基于plc自动运料皮带运输系统的设计(含CAD图纸源文件)
下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985I摘 要本系统主要是对自动运煤皮带运输机进行控制设计。输煤皮带控制系统的设计是一个很传统的课题,现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现,输煤皮带控制的设计方案也越来越先进,越来越趋于完美,各种参考文献也数不胜数。该系统用三菱 FX2N 系列可编程序控制器( PLC)作为控制核心,整个系统采用了一台 PLC 控制 4 台皮带机,整个控制系统设一个控制室。利用 PLC 控制皮带输煤机,实现了逆序启动、顺序停止、故障停止、紧急停止的功能,并且有手动控制和自动控制两种控制方式,从而实现了输煤系统的自动化功能。本文对 PLC 自动运料皮带运输机控制系统进行了详细的研究,该控制系统具有精度高、成本低、抗干扰能力强、故障率低、操作维护简单等特点,具有良好的应用价值。本次设计主要的内容:采用三菱 FX2N 系列 PLC 实现控制系统的设计,着重从皮带运输机方面深入研究,确定其控制要求,明确 PLC 的机型的选择,确定 I/O 地址的分配,设计 I/O 接线图、控制流程图及梯形图,深入理解 PLC 的编程方法,按照控制要求对自动配料皮带运输机系统进行编程。关键词:皮带运输机;可编程控制器;控制下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985IIAbstractThis system is mainly to control the automatic coal belt conveyor design.Design of the control system of coal conveying belt is a very traditional subject, now with the emergence of of all kinds of advanced precise control instruments, the design scheme of coal conveying belt control is becoming more and more advanced, more and more tend to be more perfect, all sorts of reference also. The system with mitsubishi FX2N series programmable controller (PLC) as control core, the system adopted a PLC control 4 belt machine, the whole control system set up a control room. Using PLC control coal conveyer belts, realized the reverse order start, stop, fault stop, emergency stop function, and there are two kinds of control mode, manual control and automatic control so as to realize the automation of the coal conveying system function.In this paper, the PLC automatic material handling a detailed study of the belt conveyor control system, the system is composed of two parts: automatic material handling equipment and belt conveyor control system. The control system has high precision, low cost, strong anti-interference ability, low failure rate, simple operation and maintenance etc., has a good application value.This design main content: the design of the control system of mitsubishi FX2N series PLC, in-depth study emphatically from the aspects of belt conveyor, determine its control requirement, clear PLC model selection, determine the allocation of I/O address, the design of I/O wiring diagram and control flow diagram and ladder diagram, deep understanding of the PLC programming method, carried out in accordance with the requirements for automatic batching belt conveyor system programming.Keywords : Belt