斜井常闭式防跑车装置设计项目说明书.doc
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1、斜井常闭式防跑车装置设计项目说明书题目:斜井常闭式防跑车系统的设计院系专业: 机械工程及自动化 姓 名: 唐晓燕 指导老师: 韩振铎 完成时间: 2007-11-23 目 录一 设计任务书第 3 页二 摘要第 4 页三 防跑车机构的组成第 5 页四 挡车栏的设计计算第 7 页五 防跑车的电气控制第14页六 端面摩擦缓冲器的设计第15页1、钢丝绳及压绳板的选择计算 第19页 2、卷筒的设计计算第21页 3、摩擦片的设计计算第24页 4、制动片的计算第27页 5、轴套的计算第28页 6、轴的计算第31页 7、调力螺母的计算第32页 8、支座第33页七 设计心得第36页八 参考文献第37页一 设计任
2、务书 题目:防跑车装置的设计 1、设计条件1)机器功用 针对斜井跑车事故的防护装置,当矿车跑车时,使挡车栏实现可靠拦截,避免事故的发生。2)工作情况 常闭式3)运行要求 可靠性较高4)生产批量小批生产5)生产厂型 小型机械厂2、原始数据 发生跑车时的冲击能量E=1J 矿井原始参数斜井跑车的自然条件设定: 斜井倾斜度设定为 斜井跑车的总质量:串车规定最多为6辆,每辆满载时的质量位2000Kg,总质量为12000kg。 变坡点与挡车栏的距离设定为30m。绞车最大提升速度为2.8m/s。3、设计内容 1)总体结构 2)缓冲器各部分结构组成 3)系统图、安装图、零件图总量为零号图纸二 摘 要矿井轨道运
3、输是煤矿生产的重要组成部分,高效的运输系统对于煤矿安全生产具有重要意义。据统计运输事故是仅次于顶板事故的第二大事故,其中串车运行中因断绳、脱销、连接装置断裂等原因造成串车与主提升钢丝绳脱离跑车事故占运输事故的22.1%,因此对煤矿斜井跑车事故进行有效的预防十分必要。本系统是针对斜井跑车事故的防护装置,其工作方式为常闭式。常闭式跑车防护装置是目前可靠性较高的安全设施,它由以下几部分组成:主控箱,车位、车速监测传感器,主提升绳滑轮绳压传感器,柔性挡车栏、挡车栏提升机,语音报警显示屏,摩擦片式缓冲吸能器。挡车栏处于经常关闭状态,当串车以正常速度到达挡车栏上方监测位置时挡车栏自动升起。串车通过后到达挡
4、车栏下方监测位置后挡车栏自动下落。当矿车超速(跑车、溜车)时,监控系统通过对矿车速度和主提升绳滑轮处的压力监测使挡车栏实现可靠拦截,避免事故的发生。三 防跑车机构的组成 防跑车机构的构成如图-1所示,1、缓冲器 2、钢丝绳卡 3、缓冲器引出端钢丝绳 4、挡车栏绳网钢丝绳 5、挡车栏支架 6、挡车栏绳网架7、挡车栏提升机由挡车栏提升机、挡车栏提升限位传感器、脱扣器、柔性挡车栏、摩擦片式缓冲吸能器等部分组成。其工作原理是:当发生跑车事故时,矿车撞击挡车栏,脱扣器开口销受剪切力切断,脱扣器内传感器动作,主控PLC收到这一信号后发出报警保护命令,语音报警显示屏发出报警信号,各道挡车栏均处于下放到位状态
5、。与挡车栏相连的缓冲器通过克服自身摩擦力旋转将拦车绳网传过来的拉力吸收,从而实现对事故矿车的缓冲制动。1、挡车栏提升机驱动系统的选型电动机:YB90L-4(B3)型。其基本参数有:工作电压:660V 额定功率:1.5KW 同步转速:1500 r/min 额定转速:n1=1400 r/min 转动惯量:0.0080kg/mm 满载时的电流:2.10A 效率因数:0.79 效率:79% 重量:37输出轴直径:24减速器:CW-80-31.5-I型。其基本参数有:公称传动比:i=31.5 额定输入功率:P=2.08kw 额定输出转矩:T=299N.m输入轴直径:24mm 输出轴直径:38mm 输出转
