带式输送机系统设计北京科技大学远程与成人教育学院毕业作业

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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带式输送机系统。

本文是对通用设备（DTⅡ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。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为下坡运输，因此要分满载运行状态和空载运行状态两种不同工况进行分析。然后比较不同工况下所需的牵引力和电机功率，并按照最困难的工况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某些重要部件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；盘式制动器；PLC

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Abstract

This topic is a subject with practical engineering problems and work out, the purpose is to design a set of safe and reliable operation of belt conveyor system in a given situation. This paper is of universal equipment (DT series universal fixed conveyor) selection calculation, through the calculation of each component selection. Finally combined into the belt conveyor used in specific conditions.

In this paper, the design of belt conveyor to transport the downhill, to full load running state and no-load running state of two different conditions were analyzed. Then compare the

different conditions required tractive force and motor power, and in accordance with the most difficult conditions selected parts of belt conveyor belt conveyor system to meet the practical engineering requirements.

The design of the selection calculation of conveyor

components and some important parts to make the whole system can be in a given situation is safe and reliable to complete the task.

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目 录

1.绪论………………………………………………………………………4

1.1 带式输送机的发展及现状………………………………………4 1.2 带式输送机的发展趋势…………………………………………6 1.3带式输送机常见问题及解决方 …………………………………7

2. 下运带式输送机的静力学设计 …………………………………8

2.1 输送带选择计算…………………………………………………8 2.2 托辊的选择计算…………………………………………………9 2.3 基本参数计算……………………………………………………11 2.4 计算牵引力及电机功率…………………………………………16 2.5 滚筒的选择………………………………………………………17 2.6 减速器的选型……………………………………………………19 2.7 制动力矩的计算及制动器的选择………………………………21 2.8 联轴器的选择……………………………………………………21 2.9 拉紧力及拉紧行程的计算及拉紧装置的选择 ………………22 2.10 软起动的选择 …………………………………………………23

3. 带式输送机的动力学特性研究 ………………………………24

3.1起动性能的分析 ……………………………………………24 4. 带式输送机电控装置 ………………………………………26

4.1电气控制操作系统开发设计技术要求 ………………………26

5. 结论 ………………………………………………………………27

参考文献…………………………………………………………………28 致谢………………………………………………………………………29

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一.绪论

带式输送机是最重要的现代散状物料输送设备，它广泛的应用电力、粮食、冶金、化工、煤炭、矿山、港口、建材等领域。

1.1 带式输送机的发展及现状

现代所指的胶带输送机主要指采用托辊支承，也就是普通意义上的胶带输送机。普通胶带输送机的输送带为橡胶带，输送带绕过两端的传动滚筒，并在整个长度上支承在许多托辊上。其中，输送带上面的分支为有载分支；而橡胶带下面的分支为无载分支。

带式输送机的组成如图1.1所示，主要有输送带、驱动装置（电动机、减速机、软启动装置、制动装置、联轴器）、传动滚筒、改向滚筒、托辊组、拉紧装置、卸料器、机架、漏斗、导料槽、安全保护装置以及电气控制系统等组成。

图1.1 带式输送机组成示意图

带式输送机的发展历史,实际上就是胶带输送机支承件的发展史,大致可分为三个时期:滑槽支承、托辊支承、非接触支承。 带式输送机按承载断面可以分为平形、槽形、双槽形（压带式）、波纹挡边斗式波纹挡边袋式、吊挂式圆管形、固定式和移动式圆管形等8大类；按驱动方式分，带式输送机又可分为三大类：有辊式（输送带全由托辊支撑运

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转）、无辊式（输送带靠气垫、磁垫、水垫支撑运转）、直线驱动方式（将电动机驱动变为直线电动机驱动方式）。

带式输送机的优越性十分明显，它是国民经济中不可缺少的关键设备。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。

带式输送机的经济效益比较如下列表所示：

表1.1 中国铁路、公路和带式输送机运输的经济性比较表 。 项 目 铁路 运输 公路 运输 带式输送机 运输 注：根据鞍山矿山设计院1986年的调查结果 表1.5 中国山西铝厂龙门山石灰石矿带式输送机与电机车、卡车运输方案比较表 运输方式 运距/km 1988年预算/-1平均坡基建费 经营费 /（元·/t·m） 倍数 0.00526 6 -1能耗指标 （kw·h·/t·m） 倍数 0.013 7 -1度（°） （万元/m） 倍数 2 4.6 0.6～1.4 3 4～5 9 0.01145 12 0.0054 3 15.90 0.4～0.75 1 0.00093 1 0.00187 1 1988年成-1年运费/万元 （元·t） 本/（元·t） 带式输送机（钢芯胶带） 1.2 电机车方案 1.1 0.275 0.305 5

