毕业设计矿井提升系统仿真平台改进方案设计设计Word文件下载.docx

1、等速段15。当提升速度超过最大速度15%时，必须能自动断电，并能使保险闸发生作用。过电流和欠电压保护装置。 分析：当发生电动机过电流和欠电压时，实施保护。限速保护装置。提升速度超过3m/s的提升机必须装设限速保护装置，以保证提升容器到达终端的速度不超过2m/s。如果限速装置为凸轮板，其在一个行程内的旋转角度不小于270。闸间隙保护装置。当闸间隙超过规定值时，能自动报警和自动断电。松绳保护装置（只有单绳提升机才有）。缠绕式提升机必须设置松绳保护装置并接入安全回路和报警回路，在钢丝绳松弛时能自动断电和自动报警。减速功能保护装置。当提升容器到达设计减速位置时，能示警并开始减速。满仓保护装置（只有箕斗

2、提升机才有）。箕斗提升的井口煤仓仓满时能报警和自动断电。（3）收到开车信号后，确定提升方向，按照（启动）加速、等速、减速、爬行、抱闸停车的顺序操作，在不同阶段，提升容器的运行速度也有所变化。说明：防止过卷装置、防止过速装置、限速装置和减速功能保护装置应设置为相互独立的双线型式。立井、斜井缠绕式提升绞车应加设定车装置。故障演示功能：如过卷0.5m后，提升机过卷保护动作，提升机自动断电，同时施保险闸。其他如过速保护、深度指示器失效保护等也可以试验。高、低压及操作台送电，启动润滑、制动油泵。（可模拟）2.2机械部分的改进要求（1）检查操作台上个仪表，如电流表、电压表、压力表等。操作台上应安有上述仪表

3、，其指示数值与提升机运行状态对应。（2）深度指示器失效保护装置（应安装1台深度指示器）当指示器失效时，能自动断电并使保险闸发生动作。也可以另外加设一台圆盘式深度指示器。（3）提升机应具有可调节的工作闸和自动控制的保险闸，在操作台上，有相应的手动闸把和应急按钮。在操纵台上应安装有手动闸把和应急按钮及各种仪表，对提升机运行状态实施监控。第三章 控制面板的改进3.1控制面板的结构控制面板由控制按钮、触摸屏、运行状态指示灯和报警保护等组成。控制面板如图2所示。触摸屏控制按钮运行状态指示灯报警保护图2 控制面板3.2控制面板的改进控制面板是集操作、提升运行状态指示、报警保护装置、将控制面板改进成操纵台，

4、更能真实直观的了解提升系统的操纵平台。真实的体验提升机操作过程，更深刻的了解提升系统。操纵台主要由显示屏、制动手把、操纵手把、仪表、按钮和指示灯等组成。操纵台前平面左侧装有4个主令开关，中间装有4个转换开关，左右两侧装有一定数量的按钮。仪表主要显示的内容有数字式深度指示器、提升速度、电流、电压、制动油压等。指示灯的内容有提升机及附属设备运行状态指示、信号指示和安全状态指示。选择开关由过卷复位开关、自锁式紧急停车按钮等。操纵台是提升机集中控制的操纵台，其上除司机用的操纵手把外，集中了各类仪表和信号指示器，以显示提升机制动系统压力。运动参数、电参数等各种运行参数和提升机工作状态。另外操纵台集中了部

5、分安全制动按钮或踏板，以实现意外情况发生时的应急操作，保证提升运输安全。3.3改进后的操纵台操纵台斜面上装油压表、信号灯和电压表。油压表中指示制动系统的油压和润滑系统的油压值。在操纵台上装制动和操纵手把。操纵人员左手扳动的是制动手把，它是用来操纵制动系统和制动器，以实现对提升机主轴的装置的抱闸或松闸，该手把的下面与自整角机相连。改进后的操纵台如图3所示。3.4改进介绍在操纵台上装设显示屏、制动手把、操纵手把、仪表、按钮、踏板、指示灯等。（1）仪表仪表为嵌入式安装，两侧各有一个固定附件，将附件卡入仪表，拧紧螺丝，即可固定在屏上。电气保护管在仪表安装中使用较多它用来保护电线。配管时要注意保护管内径

