完整版带式输送机的PLC控制毕业设计论文.docx
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完整版带式输送机的PLC控制毕业设计论文
优秀论文
未经允许
审核通过
切勿外传
江西现代职业技术学
院
毕业论文（设计）
题目：
带式输送机的PLC控
制
姓名：
黄坚
学院：
信息工程学院
专业：
机电一体化
班级：
机电<4>班
指导教师：
刘铁生
提交时间：
2012年10月24日
目录：
第一章绪论
1.1国内外带式输送机研究状况及差距
1.2改进方法
1.3常用带式输送机类型与特点
第二章带式输送机施工设计
2.1概述
2.2带式输送机的设计计算
2.3传动功率计算
2.4输送带张力计算
2.5传动滚筒、改向滚筒计算
2.6驱动装置的选用与设计
2.7带式输送机部件的选用
第三章传动滚筒
3.1传动滚筒的作用
3.2滚筒的类型及优缺点
3.3改向滚筒
3.4传动滚筒的选型及设计
3.5改向装置
3.6滚筒开裂原因及改进
第四章可编程控制器
4.1PLC的基本组成
4.2PLC提高其可靠性的措施
4.3控制装置的主要功能
4.4各控制部件功能
4.5电气控制系统
4.6信号与报警
第一章绪论
带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。
它可以将物
料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的
输送流程。
它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。
除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的
要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。
所以带式输送机广泛应用于
现代化的各种工业企业中。
在矿山的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中，
广泛应用带式输送机。
它可以用于水平运输或倾斜运输。
1.1国内外带式输送机研究状况及差距
1.1.1国外运带式输送机的研究现状
国外在带式输送机动态分析研究方面开展得比较早,动态分析理论与
研制的软件已基本能够满足当前带式输送机发展之需；而我国相对较晚,
与国外相比还存在一定的差距,尤其是动态分析软件部分。
为了尽快弥补
这一差距,赶超世界水平,有必要研究和分析当今国外带式输送机的动态
分析软件。
国外动态分析软件目前,美国、法国、澳大利亚、意大利等国
家在动态分析研究方面,已经达到国际领先地位。
1.1.2国内运带式输送机技术的现状
我国生产制造的上运带式输送机的品种、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
和新产品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
液力耦合器和行星齿轮减速器。
1.1.3国内外运带式输送机的技术的差距
a、大型皮带输送机的关键核心技术上的差距
（1）皮带输送机动态分析与监测技术长距离、大功率皮带输送机
的技术关键是动态设计与监测，它是制约大型皮带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。
（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。
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。
当单机功率>500kW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。
b、技术性能上差距
我国上运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
4×250kW，国外产品可达4×970kW，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3000t=1.2。
由式（2.4-5）可算得允许的最大值为：
（2.4-5）
=
=33340N>
故摩擦条件满足。
2.5传动滚筒、改向滚筒计算
2.5.1改向滚筒合张力计算
根据计算出的各特性点张力,计算各滚筒合张力。
头部180改向滚筒的合张力:
==20878+21921=42799N
尾部180改向滚筒的合张力：
==9790+10280=20070N
2.5.2传动滚筒合张力计算
根据各特性点的张力计算传动滚筒的合张力:
动滚筒合张力:
=21926+7526=29452N
2.5.3传动滚筒最大扭矩计算
单驱动时,传动滚筒的最大扭矩按式（2.5-1）计算：
（2.5-1）
式中D——传动滚筒的直径（mm）。
双驱动时,传动滚筒的最大扭矩按式（2.5-2）计算：
（2.5-2）
初选传动滚筒直径为500mm,则传动滚筒的最大扭矩为:
=29.452KN
=5.4KNm
2.5.4拉紧力计算
拉紧装置拉紧力按式（2.5-3）计算
（2.5-3）
式中——拉紧滚筒趋入点张力（N）；
——拉紧滚筒奔离点张力（N）。
由式（2.5-3）
=7924+7546=15470N=15.47KN
查〈〈煤矿机械设计手册〉〉初步选定钢绳绞筒式拉紧装置。
2.5.5绳芯输送带强度校核计算
绳芯要求的纵向拉伸强度按式（2.5-4）计算；
（2.5-4）
式中——静安全系数，一般=7~10。
运行条件好，倾角好，强度低取小值；反之，取大值。
输送带的最大张力21926N
选为7,由式（2.5-4）
=192Nmm
可选输送带为680S,即满足要求.
