基于PLC控制的带式输送机自动张紧装置设计（机械CAD图纸）

1、本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 优秀设计 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

2、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。 关键词关键词：带式输送机； 自动液压张紧装置； 自动控制； 可编

3、程控制 plc 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 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 equi

4、pment 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 necess

5、ary 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

6、 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

7、 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

8、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 te

9、nsion 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 本科机械毕业设计论文 cad

10、图纸 qq 401339828 目 录 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

11、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 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 3.8.1 布置原则.30 3.8.2 布置形式.30 3.9 滚筒的选择.

12、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

13、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 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 7.1.2 测速传感器.61 7.1.3 压力变送器

14、.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 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 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

15、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

16、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

17、态； （5）减小起、制动时，输送带中出现的动负荷； 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 （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

18、，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

19、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

20、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。 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 1.3.11.3.1液压张紧装置的特点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

21、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。 1.3.21.3.2新型自动控制液压张紧装置的主要技术特点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

22、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。 1.3.31.3.3液压传动的特点液压传动的特点 1.3.3.1 优点 （1）同其它传动方式比较，传动功率相同，液压传动装

23、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 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 高效率，降低成本。 1.3.3.2 缺点 （1）易产生泄漏，污染环境； （2）因有泄漏和弹性变形大，不易做到精确的定比传动； （3）系统内混入空气，会引起爬行、噪音和震动； （4）适用的环境温度比机械传动小。 1.4 带式输送

24、机张紧装置的 plc 控制系统介绍 1.4.11.4.1 plcplc 的介绍的介绍 1.4.1.1 plc 的定义 plc 称为可编程序控制器（programmable controller,英文缩写为 pc、后又称为 plc） ，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集 成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工 业自动控制装置。它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、 可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱（plc、机器人和 cad/cam）之一。 plc 控制技术代表着当前程序控制的先进水平，plc 装置已成为自动化系统 的基本装置。它使用可编程序的

25、存储器来存放指令，并实现逻辑运算、顺 序控制、计数、计时和算术运算功能，用来对各种机械或生产过程进行控 制。 1.4.1.2 plc 的功能 plc 在不断地发展，其性能在不断地完善、功能在不断地增强。其主要 功能有： （1） 开关量逻辑控制 这是 plc 的基本功能。plc 具有强大的逻辑运算能力，可以实现各种简 单和复杂的逻辑控制，常用于取代传统的继电器控制系统。 （2） 模拟量控制 在工业控制中，有许多连续变化的量，如温度、压力、速度等参数。 而 plc 中的微处理器 cpu 只能处理数字量。所以 plc 中配置了 a/d 和 d/a 转换模块，把现场输入的模拟量经 a/d 转换后送 c

26、pu 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 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 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

27、在工业控制中，选用 plc 实现顺序（步进）控制，可以采用 iec 规定 的用于顺序控制的标准化语言顺序功能图进行设计。 （7）数据处理 它不仅能进行数字运算（包括四则运算、函数运算、字逻辑运算等） 和数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示、数据通信等。 （8）通信和联网 它既可以对远程 i/o 进行控制，又能实现 plc 与 plc、plc 与计算机之 间的通信，从而构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，实现工 厂自动化。 1.4.1.3 plc 的特点 （1）可靠性高、抗干扰能力强 plc 能抑制诸如电噪声、电源波动、振动、电磁干扰等的干扰，能抗 1000v、1脉冲的干扰

28、，能在高温、高湿以及空气中存有各种强腐蚀物质s 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

29、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。 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 （6） 网络通信 plc 提供标准通信接口，可以方便地进行网络通信。 1.4.1.4 plc 的分类 按 plc 的控制规模分类，plc 可分为小型机、中型机和大型机。通常 小型机的控制点数小于 256 点，用户程序存储器容量小于 8k。小型机常用 于单机控制和小型控制场合，在通信网络中常作从站。例如西门子公司的 s7-200；中型机的控制点数在 2562048 点范围内，用户程序存储

30、器容量 小于 50k。常用于中型控制场合，在通信网络中可作主站也可作从站。例如 西门子公司的 s7-300；大型机的控制点数在 2048 以上，用户程序存储器容 量达到 50k 以上。常用于大型控制场合，在通信网络中作从站。如西门子 公司的 s7-400。 plc 按结构形式还可分为整体式、模块式和叠装式。 1.4.1.4 plc 的基本组成 从广义上说，plc 也是一种工业控制计算机，只不过比一般的计算机 具有更强的工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言。 所以 plc 与计算机控制系统十分相似，也具有中央处理器 cpu、存储器、输 入/输出 i/o 接口、电源等，如图 1.