6、和管内穿的电缆数。通常电缆的直径之和不能超过保护管内径的一半。仪表如图4所示。（2）踏板安全制动踏板是在意外情况发生时的应急操作，保证提升运输安全。踏板安装到支架上，然后将踏板、支架移到合适的位置，再把所有螺栓拧紧。踏板图6 操作手把如图5所示。（3）操纵手把操作人员右手操纵手把（操纵手把如图6所示）的作用是控制主电动机的启动、停止、和正反转，手把下部经过链条传动带动主令控制器（主令控制器如图7所示），使主电动机转子回路接入或切断电阻而使提升机实现减速或加速。当操纵手把处在中间位置时，主电动机断电停止转动；当操纵手把由中间位置向前推动时，主电动机正向启动；向后推动时，反向启动；当操纵手把由最前

7、面或最后面图7 主令控制器推到中间位置时，主电动机由减速直到断电停车，提升机完成一次提升任务。当操纵人员将手把向远离方向推到最前面，制动手把带动自整角机发出信号（自整角机输出电压最大），由光电编码器接受信号，并传送到plc，经过plc处理后，使提升机松闸。当手把向操纵人员方向拉回到最后面时，制动手把带动自整角机发出信号（自整角机输出电压最小），由光电编码器接受信号，并传送到plc，经过plc处理后，使提升机抱闸。1 自整角机自整角机是一种将转角变换成电压信号或将电压信号变换成转角，以实现角度传输、变换和指示的元件。它可以用于测量或控制远距离设备的角度位置，也可以在随动系统中用作机械设备之间的角

8、度联动装置，以使机械上互不相联的两根或两根以上转轴保持同步偏转或旋转。通常是两台或多台组合使用。自整角机如图8所示。选用时应注意的事项：自整角机的励磁电压和频率必须与使用的电源符合。对尺寸小的自整角机，选电压低的比较可靠；对长传输线，选用电压高的可降低线路压降的影响；要求体积小、性能好的，应选400 Hz的自整角机 否则，采用工频比较方便。相互联接使用的自整角机，其对接绕组的额定电压和频率必须相同。在电源容量允许的情况下，应选用输入阻抗较低的发送机，以便获得较大的负载能力。选用自整角变压器和差动发送机时，应选输入阻抗较高的产品，以减轻发送机的负载。光电编码器光电编码器是一种通过光电转换将输出轴

9、上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴电动机旋转时 光栅盘与电动机同速旋转经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。光电编码器如图9所示。3 西门子S7-300 PLCPLC即可编程控制器是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和

10、算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。S7-300 PLC是模拟式中小型PLC，电源、CPU和其他模块都是独立的，可以通过U形总线把电源（PS）、CPU和其他模块紧密固定在西门子S7-300的标准轨道上。每个模块都有一个总线连接器，后者插在各模块的背后。电源模块总是安装在机架的最左边，CPU模块紧靠电源模块。CPU的右边是可以选择的IM接口模块，如果只用主架导轨而没有使用扩展支架可以不选择IM接口模块。西门子S7-300 PLC如图10所示。图11 联结轴联结轴联结轴的主要作用是传递转矩，在工作过程中承受载荷，支撑传动零部件。联结轴如图11所示

11、。齿轮图12 齿轮齿轮传动用来传递任意两轴间的运动和动力，其圆周速度可达到300m/s，传递功率可达105KW，齿轮直径可从不到1mm到150m以上，是现代机械中应用最广的一种机械传动。齿轮传动的基本要求：传动准确平稳，承载能力强。齿轮传动的最基本要求之一是瞬时传动比恒定不变。以避免产生动载荷、冲击、震动和噪声。这与齿轮的齿廓形状、制造和安装精度有关。齿轮传动在具体的工作条件下，必须有足够的工作能力，以保证齿轮在整个工作过程中不致产生各种失效。这与齿轮的尺寸、材料、热处理工艺因素有关。齿轮如图12所示。采购所需零部件及各种材料，加工操纵台框架。对零部件进行组装。组装后的操纵台应如图13所示。主