conveyor;PLC;Control下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985III目 录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 皮带运输机的概况 .21.1.1 皮带运输机的发展史 .21.1.2 矿用皮带运输机各机型介绍.21.1.3 皮带运输机基本结构 .21.1.4 皮带运输机的调试 .31.1.5 传送带常见故障 .31.1.6 四级传送带视图分析 .41.2 皮带运输机的发展趋势 .41.2.1 国外皮带运输机技术的现状.41.2.2 国内皮带运输机技术的现状.51.2.3 煤矿皮带运输机技术的发展趋势 .6第 2 章 皮带运输机的设计计算 .72.1 已知原始数据及工作条件.72.2 输送带宽度的确定及核算.72.2.1 带速的确定.72.2.2 带宽的确定.82.2.3 输送带宽度的核算 .102.3 圆周驱动力 .102.3.1 计算公式 .102.3.2 主要阻力计算 .112.3.3 特种主要阻力计算 .132.3.4 特种附加阻力计算 .132.3.5 倾斜阻力计算 .152.4 传动功率计算.152.4.1 传动滚筒轴功率计算 .152.4.2 电动机功率计算 .152.5 输送带张力计算 .162.5.1 阻力计算 .16下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985IV2.5.2 输送带不打滑条件校核 .192.5.3 输送带下垂度校核 .202.5.4 输送带强度校核计算 .212.6 拉紧力计算 .21第 3 章 传动装置的选用与设计 .233.1 电机的选用 .233.2 减速器的选用.243.2.1 传动装置的总传动比 .243.2.2 减速器的选用.243.3 传动滚筒 .263.3.1 传动滚筒的选型及设计 .263.3.2 传动滚筒筒体的设计 .263.3.3 传动滚筒轴的设计计算 .293.3.4 传动滚筒结构.303.3.5 传动滚筒的直径验算 .31第 4 章 控制系统的设计 .334.1 选择 PLC 的依据 .334.2 PLC 的基本组成 .334.3 PLC 的工作原理 .344.4 可编程序控制器的特点 .364.5 PLC 选型 .364.6 接线图 .384.6.1 PLC 接线图 .38第 5 章 可编程控制器程序编辑 .405.1 梯形图程序分析 .405.1.1 运煤皮带机循环自动启动程序分析 .405.1.2 运煤皮带机循环自动停止程序分析 .415.1.3 运煤皮带机单动启动与停止程序分析 .425.1.4 运煤皮带机故障停止程序分析.43结论 .46参考文献 .47致谢 .48下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985I下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985II下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709851第 1 章 绪 论PLC 目前已广泛应用于工业生产的自动化控制领域,无论是从国外引进的自动化生产线,还是自行设计的自动控制系统,都普遍采用了 PLC 控制。PLC 控制系统始终处于工业自动化控制领域的主战场,为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因,在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案,适合于当前工业企业对自动化的需要。与传统的继电器控制相比,PLC 控制系统具有构成简单、可靠性高、通用性强、抗干扰能力强、易于编程,体积小、可在线修改、设计与调试周期短、便于安装和维修等突出优点、而且一般不需要采取特殊措施,就能直接在工业环境中使用,更加适合现代化的要求,使用 PLC 控制系统能够提高系统的整体性能,具有较明显的优越性。皮带运输机是广泛应用于煤炭、港口、建设、电厂等工业领域的连续输送设备,它具有运输效率高、运营成本低等优点。随着国民经济的发展,带式输送机的应用越来越广泛。近年来,随着工业技术的发展,带式输送机也不断朝着大运量、长距离、大倾角、高带速、投资费用少、运营费用低、工作可靠、维护方便等方向发展,对其设计技术的要求也越来越高。 为适应地形的要求,用输送带输送一定高度的带式输送机在很多方面有应用。本次毕业设计的主要内容:1.方案选择与系统结构设计;2.输入输出与 PLC 机型的选择;3.I/O 地址的分配;4.程序状态图的设计;5.梯形图的编写及程序分析。下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098521.1 皮带运输机的概况1.1.1 皮带运输机的发展史皮带运输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。由于它具有运输能力大、运输阻力小、耗电量低、运行平稳、运输过程中对物料的损伤小、运营成本低等优点,被广泛应用于国民经济各部门。皮带运输机对建设现代化矿井有重要作用。皮带运输机是煤矿最理想的高效连续运输设备,与其他运输设备(如机车类)相比,具有输送距离长、运量大、连续输送等优点,而且运行可靠,易于实现自动化和集中化控制,尤其对高产高效矿井,皮带运输机已成为煤炭开采机电一体化技术与装备的关键设备。