皮带输送机断带保护器设计【13张CAD高清图纸及说明书】【SJ系列】
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13张CAD高清图纸及说明书
SJ系列
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13
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中国矿业大学成人教育学院2016届毕业设计1 绪论1.1引言皮带运输机又称带式输送机，是一种连续运输机械，也是一种通用机械。工作过程中噪音较小，结构简单。皮带运输机可用于水平或倾斜运输。皮带运输机由皮带、机架、驱动滚筒、改向滚筒、承载托辊、回程托辊、张紧装置、清扫器等零部件组成。随着带式输送机技术的不断完善与发展，带式输送机己经成为散体物料的主要运输工具之一，因其能实现物料的连续装卸运输而且运输距离长、输送能力大、电耗低、投资费用相对较低以及维护方便等特点，而广泛应用于港口、码头、冶金、热电厂、露天矿和煤矿井下的物料运送。1.2国内外皮带的研究现状上世纪五十年代以来，从运输谷物的帆布、木支座运输机到现在钢丝绳牵引运输机、波状挡边带式输送机、斗式等各种输送机，带式输送机技术得到了飞速发展。带式输送机不但在各大零部件的结构，性能以及整机管理方面有了很大的改善和提高外，在起制动动态特性的研究方面也有了重大突破，如德国、澳大利亚、美国、波兰、南非、日本等，相续对此进行了大量的理论和实验研究，在动态研究分析领域采用粘弹性流变力学理论对系统作了更接近于实际的假设分析，澳大利亚还对胶带横向振动问题进行了深入的研究。1.3皮带断带抓捕工具的研究现状为了防止胶带逆转、飞车和断带，国内外一些科技人员进行了一系列的有意尝试与研究，提出了一些解决办法:（1）带下安装阻尼板带式输送机正常运行时胶带被拉紧，胶带基本上是一条直线，下垂量很小，而断带后，由于托辊间距的存在，即使是高强度钢丝绳芯胶带也有很大的下垂量，基于这一特点，采用在胶带下面一定距离处安装阻尼板，断带时，由于胶带的自重作用及初始速度使得胶带迅速松弛，并与阻尼板接触，当阻尼板与胶带之间的摩擦力足够大时，可有效地阻止胶带下滑，这就是阻尼板的工作原理，如图1.1，阻尼板的防滑能力与阻尼板与胶带之间的摩擦系数有关，与阻尼板的几何长度、阻尼板与胶带间的距离以及胶带的倾角等因素有关。图 1.1 阻尼板法防断带示意图（2）单向托辊摩擦制动此种制动，主要利用托辊反向逆止原理，如图1.2，当具有一定倾角的带式输送机正常工作时，托辊随之转动，胶带与托辊间为滚动摩擦，摩擦阻力很小，而当胶带断裂下滑时，由于托辊是单向的，所以托辊反向无法转动，胶带与托辊间为滑动摩擦，摩擦阻力增大，通过滑动摩擦力来实现制动。图 1.2 单向托辊防断带法 2 夹紧机构的设计2.1断带的原因从目前大量的带式输送机断带事故分析可知，带式输送机断带原因大概有以下几种。(1) 齿轮减速器损坏，液力耦合器喷液或电动机逆转。(2) 输送带接头质量问题。输送带接头分为机械接头和硫化接头，机械接头的质量远不如硫化接头，所以现在已很少采用。就硫化接头而言，如果未按要求控制硫化温度和硫化压力，温度和压力在硫化板上分布不均，温度和压力的保持时间设定不合理，采用不合理的材料等对硫化工艺均有影响。 (3) 运输中因其它东西卷入而引起运输载荷突然增加。比如大块矸石或其它质量特别大的物体突然混在正在运输的煤中。(4) 启动和停车时应力变化大。带式输送机的启动和停车也会造成输送带断裂，一般最好在空载下启动输送机。(5) 输送带自身质量不过关，输送带服务年限过长，输送带长时间超负荷运输，日常维护不到位。(6) 物料分配不均，输送带跑偏。带式输送机有空载段和超载段，使输送带受力不均。2.2断带抓捕器的性能要求了解现场对断带捕捉器的性能要求是正确设计断带捕捉器的关键。断带捕捉器应有如下性能：(1) 在断带或逆转时均起作用；(2) 非断带或无逆转时不能误动作；(3) 捕捉力应有足够的作用带宽，最好整个带宽捕捉。以使输送带在承压许可范围内。提高单台捕捉器的捕捉力；(4) 在捕捉力施加时，应清除大部分物料；(5) 捕捉力缓施。以便输送带的制动减速度不致过大。避免过大惯性力。造成二次断带；(6) 结构力求简单。2.3夹紧机构的组成部分及工作原理工作原理：当带式输送机出现断带故障时，通过安装在上运皮带下面的速度传感器检测出断带信号，由A/D转换器送入单片机，经单片机判断处理后发出动作指令，驱动滚筒电动机断电，同时液压系统中的电磁换向阀换向导通，驱动液压缸活塞杆伸出带动偏心轮转动，直至夹紧皮带。整个保护系统原理图如下图2.1：图 2.1 系统原理图1速度传感器；2单片机控制系统；3液压系统；4偏心轮夹紧机构；5驱动滚筒电机2.4夹紧机构所需理论夹紧力的计算 设计所选带式输送机的特征参数： 带宽：1000 mm ；安装时最大倾角：20；最大运输能力：630 t/h；输送长度：90 m；运输物料：原煤；带速：1.9 m/s。输送带特征参数：型号：钢丝绳芯胶带 GX-1000 mm；钢丝绳直径：4.5 mm；带厚：16 mm；胶带每米质量：24.63 kg/m。根据带带式输送机最大运输能力计算公式，可计算出输送带上物料的最大横断面积。 (t/h) （2.1）式中 A输送带上物料的最大横断面积 m； 输送带的运行速度 ； 物料的松散密度 kg/m，原煤 =700 kg/m； k输送机的倾斜系数，k=0.91；由公式（1）求得输送带上物料的最大横断面积： 0.145 m带式输送机运送长度为90米，整个输送机每隔30米安装一套夹紧机构，物料与胶带每30米的总重量：37 kN （2.2）由总重量和输送机的倾角，由下图2.1胶带的受力分析，可计算出物料与胶带每30米总重量在沿斜面、垂直斜面方向上的分力。