采煤機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】,含CAD圖紙、說明書,采煤,直流,調(diào)速,系統(tǒng),設(shè)計,cad,圖紙,說明書,仿單 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 1 目 錄 目 錄 ..........................................................................................................................................1 第一章 緒 論 ..........................................................................................................................5 1.1 國內(nèi)采煤機(jī)的發(fā)展歷程 .................................................................................................5 1.2 國內(nèi)采煤機(jī)研制現(xiàn)狀 .....................................................................................................6 1.3 采煤機(jī)與國外技術(shù)的差距和發(fā)展展望 .........................................................................7 1.3.1 國外采煤機(jī)的發(fā)展 ..................................................................................................7 1.3.2 國內(nèi)采煤機(jī)的發(fā)展展望 ..........................................................................................9 1.4 采煤機(jī)類型及組成 ........................................................................................................10 1.4.1 采煤機(jī)類型 .............................................................................................................10 1.4.2 采煤機(jī)的組成 .........................................................................................................11 第二章 三機(jī)配套方案的確定 ................................................................................................13 2.1 刮板輸送機(jī)的選型計算 ...............................................................................................13 2.1.1 輸送能力及溜槽端面的校核 ...............................................................................13 2.1.2 電動機(jī)功率的校核 .................................................................................................14 2.2 液壓支架的選型 ...........................................................................................................16 2.2.1 支架最大高度 .........................................................................................................16 2.2.2 支架最小高度 .........................................................................................................17 第 3 章 直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 ....................................................................................................18 3.1 直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展概況 ................................................................................................18 3.2 國內(nèi)外發(fā)展概況 ...........................................................................................................19 3.2.1 國內(nèi)發(fā)展概況 ........................................................................................................19 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 2 3.2.2 國外發(fā)展概況 ........................................................................................................20 3.2.3 總結(jié) ........................................................................................................................21 第 4 章 調(diào)速總體設(shè)計 ............................................................................................................22 4.1 總體硬件電路設(shè)計 .......................................................................................................23 