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1、 牵引绞车设计 第67页 目录1 绪 论32 绞车的选型计算与设计52.1设计参数52.2绞车钢丝绳的布局52.3选择钢丝绳52.3.1每米钢丝绳质量的计算52.3.2验算钢丝绳的安全系数62.4绞车的选择和计算主轴的结构尺寸72.4.1预选绞车滚筒的直径72.4.2绞车的最大静张力及最大静张力差的计算72.4.3绞车结构的设计82.5主轴承的选择152.6滑轮组的设计152.6.1滑轮主要尺寸152.6.2滑轮强度验算162.6.3滑轮组设计172.7预选绞车使用的电动机172.8设计的验算计算183总体方案设计193.1绞车的控制要求193.2绞车房的布局193.3根据减速器选择的不同，绞
2、车的布局也会不同204 减速器的选用204.1减速器204.1.1总传动比及传动比分配204.1.2传动装置的运动参数计算214.2齿轮传动设计235 联轴器和制动器的选型285.1电动机与减速器的输入轴处的联轴器28N工作转速，r/min285.2绞车电动机的电磁制动器295.3盘形制动器的选型305.3.1正压力305.3.2最大工作油压315.3.3盘形制动器选型结果及其参数315.4液压站的设计325.4.1液压站的组成325.4.2液压站的结构325.4.3液压站的工作原理335.4.4电液调压装置的作用335.4.5液压站元件的选型和计算336 深度指示器的选型416.1绞车的深度
3、指示器的用途416.2绞车用深度指示器类型417 PLC控制系统的设计427.1可编程序控制器(PLC)的特点及应用427.2 PLC的选型447.2.1牵引绞车系统的工作情况447.2.2系统配置447.2.3系统控制图467.2.4I/O接线图和I/O分配表467.2.5 编码器的选型487.2.6参数脉冲化的计算497.2.7电气接线517.2.8操作台的设计517.2.9程序设计527.2.10提高系统可靠性的措施538 结论53参考文献55附录157附录260致谢671 绪 论本系统设计的目的是对缆车式活动泵房的牵引绞车的控制系统的改进，利用PLC技术使其控制系统工作稳定可靠，并且易
4、于维修。本设计的意义是使用软件实现复杂的硬件电气的功能。对于绞车及其控制系统的发展如下：国内有移动组合式全数字变频防爆绞车控制系统， 对于变频调速技术和PLC控制技术已经非常成熟，但还没有将变频调速技术和PLC 控制技术同时应用于井下防爆绞车控制的报道。究其原因：一、现有的国内外生产的变频器大多不适应我国煤矿井下生产所用660V电压等级；二、现有的变频器和PLC控制器均不防爆，不能满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井井下工况的要求；三、国内外生产的隔爆变频器普遍采用油浸或水冷散热方式，体积庞大、价格高、不便于安装和现场维护；四、没有适用于井下提升机的变频器控制的应用软件和PLC控制应用软件。移动组
5、合式全数字四象限变频防爆绞车控制系统较好地解决了以上的问题。在国外，钻机制造商德国Wirth公司、Bentec公司以及美国Varco公司拥有先进的绞车控制技术、电动机四象限传动技术以及电子(自动) 司钻控制技术。这些绞车控制系统能根据钻压、机械钻速、转盘转速和扭矩等参数控制钻井钢丝绳的连续递送以保持稳定的钻井状态， 进而大大提高钻井效率。如：一、德国Wirth公司齿轮传动绞车德国Wirth公司新一代齿轮传动绞车采用四象限控制技术，配有2台或3台直流或交流电动机，能平稳地减速和停止下降或上升的载荷，在不超过设备使用限制的情况下，直流和交流电动机都能运用再生制动技术，制动能量大部分回馈给电网。绞车
6、控制系统通过控制电动机四象限传动，使能量在一个起下钻作业中按4个不同传动阶段分配。绞车的控制系统是通过一个3060kW的交流电动机来实现其它的辅助驱动。在钻井过程中，自动化司钻控制电动机实现恒钻压自动送钻，保持设定的参数，使钻井工具的寿命得以大大增长。另外，在主电动机失效时，还可做为应急装置，将井中钻具提起。绞车控制系统还包括一套智能防碰系统(ACS)，用来优化游车上下运行过程中的安全和效率，它监控绞车独立的3个刹车系统。系统提供了整个提升系统动能的参数分析，并考虑了包括系统制动能力、钩载、游车的速度和位置等参数，在位于司钻控制室的ACS系统终端设定系统的上、下限位。两个PLC上独立计算大钩的
7、位置、速度和制动距离。根据控制系统的运算法则，并考虑到系统的动能和绞车的刹车系统能力，两个PLC能独立启用再生制动、涡流刹车或盘式刹车。大钩位置、载荷和所需要的制动距离等参数持续地由两个微处理器检测和比较，任何差异都认为是ACS系统失效。电动机再生制动、涡流刹车和盘刹紧急制动将被激活，使载荷制动停止。二、 Bentec公司绞车德国Bentec公司已成功地将四象限传动用于其链传动钻机上， 将电动机用于刹车， 并将能量回馈。盘式刹车只用于驻车或紧急制动。绞车遥控操作， 游车可以准确定位。自动送钻速度从10 m/ h到150 m/ h 。三、美国Varco公司单轴绞车美国Varco公司最新一代单轴A
