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普通带式输送机的设计论文
普通带式输送机的设计论文
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摘要
带式输送机在当今社会应用日益广泛，当然一个产品也需要不断的研发和更新,才能永保活力。
我所做的单托辊全封闭带式输送机就是在一些方面进行了改进，首先用单托辊代替槽型托辊以防止跑偏，其次在输送机外加外罩来防止污染，美化环境，再次螺旋拉紧装置保证了运行的稳定和可靠性等.这些结构和技术保证了带式输送机的整机性能优良，输送量大，带速快，高效节能。
通过对国内外带式输送机技术现状的分析，得出了其在以后的发展趋势;在对带式输送机的各部件进行设计与选择,得出了对其整体的设计与选择；在其计算中验证了带式输送机的各部件满足了它的功能要求,另外输送机在设计的过程中考虑到了工作环境，运行过程中皮带易磨损等问题进行了加外罩和单托辊结构，是本输送机与其他机器的不同之处!
可以使输送机在更广的范围，更可靠的运行.
关键词:
全封闭带式输送机、单托辊、螺旋拉紧装置。
第四节控制系统的设计.。
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...12
致谢…………………………………………………………………….。
22
前言
运输机又称带式输送机,是一种连续运输机械，也是一种通用机械。
皮带运输机被广泛应用在港口、电厂、钢铁企业、水泥、粮食以及轻工业的生产线。
即可以运送散状物料，也可以运送成件物品,堆取料机,堆料机，取料机，皮带机,发电等.
在煤矿的开采过程中，带式输送机的作用至关重要，其性能的好坏直接影响到煤矿行业的发展和效益，因此研究带式输送机对煤矿行业和其他一些输送类的行业有着非常重要的意义.带式输送机的工作环境一般情况下都比较恶劣，对带式输送机的性能要求也很高,在研究的同时，对其性能进行分析与提高也式目前输送行业中不可缺少的重要部分。
在本次设计中的带式输送机采用了全封闭式结构,对带式输送机的工作环境恶劣的方面进行了一些改进。
带式输送机制造以其优质、高效、工艺适应性广的技术特色，深受制造业的重视，在煤矿、工程运输等高技术领域及机械制造、煤矿开采、汽车制造等产业部门一直有着广泛的应用.近些年，带式输送机又在其他一些产业部门表现出具有巨大的潜力和广阔的市场应用前景。
第一章带式输送机的技术现状与发展趋势
第一节国外带式输送机技术现状
国外带式输送机技术的发展很快，其主要表现在2个方面：
一方面是带式输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角带输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型；另一方面是带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展,尤其是长距离、大运量、高带速等大型带式输送机已成为发展的主要方向,其核心技术是开发应用于了带式输送机动态分析与监控技术，提高了带式输送机的运行性能和可靠性。
目前，在煤矿井下使用的带式输送机已达到表1所示的主要技术指标，其关键技术与装备有以下几个特点:
1、设备大型化。
2、应用动态分析技术和机电一体化.
3、输送系统设备的通用性、互换性及其单元驱动的可靠性.
