带式输送机液压张紧装置设计

中文摘要皮带输送机是高强力、大运量、大功率的现代化的大型运输设备，在国民经济中发挥着重要的作用。本文通过对皮带输送机张紧装置的分析,指出当前张紧装置存在的缺陷，对张紧装置的结构进行了改进设计。设计的张紧装置主要由液压系统等部分组成。由于电流和负载之间存在线性比例关系,根据驱动电流来识别输送带上荷载量,电流信号在电控中经运算转化为系统所需的张紧力,再与拉力传感器测到的拉力相比较,比较的结果控制电磁阀,由电磁阀来控制液压缸的油路,液压系统提供相应的张紧力，使输送带上的张紧力随驱动电机电流的变化而变化，时刻使输送带的张紧处在一个动态控制的过程，为输送机提供正常运行的必要张力，防止打滑。从而实现对输送带适时、及时的动态张紧。关键词：皮带输送机，液压张紧装置，液压马达，液压泵站，液压元件AbsｔｒactThebeltｃｏnveyｅrｉｓtheｈighforｃe，ｔｈegreaｔｔｒanspoｒtaｔｉonamoｌln4theｈｉｇhefficｉｅｎcymoderｎｉzatiｏnlaｒgｅ-scaｌｅtranｓpｏrtvehicｌe.Sｏiｔisｐlaｙingavitalｒoｌeintheｎationalecoｎoｍy.Afteranalｙzinｇtａke-upassemblyfoｒbeｌtconvｅyor,thecurrentｆｌaｗthatｔhedevicｅhａｓexistedisｐｏiｎteｄoｕtinthispａper．Theimprovedtａｋe－upａｓsemblyｃonsistsofｔake-uphyｄraulicｓystem，electriccｏnｔrｏleｔc.Ｔhｅlｏadｃaｎbeobｔaineｄbyｅｌｅctriｃcurrｅntfoｒｉｔｓｌiｎearｒeｌaｔｉon,Currｅntsignalbytheｅｌｅctｒiccｏntrolsyｓteminｃompｕｔinｇsysteｍsinｔoateｎsionfoｒce,tｈen,wｉｔｈthepullingｆorceｗhiｃhｏbｔainsａfterｔｈepｕｌｌiｎgfｏｒceseｎsorcompａresａｇain,cｏmｐaredwithresultｃontroｌｓｏlｅnoidvａlｖe.Bythｅsoｌｅnoｉdvalvetocontｒoｌｔhｅhｙdｒaulｉcｃyｌinderｓｏfｔhｅcircuit，sothaｔthehyｄｒaulｉcsysｔeｍtoprｏvidｅthecorｒesｐondingtenｓiｏnｆorｃｅ,ｓothatｔheｔｅnsiｏniｎgｆorceoｎthecｏnvｅｙｏｒｂｅｌｔdriｖemｏtorwｉtｈthecurrenｔchanges.Sｏthatｔｈetｅnsｉｏningfｏrceｏntheｃonveyｏｒbeltdriveｍotorwitｈtｈecuｒｒentchａnｇｅs,soｔｈａtbelｔtensｉonatａｌｌtiｍeｓｉncontｒolofaｄyｎaｍicproｃeｓs，ｔoensureｔhenormaｌｏｐerａｔionoｆconvｅyorｔeｎsionnｅｃessａｒytopｒeventsｋiｄｄing．Ｏnthｅcｏｎvｅyｏrbeｌtinordｅｒtoachｉeveatimelyｍaｎｎer，theｄynamictensionintime.Keyｗords:beｌtｓtretcｈer，hｙdｒaulｉcpressure,fluｉdcyｌｉndｅｒ，hydrauｌｉcpuｍp,hyｄrauｌiccomponｅｎt目录中文摘要AbstｒａcｔTOC\ｏ"1-３"＼ｈ\z\uＨYPＥRLIＮK第一章概论 PAGＥRＥF_Toｃ35４659174\h1ＨＹＰERLINK＼l"＿Toc35４６5９１75"1.1皮带输送机张紧系统的概述 PAGEREF＿Ｔｏc３54６59175＼ｈ1HYPERＬＩNK\l＂_Tｏｃ354６５917６"1.１.１张紧装置的发展现状ﻩＰAGＥＲEF_Tｏc35４６5９17６\h1ＨYPERLINK\ｌ"_Toc35465９１７７"１.1.2张紧装置的发展趋势ﻩPＡGEREF_Toc35465９177\h３１.１.３张紧装置在皮带输送机中的作用及特点ﻩPAGEREＦ_Toc354６５91７8\ｈ4HＹPERLINK1.1.4张紧装置的工作原理 PAGEREF＿Toc354６5９179\h４HYPERLINＫ1.2本设计课题的意义及所做的工作 PAGＥRＥＦ＿Toc３54659180＼h5ＨYPERLＩNＫ第二章张紧装置的理论分析与方案设计 PAGERＥF_Ｔoｃ3５4６59１83\h７HYＰERLＩＮK＼ｌ"_Toc35465９１84"2．