6、速:n2=0.74 r/s联轴器:HL2型弹性柱销联轴器 YL7型凸缘联轴器轴承:轴承型号为61808轴承座:轴承座型号为HZ045键:普通平键 bh=87底座:选择10mm厚的钢板作为驱动系统的底座。滚筒设计:外径:300 mm 内径:280 mm 挡绳缘宽、高分别是8 mm、10 mm。校核驱动系统的选型:要求系统在34秒内提起1800mm的距离.即600mm/s滚筒转速:44.444 r/m 根据滚筒内径:280 mm得出周长:879mm故得知绞车的线速度为:0.74879=6500mm/s。满足设计要求。2、挡车栏提升机安装布置图:四 挡车栏的设计计算1、挡车栏缓冲能量计算 斜井跑车动
7、能量计算 受力分析如图2所示,斜井矿车受到重力G和滚动摩擦力f作用,并在惯性力f的作用下下滑。矿车重力:G=mg=12104N矿车滚动摩擦系数:这里取=0.03;斜井倾角:30 这里取E=1MJ的冲击能量2、钢丝绳的选择钢丝绳的选择计算是设计中的关键环节之一。钢丝绳在运转中受有许多应力的作用和各种因素的影响,如静应力,动应力、弯曲应力、扭转应力、和挤压应力等,磨损和锈蚀也将损害钢丝绳的性能。我国是按煤炭安全规程的规定来设计的,其原因是:钢丝绳应按最大静载荷并考虑一定的安全系数来进行计算。挡车栏处选用型号619(b)+FC,抗拉强度1570MP,最小破断力516KN,直径26mm的钢丝绳。3、跑
8、车速度的计算矿车发生跑车后,在重力的作用下沿斜井加速运动,到达挡车栏处的速度v和所需时间t的计算。 矿车从静止状态下(初速度为零)发生跑车时速度计算:挡车栏处的速度v由及有式中矿车从跑车点到挡车栏处的距离,m 斜井的倾角度 钢轨与矿车车轮之间的滚动摩擦系数,一般取0.01 重力加速度,取9.80665跑车所需时间由有= = 3.22s不同倾角和跑车距离时的车速,列于下表 LP Vk58101520253052.763.584.004.945.746.376.9683.504.535.076.257.268.058.80103.905.065.676.988.129.009.84154.786.
9、196.948.569.9411.0312.05185.246.797.619.3710.8912.0813.20205.537.158.019.8811.4812.7313.92235.937.678.5910.5912.3113.6514.93256.788.008.9611.0412.8414.2415.57矿车以初速度发生跑车时速度计算挡车栏处速度由及有跑车所需时间由有4、挡车栏动作指令提前量的确定常闭式防跑车装置,需要确定矿车运行到挡车栏前多长距离发出挡车栏开启的信号。或者测速装置安装位置与挡车兰之间的合理距离。这是有效地阻挡跑车的重要参数。挡车栏提起与落下时间t2挡车栏的提起一般有
10、两种情况:垂直提起,旋转提起。本方案采用垂直提起。则垂直提起时间: ;s式中Ht提升高度,m Vt提升速度,m/s,n-绞车卷筒转速, D-绞车卷筒直径,200mm. 得: =0.586 挡车栏动作提前量的确定 式中 v1绞车下放矿车的速度,m/s; S0富裕常数,m取决于挡车栏的可靠度和绞车安全保护装置的灵敏度,通常取S0=1.52.5m5、跑车作用于挡车栏上的冲击力:作用于车挡上的冲击力是设计车挡和吸能制动器的主要依据,矿车与车挡的冲击力计算有两种情况。按一辆矿车计算冲击力串车与车挡相撞,按一辆矿车相撞的情况计算作用于车挡上的冲击力,这是目前计算冲击力时广泛采用的方法。其理论基础在于,组成
