關(guān)于變頻調(diào)速?gòu)埦o裝置傳動(dòng)系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1概述1</b></p><p>　　1.1帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)原理1</p><p>　　1.2張緊裝置在帶式輸送機(jī)中的作用2</p><p>　　1.3張緊裝置的發(fā)展及國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)2</p>

2、<p>　　1.4張緊裝置的種類綜述3</p><p>　　1.5選題的目的與意義4</p><p>　　2帶式輸送機(jī)張緊裝置理論分析6</p><p>　　2.1張緊裝置的合理布置6</p><p>　　2.2帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)對(duì)張緊力的要求6</p><p>　　2.2.1撓性體

3、摩擦傳動(dòng)理論6</p><p>　　2.2.2 傳動(dòng)滾筒（只介紹單傳動(dòng)滾筒）7</p><p>　　2.3張緊裝置參數(shù)的確定9</p><p>　　2.3.1張緊力的確定9</p><p>　　2.3.2張緊裝置行程的確定10</p><p>　　3變頻調(diào)速?gòu)埦o裝置系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)12</p>

4、<p>　　3.1變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置的系統(tǒng)組成12</p><p>　　3.2變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置工作原理12</p><p>　　3.3變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置的特點(diǎn)13</p><p>　　3.4本課題所做的工作14</p><p>　　4設(shè)計(jì)計(jì)算部分15</p><p>　　4.1

5、輸送機(jī)參數(shù)15</p><p>　　4.1.1帶式輸送機(jī)原始參數(shù)15</p><p>　　4.1.2帶式輸送機(jī)運(yùn)行阻力15</p><p>　　4.1.3輸送帶張力15</p><p>　　4.2張緊裝置的設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.2.1輸出功率16</p><p>　　4

6、.2.2鋼絲繩的選型16</p><p>　　4.2.3卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算17</p><p>　　4.2.4傳動(dòng)方案、總傳動(dòng)效率、傳動(dòng)比分配及電機(jī)選型18</p><p>　　4.2.5減速器傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算19</p><p>　　4.2.6減速器內(nèi)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算19</p><p>　　4.2.7減速器外

7、傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及其說(shuō)明44</p><p>　　4.2.8控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其說(shuō)明45</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)74</b></p><p><b>　　英文原文75</b></p><p><b>　　中文譯文80</b></p><p&g

8、t;<b>　　致 謝87</b></p><p><b>　　概述</b></p><p>　　近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及科技的進(jìn)步，帶式輸送機(jī)向高速、長(zhǎng)距離、大運(yùn)量和大功率方向發(fā)展，輸送距離也隨之越來(lái)越長(zhǎng)。帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性日益突出，不容忽視。而張緊裝置作為帶式輸送機(jī)的一個(gè)重要組成部分，其重要作用和特性決定了它對(duì)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性

9、的影響更加突出。</p><p>　　張緊裝置作為帶式輸送機(jī)系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分，它的性能好壞直接影響帶式輸送機(jī)的性能，因此國(guó)內(nèi)外學(xué)者也對(duì)其做了很多研究，大致可歸納為三個(gè)階段。</p><p>　　大型帶式輸送機(jī)拉緊裝置應(yīng)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)拉緊力、響應(yīng)速度快、可靠性高等特性。</p><p>　　國(guó)內(nèi)的拉緊裝置目前能做到自動(dòng)調(diào)節(jié)拉緊力，但響應(yīng)速度不快、可靠性不高，即

10、：當(dāng)受外界干擾時(shí)，如何合理地對(duì)其進(jìn)行控制調(diào)整，使輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)性能最佳，這就需要深入研究輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)特性及拉緊裝置的工作特點(diǎn)。</p><p>　　大型帶式輸送機(jī)對(duì)張緊裝置性能要求高，中小型帶式輸送機(jī)中廣泛使用的電動(dòng)絞車張緊和重錘張緊方式不能滿足需要，必須采用大拉力自動(dòng)張緊裝置，自動(dòng)張緊裝置在輸送機(jī)起、制動(dòng)及正常運(yùn)行時(shí)能實(shí)現(xiàn)輸送帶張力的自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證輸送代以較小的張力運(yùn)行，這對(duì)大型帶式輸送機(jī)來(lái)說(shuō)可以提高輸送帶的使用

11、壽命，提高整個(gè)輸送機(jī)系統(tǒng)的可靠性、安全性。自動(dòng)張緊裝置設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的一個(gè)重要因素是：張緊裝置的反應(yīng)速度不能不能滯后于張力波在輸送帶中的傳播速度。國(guó)內(nèi)外使用的自動(dòng)張緊裝置種類很多，較有代表性的有兩種形式：自動(dòng)控制絞車張緊和液壓系統(tǒng)與絞車結(jié)合張緊。英國(guó)和日本較多使用自動(dòng)控制絞車張緊方式，歐洲國(guó)家則更多地使用液壓系統(tǒng)。這兩種形式的張緊裝置為機(jī)電液一體化產(chǎn)品，從一定程度上設(shè)備較復(fù)雜，還有待進(jìn)一步改進(jìn)。本課題所進(jìn)行的變頻調(diào)速?gòu)埦o裝置研究，略去了

12、液壓調(diào)速部分，使設(shè)備更加緊湊，使用更加方便。</p><p>　　交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速在近20年來(lái)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，尤其是電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展使得交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速開始逐步替代直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速，與此同時(shí)交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速也在不斷進(jìn)步，人們采用電壓頻率協(xié)調(diào)控制技術(shù)（即V/f比為常數(shù)）、轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)、矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展過(guò)程，轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)的采用，使得變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在

13、一定程度上改善了系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)又比矢量控制方法簡(jiǎn)便。</p><p>　　國(guó)內(nèi)拉緊裝置性能差、工作不可靠是國(guó)內(nèi)大型帶式輸送機(jī)運(yùn)行事故多的原因之一，但目前拉緊技術(shù)還不被人們所重視。與國(guó)外技術(shù)還有很大差距，有待進(jìn)一步研究開發(fā)。[24]</p><p>　　帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　帶式輸送機(jī)發(fā)展至今已有150多年的歷史，早期的輸送帶式用皮革之

14、類的材料制成的，后來(lái)用皮革加纖維織物制造。目前使用的輸送帶主要有單層織物芯輸送帶、雙層織物芯輸送帶，用于長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的鋼絲身心輸送帶。隨著物料運(yùn)輸量的增大，帶式輸送機(jī)取得了巨大的發(fā)展，出現(xiàn)了大量的新型結(jié)構(gòu)帶式輸送機(jī)，其中具有代表性的主要有：深槽帶式輸送機(jī)、花紋帶式輸送機(jī)、管狀帶式輸送機(jī)、氣墊式帶式輸送機(jī)、平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)、線摩擦帶式輸送機(jī)等。[27]</p><p>　　帶式輸送機(jī)是以輸送帶作為牽引和承載載

15、體一種長(zhǎng)距離運(yùn)輸設(shè)備。其結(jié)構(gòu)原理如圖1-1所示，主要由輸送帶、滾筒、拉緊裝置等組成。輸送帶繞經(jīng)傳動(dòng)滾筒和尾部滾筒形成無(wú)極環(huán)形帶，上下輸送帶由托輥支撐以限制輸送帶的扭曲垂度，拉緊裝置為輸送帶提供所需的張力。工作時(shí)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)滾筒，通過(guò)傳動(dòng)滾筒和輸送帶之間的摩擦力驅(qū)動(dòng)輸送帶運(yùn)行，物料裝在輸送帶上，隨著輸送帶一起運(yùn)動(dòng)。[27] </p><p>　　圖 1-1 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)原理</p>

16、<p>　　張緊裝置在帶式輸送機(jī)中的作用</p><p>　　帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)是靠輸送帶與滾筒之間的摩擦力來(lái)完成，因此，輸送帶張力的大小與變化對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行起著重要的作用，而輸送帶張力是靠張緊裝置提供的，所以，張緊裝置就是影響帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備。</p><p>　　張緊裝置在大型帶式輸送機(jī)系統(tǒng)中的主要作用：1）產(chǎn)生預(yù)緊力，防止輸送帶在傳動(dòng)滾筒上打滑，確保傳動(dòng)滾筒傳遞足夠的

