带式输送机

1 绪论

1.1 带式输送机简介

带式输送机是由承载的输送带作牵引兼作牵引机构的连续运输设备，可输送矿石、煤炭等散装物料和包装好的成件物品。带式输送机具有运输能力大、运输阻力小、耗电量低、运行平稳、在运输途中对物料的损伤小等优点。因此，被广泛应用国民经济的各个部门，特别在煤矿矿井巷道内采用带式输送机输送煤炭、矿石等物料，对建设高产高效的现代化矿井具有重要的意义。 1.2 带式输送机张紧装置功能

张紧装置是带式输送机中的重要组成部分，其性能的好坏直接影响带式输送机的性能。在我国煤矿的长距离带式输送机中，长期采用的重锤张紧和固定绞车张紧，近几年又出现了液压油缸式张紧装置。固定绞车张紧方式只能定期调整输送带的张紧程度，一般开始处于过张紧状态，使带式输送机的输送带承受额外的附加载荷，而在运行过程中张紧力随着输送带永久变形增加而逐渐减小，经常出现打滑现象。带式输送机长时间打滑，使驱动滚筒发热，容易引起火灾。用固定绞车作为长距离带式输送机的张紧装置，输送带的动应力大，对一定强度的输送带，其安全可靠性将下降，容易出现断带事故。一旦断带事故发生，需要重新连接输送带，清理落煤，通常需停产 24小时甚至更长的时间。例如淮北矿业集团公司朔里煤矿在 1993年由于张紧装置的问题，断带 14次，带式输送机系统成为严重影响生产的薄弱环节此外，断带事故的发生，还会造成输送机旁边行人的伤亡事故。

重锤张紧还需在煤矿井下专门开拓硐室，随着带式输送机输送距离长，张紧距离也越大，硐室也随之加高，有的矿井为了安装张紧重锤，还需专门开拓暗井。张紧力的大小大多只能凭工人的经验来增加或减少。在带式输送机需要松带、紧带时，增减张力很不方便。这不但增加了井巷建设的工作量，而且交叉巷道处矿压很大，给巷道维护带来了很大的麻烦。

液压油缸式张紧装置的张紧行程在很大程度上受油缸行程的限制，而且其液压系统始终处于超高压状态，造成液压系统的内泄露很大，各种阀件的寿命也较低，油缸和液压系统的密封经常会出现被冲坏的现象，直接导致系统压力急剧下降，张紧力随之急剧降低，致使输送带打滑被迫停机检查，故障率高，给维护带

来很多不便。

我国曾进口了日本十多台带有张力传感器的自动张紧装置，但由于煤矿条件恶劣，均因张力传感器失灵而遭废弃。徐州矿务集团也曾进口过英国气动—液压恒张力自动张紧装置，由于体积庞大，不适应于我国较小断面的巷道，加之性能上存在大量的缺陷，未能应用。

随着国民经济的快速发展以及煤炭产量的进一步加大，这就要求与产量密切相关的矿井运输能力进一步的提高，同时对作为矿井重要运输载体的带式输送机提出了更高的要求，向高速度、大功率、大运量、长距离、高可靠性的方向发展，以形成矿山物流系统的“高速公路”。特别是现在煤矿为了提高井下输送带的阻燃可靠性，阻燃整芯胶带的使用也在不断的扩大，输送带长度的延伸和阻燃整芯输送带的使用带来了新的问题，那就是输送带伸长量急剧增加，而阻燃整芯输送带伸长率的增加就特别需要动态性能好、适应井下恶劣环境的张紧装置，为了更好地满足上述要求，我们研制了一种新型的液压绞车式自动张紧装置，本装置能够满足以下的功能：（1）启动时张紧力和稳定运行时张紧力可根据带式输送机张力的需要任意调节。（启动时张紧力是运行张紧力的 1.1----1.5倍）一旦调定后，按预定的程序自动工作可保证输送带在各种工况下受力最小；（2）响应速度快。带式输送机启动速度快，液压绞车式自动张紧装置能够及时补偿输送带和吸收波动能量，使靠近驱动滚筒下分支输送带由于突然松弛伸长而引起的弹性震动大大降低，减少打滑和断带事故的发生；（3）结构紧凑，安装方式灵活，所需安装空间小，取消煤矿井下为放置张紧装置专设的硐室，大大节约基建投资。（4）能够实时显示输送带张紧力的大小，达到对张紧力的“可测”、“可知”、“可控”。输送机及张紧装置基本的布置形式如图1.1所示。

1、2—驱动滚筒 4 、5、6、7—改向滚筒 3—拉紧小车

图1.1 输送机及张紧装置基本的布置形式

1.1张紧装置的发展状况

张紧装置的性能好坏直接影响带式输送机整机的性能，因此，国内外学者对张紧装置进行了大量的研究，研制了许多新产品，张紧装置的发展大致经历了三个阶段。

第一阶段，固定张紧装置,这个阶段的典型产品代表是绞车张紧装置。这类产品能张紧输送带，使带式输送机运转，从本质上说，其功能仅仅是张紧，当输送带由于各种原因伸长，张紧力下降时，只能通过人的观察发现后，再次张紧。

第二阶段，自动张紧装置,这个阶段的典型产品代表是自动绞车(机械绞车、液压绞车)张紧装置。这类产品只能实现在稳定(匀速)阶段的自动张紧，保持输送带在该阶段的张力恒定。由于其惯性大，响应速度慢，无法实现起、制动阶段的张力恒定。

第三阶段，阶段性的动态自动张紧(两点式自动张紧),这个阶段的典型产品代表是油缸式自动张紧装置。这类产品动态响应快，可实现起、制动阶段和稳定运行阶段的张力稳定，自动根据实际情况调节其张紧力的大小，实现张紧的自动控制。

1.2国内外研究状况

目前国内外常用的带式输送机张紧装置主要有以下几种，一是绞车张紧装置，二是重锤张紧装置，三是液压张紧装置。

(1)绞车张紧装置又分为自动绞车张紧装置和固定绞车张紧装置两种形式。自动绞车张紧装置是由压力传感器根据带式输送机运行工况的需要自动控制张紧力的大小，由于压力传感器质量不高和机械系统惯性及信号滞后等因素的影响，自动绞车张紧装置有误动作的现象，影响自动绞车张紧装置的使用效果。固定绞车张紧是根据所需的张紧力调定后产生固定的张紧力，张紧力不能自动调节。绞车张紧的缺点是当绞车和控制系统出现问题时，对带式输送机不能产生恒定的张紧力或张紧力失效，安全可靠性相对降低。

(2)重锤张紧装置分为重载车式张紧装置和重锤张紧装置。重载车式张紧装置是将重物放在带式输送机的重物张紧车上，利用输送机地脚板的坡度使重物张

紧车产生下滑力对输送机产生张紧力。重锤张紧装置是通过钢丝绳悬挂起来的重锤使输送机的张紧车产生张紧力。无论是重载车式张紧装置还是重锤式张紧装置，其特点都是由重物始终产生一个恒定的张紧力，安全可靠性比较高。缺点是张紧力不能调节。

(3)液压张紧装置是由液压系统产生的压力通过油缸对带式输送机施加张紧力，其特点是可以根据输送机运行工况的需要调节张紧力的大小，安全可靠。它能够综合电气和液压两方面的特长，具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、易于实现各种参量的反馈等优点。因此，在负载质量大又要求响应速度快的场合使用最为合适。特别适用于矿山机械运输方面。

设计的意义及大概设计内容

2 张紧装置的类型及介绍

2.1 张紧装置的作用

(1)保证带式输送机驱动滚筒分离点的足够张力，从而保证驱动装置依靠摩擦传动所必须传递的摩擦牵引力，以带动输送机的正常运转。

(2)保证承载分支最小张力点的必须张力，限制输送带在托辊之间的垂度，保证带式输送机的正常运行不致因输送带松弛而导致打滑、跑偏等现象。

(3)补偿塑性变形与过渡工况时输送带伸长量的变化。由于负载变化会引起输送带发生长度变化，蠕变现象也会造成输送带伸长，张紧力是变化的，必须经常调节张紧滚筒的位置，才能保证带式输送机的正常运行。保证输送带在驱动滚筒分离点处具有适当的张力防止输送机在正常运行、起动、制动和紧急停车时驱动滚筒与输送带间的滑动。