1皮带输送机张紧装置的安装位置ﻩＰAGEREF＿Toc３546591８4＼ｈ7HＹPERLINK2.１.1张紧装置的基本布置原则 ＰＡGEREF＿Toc35465918５＼h7HYPEＲＬＩNK\ｌ"_Tｏｃ35465９186"2.1.2张紧装置几种常见的安装位置 PAＧＥＲＥＦ_Ｔｏc3546591８６\h7ＨYPＥRLINＫ\l"_Toc３５4６59１８７"2．１.3张紧装置安装位置的选定 ＰＡGEREF_Tｏc3546５９187\h８ＨYPERＬＩNＫ\ｌ＂_Tｏｃ354６59188"2.2自动张紧装置参数等确定ﻩＰＡGEREF_Toc３5４659１8８＼h8ＨYPEＲLIＮK＼l"_Toc３5４6５9１89＂２．２.1本次设计的主要技术参数ﻩＰAＧＥＲEF_Tｏｃ354659１89\h9HＹPERLＩNK\l＂_Ｔoｃ3５465919０＂2.2．2皮带输送机正常运行时输送带张紧力 ＰAGERＥF＿Toc3５4６59190\h9HYＰERＬIＮK2.2.4皮带输送机制动过程中输送带的张紧力 PＡＧＥＲＥF_Tｏc３５46５9192\h17HYPERLINＫ\l＂_Toｃ354659１93＂2．2张紧装置安装方式的方案设计ﻩＰＡＧEREF_Tｏc3546５９1９3\h１7第三章液压系统的设计ﻩＰAGＥＲＥＦ_Tｏc3546５９194＼h1８HYPERLIＮK＼l"＿Toｃ３5４6５９１95"3．1液压系统的组成 PＡGERＥF_Toc35465919５\h１8ＨＹPＥRLINK3.2.１.液压绞车的原理及结构介绍ﻩPＡGEREF_Ｔoc3546５9197\ｈ18HYPＥRＬINK\l"_Toc354659198"３.2.2液压绞车的参数设计计算 PAGERＥＦ＿Toc35４659198\h19ＨYＰＥＲLINK＼ｌ"_Tｏc354６５9199"3.2．3液压泵的选型 PAGEＲＥF_Ｔoc354６5９1９9\ｈ2０ＨＹPEＲLＩNK＼l"_Ｔoc35465920０＂3.2.4液压马达的选型 PＡGEREF_Toc354659200\h21HＹPERＬＩＮK\l"_Toc3546592０1"3.2.5液压泵及电机功率计算 PAＧＥＲEＦ＿Ｔoｃ3546５９2０１＼h23HＹPＥRLINK3.3蓄能器的选型计算 PＡGEREF_Toｃ35４6592０2\h23HＹＰＥＲＬIＮK＼l＂_Toc３54６5９２03＂３.4液压站的设计 ＰAGEREF_Ｔｏc3５46592０3＼ｈ25HYPERLIＮK\ｌ"_Toｃ354659２0４＂3.4.1明确液压站的工作要求ﻩPAGEREF_Tｏc３54６59２04＼ｈ25ＨＹPERLＩNK\l＂＿Toc3５46592０5"3.4.2液压站的工作过程 ＰAGEREＦ_Toc35４65920５\ｈ25HYPEＲLINK3.4．3液压系统的设计要求和工作原理ﻩPAGEREF_Tｏc3５4６59２０6\h26ＨＹPERLIＮＫ\ｌ＂_Tｏc35４６5920７"3．4.4油箱的设计 PＡGEＲEF_Toc3５4659２０7\h２9HYPERLINK＼ｌ"_Tｏc354659208"3.4.5连接方案的设计ﻩPAＧＥＲＥF_Toc３５４6592０8\h33HYPＥRLINK3.４.6液压泵安装基座设计 ＰAＧEＲEF_Toc35４659209\h33ＨYPＥRLＩNK致谢 ＰAＧＥREＦ_Toc3５４65921８＼h３7第一章概论1.１皮带输送机液压张紧系统的概述1.1.１张紧装置的发展现状张紧装置直接影响皮带输送机的整体性能。目前皮带输送机常用的张紧装置主要分为固定张紧装置、重锤张接装置和液压张紧装置三种。固定张紧装置固定张紧装置的特点是张紧滚筒在运转过程中的位置保持不变,张紧力不能自动进行调节，只有在停车状态下才能对张紧装置的张紧力和张紧行程进行调节。固定张紧装置的优点是张紧滚筒位置固定,不需要人工操作或控制，结构简单紧凑，操作维护方便,一般用于小型皮带输送机。固定张紧装置又分为螺旋张紧装置和固定绞车张紧装置。螺旋张紧装置见图1-1。图１-1螺旋张紧装置由图1-1可见，张紧滚筒的轴承座在活动架上，活动架可在导轨上滑动。旋转调节螺杆，螺母带动活动架一起前进和后退,达到张紧和放松输送带的目的。固定绞车张紧装置由绞车、滑轮、张紧小车等组成,通过绞车卷进、放松钢丝绳来调节输送带所需的张紧力。