針對列車超裝后進行自動計量卸載裝置設計

針對列車超裝后進行自動計量卸載裝置設計,針對,列車,超裝后,進行,自動,計量,卸載,裝置,設計 目錄 1 緒論 2 2 總體方案 3 2.1自動計量卸載裝置工況及要求 3 2.1.1工況條件 3 2.1.2要求 3 2.2 方案對比 4 2.2.1機架形式對比 4 2.2.2取料裝置方案對比 4 2.2.3卸料裝置方案對比 4 2.2.4計量裝置方案對比 5 2.3裝置基本組成簡介 5 2.4主要技術參數(shù) 6 3 自動計量卸載裝置電控技術方案 8 3.1技術設計要求 8 3.2電控系統(tǒng)方案設計 9 3.2.1控制系統(tǒng)結構 9 3.2.2裝置系統(tǒng)控制方式綜述 10 3.2.3裝置系統(tǒng)控制過程詳述 13 4主要電氣設備選型及技術特點 16 4.1 主要設備選型及技術特點 16 4.1.1 可編程控制器(PLC) 16 4.1.2 觸摸屏TP270 17 4.1.3 牽引絞車驅動變頻器 17 4.2 系統(tǒng)設計技術特點 17 5主要部件的設計和選型 18 5.1 取料裝置的設計 18 5.1.1 刮板輸送機發(fā)展概況 18 5.1.2 發(fā)展趨勢 19 5.1.3 刮板輸送機的機構與作用 20 5.1.4 刮板輸送機的型式選擇 20 5.1.5 機頭部及傳動裝置的設計與選型 20 5.1.6 機尾部 25 5.1.7 刮板鏈的設計與選擇 25 5.1.8 刮板的設計 29 5.2 液壓泵站系統(tǒng)的設計與計算 31 5.2.1 初選系統(tǒng)工作壓力 32 5.2.2 油缸作用時間的確定 33 5.2.3 液壓缸 34 5.2.4馬達 42 5.2.5 液壓泵 46 5.2.6 驅動電機 51 5.2.7 液壓控制閥 55 5.2.8 油箱 62 5.2.9 聯(lián)軸器 64 6 設備的檢查及維護保養(yǎng) 68 6.1設備的檢查 68 6.1.1班前檢查 68 6.1.2 常規(guī)防護檢查 68 7 總結 69 參考文獻 70 翻譯部分 72 中文譯文 72 致 謝 80 1 緒論 在產的煤業(yè)大型生產企業(yè)，煤炭外運主要采取火車運輸方式。外運煤炭一般由選煤廠、發(fā)運站火車裝車系統(tǒng)裝車。大部分裝車系統(tǒng)為上世紀七、八十年代建成，由于受當時設計水平、裝備能力、投資規(guī)模等條件的影響，該類裝車系統(tǒng)普遍存在效率低、調控能力差，不能自動解決裝運列車多裝、超載、卸煤集約回收等問題。這些問題已廣泛影響生產企業(yè)產能與運能的發(fā)揮，因此如何提高裝車系統(tǒng)的自動化程度、減小裝車誤差、提高裝車效率、集約回收超裝后的卸煤，滿足企業(yè)外運高產、高效的需求，是許多煤企在這一作業(yè)環(huán)節(jié)中亟待解決的問題。 煤礦裝車系統(tǒng)主要存在以下幾方面的問題： 1. 采用多人手動操作方式進行放煤式裝載，裝煤量依靠操作人員的經驗控制，無法滿足裝煤精度的要求，普遍存在著裝車誤差大的缺點（虧裝、超裝，每一車皮最大超載量高達7000Kg）。 2. 裝車系統(tǒng)無“超裝自動卸載裝置”，對于超裝的煤采用人工卸煤，卸煤量大小無法控制，無法滿足車皮裝載量精度的要求。 3. 采用人工卸煤處理車皮的超裝量，工人勞動強度大，影響整車裝車效率，卸載煤沿鐵路堆放、無法較好地集散、造成作業(yè)環(huán)境的無序、雜亂及污染。 上述問題的存在也對煤炭外運作業(yè)的有序管理帶來很大的困難和不利，也給運、銷工作帶來很多后續(xù)的問題。 對于上述問題的解決，可以采用全自動裝車（或配煤裝車）系統(tǒng)，以保證快速、精確地裝車。然而上述全自動裝車系統(tǒng)僅適合于新建的裝車線，而將其用于對于現(xiàn)有裝車線的改造顯然是不合適宜的。 針對多數(shù)煤礦裝車系統(tǒng)存在的問題，我們通過廣泛的調查研究，結合機械、液壓傳動；傳感技術；自動化控制；計算機管理、監(jiān)控等方面的綜合技術，根據許多礦列車裝運線現(xiàn)有的實際情況與條件，設計出了針對列車超裝后進行自動計量卸載裝置。 2 總體方案 2.1自動計量卸載裝置工況及要求 2.1.1工況條件 最大卸載量：7000Kg 車皮尺寸： 1. 長度：11～12.5m 2. 高度：2.6～3.2m 3. 軌距：1.435m 4. 列車行最大駛速度：6m/min 2.1.2要求 1. 實現(xiàn)超裝車皮的自動計量卸載，卸載量控制精度為±200Kg； 2. 系統(tǒng)具備自動計量卸載和人工手操作卸載兩種工作方式； 3. 具備完善的計量卸載系統(tǒng)與列車運行的安全連鎖及各類保護。 4. 整個自動計量卸載系統(tǒng)應滿足煤礦裝車場地及地面配套設備的要求。 5. 