(4)为输送带重新接头做必要的行程准备。每部带式输送机都有若干个接头，可能在某一时间接头会出现问题，必须截头重做，张紧装置为带式输送机准备了负荷以外的运输带，这样接头故障就可以通过放松张紧装置重新接头来解决问题。

2.2 目前常用张紧装置的类型

2.2.1 重锤式张紧装置

(1)重锤式张紧装置的组成带式输送机重锤张紧装置是由张紧小车、重锤、滑轮组、钢丝导索等简单部件组成。重锤张紧装置结构示意见图2-1。

1.输送带 2.张紧滚筒 3.轴承座 4.滑轮 5.重锤 6.张紧小车

图2-1重锤式张紧装置

(2)工作原理：是靠重锤本身的自重来实现输送带的自动张紧,所以它能保证张紧力在各种工况下不变。其作用是使输送带具有足够的张力，使滚筒与输送带间产生必要的摩擦力；能自动补偿输送带的伸长；限制皮带在各支承托辊间的垂度，使送机能正常运转.重锤张紧装置适用于固定式长距离运输机上，适用于上运、平运、下运，对使用环境没有特殊的要求。同样它也存在相应的缺点：①张紧力恒定，它不能根据实际的工况需要合理的自动的选择张紧力。②该种装置体积大，且笨重，特别是张紧力较大时，使用时应考虑空间的问题。另外，维修带式输送机需放松输送带时比较费工费时。③启动时，机尾张紧滚筒由于瞬间启动，重锤会上下剧烈波动，对输送带的冲击也非常大，影响输送带的寿命。张紧滚筒同时也将作一定范围的跳动，而就是这一瞬间的跳动，造成传送带跑偏，尤其是输送带上水分多，运送湿料时，输送带跑偏更加严重；④对于输送带不同的张力要求，需要相应的为皮带调配适当的重量，因此需要不同的配重箱，比较麻烦。

图2-2重锤张紧装置的类型

2.2.2自动绞车张紧装置

带式输送机自动绞车张紧装置，利用拉力传感器检测输送带的拉力，与给定拉力进行比较，发出电信号来控制绞车电动机的转向，以适应输送带张力的变化要求。

(1) 自动绞车张紧装置的结构组成 自动绞车张紧装置的结构组成见图2-3:

1.张紧小车 2.定滑轮 3.钢丝绳 4.减速器 5.电动机

6.绞车滚筒. 7张紧滚筒 8.输送带

图2-3 自动绞车张紧装置

整个装置由拉力传感器、前置变换器、控制机、电源箱、磁力启动器、绞车、滑轮组、张力小车、拉力表、速度传感器、手动控制按钮、转换开关、行程开关等组成。

(2)自动绞车输送带张紧装置的工作原理

自动绞车上安装拉力传感器实时检测输送带的张力值，拉力传感器将检测到的输送带张力值与设定值进行比较，输出电压信号，应力变送器将该信号变换成脉冲频率信号后，传到控制机。控制机采集到此信号，并结合带式输送机的状态进行逻辑分析判断，发出相应的控制命令，经电源继电器及磁力启动器传到张紧电机，控制电机正转、反转及停止。通过减速器和滑轮组驱动张紧绞车在张紧轨道上前进、停止及后退，从而张紧或放松输送带，完成输送带张力的相应调节，控制输送带张力满足系统要求。

(3)自动绞车输送带张紧装置存在的问题

在实际应用过程中，自动绞车张紧装置也出现了许多的问题。主要问题如下:①绞车行走速度无法调节，张力能连续快速变化，难以达到设定的张力值，控

制精度差。②张力响应速度慢，对动负荷的适应能力和控制能力差。③张紧装置直接启动和停车，对负载冲击大，仅靠机械闸门进行制动控制，因制动器和电动机损坏导致张紧绞车失控的事故时有发生，安全性差.④张力动态调节过程持续时间长，震荡幅度大，稳定性差。⑤客观上工作环境条件差及目前国内制造水平的因素，又使得测力传感器易损坏或失灵。

据资料显示，自动绞车张紧装置很难适应长距离、高速度、线路复杂的连续输送系统的工况要求。

2.2.3 自动液压张紧装置

(1)自动液压张紧装置的组成

带式输送机液压自动张紧主要由液压缸、电液换向阀、蓄能器、手动换向阀、PLC，单向阀、拉力传感器、电流传感器、等组成。张紧油缸通过油缸支座固定在地基上，再通过钢丝绳将活动小车与张紧油缸的活塞杆相连。

自动液压张紧装置是根据带式输送机在起动阶段和正常运行阶段对输送带张力的不同要求来确定合理的输送带张力，用机、液、电一体化技术实现其控制的。

图2-4 带式输送机自动张紧设计简易原理图

(2)工作原理：在正常运行阶段，由电流传感器测得电机（驱动滚筒）的驱动电流I，送入PLC，经过一系列转换后计算得出的张紧力F理，与此同时，由拉力传感器上测得的张紧力F测作为反馈信号，比较两值的大小，采用PLC控制，输出模拟信号控制电磁阀的动作，由此来控制液压系统的动作，从而达到张紧的目的。具体可以分为3种情况：①当F测F理的时候，输送带较张紧，（不会在滚筒上打滑，但长时间这样，会使疲劳断裂加剧，影响输送带的使用寿命）PLC输出模拟信号控制电磁阀（左端输入高电平，右端输入低电平）的动作，经主阀将较小的压力放大以后压力油进入油缸，控制油缸的动作。这样逐步比较、然后动作，最终达到张力系统的力动态平衡。

2.3液压张紧装置

液压张紧装置主要通过液压缸的伸缩来拉紧皮带。现在的液压张紧装置，一般是通过继电器或者是PLC来控制液压系统，从而进一步控制皮带的张紧程度。它可以根据工作情况调整张紧力的大小，改善了皮带的工作状况，大大提高了皮带的使用寿命。

2.3.1 液压张紧装置的特点

(1) 可根据起动时张紧力和正常运行时张紧力的不同需要,调节输送带张力的大小(可以达到起动时张紧力比正常运行时大1. 4～1. 5 倍的要求) ,一旦调定后,按预定程序自动工作,保证输送带在理想状态下工作；

(2)响应快,带式输送机起动时,输送带松边突然松驰伸长,该装置能立刻缩回油缸,及时补偿输送带的伸长,对紧边冲击小,从而使起动时平稳可靠,避免断带事故；

(3) 具有断带时自动停止带式输送机和打滑时自动增加张紧力等保护功能； (4) 结构紧凑,安装空间小；

(5) 可与集控装置连接,实现远距离集中控制,还可实现微机控制；

(6) 便于根据工况的变化设定和调节张力。

2.3.2 新型自动控制液压张紧装置的主要技术特点

(1)设置蓄能器提高系统张力的稳定性。在输送机启动过程中，构成输送带动张紧力的弹性波有入射波、反射波和透射波三种。由于入射波与反射波的作用，输送带在传动滚筒奔离点的力忽大忽小，成不稳定状态，输送带承受着冲击载荷。为此在张紧装置的液压系统中设置若干个蓄能器，来抵消入射波与反射波对奔离点张紧力的影响；

(2)用动滑轮解决长行程的要求。由于在胶合接头和安装过程中都要求输送带有一定的松弛量，如用油缸直接张紧小车，则油缸行程太长。为此可以通过若干个动滑轮组拉住张紧小车，通过这种方法可以降低液压缸的长度；但是，在减小液压缸行程的同时，增大了液压缸的拉力；

