8139km长距离带式输送机设计说明书.docx

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8139km长距离带式输送机设计说明书

8.139米长距离带式输送机

设

计

说

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书

豫龙水泥厂8.139km带式输送机是目前国内设计、制造、安装调试的单机最长的带式输送机之一。

本文简要介绍了该机的主要技术参数、设计计算方法、动态分析、主要部件配置以及启、制动控制方法等内容。

（一）工程概况

　　本机位于河南驻马店市确山县南东石灰石矿山区，单机长度为8.139km，是目前国内设计、制造、安装调试单机最长的带式输送机。

该机除尾部内地段为室内外均为敞开式廊道，胶带机上设遮阳防雨罩。

环境温度-17.4℃~41.9℃。

地形较复杂，沿线有二十几个高坡点。

采用尾部落料,将破碎机破碎后的石灰石输送到厂区。

带宽1200mm,带速3.5m/s，总落差28m，运量1600t/h。

　　该机是采用ISO设计方法进行设计计算，并用动态分析软件对各种工况进行精确的分析和计算，并以此结果作为总体布置，受力分析、结构设计、零部件选型的依据，保证了设计的可靠性和先进性。

（二）主要技术参数及总体布置

1、主要技术参数见下表。

2、总体布置

　　总体布置见图1，根据胶带机工艺线路布置要求及经济实用性要求，采用头部三驱动和中部转载双驱动方式驱动，可大幅度减少胶带机最大张力（较头尾驱动型式减小25%），降低设备总投资；由于胶带机拉紧行程及拉紧力大，采用了液压绞车自动张紧装置，布置在胶带机头部低张力处，自动调整胶带机各种运行工况所需要的胶带张力；为实现长距离胶带机紧急停机，避免意外撕裂过长胶带、叠带事故及其它安全事故，在胶带机尾部设盘式液压制动装置，因该胶带机中部区域无大的坡度起伏，经动态验算分析中部无须设制动装置。

（三）设计计算方法及步骤

1、初步设计计算

　　由于动态分析计算需要输入带式输送机的总体布置和相关技术参数，因此，初步设计时首先采用ISO5048国际标准进行计算，包括各种运行阻力，驱动功率和沿线各点张力的计算，并以此计算结果为依据进行总体方案布置和部件选型。

2、计算机动态分析计算

　　国际标准的计算方法采用的是将输送带看成刚体对输送机的启制动过程进行动力学分析，实践证明，这种分析方法用于长达8km多的带式输送机，其计算结果与实际情况相差较大，满足不了对设计的经济性和可靠性的要求，故需采用动态分析进行设计计算。

所谓输送机的动态分析就是将输送带按粘弹性体的力学性质，综合计入驱动装置的启制动特性、各运动体的质量分布、线路各区段的坡度变化、各种运行阻力、输送带的初始张力、输送带的挠度变化、拉紧装置的型式位置及张紧力等因素的作用，建立输送带粘弹性力学模型，求得输送带在启动和制动过程中，输送带上的不同点随时间的推移所发生的速度、加速度和张力的变化；预报按传统的静态设计方法设计的输送机可能出现的动态危险和不安全之处，对该设计提出改进和调整措施，确定优化的设计和控制参数。

　　我公司委托东北大学自动化学院对该输送机进行了动态分析，计算并验证其计算结果的精确性和可靠性，又委托澳大利亚ACE大陆公司进行了验算，两者计算结果差距不大；且重点计算了以下四种工况条件下的稳态运行及启动、停机过程的状况。

1）全程空载工况2）全程满载工况3）水平及上坡段满载，其它段空载工况4）下运段满载，其它段空载工况

（四）输送机部件配置

1、驱动装置

　　长距离带式输送机设计的关键环节之一是选择合理的驱动系统，保证输送机的启制动过程平稳、可控，消除或减小动态应力。

对于该胶带机，单机长度达8Km之多，应采用具有可控启制动功能的驱动装置，控制输送机按理想的启制动曲线（如S型见图2）启动和制动，以减小输送带及承载部件的动态载荷。

在综合考虑设备投资的经济性和技术可靠性，我们选择了美国道奇公司的CST可控起制动作本机的驱动系统。

CST可控启制动由一台行星减速器和一套低速轴调速系统及热交换系统组成，其工作原理：

操作者可根据需要，通过控制器设置所需要的加速度曲线和起动时间；在收到起动信号后，电机空载起动，达到额定速度后，液压系统开始增加离合器反应系统的压力；当反应盘相互作用时，其输出力矩将与液压系统的压力成正比；设在输出轴上的速度传感器，检测出转速并反馈给控制系统，该速度信号将与控制系统设定加速度曲线比较，其差值将用于调整反应盘压力，从而确保稳定的加速度斜率；在起动过程中，离合器滑差所产生的热量将由流经反应盘的冷却液带走并经热交换系统散热。