根據用戶提出的有關本裝置的其他相關要求。 2.2 方案對比 2.2.1機架形式對比 機架是整個裝置的載體，所有的設備和裝置都是安裝在機架上的。機架的形式主要有兩種：一種是旁置式，一種是橫跨式（龍門架）。最終我們采用了橫跨式，和旁置式相比，橫跨式具有及時性好，工作方式簡單等優(yōu)點。 2.2.2取料裝置方案對比 為了實現(xiàn)把超裝的煤從車皮中取出，取料裝置是必不可少的。在取料裝置的選擇上主要有以下幾種方案： 1. 抓斗式 2. 斗輪式 3. 耙裝式 其中，抓斗式和斗輪式都能夠具有快速取料的功能，但其取料量不便控制，不能實現(xiàn)準確計量。耙裝式取料裝置，它具有連續(xù)取煤的功能，取料均勻，瞬時取煤不至于過多或過少，便于取料量的控制。但它的不足之處是其快速性沒有抓斗式和斗輪式的好。通過比較分析，最終選擇耙裝式取料裝置。 2.2.3卸料裝置方案對比 取料裝置取出的煤要通過卸料裝置才能到達計量皮帶稱稱上。卸料裝置的作用不僅是對超裝量的卸載，同時為了實現(xiàn)精確裝車的目的，其還擔負著將多取的煤返回車皮的任務。為了實現(xiàn)這個功能，我們比較了以下幾種方案： 1. 四連桿翻板機構 2. 分料器機構 3. 油缸翻板卸料機構 其中，四連桿機構能夠實現(xiàn)卸料裝置的功能，同時其及時性也好，但其所承受的摩擦力和驅動力都比較大，這樣的后果是磨損嚴重，機構容易損壞，裝置磨損后其精度變的很差，而且所需的動力源也需要更大的功率。顯然，它不是好的方案。 分料器不存在磨損問題和及時性問題，但其致命的缺點是其體積較另外兩種大，而取料機構和平臺之間的空間有限，如果采用分料器就必須提高取料裝置，這樣的后果是帶來整體結構穩(wěn)定性的問題，同樣分料器也不是一個好的辦法。 油缸翻板機構能夠很好地滿足要求，而且它的體積較小，宜損件便于更換，最終我們采用了油缸翻板機構。 2.2.4計量裝置方案對比 為了實現(xiàn)精確卸載，需要對取料裝置取出的煤進行計量，計量的方法有以下幾種： 1. 計量皮帶稱稱 2. 定容積法 3. 定時間法 其中，定容積法是指根據工人的經驗或列車超裝量的平均值對取料量設定一個固定的容積，每次取料都按這個固定的容積來取。定時間法是指對取料機構的工作時間設定一個固定的時間，如論超裝量為多少，每次取料裝置都工作那么長的時間。顯然，這兩種方法都不能滿足準確取料的要求。采用計量皮帶稱稱可以很好地滿足精度要求。 2.3裝置基本組成簡介 經過分析比較后，最終自動計量卸載系統(tǒng)由龍門架、耙裝式取煤裝置、翻板卸載裝置、液壓泵站、計量皮帶稱、轉運皮帶、集煤倉、給煤機、電控柜、操控室等組成。 1. 龍門架： 龍門架采用焊接結構，為整個耙裝式自動計量卸載系統(tǒng)的安裝平臺，耙裝取煤裝置、卸料翻板裝置、液壓泵站、計量皮帶稱、轉運皮帶、電控系統(tǒng)等置于龍門架安裝平臺之上。 2. 耙裝取煤裝置： 卸載取煤機構由耙裝盤、刮板輸送機、取料臂等組成。耙裝盤、刮板輸送機置于取料臂上，取料臂安裝在龍門架安裝平臺的支撐座中。取煤卸載機構在升降液壓缸的控制下，分別進入取煤卸載工位及列車通過工位。耙裝盤鉸接于取料臂上，在耙裝盤液壓缸的作用下，可對耙裝盤角度進行調整，以利于取煤。 3. 翻板卸料裝置： 翻板卸料裝置由支撐架、卸料板、翻轉液壓缸等組成。翻板卸料裝置工作時，根據控制指令將耙裝取煤裝置所取的煤送入計量皮機帶或卸回車廂。 4. 液壓泵站： 液壓泵站安置于龍門架平臺一側。液壓泵站采用雙泵系統(tǒng)，分別為液壓馬達和液壓缸提供液壓動力。耙裝盤液壓馬達由手動變量泵供液，以便調節(jié)撥轉盤的轉速，進而調節(jié)耙裝取煤量。刮板輸送機液壓馬達和一系列的油缸由定量液壓泵供液。 5. 計量皮帶稱： 計量皮帶稱安置于龍門架平臺中央，完成卸載煤的計量，并將計量后煤料送入轉運皮帶。 6. 轉運皮帶： 轉運皮帶安裝在龍門架平臺上，承接計量皮帶稱輸送的卸載煤，并將卸載煤運至集煤倉。 7. 集煤倉、給煤機： 集煤倉安裝在龍門架的側面，用于承接轉運皮帶的卸載煤。給煤機連接在集煤倉的下端，用于集煤倉煤的裝運。 8. 電控柜： 電控柜置于龍門架平臺上，內置總電源及各類強、弱電控系統(tǒng)。 9. 操作控制室： 操作控制室布置在龍門架上，位于耙裝取煤裝置一側。操作控制室內設置耙裝式自動計量卸載系統(tǒng)的觸摸屏人機控制界面。在控制室內可進行卸載系統(tǒng)的參數(shù)設置等各種操作。 操作控制室前面及兩側配置觀察玻璃窗，室內設置冷暖空調，配置一名操作人員操作控制。 2.4主要技術參數(shù) 1. 龍門架總體參數(shù) 機架龍門長度(立柱中心距)： 3.0 m 機架龍門寬度(過車寬)： 3.4 m 機架龍門高度（距軌面）： 3.45 m 2. 卸載取煤機構 耙裝盤寬度： 2.5 m 耙裝盤臥底深度： 250 mm 耙裝盤抬起高度： 360 mm 轉盤轉速： 30 r/min 3. 