学位论文—矿用固定式带式输送机设计.doc

毕业设计（论文）摘 要本次毕业设计是关于矿用固定式带式输送机的设计。本设计分三部分，首先，对矿用带式输送机的技术现状进行概述，从而得出了其在以后的发展趋势；其次，为了选用驱动装置组合以及其它零部件，进行设计计算；然后根据计算结果，并考虑实际工作环境及物料特性，合理选择驱动装置组合、输送带以及其它零部件，并对重要零部件进行校核，进一步确定其能满足使用。在做此设计过程中，考虑到原煤块落下会时，会对输送带产生较大冲击，选用缓冲托辊。在选用拉紧装置时，根据计算所得数据，并考虑到结构紧凑性，选用螺旋拉紧装置。关键词：矿用固定式带式输送机、缓冲托辊、螺旋拉紧装置。 AbstractThe graduation project is fixed on mine belt conveyor design. The design of three parts, first of all, on the belt conveyor technology overview of the current situation, which obtained its future development trends; Secondly, in order to use drive combinations and other components, the design calculations; then under results, and considering the actual working environment and material properties, reasonable choice of drive combination, conveyor belts and other components, and check the important parts and components, to further determine its use to meet. In doing this the design process, taking into account the coal block will fall when the conveyor belt will have a greater impact, choose a buffer roller. Tensioning device in use, in accordance with the calculated data, and taking into account the compact nature of selected spiral tensioning device.Keywords: Mine fixed belt conveyors, buffer roller, screw tension device.目 录前言1第一章 煤矿用带式输送机的发展现状与发展趋势2第一节 国内煤矿用带式输送机的发展现状2第二节 国外煤矿用带式输送机的发展现状2第三节 国内外煤矿用带式输送机技术的差距与发展趋势3 一、国内外煤矿用带式输送机技术的差距3二、煤矿带式输送机技的发展趋势6第二章 带式输送机的设计计算8第一节 原始数据及输送能力计算8一、 原始数据与输送机布置简图8二、 输送能力计算8第二节 圆周驱动力与所需传动功率计算10一、 传动滚筒圆周驱动力计算10二、 传动功率计算15第三节 输送带张力计算15一、输送带最小张力校核15二、各特性点张力计算16第四节 传动滚筒、改向滚筒张力、带式输送机拉紧力及输送带层数计算17一、传动滚筒合张力计算17二、改向滚筒合张力计算17三、带式输送机拉紧力计算17 四、 输送带层数计算17第三章 带式输送机的驱动装置及其它部件的选用18第一节 驱动装置的选用与设计18第二节 传动滚筒的选用与设计19第三节 改向滚筒、托辊选用与设计19第四节 输送带及其接头的选用21 第五节 拉紧装置的选用与设计22参考文献24致谢2525前 言带式输送机是一种连续运行的运输设备，在冶金、采矿、动力、建材等重工业部门及交通运输部门中主要用来运送大量散状货物，如矿石、煤、砂等粉、块状物和包装好的成件物品。带式输送机与其他运输设备相比，不仅具有长距离、大运量、连续输送等优点，而且运行可靠,易于实现自动化、集中化控制,特别是对高产高效矿井，带式输送机已成为煤炭高效开采机电一体化技术与装备的关键设备。特别是近年来，长距离、大运量、高速度的带式输送机的出现，使其在矿山建设的井下巷道、矿井地表运输系统及露天采矿场、选矿厂中的应用又得到进一步推广。在煤矿的开采过程中，带式输送机的作用至关重要，其性能的好坏直接影响到煤矿行业的发展和效益，因此研究带式输送机对煤矿行业和其他一些输送类的行业有着非常重要的意义。