机械毕业设计（论文）-基于PLC控制的带式输送机自动张紧装置【全套图纸】.doc

中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第107页1 概述全套图纸，加153893706带式输送机俗称“皮带机”，是以胶带、钢带、钢纤维带、塑料带和化纤带作为传送物料和牵引工件的输送机械，是连续式输送机械中应用最广泛的一种。带式输送机是由承载的输送带兼作牵引机构的连续运输设备，可输送矿石、煤炭等散装物料和包装好的成件物品。它具有运输能力大、运输阻力小、耗电量低、运行平稳、在运输途中对物料的损伤小等优点，被广泛应用于国民经济的各个部门，特别是在矿山生产运输中起着重要的作用。张紧装置是带式输送机不可缺少的重要组成部分，随着现代化经济的飞速发展，生产自动也越来越占据了主导地位，也积极推动和响应了企业领域中的安全生产。PLC控制的自动张紧装置可以实时的进行自动控制皮带机的张力，并保护皮带机，增加了皮带机的运行寿命。同时，PLC还可以监控皮带机的各种运行状态。输送机及张紧装置基本的布置形式如图1.1所示。 1、2驱动滚筒 4 、5、6、7改向滚筒 3拉紧小车图1.1 输送机及张紧装置基本的布置形式1.1张紧装置的作用张紧装置使输送带具有足够的张力，保证输送带和传动滚筒之间产生摩擦力使输送带不打滑，并限制输送带在各托輥之间的垂度，使输送带正常运行。具体如下：（1）可以保证输送带在驱动滚筒的奔离点具有适当的张力，防止输送带打滑；（2）保证输送带与托辊接触弧上具有必要张力，防止输送带在两组托辊间松弛引起撒料和输送带的垂直拍打；（3）补偿输送带永久变形时的张力；（4）补偿在不同工况下输送机的起动张力，包括输送机的轻載和重載启动，由于输送机起动时的张紧力比正常运行时的张紧力大1. 41. 5 倍，所以在设计张紧装置时还要考虑带式输送机的起动状态； （5）减小起、制动时，输送带中出现的动负荷；（6）在输送带、传动滚筒等部件维修时释放输送带中的张紧力；1.2张紧装置的类型及其介绍张紧装置按结构可分为重锤式张紧装置、固定式张紧装置和自动张紧装置三大类。（1）重锤式张紧装置 它是利用重锤的重量产生张紧力，并保证输送带在各种工况下均有恒定的张紧力，可以自动补偿由于温度改变和磨损而引起的输送带的伸长变化，结构简单、工作可靠、维护量小，是一种应用广泛的较理想的张紧装置。其缺点是占用空间大，工作中张紧力不能自动调整。这种张紧装置包括垂直式张紧装置(能利用走廊空间位置，便于布置，缺点是改向滚筒多，并且物料容易掉入输送带与张紧滚筒之间而损坏输送带)；车式张紧装置(适应于距离较长，功率较大的输送机，张紧行程有2m、3m、4m 三档)。（2）固定式张紧装置 固定式张紧装置的张紧滚筒在输送机运转过程中是固定的，其张紧行程的调整有手动和电动两种方式。其优点是结构简单紧凑、工作可靠；缺点是对输送机运转过程中由于输送带弹性变形和塑性伸长无法适时补偿而导致张紧力下降，可能引起输送带在传动滚筒上打滑。常见的固定式张紧装置有螺旋式(适用于长度较短，功率较小的输送机)、绞车滑轮式张紧装置(适用于大张紧力、长距离、大运量的输送机，有电动式和手动式)。固定式张紧装置一般情况下是不动作的，当胶带产生塑性变形后，应重新调整其张紧位置。（3）自动张紧装置 自动张紧装置是一种在输送机工作过程中能按一定要求自动调节张紧力的张紧装置。在现代化长距离的带式输送机中使用较多，它能使输送带具有合理的张力图，自动补偿输送带的弹性和塑性变形，是一种理想的张紧装置。对长距离大运量的带式输送机，自动张紧装置能保证输送机有效的工作，避免输送带出现松弛、飘带、跑偏、喘振等异常现象。 为了能够更有效而又实时地控制皮带机的张紧力，采取PLC控制与液压张紧装置相结合的自动张紧装置系统。1.3液压张紧装置的基本介绍及其特点液压张紧装置主要通过液压缸的伸缩来拉紧皮带。现在的液压张紧装置，一般是通过继电器或者是PLC来控制液压系统，从而进一步控制皮带的张紧程度。它可以根据工作情况调整张紧力的大小，改善了皮带的工作状况，大大提高了皮带的使用寿命。1.3.1液压张紧装置的特点 (1) 可根据起动时张紧力和正常运行时张紧力的不同需要,调节输送带张力的大小(可以达到起动时张紧力比正常运行时大1. 41. 