吨悬挂提升机及传感器.docx
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吨悬挂提升机及传感器
目录II
摘要III
ABSTRACT1第一章绪论1
1.1本文主要内容1
第2章总体方案设计2
2.1总体方案设计2
第三章传感器设计3
3.1传感器设计3
11
第四章传感器安装设计
4.1设计方案11
4.2油缸设计11
4.3板件设计17
4.4支承块设计23
4.5叉件设计26
4.6销轴设计28
4.7调整垫块40结束语41致谢42参考文献43
摘要
提升机是广泛应用于工矿企业的重要设备，它利用6根钢丝绳携带2个箕斗上下往复运动进行工作。
在我国某些煤质含水较多的矿井，箕斗尚不能做到完全的卸载，箕斗由于煤的粘附而不能卸载干净。
这一方面降低了运输效率，另一方面又会导致下次装载时又严重超载。
矿井提升机的实际生产现场，往往由于人为操作或者卸不净或者是重复装载或者其它的某种原因造成箕斗超载，无论何种原因导致箕斗超载，都是提升机安全的严重威胁。
本次设计正是基于此而进行的。
它可用于各种类型的矿井提升机。
使用这种装置可以有效防止提升机在运输过程中箕斗的严重超载和卸载不完全，消除了提升机事故的直接隐患，从而大大提高了提升机的可靠性，减少事故，防止人员伤亡，并且大大提高提升机的运输效率。
关键词：
重要设备运输效率严重威胁直接隐患应用环境
ABSTRACT
Liftingmachineapplyimportantapparatusofindustrialandminingenterprisestoextensively,itutilize6steelwireropecarry2dustpanfightupperandlowerreciprocatingmotiongoon,work.Inthemoisturemoreminesofsomenatureofcoalofourcountry,stillcan'taccomplishcompleteunloadingwhilefightingwithdustpan,thedustpancan'tbeunloadedcleanbecauseoftheseizingofcoalwhilefighting.Thisreducetransportationefficiencyononehand,cancause,alsooverloadseriouslyload,nexttimeontheotherhand.Mineactualproductionsceneofliftingmachine,becausemanualoperationorunloadnetlyorrepeatacertainreasonloadingorothersleadtothefactthedustpantofightandoverloadoften,nomatterwhichkindofreasonleadtothefactdustpanfight,overload,liftingmachineseriousthreatofsecurityall.Thisdesigncarriesononthebasisofthis.
Itcanbeusedinallkindsofmineliftingmachines.Usethedevicecanpreventfromliftingmachinewhomdustpanfightoverloadandunloadincompletelyseriouslyinthecourseoftransportingeffectively,havedispelledthedirecthiddendangeroftheaccidentoftheliftingmachine,thusimprovedthedependabilityoftheliftingmachinegreatly,reducetheaccident,preventcasualties,andimprovethetransportationefficiencyoftheliftingmachinegreatly.Keyword:
ImportantapparatusTransportationefficiencyThreatenseriouslyDirecthiddendangerEmploythering
第一章绪论
1.1本文主要内容
在毕业设计期间，本人主要完成的内容有：
1、测量总体方案设计。
2、应变式传感器的设计。
包括传感器量程设计选择、弹性敏感元件设计及其校核、应变片选择计算、电路设计、各种误差分析及其补偿、性能指标标准化、传感器结构设计以及传感器动态性能分析。
3、联接装置的设计校核。
包括液压动平衡系统的设计，各种联接板件，叉件，销轴的设计及其校核，紧固件＜联接块，挡板）设计校核，传感器的安装。
