煤矿大倾角主提升系统设计模板

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资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。摘要本文以小马煤矿主井改造为背景,经过国内外带式输送机现状的研究,提出了采用大倾角带式输送机作为主井提升系统的方案。根据主井提升系统主要参数的设计计算,主要解决了以下三个问题:(1)主提升系统结构部件选型设计,如:带型、电机、减速器、联轴器、托辊组、制动装置、拉紧装置等的设计选型;(2)主提升系统的动态特性分析与性能优化,如:带式输送机的动态特性分析、带式输送机启动过程分析、启动过程加速度控制曲线优化设计等;(3)主提升系统在线监测与保护技术,如:输送带纵向撕裂及断带的在线监测与防护、防止输送机逆转以及滚料、滑料措施。关键词:大倾角;带式输送机;软启动;纵向撕裂;动态特性;滚料、滑料

1资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。ABSTRACTKeywords:highangle;beltconveyor;softstart;longitudinaltear;Dynamiccharacteristics;rollmaterials、slipperymaterial

2资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。目录1绪论21.1大倾角带式输送及其研究进展21.2研究的目的和意义51.3总体改造方案确定61.4论文主要内容与结构62主提升系统主要参数设计计算72.1基础条件数据72.1.1计算标准、符号和单位72.1.2原始参数、工作条件与初步确定设计参数72.2输送能力与带宽设计计算82.2.1输送机带速V的确定82.2.2输送带带宽B的确定92.2.3槽型物料断面面积S的确定92.3圆周驱动力的计算102.3.1主要阻力计算11

3资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。2.3.2主要特种阻力计算132.3.3附加特种阻力计算142.3.4倾斜阻力FSt计算152.4传动滚筒轴功率及电机功率计算152.5输送带张力计算162.5.1输送带不打滑条件校核162.5.2输送带下垂度校核172.5.3各特性点张力计算182.5.4改向滚筒及传动滚筒合张力计算202.6其它计算212.7本章小结233主提升系统结构部件选型设计243.1驱动装置设计与选型243.1.1电机的选用253.1.2液体粘性调速器的选用253.1.3减速器的选用273.1.4联轴器的选用283.2传动滚筒设计与选型293.3托辊组优化设计与计算313.3.1托辊组的优化布局与设计类型313.3.2托辊组的选型与校核343.4制动装置的设计与选型36

4资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。3.4.1逆止器的设计与选型363.4.2制动器的设计与选型373.5拉紧装置设计与选型383.5.1拉紧装置的作用383.5.2拉紧装置在使用中应满足的要求383.5.3拉紧装置在过渡工况下的工作特点393.5.4拉紧装置布置时应遵循的原则393.5.5拉紧装置的布置及选取393.6本章小结414主提升系统的动态特性分析与性能优化414.1带式输送机的动特性414.2带式输送机启动过程分析434.2.1带式输送机的启动434.2.2输送带波的传递与振荡444.3启动过程加速度控制曲线优化设计454.3.1启动加速度计算464.3.2加速度控制曲线优选474.4启动过程可控传动装置主从动片结合过程494.5本章小结505.主提升系统在线监测与保护技术515.1输送带纵向撕裂及断带的在线监测与防护515.2防止输送机逆转以及滚料、滑料措施51

5资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。5.2.1防止输送机逆转措施465.2.2防滚料及滑料措施465.2.3安全防护措施465.3本章小结516.结论与展望516.1结论516.2展望51参考文献

6资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。1绪论1.1大倾角带式输送及其研究进展[1]带式输送机因为具有输送能力大(超过30000t/h),适用范围广,安全可靠性高,自动化程度高,易于维护,爬坡能力大,经营费用低等特点,是当代运送散状物料最为得力的输送设备,广泛应用于煤矿、金属矿、电厂、码头等场所。作为整机,它正向大运量、高带速、长运距、大倾角和广泛的适用性能方向发展;作为零部件,也正向高性能、长寿命、低能耗方向发展。国外一般使用的带式输送机的主要技术指标如表1-1所示。表1-1国外带式输送机的主要技术指标主要参数国外300--500万t/a高产高效矿井顺槽可伸缩带式输送机大巷与斜井固定式强力带式输送机运距(m)~3000>3000带速(m/s)3.5~4.54~5,最高达8输送量(t/h)2500~30003000~4000驱动总功率(kw)1200~1500~3000,最大达10100普通带式输送机一般只能在倾角18°以下的坡度条件下输送物料。随着煤矿现代化的深入发展,对大倾角带式输送机的需求日益增大。而大倾角带式输送机是在普通带式输送机的基础上发展起来的一种输送机械,以实现在大倾角、长距离条件下的物料输送,从而充分发挥运输设备的功能。当前,大倾角带式输送机的主要结构型式有[2]:(1)花纹输送带的大倾角带式输送机。采用花纹输送带可在一定范围内增大物料的输送角度。有波浪形、棱锥形、鱼骨形、人字凸台形、圆凹坑形等花纹,花纹的高度(或凹坑的深度)

7资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。为5～40mm。花纹带式输送机的主要优点是能够采用标准的系列设备,输送能力大、结构简单、使用可靠,输送倾角可比光面输送带高10°~20°。(1)具有横隔板输送带的大倾角带式输送机。有横隔板的输送带分3种结构型式:可拆卸横隔板输送带、固定横隔板输送带、有横隔板和侧档边输送带。可拆卸横隔板一般采用机械方法固定,其优点是横隔板损坏或磨损后能够更换,也可调节横隔板间距。一般横隔板的高度为50～300mm。输送倾角可提高到60°～70°。输送带上面的横隔板能够做成马蹄形支撑件,用硫化方法将其两端固定到输送带的侧边,代替横隔板。当输送带形成梯形时,马蹄形支撑件在输送带上无缝隙,但需将输送带空载分之翻转180°,以使输送带能够在普通托辊上运行。在实际应用中都力求采用普通标准输送带配以横隔板,在空载分支上配置特殊托辊,以避免输送带翻转长度的限制,另一方面使输送带磨损增大,由三辊式托辊组支承的大倾角输送机就是其中一种。输送带的横隔板在承载分支上靠隔板本身向输送带中部彼此搭接,输送带空载分支沿着圆盘形的托辊运行,而横隔板在圆盘之间经过。也可采用从一个表面转到另一个表面的铰接横隔板,这种隔板用专门的铰链与输送带侧边联接,当输送带运行时,靠横向导轨将横隔板转到空载分支的上面,输送带的空载分支即可沿着普通托辊运行。具有横隔板和侧档边的大倾角输送机,输送倾角能达到60°

8资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。,当输送粉尘物料时,该输送机最大倾角可达70°～75°。采用通用带式输送设备,仅用具有侧档边的输送带代替普通输送带,输送能力提高0.5～1倍,输送机总投资费用减少40％,经济效益显著。缺点是输送带清扫困难,不宜运输粘性物料。(1)大槽角的大倾角带式输送机[3]大槽角提高输送倾角的原理是:输送带形成深槽形,输送带与物料之间产生挤压,使物料对输送带的摩擦力增大。有3种结构型式:①输送带呈U形(图1-1(a)),输送带中间布置加强索;②几组托辊将输送带托起形成深槽形(图1-1(b);③采用特殊托辊组(图1-1(c)使输送带与物料之间产生挤压,使物料对输送带的摩擦力增大。(a)U形胶带(b)深槽托辊组(c)特殊托辊组图1-1大槽角带式输送机3种结构形式Fig.1-1Threetypesoflayoutofinclinedconveyor以上几种深槽形带式输送机可用于输送细块和中块散状物料(块度在300mm以下),输送倾角为25°～30°。其优点在于:①结构比其它大倾角输送机简单,用普通输送机的通用部件;②适宜于多点驱动,可用普通输送带,在倾角不太大时,

9资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。这种输送机很有发展前途;③由于槽形角太大,货载横截面积大,因此在相同宽和相同带速下输送能力增大。国外还有一种”拉卷”带式输送机,采用特殊编织结构带芯输送带,带受拉力时两边上卷,将物料包起,最大输送倾角可超过31°。(1)管形大倾角带式输送机。管形带式输送机是在槽形带式输送机基础上发展起来的一种新型输送设备,其工作原理是:物料受卷成管状的输送带侧压力作用,物料与输送带间的摩擦力增加,实现大倾角输送,其输送倾角达27°～47°;如果输送带上有花纹或凸台,则输送倾角可达60°以上。管形带式输送机有4种结构形式:①吊挂托辊式管形带式输送机;②滑车夹钩式管形带式输送机;③导轨式管形带式输送机;④圆管带式输送机。(2)压带式大倾角带式输送机。所谓压带式输送机就是将物料夹在两条输送带之间,随输送带一起输送。这种带式输送机是英国首先研制成功的,最大的特点就是输送能力不随倾角变化,输送物料的最大倾角可达90°。物料在全封闭状态下输送,无落料和粉尘飞扬,因此容易实现高速输送。按承载带与覆盖带的缠绕形式可分为2种:并环式缠绕和套环式缠绕。按结构可分为5种:①自重压带式;②刮帘压带式;③加载压带式;④张紧环压带式;⑤夹边压带式。[4]国内外技术人员对大倾角输送机的相关技术进行了大量的研究和探索工作,取得不少研究成果。前苏联、日本、英国、

10资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。美国等国家都曾生产大倾角带式输送机,前苏联曾研制出倾角达280的上运大倾角带式输送机,采用花纹带并配备较好的清扫系统。美国和日本均研制了压带式和管状带式输送机,以满足大倾角场合使用要求,但压带式输送机由于增设了压紧胶带,结构复杂、磨损及能耗均较大,当两带之间出现严重滑动时易损坏胶带(甚至因胶带过热而引起火灾),仅使用于短距离、倾角600以上(甚至是垂直提升输送)的场合;[6]管状带式输送机需要采用特殊结构的中间架、托辊及导轮等部件,结构复杂,且要求输送带宽度很大、成槽性要好、受料须均匀、无多点装载要求等;花纹带输送机的输送带上花纹比压不能过大(≦80N/cm2),使得传动功率受限制,而且花纹带清扫困难,价格贵。采用波状挡边加横隔板输送带的垂直带式输送机运量小、运距短,且波纹挡边粘接质量不稳定影响使用,主要使用在煤矿地面运输系统。煤矿井下使用的垂直带式输送机当前主要有德国MetSo公司的Pocketlift垂直带式输送机,它的动力传送是经过与刚性三角横梁相连的两条窄钢丝层芯输送带来获取的,原煤装入纤维层芯加强的橡胶料斗中,料斗连接在三角横梁上,能够单独装配和拆卸。当前,Pocketlift垂直带式输送机受技术限制运输能力和提升高度不能太大,且价格昂贵,仅在俄罗斯、美国等国有一些应用。它最大应用案例在美国ILLCarmi地区WhiteCountryCoal公司Pattiki二号矿,运输能力1815t/h,提升高度276m,最高带速3.73m/s,装机功率1500kW。

