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編 號 ： （ ） 字 號 本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目： 姓名： 學(xué)號： 班級： 二八年六月 基于 PLC 控制的儲煤倉升降系統(tǒng) 劉彬 21040208 機(jī)械工程及自動化 2004-1 班 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)院 應(yīng)用 專業(yè)年級 機(jī)自 04-1 學(xué)生姓名 劉彬 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 ： 2008 年 1 月 20 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 2008 年 3 月 15 日至 2008 年 6 月 10 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：基于 PLC 控制的儲煤倉升降系統(tǒng) 畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目： 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求： 1.內(nèi)容 （1）用途：塊煤防破碎 （2）煤倉高度：20m （3）煤最大塊度：200（直徑） （4）皮帶輸煤能力：400Tt 2.要求 （1）自動升降緩沖煤倉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （2）起重設(shè)備的選擇與設(shè)計(jì)（包括電機(jī)、減速器、卷筒選擇及 相應(yīng)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)） （3）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件選擇與軟件設(shè)計(jì) （4）傳感器的設(shè)計(jì) 院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字： 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評語（基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；獨(dú)立解決實(shí)際問題的 能力；研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)； 工作態(tài)度及工作量；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意 答辯等）： 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評閱教師評閱書 指導(dǎo)教師評語（基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；獨(dú)立解決實(shí)際問題的 能力；研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)； 工作態(tài)度及工作量；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意 答辯等）： 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評閱教師評閱書 指導(dǎo)教師評語（基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；獨(dú)立解決實(shí)際問題的 能力；研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)； 工作態(tài)度及工作量；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意 答辯等）： 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績 答 辯 情 況 回 答 問 題 提 出 問 題 正 確 基 本 正 確 有 一 般 性 錯 誤 有 原 則 性 錯 誤 沒 有 回 答 答辯委員會評語及建議成績： 答辯委員會主任簽字： 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績： 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日 摘 要 本設(shè)計(jì)是一種煤塊在入倉過程中的防破碎技術(shù)，采用煤倉內(nèi)設(shè)置升降 緩沖倉的方法來實(shí)現(xiàn)。利用煤在下落過程中與相對較小直徑的緩沖倉筒壁 的摩擦減速，延長下落時間，達(dá)到減小煤塊在落入倉底時的沖力，減小了 煤塊的破碎率，大大提高了塊煤的入倉儲存率。 緩沖倉結(jié)構(gòu)由直徑依次增大的七節(jié)可伸縮筒倉連接而成，每個上下筒 倉間采用定位板和內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)連接功能。內(nèi)環(huán)上開有與定位板中線重合、個 數(shù)相等的槽口，安裝和拆卸時只要將筒倉沿圓周方向旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度即能完 成。即避免了煤塵和細(xì)小顆粒在筒倉間伸縮腔內(nèi)的堆積，又便于維修。 緩沖倉以防爆型電機(jī)為動力，經(jīng)減速器和卷筒、滑輪、導(dǎo)向輪、制動 器組成緩沖倉的升降提升系統(tǒng)。其中對筒倉位置、煤位的監(jiān)測采用限位行 程開關(guān)和自行設(shè)計(jì)的碰觸點(diǎn)為面的壓力傳感器，利用 S7200PLC 對筒倉位 置、煤位和提升電機(jī)升降系統(tǒng)進(jìn)行自動控制，控制操作簡單，運(yùn)行可靠。 在本設(shè)計(jì)中，第一突破是筒倉連接定位板的設(shè)計(jì)；第二突破是將煤位傳 感器的碰觸點(diǎn)擴(kuò)大到面，增大了接觸面積提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。 關(guān)鍵詞：防破碎； 緩沖倉； 結(jié)構(gòu)； 提升動力系統(tǒng)； PLC ABSTRACT This design is one kind of coal briquette in is put in storage in the process against stave technology, uses in the coal bin to establish the fluctuation cushion warehouse the method to realize. With compares minor diameters cushion warehouse tube walls friction deceleration relatively using the coal in the whereabouts process, the extension time of fall, achieves reduces the coal briquette when falls into the bilge the momentum, reduced the coal briquette percentage of damage, enhanced the lump coal to be put in storage the storage rate greatly. The cushion warehouse structure seven expandable silo connections which increases in turn by the diameter becomes, between each high and low silo uses the localization board and the inner rim realizes the connection function. On, so long as the inner rim opens has with locates the board median line superposition, the integer equal notch, time the installment and the disassemblage the silo along the circumference direction revolving corresponding angle namely can complete. Namely has avoided the coal dust and the tiny pellet expands and contracts in the cavity in the silo between the stack, is also advantageous for the service. The cushion warehouse take the explosion-proof machine as a power, after reduction gear and reel, pulley, guide wheel, brake composition cushion warehouse fluctuation lift system. And to the silo position, the coal positions monitor uses the spacing limit switch and independently designs bumps the electronic contact for the surface pressure