17、圓周力。2）使輸送帶在兩節(jié)托輥間的垂度滿足要求，減小輸送帶在托輥間的運(yùn)行阻力，并防止輸送機(jī)撒料。3）在帶式輸送機(jī)啟、制動(dòng)及正常運(yùn)行中補(bǔ)償輸送帶的塑性及彈性伸長(zhǎng)。4）減小啟制動(dòng)時(shí)輸送帶中出現(xiàn)的動(dòng)負(fù)荷。5）為輸送帶重接接頭提供必要的行程。6）在輸送帶、傳動(dòng)滾筒等部件維修時(shí)釋放輸送帶中的張緊力。</p><p>　　張緊裝置的發(fā)展及國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)</p><p>　　張緊裝置作為帶式輸送機(jī)系統(tǒng)不

18、可缺少的重要組成部分，它的性能好壞直接影響帶式輸送機(jī)的性能，因此國(guó)內(nèi)外學(xué)者也對(duì)其做了很多研究，大致可歸納為三個(gè)階段：[24]</p><p>　　第一階段：純機(jī)械張緊。主要產(chǎn)品有兩種：固定式絞車?yán)o、重錘式拉緊。從本質(zhì)上說(shuō)，絞車?yán)o的功能只是拉緊，當(dāng)膠帶由于種種原因伸長(zhǎng)而張緊力下降時(shí)，只能通過(guò)人的觀察發(fā)現(xiàn)后重新張緊；重錘式張緊裝置通過(guò)滑輪組和重錘塊達(dá)到張緊目的，當(dāng)膠帶伸長(zhǎng)時(shí)，能自動(dòng)吸收其伸長(zhǎng)。</p>

19、<p>　　第二階段：張緊力可調(diào)。典型產(chǎn)品是自動(dòng)絞車（機(jī)械絞車或液壓絞車）自動(dòng)張緊裝置。技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)為：只能實(shí)現(xiàn)在穩(wěn)定（勻速）階段的自動(dòng)張緊，保持膠帶在該階段的張力恒定，而在啟動(dòng)與制動(dòng)等不穩(wěn)定工況下則與固定式絞車相同。其結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為：帶有閘——轎車張緊時(shí)松閘，停止時(shí)緊閘，絞車運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間很短，而大部分時(shí)間處于停車待命狀態(tài)。</p><p>　　第三階段：動(dòng)態(tài)自動(dòng)張緊（實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤）。主要產(chǎn)品有液壓絞

20、車自動(dòng)張緊與液壓缸自動(dòng)張緊。如果內(nèi)外使用較多的KJ2029型礦用帶式輸送機(jī)自動(dòng)張緊系統(tǒng)，法國(guó)A型帶式輸送機(jī)液壓缸自動(dòng)張緊系統(tǒng)，DYL液壓缸自動(dòng)張緊系統(tǒng)。這幾種張緊裝置都具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、張力可調(diào)的功能，能在啟制動(dòng)狀態(tài)和正常運(yùn)行狀態(tài)保持不同的張緊力。</p><p>　　第三階段國(guó)內(nèi)具有代表性的產(chǎn)品就是由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研制的液壓控制自動(dòng)張緊裝置。其特點(diǎn)是：?jiǎn)?dòng)時(shí)輸送帶奔離點(diǎn)的張力值可自動(dòng)調(diào)高到穩(wěn)定時(shí)的1.4～1.5倍，

21、穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)自動(dòng)降低到原值；用動(dòng)滑輪來(lái)解決張緊裝置對(duì)大行程的要求；使用蓄能器提高系統(tǒng)張力的穩(wěn)定性，使用壓力繼電器控制張力的變化。</p><p>　　國(guó)外主要有澳大利亞ACE輸送機(jī)公司帶式輸送機(jī)自動(dòng)張緊裝置（APW）。該專利絞車就是專為控制和調(diào)節(jié)帶式輸送機(jī)的皮帶張力而設(shè)計(jì)的張緊裝置，它具有快速的松帶和緊帶性能，反應(yīng)敏捷、體積小、控制靈活、運(yùn)行可靠、操作簡(jiǎn)單、安裝方便、噪音小、保護(hù)功能齊全等一系列優(yōu)點(diǎn)，在世界上許多國(guó)

22、家都得到了快速發(fā)展和應(yīng)用[24]</p><p>　　APW張緊裝置可在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)和控制皮帶張力，具有良好的動(dòng)態(tài)性能。我國(guó)的神華集團(tuán)、兗州礦務(wù)局、晉城礦務(wù)局等現(xiàn)代化礦井的大型輸送機(jī)均使用這種張緊裝置，國(guó)內(nèi)礦井最長(zhǎng)的6000m（運(yùn)量2500t/h）順槽輸送機(jī)和6762m（運(yùn)量2500t/h）固定輸送機(jī)的張緊技術(shù)便采用了該裝置。這種新型張緊裝置不僅在高產(chǎn)高效長(zhǎng)臂工作面的可伸縮順槽輸送機(jī)上普遍使用，而且在大運(yùn)量、長(zhǎng)距

23、離、高速的固定帶式輸送機(jī)上使用量也在不斷擴(kuò)大，就目前國(guó)內(nèi)外張緊裝置，APW張緊裝置在大型皮帶輸送機(jī)上的運(yùn)用效果良好?，F(xiàn)在澳大利亞ACE公司已經(jīng)研制出變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置，但國(guó)內(nèi)還是空白，有待我們研究開發(fā)更先進(jìn)的張緊裝置，而我就提出了自己的想法，嘗試著自己去初步設(shè)計(jì)。</p><p>　　變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置除了具有液壓自動(dòng)張緊裝置所具有的優(yōu)點(diǎn)外，還具有液壓自動(dòng)張緊裝置所不具備的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、體積更小、維修調(diào)試

24、更方便等等。</p><p><b>　　張緊裝置的種類綜述</b></p><p>　　張緊裝置按其種類可分為：重錘式、固定式、自動(dòng)張緊三大類。</p><p><b>　?。?）重錘式</b></p><p>　　重錘式張緊裝置利用重錘來(lái)自動(dòng)張緊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣泛。由于靠重錘自動(dòng)張緊，所以

25、它能保證張緊力在各種工況下保持不變，而且能自動(dòng)補(bǔ)償膠帶伸長(zhǎng)。這種張緊裝置主要是保持張緊力不變，所以這就要求重錘拉緊裝置的張緊力按帶式輸送機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)和正常工作時(shí)的最大張緊力進(jìn)行設(shè)計(jì)。這導(dǎo)致皮帶始終處于高張緊狀態(tài)</p><p>　　重錘式張緊裝置的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠性高。缺點(diǎn)是：拉緊力不能調(diào)節(jié)，降低皮帶與設(shè)備的使用壽命；空間要求大，在空間受限制的地方，無(wú)法使用；由于改向滾筒多，物料容易掉入輸送帶與拉緊滾筒

26、之間而損壞皮帶，特別是在輸送潮濕且粘性較大的物料時(shí)。但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)短距離上的帶式輸送機(jī)來(lái)說(shuō)還是適用的。</p><p><b>　　固定式</b></p><p>　　固定式張緊裝置是帶式輸送機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中拉緊滾筒位置始終保持不變。固定式張緊裝置包括螺旋張緊裝置和絞車固定張緊裝置。</p><p>　　螺旋張緊裝置是將拉緊滾筒的軸承座固定

27、在活動(dòng)架上，螺桿與活動(dòng)架相連，通過(guò)調(diào)節(jié)螺桿來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)拉緊形成的目的。由于這種調(diào)節(jié)方式受螺桿行程的限制，所以只適用于短距離的帶式輸送機(jī)。</p><p>　　絞車固定張緊裝置是通過(guò)絞車調(diào)節(jié)張緊力的一種張緊裝置，適用于長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)。它有手動(dòng)和自動(dòng)兩種，手動(dòng)絞車一般應(yīng)用于長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)。不論哪一種，都是在輸送機(jī)停機(jī)時(shí)進(jìn)行張緊力的調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方式由于絞車可以消化吸收膠帶所產(chǎn)生的永久變形，所以可以將絞車作為輸送帶的

