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矿井提升机盘式制动器监控系统的研究

作　者: 陶林裕
导　师: 宫文斌
学　校: 吉林大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 盘式制动器 PID 电液比例恒减速制动
分类号: TD534.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文对矿井提升机盘式制动器的控制系统与监测系统进行了研究,分析了国内外在该技术的总体发展情况,国内矿井提升机在控制与监测系统研究方面较国外存在着较大的差距。从推导出的制动系统传递函数可以得出提升机的制动过程与许多的因素有关,包括系统的变位质量、提升高度、卷筒参数等等。在受诸多参数影响的系统中,开环控制明显不能够满足控制的要求,提出了速度负反馈的控制概念。在控制系统的液压站中,引入电液比例控制技术,改变了大多数制动系统中的分级控制模式,实现了盘式制动器制动过程中对制动力进行的无级调节过程,很大程度上可以改善盘式制动器的制动性能。具体说明了恒力制动与恒减速制动的区别,对比恒力制动与恒减速制动,得出恒减速制动效果优越的结论。通过具体设计制动系统的液压站,实现四种制动模式,设计了各制动模式下的控制策略：在电控制器能正常工作的情况下,制动过程采用速度负反馈实现；在电力系统出现故障的情况下,通过紧急制动回路实现一级制动和二级制动。监测系统监测提升速度、闸间隙和碟形弹簧性能三个参数。选择具体传感器后,设计具体的电路和检测流程,实现对三个重要参数的实时监测。运用VB进行数据采集,完成监测系统的设计。最后对系统进行仿真与实验,使用Amesim软件建立了具体的液压仿真模型,通过对正常制动和紧急制动进行仿真,得到了与设计目的相一致的结果。在电路系统方面,对比例控制器进行了阶跃响应实验和抗干扰实验,实验结果完全符合设计要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题提出的背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究状况  11-13
  1.3 本文研究的主要内容  13-14
  1.4 本章小结  14-16
第二章盘式制动器数学模型的建立与监测系统总体方案设计  16-30
  2.1 提升机盘式制动系统数学模型的建立过程  17-25
    2.1.1 提升系统的变位质量  18-20
    2.1.2 提升系统的静阻力矩  20-22
    2.1.3 盘式制动器的制动过程模型  22-23
    2.1.4 盘式制动系统的数学传递函数  23-25
  2.2 控制与执行机构的总体方案设计  25-26
  2.3 监测系统的总体方案设计  26-28
  2.4 本章小结  28-30
第三章盘式制动系统控制与执行机构的分析及设计  30-54
  3.1 制动器中的电液比例技术  30-31
  3.2 制动系统中的电液比例控制放大器  31-37
    3.2.1 液压站中比例控制器的PID调节技术  32-33
    3.2.2 比例控制器中PID调节的参数整定  33-34
    3.2.3 盘式制动系统比例控制器PID调节的具体实现  34-35
    3.2.4 盘式制动系统电液比例控制器的具体电路设计  35-37
  3.3 电液比例溢流阀的组成结构  37-38
  3.4 盘式制动器液压站工作回路与控制过程设计  38-52
    3.4.1 正常制动液压回路与控制策略  39-40
    3.4.2 正常制动控制回路的分析设计  40-42
    3.4.3 正常制动过程的控制策略  42-44
    3.4.4 正常制动控制过程的硬件电路和软件流程实现  44-51
      3.4.4.1 正常制动控制过程的硬件电路设计  44-47
      3.4.4.2 正常制动控制过程的软件流程分析  47-51
    3.4.5 盘式制动器的紧急制动液压回路  51-52
  3.5 本章小结  52-54
第四章矿井提升机盘式制动器的监测系统设计  54-72
  4.1 提升机制动过程参数监测系统实现的功能  54-55
  4.2 运行与制动过程中的速度监测  55-59
    4.2.1 光电编码器检测电机转速的常用方法  56-57
    4.2.2 速度检测过程的硬件实现  57-58
    4.2.3 速度检测过程的流程分析  58-59
  4.3 碟形弹簧性能的实时监测  59-64
    4.3.1 提升机盘式制动器与压力传感器的机械结构  60-61
    4.3.2 碟形弹簧应力检测硬件电路  61-64
      4.3.2.1 压力信号检测电路设计  61-62
      4.3.2.2 信号放大与传输电路设计  62-64
  4.4 盘式制动器闸间隙实时监测过程  64-66
    4.4.1 高精度电容式位移传感器检测电路设计  65-66
    4.4.2 位移传感器的安装、说明与硬件调试  66
  4.5 监测系统的数据采集与处理  66-70
    4.5.1 VB6.0软件与数据采集卡简介  66-67
    4.5.2 监测系统用户界面编制与介绍  67-70
  4.6 本章小结  70-72
第五章仿真与实验  72-84
  5.1 制动系统在正常制动情况下的仿真测试  72-74
  5.2 制动系统在出现电气故障时的仿真测试  74-80
    5.2.1 阀12响应频率对紧急制动油压影响的仿真测试  76-77
    5.2.2 阀12响应频率对紧急制动闸间隙影响的仿真测试  77-79
    5.2.3 阀12响应频率对紧急制动影响的根源探索仿真测试  79-80
  5.3 制动系统的电液比例控制器实验  80-82
  5.4 本章小结  82-84
第六章总结与展望  84-86
  6.1 工作与结论  84-85
  6.2 不足与展望  85-86
参考文献  86-90
致谢  90

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