4、新型、高可靠性关键元部件技术。
表1国外带式输送机的主要技术指标
Tab。
1Themaintechnicalparametersofbeltconveyerinoverseas
主参数
顺槽可伸缩带式输送机
大巷与斜井固定式强力带式输送机
运距/m
6000～7500
＞6000
带速/
4.5~6
4～7,最高达10
输送量/
3500～5000
4000～5000
驱动功率/kW
1500～4000
3500～7000，最大达15000
第二节国内带式输送机技术的现状
我国生产制造的带式输送机的品种、类型较多。
在“八五”期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备"项目的实施,带式输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产吕开发都取得了很大的进步。
如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白,并对带式输送机的减低关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。
目前，我国煤矿井下用带式输送机的主要技术特征指标如表2所示
表2国内带式输送机的主要技术指标
Tab.2ThemaintechnicalparametersofthebeltconveyerChina
主参数
顺槽可伸缩带式输送机
大巷与斜井固定式强力带式输送机
运距/m
2000～3000
＞3000
带速/
3.5～4
4～5,最高达8
输送量/
2500～3000
3000～4000
驱动功率/kW
1200~2000
1500～3000,最大达10000
第三节国内外带式输送机技术的差距及发展趋势
一、大型带式输送机的关键核心技术上的差距。
1、带式输送机动态分析与监测技术长距离、大功率带式输送机的技术关键是动态设计与监测,它是制约大型带式输送机发展的核心技术。
目前我国用刚性理论来分析研究带式输送机并制订计算方法和设计规范,设计中对输送带使用了很高的安全系统（一般取n=10左右），与实际情况相差很远。
实际上输送带是粘弹性体，长距离带式输送机其输送带对驱动装置的起、制动力的动态响应是一个非常复杂的过程，而不能简单地用刚体力学来解释和计算.国外已开发了带式输送机动态设计方法和应用软件，在大型输送机上对输送机的动张力进行动态分析与动态监测，降低输送带的安全系统，大大延长使用寿命，确保了输送机运行的可靠性,从而使大型带式输送机的设计达到了最高水平（输送带安全系数n=5～6），并使输送机的设备成本尤其是输送带成本大为降低.
2、可靠的可控软起动技术与功率均衡技术长距离大运量带式输送机由于功率大、距离长且多机驱动，必须采用软起动方式来降低输送机制动张力，特别是多电机驱动时.为了减少对电网的冲击，软起动时应有分时慢速起动;还要控制输送机起动加速度0。
3~0。
1m/s2，解决承载带与驱动带的带速同步问题及输送带涌浪现象，减少对元部件的冲击。
由于制造误差及电机特性误差，各驱动点的功率会出现不均衡，一旦某个电机功率过大将会引起烧电机事故，因此，各电机之间的功率平衡应加以控制，并提高平衡精度。
国内已大量应用调速型液力偶合器来实现输送机的软起动与功率平衡,解决了长距离带式输送机的起动与功率平衡及同步性问题。
但其调节精度及可靠性与国外相比还有一定差距。
此外,长距离大功率带式输送机除了要求一个运煤带速外,还需要一个验带的带速,调速型液力偶合器虽然实现软启动与功率平衡，但还需研制适合长距离的无级液力调速装置。
当电机功率〉50kW时，可控启动传输-CST（用于大惯性负载平滑启动的多级减速齿轮装置，多用于煤矿和矿山中带式输送机的驱动）显示出优越性.由于可控软起动是将行星齿轮减速器的内齿圈与湿式磨擦离合器组合而成（即粘性传动）。
通过比例阀及控制系统来实现软起动与功率平衡，其调节精度可达98%以上。
但价格昂贵，急需国产化。
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二、技术性能上差距
我国带式输送机的主要性能与参数已不能满足高产高效矿井的需要，尤其是顺槽可伸缩带式输送机的关键元部件及其功能如自移机尾、高效储带与张紧装置等与国外有着很大差距。
1、装机功率我国工作面顺槽可伸缩带式输送机最大装机功率为4×250kW,国外产品可达4×970kW，国产带式输送机的装机功率约为国外产品的30％～40%，固定带式输送机的装机功率相差更大。
2、运输能力我国带式输送机最大运量为3000t/h，国外已达5500t/h。
3、最大输送带宽度我国带式输送机为1400mm，国外最大为1830mm.
4、带速由于受托辊转速的限制，我国带式输送机带速为4m/s，国外为5m/s以上。
5、工作面顺槽运输长度我国为3000m，国外为7300m.
