采煤機直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】
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太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 1 目 錄 目 錄 .1 第一章 緒 論 .5 1.1 國內(nèi)采煤機的發(fā)展歷程 .5 1.2 國內(nèi)采煤機研制現(xiàn)狀 .6 1.3 采煤機與國外技術(shù)的差距和發(fā)展展望 .7 1.3.1 國外采煤機的發(fā)展 .7 1.3.2 國內(nèi)采煤機的發(fā)展展望 .9 1.4 采煤機類型及組成 .10 1.4.1 采煤機類型 .10 1.4.2 采煤機的組成 .11 第二章 三機配套方案的確定 .13 2.1 刮板輸送機的選型計算 .13 2.1.1 輸送能力及溜槽端面的校核 .13 2.1.2 電動機功率的校核 .14 2.2 液壓支架的選型 .16 2.2.1 支架最大高度 .16 2.2.2 支架最小高度 .17 第 3 章 直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 .18 3.1 直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展概況 .18 3.2 國內(nèi)外發(fā)展概況 .19 3.2.1 國內(nèi)發(fā)展概況 .19 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 2 3.2.2 國外發(fā)展概況 .20 3.2.3 總結(jié) .21 第 4 章 調(diào)速總體設(shè)計 .22 4.1 總體硬件電路設(shè)計 .23 4.1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 .23 4.1.2 8051 單片機簡介 .23 4.1.3 單片機系統(tǒng)中所用其他芯片選型 .25 4.1.4 8051 單片機擴展電路及分析 .28 4.2 PWM 信號發(fā)生電路設(shè)計 .29 4.2.1 PWM 的基本原理 .29 4.2.2 PWM 信號發(fā)生電路設(shè)計 .31 4.2.3 PWM 發(fā)生電路主要芯片的工作原理 .32 4.3 功率放大驅(qū)動電路設(shè)計 .34 4.3.1 芯片 IR2110 性能及特點 .34 4.3.2 IR2110 的引腳圖以及功能 .35 4.4 主電路設(shè)計 .36 4.4.1 延時保護電路 .36 4.4.2 主電路 .36 4.4.3 輸出電壓波形 .38 4.4.4 系統(tǒng)總體電路圖 .39 4.4.4 系統(tǒng)總體電路圖 .40 4.5 測 速發(fā)電機 .42 4.6 濾波電路 .42 4.7 A/D 轉(zhuǎn)換 .43 4.7.1 芯片選型 .43 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 3 4.7.2 ADC0809 的引腳及其功能 .43 第 5 章 采煤機的維護和檢修 .45 5.1 采煤機的注油 .45 5.1.1 一般要求 .45 5.1.2 潤滑要求 .45 5.2 日常維護 .45 5.2.1 日檢內(nèi)容 .45 5.2.2 周檢 .46 5.2.3 季檢 .46 5.2.4 大修 .46 5.2.5 儲存 .47 參 考 文 獻 .48 致 謝 .51 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 4 第一章 緒 論 1.1 國內(nèi)采煤機的發(fā)展歷程 (1) 購進與仿制 世界上第1臺采煤機是原蘇聯(lián)于1952年生產(chǎn)并開始使用的,我國于1952 年購進并使用,與此同時,雞西煤礦機械廠即開始進行仿制工作,于1954年 制造出我國第1臺深截式采煤機,即頓巴斯-1型采煤康拜因,隨后批量生產(chǎn)。 在頓巴斯-1型采煤康拜因的基礎(chǔ)上,經(jīng)過研究、改進和完善,設(shè)計制造了多 種型式的采煤康拜因,這一時期的采煤機稱為中國第1代采煤機。 (2) 消化與研制 20世紀60年代初,在頓巴斯一1型采煤康拜因的基礎(chǔ)上,我國開始自行 研制生產(chǎn)采煤機,1964年生產(chǎn)出MLQ-64型,1968年生產(chǎn)出MLQI-80型淺截式單 滾筒采煤機,成為我國第2代采煤機,我國第2代采煤機的特點是截割部滾筒 采用搖調(diào)高,牽引機構(gòu)也為鋼絲繩牽引,通過應(yīng)用證明,采用鋼絲繩牽引, 繩筒磨損嚴重,使用壽命短,同時牽引力較小,容易拉斷而導(dǎo)致傷人和機器 下滑事故。該類型采煤機采用了液壓傳動,具有無級調(diào)速和過載保護等特點。 (3) 逐步成熟與發(fā)展 我國于20世紀60年代末70年代初開始研制第3代采煤機即雙滾筒采煤機。 1975年生產(chǎn)的M鞏-170型采煤機,實現(xiàn)了滾筒采煤機由單滾筒向雙滾筒的飛 躍。M鞏-170型采煤機的2個可調(diào)高滾筒放在采煤機的兩端,利用搖臂調(diào)高。 