11、串车的矿车之间是以连接环相连接的,属于软连接,串车加速运行时,连接环是拉紧的,当第一辆矿车与车挡相撞的t时间内,第二辆矿车由于矿车之间的间隙尚未撞击到第一辆矿车,或者说,第二辆矿车撞击第一辆矿车的瞬间,第一辆矿车与车挡的撞击过程已经完成,同理,后一辆矿车撞击前一辆矿车时,前一辆矿车的撞击过程已完成。因此,无论矿车数多少,均以一辆矿车的冲击力为计算依据。一辆矿车作用在车挡上的冲击力式中Q重车作用在车挡上的静力,N Q0矿车自重;kg Q1矿车载重;kg 斜行倾角; 轨道与矿车轮之间的滚动摩擦系数,=0.01 g重力加速度;g=9.8m/s2 K动荷系数,矿车与车挡相撞时的速度;m/s车挡在静力Q
12、x作用下,整个装置的弹性变形;()QX静力Q沿车挡表面垂直方向的分力;N 车挡与铅垂线这间的锐角;度橡胶碰头的弹性变形;m车挡的弹性变形;m缓冲装置的弹性变形;m主轴的弹性变形;m以多辆矿车计算冲击力出现下面两种情况时,要修正按一辆矿车计算冲击力的计算方法。当矿车之间的距离很小,出现重叠撞击的情况。由于矿车之间没有足够的间距,当第一辆矿车与车挡的撞击过程尚未完成时,第二辆矿车就又撞击到第一辆矿车上,出现重叠撞击的情况。当矿车受到非正常阻力,出现整体撞击的情况。当第一辆矿车受到非正常阻力,速度减慢时,后面的矿车紧贴在前面的矿车上,会出现整体撞击车挡的情况。鉴于上述两种情况,计算冲击力时每两矿车都
13、应考虑增加一个小于1的叠加系数,则作用于冲击力为 ;N式中按一辆矿车与车挡相撞计算的冲击力;N每两矿车的叠加系数,对第i辆矿车, (2i5)作用于柔性挡车栏上的冲击力P式中矿车与车挡相撞时的速度;m/sQ重车作用在车挡上的静力;N 在静力Q作用下挡车栏上钢丝绳的静变形, ,mL挡车栏中钢丝绳的长度,m E钢丝绳的弹性模量,Pa; F承载钢丝绳的断面积,m2。6、挡车栏的强度计算平行栅条式挡车栏是一种柔性挡车栏。在这种挡车栏中,钢丝绳直接承受矿车的冲击力,所以挡车栏强度的计算主要是计算钢丝绳的强度。 挡车栏处选用型号619(b)+FC,抗拉强度1570MP,最小破断力516KN,直径26mm的钢
14、丝绳。 设受力钢丝绳的根数为n,则每根钢丝绳所受的拉力 =式中K钢丝绳受力的不均匀系数,取K=0.8则=钢丝绳强度校核 式中m钢丝绳的安全系数,一般取许用安全系m=3; 钢丝绳的破断拉力总和,N。 则 钢丝绳满足强度要求五 防跑车的电气控制跑车防护装置电气控制是挡车装置能否可靠工作的重要组成部分。由于控制部分动作频繁,中间转换环节多,挡车装置又在操作者视野之外,而靠显示系统传递状态,更加增添了对可靠程度的要求。传感元件是电气控制系统的核心部分,直接影响到挡车装置动作的可靠性和准确性。 在本装置中使用PLC计数器。PLC由CPU运算和控制中心,存储器,输入/输出接口,编程器组成。输入接口电路工作
15、过程:当开关合上,二极管发光,然后三极管在光的照射下导通,向内部电路输入信号。当开关断开,二极管不发光,三极管不导通。向内部电路输入信号。输出接口电路工作过程:当内部电路输出数字信号1,有电流流过,继电器线圈有电流,然后常开触点闭合,提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0,则没有电流流过,继电器线圈没有电流,然后常开触点断开,断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。基本工作原理 :PLC采用“顺序扫描,不断循环”的工作方式1每次扫描过程集中对输入信号进行采样,集中对输出信号进行刷新。 2输入刷新过程。当输入端口关闭时,程序在进行执
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