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胶皮带输送机控制系统设计,胶皮,输送,控制系统,设计
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中国矿业大学成人教育学院2006届毕业设计目 录1输送机的总体设计11.1设计原则11.2胶带输送机的总体布局原则11.3带式输送机线路初步设计11.4各种驱动装置布置的优缺点21.5驱动装置的布置41.6张紧装置的布置41.7带式输送机保护装置设计52计算胶带的运行阻力及所需功72.1承载胶带的计算和选择72.2确定各计算参数和胶带阻力92.3输送带张力计算112.4按满载运行时总阻力计算所需功率133结构设计143.1驱动装置的选择143.2滚筒与托辊的选择163.3机架的选择203.4输送机及其他装置的选择214胶带输送机自动张紧装置234.1概述234.2紧行程及各工况张紧力计算284.3自动拉紧装置控制点及范围确定294.4自动控制液压张紧装置305结束语416参考文献421 输送机的总体设计胶带输送机的设计通常包含初步设计和施工设计两个方面的内容。前者主要是通过理论上的分析，计算选出满足生产要求的输送机各部件，确定合理的运行参数，或者对确定的部件参数进行验算，并完成输送线路的宏观设计；后者主要是依据初步设计完成输送机的安装布置图。本次设计的参数是依据徐庄矿东五平皮带大巷，该段巷道长600m，运输倾角=0（水平），原煤动堆角20，原煤松散容重900kg/m3,运输量为500T/h。1.1设计原则：1、满足用户要求，照顾操作方便；2、保证生产安全性，可靠性；3、在满足设计要求的同时，充分考虑经济性。1.2胶带输送机的总体布局原则：1、各驱动装置的联轴器、机头、滚筒和机尾滚筒设有安全防护罩，不得外露；2、机头、机尾必须有清扫装置；3、采用多滚筒传动的功率配比是根据等驱动功率单元任意分配；4、拉紧装置一般布置在胶带张力最小处，若水平输送机采用多电机分别起动时，拉紧装置应设在先起运的传动滚筒一侧；5、胶带在传动滚筒上的围抱角值的确定主要是根据布置的可能性;并符合驱动功率单元法的圆周力分配要求。6、胶带输送机尽可能布置直线型，避免有过大的凸弧、凹弧的布置型式，以利正常运行。7、井下用胶带必须用阻燃胶带，并装设皮带打滑跑偏断裂等一些保护装置。1.3带式输送机线路初步设计：线路初步设计的任务是根据使用地点的具体工作条件，进行输送机的总体布置，确定驱动装置的位置，数量及布置形式，拉紧装置的位置及拉紧方式等。本设计为水平运输，几种典型的水平运输布置如表1-1：1.4各种驱动装置布置的优缺点：1、头尾驱动和多驱动是用于长距离带式输送机的驱动方式，以减小输送带的张力。2、尾部驱动方式的布置与头部驱动相同，向下运输的倾角较大时，宜采用尾部驱动。3、多驱动带式输送机，由于在多点驱动，输送带受到的最大张力将大大降低，从而可以在长距离带式输送机上使用低强度的输送带。采用这种装置，调整好驱动装置的负荷分配及驱动装置的起运顺序和间隔时间，是一个重要的问题。表1-14、多驱动带式输送机的另一种方式是采用驱动滚筒式，这种方式省掉了专用的驱动带，同样也降低输送带受的最大张力的作用，但增加了主输送带绕经滚筒的弯曲次数。5、双滚筒共同驱动的优点是结构紧凑，占空间小；能充分利用两个滚筒的摩擦牵引力，传递一定的牵引力时，输送带的张力最小。缺点是：1)两滚筒磨损不均匀，原因有二：一是由于两滚筒圆周速度相等，而输送带张力不一样；二是使用中负载不满或变化时张力一样；2)输送带的承载面与滚筒的表面围包时，带上清扫不净的碎末污物粘在滚筒表面，使滚筒的直径大于，加剧磨损；3)两滚筒的连接齿轮是开式传动，效率低。张力变化如图1-1：图116、双滚筒分别驱动1)按张力最小分配：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，且两滚筒所用的电机功率不同，减速器不同，设计和使用不便。2)按1:1分配优点是：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滚筒所能传递的摩擦牵引力，因而需要加大输送带的张力。3)按2:1分配优点是：两滚筒既可使用相同的电动机、减速器及相关设备，又可充分发挥滚筒的摩擦牵引力。缺点是滚筒需要两套电机和减速器，占地面积太大。1.5驱动装置的布置综合上述各驱动装置布置的优缺点，结合本次设计要求，本次设计决定采用双滚筒按1:1分别驱动。驱动装置布置示意图如图1-2图1-21.6张紧装置的布置1.6.1拉紧装置布置要点：1)尽量布置在张力最小处或靠近传动滚筒的松动处。2)确定张紧力的大小时，要考虑到正常运行和起运、制动等各种工作情况。3)拉紧行程考虑到了胶带由于内张力的变化所引起的弹性变形，胶带使用后永久变形以及胶带接头的预留量等因素。1.6.2拉紧装置典型布置形式如表12： 综合拉紧装置的典型布置形式，结合本次设计驱动装置的布置形式，按拉紧装置布置要点要求，本次设计拉紧装置布置形式如图1-3，其中，用逐点法可求出各点张力大小，图中，S2 点张力较小，且靠近滚筒松边，所以张紧滚筒布置在S2处。滚筒布置在S2处。