图 2.2 胶带的受力分析沿斜面分力：sin20=37sin20=12.65 （2.3）垂直斜面分力: cos20=37cos20=34.8 kN （2.4）由以上计算可知；偏心轮有效的实现夹紧胶带，必须产生的夹紧力为12.65 kN，夹紧力是依靠偏心轮与胶带间的摩擦产生的，查手册取胶带与偏心轮之间的摩擦系数 =0.3，则所需偏心轮产生的正压力为： =42.12 kN （2.5）为了能安全有效地制动胶带，取安全系数 =2 将正压力扩大2倍，此时偏心轮产生的正压力与夹紧力为：正压力：=242.12=84.24 kN （2.6）夹紧力：=0.384.24=25.27 kN （2.7）带式输送机断带时所需的夹紧力为12.65 kN，设计偏心轮夹紧所产生的夹紧力为25.27 kN，满足断带夹紧要求。2.5偏心轮夹紧旋转角度与活塞杆行程的确定2.5.1偏心轮夹紧旋转角度的确定 夹紧机构安装时，取偏心轮与胶带之间的距离为10 mm；胶带受压压缩变形为6 mm；偏心轮的直径=200 mm；偏心距=60 mm；结构尺寸如图2.3可知偏心轮的位移： （2.8）由公式（8）可计算出偏心轮夹紧胶带所旋转的角度： （2.9）可求得：=42.8，设计取偏心轮夹紧胶带所旋转的角度=45。图 2.3 偏心轮夹紧位移图2.5.2活塞杆行程的确定根据实际设计，由偏心轮夹紧位移图，可知： AC=280 mm ；AB=200 mm 则活塞杆的行程： mm （2.10）2.6偏心轮的结构设计 材料：偏心轮采用45钢，偏心轮外圆面滚粗花；尺寸：偏心轮的直径=200 mm、偏心距=60 mm、偏心轮外圆柱面的宽度=40 mm。与轴的连接结构：采用键连接。偏心轮夹紧机构安装简图如下图2.4： (a) 夹紧机构安装横截面视图 (b) 夹紧机构A-A截面视图图2.4 偏心轮夹紧机构安装简图1夹紧液压缸；2偏心轮；3胶带；4托辊3液压泵站的计算与设计3.1液压系统方案的设计液压系统设计作为液压主机设计的重要组成部分，设计必须满足工作需要的全部技术要求，且静动态性能好、效率高、结构简单、工作安全可靠、寿命长、经济性好、使用维护方便。1.确定回路方式选用开式回路，即执行元件的排油回油箱，油液经过沉淀、冷却后再进入液压泵的进口。2.选用液压油液设计液压系统选用矿油型液压油作为工作介质3.确定液压泵类型及调速方式选用变量液压泵调速，选用蓄能器，补偿液压系统泄露，保持系统的压力恒定。 3.2液压缸参数的计算3.2.1液压缸工作压力及主要结构尺寸的计算1.初选液压缸的工作压力2.确定液压缸的主要结构尺寸本设计系统选用单作用、液压缸固定的单杆式液压缸。设计取无杆腔有效面积等于有杆腔有效面积的两倍，即=2。取液压缸回油腔背压为=0.4MPa。当压力油进入无杆腔时，对活塞产生的推力： （3.1） = （3.2）式中 工作过程中最大的外负载，即活塞杆伸出时最大的推力； 液压缸密封处的摩擦力它的精确值不易求得，常用液压缸的机械效率来进行估算； 液压缸的机械效率，一般=0.90.97，设计取 =0.95； 将各数值代入公式（3.1）、（3.2），可计算液压缸无杆腔的有效面积： = =21.4 cm (3.3) 则液压缸的直径： =5.22 cm=52.2 mm (3.4)由=2，可求活塞杆的直径： =0.707=0.707mm （3.5）设计考虑实际工作条件，设计取液压缸缸体内径=90 mm、活塞杆直径=45 mm。3活塞杆弯曲稳定性的验算活塞杆完全伸出时需考虑活塞杆弯曲稳定性，设定受力完全作用在活塞杆轴线上，主要验算： (3.6) N (3.7)圆截面： m (3.8)式中 MPa 活塞杆弯曲失稳临界的压缩力，N； 安全系数，设计取=4； 实际弹性模数； 材料组织缺陷系数，钢材一般取； 活塞杆截面不均匀系数，一般取； 材料的弹性模数，MPa,钢材 =； 液压缸安装及导向系数，根据实际安装取 =2； 活塞杆横截面惯性矩，m； 液压缸的支承长度，根据设计 =320 mm将各数据上述公式，可求得： N N =80 kN=11.8 kN (3.9) 活塞杆弯曲稳定性满足设计要求。4.液压缸的工作压力的确定根据设计选取缸径和活塞杆的直径，计算无杆腔有效面积=63.6 cm 有杆腔有效面积=47.7 cm。由公式3.1，计算出活塞杆伸出时所需液压油的压力： =4.37 MPa (3.10)根据计算结果，设计取液压缸的工作压力 =4.4 MPa。3.2.2液压缸壁厚和外径的计算1.液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚不同而各异。一般设计可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径与其壁厚的比值的圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸一般用无缝钢管材料，大多数属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算： (3.11)式中 液压缸的壁厚，m； 液压缸的内径，m； 试验压力，MPa ,一般取最大工作压力的（1.251.5）倍，设计取 MPa； 缸筒的材料的许用应力, MPa, 缸筒的材料选用无缝钢=100110 MPa,设计取 =110 MPa。将各数据代入上式(3.11)，计算出液压缸的壁厚为： 0.012 m设计取 =15 mm。则液压缸缸体的外径： mm (3.12) 2.液压缸壁厚的验算液压缸壁厚的验算应包括以下四个方面：（1）额定工作压力应低于一定的极限值，以保证工作安全： MPa (3.13)式中 额定工作压力，MPa； 缸筒材料的屈服强度，MPa，设计选用缸筒材料为：45钢，则=335 MPa。 