28、儲(chǔ)帶裝置。</p><p><b>　　自動(dòng)張緊</b></p><p>　　自動(dòng)張緊裝置是在絞車張緊裝置的基礎(chǔ)上，加上自動(dòng)控制系統(tǒng)而成的一種具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的裝置，可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)在工作狀態(tài)是張緊力的自動(dòng)調(diào)節(jié)。</p><p>　　當(dāng)輸送機(jī)啟、制動(dòng)時(shí)張緊力是正常工作時(shí)的1.4～1.5倍，而在正常工作時(shí)張緊力自動(dòng)降低到合適的值。適用于現(xiàn)代化長(zhǎng)距

29、離帶式輸送機(jī)。目前使用較多的兩種自動(dòng)張緊裝置有：自動(dòng)絞車式張緊裝置和液壓式自動(dòng)張緊裝置。雖然這二種自動(dòng)張緊裝置能實(shí)現(xiàn)對(duì)張緊力的自動(dòng)調(diào)節(jié)，但它們都采用了普通的起動(dòng)方式，對(duì)電網(wǎng)和設(shè)備具有沖擊。而且液壓式自動(dòng)張緊裝置從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，設(shè)備的維護(hù)也較繁瑣。</p><p><b>　　選題的目的與意義</b></p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)外已使用了許多長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、多

30、點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)，由于膠帶是彈性體，在輸送機(jī)的啟動(dòng)與停車過(guò)程中，膠帶內(nèi)會(huì)儲(chǔ)存或釋放很大的能量，這些能量在膠帶內(nèi)會(huì)形成很大的應(yīng)力波動(dòng)。為了吸收膠帶應(yīng)力波動(dòng)的能量，在一些設(shè)計(jì)中常常采用恒力自動(dòng)張緊裝置。由于輸送機(jī)動(dòng)力學(xué)計(jì)算的理論尚不成熟，國(guó)內(nèi)在帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中一般都按靜力學(xué)計(jì)算，對(duì)于輸送機(jī)的最大起動(dòng)圓周力是按工作圓周力的1.4～1.5倍進(jìn)行計(jì)算，這樣造成輸送機(jī)膠帶和設(shè)備投資費(fèi)用過(guò)高，主要受力部件的參數(shù)過(guò)大，也常常使輸送機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布

31、置、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置和制動(dòng)裝置的參數(shù)設(shè)置不合理，在一些礦井，輸送機(jī)緊急停車時(shí)，會(huì)造成膠帶局部應(yīng)力過(guò)小而導(dǎo)致膠帶松弛、物料堆積、膠帶損壞等嚴(yán)重事故。因此，了解帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)特性是必要的。</p><p>　　影響帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)特性的因素是多方面的。對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行優(yōu)化的主要目標(biāo)是降低輸送帶起動(dòng)的動(dòng)張力峰值，保證輸送機(jī)在較低的安全系數(shù)下能夠穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)還要盡量使輸送機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)的張力不至于過(guò)低，以防止振動(dòng)、跑偏、

32、驅(qū)動(dòng)滾筒打滑等不利現(xiàn)象。雖然諸多的邊界條件都可以使輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)特性發(fā)生改變，但是可操作的因素卻很有限，只有驅(qū)動(dòng)裝置與拉緊裝置可以通過(guò)軟起動(dòng)與控制拉緊力的方式來(lái)改善輸送機(jī)整機(jī)動(dòng)態(tài)特性，因此，對(duì)輸送機(jī)動(dòng)態(tài)特性的優(yōu)化研究主要集中在驅(qū)動(dòng)與拉緊系統(tǒng)的特性上。</p><p>　　皮帶張緊裝置作為大型皮帶輸送機(jī)起動(dòng)與運(yùn)行的重要輔助設(shè)備，可以防止皮帶運(yùn)輸機(jī)皮帶在起動(dòng)和運(yùn)行時(shí)由于皮帶張緊力不合適所造成的皮帶與輸送論之間打滑現(xiàn)象，

33、從而提高皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行可靠性，延長(zhǎng)皮帶使用壽命。</p><p>　　然而拉緊裝置的這些影響，不僅和其自身性能有關(guān)，還和它與輸送機(jī)其它部件之間的配置關(guān)系有關(guān)（如安裝位置和驅(qū)動(dòng)點(diǎn)之間的距離等）。而對(duì)輸送機(jī)整體運(yùn)行起決定作用的是拉緊力的變化方式。</p><p>　　大型帶式輸送機(jī)拉緊裝置應(yīng)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)拉緊力、響應(yīng)速度快、可靠性高等特性。</p><p>　　國(guó)內(nèi)的拉

34、緊裝置目前能做到自動(dòng)調(diào)節(jié)拉緊力，但響應(yīng)速度不快、可靠性不高，即：當(dāng)受外界干擾時(shí)，如何合理地對(duì)其進(jìn)行控制調(diào)整，使輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)性能最佳，這就需要深入研究輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)特性及拉緊裝置的工作特點(diǎn)。</p><p>　　大型帶式輸送機(jī)對(duì)張緊裝置性能要求高，中小型帶式輸送機(jī)中廣泛使用的電動(dòng)絞車張緊和重錘張緊方式不能滿足需要，必須采用大拉力自動(dòng)張緊裝置，自動(dòng)張緊裝置在輸送機(jī)起、制動(dòng)及正常運(yùn)行時(shí)能實(shí)現(xiàn)輸送帶張力的自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證輸送

35、代以較小的張力運(yùn)行，這對(duì)大型帶式輸送機(jī)來(lái)說(shuō)可以提高輸送帶的使用壽命，提高整個(gè)輸送機(jī)系統(tǒng)的可靠性、安全性。自動(dòng)張緊裝置設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的一個(gè)重要因素是：張緊裝置的反應(yīng)速度不能不能滯后于張力波在輸送帶中的傳播速度。國(guó)內(nèi)外使用的自動(dòng)張緊裝置種類很多，較有代表性的有兩種形式：自動(dòng)控制絞車張緊和液壓系統(tǒng)與絞車結(jié)合張緊。英國(guó)和日本較多使用自動(dòng)控制絞車張緊方式，歐洲國(guó)家則更多地使用液壓系統(tǒng)。這兩種形式的張緊裝置為機(jī)電液一體化產(chǎn)品，從一定程度上設(shè)備較復(fù)雜

36、，還有待進(jìn)一步改進(jìn)。本課題所進(jìn)行的變頻調(diào)速?gòu)埦o裝置研究，略去了液壓調(diào)速部分，使設(shè)備更加緊湊，使用更加方便。</p><p>　　交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速在近20年來(lái)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，尤其是電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展使得交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速開始逐步替代直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速，與此同時(shí)交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速也在不斷進(jìn)步，人們采用電壓頻率協(xié)調(diào)控制技術(shù)（即V/f比為常數(shù)）、轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)、矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩

37、控制的發(fā)展過(guò)程，轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)的采用，使得變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在一定程度上改善了系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)又比矢量控制方法簡(jiǎn)便。</p><p>　　國(guó)內(nèi)拉緊裝置性能差、工作不可靠是國(guó)內(nèi)大型帶式輸送機(jī)運(yùn)行事故多的原因之一，但目前拉緊技術(shù)還不被人們所重視與國(guó)外技術(shù)還有很大差距，有待進(jìn)一步研究開發(fā)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)也只是盡綿薄之力嘗試一下，仍有許多不足之處，希望能給大家提供一些幫助。

38、</p><p>　　帶式輸送機(jī)張緊裝置理論分析</p><p>　　2.1張緊裝置的合理布置</p><p>　　張緊裝置的合理選用與合理布置，是保證輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)、起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)膠帶在驅(qū)動(dòng)滾筒上不打滑的必要條件。一般情況下，布置拉緊裝置必須考慮以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1）拉緊裝置要盡可能布置在膠帶張力的最小邊。</p>

