大傾角上運帶式輸送機系統(tǒng)設計,傾角,上運帶式,輸送,系統(tǒng),設計 山東科技大學學士學位論文 畢業(yè)設計說明書 題 目 大傾角上運帶式輸送機系統(tǒng)設計 學 院 名 稱 專業(yè)班級 機械設計制造及其自動化 學生姓名 指 導 教 師 年 月 日 42 摘 要 帶式輸送機是輸送能力最大的連續(xù)機械之一,被廣泛應用于國民經濟各部門。它的主要優(yōu)點是運行平衡，運轉可靠，能耗低，對環(huán)境污染小，便于集中控制和實現自動化，管理維護方便，在連續(xù)裝載條件下可實現連續(xù)運輸。 本文根據地面主提升帶式輸送機的原始參數，結合常規(guī)上運帶式輸送機驅動方案及制動方案的理論的研究,對上運帶式輸送機進行了系統(tǒng)設計。通過對輸送機各部件的選型計算和某些重要部件的設計,最終使整個系統(tǒng)能夠在給定場合下安全可靠的完成預期的任務。 關鍵詞： 帶式輸送機；上運；軟起動；自動控制 ABSTRACT Belt conveyer system is known as an efficient mean of transporting bulk materials, it has a high requirement of reliablity.With the development of mining work conditions, the convery route become more and more complex, and it′s conveyance ability with transport distance is all other transport a machine equipments can't compare to, its structure simple, circulate balance, revolve credibility. This article sums up the feasible scheme of the key technology, aimed at the primitive parameter of the belt conveyor of coal colliery.In the article, through the design calculation of choosing the equipments and the design of some important parts of the belt conveyor, the system can finish the mission safely and dependably on the occasion. Keywords: Belt conveyer； Transport； Soft start；Autorotation controls system 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 引言 1 1.1 帶式輸機的概述 1 1.2 帶式輸機的發(fā)展趨勢 15 2 大傾角上運帶式輸送機的靜力學設計 18 2.1輸送帶選擇計算 18 2.1.1帶速的確定 18 2.1.2帶寬的確定 19 2.1.3輸送帶種類的選擇 20 2.2輸送帶長度計算及托輥的選擇 21 2.2.1托輥直徑和長度的確定 22 2.2.2 托輥間距的確定 22 2.3基本參數計算 24 2.3.1輸送帶線質量 24 2.3.2 物料線質量 24 2.3.3 托輥轉動部分線質量 24 2.4托輥的壽命校核 24 2.4.1靜載荷計算 24 2.4.2動載荷計算 25 2.4.3 過渡段托輥組的布置 27 2.5線路阻力計算 29 2.5.1 阻力計算 29 2.5.2 輸送帶張力的計算 30 2.6計算牽引力及電機功率 33 2.6.1 牽引力的計算 33 2.6.2 電機功率的計算 33 2.7滾筒的選擇 34 2.7.1傳動滾筒直徑的選擇 34 2.7.2改向滾筒直徑選擇 36 2.8減速器的選型 36 2.9 制動力矩的計算及制動器的選擇 37 2.10拉緊力及拉緊行程的計算及逆止器的選擇 38 2.10.1拉緊力的計算 39 2.10.2拉緊行程的計算 39 2.10.3拉緊裝置選擇 39 2.10.3逆止器的選擇 40 2.11帶式輸送機的動力學特性研究 41 2.12 主提升帶式輸送機的結論 43 2.13軟起動的選擇 44 3帶式輸送機電控系統(tǒng)方案的選擇 46 3.1帶式輸送機電控系統(tǒng)特征 46 3.2帶式輸送機電控系統(tǒng)的主要控制對象 46 3.2.1液體軟起動裝置 46 3.2.2輸送機的六大保護 48 3.3 帶式輸送機的電控系統(tǒng)的方案 50 3.4 PLC軟件介紹 52 4帶式輸送機電控裝置 54 4.1 關于PLC編程 54 4.2電控系統(tǒng)的框圖組成 56 4.3操作臺的設計 58 4.4主要程序的流程圖 60 4.4.1自動工作方式 60 4.4.2手動工作方式 63 技術經濟分析 66 參考文獻 67 致謝 68 附錄一 69 附錄二 73 山東科技大學學士學位論文 1 引言 帶式輸送機是以膠帶、鋼帶、鋼纖維帶、塑料帶和化纖帶作為傳送物料和牽引工件的輸送機械。其特點是承載物料的輸送帶也是傳遞動力的牽引件，這與其他輸送機械有著顯著的區(qū)別。