电缆拖移装置设计[毕业论文+CAD图纸]

机械设计毕业论文：电缆拖移装置设计含论文，CAD图纸

1 绪论

1.1概述

电缆拖移装置的作用是当采煤机沿工作面移动时，拖动采煤机的动力电缆和降尘用的水管，代替了人工盘电缆的繁重体力劳动。目前，大多数矿山都是采用绞车缠绕电缆，当采煤机前行时，绞车就同步地下放电缆；当采煤机后退采煤时，绞车就卷起电缆，使电缆与采煤机保持同步。

目前，采煤机的电缆拖移装置有两种类型：一种是采用链式电缆夹装置；另一种是不用链式电缆夹，而在工作面输送机侧板上设管理移动电缆的装置。大部分采煤机都采用链式电缆夹，少数的如与伽立克设备配套的采煤机，不用链式电缆夹装置。

链式电缆夹装置是将移动电缆和水管卡在链式电缆夹内，采煤机直接拖动链式电缆夹，从而带着电缆和水管跟随采煤机移动，这样，拖动电缆的拉力由链式电缆夹承受，电缆和水管不承受拉力，并且受到电缆夹的保护，可以防止被砸坏。当采煤机沿工作面牵引时，链式电缆夹在输送机侧边的电缆槽内移动。链式电缆夹一般选用高强度轻型材料，以减轻重量。

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.2.1目前的主要研究现状

目前，电缆拖移装置已经发展为一种具有广泛用途的配套装置，主要跟随采煤机，铲运机，掘进机，大型挖掘机等电力驱动机器工作。目前电缆拖移基本实现机械化，主要分为电机驱动+卷筒、液压驱动+卷筒和液压驱动+滑块式电缆车三种方式：

1)电机驱动+卷筒：

该电缆收放系统控制的核心是滑差离合器激磁电流的控制,而该系统的驱动电机在采煤机工作中始终正常运行,不受控制影响。激磁电流的控制与行走电机控制同步联动进行。

滑差离合器控制器主要提供收缆及放缆时的激磁电流,所选定的滑差离合器的等效阻抗约为75Ω ,根据最大及最小激磁电流(1. 2 A ,0. 6 A) 可计算出控制器的输出电压为45～ 90 V。控制器主要由主回路、给定回路及触发电路三部分组成,其系统原理如图2 所示,

主回路采用可控硅半波整流电路,由于激磁线圈是一个电感性负载,为使电流连续,则在激磁线圈前并联一个续流二极管。主回路用熔断器进行短路保护,同时用浪涌吸收器进行交流浪涌电压保护及用阻容吸收回路进行元件过电压保护。

给定电路:27 V 交流电压由变压器付边经DX4 桥式整流及π型滤波器滤波后,经稳压管加到给定电阻两端,由Rx1取出收缆给定电压,由Rx2取出放缆给定电压。

触发电路:采用单结晶体管触发电路,这种电路比较简单,可靠性高,调整容易,温度补偿性较好,温度影响小,移相范围宽。

电缆同步收放的实现：

采煤机前进时接通进行回路,此时前进中间继电器线圈得电吸合,前进接触器吸合,采煤机前进。前进继电器常开接点闭合,为滑差离合器提供电源,将滑差离合器内的放缆给定电压提供给触发回路,滑差离合器得到45 V 激磁电压,卷筒给予电缆约30 N 的防松张力,以避免放缆时电缆松卷和乱卷。

采煤机后退时接通后退继电器线圈回路,后退继电器吸合,采煤机后退。与此同时该常闭触点断开,电缆卷绕延时断电器失电并闭合,为离合器控制器提供电源,将滑差离合器内的收缆给定电压提供给触发回路,控制器提供滑差离合器90 V 激磁电压,滑差离合器工作,即实现后退同步收缆。

2）液压驱动+卷筒

液压电缆收放装置的原理如下图所示：

液压泵排出的工作油液经滤清后, 打开马达制动器, 驱动液压马达工作。液压泵采用变量泵是为了满足不同卷绕速率的需要。液压马达单方向逆时针旋转。当采煤机前进时, 电缆带动卷绕轮顺时针旋转, 此时液压马达输出扭矩是电缆前行的阻力；当采煤机后退时, 液压马达驱动卷绕轮卷绕电缆, 此时液压马达的输出转矩是卷绕电缆的动力。液压马达的输出转矩由电液比例压力阀调定, 并受电子自动控制系统控制。

