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1、 2山西煤炭职工联合大学太原分校-成人大专班毕业设计（论文）绪论矿井提升机常被人们称为矿山的咽喉，是矿山最重要的关键设备，是地下矿井与外界的唯一通道，肩负着矿石、物料、人员等的重要运输责任。对提升机来说，运行的安全性与可靠性是至关重要的。采用新技术、新设备、新工艺来装备煤炭生产的各个环节，以达到减人提效、确保安全生产的目的，是科技兴煤的必由之路。矿井提升设备，其中主要是提升机及其控制和安全设备，也同样要面临着这一必经之路。多年来，矿井提升机及其拖运、安全保护系统等设备的技术水平和安全水平一直是困扰煤炭安全生产和效益提高的重要因素。为改变这一状况，煤炭行业的科研、高校、生产企业和待业主管部门以及
2、机行业的科研和生产企业的工程技术人员做了大量的工作，已开发了众多适用的产品和技术，积累了丰富的经验，取得了长足的进步。大家可以看到，眨眼间我国已经可提供多种技术先进、性能可靠、安全性高的矿井提升设备，大多数已在煤矿基建、生产和技术改造等方面获得了成功的应用。由于可编程控制器结构简单、容易掌握、价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位。继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难于实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象需要改变时，原有的接线和控制盘(柜)就要更换，所以通用性和灵
3、活性较差。提升机的主电动机采用绕线型异步电动机，通过其转子轴上的滑环，向转子绕组回路接入电阻，以便进行起动和调速。本文诣在对电控系统进行局部的修改、完善， 根据我国国情，按照可靠性系统工程的原理，对现的提升电控系统进行综合分析、评价，尽量采用国内外的新技术成果，形成一套较为完整的改造方案及适的换代产品。根据现有的经济条件，对绕线异步电机串电阻的调速部分的电路，采用无触点的PLC系统代替原有触点的继电器逻辑控制系统，提高系统的安全性及可靠性，充分利用PLC的多种功能，进一步改善控制性能，防止控制系统的内外部干扰。第1章 国内外矿井提升机发展概述下面对国内外矿井提升机的发展作简要的叙述，以在对比中
4、取得更长足的发展。1.1 国外矿井提升机现状伴随着科技的进步以及对安全性能要求的提高，国外矿井提升机在拖动、调速、电控等方面成绩斐然。 在直流拖动方面，部分发达国家原有的交流提升机已基本上被晶闸管-电动机（SCR-D）系统所取代。例如：德国、瑞典等国家已有90%以上采用直流提升机，传动系统采用低速直联式，省去了减速机。在调速方面，直流变频调速被多数专家认为是大型提升机拖动的必然发展方向，其优点众多。如：提升机容量几乎不受限制，没有整流子电刷这一薄弱环节等。另外，在国外，微机控制在提升机上的应用已达到成熟阶段。在对提升行程的控制，对提升过程的监视，安全回路，对制动系统的控制与监视，全数字化调速控
5、制系统等方面均应用广泛。例如：德国AEO公司的Logidynt(32位机)、西门子公司的SIEM“ynd”（16位机）系统都已应用于提升机上。此外，在国外，AEG公司生产的内装式提升机以结构简单、占地少、成本低等优势也逐步面向市场。1.2 我国矿井提升机电气控制系统的现状历经几十年发展，我国的矿井提升机电控技术取得了不少的进步，但与美国、德国等世界发达国家相比，依然存在着很大的差距。目前，发达国家的矿井提升机电控技术已全面实现了全数字控制，而国内绝大多矿井提升机电控系统还是交流串阻调速继电器接触器控制，效率低下，安全隐患多，严重制约着我国矿山产业的健康发展，急需大规模的技术改造和更新。目前，我
6、国矿井提升机90以上是采用单机容量在1000Kw以下传统的交流异步电机拖动，采用转子串、切电阻调速，由继电器-接触器构成逻辑控制装置。其中，约70%采用串电阻调速的交流拖动方式。采用改变转差率S的调速方法，在调速中产生大量的转差功率，使大量电能消耗在转子附加电阻上，导致调速的经济性变差。极少数提升机采用串级调速方法，其调速范围窄，且投资大。直流电动机拖动的提升机不足10%，其中多一半为电动机-发电机组供电，采用晶闸管整流传动的只占一少部分。近年来，仅引进了几台交一交变频同步电机拖动系统。计算机技术已在提升机电控系统中得到普遍应用。这种由可编程序的控制、调节装置构成的提升机电控系统的主要特点是：
7、可完成提升行程的测量和设定；实现了对提升过程的程序控制，精度高，对提升机进行闭环调节，具有良好的控制监视系统，实现了显示、记录等有关数据的全部自动化。第2章 提升机机械结构及工作原理2.1 机械结构矿井提升机是采矿工业中联系井下与地面的主要运输工具。由主轴、卷筒、制动器、减速器、牌坊式深度指示器，电控柜、操作台、液压站等部分组成。一、主轴装置：主轴装置由两个卷筒、主轴、四个轮毂、调绳装置等成。右边卷筒叫固定卷筒，左边卷筒叫做游动卷筒，在调绳时可与主轴作相对滑动，主轴装置一般采用剖分式或整体焊接式，弹性结构卷筒。卷筒受力均匀，强度大。主轴与轮毂通常采用无键连接，提高了主轴强度。二、减速器：本提升