39、<p>　　2）長(zhǎng)度在300米以上的水平或坡度在5%以下的傾角輸送機(jī)，拉緊裝置應(yīng)設(shè)置在緊靠滾筒的空載側(cè)。</p><p>　　3）距離較短的輸送機(jī)和坡度在5%以上的上傾輸送機(jī)，拉緊裝置大多布置在輸送機(jī)尾部，并用尾部滾筒作為拉緊滾筒。</p><p>　　4）在雙滾筒驅(qū)動(dòng)時(shí)，一般拉緊裝置設(shè)置在后一個(gè)傳動(dòng)滾筒分離點(diǎn)；考慮傳遞制動(dòng)力的要求，也可設(shè)置在兩個(gè)傳動(dòng)滾筒之間。</p&

40、gt;<p>　　5）不論哪一種拉緊裝置，都必須布置成拉緊滾筒繞入和繞出膠帶分支與滾筒位移線平行，而且施加的張緊力要通過(guò)滾筒中心。</p><p>　　2.2帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)對(duì)張緊力的要求</p><p>　　2.2.1撓性體摩擦傳動(dòng)理論</p><p>　　帶式輸送機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，輸送帶呈環(huán)形，并以一定的拉力作用在滾筒上。帶式輸送機(jī)靠驅(qū)動(dòng)滾筒與輸

41、送帶之間的摩擦力來(lái)傳遞牽引力。如圖2-1所示，當(dāng)帶傳動(dòng)不工作時(shí)，輸送帶兩邊的拉力相等；當(dāng)驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于輸送帶對(duì)滾筒的摩擦力作用使相遇點(diǎn)的張力加大到T1,稱為緊邊拉力；分離點(diǎn)的張力減小到T2，稱為松邊拉力；兩者之差即為摩擦力。</p><p>　　圖 2-1 撓性體摩擦傳動(dòng)</p><p>　　為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)輸送帶驅(qū)動(dòng)滾筒處不可拉伸，沒(méi)有彎曲阻力，沒(méi)有質(zhì)量且在滾筒圍包弧的摩擦系數(shù)不

42、變。</p><p>　　在圍包角弧內(nèi)任取一微量弧長(zhǎng)dl,所對(duì)應(yīng)的圍抱角為dθ。在這段弧長(zhǎng)內(nèi)，輸送帶受到的力有：近分離點(diǎn)c點(diǎn)的張力T，近相遇點(diǎn)d點(diǎn)的張力T+dT，滾筒對(duì)輸送帶的支反力dTN，圖中μ為驅(qū)動(dòng)滾筒與輸送帶之間的摩擦系數(shù)。在極限狀態(tài)下，即摩擦力達(dá)到最大靜摩擦力時(shí)，可得出下列方程：</p><p>　　由于dθ很小，可近似認(rèn)為這樣兩式可變?yōu)?lt;/p><p>　

43、　略去微量項(xiàng)，并將它代入（2-4）得</p><p>　　兩邊積分</p><p>　　求解得 </p><p>　　此即為撓性體摩擦傳動(dòng)的歐拉公式。</p><p>　　式中e——自然對(duì)數(shù)的底，e=2.718；T2max——輸送帶在相遇點(diǎn)的極限張力。</p><p>

44、;　　2.2.2 傳動(dòng)滾筒（只介紹單傳動(dòng)滾筒）</p><p><b>　?。ㄒ唬?qū)動(dòng)力</b></p><p>　　輸送帶在驅(qū)動(dòng)滾筒上緊邊與松邊的張力差，即是驅(qū)動(dòng)滾筒的驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)假設(shè)輸送帶作為一種撓性體，可以任意彎曲，不受彎曲應(yīng)力；忽略輸送帶質(zhì)量所產(chǎn)生的重力與慣性力，輸送帶與滾筒相遇點(diǎn)的張力T1和分離點(diǎn)的張力T2按歐拉公式有如下關(guān)系：</p><

45、p>　　T1=T2eμλ（2-6）</p><p>　　由此得到傳動(dòng)滾筒所傳遞的驅(qū)動(dòng)力為</p><p>　　式中μ——輸送帶雨滾筒間的摩擦系數(shù)；</p><p>　　λ——滾筒與輸送帶有相對(duì)彈性滑動(dòng)弧對(duì)應(yīng)的圓心角，rad；</p><p>　　α——輸送帶圍包滾筒的角度（包角），rad；</p><p&g

46、t;　　圖 2-2 圍抱角力示意</p><p>　　如圖2-2所示，從分離點(diǎn)到相遇點(diǎn)張力按指數(shù)增加，由于輸送帶為彈性體，所以隨著張力的變化，輸送帶的伸長(zhǎng)也要發(fā)生變化，故驅(qū)動(dòng)滾筒上輸送帶會(huì)由分離點(diǎn)向相遇點(diǎn)發(fā)生彈性滑動(dòng)。但是，并不是全部接觸弧上都發(fā)生彈性滑動(dòng)。接觸弧可分為有相對(duì)滑動(dòng)的滑動(dòng)弧和無(wú)相對(duì)滑動(dòng)的靜止弧兩部分。兩弧所對(duì)應(yīng)的中心角分別為滑動(dòng)角和靜止角，隨著載荷的增加滑動(dòng)角逐漸加大而靜止角逐漸減小。當(dāng)滑動(dòng)角達(dá)到時(shí)

47、，輸送帶開始打滑，所以傳動(dòng)滾筒可能傳遞的最大驅(qū)動(dòng)力為</p><p>　　Fmax=T1max-T2=T2(eμα-1)(2-8)</p><p>　　研究表明，滑動(dòng)弧并非單純彈性滑動(dòng)，而存在傳送帶與滾筒之間的滑-粘效應(yīng)，也就是產(chǎn)生摩擦力的原因不僅有輸送帶和滾筒之間的彈性滑動(dòng)，還有輸送帶與滾筒之間的粘滯作用，這樣，摩擦系數(shù)就大于單純的滑動(dòng)摩擦系數(shù)。</p><

48、p>　　設(shè)計(jì)中為了安全起見，將傳動(dòng)滾筒可以傳遞的最大驅(qū)動(dòng)力與傳動(dòng)滾筒需要傳遞的驅(qū)動(dòng)力之比作為備用系數(shù)，即：</p><p>　　ξ=Fmax/F(2-9)</p><p>　　這里備用系數(shù)ξ并不是為滿足摩擦的備用系數(shù)，而是相對(duì)于起、制動(dòng)動(dòng)載荷的備用系數(shù)。ξ取1.3～1.5。</p><p>　　所以當(dāng)圍包角和分離點(diǎn)張力一定時(shí)，傳動(dòng)滾筒傳遞的驅(qū)動(dòng)力為&l

49、t;/p><p>　　F=T2(eμα-1)/ξ(2-10)</p><p>　　當(dāng)包角和傳遞滾筒所需的傳遞驅(qū)動(dòng)力一定時(shí)，分離點(diǎn)的張力為</p><p>　　T2=ξF/(eμα-1)(2-11)</p><p>　　由此可知，要提高驅(qū)動(dòng)力可以從以下三方面考慮：</p><p>　　1）增大張緊力增

50、加初張力，可使輸送帶在傳動(dòng)滾筒分離點(diǎn)的張力T2增加。用這種方法，雖然使張力增大了，但也可能是驅(qū)動(dòng)裝置增大，增加設(shè)備的投資。從另一方面講，適當(dāng)增加張緊力對(duì)輸送機(jī)工作是有利的，所以在權(quán)衡二者的情況下再來(lái)選擇合適的張緊力。</p><p>　　2）增大圍包角α增加α的方法有兩種：a.單驅(qū)動(dòng)滾筒加增面滾筒；b.雙驅(qū)動(dòng)滾筒增加增面滾筒。</p><p>　　3）增大摩擦系數(shù)μ一是在驅(qū)動(dòng)滾筒表面

51、覆蓋一層摩擦系數(shù)較大的襯墊材料；另一種方法是在驅(qū)動(dòng)滾筒的襯墊滾筒表面上做各種花紋；再一種方法就是將輸送帶本身做成花紋的。</p><p><b>　　（二）制動(dòng)力</b></p><p>　　在電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，T1與T2仍然滿足歐拉公式，只是相遇點(diǎn)張力T1變?yōu)榈蛷埩?，分離點(diǎn)的張力變?yōu)楦邚埩2，設(shè)傳動(dòng)滾筒所需傳遞的制動(dòng)力為FB，可得下列各式：</p>

