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1、矿井提升机设计（完整版）作者:日期:毕业设计（论文）题目：矿井提升机设计姓名：饶祖文2 0 15年9月20日摘要毕业设计是培训学生综合运用本专业所学的理论和专业知识，用来分析和解决实际问题的能力的重要教学环节，对三年所学知识的复习与巩固。同样，也促使了同学们之间的相互探讨，相互学习。因此，我们必须认真、谨慎、塌实、一步 一步的完成设计，给我们三年的学习生涯画上一个圆满的句号。毕业设计是一个重要的教学环节，通过毕业实习使我们了解到一些实际与理 论之间的差异。通过毕业设计，不仅可以巩固专业知识为以后的工作打下坚实的 基础，而且还可以培养和熟练地使用资料、运用工具书的能力，在各位老师及有关技术人员的
2、指导下锻炼自己独立思考、分析、解决问题的能力，把我们所学的课本知识与实践相结合起来，起到温故而知新的作用。在毕业设计过程中，我们要较系统地了解矿井提升设计中的每一个环节，包括从总体设计原则。本次设计综合三年所学的专业课程，以 设计任务书的指导思想为中心，参照有关资料， 有计划、有头绪、有逻辑地把这次设计搞好！ 由于时间仓促，再加上所学知识有限，设计中，难免出现错误或不当之处，恳请 各位教师给予一定的批评和建议，我表示非常感激，并诚恳地接受，以便将来在不断的商讨和探索中，有更好的改进，以便在今后的人生道路上，不断完善。第1章绪论11. 1国内外提升机的研究状况 11.2课题研究的目的和意义41.
3、 3本论文承担的任务81.4小结 10第2章 矿井提升机的组成及分类 112. 1科技名词定义 112. 2矿井提升机的组成 112. 3矿井提升机的分类11第3章 矿井提升机的制动装置与安全装置133. 1矿井提升机的制动装置133.1.1制动装置的组成及种类 133. 1. 2制动装置的作用133.1 .3煤矿安全规程对制动力矩的规定 1 33.1.4制动装置的有关规定143.2矿井提升机的安全保护装置143 .2. 1提升机机房的管理 153. 2.2设备电气火灾的预防措施1 43 .2.3提升机机房的保安措施1 63. 2.4井下提升机电控制室对风量和温度的具体要求163.2. 5斜井
4、（巷）提升，常用的跑车防护装置及设施类型16第4章提升机调速控制系统硬件实现174. 1引言174.2提升机电控系统总体结构 174 .3提升机电控制系统变频器的选择 184. 4变频控制部分设计 194. 4 .1变频调速主系统设计194. 4 .2变频器外电路设计 214. 5PLC 控制部分设计 254.5. 1基本控制功能254 .5.2 位置检测电路 284 .6硬件调速控制系统保护措施294 .6. 1调速控制系统抗干扰处理3 04.7小结 33第5章提升机调速控制系统软件实现 315.1引言 315 . 2矿井提升机中S型速度曲线建模及实现 315.2.1速度曲线的选择及给定方法
5、 335.2 . 2提升机理想S型速度曲线数学模型 365 .2.3理想速度曲线的实现395 .3调速空间系统流程 425.4小结43第6章 矿井提升机操作、维护与检修 406.1 操作规程416. 2设备运转过程中的检查及维护内容 43结束语47参考文献 49致谢 50第1章 绪论1.1国内外提升机的研究状况近三十年来，国外提升机机械部分和电气部分都得到了飞速的发展，而且两 者相互促进，相互提高。起初的提升机是电动机通过减速器传动卷筒的系统 ，后来 出现了直流慢速电动机和直流电动机悬臂安装直接传动的提升机。上世纪七十年代西门子发明矢量控制的交一直一交变频原理后，标志着用同步电动机来代替直流电
