我国带式输送机设计要点及其关键技术的应用

添加人：admin 发布时间：2015/10/14 15:04:25 来源：中国破碎机网

　　山东科技大学运输与控制技术研究所周满山/ZHCUMhnshan张嫒/ZHANGYuan泰安力博机电科技有限公司黄军/HUANGJun陈佩虎/CHENPeihu 1带式输送机械现状分析在现代散装物料的连续输送中，带式输送机是主要的运输设备，使用范围相当广泛，具有运输成本低、运量大、无地形限制及维护简便等优势，在矿山、建材、化工、港口、粮食、电力、煤炭等工矿企业越来越显现其重要的作用。随着国民经济的飞速发展，对散状物料的输送提出了新的要求，即长距离（指单机输送长度，国内单机最长1S.8km，南京金阳水泥厂）、大运量（高带速和大带竞）和大倾角输送物料，同时提出无公害环保输送散体物料。因此，带式输送机已成为可以与汽车运输相竞争的输送设备。无论国外还是国内的建材及矿山行业，在这二者对比选择后，最络还是较多地选择以长距离、大运量的带式输送机代替汽车运输的方案。其原因是采用汽车运输不仅要修建公路，购买汽车一次性投资大，而且曰常的公路和汽车维修费用也很高；带式输送机输送散状物料是连续的物料流，生产效率高。
　　20世纪80年代开始我国带式输送机有了很大发展，对其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Sq|、SSJ、STU 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，随着现代物流技术的发展和需要，我国对大倾角上、下运带式输送机，可弯曲带式输送机，长运距、大运量、多点驱动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，研制成功了软起动和制动装置以及PLC控制为核心的电控装置等，芫全可与国际技术相比美，实现了各式带式输送机技术的国产化。本文针对上述带式输送机，介绍其设计要点及核心产品的工作原理与特点。
　　2大倾角下运带式输送机一般带式输送机的下运倾角不小于-1 7°，角度小于-17°时，输送带上的物料就容易向下滑动并出现严重的滚料现象。为了解决普通输送带的大角度输送，通用型带式输送机需要通过技术改进，采取的主要技术措施有以下三个方面：2.1驱动方案的确定大角度下运带式输送机对驱动部的要求比通用带式输送机的要求更高，它要求驱动装置能提供平稳、平滑的起动和停车制动，以保证输送带上的物料不出现滚动和滑动现象。为此要求驱动装置具有一个制动力可随时调整的制动器，以保证起动和停车制动的可控，极大地减小对物料的冲击。在进行大角度下运带式输送机设计时，我们一般采用机电一体化自冷盘式制动装置；这是因为盘式制动装置不但能很好地芫成大角度下运带式输送机的制动要求，而且该制动器具有结构简单，安装调试方便，运行安全可靠的特点，投资和维修费用极低。特别是当系统突然掉电时，可以保证平衡、安全、可靠地实现停车制动。
　　采用盘式制动装置的大角度下运带式输送机驱动部布置如圄1所示（盘式制动装置的工作原理详见本文8输送机关键部件）。
　　L电动机2.输送带3.机械软起动4.驱动滚筒5.减速器6.联轴器下运*式输送机驵动系统布置2.2输送机的托辊布置方案采用如圄2所示新设计的深槽托辊组，可以大大提高向下或向上输送的角度。深槽托辊组由4个一样的托辊分前后各两个组合成一个圆弧形的槽，这样有利于输送带成槽，同时大大提高输送带对煤的附加摩擦力。
　　在正常情况下，这种槽角下运可以达到-25上运能达到27°，如果采用橡胶面带，并且物料的含水量少，适当加一些挡煤板，可以向下输送达到-27°，向上输送达到29°。在设计时，应根据不同的输送倾角，布置不同槽角的深槽托辊组。
　　2.3大倾角下运带式输送机的特殊控制技术驱动装置和深槽托辊组是保证实现物料向下可靠输送，不出现滚料和滑料的基础；但是带式输送机的起动、停车运行是否平稳则离不开电气系统的合理控制。
