【正文】 計(jì) 第68頁(yè)1 緒論在人類歷史上，絞盤(pán)(windlass)是第一種用于拖曳提升重物的機(jī)器，它可使一個(gè)人搬運(yùn)遠(yuǎn)重于自己許多倍的重物。圖11所示為一種簡(jiǎn)易的手動(dòng)提升絞車；該絞車用手驅(qū)動(dòng)，靠齒輪傳動(dòng)的速比增扭，配有防止卷筒反轉(zhuǎn)的棘輪機(jī)構(gòu)和制動(dòng)用的帶閘。無(wú)論采用何種驅(qū)動(dòng)方式，在絞車的驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)中都應(yīng)包含以下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:①無(wú)級(jí)均勻變速，調(diào)速范圍寬廣；②在有負(fù)載情況下，良好的啟動(dòng)特性和低速特性，總效率高；③雙向旋轉(zhuǎn)，并且容易改變旋轉(zhuǎn)方向；④維護(hù)保養(yǎng)相對(duì)容易，對(duì)周圍工作環(huán)境不敏感；⑤制動(dòng)系統(tǒng)工作可靠；⑥設(shè)計(jì)緊湊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝布置容易，重量輕；⑦在有負(fù)載情況下，能長(zhǎng)時(shí)間安全帶載靜止而不至于損壞驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。絞車可以采用多種分類方法：按絞車驅(qū)動(dòng)方一式分類，絞車可以分為機(jī)械式驅(qū)動(dòng)絞車、電機(jī)驅(qū)動(dòng)絞車、氣動(dòng)絞車、液壓絞車等幾大類。3）氣動(dòng)絞車①需要配置壓縮空氣站；②氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，氣動(dòng)馬達(dá)外形尺寸較大，氣動(dòng)系統(tǒng)總體重量較重；③對(duì)環(huán)境條件敏感一在周圍環(huán)境溫度低的地方，可能有潮氣凝結(jié)在氣動(dòng)管路和部件里；④噪音大一需要噪音消音器。滾筒卷?yè)P(yáng)絞車采用驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)方式收放纜繩和拖曳負(fù)載，并在滾筒上直接容繩；線型絞車采用夾鉗直線拉拔纜繩方式拖曳負(fù)載，并在獨(dú)立配置的滾筒上卷?yè)P(yáng)容繩?，F(xiàn)在大型液壓支架重量已經(jīng)達(dá)到30多噸，而液壓支架等綜采設(shè)備在采煤工作面的撤移與運(yùn)輸仍使用回柱絞車等老式設(shè)備，其牽引力小，容繩量小，鋼絲繩細(xì)，不適應(yīng)綜采工作面的工況要求。同時(shí)，為了提高工作效率，還應(yīng)設(shè)置快速回繩機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)的容繩量達(dá)到了260米。3）既考慮到運(yùn)搬為主要用途，又考慮到運(yùn)搬、調(diào)度、回柱等一般用途。圖21 JSDB－25型雙速多用絞車傳動(dòng)簡(jiǎn)圖其傳動(dòng)路線：低速級(jí)：電動(dòng)機(jī)→彈性聯(lián)軸器→主軸Ⅰ→→主軸Ⅱ→→→→軸Ⅲ→→卷筒。因此減速器設(shè)計(jì)只考慮一個(gè)四級(jí)減速的慢速傳動(dòng)的情況。（1）慢速時(shí)滾筒轉(zhuǎn)速 ＝ ＝（2）快速時(shí)滾筒轉(zhuǎn)速 ＝ ＝ 傳動(dòng)比分配如下:根據(jù)GB20118—2006，初選直經(jīng)為選擇：繩 股 鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度為1870N/mm2鋼絲繩最小破斷拉力為t=682000N鋼絲繩破斷拉力總和為t = t = 827948N整條鋼絲繩破斷拉力總和：S=Kt==703756N式中 K——鋼絲繩捻制折減系數(shù)，取K = （1）根據(jù)JB140974規(guī)定：一般取 取 =545mm式中 ——卷筒最小外經(jīng)，mm d ——鋼繩直經(jīng)，mm（2）確定滾筒寬度B取B=770初定鋼絲繩纏繞層數(shù)n＝10驗(yàn)算滾筒容繩量L（3）確定滾筒各直徑：①鋼絲繩在卷筒上的最小纏饒直經(jīng)：②鋼絲繩在卷筒上的最大纏饒直經(jīng)： ③鋼絲繩在卷筒上的平均纏饒直經(jīng)：④卷筒的結(jié)構(gòu)外經(jīng)：取（1）卷筒上的拉力1）慢速：2）高速（1）慢速 （2）快速 、功率的計(jì)算軸Ⅰ：軸Ⅱ： 軸Ⅲ：（慢速） 軸Ⅲ：（快速），鋼絲繩在里層的安全系數(shù)（1）電機(jī)在悶車時(shí)，鋼絲繩的拉力因慢速時(shí)鋼絲繩的拉力較快速時(shí)大，故僅需要慢速時(shí)的安全系數(shù). （2）電機(jī)悶車時(shí)，鋼絲繩在里層的安全系數(shù)3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算弧齒錐齒輪是具有曲線傾斜齒的錐齒輪，其輪齒接觸是從一端到另一端逐漸開(kāi)始而且連續(xù)平穩(wěn)地進(jìn)行。