6、机实现调速的技术时代已经到来。1 9 81年第一台用同步机悬臂传动的提升 机在德国M on op ol矿问世，1 9 88年由MAVG1H和西门子合作制造的机电一体 的提升机（习惯称为内装电机式）在德国R omb er g矿诞生了 ,这是世界上第一台 机械和电气融合成一体的同步电机传动提升机。 在提升机机械和电气传动技术飞 速发展的同时，电子技术和计算机技术的发展，使提升机的电气控制系统更是日 新月异。早在上世纪七十年代，国外就将可编程控制器（PL C ）应用于提升机控制 上。上世纪八十年代初，计算机又被用于提升机的监视和管理上。计算机和PLC的应用，使提升机自动化水平、安全和可靠性都达到了一
7、个新的高度，并提供了新的现代化的管理、监视手段。特别要强调的是 ，此时期在国外一著名的提升机 制造公司，如西门子、ABE、ALSTHM都利用新的技术和装备,开发或完善了提 升机的安全保护和监控装置，使安全保护性能又有新的提高。就在国外科学技术突飞猛进发展的时候， 我国提升机的电控系统很长时间都 处于落后的状况。直到目前为止，我国正在服务的矿井提升机电控系统大多数还 是转子回路串金属电阻的交流调速系统，设备陈旧，技术落后。国产提升机安全性和可靠性差，在关键部位和上下两井口减速区段没无有效的速度监视装置，就提升机控制技术而言，依然是陈旧的，和国外相比，我们存在很大的差距。矿井 提升系统的类型很多，
8、按被提升对象分：主井提升、副井提升；按井筒的提升道角 度分：竖井（如图1.1所示为竖井井架设备）和斜井；按提升容器分：箕斗提升、 罐笼提升、矿车提升；按提升类型分：单绳缠绕式和多绳摩擦式等。我国常用的矿 用提升机主要是单绳缠绕式和多绳摩擦式。我国的矿井与世界上矿业较发达的国 家相比，开采的井型较小，矿井提升高度较浅，煤矿用提升机较多，其他矿 （如金 属矿、非金属矿）则较少。因此在20世纪60年代开始单绳缠绕式矿井提升机采 用较多。目前我国提升机90沖上均采用交流绕线式异步电动机的拖动方式，其电控 系统用于单绳缠绕式提升机的有T KD系列，多绳磨擦式提升机的有 JKM幻J 系列。这几种提升机通常
9、在电动机转子回路中串接附加电阻进行起动和调速。串电阻调速是一种恒转矩调速方法，转子功率的损耗随着串入电阻的增大而增大。 尽管转子串电阻调速方法很不经济，低速特性也很软，稳定性差，但是由于这种调速方法比较简单易行，起动转矩较大，在拖动起重机等中、小容量的绕线式异 步电动机中仍然应用广泛。20世纪80年代，我国从瑞典、西德等国引进2 0多套晶闸管一直流电动机控 制系统。直流电动机传动有两种电控系统，一种为直流发电机一直流电动机机组， 另一种为晶闸管一直流电动机系统。我国自己生产的晶闸管一直流电动机控制系 统应用于2 0世纪90年代。这种控制系统的优点是：体积小、重量轻、占地面积 小；基础省、安装方
10、便、建筑费用低；无齿轮传动部分（不需要减速器）、总效率高、 电能消耗少；单机容量大，适用范围广；调速平稳、调速范围广、调速精度高；易 于控制，能实现自动化，安全可靠；节约电能。矿井提升机对安全性、可靠性和调速性能的特殊要求，使得提升机电控系统 的技术水平在一定程度上代表一个厂或国家的传动控制技术水平。比较国内外矿井提升机系统，具体来说国外矿井提升机在电控方面的应用特点有以下几个方 面：1 ）提升工艺过程微机控制提升工艺过程大都采用微机控制，由于微机功能强，使用灵活,运算速度快, 监视显示易于实现，并具有诊断功能，这是采用模拟控制无法实现的。2）提升行程控制提升机的控制从本质上说是一个位置控制，
11、要保证提升容器在预定的地点准 确停车，要求准确度高，目前可达到土 2cm采用微机控制，可通过采集各种传 感信号，如转角脉冲变换、钢丝绳打滑、井筒、滚筒及钢丝绳磨损等信号进行处 理，计算出容器准确的位置而施以控制和保护。一般过程控制用微机作监视，行程控制也采用单独下位机完成。3）提升过程监视提升过程监视与安全回路一样，是现代提升机控制的重要环节。提升过程采 用微机主要完成如下参数的监视:a、提升过程中各工况参数（如速度、电流 ）监 视；b、各主要设备运行状态监视；c、各传感器（如位置开关、停车开关）信号的 监视。使各种故障在出现之前就得以处理，防止事故的发生，并对各种被监视的参数进行存储、保留或