11资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。1.2研究的目的和意义小马公司主井改造前的提升方式为1954年安装的2БМ/1020A型缠绕式提升机,提升容器为4t斜井箕斗。电动机为绕线式仿AM6128-8电动机,功率为155kw,提升机速度V=3.7m/s。提升机电控为老式的逻辑控制方式,型号为KKX,电控方式落后,控制线路已经老化,故障率比较高,且金属电阻发热耗能较大。制动方式为块式弹簧闸制动。运输方式为斜井轨道运输,轨距为1300mm,轨道长度为417m。钢丝绳使用周期短,磨损量较大,一般情况是8个月更换一次钢丝绳,更换钢丝绳比较频繁,维护量比较大,每天需要工作人员观察检查检测钢丝绳。现2БМ/1020A型提升机已经被列入国家淘汰设备,被限制使用。加之,该公司的原煤年产量达到55万吨,且有继续增加趋势。原有的箕斗提升方式严重制约公司的深化发展。根据以上情况决定对主井提升系统进行改造升级,以使新的主提升系统具有安全可靠、节能高效、易维护、长寿命等特点,经济效益和社会效益显著。1.3总体改造方案确定针对小马公司的具体基础条件,主要有两种可能的改造方案,一种是提升机提升,另一种是强力带式输送机提升。经综合比较分析,决定采用强力带式输送机提升方式。这是因为,若采用提升机提升方案,存在如下不足:(1)从设备生产性来说,改造后的设备与原设备没有太大差别,

12资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。不能实现连续运输,生产能力难以得到显著提升。(2)从设备可靠性来说,现在的现代化技术能够达到设备可靠运行,但斜井运输存在易断绳、箕斗下滑等事故,事故率较高。(3)从设备维修性来说,尽管改造后的设备能减小电气方面的维修强度和难度,但从机械设备角度讲,并没有实质性的改变,设备的拆卸、安装难度较大,维修强度较大,维修时间较多。每天必须进行检查检修,每年必须进行大型的检修任务,钢丝绳更换率高,维修费用较高,显然维修性较差。(4)从安全性来说,斜井提升机运输井架维护需要蹬高,井架高度为18米,维护工作人员需要蹬上井架进行天轮维修,属于高空作业,安全性较低,且斜井提升机运输事故率较高,因此安全性方面较差。(5)从耐用性来说,提升设备使用寿命较长,但从整个系统来说,就出现了较多问题,钢丝绳使用寿命短,每年必须进行零部件的检修和更换,比如提升机主轴必须每年进行探伤,天轮轴必须探伤,每4年必须起大轴进行检查检修,费用和强度都很高,从整个系统来考虑耐用性不高。1.4论文主要内容与结构本论文围绕小马公司主提升系统的改造升级,基于现实基础条件和生产要求,对强力带输送机进行了系统化设计。主要研究内容有:

13资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。第一章主要论述国内外大倾角带式输送机的研究进展及论文的主要研究内容。第二章主要是对强力带式输送机的主要参数进行设计计算和确定。第三章主要是对强力带式输送机的主要部件进行设计和选型。第四章主要是分析与优化强力带式输送机的动态特性。第五章主要是对强力带式输送机的控制与保护装置进行设计与选型。第六章为总结与展望。2主提升系统主要参数设计计算2.1基础条件数据2.1.1计算标准、符号和单位本文设计计算中关于带式输送能力、输送带上物料的横截面积、运行功率和张力的计算,均执行国家标准GB／T17119-1997或ISO5048:1989-《连续搬运设备带承载托辊的带式输送机运行功率和张力的计算》。本文设计计算使用的符号和单位,除增加了G1、G2、Im,M、

14资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。Q、R1、R2和z外,均与GB/Tl71l9-1997相同。2.1.2原始参数、工作条件与初步确定设计参数原始参数和工作条件如下:(1)输送物料:煤(2)物料特性:块度:0～300mm散装密度:1.20t/在输送带上最大堆积角:ρ=20°物料温度:<50℃(3)工作环境:井下(4)输送系统及相关尺寸:运距:L=420m运高度:H=212m倾斜角:β=30°最大运量:Qmax=350t/h矿井年产量55万吨(按年工作日为330天,每日工作为16小时)初步确定输送机布置形式,如图2-1所示:2.2输送能力与带宽设计计算[7]2.2.1输送机带速V的确定输送机的输送量

15资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。图2-1带式输送机布局示意图Fig.2-1schematicdiagramofconveyorlayout2(2.1)根据《运输机械设计选用手册》选择:104.17/0.76=137.0t/h因此选用运输量为Q=150t/h。输送机小时输送体积为(2.2)根据《通用机械设计》表15-2,考虑是倾斜运输,采用带速V=(0.8-2)m/s2.2.2输送带带宽B的确定[8]按物料的最大块度确定,由《通用机械设计》式(15-1)(2.3)式中,Xmax为物料最大块度,单位m表2-1不同带宽推荐的输送物料的最大粒度(单位:mm)Table2-1Maximumgrainsizesuitingfordifferentwidthof

16资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。conveyorrecommended带宽B500650800100012001400粒度筛分后100130180250300350筛分前150200300400500600由表2-1能够看出,带宽符合推荐标准,因此选定带宽合适。2.2.3槽型物料断面面积S的确定图2-2深槽角前倾托辊截面Fig．2-2Trenchangleanteversionsupportingrollersection　为解决运行过程中滚料、煤与煤间相对滑动及煤与胶带间相对滑动问题,承载托辊采用等长4节双列深槽型托辊组,内侧2组及外侧2组托辊的倾角分别是25°、60°,见图2-2。为保证其具有良好的成槽性,4节辊的布置应使胶带成槽的半径尽可能大。设计胶带成槽曲率半径为400mm。为保证正常的运输条件下不撒料,

17资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。输送带上的物料横截面积按下式计算(2.4)按小时输送量确定,由《通用机械设计》式(15-5)式中因此,S=S1+S2+S3=0.013+0.073+0.0096=0.0956m2式中的b—输送带可用宽度,按以下原则取值:B≤2m时,b=0.9B-0.05m;B≥2m时,b=B-0.25m;如图所示,取L1=0.15m,θ=ρ=20°。由式(2.5)实际的Q可达,=3.6×0.0956×2.0×1.2×0.68=561.7t/h≥150t/h式中的Cst为输送带倾斜系数由下表选择:表2-2倾斜系数Cst表

18资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。Tab.2-2coefficient(Cst)ofinclination倾角8°10°12°14°16°18°20°22°24°25°≥Cst0.970.950.930.910.890.850.810.760.740.720.682.3圆周驱动力的计算[9]计算圆周驱动力时,首先,要确定输送带的种类和型号。在此,根据经验初步选定钢绳芯输送带,选ST1250型钢绳芯带。查《通用机械设计》表13-2可知,纵向拉伸强度Gx=1250N/mm;输送带每米质量qB=24.7kg/m。对于机长大于80m的带式输送机,附加阻力FN明显的小于主要阻力,可用简便的方式进行计算,不会出现严重错误。为此引入系数C作简化计算,则计算圆周驱动力FU公式为:(2.6)式中,FH—主要阻力FS1—特种主要阻力FS2—特种附加阻力FST—倾斜阻力C—与输送带长度有关的系数,在机长大于80m时,可按下式计算,或从表2-3查取:(2.7)式中:L0—附加长度,一般在70m到100m之间;C—系数,不小于1.02,查《通用机械设计》[8]表2-4

19资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。表2-3系数CTab.2-3coefficientofCL40050060070080090010001500C1.251.201.171.141.121.101.091.061.052.3.1主要阻力计算输送机的主要阻力FH是物料及输送带移动和承载分支及回程分支托辊旋转所产生阻力的总和。可用下式计算:(2.8)式中,f—模拟摩擦系数,根据工作条件及制造安装水平决定,可从下表2-4中查取:L—输送机长度(头尾滚筒中心距),m;g—重力加速度;qRO——承载分支托辊组每米长度旋转部分重量,kg/m;qRU——回程分支托辊组每米长度旋转部分质量,kg/m;qB——每米长度输送带质量,kg/m;qG——每米长度输送物料质量,kg/m;表2-4模拟摩擦系数f(推荐值)Tab.2-4Simulationfrictioncoefficient(f)机型水平及上运型工作条件室内清洁干燥,设备质量良好温度正常,灰尘不大,设备质量较差灰尘较多,输送摩擦较大的物料,设备质量较差湿度大,尘大,寒冷,使用条件恶劣,设备质量差摩擦系数0.0200.0250.0300.040

20资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。由式得:式中,G1—承载分支每组托辊旋转部分质量,kg;查《通用机械设计》表15-6得:G1=14kg;a0—承载分支托辊间距,m;根据表2-5取a0=1.2m;表2-5承载分支托辊间距[10]Tab.2-5Thelengthofbetweentwocarryingidlers松散密度kg/m3带宽(mm)500—650800—10001200—1400托辊间距(mm)≤120012001200＞100010001000由式,得:式中,G2—回程分支每组托辊旋转部分质量;查《通用机械设计》表15-6得:G2=12kg;aU—回程分支托辊间距,m;由经验回程分支托辊间距一般为承载分支托辊间距的二倍多,因此取aU=3m;由式得:查表2-4取摩擦系数f=0.040

21资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。因此2.3.2主要特种阻力计算主要特种阻力FS1包括托辊前倾的摩擦阻力Fg和被输送物料与导料槽拦板间的摩擦阻力Fgf两部分,按下式计算:(2.9)Fg按下式计算:(2.10)式中:Cg—槽型系数。30°槽角时为0.4;35°槽角时为0.4;45°槽角时为0.5;50°槽角时为0.53往后递增。在这里取Cg=0.53;—托辊和输送带间的摩擦系数,一般取为0.3-0.4;—装有前倾托辊的输送机长度,本设计中=417m;托辊前倾角度,本设计中=3°;因此,上托辊:同理,下托辊Fg2=1342.20N。Fgf按下式计算:(2.11)式中,l—导料槽拦板长度,m;本设计中l=5m;b1—导料槽两拦板间的宽度,m;

22资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。μ2—物料与倒料拦板间的摩擦系数,一般取为0.5-0.7;Iv—输送能力,Iv=Svk=0.0956×2×0.68=0.13m3/s因此,则FS1=Fg+Fgf=1342.20+1342.20+355.33=3039.73N2.3.3附加特种阻力计算附加特种阻力FS2包括输送带清扫器摩擦阻力Fr和卸料器摩擦阻力Fa等部分,按下式计算:(2.12)式中,n3—清扫器个数,包括头部清扫器和空段清扫器;其中,Fr=A×P×μ3式中,A—一个清扫器和输送带的接触面积,m2,见表2-6P—清扫器和输送带间的压力,N/m2,一般取为3x104~10x104N/m2;μ3—清扫器和输送带间的摩擦系数,一般取为0.5-0.7;表2-6导料槽拦板内宽、刮板与输送带接触面积Tab.Contactareabetweenfeedchannelandscraperblade[11]带宽B/mm导料拦板内宽b1/m刮板与输送带接触面积A/m2头部清扫器空段清扫器5000.3150.0050.0086500.4000.0070.01