随着我国高产高效矿井的出现,原有的皮带运输机无论是主参数还是运行性能都已不能满足要求,必须向长距离、高带速、大运量、大功率的大型化方向发展,并要改善和提高运行性能,确保安全可靠。1.1.2 矿用皮带运输机各机型介绍(一) 固定高强度皮带运输机这是目前煤矿井下用量最多的一种机型,主要用于水平或倾角小于 18 的场合。由于受到输送带强度及零部件的限制,单机长度不宜过长,国内现在钢绳芯带最高为ST4000,整芯带为 PVG3150S,高强度机械接头要靠进口,为了降低胶带强度,减小驱动装置尺寸,国内外通常采用中间直线摩擦驱动和中间卸载式驱动,并采用软起动技术。国内现有近 10 种软起动方式,较好地解决了大型输送机的起动问题。(二) 可伸缩皮带运输机该机型主要用于煤矿采煤工作面顺槽输送原煤,当输送能力和运距较大时,可配中间驱动装置来满足要求。美国、德国、英国等国家的一些厂商公司都可为各种生产规模的高产高效工作面提供配套的顺槽用可伸缩皮带运输机。 (三) 压皮带运输机压皮带运输机也是为增大输送倾角而设计的,1979 年美国大陆输送机设备公司开始研制压皮带运输机,并于 1983 年研制出压带式大倾角皮带运输机 HAC,这台样机的输送倾角为 30 60 ,最大输送能力为 2 900 t/h,其压带是通过旋转的托辊组加载的。此后,大陆公司已生产 40 多台 HAC。19911994 年德国的 MAN TAKPR FODERTECHNIK 公司研制了 3 台用于卸船机的压皮带运输机。前苏联和日本等国也研制了这种皮带运输机。国内生产的压皮带运输机倾角可达 90 ,物料最大块度可达下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709853300 mm。这种输送机由于本身结构的缺陷和经济上的原因,目前还没有在煤矿井下应用。1.1.3 皮带运输机基本结构皮带运输机的组成如图 1.1 所示,基本组成部分:输送带、托辊、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)、拉紧装置、清扫装置、机架、安全保护装置以及电气控制系统等组成。-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 1-1 皮带运输机组成示意图输送带绕经传动滚筒和机尾换向滚筒形成一个无极的环形带。输送带的上、下两部分都支承在托辊上。拉紧装置给输送带以正常运转所需要的拉紧力。工作时,传动滚筒通过它和输送带之间的摩擦力带动输送带运行。物料从装载点装到输送带上,形成连续运动的物流,在卸载点卸载。一般物料是装载到上带(承载段)的上面,在机头滚筒卸载,利用专门的卸载装置也可在中间卸载。1.1.4 皮带运输机的调试首先应检查运输机支架安装是否牢固,是否有遗漏的焊口,并逐个检查限位辊、张紧辊、导向辊的转动是否灵活,主动辊、从动辊内是否注油。以上确定无误后,采 取点动的方式启动主动辊电机,若继电器跳闸,切不可强行启动,应检查主动电机 内是否进入雨水造成短路,点动无误后,可正常启动主动辊电机。正常运转时,调整 皮带是本部工作中的 一个难点,若皮带跑偏,应调整尾部的可调螺母;若调整无效, 下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709854则应检查导向辊的安装 是否正确 ,必要时,将导向辊一端 支架割开、移位、焊接。 如皮带过紧或过松,应调整张紧辊,使之松紧适宜。1.1.5 传送带常见故障a)传送带打滑传送带与皮带轮之间打滑为将这种打滑现象减到最低限度,建议驱动轮和被动轮都使用合适的防滑套。解决打滑问题可采取以下几点措施:(1)绷紧上下传送带;(2)检查紧带装置的调节机构是否需要加以紧固;(3)更换或磨粗现有的防滑套表面;(4)检查驱动齿轮的磨损情况。b)传送带与纸板之间打滑传送带与纸板之间打滑的主要原因是挂面纸板与热板之间产生的磨擦过大c) 其他故障 (1)过度的张力(2)传送带表面变光滑(3)切割刀的控制1.1.6 四级传送带视图分析当系统打开后,打开自动运行时,皮带运输机 M4 开始运行,待延时过后皮带机M3 开始运行,皮带机 M2 和皮带机 M1 也同样经过延时后开始运行,此后物料指示灯亮起,提示开始装煤。煤经过物料装置开始往传送带上输送,煤经过皮带机 M1 依次输送到皮带机 M4 上,然后输送到指定位置。下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709855图 1-2 四级传送带视图1.2 皮带运输机的发展趋势1.2.1 国外皮带运输机技术的现状国外皮带运输机技术的发展很快,其主要表现在两个方面:一方面是皮带运输机的功能多元化、应用范围扩大化,如高倾角带输送机、管状皮带运输机、空间转弯皮带运输机等各种机型;另一方面是皮带运输机本身的技术与装备有了巨大的发展,尤其是长距离、大运量、高带速等大型皮带运输机已成为发展的主要方向,其核心技术是开发应用于了皮带运输机动态分析与监控技术,提高了皮带运输机的运行性能和可靠性。目前,在煤矿井下使用的皮带运输机已达到表 1 所示的主要技术指标,其关键技术与装备有以下几个特点(1)设备大型化其主要技术参数与装备均向着大型化发展,以满足年产 300500万吨以上高产高效集约化生产的需要。(2) 应用动态分析技术和机电一体化、计算机监控等高新技术,采用大功率软起动与自动张紧技术,对输送机进行动态监测与监控,大大地降低了输送带的动张力,设备运行性能好,运输效率高。(3)采用多机驱动与中间驱动及其功率平衡、输送机变向运行等技术,使输送机单机运行长度在理论上已有受限制,并确保了输送系统设备的通用性、互换性及其单元驱动的可靠性。