2.6驱动装置的选用与设计
带式输送机的负载是一种典型的恒转矩负载，而且不可避免地要带负
荷起动和制动。
电动机的起动特性与负载的起动要求在带式输送机上比较
突出，一方面为了保证必要的起动力矩，电机起动时的电流要比额定运行
时的电流大6～7倍，要保证电动机不因电流的冲击过热而烧坏，电网不因
大电流使电压过分降低，这就要求电动机的起动要尽量快，使起动过程不
超过3～5s。
驱动装置是整个皮带输送机的动力来源，它由电动机、偶合
器，减速器、联轴器、传动滚筒组成。
驱动滚筒由一台或两台电机通过各
自的联轴器、减速器、和链式联轴器传递转矩给传动滚筒。
传动滚筒采用焊接结构，主轴承采用调心轴承，传动滚筒的机架与电
机、减速器的机架均安装在固定大底座上面，电动机可安装在机头任一侧。
2.6.1电机的选用
电动机额定转速根据生产机械的要求而选定，一般情况下电动机的转
速不低500rmin,本设计皮带机所采用的电动机的总功率为54kw，所以需选用功率为60kw的电机，拟采用YB200JDSB－４型电机，该型电机转矩大，可以满足要求。
查《运输机械设计选用手册》，它的主要性能参数如下表：
表2.6-1YB200JDSB－４型电动机主要性能参数满载
电
动
额定
转
速
电
效
功
率
机型号
功率kw
rmin
流A
率％
因数
YB20
30
1470
56.8
92.5
0.87
0L-４
起动电流额定电
起动转
最大转矩额定
重量
流
矩额定转矩
转矩
kg
7.0
1.9
2.0
320
2.6.2减速器的选用
已知输送带宽为800，查《运输机械选用设计手册》表2－77选取传
动滚筒的直径D为500，则工作转速为：
nw
60v
60
1.6
61.15r/min
D
0.5
，
已知电机转速为＝1470rmin，
则电机与滚筒之间的总传动比为：
本次设计选用JS30型.矿用减速器,传动比为25，可传递30KW功率。
第一级为螺旋齿轮，第二级、第三级为斜齿和直齿圆柱齿轮传动，其展开
简图如下：
图3.2-1JS30型减速器展开简图
电动机和I轴之间，IV轴和传动滚筒之间用的都是联轴器，故传动比
都是1。
2.6.3液力偶合器
目前，在带式输送机的传动系统中，广泛使用液力偶合器，它安装在
输送机的驱动电机与减速器之间，电动机带动泵轮转动，泵轮内的工作液
体随之旋转，这时液体绕泵轮轴线一边作旋转运动，一边因液体受到离心
力而沿径向叶片之间的通道向外流动，到外缘之后即进入涡轮中，泵轮的
机械能转换成液体的动能，液体进去涡轮后，推动涡轮旋转，液体被减速
降压，液体的动能转换成涡轮的机械能而输出作功．
本次设计选用的YOD400，输入转速为1470rmin，效率达0.96，起动
系数为1.3～1.7。
2.6.4联轴器
本次驱动装置的设计中，较多的采用联轴器，这里对其做简单介绍：
联轴器是机械传动中常用的部件。
它用来把两轴联接在一起，机器运
转时两轴不能分离；只有在机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。
联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度
变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位
移。
这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有
适应一定范围的相对位移的性能。
根据对各种相对位移有无补偿能力，联轴器可分为刚性联轴器（无补
偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类。
挠性联轴器又可按是否具
有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个