刮板輸送機 運輸形式： 邊雙鏈刮板 槽 寬： 510 mm 爬坡設計夾角： 25° 鏈 速： 0.95 m/s 錨鏈規(guī)格： 18×64 mm 張緊形式： 黃油缸張緊 輸送量： 180 m/h 4. 液壓系統(tǒng) 系統(tǒng)額定壓力： 馬達控制系統(tǒng) 16 MPa 液壓缸控制系統(tǒng) 10 MPa 裝載馬達驅動泵電動機： 型 號： Y200L-4 功 率： 30 KW 轉 速： 1470 r/min 液壓缸驅動泵電動機： 型 號： Y160L-4 功 率： 15 KW 轉 速： 1460 r/min 5. 電氣系統(tǒng) 供電電壓 ： 380/660 V 總功率： 45 KW 3 自動計量卸載裝置電控技術方案 3.1技術設計要求 1. 裝置具備全自動取煤和人工手操作取煤兩種工作方式，且兩種方式可以任意切換，切換過程中不能打亂系統(tǒng)整個工作流程。 2. 裝置在自動工作方式下，每節(jié)車皮的卸載誤差不得超過±200kg。 3. 由位置檢測機構控制取料臂的動作，形成閉環(huán)控制。列車行走與耙裝取煤機構動作相匹配。在整個卸載取煤過程中，不允許有灑、漏煤現(xiàn)象發(fā)生。 4. 在手動操作方式下，各機構可單獨動作，方便人工操作。裝置具有完善的報警功能，防止人工操作失誤。 5. 裝置具有各種保護，保證系統(tǒng)的安全正常運行。 6. 裝置具有完善的故障報警功能，及時發(fā)現(xiàn)設備存在的故障，并給出相應的信息，供維修人員判定和處理。 7. 整個電控系統(tǒng)設計，均按照鐵路電控設計標準執(zhí)行，依據故障導向安全的原則進行設計。 8. 利用工業(yè)現(xiàn)場專用觸摸屏面板顯示整個系統(tǒng)的工作過程，和當前卸載取煤量、車皮編號、車皮總數(shù)、每節(jié)車皮的給定取煤量、實際取煤量、當日取煤總量、操作員姓名等數(shù)據。 9. 電氣線路設計要求簡單、布線合理，走線及安裝，一律按照國家電工協(xié)會標準執(zhí)行。 3.2電控系統(tǒng)方案設計 3.2.1控制系統(tǒng)結構 自動計量卸載裝置主要是根據前方傳來的車皮參數(shù)、裝煤量等有關參數(shù)，通過調整自動計量卸載裝置的有關工作參數(shù)進行計量取煤卸載。取出的煤量通過電子皮帶秤進行計量、判定。 本裝置主要通過對列車牽引絞車進行變頻調速，實現(xiàn)卸載取煤量的調節(jié)。耙裝盤耙裝速度也可根據相應的有關參數(shù)進行調節(jié)，以滿足卸載取煤量的要求。列車定位、耙裝取煤裝置的定位及升降動作均由控制系統(tǒng)根據卸載取煤參數(shù)的要求進行調節(jié)與控制。上述各功能的實現(xiàn)均由PLC（可編程序控制器）完成。因此可編程序控制器 PLC是整個系統(tǒng)的控制核心。 裝置控制系統(tǒng)結構如圖3.１所示： 觸摸屏 軌道衡稱重 數(shù)據打印 故障報警 列車牽引絞車控制 可編程控制器 PLC 傳感器 轉運皮帶 控制 耙裝卸 載裝置 液壓控制 系統(tǒng) 皮帶秤 控制 耙裝卸載裝置 保護 刮板輸送機 控制 耙裝盤 控制 圖3.1 電控原理方案 3.2.2裝置系統(tǒng)控制方式綜述 系統(tǒng)控制方式分為以下幾種： 1、 自動控制方式： 當控制方式選擇開關處于自動控制方式時，計量卸載取煤系統(tǒng)按照預定的工藝流程自動進行。在此過程中，除了故障按鈕按下，手動狀態(tài)無效。本過程中允許進行其中一些參數(shù)重新調整、設置，如車皮數(shù)量、型號等數(shù)據。自動控制卸載取煤工藝流程參見圖3 .2。 2、 手動控制方式： 當控制方式選擇開關處于手動控制方式時，可以手動控制耙裝取煤機構的升降、耙裝盤的運轉、計量皮帶稱及轉運皮帶的運行等工況。手動控制時報警系統(tǒng)和保護系統(tǒng)及極限停車位有效，以防止人工操作失誤。本過程允許進行參數(shù)設定以及參數(shù)調整。手動卸載取煤過程工藝流程參見圖3.3。 3、 故障處理方式： 裝置發(fā)生故障后，當按下故障處理按鈕后，系統(tǒng)停止工作處于檢修狀態(tài)。設備所存在的故障排除后，控制方式轉換開關處于自動位置時，可以按下故障恢復按鈕，系統(tǒng)繼續(xù)故障發(fā)生前的工況。若按下系統(tǒng)復位按鈕，所有工作數(shù)據清零，系統(tǒng)所有的動作重新開始。 4、 停止方式： 按下系統(tǒng)急停開關，控制系統(tǒng)掉電。在此工作方式下，所有的自動、手動操作全部失效。此工作方式為安全檢查方式。使用此功能時，列車就無法啟動，必須把取料裝置抬起復位，并關閉安全鎖，列車才能啟動。 