多繩摩擦式提升機的總體及滾筒、制動器設計(副井)(液壓盤式制動器)【礦業(yè)用機械設備設計、含6張CAD圖紙、說明書】
多繩摩擦式提升機設計摘要目前我國許多煤礦礦井已經(jīng)轉向中、深部開采,礦井提升設備作為煤礦的關鍵設備,在礦井機械化生產(chǎn)中占有重要地位。制動器是提升的重要組成部分之一,直接關系著提升機設備的安全運行。多繩摩擦提升機具有體積小、質量輕、安全可靠、提升能力強等優(yōu)點,適用于較深的礦井提升。本文利用大學期間所學課程針對多繩摩擦輪提升機,對其滾筒和制動系統(tǒng)進行設計。在對提升機的制動器選型過程中,因盤式制動器是近年來應用較多的一種新型制動器,它以其獨特的優(yōu)點及良好的安全性能被廣大用戶認可,特別是在結合了液壓系統(tǒng)和 PLC 控制之后,液壓系統(tǒng)和 PLC 超強的控制性能為盤式制動器的應用提供了巨大的工作平臺。制動盤的制動力,靠油缸內(nèi)充入油液而推動活塞來壓縮盤式彈簧來實現(xiàn)。液壓盤式制動器作為最新一種制動器,具有許多優(yōu)點,所以它在現(xiàn)代多種類型提升機中獲得廣泛的應用。它具有制動力大、工作靈活性穩(wěn)定、敏感度高等特點,對生產(chǎn)安全具有重要意義。關鍵詞:提升機;多繩摩擦;制動器;設計;液壓傳動。AbstractCurrently many of our coal mine has turned to deep mining. Mine coal upgrading equipment as the key equipment holds an important position in mechanized production of the mine. The brakes are one of the important components of a direct bearing on Hoist the safe operation of equipment.Multi-rope friction hoist with small size, light weight, safe, reliable, and strong ability to upgrade apply to the deeper mine hoist. In this paper, the braking system for four-rope friction round hoist have been designed.In the hoist brake selection process, because in recent years disc brake is used in the new brakes Its unique strengths and good safety performance recognized by the majority of users. Especially in the light of the hydraulic control system and the PLC, Hydraulic System and PLC super performance of the disc brake provides a tremendous platform for the work. Brake disc braking force and rely on the fuel tank filled with oil that drives the piston to compress spring to achieve Disc.Hydraulic disc brakes as the latest development of a brake, which has many advantages. Therefore it in a modern aircraft types to upgrade gain wider application. It is the braking force, flexibility stability, high sensitivity; on production safety is of great significance.Keywords: Hoist; Multi-rope friction; Brake; Design; Hydraulic drive.目錄摘要 .iAbstract ii前言 1第一章 提升機的概述 31.1 提升機的簡介 31.2 提升機的用途和發(fā)展概況 41.3 提升機的工作原理 7第二章 提升機的組成 92.1 工作機構 .92.2 制動系統(tǒng) .112.3 機械傳動系統(tǒng) .112.4 潤滑系統(tǒng) 122.5 觀察和操縱系統(tǒng) 122.6 拖動,控制和自動保護系統(tǒng) 132.7 輔助部分 14第三章 提升機的選型計算 1531 設計依據(jù) .153.2 提升容器選擇 153.3 鋼絲繩及提升機選擇 163.4提升機的選擇 .183.5電機的選擇 .193.6提升機的校核 .193.7 提升系統(tǒng)計算 .20第四章 提升機卷筒的設計 234.1 卷筒的分類 234.2 卷筒繩槽的確定 .234.3 卷筒的確定 244.4 卷筒強度計算 .26第五章 卷筒主軸的設計 285.1 卷筒軸的受力分析與工作應力分析 .285.2 軸的設計計算 .295.3.確定各段軸的直徑和長度 305.4 軸的校核 30第六章 提升機的制動系統(tǒng) 326.1 盤式制動器 .326.2 盤式制動器的設計計算 .356.3 盤式制動器的調整和維護 .43第七章 提升機的液壓站 457.1 液壓站的功用 .457.2 提升機液壓站的工作要求 .457.3 液壓站的組成部分 .457.4 液壓站的維護及注意事項 46結論 48致謝 49參考文獻 50前言目前,國外多繩摩擦式礦井提升機的發(fā)展方向是:發(fā)展落地式和斜井多繩摩擦式提升機,研究其用于特淺井、盲井的可能性,以擴大起使用范圍;采用新結構,以減小機器的外形尺寸和重量;實現(xiàn)自動化和遙控,以提高工作的可靠性和生產(chǎn)效率。在國內(nèi)外,多繩摩擦式提升機得到飛躍發(fā)展,同單繩纏繞式提升機相比,它具備以下優(yōu)點:1)由于鋼絲繩不是纏繞在卷筒上,所以提升高度不受卷筒容繩量的限制,更適用于深井提升,這是多繩提升機較突出的優(yōu)點。例如瑞典某礦井使用50t箕斗的8繩提升機,提升高度為1300m主導輪的直徑僅為4m,若用單繩纏繞式提升機,則滾筒直徑將達7.2到8m,纏繞寬度將達5到4.5m,鋼絲繩直徑將為80mm,不僅設備重量大,而且設備和鋼絲繩直徑過大,制造和安裝使用維修都較困難。2)由于提升容器是由數(shù)根鋼絲繩所承擔,提升鋼絲繩直徑就比相同載荷下單繩提升的小,并導致主導輪直徑小,因而在同樣提升載荷下,多繩提升機具有體積小,重量輕,節(jié)省材料,制造容易,安裝和運輸方便等特點。3)由于多繩摩擦式提升機運動質量小,拖動電動機的容量與耗電量都相應減少。4)由于多根鋼絲繩提升,幾根鋼絲繩被同時拉斷的可能性極小,因此提高了提升設備的安全性,可不設斷繩保險器(防墜器),這就給使用鋼絲繩罐道礦井提供了有利條件。5)在卡罐和過卷的情況下,有打滑的可能性,可避免斷繩事故發(fā)生。6)由于多繩提升機的提升鋼絲繩一般都是偶數(shù),因而可以用相同數(shù)量的左捻和右捻鋼絲繩,這樣,提升鋼絲繩在運行中產(chǎn)生的阻力就可以相互抵消,從而減輕了提升容器因鋼絲繩扭力而產(chǎn)生對罐道的側向壓力,既降低了運行中的摩擦阻力,又可以減輕罐耳和罐道的單向摩擦,從而延長了罐耳和罐道的使用壽命。7)由于主導輪寬度較小,軸的跨度也小,改善了主軸的負載性能。8)主導輪上不纏繩,提升鋼絲繩沒有在纏繩時沿軸中心方向上的擠壓力(單繩纏繞式礦井提升機上會受這種力的影響,通常稱之為“咬繩”),而且,由于鋼絲繩承受的動應力和靜應力都低,因而有利于鋼絲繩使用壽命的提高。通過本次的畢業(yè)設計,進一步熟悉多繩摩擦式礦井提升機各部分的工作原理,完成礦井多繩摩擦式提升機總體機構之中的各個部件的設計和校核計算,使之能夠在合適的礦井下進行運作,而且使提升機的生產(chǎn)效率大大的提高,保證礦井工作的順利進行。第一章 提升機的概述1.1 提升機的簡介 礦井提升機是一種大型提升機械設備。由電機帶動機械設備,以帶動鋼絲繩從而帶動容器在井筒中升降,完成輸送任務。礦井提升機是由原始的提水工具逐步發(fā)展演變而來?,F(xiàn)代的礦井提升機提升量大,速度高,安全性高,已發(fā)展成為電子計算機控制的全自動重型礦山機械。