《综采装备及其智能化技术》 课件 第5章 可伸缩带式输送机及其智能化技术

第五章可伸缩带式输送机及其智能化技术目录CONTENTS5.1概述5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理5.2.1基本结构5.2.2传动原理5.3带式输送机自动控制技术5.4大型带式输送机自动张紧技术5.5带式输送机煤流智能感知5.6基于物料运量智能调速节能技术5.7带式输送机安全保护检测技术5.1概述战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造1可伸缩带式输送机是煤矿综采工作面运输物料的重要设备。其机身长度可根据工作需要灵活伸长或逐渐缩短，相较于普通带式输送机，可伸缩带式输送机增加了储带装置和收放输送带装置。工作原理：基于挠性体摩擦传动，通过输送带与驱动滚筒之间的摩擦力来推动输送带运行，完成输送作业。可伸缩带式输送机5.1概述工作原理战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2输送带10绕过驱动装置1的滚筒，经储带装置2的滚筒至机尾架9的滚筒形成无级环形带。输送带均支承在托辊5上。张紧绞车4把工作输送带张紧，使输送带10在工作过程中与驱动滚筒产生摩擦力。输送机的伸缩是利用输送带10在储带装置2内的多次折返和收放来实现的。当张紧绞车4拉着储带装置内的活动滚筒向机尾方向移动时，输送带10进入储带装置2内，此时机尾架9在机尾牵引绞车8的牵引下回缩，使得整个输送机缩短，反之，则使整个输送机伸长。可伸缩带式输送机工作原理1-驱动装置；2-储带装置；3-游动小车；4-张紧绞车；5-托辊；6-机架；7-收放输送带装置；8-机尾牵引绞车；9-机尾架；10-输送带

5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理

基本结构战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3托辊及机架输送带清扫装置储带装置张紧装置驱动装置基本结构5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理5.2.1基本结构-1.输送带战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3输送带在带式输送机中既是牵引机构又是承载机构。它不仅应有足够的强度，还要有相应的承载能力。可伸缩式带式输送机通常使用织物芯输送带，分为分层和整芯两种。输送带结构图a）分层输送带；b）整芯输送带1-帆布层；2-覆盖胶5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理5.2.1基本结构-1.输送带战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3可伸缩式带式输送机的输送带采用机械接头进行连接。机械连接接头有铰接合页、铆钉夹板和钩状卡接头三种，如图5-3所示。用机械法连接时，输送带接头处的强度被削弱的情况很严重，一般只能相当于原来强度的35%~40%，且使用寿命短。