4.1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 ................................................................................................23 4.1.2 8051 單片機(jī)簡介 .................................................................................................23 4.1.3 單片機(jī)系統(tǒng)中所用其他芯片選型 ........................................................................25 4.1.4 8051 單片機(jī)擴(kuò)展電路及分析 ................................................................................28 4.2 PWM 信號發(fā)生電路設(shè)計 ...........................................................................................29 4.2.1 PWM 的基本原理 ...................................................................................................29 4.2.2 PWM 信號發(fā)生電路設(shè)計 .......................................................................................31 4.2.3 PWM 發(fā)生電路主要芯片的工作原理 ...................................................................32 4.3 功率放大驅(qū)動電路設(shè)計 ...............................................................................................34 4.3.1 芯片 IR2110 性能及特點 ......................................................................................34 4.3.2 IR2110 的引腳圖以及功能 .................................................................................35 4.4 主電路設(shè)計 ...................................................................................................................36 4.4.1 延時保護(hù)電路 ........................................................................................................36 4.4.2 主電路 ....................................................................................................................36 4.4.3 輸出電壓波形 ........................................................................................................38 4.4.4 系統(tǒng)總體電路圖 ....................................................................................................39 4.4.4 系統(tǒng)總體電路圖 ....................................................................................................40 4.5 測 速發(fā)電機(jī) ...................................................................................................................42 4.6 濾波電路 .......................................................................................................................42 4.7 A/D 轉(zhuǎn)換 ......................................................................................................................43 4.7.1 芯片選型 ................................................................................................................43 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 3 4.7.2 ADC0809 的引腳及其功能 ....................................................................................43 第 5 章 采煤機(jī)的維護(hù)和檢修 ................................................................................................45 5.1 采煤機(jī)的注油 ................................................................................................................45 5.1.1 一般要求 .................................................................................................................45 5.1.2 潤滑要求 ................................................................................................................45 5.2 