多功能输送机的发展与设计毕业论文.doc

中国矿业大学成人教育学院2009届毕业设计(论文) 多功能输送机的发展与设计毕业论文1 概 述 在科学技术高度发展的今天，在物料运输领域，带式输送机仍然是不容忽视的一个家族，并且这个家族也随着科学技术的发展而不断的发展壮大，由原来的直线布置的带式输送机发展到了今天的可弯曲、线摩擦、大倾角、可伸缩等多种形式的输送机。自从19世纪80年代世界上诞生了第一台带式输送机以来，以其输送能力大、连续高效、机构简单、投资费用相对较小和维护方便等特点而被广泛用于煤矿、露天开采、码头、冶金，热电厂和焦化厂等的物料运输。因此它愈来愈表现出旺盛的生命力。随着煤炭工业科学技术的不断进步与发展，我国的带式输送机设计研究技术以及胶带输送机专业制造技术已经接近了国际水平，但是与世界先进工业国家比较仍然有一定的差距。比如目前国外的一些带式输送机的单机运距从几十米到数十千米，多机运距已达到208km，且有些带速已达到410m/s。随着我国的煤炭产量的提高以及双高工作面的出现，特别是采掘设备生产能力的大幅度提高，带式输送机朝着长距离、大运量、大功率、高倾角和高速度方向发展，各种保护装置到了长足的发展。针对上运胶带输送机的断带抓捕，国内外专家提出了一些好的见解，综合起来主要有以下两个原理： 1抓捕原理 这类机构主要是在胶带上设置抓捕装置，并配上传感器、清煤装置等组成抓捕器。当断带时，胶带上下侧的抓捕装置动作，把下滑的胶带紧紧抓住，防止下滑。 现在实际应用中比较常见的是以下这两种断带抓捕装置：1.1如图所示的楔形断带抓捕装置 其结构是：在输送机架两边各固定一个楔形装戳(如图11)，让胶带从中间穿过，在楔形装置内放入一个圆柱形滚轮，位于胶带上表面与楔形装置的斜面之间。当胶带正常运行时，滚轮与斜面稍离开，并在胶带上滚动。当输送机断带时，胶带沿托辊下滑，并带动滚轮与斜面接触，开始压住胶带，并越压越紧，使滑车顶面与胶带摩擦力越来越大，当大于胶带下滑力时，就会阻止胶带下滑，因而起到断带抓捕作用。楔形装置内的滑车是为了避免胶带压死后影响输送机再起动而设置的。此装置只能设置在胶带两边，约占带宽的13一15，其支架为焊接钢结构。1.2第二种是滚动下落式断带抓捕装置主要结构是：当胶带正常运行时，抓捕辊l与清带器2高高举起，如图1-2(a)。它们不与胶带接触，不影响物料运输。只有两个特制的托辊3位于胶带下面随胶带前进而转动。当胶带断带后胶带下滑时，特制托辊3则跟着反转，反转时带动托辊轴一起倒转，倒转的轴则带动一个螺旋副运动，当达到我们控制的倒转长度时，则可推动一个固定清煤器2的卡爪，而使清带器2绕轴5旋转下滑，清带器2的端部形状与胶带槽形一致，煤迅速清除掉，为抓捕辊1抓捕胶带作好准备。下落的清带器2，其支撑杆又拨动抓捕辊l的固定爪，使抓捕辊1沿内装有齿条的直槽快速旋转下落，继而滑入斜槽，并在倒转胶带的带动下继续沿斜槽运动，因而把胶带紧紧卡住在抓捕辊l和基坫4之间，如附图l-2(b)。由于抓捕辊1是旋转下落，可以更进一步把胶带的煤屑清除掉，使抓捕得更贴切，抓捕辊1重1.5t，加紧力很大。此设计是胶带全宽抓捕，对胶带本身损坏很小。1.3一种新型的胶带断带监测装置 此装置由传感器(线圈，检测探头组成)，PLC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，线圈随着胶带顺序通过探头，主探头A(由系统提供电源)产生的电磁场垂直通过胶带，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。因线圈间通过探头的距离相等，且胶带近似于匀速运动，所以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，并且等待下一个信号的到来，再清零。如果某一个线圈被撕裂，则当该线圈通过探头时，脉冲信号就不会产生，PLC单元在时间T(相临的两线圈依次通过探头所需的时间)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。此外，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，通过电压来判断探头是否良好并向PLC单元输入信号，保证系统工作的精度和可靠性。前面一部分所介绍的两种抓捕装置对断带都起了一定的作用，但是仍存在一定的问题。