牽引機構(gòu)采用圓環(huán)鏈牽引,提高了牽引力,但不適應(yīng)大傾角采煤。MXA-300 型系列采煤機是西安煤礦機械廠1983年研制生產(chǎn)的大功率無鏈牽引雙滾筒采 煤機,采用了三頭螺旋滾筒,滾筒轉(zhuǎn)速有所降低,牽引機構(gòu)采用齒輪一銷軌 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 5 式,傳動平穩(wěn),消除了鏈牽引的缺點,機器的使用壽命延長,增設(shè)了副牽引 部和可靠的液壓制動裝置,可用于大傾角( )煤層而不需要設(shè)防滑安405 全絞車,提高了工作效率,加大了生產(chǎn)能力。MG132/320-W新型液壓牽引采 煤機是由泰山建能公司、煤炭科學(xué)研究總院、新漢礦業(yè)集團聯(lián)合研制完成的。 該采煤機采用滾筒式采煤機發(fā)展趨勢的多電機橫向布置,液壓牽引系統(tǒng)打破 常規(guī),采煤機牽引部泵箱把長期使用的“濕腔”布置分離液壓元件改為“干 腔”布置,實現(xiàn)了采煤機液壓系統(tǒng)的創(chuàng)新。該機在同類采煤機設(shè)計中達到了 國內(nèi)先進水平。 1.2 國內(nèi)采煤機研制現(xiàn)狀 國外于1976年研制出第1臺電牽引采煤機。1991年,由煤炭科學(xué)研究總 院上海分院與波蘭科瑪克公司合作,研制成功我國第1臺采用交流變頻調(diào)速 的G344-PWD型薄煤層強力爬底板電牽引采煤機,性能良好,電牽引采煤機成 為我國第4代采煤機。2005年煤炭科學(xué)研究總院上海分院又開發(fā)出總裝機功 率達1815kW的大功率采煤機。隨后,更大功率的電牽引采煤機MG900/2215- GWD也問世,該型采煤機的控制達到了國際先進水平,是目前國內(nèi)功率最大 的采煤機。如果采用長搖臂,最大采高可達到創(chuàng)記錄的6m,該型采煤機完全 能夠滿足國內(nèi)煤礦高產(chǎn)高效工作面的生產(chǎn)需要。目前,國內(nèi)使用的交流電牽 引采煤機的電牽引調(diào)速系統(tǒng)主要有3種:即交流變頻調(diào)速系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電機 調(diào)速系統(tǒng)(簡稱SRD)、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速原理不盡相同,但基 本上都可分為控制部分和牽引電機部分。在這 3種 交流電牽引調(diào)速系統(tǒng)中, 交流變頻調(diào)速技術(shù)由于具有的諸多優(yōu)點,在大功率采煤機的應(yīng)用已趨向成熟, 并已成為目前采煤機調(diào)速方式的主流,其主要特點是:啟動性能好,可直接 實現(xiàn)軟啟動;交流變頻調(diào)速屬轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng),故效率高。隨著計 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 6 算機技術(shù)和大功率電子元器件的不斷發(fā)展,交流變頻調(diào)速的調(diào)速性能和精度 可與直流調(diào)速相比。SRD技術(shù)在采煤機上的應(yīng)用雖然起步不久,但具有發(fā)展 潛力,它有交流變頻調(diào)速電動機結(jié)構(gòu)簡單、無刷無整流子的優(yōu)點,也有直流 調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速性能好,控制電路簡單、價格低廉等優(yōu)勢,而且啟動轉(zhuǎn)矩大、 啟動電流小,這種調(diào)速方式一旦解決了噪聲問題和位置傳感器存在的不可靠 性問題,將更適合在煤礦井下采掘機械中使用。電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速技術(shù)本 身比較成熟,它屬于改變轉(zhuǎn)差率的交流調(diào)速方式,采用閉環(huán)系統(tǒng)能得到較大 的調(diào)速范圍,可平滑調(diào)速,并具備交流調(diào)速和直流調(diào)速的雙重優(yōu)點。隨著計 算機技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,電磁調(diào)速電動機電流的控制精度和控制性能 可以做得更適合采煤機的使用,但它在采煤機上的應(yīng)用也存在低速性能差、 電動機發(fā)熱等問題。 1.3 采煤機與國外技術(shù)的差距和發(fā)展展望 1.3.1 國外采煤機的發(fā)展 近年來 ,國外采煤機的技術(shù)特點和發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面: (1)牽引方式采用 電牽引傳統(tǒng)的液壓牽引采煤機在國外雖然仍在生產(chǎn) 和使用,但已不占主導(dǎo)地位,由于電牽引采煤機的諸多優(yōu)點,國外目前新開 發(fā)的采煤機,特別是大功率采煤機基本上都是采用電牽引方式。 (2)裝機總功率不斷增大 國外采煤機的功率在不斷提高,電機截割功 率通常在400kW以上,功率大的已達1000kW;牽引電動機功率均在40kW以上, 大的甚至達到125 kW;總裝機功率通常超過1000kW,最高已達2000kW以上;牽 引速度、牽引力也大幅提高,目前大功率電牽引采煤機的牽引速度普遍達到 15-25 m/min,牽引力達到757kN以上。