8、DS 10绞车，充分利用了交流变频的控制技术， 可不使用摩擦离合器而使用电动机再生制动来保持负荷。高性能可精确控制的空气冷却和水冷却伊顿( Eaton) 组合盘式刹车可实现自动送钻，并且使该绞车唯一的刹车空气冷却模块用于紧急制动和负载的静态控制， 而水冷却模块用于钻井钢丝绳的均匀递送、游车运行、钻压以及其它钻井参数的动态控制。而我设计的绞车及其控制系统，仅仅是以很简单的方式对绞车进行控制，由PLC进行编程，实现对绞车各种动作的控制。2 绞车的选型计算与设计2.1设计参数泵房总重：50吨，斜坡的坡度：20度，绞车的垂直提升高度：25m，泵房的行走速度：2m/min=0.0333m/s2.2绞车钢
9、丝绳的布局为了安全考虑，采用双滚筒，双绳提升泵房。为了使所选的绞车结构和尺寸尽量的小，以降低成本，采用滑轮组来改善泵房的受力情况，从而选择合适的零部件，进而达到优化系统的目的。我设计的绞车不采用固定滚筒和游动滚筒的形式，两个滚筒使用相同的绳索布局，并且都以相同的方式提升绞车。图2.1 钢丝绳的布局2.3选择钢丝绳钢丝绳的选择原则是根据绳的终端最大可能的悬垂重量等条件初选，再进行安全系数的验算。2.3.1每米钢丝绳质量的计算公式： kg/m (2.1)其中，m每根绳提升的泵房的重量kg 钢丝绳的抗拉强度Pa为斜坡角度，L提升斜长钢丝绳安全系数，其值(参考煤矿安全规程中规定的提升钢丝绳的安全系数的
10、要求，专为升降物料用的钢丝绳不得小于6.5)。f泵房阻力系数，取f=0.010.015钢丝绳阻力系数，取=0.150.20参数：m=G/4=50000/4=12500kg，=185010Pa，=20，L=25/sin2073m，=8，f=0.01，=0.2结果：选型结果：(YB829-79)表2.1名 称直径mm全部钢丝的断面积mm2参考重量kg/100m钢丝绳公称抗拉强度N/mm2钢丝绳钢丝1*6股芯第一层第二层1850(一)(二)(三)钢丝破断拉力总和N三角股钢丝绳6(30)股(6+12+12)绳纤维芯210.950.90.951.11.5172.95183.184319500此三角股钢丝
11、绳的主要用途：它是同向捻钢丝绳，主要用于立井提升，高炉卷扬，露天矿斜坡卷扬，缆车，电铲，以及双卷扬(左同向与右同向绳可成对使用)的各种起重设备，例如重型冶炼浇铸吊车等。2.3.2验算钢丝绳的安全系数公式： (2.2) 其中，Q为所选钢丝绳破断力总和，即Q=319500Ng为重力加速度，即9.8m/s2结果： 结论：钢丝绳符合要求。此外，双绳提升，两根钢丝绳同时断的概率要比一根绳的小得多。2.4绞车的选择和计算主轴的结构尺寸选择滚筒直径的主要原则是使钢丝绳绕经滚筒时产生的弯曲应力不要过大，以便保持钢丝绳的一定承载能力和使用寿命，钢丝绳弯曲应力的大小及其疲劳寿命，取决于滚筒和钢丝绳的直径比。2.4
12、.1预选绞车滚筒的直径公式： (2.3) 其中，D为滚筒直径mmd为钢丝绳直径mm为钢丝绳中最粗钢丝直径mm结果：2.4.2绞车的最大静张力及最大静张力差的计算绞车各承力部件的结构强度是按照绞车系列参数规定的钢丝绳最大静张力和最大静张力差来设计的。选择绞车时，应验算实际负荷所产生的最大静张力和最大静张力差，使它小于所选绞车规定的最大静张力和最大静张力差。考虑到泵房的受力情况，则：公式： (2.4)其中，L为提升斜长，斜坡角度f泵房运动时阻力参数，滚动轴承f=0.015，滑动轴承f=0.02f提升钢丝绳运动时的阻力系数，f=0.150.2，由于斜坡距离较短，钢丝绳始终处于绷紧状态，钢丝绳的阻力系
13、数仅考虑动滑轮处的阻力，取值会小一些，取f=0.03p为钢丝绳单位长度重量参数：G=50000kg，=20，f=0.02，f=0.03，L=73m结果：预选绞车类型： 表2.2型号双刹2JTK1.6最大静张力值KN45最大静张力差KN25卷筒直径mm1600卷筒宽度mm900卷筒个数2两卷筒中心距mm1900钢丝绳直径mm24.5钢丝绳绳速m/s2.45外行尺寸长*宽*高655637902175主机重量kg148252.4.3绞车结构的设计上述所选用的矿用提升绞车是根据参数计算的结果进行的初选，考虑到我所设计的绞车只是单方向的提升，并且两卷筒是同时提升泵房，相当于两卷筒都是固定滚筒，所以，绞车
14、的最大静张力差也应该是45KN，则预选的绞车不满足要求，需要自行设计绞车的结构。而上述所选的双刹2JTK1.6型绞车的技术参数可以作为参考，从而有利于设计的合理性。1、原始数据滚筒直径：D=1600mm绳缠绕圈数：绳的间距：l=2mm摩擦圈：nm=3滚筒宽度(至少)：B=(29.1+3)21+(28+3)2=736.1mm，取B=900mm缠绕层数：一层滚筒个数：2钢丝绳最大静张力：T=45KN钢丝绳最大静张力差：钢丝绳最大直径：d=21mm钢丝绳的钢丝最大直径：钢丝绳单位长度重量：p=1.832kg/m钢丝绳所有钢丝总断面积：钢丝绳所有钢丝破断力总和：，(抗拉强度为1850Mpa)提升速度：取v=0.033320.067m/s环境温度：040环境湿度：不小于95%传动方式：机械式传动2