首先，前一种装置在正常工作时与胶带直接接触，而且占据了输送带的一定空间，势必会影响运煤量，会产生挡煤；其次，发生断带时，滚轮对胶带的夹持力越来越大，因为滚轮是分布在胶带的两侧，势必造成胶带纵向受力不均匀，可能造成胶带纵向撕裂，形成不必要的损失。本文所提出的断带抓捕控制系统是将两者的原理综合起来考虑，充分利用其优点，同时也运用控制系统，通过胶带的不同断裂特征(即张力减小，垂度增大，运行速度的大小和方向的改变)，以相应的传感器对其进行监测，一旦发现断带，就将胶带的断带信号传递给抓捕系统的执行机构和胶带机的驱动装置，使其分别动作，从而实现对胶带机的抓捕、停机和报警。 2 胶带机断带动态分析本章将具体介绍本次所设计胶带机的基本参数以及断带动态分析和胶带机的动张力、速度、位移和加速度变化。2.1胶带机基本参数 针对兖州矿务局东滩矿一条千米胶带输送机进行断带抓捕控制系统的设计计算。以下是该胶带机的主要参数： 1型号： DX4； 2服务水平： -620水平-370水平； 3长度L： 1180m,4带宽B： 1000mm：5平均倾角 ：14。；6提升高度： 285m；7布置形式： 向上运输；8输送能力： 372th；9带速V： 2.5ms；10胶带：型号钢丝蕊st200010006(8T+6T)11胶带每米质量：47kg；12胶带抗拉强度：Gx=2000Nmm(查运输机械手册)；13托辊规格: 上托辊：108375405 共900组下托辊：10811501230 共360组上托辊间距：1.2m；下托辊间距：3m；上托辊安装高度：约860mm。2.2需实现的功能 1对断裂后的胶带自动实施抓捕，预防和避免胶带下滑产生的严重后果； 2制动时间和制动距离要尽可能小； 3输送带正常运转时不磨损胶带，并且不产生对附加运行阻力，不降低生产率；4具有报警停机功能，且防止断后的胶带从机头导向滚筒处滑落。24理论计算2.4.1张力计算1运行时的总阻力与圆周力的计算运行时的总阻力：F= F1 + F2 + F3 + F，式中：F运行时的总阻力(N)F1上分支运行阻力(N)F2下分支运行阻力(N)F3物料提升阻力F，附加阻力（1）F1=（q+q0+q，）Lcosg式中：q每米物料质量(kgm)；q0每米胶带质量(ksm)；q，每米机长上托辊转动部分质量(kgm)；托辊阻力系数；L一输送机长度(m)输送机倾角 q= Q /3.6v= 372/3.62.5式中：Q输送能力(th)2.3胶带输送机断带原理初探 2.3.1胶带输送机有限元方程的建立一般所学习的弹性力学基本方程都是基于线性问题的，但在很多重要的实际问题中，线性关系并不能保持。由于非线性问题的复杂性，利用解析方法能够得到的解答是很有限的。随着有限单元法在线性分析中的成功应用，它在非线性分析中的应用也取得了很大的进展，已经获得了很多不同类型实际问题的解决方案。通过分析，知道带式输送机模型可以被看作是一种动态非线形模型，考虑到在实际工程中带式输送机的长度远远大于其宽度和厚度，所以又可以把它当作杆件来处理。这从误差理论的工程应用来分析足能满足实际工作的需要。超过弹性波在胶带运行一周后，可将步长放大。其它各点的初始条件为断带之前瞬间各点的位移、速度和张力。2.3.2断带动态分析结果 根据有限元模型，可得到断带情况下的动态模拟结果，断带可以发生在任何时刻：起动工况，平稳运行工况和制动工况。但是断带最有可能发生在张力最大的位置。 下图给出的是在平稳工况下，在第233个和第231个节个节点处发生断带时的连续5个质量块(233，23l，229，227，225，在曲线上分别标记为1，2，3，4，5)的动张力、速度、位移和加速度曲线。从图(b)可以看出，节点2的速度逐渐下降，该点由平稳工况下带速，降到V=0所需的时间很短，在一秒左右。为了确保带式输送机在断带过程中能采取有效的措施，进行抓捕和紧急制动，抓捕器或制动器必须在相应的时间内卡死胶带，使其停止运动。据此，我们可以设计出如下的控制系统：断带 速度传感器 处理器 执行机构 抓住胶带使其从检测断带到抓捕机构卡死胶带所需的时间在规定时间之内，这样就能够有效地防上胶带断带下滑和堆带现象。同理，也可以参考图(d)来选择加速度传感器，以便从另个方面对断带工况进行研究和控制。3总体设计3.1抓捕系统组成 本抓捕系统主要由检测系统、触发机构、抓捕机构、支架组成。 1.检测报警系统主要由霍耳集成开关、检测电路和报警电路组成。 2.触发机构主要由电液推杆、触发轴、支撑轴和触发爪组成。 