【正文】 2020 年 科研創(chuàng)新論文 礦用雙速無極繩 絞車驅(qū)動裝置設(shè)計 班 級：機自 1011 學(xué) 號 ： 03101203 姓 名：沈 勇 指導(dǎo)老師：孟慶睿 無極繩絞車科研創(chuàng)新 論文 1 目錄 1 緒論 引言 ???????????????????????????? 2 絞車運輸及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r????????????????? 2 絞車發(fā)展趨勢???????????????????????? 5 2 無極繩絞車運輸系統(tǒng)介紹 無極繩絞車組成介紹 ????????????????????? 7 無極繩絞車電控系統(tǒng)介紹 ??????????????????? 9 無極繩絞車特點介紹 ????????????????????? 10 3 無極繩絞車工作原理 無極繩絞車技術(shù)規(guī)格 ????????????????????? 12 無極繩絞車各零件工作原理?????????????????? 14 4 無極繩絞車設(shè)計選型計算 巷道基本參數(shù)???????????????????????? 20 擬選用鋼絲繩 ???????????????????????? 21 選型設(shè)計計算???????????????????????? 21 無極繩絞車設(shè)計原則????????????????????? 26 5 參考文獻 ?????????????????????????? 26 無極繩絞車科研創(chuàng)新 論文 2 1 緒 論 引言 煤炭是當(dāng)前我國能源的主要組成部分之一，是國民經(jīng)濟保持高速增長的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。但是目前我國的煤炭工業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)不能滿足整個國民經(jīng)濟的發(fā)展需要。因此必須以更快的速度發(fā)展煤炭工業(yè)。然而，高速發(fā)展煤炭工業(yè)的出路在于煤炭工業(yè)的機械化。 煤炭工業(yè)的機械化是指采掘、支護、運輸、提升的機械化。其中運輸包括礦物運輸和輔助運輸。絞車就是輔助運搬輸其中一種 。我國絞車的發(fā)展大致分為三個階段。 20 世紀(jì) 50 年代主要是仿制設(shè)計階段 。60 年代，自行設(shè)計階段； 70 年代以后，我國進入標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計階段。 絞車運輸及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 近 40 年我國的煤炭行業(yè)發(fā)生了巨大變化 ,采煤技術(shù)已接近達到國際先進水平，綜采單采原煤產(chǎn)量早已突破了百萬噸，然而煤炭工業(yè)機械化離不開運 輸，運輸又離不了輔助運輸設(shè)備，絞車就是輔助運輸設(shè)備的一種。原煤的運無極繩絞車科研創(chuàng)新 論文 3 輸也已經(jīng)實現(xiàn)了大運量娦式輸送機化，但井下軌道輔助運輸與之很不適應(yīng)，材料的運輸基本上沿用傳統(tǒng)的小絞車群接式的運輸方式，運輸戰(zhàn)線長，環(huán)節(jié)多，占用搬運設(shè)備、人員外，安全性差，效率低。盡管一些煤礦對其進行了技術(shù)改造 , 但仍然滿足不了當(dāng)前礦井發(fā)展和生產(chǎn)的需要?？梢姷V井輔助運輸在當(dāng)前現(xiàn)代化礦井建設(shè)中起關(guān)鍵作用。