自动排绳液压绞车装置的设计.pdf

第6 期 总第 1 3 0 期 No ． 6 S UM No ． 1 3 0 机 械 管 理 开 发 MEC HANI C AL MANAGEMENT AND DE VEL OP ME NT 2 叭 2年 l 2月 De c ． 2 0l 2 自动排绳液压绞车装置的设计 庞 晓旭 ， 寇子 明 太原理工大学机械工程学院矿山机电液研究 中心 ， 山西省矿 山流体控制l丁程技术研究中心 ， 山西太原0 3 0 0 2 4 摘要 介绍了一种集牵引、 制动和排绳机构于一体的液压绞车， 绞车的速度可以实时的根据载荷的变化而进行调 整， 且绞车的速度和排绳的速度也可以用液压控制系统进行实时的协调， 从而保证绞车在牵引过程中避免乱绳、 咬 绳和断绳的情况， 提高煤矿的安全生产效率。 关键词 液压绞车 ； 排绳机构 速度协 同 中图分 类号 T D5 3 4 ． 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 3 7 7 3 X 2 0 1 2 0 6 0 0 1 2 0 3 0引 言 绞车是煤矿辅助运输的重要设备之一 ， 其运行效 率的高低对煤矿的高效率生产有很重要的作用。而在 煤矿井下的巷道起伏变化不定， 且有的巷道具有0 。 ～ 2 5。 的坡度 ， 这就给绞车的牵引运输带来 了很大的挑 战。巷道地面的起伏变化和巷道坡度 的存在会引起载 荷 的变化 ， 从而使钢丝绳所承受 的载荷也随之发生变 化 ， 这就很可能造成钢丝绳松紧冲击 ， 进而造成钢丝绳 的乱绳 、 咬绳 ， 甚至断绳 ， 从而引起伤亡事故 。 目前大多绞车都采用电机和减速器进行驱动， 但 是该种绞车不具有排绳机构。虽然可以根据载荷的变 化采用变频器进行调速 ， 但是由于其采用较多的纯机 械传动， 其反映时间较长， 不能很好地解决绞车速度的 调整。有排绳机构的绞车其排绳和夹绳的装置主要是 光杆排绳器 。需要专 门配备 电机带动光杆旋转， 排绳 器在光杆上左右移动完成排绳工作。但其原理决定 了 机构造价较高， 同时排绳是通过摩擦来实现， 容易出现 打滑 ， 导致排绳不均匀现象 ， 一般不用于排绳力很大的 场合” 1 。 通过检索国内外排绳绞车的研究状况可知 ， 研究 具有排绳 、 压绳 、 自动刹车及制动功能 ， 适用于平巷和 斜坡在0 。 一 2 5。 的各类斜巷、 起伏变化频繁的掘进工 作巷道的自动排绳液压绞车在国内外尚属空白 1。 1 自动排绳液压绞车装置 1 一 液压绞车； 2 - 液压排绳器； 3 一 液压绞车泵 ； 4 一 双伸 出轴电机 ； 5 - 液压排绳器泵 图 1 自动排绳液压绞车 该液压绞 车装置集牵 引 、 制 、 动和排绳机构于一 体 ， 绞车 的速度可 以实时地根据载荷的变化而进行调 整 ， 且绞 车的速度和排绳的速度也可以用液压控制系 统进行实时的协调 ， 从而保证绞车在牵引过程 中避免 乱绳 、 咬绳和断绳的情况 ， 提高 了煤矿 的安全生产 效 率。其组成示意图 ， 如图 1 所示。 图 2 表示 了 自动排绳液压绞 车的液压控制原 理 图。该液压控制系统 由绞车速度控制部分和排绳速度 控制部分组成。 1 一 电机 ； 2 - 溢流 ； 3 - 手动换向阀 ； 4 一 梭阀 ； 5 一 平衡 阎； 6 - 绞车马达 ； 7 一 绞车； 8 - 制动机构； 9 一 排绳油缸； t 0 一 节流阀 图 2 液压原理 图 1 ． 1 液压绞车速度控制部分 绞车调速时 ， 通常要求响应速度快和速度精度 高 ， 另外考虑到泵控马达为容积调速 ， 比阀控马达的节 流调速具有更高的效率 ， 因此 本项 目中绞车速度控制 部分采用泵控马达。 液压绞车速度控制部分液压系统 由变量泵 、 手动 换向阀 、 梭阀及平衡 阀组成 。梭阀的作用是在绞车T 作时保证高压油时刻进入制动油缸中， 保持油缸处于 松闸状态。平衡阀的作用是保证绞车在下放重物时， 产生一定的背压， 防止因负载自重而导致绞车过快下 放 ， 产生一定的安全风险p 。 