第二章总体方案设计
2.1总体方案设计
提升机钢丝绳张力检测系统由三大部分组成。
一部分是固定在箕斗上的随着箕斗在井筒中上下往复运动的前端无线采集收发系统，上下箕斗各一套，称为采集发射系统，它包括传感器、放大滤波电路、单片机数据采集系统、电源管理系统及无线收发电路；另一部分则是分别位于井筒中装、卸载点处的进行采集控制和对采集发射系统发送的数据进行接收的无线收发控制系统，称为接收控制系统，它包括无线收发电路、采集控制系统及与上位机的传输接口电路；第三部分是位于提升机房控制室中的对数据进行校验、报警的工控机及专用控制软件，称为上位机数据处理系统，它主要包含一个专门设计的对数据进行校验、处理、显示和简单控制及报警的软件。
系统工作流程是：
各子系统复位后，采集发射系统处于接收待命状态；接收控制系统则等待外部中断信号和上位机信号的到来。
当采集信号到来＜提升机减速信号或上位机
采集命令）后，它便开始给采集发射系统发送采集命令，采集发射系统收到命令后开始采集、发送并等待回应，当接收到校验无误信号后开始下次采集。
接收控制系统的无线接收电路直接将数据通过串口发送给上位机，上位机收到数据后负责校验等处理，出现错误时通过接收控制系统给采集发射系统发送“重发”命令，否则回复校验无误命令。
接收控制系统在外部“打点”信号触发中断后延时约40s左右发送采集结束命令。
采集发射系统在收到采集结束命令后停止采集、发送，重新回到待命状态，直到下个采集开
始命令的到来。
第三章传感器设计
3.1传感器设计
3.1.1量程设计
针对任务书上某矿所给的技术参数，传感器量程设计如下:
1）钢丝绳最大张力的确定
已知相关数据：
箕斗自重丨=17.811,主绳丨=18.28,
尾绳=17.68,额定载荷」=16
表1-1提升各阶段运动参数
运行阶
段
初加速
等速
主加速
等速
减速
爬行
运行时
间（s>
2.8
16.6
10.6
67.5
11
45.3
终速度
0.32
0.32
7.45
7.45
0.40
0.40
加速度
回
0.11
0
0.67
0
-0.64
0
运行距
离（m>
0.47
5.32
41.34
502.88
43.24
18.12
由表可得，最大加速度为一=0.67—
由牛顿第二定律及尾绳平衡原理得：
钢丝绳张力最大的位置即传感器承受载荷最大的位置有可能出现在以下两个位置中的一个，加速度最大时和提升最高处卸载前。
加速度最大时：
由牛顿第二定律得，钢丝绳张力为：
最高点卸载前:
W,故在最高点卸载前钢丝绳张力最大，为52t,四根主绳，贝U每根主绳的张力
纟勺为14t
2）传感器量程选择
每根钢丝绳额定载荷为14t,取最大过载量为150%,则最大量程丨为:
故取传感器的量程为20t，最大过载量为150%。
3.1.2弹性体设计
弹性敏感元件应用于传感器中的作用，通常是将输入到弹性元件的外部作用力或压力，转换成为位移（线位移或者角位移＞或者应变（应力＞，也就是说，弹性敏感元件起到了力或者压力的变换作用，可变换为位移或者应变，因而弹性敏感元件的变幻作用可分为”力--应
变”，和”力一位移”的变换，在本设计中需要用到”力--应变”
1＞形态选择
在力的测量中，弹性敏感元件的形式可以是实心或者空心圆柱，的到了广泛的应用，它的主要优点是加工制造方便，很容易得到高精度的几何尺寸及光洁的加工表面。
这两种形式的弹性体可以承受较大的负荷，受力简图如下：
实心圆柱＞（空心圆柱＞
＜图2-4非平衡电桥）
在弹性范围内，应力与应变称正比关系
即：
_K[
式中：
F----作用在弹性元件是的集中力。
S----截面积。
由上式可知，若想提高变换灵敏度，必须减小横截面积S,但横截面积S的减小会使其
抗弯能力减弱，对横向干扰力敏感，为了解决这个矛盾，在集中力测量事多采用空心圆筒，空心圆筒在同样的横截面积情况下，横向刚度大，横向稳定性好，所以弹性敏感元件采用空心圆柱式。
2＞材料选择
根据设计要求及弹性敏感元件自身的性能要求，对材料选择应满足以下几个方面：
弹性滞后和弹性后效较小；弹性模量的温度系数要小；线膨胀系数要小并且要稳
定；由良好的机械加工和热处理性能；弹性极限和强度极限要高；T具有良好的抗
腐蚀性，高的绝缘性。
目前，国内外选用的弹性敏感元件材料种类繁多，但主要使用的是结构合金钢，我国通常使用合金钢，亦有使用碳钢，铜合金的，其中35CrMnSiA，40Cr是常用材料，尤其是35CrMnSiA，它弹性好，强度高，弹性滞后和蠕变小，抗磁性腐蚀性好，并且机械加工性能好，可用制作承受交变载荷的重要弹性敏感元件，也适用于制作高精度的弹性敏感元件，适合本设计要求。
3＞强度校核
压杆稳定性校核：
弹性敏感元件柔度为：
□
其中日为柔度，削为等截面立柱的长/“度系数,
由右图简化图得曲=2/
凶为立柱截面的最小惯性半径.