　　大角度下运带式输送机的控制特点与上运和水平带式输送机有着明显的区别，主要体现在以下几个方面。2.3.1电机的同步按入控制当输送带在装满物料的情况下起动带式输送机时，不能直接对电机送电起动，如果起动太快物料容易出现下滑或滚料，所以在这种情况下而是靠物料的下滑力起动输送机。当逐渐松开制动器，输送带带动电机旋转，通过速度传感器检测旋转速度；当速度达到电机同步运行转速时，PLC控制电机自动送电起动，从而使电机运行于正常的发电状态。
　　2.3.2电机的同步切除控制当输送机在带载停车时，不能直接切断电机，否则容易出现飞车现象，造成严重事故。为此在停机时，先对输送机施加制动力；当检测到电机旋转速度降到其同步速度时，再对电机断电，这样在施加制动力降速时，可以充分利用电机的制动力，使停车更平稳。2.3.3电机直接起动控制当输送带空载或轻载，逐渐松开制动器时，输送机不能自动起动，这时根据测速装置检测输送机处于零速状态或起车太慢时，需要直接起动电机，再对输送机加载。
　　2.3.4运行中的超速保护控制大角度下运带式输送机正常工作时运行在发电状态，由鼠笼三相异步电动机的机械特性曲线圄可知，当负载力矩超过电机的最大发电制动力矩Mm时，电机的转速会进一步上升，而制动力则急剧下降，从而出现严重的超速现象。为此在控制时，要求电机的速度不能超过极限制动力下的临界转速nm，当电机转速升高到一定值，通过电气检测控制系统控制液压回路中的电液调压装置和盘式制动器，对输送机实行闭环制动控制，同时减小给物料量，来降低电机转速，使其恢复正常工作；3大倾角上运带式输送机通用型带式输送机通过技术改进实现大角度向上可靠输送物料，采取的深槽托辊组形式与向下输送相同，其驱动方案与控制技术与向下输送有不同之处。
　　3.1驱动方案的确定对于大倾角带式输送机，希望驱动装置能够实现：使电动机空载起动，以减小对电气和机械的冲击；使驱动装置能提供可调的、平滑的、无冲击的起动力矩；与电动机具有良好的匹配特性，起动时充分利用电动机的最大力矩；在多电动机驱动下能实现功率相互平衡；可以实现输送机的无级调速，以满足不同的工作需要；输送机过载时能实现自动过载保护，为此需专设软起动装置。
　　玉2软起动技术对于大倾角和长距离带式输送机都离不开软起动装置（其工作原理及控制技术详见本文8输送机关键部件）。它要求带式输送机在进行起动时必须平稳、无冲击。目前国内外主要采用调速型液力偶合器、电气变频装置、CST驱动装置、液体粘性软起动装置。
　　其中调速型液力偶合器一般只应用于中小功率，而且运距较短的带式输送机；对于下运带式输送机不能采用调速型液力偶合器；电气变频装置性能优良，但大功率的可靠性差，按资大，对电网的干扰大。对于下运带式输送机必须采用二象限的变频器。CST驱动装置的软起动性能优越，但按资大、维护费用高，对油质的要求高。同样对于下运带式输送机不能采用CST驱动装置；液体粘性软起动装置是国内应用较好的一种软起动装置，它可以适合更多种带式输送机的驱动中。
　　7.联轴器K.逆止器囝3上运带式输送机驵动系统布转弯带式输送机弯曲带式输送机有以下几种类型：①平面转弯带式输送机；②定坡转弯带式输送机；凹变坡转弯带式输送机；④凸变坡转弯带式输送机。其中以平面弯曲带式输送机较常见。
　　4.1平面弯曲带式输送机设计体系4.1.1实现转弯的措施（1）基本措施。
　　使转弯处的托辊具有安装支撑角j.它是在转弯处，使托辊的内侧端向输送带运行方向移动而形成。j愈小对输送带运行是有利的，一般按经验取j=0.5°；大成槽角j0，j0是侧托辊轴线与中间平托辊轴线形成的夹角。j0愈大，不但使转弯半径减小，而且使输送带具有居中自动调节能力。
　　（2）附加措施。
　　构成内曲线抬高角g，g愈大转弯半径愈小，但过大会使物料向外滚动，理论S与实践证明，g为宜；对采用单托辊组的回空分支，在两回程托辊之间的输送带上面加压辊。
　　（3）应急措施。
　　在转弯处输送带的内、外侧加装立辊。这是一种备用措施，以防带跑偏。