液压缸缸体的外径； 液压缸缸体的内径；将各已知数据代入上式(3.13)，得： =31.1 MPa =4.4 MPa计算知：额定工作压力远小于一定的极限值。（2）额定压力也应与完全塑性变形压力有一定的比例范围，以避免塑性变形的发生： （0.350.42） (3.14) MPa (3.15) （0.350.42）=（0.350.42）=（18.121.7）MPa =4.4 MPa (3.16)式中 缸筒发生完全塑性变形的压力，MPa；（3）验算缸筒径向变形应处在允许的范围内： = (3.17)式中 缸筒耐压试验压力，MPa，设计取 =6.16 MPa；缸筒材料的弹性模数，MPa，设计取 MPa；缸筒材料的泊松比，钢材：=0.3；将已知各数据代入上式(3.17)，求得： =0.0121 mm 查手册，变形量没有超出密封圈的允许范围。（4）验算缸筒的爆裂压力是否远大于耐压试验压力： =2.36 (3.18)=93.9 MPa=6.16 MPa式中 缸筒的爆裂压力；缸筒材料的抗拉强度，MPa，设计取 =610 MPa；通过以上四方面的计算知：液压缸壁厚满足要求。3.2.3液压缸缸盖厚度的确定液压缸多为平底缸盖，其有效厚度按强度要求进行近似计算：无孔时： (3.19)有孔时： (3.20)式中 缸盖的有效厚度，m； 缸盖止口内径，m； 缸盖孔的直径，m； 试验压力，MPa ,设计取 =6.16 MPa；则液压缸无孔后缸盖的厚度： =11.4 mm (3.21)液压缸前缸盖的厚度： =16.5 mm (3.22)将计算的数据圆整设计取值：后缸盖的厚度=15 mm；前缸盖的厚度=20 mm。3.2.4液压缸缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应大于活塞的行程、缸盖滑动支承面的长度与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑端盖的厚度。活塞的行程等于活塞杆的行程为：80 mm；缸盖滑动支承面的长度：设计取 =22 mm；活塞的宽度：参考设计，=32 mm。则液压缸缸体内部长度： mm (3.23)考虑实际，取液压缸缸体内部长度=172 mm，则缸体外形长度=192 mm，具体结构尺寸见设计图纸。3.3液压缸结构的设计 液压缸与液压马达一样，也是将液压能转变为机械能的一种能量转换装置，同为执行元件。与液压马达不同，液压缸是将液压能转变为直线运动或摆动的机械能。液压缸的分类：（1）按结构形式分：活塞缸、柱塞缸、摆动缸。 （2）按作用方式分：单作用液压缸，即一个方向的运动依靠液压作用力实现，另一个方向依靠弹簧力、重力等实现；双作用液压缸，即两个方向的运动都依靠液压作用力来实现；复合式缸，即活塞缸与活塞缸的组合、活塞缸与柱塞缸的组合、活塞缸与机械结构的组合等。液压缸结构简图如下：图 3.3 液压缸结构简图1活塞杆；2法兰盖；3缸盖；4、7密封圈；5活塞；6缸体；8连接螺栓3.3.1缸体与缸盖的连接形式缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。设计选用缸体与缸盖的连接形式：法兰连接，结构形式简图如图3.4：图 3.4 法兰连接结构形式简图 法兰连接结构的优点：结构简单、成本低、易于加工、便于装拆、强度较大、能承受高压。3.3.2活塞杆与活塞的连接形式设计选用：螺纹连接形式。其特点：结构简单、在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置、应用较多。结构简图如图3.5：图 3.5 螺纹连接结构简图3.3.3活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构采用：端盖整体式直接导向。其特点：端盖与活塞杆直接接触导向，结构简单，但磨损后只能更换整个端盖。其结构简图如图3.6：图 3.6 端盖整体式直接导向结构简图3.3.4活塞及活塞杆处密封圈的选用活塞及活塞杆处的密封圈的选用，应根据密封的部位、使用压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。选用密封圈密封的优点：（1）结构简单，制造方便，成本低；（2）能自动补偿磨损；（3）密封性能可随压力加大而提高，密封可靠；（4）被密封的部位，表面不直接接触，所以加 工精度可以放低（5）既可用于固定件，也可用于运动件。设计选用：O 型密封圈，其截面结构简图如图3.7：图 3.7 O 型密封圈截面简图3.3.5液压缸的安装连接结构液压缸的安装连接结构包括液压缸的安装结构、液压缸进出油口的连接等。1.液压缸的安装形式根据设计的工作要求和安装位置，选用：尾部后耳环的安装形式。即缸体固定，活塞杆运动。其安装结构简图如下图3.8：图 3.8 尾部后耳环的安装形式简图2.液压缸进、出油口形式及大小的确定3.4液压泵参数的计算与选型液压泵是液压系统的动力元件，将原动机输入的机械能转换为压力能输出，为执行元件提供压力油。液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的工作性能和可靠性。选择液压泵主要根据系统最高工作压力与最大流量。1.液压泵最高工作压力的计算 设计系统中单液压缸的工作压力为=4.4 MPa，取进油路总压力损失=0.5 MPa，压力继电器可靠动作压力差取0.5 MPa，则液压泵最高工作压力： =6+0.5=27.4 MPa (3.24)因此，液压泵的额定压力可取：Pr1.127.4=30.1 MPa2. 液压泵最大流量的计算设计取液压缸活塞杆的运行速度为0.1 m/s。