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带式输送机的设计

作者姓名：

许迅

专业名称：

机械设计与制造

指导教师：

吴敦扬高级讲师

摘要

带式输送机是输送能力最大的连续输送机械之一。

其结构简单、运行平稳、运转可靠、能耗低、对环境污染小、便于集中控制和实现自动化、管理维护方便，在连续装载条件下可实现连续运输。

本论文主要涉及了带式输送机的机械设计和电器原理设计部分。

带式输送机的机械设计程序分两步，第一步是初步设计，主要是通过理论上的计算选出合适的输送机部件。

其中包括输送带的类型和带宽选择、带式输送机线路初步设计、托滚及其间距的选择、滚筒的选择、电动机、减速器、推杆制动器、液压软起动的选择等；第二步是施工设计，主要根据初步设计选定的滚筒、托滚、驱动装置完成对已选部件的安装与布置图纸设计工作。

关键词：

带式输送机，驱动装置

Abstract

Beltconveyortransmissioncapacityisoneofthelargestcontinuoustransportingmachine.Itsstructureissimple、smoothoperation、reliablefunctioning,andlowconsumption,littlepollution,easycentralizedcontrolandautomationAndthecontinuoustransportationofthefacilitiescanbeachievedinsuccessiveloading.Thepaperismainlyaboutthemechanicaldesignandelectricalprinciplesbeltconveyordesign.

Therearetwostepsofdesigningthebeltconveyormachinery.thefirststepisthepreliminarydesign,mainlythroughtheoreticalcalculationselectedsuitablecarrierscomponents.Includingtravelandthetypeofbandwidthselection,preliminarydesignbeltconveyorlines,rolluptheirspaceoptions,rollerchoice,electricmotors,reducer,pushrodbrakes,hydraulicsoftstartoption;Thesecondstepistheconstructiondesign,basedprimarilyonthepreliminarydesignselectedroller,rollup,drivendeviceshavecompletedtheinstallationofthecomponentsofthedesignandlayoutdrawings.

Keywords:

beltconveyor,drivendevices

前言

随着煤矿现代化的发展和需要，我国对大倾角固定带式输送机、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发和产品开，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控制为核心的电控装置，并且井下大功率防爆变频器也已经进入研发、试制阶段。

随着高产高效矿井的发展，带式输送机各项技术指标有了很大提高。

本文在对常规下运带式输送机驱动及制动方案的理论研究的基础上，提出长运距、大运量下运带式输送机常见驱动方式和制动方法，通过系统的动态建模计算和分析，将静态设计结论和动态分析结果相结合，指出长运距、大运量下运带式输送机启动、运行和制动过程中存在的问题，并提出可行的控制理论和解决方案。

1带式输送机的概述

1.1带式输送机的应用

带式输送机是连续运输机的一种，连续运输机是固定式或运移式起重运输机中主要类型之一，其运输特点是形成装载点到装载点之间的连续物料流，靠连续物料流的整体运动来完成物流从装载点到卸载点的输送。

在工业、农业、交通等各企业中,连续运输机是生产过程中组成有节奏的流水作业运输线不可缺少的组成部分。

连续运输机可分为:

（1）具有挠性牵引物件的输送机,如带式输送机,板式输送机,刮板输送机,斗式输送机、自动扶梯及架空索道等;

（2）不具有挠性牵引物件的输送机,如螺旋输送机、振动输送机等;

（3）管道输送机（流体输送）,如气力输送装置和液力输送管道.

其中带输送机是连续运输机中是使用最广泛的,带式输送机运行可靠，输送量大，输送距离长，维护简便，适应于冶金煤炭，机械电力，轻工，建材，粮食等各个部门。

1.2带式输送机的分类

带式输送机分类方法有多种,按运输物料的输送带结构可分成两类,一类是普通型带式输送机,这类带式输送机在输送带运输物料的过程中,上带呈槽形,下带呈平形,输送带有托辊托起,输送带外表几何形状均为平面;另外一类是特种结构的带式输送机,各有各的输送特点.其简介如下:

1.3各种带式输送机的特点

（1）QD80轻型固定式带输送机QD80轻型固定式带输送机与TDⅡ型相比,其带较薄、载荷也较轻,运距一般不超过100m,电机容量不超过22kw.