日常維護(hù) .......................................................................................................................45 5.2.1 日檢內(nèi)容 .................................................................................................................45 5.2.2 周檢 ........................................................................................................................46 5.2.3 季檢 ........................................................................................................................46 5.2.4 大修 ........................................................................................................................46 5.2.5 儲存 ............................................................................................................................47 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................................48 致 謝 ......................................................................................................................................51 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 4 第一章 緒 論 1.1 國內(nèi)采煤機(jī)的發(fā)展歷程 (1) 購進(jìn)與仿制 世界上第1臺采煤機(jī)是原蘇聯(lián)于1952年生產(chǎn)并開始使用的，我國于1952 年購進(jìn)并使用，與此同時，雞西煤礦機(jī)械廠即開始進(jìn)行仿制工作，于1954年 制造出我國第1臺深截式采煤機(jī)，即頓巴斯-1型采煤康拜因，隨后批量生產(chǎn)。 在頓巴斯-1型采煤康拜因的基礎(chǔ)上，經(jīng)過研究、改進(jìn)和完善，設(shè)計制造了多 種型式的采煤康拜因，這一時期的采煤機(jī)稱為中國第1代采煤機(jī)。 (2) 消化與研制 20世紀(jì)60年代初，在頓巴斯一1型采煤康拜因的基礎(chǔ)上，我國開始自行 研制生產(chǎn)采煤機(jī)，1964年生產(chǎn)出MLQ-64型,1968年生產(chǎn)出MLQI-80型淺截式單 滾筒采煤機(jī)，成為我國第2代采煤機(jī)，我國第2代采煤機(jī)的特點是截割部滾筒 采用搖調(diào)高，牽引機(jī)構(gòu)也為鋼絲繩牽引，通過應(yīng)用證明，采用鋼絲繩牽引， 繩筒磨損嚴(yán)重，使用壽命短，同時牽引力較小，容易拉斷而導(dǎo)致傷人和機(jī)器 下滑事故。該類型采煤機(jī)采用了液壓傳動，具有無級調(diào)速和過載保護(hù)等特點。 (3) 逐步成熟與發(fā)展 我國于20世紀(jì)60年代末70年代初開始研制第3代采煤機(jī)即雙滾筒采煤機(jī)。 1975年生產(chǎn)的M鞏-170型采煤機(jī)，實現(xiàn)了滾筒采煤機(jī)由單滾筒向雙滾筒的飛 躍。M鞏-170型采煤機(jī)的2個可調(diào)高滾筒放在采煤機(jī)的兩端，利用搖臂調(diào)高。 牽引機(jī)構(gòu)采用圓環(huán)鏈牽引，提高了牽引力，但不適應(yīng)大傾角采煤。MXA-300 型系列采煤機(jī)是西安煤礦機(jī)械廠1983年研制生產(chǎn)的大功率無鏈牽引雙滾筒采 煤機(jī)，采用了三頭螺旋滾筒，滾筒轉(zhuǎn)速有所降低，牽引機(jī)構(gòu)采用齒輪一銷軌 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 5 式，傳動平穩(wěn)，消除了鏈牽引的缺點，機(jī)器的使用壽命延長，增設(shè)了副牽引 部和可靠的液壓制動裝置，可用于大傾角( )煤層而不需要設(shè)防滑安405 全絞車，提高了工作效率，加大了生產(chǎn)能力。MG132/320-W新型液壓牽引采 煤機(jī)是由泰山建能公司、煤炭科學(xué)研究總院、新漢礦業(yè)集團(tuán)聯(lián)合研制完成的。 該采煤機(jī)采用滾筒式采煤機(jī)發(fā)展趨勢的多電機(jī)橫向布置，液壓牽引系統(tǒng)打破 常規(guī)，采煤機(jī)牽引部泵箱把長期使用的“濕腔”布置分離液壓元件改為“干 腔”布置，實現(xiàn)了采煤機(jī)液壓系統(tǒng)的創(chuàng)新。該機(jī)在同類采煤機(jī)設(shè)計中達(dá)到了 國內(nèi)先進(jìn)水平。 1.2 國內(nèi)采煤機(jī)研制現(xiàn)狀 國外于1976年研制出第1臺電牽引采煤機(jī)。1991年，由煤炭科學(xué)研究總 院上海分院與波蘭科瑪克公司合作，研制成功我國第1臺采用交流變頻調(diào)速 的G344-PWD型薄煤層強(qiáng)力爬底板電牽引采煤機(jī)，性能良好，電牽引采煤機(jī)成 為我國第4代采煤機(jī)。2005年煤炭科學(xué)研究總院上海分院又開發(fā)出總裝機(jī)功 率達(dá)1815kW的大功率采煤機(jī)。隨后，更大功率的電牽引采煤機(jī)MG900/2215- GWD也問世，該型采煤機(jī)的控制達(dá)到了國際先進(jìn)水平，是目前國內(nèi)功率最大 的采煤機(jī)。如果采用長搖臂，最大采高可達(dá)到創(chuàng)記錄的6m，該型采煤機(jī)完全 能夠滿足國內(nèi)煤礦高產(chǎn)高效工作面的生產(chǎn)需要。目前，國內(nèi)使用的交流電牽 引采煤機(jī)的電牽引調(diào)速系統(tǒng)主要有3種:即交流變頻調(diào)速系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電機(jī) 調(diào)速系統(tǒng)(簡稱SRD)、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速原理不盡相同，但基 本上都可分為控制部分和牽引電機(jī)部分。在這 3種 交流電牽引調(diào)速系統(tǒng)中， 交流變頻調(diào)速技術(shù)由于具有的諸多優(yōu)點，在大功率采煤機(jī)的應(yīng)用已趨向成熟， 并已成為目前采煤機(jī)調(diào)速方式的主流，其主要特點是:啟動性能好，可直接 實現(xiàn)軟啟動;交流變頻調(diào)速屬轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)，故效率高。隨著計 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 6 算機(jī)技術(shù)和大功率電子元器件的不斷發(fā)展，交流變頻調(diào)速的調(diào)速性能和精度 可與直流調(diào)速相比。