采用大截深滾筒已成為提高采煤機生 產(chǎn)能力的重要途徑。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 7 (3)交流變頻成為主流調(diào)速方式 由于交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)具有技術(shù) 先進、可靠性高,維護管理簡單和價格低廉等特點,近幾年發(fā)展很快,交流 牽引正逐步替代直流牽引,成為今后電牽引采煤機的發(fā)展方向。采用2個變 頻器分別拖動2臺牽引電機的牽引系統(tǒng),可使牽引的控制和保護性能更加完 善,這種一拖一的牽引系統(tǒng)也正被逐步采用,成為電牽引技術(shù)發(fā)展的又一個 特點。 (4)普遍采用中高壓供電 80年代以來,由于裝機功率大幅度提高以及工 作面的不斷加長,整個工作面容量超過5000kW,工作面長度達到300m。為減少 輸電線路損耗,提高供電質(zhì)量和電機性能,新一代大功率電牽引采煤機乎都采 用中高壓供電。主要供電等級有2300V、3300V、4160V和5000V等。 (5)監(jiān)控保護系統(tǒng)的智能化 現(xiàn)代電牽引采煤機均具有建立在微處理機 基礎(chǔ)上的智能化監(jiān)控、監(jiān)測和保護系統(tǒng),可實現(xiàn)交互式人機對話、遠近控制、 無線電遙控、工況監(jiān)測及狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)采集存儲及傳輸、健康(故障)診斷 及預(yù)警、自動控制、自動調(diào)高等多種功能,以保證采煤機最低的維護量和最 高的利用率;并可實現(xiàn)與液壓支架、工作面輸送機的信息交互和聯(lián)動控制等 功能。英國 Long-Airdox 公司在 EL 系列機型上裝置的 Im-pact 集成保護及 監(jiān)控系統(tǒng);德國 Eickhoff 公司的 Eickhoff-數(shù)據(jù)匯集技術(shù)系統(tǒng);美國 JOY 公 司 6LS 型電牽引采煤機的 JNA 網(wǎng)絡(luò)信息中心等。監(jiān)控保護系統(tǒng)的智能化主要 功能可歸結(jié)為: 1)負載控制:通過截割電機電流的精確監(jiān)測,調(diào)整采煤機的牽引速度,使 采煤機在不同工況下以最優(yōu)化的參數(shù)進行工作,從而保證傳動系統(tǒng)不易受持 續(xù)沖擊影響。 2)工作面定位控制:可以識別采煤機在工作面的位置,在機頭、機尾可自 動減速和停止,與支架配合實現(xiàn)自動隨機移架,并可檢查支架是否正確支護。 3)與工作面輸送機聯(lián)機的負荷控制:通過輸送機的負荷監(jiān)測來調(diào)節(jié)采煤 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 8 機的采煤量,使采煤機和輸送機的生產(chǎn)能力完全相匹配,既提高輸送機的可靠 性,又充分發(fā)揮工作面的生產(chǎn)能力。 4)自動調(diào)高控制:采煤機每移動 1m 就可精確地測量截割高度和角度 10 次,通過自動算法與存儲數(shù)據(jù)進行比較校正,迅速對采煤機進行最優(yōu)化的水平 調(diào)整。該控制可最大地減小底板的截割臺階,實現(xiàn)平滑過渡,加快工作面設(shè)備 的推進速度,提高設(shè)備的使用壽命,使操作人員能盡量避開粉塵。 5)運行狀態(tài)監(jiān)控和顯示:采煤機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可采集大量各類機器參 數(shù),如:輸入電壓;電機電流,軸承、繞組和冷卻水溫度;控制電源;潤滑油溫度、 消耗;液壓系統(tǒng)油位、壓力、溫度;冷卻和噴霧降塵水量/水壓;機器速度、方 向;搖臂的操作角度;過載保護監(jiān)控等。 6)數(shù)據(jù)傳輸、順槽控制及地面監(jiān)控:采煤機上的雙向調(diào)制解調(diào)器可通過 雙芯拖移電纜輸送到順槽調(diào)制解調(diào)器,再通過雙向通訊線路傳送到地面調(diào)制 解調(diào)器及協(xié)議控制器。傳送的數(shù)據(jù)經(jīng)過地面監(jiān)控軟型號 1.3.2 國內(nèi)采煤機的發(fā)展展望 國內(nèi)電牽引采煤機代表機型與目前國外最先進的電牽引采煤機相比,在 總體參數(shù)性能方面已接近國外20世紀90年代中后期水平。但在一些關(guān)鍵部件 以及總體性能、功能、適應(yīng)范圍還有待進一步完善和提高。尤其是電牽引采 煤機的工況在線監(jiān)測、故障診斷及預(yù)報、信號傳輸與采煤機自動控制、傳感 器件等智能化技術(shù)與國外相比還有一定的差距。針對這些差距,今后國內(nèi)電 牽引采煤機的主要發(fā)展方向應(yīng)包括以下幾個方面: (1)進一步完善和提高交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)的可靠性,重點完善和提高 系統(tǒng)裝置的抗振、散熱和防潮等性能,研究可靠的微機電氣控制系統(tǒng),重點 提高采煤機電控系統(tǒng)的抗干擾、抗熱效應(yīng)的能力。