带式输送机毕业设计毕业论文.doc

山东科技大学学士学位论文山 东 科 技 大 学本科毕业设计（论文）开题报告题 目 跃盛鑫泰主斜井上运带式输送机系统设计 学 院 名 称 机械电子工程学院 专业班级 机械设计制造及其自动化07-2班 学生姓名 学 号 200701040219 指 导 教 师 填表时间： 2011 年 3月07日填表说明1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。4.参考文献不少于20篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。设计（论文）题目跃盛鑫泰主斜井上运带式输送机系统设计设计（论文）类型（划“”）工程设计应用研究开发研究基础研究其它一、 本课题的研究目的和意义带式输送机的最新发展方向时一呈现长距离、大运量、高速度、集中控制等特点。与其他运输设备(如机车类)相比，不仅具有长距离、大运量、连续运输的特点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中控制，经济效益十分明显。带式输送机也是煤矿最为理想的高效连续运输设备，特别是煤矿高产高效现代化的大型矿井，带式输送机己成为煤炭高效开采机电一体化技术与装备的关键设备。随着煤矿现代化的发展和需要，我国对大倾角固定带式输送机、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机及长运距、大运量带式输送机及其关键技术、关键零部件进行了理论研究和产品开发，应用动态分析技术和中间驱动与智能化控制等技术，研制成功了软启动和制动装置以及PLC控制为核心的电控装置，并且井下大功率防爆变频器也已经进入研发、试制阶段。随着高产高效矿井的发展，带式输送机各项技术指标有了很大提高。本文在对常规上运带式输送机驱动及制动方案的理论研究的基础上，提出长运距、大运量上运带式输送机常见驱动方式和制动方法，通过系统的动态建模计算和仿真分析，将静态设计结论和动态分析结果相结合，指出长运距、大运量上运带式输送机启动、运行和制动过程中存在的问题，并提出可行的控制理论和解决方案。通过对井下上运带式输送机了解，基本掌握了它的原理及应用。为以后的总体设计、CAD画图等做好了充分的准备。总而言之，带式输送机在煤矿中是目前最理想的运输工具，其距离、大运量、连续运输、运行可靠、易于实现自动化和集中控制的特点，是其他机械设备无法比拟的，因此，发展带式输送机对煤矿实现现代化生产，提升煤矿的经济效益和生产效率，降低作业的危险，进而使我国经济迅速健康发展具有重要的意义。 二、 本课题的主要研究内容（提纲）1带式输送机系统初步设计 1.1带式输送机初步设计计算 布置形式的分析确定，带速的选择；输送带带宽、类型的选择确定；输送带线质量的计算；物料线质量的计算；托辊旋转部分质量的计算；各直线区段阻力计算；局部阻力计算；输送带各点张力计算及强度校核；变坡段曲率半径的确定；滚筒牵引力与电机功率的计算；拉紧力与拉紧行程的计算；制动力矩的计算。 1.2 机械装置的选择与确定 电动机、减速器、联轴器的选择；软起动装置或制动装置的选择；传动滚筒、改向滚筒的选择与设计；采用托辊、托辊组的种类、结构形式及特点；采用拉紧装置的结构与特点。 1.3 带式输送机系统布置图的设计 2 电气控制设计 2.1 总体要求 控制核心采用可编程序控制器，具有自动、远控/近控两种工作方式；电控装置和软起动装置（水平或上运）或软制动装置（下运）配合，保证空载、满载工况下的软起动和软停车；满足空载起动、重载起动；可以分别控制二台给煤机，且和给煤机之间有闭锁功能；具有运行状态显示和故障指示，并具有沿线通话和起车预警功能；具有前、后台设备闭锁功能；具备液压系统压力及温度保护功能，并能输出报警。 2.2 电控系统综合保护 防跑偏开关、拉线保护、纵撕保护、烟雾保护、煤位保护、超温保护、烟雾保护和自动洒水装置、打滑保护、语音信号保护。 2.3 对软起动装置的控制要求 可以实现带式输送机在空载、满载等工况下的正常软起动。 2.4 对软制动装置的控制要求 软制动装置必须具备可靠的制动效果，保证带式输送机的安全运行与配套电控联合工作能满足下运带式输送机正常制动、紧急制动、断电制动等要求。三、文献综述（国内外研究情况及其发展）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于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。