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基于PLC控制的带式输送机自动张紧装置设计【10张CAD图纸和毕业论文】【矿山输送机械】

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基于PLC控制的带式输送机自动张紧装置设计【CAD图纸+毕业论文】【矿山输送机械】.rar

基于PLC控制的带式输送机自动张紧装置

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关键词：: 基于 plc 控制节制输送自动装置设计 cad 图纸毕业论文矿山机械

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毕业设计主要内容和要求：
完成一个基于PLC控制的带式输送机自动张紧装置的设计。输送机的输送能力为，输送煤的密度为，最大煤块尺寸为，运输距离为，提升高度为，输送机采用头尾双驱动。
具体要求如下：
1、要完成毕业设计图纸3张零号图纸；
2、按学校统一要求打印、装订设计说明书，说明书正文70页左右；
3、中英文摘要400字；
4、参考文献20篇左右。

院长签字：指导教师签字：
中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书

指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：

摘要

本设计主要是带式输送机全自动液压张紧装置的设计。它是在吸收国、内外输送机张紧技术的基础上，根据国内带式输送机的运行特点及要求研制的。它采用比例控制技术及可靠性较高的可编程控制技术，可以对张紧力进行多点控制，根据不同工作情况随时调节张紧力的大小。能最大程度的延长皮带的寿命，大大节约了成本。在设计中，用一个动滑轮使液压缸的行程减少了一半，避免使用行程较长的液压缸，减少了制造液压缸的难度。同时，系统中增加了若干个蓄能器，可以最大限度的吸收液压冲击，减小对皮带的冲击力提高胶带的使用寿命。
本设计在总结其它常规皮带张紧装置的基础上,设计了能够满足皮带机的皮带长度变化较大时的皮带拉紧装置。此装置在皮带机启动阶段,能提供足够大的启动张力；启动完毕后, 又可使皮带的张力恢复到额定值以维持皮带机的正常运行。本文根据液压自动张紧装置的液压原理,详细阐述了自动张紧装置的结构组成、控制原理及功能特点,并阐明了控制系统的设计关键在于压力值和最大拉力值的设定。
介绍了带式输送机运行系统要求,并运用PLC可编程控制技术对带式输送机的起动、制动和拉紧部分实时监控,完全实现了带式输送机自动控制运行方式,构成了一个高可靠性的设备运行控制系统。

关键词：带式输送机；自动液压张紧装置；自动控制；可编程控制PLC

ABSTRACT

This design is mainly about full automatic hydraulic tension station for belt conveyer. It is designed on the foundation of opening technology in and outside, according to the domestic operation characteristic of belt conveyer and requirement. The equipment is also made on domestic belt-type conveyer movement characteristic and requestment. It uses the proportional control technology and the reliable higher programmable control technology, It may carry on the multi-spots control to strict the strength, adjusts pressing the strength size as necessary according to the different working condition.It can be the greatest degree lengthen the leather belt the life, greatly saved the cost. In the design, It causes the hydraulic cylinder with a movable pulley the stroke to reduce one half, and avoides using a stroke longer hydraulic cylinder.In this way,it reduces difficulty of the hydraulic cylinder’s produce. At the same time, it increases certain accumulators in the system, and limits absorption hydraulic pressure impact,which reduces the leather belt impulse and enhances the adhesive tape’s life.
In this issue ,the belt conveyer device whose tension force varied greatly is desiged to satisfy the re2 quirement s of the st ressed belt in varied length. It s tersion is greater in starting state ,and smaller in normal state moving. In the basis of working principle of automatic hydraulic tensioning device , st ructure composing , cont rol principle and function characteristics of the device were int roduced in this paper. It also expounded the design key of the cont rol system is to set pressure value and maxim drawing value.
Introduces requirement of belt conveyer operating system. PLC is utilized to monitor the drive , brake and tension part of belt conveyer in real time and to realize autocontrol operating mode completely, constructing a control system with super reliability for equipment operation.

Key words：Belt-type conveyer； full automatic hydraulic tension station； automatic control； programmable control

1 概述 1
1.1张紧装置的作用 1
1.2张紧装置的类型及其介绍 2
1.3液压张紧装置的基本介绍及其特点 2
1.3.1液压张紧装置的特点 2
1.3.2新型自动控制液压张紧装置的主要技术特点 3
1.3.3液压传动的特点 3
1.4带式输送机张紧装置的PLC控制系统介绍 4
1.4.1 PLC的介绍 4
1.4.2带式输送机张紧装置的控制原理 6
2 带式输送机的工作原理 9
2.1带式输送机的组成及工作原理 9
2.1.1带式输送机的组成 9
2.1.2带式输送机的工作原理 11
2.2带式输送机的驱动原理——摩擦传动原理 11
2.2.1单滚筒驱动情况 12
2.2.2多滚筒驱动情况 16
3 带式输送机的选型设计计算 21
3.1设计参数 21
3.2带式输送机的机型选择 21
3.3输送带的选择设计 21
3.3.1选取带速 21
3.3.2选择带宽 22
3.4运行阻力的计算 23
3.5输送带张力的计算 25
3.6校核 27
3.7张紧行程及张紧力的计算 28
3.7.1张紧行程 28
3.7.2张紧力 28
3.8机型布置 30
3.8.1布置原则 30
3.8.2布置形式 30
3.9滚筒的选择 31
3.10电机、减速器的选型及有关驱动装置部件的选用 33
3.10.2减速器的选型 33
3.10.3有关驱动装置部件的选用 35
4 带式输送机的起动分析 37
4.1带式输送机的起动曲线 37
4.2起动时的动张力计算 39
4.3起动时间 42
5 张紧装置选择方案 43
5.1张紧装置的类型 43
5.2方案比较与选择 44
6 张紧装置的设计 48
6.1张紧装置组成 48
6.2主要技术问题 49
6.3张紧装置参数的确定 49
6.3.1张紧力和张紧行程 50
6.3.2启动加速度 50
6.3.3起动时间 50
6.4液压站及有关元件的设计与选用 50
6.4.1液压油缸的设计 50
6.4.2齿轮泵及电机 54
6.4.3蓄能器 54
6.4.4液压油箱的设计 55
6.4.5电液比例溢流阀及其放大器 55
6.4.6电磁换向阀、单向阀 57
6.5机械结构设计 57
6.5.1张紧车架 57
6.5.2滑轮 58
6.6注意事项与要求 58
6.6.1张紧装置的振动 58
6.6.2设备使用要求 58
7 电控系统 59
7.1控制系统的硬件组成 59
7.1.1 PLC及扩展模块 59
7.1.2测速传感器 61
7.1.3压力变送器 62
7.1.4 PLC控制系统的硬件配置图 64
7.2软件设计 64
7.2.1思路及流程图 65
7.2.2输入输出点地址分配 65
7.2.3参数设定 65
7.2.4带式输送机张紧装置PLC程序 68
结论 75
参考文献 76
英文原文 77
中文译文 99
致谢 104