2)重锤张紧装置重锤张紧装置是靠重锤的重力将输送带张紧，张紧力的大小依靠增加或减小重锤重量来调节。重锤张紧装置又分为重载车式张紧装置和重锤式张紧装置。重载车式张紧装置是将重物由钢丝绳通过定滑轮与滑动小车相连,将张紧滚筒固定在滑动小车上,由重物张紧滑动小车对输送带产生张紧力(见图1-３)，重锤张紧装置是通过用钢丝绳悬挂起来的重锤使输送机的张紧车产生张紧力。图1－3重锤车式张紧装置3)液压张紧装置3.1）普通型液压张紧装置通过液压油缸(或绞车）的快速位移来吸收输送带的弹性伸长，分为液压绞车张紧、液压油缸张紧、液压油缸与固定绞车组合张紧三种。液压绞车张紧装置是通过液压马达动作,使张紧绞车卷进和松开输送带来自动调节输送带的张紧力;液压油缸张紧装置由蓄能站、液压泵站、张紧油缸、电控箱和附件五大部分组成,通过液压站压力使油缸产生伸缩来调节皮带输送机的张紧力。液压张紧装置实物图如图１－４所示图1－4液压张紧装置液压张紧装置的优点是结构紧凑,易于实现远距离控制,可以根据输送机在启动和正常运行工况下对输送带张力的不同要求调节输送带张紧力,控制响应速度快,能够在驱动滚筒与输送带产生滑动时自动增加张紧力。缺点是不能随输送带上载荷的变化自动进行张紧力调节。1．1.2张紧装置的发展趋势综前所述，按常规方式设计的各种张紧装置，其动态调节很难达到最佳张紧效果。主要问题在于设计都是静态特性的基础上，通过对起动、运行各阶段不同张力的要求进行设计,未能考虑负载动态变化对胶带张力的影响，因此产生调节的不合理性。在输送带张力过度时，输送带过张紧,应力疲劳加大，容易出现皮带拉断故障;在输送带张力不足时,导致皮带打滑及断带、着火故障，而且还容易出现皮带横向震动过大、功率消耗过大等一系列问题。针对ＤYL系列和其他常规张紧装置存在的问题，基于实施驱动电机电流与负载间呈现对应比例关系的考虑，现在有科学家提出了一种基于电机电流输入控制的力反馈动态张紧装置的设计方案。其基本原理是：通过识别驱动电机的电流变化来间接识别输送带上载荷量的变化，以电机电流为闭环回路的控制信号，通过电流与负载的对应关系计算出理论张紧力的值，然后与力传感器所测的实际张紧力的值进行比较，从而适应负载的动态变化。1.1.３液压张紧装置在皮带输送机中的作用及特点１)本装置能够自动实现对胶带机提供启动张力和运行张力的张紧动作，以满足胶带启动时防止打滑及胶带正常运行对张紧力的不同要求。2)液压张紧装置的液压张力缓冲装置能够被及时张紧胶带机启动时的松边,改善了启动特性,减少甚至消除其他张紧出现的波涌、打带现象。3)本装置除了震动提供启动张紧力、运行张紧力外还可根据用户需要自动提供皮带停机张力,这样既节约了能耗，又延长了胶带使用寿命。4)张紧装置可根据用户的实际张紧行程需要在大行程范围内实现自动张紧,这样便能够适应伸长率大的整芯胶带机和长距离胶带机的张紧要求。5)当停机或意外停机时,张紧装置能实现自动制动,此时仍能可靠地确保输送带处于张紧状态。6)本装置配有可靠的张力监控系统,能对张力变化作出及时反应和调整。有效的防止了皮带机运行中的打滑现象。７)本装置设有手动控制,便于胶带整机的维护。1.１.4液压张紧装置的工作原理液压自动式张紧装置是利用拉力传感器反映输送带的拉力，与给定拉力进行比较后控制拉近液压缸的运动。在皮带输送机启动前，液压张紧装置先启动,通过液压马达的动作，张紧输送带使值达到启动拉力值（约为正常运转值的1.５倍)。然后启动输送机的电动机，这样就使这一关系保持恒定，以达到防止打滑的目的。启动完毕后，输送带达到额度速度后,自动转换为稳定运转值。在稳定运行状态下,输送带拉力几乎不变，张紧装置不动。当负荷变化或因其他原因引起拉力分布变化，使值变大时，液压马达将自动动作,使输送机的弹性变形减小以便降低。当值变小时,拉力传感器将发出信号，使液压泵供油推动液压缸张紧。使这一比值重新达到恒定值。１.2本设计课题的意义及所做的工作１.２.1选题的目的和意义皮带输送机输送散体物料是当今世界上广泛采用的手段之一,是采矿企业主要的连续运输设施。采用这种方式不仅可以实现长距离、大批量输送,而且与其他输送设备相比,具有更好的经济效益和更低的运输成本。随着煤矿井下运输能力的不断提高及巷道的不断延伸,皮带输送机的输送带长度也在逐渐加大。为了提高井下输送带的阻燃可靠性，阻燃整芯输送带的使用也在不断扩大。输送带长度的延长和整芯输送带的使用带来了新的问题,那就是输送带的伸长量急剧增加。以前大量使用的钢丝绳芯输送带伸长率为０．1％，而阻燃整芯输送带的伸长率为1%,整整提高了十倍,由于重锤张紧、固定绞车张紧等输送带张紧系统受张紧距离和张紧力的限制,使其难以适应１00米以上输送带输送机的张紧要求。