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北京工业职业技术学院毕业设计报告（矿山机电专业）系别：专业班级：姓名：2前言《机电一体化系统设计与应用》一书是经国防科工委重点教材建设委员会审批的普通高等教育“十五”国家本教材是很据1998年全国高等教育本科专业目录的修订精神，为适应拓展专业，培养出设计型、应用型、复合型人才，进行教学改革的需要而编写的。本教材内容丰富，系统、全面的介绍可机电一体化系统的设计原理、设计方法、现代设计方法、系统单元设计法方法、所中典型系统设计方法、计算机应用系统及软件设计等。并且结合工程设计和应用研究，反应当今机电系统设计的新技术、新成果。本教材适应机械电子工程，机械设计制造及自动化、机电控制、机电一体化工业和其他相关专业的大学本、专科机电类教材，同时也可供从事机电产品设计。制造与生产管理。整个教材内容力求少而精。深入浅出。以传授基础理论和基本知识为主，并适当阐述典型的应用技术，以求理论和实践相结合。全国通风安全界知名专家、中国矿业大学王省身教授对书稿进行了审校，提出了许多宝贵的意见和建议，并对其内容和文字进行了细致的修改，这对提高书稿质量起到了重要的保护作用。本书编写的指导思想是：教材内容面向21世纪，充分的反映进年来国内外矿山通风安全的最新技术发展和较为成熟的科研成果；力求体现煤与非煤结合，既适应本科采矿专业教学需要，又适应现场管理需要，为提高我国采矿工程技3术和管理人员的通风与安全技术和知识水平做出应有的贡献。建国50多年来，尤其是改革开放20多年来，我国的矿山通风安全理论和技术得到了迅速的发展，通风与安全教材亦有过较多的版本，各有特色。本次编写过程中吸取了以前诸多教材的优点，参阅了国内外近年来发表的科技文献。本书是在煤炭教育协会的指导下，由中国矿业大学出版社联合江西工业工程职业技术学院、云南能源职业技术学院、新疆工业高等专科学校、淮南职业技术学院、大同大学、山东科技大学、内蒙古科技大学高等职业技术学院等院校组合的《矿山机械》教材变身委员会共同编写的，史新编全国煤炭高等职业教育规划教材之一。本书以机电系统设计及应用为主要内容，包括机电系统的设计原理，设计方法，现代设计方法，总体设计方法，可靠性及安全性设计方法；应用电路、计算机控制接口电路、多种点击控制系统设计方法，多种典型系统设计及应用程序设计方法；常用传感器、开关器件、电机、驱动器、测试仪、控制器、标准间选择使用方法等。本书在取材方面体现了新颖的特点，在内容编排上体现了全面、系统及重点突出的特点，重于设计理论与工程设计相结合，设计理论与工程应用相结合，单元部件设计与系统设计应用相结合，系统设计与工程实际设计相结合，给出了大俩个的设计实例，详细的应用软件设计。本书图文并茂、深入浅出、可读性强、设计应用性强。典型的电路设计和系统设计实例，以利于增强读者的学习兴趣4目录1.电气控制设计的原则和内容1.1电气原理图设计内容；1.2电气工艺设计内容2.电力拖动方案的确定和电动机的选择；2.1电力拖动方案的确定(1)拖动方式的选择(2)调速方案的选择3.电气控制电路设计的一般要求；3.1．电气控制应最大限度满足生产机械加工工艺要求3.2.对控制电路电流、电压的要求3.3.控制电路力求简单、经济4.电气控制电路设计的方法与步骤；5.常用控制电气的选择；6.电气控制的施工设计与施工；6.1.电气设备总体配置设计6.2.电气元器件布置图的设计6.3.电气控制装置接线图的绘制6.4.电力装备的施工6.5.检查、调整与试运行57.矿井通风设备的选择；8.主扇的选择计算；8.1计算通风机风量8.2计算通风机风压8.3初选通风机9.计算电动机功率；10.通风机类型及构造；10.1离心式通风机的构造和工作原理；10.2轴流式通风机的构造和工作原理；11.主要通风机的附属装置；11.1风硐11.2扩散器（扩散塔）11.3防爆门(防爆井盖)11.4反风装置和功能12.矿井通风设备选型6正文1.1电气控制设计的原则电气控制设计的原则包括以下几项。