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内容简介：: 编号：（）字号本科生毕业设计基于PLC控制的带式输送机自动张紧装置张飞 21040218机械工程及自动化04-1班题目：姓名：学号：班级：二八年六月中国矿业大学毕业设计任务书学院应用技术学院专业年级机自04级学生姓名张飞任务下达日期： 2008 年 03 月 16日毕业设计日期： 2008 年 03月 18日至 2008 年 06月 10日毕业设计题目：基于PLC控制的带式输送机自动张紧装置毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：完成一个基于PLC控制的带式输送机自动张紧装置的设计。输送机的输送能力为，输送煤的密度为，最大煤块尺寸为，运输距离为，提升高度为，输送机采用头尾双驱动。具体要求如下：1、要完成毕业设计图纸3张零号图纸；2、按学校统一要求打印、装订设计说明书，说明书正文70页左右；3、中英文摘要400字；4、参考文献20篇左右。院长签字：指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答辩情况提出问题回答问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年月日摘要本设计主要是带式输送机全自动液压张紧装置的设计。它是在吸收国、内外输送机张紧技术的基础上，根据国内带式输送机的运行特点及要求研制的。它采用比例控制技术及可靠性较高的可编程控制技术，可以对张紧力进行多点控制，根据不同工作情况随时调节张紧力的大小。能最大程度的延长皮带的寿命，大大节约了成本。在设计中，用一个动滑轮使液压缸的行程减少了一半，避免使用行程较长的液压缸，减少了制造液压缸的难度。同时，系统中增加了若干个蓄能器，可以最大限度的吸收液压冲击，减小对皮带的冲击力提高胶带的使用寿命。本设计在总结其它常规皮带张紧装置的基础上,设计了能够满足皮带机的皮带长度变化较大时的皮带拉紧装置。此装置在皮带机启动阶段,能提供足够大的启动张力；启动完毕后, 又可使皮带的张力恢复到额定值以维持皮带机的正常运行。本文根据液压自动张紧装置的液压原理,详细阐述了自动张紧装置的结构组成、控制原理及功能特点,并阐明了控制系统的设计关键在于压力值和最大拉力值的设定。介绍了带式输送机运行系统要求,并运用PLC可编程控制技术对带式输送机的起动、制动和拉紧部分实时监控,完全实现了带式输送机自动控制运行方式,构成了一个高可靠性的设备运行控制系统。关键词：带式输送机；自动液压张紧装置；自动控制；可编程控制PLCABSTRACTThis design is mainly about full automatic hydraulic tension station for belt conveyer. It is designed on the foundation of opening technology in and outside, according to the domestic operation characteristic of belt conveyer and requirement. The equipment is also made on domestic belt-type conveyer movement characteristic and requestment. It uses the proportional control technology and the reliable higher programmable control technology, It may carry on the multi-spots control to strict the strength, adjusts pressing the strength size as necessary according to the different working condition.It can be the greatest degree lengthen the leather belt the life, greatly saved the cost. In the design, It causes the hydraulic cylinder with a movable pulley the stroke to reduce one half, and avoides using a stroke longer hydraulic cylinder.In this way,it reduces difficulty of the hydraulic cylinders produce. At the same time, it increases certain accumulators in the system, and limits absorption hydraulic pressure impact,which reduces the leather belt impulse and enhances the adhesive tapes life.In this issue ,the belt conveyer device whose tension force varied greatly is desiged to satisfy the re2 quirement s of the st ressed belt in varied length. It s tersion is greater in starting state ,and smaller in normal state moving. In the basis of working principle of automatic hydraulic tensioning device , st ructure composing , cont rol principle and function characteristics of the device were int roduced in this paper. It also expounded the design key of the cont rol system is to set pressure value and maxim drawing value.Introduces requirement of belt conveyer operating system. PLC is utilized to monitor the drive , brake and tension part of belt conveyer in real time and to realize autocontrol operating mode completely, constructing a control system with super reliability for equipment operation.Key words：Belt-type conveyer； full automatic hydraulic tension station； automatic control； programmable control目录1 概述11.1张紧装置的作用11.2张紧装置的类型及其介绍21.3液压张紧装置的基本介绍及其特点21.3.1液压张紧装置的特点21.3.2新型自动控制液压张紧装置的主要技术特点31.3.3液压传动的特点31.4带式输送机张紧装置的PLC控制系统介绍41.4.1 PLC的介绍41.4.2带式输送机张紧装置的控制原理62 带式输送机的工作原理92.1带式输送机的组成及工作原理92.1.1带式输送机的组成92.1.2带式输送机的工作原理112.2带式输送机的驱动原理摩擦传动原理112.2.1单滚筒驱动情况122.2.2多滚筒驱动情况163 带式输送机的选型设计计算213.1设计参数213.2带式输送机的机型选择213.3输送带的选择设计213.3.1选取带速213.3.2选择带宽223.4运行阻力的计算233.5输送带张力的计算253.6校核273.7张紧行程及张紧力的计算283.7.1张紧行程283.7.2张紧力283.8机型布置303.8.1布置原则303.8.2布置形式303.9滚筒的选择313.10电机、减速器的选型及有关驱动装置部件的选用333.10.2减速器的选型333.10.3有关驱动装置部件的选用354 带式输送机的起动分析374.1带式输送机的起动曲线374.2起动时的动张力计算394.3起动时间425 张紧装置选择方案435.1张紧装置的类型435.2方案比较与选择446 张紧装置的设计486.1张紧装置组成486.2主要技术问题496.3张紧装置参数的确定496.3.1张紧力和张紧行程506.3.2启动加速度506.3.3起动时间506.4液压站及有关元件的设计与选用506.4.1液压油缸的设计506.4.2齿轮泵及电机546.4.3蓄能器546.4.4液压油箱的设计556.4.5电液比例溢流阀及其放大器556.4.6电磁换向阀、单向阀576.5机械结构设计576.5.1张紧车架576.5.2滑轮586.6注意事项与要求586.6.1张紧装置的振动586.6.2设备使用要求587 电控系统597.1控制系统的硬件组成597.1.1 PLC及扩展模块597.1.2测速传感器617.1.3压力变送器627.1.4 PLC控制系统的硬件配置图647.2软件设计647.2.1思路及流程图657.2.2输入输出点地址分配657.2.3参数设定657.2.4带式输送机张紧装置PLC程序68结论75参考文献76英文原文77中文译文99致谢104 中国矿业大学2008届本科生毕业设计第106页1 概述带式输送机俗称“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。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 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。 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。 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。 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。 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0.350.35清洁湿态运行0.10.350.350.350.4污浊湿态运行0.00.20.35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，小于表3-1中许用值，通过。（4）校核输送带安全系数 (3-11)式中：输送带强度，取代入式3-11得：则输送带安全系数通过3.7张紧行程及张紧力的计算3.7.1张紧行程张紧行程的总行程包括安装行程和工作行程。安装行程由设计者根据张紧装置结构并考虑输送带接头所需行程在设计时确定。工作行程是指张紧滚筒的位移，它与输送机的起动和制动方式、频率、输送带的延伸特性有关，可按下式计算： (3-12)式中：输送机的长度，张紧工作行程，输送带弹性伸长率和永久伸长率，由输送带厂家给出，通常钢绳芯为0.0025张紧后托辊间允许的垂率，一般取0.001将以上数据代入式3-12得3.7.2张紧力带式输送机在起动时的牵引力比正常运行时要大，两者的比值叫做起动系数。起动时张紧装置的张紧力和正常运行时也不同，两者的比值叫做张紧力比。显然，合理的张紧力比对带式输送机运行的可靠性和经济性有很大影响，而且，张紧力比与起动系数的关系如何，与运行工况及驱动装置相对位置关系如何，都是选型设计中应明确的问题。（1）起动系数若起动时的牵引力为，正常运行时的牵引力为，则起动系数正常运行时的牵引力为总圆周力，而起动时的牵引力为运行总阻力与起动惯性总阻力之和,即而式中: 起动惯性总阻力，起动加速度，重力加速度，旋转质量惯性系数，可见，存在以下关系式：即（3-13）由式3-13可计算出不同运距、不同加速度下的起动系数，有以下结论：1）运距，加速度越大，起动系数越大；2）通常水平运输取，则运距时，加速度；运距时，；3）当加速度时，要保证，则水平运距只能是，所以长距离水平运输时，加速度不能太大；水平运输时，起动加速度一般取。加速度过大，会引起输送机喘振，运转不稳定，传动滚筒处输送带打滑，电机过载太大。加速度过小，起动时间长，也会损坏电动机。综合考虑，取加速度，起动系数左右。（2）张紧力比起动时所需的张紧力与正常运行所需的张紧力之比即为张紧力比下面讨论起动系数与拉紧力比之间的关系：（3-14）式中，、分别为起动时输送带相遇点和奔离点的张力。（3-15）（3-16）式中：、分别为起动和正常运行时的摩擦力备用系数。将以上几式简化得：（3-17）水平和上运时，则。取，则取左右。则可得到以下结论：张紧装置布置在输送带张力最小处，实际布置形式见图3-2。正常运行时的张紧力为起动时，使张紧力与额定工作拉力的比值为1.3，起动时所需张紧力为3.8机型布置3.8.1布置原则（1）采用多传动滚筒的功率配比是根据等驱动功率单元法任意分配；（2）双传动滚筒不采用S型布置，以延长输送带和包胶滚筒的使用寿命，且避免物料粘到传动滚筒上影响功率的平衡；（3）张紧装置一般布置在输送带张力的最小处。若水平输送机采用多电机分别起动时，张紧装置应设在先起动的传动滚筒一侧。尽可能使输送带张紧滚筒的绕入和绕出分支方向与滚筒位移线平行，且施加的张紧力要通过滚筒中心。（4）输送机尽量布置成直线型，避免有过大的凸弧、深凹弧的布置形式，以利于正常运行。3.8.2布置形式由上面的计算结果，图3.1中张力的值最小，可将张紧装置布置于此处。采用二电机分别起动，可使机头电机先起动。布置形式见图3.2。3.9滚筒的选择改向滚筒及传动滚筒与带强、带宽的组合见表3-81、2驱动滚筒 4 、5、6、7改向滚筒 3拉紧小车图3.2 输送机及张紧装置基本的布置形式表3-8 滚筒组合(部分)带宽使用张力百分数包角输送带强度，65080010001250传动滚筒直径改向滚筒直径，1001808008003050050050180630800304004003018050063030400400选带宽，带强，使用张力百分数不到30，图3.2 中，改向滚筒3、5、6、7 的包角180，改向滚筒4的包角约为30。因此，选择传动滚筒的直径，改向滚筒3、5、6、7直径，改向滚筒4的直径。对于传动滚筒1，其传递的扭矩为：所受的合力为：对于传动滚筒2，其传递的扭矩为：所受的合力为：对于改向滚筒，传递的扭矩忽略不计。改向滚筒6、7受的合力约为：改向滚筒3、5受的合力约为：改向滚筒4所受合力很小，不予计算，直接选取最小型。查设计手册，所选滚筒系列见下表3-9。表中字母含义见图3-3。根据传动滚筒和改向滚筒的需要，轴承座分为透盖式和半透盖式两种。按滚动轴承的外环固死与否，又分为外环固死和外环活动两种形式。表3-9 所选滚筒的具体参数直径许用扭矩许用合力重量轴承型号传动滚筒1、28002012023401425137095019508453003536改向滚筒3、56、750095310722137095015803528改向滚筒440060156471137095015643520图3.3 滚筒外观3.10电机、减速器的选型及有关驱动装置部件的选用3.10.1电机的选型输送机所需电动机理论功率为：（3-18）式中：传动效率，取代入上式得：选择电动机容量应有一定的功率储备，一般多电机驱动时，实际功率应为：取采用双电机驱动，功率配比为1：1，则每台电机容量为。考虑到电机的工作环境，所以选择三相防爆异步电动机，选择南阳生产的电动机，型号为YBXn315S4，其具体数据参数如表3-10。