限载矿用双速绞车的设计与研究

发布时间：2019-07-12 18:10

【摘要】：在煤矿轨道运输中,矿用绞车是应用面最为广泛的牵引设备之一,其安全运行关系到整个煤矿辅助运输环节。但现如今,矿用绞车均采用电机进行驱动,采用机械差动方式进行调速,由此带来了诸多问题,如调速性能较差、操作方式繁琐费力、钢丝绳真实负载不明确、存在安全隐患等。针对现存绞车存在的上述问题,并结合现存绞车的优点,本研究设计一款新型可实现无极调速并能实时监测钢丝绳负载拉力的双速液压绞车,可以有效改善现存绞车的弊端。首先,参照矿用绞车的国内外研究现状及煤矿生产对绞车的要求标准,分析现存绞车的诸多缺点,结合常见的绞车结构形式,提出了一个新的绞车设计整体方案,主要包括驱动方案,机械传动方案,制动系统方案,液压系统方案,限载监测方案。本研究的设计方案可以实现绞车的异地操作、正反双速和一定范围内的无极调速,同时能够实现钢丝绳负载的实时监测,提高了绞车运行的安全性。其次,结合绞车的总体设计方案和主要的工况要求,对新设计的绞车的整体机械结构进行详细的理论设计计算与选型,包括应用现代优化设计思想和MATLAB数值计算软件对传动系统的计算,卷筒的受力分析与制动器的计算选型。并对关键受力构件进行ANSYS静力学分析,校核关键部件刚度、强度是否满足设计要求,以修正结构参数。然后,对绞车液压系统的稳定性进行评价,建立液压系统的数学模型,完成整体系统的传递函数公式推导,分析其稳定性。运用AMESim软件建立绞车的传动系统的整体模型,并对绞车变速换向系统进行仿真分析,验证其换挡调速性能及其制动特性。最后,对绞车限载制动方案进行具体设计与研究,主要包括传感器的设计与研究,限载制动箱的制作,并对限载制动传感器与电路进行实验,验证限载制动的准确性。通过详细的理论计算、各种计算机辅助设计的验证、限载制动的实验,理论分析与实验结果表明,本课题绞车设计合理,满足设计要求,能够代替现存矿用绞车的应用,在煤矿运输安全上具有较高的实用价值。
文内图片：第一方案的扭矩传感器安装图

图片说明： 2.3.1 限载方案对比分析方案一：如图 2-1 所示，在动力输入元件和减速器之间安装一个测扭元器件扭矩传感器，通过扭矩传感器测出扭矩 T，根据传动比和钢丝绳到卷筒中心距离 R，根据公式 F Ti /R，可以推算出终端载荷，达到监测限载的目的。扭矩传感器目前主要有应变式、磁弹性式、磁电式和光电式等几种形式，在扭矩传感器应用检测扭矩的技术中，应变片电测技术是应用最早、最简单方便、最成熟的技术。应变片电测技术具有精确度高、信号响应速度快、可靠性高、使用寿命长等特点。这种应变片技术需要一个外接电源供电，外接电源是静态的，转轴工作状态是旋转动态的，其中电力的传输最简单的方法是使用导电滑环，，导电滑环在使用过程中会磨损发热，严重影响使用寿命。同时在动力输入元件和减速器之间安装扭矩传感器，还需要额外增加一个或者两个联轴器，增加了绞车整体的体积长度，也增加了绞车使用空间的占地面积。2.3 绞车限载方案和传动方案的设计与选择（Design and Selectionof Loading Limit Plan and Speed Regulation Plan of Winch）
文内图片：第二方案的轴承座传感器安装图

图片说明：硕士学位论文对钢丝绳入绳角和出绳角要求较高，但是在绞车运行过程中，入绳角会随着钢绳圈数的变化而变化，出绳角会随着钢丝绳微端的位置和运输轨道的地形变换变换，同时在运行过程中钢丝绳也会产生跳动，很难有一个实时准确的角度不能实时准确地测量出钢丝绳的张力。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD524

【参考文献】