仿真平臺畢業(yè)設計論文

1、河北能源職業(yè)技術學院課程設計1摘摘要要目前我國許多煤礦礦井已經轉向中、深部開采，礦井提升設備作為煤礦的關鍵設備，在礦井機械化生產中占有重要地位。 制動器是提升機 (提升絞車 )的重要組成部分之一，直接關系著提升機設備的安全運行。在對提升機的制動器選型過程中，因鼓式制動器是應用較多的一種 傳統(tǒng) 制動器，它以其獨特的優(yōu)點及良好的安全性能被廣大用戶認可，特別是在結合了液壓系統(tǒng)和PLC 控制之后，液壓系統(tǒng)和PLC 超強的控制性能為 鼓式制動器的應用提供了巨大的工作平臺。制動盤的制動力，靠油缸內充入油液而推動活塞來壓縮 鼓式彈簧來實現(xiàn)。液壓 鼓式制動器作為 傳統(tǒng) 制動器， 具有許多優(yōu)點，所以它在現(xiàn)代多種

2、類型提升機中仍獲得廣泛的應用。 它具有 它造價便宜，而且符合傳統(tǒng)設計等特點，對生產安全具有重要意義。關關鍵鍵詞詞：提提升升機機；制制動動器器；設設計計；液液壓壓傳傳動動河北能源職業(yè)技術學院課程設計2目目 錄錄摘摘 要要.11 礦井提升機系統(tǒng)仿真平臺了解分析礦井提升機系統(tǒng)仿真平臺了解分析.4 1.1 系統(tǒng)介紹 .4 1.2 系統(tǒng)結構 .5 1.3 工作原理 .72 2 制動系統(tǒng)的作用及要求制動系統(tǒng)的作用及要求.92.1 制動系統(tǒng)的作用 .92.2 制動系統(tǒng)的要求 .103 3 制動器結構方案分析制動器結構方案分析.103.1 提升機的選用 .103.2 制動器的類型選擇 .113.2.1 塊式制

3、動器 .114 4 塊式制動器主要參數的確定塊式制動器主要參數的確定.13 4.1 制動盤的厚度h 及制動鼓 D.13 4.1.1 制動盤的厚度h 的確定 .13 4.1.2 制動鼓內徑 D 的確定 .134.2 摩擦襯片寬度b、包角和摩擦系數 .144.3 及傳動杠桿系統(tǒng)確定 .154.4 制動盤工作面的加工精度要求.155 5 塊式制動器主要參數計算塊式制動器主要參數計算.河北能源職業(yè)技術學院課程設計3.155.1 塊式制動器所需制動重錘質量.155.2 重錘塊數 .165.3 校核是否會自鎖 .166 6 塊式制動器主要結構元件塊式制動器主要結構元件.156.1 制動鼓 .196.2 摩

4、擦襯片 .207 7 結結 論論.22設設計計心心得得 .23參考文獻參考文獻.25致致謝謝.26河北能源職業(yè)技術學院課程設計41、礦礦井井提提升升機機系系統(tǒng)統(tǒng)仿仿真真平平臺臺了了解解分分析析1 1. .1 1 系系統(tǒng)統(tǒng)介介紹紹礦井提升機系統(tǒng)自動控制高仿真平臺以提高提升效率、節(jié)能降耗、安全運行為設計理念，針對交流提升系統(tǒng)進行仿真設計。該系統(tǒng)完全模擬井底煤倉裝載、定量稱重和箕斗自動裝載、井上煤倉卸載及提升機全自動提升過程?？煞謩e實現(xiàn)提升機全自動運行控制和手動控制。在控制面板上還包括了信號系統(tǒng)和故障模擬功能，具備以太網通訊功能，可實現(xiàn)與集中控制平臺的連接。系統(tǒng)示意圖如圖1-1 所示。河北能源職業(yè)技

5、術學院課程設計5圖 1-1 仿真平臺布局示意圖1.2 系系統(tǒng)統(tǒng)結結構構 整個系統(tǒng)分為機械部分和電氣控制部分，機械部分包括提升用交流電機、滾筒、天輪、井架、提升箕斗、鋼絲繩、裝卸載機構、摩擦輪等設備；電氣部分包括西門子S7-300 河北能源職業(yè)技術學院課程設計6PLC、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。如圖1-2 所示。圖 1-2 自動控制仿真平臺系統(tǒng)結構圖系系統(tǒng)統(tǒng)工工作作示示意意圖圖控控制制面面板板提提升升系系統(tǒng)統(tǒng)系系統(tǒng)統(tǒng)框框架架河北能源職業(yè)技術學院課程設計71.3 工工作作原原理理該提升機系統(tǒng)屬于多繩摩擦式提升系統(tǒng)，靠摩擦輪與鋼絲繩之間的摩擦力傳動。摩擦式礦井提升