类别。
2.7带式输送机部件的选用
2.7.1输送带
输送带在带式输送机中既是承载构件又是牵引构件，它不仅要有承载
能力，还要有足够的抗拉强度。
输送带有带芯和覆盖层组成。
输送机的带
芯主要是有各种织物或钢丝绳构成。
按输送带带芯结构及材料不同，输送
带被分成织物层芯和钢丝绳芯两大类。
钢丝绳芯输送带是有许多柔软的细钢丝绳相隔一定的间距排列，用与
钢丝绳有良好粘合性的胶料粘合而成。
钢丝绳芯输送带的纵向拉伸强度高，
抗弯曲性能好；伸长率小，需要拉紧行程小。
同其它输送带相比，钢丝绳
芯输送带的厚度小。
1.钢绳芯带与普通带相比较优点
（1）强度高。
由于强度高，可使1台输送机的长度增大很多。
伸长量小，
钢绳芯带的伸长量约为帆布带伸长量的十分之一，因此拉紧装置纵向弹性高。
这样张力传播速度快，起动和制动时不会出现浪涌现象。
（2）成槽性好。
由钢绳芯是沿输送带纵向排列的，且只有一层，与托辊贴合紧密,可以形成较大的槽角。
这样不仅可以增大运量，而且可以防止输送带跑偏。
（3）抗冲击性及抗弯曲疲劳性好，使用寿命长。
（4）破损后容易修补，钢绳芯输送带一旦出现破损，破伤几乎不再扩大，
修补也很容易。
（5）接头寿命长。
这种输送带由于采用硫化胶接，接头寿命很长。
（6）输送机的滚筒小。
钢绳芯输送带由于带芯是单层细钢丝绳，弯曲疲
劳轻微，允许滚筒直径比用帆布输送带的小。
2.钢绳芯输送带的缺点
（1）制造工艺要求高，必须保证各钢绳芯的张力均匀，否则输送带运转
中由于张力不均而发生跑偏现象。
（2）由于输送带内无横向钢绳芯及帆布层，抗纵向撕裂的能力弱。
（3）易断丝。
当滚筒表面与输送带之间卡进物料时，容易引起输送带钢
绳芯的断丝。
因此,要求要有可靠的清扫装置。
本设计选用钢绳芯输送带
2.7.2托辊的选用
1、托辊的作用与类型
托辊是用来支承输送带和输送带上的物料，减少输送带的运行阻力，
保证输送带的垂度不超过技术规定。
是输送带使用寿命的最重要部件之一。
托辊可分为承载托辊、回程托辊、缓冲托辊和调心托辊等；
（1）承载托辊安装在有载分支上，以支承输送带与物料。
（2）回程托辊安装在空载分支上，以支承输送带。
通常采用平行托辊，大型输送机有时采用V形回程托辊。
（3）缓冲托辊大多安装在输送机的装载点上，以减轻物料对输送带的冲击。
在运输沉重的大块物料的情况下，有时也需沿输送机全线设置缓冲托辊。
通常缓冲托辊有弹簧钢板式和橡胶圈式两种。
（4）目前应用最为普遍的是前倾托辊，它取代了调心托辊，靠普通槽形托辊的两侧辊向输送带运行方向倾斜2°～3°实现防跑偏。
2、托辊间距
托辊间距的布置应遵循胶带在托辊间所产生的挠度尽可能小的原则。
胶带在托辊间的挠度值一般不超过托辊间距的2.5％。
在装载处的上托辊间
距应小一些，一般的间距为300～600mm，而且必须选用缓冲托辊，下托
辊间距可取2500～3000mm，或取为上托辊间距的两倍。
该设计采用槽形托辊。
由原始尺寸B＝800mm查《运输机械设计选用
手册》表2－42，取托辊为DTⅡ03C0311,托辊直径D为89mm。
在输送机的受料处，为了减少物料对输送带的冲击，减少运行阻力，
拟采用
DTⅡ03C0711缓冲托辊；结构型式为橡胶圈式，托辊直径选为89mm。
下托辊采用平行型托辊DTⅡ03C2112,托辊直径为89mm
托辊的间距设计由带宽B＝800mm，取上托辊间距为1200mm，下托
辊间距为3000mm。
2.7.3拉紧装置及制动装置的选型
1、拉紧装置的作用
拉紧装置的作用是：
保证输送带在传动滚筒的绕出端有足够的张力，
能使滚筒与输送带之间产生必须的摩擦力，防止输送带打滑；保证输送带
的张力不低于一定值，以限制输送带在各支撑托辊间的垂度，避免撒料和
增加运动阻力；补偿输送带在运转过程中产生的塑性伸长和过渡工况下弹