目前，在煤矿井下使用的带式输送机已达到表1所示的主要技术指标，其关键技术与装备有以下几个特点： 设备大型化。 其主要技术参数与装备均向着大型化发展，以满足年产300500万t以上高产高效集约化生产的需要。 应用动态分析技术和机电一体化、计算机监控等高新技术，采用大功率软起动与自动张紧技术，对输送机进行动态监测与监控，大大地降低了输送带的动张力，设备运行性能好，运输效率高。 采用多机驱动与中间驱动及其功率平衡、输送机变向运行等技术，使输送机单机运行长度在理论上已有受限制，并确保了输送系统设备的通用性、互换性及其单元驱动的可靠性。 新型、高可靠性关键元部件技术。如包含CST等在内的各种先进的大功率驱动装置与调速装置、高寿命高速托辊、自清式滚筒装置、高效贮带装置、快速自移机尾等。如英国FSW生产的FSW1200/（23）400（600）工作面顺槽带式输送机就采用了液粘差速或变频调速装置，运输能力达3000 t/h以上，它的机尾与新型转载机（如美国久益公司生产的S500E）配套，可随工作面推移而自动快速自移、人工作业少、生产效率高。 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有了很大提高，煤矿井下用大功率、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。 3 煤矿带式输送机技术的发展趋势 3.1 设备大型化、提高运输能力 为了适应高产高效集约化生产的需要，带式输送机的输送能力要加大。长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势，也是高产高效矿井运输技术的发展方向。在今后的10a内输送量要提高到30004000 t/h，还速提高至46m/s，输送长度对于可伸缩带式输送机要达到3000m。对于钢绳芯强力带式输送机需加长至5000m以上，单机驱动功率要求达到10001500 kW，输送带抗拉强度达到6000 N/mm（钢绳芯）和2500 N/mm（钢绳芯）。尤其是煤矿井下顺槽可伸缩输送技术的发展，随着高产高效工作面的出现及煤炭科技的不断发展，原有的可伸缩带式输送机，无论是主参数，还是运行性能都难以适应高产高效工作面的要求，煤矿现场急需主参数更大、技术更先进、性能更可靠的长距离、大运量、大功率顺槽可伸缩带式输送机，以提高我国带式输送机技术的设计水平，填补国内空白，接近并赶上国际先进工业国的技术水平。其包含7个方面的关键技术：带式输送机动态分析与监控技术；软起动与功率平衡技术；中间驱动技术；自动张紧技术；新型高寿命高速托辊技术；快速自移机尾技术；高效储带技术。3.2 提高元部件性能和可靠性 设备开机率的高与低主要取决于元部件的性能和可靠性。除了进一步完善和提高现有元部件的性能和可靠性，还要不断地开发研究新的技术和元部件，如高性能可控软起动技术、动态分析与监控技术、高效贮带装置、快速自移机尾、高速托辊等，使带式输送机的性能得到进一步的提高。 3.3 扩大功能，一机多用化 拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用，使其发挥最大的经济效益。开发特殊型带式输送机，如弯曲带式输送机、大倾角或垂直提升输送机等四、 拟解决的关键问题带式输送机在矿山等行业得到了广泛应用。由于采矿工艺及输送机在山地环境中线路布局等方面的需求，在许多场合中，加料点的高度大大高于卸料点，因此需要使用下运带式输送机(以下简称下运带)。下运带与平运带在电力拖动工况方面，两者是截然相反的2种状况。平运带的电机是运行于电动工况，即由电机拖动胶带运转。而下运带带载运行时，电机运行于发电制动工况，即由物料通过胶带拖动电机运转，此时的电动机实际上已转化为发电机，它输出相应的制动力矩来平衡胶带上物料的重力下行力矩，维持输送机的匀速运转。由于这种工况的特殊性，派生出了下运带不同于其他带式输送机的特有技术难题。1制动平运带失电后会自然减速停车，一般不需配装制动器。而下运带是靠电机发电制动来维持胶带机匀速运转的，故一旦失电，不但不会减速停车，反而会立即发生“飞车”。故制动装置成为下运带设计上要解决的头号课题。虽然通用工业制动器品种规格繁多，但多数是针对起重机工况设计的(例如块式、盘式制动器)，其制动能容小，工作时间短，不足以消耗、吸收下运带制动过程中的大量动能、势能，因为带式输送机的制动过程为十几秒到数十秒。此外，这些结构形式的制动器，制动力矩难以适时调控，不适应大型下运带的“软制动”要求。