23资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。8000.4950.0080.01210000.6100.010.01512000.7300.0120.018查表2-6取A=0.012m2;由于输送带采用凹型浅花纹钢丝绳芯阻燃输送带,凹槽易粘煤,普通清扫装置无法满足使用要求。为此,在承载胶带带面设有2级清扫器,第l级为弹簧刮板清扫器,第2级为滚刷清扫器。清扫装置为清扫花纹输送带花纹间残存物料的专用设备,采用旋转刷形式,由独立的电动机驱动。为了清扫干净,减少花纹的磨损,本机设置两台清扫器装置。一台安装于机头卸载滚筒和改向滚筒之间,另一台安装于滚筒之后。清扫装置的旋转方向与该处胶带的运行方向相反。该装置清扫效果好,能充分发挥花纹防滑作用,有效地解决输送带带煤滑动问题。则共有2个清扫器。则Fr=A×P×μ3=0.012×10×104×0.6=720N由式Fa=B×k2可计算出Fa。式中k2—刮板系数,一般取为1500N/m2;因为本设计中没有设计卸料器,因此Fa=0;因此,FS2=n3×Fr+Fa=2×720=1440N

24资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。2.3.4倾斜阻力FSt计算由式(2.13)式中,H—输送机上运高度,m;输送机向上提升时,H取正值;输送机向下输送时,H取负值。因此,查表2-3[12],取C=1.12,由式FU=CFH+FS1+FS2+FSt=1.12×12606.03+4229.48+25200+42911.88=86460.11N2.4传动滚筒轴功率及电机功率计算传动滚筒轴功率PA,按下式计算:(2.14)因此,电动机功率PM,按下式计算:(2.15)式中,—传动效率,一般在0.85-0.95之间选取。—联轴器功率;每个机械式联轴器效率,=0.98;液力耦合器,=0.96。—减速器传动效率,

25资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。按每级齿轮传动效率为0.98计算;二级减速机,=0.98×0.98=0.96;三级减速机:=0.98×0.98×0.98=0.94。—电压降系数,一般取0.90-0.95,但驱动时,=1。则2.5输送带张力计算输送带张力在整个长度上是变化的,影响因素很多,为保证输送机正常运行,输送带张力必须满足以下两个条件:(1)在任何负载情况下,作用在输送带上的张力应使得全部传动滚筒上的圆周力是经过摩擦传递到输送带上,而输送带与滚筒间应保证不打滑;(2)作用在输送带上的张力应足够大,是输送带在两组托辊间的垂度小于一定值。2.5.1输送带不打滑条件校核[13]圆周驱动力经过摩擦传递到输送带上(见图2-3)图2-3作用在输送带上的张力Fig.2-3Tensionofconveyoracted

26资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。为保证输送带工作时不打滑,需在回程上保持最小张力F2min按下式进行计算:(2.16)式中,FUmax—输送机满载启动或制动时出现的最大圆周驱动力,启动时FUmax=KAFU,启动系数KA=1.3-1.7;—传动滚筒与输送带间的摩擦系数,见表2-7—输送带在所有传动滚筒上的围包角,rad。其值根据几何条件确定,一般单滚筒驱动取3.3-3.7;折合=1900-2100;双滚筒驱动取7.7,折合=4000。表2-7传动滚筒与输送带之间的摩擦系数[14]Tab.2-7Frictioncoefficientbetweentransmissiondrumandconveyerbelt滚筒覆盖面运行条件光滑裸露的刚滚筒带人字形沟槽的橡胶覆盖面带人字形沟槽的聚氨酯覆盖面带人字形沟槽的陶瓷覆盖面干态运行0.35-0.400.40-0.450.35-0.400.40-0.45清洁潮湿运行0.100.350.350.35-0.40污浊潮态运行0.05-0.100.25-0.300.200.35因此,2.5.2输送带下垂度校核[15]为了限制输送带在两组托辊间的下垂度,作用在输送带上任意一点的最小张力Fmin,需按下式进行验算。

27资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。承载分支:回程分支:式中,—允许最大垂度,一般0.01;取=0.01—承载上托辊间距(最小张力处);—回程下托辊间距(最小张力处)。取=0.01因此,2.5.3各特性点张力计算[16]为了确定输送带作用于各改向滚筒的合张力,拉紧装置拉紧力和凸凹弧起始点张力等特性点张力,需逐点张力计算法,进行各特性点张力计算。由分离点起,依次将特殊点设为1、2、3、…一直到相遇点12点,如图2-1所示。已知输送带第i-1点张力为Si-1．时,沿输送带运行方向上第i点的张力Si值为:Si=Si-1+Fi

28资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。式中,Fi—i点至i-1点之间各阻力之和。为简化计算,输送带经过改向滚筒的弯曲阻力和改向滚筒轴承阻力之和W可用下式计算:W=(K‘-1)Si-1(2.17)式中,Si-1—改向滚筒趋入点张力,N;K‘—改向滚筒阻力系数;≈45°时,为1.02;≈90°时,为1.03:≈180°时,为1.04。在顺序计算各点张力时,也可表示为:Si=K’Si-1式中,Si—改向滚筒分离点张力(1)根据不打滑条件,传动滚筒分离点最小张力等于F2min=8397.45N;令S’5=8397.45N则S’6=S’5=8397.45N＞F回minS’7=1.04×S’6=1.04×8397.45=8733.35N＞F回min故满足回程承载边下垂度要求。S’8=S’7’+fl7-8g(qRU+qB)+1.5FR=8733.35+0.04×400×9.81×(4+24.7)+1.5×720=14318.10NS’9=1.02×S’8=1.02×14318.10=14604.46N

29资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。S’10=S’9=14604.46NS’11=1.04×S’10=1.04×14604.46=15188.64NS’11远大于F承min,满足承载边保证下垂度最小张力要求。S’12=S’11+fl11-12g[qR0+(qB+qG)cosβ+Fs1+Fst=15188.64+0.04×420×9.81×[11.67+(24.7+20.83)cos300+4229.48+42911.88=70751.52N(1)就设计思路,按功率配比2:1计算各特性点张力[17]。FU1==57640.07NFU2==28820.04NS4-S5=FU2=28820.04N由欧拉公式及逐点法有:则S3=S4=38300.32NS1=S2=37184.78NS5=S4-FU2=38300.32-28820.04=9479.28NS6=S5=9479.28NS7=1.04*S6=1.04*9479.28=9858.45N＞F回min故满足回程承载边下垂度要求:S8=S7+fl7-8g(qRU+qB)+1.5FR=9858.45+0.04×400×9.81×(4+24.7)+1.5×720

30资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。=15443.20NS9=1.02S8=1.02×15443.20=15752.07NS10=S9=15752.07NS11=1.04×S10=1.04×15752.07=16382.15NS11远大于F承min,满足承载边保证下垂度最小张力要求。S12=S11+fl11—12g[qR0+(qB+qG)cosβ+Fs1+Fst=16382.15+0.04×420×9.81×[11.67+(24.7+20.83)cos300+4229.48+42911.88=71945.03NSi全部大于Si’,故满足打滑条件。2.5.4改向滚筒及传动滚筒合张力计算[19](1)改向滚筒合张力计算[20]根据计算出得各特性点张力,计算各滚筒合张力:头部45°改向滚筒的合张力:F改1=(S2+S3)sin22.5°=(37184.78+38300.32)sin22.5°=28886.90N头部180°改向滚筒的合张力:F改2=S6+S7=9479.28+9858.45=19337.73N尾部45°改向滚筒的合张力:F改3=(S8+S9)sin22.5°=(15443.20+15752.07)sin22.5°

31资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。=11937.91N尾部180°改向滚筒的合张力:F改4=S10+S11=15752.07+16382.15=32134.22N(2)传动滚筒合张力和扭矩计算根据计算出得各特性点张力,计算各滚筒合张力:第一传动滚筒合张力:F1=S12+S1=37184.78+71945.03=109129.81N第二传动滚筒合张力:F2=S4+S5=38300.32+9479.28=47779.6N因为选用的选用的输送带为ST1250,钢丝绳最大直径为d=4.5mm,由经验公式D≥150d得:D≥150d=150×4.5=675mm由《皮带运输机设计及选用手册》[9]表2-1,初选传动滚筒直径D=800mm,则传动滚筒的最大扭矩为:2.6其它计算(1)拉紧力F0的计算F0=S10+S11=15752.07+16382.15=32134.22N;(2)输送带的最大张力Fmax的计算Fmax=FU+S5=86460.11+9479.28=95939.39N(3)钢绳芯纵向拉伸强度GX校核

32资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。式中,n1—静安全系数,一般取7-10。运行条件好,倾角好,强度低取小值;反之,取大值。因为选用的是ST1250型的钢绳芯带。[GX]=1250N/mm＞GX,因此所选钢绳芯带合格。(1)逆止力和逆止力矩的计算向上运输且倾角较大的输送机,停车会出现逆转,一般应进行逆止力计算。不同工况下,输送机带料停车时产生的逆转力是不同的。经过分析,经过输送带作用于传动滚筒上的最大逆止力出现在输送机承载段只有上升段满载,而其它区段为空载的条件下。为阻止逆转,传动滚筒上需要的逆止力FL可用下式进行计算:(2.18)出于安全上的考虑,对阻止逆转的力乘了0.8的系数。作用于传动滚筒轴上的逆止力矩M’L为:逆止器需要的逆止力矩ML为:式中,i—从传动滚筒轴到安装逆止器所在的轴的速比;—从传动滚筒轴到安装逆止器所在轴的传动效率。

33资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。因此,=42911.88-0.80.049.81[420(11.67+4+224.7)+20.83]=31586.27N=12.63KN/m取=0.80,则要求逆止器的逆止力矩不允许小于ML和ML’。(1)输送机凹弧段的曲率半径的计算【20】输送机凹弧段的曲率半径(见图2-4),应保证输送机空载启动时,输送带不会从托辊上跳起,凹弧段最小曲率半径R2,一般按下式计算:(2.19)式中,FX—凹弧段起点处输送带张力,N;

34资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。图2-4凹弧段的曲率半径Fig.2-4RadiusofcurvatureofthecurvepartFX由下式计算求得:FX=S11+flXg(qR0+qB+qG)因此,FX=S11+flXg(qR0+qB+qG)=16382.15+0.04×3×9.81×(11.67+24.7+20.83)=16449.49N因此,2.7本章小结本章主要是对大倾角、高强度带式输送机的各种参数进行了计算,从主提升系统的输送能力与带宽,最大物料横截面面积,圆周驱动力,到传动滚筒轴功率及电机功率,输送带张力,再到胶带的安全系数和逆止力矩和凹弧段半径,从而为以后的部件设计和选型提供理论支持。

35资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。3主提升系统结构部件选型设计3.1驱动装置设计与选型[26]带式输送机的负载是一种典型的恒转矩负载,而且不可避免地要带负荷起动和制动(即满起动和停车)。电动机的起动特性与负载的起动要求不相适应在带式输送机上比较突出,一方面为了保证必要的起动力矩,电机起动时的电流要比额定运行时的电流大6～7倍,要保证电动机不因电流的冲击过热而烧坏,电网不因大电流使电压过分降低,这就要求电动机的起动要尽量快,即提高转子的加速度,使起动过程不超过3～5s。为了做到这一点,过去曾用加大电动机功率的方法。对于小型、短的带式输送机还能够。另一方面,

