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高级技师专业论文
题目：一种溜井井深的测试装置
姓 名：
一种溜井井深的测试装置
【摘要】：通过利用卷扬机、重锤及定位导向结合的方式，研究出一套适用于金属矿山井下恶劣环境测量溜井深度的装置，以解决金属矿山井下溜井深度测量难、人工耗费高、易产生安全隐患的问题。
关键词：溜井 重锤 定位导向 测量
一、前言与背景
机械自动化的发展已经有几百年的历史，其高速发展，已经在工业、农业、军事、科学研究等众多领域得到了广泛的应用。因其高效，方便等众多优点，已经深入到生产生活的各个方面。同时由于社会需求的不断提高，各种新型领域的出现，自动化发展也随之不断完善及细化。而自动送料装置正是其最基础的部分，其结构也因工作环境类型的不同，也表现出不同的多样性。在庞大的工业环境推动下，各种符合实际生产的自动化机械也随之被设计推广。
国内金属矿山溜井为分为三类，360米溜井，180米溜井及60米溜井，其中数量最多的是180米溜井，溜井口直径约为2-3米，顶板可以悬挂，温度18度左右，粉尘相对煤矿要小，现场湿度较高，在相对恶劣工况环境下测试溜井深度的方法并不多，只有采用人工投放绳子后再计量绳子的方式来进行大致测量，不仅精度得不到保障，而且容易导致安全事故的发生。又因金属矿上溜井分布较散，人工测量的方式会导致测量过程浪费太多人力，不利于工业自动化的发展需求。
本次机构设计主要用于测量金属矿山溜井井深的装置，实现金属矿山溜井自动测量，消除积累误差，把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，极大地提高劳动生产率。而传统式手动测量，不但效率低，同时又浪费劳动力。为降低生产成本，本次设计的是以电动绞车方式传动重锤。
此次设计意义不仅是对金属矿山实际生产提供快捷方便，更实际的意义是对自己来说也是一次很好的锻炼，巩固了很多旧知识，也了解学习更多的新知识，能把平时学到的知识有效的结合，我想通过这次设计，对以后的学习工作会有很多的帮助。
二、国内溜井测试的背景技术
目前国内测量溜井井深的方式主要是采用长钢丝一次投点、几何定向或陀螺经纬仪定向、钢尺法或钢丝法。由于井深小,采取一定措施后一般均能满足采矿工程当井筒深度很大时,定向投点钢丝的摆动不再符合简谐振动规律,特别是在井下湿度和灰尘较大时,投点误差很大,难以达到精度要求。采用激光投点仪投点取代钢丝投点,可克服上述缺点,但传统的激光穿透能力有限,无法测量井深，并且激光或雷达光波容易受到井下潮湿环境水分子的反射而失真，导致测量不准确。且我国的长钢尺类型有限,特别1 000 m 以上的长钢尺造价太高,多把短钢尺相接难度较大,钢尺法测量方式不现实。因此,井下溜井测量的研究很具有必要性。
三、研究装置的功能需求
1、通过溜井井口物位计进行距离采样，测量出目前溜井的深度；
2、溜井矿石高度测量：±1米之内；
4、选择合适的电动绞车，定滑轮，重锤完成各个配合；
5、设计连接件和固定装置把各部合理链接
6、完成装配图设计，绘制部分零件图；
7、建立送料机的三维模型并进行仿真分析。
四、装置设计方案
1、工作原理
重锤（见附图1）由钢丝牵引下降，重锤重量恒定，钢绳重量随长度的增加而增加。当重锤接触到矿料面并完全落在矿料面后，重锤的自重消失，只剩余钢绳自重。按照该变化，设计在导向定滑轮上端安装一拉力称重传感器（见附图1），传感器一端与滑轮（见附图1）连接，一端与支架连接，实时检测滑轮下挂的钢丝绳以及重锤重量变化，检测到的重量数值随重锤的下降和钢丝的加长而加大，直至重锤完全落在矿料面上后，此时的重量会出现一个减小的变化，利用该变化作为实际深度信号测量的截止点，并要该信号作为电动绞车（见附图1）停止和抱闸的信号。在绞车出线处安装旋转量检测机构（见附图1），使用接近开关检测方式检测旋转量（1脉冲/转）。按照2πr×脉冲数=重锤下放距离，进行重锤位置检测，从而计算溜井深度；在20秒后，系统已经把计算好的数据传输入终端控制器，电动绞车又自动启动，收回钢绳，回到初始位置。
2、设计思路
（1）、探测重锤使用双圆锥型结构，防止上升、下降时在竖井内被通道中突出的结构阻碍，导致重锤在竖井内卡死。
（2）、使用三角支架固定导向滑轮，保证钢丝传动以及重锤上升、下降过程的稳固性；