3.抓捕机构主要由摩擦底座、制动辊、制动辊导向滑槽组成。 3.2各组成部分作用 3.2.1检测报警系统 作用是通过霍耳集成元件及时检测出是否断带，提供执行信号给触发机构，触发抓捕机构动作，对已经断带的胶带进行抓捕，同时进行声光报警和停机。 3.2.2触发机构触发机构包括电液推杆、一根触发轴、一根支撑轴和两个触发爪，电液推杆由一支架固定支撑：触发轴和支撑轴放置在支撑板对称的圆孔内；两个触发爪分别安装在两块支撑板的内侧。触发爪上端为一钩嘴，触发爪绕支撑轴转动。正常情况下，钩嘴钩住制动辊的两侧固定于制动辊导向滑槽的上端。 3.2.3制动辊 由实心钢组成，表面涂胶并带有花纹，其轴线方向的两端分别由触发机构中的触发爪的钩嘴固定于制动辊导向滑槽的上端。3.2.4摩擦底座为一金属板，由螺栓(或焊接)固定于机架两侧支撑板上，置于上胶带和下胶带之间，靠近上胶带，其上表面带有花纹，以保证足够的机械强度和增大其摩擦力。3.2.5支架固定该抓捕装置的所有零部件承受断带时的胶带拉力，由地脚螺栓固定于巷道底板上，分布于机架的两侧，两块支架上对称的开有一个制动辊导向滑槽。3.3结构特点 1.将断裂下滑的胶带紧紧抓捕住，安全可靠，不会产生误动作，而且没有副作用。 2.触发机构科学，灵敏可靠。 3.对机架及下滑胶带起到保护作用，而且不会损伤胶带。输、安装、维护都很方便，适应井下空间狭小的特殊条件。34工作原理 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，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，先向上拉动胶带，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。35断带抓捕系统可行性分析断带抓捕系统对断裂胶带是以不损坏胶带为前捉的，其受力应小于其受力的许用载荷。3.5.1计算每米胶带的下滑分力F1=（q+q0）sing式中：q每米胶带载料质量 (kgm)q0每米胶带质量 (kgm)输送机倾角代入数据得：（41.3347）sin14。9.8=209.42N 3.5.2计算保护装置的最大承受载荷 假设当胶带从机头开始断裂，全线下滑时(理想条件，未考虑变坡点)时，抓捕装置对胶带夹紧力(即胶带与抓捕装置之间的摩擦力)F为：F=n式中：L输送机长度， L1180m n安全系数， 取n3则：31180209.42=741346.80N3.5.3计算抓捕装置许用承受拉力每套抓捕装置的许用承受拉力2为：x103式中：B胶带带宽(m)x胶带抗拉强度(Nm)查运输机械设计选用手册，st2000型胶带的抗拉强度为2000N/mm。则：1.020001032.0106 N3.5.4校核因为F=741346.80N，2.0106N所以：FF2故抓捕装置是可行的。4机械部分结构设计4.1摩擦底座设计4.1.1要求实现的功能 摩擦底座的功能是：当胶带机发生断带下滑时，它和制动辊起将下滑的胶带死死夹住，防止其下滑造成事故。4.1.2材料选择初选摩擦底座材料为铸钢件，为了使得其和胶带接触有足够的摩擦力、挤压力，在上表面刻有花纹。4.1.3结构设计 为了将其安装在支架上，应该采用轻型结构，如下图，采用壳形结构，用8个连接螺栓将其固定在支架上，为了增加其与胶带的摩擦力，在其表面铸有花纹。 设计其壁厚为15mm；同时，摩擦底座也不能太窄，般在0.5m以上，以保证有足够的制动距离。4.1.4连接螺栓强度校核 (1)摩擦制动机构的总体受力分析按第一台断带抓捕系统安装于较高变坡点距离胶带输送机机尾L=800m计算，则满载时胶带与煤的总重量为：G=(Lq+Lq0)g式中G满载时胶带与煤的总重量；、第一台断带抓捕器距离胶带输送机尾的距离；每米胶带的载煤量；q0每米胶带质量因此：G、(q+q0)g800 (41.33+47)9.8=692491N则摩擦底座以及制动轴所承受的最大摩擦力为：F=GSin69249lSinl4o=167528.74N查机械设计大典，得钢-橡胶的摩擦系数为=0.9，则用于摩擦底座与制动轴上的正压力P。为： F 167528.74P。=1861430.04 0.9初选螺栓规格为GB6l70-86-M3085.如图，各轴段的功能表述如下： 轴段1：车有螺纹，与螺母连接，用于制动辊在支架上的轴向相对定位，取其长度为95mm。 