【文章內(nèi)容簡介】 在動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)上都必須符合要求，而系統(tǒng)的動(dòng)力是絞車提升，在工業(yè)系統(tǒng)中絞車已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用，其技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)都已很成熟；同時(shí) PLC技術(shù)在本系統(tǒng)中的應(yīng)用，由于 PLC的穩(wěn)定可靠的控 制性使得系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性很高。 我國在很久以前的古代，就知道采用轆轆等來提升重物，以減輕體力勞動(dòng)的強(qiáng)度和提高生產(chǎn)率。但提升設(shè)備的生產(chǎn)是解放以后才開始的，隨著生產(chǎn)的發(fā)展到了 60年代，由于對煤炭的開采，對提升設(shè)備在生產(chǎn)和使用越來越多。改革開放以后，為了發(fā)展提升設(shè)備的生產(chǎn)，行業(yè)組織了有關(guān)廠家的人員對全國提升機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用情況進(jìn)行了調(diào)查，是新產(chǎn)品的開發(fā)提到日程上來。不少生產(chǎn)廠家成了了廠屬研究所，開發(fā)了如告訴卷揚(yáng)機(jī)、變速卷揚(yáng)機(jī)、自動(dòng)限位卷揚(yáng)機(jī)等新產(chǎn)品，以及諧波傳動(dòng)、擺線針輪傳動(dòng)、圓弧齒齒輪傳動(dòng)、圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)等具有 新型傳動(dòng)型式的卷揚(yáng)機(jī)。對單筒快速提升卷揚(yáng)機(jī)起重質(zhì)量從 。基本實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)緊湊、加工簡單、操作方便、體積小，重量輕，滿足了生產(chǎn)的需要和技術(shù)的進(jìn)步。 PLC控制技術(shù)是電氣控制技術(shù)中的一朵奇葩。經(jīng)過 30多年的發(fā)展替代繼電—— 接觸器控制的簡單功能，發(fā)展到目前的具有接近計(jì)算機(jī)的強(qiáng)有力的軟硬件功能。 PLC源于替代繼電 —— 接觸器控制，它與傳統(tǒng)的電氣控制技術(shù)有著密不可分的聯(lián)系。 PLC是以微處理器微基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè) 自動(dòng)控制裝置。 PLC以其可靠性高、靈活性強(qiáng)、使用方便的優(yōu)越性，迅速占領(lǐng)了工業(yè)控制領(lǐng)域。從運(yùn)動(dòng)控制到過程控制，從單機(jī)自動(dòng)化到生產(chǎn)線自動(dòng)化乃至工廠自動(dòng)化，從工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控設(shè)備到柔性制造系統(tǒng)，從集中控制系統(tǒng)到大型集散控制系統(tǒng)， PLC均充當(dāng)著重要角色，并展現(xiàn)出了強(qiáng)勁的態(tài)勢。 PLC作為先進(jìn)的、應(yīng)用勢頭最強(qiáng)的工業(yè)控制器風(fēng)靡全球。 PLC用于包括邏輯運(yùn)算、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸、過程控制、位置控制、高速計(jì)數(shù)、中斷控制、人機(jī)對話、網(wǎng)絡(luò)通信等功能的控制領(lǐng)域。 解決了動(dòng)力和信號系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，使得整個(gè)設(shè)計(jì)以此為基礎(chǔ)順利的進(jìn)行下去。 2 設(shè)計(jì)方案 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 皮帶輸送能力： 400T/t； 煤最大塊度： 200mm(最大直徑 )； 煤倉高度 ： 2025m； 自動(dòng)升降緩沖倉的設(shè)計(jì)； 牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 說明書； 防破碎的方法 1) 螺旋溜槽：適用于大型的圓筒倉中。