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主斜井胶带输送机选型设计.doc 主斜井胶带输送机选型设计 目 录 第一章 矿井开采概况 .......................... 1 ?1—1 井田地质特征 ............................. 1 ?1—2 煤层的埋藏特征 ........................... 2 ?1—3 矿井开采 ................................ 5 ?1—4 井筒和采区布置情况 ....................... 7 ?1—5 井筒位置和生产系统确定 ................... 7 第二章 主提升系统胶带输送机施工设计 ......... 9 ?2—1 设计依据 ................................ 9 ?2—2 基本参数的选择确定 ...................... 13 ?2—3 驱动装置及其布置 ........................ 30 ?2—4 清扫装置 ............................... 34 ?2—5 制动装置 ............................... 35 ?2—6 交流变频技术 ............................ 35 ?2—7 电压型变频器 ............................ 37 第三章 带式输送机电控装置 .................. 39 ?3—1 可编程控制器(PLC)原理及应用 ........... 39 ?3—2 控制装置的功能及工作原理 ................ 48 第四章 带式输送机的安装及维护 .............. 57 ?4—1 带式输送机的安装规范 ................... 57 ?4—2 带式输送机的维修 ....................... 58 结 论 ....................................... 61 参考文献 ..................................... 63 致 谢 ........................................ 65 1 主斜井胶带输送机选型设计 主斜井胶带输送机选型设计 第一章 矿井开采概况 ?1—1 井田地质特征 1.1.1交通位置 裕民焦煤有限公司煤矿位于山西省吕梁地区临县城南约30km的湍水头镇薛家山村陡泉沟南侧。东距湍水头镇2.5km。行政区划属湍水头乡管辖。地理坐标为东经111?00′30″,111?03′30″，北纬37?44′30″,37?46′18″。 裕民焦煤有限公司矿井位于苛大线临县段，距离约2.0Km。向西沿秋水河公路可达黄河岸边碛口，过黄河可到陕西吴堡等城镇，向南距孝柳铁路的交口站约34km，经中阳、孝义可达同蒲铁路的介休站，向北往兴县、岚县、静乐县与北同蒲铁路的忻州站相通，交通较便利，见铁路、公路交通情况表1-1-1。(详见交通位置图图1-1-1)。 表1-1-1 铁路、公路交通情况表 铁路 公路 线名 起始站 里程(km) 线名 起始站 里程(km) 孝柳线 交口-介休 92 临县-交口73 镇 太军高速 南同蒲 介休-太原 139 南同蒲 介休-孟源 389 1.1.2自然地理 本区为黄土高原地貌，地形侵蚀、冲刷剧烈，坡度较陡，形成特有的梁峁景观。地势总体上为东南高，西北低，最高处在井田南东边缘，海拔标高1123.78m,最低处在北西角，海拔标高916.2m。相对高差为207.58m， 1 主斜井胶带输送机选型设计 属中低山区。 1.1.3河流水系 区域内常年性河流为湫水河，属黄河流域，发源于兴县白龙山南麓，经阳坡村流入县境内至南部碛口汇入黄河，流长90km。湫水河位于本井田西北部，距离约10km，对本矿井影响不大，井田沟谷均系山地季节性河流，夏季有水但不大，冬季干枯。 1.1.4气象及地震烈度 本区属温带大陆性气候，四季分明，昼夜温差大，冬季少雪，春季多风，夏季雨量集中，秋季阴雨天多。据临县1982至1990年气象统计资料:本区年降雨量为327.3,744.8mm，降雨集中在7、8、9、三个月中。年蒸发量为1482,1941mm蒸发量大于降雨量。年平均气温为8.9ºC，最高32.5ºC，最低-21.7ºC。11月份结冰，翌年三月份解冻，冻土深度约1.1m，全年无霜期186天，最大风速，日平均为3.1m/s. 按山西省地震局发表的地震烈度表，本区的基本烈度为六级。据史料记载，1829年4月(道光九年三月)离石地区曾发生过5.25级地震。 ?1—2 煤层的埋藏特征 1.2.1煤层 井田内主要含煤地层为二叠系下统山西组(PS)和石碳系上统太原组1 (Ct).山西组地层总厚度63.31m，煤层总厚为7.13m，含煤系数11.26%。1 太原组地层总厚度88.02m，煤层总厚度为9.15m，含煤系数10.40%。 两组煤层特征自上而下为: 5#煤层:位于山西组下部，在井田东南部与5号煤层合并，西北部上 二者平均间距约1.38m，煤层厚度0.48,1.35m，平均1.03。为较稳定煤层，大部可采，结构简单，不含夹矸。顶板砂质泥岩及泥岩，底板泥岩。 5#煤层，位于山西组下部，煤层厚度2.4,5.51m之间，平均厚度3.82m， 2 主斜井胶带输送机选型设计 变异系数28.7%，为稳定的全区可采煤层。结构简单，含0,3层泥岩夹矸。顶板为砂质泥岩及泥岩，底板为泥岩。 8#煤层，位于太原组中部，煤层厚度2.62,3.11m，平均厚度2.90m，变异系数6.4%，为稳定的全区可采煤层，结构简单，含0,2层泥岩夹矸。顶板为L石灰岩，底板为泥岩。 1 9#煤层，位于太原组下部，煤层厚度2.78,5.29m，平均厚度4.05m。变异系数16.9%，为稳定的全区可采煤层，结构简单，含0,3层泥岩夹矸。顶板为泥岩，底板为泥岩,砂质泥岩。煤层特征见表1-2-1。 表1-2-1 煤层特征表 煤层厚度层间距(m) (m) 最小—最煤层结构 顶底板岩性 煤煤层厚度 最小—最大 大 层稳定变异 号 性 系数 夹矸 平均 平均 型别 顶板 底板 层数 0.48,1.35 砂质泥 较稳 5 0.62 1.00,0 简单 岩、泥泥岩 上定 1.54 岩 1.38 2.4,5.51 较简砂质泥5# 0-3 稳定 28.7 泥岩 35.85,3.82 单 岩泥岩 76.22 2.62,3.11 8# 0-2 简单 稳定 6.4 石灰岩 泥岩 53.43 2.9 5.13,2.78,5.29 泥岩 较简11.46 9# 4.05 0-3 稳定 16.9 泥岩 砂质 单 8.94 泥岩 1.2.2井田边界 该井田范围由山西省国土资源厅2006年11月21日颁发的采矿许可证(证号1400000632936)，批准开采5#，8#和9#三层煤层。由山西省煤炭工业局颁发的生产许可证(证号为040806003Y)。井田范围由下列9个拐点连线圈1 定。其拐点坐标为:见表2-1-1 3 主斜井胶带输送机选型设计 表1-2-2 拐点坐标表 X Y 1 4182180.0 19501480.00 2 4181670.0 19504320.00 3 4181250.0 19505280.00 4 4180440.0 19505200.00 5 4180440.0 19504550.00 6 4178800.0 19502850.00 7 4178975.0 19502445.00 8 4178900.0 19502350.00 9 4180450.0 19500550.00 井田呈不规则多边形，东西长最大4.5Km，南北宽3.38Km，井田面积9.5205K?。 1.2.3资源/储量和可采储量 (1)储量计算方法 采用地质块段算术平均法。计算公式如下: Q=SMd 式中: Q——块段煤炭储量，t; 2S——块段水平投影面积，m; M——块段内煤层平均厚度，m; 3d——煤层视密度，t/m。 (2) 矿井资源/储量计算 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 和分类 按照《煤、泥炭地质勘查规范》，国务院函(1998)5号文《关于酸雨控制区和二氧化碳污染控制区有关问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的批复》及《煤炭工业矿井设计规范》等有关文件规定，矿井资源/储量遵循下列原则计算: 4 主斜井胶带输送机选型设计 1)最低可采厚度0.7m; 2)煤层灰分不大于40%;最高可采硫分(S)3%; t?d 3)储量计算的煤层为5、5、8、9号煤层; 上 4)根据地质报告提供的煤层底板等高线图及矿方提供的采掘工程平面图，用地质块段法对井田内5、5、8、9号煤层资源/储量进行了计算。 上 各煤层容重(视密度)见表2-1-2。 -2-3 煤层容重表 表1 煤层号 5、5# 8# 9# 上 3视密度t/m 1.40 1.44 1.47 经计算，该矿井田内现保有资源/储量为8789.2万t。其中5号742.3上万t。5号2371.1万t，8号煤层2350.1万t，9号煤层3325.7万t。见矿井资源/储量汇总表2-1-3。 表1-2-4 矿井资源/储量汇总表 单位:10kt 序号 资 源 量 煤层 111b 122b 333×0.9 小计 合计 1 5 - - 742.3 742.3 742.3 上 2 5# 1828.7 531.3 11.1 2371.1 2371.1 3 8# 1745.3 596.7 8.1 2350.1 2350.1 4 9# 2453.3 859.7 12.7 3325.7 3325.7 5 合计 6027.3 1987.7 774.2 8789.2 8789.2 注:333资源/储量可信度系数采用0.9。 ?1—3 矿井开采 1.3.1矿井工作制度 设计矿井年工作日为330d，每天三班作业，其中两班生产一班准备，每天净提升时间为16h。 1.3.2矿井设计生产能力的确定 本井田煤炭资源为市场稀缺的炼焦或配焦肥煤，根据建设单位委托， 5 主斜井胶带输送机选型设计 裕民矿井设计生产能力确定为0.90Mt/a其理由如下: (1)井田地质构造简单，煤层赋存开采条件好，开采的5#、8#及9#煤层，全区稳定，倾角平缓，适合综合机械化开采，应建设中型以上矿井。 (2)具有良好的市场前景，竞争力强，经济效益好。应建设中型以上矿井。 (3)原矿井设计生产能力210kt/a，改制后为股份制矿井，广大职工生产积极性高涨，扩大生产能力是企业本身和当地经济发展形势的需求。 (4)矿井具有可靠的精查资源。易建大中型矿井。 (5)矿井位于临县，目前虽没有铁路，但公路运输亦能满足矿井扩建后的要求。 所以矿井设计生产能力确定为0.9Mt/a,是适宜的。 1.3.3矿井服务年限 矿井服务年限按下式计算:T=Z/KA 式中: :矿井服务年限(a) T Z:矿井可采储量(万t) A:矿井设计生产能力,万t/a K:储量备用系数取1.4 代入公式:T=5101.0/(90×1.4)=40.5(a) 第一水平开采5#煤层。 第一水平服务年限=1778.5/(90×1.4)=14.1(a) 全矿井服务年限40.5a，大于“设计规范” 30a的规定。 1.3.4水平划分 2本井田面积9.5205km，走向长约3km(北东至南西)倾斜长约3.2Km(南东至北西)。