（3）、在绞车出线处安装旋转量检测机构，使用接近开关检测方式检测旋转量（1脉冲/转）。按照2πr×脉冲数=重锤移动距离，进行重锤位置检测。
（4）、矿料位置的检测方法
重锤由钢丝牵引下降，重锤重量恒定，钢丝重量随长度的增加而增加。当重锤接触到矿料面并完全落在矿料面后，重锤的自重消失，只剩余钢丝自重。
按照该变化，设计在导向定滑轮上端安装一拉力传感器，传感器一端与滑轮连接，一端与支架连接，实时检测滑轮下挂的钢丝绳以及重锤重量变化，检测到的重量数值随重锤的下降和钢丝的加长而加大，直至重锤完全落在矿料面上后，此时的重量会出现一个减小的变化，利用该变化作为实际深度信号测量的截止点，并要该信号作为绞车停止和抱闸的信号。
（5）、定位导向机构
该机构主要作用有二，一是对下垂的钢缆进行整理导向，防止重锤在上升、下降时与竖井壁刮碰，使钢丝绳产生较大摆动，影响重量传感器的检测；二是作为重锤上升到原点位置时的停止信号，停止绞车运转和抱闸启动。（6）、控制系统框图
3、功能设计
1）、现场通过变频器控制绞车收放电缆速度； 2）、实时测量反馈上升、下降距离；
3）、重锤接触到竖井底部矿料，绞车停止，自动抱闸； 4）、重锤上升到准备位置，绞车停止，自动抱闸。
5）、触摸屏画面具备现场操作所需各操作功能和数据显示、调整功能；
6）、可挂入光纤环网，进行远程监控。
7）、可拓展，可在锥形体重锤上家装接近感应转置，使重锤下放时自动感应溜井壁情况，并将数据传输入电脑，利用电脑软件绘制实时的溜井壁情况。
4、配件选型
4.1 电动绞车（卷扬机）选型
卷扬机是指用卷筒缠绕钢丝绳或链条提升或牵引重物的轻小型起重设备，又称绞车。卷扬机可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物。卷扬机分为手动卷扬机、电动卷扬机及液压卷扬机三种。现在以电动卷扬机为主。可单独使用，也可作起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用。主要运用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物料升降或平拖。由于本次设计使用的卷扬机只为提拉重锤使用，且重锤重量在100KG以内，故选用卷扬机的额定提高重量在200KG左右，考虑到提升时受到的惯性重力影响，卷扬机电机选型应在1.2KW左右。
4.2 钢绳选型
考虑到金属矿山井下潮湿环境及钢绳自重与重锤配比，本次设计钢绳应选用不锈钢4厘钢绳。
4.3 重锤选型
重锤选用碳钢菱形重锤，在菱形上沿焊接提拉换方便钢绳固定，重锤重量为50KG。
五、装置实际的运用
1、溜井系统虽然能通过井下工业以太网实现数据稳定高速上传，并在调度中心及时显示出测量数据。
2、该装置设计使用的关键点是必须找到溜井井口的中心点（井口至井脚的直线点），从中心点下放重锤并测量下放钢绳的长度，得出溜井井深的结果。在实际使用过程中，由于溜井井壁不平整，中心点必须经多次定位后确定。
如图：确定溜井顶上的中心点
如图：重锤装置安装于中心点后侧方作业平台下部
3、由于矿山溜井都是多中段作业，为了保证溜井装置在使用过程中的安全，项目实施前最终选取的直通溜井作为实验溜井，而试验地点的井口安装环境、空气湿度等因素并不理想，装置设计时所确定的相关设备、材料容易受现场客观因素的影响。在设备安装调试过程中，需根据现场使用需求对溜井测量装置进行了防尘、防潮处理，如：加装卷扬机防尘罩、配电柜密封、钢绳及滑轮润滑等措施。
如图：钢绳理线器加装防潮罩
理线器是机械原理，靠螺杆传动控制理线器来回行走。
如图 红色部分为定滑轮
4、整个测量装置传动部分零件相对较多，包括定滑轮、卷扬机、卷扬机抱闸、理线器、套管、接近传感器、限位器等零件组成。
六、结论
装置经设计及金属矿山现场使用，本装置具有以下功能
1、经济适用的精确测量功能：利用卷扬机配合传感技术测试溜井深度解决由于无法掌握溜井仓储量卸放矿难的问题。
2、可靠的信号及提放控制：融合PLC技术、定滑轮定位，对矿山原有的人工测量方式进行升级完善，达到能够在整体上对溜井的测量时间、测量频次做灵活调整，提高测量效率。
3、稳定的安全预警：机械式的操作方式能够实现测量过程中的急停、刹车等安全预警功能，有效避免人工测量导致的安全隐患。
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