transmitter, using S7-200PLC to the silo position, the coal position and the promotion electrical machinery jacking system carries on the automatic control, the system operation is simple, the movement is reliable. In this design, the first breakthrough is the silo connection localization board design; The second breakthrough is bumps the coal position sensor the electronic contact to expand the surface, increased the contacted area to enhance the systems operation security. Key word ： against stave； cushion warehouse； structure； promotion dynamic system； PLC 目 錄 1 序言 .....................................................................................................................1 1.1 引言 ...............................................................................................................1 1.2 概述 ...............................................................................................................1 2 設(shè)計(jì)方案 .............................................................................................................3 2.1 設(shè)計(jì)參數(shù) .......................................................................................................3 2.2 設(shè)計(jì)的任務(wù) ...................................................................................................3 2.3 防破碎的方法 ...............................................................................................3 3 緩沖倉的設(shè)計(jì) .....................................................................................................5 3.1 圓筒的構(gòu)造 ...................................................................................................5 3.2 圓筒設(shè)計(jì)方法 ...............................................................................................7 3.3 圓筒設(shè)計(jì)步驟 ...............................................................................................8 3.4 筒倉提升板的設(shè)計(jì) .....................................................................................14 3.5 筒倉的定位板設(shè)計(jì) .....................................................................................15 4 提升部件的設(shè)計(jì) ...............................................................................................16 4.1 鋼絲繩的選擇 .............................................................................................16 4.2 卷筒的選擇 .................................................................................................18 4.2.1 卷筒的技術(shù)要求 ..................................................................................18 4.2.2 卷筒的計(jì)算 ..........................................................................................19 4.3 鋼絲繩的固定 .............................................................................................23 4.3.1 鋼絲繩在卷筒上的固定 ......................................................................23 4.3.2 鋼絲繩在筒倉上的連接 ......................................................................25 5 電機(jī)和減速器的選擇 .......................................................................................26 5.1 電機(jī)的選擇要求 .........................................................................................26 5.2 確定電動機(jī)的型號 .....................................................................................27 5.3 減速器的選擇 .............................................................................................29 5.3.1 減速比的計(jì)算 .......................................................................................29 5.3.2 減速器的選型 ......................................................................................29 5.3.3 減速器箱體的設(shè)計(jì) ...............................................................................31 5.3.4 附件設(shè)計(jì) ...............................................................................................32 5.3.5 減速器的潤滑與密封 ...........................................................................33 6 滑輪和導(dǎo)向輪的設(shè)計(jì) .......................................................................................34 6.1 滑輪的設(shè)計(jì) .................................................................................................34 6.2 導(dǎo)向輪的設(shè)計(jì) .............................................................................................39 7 軸和聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) ...........................................................................................40 7.1 軸的設(shè)計(jì) .....................................................................................................40 