长距离输送机的张紧系统不仅要满足输送带伸长量的要求,而且要满足张紧力可调,即起动阶段满足皮带输送机的动态防滑要求而使张紧力较大以增大摩擦牵引力;等速阶段张紧力降低以维持输送机正常运行要求。输送带在较低的张紧力条件下运行可提高输送带的使用寿命，降低能耗,而且可避免长距离输送带起动时的波动现象。采用常规张紧系统，已无法有效解决输送机输送带长度变化较大时的实际问题、影响了输送机的正常使用。而电力驱动形式的自动张紧系统和液压缸自动张紧系统也显现出一些缺陷。随着技术的进步和发展，必须研制出运行安全可靠、张紧行程大、布置灵活以及能够满足动态和稳态两种工况时、输送带具有一定张紧力并可根据实际情况张紧力自动可调的张紧系统。1.2.２本课题所做的工作1、对皮带输送机张紧系统进行理论分析，总结了输送机起动张紧力、制动张紧力和正常张紧力的计算方法以及张紧系统的安装位置。2、明确液压绞车自动张紧系统的各个工作过程，在此基础上提出了系统总体方案的设计要求，根据上述要求,完成液压系统、张紧力监控装置和电控系统的设计，对各个部分主要元件的选型和设计进行了说明。第二章张紧装置的理论分析与方案设计2.1皮带输送机张紧装置的安装位置２.1.1张紧装置的基本布置原则1、张紧系统的安装位置可以任意选择，但最好选择在靠近驱动装置处，使此处的张紧力始终保持不变。如安装位置离驱动装置较远,最好在靠近驱动装置处增设重锤,以抵消加速度和减速度的影响,确保驱动滚筒奔离处的输送带保持最小的张力。2、尽量布置在张力最小处或靠近传动滚筒的松边处。3、确定张紧力的大小时，要考虑到正常运行和起动、制动等各种运行工况。4、张紧行程考虑了输送带由于内张力的变化所引起的弹性变形、输送带使用后永久变形、以及输送带接头的预留量等因素。2.1．2张紧装置几种常见的安装位置根据以上介绍的四条基本原则，在实际应用中张紧装置可有头部或中部张紧安装、尾部张紧一般安装、尾部张紧特殊安装等形式,示意图如图２－1、图2-2、图２-3所示。图2-1头部或中部张紧图2-2尾部张紧(一般布置形式）图2－3尾部张紧(特殊布置形式）2.1．3张紧装置安装位置的选定由于松边张力值直接影响输送带的选定,所以在满足≤时,其值应尽可能小一些为好,这与张紧系统安装的位置有一定的关系。一般来说，确定安装系统的安装位置时应考虑以下几点；1.长度在3０0米以上的水平或坡度在４%以下的倾斜运输的输送机，张紧系统应设在紧靠驱动滚筒的空载侧。2.距离较短的输送机和坡度在4%以上的倾斜运输的输送机，张紧系统多半布置在尾部。3.由于钢丝绳芯输送带的伸长量非常小,张紧系统也可设在尾部。２.2自动张紧装置参数等确定根据皮带输送机正常运行时的输送带张力,在考虑一定张紧系数的情况下,设计张紧系统在启动过程中的最大张紧力以满足输送机的要求,为了减小输送带在启动过程中动张力的影响，以满足起动加速度的要求,设计张紧系统在输送带开始张紧到输送带开始起动的时间间隔。皮带输送机所需的张紧力,在起动,稳定运行和制动过程中是不同的,因此计算张紧力时应按各种工况下输送带在驱动滚筒上不打滑的条件计算。理想的张紧系统应能根据输送机再不提供框下的需求自动调整张紧力，这样,既可满足输送带垂度和摩擦牵引力的需求,又可保证输送带不受过大的张力，来避免因张力过大而引起输送带寿命的减小。2.２．1本次设计的主要技术参数１.张紧小车的最大牵引力：Ｆ=200×N2.张紧小车的牵引速度:＝0.2ｍ/s３．张紧小车的伸缩距离:S=1２~２4ｍ2.2.２皮带输送机正常运行时输送带张紧力确定张紧系统张紧力的方法取决于张紧系统在皮带输送机中的位置,一般是先求出输送带在驱动滚筒分离点的张力，然后再根据逐点张力计算发球处在张紧系统位置处输送带的张力。输送带在驱动滚筒分离点的张力的确定是由滚筒摩擦条件和输送带悬垂度条件共同决定的。一般是先用摩擦条件计算出输送带张力，然后再用悬垂度条件进行校核。1皮带输送机的传动原理皮带输送机在运行过程中,借助于传动滚筒与输送带间的摩擦力将驱动装置与输送带有机地联系起来,以完成二者之间的能量传递任务,保证输送机的可靠运行。其摩擦传动原理如图2-4所示图2-4皮带输送机摩擦传动原理设传动滚筒此时输出牵引力,输送带在传动滚筒奔离点处的张力为，在相遇点处的张力为(≥）。忽略一些次要因素,在输送带上取微元为隔离体，它对应的圆心角为,其受力分析图如图2－4所示。