带式输送机的机械设计矿山机电.docx
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带式输送机的机械设计矿山机电
摘要：
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（如机车类）相比，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。
带式输送机是输送能力最大的连续输送机械之一。
其结构简单、运行平稳、运转可靠、能耗低、对环境污染小、管理维护方便，在连续装载条件下可实现连续运输。
本论文主要涉及了带式输送机的机械设计和电气原理设计部分。
带式输送机的机械设计分两步，第一步是初步设计，主要是通过理论上的计算选出合适的输送机部件。
其中包括输送带的类型和带宽选择、带式输送机线路初步设计、托辊及其间距的选择、滚筒的选择、电动机、减速器、盘闸制动器、软起动装置的选择等；第二步是施工设计，主要根据初步设计选定的滚筒、托辊、驱动装置完成对已选部件的安装与布置的图纸设计工作。
最后，在机械设计的基础上，完成了对输送机的保护装置及其电气原理设计。
电气控制主要通过以可编程控制器为核心的电气系统实现的。
关键词：
带式输送机；驱动装置；可编程控制器
2.1概述
2.2带式输送机的初步设计
2.3托辊的选择计算
3.带式输送机电控设计
3.1电控系统的概述
3.2指令说明
3.3系统工作原理
带式输送机设计
前言
带式输送机是输送能力最大的连续输送机械之一。
其结构简单、运行平稳、运转可靠、能耗低、对环境污染小、便于集中控制和实现自动化、管理维护方便，在连续装载条件下可实现连续运输。
它是运输成件货物与散装物料的理想工具，因此被广泛用于国民经济各部门，尤其在矿山用量最多、规格最大。
1880年德国LMG公司设计了一台链斗挖掘机，其尾部带一条蒸气机驱动的带式输送机。
1896年美国纽约颁布了鲁宾斯为带式输送机的发明人。
20世纪30年代随着德国褐煤露天矿连续开采工艺的发展，带式输送机也随之得到迅速地发展，二次大战前德国褐煤露天矿已出现1.6m带宽的带式输送机。
50年代开发出的钢绳芯输送带为带式输送机长距离化和大型化创造了条件。
前西德为了摆脱石油危机带来的影响，开发了年产4000～5000万t的褐煤露天矿，并在50～60年代为日挖10万石方的斗轮挖掘机开发了配套的3.0m带宽的带式输送机，带速为6.8m/s。
后经科研开发将带速提高到7.5m/s，使带宽从3.0m降至2.8m，但运量仍保持3.75万t/h。
单条带式输送机的装机容量为6×2000kW，是当今运量最大的带式输送机。
70年代开始，西方各国推广斜井带式输送机。
德国鲁尔区Haniel-ProsperⅡ煤矿使用了当今规格最大的斜井带式输送机，其带宽为1.4m，带速为5.5m/s,带强为st7500N/mm，整机传动功率为2×3100kW同步电机。
电机转子直接固定在滚筒轴上，从而省去了减速器。
同步机用交直交变频装置调速，起、制动过程非常平稳，起动时间可达140s，制动时间达40s。
输送带保证寿命达20年。
该机上、下分支输送带都运送物料。
向上运媒1800t/h，下分支向下运矸石1000t/h，提高高度达700余米。
1、带式输送机的技术发展
经过一百年的发展，带式输送机已成为一个庞大的家族，不再是常规的开式槽型或直线布置的带式输送机，而是针对生产需求设计出各种各样的特种带式输送机。
例如，弯曲型、线摩擦型。
大倾角型。
可伸缩型。
吊挂型、管式、吊挂管式、波纹挡边式、气垫式、压带式、钢丝绳牵引式和钢带式等带式输送机。
它们各有自己的独特优点，适用于某些特殊场合。
例如，管式和吊挂式输送机因其密封性好，适用于有环保要求或物料不应受外界环境影响的场合。