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 9 (2)開發(fā)或增強電控系統(tǒng)的監(jiān)控功能,重點研究故障診斷與專家系統(tǒng)、工 況監(jiān)測、顯示與信息傳輸系統(tǒng)、工作面采煤機自動運行控制系統(tǒng)、自適應(yīng)變 頻電路的漏電檢測與保護技術(shù)、搖臂自動調(diào)高系統(tǒng)等。 (3)以開發(fā)裝機功率更大的采煤機為主,完善中、小功率的電牽引采煤機, 以滿足不同用戶的需求。 (4)向電器設(shè)備結(jié)構(gòu)的小型化發(fā)展,由于功率的增大,電動機、變壓器、 變頻器等設(shè)備的體積也相應(yīng)增大,為滿足整機結(jié)構(gòu)布置緊湊的要求,進一步 提高采煤機對煤層變化的適用性,必須研究電器設(shè)備小型化的技術(shù)途徑。 1.4 采煤機類型及組成 1.4.1 采煤機類型 滾筒采煤機的類型很多,可按滾筒數(shù)目、行走機構(gòu)形式、行走驅(qū)動裝置 的調(diào)速傳動方式、行走部布置位置、機身與工作面輸送乳汁機配合導(dǎo)向方式、 總體結(jié)構(gòu)布置方式等分類。 按滾筒數(shù)目分為單滾筒和雙滾筒采煤機,其中雙滾筒采煤機應(yīng)用最普遍。 按行走機構(gòu)形式分鋼絲繩牽引、鏈牽引和無鏈牽引采煤機。按行走驅(qū)動裝置 的調(diào)速方式分機械調(diào)速、液壓調(diào)速和電氣調(diào)速滾筒采煤機(通常簡稱機械牽 引、液壓牽引和電牽引采煤機) 。按行走部布置位置分內(nèi)牽引和外牽引采煤 機。按機身與工作面輸送機的配合導(dǎo)向方式分騎槽式和爬底板式采煤機。按 總體結(jié)構(gòu)布置方式分截割(主)電動機縱向布置在搖臂上的采煤機和截割 (主)電動機橫向布置在機身上的采煤機、截割電動機橫向布置在搖臂上的 采煤機。按適用的煤層厚度分厚煤層、中厚煤層和薄煤層采煤機。按適用的 煤層傾角分緩斜、大傾角和急斜煤層采煤機。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 10 1.4.2 采煤機的組成 采煤機主要由電動機、牽引部、截割部和附屬裝置等部分組成(如圖 1.4.2-1) 。 電動機:是滾筒采煤機的動力部分,它通過兩端輸出軸分別驅(qū)動兩個截 割部和牽引部。采煤機的電動機都是防爆的,而且通常都采用定子水冷,以 縮小電動機的尺寸。 牽引部:通過其主動鏈輪與固定在工作面輸送機兩端的牽引鏈 3 相嚙合, 使采煤機沿工作面移動,因此,牽引部是采煤機的行走機構(gòu)。 左、右截割部減速箱:將電動機的動力經(jīng)齒輪減速后傳給搖臂 5 的齒輪, 驅(qū)動滾筒 6 旋轉(zhuǎn)。 滾筒:是采煤機落煤和裝煤的工作機構(gòu),滾筒上焊有端盤及螺旋葉片, 其上裝有截齒。螺旋葉片將截齒割下的煤裝到刮板輸送機中。為提高螺旋滾 筒的裝煤效果,滾筒一側(cè)裝有弧形擋煤板 7,它可以根據(jù)不同的采煤方向來 回翻轉(zhuǎn) 180。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 11 如圖 1.4.2-1 雙滾筒采煤機 調(diào)高油缸:可使搖臂連同滾筒升降,以調(diào)節(jié)采煤機的采高。 調(diào)斜油缸:用于調(diào)整采煤機的縱向傾斜度,以適應(yīng)煤層沿走向起伏不平 時的截割要求。 電氣控制箱:內(nèi)部裝有各種電控元件,用于采煤機的各種電氣控制和保 護。 此外,為降低電動機和牽引部的溫度并提供內(nèi)外噴霧降塵用水,采煤機 設(shè)有專門的供水系統(tǒng)。采煤機的電纜和水管夾持在拖纜裝置內(nèi),并由采煤機 拉動在工作面輸送機的電纜槽中卷起或展開。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 12 第二章 三機配套方案的確定 2.1 刮板輸送機的選型計算 2.1.1 輸送能力及溜槽端面的校核 擬選用 SGZ1000/1050-W 型刮板輸送機 1.輸送能力及溜槽端面的校核 通常貨載橫斷面有圖 2.1.1-1(a)和圖圖 2.1.1-1(b)兩種形式,其中 b 中 因為有擋煤板的作用而使溜槽裝載斷面增大保證輸送機的生產(chǎn)能力。 SGZ1000/1050-W 即具有此種形式的橫斷面。 (1)刮板輸送機運輸能力,按連續(xù)運行方式進行計算,其公式為 360(t/h)QFv 式中 F=貨載最大橫斷面積, 2m (見圖 2.1.1-1 )12Fbh2/tan b中部槽寬 H擋煤板總高度 B擋煤板距左槽幫的距離 貨載在溜槽中的動堆積角,對于原煤 203 貨載的裝滿系數(shù),0.65.9 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 13 貨載的散集容量, ,對于原煤3t/m30.851t/m 刮板輸送機鏈速,m/sv SGZ1000/1050-W 型刮板輸送機參數(shù)選擇如下 b=1m, h=0.135, , , , ,B=1280mm30.931.0t/m2.6/sv a b 圖 2.1.1-1 算得 2101350mFbh22 2/tan8/tan47305B12.67305(t/h)QFv 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 14 (2) 刮板輸送機與采煤機配套使用時,輸送機的運輸能力 Q 不應(yīng)小于 采煤機的生產(chǎn)能力 ,其中 =5000t/h,即 。