皮帶機組成、布置、傳動理論

1、一、皮帶機基本組成帶式輸送機的基本結(jié)構(gòu)如圖一所示:【圖一 帶式輸送機組成示意圖】1 尾部改向滾筒；2導(dǎo)料槽；3中間架；4輸送帶；5下托輥組；6上托輥組；7拉緊裝置；8驅(qū)動架；9驅(qū)動滾筒；10卸料器；11驅(qū)動電機；12聯(lián)軸器；13軟起動裝置；14減速機14二、帶式輸送機的類型及布置方式1.常見固定式帶式輸送機的類型：皮帶機類型設(shè)計要點平運帶式輸送機1. 如何保證停車時間2. 如何保證電機功率平衡（大傾角）上運帶式輸送機1. 如何防止皮帶機倒轉(zhuǎn)2. 如何保證電機功率平衡3. 如何防止大傾角皮帶機物料的滾滑（大傾角）下運帶式輸送機1. 如何防止皮帶機飛車2. 如何防止大傾角皮帶機物料的滾滑長距離起伏

2、式帶式輸送機1. 如何確定驅(qū)動方式（集中驅(qū)動、頭尾驅(qū)動、中間驅(qū)動。線摩擦驅(qū)動等）2. 詳細計算各種運行工況后確定基本配置平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機轉(zhuǎn)彎半徑的確定2. 常見皮帶機的布置方式：【圖二：常見皮帶機布置方式】三、皮帶機典型部件的分類3.1 驅(qū)動裝置帶式輸送機的驅(qū)動裝置的作用是為帶式輸送機提供牽引力，主要由電動機、減速器、傳動滾筒等組成。目前對驅(qū)動裝置的研究主要集中在軟啟動問題上。現(xiàn)在實際應(yīng)用的軟起動裝置有以下幾種：1）調(diào)速型液力耦合器調(diào)速型液力偶合器的工作原理是：偶合器工作腔內(nèi)充入一定量的工作液,工作輪泵輪從電動機上獲得機械能,并轉(zhuǎn)化為液力能,推動渦輪旋轉(zhuǎn),渦輪把液力能轉(zhuǎn)化為機械能,通過輸出軸

3、輸出,帶動工作機工作,周而復(fù)始,實現(xiàn)了從原動機到工作機之間的能量傳遞3。液力耦合器的結(jié)構(gòu)簡單，維護量小，能夠?qū)崿F(xiàn)軟起動，適應(yīng)于惡劣的工作環(huán)境，但因其傳動有35%滑差，效率損失在2%左右4。目前液力耦合器的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在帶式輸送機及其他裝備中應(yīng)用非常廣泛。隨著節(jié)能降耗的要求以及加工制造技術(shù)的提高，液力耦合器技術(shù)也得到一定發(fā)展，能量傳遞損失進一步降低，并提出許多新型高效液力耦合器技術(shù)，例如無滑差液力耦合器等。2）電軟起動電軟起動控制器以反并聯(lián)的晶閘管組為開關(guān),以軟起動交流調(diào)壓方式限制電動機的起動電流,以使該電動機拖動帶式輸送機平穩(wěn)地過渡到額定轉(zhuǎn)速,完成軟起動。電軟啟動的體積小，價格便宜（低壓

4、），但考慮到諧波影響,選用電機時要加大容量,一般應(yīng)增加20%30%。起動瞬間,會先有一個很短時的全壓起動,待輸送帶運動后,再實現(xiàn)軟起動,但此時已造成對輸送機的瞬時沖擊; 必須與限矩型液力偶合器配套使用; 由于降壓起動,低轉(zhuǎn)速時,電動機輸出轉(zhuǎn)矩不大,不能實現(xiàn)滿載起動,不是真正意義上的軟起動4。目前傳統(tǒng)的降壓起動已經(jīng)逐漸淘汰，新型電軟啟動使用可控硅降壓，并利用全數(shù)字技術(shù)對電機的電壓與電流進行控制以實現(xiàn)軟啟動。3）液體粘性軟啟動裝置工作原理:主動軸帶動主動摩擦片旋轉(zhuǎn),通過摩擦片之間的粘性液體油膜的剪切力帶動從動摩擦片旋轉(zhuǎn)。通過電液控制系統(tǒng),調(diào)節(jié)摩擦片間的油膜厚度,控制輸出扭矩,實現(xiàn)平滑啟動及無級調(diào)速