活塞杆伸出时所需流量：=0.163.610=6.3610 m/s=19.05 L/min (3.25)活塞杆缩回时所需流量：=0.147.710=4.7710m/s=14.3 L/min (3.26)比较，活塞杆伸出时所需流量最大，因此，液压泵的额定流量： 638.1=114 L/min根据上面计算所需的液压泵的最高压力和最大流量，查手册产品样本，选用：160SCY14-1B型斜盘式轴向柱塞泵，其额定转速为1000 r/min，额定压力为32 MPa。斜盘式轴向柱塞泵结构图如图3.13 ，其结构特点：（1）三对磨擦副：柱塞与缸体孔，缸体与配流盘，滑履与斜盘。容积效率较高，额定压力可达31.5 MPa。（2）泵体上有泄漏油口。（3）传动轴是悬臂梁，缸体外有大轴承支承。（4）为减小瞬时理论流量的脉动性，取柱塞数为奇数：5、7、9。（5）为防止密闭容积在吸、压油转换时因压力突变引起的压力冲击，在配流盘的配流窗口前端开有减振槽或减振孔。图 3.13 轴向柱塞泵结构图3.5电动机的参数计算与选型液压系统采用变量泵供油，所需泵的流量为114 L/min。下面分别计算活塞杆伸出与缩回时所需电动机的功率。1、活塞杆伸出时泵的出口压力为27.4 MPa，所需流量为1.910 m/s，取总效率为0.9。电动机的功率： =57.8 kW (3.27)2、活塞杆缩回时泵的出口压力为7.3 MPa，所需流量为1.4310m/s，取总效率为0.9。电动机的功率： =43.5 kW (3.28)比较，活塞杆伸出时所需电动机的功率最大。据此查样本选用：Y315S-6型异步电动机，额定功率为75 kW，额定转速为980 r/min3.6液压控制阀的选择 液压控制阀在液压系统中被用来控制液流的压力、流量和方向，保证执行元件按照要求进行工作。属控制元件。液压阀基本工作原理：利用阀芯在阀体内作相对运动来控制阀口的通断及阀口的大小，实现压力、流量和方向的控制。流经阀口的流量q与阀口前后压力差p和阀口面积 A 有关，始终满足压力流量方程；作用在阀芯上的力是否平衡则根据结构形式需要具体分析。根据用途不同分类：（1）压力控制阀：用来控制和调节液压系统液流压力的阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀等。（2）流量控制阀：用来控制和调节液压系统液流流量的阀类，如节流阀、调速阀、分流集流阀、比例流量阀等。（3）方向控制阀：用来控制和改变液压系统液流方向的阀类，如单向阀、液控单向阀、换向阀等。液压阀的性能参数：（1）公称通径：代表阀的通流能力的大小，对应于阀的额定流量。 （2）额定压力：阀长期工作所允许的最高压力。 选择液压阀的基本要求：（1）动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动要小。（2）阀口全开时，液流压力损失要小；阀口关闭时，密封性能要好。（3）所控制的参数（压力或流量）要稳定，受外干扰时变化量要小。（4）结构紧凑，安装、调试、维护方便，通用性要好。根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最大流量，可选出液压阀的型号及规格。本设计系统所有液压阀的额定压力为31.5 MPa，额定流量定为114 L/min。查手册，选取各阀的型号如下：（1） 单向阀：SVPA2-30型液控单向阀；最大工作压力：31.5 MPa；最大流量：114 L/min。（2） 换向阀：DSG-03-3C2-A50型电磁换向阀；最高工作压力：31.5 MPa；最大流量：120 L/min。（3） 溢流阀：YDF3-20B电磁溢流阀；通径：20 mm；额定流量：120 L/min。（4） 分流阀： FL-B15H型分流阀；通径：15 mm；额定流量：63 L/min。（5） 压力继电器：SG-02-K-20型压力继电器；是一种将液压系统的压力信号转换为电信号输出的元件。其作用是实现执行元件的顺序控制或安全保护。根据选择的各阀设计系统所需要的阀组如图3.14所示图3.14 各控制阀的安装简图1电磁溢流阀；2液控单向阀；3电磁换向阀；4压力继电器；5分流阀3.7液压辅件的选择液压辅件是系统的一个重要组成部分，它包括蓄能器、过滤器、油箱、热交换器、管件、密封装置、压力表装置等。液压辅件的合理设计和选用在很大程度上影响液压系统的效率、噪声、温升、工作可靠性等技术性能。3.7.1蓄能器的计算与选型蓄能器是液压系统中储存和释放油液压力能的装置。其功用可分为：1、作辅助动力源或紧急动力源2、保压和补充泄漏3、吸收冲击和消除压力脉动 本系统设计选用蓄能器补充泄漏功能、稳定系统的工作压力。其有效容积的计算： (3.29)式中 蓄能器的充气压力，MPa，系统设计取值 =27.4 MPa； 蓄能器的最低工作压力，MPa，系统设计取值 =27.4 MPa； 蓄能器的最高工作压力，MPa，=37.8 MPa 液压油的动力粘度 ，Pas,设计选用46号液压油，其动力粘度=0.0405 Pas； 一定时间内机组不动作的时间间隔，s，设计取=10 s； 系统各个元件的泄漏系数，m,设计取值=4.0 m；将以上数值代入公式(3.29)，可计算出蓄能器的有效容积： =48.75 L查设计手册，选用：NXQ1-L25/10-L-H型气囊式蓄能器两个，总容积为50 L。气囊式蓄能器尺寸小、重量轻、反应灵敏、充气方便、最高工作压力高。蓄能器的安装:（1）气囊式蓄能器应垂直安装，油口向下，以保证气囊的正常收缩。（2）蓄能器与管路之间应安装截止阀，以便充气检修；蓄能器与泵之间应安装单向阀，防止泵停车或卸载时，蓄能器的压力油倒流向泵。（3）安装在管路上的蓄能器必须用支架固定。（4）吸收冲击和脉动的蓄能器应尽可能安装在振源附近。3.7.2过滤器的选型过滤器的功用：滤去油中杂质，维护油液清洁，防止油液污染，保证系统正常工作。过滤器的选用要求：（1）过滤精度应满足系统要求：过滤精度以滤去杂质颗粒的大小来衡量。