SRD技術(shù)在采煤機(jī)上的應(yīng)用雖然起步不久，但具有發(fā)展 潛力，它有交流變頻調(diào)速電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、無刷無整流子的優(yōu)點，也有直流 調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速性能好，控制電路簡單、價格低廉等優(yōu)勢，而且啟動轉(zhuǎn)矩大、 啟動電流小，這種調(diào)速方式一旦解決了噪聲問題和位置傳感器存在的不可靠 性問題，將更適合在煤礦井下采掘機(jī)械中使用。電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速技術(shù)本 身比較成熟，它屬于改變轉(zhuǎn)差率的交流調(diào)速方式，采用閉環(huán)系統(tǒng)能得到較大 的調(diào)速范圍，可平滑調(diào)速，并具備交流調(diào)速和直流調(diào)速的雙重優(yōu)點。隨著計 算機(jī)技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，電磁調(diào)速電動機(jī)電流的控制精度和控制性能 可以做得更適合采煤機(jī)的使用，但它在采煤機(jī)上的應(yīng)用也存在低速性能差、 電動機(jī)發(fā)熱等問題。 1.3 采煤機(jī)與國外技術(shù)的差距和發(fā)展展望 1.3.1 國外采煤機(jī)的發(fā)展 近年來 ，國外采煤機(jī)的技術(shù)特點和發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面: (1)牽引方式采用 電牽引傳統(tǒng)的液壓牽引采煤機(jī)在國外雖然仍在生產(chǎn) 和使用，但已不占主導(dǎo)地位，由于電牽引采煤機(jī)的諸多優(yōu)點，國外目前新開 發(fā)的采煤機(jī)，特別是大功率采煤機(jī)基本上都是采用電牽引方式。 (2)裝機(jī)總功率不斷增大 國外采煤機(jī)的功率在不斷提高，電機(jī)截割功 率通常在400kW以上，功率大的已達(dá)1000kW;牽引電動機(jī)功率均在40kW以上， 大的甚至達(dá)到125 kW;總裝機(jī)功率通常超過1000kW，最高已達(dá)2000kW以上;牽 引速度、牽引力也大幅提高，目前大功率電牽引采煤機(jī)的牽引速度普遍達(dá)到 15-25 m/min，牽引力達(dá)到757kN以上。采用大截深滾筒已成為提高采煤機(jī)生 產(chǎn)能力的重要途徑。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 7 (3)交流變頻成為主流調(diào)速方式 由于交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)具有技術(shù) 先進(jìn)、可靠性高，維護(hù)管理簡單和價格低廉等特點，近幾年發(fā)展很快，交流 牽引正逐步替代直流牽引，成為今后電牽引采煤機(jī)的發(fā)展方向。采用2個變 頻器分別拖動2臺牽引電機(jī)的牽引系統(tǒng)，可使?fàn)恳目刂坪捅Ｗo(hù)性能更加完 善，這種一拖一的牽引系統(tǒng)也正被逐步采用，成為電牽引技術(shù)發(fā)展的又一個 特點。 (4)普遍采用中高壓供電 80年代以來,由于裝機(jī)功率大幅度提高以及工 作面的不斷加長,整個工作面容量超過5000kW,工作面長度達(dá)到300m。為減少 輸電線路損耗,提高供電質(zhì)量和電機(jī)性能,新一代大功率電牽引采煤機(jī)乎都采 用中高壓供電。主要供電等級有2300V、3300V、4160V和5000V等。 (5)監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)的智能化 現(xiàn)代電牽引采煤機(jī)均具有建立在微處理機(jī) 基礎(chǔ)上的智能化監(jiān)控、監(jiān)測和保護(hù)系統(tǒng),可實現(xiàn)交互式人機(jī)對話、遠(yuǎn)近控制、 無線電遙控、工況監(jiān)測及狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)采集存儲及傳輸、健康(故障)診斷 及預(yù)警、自動控制、自動調(diào)高等多種功能,以保證采煤機(jī)最低的維護(hù)量和最 高的利用率;并可實現(xiàn)與液壓支架、工作面輸送機(jī)的信息交互和聯(lián)動控制等 功能。英國 Long-Airdox 公司在 EL 系列機(jī)型上裝置的 Im-pact 集成保護(hù)及 監(jiān)控系統(tǒng);德國 Eickhoff 公司的 Eickhoff-數(shù)據(jù)匯集技術(shù)系統(tǒng);美國 JOY 公 司 6LS 型電牽引采煤機(jī)的 JNA 網(wǎng)絡(luò)信息中心等。監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)的智能化主要 功能可歸結(jié)為: 1)負(fù)載控制:通過截割電機(jī)電流的精確監(jiān)測,調(diào)整采煤機(jī)的牽引速度,使 采煤機(jī)在不同工況下以最優(yōu)化的參數(shù)進(jìn)行工作,從而保證傳動系統(tǒng)不易受持 續(xù)沖擊影響。 2)工作面定位控制:可以識別采煤機(jī)在工作面的位置,在機(jī)頭、機(jī)尾可自 動減速和停止,與支架配合實現(xiàn)自動隨機(jī)移架,并可檢查支架是否正確支護(hù)。 3)與工作面輸送機(jī)聯(lián)機(jī)的負(fù)荷控制:通過輸送機(jī)的負(fù)荷監(jiān)測來調(diào)節(jié)采煤 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 8 機(jī)的采煤量,使采煤機(jī)和輸送機(jī)的生產(chǎn)能力完全相匹配,既提高輸送機(jī)的可靠 性,又充分發(fā)揮工作面的生產(chǎn)能力。 4)自動調(diào)高控制:采煤機(jī)每移動 1m 就可精確地測量截割高度和角度 10 次,通過自動算法與存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行比較校正,迅速對采煤機(jī)進(jìn)行最優(yōu)化的水平 調(diào)整。該控制可最大地減小底板的截割臺階,實現(xiàn)平滑過渡,加快工作面設(shè)備 的推進(jìn)速度,提高設(shè)備的使用壽命,使操作人員能盡量避開粉塵。 5)運行狀態(tài)監(jiān)控和顯示:采煤機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可采集大量各類機(jī)器參 數(shù),如:輸入電壓;電機(jī)電流,軸承、繞組和冷卻水溫度;控制電源;潤滑油溫度、 消耗;液壓系統(tǒng)油位、壓力、溫度;冷卻和噴霧降塵水量/水壓;機(jī)器速度、方 向;搖臂的操作角度;過載保護(hù)監(jiān)控等。 6)數(shù)據(jù)傳輸、順槽控制及地面監(jiān)控:采煤機(jī)上的雙向調(diào)制解調(diào)器可通過 雙芯拖移電纜輸送到順槽調(diào)制解調(diào)器,再通過雙向通訊線路傳送到地面調(diào)制 解調(diào)器及協(xié)議控制器。