5#煤层底板标高由880m至560m，高差320m，倾角为5?,6?，属于近水平煤层。8#和9#煤为太原组煤层，和5#煤层层间距平均为:53.43m。8#、9#之间平均为8.94m。因此设计确定5#煤层为一个开采水平， 6 主斜井胶带输送机选型设计 8#、9#煤层为一个开采水平。第一水平标高定为，800m，在5号煤层下设井底煤仓。二水平标高定为+710m。考虑开采9号煤不受奥灰水威胁，将来在9号煤层设上抬式煤仓。 ?1—4 井筒和采区布置情况 1.4.1井筒形式和数目 开拓 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,共布置三个井筒。主斜井、副斜井布置在原主立井的南侧约400m的沟内。主斜井和副斜井井口标高，985m。回风井利用原来的主立井改造。井口标高，980.23m，均高于洪水位标高。矿井生产能力为0.9Mt/a，井田面积9.5205k?，三个井筒，可以满足矿井生产及安全要求。 1.4.2采区划分及开采顺序 一水平标高+820米，开采5号煤层，划分为一采区(下山采区)和老采区(上山采区) 二水平标高+710米，开采8号、9号煤层划分为上山和下山两个采区。先开采一水平一采区(下山采区)再开采老采区(上山采区) 二水平接替一水平，先开采上山采区，再开采下山采区。 附一水平采区接续表见表2-3-3。 表2-3-3 一水平采区接续表 工业资设计资源接续 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 (年) 采区名开采 设计可采生产能力服务年 源/储/储量4 8 12 16 20 24 28 称 煤层 储量(mt ) (mt/a) 限(a) 量(mt) (mt) 32 36 一采 5、5# 20.62 17.48 10.58 0.9 12 上 二水平 老采 5# 3.10 2.83 1.79 0.9 2.0 二水平 8#、9# 56.78 50.32 33.225 0.9 26.5 ?1—5 井筒位置和生产系统确定 1.5.1井筒位置 7 主斜井胶带输送机选型设计 三个井筒全部布置在井田中部。 1.5.2大巷布置 根据煤层赋存情况和井口位置及标高，在井田中部沿倾斜方向平行布置四条上(下)山。胶带机上(下)山和轨道上(下)山沿5#煤层底板布置，两条回风上(下)山沿5#煤层顶板布置。在上(下)山两侧直接布置回采工作面，实现两翼开采全井。 全井田划分为一个双翼上(下)山采区。走向长壁开采。 为减少初期工程量，缩短建井工期，投产工作面布置在井底车场附近。采区内工作面采用前进式，由井底车场向井田边界推进。回采工作面回采采用后退式，由井田边界向运输上(下)山推进。 待5#煤层采完后，由二水平开采的8#、9#煤层接替。 关于5号煤层，需要时要进行巷探，如达到可采厚度和5号煤层间距上 加大，不会影响5号煤层的开采，这时可以和5号煤层联合布置进行开拓开采。 1.5.3井底车场型式 根据开拓布置、井筒提升方式和大巷运输方式,副斜井井底采用甩车式平车场。副斜井见5#煤后，再向下5m垂深，向右转45?开口，布置甩车场。见5#煤层后布置车场。 由于辅助提升任务很少，所以在大巷中只布置高差较小的高低道就能满足生产要求。空重车线长度约30m即可。调车方式:采用调度绞车牵引矿车。 经计算，车场通过能力满足辅助运输要求。 在巷道两侧布置主变电所、主排水泵房、井底水仓、消防材料库、爆破材料发放硐室。爆破材料发放硐室设有单独的回风巷道，独立通风。 井筒中铺单轨，轨型30Kg/m。 另外在主斜井井底设有5号煤井底煤仓、胶带机装载硐室、井底水窝和通风联络斜巷。 除井底水仓、井底煤仓硐室采用砼支护外，其他硐室均采用锚喷网支 8 主斜井胶带输送机选型设计 护。 井底水仓分主、副仓，每年倒替清理各一次。 3井底煤仓直径6m，垂深35m，容量848m。 井底车场巷道采用锚喷网支护，水仓采用混凝土支护，其他硐室均采用锚喷网支护。 1.5.4矿井通风方式、通风系统 1、矿井的通风方法和通风方式 矿井通风采用机械抽出式通风方法。掘进工作面采用全负压机械压入式通风方法。 矿井通风方式为中央并列式通风。 2、通风系统 本设计共三个井筒:主、副斜井为进风井;原主立井为回风井。风流经运输大巷，工作面进风顺槽进入工作面;乏风从工作面，经回风顺槽、回风上(下)山、回风大巷、回风立井回出地面。 第二章 主提升系统胶带输送机施工设计 ?2—1 设计依据 本井田煤炭资源为市场稀缺的炼焦或配焦肥煤，根据建设单位委托，裕民矿井设计生产能力确定为900kt/a其理由如下: (1)井田地质构造简单，煤层赋存开采条件好，开采的5#、8#及9#煤层，全区稳定，倾角平缓，适合综合机械化开采，应建设中型以上矿井。 (2)具有良好的市场前景，竞争力强，经济效益好。应建设中型以上矿井。 (3)原矿井设计生产能力210kt/a，改制后为股份制矿井，广大职工生产积极性高涨，扩大生产能力是企业本身和当地经济发展形势的需求。 (4)矿井具有可靠的精查资源。易建大中型矿井。 (5)矿井位于临县，目前虽没有铁路，但公路运输亦能满足矿井扩建后 9 主斜井胶带输送机选型设计 的要求。 改造后矿井设计生产能力确定为900kt/a。 开拓方案,共布置三个井筒。主斜井、副斜井布置在原主立井的南侧约400m的沟内。主斜井和副斜井井口标高，985m。回风井利用原来的主立井改造。井口标高，980.23m，均高于洪水位标高。矿井生产能力为0.9Mt/a，井田面积9.5205k?，三个井筒，可以满足矿井生产及安全要求。 矿井设计生产能力为900kt/a。每年生产330d，每天两班生产，一班检修，提煤时间为16h，。属低瓦斯矿井，煤尘爆炸指数为二级。达到设计产量时，井下为“一采两掘”布置，工作面走向长度1200米，倾向长度 。150米，倾角5-8，每班运煤量预计为1200t。采区平巷的运输距离为1400米，采区上(下)山斜长1650米，每班运煤量1600吨。本设计为一个井底车场，根据开拓布置、井筒提升方式和大巷运输方式,副斜井井底采用甩车式平车场。副斜井见5#煤后，再向下5m垂深，向右转45?开口，布置甩车场。见5#煤层后布置车场。 井下煤炭运输均为带式输送机运输方式。回采工作面的原煤由可弯曲刮板运输机，经转载机至顺槽可伸缩带式输送机，再运至上(下)山带式输送机上，运入井底煤仓，由闸门装入主斜井带式输送机运至地面装储系统。胶带运输方式，紧凑，环节少，易管理，安全性强，运输能力大，成本低。 2.1.1 设计原始资料 (1) 原始条件: 设计运输能力:Q=800t/h,带速:V=2.5m/s,输送倾角:16?30′,原煤松散密度:1t/m?,原煤最大块度:a=450mm，动煤堆积角:30?，运输距离:1100m, 供电电压:660V/1140V。 (2) 技术要求: 1) 电控装置有本安型操作台、隔爆兼本安型控制箱和各种传感器三部分组成; 2) 本安型操作台具有输送带运行速度、电机电流等主要参数的运行状 10 主斜井胶带输送机选型设计 态显示和输送机故障指示; 3) 电控装置控制核心采用可编程序控制器(PLC)，具有手动、自动及检修三种工作方式; 4) 电控装置具有沿线通话和起车预警功能; 5) 电控箱和操作台及配套传感器应具备防爆合格证以及“MA”标志; 6) 系统应具有的保护功能: a) 跑偏保护 跑偏开关机头、中间、机尾各一对; b) 沿停保护 沿停保护传感器每隔100米设置一只; 防纵撕保护 在机尾落煤附近设一套; c) d) 烟雾保护 在机头集中驱动处设置烟雾传感器; e) 煤位保护 在机头设低煤位报警和高煤位停车保护; f) 超温保护， 烟雾保护和自动洒水装置; g) 速度保护 分别在输送带空段设置高速传感器以检测带速 进行速度保护; h) 打滑和超速保护 电控装置具有后台设备连锁功能;电动机通过联轴器、减速器带动传动滚筒转动或其他驱动机构，借助于滚筒或其他驱动机构与输送带之间的摩擦力，使输送带运动。带式输送机的驱动方式按驱动装置可分为单点驱动方式和多点驱动方式两种。 通用固定式输送带输送机多采用单点驱动方式，即驱动装置集中的安装在输送机长度的某一个位置处，一般放在机头处。单点驱动方式按传动滚筒的数目分，可分为单滚筒和双滚筒驱动。对每个滚筒的驱动又可分为单电动机驱动和多电动机驱动。因单点驱动方式最常用，凡是没有指明是多点驱动方式的，即为单驱动方式，故一般对单点驱动方式，“单点”两字省略。 11 主斜井胶带输送机选型设计 单筒、单电动机驱动方式最简单，在考虑驱动方式时应是首选方式。在大运量、长距离的钢绳芯胶带输送机中往往采用多电动机驱动。带式输送机常见典型的布置方式如下表2-2所示。 2.1.2带式输送机机型的选择 在给定工作条件下，带式输送机选型设计计算合理与否关系到其能否高效、安全、可靠地完成生产运输的问题。一般来说，尽管带式输送机的类型众多，但选型设计不外乎两种情况:一种是成套供应的设备(或对已有设备)的计算，如矿用吊挂式、可伸缩带式输送机功率、输送带强度和主要部件是否满足要求。另一种是对通用设备(TD75、DT?和DX系列输送机)的选型设计，需要通过计算从一系列部件中选择合适的具体部件(如滚筒、输送带、托辊和驱动装置等)，最后组装成满足具体生产条件下的通用带式输送机。 表2.1 带式输送机典型布置方式 根据已知的原始资料分析得，本机不适合整机定型带式输送机，因此采用非整机定型的输送机，且用单机输送。因此，由于本设计的运量大，带较长，采用通用带式输送机。 12 主斜井胶带输送机选型设计 ?2—2 基本参数的选择确定 2.2.1输送带类型的确定 输送带是输送机的重要部件，要求它具有较高的强度和较好的挠性，其价格比较昂贵，约占输送机总成本的25%,50%。在类型确定上需考虑以下几点: (1) 煤矿井下必须使用阻燃输送带，并且尽量选用橡胶贴面，其次为 橡塑贴面和塑料贴面的阻燃输送带; (2) 在同等条件下，优先选择分层带，其次整体带芯带和钢绳芯带; (3) 优先选用尼龙、维尼龙帆布层带，因在同样抗拉强度下，上述材料比棉帆布带体轻、带薄、柔软、成槽性好、耐水和耐腐蚀; (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。 根据原始资料和上述选择要求，方案一选择NN型尼龙芯带，型号是NN-300的4层尼龙芯带，上胶厚度为3.0 mm，下胶带厚度为1.5 mm。其 2带芯强度为300N/ mm，输送带的每层质量为1.42 kg/m，每毫米厚胶带质 2量1.19 kg/m。 尼龙带每米长质量=(覆盖层厚度(mm)×1.19+层数×K)×带宽(m) qd (2.1) 2.2.2输送带带宽的确定 B(1)满足设计运输能力的带宽: 1 QB= 1Kv,c 式中 —设计运输能力，t/h; Q B —满足设计运输能力的输送带宽度，m; 1 —物料断面系数，见表2.1; K v —输送带运行速度，m/s; 13 主斜井胶带输送机选型设计 3 —物料的散状密度，t/m; , —倾角系数，见表2.2; c 本设计运量比较大，所以选择槽形带，由物料断面系数表2.1选择 3K=458,由倾角系数表2.2选择=1,物料散状密度=1t/,带速=2.0m/s，cv,m运量=1000t/h,根据经验取动堆积角=30?。 Q 800QB===0.84870m=848.70mm 1458，2.5，1，0.97Kv,c 表2.2 物料断面系数 动堆积角 10? 20? 25? 30? 35? 