煤矿机械毕业论文设计范文.doc

中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计（论文）1 1 绪 论1.1 当前国内定量装载设备的现状目前我国约有2000台交流拖动的提升机，基本上采用恒制动力减速，在此情况下，提升载荷的变化对提升机的安全运行和提升能力有极大的影响。主要表现在：(1)容易发生过卷事故；(2)爬行距离和爬行时间长，提升能力减小；(3)对于采用脉动爬行的提升机，如果严重超载可能造成“二次给电”送不上；解决这一问题的关键是要采用定重装载和恒减速控制，其中定重装载是一种比较简单易行的方法。我国的标准箕斗装载设备是计量斗仓式和皮带机式装载设备，多数属于定容装载，其控制方式多用时间继电器控制胶带输送机装煤时间的方法来确定装载量。这些方法实际上都是不准确的，原因是：、因为煤的含水量不同，特别是煤仓由于检修等原因长时间停止给煤后，再开始提煤时，煤中含水量高，比重大增；、煤中含矸量不同，造成比重变化较大；、时间继电器因不断吸合冲击其延时时间逐渐变长；以上因素导致提升机的有效载荷变化很大，对提升机的安全运行构成了潜在的威胁。所以新的煤矿安全规程要求必须采用定重装载，但是井下装载硐室的工作环境非常恶劣，对定重装置的要求很高，目前我国采用的定重装置有压磁和液压定重装置，由于压磁定重传感器耐冲击、抗过载、密封性能好,不怕水浸、粉尘,对现场恶劣条件适应能力强，而液压称重装置存在泄漏问题，并且压磁传感器采用PLC作为控制主机后，调整比较容易，而且在加装PLC控制元件和回路后，更具有安全闭锁，防止重复装载，自动记录提升量，产量汇总等功能，可以避免发生因超载而出现的提升事故。可实现称重、装载、闭锁控制全自动化。对煤矿安全生产和经济效益提高有重大意义。针对该情况，定量称重带式输送机采用压磁称重装置以及PLC可编程控制。1.2 当前国内定量装载设备的形式及原理矿井装载提升系统可分为提升系统和装载系统，其中装载系统的安全可靠性直接影响到提升机的运行。采用定重测量方式时，关键是重量信号的提取，而它与压力传感器的可靠性密切相关。目前很多矿井采用压磁或应变片式的传感器来获取称重斗煤重信号。由于称重斗周围环境恶劣，潮湿且多尘，一般电学式压力传感器普遍使用效果不好，漂移严重，难以长期可靠运行。因此改进测量方法，实现准确可靠的定重装载，便成为当前亟待解决的问题。随着煤矿自动化生产水平的不断发展，矿井对煤流系统及主井提升系统的要求亦越来越高。自动装载定量控制是主井定量装载系统的核心，因传统的定量装载装置一般是靠定量斗或满仓传感器等装置来实现定量装载，存在误差大、操作麻烦、易损坏、可靠性能差等诸多方面的不利因素，在使用过程中直接影响着煤矿的生产和安全。一、箕斗装载设备的形式箕斗的装载设备是井下煤仓向提升箕斗装载原煤的中间贮装与计量装置，也是本设计的重点之一。目前配合提升箕斗的装载设备有三种形式：1、计量仓式箕斗装载设备 它的结构特点是有一个或一对独立的小型贮仓，通常称为定量斗。为了便于计量，小型贮仓制成 直立式或斜式，直立式是配合测重装置进行预先计重时用，斜仓则是配合矿车计数，给煤 装置计时和煤位信号等进行容积计量用。2、溜槽式箕斗装载设备 其结构特点是溜槽上部与大容量煤仓直接相连，下部带有下开式扇形闸门和簸箕式溜嘴。这种形式的装载设备在60年代曾被广泛使用。3、计量运输机式箕斗装载设备 它的结构特点是以板式运输机或带式运输机自动计量，慢速贮装，快速卸载。需要独立的传动装置，目前在新井中采用，本设计采用的就是带式运输机式箕斗装载设备。二、定量胶带机装载的流程及原理目前我国煤矿井下装载与提升系统,除少数八十年代后期新建的煤矿以外,在定重装载与提升方面自动化程度依然较低。绝大多数煤矿均采用定重定容装载双监视系统。这种装载系统曾经长期发挥着巨大的作用,但无庸讳言,由于其自动化程度相当低,其缺陷越来越明显,主要表现在以下几个面:1)煤矿渗水十分严重,煤的干湿程度相差很大,定容装载煤量误差可达30%-50%。2)定重装载系统只发相应的信号,开停机依靠人工手动,操作误差可达10%-20%。3)没有相应的重量自动累加系统,煤产量统计依靠提升次数和箕斗标定重量来计算,煤量统计误差较大。4)井下环境恶劣,要求操作工人的精力高度集中,容易出现精神疲劳,常发生过量和重装。由此看来,提高装载的自动化程度,精确统计煤产量,降低井下工人的劳动强度十分必要。当前,在我国煤矿中主井箕斗装载普遍采用定量斗加压磁元件计量方式,煤炭由煤仓下口的给煤机装煤通过胶带机运入定量斗,经压磁元件计量达到额定值时,给煤机、胶带机停运,箕斗到位后,定量斗通过溜槽将煤送入箕斗,箕斗提升,同时给煤机、胶带机运转给定量斗装煤。