5 倍的要求) ,一旦调定后,按预定程序自动工作,保证输送带在理想状态下工作；(2)响应快,带式输送机起动时,输送带松边突然松驰伸长,该装置能立刻缩回油缸,及时补偿输送带的伸长,对紧边冲击小,从而使起动时平稳可靠,避免断带事故；(3) 具有断带时自动停止带式输送机和打滑时自动增加张紧力等保护功能；(4) 结构紧凑,安装空间小；(5) 可与集控装置连接,实现远距离集中控制,还可实现微机控制； (6) 便于根据工况的变化设定和调节张力。1.3.2新型自动控制液压张紧装置的主要技术特点(1)用动滑轮解决长行程的要求。由于在胶合接头和安装过程中都要求输送带有一定的松弛量，如用油缸直接张紧小车，则油缸行程太长。为此可以通过若干个动滑轮组拉住张紧小车，通过这种方法可以降低液压缸的长度；但是，在减小液压缸行程的同时，增大了液压缸的拉力；(2)设置蓄能器提高系统张力的稳定性。在输送机启动过程中，构成输送带动张紧力的弹性波有入射波、反射波和透射波三种。由于入射波与反射波的作用，输送带在传动滚筒奔离点的力忽大忽小，成不稳定状态，输送带承受着冲击载荷。为此在张紧装置的液压系统中设置若干个蓄能器，来抵消入射波与反射波对奔离点张紧力的影响；(3)通过压力传感器及时监控液压缸的张紧状态，根据情况改变张紧力的大小。这样就可以大大改善皮带的工作条件，提高皮带的寿命。1.3.3液压传动的特点1.3.3.1优点 （1）同其它传动方式比较，传动功率相同，液压传动装置的重量轻、体积紧凑； （2）级变速，调速范围大； （3）建的惯性小，能够频繁迅速换向；传动工作平稳；系统容易实现缓冲吸震，并能自动防止过载； （4）电气配合容易实现动作和操作自动化；与微电子技术和计算机配合，能实现各种自动控制工作； （5）件已基本上系列化、通用化和标准化，利于CAD技术的应用，提高效率，降低成本。1.3.3.2缺点 （1）易产生泄漏，污染环境； （2）因有泄漏和弹性变形大，不易做到精确的定比传动； （3）系统内混入空气，会引起爬行、噪音和震动； （4）适用的环境温度比机械传动小。1.4带式输送机张紧装置的PLC控制系统介绍1.4.1 PLC的介绍1.4.1.1 PLC的定义 PLC称为可编程序控制器（Programmable Controller,英文缩写为PC、后又称为PLC），是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。PLC控制技术代表着当前程序控制的先进水平，PLC装置已成为自动化系统的基本装置。它使用可编程序的存储器来存放指令，并实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。1.4.1.2 PLC的功能PLC在不断地发展，其性能在不断地完善、功能在不断地增强。其主要功能有：（1） 开关量逻辑控制这是PLC的基本功能。PLC具有强大的逻辑运算能力，可以实现各种简单和复杂的逻辑控制，常用于取代传统的继电器控制系统。（2） 模拟量控制在工业控制中，有许多连续变化的量，如温度、压力、速度等参数。而PLC中的微处理器CPU只能处理数字量。所以PLC中配置了A/D和D/A转换模块，把现场输入的模拟量经A/D转换后送CPU处理。而CPU处理的数字量结果，经D/A转换成模拟量信号去控制相应的设备。（3）闭环过程控制运用PLC不仅可以对模拟量进行开环控制，而且还可以进行闭环控制。配置PID控制单元模块，对控制过程中某一变量（电压、温度、速度等）进行PID控制。（4）定时控制PLC具有定时控制功能，它为用户提供了若干个定时器。定时器的时间可以由用户在编写用户程序时设定。（5）计数控制PLC具有计数控制功能，它为用户提供了若干个计数器。计数器的计数值可以由用户在编写用户程序时设定。（6）顺序（步进）控制在工业控制中，选用PLC实现顺序（步进）控制，可以采用IEC规定的用于顺序控制的标准化语言顺序功能图进行设计。（7）数据处理它不仅能进行数字运算（包括四则运算、函数运算、字逻辑运算等）和数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示、数据通信等。（8）通信和联网它既可以对远程I/O进行控制，又能实现PLC与PLC、PLC与计算机之间的通信，从而构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，实现工厂自动化。