牽引絞車(chē)設(shè)計(jì)第1頁(yè)目錄1緒論.32絞車(chē)的選型計(jì)算與設(shè)計(jì).52.1設(shè)計(jì)參數(shù).52.2絞車(chē)鋼絲繩的布局.52.3選擇鋼絲繩.52.3.1每米鋼絲繩質(zhì)量的計(jì)算.52.3.2驗(yàn)算鋼絲繩的安全系數(shù).62.4絞車(chē)的選擇和計(jì)算主軸的結(jié)構(gòu)尺寸.72.4.1預(yù)選絞車(chē)滾筒的直徑.72.4.2絞車(chē)的最大靜張力及最大靜張力差的計(jì)算.72.4.3絞車(chē)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).82.5主軸承的選擇.152.6滑輪組的設(shè)計(jì).152.6.1滑輪主要尺寸.152.6.2滑輪強(qiáng)度驗(yàn)算.162.6.3滑輪組設(shè)計(jì).172.7預(yù)選絞車(chē)使用的電動(dòng)機(jī).172.8設(shè)計(jì)的驗(yàn)算計(jì)算.183總體方案設(shè)計(jì).193.1絞車(chē)的控制要求.193.2絞車(chē)房的布局.193.3根據(jù)減速器選擇的不同，絞車(chē)的布局也會(huì)不同.204減速器的選用.204.1減速器.204.1.1總傳動(dòng)比及傳動(dòng)比分配.204.1.2傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算.214.2齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì).235聯(lián)軸器和制動(dòng)器的選型.285.1電動(dòng)機(jī)與減速器的輸入軸處的聯(lián)軸器.28N工作轉(zhuǎn)速，r/min.285.2絞車(chē)電動(dòng)機(jī)的電磁制動(dòng)器.295.3盤(pán)形制動(dòng)器的選型.305.3.1正壓力.305.3.2最大工作油壓.315.3.3盤(pán)形制動(dòng)器選型結(jié)果及其參數(shù).315.4液壓站的設(shè)計(jì).325.4.1液壓站的組成.325.4.2液壓站的結(jié)構(gòu).32牽引絞車(chē)設(shè)計(jì)第2頁(yè)5.4.3液壓站的工作原理.335.4.4電液調(diào)壓裝置的作用.335.4.5液壓站元件的選型和計(jì)算.336深度指示器的選型.416.1絞車(chē)的深度指示器的用途.416.2絞車(chē)用深度指示器類(lèi)型.417PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).427.1可編程序控制器(PLC)的特點(diǎn)及應(yīng)用.427.2PLC的選型.447.2.1牽引絞車(chē)系統(tǒng)的工作情況.447.2.2系統(tǒng)配置.447.2.3系統(tǒng)控制圖.467.2.4I/O接線圖和I/O分配表.467.2.5編碼器的選型.487.2.6參數(shù)脈沖化的計(jì)算.497.2.7電氣接線.517.2.8操作臺(tái)的設(shè)計(jì).517.2.9程序設(shè)計(jì).527.2.10提高系統(tǒng)可靠性的措施.538結(jié)論.53參考文獻(xiàn).55附錄1.57附錄2.60致謝.67牽引絞車(chē)設(shè)計(jì)第3頁(yè)1緒論本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是對(duì)纜車(chē)式活動(dòng)泵房的牽引絞車(chē)的控制系統(tǒng)的改進(jìn)，利用PLC技術(shù)使其控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，并且易于維修。本設(shè)計(jì)的意義是使用軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的硬件電氣的功能。對(duì)于絞車(chē)及其控制系統(tǒng)的發(fā)展如下：國(guó)內(nèi)有移動(dòng)組合式全數(shù)字變頻防爆絞車(chē)控制系統(tǒng)，對(duì)于變頻調(diào)速技術(shù)和PLC控制技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但還沒(méi)有將變頻調(diào)速技術(shù)和PLC控制技術(shù)同時(shí)應(yīng)用于井下防爆絞車(chē)控制的報(bào)道。究其原因：一、現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的變頻器大多不適應(yīng)我國(guó)煤礦井下生產(chǎn)所用660V電壓等級(jí)；二、現(xiàn)有的變頻器和PLC控制器均不防爆，不能滿足高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井井下工況的要求；三、國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的隔爆變頻器普遍采用油浸或水冷散熱方式，體積龐大、價(jià)格高、不便于安裝和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)；四、沒(méi)有適用于井下提升機(jī)的變頻器控制的應(yīng)用軟件和PLC控制應(yīng)用軟件。移動(dòng)組合式全數(shù)字四象限變頻防爆絞車(chē)控制系統(tǒng)較好地解決了以上的問(wèn)題。