1、太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书1太原理工大学阳泉学院毕 业 设 计 说 明书毕业生姓名 ：专业 ：机械设计制造及其自动化学号 ：指导教师 ：所属系（部） ： 机械电子工程系二九年五月太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书2CTY8/6-PG 电机车的设计摘要CTY8/6-PG 电机车是一种新型矿用电机车，安设在巷道内，用于矿井、平巷等综采工作面设备的搬迁，及其他各类机电设备的运输。亦可代用架线式电机车运输，用于采掘工作面、井底车场、煤矿地面等处的矿车调度、物料运输等。该电机车具有防爆性能和良好的制动性能，牵引力大，使用寿命长，制动效率高；该电机车结构紧凑，外形尺寸小，能够整车下井；结构为对称布
2、置，外型美观，呈长条形，在井下和地面节省劳动力；而且电机车重心低，所用弹簧的弹性好，可用于减震，前后有碰头，可用于缓冲和连接。使用方便，安全可靠。CTY8/6-PG 电机车主要由 1.车架 2.弹簧系统 3.轮对 4.制动系统 5.加砂系统6.电动机 7.控制器 8.照明灯 9.信号灯 10.蓄电池组成。车架是由左右两侧肋板组成，两端由弹性缓冲器。轮对轴承为圆锥滚柱轴承，两轮轴各装置单独电动机，由直齿直接带动。在传动系统方面，实现了一个封闭的传动路线，更有利于电机车的可靠制动和方便操作，同时也解决了运输的需求。由于受到电机车的制动方面的影响，它实行双项制动，一个为安全制动，一个为工作制动，更加
3、安全有效。更为重要的一点是，首次在电机车上安放了铅酸蓄电池，方便与高瓦斯矿井的开发，体现了电机车的高层次的设计。关键词：电机车的机械传动全套图纸，加153893706太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书3The CTY8/6-PG electrical engineering car designAbstractThe CTY8/6-PG electrical engineering car is a kind of new mineral to use an electrical engineering car, install in the tunnel, used for mineral
4、well, even lane etc. Zong to adopt the work noodles move of equipments, and each kind of other machine electricity the conveyance of the equipments.May also substitute a line type electrical engineering car conveyance, the mineral car which useds for digging work noodles, well bottom car field, coal
5、 mine ground.etc. adjusts degree, material conveyance.etcThe electrical engineerings car has flameproof function with goodly make to move function, lead dint big, service life long, make to move an efficiency Gao;The structure tightly packed of the electrical engineerings car, the shape size is smal
6、l, can the whole car descend well;The structure is a symmetry decoration, features beauty, present long a form, under the well with ground economical labor force;And electrical engineering car the center of gravity be low, the flexibility of spring coil use good, can used for reducing an earthquake,