轴段2：与支架制动辊导向滑槽接触的支撑轴段，取共长度为100mm。 轴段3：用于断带时与胶带上表面接触，接触需要有足够的摩擦力，在其表面铸有花纹。考虑两个安装支架之间的距离为1400mm，为了确保制动辊与胶带下表面有比较充分的接触，取轴段3的长度为1300mm。4.2.4强度校核及轴段直径计算：(1)受力分析假设胶带下滑时，制动辊中间1000mm长度集度为q的均布载荷的作用。其受力情况如下图所示：(2)求支座反力 在求横截面上的剪力或弯矩时，无论截取哪一边的轴为研究对象，其上的外力都不可避免的包括一个支座反力，因而必须先求出支座反力。在x：015cm处，剪力最大，最大剪力9max=50g；在轴的中心截面上，即x=65cm处，弯矩最大，最大弯矩为：Mmax=2000q。图46剪力和弯矩图(5)用弯曲应力校核公式计算轴径因为制动辊的抗弯截面模量:W2=0.1d3Mmax=2000q则制动辊的最大正应力为：由强度校核公式即： 查机械设计大典，45优质碳素钢的许用弯曲应力为将其取整，则取制动辊的直径为d=12cm=120mm4.2触发机构设计 触发机构的功能在于：当发生断带时，能够及时准确地捕捉断带时刻，并及时迅速地释放制动辊。触发机构主要由：电液推杆、触发轴、触发爪和支撑轴组成。 触发机构的工作原理如下：当胶带正常运行时，监测系统不会发出断带信号，触发机构也不会动作，当发生断带时，监测装置检测出断带，发出断带信号，传递给电液推杆，使电液推杆动作，推动触发轴沿着触发轴导向滑槽推动并带着触发爪运动，从而使触发爪绕支撑轴转动，其钩嘴逐步开启，释放制动轴。4.2.1触发轴结构设计此触发轴主要功能是：当发生断带时，电液推杆推动触发轴运动，触发爪沿着导向滑槽运动，从而带动钩嘴开启。机构比较简单，所以只对其进行简单的结构设计。图4-7触发轴结构设计示意图轴段1：该轴段是非工作表面，取该轴段直径为300mm，取其长度为1244。轴段2：该轴段安装在支架上，其轴径比轴段小1，而且它还有与触发爪底部滑槽相边，取其轴段直径为25mm，考虑到安装支架之间的距离，以及还有与之相连的电液推杆的宽度，取其长度为1758mm。各个轴肩处圆角为R1.6，轴段倒角取为2450。此触发轴技术要求为：（1）直径为25的轴段2淬火处理。（2）未注圆角半径为R=15mm4.3.2解发爪结构设计触发爪是一个灵敏性很强的零件，考虑到对称地安装在机架的两侧，应尽量采取轻形机构；另外，当输送机正常工作时，要求其对电液推杆的作用力很小，所以设计采用了如下图所示的爪形结构。对触发爪的设计，主要是对其进行结构设计，而不需要强度校核。4.3.2.1功能要求触发爪在整个抓捕获系统中是一个很重要的零件。它依靠电磁执行开关对其的影响来控制制动辊的释放时间。当输送机正常工作时，它抓住制动辊，使其固定在一个高度，不让其误动作；当发生断带下滑时，触发爪应随着电液推杆的动作而绕其支撑轴旋转，旋转一定角度后，触发爪完全释放制动辊。4.3.2.2结构形状设计见下图4-8触发爪结构形状图。图4-8触发爪结构形状图4.3.2.3尺寸的确定（1）通孔“A”直径：作用是将触发爪安装在支撑轴上，故设计其通孔直径为22mm。（2）定位尺寸“L1”的确定定位尺寸L1是通孔A和圆弧B中心之间的距离，考虑其安装在支架上，初选L1=135mm。（3）半圆弧“B”和圆弧“C”半圆弧“B”和圆弧“C”的作用是用于抓住制动辊并控制在何时完全释放制动辊。考虑到半圆弧“B”接触的制动辊直径为60mm，初取半圆弧“B”的半径为R2=37mm。则圆弧“C”的半径为R3=L1+R2=135+37=172mm。（4）滑槽“D”滑槽“D”与触发轴相配合，其作用就是将断带信号及时传递给制动辊，使其及时释放。设直径为R1，R1应比与其接触的触发轴的轴径稍大，因为触发轴直径为25mm，取R1=13mm。另外考虑到触发轴和触发爪之间的相对移动，所以取L4=900mm。（5）定位尺寸L3的确定为了保证在输送机正常运行时，触发爪对电液推杆不施加较大的力（或对电液推杆没有作用力，）L3应取较大值，初取L3=460mm。（6）角的确定角控制制动辊完全释放时间，对于断带抓捕装置是一个很重要的参数，称其为释放角。我们假设，当电液推杆将触发爪向右拉动12cm左右时，制动辊被完全释放。计算角的几何模型如下所示：图4-9角几何模型图当电液推杆将触发爪向右推移L=12cm时，制动辊旋转=arctanL/H1=arctan120/460=14.62 取整：=15如图所示。