带式输送机监控系统的设计说明书

中国矿业大学毕业设计PAGE116目录TOC\o"1-2"\h\z\u第1章绪论 1第1.1节带式输送机 1第1.2节带式输送机监控系统 21.2.1矿井运输系统 21.2.2带式输送机监控系统 3第1.3节带式输送机监控系统几种常见技术 51.3.1基于PLC的集中控制技术 51.3.2以系统中心站为核心的集中式控制结构 71.3.3基于PLC的分散控制系统及现场总线 8第1.4节课题背景 10第1.5节论文主要工作 13第2章传感器的选型与安装 14第2.1节传感器的选型与安装 14第2.2节速度传感器 15第2.3节跑偏传感器 17第2.4节纵向撕裂传感器 19第2.5节烟雾传感器 22第2.6节温度传感器 24第2.7节堆煤传感器 26第2.8节急停闭锁开关 29第2.9节自动洒水灭火装置 32第3章带式输送机的设计计算 34第3.1节原始数据 34第3.2节输送机输送量的计算 34第3.3节胶带运行阻力的计算 373.3.1重段运行阻力的计算 373.3.2空段运行阻力的计算 38第3.4节胶带张力的计算 393.4.1各点张力的计算 403.4.2计算满足输送带垂直度要求所需的张力 423.4.3验算各点张力 43第3.5节胶带打滑条件的验算 43第3.6节胶带强度的验算 44第3.7节电机功率的计算 45第3.8节传动装置的选用及验算 453.8.1电动机的选用 453.8.2减速器的选择 453.8.3联轴器的选择 463.8.4制动力的计算 46第3.9节托辊直径和型号的选择 473.9.1托辊直径的选择 473.9.2托辊型号的选择 47第3.10节滚筒直径的选择 49第3.11节拉紧装置 51第3.12节储带装置 52第3.13节清扫装置 52第3.14节装载装置 53第3.15节机架 53第4章监控系统的硬件设计 54第4.1节PLC控制 544.1.1PLC基本组成 36第4.2节西门子S7-200PLC 564.2.1S7-200PLC系统的基本构成 574.2.2S7-200PLC的系统配置 584.2.3S7-200CPU 59第4.3节其他硬件的选型 604.3.1熔断器的选型 604.3.2热继电器的选型 604.3.3发光二极管的选型 61第5章监控系统的软件设计 63第5.1节PLC的选型 635.1.1I/O点数和内存容量的估算 635.1.2PLC控制流程图 665.1.3输入输出信号表 675.1.4PLC控制程序 67第5.2节监控系统的仿真模拟 71第5.3节报警电路 715.3.1灯光报警电路 715.3.2语音报警电路 72总结 75参考文献 76附录 78翻译部分 82英文原文 82中文译文 99致谢 113第1章绪论第1.1节带式输送机带式输送机是以胶带作为牵引机构和承载机构的连续运输机械，又称为胶带输送机，它在矿山的物料运输，特别是煤的输送方面得到了广泛应用。带式输送机主要由以下几种主要部件组成：输送带、驱动装置、托辊、机架、拉紧装置、制动装置和清扫装置。带式输送机的运输能力大、运行阻力小、耗电量低、运行平稳、运途中对物料的破碎性小、连续运行、容易实现自动控制，因此，带式输送机是目前煤矿中应用最多的运输设备之一。它是具有挠性的胶带兼做牵引构件和承载机构的连续运输机械。在地下矿山和露天矿山推广应用带式输送机促进了工艺水平和采矿生产率的提高，并为采用连续的、间断-连续的采矿工艺创造了有利的条件。在国外，带式输送机现代发展的典型趋势是：运输量、运输距离和驱动装置的功率迅猛的增加。带式输送机是以胶带、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。其特点是承载物料的输送带也是传递动力的牵引件，这与其他输送机械有明显的区别。承载带在托辊上运行，也可用气垫、磁垫代替托辊作为无阻力支撑承载带运行。它在连续式输送机中是应用最广泛的一种，且以胶带为主。带式输送机按承载断面可分为平行、槽形、双槽形、波纹挡边斗式、波纹挡边袋式、吊挂式圆管形、固定式和移动式圆管形等8大类。此可伸缩型带式输送机主要用于高产高效综采工作面的顺槽运输。它由机头传动装置、储带装置、机身、机尾等组成。带式输送机是煤矿最理想的高效连续运输设备，与其他运输设备相比，具有输送距离长、运量打、连续输送等优点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中化控制，尤其对高产高效矿井，带式输送机已成为煤炭开采机电一体化技术与装备的关键设备。随着我国高产高效矿井的出现，原有的带式输送机无论是主要参数还是运行性能都已不能满足要求，必须向长距离、高带速、大运量、大功率的大型化方向发展，并要改善和提高运行性能，确保安全可靠。带式输送机中的胶带输送机发展迅猛，在两个多世纪的应用中不断扩大，已成为国民经济中输送散状料不可缺少的设备。伴随着新技术、新材料的不断涌现，带式输送机的品种也日益新颖，如出现了夹带机、波纹挡边机、袋式提升机、中摩式输送机、圆管式输送机等。带式输送机结构简单，自动化程度高，将是21世纪中最经济、最可靠、最安全的输送散状料的工具。矿用带式输送机类型有：固定高强度带式输送机、可伸缩带式输送机、大倾角上下运带式输送机、水平转弯输送机、下运带式输送机、垂直提升输送机、管状带式输送机。第1.2节带式输送机监控系统1.2.1矿井运输系统煤炭运输是煤炭生产过程中不可缺少的一部分。矿井中，运输线路比较长，巷道条件多种多样，运输若不通畅，采掘工作或是其它的工作都无法进行，整个煤炭生产系统将处于瘫痪状态。矿井运输机械的类型很多，按运行方式不同，可分为连续运行和往返运行两种。连续运行式运输设备的特点是，一经开动就不需操作而连续运行。普通胶带机、钢绳芯胶带输送机、钢绳牵引胶带输送机等均属于此类运输设备。往返运行式运输设备的特点是，在运行区间，以一定的方式，作往返式周期性运行，运行中需要操作换向。机车运输及单绳牵引运输等属于此类运输设备。随着科学技术的不断发展，矿井生产规模的不断扩大，运输系统也经历了不断的变革和进步，并以煤流运输的连续化（输送机化），设备大型化（使用长运距、大运营、高运速、大功率输送机）、自动化、高可靠性与安全性能来保证矿井的连续、高效生产。正是在这种环境下，带式输送机系统由于具有输送距离长、运量大、连续输送等优点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中化控制，目前，特别是在高产高效矿井，它已成为煤炭开采机电一体化技术与装备的关键设备。1.2.2带式输送机监控系统矿井胶带运输系统，是由多条胶带搭接或由煤仓转载形成的煤流运输系统，因此它内部的基本运输单元就是单台胶带机。在煤矿中，煤流运输一般在几公里到十几公里之间，因此它的运输系统要有多台带式输送机、给煤机、煤仓等构成，协调配合完成长距离运输任务。为保证运输系统的安全可靠，提高运输效率，对其进行完善的管理和监控是现代矿井煤流运输迫切需要的一项技术。在80年代，国内开始了煤矿监测监控技术的研究，至今已得到了广泛的应用和发展。随着新材料技术、电子传感技术、数字通信技术、控制技术、微计算机技术、软件技术和网络技术的迅速发展，监测监控技术从其通讯方式上划分，先后经历了三个阶段。第一阶段是每个传感器需一对传感线连接到地面的星型结构。第二阶段是在一对传感线上实现多路频率分割的载波传输。第三阶段是目前应用最多的中心站和分站之间的半双工时分总线方式。监测监控系统自中心站计算机向下，由接口装置、信号传输总线、井下分站和各类传感器、断电仪等组成。中心站计算机和各分站曾集散型积木结构。桌面部分有中心站计算机和交换机、交换机、集线器、双绞线、用户终端等组成实时快速100M以太网络或其它网络系统。目前国内KJ系列监测监控系统大都缺乏统一标准。这主要表现在通讯协议、分站、传感器和断电仪等设备外围接口方面；另外是监测监控系统软件。为适应现代工业控制的实际需要，工业组态软件的开发和使用将成为今后计算机监控系统软件的主流。组态软件具有良好的开放性、交互性和灵活性，用户可以继承性的开发。煤矿综合自动化监测监控系统和专家分析系统已成为一种发展趋势。矿井胶带运输系统是原煤运输的唯一途径，是矿井生产的重要环节，因此它的安全高效运行受到很大程度的重视。由于矿井胶带运输系统分布广、信息分散以及控制要求高的特点，随着矿井生产规模的不断扩大，以及技术水平的不断提高，现代化矿井也需要现代化的管理，因此对胶带运输系统的控制和管理提出了更高的要求。科学技术的日新月异，使得用计算机技术、网络技术、新的工业控制器技术构建带式输送机控制系统成为可能。