对横截面积为圆环的柱体:
/////7图—端固定一端校支压杆受力示意图
4/32
图旷6圆环惯性半径
查表得合金钢的挠度极限
因为丨
所以压杆稳定性校核按强度校核计算。
强度校核：
弹性敏感元件最大应力丨，许用应力卜JI
K为安全系数，取K=3，
对弹性敏感元件35CrMnSiA，查表得匚I=1620i
故亠，符合强度要求
3.1.4传感器结构设计
1）总体设计方案
空心圆柱式传感器的结构简单，本设计传感器由弹性体，承压头，抗弯膜片，应变片，补偿电阻及电阻板，导线，航空插头，壳体构成。
弹性体和应变片是传感器的核心部件。
结构设计中最重要的部分是解决使弹性体受压均衡，并消除侧向力对弹性体变形的影响。
以及恶劣工况下传感器的密封问题。
本设计采用球形头承压头安放在弹性体的上部，球形头部和连接装置上的承压块成球面接触，即形成一个球面副。
两者接触面积大，减小了集中力对应力传递不均匀的误差。
使应力均匀平稳的传递给空心圆柱形弹性敏感元件。
球面副为底副连接，当有侧向力产生时，球面相接的活性连接作微小运动，从而减小或消除侧向力的影响。
另外，在弹性敏感元件和下壳之间，安放一个横向承弯膜片是一个很好的消除侧向载荷的方法。
膜片和弹性体及下壳之间的配合均使用过盈配合，同轴度要求高。
传感器工作在矿井之中，潮湿多尘，因此传感器的密封问题也是一个重要的方面，设计中，刚性连接部分＜底板和弹性体，底板和外壳，外壳和上盖）采用密封性能较好的焊接密封，承压头和上壳之间采用0型圈密封。
矿井中仪器还必须考虑的是防爆方面，在联接装置中设计安放传感器时，采用一圆筒导向装置，传感器安放中间，上部为活塞杆及承压头，即传感器处于一个密封容器中，防爆问题得以解决。
2）壳体尺寸初选
查手册得，箱体直径在100-120mm时，合金钢壳体厚度最佳为3-5mm,取3mm。
3）承弯膜片
承弯膜片是横向刚度大，纵向刚度小的薄钢板。
材料选用力学综合性能较好的45号
钢。
最大直径为D=100mm，其厚度h'应为h'0.04D=4mm。
4）承压头设计
材料选择：
承压头是放在弹性体上面的一个上部为球形，下部为短粗圆柱的金属块。
要求强度高，刚度大韧性小，且抗腐蚀，抗氧化。
满足以上要求的材料可选择：
45CrNiMoVA.
n
（图2-18承压头简图＞
尺寸计算：
根据弹性敏感元件的直径为60mm，取承压头的直经为66mm。
承压头的上部球形半径取100mm。
承压头上部球头和联接装置承压板底副连接，承受均匀载荷q,对下部短粗圆柱，
其受力情况相当于周界铰支，整个版面受均布载荷q,如下图：
查手册得中心挠度最大为：
㈢
偏角s,则侧向力w,
其中丨总压力，取载荷最大时即I二N
对外壳，受侧向力—时，其径向变形为：
其中：
压力pv因为承载膜片的厚度，取4mm）
（图2-19承压头受力简图＞
则承压头的高度h为:
考虑到承压头和承压块球面接触非完全性，应留余量，取15mm。
5）其他
电阻板是安放补偿电阻的塑料板，所用补偿电阻体型均小，取为10mmx8mm
承压头和上壳结合处采用0密封型圈，根据尺寸大小选用JB/ZQ4606-86。
接线插头选用抗震性，密封性均良好的航空插头，生产厂家很多，选择慈溪市新浦镇佳叶五金配件厂的AS16/12—（4>芯型号的航空插头。
6）安装要求
（一）应变片粘贴要求：
a：
应变片的检查
<1）对应变片的外观检查：
箔栅的排列是否整齐均匀，是否有造成短路、断路的部位或者锈蚀瘢痕，引出线是
佛牢固；上下基底是否破损。
<2）电阻值检查：
对外观检查合格的应变片，进行严格的电阻值测量，要求精确到0.05，选取电阻
值尽量相同的应变片。
b:
修正应变片
（1）在应变片的基底上标出中心线。
（2）将基底尺寸进行修正，使之为
c：
弹性体表面处理
为了使应变片牢固的粘贴在弹性体表面上，使弹性体中间表面部分平整光洁，无油
漆，灰尘及氧化层。
d:
划定位线
为了保证应变片粘贴位置的准确，用划笔在弹性敏感元件表面划出定位线，粘贴时时应