下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709856表 1-1 国外皮带运输机的主要技术指标主参数 顺槽可伸缩皮带运输机 大巷与斜井固定式强力皮带运输机运距/m 20003000 3000带速/m.s-1 3.54 45,最高达 8输送量/t.h-1 25003000 30004000驱动总功率/kW 12002000 15003000,最大达 10100 1.2.2 国内皮带运输机技术的现状我国生产制造的皮带运输机的品种、类型较多。在“八五” 期间,通过国家一条龙“日产万吨综采设备 ”项目的实施,皮带运输机的技术水平有了很大提高,煤矿井下用大功率、长距离皮带运输机的关键技术研究和新产吕开发都取得了很大的进步。如大倾角长距离皮带运输机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩皮带运输机等均填补了国内空白,并对皮带运输机的减低关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发,研制成功了多种软起动和制动装置以及以 PLC 为核心的可编程电控装置,驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。目前,我国煤矿井下用皮带运输机的主要技术特征指标如表 2 所示。表 1-2 国内皮带运输机的主要技术指标主参数 顺槽可伸缩皮带运输机 大巷与斜井固定式强力皮带运输机运距/m 20003000 3000带速/m.s-1 3.54 45,最高达 8输送量/t.h-1 25003000 30004000驱动总功率/kW 12002000 15003000,最大达 10100 1.2.3 煤矿皮带运输机技术的发展趋势(一) 设备大型化、提高运输能力为了适应高产高效集约化生产的需要,皮带运输机的输送能力要加大。长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势,也是高产高效矿井运输技术的发展方向。在今后的 10a 内输送量要提高 30004000 t/h,还速提高至 46m/s,输送长度对于可伸缩皮带运输机要达到 3000m。对于钢绳芯强力皮带运输机需加长至 5000m 以上,单机驱动功率要求达到 10001500 kW,输送带抗拉强度达到 6000 N/mm(钢绳下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709857芯)和 2500 N/mm(钢绳芯) 。尤其是煤矿井下顺槽可伸缩输送技术的发展,随着高产高效工作面的出现及煤炭科技的不断发展,原有的可伸缩皮带运输机,无论是主参数,还是运行性能都难以适应高产高效工作面的要求,煤矿现场急需主参数更大、技术更先进、性能更可靠的长距离、大运量、大功率顺槽可伸缩皮带运输机,以提高我国皮带运输机技术的设计水平,填补国内空白,接近并赶上国际先进工业国的技术水平。其包含 7 个方面的关键技术:皮带运输机动态分析与监控技术;软起动与功率平衡技术;中间驱动技术;自动张紧技术;新型高寿命高速托辊技术;快速自移机尾技术;高效储带技术。(二) 提高元部件性能和可靠性设备开机率的高与低主要取决于元部件的性能和可靠性。除了进一步完善和提高现有元部件的性能和可靠性,还要不断地开发研究新的技术和元部件,如高性能可控软起动技术、动态分析与监控技术、高效贮带装置、快速自移机尾、高速托辊等,使皮带运输机的性能得到进一步的提高。(三) 扩大功能,一机多用化拓展运人、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。开发特殊型皮带运输机,如弯曲皮带运输机、大倾角或垂直提升输送机等。下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709858第 2 章 皮带运输机的设计计算2.1 已知原始数据及工作条件皮带运输机的设计计算,应具有下列原始数据及工作条件资料:(1)皮带运输机的使用地点及工作环境;(2)所运物料的名称和输送能力;(3)所运物料的性质;(4)装载和卸载情况;(5)给料点数目和位置;(6)输送机布置形式和尺寸,即输送机系统综合布置形式、地形条件和供电情况、输送距离、上运或下运、提升高度、最大倾角等;(7)装置布置形式,是否需要设置制动器;原始参数和工作条件:(1)输送物料:原煤(2)皮带运输机:运距:200 ;倾斜角:=0;最大运量 :480mt/h(3)物料特性:粒度:0200 ;密度:1.0t/ ;在输送带上堆积角:=203m(4)工作环境:井下;环境温度:2200200=600故输送带宽满足输送要求。2.3 圆周驱动力2.3.1 计算公式 下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098512(1)所有长度(包括 L80 ) m传动滚筒上所需圆周驱动力 为输送机所有阻力之和,可用式( 2-3)计算:UF(2-3)12HNSStF式中 主要阻力, ;HFN附加阻力, ;N特种主要阻力, ;1S特种附加阻力, ;2F倾斜阻力, 。St五种阻力中, 、 是所有输送机都有的,其他三类阻力,根据输送机侧型及HNF附件装设情况定,由设计者选择。(2) 80mL对机长大于 80 的皮带运输机,附加阻力 明显的小于主要阻力,可用简便的方NF式进行计算,不会出现严重错误。为此引入系数 C 作简化计算,则公式变为下面的形式:(2-4)12UHSSt式中 与输送机长度有关的系数,在机长大于 80 时,可按式(2-5)计算,或Cm从表查取(2-5)0Lc式中 附加长度,一般在 70 到 120 之间; 0Lm系数,不小于 1.02。