1、山东科技大学学士学位论文 I 摘 要 该课题是结合实际工程问题而制订出的一个题目，其目的是设计一套能够在给定场合下安全可靠运行的上运带式输送机系统。 本文是对通用设备（ DT 系列通用固定带式输送机）的选型计算，需要通过计算选择各组成部件，并着重进行电控系统的分析设计。最后组合成使用于具体条件下的带式输送机。 本文设计的带式输送机属于向上运输，需要考虑带式输送机的软启动问题、逆止问题、可靠停车问题以及所需要的配套电控问题。然后综合各种情况下的问题，找出最合理的解决方法并进行整合，最终选取出带式输送机的各部件来组成符合实际工程要求的输送机 系统。 本文通过对输送机各部件的选型计算和电控系统的设计
2、以使整个系统能够在给定场合下安全可靠的完成预期的任务。 关键词 带式输送机；上运；软启动；液体粘性；电控 山东科技大学学士学位论文 II ABSTRACT This topic is a subject that is established Combined with the engineering problem, the purpose is to design one set of upward belt conveyor that can be used safely and dependably on the given occasion. This article describ
3、es the design calculation of choosing the general equipments (the belt conveyor of series of DT ) and the electronic-controlled system, so it needs to choose every part of the belt conveyor though design calculation, and put them together to be used on the occasion. Being to transport upward of the
4、belt conveyer in this articl, we need to consider that the flexible start problem, negative problem, credibility parking problem and the kit electronic-controlled problem. Then synthesize various problem, find out the most reasonablely solution method and carry on integration. Eventually, choose eac
5、h part of the belt conveyer to constitute the conveyer system that matches actual engineering requests. In the article, through choosing each part of the belt conveyer and the design for electronic-controlled system, ensure that the belt conveyer could safely and credibility run in given situation.
6、Keywords: Belt conveyer; upward; flexible start; Hydro-viscous; electronic-control 山东科技大学学士学位论文 III 目 录 摘 要 . I 1 绪 论 . 1 1.1 本课题研究的目的和意义 .1 1.2 本课题研究的内容 .2 1.3 国内外研究情况及其发展 .2 1.4 驱动系统的技术要求 .4 1.5 长距离带式输送机合理的驱动装置 .6 1.6 带式输送机的发展趋势 .7 2 上运带式输送机设计 . 10 2.1 设计题目原始参数 .10 2.2 输送带选型计算 .10 2.3 输送线路初步设计 .13
7、 2.4 托辊的选择计算 .13 2.5 带式输送机线路阻力计算 .17 2.6 输送带张力的计算 .20 2.7 输送带强度验算 .21 2.8 牵引力及电机功率计算 .22 2.9 驱动装置及分布 .23 2.10 拉紧力、拉紧行程的计算及拉紧装置的选择 .25 2.11 制动力矩的计算及制动器的选择 .28 2.12 软启动装置的选择 .29 2.13 辅助装置 .30 3 带式输送机电控装置 . 31 3.1 概述 .31 3.2 各控制部件功能 .32 3.3 系统工作原理 .36 3.4 信号与报警 .40 3.5 故障解除与其它 .40 4 结论 . 41 参 考文献 . 42