7.2 聯(lián)軸器的選用 .............................................................................................43 7.3 鍵的設(shè)計(jì) .....................................................................................................45 7.4 軸承的選擇 .................................................................................................47 8 制動器的設(shè)計(jì) ...................................................................................................49 8.1 制動器的基本要求 .....................................................................................49 8.2 制動器的計(jì)算和選型 .................................................................................50 9 電氣控制 ...........................................................................................................52 9.1 傳感器和限位的設(shè)計(jì) .................................................................................52 9.2 電氣控制過程 .............................................................................................57 9.2.1 控制流程圖 ...........................................................................................57 9.2.2 可編程序控制器(PLC)的特點(diǎn)及應(yīng)用 .................................................57 9.2.3 程序設(shè)計(jì) ...............................................................................................60 9.3 PLC 的設(shè)計(jì) .................................................................................................62 9.3.1PLC 的選型 ...........................................................................................62 9.3.2PLC 程序設(shè)計(jì) .......................................................................................64 9.4 如何提高系統(tǒng)的可靠性 .............................................................................67 10 提升機(jī)及其相關(guān)設(shè)備的安裝與維修保養(yǎng) .....................................................68 總結(jié) .......................................................................................................................73 參考文獻(xiàn) ...............................................................................................................74 翻譯部分 ...............................................................................................................76 致謝 .......................................................................................................................89 中國礦業(yè)大學(xué)2008屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第79頁
1 序言
1.1引言
煤炭是當(dāng)前我國能源的主要組成部分之一，是國民經(jīng)濟(jì)保持高速增長的重要物質(zhì)基礎(chǔ)?？v觀世界煤炭工業(yè)發(fā)展史，煤炭在一次能源（包括煤炭、石油、天然氣、水電和可再生能源等）的產(chǎn)量和消費(fèi)上始終占據(jù)著重要的地位。盡管在二次世界大戰(zhàn)以后，在西方國家石油和天然氣取代了煤炭，但在1973年10月的中東戰(zhàn)爭后，石油輸出國組織提高了石油價格，加上中東戰(zhàn)爭對石油供應(yīng)的影響以及煤炭儲量的優(yōu)勢，煤炭資源開始重新受到了重視。特別是近期由于中東局勢混亂，國際原油價格在42-45美元/桶高位運(yùn)行，以石油為主要能源的行業(yè)企業(yè)受到了很大的影響。煤炭作為一種量大價廉的能源來源被重新開始認(rèn)識和定位。預(yù)測未來石油價格不會出現(xiàn)大幅下落，煤炭將越來越得到重視。但是目前我國的煤炭工業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)不能滿足整個國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要，因此必須以更快的速度發(fā)展煤炭工業(yè)。然而，高速發(fā)展煤炭工業(yè)的出路在于煤炭工業(yè)的機(jī)械化，同時在煤炭資源日益顯得匱乏的時候合理而行之有效的利用成為了關(guān)鍵，在我國存在著能源浪費(fèi)的突出情況，這其中包括能源在運(yùn)輸、加工等的中間環(huán)節(jié)上。煤炭資源支撐著我國大部分的國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，怎樣保證我們的煤炭能得到最大化的利用非常緊迫問題，解決合適的煤塊粒度是煤炭利用中的核心技術(shù)，這將直接影響煤塊地利用程度。
我國的煤炭工業(yè)從小到大，從弱到強(qiáng)。原煤年產(chǎn)量從1949年的0.32億噸到1989年的10億噸。此后，連續(xù)10年的年產(chǎn)量都在10億噸以上，在2002年達(dá)到13.93億噸，躍居世界第一位。2003年由于強(qiáng)勁的需求原煤產(chǎn)量達(dá)到了17.36億噸，預(yù)計(jì)2004年全年產(chǎn)量將達(dá)到17.5-18億噸。我國不僅是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國，而且是最大的煤炭消費(fèi)國。煤炭在我國一次能源總產(chǎn)量和消費(fèi)總量中的比例均在75%左右，目前仍占70%左右。國內(nèi)70%的燃料和工業(yè)動力、60%的民用商品能源、60%的化工原料都是由煤炭來提供的。煤炭在我國的一次能源的產(chǎn)量和消費(fèi)上都占有主導(dǎo)地。眾所周知，塊煤的售價比碎煤要高出許多，因此，對于選煤廠來說努力提高塊煤產(chǎn)率是提高經(jīng)濟(jì)效益的一個十分有效的方法，從采煤工作面到選煤廠產(chǎn)品裝車的各個環(huán)節(jié)，塊煤總的破碎率約為21%，其中裝倉破碎率約為10%，所以減少塊煤在裝倉時的破碎更是諸多環(huán)節(jié)中最重要的一環(huán)。
1.2概述
塊煤的破碎機(jī)理是塊煤在外力作用下遭到破壞的過程。塊煤在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的碰撞是其形成破碎的主要表現(xiàn)形式，塊煤所受外力大于其團(tuán)聚力是破碎的成因。假設(shè)煤塊與煤塊或與其他物體間的碰撞為完全非彈性碰撞，碰撞后煤塊的運(yùn)動速度為零。因此解決塊煤破碎的問題應(yīng)該從兩個方面入手：一是降低塊煤的運(yùn)動速度；二是延長塊煤顆粒之間以及與其他物體之間的碰撞時間。降低塊煤落底速度的方法有降低高差和以外阻力減速，降低高度差的有限位放煤法，自動放煤機(jī)(吊斗法)和套筒倉法(也稱倉內(nèi)小倉法)。此外阻力減速的方法有螺旋溜槽、斜坡倉法、斜板法等。延長碰撞時間的方法是在塊煤落底過程中或落底時加緩沖墊，如之形緩沖和多層鋼絲繩緩沖等