礦井提升機主要由電動機、減速器、卷筒(或摩擦輪)、制動系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成,采用交流或直流電機驅動。按提升鋼絲繩的工作原理分纏繞式礦井提升機和摩擦式礦井提升機。纏繞式礦井提升機有單卷筒和雙卷筒兩種,鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。單筒大多只有一根鋼絲繩,連接一個容器。雙筒的每個卷筒各配一根鋼絲繩,連接兩個容器,運轉時一個容器上升,另一個容器下降。纏繞式礦井提升機大多用于年產(chǎn)量在120萬噸以下、井深小于400米的礦井中。摩擦式礦井提升機的提升繩搭掛在摩擦輪上,利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升。提升繩的兩端各連接一個容器,或一端連接容器,另一端連接平衡重。摩擦式礦井提升機根據(jù)布置方式分為塔式摩擦式礦井提升機(機房設在井筒頂部塔架上)和落地摩擦式礦井提升機(機房直接設在地面上)兩種。按提升繩的數(shù)量又分為單繩摩擦式礦井提升機和多繩摩擦式礦井提升機。后者的優(yōu)點是:可采用較細的鋼絲繩和直徑較小的摩擦輪,從而機組尺寸小,便于制造;速度高、提升能力大、安全性好。年產(chǎn)120萬噸以上、井深小于2100米的豎井大多采用這種提升機礦井提升機具有以下特點:(1)安全性所謂安全性,就是不能發(fā)生突然事故。由于礦井提升設備在礦山生產(chǎn)中所占的地位十分重要,其運轉的安全性不僅直接影響整個礦井的生產(chǎn),而且還涉及人員的生命安全。因此各國都對礦井提升設備提出了極嚴格的要求。在我國這些規(guī)定包括在煤礦安全規(guī)程只中。(2)可靠性所謂可靠性,是指能夠可靠地連續(xù)長期運轉而不需在短期內(nèi)檢修。礦井提升設備所擔負的任務十分艱巨,不僅每年要把數(shù)十萬噸到數(shù)百萬噸的煤炭和礦石從井下提升到地面,而且還要完成其他輔助工作。一個年產(chǎn) 150 萬噸的礦井,停產(chǎn)一天就要損失大約 20 萬元。因此礦井提升機至少要服務二十年以上而不需大修。(3)經(jīng)濟性礦井提升設備是礦山大型設備之一,功率大,耗電多,大型礦井提升機的功率超過 1000KW。因此礦井提升設備的造價以及運轉費用,也就成為影響礦井生產(chǎn)技術經(jīng)濟指標的重要因素之一。1.2 提升機的用途和發(fā)展概況礦井提升設備是礦山運輸中的咽喉設備,又是礦山最大的耗電設備。西德、瑞典等國是當今世界上制造礦井提升機較先進的國家,特別是多繩摩擦式提升機更為突出。在這些國家的豎井中幾乎全部采用較先進的多繩摩擦式提升機,不僅廣泛采用龐大井塔的塔式多繩摩擦提升機,而且越來越多地使用較低的井架的落地式多繩提升機。它們的發(fā)展特點是體積小,重量輕,終端提升量大,提升速度高,襯墊材料摩擦系數(shù)大又耐磨,液壓制動,運轉安全可靠,自動化程度高,多機集中控制等。生產(chǎn)的產(chǎn)品供世界上二十多個國家使用。我國礦井提升設備在上述技術方面與發(fā)達國家相比有一定的差距,自動化和多機集中控制技術方面差距大,產(chǎn)品在國際市場上缺乏競爭能力。內(nèi)裝式提升機在我國已有多臺運行,作為高度機電一體化的,節(jié)能新產(chǎn)品應重點發(fā)展。同時開展斜井提摩擦提升和布雷爾提升機的研制。目前國外礦井提升機總的發(fā)展趨向是:(1)向大型化發(fā)展 礦井大型化和要求提升機大型化之目的主要在于獲得更大的礦產(chǎn)量。1O年前,年產(chǎn)90120萬t的礦為大型礦。目前,就世界范圍而言, 年產(chǎn)200300萬t的礦山也不算大,僅僅算中、小型礦 瑞典最大地下礦將達1000 2500萬ra。大型化主要體現(xiàn)在大容量的提升容器。目前世界上一次提升最大重量已達63t。國外大型提升機都采用多繩摩擦式提升機。 (2)向自動化、遙控方向發(fā)展 自動化不僅僅是為了節(jié)省人力,更重要的是適應大生產(chǎn)、集中控制、集中管理、系統(tǒng)聯(lián)動的需要也是保證產(chǎn)量和提高勞動生產(chǎn)率的有效手段 同時也包含減輕勞動強度、節(jié)省人力、電力和提高運行安全性。國外大型礦井提升機都廣泛采用以多種保護為基礎的自動化運行并能記錄和處理各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)、運行等資料。英國完善了包括有全功能維護設計的可控硅供電,直接連接直流電動機驅動系統(tǒng)和在井簡中的提升機控制系統(tǒng) 目前國外主井幾乎都是自動化運行,副井由于機動性大一般都是采用按鈕控制和在罐籠內(nèi)遙控。(3)繼續(xù)發(fā)展多繩提升機 一般淺井、提升重量不大時可采用常規(guī)纏繞式提升機;但當深井、提升重量大時,須采用多繩摩擦式提升機。有相當一部分提升任務既可采用纏繞式提升機也可采用多繩提升機,如果現(xiàn)場條件允許則多繩摩擦式提升機更為經(jīng)濟。目前多繩纏繞式提升機繼續(xù)向更先進方向投展。有些國家生產(chǎn)的多繩提升機,塔式和落地式多繩提升機大致各占5O%。(4)發(fā)展各種新型和專用提升設備除目前已出現(xiàn)的落地式提升機、布雷爾提升機和采用鋼芯膠帶牽引的摩擦式提升機外; 國外還研制了起重式提升機、各種不同包圍角的多繩摩擦式提升機(用于淺井)另外,還研制了不同形式的無繩提升設備,現(xiàn)已知的有機械式、電磁式、水力式和風動式。 (5)采用“四新”(新技術、新結構、新材料和新工藝)采用“四新”后,提升機主軸裝置、制動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)和驅動系統(tǒng)等各部分不斷改進提高,使整個多繩摩擦式提升機結構朝著體積小、重量輕、效率高的方向發(fā)展。國內(nèi)礦井提升機的發(fā)展趨向是:(1)發(fā)展多繩摩擦輪提升機,特別是大型落地式多繩提升機 以及斜井、斜坡道用的多繩提升機;(2)不斷改進井研制新型單繩及多繩纏繞式礦井提升機(3)可控硅供電及徽電子技術在提升機上應用,以及可編程序控制器,遙控技術交交變頻調速等先進技術;(4)研制應用高性能摩擦襯墊高比壓閘瓦等新技術、新材料;(5)不斷引進、消化、吸收國外先進技術,并用于制造國產(chǎn)礦井提升機。淘汰落后技術,如塊式閘及角移式閘氣動制動器,鑄造結構并限制減速器和控制繼電器的使用。1.3 提升機的工作原理按工作原理不同,礦井提升機可分為兩類:單繩纏繞式和多繩纏繞式提升機。單繩纏繞式又可分為單卷筒提升機和雙卷筒提升機。單繩纏繞式提升機的工作原地如圖l1所示,簡單地說,就是用一根較粗的鋼絲繩在卷筒上纏上和纏下來實現(xiàn)容器的提升和下放運動。圖1-1.1 單繩纏繞式提升機 圖1-1.2 多繩纏繞式提升機1-滾筒;2-鋼絲繩;3-容器; 1-主導輪;2-鋼絲繩;3-平衡尾繩;4-平衡尾繩;5-天輪 4-容器;5-導向輪圖l1提升機安裝在地面提升機房里,鋼絲繩一端固定在卷筒上,另一端繞過天輪后懸掛提升容器。圖11所承為單繩纏繞式單卷筒提升機,卷筒上固定兩根鋼絲繩,并應使每根鋼絲繩在卷簡上的纏繞方向相反。這樣,當電動機經(jīng)過減速器帶動卷筒旋轉時,兩根鋼絲繩便經(jīng)過天輪在卷筒上纏上和纏下,從而使提升容器在井筒里上下運動。不難看出,單繩纏繞式提升機的一個根本特點和缺點是鋼絲繩在卷筒上不斷的纏上和纏下,這就要求卷筒必須具備一定的纏繞表面積,以便能容納下根據(jù)井深或提升高度所確定的鋼絲繩懸垂長度。單繩纏繞式提升機的規(guī)格性能、應用范圍、機械結構等都是由這一特點來確定的。單繩纏繞式雙卷筒提升機具有兩個卷筒,每個卷筒上固定一根鋼絲繩,并應使鋼絲繩在兩卷筒上的纏繞方向相反,其工作原理和特點與單卷筒提升機完全相同。多繩摩擦式提升機的工作原理與單繩纏繞式提升機不同,鋼絲繩不是固定和纏繞在主導輪上,而是搭放在主導輪的摩擦襯墊上,如圖所示,提升容器懸掛在鋼絲繩的兩端,在容器的底部還懸掛有平衡尾繩。提升機工作時,拉緊的鋼絲繩必須以一定的正壓力緊壓在摩擦襯墊上。當主導輪由電動機通過減速器帶動向某一個方向轉動時,在鋼絲繩和摩擦襯墊之間使發(fā)生很大的摩擦力,使鋼絲繩在這種摩擦力的作用下,跟隨主導輪一起運動,從而實現(xiàn)容器的提升和下放。不難看出,多繩摩擦式提升機的一個根本特點和優(yōu)點是鋼絲繩不在主導輪輪上纏繞,而是搭放在主導輪的摩擦襯墊上,靠摩擦力進行工作。