行元件铲板油缸回路铲臂油缸回路翻板油缸回路装载回路转载回路额定压力/MPa1010216105.2.2油缸作用时间的确定由方案原理图可知，铲臂油缸的行程为190mm。绞车正常运行时的速度为V=6m/s,则一节车厢通过龙门架的时间为t==×60=110s装载机构的装载能力按180m/h计算，取煤量为4000Kg时，所需的时间为t=×3600=80s现把时间分配如下：取煤时间：80S铲臂上升和下降各10S铲板升降各3S剩余4S为了使布置结构紧凑有序，特采用双联齿轮泵。该类泵采用铝合金压铸成形泵体，径向密封采用齿顶扫镗，轴向密封采用浮动压力平衡侧板，因而，其具有体积小、重量轻、效率高、性能好、工作可靠、价格低等特点。在本系统中，该双联齿轮泵给运输回路和油缸回路供油。采用双联泵除了体积小、结构紧凑外，还具有节约能源的功效。因而，泵站的油箱可以做的相对较小。运输回路的流量及泵的排量刮板输送机的参数如下：运行速度V0.95m/s链轮半径r110mm马达功率P4Kw供油压力P10MPa电机转速1470r/min链轮的转速为n===82.5r/min取n=80r/min马达的流量Q==×60=24L/min泵的排量为==×1000=16.33ml/r油缸回路的流量和泵的排量油缸回路中共有三组5个油缸，依次为铲臂升降油缸，铲板升降油缸和翻板机构油缸。铲臂升降油缸和铲板升降油缸各为两个，翻板机构油缸为一个。其中，翻板机构的油缸流量和排量都很小，并且本系统为并联系统，因而翻板机构的油缸并不影响泵的选型。铲臂升降油缸铲臂升降油缸的选型计算在前面已经进行了，其型号为HSG.-K-125/70-E-0-1250-615，主要技术参数如下：缸径125mm活塞杆直径70mm速度比1.46额定工作压力16MPa拉力134770N最大行程1250mm本装置中铲臂油缸的参数如下：最大行程190mm单程所需时间10s铲臂油缸流量的计算：活塞杆的运行速度为V==×60÷1000=1.14m/min油缸流量的计算公式为Q=Dv×10(5.33)式中Q——油缸的流量，L/mint——液压缸活塞一次行程所需的时间，minD——液压缸内径，mv——活塞杆运动速度，m/min——液压缸容积效率，当活塞密封为弹性密封材料时，=1，当活塞密封材料为金属环时，=0.98本装置中取=1，则把参数代入公式得Q=×0.125×1.14×10=13.98L/min铲板升降油缸铲板升降油缸的参数如下：缸径125mm最大行程38mm单程所需时间3s活塞杆的运行速度为V==×60÷1000=0.76m/min本装置中取=1，则把参数代入公式（5.33）得Q=×0.125×0.76×10=9.32L/min因为本系统为并联系统，所以各组油缸是依次工作的，它们没有太大的重叠。因而油缸回路总的流量为Q=2×13.98=28L/min油缸回路总的排量为==×1000=19.05ml/r考虑到系统的误差问题，把各自的排量相应地有所增加。然后查手册选取双联齿轮泵的型号为CBGF1032/1018。其技术参数如下：型号CBGF1032/1018公称排量50ml/r额定压力16MPa最高压力20MPa额定转速2000r/min最高转速3000r/min额定功率27Kw容积效率≥91%总效率≥82%比较其技术参数，不难发现该泵满足我们的要求。5.2.6驱动电机在本系统中共选用两个电机，分别为两个泵的提供动力。一个为装载回路提供动力，一个为运输回路和油缸回路提供动力。装载回路电机在装载回路中，我们选用的泵为63SCY14-1B型轴向柱塞泵。