承載帶在托輥上運行，也可用氣墊。磁墊代替托輥作為無阻力支撐承載帶運行。它在連續(xù)式輸送機械中是應用最廣泛的一種，且以膠帶為主。 帶式輸送機按承載斷面可分為平形、槽形、雙槽形（壓帶式）、波紋檔邊斗式、波紋檔邊袋式、吊掛式圓管形、固定式和移動式圓管形等8大類。 1.1 帶式輸送機的概述 帶式輸送機自1795年被發(fā)明以來，經過兩個多世紀的發(fā)展，已被電力、冶金、煤炭、化工、礦山等各行各業(yè)廣泛采用。特別是第二次工業(yè)革命帶來了新材料、新技術的采用，使帶式輸送機的發(fā)展步入了一個新紀元。當今，無論從輸送量、運距、經濟效益等各方面來衡量，它已經可以同火車、汽車運輸相抗衡，成為三足鼎立局面，并成為各國爭先發(fā)展的行業(yè)。它具有一下特點： （1）結構簡單。帶式輸送機的結構由傳動滾筒、改向滾筒、托輥或無輥式部件、驅動裝置、輸送帶等幾大件組成，僅有十多種部件，能進行標準化生產，并可按需要進行組合裝配、結構十分簡單。 （2）輸送物料范圍廣泛。帶式輸送機的輸送帶具有抗磨、耐酸堿、耐油、阻燃等各種性能，并耐高、低溫，可按需要進行制造，因而能輸送各種散料、塊料、化學品、生熟料和混凝土。 （3）輸送量大。運量可從每小時幾公斤到幾千噸，而且是連續(xù)不間斷運送，這是火車、汽車運輸望塵莫及的。 （4）運距長。單機長度可達十幾公里一條，在國外已十分普及，中間無需任何轉載點。德國單機60公里一條已經出現。越野的帶式輸送機常使用中間摩擦驅動方式，使輸送長度不受輸送帶強度的限制。 （5）對線路適應性強?，F在的帶式輸送機在越野敷設時，已從槽形發(fā)展到圓管形，它可在水平及垂直面上轉彎，打破了槽形帶式輸送機不能轉彎的限制，因而能依山靠水，沿地形而走，可節(jié)省大量修隧道、橋梁的基建投資。 （6）裝卸料十分方便。帶式輸送機可根據工藝流程需要，可在任何點上進行裝、卸料，圓管式帶式輸送機也是如此。還可以在回程段上裝、卸料，進行方向運輸。 （7）可靠性高。由于結構簡單，運動部件自重輕，只要輸送帶不被撕破，壽命可長達十年之久，而金屬結構部件，只要防銹好，幾十年也不壞。 （8）營運費低廉。帶式輸送機的磨損件僅為托輥和滾筒，輸送帶壽命長，自動化程度高，使用人員很少，平均每公里不到1人，消耗的機油和電力也很少。 （9）基建投資省?；疖?、汽車輸送的坡度都太小，因而延長米大，修建的路基長。而帶式輸送機一般可在20°以上，如用圓管式90°都能上去，又能水平轉彎，大大節(jié)省了基建投資。另外，通過合理設計也可大量節(jié)約基建投資?，F國外帶式輸送機每公里成本費為100萬～300萬美元，國內為人民幣500萬元，其中輸送帶占整機成本的30％～50％。隨著化學工業(yè)的發(fā)展，輸送帶成本將進一步下降。 （10）能耗低、效率高。由于運動部件自重輕，無效運量少，在所有連續(xù)式和非連續(xù)式運輸中，帶式輸送機耗能最低、效率最高。 （11）維修費少。帶式輸送機運動部件僅是托輥和滾筒。輸送帶又十分耐磨。相比之下，火車、汽車磨損部件要多得多，且更換磨損件也較為頻繁。 （12）應用領域廣闊，市場巨大。根據調查，我國現有帶式輸送機約200萬臺，其中，鍋爐上媒約40萬臺；煤礦120萬臺；火力發(fā)電廠167座，每廠約3km，折合1萬臺；建材廠和水泥廠6千個，平均每廠50臺，共計30萬臺；港口碼頭約1萬臺，不包括卸船機和散貨裝船機等。而當作環(huán)保機械的圓管式帶式輸送機在火力發(fā)電廠中的除灰系統(tǒng)的潛力更大。 綜上所述，帶式輸送機的優(yōu)越性已十分明顯，它是國民經濟中不可缺少的關鍵設備。加之國際互聯(lián)網絡化的實現，又大大縮短了帶式輸送機的設計、開發(fā)、制造、銷售的周期，使他更加具有競爭力。 1.1.1帶式輸送機的經濟效益比較 如上所述，帶式輸送機的市場是廣闊的，它的各種經濟技術指標如表1－1～表1－4所示： 表1－1 中國鐵路、公路和帶式輸送機運輸的經濟性比較表 項 目 平均坡度/（°） 基建費 經營費 能耗指標 /（萬元·m－1） 倍數 /（萬元·（t·m）－1） 倍數 /（kw·h·（t·m）－1） 倍數 鐵路運輸 2 4～5 9 0.00526 6 0.013 7 公路運輸 4～6 0.6～1.4 3 0.01145 12 0.0054 3 帶式輸送機運輸 15～90 0.4～0.75 1 0.00093 1 0.00187 1　 注：根據鞍山礦山設計院1986年的調查結果 表1－2 德國槽形帶式輸送機和鐵路、卡車、有軌電車基建費比較表 項目 槽形帶式機 鐵路 有軌電車 卡車 從礦山到港口距離/km 10.46 23.5 10.46 17.38 每噸公里運費/萬元 1.0 0.58 2.29 1.30 每噸的相對運費/萬元 1.0 1.30 0.81 0.79 相對基建投資比例 1.0 1.13 0.81 0.97 注：《燃化通訊》，1897年 表1－3 德國卡車和帶式輸送機設備投資和運費比較表 距離/km 帶式輸送機設備投資費用/萬元 卡車設備投資費用/萬元 帶式輸送機運費/（元·（t·km）－1） 卡車運費/（元·（t·km）－1） 2 1319.5 2334.5 0.4572 1.827 4 1928.5 2740.5 0.3243 1.015 6 2537.5 3004.4 0.2796 0.7511 8 3146.5 3288.6 0.2436 0.6293 10 3791.1 3451.0 0.2274 0.5481 注：《燃化通訊》，1897年 表1－4 中國山西鋁廠龍門山石灰石礦帶式輸送機與電機車、卡車運輸方案比較表 運輸方式 運距/km 1988年預算/（元·t－1） 1988年成本/（元·t－1） 年運費/萬元 帶式輸送機（鋼芯膠帶） 1.2 0.275 0.8 140 電機車方案 1.1 0.305 0.9 195 卡車方案 1.2 2.4 3.0 600 注：《連續(xù)輸送技術》，1987年第3期 由上表數據可以看出，在相同運輸條件下，使用帶式輸送機作為運輸工具成本最低、運費最省、經濟效益最高。 