52、<p>　　由上式可得</p><p>　　一般情況下，張緊裝置設(shè)置在傳動(dòng)滾筒的分離點(diǎn)側(cè)，由式（2-12）可知，如果想提高制動(dòng)力，只能增加張緊力。為了減小張緊力，又需要把張緊力設(shè)置在驅(qū)動(dòng)滾筒的相遇點(diǎn)一側(cè)，所以一般在電動(dòng)機(jī)處設(shè)置負(fù)功率反饋發(fā)電狀態(tài)時(shí)，要把驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在輸送機(jī)尾部。</p><p>　　2.3張緊裝置參數(shù)的確定</p>&l

53、t;p>　　2.3.1張緊力的確定</p><p>　　張緊力的確定需要考慮輸送機(jī)在起、制動(dòng)及正常運(yùn)行工況下的張緊力情況；輸送機(jī)的布置線路情況以及輸送量。張緊力的計(jì)算，主要分下面三種情況：</p><p>　　1）重錘式拉緊裝置由于張力保持不變，所以應(yīng)按照張力最大的情況進(jìn)行設(shè)置張緊力。</p><p>　　2）自動(dòng)式張緊裝置可以根據(jù)各種工況計(jì)算出所需的張力，在

54、輸送機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，張緊裝置可以提供相應(yīng)工況的張力，但在設(shè)置張緊裝置時(shí)，張緊裝置所輸送的張力應(yīng)根據(jù)輸送機(jī)所需的最大張力來(lái)設(shè)計(jì)。</p><p>　　3）固定式張緊裝置的張緊力要考慮輸送機(jī)在不同工況下的張力分布提供必要的最小張緊力。</p><p>　　輸送機(jī)的布置形式和線路都有很大不同，本設(shè)計(jì)所做的是針對(duì)頭部滾筒傳動(dòng)的輸送機(jī)，張緊裝置在傳動(dòng)滾筒的松邊、制動(dòng)器安裝在驅(qū)動(dòng)裝置上為例來(lái)說(shuō)明張緊力

55、的確定。設(shè)輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)力為F,制動(dòng)力為FB。</p><p>　　在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，滿足摩擦傳動(dòng)的張緊力TTUA為</p><p>　　在制動(dòng)狀態(tài)，滿足摩擦傳動(dòng)的張緊力TTUA為</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　按逐點(diǎn)張力計(jì)算法從傳動(dòng)滾筒的分離點(diǎn)開始編號(hào)把輸送帶分為n段。在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，設(shè)各

56、段的阻力為FAi(i=1，2，···，n)，可計(jì)算出各點(diǎn)的張力</p><p>　　（i=1，2，···，n）</p><p>　　這里FA1=-FA，T1=TTUA</p><p>　　輸送帶張力除滿足驅(qū)動(dòng)條件傳動(dòng)條件，還有考慮滿足輸送帶的垂度要求等。計(jì)算出上分支所需要的最小拉力為Tmin，設(shè)上分支的各點(diǎn)

57、張力為Tj（j=m,m+1,···m+0-1）(m為從此點(diǎn)開始為上分支，o為承載段的點(diǎn)數(shù))，下分支的各點(diǎn)張力為Tj(j=k,k+1,···，k+u-1)（k為從此點(diǎn)開始為下分支，u為承載段的點(diǎn)數(shù)）。</p><p>　　當(dāng)Tmino>min時(shí)，取上分支的最小張力為Tmino，即將輸送帶的各點(diǎn)張力增加</p><p>　　ΔT

58、0=Tmino-min{Tj(j=m，m+1，···，m+o-1)}</p><p>　　當(dāng)Tmino≤min時(shí)，各點(diǎn)張力不變，即輸送帶的各點(diǎn)張力增加為0。</p><p>　　當(dāng)Tmino>min時(shí)，取上分支的最小張力為Tmino，即將輸送帶的各點(diǎn)張力增加</p><p>　　ΔTu=Tmino-min{Tj(j=m，m+1，&

59、#183;··，m+u-1)}</p><p>　　當(dāng)Tmino≤min時(shí)，各點(diǎn)張力不變，即輸送帶的各點(diǎn)張力增加為0</p><p>　　這樣，輸送帶各點(diǎn)張力需要增加量為ΔT=max{ΔTo,ΔTu}</p><p>　　這樣，輸送帶各點(diǎn)的張力分別增加ΔT后，各點(diǎn)張力變?yōu)門=Ti+ΔTi，張緊力為</p><p>　　T’

60、TUA=TTUA+ΔT(2-15)</p><p>　　制動(dòng)狀態(tài)的張緊力可以類似方法得到。</p><p>　　2.3.2張緊裝置行程的確定</p><p>　　輸送機(jī)拉緊行程的確定需要考慮以下幾個(gè)方面的因素：</p><p>　　1）留有足夠的長(zhǎng)度來(lái)接輸送帶接頭</p><p>　　2）補(bǔ)償輸送帶永久伸長(zhǎng)的行

61、程</p><p>　　3）補(bǔ)償輸送帶彈性伸長(zhǎng)的行程</p><p>　　輸送帶接頭長(zhǎng)度和輸送帶永久伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度可以從手冊(cè)中查到，不再說(shuō)明，這里只計(jì)算輸送帶的彈性伸長(zhǎng)。計(jì)算時(shí)，把輸送帶作為彈性體來(lái)研究。</p><p>　　彈性伸長(zhǎng)的計(jì)算是在已知輸送帶在各種工況的張力分布下，通過(guò)逐點(diǎn)張力計(jì)算法得到的。計(jì)算各種工況下相對(duì)于輸送帶靜止時(shí)的伸長(zhǎng)量，需要首先知道輸送帶靜止時(shí)的

62、張力分布，但這又是很困難的。一般情況，當(dāng)輸送帶的傾角較小，由于輸送帶的下滑力小于輸送帶的靜摩擦力，輸送帶的張力不確定。</p><p>　　通過(guò)逐點(diǎn)張力計(jì)算得到的張力可以表示為圖2-3所示的曲線，圖中i、i+1為輸送帶上張力變化的臨近點(diǎn)，各點(diǎn)的張力分別為Ti、Ti+1，從i到i+1區(qū)間輸送帶的長(zhǎng)度為L(zhǎng)i，各段輸送帶上張力是線性變化的。[28]</p><p>　　圖 2-3 張力曲線<

63、;/p><p>　　在區(qū)間[I,i+1]，輸送帶的能量為，輸送帶的總能量為</p><p>　　，輸送帶的總伸長(zhǎng)為ΔL=U/（EB），考慮輸送帶垂度的影響，輸送帶的總伸長(zhǎng)量為 ，對(duì)應(yīng)不同工況，可以計(jì)算出輸送帶在靜止時(shí)的彈性伸長(zhǎng)量ΔLs，啟動(dòng)時(shí)的彈性伸長(zhǎng)量ΔLA，停機(jī)過(guò)程的彈性伸長(zhǎng)量ΔLB，正常運(yùn)行時(shí)的彈性伸長(zhǎng)量ΔLR，從而得到相對(duì)于輸送機(jī)靜止時(shí)的彈性伸長(zhǎng)量為：正常啟動(dòng)時(shí)ΔLRS=ΔLR-Δ

64、LS；啟動(dòng)過(guò)程中ΔLAS=ΔLA-ΔLS；停機(jī)過(guò)程中ΔLBS=ΔLB-</p><p><b>　　ΔLS。</b></p><p>　　變頻調(diào)速?gòu)埦o裝置系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置的系統(tǒng)組成</p><p>　　我設(shè)計(jì)的變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置主要由防爆變頻器、隔爆型三向異步電動(dòng)機(jī)、電磁離

65、合器、電磁制動(dòng)器、漸開線圓柱斜齒輪三級(jí)展開式減速器、卷筒、張力傳感器及控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：</p><p>　　圖 3-1 系統(tǒng)構(gòu)成示意</p><p>　　3.2變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置工作原理</p><p>　　當(dāng)帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)，首先把輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)信號(hào)傳遞給自動(dòng)張緊裝置控制系統(tǒng)。防爆變頻器、隔爆電動(dòng)機(jī)、電磁離合器、電磁制動(dòng)器順序得電，