6、機適用于鑿井以外的各種豎井提升。提升繩搭掛在摩擦輪上，利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升。提升繩的兩端各連接一個容器，或一端連接容器，另一端連接平衡重。為提高經濟效益和安全性，摩擦式礦井提升機采用尾繩平衡提升方式，即配有與提升繩重量相等的尾繩。尾繩兩端分別與兩個容器（或容器和平衡重）的底部連接，形成提升繩-容器 -尾繩 -容器 (或平衡重 )-提升繩的封閉環(huán)路。容器處于井筒中的任何位置時，摩擦輪兩側的提升繩和尾繩的重量之和總是相等的?！暗V井提升機實訓仿真平臺”的整個工作過程是由一個主電機帶動，通過聯(lián)軸器帶動主天輪轉動，主天輪通過鋼絲繩在摩擦力的作用下帶動兩個副天輪轉動，鋼絲繩的兩端分別連著左右

7、萁斗，這樣完成了礦井提升機的上下提升運動（圖 4） 。河北能源職業(yè)技術學院課程設計8提升機中的萁斗在上下提升運動過程中主要進過幾個階段：（一）、加速階段，萁斗在裝滿煤后速度在不斷增加這段時間很短；（二） 、勻速階段，萁斗在加速階段后，速度達到額定速度后就不會再增加，一直以這個速度提升，這個過程時間較長，路程也最長；（三）、減速階段，其都經過減速開關后，就一直在減速，這段時間也很短；（四） 、爬行階段，萁斗經過減速階段速度達到爬行速度，萁斗就一直以這個速度提升，直到萁斗到達停車點時，萁斗速度就會立即減為零，萁斗停止。提升機的南、北皮帶是由一個電機帶動，完成運輸過程的。煤炭由采煤機踩得，經過運輸皮

8、帶進入主煤倉，再河北能源職業(yè)技術學院課程設計9由主煤倉到達南、北皮帶，經過南、北皮帶進入定量倉，最后進入萁斗提升機，完成了煤炭的裝載過程。煤炭由其都提升到井上，卸載到井上煤倉，完成煤炭的卸載過程。2 2、動動系系統(tǒng)統(tǒng)的的作作用用及及要要求求現(xiàn)代礦井提升機的制動系統(tǒng)是所有提升設備中最重要、最復雜的裝置。它由制動器和傳動機構組成。制動器是直接作用于制動輪或者制動盤上產生制動力矩的部分，按其結構可分為盤式制動器和塊式制動器等。傳動機構是控制兵調節(jié)制動力矩的部分，新型號提升機采用油壓盤式閘制動系統(tǒng)，舊型號提升機采用油壓或氣壓塊式閘制動傳動系統(tǒng)。2 2. .1 1 制制動動系系統(tǒng)統(tǒng)的的作作用用(1)保證

9、提升容器按給定狀態(tài)運動，并在需要的位置制動工作制動。(2)在可能造成事故的不正常工作狀態(tài)下，緊急制動以保障人員和設備的安全緊急制動。(3)更換水平調節(jié)繩長時，制動活卷筒。(4)工作制動、緊急制動都可以用手動或自動。手動操作時，由司機進行；自動操作時，緊急制動由提升設備的河北能源職業(yè)技術學院課程設計10保護裝置進行，工作制動由行程調節(jié)器進行。2 2. .2 2 制制動動系系統(tǒng)統(tǒng)的的要要求求(1)提升機除有制動裝置外，還裝有定車裝置，一邊zM在調整卷筒未知時使用。(2)全部制動力矩,不得小于提升機最大設計靜載荷所需轉矩的 3 倍，即： MM3maxj(3)一副制動器的制動力矩應大于調繩力矩的zMj