7、 in front and back have already meet, can used for buffer and conjunction.The usage is convenient and the safety is dependable.太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书4CTY8/6-PG electrical engineering the car owner want from 1.Car 2.Spring coil system 3.Round rightness 4.Make to move system 5.Add sand system 6.Electric mo
8、tor 7.Controller 8.Floodlight 9.Signal beacon 10.The storage battery constitute.Car from or so two side rib the plank constitute, both ends from flexible buffer.The round rolls pillar bearings for the cone to the bearings, two each device of axleses alone electric motor, from keep Chi to directly ar
9、ouse.Carried out in the aspects of spreading to move system a close of spread and move route, be advantageous to the credibility system of electrical engineering car more to move to operate with convenience, also solved a conveyance in the meantime of need.In order to being subjected to the influenc
10、e of move the aspect of the make of electrical engineering car, its execution double item system move, 1 moves for the safety system, 1 moves for the work system, more safe valid.Is also 1:00 of importance BE, for the very first time put the lead sour storage battery on the electrical engineering ca
11、r, convenient and high gas mineral the development of the well, body now the design of the high time of electrical engineering car.Keyword:The machine of electrical engineering car spreads to move太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书5目录题目： CTY8/6-PG 电机车的设计 .2CTY8/6-PG 电机车的设计 .4The CTY8/6-PG electrical engineering car d
12、esign5Abstract5第一章 绪论 91.1 概述 9第二章 总体设计 13第一节 设计总则 13第二节 已知条件 13第三节 电机车的组成和结构 13一、电机车的外部结构图 13二、电机车的主要组成部分 13三、机械部分 13第四节 选用电动机应考虑的主要问题 18一、选用电动机应考虑的问题 19二、对电动机的用途的选择 19三、对电动机的转速选择 20第五节 牵引电动机的计算 20一、 关于牵引力的计算 21粘度系数 21二、粘着力与电机车的制动力 21三、有关行车速度的选择 23四、电动机的选择和计算 23第六节 变频调速 24一、变频调速的原理 25二、脉宽调制型变频调速系统
13、26太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书6第七节 矿车的运行阻力 29一、基本阻力 29二、附加运行阻力 30第八节 矿用电机车运输设备选用 31一、按粘着条件计算 31二、按制动条件计算 32F= .33)1.0()(10iWagQpZHZH三、列车组成的验算 33四、列车条件验算 34第三章 齿轮的计算 34第一节 关于齿轮设计方法简介 34第二节 齿轮的相关计算 35一、参考资料 35二、具体计算 35第三节 齿轮静强度校核计算 38第四节 低速机齿轮的设计与计算 45第四章 轴的设计 53第一节轴的材料 53第二节 轴的结构 54第三节 轴的计算 55一、高速轴及轴设计选材 55第五章