采用定量斗装载,由于煤仓容积大,在煤仓施工时,直接影响井筒周围岩层的稳定性。为不破坏岩层的稳定性,煤仓与井筒间均留有安全岩(煤)柱, 但是在煤仓下给煤机与定量斗间需掘进转载胶带机及定量斗硐室,该硐室的大小直接影响安全煤(岩)柱的可靠性。下面以古城矿井为例，简介其利用定量胶带机装载的流程及原理。古城矿井主井箕斗日提煤3000,根据箕斗装载位置的地质结构,采用定量斗带来的不安全因素及矿建工程量大等特点进行了分析,利用现代化的自动控制技术对主井装载方式做了大胆的设想,发现利用定量胶带机能解决以上存在的缺陷,而且装载途径简化、机房硐室减小,能够增强井筒周围的稳定性。其流程示意图见图1-1。图1-1定量斗装载流程示意图1-煤仓2-给煤机3-溜槽4-胶带机5-支架 6-传感器7-溜槽8-箕斗称重系统 采用8个压磁传感器均匀对称安装在中间架下,8个压磁传感器信号并联后经信号放大器送到显示仪表(XS/A-1) 中进行重量累计显示。该仪表具有空载、满载、过载告警,PLC控制系统采集重量信号传输到车房计算机,由计算机进行产量统计。系统误差0.85%。 控制系统 定量胶带机采用三菱FX系列PLC实现动态自动控制装载,对给煤机、皮带机、翻板实现顺序控制,并在操作台进行监控。该系统具有手动、半自动及自动控制三种形式,向手动时,可单机运行用于检修;半自动时, 等待箕斗到位后自动卸载,卸载完毕后,手动发出开车信号,箕斗提升,定量皮带装载过程为自动,即定量皮带慢速开动延时2后给煤机开,计量满载显示后给煤机停,定量皮带延时4停,等待箕斗到位转载;若为自动,即为皮带卸载完毕显示空载后自动发出开车信号,无须人员参与过程控制。控制系统以定量控制为主,时间控制、定容控制为辅,翻板与箕斗实现位置闭锁。监视系统 在操作台上采用发光二极管实现监视,主要对箕斗到位、翻板的左右开闭,皮带机、给煤机的开、停、满载、空载以及当前开车信号进行监视,满足了现场的安全需要。胶带机工作原理 胶带机与箕斗采用一对二配置方式,通过翻板对两个箕斗装煤,其运行0.3/为装载速度,装载时间为1min;0.96/为卸载速度,卸载时间18,一个提升循环为2分。先是胶带机装煤达到规定重量后停机,等待箕斗到位卸煤,卸载完成发出开车信号,胶带机装煤为下一次提升作准备。1.3 带式输送机1带式输送机是以胶带兼作牵引机构和承载机构的一种连续运输设备。它在矿井地面和井下运输中得到极其广泛的应用。其组成部分如图1-2所示。765423图1-2带式输送机主要部件和工作原理图1驱动装置；2清扫装置；3上、下托辊；4输送带；5拉紧装置；6机尾换向滚筒；7装载装置1.3.1 工作原理及特点分类带式输送机是一种利用连续而具有挠性的输送带不停地运转来输送物料的输送机。输送带绕过若干滚筒后首尾接成环形，并由张紧滚筒将其拉紧。输送带及其上面的物料由沿输送机全长布置的托辊支承。驱动装置使传动滚筒旋转，借助传动滚筒与输送带之间的摩擦力使输送带运动。输送能力大运输阻力小，单机长度长，能耗低，结构简单，便于维护，对地形的适应能力强，既能输送各种散状物料，又能输送单件质量不太大的成件物品，是应用最广产量最大的一种输送机。钢绳芯带式输送机和钢绳牵引带式输送机是矿业中常用的二种输送机。1、钢绳芯带式输送机钢绳芯带式输送机的胶带内以钢丝绳代替了帆布层作为承载构件，同时胶带又作运送构件，其优点是驱动机构结构简单，外形尺寸小，拉紧装置行程较短，中间卸载方便。其缺点是钢绳芯胶带接头工艺和设备复杂，工艺技术要求较高，如果接头质量差，易产生“跑偏”事故，胶带横向强度低，易产生纵向撕破，电动机功率较大，耗电较大，中间支架多，托辊数目多，所需钢材多，设备投资较大。主要用于露天矿、斜井和港口输送矿石、煤炭及其它散状物料，特别适用于输送距离长，提升高度大和运量大的散状物料。2、钢绳牵引带式输送机钢绳牵引带式输送机以两根钢丝绳作为牵引构件，胶带仅作运送构件。其优点是钢绳牵引胶带接头工艺和设备简单，工艺技术要求较低，胶带横向强度大，电动机功率较小，耗电较小，中间支架少，所需钢材少，设备投资较小，运行平稳，既能输送物料，又能输送人员。其缺点是驱动机构复杂，外形尺寸大，拉紧装置行程较长，对局部过载敏感，易发生“脱槽”事故，中间卸载困难。应用范围基本上与钢绳芯带式输送机相同。1.3.2 带式输送机的发展趋势（1）提高单机长度。通过采用钢绳芯带，增加驱动单元数量，采用中间驱动，增大单个驱动单元功率，增大输送带与传动滚筒间摩擦系数等方法，使单机长度提高，以实现无转载输送。