其作用機(jī)理是延長塊煤下降的距離，利用摩擦和離心力，降低塊煤運(yùn)動(dòng)的末速度，防止塊煤破碎。其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行費(fèi)用低廉，維護(hù)簡單。其缺點(diǎn)是制造、加工和安裝難度較大，防破碎效果取決于煤質(zhì)、粒度、螺旋角和內(nèi)傾角的大小，需要個(gè)別試驗(yàn)和科學(xué)計(jì) 算，角度不合適會造成堵煤或防碎效果不理想，而且發(fā)生過因堵煤造成溜槽垮臺事故。其具體有以下幾方面： 螺旋溜槽 圖 (1 )由于溜槽是鋼板焊接而成，溜槽面為鋼板，無耐磨材料，有可能長時(shí)間使用出現(xiàn)鋼板凹凸不平現(xiàn)象，影響使用效果，甚至造成鋼板磨穿需重新制作更換，維護(hù)不便。建議溜槽面使用耐磨噴涂材料，以保護(hù)鋼板不被磨損。 (2 )因螺旋倉單口入料，故用螺旋溜槽裝滿倉后，另一側(cè)仍有空間無煤，比原設(shè)計(jì)倉儲減小很多。 (3 )煤倉底部錐體部分的螺旋溜槽技術(shù)問題。 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 2) 斜面?zhèn)}法：這種方法克服了限位放煤 法的缺點(diǎn)，有效利用了倉體的容量。其作用機(jī)理是延長塊煤運(yùn)動(dòng)時(shí)間，降低塊煤運(yùn)動(dòng)的末速度，防止塊煤破碎。缺點(diǎn)是土建工程量大、施工難度大、有限下率構(gòu)成的細(xì)粒煤容易沉積在斜坡上，造成塊煤顆粒滾動(dòng)，降低了防止塊煤破碎的效果。 3) 自動(dòng)放煤機(jī)：工作原理是利用 PLC 集中控制系統(tǒng)，對定量斗、放煤斗通過壓力傳感器實(shí)施自動(dòng)間斷放煤的防破碎方法。定量斗存儲一定量的塊煤后，打開閘門給放煤斗供煤，放煤斗盛煤結(jié)束后，自動(dòng)下落到倉底或與存煤接觸底部位，打開底部閘板，實(shí)施放煤，完成煤炭的防破碎功能。從工作過程不難看出，其工作機(jī)理變膠帶的 連續(xù)給煤為定量斗間斷放煤，完全避免了塊煤的速度對破碎的影響，使塊煤的運(yùn)動(dòng)速度降低到了一個(gè)理想的狀態(tài)，塊煤的勢能完全被運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械所消化，因此防破碎的效果是明顯的。其優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化程度高，對倉體的適應(yīng)能力較強(qiáng)，效果好。缺點(diǎn)是制造工藝復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用高 (提升電機(jī)功率大，帶式輸送機(jī)必須斷續(xù)運(yùn)行 )，維護(hù)工作量大，具有一些易損的部件，要經(jīng)常檢修、保養(yǎng)。 圖中： 圖 4) 煤倉內(nèi)緩沖倉法：在煤倉這個(gè)大倉內(nèi)再建一個(gè)截 面 1m2 左右的圓形或矩形小倉，此小倉是由多節(jié)套筒組成，可以上、下升降。其工作原理：在往煤倉內(nèi)裝煤前，先開動(dòng)絞車，下放套筒，套筒底面與煤倉料面接觸后，位置傳感器將信號傳給 PLC 控制器， PLC 指令提升機(jī)停電抱閘，同時(shí)帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，塊煤通過套筒倉上部的緩沖倉，流入套筒倉，待塊煤裝到緩沖倉上料 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 位傳感器時(shí)，提升機(jī)開始提升最下節(jié)套筒，同時(shí)裝倉帶式輸送機(jī)連續(xù)給料，隨著套筒的不斷升高，套筒中塊煤不斷流入大的煤倉中。整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如 所示： 因?yàn)樘淄仓袎K煤流動(dòng)量應(yīng)大于或等于 輸送帶給料量，緩沖倉中塊煤下落快。