同樣,多繩摩擦式提升機的規(guī)格性能、應用范圍和機械結構等,都是由這一特點來確定的。多繩摩擦式提升機特別適應于深并和大產(chǎn)量的提升工作。 多繩摩擦式提升機與單繩纏繞式提升機比較,在規(guī)格性能、應用范圍、機械結構和經(jīng)濟效果等方而都優(yōu)越得多,就深井和大產(chǎn)量來說,是堅井提升的發(fā)展方向。但是,根據(jù)我國目前淺井多、斜并多的特點,單繩纏繞式提升機仍然是目前制造和使用的重點。對于部分深井和大產(chǎn)量的礦井,則應該合理的選用多繩摩擦式提升機,而不宜選用大型的單繩纏繞式提升機。第二章 提升機的組成礦井提升機作為一個完整的機械電氣機組,它的組成部分如圖21所示。圖21所示2.1 工作機構工作機構的作用是:(1)纏繞或搭放提升鋼絲繩;(2)承受各種正常載荷(包括固定靜載荷和工作載荷),并將此載荷經(jīng)過軸承傳給基礎;(3)承受在各種緊急事故情況下所造成的非常載荷,在非常載荷作用下,主軸裝置的各部分不應有殘余變形;(4)當更換提升水平時,能調節(jié)鋼絲繩的長度(僅限于單繩纏繞式雙卷筒提升機)。因此,主軸裝置應保證主軸、卷筒和其它部分有足夠的強度和剛度。保安規(guī)程規(guī)定,主軸裝置的卷筒或主導輪直徑與鋼絲繩和鋼絲直徑的比值應符合下列要求我:對地面提升設備80dDk , 120s (2-1)對于井下提升設備 60k, 90s (2-2)式中 提升機卷筒或主導輪名義直徑(毫米);dk鋼絲繩直徑(毫米);s鋼絲直徑(毫米);調繩裝置的作用是:當更換提升水平需要調節(jié)鋼絲組的長度時,利用調繩裝置使游動卷筒與主軸脫開,從而可以轉動固定卷筒(此時游動卷筒應用制動器閘住)調節(jié)鋼絲繩長度。調繩結束時,利用調繩裝置使游動卷筒與主軸合上(即連接上),以便恢復正常的提升工作。2.2 制動系統(tǒng)2.2.1 制動裝置的功用1)在提升機正常工作的減速階段或下放重物時,參與調整提升機的運行速度,并在提升終了時使之正常停車,即工作制動;2)當提升機工作異常時使之迅速停車,以免事故擴大,即安全制動;3)當提升機檢修時,使之保持不動;4)雙筒提升機在進行調繩操作時,是卷筒保持不動。2.2.2 制動裝置的類型制動裝置中的制動器按結構分為塊閘和盤閘;傳動裝置按傳動能源分為油壓、氣壓及彈簧等。JK型 m32和BM型提升機使用油壓角移式制動裝置。JK型64和HKM3型提升機使用壓氣平移制動裝置。JKA型提升機使用液壓綜合式制動裝置。XKT型、JK型、GKT型 m2、JKD型、JKM型、JKMD型提升機使用液壓盤式制動裝置。礦用提升絞車使用手動角移式制動器作為工作制動,重錘-電磁鐵絲杠螺母操縱的角移式制動器或重錘-電力液壓推桿操縱的平移式制動器作為安全制動,擔新系列JT型m6.12提升絞車則使用液壓盤式制動裝置。2.3 機械傳動系統(tǒng)機械傳動系統(tǒng)包括減速器和聯(lián)軸器。(1)減速器的作用:礦井提升機主軸的轉數(shù)由于受提升速度的限制,一般在l0一60轉分之間,而用作拖動的電動機的轉數(shù),一般在480一960轉分之間。這樣,除采用低速直流電動機拖動外,一般情況下不能將主軸與電動機直接聯(lián)接,中間必須經(jīng)過減速器。因而減速器的作用是減速印傳遞動力。(2)聯(lián)軸器是用來聯(lián)接提升機的旋轉部分,并傳遞動力。主要有兩種:蛇形彈簧聯(lián)軸器(用于聯(lián)接電動機和減速器高速軸)齒輪聯(lián)軸器(用于聯(lián)接提升機主軸和減速器低速軸)2.4 潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)的作用是:在提升機工作時,不間斷地向主軸承、減速器軸承和嚙合齒面壓送潤滑油,以保證軸承和齒輪能良好的工作。潤滑系統(tǒng)必須與自動保護系統(tǒng)和字電功機聯(lián)鎖:即潤滑系統(tǒng)失靈時(如潤滑油壓力過高或過低、軸承溫升過高等),主電動機斷電,提升機進行安全制動。啟動主電動機之前,必須先開動潤滑油泵,以確保機器在充分潤滑的條件下工作。2.5 觀察和操縱系統(tǒng)觀測和操縱系統(tǒng)包括斜面操縱臺、深度指示器和測速發(fā)電機獎置。深度指示器的作用:(1)指示提升容器的運行位置;(2)容器接近井口卸載位置和井底停車場時, 發(fā)出減速信號;(3)當提升機超速和過卷時進行限速和過卷保護;(4)對于多繩摩擦式提升機,深度指示器還應能自動調零,以消除由于鋼絲繩在主導輪摩擦襯墊上的滑動、蛹動和自然伸長等所造成的指示誤差。2.6 拖動,控制和自動保護系統(tǒng)拖動、控制和自動保護系統(tǒng)包括主拖動電動機和微拖動電動機、電氣控制系統(tǒng)和自動保護系統(tǒng)。礦井提升機根據(jù)交直流拖動系統(tǒng)的不同可分別采用三相繞線式感應電動機或直流電動機。礦井提升機自動保護系統(tǒng)的作用是:在司機不參與的情況下,發(fā)生故障時能自動將主電功機斷開并同時進行安全制動而實現(xiàn)對系統(tǒng)的保護。自動保護系統(tǒng)應具有如下性能:(1)提升機超速時(包括等速和減速階段的超速)自動對系統(tǒng)進行保護;(2)提升容器過卷時自動對系統(tǒng)進行保護;(3)制動油欠壓或超壓時自動對系統(tǒng)進行保護;(4)潤滑油欠壓或超壓時自動對系統(tǒng)進行保護;(5)軸承溫升過高和制動油溫升過高時自動對系統(tǒng)進行保護;(6)閘瓦磨損超過規(guī)定值時自動對系統(tǒng)進行保護;(7)電功機過電流或失壓(斷電)時自動對系統(tǒng)進行保護。根據(jù)上述各項自動保護作用的要求,自動保護可分為提升機運行過程中的自動保護和一次提升結束時的自動保護。2.7 輔助部分包括司機座、機座、護欄、擋板、護罩等輔助用品及材料。對于多繩摩擦式提升機還包括導向輪裝置及摩擦輪襯墊的車槽裝置。第三章 提升機的選型計算3 1 設計 依據(jù)煤礦主井主要為了煤炭的運輸提升,而副井只作為下放材料,設備,以及排矸(立井還作為人員上下的通道),副井一般采用罐籠提升。本次設計的就是副井所使用的提升機。1、 年 提 升 矸 石 量 : 108000t2、 工 作 制 度 : 年 工 作 日 330d, 每 天 凈 提 升 時 間 16h。3、 井 口 軌 面 標 高 +546.4m大 巷 軌 面 標 高 (一 水 平 ) +75m大 巷 軌 面 標 高 (二 水 平 ) -15m井 筒 垂 深 561.4m提 升 高 度 ( 一 水 平 ) 471.4m提 升 高 度 ( 二 水 平 ) 561.4m4、 最 大 班 下 井 人 數(shù) : 250人 。5、 最 大 件 重 量 : 10700kg(主 排 水 泵 電 機 ,不 可 拆 卸 件 )3.2 提升容器選擇根 據(jù) 礦 井 的 年 產(chǎn) 量 及 輔 助 提 升 量 , 經(jīng) 計 算 , 副 井 提 升 容 器 選 用600 軌距 1.0t 標準礦車雙層 4 車多繩標準罐籠( 寬 窄 各 一 個 ) , 鋼 絲繩 罐 道 , 寬 灌 籠 質量為 Q=18500kg,每次載人數(shù) 76 人,窄罐籠質量為Q=10000kg,每次載人數(shù) 46 人。提升矸石時選用 1t 標準礦車,礦車型號為 MGC1.1-6A,礦 車 自 重QZ=610kg, 載 矸 量 為 Qm=1800kg。3.3 鋼絲繩及提升機選擇3.3.1、繩端荷載計算提 升 物 料 ( 按 提 矸 計 算 ) :Q矸 =Q+Qm+QZ=18500+1800+610=20910kg提 升 人 員 :Q人 =Q+Qr=18500+5700=24200kg提 升 最 大 件 設 備 :Q大 件 =18500+10700=29200kg式 中 :Qr每 次 乘 載 人 員 重 量 ,按 最 多 76人 計 算 。10700卸 載 最 大 件 水 泵 電 機 重 量 。3.3.2 首繩單位長度重量PK大 件 =10()BnHcm大 件= =5.92kg/m292004( 1101679 571.4)PK人 =()BQc人= =5.68kg/m242004( 1101679 571.4)式 中 :Hc鋼 絲 繩 懸 垂 長 度 Hc=H+Hj+Hh=546.4+15+10=571.4mn首 繩 鋼 絲 繩 根 數(shù)Hh尾 繩 環(huán) 高 度根 據(jù) 以 上 計 算 , 首 繩 選 用 38zbb6v 型 鋼 絲 繩 左 右 捻37+各 兩 根 。 其 技 術 參 數(shù) 如 下 : 鋼 絲 繩 直 徑 dk=38mm, 鋼 絲 破 斷 拉 力 總和 Qq=1136KN, 鋼 絲 繩 單 位 長 度 質 量 為 Pk=6.14kg/m。