不同液压系统对过滤器的过滤精度要求见推荐表。0.1mm为粗滤器； 0.01mm为普通滤器；0.005mm为精滤器；0.001mm为特精滤器。（2）要有足够的通油能力：通流能力指在一定压力降下允许通过过滤器的最大流量，应结合过滤器在系统中的安装位置选取。（3）要有一定的机械强度，不因液压力而破坏。 （4）要考虑一些特殊要求，如抗腐蚀、磁性、发讯、不停机更换滤芯等。（5）要清洗更换方便。根据设计所需要的流量选用：TF-160100L-S型箱外自封式吸油过滤器。这类过滤器可直接安装在油箱侧边底部或上部，设有自密封阀、旁通阀、压差发信器。当压差超过0.032 MPa时，旁通阀会自动打开。更换或清洗滤芯时，自封阀关闭，切断油箱油路。（6）要清洗更换方便。 图 3.15 过滤器的安装位置3.7.3油箱的选型与设计油箱的功用有以下几点：（1）储存系统所需的足够油液；（2）散发油液中的热量；逸出溶解在油液中的空气；（3）沉淀油液中的污物；（4）对中小型液压系统，泵装置及一些液压元件还安装在油箱顶板上。（一） 油箱容积的确定 油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。油箱的有效容积可近似确定为：在低压系统中（ MPa）可取： 在中压系统中（ MPa）可取： 在中高压或高压大功率系统中（6.3 MPa）可取： 式中 油箱的有效容积； 液压泵的额定流量。该设计系统的压力为31.5 MPa，属于中高压或高压大功率系统，因此设计油箱的有效容积为： =6=684 L (3.30)应当注意：设备停止运转后，设备中的那部分油液会因自重作用而流回油箱。为了防止液压油从油箱溢出，油箱中的液压油位不能太高，一般不应超过油箱高度的80。（二）油箱结构的设计设计采用钢板焊接的分离式液压油箱，结构简图如图3.16：图 3.16 分离式油箱1吸油管；2网式过滤器；3空气过滤器； 4回油管；5顶盖6油面指示器；7、9隔板；8放油塞（图中序号为顺时针）（1）油箱的外形尺寸液压油箱的有效容积确定后，设计液压油箱的外形尺寸，为了提高冷却效率在安装位置不受限制时 ，可将液压油箱的容量予以增大。结合实际设计液压油箱外形各尺寸：长：1100 mm 、宽：700 mm 、高：800 mm。（2）油箱中应设吸油过滤器，为方便清洗过滤器，油箱结构要考虑拆卸方便。（3）油箱底部应做成适当斜度，并设置放油塞。油箱箱盖上应安装空气滤清器，其通气流量不小与泵流量的1.5倍。大油箱还应在侧面设计清洗窗口。（4）油箱侧壁要安装油位指示计，以指示最高、最低油位。新油箱要做防锈、防凝水处理。（三）热交换器热交换器是冷却器和加热器的总称，下面分别介绍：（1）冷却器：要求有足够的散热面积、散热效率高、压力损失小、结构紧凑、坚固、体积小和重量轻，最好有自动控温装置以保证油温控制的准确性。冷却器一般安装在回油管路或抵押管路上。下图为多管式冷却器：图 3.17 多管式冷却器 1外壳；2挡板；3钢管；4隔板（2）加热器：油液加热的方法有用热水或蒸气加热和用电加热两种方式。由于电加热器使用方便，易于自动控制温度，故应用较广泛。电加热器的安装图如下：图 3.18 电加热器安装图1油箱； 2电加热器 设计选用：SRY2型油用管状电加热器。（四）压力表的选择液压系统各工作点的压力一般都用压力表来观测，以调整到要求的工作压力。在液压系统中最常用的是弹簧管式压力表。设计选用：Y-150型径向无边压力表。3.7.4管件的选择管件是用来连接液压元件、输送液压油液的连接件。它应保证有足够的强度，没有泄漏，密封性能好，压力损失小，拆装方便。它包括油管和管接头。（一）油管常用油管有钢管、紫铜管、塑料管、尼龙管、橡胶软管。应根据液压装置工作条件和压力大小来选择油管。设计选取：内径为15 mm、外径为22 mm的钢管。（二）管接头管接头是油管与液压元件、油管与油管之间可拆卸的的连接件。管接头与其他液压元件用国家标准米制锥螺纹和普通细牙螺纹连接。常用的管接头有扩口式、焊接式、卡套式、橡胶软管接头、快速接头。焊接式管接头结构如下：图 3.19 焊接式管接头结构图3.7.5密封装置密封装置用来防止系统油液的内外泄漏，以及外界灰尘和异物的侵入，保证系统建立必要压力。对密封装置的要求：（1）在一定的工作压力和温度范围内具有良好的密封性能；（2）密封装置与运动件之间摩擦系数要小，并且摩擦力稳定；（3）耐磨性好、寿命长，不易老化，抗腐蚀能力强；（4）制造容易，维护、使用方便，价格低廉。常用的密封：间隙密封； O 型密封圈；唇型密封；组合密封装置。设计选用：O 型密封圈。O 型密封圈是由耐油橡胶压制而成的，其截面为圆形。如图3.8所示。其特点：结构简单、密封性好，成本低，安装方便，高低压均可使用。图 3.20 O 型密封圈3.8液压泵站的结构设计 1液压泵装置的安装形式液压泵装置包括不同类型的液压泵、驱动电机及阀组等。其安装方式分为立式和卧式两种。（1）立式安装 （2）卧式安装 设计选用：整体型卧式安装，即电动机、液压泵、阀组等都安装在油箱上。这种安装方式特点：结构紧凑、占地小、安装维修方便、散热条件好等优点。2.电动机与液压泵的联接方式设计选用：法兰式 即液压泵安装在法兰上，法兰再与带法兰盘的电动机联接，电动机与液压泵依靠法兰盘上的止口来保证同轴度。这种结构装拆很方便。为了避免安装时产生同轴度误差带来的不良影响，电动机与液压泵之间采用弹性联轴器联接。液压泵站整体布置安装如下图3.21：图 3.21 液压泵站整体结构俯视图1注油螺栓；2电动机-泵组；3蓄能器；4过滤器；5清洗端盖；6液压阀组；7压力表；8液面指示计；9吊耳3.9液压泵站的安装调试、使用维护与故障诊断正确安装调试及合理使用维护液压站，是保证其长期发挥和保持其良好工作性能的重要条件之一：为此，在液压泵站安装调试中，必须熟悉主机的工况特点及其液压系统的工作原理与液压泵站各组成部分的结构、功能和作用，并严格按照设计要求来进行：在液压泵站使用维护中应对其加强日常维护和管理，并遵循制造厂的使用维护要求。