畢業(yè)設(shè)計(jì)(礦井提升系統(tǒng)仿真平臺(tái)改進(jìn)方案)

1、1第一章第一章 礦井提升機(jī)系統(tǒng)高仿真平臺(tái)的概述礦井提升機(jī)系統(tǒng)高仿真平臺(tái)的概述1.11.1、系統(tǒng)簡(jiǎn)介、系統(tǒng)簡(jiǎn)介礦井提升機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制高仿真平臺(tái)以提高提升效率、節(jié)能降耗、安全運(yùn)行為設(shè)計(jì)理念，針對(duì)交流提升系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)完全模擬井底煤倉(cāng)裝載、定量稱(chēng)重和箕斗自動(dòng)裝載、井上煤倉(cāng)卸載及提升機(jī)全自動(dòng)提升過(guò)程。可分別實(shí)現(xiàn)提升機(jī)全自動(dòng)運(yùn)行控制和手動(dòng)控制。在控制面板上還包括了信號(hào)系統(tǒng)和故障模擬功能，具備以太網(wǎng)通訊功能，可實(shí)現(xiàn)與集中控制平臺(tái)的連接。礦井提升機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制高仿真平臺(tái)如圖 1 所示。1.21.2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)分為機(jī)械部分和電氣控制部分，機(jī)械部分包括提升用交流電機(jī)、滾筒、天輪、井架、

2、提升箕斗、鋼絲繩、裝卸載機(jī)構(gòu)、摩擦輪等設(shè)備；電氣部分包括西門(mén)子 S7-300 PLC、變頻器、位置傳感器、軸角編碼器、控制面板、觸摸屏和控制軟件等。1.31.3、運(yùn)行方式、運(yùn)行方式用戶(hù)可以在遠(yuǎn)程控制平臺(tái)、觸摸屏以及就地控制面板完成對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控。綜合考慮系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)性、可靠性以及傳輸距離等的要求，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用 MPI 網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合的形式。當(dāng)設(shè)定為就地方式時(shí)，用戶(hù)可圖 1 提升機(jī)系統(tǒng)高仿真平臺(tái)圖 1 提升機(jī)系統(tǒng)高仿真平臺(tái)2在就地控制面板完成對(duì)提升機(jī)系統(tǒng)和裝載系統(tǒng)的操作；集中方式分別對(duì)應(yīng)觸摸屏，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)和裝載皮帶的一鍵啟?？刂?；選擇遠(yuǎn)程方式時(shí)，提升機(jī)和裝載系統(tǒng)將根據(jù)上一級(jí)系統(tǒng)條件自動(dòng)啟停

3、，或根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)條件執(zhí)行自動(dòng)控制程序。1.41.4、工作原理、工作原理礦井提升機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制高仿真平臺(tái)的整個(gè)工作過(guò)程是由采煤機(jī)采地煤，經(jīng)過(guò)運(yùn)輸皮帶進(jìn)入主煤倉(cāng)，在由皮帶運(yùn)送到定量倉(cāng)，最后進(jìn)入箕斗提升機(jī)，完成了煤炭的裝載過(guò)程。由主電機(jī)帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，繞過(guò)天輪的鋼絲繩連結(jié)箕斗上下運(yùn)動(dòng)，完成上下提升運(yùn)動(dòng)。提升機(jī)中的箕斗在上下提升運(yùn)動(dòng)過(guò)程中主要進(jìn)過(guò)幾個(gè)階段：加速階段，箕斗在裝滿(mǎn)煤后速度在不斷增加這段時(shí)間很短；勻速階段，箕斗在加速階段后，速度達(dá)到額定速度后就不會(huì)再增加，一直以這個(gè)速度提升，這個(gè)過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，路程也最長(zhǎng)；減速階段，箕斗都經(jīng)過(guò)減速開(kāi)關(guān)后，就要一直在減速，這段時(shí)間也很短；爬行階段，箕斗經(jīng)過(guò)減速階段

4、速度達(dá)到爬行速度，箕斗就一直以這個(gè)速度提升，直到箕斗到達(dá)停車(chē)點(diǎn)時(shí)，箕斗速度就會(huì)立即減為零，箕斗停止。 1.51.5、使用說(shuō)明、使用說(shuō)明用戶(hù)可在就地控制面板完成對(duì)于提升機(jī)系統(tǒng)和裝載系統(tǒng)運(yùn)行方式的設(shè)定，可以將其設(shè)定為就地、集中、遠(yuǎn)程三種方式中的任意一個(gè)。當(dāng)設(shè)定為就地方式時(shí)，用戶(hù)可在就地控制面板完成對(duì)提升機(jī)系統(tǒng)和裝載系統(tǒng)的操作；集中方式分別對(duì)應(yīng)觸摸屏，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)和裝載皮帶的一鍵啟?？刂?；選擇遠(yuǎn)程方式時(shí)，提升機(jī)和裝載系統(tǒng)將根據(jù)上一級(jí)系統(tǒng)條件自動(dòng)啟停，或根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)條件執(zhí)行自動(dòng)操作。3第二章第二章 仿真平臺(tái)改進(jìn)的基本要求仿真平臺(tái)改進(jìn)的基本要求2.12.1 電氣部分的改進(jìn)要求電氣部分的改進(jìn)要求（1）提升機(jī)

