1、摘要为了发展工业和提供充足的能源，必须大量开采煤炭，而露天开采发展迅速。开发和建设大型露天矿山，关键是发展大型露天矿成套设备，只有研制和使用先进的技术装备，才能充分发挥出露天矿经济效益高的优势。我国矿山主要采用的是间断式开采，挖掘机是露天矿间断式开采的主要设备。电气系统作为机械式单斗挖掘机重要的配套设备，它的性能和功能对机械式单斗挖掘机影响很大。本次设计以某种型号的机械式单斗挖掘机为背景，设计了基于直流脉宽调制（PWM）调速系统的电气控制系统。PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，
2、因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。脉宽调制(PWM:(Pulse Width Modulation)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。PWM脉宽调制系统实现了对机械式单斗挖掘机的直流行走电机的速度控制，从而实现了对电铲的前进、后退和速度控制。关键词：露天矿；机械式单斗挖
3、掘机；PWM脉宽调速；电气系统控制AbstractIn order to develop industry and provide sufficient energy, must pour out a large exploitation of coal, and strip mining is developing rapidly. Development and construction of large open-pit mine, the key is to develop complete sets of equipment, large open-pit mine only dev
4、elopment and use of advanced technology and equipment, in order to give full play to the advantages of high out of the open pit mine economic benefit. Our country mainly adopts the continuous mining in mines, main equipment of continuous mining excavator is open-pit mine. Electrical system as an imp
5、ortant corollary equipment of mechanical single bucket excavator, its performance and function had a great influence on mechanical single bucket excavator.This design in a certain type of mechanical single bucket excavator as the background, design based on dc pulse width modulation (PWM) control sy
6、stem of electrical control system. PWM is an analog signal level for digital encoding method. Through the use of high resolution counter, the duty cycle of square wave is modulated to encode a specific analog signal level. PWM signal is still digital, because in any given moment, full of amplitude o
7、f the dc power supply or completely (ON), or completely without (OFF). Voltage or current source is a pass (ON) or OFF (OFF) to repeat pulse sequence is added to the simulation of the load up. Tong is when the dc power supply was added to the load, is broken when power supply was disconnected. As lo
8、ng as enough bandwidth, any analog value can use PWM coding. Pulse Width Modulation (PWM (Pulse Width Modulation) is the use of the microprocessor digital output to analog circuits to control a very effective technology, widely used in from measurement, communication to power control and transform i
9、n many areas.PWM pulse width modulation system is realized with mechanical single bucket excavator in dc motor speed control, so as to realize the forward and backward and speed control of excavator.Key words: open pit; Mechanical single bucket excavator; PWM pulse width speed regulation; Electric c
10、ontrol systemIII目录1 绪论11.1煤矿铲车概述11.2 WK-10型电铲行走机构的传动机构介绍11.3 WK-10型电铲车主要参数21.4 WK-10型电铲供电方式32 电动机转矩的计算42.1 履带行走装置的牵引力计算42.2 电动机转矩的计算63 煤矿铲车驱动电动机选型设计83.1 电动机功率计算83.2 电动机型号选择83.3 直流他励电机的特性93.3.1 直流他励电动机的固有机械特性103.3.2 直流他励电动机的启动特性（降压启动）113.3.3 直流他励电动机的调速特性（调压调速）123.3.4直流他励电动机的制动特性144 直流调速系统的方案设计164.1直流
11、电机调速方案的选定164.2 选择PWM控制系统的理由184.3 选择IGBT的H桥型主电路的理由184.4 采用转速电流双闭环的理由195 PWM调速系统的工作原理和组成205.1 PWM调速系统的工作原理205.2 PWM调速系统的组成215.2.1 控制电路组成225.2.2 PWM信号发生电路设计285.2.3 功率放大驱动电路设计315.2.4 主电路设计335.2.5 测速发电机355.2.6 滤波电路365.2.7 A/D转换376 系统软件部分的设计396.1 PI 转速调节器原理图及参数计算396.2 系统中的部分程序设计396.2.1 单片机资源分配396.2.2 程序流程
12、图437 总结44致谢45参考文献46附录A47附录49 1 绪论1.1 煤矿铲车概述煤矿铲车即矿用挖掘机。矿用挖掘机主要用于露天矿的挖掘和装载，工作对象如为表土则可直接挖取，如为矿石则需爆破后再用挖掘机挖取装载。此种挖掘机一般只配有正铲工作装置。矿用挖掘机自行距离短，行速低，多用电力驱动，故又叫电铲车。矿用挖掘机多是大斗容的，大部分是单斗机械式，适用于开挖-级碎岩。挖掘机接地比压要求不严格，由于运行距离不长，工作场地多经过平整，所以通过性也要求不严格。机械式正铲单斗挖掘机是露天矿山用链铲装矿岩和表土的主要设备之一。机械式单斗挖掘机是挖掘机的一种，用一个铲斗以间歇重复的工作循环进行工作，即由挖
13、掘、满斗回转至卸载点、卸载、空斗回转至挖掘地点等四个工序构成一个工作循环。在作业过程中，挖掘机是不移动的，直到将一次停机范围内的土壤挖完，挖掘机才移动到新的作业地点。为了完成上述动作，单斗挖掘机应具有下列部分：工作装置、回转支撑装置、行走装置、动力装置和附属设备。机械式单斗挖掘机的特点是，结构紧凑、能在较大的范围内实现无级调速，操作简单，易于实现标准化、系列化和通用化。本次设计以WK-10型机械式单斗挖掘机的行走机构为例。1.2 WK-10型电铲行走机构的传动机构介绍行走机构的传动机构，全部安装在底座的一端，由双电动机通过带制动盘的柱销联轴节带动一个三级齿轮减速器。履带架输入轴与减速器输出轴间
14、安装双缸气动离合器，离合器是用来实现行走装置的转弯动作的，离合器的拨叉由双向气缸带动，气缸是由二位四通阀控制。图1-1为WK-10型挖掘机传动系统图。减速器是三级齿轮减速器，型号为H2SH12，减速比i=248。履带运行装置是挖掘机上部重量的支承基础。这种运行装置的主要优点是接地比压力小，附着力大，可适用于道路凹凸不平的场地，如浅滩、沟或有其他障碍物，具有一定的机动性，能通过陡坡和急弯而不需要太多时间。其缺点是运行和转弯功耗大，效率低，构造复杂，造价高，零件易磨损，常需要更换等。WK-10型电铲采用的是少支点的刚性的双履带行走装置。刚性履带行走装置中，支承轮和履带架或下支承架做刚性联系，不用弹
15、簧或铰接，这是最普遍应用的型式。 11WK-10型挖掘机传动系统图1-1 WK-10 excavator transmission Figure1-2 WK-10型挖掘机履带运行装置1-2 WK-10 excavator crawler running gear1底架； 2履带架； 3支承轮轴； 4支撑轮； 5；拉紧方轴； 6导向轮； 7驱动轮轴；8驱动轮；9履带板； 10销轴； 11行走减速器； 12行走电动机；13、19、20、21齿轮； 14、16、18、23轴； 15伞齿轮； 17拨叉离合器； 22行走制动器； 24拨叉机构气缸； 25拨叉； 26卡箍； 27固定大齿轮； 28环形轨道； 29棍盘；30楔形块； 31支架；32垫片1.3 WK-10型电铲车主要参数主要参数如下：q 斗容 10m3 Vy 行走速度 0.69km/hp 最大爬坡角度 13pp 比压（平均） 0.23MPa
