【正文】 計 第68頁1 緒論在人類歷史上，絞盤(windlass)是第一種用于拖曳提升重物的機器，它可使一個人搬運遠重于自己許多倍的重物。圖11所示為一種簡易的手動提升絞車；該絞車用手驅動，靠齒輪傳動的速比增扭，配有防止卷筒反轉的棘輪機構和制動用的帶閘。無論采用何種驅動方式，在絞車的驅動部分設計中都應包含以下設計準則:①無級均勻變速，調速范圍寬廣；②在有負載情況下，良好的啟動特性和低速特性，總效率高；③雙向旋轉，并且容易改變旋轉方向；④維護保養(yǎng)相對容易，對周圍工作環(huán)境不敏感；⑤制動系統(tǒng)工作可靠；⑥設計緊湊，結構簡單，安裝布置容易，重量輕；⑦在有負載情況下，能長時間安全帶載靜止而不至于損壞驅動系統(tǒng)。絞車可以采用多種分類方法：按絞車驅動方一式分類，絞車可以分為機械式驅動絞車、電機驅動絞車、氣動絞車、液壓絞車等幾大類。3）氣動絞車①需要配置壓縮空氣站；②氣動系統(tǒng)工作壓力較低，氣動馬達外形尺寸較大，氣動系統(tǒng)總體重量較重；③對環(huán)境條件敏感一在周圍環(huán)境溫度低的地方，可能有潮氣凝結在氣動管路和部件里；④噪音大一需要噪音消音器。滾筒卷揚絞車采用驅動滾筒旋轉方式收放纜繩和拖曳負載，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載，并在獨立配置的滾筒上卷揚容繩?，F(xiàn)在大型液壓支架重量已經達到30多噸，而液壓支架等綜采設備在采煤工作面的撤移與運輸仍使用回柱絞車等老式設備，其牽引力小，容繩量小，鋼絲繩細，不適應綜采工作面的工況要求。同時，為了提高工作效率，還應設置快速回繩機構。本設計的容繩量達到了260米。3）既考慮到運搬為主要用途，又考慮到運搬、調度、回柱等一般用途。圖21 JSDB－25型雙速多用絞車傳動簡圖其傳動路線：低速級：電動機→彈性聯(lián)軸器→主軸Ⅰ→→主軸Ⅱ→→→→軸Ⅲ→→卷筒。因此減速器設計只考慮一個四級減速的慢速傳動的情況。（1）慢速時滾筒轉速 ＝ ＝（2）快速時滾筒轉速 ＝ ＝ 傳動比分配如下:根據(jù)GB20118—2006，初選直經為選擇：繩 股 鋼絲繩公稱抗拉強度為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，mm d ——鋼繩直經，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：②鋼絲繩在卷筒上的最大纏饒直經： ③鋼絲繩在卷筒上的平均纏饒直經：④卷筒的結構外經：?。?）卷筒上的拉力1）慢速：2）高速（1）慢速 （2）快速 、功率的計算軸Ⅰ：軸Ⅱ： 軸Ⅲ：（慢速） 軸Ⅲ：（快速），鋼絲繩在里層的安全系數(shù)（1）電機在悶車時，鋼絲繩的拉力因慢速時鋼絲繩的拉力較快速時大，故僅需要慢速時的安全系數(shù). （2）電機悶車時，鋼絲繩在里層的安全系數(shù)3 齒輪傳動的設計計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始而且連續(xù)平穩(wěn)地進行。（1）選擇齒輪材料：查表機械設計手冊，小齒輪選用＃表面淬火 大齒輪選用＃表面淬火（2）按齒根彎曲疲勞強度設計計算：確定齒輪精度等級：查機械設計手冊得 Ⅱ公差組8級齒輪模數(shù)m由下式計算：齒寬系數(shù)：查機械設計手冊 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):查機械設計手冊得：＝1動載荷系數(shù):查機械設計手冊得 齒向載荷分布系數(shù)：查機械設計手冊得 ＝齒間載荷分布系數(shù)：由機械設計手冊及＝0 得查機械設計手冊并插值：則載荷系數(shù)得初值為：齒形系數(shù)：查機械設計手冊得 小輪 大輪 應力修正系數(shù):查機械設計手冊得：小輪 大輪 重合度系數(shù) 許用彎曲應力：由式 彎曲疲勞極限，查機械設計手冊 得 應力循環(huán)次數(shù) 彎曲壽命系數(shù):查機械設計手冊得：尺寸系數(shù)：查機械設計手冊：安全系數(shù),查機械設計手冊則 所以 所以得查表取=8校核公式式中：彈性系數(shù)，查機械設計手冊 得 ＝節(jié)點區(qū)域系數(shù)，查機械設計手冊（） 得＝重合度系數(shù)：查機械設計手冊 得 ＝許用接觸應力 ，查機械設計手冊得：＝1700N/ ＝1550N/接觸強度壽命系數(shù)，查機械設計手冊 得：硬化系數(shù)，查機械設計手冊及說明得：＝1接觸強度安全系數(shù),查機械設計手冊，按一般可靠度得：＝1則 所以： 所以：接觸疲勞強度通過。