槽型 316 385 422 458 496 K 平型 67 135 172 209 247 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 B(2)满足物料块度条件的宽度 2 B 对于筛分过的物料 ?3.3 +200 a2p B 对于未筛分过的物料 ?2a +200 2p 式中 a—物料平均块度的长尺寸，mm p —物料中最大块度的长尺寸，mm amax B —满足块度条件的输送宽度，mm。 2 BB根据、和带型从相应的规格表中选取 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 带宽的输送带。 12 B物料的最大块度=300mm ?2300+200=800mm ，a2max 所以条件所给的带宽1000mm。 2.2.3输送线路初步设计 14 主斜井胶带输送机选型设计 线路初步设计的任务是根据使用地点的具体情况、用户要求或输送机类型情况，进行输送机的整体布置。主要内容包括驱动装置的型式、数量和安装位置的确定，拉紧装置的形式和安装位置的确定，机头、机尾布置，装卸位置及形式，清扫装置的类型及位置的确定等。初步确定以下两个方案如图2.1。 v=2.5 方案一 v=2.5 方案二 图2.1输送线方案比较 2.2.4技术、经济比较 方案一、选用DT?带式输送机，输送带为钢丝绳芯阻燃输送带。单滚筒单电动机头部驱动。 方案二、选用DT?带式输送机，输送带为NN-300阻燃带。单滚筒双电动机头部驱动。 方案一与方案二比较: 方案一采用钢丝绳芯阻燃输送带，抗拉强度高，成槽性好，但抗纵向撕裂能力差，价格高。单滚筒单电动机头部驱动电动机功率大。方案二采用输送带为NN-300阻燃带。抗拉强度底，纵向抗拉高，价格低。单滚筒双 15 主斜井胶带输送机选型设计 电动机头部驱动，电动机功率低，驱动装置要求数量多。方案一改向滚筒需要较多，输送带回因为频繁改向而减少寿命。而且拉紧在输送机下面不方便维护，且容易受到煤粉的污染。同时方案一需要的滚筒装置架很高，由于煤矿井下巷道狭窄，方案一有一定的局限性。方案二采用尾部张紧能充分解决该问题。但是方案二要求增加巷道的掘进，也增加了成本。 方案一选用了钢丝绳芯输送带增加了输送带的线质量。从而计算出来的牵引力，沿程阻力都会增大，因而选用的电动机、减速器、逆止器、连轴器的型号都会增大，成本提高。同时又本设计的输送距离只有300m输送距离相对较短，没有必要做成复杂的形式。如表2.4 表2.4 方案比较 项目 输送带 驱动 拉紧 所需电动 启动 方案 型号 方式 方式 机功率 方式 方案一 ST1250 头部单滚筒液压自动280KW 变频 驱动 拉紧 启动 方案二 NN-300 头部单滚筒液压自动2×132KW 变频 驱动 拉紧 启动 综上所述，方案二结构布置结构简单，经济合理，方便检修、维护，能完成设计要求的输，最后根据这些内容画出输送机的布置简图2.2。 2.2.5基本参数的确定计算 qd(1) 输送带线质量 当输送带选定后，由公式(2.1)计算出输送带每米长的质量，即线质量: =(覆盖层厚度(mm)×1.2+层数×K)×带宽(m)=(4.5×1.19+4×1.42)qd ×1.2=13.305 kg/m q物料线质量 已知设计运输能力Q=1000t/h，输送带运行速度=2.0m/s时， v Q800物料线质量===88.89 kg/m q3.6，2.53.6v 16 主斜井胶带输送机选型设计 v=2.587 4352 61 图2.2 输送线路初步设计 2.2.6托辊的选择 托辊是用来支承输送带和输送带上的物料，减少输送带的运行阻力，保证输送带的垂度不超过技术规定，使输送带沿预定的方向平稳地运行。带式输送机上的主要部件是托辊，其成本占输送机总成本的25%,30%，总重约占总机重量的30%,40%;它是日常主要管理、维护和更换的对象。因此，它的可靠性和寿命决定着输送机的功效。托辊使用寿命短会增加输送机的维修费用;转动不灵活会增加输送机的功耗;堵转的托辊会磨损昂贵的输送带，甚至可导致矿井瓦斯、煤尘爆炸的严重事故。通常托辊的预期使用寿命大约在2,5万小时，但在恶劣的工作条件下，如煤矿井下工作，它的实际使用寿命低于预期的使用寿命。 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。 17 主斜井胶带输送机选型设计 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?, ，实现防跑偏。 3? 表2.5 承载托辊间距参考表(m) 带宽 (mm) 松散物料堆 积密度t/m? 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 (1) 托辊间距的选择 托辊间距的选择应考虑物料性质、输送带的重度及运行阻力等条件的影响。承载分支托辊间距可参考表2.4选取。缓冲托辊间距一般为承载托辊间距的0.3,0.5倍，约为0.3,0.6m。回程托辊间距可按2,3 m考虑或取为承载托辊间距的2倍。调心托辊按承载托辊每隔7,10组安装一组选择。 表2.6 F 托辊回转部分质量(kg) 带宽(mm) 托辊形式 500 650 800 1000 1200 1400 1600 1800 铸铁座 11 12 14 22 25 47 50 72 槽形承 载托辊 冲压座 8 9 11 17 20 — — — 18 主斜井胶带输送机选型设计 铸铁座 8 10 12 17 20 39(V) 42(V) 61(V) 回程托辊 V形托辊 冲压座 7 9 11 15 18 — — — 直径(mm) 89 108 133 159 托辊 轴承型号 204 305 406 407 头部滚筒或尾部滚筒距第一组槽形托辊的距离s按下式计算: (2.2) s,2.67,B 式中 —滚筒与第一组托辊之间的距离，m; s —托辊的成槽角，rad; , —输送带宽度，m。 B 经计算可知，带式输送机的尾部滚筒距第一组槽形托辊的距离: =2.67×10×2π×1.2/360=0.56m s,2.67,B (过渡托辊成槽角=10?;=1200mm); B, 头部滚筒距第一组槽形托辊的距离: =2.67×55×2π×1.2/360=1.96m s,2.67,B (槽形托辊成槽角=35?;=1200mm)。 B, ,,,qqtt(2) 托辊旋转部分线质量、 本设计的带式输送机的带宽=1200mm，堆积密度=1 t/m?，经查表B, ',L2.4、2.5可知选承载分支托辊间距=1.2m，其托辊回转部分质量G=25 kgt '',,(铸铁座)回程托辊间距L=2.4m m，其托辊回转部分质量=20kg(铸铁Gt 座)。因此，可求出托辊旋转部分线质量: '25G'承载托辊旋转部分线质量为:==20.83kg/m q,t'1.2Lt ''G20''tq,,回程托辊旋转部分线质量为:=8.33kg/m t''2.4Lt 2.2.7计算输送带许用张力 对于帆布层芯带 ,ZB (2.3) ,Sem 19 主斜井胶带输送机选型设计 =300×4×1200/12=120000N 式中—输送带许用张力，N; Se —带芯每层帆布拉断强度，N/mm; , —输送带宽度，mm; B —帆布层数 Z —输送带安全系数。尼龙帆布芯带一般取m=12。 m 2.2.8滚筒的选择 滚筒是带式输送机的重要部件。按其结构与作用的不同分为传动(驱动)滚筒、电动滚筒、外装式电动滚筒和改向滚筒。 (1) 传动滚筒 传动滚筒用来传递牵引力或制动力。传动滚筒有钢制光面滚筒、包胶滚筒和陶瓷滚筒等。钢制光面滚筒主要缺点是表面摩擦系数小，所以一般常用于短距离输送机中。 包胶滚筒主要优点是表面摩擦系数大，适用于长距离大型带式输送机。包胶滚筒按其表面形状又可分为:光面包胶滚筒、人字型沟槽包胶滚筒和菱形(网纹)包胶滚筒。 光面包胶滚筒制造工艺相对简单，易满足技术要求，正常工作条件下摩擦系数大，能减少物料黏结，但在潮湿场合，由于表面无沟槽致使无法截断水膜，因而摩擦系数显著下降。 为了增大摩擦系数，在光面钢制滚筒表面上，冷粘或硫化一层人字形沟槽的橡胶板，为使这层橡胶板粘得牢靠，必须先在滚筒表面挂上一层很薄的衬胶(一般小于2mm)，然后再把人字形沟槽橡胶冷粘或硫化在衬胶上。这种带人字形的沟槽滚筒，由于有沟槽存在，能使表面水薄膜中断，不积水，同时输送带与滚筒接触时，输送带表面能挤压到沟槽里。由于这两种原因，即使在潮湿的条件下，摩擦系数也降低不大。但是，此种滚筒具有方向性，不能反向运转。 20 主斜井胶带输送机选型设计 菱形(网纹)包胶滚筒，除了具有人字沟槽胶面滚筒的优点外，最突出的一个优点是它没有方向性，有效防止了输送带的跑偏，对可逆输送机尤为适用。但摩擦系数比人字沟槽胶面稍有降低。尽管如此，人们还是认为菱形沟槽胶面比人字沟槽胶面优越。继菱形沟槽胶面滚筒之后又出现了一种带轴向槽的菱形沟槽胶面滚筒。因为轴向沟槽使摩擦系数升高，从而弥补了菱形沟槽胶面滚筒比人字沟槽胶面滚筒摩擦系数小的缺点。这种菱形沟槽滚筒目前国内尚未制造生产。 普通传动滚筒都是采用焊接结构，即轮毂、辐板和筒皮之间采用焊接结构。该类滚筒适用于中小型带式输送机。 在大功率的带式输送机中，必须采用铸焊结合的结构形式，滚筒两端的轮毂、辐板和筒皮为整体铸造，然后再与中间筒皮焊在一起。 (2) 改向滚筒 改向滚筒有钢制光面滚筒和光面包胶滚筒。包胶的目的是为了减少物料在其表面的黏结以防输送带的跑偏与磨损。滚筒的轴承有布置在内侧与外侧两种形式。 (3) 滚筒直径的选择计算 在带式输送机的设计中，正确合理地选择滚筒直径具有很大的意义。如果直径增大可改善输送带的使用条件，但在其他条件相同之下，直径增大会使其重量、驱动装置、减速器的传动比和质量相应提高。因此，滚筒直径尽量不要大于确保输送带正常使用条件所需的数值。 在选择传动滚筒直径时，可按四个方面考虑: (1)为限制输送带绕过传动滚筒时产生过大的附加弯曲应力，传动滚筒 直径应按下面方法计算: 对于固定式使用帆布芯带的带式输送机传动滚筒直径 硫化接头 D,125Z=125×4=500 (2.4) 式中 D—传动滚筒直径，mm; 21 主斜井胶带输送机选型设计 —帆布层数 Z (2)为限制输送带的表面比压，以免造成覆盖胶脱落，传动滚筒直径为: 2S织物芯带 (2.5) D,,,Bp =2×80000/800×1000000=0.002 mm 式中 —传动滚筒直径，mm; D —输送带张力，N; S —输送带宽度，mm; B ,,p —输送带表面许用比压，取1MPa。 (3)限制覆盖胶或花纹变形量小于6%的，传动滚筒直径为 织物芯带 (2.6) D,17.5Ka =17.5×[1.4×4+(3.0+1.5)]×1 =176.75 mm 式中—传动滚筒直径，mm; D —围包角影响系数，当围包角小于90?时，K =0.8，否则， =1; KK —输送带总厚度，mm; a (4)改向滚筒直径可按下式确定 D =0.8=0.8×1000=800mm (2.7) D1 D=0.6D=600mm (2.8) 2 D式中 —尾部改向滚筒直径，mm; 1 D—其他改向滚筒直径，mm; 2 D—传动滚筒直径，mm; 表2.7 滚筒直径的选择 500 650 800 1000 1200 1400 带宽B (mm) 500 500 500 630 630 800 滚筒直径 22 主斜井胶带输送机选型设计 630 630 800 800 1000 (mm) 800 1000 1000 1250 1250 1400 综合考虑以上几条因素，我们选择传动滚筒直径=1000mm，尾部改向D 滚筒以及拉紧装置处改向滚筒的直径D=800mm;头部改向滚筒直径为1 D=500mm。