C查 DT(A)型皮带运输机设计手册 表 2-5 即本说明书表 2-4表 2-4 系数 CL 80 100 150 200 300 400 500 600下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098513C 1.92 1.78 1.58 1.45 1.31 1.25 1.20 1.17L 700 800 900 1000 1500 2000 2500 5000C 1.14 1.12 1.10 1.09 1.06 1.05 1.04 1.032.3.2 主要阻力计算输送机的主要阻力 是物料及输送带移动和承载分支及回程分支托辊旋转所产生HF阻力的总和。可用式(2-6)计算:(2-6)(2)cosROUBGfLgqq式中 模拟摩擦系数,根据工作条件及制造安装水平决定,一般可按表查取。f输送机长度(头尾滚筒中心距) , ;Lm重力加速度;g皮带运输机倾斜角;初步选定托辊为 DT6205/C4,查DT(A)型带式输送机设计手册表 2-7,上托辊间距 1.2 ,下托辊间距 3 , 上托辊槽角 35,下托辊槽角 。0amuam承载分支托辊组每米长度旋转部分重量, ,用式(2-7)计算ROq /kg(2-7)10ROGqa其中 承载分支每组托辊旋转部分重量, ;1Gkg/m承载分支托辊间距, ;0a托辊已经选好,知 124.3Gk计算: 10.25kg/ROqa回程分支托辊组每米长度旋转部分质量, ,用式(2-8)计算:RUq /m(2-8)2RUGqa下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098514其中 回程分支每组托辊旋转部分质量2G回程分支托辊间距, ;Uam216Gkg计算: 5.3/mRUqa每米长度输送物料质量Gq3.6mGIQqkg/10UAFP每米长度输送带质量, , =9.28Bq/Bq/(2)cosHROUGFfLgq=0.042009.820.25+5.33+(29.28+66.67)cos0=8688 N模拟摩擦系数 值应根据表 2-5选取。取 =0.04。f f表2-5 阻力系数输送机工况 f工作条件和设备质量良好,带速低,物料内摩擦较小 0.020.023工作条件和设备质量一般,带速较高,物料内摩擦较大0.0250.030工作条件恶劣、多尘低温、湿度大,设备质量较差,托辊成槽角大于等于350.0350.0452.3.3 特种主要阻力计算主要特种阻力 包括托辊前倾的摩擦阻力 和被输送物料与导料槽拦板间的摩1SFF擦阻力 两部分,按式(2-9) 计算;gl下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098515(2-9)slglF按式(2-10)或式(2-11)计算:F(1) 三个等长辊子的前倾上托辊时(2-10)0()cosinBGFCLqg(2) 二辊式前倾下托辊时(2-11)0siB托辊轴线相对于垂直输送带纵向轴线的前倾角;V 型托辊的轴线与水平线的夹角。由于不设裙板,故 。0glF又因 =0,故本输送机没有特种主要阻力 ,即 =01SF1S2.3.4 特种附加阻力计算附加特种阻力 包括输送带清扫器摩擦阻力 和卸料器摩擦阻力 等部分,按2SFr aF下式计算:(2-12) 23SranF(2-13) 3rAP(2-14) 2aBk式中 清扫器个数,包括头部清扫器和空段清扫器;3nA一个清扫器和输送带接触面积, ,见表2m清扫器和输送带间的压力, ,一般取为 3 ;PN/ 4410N/m清扫器和输送带间的摩擦系数,一般取为 0.50.7;3刮板系数,一般取为 1500 。2k /表 2-6 导料槽栏板内宽、刮板与输送带接触面积刮板与输送带接触面积 A/m 2带宽 B/ m导料栏板内宽/1b头部清扫器 空段清扫器下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098516500 0.315 0.005 0.008650 0.400 0.007 0.01800 0.495 0.008 0.0121000 0.610 0.01 0.0151200 0.730 0.012 0.0181400 0.850 0.014 0.021查表 2-6 得 A=0.008 ,取 =10 ,取 =0.6,将数据带入式(2-13)2mp4102m3则 =0.00810 0.6=480rF410N拟设计的总图中有一个清扫器和一个空段清扫器(一个空段清扫器相当于 1.5 个清扫器) min0.81520NF承由式(2-12 ) 则 =2.5480+1200=24002S2.3.5 倾斜阻力计算倾斜阻力按下式计算: StF(2-15)tGqgH式中:H输送机提升或下降物料的高度, 。m因为是本输送机水平运输,所以 H=0StGFqgH由式(2-17 ) 12UHStFC=1.458688+0+2400+0U=14997.6 N2.4 传动功率计算下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985172.4.1 传动滚筒轴功率计算传动滚筒轴功率( )按式(2-16)计算:AP(2-16)10UF2.4.2 电动机功率计算电动机功率 ,按式(2-17)计算:MP(2-17)AP式中 传动效率,一般在 0.850.95 之间选取;联轴器效率;1每个机械式联轴器效率: =0.981液力耦合器器: =0.96;1减速器传动效率,按每级齿轮传动效率.