刮板輸送機,輸送 畢業(yè)設(shè)計說明書 普通帶式輸送機的設(shè)計 作 者: 學(xué) 號： 學(xué)院(系): 專 業(yè): 指導(dǎo)教師： 評 閱 人： 2006年6月 第 II 頁 共 50 頁 普通帶式輸送機的設(shè)計 摘要 本文在參考常規(guī)下運帶式輸送機設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，分析了常見驅(qū)動方式和制動方式用于長運距、大運量下運帶式輸送機上的優(yōu)缺點，提出該運輸機可采用的驅(qū)動和制動方式；分析了常見軟起動裝置及其選型方法，歸納總結(jié)出長運距、大運量變坡輸送下運帶式輸送機設(shè)計中的關(guān)鍵問題和可靠驅(qū)動方案和制動方式優(yōu)化組合的可行方案；通過常規(guī)設(shè)計計算，提出了合理確定張緊位置、張緊方式及張緊力大小的方法；對驅(qū)動裝置及各主要部件進行了選型并校核。 長距離變坡下運帶式輸送機運行工況復(fù)雜，在設(shè)計方面需考慮各種可能的工況，并計算最危險工況下輸送機的各項參數(shù)，同時為保證運行過程中輸送機各組成部分能適應(yīng)載荷及工況的變化需將拉緊力統(tǒng)一，然后重新計算各工況下輸送機參數(shù)，最終確定整機參數(shù)。 本論文對長運距、大運量變坡下運帶式輸送機，綜合考慮各方面的因素，采用合理的驅(qū)動方案、制動方式和軟啟動裝置組合，有效保證長運距、大運量變坡下運帶式輸送機的可靠運行。 關(guān)鍵詞：帶式輸送機 下運 長距離 變坡 STUDY ON COMMON TRANSPORTING BELT-CONVEYER ABSTRACT Based on the design method for the conventional Downwards Transporting Belt-Conveyer (DTBC), the common used driving and braking devices were analyzed in the condition of long-distance and heavy-capacity. The driving and braking types were presented for this kind of conveyer. The soft-starting devices and their type-selection were analyzed. The key points were summarized for designing the long-distance, heavy-capacity DTBC used in varying slope environment. The reliable combined scheme of driving and braking units was put forward. The methods for determining the tensioning location, type and the amount of tensioning force based on the results of conventional calculations. The criterion was summarized for selecting driving device and the main components in the conveyer. Due to the complicated operational condition of long-distance and varying slope DTBC, it is necessary to consider every kind of possible working conditions during its design and calculate the parameters in the most dangerous condition. At the same time, it is necessary to uniform the tensioning force in order to suit the variations of the load and condition. Then the conveyer's parameters should be re-calculated under various conditions and the parameters should be determined finally. The research of this paper shows that by using reasonable combination of driving scheme, braking mode and soft-starting device and by determining the schemes for braking and soft-starting from the dynamical analysis and simulation, the reliable operation could be guaranteed for the long-distance, heavy-capacity and varying slope DTBC. Key word Belt-conveyer, Downwards transportation, long-distance, Varying slope 目 錄 1 緒論………………………………………………………………………………1 2.