(3)通过压力传感器及时监控液压缸的张紧状态，根据情况改变张紧力的大小。这样就可以大大改善皮带的工作条件，提高皮带的寿命。

优缺点明确自己拟设计的方案

3 带式输送机的参数确定和计算

3.1设计参数

皮带机的输送能力：2000th； 运输距离：3000m

3.2输送带的选择设计

3.2.1选取带速

表3-1 钢丝绳芯DX带式输送机规格

产带宽 品代号 800 DX3 64 80 输送带强度GX mm 800 1000 1250 1600 2000 2500 3000 3500 带速v ms mm 输送带许用最大张力 KN 2.5 3.15 4 100 128 160 200 240 280 √√ √√√ — 1000 DX4 80 100 125 160 200 250 300 350 √√ √√√ — √√ √√ √ 1200 DX5 — 120 150 192 240 300 360 420 √√ √ 1400 DX6 — — 175 224 280 350 420 490 √ 1600 DX7 — — — 256 320 400 480 560 1800 DX8 — — — 288 360 450 540 630 2000 DX9

— — — — 400 500 600 700 表3-2不同性质的物料选用带速的推荐值

带速v ms 物料名称 2 原煤（湿）、湿砂、剥离层(无太大块) 煤(小块)、土、砂、细碎石 矿石、细碎岩石、大块煤

由已知参数,则选用钢丝绳芯DX带式输送机,具体参数如表3-1。

√ √ √ 2.5 √ √ √ 3.15 √ √ √ 4 √ √ — 5 √ — — 带速选择原则:

（1）可按表3-1及表3-2选择；

（2）水平输送、物料块度小而潮湿的、琢磨性小的、环境卫生条件要求不高的，可选用较高带速；

（3）上运或下运输送、物料易滚动、块度大、琢磨性大的、环境卫生条件要求高的，宜用较低带速；

（4）选用较高带速是提高运输能力、降低带宽的有效措施，但要进行综合技术经济比较来确定。

由运输距离3000m，提升高度较小，相对于皮带机的运输距离，接近于水平输送。故可以选择较高带速，取v?4ms

3.2.2 选择带宽

带宽的确定主要取决于以下两方面的要求 （1）物料块度要求 对于未筛分得物料，有

B?2amax?200

式中 B——带宽 mm

amax——物料中最大块度尺寸 mm， amax?350mm

代入得： B?900mm （2）输送能力要求

按给定条件Q?2000th，??1000kgm3，v?4ms，经查表3-3可得

k?1.00，将其代入下式，则可求出物料断面积A为

A?Q?0.1543m2

3.6???v?k

表3-3输送机的倾斜系数k

倾角（/°） k 2 1.00 4 0.99 6 0.98 8 0.97 10 0.95 12 0.93 14 0.91 16 0.89 18 0.85

根据运送的物料名称和带速及物料密度等因素，查《带式输送机设计手册》可得物料的堆积角??20?；同时取托辊槽角??35?。按托辊槽角??35?，堆积

m2 角??20?，并结合物料的断面积A?0.1543查《带式输送机设计手册》可得带宽B?1200mm。

为了增大运送余量，并结合带宽、带速与运送能力的匹配关系，同时查表3-4，可取带宽B?1200mm。

表3-4 各种带宽使用的最大块度

带宽/mm 最大块度/mm 带宽/mm 最大块度/mm

预选用B?1200mm的GX2000型钢绳芯输送带，输送带参数如下：

带芯强度：2000N输送带重量：34kg500 150 1600 350 650 150 1800 350 800 200 2000 350 1000 300 2200 350 1200 350 2500 350 1400 350 mm2 钢绳直径：6mm

m

3.3 带式输送机传动滚筒圆周驱动力的计算

运行时的总阻力：

F?CFH?FS1?FS2?FSt （3-1）

式中： C——与输送机长度有关的系数，在机长大于80mm时，可从表3-5

查得。C?1.04

FH——主要阻力，N FS1——特种主要阻力，N FS2——特种附加阻力，N FSt——倾斜阻力，N

表3-5 系数C与输送机长度L的关系

L/m C 80 1．92 700 1．14 100 1．78 800 1．12 150 1．58 900 1．10 200 1．45 1000 1．09 300 1．31 1500 1．06 400 1．25 2000 1．05 500 1．20 2500 1．04 600 1．17 5000 1．03 L/m C

FH?fLg?qRO?qRU?(2qB?qG)cos?? （3-2）

式中：f——模拟摩擦系数，根据工作条件及制造安装水平决定，可按表3-6

查得，取f?0.025

L——输送机长度，m

g——重力加速度，g?9.81ms2

qRO——承载分支托辊组每米长度旋转部分重量，kgm qRU——回程分支托辊组每米长度旋转部分重量，kgm qB——每米长度输送带重量，qB?34kgm

qG——每米长度输送物料重量，kgm

?——输送机的倾角，??arcsin

选取上托辊间距l1?1.2m，下托辊间距l2?3.0m，查表可得：

100?1.91? 3000qRO?11.7kgm

qRU?4.0kgm

每米物料重量：

Q2000qG???138.89kgm

3.6v3.6?4

将以上数据代入式3-2中得：

FH?fLg?qRO?qRU?(2qB?qG)cos??

?0.025?3000?9.81?11.7?4?(2?34?138.89)?cos1.91? ?163.604KN

表3-6模拟摩擦系数f

安装情况 工作条件 工作环境良好、制造、安装良好，带速低，物水平、向上倾斜及向下倾斜的电动工况 料内摩擦因数小 按标准设计制造、调整好、物料内摩擦因数中等 多尘、低温、过载、高带速、安装不良、托辊质量差，物料内摩擦因数大 f ??0.02 0.022 0.023～0.03 向下倾斜 设计、制造正常，处于发电工况时 0.012～0.016

FS1?FSa?FSb （3-3）

式中：FSa——托辊前倾的摩擦阻力，N

FSb——物料与导料拦板间的摩擦阻力，由于不设导料拦板，所以FSb?0

s?sin? （3-4） FSa?Cs??0?L?(qB?qG)?gco?式中：Cs——槽型系数，槽角??35?时，Cs?0.45

?0——托辊和输送带之间的摩擦系数，一般取0.3～0.4 L?——装有前倾托辊的输送机长度，m

?——托辊前倾角度，查《带式输送机设计手册》，则可得??1?20?

代入式3-4得：

FSa?Cs??0?L?(qB?qG)?gcos??sin?

?0.45?0.3?3000?(34?138.89)?9.81?cos01.91??sin1?20?N ?15.967将FSa、FSb代入式3-3可得：

FS1?FSa?FSb?15.967N

FS2?Ap?3?BKa （3-5）

式中：A——输送带和清扫器的接触面积，m2 p——输送带和清扫器间的压力，一般取 p?3?104～10?104Nm2之间

?3——送带和清扫器间的摩擦因数，取0.5～0.7

B——输送带宽度，m

Ka——犁式卸料器阻力系数，一般为1500Nm

代入式3-5可得：

FS2?Ap?3?BKa

?0.008?5000?0.6?1.2?1500 ?1824N

FSt?qG?g?H （3-6）

式中：H——输送机的提升高度，H?15m

代入式3-6可得：

FSt?qG?g?H

?138.89?9.81?100 ?136.112KN

将C、FH、FS1、FS2、FSt代入式3-1中，可得：

F?CFH?FS1?FS2?FSt

?1.04?163.604?15.967?1.824?136.112 ?324.051KN

运行时传动滚筒的总圆周驱动力为：

FU?F?324.051N

3.4 输送带张力的计算

如图3.1输送机的布置形式，各点的张力如图所示。

取两滚筒的围抱角?1??2?210?，摩擦因数?按表3-7取?1??2?0.3。两滚筒的功率配比按1：1分配，则两滚筒的圆周力分别为：

FU1?FU2?FU324.051??162.026KN 22根据摩擦传动原理，设第二滚筒的

e?2?2值用足，有

（3-7）

F3?F4e?2?2 F3?F4?FU2 （3-8）

将相应的数值代入式3-7和式3-8中，可得：

F3?254.984KN F4?92.958KN

图3.1 输送机的布置示意图 表3-7驱动滚筒和胶带之间的摩擦因数

光滑裸露的钢滚筒 0.35～0.4 0.1 0.05～0.1 带“人”字形沟槽的橡胶覆盖面 0.4～0.45 0.35 0.25～0.3 带“人”字形沟槽的聚胺基酸酯覆盖面 0.35～0.4 0.35 0.2 带“人”字形沟槽的陶瓷覆盖面 0.4～0.45 0.35～0.4 0.35 运行条件 干态运行 清洁湿态运行 污浊湿态运行

重段阻力Fz：

Fz?(qB?qG)(fcos??sin?)Lg?qROLfg

?(34?138.89)?(0.025?cos0.033?sin0.033)?3000?9.81?11.7?3000?0.025?9.81 ?135.674KN

空段阻力Fk，忽略传动长度，则

Fk?qBLfgcos??qRULfg?qBLgsin?