我所設(shè)計(jì)的這套系統(tǒng)是在煤塊入倉下落過程中由于摩擦減速而減少摔擊造成的過度粉碎，使煤塊保持相對較大粒度儲存，從而達(dá)到合理利用煤炭的目的。由于儲煤倉的空間有限，既要考慮整個系統(tǒng)的可操作性又要考慮系統(tǒng)所占據(jù)煤倉的空間。在綜合考慮以上因素以后在動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)上都必須符合要求，而系統(tǒng)的動力是絞車提升，在工業(yè)系統(tǒng)中絞車已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用，其技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)都已很成熟；同時PLC技術(shù)在本系統(tǒng)中的應(yīng)用，由于PLC的穩(wěn)定可靠的控制性使得系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性很高。
我國在很久以前的古代，就知道采用轆轆等來提升重物，以減輕體力勞動的強(qiáng)度和提高生產(chǎn)率。但提升設(shè)備的生產(chǎn)是解放以后才開始的，隨著生產(chǎn)的發(fā)展到了60年代，由于對煤炭的開采，對提升設(shè)備在生產(chǎn)和使用越來越多。改革開放以后，為了發(fā)展提升設(shè)備的生產(chǎn)，行業(yè)組織了有關(guān)廠家的人員對全國提升機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用情況進(jìn)行了調(diào)查，是新產(chǎn)品的開發(fā)提到日程上來。不少生產(chǎn)廠家成了了廠屬研究所，開發(fā)了如告訴卷揚(yáng)機(jī)、變速卷揚(yáng)機(jī)、自動限位卷揚(yáng)機(jī)等新產(chǎn)品，以及諧波傳動、擺線針輪傳動、圓弧齒齒輪傳動、圓弧圓柱蝸桿傳動等具有新型傳動型式的卷揚(yáng)機(jī)。對單筒快速提升卷揚(yáng)機(jī)起重質(zhì)量從0.5噸到5.5噸的機(jī)型進(jìn)行了系列設(shè)計(jì)?；緦?shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)緊湊、加工簡單、操作方便、體積小，重量輕，滿足了生產(chǎn)的需要和技術(shù)的進(jìn)步。
PLC控制技術(shù)是電氣控制技術(shù)中的一朵奇葩。經(jīng)過30多年的發(fā)展替代繼電——接觸器控制的簡單功能，發(fā)展到目前的具有接近計(jì)算機(jī)的強(qiáng)有力的軟硬件功能。PLC源于替代繼電——接觸器控制，它與傳統(tǒng)的電氣控制技術(shù)有著密不可分的聯(lián)系。PLC是以微處理器微基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。PLC以其可靠性高、靈活性強(qiáng)、使用方便的優(yōu)越性，迅速占領(lǐng)了工業(yè)控制領(lǐng)域。從運(yùn)動控制到過程控制，從單機(jī)自動化到生產(chǎn)線自動化乃至工廠自動化，從工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控設(shè)備到柔性制造系統(tǒng)，從集中控制系統(tǒng)到大型集散控制系統(tǒng)，PLC均充當(dāng)著重要角色，并展現(xiàn)出了強(qiáng)勁的態(tài)勢。PLC作為先進(jìn)的、應(yīng)用勢頭最強(qiáng)的工業(yè)控制器風(fēng)靡全球。PLC用于包括邏輯運(yùn)算、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸、過程控制、位置控制、高速計(jì)數(shù)、中斷控制、人機(jī)對話、網(wǎng)絡(luò)通信等功能的控制領(lǐng)域。
解決了動力和信號系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，使得整個設(shè)計(jì)以此為基礎(chǔ)順利的進(jìn)行下去。
2 設(shè)計(jì)方案
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)
皮帶輸送能力：400T/t；
煤最大塊度： 200mm(最大直徑)；
煤倉高度 ：20--25m；
2.2設(shè)計(jì)的任務(wù)
自動升降緩沖倉的設(shè)計(jì)；
牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
說明書；
2.3 防破碎的方法
1) 螺旋溜槽：適用于大型的圓筒倉中。其作用機(jī)理是延長塊煤下降的距離，利用摩擦和離心力，降低塊煤運(yùn)動的末速度，防止塊煤破碎。其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行費(fèi)用低廉，維護(hù)簡單。其缺點(diǎn)是制造、加工和安裝難度較大，防破碎效果取決于煤質(zhì)、粒度、螺旋角和內(nèi)傾角的大小，需要個別試驗(yàn)和科學(xué)計(jì)算，角度不合適會造成堵煤或防碎效果不理想，而且發(fā)生過因堵煤造成溜槽垮臺事故。其具體有以下幾方面：
圖 2.1螺旋溜槽結(jié)構(gòu)圖
(1 )由于溜槽是鋼板焊接而成，溜槽面為鋼板，無耐磨材料，有可能長時間使用出現(xiàn)鋼板凹凸不平現(xiàn)象，影響使用效果，甚至造成鋼板磨穿需重新制作更換，維護(hù)不便。建議溜槽面使用耐磨噴涂材料，以保護(hù)鋼板不被磨損。
(2 )因螺旋倉單口入料，故用螺旋溜槽裝滿倉后，另一側(cè)仍有空間無煤，比原設(shè)計(jì)倉儲減小很多。
(3 )煤倉底部錐體部分的螺旋溜槽技術(shù)問題。
2) 斜面?zhèn)}法：這種方法克服了限位放煤法的缺點(diǎn)，有效利用了倉體的容量。其作用機(jī)理是延長塊煤運(yùn)動時間，降低塊煤運(yùn)動的末速度，防止塊煤破碎。缺點(diǎn)是土建工程量大、施工難度大、有限下率構(gòu)成的細(xì)粒煤容易沉積在斜坡上，造成塊煤顆粒滾動，降低了防止塊煤破碎的效果。
3) 自動放煤機(jī)：工作原理是利用PLC 集中控制系統(tǒng)，對定量斗、放煤斗通過壓力傳感器實(shí)施自動間斷放煤的防破碎方法。定量斗存儲一定量的塊煤后，打開閘門給放煤斗供煤，放煤斗盛煤結(jié)束后，自動下落到倉底或與存煤接觸底部位，打開底部閘板，實(shí)施放煤，完成煤炭的防破碎功能。從工作過程不難看出，其工作機(jī)理變膠帶的連續(xù)給煤為定量斗間斷放煤，完全避免了塊煤的速度對破碎的影響，使塊煤的運(yùn)動速度降低到了一個理想的狀態(tài)，塊煤的勢能完全被運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械所消化，因此防破碎的效果是明顯的。其優(yōu)點(diǎn)是自動化程度高，對倉體的適應(yīng)能力較強(qiáng)，效果好。缺點(diǎn)是制造工藝復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用高(提升電機(jī)功率大，帶式輸送機(jī)必須斷續(xù)運(yùn)行)，維護(hù)工作量大，具有一些易損的部件，要經(jīng)常檢修、保養(yǎng)。
圖中：1.小倉 2.煤倉
圖2.2緩沖倉示意圖
4) 煤倉內(nèi)緩沖倉法：在煤倉這個大倉內(nèi)再建一個截面1m左右的圓形或矩形小倉，此小倉是由多節(jié)套筒組成，可以上、下升降。其工作原理：在往煤倉內(nèi)裝煤前，先開動絞車，下放套筒，套筒底面與煤倉料面接觸后，位置傳感器將信號傳給PLC 控制器，PLC 指令提升機(jī)停電抱閘，同時帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)動，塊煤通過套筒倉上部的緩沖倉，流入套筒倉，待塊煤裝到緩沖倉上料位傳感器時，提升機(jī)開始提升最下節(jié)套筒，同時裝倉帶式輸送機(jī)連續(xù)給料，隨著套筒的不斷升高，套筒中塊煤不斷流入大的煤倉中。整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如2.2所示：
因?yàn)樘淄仓袎K煤流動量應(yīng)大于或等于輸送帶給料量，緩沖倉中塊煤下落快。料位落到下限位時，下料位壓力傳感器發(fā)出信號，PLC 命令絞車停機(jī)，等待緩沖倉位上升到上限位時，絞車再開動，提升套筒。當(dāng)煤倉裝火車時，煤倉料位下降后壓力傳感器斷開，絞車自動反轉(zhuǎn)，套筒下放，最下節(jié)套筒底面與煤倉內(nèi)料面相接觸。簡單的也有采用絞車上提套筒，套筒靠自重下降的方法。套筒倉法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以煤的破碎率低，可以將破碎率降低5%，但缺點(diǎn)是以現(xiàn)有的料位傳感器的可靠性均難以滿足塊煤倉的使用要求，傳感器在塊煤的沖擊作用下經(jīng)常誤動作或不動作，造成使用效果不理想。針對上述情況分析，我個人認(rèn)為比較有效的方法應(yīng)該是套筒倉法，當(dāng)然問題的關(guān)鍵是要設(shè)計(jì)合適的傳感器和傳感方式感知煤位，所以我通過對現(xiàn)有系統(tǒng)的進(jìn)行改進(jìn)，采用改進(jìn)后的可靠性更高的機(jī)械式位置傳感器和壓力傳感器，利用可編程序控制器的智能對傳感信號可能出現(xiàn)的錯誤進(jìn)行判斷和剔除，并且對系統(tǒng)本身的故障進(jìn)行判斷和報警，可以滿足現(xiàn)場使用的要求。
3 緩沖倉的設(shè)計(jì)
3.1圓筒的構(gòu)造
1）每個圓筒上端都焊接了圓環(huán)狀內(nèi)環(huán)4，下端安裝了圓環(huán)狀外環(huán)，套筒在伸縮過程中內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間形成了一個伸縮空腔，煤倉中的煤塵和細(xì)小顆粒很容易通過內(nèi)外圓環(huán)與筒壁之間的空隙進(jìn)入伸縮空腔，在伸縮空腔的下部堆積。由于外環(huán)與筒壁之間的間隙小，堆積的煤塵和細(xì)小顆粒大部分不能從伸縮空腔中排出。套筒收縮到最后這些堆積的煤塵和細(xì)小顆粒被積壓成堅(jiān)硬的煤層，套筒反復(fù)伸縮，煤塵和細(xì)小顆粒反復(fù)被擠壓成堅(jiān)硬的煤層，使套筒的伸縮距離越來越小，防破碎效果越來越低，最終失效。