3.3.3 尾繩單位長度重量qk= 1nPk=26.14=12.28kg/m式 中 :n1尾 繩 鋼 絲 繩 根 數(shù)所 以 提 升 鋼 絲 繩 和 平 衡 鋼 絲 繩 參 數(shù) 如 圖 3-1所 示內(nèi) 容 提 升 鋼 絲 繩 平 衡 鋼 絲 繩型 號 38zbb6v 37+ 170 28849+直 徑 38mm 170mm 28數(shù) 量 /根 4 2質 量 /(kg/m) 6.14 12.3抗 拉 強 度 /MPa 1770 1370破 斷 拉 力 /kN 1136 1490長 度 /(m/根 ) 710 620圖 3-13.4提升機的選擇3.4.1 摩擦輪的最小直徑D 90dk=90 38=34203.4.2 最大靜張力和最大靜張力差最 大 靜 張 力 (按 提 升 最 大 設 備 計 算 )Fj=Q+Q大 件+nPkHj+n1qk(H+Hh)=18500+29200+46.1415+212.3(546.4+10)=61755kg最 大 靜 張 力 差 Fc=Qr+( 18500-10000) =14200kg據(jù) 此 副 井 提 升 裝 置 選 用 JKMD-3.5 型 落 地 式 多 繩 摩 擦 提 升 機 。4其 主 要 技 術 參 數(shù) 為 :摩 擦 輪 直 徑 D=3500mm,天 輪 直 徑 DT=3500mm,最 大 靜 張 力 570kN,最 大 靜 張 力 差 180kN,鋼 絲 繩 根 數(shù) 4 根 ,摩 擦 輪 鋼 絲 繩 間 距 300mm,提 升 速 度 V=6 m/s,變 位 質 量 10940kg,效 率 為 0.98,襯 墊 摩 擦 系 數(shù) 。=0.253.5電機的選擇電 動 機 功 率P 10KQgVj= =1185KW=1.2180009.8610000.921 1.2式 中 : K礦 井 阻 力 系 數(shù) , 取 K=1.2;Q一 次 提 升 人 員 質 量 ( 按 寬 罐 籠 計 算 ) ; 計 入 罐 籠質 量 差 ; 提 升 系 統(tǒng) 運 轉 時 , 加 減 速 度 及 鋼 絲 繩 重 力 因 素 影響 系 數(shù) ; j減 速 器 傳 動 效 率 , j=0.92;根據(jù)計算的電動機的功率,選取型號為 ZKTD-215/56 的電機, 功 率 為1250KW, 轉 速 n=55r/min, 轉 動 慣 量 md=20000kgm2。3.6提升機的校核3.6.1 提升機直徑驗算D0=90Dk=90 38=34207.913.7 提升系統(tǒng)計算3.7.1 井架高度計算過卷高度 Hg=13.90m防撞梁距導向論中心的垂高 Hf=6.3m兩天論中心垂高 Ha=5.5m本體高度 Hr=6.1m井架高度計算式為=+2=31.83.7.2 上繩弦長計算上繩弦長計算式為=( ) 2+( +2) 2( 2 ) 2=36.413.7.3 上繩仰角計算上繩仰角計算式為=tan1( +2) tan1(2)=53.053.7.4 下繩弦長計算下繩弦長計算式為=()2+(2)2(+2 )2=30.773.7.5 下繩仰角計算下繩仰角計算式為=tan1( 2) tan1(+2)=56.143.7.6 圍包角計算圍包角計算式為=180+=180+56.1453.05=183.093.7.7 上弦距下弦最小距離計算上弦距下弦最小距離計算式為=2+2sintan1()=1.84第四章 提升機卷筒的設計4.1 卷筒的分類按照鋼絲繩在卷筒上的卷繞層數(shù)分,卷筒分單層繞和多層繞兩種。一般起重機大多采用單層繞卷筒。只有在繞繩量特別大或特別要求機構緊湊的情況下,為了縮小卷筒的外形尺寸,才采用多層繞的方式。本設計采用單層繞。按照卷筒的表面分,有光卷筒和帶螺旋槽卷筒兩種。光卷筒用于多層卷繞,其結構比較簡單,鋼絲繩按螺旋形緊密地排列在卷筒表面上,繩圈的節(jié)矩等于鋼絲繩的直徑。由于鋼絲繩和卷筒表面之間接觸應力較高,相鄰繩圈在工作時又有摩擦,鋼絲繩使用壽命就要降低。為了使鋼絲繩在卷筒表面上排列整齊,單層繞卷筒一般都有螺旋槽,有了繩槽后,使鋼絲繩與卷筒的接觸面積增加,因而減小了它們之間的接觸應力,也消除了在卷筒卷繞過程中繩圈間可能產(chǎn)生的摩擦,因此提高了鋼絲繩的使用壽命,目前,多層繞卷筒也制成帶繩槽的,更為合理。繩槽在卷筒上的卷繞方向可以制成左旋或右旋。單聯(lián)滑輪組的卷筒只有一條螺旋繩槽;雙聯(lián)滑輪的卷筒,兩側應分別右一條左旋和右旋的繩槽。繩槽的形狀分別為標準繩槽和深槽兩種,如圖(41)。4.2 卷筒繩槽的確定查機械設計手冊知,卷筒繩槽槽底半徑 R,槽深 c 槽的節(jié)矩 t 其尺寸關系為:R=(0.540.6)d( d 為鋼絲繩直徑 ) 繩槽深度:標準槽: 1c=(0.250.4)d (mm) 深槽: 2c=(0.60.9) d (mm) 繩槽節(jié)距:標準槽: 1td(24) (mm) 深槽: 2td(68) (mm) 卷筒槽多數(shù)采用標準槽,只有在使用過程中鋼絲繩有可能脫槽的情況才使用深槽,本設計選用標準槽,鋼絲繩直徑選用 35mm,R=(0.540.6)d mm=18.921mm 取 R=20mmc=(0.250.4)d mm =8.7514mm 取 c=12mmtd(24)mm=38mm4.3 卷筒的 確定卷筒按照轉矩的傳遞方式來分有端側板周邊大齒輪外嚙合式和筒端或筒內(nèi)齒輪內(nèi)嚙合式,其共同特點是卷筒軸只承受彎矩,不承受轉矩。本設計卷筒采用內(nèi)齒輪嚙合式。如圖(42)。圖 42 內(nèi)齒嚙合式卷筒卷筒的設計主要尺寸有節(jié)徑 0D 、卷筒長度 L 、卷筒壁厚 。 本科畢業(yè)設計(論文)開題報告題目名稱 多繩摩擦式提升機設計(滾筒、制動器)學生姓名 專業(yè)班級一、 選題的目的和意義:礦井提升設備是聯(lián)系礦井井下與地面的“嗯喉”設備,在故井生產(chǎn)中占有特別重要的地位。它的主要用途是沿井筒提升煤炭、礦石和矸石、升降人員、設備、下放材料等。礦井提升設備是礦山較復雜且龐大的機械-電氣機組,在工作中一旦發(fā)生故障,就會嚴重影礦井的正常生產(chǎn),甚至造成人身事故。為此,掌握礦井提升設備的構造、工作原理、性能、設備選型、運轉理論等方面的知識,對合理地選擇和維護使用,使其確保高效率和安全可靠的運轉,有著極其重要的意義。礦 井 提 升 機 主 要 由 電 動 機 、 減 速 器 、 卷 筒 ( 或 摩 擦 輪 ) 、 制 動 系 統(tǒng) 、 深 度指 示 系 統(tǒng) 、 測 速 限 速 系 統(tǒng) 和 操 縱 系 統(tǒng) 等 組 成 , 采 用 交 流 或 直 流 電 機 驅 動 。 多 繩摩 擦 式 提 升 機 的 主 要 部 件 有 主 軸 、 主 導 輪 、 主 軸 承 、 車 槽 裝 置 、 減 速 器 、 深 度指 示 器 、 制 動 裝 置 及 導 向 輪 等 。 主 導 輪 表 面 裝 有 帶 繩 槽 的 摩 擦 襯 墊 。 襯 墊 應 具 有較 高 的 摩 擦 系 數(shù) 和 耐 磨 、 耐 壓 性 能 ,其 材 質 的 優(yōu) 劣 直 接 影 響 提 升 機 的 生 產(chǎn) 能 力 、工 作 安 全 性 及 應 用 范 圍 。二、 國內(nèi)外研究綜述:(1)國外礦井提升機的研究概述國外礦井提升機的發(fā)展已有多年的歷史,1 938 年 , 瑞 典 的 ASEA 公 司 在 拉 維爾 ( Laver) 礦 安 裝 了 一 臺 直 徑 1.96m 雙 繩 摩 擦 式 提 升 機 。 1947 年 德 國 G.H.H.公 司 在 漢 諾 威 ( Hannover) 礦 安 裝 了 一 臺 四 繩 摩 擦 式 提 升 機 。 國 外 提 升 機 發(fā) 展較 快 , 提 升 速 度 達 到 20 米 /秒 , 一 次 有 效 提 升 量 超 過 60 噸 , 電 機 容 量 達 到15000KW, 滾 筒 直 徑 達 到 9 米 , 多 繩 摩 擦 式 最 多 繩 數(shù) 為 10, 罐 籠 一 次 乘 人 數(shù) 達到 300 人 , 提 升 機 機 電 一 體 程 度 已 發(fā) 展 到 只 有 一 個 滾 筒 ( 滾 筒 、 減 速 器 、 電 動 機一 體 化 ) 。 由 于 礦 井 生 產(chǎn) 的 強 化 和 集 中 化 , 一 些 礦 井 為 了 滿 足 生 產(chǎn) 量 及 不 同 提 升任 務 的 要 求 , 常 在 一 個 井 筒 安 裝 多 臺 提 升 機 , 例 如 瑞 典 的 基 魯 那 礦 , 在 一 個 矩 形提 升 塔 上 安 裝 12 臺 多 繩 摩 擦 提 升 機 , 采 用 集 中 控 制 。 