（1）選擇齒輪材料：查機械設計手冊，大齒輪選用＃表面淬火大齒圈與過橋齒輪直接聯(lián)接，故其模數(shù)取。校核危險截面當量彎矩： 軸的材料為40Cr，調質處理。由機械設計手冊中查得： y= 由以上可知，選用軸承的壽命滿足要求。彎矩：扭矩：當量彎矩：校核軸的強度：軸的材料為40Cr，調質處理。(GB/), 由機械設計手冊查得： 由于：所以，鍵強度滿足要求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。圖43三軸的受力分析圖1）在水平面內 2）在垂直面內： 3)求合力確定危險截面由以上計算和軸的結構圖和彎矩圖可知截面C為危險截面。E處鍵為矩形花鍵。經分析知，當鋼絲繩位于靠大齒輪一端時，軸承、的受力最大，將各力移至卷筒軸心上，卷筒受力簡圖、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 制動器的選型及設計絞車制動閘的常用形式有下列三種：（1）帶式制動閘帶式制動閘有結構簡單，操作方便，維修快捷等優(yōu)點，但也有制動力矩受限，閘帶易磨損等缺點。（3）盤式制動閘盤式制動閘是一種利用盤型（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裝置。（2）各種保險裝置各類絞車都應具備失壓保護，短路保護，過載保護，漏電保護，斷相保護，過電壓保護等（1）保證準確停車，防止電動機停電后，其轉子慣性仍繼續(xù)轉動。制動器的型號主要根據(jù)制動軸所需的計算制動力矩來選擇，再進行必要的發(fā)熱，制動時間等的驗算。當通電時，電力液壓推動器動作，其推桿迅速升起，并通過杠桿作用把制動瓦打開（松閘）；當斷電時，電力液壓推動器的推桿在彈簧力的作用下，迅速下降并通過杠桿作用把制動瓦合攏（抱閘）。3）制動瓦的退距調整當制動瓦打開時，調整螺栓，使兩邊退距基本保持一致。2）推動器的構件是否正常，液壓油是否足量。4）制動瓦是否正常的靠在制動輪上，磨擦表面的狀態(tài)是否完好，有無油膩臟物。 YWZ3400/125型制動器簡圖低速軸上設計一個內張?zhí)闶街苿悠鳎斀g車需要緊急停車時,推動手輪，通過推板和推桿，使制動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。能夠達到的最高硬度約為HRC55(HB538)，σb為600～1100MPa。制動襯塊的選用與設計制動襯塊按其與制動瓦的連接方式分為：(1)黏結式制動襯塊，(2)鉚接式制動襯塊,(3)組裝式制動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，磨耗增高和對環(huán)境有污染有金屬纖維，粘結劑和摩擦性能調節(jié)劑組成，有較高的耐熱性，沒有石棉粉塵公害。2）制動力矩的調整松開螺母，夾住螺桿的尾部方頭，轉動螺母，使方形彈簧座位于彈簧架刻線以內，調整發(fā)后將螺母擰緊退即可。檢查時應著重以下各項：1）制動器的構件無能運動是否正常，調整螺母是否緊固。3）尺寸不得小于表所列之最小尺寸，如超出要求須立即調整，否則失去制動作用。6）杠桿和彈簧發(fā)現(xiàn)裂紋應更換?？刂齐娐窇獙崿F(xiàn)正轉到反轉的直接切換，采用雙重互鎖即復合按鈕構成的機械互鎖和接觸器繼電器動斷觸點構成的電氣互鎖。繼電器控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)等組合成控制邏輯，其連線多且復雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構成后，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數(shù)理論是無限制的，因此其靈活性和可擴展性很好。而PLC通過程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制，一般一條用戶指令的執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級，因此速度較快，PLC內部還有嚴格的同步控制，不會出現(xiàn)觸點抖動問題。