各个滚筒表面均为人字形沟槽的橡胶覆盖面。 2 2.2.9计算各直线区段阻力 对于承载分支: 表2.8 输送带沿托辊运行的阻力系数 ω?(槽形) ω"(平行) 工作条件 滚动轴承 含油轴承 滚动轴承 含油轴承 0.02 0.04 0.018 0.034 清洁、干燥 0.03 0.05 0.025 0.040 少量尘埃，正常湿度 0.04 0.06 0.035 0.056 大量尘埃，湿度大 ,, (2.9) ,,，，，，W,gLq，q，q,cos,，q，qsin,zdtd =9.8×300×[(88.89+13.30+20.83)×0.03cos8?+(88.89+13.3) sin8?] =52556N (ω?=0.03) 对于回程分支: ,,,, (2.10) ,,，，W,gLq，q,cos,，qsin,zdtd =9.8×300×[(13.3+8.33)×0.025cos8?+13.3sin8?] =7016N (ω"=0.025) W式中—承载分支直线运行阻力，N; z —回程分支直线运行阻力，N; Wk —重力加速度， m/s?; g L—输送长度，m; ,—输送倾角; 23 主斜井胶带输送机选型设计 ,—输送带在承载分支运行的阻力系数，见表2.6 , ,,—输送带在回程分支运行的阻力系数，见表2.6 , 2.2.10输送带张力计算 用逐点法计算输送带关键点张力: v=2.587 4352 61 图2.3 输送带设计示意图 输送带张力应满足两个条件: 摩擦传动条件，即输送带的张力必须保证输送机在任何正常工况下都无输送带打滑现象发生。传动滚筒与输送带间的摩擦系数可参考表2.9选取，对于塑面带应相应减少。 表2.9 传动滚筒与输送带间的摩擦系数 光滑裸露 带人字形沟槽 带人字形沟槽的聚胺基带人字形沟槽 运行条件 的钢滚筒 的橡胶覆盖面 酸脂覆盖面 的陶瓷覆盖面 干态运行 0.35~0.4 0.4~0.45 0.35~0.4 0.4~0.45 清洁湿态 0.1 0.35 0.35 0.35~0.4 (有水)运行 污浊湿态 0.05~0.1 0.25~0.3 0.2 0.35 (泥土)运行 按摩擦条件确定: S,S; 21 ; S,KS,KS31211 ; S,S，W,KS，W43k11k 24 主斜井胶带输送机选型设计 2 S,KS,KS，KW514111k 2 S,S,KS，KW65111k 2 S,KS,KKS，KKW72612112k 2 S,S，W,KKS，KKW，W87z12112kz取K,1.02 取K,1.04 12 '需要传动滚筒表面的牵引力 Fo'2 F,S,S,KKS，KKW，W,So8112112kz1传动滚筒所能传递的额定牵引力为 Fo ,,,,e,1,, F,So1,,n,, '令=，得 FFoo n(KKW，W)12kzS, 12,,e,1,n(KK,1)12 =56493N 经查表2.7可知，摩擦系数，其中围包角取，摩擦备用,,0.2,,200: 系数取。 n,1.2 S,S,41141N; 21 ; S,41963.82N3 S,48979.82N 4 ; S,S,49959.42N56 ; S,51957.79N7 ; S,51957.79N8 S,S,104513.8Nmax8 检验输送带的强度: 由<[S]=120KN S,S,104513.8Nmax8 25 主斜井胶带输送机选型设计 所以满足输送带强度要求 (1) 检验输送带的垂度条件，即输送带的张力必须保证输送带在两托辊间的垂度不超过规定值，或者满足最小张力条件 对于承载分支输送带最小张力: , (2.11) ，，S,5gLq，qcos,zmintd ，，,5，9.8，1.2，88.89，13.3，cos8: ,5950.3N 对于回程分支输送带最小张力: ,, (2.12) S,5gqqcos,kmintd ,5，9.8，8.33，13.24，cos8: ,5375.83N 可知承载分支最小张力;回程分支最小张力S,51957.79N,S7zmin ，都满足输送带的垂度要求。 S,41963.82N,S3kmin 2.2.11计算滚筒牵引力与电动机功率 由于满载工作下电动机的运行状态，有可能是电动状态也可能是发电状态，所以在牵引力和功率计算上有区别。尤其应注意各种阻力的正方向和正常发电状态而空载电动状态下的功率验算。电动机备用功率一般按15%-20%考虑。 传动滚筒的轴牵引力: (2.13) ，，F,S,S，0.04S，S,69198.99N0l8181 因为，所以传动滚筒输出制动力。 F,00l 电动机功率: K1 ,= 1.2×69198.99×2.5/0.85kw=244.23kw P,Fv0l, ,1.2(其中电动机功率备用系数为，传动装置的效率为,,0.85) K1 查阅有关手册选择Y315M,4型三相异步电动机，其主要技术参数: 26 主斜井胶带输送机选型设计 功率:132kW 转速:1490 重量:1100Kg 2.2.12拉紧力与拉紧行程 (1) 拉紧力: Ph P,S，S,51957.79，49959.42,101917.21Nh76 (2) 拉紧行程: ,L 。 ,L,KL，B,0.02，300，1.2,7.2m 式中L—输送机总长度，m; —输送带工作时的伸长系数; K KK其中输送带伸长系数按表2.8查取可知=0.02。 2.2.13拉紧装置的选择与布置 拉紧装置又称张紧装置，它是带式输送机必不可少的部件，具有以下四个主要作用:使输送带有足够的张力，以保证输送带与滚筒间产生必要的摩擦力并防止打滑;保证输送带各点的张力不低于一定值，以防止输送带在托辊之间过分松弛而引起撒料和增加运动阻力;补偿输送带的塑性伸长和过渡工况下弹性伸长的变化;为输送带重新接头提供必要的行程。 表2.10 输送带伸长系数K 输送机长度L，m 合成纤维输送带 钢绳芯输送带 <300 0.02 0.002 301~500 0.02 0.002 501~1000 0.015 0.0017 >1000 0.01 0.0015 按拉紧装置的原理不同，常用的拉紧装置有以下几种: (1)固定式拉紧装置。固定式拉紧装置的拉紧滚筒在输送机运转过程中位置是固定的，其拉紧行程的调整有手动和电动两种方式。其优点是结构简单紧凑，对污染不敏感，工作可靠，缺点是输送机运转过程中由于输送带的弹性变形和塑性伸长引起张力降低，可能导致输送带在传动滚筒上打滑。常用的结构类型有螺旋拉紧装置(拉紧行程短，拉紧力小，故适用 27 主斜井胶带输送机选型设计 于机长小于80m的短距离带式输送机上)和钢绳绞车拉紧装置(利用钢丝绳缠绕在绞筒上，将输送带拉紧)等。 (2)重锤拉紧装置。重锤拉紧装置应用十分普通。它是利用重锤的重量产生拉紧力，并保证输送带在各种工况下有恒定的拉紧力，可以自动补偿由于温度改变和磨损而引起输送带的伸长变化。重锤拉紧装置在结构上简单，工作上可靠，维护量小，是一种较理想的拉紧装置。它的缺点是占用空间较大，工作拉紧力不能自动调整。根据输送机的长度和使用场合的不同，重锤拉紧装置的具体结构形式也有所不同，如重锤垂直拉紧装置和重锤车式拉紧装置，它们适用于固定长距离带式输送机上。 (3)自动拉紧装置。自动拉紧装置是一种在输送机工作中能按一定的要求自动调节拉紧力的拉紧装置。在现代长距离带式输送机中使用较多。它使输送带具有合理的张力图，自动补偿输送带的弹性变形和塑性变形。它的缺点是结构复杂，外形尺寸大，对污染较敏感及需要辅助装置。 自动拉紧装置的类型很多，按作用原理分，有连续作用和周期作用两种;按控制参数分，有一个、两个或三个等(常作为控制参量的有张力、带速和传动滚筒的利用弧);按拉紧装置的驱动方式分，有电力驱动与液力驱动两种;按被调节的绕出点张力的变化规律分，有稳定式、随动式和综合式三种。 YZL1-160/L通用型液压自动拉紧装置是针对我国带式输送机、索道等连续输送设备而开发的一种机电一体化通用设备。它具有以下特点: (1)根据使用场合的条件，拉紧力可以根据需要进行设定。 (2)拉紧力设定后，YZL1-160/L型液压自动拉紧装置可以保持系统处于恒力拉紧状态。 (3)YZL1-160/L型液压自动拉紧装置具有相应速度快，动态性能好的特点，以及时补偿输送带或钢丝绳的弹塑性变形 28 主斜井胶带输送机选型设计 (4)油泵电机可以实现空载起动，达到额定拉力时，电机断电，有蓄能器完成油力补偿，从而达到YZL1-160/L型液压自动拉紧装置的节能运行。 (5)YZL1-160/L型液压自动拉紧装置结构紧凑，安装布置方便。 (6)YZL1-160/L型液压自动拉紧装置可与集控装置连接，实现对该机的远程控制。 在带式输送机的工艺布置中，选择合理的拉紧装置，确定合理的安装位置，是保证输送机正常运转、启动和制动时输送带在传动滚筒上不打滑的重要条件，通常确定拉紧装置的位置时需要考虑以下三点: (1)拉紧装置应尽量安装在靠近传动滚筒的空载分支上，以利于起动和制动时不产生打滑现象，对运距很短的输送机可布置在机尾部，并将尾部滚筒作为拉紧滚筒; (2)拉紧装置应尽可能布置在输送带张力最小处，这样可以减少拉紧力，缩小拉紧行程; (3)送带在拉紧滚筒的绕入和绕出分支方向与滚筒位移线平行，而且施加的拉紧力要通过滚筒中心。 根据输送机设计原始资料和已计算出的拉紧力和拉紧行程，综合考虑上述各种拉紧装置类型和特点，本设计选择使用钢丝绳绞车液压尾部自动拉紧装置。 2.2.14制动力矩计算 根据井下用带式输送机技术要求，制动装置或逆止装置产生的制动力矩不得小于该输送机所需制动力矩的1.5倍。 (1)动机运行状态的带式输送机所需制动装置的总制动力矩为: ,,,，，,,,0.75gLqsin,,q，2，，,cos, (2.17) qqqMZdtt 式中 —制动装置作用在传动滚筒轴上的总制动力矩，Nm; MZ 29 主斜井胶带输送机选型设计 —传动滚筒直径，m; D —输送机长度，m; L —托辊阻力系数，取值为0.012 , (2)电运行状态的带式输送机所需制动装置的总制动力矩为: 3DN0.75，10oM, (2.18) Zv 式中 —制动装置作用在传动滚筒轴上的总制动力矩，Nm; MZ —传动滚筒直径，m; D —输送带速度，m/s; v —系统所需电机总功率(未考虑备用功率系数前)，kW。 No 从上述的传动滚筒轴牵引力的计算结果可知，本设计带式输送机的电动机输出的是制动力矩，运行状态处于电动状态。根据公式(2.17)可计算出带式输送机所需制动装置的总制动力矩为: ,,,,,，，,0.75gLqsin,,q，2，，,cos,qqqMZdtt ，，,0.75，9.8，360，,,88.89，sin8:,88.89，2，13.3，20.83，8.33，0.012，cos8: ?2—3 驱动装置及其布置 驱动装置的作用是在带式输送机正常运行时提供牵引力或制动力。它主要由传动滚筒、减速器、联轴器和电动机等组成。电动机与减速器又构成了驱动单元。 2.3.1驱动装置型式 驱动装置按传动滚筒的数目分为单滚筒驱动、双滚筒驱动及多滚筒驱动;按电动机的数目分为单电动机驱动和多电动机驱动。每个传动滚筒既可配一个驱动单元又可配两个驱动单元，而且每个驱动单元也可以驱动两个驱动滚筒。 驱动单元的轴线与输送机身的关系，驱动装置的布置形式有垂直式和并列式两种。并列式与垂直式相比较具有驱动装置横向尺寸小，占地面积小，适宜于工作空间小的场合，特别对煤矿井下更有意义。但并列式布置要求使用垂直输出轴减速器，因此制造要求高，价格也比较高。