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毕业设计初稿

山西煤炭管理干部学院

山西省煤矿主要安全生产管理人员学历提升教育

毕业设计

毕业设计任务书

姓名：

冯恩湖

设计题目：

阳泉市保安煤矿下组煤下山胶带输送机的选型设计及电气控制

设计给定条件：

任务开始时间：

2011年1月24日

任务完成时间：

2011年4月20日

请你在规定时间内，按设计指导书的要求，完成相应的设计任务，包括设计图纸和设计说明书。

山西煤炭管理干部学院成教部

2011年4月20日

毕业设计答辩评阅书

姓名：

_____冯恩湖____

设计题目：

阳泉市保安煤矿下组煤下山胶带输送机的选型设计及电气控制

设计批阅及答辩评语：

答辩成绩：

指导教师：

答辩组长：

答辩组成员：

年月日

摘要

本毕业设计是关于山西阳泉保安煤业15#煤皮带大巷固定式带式输送机的设计。

首先对矿井概况做一简单的介绍，然后对胶带输送机选题依据作了概述；接着分析了带式输送机的选型原则及计算方法；然后根据这些设计准则与计算选型方法按照给定参数要求进行选型设计；接着对所选择的输送机各主要零部件进行了校核；对皮带机维护做了简单介绍。

后来简单的说明了输送机的安装与维护，最后介绍胶带输送机的电气控制。

目前，胶带输送机正朝着长距离，高速度，低摩擦的方向发展，近年来出现的气垫式胶带输送机就是其中的一个。

在胶带输送机的设计、制造以及应用方面,目前我国与国外先进水平相比仍有较大差距,国内在设计制造带式输送机过程中存在着很多不足。

本次带式输送机设计代表了设计的一般过程,对今后的选型设计工作有一定的参考价值。

关键词：

带式输送机；选型设计；

Abstract

Thisgraduationprojectisthedesignof15#beltconveyer,whichisinthetypeoffixed,forcoalmineofBao’anofYangquan.Firstintroducetheminebriefly,Thensummarizethebasisthemodeselectionoftheconveyer.Thenanalyzetheprincipleandthecomputationalmethodofthemodeselection;Thendesignthemodeselectionaccordingtotheseprincipleandthecomputationalmethodandtheparamaterfollowedthedemand.ThenverifythemajorcomponentsoftheconveyerwhichhadChoosed.Introducethemaintenanceofconveyersimply.describethemaintenanceandinstallationofconveyer.Finallyelaboratetheelectriccontrolofconveyer.Atpresent,theadhesivetapeconveyersisdevelopingtowardthelongdistance,thehighvelocity,andthelowfrictiondirection.Inrecentyearstheaircushiontypeistheexampleofthem.Thereisagreatdistancebetweenthedomesticandtheoverseaswiththeconveyer'sdesign,themanufactureandtheapplication,Athomemanyinsufficienciesexistintheprocessofthedesignmanufacturebeltconveyer.Thisconveyerdesignhasrepresentedthegeneralprocessofthedesignofconveyer,Itwillhavecertainreferencevaluetothemodeselectionofconveyer.

Keyword:

conveyer;modeselection;

绪论

一、矿井概况

山西煤炭运销集团保安煤业有限公司前身为阳泉市保安煤矿，原为初步设计为山西省煤炭工业局批准的设计能力90万t/a的矿井，矿井初步设计于2004年4月编制完成，并于当年获得批准。

2004年山西省煤炭工业局基本建设局以晋煤基局〔2004〕58号文批准该矿井开工建设。

矿井于2005年5月正式开工。

截止2009年底，主、副、风三个立井井筒已完工并投入使用，主、副井提升系统已正常运行，矿井主扇于2007年6月安装完成，并投入使用，实现了全负压机械通风；矿井地面双回路供电线路、变电所；井下中央变电所、水泵房、水仓、火药发放硐室等主要硐室已建成。