　　（4）转弯困难时采取的措施。
　　采用线摩擦驱动减小转弯半径；回空分支加压辊。
　　4.1.2转弯处曲率半径的确定（1）根据力的平衡规律确定曲率半径。
　　跑偏的根本原因在于力的不平衡所致，根据转弯处诸力的平衡方程可以导出满足力学平衡条件的最小转弯半径为：转弯半径，m；Sy在承载/回程分支沿输送带运行方向直线段与曲线段相遇点带张力，N；qt-承载/回程分支转弯处托辊旋转部分线质量，kg/mqrf-输送带的线质量，kg/m；W―承载/回程分支输送带沿托辊运行阻力系数；q―转弯角度，rad；M.一导来摩擦系数。
　　（2）根据输送带的容许应力确定曲率半径R2在转弯处，输送带外缘相对拉伸，而内缘相对压缩。因此，要保证输送带外缘应力不超过许用应力，满足该条件的最小转弯半径R2为：Si―转弯络点输送带的许用张力，N；B E0――输送带的拉伸刚度；Sp――输送带的破断拉力，A/；ep一一输送带的破断应变。）按输送带不离开侧托辊验算R3.转弯半径过小时，有可能发生在外侧托辊上的输送带飘起而离开托辊的现象，满足输送带外侧不离开托辊的最小转弯半径为：Si转弯段输送带张力的最大值，N入外侧输送带与水平线的夹角。X输送机的转弯半径为IzmaxiRi，以5长距离带式输送机长距离带式输送机在地面输送系统常见，通常随地形作起伏变化，故输送线路可能既有上运段，又有下运段，同时还有水平段，工况复杂，为了更好地设计此类带式输送机系统我们必须进行全面分析。
　　泰山水泥六公里带式输送机S1驱动方案的确定对于角度不大的长距离、大运量带式输送机系统，一般可采取双滚筒1：1或1：2的功率配比，这样既可以实现电机的分时起动，同时可以降低输送带的强度。如果线路很长，可以采用中间转载式多点驱动形5.2各种运行工况的讨论该种输送线路多变，其出现的工况复杂，必须对每一种工况都进行详细计算分析。
　　5.2.1满载运行状态输送带各段都满载的运行状态通常为正常运行状态。大多数情况下，此状态为输送机系统最困难工况。
　　5.2.2最大发电运行状态最大发电运行状态的工况是所有下运段满载，其它各处都处于空载状态的情况下出现。
　　5.2.3最大电动运行状态在线路所有水平和上运段满载，而下运段空载的情况下出现，如果忽略此工况，有可能出现电机堵转，闷车而烧坏。
　　5.2.4空载运行状态所谓空载运行状态，就是输送机上各点都没有载荷情况下输送机的运行状态。
　　5.3拉紧力的确定要保证带式输送机在任何工况下都能正常运行能根据以上初步设计可知，应保证电机功率、拉紧力、安全系统都必须符合设计要求。这样必须按所需的最大拉紧力进行各工况下的设计计算，为了保证拉紧力可靠、响应速度快，采用液压自动拉紧装置，将其布置在紧跟驱动部后面。
　　6中间转载式多点驱动形式为了降低长距离输送机的输送带强度，目前普遍采用的降低胶带最大张力的方法有2种，一种是线摩擦式驱动，另一种是转载式多点驱动。
　　1中间驱动点确定方法在按照上述功率范围确定了中间驱动点的数量之后，根据带式输送机设计原理，有如下确定驱动点位置的方法。
　　6.1.1等圆周力法该方法是将总驱动圆周力按驱动单元的数量平均分配，每个驱动单元提供相同的驱动功率，其特点是驱动单元设备选型单一，易于维修和配件准备。在驱动单元的驱动圆周力确定之后，胶带的张力则取决于驱动单元布置的位置。满足等圆周力条件下中间驱动点布置法有两种：定距离布置法：该方法是按照带式输送机整机长将输送机按给定运距分为几段，每个驱动单元驱动相应长度的区段。当输送机布置简单（单一倾角时），可以等距离布置驱动单元。这种布置方法因驱动单元距离已知，各段运行及提升阻力易于计算，因此设计计算简单。其缺点是每个驱动段胶带的最大张力可能不同，胶带选型必须根据最大张力确定，未必能充分发挥胶带的潜能。另外，每个驱动单元实际围包角差别较大，必须在计算中校核围包角。