選擇自動方式，按系統(tǒng)啟動鍵 參數(shù)設定完成，確認鍵按下 開始 對比參數(shù)，計算第N節(jié)車皮的取煤量，同時計算牽引絞車速度 軌道衡傳來第N節(jié)車皮裝車重量 1、2號傳感器上升沿信號，第N節(jié)車皮到達。蓄能器檢測滿足條件 放下轉臂，開始取煤 皮帶秤計量 是否到達取煤量置傳感器2為ON？ N 3、4號傳感器是否有下降沿信號 N Y Y 轉臂抬起，停止取煤 5、6號傳感器有下降沿信號時7號是否有信號 緊急停止煤車 啟動蓄能器備用液壓油路 系統(tǒng)報警 N Y 故障處理 N 是否到達最后一節(jié)車皮 Y 各機構停止動作 結束 圖3.2 自動取煤過程工藝流程 開始 系統(tǒng)上電 選擇開關置于手動位置 啟動液壓系統(tǒng) 啟動刮板機和撥爪 啟動轉運皮帶和電子秤 車皮到，手動放下轉臂取煤 人工監(jiān)控電子秤取煤讀數(shù) N 是否會碰上車廂 是否到達最終取煤量 N Y Y 手動抬起轉臂 N 是否到達最后一節(jié)車皮 Y 各機構停止動作 結束 圖3.3 手動操作工藝流程圖 3.2.3裝置系統(tǒng)控制過程詳述 考慮到本系統(tǒng)的整個工藝運行流程以及相關的技術要求，將整個系統(tǒng)化分為下列控制過程： 1. 系統(tǒng)上電 電源總開關閉合，控制系統(tǒng)上電、液壓控制系統(tǒng)上電，相應的上電指示燈點亮。 2. 參數(shù)設定 ? 人工初始設定系統(tǒng)運行有關參數(shù)。 ? 選擇或輸入列車的編組信息。該信息可通過485口傳送,也可直接輸入。 3. 自動運行控制（參見附錄一卸載取煤運行時序圖） ? 當列車編組信息輸入后，選擇開關處于自動控制方式時，按下啟動按鈕，系統(tǒng)信號檢測正常后，進入自動控制方式工作狀態(tài)。 ? 轉運皮帶啟動。 ? 當1、2號傳感器同時收到上升沿信號，耙裝卸載裝置、翻板卸料裝置進入工作位置進行卸載取煤。同時對車皮開始計數(shù)。 ? 卸載機構卸載取煤同時，電子皮帶秤計量卸載量，并與軌道衡傳過來的重量數(shù)據比較，當達到卸載取煤量時，翻板卸料裝置動作，將刮板輸送機上的煤返回到車廂內，減少了誤差。與此同時，卸載機構動作，進入列車通過位置，到位后7號傳感器有信號。 ? 當3、4號傳感器下降沿信號，卸載機構未處于列車通過位置時，且耙裝盤距車廂頂部只有1米距離，卸載機構無條件抬起，處于列車通過位置。 ? 當5、6號傳感器下降沿信號，卸載機構距車廂只有0.6米距離，7號傳感器仍無信號，系統(tǒng)報警，并無條件停止列車。 ? 7號傳感器有信號時，列車正常通過。當1號傳感計數(shù)到達上限后，作業(yè)完成，相應機構停機，等待下一步命令。 4. 煤量預估控制 ? 依據經驗數(shù)據，最大取煤量為7000Kg，根據不同的卸載取煤量，計算取煤機構插入煤層的深度和列車行進的速度。 ? 如果卸載取煤量過大，必須調整列車行進速度，系統(tǒng)把列車行進速度分為三擋速度控制，以保證大卸載取煤量時也能完成工作要求。 ? 根據不同的卸載取煤量，裝置把取煤機構插入深度也分為三擋。當卸載取煤量大時，插入煤層的深度較大，反之較淺。既到達快速卸載取煤的要求，又保證稱量精度。 5. 卸載機構控制 卸載機構控制是控制系統(tǒng)的主要部分，分別包括： ? 卸載機構的位置控制： 卸載機構由液壓缸配合限位開關控制。根據控制信號卸載機構分別處于卸載工作位和列車通過位。卸載取煤時，根據不同的卸載取煤量，卸載機構處于不同的工作位置。 ? 刮板輸送機驅動： 刮板輸送機由液壓馬達驅動，該馬達由變頻液壓動力源驅動，使刮板輸送機速度可調，以保證有限時間內的運量和卸載取煤量。 ? 耙裝盤驅動： 耙裝盤與刮板輸送機同步變頻調速。 ? 卸載機構保護： 在正常卸載取煤作業(yè)中，若卸載機構受力過大超載，控制系統(tǒng)控制卸載機構自動上抬，以減小受力。 在非作業(yè)期間使用卸載機構安全鎖。當關閉安全鎖后，牽引絞車啟動回路接通，才能牽引列車。 卸載機構具有雙重保護，為防止撞上車廂，由3、4、5、6傳感器測量位置，進行保護。若列車到位后卸載機構不能抬起，列車會聯(lián)鎖停車。另一方面在液壓上設計有獨立于PLC的旁路控制回路，供緊急時自動啟動蓄能器備用油源，也可使卸載機構處于列車通過位置。 6. 電子皮帶秤控制 ? 電子皮帶秤啟停： 由PLC控制啟停，具有保護功能。 ? 數(shù)據采集： 電子皮帶秤的稱重量通過485信號傳輸給PLC,一節(jié)車皮取完后，PLC下達數(shù)據清零信號給電子皮帶秤，以備下次重新計量。 7. 牽引絞車控制 ? 啟?？刂疲? 牽引絞車（鐵牛）的啟停仍由前方裝煤人員控制。在啟?；芈分写胪Ｖ归_關，卸載取煤操作人員可以按下停止開關使列車停止。卸載機構的位置信號也串入啟?；芈贰．斠蛐遁d取煤系統(tǒng)原因，前方裝煤人員無法啟動列車時，卸載取煤系統(tǒng)會送出相應的指示信號。 ? 速度控制： 牽引絞車由45KW變頻調速器控制（可根據用戶裝機容量定），進而控制列車的運行速度。速度分三擋進行，正常卸載取煤速度為V，當需卸載取煤量為0～4000Kg時，列車速度降為V, 當需卸載取煤量超過4000Kg時，列車速度降為0.6V。 8. 液壓系統(tǒng)控制 ? 液壓系統(tǒng)的啟停： 液壓系統(tǒng)的啟停由PLC依據工藝要求進行控制。 ? 液壓系統(tǒng)的運行監(jiān)控： 為了使液壓系統(tǒng)安全可靠的運行，控制系統(tǒng)對其實行實時監(jiān)控，內容包括：工作壓力、液箱油位、液壓油溫、油污染、超壓保護等。 9. 轉運皮帶控制 ? 啟?？刂疲? 啟停由PLC依據工藝要求進行控制。驅動電機配有熱保護。 ? 跑偏控制： 左右配置4個跑偏開關，當皮帶極限跑偏時，信號傳輸?shù)絇LC,卸載取煤動作會自動停止，并報警。 10. 觸摸屏 ? 控制系統(tǒng)數(shù)據設定與顯示采用工業(yè)專用觸摸屏，可方便的設定運行數(shù)據，并實時監(jiān)控取煤運行數(shù)據，可以顯示故障報警信息。 4主要電氣設備選型及技術特點 4.1 主要設備選型及技術特點 自動計量卸載裝置電氣控制部分主要有以下幾個部分： 4.1.1 可編程控制器(PLC) 可編程控制器PLC為本套系統(tǒng)的控制核心，選用德國SIEMENS公司的成熟產品S7-300系列CPU 314可編程控制器。 主要完成以下幾種功能: 1. 按照工藝流程要求完成卸載取煤聯(lián)鎖動作,包括自動、手動、 故障三種方式的聯(lián)鎖功能。 2. 選用最適合的控制算法,控制刮板輸送機運行速度、耙裝盤入煤深度及轉速、牽引絞車速度等在不同工況的運行值。 3. 完成與軌道衡之間的數(shù)據交換、與電子皮帶秤之間的數(shù)據交換、與牽引絞車驅動系統(tǒng)的數(shù)據交換、與TP270觸摸屏之間的數(shù)據交換。 S7-300系列PLC的性能及特點： 1) 循環(huán)周期短、處理速度高、系統(tǒng)容錯能力強。 2) 指令及功能強大、可用于復雜功能。 3) 產品設計緊湊、可用于空降有限的場合。 4) 模塊化結構、適合緊密安裝。 5) 可在各種惡劣的環(huán)境條件下可靠的運行。 6) 結構緊湊,易于接線,用戶程序和預置數(shù)據保存在EEPROM中相當安全,指令執(zhí)行速度(布爾指令位0.2us) 7) 具有MPI、PROFIBUS等多種通訊方式，可與多種設備通訊。 4.1.2 觸摸屏TP270 系統(tǒng)人機界面采用德國SIEMENS公司TP270 10英寸彩色觸摸屏，可十分方便的設置參數(shù)和顯示數(shù)據。 TP270 觸摸屏特點： 1) 功能強大，性能卓越，價格低廉，可顯示各種過程控制和監(jiān)視。 2) 堅固耐用、穩(wěn)定可靠、使用簡便，具有標準硬件/軟件接口，保證了極高的柔性度和透明度。 3) 彩色STN液晶顯示，640*480像素，256色。 4) 獨立內存卡，大容量數(shù)據存儲。 5) 具有MPI、PROFIBUS、以太網和USB等多種接口配置。 6) 適合所有的文本顯示和面板組態(tài)，使圖形達到所見即所得。 4.1.3 牽引絞車驅動變頻器 變頻器采用德國SIEMENS公司MICROMASTER 440系列，同樣具有使用方便、堅固耐用、通訊方便等特點。采用VVVF變頻調速控制，整個運轉過程中轉矩恒定，可以采用本地面板控制，外部開關量控制，外部模擬量控制以及網絡化通訊控制四種方式。 4.2 系統(tǒng)設計技術特點 自動計量卸載裝置控制部分設計上充分考慮控制系統(tǒng)的可靠性、先進性、可擴展性以及經濟性等方面，綜合如下： 1. 控制系統(tǒng)的先進性 作為工控領域國際公認的知名品牌，西門子公司享有盛譽，本裝置人機界面、PLC、變頻器等控制核心部件全部選用該公司的產品。同時選用了西門子公司的兩種網絡：MPI網絡和USS網絡。本裝置系統(tǒng)可以方便的接入工業(yè)現(xiàn)場總線網，納入整個工廠的管控一體化。 2. 完善的操作方式及故障處理手段 本裝置的參數(shù)設定靈活、方便。給出了各種故障報警提示。對于每節(jié)車皮的給定裝煤量和實際卸煤量，可以進行顯示、查詢以及打印。當發(fā)生故障時，允許操作人員手動操作系統(tǒng)，故障恢復后，可繼續(xù)使用自動裝煤。 現(xiàn)場設有急停開關，如果現(xiàn)場發(fā)生緊急情況，可以停止所有設備的動作，操作臺選擇開關設有零位檔，禁止所有的操作和動作，可以有效的避免在設備維護和檢修過程中的誤動作。 3. 精確、簡便的控制算法： 本裝置系統(tǒng)的關鍵性技術是如何在保證精度的同時，在有限的40～50秒鐘時間內，取出相應的數(shù)量的煤，太快精度不高，太慢無法完成作業(yè)。 