因此，难以担当大型下运带的主制动职能，这已为实践所验证。 工业设备的另一种常用制动技术是电机动力制动，这种技术在下运带上已有实际应用，其优点是功率大。但这种装置在制动时需要较大的直流电流，因此难以从根本上解决电网意外失电状况下的制动问题。众所周知，下运带配装制动器的初衷，主要就是为了防备意外失电，从这个意义上看，动力制动技术并不适宜于下运带。针对下运带的工况特点，研制出YZQ系列液压制动器。该产品已有20多年应用历史，效果良好。图1所示为其2种代表性产品的外型。该产品能根据实际运量大小，自动调整制动力矩，实现下运带的软制动；在遇电网意外失电时，它能够自行响应，及时制动；它还可用于下运带的短时超载保护以及辅助带载启动。1.1制动原理与一般机械摩擦式制动器不同，YZQ系列液压制动器采用流体节流耗能原理进行制动，即通过高压液压泵将下运带的机械能吸收，转化为液压能(压力油流)，然后通过油压控制器节流，将液压能转化为热能消耗掉。同时，节流产生的油压作用于高压油泵，形成制动力矩，使下运带减速停车。由于节流所生热量不断被油流带离节流点，不会产生局部高温，故它能进行长时间制动。又由于油压是便于调控的参数，故它的制动力矩也易于适时调控。YZQ系列液压制动器的这2个特点，使它特别适宜用作下运带的主制动装置。1.2控制原理在这项技术中存在如下近似正比关系：下运带转速YZQ油路流量YZQ制动力矩YZQ油路压力因此检测流量就可以知道下运带的转速，调整油压就可以改变制动力矩。 制动过程中，比例电控器向比例电磁铁连续输入预先设定好的减速过程控制电流信号(目前一般采用起点与终点圆化了的匀减速曲线)，比例电磁铁将该电流信号转化为与之成比例的力信号；而流量检测器通过检测油路流量而间接测得的转速信号也经反馈弹簧转化为与之成比例的力信号；这2个力信号一头一尾作用于先导控制阀上进行比较，其力差使先导控制阀相应移动，启、闭先导控制油路，从而操控油压控制器的节流口的开度大小，改变制动油压。在制动过程中某一时刻，若下运带的实际转速高于电控器此时的给定转速，则说明制动力矩偏小，通过上述这个调控系统，会将节流口进一步关小，使油压升高，加大制动力矩，将实际转速压下来。反之，若实际转速低于给定转速时，则说明目前制动力矩偏大，调控系统会将节流口加大，使油压下降，减小制动力矩(当然这个调控过程是瞬间完成的，人眼无法察觉)。YZQ制动器就是这样不断自动调整制动力矩，迫使下运带按照电控器给定的减速规律，从高速至低速减速停车的。 由以上说明可知，YZQ制动器并不通过检测负载力的大小来确定制动力矩大小，而是直接检测制动过程中每一时刻的转速值，据此来调控制动力矩，将这种模式称之为调速制动。 YZQ系列制动器目前有450 Nm、900 Nm、1 200 Nm 3种规格的成熟产品，一般可配至250 kw驱动站。受国内液压工业水平局限，近年能制造的最大规格产品只能到1 800 Nm。2 启动下运带启动过程的特殊性主要体现在：(1)空载启动与带载启动的启动力矩差值要比平运带大很多，下运角与运量越大就越悬殊。(2)带载启动过程中，物料重力的下行力矩与电机启动力矩同方向，造成很大的启动冲击。采用YZQ系列液压制动器的辅助启动功能与电气软启动装置配合，比较圆满地解决了下运带的软启动问题。在空载与轻载时，直接使用电气软启动装置来启动下运带；而中、重载启动时，先不启动电机，让下运带在YZQ液压制动器的控制下，靠物料自身重力的驱动，自滑启动起来，接近额定转速时再投入电机。YZQ系列液压制动器辅助启动功能的实际应用屡受用户好评。YZQ制动器在启动过程中对加速度的控制原理与在制动过程中的控制原理相仿，只不过控制电流信号倒过来，是一个加速信号而不是减速信号。使用电气软启动装置后，电机启动力矩会有所下降，使之在用于平运及上运带时可能出现重载启动困难。但用于下运带时，因其电力拖动工况的不同，并不会产生类似问题。3 带速由于有“飞车”的危险，设计者往往倾向于采用低带速，但低带速并不利于安全运行。同一运量时，采用16 ms运速与采用25 ms或32 m/s运速相比，胶带上所压的物料重量要多50或100，这在受控运行状态中本无安全程度之别，但若带式输送机失控，物料重量大的显然发生严重飞车事故的危险性更大。另外，带式输送机一般都配用4极电机，其同步转速都是1 500 rmin，故低带速意味着要配用更大减速比的传动装置(滚筒直径也大)。在受控运行状态中，减速比的大小本无关安全程度，但若带式输送机失控，大减速比反过来就成了高增速比，使电机更易被毁损。