在煤矿中，环境一般比较恶劣，空气湿度和空气中粉尘的含量都比较大，被采煤层中含有大量的硫铁矿，在有充足的氧气和细菌的存在下，使黄铁矿氧化，生成亚硫酸和硫酸，造成矿井水呈酸性，它能严重腐蚀矿山设备和管道。这样以来，对煤矿用带式输送机的各方面性能就有了更高的要求，在本次设计中，采用缓冲托辊，减少了煤块对输送带的冲击，这样就有效的提高了托辊、输送带的使用寿命。第一章 煤矿用带式输送机的发展现状与发展趋势第一节 国内煤矿用带式输送机的发展现状从20世纪80年代起，带式输送机的技术水平有了很大提高，带式输送机的关键技术研究和新产品的开发都取得了可喜的成果，输送机产品系列不断增多，从定型的SDJ, SSJ, STJ, DT等系列发展到多功能、适应特种用途的各种带式输送机系列。进入90年代后，随着煤矿现代化的发展和需要，我国对大倾角带式输送机、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控制为核心的防爆电控装置。随着我国煤矿高产高效矿井的发展，煤矿井下带式输送机到目前己达到表1.1所示的主要技术指标。表1-1 国内带式输送机的主要技术指标主要参数顺槽可伸缩带式输送机大巷与斜井固定式强力带式输送机运距（m）200030004500带速（m/s）2.54.53-5输送量（t/h）1500300020003000驱动总功率（km）900160015003000第二节 国外煤矿用带式输送机的发展现状国外带式输送机技术的发展很快，其主要表现在三个方面：一、带式输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如大倾角带输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型；二、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；三、带式输送机本身关键零部件向高性能、高可靠性方向发展。目前，煤矿井下，由于受环境条件的限制，其带式输送机的技术指标要比地面用带式输送机的指标要高。在国外煤矿井下使用的带式输送机已达到表1.2所示的主要技术指标，其关键技术与装备有以下几个特点：（1）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。（2）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。（3）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，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。（4）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。表1-2 国外带式输送机的主要技术指标主要参数国外300-500万t/a高产高效矿井顺槽可伸缩带式输送机大巷与斜井固定式强力带式输送机运距（m）200030003000带速（m/s）3.5445，最高达8输送量（t/h）2500300030004000驱动总功率（kw）1200200015003000，最大达10100第三节 国内外煤矿用带式输送机技术的差距与发展趋势一、国内外煤矿用带式输送机技术的差距（一）大型带式输送机的关键核心技术上的差距1、带式输送机动态分析与监测技术 长距离、大功率带式输送机的技术关键是动态设计与监测，它是制约大型带式输送机发展的核心技术。目前我国用刚性理论来分析研究带式输送机并制订计算方法和设计规范，设计中对输送带使用了很高的安全系统（一般取n=10左右），与实际情况相差很远。实际上输送带是粘弹性体，长距离带式输送机其输送带对驱动装置的起、制动力的动态响应是一个非常复杂的过程，而不能简单地用刚体力学来解释和计算。已开发了带式输送机动态设计方法和应用软件，在大型输送机上对输送机的动张力进行动态分析与动态监测，降低输送带的安全系统，大大延长使用寿命，确保了输送机运行的可靠性，从而使大型带式输送机的设计达到了最高水平（输送带安全系数n=56），并使输送机的设备成本尤其是输送带成本大为降低。2、可靠的可控软起动技术与功率均衡技术 长距离大运量带式输送机由于功率大、距离长且多机驱动，必须采用软起动方式来降低输送机制动张力，特别是多电机驱动时。为了减少对电网的冲击，软起动时应有分时慢速起动；还要控制输送机起动加速度0.30.1m/s，解决承载带与驱动带的带速同步问题及输送带涌浪现象，减少对元部件的冲击。由于制造误差及电机特性误差，各驱动点的功率会出现不均衡，一旦某个电机功率过大将会引起烧电机事故，因此，各电机之间的功率平衡应加以控制，并提高平衡精度。国内已大量应用调速型液力偶合器来实现输送机的软起动与功率平衡，解决了长距离带式输送机的起动与功率平衡及同步性问题。但其调节精度及可靠性与国外相比还有一定差距。