（2）

它属于高强度带式输送机,其输送带的带芯中有平行的细钢绳，一台运输机运距可达几公里到几十公里.

（3）U形带式输送机它又称为槽形带式输送机,其明显特点是将普通带式输送机的槽形托辊角由

提高到

使输送带成U形.这样一来输送带与物料间产生挤压,导致物料对胶带的摩擦力增大,从而输送机的运输倾角可达25°.

（4）管形带式输送机U形带式输送带进一步的成槽,最后形成一个圆管状,即为管形带式输送机,因为输送带被卷成一个圆管,故可以实现闭密输送物料,可明显减轻粉状物料对环境的污染,并且可以实现弯曲运行.

（5）气垫式带输送机其输送带不是运行在托辊上的,而是在空气膜（气垫）上运行,省去了托辊,用不动的带有气孔的气室盘形槽和气室取代了运行的托辊,运动部件的减少,总的等效质量减少,阻力减小,效率提高,并且运行平稳,可提高带速.但一般其运送物料的块度不超过300mm.增大物流断面的方法除了用托辊把输送带强压成槽形外,也可以改变输送带本身,把输送带的运载面做成垂直边的,并且带有横隔板，一般把垂直侧挡边作成波状,故称为波状带式输送机,这种机型适用于大倾角,倾角在30°以上,最大可达90°.

（6）压带式带输送机它是用一条辅助带对物料施加压力.这种输送机的主要优点是:

输送物料的最大倾角可达90°,运行速度可达6m/s,输送能力不随倾角的变化而变化,可实现松散物料和有毒物料的密闭输送.其主要缺点是结构复杂、输送带的磨损增大和能耗较大。

（7）钢绳牵引带式输送机它是无际绳运输与带式运输相结合的产物,既具有钢绳的高强度、牵引灵活的特点,又具有带式运输的连续、柔性的优点。

1.4带式输送机的发展状况

目前带式输送机已广泛应用于国民经经济各个部门,近年来在露天矿和地下矿的联合运输系统中带式输送机又成为重要的组成部分.主要有:

钢绳芯带式输送机、钢绳牵引胶带输送机和排弃场的连续输送设施等。

这些输送机的特点是输送能力大（可达30000t/h）,适用范围广（可运送矿石,煤炭,岩石和各种粉状物料,特定条件下也可以运人）,安全可靠,自动化程度高,设备维护检修容易,爬坡能力大（可达16°）,经营费用低,由于缩短运输距离可节省基建投资。

目前,带式输送机的发展趋势是:

大运输能力、大带宽、大倾角、增加单机长度和水平转弯,合理使用胶带张力,降低物料输送能耗,清理胶带的最佳方法等.我国已于1978年完成了钢绳芯带式输送机的定型设计.钢绳芯带式输送机的适用范围：

（1）适用于环境温度一般为-40o~40oC;在寒冷地区驱动站应有采暖设施.

（2）可做水平运输,倾斜向上不超过（18o~16o）和向下（10o~12o）运输不超过15°,也可以转弯运输;运输距离长,单机输送可达15km；

（3）可露天铺设,运输线可设防护罩或设通廊；

（4）输送带伸长率为普通带的1/5左右;其使用寿命比普通胶带长;其成槽性好;运输距离大。

1.5带式输送机的工作原理

带式输送机又称胶带运输机,其主要部件是输送带,亦称为胶带,输送带兼作牵引机构和承载机构.带式输送机组成及工作原理如图1-1所示,它主要包括一下几个部分:

输送带（通常称为胶带）、托辊及中间架、滚筒拉紧装置、制动装置、清扫装置和卸料装置等.

图1.1带式输送机简图

1．张紧装置2.装料装置3.犁形卸料器4.槽形托辊

5.输送带6.机架7.传动滚筒8.卸料器

9.清扫装置10.平行托辊11.空段清扫器12.减速器

输送带5绕经传动滚筒7和机尾换向滚筒1形成一个无极的环形带.输送带的上、下两部分都支承在托辊上.拉紧装置给输送带以正常运转所需要的拉紧力.工作时,传动滚筒通过它和输送带之间的摩擦力带动输送带运行.物料从装载点装到输送带上,形成连续运动的物流,在卸载点卸载.一般物料是装载到上带（承载段）的上面,在机头滚筒（在此,即是传动滚筒）卸载,利用专门的卸载装置也可在中间卸载。