0.8 0.9 140 195

北京科技大学远程与成人教育学院毕业作业 卡车方案 1.2 2.4 3.0 600 注：《连续输运技术》，1987年第三期。

目前,国外最大带速已达12m/s，国内的最大带速达5.18m/s,最大输送量8400t/h。当然,增加输送带的宽度也可以提高输送量(国外采用的最大带宽是3300mm),但增加带宽使整机所有相关尺寸增大,增加了设备的总投资。特别是输送带的成本要占整机成本的30～50%,而且距离越长,运量越大,占的比例就越大。同时,大带宽需要相应的硫化设备用于输送带和输送带接头的硫化。因此我国目前所采用的最大带宽为2200～2400mm。今后的发展趋势是提高带速以提高输送量。当然,提高带速受到托辊转速(主要是轴承转速)的限制,国外生产的轴承转速可达1000rmin。而国内设计规范中规定不大于600r/min。如何生产出与托辊配套的高质量轴承也是轴承行业需要深入探讨的课题。

在提高输送机所用胶带性能的同时,长距离带式输送机的驱动系统必须能够满足各种综合动力的技术要求,以适应输送各种物料的需要。

（1）驱动系统的技术要求:A. 输送机控制性能B. 输送机驱动性能C. 最小电应力D. 最小机械应力

(2） 长距离带式输送机合理的驱动装置:A. 驱动方式的确定B. 电机功率合理分配

1.2 带式输送机的发展趋势

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。 2) 提高元部件性能和可靠性

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，使带式输送机的性能得到进一步的提高。 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.

1.3 带式输送机常见问题及解决方法

1)．带式输送机的发展状况及常见问题和决方法

由于长距离、大运量、较大倾角的下运带式输送机带速高，移动部分和转动部分的惯性很大，生产中经常出现打滑、滚料、飞车等事故.目前国内

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外煤矿常用的制动方式有液力制动装置、液压制动装置和盘式制动装置等3

种。带液力制动系统的下运机是国家“六五”重点科技攻关项目，主要是通过在输送机的驱动装置中安装液力制动系统，分2步实现制动，即先由该系统将输送机运行速度减慢(加速度保持在0.1～0.3 m/s2的范围内)，降至额定速度的1／3，然后由机械抱闸最终制动，当井下发生突然停电事故时，仍可实现二级制动。目前能够达到的主参数为：倾角β=-25゜,运量Q=1 500

t/h，带速V=3.15 m/s，运距L=2000m。 2 )输送带的打滑及解决办法

输送带在运行中，打滑的原因是多方面的，常见的原因及解决办法有： A. 初张力太小。输送带离开滚筒处的张力不够造成输送带打滑。 B. 传动滚筒与输送带之间的摩擦力不够造成打滑。

C. 尾部滚筒轴承损修和更换已经损坏或转动不灵活的部件，使阻力增大造成打滑。

D. 启动速度太快也能形成打滑。此时可慢速启动。 D. 输送带的负荷过大，超过电机能力也会打滑。 3) 输送带的跑偏及其处理

输送带跑偏时常检查的部位和处理方法有：

A. 检查托辊横向中心线与带式输送机纵向中心线的不重合度。如果不重合度值超过3mm，则应利用托辊组两侧的长形安装孔对其进行调整.

B. 检查头、尾机架安装轴承座的两个平面的偏差值。若两平面的偏差大于1mm，则应对两平面调整在同一平面内。

C. 检查物料在输送带上的位置。 物料在输送带横断面上不居中，将导致输送带跑偏。如果物料偏到右侧，则皮带向左侧跑偏，反之亦然。

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二． 下运带式输送机的静力学设计

2.1输送带选择计算

1.带速的确定

输送带运行速度是输送机设计计算的重要参数，在输送量一定时，适当提高带速，可减少带宽。目前带式输送机推荐的带速为1.25～4m/s，参考表1，取V=2.5m/s。

表2.1带宽与带速关系表 带 宽B（毫米） 输送物料的特性 无磨损性，或磨损性小的物料；如：原煤，洗精煤 磨损性小的中小块状物料； 如矿石，炉渣等 有磨损性的大块物料； 如：大块矿石 500，650 800，1000 1200，1400 带 速v（米/秒） 1.25～2.5 1.25～2.0 1.25～1.6 1.25～3.15 1.25～2.5 1.25～2.0 1.25～4.0 1.25～3.15 1.25～2.5 2.带宽的确定 1）按输送能力确定带宽