波纹挡边带式输送机可以做大倾角甚至垂直提升，因而在卸船和竖井提升中得到应用。
压带式大倾角带式输送机于50年代在下挖式斗轮挖掘机上广泛应用。
倾角可达35º，从而缩短斗轮臂架长度。
目前国内外带式输送机正朝着长距离、高速度和大运量方向发展。
单机运距已达30.4km，多机串联运距最长达208km，由17条带式输送机组成，最宽的带式输送机带宽为4m。
最大运输能力已达到3.75万t/h，最高带速达到15m/s。
单条带式输送机的装机功率达到6×2000kW。
我国生产的带式输送机最大带宽已达到2m，带速已达到2m/s，设计运输能力已达到5.2万t/h，最大运距为3.7km。
带式输送机的运输能力和输送距离是所有其他输送设备无法比拟的，因此世界各国都在不断地努力发展和完善带式输送机技术。
研究带式输送机的途径和目的及意义如下：
提高带速，它是提高输送能力和节省投资的有效途径。
提高各部件的可靠性，也包括输送带的可靠性，往往一个部件的失灵会影响整机乃至整个系统的停顿。
努力减少维护工作量或取消日常维护工作，因带式输送机分布在几百米甚至几千米的运输线路上，很难实现有效的维护保养工作。
节能研究，带式输送机本身是输送机中耗能最省的，但在大型矿山、冶金、电力和专用港口等企业中带式输送机用量很大，成为企业中的一个耗能大部门，因而进一步的节能研究具有重要意义。
为适应金属露天矿大型化开采的需要，一些国家正努力解决输送机输送金属矿石及其周围的问题，力求用带式输送机替代昂贵的汽车运输。
对大中型带式输送机采用动态设计方法，通常采用的静态设计方法没有考虑输送带的粘弹性问题，因而输送机的起动与制动过程中会在输送带中产生冲
击波，冲击波引起的输送带动张力要比正常运行的最大张力大10多倍，它直接关系着输送带的强度、接头强度、滚筒、传动装置和联接件的设计强度，然而研究可控的起动装置和制动装置来减小动张力便成为动态设计的根本所在。
常用带式输送机类型与特点
带式输送机的种类很多，常用的主要有以下几种：
（1）通用带式输送机（DT）
通用带式输送机是一种固定式带式输送机。
其特点式托辊安装在固定的机架上，由型钢做成的机架固定在底板或地基上，整个机身成刚性结构。
因此，它广泛用于要求设备服务年限长，地基平整稳定的场合。
例如，煤矿地面生产系统、洗煤厂、井下主要运输大巷、港口、发电厂等生长地点。
该种输送机应用十分普遍，现已形成系列产品如TD62、TD75、DTⅡ等。
（2）钢绳芯带式输送机
钢绳芯带式输送机在结构形式上相同于通用带式输送机，只是输送带由织物芯带改为钢丝绳芯带。
因此，它是一种强力型带式输送机，具有输送距离长、运输能力大、运行速度高、输送带成槽性好和寿命长等优点。
但其最大缺点是因钢绳芯输送带的芯体无横丝，故横向强度低易造成纵向撕裂。
在大型矿井的主要平巷、斜井和地面生产系统往往会遇到大运量、长距离情况，如果采用普通型带式输送机运输，由于受到输送带强度的限制而只能采用多台串联运行方式，这就造成了设备数量多，物料转载次数多，因而带来设备投资高，运转效率低，事故率升高，粉媒比重上升以及维护人员增多等后果。
采用钢绳芯带式输送机可以有效地解决这类问题。
该种带式输送机已经定型成DX系列。
（3）吊挂式带式输送机
吊挂式带式输送机是一种将其机架用钢丝绳或铁链吊挂在顶板上的带式输送机。
机架可以采用钢丝绳或型钢材，托辊组可以是铰接或固定支承。
它通常用于底板或地基起伏不稳定，服务时间较短的场合。
如煤矿井下采区上、下山，顺槽和集中运输巷。
（4）可伸缩带式输送机
可伸缩带式输送机的输送长度可以根据工作的需要随时缩短或加长。
这是为满足煤矿井下综采工作面顺槽输送要求而设计的。
（5）移动带式输送机（DY）
移动带式输送机是一种按整机设计并且整机可在不同地点使用的带式输送机。