机械方法连接接头a)铰链合页接头；b)铆钉夹板接头；c)钩状卡接头5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理5.2.1基本结构-2.托辊及机架战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3托辊的作用（1）支承输送带，减小运行阻力；（2）使输送带垂度不超过规定限度，保证输送带平稳运行；对托辊的结构和使用的基本要求（1）运行阻力小；（2）运转可靠；（3）使用寿命长；托辊的分类托辊托辊承载托辊专用托辊调心托辊上托辊下托辊5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理5.2.1基本结构-2.托辊及机架战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3上托辊一般成槽形，槽形托辊组由三个、两个或五个托辊组成。目前，最常见的为三个长度相等的托辊串接而成，如图所示。三托辊组中侧托辊的倾斜角度称为槽形角。下托辊一般为平直的单托辊。但为了更好地约束输送带，防止跑偏，有的采用双托辊式槽形托辊，其槽形角为10°左右。下托辊间距较大，一般等于上托辊间距的二倍左右。一般的带式输送机，上托辊间距为1~1.5m，下托辊间距为2.5~3m。托辊级支架1-上托辊；2-下托辊；3-机架a）储带张紧仓断面；b）机身断面上托辊下托辊5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理5.2.1基本结构-2.托辊及机架战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3调心托辊是将槽形或平形托辊安装在可转动的支架上构成。用途：当输送带在运行中偏向一侧时（称为跑偏），调心托辊能使输送带返回中间位置。安装：一般在承载段每隔10-15组设置一组调心托辊。上调心托辊下调心托辊5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理5.2.1基本结构-2.托辊及机架战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3输送带偏向一侧碰到安装在支架上的立棍1时，托辊架4被推到前倾位置，如下图所示。此时，作用在斜置托辊2上的力F分解成切向力Ft和轴向力Fa。切向力Ft用于克服托辊的运行阻力，使托辊旋转；轴向力Fa作用在托辊上，欲使托辊沿轴向移动，由于托辊在轴向不能移动，因而Fa作为反推力作用于输送带，当达到足够大时，就使输送带向中间移动返回，这时，由立辊1的推动使转动支架3逐渐回到原位。调心托辊的调偏原理调心托辊调心托辊的调偏原理5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理5.2.1基本结构-2.托辊及机架战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3托辊密封性的好坏直接影响托辊阻力系数和托辊寿命。如图所示为一种典型托辊结构，煤矿井下用的托辊密封装置不仅应能有效地防止煤尘，还应能有效地防止水进入轴承。一种典型托辊1-管体；2-轴承座；3-轴承；4-迷宫型密封圈；5-垫圈；6-挡圈；7-心轴5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理5.2.1基本结构-3.驱动装置战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造31-防爆电动机；2-软启动装置；3-联轴器；4-减速器；5-驱动滚筒垂直出轴减速器驱动装置驱动装置防爆电动机软起动装置联轴器减速器驱动滚筒5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理5.2.1基本结构-3.驱动装置战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3软启动装置：根据工作原理和结构的不同，国内外常用的软启动装置可大致分为调速型液力耦合器、CST可控启动传输、液黏软启动以及变频调速装置。调速型液力耦合器CST可控启动传输液黏软启动装置三相永磁同步变频电动机5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理5.2.1基本结构-3.驱动装置战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3蛇形弹簧联轴器1-半联轴节；2-罩壳；3-蛇形弹簧；4-润滑孔；5-密封圈圆锥-圆柱齿轮减速器驱动滚筒a)钢制光面滚筒；b)包胶滚筒；c)陶瓷耐磨滚筒驱动装置还包括联轴器，带式输送机中常用的为蛇形弹簧联轴器。带式输送机用的减速器一般采用圆锥-圆柱齿轮减速器。驱动滚筒分钢制光面滚筒、包胶滚筒和陶瓷耐磨滚筒等。a)b)c)5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理5.2.1基本结构-4.张紧装置战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3带式输送机的动力传动依靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦来实现，因此张紧装置是带式输送机必不可少的重要组成部分。输送带张紧力的大小变化及适时调整决定了输送机的正常运行和输送带的使用寿命，合理选择、布置和使用张紧装置将直接决定带式输送机的整体工作性能。液压油缸式自动张紧装置钢丝绳绞车式张紧装置5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理5.2.1基本结构-5.储带装置战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3储带装置1-机头驱动装置；2-储带装置；3-张紧装置；4-收放输送带装置；5-中间机架；6-机尾；7-转载机；8-张紧绞车；9-滑轮组；10-活动滚筒架；11-支承小车；12-固定滚简储带装置由固定滚筒、活动滚筒架、活动托辊支承小车及张紧绞车组成。固定滚筒在机头驱动装置后的机架上，活动滚筒架的滚筒在可移动小车架上，活动托辊在小车架上。活动滚筒架有车架、车轮、滑轮组和换向滚筒等，通过张紧绞车及钢丝绳滑轮组牵引沿轨道运行，张紧装置能给输送带适当张紧力。转载机与带式输送机机尾有搭接，机头和桥身可在机尾架上纵向移动。当转载机到极限位置，需拆除机尾前中间机架部分，用机尾推移装置移动机尾对接，同时将多余输送带存于储带装置。5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理5.2.1基本结构-6.清扫装置战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3清扫装置的必要性：（1）输送带的脏面（与货载接触的一面）与滚筒相接触，粘在输送带上的煤或岩粉很容易损伤输送带。（2）由于输送带上的煤、泥粘在滚筒表面，使得滚筒的局部直径增大，可导致输送机跑偏。（3）对于多电动机多滚筒驱动，可能使得与脏面接触的滚筒的直径增大，从而造成滚筒上的电动机功率分配不均，甚至发生烧坏电动机的事故。带式输送机清扫装置a)刮板式清扫器；b）旋转刷；c）V型空段清扫器a)b)c)THANKS第五章可伸缩带式输送机及其智能化技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造目录CONTENTS5.1概述5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理5.2.1基本结构5.2.2传动原理5.3带式输送机自动控制技术5.4大型带式输送机自动张紧技术5.5带式输送机煤流智能感知5.6基于物料运量智能调速节能技术5.7带式输送机安全保护检测技术5.2.2可伸缩带式输送机的传动原理1.摩擦传动原理战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3输送带是挠性体牵引构件。带式输送机靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力来传递牵引力。如图所示，当驱动滚筒旋转时，输送带在相遇点的张力Fy比分离点的张力Fl大，并且Fy随负荷的增大而增大。Fy