12、令控制器的作用是根据才做人员的操纵，来切断或加入主电动机的转子电阻，以达到加速或减速的目的。交流拖动时操纵手把只需带动主令控制器，而直流拖动时操纵手把下面的联结轴通过一对齿轮带动一个自整角机，通过自整角机转角的变化改变其输出电压的大小来控制主电动机的转速。这时的主令控制器仅起到操纵主电动机转动方向的作用。操纵台底部右侧装有一个踏板装置，供操纵动力制动时使用。当下放重物时，踏板通过杠杆机构使行程开关动作，以实现主电动机交流断电，并投入直流，同时使自整角机转动，以西线动力制动。图13 组装后的操纵台第四章 深度指示器的改进4.1深度指示器的作用深度指示器是矿井提升机的重要保护检测装置之一，其基本作

13、用是检测并指示容器在井筒中的行程及位置。由于提升机的控制系统属速度行程控制，给定速度与容器的行程有关，在各行程位置对速度、加速度都有严格的要求，实际运行时如果偏离给定值，控制系统应自动调节使之恢复到给定值，若偏差过大则应制动停车实现安全保护。深度指示器的作用：（1）向提升机司机指示提升容器在井筒中的运行位置。（2）提升容器接近井口停车位置时发出减速信号。（3）当提升容器过卷时，碰铁撞击推动装在深度指示器上的终点开关，切断安全保护回路，进行安全制动。（4）减速阶段，通过限速装置进行过速保护。4.2深度指示器的类型1、按测量方法分类。按行程测量方法分深度指示器可分为直接式和间接式（1）直接式行程测

14、量。可通过在钢丝绳上充磁性纹条、利用有规律的钢丝绳绳花做行程信号、利用激光或红外测距装置进行行程测量等。直接测量的优点是测量精确、可靠，不受钢丝绳打滑蠕动的影响。缺点是技术复杂。（2）间接式行程测量。通过与提升容器机械连接的传动机构间接测量提升容器在井筒中的位置，一般通过测量提升机滚筒转角折算成容器行程。当前使用的深度指示器主要采用间接测量行程的方法。间接行程测量的优点是技术设备简单，容易实现。缺点是由于钢丝绳的滑动、蠕动、衬垫磨损等原因，不能精确指示容器在井筒中的位置，必要时需进行处理或修正。2、按深度指示器的结构分类。按深度指示器的结构形式目前使用的深度指示器主要有机械牌坊式深度指示器、自

15、整角机圆盘式深度指示器、轴编码器数字式深度指示器、水平选择器或称监控器。4.3数字式深度指示器的组成 显示屏显示的内容有数字式深度指示器、提升高度、电流、电压及油压等。数字式深度指示器,采用光电转换方法实现提升容器位置检测。以单板机为系统控制中枢,具有数字及模拟指针两种指示。在信号处理、显示方式、精度、分辩率控制功能等方面根本区别并优于目前国内的牌坊式和圆盘式等机械传动的深度指示器。数字式深度指示器系统由信号传感器、主机、数字显示器、模拟指针指示器、卸载到位开关、控制继电器等六部分组成。4.4改进介绍根据仿真平台改进的基本要求，为满足深度指示器失效保护装置，所以给矿井提升机系统高仿真平台增设一

16、牌坊式深度指示器。图14 多绳摩擦牌坊式深度指示器（1）多绳摩擦牌坊式深度指示器多绳摩擦牌坊式深度指示器如图14所示，与普通牌坊式深度指示器相比，多绳摩擦提升机上所用的牌坊式深度指示器有两个特点，一是有精确指示针，二是有自动调零的功能。摩擦提升机由于钢丝绳靠摩擦力传动，在提升过程中不可避免地要产生蠕动、相对滑动，使深度指示器的指针与提升容器在井筒中的实际位置不相对应，因此摩擦提升机深度指示器必须有调零装置，以消除因钢丝绳滑动、蠕动、弹性伸长等造成的指示误差。在正常工作状态下调整电机并不转动，故与之连接的蜗杆蜗轮与圆锥齿轮都不转动。此时由提升机主轴传来的动力经传动轴，使差动轮系圆锥齿轮转动，带动