因此，如无其他因素限制，下运带不宜采用过低的运行速度。实例证明，运行速度至少取2.5 ms。4 电机功率及其超载保护平运带如遇超载，其电机保护装置动作，电机失电，带式输送机会自然停止运转，不会导致危险后果。而下运带超载就可能导致“飞车”事故，造成设备毁损。但在实际运用中，尤其是在煤矿井下，往往没有配用定量给料机，供料很不均匀，管理也比较粗放，在长期运行中，很难绝对保证不超载。因此，下运带的驱动电机的功率裕度应当比平运带更大。只要电机不因过载而烧毁，下运带就不会发生严重“飞车”事故。但减速器仍可按常规选型，不必随电机加大。 值得引起高度重视的是下运带驱动电机超载保护装置的参数整定问题。通常，设计者习惯于依据电机额定电流的铭牌值来整定超载保护装置的动作电流。但对于下运带来说，这样做会埋下“飞车”隐患。因为下运带电机功率是人为加大选取的，如果仍然依据电机额定电流的铭牌值来整定，当保护装置动作时，下运带已经严重超载，此时制动装置已无力制动住下运带。笔者就亲历过这种因超载保护装置的动作电流值整定不当，而造成严重飞车、损毁电机的事故。因此对于下运带，电机超载保护装置的整定电流值应当依据额定运量时的实测电流值来确定，否则电机功率加大后非但不能起到增强运行安全性的作用，反而会使之更加危险。五、 研究思路和方法在设计初期，认真学习带式输送机的基础知识，阅读各类有关下运带式输送机的中文及外文文献，了解带式输送机在国内外的发展状况及研究方向，为做设计打下一个良好的基础。随后通过参加毕业实习对带式输送机有一个感性的认识，了解带式输送机在现场的运转情况，培养自己发现问题、分析问题、解决问题的能力。毕业实习结束后，就可以自己独立的对所设计的带式输送机进行功能分析，在以后的设计中也能进行系统的方案设计，同时能准确地进行输送带选型、拉紧装置、制动装置、驱动装置、清扫装置的选型。完成这些机械设备、部件和电气设备，为施工打下基础。 接着了解掌握带式输送机各种保护的原理并选择相应的保护装置，进而完成施工设计以及电控系统设计。 最后绘出带式输送机施工图（一张）、带式输送机电控原理图（一张）、带式输送机电控装置操作面板图（一张）、控制程序梯形图（一张，选作）编写毕业论文说明书。 六、 本课题的进度安排2.283.13 了解设计内容查阅资料.3.143.23 毕业实习3.244.3 带式输送机初步设计与部件选择4.44.20 带式输送机综合保护原理与信号处理等4.215.12 带式输送机施工设计（计算机绘图） 5.136.4 电气控制原理及有关接线图（计算机绘图）6.56.12 整理资料、编写说明书、毕业答辩七、 参考文献1于岩,李维坚.运输机械设计.北京：中国矿业大学出版社,1998，8.180 2李炳文，王启广.矿山机械.徐州：中国矿业大学出版社,2007,1621863张越,DT(A)型带式输送机设计手册.北京：冶金工业出版社.2003,15450 4宋伟刚.通用带式输送机设计.北京：机械工业出版社，2006,1183 5煤炭工业标准汇编编委会,煤炭工业标准汇编.煤矿运输提升设备.北京：中国标准出版社，2000,5.313430 6北京起重运输机械研究所.DT(A)型带式输送机设计手册.北京：冶金工业出版社矿山机械.2003,20507周满山，于岩，张媛等。带凹凸变坡的带式输送机设计。矿山机械，2011.68王新伟等。软启动在带式输送机中的应用。矿山机械，2005.49成大先主编，机械设计手册。北京：化学工业出版社，199310孙可文主编，带式输送机的传动理论与设计计算。煤炭工业出版社11程居山主编，矿山机械。中国矿业大学出版社，199712Belt conveyor technology(part ).trans tech publications.2000 13吴宗泽，机械设计师手册M。北京：机械工业出版社，200414Lodewijks G.dynamics of belt system:Dortoral Thesis.Delft University of Technology,Netherland,1996 15A E Maton.Tubular Pipe Conveyor Design Using a Standard Fabric Belt. 16 Giraud, Laurent; Masse, Serge; Schreiber, Luc. Belt conveyorsafety .professional safety 2004,49(11):20-26 17邱宣怀，机械设计,高等教育出版社 , 