变片的中心线和定位线对准。
e：
粘贴应变片
在处理好的粘贴位置上和应变片的基底上，各涂一层薄薄的牌号为J-12的黏合剂，，然
后将应变片粘贴在预定的位置上，在应变片的上面放一层透明的塑料薄膜，然后用手滚压出多余的粘合剂，是粘合剂层尽量减薄。
f:
粘合剂的固化处理
对粘贴好的应变片的弹性敏感元件，在200摄氏度温度下保温三个小时进行固化处理。
g：
粘贴质量检查
1:
外观检查
用放大镜检查粘合层是否有气泡，应变片是否全部粘贴牢固，有无造成短路或断路的危险部位，位置是否正确。
2:
电阻值检查
应变片的电阻值在粘贴前后不得有较大变化。
3:
绝缘电阻的检查
应变片的箔片与弹性敏感元件之间的绝缘电阻应大于200MT，用于检查的兆欧表，电
压不得超过250V，通电时间不得超过30秒。
以上三步任何一个有差错均要重新粘贴应变片。
（二）电路补偿
（三）保护处理引出线的固定保护
将粘贴好的应变片，补偿电阻以及导线焊接在一起，外露接线为四根，分别取四种颜色，黑白线分别为供桥输入电源正极负极接线；红蓝两线分别为电桥输出差分信号线。
并用胶布将导线固定在弹性敏感元件表面。
固定时应留有弯曲变形的余量，并使导线与弹性体绝缘。
应变片的防潮处理
在粘贴好的应变片和补偿电阻表面涂上溶化的石蜡和蜂蜡，厚度约为2mm。
（四）装配前处理
将各个零部件表面进行处理，焊接部位不得有锈蚀，污渍，油漆，灰尘等。
（五）按总装图装配
（六）装配后处理
去除焊熘及毛刺，使传感器连接处光洁平整，检查焊缝是否均匀合理，O型圈密封处
是否严实。
为了提高弹性敏感元件的弹性性能，和减小壳体对弹性元件的影响，消除残余几下颚应力，必须进行动载和静载处理。
动载处理是在1/3量程到满量程下，以每秒四次的频
率加载一个两个小时；静载处理是在额定载荷的125%下保持4-6小时，或者在110%情
况下保持18-20个小时。
第四章传感器安装设计
4.1设计方案
提升钢丝绳联接装置是经验提升容器＜箕斗或罐笼）与钢丝绳的连接机构。
对于多绳提升来说，除了必须保证连接可靠外，还要求便于每根钢丝绳的调绳长度和平衡张力。
该装置采用闭环无源液压连通自动调整平衡系统，能高精度地实现钢丝绳在动、静状态下的张力自动平衡。
对本设计来讲，还要满足对压力传感器的合理安装问题。
张力自动平衡液压平衡系统由内侧板、上连接叉、承压板、外侧板、连通油缸、销换向叉、下连接叉组成。
内侧板和外侧板通过承压块、联接块、滑动块、调整垫片、销轴和连通油缸组成抽拉扣环结构，再通过上连接叉和换向叉和上部楔形绳环连接，通过换向叉、下连接销叉和下部容器＜箕斗）四角板相连，多个这样的结构加上连接组件＜软
管、阀门、通管）形成了张力自动平衡悬挂装置。
这种联接装置的工作原理是：
闭环无源液压连接式。
无论是处于运动或静止时，只要各个钢丝绳存在张力差，张力大的钢丝绳通过内侧板、承压块、外侧板、滑动块压缩连通油缸及活塞杆压缩，悬挂伸长，钢丝绳的张力变小，油缸内的油液通过连通管进入张力小的油缸，使其活塞杆往外伸长，通过内侧板、承压块、外侧板使悬挂缩短，钢丝绳张力变大，直到每根钢丝绳的张力均相等，连通油缸运动才相应停止。
本设计中，将传感器安放在承压块和活塞杆之间，钢丝绳拉力转化为活塞杆压力处，传感器承受压力。
可以减小传感器的设计安全系数，进而减小弹性敏感元件的横截面积，提高传感器的灵敏度，其位置置于内侧板之间，较隐蔽，不易受到外部损伤，同时对传感器起到了保护作用。
在设计之中，重要的是考虑各个零部件的安全性能，即使设计的联接装置能满足
《煤矿安全规程》，其次是结构紧凑，减小振动对零部件的损伤及联接处的稳固性，以及对测试性能的影响。
4.2油缸设计
4.2.1活塞杆设计
1）材料选择
活塞杆材料多为中碳钢，经调质及热处理后性能基本都能满足要求，设计中选择35
号钢。
为了提高耐磨性和防锈性，活塞杆表面淬火后进行镀铬处理，镀层厚为
并进行抛光加工
2）尺寸设计
活塞杆的抗压强度：
安全系数为冃:
则许用压应力」：
_|=匚/_|=31□