3.9.1液压泵站的安装调试1.液压元件的安装及注意事项液压元件性能和管件的质量直接关系到系统工作的可靠性和稳定性，故在安装前检查液压元件性能和管件的质量。液压元件的检查主要有以下几个方面要注意：（1）领出的液压元件型号、规格必须与清单一致。 （2）查明液压元件保管期限，若保管期较长要注意元件内部密封件不老化。（3）检查液压元件所附带的密封件外观质量是否符合要求。（4）元件上的调节螺钉、手轮、锁紧螺母等应完好无损。（5）板式连接元件、阀安装底板的连接平面应平整，其沟槽不应有飞边、毛刺、棱角，不许有磕碰凹痕。（6）螺纹连接件的联接口处不准有毛刺和磕碰凹痕。（7）检查油道内是否清洁，特别是铸造孔的毛坯面。（8）电磁阀的电磁应工作正常。（9）各液压元件上相配的附件必须齐全。（10）油箱内部不准有锈蚀，附件应齐全，安装前应清洗干净。对拆洗过的元件应尽可能进行试验。（1）液压泵测试其额定压力、流量时的容积效率（2）液压缸应测试其内、外泄漏、缓冲效果和最低起动压力。（3）方向控制阀应测试其换向状况、压力损失、内外泄漏。（4）压力阀应测试其调压状况、开启和闭合压力、外泄漏。（5）流量阀应测试其调节状况、外泄漏。（6）冷却器要通水或油检查。每个被测试的元件均应达到规定的技术指标。已测试过的元件要用金属或塑料堵头封住油口。整个元件包塑料布。另外，油箱内壁、油路板和集成块的油道必须严格清洗，并妥善保管。液压系统设计采用的热轧无缝钢管和采用O型圈密封的螺纹接头和连结法兰装备前准备应注意的事项如下：（1）管子的材料、通径、壁厚和接头的型号规格及加工质量都要符合设计规定。（2）如果管子内、外壁面已腐蚀或显著变色、有伤口裂痕、表面凹入、表面有离层或结疤等情况之一者，不能使用。（3）所用接头若发现螺纹和O型圈沟槽棱角有伤痕、毛刺或断丝扣等不能使用。（4）当接头的接头体与螺帽配合松动或卡涩时不能使用。（5）管路要进行清洗，可采用汽油清洗、超声波清洗或循环清洗等方法。在液压系统装配前，进行细致的准备工作，对以后的装配和调试工作都会带来巨大的便利。液压元件的安装，根据各元件设计图纸和设计说明书认真仔细的装配。2.液压系统的调试现场调试步骤如下：1)开箱验收，清点到贷内容是否与装箱单相符，部件、附件、随机工具和文件是否齐全，目测检查有无运输中的损坏或污染。 2)把机组和各部件安装就位，并进行必要的找正和固定。 3)连接机器中的液压执行器，冲洗较长的管子和软管。 4)检查电源电压，然后连接动力线路和控制线路。根据需要连接冷却水源，检查泵的旋转方向的正确性。 5)用规定的油液灌注油箱。加油不要超过最高液面标志；加油过程中要特别注意清洁。 6)点动驱动电机，检查其旋转方向。 7)在可能的最高点给液压系统放气。旋松放气塞或管接头：操作换向阀井使执行器伸出缩回若干次。逐步加大负载提高压力阀的设定值。当油箱中不再有泡沫执行器不再爬行系统不再有异常噪声时，表明已放气良好旋紧放气阀等。 8)在管路内充满油液而所有执行器都外伸的情况下补油至油箱最低涯面标志。 9)根据需要给泵壳体注油。打开吸油管截止阀， 10)先把压力控制阀；流量控制阀和变量泵的压力调节器调整到低设定值。方向控制阀置于中位： 11)蓄能器应充气到充气压力，按绝对压力计算时，用于吸收液压冲击和脉动的蓄能器的充气压力应为蓄能器回路额定压力的0.50.8倍：3.9.2液压泵站的使用与维护液压系统由于其具有结构紧凑、工作平稳、操作简便和省力等优点，在各类机械中得到广泛运用。如何正确使用和维护好液压系统及其各部件，是保证各类机器正常运转的关键所在。1.正确选用液压油，确保液压油和液压系统的清洁2.动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件的使用维护3.9.3液压泵站的故障诊断1.液压系统故障诊断步骤：1)熟悉钻机性能和资料。了解主要液压件的性能、工作原理和运行要求及主要技术参数。2)现场观察。到现场了解故障现象，查找故障部位，并观察系统压力变化和工作情况，听听噪声，查看漏油等现象。3)归纳分析。对了解到的情况进行综合分析，找出产生故障的可能原因。4)组织实施。在摸清情况的基础上，制订出切实可行的排除措施，并组织实施。5)总结经验。维修经验是开展故障诊断技术的一个重要部分。2.液压系统故障诊断方法：1) 看2) 听3) 摸4 信号的采集与处理4.1断带信号检测4.1.1目前常用的断带检测方法由于带式输送机断带的发生是随机的，发生的位置也是随机的，给断带信号检测带来困难，目前广泛采用的断带信号采集方法如下:（1）张力检测法（2）悬垂度检测法 （3）带速检测法（4）磁场变化检测以上几种断带检测方法，各有优缺点，相对而言，带速检测方法，更加简单、快捷，因此我们选用带速检测方法来检测断带信号。4.1.2传感器的选择带速检测传感器选用CD1型磁电式速度传感器，磁电式传感器是利用电磁感应原理，将运动速度转换成线圈中的感应电势输出。它的工作不需要外加电源，而是直接从被测物体吸取机械能量并转换成电信号输出，这是一种典型的发电型传感器。另外，它的性能稳定，还可以针对使用对象做成不同的结构型式，如直接式或惯性式，这种传感器在各系统中都获得了较普遍的应用。这种型号传感器性能指标：量程50 m/s、非线性误差5%、灵敏度6 mV/m/s、频响范围10500 Hz、位移量程1 mm、外形尺寸450160 mm。磁电式速度传感器工作原理如下图4.1：图 4.1 动圈式速度传感器工作原理图在永久磁铁产生的恒定磁场内，放置一个可动线圈，当线圈在磁场中作直线运动时，它产生的感应电动势为： （4.1）式中 磁场的感应强度，T； 单线圈的有效长度，m； 线圈匝数； 线圈与磁场的相对运动速度，m/s；线圈运动方向与磁场方向的夹角。 