带式输送机监控系统是煤炭监控系统的一小部分，目前带式输送机运行监控系统存在的主要问题有：(1)在安全保护方面，为提高带式输送机运行的可靠性，安全性，减少故障，提高效率，多种检测方法已应用于电动机、液力偶合器、减速器和胶带运行系统故障检测，但是这些系统是相互独立的。(2)故障检测系统误报率高。误报将造成带式输送机不应有的停机，使全矿井停产，对矿井生产造成极大影响。(3)安全保护系统，软起动控制系统，自动张紧系统往往是独立的系统，信息不能共享，不能实现对带式输送机的综合监控，更不能与矿井其它监控系统(如矿井安全监控系统，矿井供电监控系统等)连接，不能实现监控系统与矿井信息系统的集成。(4)在带式输送机运行控制中，给带式输送机配料的仓下闸门控制，长期以来一直只能由操作工人靠观察来手工调节，劳动环境恶劣，强度大，同时也成为胶带运输系统减员提效的瓶颈。国外煤矿监控技术是20世纪60年代开始发展起来的，至今已有四代产品，基本上5～10年更新一代产品。从技术特性来看，主要是从信息传输方式的进步来划分监控系统发展阶段。80年代是计算机、大规模集成电路、数字通信等现代技术高速发展时期。由英国煤炭研究院推出的MINOS系统软件应用成功。美国以其拥有的雄厚高科技优势，率先把计算机技术、大规模集成电路技术、数字通信技术等现代高新科技用于煤矿监控系统，使煤炭监控技术跻身于高科技之列。这就形成了以分布式微处理机为基础的第四代煤矿监控系统。其中有代表性的是美国MSA公司的DAN6400系统，其信息传输方式仍属时分制范畴，但用原来的一般时分制的概念已不足以反映这种高科技的特点。第1.3节带式输送机监控系统几种常见技术计算机技术、网络技术、新的工业控制器技术的出现及应用，使得矿井生产自动化得到了很好的发展，现代化的监控技术也应用到矿井监控系统中来。现在常见的矿井运输监控技术有以下三种类型：基于PLC的集中控制技术、以系统中心站为核心的集中式控制结构和基于PLC的分散控制系统。1.3.1基于PLC的集中控制技术这种控制技术是直接对控制对象进行控制，此类型有两种形式，一种是用PLC直接对胶带机及给煤机等进行控制。这种结构的优点就是控制集中、直观、软硬件相对简单，投资少。但是它的控制范围小，只能对小型矿井或者相对集中的几条带式输送机进行控制，同时由于控制的相对集中，致使输入输出点较多，所以连接线多而密集，增加了故障点。图1.1基于PLC的集中控制结构另一种结构是以PLC为核心，且配备了远程I/O点。它所有的控制功能集中由主PLC来实现，方便了程序的编制和修改分析。远程智能I/O的设置，一方面是避免了上面提及到的集中式结构的集中连接控制线，同时也增加了控制范围。但是智能远程I/O站没有独立运行的能力，正常工作完全依赖主机。一旦PLC出现故障或通讯中断都将造成系统瘫痪。因此，此种系统一般要求主PLC具有硬件冗余的双机热备，同时，通讯线也应具有双线热备功能。图1.2具有远程I/O的集中控制结构1.3.2以系统中心站为核心的集中式控制结构以系统中心站为核心的集中式控制结构是以工业控制计算机为核心，智能分站是由单片机构成的结构。这种结构在矿井监控系统中得到了广泛的应用。如我国自己研发的KJ1和KJ4系统，美国的DAN-6400和FEM-CO等。它的主要特点是采用了地面中心站-分站-传感器和执行器结构形式。分站具有独立工作能力，但主要承担信息采集、数据预处理、数据传输以及简单的控制任图1.3以中心站为核心配带智能分站的集中控制结构务，而大量的任务是需要由中心计算机集中处理完成。这种结构的重心是中心计算机和通讯信道，但一旦出现故障，将导致整个系统瘫痪；其次，系统的数据存储空间小，响应时间慢，不利于实时控制。因此这种结构在煤矿一般主要用于环境的监测，对实时性要求、可靠性要求较高胶带运输系统，一般为了避免重要故障的发生，不考虑使用，但是也有应用。1.3.3基于PLC的分散控制系统及现场总线随着计算机技术、网络通信技术和过程控制技术的发展，自动化技术的不断兴起，控制要求的日趋复杂，工业控制系统向着分布式控制系统不断发展。分布式控制技术的主要思想是把复杂的对象划分为若干子对象，然后用局部的控制器作为现场级，直接作用到被控对象，上级是操纵各局部控制器的协调控制器，它使各子系统协调配合，共同完成系统的总任务。下图是矿井胶带运输系统分布式控制的两极结构模型。图1.4分布式控制结构分布式控制系统中，各PLC控制分站是通过现场总线网络接口连接在一起，PLC控制分站具有独立工作能力，可自主完成既定的任务，如数据采集、处理、监视、操作和控制等。这一针对性对矿井胶带运输系统来说，就是每条带式输送机设置一个PLC控制分站，独立自主完成对单条带式输送机的控制、显示和操作。这一特点首先是解决了系统的分散问题，空间分布多分支的矛盾。由于分站的监控对象是单条带式输送机，可以将分站设置在驱动部件信息较为集中的地方，这样站点和控制对象的距离较近，节约了信号电缆，减少了传输损耗，减轻了电磁干扰，简化了传输手段和抗干扰措施，提高了可靠性，节约了投资。同时，单机电控能满足监控信息量大和复杂的控制要求。在此系统中，各分站是通过现场总线通讯网络传送各种信息，由中心站协调工作。中心站是由工业控制计算机为核心构成的，以完成控制系统的总体功能和优化处理。这个特点保证了胶带运输系统运行连续性和合理性。总的来说，就是控制各胶带分站，通过网络传递各种信息，由集控中心站使得各带式输送机的运行得到统一的集中管理，从而使运行更加合理。中心站还可以与矿局域网连接，作为企业网的一个节点，向总部发送或接受各种信息。由于矿井生产能力、地理条件、采掘、运输和提升方式的不同，矿井胶带运输系统的组成存在很大的差异。同时由于工作面的迁移，使得采区、顺槽等分支经常变更，只有采用积木式控制系统结构，才能满足运输系统在规模、结构上的差异，才能满足分支系统经常变更的需要。由于各分站可以独立地完成对单台带式输送机的控制、显示和操作，集控中心站又能集中管理、显示和操作，这种结构能适应运输上的集中、管理上分块的管理体系。因此，矿井胶带运输系统采用分布式结构是合理的，它通过功能分散、危险分散，提高了矿井胶带运输系统的可靠性。由于采用了分级分布的控制方式，解决了整个运输系统控制对象比较分散的矛盾，从而使整个控制系统更加安全、可靠。现场总线是整个分布式控制系统的核心和关键。现场总线技术的不断发展和完善使得控制的实时性、可靠性、安全性将得到极大的提高。现场总线是连接现场装置与控制室之间的全数字式、开放的、双向多点通信数据的网络总线，它按国际标准化标准提供网络服务。现在广泛使用的现场总线有以下几种：FF基金会现场总线、PROFIBUS现场总线、WORLDFIP现场总线、LONWORKS现场总线、CAN现场总线等。第1.4节课题背景随着煤矿生产技术的改进，煤矿井下开采的煤炭主要以胶带方式进行运输。本文以河南商丘永城陈四楼煤矿井上仿真模拟井下带式输送机运行为模型，以PLC技术为核心，设计出控制一段皮带和一台输送机的监控系统。为了保证井下运系统可靠安全运行，对井下带式输送机进行监视和控制很必要。结果表明：该系统功能比较齐全，在良好的环境中运行稳定、可靠，能够完成预定的任务，为矿井安全高效生产提供了保证，提高安全性的良好效果。课题背景原始数据及工作条件：物料：原煤带速：v=2.5m/s带宽：B=1.2m运距：（水平）1000m；运输能力：Q=1000T/h工作环境：井下，潮湿胶带型号：GX2000型钢丝绳芯胶带图1.5陈四楼煤矿参观实习图1.6井上仿真模拟井下带式输送机第1.5节论文主要工作随着PLC控制技术的发展,越来越多的带式输送机采用了PLC控制技术。本文详细介绍了一种煤矿井下带式输送机机的监控系统。该系统利用西门子s7—200型PLC控制核心,通过各种传感器的监控反应,实现了对煤矿带式输送机的监控。文中通过分析带式输送机常见故障类型、故障检测传感器选型，通过对胶带的运行状态进行不间断的监控，监控系统能够在胶带发生异常时，及时地使输送机停机并发出报警信号，从而大大减少事故的发生。本文主要内容如下：(1)对监控带式输送机的六大传感器进行选型，并绘制安装示意图。(2)本文以河南商丘永城陈四楼煤矿井上仿真模拟井下带式输送机运行为模型，以西门子S7-200型PLC为核心，进行带式输送机监控系统设计。(3)概述监控系统实现的功能，进行S7-200PLCCPU选型和控制的外部连线设计。采用梯形图方法编制程序，实现系统功能，进行监控。(4)为了使监控系统更加完善，可以显示系统的运行情况和各种故障情况，进行及时的报警显示。该监控系统在S7-200中进行语音报警仿真。