实际应用中，现场可以根据需要自行设计角的大小。角越小，则保护装置的灵敏度越高，但是不能太小，以防误动作影响生产,角越大,装置稳定性越好，但是灵敏度降低了，则影响了装置的及时抓捕。 所以，根据现场情况，可制定出一个标准，保证不低于12，不高于20。4.3支撑轴结构设计4.3.1功能：主要用来支撑触发爪，其上受力很小，机构也很简单，主要对其进行简单的结构设计。4.3.2结构设计：结构设计图如下：图4-10支撑轴结构设计图4.3.3支架结构设计本装置采用一对支架对称安在输送机两侧，支架是用来支撑制动辊、摩擦底座及其它一些零部件的装置，所以要求有足够的稳定性和钢度。初步确定支架的基本形状和尺寸图4-11支架结构设计简图4.3.3.1支架材料及壁厚设计采用焊接机架，由两块钢板焊接而成。焊接机架可以采用可焊性好的低碳钢和普通合金钢，采用Q235AF钢板。焊接机架壁厚不得超过30mm，选用机架壁厚为=25mm。常用手工电弧焊，单边V型坡口，角焊缝焊脚尺寸K不得大于壁厚的1.2倍。即:K1.2=1.225=30mm取K=20mm.4.3.3.2各主要尺寸的确定 触发轴的安装高度H1的确定考虑胶带输送机普通上托辊的安装，计算触发轴的安装高度。普通上托辊的中心线至巷道底面的高度H4约为860mm，则触发轴的安装高度为：H1H4-do/2=860-(115-108)/2=856mm考虑到胶带的挠度以及现场的实际使用情况，可以取H1=850mm。 摩擦底座安装高度H2的确定考虑上运胶带输送机的两个托辊之间胶带的挠度，参考运输机械手册P449，可得一个推荐挠度公式：f=0.02L式中：f两托辊间胶带的挠度：I上托辊间距则：f=0.22L=0.021200=24mm加之要求底座上表面安装高度距离上运胶带下表面距离不得大于20mm，才能保证摩擦制动装置及时有效的工作，太小则容易和运转的胶带发生摩擦；太大则空行程时间太长，制动慢。因此：H2=Hf=910-24=866mm取H2=870mm 制动辊导向滑槽尺寸的确定此导向滑槽的作用在于使制动辊获得一定的速度以便更好夹紧断裂下滑的胶带。为了有效地夹紧下滑的胶带，制动辊应具有一定的速度，制动辊的速度不能太大，否则会对摩擦底座和胶带产生很大的冲击，损坏胶带和摩擦底座，所以不能采取垂直机构。因此采用如下图所示形状的导向滑槽，既能使得制动辊获得一定的速度对胶带产生有效的夹持，又不会对摩擦底座产生很大冲击。由以上分析可知：导向滑槽与摩擦底座的夹角是制作关键,夹角太大，则制动辊自锁性能差，制动过程中易出现反弹现象，制动不住胶带；夹角太小，则制动辊启动速度慢，制动效果差。因此一般设定为15左右为宜。如下图所示，取来夹=15，考虑到制动辊的直径为60mm，则取R=60mm图4-12制动辊导向滑槽尺寸示意图定位尺寸L1的确定L1取120mm 触发轴导向滑槽尺寸的确定考虑当触发轴沿其导向滑槽向右滑动20mm左右时，制动辊可以完全释放，因此取L2=250mm；考虑与触发轴25轴段接触，其左右两端半圆弧槽的半径取为14mm。 支架上固定板的确定固定板由两块钢板采用对接焊焊接在一起，用来固定支架提高支架的稳定性和刚度，其结构参照下图。其具体尺寸参考设计图纸技术要求为：压板和槽钢采用对接焊，焊缝有效厚度为7mm。1压板 2槽钢图4-13支架固定板设计示意图4.4支架及支架连接强度校核4.4.1地脚螺栓的轴向拉伸强度校核支架通过地脚螺栓固定于巷道底板上，支架壁厚度25mm，支架底板厚度为1250mm，每一个支架两侧各均匀布置四只地脚螺栓，初选地脚螺栓为GB6170-86-M36400。 受力分析沿胶带动运行方向最前端的两只螺栓将受到最大的轴向拉伸力，两个支架及16只螺栓均匀分布剪切力。选取最前端的两只螺栓进行轴向拉伸强度校核，对所有16只螺栓进行剪切强度校核。图4-14地脚螺栓所受轴力图 计算螺栓的轴力两支架沿着胶带正常运行方向最前端的四只M36的螺栓上。设每一只螺栓受力为Q，支架受到的拉力为FL。其中：FL=F=167528.74N式中：FL支架所受的拉力F支架与摩擦底座之间的夹紧力根据力矩平衡方程得：用截面法假想地将螺栓截开，取上半部分以作为研究对象。 图4-15螺栓受力分析图如上图所示，螺栓受轴力S，由平衡方程：Y=0则：S=Q=32533.48N计算螺栓的截面面积:设螺栓横截面积积为A，螺栓半径为d,则A=.d2/4=362/4=1017.88 mm2 计算工作应力： =S/A=32533.48/（1.018103）=31.96MPa计算许用应力:查机械设计大典得，45优质碳素钢的屈服极限为S =360MPa.