12、打印输出。甚至与上位机联网，合并于矿井监测系统中。4）安全回路安全回路是指提升机在出现机械、电气故障时控制提升机进入安全保护状态 极为重要的环节。为确保人员和设备的安全，对不同故障一般采用不同的处理方 法。安全回路极为重要，它是保护的最后环节之一。英、德几家公司都采用两台 PC微机构成安全回路，使安全回路具有完善的故障监视功能，无论是提升机还是 安全回路本身出现故障时都能准确地实施安全制动。而在电力拖动方面，近几年国外出现了不少新拖动方式，交一交变频供电方 式就是最有前途的一种。2 0世纪80年代西欧一些工业先进国家将交流变频调速 技术应用于提升机，有代表性的是西门子公司和 ABB公司。我国在
13、2 0世纪90 年代也引进了交流变频调速提升机控制系统。变频调速方式类似于它励直流电动 机,取得很宽的调速范围、很好的调速平滑性和有足够硬度的机械特性，在提升 机应用中显示了其独特的优势。1.2课题研究的目的和意义矿井提升机是煤矿，有色金属矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可 靠、有效高速运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。矿井提升系统具有 环节多、控制复杂、运行速度快、惯性质量大、运行特性复杂的特点，且工作状况经常交替转换。虽然矿井提升系统本身有一些安全保护措施，但是由于现场使 用环境条件恶劣，造成了各种机械零件和电气元件的功能失效， 以及操作者的人 为过失和对行程监测研究的局限性
14、，使得现有保护未能达到预期的效果，致使提 升系统的事故至今仍未能消除。一旦提升机的行程失去控制，没有按照给定速度 曲线运行,就会发生提升机超速、过卷事故，造成楔形罐道、箕斗的损坏，影响矿 井正常生产，甚至造成重大人员伤亡，给煤矿生产带来极大的经济损失。所以提升机调速控制系统的研究一直是社会各届人士共同关注的一个重大 课题。电气控制方式在很大程度上决定了提升机能否实现平稳、安全、可靠地起制动运行，避免了严重的机械磨损，防止较大的机械冲击，减少机械部分维修的工 作量,延长提升机械的使用寿命。随着矿井提升系统的自动化，改善提升性能，以及提高提升设备的提升能力，对电气传动方式提出了更高的要求。对矿井提
15、升 机电气传动系统的要求是：有良好的调速性能，调速精度高，四象限运行，能快 速进行正、反转运行，动态响应速度快，有准确的制动和定位功能，可靠性要求目前,我国地下矿山矿井提升机的电气传动系统主要有：对于大型矿井提升 机,主要采用晶闸管变流器一直流电动机传动控制系统和同步电动机矢量控制交 一交变频传动控制系统。这两种系统大都采用数字控制方式实现控制系统的高自 动化运行，效率高，有准确的制动和定位功能，运行可靠性高，但造价昂贵，中小 型矿井难以承受。对于中、小型提升机，则多采用交流绕线式电动机转子切换电 阻调速的交流电气传动系统，即TKD电控系统。这种电气传动系统设备简单，但 属于有级调速，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，特别在负载变动时很难实现恒加减速控制，经常会造成过放或过卷事故。提升机频繁的启动和制 动工作过程会使转子串电阻调速产生相当严重的能耗 ，另外转子串电阻调速控制 电路复杂，接触器、电阻器、绕线电机电刷等容易损坏，影响生产效益。将变频调速技术应用于矿井提升机是矿井提升机电气传动系统的发展方向。 对于现采用TKD电控系统的中小型矿井，随着变频调速技术的发展，交一直一交 电压型变