普通型带式输送机的机身的上带是用槽形托辊支撑,以增加物流断面积,下带为返回段（不承载的空带）一般下托辊为平托辊.带式输送机可用于水平、倾斜和垂直运输.对于普通型带式输送机倾斜向上运输,其倾斜角不超过18°,向下运输不超过15°。

输送带是带式输送机部件中最昂贵和最易磨损的部件.当输送磨损性强的物料时,如铁矿铁矿石等,输送带的耐久性要显著降低。

提高传动装置的牵引力可以从以下三个方面考虑：

（1）增大拉紧力。

增加初张力可使输送带在传动滚筒分离点的张力

增加，此法提高牵引力虽然是可行的。

但因增大

必须相应地增大输送带断面，这样导致传动装置的结构尺寸加大，是不经济的。

故设计时不宜采用。

但在运转中由于运输带伸长，张力减小，造成牵引力下降，可以利用拉紧装置适当地增大初张力，从而增大

，以提高牵引力。

（2）增加围包角

对需要牵引力较大的场合，可采用双滚筒传动，以增大围包角。

（3）增大摩擦系数

其具体措施可在传动滚筒上覆盖摩擦系数较大的衬垫，以增大摩擦系数。

通过对上述传动原理的阐述可以看出，增大围包角

是增大牵引力的有效方法。

故在传动中拟采用这种方法。

1.6带式输送机的结构和布置形式

1.6.1带式输送机的结构

带式输送机主要由以下部件组成：

头架、驱动装置、传动滚筒、尾架、托辊、中间架、尾部改向装置、卸载装置、清扫装置、安全保护装置等。

输送带是带式输送机的承载构件，带上的物料随输送带一起运行，物料根据需要可以在输送机的端部和中间部位卸下。

输送带用旋转的托棍支撑，运行阻力小。

带式输送机可沿水平或倾斜线路布置。

使用光面输送带沿倾斜线路布置时，不同物料的最大运输倾角是不同的，如下表1-1所示。

表1.1

物料种类

角度

物料种类

角度

煤块

18°

筛分后的石灰石

12°

煤块

20°

干沙

15°

筛分后的焦碳

17°

未筛分的石块

18°

0—350mm矿石

16°

水泥

20°

0—200mm油田页岩

22°

干松泥土

20°

由于带式输送机的结构特点决定了其具有优良性能，主要表现在：

运输能力大，且工作阻力小，耗电量低，约为刮板输送机的1/3到1/5；由于物料同输送机一起移动，同刮板输送机比较，物料破碎率小；带式输送机的单机运距可以很长，与刮板输送机比较，在同样运输能力及运距条件下，其所需设备台数少，转载环节少，节省设备和人员，并且维护比较简单。

由于输送带成本高且易损坏，故与其它设备比较，初期投资高且不适应输送有尖棱的物料。

输送机年工作时间一般取4500~5500小时。

当二班工作和输送剥离物，且输送环节较多，宜取下限；当三班工作和输送环节少的矿石输送，并有储仓时，取上限为宜。

1.6.2布置方式

图1.2带式输送机典型布置方式

2带式输送机的设计计算

2.1已知原始数据及工作条件

（1）采区上山运煤,带式输送机。

（2）输送物料：

原煤；块度Qmax=300mm

（3）输送量：

Q=600t/h；堆积密度ρ=900kg/m

（4）倾斜段机长（水平距离）：

L=127.29m；

（5）倾斜角度:

δ=3.28

2.2计算步骤

2.2.1带速和槽角的确定

带速选择原则：

（1）输送量大、输送带较宽时，应选择较高的带速。

（2）较长的水平输送机，应选择较高的带速；输送机倾角愈大，输送距离愈短，则带速应愈低。

（3）物料易滚动、粒度大、磨琢性强的，或容易扬尘的以及环境卫生条件要求较高的，宜选用较低带速。

（4）一般用于给了或输送粉尘量大时，带速可取0.8m/s~1m/s；或根据物料特性和工艺要求决定。

（5）人工配料称重时，带速不应大于1.25m/s。

（6）采用犁式卸料器时，带速不宜超过2.0m/s。

（7）采用卸料车时，带速一般不宜超过2.5m/s；当输送细碎物料或小块料时，允许带速为3.15m/s。

（8）有计量秤时，带速应按自动计量秤的要求决定。

（9）输送成品物件时，带速一般小于1.25m/s。

带速与带宽、输送能力、物料性质、块度和输送机的线路倾角有关.当输送机向上运输时，倾角大，带速应低；下运时，带速更应低；水平运输时，可选择高带速.带速的确定还应考虑输送机卸料装置类型，当采用犁式卸料车时，带速不宜超过3.15m/s.