隨 著 現(xiàn) 代 技 術 進 步 及 采 礦工 業(yè) 的 發(fā) 展 , 提 升 設 備 在 機 械 結 構 、 工 藝 、 設 計 理 論 及 方 法 、 拖 動 控 制 及 安 全 監(jiān)測 等 方 面 都 有 了 很 大 發(fā) 展 。 例 如 : 中 低 壓 及 中 高 壓 盤 式 制 動 器 及 液 壓 站 的 應 用 ;硬 齒 面 行 星 齒 輪 傳 動 等 的 應 用 ; 內(nèi) 裝 同 步 電 機 主 軸 裝 置 的 問 世 (德 國 西 門 子 公 司 ); 零 部 件 設 計 中 CAD CAM 及 有 限 元 法 的 應 用 。(2)國內(nèi)礦井提升機研究概述:我國提升機發(fā)展比較慢,直到解放后才建立了自己的提升機制造業(yè),國產(chǎn)提升機大致可分為仿蘇、改進及自行設計等四個階段。19531958 年期間生產(chǎn)仿蘇產(chǎn)品 BM系列提升機;KJ 系列提升機是 19581966 年期間生產(chǎn)的仿蘇改進產(chǎn)品;JKA 系列是在 KJ 型基礎上的改進產(chǎn)品;XKT 系列提升機是 1971 年 7 月開始生產(chǎn)的自行設計產(chǎn)品,后又改為 XKT-B 系列,1976 年,針對 XKT-B 型的不足,對 XKT-B 型又進行改進,并定型為 JK 型, JK 型是已成批生產(chǎn)的新型礦井提升機。 仿蘇 KJ 型 3m 以下仿蘇BM 型,3m 以上仿蘇 型 ,1953 年撫順重機廠生產(chǎn),1958 年洛礦開始生產(chǎn),1965 年停產(chǎn)。隨著我國各種現(xiàn)代設計方法在提升機研究中的應用,改善了提升機的設計手段,克服以往靠經(jīng)驗和模仿的設計狀態(tài),避免簡化計算帶來的設計誤差,提高設計效率和設計精度。三、 畢業(yè)設計(論文)所用的主要技術與方法: 1. 在圖書館借閱查看相關資料2. 畢業(yè)指導老師的指導3. 在網(wǎng)上查閱相關資料4. 利用 CAD 計算機繪圖和手工繪圖5. 對所選數(shù)據(jù)進行分析和計算四、 主要參考文獻與資料獲得情況:1機械設計 濮良貴、紀名剛 高等教育出版社2 機械原理 孫恒、陳作模 西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室 3礦山機械 馬新民 中國礦業(yè)大學出版社4礦山提升機械設計 潘英 中國礦業(yè)大學出版社5實用機械設計手冊 吳相憲 王正為 中國礦業(yè)大學出版社 6礦井運輸提升 洪曉華 中國礦業(yè)大學出版社 7礦井多繩提升機造型設計 范家駿 煤炭工業(yè)出版社 8機械設計手冊 徐灝主編 機械工業(yè)出版社 五、 畢業(yè)設計進度安排:第 56 周:確定設計題目,掌握所設計的系統(tǒng)的工作原理,通過查找相關的資料,逐步形成設計思路,完成開題報告;第 712 周:著手設計,通過查閱相關資料和設計手冊,設計各個零件圖,并寫設計說明書;第 1314 周:把設計進度情況給老師進行指導檢查并修改;第 1516 周:整理設計資料,完成畢業(yè)設計論文。六、 指導教師審批意見:指導教師: (簽名)年 月 日 1附錄:外文資料與中文翻譯外文資料:Research on Detection Device for Broken Wires of Coal Mine-Hoist CableWANG Hong-yao1, HUA Gang1, TIAN Jie21School of Information and Electrical Engineering, China University of Mining broken wire; signal processing; detection deviceCLC number: TB 421 IntroductionIt is well-known that coal mine-hoist cables are an important part in coal mine-hoists or transportation systems. 3Wires are, in fact, subjected to breakage due to wear, corrosion and fatigue. The extent of damage and the carrying capacity of wires are directly related to the safety of equipment and staff. At present, there are many detection devices for broken steel cables manufactured in China, but most devices do not meet the conditions ideally required in practice. The reasons are largely the complex structure of wires, bad working conditions, the multiplicity and uncertainty of broken wires. It is therefore quite difficult to detect signs of broken wires as well as to analyze and process detected signal of broken wires in cables 1.A new instrument for broken wires detection and procession of coal mine-hoist cables was investigatedfor this paper. With the special structure of a detection transducer, the interfering signal from the leakage field of wire twists can be filtered efficiently. After the extraction of dimensional contraction and characteristic values of multi-ways signals, a quantitative BP neural network recognition for broken wires in steel cables was realized. The test results are presented.2 Basic Structural Principle of the On-Line Detection Instrument for Coal Mine-Hoist CableThe structural principle of the on-line detection device for wire cables studied by us is shown in Fig. 1.The detection transducer is composed of two semicircle cylindrical structures which can be opened or closed. The magnetic sensing 4unit is a fluxgate unit made of a single magnetic core and is single-winding. Some magnetic sensing units are evenly arranged around the inner wall of the transducer, the number of which is twice as many as the number of the wire strands in the inspected cable. As well, two neighboring units are connected in series to a detection channel.Consequently, the number of detection channels of the detection instrument is equal to the number of wire strands in the