图1-3表121.7带式输送机保护装置设计： 带式输送机的保护装置是用来保护机械系统正常的工作，防止各种事故发生。保护装置通过各种传感器、信号处理器和周围环境信号进行交换，供控制系统进行分析、判断和决策。保护装置是电控系统的重要部件，对带式输送机安全可靠地工作起着重要的作用。带式输送机常用的保护装置有：打滑、撕带、跑偏、超速、烟雾、堆煤、自动防尘和灭火等装置。1.7.1打滑保护当由于某种原因使得传动滚筒的速度Vg与输送带速度Va出现不同步时，两者之间便产生相对滑动。打滑会使滚筒表面温度急剧升高，引起输送带着火。打滑保护系统可采用两个传感器分别测量带速和传动滚筒速度，然后进行比较，当输送机正常运转时， 如果发生打滑则有差值并有输出，经延时进行保护。保护系统也可以用一个传感器检测带速，当带速超过其正常值10或低于其正常值30时进行打滑保护。打滑保护系统中，常用的速度传感器主要有以下几种：1、SX1型传感器；2、磁感应发生器；3、磁电式传感器；4、舌簧管式传感器；5、光敏传感器；6、接近传感器等。 1.7.2纵向撕保护由于大块异物如带尖角的煤块、矸石等和长条铁、 会造成输送带纵向撕裂。输送带开始撕裂的部位主要是在给料处。目前发现输送带撕裂的检测装置较多，主要有以下几种：1棒型检测器；2渔线式检测装置；3测振式检测装置；4漏料检测装置； 1.7.3跑偏保护：在输送机运转过程中，输送带受各种偏心力作用，使其轴线离开输送机中心线而偏向一边，称跑偏，跑偏会引起撒料、带边磨损、甚至不能正常工作。本次设计采用DXM1型防跑偏保护装置。它成对按装在输送带两侧，当输送带跑偏时，带边碰到侧立辊，使杠杆绕结点k转动，p点压下行程开关3，发出停机信号。图14所示为DXM1型防跑偏保护装置示意图。图142 计算胶带的运行阻力及所需功率2.1承载胶带的计算和选择2.1.1输送带宽度计算查运输机械手册式2-3-1得：B 式中：Q输送量(t/h) 已知：Q500t/h物料容重(kg/m3) 已知：=0.9kg/m3带速(m/s) 查表2-3-5选取=2.5m/s断面系数查表2-3-1预选=360c倾角系数查表2-3-2取c=1x速度系数查表2-3-3取x0.95将以上各数据代入计算式得：B=0.81查表2-2-1初选带宽B=1000mm的胶带验算：1、查矿山运输机械表4-6，可知：1000mm的胶带允许输送最大块度Amax=300mm 的原煤。我国规定：对于原煤：B2Amax+200 即： B=10002300+200=800mm所以选取B=1000的胶带满足最大块度为300的原煤要求。2、本次设计取B=1000mm，成载托辊槽角=35，动堆角度=20，回程分支用单托辊。查带式输送机的传动理论与设计计算表2-3得：物料最大横断面系数Km=0.15363查图2-2得：倾角系数Cm=1由式2-4得：Q=3600KmbCm所以输送带可用带宽B=0.63m所需最小带宽宽验算：查矿山运输机械式4-44a得： B=0.9B-0.05所以：B(b+0.05)/0.90.76m所以：B=1000mm的胶带满足最小带宽要求。2.1.2胶带的选取：输送带是输送机的重要部件，要求它是具有较高的强度和较好的迫挠性，欺价格较昂贵，约占总成本的25%50%，在类型确定上需要考虑：(1)煤矿井下必须使用矿用阻燃输送带，并且尽量选用橡胶贴面；其次为橡胶塑贴面和塑料贴面的阻燃输送带。(2)在同等条件下，优先选择分层带，其次为整体带芯带和钢丝绳芯带。整体编织芯体的输送带与多层粘合相比，强度相同时，整体芯体的厚度小，柔性好，耐冲击性好，使用中不会发生层间剥裂，但其伸长率较高，需要的拉紧行程较大。(1)优先选用尼龙，维尼龙帆布层带，尼龙帆布层胶带强度远远大于棉帆布层的强度。(2)覆盖层厚度主要取决于被运物料的种类和特征。覆盖层的材料有橡胶和塑料两种。我国有关部门已有规定，禁止非阻燃输送带在井下使用，关于阻燃输送带订有矿用阻燃输送带标准，规定自1987年6月1日起实施。今后煤矿用的输送带和带式输送机必须按此标准生产和使用。所以本次设计按矿用阻燃输送带标准，选取400S型矿用阻燃输送带。其参数查相关手册得： 单位长度输送带质量qd=15kg/m；纵向拉断强度Sd=400Nmm2.1.3胶带安全系数的选择：本次设计选用硫化接头，查矿山运输机械设计对尼龙矿用阻燃输送带m=122.1.4计算胶带最大许用张力：查矿山运输机械式4-1得：=式中：阻燃带的整体纵向拉断强度=400N/mmB 输送带的带宽 B1000mmm 输送带的安全系数m=12将上以上各值代入得： =1000400/1233333(N)2.2确定各计算参数和胶带阻力2.2.1单位长度输送带质量：qd=15kg/m2.2.2单位长度输送带上装运的物料量q查矿山运输机械式447得q=Q/3.6v=500/(3.62.5)=55.6kg/m2.2.3托锟单位质量重段单位长度分布的托辊旋转部分的质量qg(kg/m)空段单位长度分布的托辊旋转部分的质量qg(kg/m)查矿山运输机械式448，449得：qgmg/lqg=mg/l式中 mg：重段托辊旋转部分质量mg：空段托辊旋转部分质量l：重段托辊组间距l：空段托辊组间距查运输机械手册表2319重段采用冲压座槽形托辊：mg17kg空段采用冲压座平形托辊：mg15kg一般取l3m ：l1.2m将以上各值代入上式得：qgmgl17/1.2=14.2kg/mqg=mg/l=15/3=5kg/m查运输机械手册表2-3-9选槽形托辊阻隔力系数取0.04选平形托辊阻力系数取0.035查矿山运输机械表4-17选取阻力系数取0.032.2.4计算输送机各区段的运行阻力：按所给条件，本机只要重段和空段两个直线区段。