5、工作信號(hào)應(yīng)聲光兼?zhèn)?，并具有下井口向上井口發(fā)出開(kāi)車(chē)信號(hào)上井口收到下井口開(kāi)車(chē)信號(hào)后向車(chē)房發(fā)出開(kāi)車(chē)信號(hào)的順序閉鎖；井口信號(hào)裝置必須與提升機(jī)的控制回路相閉鎖。分析：分析：礦井提升機(jī)實(shí)訓(xùn)仿真平臺(tái)工作信號(hào)聲光兼?zhèn)洌瑢?shí)現(xiàn)相關(guān)回路的閉鎖。其控制系統(tǒng)由電氣設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。（2）提升機(jī)應(yīng)具有下列保護(hù)裝置：防止過(guò)卷裝置：超過(guò)終端停止位置 0.5m。分析：分析：當(dāng)提升機(jī)的提升容器超過(guò)正常終端停止位置 0.5m 時(shí)，必須能自動(dòng)斷電，并能使保險(xiǎn)閘發(fā)生制動(dòng)作用。其保護(hù)由電氣設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。防止過(guò)速裝置：等速段 15。分析：分析：當(dāng)提升速度超過(guò)最大速度 15%時(shí)，必須能自動(dòng)斷電，并能使保險(xiǎn)閘發(fā)生作用。其保護(hù)由電氣設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。過(guò)電流和

6、欠電壓保護(hù)裝置。 分析：分析：當(dāng)發(fā)生電動(dòng)機(jī)過(guò)電流和欠電壓時(shí)，實(shí)施保護(hù)。其保護(hù)由電氣設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。限速保護(hù)裝置。 分析：分析：提升速度超過(guò) 3m/s 的提升機(jī)必須裝設(shè)限速保護(hù)裝置，以保證提升容器到達(dá)終端的速度不超過(guò) 2m/s。如果限速裝置為凸輪板，其在一個(gè)行程內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度不小于 270。其保護(hù)由電氣設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。閘間隙保護(hù)裝置。分析：分析：當(dāng)閘間隙超過(guò)規(guī)定值時(shí)，能自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)斷電。其保護(hù)由電氣設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。松繩保護(hù)裝置（只有單繩提升機(jī)才有） 。4分析：分析：纏繞式提升機(jī)必須設(shè)置松繩保護(hù)裝置并接入安全回路和報(bào)警回路，在鋼絲繩松弛時(shí)能自動(dòng)斷電和自動(dòng)報(bào)警。其保護(hù)由電氣設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。減速功能保護(hù)裝置。分析：分

7、析：當(dāng)提升容器到達(dá)設(shè)計(jì)減速位置時(shí)，能示警并開(kāi)始減速。其保護(hù)由電氣設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。滿(mǎn)倉(cāng)保護(hù)裝置（只有箕斗提升機(jī)才有） 。分析：分析：箕斗提升的井口煤倉(cāng)倉(cāng)滿(mǎn)時(shí)能報(bào)警和自動(dòng)斷電。其保護(hù)由電氣設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。（3）收到開(kāi)車(chē)信號(hào)后，確定提升方向，按照（啟動(dòng)）加速、等速、減速、爬行、抱閘停車(chē)的順序操作，在不同階段，提升容器的運(yùn)行速度也有所變化。說(shuō)明：說(shuō)明：防止過(guò)卷裝置、防止過(guò)速裝置、限速裝置和減速功能保護(hù)裝置應(yīng)設(shè)置為相互獨(dú)立的雙線(xiàn)型式。立井、斜井纏繞式提升絞車(chē)應(yīng)加設(shè)定車(chē)裝置。故障演示功能：如過(guò)卷 0.5m 后，提升機(jī)過(guò)卷保護(hù)動(dòng)作，提升機(jī)自動(dòng)斷電，同時(shí)施保險(xiǎn)閘。其他如過(guò)速保護(hù)、深度指示器失效保護(hù)等也可以試驗(yàn)。高、低

8、壓及操作臺(tái)送電，啟動(dòng)潤(rùn)滑、制動(dòng)油泵。 （可模擬）2.22.2 機(jī)械部分的改進(jìn)要求機(jī)械部分的改進(jìn)要求（1）檢查操作臺(tái)上個(gè)儀表，如電流表、電壓表、壓力表等。操作臺(tái)上應(yīng)安有上述儀表，其指示數(shù)值與提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)對(duì)應(yīng)。（2）深度指示器失效保護(hù)裝置（應(yīng)安裝 1 臺(tái)深度指示器） 分析：分析：當(dāng)指示器失效時(shí)，能自動(dòng)斷電并使保險(xiǎn)閘發(fā)生動(dòng)作。也可以另外加設(shè)一臺(tái)圓盤(pán)式深度指示器。（3）提升機(jī)應(yīng)具有可調(diào)節(jié)的工作閘和自動(dòng)控制的保險(xiǎn)閘，在操作臺(tái)上，有相應(yīng)的手動(dòng)閘把和應(yīng)急按鈕。分析：分析：在操縱臺(tái)上應(yīng)安裝有手動(dòng)閘把和應(yīng)急按鈕及各種儀表，對(duì)提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施監(jiān)控。5第三章第三章 控制面板的改進(jìn)控制面板的改進(jìn)3.13.1 控制