B1?Q 式（2.1） Kv?C查《设计选用手册》可知??30?，K=458，C=0.99，则代入公式（2.1）

B1=0.939m

2）按输送物料的块度确定带宽B2

B2?2amax?200?800mm

由于B?max?1000B1,B2?， 则取B=1000m 3.输送带种类的选择

我国目前生产的输送带有以下几种：尼龙分层输送带、塑料输送带、整

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体带芯阻燃带、钢丝绳芯带等。

查《DTⅡ设计选用手册》表17（见附录二）选用钢丝绳芯输送带ST630,参数如下：

表 2.5 纵向拉N/mm 630 钢丝绳径 mm 3.0 钢丝绳 mm 10 13 带 厚 上覆盖胶度 Mm 5 下覆盖度 mm 5 95 18 钢丝绳 输送带 质 量 kg/m2 伸强度 最大直间 距 mm 厚 胶厚 根 数 24358611112F7109图2.1 下运带式输送机结构简图

2.2 托辊的选择计算

托辊组是用于支承输送带及输送带上承载的物料，保证带稳定运行的装置，托辊组的形式的选择可根据托辊在不同部位的情况选择。本机上所有的

托辊种类如下：

a)．槽形托辊b)．平行托辊c)．缓冲托辊d)．调心托辊e)．过渡托辊 1.托辊直径和长度的确定

托辊长度的选择可以直接通过输送带的宽度、托辊组中的托辊数和托辊

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间的连接和布置方式确定。托辊的直径和托辊轴的直径以及轴承可根据托辊所受的载荷情况选择。托辊直径的大小直接影响托辊的使用寿命，直径越大寿命越大，对带的承托效果也越好。托辊的直径根据表2.6并结合实际使用情况确定。

托辊阻力系数托辊轴承目前均采用滚动轴承，迷宫式密封，由于旋转部件不与密封直接接触，所以运行阻力小。 查《DTⅡ设计选用手册》可选

上托辊直径为φ133，下托辊直径为φ133。

2.托辊间距的确定

上托辊选用三辊式30°槽形托辊，托辊直径为φ133；

下托辊选用单辊式平形托辊，托辊直径为φ133；

?由表可查得托辊间距：l? l? G??22kg G???17kg； t?1.2mt?3m托辊轴承采用滚动轴承迷宫式密封???0.03 ????0.025；

表2.5 辊子参数 带宽 辊径 89 108 133 159 650 √ 800 √ √ √ √

表2.6 承载段托辊间距 输 运 带 宽 度 B (毫米) 货载容重?(吨/米) 31000 √ √ √ 1200 √ √ √ 1400 √ √ √ 1600 √ √ 500,600 800,1000 1200,1400 1600~2000 上 托 辊 间 距 (毫米) ?1.6 >1.6 1200/1500 1200/1500 1200/1500 1100/1200

表 2.7 托辊阻力系数 工作条件 清洁,干燥 少量尘埃 重段托辊?\' 0.02 0.03 10 1200/1500 1100/1200 1100/1200 1000 空段托辊?\0.018 0.025

北京科技大学远程与成人教育学院毕业作业 尘埃大,湿度大 0.04 0.035

3. 过渡段托辊组的布置

在输送机的头尾部，输送带由平形变成槽形或者由槽形变成平形的段叫过渡段。在过渡段，输送带的倾角由零逐渐过渡到最大槽角。如果过渡段托辊组的布置不合理，将直接影响输送带的强度和寿命；尤其在高张力区，影

lt lt lt lt lt lt lt l\'t 响更为严重，所以必须重视高张力区托辊组的过渡布置，达到设计的合理化。过渡段的布置如图2.2所示。

图2.2 过渡段托辊组布置图 2.3 基本参数计算

1.输送带线质量

对于输送带线质量可以通过查表和计算两种方法求得。在这里由于是通用型设备的设计，所以可以通过《DTⅡ设计选用手册》表查得

qd?19kg?1m?18kg/m 2. 物料线质量

输送带上物料的线质量

Q900q? ??100kg/m

3.6v3.6?2.53. 托辊转动部分线质量

q?t?q?t? ?G?22??18.3kg/m l?t1.2G??17??5.7kg/m l?t?311

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4.线路阻力计算

线路阻力（输送带运行阻力）包括直线阻力和弯曲段阻力。弯曲段阻力一般考虑阻力系数K(K=1.03～1.07)。述基本阻力外，还受附加阻力，包括物料在装载点加速时与输送带之间的摩擦阻力简称物料加速阻力；装料点的导料槽摩擦阻力；清扫装置的摩擦阻力；中间卸料装置的阻力等。下面分别予以计算

1） 直线阻力计算：

承载段和空载段直线阻力的计算公式分别如下： Wk?gL?(qt???qd)?????cos??qdsin?? 式（2.7）

Wz?gL?(q?qt???qd)????cos??(q?qd)sin?? 式（2.8） 将各段上的参数分别代入公式（2.7），（2.8） W5-6????（qd?q?t?）gl2cos3.7??qdgl2sin3.7??0.025?(18?5.7)?9.8?840?cos3.7??18?9.8?840?sin3.7? ?14429NW1-2????q?qd?q?t?gl1cos?1??q?dq?gl1sin?1??0.03??100?18?18.3??9.8?840cos3.7??100?18??9.8?840?sin3.7?-29095N?