= S/ nS=360/250=144 Mpa式中：-螺栓的许用应力S-45优质碳素钢的屈服极限nS 安全系数 校核因为： =31.96MPa,=144MPa显然：。所以，工作应力小于许用应力，地脚螺栓的轴向拉伸强度是足够的。4.4.2地脚螺栓的剪切强度校核地脚螺栓的总长度选取为500mm，或者更大，浇灌入巷道底板的长度约400mm，与支架连接部分的长度约为25mm，上部的50mm为固定螺母的长度。螺栓的受力示意图见下页：求剪切力利用截面法以假想的截面沿着aa将螺栓截开，由所取研究对象的平衡条件可以知道，螺栓剪切面上的剪力为： 式中：Q螺栓剪切面上的剪力P各个螺栓的分布横向载荷 F支架所受到的横向拉力因为：F=167528.74 所以：图4-16螺栓受力示意力求剪切面面积设螺栓的剪切面面为A，螺栓直径为d，则： 计算许用剪应力式中：许用剪切应力s45优质碳素钢nS剪切安全系数查机械设计大典可知，45优质碳的屈服极限为S=360 Mpa n S=2.5则：= S/ n S=360/2.5=144 Mpa校核因为：=10.29 Mpa，=144 Mpa显然：所以：螺栓的剪切强度是足够的，符合要求。4.4.3地脚螺栓挤压强度校核螺栓的挤压面是一个圆柱面，用通过圆柱直径的平面面积来作为挤压面的计算面积来进行计算。由于露出巷道底板固定于支撑板的一段螺栓所承受的挤压与埋入底板的一段螺栓的挤压力相同，而前者的挤压面面积要比后者的挤压面面积小，所以应该选取前者的挤压面面积来进行校核挤压强度。 求挤压力挤压面的挤压力P的大小即为螺栓承受的横向载荷；P=F/16=167528.74/16=10470.55N 求挤压面积Aj=Ld式中：Aj挤压面面积L挤压面高度，即为支架底板的稿度，L=25mm，d螺栓直径，d36mm则：Aj=Ld=2536=9.010-4m3 求工作挤压力由挤压应力公或可知： 求许用挤压力由许用挤压力公式得式中：s45优质碳素钢屈服极限nS挤压安全系数查机械设计大典可得：45优质碳素钢屈服极限s=360MPa，ns=1.25，则：P= P/ n S=360/1.25=288 Mpa校核因为P=11.63 Mpa， P= 288 Mpa，显然：P P= S/ n S=360/2.5=144 Mpa所以，螺栓的挤压强度是足够的，符合要求。4.4.4制动辊导向滑槽（下端）挤压强度校核 求挤压力导向滑槽最下端承受沿胶带下滑方向的拉力F，即F=167528.74两块支架将拉力F平均分配，则每一侧受力为：P=F/2=167528.74/2=83764.37N 求挤压面积挤压面为一个半圆柱面，设其面积为Aj半圆柱面直径为D=60mm，厚度为=25mm，则：Aj=1/2D=1/26025=2.35610-3m2求工作挤压应力p =P/ Aj=83764.37/（2.35610-3）=35.55 Mpa求许用挤压应力由许用挤压力公式可得式中：p许用挤压应力s材料Q235的屈服极限nP挤压安全系数查机械设计大典得：s=235MPa，ns=1.25，则：p= s/ np=188MPa 校核因为：p=35.55MPa，p=188MPa显然：pp所以，制动辊导向滑槽的挤压强度是足够的，符合要求。4.5支架焊接头的强度校核4.5.1焊接接头受力分析图4-17焊接接头受力示意图在上图中，M接头所受的弯矩支架壁厚，=25mmL角焊缝计算长度L=50=5025=1000mm4.5.2弯矩M计算如上图所示，单个支架所受的弯矩M为M=1/2F1OC=1/2167528.740.87=72875.002Nm式中：F1断带下滑时，胶带与摩擦底座之间夹紧摩擦力OC支架底板下表面至摩擦底座上表面的垂直距离4.5.3焊缝接头的计算应力=6M/.L2式中：焊缝接头的计算应力支架壁厚将数据代入上式中，可得：=6M/.L2=（672875.002）/（0.02512）=17.49 MPa4.5.4许用应力计算式中：支架焊接结构焊缝的许用应务s材料的屈服极限ns安全系数查机械设计大典，Q235的屈服极限为s=235MPa，安全系数为ns=2.5则:4.5.5校核因为：=17.49MPa,=94MPa显然：所以，采用角焊接时接头强度是足够的，符合要求。5控制部分5.1工作原理： 十进制计数脉冲分配器A接成下降沿计数方式。