我国TD75 30 主斜井胶带输送机选型设计 与DX系列带式输送机驱动装置均为垂直布置。 按驱动单元的固定方式可分为侧挂式与基本式。基本式又分为固定式单点浮动支承式。侧挂式的驱动单元挂在机头一侧，不需地基，基建投资少，不必考虑地面的崎岖不平，安装调试方便，但加装制动装置有困难。固定式的驱动单元固定在机座上，机座用螺栓固定的基础上，减速器与传动滚筒之间采用固定式联轴器，这种固定方式要求安装精度高，但往往由于制造和安装的误、工作载荷引起的轴和支承部分的变形以及基础下沉等不均衡因素使两根轴的对中受影响，从而大大地降低了传动性能。而单点浮动支承可以克服这一不足。整个驱动单元安装在浮动底座上。浮动支承从理论上讲减速器不受附加弯矩，机壳不受附加应力的影响，因此机壳的寿命比较长浮点支承受力分析，减速器传给主动滚筒转矩T时，减速器壳 ,体必受一反作用转矩 。根据力矩平衡原理即可求出球铰点距质心的距离T L，即 ,TL, W ,式中 —作用于减速器机壳的反作用转矩，Nm; T W—传动系统的重力，N。 ,当正常稳定运转时，由于反转矩的的作用，辅助支点(千斤顶)与T ,底座脱开;停机时，=0，在重力W作用下，底座与千斤顶接触，辅助支T 点起作用。 减速器采用轴装式减速器，即输出轴是空心的，主动滚筒与轴，减速器输出轴与主动滚筒轴的联接采用各种锁紧装器联接。这种联接的缺点是拆卸减速器必须把整个减速器与电机底座一起外移，给检修更换零件造成困难。 2.3.2电动机 带式输送机驱动装置最常用的电动机是三相笼型电动机，其次是三相 31 主斜井胶带输送机选型设计 绕线型异步电动机，只有个别情况下才采用直流电动机。 三相笼型电动机与其它两种电动机相比较具有结构简、制造方便和易隔、运行可、价格低廉等一系列优点，并且在输送机上便于实现自动控制，因此在煤矿井下得到广泛的应用。其最大的缺点是不能经济地实现范围较广的平滑调速，起动力矩不能控制，起动电流大。当驱动装置采用刚性联轴器时，同时在多滚筒传动系统中，难以调整整个电动机之间的负载分配，这个缺点可通过使用液力联轴器在一定程度上得以克服。我国带式输送机常用这种电动机的型号有JO、JO3、JQO2、JS、JB、BJO2。目前，我国已经生产出最新Y系列三相异步电动机，它是一般用途的全封闭自扇冷三相笼型电动机，功率等级和安装尺寸符合国际电工委员会(英文缩写为IEC)标准。它与被替代的JO2、JO3系列相比较具有高效、节能、起动转矩大、性能好、噪音低、震动小可靠性高等优点。YB系列三相电动机派生的隔爆型三相异步电动机，它除了有Y系列电动机的优点外，还有隔爆结构先进，使用可靠等优点。它相应替代了BJO2和BJO3系列电动机。 三相绕线型电动机具有较好的调速特性，在其转子回路中串电阻，可以解决输送机各传动滚筒间的功率平衡问题，不致使个别电动机长时过载而烧坏或闷车;可以通过串电阻起动以减小对电网的负荷冲击，同时又可以按所需的加速度调整时间断电器或电流继电器进行电阻的逐步切换，以实现平稳起动。三相绕线型电动机在结构和控制上都比较复杂，如果带电阻长时运转使电动机发热、效率降低，使用寿命短，尤其在隔爆方面很难做到，因此煤矿井下很少采用。一般长距离、大功率带式输送机应用较多， 带式输送机除隔爆式电动机采用三相笼型电动机外，其余均使我国DX系列 用三相绕线型电动机，主要型号有:JR、JRQ、YR系列电动机。 直流电动机最突出的优点就是调速特性好，起动转矩大，但结构复杂，维护量大。与同容量的异步电机相比较，重量是异步电机的2倍，价格是 32 主斜井胶带输送机选型设计 异步电机的3倍，而且需要直流电源，因此只有在特殊情况(例如调速性能高)下才采用，直流电机在要求隔爆的场合使用很少。 综上所述本设计选用YB315L1-4型电动机。 2.3.3减速器 驱动单元用的减速器从结构形式分为直交轴式和平行轴式，按固定形式分为悬挂式与落地式。根据使用要求输出轴可以做成空心。由: ,Dn3.14，1490，1i,,,31.19 60V60，2.5 查相关手册，根据相关尺寸，选用ZSY450-31.5型减速器。 2.3.4联轴器 驱动装置中的联轴器分为高速联轴器和低速联轴器，它们分别安装在电动机与减速器之间和减速器与传动滚筒中间。常见的高速联轴器有尼龙柱销联轴器、液力联轴器和粉末联轴器等;常见的低速联轴器有十字滑块联轴器和棒销联轴器等。液力联轴器与笼型转子异步电动机联合工作具有改善电动机起动性能、均衡负荷、保护电机的优点。目前国内外对于大型带式输送机为改善起动、调速、均衡载荷等广泛推广使用调速液力耦合器和油膜离合器。 针对变频器启动方式本设计选用ZL9型弹性柱销齿式联轴器。 2.3.5驱动装置位置的选择 带式输送机其他参数已定，如果忽略由于张力变化而引起主力变量时，驱动装置功率与其位置选择无关，但其位置影响输送带的各点张力。因此，在选择驱动装置位置时应考虑以下两点: (1) 尽量将驱动装置的位置选择在使输送带的最大张力值为最小。这样可是输送带的强度、价格相对降低，运行阻力也能减少，能耗降低，提高了输送带、滚筒及其他部件的寿命。 根据上述原则，一般驱动滚筒应选择在松边张力较大的位置。如输送 33 主斜井胶带输送机选型设计 机倾斜上运行时，驱动装置尽量设在上部即卸载端;当倾斜下运并处于发电制动工况时，驱动装置也应尽可能放在上部。这样布置不仅有利于减小输送带张力，而且有利于制动，避免发生飞车事故。 (2) 适当考虑安装、维修、搬运及特殊条件的要求。例如煤矿井下的向上运输，由于巷道狭窄，驱动装置放在上部给更换电机、减速器、驱动滚筒等部件带来了困难，同时供电线路加长，而且随着工作面的不断推进要求上部滚筒能经常下移，故驱动装置在上部会带来拆卸的不便，这时驱动装置可适当向下布置，但尽量避免放在下端。 根据以上驱动装置的要求，本设计采取的驱动装置布置如下图: 1——电动机; 2——联轴器; 3——减速器; 4——传动滚筒; 5——联轴器; 6——逆止器; 图2.4驱动装置布置简图 ?2—4 清扫装置 在带式输送机运行过程中，不可避免的有部分细块和粉料粘到输送带的表面，不能完全卸净。当表面粘有物料的输送带通过回程托辊或导向滚筒时，由于物料的积累而是它们的直径增大，加剧托辊和输送带的磨损，引起输送带跑偏，同时不断掉落的物料又污染了场地环境。如果粘有物料的输送带表面与传动滚筒表面相接触，除有上列危害外，还会破坏多滚筒传动的牵引力分配关系，以致使某些电机过载而烧毁。因此，清扫粘结在 34 主斜井胶带输送机选型设计 输送带表面的物料，对于提高输送带的使用寿命和保证输送带的正常运转是具有重要意义的。 目前，应用比较好的清扫器有P型橡胶弹簧清扫器、H型橡胶弹簧清扫器和TQ型硬质合金刮片清扫器。 本设计中根据原始资料和设计(带宽等)选择DT?05E1头部清扫器和DT?53E2空段清扫器。 ?2—5 制动装置 制动装置是带式输送机的安全保护装置，特别是对大倾角带式输送机更为重要。随着生产的发展，长距离、大运量、大功率带式输送机的需求量也愈来愈大。但合理和最佳地确定大型带式输送机的驱动方式，在许多情况下是比较困难的。这是由于它要求驱动系统能够提供可调的、平滑的而无冲击的起动力矩，以减小动张力，从而改善输送带及整机的受力状况，并保护电网免受冲击。在多台电机驱动情况下，希望各驱动装置之间能够做到功率基本平衡，或者说是具有合理分配驱动功率的能力。对于长距离带式输送机还提出一个慢速运行以满足日常维修核检带要求。 逆止器是共向上运输的输送机停车后，限制输送带倒退用。制动器是供向下运输的输送机停车用;水平运输若需准确停车或紧急制动，也应装制动器。逆止器按其工作原理不同有塞带逆止器、滚柱逆止器及非接触式逆止器等。 本设计选用NYD200型逆止器及YWZ5-400/121型制动器。 ?2—6 交流变频技术 2.6.1变频技术基础 交流变频调速的方法是异步电机最有发展前途的调速方法。随着电力电子技术的不断发展，性能可靠、匹配完善、价格便宜的变频器会不断出现，这一技术会得到更为广泛、普遍的应用。对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同之处主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器—整流子。 交流电机变频调速，具有调速范围宽、精度高等特点，易于实现起制动速度曲线的自动跟踪，能够提供理想的可控起制动性能。其起动系数可 2以控制在1.05,1.1，起动加速度可以控制在0,0.05m,S，适用于长距离、线路复杂的带式输送机，可以控制输送机按设定的“S”型速度曲线起动和制动，以满足整机动态稳定性及可靠性的要求。变频调速驱动装置还可以提供低速验带速度。由于变频调速需解决电气方面的一系列问题，造价较高，使应用受到一定程度的限制。 由异步电动机的转速公式知，如果连续改变电机定子电源的频率f，就可以调节电动机的输出转速。在调速过程中为保证电动机的最大输出转 35 主斜井胶带输送机选型设计 矩不受损失，在改变电机电源频率的同时将电源电压U同步增减，使U/f为常数。 现代变频器基本都采用矢量调速技术，使受控电机呈现优良的调速特性和满意的负载能力。变频器的加速曲线可以在很宽的范围内设定，能满足控制带式输送机加速度的要求。变频调速系统的机械特性很硬，基本与电机的固有特性相同。使用开环系统控制带式输送机的驱动可以满足技术要求。 交流变频调速的优异特性: 1调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静功率较高，稳定性好。 2调速范围较大，精度高。 3起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。 4变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。 5易于实现过程自动化。 6必须有专用的变频电源，目前造价较高。 7在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。 目前，国外先进国家的变频技术正向小型化、高可靠性、抗公害、多功能、高性能等方向发展，我国也在加快发展步伐。 2.6.2异步电动机变频调速主要分类种类 变频器分类 从变频器主电路的结构形式上可分为交,直,交变频器和交,交变频器。 交,直,交变频器首先通过整流电路将电网的交流电整流成直流电，再由逆变电路将直流电逆变为频率和幅值均可变的交流电。交,直,交变频器主电路结构如下图2.5。 ACDCAC 整流逆变 恒压恒频变压变频中间直流环节 图2.5 交,直,交变频器主电路 交,交变频器把一种频率的交流电直接变换为另一种频率的交流电，中间不经过直流环节，又称为周波变换器。它的基本结构如下图2.6所示。 36 主斜井胶带输送机选型设计 -+ 正向组反向组 负,uiu0载 +- 图2.6 交,交变频器结构 从变频电源的性质上看，可分为电压型变频器和电流型变频器。 对交,直,交变频器，电压型变频器与电流型变频器的主要区别在于中间直流环节采用什么样的滤波器。 电压型变频器的主电路典型形式如下图2.7。在电路中中间直流环节采用大电容滤波，直流电压波形比较平直，使施加于负载上的电压值基本上不受负载的影响，而基本保持恒定，类似于电压源，因而称之为电压型变频器。 电压型变频器逆变输出的交流电压为矩形波或阶梯波，而电流的波形经过电动机负载滤波后接近于正弦波，但有较大的谐波分量。 