8、山东科技大学学士学位论文 IV 致谢 . 43 附录一 . 44 山东科技大学学士学位论文 1 1 绪 论 带式输送机是以胶带、钢带、钢纤维带、塑料带作为传送物料和牵引工作的输送机械，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状物料的理想工具，因此被广泛用于电力、冶金、煤炭、化工、矿山、港口等各行业。 1.1 本课题研究的目的和意义 带式输送机是以胶带兼作牵引机构和承载机构的一种运输设备，它在地面和井下运输具有广泛的应用。 带式输送机自 1795 年被发明
9、以来，经过两个世纪的发展，已被电力、冶金、煤炭、化工、矿山、港口等各行各业广泛采用。特别是第二次工业革命带来了新材料、新技术的采用，使带式输送机的发展步入了一个新纪元。当今 ，无论从输送量、运距、经济效益等各方面来衡量，它已经可以同火车、汽车运输相抗衡，成为三足鼎立局面，并成为各国争先发展的行业。 带式输送机因其具有结构紧凑、传动效率高、噪声低、使用寿命长、运转稳定、工作可靠性和密封性好、占据空间小等特点，并能适应在各种恶劣工作环境下工作包括潮湿、泥泞、粉尘多等，所以它已经是国民经济中不可或缺的关键设备。加之国际互联网络化的实现，又大大缩短了带式输送机的设计、开发、制造、销售的周期，使它更加具
10、有竞争力。 目前，带式输送机已经成为露天矿和地下矿的联合运输系统中重要的组成部分。为了 更好的研究带式输送机的工作组成原理，发现及改进其不足之处，本课题所研究的是大倾角、上运带式输送机。此次研究的主要问题在于系统的驱动件布置、软起动和制动问题。带式输送机向上运送物料时，其驱动山东科技大学学士学位论文 2 电机的运行工矿有别于一般的带式输送机。由于运转上的需要，在结构上有特点，控制上有特殊要求。上运带式输送机的制动装置及其控制技术尤为关键。若制动装置设计的不合理，很容易发生飞车事故，从而造成断带、撕带等事故，给生产带来极大危害。如何实现软制动与自动张紧，逐渐向智能化、自动化、人性化方向发展，是目
11、前带式输送机的发展方向，也是本 课题的研究目的和意义所在。相信随着课题的不断深入，对带式输送机将会有深入的了解，为以后的学习也能打下夯实的基础。 1.2 本课题研究的内容 首先了解带式输送机的基本知识（包括其主要设备工作方式工作原理等）。然后根据使用场合和给定的原始参数，对各种工况进行分析计算，设计系统方案（运输机布置形式，驱动方式，输送带的选型，拉紧装置的设计，清扫装置的设计等），设计出合适的驱动系统和控制系统。设计出各个系统之后，还要进行动态特性的研究，以确保在输送机启动时，系统的动安全系数大于预先设定的数值，所设计的系统仍能符合要求 的正常运行。 1.3 国内外研究情况及其发展 1.3.
12、1 国外带式输送机技术的现状 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，如高倾角带式输送机、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。国外己经使用或己经进行设计的几条典型长距离带式输 送机输送线： （ 1）西班牙的西撒哈拉带式输送机线路是世界最长的长距离输送机线山东科技大学学士学位论文 3 路，该线路长达 100km，用两年
13、半时间建成，并于 1972 年投入使用，用来将位于石质高原地区的布克拉露天矿的磷灰石矿石运往艾尔 阿雍海港。总投资额为两亿马克。预计该线路能达行 30 年，年平均运输量为 1000 万吨磷灰石矿石 (2000t/h)。整条线路由长为 6.9 11.8km 的 11 台带式输送机组成。带宽为 l000mm， 采用 ST3150 型钢丝绳芯胶带，带速为 4.5 m/s18。 （ 2）恰那矿 20km地面带式输送机系统是代表了现 代带式输送机发展水平的一条输送线。该输送系统由一条长为 10.3km的平面转弯带式输送机和一条 10.1km的直线长距离带式输送机构成。转弯带式输送机的曲率半径为9km，弧
14、长为 4km。两条输送机除线路参数外，其他参数相同，运输能力为2200t/h，带宽 1050mm，输送带抗拉强度为 3000N/mm，安全系数为 5，拉紧 装置为重锤拉紧。允许行程为 25m，驱动采用 3 台 700KW 直流电动机，双滚筒驱动。系统采用了先进的托辊制造和安装技术、水平转弯技术和动态分析技术 20。 （ 3）津巴布韦钢铁公司（ ZISCO） 15.6km水平转弯越野带式输送机于1996 年投入使用，是世界上单机最长的带式输送机。该输送机将 ZISCO 的New Ripple Creek 矿的经过二次破碎的铁矿石运送到 Zimbabwe的炼钢厂附近。输送量为干矿石 500t/h（
15、湿矿石 600t/h）。系统全长 15.6km，物料提升高度为 90m。近年来，我国在大型带式输送机的设计、制造上也有了长足的进步。从 20 世纪 60 年代末我国己经生产 200 余条钢丝绳芯带式输送机，在煤矿、磷矿、铁矿和港口使用。其中单机长度达 7602m 的大型带式输送机已投入使用。目前，包括总长 l0km 的输送线等多条长距离带式输送机系统正在设计或计划中 12。 1.3.2 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山东科技大学学士学位论文 4 有了很大提高，煤矿井下用大功率