为 0.98 计算;2二级减速机: =0.980.98=0.962三级减速器: =0.980.980.98=0.94电压降系数,一般取 0.900.95。多电机功率不平衡系数,一般取 ,单驱动时, 。 0.9.51根据计算出的 值,查电动机型谱,按就大不就小原则选定电动机功率。MP由式(2-20 ) 147.620WKA由式(2-21 )9.34.6721MP选电动机型号为 Y224M-4, ,数量 1 台。45N2.5 输送带张力计算下载后文件包含有 CA带式输送机技术的最新发展摘要粒状材料运输要求带式输送机具有更远的输送距离、更复杂的输送路线和更大的输送量。为了适应社会的发展,输送机需要在系统设计、系统分析、数值仿真领域向更高层次发展。传统水平曲线和现代中间驱动的应用改变和扩大了带式输送机发展的可能性。本文回顾了为保证输送机的可靠性和可用性而运用数字工具的一些复杂带式输送机。 前言 虽然这篇文章的标题表明在皮带输送机技术中将提出“新” 发展,但是提到的大多思想和方法都已存在很长时间了。 我们不怀疑被提出一些部件或想法将是“新”的对你们大部分人来说。所谓的 “新”就是利用成熟的技术和部件组成特别的、复杂的系统; “ 新 ”就是利用系统设计工具和方法,汇集一些部件组成独特的输送机系统,并解决大量粒状原料的装卸问题;“新” 就是在第一次系统试验(委任)之前利用日益成熟的计算机技术进行准确节能计算机模拟。 同样,本文的重点是特定复杂系统设计及满足长距离输送的要求。 这四个具体课题将覆盖: 托辊阻力 节能 动力分散 分析与仿真节能 减小设备整体电力消费是所有项目的一个重要方面,皮带输送机是也不例外。 虽然与其他运输方法比较皮带输送机总是运输大吨位高效率的手段,但是减少带式输送机的功率消耗的方法还是很多的。 皮带输送机的主要阻力组成部分有: 托辊阻力 托辊与皮带的摩擦力 材料或输送带弯曲下垂引起的阻力 重力 这些阻力加上一些混杂阻力组成输送材料所需的力。1 在一台输送长度400米的典型短距离输送机中,力可以分为如图1所示的几个部分,图中可以看出提升力所占比例最大,而阻力还是占绝大部分。图 1在高倾斜输送带中如矿用露天倾斜输送带,所受力可分解为图2所示的几个部分,其中提升力仍占巨大比例。由于重力是无法避免的,因此没有好的方法减少倾斜式输送机所受力。图 2但是在长距离陆上输送机中,所受力更趋向图3所示的几个部分,不难看出摩擦力几乎是所受力的全部。这种情况下考虑主要受力才是最重要的。图 3力量演算具体是超出本文的范围之外,但是值得一提的是,在过去几年对所有四个区域橡胶凹进、对准线和材料或者传送带弯曲等方面的重要研究都在进行。 并且,虽然在处理每特定区域时大家有不同意见,通常对整体项目经济是必要和重要的是被大家被接受的。 在2004个SME年会上,MAN Takraf的Walter Kung介绍了题为Henderson粗糙矿石输送系统回顾组装、起动和操作2。 这个项目在1999年12月被实施并且包括一个24公里(3飞行)陆上转达的系统替换地下矿碾碎路轨货车使用系统。图 4最长的传动机在这个系统(PC2)是16.28公里长与475m升距。最重要的系统事实是提供的功率(4000千瓦在1783 mtph 和4.6 m/s)的50% 被要求用来转动一条空载的带子,因此输送系统的效率是很重要的。需密切注意托辊、传送带盖子橡胶和对准线。用文件说明有关的效率的差别是的一种方法, 使用相等的摩擦系数f的22101标准定义作为比较主要抵抗的总数的另一种方法。过去,象这样典型输送装置的综合设计噪音系数大约是0.016f。MAN Takraf正估计他们对力的敏感达到到0.011的f,超过30%的削减。这在减少设备建造成本上做出了重大贡献。通过六次的实际动态测量显示价值是0.0075,甚至比期望值低30%。 Kung先生强调这将在仅仅用电费用一项上每年减少费用10万美元。 线路优化 图 5 中国天津水平适应性 当然最高效率的材料运输方式是从一点到下一点的直线输送。 但是,由于自然和认为障碍的存在,我们在长距离输送过程中直接直线输送的可能性越来越小。第一台水平弯曲输送机已在很多年前安装使用,但它今天似乎关于安装的每台陆上传动机在方向至少有一个水平变化。并且今天的技术允许设计师相对地容易地调整这些曲线。 图5和图6显示的是把煤从蕴藏地运输到中国天津港口管理处的陆上输送装置。这套运输机由E.J. ODonovan & Associates设计,由 Continental Conveyor Ltd of Australia 公司承建,长达9千米的输送距离4台1500千万电机驱动运输能力达6000 mtph。图 6 天津输送线平面图Wyodak 矿位于美国怀俄明州粉河流域,是记录中最古老的连续经营的煤矿,自 1923 年运营至今。它一般运用坡面(图 7)从新的矿坑到装置 756m (2,482 ft)与700m (2,300 ft)水平的半径。 这表明由于水平轮的应用输送机不需要设计太长。图 7- Wyodak 煤矿隧道式 如通过没有水平曲线线路,另一项产业,隧道挖掘,就不能使用带式输送机了。 隧道就想象废水和运输那样的基础设施在全世界有。 移动隧道粪肥的最有效率的方法通过把推进的输送装置和隧道机器的后部连结起来。但是这些隧道极少是直的。 这里有一个例子,西班牙 10.9m 直径隧道的在巴塞罗那之下作为地铁(火车)引伸项目一部分。大陆输送机机有限公司安装了前 4.7km 传动机如图 8 和 9 所显示和最近接受合同安装第二台 8.39 公里输送机。图 8- 巴塞罗那隧道平面图图 9- 隧道内部另一个例子, 肯珀建设边境时,建设一个直径 3.6 米长 6.18 公里的隧道作为大都市圣路易斯的下水道区。