?34?3000?0.025?9.81?cos0.03?4?3000?0.025?9.81?34?3000?9.81?sin0.03?27.956KN

则 F5?F4?92.958KN

F6?F5?Fz?92.958?135.674?228.632KN

F1?F6?228.632KN

F2?F3?Fk?254.984?27.956?227.028KN

3.5 校核

（1）垂度校核

垂度校核必须分别校核重段垂度和空段垂度，两者都要找出最小张力点，必须满足最小张力大于各垂度所需要的最小张力。

重段垂度所需要的最小张力为

Fmin?(qB?qG)gl1 (3-9)

8??h式中：?h—输送带最大允许悬垂度，一般取?h?0.02

上分支托辊间距l1?1.2m，代入式3-9得

Fmin?(qB?qG)gl1(34?138.89)?9.81?1.2??12.707KN

8??h8?0.02F4?Fmin?12.707KN 则通过

空段垂度所需要的最小张力为

Fmin?qBgl2 (3-10) 8??h下分支托辊间距l2?3.0m，代入式3-10得

Fmin?qBgl234?9.81?3.0??6.248KN 8??h8?0.02F3?Fmin?6.248KN 则通过

（2）最大张力F1?228.632KN，小于表3-1中许用值240KN，通过。 （3）校核输送带安全系数

m??bB (3-11)

Fmax式中：?b—输送带强度，取?b?2000Nmm 代入式3-11得：

m??bBFmax?2000?1200?11?10 则通过

228632

3.6 张紧装置的张紧力及张紧行程计算

3.6.1张紧力

带式输送机在起动时的牵引力比正常运行时要大，两者的比值叫做起动系数。起动时张紧装置的张紧力和正常运行时也不同，两者的比值叫做张紧力比。显然，合理的张紧力比对带式输送机运行的可靠性和经济性有很大影响，而且，张紧力比与起动系数的关系如何，与运行工况及驱动装置相对位置关系如何，都是选型设计中应明确的问题。 （1）起动系数

若起动时的牵引力为pa，正常运行时的牵引力为p，则起动系数

A?pap

正常运行时的牵引力p为总圆周力FU，而起动时的牵引力pa为运行总阻力

F与起动惯性总阻力Fa之和,即

pa?F?Fa

而

Fa?(qG?2qB?qRO?qRU)Lakg g式中: Fa—起动惯性总阻力，N

a—起动加速度，ms2

g—重力加速度，ms2

kg—旋转质量惯性系数，kg?1.05～1.08 可见，存在以下关系式：

F?Fa?AF

即

A?F?Fa F?1?qG?2qB?qRO?qRUaL?kg （3-13）

Fg由式3-13可计算出不同运距、不同加速度下的起动系数，有以下结论： 1）运距，加速度越大，起动系数越大；

2）通常水平运输取A?1.5，则运距L?250m时，加速度a?0.02ms2；运距L?1000m时，a?0.15ms2；

3）当加速度a?0.3ms2时，要保证A?1.5，则水平运距只能是L?80m，所以长距离水平运输时，加速度不能太大；

水平运输时，起动加速度a一般取0.1～0.3ms2。加速度过大，会引起输送机喘振，运转不稳定，传动滚筒处输送带打滑，电机过载太大。加速度过小，起

动时间长，也会损坏电动机。

综合考虑，取加速度a?0.1～0.2ms2，起动系数A?1.4左右。 （2）张紧力比

起动时所需的张紧力T?与正常运行所需的张紧力T之比即为张紧力比

K?T?T

下面讨论起动系数A与拉紧力比K之间的关系：

??paF3?F4? A? （3-14） pF3?F4?式中，F3、F4?分别为起动时输送带相遇点和奔离点的张力。

e??2?1) （3-15） F3?F4(1?Kmqe??2?1) F3?F4(1?? （3-16）

Kmq??式中：Kmq、Kmq分别为起动和正常运行时的摩擦力备用系数。

将以上几式简化得：

?

?F4KmqKmqA??K??F4KmqKmq? （3-17）

水平和上运时，Kmq?Kmq则可得到以下结论：

，则A?K。取A?1.4，则取K?1.3 左右。

张紧装置布置在输送带张力最小处，实际布置形式见图3.2。 正常运行时的张紧力为

T?2F4?2?92.958?185.916KN

起动时，使张紧力与额定工作拉力的比值为1.3，起动时所需张紧力为

T??1.3T?1.3?185.916?241.691KN

3.6.2 张紧行程

张紧行程的总行程包括安装行程和工作行程。安装行程要根据张紧装置结构并考虑输送带接头所需行程在设计时确定。工作行程是指张紧滚筒的位移，它与输送机的起动和制动方式、频率、输送带的延伸特性有关，可按下式计算：

L1?(???1)L (3-12)

式中：L—输送机的长度，m

L1—张紧工作行程，m

?—输送带弹性伸长率和永久伸长率，由输送带厂家给出，通常钢绳芯为

0.0025

?1—张紧后托辊间允许的垂率，一般取0.001

将以上数据代入式3-12得

L1?(???1)L?(0.0025?0.001)?3000?10.5m

3.7 机型布置

3.7.1 布置原则

（1）采用多传动滚筒的功率配比是根据等驱动功率单元法任意分配； （2）双传动滚筒不采用S型布置，以延长输送带和包胶滚筒的使用寿命，且避免物料粘到传动滚筒上影响功率的平衡；

（3）张紧装置一般布置在输送带张力的最小处。若水平输送机采用多电机分别起动时，张紧装置应设在先起动的传动滚筒一侧。尽可能使输送带张紧滚筒的绕入和绕出分支方向与滚筒位移线平行，且施加的张紧力要通过滚筒中心。 （4）输送机尽量布置成直线型，避免有过大的凸弧、深凹弧的布置形式，以利于正常运行。

3.7.2 布置形式

由上面的计算结果，图3.1中张力F4的值最小，可将张紧装置布置于此处。采用二电机分别起动，可使机头电机先起动。布置形式见图3.2。

1、2—驱动滚筒 4 、5、6、7—改向滚筒 3—拉紧小车

图3.2 输送机及张紧装置基本的布置形式

3.8 滚筒的选择

改向滚筒及传动滚筒与带强GX、带宽的组合见表3-8

选带宽B?1200mm，带强GX?2000Nmm，使用张力百分数不到30﹪，图3.2 中，改向滚筒3、5、6、7 的包角＞180°，改向滚筒4的包角约为30°。

表3-8 滚筒组合(部分)

使用张带宽 力百分数 ﹪ 180 1200mm 输送带强度GX，Nmm 包角 ° 1000 1250 1500 2000 B 传动滚筒直径D?1000mm 改向滚筒直径，mm 1000 800 1000 800 100 30