目前最长的单机已达到15000m。（2）提高输送能力。通过加大带宽，提高带速，增加槽角等方法，提高输送能力。目前最大带宽达到3.2m,最高带速达到8.4m/s，最大输送能力达到37500t/h.（3）提高输送倾角。通过采用花纹带、波状挡边隔板带，压带、磁性带、吊挂带等方法，已能使输送倾角达到60度以上甚至垂直提升。（4）提高自动化程度。实现无人操作及监控运转，实现平稳起动及制动。（5）减少输送过程中环境污染。（6）提高输送机对地形的适应能力，发展可水平拐弯的输送机。1.3.3 主要部件的结构及功能1、输送带输送带在带式输送机中既是承载构件又是牵引构件（钢绳牵引带式输送机除外），它不仅要有承载能力，还要有足够的抗拉强度。输送带由带芯（骨架）和覆盖层组成，带芯主要由各种织物（棉织物、各种化纤织物以及混纺材料等）或钢丝绳构成。它们是输送带的骨架层，几乎承受输送带工作时全部负荷，因此，带芯材料必须具有一定的强度和刚度。覆盖胶用以保护中间的带芯不受机械损伤以及周围介质的有害影响。上覆盖胶层一般较厚，这是输送带的承载面，直接与物料接触并承受物料的冲击和磨损。下覆盖胶是输送带与支承托辊接触的一面，主要承受压力，为了减少输送带沿托辊运行时的压陷阻力，下覆盖胶的厚度一般较薄。侧边覆盖胶的作用是当输送带发生跑偏使侧面和机架相碰时，保护其不受机械损伤。我国目前生产的输送带有三种：橡胶输送带、塑料输送带和钢丝绳芯胶带。1993年7月1日实施的新的煤矿用阻燃输送带行业标准（MT147-92）规定：自1993年7月1日起选用的煤矿井下用输送带必须满足该标准规定的阻燃标准，除有关部门特批外，不得应用非阻燃输送带。输送带的连接方式有机械法、硫化法和冷粘法三种，硫化法的优点是接头强度高，接口平整。煤矿井下一般使用硫化法。2、托辊托辊是承托输送带使它的垂度不超过限定值以减少运行阻力，保证带式输送机平稳运行的部件。托辊沿带式输送机全长分布，数量很多，其总重约占整机的30%40%，价值约占整机的20%，所以托辊质量的好坏直接影响输送机的运行，而且托辊的维修费用已成为带式输送机运营费用的重要组成部分，这就要求托辊运行阻力小，运转可靠，使用寿命长等。它按用不同分为承载托辊、调心托辊和缓冲托辊三种。承载托辊 承载装运物料和支承返回输送带用，有槽形和平形两种。承载装运物料的槽形托辊多由三个等长托辊组成，平形托辊是一个长托辊，主要用做下托辊，支承下部空载段输送带，在装载量不大的输送机上部承载段有时也使用平行托辊。调心托辊 是将槽形或平形托辊安装在可转动的支架上构成，当输送带在运行中偏向一侧时（称为跑偏），调心托辊能使输送带返回中间位置。一般在承载段每隔1015组固定托辊设置一组调心托辊。缓冲托辊 安装在输送机受料处的特殊承载托辊用于降低输送带所受的冲击力，从而保护输送带。托辊间距的布置应保证输送带有合理的垂度，一般输送带在托辊间产生的垂度应小于托辊间距的2.5%。3、驱动装置驱动装置的作用是将电动机的动力传递给输送带，并带动它运行。带式输送机采用可控方式起动，可减少输送带及各部件所受的动负荷及起动电流。一般的驱动装置由电动机、联轴器、减速器和传动滚筒组及控制装置组成。（1）电动机常用的电动机有鼠笼式、绕线异步式。在有防爆要求的场合，应选用矿用隔爆型。用于采区巷道的带式输送机，如功率相同，可选用与工作面相同的电机，以便于维护和更换。三相鼠笼式电动机具有结构简单、制造方便、易防爆、运行可靠、价格低廉等一系列优点，因此在煤矿井下得到广泛应用，但其最大缺点是不能经济的实现范围较宽的平滑调速，起动力矩不能控制，起动电流大。三相绕线型电动机具有较好的调速特性，在其转子回路中串接电阻，可以比较方便地解决输送机各传动滚筒间的功率平衡问题，不致使个别电机长时过载而烧坏；可以通过串接电阻起动以减小对电网的负荷冲击，且可实现软起动控制。但三相绕线型电动机在结构和控制上均比较复杂，如带电阻长时间运转会使电阻发热、效率降低，尤其在防爆方面很难做到，因此在煤矿井下很少采用。因为本设计的带式输送机用于煤矿，所以选用隔爆型三相鼠笼式电动机。（2）联轴器驱动装置中的联轴器分为高速联轴器与低速联轴器，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之间。常见的高速联轴器有尼龙柱销联轴器、液力偶合器等；常见的低速联轴器有柱销联轴器、齿轮联轴器、十字滑块联轴器。液力偶合器在输送机的传动装置中安装在电动机与减速器之间。主动轴和从动轴之间并无刚性的机械连接。它是利用壳内工作液体的冲击力而传递扭矩的，所以称之为软连接。