cable.Fig. 1 Structural principle of detection instrumentfor broken wires in coal mine-hoist cables.After being filtered and reshaped, the detection signal from each channel is sent to the signal processing unit. The analog detection signal is converted into adiscrete 5dimensional sequence of sampling values by multi-channel A/D conversion, followed by a characteristic extraction, a BP neural network recognition and the output of the result. When viewed separately, the leakage field signal detected by each single fluxgate unit is the leakage field intensity in the steel cable where the corresponding fluxgate units are located. That is, the outputsignal Zjk of any jth test unit is:Where FC is the structural parameter of the fluxgate, the width of the drive square-wave, s the saturated magneto-conductivity rate, B c, j the magneticinduction intensity of the leakage field produced by broken wires, Br, j the magnetic induction intensity of the leakage field produced by wire cable twists, Zf j the signal value of broken wires and Z r, j the value of the interference signal produced by wire cable twists.After , F C ,a , us , Fare assured, F is a constant.After the wire cables are deeply magnetized, the numerical value of sis very small. As a result, the value of 6c, j is larger and there is no need to magnify and process the detection signal again. When the sensor is operating along wire cables at a specified speed, the signals detected by each of the magnetic fluxgate units can effectively show the three-dimensional distribution status of magnetic flux leakage, generated at the surface of wire cables24.3 Filtration of the Wavelike Oscillation Interference Signal Produced by Cable Wire TwistsThe signal of broken wires from wire cables obtained by a single fluxgate detection unit of the transducer (formula (1) contains all kinds of interfering signals. The effect of the wavelike oscillation magnetic flux leakage B r, j due to the special structure of the steel cables is largest, which directly affects the detection of broken or damaged wires, especially in coal mine-hoist cables. We should consider the possibility of filtering the interference signals. In formula (1), the interference signal r, j caused by a wavelike oscillation shows up as periodic variation. This kind of wavelike oscillation interferencesignal can be regarded approximately as a sine wave,as shown in Fig. 2.7Fig. 2 Wavelike oscillation interference signalproduced by the cable twistOver the length direction of wire cables, its variation period T is a Lay length of cable wire strands. At the circle direction of the wire cable, its variation period is the reciprocal of the number of outer wire strands of the circle length of the wire cable. Therefore, the wavelike oscillation interference signal of the jth detection channel can be expresse d as: jWhere a is the Direct Current Component of the wavelike oscillation signal, m the Alternating Current Component magnitude of the wavelike oscillartion signal, T represents the value of periods, y is the position of the detection unit, starting from the initial spot, j the initial phase of the 8wavelike oscillation signal, N the number of wire strands of the steel cable, and is the number of detection units. cObviously when c , i.e., when the number of detection units doubles the number of outer strands of the wire cable, the wavelike oscillation signal contained in the leakage magnetic field signal inspected by any two neighboring detection units is in a reversal phase. Therefore, when the neighboring detection units along the inner wall of the cylinder of the transducer structure are connected forward into a test channel in series two by two, it is equivalent to