鲍姆加特纳隧道(图 10)将装有 600 毫米宽的用 4 个中间运动用带子系住的 6.1 公里输送装置。图 10- 鲍姆加特纳隧道平面图管状输送装置 如果常规输送机不能满足必须的输送要求,带式输送机的一种管状输送机会是不错的选择。图 11- 管状输送装置它最简单的描述,管状输送机就是由管状橡胶管和空转辊组成。这种设计具有其他传送方式的优点,更有自己的特点。 托辊可以在各个方向传力允许更复杂的曲线输送。这些曲线可以是水平或垂直或混合形式。这样的输送机输送带与托辊之间的重力和摩擦力保证原料在输送管道内。图 12管状输送机的另一个好处可以输送粉状原料并且可以减少溢出浪费,因为材料是在管道内部。一个典型的例子是环境效益和适应性特好的美国犹他州地平线矿(图12)。这个长3.38公里的管状输送机由ThyssenKrupp Robins 安装通过一个国家森林并且横断了22个水平段和45个垂直段。Metso 绳索输送机 另一种由常规衍变来的是Mesto 绳索输送机(MRC),通常以缆绳传送带著名。这个产品以长途输送著名,在距澳大利亚30.4公里的沃斯利铝土矿上应用的输送带是最长的单个飞行输送机。在钢绳输送机上,驱动装置和运载媒介是分离的。图 13 - MRC-平直的部分这种驱动与输送装置的分离允许输送有小半径的水平弯曲,这种设计优于根 距张紧力和地势的传统设计。图 14MRC 与常规输送机水平曲线的不同图 15- 位于加拿大 Line Creek 的 MRC图15显示的是位于加拿大Line Creek河畔的一条长10.4公里水平半径430米的缆绳输送带 立式输送装置 有时材料需要被提升或下降而常规输送机被限制在1618度附近的倾斜角度内。但是带式输送机的非传统衍变不管是在增加角度还是平直方面都是相当成功的。 大角度输送机 第一台大角度输送机由Continental Conveyor & Equipment Co.公司生产,非常利用常规输送机零部件(图16)构成。当原料在两条带子之间输送时,被称为三明治输送装置。 图 16Continental 公司的第100套大倾角输送装置采用独特的可平移式设计,作为Mexican de Canenea的堆过滤垫(图17)。图 17垂直式输送装置 第二种立式输送装置展现的是一种非常规的带式装置,它可以实现垂直输送(图18)。 这种Mesto 垂直输送机,2001年由Frontier Kemper 安装在白县煤矿Pattiki 2矿(图19),将煤由273米深的矿井输出并达到1,818 mtph的输送能力。图 18图 19- Pattiki 2 矿动力分散 在最近过去的一段时间里,一种最有趣的发展是电力沿输送道路的分配。看到输送机驱动装置安装在收尾末端,让尾端驱动完成输送带的拉紧输送工作。但是现在的发展观念是把驱动安装在任何需要的位置。 在带式输送机上多个位置安装动力源的想法已经存在很长一段时间了。第一次应用是1974年安装在美国Kaiser煤矿。紧接着是在地下煤矿中得到应用,而且长臂开采法也越来越体现它的优越性。采矿设备的效率和能力也得到巨大改善。矿工们也开始寻找大的矿区从而减少移动大型采矿设备的次数及时间。矿井宽度和矿井分格长度都得到增加。 当矿井分格长度增加后,输送问题开始出现。接近4-5千米的输送长度所需要的电力和输送带的强度比以前地下煤矿需要的大很多。问题是大号的高电力驱动装置安装及移动困难。虽然胶带技术能够满足胶带所需强度要求,它意味着需要比钢铁更重要的强度及加硫处理。由于长臂开采法的盘区传动机经常推进和后退,矿工需要经常增加或取消滚筒的正传与逆转。而且硫化结合需要长期维护以保证强度,因而失去的产品生产时间在一个完全盘区中是很严重的。现在需要超过风险,并且中间驱动的应用限制了输送带的伸长及张紧这样就允许纤维胶带在长距离输送机中应用。 现今,中间驱动技术被很好的接受并越来越广泛的应用于地下煤矿中。世界范围内的许多矿把这项技术整合到现在和未来矿业计划当中来增加他们的整体采矿效率和效益6。 表20所示的张紧图显示了中间驱动的重大好处。这种平面前驱的输送机有简单的皮带张力分布如黑色线条所示。虽然平均皮带张力在每个周期期间只约为最大值的40%,但必须围绕最大估量值附近。黑色线条的急剧回落表示顶头滑轮要求的总扭矩和力量来启动输送机。 将受力分解到两个地点(红线),当总功率基本相同的情况下,皮带张力差不多减少40%。因此更小的输送带和更小的电源组可以得到运用。为了进一步扩展这种方式,增加第二中间驱动(绿线),皮带峰顶张力进一步下降。 隧道产业也迅速采用这种技术并且把这项技术提高到更好的水平,更复杂更先进。但挖隧道最需要的是水平曲线的进步。 通过中间驱动(图21)的一种应用例如Baumgartner 隧道如前图10所描述,皮带张紧力可以通过在重要的地点安装战略驱动来控制,从而实现输送带的小曲线换向。图 20图 21在图22中,绿色投影区域代表弯曲结构的地点。蓝色线条代表输送带运载面,粉红色线条代表输送带返回面。可以发现在弯曲半径最小750米时输送带运载面和返回面所受张紧力均达到最小。图 22 尽管到目前为止,这项技术陆上输送机中没有广泛的应用,一些倾向于水平曲线的技术却得到发展。图23显示了南美洲的一条长8.5千米硬岩层输送带,它需要4个中间驱动来实现4段2000米半径的曲线转向。图 23- 平面图 图24显示在弯曲段有与没有驱动时输送带的张紧力比较。 分散驱动的优点在MRC缆绳输送带中也得到应用。然而张紧运载的绳索有别于负载传送带,安装中间驱动更加容易,输送的原料不用离开运载输送带的表面。张紧运载的绳索与输送带分开足够的距离,便利在安装中间驱动后继续工作。(图25). 