輸送機的發(fā)展與現(xiàn)狀……………………………………………………………2 2.1國內(nèi)外帶式輸送機的發(fā)展與現(xiàn)狀 ……………………………………………2 2.1.1國外煤礦用帶式輸送機技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 ……………………………2 2.1.2國內(nèi)煤礦用帶式輸送機的技術(shù)現(xiàn)狀及存在的問題 ………………………3 2.1.3我國煤礦用帶式輸送機的發(fā)展 ……………………………………………3 2.2選題背景 ………………………………………………………………………4 2.2.1主要技術(shù)參數(shù) ………………………………………………………………4 2.2.2線路參數(shù) ……………………………………………………………………5 2.2.3物料特性 ……………………………………………………………………5 2.2.4帶式輸送機工作環(huán)境 ………………………………………………………5 2.3本課題的研究內(nèi)容 ……………………………………………………………6 2.3.1長運距、大運量下運帶式輸送機關(guān)鍵技術(shù)分析研究 ……………………6 2.3.2帶式輸送機的設(shè)計及驅(qū)動、制動方案的分析 ……………………………6 3長距離、大運量下運帶式輸送機關(guān)鍵技術(shù)的分析 ……………………………7 3.1下運帶式輸送機基本組成 ……………………………………………………7 3.2驅(qū)動方案的確定 ………………………………………………………………7 3.3帶式輸送機制動技術(shù) …………………………………………………………8 4 長距離大運量下運帶式輸送機的設(shè)計…………………………………………11 4.1 帶式輸送機原始參數(shù)…………………………………………………………11 4.2 帶式輸送機的設(shè)計計算………………………………………………………11 4.2.1輸送帶運行速度的選擇……………………………………………………11 4.2.2輸送帶寬度計算……………………………………………………………12 4.2.3初選輸送帶…………………………………………………………………12 4.3輸送機布置形式及基本參數(shù)的確定…………………………………………13 4.3.1輸送帶布置形式……………………………………………………………13 4.3.2輸送機基本參數(shù)的確定……………………………………………………13 4.4線路阻力的計算………………………………………………………………14 4.5輸送帶張力的計算……………………………………………………………15 4.5.1張力計算時各種運行工況的討論…………………………………………16 4.5.2 最大發(fā)電狀態(tài)下張力計算 …………………………………………………16 4.5.3 最大電動狀態(tài)下張力計算 …………………………………………………19 4.5.4滿載狀態(tài)下張力計算………………………………………………………20 4.5.5三種工況綜合分析張力計算………………………………………………21 4.5.6電機數(shù)量與配比的選擇……………………………………………………24 4.6 滾筒的選擇與減速器的選擇…………………………………………………24 4.6.1傳動滾筒直徑的選擇………………………………………………………24 4.6.2改向滾筒直徑選擇…………………………………………………………24 4.6.3減速器的選型………………………………………………………………24 4.7 制動器裝置的選擇……………………………………………………………25 4.7.1目前主要的制動裝置原理與性能…………………………………………25 4.7.2制動器的選用原則…………………………………………………………27 4.7.3制動器的選擇………………………………………………………………27 4.8軟起動裝置的選擇……………………………………………………………28 4.8.1 目前主要的軟起動裝置原理與性能………………………………………28 4.8.2 軟起動裝置的選用…………………………………………………………31 4.9拉緊裝置………………………………………………………………………31 4.9.1張緊位置的確定……………………………………………………………32 4.9.2拉緊力及拉緊形成的計算…………………………………………………32 4.9.3拉緊裝置選擇………………………………………………………………32 5 結(jié)論………………………………………………………………………………34 致謝 ………………………………………………………………………………35 參考文獻 …………………………………………………………………………36 外文文獻原文 譯文 第 III 頁 共Ⅲ頁 1 緒論 帶式輸送機的最新發(fā)展方向時一呈現(xiàn)長距離、大運量、高速度、集中控制等特點。與其他運輸設(shè)備(如機車類)相比，不僅具有長距離、大運量、連續(xù)運輸?shù)奶攸c，而且運行可靠，易于實現(xiàn)自動化和集中控制，經(jīng)濟效益十分明顯。帶式輸送機也是煤礦最為理想的高效連續(xù)運輸設(shè)備，特別是煤礦高產(chǎn)高效現(xiàn)代化的大型礦井，帶式輸送機己成為煤炭高效開采機電一體化技術(shù)與裝備的關(guān)鍵設(shè)備。 隨著煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展和需要，我國對大傾角固定帶式輸送機、高產(chǎn)高效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(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵零部件進行了理論研究和產(chǎn)品開發(fā)，應(yīng)用動態(tài)分析技術(shù)和中間驅(qū)動與智能化控制等技術(shù)，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(jīng)進入研發(fā)、試制階段。隨著高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展，帶式輸送機各項技術(shù)指標(biāo)有了很大提高。 本文在對常規(guī)下運帶式輸送機驅(qū)動及制動方案的理論研究的基礎(chǔ)上，提出長運距、大運量下運帶式輸送機常見驅(qū)動方式和制動方法，通過系統(tǒng)的動態(tài)建模計算和仿真分析，將靜態(tài)設(shè)計結(jié)論和動態(tài)分析結(jié)果相結(jié)合，指出長運距、大運量下運帶式輸送機啟動、運行和制動過程中存在的問題，并提出可行的控制理論和解決方案。 2 輸送機的發(fā)展與現(xiàn)狀 2.1 國內(nèi)外帶式輸送機的發(fā)展與現(xiàn)狀 長距離、大運量、高速是帶式輸送機的最新發(fā)展方向。