36资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。输送带是一种粘性体,大型带式输送机在起动(制动)的不稳定阶段,驱动装置施加到输送带上的牵引力(制动力)及惯性力将以一定的波速在带内传播、叠加、反射,在输送带内引起多边的应力变化,若其瞬时峰值应力超过允许值,将会损伤输送带甚至使之破段,或使托辊、滚筒早期损坏,这要求有尽量小的起动(制动)加速度以降低起动(制动)时的冲击。现代带式输送机的起动加速度要求控制在0.1~0.3m/s2之间。大型带式输送机停车制动时在输送带上出现的应力变化有时甚至比起动时更剧烈。为了解决这一矛盾,缓解对电动机的冲击,常常使用液力偶合器、可控减速器、[27]CST可控驱动系统、变频器。驱动装置是整个皮带输送机的动力来源,它由电动机、减速器、联轴器、逆止器、传动滚筒组成。驱动滚筒由一台或两台电机经过各自的联轴器、减速器、和链式联轴器传递转矩给传动滚筒。传动滚筒采用焊接结构,主轴承采用调心轴承,传动滚筒的机架与电机、减速器的机架均安装在固定大底座上面,电动机可安装在机头任一侧。3.1.1电机的选用[28]电动机额定转速根据生产机械的要求而选定,一般情况下电动机的转速不低于500r/min,因为功率一定时,电动机的转速低,其尺寸愈大,价格愈贵。而效率较低。若电机的转速高,则极对数少,尺寸和重量小,价格也低。

37资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。本设计皮带机所需电动机的总功率为203.57Kw,需选用两台功率为132KW的电机,采用Y315M-4型电动机,其主要参数见下表所示,该型电机转矩大,防爆安全,性能良好,满足要求。表3-1Y315M-4型电动机主要性能参数Tab.1MaintechnicalparametersofY315-M-4electromotor电机型号满载转速r/min额定功率KW堵转转矩最大转矩额定转矩Tst/TN额定转矩Tmax/TnY315M-414901321.82.21.8设计双滚筒分别驱动,按1:1的比例分配功率,共同作用到一个滚筒上。3.1.2液体粘性调速器的选用【31】大倾角上运带式输送机由于输送倾角大,原煤的递升功率占主导地位,虽然输送距离不很长,但输送机的装机功率却往往都很大,常采用单台或多台大功率电动机驱动,这时必须考虑以下几个问题:(1)单台或多台大功率电动机带负载起动时对电网冲击很大,电压降也较大,使得电动机起动困难,同时也会影响其它设备的正常运转。(2)电动机直接或经过限矩型偶合器起动输送机(即硬起动),起动加速度大,这样极大地增加了动张力,对输送机的元部件(特别对输送带)的使用寿命影响很大,而且容易产生打滑、跑偏、滚料等现象,影响输送机的正常运行,而且输送带的选取也不得不偏于保守,使得输送机的成本大为提高。

38资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。(3)多台电动机驱动功率不平衡,常发生烧电动机事故。以上三个问题,采用软起动的驱动方式解决最为合理,比较理想的设备有国内研制的调速型液力偶合器、液体粘性调速器、液压马达、变频器和美国的CST系统。表3-2几种驱动方式的特点[32]Tab.3-2Thecharactersofseveraldrivemode驱动方式性能变频调速CST系统液压驱动液力耦合器液体粘性启动方式软启动/软制动性能好性能好性能好性能好性能好无级调速有有有无有低速运行稳定可靠较差稳定可靠稳定可靠稳定可靠传动效率高低较低高多机驱动功率平衡准确基本准确,有磨损准确,无磨损较好基本准确,有磨损过载保护好好良好可靠比较可靠价格高高高较低较低工作可靠性可靠比较可靠可靠可靠比较可靠运行成本高高高低低系统布置复杂复杂简单较简单简单结合以上各种软启动方式的比较,采用液体粘性启动方式较为合理。液体粘性调速器[33]又称为油膜离合器,它是经过改变离合合片的间距达到改变粘性液体间的剪切力来改变传递力矩。当调整离合合片间的间隙时,传递力矩和输出转速可随之变化。油膜离合器驱动装置如图3-1所示。主要由主动摩擦片、从动摩擦片、输入轴、输出轴、控制液压缸等组成。主动摩擦片经过外花键与输入轴相连,从动摩擦片经过内花键与输出轴相连。主动摩擦片旋转时经过液体形成的粘性油膜来带动从动摩擦片的旋转,改变控制液压缸中油压的大小来调节主、从动摩擦片间的油膜厚度,

39资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。从而实现改变从动摩擦片上转速和转矩的大小。为了适应对负载的启动、调速、功率平衡等得需要,油膜离合器的关键问题是如何来调节控制液压缸中油压的大小,从而实现所需的输出转矩和转速。油膜离合器的液压系统由两部分组成,一是液压控制系统,起调节油膜厚度的作用,从而调节输出速度和转矩;二时润滑冷却系统,起供主、从动摩擦片间润滑以形成油膜来产生剪切扭矩,同时冷却由于摩擦片滑差而产生的热量。采用油膜离合器主要能够得到以下的综合性能:(1)控制油压的大小能控制带式输送机的启动加速度。(2)使驱动装置能提供可调的、平滑的、无冲击的起动力矩。(3)调节油膜,使油膜离合器存在一定滑差,原理上能够实现低速验带工作,但需要配备良好的冷却系统。(4)由于油膜离合器传递的转矩与油压有关,当控制油压一定时,如带式输送机超载,摩擦片就会打滑,实现过载保护。(5)与电动机具有良好的匹配特性,充分利用电动机的最大力矩。(6)当多电动机拖动时,经过调节油膜离合器的滑差就能实现多电动机功率平衡。(7)能够实现输送机的无级调速,以满足不同的工作需要。(8)起动时油膜离合器摩擦片间隙较大而相互脱开,此时电动机空载启动,减小对电气和机械的冲击;正常工作时,摩擦片完全合上,达到高效工作。

40资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。图3-1油膜离合器的结构原理图Fig.3-1Theschematicdiagramofhydro-viscousspeed-adjustingclutch3.1.3减速器的选用已知输送带宽为800mm,查《运输机械选用设计手册》表2-77选取传动滚筒的直径D为800mm,则工作转速为:已知电机转速为n2＝1490r/min,则电机与滚筒之间的总传动比为:选择FLENDER型减速器,其技术参数如下:表3-3减速器参数Tab.Theparametersofreducer型号高速轴输入转速额定功率传动比许用热容量

41资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。B3SH15-35.51500r/min760KW35.5365KW以上3.1.4联轴器的选用[35]联轴器是机械传动中常见的部件。它用来把两轴联接在一起,机器运转时两轴不能分离;只有在机器停车并将联接拆开后,两轴才能分离．联轴器所联接的两轴,由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等,往往不能保证严格的对中,而是存在着某种程度的相对位移。这就要求设计联轴器时,要从结构上采取各种不同的措施,使之具有适应一定范围的相对位移的性能。根据对各种相对位移有无补偿能力(即能否在发生相对位移条件下保持联接的功能),联轴器可分为刚性联轴器(无补偿能力)和挠性联轴器(有补偿能力)两大类。挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分文无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别。本次设计选用了蛇形弹簧联轴器,高速轴联接型号1110T10蛇形弹簧联轴器,低速轴联接型号1180T10蛇形弹簧联轴器。其结构简图3-2所示:蛇形弹簧联轴器属于一种结构先进的金属弹性变刚度联轴器,它靠蛇形弹簧钢片嵌入两半联轴器的齿槽内来传递扭矩,其主要零件有:两个半联轴器、两半外罩,两个密封圈及蛇形弹簧片等。联轴器以蛇形弹簧片轴向嵌入两半联轴器的齿槽内来实现主动轴与从动轴的连接,运转时,是靠原动端齿面对簧片的轴向作用力带动从动端,从而来传递扭矩,这样避免了共振现象发生,且簧片在传递扭矩时所产生的弹性变形,使机械系统能获得较好的减振效果,

42资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。其平均减振率达65％以上。蛇形弹簧片采用优质弹簧钢制造,经严格的加工、处理、具有良好的机械性能,从而使联轴器的使用寿命比非金属弹性元件联轴器大为增长．图3-2蛇形弹簧联轴器Fig.3-2Falkflexiblecoupling3.2传动滚筒设计与选型[36]传动滚筒是传动动力的主要部件。作为单点驱动方式来讲,可分成单滚筒传动及双滚筒传动。单滚筒传动多用于功率不太大的输送机上,功率较大的输送机可采用双滚筒传动,其特点是结构紧凑,还可增加围包角以增加传动滚筒所能传递的牵引力。使用双滚筒传动时能够采用多电机分别传动,能够利用齿轮传动装置使两滚筒同速运转。如双滚筒传动仍不需要牵引力需要,可采用多点驱动方式．

43资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。图3-3传动滚筒结构Fig.3-3Structureoftransmissiondrum传动滚筒是传递动力的主要部件,它是依靠与输送带之间的摩擦力带动输送带运行的部件。传动滚筒根据承载能力分为轻型、中型和重型三种。同一种滚筒直径又有几种不同的轴径和中心跨距供选用。(1)轻型:轴承孔径80-100mm。轴与轮毅为单键联接的单幅板焊接简体结构。单向出轴。(2)中型:轴承孔径120-180mm。轴与轮毂为胀套联接。(3)重型:轴承孔径200-220mm。轴与轮毂为胀套联接,简体为铸焊结构。有单向出轴和双向出轴两种。按外形分,传动滚筒可分为:(1)鼓形滚筒用钢板卷圆焊接而成,中间部分筒径大于两边筒径约几毫米,目的是防止输送带跑偏。(2)叶片式滚筒

44资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。滚筒由许多横向叶片组成,目的是便于清洁输送带,此类滚筒又称为自清扫滚筒。如果将叶片改为圆钢棒,称为棒式滚筒。自然也可将圆柱形钢壳上开上横槽,也可起到自清扫作用。此类滚筒称为格栅滚筒。(1)沟槽胶面滚筒滚筒的护面常选用菱形和人字形。输送机的传动滚筒结构有钢板焊接结构及铸钢或铸铁结构,驱动滚筒的表面形式有钢制光面滚筒、铸(包)胶滚筒等,钢制光面滚筒主要缺点是表面摩擦系数小,一般用在周围环境湿度小的短距离输送机上。铸(包)胶滚筒的主要优点是表面摩擦系数大,适用于环境湿度大、运距长的输送机,铸(包)胶滚筒按其表面形状又可分为光面铸(包)胶滚筒、人字形沟槽铸(包)胶滚筒和菱形铸(包)胶滚筒。人字形沟槽铸(包)胶滚筒是为了增大摩擦系数,在钢制光面滚筒表面上,加一层带人字沟槽的橡胶层面,这种滚筒有方向性,不得反向运转。人字形沟槽铸(包)胶滚筒,沟槽能使水的薄膜中断,不积水,同时输送带与滚筒接触时,输送带表面能挤压到沟槽里,由于这两种原因,即使在潮湿的场合工作,摩擦系数降低也很小。考虑到本设计的实际情况和输送机的工作环境:用于工厂生产,环境潮湿,功率消耗大,易打滑,因此我们选择这种滚筒。铸胶胶面厚且耐磨,质量好;而包胶胶皮易掉,螺钉头容易露出,刮伤皮带,使用寿命较短,比较二者选用铸胶滚筒。其结构示意图如图3-3所示。