14、焊接 62第一节 焊接 62第二节 焊接的种类 62第三节 焊接强度的计算 63第四节 焊接材料和许用应力 64第五节 影响焊接强度的因数和提高焊接强度的措施 66一、影响焊接强度的因数 66二、提高焊接强度的措施 66第六章 联轴器的选择 66第一节 联轴器的类型 66第二节 联轴器的计算转矩 67第三节 联轴器的设计选择 68结束语 70参考文献 71One the operation method of electrical engineering car 72Two, the mineral use an electrical engineering car of maintenanc
15、e and break down processing .73Three, the storage battery power supply equip of daily maintenance75Four, break down of electrical engineering car judgment .76一、电机车的操作方法 80二、矿用电机车的维护及故障处理 81三、 蓄电池电源装置的日常维护 82四、电机车的故障判断 83太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书7第一章 绪论煤炭是当前我国能源的主要组成部分之一，是我们实现四个现代化的重要物质基础，但是我国煤炭工业的发展远不能适应整个国
16、民经济发展的需求，为适应整个国民经济持续高速发展的需求，必须一更快的速度发展煤炭工业，然而，高速发展煤炭工业的出路在于机械化。煤炭工业机械化是指采掘，支护，运输，提升机械化，而运输包括主要运输和辅助运输，电机车是主要运输设备的一种，我国电机车发展历史大致分为三个阶段：五十年代，仿制设计阶段，从无到有初步发展；六十年代，自行设计阶段；七十年代以后，标准化，系列化发展阶段，产品初步形成标准化，但是到了现代，我国生产的电机车远远不能满足生产能力不同的煤矿的需求。1.1 概述CTY8/6-PG 车是在老的架线车的基础上，采用了增加电机车的某些机械性能经过全面该进后设计发明出来的，是一种有效的矿山主要运
17、输设备。CTY8/6-PG 型电机车主要用于上山，下山，平巷等综采工作面备的搬迁。可见，电机车的功用在煤矿行业，机械行业和国民经济中将具有不可忽视的地位。（一）CTY8/6-PG 主要特征，见表-1。表1 CTY8/6-PG主要特征类 项目名称 技术数据太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书8别CTY8/6-PG CTY10/6G CTL12/6G粘着质量/ 8 10 12牵引电机功率 台数、（ KW 台）15 222 222 2小时制牵引力/KN 11.76 15 17.64最大牵引力/KN19.7 22 29.4小时速度/(Km/h)7.2 11.1 8.7牵引高度/mm 320/435 32
18、0/435 320/435牵引特征控制方式 变频调速 变频调速 变频调速轨距/mm 600 600 600轴距/mm 1150 1110 1220车轮滚动圆直径/mm 580 580 580通过最小曲率半径/m 7 7 7轨面至顶棚高/mm 1575 1600 1575外型尺寸/mm 4400 1050 16004570 1040 16005100 1212 1600制动方式 机械制动 机械制动 机械制动外形特征司机室形式 单司机室 单司机室 单司机室（二）CTY8/6-PG 技术特点，见表-2。太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书9表-2 CTY8/6-PG 技术特点序号 项目 直流电阻调速电
19、机车 交流变频调速电机车1 电机可靠性直流电机转子上因为有线圈和易磨损的换向铜头，碳刷等，故障率高，维修费用大。三相异步交流电机可靠性高，其转子上没有线圈和换向铜头，其实就是由铸铝和硅钢片压制成的铁滚子，故称为永不损坏。2 调速器维修量直流调速器是由于是凸轮控制触头的通与断，由于断开是产生的电弧，经常烧蚀触头所以维修量大。变频调速器没有触头，接点基本无维修。3 节能性由于直流调速器电机车带有电阻器运行，因此电能白白消耗在电阻上，同时由于电阻发热导致电阻瓷架和电阻片烧坏。变频调速电机车由于不用高耗能降压电阻，节电率可达 35%，如果一个独立供电系统全部采用变频调速，电机车可设置成惯性馈电功能，那