與其他運輸設(shè)備(如機車類)相比，帶式輸送機不僅具有長距離(單機長度可達5000米，而且可以實現(xiàn)多機進行串聯(lián)搭接，運距可達206km )、大運量、連續(xù)運輸?shù)奶攸c，而且運行可靠，易于實現(xiàn)自動化和集中控制，經(jīng)濟效益十分明顯。帶式輸送機運行維護費用遠遠低于公路汽運方式，而且只要生產(chǎn)時間超過5年，帶式輸送機輸送方式比公路汽運的總投資要小得多[21]所以在企業(yè)的生產(chǎn)過程中，凡能實現(xiàn)帶式輸送機輸送的場合，一般都采用連續(xù)的帶式輸送機輸送。與其他設(shè)備相比，帶式輸送機有以下優(yōu)點： (1)輸送物料種類廣泛； (2)輸送能力范圍寬； (3)輸送線路的適應(yīng)性強； (4)靈活的裝卸料，可以靈活實現(xiàn)一點或多點受料或卸料； (5)可靠性和安全性高； (6)費用低。 國外對于長距離地面輸送帶式輸送機的研究和使用較早，主要用于 港口、鋼廠、水泥廠、礦山等場合。帶式輸送機也是煤礦最為理想的高 效連續(xù)運輸設(shè)備，特別是煤礦高產(chǎn)高效現(xiàn)代化的大型礦井，帶式輸送機 己成為煤炭高效開采機電一體化技術(shù)與裝備的關(guān)鍵設(shè)備。 2.1.1 國外煤礦用帶式輸送機技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 表2.1 國外帶式輸送機的主要技術(shù)指標(biāo) 主要參數(shù) 國外300--500萬t/a高產(chǎn)高效礦井 順槽可伸縮帶式輸送機 大巷與斜井固定式強力帶式輸送機 運距（m） 2000—3000 >3000 帶速（m/s） 3.5—4 4—5，最高達8 輸送量（t/h） 2500—3000 3000—4000 驅(qū)動總功率（kw） 1200—2000 1500—3000，最大達10100 國外帶式輸送機技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在三個方面[1]：(1)帶式輸送機功能多元化、應(yīng)用范圍擴大化，如大傾角帶式輸送機、管狀帶式輸送機、空間轉(zhuǎn)彎帶式輸送機等各種機型；(2)帶式輸送機本身的技術(shù)向長運距、大運量、高帶速等大型帶式輸送機方向發(fā)展；(3)帶式輸送機本身關(guān)鍵零部件向高性能、高可靠性方向發(fā)展。在煤礦井下，由于受環(huán)境條件的限制，其帶式輸送機的技術(shù)指標(biāo)要比地面用帶式輸送機的指標(biāo)為低。國外通常使用的帶式輸送機的主要技術(shù)指標(biāo)如表2.1所示。 2.1.2 國內(nèi)煤礦用帶式輸送機的技術(shù)現(xiàn)狀及存在的問題 從20世紀(jì)80年代起，我國煤礦用帶式輸送機也有了很大發(fā)展，對帶式輸送機的關(guān)鍵技術(shù)研究和新產(chǎn)品的開發(fā)都取得了可喜的成果，輸送機產(chǎn)品系列不斷增多，從定型的SDJ, SSJ, STJ, DT等系列發(fā)展到多功能、適應(yīng)特種用途的各種帶式輸送機系列，但這一階段的發(fā)展大都基于我國70年代前后引進帶式輸送機的變形和改進，主體結(jié)構(gòu)沒有大的變化。進入90年代后，隨著煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展和需要，我國對大傾角帶式輸送機、高產(chǎn)高效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(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵零部件進行了理論研究和產(chǎn)品開發(fā)，應(yīng)用動態(tài)分析技術(shù)和中間驅(qū)動與智能化控制等技術(shù)，研制成功了軟啟動和制動裝置以及PLC控制為核心的防爆電控裝置。隨著我國煤礦高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展，煤礦井下帶式輸送機到目前己達到表2.2所示的主要技術(shù)指標(biāo)。 表2.2 國內(nèi)帶式輸送機的主要技術(shù)指標(biāo) 主要參數(shù) 順槽可伸縮帶式輸送機 大巷與斜井固定式強力帶式輸送機 運距（m） 2000—3000 >4500 帶速（m/s） 2.5—4.5 3-5 輸送量（t/h） 1500—3000 2000—3000 驅(qū)動總功率（km） 900—1600 1500—3000 從表2.1和表2.2的比較可以看出，我國煤礦高產(chǎn)高效礦井配套國產(chǎn)帶式輸送機的水平基本達到了國際水平。目前，在帶式輸送機產(chǎn)品中，主要存在的問題但關(guān)鍵零部件的可靠性水平還有待于進一步提高。 在煤礦井下，由于煤層和井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)等原因，有時不得不采用下運帶式輸送機。由于下運方式對制動技術(shù)、可靠性、安全性等要求較高，在礦井開拓及運輸方式設(shè)計時，大都盡量避免下運運輸方式，這也是目前下運帶式輸送機應(yīng)用較少的原因。 2.1.3 我國煤礦用帶式輸送機的發(fā)展[1] （1）大型化、智能化 為了適應(yīng)高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)的需要，帶式輸送機的運輸能力要加大，控制自動化水平要提高，長運距、高帶速、大運量、大功率是帶式輸送機今后發(fā)展的必然趨勢。在今后的10年內(nèi)，輸送量要達到4000～5000t/h，帶速要提高到6m/s，順槽可伸縮輸送機頭部集中驅(qū)動要達到3000米，對于固定強力帶式輸送機要達到5000米，單機驅(qū)動功率1000～1500KW,輸送帶要達到PVG3150和ST6000以上。 （2）提高關(guān)鍵零部件的性能和可靠性 設(shè)備開機率的高低主要取決于輸送機關(guān)鍵零部件的性能和可靠性。而要提高關(guān)鍵零部件的性能和可靠性，除了進一步完善和提高現(xiàn)有零部件的性能和可靠性外，還要不斷開發(fā)研究新的技術(shù)和零部件，如高性能可控軟啟動技術(shù)、動態(tài)分析與監(jiān)控技術(shù)、高效儲帶裝置、快速自移機尾、高壽命托輥等，使帶式輸送機的性能進一步提高。 （3）擴大功能，一機多用化 帶式輸送機是一種理想的連續(xù)運輸設(shè)備，但目前其效能還沒有充分發(fā)揮，資源有所浪費。