井底车场、主要石门、大巷已完成，现正进行采区15号煤层回采工作面。

工业场地内办公楼、联合建筑、高位水池、锅炉房、主副井绞车房、井口房、地面火药库、地面扇风机房、机修车间、库房、瓦斯抽放泵站等设施已建成。

目前正在进行洗煤厂设备安装,预计6月份投产。

二、编制设计的依据

1、本井田开采煤层埋藏深度大，设计采用立井开拓方式，工程量少，安全性好。

2、矿井采用单水平开采，主要大巷采用轨道大巷集中，皮带、回风大巷分组联合布置，井巷工程量省，生产环节少，利于管理。

3、运输大巷采用胶带运输机运输煤炭，运量大，连续性好，安全高效。

4、设计采用一个15号煤层综采工作面保证矿井5Mt/a的设计生产能力。

第一章胶带输送机的选型设计

一、设计原始资料

1、输送机长度：

480（1075）m

2、提升高度：

110（123）m

3、倾　　角：

0°～14°、～3°、16'～3°

4、输送物料：

原煤，粒度0～300mm

5、松散密度：

γ=0.95t/m3

6、工作制度：

330d/a，16h/d

7、输送能力：

按井下工作面原煤产量的峰值计算

8、带速：

3.15m/s

9、煤的堆积角：

25°

10、带强选取　钢绳芯胶带st2000，强度为2000N/mm

二、井下运输系统（见图3—3—1）

回采工作面出煤经工作面运输顺槽胶带机→工作面溜煤眼→下组煤大巷带式输送机→转载煤仓→石门上仓带式输送机→井底煤仓→主井箕斗提至地面。

此处主要以下组煤带式输送机为研究对象，下组煤带式输送机是全矿出煤的咽喉地带，全矿的所有煤量都经过此处。

图3—3—1井下运输系统示意图

三、选型计算

1、输送机主要参数确定

（1）运量的确定

根据井下采掘运输系统，采煤机每班工作3～4h，原煤由顺槽皮带通过溜煤眼入下组煤大巷带式输送机，中间无任何缓冲环节，因此，运量按井下工作面原煤产量的峰值进行选取，设计按Q=1200t/h输送能力计算。