45资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。根据《皮带输送机设计与选用手册》中传动滚筒与改向滚筒型谱,以及上一章改向滚筒与传动滚筒合张力的计算结果得,各改向滚筒所受得合张力,见表3-4所示。表3-4改向滚筒合力表序号滚筒名称滚筒直径/mm合张力/KN滚筒图号1头部45°改向滚筒50028.89DTII03B31012头部180°改向滚筒40019.33DTII03B30813尾部45°改向滚筒40011.94DTII03B30814尾部180°改向滚筒63032.13DTII03B5102传动滚筒选择DTII03A6163,许用转矩为32KN/m,许用张力为160KN,均满足要求。3.3托辊组优化设计与计算3.3.1托辊组的优化布局与设计类型(1)托辊组的作用托辊组是决定带式输送机的使用效果,特别是输送带使用寿命的最重要部件之一。托辊组的结构在很大程度上决定了输送带和托辊所受承载的大小与性质。对托辊的基本要求是:结构合理,经久耐用,密封装置防尘性能和防水性能好,使用可靠。轴承保证良好的润滑,自重较轻,回转阻力系数小,制造成本低,托辊表面必须光滑等。支承托辊组的作用是支承输送带及带上的物料,减小带条的垂度,保证带条平稳运行,在有载分支形成槽形断面,能够增大运输量和防止物料的两侧撒漏。一台输送机的托辊数量很多,

46资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。托辊质量的好坏,对输送机的运行阻力、输送带的寿命、量消耗及维修、运行费用等影响很大。安装在刚性托辊架上的三个等长托辊组是最常见的,三个托辊一般布置在同一个平面内,两个侧托辊向前倾1.5°;亦可将中间托辊和侧托辊错丌布置。后一种形式托辊组的优点是能接触到每一个托辊,便于润滑;缺点是托辊组支架结构复杂、重量大,而且输送带运行阻力大约增加10％．因此实际上主要采用三个托辊布置在同一平面内的托辊组。(2)托辊组的类型托辊组可分为槽形托辊组、平行托辊组、缓冲托辊组和调心托辊组等;槽形托辊组用于输送散粒物料的带式输送机上分支,使输送带成槽形,以便增大输送能力和防止物料向两边洒漏。当前国内DTII系列由三个辊子组成的槽形托辊槽角为35°或45°,增大槽角可加大载货的横断面积相防止输送带跑偏,但使胶带弯折,对输送带的寿命不利。为降低胶带边缘的附加应力,在传动滚筒与第一组槽形托辊之间可采取槽角为10°、20°和30°的过渡托辊使胶带逐步成槽。平形托辊组由一个平直的辊子构成,用于输送件货。缓冲托辊组用于带式输送机的受料处,以便减少物料对输送带的冲击,有橡胶圈式和弹簧板式等。调心托辊用来调整输送带的横向位置,使它保持正常运行。调心托辊形式很多,

47资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。输送散粒物料最简单的是采用槽形前倾托辊。借助两个侧托辊朝胶带运行方向前倾一定角度(一般约3°)而对跑偏的输送带起复位作用。这种方法简单,但会使阻力增大约10％。其它还有锥形、V形、反V形等多种调心托辊,可按需选用。托辊直径与带宽、物料松散密度和带速有关。随着这些参数的增大,托辊直径相应增大。带式输送机有载分支最常见的是由刚性的、定轴式的三节托辊组成的槽形托辊。一般带式输送机的槽角为30°,如果槽角由20°增大到30°,则在同样带宽条件下物料横断面积增大20％,运输量可提高13％,带式输送机的无载分支常采用平形托辊。带式输送机的装载处由于物料对托辊的冲击,易引起托辊轴承的损坏,常采用缓冲托辊组。托辊密封结构的好坏直接影响托辊阻力系数的大小和托辊的寿命。托辊的转动阻力不但与速度、轴承及其密封有关,而且与润滑脂的选择也有很力失系。润滑脂除起润滑作用外,还起密封作用。(3)托辊间距托辊间距的布置应遵循胶带在托辊间所产生的挠度尽可能小的原则。胶带在托辊间的挠度值一般不超过托辊间距的2.5％。在装载处的上托辊间距应小一些,一般的间距为300～600mm,而且必须选用缓冲托辊,下托辊间距可取2500～3000mm,或取为上托辊间距的两倍。在有载分支头部、尾部应各设置一组过渡托辊,以减小头、尾过渡段胶带边缘的应力,从而减少胶带边缘的损坏。过渡托辊的槽角为10°与20°两种,

48资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。端部滚筒中心线与过渡托辊之间的距离一般不大于800～1000mm。带式输送机在运转过程中,经常出现胶带跑偏现象,即胶带运行中心线偏离输送机的的纵向几何中心线。为防止和克服胶带跑偏现象,常见的方法是采用不同形式的调心托辊,在有载分支每隔10组槽形托辊放置一组调心托辊,下分支每隔6~10组平型托辊放置一组调心托辊。最简单的调心托辊是上分支采用前倾式槽形托辊,下分支采用v型前倾式托辊,前倾托辊的两个侧托辊朝胶带运行方向前倾3～5°。由于托辊有前倾角,则胶带运行速度Va和托辊周围速度VT之间相差一个角度,因而托辊相对胶带就有一个相对速度△V;使托辊有沿轴向产生相对运动的趋势,可是,托辊受托辊架的限制不能运动,于是两侧托辊相对胶带就产生一个向内的横向摩擦力。当胶带位于正中央时,胶带两侧受力平衡。当胶带偏向一侧时,该侧胶带和托辊所受正压力增加,则胶带所受到的横向摩擦力大于另一侧,因而使胶带又回复到正中位置。这种托辊防跑偏简单可靠,但由于胶带运行时存在附加滑动摩擦力,增加了胶带的磨损,前倾托辊只能用于胶带单向运行。另外还有一种回转式调心托辊,槽形调心托辊用于有载分支,其防跑偏原理与前倾托辊相同。当胶带跑偏时,胶带的一侧压在立挡辊上,给挡辊以正压力和摩擦力,从而使托辊架绕垂直轴回转一角度,这时胶带受到一个与跑偏方向相反的摩擦力,使胶带向输送机中心线移动,从而纠正跑偏现象。这种调心托辊在固定型带式输送机上应用的很多。

49资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。由于本设备使用于煤巷,本身倾角为300,如果发生底鼓等变形的影响,对设备的安全运行不利。为此,整个机身采用落地式H型支腿支撑中间架,中间架下部用槽钢连接,形成框架结构,减少了机身部分的基础。一旦发生底鼓,调整机架方便,有利于设备的安全运行。上、下托辊架上均设有调整槽,经过调整托辊在调整槽上的位置来调整输送带的跑偏,而且设有上、下自动调心托辊。受料处由两节装载架组成,上托辊为缓冲托辊。挡煤板扩大口分别装在装载架的两端。3.3.2托辊组的选型与校核(1)托辊组的选型深槽托辊组的布局为四个托辊前后分两排布置,两个侧托辊水平角度为60°,两个中间托辊水平角度为25°,如图3-4。其角前倾托辊用于大倾角输送散粒物料的带式输送机的上分支,选定上托辊为深槽角的倾托辊,下托辊V型前倾托辊,根据《皮带输送机设计与选用手册》选取上托辊间距a0=1200mm,下托辊间距aU=3000m,上托辊主辊槽角λ1=25°,辊长315mm,辊径108mm,承载分支托辊槽角λ2=50°,辊长315mm,辊径108mm。托辊前倾3°。

50资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。图3-4深槽托辊组布局Fig.3-4Thelayoutofdeep-trenchroler在输送机的受料处,为了减少物料对输送带的冲击,减少运行阻力,采用缓冲托辊;托辊直径选为108mm。托辊的间距设计由带宽B=800mm,取上托辊间距为1200mm,下托辊间距为3000mm。(2)托辊的校核I、上托辊校核[9]所选用的上托辊组为深槽型前倾托棍组:①承载分支的静载荷校核:(3.1)式中,p0—承载分支托辊静载荷,N;a0—承载分支托辊间距,m;e—辊子载荷系数,《运输机械选用手册》表2-35,取为0.6;因此查表《运输机械手册》2-74得,上托辊直径为108mm,辊长为315mm,承载能力为2350N,大于p0。故满足要求。②承载分支的动载荷校核

51资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。承载分支托辊的动载荷:(3.2)式中,p0’—承载分支托辊动载荷(N);fs—运行系数,查表《运输机械选用手册》2-36,取为1.14;fd—冲击系数,查表《运输机械选用手册》2-37,取为1.20;fa—工况系数,查表《运输机械选用手册》2-38,取为1.00;则,故承载分支托辊满足动载要求。II、下托辊的校核所选用的下托辊为V形前倾托辊。现对V形前倾托辊校核载荷:①回程分支的静载荷校核(3.3)式中,PM—回程分支托辊静载荷(N);e—辊子载荷系数,查《运输机械设计选用手册》表2-35选e=0.8;aM—回程分支托辊间距(m);

52资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。查表《运输机械手册》2-74得,上托辊直径为108mm,辊长为315mm,承载能力为2350N,大于pM。故下托辊满足静载要求。②回程分支的动载荷校核(3.4)式中,fs—运行系数,查表《运输机械选用手册》2-36,取为1.20;fd—冲击系数,查表《运输机械选用手册》2-37,取为1.16;fa—工况系数,查表《运输机械选用手册》2-38,取为1.00;因此故下托辊满足动载要求。3.4制动装置的设计与选型[9]对于倾斜输送物料的带式输送机,其平均倾角大于40时,当满载停车时会发生上运物料时带的逆转和下运物料时带的顺滑现象,从而引起物料的堆积、飞车等事故,因此应设置制动装置。制动装置是用于机器或机构减速使其停止的装置,有时也能用作调节或限制机构的运行速度,它是保证机构或机器安全正常工作的重要部件。

53资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。3.4.1逆止器的设计与选型在输送机的坡度较大向上运输且有载时,由于停电或驱动装置发生故障而停止向上运行时,有向后倒转的趋势。假如输送带倒转,物料将在输送机的尾部堆积,严重时会损坏输送带,造成事故。为了防止输送机的反向运动,应采用逆止器。常见的逆止器有:带式逆止器,滚珠逆止器,DSN型逆止器等。本设计中选用滚珠逆止器。滚柱逆止器用于向上运输的的带式输送机上,在输送机正常工作时,滚柱在切口的最宽处,不会妨碍星轮的运转;当输送机停车时,在负载重力的作用下,输送带带动星轮反转,滚柱处在固定圈与星轮切口的狭窄处,滚柱被楔住,输送带被制动。这种制动器制动迅速,平稳可靠,而且已系列化生产,可参考DTII型系列标准,按减速器选配。所允许的扭矩一般不超过20kN.m。但因其是安装在减速器的输出轴上,故适用于输送机的驱动电机容量较小的场合,功率范围为10kW～55kW。3.4.2制动器的设计与选型大型输送机系统从运行状态到停机的过程,巨大的机械能除由输送机的运行阻力消耗外,其余的能量都要由制动装置消耗,特别是下运输送机的速度控制所需的制动力也很大。当制动装置设置的不合适时,将导致制动装置损坏、闸瓦烧坏等事故。在下运时,发生过由于制动装置的制动力矩下降,达不到设计要求,致使输送带不断加速,运行速度失控,发生”飞车”