9、面板的結(jié)構(gòu)控制面板的結(jié)構(gòu)控制面板由控制按鈕、觸摸屏、運(yùn)行狀態(tài)指示燈和報(bào)警保護(hù)等組成?？刂泼姘迦鐖D 2 所示。3.23.2 控制面板的改進(jìn)控制面板的改進(jìn)控制面板是集操作、提升運(yùn)行狀態(tài)指示、報(bào)警保護(hù)裝置、將控制面板改進(jìn)成操縱臺(tái)，更能真實(shí)直觀(guān)的了解提升系統(tǒng)的操縱平臺(tái)。真實(shí)的體驗(yàn)提升機(jī)操作過(guò)程，更深刻的了解提升系統(tǒng)。操縱臺(tái)主要由顯示屏、制動(dòng)手把、操縱手把、儀表、按鈕和指示燈等觸摸屏觸摸屏控制控制按鈕按鈕運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)指示燈指示燈報(bào)警報(bào)警保護(hù)保護(hù)報(bào)警報(bào)警保護(hù)保護(hù)圖 2 控制面板6組成。操縱臺(tái)前平面左側(cè)裝有 4 個(gè)主令開(kāi)關(guān)，中間裝有 4 個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，左右兩側(cè)裝有一定數(shù)量的按鈕。儀表主要顯示的內(nèi)容有數(shù)字式

10、深度指示器、提升速度、電流、電壓、制動(dòng)油壓等。指示燈的內(nèi)容有提升機(jī)及附屬設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)指示、信號(hào)指示和安全狀態(tài)指示。選擇開(kāi)關(guān)由過(guò)卷復(fù)位開(kāi)關(guān)、自鎖式緊急停車(chē)按鈕等。操縱臺(tái)是提升機(jī)集中控制的操縱臺(tái)，其上除司機(jī)用的操縱手把外，集中了各類(lèi)儀表和信號(hào)指示器，以顯示提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)壓力。運(yùn)動(dòng)參數(shù)、電參數(shù)等各種運(yùn)行參數(shù)和提升機(jī)工作狀態(tài)。另外操縱臺(tái)集中了部分安全制動(dòng)按鈕或踏板，以實(shí)現(xiàn)意外情況發(fā)生時(shí)的應(yīng)急操作，保證提升運(yùn)輸安全。3.33.3 改進(jìn)后的操縱臺(tái)改進(jìn)后的操縱臺(tái)操縱臺(tái)斜面上裝油壓表、信號(hào)燈和電壓表。油壓表中指示制動(dòng)系統(tǒng)的油壓和潤(rùn)滑系統(tǒng)的油壓值。在操縱臺(tái)上裝制動(dòng)和操縱手把。操縱人員左手扳動(dòng)的是制動(dòng)手把，它是用

11、來(lái)操縱制動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)主軸的裝置的抱閘或松閘，該手把的下面與自整角機(jī)相連。改進(jìn)后的操縱臺(tái)如圖 3 所示。圖 3 操縱臺(tái)牌坊式深牌坊式深度指示器度指示器踏板踏板操縱手把操縱手把制動(dòng)手把制動(dòng)手把顯示屏顯示屏屏屏指示燈指示燈按鈕按鈕儀表儀表73.43.4 改進(jìn)介紹改進(jìn)介紹在操縱臺(tái)上裝設(shè)顯示屏、制動(dòng)手把、操縱手把、儀表、按鈕、踏板、指示燈等。（1 1）儀表）儀表儀表為嵌入式安裝，兩側(cè)各有一個(gè)固定附件，將附件卡入儀表，擰緊螺絲，即可固定在屏上。電氣保護(hù)管在儀表安裝中使用較多它用來(lái)保護(hù)電線(xiàn)。配管時(shí)要注意保護(hù)管內(nèi)徑和管內(nèi)穿的電纜數(shù)。通常電纜的直徑之和不能超過(guò)保護(hù)管內(nèi)徑的一半。儀表如圖 4 所