如將帶式輸送機結(jié)構(gòu)作適當(dāng)修改，并采取一定的安全措施，就可拓展到運人、運料或雙向運輸?shù)裙δ?，做到一機多用，使其發(fā)揮最大的經(jīng)濟效益。 （4）開發(fā)專用機種 中國煤礦的地質(zhì)條件差異較大，在運輸系統(tǒng)的布置上經(jīng)常會出現(xiàn)一些特殊要求，如彎曲、大傾角(>25°)直至垂直提升、長運距下運帶式輸送機等，而有些場合常規(guī)的帶式輸送機是無法滿足要求的。為了滿足煤礦井下的某些特殊要求，應(yīng)開發(fā)滿足這些特殊要求帶式輸送機，如波紋擋邊輸送機、管狀帶式輸送機、平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機、線摩擦多驅(qū)動帶式輸送機、大傾角上運帶式輸送機、打傾角下運帶式輸送機等。 2.2 選題背景 充礦集團東灘煤礦東翼一采區(qū)儲量約1億噸，該采區(qū)的原煤運輸全部由一采區(qū)主運輸大巷固定帶式輸送機擔(dān)負(fù)，該輸送機運距3005米，運量1800噸/小時，提升高度-175米，是屬于典型的煤礦井下長運距、大運量下運帶式輸送機。東灘煤礦東翼一采區(qū)運輸大巷固定帶式輸送機的設(shè)計參數(shù)說明如下： 2.2.1 主要技術(shù)參數(shù) 輸送能力 Q=1800t/h 輸送長度 L=3005m 輸送帶寬度 B=1200mm 2.2.2 線路參數(shù) 東翼一采區(qū)上山主運輸大巷共3005米，可簡化為如圖2.1所示的八段:第一段(1點到2點)平運，長度540米;第二段(2點到3點)下運，水平長度207米，提升高度－27.1米;第三段(3點到4點)平運，水平長度62米；第四段(4點到5點)下運，水平長度518米，提升高度－82米;第五段((5點到6點)平運，長度470米;第六段(6點到7點)上運，水平長度360米，提升高度18.9米;第七段((7點到8點)下運，水平長度400米，提升高度－28.4米:第八段(8點到9點)下運，水平長度435米，提升高度－56米;整機水平長度2992米，運輸長度3005米。 圖2.1 輸送線路參數(shù)圖 2.2.3 物料特性 輸送物料 原煤 物料密度 ρ=900kg/m3 物料安息角 50° 2.2.4 帶式輸送機工作環(huán)境 安裝地點：東灘煤礦東翼一采區(qū)上山主運輸大巷，底板為煤。 環(huán)境溫度：0～35℃ 。 由于帶式輸送機巷道起伏不平，變坡點較多，致使此帶式輸送機運行工況相當(dāng)復(fù)雜，是目前國內(nèi)乃至國外煤礦井下運行工況最為復(fù)雜的帶式輸送機之一:從另一方面，下運帶式輸送機運行安全可靠性要求高，控制系統(tǒng)復(fù)雜，且我國目前對下運帶式輸送機的理論研究較少，特別是長運距、大運量下運帶式輸送機系統(tǒng)的工況分析、動態(tài)分析、啟動、制動技術(shù)研究較少，這也是本文選擇長運距、大運量下運帶式輸送機進行研究的目的。 2.3 本課題的研究內(nèi)容 2.3.1 長運距、大運量下運帶式輸送機關(guān)鍵技術(shù)分析研究 通過下運帶式輸送機驅(qū)動裝置的各種組成方案的分析比較，以及常規(guī)長運距、大運量下運帶式輸送機驅(qū)動方案中軟制動技術(shù)和軟起動技術(shù)的理論研究，提出長運距、大運量下運帶式輸送機常見驅(qū)動方式和制動方法，并分析常見驅(qū)動方式和制動方法的優(yōu)點和存在問題，歸納總結(jié)出長運距、大運量下運帶式輸送機關(guān)鍵驅(qū)動方案和制動方式選擇的依據(jù)。 2.3.2 帶式輸送機的設(shè)計及驅(qū)動、制動方案的分析 針對充礦集團東灘煤礦東翼一采區(qū)主運輸大巷固定下運帶式輸送機的設(shè)計參數(shù)及其特殊的工作環(huán)境所形成的復(fù)雜工況，首先對正常運行時工況進行設(shè)計計算，然后再對空載及最大正功和最大負(fù)功工況進行計算，再對各種工況的計算結(jié)果分析討論，最后確定合理的張緊方式及張緊力大小，提出合理的張緊裝置的選型。 通過各種工況的計算、分析比較，提出合理的驅(qū)動裝置中，電機、減速器、軟起動裝置(調(diào)速型液力耦合器)及軟制動裝置各部件的選型方案。 3 長距離、大運量下運帶式輸送機關(guān)鍵技術(shù)的分析 3.1 下運帶式輸送機的基本組成 帶式輸送機的組成如圖3.1所示[2]，主要其有:輸送帶、驅(qū)動裝置(電動機、減速機、軟起動裝置、制動器、聯(lián)軸器、逆止器)、傳動滾筒、改向滾筒、托輥組、拉緊裝置、卸料器、機架、漏斗、導(dǎo)料槽、安全保護裝置以及電氣控制系統(tǒng)等組成。 1-頭部漏斗 ；2-機架；3-頭部掃清器；4-傳動滾筒 5-安全保護裝置；6-輸送帶；7-承載托輥；8-緩沖托輥；9-導(dǎo)料槽；10-改向滾筒；11-拉緊裝置 12-尾架；13-空段掃清器；14-回程托輥；15-中間架；16-電動機；17-液力偶合器；18-制動器；19-減速器；20-聯(lián)軸器 圖3.1 帶式輸送機組成示意圖 3.2 驅(qū)動方案的確定 帶式輸送機的驅(qū)動部是整機組成的關(guān)鍵部件。驅(qū)動部配置是否合適，直接影響帶式輸送機能否正常運行。長距離、大運量帶下運帶式輸送機對驅(qū)動部的要求比通用帶式輸送機的要求更高，它要求驅(qū)動裝置能提供平穩(wěn)、平滑的起動和停車制動力矩，以保證輸送帶不出現(xiàn)超速、打滑及輸送帶上的物料不出現(xiàn)滾料和滑料現(xiàn)象。為此要求驅(qū)動裝置具有一個制動力可隨時調(diào)整的制動器，以保證起動和停車制動的可控，極大地減小對物料的沖擊。同時，在輸送機空載起車時還必需保證起動的平穩(wěn)性。 下運帶式輸送機受地形條件(如起伏較大)和裝載量的影響，其起動工況比較復(fù)雜，應(yīng)考慮如下幾種： (1)負(fù)載量小或空載，松閘后帶式輸送機不能自起動； (2)負(fù)載量較大，松閘后帶式輸送機能自起動，但自然加速度較?。? (3)負(fù)載量大，松閘后帶式輸送機能自起動，且自然加速度較大。 下運帶式輸送機在正常運行時，電動機也存在發(fā)電工況、電動工況交織運行的問題，所以在設(shè)計中，一般較少考慮軟起動裝置。帶式輸送機配下運帶式輸送機在正常運行時，電動機也存在發(fā)電工況、電動工況交織運行的問題，所以在設(shè)計中，一般較少考慮軟起動裝置。帶式輸送機配置軟起動裝置，可有效降低起、制動過程的動張力，延長輸送帶及接頭的使用壽命，甚至可降低輸送帶強度，具有很大的經(jīng)濟意義。