54资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。,甚至将电动机转子甩坏的重大事故。选用合适的制动器至关重要。制动器的选型要考虑以下几点:①机械运转状况,计算轴上的负载转矩,并要有一定的安全储备。②应充分注意制动器的任务,根据各自不同的执行任务来选择,支持制动器的制动转矩,必须有足够储备,即保证一定的安全系数,对于安全性有高度要求的机构需要装设双重制动器。③制动器应能保证良好的散热功能,防止对人身、机械及环境造成危害。针对带式输送机的制动技术要求,当前国内已应用和开发研究成的大功率可控制动器主要有以下几种:自冷盘式制动器、液力制动器和液压制动器。在本设计中选用防爆自冷盘式制动器。防爆自冷盘式制动装置主要由机械盘闸和可控液压站组成,其工作原理是经过制动器对工作盘施加擦擦制动力而产生制动力矩,经过液压站调整制动器中油压的大小能够调整正压力,从而调整制动力矩的大小。液压站采用了电液比例控制技术,因此制动系统的制动力矩能够根据工作需要自动进行调整,实现良好的可控制动。为了保证不出现火花,一般制动盘安装在中低速轴,要求线速度不大于10m/s。为了使制动器具有良好的散热性,保证制动盘温度,根据风机原理把制动盘做成中空结构的强制冷却方式,使制动过程中绝对不超过150℃。这种制动系统的布置形式如图3-5所示:

55资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。图3-5自冷盘式制动器布置Fig3-5Thelayoutofnaturalcoolingdiscbrake1-输送带2-驱动滚筒3-减速机4-制动器5-液力偶合器6-电机3.5拉紧装置设计与选型[9]3.5.1拉紧装置的作用拉紧装置的作用是:保证输送带在传动滚筒的绕出端(即输送带与传动滚筒的分离点)有足够的张力,能使滚筒与输送带之间产生必须的摩擦力,防止输送带打滑;保证输送带的张力不低于一定值,以限制输送带在各支撑托辊间的垂度,避免撤料和增加运动阻力;补偿输送带在运转过程中产生的塑性伸长和过渡工况下弹性伸长的变化。3.5.2拉紧装置在使用中应满足的要求(1)布置输送机正常运行时,

56资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。输送带在驱动滚筒的奔离点具有一定的恒张力,以防输送带打滑。(2)布置输送机在启动和停机时,输送带在驱动滚筒的分离点具有一定恒张力,比值一般取1.3～1.7(能够经过设计计算不小于启动系数进行确定)。(3)保证输送带承载分支和回空分支最小张力处的输送带下垂度不应超过标准规定值(GB/T17119--1997,规定:输送带下垂度为两组托辊间距的1/100。而MT/T467—1996规定为1/50)。(4)补偿输送带的塑性伸长和过渡工况下弹性伸缩的变化．(5)为输送带接头提供必要的张紧行程。(6)在工况过渡过程中,应能将输送带中出现的动力效应减至最小限度,以防损坏输送机。3.5.3拉紧装置在过渡工况下的工作特点(1)为使输送带分离点张力保持恒定,一般情况下需用”理想”的拉紧装置,这种拉紧装置应能以很大的、按规律变化的速度移动。除了由于要在相当大的速度下保持张力恒定所引起的困难以外,还需知道速度的变化规律。拉紧装置的运动,在很大程度上与输送机质量对驱动装置拆算质量的比值有关。随着此比值的减少拉紧装置的移动速度也减小。(2)拉紧装置的移动速度随着输送机启动时间增长而减小。(3)对于固定拉紧装置的输送机,输送带分离点必须有很大的预紧力,以防止启动时输送带打滑。(4)对于大功率输送机,应延长启动过程,

57资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。以便降低动载荷并改进拉紧装置的工况(减少行程及其电动机功率)．3.5.4拉紧装置布置时应遵循的原则带式输送机拉紧装置的位置的合理布置,对输送机正常运转、启动和制动,以及拉紧装置的设计、性能及成本的影响都十分大,一般情况下拉紧装置的布置应遵循以下原则:(1)为降低拉紧装置的成本,使其张紧力最小,一般张紧装置尽可能布置在输送带张力最小处。(2)长运距水平输送机和坡度在5%以下的倾斜输送机,拉紧装置一般布置在驱动滚筒的空载侧(张力最小处)。(3)距离较短的输送机和坡度在6%以上的倾斜输送机拉紧装置一般布置在输送机机尾,并尽可能将输送机局部滚筒作拉紧滚筒。(4)拉紧装置的布置位置还要考虑输送机的具体安装布置形式,使拉紧装置便于安装、维护。3.5.5拉紧装置的布置及选取(1)拉紧装置的布置根据拉紧装置的布置原则,应将拉紧装置布置在输送带张力最小的区段上,对于本设计,即布置机尾改向滚筒上。(2)拉紧装置的选取a、拉紧装置行程(3.5)式中,l—拉紧装置行程,m;

58资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。ε—输送带的弹性延伸率,见表3-4;εt—输送带的悬垂度率,见表3-4;ln—输送带的接头长度,m,钢绳芯接头见表3-5。表3-5常见输送带的延伸率与接头长度胶带种类弹性延伸率悬垂度率接头长度棉帆布胶带0.010.0012尼龙胶带0.020.0012钢绳芯胶带0.00250.001表(3-5)值+1表3-6钢绳芯带接头长度型号ST800ST1000ST1250ST1600ST钢绳直径3.54.04.55.06.0接头长度650700125013501450查表3-5和表3-6,选ε=0.0025,εt=0.001,ln=1.25m,因此,拉紧装置行程:令l=5m。b、拉紧力与拉紧装置的选取初选为车式拉紧装置。当输送机倾角较大时,可只用拉紧小车作为拉紧装置。此时,所需要的拉紧装置的总质量为:(3.6)式中,G—拉紧装置总的质量(包括配重和小车自重),kgf—拉紧小车与小车轨道的摩擦系数,一般f=0.05;—拉紧滚筒相遇点的张力,N,等于S6;—拉紧滚筒分离点的张力,N,等于S7;

59资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。则,显然,G过大,需加的配重块太多。因此,改用悬挂重锤式,由于拉紧小车本身有质量,故所需的悬挂重锤的质量不会超过。综上所述,最终选用小车重锤式拉紧装置。拉紧滚筒固定在小车上,经过重锤的重力牵引小车,从而达到张紧输送带的作用。它的结构也较简单,可保持恒定的拉紧力,其大小决定于重锤的重量。小车重锤式拉紧装置外形尺寸大、占地多、质量大,适用于长度、功率较大的输送机,特别是在倾斜输送机上。3.6本章小结本章主要对主提升系统的结构进行了优化设计与选型。根据上一章的计算数据,分别对驱动装置、传动滚筒、托辊组、制动装置以及拉紧装置进行了设计和选型。从而使整个主提升系统更加清晰,充实。

60资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。4.主提升系统的动态特性分析与性能优化4.1带式输送机的动特性[38]为使带式输送机安全可靠地运行,其结构系统必须具有良好的静、动特性。传统的设计比较注重静特性计算,而对动特性考虑得比较少。带式输送机的动特性或动力学现象主要反映在如下几方面:(1)纵向振动:这是一种沿输送带纵向产生的振动现象,是由于输送带为粘弹性体,在外界扰动力(驱动力、制动力、阻力等)作用下产生的一种振动,这是带式输送机动力学现象的最主要部分之一,输送机的技术经济指标影响也最大。它一般产生于运行的过渡过程中,如启动、制动等。(2)横向振动:这种振动现象是由于输送带平放在托辑上时,产生了一定的悬垂度而构成的薄板振动体系,振动方向为铅垂面内。当系统设计不当时会产生共振或振幅较大的振动,对设备危害极大。(3)输送带跑偏:这是一种在输送带平面内,即输送带与托辊的线接触方向上,有一定的干扰力影响而产生的振动,这种振动可能会引起输送带的跑偏、撒料等现象。(4)受料冲击:在给输送带装料的过程中,物料要以一定的动能或势能形式冲击输送带,这种现象即受料冲击。(5)运行冲击:输送带和物料在运行过程中,

61资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。在铅垂面内和水平面内会产生变形,当经过托辊时,必然以一定的冲击影响托辊和输送带。在带式输送机设计、选型和使用中,只考虑其静特性是不够的,在许多情况下,动特性分析往往是决定带式输送机是否技术合理、安全可靠、经济可行的关键。下列现象往往是因未考虑动特性分析而造成的。(1)带式输送机启动过猛,引起输送带张力急剧升高,拉紧装置工作不稳定,使输送带安全系数大大降低。(2)带式输送机启动不起来。(3)输送带在驱动滚筒上打滑或打颤。(4)输送带在托辊上运行不稳定,引起物料撒落、输送带跑偏、托辊使用寿命降低。(5)输送常被物料砸破,引起输送带保护层受损,带芯破坏。(6)系统设计不合理、系统安全系数过高,致使设备庞大,成本过高,经济指标不合理。带式输送机动力学及设计任务就是了解带式输送机的动力学现象和机理,掌握动力学的基本规律,根据设计要求,能进行系统的静、动特性分析,实现在设计阶段预测和优化输送机的动态特性,进而实现对起、制动过程的控制和优化。带式输送机能够认为是由许多零部件组成的机电系统,要达到全面的分析动力学的目的,必须要考虑如下部件之间的数学模型:输送带本身、输送带和拉紧装置、输送带和托辊、

62资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。驱动滚筒和物料、联轴器等。4.2带式输送机启动过程分析[39]带式输送机作为一个复杂的机电系统,负载重、带速高,在启动和停车的过渡过程中,输送带中将产生很大的动张力,可能导致输送带的整体或局部滑动,引起输送带传动面及驱动滚筒衬垫强烈磨损和发热,使输送带与滚筒间粘着系数降低,甚至难于继续启动和运行。输送带在动张力的作用下,还会使其安全系数降低,张紧装置负荷显著增大,产生很大的附加位移和冲击,甚至损坏机件。因此,在设计输送机系统时,采用动态分析方法,从分析弹性波在输送带中的传播规律入手,计算过渡过程的动载荷及带式输送机的启动、制动时问,减少输送带中的动应力,改进输送机的启、制动及运行条件。4.2.1带式输送机的启动带式输送机的启动过程总体分为三个阶段:初动阶段,由牵动整条输送带所需的时间决定:静阻力施加于驱动滚筒的阶段,由静阻力从最后一个托辊组反射回驱动滚筒所需的时间决定;以及输送机启动到额定速度的阶段。输送机的启动过程是一个不稳定的工况,由于所采用的交流电机特性的影响,输送带中的动张力往往在启动过程中达到最大值。输送带是一个粘弹性体,在驱动力的作用下会产生粘弹性变形,由于不稳定而产生动张力,