2）局部阻力

（1）装载点物料加速阻力Wa

11Wa?qv2??100?2.52?312.5N

22（2）装载点导料槽侧板阻力Wb

Wb?l(16B2??70)

其中 B－带宽，m

?－物料集散密度，t/m3

l－导料槽侧板长度，m

Wb?1.5?(16?12?0.9?70)?126.6N

（3）清扫器阻力：Wc

弹簧清扫器阻力： Wc??700~1000?B?900B?900N

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??200B?200N 空段清扫器阻力：WC5.输送带张力的计算

1） 用逐点法计算输送带关键点张力，输送带张力应满足两个条件：

(1) 摩擦传动条件：

C0 式（2.9） Sl?Sy?r12?1??K?1??C0（2） 垂度条件：

为满足输送带的垂度条件，对于任何一个运输系统，承载分支输送带的最小张Szmin需满足

Szmin≥5gl?t(q+qd)cos? 式（2.10）

回程分支输送带的最小张力Skmin需满足

Skmin≥5gltdcos? 式（2.11）

可以看出，输送带张力的计算方法有两种：一种是根据摩擦传动条件并利用“逐点张力法”求出个特殊点的张力值，然后验算输送带的垂度条件；另一种是根据垂度条件求出输送带上某一确定点的张力，然后按“逐点张力法”计算出各点的张力，再验算摩擦传动条件。 2）张力计算

根据摘要中有关叙述和该输送带的具体情况可知，计算张力需分两种不同工况来分析，即满载和空载。

a， 首先计算满载运行工况即物料再输送带上均匀分布的情况，取K=1.05，由以上可求得：

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S1S2?S1?W1?2?Wa?Wb?S1?28656NS3?KS2?Wt?1.05S1?29189NS5?S4?S3?10.5S1?29189NS6?S5?W5?6?1.05S1?14760NS7?KS6?1.1025S1?15498NS8?S7?1.1025S1?15498NS9?KS8?1.157625S1?16273NS10?S9?1.157625S1?16273NS11?KS10?1.2155063S1?17087NS12?S11?1.2155063S1?17087N

则有S1?0.823S12?14507N 输出牵引力 F0??S1?S12?14075N?0.2155063S1

S12(e???1)额定牵引力 F0?

n

由F0?F0?可得：

S12?7024N 由公式可得各点张力： S1?19838N;S2??8818N

因而应按垂度条件计算：

S2?Szmin?5g?q?qd?l?tcos??6924N

???3300N Skmin?5gqdl?tcosS3?KS2?Wt?8170N S3?Skmin满足条件

则逐点法计算张力得：

S1?35580N;S2?6924N;S3?8170N;S4?8170N;S5?8170NS6?22599N;S7?23729N;S8?23729N;S9?24915N;S10?24915N;S11?26161N;S12?26161N14

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由于

S135580??1.86?3.84 S1226161所以满足摩擦条件。 验算带强：

考虑输送带的寿命、起动时的动应力、输送带的接头效果、输送带的磨损，以及输送带的备用能力，选用输送带时必须有一定的备用能力（即安全系数），对于强力大功率带式输送机静安全系数一般取m?7，动安全系数md?5。

?B630?1000n?d??17.7

Smax35580由于n>7,所以满足强度要求

b,计算空载时各点张力：

W1-2?-616N W5-6?14429N

由摩擦条件的公式可以算出

S12?K4S1?K4W1?2?K3W5?6?1.22S1?16013N 则S1?0.82S12?13125N

S12(e???1)由于F0??F0则有S1?S12?解得：

nS12??8360N

只有按垂度条件计算：

S2?Szmin?5gqdlt?cos??5?9.8?1.2?18?cos3.7??1056N

S3?KS2?Wt?2009NSkmin?5glt??qdcos??5?9.8?3?18?cos3.7??3300NS3?Skmin

所以令S3?Skmin?3300N 则由逐点法计算得：

S3?Wt?2137N;S1?S2?W1?2?2753N;S5?S4?S3?3300NKS6?S5?W5?6?17729N;S7?KS6?18615N;S8?S7?18615N; S9?KS8?19546N;S10?S9?19546N;S11?KS10?20524N;S2?S12?S11?20524N15

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