工作起动时，泵轮由电动机带动并快速旋转，通过壳内中间介质（工作液体）的传递，使透平轮的转速逐渐上升，直到接近泵轮的转速，从而实现负载的慢速起动。从动轴以略低于电动机的转速转动。这个转速差和电机转速之比称为滑差率，在额定转矩下约为3%4%。按传动和结构上的需要，本设计主电机采用液力偶合器，辅助电机采用弹性柱销齿式联轴器。（3） 减速器带式输送机用的减速器，有圆柱齿轮减速器和圆锥圆柱齿轮减速器。圆柱齿轮减速器的传动效率高，但要求电机轴与输送机垂直，因而驱动装置占地宽度大，井下使用时需加宽硐室，若把电机布置在输送带下面，会给维护和更换带来困难。所以，用于采区巷道的带式输送机应尽量采用圆锥圆柱齿轮减速器，使电机轴与输送机平行。（4） 传动滚筒传动滚筒是依靠它与输送带之间的摩擦力带动输送带运行的部件，据挠性牵引构件的摩擦传动理论，输送带与滚筒之间的最大摩擦力随摩擦系数和围包角的增大而增大，所以提高牵引力必须从这两方面入手。它分钢制光面滚筒、包胶滚筒和陶瓷滚筒。钢制光面滚筒制造简单，缺点是表面摩擦因数小，一般用在短距离输送机中。包胶滚筒和陶瓷滚筒的主要优点是表面摩擦因数大，适用于长距离大型输送机中。其中，包胶滚筒按表面形状不同分为：光面包胶滚筒、菱形（网纹）包胶滚筒、人字形沟槽包胶滚筒。人字形沟槽包胶胶面摩擦因数大，防滑性和排水性好，但有方向性。菱形包胶胶面用于双向运行的输送机。用于重要场合的滚筒，最好选用硫化橡胶胶面。用于井下时，胶面应采用阻燃材料。4、清扫装置清扫装置是为卸载后的输送带清扫表面粘着物之用。最简单的清扫装置是刮板式清扫器，重锤或弹簧使刮板紧压在输送带上。此外，还有旋转刷、指状弹性刮刀、水力冲刷、振动清扫等。采用哪种清扫装置，应视运送物料的粘性而定。输送带的清扫效果对延长输送带的使用寿命和双滚筒驱动的稳定运行有很大影响。5、拉紧装置拉紧装置的作用是使输送带具有足够的张力，以保证驱动装置传递出应有的摩擦牵引力和使输送带的垂度保持在限定范围内。带式输送机常用的拉紧装置有螺旋式、重力式和钢丝绳绞车式等几种，它们都是采用改变机尾换向滚筒与驱动装置的驱动滚筒之间中心距的方法来实现拉紧输送带的。 一般而言，螺旋式拉紧装置只能用于拉紧行程小，要求结构紧凑的场合。重力式拉紧装置适用于固定安装的带式输送机，结构形式有多种，其特点是输送带伸长变形不影响拉紧力，但体积大、比较笨重。钢丝绳绞车式拉紧装置是用绞车代替重锤，靠钢丝绳改变机尾滚筒与驱动滚筒之间的距离来张紧输送带。用这种方法实现输送带的张紧，在输送带伸长变形时需要开动绞车来调整输送带张力，否则张力会下降。它的优点是调整拉紧力方便，可实现自动调整。在满载启动时，则开动绞车以增加输送带张力；在正常运转时，适当反转绞车使张力减小。若驱动滚筒出现打滑现象，又可开动绞车增大拉紧力，使驱动滚筒摩擦牵引力增大，消除驱动滚筒打滑现象。 6、制动装置 带式输送机使用的制动装置有逆止器和制动器。逆止器的作用是防止向上运输的带式输送机停车后输送带下滑。制动器的作用是保证向下运输的带式输送机可靠停车；在水平运输时，若要求准确停车，也应装设制动器。7、装载装置装载装置也称给料装置，主要由漏斗和挡板等部件组成。常用的有强制式、自溜式、和组合式三类。8、机架机架包括机头架、机尾架和中间架等。它们的作用是安装带式输送机的机头、机尾、托辊组以及其他辅助装置等。常用机架也有几种不同的结构。煤矿井下使用的带式输送机，为了装拆方便，机头架、机尾架做成结构紧凑便于移置的构件，中间架采用便于拆装的结构，根据结构特点，有钢绳机架和型钢机架两种。按照安装方式的不同，中间架又有落地式和绳架吊挂式之分，落地式机架又有固定式和可拆移式两种。用于地面和煤矿井下主要运输巷道的通用带式输送机（如TD75、DT）的中间架多采用型钢焊接而成的固定式机架，而采区顺槽一般用可拆移式机架或吊挂机架。1.4 胶带输送机的连续称重胶带输送机的连续称重是指称重装置在输送机输送物料的过程中，对输送机上输送物料进行不间断的连续性的称重。其基本功能：（1）称量输送机工作过程中流动的物料重量；（2）称量输送机输送的物料总重。1.4.1 称重原理称重装置的称重原理：胶带输送机的物料重量P是每米长度胶带上物料的重量p对胶带长度l的积分，即 P=每米长度胶带上物料的重量与胶带速度的乘积q为物料的流量，通过q对时间t的积分，便可得到P=式中 p 每米长度胶带上物料的重量，kg/m v 胶带速度，m/s(m/min) l t时间内通过称重装置的胶带长度，mdl=vdt 。因此，需测出每米胶带上物料的重量p和带速v。