傳送的數(shù)據(jù)經(jīng)過地面監(jiān)控軟型號 1.3.2 國內(nèi)采煤機(jī)的發(fā)展展望 國內(nèi)電牽引采煤機(jī)代表機(jī)型與目前國外最先進(jìn)的電牽引采煤機(jī)相比，在 總體參數(shù)性能方面已接近國外20世紀(jì)90年代中后期水平。但在一些關(guān)鍵部件 以及總體性能、功能、適應(yīng)范圍還有待進(jìn)一步完善和提高。尤其是電牽引采 煤機(jī)的工況在線監(jiān)測、故障診斷及預(yù)報、信號傳輸與采煤機(jī)自動控制、傳感 器件等智能化技術(shù)與國外相比還有一定的差距。針對這些差距，今后國內(nèi)電 牽引采煤機(jī)的主要發(fā)展方向應(yīng)包括以下幾個方面: (1)進(jìn)一步完善和提高交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)的可靠性，重點完善和提高 系統(tǒng)裝置的抗振、散熱和防潮等性能，研究可靠的微機(jī)電氣控制系統(tǒng)，重點 提高采煤機(jī)電控系統(tǒng)的抗干擾、抗熱效應(yīng)的能力。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 9 (2)開發(fā)或增強(qiáng)電控系統(tǒng)的監(jiān)控功能，重點研究故障診斷與專家系統(tǒng)、工 況監(jiān)測、顯示與信息傳輸系統(tǒng)、工作面采煤機(jī)自動運行控制系統(tǒng)、自適應(yīng)變 頻電路的漏電檢測與保護(hù)技術(shù)、搖臂自動調(diào)高系統(tǒng)等。 (3)以開發(fā)裝機(jī)功率更大的采煤機(jī)為主，完善中、小功率的電牽引采煤機(jī)， 以滿足不同用戶的需求。 (4)向電器設(shè)備結(jié)構(gòu)的小型化發(fā)展，由于功率的增大，電動機(jī)、變壓器、 變頻器等設(shè)備的體積也相應(yīng)增大，為滿足整機(jī)結(jié)構(gòu)布置緊湊的要求，進(jìn)一步 提高采煤機(jī)對煤層變化的適用性，必須研究電器設(shè)備小型化的技術(shù)途徑。 1.4 采煤機(jī)類型及組成 1.4.1 采煤機(jī)類型 滾筒采煤機(jī)的類型很多，可按滾筒數(shù)目、行走機(jī)構(gòu)形式、行走驅(qū)動裝置 的調(diào)速傳動方式、行走部布置位置、機(jī)身與工作面輸送乳汁機(jī)配合導(dǎo)向方式、 總體結(jié)構(gòu)布置方式等分類。 按滾筒數(shù)目分為單滾筒和雙滾筒采煤機(jī)，其中雙滾筒采煤機(jī)應(yīng)用最普遍。 按行走機(jī)構(gòu)形式分鋼絲繩牽引、鏈牽引和無鏈牽引采煤機(jī)。按行走驅(qū)動裝置 的調(diào)速方式分機(jī)械調(diào)速、液壓調(diào)速和電氣調(diào)速滾筒采煤機(jī)（通常簡稱機(jī)械牽 引、液壓牽引和電牽引采煤機(jī)） 。按行走部布置位置分內(nèi)牽引和外牽引采煤 機(jī)。按機(jī)身與工作面輸送機(jī)的配合導(dǎo)向方式分騎槽式和爬底板式采煤機(jī)。按 總體結(jié)構(gòu)布置方式分截割（主）電動機(jī)縱向布置在搖臂上的采煤機(jī)和截割 （主）電動機(jī)橫向布置在機(jī)身上的采煤機(jī)、截割電動機(jī)橫向布置在搖臂上的 采煤機(jī)。按適用的煤層厚度分厚煤層、中厚煤層和薄煤層采煤機(jī)。按適用的 煤層傾角分緩斜、大傾角和急斜煤層采煤機(jī)。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 10 1.4.2 采煤機(jī)的組成 采煤機(jī)主要由電動機(jī)、牽引部、截割部和附屬裝置等部分組成（如圖 1.4.2-1） 。 電動機(jī)：是滾筒采煤機(jī)的動力部分，它通過兩端輸出軸分別驅(qū)動兩個截 割部和牽引部。采煤機(jī)的電動機(jī)都是防爆的，而且通常都采用定子水冷，以 縮小電動機(jī)的尺寸。 牽引部：通過其主動鏈輪與固定在工作面輸送機(jī)兩端的牽引鏈 3 相嚙合， 使采煤機(jī)沿工作面移動，因此，牽引部是采煤機(jī)的行走機(jī)構(gòu)。 左、右截割部減速箱：將電動機(jī)的動力經(jīng)齒輪減速后傳給搖臂 5 的齒輪， 驅(qū)動滾筒 6 旋轉(zhuǎn)。 滾筒：是采煤機(jī)落煤和裝煤的工作機(jī)構(gòu)，滾筒上焊有端盤及螺旋葉片， 其上裝有截齒。螺旋葉片將截齒割下的煤裝到刮板輸送機(jī)中。為提高螺旋滾 筒的裝煤效果，滾筒一側(cè)裝有弧形擋煤板 7，它可以根據(jù)不同的采煤方向來 回翻轉(zhuǎn) 180。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 11 如圖 1.4.2-1 雙滾筒采煤機(jī) 調(diào)高油缸：可使搖臂連同滾筒升降，以調(diào)節(jié)采煤機(jī)的采高。 調(diào)斜油缸：用于調(diào)整采煤機(jī)的縱向傾斜度，以適應(yīng)煤層沿走向起伏不平 時的截割要求。 電氣控制箱：內(nèi)部裝有各種電控元件，用于采煤機(jī)的各種電氣控制和保 護(hù)。 此外，為降低電動機(jī)和牽引部的溫度并提供內(nèi)外噴霧降塵用水，采煤機(jī) 設(shè)有專門的供水系統(tǒng)。采煤機(jī)的電纜和水管夾持在拖纜裝置內(nèi)，并由采煤機(jī) 拉動在工作面輸送機(jī)的電纜槽中卷起或展開。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 12 第二章 三機(jī)配套方案的確定 2.1 刮板輸送機(jī)的選型計算 2.1.1 輸送能力及溜槽端面的校核 擬選用 SGZ1000/1050-W 型刮板輸送機(jī) 1.輸送能力及溜槽端面的校核 通常貨載橫斷面有圖 2.1.1-1(a)和圖圖 2.1.1-1(b)兩種形式，其中 b 中 因為有擋煤板的作用而使溜槽裝載斷面增大保證輸送機(jī)的生產(chǎn)能力。 SGZ1000/1050-W 即具有此種形式的橫斷面。 (1)刮板輸送機(jī)運輸能力，按連續(xù)運行方式進(jìn)行計算，其公式為 360(t/h)QFv 式中 F=貨載最大橫斷面積， 2m （見圖 2.1.1-1 ）12Fbh2/tan b中部槽寬 H擋煤板總高度 B擋煤板距左槽幫的距離 貨載在溜槽中的動堆積角，對于原煤 203 貨載的裝滿系數(shù)，0.65.9 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 13 貨載的散集容量， ，對于原煤3t/m30.851t/m 刮板輸送機(jī)鏈速，m/sv SGZ1000/1050-W 型刮板輸送機(jī)參數(shù)選擇如下 b=1m, h=0.135, ， ， ， ，B=1280mm30.931.0t/m2.6/sv a b 圖 2.1.1-1 算得 2101350mFbh22 2/tan8/tan47305B12.67305(t/h)QFv 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 14 (2) 刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)配套使用時，輸送機(jī)的運輸能力 Q 不應(yīng)小于 采煤機(jī)的生產(chǎn)能力 ，其中 =5000t/h，即 。cQc cQ 2.1.2 電動機(jī)功率的校核 1.