adding the (j+1)th test channel signal to the jth test channel signal. Thus the strand peak value of the wavelike oscillation signal compensates for the strand value for the moment. That is, at this moment, the only remaining wavelike oscillation signal is the Direct Current ComponenAt this moment, the magnetic field signal of leakage from any of the inspection channels made up of the fluxgate array should be:of this formula can be eliminated when the zero detection position is adjusted. Therefore, we considered that the wavelike oscillation interference signal of cable wires is filtered by formula (4). After this pretreatment, each leakage 9from broken wires, shown by magnetic field signals from the transducer, becomes a channel sample value by A/D conversion, as shown in Fig. 3.Fig. 3 Multi-channel sampling value of broken wiresignals from wire cables4 Extraction of Characteristic Value of Signals from Broken WiresAs is shown in Fig. 3, the N-channel inspection signals from the transducer becomes its sampling sequence by A/D conversion. If the number of samples of the signals of broken wires is K, the sequence of broken wire sample signals of the jth channel can be expressed as a row vector with K elements.The N-channel signal sequence will make up a N-dimensional series vector group of broken wiresignals:At this moment, Z is a characteristic matrix of broken wires and it contains all the information on the status of the 10broken wires. NK Given the analysis of repeated experiments, the width of the diffused leakage from the magnetic fieldon the surface of wire cables created by broken wires is not larger than 20 mm. When the speed of the inspected wire cable is 3 m/s and the sampling interval is 1.2 mm, the number of samples K is 16 at most. When the number of inspection channels is N=4, Z should be a 416 matrix. If the analysis of the characteristic matrix of broken or damaged wires Z were directly carried out, the analytical process would be very complex and would need to be carried out as acomparison and judgment of the sequential value of each line. So instead, we carried out a reduction in the order processing of formula (6), i.e., we carried out a dimensional contraction. According to a lemma of theoretical linear algebra Z can also be expressed as:Where are arbitrary, independent base vectors. h is the characteristic vector of one-dimensional broken wires expected to be obtained after dimensionalcontraction. So long as the appropriate t is found, h can be derived:According to the L-K transformation principle, when the value of t is the latent vector of the covariance matrix z P of Z, the transformation error is a minimum, i.e., t satisfies the characteristic equation11Where j is the characteristic value of z and I is an identity matrix. Represented by formula (8), the expected characteristic vector h of the broken wires could be obtained via the dimensional contraction. The process of transformation of the dimensional contraction is, in fact, a conversion from a N-dimensional characteristic vector to a one-dimensional vector. P The average of the one-dimensional h sequence is regarded as an eigenvector which represents each state of the N-channel broken wire signals:5 ConclusionsOur detection of broken wires in steel cables is a quantitative inspection method. It will identify not only whether there are broken wires or not, but also will identify the position and number of broken wires. By combining transducer detection technology and computer technology and using advanced signal processing technology, we can effectively enhance theprecision and sensitivity of detection devices to realize the automation and the intellectualization of the detection equipment.12中文翻譯:對煤礦礦井提升機鋼絲繩損毀的鋼絲檢測裝置的研究王宏姚,華崗, 田杰1信息和電氣工程系,中國礦業(yè)大學,江蘇徐州 221008 ,中國2機械電子信息工程系,中國礦業(yè)大學,北京 100083 ,中國摘要:為了克服目前國內(nèi)鋼絲故障檢測設備的缺陷,如低精度,低靈敏度和不穩(wěn)定,一個新的由煤礦-提升機鋼絲繩所造成的漏磁信號的檢測和處理裝置已經(jīng)研制出。