按移动的方式不同又可分为移动式与携带式带式输送机。
前者是靠轮子、履带或滑撬移动的带式输送机；后者是可用人力或机械从一个位置抬到另一个位置的带式输送机。
主要用作短距离输送或转载。
如煤场、码头、仓库等场所。
（6）弯曲带式输送机
弯曲带式输送机是一种在输送线路上可变向的带式输送机。
该种输送机适用于煤矿井下弯曲巷道和地面越野输送。
（7）线摩擦带式输送机
在带式输送机（在此称之为主机）某位置的输送带下面加装一台或几台短的带式输送机（称之为辅机），主带借助重力或弹性力压在辅机的带子（辅带）上，辅带可以通过摩擦力驱动主带，这样主带张力便可以大大降低而实现低强度带完成长距离或大运量输送。
（8）大倾角带式输送机
普通带式输送机的输送倾角超过临界角度时，物料将沿输送带下滑。
各种物料所允许的最大上运倾角见表1.1。
大倾角带式输送机可以减小输送距离、降低巷道开拓量，减少设备投资。
在露天矿它可以直接安装在非工作边坡，节省大量土方工程和投资。
表:
带式输送机的最大倾角
物料名称
最大倾角
物料名称
最大倾角
块煤
18º
湿精矿
20º
原煤
20º
干精矿
18º
谷物
18º
筛分后石灰石
12º
0～25mm焦炭
18º
干砂
15º
0～30mm焦炭
20º
湿砂
23º
0～350mm焦炭
16º
盐
20º
0～120mm矿石
18º
水泥
20º
0～60mm矿石
20º
块状干粘土
15º～18º
40～80mm油母页岩
18º
粉状干粘土
22º
干松泥土
20º
（9）钢绳牵引带式输送机
钢绳牵引带式输送机从1951年起在英语国家得到应用。
它的优点在于牵引体与承载体是分开的，可以跨越长距离和大高差。
但缺点是输送带成槽性差，影响输送截面积，钢丝绳裸露在外，不易防腐蚀，维护费用高。
因此，国外一些国家不提倡使用。
我国自1967年起在煤矿开始使用，但总体用量不高。
根据研究表明，当输送量超过500t/h，运距超过2～5km时，钢绳牵引带式输送机的基建投资和运费将少于钢绳芯带式输送机，即运距越长越有利。
2、带式输送机的初步设计
2.1概述
带式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，后者主要是根据初步设计完成输送机的安装布置图。
2.2带式输送机的初步设计
2.2.1设计原始资料
表2.1带式输送机原始资料
主要参数
运量Q
900t/h
运距L
497.5m
倾角
-10.6
原煤块度amax
300mm
原煤松散密度
0.9t/m3
应用单位
2.2.2带式输送机的种类
输送带在带式输送机中，既是承载构件又是牵引构件，它不仅需要足够的强度，而且还应具有耐磨、耐疲劳以及特殊要求，如井下用的输送带还必须具有阻燃的特性。
输送带选择的合理与否直接影响带式输送机的投资、运行成本，更重要的是影响输送机可靠、安全的运行。
2.2.3输送带运行速度的选择
带速是输送机的重要参数，通常根据以下原则进行选择：
（1）长距离、大运量的输送机可选择高带速；
（2）倾角大、运距短的输送机带速宜小；
（3）下运相对上运带式输送机带速低；
（4）粒度大、磨琢性大、易粉碎和易起尘的物料宜选用较低带速；
（5）卸料车卸料时带速不宜超过2.5m/s，犁式卸料器卸料时，不宜超过2m/s；
（6）输送成件物品时，带速不得超过1.25m/s。
表2.2与物料有关的常用带速
输送物料的特性
带宽B（毫米）
500，650
800，1000
1200，1400
带速v（米/秒）
磨琢性小，品质不会因粉化而降低；如：
原煤、砂、泥土、原盐等。
0.8~2.5
1.0~3.15
1.5~5.0
中等磨琢性，中小粒度（150mm以下）的物料。
0.8~2.0
1.0~2.5
1.0~4.0