　　等张力布置法：该方法的思路是让各驱动单元滚筒的趋入点张力（即各驱动段最大张力）相同，使胶带的张力圄中的几个峰值相等，可最大限度地发挥胶带的能力。计算时，因为不知道驱动点的位置，因此不能预先求得各段胶带运行及提升阻力，需补充相应的张力相等的方程。设n个中间驱动点，需要补充n个张力相等的方程，当驱动点较多时，计算比较麻烦。
　　6.1.2等围包角法当按等圆周力方法布置驱动单元时，胶带在传动滚筒上的围包角无法控制。验算这种布置方法的计算结果发现有些输送机的某驱动单元的有效围包角仅有几十度，胶带包在滚筒上的大部分为备用弧，没有充分利用。不同于等圆周力法，等围包角法的思路是最大限度地利用胶带在滚筒上的围包角。当使用等围包角法时，各驱动单元的圆周力可能是不同的。等围包角法也有定距离布置及等张力布置2种布置方法。
　　围6液粘软起动在十公里长距*中间卸教输送机上应用7线摩擦带式输送机线摩擦带式输送机通常用于输送带强度不足时降低输送带张力，分散驱动功率，提高设备的输送能力或输送距离，或用于空间受限制的场合缩小转弯半径。
　　线摩擦带式输送机的运行工况比较复杂，需对以下工况进行分析：①空载；②满载；只有主机上有载，辅机段无载；（最不利工况）④只在辅机段有载；（最有利工况）。采用辅机驱动的输送带张力变化如圄7所示。
　　设计计算时需确定以下数据：7.1辅机长度确定）额定载荷时，辅机长度的计算确定；（2）最困难条件时，辅机长度的计算确定i2. 7.2辅机位置的确定承载输送带在辅机起点的张力应不大于输送带的容许张力，Lf1；承载输送带在辅机络点的张力应不小于承载分支的容许张力，Lf2. 7.3辅机台数的确定辅机一般采用单驱动，功率配比要求可采用多台驱动；辅机输送带强度要求多台驱动；单台辅机的摩擦驱动能力不足，可采用多台驱动；现场安装、运行要求可采用多台驱动；7.4电气控制系统注意事项重视起、制动时序控制。
　　线摩擦驵动输送带张力输送机关键部件不论何种类型带式输送机，其驱动部都是其关键技术，就我国现有技术发展来看，目前被看好的起动制动拉紧等关键部件及其技术性能有以下几种。
　　1KZP系列自冷盘式制动装置KZP系列自冷盘式制动装置是下运带式输送机理想配套设备，其主要技术性能是：使带式输送几停车减速度保持在oroa/s2内；当控制或拖动系统突然断电、拖动电机超速、输送带打滑以及其它保护停车指令发出时，它能安全、可靠地制动；制动装置每小时制动10次，制动盘表面温度小于150C，制动时无火花产生；最大制动力矩整定方便；与自行研制的下运带式输送机电控装置配合，使在有载工况下起动时，具有可控起动性能。具有先进、可靠的超速保护、打滑保护检测功能；液压系统采用双回路防爆电液比例技术，调试、安装方便，工作可靠性高；适用于地面和有煤尘、沼气、爆炸性危险的煤矿井下。
　　如圄8所示，盘式制动器设计时利用离心式风机的叶轮原理制成中空的制动盘，旋转时与反风罩配合产生较强的冷却风，具有很好的冷却效果；通过液压控制系统的电液调压装置改变控制油压，可以改变制动器对制动盘的正压力，从而改变摩擦制动力矩；通过电控装置与机械液压配合可以实现制动减速度闭环控制，使减速度控制在arL3n/s2之间。其中制动阐结构如圄9所示，它是采用蝶形弹簧施加制动力，而油压松阐，所以本系统具有断电停车作用，在突然失电情况下也可实现平稳制动停车。
　　6.轴7.制动盘8.制动闹围B自冷盘式制动装S结构1.揲形弹*2.闸瓦；！。调整螺母4.连接，螺检瓦固定套筒6.活塞7.油缸8.外壳囝3制动n结构液体粘性软起动装置8.2.1液体粘性软起动系统的结构液体粘性软起动装置是利用液体的粘性即油膜剪切力来传递扭矩的，其结构如圄10所示，其结构主体由主、从动轴，主、从动摩擦片，控制油缸、弹簧、体及密封件等组成。当主动轴带动主动摩擦片旋转时，通过摩擦片之间的粘性流体形成油膜带动从动摩擦片的旋转，当改变控制油缸中的油压大小来调节主、从动摩擦片之间的油膜厚度，可以改变从动摩擦片输出的转速和扭矩的大小，从而实现带式输送机各项驱动要求和可控软起动功能。
　　2.2液体粘性软起动的设备组成液体粘性软起动装置由机械部分、液压控制润滑部分、电气控制三部份组成。其机械系统结构圄如圄10所示。