（2）带速带宽的确定

带宽：

B=

=08m取B=1200mm。

Q—输送量（吨／时）；

υ—带速（米／秒）；

γ—物料容量（吨／米2）；

κ—断面系数。

κ与物料的动堆积角ρ及带宽B有关,K=420；

c—倾角系数,C=0.9；

ξ—速度系数,ξ=0.9；

总长度：

L=1075（480）m

计算出：

水平长度Lh=1063（468）m

（3）输送机起动、制动选择

长距离带式输送机因其距离长、负荷大，直接起动、制动会造成起动、制动加速度过大，将对输送带产生很大的动张力，影响带式输送机运行性能和使用寿命。

为保证带式输送机的安全可靠运行，设计经过对多种拖动方式的综合研究分析，确定下组煤大巷带式输送机拖动方式选用变频软启动，可实现系统较长的起动加速过程。

为防止输送机满载上运停止，保证能可靠制动和防逆转，在每个驱动单元配置一套液压闸瓦制动器和低速轴逆止器。

2、设计计算

根据输送机的布置列出计算简图见图3—3—2

图3—3—2计算简图

2.1、上托辊每米转动部分重量：

q＇=18.45Kg/m（上托辊直径φ133，间距2m）

2.2、下托辊每米转动部分重量：

q〃=6.91Kg/m（下托辊直径φ133，V型、间距3m）

2.3、胶带每米重量：

qo=32.4Kg/m（st2000钢绳芯带）

2.4、每米胶带上物料重量：

q=Q/3.6V=1200/3.6×3.15=105.82Kg/m

3、阻力计算

选取托辊阻力系数ω=0.03

3.1、上分支运行阻力

F1=（q+q＇+qo）ωLh

=（105.82+18.45+32.4）×0.03×1063=4996Kg（L=1075m）

同理F1=2200（L=480m）

3.2、下分支运行阻力

F2=（qo+q〃）ωLh

=（32.4+6.91）×0.03×1063=1253Kg（L=1075m）

同理F2=552（L=480m）

3.3、物料提升阻力

F3=qH=105.82×11384=11787Kg（L=1075m）

同理F3=10327（L=480m）

3.4、附加阻力　　　　　　　

1）滚筒附加阻力F1＇=380Kg

2）清扫器附加阻力F2＇=140Kg

3）导料槽阻力F3＇=100Kg

4）进料处物料加速阻力F4＇=50Kg

故总附加阻力F＇=F1＇+F2＇+F3＇+F4＇=380+140+100+50=670Kg

总阻力F=F1+F2+F3+F＇

=4996+1255+11787+670=18708Kg（L=1075m）

同理F=13749（L=480m）

4、轴功率及电机功率

4.1、轴功率

N0=FV/102=18708×3.15/102=577.7KW（L=1075m）

同理N0=424.6KW（L=480m）

4.2、电机功率

N=1.4N0=808.78KW（L=1075m）（1.4为功率备用系数）

同理N=594.44KW（L=480m）（1.4为功率备用系数）

5、张力计算

输送机布置示意图

选S3=S4=1200Kg

则S2=S3-F2+q0H=1200-1253+32.4×11384=3556Kg（L=1075m）

S1=S2+F=22264Kg（L=1075m）

按双滚筒三电机，且功率配比为F1:

F2=2：

1考虑

则S1-2=9792Kg（L=1075m）（计算过程：

（22264-3556）÷3+3556=9792）

6、逆止力矩计算

传动滚筒轴上的制动力矩：

MT=0.65D[qH-（2q0+q＇+q〃）ωLh-qLhω]

=0.65×0[11787-（2×32.4+18.45+6.91）×1063×0.012-105.82×1063×0.012]

