机械毕业设计(论文)-带式输送机张紧装置设计10【全套图纸】 .doc
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1、 中国矿业大学2013届本科生毕业设计 第 88 页1 概 述带式输送机俗称“皮带机”,是以胶带、钢带、钢纤维带、塑料带和化纤带作为传送物料和牵引工件的输送机械,是连续式输送机械中应用最广泛的一种。带式输送机是由承载的输送带兼作牵引机构的连续运输设备,可输送矿石、煤炭等散装物料和包装好的成件物品。它具有运输能力大、运输阻力小、耗电量低、运行平稳、在运输途中对物料的损伤小等优点,被广泛应用于国民经济的各个部门,特别是在矿山生产运输中起着重要的作用。全套图纸,加153893706随着我国国民经济的发展,带式输送机在煤炭、电力、建材、钢铁、化工等领域越来越广泛的被使用,特别是在大型煤矿生产中由于其运
2、行可靠、易于自动化和集中化控制,已成为煤炭开采技术与装备的关键设备。张紧装置是带式输送机不可缺少的重要组成部分,现代化经济的飞速发展,生产自动化也越来越占据了主导地位,也积极推动和响应了企业领域中的安全产。变频调速自动张紧装置是保证带式输送机正常工作的重要部件,可以自动地对输送机张力进行实时控制,满足带式输送机正常运行的要求。输送机及张紧装置基本的布置形式如图11所示。 1、2驱动滚筒 4 、5、6、7改向滚筒 3张紧小车图11 输送机及张紧装置基本的布置形式1.1张紧装置的作用张紧装置是皮带机的重要组成部分。由于在启动、制动过程中输送带会发生蠕变,使输送带变长而松弛,胶带输送机张紧装置使其不
3、会发生打滑现象。由此可见,张紧装置是保证带式输送机正常运行必不可少的重要部件,它在输送机工作过程中有着重要的作用:(1) 使输送带在传动滚筒上形成正压力,靠摩擦力将传动滚筒的圆周力传递出来。保证输送带松边有足够的张紧力,防止在起动或运行中胶带在驱动滚筒上打滑;(2) 保证输送带在最小张力点处有足够张力,限制输送带加载时在托辊间的垂度,防止输送带在托辊间距内过分松弛而丧失槽形,引起物料和输送带跑偏,减小输送带在托辊间的运行阻力;(3) 补偿输送带的弹性伸长和塑性伸长。时间长了输送带会自动伸长,而且在过渡工况下发生永久性伸长,同时在起动,制动时输送带自动收紧,可免除机组振动;(4) 为输送带重新接
4、头提供必要的行程;(5)在长距离带式输送机中,减小起、制动时输送带中出现的动负荷;张紧装置对其张力产生重大影响;(6)使输送带有足够的张力,以保证输送带与传动滚筒产生必须的摩擦力并防止打滑;尤其是第(3)条对长距离、大功率带使输送机就显得更为重要,因为长距离带式输送机在启动与制动中的张力比正常运行工况下的张力大10倍之多,从而造成了输送带较大的松边伸长,如果能及时补偿输送带的伸长,使启动时平稳可靠就具有重要的意义。我国带式输送机目前使用的张紧装置有两个特点:1)输送带在驱动滚筒奔离点的张紧力随时间、运行工况任意变化(例如螺栓张紧装置和绞车张紧装置);2)保持输送带具有恒定张力值(例如重锤张紧装
5、置)。由于输送带在启动过程中的非稳定运动状态下,输送带除受到静的张力作用外,还受到由于速度变化的附加张紧力作用,为了保证输送带在驱动滚筒上不滑动,而且再稳定运行中受力合理,要求它在启动与稳定运行时具有不同的张力,而且在稳定运行时保持张力恒定。但目前的煤矿带式输送机张紧装置不能满足这些要求。为此需要研制一种新型的自动张紧装置。1.2张紧装置的发展概况及国内外现状张紧装置是带式输送机必不可少的部件,是保证输送机正常启动、运行、制动和停车的重要部件,并且它的性能好坏直接影响带式输送机的性能。张紧装置的发展可分为以下三个阶段。第一阶段,纯机械张紧阶段。这一阶段的主要产品有两种:固定式绞车张紧与重锤式张