6、高效储带与张紧装置我国采用封闭式储带结构和绞车拉紧为主，张紧小车易脱轨，输送带易跑偏，输送带伸缩时，托辊小车不自移,需人工推移,检修麻烦。
国外采用结构先进的开放式储带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备,托辊小车能自动随输送带伸缩到位。
输送带有易跑偏，不会出现脱轨现象。
7、输送机品种机型品种少，功能单一，使用范围受限,不能充分发挥其效能，如拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用；另外，我国煤矿的地质条件差异很大，在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要求，如弯曲、大倾角（>+25°）直至垂直提升等，应开发特殊型专用机种带式输送机。
三、可靠性、寿命上的差距
1、输送带抗拉强度我国生产的织物整芯阻燃输送带最高为2500N/mm,国外为3150N/mm。
钢丝绳芯阻燃输送带最高为4000N/mm，国外为7000N/mm。
2、输送带接头强度我国输送带接头强度为母带的50％～65％,国外达母带的70%~75％。
3、托辊寿命我国现有的托辊技术与国外比较，寿命短、速度低、阻力大外国的比我们的寿命多30%-40%
4、输送机减速器寿命我国输送机减速器寿命3万h，国外减速器寿命7万h。
5、带式输送机上下运行时可靠性差。
四、控制系统上差距
1、驱动方式我国为调速型液力偶合器和硬齿面减速器,国外传动方式多样，如BOSS系统、CST（软启动）可控传动系统等，控制精度较高。
2、监控装置国外输送机已采用高档可编程序控制器PLC，开发了先进的程序软伯与综合电源继电器控制技术以及数据采信、处理、存储、传输、故障诊断与查询等完整自动监控系统。
我国输送机仅采用了中档可编程序控制器来控制输送机的启动、正常运行、停机等工作过程.虽然能与可控启（制）支装置配合使用，达到可控启（制）动、带速同步、功率平衡等功能,但没有自动临近装置,没有故障诊断与查询等。
3、输送机保护装置国外带式输送机除安装防止输送带跑偏、打滑、撕裂、过满堵塞、自动洒水降尘等保护装置外，近年又开发了很多新型监测装置：
传动滚筒、变向滚筒及托辊组的温度监测系统；烟雾报警及自动消防灭火装置；纤维织输送带纵撕裂及接头监测系统;防爆电子输送带秤自动计量系统。
这些新型保护系统我国基本处于空白。
而我国现有的打滑、堆煤、溜煤眼满仓保护,防跑偏、超温洒水，烟雾报警装置的可靠性、灵敏性、寿命都较低。
五、发展趋势
目前世界上输送机向远距离、高带速、大输送量、高可靠性发展，我国在这方面还有很大的发展空间。
第二章整体的设计与选择
第一节电动机的选择
电动机是输送机的重要组成部分，应遵循以下原则进行选择
功率的选择:
电动机的功率不能选择过小，否则难于启动或者勉强启动，使运转电流超过电动机的额定电流，导致电动机过热以致烧损.电动机的功率也不能选择太大，否则不但浪费投资,而且电动机在低负荷下运行，其功率和功率因数都不高，造成功率浪费。
应采用防护式、封闭式防爆式：
这种电动机的转子,定子绕组等都装在一个封闭的机壳内，能防止灰尘、铁屑或其它杂物侵入电动机内部，但它的密封不很严密，所以还不能在水中工作，“JO”系列电动机属于这种防护形式⑶电动机电压等级的选择，要根据电动机的类型，功率以及使用地点的电压来决定.电动机的额定转速根据生产机械的要求而决定，一般采用尽量高转速的电动机。
第二节带速的选择
带速是输送机的重要参数，应遵循以下原则进行选择：
1、长距离，大运量，宽度大输送机可选择较高带速;
2、倾角越大，运距越短则带速亦应越小；
3、粒度大，磨琢性大，易粉碎和易起尘的物料宜选用较低带速;
4、采用卸料车卸料时带速不宜超过2。
5m/s，采用犁式卸料器卸料时，带速不宜超过2m/s
5、输送成件物品时，带速不得超过1.25m/s
6、手选用带式输送机带速一般为0.3m/s；
第三节总体布置设计
概述：
影响带式输送机总体布置的因素有：
输送机倾角,受料段和机尾长度，卸料段,弧度段，过渡段,拉紧装置型式和位置，驱动装置位置等。
这些因素的变化都会带来侧向布置的变化，为突出侧向布置对整机设计的重要性，并为计算机处理时简化输入提供方便，本文将这些影响总体布置的因素归并为侧向设计问题来加以处理.