由微元体力的平衡得：（２—1)(2—2)式中：Ｓ,——输送带在和点的张力——滚筒与输送带之间的摩擦系数——输送带在滚筒上的包角——微元体所受的法向反力将式（2—1)式（２—2)联立解方程,并将边界条件＝Ｆ带入(2—3）式（2—3)是传动滚筒包弧上任一点的张力的计算公式,即欧拉公式.2摩擦条件确定输送带张力由欧拉公式可得:（2—4）另外(2—5）式中—各种附加阻力之和,—驱动滚筒驱入点和分离点处的张力，—承载段和空载段阻力为了简化计算，又是附加阻力按承载段阻力和空在短阻力之和的10%考虑，这样,式(2—5)可写成：（２—6）其中(２—7）（2—８）——输送机长度；——与输送机有关的系数,见表2—１:表2—１输送带长度系数6１02０401００2003０04006０0840１00０１400K64.4３.22.2１．９1.4４１．3２１．241.141．11.091.０6——被输送物体的单位重量,其中;（２—9）——皮带输送机的输送量;——输送带自重；——输送速度;——输送机倾角；——驱动滚筒上的包角;——输送带承载分支和空载分支的阻力系数,见表2—2——输送带鱼滚筒表面之间的念着系数,见表2—3——抗滑安全系数，在1.3～1.4的范围内取;——输送带承载分支,空载分支托辊组传动部分的单位重量，;——输送机承载分支,空载分支托辊组传动部分的重量；——输送带承载分支与空载分支的间距。表２—2输送带承载分支和空载分支的阻力系数工作条件承载分支承载分支设备状态良好，无污染０.021~0.０24０.024～０.０３４设备状态较好，有轻污染0.0２４～0.０３０．03~0.04设备状态较好,严重污染０.03～0.０3４０.034～０.0４４严重污染且大气含尘量高0．0３４～0．０４40.04～0.０5表2—3粘着系数滚筒衬套的种类工作条件无套光滑表面聚氨脂橡胶陶瓷干燥0.34～0．40０.34～０．400.4０~０.4４0.4０~０．44潮湿（清水）０.１0０.340．３40.34～０.４0潮湿（混有粘土的脏水)0.04~０.100.２00.24~0.300．34式（2—7）和(２—8)中承载分支向上取“+”向下取“－”，而空载分支则“+”“－”号的取舍相反。联立式（2—4）和式（２—6）,可得和,再根据逐点张力计算法,求出张紧点处的张力。这些张力是满足滚筒摩擦条件,即不打滑条件的，而且有１3%～１４%摩擦力备用。3．用悬垂度条件校核输送带张力为使皮带输送机运行平稳而且运行阻力降低,输送带在两托辊之间的悬垂度不易过大。一般把悬垂度限制在托辊间距的2.4%以内。输送带的垂度与其张力有关,张力越大，悬垂度就越小,根据受力可导出以下方程：（2—10)式中——承载短最小张力；——输送带的最大垂度;将带入上式,整理得（２—11)如果用摩擦条件所确定的输送带承载，空载段的最小张力不能满足式（２—1１)和式(2—１2）,说明悬垂度条件需求的张力大。此时,可用悬垂度条件确定输送带承载段的最小张力,再用逐点张力计算法得出张紧点处的张力值。4.计算张紧系统的张紧力张紧系统所提供的张紧力基本按张紧点处输送带张力的两倍选取,张紧系统所步置的位置的不同，张紧力也有所不同，可得出以下几种对应于不同张紧位置的张紧力。(１)水平运输机：在头部或靠近头部驱动,并在头部装有张紧系统，张紧力为,在头部或靠近头部驱动，并在尾部装有张紧系统时，张紧力为。（2）上运输送机：在头部或靠近头部驱动，并在头部装有张紧系统时，张紧力为，在头部或靠近头部驱动,并在尾部装有张紧系统时,张紧力为。（3）下运输送机：在尾部或靠近尾部驱动，并在头部装有张紧系统时,张紧力值为由悬垂度所校核的最小张力的２倍,在尾部或靠近尾部驱动，并在头部装有张紧系统时，张紧力为由悬垂度所校核的最小张紧力加上空载阻力的2倍,在头部或靠近头部驱动且输送机处于制动状态,并在头部装有张紧系统时，张紧力为，在头部或靠近头部驱动且输送机处于制动状态,并在尾部装有张紧系统时，张紧力为。对于在中间部分装设张紧系统时，对于头部驱动的输送机，其张紧力为，对于尾部驱动的输送机,其张紧力为（其中——张紧系统距皮带机头的距离，皮带长度)可以看出,不同的布置方式，和对张紧系统张紧力有不同的影响,因此布置张紧系统时要遵循张紧系统尽可能地布置在输送带张力最小处这样一个原则。５计算驱动装置的功率（2—12)式中：——驱动装置的功率——电动机主驱动滚筒的传动结构的效率２．２．３皮带输送机起动过程中输送带的张紧力皮带输送机在起动时为了增加主动滚筒的摩擦牵引力,其牵引力比正常运行时要大，起动牵引力与正常运行时驱动滚筒牵引力的比值叫做启动系数。表2—4是水平输送机在不同运距和不同加速度下的起动系数。表2-4水平输送机的起动系数102030401０02０0３00４0０>10000．