ACDCAC 整流逆变Cd 中间直流环节 ?2—7 电压型变频器 电流型变频器与电压型变频器在主电路结构上基本相似，所不同的是电流型变频器的中间直流环节采用大电感滤波，见下图2.8，直流电流波形比较平直，使施加于负载上的电流值稳定不变，基本不受负载的影响，其特性类似于电流源，所以称之为电流型变频器。 ACDCAC Ld整流逆变 中间直流环节 图2.8 电流型变频器 交,直,交变频器根据VVVF调制技术不同，分为PAM和PWM两种。 PAM是把VV和VF分开完成的，称为脉冲幅值调制(Pulse Amplitude 37 主斜井胶带输送机选型设计 Modulation)方式，简称PAM方式。 PAM调制方式又有两种:一种是调压采用可控整流，即把交流电整流为直流电的同时进行相控整流调压，调频采用三相六拍逆变器，这种方式结构简单，控制方便，但由于输入环节采用晶闸管可控整流器，当电压调得较低时，电网端功率因素较低，而输出环节采用晶闸管组成的三相六拍逆变器，每周换相六次，输出的谐波较大。其基本结构见图2.9;另一种是采用不控整流、斩波调压，即整流环节采用二极管不控整流，只整流不调压，再单独设置PWM斩波器，用脉宽调压，调频仍采用三相六拍逆变器，这种方式虽然多了一个环节，但调压时输入功率因素不变，克服了上面那种方式中输入功率因数低的缺点。而其输出逆变环节未变，仍有谐波较大的问题。其基本结构见图2.10。 ACACDC三相可控六拍整流逆变 调频调压 图 a图2.9 可控整流调压 ACDCDCAC三相PWM不控六拍斩波整流逆变 调频调压 图 b 图2.10 二极管不控整流调压 PWM是将VV与VF集中于逆变器一起来完成的，称为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)方式，简称PWM方式。 PWM调制方式采用不控整流，则输入功率因素不变，用PWM逆变同时进行调压和调频，则输出谐波可以减少。其基本结构见图2.11。 ACACDC PWM不控 逆变整流 调压调频 图 c图2.11 PWM调制 在VVVF调制技术发展的早期均采用PAM方式，这是由于当时的半导体 38 主斜井胶带输送机选型设计 器件是普通晶闸管等半控型器件，其开关频率不高，所以逆变器输出的交流电压波形只能是方波。而要使方波电压的有效值随输出频率的变化而改变，只能靠改变方波的幅值，即只能靠前面的环节改变中间直流电压的大小。随着全控型快速半导体开关器件BJT、IGBT、GTO等的发展，才逐渐发展为PWM方式。由于PWM方式具有输入功率因数高、输出谐波少的优点，因此在中小功率的变频器中，几乎全部采用PWM方式，但由于大功率、高电压的全控型开关器件的价格还较昂贵，所以为降低成本，在数百千瓦以上的大功率变频器中，有时仍需要使用以普通晶闸管为开关器件的PAM方式。 第三章 带式输送机电控装置 ?3—1 可编程控制器(PLC)原理及应用 可编程控制器是自自动控制技术、微计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前它已被广泛应用于各个领域。因此，它被称为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称PLC。 3.1.1可编程控制器的功能和应用 在PLC的发展初期，由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限制。但最近几年来，PLC的应用面越来越广。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。PLC的主要功能包括以下几个方面:开关逻辑和顺序控制，模拟控制，定时控制，数据处理，信号连锁系统，通信联网等。 3.1.2 PLC的组成 按照结构形式的不同，PLC可分为组合式和整体式两类。 组合式PLC的组成是将CPU单元、输入单元、输出单元、智能I/O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块可以查在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有CPU的单元称为CPU单元模块，其他成为扩展模块。CPU与各扩展模块之间若通过电缆连接，距离一般不超过10m。中、大型机场用组合式。由于组合式的PLC系统配置灵活，有 39 主斜井胶带输送机选型设计 的小型机也用这种构成。组合式如图3.1所示。 整体式结构的PLC是将 CPU、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信端口、I/O扩展端口等组装在一个箱体内构成主机。整体式PLC的结构紧凑、体积小，小型机采用这种结构。整体式PLC的基本组成如图3.2所示。 系 统 总 线 通信单元编程器输入单元CPU单元智能I/O单元输出单元 PLC或控 制 系 统 现 场 过 程上位计算机 图3.1 组合式PLC的组成示意图 主机电源 输输用户用户中央处理单元入出输入 ,CPU)输出单单设备设备元元 编程器I/OI/O扩展单元外盒式磁带机存储器扩设打印机系统程序用户程序特殊功能单元展EPROM写入器接 存储器 存储器上位计算机口口PLC可编程终端PT 图3.2 整体式PLC的组成示意图 下面介绍PLC各组成部分及其作用。 (1)中央处理器(CPU) CPU是PLC的核心部件，它类似人的大脑，能指挥PLC按照预先编好的系统程序完成各种任务。其作用有以下几点:接受、存储由编程工具输入的用户程序和数据，并可通过显示出程序的内容和存储地址;检查、校验用户程序;接受、调用现场信息;执行用户程序;故障诊断; 40 主斜井胶带输送机选型设计 (2)电源部分 PLC中一般配有开关式稳压电源为内部电路供电。开关电源的输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。有的PLC能向外部提供24V的直流电源，可给输入单元所连接的外部开关或传感器供电。 (3)存储器 存储器可以分为:系统程序存储器，用户程序存储器，工作数据存储器3种。 (4)I/O扩展端口 当主机上的I/O点数或类型不能满足用户需要时，主机可以通过I/O扩展端口连接I/O扩展单元来增加I/O点。没有I/O扩展端口的PLC是不能进行I/O点扩展的。另外，通过I/O扩展口还可以连接各种智能单元，扩展PLC的功能。 (5)外设端口 每台PLC都有外设端口。通过外设端口，PLC可与外部设备相连接。例如，连接编程器以输入、修改用户程序或监控程序的运行;有的PLC可以通过外设端口与其他PLC、计算机或终端设备PT等连接进行通信，或连成各种网络等;连接打印机以打印用户程序，打印PLC运行过程中的状态，打印故障报警的种类和时间等;连接EPROM写入器，将调试好的拥护程序写入EPROM，以免被误改动等;连接外存储器存储用户程序等。 (6)输入/输出单元 输入/输出单元是PLC与外部设备互相联系的窗口。输入单元接收现场设备向PLC提供的信号，例如由按钮、操作开关、限位开关、继电器触点、接近开关、拨码器等提供的开关量信号。这些信号经过输入电路的滤波、光电隔离、电平转换等处理，变成CPU能够接收和处理的信号。输出单元将经过CPU处理的微弱电信号通过光电隔离、功率放大等处理，转换成外 41 主斜井胶带输送机选型设计 部设备所需要的强电信号，以驱动各种执行元件，如接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等。 1) 开关量输入单元。 按照输入端电源类型的不同，开关量输入单元可分为直流输入单元和交流输入单元。 a) 直流输入单元 直流输入单元的电路，外接的直流电源极性可任意。虚线框内是PLC内部的输入电路，框外左侧为外部用户接线。图中只画出对应于一个输入点的输入电路，各个输入点所对应的输入电路均相同。 R1+5Vs T内CR2部 电A滤波路COMR3 LED 图3.3 直流输入电路 图中，T为一光电耦合器，发光二极管与光电三极管封装在一个管壳中。当二极管中有电流时其发光，此时光电三级管才导通。R1为限流电阻，R2和C构成滤波电路，可滤除输入信号中的高频干扰。LED显示该输入点的状态。 其工作原理是:当S闭合时光电耦合起导通，LED点亮，表示输入开关S处于接通状态。此时A点高电平，该电平经滤波器送到内部电路中。当CPU访问该路信号时，将该输入点对应的输入映像寄存器置1;当S断开时光电耦合器不导通，LED不亮，表示输入开关S处于断开状态。此时A点为低电平，该电平经滤波器送到内部电路中。当CPU访问该路信号时，将该输入点对应的输入映像寄存器状态置0。 有的PLC内部提供24V直流电源，这时直流输入单元无需外界电源，用户只需将开关接在输入端子和公共端子之间既可，这就是所谓无源式直 42 主斜井胶带输送机选型设计 流单元。无源式直流输入单元简化了输入端的接线，方便了用户。 b) 交流输入单元。 交流输入单元的电路如图3.4所示。图中，电容C为隔直电容，对交流相当于短路。R1和R2构成分压电路。这里光电耦合器是两个反向并联的发光二极管，任意一个二极管发光都可以使光电三级管导通。显示用的两个发光二极管LED也是反向并联的。所以这个电路可以接收外部的交流输入电压，其工作原理与直流输入电路基本相同。 R1S+5V TR2内M部C电滤波COMA路R3 图3.4 交流输入电路 PLC的输入电路有共点式、分组式、隔离式之别。输入单元只有一个公共端子(COM)的称为共点式，外部各输入元件都有一个端子与COM相连;分组式是将输入端子分为若干组，每组各共用一个公共端子;隔离式输入单元，是具有公共端子的各组输入点之间互相隔离，可各自使用独立的电源。 2) 开关量输出单元 按输出电路所用开关器件的不同，PLC的开关量输出单元可分为输出单元、晶闸管输出单元和继电器输出单元。 a) 晶体管输出单元 晶体管输出单元的电路如图3.5所示 43 主斜井胶带输送机选型设计 +5V内 T1部负载电 路T2R2D R3LEDFU COMR1 图3.5 晶体管输出电路 图3.5中，T1时光电耦合器，LED指示输出点的状态，T2为输出晶体管，D为保护二极管，FU为熔断器，防止负载短路时损坏PLC。 工作原理为:当对应于晶体管T2的内部继电器的状态为1时，通过内部电路使光电耦合器T1导通，从而使晶体管T2饱和导通，因此负载得电。CPU是与该点对应的输出锁存器为高电平，使LED点亮，表示该输出点状态为1;当对应于T2的内部继电器的状态为0时，光电耦合器T1不导通，晶体管T2截止，负载失电。如果负载是感性的，则必须负载并接续流二极管，负载通过续流二极管释放能量。此时LED不亮，表示该输出点的状态为0。 b) 双向晶闸管输出单元 在双向晶闸管输出单元中，输出电路采用的开关器件是光控双向晶闸管，电路如图3.4所示。图中，T为光控双向晶闸管(两个晶闸管反向并联)，LED为输出点状态指示，R2、C构成阻容吸收保护电路，FU为熔断器。 工作原理为:当对应于T的内部继电器的状态为1时，发光二极管导通，不论外接电源极性如何都能使双向晶闸管T导通，负载得电。同时输出指示灯LED点亮。表示该输出点接通;当对应于T的内部继电器的状态为0时T关断，负载失电，指示灯LED灭。 晶体管为无触点开关，所以晶体管输出单元使用寿命长，响应速度快。双向晶闸管输出型PLC的负载电源，可以根据负载的需要选用直流或交流。 3) 继电器输出单元 44 主斜井胶带输送机选型设计 继电器输出单元的电路如图3.6所示。图中，LED是输出点状态显示器，J为一小型直流继电器。 其工作原理为:当对应于J的内部继电器状态为1时，J得电吸合，其常开触点闭合，负载得电。