（1）選擇齒輪材料：查表機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，小齒輪選用＃表面淬火 大齒輪選用＃表面淬火（2）按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算：確定齒輪精度等級(jí)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 Ⅱ公差組8級(jí)齒輪模數(shù)m由下式計(jì)算：齒寬系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 取 小輪齒數(shù)： 取 則大輪齒數(shù)： 整合為91 齒數(shù)比：u=91/29=傳定比誤差： 合適載荷系數(shù)K: 使用系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：＝1動(dòng)載荷系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 齒向載荷分布系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 ＝齒間載荷分布系數(shù)：由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)及＝0 得查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)并插值：則載荷系數(shù)得初值為：齒形系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 小輪 大輪 應(yīng)力修正系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：小輪 大輪 重合度系數(shù) 許用彎曲應(yīng)力：由式 彎曲疲勞極限，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 得 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 彎曲壽命系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：尺寸系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：安全系數(shù),查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)則 所以 所以得查表取=8校核公式式中：彈性系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 得 ＝節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（） 得＝重合度系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 得 ＝許用接觸應(yīng)力 ，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：＝1700N/ ＝1550N/接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 得：硬化系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)及說(shuō)明得：＝1接觸強(qiáng)度安全系數(shù),查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，按一般可靠度得：＝1則 所以： 所以：接觸疲勞強(qiáng)度通過(guò)。（1）選擇齒輪材料：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，大齒輪選用＃表面淬火大齒圈與過(guò)橋齒輪直接聯(lián)接，故其模數(shù)取。校核危險(xiǎn)截面當(dāng)量彎矩： 軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得： y= 由以上可知，選用軸承的壽命滿足要求。彎矩：扭矩：當(dāng)量彎矩：校核軸的強(qiáng)度：軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。(GB/), 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得： 由于：所以，鍵強(qiáng)度滿足要求A、F處軸承均為圓錐滾子軸承32320型（GB/T2881994）,A處軸承受力較F處大，故僅需校核A處的軸承，考慮最不利的情況，即錐齒輪的軸向力全部由A軸承承擔(dān)。圖43三軸的受力分析圖1）在水平面內(nèi) 2）在垂直面內(nèi)： 3)求合力確定危險(xiǎn)截面由以上計(jì)算和軸的結(jié)構(gòu)圖和彎矩圖可知截面C為危險(xiǎn)截面。E處鍵為矩形花鍵。經(jīng)分析知，當(dāng)鋼絲繩位于靠大齒輪一端時(shí)，軸承、的受力最大，將各力移至卷筒軸心上，卷筒受力簡(jiǎn)圖、水平面及垂直面受力分別如圖43a、b、c所示。卷筒軸上A、B兩處均選用圓錐滾子軸承23132型（GB/T2881994）。5 制動(dòng)器的選型及設(shè)計(jì)絞車制動(dòng)閘的常用形式有下列三種：（1）帶式制動(dòng)閘帶式制動(dòng)閘有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，維修快捷等優(yōu)點(diǎn)，但也有制動(dòng)力矩受限，閘帶易磨損等缺點(diǎn)。（3）盤(pán)式制動(dòng)閘盤(pán)式制動(dòng)閘是一種利用盤(pán)型（又稱蝶形彈簧）和彈力緊閘和利用液壓推力松閘的一種新型絞車制動(dòng)裝置。