20、么就可以利用机车发出的电能回馈到电池中，能提高节电率4 调速性能1.分档调速，不可能均匀调速，在低速行驶时司机需不停的在 1 档和零档转换来获的慢行速度。2.只能加速，不能减速。加速是靠电制动或手制动来实现。3.直流电机的转速是随负载变化的，尤其是在下坡道运行时，机车可以开飞1.无级均匀调速，最低可调至 0.2Hz。2.为全速度段控制方式，速度不仅可调高还可调低，车速的快慢与停车完全由调速手把控制。3.可设定电机车最高车速限制，一旦车速设定好，即使在下坡道行驶，机车也不会超过所设定的车速。太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书10快，容易出事故。4.不允许司机突然极加速否则损坏电机和调速器。这就避
21、免了司机由于开车而造成的事故。4.允许司机在零速突然启动时瞬间加速到最大值。因变频调速器的频率上升时间有设定值，即使司机违反操作规程突然加速，机车仍按设定时间启动。5 牵引力仅 13.8KN（7 吨电机车）牵引力可达 20KN。7 吨电机车可达到和超过 10吨电机车的牵引力。6 爬坡能力只能在 11 的坡道上0运行，由于没有零速制动功能，在上坡停车时机车会向下坡方向溜车，此时想用手制动，是来不及的。该机车可在 60 的大0坡道上运行，并可以在上坡时仅用零速制动功能就能将列车制动在 60的大坡道上，并且还0可以再启动把重载拉上来。7机车传动维修量1. 由于变阻调速没有缓冲时间，尤其是突然加速时很
22、容易造成齿轮的冲击损坏。2. 该种车的减速时靠闸瓦片抱车轮实现的，所以闸瓦使用寿命短，需经常更换。1. 由于变频调速器上升速度是缓慢上升的，所以避免了齿轮之间冲击而延长了齿轮的使用寿命。2. 由于变频调速是全速段控制，所以在减速时根本不需闸瓦片抱车轮，故此闸瓦片基本不磨损。太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书11第二章 总体设计第一节 设计总则1、 煤矿生产，安全第一。2、 面向生产，力求实效，已满足用户最大的实际需求。3、 考虑到搬运为主要用途。4、 贯彻执行国家、部、专业的标准及有关规定。5、 技术比较先进，并要求多用途。第二节 已知条件1、 设计寿命：t=5000h2、 总体质量：m=8T
23、3、 型号：蓄电池电机车第三节 电机车的组成和结构一、电机车的外部结构图电机车的外部结构图如图-1 所示：二、电机车的主要组成部分太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书12（一）机车的主要结构：1、车架 2、弹簧系统 3、轮对 4、制动系统 5、加砂系统 6、电动机 7、控制器8、照明灯 9、信号灯 10、蓄电池。车架是由左右两侧肋板组成，两端由弹性缓冲器。轮对轴承为圆锥滚柱轴承，两轮轴各装置单独电动机，由直齿直接带动。其中，控制器装在驾驶室内，用以操作电机车，制动可采用电气制动或是机械制动，加砂系统可加在路轨上，增大路轨与车轮间的黏着系数以防止启动和加速度时车轮滑动，制动时可采用加砂系统来实现要
24、求。三、机械部分机械部分主要由车体、框架、走行部件、撒砂装置、司机室、弹簧装置及缓冲装置组成。它将牵引电动机产生的机械能传递给走行部件，为本机提供牵引动力，即轮缘牵引力。（一）车体框架车体框架简称车架，是由左侧板、右侧板，前、后端板和中间隔板成一体的框架式结构。车架通过四组钢板弹簧或弹簧支撑与走行部件的轴承箱上，将车架与行走部件连接起来。车架的前后端板上装有缓冲器，以减轻冲击和连挂矿车。车架的前部安装司机室，并设有顶棚。车架的后部或中部设有两条托架，电源装置座落在托架上，由四个插销连接固定。（二）走行部件走行部分主要由减速箱、轮对、轴承箱、弹簧联轴器、联轴器、牵引电动机托架、弹性吊挂等组成。减
25、速器是由球墨铸铁制造。箱体内装有大小锥齿轮和大小圆柱齿轮，分别用滚动轴承与箱体固定构成减速机构。减速箱内齿轮均采用润滑油润滑。轮对由轮轴轮芯、轮圈组成，轮对两端有轴承箱，轴承箱内装有圆锥滚子轴承，车轮的滚动圆直径为 580mm，轮圈材质为轮箍钢制成。太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书13EXDEXD太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书14图1 电机车的外形结构机车制动装置采用机械制动。制动时，司机按顺时针方向旋转手轮，通过丝杠、螺母带动横梁、拉杆及连杆，再带动左右制动闸瓦，可同时对两对轮对太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书15的内侧实行制动或缓解。当制动闸瓦磨损后，可以调整螺钉调节弹簧片，使制动