63资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。同时输送带在启动前各部分的静阻力各不相同,是一个逐级启动的过程。对输送带中的某一带段来说,只有它两端的拉力差大于它所受的静阻力时,才会启动。在启动的一瞬间,静阻力变为动阻力,带段开始运动。在这一过程中,由于静阻力到动阻力的突变,使输送带产生振动,导致输送带截面内的动张力上升。带式输送机的启动过程中,输送带的张力在初张力的基础上增加,驱动装置输入的驱动力作用在下述的三个方面,即:驱动装置的加速;作用在驱动滚筒绕入点的输送带上;推动回程输送带。工程计算表明,推动回程输送带的驱动力所占比例较小,驱动力主要作用在前两部分上,其中作用在输送带上的部分需要经过头部输送带在波的传播过程中逐渐向后传播,当输入的驱动力突变时,对输送带会产生冲击,产生峰值张力,它和输送机的长度,运行阻力,输送带的力学性质等因素有关。最有效的调整办法是经过软启动装置改变驱动装置的机械特性,使输入平稳变化,以消除峰值张力。4.2.2输送带波的传递与振荡[41](1)输送带中弹性波的传播速度能够将输送带看作具有库仑阻尼力的线弹性模型,来考察弹性波沿托辊组支承的输送带的传播速度。输送带是均质系统,对其任意截面施加的扰动,将以弹性变形的形式,沿输送带传播。输送带中弹性波的传播速度为:(4.1)

64资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。式中,为输送带的折算弹性模量,N。弹性波沿输送带的传播速度,是带式输送机动力过程的主要特征参数之一,它很大程度上决定了输送带动力的幅值。构成输送带动张力的弹性波有三种:人工波,反射波和透射波。反射波发生在密度不同的两种介质的边界上,向着扰动源(传动滚筒)返回运动。透射波是越过边界并远离扰动源的弹性波。入射波是上述两种波的波源,从扰动源向外传播。托辊组间的输送带是由垂度表示的抛物线,这时由密度和变形决定的折算弹性模量为:(4.2)式中,S—所考察的输送带的平均张力;q0—带上线密度(在承载区段上q0=qG+qB,回空段上q0=qB);E0—输送带纵向动力弹性模量,取为0.981×105Pa;将式(4.2)代入式(4.1),可得输送机中弹性波的传播速度:(2)输送带内的振荡对于输送带在启动前,由于拉紧装置提供了拉紧力,输送带处于拉紧状态。驱动滚筒开始旋转时,输送带紧边的张力在增加,

65资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。松边的张力在减小。这两个变化都以波的形式沿输送带传播。随着驱动滚筒的继续转动,振荡波继续传播。由于输送带中有较大的张力,拉紧装置会有明显的伸长。高张力波继续传播,拉紧装置继续伸长或放绳,松、紧边张力波相遇,造成剧烈振荡。在输送机正常工作时,每当负载变化,类似情况就会变化。振荡的危害主要表现在:(a)对输送带选型的影响:输送带费用一般要占整机费用的40％左右,输送带设计人员常按正常张力选择输送带强度。考虑到振荡问题,在设计输送带时,其安全系数就要取得偏大,造成很大的浪费;会破环输送带接头,造成断带事故。(b)对输送物料的影响:启动时,如果输送带振荡过于剧烈,将引起物料滚动或滑动。(c)改变输送带正常的运行速度:正常传递所需的紧边与松边张力比会丧失,特别在拉紧装置远离驱动装置时更是如此,从而使输送带在滚筒上打滑、摩擦发热,使输送带的运行速度发生变化。(d)对机械部件的影响:输送带会打击滚筒和托辊,造成机架、滚筒、主轴、轴承、拉紧装置等机械部件的损坏。对带有凸弧段的输送机,槽形托辊损坏更为严重。为了将振荡减小至最低程度,我们必须选择合理的驱动装置,实现软启动,即经过控制输送机启动的加速度值,来确保输送机的平稳启动,并达到额定速度;同时使启动电流与其动张力控制在允许的范围内。

66资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。4.3启动过程加速度控制曲线优化设计[41]理想的可控启动速度曲线,应是带式输送机平稳启动,且整个启动过程中加速度的最大值较小,速度输出平稳,无速度突变,以最大限度地减小启动的惯性力和启动冲击作用。据相关资料与实验室试验表明,用”S”形曲线能够达到良好的效果。以同样的时间启动电机(软启动),”S”形曲线比直线平稳得多,振动、噪声亦小。液体粘性可控传动装置是经过控制给定的速度与加速度曲线,减小加速度和速度的变化率的方法,使输送机的速度曲线变成平滑的”S”形来减小带式输送机的启动冲击。4.3.1启动加速度计算带式输送机启动时传动滚筒作用力的运动平衡方程式为:(4.3)式中,Fq—电动机的启动力,N。其中(4.4)式中,T—装置的1/2重锤质量,kg;J—滚筒的转动惯量,kgm2;r—滚筒半径,m。因此,

67资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。设Fq=Ka×Fu,代入式(4.3)可得带式输送机的启动加速度计算式为:at=(Ka-1)Fu/∑M式中,Ka—启动系数。传统设计中Ka值为:电动机直接启动Ka=2.0,带液力偶合器Ka=1.3~1.7。传统带式输送机是一种给定启动力矩的输送设备,其驱动力和加速度是不可控的;而液粘可控传动系统是一种给定加速度控制曲线的设备,其驱动力和加速度是可控的,启动系数Ka可取为1.05。则at=(Ka-1)Fu/∑M=(1.05-1)×86460.11/37237.75=0.0058m/s2则启动时间T=v/a=2/0.0058=344.83s4.3.2加速度控制曲线优选[42]如何选择合理的加速度控制曲线,使得带式输送机的加速度响应值和启动冲击达到最小,本文对梯形、三角形、正弦形加速度设计曲线作了比较。其中,T为启动运行时间,V0为额定带速。(a)梯形加速度控制曲线梯形加速度控制曲线如图4-1所示,梯形加速度控制曲线中:(N为正整数)则带式输送机的梯形加速度曲线的最大值:am=NV0/[(N-1)/T]

68资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。(4.5)图4-1梯形加速度变化曲线Fig.4-1Curveoftrapeziumacceleration(a)三角形加速度曲线带式输送机的三角形加速度曲线如图4-2所示,又称为Nordell加速度曲线,最大值am=2V0/T,其三角形加速度计算式为:(4.6)图4-2Nordell加速度控制曲线

69资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。Fig.4-2CurveofNordellacceleration(c)正弦加速度控制曲线带式输送机的正弦加速度控制曲线如图4-3所示,又称为Harrison加速度控制曲线,最大值am=πV0/2T=1.57V0/T,其正弦加速度计算式为:(4.7)图4-3Harrison加速度控制曲线Fig.4-3CurveofNordellacceleration(d)抛物线加速度控制曲线带式输送机的抛物线形加速度曲线的最大值am=1.5v0/T,其抛物线加速度计算式为:(4.8)比较上述的加速度曲线的最大值可知:梯形加速度控制曲线(取N=10)的am最小;抛物线加速度控制曲线和正弦形加速度控制曲线的am居中;三角形加速度控制曲线的am最大。由于传统设备的启动加速度不可控,

70资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。启动过程的加速度特性很硬,启动冲击极大。软启动设备的加速度特性很软,加速度变化率很小。下面给出这四种加速度变化曲线的加速度变化率J的计算公式。梯形加速度控制曲线:三角形加速度控制曲线:正弦形加速度控制曲线:抛物线加速度控制曲线:由上式可知,在四种加速度控制曲线中,梯形加速度控制曲线(N=10),则J=11V0/T2)的启动冲击最大,抛物线形(J=6V0/T2)和正弦形(J=4.93V0/T2)的居中,三角形(J=4V0/T2)的最小。综合考虑加速度大小及其变化率,选择正弦形加速度控制曲线作为液体粘性可控传动装置的加速度控制曲线。4.4启动过程可控传动装置主从动片结合过程该结合过程是指加上压紧力后,角速度不同的主动片和从动片由开始接触至两者速度达到同步角速度为止的整个过程。图4.4所示为从动件处于静止情况下(相当于起步情况)系统的结合过程示意图,其中(a)图是异步电动机的固有机械特性曲线,主动件速度变化规律应该符合(b)图。图中各曲线分别标明了主动件及从动件的角速度和力矩的变化情况,其中以横坐标表示时间过程t,

71资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。而纵坐标表示角速度和力矩。结合过程可划分为以下三个阶段:第一阶段:由主、从动元件开始接触的瞬时起,到摩擦力矩M(即主动片传给从动片的力矩)逐渐增大直至达到等于折换到从动轴上的外阻力矩MZ为止。此期间内主动片的转速略有下降,由于M=MZ,故从动轴依然保持静止不动(即整机静止不动),w2=0,此阶段的时间为t1。第二阶段:M继续增大。此时M>MZ,使输送机克服外阻力及惯性开始起步,即以由零开始增大。与电动机相连接的系统主动件的转速因负荷增大而降低,直到M增长至其最大值为止都属于这个阶段。此阶段的时间为t2。第三阶段:M达到最大值后开始减小,可是其值依然大于外阻力矩MZ,直至两者相等都属于这个阶段。期间主动件角速度w2继续降低,从动件角速度w1继续增高,两者相差愈来愈小,直至变为相等时该阶段结束．整个结合过程也告结束。此阶段的时间为t3。若以ts表式输送机启动时间,则ts=tl+t2+t3。由于输送机驱动滚筒是从图示第二阶段开始加速,故也有认为启动时间应从第二阶段算起,即ts=tl+t2。为简化分析,假定输送机的软启动时间从时间为零开始,即ts=tl+t2+t3。

72资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。图4-4可控装置结合过程示意图Fig.4-4Sketchthecontrollabledevice4.5本章小结本章主要针对主提升系统的动态特性进行了分析和优化。主要是对皮带输送机的启动过程中的加速度进行了优化设计,从而提高了皮带输送机在运送物料时得稳定性。5.主提升系统在线监测与保护技术输送带是输送机的重要组成部分,其成本占整机的30％-50％之多,

73资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。输送带纵向撕裂事故时有发生。引起输送带纵向撕裂有多种原因,有在加料段因外来大块废钢或木材将输送带刺穿或由于溜槽的堵塞而引起输送带撕裂;头部滚筒清扫器刮板的刀口挂住输送带表面的金属丝;托辊端盖焊接缺陷,如端盖未焊好,自由旋转的端盖就像旋转刀片一样把输送带刮开;长条金属物料家在溜槽与承载托辊之间而在承载托辊处把输送带撕裂。一旦出现纵向撕裂现象,直接和间接的损失十分巨大,甚至造成重大的伤亡事故,是安全生产的巨大隐患。因此必须对输送带纵向撕裂进行在线监测并设计必须的保护装置。另外,由于本设计采用300的大倾角上运,必须保证胶带具有很好的成槽性,保证物料在胶带上堆积具有足够的厚度,以及带式输送机运行时大块煤不会因机械振动而产生下滑或滚落。同时,由于倾角大,输送距离远,在带式输送机满载停车时,有将近15t的煤停留在胶带上,产生将近100KN的下滑力,果一旦逆转,物料在重力加速度作用下会造成带式输送机飞车、机械严重破坏、巷道堵塞等重大事故。因此必须采用相应的措施,防止输送带的逆转以及大块煤滚落、煤层间相对滑动及煤层与胶带间相对滑动等现象。5.1输送带纵向撕裂及断带的在线监测与防护【43】为了防止出现输送带纵向断裂的情况,必须对输送带的纵向撕裂情况进行在线监测并针对故障及时作出反应。在这里采用以PLC作为核心控制器的输送带纵向撕裂与断带监测总体结构,同时结合相应的抓捕装置。