1、输送机倾角：
输送机的输送能力随其倾角的提高而减小，因而尽量选用较小倾角,特别对于由多台输送机组成的输送系统更是这样。
对于带速超过2。
5m/s的输送机,为保证机尾不撒料,输送机的最大倾角应较规定值减小2°-4°,速度越高，倾角应越小。
输送多种物料的输送机的最大倾角，按最大倾角规定值最小的那种物料确定.槽角λ=45°的输送机,其最大倾角可较一般输送机提高2°-3°。
同时采取特殊措施时除外下运带式输送机的倾角应较一般输送机减少2°-4°。
某些情况下，无论上运或下运输送机的倾角可以提高到28°或更高。
此时需要采取特殊措施，例如，降低带速,提高拖辊槽角，改变侧型以增加水平或较缓坡段等,并请教专家进行经济和技术评估，不应贸然采取大倾角。
2、受料段和机尾长度:
受料段应尽量设计为水平段,必须倾斜受料时，其倾角应尽量小。
物料落到输送机的受料点，应是输送机正常成槽的地方,并使导料槽处在一种托辊槽角上，以确保受料顺利，方便导料槽的密封。
有条件时,受料段的槽角最好为45°，并在导料槽前后均配设过段，以更好地消除导料槽撒料的可能性。
3、卸料段:
倾斜输送机的卸料段最好设计成水平段，尽量不采用高式架和高式驱动装置架，以方便操作和维修，有利于输送机头部和转运站设计的标准化.卸料段为水平的倾斜输送机，其折点到头部滚筒中心线的距离应足够，以保证所有过渡托辊均不在凹弧段上。
带速≥3.15m/s的输送机的卸料段一般应设计为水平段。
4、拉紧装置型式:
三种拉紧方式中，应优先采用中部重锤拉紧装置，并使其尽量靠近传动滚筒。
螺旋拉紧装置一般只用于无法采用其他拉紧方式的机长小于30m的输送机上,对于轻质物料或运量特小的输送机，此值可延长到50m.计算拉紧行程较大，在侧型布置上有困难时,可采用双行程中部重锤拉紧装置，或同时采用俩种不同形式的拉紧装置予以解决.车式重锤拉紧装置可置于输送机中部和尾部，条件允许时，应尽量置于中部并靠近传动滚筒处，不得已时，才将车式重锤拉紧装置置于输送机尾部。
长距离输送机选择电动绞车拉紧装置或液压车式拉紧装置时，总是将拉紧装置设于输送机中部并靠近中部传动滚筒。
5、过渡段：
大运量，长距离,输送带张力大和重要的输送机一般均应设置过渡段。
头部滚筒中心线至第一组正常槽型托辊中心线的最小过渡段长度.有条件时，设置了头部过渡段的输送机宜相应设置尾部过渡段.应在尾部改向滚筒槽角托辊间加设两组30°、一组25°、一组20°、一组15°槽形托辊作为过渡。
6、驱动装置位置：
单滚筒传动输送机,其驱动装置一般设于头部滚筒处。
因工艺布置需要，或为了维修方便，或为了不增加投资,可考虑将驱动装置设于中部或尾部。
采用双滚筒传动或多滚筒传动时,驱动装置位置则根据计算决定。
7、滚筒匹配:
表3滚筒匹配
B
传动滚
筒直径
180°尾部改
向滚筒直径
180°中部改
向滚筒直径
180°头部改
向滚筒直径
90°改向
滚筒直径
＜45°改向
滚筒直径
1200
1000
800
800
1000
630
500
8、托辊间距：
托辊间距应满足辊子承载能力和输送带下垂度俩个条件。
凸弧段托辊间距一般为承载分支托辊间距的1/2。
受料段托辊间距一般为承载分支托辊间距的1/2—1/3。
因受力过大需加密托辊时，可根据实际需要,由设计者确定托辊间距。
输送质量大于20㎏的成件物品时，托辊间距不应大于物品长度（沿输送方向）的1/2;对于20㎏以下的成件物品，托辊间距可取1200mm
9、输送带：
输送带是带式输送机中的拽引构件和承载构件，是带式输送机最主要的部件，其价格一般占整机价格的30％-40％或以上。
因而，选择适用的输送带，降低输送带所承载的张力，保护输送带在使用中不被损伤,方便输送带的安装以及更换和维修，延长输送带的使用寿命等成为输送机设计的核心内容。
⑴输送带规格和技术参数：
普通输送带的芯层和覆盖胶可用多种材料制成,以适应不同的工作条件。
⑵输送带的选用：
①类型选择：