2）內(nèi)外圓環(huán)與筒壁焊接后形成了一個整體，每個鐵筒都不能方便地從套筒中拆出，同時清除堆積在空腔中的煤層非常的不方便，給維修、更換造成很多的困難。
3）絞車必須沿絞車梁小幅移動才能使鋼絲繩的相對位置保持不變，這種雙向移動的絞車結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且在移動過程中容易引起鋼絲繩的晃動。為解決套筒倉法的不足，本設(shè)計(jì)采用了一種新型的設(shè)計(jì)：將圓環(huán)狀外圓環(huán)用
定位板替換，這樣套筒倉內(nèi)夠?qū)⑦M(jìn)入伸縮空腔的絕大多數(shù)煤塵和細(xì)小顆粒排出，同時也能夠清除進(jìn)入套筒伸縮空腔的煤塵和細(xì)小顆粒，煤塵和細(xì)小顆粒不會在伸縮空腔內(nèi)存留、積壓和堆積，能夠保證較長時間的無故障運(yùn)行。另外，這種新型設(shè)計(jì)還能使得套筒倉中的每個桶都能方便地從整體中取出，便于維修和更換。另外本次設(shè)計(jì)改變了絞車的安裝位置——絞車與漏斗幾乎在同一水平線上，便于安裝和維修。同時設(shè)計(jì)了導(dǎo)向輪裝置，這樣使得鋼絲繩定位準(zhǔn)確、不晃動。
3.2圓筒設(shè)計(jì)方法
1）圓筒下端沿筒外壁分散焊接了兩個以上的定位板，定位板之間較大的間隙，間隙兩端都是光滑的筒壁，克服了已有技術(shù)外圓環(huán)與筒壁之間間隙較小、堆積的煤塵和細(xì)小顆粒大部分不能從伸縮空腔內(nèi)排出的弊病。套筒在伸縮的過程中，圓筒上端的內(nèi)圓環(huán)和圓筒下端的定位板不斷刮除進(jìn)入伸縮空腔并且粘附在筒壁上的煤塵和細(xì)小顆粒，它們不會在伸縮空腔內(nèi)存留、積壓和堆積，能夠較長時間的無故障運(yùn)行。
1.定位板 2. 筒倉 3. 繩槽 4.內(nèi)環(huán) 5.導(dǎo)繩板 6. 內(nèi)環(huán)槽
圖3.1筒倉
2）在圓筒上端的內(nèi)圓環(huán)上開了兩個以上的槽口。套筒在伸縮時，因?yàn)椴劭谥械闹芯€與內(nèi)筒下端定位板的中線相差角度為30度，在鋼絲繩的限位下槽口與定位板始終相錯角度30度。檢修更換時，先將鋼絲繩從提升板中分離，然后需要更換的套筒旋轉(zhuǎn)角度30度，使定位板對準(zhǔn)槽口，因?yàn)椴劭诘膶挾嚷詫捰诙ㄎ话宓膶挾?，槽口的?shù)目與定位板的數(shù)目相同，槽口的中線位置與定位板的中線位置對應(yīng)，這樣套筒中的每個筒都能方便地從整體中拆出，便于維修和更換。
3）.在最上端固定圓筒上安裝兩個滑輪組鋼絲繩從滑輪組中心穿過（如圖2.2），由導(dǎo)向輪組將鋼絲繩定位，這樣鋼絲繩定位準(zhǔn)確不晃動。綜上所述，我所設(shè)計(jì)得新型筒倉的形式如圖3.1所示：
筒倉的設(shè)計(jì)要求：（1）重量不能太重；（2）耐沖擊，有一定的韌性；（3）耐磨性好易制造，；（4）制造成本低
3.3圓筒設(shè)計(jì)步驟
由于圓筒倉的工作情況，輸送能力400 噸/小時，設(shè)計(jì)選材用45#鋼板，鋼板的厚度取1cm。鋼板的高度取2m。本題目設(shè)計(jì)要用到煤的堆積密度，堆積密度是指在20o下單位（包括煤的內(nèi)外空隙及煤粒間的空隙）煤的質(zhì)量，用BRD表示（為方便計(jì)算本題目用γ 表示并取γ=1.2g/cm），堆積密度的大小除與煤的真密度有關(guān)外，主要決定于煤的粒度組成和堆積的密實(shí)度，堆積密度對煤炭的生產(chǎn)和加工利用部門設(shè)計(jì)礦車、煤倉、估算煤堆質(zhì)量等很關(guān)鍵。
假設(shè)煤從輸送機(jī)上脫落進(jìn)入漏斗并滑到漏斗下斷口，此過程中重力對煤做的功等于摩擦力對煤做的功，即此過程中外力不對煤做功，那么理論上漏斗的下端口的面積大于等于落入煤的有效面積即可。
落入漏斗的有效面積（用Sm 表示）計(jì)算如下：
因?yàn)镼 = S ? v ?γ
式中： γ ? 煤的堆積密度，γ = 1.2g / cm
= 1200kg/m ；
Q ? 筒倉的運(yùn)輸量，Q = 400t / h
= 111.1kg / s ；
v ? 煤的入倉速度；
由于煤進(jìn)行的是自由落體運(yùn)動，
S = at
漏斗的垂直距離可取0.5m即
下落的距離s=0.5m，得t = = 0.32s
v = at = 9.8× 0.32 = 3.14m/ s
從而
S= Q/ v ?γ=111.1/3.14×1200=0.029m
而對于圓截面
S=πd/4
式中 為截面的有效直徑
求得：d===0.1922m
所以設(shè)計(jì)的漏斗下端口直徑只要能大于等于0.1922m 即可，但考慮到其他象沖擊、輸送煤量的不均勻等，設(shè)計(jì)漏斗下斷口的直徑為 d=0.7m,漏斗上端口直徑為1.3m漏斗的厚度取H=0.01m，接下來的第一節(jié)套筒（后文稱為第一節(jié)固定套筒）的直徑應(yīng)大于等于漏斗下端口的外徑（0.72m），同時由于輸送能力為400 噸/小時，綜合以上因素可取第一節(jié)（最上端）圓筒的橫截面尺寸S≥0.5m。
因?yàn)? S=πr
所以 解得r=0.399 米 取r=400mm
R=410mm（外徑）
筒倉鐵板的體積
V=2πr×H×d
式中 V 筒倉鐵板的實(shí)際體積 d鐵板的厚度
R 為筒倉的內(nèi)徑 H 筒倉的高度
現(xiàn)定義最上端可移動桶為A1 ，依此類推由上至下依次定義各可移動桶為A2、A3、A4、A5、A6 。
選取伸縮空腔的厚度為35mm，內(nèi)筒外環(huán)至外筒壁的距離取d=5mm，桶高H=2000mm。
為簡化計(jì)算將筒倉展開成鐵板計(jì)算其體積從而求得其重量
計(jì)算筒倉1重量：
V= 2πr×H×d=2×3.14×0.405×2×0.01=0.0509m
M= V×ρ=0.0509×7850=399.31kg
G= M ×g = 399.31×9.8=3.913kN
計(jì)算筒倉2重量：
V= 2πr×H×d=2×3.14×(0.4+0.03+0.01)×2×0.01=0.0552m
M= V×ρ=0.0552×7850=433.822kg
G= M×g = 433.822×9.8=4.251kN
計(jì)算筒倉3重量：
V= 2πr×H×d=2×3.14×(0.435+0.04)×2×0.01=0.0597m
M= V×ρ=0.0597×7850=468.331kg
G= M×g =468.331×9.8=4.590kN
計(jì)算筒倉4重量：
V= 2πr×H×d=2×3.14×(0.470+0.04)×2×0.01=0.064m
M= V×ρ=0.064×7850=502.840kg
G= M×g =502.840×9.8=4.928kN
計(jì)算筒倉5重量：
V= 2πr×H×d
=2×3.14×(0.505+0.04)×2×0.01=0.0685m
M= V×ρ=0.0685×7850=537.348kg
G= M×g =537.348×9.8=5.226kN
計(jì)算筒倉6重量：
V= 2πr×H×d=2×3.14×(0.540+0.04)×2×0.01=0.0728m
M= V×ρ=0.0728×7850=571.857kg
G= M×g =571.857×9.8=5.604kN
計(jì)算筒倉7重量：
V= 2πr×H×d=2×3.14×(0.575+0.04)×2×0.01=0.0772m
M= V×ρ=0.0772×7850=606.365kg
G= M×g =606.365×9.8=5.942kN
計(jì)算各筒倉的容積：
V=πr×H=3.14×0.4 ×2=1.005m
V=πr×H=3.14×(0.4+0.035) ×2=1.188m
V=πr×H=3.14×(0.435+0.035) ×2=1.387m
V=πr×H=3.14×(0.47+0.035) ×2=1.602m
V=πr×H=3.14×(0.505+0.035) ×2=1.831m
V=πr×H=3.14×(0.54+0.035) ×2=2.076m
V=πr×H=3.14×(0.575+0.035) ×2=2.337m
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果得表數(shù)據(jù)表格如下：
表3.1
序號
內(nèi)徑（mm）
外徑（mm）
容積（m）
重量G（KN）
A1
800
820
1.005
3.913
A2
890
910
1.188
4.251
A3
980
1000
1.387
4.590
A4
1070
1090
1.602
4.928
A5
1160
1180
1.831
5.226
A6
1250
1270
2.076
5.604
A7
1340
1360
2.337
5.942
下筒倉內(nèi)環(huán)和上筒倉定位板可以近似看作下筒倉內(nèi)環(huán)，對其重量的計(jì)算結(jié)
果如下表 ：
表3.2
環(huán)序號
內(nèi)徑（mm）
外徑（mm）
體積（m）
重量（）
1
830
890
0.016
125.62
2
920
980
0.018
141.33
3
1010
1070
0.020
153.81
4
1100
1160
0.021
167.12
5
1190
1250
0.023
181.91
6
1280
1340
0.025
193.74
計(jì)算煤在下落過程對筒壁的摩擦力，在筒倉內(nèi)壁任取微小元對其進(jìn)行摩擦力分析，然后在整個筒倉上積分得摩擦力：
式中：
圓容器的系數(shù)的值可以按下式來確定轉(zhuǎn)的拋物體本設(shè)計(jì)中煤炭的內(nèi)摩擦系數(shù)f=0.72，煤炭對于鋼的摩擦系數(shù)f1=0.59,將兩值代入下式得
對于第一節(jié)固定筒倉：d=0.80m ,
則由公式得：
=7395.6N
第1節(jié)可移動套筒所受的摩擦力： ,
第2節(jié)可移動套筒所受的摩力:
d=980mm, a=
第3節(jié)可移動套筒所受的力:
d=1.07mm,a=