1.1.2帶式輸送機的分類 按外形分，帶式輸送機可分為： （1）平形和槽形帶式輸送機。我國現行標準是DTⅡ和TD75型帶式輸送機，有固定式和移動式兩大類。越野式的帶式輸送機又分為直線型和彎曲型兩大類，槽形帶式輸送機如圖1－1所示。 圖1－1 槽形帶式輸送機 1——頭部漏斗；2——機架；3——頭部清掃器；4——傳動滾筒；5——防跑偏安全裝置或調心托輥；6——輸送帶；7——承載托輥；8——緩沖托輥；9——導料槽；10——改向滾筒；11——螺旋拉緊裝置；12——尾架；13——空段清掃器；14——回程托輥；15——中間架；16——電動機；17——液力耦合器；18——制動器；19——減速器；20——聯(lián)軸器 （2）夾帶式帶式輸送機。該機實際上是兩個槽形帶式輸送機相扣在一起，即在普通槽形帶輸送機再加上一條壓帶，各有一套驅動裝置驅動，或者各用一套。壓帶可使用泡沫塑料帶、繩帶和橡膠帶輸送帶。一般可達到大傾角和垂直提升90°提升的需要。夾帶式帶式輸送機如圖1－2所示。 圖1－2 夾帶式帶式輸送機 1——加料斗；2——壓帶；3——壓帶的驅動滾筒； 4——承載帶的驅動滾筒；5——機尾滾筒 （3）波紋檔邊斗式輸送機。在平形橡膠帶上再冷粘或硫化上波紋檔邊在兩邊，中間隔一段用橡膠隔板分開成斗形。在轉彎處用壓輪壓住波紋檔邊外緣，它能垂直提升，適用于散料干料，如料濕便會卸不干凈，故機頭處裝有振打器。波紋檔邊斗式輸送機如圖1－3所示。 （4）波紋檔邊袋式輸送機。實際上是用許多橡膠袋串連在一起，袋口向內翻，外形如波紋檔邊輸送機。波紋檔邊袋式輸送機如圖1－4所示。 （5）吊裝式蛋管形帶式輸送機。物料裝入輸送帶后，輸送帶兩邊合攏成立式橢圓形，將輸送帶兩邊吊掛于小滑車上，滑車裝在工字縱梁上，用鋼絲繩牽引滑車拖動輸送帶運動，在機頭和機尾處均設有大轉盤，使輸送帶打開或合攏，有如上山纜車裝置。驅動裝置液裝在機頭。由于使用滑車和工字鋼，造價昂貴，沿途還要設立立柱以便吊掛工字鋼縱梁。 吊裝式蛋管形帶式輸送機的缺點是滑車間距太長，輸送帶會合不攏，一般間距在1m左右。驅動裝置也過于復雜。輸送帶邊緣帶有凸緣，有平行合攏和上下錯開合攏兩種結構。合攏后輸送帶成蛋圓形。采用吊掛式的缺點是爬坡小于30°，物料同輸送帶的摩擦系數越小，爬坡度越低；而且裝料不能超過50％，運輸量較低。 圖1—3 波紋檔邊斗式輸送機 1——驅動裝置；2——平托輥；3——波紋檔邊輸送帶； 4——轉彎托輥；5——轉彎壓輪；6——承載帶托輥； 7——機尾滾筒；8——回程帶改向滾筒；9——平托輥； 10——回程帶轉彎滾筒 11——振打器 圖1—4波紋檔邊袋式輸送機 1——活動斗；2——鋼絲繩；3——改向滾筒； 4——機頭傳動滾筒；5——機尾滾筒 （6）固定式圓管形帶式輸送機。該機輸送帶卷成圓管形運料，可在托輥上運行，也可在磁輥上運行，所以成為固定式。托輥成六角形安裝，有的用6個，有的用4個、3個，而我國一般只用2個托輥承載。 將物料裝入帶中，輸送帶逐漸被卷成圓管形，猶如一跟管線，它可以水平轉彎、垂直轉彎和做三維方向路線變化。當卸料時，輸送帶又打開成平形，卸完料又卷成圓形返回機尾。中國式的是輸送帶以平形狀返回，并能90°垂直提升。目前國外尚未達到實用水平。 自然，將輸送帶卷成類似的幾何形狀，如三角形、扁圓形、方形均屬此類。它是當代帶式輸送機的發(fā)展方向。 按驅動方式分，帶式輸送機又可分為三大類： （1）有輥式，輸送帶全由托輥支撐運轉。 （2）無輥式。輸送帶靠氣墊、磁墊、水墊支撐運轉。無輥式沒有有輥式的阻力，但它們都要有傳動滾筒耐驅動。20世紀70年代中期出現了中間摩擦驅動方式，即在帶式輸送機中部再加若干個短帶式輸送機，靠輸送帶之間的摩擦力驅動輸送帶運轉，因而承載帶的拉力被幾臺中間摩擦驅動機分擔，但仍要托輥支撐。 （3）直線驅動方式，將電動機驅動變?yōu)橹本€電機驅動方式，轉子線圈放在帶內，釘子線圈放在帶外，當轉子運轉時輸送帶也就運轉了。 1.1.3大傾角帶式輸送機綜述 普通帶式輸送機一般只能在傾角18°以下的坡度條件下輸送物料，而大傾角帶式輸送機是在普通帶式輸送機的基礎上發(fā)展起來的一種輸送機械，以實現在大傾角、長距離條件下的物料輸送，從而充分發(fā)揮運輸設備的功能。 1.1.4 大傾角帶式輸送機的幾種結構型式 （1）采用花紋輸送帶的大傾角帶式輸送機 采用花紋輸送帶可在一定范圍內增大物料的輸送角度。有波浪形、棱錐形、魚骨形、人字凸臺形、圓凹坑形等花紋，花紋的高度（或凹坑的深度）為5～40mm。 圖1－5 具有肋條的輸送帶 1——輸送帶；2——物料 圖1－5是美國生產的一種供輸送成件物料用的具有橫向尖頂肋條的輸送帶，肋條的大小及剛度恰好使肋條在物料的作用下向后彎曲，肋條頂部靠其后面相鄰的一個肋條底部支住，肋條頂部為120°的等腰三角形，所以貨物始終被支撐在肋條的邊棱，即使貨物很輕也是如此。 