1.4.2 称重装置的组成称重装置主要由测速电机或带速检测仪，载荷接受器和力传感器的称重机构；用于信号数据处理的电子仪器（即数字计算机）等部分组成。 1、测速电机/带速检测仪测速电机的作用是当物料通过称重区时，给出与胶带速度相对应的张力或频率信号，同时保证这种对应的比例系数的精度。目前使用的带速检测仪主要有模拟带速检测仪和逻辑带速检测仪。模拟带速检测仪的缺点是由于采用的是永磁体，因此在不同的温度条件下存在着很大的线性偏差；逻辑带速检测仪的检测精度则不受温度变化的影响，而且还可直接采用数字系统，因而这种检测仪的应用范围已越来越广。无论采用哪种类型的检测器，都应遵循以下原则：（1） 防止被物料及赃物的污损，必须由胶带的清洁面（非装载面）来驱动；（2） 安装地点应尽可能地远离输送机的卸载点；（3） 要配有防止打滑的机械装置；（4） 为防止堵塞，要与胶带呈一定大的角度；（5） 驱动机构的结构尺寸应尽量大些，以减轻尘粒对测量精度的影响。因此，满足上述条件的输送机驱动装置只有一种，即尾部滚筒。2、称重机构称重机构安装在输送机上部胶带和支撑架之间，包括载荷接受器和速度传感器两个部分。载荷接受器包括固定架和一根带有称重托辊的杠杆，该杠杆一端与固定架铰接，另一端直接与重量指示器连接。如果第一根杠杆上的变形率不够，则该杠杆需通过另一根杠杆再与重量指示器连接。载荷接受器可以有以下3种形式：（1）单托辊，即只有一个托辊参与称重工作，其安装方式有：a、杠杆与输送机平行或与称重装置平行。b、杠杆与输送机垂直，这时称重托辊安装在环绕上部胶带的框架上，框架又铰接在双重杠杆上，为保证称重托辊的横向稳定性，称重机构上还需配置一个以同样方式铰接的副杠杆，以构成一个柔性的平行四边形。（2）多托辊安装方法与单托辊情况基本相同，所不同的是单杠杆都换成了双杠杆，增加的两根杠杆和一个传感器都包容在一个叶片结构中，当输送机不具备使用称重装置的必备条件时，这种型式的载荷接受器便不发挥作用，更重要的是，由于称重过程是在一个较长的称重时间内进行的，因而获得的数据更加准确。（3）支枢点支枢点由十字形的不锈钢叶片组成。它不但具有很大的灵活性，而且还不受设备振动的影响。3、力传感器采用最多的力传感器是应变仪，力传感器将被测物料的重量转换为电信号，然后再将电信号传送给重力指示器。目前已开发出了具有4个力传感器的称重装置，这样回转力及胶带束缚力及干涉力的影响便可减小到忽略不计的程度，而且测读结果也更加准确可靠。4、计算机计算机的作用是处理称重装置的所有信号，例如计算物料的流量，以重力脉冲的形式计算出一段时间T内输送机输送的物料重量，控制各种报警信号并且有灵活的调整功能。1.4.3 精度准则1、称重长度1）使用单称重托辊的称重装置时，称重长度L等于相邻称重托辊的两托辊轴间距离L1的一半。2）使用具有多个称重托辊的称重装置时，称重长度L等于端部托辊轴间距L1和称重托辊轴间距L2的算术平均值。为研究称重长度对称重装置计量特性的影响，我们需了解作用于称重区的力。作用于称重托辊的力法线方向上的物料重力P和切线方向上的胶带张力T0。若托辊完全呈直线排列，切线方向上的力对称重托辊没有影响，即T0对P没有影响。但实际上，托辊在直线方向上的排列总是存在着一定偏差的，因此切向力T0派生出的干涉力F将对P产生一定程度的影响。其影响程度取决于偏移量e（见图1-3）。作用于称重区的干涉力F=2T0sin因为很小，所以sin=tg=所以F=2T0当称重托辊数为1时，相对误差率e=2LLLT0T0FT0 e T0P=pL 图1-3当称重托辊数为2时，相对误差率e=式中L称重长度，m； p 每米长度的物料质量，kg/m；T0称重区起始点处的胶带张力，kg；e托辊轴线排列时轴线平行偏移量，emax=0.5mm。可见，误差率与称重长度的平方成正比，所以，称重长度L越长，误差率e越小。如果引起误差e的力T0是恒定的，可以通过定标校准来修正这个误差，同时如果e也是恒定的，称重装置的称重精度也能得到校准。T0和e的变化必将导致误差率e的变化。因此必须慎重地选择称重装置的安装位置，以便将误差限定在最小的量值内。2、均衡系数鉴于以上原因，有必要研究一下与与误差率相关的特性参数，以利于更好地选择称重装置的安设位置，这些不均衡系数主要包括：（1）输送机框架与称重装置基础框架的刚度；（2）称重装置在输送机上的位置（3）胶带张紧力与传动力的平均值2 定量称重带式输送机总体方案2.1 定量称重带式输送机的组成与工作原理定量称重带式输送机由地脚安装的机头、机尾、输送带、安装在称重装置上的中间体、张紧装置、称重和控制系统等组成(见总装配图)。