3.10.2减速器的选型(1)传动比的确定 (3-19)表3-10 YBXn315S4数据参数型号额定效率功率因数功率电流转速负载负载1.000.750.501.000.750.50YBXn315S4110196.8148595.495.594.80.890.850.81型号堵转转矩/额定转矩堵转电流/额定电流最大转矩/额定转矩噪声振动等级转动惯量重量YBXn315S41.87.02.2931.804.681150式中: 电动机的转速传动滚筒的转速则选择运输机械用减速器DCY型（2）选择型号（3-20）式中：减速器输入功率，减速器传递的功率，工况系数，根据表3-11，查得，每天连续工作24小时，应加大10，即代入式3-20得：查运输机械用减速器手册，选用DCY280，许用输入功率（3）校核起动转矩（3-21）式中：起动转矩，代入式3-21得：通过（4）校核减速器的热功率（3-22）式中：减速器的热功率。查运输机械用减速器得环境温度系数。查得功率利用系数。查得代入式3-22中得则符合要求表3-11 工况系数原动机每天工作小时数载荷种类UMH电动机、涡轮机1.01.01.5051.251.502.046缸活塞发动机1.01.251.751.251.502.01.501.752.2513缸活塞发动机1.251.502.01.501.752.251.752.002.50(5)所选减速器DCY280参数数据表3-12表3-12公称传动比公称转速许用输入功率输入输出201500751953.10.3有关驱动装置部件的选用大型带式输送机具有驱动电动机容量大、设计上需要满足输送机有载启动和多机驱动等特点, 因而对大型带式输送机驱动装置的基本要求是：(1) 驱动装置应具有良好的起动性能, 具有大的起动力矩以使输送机能够有载启动。(2) 起动过程中具有足够小、合理的加速度以减小动载荷, 避免由过大的惯性力引起物料在输送带上的滑移、洒料，及输送带和滚筒打滑以及张紧装置的过大行程。(3) 驱动装置必须防止输送机的功率以及力矩超过安全限度, 以保证过载的输送机自动停机, 避免发生灾难性的事故。(4) 在采用多驱动情况下, 应保证各电动机的负荷均匀, 避免各驱动装置及输送机的部件过载。(5) 驱动装置应具有良好的可控性, 控制起动、停机时的速度和加减速度。(6) 尽量使电动机空载起动, 错开起动时各电动机的起动时间; 减少电动机的起动次数, 有可能时,可在输送机停止时不必停电动机。驱动装置可按具体情况选择，这里选用南阳生产的YBXn315S4防爆电动机, 额定功率，起动时冲击力较大，再加上负载的振动比较大，其他因素也比较差，所以应选用液力偶合器配合使用。带式输送机广泛使用限矩型或调速型液力偶合器，笼型异步电动机配限矩型液力偶合器有如下优点：改善了电动机的起动性能，即增大了起动力矩、缩短了起动时间，降低了电动机起动电流的持续时间，节省了电能；多电机传动中有利于各电动机的载荷分配；能缓和冲击、降低振动；对电动机及载荷具有保护作用。笼型异步电动机与调速型液力偶合器相配除具有限矩型的优点外，还具有无载起动、能逐步可控地起动大惯量负荷、无级调速、便于远程操纵和电脑自动控制、可实现接合脱离等优点。如图3.4所示为液力偶合器特性曲线。（a）限矩型 (b) 调速型、油液容量图3.4液力偶合器特性曲线4 带式输送机的起动分析4.1带式输送机的起动曲线输送带不是刚体而是一个具有粘弹性特征的弹性体，起动时输送带发生粘弹性变形，由于启动是一特殊的不稳定工况，会使胶带产生动张力，动张力以波的形式存在于输送带中。张力波在输送机中产生的冲击将引起输送带的震荡，这不仅会导致输送带打滑，使输送带在较短的时间内产生较大的热量，还会破坏接头，造成断带。动张力和起动时间、速度曲线有关，起动时间越短，起动加速度和加速度变化越大，带式输送机的变形和动张力就越大。大型带式输送机均采用慢速起动、降低起动加速度，可以有效地降低输送动带在起制动时的弹性伸长量。如图4.1a。根据动力分析，较为理想的曲线应为图4.1b。可见改进的力矩与带速曲线上增加了驱动力矩最小加速时间，此最小加速时间的概念是电动机驱动力从零增加到允许的最大力矩(一般是额定力矩的1.31.5倍)的时间。（a）（b）图4.1 起动曲线最小加速时间依据动张力波在胶带中的波动周期，一般按下式确定：（4-1）式中：输送机长度，张力波波动速度，。它与夹带结构及弹性模量有关，钢丝绳输送带代入式4-1可得：在使用上式时，如果总加速时间取最小加速时间，往往会导致很陡的速度曲线，从而在加速时胶带会产生非常高的尖峰动张力。速度曲线常用以下两种方法：（1）HARRISON美国的HARRISON 推荐图4.2a中的速度和加速度曲线来减少起动时输送带上的动张力。起动时的速度为 (a) (b)图4.2 起动曲线可见，起动时加速度为零，速度平稳增大，到时达到最大加速度，然后逐渐对称地减小加速度，而速度继续增大，当达到设计速度时，加速度减小为零，除了加速度的起点和中点，加速度曲线的一阶导数是连续的。（2）NORDELLNORDELL提出图4.2b中的曲线。起动过程的速度为可见，起动时加速度为零，线性到时达到最大加速度，然后逐渐对称地减小加速度，而速度继续增大，当达到设计速度时，加速度减小为零。最大加速度比HARRISON法的大27，加速度的一阶导数在0、不连续，但加速度导数的峰值只是HARRISON法的81。输送带起动时，为了把峰值张力减小到最小，HARRISON和NORDELL都是比较满意的结果，是比较理想的起动过程。实际使用中，加速度斜率如果在起动初期加入一延迟段，约38s，还能进一步改善起动的瞬间峰值张力，如图4.3，在延迟期内可以给原来松弛的输送带及时张紧留下余地，使得在加速度增大，力矩加大之前，所有的元件在很低力矩及速度下进入运行状态，从而削弱输送带张力增大的可能性。图4.3 理想起动曲线4.2起动时的动张力计算电机起动后，产生的沿胶带承载分支传播的张力波与沿胶带空载分支传播的压力波分别向输送机尾部传播。当遇到滚筒和承载分支与空载分支的交界处，都将分解为透射波和反射波。这些波相互叠加、传播即形成带式输送机过渡过程的动力学现象。当胶带在位置x 处所受的扰动力为时，它与变形的关系为：式中：胶带单位宽度弹性系数，输送带有效宽度，这时，张力波传播速度：为了建立驱动滚筒的运动微分方程，需求出作用在驱动滚筒上的所有外力，由图4.4可得式中：折算到拉紧滚筒外缘上的质量，电动机起动与拉紧阻力之差，表征电动机机械特征曲线非稳定过程中曲线平均斜率的系数，承载分支弹性波传播速度，承载分支胶带的线密度，、空载分支弹性波传播速度与承载分支胶带的线密度。j 代表静张力，d 代表动张力图4.4 自动拉紧装置的输送机起动和运行张力图由初始条件，得其解为（4-2）则胶带在1点和2点的动张力分别为（4-3）（4-4）式中：此时承载分支的动张力为拉力波，空载分支为压力波。下面分空载和重载两种起动情况进行分析：（1）空载起动最不利的情况是当沿空载分支传播的压力波传到1点时，即当胶带在1点和2点的动张力分别为（4-5）（4-6）式中：（2）重载起动为找出危险情况，首先看两分支的弹性波叠加情况。重载起动时，承载分支的拉力波传到两分支交界处，将产生一部分投射波，此波经空载分支传到2点，将削弱此处的压力波，在到达2点之前的瞬间，压力波为最大。由2点产生的压力波经空载分支到达两分支交界处，将产生一部分投射压力波，经承载分支到达1点，将削弱1点的拉力波，在此之前的瞬间，拉力波为最大，即为最危险的情况，此过程经历的时间为1点和2点的动张力分别为（4-7）（4-8）胶带和驱动滚筒间不打滑的条件为（4-9）4.3起动时间为避免起动时过大的动张力，必须限制起动力矩，因此要使启动时间大于张力波绕输送带环状回路传播一周的时间。采用这种方式起动时，驱动装置质量的速度相对于整个输送机系统重心速度的波动是很小的，可以忽略。故计算起动时间时，将整个系统视为刚性的，计算结果足够精确。为了便于计算，设折算到电动机转子上的等效转动惯量为，作用在电动机转子上的合力矩为，则其运动微分方程为若电动机的稳定工作转速为，则启动时间为对于大运量长距离带式输送机，因驱动装置等效质量与带式输送机系统重心速度有显著差别，可按式4-2进行计算启动时间。由于采用双滚筒双电动机，通常将各驱动装置的起动时间错开，使输送机的总驱动力变缓这样也可以达到降低起动动张力的目的。然而，各驱动装置之间的起动时间间隔越长，第一台驱动装置的过热可能性越大。起动时间间隔一般根据张力波传播时间取左右。5 张紧装置选择方案5.1张紧装置的类型在节中已经介绍过张紧装置的类型，其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。这里主要介绍自动张紧装置。自动张紧装置，按动作原理可分为全自动式和半自动式，全自动式是指胶带在传动滚筒上的奔离点的张力随外界载荷的变化始终在不停的变化，以保证胶带趋入点张力与奔离点的张力比为恒定值，这种张紧装置也叫随动式自动拉紧装置，如图5.1所示。1移动小车 2改向滚筒 3滑轮 4、6钢绳5平衡机构钢绳卷筒 7滑轮 8电动绞车 9张紧滚筒10张紧小车 11、13传动滚筒 12输送带图5.1 有平衡机构的随动式自动张紧装置示意图这种张紧装置建立在以趋入点张力与奔离点进行比较的基础上，当输送机起动或装料时，增大，使规定的张力比被破坏。装有改向滚筒2，滑轮3的小车牵着钢绳4向右移动，使平衡机构的钢绳卷筒5转动，经过齿轮机构使另一个卷筒也移动，直到张力比恢复到规定值为止。由于移动小车1的行程与装有张紧滚筒9、滑轮7的张紧小车10的行程不同，因此能使输送带12张紧。这种机构对变形大的尼龙、帆布输送带很适用。半自动张紧装置是指胶带在传动滚筒上奔离点的张力只在几个规定的范围内进行调整。其原理是：输送机起动前开始张紧，使张紧力增大到正常运行时的1.21.5倍，然后起动输送机，让传动滚筒转动，这样在加速时有效张力增大，趋入点张力增大时，张力比保持恒定，从而避免输送机起动时打滑。起动完毕，输送带速度达到额定值后，张力自动换为稳定运行值。在稳定运行期间，输送带张力几乎不变。当载荷变化或其它原因使张力分布变化时，如奔离点的张力变化达10以上，张紧装置就会自动调整。这种张紧装置张紧小车的移动不完全依赖输送机载荷变化。5.2方案比较与选择实线，虚线1； 2、5； 3、8； 4、106、7； 9图5.2 三种张紧装置下胶带的最大张力比选择合适的张紧装置，要考虑不同张紧装置对输送机的影响，主要是技术、经济指标的影响。各种张紧装置的适用性是工程技术人员关心的重要问题之一。如图5.2 所示，纵坐标为分别使用三种张紧装置时胶带最大张力的比值、，其中、分别表示在自动、重锤和固定式拉紧装置情况下胶带的最大张力，横坐标为运输距离。水平运输时，如果采用固定式张紧装置，胶带最大张力比自动式胶带张紧时最大张力大1.35倍，当时，其倍数将达1.45，且无下降趋势；而采用重锤式拉紧装置，胶带最大张比自动式胶带最大张力大1.12倍以上，比值随输送机长度的增加而增大。从经济方面看，如在水平运输且运距较大的情况下，采用固定张紧装置，与采用另两种张紧装置相比，前者有可能使胶带强度乃至整个设备升级，如按胶带升高一级其价格上升80元/米，1500m的钢绳芯输送机会因张紧装置选择不当，造成仅胶带的一次性投资就增加801500224 (万元)。固在水平和运距较长的情况下，应选择自动式张紧装置，而不采用固定式张紧装置，在运距较短的情况下,小于1000m时，可用重锤式张紧装置。前面提到的长距离带式输送机对自动张紧装置的要求，固定式和重锤式张紧装置都不能满足，所以应选择自动式张紧装置。对于全自动张紧装置，它效果不理想，对技术条件要求较高，造价高，维护不便，现场使用很少。而半自动张紧装置，虽然不能实时调整张力，但如果能解决好起动停机时胶带打滑、张力损失、冲击等问题，就是最理想的张紧装置。半自动式张紧装置(下称自动张紧装置)，也分为几种类型：(1) 自动绞车式张紧电动绞车，通过滑轮组用钢绳牵引滚筒车架；采用电磁传感器测力计给出电信号，可以在输送机运转时自动控制绞车。(2) 液压张紧通过调整液压系统的压力调整张紧力，利用液压缸或液压马达作为执行件牵引滚筒车架。可以采用自控，例如图5.3所示的液压张紧装置的液压系统图。系统在输送机起动时通过电动机带动液压泵向液压缸前腔供液，2个溢流阀的调定压力分别为额定工作压力的1.5倍和1.1倍。起动时通过换向阀5和11向液压缸供液使之压力达到1.5倍额定工作压力，压力继电器将信号传递给主机控制器起动输送带，同时换向阀5和11切换油路，张紧装置进入正常运行状态。也可利用其它控制单元和传感器监控张紧力。如采用PLC控制电液比例溢流阀，加上张力或压力变送器，就可以不用压力继电器和换向阀，提高了系统的可靠性和自动化程度。这种张紧装置的优点是：实现对胶带张紧力的两点式控制，完全可以满足起动张紧力为图5.3。正常运行张紧力1.41.5倍的要求；采用数字软件方式进行张紧力大小的设定，具有灵活、方便的张紧力精确设定及调节；可根据输送机的实际运行状况，在一定范围内调整启动及正常运行张紧力大小；张紧装置可与输送机集成控制系统连接，实现对张紧装置的远距离控制；可选配设置手动泵备用系统，在主系统出现故障及系统维修时，由备用系统对输送机胶带进行张紧，可保证不停机检修、维护；设置完备的设备运行状态检测，保证设备的运行可靠性。1滤油器， 2换向阀， 3、7、8溢流阀， 4、5、11换向阀6单向阀， 9蓄能器， 10液压表， 12张紧液压缸13、14压力继电器， 15张紧小车， 16电动机， 17截止阀，18油箱图5.3 液压张紧装置的液压系统图电液比例控制型液压张紧装置由于采用张紧力的比例闭环控制系统，除具有上述普通型的特点外，还具有以下特点：采用比例闭环控制技术，具有较高的张紧力控制精度、重复性精度；实现对胶带张紧力的多点控制，满足输送机多种运行工况对胶带张紧力的要求；实现对各张紧力控制点之间张紧力变化规律的控制，确保胶带在理想状态下运行，减小胶带的冲击，提高胶带使用寿命。缺点就是成本高，不过随着元件制造技术的进步，成本会大大降低。比较以上几个方案后，在此上述自动张紧装置进行设计。因为它具有前面两种张紧方式所没有的优点，代表着发展的方向。6 张紧装置的设计6.1张紧装置组成图6.1为所设计的液压自动装置布置简图，本装置由液压站、电气控制器PLC、传动装置(油缸和滑轮组)、压力监控装置等组成，主要部件和功能如下：（1）PLC：控制整个带式输送机系统的起动和停机，监控液压系统的油压以调整张紧力。（2）液压站：是张紧装置的动力单元，PLC控制油泵电机起动，液压系统的压力升高，油缸移动带动拉紧钢绳张紧输送带。（3）压力变送器：将液压系统的油压信号传送给PLC模拟量输入端，从而使PLC间接地监测胶带张紧力。（4）电液比例溢流阀：PLC模拟量输出端输出一定电流，调整电液比例溢流阀的调定压力，使液系统压力保持一定值，从而满足输送机起动和正常运转时对张紧力的不同要求。（5）滑轮组、张紧小车等附件：滑轮组可以使油缸的张紧行程减小数倍，如果本文设计中不用滑轮组，油缸的行程需6米以上。张紧小车承载换向滚筒，使滚筒向张紧方向移动。（6）测速传感器：用来测量驱动、拉紧滚筒的转速，从而间接得到传送带的速度，并可判断输送带是否打滑。PLC通过测速传感器输出的脉冲信号来计算带速。1张紧小车；2滑轮组；3液压站；4压力变送器；5PLC；6测速传感器图6.1 张紧装置布置图6.2主要技术问题（1）用动滑轮解决长行程的要求：由于输送带存在接头及安装过程中要求输送带有一定的松弛量，张紧行程很大，用油缸直接拉动不现实。为此把油缸用销轴固定，通过若干个动滑轮拉住张紧小车。（2）用蓄能器稳定系统张力值：在输送机起动过程中，构成输送带动张力的弹性波有入射波、反射波和透射被三种。由于入射波与反射波的作用，输送带在传动滚筒奔离点的张力忽大忽小，呈不稳定状态，输送带承受着冲击裁荷，为此在张紧装置的液压系统设有蓄能器，消除入射波与反射波对奔离点张力的影响。（3）用PLC控制张力变化：在稳定运行过程中，由于液压系统泄漏，输送带塑性变形，张紧力会下降，为保持张力恒定，油缸需及时补充压力。为此系统设置两个控制点，使张紧力只在两点之间变化。（4）保护功能：该装置除能自动调整张紧力,还可以判断胶带是否打滑及撕断。通过转速测量传感器输出的速度信号，当PLC发现改向滚筒的线速度略低于驱动滚筒的线速度，说明皮带除了打滑，还有可能过载，这是系统就应该增加张紧力；当发现改向滚筒的速度极低时，就可以判断为断带，系统报警、停机。另外当系统突然断电时，液压系统不能失压。同时，当速度传感器发生故障时，其不能准确的监测到转速信号，而此时PLC识别到的是误信号，防止拉紧装置在不断的进行拉紧而造成皮带的寿命降低或断裂，则可通过压力变送器来进行保护。