设计出控制一段皮带和一台输送机的监控系统。如图1.7所示，由于把胶带平均分为10段，每段都一样，所以以其中一段为研究对象。图1.7井下显示箱示意图第2章传感器的选型与安装第2.1节传感器的选型与安装输送带是煤矿生产中的一种主要运输设备,广泛应用在采区上下山、运输大巷及地面运输走廊等场所。输送带一旦发生事故,将严重影响煤矿安全生产,造成重大经济损失。因而如何避免事故的发生,保证带式输送机安全、可靠、高效运行,是一项重要的工作。输送带事故不仅仅指设备本身发生的故障、失效和破损,而且包含产生不良后果的事故。输送带的事故主要有火灾事故、胶带跑偏事故、胶带撕裂事故等。所以在输送带的控制系统中，采用了沿线急停开关和跑偏、纵撕、打滑、堆煤、温度检测等传感对输送带运行工况进行全面监测，以确保生产时的人身、设备安全。传感器本着“安全、可靠、先进、精确”的原则进行选择和设置。图2.1带式输送机传感器布置图第2.2节速度传感器在带式输送机速度保护中，检测胶带超速故障，需要知道胶带的运行速度，因此设置一个速度传感器来检测胶带的速度。当胶带负载变轻时，胶带运行速度会马上升高。胶带一般正常运行速度是2.5m/s，如果速度太高，会对胶带旁边的矿工造成危险；同时若胶带旁边有锋锐的物体，可能会挂破胶带，造成重大事故。选用矿用本质安全型电气设备，型号为KG5007A速度传感器。此型号传感器适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境，也适用于煤炭、冶金、化工、建材、粮食、运输等行业以及选煤厂、钢铁厂、热电厂、粮库、港口等地面恶劣环境。它既可与带式输送机电气控制装置配套，也可单独使用，作为输送机胶带速度（加速度）检测、超速保护装置。速度传感器外形如图2.2。图2.2KG5007A型速度传感器主要特点是测速范围广，低速性能好，性能稳定，抗干扰能力强；密封性能好，能在有瓦斯、煤尘、烟雾、水汽等恶劣环境中使用；弹性支架安装，摩擦连接方式。安装简单方便，适用范围广，运行可靠，测速精确。（1）使用环境条件和主要技术指标环境温度：-20～+40℃相对湿度：不大于95％(+25℃电源：DC20～28V，工作电流不大于100mA。煤矿井下使用时需由本安电源供电。电流输出：胶带速度0～Vs，对应电流4～20mA输出(负载电阻≤500Ω)其中Vs—传感器内拨动开关设定的胶带速度额定值①.运行信号输出：当实际带速V≥0.8Vs时，该接点闭合。设定的额定带速Vs范围：0.8～6m/s，分20档。引入电缆外径：7～12mm。防爆型式：矿用本质安全型，“ExibI”。（2）安装方法速度传感器安装在每台胶带机的机头，固定在安装架上，使滚轮紧贴胶带。传感器安装在带式输送机下面，带式输送机运行时，由紧贴胶带的滚轮带动转盘（带有齿槽）在光电传感器凹槽内转动，光电传感器光路通断受齿槽控制，输出相应的方波频率信号。频率信号经频率/电压变换后，送电压/电流变换电路和电压比较电路。经电压/电流变换电路输出4～20mA电流信号；经电压比较电路和起动检测电路（或起动外控输入信号）进行处理，并经输出相应的继电器接点信号。图2.3速度传感器安装图第2.3节跑偏传感器在带式输送机跑偏保护中，带式输送机跑偏的根本原因是输送带在运行过程中，横向受力不平衡。其跑偏信号通过接入临近拉线急停开关传输。当皮带跑偏时，皮带碰到跑偏开关的探杆，并带动探杆轴转动，此时与探杆固定在一轴上的凸轮也同时转动，拨动跑偏开关的微动开关发出跑偏信号。选用矿用本质安全型电气设备，型号为KAP-1跑偏传感器。此型号传感器是适应煤矿井下有煤尘、瓦斯爆炸危险环境中，作为带式输送机跑偏保护的传感器。壳体采用钢板模压成型，机械强度高，设计合理，使用方便，动作灵敏可靠，并有机械限位标志。KAP-1本安型胶带跑偏开关，由壳体、行程开关和立辊组成。传感器外形如图2.4所示。图2.4KAP-1型跑偏传感器（1）型号及主要参数型号：KAP-1每级触点数量:动合节点一个，动断节点1个触点容量：DC24V,400MA复位方式：自动复位外形尺寸：204mm×325mm×142mm（2）工作原理跑偏传感器沿带式输送机的两侧按一定间隔成对安装。胶带运输机在运行过程中，胶带有不正常的偏移时，胶带与跑偏开关的立辊接触，挤压跑偏开关的立辊接触，挤压跑偏开关立辊，使立辊自转并偏移，当立辊偏转到一定动作角度时，开关接点动作发出报警信号。避免造成重大生产事故的发生。当胶带机恢复正常运行时，跑偏开关自动恢复到初始正常状态。（3）安装方法将跑偏传感器安装在带式输送机两侧托辊支架上。胶带跑偏开关设置在胶带两侧，在机头、中间和机尾各设一对。跑偏开关在安装时，应注意使立辊轴线与胶带边沿50~100毫米为宜。胶带边缘应位于立辊高度的1/3至1/2处为宜，跑偏开关应在胶带两侧成对安装，每隔30米安装一对为宜，支架应牢固可靠，固定开关的底板角度要准确。图2.5跑偏传感器安装图第2.4节纵向撕裂传感器在带式输送机撕裂保护中，由于输送带发生撕裂后，物料会从裂口落下，从而触发撕裂传感器，系统报警停机。钢线芯带式输送机以其强度高、运量大和运距长等优点，也得到越来越广泛的应用。它之所以强度高是因为其内部纵向布置了许多钢丝绳，但是在其宽度上，抗拉强度是很低的。因此正因为这一特点，使其容易发生纵向撕裂事故，而且一旦事故发生，就会造成非常重大的经济损失，即使能修补，也浪费很长的时间，给生产造成损失。就发生纵撕的地点来看，大部分是在装载处，因此纵撕检测传感器一般放在装载点前10m选用矿用本质安全型电气设备，型号为ZSJ01纵向撕裂传感器。此型号传感器主要用于检测带式输送机胶带纵向撕裂（恶性事故），当胶带发生纵向撕裂时能及时发出停机信号以防止撕裂事故扩大化，给用户造成严重损失。适用于电力、煤矿、建材、码头、冶金等行业，专门从事散料输送的各种带式输送机。是采用拦索式方法，拦索通过滑板与开关连接，使开关随着拦索的牵移而输出停机信号。主要特点，防护等级高，可长期暴露在含盐雾、酸雨的环境中使用，内部有行程开关。（1）主要技术参数接点容量：DC20-25V，15mA安装位置：将传感器安装在受料段胶带和托辊之间图2.6ZSJ系列纵向撕裂传感器（2）工作原理撕裂检测器在正常状态下拦索使开关的触发机构处于正常状态，当异物刺穿胶带机表面并触及到拦索时，并带动拦索，使拦索产生位移导致触发机构动作输出撕裂停机信号。（3）安装方法图2.7撕裂传感器安装图撕裂传感器应安装在受料段胶带下托辊之间，调整滑板和索杆使拦索距胶带下表面20～30mm，再调整调线器使拦索张紧，且开关也处于动作状态即可。新安装的撕裂传感器应每隔5日按上述方法重新调整2～4次，以消除因拦索伸缩而引起误差，见图2.7。在皮带出现由于撕裂、戳破、交界处损坏或锐利物凸出皮带时，撕裂开关能给监视人员提供报警信号或停机。撕裂开关成对安装在两侧，由两段乙烯外套的航空钢丝绳连接起来。绳的一端永久固定在支撑托架上，另一端连接在撕裂开关的拉环上。两段线绳在皮带下面形成一个闭和的回路，当物体或撕裂的皮带悬吊下来，扫落一条或两条线绳时即探测出故障。因为线绳受力作用下，它把拉环轴向外拉出却使自销手柄向上弹起这时机内两个微动开关发出报警或停机。故障排除后将自销手柄往下按使机内的凸轮轴复位待开机。撕裂开关设置在受料段胶带下缓冲托辊之间按上安装支架和撕裂开关、撕裂开关的拉环要与胶带边缘同高，若高度不够可在支架下加上垫铁或槽钢，测好高度后再把支架与支座焊牢。挂上拦索，一端穿过撕裂开关的拉环用索扣扣死，另一端穿过对方撕裂开关支架中间的圆孔待用。安装好两只撕裂开关和挂两条拦索，再加30度弯角处把两条拦索扣在一起。收紧双方支架中间孔内的拦索然后扣死索扣。拦索的松紧，一般作用在0.9Kg既可触发开关。胶带在苛载下沉时要与缆绳保持5mm-10mm。第2.5节烟雾传感器在带式输送机烟雾保护中，悬挂在巷道内的烟雾传感器，对带式输送机的皮带因摩擦等原因引起的火灾及周围环境气体状态进行监测。由于打滑摩擦等原因，胶带机滚筒升高到一定温度时，会使胶带燃着，因此在滚筒处设置烟雾传感器，当烟雾浓度大于一定值时，发出报警信号。用于监测煤矿井下因机械磨擦、电缆发热、煤层自然等原因引起的火灾事故，红色LED电源指示，报警时亮，同时开启撒水灭火装置。选用矿用本质安全型电气设备，型号为JXL24-GQQ0.1烟雾传感器。此型号传感器适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境，与皮带机综合保护系统配套使用。用于煤矿井下皮带输送机胶带因摩擦发热或其它原因产生的烟雾进行检测保护。图2.8JXL24-GQQ0.1烟雾传感器（1）主要技术指标