其工作原理是：向输送带上定量装煤时，给煤机给煤，同时皮带机慢速运转，当称重传感器测得皮带机上的煤重量达到设定值时，PLC控制系统停止给煤机和皮带机并等待箕斗到位信号，当箕斗到位后，皮带机启动，以高速向箕斗装煤，当装煤时间到并且称重传感器测得皮带机为空后，停止高速运转，转为低速运转，并启动给煤机向皮带机装煤和发出允许提升信号，下一个循环开始。定量称重带式输送机的具体组成方案是：1、输送带 采用阻燃型输送带，一般选用800S或1000S，带宽根据需要可选用1000，1200。本方案选用800S，带宽B=1200。2、承载托辊 采用密排的直托辊，根据带宽本方案选用托辊直径D=159。3、成槽钢板 沿输送带两侧的成槽钢板由于容易磨损，选用较耐磨的16Mn，板厚为12mm。16Mn属于低合金结构钢，具有较好的综合力学性能，焊接性、低温冲击韧性，冷冲压及切削性能均好，与Q235-A相比，强度提高50%，耐大气腐蚀提高2038%，但缺口敏感性较碳钢大，价格低廉应用广泛。4、机头部 驱动滚筒直径选用D=800mm，驱动方式根据现场要求，选择双电机，双减速器的方式。在双电机、双减速器的方案中，可选择的项目有： a) 主电机启动可采用软启动(又分进口和国产软启动)和液力耦合器启动；本方案选用液力耦合器启动。b) 减速器可选择国产减速器和进口减速器。本方案选用德国弗兰德集团生产的FZG标准齿轮箱。2.2 压磁称重装置工作原理压磁称重采用弹性梁和压敏元件将重量(压力)转变为电压信号传送给井下可编程控制器称重装置。该称重装置是用可编程控制器进行在线显示、控制及报警。利用可编程控制器上RS485串行通讯接口把重量及其它各种信号送至提升机房显示和报警。2.3 主要技术指标及主要部件的选用一、主要技术指标1)、速度：低速0.4m/s；高速3.15m/s；2)、称重部分长度为16米，槽断面为0.5高，1米宽； 容积为8米3，最大可装煤7吨(=0.9T/m3)。3)、对于最易磨损的成槽钢板，采用耐磨的12mm 16Mn钢板。4)、输送带B=1200，采用800s阻燃带。二、主要部件的选用表2-1 滚筒的主要参数名称带宽B许用扭矩kN.m许用合力kN直径D轴承型号轴承座图号胶面转动惯量kg.m2重量kg人字形图号传动滚筒1200271408003532DTZ11699.51520DT05A6163Z改向滚筒38400352410659DT05B312290630352842.51090DT05B5142表2-2 托辊的主要参数名称Dd轴承型号Lbhf旋转部分质量kg图号重量kg普通辊子159304G30614002281726.56DTGP441334.98缓冲辊子159304G3065302281717.76DTGH440622.172.4 带式输送机的机头布置图2-12.5 控制系统硬件组成及工作原理定量称重胶带机的PLC控制采用西门子公司的S7-200系列的CPU226实现动态自动装载，对给煤机、主辅电机、翻板实现顺序控制。模拟量输入扩展两个EM231模块。具有手动和自动两种控制形式，手动可用于检修，装载时为自动，即胶带机慢速开动，延时2s给煤机开,计量满载显示后给煤机停,定量皮带机延时3停,等待箕斗到位转载。翻板与箕斗实现位置闭锁。在操作台上采用指示灯进行监视,主要对箕斗到位、翻板的左右开闭,皮带机、给煤机的开、停、满载、空载以及当前开车信号进行监视,以满足现场的安全需要。胶带机工作原理 胶带机与箕斗采用一对二配置方式,通过翻板对两个箕斗装煤, 0.4/为装载速度,装载时间为1min;3.15/为卸载速度,卸载时间18,一个提升循环为2min。先是胶带机装煤达到规定重量后停机,等待箕斗到位卸煤,卸载完成发出开车信号,胶带机装煤为下次提升作准备。 本文只是定量称重带式输送机及其控制系统设计中的一部分，称重系统采用6点称量，精度达到3%，主要完成了带式输送机机头部分的机械结构设计、驱动装置的选型设计以及称重系统的硬件控制设计。3 带式输送机传动系统的选型设计3.1 带式输送机的选型设计：已知条件： 载重：7吨 , 胶带宽度：B=1200mm ,输送机长度：L=21m，装载速度：v1=0.4m/s ， 卸载速度：v2=3.15m/s ，装载长度：L=21m取 原煤的松散密度：=900kg/m3 ，装载长度：16m ，装载宽度：1m计算及说明 结果1、 求装载高度h取装满系数：=0.95 7=161hh=0.5(m) h=0.5m2、输送带上物料的线质量：qG=A0=10.50.95900=427.5(kg/m) qG=427.5kg/m 由B=1200mm选用800s煤矿用阻燃输送带。