重段和空段的主要阻力和倾斜阻力按下两式计算：查矿井运输及提升设备式2-16 2-15得：重段：zh=(q+qd)cos+qgLg-(q+qd)Lgsin =(55.6+15)cos0+14.26009.80.04-0 =4116N2.2.5局部阻力：(1)进料口物料加物料加速阻力计算1查运输机械设计手册式2-3-25得：1=qv/2g=55.62.5/29.8=18kg=176N(2)导料槽阻力2查运输机械设计手册式2-3-24得：2=(1.6Br+7)l式中：导料槽长l取3m则：2=（1.610.9+7）3=25kg=245N(1)弹簧清扫器阻力3查运输机械设计手册式2-3-22得： 3=(70100)B=1001=100km=980N 2.3 输送带张力计算2.3.1逐点法： 如图21所示，为简化计算，输送带绕经滚筒的两项阻力按输送带的张力增加5%计算。依据逐点法计算得：S2S1S3=1.05S2=1.05 S1S4=1.05S3=1.052S1S5=S4+WKS6=1.05S5=1.053S1+1.05WKS7=S6+WZh+W1+W2=1.053S1+1.05WK+ WZh+W1+W2S8=1.05S7=1.054S1+1.052 WK+1.05WZh+1.05W1+1.05W2S9=S8+W3.(1)图21本机为双滚筒驱动，取=420，胶面滚筒，采区空气潮湿，取=0.35，摩擦力角备用系数取n=1.2。查矿山运输机械式468，按摩擦力备用系数列方程得：S9=S1 (2) (1)、(2)联立解方程得：S1=2879N将S1的值代入上列各式得：S2= S1=2879NS3=1.05S1=3023NS4=1.05S3=3174NS5=S4+Wk=7290NS6=1.05S5=7655NS7=S6+Wzh+W1+W2=28021NS8=1.05St=29422NS9=S8+W3=30402N2.3.2悬垂度验算：已知：重段最小张力S67655N按悬垂度要求重段允许的最小张力Smin查矿山运输机械式4-70得：Smin=5（9+9d） =5（55.6+15）=4151N因为：Smin=4151N S6=7655N所以：胶带悬垂度满足要求。2.3.3胶带不打滑验：按尤拉公式：Sn即：S9满足不打滑条件要求。2.3.4胶带强度验算：Smax=30402N所以，胶带强度满足要求。2.4按滿载运行时总阻力计算所需公率。2.4.1传动滚筒轴功率计算：查矿山机械式548得：N0=PV=式中：N0-传动滚筒轴功率 P-传动滚筒的圆周力所以N0= =(30402-2879)2.5+0.04332812.5 =72Kw2.4.2总传动效率计算：总=减速器液力偶合器联轴器式中一般取：减速器=0.9 减速器=0.95 联轴器=0.99将以上各值代入得： 总=0.90.95 0.9985Kw2.4.3电机所需功率计算： N/= N0总=720.8585Kw考虑15%的备用功率得电机容量N:N=1.15 N/ =1.158597 Kw3 结构设计3.1驱动装置的选择3.1.1概述：驱动装置的作用是将电机的动力传递给输送带，并带动它运行。功率不大的带式输送机直接起运方式，带式输送机，特别是长距离、大功率、高带速的带式输送机，采用的驱动装置最好达到以下要求：(1)电动机无载起运；(2)输送带的加、减速度特性任意可调；(3)能满足频繁起运的要求；(4)过载保护；(5)多电机驱动时，各电机的负荷均衡。一般的驱动装置，由电动机、液力偶合器、联轴器、减速器和驱动滚筒及控制装置组成。3.1.2电动机的选择及参数确定：带式输送机常用的电动机有鼠笼式、绕线式、异步电动机。在有防隔爆要求的场合，应采用矿用隔爆型。根据煤矿井下供电要求，本次设计采用矿用隔爆型电动机。因为所需电机容量为97kw,可采用双滚筒按1:1分别驱动，所以需选择两台功率完全相同的电机55*2。查煤矿电工手册第一分册：选隔爆型三相异步电机YN250M4 同步转速1500r/min相关参数如表31：型号功率（Kw）电流(A)转速r/min效率()YB250M-455102.5148092.6功率因数cos堵转转距/额定转距堵转电流/额定电流最大转距/额定转距0.882.07.02.2表313.1.3液力偶合器的选择：查起重运输机框图册下册，选用限矩型液力偶合器。见表32 型号转速传递功率过载系数KG2效率YO45015005086kw22.50.96最大径向尺寸D型号最大输入孔径重量最小轴向尺寸A5307075106kg384表323.1.4减速器的选择：带式输送机用的减速器，有圆柱齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器。圆柱齿轮减速器传动效率高，但是它要求电机轴与输送机布置在输送带下面，会给维护和更换造成困难。