1997（第四版）18濮良贵，机械设计，高等教育出版社，2000（第七版）19输送机关键部件产品说明书20相关刊期论文等指导教师意见指导教师（签名）： 年 月 日所在系（所）意见负责人（签章）：年 月 日摘 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ABSTRACTThis 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 describes 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 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 each 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.Keywords: Belt conveyer; upward; flexible start; Hydro-viscous; electronic-control目 录摘 要I1 绪 论11.1 本课题研究的目的和意义11.2 本课题研究的内容21.3国内外研究情况及其发展21.4驱动系统的技术要求41.5 长距离带式输送机合理的驱动装置61.6 带式输送机的发展趋势72 上运带式输送机设计102.1 设计题目原始参数102.2 输送带选型计算102.3 输送线路初步设计132.4 托辊的选择计算132.5 带式输送机线路阻力计算172.6 输送带张力的计算202.7 输送带强度验算212.8牵引力及电机功率计算222.9 驱动装置及分布232.10拉紧力、拉紧行程的计算及拉紧装置的选择252.11制动力矩的计算及制动器的选择282.12软启动装置的选择292.13辅助装置303带式输送机电控装置313.1 概述313.2 各控制部件功能323.3 系统工作原理363.4 信号与报警403.5 故障解除与其它404结论41参考文献42致谢43附录一4459 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1.3.1 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路，该线路长达100km，用两年半时间建成，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6.911.8km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（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有了很大提高，煤矿井下用大功率、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,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递减、接头动态效能的损失。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。1.6 带式输送机的发展趋势随着煤矿现代化的发展和需要，我国对大倾角固定带式输送机，高效高产工作面顺槽可伸缩带式输送机及长运距，大运量带式输送机及其关键技术，关键零部件进行了理论研究和产品开发，应用动态分析技术与智能化控制技术，研制成功了软启动和制动装置以及PLC控制 为核心的电控装置，并且井下大功率防爆变频器也已经进入研发，试制阶段。随着高效高产矿井的发展，带式输送机各项技术指标有了很大的发展。主要表现在以下几个方面：（1）提高煤矿井下带式输送机关键零部件的性能和安全可靠性；设备开机率的高低主要取决于运输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设备开机率。（2）提高运输能力，适应高产高效集约化生产的需要；长运距、高速度、大运量、大功率、集中控制是带式输送机今后发展的必然趋势。（3）控制自动化水平要提高；（4）一机多用，扩大功能；带式输送机是一种理想的连续运输设备，但是不能充分发挥起能力，浪费了资源，如果将带式输送机结构做适当修改，并且采取一定安全措施，就可以拓展起工作领域，是起发挥更大的经济效益。通过上述分析,可以预见,未来新机型应该具有以下特征:(1)大运量、高速度。即意味着高生产率,减少单位时间生产成本。(2)长使用寿命。