防爆型式本质安全型"ExibI"

工作电压DC12-24V

工作电流10mA

传感器初始化预热时间≤5min

恢复时间>5s

继电器信号输出无烟时继电器释放，接点K、K1点断开，K、K2点闭合；有烟时继电器吸合，接点K、K1点闭合，K、K2点断开。出线口数量1个

电缆最大外径Φ9mm

工作环境温度：-10-40度

外形尺寸及重量128×115×61mm;2.0Kg图2.9烟雾传感器安装图（2）安装方法将烟雾传感器固定在特制支架上，安装在主动滚筒上方下风口处有烟雾流过的路径。传感器可配界断电装置及声光报警装置，实现报警及断电控制；也可与各种生产、安全监控系统配套使用。当带式输送机周围有烟雾生成时，本装置能自动停机并发出报警信号，同时接通洒水电磁阀，传感器吊挂在检测点下方的下风侧，安装处不得有严重的淋水及粉尘。第2.6节温度传感器在带式输送机温度保护中，通过温度传感器，对带式输送机的滚筒及轴承或环境温度进行监控。当监视点的温度高于规定值时，系统报警并驱动洒水装置的电磁阀实现超温洒水。由于滚筒和胶带的摩擦作用，当滚筒温度过高时，会使胶带燃着。因此，要监测滚筒温度，当温度达到一定值时报警。温度传感器从使用上可分为接触式和非接触式两大类，接触式目前使用较为广泛，而非接触式测量是通过检测被测物体所发出的红外线，来达到测温的目的。被测对象是一直转动的滚筒表面，接触式温度传感器测量起来误差太大，响应时间太长，温度变化的传递完全依靠空气为介质进行热交换，因而采用接触式测量不适用于设计。因此，选用了矿用本质安全型AMK1-MID3301非接触式红外温度传感器。此型号温度传感器适合于煤矿井下非接触式测温的要求，为矿井的测温工作提供了操作自如、工作方便的检测仪器。矿用红外测温仪体积小，重量轻，坚固、耐用，只需对准目标，扣动扳机，不到一秒钟即可读取物体表面温度，无需接触，即可安全测量热的、危险的或难以接触的物体的表面温度。将检测到的红外温度与设定值比较，当温度大于设定值时，则发出报警指令，同时启动洒水阀洒水降温。它具有响应速度快，测量精度高，安装维护简便等特点。图2.10AMK1-MID3301红外温度传感器主要技术参数