180 50 30 180 30 30

800 630 630 500 630 630 630 500 因此，选择传动滚筒的直径D?1000mm，改向滚筒3、5、6、7直径

D1?630mm，改向滚筒4的直径D2?630mm。

4 张紧装置类型选择

4.1张紧装置的类型比较

在概述中已经介绍过张紧装置的类型，其按结构可分为重锤式张紧装置、固定式张紧装置和自动张紧装置三大类。这里主要介绍自动张紧装置。

自动张紧装置，按动作原理可分为全自动式和半自动式，全自动式是指胶带在传动滚筒上的奔离点的张力随外界载荷的变化始终在不停的变化，以保证胶带趋入点张力与奔离点的张力比为恒定值，这种张紧装置也叫随动式自动拉紧装置，如图5.1所示。

1—移动小车 2—改向滚筒 3—滑轮 4、6—钢绳 5—平衡机构钢绳卷筒 7—滑轮 8—电动绞车 9—张紧滚筒

10—张紧小车 11、13—传动滚筒 12—输送带

图5.1 有平衡机构的随动式自动张紧装置示意图

这种张紧装置建立在以趋入点张力F1与奔离点F2进行比较的基础上，当输送机起动或装料时，F1增大，使规定的张力比F1F2被破坏。装有改向滚筒2，滑轮3的小车牵着钢绳4向右移动，使平衡机构的钢绳卷筒5转动，经过齿轮机构使另一个卷筒也移动，直到张力比恢复到规定值为止。由于移动小车1的行程与装有张紧滚筒9、滑轮7的张紧小车10的行程不同，因此能使输送带12张紧。这种机构对变形大的尼龙、帆布输送带很适用。

半自动张紧装置是指胶带在传动滚筒上奔离点的张力只在几个规定的范围内进行调整。其原理是：输送机起动前开始张紧，使张紧力增大到正常运行时的1.2～1.5倍，然后起动输送机，让传动滚筒转动，这样在加速时有效张力增大，趋入点张力增大时，张力比保持恒定，从而避免输送机起动时打滑。起动完毕，输送带速度达到额定值后，张力自动换为稳定运行值。在稳定运行期间，输送带张力几乎不变。当载荷变化或其它原因使张力分布变化时，如奔离点的张力变化达±10％以上，张紧装置就会自动调整。这种张紧装置张紧小车的移动不完全依赖输送机载荷变化。

4.2方案比较与选择

实线—FⅢmaxFⅠmax，虚线—FⅡmaxFⅠmax

1—???3?； 2、5—??0?； 3、8—???9?； 4、10—???15?

6、7—??8?； 9—??16?

图5.2 三种张紧装置下胶带的最大张力比

选择合适的张紧装置，要考虑不同张紧装置对输送机的影响，主要是技术、经济指标的影响。

各种张紧装置的适用性是工程技术人员关心的重要问题之一。如图5.2 所示，纵坐标为分别使用三种张紧装置时胶带最大张力的比值FⅢmaxFⅠmax 、FⅡmaxFⅠmax、FⅡmax、FⅢmax分别表示在自动、重锤和固定式拉Ⅰmax，其中F紧装置情况下胶带的最大张力，横坐标为运输距离。

水平运输时，如果采用固定式张紧装置，胶带最大张力FⅢmax比自动式胶带张紧时最大张力FⅠmax大1.35倍，当L?1000m时，其倍数将达1.45，且无下降趋势；而采用重锤式拉紧装置，胶带最大张FⅡmax比自动式胶带最大张力FⅠmax大1.12倍以上，比值随输送机长度的增加而增大。

从经济方面看，如在水平运输且运距较大的情况下，采用固定张紧装置，与采用另两种张紧装置相比，前者有可能使胶带强度乃至整个设备升级，如按胶带升高一级其价格上升80元/米，1500m的钢绳芯输送机会因张紧装置选择不当，造成仅胶带的一次性投资就增加80×1500×2＝24 (万元)。固在水平和运距较长的情况下，应选择自动式张紧装置，而不采用固定式张紧装置，在运距较短的情况下,小于1000m时，可用重锤式张紧装置。

前面提到的长距离带式输送机对自动张紧装置的要求，固定式和重锤式张紧装置都不能满足，所以应选择自动式张紧装置。

对于全自动张紧装置，它效果不理想，对技术条件要求较高，造价高，维护

不便，现场使用很少。而半自动张紧装置，虽然不能实时调整张力，但如果能解决好起动停机时胶带打滑、张力损失、冲击等问题，就是最理想的张紧装置。

半自动式张紧装置(下称自动张紧装置)，也分为几种类型： (1) 自动绞车式张紧

电动绞车，通过滑轮组用钢绳牵引滚筒车架；采用电磁传感器测力计给出电信号，可以在输送机运转时自动控制绞车。 (2) 液压张紧

通过调整液压系统的压力调整张紧力，利用液压缸或液压马达作为执行件牵引滚筒车架。可以采用自控，例如图5.3所示的液压张紧装置的液压系统图。系统在输送机起动时通过电动机带动液压泵向液压缸前腔供液，2个溢流阀的调定压力分别为额定工作压力的1.5倍和1.1倍。起动时通过换向阀5和11向液压缸供液使之压力达到1.5倍额定工作压力，压力继电器将信号传递给主机控制器起动输送带，同时换向阀5和11切换油路，张紧装置进入正常运行状态。

也可利用其它控制单元和传感器监控张紧力。如采用PLC控制电液比例溢流阀，加上张力或压力变送器，就可以不用压力继电器和换向阀，提高了系统的可靠性和自动化程度。

这种张紧装置的优点是：实现对胶带张紧力的两点式控制，完全可以满足起动张紧力为图5.3。

正常运行张紧力1.4～1.5倍的要求；采用数字软件方式进行张紧力大小的设定，具有灵活、方便的张紧力精确设定及调节；可根据输送机的实际运行状况，在一定范围内调整启动及正常运行张紧力大小；张紧装置可与输送机集成控制系统连接，实现对张紧装置的远距离控制；可选配设置手动泵备用系统，在主系统出现故障及系统维修时，由备用系统对输送机胶带进行张紧，可保证不停机检修、维护；设置完备的设备运行状态检测，保证设备的运行可靠性。

电液比例控制型液压张紧装置由于采用张紧力的比例闭环控制系统，除具有上述普通型的特点外，还具有以下特点：采用比例闭环控制技术，具有较高的张紧力控制精度、重复性精度；实现对胶带张紧力的多点控制，满足输送机多种运行工况对胶带张紧力的要求；实现对各张紧力控制点之间张紧力变化规律的控制，确保胶带在理想状态下运行，减小胶带的冲击，提高胶带使用寿命。缺点就

是成本高，不过随着元件制造技术的进步，成本会大大降低。

比较以上几个方案后，在此上述自动张紧装置进行设计。因为它具有前面两种张紧方式所没有的优点，代表着发展的方向。

5 自动液压张紧装置的设计

5.1液压张紧装置组成

图6.1为所设计的液压自动装置布置简图，本装置由液压站、电气控制器PLC、传动装置(油缸和滑轮组)、压力监控装置等组成，主要部件和功能如下： （1）PLC：控制整个带式输送机系统的起动和停机，监控液压系统的油压以调整张紧力。

（2）液压站：是张紧装置的动力单元，PLC控制油泵电机起动，液压系统的压力升高，油缸移动带动拉紧钢绳张紧输送带。

（3）压力变送器：将液压系统的油压信号传送给PLC模拟量输入端，从而使PLC间接地监测胶带张紧力。

（4）电液比例溢流阀：PLC模拟量输出端输出一定电流，调整电液比例溢流阀的调定压力，使液系统压力保持一定值，从而满足输送机起动和正常运转时对张紧力的不同要求。

（5）滑轮组、张紧小车等附件：滑轮组可以使油缸的张紧行程减小数倍，如果本文设计中不用滑轮组，油缸的行程需6米以上。张紧小车承载换向滚筒，使滚筒向张紧方向移动。

（6）测速传感器：用来测量驱动、拉紧滚筒的转速，从而间接得到传送带的速度，并可判断输送带是否打滑。PLC通过测速传感器输出的脉冲信号来计算带速。

1—张紧小车；2—滑轮组；3—液压站； 4—压力变送器；5—PLC；6—测速传感器

图6.1 张紧装置布置图

5.2主要技术问题

（1）用动滑轮解决长行程的要求：由于输送带存在接头及安装过程中要求输送带有一定的松弛量，张紧行程很大，用油缸直接拉动不现实。为此把油缸用销轴固定，通过若干个动滑轮拉住张紧小车。