因此，用于采区巷道的带式输送机，尽量采用圆锥圆柱齿轮减速器，使电机轴与输送机平行布置，以减小驱动装置的宽度。所以，本次设计采用圆锥圆柱齿轮减速器，电机轴与输送机垂直。传动滚筒转速： ng=60v/D=(602.5)/(3.140.63)75.8r/min减速比i： i=nd(1-s)/(ng)式中： s-液力偶合器转差率 S=0.04所以： i=14800.96/75.8=18.74查起重输送机械图册选SS型垂直出轴减速器。3.1.5联轴器的选择：电机额定转矩T=9549（55/1480）355Nm减速器低速轴转矩T/=iT=20355=7100Nm联轴器转矩T0=KT查机械零件设计手册表951取K=1.25查实用机械设计手册表79选弹性柱销齿式联轴器2L7基本参数如表33：公称扭矩许用转速输入轴d1输出轴d210000Nm2900r/min11090表33与减速器相连端选J1型，与滚筒相连端选Y型。3.2滚筒与托辊的选择3.2.1滚筒的选择滚筒分为电动滚筒、传动滚筒、改向滚筒三种。其中，电动滚筒是把电动机、减速器装入滚筒内的传动滚筒。传动滚筒是输送带借其与滚筒之间的摩擦力而运行。改向滚筒用于改变输送带的运行方向，或增加输送带与传动滚筒的包角。1、传动滚筒的选择：传动滚筒分为光面、包胶、铸胶滚筒三种，在功率不大，环境温度小的情况下可采用光面滚环境潮湿、功率又大、容易打滑的情况下应采用胶面滚筒。其中铸胶滚筒质量较好，胶层厚而耐磨。包胶滚筒也可达到同样的使用性能，虽然寿命较短，但现场可自行更换胶面。综上所述，结合本次设计具体要求，（在井下输送原煤，环境湿度大，功率也大）本次设计采用胶面滚筒传动。本次设计只采用传动滚筒和改向滚筒，如图31、图32所示;图3-1图3-22、改向滚筒分别用于180o、90o及小于45o改向。用于180o改向，一般用于尾部滚筒或垂直拉紧滚筒；用于90o改向的滚筒一般作垂直拉紧装置上方的改向滚筒；用在小于45o改向滚筒一般作增面滚筒。查TD75型通用固定带式输送机设计选用手册表10，如表3-4知：带宽B传动滚筒直径180o改向滚筒直径90o改向滚筒直径45o改向滚筒直径1000630500500400表3-4传动滚筒相关参数如表3-5：BDALL1L2KMNQPH10006301500115018618711751308038046033hhdbds滚动轴承型号许用扭矩（公斤*厘米胶面滚筒）3397902427352070100表3-5改向滚筒相关参数如表3-6：BDALL1QP1000500141011501522350410HMNdsh滚动轴承型号重量（公斤）1209027331316319表3-63.2.2托辊的选择1、托辊是承托输送带，使它的垂度不超过限定值以减小运行阻力，保证平稳运行的部件。托辊工作情况好坏直接影响输送机运行。托辊的好坏主要表现为旋转阻力和使用寿命。2、上托辊分槽形和平行两种。输送散状物料一般均采用槽形托辊。根据设计要求；本次设计为输送原煤。所以上托辊采用槽形托辊，槽角入取35o；下托辊均采用平行托辊。3、托辊按用途分有承载托辊、调心托辊、缓冲托辊。其中：承载托辊：承载装运物料和支承返回输送带用。调心托辊：将槽形或平行托辊安装主在可转动的支架上构成，它能使输送带返回中间位置。缓冲托辊是安装在装载点的特殊承载托辊，它有橡胶圈式、弹簧板支承式、复合式。本次设计为了防止和克服输送带跑偏现象，决定选用自动调心托辊。上分支每隔10组槽行托辊，设置一组槽形调心托辊。下分支每隔68组平行托辊，设置一组下平行调心托辊。4、托辊辊子有：无缝钢管配冲压轴承座、铸铁轴承座、和全增强塑料三种。根据需要，本次设计选择冲压轴承座形式。采用滚动轴承，密封性要好。5、托辊间距确定。头部滚筒和尾部滚筒距每一组槽形托辊的距离SS2.67式中：托辊槽角：（35o/180o）0.61带宽：1m所以：S2.670.6111.63m 取S1.7m受料处托辊间距视物料容重及块度而定，一般取为上托辊间距的1/21/3；本次设计，查TD75通用固定带式输送机设计选用手册取上托辊间距l=1.2m，取下托辊间距l=3m。尾部滚筒到每一组托辊间距不小于上托辊间距；总体上，托辊的间距按输送带在托辊间的下行垂度不超过限度布置。6、托辊直径的选择查TD75型通用固定带式输送机设计选用手册表11，如表37。带宽B（mm）50080010001400托辊直径（mm）89108表37因为本次设计带宽B1000mm所以选用直径为108mm的托辊。B(mm)50065080010012001400H(mm)210230240300330350槽形托辊按输送带的理论高度H布置如表3-8：表3-8本次设计H300图3-33.3机架的选择3.3.1概述机架包括机头架、机尾架、拉紧装置和中间架等。各种类型的机架结构不同。井下用便拆装带式输送机、机头架、机尾架做成结构紧凑便于移置的构件；中间架是便于拆装的结构，有钢绳机架、无螺栓连接的型钢机架两种。型钢机架，可以吊挂安装，也可用支座在底板上安装，称为落地式中间架。3.3.2机头架的选择机头架分为低式头架、中式头架、高式头架、其中：低式头架适用高度范围H在5501000范围内；中式头架适用高度范围H在5501000范围内，中式头架适用高度范围H在11001500之间，高式头架适用高度范围H在16002000之间。