和Fl的差值就是摩擦牵引力。带式输送机传动原理图5.2.2可伸缩带式输送机的传动原理1.摩擦传动原理战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3取AB段长度的输送带为长度微元，当驱动滚筒沿顺时针方向转动时，作用在微元dL上的力有：点A的张力F、点B的张力F+dF（与F成dθ角）；驱动滚筒对输送带的法向反力dN及摩擦力µdN（µ为滚筒与输送带之间的摩擦因数）。当忽略输送带自重、离心力和弯曲力矩时，该微元的力平衡方程组为：解得：带式输送机传动原理图5.2.2可伸缩带式输送机的传动原理1.摩擦传动原理战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3同理，对于围包弧上任意一点A的张力F可以表示为：若使输送带不在滚筒上打滑，必须满足如下条件：即：——挠性体摩擦传动的欧拉公式式中：

—相遇点的最大张力，N；

—分离点的张力，N；

—摩擦系数

—围包角，rad5.2.2可伸缩带式输送机的传动原理1.摩擦传动原理战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3图中所示为绘制的输送带张力变化规律曲线。可以看出，输送带张力在BC弧内按照欧拉公式所反映的规律变化，在C点输送带的张力达到Fy，在CA弧内输送带的张力保持不变。弹性滑动只发生在驱动滚筒上有张力差的一段输送带段内，这个张力差就是滚筒传递给输送带的牵引力。由弹性滑动产生的弧称为滑动弧，滑动弧对应的中心角λ称为滑动角，滑动角随着相遇点张力的增大而增加。5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理2.单滚筒驱动牵引力的计算战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3驱动滚筒所能产生的极限摩擦牵引力为：

从上式可以看出，提高传动装置牵引力有如下方法：（1）增大，增加张紧力可使分离点张力，增大。（2）增大围抱角α。（3）增大摩擦因数µ。

为保证带式输送机安全可靠地运行，在设计中，对驱动滚筒所能传递的摩擦牵引力应考虑一定的备用能力，因此，驱动滚筒实际传递的摩擦牵引力：式中 n—摩擦牵引力备用系数，n=1.3~1.7。5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理3.双滚筒传动牵引力的分配战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3双滚筒驱动采用分别驱动的方式，如图所示。两滚筒分别用单独的电动机驱动。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-输送带；2-驱动滚筒；3-驱动电机；4-联轴器；5-变速箱分别驱动的方式5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理3.双滚筒传动牵引力的分配战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3（1）按最小张力分配：传递一定的牵引力，输送带的张力最小相遇点一侧的滚筒I所能传递的最大牵引力为：分离点一侧的滚筒II所能传递的最大牵引力为：按图中所示的围包方式，一般情况下

计算得到下式

5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理3.双滚筒传动牵引力的分配战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3（2）按比例分配：按比例将总功率分到两个滚筒上