磨琢性大，粒度大（350mm以下）大块物料。
0.8~1.6
1.0~2.5
1.0~3.15
磨琢性大，易碎的物料。
0.8~1.6
0.8~2.0
0.8~2.0
磨琢性小，品质会因粉化而降低。
0.8~2.0
0.8~2.5
0.8~3.15
常用带速系列值如下：
0.8,1.0,1.26,1.6,2.0,2.5,3.15,4.0,4.5,5.0,5.6,6.0。
此处由于是下运输送，输送原料是原煤，考虑到带宽的原因，初选带速v=2.0m/s。
2.2.4带宽的确定
（1）满足设计运输能力的带宽
=
式（2.1）
式中Q——设计运输能力，t/h;
——满足设计运输能力的输送带宽度，m;
K——物料断面系数；
——输送带运行速度，m/s;
——物料的散状密度，t/m³;
——倾角系数。
表2.3倾角系数
输送倾角
0～3°
5°
10°
15°
20°
c
1
0.99
0.95
0.89
0.81
由公式（2.1）得
=
=1175mm
（2）满足物料块度条件的宽度
。
对于未筛分过的物料
式（2.2）
由公式（2.2）得
根据上列计算选取带宽
。
2.2.5输送带种类的选择
在输送带类型确定上应考虑以下因素：
（1）煤矿井下大多使用阻燃输送带。
为延长输送带使用寿命，减小物料磨损，尽量选用橡胶贴面，其次为橡塑贴面和塑料贴面的输送带；
（2）在煤矿生产中，同等条件下优先选择整体阻燃带和钢丝绳芯带；
（3）在大倾角输送中，为了改善成槽性，高强输送带采用钢丝绳芯带较为理想；
（4）覆盖胶的厚度主要取决于被运物料的种类和特性，给料冲击的大小、带速与机长，输送原煤之类的矿石，为防止撕裂，可以加防撕网；
（5）根据机长和带强来具体确定类型，
综合以上原则以及矿井下使用的工况环境，选用PVC整体带芯阻燃带。
2.3托辊的选择计算
2.3.1托辊的种类
托辊按其用途的不同主要分为承载托辊（又称上托辊）、回程托辊（又称下托辊）、缓冲托辊与调心托辊。
托辊的结构与具体布置形式主要决定于输送机的类型与所运物料的性质。
承载托辊安装在有载分支上，以支承输送带与物料。
在生产实践中要求它能根据所输送物料性质的不同，使输送带的承载断面的形状有相应的变化。
例如，运送散状物料，为了提高生产率和防止物料的撒落，通常采用槽形托辊，
槽形托辊一般由3个或3个以上托辊组成。
目前普通槽形托辊的成槽角均为35°，托辊之间成铰接或固支。
对于成件物品的运输通常采用平行承载托辊。
回程托辊安装在空载分支上，以支承输送带。
通常采用平行托辊大型输送机有时采用V形回程托辊。
缓冲托辊大多安装在输送机的装载点上，以减轻物料对输送带的冲击。
在运输沉重的大块物料的情况下，有时也需沿输送机全线设置缓冲托辊。
通常缓冲托辊有弹簧钢板式和橡胶圈式两种。
输送带运行时，由于张力的不平衡、物料偏堆积、机架变形、托辊轴承损坏以及风载荷作用等使其产生跑偏，目前应用最为普遍的是前倾托辊，它取代了调心托辊，靠普通槽形托辊的两侧辊向输送带运行方向倾斜2°～3°实现防跑偏。
2.3.2托辊直径和质量的确定
根据输送带的宽度、托辊组中的托辊数和托辊见的链接和布置方式,由
设计手册确定槽型托辊的长度L=465mm，直径D=133mm，图号G506，轴承型号为：
6305/C4。
2.3.3托辊间距的选择
托辊间距应该满足两个条件：
辊子轴承的承载能力和输送带的下垂度。
承载托辊间距可以根据参考表查的，下托辊间距一般为上托辊间距的2倍。
受料处托辊间距视物料容量和块度而定，一般去为上托辊间距的1/2~1/3。
此处，上托辊间距：
=1.2m；
下托辊间距：
=2.4m。
2.3.4托辊阻力系数
托辊轴承目前均采用滚动轴承，迷宫式密封，由于旋转部件不与密封直接接触，所以运行阻力小。
表2.3托辊组系数表
运行系数fs
冲击系数fd
工况系数fa