机架的选择应按总的装配图要求，按受料高度和御料高度来确定。本次设计采用中式头架，查运输机械手册P278其参数如表3-9：BDH(适用高度范围)D1AC1C2LL1L210006301100150040015001180145012901370-S1S2hl1l2MnL3L41720162015010014014041110表3-93.3.3机尾架的选择：尾架按拉紧方式不同，分为螺旋拉紧装置用尾架，车式拉紧装置尾架，垂直拉紧装置用尾架等。根据本次设计拉紧装置布置情况，本次设计选用垂直拉紧装置用尾架。查运输机械手册P287其参数如表3-10：BDHH1AA1ab100050075013014101460180205l1l2C1SY(0)重量270390450135465130kg3-103.3.4中间架的选择：中间架分为标准早间架（L=6000）和非标准中间架（L=30006000mm），查运输机械手册P290，其参数如表3-11：BAA1HH1b10001300136030044650表3-113.4输送机其它装置的选择3.4.1清扫装置的选择：在带式输送机运行过程中，不可避免地有部分细块和粉料粘到输送带表面，不能完全卸净。当表面粘有物料的输送带通过回程托辊或导向滚筒时，由于物料的积聚而使它们的直径增大，加剧托辊和输送带的磨损，引起输送带跑偏，同时不断掉落的物料又污染了场地。如果粘有物料的输送带表面与传动滚筒表面相接触，除有上列危害外，还会破坏多滚筒传动的牵引力分配关系，以至使某些电机过载而烧毁。因此，清扫粘结在输送带表面的物料，对于提高输送带的使用寿命和保证输送带正常运转具有重要意义。目前，应用比较好的清扫患有 P型橡胶弹簧清扫器，H型橡胶弹簧清扫器和TQ型硬质合金刮片清扫器。其中：1、弹簧清扫器装在卸料滚筒处，用以清扫卸料后仍粘附在输送带工作面上的物料，其参数查TD75通用固定带式输送机设计手册P43如表3-12：BDCEFGHN重量1000630118901501500128835320kg表3-12空段清扫器装在尾部滚筒前的下分支，用以清扫输送带非工作面的物料。其参数如表3-13：BAA1B1Ll重量1000136011601330101598020 (kg)表3-13输送带的清扫效果，对延长输送带的使用寿命和双滚筒驱动的稳定运行有很大影响。设计和使用都必须给予充分注意。3.4.2载装装置选择：装载装置由漏斗和挡板组成。对装置的要求是使用物料装在输送带的下中位置；使物料落下时能有一个与输送方向相同的初速度；运送物料中有大块时，应使碎料先落入输送带垫底。大块后落以减轻对输送带的损伤。 3.4.3制动装置选择：带式输送带用的制动装置有逆止器和制动器。逆止器是供向上运输的输送机停车后，限制输送机倒退用；制动器是供向下运输的输送机停车用；水平输送机一般不需要制动器；但若需准确停车或紧急制动，也应装设制动器。根据要求，本次设计不需要精确停车或紧急制动，所以没设计制动装置。4 胶带输送机自动张紧装置4.1概述4.1.1张紧装置的作用：张紧装置的作用主要是使输送带具有足够的张力，以保证驱动装置所传递的摩擦牵 力和限定、输送带的垂度。具体的说其作用是：1）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驰引起撒料；3）补偿输送带的永久变形以及在不同工况下起动，稳定运行时的弹性伸长。4.1.2张装置的形式及特点：张紧装置的张紧形式有螺旋式、垂直重锤式、钢丝绳绞车式和液压式等多种形式。它们的优、缺点及适用范围如下： 1、螺旋式拉紧装置适用于长度较短（一般小于80米），功率较小的输送机上。这种拉紧形式要求拉紧行程小，结构要紧凑。一般按机长的1%选取拉紧行程。其拉紧行程有500mm、800mm两种。螺旋式拉紧装置的适用范围和许用张紧力如表4-1：B（mm）500650800100012001400适用功率（kw）15.620.525.2354258张紧力（kg）120018002400380050006600表4-12、车式拉紧装置适用输送机长度较长，功率较大的情况。由于结构简单可靠，因此应优先选用。钢丝绳绞车式拉紧装置是用绞车代替重砣，牵引钢丝绳改变滚筒的位置以张紧输送带。用这种方式张紧，输送带伸长变形时，需要开动绞车调整输送带张力否则张力将下降。它的优点是调整拉紧力方便，可实现自动调整。输送机起运前，先开动绞车，将输送带的拉紧力增加到起运所需要的大小后，驱动电动机才能起运输送带。输送带达到等速运行时，将拉紧力减小到稳定运行所需要的量值。驱动滚筒打滑时，绞车开动增加拉力，以加大驱动滚筒的磨擦牵引力，运行中若输送带的张力下降到设定值，绞车开动将输送带拉紧到设定值。自动调整式拉紧装置的关键图4-1 在拉紧力的传感器上，在井下使用，必须是不怕潮湿和泥水影响，高度可靠。中国矿业大学研制的YZL系列液压绞车自动拉紧装置结构紧凑，绞车不需频繁动作，拉紧力传感器不怕潮湿和泥水影响，工作可靠，原理图如图41，型号见表42。型号YZL50YZL100YZL-150最大拉紧力50KN100KN150KN拉紧行程20M25M30M拉紧站外形尺寸160011001000170012001000170012001000表4-23、垂直式拉紧装置适用于采用车式拉紧装置有困难的场合。