（2）用蓄能器稳定系统张力值：在输送机起动过程中，构成输送带动张力的弹性波有入射波、反射波和透射被三种。由于入射波与反射波的作用，输送带在传动滚筒奔离点的张力忽大忽小，呈不稳定状态，输送带承受着冲击裁荷，为此在张紧装置的液压系统设有蓄能器，消除入射波与反射波对奔离点张力的影响。 （3）用PLC控制张力变化：在稳定运行过程中，由于液压系统泄漏，输送带塑性变形，张紧力会下降，为保持张力恒定，油缸需及时补充压力。为此系统设置两个控制点，使张紧力只在两点之间变化。

（4）保护功能：该装置除能自动调整张紧力,还可以判断胶带是否打滑及撕

断。通过转速测量传感器输出的速度信号，当PLC发现改向滚筒的线速度略低于驱动滚筒的线速度，说明皮带除了打滑，还有可能过载，这是系统就应该增加张紧力；当发现改向滚筒的速度极低时，就可以判断为断带，系统报警、停机。另外当系统突然断电时，液压系统不能失压。同时，当速度传感器发生故障时，其不能准确的监测到转速信号，而此时PLC识别到的是误信号，防止拉紧装置在不断的进行拉紧而造成皮带的寿命降低或断裂，则可通过压力变送器来进行保护。基本原理就是在PLC程序中设定一个输送带拉紧的极限值，当超过这个值的时候，系统停止工作，可以对速度传感器这一部分进行查看检修。

张紧装置工作过程为：当司机合上防爆开关后，PLC开始工作，使电液比例溢流阀的调定压力为1.3倍额定压力，液压站的油泵电机起动，使液压系统压力增高，液压缸活塞开始拉紧钢丝绳张紧输送带。当拉力达到输送带起动所需张紧力(1.3倍输送机正常张紧力值)时，液压缸活塞停止拉紧，同时PLC控制输送机起动，输送带在起动时间内加速到正常运行速度后，PLC控制液压系统调整张紧力达到正常运行时所需值，油泵电机停止，单向阀关闭，蓄能器开始保持油缸压力，并可吸收输送带张力波动，使张紧力值保持在额定值的0.9～1.1之间。运行过程中，当输送机正常运行过程张紧力低于0.9倍时，PLC将重新起动油泵，增大输送带张紧力到正常值。用速度传感器来监测皮带是否打滑，当改向滚筒和驱动滚筒的速度不一致时，根据互相之间的大小不同来调整张紧行程的大小，直到其不打滑为止。

5.3张紧装置参数的确定

5.3.1 张紧力和张紧行程

由3.6.1节确定的张紧力值是在输送机满载起动的情况下得出的

T?185.916KN T??241.691KN

张紧行程L1?10.5m，活塞杆的行程S?L14?2.6m。因为有两个动滑轮,可以减小活塞杆的行程。查《机械设计手册》选取标准行程S?2.8m。

5.4 液压油缸的设计

5.4.1 设计依据

(1)了解和掌握液压缸在机械上的用途和动作要求。本设计要在前面比较的基础上。有电磁换向阀控制油路的开启、闭合，实现液压的双向运动。

(2)了解液压缸的工作条件。工作条件不同，液压缸的结构和参数也不尽相同。本设计中，液压缸在煤矿井下使用，粉尘大，设计时要考虑防尘措施。

(3)了解液压缸的最大行程，运动速度或时间。本设计中要考虑到液压缸响应所需要的时间，时间不能太短（此时液压缸的公称压力较大，反应速度快，但造价高，密封效果也要求和高）时间也不能太长（此时液压缸公称压力较小，反应速度慢，液压缸的尺寸也较小，实现的费用也较低）但时间太长，往往打不到时间上要求。

5.4.2 设计原则

(1)保证液压缸运动的出力（包括推力、拉力或者扭矩）、速度和行程。 (2)保证液压缸每个零件有足够的强度、刚度和耐用性。

(3)在保证以上两个条件的前提下，尽量减少液压缸的外形尺寸和重量。 (4)根据液压缸的工作条件和具体情况设置适当的缓冲、防尘和排气装置。 各个零件的结构和尺寸应尽量采用标准形式和尺寸系列，尽量选用标准件。

(5)要求做到成本低、制造容易、维修方便。

5.4.3 设计步骤

(1)根据机械的作用和动作要求、安装空间的大小，选择合适的液压缸类型和外形尺寸。

(2)根据最大外部负载力选取液压缸的工作压力、活塞直径或叶片的面积及数量。

(3)根据机械的要求，选取液压缸的行程或摆动角度。 (4)根据速度或时间要求，选取液压缸的流量。

(5)根据速度比和最大外部负载，选取活塞杆直径并核算其强度和稳定性。 (6)根据工作环境条件，选择液压缸的防尘形式和活塞密封结构形式。 (7)根据外部负载和机械安装部位的情况，选择相应的安装结构和活塞杆头部结构形式。

(8)了解产品的价格和备用配件的供应情况。从中选择最优的设计方案。

5.4.4 液压系统参数的辩证关系

在设计液压缸时，有许多参数、尺寸、结构方案需要决定，但是最重要的、起决定性作用的是压力和流量这两个参数。由于液压缸牵引外部负载的工作出力和运动速度（或运动时间）与液压缸的活塞直径（即缸径）有直接的关系，因此流量和压力是这两个参数之间就有谁决定谁的问题。对应于一般的机械来说，首先要保证能够牵引负载正常工作，然后才考虑工作快慢的问题，所以先选定工作压力，然后计算液压缸的结构尺寸。再为保证一定的运动速度或时间，流量也就相应的确定了。

②由工作要求而定 工作压力ppv 运动速度V 活 塞 行 程 液压缸活塞的有效工作面积 流量Q 运动时间T ③由液压泵决定 工作出力①由负载决定 V

图5-1液压缸技术参数之间的相互关系

5.5缸体的设计

5.5.1缸体的组成与校核指标

缸筒是液压缸的主体零件，它与端盖、缸底、油口等零件构成 密封的容腔，用以容纳压力油，同时它还是活塞的运动“轨道”。设计液压缸，要正确确定各个部分的尺寸，保证液压缸有足够的输出力、运动速度和有效行程，同时还必须具有一定的强度，足以承受液压力、负载、和意外的冲击力。另外，缸体的内表面应具有合适的配合精度、表面粗糙度、和几何精度，以保证液压缸的密封性、运动平衡性和耐用性

缸筒在压力的作用下，其上任何一点都存在两个方向的应力，由于缸筒两端拉力产生的轴向拉应力；由于缸体均匀的向外膨胀在圆周切线方向产生的环向应力为：

σ轴=pD/4t σ环=pD/2t

由此可见，环向应力是轴向应力的两倍，所以计算强度时，只需计算环向应力。为了保证缸筒安全可靠的工作，必须使工作与材料的许用应力之间满足一定的关系，这就是强度条件。要保证缸筒在液压力、负载力和意外冲击力的共同作用下不至于破坏，就需要确定缸筒材料的许用应力。材料的抗拉强度和许用应力之比称安全系数，即n=σb/[σ]（其中σb= 500MPa ；[σ]=100～110 MPa）符合液压缸材料的强度要求。

要保证缸筒的强度，一定要考虑适当的安全系数。

表5-1 安全系数

材 料 钢，锻铁 铸铁 静 载荷 3 4 不对称交变载荷 4～5 5～6 对称载荷 8 10 冲击载荷 10～12 13～15 5.5.2输送带以及液压缸的指标与技术参数