霍耳开关元件B1用来检测主动轮转数,B2用来检测从动轮转数。 (1)当固定在主动轮上的永久磁钢转到与B1相遇时，B1就输出一个低电平脉冲，送到A的EA端，使计数器对其计数。 (2)当固定在从动轮上的永久磁钢与B2相遇时，B2也输出一个低电平脉冲，经三极管V1倒相后送到A的Cr端，对计数器清零。 (3)这两个脉冲数分别代表了主、从动轮转动圈数，即：主动轮每转动一圈，计数器就计一个数；从动轮每转一圈，计数器就清一次零，因此胶带机正常运转时，计数器所计的数不会大于1。 只有在胶带断裂或者打滑时，计数器所计的数才会大于l。 s用来设定主、从动轮之间的允许相对转数时，如果从动轮因为断带而失速，当s的设定数等于计数器所计的数时，计数器相应的Q端就会输出高电平，使V2导通，电磁铁动作，驱动抓捕器工作；同时KH动作，主机停机，而且发出报警信号。 5.2元件选择5.2.1霍耳开关集成元件选择 5.2.1.1霍耳效应 霍耳传感器是利用霍耳效应制作的一种磁电转换元件。所谓霍耳效应是指载流子半导体位于与电流方向垂直的磁场中，在垂直于电流和磁场的方向上产生电压(称霍耳电压或霍耳电势)的现象。 霍耳效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛仑兹力作用的结果。如下图所示： 假设沿着N型半导体Y轴方向通以电流I，并沿着Z轴方向施加磁场n，则载流电子将沿着电流I相反的方向运动，由于洛仑兹力的作用，电子即向一侧偏转(如图51中虚线方向)并使该侧形成电子的积累，直至电子的积累达到动态平衡。这时在两横端面之间建立的电场称为霍耳电场，相应的电势就称为霍耳电势或霍耳电压。 5.2.1.2霍耳元件电势的放大电路： 图5-2 霍耳元件电势放大电路霍耳电动势一般是毫伏级，所以实际使用时都采用运算放大器加以放大，如上图所示。分立元件的霍耳传感器的信号时，应用受到限制，而且成本高，影响了它的推广使用。集成霍耳传感器是将霍耳元件与放大电路集成在同一芯片内构成独立的器件，体积小，价格便宜，而且带有补偿电，有助于减小误差，改善稳定性，不仅给使用带来了方便，而且进一步使信号处理电路简化。 5.2.1.3施密特触发器 下面简要介绍一下由CHOS门组成的施密特触发器。其原理图如下：图5-3CMOS反相器组成的施密特触发器它具有以下特点1)施密特触发器属于电平触发,对于缓慢变化的信号仍然适用，当输入信号达到一定电压值时，输出电压会发生突变。2)输入信号增加和减少时，电路具有不同的阀值电压。 5.2.1.4霍耳开关集成元件 开关型霍耳集成电路的开关形式有单稳态和双稳态两种，在输出上有单端输出和双端输出。这种集成电路一般山霍耳元件、 稳压器、差分放大器、施密特触发器以及集电极开路输出等部分 组成，其电路框图如下图：图5-4霍耳开关集成电路方框图常用的型号有UGN-3000系列和CS系列,外形结构有三端T型和四端T型(双输出端),下图(5-6)给出了CS系列开关型霍耳集成电咱结构和电路。5-1给出了他们的主要技术标。表5-1CS系列霍耳开关主要参数1一调零端 2一电源正极 1一电源正极 2一电源负极 3一输出端 4一电源负极 3一输山端 (c)引脚图图55霍耳开关集成元件： 因此B1，B2可选用CS837或者CS6837。 若选用CS837，调零脚可不用。5.2.1.5霍耳开关集成元件的安装 霍耳开关集成元件分别安装在主、从动轮端面相对的支架上，然后将将滚筒端盖的螺钉拧下，通过磁铁的安装孔将其固定在滚筒端盖上，磁钢的极性与霍耳元件的极性相反安放，不可同极性安放，这样主动轮上的磁铁随着主动轮每转一周就经过传感器一次，通过霍耳效应，送入一个脉冲信号给计数器计数：而从动轮上的磁铁则随着从动轮每转一周也同样经过传感器一次，送入一个脉冲信号给计数器清零。 霍耳开关集成元件与磁钢之间的间距调整在35mm。5.2.1.5.1继电器选取 KM可选用JZC22FA型小型大功率继电器，直接焊在电路板上。5.2.1.5.2S的选取 S选用小型旋转式单刀十掷波段开关。 5.2.1.5.3永久磁钢的选取 永久磁钢选用20mmX20ntmXl5nm，也可选用20mmX20mm的柱形磁钢5.2.1.5.4电液推杆的选取 DYT系列电液推杆是一种集机、电、液为一体的液压驱动机械手，适用于需要往复推拉直线(或往复旋转一定角度)运动，也可用于需要上升、下降或夹紧工作物的场所，并可实现远距离危险地区的集中或自动控制。