26、闸瓦和轮缘间保持 23mm 的间隙，并用调整螺钉调节弹簧片，使闸瓦工作面与轮缘踏面间保持间隙均匀，保证制动效果。其结构如图-2 所示：图2 机车制动装置（三）撒沙装置各车型撒砂装置均采用摇摆震动落砂原理，两组砂箱分别布置在两组轮对的外侧，在机车运行时，可随时操纵撒砂手柄或脚踏板进行撒砂。撒砂装置所用的砂子应经筛选、烘干方可使用。撒砂的作用是为了增大机车的粘着力，以保证机车的正常运行。如图-3 所示：加砂系统有两个操作手柄，安装在驾驶室内，上手柄操作前部加砂器，后手柄操作后加砂器，两手柄均由弹簧的弹力来恢复至原来的位置，当拉动一个手柄的手柄臂，将拉杆向左端拉伸，于是摇臂杆上提锥体，与砂底之间打开
27、一缝隙可以使砂子从中落于导轨上，为了保证加砂系统的动作，加砂容器内必须装粒度不大于 1mm 的沙砾。太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书16图3 撒砂系统（四）司机室车棚与车架前端部件构成司机室。车棚由薄钢板焊接而成，可以防止雨水，落岩等，可以保护司机的人身安全。前端开有瞭望窗，右上角装有照明灯，后部为敞开式。司机室内设有司机控制器、制动手轮、撒砂手柄、蓄电池过放电容指示计、灯开关等。（五）弹簧装置弹簧装置由四组钢板弹簧组成。钢板弹簧分别悬挂在车架左右侧板上，支撑在对轴承箱上，主要起减震和缓冲作用。（六）缓冲器缓冲器安装在车架的前后端板上，主要起缓冲作用，以减轻对机车与矿车之间的冲击，并起到连挂
28、矿车的作用。缓冲器外壳由铸钢材料组成，内部装有圆柱弹簧，用两个挡销与弹簧纵板组成缓冲器。第四节 选用电动机应考虑的主要问题太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书17一、选用电动机应考虑的问题1、根据负载性质和生产工艺对电动机启动、制动、反转、调速等要求选择电动机的类型。2、根据负载的转矩、速度变化范围和启动频繁程度等要求来考虑电动机的升温限制、过载能力、启动转矩，选择电动机的功率并确定冷却方式。所选电动机功率应有余量。负荷率一般确定取 0.80.9。过大备用功率会使电动机的功率降低，对感应电动机最大转矩的校验强度的机械造价提高。3、根据适用场合环境条件，如温度、湿度、灰尘、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气
29、体等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构形式。4、根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级和类别。5、根据生产机械的最高转速和对电机调速系统的过渡性能要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机的额定转速。除此之外，选择电动机必须符合节能的要求，考虑运行的可靠性设备的供货情况、备品条件的通用性、安装检修的难易度、以及产品的价格建设费用、运行和维护费用和生产过程中前后期电动机的功率等各种因素。二、对电动机的用途的选择对于石油、化工、煤矿等有爆炸性危险场合所选用的电动机多采用隔爆电机，其隔爆电动机可分为：防爆安全型（A）防爆型（ B）和防爆充气型（F ）等，其矿用的可在前面加
30、“K”字样，也可不加。防爆电动机可采用 YB 系列。YB 系列的隔爆三相异步电动机的使用和维护要点：1、 安装前首先对隔爆电动机的防爆类型，防爆级别是否符合使用场合的要求，转子堵住时间是否与保护继电器的性能相适应，2、 进线装置应保证电机电缆引入口可靠密封，电缆不得松动，电动机本体及其接线盒必须可靠接地。3、 防爆安全型电动机要经常检测气隙。4、 防爆型电动机在安装时，应检测所有的外壳紧固件是否齐全，外壳是否有太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书18裂纹及其他缺陷。5、 隔爆型电动机在维修时，要注意外壳部件上的防爆接触面不得有损伤和腐蚀。如发现损伤，须按防爆规程中的规定进行修补，防爆面不得涂油漆
31、，只允许涂薄层的防锈油脂。三、对电动机的转速选择电动机的额定转速是根据生产机械的要求而定的，在确定电动机的额定转速时，必须考虑机械减速机构的传动比两者相互配合，经过技术经济全面的比较才能确定，通常电动机转速不低于 500r/min因为当功率一定时，电动机的转速越低，尺寸愈大，价格愈高，而且效率也比较低，如选用高速电动机，势必加大机械传动比，致使机械部分复杂起来。要求快速频繁启动，制动的机械，通常使电动机的转动惯量与额定转速的乘积为最小值时，能获得启动、制动最快的选择，在空载（负载很小时）可以启动、制动时，达到快速制动的目的。四、YB 系列电动机的结构YB 系列的电动机外壳端盖、接线盒座、接线盒