10、iM1.2 倍，即： jizMM2 . 1(4)緊急制動時，對于提升重物，減速度必須小于5m/s;對于下放重物，減速度應大于1.5m/s 。22(5)對于摩擦輪式提升，緊急制動時的減速度不應使鋼絲繩在摩擦輪上產生滑動。(6)緊急制動閘必須采用配重式或彈簧是的制動裝置。(7)當井筒傾角在30 以下時，制動力矩的倍數必須符合要0求。3 3、制制動動器器結結構構方方案案分分析析3 3. .1 1 提提升升機機的的選選用用KJ 型（4.84 多繩摩擦輪）提升機是基于撓性體摩河北能源職業(yè)技術學院課程設計11擦傳動原理實現(xiàn)的。它利用提升鋼絲繩與驅動共同滾筒之間的摩擦力拖動提升容器在井筒中往復運行，加之采用

11、多 根鋼絲繩共同承擔載荷的方式，因而多繩摩擦提升機具有 以下優(yōu)點：(1) 提升機體積??；(2) 鋼絲繩斷繩的危害性減?。?3) 提升高度大。3 3. .2 2 制制動動器器的的類類型型 選選擇擇3 3. .2 2. .1 1 塊塊式式制制動動器器 塊式制動器一般都是閘塊壓在提升機滾筒的制動輪上而產生制動力矩，出于閘塊與制動輪的作用方式差別，塊式制動器有角移式、平移式和綜合式之分。圖(a)是角移式塊閘的原理圖,兩個閘瓦塊始終繞基座上的固定鉸接點轉動，故名為角移式。當制動動力向上拉三角塊杠桿時，杠桿的聯(lián)動會產生連桿拉力，從而迫使塊閘壓向制動輪，產生制動力；當外動力使三角塊向下壓時，連桿的壓力則使塊

12、閘分離開制動輪，即達到松閘的目的。圖(b)是常見平移式塊閘的原理圖，兩個閘瓦始終由一連桿在其中心鉸接，連桿的另一端則與基座鉸接。兩個閘瓦塊的端頭用杠桿系統(tǒng)約束起來，在三角塊杠桿是上提作用下，各連桿內部的拉力使兩閘塊壓向制動輪，從而產生制動力；當三角塊杠桿下放時，各連桿內部的壓力迫使閘河北能源職業(yè)技術學院課程設計12塊與制動輪分離。由于閘塊是在連桿轉動時壓向制動輪的， 故閘塊是整體平移運動，故稱之為平移式。圖(c)是綜合式閘塊的一種形式，由于閘塊與角移桿鉸接，又與基座連桿鉸接，故有些相似于四連桿平行移動機構，但閘塊壓向制動輪的運動都是靠角移杠桿帶動的，所以綜合式塊閘是介于角移式和平移式之間的一種

13、閘塊。塊式制動器原理如圖3-1 所示：制動力源制動力源工作制動彈簧工作制動缸安全制動缸塊式制動器力學原理圖（a）角移式；（b）平移式；（c）綜合式(a)角移式； (b)平移式； (c)綜合式圖 3-1 塊式制動器原理河北能源職業(yè)技術學院課程設計134 4、塊塊式式制制動動器器主主要要 參參數數的的確確定定 4 4. .1 1 制制動動盤盤的的厚厚度度 h h 及及制制動動鼓鼓 D D4 4. .1 1. .1 1 制制動動盤盤的的厚厚度度h h 的的確確定定 由于一般實心制動盤厚度可取為1020mm，通風式制動盤厚度取為2050mm，采用較多的是2030mm，為此我取 h=25mm。4 4.

14、.1 1. .2 2 制制動動鼓鼓內內徑徑 D D 的的確確定定輸入力 Fo 一定時，制動鼓內徑越大，制動力矩越大，且散熱能力也越強。但D 的增大受輪輞內徑限制。制動鼓與輪輞之間應保持足夠的間隙，通常要求該間隙不小于20mm，否則不僅制動鼓散熱條件太差，而且輪輞受熱后可能粘住內胎或烤壞氣門嘴。制動鼓應有足夠的壁厚，用來保證有較大的剛度和熱容量，以減少制動時的溫升。制動鼓的直徑小，剛度就大，并有利于保證制動鼓的加工精度。制動鼓直徑與輪輞直徑之比D/Dr，對于才乘用車其值在0.640.74 的范圍內。取其值為0.7.從提升機整體參數中可知輪輞直徑Dr 為 13 英寸 ，即為 390.2mm，則可得