花紋帶式輸送機的主要優(yōu)點是可以采用標準的系列設備，輸送能力大、結構簡單、使用可靠，輸送傾角可比光面輸送帶高10°～20°。技術經濟分析表明，它的長度與費用比通用輸送機減少16％～20％。運輸具有中等濕度的物料時，可采用振動式清掃裝置或用卡普隆線制的回轉刷清掃，當輸送潮濕或粘性物料時，可采用水力清洗法。工業(yè)試驗和理論研究結果證明，在輸送傾角不太大時，選擇合理的清掃裝置，使用花紋帶式輸送機運輸成件物品、細?；蛩缮⒇浳铮б媸秋@著的。 （2）具有橫隔板輸送帶的大傾角帶式輸送機 有橫隔板的輸送帶分3種結構型式：可拆卸橫隔板輸送帶（圖1－6a）、固定橫隔板輸送帶（圖1－6b）、有橫隔板和側檔邊輸送帶（圖1－7）。 （a）可拆橫隔板輸送帶 （b）固定橫隔板輸送帶 圖1－6 有橫隔板輸送帶 圖1－7 有橫隔板和側檔邊輸送帶 1——橫隔板；2——波形檔邊；3——導向邊 可拆卸橫隔板一般采用機械方法固定，其優(yōu)點是橫隔板損壞或磨損后可以更換，也可調節(jié)橫隔板間距。一般橫隔板的高度為50～300mm。輸送傾角可提高到60°～70°。 輸送帶上面的橫隔板可以做成馬蹄形支撐件（圖1－8），用硫化方法將其兩端固定到輸送帶的側邊，代替橫隔板。當輸送帶形成梯形時，馬蹄形支撐件在輸送帶上無縫隙，但需將輸送帶空載分之翻轉180°，以使輸送帶能夠在普通托輥上運行。 圖1－8 馬蹄形橫隔板輸送帶 1——輸送帶；2——橫隔板 在實際應用中都力求采用普通標準輸送帶配以橫隔板，在空載分支上配置特殊托輥，以避免輸送帶翻轉長度的限制，另一方面使輸送帶磨損增大，由三輥式托輥組支承的大傾角輸送機就是其中一種。輸送帶的橫隔板在承載分支上靠隔板本身向輸送帶中部彼此搭接，輸送帶空載分支沿著圓盤形的托輥運行，而橫隔板在圓盤之間通過（圖1－9a）。也可采用從一個表面轉到另一個表面的鉸接橫隔板（圖1－9b），這種隔板用專門的鉸鏈與輸送帶側邊聯(lián)接，當輸送帶運行時，靠橫向導軌將橫隔板轉到空載分支的上面，輸送帶的空載分支即可沿著普通托輥運行。 圖1－9a 圖1－9b 圖1－9 具有橫隔板的大傾角輸送機承載分支與空載分支的布置 具有橫隔板和側檔邊的大傾角輸送機，輸送傾角能達到60°，當輸送粉塵物料時，該輸送機最大傾角可達70°～75°。采用通用帶式輸送設備，僅用具有側檔邊的輸送帶代替普通輸送帶，輸送能力提高0.5～1倍，輸送機總投資費用減少40％，經濟效益顯著。缺點是輸送帶清掃困難，不宜運輸粘性物料。 （3）采用大槽角的大傾角帶式輸送機 大槽角提高輸送傾角的原理是：輸送帶形成深槽形，輸送帶與物料之間產生擠壓，使物料對輸送帶的摩擦力增大。有3種結構型式：①輸送帶呈U形（圖1－10a），輸送帶中間布置加強索；②幾組托輥將輸送帶托起形成深槽形（圖1－10b）；③采用特殊托輥組（圖1－10c）使輸送帶與物料之間產生擠壓，使物料對輸送帶的摩擦力增大。 （a）U形膠帶 （b）深槽托輥組 （c）特殊托輥組 圖1－10 大槽角帶式輸送機3種結構形式 以上幾種深槽形帶式輸送機可用于輸送細塊和中塊散狀物料（塊度在300mm以下），輸送傾角為25°～30°。其優(yōu)點在于：①結構比其它大傾角輸送機簡單，用普通輸送機的通用部件；②適宜于多點驅動，可用普通輸送帶，在傾角不太大時，這種輸送機很有發(fā)展前途；③由于槽形角太大，貨載橫截面積大，因此在相同寬和相同帶速下輸送能力增大。 國外還有一種“拉卷”帶式輸送機，采用特殊編織結構帶芯輸送帶，帶受拉力時兩邊上卷，將物料包起，最大輸送傾角可超過31°。 （4）管形大傾角帶式輸送機 管形帶式輸送機是在槽形帶式輸送機基礎上發(fā)展起來的一種新型輸送設備，其工作原理是：物料受卷成管狀的輸送帶側壓力作用，物料與輸送帶間的摩擦力增加，實現大傾角輸送，其輸送傾角達27°～47°；如果輸送帶上有花紋或凸臺，則輸送傾角可達60°以上。 管形帶式輸送機有4種結構形式：①吊掛托輥式管形帶式輸送機；②滑車夾鉤式管形帶式輸送機；③導軌式管形帶式輸送機；④圓管帶式輸送機。 （5）壓帶式大傾角帶式輸送機 所謂壓帶式輸送機就是將物料夾在兩條輸送帶之間，隨輸送帶一起輸送。這種帶式輸送機是英國首先研制成功的，最大的特點就是輸送能力不隨傾角變化，輸送物料的最大傾角可達90°。物料在全封閉狀態(tài)下輸送，無落料和粉塵飛揚，所以容易實現高速輸送。 按承載帶與覆蓋帶的纏繞形式可分為2種：并環(huán)式纏繞和套環(huán)式纏繞。 按結構可分為5種：①自重壓帶式；②刮簾壓帶式；③加載壓帶式；④張緊環(huán)壓帶式；⑤夾邊壓帶式。 1.2 帶式輸機的發(fā)展趨勢 隨著煤礦現代化的發(fā)展和需要，我國對大傾角固定帶式輸送機，高效高產工作面順槽可伸縮帶式輸送機及長運距，大運量帶式輸送機及其關鍵技術，關鍵零部件進行了理論研究和產品開發(fā)，應用動態(tài)分析技術與智能化控制技術，研制成功了軟啟動和制動裝置以及PLC控制 為核心的電控裝置，并且井下大功率防爆變頻器也已經進入研發(fā)，試制階段。隨著高效高產礦井的發(fā)展，帶式輸送機各項技術指標有了很大的發(fā)展。主要表現在以下幾個方面： （1）提高煤礦井下帶式輸送機關鍵零部件的性能和安全可靠性；設備開機率的高低主要取決于運輸零部件的性能和可靠性。提高零部件的性能和可靠性可以大大提高設備開機率。 （2）提高運輸能力，適應高產高效集約化生產的需要；長運距、高速度、大運量、大功率、集中控制是帶式輸送機今后發(fā)展的必然趨勢。 （3）控制自動化水平要提高； （4）一機多用，擴大功能；帶式輸送機是一種理想的連續(xù)運輸設備，但是不能充分發(fā)揮起能力，浪費了資源，如果將帶式輸送機結構做適當修改，并且采取一定安全措施，就可以拓展起工作領域，是起發(fā)揮更大的經濟效益。 （5）研制特殊機型。為了滿足煤礦井下的某些特殊要求應開發(fā)滿足這些要求的帶式運輸機。 通過上述分析,可以預見,未來新機型應該具有以下特征: (1)大運量、高速度。即意味著高生產率,減少單位時間生產成本。 (2)長使用壽命。膠帶與托輥的磨損是限制輸送機壽命的主要原因,減少膠帶與托輥之間的摩擦系數,增加膠帶的耐磨性,提高托輥的性能,可以較大程度地提高輸送機的使用壽命。 (3)低生產成本。在普通膠帶輸送機中,托輥制造的費用占整個膠帶運輸機的17%～25%,且運動部件過多,維修費用昂貴，采用無托輥支承或非接觸支承是降低膠帶輸送機成本的最有效方法。 (4)低能源消耗。膠帶式輸送機的能源80%左右都消耗在摩擦損失上，降低摩擦損耗的最有效方法是采用非接觸帶輸式送機(如水墊式膠帶運輸機),它所需的電機功率僅為普通膠帶輸送機的20%。 (5)智能化。未來機型應與電腦密切聯(lián)系,適合程序控制、智能操作、物料裝卸、機器安裝與維護都應能實現智能化管理。 可以預見,膠帶輸送機的發(fā)展趨勢是從接觸式膠帶輸送機向非接觸的膠帶輸送機發(fā)展,最終發(fā)展趨勢是采用最原始的膠帶輸送機的結構,即采用帶子在槽內滑動。膠帶非接觸支承節(jié)省大量的金屬,大大減少了膠帶運動阻力和能耗,維修也簡便。隨著新型材料的出現,特別是近幾年出現的納米材料,有理由相信膠帶與滑槽之間的摩擦系數和帶子的耐磨性可以得到很大的改觀。而膠帶在滑槽內滑動的結構最簡單,運動部件最少，這樣它更適合智能化管理,同時生產成本也大大降低。 在給定條件下，帶式輸送機選型設計計算合理與否關系到能否高效、安全、可靠地完成生產任務。一般說來，帶式輸送機的選型設計有兩種方法：一種是成套供應的設備（或已有設備）的計算，對于這一類運輸機的設計計算無需進行參數和部件的選擇，一般只需核算生產能力、電動機功率和輸送帶強度等是否滿足有關規(guī)定的要求；另一種是對通用設備（如TD75、DTⅡ系列通用固定帶式輸送機和DX系列鋼絲繩芯帶時輸送機等）的選型計算，需要通過計算選擇各組成部件（如：輸送帶、滾筒、托輥、驅動裝置），最后組合成使用于具體條件下的帶式輸送機。該設計主要進行的是后一種設計。帶式輸送機的設計程序大體分兩步，第一步是初步設計，主要是通過理論上的計算選出合適的輸送機部件，或者完成對已選部件的驗算；第二步是電氣控制設計，主要完成對皮帶輸送機啟動運行停止的設計工作。 由于該種皮帶輸送機既有上坡運輸又有下坡運輸，最困難得工況就不一定時在滿載時，因此要分不同工況進行分析。第一種工況是滿載運行狀態(tài)，輸送帶各段都滿載的運行狀態(tài)。大多數情況下，此狀態(tài)為輸送機系統(tǒng)最困難的工況，所以必須對正常運行工況進行設計計算，以確定各主要點輸送帶張力、電機功率、張緊力的結論；第二種工況最大發(fā)電狀態(tài)，如果設計中沒有考慮到這種工況，就必然會出現驅動裝置過載，或者在這種條件下停車制動不住，出現飛車造成嚴重的事故，本輸送系統(tǒng)最大發(fā)電運行狀態(tài)的工況是在只有下運段滿載，而上運段處于空載狀態(tài)的情況下出現；第三種工況是最大電動狀態(tài)，如果忽略此工況，有可能出現電機堵轉，悶車而燒壞，而且這種工況也隨起動和停車過程的出現而不斷出現。第四種工況是空載運行狀態(tài)，就是輸送機上各點都沒有載荷情況下輸送機的運行狀態(tài)，對于本輸送線路，空載運行狀態(tài)比最大電動狀態(tài)是安全，因此在這就不進行詳細設計計算。比較這前三種工況下所需的牽引力和電機功率，按照最困難的工況進行各部件的選取。 表1.4 原始資料 運輸能力Q（t/h） 150 運輸距離L（m） 250 輸送傾角b（°） 31 物料容重g（t/m3） 0.9 物料最大塊度amax （mm） 300 輸送物料 原煤 應用場合 劉莊煤礦 2 大傾角上運帶式輸送機的靜力學設計 2.1輸送帶選擇計算 2.1.1帶速的確定 輸送帶運行速度是輸送機設計計算的重要參數，在輸送量一定時，適當提高帶速，可減少帶寬。向上輸送時帶速可適當高些，向下輸送時帶速應低些。目前帶式輸送機推薦的帶速為1.25～4m/s，參考表2.1，取V=2.5m/s。 表2.1 推薦帶速表 輸送物料的特性 帶 寬B（毫米） 500，650 800，1000 1200，1400 帶 速v（米/秒） 無磨損性，或磨損性小的物料；如：原煤，洗精煤 1.25～2.5 1.25～3.15 1.25～4.0 磨損性小的中小塊狀物料； 如礦石，爐渣等 1.25～2.0 1.25～2.5 1.25～3.15 有磨損性的大塊物料； 如：大塊礦石 1.25～1.6 1.25～2.0 1.25～2.5 2.1.2帶寬的確定 1）帶式輸送機的輸送能力與帶寬和帶速的關系是： t/h 式(2.1) 式中 K－貨載斷面系數，K值與貨載在輸送帶上的堆積角有關。貨載堆積角見表2.2 (查表得堆積角為30°)，相應K值見表2.3(查表得K＝458)。 B－輸送帶寬度，m v－輸送機速度，m/s g－運送貨載的集散容重，t/m3 c－輸送機傾角對輸送量的影響系數。參考表2.4(查表得c＝0.7)。 