PLC還具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時顯示給操作人員，并能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調試和維護提供了方便。通常應用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。 固體繼電器：指電子元件履行其功能而無機械運動構件的，輸入和輸出隔離的一種繼電器。 極化繼電器：有極化磁場與控制電流通過控制線圈所產生的磁場綜合作用而動作的繼電器。以合字的拼音字頭“H”表示。這種觸點組共有三個觸點，即中間是動觸點，上下各一個靜觸點。 1）擴大控制范圍：例如，多觸點繼電器控制信號達到某一定值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接、開斷、接通多路電路。實現(xiàn)其所需的主要元器件有：①真空式交流接觸器：其型號為CKJ5—125，用于接通和分斷電路。③JDB—120—B型電動機綜合保護器：用它來實現(xiàn)主電動機支路的過載、斷相、短路、漏電閉鎖保護。⑥接線端子排：用來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。保護器JDB的執(zhí)行機電器J吸合，串接于中間繼電器1K和2K吸合線圈回路中的常開觸點4閉合。（2）按下起動器停止按鈕1STF，中間繼電器1K吸合線圈釋放，常開觸點1K2打開真空接觸器1KM吸合線圈釋放，主觸頭1KM斷開，電動機停止，同時真空接觸器輔助觸點的一組常閉觸點1K3閉合漏電閉鎖回路與主回路接通，漏電閉鎖保護投入。同時JDB綜合保護器具有優(yōu)良的過載保護。若V斷相時，JDB綜合保護器不會工作，因此常開觸點J不會吸合，控制電路也不會得電，三相異步電動機也就不會啟動。5. 過電壓保護當斷路器斷開時，阻容吸收裝置（由RRRCCC組成）會吸收其產生的過電壓。同時具有良好的防爆性能和制動性能，主要用于煤礦工作面的回柱放頂和工組面的轉移。制動器是絞車不可缺少的一部分，所以本設計采用的兩個制動器。該絞車結構緊湊，外形尺寸小，能夠整機下井；結構為近似對稱布置，外形美觀，成長條形，底座呈雪橇狀；絞車重心低，底座剛性好，可安裝地錨，運轉平穩(wěn)，安全可靠，安裝方便。另外，通過本次設計，我充分認識到要設計一個有實用價值的產品，不僅要有一個可行的方案，還應考慮在加工、制造、安裝中的工藝性和經濟性。3. 該絞車一般使用接觸繼電器控制，有一定的缺點。液壓絞車是一種具有重負荷和高慣性的機械裝置。它的非線性特性又降低了其操控精度。關鍵詞：液壓絞車； 軌跡控制； 預測控制I. 引言絞車是用于提升、下放重物的動力設備。該產品通用性高、結構緊湊、體積小、重量輕、起重大、使用轉移方便，被廣泛應用于建筑、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)代化電控自動作業(yè)線的配套設備。手動絞車一般用在起重量小、設施條件較差或無電源的地方。一般額定載荷低于10T的絞車可以設計成電動絞車。液壓絞車的驅動機構一般采用由電液比例閥控制的液壓馬達。液壓絞車的非線性特性降低了其運動控制精度，故采取預測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時間。假設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：假設液壓油的期望速度設定為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動控制的精度。a和b表示模型參數(shù)。因為液壓系統(tǒng)有不可預見的干擾，因此，預測模型和實際的液壓絞車系統(tǒng)有一定的誤差。若?J p / ?u(k) = 0，則控制輸入為B 預測控制的模擬如果將液壓絞車簡化成一階慣性系統(tǒng)，其液壓絞車的非線性特性使系統(tǒng)增益和響應時間都是時變的。由此可得利用參數(shù)識別方法的液壓絞車預測控制可以改善液壓絞車控制的精度。根據(jù)模擬測試結果得出，利用實時參數(shù)識別方法的液壓絞車運動預測控制改善了其運動控制的精度