(1)最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求。(2)在满足要求的前提下，使控制系统简单、经济、合理、便于操作、维修方便、安全可靠。(3)电气元件选用合理、正确，使系统能正常工作。(4)为适应工艺的改进，设备能力应留有裕量。1.2电气控制设计的基本内容1．电气原理图设计内容(1)拟定电气设计任务书。(2)选择电力拖动方案和控制方式。(3)确定电动机的类型、型号、容量、转速。(4)设计电气控制原理图。(5)选择电气元件及清单。(6)编写设计计算说明书。2．电气工艺设计内容(1)设计电气设备的总体配置，绘制总装配图和总接线图。(2)绘制各组件电气元件布置图与安装接线图，标明安装方式、接线方式。(3)编写使用维护说明书。7确定电力拖动方案时，首先应根据机床工艺要求及结构来选择电力拖动方式，确定电动机的数量，然后根据机床各运动机构要求的调速范围来选择调速方案，使电动机能得到充分合理的利用。2.电力拖动方案的确定和电动机的选择2.1电力拖动方案的确定1.1拖动方式的选择12．调速方案的选择(1)重型或大型设备的主运动及进给运动，应尽可能采用无级调速。(2)精密机械设备如坐标镗床、精密磨床、数控机床等，为了保证加工精度，便于自动控制，也应采用电气无级调速方案。(3)一般中小型设备如普通机床没有特殊要求时，可选用经济、简单、可靠的三相笼型感应电动机，配以适当级数的齿轮变速箱。为简化结构，扩大调速范围，也可采用双速或多速笼型感应电动机。3．电动机调速性质应与负载特性相适应2.2拖动电动机的选择1．根据生产机械调速要求选择电动机种类(1)不需调速的机械应首先考虑采用感应电动机。(2)对于周期性波动负载的长期工作机械，为消平尖峰负载，一般采用电动机带飞轮工作，这时应考虑启动条件和充分利用飞轮的作用可采用绕线转子感应电动机。8(3)需要补偿电网功率因数及稳定的工作速度时，应优先考虑采用同步电动机。(4)对于只需几种速度，但不要求调速的生产机械，选用多速感应电动机。(5)要求大的启动转矩和恒功率调速时，常选用直流串励电动机，如电车、牵引车等。2.2拖动电动机的选择(6)对启动、调速及制动要求较高的机械，常选用直流电动机或带调速装置的感应电动机。(7)对于要求调速范围大的场合，常采用机械与电气联合调速。2.2拖动电动机的选择2．根据工作环境选择电动机结构形式(1)在正常环境条件下，一般采用防护式电动机；在人员及设备安全有保证的前提下，也可采用开启式电动机。(2)在空气中存在较多粉尘的场所，宜用封闭式电动机。(3)在湿热带地区或比较潮湿的场所，应尽量选用湿热带型电动机，若用普通型电动机，应采取相应的防潮措施。(4)在露天场所，宜选用户外型电动机，若有防护措施的也可采用封闭型或防护型电动机。(5)在高温车间，应根据周围环境温度，选用相应绝缘等级的电动机，并加强通风，改善电动机的工作条件，提高电动机的工作容量。9(6)在有爆炸危险及有腐蚀性气体的场所，应相应地选用隔爆型及防腐型电动机。3．电动机额定转速的选择对于额定功率相同的电动机，额定转速越高的电动机成本越小，越经济，但电动机转速越高，传动机构转速比越大，传动机构越复杂。因此，应综合考虑电动机的工作特点及生产机械结构两方面多种因素来确定电动机的额定转速。4．电动机额定电压的选择电动机额定电压应与供电电源电压相一致。5．电动机额定功率的选择依据生产实践验证，选择电动机容量时，电动机的额定功率一般比拖动的机械所需之功率大10%左右为宜。2.2拖动电动机的选择3电气控制电路设计的一般要求1．电气控制应最大限度满足生产机械加工工艺要求在设计之前，必须与机械设计人员充分沟通，应对生产机械的工作性能、结构特点和加工工艺过程有充分的了解；并对同类或接近产品进行调研、分析和综合；然后提出控制方案，考虑控制方式、启动、制动、反向及调速的要求，设置必要的联锁与保护，以便最大限度地满足生产机械加工工艺的要求。2．