考 虑到绞车要求较好 的低速稳定性 、 较大的输 出 扭矩和转速均匀 ， 同时绞车大多运行在低速大扭矩 的 收稿 日期 2 0 1 2 0 6 0 1 基 金项 目太原市科技局大学生创新专项 1 1 0 1 4 8 0 5 3 作者简介 ／ L 1 9 8 3 一 ， 男， 河南叶县人 ， 在读博 士研 究生， 研 究方 向 机 电液一体化。E - ma i l p x x 8 3 0 8 1 6 3 ． t o m 1 2 第6 期 总第1 3 0 期 庞晓旭， 等 自动排绳液压绞车装置的设计 2 0 1 2 年 1 2月 场合 ， 绞车马达采用的是径 向柱塞马达 。 该液压控制系统可以实时跟踪负载的变化 ， 当负 载变化导致压力上升时， 马达速度下降 ， 当负载变化导 致压力下降时， 马达速度上升。 1 ． 2 液 压 绞车排 绳速 度控 制部 分 自动排绳 的基本原理就是能够根据绞车收放钢 丝绳时满足连续调节收放速度的需要 ， 自动调整排绳 机构 的水平运动 ， 使 排绳机构水平方 向的行走位移能 够 动态跟踪绞车滚筒 的转动位移 。实际上就是滚筒 每转 过一圈 ， 收放一圈的钢丝绳 ， 排绳机构就要相应 地水平移动一个钢丝绳直径大小的位移 ， 保证钢丝绳 能整齐地排列在绞车滚筒上。 液压绞车 自动排绳装置的设计原则为 1 排绳机 构的水平运动要准确并快速地跟踪容绳滚筒的收放动 作 ； 2 排绳机构能够可靠换 向。 排绳速度控制部分由 换 向阀 、 溢流 阀及排绳油 缸组 成 。绞 车工作时 ， 压 力 油驱动油 缸动作 ， 油缸 带动机械连接装置在导轨 上运 动 ， 从而带 动钢丝绳 按 照一定 的速 比动作 ， 实 现钢丝绳的均匀收放 ， 图 3 为液压排绳器。 l 一 排绳机构 ； 2 - 排绳油缸 图3液压 排绳装置 该部分液压系统具有 以下优 点 1 排绳油缸的 推 拉 力及工作速度可以按需要调整 ， 安全节能 ； 2 具有过载保护功能 当由于负载变大超过设定值或者 外界某 种因素导致 压力过大 ， 安全阀将迅速而准确地 溢流 ， 从 而实现过载保护 ； 3 自锁功能 本液控系统 中设计 了压力 自锁机构 ， 电机停止 ， 活塞杆立即停止在 一 定 的位置上 ， 确保钢丝绳整齐的排列在一起。 2 选型计算及速度协 同性计算 设液压绞车总排量为 2 3 3 7 ． 5 mL ／ r ， 容绳量 4 0 0 m， 绞车滚筒 直径 为 4 0 0 m m， 钢丝绳直径 1 5 m m， 公转速 度0 ～ 5 0 m ／ mi n ， 行星减速器型号 C 3 D 一 5 ． 5 。 2 ． 1 液压马达的选型计算 由绞车的总排量及行星减速器 的传动 比， 可得 ， 所 需 的液压 马达的排量为 Q 4 2 5 mL ／ r ， 则选择液压马 达为 I N M2 4 2 0 D 5 1 。 2 ． 2 液压泵选型及油缸尺寸的计算 根据参数 x 1 5 0 0 N， 行程 S 5 0 0 mm， 初选压力 为 3 MP a 。 1 油缸尺寸计算 。根据 系统特点选用单活塞双 作用液压缸 ， 当无杆腔工作时， 取 3 MP a ， P 2 0 ； A ， 竹 D ／ 4 F ／ 77 ， 带人数值得 2 7 ． 8 m m， 取 3 0mm 由于活塞杆受压 ， 所以取 0 ． 4 4 mm， 则活塞杆直 径 d 3 0 0 ． 4 4 1 3 ． 2 mm， 取 出 1 5 m m。 2 油缸所需流量计算。油缸最大流量为 Q m V m x 3 ． 1 4 0 ． 0 3 x O ． 0 1 1 ． 7 L ／ mi n ． 3 排绳油泵的选型。由于液压泵允许转速为 3 5 ～ 1 4 0 0 r ／ m i n ， 允许最高工作油压为2 0 M P a ， 其排量为4 0 mL ／ r ， 故选择 C B B 2 0 “ 啮合齿轮泵。 4 绞车变量泵的选型 。由绞车的总排量及转速 可得泵 的理论排量为6 2 ． 3 mL ／ r 。 则选择 C Y S 1 4 1 B的轴 向柱塞泵 ， 该泵可 以手动进行变量 。根据泵功率计算 公式可得所需电机功率为 3 0 k W。 2 ． 3 液压绞车和排绳的速度协同性计算 由绞车的公转最高速度及绞车滚筒直径 ， 根据 n - v ／ 2 7 r r 可得绞车的转速为n - 4 0 r ／ mi n 。