1.4.1.3 PLC的特点（1）可靠性高、抗干扰能力强PLC能抑制诸如电噪声、电源波动、振动、电磁干扰等的干扰，能抗1000V、1脉冲的干扰，能在高温、高湿以及空气中存有各种强腐蚀物质粒子的恶劣环境下可靠地工作。PLC还采用了冗余技术等，进一步增强了PLC的可靠性。（3） 通用性强、灵活性好、功能齐全PLC产品的系列化、模块化、标准化，能方便灵活地组成大小不同、功能不同的控制系统，通用性强。由于可编程序控制功能齐全，几乎可以满足所有控制场合的需求。组成系统后，即使控制程序发生变化，只要修改软件即可，增强了控制系统的柔性。（4） 模块化结构PLC内部的各不部件都用电缆连接起来，系统的功能和规模可根据用户的实际需求自行配置，从而实现最佳的性价比。（5） 安装简便、调试方便只要把现场的I/O设备与PLC相应的I/O端子相连就完成了全部的安装任务。调试的时候可以根据PLC上的发光二极管和编程器提供的信息方便地进行测试、排错和修改。（6） 网络通信PLC提供标准通信接口，可以方便地进行网络通信。1.4.1.4 PLC的分类按PLC的控制规模分类，PLC可分为小型机、中型机和大型机。通常小型机的控制点数小于256点，用户程序存储器容量小于8K。小型机常用于单机控制和小型控制场合，在通信网络中常作从站。例如西门子公司的S7-200；中型机的控制点数在2562048点范围内，用户程序存储器容量小于50K。常用于中型控制场合，在通信网络中可作主站也可作从站。例如西门子公司的S7-300；大型机的控制点数在2048以上，用户程序存储器容量达到50K以上。常用于大型控制场合，在通信网络中作从站。如西门子公司的S7-400。PLC按结构形式还可分为整体式、模块式和叠装式。1.4.1.4 PLC的基本组成从广义上说，PLC也是一种工业控制计算机，只不过比一般的计算机具有更强的工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言。所以PLC与计算机控制系统十分相似，也具有中央处理器CPU、存储器、输入/输出I/O接口、电源等，如图1.2所示。图1.2 可编程序控制器的基本组成1.4.2带式输送机张紧装置的控制原理如图1.3所示为带式输送机张紧装置的PLC控制基本框图，根据张紧装置的控制需求和控制作用，目的只是对皮带的张紧力大小而控制，若张紧装置采取液压张紧的话，PLC根据所识别的信号输出相应的信号控制电液阀的流量，从而使液压缸按照合适的大小去伸缩。（1） 监测输入部分根据以上所分析的带式输送机张紧装置的作用可归纳出张紧装置起作用的情况：一是皮带输送机在正常运转的时候，由于皮带的疲劳等各种原因的导致，使得皮带变松，从而发生皮带与驱动滚筒打滑的现象，这样的话，大大降低了皮带的使用寿命，也降低了皮带输送机的工作寿命；二是当皮带机起动时，需要更大的起动张紧力，防止在起动时出现打滑而不能正常起动皮带输送机。为了使带式输送机能够正常工作，并根据工作情况的分析，从而设计了如图1.3所示的5个传感器。图1.3 张紧装置的PLC控制基本框图由于所设计的皮带机运输距离比较长，而且是头尾双驱动，头尾的两个驱动滚筒分别由两台电动机驱动，所以需要分别在各台电机及其附近安置传感器。各传感器的作用及安装位置：1号电机速度传感器：测量1号电机所带动的驱动滚筒的转速，输出的信号为数字脉冲，其数字脉冲的频率与驱动滚筒的转速成正比。将其安装在1号电机所带的动滚筒上；2号电机速度传感器：测量2号电机所带动的驱动滚筒的转速，其型号及原理与1号电机速度传感器一样，安放位置是在2号电机所带动的滚筒上面；1、2号电机附近带速传感器：主要目的是测量皮带的线速度，但是由于考虑到其安装困难和误差比转速传感器大，所以将其安放在如图1.1所示的拉紧滚筒3上，测量出改向滚筒的转速，根据线速度和转速的函数关系，则可得到皮带的速度。当然这里还考虑到皮带和改向滚筒是否发生打滑的现象，是否能精确测量出皮带的速度的问题。，根据理论的推导和实践的证明是不会发生打滑的，因为改向滚筒是不承受载荷的。压力传感器：将其安装在液压张紧装置液压回路，通过测量液压回路的压力来计算皮带张紧力的大小。其作用主要是在带式输送机起动时用，并保护皮带的太大张紧力而缩短皮带的寿命。（2） 控制输出PLC根据识别到的输入信号和后叙的软件程序输出相应的信号，去控制电液阀的流量大小，并控制各电机的起动。