胶带与托辊的磨损是限制输送机寿命的主要原因,减少胶带与托辊之间的摩擦系数,增加胶带的耐磨性,提高托辊的性能,可以较大程度地提高输送机的使用寿命。(3)低生产成本。在普通胶带输送机中,托辊制造的费用占整个胶带运输机的17%25%,且运动部件过多,维修费用昂贵，采用无托辊支承或非接触支承是降低胶带输送机成本的最有效方法。(4)低能源消耗。胶带式输送机的能源80%左右都消耗在摩擦损失上，降低摩擦损耗的最有效方法是采用非接触带输式送机(如水垫式胶带运输机),它所需的电机功率仅为普通胶带输送机的20%。(5)智能化。未来机型应与电脑密切联系,适合程序控制、智能操作、物料装卸、机器安装与维护都应能实现智能化管理。可以预见,胶带输送机的发展趋势是从接触式胶带输送机向非接触的胶带输送机发展,最终发展趋势是采用最原始的胶带输送机的结构,即采用带子在槽内滑动。胶带非接触支承节省大量的金属,大大减少了胶带运动阻力和能耗,维修也简便。随着新型材料的出现,特别是近几年出现的纳米材料,有理由相信胶带与滑槽之间的摩擦系数和带子的耐磨性可以得到很大的改观。而胶带在滑槽内滑动的结构最简单,运动部件最少，这样它更适合智能化管理,同时生产成本也大大降低。在给定条件下，带式输送机选型设计计算合理与否关系到能否高效、安全、可靠地完成生产任务。一般说来，带式输送机的选型设计有两种方法：一种是成套供应的设备（或已有设备）的计算，对于这一类运输机的设计计算无需进行参数和部件的选择，一般只需核算生产能力、电动机功率和输送带强度等是否满足有关规定的要求；另一种是对通用设备（如TD75、DT系列通用固定带式输送机和DX系列钢丝绳芯带时输送机等）的选型计算，需要通过计算选择各组成部件（如：输送带、滚筒、托辊、驱动装置），最后组合成使用于具体条件下的带式输送机。该设计主要进行的是后一种设计。带式输送机的设计程序大体分两步，第一步是初步设计，主要是通过理论上的计算选出合适的输送机部件，或者完成对已选部件的验算；第二步是施工设计，主要完成对已选部件的安装布置图纸设计工作。由于该种皮带输送机既有上坡运输又有下坡运输，最困难得工况就不一定时在满载时，因此要分不同工况进行分析。第一种工况是满载运行状态，输送带各段都满载的运行状态。大多数情况下，此状态为输送机系统最困难的工况，所以必须对正常运行工况进行设计计算，以确定各主要点输送带张力、电机功率、张紧力的结论；第二种工况最大发电状态，如果设计中没有考虑到这种工况，就必然会出现驱动装置过载，或者在这种条件下停车制动不住，出现飞车造成严重的事故，本输送系统最大发电运行状态的工况是在只有下运段满载，而上运段处于空载状态的情况下出现；第三种工况是最大电动状态，如果忽略此工况，有可能出现电机堵转，闷车而烧坏，而且这种工况也随起动和停车过程的出现而不断出现。对于本输送机系统的最大电动状态是在线路下运段空载，而上运段满载的情况出现。第四种工况是空载运行状态，就是输送机上各点都没有载荷情况下输送机的运行状态，对于本输送线路，空载运行状态比最大电动状态是安全，因此在这就不进行详细设计计算。比较这前三种工况下所需的牵引力和电机功率，按照最困难的工况进行各部件的选取。2 上运带式输送机设计2.1 设计题目原始参数裕隆福祥煤矿上运：（1）输送长度L，m；（2）输送机安装倾角，；（3）设计运输生产率Q，t/h；（4）物料的散级密度，t/m；（5）物料在输送带上的堆积角，()；（6）物料的块度a，mm。2.2 输送带选型计算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：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；表2.1 设计原始数据长度(m)输送量(t/h)运行方式倾角()供电电压(V)来料点位置堆积角最大块度(mm)4601000上运16380/660V机尾30300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；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。 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。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。他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