(1)输送带与液压缸的指标与参数

表5-2 输送带与液压缸的指标与参数

输送机的输送能力Qt 输送带宽度 液压缸张紧力 模拟摩擦系数 2000t/h 1200mm 190KN 0.02 输送带长度 传送速度 启动时张紧力 正常工作张紧力波动范围 液压缸启动时间 张紧行程

选取液压缸的启动时间大约为10～15秒。但实际情况一般小于10秒。

0.5×250/16=8.5s 10.5m 液压缸响应时间 液压缸行程 0.5s 2.8m 3000m 4m/s 250KN ±10KN 5.5.3缸筒内径的计算

(1) 在工作压力给定的条件下，确定缸筒内径的原则是保证液压缸有足够的出力来推动工作负载。

油缸张紧力可按下式计算

F=Лp(D2-d2-)/4000

式中 D——油缸缸径(mm）；

d——活塞杆杆径，d=D/2(mm)； P——工作压力(MPa)。

根据设计要求的负载力和作用，选取单活塞双作用液压缸作为张紧装置的执行元件

图5-2 单活塞双作用液压缸简图

如上图所示，P2接油箱，压力为0，P1为中压或者中高压。

表5-3 速比

公称压力 速比

本文公称压力可以根据下表知道选取中压或者中高压，即速比为1.33或者1.46。

Ф=V2/V1=A1/A2=D2/(D2-d2)=1.33=4/3；

≤10 1.33 12.5～20 1.46，2 >20 2 可得D/d=2；

250=3.14×10×0.75×D2/4000 可得D=206.7mm d=103.35mm Ф=V2/V1=A1/A2=D2/(D2-d2)=1.46； 可得D/d=1.78；

250=3.14×16×2.168×d2/4000 可得d=95.8mm D=170.6mm

查《机械设计手册》，可暂选 液压缸的内径D=200mm 活塞杆的外径d=125mm 液压缸的外径由下表可暂选为245mm

表5-9 液压缸缸筒外径

压力 （MPa） ≤12.5 ≤16 ≤20 ≤25 ≤ 32

注：表中数据为工程机械和一般机械液压缸外径，其它机械不能套用。 若选用外经不需要加工的无缝钢管时，则计算外经应圆整为无缝钢管的标准值。

此时系统最高压力：

缸 筒 40 50 63 80 90 100 110 50 60 76 95 108 121 133 50 60 76 95 108 121 133 146 168 180 194 219 245 内 径 125 140（150）160 180 200 146 168 180 194 219 245 20号无缝钢管 35或45号 同上 同上 材料 50 60 83 102 108 121 133 152 168 180 194 219 245 54 63 83 102 114 127 140 152 168 180 194 219 245 pmax?

4F4?250?1000??13.1MPa 2222?(D?d)?(200?125)

(2) 缸筒的结构设计与连接强度的计算

缸筒的两端分别是缸盖，一起构成密闭的工作压力腔，缸筒是液压缸的主体，其余零件装配其上，他的结构形式对加工和装配有很大影响，因此结构必须尽量便于装配、拆卸和维修。

(3) 结构形式

缸筒与缸盖的连接形式有很多，他们的连接方案分类大概有以下几种。 ① 法兰连接，用螺栓将其与缸盖连接起来。法兰连接结构简单，加工和装拆都很方便，只是外形较大。当缸筒为铸件或锻件缸筒时，采用法兰缸筒整体式。当为钢质缸筒时，将无缝钢管制成的缸筒与法兰焊接在一起。为焊接法兰式，焊缝要进行强度计算。法兰连接是液压缸中使用最为常见的形式。

② 螺钉连接，将缸盖用螺钉固定在缸筒端部，这种连接方式简单，但因缸筒壁薄，需要数量很多的螺钉才能承受液压力。这种方式用于柱塞液压缸和低压缸。

③ 外螺纹连接，这种方式装拆方便，但要专用的工具，螺纹要与缸筒同心，对壁厚要求不大严格，为了防止螺纹因冲击震动而松动，往往增加锁紧螺母或紧盯螺钉。

④ 内螺纹连接，在缸筒端部加工处内螺纹和退刀槽，虽然会消弱缸筒强度，但结构紧凑，不易损坏。

⑤ 外卡键连接，这种连接强度好，结构紧凑，重量轻，但要在缸筒端部切出卡键槽，使强度有所降低。

⑥ 内卡键连接，这种连接同外卡键相差不多，但装拆不便。

⑦ 弹性卡圈式，使用方便，装拆容易，但因厚度较薄，只能用于中低压。 ⑧ 销钉式，连接简便，但销钉承受的剪切力较大，要校核强度和销钉数量。 ⑨ 拉杆式，结构简单，工艺性好，通用性大，但缸盖的体积和重量大，拉杆受力后会拉伸变形，影响密封效果。只适用中低液压缸。

本设计采用焊接法兰式。

5.5.4液压缸的稳定性的计算

液压缸的稳定性条件：

当活塞杆受压，液压缸的计算长度大于活塞杆直径d的15倍时，要对液压缸进行稳定性计算，本文就需要进行稳定性的计算。

根据材料力学的概念可知，一根受压直杆的轴向负载力P超过稳定临界值Pk时，即丧失稳定，液压缸的稳定条件为：

P≤Pk/Nk (N)

式中 P——活塞杆承受的压力（N）； Pk——液压缸的稳定临界力(N)； Nk ——稳定安全系数；Nk=2～4。

本文采用雅辛斯基公式计算，这个公式对于中度柔杆也适用。

Pk=A(a-bm) (N)；

式中 m——柔性系数，钢m1=100,m2=60,其中 m1>m>m2；取m=80； a——与材料有关的系数，45号钢a=4500； b——与材料有关的系数，钢b=36.17；

A——活塞杆横截面积（mm2）。

Pk=A(a-bm)= Лd2(4500-36.17×80)/4

=3.14×1252?(4500-36.17×80)/4=12761 kN； Pk/Nk =12761/4=3190.3 kN； Pk=250 kN；

经验算知：P≤Pk/Nk，所以液压缸稳定。

5.5.5 液压缸主要零件结构、材料和技术要求

（1）缸体

根据工程机械用标准液压缸缸体外径系列，由D?200mm，取外径：

D1?245mm

缸体采用无缝钢管，材料用20号钢。

（2）缸盖

缸盖的材料可选用45 号锻钢。 （3）缸体端部联接型式

在此选用法兰联接，其特点为：结构较简单，易加工，易装卸，应用广泛。 （4）活塞

活塞材料为HT350(外径上套有夹布酚醛塑料的耐磨环)。活塞与活塞杆的联接方式选择半环联接。活塞与缸体的密封结构采用活塞环密封的方式。 （5）活塞杆

采用实心活塞杆，材料为45号钢。 （6）活塞杆的导向、密封、防尘。

1）导向套：材料耐磨铸铁,可拆导向套，便与维修。 2）密封与防尘：O型密封圈和三角形防尘圈 （7）缓冲装置

为了减小活塞在运动到端点时因惯性力造成的冲撞。通常是通过节流作用，使液压缸运动到端点附近时形成足够的内压，降低活塞杆的运动速度，以减小冲击。在此选用阶梯型缓冲，不需缓冲调节阀。 （8）排气装置及进出油口的型式及尺寸 具体型式及尺寸见附图。 （9）缸底厚度

缸底采用20号钢制造，有油孔，其厚度应为：

h?0.433DpyD???(D?d0)

式中：d0—缸底油口直径，按液压缸油口直径系列，取d0?20mm

D—液压缸内径，m

py—试验压力，MPa

???—缸底材料的许用应力，查得????80MPa

取试验压力为10MPa，则缸底厚度：

h?0.433DpyD???(D?d0)