本裝置系統(tǒng)采用實時調節(jié)耙裝盤入煤深度、刮板輸送機運行速度、牽引絞車速度的多變量預估計算法，保證每節(jié)車皮及時完成作業(yè)。 4. 裝置系統(tǒng)的可擴展性 西門子S7-300系統(tǒng)具有很大的擴展空間。既可以作為以太網的主站控制多臺現(xiàn)場傳感一執(zhí)行機構，也可以作為profibus—pp網的一個從站方便地納入管控一體化的網絡系統(tǒng)。 5. 裝置系統(tǒng)的安全性 系統(tǒng)充分考慮各關鍵部分的安全性，對于轉臂采用二重保護控制，其他部分設計也依據故障導向安全的原則設計。最大限度的保證系統(tǒng)安全。 6. 經濟性 西門子S7-300整個系統(tǒng)設計緊湊，性價比較高。再者采用了網絡化通訊模式，大大降低了線纜方面的成本，也減少了布線、維護方面的費用。 5主要部件的設計和選型 5.1 取料裝置的設計 5.1.1 刮板輸送機發(fā)展概況 5O年代廣泛使用SGD－Ⅱ型、SGB—Ⅱ型刮板輸送機，因不能橫向彎曲自移工作面推進后要大拆大卸重新安裝，占用時問長，勞動強度大，再加上強度不足，功率小，即使沿工作面分段放炮，仍不斷發(fā)生超載事故。在逐步挾用SGD－20型sGs－30型刮板輸送機之后，工作面的生產能力雖然有所提高，但仍不能彎曲自移，憑人力搬運十分笨重，而且輸送機與煤壁距離較遠，要人力攉煤。到了70年代，隨著采煤機的大量應用，出現(xiàn)了SC-W-40、SGW－44型可彎曲刮板輸送機，實現(xiàn)了不解體和不 停運分段自移，運輸能力提高到200 t／h。80年代以來，工作面運輸設備發(fā)展很陜，由于各種新型采煤機的出現(xiàn)，刮板輸送機已大為改觀，因采煤機要在輸送機上行走，不僅要求輸送機強度大，保證采煤機工作穩(wěn)定，且要與采煤機生產能力相匹配，促使刮板輸送機不斷向重型化發(fā)展。代表機型有SGW-I50和SGW－250型。 隨著大功率采煤機的出現(xiàn)，一些刮板輸送機的功率已達到400—500 kW，運輸能力達1000 t／h，已能適應工作面單產150萬t／a的生產規(guī)模。 目前煤礦用刮板輸送機的類型很多，按牽引鏈的結構形式分為雙邊鏈，雙中鏈和單鏈3種。 1. 雙邊鏈刮板輸送機： 雙邊鏈是目前國外使用得最廣泛的結構形式．與單鏈相比其優(yōu)點是預張力較低，能承受較大的張力，鏈條充滿上下溜槽兩邊的槽幫鏈道并可自行清掃鏈道積煤。缺點是：溜槽磨損較大，兩條鏈子受力不均，在鏈輪處易跳鏈，彎曲性能和斷鏈事故多等。其代表機型有國產SGW-250型．SGB764W／264型及英國ML-722型。 2. 雙中鏈刮板輸送機： 其特點是將兩條相同直徑的鏈條并列布置在溜槽中心，與雙邊鏈相比，這種結構形式的鏈子受力均勻，彎曲性能好，使用性能較好。其代表機型有國產SGz_730／320、SGZ一764／264型及西德MZI－600型等 3. 單鏈刮板輸送機： 其特點是結構簡單，事故少，受力均勻，運行平穩(wěn)，摩擦阻力小，餾槽利用率高和彎曲性能好．在輸送機上不易出現(xiàn)堵塞。缺點是預張力較大。其代表機型為國產SGWD--250及德國EⅪ--HB280型。 當然按照刮板鏈的構造及加工方式，按傳動方式及溜槽的布置方式也可以對刮板輸送機分類。目前，由西北煤機廠研制的SGZ-8B0／2×400型交叉傾4卸式(功率8OO kW、運輸能力l 500 t／h)的重型刮板輸送機已于1995年5月通過了工業(yè)性試驗。該機具有結構緊湊，占用空間小，有利于端頭支護、輸送和轉載機布置在同一平面上，轉載煤炭落差小。產生的煤粉少，輸送機卸載煤流與轉載機運輸煤流一致，輸送機回煤量步，底鏈阻力小，功率消耗少，輸送機與轉載機整體推移，有利于實現(xiàn)集中控制和管理等特點，代表著最先進的卸載方式。 5.1.2 發(fā)展趨勢 刮板輸送機的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)以下幾個特點： 1. 研制運輸能力2000—3500t／h，功率均為采煤機功率1．5倍的超重型刮板輸送機。 2. 中部槽采用整體鑄造和軋制，盡量減少螺栓聯(lián)接。 3. 為了減少空載功率消耗，中部槽采用封底結構，取消鏟、擋板的聯(lián)接螺栓，提高工作可靠性。 4. 為了避免端頭卸載發(fā)生大塊堵塞．重點發(fā)展交叉?zhèn)刃妒健? 5. 鏈條將普遍采用強化鏈或異形鏈，既有利于降低機身高度，增大裝煤量，又有足夠強度。同時．隨著鏈環(huán)強度的提高，單鏈重型刮板輸送機將得到很大發(fā)展。 6. 應增設軟起動系統(tǒng)，既能保證滿載起動，又能保證多電機同步調速和功率平衡。 7. 