帶式輸送機(jī)斷帶保護(hù)裝置設(shè)計(jì)了偏心輪夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書

1、×××××（專業(yè)）論文（二號黑體，居中）（空四字，四號宋體）論文題目： （空四字，四號宋體） 姓 名： 身份證號： 安工大學(xué)號： 班 級： 論 文 撰 寫 格 式 標(biāo) 題（二號黑體，居中）姓 名（四號仿宋體，居中）單 位（四號仿宋體，居中）摘要：（摘要正文，四號楷體，行間距固定值22磅）（論文正文，四號宋體，行間距固定值22磅）注釋：（小四號宋體，單倍行距）參考文獻(xiàn)：（小四號宋體，單倍行距） （1） （2） （3） 1 緒論1.1引言隨著帶式輸送機(jī)技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，帶式輸送機(jī)己經(jīng)成為散體物料的主要運(yùn)輸工具之一，因其能實(shí)現(xiàn)物料的連續(xù)裝卸運(yùn)輸而

2、且運(yùn)輸距離長、輸送能力大、電耗低、投資費(fèi)用相對較低以及維護(hù)方便等特點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于港口、碼頭、冶金、熱電廠、露天礦和煤礦井下的物料運(yùn)送。然而作為煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，在使用過程中由于膠帶各點(diǎn)的受力不均，滾筒轉(zhuǎn)動不靈活等原因，膠帶易發(fā)生跑偏及打滑、斷帶等事故。一旦發(fā)生斷帶故障時，由于重力和慣性的作用，斷裂的膠帶將與膠帶上的物料一同迅速下滑將膠帶和物料一同堆積在輸送機(jī)的下方機(jī)頭處，給帶式輸送機(jī)的修復(fù)工作帶來很多的困難，帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。帶式輸送機(jī)的橫向斷帶事故時有發(fā)生。下面列舉一些資料中已公開的斷帶事故和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。(1)1994年5月20日和7月31日。山東省七五煤礦330采區(qū)鋼絲繩芯膠帶輸

3、送機(jī)在正常生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)中，連續(xù)2次發(fā)生斷帶事故，雖未造成人員傷亡，但每次均造成直接經(jīng)濟(jì)損失約9.8萬元。間接損失達(dá)250余萬元。第一起事故，編號為88128的硫化接頭運(yùn)行到膠帶機(jī)頭以下150 m左右一較大的變坡點(diǎn)處時脫落斷裂。斷后的膠帶在載荷和膠帶重力分力作用下，逐漸加速，飛速下滑，直至堆積到不能再下滑為止。下滑距離達(dá)500余米。膠帶托輥支架沖擊損壞150余架。托輥損壞60余只。打毀架空乘人裝置吊座20余架。第二起事故，編號為9452的硫化接頭運(yùn)行到膠帶機(jī)頭以下約200 m處發(fā)生脫落斷裂。膠帶下滑距離達(dá)550余米，情形與第一次事故基本相同。(2)淮北礦業(yè)集團(tuán)公司朱仙莊煤礦，隨著機(jī)械化程度的逐步提高

4、，原煤產(chǎn)量也逐年增加，目前已超過170萬t/d，而85%以上的原煤需要強(qiáng)力輸送機(jī)來運(yùn)輸。1996年以來朱仙莊煤礦陸續(xù)安裝并投入使用了5部ST型鋼絲繩芯輸送機(jī)，輸送機(jī)膠帶總長達(dá)到13200 m。隨著輸送機(jī)膠帶服務(wù)年限的增加,出現(xiàn)了不同程度的老化現(xiàn)象，致使輸送機(jī)膠帶覆蓋層與帶芯之間粘合強(qiáng)度下降。2002年底連續(xù)發(fā)生5起輸送機(jī)膠帶接頭拉斷事故，直接影響了全礦的安全生產(chǎn)。(3)大同煤礦集團(tuán)公司現(xiàn)有主提升斜井膠帶輸送機(jī)12部，暗斜井主運(yùn)輸膠帶輸送機(jī)11部；斜井坡度為1416度，膠帶寬度11.4 m、機(jī)長4001100 m。從19891995年,有7部主斜井膠帶輸送機(jī)發(fā)生斷帶事故，共影響生產(chǎn)近400 h，