17、丝杠转动，螺母粗针指示提升容器位置。螺母精针是在电磁离合器接通后才开始转动，精针刻度盘每格对应相应的提升高度。通常在井筒中距提升容器卸载位置前10m处，安装一个控制电磁离合器的磁感应继电器，以便在提升机停车前获得较精确的指示。如果钢丝绳滑动使容器达卸载位置而指示针尚未到零位或已超过零位，自整角机的转角同预定零位不对应，输出电压达一定值时，通过电控系统使调整电动机转动，此时因提升机已停止运转，故齿轮不动，蜗杆和蜗轮便带动齿轮和丝杠转动，直到精指针返回预定零位为止。（2）牌坊式深度指示器的制作以实际牌坊式深度指示器的结构为依据，按照一定比例缩小，并安装在操纵台上。所需零部件：自整角机安装在提升机卷

18、筒主轴上，将转角变换成电压信号传送给plc。西门子S7-300 PLC系统功能PLC系统完成矿井提升机操作系统的全部功能，采用西门子公司S7-300系列PLC，CPU模块为CPU313C，该机集成24输入/16输出和5AI/2AO共40个数字量I/O点5模拟输入2模拟输出点。6个独立得20KHZ高速计数器，2路独立的20KHZ高速脉冲输出，具有PID控制器。处理来自自整角机的电压信号，从而调整电动机转动，完成提升的深度指示。蜗轮蜗轮、蜗杆组成的运动副常用于减速传动机构中，以传动两轴在空间成90交错的运动。它将电动机不同的转速传递给丝杠以带动指针移动，指出提升的深度。蜗轮如图15所示。滚珠丝杠

19、滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动。当由涡轮转动带动滚珠丝杆转动时，使螺母带动指针上下移动，从而指出提升的深度。丝杠如图16所示。安装滚珠丝杠副时，请不要把螺母从丝杠上拆下来。但在必须把螺母卸下来的场合时，要使用比丝杠底径小0.20.3mm安装辅助套筒。将安装辅助套筒推至螺纹起始端面，从丝杠上将螺母旋至辅助套筒上，连同螺母、辅助套筒一并小心取下，注意不要使滚珠散落。安装顺序与拆卸顺序相反。必须特别小心谨慎的安装，否则螺母、丝杠或其它内部零件可能会受损或掉落，导致滚珠丝杠传动系统的提前失效。此深度指示器兼并了牌坊式深度指示器和数字式数字式深度指示器的优点，并安装于操纵

20、台上，即节省了空间，又便于整体的美观。第五章 天轮的改进5.1天轮（1）天轮的作用天轮是矿井提升系统中的关键设备之一，天轮安装于井架之上，主要支撑提升机卷筒到提升容器间的钢丝绳并引导钢丝绳转向用。天轮如图18所示。（2）天轮的类别天轮按其轮体的运动方式可分为两类：固定天轮轮体只作旋转运动，主要用于立井提升、凿井及斜井箕斗提升天轮。游动天轮。轮体做旋转运动和轴向移动，主要用于斜井串车提升。（3）天轮的结构提升机天轮有辐条式铸铁天轮、焊接式天轮、整体铸钢天轮和斜井用游动天轮。天轮的结构如图19所示。主要由透盖、轴承座、毡圈油封、闷盖、天轮轴、轴用弹性挡圈、轴承、油杯、固定天轮、衬块等组成。辐条式铸

21、铁天轮易产生早期疲劳断裂，绳槽易磨损，对钢丝绳的不利影响较大，使用寿命短。另外此种天轮的两个轴承为滑动轴承，维护不便，容易发生烧瓦事故，现已很少采用。焊接式天轮采用焊接结构，重量较轻但天轮整体刚度小，使用中易产生变形和焊缝疲劳开裂现象。由于该天轮装置安装在井架上，环境条件较差，应设有防尘和防雨、雪设备，以保证钢丝绳与摩擦轮的摩擦系数不受影响。5.2改进介绍 完善天轮结构，把天轮按照一定比例进行缩小，安装在矿井提升机高仿真平台的井架上。改进后的天轮更方便人们对其结构的全面认识。（1）天轮 天轮应有辐条，采用铸钢铸造而成，机械性能好，铸造工艺简单。（2）轴承座整体式（即非分离式）立式轴承座组座，带