基本原理就是在PLC程序中设定一个输送带拉紧的极限值，当超过这个值的时候，系统停止工作，可以对速度传感器这一部分进行查看检修。张紧装置工作过程为：当司机合上防爆开关后，PLC开始工作，使电液比例溢流阀的调定压力为1.3倍额定压力，液压站的油泵电机起动，使液压系统压力增高，液压缸活塞开始拉紧钢丝绳张紧输送带。当拉力达到输送带起动所需张紧力(1.3倍输送机正常张紧力值)时，液压缸活塞停止拉紧，同时PLC控制输送机起动，输送带在起动时间内加速到正常运行速度后，PLC控制液压系统调整张紧力达到正常运行时所需值，油泵电机停止，单向阀关闭，蓄能器开始保持油缸压力，并可吸收输送带张力波动，使张紧力值保持在额定值的0.91.1之间。运行过程中，当输送机正常运行过程张紧力低于0.9倍时，PLC将重新起动油泵，增大输送带张紧力到正常值。用速度传感器来监测皮带是否打滑，当改向滚筒和驱动滚筒的速度不一致时，根据互相之间的大小不同来调整张紧行程的大小，直到其不打滑为止。6.3张紧装置参数的确定6.3.1张紧力和张紧行程由3.7.2节确定的张紧力值是在输送机满载起动的情况下得出的在输送机空载的情况下，按照同样的方法可得张紧行程，活塞杆的行程。因为有两个动滑轮,可以减小活塞杆的行程。6.3.2启动加速度由3.7.2节确定取加速度，这里取6.3.3起动时间取起动时间为，头部电动机先起动，头部和尾部电机起动时间间隔为。6.4液压站及有关元件的设计与选用液压站原理如图6.2所示，不需采用图5.3中的多个溢流阀、换向阀、压力继电器调压的方法，可通过改变电液比例溢流阀的输入电流实现无级调压。压力变送器可将系统的压力信号转换为电流信号传给PLC，PLC根据压力值是否在正常值范围内判断是否采取调压措施。为了提高可靠性，采用双回路系统。当液压站其中一部分发生故障时，可以不停机检修，直接切换至另一备用回路，张紧装置仍可以正常工作。6.4.1液压油缸的设计根据工作情况，选取液压缸的类型为可调缓冲式双作用单活塞杆液压缸。此种液压缸活塞双向运动产生推、拉力。活塞行程终了时减速制动，减速值可以调节。采用双作用单活塞杆液压缸，工作时活塞杆受拉力，不工作时利用张紧力将活塞推回。液压缸主要几何尺寸计算（1）液压缸内径及活塞杆外径输送机满载起动时最大拉紧力，由张紧钢绳到活塞杆的拉力为，考虑到滑轮组及液压缸机械效率的影响，作用于活塞上的载荷为1油箱；2、14滤油器；3油泵电机；4溢流阀；5压力表6单向阀；7二位三通换向阀； 8液压缸；9压力变送器10蓄能器；11截止阀；12二位二通电磁球阀；13电液比例溢流阀14精滤油器；15齿轮泵图6.2 液压系统原理示意图取，则可得：预选则缸内最大压力，则缸内径：根据GB/T2348-1993液压缸内径及活塞杆外径尺寸系列，选缸内径：活塞杆直径根据强度要求应满足式中：活塞杆材料的许用应力，活塞杆采用45号钢制造，代入上式可得：根据GB/T2348-1993液压缸内径及活塞杆外径尺寸系列，取活塞杆外径为：此时系统最高压力：（2）活塞杆螺纹型式和尺寸系列活塞杆螺纹有三种型式，：内螺纹、外螺纹(带肩)、外螺纹(无肩)。这里选用第二种。活塞杆螺纹尺寸按照GB2350-1980，选直径与螺距M643，螺纹长度为短型，。液压缸主要零件结构、材料和技术要求（1）缸体根据工程机械用标准液压缸缸体外径系列，由，取外径：缸体采用无缝钢管，材料用20号钢。（2）缸盖缸盖的材料可选用45 号锻钢。（3）缸体端部联接型式在此选用法兰联接，其特点为：结构较简单，易加工，易装卸，应用广泛，径向尺寸较大，质量比螺纹联接的大。（4）活塞活塞材料为HT350(外径上套有夹布酚醛塑料的耐磨环)。活塞与活塞杆的联接方式选择半环联接。活塞与缸体的密封结构采用活塞环密封的方式。（5）活塞杆采用实心活塞杆，材料为45号钢。（6）活塞杆的导向、密封、防尘。1）导向套：材料耐磨铸铁。2）密封与防尘缸体端部密封采用B 型橡胶防尘密封圈。活塞杆外径,根据 GB10708.3-89，得,。缸盖密封采用B型内包骨架型旋转唇型密封圈，由,可得。（7）缓冲装置为了减小活塞在运动到端点时因惯性力造成的冲撞。通常是通过节流作用，使液压缸运动到端点附近时形成足够的内压，降低活塞杆的运动速度，以减小冲击。在此选用阶梯型缓冲，不需缓冲调节阀。（8）排气装置及进出油口的型式及尺寸具体型式及尺寸见附图。（9）缸底厚度缸底采用20号钢制造，有油孔，其厚度应为：式中：缸底油口直径，按液压缸油口直径系列，取液压缸内径，试验压力，缸底材料的许用应力，查得取试验压力为，则缸底厚度：有关结果：拉紧时活塞杆位移，取最大行程为。起动时令张紧装置钢丝绳速度为，活塞杆速度，则其流量为额定拉紧力情况下，对应液压系统的压力为空载情况下，同样可得6.4.2齿轮泵及电机液压泵的最高工作压力为式中：从液压泵出口到液压缸入口之间的总的管路损失，取则可得：为使有一定的压力储备，所选泵的额定压力要比大2560液压泵的流量：式中：系统泄漏系数，取则可得：从经济性考虑，液压泵选用齿轮泵。所选型号为CBX型：CBX型齿轮泵技术参数：排量：1040 额定工作压力：最大压力：额定转速：最高转速：取泵的总效率，则油泵电机功率为：6.4.3蓄能器蓄能器在这里用作补偿泄漏保持压力，吸收液压冲击。蓄能器选用气囊式，它是利用气体(一般用氮气)的压缩和膨胀来储存、释放压力能的。其特点是：体积小，重量轻，反应灵敏，可吸收压力冲击和脉动。对折合型气囊一般取式中：蓄能器充气压力放能时的工作压力，即额定张紧力下的油缸压力。则6.4.4液压油箱的设计油箱在系统中的功能主要是储能和散热，也起着分离油液中的气体和沉淀污物的作用。要根据系统的具体条件，合理选用油箱的容积，形式和附件，以使油箱充分发挥作用。油箱有开式和闭式两种。开式油箱应用广泛。箱内液面与大气相通。为防止油液被大气污染，在油箱顶部设置空气滤清器，并兼作注油口用；闭式油箱一般指箱内液面不直接与大气相通，而将通气孔与具有一定压力的惰性气体相通，充气压力可达0.05MPa。油箱的形状一般选择矩形，只有容量大于2时才选用圆筒形结构。因为采用圆筒形结构可降低设备重量。液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，一般按泵每分钟流量的37倍来考虑。液压油箱的有效容量V可概略地确定为：式中：油泵的流量，则液压油箱的有效容量V：查机械设计手册选择BEX系列液压油箱，型号为BEX-120型。容量为，具体尺寸参数可按机械设计手册得到。6.4.5电液比例溢流阀及其放大器根据系统最高压力，查阅相关资料，选择EBG03H 型电液比例溢流阀。这是一种先导型溢流阀。其特性为：（1）经特殊研发的低噪音溢流阀作主阀，直动型比例溢流阀作先导阀组合而成。能根据输入电流的大小线性地调节压力。（2）适用于控制系统的总压力。（3）应和配套的功率放大器一起使用，根据输入电流成比例地调节压力。此型号选用不带安全阀型的。其规格为：通径：03:10 压力调整范围：；最高使用压力：；流量范围：；额定电流：；线圈电阻：；滞环：小于2%；重复精度：1%；如图6.3压力电流曲线图6.3 压力电流曲线JY-10型直流输入型比例阀控制器是与上面的电液比例阀配套的比例功率放大器，使用示意图如图6.4所示。图6.4 电液比例阀配套的比例功率放大器主要组成包括：稳压器；输入值预调电位器；可控恒流发生器；斜坡发生器；正弦震荡器。主要功能：（1）通过外部电位器遥控调节（2）通过差值输入遥控调节（3）斜坡可调并可在外部切除（4）两位BCD 码输入方式主要技术参数：电源电压：AC24 V，10；功耗：30 W；控制电压： 9V；控制电压最小负载电阻：500 ；最大输出电流：800/1000mA；最大负载电阻：30 ；先导电流：100 mA，可调；颤震频率：200 Hz；环境温度：045；温漂：1/，最大电流下；外形尺寸：16010050 mm。接线方法：如图6.4所示（1）KL24和KL18接AC24V电源（2）KL20 和KL22 接比例电磁铁两端（3）差模输入，KL28接正端，KL32接负端调试：（1）调节R1 得到初始电流(ID)，顺时针方向旋转增加（2）KL12 接+9V(KL10)，调节R2 得最大输出电流Imax，逆时针方向旋转增加。6.4.6电磁换向阀、单向阀选用二位三通电磁换向阀切换油路，管路联接方式见附图，电磁铁通电时P与A通，断电时P与B通。选用常态位为关闭的二位二通电磁球式换向阀，这样在遇到突然停电的情况时，球阀油口关闭，油缸内的压力还能继续保持，张紧装置仍能提供张紧力，避免事故的发生。单向阀可以使液体只朝一个方向流动，不允许倒流。选用阀芯为锥阀的单向阀，其导向性和密封行较好。6.5机械结构设计6.5.1张紧车架张紧车架为车式重锤张紧装置，车身通过型钢焊接而成，轨道用钢轨，具体结构见附图。6.5.2滑轮利用滑轮组减小油缸的行程。为减小阻力，增加寿命，在轮轴上安装圆柱滚子轴承。滑轮结构见附图。6.6注意事项与要求6.6.1张紧装置的振动从现场使用情况看，张紧装置的主要问题是振动严重。这是因为装置收到的张力信号(液压系统压力信号)与预定值不符，张紧系统及胶带在一定范围内往复振动，严重时可振动几分钟。产生振动的原因可从电气元件质量和张紧装置结构两方面进行分析（1）电气元件质量1）传感器精度低2）元器件惯性大3）迟滞现象（2）张紧装置结构不合理1）动张力：目前我国带式输送机很少采用软起动，多数的主电动机起动过快，张力波峰值冲击张紧装置的受力传感器。如峰值过大，会导致张紧装置在一次起动还未结束，就又重新动作。2）惯性力：当要求张紧装置停止张紧时，由于惯性力的作用，可能使张紧力超出控制范围这也是产生振动的原因。（3）改进措施1）减少动张力，合理调整起、制动时间，减少起、制动时的动张力。2）限制惯性力、增大制动力矩。3）加强维修保养。6.6.2设备使用要求（1）设备的工作环境应尽量保持清洁，避免雨水直接落在设备上。（2）定期检查各元件的工作状态，对各高压管接头及阀体的密封件一般一年更换一次。（3）测压仪器、仪表每年校对标定一次。（4）液压油每年更换一次。（5）由于生产力或其它方面的需要，输送机的运量和其它工况发生变化时，张紧装置各信号元件应作相应的调整。7 电控系统7.1控制系统的硬件组成7.1.1 PLC及扩展模块由于煤矿井下环境恶劣，选用西门子公司的S7-200/CPU224可编程控制器，该系列的PLC可靠性高，配置灵活，具有良好的环境适应性和抗干扰能力。CPU224本机集成了14点输入10点输出，共有24点数字量I/O，可连接7个扩展模块。最大可扩展至168点数字量I/O或35路模拟量I/O。CPU224 有13K程序和数据存储空间、6个独立的30KHz高速计数器、2路独立的20KHz 高速脉冲输出，具有PID控制器。它还配置了1个RS485通信/编程口，具有PPI、MPI、和自由方式通讯能力。使具有较强控制能力的小型控制器。主要技术指标：（1）外形尺寸 120.5mm 80mm 62mm（2）存储器程序存储器：4096 字；用户数据存储器：2560 字；存储器类型：EEPROM；存储卡：EEPROM；数据后备：190h；编程语言：LAD、FBD、STL；程序组织：1个组织块(可包含多个子程序和中断程序)（3）系统I/O本机I/O：14点输入/41 点输出扩展模块数量：7数字量I/O映像区：256点(128点输入/128点输出)数字量I/O物理区：168点(94点输入/74点输出)模拟量I/O映像区：32路输入/32路输出模拟量I/O物理区：35路(28路输入/7路输出)或14路输出（4）接线方式接线采用DC输入/继电器输出的方式，DC输入端由1M、0.00.7为第一组，2M、1.01.5为第二组组成，1M、2M分别为各组的公共端。DC24V 的负极接公共端1M或2M，输入开关的一段接DC24V的正级，输入开关的另一端接CPU各输入端。继电器输出由3组构成，其中N()、1L、0.00.3为第一组，N()、2L、0.40.6为第二组，N()、3L、0.71.1为第三组。各组的公共端为1L、2L和3L。负载电源的一端N接负载的N()端，电源的另一端L(+)接继电器输出端的1L端。负载的另一端分别接到CPU224各继电器输出端。扩展模块采用EM235模拟量混合模块，它具有4路模拟量输入和1路模拟量输出。它的输入信号可以是不同量程的电压或电流。其电压、电流的量程由开关SW1SW6设定。1路模拟量输出，其输出可以是电压，也可以是电流。技术指标如下：（1）外形尺寸：71.2mm 80mm 62mm（2）功耗：3W（3）输入特性电源电压：标准DC24V/4mA输入类型：050mV、0100mV、0500mV、01V、05V、010V、020mA、025mV、050mV、0100mV、0250mV、0500mV、01V、02.5V、05V、010V分辨率：12bit转换速度：250 s隔离：有（4）输出特性电源电压：标准DC24V/4mA输出类型：10V、020mA分辨率：12bit转换速度：100s (电压输出)，2ms(电流输出)隔离：有（5）耗电从CPU DC 5V(I/O总线)耗电10mA（6）开关设置SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 输入类型ON OFF OFF OFF OFF ON 020mA（7）接线端子M为DC24V电源负极端，L+为正极端M0、V0、I0为模拟量输出端RA、A+、A-；RB、B+、B-；RC、C+、C-；RD、D+、D-分别为第14路模拟量输入端电压输入时，“+”为电压正端，“-”为电压负端。电流输入时，需将“R”与“+”短接后作为电流的进入端，“-”为电流的流出端。CPU224可以提供DC5V电流为340mA，EM235消耗DC5V总线电流为10mA，这种配置是可行的。TD200文本显示器作为S7-200PLC的人机界面，连接简单，只需一根专用电缆，不需要单独的电源。7.1.2测速传感器本次设计通过测量拉紧或改向滚筒与驱动滚筒轴的转速来得到传送带的速度。轴的转速是难以测量的，一般通过各种各样的变换器，将转速变换为其他物理量。为提高测量精度，采用了光码盘测速，其原理简单，输出精度和分辨率高，寿命长。典型的光码盘有TLP507A、TLP800等。信号的采集转换采用光码盘转换电路，如图7.1所示。图7.1 光码盘转换电路发光二极管LED发出红外光，透过遮光TLP的圆孔照射光敏三极管T1，使其迅速从截止状态变为导通，如此反复形成光脉冲信号，经T2的放大，再由74LS04反向整形送给PLC。为提高响应速度，选用脉冲响应时间为50ns 的GaAlAs红外发光二极管，将光敏三极管做光敏二极管用，数据的处理则由PLC完成。轴的转速可表示为：式中：电机转速，一个采样周期T内计数器记录的光脉冲的个数测速盘开孔的总数采样周期，关于转速的测量，可利用CPU224中的HSC3与HSC5，在应用中需要对它们的控制位、当前值、设定值、状态位进行操作。用定时中断提供采样间隔，S7-200定时中断的时间间隔为1255ms，PLC的扫描周期根据应用程序的大小约为510ms，所以采样时间间隔不应少于10ms。为保证精度，每次采样时间间隔内应不少于10个脉冲。取的中断间隔，用前后两次计数计算一次速度，时间，按每圈个脉冲计算，则转速当带速取，换向滚筒直径，得转速，这时一个采样周期内的脉冲数约为80个。驱动滚筒直径，得转速7.1.3压力变送器CYYB-120系列通用型压力变送器为两线制420mA电流信号输出产品。它采用CYYB-105系列压力传感器的压力敏感元件。经后续电路给电桥供电，并对输出信号进行放大、温度补偿及非线性修正、V/I变换等处理，对供电电压要求宽松，具有420mA标准信号输出。一对导线同时用于电源供电及信号传输，输出信号与环路导线电阻无关，抗干扰性强、便于电缆铺设及远距离输出，与数字显示仪表、A/D转换器及计算机数据采集系统连接方便。可以选用用全密封结构带现场数字显示的隔爆型产品。选取量程20Mpa，型号为CYYB-120-15，接线图如图7.2使用注意事项：使用前应正确连接电源与仪表并通电预热数分钟，压力变送器在经长途运输、长期存放后，工作前应通电观测零点输出值，如有误差可调整“ZERO”螺钉。压力变送器工作现场附近应避免存在强电磁干扰并防雷击。图7.2 CYYB-120-15接线图CYYB-120-15主要技术指标见表7-1。