1.2
1.06
1.00
表2.4承载托辊间距参考表
松散物料堆积密度t/m³
带宽（mm）
400
500
650
800
1000
1200
1400
1600
2000
<0.8
1.5
1.4
1.3
1.3
0.81～1.6
1.4
1.3
1.2
1.2
1.61～2
1.4
1.3
1.2
1.2
2.1～2.5
1.3
1.2
1.1
1.0
>2.5
1.2
1.2
1.1
1.1
1.0
表2.5F托辊回转部分质量
托辊形式
带宽（mm）
500
650
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
槽形承载托辊
铸铁座
11
12
14
22
25
47
50
72
77
冲压座
8
9
11
17
20
—
—
—
—
回程托辊、V形托辊
铸铁座
8
10
12
17
20
39V
42V
61V
65V
冲压座
7
9
11
15
18
—
—
—
—
托辊
直径（mm）
89
108
133
159
轴承型号
204
305
406
407
3.1电控系统的概述
矿用电控系统装置有多种型号，如KZW1140型带式输送机微机控制装置、LBP型触摸屏带式输送机微机控制装置、BXK58型防爆电控装置、KXJ5－1140型等。
其中KXJ5－1140型为矿用隔爆兼本质安全型带式输送机控制装置，它主要由TH5-24S型矿用本质安全型带式输送机操作台、防爆电控箱以及各种保护传感器等组成。
控制系统与液体粘性可控软起动装置配合可实现主拖动电动机空载起动和负载可控起动、手动功率平衡、运行状态和故障LED显示以及电机电流、输送带速度、软启动控制油压等数字显示，同时还能对运行状态下主要部件的温度进行实时监测与数字显示等。
该系统既能实现集控、自动、手动、调试等控制。
并且对系统的主要运行参量和设备工况采取了可视化实时监控，力求系统控制柔性化、显示数字化、操作简单化、结构模块化。
整个系统工作性能可靠、操作维护方便、用户掌握容易。
特别适用于煤矿井下有沼气爆炸性混合物、有煤尘的场所，用于带式输送机的监控。
KXJ5－1140型带式输送机控制装置适用环境条件：
海拔高度不超过2000m，不低于－1000m；
环境温度－10°C～40°C；
使用环境空气相对湿度不大于95％（±25°C时）；
与水平面安装倾斜度不超过15°C；
无明显摇动与冲击振动的地方；
无破坏绝缘的气体或蒸汽的地方；
有爆炸性气体（沼气）的环境。
3.2指令说明
3.2.1电控公用指令
所谓公用指令是指这些指令不管是在自动控制下还是手动控制下，对它们的操作都是有效的。
其中一部分指令必须在开车前选定而在运行中禁止操作，它们是控制方式选择、运行方式选择；其余公用指令可随时根据需要进行操作。
控制方式选择开关用来选定系统控制采用的方法或模式，它分为自动、手动和检修三种方式。
运行方式选择开关用来确定设备（系统）处于何种状态。
它分为工作、调试和停止三种形式。
它与控制方式选择开关组合使用。
表3.1有效组合形式
运行方式
调试
停止
工作
控制
方式
手动
╳
╳
检修
自动
╳
停止位置：
手动与自动控制指令均失败，但部分公用操作指令有效（如信号按钮）。
检修位置：
该位置与停止位置功能相同。
调试工况下，只能采用手动控制方式，除主电机与控制泵间存在联锁关系外，其余各设备间无连锁关系。
信号指令：
在有电状态下，只要按下信号按钮，沿线电铃和蜂鸣器即响；松开按钮响声停止。
故障复位：
当出现故障停车时，待故障处理完毕必须按动此按钮才能解除故障记忆，重新开车。
急停：
输送机运行状态下，不论是自动控制还是手动控制，按下该按钮（带锁）时，将以最大的减速度停车。
建议尽可能减少此种停车方式。
计时器控制指令：