第4節(jié)可移動套筒所受的力:
d=1.16mm ,a=
第5節(jié)可移動套筒所受的力:
d=1.25mm ,a=
第6節(jié)可移動套筒所受的力:
d=1.34mm ,a=
3.4 筒倉提升板的設(shè)計(jì)
提升板除了在第7節(jié)筒倉上設(shè)置兩個外其余的筒倉上不設(shè)置，其剪切強(qiáng)度是關(guān)鍵。為方便計(jì)算提升板的強(qiáng)度分別把煤在筒倉內(nèi)下落過程的摩擦力求出，只有這樣才能精確的計(jì)算提升板的強(qiáng)度，所以在保證筒倉7的提升板剪切力的強(qiáng)度后才能精確選擇其他部件，校核過程不下：
提升板在第7節(jié)筒倉上有兩個，長120mm，厚28mm，寬100mm，其焊接也是采用開坡口熔透T 形接頭，與定位板一樣，它也承受剪切力，不均衡系數(shù)取1.4。
其中為焊縫的許用應(yīng)力查表得：
N/mm
安全
當(dāng)筒倉7收縮完畢第筒倉6開始收縮時，筒倉7的提升板所承受的拉力：
N/mm
安全
當(dāng)筒倉6收縮完畢第筒倉5開始收縮時，筒倉7的提升板所承受的拉力：
N/mm
安全
當(dāng)筒倉5收縮完畢第筒倉4開始收縮時，筒倉7的提升板所承受的拉力：
N/mm
安全
當(dāng)筒倉4收縮完畢第筒倉3開始收縮時，筒倉7的提升板所承受的拉力：
N/mm
安全
當(dāng)筒倉3收縮完畢第筒倉2開始收縮時，筒倉7的提升板所承受的拉力：
N/mm
安全。
3.5筒倉的定位板設(shè)計(jì)
筒倉定位板在整個系統(tǒng)中起到非常重要的作用，它不但能起到支撐和懸掛鏈接各個筒倉。同時是保證筒倉能否順利伸縮的關(guān)鍵，在設(shè)計(jì)的時候還要特別考慮拆卸此筒倉系統(tǒng)時的方便性。因?yàn)榛覊m會很容易侵入伸縮腔內(nèi)，如果定位板設(shè)計(jì)的不合理將使伸縮筒倉系統(tǒng)形成壓緊煤塵塊，不但會影響移動筒倉的伸縮長度，甚至還會導(dǎo)致筒倉一面傾斜，使上下筒倉中位線錯位，而使上下筒壁傾斜摩擦卡住。從而使伸縮系失靈，鑒于此定位板的設(shè)計(jì)由于空間和實(shí)際情況必須要合理，即要保證足夠的強(qiáng)度還要有合理的結(jié)構(gòu)以保證其最小程度的積掛小煤塊和煤灰，和方便的拆卸。
根據(jù)工作情況可知：可移動筒倉1 至6 所受的力都由第一節(jié)固定套倉的定位板來承受，因此定位板所受的力為
F=G+G++G+ F++F+ G+G++G
=30.541+73.057+0.964
=104.562
設(shè)定位板的長度為170mm，寬度25mm，厚度28mm，最上端固定筒倉的定位板數(shù)取4,不均衡系數(shù)取2。焊接形式采用對接焊縫、帶鈍邊單邊V型坡口。為減少應(yīng)力集中，定位板破口開在下方。
剪且強(qiáng)度
10.983
其中為焊縫的許用應(yīng)力查表得：
N/mm
[σ]—材料的需用拉應(yīng)力。
安全。
4.提升部件的設(shè)計(jì)
4.1鋼絲繩的選擇
鋼絲繩按其繩和股的斷面、股數(shù)和股外層鋼絲的數(shù)目分類。
鋼絲繩最大靜拉力：
在起升機(jī)構(gòu)中，鋼絲繩最大工作靜拉力是由起升載荷考慮滑輪組效率和 承載分支數(shù)后確定，起升載荷是指起升質(zhì)量的重力。起升質(zhì)量包括允許起升的 最大的有效物品、取物裝置（下滑輪組、吊鉤、吊梁、抓斗、容器、起重電磁鐵等）懸掛撓性件及其他在 升降中的 設(shè)備質(zhì)量。起升高度小于50m的起升鋼絲繩的 重量可以不計(jì)。
鋼絲繩直徑可由鋼絲繩最大工作靜拉力公式確定：
式中 d---鋼絲繩最小直徑 ，mm
C---選擇系數(shù)，mm/N
S---鋼絲繩最大工作靜拉力
對于雙繩起升容器的閉合繩和支撐繩載荷分配如下規(guī)定：
如所使用的系統(tǒng)能短期地和自動地使閉合繩和支撐繩中的載荷平均分配，則閉合繩和支撐繩各取總載荷的 66%；如所使用的系統(tǒng)在提升過程中不能使閉合繩和支撐繩的載荷平均分配，則閉合繩取總載荷100%，支撐繩取總載荷的66%。
選擇系數(shù)C：
選擇系數(shù)C的取值與機(jī)構(gòu)工作級別有關(guān)，查表可知其數(shù)值使在鋼絲充滿系數(shù)為0.46，折減系數(shù)k為0.82時的選擇系數(shù)C值。
當(dāng)鋼絲繩的 、k、值與查表中的值不 同時時，則可根據(jù)工作級別從表中從新選擇n值并根據(jù)所選擇鋼絲繩的、k、值按折算選擇系數(shù)C，然后再按選擇繩徑：
式中 n—安全系數(shù)，查表選取
k—鋼絲繩捻制折減系數(shù)，按下式求得
---鋼絲繩的 公稱抗拉強(qiáng)度，MP
按鋼絲繩所在機(jī)構(gòu)工作級別有關(guān)的安全系數(shù)選擇鋼絲繩直徑。所選鋼絲繩的 破斷拉力應(yīng)滿足下式
F
式中 F----所選鋼絲繩的破斷拉力，N;
n-----鋼絲繩最小安全系數(shù)，查表選取。
由上面的計(jì)算可知鋼絲繩所承受的最大靜拉力為
取拉力不均衡系數(shù)為1.2
單根鋼絲繩的拉力為F t =41849.6×1.2 / 2 = 25109.76N
鋼絲繩的安全系數(shù)取6，拉力不均衡系數(shù)取1.2，則單根鋼絲繩的破斷拉力為
S p ≥ 6× 41849.6×1.2 / 2 = 150658.56N=150.659KN
根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)，查表8-14選取公稱直徑18mm鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度為1470MP，其破斷拉力為158.00kN,，鋼絲繩芯鋼絲繩。
4.2 卷筒的選擇
4.2.1 卷筒的技術(shù)要求
由于此設(shè)備為提升設(shè)備故應(yīng)采用鋼絲繩鑄造卷筒其技術(shù)要求：
（1）材料 鑄造卷筒的 材料應(yīng)采用不低于GB/T中規(guī)定的HT200灰鑄鐵，或GB/T11352中規(guī)定的ZG270-500鑄鋼。鑄鐵件需經(jīng)時效處理以消除內(nèi)應(yīng)力，鑄鋼件應(yīng)進(jìn)行退火處理。
（2）表面質(zhì)量 卷筒不得有裂紋。成品卷筒的表面上不得有影響使用性能和有損外觀的顯著缺陷（如氣孔、疏松、夾渣等）。
（3）尺寸公差和表面粗糙度 同一卷筒上左右螺旋槽的底徑（即卷筒直徑D），不得超過GB/T1801和GB/T1802中規(guī)定的h12。
加工表面未注公差尺寸的 公差等級應(yīng)按GB/T1804中的m級（中等級）
未注加工表面粗糙度R值應(yīng)按GB/T103中的12.5。
圖4.1 A型卷筒技術(shù)示意圖
（4）形位公差 卷筒上配合圖（D1）的圓度t同軸度、左右螺旋槽的徑向圓跳動t以及端面圓跳動t，不得大于GB/T1184中的下列值：
t不低于8級；
t不低于8級。
（5）壓板用螺孔 鋼絲繩壓板用的 孔必須完整，螺紋不得有破碎、斷裂等缺陷。
（6）焊縫 對于必須施焊的鑄鋼卷筒，其重要焊縫不得有裂紋和 未融合等缺陷。其焊縫質(zhì)量應(yīng)符合GB/T3323中的Ⅱ級質(zhì)量要求。
4.2.2 卷筒的計(jì)算
應(yīng)力：
卷筒壁內(nèi)表面最大壓應(yīng)力（L）
式中A——與卷筒層數(shù)有關(guān)的系數(shù)如下表：
表4.1
卷筒層數(shù)n
1
2
3
4
系數(shù)
1
1.4
1.8
2
S——鋼絲繩最大拉力，N
P——卷筒繩槽節(jié)距，mm
——卷筒壁厚，mm
---許用應(yīng)力，MP
鋼：
鑄鐵：
由彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力（L>3D）
式中：——由鋼絲繩最大拉力引起卷筒的最大彎矩，N·mm
W——抗彎截面模數(shù)
D——卷筒繩槽底徑，mm
D----卷筒內(nèi)徑，mm
許用拉應(yīng)力，MP
合成應(yīng)力
卷筒穩(wěn)定性驗(yàn)算
失去穩(wěn)定時的臨界壓力：
剛卷筒：
鑄鐵卷筒：
卷筒壁單位壓力:
穩(wěn)定性系數(shù):
符號意義:R=——卷筒繩槽底半徑，mm
卷筒的直徑與筒倉的提升速度有關(guān)，而筒倉的提升速度與煤的輸送量有關(guān)，筒倉每小時送煤量為：
所以倉中的煤面的上升速度
煤在筒倉內(nèi)的最快上升速度
煤在筒倉內(nèi)的最慢上升速度
煤在筒倉內(nèi)的平均上升速度
煤在筒倉和煤倉內(nèi)的速度比為：
鑒于工作環(huán)境和工作形式，根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可選擇鋼絲繩的提升速度為倉中煤面上升速度的15倍：
V
根據(jù)GB/T3811-2000 規(guī)定，按鋼絲繩中心來計(jì)算卷筒的最小直徑，即D=hd
式中： D min 按鋼絲繩中心計(jì)算的滑輪和卷筒的最小直徑（mm）。
d ? 鋼絲繩直徑（mm）。
h ? 與機(jī)構(gòu)工作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)
h=20。
則 D= hd = 20 ×18 = 360mm 。
同時卷筒的提升最大重量為M=41849.6/9.8=4.27T
根據(jù)具體情況選用卷筒直徑D=380mm，槽底半徑R=10.0mmm，標(biāo)準(zhǔn)槽型槽距P1=20.0，H1=7.0mm,R1=0.8,起升高度H=14m，滑輪組的倍率為1，提升重量為10T 的卷筒，（詳細(xì)數(shù)據(jù)見《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》）。
鋼絲繩在卷筒上的纏繞圈數(shù)：
卷筒上有螺旋槽部分的長
由于卷筒采用單層雙聯(lián)卷筒，所以其長度
式中： D ? 卷筒名義尺寸， D = 380mm；
d ? 鋼絲繩直徑， d = 18mm ；
H max 最大起升高度， H max =14m ；
α ? 滑輪組倍率，α = 1；
D0 = D + d -- 卷筒計(jì)算直徑，由鋼絲繩中心算起的卷筒直徑；