12、示。（2 2）踏板）踏板安全制動(dòng)踏板是在意外情況發(fā)生時(shí)的應(yīng)急操作，保證提升運(yùn)輸安全。踏板安裝到支架上，然后將踏板、支架移到合適的位置，再把所有螺栓擰緊。踏板如圖 5 所示。（3 3）操縱手把）操縱手把操作人員右手操縱手把（操縱手把如圖 6 所示）的作用是控制主電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、和正反轉(zhuǎn)，手把下部經(jīng)過(guò)鏈條傳動(dòng)帶動(dòng)主令控制器（主令控制器如圖 7 所示） ，使主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路接入或切斷電阻而使提升機(jī)實(shí)現(xiàn)減速或加速。當(dāng)操縱手把處在中間位置時(shí)，主電動(dòng)機(jī)斷電停止轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)操縱手把由中間位置向前推動(dòng)時(shí)，主電動(dòng)機(jī)正向啟動(dòng)；向后推動(dòng)時(shí)，圖 4 儀表圖 5 踏板圖 6 操作手把8反向啟動(dòng)；當(dāng)操縱手把由最前面或最后

13、面推到中間位置時(shí)，主電動(dòng)機(jī)由減速直到斷電停車(chē)，提升機(jī)完成一次提升任務(wù)。當(dāng)操縱人員將手把向遠(yuǎn)離方向推到最前面，制動(dòng)手把帶動(dòng)自整角機(jī)發(fā)出信號(hào)（自整角機(jī)輸出電壓最大） ，由光電編碼器接受信號(hào)，并傳送到 plc，經(jīng)過(guò) plc 處理后，使提升機(jī)松閘。當(dāng)手把向操縱人員方向拉回到最后面時(shí)，制動(dòng)手把帶動(dòng)自整角機(jī)發(fā)出信號(hào)（自整角機(jī)輸出電壓最小） ，由光電編碼器接受信號(hào)，并傳送到 plc，經(jīng)過(guò) plc 處理后，使提升機(jī)抱閘。 自整角機(jī)自整角機(jī)是一種將轉(zhuǎn)角變換成電壓信號(hào)或?qū)㈦妷盒盘?hào)變換成轉(zhuǎn)角，以實(shí)現(xiàn)角度傳輸、變換和指示的元件。它可以用于測(cè)量或控制遠(yuǎn)距離設(shè)備的角度位置，也可以在隨動(dòng)系統(tǒng)中用作機(jī)械設(shè)備之間的角度聯(lián)動(dòng)裝置

14、，以使機(jī)械上互不相聯(lián)的兩根或兩根以上轉(zhuǎn)軸保持同步偏轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)。通常是兩臺(tái)或多臺(tái)組合使用。自整角機(jī)如圖 8 所示。選用時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)：自整角機(jī)的勵(lì)磁電壓和頻率必須與使用的電源符合。對(duì)尺寸小的自整角機(jī)，選電壓低的比較可靠；對(duì)長(zhǎng)傳輸線(xiàn)，選用電壓高的可降低線(xiàn)路壓降的影響；要求體積小、性能好的，應(yīng)選 400 Hz 的自整角機(jī) 否則，采用工頻比較方便。相互聯(lián)接使用的自整角機(jī)，其對(duì)接繞組的額定電壓和頻率必須相同。在電源容量允許的情況下，應(yīng)選用輸入阻抗較低的發(fā)送機(jī)，以便獲得較大的負(fù)載能力。選用自整角變壓器和差動(dòng)發(fā)送機(jī)時(shí)，應(yīng)選輸入阻抗較高的產(chǎn)品，以減圖 7 主令控制器圖 8 自整角機(jī)9輕發(fā)送機(jī)的負(fù)載。 光電編碼器

15、光電編碼器是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器光電編碼器是由光柵盤(pán)和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤(pán)是在一定直徑的圓板上等分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電碼盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同軸電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)光柵盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)通過(guò)計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。光電編碼器如圖 9 所示。 西門(mén)子 S7-300 PLCPLC 即可編程控制器是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。PLC 是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)

16、部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。S7-300 PLC 是模擬式中小型 PLC，電源、CPU 和其他模塊都是獨(dú)立的，可以通過(guò) U 形總線(xiàn)把電源（PS） 、CPU 和其他模塊緊密固定在西門(mén)子 S7-300 的標(biāo)準(zhǔn)軌道上。每個(gè)模塊都有一個(gè)總線(xiàn)連接器，后者插在各模塊的背后。電源模塊總是安裝在機(jī)架的最左邊，CPU 模塊緊靠電源模塊。CPU 的右邊是可以選擇的 IM 接口模塊，如果只用主架導(dǎo)軌圖 9 光電數(shù)字編碼器圖 10 西門(mén)子 S7-300 PLC10而沒(méi)有使用擴(kuò)展支架可以不選擇 IM 接口模塊。西門(mén)子