6、紧。从本质上说,绞车张紧的功能仅仅是张紧,当胶带由于种种原因伸长而张紧力下降时,只能通过人的观察发现后重新张紧;重锤式张紧装置通过滑轮组和重锤块达到张紧的目的,当胶带伸长时,能自动吸收其伸长。第二阶段,张紧力可调阶段。这个阶段的典型产品是自动绞车(机械绞车或液压绞车)张紧装置。其技术发展表现为只能实现在稳定(匀速)阶段的自动张紧,保持胶带在该阶段的张力恒定,而在起动与制动等不稳定运行工况下则与固定式绞车相同。其结构特征表现为带有闸,绞车张紧时松闸,停止时紧闸,绞车运转的时间很短,而大部分时间处于停车待命状态;第三阶段,动态自动张紧阶段。这个阶段的典型产品有液压绞车自动张紧与液压缸自动张紧。其特
7、点为动态响应快,能在起动阶段和正常运行阶段两种状态下作用,保持张紧力的稳定。液压绞车长时间处于工作状态,其结构特征是不带闸。国内常见的带式输送机张紧装置有重锤张紧和固定绞车张紧,近几年又出现了液压油缸式张紧装置。(1)重锤式张紧装置结构最简单,应用最广泛,由于重锤的作用,它能保证张紧力在各种工况下保持不变,其力学特点是张紧力不变,张紧位移可变。但重锤张紧需要在煤矿井下专门开拓硐室,有的矿井为了安装张紧重锤,还需专门开拓暗井,其张紧力的大小只能凭人工来增加或减少。(2)固定式张紧装置是指张紧滚筒在输送机启动前或停机后可改变张紧力。其中螺旋张紧装置常用于短距离输送机中;电动绞车和手动绞车固定式张紧
8、装置适用于水平运输和小倾角运输的大型输送机。但当输送带产生塑性变形后,引起输送带永久变形增加而逐渐减小,悬垂度增大,就必须重新调整张紧位移。因此只能定期调整输送带的张紧程度,一般开始外于过张紧状态,使带式输送机的输送带承受额外的附加载荷,在运行过程中张紧力随着输送带永久变形增加而逐渐减小,经常出现打滑现象。(3)油缸式张紧装置可根据输送机的不同工况及输送带张力的不同要求调节输送机启动时和稳定运行时的张紧力,带式输送机启动时,输送带的松边突然松弛伸长,此时张紧油缸在蓄能站的作用下立即收缩活塞杆,补偿输送带的伸长量,使输送机启平稳,有效地保护了输送带。但液压油缸式张紧装置的张紧行程在很大程度上受油
9、缸长度的限制,而且其液压系统的内泄漏很大,各种阀件的寿命也较低,液压系统的密封经常会出现被冲坏的现象,直接导致系统压力急剧下降,张紧力随之急剧降低,致使输送带打滑被迫停机检查。故障率高,也给维护带来很多不便。(4)液压绞车式张紧装置可根据带式输送机不同布置线路的需要自动调整输送带张力,使输送机更经济、安全地运行。对大运量、长距离带式输送机,液压绞车张紧装置可根据输送机张力的变化实现自动控制,能够在输送机起、制动时迅速产生足够的拉力,自动地把张力调节到额定张紧力的1.3-1.5倍,允许波动10%,以减少输送带的波涌现象,从而有效地防止输送带在起、制动过程中可能引起的打滑现象,又能自动降低张力,使