?0.433?200有关结果：

10?200?32mm

80?(200?20)拉紧时活塞杆位移S?2.8m，取最大行程为5600mm。起动时令张紧装置钢丝绳速度为0.1ms，活塞杆速度0.025ms，则其流量为

Q?Av?60?1000??4(D2?d2)?0.025?60?1000?28.7Lmin

额定拉紧力情况下，对应液压系统的压力为

pn?pmax13.1??10.1MPa 1.31.35.6 液压元件的选用

5.6.1液压泵及电机

液压泵的最高工作压力为

pp?pmax???p

式中：??p—从液压泵出口到液压缸入口之间的总的管路损失，

取??p?0.3MPa

则可得：

pp?pmax???p?13.1?0.3?13.4MPa

为使有一定的压力储备，所选泵的额定压力要比pp大25﹪～60﹪

液压泵的流量：

Qp?KQ

式中：K—系统泄漏系数，取K?1.2 则可得：

Qp?KQ?1.2?28.7?34.4Lmin

从经济性考虑，液压泵选用齿轮泵。所选型号为CB－X型：

CB－X型齿轮泵技术参数：

排量：10～40mLr 额定工作压力：20MPa 最大压力：25MPa 额定转速：2000rmin 最高转速：3000rmin

取泵的总效率?p?0.8，则油泵电机功率为：

pmaxQ p??p?13.1?12.6?3.5kW

0.8?605.6.2蓄能器的选择

蓄能器的作用如下： (1)辅助动力源；

(2)系统保压；

(3)吸收系统脉动，缓解液压冲击

本文选用皮囊式蓄能器。这种蓄能器具有尺寸小，重量轻、结构简单、安装容易、充气方便、反应性好等特点。本文选择NXQ-B10B,其参数如下：

表5-17 NXQ-B10参数

型号 公称压力 公称容量 NXQ-B10B 100 10 罐外 径 188 mm 10 mm 560 mm 罐壁厚 罐高 油管 通径 1′/2″ M48×2 油罐连 5.6.3滤油器的选择

本文种需用两个滤油器，一个用网式滤芯的用于泵入口的吸油滤油器，其过滤能力应为泵流量的2倍以上。另一个用纸质滤芯的用于泵出口的高压滤油器。他主要用来清除进入液压系统的污染杂质，一般用过滤精度为10～15um的滤油

器。

根据工作情况，选取液压缸的类型为可调缓冲式双作用单活塞杆液压缸。此种液压缸活塞双向运动产生推、拉力。活塞行程终了时减速制动，减速值可以调节。采用双作用单活塞杆液压缸，工作时活塞杆受拉力，不工作时利用张紧力将活塞推回。

1—油箱；2、14—滤油器；3—油泵电机；4—溢流阀；5—压力表 6—单向阀；7—二位三通换向阀； 8—液压缸；9—压力变送器 10—蓄能器；11—截止阀；12—二位二通电磁球阀；13—电液比例溢流阀

14—精滤油器；15—齿轮泵

图6.2 液压系统原理示意图

5.6.4 液压油箱的设计选用

油箱在系统中的功能主要是储能和散热，也起着分离油液中的气体和沉淀污物的作用。要根据系统的具体条件，合理选用油箱的容积，形式和附件，以使油箱充分发挥作用。

油箱有开式和闭式两种。开式油箱应用广泛。箱内液面与大气相通。为防止油液被大气污染，在油箱顶部设置空气滤清器，并兼作注油口用；闭式油箱一般指箱内液面不直接与大气相通，而将通气孔与具有一定压力的惰性气体相通，充气压力可达0.05MPa。

油箱的形状一般选择矩形，只有容量大于2m3时才选用圆筒形结构。因为采用圆筒形结构可降低设备重量。

液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，一般按泵每分钟流量的3～7倍来考虑。液压油箱的有效容量V可概略地确定为：

V?(3～7)Qp

式中：Qp—油泵的流量，Lmin 则液压油箱的有效容量V：

V?5Qp?5?34.4?172L

查《机械设计手册》选择容量为250L液压油箱，具体尺寸参数可按《机械设计手册》得到。

5.7电液比例溢流阀及其放大器

根据系统最高压力pmax?13.1MPa，查阅相关资料，选择EBG—03—H 型电液比例溢流阀。这是一种先导型溢流阀。其特性为：

（1）经特殊研发的低噪音溢流阀作主阀，直动型比例溢流阀作先导阀组合而成。能根据输入电流的大小线性地调节压力。 （2）适用于控制系统的总压力。

（3）应和配套的功率放大器一起使用，根据输入电流成比例地调节压力。

此型号选用不带安全阀型的。其规格为：

通径：03:10 压力调整范围：0.5～16MPa； 最高使用压力：24.5MPa； 流量范围：3～100Lmin； 额定电流：770mA； 线圈电阻：10?； 滞环：小于2%； 重复精度：1%；

如图6.3压力—电流曲线

图6.3 压力—电流曲线

JY-10型直流输入型比例阀控制器是与上面的电液比例阀配套的比例功率放大器，使用示意图如图6.4所示。

图6.4 电液比例阀配套的比例功率放大器

主要组成包括：稳压器；输入值预调电位器；可控恒流发生器；斜坡发生器；

200Hz正弦震荡器。

主要功能：

（1） 通过外部电位器遥控调节 （2） 通过差值输入遥控调节 （3） 斜坡可调并可在外部切除 （4） 两位BCD 码输入方式 主要技术参数：

电源电压：AC24 V，±10％； 功耗：30 W；

控制电压： ± 9V； 控制电压最小负载电阻：500 Ω； 最大输出电流：800/1000mA； 最大负载电阻：30 Ω； 先导电流：100 mA，可调； 颤震频率：200 Hz； 环境温度：0～45℃； 温漂：1％/℃，最大电流下； 外形尺寸：160×100×50 mm。 接线方法：如图6.4所示

（1）KL24和KL18接AC24V电源 （2）KL20 和KL22 接比例电磁铁两端 （3）差模输入，KL28接正端，KL32接负端

调试：（1）调节R1 得到初始电流(ID)，顺时针方向旋转增加

（2）KL12 接+9V(KL10)，调节R2 得最大输出电流Imax，逆时针方向

旋转增加。

5.7电磁换向阀、单向阀

选用二位三通电磁换向阀切换油路，管路联接方式见附图，电磁铁通电时P与A通，断电时P与B通。选用常态位为关闭的二位二通电磁球式换向阀，这样在遇到突然停电的情况时，球阀油口关闭，油缸内的压力还能继续保持，张紧装置仍能提供张紧力，避免事故的发生。

单向阀可以使液体只朝一个方向流动，不允许倒流。选用阀芯为锥阀的单向

阀，其导向性和密封行较好。

5.8机械结构设计

5.8.1张紧车架

张紧车架为车式重锤张紧装置，车身通过型钢焊接而成，轨道用18kgm 钢轨，具体结构见附图。

5.8.2滑轮

利用滑轮组减小油缸的行程。为减小阻力，增加寿命，在轮轴上安装圆柱滚子轴承。滑轮结构见附图。

5.9注意事项与要求

5.9.1张紧装置的振动

从现场使用情况看，张紧装置的主要问题是振动严重。这是因为装置收到的张力信号(液压系统压力信号)与预定值不符，张紧系统及胶带在一定范围内往复振动，严重时可振动几分钟。

产生振动的原因可从电气元件质量和张紧装置结构两方面进行分析 （1）电气元件质量 1）传感器精度低 2）元器件惯性大 3）迟滞现象

（2）张紧装置结构不合理

1）动张力：目前我国带式输送机很少采用软起动，多数的主电动机起动过快，张力波峰值冲击张紧装置的受力传感器。如峰值过大，会导致张紧装置在一次起动还未结束，就又重新动作。

2）惯性力：当要求张紧装置停止张紧时，由于惯性力的作用，可能使张紧力超出控制范围这也是产生振动的原因。 （3）改进措施

1）减少动张力，合理调整起、制动时间，减少起、制动时的动张力。

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