電動機(jī)功率的校核 輸送機(jī)電動機(jī)功率的大小要根據(jù)工作面傾角，輸送機(jī)的工作長度和輸送 量的大小等具體條件決定，其關(guān)系式為： 12 00(cosin)2cos(KW)1KqwqwLvN 式中 貨載每米重力，N/m，按下式計算 (N/m)3.6Qgqv 輸送量， t/h 刮板連每米重力，N/m0 電動機(jī)功率備用系數(shù)，K1.52K 刮板連繞過兩端鏈輪時的附加阻力系數(shù)，1 1.K 輸送機(jī)水平彎曲時附加阻力系數(shù)，2 2. 刮板輸送機(jī)安裝傾角( ) L刮板輸送機(jī)鋪設(shè)長度，m 鏈速，m/sv 貨載在溜槽中的運行阻力系數(shù)w 運行阻力系數(shù)與輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)，貨載在溜槽中的斷面，貨載性質(zhì)，塊度， 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 15 濕度，鏈速等多種情況有關(guān)，一般要根據(jù)具體情況通過試驗確定，本設(shè)計參 考下列情況 I） 對封底式溜槽，側(cè)卸式，底鏈不回煤的情況 單鏈： 0.46;0.34w 邊雙鏈： 8 II） 對帶擋煤板的敞底式溜槽 在平直底板情況下： 0.68;0.34w 在波浪形底板情況下： 12 傳動效率jy 減速器傳動效率，j 0.94j 液力耦合器傳動效率，y.6y SGZ1000/1050 型刮板輸送機(jī)參數(shù)選取如下: =3736 N/m， =637N/m， ， ， ，q0qK1.51.2K1.0 L=100m， ， ， ，w.4.3jh094y601.568(cosin)80.3cos3.65N1. =3KB）輸出端保持 為低電平，而當(dāng)計數(shù)值大于單片機(jī) P1 端口輸出值 X 時，圖中 U2 的 （AB）輸出端為高電平。隨著計數(shù)值的增加，Q2Q9 由全“1”變?yōu)槿?” 時，圖中 U2 的（AB ）輸出端又變?yōu)榈碗娖?，這樣就在 U2 的（AB ）端 得到了 PWM 的信號，它的占空比為（255 -X / 255）*100% ，那么只要改變 X 的數(shù)值，就可以相應(yīng)的改變 PWM 信號的占空比，從而進(jìn)行直流電機(jī)的轉(zhuǎn) 速控制。 使用這個方法時，單片機(jī)只需要根據(jù)調(diào)整量輸出 X 的值，而 PWM 信 號由三片通用數(shù)字電路生成，這樣可以使得軟件大大簡化，同時也有利于單 片機(jī)系統(tǒng)的正常工作。由于單片機(jī)上電復(fù)位時 P1 端口輸出全為“1” ，使用數(shù) 值比較器 4585 的 B 組與 P1 端口相連，升速時 P0 端口輸出 X 按一定規(guī)律減 少，而降速時按一定規(guī)律增大。 4.2.3 PWM 發(fā)生電路主要芯片的工作原理 1數(shù)據(jù)比較器 具有數(shù)據(jù)比較功能的芯片有 74LS6828，74LS6838 等 8 位數(shù)值比較器， 4 位數(shù)值比較器 4585 等。本 PWM 發(fā)生電路通過兩片 4 位數(shù)值比較器 4585 就可實現(xiàn) PWM 信號的產(chǎn)生，因此選用 4585 作為信號發(fā)生電路。芯片 4585 的引腳圖： 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 33 2串行計數(shù)器 系統(tǒng) PWM 信號發(fā)生電路中還使用到一片串行計數(shù)器，有串行計數(shù)功能 的芯片有 4024、4040 等，它們具有相同的電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能，但 4024 是 7 位二進(jìn)制串行計數(shù)器，而芯片 4040 是一個 12 位的二進(jìn)制串行計數(shù)器， 所有計數(shù)器位為主從觸發(fā)器，計數(shù)器在時鐘下降沿進(jìn)行計數(shù)。當(dāng) CR 為高電 平時，它對計數(shù)器進(jìn)行清零，由于在時鐘輸入端使用施密特觸發(fā)器，故對脈 沖上升和下降時間沒有限制，所有的輸入和輸出均經(jīng)過緩沖。本系統(tǒng)使用 4040 作為串行計數(shù)器，芯片 4040 的引腳圖如圖 4-11 所示： 圖 4-10 4585 引腳 圖 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 34 4.3 功率放大驅(qū)動電路設(shè)計 功率放大驅(qū)動芯片有多種，其中較常用的芯片有 IR2110 和 EXB841， 但由于 IR2110 具有雙通道驅(qū)動特性，且電路簡單，使用方便，價格相對 EXB841 便宜，具有較高的性價比，且對于直流電機(jī)調(diào)速使用起來更加簡便， 因此該驅(qū)動電路采用了 IR2110 集成芯片，使得該集成電路具有較強(qiáng)的驅(qū)動 能力和保護(hù)功能。 4.3.1 芯片 IR2110 性能及特點 IR2110 是美國國際整流器公司利用自身獨有的高壓集成電路以及無閂 鎖 CMOS 技術(shù)，于 1990 年前后開發(fā)并且投放市場的，IR2110 是一種雙通 道高壓、高速的功率器件柵極驅(qū)動的單片式集成驅(qū)動器。它把驅(qū)動高壓側(cè)和 低壓側(cè) MOSFET 或 IGBT 所需的絕大部分功能集成在一個高性能的封裝內(nèi)， 外接很少的分立元件就能提供極快的功耗，它的特點在于，將輸入邏輯信號 轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動信號，可以驅(qū)動同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動能力強(qiáng)， 圖 4-11 4040 引腳圖 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 35 響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，可以達(dá)到 600V，其內(nèi)設(shè)欠壓封鎖，成本低、 易于調(diào)試。高壓側(cè)驅(qū)動采用外部自舉電容上電，與其他驅(qū)動電路相比，它在 設(shè)計上大大減少了驅(qū)動變壓器和電容的數(shù)目，使得 MOSFET 和 IGBT 的驅(qū) 動電路設(shè)計大為簡化，而且它可以實現(xiàn)對 MOSFET 和 IGBT 的最優(yōu)驅(qū)動， 還具有快速完整的保護(hù)功能。與此同時，IR2110 的研制成功并且投入應(yīng)用 可以極大地提高控制系統(tǒng)的可靠性。降低了產(chǎn)品成本和減少體積。 4.3.2 IR2110 的引腳圖以及功能 IR2110 將輸入邏輯信號轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動信號，可以驅(qū)動同一 橋臂的兩路輸出，驅(qū)動能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，是目前功率 放大驅(qū)動電路中使用最多的驅(qū)動芯片。