cQc cQ 2.1.2 電動機功率的校核 1.電動機功率的校核 輸送機電動機功率的大小要根據(jù)工作面傾角,輸送機的工作長度和輸送 量的大小等具體條件決定,其關(guān)系式為: 12 00(cosin)2cos(KW)1KqwqwLvN 式中 貨載每米重力,N/m,按下式計算 (N/m)3.6Qgqv 輸送量, t/h 刮板連每米重力,N/m0 電動機功率備用系數(shù),K1.52K 刮板連繞過兩端鏈輪時的附加阻力系數(shù),1 1.K 輸送機水平彎曲時附加阻力系數(shù),2 2. 刮板輸送機安裝傾角( ) L刮板輸送機鋪設(shè)長度,m 鏈速,m/sv 貨載在溜槽中的運行阻力系數(shù)w 運行阻力系數(shù)與輸送機的結(jié)構(gòu),貨載在溜槽中的斷面,貨載性質(zhì),塊度, 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 15 濕度,鏈速等多種情況有關(guān),一般要根據(jù)具體情況通過試驗確定,本設(shè)計參 考下列情況 I) 對封底式溜槽,側(cè)卸式,底鏈不回煤的情況 單鏈: 0.46;0.34w 邊雙鏈: 8 II) 對帶擋煤板的敞底式溜槽 在平直底板情況下: 0.68;0.34w 在波浪形底板情況下: 12 傳動效率jy 減速器傳動效率,j 0.94j 液力耦合器傳動效率,y.6y SGZ1000/1050 型刮板輸送機參數(shù)選取如下: =3736 N/m, =637N/m, , , ,q0qK1.51.2K1.0 L=100m, , , ,w.4.3jh094y601.568(cosin)80.3cos3.65N1. =3KB)輸出端保持 為低電平,而當計數(shù)值大于單片機 P1 端口輸出值 X 時,圖中 U2 的 (AB)輸出端為高電平。隨著計數(shù)值的增加,Q2Q9 由全“1”變?yōu)槿?” 時,圖中 U2 的(AB )輸出端又變?yōu)榈碗娖?,這樣就在 U2 的(AB )端 得到了 PWM 的信號,它的占空比為(255 -X / 255)*100% ,那么只要改變 X 的數(shù)值,就可以相應(yīng)的改變 PWM 信號的占空比,從而進行直流電機的轉(zhuǎn) 速控制。 使用這個方法時,單片機只需要根據(jù)調(diào)整量輸出 X 的值,而 PWM 信 號由三片通用數(shù)字電路生成,這樣可以使得軟件大大簡化,同時也有利于單 片機系統(tǒng)的正常工作。由于單片機上電復(fù)位時 P1 端口輸出全為“1” ,使用數(shù) 值比較器 4585 的 B 組與 P1 端口相連,升速時 P0 端口輸出 X 按一定規(guī)律減 少,而降速時按一定規(guī)律增大。 4.2.3 PWM 發(fā)生電路主要芯片的工作原理 1數(shù)據(jù)比較器 具有數(shù)據(jù)比較功能的芯片有 74LS6828,74LS6838 等 8 位數(shù)值比較器, 4 位數(shù)值比較器 4585 等。本 PWM 發(fā)生電路通過兩片 4 位數(shù)值比較器 4585 就可實現(xiàn) PWM 信號的產(chǎn)生,因此選用 4585 作為信號發(fā)生電路。芯片 4585 的引腳圖: 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 33 2串行計數(shù)器 系統(tǒng) PWM 信號發(fā)生電路中還使用到一片串行計數(shù)器,有串行計數(shù)功能 的芯片有 4024、4040 等,它們具有相同的電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能,但 4024 是 7 位二進制串行計數(shù)器,而芯片 4040 是一個 12 位的二進制串行計數(shù)器, 所有計數(shù)器位為主從觸發(fā)器,計數(shù)器在時鐘下降沿進行計數(shù)。當 CR 為高電 平時,它對計數(shù)器進行清零,由于在時鐘輸入端使用施密特觸發(fā)器,故對脈 沖上升和下降時間沒有限制,所有的輸入和輸出均經(jīng)過緩沖。本系統(tǒng)使用 4040 作為串行計數(shù)器,芯片 4040 的引腳圖如圖 4-11 所示: 圖 4-10 4585 引腳 圖 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 34 4.3 功率放大驅(qū)動電路設(shè)計 功率放大驅(qū)動芯片有多種,其中較常用的芯片有 IR2110 和 EXB841, 但由于 IR2110 具有雙通道驅(qū)動特性,且電路簡單,使用方便,價格相對 EXB841 便宜,具有較高的性價比,且對于直流電機調(diào)速使用起來更加簡便, 因此該驅(qū)動電路采用了 IR2110 集成芯片,使得該集成電路具有較強的驅(qū)動 能力和保護功能。 