考虑山上的工作条件取带速为2m/s;

表2.1物料特性及其运行堆积角

序号

物料名称

堆积密度/103kg.m-3

输送机允许最大倾角δ

静堆积角

α°

运行堆积角

v=2m/s

原煤

0.85~1

焦炭

0.45~0.5

17~18

铁矿石

1.9~2.7

16~18

石灰石

1.6~1.8

16~18

干砂

1.3~1.4

查表（2-1）得运行堆积角θ＝25°

带式输送机的最大运输能力计算公式为

Q=36AvγCst

式中：

Q—输送量（t/h）

v—带速（m/s）

γ—物流密度（t/m3）

------倾斜系数

故所选的槽形物料断面面积

对普通带可在下表中查得;

表2.2倾斜系数Cst表

倾角/（°）

0.99

0.98

0.97

0.95

0.93

0.91

0.89

0.85

0.81

选槽角

=350,动积角

=250

图2.1槽形托辊的带上物料堆积截面

表2.3各种带宽适用的最大块度（mm）

带宽

500

650

800

1000

1200

1400

1600

最大块度

100

150

200

300

350

安装条件

工作条件

水平、向上倾斜及向下倾斜的工况

工作环境良好，制造、安装良好，带速低，物料内摩擦系数小

0.020

按标准设计，制造、调整好，物料内摩擦系数中等

0.022

多尘，低温，过载，高带速，安装不良。

托辊质量差，物料内摩擦大

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

表2.4模拟摩擦系数

输送长度L/m

带宽

/mm

输送带质量qB/kg.m-1

输送带厚度d/mm

101~200（尼龙芯带）

650

8.6

12.6

200

10.4

1000

1200

15.6

1400

18.2

表2.5初始计算张力时使用的输送带质量

2.2.2计算圆周驱动力和传动功率

（1）主要阻力FH

由表（2.4）得模拟摩擦系数f=0.03

每米长度输送物料重量

查表2-5每米长度输送带质量qB=13kg.m-1

则主要阻力

（2）主要特征阻力Fs1

30°槽角时为0.4，35°槽角时为0.43，45°槽角时为0.所以取槽形系数Cξ=0.43

托辊和输送带之间的摩擦系数一般取0.3-0.4

托辊和输送带间的摩擦系数μ0=0.3

托辊前倾角度ε=1.38°A/m2

倒料槽栏板长度l=4m

表2.6导料槽栏板内宽、刮板与输送带接触面积

带宽B

/mm

导料栏板内宽b1/mm

刮板与输送带基础面积A/m2

头部清扫器

空段清扫器

500

0.315

0.005

0.008

650

0.400

0.007

0.01

800

0.495

0.008

0.012

1000

0.615

0.01

0.015

1200

0.730

0.012

0.018

1400

0.085

0.014

0.021

查表（2.6）导料槽两栏板间宽度b1=0.61mm

物料与导料拦板间的摩擦系数μ2一般取0.5-0.7

取μ2=0.7

则输送量

托辊前倾的摩擦阻力

导料栏板间的摩擦阻力

主要特征阻力

（3）附加特种阻力Fs2

查表（2-6）一个清扫器和输送带接触面积A=0.01m2

清扫器与输送带之间的压力一般为3×104－10×104取p=10×104N/m2

清扫器与输送带之间的摩擦系数一般为0.5-0.7取μ3=0.6

则

清扫器摩擦阻力

Fr=A.p.μ3=600N

刮板系数k2一般取k2=1500N/m

清扫器个数n3=5

犁式卸料器个数n4=0即梨式卸料器摩擦阻力Fa=n4.B.k2=0

所以

附加特种阻力

Fs2=n3.Fr+Fa=3000N

（4）倾斜阻力

Fst=qG.g.H=5967.75N

（5）圆周驱动力

附加长度L0=85m

系数C=（L+L0）/L,其中L0是附加长度，一般取值在70－100m

所以C=1.67

则圆周驱动力

Fu=C.FH+Fs1+Fs2+Fst=18058.82N

（6）传动功率计算

传动滚筒轴功率PA=Fu•v/1000=36.12kw

联轴器效率η1=0.94