它的优点是利用了输送机走廊的空间位置，便于布置。缺点是改向滚筒多，而且物料容易掉入输送带与拉紧滚筒之间而损坏输送带，特别是输送潮湿或粘性较大的物料时，由于清扫不净，这种现象更为严重。4、自动液压张紧装置：主要是通过液压缸、油泵、电机和各种液压阀元件，通过电、液、机有序控制，完全能够满足输送机起运时的拉紧力比稳定运行时的拉紧力大的要求，从而消除入射波与反射波对奔离点张力的影响，减小了动张力的影响。此种张紧装置的特点是：输送机起运时张力自动增加，输送机稳定运行后，其拉紧力自动降低到原定值。在输送机运行过程中，输送带的张力随时发生变化，此时拉紧油缸和蓄能站能及时响应，以确保张力恒定。4.1.3拉紧装置的主要问题：拉紧装置的主要问题是振动问题，原因如下：1、电器元件质量差：(1)传感器精度低；(2)电控表针停位差；(3)电控回程误差大。2、拉紧装置结构不合理：(1)动应力波动；(2)控制点数分析：目前自动控制装置常用有8点控制和6点控制，控制点分配如表4-3。控制方式起运方式运行工况上下极限八点332六点222表4-3上、下极限控制点范围，一般以额定控制点11%为上限，90%为下限，也可以按起运时额定拉力为正常时1.5倍设定。(3)惯性力的影响。4.1.4目前我国煤矿输送机张紧装置的现状：我国煤矿带式输送机使用的张紧装置有两个特点：1、输送带在驱动滚筒奔离点的张力值随时间、运行工况任意变化；（例如：螺栓拉紧装置和绞车拉紧装置）2、送带具有恒定张力值（例如：重锤拉紧装置）。由于输送带在起运过程中非稳定运动状态下，输送带除了受静张力作用外，还受到由速度变化而引起的动张力作用，为了保证输送 带在驱动滚筒上不打滑，而且在整个工作过程中受力最合理，要求它在起运与稳定运行时具有不同的张力，而稳定运行中保持张力恒定。但目前我国煤矿大部分带式输送机张紧装置不能满足这些年来要求。固定绞车张紧装置只能定期张紧输送带，而输送带的张紧程度往往与操作者的经验有关，经常出现张力过大或者过小，并且直接影响输送机的启动平稳性。而自动绞车张紧装置是通过测力传感器给出电信号来控制绞车的“转”与“不转”，以适应输送带张力的变化要求，但由于输送带张力随时变化而较车张紧系统的传递函数具有滞后性，惯性环节大，因而其动态响应差，不能有效消除动张力，加之客观上煤矿井下环境条件差及目前国内制造水平的因素，又使得测力传感器易损坏和失灵。因此，本次设计采用一种新型的液压自动控制张紧装置，它能使输送带在起动和稳定运行阶段的张力合理地自动转换；动态响应快，所用电器均符合矿井防爆要求：4.1.5矿井带式输送机对张紧装置的要求：1、张紧装置能在不同工况下自动调整张力，起动时要求输送带在奔离点的张力值自动提高到稳定运行时和1.41.5倍。等起运过程结束后，转入稳定运行时，张力又自动降回原值，在稳定运行过程中，保证张力恒定。2、可以稳定起动，保证输送带与传动滚筒相遇点的冲击载荷为最小。3、要求适应煤矿工作环境。输送带在传动滚筒奔离点的张力不但随着运距，动量和倾角变化，而且受工作环境的影响很大。如果输送带与滚筒接触面间有煤泥和淋水，则对摩擦系数影响很大，因此，应能方便的调定输送带张力，并配有显示仪表。4、煤矿井下含有甲烷，煤尘等易燃气体，选用的电器元件应符合煤矿用隔爆标准GB3836要求。综合分析我国目前煤矿带式输送机张紧装置的现状及存在问题和矿井对张紧装置的要求，参考现有的各种自动张紧装置，本次设计研制了自动控制液压张紧装置。4.1.6矿井带式输送机张紧装置布置原则： 在带式输送机的工艺布置中，选择合适的拉紧装置，确定合理的安装位置，是保证输送机正常运转和制动时输送带在传动滚筒上下打滑的重要重要条件，通常确定拉紧装置的位置时需要考虑以下几点因素：1、拉紧装置应尽量安装在靠紧传动滚筒的空载分支，以利于起运和制动时不产生打滑现象，对运距很短的输送机可布置在机尾部，并将尾部滚筒作为拉紧滚筒。2、尽量布置在张力最小处或靠近传动滚筒的松动处。3、应使输送带在拉紧滚筒的绕入或绕出分支方向与滚筒位移线平行而且施加的拉紧力要通过滚筒中心。4.2拉紧行程及各工况张紧力计算4.2.1拉紧行程的确定：查运输机械设计式133得：拉紧行程：l=KL+(123)B式中：K-输送带伸长系数L-输送机长度其中：KL-工作行程（12B）-安装行程查表4-4L合成纤维输送带钢绳芯输送带100000100015表4-4本次设计采用矿用阻燃输送带，取伸长系数K=0.015，取安装行程1B，将以上各值代入上式得： l=0.015600+11=10m4.2.2各工况下张力计算：1、正常运行时所需拉紧力（满载时）查表运输机械手册式2-3-27得：拉紧力H正常=Si+Si-1=S2+ S3由前面计算得：S2=2879N S3=3023N所以H正常=2879+3023=5902N2、启动阶段所需张紧力：（满载时）带式输送机启动张紧力的确定一般是按形式静态准则选取的。常取取正常速度运转时的K倍（K=121.6）。如果K值取得较小，则启动时可能导致输送带同驱动滚筒的打滑而引发事故。如果K值取得较大，则输送带张力较大，输送带接头部的断裂、伸长或失效等问题的发生概率较大。因此，合理K值的选择显得非常重要。一般来讲，如果输送带的弹性伸长量小，输送机的长度较小，则K取小值，反之则K取较大值。