3）液压绞车+滑块式电缆车（德国技术）

这种装置形式比较新颖，节省了空间，其基本组成为：

液压绞车，电缆车，钢丝绳，电缆。

基本原理：钢丝绳一段与绞车相连，另一端连接在电缆小车上；电缆一侧连在采煤机上，一端绕过电缆车内部的滑轮骨节在（a）端；当采煤机后退时，液压绞车通过缠绕钢丝绳，拉动电缆车后退；当采煤机前进时，通过电缆拉动电缆车前进，同时绞车给电缆一定的预紧力。

但这种装置只是有一个滑轮，工作效率低。可以这样解释：假设采煤机的工作范围是60m,则电缆车的运行范围就是采煤机运行范围的一半，即运行距离为30m,这样其将会占用一个很大的空间。

改进：可以在这个基础上增加滑轮，如四个滑轮，这样共缠绕4圈八股，运行距离为60m/8=7.5m,这样可以大大节约空间。

1.2.2目前存在的一些主要问题

1：电缆收放同步问题。无论是电机还是液压驱动，他它们的共同点就是动力装置是固定在一个地方，靠卷筒的缠绕来实现电缆的收放，不过由于在电缆的缠绕过程中，缠绕的半径越来越大，若缠绕转速一直保持不变的话，则卷筒的缠绕速度将会越来越大，使电缆的缠绕速度超过采煤机前进的速度，这时就会使电缆承受的应力增大，这种变化的应力往往会使电缆的使用寿命大打折扣，严重时造成电缆的拉断，给正常的煤矿开采带来了巨大的隐患。

2：液压站和卷筒的体积太大。缠绕时将上百米的电缆线绕在一个卷筒上，最后可使卷筒缠绕半径成倍增长，这样在设计时，就必须预留出很大的空间，这样卷筒架就很高，很宽，不过巷道的空间有限，并且还要保障行人的通行，所以这就成了有一个难题。

1.3主要研究方向及课题的提出

目前针对这些问题，过内外专家都在努力攻关，希望能找到一个比较优越的方案。目前主要有电子控制策略上的改进以及传动方案的改进。

1）        电控方案：这个方面还不够成熟，仅有少数人做过这方面的工作，即利用应力传感器在线实时监测电缆的拉应力，将数据实时传到PLC控制器，通过软件编程，实现卷筒缠绕速度自动调节大小，以适应采煤机的工作速度，从而达到电缆收放的同步。但这个存在应力监测不够精确，现场安装难度较大，并且煤矿工人技术水平较低，操作不了这种高级的技术，其开发以及技术推广还有很长的一段时间。

2）        传动方案：目前国内仍以前面介绍的卷筒式为主。中国矿业大学赵继云教授率先提出了以往复式运行的动力小车的进行缠绕电缆的方案，采用齿轮-销排+链传动的传动方案。可以说，这种方案是上面所述德国技术的改造，继承了滑轮组的高效率的优点，并且采用新型的动力小车往复运动，为巷道节省了空间，是一个很好的开发项目。

2 设计要求

2.1设计的背景

本项目是为峰峰矿务局开发的产品，且尚处于论证、设计阶段，还未有正式产品的生产。

由于峰峰矿务局集团采用的电缆拖移系统为缠绕绞车的方式，由于巷道空间有限，并且设备老化，最近老是发生事故，就在上次与徐总工程师前往邯郸与矿务局讨论方案时，发生事故，造成一人死亡，采煤机停产一天的恶性后果！所以现在急需一种新的产品，以保障工人的生命安全和煤炭的正常开采。

2.2总体设计要求

1尺寸限制：总体高度上限为1.4m;总体宽度不得超过1.5m;

2功能要求：满足采煤机在60m的工作面范围内运行，V=8m/min。

3设计参数：电缆40kg/m;电缆与地面的摩擦系数 =0.3;

3总体方案的确定

3.1拖移系统的总体传动方案

传动过程为：电机-链传动-行星减速器-链传动-销齿轮-销排。传动关系如下图所示：

3.2系统工作原理介绍：

车上有四个滑轮，滑轮随动力小车车可以移动；对面有四个滑轮，是固定位置的；滑轮之间绕有电缆，如下：

电缆一端固定在支架小车车架上，是不动的；左端四个滑轮随动力小车移动，通过改变滑轮组之间的中心距，从而实现电缆的收放。

3.3拖移系统的总体布局及实现

1）四个滑轮固定在动力小车上，如图：

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