LED点亮，表示该输出点接通。当对应于J的内部继电器状态为0时，J失电，其常开触点断开，负载失电。指示灯LED灭，表示该输出点断开。 继电器输出型PLC的负载电源可以根据需要选用直流或交流。继电器触点电气寿命一般为10,30万次，因此在需要输出点频繁通断的场合(如 。另外，继电器从线高频脉冲输出)，应选用晶体管或晶闸管输出型的PLC 圈得电到触点动作存在延迟时间，是造成输出滞后于输出的原因之一。 负载内 部J电LED路 R COM 图3.6 继电器输出电路 (7)编程工具 编程工具是开发应用和检查维护PLC以及监控系统运行不可缺少的外部设备。编程工具主要作用是用来编辑程序、调试程序和监控程序的执行，还可以在线测试PLC的内部状态和参数，与PLC进行人机对话等。编程工具可以是专用编程器，也可以是配有专用编程软件包的通用计算机。 (8)智能单元 PLC还有多种智能单元。智能单元本身是一个独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与外界相连的接口。对组合式PLC，智能单元是PLC系统的一个模块，它与CPU单元通过系统总线相连接，并 45 主斜井胶带输送机选型设计 在CPU单元的协调管理下独立的进行工作(不参与循环扫描)。对整体式PLC，主机通过I/O扩展接口与智能单元连接。 目前已开发的常用智能单元有A/D单元、D/A单元、高速计数单元、位置控制单元、PID控制单元、温度控制单元和各种通信单元等。 3.1.3 PLC的工作方式 在继电器控制电路中，当某些梯级同时满足导通条件时，这些梯级中的继电器线圈会同时通电，也就是说，继电器控制电路是一种并行工作方式。PLC是采用循环扫描的工作方式，在PLC执行用户程序时，CPU对梯形图自上而下、自左向右的逐次进行扫描，程序的执行是按语句排列的先后顺序进行的。这样，PLC梯形图中各线圈状态的变化在时间上是串行的，不会出现多个线圈同时改变状态的情况，这是PLC控制与继电器控制最主要的区别。 (1) PLC的循环扫描工作方式 PLC采用循环扫描的工作方式，它可以看成是一种由系统软件支持的扫描设备，不论用户程序运行与否，都周而复始的进行循环扫描，并执行系统程序规定的任务。每一个循环所经历的时间称为一个扫描周期。每个扫描周期又分为几个工作阶段，每个工作阶段完成不同的任务。一个循环扫描过程可归纳为五个工作阶段，各阶段完成的任务如下: 1) 公共处理阶段 在每一次扫描开始之前，CPU都要进行复位监视定时器、硬件检查、用户内存检查等操作。如果有异常情况，除了故障显示灯亮以外，还判断并显示故障的性质。如果属于一般性故障，则只报警不停机，等待处理。公共处理阶段所用的时间一般是固定的，不同机型的PLC有所差异。 2) 程序执行阶段 在程序执行阶段，CPU对用户程序按先左后右、先上后下的顺序逐条地进行解释和执行。CPU从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读取各继 46 主斜井胶带输送机选型设计 电器当前的状态，根据用户程序给出的逻辑关系进行逻辑运算，运算结果在写入元件映像寄存器中。 3) 扫描周期计算处理阶段 若预先设定扫描周期为固定值，则进入等待状态，直至达到该设定值时扫描再往下进行。若设定扫描周期为不定的，则要进行扫描周期的计算。 扫描周期计算处理所用的时间很短，可将其视为零。 4) I/O刷新阶段 在I/O刷新阶段，CPU要做两件事情。其一，从输入电路中读取各输入点的状态，并将此状态写入输入映像寄存器中，也就是刷新输入映像寄存器的内容。自从输入映像寄存器就与外界隔离，无论输入点的状态怎么变化，输入映像寄存器的内容都保持不变，一直到下一个扫描周期的I/O刷新阶段，才会写进新内容，这就是说，各输入映像寄存器的状态要保持一个扫描周期不变。其二，将所有输出继电器的元件映像寄存器的状态传送到相应的输出锁存电路中，再经输出电路的隔离和功率放大部分传送到PLC的输出端，驱动外部执行元件动作。 I/O刷新阶段的时间长短取决于I/O点数的多少。 5) 外设端口服务阶段 这个阶段里，CPU完成与外设端口连接的外围的通信处理。完成上述各阶段的处理后，又返回公共处理阶段，周而复始的进行扫描。 执行用户程序的扫描阶段其特点是:其一，在执行用户程序的过程中，输入映像寄存器的状态不变。其二，元件映像寄存器的内容随程序的执行在改变，前一步的结算结果随即作为下一步的结算条件，这一点与输入映像寄存器完全不同。其三，程序的执行是由上而下进行的，所以各梯级中的继电器线圈不可能同时改变状态。其四，执行用户程序的结果要保持到下一个扫描周期的用户程序执行阶段。 47 主斜井胶带输送机选型设计 PLC的循环扫描工作方式也为PLC提供了一条死循环自诊断功能。在PLC内部设置了一个监视定时器WDT，其定时时间可设置为大于用户程序的扫描时间，在每个扫描周期的公共处理阶段将监视定时器复位。在正常情况下，监视定时器不会动作。如果由于CPU内部故障使程序进入死循环，那么扫描周期将超过监视定时器的定时时间。这时监视定时器WDT动作使PLC运行停止，以提示用户排查故障。 (2) PLC的I/O滞后现象 由于PLC采用循环扫描的工作方式，而且对输入和输出信号只在每个扫描周期的I/O刷新阶段集中输入并集中输出，所以必然会产生输出信号相对输入信号的滞后现象。扫描周期越长，滞后现象越严重。但是一般扫描周期只有十几毫秒，最多几十毫秒，因此在慢速控制系统中，可以认为输入信号一旦变化就立即能进入输入映像寄存器中，其对应的输出信号也可以认为是及时地，而在要求快速响应的控制中就成了需要解决的问题。 PLC产生的I/O滞后现象，除了上述原因以外，还与下面的因素有关: 1) 输入滤波器对信号的延迟作用 由于PLC的输入电路中设置了滤波器，滤波器的时间常数越大，对输入信号的延迟作用越强。从输入端ON到输入滤波器输出ON所经历的时间为输入ON延时。有的PLC其输入电路滤波器的时间常数可以调整。 2) 输出继电器的动作延迟 对继电器输出型的PLC，把从输出锁存器ON到输出触电ON所经历的时间称为输出ON延时，一般需十几个毫秒。所以，在需要输入/输出有较快响应的场合，最好不要使用继电器输出型的PLC。 3) 用户程序的语句编排。 ?3—2 控制装置的功能及工作原理 带式输送机微机控制装置主要由矿用本质安全型带式输送机操作台、 48 主斜井胶带输送机选型设计 控制箱以及各种保护传感器等组成，主电机是是否投入可人为选择，同时系统即可进行自动控制也可实现手动控制，并且对系统得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。 电源 用用微处理器(CPU) 户 输户 输入输 运算器 入单出 设元 设 备 备 编程器 I/O I/O 存储器 外盒式磁带机 外设 扩展扩展 部EPROM RAM I/O 打印机 设接口 接口 (系统程序) (用户程序) 接口 备 EPROM写入器 图形监控系统 PLC或上位计算机 图3.7 PLC结构示意图 (1) 与机械系统、启动装置以及变频系统构成机电一体化带式输送机可控起动系统，使带式输送机在任何工况下均能平稳的起动开车; (2) 根据停车性质也可实现软停车控制; (3) 与带式输送机综合保护装置相配合完成常规保护(如跑偏、温度、烟雾、速度、煤位、堆煤?断带保护等); (4) 主要运行参数与故障类别指示; (5) 前后设备连锁控制; 3.2.1各控制部件功能 (1) 公用指令 所谓公用指令是指这些指令不管是在自动半自动控制下还是在手动控 49 主斜井胶带输送机选型设计 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和主电机选择;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、半自动、手动和检修四种方式。 主电机选择开关是在开车前选定工作电机用的主令开关。图中1号或2号位置分别为1号或2号主电机单独工作，而(1，2)号则为两台主电机均投入工作。 信号指令:在有电状态下，只要按下信号按钮，沿线电铃即响;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，不论是自动半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。 跑偏、沿停选择:该开关为在出现跑偏或沿停故障时作为应急开车的解除保护转换开关。当开关置于“关”位置，此保护被解除;在“开”位置，此保护有效。 给煤机:该开关用来手动控制给煤机的开停。 (2) 手动控制指令 当系统确定为手动控制方式时，这些指令与公用指令同时有效。 松闸、紧闸:用于制动器的手动打开与抱闸控制。 主电机开、停:用于主电机的手动开、停控制。 (3) 自动半自动控制指令 当系统确定为自动或半自动控制工作方式时，这些指令与公用指令同时 50 主斜井胶带输送机选型设计 有效。 功率平衡方式选择:该转换开关有3个选定位置，手动、自动和锁定。在“手动”位置时，司机根据主电机电流的大小按压相应的增或减按钮来增加或减小输出频率以达到调节相应主电机的输出力;在“自动”位置时，控制系统根据各主电机输出电流的大小自动调节相应的供电频率，从而达到调节功率平衡的目的;在“锁定”位置时，功率平衡调节系统不工作，主电机在工频下运行。起动过程中该开关必须置于“锁定”位置，否则自动、半自动控制失效。 起动、停止指令:用于对输送机实施开车与停车的控制。 半自动调速:用于半自动控制方式下的手动调速。 3.2.2系统工作原理 (1) 自动半自动工作方式 1) 启动: 开车前，司机将操作台上公用指令下的控制方式开关置于“自动”(“半自动”)位置，主电机选择开关置于所需位置;同时将自动、半自动控制指令下功率平衡方式选择开关至于“锁定”位置，其它开关位置根据现场情况而定。至此系统具备了自动(半自动)工作的条件。司机可直接按动自动(半自动)工作的条件。司机可直接按动自动半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。请注意，当选择半自动工作方式时在变频器起动后，需通过手动调节“半自动调速”电位器实现加速起动。自动、半自动起车程序框图如图3.8所示。 51 主斜井胶带输送机选型设计 启车指令 YN保护正常拒启动 响铃指令 N Y变频柜备妥 制动器送电 自动方式半自动方式NY闸开 变频柜起动 手调增大模拟输入AI2,20mA 变频柜起动AI1的电压 模拟输入 电动机按设定 加速时间起动 手动启动给煤机 启车完毕 图3.8 自动、半自动起车程序框图 2) 正常停车: 输送机在半自动或自动方式下工作时，若需正常停车，则应分别按图 3.9和图3.10所示框图进行操作运行。 52 主斜井胶带输送机选型设计 准备停车 手调逐渐减速 手动停给煤机 N 速度减至零 Y 停车指令 N 变频器停止运行 Y 制动器断电抱闸 停车结束 图3.9 半自动停车程序框图 停车指令 变频器按设定时间降速 手动停给煤机 N 变频器停止运 行 Y AI2清零 制动器断电抱 闸 停车结 束 图3.10 自动停车程序框图 53 主斜井胶带输送机选型设计 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，急停框图如 图3.11所示。 a) 人为按动急停按钮; b) 后台设备停止运行(有联锁关系时); c) 变频器出现故障; d) 制动闸故障; e) 出现沿线急停、跑偏、堆煤、超温、烟雾、撕带、打滑故障之一。 