综上所述，结合本次所选矿用阻隔燃输送带，输送机长为600m，经对比分析，确定本次设计取K=1.5。即：启动阶段张紧力H启动=1.5H 所以：H启动=1.55902=8853N空载工况如下：1、运行时所需拉紧力：用逐点法计算各点张力： S7=S6+WK=1.053S1+20.5WK S8=1.05S7+W3=1.054S1+1.052.05WK+980 S9=S8=1.21S1+9840 (1)查矿山运输机械式468，按摩擦力备用系数列方程如下： SP=S11+(l-1)/n (2)解(1)、(2)联立解方程得： S1=1093N S2=S1=1093N S3=1.05=1148N所以空载运行时所需拉紧力为H正常H正常=S2+S3=1093+1148=2241N2、空载启动工况下所需拉紧力为H启动H启动=1.5H正常=1.52241=3362N4.3自动拉紧装置控制点及范围确定自动拉紧装置需调定的额定运行工况点或张力点只有两个，即启动阶段和正常运行阶段。故只须从这两点工况出发，结合一些特殊工况来讨论控制点或控制范围的问题。4.3.1分析各工况拉紧力曲线：（如图4-2）启动工况 正常运行工况图4-2A：空载启动完，在空载状态下即调整张力。B：空载启动完，在有载状态下调整张力。C：满载启动完，在满载状态下调整张力。对以上工况分析如下：1、A种情形所需正常运行拉紧力是最小的，故可作为控制范围的最低限。2、B种情形所需正常运行拉紧力H是介于AC两种情形之间，且这种情形经常遇到。3、C种情形所需正常拉紧力H是最大的，故可作为正常运行拉紧力控制范围的最高极限。根据以上分析：采用正常运行拉紧力控制点定为2点；由于根据胶带垂度设计要求，一般取正常控制范围为：上极限取正常运行拉紧力H；下极限取正常拉紧力的90%。即：正常运行控制点范围：（90%HH）。4.4自动控制液压张紧装置4.4.1组成结构：本次设计的自动控制液压张紧装置主要由液压泵站、拉紧油缸、蓄能站、矿用隔爆兼本质安全型电控箱及附件等几大部分组成。其中，拉紧油缸固定在带式输送机的机架内，通过钢丝绳与游动张紧小车组成张紧系统；液压泵站通过高压胶管与蓄能站、拉紧油缸组成液压系统；电控箱、液压站、及带式输送机主控系统形成电气控制系统。液压站、蓄能站及电控箱不需要做地基，水平安放即可仅要求安放地点不落煤水。4.4.2自控液压张紧装置的主要技术问题：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驰量，如用油缸直接拉紧小车，则油缸行程太长。为此把油缸用销轴固定在带式输送机的支承架上，通过若干个动滑轮组拉住张紧小车。油缸的压力可由下式求得：2=P(/4)d2/nP=2n/(d2)式中：P油缸内压力n动滑轮数绕过小车滚筒每边的输送带张力d油缸直径油缸行程可由下式求得： l=L/2n式中：l油缸行程 L张紧小车行程分析各种带式输送机对行程、张紧力的要求和油缸的加工成本，最后确定所用动滑轮数量。本次设计采用2个动滑轮。2、设蓄能器提高系统张力的稳定性：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张力忽大忽小，呈不稳定状态，输送带承受着冲击载荷。为些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影响。3、用压力继电器控制张力变化：在稳定运行过程中，由于液压系统渗漏，输送带有塑性变形，油缸压力会下降，输送带也随着降低。为保证张力，油缸需要及时补充压力。为此在控制系统设有两个压力继电器，使张紧力只在很小范围内变化。当超过上限值，自动停止油泵电机，低于下限时，自动起动油泵电机。这就要求控制装置具有如表4-5的逻辑功能。压力继电器YJ1常开触点压力继电器YJ2常开触点油泵电机闭闭停开开保持原状开开起动表4-54.4.3工作原理图4-3为自控液压张紧装置液压系统图。系统中各元件压力值从高压到低压依次为：满载工况下：溢流阀13；溢流阀20；压力继电器YJ1；压力继电器YJ2。空载工况下：溢流阀14溢流阀18；压力继电器YJ1、压力继电器YJ2。带式输送机工作时，输送带必须处于张紧状态，然后才能起动输送带电机。输送带自动控制液压张紧的整个过程如下：（电路图如图2、图3）。1、在空载起动，空载运行工况下（如图4-4）：按下起动按钮S1，经停止按钮S2继电器9K得电吸合。串于1K线圈回路中的9K1常开点闭合，接触器1K得电吸合，1K2触点相应动作，油泵电机起动，带动油泵，压力油经单向阀，进入油缸活塞杆腔,通过动滑轮拉紧张紧小车.当系统压力增至溢流阀14调定压力时,由压力继电器YJ3给带式输送机主控箱提供允许其起动的信号;稳定运行阶段(空载工况下)的拉紧力由溢流阀18调整,其拉紧力的变动范围由压力继电器YJ1,YJ2调定.这两个阶段由测速装置控制,将速度信号转换为开关信号,由隔爆电磁换向阀17进行切换。在输送机的起动阶段，油泵电机一直处于运转状态。当输送带运动速度达到设定2.5m/s时进入稳定运行阶段，此时测速打滑开关常开触点u闭合，中间继电器3K得电吸合，控制电磁阀的3K2常闭点打开，电磁阀复位，压力继电器YJ1、YJ2与压力油接通投入检测。