15、制動鼓直徑： mmDDr14.3012 .3907 . 07 . 0按 QTC309-1999 標準取其為 300mm mmDR1502/3002/河北能源職業(yè)技術學院課程設計144 4. .2 2 摩摩擦擦襯襯片片寬寬度度 b b、包包角角和和摩摩擦擦系系數數 1） 摩擦襯片寬度尺寸b 的選取對摩擦襯片的使用壽命有影響。襯片寬度尺寸取窄些，則磨損速度快，襯片壽 命短；若襯片寬度尺寸取寬些，則質量大，不易加工，并且增加了成本。設計時，一般b/D取值范圍在0.160.26，取其值為 0.25，則可得摩擦襯片的寬度： mmDb7028025. 025. 0根據制動襯片寬度尺寸系列標準QC/T309

16、-1999 選 b 值為 70mm。2） 試驗表明，摩擦襯片的包角在之間0010090時，磨損最小。制動鼓溫度最低，制動效能最高。減小角，有利于散熱，但單位壓力增大，磨損加?。辉龃蠼茄由靸啥说囊r片，以減小單位壓力的作用也不大，此時包角兩端處單位壓力較?。贿^大，制動作用不平順，包角一般不宜大于120o。綜上所述，選取包角為100o。襯片摩擦面積Ap制動鼓半徑 R 確定后，摩擦襯片寬度尺寸b 確定后，便可求出襯片的摩擦面積：根據國外統(tǒng)計資料分析，此數值符合所選提升機類別的制動器總質量對應的單個制動器總的襯片摩擦面積的范圍。 3）根據產品 SY-1107 規(guī)格選摩擦襯片摩擦系數 為 0.4河北能源職

17、業(yè)技術學院課程設計154 4. .3 3 及及傳傳動動杠杠桿桿系系統(tǒng)統(tǒng)確確定定提升機為 KJ2型，其靜力矩，D3 . 25mNMi.75000制動環(huán)直徑，制動器傳動杠桿系統(tǒng)：,mDx8 . 4ml4 . 21,和ml6 . 02ml2 . 13ml4 . 044 4. .4 4 制制動動盤盤工工作作面面的的加加工工精精度度要要求求 平面度公差為0.012mm，表面粗糙度Ra 值為0.71.5m，兩摩擦表面的平行度公差不應該大于0.05mm，制動盤的端面圓跳動公差不應大于0.03mm。為保證足夠的強度和耐磨性能，其牌號不應低于HT250。5 5、塊塊式式制制動動器器主主要要參參數數計計算算礦井提

18、升機的制動完全靠重錘的質量，松閘時則靠油壓力。為使制動系統(tǒng)能準確兒可靠工作，利用重錘進行緊急制動和工作制動時，應根據所需制動力矩大小來確定重錘的質量，通常采用杠桿比的方法。5 5. .1 1 塊塊式式制制動動器器所所需需制制動動重重錘錘質質量量根據矩 M 的大小可求出鋼繩上的靜拉力為：iF河北能源職業(yè)技術學院課程設計16=iFNDMi3000057500022制動力矩為：xM mNMMix.2250007500033將得出的值代入公式 gllllDfDFGxxix423143（5.3.2）得出所需重錘的質量為：xGkggllllDfFDGxxix6201012.14.24.06.08.49.0

19、35.0453000034342315 5. .2 2 重重錘錘塊塊數數 因為重錘質量kgGx620求出重錘塊數為：qn 塊2 . 6100620qn取整數 7 塊，則制動重錘質量為700kg5 5. .3 3 校校核核是是否否會會自自鎖鎖計算鼓式制動器，必須檢查蹄有無自鎖的可能，分析當 0)sin(cos111Rc河北能源職業(yè)技術學院課程設計17此時蹄會發(fā)生自鎖現(xiàn)象，如果，就不會有111sincoscRc自鎖現(xiàn)象，因此，制動蹄不發(fā)生自鎖現(xiàn)象的條件是： 111sincoscRc.（5.3.1）在計算時首先要求出、R1 和的值 。c1 2 .10132962222cacR1 是摩擦力 fF1 的

20、作用半徑，其公式為221)2sin2sin2()2cos2(cos)cos(cos4RR（5.3.2）式中 000006 .214 .1840arcsin402cc 0100 0006 .1216 .21100 mmR150將以上所求和已知的數值代入（5.3.2）中便可得R1=164.15mm 011 .13)2sin2sin2()2cos2(cosarctan將以上所算得的、R1 和的值代入（ 5.3.1）中，c1可以求出河北能源職業(yè)技術學院課程設計18 =111sincoscRc89. 01 .13sin2 .10115.1341 .13cos2 .10100由于，則可以斷定所選數據不會使