表7-1参数最小值标准值最大值单位电源电压102436V零点输出 203.9804.0004.020mA满量程输出2019.98020.00020.020mA静态精度200.20.4%F.S零点温度系数0.010.02%F.S/灵敏度温度系数0.010.02%F.S/年漂移0.20.4F.S/年电源电压影响0.0050.01F.S/V响应时间1ms10-90F.S工作温度-25+85压力过载1.21.5X 量程绝缘电阻250M 250VDC负载电阻0(12V时)1300(36V)测量介质174PH 或316 不锈钢适用的流体量程 (Mpa)00.01 00.05 00.1 00.5 00.6 00.8 0101.6 02 02.5 05 08 010 015 020025 030 035 040 050 060 070080 0100 0120 0140 0170 0200CYYB-120系列通用型压力变送器的主要特点功能：（1）高稳定性、高精度、宽的工作温度范围（2）抗冲击、耐振动、体小、防水；标准信号输出、良好的互换性、抗干扰性强（3）本产品具有电源反接保护功能（4）可提供三线或四线制010mA及020mA输出形式（5）非线性、重复性及迟滞的最佳拟合曲线(电源电压24V，负载电阻250时)（6）电源电压在准许范围内变化时对零点及灵敏度输出的影响7.1.4 PLC控制系统的硬件配置图图7.3 控制系统硬件框图7.2软件设计电控系统控制液压系统的压力和带式输送机的起动和停机。有1个重载起动按钮，有1个空载起动按钮，1个停止按钮，1个急停按钮，2个脉冲信号输入点；2个驱动电机，1个油泵电机，2个电磁换向阀控制液压油的导通，1个故障报警装置，1个制动装置；1个压力输入点，1个压力输出点。整个系统共需开关量输入6点，开关量输出7点，模拟量输入输出各1点。控制过程应该满足如下要求：（1）可控起动：总起动(重载或空载)按下后，整个系统开始运行，张紧装置开始工作，带式输送机的驱动电机按时间顺序依次起动。起动至正常带速时立即调整压力至正常值。（2）调压功能：工作过程中随时监测张力，当张力超出允许值时则自动调整。（3）保护功能：当拉紧滚筒转速大幅下降时，说明带式输送机打滑或发生断带事故，打滑时增加张紧力，断带时立即制动停机并响铃报警。当转速正常，而液压系统的压力不能达到要求时，立即切换至另一油路并报警提示检修。（4）起停机功能按下停止按钮后，带式输送机电机停止运行，但张紧装置仍应该正常工作，以保证安全停止。按下急停按钮，输送机电机停止，制动器开始工作，输送机在短时间内停止，制动时张紧装置正常工作。7.2.1思路及流程图因为起动时分重载、空载两种情况，控制程序采用分块结构，SBR0控制重载起动，SBR1控制空载起动。当压力出现异常时，主程序调用SBR2，当带打滑时，主程序调用SBR0，增大张紧力。本程序的控制算法是依据经验写成的控制规则，成为简单的模糊控制。在系统总起动之后，主程序不断得查询各个子程序的起动条件，根据条件决定是否调用调压程序即可。具体流程如图7.4所示。7.2.2输入输出点地址分配如表7-2所示。7.2.3参数设定（1）输入数据1）压力变送器把测得的液压站系统压力转换成420mA的电流，其量程为020 MPa。EM235可把020mA的电流转换为12位二进制数，存于AIW0的第314位。电流为20mA时，AIW0中的数值约为32000，每毫安对应的A/D值约为。系统正常运行时的压力为，则0.91.1倍的系统压力为11.914.5MPa，对应的压力变送器的输出电流为11.914.5mA。AIW0中的数值为1904023200。0.8倍系统压力对应的AIW0值为16896。当超过这个0.91.1倍的范围时，系统会自动调整压力，当压力低于0.8 倍时，说明有故障发生，应起动另一油路然后切换之，并报警。2）带速：一般情况下，速度传感器测得的拉紧滚筒转速值为120 r/min，驱动滚筒的转速为75r/min，当他们的比值低于1.3时，可以认为打滑，则增大张紧力到1.3倍正常值，直到打滑现象消失。当拉紧滚筒的转速很小时，则有可能发生断带事故，应紧急制动停机并报警。图7.4 控制程序流程图表7-2 地址分配模块号地址号信号名称说明CPU224I0.0重载起动，上升沿有效按钮I0.1HSC3 计数脉冲输入拉紧滚筒光码盘I0.2轻载起动，上升沿有效按钮I0.3正常停机，上升沿有效按钮I0.4HSC5 计数脉冲输入驱动滚筒光码盘I0.5紧急停机，上升沿有效按钮I0.6未用未用I1.4未用未用Q0.01电机，“1”有效继电器Q0.12电机，“1”有效继电器Q0.2油泵电机1，“1”有效继电器Q0.3油泵电机2，“1”有效继电器Q0.4电磁换向阀，“1”有效电磁阀Q0.5电磁球阀，“1”有效电磁阀Q0.6制动器，“1”有效继电器Q0.7故障报警，“1”有效电铃Q1.0未用未用Q1.1未用未用EM235AIW0液压系统压力值压力变送器AQW0液压系统压力值电液比例阀（2）输出数据EM235电压输出的范围是10 V，AQW0中的数据范围是-32000+32000，每伏电压对应的A/D值为32000/10=3200重载起动时，液压系统的压力值应保持为17.2MPa，根据图6.3的电液比例溢流阀的压力流量曲线，所需的电流值为940mA，溢流阀功率放大器的最大电流选择1000mA，控制电压为9 V，控制电压应为8.5V，对应的AQW0的值为27200。空载起动时，液压系统的压力值应保持为7.9 MPa，此时AQW0的值应为9920。正常运转时，液压系统的压力值应保持为13.2MPa，此时AQW0的值应为18432。程序由1个主程序、3个调压子程序、2个定时中断计算带速程序组成，具体程序如下。7.2.4带式输送机张紧装置PLC程序主程序OB1NETWORK 1 / 起动、停机控制LD SM0.0 / SM0.0为常ON继电器LPSA I0.0 / 重载起动按钮按下EU / 上升沿有效S M0.0, 1 / 重载起动标志位M 0.0置位LRDA I0.2 / 空载起动按钮按下EU / 上升沿有效S M0.1, 1 / 空载起动标志位M 0.1置位LRDA I0.3 / 停机按钮按下EU / 上升沿有效R Q0.0, 2 / 停电机LRDLD M0.0 / 重载起动O M0.1 / 或轻载起动ALD / 上述逻辑块的串联操作TON T101, +600 / 起动后拉紧时间60sLPPA I0.5 / 紧急停车按钮按下EUR Q0.0, 2 / 停电机S Q0.6 1 / 开制动器NETWORK 2 / 开始重载起动调压LD M0.0 / 重载起动标志位EU / 上升沿有效CALL SBR_0 / 调用重载起动调压子程序NETWORK 3 / 开始空载起动调压LD M0.1 / 空载载起动标志位EUCALL SBR_1 / 调用空载起动调压子程序NETWORK 4 / 压力调整完毕后依次起动头尾电机LD T101 / 60s拉紧完毕LPSTON T102, +30 / 头尾电动机起动间隔3sTON T103, +300 / 起动时间为30sEUS Q0.0, 1 / 头部电机开始起动LPPA T102 / 3s 结束EUS Q0.1, 1 / 起动尾部电机NETWORK 5 / 起动完毕后调压LDN T103 / 起动时间30s内AW= VW0, +120 / 拉紧滚筒转速VW0达到正常值120r/minEUCALL SBR_2 / 调用正常运行时调压子程序NETWORK 6 / 正常运行时调压LD T103 / 起动完毕LDW= AIW0, +23200 / 液压系统压力值大于正常值1.1 倍OW= AIW0, +19040 / 压力值小于正常值0.9 倍ALDEUCALL SBR_2 / 调用正常运行时调压子程序NETWORK 7 / 初始化程序，定义定时中断LD SM0.1 / 首次扫描标志MOVB 16#F8, SMB137 / 装载HSC3 的控制位，可更新当前值、设定值、正向计数HDEF 3, 0 / HSC3 定为模式0MOVD +0, SMD138 / HSC3当前值MOVD 16#0000FFFF, SMD142 / HSC3 初次设定值MOVB 250, SMB34 / 定义中断间隔250msATCH INT_0, 10 / 定义定时中断0ENI / 开中断HSC 3 / 起动HSC3NETWORK 8 / 初始化程序，定义定时中断LD SM0.1 / 装载HSC5 的控制位，可更新当前值、设定值、正向MOVB 16#F8, SMB157 / 装载HSC5 的控制位，可更新当前值、设定值、正向计数HDEF 5, 0 / HSC5 定为模式0MOVD +0, SMD158 / HSC5 当前值MOVD 16#0000FFFF, SMD162 /HSC5 初次设定值MOVB 250, SMB35 / 定义中断间隔250msATCH INT_1, 11 / 定义定时中断1ENI / 开中断HSC 5 / 起动HSC3NETWORK 9 / 计算两滚筒的速比LD T103 / 启动后MOVR VD0, VD8MOVR VD4, VD8 /将结果存入VD8NETWORK 10 / 液压站故障处理LD T101 / 起动张紧以后AW= AIW0, +16896 / 液压系统压力值低于0.8 倍的正常值S Q0.3, 2 / 切换油路R Q0.2, 1= Q0.7 / 报警NETWORK 11 / 打滑故障处理LD T103 / 正常运行时AR= VD8, 1.3 / 转速比低于1.3EUCALL SBR_0 / 调用重载起动时调压子程序，增大张紧力NETWORK 12 / 断带或其它情况造成停机时故障处理LD T103AD= VB760, 2 / 两次计数LPSNOTCRETI / 中断结束LRDDTR VD700, VD704 / 转换成实数LRDMOVR 1.5, AC0*R VD704, AC0 / 按每圈80 个脉冲计算，浮点运算LRDROUND AC0, AC0 / 取整LRDMOVW AC0, VW0 / 转速计算，单位：r/minLRDMOVB 0, VB760 / 计数标志位清零LRDMOVD +0, VD700 / 计数存储器清零LPPCRETI / 中断结束中断程序INT1NETWORK 1 / HSC5 计数LD SM0.0+D HC5, VD800 / 调入计数值INCB VB860 / 计数标志位MOVD +0, SMD158 / HSC5 当前值清零MOVB 16#F8, SMB157 / 装载HSC5 的控制位HSC 5 / 起动HSC5NETWORK 2 / 转速计算取两次计数之和，即0.5s 的转速LDB= VB860, 2 / 两次计数LPSNOTCRETI / 中断结束LRDDTR VD800, VD804 / 转换成实数LRDMOVR 1.5, AC0*R VD804, AC0 / 按每圈80 个脉冲计算，浮点运算LRDROUND AC0, AC0 / 取整LRDMOVW AC0, VW4 / 转速计算，单位：r/minLRDMOVB 0, VB860 / 计数标志位清零LRDMOVD +0, VD800 / 计数存储器清零LPPCRETI / 中断结束结论本文的设计参考了国内带式输送机及其张紧装置已经发展成熟的技术，并经过一系列的改进，主要得出以下成果及结论：1、长距离带式输送机是带式输送机的发展趋势，通过分析长距离带式输送机带来的问题，提出采用自动张紧装置的必要性。2、针对给出的设计参数，设计出满足生产需要的带式输送机，并求出张紧参数，依此为基础进行了张紧装置的设计。3、对张紧装置的机械结构进行设计，并设计出一种适用于张紧装置的液压缸。采用S7-200 PLC为控制核心，实现了张力自动调整，并可自动判断打滑、断带等故障，保障了带式输送机的安全。4、对带式输送机的动特性进行了分析。5、该装置改善了带式输送机的起动性能，对胶带突然出现的张力及速度异常，该装置可以给予及时调整，减少了胶带的打滑、断带现象，提高整机运行的可靠性。可以选用低强度的胶带，节约设备投资。6、采用PLC控制带式输送机的张紧，相对于采用压力继电器，可靠性高，应用灵活，抗干扰能力强。由于时间和试验条件的限制，本项研究尚需作如下工作：(1)用动态理论进行选型设计。(2)改善驱动装置，利用PLC对带式输送机的起动过程进行精确控制。(3)充分利用PLC资源，控制功能可进一步拓展，例如增加纠偏、电机保护等功能。参考文献1 洪晓华编矿井运输提升江苏徐州：中国矿业大学出版社，20052 北京起重运输机械研究所带式输送机设计手册北京：冶金工业出版社，20033 于励民，王得胜，刘刚华编带式输送机驱动原理与选型设计北京：煤炭工业出版社，20034 张德坤，葛世荣，刘金龙带式输送机自动张紧装置的设计矿山机械，1999，5：44465 李翠兰等液压自动张紧装置的研制工矿自动化，2003，3：22236 薛俊容一种新型胶带机打滑检测装置.西铁科技，2004，2：34357 SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册西门子(中国)有限公司，20008 杜大勇，方宝生，张炳良编PLC技术在带式输送机自动控制系统中的应用与研究电站系统工程，2004，6：55569 李福固编带式输送机张紧装置主要参数的计算煤矿机械，2004，4：171810 机械设计手册编委会机械设计手册第3卷北京：机械工业出版社，200411 机械设计手册编委会机械设计手册第4卷北京：机械工业出版社，200412 成大先，王德夫，韩学铨等编机械设计图册上册北京：化学工业出版社13 煤炭科学研究院上海研究所液压传动设计手册上海：上海科学技术出版社14 华中科技大学许福玲，陈尧明遍液压与气压传动第2版北京：机械工业出版社15 程志红编机械设计江苏南京：东南大学出版社，200616 吴中俊，黄永红编可编程序控制器原理及应用第2版北京：机械工业出版社，200417 沙占友编集成传感器应用北京：中国电力出版社，200518 (日)松井邦彦编传感器应用技巧（梁瑞林译）北京：科学出版社，200519 侯有夫输送带的自动控制液压张紧装置起重运输机械，199320 李翠兰，李远清，杜香莲，苏鹏西门子PLC在煤矿带式输送机运输控制系统中的应用煤矿机械，2004英文原文Latest Developments in Belt Conveyor TechnologyM. A. AlspaughOverland Conveyor Co., Inc.Presented at MINExpo 2004Las Vegas, NV, USASeptember 27, 2004AbstractBulk material transportation requirements have continued to press the belt conveyor industry to carry higher tonnages over longer distances and more diverse routes. In order keep up, significant technology advances have been required in the field of system design, analysis and numerical simulation. Examples of complex conveying applications along with the numerical tools required to insure reliability and availability will be reviewed.IntroductionAlthough the title of this presentation indicates “new” developments in belt conveyor technology will be presented, most of the ideas and methods offered here have been around for some time. We doubt any single piece of equipment or idea presented will be “new” to many of you. What is “new” are the significant and complex systems being built with mostly mature components ，what is also “new” is the increasing ability