已广泛应用于冶金、矿山、电力、煤炭、机械、交通、粮食、化工、水泥、水利建材、运输等部门是一种通用的动力源。在本次设计中，考虑到推动触发爪和制动辊所需的推力以及断带抓捕装置对制动时间的特殊要求，还有就是胶带输送机是在煤矿下，需要防暴措施，所以我选择的是DYTB750165 S型电液推杆，此推杆的拉力是5000N，基本符合我所设计的制动辊掉落所需的推力；其拉速度为165mm/s，我所要求的移动位移是12mrn左右，这样，推杆拉动12mm则需要不到一秒时间，也基本符合抓捕装置对制动时间的特殊要求：另外此种类型的电液推杆是防爆型的，也符合煤炭行业对井下工作机构的特殊要求。此电液推杆的技术参数下面简要介绍此电液推杆的工作原理、电气线路、结构性能及其安装维护。 5.2.1.5.4.1电液推杆工作原理 电液推杆是一种机、电、液一体化的新型柔性传动机构，它由执行机构(油缸)、控制机构(液压控制阀组)和动力源(油泵电机等到)组成，器身部分由盖、缸、活塞、推杆、叶轮和转轴等组成。电动机的转轴是空心的，端部装一联轴节，联轴节的下部内孔为正方形。当推杆工作时，方轴能在其内部上下拊动井传递扭矩。液压缸内装有离心唧筒和带有两根推杆的活塞，推杆通过液压缸上顶盖伸到外面。活塞内有一径向叶轮与管轴想连接。 由于离心唧简装在活塞内，所以当工作时，电动机带动叶轮将工作油自活塞上部经活塞中之唧筒油腔强行压入活塞下部，迫使活塞向上移动以带动推杆，从而推动与之相连的触发爪，当触发爪被推移一段行程后，触发爪也随之转动一定角度，从而释放制动辊。 电动机通过正反转驱动双向液压泵正反输出压力油，经液压控制阀送至油缸，也实现活塞杆的往复运动。5.2.1.5.4.2结构性能：液压控制阀组主要由溢流阀，吸油单向阀，调速阀、液控单向阀（液压锁）等组成，也可根据电液推杆的工作特性，设计不同功能的油路组合阀，满足其工作要求。一般有推出锁，拉回自锁和推拉均自锁；运行速度有可调速型，不可调速型；电液推 杆工作角度有水平推，向上推(包括斜向上)，向下推(包括斜向 下)等几种。 5.2.1.5.4.3电液推杆主要有以下优点： (1)结构紧凑、安装方便、占据空间小、维护简单； (2可带负荷起动，具有过载保护功能； (3)回路设双向液压锁，可停在规定行程范围内的任意位置 并自锁，且保持输出力不变： (4)推拉力，速度(用户要求)无级可调，驱动力范围极广： (5)因故断电，推杆自锁，避免发生事故； (6)采用全液压传动，动作灵敏，运行平稳，能有效缓帅外来冲击力，行程控制精确(0.55mm)； (7)机电液一体化全封闭结构，工作油路循环于无压的封闭钢筒里，体积小，不渗油，在恶劣的工作环境下，不吸尘，不进水，内部不锈蚀，使用寿命长。5.2.1.6安装使用与维修 (1)电液推动器外壳设有安装支轴，可一个安装底架将其安装在一个适当位置上。端部的轴接头，与触发轴相连接。 (2)工作环境在温度20一日0之间，相对湿度在85以下能正常运行。 (3)电液推动器在试车前必须向油缸注入清洁和无任何污浊物及机械杂质的液压油。夏季用N15号机械油，冬季用N32号机械油。接通电动机，电源，检查叶轮是否灵活转动，圆柱弹簧是哲卡住，推杆及活塞运动有无卡住现象。5.2.1.7调试： 电路照图焊好，检查无误后，可通电进行测试。为了使测试 工作既简单又直观，可暂时采用图5-7的接线(因为KH只有一组 转换触头)，永久磁钢也暂不固定在传动轮上。 将S分别置于Q2Q9档位处。在S的每个档位，当磁钢置于 刀1的瞬间的次数等于S的设定数，删应分别动作，发光二极管H 应亮。同时将磁钢置于丑：的瞬间对计数器清零，使Ku触点断开H熄灭。只要元件是良好的，调试工作应该基本不复杂。5.3安装 电路调试完成后，可以装入小盒中(如废JSl4时间继电器的 盒子中)，在原电位器处装上波段开关并重新刻上数字以表示设定数。将KM转换触点的常闭和常开触点引线、B1、B2：输出端(B的 脚3)引线(该引线要用信号电缆)及12V电源引分别焊在废JSl4A时间继电器的引出线端子上。 永久磁钢分别用高效防水胶粘接固定在主、从动轮上，磁钢与B的距离一般调整在35mm左右，不宜过大或过小，以防碰撞 和失控。还要注意防水、防尘、防油污等。最后KM转换触点的常闭触点接入胶带机电动机主控回路中，常开触点接入电液推杆电动机主控回路中。 由于霍耳元件是以磁场为媒介的传感的，它无接触点、无火花、无磨损、无转换抖动、寿命长，除磁场