图 24- 张紧曲线图 25 分析与仿真 许多人在争论我们建造以上描述的复杂输送机的能力时,归因于许多分析和仿真工具的发展。组件制造商可以通过测试他的产品以保证符合规格;然而系统工程师很少能测试完成的系统,知道它在站点完成。所以计算方法和工具在模仿各种各样不同学科和组分上的作用是绝对重要的。 动态开始和停止 当进行开始和停止试验时,假设所有的质量单元同时加速;也就是把输送带看做一个刚体(非弹性体)。实际上,推进扭矩通过滑轮产生的压力波传递给输送带,并通过压力波的传播带动输送带运行。压力在输送带上传播时发生由阻碍输送带运行的阻抗产生的纵波引起的变化。7 从1959开始许多出版物都指出弹性输送带的大输送量、长距离输送机在停止和启动时会导致传动装置、驱动装置、张紧装置的选择等错误。对弹性瞬变响应的疏忽可能导致不精确的后果: 输送带最大压力 滑轮上的最大压力 输送带的最小压力及原料泄漏 提升压力要求 提升行程和速度要求 驱动轮 启动转矩 制动转矩 各驱动间的负载分担 原料在斜面上的稳定性 为了长期应用,通过数学模型对弹性输送带在开始和停止时的状态进行模拟是非常重要的。 一部完整输送机系统的模型可通过划分输送机为一系列的有限元素来实现。每个元素由一个质量和一个流变弹簧组成,如图26所示。图 26许多分析输送带无力性能的方法都在研究,如把它看做一个流变弹簧,而且大量的技术也被用来这方面的研究。一个合适的模型需要包含以下几个方面:1. 传送带纵向拉伸量的弹性模数 2. 对从属运动的阻抗 3. 凹陷处的粘弹性损失 4. 由于输送带的下垂引起的输送带模数变动 因为纯数学解决这些动态问题是非常复杂的,它的目标不是详述基础的动态理论分析。相反,它的目的是让长距离输送、水平弯曲、分散驱动在输送机上更普遍,对传送带停止和开始进行弹性动态分析的重要性是开发适当的控制算法。 以图23 8.5千米输送机为例,两个虚拟开始被模拟来比较它们的控制算法。一种是两个1000千瓦的驱动安装在头部尾端,二个1000千瓦驱动安装在输送面的中点,另一个1000千瓦驱动安装在尾部,要极端小心保证所有驱动的协调与维护。 图27显示一个不协调并严重摆动输送机120秒启动的扭矩图及其相应的速度输送带摆动图。T1/T2滑动比率表明推进滑动可能发生。图28显示对应的一个180秒启动图,并能够安全和顺利的加速输送机。图 27-120 秒恶劣启动图 28- 180 良好启动转运站的质流 运用中间驱动和链板输送能长期使用的一个原因就是消除转运站。许多最困难的问题在带式输送机装货和卸载附近集中。传送溜槽通常选在输送机高效维护区域,同时重大生产风险在这里集中。 堵塞 输送带和滑道损伤和磨蚀物质退化 粉尘 装货/溢出偏心 过去,没有分析工具,反复试验和经验是设计工程师唯一可用的设计方法;现在,数值仿真方法的存在允许设计师在制造之前测试他们的设计。 数字仿真是根据一个实际的物理系统设计的模型,并在计算机上模拟和分析结果。仿真体现在实践中学习的精神。为了了解现实及其复杂性,我们在计算机上建立虚拟物体并动态的观察它们间的相互作用。 分离元素法是解决工程学和应用科学如粒状材料流等不连续的机械行为问题的一种数字模拟技术。值得注意的是,由非连续行为引起的行为不能依靠传统基基于计算机的连续流塑造方法例如有限元素分析、有限差规程和甚而计算流体动力学(CFD)的来进行模拟。 DEM系统模仿每个部件或微粒的动态行为和机械互作用,并提供分析期间每个部件和微粒的位置、速度、和力量的详细描述。8 在分析过程中,微粒被塑造成有形状的物体,这些物体之间及于界限表面、运载表面互相作用,这些物体接触和碰撞形成他们之间法向、切向力. 正常接触分力在碰撞过程中引起一个线性有弹性恢复的组分和一个粘阻力来模拟能量损失。线性有弹性组分系数根据自身属性确定,正常粘滞系数可以根据一个等效恢复系数的弹簧来塑造(图29)。图 29 图30显示颗粒下落通过传送带溜槽。图示中颗粒的颜色代表他们的速度。红色代表零速度,而绿色代表最高速度。也许这些工具的最大好处就是一位老练的工程师能通过形象化表示设计施工前有个行像的表现。有了这个形象的感觉在施工过程中可以尽量减少不必要的工作。 其他定量数据也可能被隐藏包括在输送带或滑道墙壁的冲击和剪切力。图 30 更大的带式输送机 本文提到了一台最长的唯一飞行常规输送机,长16.26公里的Henderson PC2。但一台19.1公里的输送机在美国正在建设中,并且一台23.5公里的飞行式输送机在澳洲被设计。其他长30-40公里的输送机在世界其他地区讨论研究。 当定量凹进的方式为人所知,输送带制造商开发了低辗压抗压储力10-15%的橡胶输送带。与改进的设施方法和对准线一起作用,节能是可以实现的。 地下煤矿和隧道承包商将继续使用已经证明对他们有好处的分散驱动方式;至少有两种在表面输送机中安装中间驱动的输送机在2005年运行。 在德国,RWE Rheinbraun 使煤矿用输送机输送量达到30,000 tph ,并且其他表面煤矿也在有计划的接近这个输送量。随着输送两的增加,输送带的速度也在增加,这样就要求更好的设备、工艺公差、阻力和动力分析。 我们希望输送机能够更远、更宽、更高、更快,采用所有分析工具来分析系统性能。因为每台输送机都是独特的,我们唯一的预见方式就是外面的数据分析和模仿工具。因此由于外面的目标越来越大,我们有必要改进设计工具。齐齐哈尔大学毕业设计(论文)外文翻译译文(草稿)学 院 机电工程学院 专业班级 机电 123 班 学生姓名 任宏阳 指导教师 刘明武 齐齐哈尔大学毕业设计(论文)外文翻译译文学 院 机电工程学院 专业班级 机电 123 班 学生姓名 任宏阳 指导教师 刘明武
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