圖 11 為無極繩絞車圖片 現(xiàn)在礦山所用絞車都是由建筑卷揚機發(fā)展而來的，所以我們有必要先談?wù)劷ㄖ頁P機的發(fā)展，從而了解整個礦用絞車的發(fā)展歷程。 我國 在很久以前的古代，就知道采用轆轤等來提升重物，以減輕體力勞動的強度和提高工作效率。但由于舊中國的工業(yè)落后，勞動力便宜，所以在物料的提升和搬運過程中大都是靠工人的肩挑背扛，而絞車只有在一些大型企業(yè)中才被使用，應(yīng)用很少，而且所適用的絞車也均為國外生產(chǎn)，國內(nèi)基本沒有生產(chǎn)絞車的廠家。 我國的絞車生產(chǎn)是解放后才開始的，已有近 60 年的歷史。 50 年代為滿足恢復(fù)經(jīng)濟的需要和第一個五年計劃的需要，絞車的生產(chǎn)被提到了日程上。原沈陽國泰機器廠（阜新礦山機械廠前身）等成批仿制了兩種絞車，一種為日本的JIS8001 型動力絞車，它是一種原動機為電動機，傳動形式是開式圓柱齒輪傳動，雙錐體摩擦離合器，操作為手扳腳踩的快速絞車；另一種是按蘇聯(lián)圖紙制造的1011 型和 1012 型普通蝸桿傳動、電控慢速絞車。 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，到了 60 年代，絞車的生產(chǎn)和使用越來越多。為了協(xié)調(diào)生產(chǎn)，主要絞車生產(chǎn)廠家（阜新礦山機械廠、天 津卷揚機廠、山西機器廠、寶雞起重運輸機廠等）組成了卷揚機行業(yè)組織，隸屬于第一機械工業(yè)部礦山機械行業(yè)下。為了發(fā)展絞車的生產(chǎn)，行業(yè)組織了相關(guān)廠家的人員對全國絞車的生產(chǎn)和應(yīng)用情況進行了調(diào)查。在調(diào)查的基礎(chǔ)上，開始自行設(shè)計和制造新的卷揚機，先后試制了 、 1t、 3t 電動卷揚機，但由于對當(dāng)時各廠家的生產(chǎn)能力估計不足，無法推廣。 無極繩絞車科研創(chuàng)新 論文 4 從 70 年代起，我國絞車的生產(chǎn)進入了技術(shù)提高、品種增多、定性生產(chǎn)的新階段。在各廠自行設(shè)計和生產(chǎn)的基礎(chǔ)上， 1973 年，由卷揚機行業(yè)組織了有關(guān)廠家和院校聯(lián)合進行了絞車基型設(shè)計，并充分考慮到了當(dāng) 時中小廠家的生產(chǎn)能力?？焖俳g車的基型采用半開半閉式齒輪傳動，離合器采用單錐面石棉橡膠摩擦帶結(jié)構(gòu)，操縱用手扳剎車帶制動。慢速絞車的基型為閉式傳動（圓柱齒輪傳動或蝸桿傳動減速器）、電磁鐵制動結(jié)構(gòu)。這兩種基型一直到今天還在生產(chǎn)。為了適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，當(dāng)時第一機械工業(yè)部發(fā)布了 JB92674《建筑卷揚機形式與基本參數(shù)》和 JB180376《建筑卷揚機技術(shù)條件》兩個部標(biāo)準(zhǔn)，并把卷揚機行業(yè)劃歸常德建筑機械研究所（長沙建筑機械研究院前身）領(lǐng)導(dǎo)。隨著部標(biāo)準(zhǔn)的頒布，使絞車有了大發(fā)展的基礎(chǔ)。為了滿足經(jīng)濟發(fā)展的需要，各廠家相繼 生產(chǎn)了 20t 和32t 絞車。 從 70 年代末開始，我國實行了改革開放政策，國民經(jīng)濟大發(fā)展，作為國民經(jīng)濟的動力，煤炭產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化和機械化的要求日益強烈，許多產(chǎn)品逗進行了防爆改造，從而進入到煤礦井下，其中絞車是最成功的一種產(chǎn)品， JD 系列的調(diào)度絞車和 JH 系列的回柱絞車至今還在大量的生產(chǎn)，是礦山井下，運輸調(diào)度不可替代的機械設(shè)備。