减速器传动效率η2=0.94

传动效率η=0.89

电压降系η′=0.95

多电机驱动不平衡系数η"=1

则

电动机功率PM=PA/（ηη′η"）=42.94kw

2.2.3输送点上各点张力的计算

（1）、输送带不打滑条件校核

输送带满载启动或制动时出现的最大圆周驱动力

Fumax=Ka•Fu=27088.23N

其中启动系数Ka=1.3-1.7

表2.7传动滚筒和橡胶带之间的摩擦

滚筒覆盖面

运行条件

光滑裸露

的钢滚筒

带人字形

沟槽的胶

覆盖面

带人字形

槽的聚氨

酯覆盖面

带人字形

沟槽陶瓷

覆盖面

干态运行

0.35~0.40

0.40~0.45

0.35~0.40

0.40~0.45

清洁潮湿运行

0.10

0.35

0.35~0.40

污浊的湿态运行

0.05~0.10

0.25~0.30

0.20

0.35

为保证输送带工作时不打滑，需在回程带上保证最小张力

F2min≥Fumax/（eμφ-1）

其中取围包角φ＝190°，得欧拉系数eμφ=3.18

所以

F2min≥12435.79N

（2）输送带下垂度校核

允许最大下垂度（h/a）adm=0.01

承载分支最小张力F承min≥a0（qB+qG）g/（8（h/a）adm）=14175.45N

回程分支最小张力F回min≥aU•qB•g/（8（h/a）adm）=4782.38

（3）传动滚筒合力Fn

令S1=F2min=12425.79

Fn=Fumax+2S1=51.94kN

查带式输送机设计手册

根据Fn初选传动滚筒直径D=630.00mm

输送机代号：

10063.2

许用合力为73kN

许用扭矩为12kN/m

（4）传动滚筒扭矩Mmax

Mmax＝Fumax•D/（2000.1000）=8.53kN/m

（5）各特性点张力

令S1=F2min=12425.79即满足不打滑条件，亦满足回程分支下垂度最小张力条件

S2=S1+2.Fr=13625.79

S3=1.02.S2=13898.31

S4=S3+f.L'.g.（qRU+qB）+1.5.Fr=14962.87

S5=S6=1.03.S4=15411.76

S7=S8=1.04.S6=16028.23

S9=1.03.S8=16509.07

S10=S9+f.L'.g.（qRU+qB）+1.5.Fr=17573.63

S11=S12=1.02.S10=17925.11

S13=1.04.S12=18642.11>14175.45即满足承载边下垂度最小张力条件

2.2.4拉紧装置计算

（1）拉紧力

根据特性点张力计算结果

F0=S6+S7=31439.98

（2）重锤重量

查重锤拉紧装置型谱得GK＇=523

查改向滚筒型谱得GK＂=567

GK=GK＇+GK＂=1090.00

重锤的重量G=F0-GK=2114.89

2.2.5输送带的选择与计算

（1）织物芯输送带层数Z

稳定工况下输送带最大张力Fmax=Fu+S1=30484.61

稳定工况下织物输送带静安全系数。

棉帆布芯n取8~9，尼龙、聚脂帆布芯n取10~12取n=9

初选输送带NN-100，得σ=100

层数Z＝Fmax•n/（B•σ）=3

（2）核定传动滚筒直径D

核算传动滚筒直径D=CZdB

其中

系数C=80

织物芯带每层厚度dB1=0.7mm

所以

传动滚筒直径D=168<630满足条件

3驱动装置的选用

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不相适应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，即提高转子的加速度，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。

减速器有二级、三级及多级齿轮减速器，第一级为直齿圆锥齿轮减速传动，第二级为斜齿圆柱齿轮降速传动，联接电机和减速器的连轴器有两种，一是弹性联轴器，一种是液力联轴器。

为此，减速器的锥齿轮也有两种；用弹性联轴器时，用第一种锥齿轮，轴头为平键连接；用液力偶合器时，用第二种锥齿轮，轴头

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