CST可控启制动装置是长距离且线路较复杂的带式输送机的理想驱动装置，具有设定启制动速度曲线自动跟踪功能、过载保护功能、多机平衡功能和低速验带功能，启动系数可以控制在1.05~1.1之间、启制动加减速度可以控制在0~0.05m/S2之间、控制精度为2%。

2、滚筒

　　传动滚筒满足许用扭矩、许用合力要求，直径选用同时也须满足胶带工作张力限制。

控制胶带覆盖胶变形量在6%内[D≥35K（d/2+δ2）]条件下选用。

改向滚筒选用满足许用合力及包角条件下选用其型号。

ST2500以上输送带采用传动滚筒直径φ1250mm。

所有传动滚筒筒体均采用铸焊结构，轮毂与轮轴之间采用涨套联接；改向滚筒根据负载情况，筒体采用铸焊结构（合张力≥200kw）和全焊结构，焊后整体退火，消除內应力，轮毂与轮轴分别采用涨套和键联接，滚筒周向和纵向焊缝无损伤，轮毂的铸造质量经磁粉或超声波检验，滚筒组装后作静平衡试验达到G40级；滚筒轴均为锻件，其许用扭矩及许用合力均满足设计要求。

3、托辊

　　根据托辊辊子静、动载荷及寿命计算，托辊直径选用φ133m,轴承选用4G306；为减小托辊前倾阻力，降低总的运行阻力，仅配置25%的前倾托辊；每10组槽形托辊中设一组全自动调心托辊，每6组下托辊中设一组全自动下调心托辊，防止胶带运行时跑偏。

对于长距离胶带机，其主要阻力由托辊旋转阻力和输送带运行阻力组成。

通过计算表明，两项约占80%，因此提高托辊辊子的质量尤为重要。

托辊辊子采用高性能的大滚珠、大游隙专用轴承（KA系列）及高精度的密封圈，密封结构为非接触式迷宫密封结构，辊皮采用托辊专用有缝焊管，其园度和壁差均严格符合ISO国际标准，辊辊体与轴承座采用CO2气体保护焊，这有效地保证了托辊的性能，降低了托辊旋转阻力。

4、拉紧装置

　　本机采用先进的CST可控软起动技术，并控制起、制动过程的加速度α≤0.05m/s2，故本胶带机采用结构简单，使用安全可靠，维修方便的液压绞车自动拉紧装置（中国矿业大学优质产品），它由液压拉紧装置、液压站、蓄能器、电控箱、拉紧滚筒及托带装置等组成。

液压绞车自动拉紧行程是可变的，可随着力的变化而自动补偿输送带的伸长量；起动拉紧力和正常运行拉紧力可根据输送机张力的需要进行调节，完全可以实现起动拉紧力为正常运行时拉紧力的1.1~1.5倍，一旦调定后，拉紧站即按预定程序自动工作，保证胶带在理想状况下运行；动态响应快，输送机起动时，胶带松边突然松驰伸长，拉紧站能立刻收缩油缸，以及时补偿胶带伸长，使紧边冲击力减少，从而使启动平稳可靠；具有断带保护功能，并能实现自动增补拉紧力的保护功能。

　　根据本胶带机的地形特点及空间要求，满足胶带的拉紧行程，从而简化了结构。

支架上设重轨作为滑轨，拉紧车及托带装置在滑轨上移动，通过拉紧滚筒，从而实现了胶带的张紧（见图3）。

5、清扫装置

　　由于输送的物料刚出矿，含有一定的水份及粘土，物料的粘附性较强，故必须设置性能较好的清扫装置。

　　本胶带机是条长距离，大功率输送机，为保证设备正常运转，延长胶带的使用寿命，必须对胶带加强维护，因此我们对本胶带机设计了二级高分子刀片清扫器（台湾骏维优质产品）、空段清扫器、翻转清扫装置等。