性伸长的变化。
2、张紧装置在使用中应满足的要求
（1）布置输送机正常运行时，输送带在驱动滚筒的分离点具有一定的恒张力，以防输送带打滑。
（2）布置输送机在启动和停机时，输送带在驱动滚筒的分离点具有一定恒张力，比值一般取1.3～1.7（可以通过设计计算不小于启动系数进行确定）。
（3）保证输送带承载分支和回空分支最小张力处的输送带下垂度不应超过标准规定值
（4）补偿输送带的塑性伸长和过渡工况下弹性伸缩的变化。
（5）为输送带接头提供必要的张紧行程。
（6）在工况过渡过程中，应能将输送带中出现的动力效应减至最小限度，以防损坏输送机。
2.7.4制动装置的选型
输送机向上运输时，在停车时需防止输送带的反向倒退，此时的制动
一般称为逆止。
向下运输时，在停车时需防止输送带的正向前进，此时称
为制动。
制动器的选型要考虑以下几点：
（1）机械运转状况，计算轴上的负载转矩，并要有一定的安全储备。
（2）应充分注意制动器的任务，根据各自不同的执行任务来选择，支持制动器的制动转矩，必须有足够储备，即保证一定的安全系数。
（3）制动器应能保证良好的散热功能，防止对人身、机械及环境造成
危害。
因为该输送机的设计为水平运输，所以不需要制动装置。
2.7.5清扫装置
在带式输送机运行过程中，不可避免的有部分细块和粉料粘到输送带
的表面，不能完全卸净。
当表面粘有物料的输送带通过回程托辊或导向滚
筒时，由于物料的积累而是它们的直径增大，加剧托辊和输送带的磨损，
引起输送带跑偏，同时不断掉落的物料又污染了场地环境。
如果粘有物料
的输送带表面与传动滚筒表面相接触，除有上列危害外，还会破坏多滚筒
传动的牵引力分配关系，以致使某些电机过载而烧毁。
因此，清扫粘结在
输送带表面的物料，对于提高输送带的使用寿命和保证输送带的正常运转
是具有重要意义的。
第三章传动滚筒
3.1传动滚筒的作用
滚筒是带式输送机的重要部件。
按其结构与作用的不同分为传动（驱
动）滚筒、电动滚筒、外装式电动滚筒和改向滚筒。
传动滚筒是传动动力
的主要部件。
作为单点驱动方式来讲，可分成单滚筒传动及双滚筒传动。
单滚筒传动多用于功率不太大的输送机上，功率较大的输送机可采用双滚
筒传动，其特点是结构紧凑，还可增加围包角以增加传动滚筒所能传递的
牵引力。
使用双滚筒传动时可以采用多电机分别传动，可以利用齿轮传动
装置使两滚筒同速运转。
如双滚筒传动仍不需要牵引力需要，可采用多点
驱动方式。
输送机的传动滚筒结构有钢板焊接结构及铸钢或铸铁结构，新设计产
品全部采用滚动轴承。
传动滚筒用来传递牵引力或制动力。
3.2滚筒的类型及优缺点
传动滚筒有钢制光面滚筒、包胶滚筒和陶瓷滚筒等。
钢制光面滚筒主
要缺点是表面磨擦系数小，所以一般用在周围环境湿度小的短距离输送机
上，铸（包）胶滚筒的主要优点是表面磨擦系数大，适用于环境湿度大、
运距长的输送机，铸（包）胶滚筒按其表面形状又可分为光面铸（包）胶
滚筒、人字形沟槽铸（包）胶滚筒和菱形铸（包）胶滚筒。
3.2.1光面包胶滚筒
光面包胶滚筒制造工艺相对简单，易满足技术要求，正常工作条件下
摩擦系数大，能减少物料黏结，但在潮湿场合，由于表面无沟槽致使无法
截断水膜，因而摩擦系数显著下降。
3.2.2人字形沟槽铸胶滚筒
为了增大摩擦系数，在光面钢制滚筒表面上，冷粘或硫化一层人字形
沟槽的橡胶板，为使这层橡胶板粘得牢靠，必须先在滚筒表面挂上一层很
薄的衬胶（一般小于2mm），然后再把人字形沟槽橡胶冷粘或硫化在衬胶
上。
这种带人字形的沟槽滚筒，就叫人字形沟槽铸（包）胶滚筒。
由于它
有沟槽存在，能使表面水薄膜中断，不积水，同时输送带与滚筒接触时，
输送带表面能挤压到沟槽里。
由于这两种原因，即使在潮湿的条件下，摩
擦系数也降低不大。
但是，此种滚筒具有方向性，不能反向运转。
3.2.3菱形（网纹）包胶滚筒