根据 n d 绳 得 排 0 ． 0 1 5／7 ， 即 } 0 ． 6 m ／ mi n 。 当绞 车处 于最大转速时 ， 油缸 的排绳速度 为 0 ． 6 m ／ rai n 。此时绞车速度和排绳速度可 以较好地协同进 行 ， 不至于 由于绞车及排绳速度不协同而导致 出现钢 丝绳乱绳现象 ， 甚至进一步发生事故。 因此本系统 中绞车滚筒的跟踪关 系是 ， 在单位时 间 内 ， 绞 车滚 筒每 转一 转 ， 排 绳油 缸就要 相应 地 走 0 ． 0 1 5／7 m 。这样 ， 才能保证排绳油缸 的水平运动配 合绞车滚筒的转动 ， 使得钢丝绳整齐地排列在绞车滚 筒上 。 绞车工作时 ， 一 旦 V 排0 ． 0 1 5 n ， 则 表示排绳机构 的位置超前于滚筒上最外圈钢丝绳的位置 ， 排绳油缸 水平移动速度过快 。因此 ， 调节节流阀使排绳油缸的 行走速度降下来 ， 使得排绳油缸的水平运动重新和滚 筒的转动相配合。 同样 ， 当 V 排0 ． 0 1 5／ 7 ， 表 明排绳油缸落后于滚筒 的转动， 调节节流阀使排绳油缸的行走速度快速上升， 重新使排绳油缸的水平运动和滚筒的转动相配合 。 3结束语 该装置集牵引、 制动和排绳机构于一体， 绞车速度 和排绳速度可以实时调整 ， 且采用液压控制系统 ， 避免 了电机进行驱动控制反映时间长 的缺陷。传动平稳 、 运转灵 活。手动控制绞车和排绳器， 可实时调整绞 车 和排绳器速度， 以适应不同运行工况下的负载变化。 参考文献 [ 1 】 吴娟 ， 程 仰瑞 ， 寇子 明． 液压排绳装 置的设计[ J J ． 煤矿机械 ， 2 o o 3 7 1 2 ． 【 2 ] 李军霞 ， 寇子明． 调度绞车自动排绳装置的研究【 J J ． 煤矿机 械 ， 2 o o 4 4 3 0 3 1 ． [ 3 】 徐伟． 防爆变频 自动排绳系统研究【 D ] ． 太原 太原理工大学 论文集 ， 2 0 0 6 2 0 2 3 ． 下转第 l 5 页 ． 1 3 第6 期 总第 1 3 0 期 刘 矗 超声波加工参数的实验研究 2 0 1 2 年1 2 月 2 各／ m- r 参数对材料去除率的影响 为 了获得磨料粒度 、 静载荷参数对工艺指标 材料 去除量 变化趋势 的影响 ， 进行 了如下实验 加工材料 为玻璃 ， 加工时间两分钟 ， 每隔3 0 S 加一次磨料 ， 屏极 电流 1 8 0 m A， 磨料浓度 5 0 ％， 见表 3 。 表 3 实验安排表 a 磨料粒度 7 0 实验号 l 2 3 4 5 6 静载荷， N 2 0 3 0 3 5 4 0 4 5 5 5 材料初始质量倌 3 5 ． 8 3 6 3 5 ． 8 6 1 3 4 ． 3 8 5 4 1 ． 2 5 9 3 9 ． 4 6 4 3 8 ． 5 3 2 材料加工后质量／ g 3 5 ． 8 3 1 3 5 ． 8 4 2 3 4 - 3 3 l 4 1 ． 2 1 4 3 9 ． 4 1 1 3 8 ．4 7 9 材料去除量／ rag 5 1 9 5 4 4 5 5 3 5 3 b 磨料粒度 1 2 0 实验号 7 8 9 1 0 l l 1 2 静载荷 2 0 3 0 3 5 4 0 4 5 5 5 材料初始质量／ g 2 9 ． 1 6 8 3 5 ． 3 7 4 4 0 - 2 6 4 3 3 ．0 5 2 2 5 ．0 4 0 4 3 ．0 5 8 材料 加工后质量儋 2 9 ． 1 5 l 3 5 - 3 o 6 4 0 ． 2 0 6 3 2 ．9 6 8 2 4 ．9 5 2 4 2 ．9 8 4 材料去除量／ n a g l 7 6 8 5 8 8 4 8 8 7 4 C 磨料粒度 5 0 0 实验 号 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 l 8 静 载荷 ／ N 2 0 3 0 3 5 4 0 4 5 5 5 材料初 始质量 2 9 ．6 8 9 2 8 ．5 1 2 2 6 ． 0 0 0 2 5 ． 1 8 9 2 5 ． 