料位落到下限位時(shí)，下料位壓力傳感器發(fā)出信號， PLC 命令絞車停機(jī)，等待緩沖倉位上升到上限位時(shí)，絞車再開動(dòng)，提升套筒。當(dāng)煤倉裝火車時(shí)，煤倉料位下降后壓力傳感器斷開，絞車自動(dòng)反轉(zhuǎn)，套筒下放，最下節(jié)套筒底面與煤倉內(nèi)料面相接觸。簡單的也有采用絞車上提套筒，套筒靠自重下降的方法。套筒倉法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以煤的破碎率低，可以將破碎率降低 5%，但缺點(diǎn)是以現(xiàn)有的料位傳感器的可靠性均難以滿足塊煤倉的使用要求，傳感器在塊煤的沖擊作用下經(jīng)常誤動(dòng)作或不動(dòng)作，造成使用效果不理想。針對上述情況分析，我個(gè) 人認(rèn)為比較有效的方法應(yīng)該是套筒倉法，當(dāng)然問題的關(guān)鍵是要設(shè)計(jì)合適的傳感器和傳感方式感知煤位，所以我通過對現(xiàn)有系統(tǒng)的進(jìn)行改進(jìn)，采用改進(jìn)后的可靠性更高的機(jī)械式位置傳感器和壓力傳感器，利用可編程序控制器的智能對傳感信號可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行判斷和剔除，并且對系統(tǒng)本身的故障進(jìn)行判斷和報(bào)警，可以滿足現(xiàn)場使用的要求。 3 緩沖倉的設(shè)計(jì) 1）每個(gè)圓筒上端都焊接了圓環(huán)狀內(nèi)環(huán) 4，下端安裝了圓環(huán)狀外環(huán)，套筒在伸縮過程中內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間形成了一個(gè)伸縮空腔，煤倉中的煤塵和細(xì)小顆粒很容易通過內(nèi)外圓環(huán) 與筒壁之間的空隙進(jìn)入伸縮空腔，在伸縮空腔的下部堆積。由于外環(huán)與筒壁之間的間隙小，堆積的煤塵和細(xì)小顆粒大部分不能從伸縮空腔中排出。套筒收縮到最后這些堆積的煤塵和細(xì)小顆粒被積壓成堅(jiān)硬的煤層，套筒反復(fù)伸縮，煤塵和細(xì)小顆粒反復(fù)被擠壓成堅(jiān)硬的煤層，使套筒的伸縮距離越來越小，防破碎效果越來越低，最終失效。 2）內(nèi)外圓環(huán)與筒壁焊接后形成了一個(gè)整體，每個(gè)鐵筒都不能方便地從套筒中拆出，同時(shí)清除堆積在空腔中的煤層非常的不方便，給維修、更換造成很多的困難。 3）絞車必須沿絞車梁小幅移動(dòng)才能使鋼絲繩的相對位置保持不變，這種雙向移動(dòng) 的絞車結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且在移動(dòng)過程中容易引起鋼絲繩的晃動(dòng)。為解決套筒倉法的不足，本設(shè)計(jì)采用了一種新型的設(shè)計(jì)：將圓環(huán)狀外圓環(huán)用 定位板替換，這樣套筒倉內(nèi)夠?qū)⑦M(jìn)入伸縮空腔的絕大多數(shù)煤塵和細(xì)小顆粒排出，同時(shí)也能夠清除進(jìn)入套筒伸縮空腔的煤塵和細(xì)小顆粒，煤塵和細(xì)小顆粒不會在伸縮空腔內(nèi)存留、積壓和堆積，能夠保證較長時(shí)間的無故障運(yùn)行。另外，這種新型設(shè)計(jì)還能使得套筒倉中的每個(gè)桶都能方便地從整體中取出， 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 便于維修和更換。另外本次設(shè)計(jì)改變了絞車的安裝位置 —— 絞車與漏斗幾乎在同一水平線上，便于安裝和維修。同時(shí)設(shè)計(jì)了導(dǎo)向輪裝置，這樣 使得鋼絲繩定位準(zhǔn)確、不晃動(dòng)。 1）圓筒下端沿筒外壁分散焊接了兩個(gè)以上的定位板，定位板之間較大的間隙，間隙兩端都是光滑的筒壁，克服了已有技術(shù)外圓環(huán)與筒壁之間間隙較小、堆積的煤塵和細(xì)小顆粒大部分不能從伸縮空腔內(nèi)排出的弊病。套筒在伸縮的過程中，圓筒上端的內(nèi)圓環(huán)和圓筒下端的定位板不斷刮除進(jìn)入伸縮空腔并且粘附在筒壁上的煤塵和細(xì)小顆粒，它們不會在伸縮空腔內(nèi)存留、積壓和堆積，能夠較長時(shí)間的無故障運(yùn)行。 2. 筒倉 3. 繩 槽 6. 內(nèi)環(huán)槽 圖 2）在圓筒上端的內(nèi)圓環(huán)上開了兩個(gè)以上的槽口。