（3）控制原理当带式输送机起动时，起动力矩远大于正常运转时的力矩，起动张紧力也比正常运行时大，这就需要张紧装置进行作用，使输送机具有足够的起动张紧力，PLC输出信号控制张紧装置使液压缸伸出，在液压回路安放的压力传感器检测张紧力的大小，当达到起动时的张紧力时，张紧装置停止工作并锁紧到此时的状态，在起动过程中，随着速度的增加，张紧装置作用的张紧力也减小，当达到运行状态时，张紧装置输出运行时的张紧力。在带式输送机正常运行状态，由速度传感器进行检测滚筒和皮带的速度是否同步。当两个传感器检测到的速度大小不一致时，说明滚筒和皮带发生了打滑，根据速度信号大小的比较，PLC输出相应的信号，使张紧装置作用，改变皮带的张紧力，直到其不打滑为止。2 带式输送机的工作原理2.1带式输送机的组成及工作原理2.1.1带式输送机的组成1张紧装置； 2装载装置； 3换向滚筒； 4上托辊5输送带； 6下托辊； 7机架； 8清扫装置； 9驱动装置图2.1 带式输送机系统的结构组成如图2.1所示为带式输送机的基本组成,其各部分的功能作用如下:(1) 驱动装置驱动装置的作用是将电动机的动力传送给输送带，并带动它运行。驱动装置由电动机、联轴器、减速器和驱动滚筒等部件组成。(2) 清扫装置清扫装置是为卸载后的输送带清扫表面粘着物之用。最简单的清扫装置是刮板式清扫器，由重锤或弹簧使刮板紧压在输送带上。此外，还有旋转刷、指状弹性刮刀、水力冲刷、振动清扫等。采用哪种清扫装置，应视运送物料的粘性而定。(3) 上、下托辊托辊是带式输送机的重要部件之一。它的作用是支承输送带，使输送带的垂度不超过限定值以减小运行阻力，保证带式输送机平稳运行。托辊沿输送机全长分布，数量很多，它的工作性能直接影响带式输送机的整机性能。托辊的全部质量约占整机的1/3，价值约占整机的2025。为增大输送带的承载断面，将承载的输送带用短托辊组成槽形断面，这种托辊组称为槽形托辊组。槽形托辊组所使用的托辊数量有3个、4个、5个等，因而也使槽形端面的形状各异。对于空程段的输送带用一个长托辊支承，一般称为平形托辊组。有些输送带较宽的带式输送机，其空程段的输送带用2个托辊组成V形断面的托辊组支承，称为V形托辊组。采用V形托辊组对防止输送带跑偏有一定作用。(4) 输送带输送带的作用是承载物料和运送物料。输送带贯穿带式输送机的全长（为机身长度的2倍多），用量大、价格高，约占整个带式输送机价值50。为使输送带不但有足够的强度，而且能够耐磨损和腐蚀，输送带由芯体和覆盖层构成，芯体承受拉力，覆盖层起保护芯体的作用。芯体的材料有丝织物和钢丝绳2类。丝织物芯体有多层帆布粘合及整体编织2种。丝织物芯体的材质有棉、维纶和尼龙。整体编织芯体的输送带与多导粘合的相比，强度相同时整编芯体的厚度小、柔度好、耐冲击性好，使用中不会发生层间剥裂。整编芯体的输送带伸长率较高，使用时需要有较大的拉紧行程，钢丝绳芯体是由许多柔软的细钢丝绳相隔一定间距排列，用与钢丝绳有良好粘合性的胶料粘合而成。钢丝绳芯输送带的强度高，抗冲击性和抗弯曲疲劳性能好；伸长率小，需要的拉紧行程小。同其他类型的输送带比较，钢丝绳芯输送带的厚度小，所需滚筒直径也小。(5) 拉紧装置拉紧装置的作用是使输送带具有足够的张力，以保证驱动装置传递出应有的摩擦牵引力和使输送带的垂度保持在限定范围内。带式输送机常用的拉紧装置有螺旋式、重力式和钢丝绳绞车式等几种，它们都是采用改变机尾换向滚筒与驱动装置的驱动滚筒之间中心距的方法来实现拉紧输送带的。一般而言，螺旋式拉紧装置只能用于拉紧行程小、要求结构紧凑的场合。重力式拉紧装置适用于固定安装的带式输送机，结构形式有多种，其特点是输送带伸长变形不影响拉紧力，但体积大、比较笨重。钢丝绳绞车式拉紧装置是用绞车代替重锤，靠牵引钢丝绳改变机尾滚筒与驱动滚筒之间的距离来张紧输送带。用这种方法实现输送带的张紧，在输送带伸长变形时需要开动绞车来调整输送带张力，否则张力下降。它的特点是调整拉紧力方便，可实现自动调整。在满载启动时，则开动绞车以增加输送带张力；在正常运转时，适当反转绞车使张力减小。驱动滚筒出现打滑现象，又可开动绞车增大拉紧力，使驱动滚筒摩擦牵引力增大，消除驱动滚筒打滑现象。(6) 制动装置制动装置有逆止器和制动器。逆止器的作用是防止向上运输的带式输送机停车后输送带下滑。制动器的作用是保证向下运输的带式输送机可靠停车；在水平运输时，若要求准确停车，也应装设制动器。(7) 装载装置装载装置也称给料装置，主要由漏斗和挡板等部件组成。