当 =90时，上式（4.1）可写成 （4.2）此式表明，当、均为常数时，感应电动势的大小与线圈运动的线速度成正比，因此可以通过感应电动势的大小测出线速度。4.2断带夹紧机构的控制系统硬件设计4.2.1控制系统硬件选用硬件选用：8051单片机、程序存储器ROM2764、随机存储器RAM6264、A/D转换器、可编程并行I/O扩展芯片8255、锁存器74HC373、反向器74LS04、D触发器。(一) A/D转换器A/D转换器是前向通道中的核心部件，逐次逼近型A/D转换器时目前种类最多、应用最广的A/D转换器，在过程控制中能对多路模拟信号进行分时采集和A/D转换。它由N位寄存器、D/A转换器、比较器和控制逻辑部分组成，其转换原理即“逐位比较”，逐次逼近型A/D转换器原理图如下图4.2。 图 4.2 逐次逼近型A/D转换器原理图设计选用ADC0809，ADC0809是一种8路模拟输入8位数字输出逐次逼近型A/D转换器件。其结构框图如图4.3：图4.3中，多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对A、B、C三个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择。图中各引脚的含义：(二) 8255可编程并行I/O扩展接口8255具有3个可编程并行I/O端口，A口、B口、C口。这3个8位I/O端口的功能完全由编程决定，但每个都有自己的特点。A口：具有一个8位数据输出锁存/缓存器和一个8位数据输入锁存器，是最灵活的输入输出寄存器，它可编程为8位输入输出或双向寄存器。B口：具有一个8位数据输出锁存/缓存器和一个8位数据输入缓冲器，可编程为8位输入或输出寄存器，但不能双向输入/输出。C口：具有一个8位数据输出锁存/缓存器和一个8位数据输入缓冲器。这个口可分为两个4位口使用。C口除作输入输出口使用外，还可以作为A口、B口选通方式操作时的状态控制信号。 图 4.4 8255内部结构图 引脚介绍：（1）：读信号，输入，低电平有效。（2）：写信号，输入，低电平有效。（3）RESET：复位信号，输入，高电平有效。（4）：芯片选择线，输入，低电平有效。（5）A0和A1：两个输入信号。（6）D0D7、PA0PA7、PB0PB7、PC0PC7为数据总线8255的工作方式：方式0：基本输入/输出方式，不需要任何选通信号。方式1：选通输入/输出方式。方式2：双向数据传送方式。（三）锁存器74HC373锁存器在地址扩展中的作用就是锁存地址。74HC373是最常使用的一种地址锁存器，其工作方式如下表：表4.1 74HC373工作方式工 作 方 式输 入 信 号内部寄存器输出QGD使能并读寄存器LHLLLLHHHH锁存并读寄存器LLL/HLLLLL/HHH锁存寄存器并禁止输出HLL/HL高阻HLL/HH高阻表中为使能控制端。当为低电平时，8路全导通；当为1时，为高阻态。G为锁存控制信号。74HC373有3种工作状态：(1) 当为低电平、G为高电平时，输出端状态和输入端状态相同，即输出跟随输入。(2) 当为低电平、G由高电平降为低电平（下降沿）时，输入端数据锁入内部寄存器中，内部寄存器的数据与输出端相同，当G保持为低电平时，即使输入端数据变化，也不会影响输出端状态，从而实现了锁存功能。(3) 当为高电平时，锁存器缓冲三态门封闭，即三态门输出为高阻态。74373的输入端1D8D与输出端1Q8Q隔离，则不能输出。（四）D触发器触发器是计算机记忆装置的基本单元，它具有把以前的输入“记忆”下来的功能，一个触发器能储存一位二进制代码。触发器又称数据触发器，它的逻辑符号如图4.4所示。R、S分别为置0端、置1端，触发器的状态是由时钟脉冲CLK上升沿到来时D端的状态决定。当D=1时，触发器为1状态；反之为0状态。其真值表如表4.2所示： 44表 4.2 D触发器真值表时钟脉冲输入输出DQ上升沿00上升沿11 图 4.5 D触发器4.2.2断带检测与控制原理：每个A/D转换器接8路速度变化信号，靠近拉紧装置的A/D转换器，接入6路速度信号，2路拉力信号，A/D转换器通过并行口扩展芯片8255连接到CPU总线上，转换结束标志采用查询法检测。 8051单片机的P1口作为控制信号输出口：P1.0-控制驱动滚筒的电机停止。P1.1-液压执行系统的电磁阀开启。输出信号经过反向器74LS04控制继电器工作，间接控制驱动滚筒电机和夹紧机构，完成夹紧命令的输出，实现皮带的夹紧。 图 4.6 断带检测与控制系统图4.3单片机控制系统的软件设计单片机通电开始工作后，首先对8255输出控制口地址，然后选择采集通道并连续的采集带速数据，当A/D转换器完成一次转换后，立即送入单片机，单片机将送入的带速信号与设定的速度信号进行比较判断，是否满足机构的动作要求与命令的输出。 系统的主要程序: ORG 0000HMAIN： MOV R1，#30HMOV DPTR，#7FFFH MOV A，DPTRCHAN： MOV DPTR，#7FFEH MOV A，#00H MOVX DPTR，A MOV A，#02H MOVX DPTR，A MOV A，#04H MOVX DPTR，A MOV A，#07H ACALL SHUJU LJMP CHANSHUJU： MOV DPTR，#7FFAH MOVX DPTR，A NOPTEST： JNB PC7，TEST MOVX A，DPTR MOVX R1，ABIJIAO： CJNE R1，#80H，LOOP2LOOP1： SETB P1.0 SETB P1.1LOOP2： JC LOOP1LOOP3： CJNE R1,#106H，LOOP4 LJMP LOOP1LOOP4： JNC LOOP1 RET系统程序框图如下： 图 4.7 系统程序框图 单片机断带信号采集与控制系统程序框图如图4.7,胶带输送机断带保护系统，可以实现胶带飞车断带的抓捕与夹紧，不但具有断带保护作用，而且还具有一定的跑偏和纵向防撕裂作用，有一定的推广价值。