毕业（设计）论文_防爆电缆收放机设计说明书.docVIP

1 绪论 1.1选题背景及研究意义 我国是煤炭生产和消费大国，煤炭资源约占整个能源结构的60%，占有非常重要的地位。为保障我国国民经济发展的需求，到2050年煤炭占一次能源的比重将达到50%左右。因此，在相当长时间内，煤炭资源将仍是我国能源消费的主体部分。2009年，我国煤炭产量为29.1亿吨，位居世界第一，但仍然呈现煤炭供应相对紧张的趋势，制约了国民经济的发展。这主要是受生产环节制约。矿用机械是否现代化，直接影响煤炭产量、劳动生产率以及煤矿经济效益。 随着煤矿引进了各种新型机械设备。加快了生产速度，提高了生产效率。目前在矿山的一些行走机械中，其动力设备大多采用电动机。在主机工作时，接在电动机上的电缆的收放要靠人工来完成，这不但影响整机的作业效率，并且电缆长期在复杂的地面（如井下水仓，掘进工作面等）上拖曳使之磨损加快，时间稍长极易发生漏电和断电，危及设备和人身安全等事故。为实现电缆收放机械化、自动化，提高设备的作业效率，保障工人的安全，减轻工人的劳动强度，开发理想的尾部电缆收放装置非常必要[1]。 所以，开发矿用防爆电缆卷筒，不但能解决煤矿行走机械的拖缆问题，减低工人的劳动强度，还能提高煤矿的生产率，为煤矿和生产企业带来经济效益。 1.2电缆卷筒的概述 电缆卷筒是各种大中型移动式生产设备的配套装置，它主要用来收、放主机的动力电缆和控制电缆，使电缆随主机同步变速移动，无论主机往返移动或变速移动，电缆卷筒都能保证电缆的收放张力恒定不变。这就是电缆卷筒的特殊工性能[2]。 1．排缆机构 2.双向螺纹轴 3.力矩电机 4.传动链 5.电缆卷筒 6.电缆 7.卷筒轴 图1-1 全电动卷缆系统原理图 1.3本课题在国内外的发展及研究现状 1.3.1电缆卷筒的发展 电缆卷筒按卷绕控制方式可分成4代产品： 1）配重式电缆卷筒 早期的电缆卷筒采用滑轮组，在电缆的一端用重锤式配重块，始终给电缆卷盘提供拉力[3]。当拉出电缆时，带动电缆卷筒旋转，从而带动与电缆卷筒同轴相联的钢丝绳卷筒转动，以提升重锤而储存势能。当卷筒卷取电缆时，重锤下降释放势能，在钢丝绳张力的作用下，带动与钢丝绳卷筒同轴相联的电缆卷筒转动，同步卷取电缆。 它的优点是结构简单，性能稳定可靠，安装维修方便，使用寿命长。 它的缺点是体积庞大，受行程限制，如果需要大行程则必须给其留出足够大的安装空间[4]。 图1-2 重锤式电缆卷筒 2）力矩电机式电缆卷筒 采用力矩电机提供动力的第2代电缆卷筒，省去了配重块的麻烦，简化了机械结构[3]。它利用具有长期堵转和自调速特性的力矩电机为动力，电机的输出转速随外负载的增加而自行降低，自动调整卷筒卷缆线速度与设备行走速度相同；放缆时，在电缆拉力作用下，克服堵转电机力矩同步放出电缆；停车断电时利用力矩电机的盘式制动器锁住电缆，保证电缆不滑落。 它的优点是电机始终通电，电控简单，可降低故障率，卷取电缆范围大，行程长。 它的缺点是放缆时，需要克服电机堵转力矩阻力，小电缆需要谨慎使用[4]。还有力矩电机在速度变化时无法提供恒定的力矩，且堵转运行时发热量大，在环境温度高的条件下，不适合长期运行[3]。 图1-3 力矩马达式电缆卷筒 3）磁滞式电缆卷筒 第3代电缆卷筒是常开电气有限公司开发的磁滞式电缆卷筒，它采用了磁性连轴器和多台电机同时运行的办法，克服了力矩不恒定的缺点。通过磁性块，使电机与卷盘之间的连接转矩近似恒定；同时通过磁性块间隙的调整，可以使电机工作在额定功率范围内，避免电机由于堵转或过载而损坏[3]。 它的优点是结构紧凑、安装维修方便，可根据实际工况要求调节输出力矩且具有良好的自制动功能，不需要安装制动器，电缆卷筒运行可靠。它的控制系统简单，可与设备的正反车控制系统联动，只要设备运行，卷筒电机即工作，相序不变。电缆卷筒工作中，磁滞联轴器能依据主机设备的运行速度自行调节转速，使电缆卷筒收放电缆的线速度与主机设备的运行速度保持同步状态。 它的缺点是在电缆容量大、主机安装高度高的情况下，为了降低转子温升，提高转子使用寿命，需要采用多头小转矩的设计理念，相对价格较高[4]。 图1-4 磁滞式电缆卷筒 4）变频式电缆卷筒 随着机械设备需要行走的距离更远，以致卷盘的内层到外层的卷绕半径相差3倍甚至更大，它的恒定力矩输出对电缆提出了更高的抗拉力要求。因为在满足外层电缆卷取力要求的条件下，由于磁性连轴器的卷绕力矩近似恒定，因此内层电缆要承受的张力会比外层大 3倍以上，对于内嵌光纤的高压电缆或承载张力小的电缆，容易造成损坏。采用变频控制方式的电缆卷筒能保持电缆张力的恒定，这就是最近问世的第4代产品——变频式电缆卷筒[3]。 变频电机为B5安装结构，与减速机输入端直联，减速机输出轴一端与电缆卷盘通过键联接，另一端与集电箱中的电滑环联接