4.3.1 芯片 IR2110 性能及特點 IR2110 是美國國際整流器公司利用自身獨有的高壓集成電路以及無閂 鎖 CMOS 技術(shù),于 1990 年前后開發(fā)并且投放市場的,IR2110 是一種雙通 道高壓、高速的功率器件柵極驅(qū)動的單片式集成驅(qū)動器。它把驅(qū)動高壓側(cè)和 低壓側(cè) MOSFET 或 IGBT 所需的絕大部分功能集成在一個高性能的封裝內(nèi), 外接很少的分立元件就能提供極快的功耗,它的特點在于,將輸入邏輯信號 轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動信號,可以驅(qū)動同一橋臂的兩路輸出,驅(qū)動能力強, 圖 4-11 4040 引腳圖 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 35 響應(yīng)速度快,工作電壓比較高,可以達到 600V,其內(nèi)設(shè)欠壓封鎖,成本低、 易于調(diào)試。高壓側(cè)驅(qū)動采用外部自舉電容上電,與其他驅(qū)動電路相比,它在 設(shè)計上大大減少了驅(qū)動變壓器和電容的數(shù)目,使得 MOSFET 和 IGBT 的驅(qū) 動電路設(shè)計大為簡化,而且它可以實現(xiàn)對 MOSFET 和 IGBT 的最優(yōu)驅(qū)動, 還具有快速完整的保護功能。與此同時,IR2110 的研制成功并且投入應(yīng)用 可以極大地提高控制系統(tǒng)的可靠性。降低了產(chǎn)品成本和減少體積。 4.3.2 IR2110 的引腳圖以及功能 IR2110 將輸入邏輯信號轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動信號,可以驅(qū)動同一 橋臂的兩路輸出,驅(qū)動能力強,響應(yīng)速度快,工作電壓比較高,是目前功率 放大驅(qū)動電路中使用最多的驅(qū)動芯片。其結(jié)構(gòu)也比較簡單,芯片引腳圖如下 所示: 圖 4-12 IR2110 引腳圖 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 36 4.4 主電路設(shè)計 4.4.1 延時保護電路 利用 IR2110 芯片的完善設(shè)計可以實現(xiàn)延時保護電路。 IR2110 使它自身可對輸入的兩個通道信號之間產(chǎn)生合適的延時,保證 了加到被驅(qū)動的逆變橋中同橋臂上的兩個功率 MOS 器件的驅(qū)動信號之間有 一互瑣時間間隔,因而防止了被驅(qū)動的逆變橋中兩個功率 MOS 器件同時導(dǎo) 通而發(fā)生直流電源直通路的危險。 4.4.2 主電路 從上面的原理可以看出,產(chǎn)生高壓側(cè)門極驅(qū)動電壓的前提是低壓側(cè)必須 有開關(guān)的動作,在高壓側(cè)截止期間低壓側(cè)必須導(dǎo)通,才能夠給自舉電容提供 充電的通路。因此在這個電路中,Q1、Q4 或者 Q2、Q3 是不可能持續(xù)、不 間斷的導(dǎo)通的。我們可以采取雙 PWM 信號來控制直流電機的正轉(zhuǎn)以及它的 速度。 將 IC1 的 HIN 端與 IC2 的 LIN 端相連,而把 IC1 的 LIN 端與 IC2 的 HIN 端相連,這樣就使得兩片芯片所輸出的信號恰好相反。 在 HIN 為高電平期間,Q1、Q4 導(dǎo)通,在直流電機上加正向的工作電壓。 其具體的操作步驟如下: 當 IC1 的 LO 為低電平而 HO 為高電平的時候,Q2 截止,C1 上的電壓 經(jīng)過 VB、IC 內(nèi)部電路和 HO 端加在 Q1 的柵極上,從而使得 Q1 導(dǎo)通。同 理,此時 IC2 的 HO 為低電平而 LO 為高電平,Q3 截止,C3 上的電壓經(jīng)過 VB、IC 內(nèi)部電路和 HO 端加在 Q4 的柵極上,從而使得 Q4 導(dǎo)通。 電源經(jīng) Q1 至電動機的正極經(jīng)過整個直流電機后再通過 Q4 到達零電位, 完成整個的回路。此時直流電機正轉(zhuǎn)。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 37 在 HIN 為低電平期間,LIN 端輸入高電平,Q2 、Q3 導(dǎo)通,在直流電機 上加反向工作電壓。其具體的操作步驟如下: 當 IC1 的 LO 為高電平而 HO 為低電平的時候,Q2 導(dǎo)通且 Q1 截止。此 時 Q2 的漏極近乎于零電平,Vcc 通過 D1 向 C1 充電,為 Q1 的又一次導(dǎo)通 作準備。同理可知,IC2 的 HO 為高電平而 LO 為低電平,Q3 導(dǎo)通且 Q4 截 止,Q3 的漏極近乎于零電平,此時 Vcc 通過 D2 向 C3 充電,為 Q4 的又一 次導(dǎo)通作準備。 電源經(jīng) Q3 至電動機的負極經(jīng)過整個直流電機后再通過 Q2 到達零電位, 完成整個的回路。此時,直流電機反轉(zhuǎn)。 因此電樞上的工作電壓是雙極性矩形脈沖波形,由于存在著機械慣性的 緣故,電動機轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速是由矩形脈沖電壓的平均值來決定的。 設(shè) PWM 波的周期為 T,HIN 為高電平的時間為 t1,這里忽略死區(qū)時間, 那么 LIN 為高電平的時間就為 T-t1。