66、隔爆電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電磁離合器、聯(lián)軸器、電磁制動(dòng)器、減速器和卷筒工作，鋼絲繩通過(guò)滑輪組拉緊輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒。</p><p>　　當(dāng)張力傳感器反饋張緊力達(dá)到起動(dòng)時(shí)的設(shè)定值時(shí)，即正常工作時(shí)的1.5倍，電磁離合器、電磁制動(dòng)器先后斷電。此時(shí)電磁制動(dòng)器處于失電制動(dòng)狀態(tài)。</p><p>　　輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)結(jié)束后，主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)結(jié)束信號(hào)再次傳遞給張緊裝置控制系統(tǒng)，這時(shí)電磁制動(dòng)器得電，電磁制動(dòng)器中摩擦片受電磁

67、力作用被松開，卷筒靠輸送帶張力逆轉(zhuǎn)，起到自動(dòng)松帶的效果，直到張力傳感器反饋的數(shù)值達(dá)到設(shè)定的工作值時(shí)，電磁制動(dòng)器斷電，電磁制動(dòng)器中制動(dòng)摩擦片依靠?jī)?nèi)部彈簧壓緊從而起到制動(dòng)效果。</p><p>　　在正常工作時(shí)允許輸送機(jī)張力在設(shè)定值的±10%范圍內(nèi)波動(dòng)。如果皮帶張緊力小于設(shè)定的張力，自動(dòng)張緊裝置自動(dòng)啟動(dòng)，輸送帶被拉緊，直到張緊力達(dá)到設(shè)定的范圍內(nèi)。當(dāng)張力大于設(shè)定的張緊力，電磁離合器得電、電磁制動(dòng)器得電，制動(dòng)器

68、內(nèi)摩擦片被松開，皮帶張力自動(dòng)下降。</p><p>　　當(dāng)張緊力突然下降到0時(shí)，說(shuō)明皮帶斷裂或發(fā)生其它情況，此時(shí)張緊裝置停止工作。</p><p>　　詳細(xì)的控制工作過(guò)程詳見控制系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.3變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置的特點(diǎn)</p><p><b>　　（1）變頻調(diào)速</b></p>

69、<p>　　變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置采用目前較為先進(jìn)的變頻調(diào)速控制技術(shù)，這樣在張緊裝置起、制動(dòng)時(shí)減少對(duì)皮帶的沖擊，從而延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。</p><p>　?。?）自動(dòng)調(diào)節(jié)張緊力且適應(yīng)性強(qiáng)</p><p>　　變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置可以在輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行條件自動(dòng)調(diào)節(jié)張緊力。滿足輸送機(jī)起、制動(dòng)及正常運(yùn)行時(shí)能自動(dòng)以不同的張緊力運(yùn)行，保證輸送機(jī)以較大張力起、制動(dòng)，

70、防止輸送帶波涌現(xiàn)象，同時(shí)能以較小的張力穩(wěn)定運(yùn)行。這對(duì)大型帶式輸送機(jī)來(lái)說(shuō)提高了整個(gè)輸送機(jī)系統(tǒng)的可靠性、安全性。同時(shí)提高了輸送帶的使用壽命。</p><p>　　實(shí)際上輸送機(jī)各種工況下張力的理論值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際值之間有很大的差距，加上控制系統(tǒng)信號(hào)采集誤差，造成現(xiàn)場(chǎng)工作點(diǎn)張力偏離理論值很大。這就要求張緊裝置對(duì)張力的調(diào)節(jié)功能較強(qiáng)。本系統(tǒng)中，各種工況下張力的控制范圍可在PLC中進(jìn)行設(shè)定，使張緊裝置能靈活控制各種工況條件下的張力

71、范圍。</p><p><b>　?。?）響應(yīng)速度快</b></p><p>　　自動(dòng)張緊裝置設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的另一個(gè)重要因素是：張緊裝置的反應(yīng)速度不能低于張力波在輸送帶中的傳播速度。由公式3-1得出彈性波的傳播速度j。</p><p>　　m/s （3-1）</p><p&g

72、t;　　式中E——膠帶的彈性模量 N/mm2；A——膠帶面積 mm2；q——膠帶、貨物及托輥單位長(zhǎng)度的質(zhì)量 kg/m。</p><p>　　在變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置中，傳感器、電磁離合器及電磁制動(dòng)器等元件都通過(guò)控制系統(tǒng)直接控制，反應(yīng)速度都能控制在0.5s以內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的反應(yīng)速度也能通過(guò)變頻器的設(shè)定控制在2s以內(nèi)，能滿足張緊裝置對(duì)反應(yīng)速度的要求，而且響應(yīng)速度快。</p><p><b>

73、;　?。?）設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單</b></p><p>　　變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置由于只有電器與機(jī)械部分，與目前帶式輸送機(jī)上使用的許多張緊裝置相比，中間減少了一些機(jī)械與液壓部件。從一臺(tái)設(shè)備使用的角度來(lái)講，在滿足使用的條件下，系統(tǒng)與零部件越少，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，越不易出現(xiàn)問(wèn)題，而且維護(hù)也方便快捷。</p><p>　　變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置作為一種新型的皮帶張緊裝置。能對(duì)張緊力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并進(jìn)行

74、自動(dòng)調(diào)節(jié)，而且響應(yīng)速度快。由于采用了變頻調(diào)速技術(shù)，因此起、制動(dòng)時(shí)對(duì)皮帶的沖擊有明顯的降低，有效增加皮帶和設(shè)備的使用壽命。與其它形式的張緊裝置相比，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，能實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的張緊要求。</p><p>　　3.4本課題所做的工作</p><p>　　1）對(duì)帶式輸送機(jī)張緊系統(tǒng)進(jìn)行理論分析，總結(jié)了輸送機(jī)啟動(dòng)張緊力、制動(dòng)張緊力和正常張緊力的計(jì)算方法以及張緊系統(tǒng)的安裝位置

75、。設(shè)計(jì)出變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置。</p><p>　　2）設(shè)計(jì)出了配套的滾筒，通過(guò)滾筒的旋轉(zhuǎn)來(lái)拉緊皮帶或放松皮帶。</p><p>　　2）設(shè)計(jì)了三級(jí)展開式圓柱斜齒輪減速器，用于聯(lián)接電機(jī)與滾筒，以便降低隔爆電機(jī)的高速合理驅(qū)動(dòng)滾筒。</p><p>　　3）選取了西門子MM440變頻器，對(duì)其進(jìn)行介紹，并設(shè)計(jì)出了其與PLC、電動(dòng)機(jī)的接線圖及控制程序。</p>

76、<p>　　4）介紹了如何運(yùn)用STEP7-Micro/WIN32軟件對(duì)PLC程序的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控及調(diào)試。</p><p>　　5）介紹了如何實(shí)現(xiàn)PC對(duì)PLC的遠(yuǎn)程編程或控制。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)計(jì)算部分</b></p><p><b>　　4.1輸送機(jī)參數(shù)</b></p><p&

77、gt;　　4.1.1帶式輸送機(jī)原始參數(shù)</p><p>　　輸送機(jī)長(zhǎng)度：L=3000；</p><p>　　與長(zhǎng)度有關(guān)的局部阻力系數(shù)：k=1；</p><p>　　輸送量：A=2500t/h；</p><p>　　輸送機(jī)帶速：v=4.9m/s；</p><p>　　每米貨載質(zhì)量：Q=141.7kg/m；</p&g

78、t;<p>　　輸送機(jī)傾角：β=3.2°；</p><p>　　抗滑安全系數(shù)：ξ=1.3；</p><p>　　輸送帶與滾筒間的粘著系數(shù)：μ=0.35；</p><p>　　驅(qū)動(dòng)滾筒上的圍抱角：λ=240°；</p><p>　　托輥間距：l′=1.75m,l″=3.4m；</p><p&

79、gt;　　托輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分單位質(zhì)量：；</p><p>　　重載分支與空載分支阻力系數(shù)：w′=0.025,w″=0.03；</p><p><b>　　每米輸送帶自重：；</b></p><p>　　輸送帶帶寬：B=1400mm；</p><p>　　輸送帶帶強(qiáng)：S=1800mm；</p><p>&