常用的有强制式、自溜式和组合式3类。(8) 机架机架包括机头架、机尾架和中间架等。它们的作用是安装带式输送机的机头、机尾、托辊组以及其他辅助装置等。常用机架也有几种不同的结构。煤矿井下使用的带式输送机，为了拆装方便，机头架、机尾架做成结构紧凑便于移置的构件，中间架采用便于拆装的结构。根据结构特点，有钢绳机架和型钢机架两种。按照安装方式不同，中间架又有落地式和绳架吊挂式之分，落地式机架又有固定式和可拆移式两种。用于地面和煤矿井下主要运输巷道的通用带式输送机的中间架多采用型钢焊接而成的固定式机架，而采区顺槽一般用可拆移式机架或吊挂式机架。可拆移式机架一般用型钢焊接成H型中间托架。将H型中间托架与两边的钢管采用插入式销钉固定联接，整个机架不用一个螺栓，避免了因螺栓生锈而造成的拆装不便。型钢机架也可采用吊挂式安装，但应用较少。2.1.2带式输送机的工作原理如图21所示,输送带4绕过驱动装置1的主动滚筒和机尾换向滚筒6形成一个环形带。上下两股输送带分别支承在上、下托辊3上。拉紧装置5给输送带以正常运转所需的张紧力。工作时，驱动装置1的主动滚筒通过它和输送带之间的摩擦力带动输送带运行。货载装在输送带上与输送带一起运动。带式输送机一般是利用上段输送带运送货载的，并且在端部卸载，也可利用专门的卸载装置在中间卸载。 带式输送机的机身断面如图21中的截面图AA 所示。上部的输送带利用一组槽形上托辊支承，以增加输送带的承载断面积。下部输送带一般利用平形下托辊支承。带式输送机可用于水平或倾斜运输，但倾角受物料特性限制。在通常情况下，倾斜向上运输时的倾角不超过18，向下运输不超过15。带式输送机不宜运送有棱角的货物，因为有棱角的物料易损坏输送带，降低带式输送机的使用寿命。带式输送机的运输能力大，运行阻力小，运输过程中物料一般不会破碎，因而特别适合输送散料货物。2.2带式输送机的驱动原理摩擦传动原理带式输送机的传动装置有许多形式，它们的区别在于：驱动滚筒的数量；传动结构的形式；各部件相互的布置；有无液力偶合器和制动装置；电机的功率等。按照传动滚筒的数量，驱动装置可分为：单滚筒、多滚筒。同时为了增大驱动力，各组传动滚筒还可附设导向滚筒。带式输送机所需的牵引力是通过传动滚筒与输送带接触表面的摩擦，形成圆周力，由传动滚筒传递到输送带，也就是说为了使输送机运行，在输送带趋入和奔离传动滚筒时，必须形成张力差。2.2.1单滚筒驱动情况图2.2 单滚筒驱动带式输送机的传动原理简图图2.3 传动滚筒上带的受力图如图2.2为单滚筒驱动带式输送机的传动原理简图。当传动滚筒由电机带动作顺时针转动时，利用它和输送带之间的摩擦力，带动输送带一起运动。输送机正常运行时输送带上各点的张力是不相等的。各点张力的大小决定于张紧力、输送量、带宽和带速、机长及托辊结构等。由逐点张力计算方法的原则可知，在图示水平运输的情况下，输送带的张力从点2 经过3、4 到点1 逐渐增加，而在输送带的主动段12 之间，张力却逐渐减小。1、2 两点的张力差就是传动滚筒传给输送带的摩擦力，也就是输送机的驱动力。输送带在相遇点1 的张力和分离点2 的张力取决于两方面：一方面，它们取决于输送机的各个技术参数。当其它参数一定时，相遇点的张力随负荷或输送机长度的增加而增大。此时传动滚筒所传递的驱动力也必须加大，才能满足正常运行的需要。另一方面，传动滚筒传给输送带的驱动力是摩擦力，有一个限度，不能任意增大。当负荷和输送机长度增加过多，使得传动滚筒相遇点与分离点的张力差大于滚筒与输送带间的极限摩擦力时，输送带将在滚筒上打滑。要使输送带在滚筒上不打滑，相遇点张力与分离点张力必须保持一定的关系，即符合欧拉公式。在建立牵引力和围包角之间的关系时，为了使问题简化，我们把输送带看作一种理想的挠性体，它可以任意挠曲，不受弯曲应力；同时，由于在滚筒上那一段输送带的质量和惯性力同它所受的张力和摩擦力相比很小，可以忽略输送带本身重量和所受的惯性力。如图2.3 所示，设输送带在传动滚筒上分离点2 的张力为；在相遇点1 的实际张力为，而其极限张力为；输送带围包滚筒的弧所对的圆心角称为围包角，简称包角。在围包弧内，输送带任一点A的张力为；当有一微小增量时，输送带长度由A点变化到B点，即有一长度增量；在B点的张力为，即当有一微小增量时，张力增量为。取AB这段长度的胶带为隔离体，如图2.3所示。