17、S7-300 PLC 如圖 10 所示。聯(lián)結(jié)軸聯(lián)結(jié)軸的主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩，在工作過(guò)程中承受載荷，支撐傳動(dòng)零部件。聯(lián)結(jié)軸如圖 11所示。齒輪齒輪傳動(dòng)用來(lái)傳遞任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，其圓周速度可達(dá)到 300m/s，傳遞功率可達(dá) 105KW，齒輪直徑可從不到 1mm 到 150m 以上，是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣的一種機(jī)械傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)的基本要求：傳動(dòng)準(zhǔn)確平穩(wěn)，承載能力強(qiáng)。齒輪傳動(dòng)的最基本要求之一是瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定不變。以避免產(chǎn)生動(dòng)載荷、沖擊、震動(dòng)和噪聲。這與齒輪的齒廓形狀、制造和安裝精度有關(guān)。齒輪傳動(dòng)在具體的工作條件下，必須有足夠的工作能力，以保證齒輪在整個(gè)工作過(guò)程中不致產(chǎn)生各種失效。這與齒輪的尺寸、材料

18、、熱處理工藝因素有關(guān)。齒輪如圖 12 所示。采購(gòu)所需零部件及各種材料，加工操縱臺(tái)框架。對(duì)零部件進(jìn)行組裝。組裝后的操縱臺(tái)應(yīng)如圖 13 所示。主令控制器的作用是根據(jù)才做人員的操縱，來(lái)切斷或加入主電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻，以達(dá)到加速或減速的目的。交流拖動(dòng)時(shí)操縱手把只需帶動(dòng)主令控制器，而直流拖動(dòng)時(shí)操縱手把下面的聯(lián)結(jié)軸通過(guò)一對(duì)齒輪帶動(dòng)一個(gè)自整角機(jī)，通過(guò)自整角機(jī)轉(zhuǎn)角的變化改變其輸出電壓的大小來(lái)控制主電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這時(shí)的主令控制器僅起到操縱主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的作用。操縱臺(tái)底部右側(cè)裝有一個(gè)踏板裝置，供操縱動(dòng)力制動(dòng)時(shí)使用。當(dāng)下放重物時(shí)，踏板通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)使行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)主電動(dòng)機(jī)交流斷電，圖 11 聯(lián)結(jié)軸圖 12 齒輪

19、11并投入直流，同時(shí)使自整角機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，以西線(xiàn)動(dòng)力制動(dòng)。在操縱臺(tái)上裝制動(dòng)和操縱手把。操縱人員左手扳動(dòng)的是制動(dòng)手把，它是用來(lái)操縱制動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)主軸的裝置的抱閘或松閘，該手把的下面與自整角機(jī)相連。圖 13 組裝后的操縱臺(tái)12第四章第四章 深度指示器的改進(jìn)深度指示器的改進(jìn)4.14.1 深度指示器的作用深度指示器的作用深度指示器是礦井提升機(jī)的重要保護(hù)檢測(cè)裝置之一，其基本作用是檢測(cè)并指示容器在井筒中的行程及位置。由于提升機(jī)的控制系統(tǒng)屬速度行程控制，給定速度與容器的行程有關(guān)，在各行程位置對(duì)速度、加速度都有嚴(yán)格的要求，實(shí)際運(yùn)行時(shí)如果偏離給定值，控制系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)使之恢復(fù)到給定值，若偏差過(guò)大則應(yīng)

20、制動(dòng)停車(chē)實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)。深度指示器的作用：（1）向提升機(jī)司機(jī)指示提升容器在井筒中的運(yùn)行位置。（2）提升容器接近井口停車(chē)位置時(shí)發(fā)出減速信號(hào)。（3）當(dāng)提升容器過(guò)卷時(shí)，碰鐵撞擊推動(dòng)裝在深度指示器上的終點(diǎn)開(kāi)關(guān)，切斷安全保護(hù)回路，進(jìn)行安全制動(dòng)。（4）減速階段，通過(guò)限速裝置進(jìn)行過(guò)速保護(hù)。4.24.2 深度指示器的類(lèi)型深度指示器的類(lèi)型1、按測(cè)量方法分類(lèi)。按行程測(cè)量方法分深度指示器可分為直接式和間接式(1)直接式行程測(cè)量?？赏ㄟ^(guò)在鋼絲繩上充磁性紋條、利用有規(guī)律的鋼絲繩繩花做行程信號(hào)、利用激光或紅外測(cè)距裝置進(jìn)行行程測(cè)量等。直接測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精確、可靠，不受鋼絲繩打滑蠕動(dòng)的影響。缺點(diǎn)是技術(shù)復(fù)雜。(2)間接式行程測(cè)

21、量。通過(guò)與提升容器機(jī)械連接的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間接測(cè)量提升容器在井筒中的位置，一般通過(guò)測(cè)量提升機(jī)滾筒轉(zhuǎn)角折算成容器行程。當(dāng)前使用的深度指示器主要采用間接測(cè)量行程的方法。間接行程測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是由于鋼絲繩的滑動(dòng)、蠕動(dòng)、襯墊磨損等原因，不能精確指示容器在井筒中的位置，必要時(shí)需進(jìn)行處理或修正。132、按深度指示器的結(jié)構(gòu)分類(lèi)。按深度指示器的結(jié)構(gòu)形式目前使用的深度指示器主要有機(jī)械牌坊式深度指示器、自整角機(jī)圓盤(pán)式深度指示器、軸編碼器數(shù)字式深度指示器、水平選擇器或稱(chēng)監(jiān)控器。4.34.3 數(shù)字式深度指示器的組成數(shù)字式深度指示器的組成 顯示屏顯示的內(nèi)容有數(shù)字式深度指示器、提升高度、電流、電壓及油