80、lt;b>　　輸送帶彈性模量：；</b></p><p>　　傳動(dòng)效率：η=0.92；</p><p><b>　　起動(dòng)系數(shù)： ；</b></p><p>　　4.1.2帶式輸送機(jī)運(yùn)行阻力</p><p><b>　　表格 1</b></p><p>　　4

81、.1.3輸送帶張力</p><p>　　輸送帶張力在整個(gè)輸送機(jī)長(zhǎng)度上是變化的，影響因素很多，為了保證輸送機(jī)正常運(yùn)行，輸送帶的張力要滿足如下條件：</p><p>　　輸送帶張力在任何負(fù)載情況下，應(yīng)保證輸送帶與滾筒之間不打滑；</p><p>　　作用到輸送帶上的張力應(yīng)足夠大，使輸送帶在兩組承載托輥之間保持垂度小于一定值。</p><p>　　

82、經(jīng)查有關(guān)資料計(jì)算后得：</p><p>　　1）回程帶上必須保持的最小張力：≥≥；</p><p>　　2）為限制下垂度須保持的最小張力：</p><p><b>　　承載分支≥</b></p><p><b>　　回程分支≥</b></p><p><b>

83、;　　校核>合格</b></p><p>　　3）輸送帶最大張力≈</p><p>　　4.2張緊裝置的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.2.1輸出功率</b></p><p>　　輸送帶滿載啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)的最大圓周驅(qū)動(dòng)力</p><p><b>　　ξ=ξ=

84、</b></p><p><b>　　確定</b></p><p>　　起動(dòng)時(shí)輸送帶彈性伸長(zhǎng)量為18m,起動(dòng)時(shí)間為，小車平均速度為。</p><p>　　按起動(dòng)工況，輸送機(jī)起動(dòng)階段松邊張力，自動(dòng)張緊裝置驅(qū)動(dòng)裝置的功率P=</p><p>　　4.2.2鋼絲繩的選型</p><p>&l

85、t;b>　　表格 2</b></p><p>　　4.2.3卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　1）卷筒幾何尺寸計(jì)算</p><p>　　卷筒名義直徑</p><p>　　h—與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，查GB3811-83,</p><p><b>　　取h=20<

86、/b></p><p>　　卷筒槽底徑DD=484.5mm</p><p>　　繩槽半徑RR=(0.53～0.56)dR=13.77</p><p>　　繩槽深度（標(biāo)準(zhǔn)槽）=（0.25～0.4）d=10.2mm</p><p>　　繩槽節(jié)距（標(biāo)準(zhǔn)槽）=d+(2～4)=27.5mm</p>

87、<p>　　卷筒厚度（鋼卷筒）Ъ≈dЪ=25.5mm</p><p>　　卷筒長(zhǎng)度（單聯(lián)卷筒）=470.8098862mm</p><p>　　——無(wú)繩槽的卷筒端部尺寸，定為25mm</p><p>　　——固定繩尾所需長(zhǎng)度，定為26mm</p><p>　　——最大拉緊行程，=20m</p>

88、<p>　　——滑輪組倍率，m=1</p><p>　　——鋼絲繩安全圈數(shù)，≥1.5～3，定為3</p><p>　　P——繩槽節(jié)距，P=P=27.5mm</p><p>　　Z——繩圈數(shù)，Z=15</p><p>　　n——卷繞層數(shù)，n=1</p><p><b>　　2）卷筒強(qiáng)度計(jì)算</

89、b></p><p><b>　　<1>強(qiáng)度計(jì)算</b></p><p><b>　　強(qiáng)度合格。</b></p><p><b>　　<2>穩(wěn)定性驗(yàn)算</b></p><p>　　由于D=484.5mm<1200mm、=470.8098862

90、<2D,故無(wú)需對(duì)卷筒進(jìn)行穩(wěn)定性校核。</p><p>　　計(jì)算得卷筒的轉(zhuǎn)速n=3.7452r/min≈4r/min。</p><p><b>　　起動(dòng)時(shí)卷筒輸出轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　4.2.4傳動(dòng)方案、總傳動(dòng)效率、傳動(dòng)比分配及電機(jī)選型</p><p><b>　　表格 3</b>&

91、lt;/p><p>　　4.2.5減速器傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　從減速器高速軸開始各軸命名為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。</p><p><b>　　各軸轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　表格 4</b></p><p><b>　　各軸功率</b&g

92、t;</p><p><b>　　表格 5</b></p><p>　　4.2.6減速器內(nèi)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　表格 6</b></p><p>　　4.2.7減速器外傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及其說(shuō)明</p><p>　　（1）電機(jī)→減速器外傳動(dòng)</p>

93、<p>　　包含部件：電磁離合器、電磁制動(dòng)器（常閉）、聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、A型普通平鍵；</p><p>　　電磁離合器（常閉）：DLM2-180；電磁制動(dòng)器： TJ2-300/200</p><p>　　聯(lián)軸器：見前述；傳動(dòng)軸：見圖紙；A型普通平鍵：見前述</p><p>　　DLM2-180電磁離合器參數(shù)[15]</p>&l

94、t;p><b>　　表格 7</b></p><p>　　TJ2-300/200電磁制動(dòng)器參數(shù)[1]</p><p><b>　　表格 8</b></p><p>　?。?）減速器→滾筒外傳動(dòng)</p><p>　　包含部件：聯(lián)軸器、聯(lián)接緊固法蘭、傳動(dòng)軸、A型普通平鍵；</p>&

95、lt;p>　　聯(lián)軸器：見前述；聯(lián)接緊固法蘭：見圖紙；傳動(dòng)軸：見圖紙</p><p>　　A型普通平鍵：見圖紙</p><p>　　4.2.8控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其說(shuō)明</p><p>　　4.2.8.1控制方案流程圖,如下圖圖4-15所示。</p><p><b>　　Y</b></p><

96、p><b>　　N</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>

97、<b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p>　　Y</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>

98、　　N</b></p><p><b>　　N</b></p><p>　　Y N Y</p><p>　　圖4-15 控制方案流程圖</p><p>　　4.2.8.2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1．PLC選型<

99、;/b></p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)的控制功能要求及其復(fù)雜程度，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面來(lái)考慮，選擇西門子S7-200系列PLC，CPU為CPU226作為電氣控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。</p><p>　　以下為S7-200PLC系列CPU手冊(cè)的一部分內(nèi)容。</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)中涉及到了張力傳感器的模擬量輸入，所以為S7-200選配了EM

100、235模擬量擴(kuò)展模塊，其有4個(gè)輸入口、2個(gè)輸出口，點(diǎn)數(shù)較多空閑，方便擴(kuò)展及升級(jí)。該模塊具有較高的分辨率和較強(qiáng)的輸出驅(qū)動(dòng)能力，可滿足控制系統(tǒng)的功能要求。</p><p>　　下圖為S7-200PLC模擬量輸入模塊的相關(guān)手冊(cè)內(nèi)容。</p><p>　　電氣元件的訂貨數(shù)據(jù)詳見西門子MM440變頻器手冊(cè)。</p><p>　　2．PLC的I/O資源配置</p>

101、<p><b>　　1）數(shù)字量輸入</b></p><p>　　數(shù)字輸入量有兩個(gè)：1.輸送機(jī)啟動(dòng)信號(hào)；2.輸送機(jī)停機(jī)信號(hào)。分配如下表：</p><p><b>　　表格 9</b></p><p><b>　　2）數(shù)字量輸出</b></p><p>　　數(shù)字量輸出有

102、五個(gè)：1.電磁制動(dòng)器得/失電；2.電磁離合器得/失電；3. 張緊電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器；4.張緊電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器；5.輸送機(jī)運(yùn)行信號(hào)；6.報(bào)警信號(hào)；7. 張緊裝置停機(jī)信號(hào)。分配如下表：</p><p><b>　　表格 10</b></p><p>　　其中：張緊電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)接觸器就是張緊電機(jī)接觸器的兩個(gè)部分，通過(guò)PLC輸出的指令控制該電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止。</p>