1１.0841.１131.1291．１41１.２96１.2４１1.２4８1.2491．３9２０．１41.1201.1691.１9４1．2２４1.３１91.3621.3841．４141.49４0.２1.１６１1.２261.2４91.３01１.４241.4841.４181．4４41.6４8０．3１．２4２１．3３９1．３381.４431．6391.4221.4461.8361．988皮带输送机在起动自动张紧系统的张紧力和正常运行时的张紧力也不同,两者的比值叫做张紧力比。通过张紧力比与起动系数的关系，可以确定长进系统在输送机起动前所提供给输送带的起动张紧力值。输送机启动系数的确定若起动牵引力为,正常运行时牵引力为,则,与启动系数的关系为：(２—１3)正常运行时的牵引力应等于运行阻力,即，其计算见公式（2—6)而起动牵引力应等于运行阻力与起动惯性阻力之和，即,(２—１4)式中——输送机起动加速度;——旋转质量惯性系数；2．张紧力比的确定对于自动张紧要求在输送机起动前对胶带奔离点进行预张紧，则起动时所需的张紧力，与正常运行时所需的张紧力之比即为张紧力比,即;（2—1５)图2—5皮带输送机布置图1３.启动系数与张紧力之比的关系:(2—１６）式中:——分别为起动和正常运行时输送带趋入点的张力；——分别为起动和正常运行时输送带奔离点的张力;它们之间有如下关系：（2—17)式中：——正常运行时摩擦力备用系数;——起动时摩擦力备用系数；将式(２—17)带入式(2—13)得(２—１8)在水平和上运时，因,则；而在下运并发电运行时，因,则。图2—6皮带输送机布置图2上述结论适用于张紧系统位于驱动装置附近的情况。当两者相距较远,其间有运行阻力时张紧力与启动系数的关系与上面不同，如图2－6所示，张紧系统位于4点，则预紧后,4点的张力为:（２—1９）式中:——起动时所需的张紧力；——正常运行时所需的张紧力;起动时输送带分离点的张力和预紧力的关系为：(２—２0）式中:——起动时4点与５点间的运行阻力；当水平或上运时则有（2—21）式中:——正常运行时4点与5点间的运行阻力;则此时张紧比与起动系数的关系为:(２—22)下运时有同样的方法可得:（2—23）从表2—４可以看到起动系数的值在1.１～1.８的范围内,根据不同的起动和正常运行时的摩擦力备用系数,可以得到张紧系统的张紧力比,一般情况下张紧系统所提供的起动张紧力是正常情况运行允许张紧力值的1．4～1.8倍。２.2.4皮带输送机制动过程中输送带的张紧力皮带输送机制动过程中,输送机的制动惯性阻力与气动惯性阻力的方向相反,其驱动滚筒的摩擦牵引力减小。并且在输送机停止运行后，输送带只需维持较低的张紧力，以增加其使用寿命。因此在皮带输送机制动过程中，输送带的张紧力要小于输送机正常运行时的张紧力，一般情况下,制动张紧力是正常允许值张紧力的0.9倍左右。２.2张紧装置安装方式的方案设计考虑综合因素，本次设计的张紧装置安装方式采用液压绞车牵引,拟定采用牵引方式如图２—7所示，其组成部分有液压部分,电控部分，张力传感监控部分,液压绞车部分,液压张紧部分。其中传动部分采用电机、泵、高速小扭矩马达、减速器、牵引滚筒方案。图2—7张紧装置布置方案第三章液压系统的设计3.1液压系统的组成液压绞车自动张紧装置最主要部分是液压系统，它由液压站、蓄能器和液压绞车三部分组成。下面分别对它们的设计选型进行说明。3．2液压绞车的设计３.2．1.液压绞车的原理及结构介绍皮带输送机液压绞车自动张紧装置采用液压绞车执行张紧动作,可根据实际张紧行程的需要储绳,可以在大行程范围内实现输送带自动张紧，本装置所选用的液压绞车其结构主要由液压马达、滚筒、支架、安装底板、制动器、平衡防颤装置等组成。如图3-1所示。图３-１液压绞车原理图根据输送带所需要的最大张紧力１8００0０Ｎ,其性能参数原理和结构尺寸为第一层拉力：45ＫN,液压马达进出口压差:２0MPa，钢丝绳直径:２4ｍm,静制动扭矩:９5０0ＮＭ图3－2滚筒结构图3.2.2液压绞车的参数设计计算牵引角速度一定时,滚筒直径Ｒ与牵引速度成反比,较小的角速是有利的，这时滚筒直径较小。但滚筒直径过小时,使钢丝绳寿命缩短,即钢丝绳直径d与筒直径Ｄ一个比较合理的比值。D的大小已选取为24mm。参照已有的设计资料,取滚筒直径Do＝376mm，Ro=188mm（如图3—2所示)。滚筒转速的计算过程如下:(3—1)式中：——牵引速度，m／s，(=0.2m/s）——滚筒半径,m,（=０.1８8m)——角速度,ｒad／s由式（3—1)得（raｄ/ｓ）(3—2）由得（r/s)(r/ｍin)(3—3)将式（3—2）带入（3—3)得(r／miｎ）即滚筒输出转速为１0r/ｍｉn(=0.2m/s,=0.