急停指令 故障急停 变频器按时快停 人工停止给煤机 N 变频器 停止工作 Y 延时(T611) 制动器断电抱闸 半自动方式 自 动 方 式 停车结束 将调速给定调至零位 54 图3.11自动 半自动紧急停车程序框图 主斜井胶带输送机选型设计 (2) 手动工作方式 1) 起动: 开车前，司机将操作台上公用指令下的控制方式开关置于“手动”位 置，主电机选择开关置于所需位置，其它开关位置视现场情况而定。至此 系统具备了手动开车(工作)的条件。司机可直接操作相应的手动控制指 令按钮对输送机进行起动控制，其操作程序如图3.12所示。 手动预警 松闸指令 开主电机 手动开给煤机 起车完毕 图3.12 手动起车操作程序框图 2) 正常停车 停主电机 手停给煤机 N 速度降至零 Y 紧 闸 停车结束 55 图3.13 手动停车操作程序框图 主斜井胶带输送机选型设计 在手动控制方式下，若需正常停车，请按上图3.13所示的操作程序框 图进行。 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，急停框图如 图3.14所示。 a) 人为按动急停按钮; b) 后台设备停止运行(有联锁关系时); c) 变频器出现故障; d) 制动闸故障; 出现沿线急停、跑偏、堆煤、超温、烟雾、撕带、打滑故障之一。 e) 故障急停 急停指令 变频器按时速停 人工停给煤机 制动器断电抱闸 人为延时 变频器按时速停 人为发急停指令 制动器断电抱闸 停车结束 图3.14 手动急停操作程序框图 3.2.3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。 56 主斜井胶带输送机选型设计 (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。 制动器断电 制动器断电 停主电机 图3.15手动工作方式下紧急停车过车过程框图 第四章 带式输送机的安装及维护 ?4—1 带式输送机的安装规范 (1)机架中心线对输送机纵向中心线不重合度不应超过3毫米; (2) 中间架支腿的不铅垂度或对建筑物地面的不垂直度不应超过3‰; (3) 组装中间架应符合下列要求: 1)中间架在铅垂面内的不垂直度不应超过长度的1‰; 2) 中间架接头处左右、高低的偏移均不应超过1毫米; 3) 中间架间距L的偏差不应超过毫米，相对标高不应超过间距的,1.5 2‰; (4) 托辊横向中心对输送机纵向中心线的不重合度不应超过3毫米; (5) 拉紧滚筒在输送带连接后的位置，应根据拉紧装置的型式、输送带芯材质、带长和起、制动要求确定，一般应符合下列要求: 1) 对垂直或车式拉紧装置，往前松动行程不应小于400毫米，往后拉紧行程应为往前松动行程的1.5-5倍(对尼龙、帆布带芯或输送机长度大于200米时，以及电动机直接启动和有制动要求者，拉紧行程应取大值)。 2) 对绞车或螺旋拉紧装置，往前松动行程不应小于100毫米。 57 主斜井胶带输送机选型设计 (6) 组装清扫装置应符合下列要求: 1) 刮板清扫面应与胶带接触，其接触面长度不应小于带宽的85,。 2) 回转式清扫刷子的轴线应与滚筒平行，刷子应与胶带接触，长度不应小于90%。 (7) 带式逆止装置的工作包角不应小于70º滚柱逆止器的逆转角度不, 应大于30º。 (8) 组装驱动装置时，粉末联轴节每一间隔中滚珠重量偏差不应超过 ,规定重量的1,。 ?4—2 带式输送机的维修 (1)日常维修 1)检查胶带的接头部位是否有异常情况，如割伤、裂纹等其他原因造 成的损坏。 2) 胶带的上下层胶是否有磨损处，胶带是否有半边磨损。 3) 检查清扫装置及卸料器的橡胶刮板，是否有严重磨损而与胶带不能 紧密接触，如有则应调整或更换橡胶刮板。 4)保持每个托辊转动灵活，及时更换不转或损坏的托辊。 5)防止胶带跑偏，使胶带保持在中心线上运转，保证槽角。 (2)定期检修 1) 定期给各种轴承、齿轮加油。 2) 拆洗减速器，检查齿轮的磨损情况，磨损严重的应更换新齿轮。 3) 拆洗滚筒、托辊轴承，更换润滑油。 4) 所有地脚螺栓，横梁连结螺栓均重新加油紧固。 5) 检修或更换磨损的其他零件或部件。 6) 修补或更换胶带。 (3)胶带跑偏处理 58 主斜井胶带输送机选型设计 带式输送机经常会遇到胶带跑偏问题，对于托辊槽角为30º的胶带机的胶带跑偏有几种原因: 1) 安装中心线不直。 2) 胶带本身弯曲不直或接头不直。皮带扣钉歪或是胶带切口同带宽不成直角，使胶带受的拉力不均匀，运转时，当接头运转到哪里，那里就发生跑偏。处理这种情况，可将胶带切正，重新胶合或重打钉扣。 3) 滚筒中心线同胶带机中心线不成直角。出现这种情况主要是由于机架安装不正，虽然可以调整滚筒轴承前后位置，但移动距离有限，必须把装歪的机架返工重装。机头滚筒轴向中心必须与机尾滚筒轴向中心一致。 胶带在滚筒上往哪边跑偏，就收紧那边的轴承座，使胶带跑偏的一边拉力加大，胶带就往拉力小的一边移动，如图5-1所示。 4) 安装时托辊组轴线同胶带中心线不垂直而引起跑偏，当胶带往那边跑偏，就将那边的托辊向胶带前进方向移动一点，如图5-2所示。一般移动几个托辊组就能纠正。 5 )滚筒不水平引起胶带跑偏。如是安装超差，应停机调平;如是滚筒制造外径不一致，则要重新加工滚筒外圆。 6) 滚筒表面粘结物料，使滚筒成了圆锥面，会使胶带向一侧偏离。特别是输送物料湿度大并且机尾处密封不好时，容易使物料落入空载胶带而粘结于滚筒上，造成胶带跑偏。因此必须经常检验清扫器和人工打扫。 7) 机架一经加上负载就跑偏。这种情况一般是由于物料的下料点不在胶带中间，应改动进料口处挡板的位置或结构。 8) 机架两侧高低不一使胶带水平，运行时胶带荷重向低的一边移动， 导致跑偏。此时 59 主斜井胶带输送机选型设计 向前移 运行方向运行方向跑跑 偏偏 收紧 图5-1 滚筒纠偏示意图 图5-2 托辊纠偏示意图 Figure 5-1 the drum corrects Figure5-2 the supporting roller corrects an error the schematic drawing an error the schematic drawing 必须将机架重焊或将托辊组加垫片垫平。 8)无载时发生空车跑偏，而加上物料就能得到纠正。这种现象一般都 是初张力太大造成的，进行适当调整即可。 60 主斜井胶带输送机选型设计 结 论 本次主斜井胶带输送机设计选型结果如下 (1)输送机:DTL100/22/2×160型带式输送机，B=1000mm，V=2.0m/s， L=935.0m，δ=16.5?，Q=220.0t/h。中部Φ800mm胶面滚筒双电机双 滚筒驱动，下带绞车拉紧; (2)输送带:采用钢绳芯阻燃橡胶带，B=1000mm，强度St=1000N/mm; (3)减速器:ZSY450-31.5，2台; (4)偶合器 YOX?z560，2个; (5)制动器 YWZ5-400/121，2个; (6)逆止器 NYD200，2个; (7)电动机 YB315L1-4，N=160kW， 2台。 配电及控制:主斜井井口房内设配电室，两回660V/1140V电源分别引自副井工业场地35/10kV变电所660V/1140V不同母线段。采用XL-21型低压配电柜对主斜井胶带输送机进行配电及控制。胶带输送机监控选用KJ2002胶带电控装置1套，设有防跑偏、打滑、断带、沿线急停开关等保护及信号装置。 主斜井带式输送机除采用PLC电气控制系统，集中监视和控制,还设置必须的保护、联锁和信号装置。 设计感悟 本次的设计让我更清晰的对带式输送机有了更一步的了解。带式输送机是输送能力最大的连续输送机械之一，由于起运行可靠、检修方便、易于维护，节能高效等优点，广泛应用于煤矿、港口、水泥厂等生产部门。是重型连续输送设备中的重点设备。 在本设计中首先经济合理的设计出带式输送机系统，确定输送机的布置形式。根据运输量及物料性质初步确定输送带的型号、托辊和中间架的 61 主斜井胶带输送机选型设计 结构参数。再运用摩擦传动的原，逐点求解每一点的张力，从而计算最大张力、校核输送带垂度，确定制动力和张紧力。最后选择合适的电动机确定电动机功、位置及数量，从而选择合适的减速器、联轴器和制动、逆止装置。在完成上述任务后，需要对带式输送机的集控进行设计，实现带式输送机的可控启动和制动及运行过程的监控。完成输送机的各种保护(包括打滑、撕带、跑偏、烟雾、堆煤、超温等)。最后再提出一定的安装事项相关维修，清理等工作的介绍。 通过本次毕业论文的时设计和一系列计算，绘图等工作使我学到了很多，更进一步了解到一些对一个完整事物的设计思路和过程。但是在设计过程中也遇到了不少的问题，发现自己还是有很多东西不是很了解，但是这样更促进了自己的学习积极性。这样为以后的工作打下一定的基础。本次设计使我受益匪浅。 62 主斜井胶带输送机选型设计 参考文献 [1] 于岩,李维坚. 运输机械设计. 徐州:中国矿业大学出版社, 1998, 1~80 [2] 宋伟刚. 通用带式输送机设计. 北京:机械工业出版社, 2006, 65~219 [3] 程居山. 矿山机械. 徐州:中国矿业大学出版社,1997, 172~204 [4] 《运输机械设计选用手册》编辑委员会.运输机械设计选用手册. 北 京:化学工业出版社，1999,70~380 [5] 何超. 交流变频调速技术. 北京:北京航空航天出版社, 2006, 50~196 [6] 李道霖. 电气控制与PLC原理及其应用. 北京:电子工业出版社, 2004, 69~113 [7] 邓星钟, 机电传动控制. 武昌:华中科技大学出版社, 2001， 114~124 [8] 程居山.矿山机械.徐州:中国矿业大学出版社,1997 [9] 中国纺织大学工程图学教研室.画法几何及工程制图.上海科技出 版社,2000 [10] 纪名贵，机械设计，高等教育出版社，2004 [11] 方慎权.煤矿机械.徐州:中国矿业学院出版社,1986 [12] 《煤炭工业标准汇编》编委会. 煤炭工业标准汇编?煤炭专用设备 卷?6 煤矿运输提升设备?上[M]，北京:中国标准出版社，2000.5, 343~430 [13] The International Journal of Storing, Handling and Transporting bulk, 2002,2 63 主斜井胶带输送机选型设计 [14] The International Journal of Storing, Handling and Transporting bulk, 2002.4 [15] SIMATIC. S7-200 Programmable Controller System Manual, 2003.5 64 主斜井胶带输送机选型设计 致 谢 这次的毕业设计是在老师的悉心指导下完成的。在毕业设计期间， 老师给予了我们各方面的关怀、指导和帮助。我衷心感谢张老师三个多月以来的教诲和惜时如金的要求。在此，谨向张老师表示衷心感谢，并致以崇高的敬意。 同时，在毕业设计过程中，还得到了其他老师的指导和大力支持，在此向他们表示深深的敬意! 对于在设计过程中给予我大力支持的师哥、师姐和同学们表示深深的谢意～对于在设计过程中给予我大力帮助、一起走过设计路程的其他五位同学表示诚挚的谢意～正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本论文的顺利完成。 借此只言片语,对他们热心而无私的帮助表示衷心的感谢 ! 65