传感器的工作电压：DC15-28V，工作电流：15mA；

温度测量范围：-32~535℃；

测温精度：小于100℃时，误差不大于±2℃；大于100℃时，误差不大于±2%的读数。(最高可达±1℃或±1%)；

响应时间：不大于500ms；

显示：带背景光的液晶屏显示。

功能：具有高、低温报警；具有最大值/最小值/平均值/差值显示；具有数据存储；具有扳机锁定。

重量和尺寸：320g，200×160×55mm。

防爆标志：ExibI(+150℃)（2）工作原理

红外测温仪测量物体表面温度时，测温仪的光学元件将物体所辐射的能量会聚到红外探测器上，测温仪的电子元件将此信息转换成温度数值，并显示在测温仪的显示屏上。（3）安装方法将温度传感器固定在特制支架上。图2.11温度传感器安装图第2.7节堆煤传感器在带式输送机堆煤保护中，当机头下堆煤时，安装在相应位置的堆煤传感器于煤接触，煤堆保护立即动作，报警停机。当煤仓内有大煤块塞住煤仓漏口时，会使煤流阻在煤仓内，无法向胶带投放。由于煤仓特别大，如果没有人及时发现煤仓堆煤，煤在煤仓内会越堆越多，最后会迫使使用大量人力物力来挖除煤仓内阻塞的大量煤，同时将运输系统全部停下。这样不仅浪费时间降低工作效率，同时也费用大量人力物力，提高煤的生产成本。因此加入堆煤传感器，及时报警危险煤位，处理煤仓内阻塞的煤。堆煤传感器安装在带式输送机头部漏斗壁上，调节其固定位置，不要被煤流打到。选用矿用本质安全型电气设备，型号为GUJ15堆煤传感器。此型号堆煤传感器适用于煤矿井下含有甲烷、煤尘等爆炸性气体混合物的环境中，与煤矿带式输送机用综合保护装置主机配套使用。接入本质安全型系统信号装置中，作为带式输送机的胶带煤位故障保护用，可使带式输送机发出煤位信号而使系统断电停机，也可用于地面非防爆等有带式输送机的场合。图2.12GUJ15煤位传感器（1）主要技术参数