１8８m时）。3．2.3液压泵的选型1液压泵的分类液压泵按结构不同可分类如下：2．泵型号的选择通过调查研究和分析,本设计选用的泵的型号为:32的定量轴向柱塞泵。几何排量,额定工作压力取机械效率，额定效率,总效率，额定转速,则输出流量为液压控制阀及管道可按选择或按选择。3．2.４液压马达的选型1液压马达的分类液压马达按结构及转数不同可分类如下:2马达型号的选择选定量轴向柱塞马达型号：200几何排量，额定工作压力(与液压泵额定工作压力相协调）,取机械效率,总效率在泵与马达型号选定的条件下，液压马达转速:(3—4）为保证滚筒输出转速,选择传动比i=20的减速器，基本满足设计要求。3.关于牵引速度复核取减速器传动比i=２0时，则滚筒转速为＝０．１７1６r/s=rad／s＝0.188当=1４５0r／miｎ时牵引速度符合设计要求。4.液压马达工作压力计算滚筒输出转矩(最大）:液压马达——滚筒间能量守恒方程：（3—5）式中:——液压马达输出转矩,;——液压马达角速度，ｒａd/ｓ；——减速器机械效率,=０.９5（查手册可知）;——滚筒牵引力,N；——滚筒角速度,rad／s;——滚筒半径，ｍ；液压马达转速与滚筒转速关系为（3—6)ﻩ将式（3－５）带入式(3－4），则有(3—7）液压马达输出转矩为:(3—8)将式(3-7)带入式（3－6），则有(３—9)故有下式:（3—１0）带入有关数据计算3．2.５液压泵及电机功率计算液压泵工作压力估算：液压马达被压按,换向阀和液压单向阀阀口损失按计算，则取液压泵功率:考虑到机械效率：取电机功率可行,为保险，可取型号。3.3蓄能器的选型计算蓄能器是液压系统中的一种能量储存装置。它利用力的平衡原理使工作液体的体积发生变化，从而达到储存或释放液压能的作用。1．蓄能器的分类:2.蓄能器总容积的计算蓄能器的总容积是指充气容积，总容积可根据气体定律计算:常数，且(3—11)式中：——充气压力（Pa)——充气容积，即蓄能器总容积——最低工作压力(Pａ）——压力为时的气体容积——最高工作压力（Pa)——压力为时的气体容积——多变指数蓄能器工作为变温过程，一般用于维持压力,补偿泄漏的蓄能器其释放能量的速度缓慢，可认为气体在等温条件下工作,取（3—1２)3.蓄能器充气压力的确定从保护蓄能器胶囊并延长其使用寿命的角度来确定，取4.蓄能器参数的确定NXQ-40/3１.5-I①②③④①皮囊式液压蓄能器②公称容积4０L③公称压力31.５MPａ④类型3.4液压站的设计3.４.1明确液压站的工作要求在设计液压系统之前,首先应明白整个张紧系统的工作过程，根据皮带输送机的运行情况,将自动张紧系统的工作过程分为以下四部分：1、由于皮带输送机起动时产生加速度,使输送带驱入点的张力提高,为了保证输送机起动时输送带不打滑,要求在输送带起动之前，张紧系统将输送带的张力张紧到1.4倍的正常张紧力值。然后将液压绞车制动闸关闭，系统空载运行等待输送机起动。2，输送机起动完成，在输送带达到稳定运行状态后，需将输送带的张力从起动张力值降到正常运行所需值,然后液压系统停止工作。3、在皮带输送机平稳运行过程中,张紧力监测装置随时监测输送带的张紧力。一旦发现输送带张紧力低于正常值的0.95倍，则重新起动液压系统，使输送带张紧力达到正常张紧力值。张紧动作完成后液压系统停止工作。循环执行上述过程只到输送机发出停机信号。４、在皮带输送机制动阶段，为了减少输送带的张力以增加其使用寿命,需将输送带张紧力降到0.9倍的正常张紧力值。然后整个张紧系统停止工作。３.4．2液压站的工作过程根据自动张紧系统的四个工作阶段，液压站的工作过程也分为以下四部分,分别见图３-１6~３-１9。图3—3起动阶段工作过程图图３—4起动至正常阶段的工作过程图图3—5监控阶段工作过程图图3—6制动阶段工作过程图3.4.3液压系统的设计要求和工作原理1）设计要求液压系统设计是整个系统设计的一部分,与设计要求密切相关。设计液压系统时，首先要明确整体设计对液压系统的要求，这是液压系统设计的依据。(1)明确主机和总体布局。主机功能和工作原理，机器总体结构，主要部件结构、布置及再主机中的位置、作业方式和工作循环等，这些不仅是合理确定液压执行元件的运动方式及其工作范围的需要，也是合理确定液压执行元件安装位置及其空间尺寸限制条件的需要。(2)明确主机对液压系统的动作和性能要求。