（2）各種保險(xiǎn)裝置各類絞車都應(yīng)具備失壓保護(hù)，短路保護(hù)，過(guò)載保護(hù)，漏電保護(hù)，斷相保護(hù)，過(guò)電壓保護(hù)等（1）保證準(zhǔn)確停車，防止電動(dòng)機(jī)停電后，其轉(zhuǎn)子慣性仍繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。制動(dòng)器的型號(hào)主要根據(jù)制動(dòng)軸所需的計(jì)算制動(dòng)力矩來(lái)選擇，再進(jìn)行必要的發(fā)熱，制動(dòng)時(shí)間等的驗(yàn)算。當(dāng)通電時(shí)，電力液壓推動(dòng)器動(dòng)作，其推桿迅速升起，并通過(guò)杠桿作用把制動(dòng)瓦打開(kāi)（松閘）；當(dāng)斷電時(shí)，電力液壓推動(dòng)器的推桿在彈簧力的作用下，迅速下降并通過(guò)杠桿作用把制動(dòng)瓦合攏（抱閘）。3）制動(dòng)瓦的退距調(diào)整當(dāng)制動(dòng)瓦打開(kāi)時(shí)，調(diào)整螺栓，使兩邊退距基本保持一致。2）推動(dòng)器的構(gòu)件是否正常，液壓油是否足量。4）制動(dòng)瓦是否正常的靠在制動(dòng)輪上，磨擦表面的狀態(tài)是否完好，有無(wú)油膩臟物。 YWZ3400/125型制動(dòng)器簡(jiǎn)圖低速軸上設(shè)計(jì)一個(gè)內(nèi)張?zhí)闶街苿?dòng)器，當(dāng)絞車需要緊急停車時(shí),推動(dòng)手輪，通過(guò)推板和推桿，使制動(dòng)輪上的摩擦襯墊的與大齒圈摩擦使絞車停車。％～％的碳素鋼。熱加工及切削性能良好，焊接性能較差。能夠達(dá)到的最高硬度約為HRC55(HB538)，σb為600～1100MPa。制動(dòng)襯塊的選用與設(shè)計(jì)制動(dòng)襯塊按其與制動(dòng)瓦的連接方式分為：(1)黏結(jié)式制動(dòng)襯塊，(2)鉚接式制動(dòng)襯塊,(3)組裝式制動(dòng)襯塊石棉摩阻材料半金屬摩阻材料金屬摩阻材料制造容易，成本低，不易刮傷對(duì)偶：耐熱性能差，隨著溫度升高而摩擦因素降低，磨耗增高和對(duì)環(huán)境有污染有金屬纖維，粘結(jié)劑和摩擦性能調(diào)節(jié)劑組成，有較高的耐熱性，沒(méi)有石棉粉塵公害。2）制動(dòng)力矩的調(diào)整松開(kāi)螺母，夾住螺桿的尾部方頭，轉(zhuǎn)動(dòng)螺母，使方形彈簧座位于彈簧架刻線以內(nèi)，調(diào)整發(fā)后將螺母擰緊退即可。檢查時(shí)應(yīng)著重以下各項(xiàng)：1）制動(dòng)器的構(gòu)件無(wú)能運(yùn)動(dòng)是否正常，調(diào)整螺母是否緊固。3）尺寸不得小于表所列之最小尺寸，如超出要求須立即調(diào)整，否則失去制動(dòng)作用。6）杠桿和彈簧發(fā)現(xiàn)裂紋應(yīng)更換。控制電路應(yīng)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的直接切換，采用雙重互鎖即復(fù)合按鈕構(gòu)成的機(jī)械互鎖和接觸器繼電器動(dòng)斷觸點(diǎn)構(gòu)成的電氣互鎖。繼電器控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)等組合成控制邏輯，其連線多且復(fù)雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能、較為困難。PLC控制系統(tǒng)連線少、體積小、功耗小，而且 PLC中每只軟繼電器的觸點(diǎn)數(shù)理論是無(wú)限制的，因此其靈活性和可擴(kuò)展性很好。而PLC通過(guò)程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，一般一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級(jí)，因此速度較快，PLC內(nèi)部還有嚴(yán)格的同步控制，不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)問(wèn)題。PLC還具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時(shí)顯示給操作人員，并能動(dòng)態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)提供了方便。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。 固體繼電器：指電子元件履行其功能而無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的，輸入和輸出隔離的一種繼電器。 極化繼電器：有極化磁場(chǎng)與控制電流通過(guò)控制線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)綜合作用而動(dòng)作的繼電器。以合字的拼音字頭“H”表示。這種觸點(diǎn)組共有三個(gè)觸點(diǎn)，即中間是動(dòng)觸點(diǎn)，上下各一個(gè)靜觸點(diǎn)。 1）擴(kuò)大控制范圍：例如，多觸點(diǎn)繼電器控制信號(hào)達(dá)到某一定值時(shí)，可以按觸點(diǎn)組的不同形式，同時(shí)換接、開(kāi)斷、接通多路電路。