其結(jié)構(gòu)也比較簡單，芯片引腳圖如下 所示： 圖 4-12 IR2110 引腳圖 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 36 4.4 主電路設(shè)計 4.4.1 延時保護(hù)電路 利用 IR2110 芯片的完善設(shè)計可以實現(xiàn)延時保護(hù)電路。 IR2110 使它自身可對輸入的兩個通道信號之間產(chǎn)生合適的延時，保證 了加到被驅(qū)動的逆變橋中同橋臂上的兩個功率 MOS 器件的驅(qū)動信號之間有 一互瑣時間間隔，因而防止了被驅(qū)動的逆變橋中兩個功率 MOS 器件同時導(dǎo) 通而發(fā)生直流電源直通路的危險。 4.4.2 主電路 從上面的原理可以看出，產(chǎn)生高壓側(cè)門極驅(qū)動電壓的前提是低壓側(cè)必須 有開關(guān)的動作，在高壓側(cè)截止期間低壓側(cè)必須導(dǎo)通，才能夠給自舉電容提供 充電的通路。因此在這個電路中，Q1、Q4 或者 Q2、Q3 是不可能持續(xù)、不 間斷的導(dǎo)通的。我們可以采取雙 PWM 信號來控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)以及它的 速度。 將 IC1 的 HIN 端與 IC2 的 LIN 端相連，而把 IC1 的 LIN 端與 IC2 的 HIN 端相連，這樣就使得兩片芯片所輸出的信號恰好相反。 在 HIN 為高電平期間，Q1、Q4 導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加正向的工作電壓。 其具體的操作步驟如下： 當(dāng) IC1 的 LO 為低電平而 HO 為高電平的時候，Q2 截止，C1 上的電壓 經(jīng)過 VB、IC 內(nèi)部電路和 HO 端加在 Q1 的柵極上，從而使得 Q1 導(dǎo)通。同 理，此時 IC2 的 HO 為低電平而 LO 為高電平，Q3 截止，C3 上的電壓經(jīng)過 VB、IC 內(nèi)部電路和 HO 端加在 Q4 的柵極上，從而使得 Q4 導(dǎo)通。 電源經(jīng) Q1 至電動機(jī)的正極經(jīng)過整個直流電機(jī)后再通過 Q4 到達(dá)零電位， 完成整個的回路。此時直流電機(jī)正轉(zhuǎn)。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 37 在 HIN 為低電平期間，LIN 端輸入高電平，Q2 、Q3 導(dǎo)通，在直流電機(jī) 上加反向工作電壓。其具體的操作步驟如下： 當(dāng) IC1 的 LO 為高電平而 HO 為低電平的時候，Q2 導(dǎo)通且 Q1 截止。此 時 Q2 的漏極近乎于零電平，Vcc 通過 D1 向 C1 充電，為 Q1 的又一次導(dǎo)通 作準(zhǔn)備。同理可知，IC2 的 HO 為高電平而 LO 為低電平，Q3 導(dǎo)通且 Q4 截 止，Q3 的漏極近乎于零電平，此時 Vcc 通過 D2 向 C3 充電，為 Q4 的又一 次導(dǎo)通作準(zhǔn)備。 電源經(jīng) Q3 至電動機(jī)的負(fù)極經(jīng)過整個直流電機(jī)后再通過 Q2 到達(dá)零電位， 完成整個的回路。此時，直流電機(jī)反轉(zhuǎn)。 因此電樞上的工作電壓是雙極性矩形脈沖波形，由于存在著機(jī)械慣性的 緣故，電動機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速是由矩形脈沖電壓的平均值來決定的。 設(shè) PWM 波的周期為 T，HIN 為高電平的時間為 t1，這里忽略死區(qū)時間， 那么 LIN 為高電平的時間就為 T-t1。HIN 信號的占空比為 D=t1/T。設(shè)電源 電壓為 V，那么電樞電壓的平均值為： Vout= t1 - ( T - t1 ) V / T = ( 2 t1 T ) V / T = ( 2D 1 )V 定義負(fù)載電壓系數(shù)為 ，= Vout / V， 那么 = 2D 1 ；當(dāng) T 為常數(shù) 時，改變 HIN 為高電平的時間 t1，也就改變了占空比 D，從而達(dá)到了改變 Vout 的目的。D 在 01 之間變化，因此 在1 之間變化。如果我們聯(lián)系改 變 ，那么便可以實現(xiàn)電機(jī)正向的無級調(diào)速。 當(dāng) =0.5 時，Vout=0 ，此時電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 0； 當(dāng) 0.5<<1 時， Vout 為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)； 當(dāng) =1 時，Vout=V，電機(jī)正轉(zhuǎn)全速運行。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 38 圖 4-13 系統(tǒng)主電路 4.4.3 輸出電壓波形 系統(tǒng)電路經(jīng)過單片機(jī)控制的 PWM 信號產(chǎn)生電路送來的 PWM 信號，經(jīng) 過功率放大電路，形成輸出電壓的波形圖如下圖如示： 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 39 圖 4-14 輸出電壓波形 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 40 4.4.4 系統(tǒng)總體電路圖 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)總體電路設(shè)計由單片機(jī)產(chǎn)生控制 PWM 信號發(fā)生電路 產(chǎn)生 PWM 信號的數(shù)據(jù)，控制直流電機(jī)調(diào)速電路對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 41 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 42 圖 4-15 系統(tǒng)總休電路圖 4.5 測速發(fā)電機(jī) 測速發(fā)電機(jī)是一種測量轉(zhuǎn)速的微型發(fā)電機(jī)，他把輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為 電壓信號輸出，并要求輸出的電壓信號與轉(zhuǎn)速成正比，分為直流與交流兩種。 其繞組和磁路經(jīng)過精確設(shè)計，輸出電動勢 E 和轉(zhuǎn)速 n 成線性關(guān)系，即 E=kn，其中 k 是常數(shù)。改變旋轉(zhuǎn)方向時，輸出電動勢的極性即相應(yīng)改變。 當(dāng)被測機(jī)構(gòu)與測速發(fā)電機(jī)同軸連接時，只要檢測出輸出電動勢，即可以 獲得被測機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速，所以測速發(fā)電機(jī)又稱速度傳感器。測速發(fā)電機(jī)廣泛應(yīng) 用于各種速度或者位置控制系統(tǒng)，在自動控制系統(tǒng)中作為檢測速度的元件， 以調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速或者通過反饋來提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度。 4.6 濾波電路 經(jīng)整流后的單向直流或單向脈動直流電，都是由強(qiáng)度不變的直流成分和 一個以上的交流成分疊加形成的。