论机电一体化).doc
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1、武汉理工大学网络继续教育学院毕 业 论 文(设 计) 届 专业 班级题 目 姓 名 学号 指导教师 职称 二一 年 月 日内 容 摘 要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仿真分析,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。关 键 词运带式输送机;驱动方式;制动方式;长运距;大运量Electromechanical integration theoryAbstractIn this paper the
2、 tradition of the belt conveyor drive and brake scheme based on the study of the theory, put forward the long distance transport under large-capacity belt conveyor common driving way and brake method, through the system dynamic modeling calculation and simulation analysis, the static and dynamic ana
3、lysis results design conclusion combination, and points out that the long distance large-capacity shipped under the starting of belt conveyor, operation, and the problems in the process of braking, and puts forward practical control theory and solutions. Key words The belt conveyor;drive mode br;aki
4、ng mode,;long distance,;big volume 目 录绪 论51 输送机的发展与现状51.1 国内外带式输送机的发展与现状51.1.1 国外煤矿用带式输送机技术现状和发展趋势61.1.2 国内煤矿用带式输送机的技术现状及存在的问题61.1.3 我国煤矿用带式输送机的发展71.2 选题背景71.2.1 主要技术参数81.2.2 线路参数81.2.3 物料特性81.2.4 带式输送机工作环境81.3 本课题的研究内容81.3.1 长运距、大运量下运带式输送机关键技术分析研究81.3.2 带式输送机的设计及驱动、制动方案的分析92 长距离、大运量下运带式输送机关键技术的分析92
5、.1 下运带式输送机的基本组成92.2 驱动方案的确定92.3 新型下运带式输送机驱动组合及其控制过程103 长距离大运量下运带式输送机设计113.1 带式输送机原始参数123.2 带式输送机的设计计算123.2.1 输送带运行速度的选择123.2.2 输送带宽度计算123.2.3 初选输送带133.3 输送机布置形式及基本参数的确定133.3.1 输送带布置形式133.3.2 输送机基本参数的确定143.4 线路阻力的计算143.5 输送带张力的计算153.5.1 张力计算时各种运行工况的讨论153.5.2 最大发电状态下张力计算163.5.3 最大电动状态下张力计算184 结束语185 答
6、谢辞18参考文献18论机电一体化绪 论带式输送机的最新发展方向时一呈现长距离、大运量、高速度、集中控制等特点。与其他运输设备(如机车类)相比,不仅具有长距离、大运量、连续运输的特点,而且运行可靠,易于实现自动化和集中控制,经济效益十分明显。带式输送机也是煤矿最为理想的高效连续运输设备,特别是煤矿高产高效现代化的大型矿井,带式输送机己成为煤炭高效开采机电一体化技术与装备的关键设备。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
7、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。1 输送机的发展与现状1.1 国内外带式输送机的发展与现状长距离、大运量、高速是带式输送机的最新发展方向。与其他运输设备(如机车类)相比,带式输送机不仅具有长距离(单机长度可达5000米,而且可以实现多机进行串联搭接,运距可达206km )、大运量、连续运输的特点,而且运行可靠,易于实现自动化和集中控制,经济效益十分明显。带式输送机运行维护费用远远低于公路汽运方式,而且只要生产时间超过5年,带式输送机输送方式比公路汽运的总投资要小得多
8、,所以在企业的生产过程中,凡能实现带式输送机输送的场合,一般都采用连续的带式输送机输送。与其他设备相比,带式输送机有以下优点:1)输送物料种类广泛;2)输送能力范围宽;3)输送线路的适应性强;4)灵活的装卸料,可以灵活实现一点或多点受料或卸料;5)可靠性和安全性高;6)费用低。国外对于长距离地面输送带式输送机的研究和使用较早,主要用于港口、钢厂、水泥厂、矿山等场合。带式输送机也是煤矿最为理想的高效连续运输设备,特别是煤矿高产高效现代化的大型矿井,带式输送机己成为煤炭高效开采机电一体化技术与装备的关键设备。1.1.1 国外煤矿用带式输送机技术现状和发展趋势表1.1 国外带式输送机的主要技术指标主