触点容量：DC24V/50mA；接点接触电阻：≤0.1Ω；

动作角度：15°±3°；复位角度：10°±3°；动作力：≤10N；

传输距离：1000m；防爆型式：矿用本质安全型，防爆标志：“ExibI”。

动作性能：传感器触杆受力作用，偏离正常位置至动作角度时，输出端子应导通。力撤消后传感器触杆自动返回，至复位角度时，输出端子应断开；

出线口数量：2个，允许电缆最大外径Φ11mm。堆煤传感器为矿用本质安全型，可用于煤炭、冶金、化工、建材、电力、交通等行业检测散状物料固体或液体的料位，如图2.12。主要用于：①检测输送机上是否有料流，见图2.13；②检测输送机溜槽堵塞或转载点物料堆积（如堆煤），见图2.14；图2.13料流有无图图2.14检测转载点“堵塞”主体壳内有一钢球和气动延时开关，悬挂的传感器处于垂直状态时，钢球压在延时开关上。当物料上升使传感器倾斜超过动作角度时，钢球滚开，开关延时动作发出信号；物料下降后，传感器恢复垂直状态，钢球又压住延时开关使其瞬时复位。（2）安装方法安装时，可用传感器上附带的吊环螺钉直接安装，也可采用钢丝绳或链条悬挂。采用钢丝绳或链条悬挂安装时，可采用两根或三根钢丝绳（或链条）安装，这样可以减小传感器动作距离，控制传感器摆动方向。堆煤传感器安装在每台胶带机的转载点。将堆煤传感器吊挂在前一台带式输送机尾部上方，高度定在正常运煤时，煤流碰不到的地方。图2.15堆煤传感器安装图第2.8节急停闭锁开关在带式输送机运行中出现状况，发生报警的同时都是靠急停闭锁开关来停止胶带的运行，来减小损失。选用矿用本质安全型电气设备，型号为KG9001A-C2型拉绳闭锁开关。此型号适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境，也适用于煤炭、冶金、化工、建材、粮食、运输等行业以及选煤厂、钢铁厂、热电厂、粮库、港口等地面恶劣环境，用作输送机沿线拉绳紧急闭锁保护和沿线电缆接线盒。沿输送机长度方向配置的跑偏、纵撕、堆煤等保护装置，其内部配有编码故障位置识别电路，电控系统通过它可识别各种不同故障及地点。主要特点：密封性能好，动作可靠，维护方便；开关内部配有编码位置识别电路；KG9001A-C2型有6个出线口，电缆通过出线口与内部接线端子连接；跑偏、纵撕等保护装置及信号器可就近接入闭锁开关，可节省大量电缆。图2.16KG9001A-C2外形图图2.16KG9001A-C2外形图（1）使用环境条件和技术指标温度：-20～+40℃相对湿度：≤95%（25℃）动作拉力：120~170N行程：8～10mm复位形式：人工复位防爆型式：矿用本质安全型Exibl工作电压：DC15～25V工作电流：监控状态下不大于0.1mA，动作状态下不大于40mA出厂时所配拉绳长度：矿用标准配置：50m×2根出线口引入电缆外径：KG9001A-C2两侧出线口（2个）15～20mm，下部出线口（3个）6～12mm。（2）工作原理及应用正常工作时，拉杆压住内部的行程开关，控制回路内的接点处于常闭（或常开），指示牌竖在上方。当胶带机出现任何故障需要紧急停车时，只要拉动开关任意端的钢丝绳，拉杆松开并旋转，使指示牌倒下，同时行程开关动作。胶带机电气控制装置接收到此信号后，发出指令，切断电机电源。故障排除后，人工将指示牌转到竖立位置，开关复位。不通过人工复位，拉杆不能退回原位，开关起闭锁作用。沿胶带机长度方向安装的信号器，跑偏及纵撕等传感器都可以就近接入，并通过本开关和电气控制装置连接。本开关内部设有编码电路，八位拨动开关SB1为本急停闭锁开关位置设定用，设定的地址采用六位二进制编码，每一位拨向‘ON’表示‘0’；反为‘1’。（3）安装方法急停闭锁开关在胶带沿线每隔100米设置一个。应根据本开关的安装孔尺寸自制安装板。用钩形螺栓固定在胶带机机架的侧部，然后将开关固定在安装板上。本开关也可以用螺栓直接安装在机架上或输送机行人一侧的墙壁或栏杆上。带式输送机沿线一般间隔50～100m安装一台闭锁开关。钢丝绳一端固定在本开关拉杆上，另一端固定在输送机机架或墙壁、栏杆固定点上。第2.9节自动洒水灭火装置在带式输送机运行中出现超温、冒烟、着火的状况，在发生报警的同时自动洒水，及时消灭危险，来减小损失。选用矿用本质安全型电气设备，型号为ZDSS型自动洒水灭火装置。此型号适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境，也适用于煤炭、冶金、化工、建材、交通、电力等行业地面使用环境。能自动熄灭带式输送机由于摩擦或其它原因超温引起的火灾。与带式输送机电气控制装置配套，作为带式输送机的超温自动洒水灭火装置，也可以单独使用。图2.17ZDSS型自动洒水灭火装置外形图（1）使用环境条件和主要技术指标：环境温度：-20～+40℃相对湿度：≤95%（+25℃）动作温度：58±3℃灭火范围：15～20m工作水压：0.3～1.0MPa压力开关触点容量：DC20-30V，3A压力开关防爆型式：矿用本质安全型，Exibl（2)工作原理当保护区的温度超过预定值时，温度探头动作，此时控制管路失压，使自动水阀开启，压力水进入洒水管路实现自动洒水灭火，同时压力开关动作向控制系统发出开关量信号，以实现报警和停机。（3）安装方法自动洒水灭火装置安装在每台胶带机的机头。本装置实施洒水由主喷嘴管和支喷嘴管同时进行，主喷嘴管应吊装在保护区带式输送机皮带上方，距皮带面高1.2～1.5m，支喷嘴管装于主滚筒旁侧，喷嘴距滚筒面0.4～0.8m。第3章带式输送机的设计计算设计胶带输送机时，要知道输送机的工作条件（如使用地点、运距、倾角及被运货载的性质，如散集容重、快度等），以及装载和卸载方式等，根据工作条件的要求合理地确定输送机的传动系统和结构方案。第3.1节原始数据输送机长度：1000m带速：v=2.5m/s选择带宽B=1.2m的GX2000型钢丝绳芯胶带第3.2节输送机输送量的计算取v表示胶带运动速度（m/s），q表示单位长度胶带内货载的重量（kg/m）,则胶带输送机的输送能力为(3.1)单位长度的载荷q值决定于被运货载的断面积F（m2）及其容重γ（t/m3），对于连续货流的胶带输送机单位长度重量为(3.2)将式（3.2）代入（3-1）式，则得（3.3）货载断面积F的大小主要取决于胶带的宽度。如图3.1所示为槽形胶带上货载的断面。图3.1槽形胶带上货载断面货载断面由梯形断面F1和圆弧面积F2组成。在胶带宽度B上，货载的总宽度为0.8B，中间托辊长为0.4B，货载在带面上的堆积角为ρ，并堆积成一个圆弧面，其半径为r，中心角为2ρ。则梯形面积为圆弧面积为总面积为即(3.4)式中ρ——货载的堆积角，（弧度）；将式（3.4）代入（3.3），化简后，可得胶带输送机的输送能力式中B——胶带的宽度（m）；——输送量（t/h）；——带速（m/s）;γ——货载散集容重(t/m3)；——货载断面系数，K值与货载的堆积角ρ值有关，C——输送机倾角系数。查文献1带宽B=1.2m的GX2000型钢丝绳芯胶带的单位长度重量qd=35kg/m，胶带厚度为17mm，由表3-19查得K=458。又按β=0°查表3-20得C=1；查表3-18选取γ=0.9将以上数据代入公式得取又则其中q——单位长度胶带上载货重量（kg/m）——胶带运行速度（m/s）第3.3节胶带运行阻力的计算lg〞lg〞L1234Wzhlgˊ图3.2胶带输送机运行阻力计算示意图图3.2为胶带输送机运行阻力的计算示意图。图中未标明输送机的倾角，它可以是水平的，也可以是倾斜的。图中3-4段为运送货载段，胶带在这一段托辊上所遇到的阻力，为重段运行阻力，用Wzh表示，1-2段为回空段，胶带在这一段的阻力位空段运行阻力，用Wk表示。在一般情况下，重段和空段的运行阻力可以分别表示如下：3.3.1重段运行阻力的计算重段的阻力Wzh为(3.7)式中——输送机的倾角，这里取β=0°；——输送机长度；、——分别为槽形、平行托辊阻力系数,查表3-25得=0.03，=0.025；q——每米长的胶带上的货载重量（kg/m）,由以上求得q=161.1kg/m;——每米长的胶带自重（kg/m），查文献1取=35kg/m;、分别为折算到每米长度上的上、下托辊转动部分的重量（kg/m），其中、——分别为到每组上、下托辊转动部分的重量（kg）查表3-26得=25kg，=25kg;——上托辊间距（m）,一般取=1～1.5m,这里取=1.5m,——下托辊间距（m）,一般=2～3m，这里取=3m.