表 2.2 物料名稱 堆積容重（噸/米3） 堆積角（度） 物料名稱 堆積容重（噸/米3） 堆積角（度） 原煤 0.85~1.0 30° 精煤 0.85 30° 焦炭 0.6~0.7 35° 無煙煤 0.85~0.95 30° 黃鐵礦 2.0 25° 褐煤 0.8~0.85 30° 富鐵礦 2.5 25° 石灰石 1.6~2.0 25° 表2.3 堆積角r 10° 20° 25° 30° 35° K值 316 385 422 458 496 表 2.4 傾 角 b 0°~7° 8°~15° 16°~20° 20°~28° C 值 1~0.95 0.95~0.9 0.9~0.8 0.7~0.8 當輸送量已知時可按下式求得滿足生產能力所需的帶寬B1: ==0.456mm 式(2.2) 2）按輸送物料的塊度確定帶寬B2 因為本帶式輸送機輸送的原煤，且　故有： 　　　　 式(2.3) 實際確定帶寬時，但考慮到更有效地防止撒料，并且輸送角度較大、距離長，為減小調偏難度和降低帶強（帶越寬帶的強度就越?。梢赃x擇較寬的帶；故選用1000mm寬的輸送帶較為合適。 2.1.3輸送帶種類的選擇 我國目前生產的輸送帶有以下幾種：尼龍分層輸送帶、塑料輸送帶、整體帶芯阻燃帶、鋼絲繩芯帶等。 在輸送帶類型確定上應考慮如下因素： 1） 為延長輸送帶使用壽命，減小物料磨損，盡量選用橡膠貼面，其次為橡塑貼面和塑料貼面的輸送帶； 2） 在煤礦生產中，同等條件下優(yōu)先選擇整體阻燃帶和鋼絲繩芯帶； 3） 在大傾角輸送中，為了改善成槽性，高強輸送帶采用鋼絲繩芯帶較為理想； 4） 覆蓋膠的厚度主要取決于被運物料的種類和特性，給料沖擊的大小、帶速與機長，輸送原煤之類的礦石，為防止撕裂，可以加防撕網。 5） 根據機長和帶強來具體確定帶型，長距離一般采用鋼絲繩芯帶，因此選用鋼絲繩芯輸送帶ST2500。 2.2輸送帶長度計算及托輥的選擇 輸送機布置示意圖見圖2.1，采用頭部單滾筒驅動形式。 式(2.4) 式中 L——輸送機長度，m D1、D2…Di——驅動滾筒、張緊滾筒及主要改向滾筒直徑， A——接頭長度，m ;A＝2.6m N——接頭數目,按200m一個接頭，則有N=2 ——輸送帶繞過驅動部增加的長度，m(本機該長度值為6m). =50m 故有膠帶長為： =2L+0.5p(D+D1+D2…+D2)+AN+L=2′250+0.5′p′6.03+2.6′2+50=565 m 根據實際情況，輸送帶的長度應該具有足夠的備用，所以建議購買650m 圖2.1輸送機布置示意圖 托輥組是用于支承輸送帶及輸送帶上承載的物料，保證帶穩(wěn)定運行的裝置形式的選擇可根據托輥在不同部位的情況選擇。本機上所有托輥如下： a)．槽形托輥：用于承載分支輸送散狀物料，采用45°槽形托輥。 b)．平行托輥：用于回程分支支撐輸送帶。 c)．緩沖托輥：安裝在受料段下方，減小輸送帶所受的沖擊，延長帶的使用壽命。 d)．調心托輥：設置用于調整輸送帶跑偏。 e)．過渡托輥：安裝在滾筒與第一組托輥之間，可使輸送帶逐步或成槽由槽形展平，以降低輸送帶邊緣因成槽延伸而產生的附加應力，同時也防止輸送帶展平時出現撒料現象。 2.2.1托輥直徑和長度的確定 托輥長度的選擇可以直接通過輸送帶的寬度、托輥組中的托輥數和托輥間的連接和布置方式確定。托輥的直徑和托輥軸的直徑以及軸承可根據托輥所受的載荷情況選擇。托輥的直徑根據表2.5并結合實際使用情況確定。托輥阻力系數托輥軸承目前均采用滾動軸承，迷宮式密封，由于旋轉部件不與密封直接接觸，所以運行阻力小。參考表2.7選取。 2.2.2 托輥間距的確定 托輥間距應滿足兩個條件：即輥子軸承的承載能力及輸送帶的下垂度。承載托輥間距可根據表2.7查得，下托輥間距一般取2倍的上托輥間距。頭部滾筒到第一組槽形托輥的間距可取為上托輥間距的1～1.3倍，尾部滾筒到第一組托輥間距不小于上托輥間距。由上述及表2.5，2.6，2.7可選托輥如下：上托輥選用五輥式45°槽形托輥，托輥直徑為φ108；下托輥選用平行托輥，托輥直徑為φ108；由表可查得托輥間距： 承載托輥間距　lt'=1.5m 回程托輥間距　lt"=3 m 　 承載托輥直徑=f108mm =4.19 Kg 　 回程托輥直徑=f108mm =6.01Kg 托輥軸承采用滾動軸承迷宮式密封，阻力系數： 緩沖托輥直徑=f108mm =7.9Kg（旋轉部分線質量） 表2.5 輥子參數 帶寬 輥徑 650 800 1000 1200 1400 1600 89 √ √ 108 √ √ √ √ 133 √ √ √ √ √ 159 √ √ √ √ √ 表2.6 承載段托輥間距 貨載容重g(噸/米3) 輸 運 帶 寬 度 B (毫米) 500,600 800,1000 1200,1400 1600~2000 上 托 輥 間 距 (毫米) ￡1.6 1200/1500 1200/1500 1200/1500 1100/1200 >1.6 1200/1500 1100/1200 1100/1200 1000 表 2.7 托輥阻力系數 工作條件 重段托輥w' 空段托輥w" 清潔,干燥 0.02 0.018 少量塵埃 0.03 0.025 塵埃大,濕度大 0.04 0.035 2.3基本參數計算 2.3.1輸送帶線質量 對于輸送帶線質量可以通過查表和計算兩種方法求得。