to produce accurate computer simulations of system performance prior to the first system test (commissioning).As such, the main focus of this presentation will be the latest developments in complex system design essential to properly engineer and optimize todays long distance conveyance requirements. The four specific topics covered will be:l Energy Efficiencyl Route Optimizationl Distributed Powerl Analysis and SimulationEnergy EfficiencyMinimizing overall power consumption is a critical aspect of any project and belt conveyors are no different. Although belt conveyors have always been an efficient means of transporting large tonnages as compared to other transport methods, there are still various methods to reduce power requirements on overland conveyors. The main resistances of a belt conveyor are made up of:l Idler Resistancel Rubber indentation due to idler supportl Material/Belt flexure due to sag being idlersl AlignmentThese resistances plus miscellaneous secondary resistances and forces to over come gravity (lift) make up the required power to move the material.In a typical in-plant conveyor of 400m length, power might be broken into its components as per Figure 1 with lift making up the largest single component but all friction forces making up the majority.In a high incline conveyor such as an underground mine slope belt, power might be broken down as per Figure 2, with lift contributing a huge majority. Since there is no way to reduce gravity forces, there are no means to significantly reduce power on high incline belts.But in a long overland conveyor, power components will look much more like Figure 3, with frictional components making up almost all the power. In this case, attention to the main resistances is essential.The specifics of power calculation is beyond the scope of this paper but it is important to note that significant research has been done on all four areas of idlers, rubber indentation, alignment and material/belt flexure over the last few years. And although not everyone is in agreement as to how to handle each specific area, it is generally well accepted that attention to these main resistances is necessary and important to overall project economics.At the 2004 SME annual meeting, Walter Kung of MAN Takraf presented a paper titled “The Henderson Coarse Ore Conveying System- A Review of Commissioning, Start-up and Operation”2. This project was commissioned in December 1999 and consisted of a 24 km (3 flight) overland conveying system to replace the underground mine to mill rail haulage system.The longest conveyor in this system (PC2) was 16.28 km in length with 475m of lift. The most important system fact was that 50% of the operating power (4000 kW at 1783 mt/h and 4.6 m/s) was required to turn an empty belt therefore power efficiency was critical. Very close attention was focused on the idlers, belt cover rubber and alignment. One way to document relative differences in efficiency is to use the DIN 22101 standard definition of “equivalent friction factor- f” as a way to compare the total of the main resistances. In the past, a typical DIN fused for design of a conveyor like this might be around 0.016. MAN Takraf was estimating their attention to power would allow them to realize an f of 0.011, a reduction of over 30%. This reduction contributed a significant saving in capital cost of the equipment. The actual measured results over 6 operating shifts after commissioning showed the value to be 0.0075, or even 30% lower than expected. Mr. Kung stated this reduction from expected to result in an additional US$100, 000 savings per year in electricity costs alone.Route OptimizationHorizontal AdaptabilityOf course the most efficient way to transport material from one point to the next is as directly as possible. But as we continue to transport longer distances by conveyor, the possibility of conveying in a straight line is less and less likely as many natural and man-made obstacles exist. The first horizontally curved conveyors were installed many years ago, but today it seems just about every overland conveyor being installed has at least one horizontal change in direction. And todays technology allows designers to accommodate these curves relatively easily.Figures 5 and 6 shows an overland conveyor transporting coal from the stockpile to the ship loader at the Tianjin China Port Authority installed this year. Designed by E.J.ODonovan & Associates and built by Continental Conveyor Ltd of Australia, this 9 km overland carries 6000 mtph with 4x1500 kW drives installed.The Wyodak Mine, located in the Powder River Basin of Wyoming, USA, is the oldest continuously operating coal mine in the US having recorded annual production since 1923. It currently utilizes an overland (Figure 7) from the new pit to the plant 756m long (2,482 ft) with a 700m (2,300 ft) horizontal radius. This proves a conveyor does not need to be extremely long to benefit from a horizontal turn.TunnelingAnother industry that would not be able to use belt conveyors without the ability to negotiate horizontal curves is construction tunneling. Tunnels are being bore around the world for infrastructure such as waste water and transportation. The most efficient method of removing tunnel muck is by connecting an advancing conveyor to the tail of the tunnel boring machine. But these tunnels are seldom if ever straight. One example in Spain is the development of a 10.9m diameter tunnel under Barcelona as part of the Metro (Train) Extension Project. Continental Conveyor Ltd. installed the first 4.7km conveyor as shown in Figures 8 and 9 and has recently received the contract to install the second 8.39 km conveyor.In another example, Frontier Kemper Construction is currently starting to bore 6.18 km (20,275 ft) of 3.6m (12 foot) diameter tunnel for the Metropolitan St. Louis (Missouri) Sewer District. The Baumgartner tunnel (Figure 10) will be equipped with a 6.1 km conveyor of 600mm wide belting with 4 intermediate drives.Pipe ConveyorsAnd if conventional conveyors cannot negotiate the required radii, other variations of belt conveyor such as the Pipe Conveyor might be used.In its simplest description, a pipe conveyor consists of a rubber conveyor belt rolled into a pipe shape with idler rolls. This fundamental design causes the transported material to be totaled enclosed by the belt which directly creates all the advantages. The idlers constrain the belt on all sides allowing much tighter curves to be negotiated in any direction. The curves can be horizontal, vertical or combinations of both. A conventional conveyor has only gravity and friction between the belt and idlers to keep it within the conveyance path. Another benefit of pipe conveyor is dust and/or spillage can be reduced because the material is completely enclosed. A classic example where both environment and adaptability to path were particularly applicable was at the Skyline Mine in UT, USA (Figure 12). This 3.38 km (11,088 