10、张力值为额定工作压力的0.9-1.1倍,以满足带式输送机正常运行的要求。 (5)英国生产的气动液压恒张力自动张紧装置,由于体积庞大,不适应我国较小断面的巷道,加之性能上存在大量的缺陷,未能应用。法国的A型带式输送机张紧装置,采用液压系统,通过执行无件油缸内活塞的往复运动,来承受输送机运行所产生的塑形伸长和过度工况下弹性伸长的变化。此种张紧装置在运行中液压系统经常出现压力失调和调定压力突然下降,低于稳压保护开关迫使输送机停止运转,对生产造成影响。1.3张紧装置分类张紧装置按结构可以分三种形式,重锤式、固定式和自动式(1) 重锤式张紧装置重锤式张紧装置是最初的张紧装置的形式之一,如下图2-1所示,
11、它主要由张紧装置框架、张紧改向滚筒、弹簧缓冲器、偏心制动轮等部件组成。此种张紧张紧装置主要靠框架的重量和配重的大小来张紧皮带,它是利用重锤的重量产生张紧力,并保证输送带在各种工况下均有恒定的张紧力,可以自动补偿由于温度改变和磨损而引起的输送带的伸长变化。此种张紧装置的优点是,结构简单,工作可靠,低的维护量,成本较低;缺点是,不能根据工作情况,调整张紧力的大小,占用空间大。皮带往往只能保持在一种较紧的张紧状态。1滑轨 2张紧装置框架 3滚筒安装平台 4滚筒滑槽5限位挡块6制动偏心轮 7销轴 8装运连杆9吊架 10传动连杆11缓冲器12胶带 13轴承支座 14张紧改向滚筒15配重图1-2垂直重锤式
12、张紧装置车式重锤张紧装置是将重物由钢丝绳通过定滑轮与滑动小车相连,将张紧滚筒固定在滑动小车上,由重物拉动滑动小车对输送带产生张紧力(见图1-3) ;车工式重锤张紧装置是通过用钢丝绳悬挂起来的重锤使输送机的张紧车产生张紧力。图1-3车式重锤张紧装置重锤张紧装置的优点是可以通过重锤的位移迅速吸收输送带的弹性伸长,动态响应快,结构简单,且重锤张紧力是基本恒定的,仅在输送机起动和停车时产生很小的惯性力,因而安全可靠性比较高,在带式输送机中使用最为广泛。它的缺点是: 张紧力始终保持不变,不能随带式输送机起动、稳定运行所需的不同张力进行调节,在稳定运行过程中输送带始终处于过张紧状态,影响输送带的使用寿命;
13、较为笨重,需要的工作空间大(特别是张紧力较大时) ,维修较为费工费时。(2) 固定式张紧装置固定式张紧装置是指张紧滚筒在输送机起动前和停机后可以左右移动改变张紧力,而在运行过程中位置始终不变,张紧力随着张力的变化而变化(不能保持恒定)的张紧装置。其中螺旋张紧装置常用于短距离输送机中,螺旋张紧装置见图1-4。图1-4螺旋张紧装置由图1-4可见,张紧滚筒的轴承座安装在活动架上,活动架可在导轨上滑动。旋转调节螺杆,螺母带动活动架一起前进和后退,达到张紧和放松输送带的目的。电动绞车和手动绞车式固定式张紧装置适用于水平输送和小倾角上运输送的大型输送机,但当胶带产生塑性变形后,引起胶带张力变小,悬垂度增大
14、,这时应重新调整张紧位置。固定绞车张紧装置由绞车、张紧钢丝绳、滑轮、张紧小车等组成,通过绞车卷进、放出钢丝绳来调节输送带所需的张紧力。(3) 自动式张紧装置自动张紧装置是一种在带式输送机工作过程中能按一定要求自动调节张紧力的张紧装置,在现代化长距离带式输送机中使用较多,它能够使输送带具有合理的张力,自动补偿输送带的弹性和塑性变形,是一种理想的张紧装置,对长距离大运量的带式输送机,自动张紧装置能够保证输送机有效的工作,避免输送带出现松驰,飘带跑偏,喘振等异常现象。自动式张紧装置有两种形式:电动式张紧装置 是通过电磁可控离合器由励磁器发生的磁场,来改变传递给绞车力矩的大小从而调节输送机带拉力。输送