　　在头部及中部卸料筒处，安装了H型和P型高分子刀片清扫器，高分子刀片清扫器巧妙地将柔性和耐磨性组合在一起，由多个宽150-200mm的高分子刀体排列而成。

它利用调整器的弹性使高分子刮片始终以一定的压力紧贴输送带进行清扫，这种清扫器的清扫效果好、寿命长、结构紧凑、安装调整方便，是一种新式的清扫器。

空段清扫器用来清扫撒落在输送带空段上的物料，防止落料卷入滚筒，空段清扫器的橡胶刮板与输送带接触长度应不小于带宽的85%。

　　本机的翻转装置是将回程胶带在头部附近及尾部附近强制翻转180°运行，避免回程托辊接触脏污的胶带承载面，并能实现对胶带承载面脏污物的清扫，从而保证胶带以其干净一面沿下托辊运行，达到较为理想的运行效果，胶带翻转装置适用于运送粘性物料，对胶带脏污物难以清扫干净的长距离带式输送机。

　　强制式胶带翻转装置分头部翻转装置和尾部翻转装置两种组合而成，在头部附近，从第一组起平滚筒开始，第一翻转段由第二组托辊将胶带强制翻转45°，第二翻转段由第三组中夹辊将胶带翻转成90°，第三翻转段由第四组托辊将胶带翻转135°，最后一段由一组滚筒将胶带翻转成180°后水平运行，在尾部附近同样经一、二、三、四段强制性翻转，将经头部翻转了180°的下胶带恢复原状，从而保证在头尾翻转装置之间的很长距离内，胶带以非承载的干净面在下托辊上运行（见图4）。

　　该胶带翻转装置对胶带机的运行具有以下作用：

1）由于胶带需穿过90°竖立的中间夹辊，由于揉拈作用，可对胶带机承载面上的污物进行清扫。

2）由于下胶带机经翻转后以干净一面在托辊上运行，避免了弄脏托辊和沿程撒落粘结物料。

3）减轻胶带和托辊的磨擦，使下托辊的使用寿命大大增长，对于输送粘度大的长距离输送机可使下托辊寿命增长约1倍。

4）减少了下胶带运行阻力，相应可减少驱动功率。

5）为输送机远程监管的无忧运行提供了有利条件。

6、保护装置

　　为实现胶带输送机全程监控和集中控制性能，输送机两侧每隔50m设一对智能性拉绳开关，在头部落料点、尾部接料点各设一对智能性跑偏开头，并每隔80m设一对智能性跑偏开头，尾部接料点前一组托辊处设A型、B型胶带纵向防撕裂装置各1套，接近头部处设一组打滑检测装置，中部转载处设一组张力传感器，CST输出轴处设一组速度传感器，拉紧装置处设二组行程限位开关。

（五）输送机的启动控制

　　正常情况下输送机停机前应将其上的物料卸空，以便下次可空载启动。

但是非正常停机时其上会有物料，再次启动即可能为满载启动，因此启动过程参数的确定以满载启动为准。

　　本机共设五套相同的驱动单元，头部三套，中部二套，每套驱动单元包括YKK500-4（560kw）电动机，CST630可控传动装置，电液控制组件，冷却系统等。

启动过程为：

1、首先启动液压自动拉紧装置，使拉紧力达到额定运行时的120%。

2、在CST离合器脱开状态，空载间隔启动五台电动机，时间间隔约10秒钟左右。

3、启动头部三台离合器，开始加速带式输送机，根据动态分析的结论，采用了S型曲线启动（如图5所示），加速段时间约为40秒，使带速达到额定值的10%，延迟段时间约10秒，在10%额定带速下运行，然后开始加速，时间约为300秒，使之达到额定带速，启动过程大约350秒钟。

4、中部CST离合器待该处张力达到一定值时方投入驱动状况，以防止开始时低张力状态下打滑，为此在该处设置了一个胶带张力传感器来进行监视。

5、为了检修胶带机方便，输送机设置了验带速度V=0.6m/s，验带必须在空载下运行，只启动头部第三套驱动装置，启动时间不小于30秒。

（六）输送机的制动停机控制

　　停机有正常停机和紧急事故（或系统突然失电）停机两种情况，由于停机过程的动态效应甚至大于启动过程，因此应特别引起注意。

本设计在尾部改向滚筒上设两组液压盘式制动器用以协助完成停机过程的控制。

　　1、正常停机

　　正常停机前，首先停止尾部受料点给料，并发信号给自动张紧使其锁死。

然后采用CST逐渐减速，减速过程大约持续200秒，待带速降至额定带速5%以下，尾部制动器上闸并最终实现停机。

　　2、紧急事故停机　　安全保护装置中的拉绳、撕裂、烟雾等一次传感元件动作并发出信号时，视为紧急停机，此外系统突然失