74资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。监测装置由传感器(线圈,检测探头组成),PIC单元,隔离电路,电缆等组成。此装置的工作原理为:当胶带输送机运行正常时,线圈随着胶带顺序经过探头,主探头A(由系统提供电源)产生的电磁场垂直经过胶带,在闭合线圈内感生电动势;匀速运转的线圈对于探头B而言是一个带电导体在磁场中的运动,因而在探头B内又产生一个反电动势,经过电路转化和处理后形成一个脉冲信号。脉冲信号经信号电缆和光电隔离电路后输入到PLC单元,再经过程序编写来实现对胶带的监测。因线圈间经过探头的距离相等,且胶带近似于匀速运动,因此产生的脉冲信号也是一个等时的信号,这种等时性给系统判断胶带与否提供了充分的理伦根据。当探头发来信号输入到PLC单元,信号定时器启动,在整定的时间范围内有下个信号再来时,则定时器清零,重新计时,而且等待下一个信号的到来,再清零。如果某一个线圈被撕裂,则当该线圈经过探头时,脉冲信号就不会产生,PLC单冗在时间T(相临的两线圈依次经过探头所需的时间)内如果没发现有脉冲输入,说明线圈被撕裂,胶带已经断裂。便发出信号给胶带机的控制回路,停止胶带运行,同时发出警报信号,以警示工作人员．从而达到保护胶带的目的。另外,在探头内部,还装有探头故障检测装置和灵敏度调整装置。其中,故障检测装置实质上是一个电压信号,经过电压来判断探头是否良好并向PIC单元输入信号,保证系统工作的精度和可靠性。抓捕装置的工作原理如下:当胶带出现断带后,检测系统根据断带时特征量的变化及时检测出断带,一方面发出声光报警,

75资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。并迅速停机,避免胶带从机头导向滚筒处滑落;另一方面发出断带信号,传送给执行机构,电液推杆动作,触动触发爪的钩嘴开启,当触发爪被电液推杆推出一段距离后,触发爪的钩嘴完全放开,使制动辊依靠自身重力沿其导向滑槽向下滑动,到达下部位置时与上胶带发生摩擦,则制动继续沿其导向滑槽向最底端滑动,而上胶带的下面是硬质的金属底座,由于滑槽轴心越来越接近胶带下的摩擦底座。则止动辊与摩擦底座共同对下滑的胶带产生挤压,随着胶带的下滑,两者越挤越紧,摩擦力也越来越大。直至最后死死夹住胶带,起到了抓捕保护作用。恢复时,先向卜拉动胶带,制动辊即可沿导向滑槽退出解除对胶带的挤压,然后将制动辊挂到脱钩器上。经过该套装置的使用,带式输送机一旦发生断带,不但能够在断带瞬间停机发出报警,而且能在不损伤胶带的前提下及时有效地卡死下滑的胶带。从而避免了经济损失和人员伤亡。5.2防止输送机逆转以及滚料、滑料措施[43]5.2.1防止输送机逆转措施为了防止输送机逆转,可采用以下三种措施:逆止器,液压盘式制动器,以及逆转托辊。带式输送机设有2套液压盘式制动器。制动盘设置在滚筒筒皮上,制动器上闸时制动力矩直接作用在滚筒上。在带速达到零速之前上闸,在逆止器作用之前首先起到逆止作用,从而实现制动逆止双保险。当满载停车时,由于承载段的物料具有较大的下滑力,

76资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。致使胶带在头部处于高张力作用下。因此有l／3的承载托辊采用逆止托辊。停车状态下,承载胶带在自重及物料重力的作用下与承载逆止托辊表面产生静摩擦,静摩擦力缓解了胶带在机头部的最大张力,同时也给胶带维护工作带来方便。5.2.2防滚料及滑料措施由于带式输送机倾角大,输送距离长,带载启动不当时,胶带在速度变化过程中过渡不平滑,在加速过程中抖动和喘息都会造成其上的大块煤滚落、煤层间相对滑动及煤层与胶带间相对滑动等现象。为防止滚料及滑料可采用以下措施:1.液体粘性软启动装置。它是一种机电液一体化可控传动装置,具有多机功率平衡、加减速度控制、输出速度稳定、无级变速、过载自动保护等功能,可实现电动机空载启动,大大降低启动电流,减小启动时对电网的冲击,可实现就地及远距离的自动控制;另外,紧急停车会给带式输送机系统造成严重损害。液粘软启动装置经过控制主被动摩擦盘问的油膜厚度来控制输出力矩,实现正常停车时无级可控减速,延长停车时间,使停车更平稳。从而避免煤料的滚落或滑落。2.深槽型4节辊托辊组作为承载托辊组。为解决运行过程中滚料、煤与煤间相对滑动及煤与胶带问相对滑动问题,承载托辊采用等长4节双列深槽型托辊组,内侧2组及外侧2组托辊的倾角分别是250、500,用来增大煤与煤问、煤与胶带间的侧向挤压力。同时,设计中采用双排列型支架,使支架具有足够的抗

77资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。扭转刚度,保证运行过程中不产生颤动。3.凹花纹胶带作为牵引胶带。为确保可靠运输,胶带采用带人字型凹花纹的钢芯胶带,既不影响胶带成槽,又能起到一定的阻止煤与煤问、煤与胶带间相对滑动的作用。5.2.3安全防护措施为了更好的防止断带,逆转,滚料等造成的不良后果,提高整套系统的安全系数。使带式输送机正常运行不会对设备维护人员带来安全隐患,还能够采用以下机械防护措施:(1)头部高挡板。在输送机头部,托辊组的槽角由25°、50°逐渐过渡到0°,此时输送带上的物料处在不稳定状态,随时会有滚料现象发生。对此,在带式输送机头部变槽角处,设计一组高挡板,随物料断面的展开,高挡板的开口也不断加宽以适应其变化,挡板两侧设有可调节高度并可更换的阻燃橡胶板。(2)压挡装置。压挡装置(如图5—2)由压带挡偏装置、挡板装置和机架组成,在带式输送机上约每20m设一组。带式输送机的防跑偏主要靠托辊组的前倾,当输送带一旦跑偏时,压带挡偏装置能使输送带靠机械自动纠偏;挡板装置主体是阻燃橡胶挡板,橡胶挡板安装在定位转动轴上,挡板的弧形与托辊组成槽弧形吻合,当输送带上的物料随输送带一起向上运行时,挡板打开;当有物料块向下滚动或滑动时,挡板阻止其下滑,从而实现物料的单向经过,避免滚料现象发生。

78资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。图5—2压挡装置与托辊组安装组合图5.3本章小结本章介绍了以PLC作为核心控制器的输送带纵向撕裂监测总体结构,并对监测装置的硬件和软件进行了简单的设计。在最后,为了提高系统的可靠性,又设计了输送带的断带保护装置。6结论与展望6.1结论从大倾角带式输送机的理论入手,详细计算物料的横截面面积、圆周力、滚筒轴功率和电机功率,

79资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。利用逐点计算法计算各个滚筒的合张力以及传动滚筒的扭距,计算出胶带的最大张力和最大逆止力矩,为以后的滚筒、胶带和逆止器的选型提供依据。部件设计是大倾角带式输送机实现平稳运行的可靠保证,本文从驱动装置入手,引进了油膜离合器,它既能实现皮带机软启动,又能很好的保证电动机的功率平衡,在皮带机的中间部分的承载段,设置了有4个托辊的深槽型托辊组,另外在逆止器的设计过程中,提高了逆止器的安全系数,并采用2个逆止器,并要求每l台都能独立完成逆止性能,提高了皮带机的安全性。经过采用深槽角前倾托辊组,增大物料对胶带的摩擦力,能够实现皮带机的大倾角运输。,精确计算皮带机各点的受力情况,计算出每个滚筒的合张力和扭矩,能够避免滚筒的断轴现象,经过采用液压自动拉紧装置和软启动装置,能够使胶带的寿命大大提高。而且经过对皮带输送机的布局以及动态特性的优化设计,从而得出了启动过程的最优加速度控制曲线,最后对输送带添加了在线监测以及保护技术,更加保证了皮带输送机的正常运行。经过整个设计很好的解决了大倾角上运带式输送机的各个难点,提高了整个系统的可靠性。6.2展望人类总是在不断地发现和解决问题的过程中获取生存和发展空间,而科技的发展给予了人们成功解决问题的力量。同样皮带输送机将经历一个不断完善的过程,必然是朝着新原理、新技术、智能化方向发展。随着中国煤炭形势的发展,中国煤矿主要向”

80资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。一矿、一井、一面”的方向发展,既一个矿只有一个井,一个井只有一个采煤工作面,因此以后对长运距,大运量的皮带机的需求会逐渐增多,而随着矿井挖掘的越来越深,大倾角皮带机的需求会增加。普通皮带机的倾角能够达到16°。而大倾角皮带机的倾角能够达到27．5°。采用花纹胶带最多也只能达到31°。角度再增加,只能采用波纹挡边输送带了,而波纹挡边输送带价格有非常昂贵,而如何采用普通钢绳芯输送带大于30°。的倾角,是我们以后所要研究的方向。

81资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。致谢首先向机械与动力工程系的全体老师表示衷心的感谢,在这四年的时间里,她们为我们的成长和进步做出了贡献。在这次毕业设计中,有许多老师给予了指导和帮助,特别是陈东海老师,在这次毕业设计的整个过程中,给了我们很大帮助,做为我们的辅导老师,尽职尽责,一丝不苟。至此,这次毕业设计也将告以段落,但老师的教诲却让人终生难忘,经过这次毕业设计,不但使我学到了知识,也让我学到了许多的道理,总之是受益匪浅。尽管我在毕业设计过程中做出了很多的努力,但由于我的水平有限,设计中的错误和不当之处仍在所难免,望老师提出宝贵的意见。最后,向文中引用到其学术论著及研究成果的学术前辈们致谢!再次向敬爱的老师表示衷心的感谢!

82资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。参考文献[1]蒋卫良著,带式输送机现状与发展趋势[J]．煤矿机械．1999．N07．13[2]刘雪平．大倾角带式输送机研制状况．《煤矿机械》,.1期[3]张炳福彭承鹏．高倾角上运带式输送机的研究与应用．《煤炭机械》,．8期[4]国外长距离胶带输送机编写组．国外长距离胶带输送机[J]．北京:煤炭工业出版社,1978．[5]修泽久著,国外带水平曲线的长距离胶带输送机,《国外金属矿山》,1993.No1.65—7l[6]沈玉红付晨钟桑成喜．31°大倾角原煤上运带式输送胶带机研究与应用．《能源技术与管理》,．5期

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