21、制動蹄發(fā)生88. 04 . 0 自鎖現(xiàn)象 。 圖圖 5-1 制制動動力力矩矩計計算算簡簡圖圖河北能源職業(yè)技術學院課程設計19 圖圖 5-2 張張開開力力計計算算簡簡圖圖河北能源職業(yè)技術學院課程設計206 6、塊塊式式制制動動器器主主要要結結構構元元件件6 6. .1 1 制制動動鼓鼓制動鼓應當有足夠的強度、剛度和熱容量，與摩擦襯片材料相配合，又應當有較高的摩擦因數。制動鼓有鑄造的和組合式兩種。鑄造制動鼓多選用灰鑄鐵制造，具有機械加工容易、耐磨、熱容量大等優(yōu)點。組合式制動鼓的圓柱部分可以用鑄鐵鑄出，腹部部分用鋼板沖壓成型；也可以在鋼板沖壓的制動鼓內側，鑲裝用離心澆鑄的合金鑄鐵組合構成制動鼓；或者

22、主體用鋁合金鑄成，內鑲一層珠光體組成的灰鑄鐵作為工作面。對于組合式制動鼓的共同特點是質量小，工作面耐磨，并有較高的摩擦因數。根據設計的領從蹄式制動器應用場合，以及考慮成本問題，選用鑄造的，根據經驗，對于提升機，制動鼓壁厚取為10mm。通過前面參數選取，可知制動鼓內徑D 為300mm。6 6. .2 2 摩摩擦擦襯襯片片摩擦襯片的材料應滿足如下要求：（1） 具有一定的穩(wěn)定的摩擦因數。在溫度、壓力升高和工作速度發(fā)生變化時，摩擦因數的變化盡可能小。（2） 具有良好的耐磨性。（3） 要有盡可能小的壓縮率和膨脹率。壓縮變形太大影響制動主缸的排量和踏板行程，降低制動靈敏度。熱膨脹率過大對制動器襯片受熱膨脹

23、消除間隙后，可能產生河北能源職業(yè)技術學院課程設計21咬死現(xiàn)象。（4） 制動時不易產生噪聲，對環(huán)境無污染。（5） 應采用對人體無害的摩擦材料。（6） 有較高的耐擠壓強度和沖擊強度，以及足夠的抗剪切能力。（7） 應將摩擦襯片的熱導率控制在一定范圍。要求摩擦襯片在 300加熱板上作用30min 后，背板的溫度不超過 190。防止防塵罩、密封圈過早老化和制動液溫度迅速升高。根據以上的材料應滿足的要求選用由金屬纖維、粘結劑和摩擦性能調節(jié)劑組成的半金屬摩阻材料，它具有較高的耐熱性和耐磨性，特別是因為沒有公害，近來得到廣泛的應用。摩擦襯片的寬度為60mm，包角為 100，起始角為40。河北能源職業(yè)技術學院課

24、程設計227 7、結結 論論 定義、計算、解釋測量的不確定性值的方法和使用Whole 圖表的方法很難讓人明白，即使實際上它們是疲勞實驗的重要的組成部分，并且它們有一些也是可以接受的。一個重要的問題是這些實驗室僅僅包括了那些容易包括的測量不確定性值的來源，例如刻度表上的一些刻度誤差。在參數計算方面有些許不足，在數值確定方面比較籠統(tǒng)的選取了整數值。校核方面，由于塊式校核在相關書籍里沒有提到，所以在網上選取了一個校核。鼓式制動器也叫塊式制動器，說明書里有時容易寫混這些名稱。河北能源職業(yè)技術學院課程設計23畢畢業(yè)業(yè)心心得得畢業(yè)設計是我學習階段一次非常難得的一次理論與實踐相結合的機會，通過這次設計礦井提升機，我擺脫了單純學習理論知識的狀態(tài)。通過實際設計與理論知識相結合，鍛煉了我綜合運用所學的專業(yè)基礎知識去解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等其它專業(yè)能力水平。設計礦井提升機要求 “快、準、穩(wěn) ” ，這就要求我們的設計必須嚴密可靠。通過這次畢業(yè)設計，提高了我的意志力和品質力，提升了自己的忍耐力，懂得了怎樣緩解壓力，學會了獨立思考、邏輯思維、提出問題、分析問題、解決問題的方法。這是我們希望看到的，也是我們進行畢業(yè)設計的目的