把以上数据代入（3-7）式得重段运行阻力3.3.2空段运行阻力的计算计算公式：式中——每米长的胶带自重(kg/m),这里=35kg/m——折算到每米长度上的下托辊转动部分的重量(kg/m);其中——胶带在下托辊上运行阻力系数，查表3-25选取=0.025∴第3.4节胶带张力的计算输送带作为带式输送机的牵引机构，在承受为克服输送带运行阻力所必需的牵引力的同时，由于带式输送机是靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力传递牵引力，它的张力还要满足滚筒摩擦传动的需要。除此之外，为防止输送带在两托辊之间有过大的垂度，输送带的张力还要满足它的垂度不超过规定值的需要。输送带作为牵引构件，它的张力沿输送机全长是变化的，需要采用逐点法求算它在各点的张力。参照设计计算示意图3.3。图3.3胶带输送机传动系统设计计算示意图3.4.1各点张力的计算用逐点计算法列出为克服运行阻力，输送带各点的张力关系。为简化计算，输送带在滚筒上绕行的弯曲阻力及滚筒轴承的阻力两项合并，按输送带的张力增加5%计算。由得所以又∴又又∴∴∴又∴（3.8）根据欧拉公式得：(3.9)式中——滚筒围包角，取=420°;n——摩擦力备用系数，取n=1.2;μ——胶带与滚筒之间的摩擦系数，根据煤矿井下使用条件，输送机胶面驱动滚筒，采区空气潮湿，查文献1表3-27选取μ=0.2。将以上数据代入欧拉公式得：联立式（3.8）和（3.9）解得=3106kg,=11802.8kg，从而可得其他各点张力为：3.4.2计算满足输送带垂度要求所需的张力图3.4所示为输送带张力与垂度的关系，可列出下列关系式：(3.10)图3.4托辊间胶带的下垂度式中——输送带在重段的最小张力，N；——重段托辊间距，一般取=1～1.5m,这里取=1.5m；——每米长的胶带自重(kg/m),这里=35kg/m；——每米长的胶带上的货载重量（kg/m），由以上算得=164.0kg/m;——输送机的倾角，这里取=9°；——输送带最大允许垂度，按=0.025计。将值代入上式得3.4.3验算各点张力由以上算得=14235.9kg，大于以上所算得的重段的最小张力值，所以应以=14235.9kg作为重段的最小张力，即S6=14235.9kg。由此可得s1=11294.5kg,S2=10955.7kg,,S3=11633.3kg,S4=12333.6kg,S5=13404.7kg,S7=20619kg,S8=21860.6kg,S9=21873.3kg.第3.5节胶带打滑条件的验算由以上求得∴=1.46核算围包角：在煤矿中因运转条件较差，一般取=0.2，则实际设备围包角为415°，故值符合要求。第3.6节胶带强度的验算已知最大张力S9=21873.3kg，本输送机选用的是GX2000型钢绳芯胶带，带宽B=1.2m，拉断强度为2000N/cm.根据煤矿用阻燃输送带的安全系数公式：式中——阻燃带的整体纵向拉断强度，N/cm;B——阻燃带宽度，cm;——输送带运行所受到的最大静张力，N。将已知数据代入公式，求得安全系数输送机重大载荷时，取安全系数m=10，实际求得m值为11，大于10，满足安全要求。第3.7节电机功率的计算计算公式：电机功率将已知数据代入上式，得第3.8节传动装置的选用及验算3.8.1电动机的选用根据上面算得电动机功率为345.7KW，本输送机主要用于矿山，故电动机选用Y2-355L-4异步电动机，传动方式为双电机传动。额定电流IN=556A额定转数n=1480r/min;额定功率N=315KW3.8.2减速器的选择已知传动滚筒直径D=0.83m;滚筒的最大扭矩为查机械设计手册（单行本减速器·电机与电器）选用DCZ450型减速器，其减速比i=20，输入功率为280KW。3.8.3联轴器的选择根据3.8.2中算得滚筒的最大扭矩Mk=5268.2kg·m=52.682KN·M,查机械设计手册第四卷选择ML2型梅花弹性联轴器（GB5272-85）。3.8.4制动力矩的计算式中——胶带上每米货载重量，=74kg/m;H——输送机提升高度，H=2.15m;——阻力降低系数，=0.55m;D——传动滚筒直径，D=0.83m；K——安全制动系数，K=1.25；——电动机到滚筒之间的传动效率，=0.85；把数据代入公式得电动机轴的制动力矩为根据计算结果，=1142N·m，查《机械设计手册》（第四卷）选用液压推杆制动器，其型号为YWZ-400/90，其制动力矩为1600N·m，制动轮直径为400mm,电机功率为0.25KW.第3.9节托辊直径和型号的选择托辊是决定胶带输送机的使用效果——特别是胶带使用寿命的最重要部件之一。托辊组的结构在很大程度上决定了胶带和托辊所受载荷的大小与性质。对托辊的基本要求是：是使用可靠，回转阻力系数小，制造成本低，托辊表面必须光滑，径向跳动小等等。对于井下输送机用托辊还要求限制它的重量和尺寸。托辊在目前输送机中已制成标准系列，其直径和型号的选择与以下各种因素有关：载荷的大小及特征；胶带的宽度与运行速度；使用条件，输送机工作制度；被运输物料的性质；预定的轴承寿命；维修制度等等。3.9.1托辊直径的选择托辊直径的大小与带宽、被运物料的松散比重和块度有关。被运物料的松散比重和块度越大，托辊的直径亦应越大。托辊直径增大，其重量相应增大，但同时使胶带的运转条件改善，促使胶带的运行阻力系数减小。对于露天矿和采选企业使用的输送机，由于作业条件沉重，根据被运物料的性能为中重、粒状和中块煤，托辊直径选择标准133mm。3.9.2托辊型号的选择托辊型号和结构决定于输送机的工作条件、托辊允许的载荷、所需的托辊工作寿命等。在煤矿中，工作条件为中级，胶带宽度为1200mm，宽度组别为中宽，选择托辊型号为133/Ⅲ带穿通心轴的DX型槽形托辊（如图3.5所示），其直径为133mm，长度为315mm。图3.5槽形托辊它由三个刚性托辊组成，三个托辊布置在同一平面内，轴承布置在托辊外壳的里面。托辊轴的两端由支架的托座支承。托辊的外壳用无缝钢管制造。在高速输送机上，要求保证托辊质量平衡，否则托辊转动时将产生径向跳动。托辊质量的平衡需借助于提高它的制造质量才能达到。为此，制造托辊是必须采取以下措施：严格校准托辊壳体的外径；托辊壳体两端的配合面在同一台设备上镗削；细致的进行装配以保证制造精度；采取半自动焊接等。托辊轴承的密封采用迷宫式密封，带迷宫式密封的托辊工作可靠，阻力小，由此消耗能量亦小。在一般条件下，托辊的工作可靠性在很大程度上与正确选择轴承的润滑方法有关。为此，本输送机托辊的润滑采用长效润滑方式，长效润滑是在制造托辊时注入润滑油，采用这种润滑方式，可以简化和方便输送机的运行。胶带运行时可能由于张力不足，物料偏心堆积，机架变形，托辊轴承缺陷，风载荷作用以及张力分布不均匀，引起胶带跑偏。要消除胶带跑偏常用托辊调心方法：用带导向辊和立轴承的槽形托辊组调心。托辊组刚固定在弧形托座上，托座可沿固定辊子滚动。当胶带跑偏接触到导向辊时，槽梁就围绕立轴承旋转，并强制胶带返回中心位置。利用槽形托辊组与胶带之间的摩擦力，横梁转到原来的位置。在输送机的机尾装载点处，为了减轻装物料时物料对胶带的冲击应力，采用缓冲托辊组作为承载托辊，如图3.6所示。它是用3个衬托辊组成，边托辊的倾角达到60°。图3.6缓冲托辊第3.10节滚筒直径的选择在胶带输送机的设计中，正确选择滚筒的直径具有重要的意义。胶带的使用条件随着滚筒直径的增大而得到改善，但是在其他条件相同的情况下，滚筒直径增大，将使它的重量、驱动装置减速器的传动比、减速器的重量和尺寸都相应增大。因此，滚筒的直径不应大于为确保胶带正常使用条件所需的数值。由此可见，驱动滚筒的直径不仅影响到任何输送机整个驱动装置的造价及重量，而在移动式输送机中还有重要的使用意义。选择驱动滚筒的直径时一般考虑下列基本因素：(1)胶带的厚度以及与厚度有关的绕过滚筒时产生的弯曲应力；(2)胶带承受的包括拉应力和弯曲应力在内的总应力；(3)胶带与滚筒面之间的最大或平均单位压力，以及相应的单位牵引力（即通过滚筒面单位面积传递的牵引力）；(4)胶带承受弯曲载荷的频数，与胶带的导绕方式及绕过滚筒的数目有关。(5)输送机的类型及安装地点。图3.7机头驱动滚筒滚筒直径的大小主要还决定于：滚筒的用途（驱动、张紧、迂回、改向），输送机的用途（地面、坑内），胶带的形式和层数，胶带的抗拉强度以及胶带许用强度的利用率；已知胶带为钢丝绳胶带，带宽为1200mm,胶带纵向拉断强度为2000N/mm,从标准系列中选择驱动滚筒直径为830mm（如图3.7所示）,机头改向滚筒直径为630mm,机尾改向滚筒直径为500mm。