3、求圆周力FuFu=FH+FN+FS1+FS2+FSt=CfL(2qB+qG)cos+qRO+qRU+ FS1+FS2查表3-22得： f=0.022查表3-23得：mRO=25kg; mRU=20kg取承载托辊间距lRO=0.2m；空载托辊间距lRU=3.2m则qRO=125（kg/m） qRO=125kg/mqRU=6.25（kg/m） qRU=6.25kg/m查10表6-7选用钢丝绳芯胶带GX-1000得： qB=29.5 kg/m 特种主要阻力FS1=Fsa+FSb由于重载段和空载段都采用平行托辊所以不存在两侧托辊向前倾斜的阻力即：Fsa=0物料与导料栏板间的摩擦阻力FSb：取2=0.6；bl=1m; l=16m;倾斜系数 k=1Qv=3600Avk=36000.510.41=720(m3/h) Qv=720m3/h FSb=21189.6(N) FSb=21189.6N特种主要阻力FS2=Fsc+FSd输送带清扫器的摩擦阻力Fsc：Fsc=Ap3=0.004250000.3=6.3(N) Fsc=6.3N无犁式卸料器所以摩擦阻力FSd：FSd=0FSd=0FS2=Fsc+FSd=0+6.3=6.3（N）FS2=6.3 N查表3-25得附加阻力系数C=3.2Fu=3.20.02221（229.5427.51256.25）21189.66.3=22109.2（N）Fu =22109.2 N4、各点张力计算按起动时的工况求出F1，F2，取n=1.3，=220，=0.25查表6-10得k1=2.62Fh 图3-1F1=Fmax=22109.2=39851.2（N） F1=39851.2NF2=(N) F2=15210.4N正常运行时各点张力：空段阻力Fk： 取运行阻力系数=0.030Fk=（qB+qRU）Lg=(29.5+6.25)21 9.81 0.030=220.9(N) Fk=220.9N重段阻力F zh:Fzh=（qB+qG+qRo）Lg=(29.5+427.5+125)21 9.81 0.030=3596.9(N) Fzh=3596.9NF3=F2+Fk=15210.4+220.9=15431.3(N) F3=15431.3NF4=F1- Fzh=39851.2-3596.9=36254.3(N) F4=36254.3N5、校核垂度由各点的张力计算值可知，重段最小点在位置4，空段最小张力点在位置2重段垂度所需要的最小张力为：Fmin=5604(N)F4Fmin 通过空段垂度所需要的最小张力为：Fmin=5787.9(N)F2Fmin 通过6、校核胶带安全系数m=10 通过7、滚筒轴上功率的确定p1=8.84 (kw)p1=8.84kwp2=69.6(kw)p2=69.6kw8、拉紧力计算Fh=F3+F4=15431.3+36254.3=51685.6(N) Fh=51685.6N此拉紧力是按稳定运行条件计算的，启动和制动工况还要按加减速度的惯性力增大拉紧力，以免输送带在滚筒上打滑。3.2 电动机的选型由传动系统的工作环境和工作特点，可选用最常用的Y系列（IP44）全封闭自扇冷式隔爆笼形电动机，并且采用B3安装方式。1、 滚筒轴上的转速n1=(r/min)n1=9.6r/minn2=(r/min)n2=75.2 r/min2、电动机所传递功率P的确定1）由传动方案，可计算主电动机的传递功率P2=76.3（kw）P2=76.3kw1弹性联轴器的效率，取1=0.992圆柱圆锥减速器的效率，2=0.963液力耦合器的效率，3=0.96所选电机的额定功率PN2P2,查手册取电机的额定功率PN2=90kwPN2=90kw2）辅助电动机的传递功率P1=9.9（kw）P1=9.9kw1弹性联轴器的效率，取1=0.992圆柱圆锥减速器的效率，2=0.963超越离合器的效率，3=0.99所选电机的额定功率PN1P1,查手册取电机的额定功率PN1=11kw PN1=11kw3、电机转速的确定功率相同的电机具有不同的转速。一般电机的转速越高，价格越便宜但其总的传动比增大，使系统结构尺寸变大，相反，转速低则价格高。通常选用1000r/min和1500r/min两种转速的电机，可以得到较好的效果。