用于计时器控制的指令有个，即起动停止和清零。
起动用于计时器进行累积计时的开始；停止用于计时器的停止；清零用于将计时器复位归零。
3.2.2自动控制指令
当系统确定为自动控制工作方式时，这些指令与公用指令同时有效。
润滑泵是否开启。
在进行功率调节中或调节后，只要液粘调速器的传动比不是1：
1，润滑泵就会自动开启，而不受此开关的限定。
起动、停止指令：
用于对输送机实施开车与停车的控制。
3.2.3手动控制指令
当系统确定为手动控制下调试或工作运行方式时，这些指令与公用指令同时有效。
油压调节：
手动控制方式下，用于液粘调速器控制油压的增加或减小的调节，以实现加速或减速控制。
3.3系统工作原理
3.3.1自动工作方式
（1）起动
参考表1，开车前司机将控制台上公用指令下的运行方式开关置于“工作位置”，控制方式开关置于“自动”位置，“远近控选择”置于“近控”位置，同时将自动控制指令下的主电机选择开关转到所需的位置，其他转换开关据现场情况而定，至此系统具备了自动工作方式的条件。
司机可直接按动自动控制指令下的起动按钮使输送机自动起动投入正常运行。
（2）正常停车
自动工作方式下正常停车时带式输送机中最常用的指令之一。
运行中的输送机系统出现下列情况之一时，
①人为按动停车按钮
②打滑故障时
控制系统将实施正常停车程序。
正常停车程序框图如下所示：
图3.2自动工作方式下正常停车控制程序框图
（3）紧急停车
当系统出现下列情况之一时，控制系统进入紧急停车程序。
①人为按动急停按钮
②主电机或控制油泵电机或润滑油泵电机失电
③堆取料机停止运行
④制动器突然抱闸
图3.3自动工作方式下紧急停车控制程序框图
3.3.2手动工作方式
（1）起动
开车前,司机将运行方式开关置于“工作”位置，控制方式开关置于“手动”位置，远近控制选择置于“近控”。
至此，控制系统具备了手动工作方式的条件，这时可操作手动控制方式指令下的相关按钮完成输送机的起动。
图3.4手动工作方式下起动过程图
（2）正常停车
手动方式下，当收到手动停车信号时，司机需要正常停车，此时需按下列程序操作：
图3.5手动工作方式下正常停车过程图
（3）紧急停车
当控制系统出现下列情况之一时，将自动起动紧急停车程序
①人为按下控制台上的急停按钮
②常规保护动作
③制动器抱闸或失电
停车后，将电位器转到“0”为即可。
在手动方式下，除上述故障与控制系统存在闭锁急停关系外，其他保护或故障无停车作用，因此上述故障司机要注意观察控制台版面上的有关指示，以便在故障下实施停车操作。
图3.6手动工作方式下紧急停车过车过程框图
④手动调试方式
为了满足对系统中各设备的单独调试要求，控制系统设有手动调试，见表。
在此方式下可以通过操作手动控制方式下的指令开关按钮和开关来起动、停止有关设备。
除主电机与控制泵不能同时运行外（由内部应逻辑保证），其他设备之间设有联锁关系。
3.3.3信号与报警
当系统中出现下列情况之一时，沿线电铃将报警。
（1）自动控制工作方式下的开车前；
（2）任何情况下，司机按下信号按钮；
（3）电动机、减速器出现超温时；
（4）在任何情况下，司机按下信号按钮
信号与报警功能对煤矿安全问题具有重大的意义。
参考文献：
[1]周满山，于岩，张媛等.带凹凸变坡的带式输送机设计.矿山机械，徐州:
中国矿业大学出版社2001.6.
[2]于岩，李维坚.运输机械设计.北京：
中国矿业大学出版社，2005.
[3]孙可文.带式输送机的传动理论与设计计算.煤炭工业出版社.
[4]程居山.矿山机械.徐州：
中国矿业大学出版社，1997.
[5]宋伟刚.通用带式输送机设计.机械工业出版社.
[6]张尊敬等编.DTII（A）型带式输送机设计手
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