D 0= 380+18 =398 mm;
Z1 ≥1.5 ，為固定鋼絲繩的安全圈數(shù)， Z1 =3 ；
L1? 無繩槽卷筒端部尺寸，由結(jié)構(gòu)需要決定， L 1 = 70mm；
L2? 固定鋼絲繩所需長度， L 2 ≈3p = 60mm；
m ? 中間光滑部分的長度，根據(jù)鋼絲繩允許偏角決定。鋼絲繩允許偏角α ≤ 3.5，因此m ≥ 1046 ；
p ? 繩槽槽距， p = 20mm；
由以上可得：
取
鋼絲繩在安全角度以內(nèi)，符合要求。
選用直徑為D=380mm 的圈筒，則卷筒的轉(zhuǎn)速：
最底端筒倉兩鋼絲繩中心之間的間隙為1560mm。為減少磨損，取卷筒的有效長度L=2000mm。所選的卷筒符合系統(tǒng)要求， 標(biāo)記為JB/T9006.2-1999。
4.3鋼絲繩的固定
4.3.1 鋼絲繩在卷筒上的固定
1. 鋼絲繩在卷筒上的固定方式
鋼絲繩在卷筒上的固定必須安全可靠，壓板固定是最常用的方法。它的結(jié)構(gòu)簡單（如圖4.2 所示）、檢查拆卸方便，多層纏繞卷筒采用楔塊固定，但它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。另一種方法也適用于多層纏繞卷筒，它將鋼絲繩引入卷筒的內(nèi)部或端部，再用壓板固定，它的結(jié)構(gòu)也比較簡單。
2．鋼絲繩在卷筒上的固定計(jì)算
鑒于本設(shè)計(jì)產(chǎn)品的使用情況，采用壓板固定，壓板形狀如圖所示，這種壓板適用于各種圓股鋼絲繩的繩端固定，不宜用于電動葫蘆和多層纏繞的起重機(jī)的卷筒。其尺寸結(jié)構(gòu)和形狀如圖4.1所示：
表4.1
項(xiàng)目
A
B
C
D
E
F
G
K
R
壓板螺栓直徑
尺寸（mm）
65
60
20
22
3
5．0
21．0
1．0
10．0
M20
圖4.2壓板
壓板的材料為Q235-A，壓板表面應(yīng)官話平整無毛刺、瑕疵、銳邊和表面粗糙不平等缺陷。
由于本設(shè)計(jì)選用的是公稱直徑為18mm 的鋼絲繩，同時卷筒為標(biāo)準(zhǔn)槽卷筒，因此選用序號為5 的標(biāo)準(zhǔn)槽壓板。標(biāo)記為：壓板5 GB/T5975-1999。
2. 鋼絲繩在卷筒上固定的計(jì)算
1）鋼絲繩固定處的拉力:
式中：S max ?鋼絲繩最大的拉力， S max = 1.4 F t/ 2 = 9294.722N；
μ ? 鋼絲繩于光卷筒間的摩擦系數(shù)，通常μ = 0.16 ；
α ? 安全圈數(shù)（通常為1.5～2 圈）在卷筒上的包角，本設(shè)計(jì)安全圈數(shù)為2 圈，因此α = 4π ；
e ? 自然對數(shù)的底數(shù)， e = 2.71828
計(jì)算得： S = = 3926.75N
2）螺栓扣緊力
螺栓的合成應(yīng)力
式中
——螺栓數(shù)量
L——鋼絲繩拉力對螺栓根部的作用力臂
——螺紋內(nèi)徑，mm
——螺栓許用拉應(yīng)力，
，對于Q235，，35號鋼
由于壓板槽為半圓形所以
N = 3926.75/ 2 × 0.16 =12271.09N
4.3.2 鋼絲繩在筒倉上的連接
1.索具螺旋扣的選擇
筒倉使用兩根鋼絲繩懸掛，同時又要求兩根鋼絲繩懸掛的卷筒中心線近似豎直，因此為了方便在筒倉上使用索具螺旋扣和鋼絲繩用楔形接頭。索具螺旋扣可以方便的調(diào)節(jié)兩根鋼絲繩的懸掛長度，楔形接頭可以方便的固定鋼絲繩。
1——鎖緊螺母 2——焊接螺旋套 3——U形左螺桿 4——U形右螺桿
5——光直銷 6——開口銷
圖4.3索具螺旋扣
由于筒倉的結(jié)構(gòu)需要根據(jù)筒倉的機(jī)構(gòu)和工作形式以及鋼絲繩直徑，選用KUUH 型焊接索具螺旋扣， 其機(jī)構(gòu)如圖4.3。
在本系統(tǒng)中可選工作等級為M，起重安全工作負(fù)荷35KN，最小破斷負(fù)荷120KN，螺桿直徑M24，螺桿形式為UU 型，最大鋼絲繩直徑19.5mm，螺旋扣型號為：KUUD24－M CB/T 3818-1999。
2.鋼絲繩用楔形接頭的選擇
根據(jù)本系統(tǒng)可確定鋼絲繩用楔形接頭如下：
楔套材料為 ZG270-500,楔塊為HT200；
鋼絲繩的公稱直徑為18mm，因此楔頭選用：
楔形接頭 18 GB/T5972-1986
楔套 18 GB/T5973-1986；
楔 18 GB/T5973-1986；
相關(guān)性能參數(shù)：斷裂載荷P＝184kN，許用載荷Pp=35kN，開口銷（GB/T
91-1989），符合要求。
5. 電機(jī)和減速器的選擇
5.1 電機(jī)的選擇要求
(1)、牽引提升電機(jī)是系統(tǒng)的重要組成部分之一，其安全可靠性直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的運(yùn)行安全。由于工作環(huán)境較惡劣，各種操作要求準(zhǔn)確，因此對提升電機(jī)系統(tǒng)來說，重要的是其可靠性和安全保障。
(2)、要求有很好的調(diào)速性能，能夠較精確地完成提升和下放的各個運(yùn)行階段。能重載起動，有一定的過載能力。
(3)、工作方式轉(zhuǎn)換容易，易于實(shí)現(xiàn)自動化。
(5) 、技術(shù)先進(jìn)，維護(hù)簡單、方便，在保證安全可靠運(yùn)行前提下，控制線路
簡潔明了，便于維修排除故障。
(6) 、盡量降低投資成本，減少運(yùn)行費(fèi)用，提高節(jié)電效果和經(jīng)濟(jì)效益，保證
系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的長期運(yùn)行，具有較長的工作壽命。
5.2確定電動機(jī)的型號
F是鋼絲繩最大靜張力
鋼絲繩最大繩速
動力系數(shù)，取 =1.2-1.4
=0.75 提升減速器的傳動效率當(dāng)減速器的傳動比i<12時，=0.91當(dāng)減速器的傳動比i>12 時，=0.85考慮到此處的電動機(jī)只作一般用途
初定為常用的Y系列，而其常用的同步轉(zhuǎn)速中最低為600r/min
減速器的提升速度是當(dāng)選用直徑為D=380mm 的卷筒的速度，則卷筒的速度即是減速器輸出軸的速度：
所以當(dāng)選用Y系列電機(jī)時其最小傳動比為i=600/0.72=833
根據(jù)i=600/0.72=833>12可知電機(jī)的傳動效率為η = 0.91
電動機(jī)所需的額定功率與電動機(jī)輸出功率之間有以下的關(guān)系：
其中：─用以考慮電動機(jī)和工作機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)等外部因素引起的附加動載荷而引入的系數(shù)，取
同時，鑒于電機(jī)的工作環(huán)境，條件比較惡劣，要求電動機(jī)必須具有防爆功能，查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》，選用YB 系列隔爆型三相異步電動機(jī)，電動機(jī)的功率：
額定功率
實(shí)際轉(zhuǎn)速
重量：
其外形尺寸：（mm）
電機(jī)中心高度：
由計(jì)算結(jié)果，選用90S-6 型防爆型，功率是0.75KW的異步電動機(jī)。同步轉(zhuǎn)速910r/min.，其相關(guān)性能如表5.1 所示
表5.1
型號
額定功率（kw）
效率因數(shù)(cosφ)
轉(zhuǎn)動慣量（kgm）
滿載電流（A）
YB90S-6
0.75
0.70
2.3
重量(kg)
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距（）
最大轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距（）
轉(zhuǎn)速（r/min）
堵轉(zhuǎn)電流/額定電流（A）
34
2.0
2．2
910
5．5
電機(jī)的形狀與相關(guān)尺寸如圖5.1所示：
圖5.1電機(jī)尺寸圖
5.2減速器的選擇
5.2.1減速比的計(jì)算
（1）輸入計(jì)算功率和輸出計(jì)算功率
式中 、---減速器額定輸入功率和額定輸出轉(zhuǎn)矩，kW和Nm
---承載功率，kW
---工況系數(shù)
---可靠度系數(shù)
5.2.2 減速器的選型
1.選取三級NGW型行星齒輪減速器，其有以下特點(diǎn)：
1） 重量輕、體積小。在相同條件下，比普通漸開線圓柱齒輪減速器
的重量輕1/2 以上，體積縮小1/2-1/3。
2） 傳動效率高。單級行星齒輪減速器ηⅠ=0.970-0.98；兩級行星齒輪減速器ηⅡ=0.94-0.96；三級行星齒輪減速器ηⅢ=0.91-0.94。
3） 適應(yīng)性強(qiáng)，傳動范圍大?？梢詮牧泓c(diǎn)幾千瓦到數(shù)千千瓦，甚至更
大。
4）適用于在傳遞動力時它可以進(jìn)行功率分流；同時，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸出軸與輸入軸均設(shè)在同一主軸線上。所以行星齒輪傳動現(xiàn)已被人們用來代替普通齒輪傳動，而作為各種機(jī)械傳動系統(tǒng)中的減速器、增速器和變速裝置。
5） 主要零件均采用優(yōu)質(zhì)合金鋼經(jīng)滲碳淬火或氮化處理。行星齒輪減
速器運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲較小，使用壽命達(dá)十年以上。
2.減速器型號
確定減速器類型及減速比與電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，因此當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n=910r/min 時減速器的傳動比為
當(dāng)卷筒的直徑D=380mm 時，卷筒的扭矩
按實(shí)際承載功率P2 計(jì)算輸入功率P1c 且應(yīng)小于額定輸入功率P1 。
式中 KA、K2— 分別是使用系數(shù)和采用油池潤滑時的系數(shù)。查表得KA=1.12，K2=1.0