在這里由于是通用型設備的設計，所以可以通過《DTⅡ設計選用手冊》表查得 =36.8kg/m2 ′1m=36.8kg/m 2.3.2 物料線質量 輸送帶上物料的線質量 q===16.67kg/m 式(2.5) 式中 Q—每小時運輸量，t/h; v—運輸帶運行速度，m/s; 2.3.3 托輥轉動部分線質量 kg/m kg/m 2.4托輥的壽命校核 2.4.1靜載荷計算 對于承載分支托輥，每個軸承的當量靜負載可以按下式計算： 式（2.6） 式中 ——承載分支軸承當量靜載荷。N ——承載載荷系數，取=0.7 ——輥子載荷系數，對平行托輥組=1，對二托輥托輥組=0.6，對等長三托輥槽形托輥組，=0.7。 It'——承載分支托輥間距m。 qt'——承載托輥組線質量kg ——輸送帶線質量kg ——物料線質量kg 所以有對于承載分支托輥 N 對于回程分支托輥，每個軸承的當量靜載荷可以按下式計算 式（2.7） 式中 ——回程分支軸承當量靜載荷。N ——回程分支托輥間距m。 ——回程分支托輥組線質量km 所以有 2.4.2動載荷計算 承載分支托輥軸承的當量動負荷可以按下式計算 式（2.8） ——運行系數； ——沖擊系數； ——工況系數。 回程分支托輥軸承的當量動載荷可按下式計算， N 承載分支托輥的壽命計算： 托輥使用的是向心滾子軸承，其精負荷工作壽命可以按下式計算： 托輥的旋轉速度 h h 考慮到煤礦井下特殊的使用條件，承載托輥實際設計壽命應該是理論壽命的0.7倍，則軸承的使用壽命為： h30000 h 回程分支使用條件好于承載分支，故滿足輸送機托輥壽命要求。 2.4.3 過渡段托輥組的布置 在輸送機的頭尾部，輸送帶由平形變成槽形或者由槽形變成平形的段叫過渡段。在過渡段，輸送帶的傾角由零逐漸過渡到最大槽角。如果過渡段托輥組的布置不合理，將直接影響輸送帶的強度和壽命；尤其在高張力區(qū)，影響更為嚴重，所以必須重視高張力區(qū)托輥組的過渡布置，達到設計的合理化。 過渡段的布置形式有兩種，一種是滾筒表面與槽型托輥組的中間滾上平面平行，另一種是將滾筒表面眼輸送方向相對中間托輥上平面抬高一段距離，其目的是使輸送帶邊緣的應力與輸送帶中部的應力近似相等，以縮短過渡段長度，一般抬高的過渡段高度為槽型托輥組槽高的一半。通常在機頭部的高張力區(qū)采用將滾筒表面抬高的布置形式，以縮短過渡段的距離；在尾部低張力區(qū)，輸送帶的張力較低，可將滾筒表面布置與中間輥上平面位于同一平面上，這樣設計雖然過渡段距離稍長一些，但便于輸送帶在正常槽型托輥組上的成型。需要注意的是，如果再輸送大塊物料時采用第二種形式，會帶來大塊物料對滾筒的沖擊，容易損傷輸送帶。尤其是在設計輸送傾角較大時，由于采用第二種形式，實際上相當于增大了在此部位的傾角，可能導致物料下滑。所以在上述情況和輸送帶張力較低時再輸送機的頭部仍然采用第一種形式的過渡段。在輸送帶張力很高時，有時還要考慮用多組過渡托輥組設計過渡段。 在此設計題目中，由于是31°大傾角上運，故過渡段的布置如圖2.2所示。輸送帶在高張力區(qū)由0°→10°→20°→30°→40°→45o。 lt lt lt lt lt lt lt Lt''t 圖 2.2 過渡托棍布置 過渡段間距由下式計算： 式（2.9) 式中 —兩過渡托輥組間距, —托輥長度, —第組托輥槽角, 度 —張力系數,在高張力區(qū)，取 my=1.5； —輸送帶的長度,對于鋼絲繩芯輸送帶, e0=0.002 則有: 所以托輥組過渡段布置參數如下表： 表 2.8 托輥組過渡段布置參數 側托輥成槽角 f1=10° f2=20° f3=30° f4=40° f5=45° 托輥距 (m) 1.5m 1.5m 1.5m 1.5m 1.5m 2.5線路阻力計算 線路阻力（輸送帶運行阻力）包括直線阻力和彎曲段阻力。彎曲段阻力一般考慮阻力系數K(K=1.03～1.07)。述基本阻力外，還受附加阻力，包括物料在裝載點加速時與輸送帶之間的摩擦阻力簡稱物料加速阻力；裝料點的導料槽摩擦阻力；清掃裝置的摩擦阻力；中間卸料裝置的阻力等。下面分別予以計算 2.5.1阻力計算 1）直線段阻力 承載分支 回程分支 2)曲線段阻力 對于改向滾筒處的曲線段阻力，按改向處相遇點張力的3~5％計算： =(0.02~0.05) 對主傳動滾筒，曲線段阻力按主動滾筒相遇點和分離點張力之和的3~5％計算： =(0.02~0.05) 3)局部阻力 (1)裝載點物料加速阻力 式(2.10) 其中 q－物料線質量，kg/m 　　　 v－帶速，m/s (2)裝載點導料槽側板阻力 　 式(2.11) 式中　 －帶寬，m 　　?。锪霞⒚芏?，t/m3 　　 ?。瓕Я喜蹅劝彘L度，m (3)清掃器阻力 彈簧清掃器阻力： 空段清掃器阻力： 2.5.2 輸送帶張力的計算 用逐點法計算輸送帶關鍵點張力，輸送帶張力應滿足兩個條件： (1) 摩擦傳動條件：即輸送帶的張力必須保證輸送機在任何正常工況下都無輸送帶打滑現象發(fā)生。 式(2.12) 式中 輸送帶強度，N； －輸送帶與傳動滾筒分離點處張力，N； K－傳動滾筒與輸送帶間的摩擦系數,采用鑄膠滾筒，； a－輸送帶與傳動滾筒間的圍包角，取a=200°； C0－摩擦力備用系數，取C0=1.3； (2) 垂度條件：即輸送帶的張力必須保證輸送帶在兩托輥間的垂度不超過規(guī)定值，或滿足最小張力條件。 式(2.13) 其中 —重載段輸送帶最小點張力；N —空載段輸送帶最小點張力；N 本帶式輸送機各關鍵點示意如圖所示，先按垂度條件計算，由系統(tǒng)布置可知承載分支張力最小點在9點，回程分支張力最小點在3點，則有： =5×9.8×1.5（16.67+36.8）cos31o=3368.7 N =5×9.8×3×36.8×cos31°=4636.9 N 為了充分降低輸送帶的張力,只要滿足摩擦條件和垂度條件,就能保證輸送機的驅動條件,所以我們先按垂度條件進行計算,然后驗算摩擦條件。