此外，长距离大功率带式输送机除了要求一个运煤带速外，还需要一个验带的带速，调速型液力偶合器虽然实现软启动与功率平衡，但还需研制适合长距离的无级液力调速装置。当单机功率500 kW时，可控CST软起动显示出优越性。由于可控软起动是将行星齿轮减速器的内齿圈与湿式磨擦离合器组合而成（即粘性传动）。通过比例阀及控制系统来实现软起动与功率平衡，其调节精度可达98% 以上。但价格昂贵，急需国产化。（二）技术性能上差距我国带式输送机的主要性能与参数已不能满足高产高效矿井的需要，尤其是顺槽可伸缩带式输送机的关键元部件及其功能如自移机尾、高效储带与张紧装置等与国外有着很大差距。 1、装机功率 我国工作面顺槽可伸缩带式输送机最大装机功率为4250 kW，国外产品可达4970 kW，国产带式输送机的装机功率约为国外产品的30%40%，固定带式输送机的装机功率相差更大；2、运输能力 我国带式输送机最大运量为15003000 t/h，国外已达25003000 t/h；3、最大输送带宽度 我国带式输送机为1400 mm，国外最大为1830 mm；4、带速由于受托辊转速的限制，我国带式输送机最高带速为4m/s，而国外可达5m/s以上；5、高效储带与张紧装置 我国采用封闭式储带结构和绞车张紧为主，张紧小车易脱轨，输送带易跑偏，输送带伸缩时，托辊小车不自移，需人工推移，检修麻烦。国外采用结构先进的开放式储带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备，托辊小车能自动随输送带伸缩到位。输送带不易跑偏，不会出现脱轨现象。6、输送机品种带式输送机机型品种少，功能单一，使用范围受限，不能充分发挥其效能，如拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用；另外，我国煤矿的地质条件差异很大，在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要求，如弯曲、大倾角（ 25）直至垂直提升等，应开发特殊型专用机种带式输送机。（三）可靠性、寿命上的差距1、输送带抗拉强度 我国生产的织物整芯阻燃输送带最高为2500 N/mm，国外为3150 N/mm。钢丝绳芯阻燃输送带最高为4000 N/mm，国外为7000 N/mm；2、输送带接头强度 我国输送带接头强度为母带的50%65%，国外达母带的70%75%；3、托辊寿命 我国现有的托辊技术与国外比较，寿命短、速度低、阻力大，而美国等使用的新型注油托辊，其运行阻力小，轴承采用稀油润滑，大大地提高了托辊的使用寿命，并可作为高速托辊应用于带式输送机上，使用面广，经济效益显著。我国输送机托辊寿命为2万小时，国外托辊寿命59万小时，国产托辊寿命仅为国外产品的30%40%；4、输送机减速器寿命 我国输送机减速器寿命2万小时，国外减速器寿命7万小时；5、带式输送机上下运行时可靠性差。（四）控制系统上差距1、驱动方式 我国为调速型液力偶合器和硬齿面减速器，国外传动方式多样，如BOSS系统、CST可控传动系统等，控制精度较高；2、监控装置 国外输送机已采用高档可编程序控制器PLC，开发了先进的程序软伯与综合电源继电器控制技术以及数据采信、处理、存储、传输、故障诊断与查询等完整自动监控系统。我国输送机仅采用了中档可编程序控制器来控制输送机的启动、正常运行、停机等工作过程。虽然能与可控启（制）支装置配合使用，达到可控启（制）动、带速同步、功率平衡等功能，但没有自动临近装置，没有故障诊断与查询等；3、输送机保护装置 国外带式输送机除安装防止输送带跑偏、打滑、撕裂、过满堵塞、自动洒水降尘等保护装置外，近年又开发了很多新型监测装置：传动滚筒、变向滚筒及托辊组的温度监测系统；烟雾报警及自动消防灭火装置；纤维织输送带纵撕裂及接头监测系统；防爆电子输送带秤自动计量系统。这些新型保护系统我国基本处于空白。而我国现有的打滑、堆煤、溜煤眼满仓保护，防跑偏、超温洒水，烟雾报警装置的可靠性、灵敏性、寿命都较低。二、煤矿带式输送机技的发展趋势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。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：（1）带式输送机动态分析与监控技术；（2）软起动与功率平衡技；（3）中间驱动技术；（3）自动张紧技术；（4）新型高寿命高速托辊技术；（5）快速自移机尾技术；（6）高效储带技术。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、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。