9、要参数 国外300-500万t/a高产高效矿井顺槽可伸缩带式输送机大巷与斜井固定式强力带式输送机运距(m)2000-30003000带速(m/s)3.5-4 4-5,最高达8输送量(t/h)2500-3000 3000-4000驱动总功率(kw)1200-2000 1500-3000,最大达10100国外带式输送机技术的发展主要表现在三个方面1:(1)带式输送机功能多元化、应用范围扩大化,如大倾角带式输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型;(2)带式输送机本身的技术向长运距、大运量、高带速等大型带式输送机方向发展;(3)带式输送机本身关键零部件向高性能、高可靠性方向发展。在煤矿井
10、下,由于受环境条件的限制,其带式输送机的技术指标要比地面用带式输送机的指标为低。国外通常使用的带式输送机的主要技术指标如表1.1所示。1.1.2 国内煤矿用带式输送机的技术现状及存在的问题从20世纪80年代起,我国煤矿用带式输送机也有了很大发展,对带式输送机的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SDJ, SSJ, STJ, 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,但这一阶段的发展大都基于我国70年代前后引进带式输送机的变形和改进,主体结构没有大的变化。进入90年代后,随着煤矿现代化的发展和需要,我国对大倾角带式输送机、高产高效工作面顺
11、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,研制成功了软启动和制动装置以及PLC控制为核心的防爆电控装置。随着我国煤矿高产高效矿井的发展,煤矿井下带式输送机到目前己达到表1.2所示的主要技术指标。表1.2 国内带式输送机的主要技术指标主要参数顺槽可伸缩式输送机大巷与斜井固定式强力带式输送机运距(m)2000-30004500带速(m/s)2.5-4.5 3-5输送量(t/h)1500-3000 2000-3000驱动总功率(km)900-1600 1500-3000从表1.1和表1.2的比较可以看出
12、,我国煤矿高产高效矿井配套国产带式输送机的水平基本达到了国际水平。目前,在带式输送机产品中,主要存在的问题但关键零部件的可靠性水平还有待于进一步提高。在煤矿井下,由于煤层和井下地质结构等原因,有时不得不采用下运带式输送机。由于下运方式对制动技术、可靠性、安全性等要求较高,在矿井开拓及运输方式设计时,大都尽量避免下运运输方式,这也是目前下运带式输送机应用较少的原因2。1.1.3 我国煤矿用带式输送机的发展1)大型化、智能化为了适应高产高效集约化生产的需要,带式输送机的运输能力要加大,控制自动化水平要提高,长运距、高带速、大运量、大功率是带式输送机今后发展的必然趋势。在今后的10年内,输送量要达到
13、40005000t/h,带速要提高到6m/s,顺槽可伸缩输送机头部集中驱动要达到3000米,对于固定强力带式输送机要达到5000米,单机驱动功率10001500KW,输送带要达到PVG3150和ST6000以上。2)提高关键零部件的性能和可靠性设备开机率的高低主要取决于输送机关键零部件的性能和可靠性。而要提高关键零部件的性能和可靠性,除了进一步完善和提高现有零部件的性能和可靠性外,还要不断开发研究新的技术和零部件,如高性能可控软启动技术、动态分析与监控技术、高效储带装置、快速自移机尾、高寿命托辊等,使带式输送机的性能进一步提高。3)扩大功能,一机多用化带式输送机是一种理想的连续运输设备,但目前
14、其效能还没有充分发挥,资源有所浪费。如将带式输送机结构作适当修改,并采取一定的安全措施,就可拓展到运人、运料或双向运输等功能,做到一机多用,使其发挥最大的经济效益。4)开发专用机种中国煤矿的地质条件差异较大,在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要求,如弯曲、大倾角(25)直至垂直提升、长运距下运带式输送机等,而有些场合常规的带式输送机是无法满足要求的。为了满足煤矿井下的某些特殊要求,应开发满足这些特殊要求带式输送机,如波纹挡边输送机、管状带式输送机、平面转弯带式输送机、线摩擦多驱动带式输送机、大倾角上运带式输送机、打倾角下运带式输送机等3。 1.2 选题背景充矿集团东滩煤矿东翼一采区储量约1亿
15、吨,该采区的原煤运输全部由一采区主运输大巷固定带式输送机担负,该输送机运距3005米,运量1800吨/小时,提升高度-175米,是属于典型的煤矿井下长运距、大运量下运带式输送机。东滩煤矿东翼一采区运输大巷固定带式输送机的设计参数说明如下:1.2.1 主要技术参数输送能力 Q=1800t/h输送长度 L=3005m输送带宽度 B=1200mm1.2.2 线路参数东翼一采区上山主运输大巷共3005米,可简化为如图1.1所示的八段:第一段(1点到2点)平运长度540米第二段(2点到3点)下运水平长度207米,提升高度27.1米第三段(3点到4点)平运水平长度62米第四段(4点到5点)下运水平长度51