滚筒的长度B1要比胶带的宽度B大，B1=B+(100～200)mm,取B1=1200+100=1300mm。由于本输送机主要用于矿山，环境比较潮湿，且输送机功率又大，胶带容易打滑，故驱动滚筒采用有衬滚筒，滚筒表面带衬，衬垫的用途是增大驱动滚筒与胶带之间的粘着系数、减小滚筒面的磨损，并使滚筒表面有自清作用。衬垫为肖氏硬度为50～62度的橡胶。橡胶衬垫与滚筒的接合采取铸胶方式。铸胶滚筒胶面厚而耐磨，质量好，滚筒的胶皮不容易脱掉。输送机的驱动滚筒采用钢板焊接结构，用两个环状胀套连接滚筒的毂和轴，一个围包住轴，另一个压入驱动滚筒的毂内。第3.11节拉紧装置拉紧装置的作用是：1）保证胶带在驱动滚筒的奔离点具有足够的张力，使滚筒与胶带间产生必要的摩擦力，防止胶带打滑；2）保证胶带周长上各点具有必需的张力，防止胶带在托辊组之间松弛而引起撒料；3）补偿胶带的塑性伸长和过渡工况下弹性伸长的变化；4）为胶带重新接头提供必要的行程。本输送机采用钢绳绞车式自动拉紧装置：利用钢丝绳缠绕在绞筒上，通过移动拉紧小车的位置来调节胶带的松紧程度，输送机在启动前，先开动绞车，将输送带的拉紧力增加到启动所需的大小后，驱动电动机才起动输送带，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，绞车开动增加拉紧力，以加大驱动滚筒的摩擦牵引力。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计值。拉紧装置的拉紧行程按胶带伸长的4‰考虑，已知输送机输送长度为1000m,故拉紧行程为S=0.004×1000=4m。拉紧力的大小为T=S3+S2≈2s1=2×11294.5=22589kg。第3.12节储带装置储带装置是可伸缩式胶带输送机用来把胶带输送机伸长前或缩短后的多余胶带，在一定长度内暂时储存起来，以满足采煤工作面持续前进或后退的需要。储带装置主要由固定滚筒（滚筒固定在机头驱动装置后面的机架上）、活动滚筒架（滚筒安装在活动小车的机架上）和支承小车（支承小车上面装有托辊，以支承储带仓内的胶带，小车之间的距离可以调节）等组成。固定滚筒架及活动滚筒架上各有两个滚筒，回空段胶带绕过这四个滚筒，共迂回四次后，再回到机尾滚筒。在固定滚筒架与活动滚筒架之间装有支承小车。它由两个下托辊、车架和滚轮等组成，其作用是支承被储存部分的胶带，使其悬垂度不致过大。支承小车应基本上等距离的分布在固定滚筒架和活动滚筒架之间。当活动滚筒架移动后，要重新布置支承小车的位置，使其间距相等。活动滚筒架由车架、车轮、滑轮组合换向滚筒等组成。拉紧绞车通过钢绳、滑轮组牵引活动滚筒架在轨道上行走，从而达到储进或放出胶带的作用，并使胶带得到适当的张紧度。为防止活动滚筒架掉道，在活动滚筒架上还装有四个止爬钩。第3.13节清扫装置胶带卸载后为了保持胶带清洁防止损坏，必须对胶带表面进行清扫，清除胶带表面粘着之物。本输送机采用刮板式清扫器。在机头，安装在卸载滚筒的下部，使刮板紧贴胶带的外表面，刮去胶带表面粘着物。此外，在靠近机尾换向滚筒处也安装清扫器，使刮板紧贴胶带的内表面。清扫装置对双滚筒传动尤为重要。因为胶带装煤的上表面要与传动滚筒接触，若清扫不干净，会使胶带受到损坏或由于煤粉杂质粘结滚筒表面，使胶带过快磨损，甚至使钢丝绳胶带的钢绳芯断丝。第3.14节装载装置装载装置由漏斗和挡板组成。对装载装置的要求是使物料装在输送带的正中位置；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。第3.15节机架机架包括机头架、机尾架、拉紧装置和中间架等。本输送机主要用于矿井下，机头架和机尾架做成结构紧凑便于移置的H型构件（如图3.8所示）；中间架是便于拆装的结构，为螺栓连接型钢机架，型钢机架用支座在底板上安装。图3.8H型机架第4章监控系统的硬件设计第4.1节PLC控制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。随着PLC控制技术的发展,越来越多的带式输送机采用了PLC控制技术。PLC的特点是专为在工业环境下应用而设计的，具有面向工业控制的鲜明特点［17］。可靠性高，抗干扰能力强为了确保PLC能在恶劣的工业环境下能可靠的工作，在设计中强化了PLC的抗干扰能力，使之能抗诸如电噪声、电源波动、震动、电磁干扰等的干扰，能抗1000V、1μS脉冲的干扰，能在高温、高湿以及空气中存有各种腐蚀物质粒子的环境下可靠的工作。PLC能够承受电网电压的变化，可直接由交流市电供电，直接取自电控箱电源，一般由直流24V供电的机型，电源电压允许为16~32V，由交流市电供电的机型，允许电压为115V/230V、47~63Hz的电源供电。即使在电源突然瞬间断电的情况下，仍可正常工作。PLC在设计、生产过程中，除了对元器件进行严格的筛选外，硬件和软件还采用屏蔽、滤波、光电隔离和故障诊断、自动恢复等措施，有的PLC还采用了冗余技术，进一步增加了PLC的可靠性。通常PLC的平均无故障时间可达几万小时以上，有的甚至达几十万小时。某些PLC的生产厂家甚至宣布，今后它生产的PLC将不再标明可靠性这一指标，因为能称得上PLC名称的产品，它的可靠性必定是高的。通用性强，灵活性好，功能齐全PLC是通过软件实现控制的，其控制程序编写在软件中，实现程序软件化，因而对于不同的控制对象都可采用相同的硬件进行配置。目前，PLC产品已系列化、模块化、标准化，能方便灵活的组成大小不同、功能不同的控制系统，适用性强。由于可编程控制功能齐全，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。编程简单，使用方便PLC在基本控制方面采用“梯形图”语言进行编程，这种梯形图是与继电器控制电路图相呼应的，形式简练，直观性强。广大电气工程人员易于接受，用梯形图编程出错率比汇编语言低得多。PLC还可以采用面向控制过程的的控制系统流程图编程和与语句表方式编程。梯形图、流程图、语句表直接爱你可有条件的相互转化，使用及其方便。这是PLC能够迅速普及的重要原因之一。模块化结构PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架和电缆将各模块连接起来。系统的功能和规模可根据用户的实际需求自行配置，从而实现最佳性能价格比。由于配置灵活，使扩展、维护方便。安装方便，调试方便PLC安装方便，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接线任务，缩短了安装时间。PLC鄂调试工作大部分为室内调试和现场调试。室内调试时，用模拟开关模拟输入信号，其输入状态和输出状态可以观察PLC上的相应的发光二极管和编程器提供的信息方便的进行测试、排错和修改。室内模拟调试后，即可到现场进行联机调试。网络通信PLC提供了标准通信接口，可以方便的进行网络通信。其他PLC体积小，能耗低，便于机电一体化。4.1.1PLC基本组成PLC在各个领域里得到了愈来愈广泛的应用。一般意义上讲，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与工业过程相联结的忌口和更直接的适用于控制要求的编程语言。所以PLC与计算机空盒子系统十分相似，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3.1所示：输入单元微处理器输入单元微处理器存储器电源输出单元SBSQSAKMYVHL图4.1可编程序控制器的基本组成第4.2节西门子S7-200PLCPLC的生产厂家很多，比如德国西门子公司、日本的三菱等，但是市场占有量最大的、使用最广泛的还是德国西门子公司生产的S7系列PLC。设计中使用的PLC就是西门子公司开发的S7-200系列PLC。4.2.1S7-200PLC系统的基本构成 S7-200PLC由基本单元(S7-200CPU)、个人计算机（PC）或编程器、STEP7-Micro/WIN32编程软件以及通信电缆等构成。（1）基本单元 基本单元(S7-200CPU模块)也称为主机。由中央处理单元（CPU）、电源以及数字量输入单元组成。这些都紧凑的安装在一个独立的装置中。基本单元可构成一个独立的控制系统。 在CPU模块的顶部端子盖内有电源及输出端子；在底部端子盖内有输入端子及传感器电源；在模块的左侧分别有状态LED指示灯