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1/2。两滚筒传递的总牵引力为：通过比较上式与按照最小张力分配得到的分离点张力，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。5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理3.双滚筒传动牵引力的分配战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3（2）按比例分配：按比例将总功率分到两个滚筒上

按2:1分配：将相遇点一侧的滚筒I的功率按滚筒Ⅱ的两倍进行分配优点：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I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分配小得多。缺点：滚筒I需两套电机和减速器，占地面积大。这种方式增加了设备的互换性，是大功率带式输送机较多采用的一种驱动形式。THANKS第五章可伸缩带式输送机及其智能化技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造目录CONTENTS5.1概述5.2可伸缩带式输送机的基本结构与传动原理5.3带式输送机自动控制技术5.4大型带式输送机自动张紧技术5.5带式输送机煤流智能感知5.6基于物料运量智能调速节能技术5.7带式输送机安全保护检测技术可伸缩带式输送机智能化技术1.带式输送机自动控制技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3带式输送机自动控制系统可伸缩带式输送机智能化技术2.大型带式输送机自动张紧技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3液压缸式自动张紧装置的液压系统图1-粗过滤器；2-液压泵；3、11-溢流阀；4-精过滤器；5-单向阀；6、18-压力表；7-电磁换向阀；8-液控单向阀；9、15、16-截止阀；10-张紧液压缸；12-比例溢流阀；13-电磁球阀；14-手动泵；17-压力传感器；19-蓄能器；20-张紧小车；21-固定绳座；22-动滑轮；23-定滑轮；24-电动或液压固定慢速绞车（1）液压缸自动张紧装置液压缸式自动张紧装置可伸缩带式输送机智能化技术2.大型带式输送机自动张紧技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3（2）自动变频绞车钢丝绳绞车式张紧装置自动变频张紧绞车的传动系统图1-机尾；2-机头；3-卷筒；4-行星减速器；5-制动器；6-电动机；7-张力传感器；8-缓冲油缸；9-滑轮组；10-储带仓可伸缩带式输送机智能化技术3.带式输送机煤流智能感知战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3视频煤流检测（1）视频图像煤流识别分析技术在视频中设置一个检测区域，如图所示。当煤流经过该检测区域时，检测设备会检测到流量的变化，并向控制主机发送信号。根据这些信号，控制主机可以确定输送带上是否有煤料，并相应地进行启动或停止控制。同时，通过监测输送带上的煤流情况，利用变频设备控制电动机的转速，以达到节能控制的目的。可伸缩带式输送机智能化技术3.带式输送机煤流智能感知战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3（2）激光测量分析技术煤流截面包络线激光测量煤流示意图利用激光测距原理实时测量输送带上某一点的煤位高度，通过在输送带横向设置多个测量点，结合输送带的宽度，可以绘制出煤流的截面图形，如图所示。通过煤流截面包络线，可以计算出瞬时煤流截面积，并通过多个采样周期的值得出平均煤流截面积，从而反映当前的煤量大小。可伸缩带式输送机智能化技术4.基于物料运量智能调速节能技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3输送带运行速度v与输送带运量Q的变化关系如果qm是带式输送机在工作状态可允许的最大物料线密度，则输送带运行速度v与运量Q可表示为：输送带运行速度v与输送带运量Q之间的变化关系如图所示。图中的输送带运行速度v与运量Q之间的关系可表示为：可伸缩带式输送机智能化技术4.基于物料运量智能调速节能技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3在煤矿实际生产中，带式输送机的煤流量在运行过程中不断变化，无法固定为某一个数值。为了更好地适应这种变化，需要结合优化结果和实际生产情况，将煤流量划分为不同的区间，并在每个区间进行优化匹配，实现带式输送机的智能分段调速控制。煤流量的划分区间如图所示。煤流量的划分区间可伸缩带式输送机智能化技术5.带式输送机安全保护检测技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3（1）输送带跑偏检测跑偏开关安装示意图1—安装支架；2—支架；3—输送带；4—托辊；5—两极跑偏开关跑偏开关带式