当传动滚筒顺时针方向旋转时，作用在该单元的力有：A点的张力T；B点的张力T+dT，与T成角；传动滚筒对输送带的法向反力及摩擦力，为滚筒与胶带间的摩擦系数。由于长度很短，如果又忽略胶带的厚度，那么可以认为上述四个力为共点力系作用在长度的重中点。以该点为原点建立直角坐标系。在极限平衡状态下，该单元体的受力平衡方程为：由于很小，故，。因此上述方程组可简化为：略去二次微量项，解上述方程组，得 （2-1）式2-1为一阶常微分方程。解之可得出张力随围包角变化而变化的函数。在极限平衡状态下，当围包角由0增大到时，张力由增大到，利用这两个边界条件，对此微分方程两边定积分得解上式得即 （2-2）式中：自然对数的底数输送带与滚筒间的摩擦系数围包角 同理，对于围包弧上任意一点A的张力为： （2-3）式2-2、2-3就是挠性体摩擦传动的欧拉公式，根据欧拉公式可绘制出胶带的张力变化曲线，如图2.4所示图2.4 传动滚筒上的胶带张力分布相遇点张力随负载的增加而增大，当负载增加过多时，就会出现相遇点张力与分离点张力之差大于传动滚筒与胶带间的极限摩擦力，胶带将在滚筒上打滑而不能工作。若使胶带不在滚筒上打滑，必须满足如下条件根据欧拉公式输送带与滚筒相遇点的张力和分离点的张力有下述关系 （2-4）上式表示了一种传递驱动力的关系，即传动滚筒所传递的驱动力为 （2-5）式2-4明当弹性滑动角为时，输送带张力达到，在区间输送带张力不再变化，也就是没有弹性伸长的变化，输送带在滚筒上不再有弹性滑动。可以认为只有滑动弧才有摩擦力，从而传递驱动力。分析式2-5可知，当分离点张力保持不变时，随着需要传递驱动力的增大，滑动弧和相遇点的张力也随之增大。滑动弧最大值为，所以为防止胶带在滚筒上打滑，相遇点的最大张力必须满足 （2-6）因而，传动滚筒可能传递的最大驱动力为 （2-7）当运行阻力时，传动滚筒传递驱动力的关系式2-5已不再成立，此时传动滚筒靠摩擦已不能传递大于的驱动力。当驱动装置可以提供驱动力时，输送带必然会在传动滚筒上打滑，即输送带不能运动，而传动滚筒仍然随驱动装置转动。打滑时，摩擦生热，严重时会将输送带烧坏。在带式输送机实际运行时，考虑到摩擦系数和运行阻力的变化，还有动载荷的影响等，应使驱动力有一定的裕量作为备用。故设计时采用 （2-8）式中 传动滚筒需要传递的驱动力，传动滚筒可能传动的最大驱动力，传动滚筒传递驱动力的备用系数，则，当包角和分离点张力一定时，传动滚筒传递的驱动力为 （2-9）当围包角和传动滚筒所需传递的驱动力一定时，分离点的张力为 （2-10）由式2-9可见，增大驱动力可以从以下三个方面着手：（1）增大张紧力，以实现增大输送带在分离点的张力。在设计时不宜采用，应在运转时采用，以免使最大张力加大，带式输送机的结构尺寸加大，从而增大制造成本。（2）增加围包角单滚筒驱动时围包角为大约为200230，双滚筒驱动时可达450480。驱动力会随围包角的增大而按指数规律加大。改措施一般在设计时采用，对带式输送机的成本影响较小。（3）增加摩擦系数为增加摩擦系数，多采用在驱动滚筒表面包覆高摩擦材料，如橡胶、陶瓷衬垫或其他衬垫。这种方法在设计带式输送机时使用，对带式输送机的制造成本影响最小。2.2.2多滚筒驱动情况具有两个及两个以上传动滚筒的驱动系统成为多滚筒驱动系统。将每台电动机到与传动滚筒相连的联轴器之间所有传动部件组成一个单元，成为驱动单元。在一个滚筒上可以设一个或两个驱动单元。如果需要也有在输送机的中部设置传动滚筒并配有相应的驱动装置。这里仅研究头尾双滚筒传动的情形。由于采用多滚筒传动的输送机一般都比较长，输送机头、尾传动滚筒间会出现一些比较复杂的情况，有关头尾多滚筒传动的情况还有待于作大量的、更进一步的研究。（1）多滚筒传动各滚筒的驱动力的分配在总功率确定后，需要解决如何分配两个滚筒所传递的功率问题。确定各传动滚筒驱动力(功率)的比例关系，叫做名义配比。设计各传动滚筒驱动力的分配比时要考虑的因素有：1）各传动滚筒传递驱动力的能力；2）电动机功率与数量的分配；3）配比是整数，以便于分配电动机；4）输送带的张紧力。（2）头尾双滚筒传动的情况如图2.5为头尾双滚筒驱动输送机的传动简图，、分别为1、2滚筒相遇点和分离点的张力，则有 （2-11）根据式2-9，各传动滚筒传递的动力关系为 （2-12）图 2.5 头尾双滚筒驱动输送机的传动简图 （2-13） （2-14）从而有 则：传动滚筒1和传动滚筒2传递驱动力的比为令，则 （2-16）由式2-12和式2-14得 （2-17）当，时，在头尾双滚筒传动中，两个传动滚筒布置的地点有一定的距离，其间输送带的阻力大到不可忽略的程度。