第二章 带式输送机的设计计算第一节 原始数据及输送能力计算一、原始数据与输送机布置简图1、原始数据及工作条件（1）物料名称：原煤（2）输送能力：1500t/h（3）物料特性：安息角=35粒度：0300 （4）物料松散密度：=900/m（5）工作环境：矿山井下巷道 温度-530（6）受、卸料位置：尾部受料、头部卸料（7）输送机尺寸：机长L=55.65m 高度差H=14.35m2、输送机布置简图图2.1二、输送能力计算1、选择设计参数初选带宽B=1400mm，带速v=2.5m/s,上托辊槽角=35，下托辊槽角=0。2、由带宽、带速校核输送能力输送能力由下述公式计算Q=3.6SVK （t/h） （2-1-1）式中 S输送带上物料的最大横截面积，m； V带速，m/s； K倾斜系数； 物料松散密度，/m。表2-1 物料在输送带上的最大横截面积托辊槽角/（）动堆积角/（）物料在不同输送带宽度下最大横截面积S/ m宽800时宽1000时宽1200时宽1400时3500.04690.07720.11280.157750.05220.08750.12540.1749100.05770.09440.13810.1924150.06330.10380.15120.2105200.06920.11270.16500.2294250.07540.12270.17970.2354300.08220.13350.19560.2714350.08970.14570.21330.2956 表2-2 倾斜输送机面积折减系数K倾角/（）2468101214161820K1.000.990.980.970.950.930.910.890.850.81（1）确定S的值安息角=35，得动堆积角=（0.50.75）=17.526.25，取=20，查表2-1得S=0.2294。（2）确定K值输送机倾斜角=arcsin= arcsin=14.1 经查表2-2，K=0.9由式（2-1-1）得 Q=3.6SVK=3.60.22942.50.9900=1672t/h1500 t/h故而能满足使用要求。3、根据原煤粒度校核输送带带宽查表2-3可知，粒度在0300范围内，选择B=1400mm是合理的。表2-3 带宽与物料块度带宽B/mm物料中大块含量（质量百分率）51020508090100物料的最大块度尺寸/mm800350300250220200170160100045036035030025022020012005004504003503002802501400600500450400350330300第二节 圆周驱动力与所需传动功率计算一、 传动滚筒圆周驱动力F计算F=C F+ F+ F+ F （2-2-1）图2.21、 主要阻力F（1）主要阻力的计算公式F=fLgqq（2q+ q）cos （2-2-2）式中 f 模拟摩擦系数，根据工作条件及制造、安装水平在表2-4中选取； L 输送机的长度，如图2.1所示 g 重力加速度，取g=9.81m/s； q承载分支托辊每米长旋转部分质量，/m； q回程分支托辊每米长旋转部分质量，/m； q 每米长输送带的质量，/m； q 每米长输送物料的质量当输送机倾角小于18时，可选取cos1。表2-4 模拟摩擦系数安装情况工作条件f水平、向上倾斜及向下倾斜的电动工况工作环境，制造、安装良好带速低物料内摩擦因数小0.020按标准设计，制造、调整好，物料内摩擦因数中等0.022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0.0230.033向下倾斜设计、制造正常，处于发电工况时0.0120.016表2-5 辊子参数 带宽辊子DL轴承14001085304G3054G3061334G3054G3061594G3054G306表2-6托辊转动部分质量带宽B/mm辊径d/mm托辊组旋转部分质量G、G/kg槽形托辊（三辊式）V形托辊（三辊式）平行托辊（一辊式）140010815.9614.0813324.6322.2821.8315934.9232.5429.99 表2-7 N-200型帆布芯输送带规格及技术参数输送带型号折断强度N/(mm层)每层厚度覆盖胶厚度每毫米厚胶料重量Kg/m上下N-2002001.251.5、3、4.5、6、81.5、3、4.51.19（2）选取各参数的经验值经查表2-5, v=2.5m/s时,可选取托辊辊径133mm,上托辊间距a=1.2m,下托辊间距a=3m，上托辊初选槽角为35的缓冲托辊,辊长530mm,轴承4G306,下托辊初选平行下托辊,辊长1600mm,轴承4G305。经查表2-6,单个上托辊转动部分质量为14.08,单个下托辊转动部分质量为21.83。q=35.2/mq=7.28/mq=166.67/m初选输送带型号NN200，Z=3层，上胶厚4.5mm，下胶厚1.5mm，经查表2-7，NN200型输送带的每层质量为1.25/m,每毫米胶料质量1.19/m。