22、壓等。數(shù)字式深度指示器,采用光電轉(zhuǎn)換方法實(shí)現(xiàn)提升容器位置檢測(cè)。以單板機(jī)為系統(tǒng)控制中樞,具有數(shù)字及模擬指針兩種指示。在信號(hào)處理、顯示方式、精度、分辯率控制功能等方面根本區(qū)別并優(yōu)于目前國(guó)內(nèi)的牌坊式和圓盤(pán)式等機(jī)械傳動(dòng)的深度指示器。數(shù)字式深度指示器系統(tǒng)由信號(hào)傳感器、主機(jī)、數(shù)字顯示器、模擬指針指示器、卸載到位開(kāi)關(guān)、控制繼電器等六部分組成。4.44.4 改進(jìn)介紹改進(jìn)介紹根據(jù)仿真平臺(tái)改進(jìn)的基本要求，為滿(mǎn)足深度指示器失效保護(hù)裝置，所以給礦井提升機(jī)系統(tǒng)高仿真平臺(tái)增設(shè)一牌坊式深度指示器。（1）多繩摩擦牌坊式深度指示器多繩摩擦牌坊式深度指示器如圖 14 所示，與普通牌坊式深度指示器相比，多繩摩擦提升機(jī)上所用的牌坊式

23、深度指示器有兩個(gè)特點(diǎn)，一是有精確指示針，二是有自動(dòng)調(diào)零的功能。摩擦提升機(jī)由于鋼絲繩靠摩擦力傳動(dòng)，在提升過(guò)程中不可避免地要產(chǎn)生蠕動(dòng)、相對(duì)滑動(dòng)，使深度指示器的指針與提升容器在井筒中的實(shí)際位置不相對(duì)圖 14 多繩摩擦牌坊式深度指示器14應(yīng)，因此摩擦提升機(jī)深度指示器必須有調(diào)零裝置，以消除因鋼絲繩滑動(dòng)、蠕動(dòng)、彈性伸長(zhǎng)等造成的指示誤差。在正常工作狀態(tài)下調(diào)整電機(jī)并不轉(zhuǎn)動(dòng)，故與之連接的蝸桿蝸輪與圓錐齒輪都不轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)由提升機(jī)主軸傳來(lái)的動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)軸，使差動(dòng)輪系圓錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母粗針指示提升容器位置。螺母精針是在電磁離合器接通后才開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，精針刻度盤(pán)每格對(duì)應(yīng)相應(yīng)的提升高度。通常在井筒中距提升容器卸載

24、位置前 10m 處，安裝一個(gè)控制電磁離合器的磁感應(yīng)繼電器，以便在提升機(jī)停車(chē)前獲得較精確的指示。如果鋼絲繩滑動(dòng)使容器達(dá)卸載位置而指示針尚未到零位或已超過(guò)零位，自整角機(jī)的轉(zhuǎn)角同預(yù)定零位不對(duì)應(yīng)，輸出電壓達(dá)一定值時(shí)，通過(guò)電控系統(tǒng)使調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)因提升機(jī)已停止運(yùn)轉(zhuǎn)，故齒輪不動(dòng)，蝸桿和蝸輪便帶動(dòng)齒輪和絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，直到精指針?lè)祷仡A(yù)定零位為止。（2）牌坊式深度指示器的制作以實(shí)際牌坊式深度指示器的結(jié)構(gòu)為依據(jù)，按照一定比例縮小，并安裝在操縱臺(tái)上。所需零部件： 自整角機(jī)它可以用于測(cè)量或控制遠(yuǎn)距離設(shè)備的角度位置，也可以在隨動(dòng)系統(tǒng)中用作機(jī)械設(shè)備之間的角度聯(lián)動(dòng)裝置，以使機(jī)械上互不相聯(lián)的兩根或兩根以上轉(zhuǎn)軸保持同步偏轉(zhuǎn)或

25、旋轉(zhuǎn)。自整角機(jī)安裝在提升機(jī)卷筒主軸上，將轉(zhuǎn)角變換成電壓信號(hào)傳送給 plc。西門(mén)子 S7-300 PLC系統(tǒng)功能 PLC 系統(tǒng)完成礦井提升機(jī)操作系統(tǒng)的全部功能，采用西門(mén)子公司 S7-300 系列 PLC，CPU 模塊為 CPU313C，該機(jī)集成 24 輸入/16 輸出和5AI/2AO 共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn) 5 模擬輸入 2 模擬輸出點(diǎn)。6 個(gè)獨(dú)立得20KHZ 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的 20KHZ 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。15處理來(lái)自自整角機(jī)的電壓信號(hào)，從而調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成提升的深度指示。蝸輪蝸輪、蝸桿組成的運(yùn)動(dòng)副常用于減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，以傳動(dòng)兩軸在空間成 90交錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。