31、2 所示。 图 1.2 可编程序控制器的基本组成 1.4.21.4.2 带式输送机张紧装置的控制原理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 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 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

32、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

33、 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vn 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30nrv 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 是否

34、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

35、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。 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 2 带式输送机的工作原理 2.1 带式输送机的组成及工

36、作原理 2.1.12.1.1 带式输送机的组成带式输送机的组成 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

37、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 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 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

38、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

39、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

40、 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

41、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 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 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

42、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。 2.1.22.1.2 带式输送

43、机的工作原理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

44、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 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 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

45、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。 2.2.12.2.1 单滚筒驱动情况单滚筒驱动情况 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

46、辊结构等。由逐点张 0 p 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 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 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

47、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 2 t 点 1 的实际张力为，而其极限张力为；输送带围包滚筒的

48、弧所对的 1 t max1 t 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td 增量；在 b 点的张力为，即当有一微小增量时，张力增量为dldtt d 。dt 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dndn 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dl 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d

49、l 坐标系。在极限平衡状态下，该单元体的受力平衡方程为： 2 sin)( 2 sin dtttdn 2 cos)( 2 cos dttdnt 由于很小，故，。因此上述方程组可简化为：d 22 sin 1 2 cos ) 2 ( d dtttddn dndt 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 略去二次微量项，解上述方程组，得 2 d dt （2-1）d dt t 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 ft 2 t 大到，利用这两个边界条件，对此微分方程两边定积分得 max1 t 0

50、 max1 2 d dt t t t 解上式得 e t t 2 max1 即 （2-2） ett 2max1 式中： 自然对数的底数e 输送带与滚筒间的摩擦系数 围包角 rad 同理，对于围包弧上任意一点 a 的张力为： （2-3） ett 2 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 1 t 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 1 t 2 t 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 40133982

51、8 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 etttt 2max112 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 1 t 2 t （2-4） et 1 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f （2-5） ) 1 1()1( 1221 e tetttf 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 1 t 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

52、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） ett 2max1 因而，传动滚筒可能传递的最大驱动力为 （2-7） ) 1( 22max1max etttf 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， max ff 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 max ff 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f 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

53、的裕量作为备用。故设计时采用 （2-8） mq k f f max 式中 传动滚筒需要传递的驱动力，fn 传动滚筒可能传动的最大驱动力， max fn 传动滚筒传递驱动力的备用系数， mq k5 . 13 . 1 kmq 则，当包角和分离点张力一定时，传动滚筒传递的驱动力为f 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 （2-9） mq k et f )1( 2 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 t （2-10） 1 2 e fk t mq 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

54、设计时不 2 t 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。 2.2.22.2.2 多滚筒驱动情况多滚筒驱动情况 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

55、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

56、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 11 t 12 t 21 t 22 t 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 别为 1、2 滚筒相遇点和分离点的张力，则有 （2-11） r ftt 1221 根据式 2-9，各传动滚筒传递的动力关系为 （2-12） 1 12 1 )1( 1 mq k et f 图 2.5 头尾双滚筒驱动输送机的传动简图 （2-13） 2 22 2 )1( 2 mq k et f （2- 21 fff 14） 从而有 1 1 121211

57、1 )1( 1 mq mq k ke ttft )1( 1 1 1112 1 mq mq ke k tt 2 2 22 2 22 2222221 )1( ) 1( 2 2 mq mq mq k ke t k et ttft 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 )1( 2 2 2122 2 mq mq ke k tt 则：传动滚筒 1 和传动滚筒 2 传递驱动力的比为 121 221 122 212 2 22 1 12 2 1 12 ) 1( ) 1)(1)( ) 1( ) 1( ) 1( ) 1( 2 12 2 1 2 1 mq mqr mq mq mq mq f k

58、et ekeft ket ket k et k et f f i 令，则 21 ktfr （2-16） )1 ( ) 1( ) 1)(1( 121 2 12 2 12 k ket eke i mq mq f 由式 2-12 和式 2-14 得 （2-17） ) 1( 1 1 ( 1 12 1 12 e i fk t f mq 当，时， 21 1 21 mqmq kk ekif)1 ( 12 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 r f 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

59、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 max f 2 t 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 1 2 滚筒分别能传递的最大牵引力为： 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 图 2.6 双滚筒分别传动时的胶带变化曲线 （2-18） ) 1( 1 0max1 etf （2-19） ) 1( 2 2max2 etf 当滚筒 2 的抱角充分利用时，则： （2-20） 2

60、 20 ett 将式 2-20 代入式 2-18 中，得 （2-21） ) 1( 12 2max1 eetf 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 1 代入式 2-19 和 2-21 得：2 2 （2-22） ) 1( 22 2max1 eetf （2-23） ) 1( 2 2max2 etf 由 （2-24） ) 1)(1( 22 2max2max1max eetfff 得 本科机械毕业设计论文 cad 图纸 qq 401339828 （2-25） ) 1)(1( 22 max 2 e