實(shí)現(xiàn)其所需的主要元器件有：①真空式交流接觸器：其型號(hào)為CKJ5—125，用于接通和分?jǐn)嚯娐?。③JDB—120—B型電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器：用它來(lái)實(shí)現(xiàn)主電動(dòng)機(jī)支路的過(guò)載、斷相、短路、漏電閉鎖保護(hù)。⑥接線端子排：用來(lái)更換電源變壓器一次電壓，上端12 線為660V或1140V引入，下端13 線為380V或660V引入。保護(hù)器JDB的執(zhí)行機(jī)電器J吸合，串接于中間繼電器1K和2K吸合線圈回路中的常開(kāi)觸點(diǎn)4閉合。（2）按下起動(dòng)器停止按鈕1STF，中間繼電器1K吸合線圈釋放，常開(kāi)觸點(diǎn)1K2打開(kāi)真空接觸器1KM吸合線圈釋放，主觸頭1KM斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停止，同時(shí)真空接觸器輔助觸點(diǎn)的一組常閉觸點(diǎn)1K3閉合漏電閉鎖回路與主回路接通，漏電閉鎖保護(hù)投入。同時(shí)JDB綜合保護(hù)器具有優(yōu)良的過(guò)載保護(hù)。若V斷相時(shí)，JDB綜合保護(hù)器不會(huì)工作，因此常開(kāi)觸點(diǎn)J不會(huì)吸合，控制電路也不會(huì)得電，三相異步電動(dòng)機(jī)也就不會(huì)啟動(dòng)。5. 過(guò)電壓保護(hù)當(dāng)斷路器斷開(kāi)時(shí)，阻容吸收裝置（由RRRCCC組成）會(huì)吸收其產(chǎn)生的過(guò)電壓。同時(shí)具有良好的防爆性能和制動(dòng)性能，主要用于煤礦工作面的回柱放頂和工組面的轉(zhuǎn)移。制動(dòng)器是絞車不可缺少的一部分，所以本設(shè)計(jì)采用的兩個(gè)制動(dòng)器。該絞車結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，能夠整機(jī)下井；結(jié)構(gòu)為近似對(duì)稱布置，外形美觀，成長(zhǎng)條形，底座呈雪橇狀；絞車重心低，底座剛性好，可安裝地錨，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，安全可靠，安裝方便。另外，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我充分認(rèn)識(shí)到要設(shè)計(jì)一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的產(chǎn)品，不僅要有一個(gè)可行的方案，還應(yīng)考慮在加工、制造、安裝中的工藝性和經(jīng)濟(jì)性。3. 該絞車一般使用接觸繼電器控制，有一定的缺點(diǎn)。液壓絞車是一種具有重負(fù)荷和高慣性的機(jī)械裝置。它的非線性特性又降低了其操控精度。關(guān)鍵詞：液壓絞車； 軌跡控制； 預(yù)測(cè)控制I. 引言絞車是用于提升、下放重物的動(dòng)力設(shè)備。該產(chǎn)品通用性高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、起重大、使用轉(zhuǎn)移方便，被廣泛應(yīng)用于建筑、水利工程、林業(yè)、礦山、碼頭等的物料升降或平拖，還可作現(xiàn)代化電控自動(dòng)作業(yè)線的配套設(shè)備。手動(dòng)絞車一般用在起重量小、設(shè)施條件較差或無(wú)電源的地方。一般額定載荷低于10T的絞車可以設(shè)計(jì)成電動(dòng)絞車。液壓絞車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般采用由電液比例閥控制的液壓馬達(dá)。液壓絞車的非線性特性降低了其運(yùn)動(dòng)控制精度，故采取預(yù)測(cè)控制改善其控制精度。因此液壓絞車的電液比例控制閥的傳遞函數(shù)如下：式中Q(s)為電液比例閥的輸出流量，U(s)為控制電壓，Kv為比例控制增益，Tv為電液比例閥的響應(yīng)時(shí)間。假設(shè)前饋控制的傳遞函數(shù)為Gc(s)，由電液比例閥控制電壓和液壓絞車速度的傳遞函數(shù)為：假設(shè)液壓油的期望速度設(shè)定為V，那么前饋控制的輸入為V。液壓絞車的電液比例閥的輸出流量和閥芯移位的關(guān)系是非線形的，其主要受加載壓力，液壓絞車的控制電壓，和閥芯移位的影響。其液壓絞車的非線性的特性明顯降低了運(yùn)動(dòng)控制的精度。a和b表示模型參數(shù)。因?yàn)橐簤合到y(tǒng)有不可預(yù)見(jiàn)的干擾，因此，預(yù)測(cè)模型和實(shí)際的液壓絞車系統(tǒng)有一定的誤差。若?J p / ?u(k) = 0，則控制輸入為B 預(yù)測(cè)控制的模擬如果將液壓絞車簡(jiǎn)化成一階慣性系統(tǒng)，其液壓絞車的非線性特性使系統(tǒng)增益和響應(yīng)時(shí)間都是時(shí)變的。由此可得利用參數(shù)識(shí)別方法的液壓絞車預(yù)測(cè)控制可以改善液壓絞車控制的精度。根據(jù)模擬測(cè)試結(jié)果得出，利用實(shí)時(shí)參數(shù)識(shí)別方法的液壓絞車運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)控制改善了其運(yùn)動(dòng)控制的精度