ft) Pipe Conveyor was installed by Thyssen Krupp Robins through a national forest and traversed 22horizontal and 45 vertical curves.Metso Rope ConveyorAnother variation from conventional is the Metso Rope Conveyor (MRC) more commonly known as Cable Belt. This product is known for long distance conveying and it claims the longest single flight conveyor in the world at Worsley Alumina in Australia at 30.4 km. With Cable Belt, the driving tensions (ropes) and the carrying medium (belt) are separated (Figure 13).Figure 15 shows a 10.4 km Cable Belt with a 430m horizontal radius at Line Creek in Canada.Vertical AdaptabilitySometimes material needs to be raised or lowered and the conventional conveyor is limited to incline angles around 16-18 degrees. But again non-traditional variations of belt conveyors have been quite successful at increased angles as well as straight up.High Angle Conveyor (HAC)The first example manufactured by Continental Conveyor & Equipment Co. uses conventional conveyor components in a non-conventional way (Figure 16). The concept is known as a sandwich conveyor as the material is carried between two belts.Continentals 100th installation of the HAC? was a unique shiftable installation at Mexican de Caneneas heap leach pad (Figure 17).PocketliftThe second example shows a non-traditional belt construction which can be used to convey vertically (Figure 18).This Metso Pocketlift belt was installed by Frontier Kemper Constructors at the Pattiki 2 Mine of White County Coal in 2001 (Figure 19). It currently lifts 1,818 mtph of run-of-mine coal up 273 m (895 ft). Distributed PowerOne of the most interesting developments in technology in the recent past has been the distribution of power along the conveyor path. It has not been uncommon to see drives positioned at the head and tail ends of long conveyors and let the tail drive do the work of pulling the belt back along the return run of the conveyor. But now that idea has expanded to allow designers to position drive power wherever it is most needed. The idea of distributing power in multiple locations on a belt conveyor has been around for a long time. The first application in the USA was installed at Kaiser Coal in 1974. It was shortly thereafter that underground coal mining began consolidating and longwall mines began to realize tremendous growth in output. Mining equipment efficiencies and capabilities were improving dramatically. Miners were looking for ways to increase the size of mining blocks in order to decrease the percentage of idle time needed to move the large mining equipment from block to block. Face widths and panel lengths were increasing. When panel lengths were increased, conveyance concerns began to appear. The power and belt strengths needed for these lengths approaching 4 -5 km were much larger than had ever been used underground before. Problems included the large size of high power drives not to mention being able to handle and move them around. And, although belting technology could handle the increased strength requirements, it meant moving to steel reinforced belting that was much heavier and harder to handle and more importantly, required vulcanized splicing. Since longwall panel conveyors are constantly advancing and retreating (getting longer and shorter), miners are always adding or removing rolls of belting from the system. Now the need surpassed the risk and the application of intermediate drives to limit belt tensions and allow the use of fabric belting on long center applications was actively pursued.Today, intermediate drive technology is very well accepted and widely used in underground coal mining. Many mines around the world have incorporated it into their current and future mine plans to increase the efficiency of their overall mining operations. The tension diagram in Figure 20 shows the simple principal and most significant benefit of intermediate belt conveyor drives. This flat, head driven conveyor has a simple belt tension distribution as shown in black. Although the average belt tension during each cycle is only about 40% of the peak value, all the belting must be sized for the maximum. The large drop in the black line at the head pulley represents the total torque or power required to run the conveyor. By splitting the power into two locations (red line), the maximum belt tension is reduced by almost 40% while the total power requirement remains virtually the same. A much smaller belt can be used and smaller individual power units can be used. To extend the example further, a second intermediate drive is added (green line) and the peak belt tension drops further. The tunneling industry was also quick to adopt this technology and even take it to higher levels of complexity and sophistication. But the main need in tunneling was the necessity of using very tight horizontal curves.By applying intermediate drives (Figure 21) to an application such as the Baumgartner Tunnel as described in Figure 10 above, belt tensions can be controlled in the horizontal curves by strategically placing drives in critical locations thereby allowing the belt to turn small curves.In Figure 22, the hatched areas in green represent the location of curved structure. The blue line represents carry side belt tensions and the pink line represents return side belt tensions. Notice belt tensions in both the carry and return sides are minimized in the curves, particularly the tightest 750m radius.Although aboveground overland conveyors have not used this technology extensively to date, applications are now starting to be developed due to horizontal curve requirements. Figure 23 shows a South American, 8.5km hard rock application which requires an intermediate drive to accommodate the four relatively tight 2000m radii from the midpoint to discharge.Figure 24 shows a comparison of belt tensions in the curved areas with and without distributed power. The benefit of distributed power is also being used on the MRC Cable Belt. However, since the tension carrying ropes are separate from the load carrying belt, installing intermediate drives is even easier as the material never has to leave the carry belt surface. The tension carrying ropes are separated from the belt long enough to wrap around drive sheaves and the carry belt is set back on the ropes to continue on (Figure 25).Analysis and SimulationMany will argue the major reason for our ability to build complex conveyors as described above is advancements in the analysis and simulation tools available to the designer. A component manufacturer can usually test his product to insure it meets the specification; however the system engineer can seldom test the finished system until it is completed on site. Therefore computational methods and tools are absolutely critical to simulate the interactions of various diverse disciplines and components. Dynamic Starting and StoppingWhen performing starting and stopping calculations per CEMA or DIN 22101 (static analysis), it