对控制电路电流、电压的要求10应选择标准的控制电压等级，尽量减少控制电路中电压、电流的种类。3．控制电路力求简单、经济1)尽量缩短连接导线的长度与导线数量2)尽量减少电气元件的品种、数量和规格3)尽量减少电气元件触点的数目4)尽量减少通电电器的数目4．确保控制电路工作的安全与可靠1)正确连接电器的线圈2)正确连接电器元件的触点3)防止寄生电路4)在控制电路中控制触点应合理布置5)考虑触点的接通与分断能力6)避免触点“竞争”、“冒险”现象7)采用电气互锁与机械互锁的双重互锁4.1电气控制电路设计方法简介分析设计法：根据生产工艺的要求，选择一些成熟的典型基本环节来实现这些基本要求，而后再逐步完善其功能，并适当配置联锁和保护等环节，使其组合成一个整体，成为满足控制要求的完整电路。逻辑设计法：利用逻辑代数这一数学工具设计电气控制电路。在继电接触器控制电路中，把表示触点状态的逻辑变量称为输入逻辑变量，11把表示继电器接触器线圈等受控元件的逻辑变量称为输出逻辑变量。输入、输出逻辑变量之间的相互关系称为逻辑函数关系，这种相互关系表明了电气控制电路的结构。所以，根据控制要求，将这些逻辑变量关系写出其逻辑函数关系式，再运用逻辑函数基本公式和运算规律对逻辑函数式进行化简，然后根据化简了的逻辑关系式画出相应的电路结构图，最后再做进一步的检查和优化，以期获得较为完善的设计方案。4.2分析设计法的基本步骤(1)按工艺要求提出的启动、制动、反向和调速等要求设计主电路。(2)根据所设计出的主电路，设计控制电路的基本环节，即满足设计要求的启动、制动、反向和调速等的基本控制环节。(3)根据各部分运动要求的配合关系及联锁关系，确定控制参量并设计控制电路的特殊环节。(4)分析电路工作中可能出现的故障，加入必要的保护环节。(5)综合审查，仔细检查电气控制电路动作是否正确，关键环节可做必要实验，进一步完善和简化电路。3分析设计法设计举例图4.9送料小车动作示意图有一送料小车，如图4.9所示，电动机的技术数据为Y180L-４。额定功率为7.5kW、额定转速为1470r/min、额定电压为AC380V。额定电流为13.5A。要求动作程序如下。12(1)小车从甲地启动后，运行至乙地能自动停止，停留t1时间装料后自动返回。(2)小车返回至甲地能自动停止，停留t2时间卸料后又自动启动。(3)小车经过乙地不停止，运行至丙地又自动停止，停留t3时间，装另一种料后自动返回。(4)小车返回经过乙地不停止，返回到甲地后自动停止，完成了一个工作循环；在甲地停留t2时间，卸料后又自动启动，小车运行至乙地自动停止。以后又按上述过程自动循环下去。1．控制线路原理图设计1)主电路根据控制要求可将主电路设计成带断电抱闸制动的正反转控制，如图4.10所示。2)控制电路符号名称型号规格数量M1三相异步电动机Y180L-47.5kW，380V，13.5A，1470r/min1KM1，KM2交流接触器CJ20-2520A，线圈电压220V2FR1热继电器JR16-20热元件的额定电流为11316AKT1，KT2，KT3时间继电器JS-20线圈电压220V3KV电压继电器线圈电压220V1SQ1，SQ2，SQ3行程开关LX19-111线圈电压220V3SB1，SB3，SB4控制按钮LA-11D5A，绿色3SB2控制按钮LA-11DJ5A，红色1QS电源开关H33-15/3三极，15A1FU1熔断器电压开关自带，15A1FU2熔断器RC1-15500V，熔体2A1KA中间继电器JZ7-44线圈电压220V13．绘制电气元件布置图和电气安装接线图1)电气元件布置图2)电气安装接线图5常用控制电气的选择5.1接触器的选择1．接触器的类型选择2．接触器的使用类别选择3．额定电压的选择4．额定电流的选择145．吸引线圈的额定电压5.2电磁式继电器的选择1．电磁式电压继电器的选择2．电磁式电流继电器的选择3．电磁式中间继电器的选择5.3热继电器的选择1．热继电器结构形式的选择2．热继电器额定电流的选择5.4时间继电器的选择(1)电流种类和电压