查手册11电动机部分，可分别得到如下两种型号和方案：表3-1 主电机选型方案比较额定转速kgkwr/min方案型 号额定功率电机质量 效率 总传动比901YB280M-4 1480 78093.5% 19.7902YB315M-6 985107093.2% 13.1表3-2 辅助电机选型方案比较额定转速kgr/min方案型号额定功率 电机质量 效率 总传动比kw111YB160M-4 146014888% 152112YB160L-697016687% 101比较可得，方案1所用电机质量和价格均小，决定选用1综上所述，所选主电动机的型号为：YB280M-4，额定功率90kw，额定转速1480r/min。辅助电动机的型号为：YB160M-4，额定功率11kw，额定转速1460r/min。3.3 减速器的选型由传动系统的工作环境和工作特点，可选用德国弗兰德集团生产的传动效率高、性能优越 、适合狭小场合使用的FZG标准齿轮箱，并且采用卧式安装方式。已知原动机最大起动力矩TA1=90N.m；TA2=870N.m，n1=n2=1500r/min。工作机是带式输送机，其工作制：20h/day,每小时工作周期ED=100%,环境温度20c。1、传动比的计算主减速器：is2=19.7,取iN=20由传动方案，可知辅助减速器通过超越离合器和主减速器的2、3级齿轮传动再与输送机的滚筒轴相连，所以 is1=9.5 取iN=10 is要求的速比iN额定速比2、确定额定功率PN2P2f1f2=69.61.31=90.5(kw)PN1P1f1f2=8.841.31=11.5(kw)f1工作机系数，查表1，取f1=1.3f2原动机系数，查表2，取f2=1.0PN齿轮箱的额定功率从额定功率表中选择：1）主减速器：类型B3，规格7，对应的PN2=161kw3.33P2PN2 3.3369.6=231.8161，满足要求2）辅助减速器：类型B2，规格1，对应的PN1=18kw3.33P2PN1 3.338.84=29.418，满足要求3、检查起动扭矩PN2（kw）PN1（kw）f3峰值扭矩系数，查表3，f3=0.65PN2=161kw88.8kw; PN1=18kw9.2kw; 满足要求4、根据表中分别给出的B3、B2型齿轮箱参数，计算不带辅助装置的齿轮箱热容量 1）主减速器：PG1=PG1 f4f6f8f9=98.9111.00.77=76.2(kw)2）辅助减速器：PG1=PG1f4f6f8f9 =22.2111.00.77=17.1(kw)PG1齿轮箱热容量，查表得主减速器的PG1=98.9 kw；辅助减速器的PG1=22.2 kwf4环境温度系数，查表4，f4=1f6海拔高度系数，查表6，f6=1f8卧式安装齿轮箱，查表8，f8=1.0f9不带辅助装置齿轮箱的热容量系数，查表9，f9=0.77P2=69.6 kw PG1= 76.2kwP1=8.84 kw PG1= 17.1kw结论：齿轮箱不带辅助冷却装置，可满足要求所以选用主减速器型号为：B3SH7，直交轴齿轮箱，3级传动，布置形式A，i=20,实心轴输出，卧式安装，规格7。辅助减速器型号为：B2SH1，直交轴齿轮箱，2级传动，布置形式A，i=10,实心轴输出，卧式安装，规格1。3.4 联轴器的选型 联轴器主要用来传递功率和扭矩，一般可分为刚性和挠性两类。在实际中，联轴器所连接的两轴，由于制造和安装误差，以及运转中的磨损，基础的下沉和由于受载、工作温度的变化容易引起轴的变形，使两轴不能保证严格对中而产生某种程度的相对位移，一般挠性联轴器具有较好的补偿功能。在滚筒轴与主减速器的输出端、辅助减速器的输入端与辅助电动机的输出端选用弹性柱销齿式联轴器，此类联轴器结构简单，质量轻，制造容易，工作时不需润滑，维修方便，更换易损件容易而且迅速，费用低，可补偿两轴相对偏移，传递转矩大，可部分代替齿式联轴器，噪声大，中转矩轴系传动，不适用于对减振效果要求高和对噪声需严加控制的部位。ZL型-基本型；ZLD型圆锥轴孔型（与电机联接）。1、滚筒轴与主减速器的输出端联轴器的计算转矩13：Tc=9550 式中kw动力机系数，原动机为电动机，kw=1 k工况系数，在均匀载荷下，k=1 kz起动系数，本处起动频率低，kz=1 kt温度系数，所用联轴器中有非金属，在常温下kt=1考虑主减速器输出端d=120mm,且联轴器与减速器相配，查14表5.8，参考TcTp,选用联轴器的型号为ZL8联轴器GB/T5015-852、辅助减速器的输入端与辅助电动机的输出端 Tc=9550考虑辅助减速器的输入端直径d=80mm,辅助电动机的输出端d=42mm,且联轴器与减速器相配，查14表5.8，参考TcTp,选用联轴器的型号为ZL5联轴器GB/T5015-85。3、主减速器的输入端与主电动机的输出端带式输送机为恒力矩载荷, 其在过载保护、平稳起动及输送带张力控制等方面均有严格要求, 因此一般应选用YOXD 或YOXF