其性能参数如下：排量63ml/r油路压力16MPa工作转速1470r/min容积效率≥92%重量65Kg驱动泵轴所需的机械功率可由下面的公式确定，=pQ/η(5.34)Q=n式中——电机输入功率，WP——油路的工作压力，PaQ——实际流量，m/s——泵的排量，ml/rn——转速，r/minη——总效率，η=ηηη——容积效率，泵的实际输出流量与理论流量的比值η=Q/η——机械效率，泵的理论转矩与泵轴上实际输出转矩的比值η=把参数代入公式(5.34)得=16×10×63×1470÷0.98÷10÷60=25200W=25.2Kw查手册选取电机型号为Y200L-4JB/T9616—1999，其技术参数如下：同步转速1500r/min额定功率30Kw额定电流56.8A满载转速1470r/min满载效率92.2%功率因数0.87堵转转矩/额定转矩2.0堵转电流/额定电流7.0最大转矩/额定转矩2.2振动速度1.8mm/s转动惯量0.262Kgm重量253Kg双联泵电机在液压系统中，为油缸回路和运输回路提供动力的是双联齿轮泵，其技术参数如下：型号CBGF1032/1018公称排量50ml/r回路压力10MPa工作转速1450r/min容积效率≥91%总效率≥82%驱动泵轴所需的机械功率可由公式(5.34)确定，把参数代入公式(5.34)得=10×10×18×1450÷0.98÷10÷60+10×10×32×1450÷0.98÷10÷60=12330W=12.3Kw查手册选取电机型号为Y160L-4JB/T9616—1999，其技术参数如下：同步转速1500r/min额定功率15KW额定电流30.3A满载转速1460r/min满载效率88.5%功率因数0.85堵转转矩/额定转矩2.2堵转电流/额定电流7.0最大转矩/额定转矩2.3振动速度1.8mm/s转动惯量0.0918Kgm重量142Kg上面两个电机都Y系列（IP44）封闭式三相异步电动机。其电机外壳的防护等级为IP44。IP表示国际防护，前一个4为第一位表征数字，4级能防止直径或厚度大于1mm的导线或片条触及或接近壳内带电或运转部件。后一个4为第二位表征数字，4级能承受任何方向的溅水而无有害影响。该类电机的主要性能及结构特点是：效率高，耗电少，性能好，噪声低，振动小，体积小，重量轻，运行可靠，维修方便。为B级绝缘。结构为全封闭、自扇冷式，能防止灰尘、铁屑、杂物侵入电动机内部。冷却方式为IC411。容量范围0.55～160Kw。用途：适用于灰尘多、土扬水溅的场合，如农业机械、矿山机械、搅拌机、碾米机、磨粉机等，为一般用途电动机。工作条件：海拔不超过1000m环境温度不超过10℃，最低温度为-15℃，轴承允许温度（温度计法）不超过95℃。最湿月月平均最高相对湿度为90%，同时该月月平均最低温度不高于25℃。额定电压为380V，额定频率为50Hz。3Kw以下为Y接法，4Kw及以上为△接法。工作方式为连续使用。5.2.7液压控制阀本装置液压系统中共有三个工作回路，依次为装载回路，运输回路和油缸回路。此外，还有一个紧急制动回路，以确保铲臂及整个装置在紧急情况下的安全。装载回路的控制阀由液压系统原理图可知，装载回路中共有4个控制元件，包括分流阀，溢流阀，电磁换向阀和单向阀。单向阀装载回路的主要参数如下：回路压力16MPa泵的型号63SCY14-1B马达型号JMDG11-1200由流量公式Q=n可得回路流量72L/min查手册选取单向阀的型号为：S20P30图5.13S20P30型单向阀的型号意义其技术规格如下：通径20mm连接形式板式最大工作压力31.5MPa最大流量115L/min介质粘度（2.8～380）×10介质温度-30℃～80℃溢流阀根据回路的参数，查手册选取SBG-03-V-L-40型分流集流阀。其技术规格如下：型号SBG-03-V-L-40调压范围0.4～25.0MPa最大流量100L/min重量4.1Kg其型号意义如下：图5.14SBG-03-V-L-40溢流阀的型号意义电磁换向阀根据回路的参数，查手册选取4WE10G20/AG24