普通输送带一般多采用橡胶覆盖层，其适用的环境温度与输送机一样为—20-40℃。
环境温度低于-5℃时，不宜采用维纶帆布芯胶带。
环境温度低于-15℃时，不宜采用普通棉帆布芯胶带。
在环境温度低于-20℃条件下采用钢丝芯胶带时,应采用耐寒型胶带并与制造厂签订保证协议。
普通橡胶输送带适用的输送物料温度一般为常温。
当输送物料温度为80—200℃时，应采用耐热带，我国生产的耐热带分三型，即1型100℃，2型125℃,3型150℃，而有的厂生产的特种耐热带其耐热类型为1型130℃,2型160℃,3型200℃.煤矿井下输送机，用作高炉带式上料机的输送机及其他有火灾危险的场所使用的输送机，用采用阻燃型难燃型输送带.输送具有酸性，碱性和其他腐蚀性物料或含油物料时，应采用相应的耐酸，耐碱，耐腐蚀或耐油橡胶带或塑料带。
PVC类型的塑料覆盖层输送带在井下作业有很好的表现，但使用这种输送带时，输送机倾角一般不大于13°采用特殊措施者除外。
②带宽：
取1400，层数：
3层,上胶厚:
3，下胶厚：
1。
5
10、封闭外壳：
封闭外壳式输送机能够防止外来污染，更可靠运行的保障，其各部分尺寸按照各部件的运行要求来加工
第四节控制系统的设计
一、电动机正反转线路
图2-1为异步电动机正反转控制线路,从图2-1（a）可知，按下SB2，正向接触器KM1得电动作，主触点闭合,使电动机正转。
按停止按钮SB1，电动机停止.按下SB3,反向接触器KM2得电动作,其主触点闭合，使电动机子绕组与正转时相比相序反了，则电动机反转。
从主回路来看，如果KM1、KM2同时通电动作,就会造成主回路短路.在线路图2—1（a）中，如果按了SB2又按了SB3,就会造成上述事故。
为此要求线路中必须设置联锁环节。
如图2—1（b）所示,根据本章前面所讲述过的互锁的内容，利用两个接触器的辅助常闭触点互锁控制的方式将其中一个接触器的常闭触点串入另一个接触器的线圈电路中，则任何一个接触器先通电后，即使按下相反方向的起动按钮，另一个接触器也无法通电，这种方式称为电气联锁或电气互锁.
电动机工作后才能起动等等,都需要有类似的这种联锁控制.如果现在电动机在正转,想要反转，则线路2-1（b）必须先按停止按钮SB1后，再按方向按钮SB3才能实现，显然操作不方便。
线路图2-1（c）利用复合按钮就可实现正反转的直接转换。
很显然采用复合按钮，还可以起到联锁作用，这是由于按下复合按钮SB2时，KM1可得电动作，同时KM2回路被切断.同理按下复合按钮SB3时，KM2得电,同时KM1回路被切断。
这样的互锁叫机械互锁.图2-1（c）既有接触器常闭触点的电气互锁，也有复合按钮常闭触点的互锁，即具有双重互线。
二、动力头的自动循环控制
图2—2是动力头的行程控制线路，它也是由行程开关按行程控制来实现动力头的往复运动的。
控制线路完成了这样一个工作循环：
首先使动力头Ⅰ由位置b移到位置a停下；然后动力头Ⅱ由位置c移到位置d停下；接着使动力头Ⅰ和Ⅱ同时退回到原位置停下。
行程开关ST1、ST2、ST3、ST4分别装在床身b、a、c、d处。
电动机M1带动动力头Ⅰ，电动机M2带动动力头Ⅱ.动力头Ⅰ和Ⅱ在原位时分别压下ST1和ST3。
线路的工作过程如下：
按下起动按钮SB2,接触器KM1得电并自锁，使电动机M1正转，动力头Ⅰ由原位b向a点前进。
当动力头到a点位置时,ST2行程开关被压下,结果使KM1失电，动力头Ⅰ停止；同时使KM2得电动作,电动机M2正转，动力头Ⅱ由原位c点向d点前进。
图有个
当动力头Ⅱ到达d点时,ST4被压下，结果使KM2失电，与此同时KM3与KM4得电动作并自锁，电动机M1与M2都反转。
使动力头Ⅰ与Ⅱ都向原位退回，当退回到原位时，行程开关ST1、ST3分别被压下，使KM3和KM4失电,两个动力头都停在原位。
KM3和KM4接触器的常开触点,分别起自锁作用,这样能够保障动力头Ⅰ和Ⅱ都确实退到原位.如果只用一个接触器的触点自锁,那另一个动力头就可能到原位接触器就已失点的情况.