32、盖等零件组成外部防爆外壳。选用高强度铸铁制造。对煤矿井下固定设备用的电动机采用 HT25-47 牌号铸铁，工厂用电动机采用 HT20-40 牌号铸铁。电动机各零部件的隔爆面长度间符合隔爆要求。YB 系列电动机的接线盒具有良好的防爆特性，空腔较大，便于接线，接线盒的外壳防护等级为 Ip54，进线方式为橡套电缆和铜管布线两种，接线盒与接线头之间增加一个连通节。检修时，避免卸下密封圈，以防因经常拆卸二变形或失去弹性，保障隔爆性能。YB 系列电动机按照 GB3836.1-83爆炸环境用防爆电气设备、隔爆性电气设备以及 IEC79-(1971)电气设备隔爆外壳结构和试验 规定制成。隔爆型电动机除了有关防
33、爆特殊性要求等规定外，电动机功率与机座号机同步转速的对应关系安装尺寸、冷却方式、安装结构及主要性能指标均与 Y 系列（Ip44）相同太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书19第五节 牵引电动机的计算一、 关于牵引力的计算对与车轮与钢轨之间出现了粘着现象，二者之间的摩擦力称为粘着力，这样的摩擦系数称为粘着系数。电动机的粘着系数等于达到极限粘着力时电动机产生的最大牵引力或制动力与电动机在全部主动轮轴或是制动洲的垂直正压力之比。表-3 计算粘着系数电机车运行状态计算粘着系数轨道状况牵引状态 紧急制动状态布满煤泥和岩粉泥 0.07 0.08很湿、清洁 0.09 0.10略湿、清洁 0.13 0.15撒砂
34、0.25 0.27布满被前面的列车压过的砂子 0.18 0.20考虑全部主动轮，那么受粘着条件限制的电动机的牵引力F 粘度系数 粘着质量=1000gp=1000 9.8 8 0.25式中：P 电动机的粘着质量 tg重力加速度 N/Kg粘度系数二、粘着力与电机车的制动力机械制动装置在矿用电机车上是必不可少的部分，且为闸瓦式的制动装置，在实行制动之前必须首先切断电源。在制动闸瓦压在车轮轮圈时，在闸瓦和轮圈之间产生的摩擦力太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书20f= N式中： 闸瓦和轮圈之间的摩擦系数；N闸瓦对轮圈产生的正压力。摩擦力对于车轮说虽是外力。转矩 M=fR 可以阻止车轮的转动，但对于制动装
35、置和车轮一样属于电机车的一部分，所以对电机车人属于内力，它并不能直接起到阻止的作用，也就是摩擦力必须借助外力才能产生。假如钢轨与车轮与钢轨之间无摩擦力存在。那么，只要用闸瓦稍加制动，轮轴的旋转惯性就会消失，车轮停止旋转而与闸瓦一起随机车整体沿钢轨一起滑动。但是，实际上由于制动车轮的垂直压力 N 引起了车轮与钢轨之间的摩擦力的产生，对制动车轮讲就是钢轨作用于轮轴圈的切向力 F，其方向与电机车的运行方向相反。F 和 f 对车轮讲都是外力，且在车轮打滑之前，两者大小相等。当 f 增大时F 也增大。但是 F 得增大受到粘着条件的限制，即 F 最大等于粘着力。F 粘度系数 粘着质量=1000gp =10
36、00 9.8 8 0.27=21.168KN式中：P 电动机的粘着质量 tg重力加速度 N/Kn粘度系数如果制动力超过了粘着力时，粘着条件被破坏，车轮停止转动而溜滑这种现象就叫做“闸死” 。产生“闸死”使得电机车的制动效果大大降低，因为这是决定电机车的制动力不是粘着力而是滑动摩擦力，显然滑动摩擦力大大小于粘着力，此外，当轮被“闸死”时，使得车轮轮圈的磨损不均匀，严重时会使电机车在运行过程中产生冲击，所以，实施机械制动时应尽量避免产生“闸死”现象的发生。F 粘度系数 粘着质量=1000gp =1000 9.8 8 0.17=13.3KN太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书21由上式可得知电机车闸瓦
37、压力的最大值：N=1000gp式中 闸压系数，由此可知闸压系数为闸瓦系数的 60%80%之间。应当指出个闸瓦的实际最大压力尽在紧急制动时才有效，而在正常制动和停止时，一般只用到实际可能达到的最大压力的 60%75%，即闸的不是很紧，以减少轮圈的磨损，延长其使用寿命。即实际制动力 KNff3.118.260三、有关行车速度的选择机车的形式和规格运输距离、作业地点(地面或是地下)线路条件、轮轨大小、弯道多少、运输数量的多少。对电机车的运行速度均有影响。目前，我国的矿车的制动方式仍采用机械制动，因受到重坡的限制很难实现高速运行，设计中一般采用平均速度计算，运距在千米以上可采用下表进行：表4机车平均运