=6037Kg.m

7、验算

1、胶带安全系数

m=120×2000/22264=10.7（L=1075m）

2、打滑验算

第一传动滚筒S1/S1-2=22264/9792=2.27＜eua1=3

第二传动滚筒S1-2/S2=9792/3556=2.75＜eua1=3

3、上分支最小张力验算

上分支允许最小张力为：

S上min=5（q0+q）L=5（32.4+105.82）×2=829Kg

S4=1200Kg＞S上min

8、滚筒合力及扭矩计算

8.1、第一传动滚筒

合力F合=S1+S1-2=22264+9792=32056Kg

扭矩M扭Ⅰ=（S1-S1-2）D/2=（22264-9792）×0/2=6236Kg.M

8.2第二传动滚筒

合力F合=S1-2+S2=9792+3556=13348Kg

扭矩M扭Ⅰ=（S1-2-S2）D/2=（9792-3556）×0/2=3118Kg.M

8.3拉紧滚筒合力

F=2×S2=7112kg

8.4、机尾滚筒合力

F=S3+S4=2×1200=2400Kg

四、选型结果

初期下组煤大巷带式输送机主要技术参数为：

输送机代号：

DTL120/100/3×315

运量：

Q=1200t/h

带宽：

B=1200mm

带速：

V=3.15m/s

机长：

L=480m（后期1075m）

胶带：

ST/S2000×B1200阻燃钢丝绳芯胶带1450m

变频电动机：

YBPT355L2-4N=315kWV=1140V三台

减速器：

M3PSF80+风扇i=25三台

电力液压推杆制动器：

BYWZ5-400/121[M]=1000～2000Nm三台

逆止器：

DSN30[M]=130kNm二台

液压自动拉紧装置：

ZYL-01-6/130N=5.5+5.5kW安装在机头部位

头部卸料滚筒为双出轴（传动滚筒）用于一端安装盘式制动器另一端安装逆止器。

第一传动滚筒均为双出轴，一端接逆止器+后期驱动装置，另一端接一套驱动装置。

第二传动滚筒均为单出轴，一端接逆止器，另一端接驱动装置。

驱动装置由低速轴联轴器→垂直轴减速机→带制动轮联轴器+电液推杆制动器→高速轴联轴器→电动机。

其中制动器为紧急停车使用，安装在减速机高速轴上。

附：

15#煤胶带大巷输送机图

第二章皮带机电控

一、皮带机电控的确定

1、高开及变压器二次总馈电开关采用就地手动控制分合操作。

输送机为集控，给料机只闭锁，就地启动，停止集控。

2、当变频器处于零输出时，操作台控制单台变频器馈电开关KBZ16-400Z/1140Y,开关合闸，顺序向变频器供电。

3、当具备各种开机条件如：

张紧正常、各种保护正常，同时已确认三台变频器主回路已正常带电，同时打开制动器并确认可向变频器发出指令，控制变频器按启动给定曲线加速起动输送机，达到额定速度后，输送机转入正常运行。

4、输送机正常停机时，由输送机控制系统向变频器控制系统发出停机指令，由变频器控制系统控制，按给定减速曲线减速，当减到带速为0.5m/s（此速度值可在调试时降低设定值）时投入制动器停车（V=0.5m/s时为紧急停车）同时断开变频器各分路馈电开关，变频器恢复为零输出状态。

5、输送机如需紧急停车，由输送机控制系统对变频器发出急停命令并立即分断变频器分路馈电开关，制动器立即投入制动，变频器恢复到零输出状态，输送机停车，紧急停车完成。

6、输送机控制、保护系统是主系统，变频器的调速和自身保护系统为一个子系统，由输送机监控系统进行管理。

二、控制、保护系统的主要功能选择

该电控装置应有多种控制方式可供选择，设有远程控制、本机控制、就地手动（检修）、现场编程四种工作方式。

该电控装置应具有一般胶带机开停、软控起停、功率平衡等控制功能。

1、一般起停：

当输送机系统处于允许启动情况下，矿用工控机（PCL）接到开车命令后，自动发出语音预告。

然后顺序分时向变频器供电，同时打开制动器（此时变频器处于零输出），当确认变频器供电正常时，向变频器控制系统发出加速指令，则变频器控制系统控制变频器输出，使输送机按预定S曲线起动，直至达到额定速度，输送机进入正常运行。

胶带机开始起动时，同时监测各信号是否正常。

接收到正常停车命令后，先联锁停所有给煤机，在认为胶带机已空载后，给变频器指令，变频器开始调频，按设定S曲线减速。

当减到V=05m/s时，（现场调试时可适当调低此值）一次性断开所有变频器供电，同时投入制动。

当接到紧急停车命令或接收到停车故障信号后，同时急停所有给料机和所有变频器供电，投入制动。

停车后变频器应自动复零。

为再次起动做好准备。

2、软控起停、功率平衡

矿用工控机（PCL）接到起（停）命令后，按设定的起（停）特性和规定的加（减）速度控制胶带机起（停），在胶带运行的全过程中实现各驱动设备的功率平衡。

以上工作由变频器的控制系统在整机电控、保护系统的管理下完成。

3、验带或调速：

可选择低速验带（0.5m/s）或任意低速运行。

4、检测、保护功能

系统应具有的保护功能：

跑偏、闭锁、打滑、堆煤、超温、自动洒水、烟雾、纵向撕裂、张力下降、煤位、沿线急停等保护。

5、胶带的跑偏保护

跑偏开关成对设置，机头、机尾各设一对，沿线每100m设一对。

当一级跑偏动作时，只报警不停车，但能召唤显示跑偏位置。

当二级跑偏动作时，报警并执行急停命令，也能显示出跑偏位置。

跑偏开关采用插接式的电缆连接方式，易于安装和拆卸，也有出线口方式可供选择。

6、速度检测、打滑和超速保护

选用可靠的速度传感器，检测主动滚筒的转速，折算为滚筒面线速度，同时监测胶带运动速度（或检测一个改向滚筒的转速，折算为其滚筒面线速度，若两个线速度不相同则意味胶带在主动滚筒上打滑，应急停保护，应对输送机进行全过程（起动、等速、高、低速运行）进行打滑保护。