套筒在伸縮時(shí)，因?yàn)椴劭谥械闹芯€與內(nèi)筒下端定位板的中線相差角度為 30度，在鋼絲繩的限位下槽口與定位板始終相錯(cuò)角度 30度。檢修更換時(shí)，先將鋼絲繩從提升板中分離，然后需要更換的套筒旋轉(zhuǎn)角度 30度，使定位板對準(zhǔn)槽口，因?yàn)椴劭诘膶挾嚷詫捰诙ㄎ话宓膶挾?，槽口的?shù)目與定位板的數(shù)目相同，槽口的中線位置與定位板的中線位置對應(yīng)，這樣套筒中的每個(gè)筒都能方便地從整體中拆出，便于 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 維修和更換。 3） .在最上端固定圓筒上安裝兩個(gè)滑輪組 鋼絲繩從滑輪組中心穿過（如圖 ），由導(dǎo)向輪組將鋼絲繩定位，這樣鋼絲繩定位準(zhǔn)確不晃動(dòng)。綜上所述，我所設(shè)計(jì)得新型筒倉的形式如圖 ： 筒倉的設(shè)計(jì)要求：（ 1）重量不能太重；（ 2）耐沖擊，有一定的韌性；（ 3）耐磨性好易制造，；（ 4）制造成本低 由于圓筒倉的工作情況，輸送能力 400 噸 /小時(shí)，設(shè)計(jì)選材用 45鋼板，鋼板的厚度取 1cm。鋼板的高度取 2m。本題目設(shè)計(jì)要用到煤的堆積密度，堆積密度是指在 20186。下單位（包括煤的內(nèi)外空隙及煤粒間的空隙）煤的質(zhì)量，用 BRD表示（為方便計(jì)算本題目用 γ 表示并取γ =），堆積密度的大小除與煤的真密度有關(guān)外，主要決定于煤的粒度組成和堆積的密實(shí)度，堆積密度對煤炭的生產(chǎn)和加工利用部門設(shè)計(jì)礦車、煤倉、估算煤堆質(zhì)量等很關(guān)鍵。 假設(shè)煤從輸送機(jī)上脫落進(jìn)入漏斗并滑到漏斗下斷口，此過程中重力對煤做的功等于摩擦力對煤做的功，即此過程中外力不對煤做功，那么理論上漏斗的下端口的面積大于等于落入煤的有效面積即可。 落入漏斗的有效面積（用 Sm 表示）計(jì)算如下： 因?yàn)?Q = Sm ? v ?γ 式中： γ ? 煤的堆積密度， γ = / cm3 = 1200kg/m3 ； Q ? 筒倉的運(yùn)輸量， Q = 400t / h = / s ； v ? 煤的入倉速度； 由于煤進(jìn)行的是自由落體運(yùn)動(dòng)， S = 21 at2 漏斗的垂直距離可取 下落的距離 s=，得 t = ? = v = at = 179。 = 從而 Sm = Q / v ?γ =179。 1200= 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 而對于圓截面 Sm =π d2m /4 式中 md 為截面的有效直徑 求得： dm =?ms4= ? = 所以設(shè)計(jì)的漏斗下端口直徑只要能大于等于 即可，但考慮到其他象沖擊、輸送煤量的不均勻等，設(shè)計(jì)漏斗下斷口的直徑為 dL =,漏斗上端口直徑為 Hl =，接下來的第一節(jié)套筒（后文稱為第一節(jié)固定套筒）的直徑應(yīng)大于等于漏斗下端口的外徑（ ），同時(shí)由于輸送能力為 400 噸 /小時(shí)，綜合以上因素可取第一節(jié)（最上端）圓筒的橫截面尺寸 S≥ 。 因?yàn)? S=π r2 所以 解得 r= 米 取 r=400mm R=410mm（外徑） 筒倉鐵板的體積 V=2π r179。 H179。 dm 式中 V 筒倉鐵板的實(shí)際體積 dm 鐵板的厚度 R 為筒倉的內(nèi)徑 H 筒倉的高度 現(xiàn)定義最上端可移動(dòng)桶為 A1 ，依此類推由上至下依次定義各可移動(dòng)桶為 A A A A A6 。 選取伸縮空腔的厚度為 35mm，內(nèi)筒外環(huán)至外筒壁的距離取 d=5mm，桶高H=2020mm。 為簡化計(jì)算將筒倉展開成鐵板計(jì)算其體積從而求得其重量 計(jì)算筒倉 1重量： V1 = 2π r1 179。 H179。 dm =2179。 179。 179。 2179。 = M1 = V1 179。ρ =179。 7850= G1A = M1 179。 g = 179。 = 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 計(jì)算筒倉 2重量： V2 = 2π r2 179。 H179。 dm =2179。 179。 (++)179。 2179。 = M2 = V2 179。ρ =179。 7850= G 2A = M2 179。 g = 17