与头部双滚筒的情况相比，采用头尾双滚筒驱动的好处是可以减小输送带的最大张力。（3）双滚筒分别传动的功率匹配问题两滚筒传动功率的分配，有按最小张力分配和按比例分配两种方式1）按最小张力分配这是指传递一定的牵引力，输送带的张力最小。从式2-7可以看出，总的摩擦牵引力一定时，为使最小，在摩擦因数不变的条件下，要充分利用围抱角。若两滚筒的围抱角分别为和，如图2.6所示，两滚筒分别能传递的最大牵引力为：图2.6 双滚筒分别传动时的胶带变化曲线 （2-18） （2-19）当滚筒2的抱角充分利用时，则： （2-20）将式2-20代入式2-18中，得 （2-21）为了充分利用围抱角，应按式2-19和2-21求得的牵引力计算和配备两个滚筒所需要的电动机功率。按图2.6所示的围包方式，一般情况下代入式2-19和2-21得： （2-22） （2-23）由 （2-24）得 （2-25）式2-25是传递一定的摩擦牵引力时，按式3-22和3-23配备两滚筒电机时，输送带分离点应有的最小张力。按最小张力分配的优点是：传递一定的牵引力时，输送带张力最小，有利于输送带运行。缺点是很难选到合适的电动机，且两滚筒所用的电动机功率不同，减速器不同，设计和使用都不便。2）按比例分配这是按比例将总功率分到两个滚筒上，通常采用按1：1和2：1两种分配方式。 按1：1分配以这种方式分配时，可设两滚筒功率相同，各为总功率的一半。其优点是电机、减速器及有关设备完全一样，运转维护方便，因此采用较多。缺点是不能充分利用相遇点一侧的滚筒1所能传递的摩擦牵引力，因而需要加大输送带的张力。按1：1分配，两滚筒传递的总牵引力为： （2-26） （2-27）比较式2-25和2-27，因，当两滚筒所传递的总牵引力相同，即时，。这就是说为传递同样的牵引力，采用1：1分配，需要加大分离点的张力，即需要将输送带的张力加大。 按2：1分配这是将相遇点一侧的滚筒1的功率按两倍于滚筒2分配。这种方式的优点是：两滚筒既可使用相同的电机、减速器及有关设备，又可充分发挥滚筒1的摩擦牵引力。传递同样牵引力时，所需输送带的张力比按1：1分配小的多。缺点是：滚筒1需要两套电机和减速器，占地面积大。由式2-22和2-23可知，当两个滚筒的围抱角，如摩擦因数，按张力最小分配方法计算可得：，相当于按2：1的功率分配，此时两个滚筒的摩擦牵引力已接近充分发挥。如围抱角和摩擦因数不是上述数值，按2：1分配电机功率时，输送带张力要大一些，但比按1：1分配所需要张力要小得多。设计时，应按实际条件的摩擦因数合理调整围抱角，使两滚筒所传递的牵引力比值接近2：1。3 带式输送机的选型设计计算3.1设计参数皮带机的输送能力：； 提升高度：煤的密度： 最大煤块尺寸：运输距离： 头尾双驱动3.2带式输送机的机型选择带式输送机有通用、轻型、移动、钢丝绳芯、大倾角等多种带式输送机。其中钢丝绳芯带式输送机是一种强力型带式输送机，具有输送距离长、运输距离大、运行速度高、输送带成槽性好和寿命长等优点。如表3-1为钢丝绳芯DX型带式输送机规格。表3-1 钢丝绳芯DX带式输送机规格带宽产品代号输送带强度GX 带速 8001000125016002000250030003500输送带许用最大张力 2.53.154800DX364801001281602002402801000DX4801001251602002503003501200DX51201501922403003604201400DX61752242803504204901600DX72563204004805601800DX82883604505406302000DX94005006007003.3输送带的选择设计3.3.1选取带速带速选择原则:表3-2不同性质的物料选用带速的推荐值物料名称带速 22.53.1545原煤（湿）、湿砂、剥离层(无太大块)煤(小块)、土、砂、细碎石矿石、细碎岩石、大块煤（1）可按表3-1及表3-2选择；（2）水平输送、物料块度小而潮湿的、琢磨性小的、环境卫生条件要求不高的，可选用较高带速；（3）上运或下运输送、物料易滚动、块度大、琢磨性大的、环境卫生条件要求高的，宜用较低带速；（4）选用较高带速是提高运输能力、降低带宽的有效措施，但要进行综合技术经济比较来确定。