26、它將電動(dòng)機(jī)不同的轉(zhuǎn)速傳遞給絲杠以帶動(dòng)指針移動(dòng)，指出提升的深度。蝸輪如圖 15 所示。滾珠絲杠 滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)由渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使螺母帶動(dòng)指針上下移動(dòng)，從而指出提升的深度。絲杠如圖 16 所示。安裝滾珠絲杠副時(shí)，請(qǐng)不要把螺母從絲杠上拆下來(lái)。但在必須把螺母卸下來(lái)的場(chǎng)合時(shí)，要使用比絲杠底徑小0.20.3mm 安裝輔助套筒。將安裝輔助套筒推至螺紋起始端面，從絲杠上將螺母旋至輔助套筒上，連同螺母、輔助套筒一并小心取下，注意不要使?jié)L珠散落。安裝順序與拆卸順序相反。必須特別小心謹(jǐn)慎的安裝，否則螺母、絲杠或其它內(nèi)部零件可能會(huì)受損或掉落，導(dǎo)致滾珠絲

27、杠傳動(dòng)系統(tǒng)的提前失效。此深度指示器兼并了牌坊式深度指示器和數(shù)字式數(shù)字式深度指示器的優(yōu)點(diǎn)，并安裝于操縱臺(tái)上，即節(jié)省了空間，又便于整體的美觀(guān)。圖 15 渦輪圖 16 絲杠數(shù)字指示數(shù)字指示指針指示指針指示圖 17 深度指示器器16第五章第五章 天輪的改進(jìn)天輪的改進(jìn)5.15.1 天輪天輪（1）天輪的作用天輪是礦井提升系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，天輪安裝于井架之上，主要支撐提升機(jī)卷筒到提升容器間的鋼絲繩并引導(dǎo)鋼絲繩轉(zhuǎn)向用。天輪如圖 18 所示。（2）天輪的類(lèi)別天輪按其輪體的運(yùn)動(dòng)方式可分為兩類(lèi)：固定天輪輪體只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，主要用于立井提升、鑿井及斜井箕斗提升天輪。游動(dòng)天輪。輪體做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向移動(dòng)，主要用于斜井串

28、車(chē)提升。（3）天輪的結(jié)構(gòu)提升機(jī)天輪有輻條式鑄鐵天輪、焊接式天輪、整體鑄鋼天輪和斜井用游動(dòng)天輪。天輪的結(jié)構(gòu)如圖 19 所示。主要由透蓋、軸承座、氈圈油封、悶蓋、天輪軸、軸用彈性擋圈、軸承、油杯、固定天輪、襯塊等組成。輻條式鑄鐵天輪易產(chǎn)生早期疲勞斷裂，繩槽易磨損，對(duì)鋼絲繩的不利影響較大，使用壽命短。另外此種天輪的兩個(gè)軸承為滑動(dòng)軸承，維護(hù)不便，容易發(fā)生燒瓦事故，現(xiàn)已很少采用。圖 18 天輪圖 19 天輪的結(jié)構(gòu)17焊接式天輪采用焊接結(jié)構(gòu)，重量較輕但天輪整體剛度小，使用中易產(chǎn)生變形和焊縫疲勞開(kāi)裂現(xiàn)象。由于該天輪裝置安裝在井架上，環(huán)境條件較差，應(yīng)設(shè)有防塵和防雨、雪設(shè)備，以保證鋼絲繩與摩擦輪的摩擦系數(shù)不受影

29、響。5.25.2 改進(jìn)介紹改進(jìn)介紹 完善天輪結(jié)構(gòu)，把天輪按照一定比例進(jìn)行縮小，安裝在礦井提升機(jī)高仿真平臺(tái)的井架上。改進(jìn)后的天輪更方便人們對(duì)其結(jié)構(gòu)的全面認(rèn)識(shí)。（1）天輪 天輪應(yīng)有輻條，采用鑄鋼鑄造而成，機(jī)械性能好，鑄造工藝簡(jiǎn)單。（2）軸承座整體式（即非分離式）立式軸承座組座，帶螺絲緊固的軸承箱蓋。這些立式軸承座組座最初是作為輕軌道卡車(chē)的軸箱開(kāi)發(fā)的，但也可用于傳統(tǒng)的立式軸承座組。非分離式立式軸承座組座比分離式軸承座剛性高，有些可承受更重的載荷。外球面軸承座也屬于整體式座。刨分式軸承座是帶法蘭軸承座包含一個(gè)軸承座底板，帶容納軸的孔和螺栓固定的蓋子?；瑒?dòng)軸承座通常是按照我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)指不用軸承，僅用銅