菱形（网纹）包胶滚筒，除了具有人字沟槽胶面滚筒的优点外，最突
出的一个优点是它没有方向性，有效防止了输送带的跑偏，对可逆输送机
尤为适用。
但摩擦系数比人字沟槽胶面稍有降低。
尽管如此，人们还是认
为菱形沟槽胶面比人字沟槽胶面优越。
继菱形沟槽胶面滚筒之后又出现了
一种带轴向槽的菱形沟槽胶面滚筒。
因为轴向沟槽使摩擦系数升高，从而
弥补了菱形沟槽胶面滚筒比人字沟槽胶面滚筒摩擦系数小的缺点。
这种菱
形沟槽滚筒目前国内尚未制造生产。
普通传动滚筒都是采用焊接结构，即轮毂、辐板和筒皮之间采用焊接
结构。
该类滚筒适用于中小型带式输送机。
在大功率的带式输送机中，必须采用铸焊结合的结构形式，滚筒两端
的轮毂、辐板和筒皮为整体铸造，然后再与中间筒皮焊在一起。
3.3改向滚筒
改向滚筒有钢制光面滚筒和光面包胶滚筒。
包胶目的是为了减少物料
在其表面的黏结以防输送带的跑偏与磨损。
滚筒的轴承有布置在内侧与外
侧两种形式。
3.4传动滚筒的选型及设计
传动滚筒是传递动力的主要部件，它是依靠与输送带之间的摩擦力带
动输送带运行的部件。
传动滚筒根据承载能力分为轻型、中型和重型三种。
同一种滚筒直径又有几种不同的轴径和中心跨距供选用。
（1）轻型：
轴承孔径80~100㎜。
轴与轮毂为单键联接的单幅板焊接筒体结构。
单向出轴。
（2）中型：
轴承孔径120~180㎜。
轴与轮毂为胀套联接。
（3）重型：
轴承孔径200~220㎜。
轴与轮毂为胀套联接，筒体为铸焊结构。
有单向出轴和双向出轴两种。
滚筒表面有光钢面，人字形及菱形花纹橡胶覆面。
人字形花纹胶面磨擦数大，排水性好，但有方向性，安装时人字尖应与输送带运行方向一致。
双向运行的输送机要采用菱形花纹。
用于重要场合时一定要采用硫化橡胶覆面于阻燃，隔爆场合应采用相应防爆措施。
轴承座全部采用油杯润滑脂
润滑。
改向滚筒用于改变输送带运行方向或增加输送带在传动滚筒上围抱
角其结构形式与传动滚筒一样分轻、中、重三种型式，见图8。
轴的分档
直径为50~100mm，120~260mm，滚筒表面有裸露光钢面和平滑胶面两种。
B
d2d1
D
L
A
图8改向滚筒
考虑到本设计的实际情况和输送机的工作环境：
用于工厂生产，环境
潮湿，功率消耗大，易打滑，所以我们选择这种滚筒。
铸胶胶面厚且耐磨，
质量好；而包胶胶皮易掉，螺钉头容易露出，刮伤皮带，使用寿命较短，
比较二者选用铸胶滚筒。
3.4.1传动滚筒结构
其结构示意图如图5-2所示：
轴
透盖
筒体
加强
轮毂
辐板
胀套
环
图5-2驱动滚筒结构示意图
传动滚筒长度的确定.查《运输机械设计选用手册》表2－39得：
其主要性能参数如表3-1所示：
表3-1传动滚筒参数表
许用扭矩
许用合力
mm
800
4.1
40
500
轴承型
轴承座型号
转动惯量
重量
号
3520
ⅡZ1210
7.8
432
再查表《运输设计选用手册》
2－40可得出滚筒长度为
950。
或者由经验公式：
已知带宽B＝800，传动滚筒直径为500，滚筒长度比胶带宽略大，一
般取
（100～200）
取800＋150＝950与查表结果一致
3.4.2传动滚筒的直径验算
大量实验表明，传动滚筒的摩擦系数与胶带和滚筒之间的单位压力有
较大关系，在单位压力较大的区域摩擦系数随压力的增大而减小，所以传
动滚筒的直径应按平均压力进行验算。
[p]
360p
BD
式中：
[p]——胶带与滚筒之间的平均压力，对于织物芯，胶带推荐不大于0.4N/mm3
B——带宽，已知B＝800mm
D——传动滚筒直径，500mm
——胶带在滚筒上的围包角，2350
p——传动滚筒牵引力，p＝21921N
[p]
360p
BD
＝
360
21921
500
3.14
235
0.25
800
＝0.107N/mm2
0.4N/mm2
因此传动滚筒直径合格。
3.5改向装置
带式输送机采
升级会员 