5、影響產(chǎn)量達(dá)30萬噸。斷帶事故不僅影響了生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益，還嚴(yán)重破壞了井下裝備，甚至威脅到職工的生命安全。(4)平頂山礦務(wù)局至1996年有l(wèi)7臺鋼絲繩芯膠帶輸送機(jī)在運(yùn)行，其中有SQD-440型上運(yùn)大傾角膠帶輸送機(jī)、STJ/4X2805型鋼絲繩芯膠帶輸送機(jī)(運(yùn)量達(dá)1000t/h)等等。共有10個礦使用鋼絲繩芯膠帶輸送機(jī)，其中有8個礦發(fā)生過斷帶事故。發(fā)生斷帶事故的膠帶輸送機(jī)占總數(shù)的58.82%。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止1995年8月，全局共發(fā)生鋼絲繩芯膠帶斷帶事故16起，累計(jì)影響生產(chǎn)時間1706.2 h，影響產(chǎn)量20余萬噸。其中15起斷帶發(fā)生在接頭處，占斷帶總數(shù)的93.75%。以淮北礦務(wù)局某煤礦為例:該礦日

6、產(chǎn)量在5000 t以上，一個采區(qū)的日產(chǎn)量也有2000 t，停產(chǎn)1d,就會造成100余萬元的經(jīng)濟(jì)損失，若斷帶后皮帶推倒皮帶架子，損壞設(shè)備，將產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)損失，更嚴(yán)重可能引發(fā)人員的傷亡事故，將會給煤礦安全生產(chǎn)帶來更大的負(fù)面影響。目前國內(nèi)已有多廠家研制了膠帶輸送機(jī)綜合保護(hù)器，它們可有效地實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中的部分故障保護(hù)，但還無法完成帶式輸送機(jī)斷帶、飛車保護(hù)，加之輸送機(jī)的斷帶、飛車事故在煤礦、電廠、水泥廠工作中時有發(fā)生，因此這一問題急需解決。1.2國內(nèi)外皮帶的研究現(xiàn)狀上世紀(jì)五十年代以來，從運(yùn)輸谷物的帆布、木支座運(yùn)輸機(jī)到現(xiàn)在鋼絲繩牽引運(yùn)輸機(jī)、波狀擋邊帶式輸送機(jī)、斗式等各種輸送機(jī)，帶式輸送機(jī)技術(shù)

7、得到了飛速發(fā)展。帶式輸送機(jī)不但在各大零部件的結(jié)構(gòu)，性能以及整機(jī)管理方面有了很大的改善和提高外，在起制動動態(tài)特性的研究方面也有了重大突破，如德國、澳大利亞、美國、波蘭、南非、日本等，相續(xù)對此進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，在動態(tài)研究分析領(lǐng)域采用粘彈性流變力學(xué)理論對系統(tǒng)作了更接近于實(shí)際的假設(shè)分析，澳大利亞還對膠帶橫向振動問題進(jìn)行了深入的研究。20世紀(jì)60年代，前蘇聯(lián)在簡化的力學(xué)模型上提出了第一個帶式輸送機(jī)非穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行期間動態(tài)分析的計(jì)算公式，1973年形成了動態(tài)分析方法，并開始實(shí)際應(yīng)用。1984年3月Harrison 的博士論文“動態(tài)測量與鋼絲繩芯帶的分析”，論述了輸送帶彎曲理論和帶式輸送機(jī)起、制動時