但這種設(shè)備的自動化的程度不高，無法實現(xiàn)無人值守的自動操作，往往由于絞車操作工的操作失誤或精神不集中造成安全生產(chǎn)事故。 礦山絞車的發(fā)展是伴隨著煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展，九十年代中后期，是我國煤炭生產(chǎn)的一 個低潮，礦用絞車的發(fā)展十分緩慢，沒有什么新的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品出現(xiàn)。但是， 2020 年以后，國際油價居高不下，煤炭再一次被人們所重視，煤炭價格一路上漲，絞車等一系列的礦山機電產(chǎn)品需求量劇增，促進了絞車的發(fā)展，這一時期絞車品種增加，自動化水平增加，新結(jié)構(gòu)、新功能不斷出現(xiàn)，但是仍然具有一定的技術(shù)瓶頸，即自動控制設(shè)備的防爆問題。現(xiàn)在， 變頻調(diào)速技術(shù)和 PLC 控制技術(shù) 十分的成熟，但是，也只是在礦井的主井和副井的提升系統(tǒng)中得到了最廣泛的最成熟的應(yīng)用。然而，自動化和數(shù)字化是礦井發(fā)展的必然趨勢，為了實現(xiàn)這一目的，礦山設(shè)備的自動化和數(shù)字 化是實現(xiàn)這一目的的基礎(chǔ)。 無極繩絞車科研創(chuàng)新 論文 5 在國外， 絞車的品種繁多，應(yīng)用也很廣泛。在西方技術(shù)先進的國家中， 鉆機制造商德國 Wirth 公司、 Bentec 公司以及美國 Varco 公司擁有先進的絞車控制技術(shù)、電動機四象限傳動技術(shù)以及電子 (自動 ) 司鉆控制技術(shù)。這些絞車控制系統(tǒng)能根據(jù)鉆壓、機械鉆速、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速和扭矩等參數(shù)控制鉆井鋼絲繩的連續(xù)遞送以保持穩(wěn)定的鉆井狀態(tài)， 進而大大提高鉆井效率。 下面簡單介紹三款國外絞車及其控制。 一、 德國 Wirth 公司齒輪傳動絞車 德國 Wirth 公司新一代齒輪傳動絞車采用四象限控制技術(shù)，配有 2 臺或 3 臺直流或交流 電動機，能平穩(wěn)地減速和停止下降或上升的載荷，在不超過設(shè)備使用限制的情況下，直流和交流電動機都能運用再生制動技術(shù)，制動能量大部分回饋給電網(wǎng)。絞車控制系統(tǒng)通過控制電動機四象限傳動，使能量在一個起下鉆作業(yè)中按 4 個不同傳動階段分配。 絞車的控制系統(tǒng)是通過一個 30～ 60kW 的交流電動機來實現(xiàn)其它的輔助驅(qū)動。在鉆井過程中，自動化司鉆控制電動機實現(xiàn)恒鉆壓自動送鉆，保持設(shè)定的參數(shù)，使鉆井工具的壽命得以大大增長。另外，在主電動機失效時，還可做為應(yīng)急裝置，將井中鉆具提起。 絞車控制系統(tǒng)還包括一套智能防碰系統(tǒng) (ACS)，用來優(yōu)化 游車上下運行過程中的安全和效率，它監(jiān)控絞車獨立的 3 個剎車系統(tǒng)。系統(tǒng)提供了整個提升系統(tǒng)動能的參數(shù)分析，并考慮了包括系統(tǒng)制動能力、鉤載、游車的速度和位置等參數(shù)，在位于司鉆控制室的 ACS 系統(tǒng)終端設(shè)定系統(tǒng)的上、下限位。 兩個 PLC 上獨立計算大鉤的位置、速度和制動距離。根據(jù)控制系統(tǒng)的運算法則，并考慮到系統(tǒng)的動能和絞車的剎車系統(tǒng)能力，兩個 PLC 能獨立啟用再生制動、渦流剎車或盤式剎車。