38、行速度机车质量 t 3 7 10 14 2057 710 710.2 10.212 1214机车平均运行速度 km/hm/s1.391.94 1.942.78 1.942.83 2.783.33 3.333.89注意：1、阶段路线运程短、轨道铺设质量差无论机车大小均取 57km/h；2、运距大于 2km 时充电室取最大值；3、运输人员时，列车的速度不能超过 3m/s；以上内容引用矿用设计手册矿山机械第 5 卷。四、电动机的选择和计算1、最大牵引力F=粘度系数 粘着质量=1000gp =1000 9.8 8 0.25=19.6KN2、最小牵引力太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书22F=1000g
39、p =1000 9.8 8 0.25 0.6=11.76KN3、有矿用电机车的运行速度 V=2m/s 得电动机最小功率 =FV=19.6 0.6 2=23.52KWPmin即为电动机的小时功率。由于电机车在矿井下运行是按照小时功率和长时功率来计算的，为保险起见，我们选择电动机的功率为 P=30KW.即电动机的实际功率。考虑到电动机的制造成本和通用性要求，于是我们将电动机的功率设计为最接近功率 30KW。由于电机车有两台电动机来实现拖动，故每台电动机的电功率p= P=15KW，选择四级电动机，根据电动机的使用环境要求，于是，选择21YB 系列隔爆型三相异步电动机，其技术参数如表 5；表5 YB
40、系列隔爆型三相异步电动机技术参数型号 YB160M4 额定功率 15KW额定电流 30.3A 额定转矩 1460r/min效率 88.5% 功率因数 85%堵转电流/额定电流7堵转转矩/额定转矩2.2最大转矩/额定转矩2.3 重量 166kg注意：1、YB 系列的隔爆电动机适用于爆炸性混合环境，它是 Y 系列（IP44）派生产品，外形尺寸与 Y 系列（IP44）稍有差异。2、额定电压按订户的要求分别有220V、380V、660V、220/380V、380/660V。可按要求提供 Y 接线盒。3、电动机的级别采用 F 级绝缘，但温升按 B 级考核。4、本系列电动机防爆标志为 di,订货时应注明防
41、爆标志和接线方式，以上有关数据引用机械设计手册第三版，第 5 卷内容。太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书23第六节 变频调速所谓变频调速，就是通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现调速的。在调速过程中，从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而，具有较高的效率，宽范围和高精度的调速性能。可以认为，变频调速是异步电动机最有前途的一种方法。一、变频调速的原理由 =60 可知，改snrr10mii PsfHz/1nrrmii0变定子电源频率可以改变同步转速和电机转速。又由异步电动机的电势公式可知外加电压近似与频率和磁通的乘积成正比，即 ,由于 C 是常数,fEUX则 ，因此，若外加电压不变，则
42、磁通随频率改变而改变，亦即ffEUX/频率降低，则磁通增加；频率增加，磁通降低。显而易见，为了解决这个问题，就要求在变频调速系统中，降频的同时最好降压，即频率与电压能协调控制，亦即 必须与 成比例的变化。Xf一般来说，在恒转矩变频调速系统中，如能保持 为定值，则可保证fUX/调速过程中的电动机的过载能力保持不变，同时，可满足磁通 基本不变的要求。而在恒功率调速时，如能满足 为定值的条件，则调速过程中电动机fX/的过载能力也能保持不变，但此时磁通将发生变化，如果此时亦按恒转矩调速满足 定值的条件，则磁通将基本保持不变，但电动机的过载能力将在调fUX/速过程中改变。从而根据 协调控制的方法不同，可
43、以有不同的调速特征。fX/在异步电动机变频调速系统中，为了得到更好的性能，可以将恒转矩调速与恒功率调速结合起来。在变频调速中使用最多的变频调速器是电压型变频调速器，由整流器、滤波系统和逆变器三部分组成。在其工作时首先将三相交流电，脉动的直流电压经平滑滤波后在微处理的调控下，用逆变器将直流电在逆变为电压和频率可调太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书24的三相交流电源，输出到需要调速的电动机上。由电气原理可知电机的转速与电源的频率成正比，通过变频器可任意改变电源输出频率从而任意调节电动机转速，实现平滑的无级调速。二、脉宽调制型变频调速系统脉宽调制型（又称 PWM)变频器是一种交直 交变频器。常采用电