16、8米,提升高度82米第五段(5点到6点)平运长度470米第六段(6点到7点)上运水平长度360米,提升高度18.9米第七段(7点到8点)下运水平长度400米,提升高度28.4米第八段(8点到9点)下运水平长度435米,提升高度56米整机水平长度2992米,运输长度3005米图1.1 输送线路参数图1.2.3 物料特性输送物料 原煤物料密度 =900kg/m3物料安息角 501.2.4 带式输送机工作环境安装地点:东滩煤矿东翼一采区上山主运输大巷,底板为煤,环境温度:035 。由于带式输送机巷道起伏不平,变坡点较多,致使此带式输送机运行工况相当复杂,是目前国内乃至国外煤矿井下运行工况最为复杂的带
17、式输送机之一:从另一方面,下运带式输送机运行安全可靠性要求高,控制系统复杂,且我国目前对下运带式输送机的理论研究较少,特别是长运距、大运量下运带式输送机系统的工况分析、动态分析、启动、制动技术研究较少,这也是本文选择长运距、大运量下运带式输送机进行研究的目的。1.3 本课题的研究内容1.3.1 长运距、大运量下运带式输送机关键技术分析研究通过下运带式输送机驱动装置的各种组成方案的分析比较,以及常规长运距、大运量下运带式输送机驱动方案中软制动技术和软起动技术的理论研究,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,并分析常见驱动方式和制动方法的优点和存在问题,归纳总结出长运距、大运量下
18、运带式输送机关键驱动方案和制动方式选择的依据。1.3.2 带式输送机的设计及驱动、制动方案的分析针对充矿集团东滩煤矿东,翼一采区主运输大巷固定下运带式输送机的设计参数及其特殊的工作环境所形成的复杂工况,首先对正常运行时工况进行设计计算,然后再对空载及最大正功和最大负功工况进行计算,再对各种工况的计算结果分析讨论,最后确定合理的张紧方式及张紧力大小,提出合理的张紧装置的选型。通过各种工况的计算、分析比较,提出合理的驱动装置中,电机、减速器、软起动装置(调速型液力耦合器)及软制动装置各部件的选型方案。2 长距离、大运量下运带式输送机关键技术的分析2.1 下运带式输送机的基本组成带式输送机的组成如图
19、2.1所示4,主要其有:输送带、驱动装置(电动机、减速机、软起动装置、制动器、联轴器、逆止器)、传动滚筒、改向滚筒、托辊组、拉紧装置、卸料器、机架、漏斗、导料槽、安全保护装置以及电气控制系统等组成。1-头部漏斗2-机架3-头部扫清器4-传动滚筒5-安全保护装置6-输送带7-承载托辊8-缓冲托辊9-导料槽10-改向滚筒11-拉紧装置12-尾架13-空段扫清器14-回程托辊15-中间架16-电动机17-液力偶合器18-制动器19-减速器20-联轴器图2.1 带式输送机组成示意图2.2 驱动方案的确定带式输送机的驱动部是整机组成的关键部件。驱动部配置是否合适,直接影响带式输送机能否正常运行。长距离、
20、大运量带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力矩,以保证输送带不出现超速、打滑及输送带上的物料不出现滚料和滑料现象5。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。同时,在输送机空载起车时还必需保证起动的平稳性。下运带式输送机受地形条件(如起伏较大)和装载量的影响,其起动工况比较复杂,应考虑如下几种:1)负载量小或空载,松闸后带式输送机不能自起动;2)负载量较大,松闸后带式输送机能自起动,但自然加速度较小;3)负载量大,松闸后带式输送机能自起动,且自然加速度较大6。下运带式
21、输送机在正常运行时,电动机也存在发电工况、电动工况交织运行的问题,所以在设计中,一般较少考虑软起动装置。带式输送机配下运带式输送机在正常运行时,电动机也存在发电工况、电动工况交织运行的问题,所以在设计中,一般较少考虑软起动装置。带式输送机配置软起动装置,可有效降低起、制动过程的动张力,延长输送带及接头的使用寿命,甚至可降低输送带强度,具有很大的经济意义。对此煤矿安全规程作了相应规定。由于下运带式输送机一般情况下电动机工作在发电工况,空载时电动机工作在电动工况。目前常用的下运带式输送机驱动部典型设备配置如表2.1所示7。表2.1 常用下运带式输送机驱动部组合表组合设备 1 2 3 4 5 电动机
22、 单机或多机1:1(或2:1)驱动 单机驱动或多机1:1(或2:1)驱动 多电机1:1(或2:1)驱动 多电机1:1(或2:1)驱动 多电机1:1(或2:1)驱动 软起动 无 限矩型液力偶合器 限矩型液力偶合器 调压电气软起动 滑差离合器 减速器 垂直轴或平行轴 垂直轴或平行轴 垂直轴或平行轴 垂直轴或平行轴 可以采用垂直轴或平行轴 制动器 可控盘式制动装置 可控盘式制动装置 液压制动或液力制动+推杆制动 可控制动装置 可控制动器 拉紧装置 重力拉紧或自动拉紧 重力式拉紧装置 重力式拉紧装置 重力拉紧或自动拉紧装置 重力拉紧或自动拉紧装置 适用场合 短距离,中小倾角、小型机 中长距离,大倾角
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