對此《煤礦安全規(guī)程》作了相應(yīng)規(guī)定。 由于下運帶式輸送機一般情況下電動機工作在發(fā)電工況，空載時電動機工作在電動工況。目前常用的下運帶式輸送機驅(qū)動部典型設(shè)備配置如表3.1所示。 表3.1 常用下運帶式輸送機驅(qū)動部組合表 組合 設(shè)備 1 2 3 4 5 電動機 單機或多機1:1(或2:1)驅(qū)動 單機驅(qū)動或多機1:1(或2:1)驅(qū)動 多電機1:1(或2:1)驅(qū)動 多電機1:1(或2:1)驅(qū)動 多電機1:1(或2:1)驅(qū)動 軟起動 無 限矩型液力偶合器 限矩型液力偶合器 調(diào)壓電氣軟起動 滑差離合器 減速器 垂直軸或平行軸 垂直軸或平行軸 垂直軸或平行軸 垂直軸或平行軸 可以采用垂直軸或平行軸 制動器 可控盤式制動裝置 可控盤式制動裝置 液壓制動或液力制動+推桿制動 可控制動裝置 可控制動器 拉緊裝置 重力拉緊或自動拉緊 重力式拉緊裝置 重力式拉緊裝置 重力拉緊或自動拉緊裝置 重力拉緊或自動拉緊裝置 適用場合 短距離，中小傾角、小型機 中長距離，大傾角 中長距離，大傾角 長距離，變坡，傾角不大 長距離，變坡，傾角不大 3.3 新型下運帶式輸送機驅(qū)動組合及其控制過程 多數(shù)下運帶式輸送機采用以下幾種驅(qū)動部組合方式: (1)電動機—制動裝置—減速器—滾筒 (2)電動機—限矩型液力偶合器—制動裝置—減速器—滾筒 (3)電動機—限矩型液力偶合器—減速器—可控制動裝置—滾筒 (4)電動機—軟啟動—減速器—液壓軟制動—盤式制動裝置—滾筒 (5)電動機—軟啟動—減速器—液力軟制動—盤式制動裝置—滾筒 (6)電動機—軟啟動—減速器—可控盤式制動裝置—滾筒 (7)電動機—軟啟動—減速器—液粘軟制動—滾筒 其中方式(1)～(3)多用于小型(短距離、小傾角、小運量、低帶速)下運機上方式；(4)～(7)較適于大傾角下運輸送機上。由上述方案可見，下運輸送機可控制動裝置必不可少；并且目前對下運輸送機電動工況的可控起動問題有所忽視。對于長距離、大運量下運帶式輸送機，可控制動裝置必不可少，同時可控起動裝置也成為必須。 為此我們提出一種經(jīng)濟實用的長距離、大運量、大功率下運帶式輸送機的驅(qū)動部組合方案。該方案驅(qū)動部主要有以下設(shè)備組成:電動機、聯(lián)軸器、調(diào)速型液力偶合器、減速機、可控制動裝置、驅(qū)動滾筒等組成，如圖3.2所示[3]。 圖3.2 驅(qū)動部分組合方案示意圖 采用以上驅(qū)動組合的下運帶式輸送機的起動和停車過程如下: (1)開機準(zhǔn)備:先給軟起動裝置的電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)送電，使主、從動摩擦片閉合，可控制動裝置逐漸松閘，如果是重載，按起動要求重車逐漸自動起動帶式輸送機。 (2)當(dāng)輸送帶在裝滿物料的情況下起動帶式輸送機時，不能直接對電機送電，否則起動太快，物料容易出現(xiàn)下滑或滾料，所以在這種情況下而是靠煤的下滑力起動輸送機，當(dāng)逐漸松開制動器，輸送帶帶動電機旋轉(zhuǎn)，通過速度傳感器檢測旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)速度達到近電機同步運行轉(zhuǎn)速時，PLC控制電機自動送電起動，從而使電機運行于正常的發(fā)電狀態(tài)，這樣可以大大減小電機起動時對電氣和機械的沖擊。而且向下輸送的角度越大，起動加速度越大。為了保證起動平穩(wěn)，通過速度反饋改變制動器施加的制動力，根據(jù)不同的制動力，把加速度控制在0.3m/s2之內(nèi)，保證起動過程的平穩(wěn)性。 (3)電機直接起動控制，當(dāng)輸送機空載或輕載，逐漸松開制動器時，輸送機不能自動起動，這時根據(jù)測速裝置檢測輸送機處于零速狀態(tài)或起車太慢時，需要采用調(diào)速型液力偶合器來可控起動帶式輸送機，此時的可控起動過程完全同上運帶式輸送機的起動過程。 (4)正常運行時，調(diào)速型液力偶合器開度最大，傳動效率達到最大。 (5)當(dāng)多電機驅(qū)動時，出現(xiàn)某臺電機超載，需要功率平衡時，根據(jù)電機的電流反饋來進行調(diào)速型液力偶合器的輸入與輸出速度調(diào)節(jié)(具體詳見電氣部分)，來進行多電機間的功率平衡調(diào)節(jié)。一般只要帶式輸送機系統(tǒng)設(shè)計合理，都能保證系統(tǒng)的多機功率平衡。 (6)停車時，按預(yù)定的減速度要求進行閉環(huán)改變可控制動系統(tǒng)的制動力矩，使帶式輸送機按預(yù)定的減速度減速，實現(xiàn)可控停車。 (7)當(dāng)輸送機在帶載停車時，不能直接切斷電機，否則容易出現(xiàn)飛車現(xiàn)象，造成嚴(yán)重事故。為此在停機時，先對輸送機施加制動力，當(dāng)檢測到電機旋轉(zhuǎn)速度降到其同步速度時，再對電機斷電，這樣在施加制動力降速時，可以充分利用電機的制動力，使停車更平穩(wěn)。當(dāng)輸送機的速度降至電機的同步速度時，調(diào)速型液力偶合器勺管全部插入，保證電機與輸送機系統(tǒng)的同步切除，保證了可控制動系統(tǒng)進一步按要求減速停車。 (8)如果停車時，帶式輸送機是空載(即主電機處于電動狀態(tài))，則可以同上運帶式輸送機的停車過程結(jié)合可控制動裝置進行聯(lián)合停車制動。 (9)定車時，可控制動裝置抱閘，主電機停機，調(diào)速型液力偶合器的液壓和電氣系統(tǒng)停電。 (10)在起動和停車過程中出現(xiàn)故障，如輸送帶跑偏、撕帶、油溫過高等等，調(diào)速型液力偶合器和可控制動裝置的電氣控制系統(tǒng)會自動根據(jù)要求可控停機。 4 長距離大運量下運帶式輸送機設(shè)計 充礦集團東灘煤礦東翼一采區(qū)主運輸大巷固定帶式輸送機，運距3005米，運量1800噸/小時，提升高度－175.5米，環(huán)境溫度為0～35 ℃ ,是屬于典型的煤礦井下長運距、大運量下運帶式輸送機。由于帶式輸送機巷道起伏不平，變坡點較多，致使此帶式輸送機運行工況相當(dāng)復(fù)雜。此外，該機運行安全可靠性要求高，控制系統(tǒng)復(fù)雜，是目前國內(nèi)乃至國外煤礦井下運行工況較為復(fù)雜的帶式輸送機。本章以該下運帶式輸送機為例，說明其設(shè)計過程。 