5、5。液體粘性軟啟動裝置使用PLC為控制核心，加、減速度調(diào)節(jié)范圍大,能提供平滑的起動力矩,大大提高輸送機的壽命;電動機能空載起動,電氣和機械沖擊小;能實現(xiàn)多電機驅(qū)動功率平衡;能對傳動系統(tǒng)進行過載保護,提高使用壽命;與電動機的匹配特性良好,能實現(xiàn)重載起動;傳動效率較高,功率損耗小。缺點是每個液體粘性軟啟動裝置需要一個液壓站，電液維護要求較高5。液體粘性軟啟動裝置是目前比較先進的軟啟動裝置，能夠很好的與現(xiàn)有驅(qū)動設(shè)備匹配，具有良好的互換性，能夠很好的對現(xiàn)有的皮帶機進行現(xiàn)代化改造。目前國內(nèi)的液粘技術(shù)已經(jīng)比較成熟，其應(yīng)用越來越廣泛，是一種很有前途的高技術(shù)機電一體化產(chǎn)品。4）CST系統(tǒng)CST是一個帶有電-液

6、反饋控制及齒輪減速器，在低速軸端裝有線性、濕式離合器的機電一體化驅(qū)動系統(tǒng)。由美國道奇公司設(shè)計，通過計算機編程，可以對起動加速度精確控制。但國產(chǎn)化率低，相比液體粘性軟啟動裝置性能基本相當(dāng)，成本高，亟需國產(chǎn)化降低成本4！5）變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速裝置主要由功率器件GBT絕緣柵極可控晶體管、 控制器與電抗器組成。其工作原理是通過控制器來調(diào)節(jié)功率器件中的絕緣柵極,使進入功率器件的交流電源的頻率發(fā)生變化。根據(jù)公式所示(n為電動機轉(zhuǎn)速,f為交流電源頻率, p為電動機極對數(shù))電動機轉(zhuǎn)速與交流電源頻率成正比關(guān)系4。當(dāng)交流電源的頻率由小到大變化時,電動機轉(zhuǎn)速也隨之由小到大變化。只要控制頻率變化范圍以及頻率變化的時

7、間,就可使輸送機按照設(shè)定的速度曲線平穩(wěn)起動,達到輸送機的軟起動。目前變頻調(diào)速裝置的防爆產(chǎn)品還依賴進口，價格昂貴；高電壓、大功率變頻調(diào)速還難實現(xiàn)；維護要求高，對環(huán)境溫度和潔凈度要求高；在井下使用時功率器件的發(fā)熱問題也比較難解決。但因為變頻調(diào)速的范圍廣、精度高，不需要額外的機械裝置，是調(diào)速和軟啟動的未來發(fā)展方向。3.2 制動裝置上運及平運帶式輸送機制動要求較低，一般采用推桿制動器。下運帶式輸送機的制動要求較高，常采用的制動系統(tǒng)有液力制動系統(tǒng)、液壓制動系統(tǒng)和盤式制動系統(tǒng)。1） 推桿制動器 目前推桿制動器的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。用戶可以按標(biāo)準(zhǔn)選擇。由于推桿制動器結(jié)構(gòu)簡單、可靠，現(xiàn)在正發(fā)

8、展推桿制動器的軟制動功能，通過對推桿的推動器改進，使其具有軟制動功能。2） 液力制動系統(tǒng)液力制動系統(tǒng)的液力制動器實質(zhì)上是一種渦輪（定子）固定不動的液力偶合器,其泵輪（轉(zhuǎn)子）與減速器高速軸相連,隨輸送機轉(zhuǎn)動,制動時油泵向液力制動器供油,工作油在轉(zhuǎn)子內(nèi)被加速,在定子內(nèi)被減速,給轉(zhuǎn)子以反力矩形成制動力矩。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，維護難度較大，低速n500r/min6，易振蕩，并且無定車功能，定車需用機械閘，整機造價較高，不適宜繼續(xù)發(fā)展。3） 液壓制動系統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)的制動器是通過柱塞泵將輸送機的機械能轉(zhuǎn)化為液壓能,然后通過有關(guān)控制閥節(jié)流所產(chǎn)生的高壓作用于柱塞泵 ,形成制動力矩。此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,各種閥組太