44、压型逆变器，其基本原理是控制逆变器开关元件的导通和关闭时间比来控制交流电压的大小和频率。基本组成如图 1 所示。通过整流器将工频交流电整成直流电，经过中间环节再由逆变器将直流电逆变成频率可调的交流电，供给交流电动机（负载） 。由前知，异步电动机变频调速时，供电电源不但频率可调，而且电压的大小也必须能随频率的变化而变化，即要求 基本恒定，PWMfUX/型变频器一般采用电压型逆变器。根据供给逆变器的直流电压是可变的还是恒定的，变频器可分为变幅 PWM 型变频器和恒幅 PWM 型变频器两种。变幅型的变频器采用晶闸管整流器，用它来调压，逆变器只其改变输出频率作用，即用它来实现变频。恒幅脉宽调制型变频器
45、如图 2 所示，由二极管整流桥和逆变器组成。逆变器输入恒定不变的直流电压，通过调节逆变器输出电压的脉冲宽度和输出电压的频率，即实现调压又实现调频，也就是说，变压，变频都由PWM 型逆变器承担，这种电路简单，只要有相应的控制电路就可以了。同时，由于输出电压直接由逆变器决定，所以，调节速度快，系统的动态响应好。PWM 型变频器靠改变脉冲宽度来控制其输出电压，改变调制周期来控制输出频率。调制方法有单极性调制和多极性调制。从载波信号 和参考信号uc频率之间的关系看，又可分为同步式和非同不式两种，现以单极性正弦波脉ur宽调制方法为例说明其工作原理。 单极性正弦波脉宽调制方法采用正弦波 与三角波 相交来获
46、取一系列rc按正弦规律变化的矩形脉冲，其波形如图 3 所示。三角波时上下宽度线性变化的波形，所以，任何一个光滑的曲线与三角波相交时，都会得到一组等幅的脉冲宽度正比于该函数值的矩形脉冲。用正弦波与三角波相交时，得到一组幅值太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书25为 宽度按正弦规律变化的矩形脉冲。用这组矩形脉冲作为逆变器个开关元件um的控制信号，则在逆变器输出端可以获得一组类似的矩形脉冲，其幅值为逆变器直流侧电压 而宽度按正弦规律变化。同理，这一组矩形脉冲可用正弦波来d等效（如图中虚线所示） 。对于正弦波的负半波，则用相应的负三角波调制。输出电压的大小和频率均由正弦参考电压 来控制。当改变 幅值时，
47、脉宽随ur ur之改变，从而可改变输出电压的大小；当改变 频率时，输出电压频率即随之r改变。但正弦波最大幅值必须小于三角波幅值，否则，输出电压的大小和频率将失去所要求的配合关系。若三角波和正弦波成比例的改变，就叫同步调制式。 M3图1 PWM 变频器 M 图2 脉宽调制式变频器原理图太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书26ucur=msinwt0uta)0uwt(b)ud=udsinwt图3 单极性正弦波脉宽调制波形图图 3 所示仅画出了单项脉冲调制波。而对于三相逆变器，则必须产生互差的三相调制波。载频三角波可以共用，但必须有一个三相可变频，变幅的120正弦波发生器产生可变频、可变幅的三角正弦参
48、考信号，然后，分别与三角波相比较产生三相脉冲调制波。图 4 给出了晶闸管准正弦波脉宽调制变频调速控制系统框图。图 5 所示为控制电路各点的单向波形图。太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书27+- M V/F m.N PWM D/A 156783249图4 准正弦波脉宽调制变频调速控制系统框图m调制系数 N半周内的脉冲数图 4 中，V/F 变换器产生占空间比为 50%的脉冲列，载波信号为与脉冲列同步的等腰三角波，D/A 变换器产生的阶梯波参考信号，与载波比较获得准正弦调制波。m,N 控制器经分频译码输出鉴相波形，经逻辑电路调制输出至触发电路去控制逆变器，使逆变器输出变频变幅的电压，从而实现异步电动
49、机的调速。图 5 中，制载频信号发生器输出的载波信号 2 与其输入的脉冲列 1 同步，3 为阶梯波，4 是由 2 和 3 波形比较产生的脉宽调制波形，5 和 6 为鉴相波形，7 和 8 为最后调制结果的波形，9 为逆变器输出波形。PWM 型变频器的电路有多种，其控制方法也不尽相同。但只要采用高速开关元件，使逆变器输出脉冲增多，即使输出低频时，输出波形也是比较好的。所以 PWM 型变频器适用于作为异步电动机变频调速的供电电源，实现平滑启动、停车和高效率宽范围调速。一般 PWM 系统或准正弦波脉宽调制变频系统（又称 SPWM 系统大多采用开环控制，由于异步电动机在不同供电频率下的机械特性硬度变化不大，所以，太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书28开环变频调速控制仍然获得广泛的应用。但在机械加工领域，有时调速精度要求高，这就需要实行速度闭环调节。一般来说，