22、螺丝紧固的轴承箱盖。这些立式轴承座组座最初是作为轻轨道卡车的轴箱开发的，但也可用于传统的立式轴承座组。非分离式立式轴承座组座比分离式轴承座刚性高，有些可承受更重的载荷。外球面轴承座也属于整体式座。刨分式轴承座是带法兰轴承座包含一个轴承座底板，带容纳轴的孔和螺栓固定的盖子。滑动轴承座通常是按照我国的国家标准指不用轴承，仅用铜合金代替轴承的轴承座。经综合考虑由于整体式轴承座结构简单，制造方便，价格低廉，所以选用整体式轴承座。其轴承座如图20所示。轴承座采用铸铁铸造而成，由两侧盖板将轴承轴向定位，由底座螺栓孔固定到井架上。（3）轴承滑动轴承具有结构简单、拆洗方便、价格低廉；承受载荷的面积大、轴颈与轴

23、瓦之间能存在一层油膜，故可承受较大的冲击载荷和振动载荷；在转速极高的时候容易形成完全液体摩擦，所以可用于高转速场合；滑动轴承可做成对开式，因而装配时不象滚动轴承那样必须由轴的一端装入，可用于滚动轴承因结构限制无法应用的场合。图21 滚动轴承图22 天轮轴滚动轴承具有摩擦阻尼小，启动灵活；可同时承受径向和轴向载荷，简化了支承结构；径向间隙小，还可用预紧的方法消除间隙，因此回转精度高；互换性好，易于维护。经综合考虑选用深沟球滚动轴承。深沟球滚动轴承如图21所示。（4）天轮轴轴是传递运动和转矩并支承回转的零件。该轴应满足静强度、疲劳强度、刚度、震动稳定性条件。矿井提升机系统高仿真平台是矿井提升的缩小

24、版，是反映矿井提升的过程。经过综合考虑天轮轴采用光轴。固定天轮采用键连结到天轮轴上。天轮轴如图22所示。第六章 框架的改进6.1框架图23 框架框架由若干梁和柱连接而成的能承受垂直和水平荷载的平面结构或空间结构。矿井提升机系统高仿真平台的框架主要是固定提升箕斗的导轨、天轮、提升机。框架如图23所示。6.2改进介绍提升系统有很多细节部分，如胶带输送机定量斗箱装载设备由于框架的遮挡，不容易被人观察。根据原来框架的缺点，所以框架选择由透明塑料制作。以便更一步的了解提升系统。 箕斗的导轨如图24所示。底框架的结构如图25所示。图24 导轨图25 底框架第七章 新矿井提升机系统高仿真平台7.1主要功能1

25、.运行方式加速等速运行减速2.控制方式手动/自动（1）手动方式由主令控制器手柄控制电机的加速，运行，减速，停车。（2） 自动方式将主令控制器手柄打到零位，可调闸也打到零位，根据信号系统发出的信号按下启动按钮后电机将自动启动，加速，等速，减速和停车。3.保护功能（1）上、下限过卷报警保护；（2）等速段过速报警（额定速度15%）保护；（3）过负载，欠电压报警保护；（4）松绳报警保护；（5）闸间隙保护；（6）满仓报警保护；（7）深度指示器失效报警保护； （8）减速保护； （9）限速保护；7.2新提升系统高仿真平台 新提升系统高仿真平台总体大概结构如图25所示。新提升系统高仿真平台的各种尺寸图见附录。图25 新提升系统高仿真平台总体大概结构总结毕业设计是我们作为学生在学习阶段的最后一个环节，是对所学基础知识和专业知识的一种综合应用，是一种综合的再学习、再提高的过程，这一过程对学生的学习能力和独立思考及工作能力也是一个培养，同时毕业设计的水平也反映了大学教育的综合水平。在大学的学习过程中，毕业设计是一个重要的环节，是我们步入社会参与实际工作的一次极好的演示，也是对我们自学能