HIN 信號的占空比為 D=t1/T。設(shè)電源 電壓為 V,那么電樞電壓的平均值為: Vout= t1 - ( T - t1 ) V / T = ( 2 t1 T ) V / T = ( 2D 1 )V 定義負載電壓系數(shù)為 ,= Vout / V, 那么 = 2D 1 ;當 T 為常數(shù) 時,改變 HIN 為高電平的時間 t1,也就改變了占空比 D,從而達到了改變 Vout 的目的。D 在 01 之間變化,因此 在1 之間變化。如果我們聯(lián)系改 變 ,那么便可以實現(xiàn)電機正向的無級調(diào)速。 當 =0.5 時,Vout=0 ,此時電機的轉(zhuǎn)速為 0; 當 0.51 時, Vout 為正,電機正轉(zhuǎn); 當 =1 時,Vout=V,電機正轉(zhuǎn)全速運行。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 38 圖 4-13 系統(tǒng)主電路 4.4.3 輸出電壓波形 系統(tǒng)電路經(jīng)過單片機控制的 PWM 信號產(chǎn)生電路送來的 PWM 信號,經(jīng) 過功率放大電路,形成輸出電壓的波形圖如下圖如示: 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 39 圖 4-14 輸出電壓波形 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 40 4.4.4 系統(tǒng)總體電路圖 直流電機調(diào)速系統(tǒng)總體電路設(shè)計由單片機產(chǎn)生控制 PWM 信號發(fā)生電路 產(chǎn)生 PWM 信號的數(shù)據(jù),控制直流電機調(diào)速電路對電機進行調(diào)速。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 41 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 42 圖 4-15 系統(tǒng)總休電路圖 4.5 測速發(fā)電機 測速發(fā)電機是一種測量轉(zhuǎn)速的微型發(fā)電機,他把輸入的機械轉(zhuǎn)速變換為 電壓信號輸出,并要求輸出的電壓信號與轉(zhuǎn)速成正比,分為直流與交流兩種。 其繞組和磁路經(jīng)過精確設(shè)計,輸出電動勢 E 和轉(zhuǎn)速 n 成線性關(guān)系,即 E=kn,其中 k 是常數(shù)。改變旋轉(zhuǎn)方向時,輸出電動勢的極性即相應(yīng)改變。 當被測機構(gòu)與測速發(fā)電機同軸連接時,只要檢測出輸出電動勢,即可以 獲得被測機構(gòu)的轉(zhuǎn)速,所以測速發(fā)電機又稱速度傳感器。測速發(fā)電機廣泛應(yīng) 用于各種速度或者位置控制系統(tǒng),在自動控制系統(tǒng)中作為檢測速度的元件, 以調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速或者通過反饋來提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度。 4.6 濾波電路 經(jīng)整流后的單向直流或單向脈動直流電,都是由強度不變的直流成分和 一個以上的交流成分疊加形成的。為了使脈動直流電變得較為平穩(wěn),把其中 的交流成分濾掉,叫做濾波。濾波有電容濾波、電感濾波等。本系統(tǒng)中對直 流電采用電容濾波的方式,使得直流電壓變得更加平穩(wěn),調(diào)速更加精確。電 路圖如圖 2-15 所示: 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 43 圖 4-16 濾波電路 4.7 A/D 轉(zhuǎn)換 4.7.1 芯片選型 能夠進行 A/D 轉(zhuǎn)換的芯片很多,其中 AD 系列的有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809、AD570、AD670、AD673、AD7574 等,TLC 系列的有 TLC545 等,其中較為常用的是 ADC0809 和 TLC545,TLC545 是美國 TEXAS 儀器 公司新推出的一種開關(guān)電容結(jié)構(gòu)逐次逼近式 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器,具有 19 個模 擬輸入端。而 ADC0809 是采樣頻率為 8 位的、以逐次逼近原理進行模數(shù) 轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關(guān),它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后 的信號,只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進行 A/D 轉(zhuǎn)換,具有地址鎖存 控制的 8 路模擬開關(guān),應(yīng)用單一的+5V 電源,其模擬量輸入電壓的范圍為 0V-+5V,其對應(yīng)的數(shù)字量輸出為 00H-FFH,轉(zhuǎn)換時間為 100s,無須調(diào) 零或者調(diào)整滿量程。