8、瞬時彈性力的分析方法。1984年，美國的 Nordell 和 Gozda 發(fā)表了第一篇關(guān)于質(zhì)量-彈簧模型的論文，題目是“起、制動時的瞬時張力和有限元法仿真彈力特性”。在國內(nèi)，由于缺乏大型帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn)，動態(tài)分析研究起步較晚。從80年代初，我國逐步進(jìn)行了帶式輸送機(jī)動態(tài)特性研究，進(jìn)行了帶式輸送機(jī)受料處的動載荷的研究；進(jìn)行了輸送帶和帶式輸送機(jī)的動力學(xué)模型的研究；進(jìn)行了帶式輸送機(jī)膠帶的粘彈性及整機(jī)運(yùn)動的動態(tài)過程的研究；進(jìn)行了帶式輸送機(jī)在起、制動非穩(wěn)定工況下的動態(tài)響應(yīng)的研究以及恒張力自動張緊系統(tǒng)等研究。盡管對輸送機(jī)起制動問題目前以做了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但由于各國研究的發(fā)

9、展?fàn)顩r不同，應(yīng)用的客觀條件不同，技術(shù)本身研究的深度和廣度以及數(shù)學(xué)分析處理方法的種種不足，仍未提出一種切實(shí)可行的，能滿足工程設(shè)計(jì)要求的方法。如下：（1）由于實(shí)際膠帶的組織是復(fù)合材料組成的三向異性體，要準(zhǔn)確地描述其粘彈性動力特性是很困難的，即使理論上可以采用較好近似程度的復(fù)雜組合模型，但模型參數(shù)的試驗(yàn)測定和動態(tài)分析也會變的相當(dāng)復(fù)雜，有時甚至難以實(shí)現(xiàn)，目前的研究均按 Vogit 模型處理，且以ISO/DP9856標(biāo)準(zhǔn)測試。另外，同一型號膠帶動態(tài)參數(shù)的離散性很大，加之托輥支座和物料的聯(lián)合作用，給動態(tài)分析帶來了更大的難度，我國膠帶廠生產(chǎn)的膠帶多數(shù)沒有給出動態(tài)參數(shù)或沒有進(jìn)行這方面的測試，也給膠帶粘彈性模型

10、的建立與其相應(yīng)參數(shù)的測定帶來了一定的困難。（2）輸送機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)均簡化為沿膠帶長度方向的一維粘彈性桿或簡化為二維、三維粘彈性體來分析研究，關(guān)于驅(qū)動裝置的力矩傳遞特性的抽象簡化，相當(dāng)于分析動態(tài)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的外加激勵，但是對起動裝置的動特性研究較少，另外驅(qū)動裝置特性曲線的計(jì)算機(jī)模擬和驅(qū)動滾筒打滑狀態(tài)的判斷方面研究也很少，這是對整個系統(tǒng)的動態(tài)分析都會帶來不利的影響。（3）離散模型的電模擬法，連續(xù)模型的波動法，僅對膠帶動態(tài)特性作了近似的反映，計(jì)算工作量大，分析過程復(fù)雜。（4）動態(tài)過程的控制分析未能同系統(tǒng)動態(tài)分析結(jié)合起來，這樣就將研究成果的應(yīng)用范圍限制的很小，無法實(shí)現(xiàn)任意帶式輸送機(jī)系統(tǒng)動態(tài)過程控制。（5）橫向

11、彎曲振動的研究到目前還沒有一套工程適用的無共振設(shè)計(jì)方法或程序。（6）目前僅能對任意點(diǎn)的帶速、驅(qū)動系統(tǒng)、張緊系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)行測試，不能對任意點(diǎn)張力進(jìn)行動態(tài)測試。1A）65±50.2cm3/1.61，彈性不小于30%，扯斷強(qiáng)度不小于20MPa，扯斷伸長率不小于450%，布-布10N/mm6N/mm總之，雖然帶式輸送機(jī)的理論和實(shí)驗(yàn)研究上積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但仍然處在不斷摸索、不斷完善的過程中。1.3皮帶斷帶抓捕工具的研究現(xiàn)狀為了防止膠帶逆轉(zhuǎn)、飛車和斷帶，國內(nèi)外一些科技人員進(jìn)行了一系列的有意嘗試與研究，提出了一些解決辦法:（1）帶下安裝阻尼板帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行時膠帶被拉緊，膠帶基本上是一條直線，