9、多,維護難度大; 需要 1 套小冷卻系統(tǒng),且不適合用井下硬質(zhì)水; 無定車功能,仍需要機械閘; 整機造價較高。不適宜繼續(xù)發(fā)展。4） 自冷盤式制動系統(tǒng) 自冷盤式制動系統(tǒng)是通過閘瓦和制動盤之間的摩擦,將輸送機具有的機械能轉(zhuǎn)換為熱能,加以散耗，同時作用于制動盤的摩擦力形成制動力矩。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，維護量較低，能夠?qū)崿F(xiàn)直接定車，造價較低，尤其是通過與電控配合，使帶式輸送機的減速度可控，實現(xiàn)可控軟制動。該系統(tǒng)一般采用PLC為控制核心，工作可靠，應(yīng)用廣泛。目前該系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到帶式輸送機，效果良好，是一種很有前途的高技術(shù)機電一體化產(chǎn)品。3.3 拉緊裝置目前帶式輸送機的拉緊裝置有重錘式拉緊裝置、固定式拉

10、緊裝置、自動式拉緊裝置。各種拉緊裝置適合不同的拉緊場合。1）重錘式拉緊裝置重錘式拉緊裝置包括垂直重錘式、重錘塔架式、重錘車式等。重錘式拉緊裝置適用于固定帶式輸送機。能夠提供恒定的拉緊力，自動補償皮帶的伸縮變化，相應(yīng)速度快，應(yīng)用比較廣泛。但占用空間較大，工作中拉緊力不能自動調(diào)整。2) 固定式拉緊裝置固定式拉緊裝置包括螺旋拉緊裝置(適用于長度較短,功率較小的輸送機，可按機長的 1%1.5%選取拉緊行程)和固定絞車?yán)o裝置（適用于大拉力、長距離、大運量的帶式輸送機）。固定式拉緊裝置的拉緊滾筒在輸送機運轉(zhuǎn)過程中位置是固定的 ,其中拉緊行程的調(diào)整通過手機或者自動兩種方式改變拉緊滾筒的位置來實現(xiàn)。固定式拉

11、緊裝置的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單緊湊、工作可靠。缺點是對輸送機運轉(zhuǎn)過程中由于輸送帶彈性變形和塑性變形無法適時補償 ,從而導(dǎo)致拉緊力下降 ,可能引起輸送帶在傳動滾筒上打滑。所以在使用時應(yīng)定期張緊輸送帶 ,按最不利工況設(shè)定拉緊力 ,使輸送機具有足夠的張緊力 ,以確保整條輸送機正常運行。3）自動式拉緊裝置自動式拉緊裝置包括自動絞車?yán)o裝置和液壓拉緊裝置。自動式拉緊裝置通過電動或是電液的有序控制,滿足輸送機啟動時拉緊力比穩(wěn)定運行時大的要求,即輸送機啟動時拉緊力自動增加,輸送機穩(wěn)定運行后,其拉緊力又自動降低到原定值。它能使輸送帶具有合理的張力,自動補償輸送帶的彈性變形和塑性變形。自動式拉緊裝置能夠在輸送機運行過程

12、中按一定的要求自動調(diào)節(jié)拉緊力的大小,它響應(yīng)快、適應(yīng)性強、布置靈活,在現(xiàn)代長距離帶式輸送機中使用較多,是一種理想的拉緊裝置,特別是液壓拉緊裝置近幾年得到了廣泛的應(yīng)用。目前由于帶式輸送機,特別是大型帶式輸送機正向著整機自動控制方向發(fā)展,因而需要對拉緊裝置實現(xiàn)微機控制和監(jiān)測，方便與輸送機其他部分聯(lián)機控制。而液壓自動拉緊動作快，容易實現(xiàn)自動控制 ,所以將得到廣泛的應(yīng)用。3.4 托輥托輥是帶式輸送機的重要部件，其壽命的長短直接影響了皮帶機的運行時間。目前,托輥性能已成為帶式輸送機技術(shù)研究的焦點之一。國內(nèi)由于加工及裝配技術(shù)的影響，托輥的壽命與國外還有很大差距。國內(nèi)要求托輥的使用壽命在20000h以上，而國