q=31.25（4.51.5）1.191.4=15.2/m经查表2-4，f=0.03（多尘、潮湿），由式（2-2-2）得F=fLgqq（2q+ q）cos= 0.0355.689.8135.27.28（215.2166.67）1 = 3923.3N2、 主要特种阻力F（1）主要特种阻力的计算公式FF+F （2-2-3）式中 F托辊前倾阻力，N； F输送物料与导料挡板间的摩擦阻力，N。由于托辊无前倾，F=0。（2）输送物料与导料挡板间的摩擦阻力的计算F= （2-2-4）式中 物料和导料板间的摩擦系数=0.06，导料槽长度l=4.5m，输送能力I=0.46m/s，导料挡板内部宽度=0.85m。由式（2-2-4）得F= =1117.05N由式（2-2-3）得FF+F0+1117.05=1117.05N3、附加特种阻力F附加特种阻力的计算公式F=F+nF （2-2-5） 式中 F卸料器摩擦阻力，此处无卸料器，F=0； n清扫器个数，此处1个头部清扫器和2个空段清扫器（1个空段清扫器相当于1.5清扫器）； F输送带清扫器的摩擦阻力，N。F=AP （2-2-6）式中 A输送带与清扫器的接触面积，查表2-8可得； P输送带清扫器与输送带间的压力（一般3101010）； 输送带与输送带清扫器间的摩擦系数，=0.50.7。表2-8 单个清扫器与输送带的接触面积带宽B/mm倒料栏板内宽b刮板与输送带接触面积A/ m头部清扫器空段清扫器8000.4950.0080.01210000.6100.010.01512000.7300.0120.01814000.8500.0140.021表2-9 附加阻力系数CL/m40638010015020030040050060070080090010001500200025003000C2.42.01.921.781.581.451.311.251.201.171.141.121.101.091.061.051.041.03由式（2-2-5）得F=F+nF=40.01410100.6=3360N4、倾斜阻力FF= qHg （2-2-7）F=166.6714.359.81=23462.7N5、圆周驱动力F计算经查表2-9，附加阻力系数C=2.1由式（2-2-1）得F=2.13923.3+23462.7+1117.05+3360=36178.68N二、传动功率计算1、传动滚筒轴功率P= FV=36178.68N2.5=90.4kw2驱动电机轴功率P= P/=90.4/（0.980.960.95）=101.7 kw第三节 输送带张力计算一、 输送带最小张力校核1、按输送带允许最大下垂度校核承载分支 F=26762N式中 h/a输送带许用的最大下垂度应满足h/a0.01。回程分支 F=5591.7N2、按输送带不打滑校核FF （2-3-1）F= FK=36178.681.5=54268N式中 K启动系数，K=1.31.7； e尤拉系数，查表2-8可得。表2-7 传动滚筒与输送带间的摩擦因数 滚筒覆盖面运行条件光滑裸露的钢滚筒带人字形沟槽的橡胶覆盖面带人字形沟槽的聚氨酯覆盖面带人字形沟槽的陶瓷覆盖面干态运行0.350.400.400.450.350.400.400.45清洁潮湿运行0.100.350.350.350.40污浊的湿态（泥浆、粘）0.050.100.250.300.200.35表2-8 欧拉系数e围包角/（）摩擦因数0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.501701.161.351.561.812.102.442.823.283.804.411901.181.391.641.942.292.703.183.754.145.252001.191.421.692.012.402.853.404.044.825.732051.201.431.712.052.452.923.504.185.005.98由式（2-3-1）得FF=54268=22611.7N二、各特性点张力计算根据不打滑条件，传动滚筒上2点最小张力F=26762N。F=K（F2F） （2-3-2） 式中 K改向滚筒阻力系数，包括输送带弯曲和滚筒轴承阻力因素，当输送带在改向滚筒上的围包角=45时，K1.02；=90时，K1.03；=180时，K1.04。取K=1.03，忽略头部清扫器阻力F。F=1.0326762=27564.9N忽略头部清扫器阻力F，计算回程分支主要阻力F, F=F。F = F= F+fLg（）27546.9+0.0355.659.81（7.28+15.2）27602.3NF=1.0322602.3=28430.3NF=1.0428430.3=29283.3NF=26762N由F=26762N，可得稳定运行情况下的最大张力F。F= F+ F=26762+36178.6=62940.6N第四节 传动滚筒、改向滚筒张力、带式输送机拉紧力及输送带层数计算一、传动滚筒合张力F计算F= F+2 F=54268+226762=107.8kN由F=107.8kN，初选传动滚筒D=1000mm，