12、下垂量很小，而斷帶后，由于托輥間距的存在，即使是高強(qiáng)度鋼絲繩芯膠帶也有很大的下垂量，基于這一特點(diǎn)，采用在膠帶下面一定距離處安裝阻尼板，斷帶時，由于膠帶的自重作用及初始速度使得膠帶迅速松弛，并與阻尼板接觸，當(dāng)阻尼板與膠帶之間的摩擦力足夠大時，可有效地阻止膠帶下滑，這就是阻尼板的工作原理，如圖1.1，阻尼板的防滑能力與阻尼板與膠帶之間的摩擦系數(shù)有關(guān)，與阻尼板的幾何長度、阻尼板與膠帶間的距離以及膠帶的傾角等因素有關(guān)。圖 1.1 阻尼板法防斷帶示意圖（2）單向托輥摩擦制動此種制動，主要利用托輥反向逆止原理，如圖1.2，當(dāng)具有一定傾角的帶式輸送機(jī)正常工作時，托輥隨之轉(zhuǎn)動，膠帶與托輥間為滾動摩擦，摩擦阻力

13、很小，而當(dāng)膠帶斷裂下滑時，由于托輥是單向的，所以托輥反向無法轉(zhuǎn)動，膠帶與托輥間為滑動摩擦，摩擦阻力增大，通過滑動摩擦力來實(shí)現(xiàn)制動。圖 1.2 單向托輥防斷帶法（3）自適應(yīng)摩擦棘輪式斷帶保護(hù)器摩擦棘輪式帶式輸送機(jī)斷帶保護(hù)逆止器是利用棘輪機(jī)構(gòu)的反向制動原理實(shí)現(xiàn)斷帶保護(hù)，實(shí)際工作時逆止器成對地布置在輸送帶兩側(cè)，其一側(cè)的結(jié)構(gòu)如圖1.3，由結(jié)構(gòu)完全對稱的上下兩個組成部分，主要零件有支架、彈簧、加緊桿、摩擦式扇型棘爪、偏心凸輪、支撐軸和夾緊輪。帶式輸送機(jī)正常工作時，輸送帶沿斜面向上運(yùn)動，在摩擦力的作用下輸送帶驅(qū)動夾緊輪正向轉(zhuǎn)動，夾緊輪相對于輸送帶作純滾動。由于支承軸與夾緊桿之間裝有滾動軸承，工作阻力很小。

14、當(dāng)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象輸送帶斷裂時，輸送帶及物料在重力作用下將沿斜面向下滑動，在摩擦力的作用下輸送帶要驅(qū)動夾緊輪反向轉(zhuǎn)動。由于摩擦式扇形棘爪的升角小于金屬之間的摩擦角，棘爪使夾緊輪反向自鎖，不能轉(zhuǎn)動，夾緊桿與夾緊輪成為剛性連接。輸送帶沿斜面向下滑動的摩擦力使上夾緊桿與夾緊輪一起順時針擺動，使下夾緊桿與夾緊輪一起逆時針擺動，下滑力越大夾緊力也越大。由于夾緊制動動作是隨著輸送帶下滑動作自動實(shí)現(xiàn)的，夾緊力的大小隨著輸送帶下滑動作自動實(shí)現(xiàn)的，夾緊輪的大小隨著膠帶下滑力的大小而自動適應(yīng)，無需其他控制就可實(shí)現(xiàn)自動斷帶保護(hù)，從而防止了輸送帶和物料下滑堆積與巷道，避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。圖 1.3 自適應(yīng)摩擦棘輪式斷帶