13、外托輥的使用壽命普遍在40000h以上，差距明顯。當(dāng)然衡量托輥性能的指標(biāo)還有運行阻力系數(shù)、重量等。隨著我國煤礦高產(chǎn)高效工作面的發(fā)展,帶式輸送機將朝著長距離、大運量、大傾角及高速度等方向發(fā)展,為了適應(yīng)這種趨勢,托輥也將朝著以下幾個方面發(fā)展。1） 塑料托輥酚醛復(fù)合材料制作的管體及軸承座具有重量輕、幾何偏差小和耐腐蝕等優(yōu)點, 由其制作的托輥具有運行阻力小、噪聲低、振動輕微和使用壽命長等特點, 因而塑料托輥將會有較大發(fā)展。2） 單向托輥單向托輥是為了防止上運帶式輸送機斷帶后輸送帶及物料下滑而研制的一種新型托輥。輸送機上運時, 托輥正常運轉(zhuǎn), 一旦發(fā)生斷帶, 托輥立即停止轉(zhuǎn)動, 在輸送帶與托輥的靜摩擦力

14、作用下, 輸送帶及物料處于靜止?fàn)顟B(tài), 從而可有效地避免因輸送帶及物料下滑而帶來的損失及人員傷亡。因此, 單向托輥將在上運帶式輸送機中廣泛應(yīng)用。3）深槽型托輥裝置該托輥裝置是為了適應(yīng)大傾角上下運帶式輸送機的發(fā)展而開發(fā)的一種新型雙排形托輥裝置, 它取消了傳統(tǒng)托輥裝置中的水平托輥,從而提高了物料與輸送帶間的導(dǎo)來摩擦系數(shù),物料最大許用傾角也相應(yīng)提高。實踐證明,大傾角上下運帶式輸送機采用深槽型托輥裝置,可使輸送機傾角提高至25,不會發(fā)生滾料。塑料托輥、單向托輥及深槽型托輥裝置均是新近開發(fā)成功的，隨著技術(shù)的不斷完善及各種技術(shù)的相互滲透，各種新型的組合托輥裝置將不斷涌現(xiàn)，這對于提高帶式輸送機的綜合性能是大有

15、好處的。3.5 皮帶目前輸送帶的產(chǎn)能過剩，為求得生存，各生產(chǎn)廠家都在改進產(chǎn)品質(zhì)量，開發(fā)新的產(chǎn)品，來更好的滿足使用需求。主要有：1）為適應(yīng)長距離運輸要求，進一步增大了輸送帶強度。目前國內(nèi)主要使用鋼絲繩芯帶和整芯帶，帶強分別達到ST5400,整芯帶用到PVG3400S,但與國外最高水平仍有差距。國外輸送帶帶強最高分別達到ST7500（鋼絲繩芯）和PVG4000S（整芯）。 2）為滿足大運量要求，輸送帶的寬度也相應(yīng)加大。除大多數(shù)1.21.6m標(biāo)準(zhǔn)型寬度的膠帶外，超寬型膠帶已從3.2m進一步擴寬到3.54m，從而使輸送帶的運量成倍增長。這類輸送帶以鋼絲繩帶為多，在結(jié)構(gòu)上施加各種防縱裂措施，并具有事故報

16、警和縱裂監(jiān)控功能。， 3）為保證大傾角運輸要求，開發(fā)出各種形式的花紋輸送帶和擋邊輸送帶。花紋帶的表面花紋高度已經(jīng)達到35mm，擋邊帶的擋邊高度達到600mm以上，運輸傾角最大可達5090。這種輸送帶近年來有了很大發(fā)展，用途也不斷擴大。 4）為解決輸送帶經(jīng)常檢修更換給使用部門帶來麻煩和影響生產(chǎn)的矛盾，多年來除把提高輸送帶使用壽命作為重點研究工作外，還開展了輸送帶現(xiàn)場接頭和翻修等方面的服務(wù)工作。輸送帶的使用壽命一般已達5年以上，鋼絲繩芯帶最高可達15年。輸送帶的現(xiàn)場修補和翻修在使用部門得到廣泛推廣，使輸送帶的使用壽命大大延長，運輸成本進一步下降。 5）大力改善運輸環(huán)境，降低能耗，發(fā)展全新的封閉式輸