減速器采用行星齒輪傳動，其優(yōu)點是：體積小，效率高，承載能力大和卸載便等。 8. 應增設自動緊鏈和工況監(jiān)測顯示，傳輸及報警系統(tǒng)，為雙高工作面進一步擴大發(fā)展創(chuàng)造條件。 5.1.3 刮板輸送機的機構與作用 刮板輸送機是一種有撓性牽引機構的連續(xù)輸送機械。它由刮板、鏈輪、刮板鏈、溜槽、機頭部、機尾等部件組成。其中牽引構件是刮板鏈，承載裝置是溜槽。由于綜采刮板輸送機中的溜槽比較加工復雜，所以本系統(tǒng)的溜槽不采用綜采中的刮板結構而使用鋼板焊接而成。 5.1.4 刮板輸送機的型式選擇 本系統(tǒng)預緊力小，運輸時傾角大，因此采用邊雙鏈型式的刮板輸送機。這種刮板輸送機的刮板鏈位于刮板兩端鏈條和連結環(huán)在中部槽內起導向作用。其主要優(yōu)缺點是：預緊力小，功率消耗少但兩連受力不均。 5.1.5 機頭部及傳動裝置的設計與選型 1. 機頭架 機頭架是機頭部支撐安裝鏈輪組件、馬達、過濾槽等部件的框架式焊接構件，它由左側板、右側板和中板用較厚的鋼板焊接而成，右足夠的剛度和強度。 2. 傳動裝置及選型 本系統(tǒng)刮板輸送機的傳動裝置為液壓馬達。 刮板輸送機的輸送能力，按連續(xù)運行方式進行計算，其公式為 （5.1） 式中 F＝貨載最大橫斷面積，㎡ （如圖5.1） （5.2） （5.3） （5.4） ρ－貨載在溜槽中的動堆角，對原煤 ψ－貨載的裝滿系數(shù)，ψ＝0.65－0.9 γ－貨載的集中容量，t /，對原煤 v－刮板輸送機的鏈速，m / s，v＝0.95 m / s 取值： b = 510㎜ h = 157.5㎜ ρ = 0° ψ = 0.65 γ = 1.0 t / v = 0.95 m / s 計算結果： ＝163.5 t / h 圖5.1 中部槽物料斷面 刮板輸送機的運輸能力應應不得小于鏟斗的裝載能力即： （5.5） 鏟斗的裝載能力為： 即 ＝163.5 t / h > （5.6） 所以 刮板輸送機的運輸能力符合要求。 當給定輸送機生產能力時，驗算溜槽最大貨載斷面時，按下式計算 （㎡） （5.7） 式中 －輸送機對列車得相對速度 (m/s) （5.8） 式中號選取的原則是：當刮板鏈與列車的運動方向相反是取“＋”號，相同時取“－”號。 3. 鏈輪組件及鏈輪 驅動鏈輪的型式如圖5.2 本系統(tǒng)刮板鏈采用圓環(huán)鏈。 圓環(huán)鏈公稱直徑 = 18 節(jié) 距 = 64 圓環(huán)鏈最大外寬 = 60 以上刮板鏈的選擇按GB/T12718規(guī)定取用 鏈輪齒數(shù) = 5 鏈輪節(jié)距角 （5.9） 鏈輪節(jié)圓直徑 （5.10） 鏈輪外徑 （5.11） 圖5.2 驅動鏈輪的型式和尺寸 鏈輪立環(huán)立槽直徑 （5.12） 鏈輪立環(huán)立槽寬度 （5.13） 齒根圓弧半徑 （5.14） 鏈窩長度 L （5.15） 鏈窩平面圓弧半徑 值等于接連環(huán)圓弧部分的最大外圓半徑。圓心在連接環(huán)中心線上，此中心線平行鏈窩平面，距鏈輪中心的距離為 鏈窩中心至窩底平面的距離 （5.16） 值精確到0.5㎜ 短齒厚度 （5.17） 式中：A為鏈窩中心距 鏈窩中心距離 （A為參考值） （5.18） 齒形圓弧半徑 （5.19） 式中： 為參考值，圓弧半徑的中心在離鏈輪中心的直線上 立環(huán)槽圓弧半徑 （5.20） 短齒根部圓弧半徑 （5.21） 鏈窩間隙 限制 的最大值，能保證圓環(huán)鏈在鏈窩中得到足夠的支撐，也能保證連接環(huán)和刮板在鏈窩中有足夠的間隙。但在某些重載情況下，平鏈環(huán)的支撐面積有必要增加時，用戶和廠方商定，可以規(guī)定尺寸，而調整值。 帶入數(shù)值計算得： ＝36° ， ＝208㎜ ，＝244㎜ ＝129㎜ ， ＝25㎜ ，＝9㎜ L＝105㎜ ， ＝30㎜ ，＝86.5㎜ ＝60㎜ ， ＝87㎜ ，＝37㎜ ＝9㎜ ， ＝9㎜ 驅動鏈輪的技術要求： 1）驅動鏈輪的材料： 抗拉強度： 延伸率： 沖擊值： 鏈輪材料選用： 2）鏈輪須進行碉質處理．凋質硬度應達到HB260—320，鏈禽和齒形表而須進行淬火，淬火硬度應達到HRC45－55，淬火硬度層深度不低于3mm。 3）鏈輪齒面及鏈窩表面粗糙度不高于25。 5.1.6 機尾部 本系統(tǒng)刮板輸送機的功率較小，因此采用機頭傳動方式，機尾則采用光軸傳動。光軸在兩側開槽槽的寬和深與鏈輪相同。為減少刮板鏈對槽幫的磨損，在機尾假上槽兩側裝有壓板塊。由于不在機尾部緊鏈，機尾不設緊鏈裝置。 5.1.7 刮板鏈的設計與選擇 刮板鏈和刮板的連接如圖5.3所示 圖5.3 刮板與刮板鏈形狀與連接 采用邊雙鏈與Ⅱ型刮板連接，刮板和開口時連接環(huán)相連接。本系統(tǒng)采用圓環(huán)鏈。 1. 