15、保護(hù)器 1支架；2彈簧；3加緊桿；4摩擦式扇型棘爪；5偏心凸輪；6支撐軸；7夾緊輪（4）GBZ型滾動下落膠帶抓捕器 抓捕裝置主要結(jié)構(gòu)如圖1.4，當(dāng)膠帶正常運(yùn)行時，抓捕輥高高舉起，它們不與膠帶接觸，不影響物料的運(yùn)輸。只有特制的托輥位于膠帶下面隨膠帶前進(jìn)而轉(zhuǎn)動。當(dāng)膠帶倒轉(zhuǎn)或斷帶后膠帶下滑時，特制托輥則跟著反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)時帶動托輥軸一起倒轉(zhuǎn)，倒轉(zhuǎn)的軸則帶動一個螺旋副運(yùn)動，當(dāng)達(dá)到我們控制的倒轉(zhuǎn)長度時，則可推動抓捕輥的固定卡爪，使抓捕輥沿內(nèi)裝齒條的直槽快速旋轉(zhuǎn)下落，繼而滑入斜槽，并在倒轉(zhuǎn)膠帶的帶動下繼續(xù)沿斜面運(yùn)動，因而把膠帶緊緊的卡住在抓捕輥和基砧之間， 由于抓捕輥旋轉(zhuǎn)下落，可以把膠帶上的煤屑清除掉，使抓捕

16、的更可靠。 (a) 正常狀態(tài)抓捕器 (b) 抓捕狀態(tài)抓捕器圖 1.4 GBZ型滾動下落膠帶抓捕器（5） 雙向抓捕器抓捕器由左右兩個抓捕臂、兩個單向抓捕輥和與其對應(yīng)的帶下單向托輥組成。工作狀態(tài)如圖1.5所示。左側(cè)單向抓捕輥允許轉(zhuǎn)向與膠帶運(yùn)行方向相反，右側(cè)抓捕輥允許轉(zhuǎn)動方向與膠帶運(yùn)行方向相同，膠帶正常工作時，左側(cè)的抓捕臂與單向抓捕輥由電磁鐵懸置，右側(cè)抓捕臂與單向抓捕輥始終懸浮在膠帶上，如圖(a)所示。設(shè)帶的運(yùn)行方向?yàn)橄蛴?，?dāng)膠帶發(fā)生斷帶時， 斷帶信號迅速由傳感器傳給控制系統(tǒng)，控制系體接到信號后，發(fā)出控制指令，迅速切斷驅(qū)動電路和懸置磁鐵電源，電磁鐵掉電后，左側(cè)抓捕臂和單向抓捕輥在重力作用下落下， 由

17、于左側(cè)抓捕輥的允許轉(zhuǎn)向與帶速方向相反，抓捕器與膠帶產(chǎn)生較大的摩擦阻力，懸臂在摩擦阻力拖動下逆時針擺動， 逐步抓緊并卡死膠帶，如圖(b)所示。同理，當(dāng)膠帶發(fā)生逆轉(zhuǎn)時， 右側(cè)的懸臂立即在摩擦力的作用下，抓緊膠帶。 (a) 正常狀態(tài)抓捕器 (b) 抓捕狀態(tài)抓捕器圖 1.5 雙向抓捕器比較，上述各種斷帶保護(hù)裝置主要分為兩大類：一類是使用單向托輥和阻尼板的摩擦制動的方法；另一類是采用抓捕原理的方法。第一類方法是將皮帶的上托輥按一定比例換成單向托輥，在下層皮帶下方安放阻尼板。當(dāng)皮帶因斷裂下滑或逆轉(zhuǎn)時，因上托輥不可逆轉(zhuǎn)，利用托輥對上層皮帶的滑動摩擦阻力，使上皮帶不能長距離下滑；下層皮帶因松弛與阻尼板接觸，因

18、摩擦而制動。為了防止下層皮帶的下滑要在皮帶下面安放大量的阻尼板。這種方法需要將大多數(shù)或全部托輥更換為單向托輥，而單向托輥是非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，價格較高，使用壽命短，一次性改造工程量大，且長期投資也較大。第二類采用抓捕原理的方法又可分為兩種。其一，主要是在膠帶上、下側(cè)設(shè)置抓捕裝置，并配上傳感裝置、清煤裝置和抓捕裝置等組成抓捕器，當(dāng)膠帶斷帶時，膠帶上、下側(cè)的抓捕裝置動作，把下滑皮帶緊緊抓住。一般選用電機(jī)、液壓執(zhí)行元件驅(qū)動，在井下各種電器設(shè)備還要考慮防爆等問題，因此該設(shè)備造價昂貴，投資較大，工程量大，維護(hù)煩瑣，很少在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用，而且常常發(fā)生誤動作，比如，在井下惡劣的環(huán)境下，傳感器常常失效，若在正常的情況