4.1 帶式輸送機原始參數(shù) 帶式輸送機是目前井下煤炭的主要輸送設(shè)備，其設(shè)計的自動化先進程度、結(jié)構(gòu)布置方式、使用安全性、可靠性、連續(xù)性和高效運行將直接影響礦井生產(chǎn)成本。采用帶式輸送機輸送物料與其它方式相比有著一系列的優(yōu)越性和高效性，其自動化程度高，代表現(xiàn)代物流技術(shù)的發(fā)展方向。本課題所要求設(shè)計的帶式輸送機的參數(shù)如表4.1所示。 表4.1 輸送機原始參數(shù) 運量Q 1800t/h 運距L 540 207 62 518 470 360 400 435 垂高 0 -27.1 0 -82 0 18 -28.4 -56 總垂高 -175m 總運距L 3005m 平均傾角β -4° 最大塊度 300mm 煤容重γ 0.9t/m3 煤安息角 50° 4.2 帶式輸送機的設(shè)計計算 4.2.1 輸送帶運行速度的選擇 輸送帶運行速度是輸送機設(shè)計計算的重要參數(shù)，在輸送量一定時，適當(dāng)提高帶速，可減少帶寬。對水平安裝的輸送機，可選擇較高的帶速，輸送傾角越大帶速應(yīng)偏低，向上輸送時帶速可適當(dāng)高些，向下輸送時帶速應(yīng)低些。目前DTII系列帶式輸送機推薦的帶速為1.25～4m/s。對于下運帶式輸送機，考慮管理難度大，一般確定帶速為2～3.5m/s。根據(jù)工作面順槽膠帶機的規(guī)格(帶寬1.2m、帶速3.15m/s)，工作面的實際生產(chǎn)能力，煤流的不均勻型等因素，同時考慮工作面煤倉無緩沖作用的狀況(約3米深)，確定東灘煤礦一采區(qū)運輸大巷固定下運帶式輸送機帶速3.15m/s。 4.2.2 輸送帶寬度計算 1)按輸送能力確定帶寬 帶式輸送機的輸送能力與帶寬和帶速的關(guān)系是： Q=KB2vγc t/h 式中 K—貨載斷面系數(shù)，K值與貨載在輸送帶上的堆積角有關(guān)（查標(biāo)準(zhǔn)MT/T467-1996中表三） B—輸送帶寬度，m V—輸送機速度，m/s γ—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(shù)。 當(dāng)輸送量已知時可按下式求得滿足生產(chǎn)能力所需的帶寬B1： B1===1.2 2）按輸送物料的塊度確定帶寬B2 因為本帶式輸送機輸送原煤，且amax=300mm故有： B2≥2·amax+200=2×200+200=800mm 實際確定寬度時B=max{1000B1，B2}，故可選用1200mm寬度的輸送帶。 4.2.3 初選輸送帶 我國目前生產(chǎn)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(yīng)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)在同等條件下優(yōu)先選擇分層帶，其次為整體帶芯和鋼絲繩芯帶； 3)優(yōu)先選用尼龍、維尼龍帆布層帶。因在同樣抗拉強度下，上述材料比棉帆布帶體輕、帶薄、柔軟、成槽性好、耐水和耐腐蝕； 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，輸送石炭石之類的礦石，可以加厚2mm表面橡膠層，以延長使用壽命。 綜合該機各類特性參數(shù)和技術(shù)特性，考慮到輸送量較大，運輸距離較長，且為固定用輸送機，為此初選輸送帶采用鋼絲繩芯輸送帶，它既有良好的強度，又具有較好的防撕裂性能，是目前井下帶式輸送機首選帶型?？梢猿踹x輸送帶如下： 輸送帶型號：ST2500輸送帶 帶寬：1200mm 帶質(zhì)量：qd=35.3kg/m2 4.3 輸送機布置形式及基本參數(shù)的確定 4.3.1 輸送帶布置形式 對于角度不大的長距離、大運量帶式輸送機系統(tǒng)，一般可采取雙滾筒1:1或2:1的功率配比，這樣既可以實現(xiàn)電機的分時起動(煤礦井下變電所容量有限制)，同時可以降低輸送帶的強度。為了降低輸送帶的強度，本驅(qū)動系統(tǒng)采用了頭部雙滾筒驅(qū)動，并把拉緊裝置放在緊跟驅(qū)動滾筒后部，有利于起動時自動拉緊，同時減少了電力線路鋪設(shè)長度，保證了控制響應(yīng)及時。驅(qū)動部布置的位置對輸送帶強度的影響較大，但對于本輸送系統(tǒng)，進行分析后得出，驅(qū)動部布置在上部效果較理想。同時遵循盡量減少施工工作量、簡化設(shè)備的原則，降低制作成本，其具體布置示意圖如輸送機總裝圖所示。考慮到煤的輸送質(zhì)量較大，本機各類托輥組間距為： 承載托輥間距l(xiāng)t'=1.2m 回程托輥間距l(xiāng)t"=3m 緩沖托輥間距l(xiāng)th=0. 6m 承載托輥直徑dt=φ133mm Gt'=34.92Kg 回程托輥直徑dt'=φ133mm Gt"=30.63Kg 4.3.2 輸送機基本參數(shù)的確定 1）輸送帶質(zhì)量qd 由上述輸送帶選型結(jié)果可知qd=35.3kg/m2×1.2m=42.36kg/m 2）物料線質(zhì)量q 當(dāng)已知設(shè)計輸送能力和帶速時，物料的線質(zhì)量由下式求得： q===159kg/m 式中 Q—每小時運輸量，t/h； v—運輸帶運輸速度，m/s 3）托輥旋轉(zhuǎn)部分線質(zhì)量qt′，qt″ 由前述托輥組的選擇情況可知 qt′= Gt'/ lt'=29.1kg/m qt″= Gt"/ lt"=10.21 kg/m 4.4 線路阻力的計算 線路阻力(輸送帶運行阻力)包括直線阻力和彎曲段阻力。除了上述基本阻力外，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(dǎo)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;由于附加阻力較小，在整機運行過程中相對基本阻力的比例很小，在計算分析過程中可以忽略不計，不會影響分析結(jié)果，計算整機功率時，考慮電機加權(quán)系數(shù)。 