速度传感器可选用光电监测原理、测速范围广、低速性能好、抗干扰能力强。

7、沿线急停闭锁和故障位置检测

选用双向拉绳急停闭锁开关，用于胶带输送机沿线急停闭锁保护，具有故障地点识别功能，并可兼做接线盒，胶带机沿线其它保护，如跑偏、纵撕及信号器等可就进接入该闭锁开关。

当闭锁或其它接入的其它传感器动作时，矿用PLC报警并发出急停命令，同时能显示故障性质和位置，沿胶带机每100m设置一个拉绳急停闭锁开关，并代双向拉绳。

拉绳开关有自锁功能，手动复位。

闭锁开关采用插接式，电缆连接方式易干安装和拆卸，也有出线口连接方式供选择。

8、动力设备温度检测

每台电动机均预埋，定子线圈（3只）和轴承（各一个）测温元件Pt100，减速机均在高速轴承和油箱内设置测油温元件Pt100,则在PＬＣ内配置温度模块，可测量各测温点的运行温度并有数码显示温度值，超过设定温度值时报警不停车。

９、堆煤检测

本保护系统应配备可靠的本安型煤位传感器，如果煤仓堆煤会造成堆煤时卸载滚筒处胶带摩擦发热，损坏胶带造成燃烧事故，所以应时刻对煤仓煤位进行检测、报警并急停。

10、连续煤仓煤位检测

选用可靠的超声波料位计或其它连续测量料位计，矿用PLC通过料位计能检测并显示煤仓的煤位并能对仓满和仓空进行报警保护，转载煤仓参数，为垂直仓，直径ф4.5m，煤仓上下部均为锥型，上口直径ф2.4m，全高12.9m,其中直线段（ф4.5m）垂高为8.2m，总容积155t.

11、驱动滚筒的表面温度检测

选用红外测温传感器，该传感器采用非接触方式，可测量驱动滚筒的表面温度与自动洒水装置配合使用，能有效的防止火灾发生。

12、自动洒水灭火

选用工作可靠的洒水灭火装置，该装置可由矿用PLC根据接收到的信号控制洒水。

13、烟雾检测

选用工作可靠的烟雾传感器，传感器安装在驱动滚筒的斜上方（下风侧）当胶带和滚筒发生打滑冒烟时，报警并急停，同时自动控制灭火洒水。

14、胶带纵向撕裂保护

选用工作可靠的纵撕传感器，传感器安装在装载点（给煤机和给煤皮带）的出口，由于本输送机同时有五个给煤点，所以应设置五只纵撕传感器，当胶带发生纵撕故障时，任何一只传感器动作，报警并急停。

15、电动机工作电流和开关故障检测

在选用有电流检测功能的真空磁力启动器的条件下，可检测主电机工作电流和故障。

任何一台分开关因故障断电停车，其它两台分开关应同时受控断电停车，若因任意一台电动机及其供电回路故障不能运行，可选择任何两台电机在适当减少运量的条件下，二驱动装置维持运行。

16、胶带张紧力检测

选用准确可靠的应力变送器，将应力变送器的拉力传感器串入液力张紧器紧带钢丝绳中（可在绳端串入），通过应力变送器转换输出张力信号，矿用PLC能检测到皮带的张力，当胶带的张紧力小于设定值时，可能会造成由于传动摩擦力不够发生打滑时，矿用PLC能自动报警并急停。