大鉤位置、載荷和所需要的制動距離等參數(shù)持續(xù)地由兩個微處理器檢測和比較，任何差異都認(rèn)為是 ACS 系統(tǒng)失效。電動機再生制動、渦流剎車和盤剎緊急制 動將被激活，使載荷制動停止。 Bentec 公司絞車 無極繩絞車科研創(chuàng)新 論文 6 德國 Bentec 公司已成功地將四象限傳動用于其鏈傳動鉆機上， 將電動機用于剎車，并將能量回饋。盤式剎車只用于駐車或緊急制動。絞車遙控操作，游車可以準(zhǔn)確定位。自動送鉆速度從 10 m/ h 到 150 m/ h 。 三、 美國 Varco 公司單軸絞車 美國 Varco 公司最新一代單軸 ADS — 10 絞車，充分利用了交流變頻 的 控制技術(shù)， 可不使用摩擦離合器而使用電動機再生制動來保持負(fù)荷。高性能可精確控制的空氣冷卻和水冷卻伊頓 ( Eaton) 組合盤式剎車可實現(xiàn)自動送鉆，并且 使該絞車唯一的剎車 —— 空氣冷卻模塊用于緊急制動和負(fù)載的靜態(tài)控制， 而水冷卻模塊用于鉆井鋼絲繩的均勻遞送、游車運行、鉆壓以及其它鉆井參數(shù)的動態(tài)控制。 絞車發(fā)展趨勢 由于基礎(chǔ)工業(yè)大發(fā)展，大型設(shè)備和建筑構(gòu)件要求整體安裝，促進了大型絞車的發(fā)展。 為了實現(xiàn)絞車的自動控制和遙控，廣泛采用先進的電子技術(shù)，傳感器技術(shù)，可編程控制技術(shù)。 為了提高機械化程度，減輕工人的勞動強度，大力發(fā)展小型手提式絞車，如以汽車蓄電池為動力的直流電動小型絞車。 此種絞車借助汽車和拖拉機動力，結(jié)構(gòu)簡單，有一個卷筒和一個減速器即可。 無極繩絞車科研創(chuàng)新 論文 7 無極繩絞車運輸系統(tǒng)介紹 無極繩絞車運輸系統(tǒng)是采用鋼絲繩牽引的軌道運輸設(shè)備，適用于長距離、大傾角、多變坡、大噸位工況條件的普通軌運輸 ，具有運輸效率高、中間不轉(zhuǎn)載、無污染及運行成本低、安全性能好等特點。特別適用于采區(qū)上（下）山、工作面順槽中材料、人員及整體液壓支架等重型設(shè)備的運輸，適應(yīng)巷道的垂直起伏變坡和水平拐彎 。 規(guī)格有 55kw， 75kw， 110kw 和 132kw 四種，主要用在煤礦井下工作面順槽、掘進后配套和采區(qū)巷道等場所，用于運送生產(chǎn)所需材料、設(shè)備及排矸，尤其是整體液壓支架的運送。 無極繩絞車組成介紹 系統(tǒng)機械部分配置有無極繩絞車、張緊裝置、牽引車、尾輪、壓繩輪組、托繩輪組、彎道護軌裝置等。 無極繩絞車圖片 無極繩絞車科研創(chuàng)新 論文 8 主要技術(shù)參數(shù)： 型號 牽引力 （ KN） 繩速 （ m/s） 電機功率(KW) 鋼絲繩直徑(mm) 電壓 （ V） 滾筒直徑(mm) 外形尺寸 （ mm） JWB30J 32 30 619 φ18.5 380/660或660/1140 740 167319871530 JWB55J 80/40 619 φ21.5 800 264915101618 JWB75J 80/40 19 φ26 800 291915101618 JWB90J 95/47 19 φ28 1200 328719802032 JWB110J 116/58 46 110 619 φ28 1200 335719802032 JWB 型無極繩絞車系統(tǒng)主要由無極繩絞車、張緊裝置、梭車、尾輪、壓繩輪、托繩輪、轉(zhuǎn)彎裝置等組成，通過鋼絲繩組合成一套完整的運輸系統(tǒng)。 品牌 無極繩絞車 型號 JWB30J 適用領(lǐng)域 礦山施工設(shè)備 牽引力 30（ KN） 動力功率 30（ kw） 外形尺寸 240014001500 （ mm） 類型 絞車 無極繩絞車科研創(chuàng)新 論文 9 無極繩絞車： 該絞車是無極繩連續(xù)牽引