各直線段阻力的計算 回程分支： WK10-11=gL[(qd+qt″)·ω″·cosβ－qd·sinβ] =9.8×540×[（42.36+10.21）×0.02×cos（）]=5564N WK11-12= gL[(qd+qt″)·ω″·cosβ－qd·sinβ] =9.8×207×[（42.36+10.21）×0.02×cos（－）－42.36× sin（－）]=13376N 承載分支（有載情況） W′Z9-8=gL[(q+qt′+qd)·ω′·cosβ＋(q+qd)sinβ] =9.8×540[(159+42.36+29.1)×0.025×cos（0°）+（159+42.36× sin（0°）]=30490N W′Z8-7=gL[(q+qt′+qd)·ω′·cosβ＋(q+qd)sinβ] =9.8×207×[（159+29.1+42.36）×0.025×cos（-7.53°）+（159+42.36）×sin（-7.53°）] =－41884N W′Z7-6=gL[(q+qt′+qd)·ω′·cosβ＋(q+qd)sinβ] 9.8×62×[（159+29.1+42.36）×0.025×cos（0°）]=3500N 承載分支（空載情況） W′Z1-2=gL[(qt′+qd)·ω′·cosβ＋qdsinβ] =9.8×435×[（29.1+42.36）×0.025×cos（－7.4°）+42.36×sin（－4.08°）] =－159695N W′Z2-3=gL[(qt′+qd)·ω′·cosβ＋qdsinβ] =9.8×400×[（29.1+42.36）×0.025×cos（-4.08°）+42.36× sin（-4.08°）]=－4829N 同理可計算出其它各工況下各變坡段的阻力，計算結(jié)果如表4.2所示。 表4.2 各變坡段阻力計算（N） 變坡段 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 滿載 -86081 -33584 55799 26506 -134371 3500 -41800 30490 空載 -15659 -4829 13778 8229 -25428 1085 -7668 9454 變坡段 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 回程 5564 13376 639 39649 4843 -3778 15926 17703 4.5 輸送帶張力的計算 用逐點法計算輸送帶關(guān)鍵點張力，輸送帶張力應(yīng)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(xiàn)象發(fā)生。 Symax=S1[1+（eμα－1）/n] 式中 Symax—輸送帶與傳動滾筒相遇點張力，N； S1—輸送帶與傳動滾筒分離點處張力，N； μ—傳動滾筒與輸送帶間的摩擦系數(shù)，采用包膠滾筒，μ=0.3； α—輸送帶與傳動滾筒間的圍包角，取α=200° n—摩擦力備用系數(shù)，n=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。 Szmin=5glt′（q+qd）cosβ Skmin=5glt″qdcosβ 其中 Szmin—重載段輸送帶最小點張力，N； Skmin—空載段輸送帶最小點張力，N； 本帶式輸送機各關(guān)鍵點示意如圖一所示，其垂直度條件為： Szmin=5×9.8×1.2×（159+42.36）×cos（0°）=11840N Skmin=5×9.8×3×42.36×cos（－0°）=6227N 4.5.1 張力計算時各種運行工況的討論 本輸送系統(tǒng)線路多變，其出現(xiàn)的工況復(fù)雜，而且各種工況的差異較大，必須對每一種工況都進行詳細(xì)計算分析。 （1）滿載運行狀態(tài) 輸送帶各段都滿載的運行狀態(tài)通常為正常運行狀態(tài)。大多數(shù)情況下，此狀態(tài)為輸送機系統(tǒng)最困難工況，所以必須對正常運行工況進行設(shè)計計算，以確定各主要點輸送帶張力、電機功率、張緊力等結(jié)論，此時電機處于發(fā)電運行狀態(tài)。但對于本輸送系統(tǒng)根據(jù)以下分析后，此工況卻不是最困難工況。 （2）最大發(fā)電運行狀態(tài) 對于既有下運，又有上運情況的輸送線路，有可能出現(xiàn)具有最大發(fā)電狀態(tài)的工況，而且這種工況隨起動和停車過程將不斷出現(xiàn)。如果設(shè)計中沒有考慮到這種工況，就必然會出現(xiàn)驅(qū)動裝置過載，或者在這種條件下停車制動不住，出現(xiàn)飛車造成嚴(yán)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，水平及上運段都處于空載狀態(tài)的情況下出現(xiàn) （3）最大電動行狀態(tài) 對于本輸送系統(tǒng)最大電動運行狀態(tài)不在正常運行工況下，而是在線路下運段空載，而水平及上運段滿載的情況下出現(xiàn)。如果忽略此工況，有可能出現(xiàn)電機堵轉(zhuǎn)，悶車而燒壞，而且這種工況也隨起動和停車過程的出現(xiàn)而不斷出現(xiàn)。 （4）空載運行狀態(tài) 所謂空載運行狀態(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，其空載運行狀態(tài)比最大電動狀態(tài)情況下的安全，為此我們不詳細(xì)設(shè)計計算。 4.5.2 最大發(fā)電狀態(tài)下張力計算 當(dāng)所有下運段滿載時，該輸送機處于最大發(fā)電狀態(tài)。在最大發(fā)電狀態(tài)下各段阻力計算如表4.3所示。 表4.3 最大發(fā)電狀態(tài)下各變坡段阻力計算（N） 變坡段 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 承載阻力 -86081 -33584 13778 8229 -134371 1085 -41884 9454 變坡段 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 回程阻力 5564 13376 639 39649 4843 -3778 15926 27703 （1）張力初步計算 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(qū)動條件，所以下面我們先按垂度條件進行計算，然后驗算摩擦條件。 該輸送機為雙滾筒分別驅(qū)動，功率配比按γ12=2：1選取，圍包角取 α1=α2=200°，滾筒與輸送帶摩擦系數(shù)取μ=0.3，則。 考慮滾筒的備用系數(shù)，C0=1.3，則根據(jù)摩擦條件有： S1===5.26Sy 根據(jù)本帶式輸送機的特點，擬先按垂度條件計算，后驗算摩擦條件。 所以令：S8=Szmin=11840N。