由运输距离，提升高度,得倾角，接近于水平输送。，故选择较高带速，取3.3.2选择带宽带宽的确定主要取决于以下两方面的要求（1）物料块度要求对于未筛分得物料，有式中 带宽 物料中最大块度尺寸 ， 代入得： （2）输送能力要求按给定条件，经查表3-3可得，将其代入下式，则可求出物料断面积为表3-3输送机的倾斜系数倾角/（）246810121416181.000.990.980.970.950.930.910.890.85根据运送的物料名称和带速及物料密度等因素，查带式输送机设计手册可得物料的堆积角；同时取托辊槽角。按托辊槽角，堆积角，并结合物料的断面积查带式输送机设计手册可得带宽。为了增大运送余量，并结合带宽、带速与运送能力的匹配关系，同时查表3-4，取带宽表3-4 各种带宽使用的最大块度带宽/500650800100012001400最大块度/150150200300350350带宽/16001800200022002400最大块度/350350350350350预选用的GX800型钢绳芯输送带，输送带参数如下：带芯强度： 钢绳直径：钢绳破断张力： 胶带面质量：胶带线质量：3.4运行阻力的计算运行时的总阻力： （3-1）式中： 与输送机长度有关的系数，在机长大于时，可从表3-5查得。 主要阻力， 特种主要阻力， 特种附加阻力， 倾斜阻力，表3-5 系数与输送机长度的关系/80100150200300400500600192178158145131125120117/70080090010001500200025005000114112110109106105104103 （3-2）式中：模拟摩擦系数，根据工作条件及制造安装水平决定，可按表3-6查得，取 输送机长度， 重力加速度， 承载分支托辊组每米长度旋转部分重量， 回程分支托辊组每米长度旋转部分重量， 每米长度输送带重量， 每米长度输送物料重量， 输送机的倾角，选取上托辊间距，下托辊间距，查表可得：每米物料重量：将以上数据代入式3-2中得： 表3-6模拟摩擦系数安装情况工作条件水平、向上倾斜及向下倾斜的电动工况工作环境良好、制造、安装良好，带速低，物料内摩擦因数小0.02按标准设计制造、调整好、物料内摩擦因数中等0.022多尘、低温、过载、高带速、安装不良、托辊质量差，物料内摩擦因数大0.0230.03向下倾斜设计、制造正常，处于发电工况时0.0120.016 （3-3）式中：托辊前倾的摩擦阻力， 物料与导料拦板间的摩擦阻力，由于不设导料拦板，所以 （3-4）式中：槽型系数，槽角时， 托辊和输送带之间的摩擦系数，一般取0.30.4 装有前倾托辊的输送机长度， 托辊前倾角度，查带式输送机设计手册，则可得代入式3-4得： 将、代入式3-3可得： （3-5）式中：输送带和清扫器的接触面积， 输送带和清扫器间的压力，一般取 之间 送带和清扫器间的摩擦因数，取0.50.7 输送带宽度， 犁式卸料器阻力系数，一般为代入式3-5可得： （3-6）式中：输送机的提升高度，代入式3-6可得：将、代入式3-1中，可得：运行时传动滚筒的总圆周驱动力为：3.5输送带张力的计算如图3.1输送机的布置形式，各点的张力如图所示。取两滚筒的围抱角，摩擦因数按表3-7取。两滚筒的功率配比按1：1分配，则两滚筒的圆周力分别为：图3.1 输送机的布置示意图根据摩擦传动原理，设第二滚筒的值用足，有 （3-7） （3-8）将相应的数值代入式3-7和式3-8中，可得：表3-7驱动滚筒和胶带之间的摩擦因数运行条件光滑裸露的钢滚筒带“人”字形沟槽的橡胶覆盖面带“人”字形沟槽的聚胺基酸酯覆盖面带“人”字形沟槽的陶瓷覆盖面干态运行0.350.40.40.450.350.40.40.45清洁湿态运行0.10.350.350.350.4污浊湿态运行0.050.10.250.30.20.35重段阻力： 空段阻力，忽略传动长度，则则 3.6校核（1）垂度校核垂度校核必须分别校核重段垂度和空段垂度，两者都要找出最小张力点，必须满足最小张力大于各垂度所需要的最小张力。重段垂度所需要的最小张力为 (3-9)式中：输送带最大允许悬垂度，一般取上分支托辊间距，代入式3-9得 通过空段垂度所需要的最小张力为 (3-10)下分支托辊间距，代入式3-10得 通过（2）采用自动张紧装置，张紧力可调，不需要校核起动情况。同时满足（3）最大张力