30、合金代替軸承的軸承座。經(jīng)綜合考慮由于整體式軸承座結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，價(jià)格低廉，所以選用整體式軸承座。其軸承座如圖 20 所示。軸承座采用鑄鐵鑄造而成，由兩側(cè)蓋板將軸承軸向定位，由底座螺栓孔固定到井架上。（3）軸承滑動(dòng)軸承具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆洗方便、價(jià)格低廉；承受載荷的面積大、軸頸與軸瓦之間能存在一層油膜，故可承受較大的沖擊載荷和振動(dòng)載荷；在轉(zhuǎn)速極高的時(shí)候容易形成完全液體摩擦，所以可用于高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合；滑動(dòng)圖 20 軸承座18軸承可做成對(duì)開(kāi)式，因而裝配時(shí)不象滾動(dòng)軸承那樣必須由軸的一端裝入，可用于滾動(dòng)軸承因結(jié)構(gòu)限制無(wú)法應(yīng)用的場(chǎng)合。滾動(dòng)軸承具有摩擦阻尼小，啟動(dòng)靈活；可同時(shí)承受徑向和軸向載荷，簡(jiǎn)化了支承結(jié)構(gòu)；

31、徑向間隙小，還可用預(yù)緊的方法消除間隙，因此回轉(zhuǎn)精度高；互換性好，易于維護(hù)。經(jīng)綜合考慮選用深溝球滾動(dòng)軸承。深溝球滾動(dòng)軸承如圖 21 所示。（4）天輪軸軸是傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩并支承回轉(zhuǎn)的零件。該軸應(yīng)滿(mǎn)足靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、剛度、震動(dòng)穩(wěn)定性條件。礦井提升機(jī)系統(tǒng)高仿真平臺(tái)是礦井提升的縮小版，是反映礦井提升的過(guò)程。經(jīng)過(guò)綜合考慮天輪軸采用光軸。固定天輪采用鍵連結(jié)到天輪軸上。天輪軸如圖 22 所示。圖 21 滾動(dòng)軸承圖 22 天輪軸19第六章第六章 框架的改進(jìn)框架的改進(jìn)6.16.1 框架框架框架由若干梁和柱連接而成的能承受垂直和水平荷載的平面結(jié)構(gòu)或空間結(jié)構(gòu)。礦井提升機(jī)系統(tǒng)高仿真平臺(tái)的框架主要是固定提升箕斗的導(dǎo)軌、

32、天輪、提升機(jī)?？蚣苋鐖D 23 所示。6.26.2 改進(jìn)介紹改進(jìn)介紹提升系統(tǒng)有很多細(xì)節(jié)部分，如膠帶輸送機(jī)定量斗箱裝載設(shè)備由于框架的遮擋，不容易被人觀(guān)察。根據(jù)原來(lái)框架的缺點(diǎn)，所以框架選擇由透明塑料制作。以便更一步的了解提升系統(tǒng)。 箕斗的導(dǎo)軌如圖 24 所示。底框架的結(jié)構(gòu)如圖 25 所示。圖 23 框架圖 24 導(dǎo)軌圖 25 底框架20第七章第七章 新礦井提升機(jī)系統(tǒng)高仿真平臺(tái)新礦井提升機(jī)系統(tǒng)高仿真平臺(tái)7.17.1 主要功能主要功能1.運(yùn)行方式加速等速運(yùn)行減速2.控制方式手動(dòng)/自動(dòng)(1)手動(dòng)方式由主令控制器手柄控制電機(jī)的加速，運(yùn)行，減速，停車(chē)。(2) 自動(dòng)方式將主令控制器手柄打到零位，可調(diào)閘也打到零位

33、，根據(jù)信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)按下啟動(dòng)按鈕后電機(jī)將自動(dòng)啟動(dòng)，加速，等速，減速和停車(chē)。3.保護(hù)功能(1)上、下限過(guò)卷報(bào)警保護(hù)；(2)等速段過(guò)速報(bào)警（額定速度 15%）保護(hù)；(3)過(guò)負(fù)載，欠電壓報(bào)警保護(hù)；(4)松繩報(bào)警保護(hù)；(5)閘間隙保護(hù)；(6)滿(mǎn)倉(cāng)報(bào)警保護(hù)；(7)深度指示器失效報(bào)警保護(hù)； (8)減速保護(hù)； (9)限速保護(hù)；7.27.2 新提升系統(tǒng)高仿真平臺(tái)新提升系統(tǒng)高仿真平臺(tái) 新提升系統(tǒng)高仿真平臺(tái)總體大概結(jié)構(gòu)如圖 25 所示。新提升系統(tǒng)高仿真平臺(tái)的各種尺寸圖見(jiàn)附錄。21圖 25 新提升系統(tǒng)高仿真平臺(tái)總體大概結(jié)構(gòu)22總結(jié)總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們作為學(xué)生在學(xué)習(xí)階段的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是對(duì)所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的一種綜合應(yīng)用，是一種綜合的再學(xué)習(xí)、再提高的過(guò)程，這一過(guò)程對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和獨(dú)立思考及工作能力也是一個(gè)培養(yǎng)，同時(shí)畢業(yè)設(shè)計(jì)的水平也反映了大學(xué)教育的綜合水平。在大學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，是我們步入社會(huì)參與實(shí)際工作的一次極好