由逐點張力法求得： S9=S8+W′8-9=11840+9454=21294N S7=S8－W′7-8= 11840－(－41884)=53724N S6=S7+W′6-7= 53724－1085=52639N S5=S6－W′5-6= 52639－(－134371)=187010N S4=S5－W′4-5= 187010－8229=178781N S3=S4－W′3-4= 178781－13778=165003N S2=S3－W′2-3= 165003—(—33584)=198587N S1=S2－W′1-2= 198587－(－86081)=284668N S10=S9×1.02= 21294×1.02=21720N S11=S10－W10-11= 21720+5564=27284N S12=S11－W11-12= 27284+13376=40660N S13=S12－W12-13= 40660+639=41299N S14=S13－W13-14= 41299+39649=80948N S15=S14－W14-15= 80948+4843=85791N S16=S15－W15-16= 85791-3778=82013N S17=S16－W16-17= 82013+15926=97939N S18=S17－W17-18= 97939+27703=125642N S19=S18×1.03=129411N （2）驗算摩擦條件 S1/S19=294668/129411=2.2＜5.26 以上說明各張力點都滿足垂度條件和摩擦條件。 （3）輸送帶強度驗算 考慮輸送帶的壽命、起動時的動應(yīng)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(shù))，根據(jù)以上計算可以確定輸送帶的最大張力Smax，則應(yīng)滿足： m= 其中 m—輸送帶安全系數(shù)； B—帶寬，mm； σd—帶芯拉斷強度，N/mm；對于ST2500型帶，σd=2500 N/mm。 此處校核輸送帶的安全系數(shù)為： m==10.5 可知所選的輸送帶安全系數(shù)大于靜態(tài)設(shè)計安全系數(shù)6；同時也大于考慮軟制動器啟動動載系數(shù)1.1時設(shè)計安全系數(shù)6.6的要求。 （4）張緊力計算 PH=S18+S19=125642+129411=255053N （5）牽引力和電動機功率計算 輸送機總牽引力：F=S19－S1=129411－284668=－155257N 電動機功率： N= 其中 K—電機功率備用系數(shù)，發(fā)電工況時取K=1.1 η—傳動系統(tǒng)的工作效率。 則所有電動機總功率 P==－598kW 4.5.3 最大電動狀態(tài)下張力計算 當(dāng)所有下運段空載，其余線路區(qū)段滿載時，該輸送機處于最大電動狀態(tài)。在最大電動狀態(tài)下各段阻力計算如表4.4所示。 （1）張力初步計算 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(qū)動條件，這里按摩擦條件進行計算，然后驗算垂度。 表4.4 最大電動狀態(tài)下各變坡段阻力計算（N） 變坡段 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 承載阻力 -15695 -4829 55799 26506 -25428 3500 -7668 30490 變坡段 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 回程阻力 5564 13376 639 39649 4843 -3778 15926 27703 該輸送機設(shè)計為雙滾筒分別驅(qū)動，功率配比按γ12=2：1選取，圍包角取α1=α2=200°，滾筒與輸送帶摩擦系數(shù)取μ=0.3，則 整機運行系統(tǒng)阻力等于各段阻力之和，由表3-4計算： Fu==166597N 考慮滾筒的備用系數(shù)，C0=1.3，則根據(jù)摩擦條件有： SL===39023N 所以令：S1=40000N。由逐點張力法求得： S2=S1+W＇1-2= 40000-15695=24305N S3=S2+W＇2-3= 24305+(-4829)=19476N S4=S3+W＇3-4= 19476+55799=75275N S5=S4+W＇4-5= 75275+26506=101781N S6=S5+W＇5-6= 101781-25428=76353N S7=S6+W＇6-7= 76353+3500=79853N S8=S7+W＇7-8= 79853-7668=72185N S9=S8+W＇8-9=72185+30490=102675N S10=S9+W＇9-10= 102675 × 1.03=105755N S11=S10+W10-11=105755+5564=111319N S12=S11+W11-12=111319+13376=124695N S13=S12+W12-13=124695+639=125334N S14=S13+W13-14=125334+39649=164983N S15=S14+W14-15=164983+4843=169826N S16=S15+W15-16=169826-3778=166048N S17=S16+W16-17=166048+15926=181974N S18=S17+W17-18=181974+27703=209677N S19= S18×1.03=21596N （2）驗算垂度條件 S3=19476N＞SZmin 說明滿足垂度條件。 （3）輸送帶強度驗算 此處校核輸送帶的安全系數(shù)為m=1200×2500/ S19=13.9 可知所選的輸送帶安全系數(shù)大于靜態(tài)設(shè)計安全要求系數(shù)6；同時也大于考慮軟啟動動載荷系數(shù)1.2時設(shè)計安全系數(shù)7.2的要求。 （4）張緊力計算 PH=S18+S19=209677+215967=425644N 4.5.4 滿載狀態(tài)下張力計算 當(dāng)承載段滿載時，該輸送機處于發(fā)電狀態(tài)。 （1）張力初步計算 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(qū)動條件，所以下面我們先按垂度條件進行計算，然后驗算摩擦條件。 根據(jù)以上的計算方法，得出滿載狀態(tài)下各點張力為： S8=Szmin=11840N S9=S8+W＇8-9= 11840+30490=42330N S7=S9+W＇7-8= 42330-(-41884)=84214N S6=S7+W＇6-7= 84214-350