15、机启动前,启动绞车将输送机带的奔入点拉力增加1.5倍的运动拉力,然后启动驱动电动机,输送带正常运行后,绞车又自动换成正常运行拉力。另一种自动张紧装置是在驱动回程段使胶带保持一个恒定的张力,它是通过测力计与张紧装置的控制系统一起工作,在启动时能传感胶带张力的变化,从而使张紧装置绞车是缠卷或松驰以保持合适的胶带张力。液压式张紧装置 通过液压油缸(或绞车)的快速位移来吸收输送带的弹性伸长,分为液压绞车张紧、液压油缸张紧、液压油缸与固定绞车组合张紧3种。液压绞车张紧装置是通过液压马达动作,使张紧绞车卷进和松开输送带来自动调节输送带的张紧力;液压油缸张紧装置由蓄能站、液压泵站、张紧油缸、电控箱和附件五大
16、部分组成,通过液压站压力使油缸产生伸缩来调节带式输送机的张紧力。液压张紧装置的优点是结构紧凑,易于实现远距离控制,可以根据输送机在启动和正常运行工况下对输送带张力的不同要求调节输送带张紧力,控制响应速度快,能够在驱动滚筒与输送带产生滑动时自动增加张紧力。缺点是不能随输送带上载荷的变化自动进行张紧力调节,不容量对皮带的张紧力实现点控。1.4 对张紧装置的要求(1) 响应速度快,工作可靠;(2) 张紧滚筒上输送带的包角,并与滚筒位移平行,施加的张紧力应通过滚筒中心,以免张力由于其位置不同而变化;(3) 不能出现死区,即张紧滚筒作反向移动时,不至于产生张力突然变化。尤其机尾有低谷的高垂度输送机,制动
17、时在低谷处会由于垂度过大而引起输送带的折叠和严重变形,从而导致落料。张紧装置的位置(1)张紧装置尽量安装在靠近传动滚筒的空载分支上,以利于启动和制动时不产生打滑现象;(2)张紧装置应尽可能布置在输送带张力最小处,这样可减小张紧力;(3)应尽可能使输送带张紧滚筒的绕入和绕出分支方向与滚筒位移线平行,且施加的张紧力要通过滚筒中心。2 主要设计参数及方案确定2.1 主要设计要求对比各种张紧装置的作用,根据实际情况设计一台机械张紧装置:工作参数如下;(1) 最大张紧力F: 100KN(2) 张紧行程L: 10 m2.2 方案的确定对比上述各种张紧装置的作用,按常规方式设计的各种机械张紧装置,很难达到最
18、佳的张紧效果。主要问题在于皮带张紧时不能对张紧力进行实时控制和自动调节,而且响应速度慢,变频调速张紧装置作为一种新型的皮带张紧装置,它采用了变频调速技术,起、制动时对皮带的冲击能明显降低,延长了皮带和设备的使用寿命。该装置结构简单、维护方便,并且能够实现长距离带式输送机的张紧要求。自动绞车式张紧装置具有以下特点:通过拉力传感器电信号控制张紧装置,可靠性高。在皮带机启动阶段,能提供足够大的启动张紧力;启动完毕后又可使胶带的张紧力恢复到额定值以维持胶带输送机的正常运行,再加上变频调速技术,达到能够对张紧力进行实时控制和自动调节的要求。在此选择变频调速自动绞车张紧装置进行设计。变频调速自动张紧装置的
19、系统主要由变频调速电机,自锁蜗杆减速器,一对开式齿轮,卷筒,张力传感器等组成。变频调速自动张紧装置的工作原理:当带式输送机起动时,首先把主电机的起、停信号传递给自动张紧装置的控制系统,电机,蜗轮蜗杆减速器,卷筒工作,钢丝绳通过滑轮拉紧张紧滚筒。当张力传感器反馈张紧力达到起时设定值时(即正常工作的1.5倍),变频电机停止工作,自锁蜗杆锁紧。主电机起动结束信号再次传递给张紧装置控制系统,电机反向工作,卷筒靠输送机张力逆转,起着自动松带的目的,直到张力传感器反馈的数值达到设定工作值时,自锁蜗轮蜗杆处于自锁状态。在正常工作时充许输送机张力在设定值的10%范围内波动。如果皮带张紧力小于设定张力时,自动张
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