17、显示报警功能

在矿用PLC或显示控制台上，可显示各胶带电机的开停状态，给煤机的开停状态，电流，松闸，抱闸和变频器的状况等工况。

（1）故障报警显示

在矿用PLC控制器（台）上可显示各胶带机跑偏，闭锁，纵撕，超温，打滑，烟雾，堆煤，洒水，电机故障等故障信号，并伴有声光，报警。

本系统具有可存储最近十次故障信息的存储容量，因为随矿井延伸本胶带机将延长到940m，再后将再设置一条千米以上胶带输送机，与本机头尾搭接，后两项工程内容虽不在本次系统配置范围内，但本系统应适当留有扩展（闭锁）余地。

（2）模拟量显示

可在矿用PLC控制器（台）上召唤显示闭锁、跑偏、纵撕动作位置，电机电流、胶带速度，煤仓煤位，驱动滚筒表面温度，胶带张力等模拟量显示。

18、通信信号功能

本电控装置配备矿用通讯信号装置，可实现胶带机沿线起动预告和打点信号联络及语音通话，每100m设一个点。

19、存储打印功能

该电控装置配RS485上传接口，可将所有信号传送给上位机系统，通过上位机系统实现胶带机信息存储和打印。

三、保护功能的选择

（一）监控信号

1、保护信号：

打滑、超速、堆煤、烟雾、跑偏、急停闭锁、电机外壳温度、驱动滚筒温度、洒水、纵撕等；

2、状态信号：

主电机运行状态、制动闸状态、变频器状态、馈电开关状态；

3、控制信号：

主电机控制、制动闸控制，变频器控制、馈电开关控制、预告控制、洒水控制；

4、模拟量信号：

带速、主电机内部Pt100温度（每台电机监测三相绕组+两端轴承共5点）、驱动滚筒温度、闭锁位置、跑偏位置；

（二）、系统组成

根据减员提效、可靠先进的设计原则，本胶带机电控系统选用天地（常州）自动化股份有限公司的KJ161型矿用胶带输送机监控系统，变频器选用唐山开诚变频设备。

在胶带运输机机头设置1台嵌入式本安型计算机、2台多功能控制驱动器，组成控制装置的核心部分。

皮带机头设置的保护为：

堆煤传感器、烟雾传感器、速度传感器、红外温度传感器、超温洒水电磁阀；在皮带机的沿线设置急停闭锁开关、语音信号器及跑偏传感器；在机尾处设置纵撕传感器。

（三）、系统实现功能

3.1控制功能

系统具有就地自动、就地手动等多种控制功能。

（1）就地自动控制：

将工作方式设置为就地自动控制时，则胶带机的起停直接由井下本安计算机进行控制，实现一键自动起/停胶带机。

起车顺序：

预告—〉馈电开关合闸—〉制动闸松闸—〉启动变频器。

停车顺序：

停止变频器—〉制动闸抱闸—〉馈电开关分闸，以上顺序可根据现场实际情况进行更改。

（2）就地手动控制：

将控制机设置“手动”方式时，由本站的KDK8多功能控制驱动器对本站皮带相关设备进行手动开停控制，手动方式只作为备用方式或检修时使用。

3.2检测与保护

（1）KGV5总线式急停闭锁开关

KGV5总线式急停闭锁开关用于输送机沿线拉绳紧急闭锁保护和控制，急停保护动作执行急停命令。

沿线每100米配置1台闭锁开关，其内部配有总线式故障位置识别电路，电控系统通过它可识别各种不同故障及地点。

闭锁开关采用插接式的电缆连接方式。

（2）胶带机跑偏保护

选用KGE28型胶带跑偏开关。

用于运输机胶带跑偏检测和保护用，成对使用。

跑偏开关与KGV5总线式急停闭锁开关配套使用。

跑偏开关采用插接式的电缆连接方式，易于安装和拆卸。

（3）速度检测、打滑保护

选用KGS7型速度检测传感器，作为输送机胶带速度检测、低速打滑，出现打滑或超速时执行急停命令。

（4）堆煤检测

选用GU