5 带式输送机现状与发展趋势5.1几种带式输送机发展现状带式输送机是一种输送松散物料的主要设备，因其具有输送能力大、结构简单、投资费用相对较低及维护方便等特点而被广泛应用于港口、码头、冶金、热电厂、焦化厂、露天矿和煤矿井下的物料输送。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及带式输送机专业制造技术都已接近了国际水平，但与世界先进工业国家比较仍存在一定差距，有待于进一步努力。带式输送机技术近几年有重大的发展。 5.2国内外煤矿带式输送机的应用现状及发展5.2.1国内外煤矿用带式输送机的现状和研究目标带式输送机是煤矿最理想的高效连续运输设备，与其他运输设备(如机车类)相比不仅具有长距离、大运量、连续输送等优点，而且运行可靠易于实现自动化、集中化控制特别是对高产高效矿井，带式输送机已成为煤炭高效开采机电一体化技术与装备的关键设备。5.2.2国外煤矿用带式输送机技术的现状国外带式输送机技术的发展主要表现在两方面：(1)带式输送机的功能多元化、应用范围扩大化如高倾角带式输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型；(2)带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型输送机已成为其发展的主要方向 。5.2.3国内煤矿用带式输送机的现状及存在问题80年代末期以来，我国煤矿用带式输送机也有了很大的发展，对带式输送机的关键技术研究和新产品开发都取得了可喜的成果。输送机产品系列不断增多，从定型的SDJ、SSJ、STJ、DT等系列发展到多功能、适应特种用途的各种带式输送机系列，如国家 “七五”、“九五”攻关项目大倾角带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等填补了多项国内空白，开发了大倾角、长距离输送原煤的新型带式输送机系列产品，并对带式输送机的关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，应用动态分析技术和中间驱动与智能化控制等技术，研制成功了多种软起动和制动装置及以PLC为核心的可编程电控装置。随着我国高产高效矿井的发展，煤矿井下带式输送机目前已达到表2所示的主要特征指标。表 5.2 煤矿井下带式输送机主要指标主参数顺槽可伸缩带式输送机大巷与斜井固定式带式输送机运距/m1000200010004000带速/m23.52.54输送量/800180010002000驱动功率/kW25075075015005.3煤矿带式输送机技术的发展趋势1.设备大型化、提高运输能力为了适应高产高效集约化生产的需要，带式输送机的输送能力要加大。长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势，也是高产高效矿井运输技术的发展方向。在今后的10a内输送量要提高到30004000 t/h，还速提高至46m/s，输送长度对于可伸缩带式输送机要达到3000m。对于钢绳芯强力带式输送机需加长至5000m以上，单机驱动功率要求达到10001500 kW，输送带抗拉强度达到6000 N/mm（钢绳芯）和2500 N/mm（钢绳芯）。 其包含7个方面的关键技术：（1）带式输送机动态分析与监控技术；（2）软起动与功率平衡技术；（3）中间驱动技术；（4）自动张紧技术；（5）新型高寿命高速托辊技术；（6）快速自移机尾技术；（7）高效储带技术。2.提高元部件性能和可靠性设备开机率的高与低主要取决于元部件的性能和可靠性。除了进一步完善和提高现有元部件的性能和可靠性，还要不断地开发研究新的技术和元部件，如高性能可控软起动技术、动态分析与监控技术、高效贮带装置、快速自移机尾、高速托辊等，使带式输送机的性能得到进一步的提高。 3.扩大功能，一机多用化拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用，使其发挥最大的经济效益。开发特殊型带式输送机，如弯曲带式输送机、大倾角或垂直提升输送机等。4.开发专用机种 中国煤矿的地质条件差异很大，在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要求，如弯曲、大倾角(25)直至垂直提升等。而这些场合常规的带式输送机是无法胜任的。为了满足煤矿的某些特殊要求，应开发特殊型带式输送机，如弯曲带式输送机、大倾角或垂直提升输送机等。6 结论1)在我国煤矿井下运输中，带式输送机的各种事故时有发生。为企业、国家带来了巨大的经济损失，甚至造成人员伤亡。因此，重视带式输送机事故隐患，强化事故预防措施具有十分重要的意义。2)作为井下生产一线的工程技术人员和管理人员，了解各种井下事故的原因，严密监控各种生产环节，责任重大。3)合理地选用带式输送机综合保护装置，可以大大减少带式输送机故障发生的概率，并减少故障的修复时间，提高生产效率，为煤矿安全生产提供可靠的技术保证。4)虽然现代化测试技术与设备在不断更新，但是机械设备、工作环境的复杂性和大量不可预测的偶发事故，仍要求安全检测技术不断的进步与完善。带式输送机的应用已经有100多年的历史了，经过这些年的发展，目前，带式输送机已经发展成为一个庞大的家族
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