8、机采用双级圆弧齿轮减速器，其结构有两级人字齿轮对和机体、机盖等组成。润滑油是从单独的润滑油站进行稀油强制润滑，各轴承均采用滚动轴承。三、盘形制动器：盘形制动器是矿井提升机制动系统的重要部件，作为工作制动和安全制动时用。因此该部件不仅要求结构紧凑，重量轻，而且要求安全可靠，动作灵敏 1。四、液压站：液压站主要用于控制制动器，主要有以下特点：产生压力可以调节的制动油从而控制制动器以获得不同的制动力矩；能使制动器迅速回油，并可产生二级安全制动及一级安全制动；产生压力油，控制双筒提升机调绳装置（即离合器的开合）。五、润滑系统：减速器轴承、齿轮及主轴承的润滑油均由润滑油站集中供给，其结构主要由齿轮油泵、
9、薄片过滤器，旋塞、电接点压力表、供油指示器、管路等组成。润滑油站的齿轮泵装置有两套，其中一套为备用。过滤器应定期清洗。六、深度指示器：深度指示器是矿井提升机的一个重要部件，其用途有如下几点：指示提升容器在井筒中实际位置；发送减速和过卷讯号；进行限速保护。本例提升机所配为牌坊式深度指示器：主要由深度指示器和传动装置组成。七、测速发电机：测速发电机装置，主要由直流电机、三角皮带轮、三角皮带、护罩等组成。其主要作用如下：随提升机减速轴的实际转数发出相应的直流电压给斜面操纵台上的直流电压表，反映容器的实际速度；为限速保护和起速保护继电器等提供直流电源。八、联轴器：本例提升机采用两种联轴器，主电机与减速
10、器高速轴采用蛇形弹簧联轴器，此种联轴器能减少机器运转时冲击，卷筒主轴与减速器低速轴之间采用齿轮联轴器，此种联轴器传递扭矩大，并能补偿两轴安装时的微量偏斜和不同心，上述两种联轴器内必须加润滑脂以减少磨损。九、调绳联锁装置：该装置用于调绳时发出信号，告诉司机离合器“合上”或“离开”位置，以及和液压站安全阀联锁。2.2 工作原理如图所示，在主机也就是井筒的两端，一端是电机，一端是机械深度指示器，本设计采用牌坊式深度指示器。牌坊式深度指示器的结构：由四条支柱、两条丝杠、两个圆盘及数对齿轮、蜗轮、蜗杆等组成。其中电机为主轴提供动力，矿井提升机主轴的旋转运动，由牌坊式深度指示器传动装置经过齿轮对传给丝杠，
11、使两根直丝杠相反方向旋转，带动两左旋转梯形螺母一上一下作相反的直线运动，分别代表主井和副井的位置，运行同时可发送位置信号.提升机机械原理示意与电机相连的有转子控制柜和高压换向柜，它们分别接收来自主令控制柜和制动电源柜的控制信号。转子控制柜通过串-切电阻来实现调速，高压换向柜实现对电机正反转的控制。操作台通过人为或程序控制主令柜。在辅助控制系统中，来自主令控制柜的信号控制液压站和润滑站的工作，保证提升机有效可靠的运行。 第3章 串电阻调速系统3.1 串电阻调速系统原理提升机的主电动机采用绕线型异步电动机，通过其转子轴上的滑环，向转子绕组回路接入电阻，以便进行起动和调速。对电控系统进行局部的修改、
12、完善，根据我国国情，按照可靠性系统工程的原理，对现有的提升电控系统进行综合分析、评价，尽量采用国内外的新技术成果，形成一套较为完整的改造方案及适用的换代产品。根据现有的经济条件，对绕线异步电机串电阻的调速部分的电路，采用无触点的PLC系统代替原有触点的继电器逻辑控制系统，提高系统的安全性及可靠性，充分利用PLC的多种功能，进一步改善控制性能，防止控制系统的内外部干扰。使提升控制系统的速度图达到如图3-1所示的理想状态。图3-1 理想速度2三相异步电动机转速公式为（3-1）式： n=60f/p(1-s) (3-1) 从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。从
13、调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。 矿井提升机是转子串电阻调速。为确保有足够的拉力，串电阻调速属于恒转矩调速。恒转矩调速是指电机高速、低速时输出转矩一样大，即高速时输出功率大，低速时输出功率小。恒转矩的特点是，不管电机的转速快还是慢，其转矩不变。 从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损
14、耗是很小的。 绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。3.2 串电阻调速程序 因为继电器工作于高压状态，触点闭合时会有高压电弧产生，因此需要做消弧处理，串电阻调速消弧处理程序如图3-2所示： 图3-2 串电阻调速消弧程序图3-3为串电阻调速程序：图3-3串电阻调速程序第4章 提升机电控系统构成4.1 引言提升机电控系统可简单地划分为：控制系统（主控系统、辅控系统）、调速控制系统（调速系统、供电系统）、监控系统（上位机、操作台），提升
15、机电控系统构成如图4-1所示。图4-1 提升机电控系统构成主控系统主要是指完成提升机从加速、等速、减速、爬行到停车整个运行过程的开关逻辑控制及其必要的保护并与其他子系统交换信号共同完成对提升机整机有效控制的系统。辅控系统是指各路供电电源、控制回路的接口以及辅机系统的控制部分。对传统的继电器-接触器控制系统而言，还包括可调闸速度闭环环节、动力（低频）制动速度闭环环节（对交流提升机电控而言）、包络线速度保护环节和测速环节等。调速系统是指根据控制系统的指令，作为执行机构最终对提升机的主拖动电机进行起停、加速、减速、稳速运行控制的系统。监控系统是指对电控系统关键部件，包括提升机信号系统工作情况、提升机运行过程中关键参数、参量的曲线、以及司机操作的正确性进行监控和显示，并进行必要的记录以备需要查阅之需的系统。操作台是电控系统的人机界面，担负着对提升机进行集中控制、监视、参量信号显示的重任。因该控制线路大体可分为主回路、测速回路、安全回路、调绳闭锁回路、控制回路、可调闸控制回路、减速阶段过速保护控制回路、动力制动控制回路、自整角