实际最大应力丨：
其中：
冋为最大压力
则：
I
取—
压杆稳定性校核：
挠度计算：
S
为稳定性系数；
为最下惯性半径；
为活塞杆长；
冋=140000N
-2d
口=0.035m
=0.3m
挠度
极限挠度I二：
一;匸」
则压杆稳定性校核按强度校核计算，设计时已满足
4.2.1缸筒设计
1＞材料选择
缸筒是液压缸的主要零件，本设计应满足以下要求：
1:
足够的强度，刚度和韧性；
2:
设计中，缸筒应与承压块焊接，可焊性要求良好。
目前常用的材料有：
25，S35,S45。
ZG200-400,ZG280-450。
25CrMq38CrMoAI,毛坯采
用无缝钢管，选择S35,机械预加工后进行调质处理。
2）设计计算
缸筒内径d:
活塞杆直径为60mm初定d=80mmd=80mm
工作时最大油压_JI
Rj，
冋=140000N，
最小壁厚：
式中＜为安全系数）
取I=10mm，E=10mm，
则缸筒大径D=JD二！
油缸校核：
首先，额定工作压力应低于一定极限值：
其次，最大工作压力也应与完全塑性变形压力
有一定的比例范围，以避免塑性变形的发生：
式中」为了缸筒发生完全塑性变形的压力
=n=.一=』■■
则D
满足塑性变形要求，满足要求
此外，应验算缸筒的爆破压力：
匚=EII
则耳=_=』=220二=220T
满足要求；
最后，缸筒径向变形I应在允许范围内
＜不超过密封圈允许范围I）
一=3.55mm
密封圈选择75亠GB3452-1-1992
式中：
为泊松系数，
为弹性模量，
=0.088mm满足最大变形量要求,
F=17.5MPa
综合以上得缸筒满足强度要求。
缸筒底部最小厚度近似计算:
I=52MPa
=25mm
缸筒与端部焊接时焊缝的应力大小为:
=42MPa
故焊缝能满足强度要求。
4.2.3活塞设计
1）结构形式
活塞密封型式可分为整体密封活塞和组合密封活塞，整体活活塞多采用活塞环，圈密封，唇形密封，迷宫密封等；组合活塞可采用组合密封圈，但其结构较复杂，加工工作量大。
设计中采用整体密封活塞，O型圈密封。
O型圈密封是借介质本身的压力来改变其接触状态使之实现密封的，也称为“自封作用”，密封部位结构简单，安装部位紧凑，密封性能较好，运动摩擦阻力小，动密封压力可达35MPa，工作温度范围大，为:
。
寿命长＜大于两年）。
15/32
活塞材料多用优质碳钢，设计中选用35号钢3）尺寸设计
简图如下：
密封圈为75二GB3452-1-1992
b=4.8mm
A2.96mm
查表得：
密圭寸沟槽宽度b=4.8mm
沟槽深度t=2.96mm
槽底圆角半径-I=0.4mmE=0.4mm
槽棱圆角半径—
沟槽底最大直径f
三：
油缸直径，为80mm三=80mm
则I取冋=74mm
活塞杆密封沟槽底的最小直径
取一38mm
4.2.4胶管参数计算
液压自动平衡系统中，随着钢丝绳张力的自动调节，及调整垫片的数量调整，油缸
16/32
管，而采用具有较好柔度的高压胶管。
1）内径计算
当液压缸行程最大时，管内流量Q
Q=I・i
S:
油缸内截面积,
L:
最大行程,
则胶管面积A:
=1m/s
三四零八要完整说明书和图纸找扣扣二五一一三三四零八要完整说明书和图纸找扣扣
三三四零八最后，销轴受载挠度应不得大于一极限值」，
查手册得许用挠度」
则要完整说明书和图纸找扣扣二五一一三三四零八
此处省略NNNNN
NNNNNNN
NNNN
NNN
NN
字
m，—Im
对受均布载荷的杆件，其最大挠度耳为：
式中：
s（惯性矩＞
为弹性模量，对钢材，
带入解得：
丨二」故满足弯曲刚度要求。
综合以上得，销轴1直径取70mm满足各种强度要求，具体尺寸件零件图
462销轴2
销轴2是联接上连接叉和内侧板的零件。
其受力及简图及弯矩图如下:
材料选择
［厂
4盘
＜图3-7销轴2受力及弯矩图）
直径D设计:
由图易知，力最
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