為了使脈動直流電變得較為平穩(wěn)，把其中 的交流成分濾掉，叫做濾波。濾波有電容濾波、電感濾波等。本系統(tǒng)中對直 流電采用電容濾波的方式，使得直流電壓變得更加平穩(wěn)，調(diào)速更加精確。電 路圖如圖 2-15 所示： 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 43 圖 4-16 濾波電路 4.7 A/D 轉(zhuǎn)換 4.7.1 芯片選型 能夠進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換的芯片很多，其中 AD 系列的有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809、AD570、AD670、AD673、AD7574 等，TLC 系列的有 TLC545 等，其中較為常用的是 ADC0809 和 TLC545，TLC545 是美國 TEXAS 儀器 公司新推出的一種開關(guān)電容結(jié)構(gòu)逐次逼近式 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，具有 19 個模 擬輸入端。而 ADC0809 是采樣頻率為 8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù) 轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后 的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，具有地址鎖存 控制的 8 路模擬開關(guān)，應(yīng)用單一的+5V 電源，其模擬量輸入電壓的范圍為 0V---+5V，其對應(yīng)的數(shù)字量輸出為 00H---FFH，轉(zhuǎn)換時間為 100s，無須調(diào) 零或者調(diào)整滿量程。因此本系統(tǒng)采用 ADC0809 作為 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。 4.7.2 ADC0809 的引腳及其功能 ADC0809 有 28 個引腳，其中 IN0---IN7 接 8 路模擬量輸入。ALE 是地 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 44 址鎖存允許， 、 接基準(zhǔn)電源，在精度要求不太高的情況下，供電電REFV 源就可以作為基準(zhǔn)電源。START 是芯片的啟動引腳，其上脈沖的下降沿起 動一次新的 A/D 轉(zhuǎn)換。EOC 是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，可以用于向單片機(jī)申請中斷 或者供單片機(jī)查詢。OE 是輸出允許端。CLK 是時鐘端。DB 0---DB7 是數(shù)字 量的輸出。ADDA、ADDB、ADDC 接地址線用以選定 8 路輸入中的一路， 引腳詳見圖 4-16。 圖 4-17 ADC0809 引腳圖 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 45 第 5 章 采煤機(jī)的維護(hù)和檢修 5.1 采煤機(jī)的注油 5.1.1 一般要求 (1) 必須按注油圖標(biāo)明油脂牌號加油，不允許混用。 (2) 油液存放、運輸必須防水、防塵。 (3) 盛、貯油容器必須洗凈。 (4) 井下檢修開大蓋時必須支蓬、灑水滅塵, 并嚴(yán)防煤塊、巖渣、 工具、手套等雜物落入油池。 (5) 嚴(yán)禁用紗布、普通布、棉紗等擦洗液壓油池及液壓元件，而應(yīng) 用泡沫塑料或綢緞擦抹。 (6) 各部分油位應(yīng)在適當(dāng)位置。 5.1.2 潤滑要求 按潤滑系統(tǒng)圖的部位各大部件潤滑要求： 分別注 N320 極壓工業(yè)齒 輪油、N68 抗磨液壓油和 2L-3 鋰基潤滑脂。 5.2 日常維護(hù) 5.2.1 日檢內(nèi)容 (1) 各大部件連接松緊程度。 (2) 電纜、水管、油管有無破損。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 46 (3) 各部分的滲漏情況。 (4) 各部分的油位。 (5) 操作機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)確性、靈活性及可靠性。 (6) 齒座有無損壞，更換刀齒。 (7) 噴嘴是否堵塞、水閥(反沖洗過濾器) 工作是否正常。 (8) 銷軌固定是否牢固，齒軌輪和銷軌的嚙合情況，導(dǎo)向滑靴的磨損 情況。 (9) 鏟煤板是否脫落。 (10) 運轉(zhuǎn)時的壓力、溫升及聲響。 5.2.2 周檢 (1) 清洗濾油器、過濾器。 (2) 檢查各壓力表。 (3) 對司機(jī)日檢工作進(jìn)行督促并做好必要記錄。 5.2.3 季檢 從放油口取樣，化驗液壓油和齒輪油的油質(zhì)。 除周檢內(nèi)容外，對遺留的較大問題進(jìn)行處理，并作好有關(guān)記錄。 5.2.4 大修 采煤機(jī)在采完一個工作面后應(yīng)升井大修。 大修要求采煤機(jī)進(jìn)行解 體清洗檢查，更換損壞零件，測量齒輪嚙合間隙，對液壓元件應(yīng)按要求進(jìn)行 檢查和試驗，電氣元件檢修更換時，應(yīng)做電氣試驗，機(jī)器大修后，主要部件 應(yīng)做性能試驗，整機(jī)空運轉(zhuǎn)試驗，檢測有關(guān)參數(shù)，符合大修要求后，方可下 井。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 47 5.2.5 儲存 （1）采煤機(jī)及其零部件應(yīng)儲存于通風(fēng)、干燥的倉庫內(nèi)。 （2）采煤機(jī)及其零部件外露的加工面應(yīng)涂以防銹油，并用油紙覆蓋。 （3） 橡膠密封件、各種高壓膠管、各種電纜應(yīng)在庫房內(nèi)儲存。庫房內(nèi) 空氣中不應(yīng)含有酸、堿性或其它腐蝕性物質(zhì)，應(yīng)避免太陽光照曬，以免引起 過早老化。膠管的接口需用塑料帽或塑料塞堵好，防止灰塵雜質(zhì)進(jìn)入。 （4） 采煤機(jī)冷卻噴霧系統(tǒng)水管中的積水應(yīng)放凈，用風(fēng)管吹干，并將接 口封堵，避免在低溫環(huán)境中結(jié)冰以及灰塵雜質(zhì)進(jìn)入。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 48 參 考 文 獻(xiàn) 1 王啟廣、李炳文、黃嘉興編著.采掘機(jī)械與支護(hù)設(shè)備.徐州：中國礦 業(yè)大學(xué)出版社，2006 2 吳宗澤主編. 機(jī)械設(shè)計實用手冊.第 2 版.徐州：化學(xué)工業(yè)出版社， 2004 3 江耕華、胡來瑢、陳啟松主編.機(jī)械傳動設(shè)計手冊. 第 2 版.北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，1995 4 甘永立.幾何量公差與測量.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003 5 饒振綱.行星齒輪傳動設(shè)計.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003 6 陳榕林.機(jī)械設(shè)計應(yīng)用手冊.北京：科