強磁場檢測的原理應用在該設備中,鋼絲由前磁頭磁化強度達到飽和。我們特別的特點是安裝在沿圓圈方向上傳13感器的內(nèi)壁數(shù)目通量是在鋼絲繩中兩倍大的數(shù)目。周邊組件系列地連接在一起并且由于鋼絲的通量域所產(chǎn)生的滲漏對鋼絲繩的表面干擾有效地被過濾,斷絲所產(chǎn)生的采樣信號序列,其特點是在線纜的表面上由一個三維分布漏磁場通量,可以立體簡明和根據(jù)特性提取。BP 神經(jīng)網(wǎng)絡的模型已經(jīng)被建立和 BP神經(jīng)網(wǎng)絡的算法是用來定量分析地確定有多少鋼絲損毀。在我們的研究,我們用了 6 37 +FC, 24 毫米線纜作為我們的測試對象。隨機人為地以不同程度破壞和損壞數(shù)根鋼絲,實驗共進行了 100次,以為來自我們的樣本的 100組對象獲取數(shù)據(jù), 然后將數(shù)據(jù)輸進 BP神經(jīng)網(wǎng)絡進行處理。然后該網(wǎng)絡用來識別共計 16鋼絲,打破了 5個不同地點。測試數(shù)據(jù)證明我們的新裝置可以提高檢測破碎和損壞的鋼絲的檢測精度。 關鍵詞:鋼絲繩;損壞的鋼絲;信號處理;檢測裝置中圖分類號 TB 421引言煤礦提升機鋼絲繩是煤礦提升或運輸系統(tǒng)的重要組成部分,這是人所共知的。事實上鋼絲是,由于磨損,腐蝕和疲勞而受到破損,。鋼絲的損害程度和承載能力直接關系到設備和員工的安全。目前, 很多在中國制造的檢測損壞的鋼絲繩裝置,但大多數(shù)設備不能理想地滿足實踐需要,原因主要是鋼絲的復雜結構,惡劣的工作條件,鋼絲損毀的多重性和不確定性。因此,檢測到鋼絲損毀的跡象是相當困難,以及作以分析和處理在鋼絲繩 1 里檢測到的鋼絲損毀的信號也是如此 。在此論文中,一套新的煤礦-提升機鋼絲繩和斷絲檢測設備已經(jīng)深入探討,用傳感器檢測的特殊結構,從鋼絲扭曲而產(chǎn)生的泄漏領域的干擾信號,可以有效地過濾。在之后提取多途徑的信號的三維收14縮和特征值, BP 神經(jīng)網(wǎng)絡在鋼絲繩對斷絲的識別得已定量地實現(xiàn),該測試結果將會顯示出來。 2聯(lián)機的煤礦提升機鋼絲繩檢測儀的基本結構原理我們研究的該聯(lián)機的鋼絲繩檢測裝置的結構原理在圖 1 中已經(jīng)表明 。 檢測傳感器由兩個可開啟或封閉的半圓圓筒形結構組成,磁傳感單元是一種由一個單一的磁芯組成磁通門單元并且是單一繞組。一些磁性傳感單元均勻地安排靠近轉換器的內(nèi)壁,它的數(shù)量是檢測鋼絲繩鐵絲網(wǎng)的兩倍以及,兩個相鄰的單元有系列地聯(lián)接在一項檢測通道。 因此,該檢測儀的檢測通道的數(shù)量與絲股在線纜的數(shù)量相等。如下列圖表 1:15煤礦提升機鋼絲繩鋼絲損毀檢測儀的結構原理,經(jīng)過過濾和重塑,從每個通道發(fā)出的檢測信號送到信號處理單元。通過多渠道的 A / D轉換,模擬檢測信號轉化為二維離散序列的采樣值,然后通過 BP神經(jīng)網(wǎng)絡的識別和結果的輸出特點提取。檢測時,另外,通過每個單磁通門單元檢測到的漏磁場信號是泄漏在鋼索的地方相應的磁通門單元的電場強度, 那就是,任何 jth測試單元的輸出信號 Zcj是:在該公式中,CF 是驅動器方波的磁通門 寬度的結構參數(shù), S 是額定定磁導率, Bcj鋼絲損毀漏磁場所產(chǎn)生的應強度,Brj 是鋼絲繩曲折所產(chǎn)生的漏磁場的磁感應強度, Zfj損毀鋼絲的信號值,和 Zrj是的鋼絲繩扭曲所產(chǎn)生干擾信號值,公式中系數(shù)在 Cf,a,s,D 確定以后,是一個常數(shù)。 線鋼絲繩深感磁化后, US的數(shù)值 是很小的。因此, Zcj 的值會更大,因此,沒有必要再次去放大和處理的檢測信號。 當傳感器是在指定的速度下沿鋼絲繩運行,16每一項磁通門單位檢測到的信號,能有效地顯示磁泄漏三維立體分布狀況,在鋼絲繩表面產(chǎn)生 2-4 。3鋼絲繩扭曲所產(chǎn)生的干擾信號的波形振蕩的過濾由一個單一的磁通門檢測單元所獲得的鋼絲繩損毀鋼絲的信號, (公式( 1 )包含各種干擾信號。由于鋼絲繩特殊結構產(chǎn)生的磁通量泄露強度 Bjb的波形振蕩影響是最大地,這直接影響到檢測的破碎或損壞的鋼絲,特別是在煤礦-提升機的鋼絲繩。我們應該考慮過濾干擾信號可能性。在公式( 1 ) ,波形振蕩所造成的干擾信號 Zrj周期地顯示。這種波形振蕩干擾信號,可算是大約作為一個正弦波,如圖圖 2所示:圖 2鋼絲繩扭曲波形振蕩所產(chǎn)生的干擾信號通過鋼絲繩的長度方向,其震蕩周期 T是一個奠定長度電纜絲。在鋼絲繩的循環(huán)方向,其震蕩周期是鋼絲繩圓周長度的外鋼絲數(shù)目的倒數(shù), 因此,jth 檢測通道的波形振蕩干擾信號 Zrj可表示為:17這里 Ra是振蕩直流電信號組成部分,Rm 是波形震蕩信號的交流電組成量,T 代表周期值, Y是檢測單元的位置,從最初的位置開始,初期階段波形振蕩信號, n的數(shù)目絲股的鋼索,以及數(shù)是檢測單位。N 是鋼絲繩中的鋼絲根數(shù) Nc是檢測單元的個數(shù). 顯然,當 Nc= 2 n ,即,當檢測單元的數(shù)目是鋼絲繩外部鋼絲數(shù)目的雙倍,由任何兩個鄰的檢測單位產(chǎn)生的漏磁場信號的波形振蕩信號是在一個還原階段。因此,當周邊的檢測單位,沿傳感器的結構圓柱內(nèi)壁兩個兩個地系列連接著成為一個測試頻道,這是相當于向 jth測試通道信號添加了 j+1次測試通道信號。因此,鋼絞線波形振蕩信號的峰值補償為鋼絞線的價值是當務之急。這是,在這一刻,剩下的唯一波形振蕩信號是直流電量的組成部分此時,從任何檢查的渠道泄漏的磁場信號,組成了該磁通門陣列應該是:當零檢測位置被調整時,這個公式的 Zr可以被減掉,因此,我們可以認為鋼絲繩的波形振蕩干擾信號是被式( 4)過濾了。這預處理后,損毀鋼絲的每個泄漏,由傳感器所表現(xiàn)出的磁場信號,由 A / D轉換,變18成一個渠道采樣值,顯示在圖 3 圖 3來自鋼絲繩的斷鋼絲信號的多渠道的采樣值4. 從損毀的鋼絲信號的特征值提取正像圖 3所表示的那樣,來自傳感器 N通道檢查信號通過 A / D轉換成為其采樣序列,如果損壞的鋼絲信號的采樣數(shù)值是 K, jth 渠道的損壞鋼絲樣本信號序列,可以表示為一個與 K有關的行向量.N通道信號序列將組成損壞鋼絲的信號的一個 n維向量組:此時, Z是一個具有損毀鋼絲的矩陣的特點,它包含所有損毀鋼絲的程度的信息。鑒于反復試驗分析, 鋼絲繩表面上損壞的鋼絲所造成的擴散泄漏磁場的寬度斷絲不大于 20毫米。當檢測到鋼絲繩的速度是 3米/秒和采樣間隔是 1.2毫米,樣本數(shù)目 K至多是 16。 當檢查渠道數(shù)目是 N = 4時, Z 應該是一個 4 16矩陣。如果破碎或損壞的鋼絲19z的特征矩陣分析直接進行,分析過程將十分復雜,將需要對該序列每一行的值進行作為比較和判斷。因此,相反,我們減少了一項,在指令處理公式( 6 ) ,即,我們進行了維收縮。根據(jù)一項引理理論線性代數(shù),z 也可以表示為:其中, , , , 是任意的,獨立的基體。 h是該損毀鋼絲的1t2Nt一維特征向量,預計在三維收縮后將取得。因此,只要找到適當?shù)?t, h可以得出:根據(jù)該 L-K轉換的原則, 當 t值為是協(xié)方差矩陣 的 Z的潛在的基體,zp是轉型錯誤最低一個情況,即:t 滿足特征方程:其中, 是 的特征值,I 是一單位矩陣。由公式( 8)所代替,損壞jzp鋼絲的 期望的特征向量 h可以通過三維收縮得到。 這個三維收縮的轉變過程,實際上就是一個從一個 N維特征向量向一個維向量的轉換。平均一維空間 h序列被視為一個特征向量代表 N通道斷絲信號的每個狀態(tài):5.結論我們對鋼絲繩中損毀的鋼絲的檢測是一個定量檢測方法。它將不只是確定否有鋼絲損毀,也將確定損毀鋼絲的位置和數(shù)目。 結合傳感器檢測技術及計算機技術和使用先進的信號處理技術,我們可以有效地提高檢20測裝置的精度和靈敏度,從而實現(xiàn)檢測設備的自動化和智能化。
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