則按垂度條件有： （3）驗算摩擦條件 根據以上計算，各張力點都滿足垂度要求。但同時必須進行摩擦條件驗算，才能滿足理論要求， 以上說明既滿足垂度條件又能滿足摩擦條件。 (4)輸送帶強度驗算 考慮輸送帶的壽命、起動時的動應力、輸送帶的接頭效果、輸送帶的磨損，以及輸送帶的備用能力，選用輸送帶時必須有一定的備用能力（即安全系數），對于強力大功率帶式輸送機靜安全系數一般取m37，動安全系數35。對于大傾角帶式輸送機，采用鋼芯帶時，最好安全系數取在m38，根據以上計算可以確定輸送帶的最大張力，則應滿足： 由上式有： 式(2.14) 式中　　－輸送帶安全系數;　　 sd－帶芯拉斷強度，N/mm；　對于ST2500型帶, sd=2500N/mm 　　 －帶寬，mm?！　? 此處校核輸送帶的安全系數為 可知所選用的輸送帶滿足了靜態(tài)設計安全系數要求。 2.6計算牽引力及電機功率 2.6.1 牽引力的計算 傳動滾筒表面牽引力的普遍表達式為 W 2.6.2 電機功率的計算 1)電動機功率 式(2.15) 式中 －電機功率備用系數，取K=1.25； h －傳動系統(tǒng)的工作效率。 則有 2)電機選擇 選擇電機功率與數量應符合如下要求: (1) 額定總功率3P； (2) 考慮到臺數和單電動機功率符合各驅動滾筒牽引力配比； (3) 盡可能用同一型號電動機，以減少備用臺數。 根據以上計算的總驅動功率，考慮到井下工作條件，長期使用存在腐蝕、磨損，阻力會增大，這將較大的影響了輸送機沿線運行阻力，為此，可以可取1：1的匹配形式，此時的電機功率可以選取為132KW。電機參數如下: 表 2.9 型 號 功率（kW） 轉速（r/min） 效率 Y315M3-6 132 990 0.938 2.7滾筒的選擇 傳動滾筒是傳遞帶式輸送機功率的圓柱形筒。而改向滾筒僅作為引導輸送帶改變方向的圓柱形筒。改向滾筒部承擔轉矩，結構比較簡單。傳動滾筒和驅動裝置相聯(lián)，是帶式輸送機最重要的部件，驅動功率的大小往往取決于傳動滾筒表面同輸送帶之間的摩擦系數和輸送帶在該滾筒上的包角,其直徑應根據輸送帶的帶芯層數來決定。 2.7.1傳動滾筒直徑的選擇 選擇傳動滾筒直徑時，可按四個方面考慮： (1)限制輸送帶繞過傳動滾筒時產生過大的附加彎曲應力計算滾筒直徑： mm 式（2.16） 式中　　D1－傳動滾筒直徑，mm 　　　　d－鋼絲繩直徑，mm (2)為限制輸送帶表面比壓，以免造成覆蓋膠脫落，傳動滾筒直徑為： 式（2.17） 式中 S－輸送帶張力，N（此處以最大張力代入） 　　 B－輸送帶寬度，mm a－鋼絲繩間距，mm 查表得a=15mm 　 [p]－輸送帶表面許用比壓，取[p]＝1Mpa=1N/mm2 (3)限制覆蓋膠或花紋變形量小于6％的傳動滾筒直徑為： 式(2.18) 式中　　K－圍包角影響系數，當圍包角小于90°時，K＝0.8，否則K＝1 　　 b－鋼繩芯輸送帶上覆蓋膠厚度（包括花紋高度），mm；查表得b＝8mm (4)當輸送帶彎曲頻次高時，滾筒直徑要相應大一點，以補償高頻次彎曲疲勞破壞程度。 綜上所述，傳動滾筒直徑 取標準值可得D＝1250mm。 2.7.2改向滾筒直徑選擇 1)尾部改向滾筒直徑 尾部改向滾筒的直徑一般比傳動滾筒直徑小一級，具體可取： 其它改向滾筒處受張力較小，可?。? 2)滾筒的厚度（mm） 滾筒殼的厚度取決于滾筒的直徑、筒體長度、輸送帶張力、制動時的磨損等因素。關于筒殼厚度的計算十分困難，并且一般計算值偏小。而且考慮到耐磨損和易于制造筒殼的厚度一般都取得較厚。一般大型帶式輸送機筒殼厚度見表。 表 2.10 滾筒直徑 mm 滾筒長度/mm 1800 2000 2400 2800 630 16 18 800 18 20 22 22 1000 20 22 24 24 1250 20 22 24 26 1500 22 24 24 26 1800 22 24 26 28 2.8減速器的選型 根據帶速、傳動滾筒直徑和電動機轉速推知減速器的傳動比為： 式(2.19) 初選DCY315型減速器，其標準傳動比為28，其技術參數如下： 表 2.11 型 號 高速軸輸入轉速n 公稱輸入功率 傳動比i 熱功率G1 DCY315 1000r/min 150KW 28 155KW 2.9 制動力矩的計算及制動器的選擇 對于大功率、長距離的強力帶式輸送機，為防止意外故障需進行停車要求時，應設置專門的軟制動裝置，以保證正常停車和緊急停車需要。 根據帶式輸送機技術要求，制動裝置產生的制動力矩不得小于該輸送機所需制動力矩的1.5倍以上。 對本帶式輸送機由于其運輸距離長、功率大，機械整體慣性力非常大，如果遇到特殊情況需要緊急停車時，必須設置可靠的制動系統(tǒng)，以保證可靠制動和停車要求。 帶式輸送機上常用的制動裝置有液壓推桿制動器、電磁閘瓦制動器、盤形閘制動器等。液壓推桿制動器結構簡單、但可靠性較差，尤其是制動時制動力矩沖擊大，易造成機械故障。改進型液壓推桿制動器結構簡單，可以用一個液壓站進行多臺制動器控制，使用安全可靠，制動力矩沖擊小，具有良好的使用效果。因此，是目前較好的制動裝置，特別適合應用于長距離、大功率的帶式輸送機上。 為了進行制動器的設計和選型，必須進行帶式輸送機的動力