圓環(huán)鏈的型式和尺寸 表1 圓環(huán)鏈型式和尺寸（ GB/T12718-91） 成 品 鏈 直 徑 d 節(jié) 距 p 寬度 圓弧半徑 r 焊接處 單位長度 質量≈kg/m 最 大 直 徑 長度 公稱尺 寸 極限偏差 公稱尺 寸 極限偏差 最大內寬 b 最小內寬 a 公稱尺 寸 極限偏差 18 64 21 60 28 +2 0 19.5 13 6.6 2. 配對長度 在拉應力為的成品鏈上測量，任意兩條配對鏈的長度之差在2m以內，不得大于鏈條公稱長度的;2m以上應符合圖5.4和表2的規(guī)定 圖5.4 圓環(huán)鏈型式、尺寸與配對鏈條長度圖 a－鏈條型式和尺寸; b－單鏈型式和尺寸； c－配對鏈條長度圖 表2 圓環(huán)鏈配對鏈條長度（ GB/T12718-91） 圓 環(huán) 鏈 規(guī) 格 長 度 L1 長 度 L2 連環(huán)數(shù)n 公稱尺寸 極限偏差 公 稱 尺 寸 極限偏 差 測 量 次 數(shù) 大于 至 大于 至 18x64 31 79 1984 5056 +2 0 995 （15環(huán) ） 2～5 5～10 10～21 21～25 79 159 5056 10176 +3 0 159 319 10176 20416 +6 0 319 389 20416 24896 +8 0 3. 圓環(huán)鏈的技術要求 1）圓環(huán)鏈的鋼材性能（GB10560-89）： 牌號： 試樣毛坯尺寸： 15mm 熱處理： 淬火： 溫度： 880℃ 冷卻劑： 水 回火： 溫度： 370℃ 冷卻劑： 空氣 力學性能： 適用于鋼材直徑： 10～18mm 屈服點： ＝885 抗拉強度： ＝1080 伸長率： 10％ 冷彎試驗180°， d=彎心直徑， a＝鋼材直徑： d＝a（熱扎鋼） 2）圓環(huán)鏈的破斷負荷參數(shù)(GB/T12718-91) 圓環(huán)鏈規(guī)格： 18 x 64 mm B級： 試驗負荷： 260KN 最小破斷負荷： 320KN C級： 試驗負荷： 330KN 最小破斷負荷： 410KN D級： 試驗負荷： 410KN 最小破斷負荷： 510KN 3）疲勞試驗時的上限負荷、下限負荷和彎曲撓度值（GB12718-91） 圓環(huán)鏈規(guī)格： 18 x 64 mm B級： 下限： 25 KN 上限： 127 KN C級： 下限： 25 KN 上限： 168 KN D級： 下限： 25 KN 上限： 204 KN 最小撓度值： 14 mm 4. 刮板鏈的連接裝置 刮板鏈之間采用開口式連接環(huán)進行連接。開口式連接環(huán)適用于煤礦井下邊雙鏈刮板輸送機及轉載機，與礦用高強度圓環(huán)鏈，刮板相連接使用，其形狀如圖5.5所示。 圖5.5 開口式連接環(huán) 1－連接環(huán)； 2－螺栓； 3－彈簧墊圈； 4－螺母 連接環(huán)組件靜拉伸和疲勞性能（MT/T71-1997）: 規(guī)格： 18 x 64 mm 初始載荷： 13 KN 試驗負荷： B級： 232 KN C級： 300 KN 試驗負荷下最大伸長率： 2％ 最小破斷負荷： B級： 290 KN C級： 370 KN 破斷后永久伸長率： ≥8％ 脈動負荷范圍： 上限： 25 KN 下限： 127 KN 最小循環(huán)次數(shù)： B級： 25000 C級： 40000 連接環(huán)配合使用緊固件性能（MT/T71-1997）： 連接環(huán)規(guī)格： 18×64 mm 螺栓： 規(guī)格： M20 x 75 mm 性能等級： 10.9 螺母： 規(guī)格： M20 最小擰緊力矩： 400 N·m 彈簧墊圈: 規(guī)格： 20 mm 5.1.8 刮板的設計 刮板是刮板輸送機和刮板轉載機的重要部件，刮板不僅要求強度高、耐磨，而且要具有一定的韌性和抗腐蝕性，所以設計時要考慮的問題較多。 這里選用邊雙鏈刮板，邊雙鏈刮板適用于煤礦井下邊雙鏈刮板輸送機和邊雙鏈轉載機，其規(guī)格有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四種型式，如下圖5.6所示。其中Ⅰ、Ⅱ型刮板用于圓環(huán)鏈φ18×64mm以下非綜采小型刮板輸送機，Ⅲ、Ⅳ型刮板用于中型以上的刮板輸送機。制造邊雙鏈刮板常用的鋼號為27SiMn。 本系統(tǒng)選用Ⅱ型刮板。 我國刮板鏈分中單鏈、邊雙鏈、中雙鏈和準邊雙鏈4種型式，但無論哪一種型式，其刮板的設計都要考慮與鏈輪的配套關系、與溜槽的配套關系、與鏈環(huán)的配套關系及上、下刮板的配套關系，同時還要考慮結構的合理性(包括強度與重量、體積的關系)和制造的工藝性。 刮板還可分整體刮板和分體刮板2種。整體刮板是由刮板、橫梁(E形螺栓或u形螺栓)組成，其受力主要作