由于此时系统压力高于YJ1图43 1粗过滤器；2电动机；3油泵；4经过滤器；5手动换向阀；6液控单向阀；7压力表；8蓄能器；9油缸；10动滑轮；11张紧小车；12、16手动换向阀；13、14、18、20溢流阀；15定滑轮；17、19电池阀；21油箱；YJ1、YJ2、YJ3压力继电器YJ2的整定值，故YJ1、YJ2均处于闭合状态，继电器7K、8K得电吸合，常闭触点7K1、8K1打开，接触器2K失电，2K2打开，油泵电机M停止转运，2K1自保点打开。由于此时系统压力大于溢流阀18的整定值，压力油从该阀溢走，直至压力降到溢流阀18的整定值时停止。由于系统有泄漏，压力将下降，当压力低于YJ1的整定值时，YJ1打开，继电器6K释放，8K也释放，8K1常闭点闭合。由于YJ2仍为闭合状态，故油泵电机M仍不能转动，当系统压力继续下降至YJ2整定值时，YJ2打开，继电器5K，7K释放，7K1常闭点闭合，接触器2K重新得电吸合，2K1闭合，M重新起动，给系统补油。当系统压力达到YJ2整定值，继电器5K吸合，串于7K线圏回路中的5K1常开点闭合，7K得电，在2K回路中的7K1常闭点打开。但由于2K1自图4-4 1k、2k交流接触器；3k中间继电器；ks时间继电器；4k、5k、6k、7k 、8k小型继电器；u测速打滑开关；Y电池阀；YJ1、YJ2、YJ3压力继电器保触点和8K1常点仍保持吸合状态，故油泵电机M继续转动，系统压力继续上长升。当上升至YJ1的压力整定值时，YJ1常开点闭合，继电器6K得电，6K1常开点闭合，8K得电吸合，8K1常闭点打开，接触器2K失电，2K1自保点打开。这样周而复始循环。在稳定运行状态下（空载工况），系统压力控制在YJ1，YJ2整定值之间，保证张紧力的恒定。2、在满载起动，满载运行工况下（如图4-5）：原理与空载起动，空载运行相同；按下起动按钮S1，使油泵电机起动，起动阶段的张紧力由溢流阀13调定，用压力继电器YJ3给带式输送机主控箱提供允许启动的信号其拉紧力的变化范围由压力继电器YJ1、YJ2调定。稳定运行阶段的拉紧力由溢流阀20调整。测测速装置装速度信号转换开关信号，由隔爆电磁换向阀19进行切换。由于溢流阀20的调定压力比溢流阀13调定压力低，所以通过电、液、机有序控制，完全能够满足输送机起动时的拉紧力比稳定运行时的拉紧力大的要求。在输送机运行过程中，输送带的张力随时发生变化，此时，拉紧油缸和蓄能站能及时响应，可以确保输送机在稳定运行时张力恒定。3、空载起动、满载运行工况：此种工况于满载起动，满载运行共用一套液压设备，只是用于给输送机主控箱提供允许其妄动的压力继电器YJ3换成空载起动所需张力对应的压力继 电器YJ3。这样在起动张力达到YJ3对应值时，即起动输送带电机，转入正常运行后，与满载工况相同。4.4.4主要部件的选择和参数确定：1、液压缸的选择：主要根据张紧小车的行程来选择；因为本次设计张紧小车行程为10m；所以，查机械设计手册下册217页，选HSG型工程液压缸（如表4-6），其最大行程为4 m；在通过两个动滑轮组，使张紧小车最大行程达到16 m，满足本次设计张紧小车行程要求。2、各工况下溢流阀的调定压力（即：油的工作压力）(1)满载工况下：图4-5 1k、2k交流接触器；3k中间继电器ks时间继电器；4k、5k、6k、7k 、8k小型继电器； u测速打滑开关；Y电池阀；YJ1、YJ2、YJ3、YJ3-压力继电器型号缸径活塞拉力最大行程生产厂家HSG*01100/d*d10070640kgf4000天津工程液压件厂表4-6a起动工况：油缸拉力H4H起4885335412N因为：油缸拉力计算式：H(D2-d2)p式中：D油缸内径； d活塞杆外径； p油的工作压力；p=p=48.85MPa即：满载起动时溢流阀13的调定压力为8.85MPa。b正常运行工况下：油缸拉力H44590223608N因为：H 所以：p4H/5.9 MPa即：满载工况下正常运行时溢流阀20的调定压力为5.9 MPa(2)空载工况下：a.起动工况下：油缸拉力H44336213448N因为：H所以：p4H/3.36 MPa即：空载起动工况下溢流阀14的调定压力为3.36 MPab.正常运行工况下： 油缸拉力H4422418964N因为：H 所以：p4H/2.24 MPa即：空载工况下正常运行溢流阀18的调定压力为2.24 MPa3、各工况下压力继电器的调定值：(1)满载工况下：a.稳定运行阶段拉紧力变动范围由压力继电器YJ1，YJ2调定。YJ1的调定压力：P5.9MPaYJ2的调定压力：P90%5.95.31 MPab.满足工况下，达到起动阶段所需张力后，压力继电器YJ3给带式输送机主控箱提供允许其启动的信号。压力继电器YJ3的调定压力对应着满载工况下达到起动阶段所需拉紧力值。即压力继电器YJ3的调定压力：8.85 MPa(2)空载工况下：a. 稳定运行阶段拉紧力变动范围由压力继电器 YJ1，YJ2调定：YJ1的调定压力为：PH2.24 MPaYJ2的调定压力为：P90%2.242.02 MPab.压力继电器YJ3的调定压力对应着空载工况下达到起动阶段所需拉紧力值。即：YJ3的调定压力为：3.36 MPa4
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