17、送帶，保證物料運輸質(zhì)量，提高運輸效率。這種環(huán)保節(jié)能型輸送帶，除能防止物料散落、粉塵飛揚外，還可使運輸方式進一步現(xiàn)代化。目前生產(chǎn)使用的封閉式輸送帶已形成吊掛、圓管、折疊、雙帶四大類型，各種系列。最大運輸能力可達3000 t/h,帶速0.55m/s，帶長3400m以上。隨著全球高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的日益擴大，以及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)高新技術(shù)含量的不斷提高，為之服務(wù)配套的各種輸送帶也出現(xiàn)了新的概念：強調(diào)以“技術(shù)創(chuàng)新和綠色環(huán)保”為主題，向多用途、多功能的方向發(fā)展。四、皮帶機傳動理論下圖所示為膠帶的傳動原理圖，由膠帶的逐點張力法可知：除主動段以外，膠帶沿運行方向前一點的張力等于后一點張力加上兩點間膠帶的運行阻力；以水平運輸

18、為例，膠帶的張力從1點到4點是逐漸增加的。這樣一來，在主動段41點之間，張力是逐漸減少的，也就是說，為了克服阻力使膠帶運動，必須使得滾筒相遇點的張力大于分離點的張力，這兩點的張力差就是傳動滾筒給膠帶的摩擦力，也就是輸送機的牽引力。【圖三：傳動滾筒受力分析圖】設(shè)膠帶在分離點1得張力為Sl,在相遇點4的張力為Sy，而其極限張力為Symax，膠帶在滾筒上圍包弧1-4所對的圍包角為;在圍包弧1-4之內(nèi)，膠帶任一點A的張力為S；弧1-A所對之圍包角為；當(dāng) 有一微小增量d時，膠帶長度由A點變化到B點，即有一長度增量dl;在B點的張力為S+dS，即當(dāng)有一微小增量d時，張力增量為dS。取AB上的這一段長度為d

19、l膠帶為隔離體，如上圖c所示。當(dāng)傳動滾筒順時針方向旋轉(zhuǎn)時，作用在這一單元膠帶上的力有：A點的張力S，作用在A點的切線方向；B點的張力S+dS，作用在B點的切線方向，與S成d角；傳動滾筒對膠帶的法向反力dN及摩擦力 dN， 為滾筒與膠帶之間的摩擦系數(shù)。如前所述，在這里對膠帶自重、離心力和彎曲力矩忽略不計。由于dl長度很短，如果又不考慮膠帶的厚度，那么可認(rèn)為上述四個力為共點力系，作用點在dl長度的中點。以這一點為原點立一直角坐標(biāo)系X-Y。在極限平衡狀態(tài)下，即摩擦力達到最大靜摩擦力、膠帶在滾筒上沿逆時針方向有滑動趨勢而未打滑時，可列出該單元長度膠帶受力的平衡方程組：由于 d很小，因此，上述方程組可簡化為：略去二次微量 dSd項，解上述方程組，得上式為一階常微分方程，解之可得出張力隨圍包角變化而變化的函數(shù)S=f() 。但對我們來說，最有意義的是在極限平衡狀態(tài)下，相遇點與分離點兩點張力的關(guān)系。由前所述，在極限平衡狀態(tài)下，當(dāng)圍包角由0增到時，張力由Sl增到 Symax。利用這兩個邊界條件，取微分方程兩端的定積分解上式,得：，即：上式即為撓性體摩擦傳動的歐拉公式。它表示的是輸送帶相遇點和分離點的張力關(guān)系，按上式給出的輸送帶在傳動滾筒的張力線 a1cb 如圖四。在實際運行中，如果輸送帶在相遇點上的實際張力 Sy Symax ,研究表明,這時輸送帶的張力將沿 acb 線變化,既在圍包