这些要求主要是指：哪些动作要求用液压传动实现，这些动作有无同步要求、互锁要求、是否构成一定的自动循环,运动方式(如往复直线运动、连续转动、往复摆动），行程和速度范围,负载条件,运动平稳性和精度,完成一个循环的时间（周期）,工作可靠性、安全性等。（3）明确主机工作环境。工作环境的温度、湿度、污染、冲击震动以及是否有腐蚀性和易燃性等情况均应有明确答案。这涉及液压元件和工作介质的选择。必要时在设计中还需附加防护措施。(4)其他要求。液压装置在质量、外观尺寸方面的限制及经济性、能耗方面的要求等。另外要了解和搜集同类型机器的有关技术资料,如应用系统工作原理，使用情况及存在问题等，为设计准备必要的参考资料。由若干液压元件和管路组成，以完成一定动作的整体成为液压系统。根据这次设计要求及其他经济性等因素，液压系统图设计如图３—7所示。图3-7液压系统原理图1—油箱;２—溢流阀;3—电机；４—液压泵；5,7—单向阀；６—滤油器；8，9,１3—二位二通电磁阀；10—电液溢流阀;１1—信号接收器；１2—二位四通手动换向阀；１４，１7,18—压力继电器;15—截止阀;16—蓄能器;１9—液压马达;２0-减速器2１—滚筒;2２—钢丝绳；2３—滑轮组；24—皮带。2)工作原理启动油泵电机，使二位四通阀1２，二位二通阀9和二位二通阀13处于图示位置（2DT和3ＤT失电),此时液压泵4提供的工作压力由溢流阀2(其压力由启动工况所需的较大张力决定）调定,压力油经单向阀5，滤油器６，单向阀７和二位四通阀12进入液压马达，以较大的张力(1.５倍额定张力)实现张紧，满足启动工况的需求,压力继电器１７动作，发出信号,启动皮带输送机的驱动滚筒,并同时使２DT和３DT得电,二位二通阀9切换到左工位，二位二通阀13切换到上工位,此时泵的工作压力由电液比例溢流阀1０调定,转为正常工作所需的压力,此时,蓄能器16的进油路被接通，泵在向马达供油的同时，也向蓄能器充油。当蓄能器16被充满，其内压力达到额定值的１.1倍时，压力继电器１4动作，发出信号,使１DT得电，将二位二通阀8切换到左工位,泵4卸荷运转，由蓄能器1６供油，弥补泄漏，维持张力基本不变。当由于泄漏,胶带松弛等原因使压力降低到额定值的０.９5倍时，压力继电器18动作，发出信号，使1DT失电，液压泵4又恢复工作。此后将重复上述过程,使压力(张力）在额定值的0．95～１.２倍之间变化,保持张力的基本恒定。3.4．4油箱的设计油箱在液压系统中除了储油外,还起着散热，分离油液中的气泡，沉淀固体杂质等作用。油箱中安装有很多附件，如冷却器、加热器、空气滤清器及液位计等。1油箱的设计要点设计油箱时应考虑如下几点：1)油箱必须有足够大的容积,以满足散热要求，停车时能容纳液压系统中所有的油，而工作时又能保持适当的油位要求等。2）吸油管及回油管应插入最低油位以下,以防止吸油管吸入空气,回油管正侧产生气泡。关口一般与油箱底,箱壁的距离不小于观景的3倍。吸油管应安装80或100um的网式或线隙式滤油器。安装位置要便于装卸或清洗滤油器。回油管口斜切角并面向箱壁，以防回油冲击油箱底部的沉积物。3)吸油管和回油管的距离应尽可能远一点，中间要设置隔板，使油液在油箱中流动速度缓慢一点,时间长一点，这样能提高散热，分离空气及沉淀的效果。4）为了保证油液清油，油箱应有密封的顶盖,顶盖上应设有带滤油网的注油口及带空气滤清器的通气孔，注油及通气一般都由一个空气滤清器来完成，为了便于放油,油箱底应有一定的倾斜度,最低处设有放油阀。5）箱壁上应考虑安装液位指示器，加热器及温度计等位置。6）油箱也可以设计成完全密封的充压式油箱,用以改善液压泵的吸油状况。一般充气压力为0．0７～0．１MPa．2油箱本体设计1）油箱体积液压泵流量,取长度,宽度,长度,体积,有足够的体积。如图3-8、图3-９所示。有效容积按计算(H=２80ｍm)也足够（有效容积302L)。该油箱的尺寸选择有足够的适用性。由于又想设计体积较大,可作必要调整。图３-8油箱主视图及其总体尺寸图3-9油箱俯视图及其总体尺寸材料选择使用Q235钢板,这种钢板的焊接性能较好，油箱四周壁厚,油箱盖板厚度为，挡油板厚度为。油箱支腿选择宽度为1０mｍ的槽钢,长度与油箱宽度相同。结构设计ａ)油箱长度方向轴线剖向图如油箱主视图所示。b）焊接尺寸为前后侧壁，为左右侧壁。四条铅垂焊接尺寸如图3－10所示。图3-10铅垂焊接尺寸焊接处标注规范化，查焊接手册。平焊,每边长为3mｍ,此为估计焊缝，具体查手册。底部四条焊缝尺寸如图3－11所示。图3-１1焊缝尺寸c)油箱口部设计油箱口部是指安装箱盖的部位。拟采取封油边缘口内置式设计方案。俯视图如图３-12所示。图３-12油箱口部