在國(guó)外，鉆機(jī)制造商德國(guó)Wirth公司、Bentec公司以及美國(guó)Varco公司擁有先進(jìn)的絞車(chē)控制技術(shù)、電動(dòng)機(jī)四象限傳動(dòng)技術(shù)以及電子(自動(dòng))司鉆控制技術(shù)。這些絞車(chē)控制系統(tǒng)能根據(jù)鉆壓、機(jī)械鉆速、轉(zhuǎn)盤(pán)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(jìn)而大大提高鉆井效率。如：一、德國(guó)Wirth公司齒輪傳動(dòng)絞車(chē)德國(guó)Wirth公司新一代齒輪傳動(dòng)絞車(chē)采用四象限控制技術(shù)，配有2臺(tái)或3臺(tái)直流或交流電動(dòng)機(jī)，能平穩(wěn)地減速和停止下降或上升的載荷，在不超過(guò)設(shè)備使用限制的情況下，直流和交流電動(dòng)機(jī)都能運(yùn)用再生制動(dòng)技術(shù)，制動(dòng)能量大部分回饋給電網(wǎng)。絞車(chē)控制系統(tǒng)通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)四象限傳動(dòng)，使能量在一個(gè)起下鉆作業(yè)中按4個(gè)不同傳動(dòng)階段分配。絞車(chē)的控制系統(tǒng)是通過(guò)一個(gè)3060kW的交流電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)其它的輔助驅(qū)動(dòng)。在鉆井過(guò)程中，自動(dòng)化司鉆控制電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)恒鉆壓自動(dòng)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(zhǎng)。另外，在主電動(dòng)機(jī)失效時(shí)，還可做為應(yīng)急裝置，將井中鉆具提起。絞車(chē)控制系統(tǒng)還包括一套智能防碰系統(tǒng)(ACS)，用來(lái)優(yōu)化游車(chē)上下運(yùn)行牽引絞車(chē)設(shè)計(jì)第4頁(yè)過(guò)程中的安全和效率，它監(jiān)控絞車(chē)獨(dú)立的3個(gè)剎車(chē)系統(tǒng)。系統(tǒng)提供了整個(gè)提升系統(tǒng)動(dòng)能的參數(shù)分析，并考慮了包括系統(tǒng)制動(dòng)能力、鉤載、游車(chē)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(gè)PLC上獨(dú)立計(jì)算大鉤的位置、速度和制動(dòng)距離。根據(jù)控制系統(tǒng)的運(yùn)算法則，并考慮到系統(tǒng)的動(dòng)能和絞車(chē)的剎車(chē)系統(tǒng)能力，兩個(gè)PLC能獨(dú)立啟用再生制動(dòng)、渦流剎車(chē)或盤(pán)式剎車(chē)。大鉤位置、載荷和所需要的制動(dòng)距離等參數(shù)持續(xù)地由兩個(gè)微處理器檢測(cè)和比較，任何差異都認(rèn)為是ACS系統(tǒng)失效。電動(dòng)機(jī)再生制動(dòng)、渦流剎車(chē)和盤(pán)剎緊急制動(dòng)將被激活，使載荷制動(dòng)停止。二、Bentec公司絞車(chē)德國(guó)Bentec公司已成功地將四象限傳動(dòng)用于其鏈傳動(dòng)鉆機(jī)上，將電動(dòng)機(jī)用于剎車(chē)，并將能量回饋。盤(pán)式剎車(chē)只用于駐車(chē)或緊急制動(dòng)。絞車(chē)遙控操作，游車(chē)可以準(zhǔn)確定位。自動(dòng)送鉆速度從10m/h到150m/h。三、美國(guó)Varco公司單軸絞車(chē)美國(guó)Varco公司最新一代單軸ADS10絞車(chē)，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(dòng)機(jī)再生制動(dòng)來(lái)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(pán)式剎車(chē)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送鉆，并且使該絞車(chē)唯一的剎車(chē)空氣冷卻模塊用于緊急制動(dòng)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(chē)運(yùn)行、鉆壓以及其它鉆井參數(shù)的動(dòng)態(tài)控制。而我設(shè)計(jì)的絞車(chē)及其控制系統(tǒng)，僅僅是以很簡(jiǎn)單的方式對(duì)絞車(chē)進(jìn)行控制，由PLC進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)絞車(chē)各種動(dòng)作的控制。牽引絞車(chē)設(shè)計(jì)第5頁(yè)2絞車(chē)的選型計(jì)算與設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)參數(shù)泵房總重：50噸，斜坡的坡度：20度，絞車(chē)的垂直提升高度：25m，泵房的行走速度：2m/min=0.0333m/s2.2絞車(chē)鋼絲繩的布局為了安全考慮，采用雙滾筒，雙繩提升泵房。為了使所選的絞車(chē)結(jié)構(gòu)和尺寸盡量的小，以降低成本，采用滑輪組來(lái)改善泵房的受力情況，從而選擇合適的零部件，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)的目的。我設(shè)計(jì)的絞車(chē)不采用固定滾筒和游動(dòng)滾筒的形式，兩個(gè)滾筒使用相同的繩索布局，并且都以相同的方式提升