19、下傳感器給出斷帶信號，則產(chǎn)生誤動作，影響生產(chǎn)；一旦事故發(fā)生，沒有檢測到，抓捕將失敗。其二，是利用皮帶斷帶后下滑或逆轉(zhuǎn)來觸發(fā)相應(yīng)的抓捕機(jī)構(gòu)制動下滑的皮帶。利用這種原理的設(shè)計(jì)方案僅國內(nèi)就公布了十余項(xiàng)專利，但是實(shí)施起來均有很大的困難。1.4本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)對帶式輸送機(jī)的斷帶進(jìn)行了分析，結(jié)合現(xiàn)有帶式輸送機(jī)斷帶保護(hù)裝置，設(shè)計(jì)了偏心輪夾緊機(jī)構(gòu)，整個系統(tǒng)由偏心輪機(jī)構(gòu)、液壓泵站、單片機(jī)檢測控制系統(tǒng)組成。應(yīng)用速度傳感器與單片機(jī)對帶式輸送機(jī)斷帶進(jìn)行動態(tài)檢測控制，從而通過設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)控制偏心輪夾緊機(jī)構(gòu)，盡可能有效及時地進(jìn)行斷帶保護(hù)。2 夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1斷帶的原因從目前大量的帶式輸送機(jī)斷帶事故分析可知

20、，帶式輸送機(jī)斷帶原因大概有以下幾種。(1) 齒輪減速器損壞，液力耦合器噴液或電動機(jī)逆轉(zhuǎn)。(2) 輸送帶接頭質(zhì)量問題。輸送帶接頭分為機(jī)械接頭和硫化接頭，機(jī)械接頭的質(zhì)量遠(yuǎn)不如硫化接頭，所以現(xiàn)在已很少采用。就硫化接頭而言，如果未按要求控制硫化溫度和硫化壓力，溫度和壓力在硫化板上分布不均，溫度和壓力的保持時間設(shè)定不合理，采用不合理的材料等對硫化工藝均有影響。 (3) 運(yùn)輸中因其它東西卷入而引起運(yùn)輸載荷突然增加。比如大塊矸石或其它質(zhì)量特別大的物體突然混在正在運(yùn)輸?shù)拿褐小?4) 啟動和停車時應(yīng)力變化大。帶式輸送機(jī)的啟動和停車也會造成輸送帶斷裂，一般最好在空載下啟動輸送機(jī)。(5) 輸送帶自身質(zhì)量不過關(guān)，輸送帶服務(wù)年限過長，輸送帶長時間超負(fù)荷運(yùn)輸，日常維護(hù)不到位。(6) 物料分配不均，輸送帶跑偏。帶式輸送機(jī)有空載段和超載段，使輸送帶受力不均。為了防止由這些原因引起的斷帶事故，除了進(jìn)行人為的檢修和維護(hù)外，在輸送機(jī)沿線上布置斷帶保護(hù)裝置尤為重要。因?yàn)樗梢员苊馔话l(fā)事故，隨時處于待命狀態(tài)。在輸送帶正常工作時，它不影響物料運(yùn)輸，當(dāng)斷帶事故發(fā)生時，布置的斷帶保護(hù)裝置便馬上動作，迅速抓住斷裂下滑的輸送帶，減少事故損失。2.2斷帶抓捕器的性能要求了解現(xiàn)場對斷帶捕捉器的性能要求是正確設(shè)計(jì)斷帶捕捉器的關(guān)鍵。斷帶捕捉器應(yīng)有如下性能：(1) 在斷帶或逆轉(zhuǎn)時均起作用；(2) 非斷帶或無