KS、KR— 分別是啟動系數(shù)和可靠度系數(shù)。查表得KS=1.5，KR=1.50。
計(jì)算得：
根據(jù)以上計(jì)算可選擇NGW103型行星齒輪減速器，在傳動比為1250 時其主動軸允許輸入功率為1.9kw，從動軸允許輸出扭矩T2=14210Nm。其型號為NGW 103-16JB/T6502-19999。
減速比i=1250 時卷筒的轉(zhuǎn)速為：
鋼絲繩繩速：
減速比符合要求。
減速器的形狀與安裝尺寸如圖5.2所示：
圖5.2 減速器外形及尺寸
5.2.3減速器箱體的設(shè)計(jì)
箱體材料采用箱體是減速器的重要組成部件。它是傳動零件的基座，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。箱體通常用灰箱體結(jié)構(gòu)尺寸，對于重載或有沖擊載荷的減速器也可以采用鑄鋼箱體。單體生產(chǎn)的減速器，為了簡化工藝、降低成本，可采用鋼板焊接的箱體。灰鑄鐵具有很好的鑄造性能和減振性能。為了便于軸系部件的安裝和拆卸，箱體制成沿軸心線水平剖分式。上箱蓋和下箱體用螺栓聯(lián)接成一體。軸承座的聯(lián)接螺栓應(yīng)盡量靠近軸承座孔，而軸承座旁的凸臺，應(yīng)具有足夠的承托面，以便放置聯(lián)接螺栓，并保證旋緊螺栓時需要的扳手空間。為保證箱體具有足夠的剛度，在軸承孔附近加支撐肋。為保證減速器安置在基礎(chǔ)上的穩(wěn)定性并盡可能減少箱體底座平面的機(jī)械加工面積，箱體底座一般不采用完整的平面，箱體結(jié)構(gòu)尺寸見表5.2所示：
表5.2
名稱
符號
尺寸大小(mm)
箱座壁厚
δ
10
箱蓋壁厚
δ1
5
箱蓋凸緣厚度
b
5
箱座凸緣厚度
b1
5
箱座底凸緣厚度
b2
15
地腳螺釘×4
df
12
5.2.4附件設(shè)計(jì)
為了保證減速器的正常工作，除了對齒輪、軸、軸承組合和箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給予足夠的重視外，還應(yīng)考慮到為減速器潤滑油池注油、排油、檢查油面高度、加工及拆裝檢修時箱蓋與箱座的精確定位、吊裝等輔助零件和部件的合理選擇和設(shè)計(jì)。
檢查孔：為檢查傳動零件的嚙合情況，并向箱內(nèi)注入潤滑油，應(yīng)在箱體的適當(dāng)位置設(shè)置檢查孔。檢查孔設(shè)在上箱蓋頂部能直接觀察到齒輪嚙合部位處。平時，檢查孔的蓋板用螺釘固定在箱蓋上。
通氣器：減速器工作時，箱體內(nèi)溫度升高，氣體膨脹，壓力增大，為使箱內(nèi)熱脹空氣能自由排出，以保持箱內(nèi)外壓力平衡，不致使?jié)櫥脱胤窒涿婊蜉S伸密封件等其他縫隙滲漏，通常在箱體頂部裝設(shè)通氣器。
軸承蓋：為固定軸系部件的軸向位置并承受軸向載荷，軸承座孔兩端用軸承蓋封閉。本設(shè)計(jì)采用的是凸緣式軸承蓋，利用六角螺栓固定在箱體上，外伸軸處的軸承蓋是通孔，其中裝有密封裝置。凸緣式軸承蓋的優(yōu)點(diǎn)是拆裝、調(diào)整軸承方便。
定位銷：為保證每次拆裝箱蓋時，仍保持軸承座孔制造加工時的精度，應(yīng)在精加工軸承孔前，在箱蓋與箱座的聯(lián)接凸緣上配裝定位銷。
油面指示器： 檢查減速器內(nèi)油池油面的高度，經(jīng)常保持油池內(nèi)有適量的油，一般在箱體便于觀察、油面較穩(wěn)定的部位裝設(shè)油面指示器，本設(shè)計(jì)采用的油面指示器是油標(biāo)尺。
放油螺塞：換油時，排放污油和清洗劑，應(yīng)在箱座底部，油池的最低位置處開設(shè)放油孔，平時用螺塞將放油孔堵住，放油螺塞和箱體接合面間應(yīng)加防漏用的墊圈。
起吊裝置：當(dāng)減速器重量超過25kg時，為了便于搬運(yùn)，在箱體設(shè)置起吊裝置，如在箱體上鑄出吊耳或吊鉤等。
5.2.4．減速器的潤滑與密封
良好的潤滑，可降低傳動件和軸承的摩擦功率損耗，減少磨損，保護(hù)其銹蝕。提高其使用壽命和效率，由于潤滑油膜的分隔作用，能減少潤滑表面的摩擦阻力，減輕工作時的沖擊，降低振動和噪音。潤滑還能起到散熱、冷卻、沖洗金屬磨粒的作用。
減速器的密封包括箱體、軸承等處的密封，密封的作用是防止灰塵、水分、酸氣和其它雜物進(jìn)入軸承和箱體內(nèi)，并阻止?jié)櫥瑒┑男孤?本設(shè)計(jì)中用到J型骨架密封圈，安裝在軸上的梯形槽中，與軸緊密接觸，安全可靠。
機(jī)器的潤滑和密封不僅關(guān)系著機(jī)器的正常工作，而且直接影響著機(jī)器的壽命，因此必須及時地更換和補(bǔ)充潤滑油。潤滑油的優(yōu)質(zhì)必須符合要求，不得混入灰塵、污物、鐵屑及水等雜質(zhì)。
閉式齒輪傳動潤滑油采用工業(yè)齒輪油250號（SY1172-77S）。減速箱內(nèi)最高油面不超過大錐齒輪直徑的三分之一。閉式傳動箱內(nèi)的滾動軸承均為濺油潤滑。
開式齒輪傳動及滾動軸承均采用鈣鈉基脂潤滑脂（SY1403—77），各滾動軸承內(nèi)加入潤滑脂加入量不得超過容量的三分之二，每隔3～6個月加油或更換一次。
對于新的或大修后的提升系統(tǒng)，在運(yùn)轉(zhuǎn)半個月后必須更換減速箱內(nèi)的潤滑油并進(jìn)行清洗，以除去傳動零件磨落的金屬細(xì)屑。
減速器箱剖分面及各密封面，密封后均不許漏油，在各密封面涂密封膠，或水玻璃。蝸輪減速機(jī)內(nèi)采用蝸輪蝸桿油潤滑，油面應(yīng)不低于蝸桿中心。
底座左側(cè)齒輪箱內(nèi)的齒輪、中間軸與齒輪銅套和卷筒內(nèi)的滾動軸承均用III號鈣基潤滑脂潤滑。
6 滑輪和導(dǎo)向輪的設(shè)計(jì)
6.1滑輪的設(shè)計(jì)
1.滑輪設(shè)計(jì)的技術(shù)要求
繩索滑輪一般用來導(dǎo)向和支撐，以改變繩索及其傳遞拉力的方向或平衡繩索的拉力。
承受載荷不大的小尺寸滑輪（D〈350）一般制成實(shí)體的滑輪，用15、Q235或鑄鐵（如HT150）.受大載荷的滑輪一般采用球鐵（如QT42-10）或鑄鋼（如ZG230-450、ZG270-500或ZG35M等），鑄成帶筋和孔或帶輪輻的結(jié)構(gòu)。大型滑輪（D>800mm）一般用型鋼和鋼板焊接結(jié)構(gòu)。
受力不大的滑輪直接安裝在心軸上使用，受有較大載荷的滑輪則裝在滑動軸承（軸承材料采用青銅或粉末冶金等）或滾動軸承上，后者一般用在轉(zhuǎn)速較高、載荷較大的情況下。輪轂或軸套長度與直徑比一般取為1.5～1.8。具有固定軸的滑輪稱為定滑輪；具有活動軸的滑輪（隨繩索串動改變位置）成為動滑輪。
在本系統(tǒng)中需要用到鋼絲繩導(dǎo)向輪和鋼絲繩轉(zhuǎn)向輪。導(dǎo)向輪用于是限制鋼絲繩的晃動，轉(zhuǎn)向輪將鋼絲繩改變方向，便于拽引機(jī)的安裝。
由于本系統(tǒng)使用的滑輪屬于提升和起重型式故在選擇時應(yīng)著重考慮它的起重特性，滑輪在本系統(tǒng)是非常重要的主要部件，所以滑輪的強(qiáng)度和可靠性必須好。故選擇A型帶滾動軸承（嚴(yán)密密封），內(nèi)有軸套的起重機(jī)用鑄造滑輪，其結(jié)構(gòu)和形狀如圖6.1。
2.滑輪強(qiáng)度的計(jì)算：
小型鑄造滑輪的強(qiáng)度尺寸決定于鑄造工藝條件，一般不進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。對于大尺寸焊接滑輪必須進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。
假定輪緣是多支點(diǎn)梁，繩索拉力S使輪緣產(chǎn)生彎曲則繩索拉力的合力為：
圖6.1 A型滑輪
式中：S——繩索拉力，N
——繩索在滑輪上包角的圓心角
輪緣最大彎矩
式中：l——兩輪輻間的輪緣弧長，mm
輪緣最大彎曲應(yīng)力
式中：W——輪緣抗彎斷面模數(shù)，mm
——許用彎曲應(yīng)力，對于Q235型鋼應(yīng)力小于100MP
輻條內(nèi)壓應(yīng)力：
當(dāng)P力方向與輻條中心線重合時，輻條中產(chǎn)生的壓應(yīng)力最大
式中：F——輻條斷面積，mm
——斷面折減系數(shù)
——許用壓應(yīng)力，對于Q235鋼大約為100MP
根據(jù)以上條件在設(shè)計(jì)中，繩索在滑輪上包角的圓心角可取45即：
由于鋼絲繩的直徑d=18mm，查表可選滑輪直徑為D=450mm。
轉(zhuǎn)向輪改變鋼絲繩的方向。因?yàn)殇摻z繩是提升筒倉時是豎直提升，拽引機(jī)放在上方不便于安裝和檢修，因此需要改變鋼絲繩的方向。根據(jù)工作的環(huán)境選用帶滾動軸承的A型滑輪。鋼絲繩直徑d＝18mm，查表選用的滑輪直徑D＝500mm，寬度B=70mm,滑輪軸直徑d＝100mm。
所選滑輪具體尺寸如下表：
表6.1
項(xiàng)目
B
D
D
D
D
D
D
尺寸（mm）
100
100
120
M8
9
125
135
滾動軸承具體尺寸如下表：
表6.2
項(xiàng)目
型號
寬度
B
B
D
S
尺寸（mm）
A型
22
60
86
110
6
3. 滑輪軸強(qiáng)度的校核
此為實(shí)心心軸，由下式確定其軸徑
式中： ——軸的直徑，mm
—— 軸在計(jì)算截面所受彎矩，
——軸的許用彎曲應(yīng)力，
由于把提升鋼絲繩的最大拉力看做軸中間位置的最大剪切應(yīng)力，則剪力大小
由于滑輪寬度為70mm，則滑輪中點(diǎn)面距離滑輪輪緣面長度為35mm，所承受的彎矩為：
由以上計(jì)算可得，所選滑輪的軸100mm遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滑輪軸的彎曲強(qiáng)度，故設(shè)計(jì)合理。
4.滑輪支架的設(shè)計(jì)
滑輪支架的結(jié)構(gòu)和形狀如圖6.2 所示：
螺栓的受力分析計(jì)算
滑輪受到的最大拉力：
螺栓工作拉力：
殘余預(yù)緊力 查表得
螺栓的總拉力：
圖6.2滑輪支架
查表得相對剛度系數(shù)
螺栓材料：Q235
性能等級查表選6.8 級，因此：
600N /mm2 , 480N /mm2
查表選安全系數(shù)：