is assumed all masses are accelerated at the same time and rate; in other words the belt is a rigid body (non-elastic). In reality, drive torque transmitted to the belt via the drive pulley creates a stress wave which starts the belt moving gradually as the wave propagates along the belt. Stress variations along the belt (and therefore elastic stretch of the belt) are caused by these longitudinal waves dampened by resistances to motion as described above.Many publications since 1959 have documented that neglecting belt elasticity in high capacity and/or long length conveyors during stopping and starting can lead to incorrect selection of the belting, drives, take-up, etc. Failure to include transient response to elasticity can result in inaccurate prediction of:l Maximum belt stressesl Maximum forces on pulleysl Minimum belt stresses and material spillagel Take-up force requirementsl Take-up travel and speed requirementsl Drive slipl Breakaway torquel Holdback torquel Load sharing between multiple drivesl Material stability on an inclineIt is, therefore, important a mathematical model of the belt conveyor that takes belt elasticity into account during stopping and starting be considered in these critical, long applications. A model of the complete conveyor system can be achieved by dividing the conveyor into a series of finite elements. Each element has a mass and rheological spring as illustrated in Figure 26. Many methods of analyzing a belts physical behavior as a rheological spring have been studied and various techniques have been used. An appropriate model needs to address:1. Elastic modulus of the belt longitudinal tensile member2. Resistances to motion which are velocity dependent (i.e. idlers)3. Viscoelastic losses due to rubber-idler indentation4. Apparent belt modulus changes due to belt sag between idlers Since the mathematics necessary to solve these dynamic problems are very complex, it is not the goal of this presentation to detail the theoretical basis of dynamic analysis. Rather, the purpose is to stress that as belt lengths increase and as horizontal curves and distributed power becomes more common, the importance of dynamic analysis taking belt elasticity into account is vital to properly develop control algorithms during both stopping and starting.Using the 8.5 km conveyor in Figure 23 as an example, two simulations of starting were performed to compare control algorithms. With a 2x1000 kW drive installed at the head end, a 2x1000 kW drive at a midpoint carry side location and a 1x1000kW drive at the tail, extreme care must be taken to insure proper coordination of all drives is maintained.Figure 27 illustrates a 90 second start with very poor coordination and severe oscillations in torque with corresponding oscillations in velocity and belt tensions. The T1/T2 slip ratio indicates drive slip could occur. Figure 28 shows the corresponding charts from a relatively good 180 second start coordinated to safely and smoothly accelerate the conveyor.Mass Flow at Transfer PointsOne of the reasons for using intermediate drives and running single flight conveyors longer and longer is to eliminate transfer points. Many of the most difficult problems associated with belt conveyors center around loading and unloading. The transfer chute is often sited as the highest maintenance area of the conveyor and many significant production risks are centered here.l Pluggingl Belt and Chute Damage and Abrasionl Material Degradationl Dustl Off Center Loading/SpillageIn the past, no analytical tools have been available to the design engineer so trial-and-error and experience were the only design methods available. Today, numerical simulation methods exist which allow designers to “test” their design prior to fabrication. Numerical simulation is the discipline of designing a model of an actual physical system, executing the model on a computer, and analyzing the results.Simulation embodies the principle of “learning by doing. To understand reality and all of its complexity, we build artificial objects in the computer and dynamically watch the interactions.The Discrete Element Method (DEM) is a family of numerical modeling techniques and equations specifically designed to solve problems in engineering and applied science that exhibit gross discontinuous mechanical behavior such as bulk material flow. It should be noted that problems dominated by discontinuum behavior cannot be simulated with conventional continuum based computer modeling methods such as finite element analysis, finite difference procedures and/or even computational fluid dynamics (CFD).The DEM explicitly models the dynamic motion and mechanical interactions of each body or particle in the physical problem throughout a simulation and provides a detailed description of the positions, velocities, and forces acting on each body and/or particle at discrete points in time during the analysis. In the analysis, particles are modeled as shaped bodies. The bodies can interact with each other, with transfer boundary surfaces and with moving rubber conveyor belt surfaces. The contact/impact phenomena between the interacting bodies are modeled with a contact force law which has components defined in the normal and shear directions as well as rotation. The normal contact force component is generated with a linear elastic restoring component and a viscous damping term to simulate the energy loss in a normal collision. The linear elasticcomponent is modeled with a spring whose coefficient is based upon the normal stiffness of the contact bodies and the normal viscous damper coefficient is defined in terms of an equivalent coefficient of restitution (Figure 29).Figure 30 shows particles falling through a transfer chute. The colors of the particles in the visualization represent their velocity. The RED color is zero velocity while BLUE is the highest velocity. Perhaps the greatest benefit that can be derived form the use of these tools is the feeling an experienced engineer can develop by visualizing performance prior to building. From this feel, the designer can arrange the components in order to eliminate unwanted behavior. Other quantitative data can also be captured including impact and shear forces (wear) on the belt or chute walls.FutureBigger Belt ConveyorsThis paper referenced Henderson PC2 which is one of the longest single flight conventional conveyors in the world at 16.26 km. But a 19.1 km conveyor is under construction in the USA now, and a 23.5 km flight is being designed in Australia. Other conveyors 30-40 km long are being discussed in other parts of the world. Belt manufacturers have developed low rolling resistance rubber with claims of 10-15% power savings as methods to quantify indentation have become known. Together with improved installation methods and alignment, significant power efficiencies are possible.Underground coal mines and tunneling contract

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