因此本系統(tǒng)采用 ADC0809 作為 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。 4.7.2 ADC0809 的引腳及其功能 ADC0809 有 28 個引腳,其中 IN0-IN7 接 8 路模擬量輸入。ALE 是地 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 44 址鎖存允許, 、 接基準電源,在精度要求不太高的情況下,供電電REFV 源就可以作為基準電源。START 是芯片的啟動引腳,其上脈沖的下降沿起 動一次新的 A/D 轉(zhuǎn)換。EOC 是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號,可以用于向單片機申請中斷 或者供單片機查詢。OE 是輸出允許端。CLK 是時鐘端。DB 0-DB7 是數(shù)字 量的輸出。ADDA、ADDB、ADDC 接地址線用以選定 8 路輸入中的一路, 引腳詳見圖 4-16。 圖 4-17 ADC0809 引腳圖 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 45 第 5 章 采煤機的維護和檢修 5.1 采煤機的注油 5.1.1 一般要求 (1) 必須按注油圖標明油脂牌號加油,不允許混用。 (2) 油液存放、運輸必須防水、防塵。 (3) 盛、貯油容器必須洗凈。 (4) 井下檢修開大蓋時必須支蓬、灑水滅塵, 并嚴防煤塊、巖渣、 工具、手套等雜物落入油池。 (5) 嚴禁用紗布、普通布、棉紗等擦洗液壓油池及液壓元件,而應(yīng) 用泡沫塑料或綢緞擦抹。 (6) 各部分油位應(yīng)在適當位置。 5.1.2 潤滑要求 按潤滑系統(tǒng)圖的部位各大部件潤滑要求: 分別注 N320 極壓工業(yè)齒 輪油、N68 抗磨液壓油和 2L-3 鋰基潤滑脂。 5.2 日常維護 5.2.1 日檢內(nèi)容 (1) 各大部件連接松緊程度。 (2) 電纜、水管、油管有無破損。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 46 (3) 各部分的滲漏情況。 (4) 各部分的油位。 (5) 操作機構(gòu)的準確性、靈活性及可靠性。 (6) 齒座有無損壞,更換刀齒。 (7) 噴嘴是否堵塞、水閥(反沖洗過濾器) 工作是否正常。 (8) 銷軌固定是否牢固,齒軌輪和銷軌的嚙合情況,導(dǎo)向滑靴的磨損 情況。 (9) 鏟煤板是否脫落。 (10) 運轉(zhuǎn)時的壓力、溫升及聲響。 5.2.2 周檢 (1) 清洗濾油器、過濾器。 (2) 檢查各壓力表。 (3) 對司機日檢工作進行督促并做好必要記錄。 5.2.3 季檢 從放油口取樣,化驗液壓油和齒輪油的油質(zhì)。 除周檢內(nèi)容外,對遺留的較大問題進行處理,并作好有關(guān)記錄。 5.2.4 大修 采煤機在采完一個工作面后應(yīng)升井大修。 大修要求采煤機進行解 體清洗檢查,更換損壞零件,測量齒輪嚙合間隙,對液壓元件應(yīng)按要求進行 檢查和試驗,電氣元件檢修更換時,應(yīng)做電氣試驗,機器大修后,主要部件 應(yīng)做性能試驗,整機空運轉(zhuǎn)試驗,檢測有關(guān)參數(shù),符合大修要求后,方可下 井。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 47 5.2.5 儲存 (1)采煤機及其零部件應(yīng)儲存于通風(fēng)、干燥的倉庫內(nèi)。 (2)采煤機及其零部件外露的加工面應(yīng)涂以防銹油,并用油紙覆蓋。 (3) 橡膠密封件、各種高壓膠管、各種電纜應(yīng)在庫房內(nèi)儲存。庫房內(nèi) 空氣中不應(yīng)含有酸、堿性或其它腐蝕性物質(zhì),應(yīng)避免太陽光照曬,以免引起 過早老化。膠管的接口需用塑料帽或塑料塞堵好,防止灰塵雜質(zhì)進入。 (4) 采煤機冷卻噴霧系統(tǒng)水管中的積水應(yīng)放凈,用風(fēng)管吹干,并將接 口封堵,避免在低溫環(huán)境中結(jié)冰以及灰塵雜質(zhì)進入。 太原理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)紙 48 參 考 文 獻 1 王啟廣、李炳文、黃嘉興編著.采掘機械與支護設(shè)備.徐州:中國礦 業(yè)大學(xué)出版社,2006 2 吳宗澤主編. 機械設(shè)計實用手冊.第 2 版.徐州:化學(xué)工業(yè)出版社, 2004 3 江耕華、胡來瑢、陳啟松主編.機械傳動設(shè)計手冊. 第 2 版.北京: 機械工業(yè)出版社,1995 4 甘永立.幾何量公差與測量.上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,2003 5 饒振綱.行星齒輪傳動設(shè)計.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003 6 陳榕林.機械設(shè)計應(yīng)用手冊.北京:科
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