103、<p><b>　　3）模擬量輸入</b></p><p>　　模擬量輸入只有一個(gè)：張力傳感器張力值的模擬量輸入。分配如下表：</p><p><b>　　表格 11</b></p><p>　　根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，以及根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出情況，設(shè)置張緊裝置控制電路圖，如下圖所示（顯示不清楚，應(yīng)詳見設(shè)計(jì)圖紙

104、）：</p><p>　　圖 4-16 控制電路示意圖</p><p>　　此控制面板上的按鈕全部為手動(dòng)控制方式。</p><p><b>　　3．其他資源配置</b></p><p>　　要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要PLC主機(jī)及其擴(kuò)展模塊外，還需要接觸器和變頻器等儀器設(shè)備。</p><p>&l

105、t;b>　　接觸器</b></p><p>　　在該控制系統(tǒng)中，電磁制動(dòng)器、電磁離合器及張緊電機(jī)都不是連續(xù)工作的，而是根據(jù)數(shù)字量控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行動(dòng)作的，因此需要PLC根據(jù)張力傳感器的反饋信號(hào)來(lái)控制這些設(shè)備的啟停。共需要三個(gè)接觸器：</p><p>　　a.電磁制動(dòng)器接觸器通過(guò)PLC輸出的指令控制接觸器的斷開和閉合，從而控制電磁制動(dòng)器的運(yùn)行和停止。</p>&

106、lt;p>　　b.電磁離合器接觸器通過(guò)PLC輸出的指令控制接觸器的斷開和閉合，從而控制電磁離合器的接合及分開。</p><p>　　c.張緊電機(jī)接觸器 包括兩個(gè)部分，一是正轉(zhuǎn)接觸器，一是反轉(zhuǎn)接觸器，通過(guò)PLC輸出的指令控制電機(jī)的的正反轉(zhuǎn)和停止，從而配合控制系統(tǒng)及時(shí)松帶或緊帶。</p><p><b>　　2）變頻器</b></p><p

107、>　　本控制系統(tǒng)采用的是西門子公司的MM4系列變頻器，該系列變頻器是最常用的、功能較強(qiáng)的一種變頻器，主要應(yīng)用于各種工業(yè)、冶金、建筑、水利、紡織、交通等領(lǐng)域，性價(jià)比比較高。</p><p>　　變頻器型號(hào)——MM440。一種通用變頻器，能適用于一切傳動(dòng)系統(tǒng)，采用了現(xiàn)代先進(jìn)的矢量控制系統(tǒng)，使當(dāng)負(fù)載突然增加時(shí)仍能保持控制的穩(wěn)定性。</p><p>　　本控制系統(tǒng)的變頻器采用通信控制，所以需

108、要先對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如下表：</p><p><b>　　表格 12</b></p><p>　　P2011的值即為變頻器的地址編號(hào)，程序控制當(dāng)中，對(duì)不同地址的變頻器發(fā)送控制命令即可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同變頻器的控制。改變P2011的值即可對(duì)變頻器編號(hào)。</p><p>　　4．MM440變頻器</p><p>　　MM44

109、0變頻器是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器系列。本系列有多種型號(hào)，額定功率范圍從120W到200kW(恒定轉(zhuǎn)矩CT控制方式)，或者可達(dá)250kW(可變轉(zhuǎn)矩VT控制方式)，供用戶選用。具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動(dòng)裝置。由于具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級(jí)的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。既可用于單獨(dú)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也可集成到“自動(dòng)化系統(tǒng)”中。</p><p&g

110、t;　　MM440變頻器的主要特點(diǎn)：易于安裝、參數(shù)設(shè)置和調(diào)試；牢固的EMC設(shè)計(jì)；可由IT電源供電；對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)快速和可重復(fù)；參數(shù)設(shè)置的范圍很廣，確保它可對(duì)廣泛的應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行配置；電纜連接簡(jiǎn)便；具有多個(gè)繼電器輸出；具有多個(gè)模擬量輸出（0-20mA）；6個(gè)帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換為NPN/PNP接線；2個(gè)模擬量輸入可作為第7和第8個(gè)數(shù)字輸入；BiCo（二進(jìn)制互聯(lián)鏈接）技術(shù)。</p><p>　　MM440的性能

111、特征：矢量控制；V/f控制；快速電流限制功能，避免運(yùn)行中不必有的跳閘；內(nèi)置的直流注入制動(dòng)；復(fù)合制動(dòng)功能改善制動(dòng)特性；內(nèi)置的制動(dòng)單元；加/減速斜坡特性具有可編程的平滑功能；具有PID控制功能的閉環(huán)控制；各組參數(shù)的設(shè)定值可以相互切換；自由功能模塊；動(dòng)力制動(dòng)的緩沖功能；定位控制的斜坡下降曲線。</p><p>　　MM440的保護(hù)特性：過(guò)電壓/欠電壓保護(hù)；變頻器過(guò)熱保護(hù)；接地故障保護(hù)；短路保護(hù)；I2t電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)；P

112、TC/KTY電動(dòng)機(jī)保護(hù)。</p><p>　　下面介紹有關(guān)變頻器的安裝方法，如下圖所示（介紹內(nèi)容均為來(lái)自西門子MM440變頻器手冊(cè)的截圖），以下介紹的內(nèi)容只是一小部分，需要詳細(xì)資料時(shí)應(yīng)參閱《西門子MM440變頻器手冊(cè)》：</p><p>　　圖 4-17 各類型外形尺寸</p><p>　　圖 4-18 外形尺寸為FX的MM440變頻器的安裝孔尺寸</p>

113、;<p>　　圖 4-19 外形尺寸為GX的MM440變頻器的安裝孔尺寸</p><p>　　MM440變頻器前蓋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是使控制模版幾乎與前蓋板的開縫在同一個(gè)平面上。如果電子控制箱中要安裝的選件不止一個(gè)，整個(gè)電子控制箱必須對(duì)地板重新定位，這樣，門的開縫要再次正確定位。</p><p>　　選件的安裝：卸掉電子控制箱的前蓋板-卸掉電子控制箱的緊固螺栓-在正確的安裝位置用螺

114、栓固定電子控制箱-安裝附件的選件-重新裝上前蓋板。</p><p>　　圖 4-20 電子控制箱中的選件</p><p>　　圖 4-21 MM440的接線端子</p><p>　　圖 4-22 MM440的接線圖-外形尺寸為FX</p><p>　　圖 4-23 MM440的接線圖-外形尺寸為GX</p><p>　

115、　圖 4-24 電動(dòng)機(jī)和電源的接線方法</p><p>　　圖 4-25 變頻器的方框圖</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)采用的是拋物線V/f控制，所以SDP不適用，所以不對(duì)SDP進(jìn)行介紹。所以本系統(tǒng)的調(diào)試都是采用BOP或AOP的方式。詳細(xì)資料可見西門子MM440變頻器使用大全手冊(cè)。</p><p>　　變頻器的外接電阻制動(dòng)是按線性方式平滑和可控地降低電動(dòng)機(jī)的速度。M

116、M440有多種運(yùn)行控制方式，即運(yùn)行中電動(dòng)機(jī)的速度與變頻器的輸出電壓之間可以有多種不同的控制關(guān)系。各種控制方式的簡(jiǎn)要情況為：線性V/f控制，用于可變轉(zhuǎn)矩或恒轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，參數(shù)值為P1300=0；帶磁通電流控制的線性V/f控制，可用于提高電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的效率和改善其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，參數(shù)值為P1300=2；多點(diǎn)V/f控制，參數(shù)值為P1300=3；紡織機(jī)械的V/f控制，沒(méi)有滑差補(bǔ)償或諧振阻尼，參數(shù)值為P1300=5；用于紡織機(jī)械的帶FCC功能的V/

117、f控制，參數(shù)值為P1300=6；</p><p>　　MM440的技術(shù)使用規(guī)格詳見西門子MM440變頻器手冊(cè)。</p><p>　　更多詳細(xì)內(nèi)容可以詳見西門子MM440變頻器手冊(cè)。</p><p><b>　　5．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　前面所做的工作是硬件部分，該部分的設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)其預(yù)想的功