16、、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，驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器 8。 1.4 驱动系统的技术要求 1.4.1 输送机控制性能 长距离带式输送机的驱动系统必须从加 (减 )速度、过载、负荷分配、输送带张力控制等方面有效地对输送机进行全程控制。 加 (减 )速度控制：在小于最大设计载荷的任何载荷情况下 ,驱动系统都必须前后均匀地
17、给输送带加 (减 )速 ,且加速段要长 ,以防止物料滑落、胶带在滚筒上打滑和过度张紧运动。 过载控制：驱动系统应能防止输入功率和扭矩越过安全设施进入输送机 ,以免产生故障 。同时 ,还应具备随时排除输送机阻卡现象的功能。 负荷分配：多机驱动情况下 ,载荷应根据设计规范合理地分配给各驱动装置 ,避免因导致个别或多个驱动装置过载而影响输送机各部件运行质量 ,造成不必要的运行故障。 输送带张力控制：输送带的正确张力是保证输送机安全可靠运行的首要条件之一。但带式输送机起止瞬间形成的带张力会给输送机的运行和控制带来很大的不利影响 ,严重的破坏性张力波可能会使长距离带式输送机迅速减速乃至停机。因此 ,驱动
18、装置必须按要求控制住进入输送机的输送功率 ,使输送带随时保持良好的张力。 1.4.2 输送机驱动性 能 驱动系统是输送机的关键设备 ,它的各部件都应具备最佳的可靠性 ,都山东科技大学学士学位论文 5 必须严格按照标准和规范精心设计和制造。在使用期间 ,要配备良好的监控设备 ,随时了解掌握输送机运行情况 ,避免突然事故和阻卡现象给输送机造成的损失 ,减少维修和停机次数 ,提高长距离带式输送机的使用效率。 1.4.3 最小电应力 对长距离带式输送机来说 ,如果所有电机同时启动 ,电源系统中的电压负荷急剧增大 ,导致电压下降 ,使电机启动时间延长乃至困难 ,对电机产生应力 ,因此 ,当在最小电压时
19、,驱动系统也必须能使主要电机及时启动。同时 ,电机每次启动时产生的极大电流 会使电机温度增高 ,而电机启动所需时间越长 ,电流持续时间越长 ,温度也越高 ,电机的热化损坏也越快 ,从而使绝缘体的耐热性能下降 ,并最终在绝缘体内进行化学物质的变化 ,使绝缘体完全失去功能 ,最后毁坏电机。因此 ,要尽量以最小电应力进入电机 ,且启动次数尽可能减少 ,启动时间尽可能缩短 ,使电机有良好的使用环境。 1.4.4 最小机械应力 由于驱动系统的载荷分配不均 ,特别是急速启动情况下 ,包括不可控制的启动情况 ,以及不能逆止输送机的情况直接影响输送机的主要驱动装置及其他部件上的应力。针对产生的原因 ,必须对长
20、运距带式输送机的驱动 系统进行恰当的设计 ,在恰当分配各驱动装置载荷的情况下 ,设立适长的启动斜面并采用 S 型启动斜面以减少输送带应力。同时实行软启动以对输入功率和扭矩进行最大程度的限制 ,提高输送机的安全性 ,而减少对输送带的要求因素 ,这样就有效地降低输送机的成本。 胶带要正常运行必须是封闭环路 ,将一个以上的胶带端部连接起来才能形成无极胶带同路 ,而接头强度只能达到该胶带强度的 70% 90%。因此 ,钢芯胶带的最薄弱处就是它的接头 ,所以如何确定接头的最佳连接方法就成为提高胶带实际强度的关建。对胶带的安全性 ,现主要基于四项不同的设计规范 ,即运 行张力、起动张力、胶带延伸性和寿命的
21、递减、接头动态效能山东科技大学学士学位论文 6 的损失。对运行张力虽通常按最高张力条件确定 ,但由于造成接头疲劳的额定运行张力约占最高设计张力的 80%,故很难达到；起动张力是一种不常出现的周期性条件 ,可根据停机和启动的频率来确定是否应视为持续起作用的疲劳因素；对胶带延伸应力和性能退化应该视为一种持续负到运行数值中 ,由于利用新技术 ,胶带接头间的动态强度达到了一个新水平 ,现在钢绳的耐用性倒成了限制接头高效能的因素 ,橡胶性能的改进使无沦何种强度的胶带均能获得效果良好的高效能接头。 1.5 长距离带式输送机合理 的驱动装置 1.5.1 驱动方式的确定 从输送带强度对功率的影响 ,考虑降低初
22、期投资及提高输送机运行的可靠性 ,长运距带式输送机的驱动宜采用中间驱动的方式 ,其最大优点是可有效降低输送带的张力 ,使输送机的输送长度理论上不受输送带张力的影响而无限延长，同时 ,采用中间驱动还可以使巨大的总功率分解成多个较小的单元驱动功率 ,便于实现输送机主要驱动原部件的标准化、系列化和通用化。中间驱动有两种形式 ,即卸载式中间驱动和摩擦式中间驱动 ,由经济性和操作性比较优劣 ,建议采用卸载式中间驱动方式。驱动装置由电动机、减速器、液力凋速装置 、制动器等元部件组成 ,为使电动机、减速器、调速型液力偶合器等的连接基本处于水平 ,可以考虑该连接与底座采用浮动支撑的连接形式 ,达到对中性好、调整容易、拆装方便的效果。 1.5.2 电机功率合理分配 设计中可采用带有调速型液力偶合器的驱动装置有效地解决多机驱动中的电机负载不平衡问题。