　　8.2.3上运和水平带式输送机的可控软起动过程大功率带式输送机多采用多机驱动方式，在此我们设计以多台电机共同驱动的电气综合控制系统，其主要控制内容有，通过输送带速度检测信号与液体粘性软起动系统输出转速信号比较，来决策输送带与驱动滚筒之间是否打滑和超速保护；通过计算机决策进行闭环控制液体粘性软起动系统的比例阀控制电流，进行多机间的功率平衡调整。通过PLC来进行带式输送机的软起动起动控制；同时通过综保控制箱可以实现各种保护传感器开关输入信号有：输送机沿线停车、输送带跑偏、温度、烟雾、撕带、断带、堆煤等故障保护信号。起停车按钮主要有：输送机起车报警、输送机正常起车、输送机正常停车、输送机紧急停车。
　　采用液体粘性可控软起动装置的带式输送机的起动和停车过程通常如下：（1）开机准备：先给软起动装置的电气系统和液压送电，随后起动带式输送机主电动机；当主电机起动后，松开机械抱阐，为可控起动带式输送机作准备；按预定的起动速度要求进行闭环控制改变比例阀的电流，调整主从动摩擦片间的压力值，使液体粘性可控软起动装置根据要求可控起动带式输送机；正常运行时液压系统油压达到最大值，油膜离合器芫全合上，使效率达到最大；当多电机驱动时，出现某台电机超载，需要功率平衡时，根据电机的电流反馈来调整液体粘性可控软起动装置的输出速度（具体详见电气部分），实现多电机之间的功率平衡调节；停车时，按预定的减速度要求进行闭环改变比例阀的电流，调整主从动摩擦片间的压力值，使液体粘性可控软起动装置根据要求可控停止带式输送机；定车时，机械抱，然后主电机停机，液体粘性软起动装置的液压和电气系统断电；当然在起动和停车过程中出现故障，如输送带跑偏、撕带、油温过高等等，液体粘性可控软起动装置的电气控制系统会自动根据要求停机。
　　8.2.4液压控制润滑系统液体粘性软起动系统的液压系统主要由润滑系统与控制系统组成，其中润滑系统的作用是当输送机进行软起动或进行调速时强制冷却摩擦片间产生的热量；而控制系统则进行摩擦片间间隙的调整，从而改变油膜厚度，使得输出速度根据需要而变化。其液压系统的组成如圄11所示，主要由粗滤油器1、润滑电机2、润滑泵3、大流量单向阀4、压力表5、精滤油器6、安全阀7、节流阀8、单向阀9、控制泵10、控制电机11、电流比例阀12、粗滤油器13、温度表14组成。
　　3液压自动拉紧装置液压自动拉紧装置主要应用于带式输送机、索道等连续输送设备的自动张紧，保证输送机械的稳定可靠运行。它具有以下特点：根据使用场合不同，拉紧力可以根据需要进行设定，使设备处于最佳工作状态；拉紧力设定后，可保持系统处于恒力拉紧状态；响应速度快，动态性能好，能及时补偿输送带或钢丝绳的弹塑性变形；油泵电机可以实现空载起动，当系统油压低于设定值时，实现补油功能，实现节能运行；结构紧凑，安装布置方便；可与集控装置连接，实现对带式输送机的各种自动和手动控制。
　　圄12为YZL型液压自动拉紧装置液压系统原理圄，压力油由电机带动液压泵提供，在起动电机前先对电磁阀断电，使电机实现空载起动，防止电机堵转。系统保护压力由安全阀调定，安全阀可以保证电机过载和液压I.加热器2.空气滹清器3.开关4.压力表5.蓄能器6.压力表7.拉紧小车！滑轮组9.拉紧油缸10.压力继电器11.液控单向阀12.节流孔13.手动换向阀It单向阀15.安全阀16.滤油器17.电磁阀18.液压泵I1）。电动机1112VZL液压自动拉紧装*原理围拉紧力过大，防止胶带或钢丝绳安全系数降低。系统工作压力由压力继电器YJ1和YJ2或压力传感器设定，其中电机起动压力由继电器YJ2设定，电机停止压力由继电器YJ1设定，压力设定可以根据现场需要设定（当然设计也可以根据时间原则进行，即当压力降低时，油泵电机根据设计运行一定的时间以满足充液要求）。手动换向阀可以实现拉紧油缸的升缩作用，即收缩为拉紧作用，升缸为松驰作用，为胶带或钢丝绳重新接头提供行程。当进行检修时，可以通过蓄能器下开关卸压。