0 8 6 3 9 ．0 6 0 材料加 工后 质量儋 2 9 ．6 8 6 2 8 ．4 8 0 2 5 ． 9 6 7 2 5 ． 1 4 1 2 5 ． O 5 l 3 9 ． 0 3 2 材料 去除量／ n a g 3 3 2 3 3 4 8 3 5 2 8 从图 3 我们可 以看 出 1 随着静载荷的增加 ， 三种 磨粒对 材料 的去 除量 都在增 加 ； 2 在 同一静载荷 下 1 2 0 磨粒去除量最大 ， 静载荷约小于3 5 N时， 7 0{ 6 } 和 5 0 0 磨粒去除量基本相 当； 静载荷大 于3 5 N时 ， 7 0 磨粒 去除量 明显高于 5 0 0磨粒 ； 3 1 2 0磨粒约在 4 5 N时去 除量最大 ， 静 载荷继续增 大去除量反 而减 小 。7 0 磨粒约在 5 0 N时去除量达到最大 ， 静载荷继 续增大去除量基本不变。5 0 0 磨粒约在4 0 N时去除 量最大 ， 静载荷继续增加去除量反而减小。 l O O b 0 9 O 目 8 O 1 0 O 0 l O 2 0 3 O 4 0 5 0 6 O 静 载 荷／ N 图 3 材料去除量趋势 3结论 本文对最优加工参数进行 了正交实验设计 ， 得 出 磨粒粒度为 1 2 0， 静载荷为 4 5 N时 ， 加工效率最 高 ， 并对不同的磨料粒度 、 静载荷对材料去除量变化趋势 的影响进行 了实验研究 ， 得出随着静载荷 的增大材料 去除量也增加 ， 但静载荷达到一定数值后继续增加 ， 材 料去除量反而减少 。总之 ， 正交实验可确定出各种材 料的最优超声波加工参数。 参考文献 [ 1 】 张勤河， 张建华 ， 贾志新， 等． 工程陶瓷材料的加工方法[ J ] ． 机 械工程师 ， 1 9 9 7 4 5 3 5 4 ． 【 2 】 霍孟友， 艾兴， 张建华． 超硬材料研究和展望[ J ] ．机械工艺师， 1 9 9 8 1 2 3 1 - 3 2 ． 【 3 ] 轧刚 ， 秦华伟 ， 许永壶， 等． 旋转超声波加工的试验研究[ J ] ． 航空制造技术， 2 0 0 0 6 1 0 1 3 ． 【 4 】 陈桂生．超声换能器设计[ M】 ．北京 海洋出版社， 1 9 8 4 ． Ex pe r i m e nt a l St udy o f Ul t r a s o ni c M a c hi ni ng Pa r a m e t e r s LI U Ya o E n g i n e e r i n g C o l l e g e o f S h a n x i U n i v e r s i t y ， T a i y u a n 0 3 0 0 1 3 ， C h i n a Abs t r a c t Ul t r a s o ni c ma c h i n i n g ha s be e n pr o v e d t o b e a n e f f ec t i v e wa y o f ma c hi ni n g ha r d a nd br i t t l e ma t e ria l s s uc h a s c e r a mi c s ，di a mo n d， a n d s e mi c o n d u c t o r ． B u t t h e ma c h i n i n g e ffic i e n c y i s S O l o w t h a t l i mi t s i t s w i d e a p p l i c a t i o n ． Ac c o r d i n g t o t h e ma t e r i a l r e mo v a l r a t e mo d e l o f u l - t r a s on i c ma c hi ni ng ， t h e r e f o r e ，we s t ud y t he ul t r a s o ni c ma c hi n i n g p a r a me t e r s o f t he a br a s i v e pa r t i c l e s ， s t a t i c l oa d，e