第三章输送机各部件选型计算过程．
第一节输送机布置简图
原始数据
带速：
V=1.6m/s机长L=45m，
提升高度:
H=12。
9m,倾角：
β=16°，最大输送量：
Qmax=318t/h
输送物料：
干熄煤静堆积角为a=40°动堆积角β=25°容重:
ρ=400kg/m3
第二节初定参数
上托辊槽角为35°,中间部分直径159mm,输送带上胶厚4。
5mm,下胶厚1.5mm。
一、核算输送能力
Q=3。
6SVKρ
由a=40°,查表得S=0.2354m2
倾角β=16°，查表得K=0。
89
Q=3.6＊0.2354＊1.6*0.89*400=482.7﹥318（满足要求）
二、核算输送带的宽度
B=
Qmax=159t/h，ρ=400kg/m3V=1.6m/s
查表得断面系数K=420
查表得C=0。
88，
查表得ξ=1.0。
数据代入得
B=
=1.159m
取输送带俩侧空边100mm
考虑到过载等多重因素输送带宽度为1400mm
三、计算圆周驱动的传动功率
主要阻力FH
FH=fLg（qRO+qRU+2qB+qG）cosδ，
查表得f=0.03（多尘，潮湿）
有表得G2=25。
68kg（采用V型托辊直径为189mm，前倾角度为1.42°）
由于上托辊在设计手册上没有说明.所以用SOLIDWORKS仿真出来按照材料为钢的密度为7900kg/m3得出其质量为73。
4kg
则上托辊组旋转部分每米重量：
取上托辊间距为a0=1。
2m，下托辊间距为3m。
qRO=
=73。
4/1.2kg/m=61。
17kg/m
下托辊组旋转部分每米重量：
qRU=32。
54/3kg/m=10.85kg/m
qG=Q/3。
6V=318/3.6＊1。
6kg/m=55。
2kg/m
查表得：
qB=19kg/m，
L=45/cos16=46.8m
则:
FH=0.03＊46.8＊9。
81*[61.17+10。
85+（2＊19+55。
2）cos16］=0.03*46.8*9。
81*161。
6
=2225.9N
四、主要特征阻力FS1
Fs1=Fε+FqL
承载托辊前倾阻力:
Fε=Cεμ0Ln（qB+qG）gcosδsinε
Cε槽型系数35°槽角时取为0.43，
μ0托辊和输送带摩擦系数一般取0.3~0。
4,
ε下托辊前倾角度1。
42°
代入数据的：
Fε=［0.43*0。
3＊（19+55。
2）＊46.8*9。
81*cos16°＊sin1。
42°]=104.7N
式中l为导料槽挡板长度，3m
b1导料槽两拦板间宽度查表得b1=0。
85
输送料上允许的最大物料面积S
S1=
=[0.65+（1。
159—0。
65）cos350]2tg250/6
=0.0885
S2=
=［0.65+（1.159-0。
65）cos350/2][（1。
159-0。
65）sin350/2]
=0.8585*0.146
=0
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