t e． a n d c o n fir m t h e i mp a c t o f v a r i o u s pa r a me t e r s o n ma t er i a l r e mo v a l r a t e ． Ke y wo r d s u l t r a s o n i c ma c h i n i n g ； a b r a s i v e ； s t a t i c l o a d ； ma c h i n i n g e ffic i e n c y S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S E ．S S S ￡ E ． 艇 E ． 曼 ． E 上 接 第 1 3 页 The De s i g n 0 f Aut 0 一a l i g ni ng S t e e l Ro pe Hy dr a ul i c W i nc h De v i c e PANG Xi a oX U． KOU Zi mi ng T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o s y Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g Mi n i n g H y d r o m e c h a t r o n i c s o f R e s e a r c h C e n t e r ， S h a n x i Mi n e F l u i d C o t r o l E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y R e s e a r c h C e n t e r ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t r o d u c e a k i n d o f h y d r a u l i c wi n c h wh i c h i s a c o mp o s i t e s y s t e m c o mp o s e d o f p u l l i n g ， b r a k i n g a n d a l i g n i n g s t e e l r o p e． T h e s p e e d o f t h e w i n c h c a n a d j u s t t h e c h a n g e o f l o a d r e a l t i me ， a n d t h e s p e e d o f t h e w i n c h a n d t h e a l i g n i n g s t e e l r o p e c a n b e c o n t r o l l e d b y t h e h y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m f o r r e al t i me c o o r d i n a t i o n ， w h i c h c a n s o l v e t h e p r o b l e m o f t h e r o p e a r r a n g i n g i rre g u l a r l y ， d i s o r d e r e d ， g r i p p e d a n d r e t a i n e d a n d S O o n ， a n d i t c a n i mp r o v e t h e s a f e t y p r o d u c t i o n e ffi c i e n c y i n t h e c o a 1 ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c wi n c h ； a l i g n i n g s t e e l r o p e d e v i c e ； s p e e d s y n e r g y 1 5