皮带机组成、布置、传动理论

1一、皮带机基本组成带式输送机的基本结构如图一所示:带式输送机组成示意图1 —尾部改向滚筒;2—导料槽;3—中间架;4—输送带;5—下托辊组;6—上托辊组;7—拉紧装置;8—驱动架;9—驱动滚筒;10—卸料器;11—驱动电机;12—联轴器;13—软起动装置;14—减速机【图一 带式输送机组成示意图】1 —尾部改向滚筒；2—导料槽；3—中间架；4—输送带；5—下托辊组；6—上托辊组；7—拉紧装置；8—驱动架；9—驱动滚筒；10—卸料器；11—驱动电机；12—联轴器；13—软起动装置；14—减速机二、带式输送机的类型及布置方式1.常见固定式带式输送机的类型：2.【图二：常见皮带机布置方式】三、皮带机典型部件的分类3.1 驱动装置带式输送机的驱动装置的作用是为带式输送机提供牵引力，主要由电动机、减速器、传动滚筒等组成。

目前对驱动装置的研究主要集中在软启动问题上。

现在实际应用的软起动装置有以下几种：1）调速型液力耦合器调速型液力偶合器的工作原理是：偶合器工作腔内充入一定量的工作液,工作轮泵轮从电动机上获得机械能,并转化为液力能,推动涡轮旋转,涡轮把液力能转化为机械能,通过输出轴输出,带动工作机工作,周而复始,实现了从原动机到工作机之间的能量传递[3]。

液力耦合器的结构简单，维护量小，能够实现软起动，适应于恶劣的工作环境，但因其传动有3~5%滑差，效率损失在2%左右[4]。

目前液力耦合器的技术已经比较成熟，在带式输送机及其他装备中应用非常广泛。

随着节能降耗的要求以及加工制造技术的提高，液力耦合器技术也得到一定发展，能量传递损失进一步降低，并提出许多新型高效液力耦合器技术，例如无滑差液力耦合器等。

2）电软起动电软起动控制器以反并联的晶闸管组为开关,以软起动交流调压方式限制电动机的起动电流,以使该电动机拖动带式输送机平稳地过渡到额定转速,完成软起动。

电软启动的体积小，价格便宜（低压），但考虑到谐波影响,选用电机时要加大容量,一般应增加20%～30%。

起动瞬间,会先有一个很短时的全压起动,待输送带运动后,再实现软起动,但此时已造成对输送机的瞬时冲击;必须与限矩型液力偶合器配套使用; 由于降压起动,低转速时,电动机输出转矩不大,不能实现满载起动,不是真正意义上的软起动[4]。

目前传统的降压起动已经逐渐淘汰，新型电软启动使用可控硅降压，并利用全数字技术对电机的电压与电流进行控制以实现软启动。

3）液体粘性软启动装置工作原理:主动轴带动主动摩擦片旋转,通过摩擦片之间的粘性液体油膜的剪切力带动从动摩擦片旋转。

通过电液控制系统,调节摩擦片间的油膜厚度,控制输出扭矩,实现平滑启动及无级调速[5]。

液体粘性软启动装置使用PLC 为控制核心，加、减速度调节范围大,能提供平滑的起动力矩,大大提高输送机的寿命;电动机能空载起动,电气和机械冲击小;能实现多电机驱动功率平衡;能对传动系统进行过载保护,提高使用寿命;与电动机的匹配特性良好,能实现重载起动;传动效率较高,功率损耗小。

缺点是每个液体粘性软启动装置需要一个液压站，电液维护要求较高[5]。

液体粘性软启动装置是目前比较先进的软启动装置，能够很好的与现有驱动设备匹配，具有良好的互换性，能够很好的对现有的皮带机进行现代化改造。

目前国内的液粘技术已经比较成熟，其应用越来越广泛，是一种很有前途的高技术机电一体化产品。

4）CST 系统CST 是一个带有电-液反馈控制及齿轮减速器，在低速轴端装有线性、湿式离合器的机电一体化驱动系统。

由美国道奇公司设计，通过计算机编程，可以对起动加速度精确控制。

但国产化率低，相比液体粘性软启动装置性能基本相当，成本高，亟需国产化降低成本[4]！5）变频调速装置变频调速装置主要由功率器件GBT 绝缘栅极可控晶体管、 控制器与电抗器组成。

其工作原理是通过控制器来调节功率器件中的绝缘栅极,使进入功率器件的交流电源的频率发生变化。

根据公式pfn 6 所示(n 为电动机转速,f 为交流电源频率, p 为电动机极对数)电动机转速与交流电源频率成正比关系[4]。

当交流电源的频率由小到大变化时,电动机转速也随之由小到大变化。

只要控制频率变化范围以及频率变化的时间,就可使输送机按照设定的速度曲线平稳起动,达到输送机的软起动。

目前变频调速装置的防爆产品还依赖进口，价格昂贵；高电压、大功率变频调速还难实现；维护要求高，对环境温度和洁净度要求高；在井下使用时功率器件的发热问题也比较难解决。

但因为变频调速的范围广、精度高，不需要额外的机械装置，是调速和软启动的未来发展方向。

3.2 制动装置上运及平运带式输送机制动要求较低，一般采用推杆制动器。

下运带式输送机的制动要求较高，常采用的制动系统有液力制动系统、液压制动系统和盘式制动系统。

1）推杆制动器目前推杆制动器的技术已经发展成熟，已经标准化、系列化。

用户可以按标准选择。

由于推杆制动器结构简单、可靠，现在正发展推杆制动器的软制动功能，通过对推杆的推动器改进，使其具有软制动功能。

2）液力制动系统液力制动系统的液力制动器实质上是一种涡轮（定子）固定不动的液力偶合器,其泵轮（转子）与减速器高速轴相连,随输送机转动,制动时油泵向液力制动器供油,工作油在转子内被加速,在定子内被减速,给转子以反力矩形成制动力矩。

该系统结构比较复杂，维护难度较大，低速n<500r/min[6]，易振荡，并且无定车功能，定车需用机械闸，整机造价较高，不适宜继续发展。

3）液压制动系统液压制动系统的制动器是通过柱塞泵将输送机的机械能转化为液压能,然后通过有关控制阀节流所产生的高压作用于柱塞泵,形成制动力矩。

此系统结构复杂,各种阀组太多,维护难度大; 需要 1 套小冷却系统,且不适合用井下硬质水; 无定车功能,仍需要机械闸; 整机造价较高。

不适宜继续发展。

4）自冷盘式制动系统自冷盘式制动系统是通过闸瓦和制动盘之间的摩擦,将输送机具有的机械能转换为热能,加以散耗，同时作用于制动盘的摩擦力形成制动力矩。

该系统结构比较简单，维护量较低，能够实现直接定车，造价较低，尤其是通过与电控配合，使带式输送机的减速度可控，实现可控软制动。

该系统一般采用PLC为控制核心，工作可靠，应用广泛。

目前该系统已经广泛应用到带式输送机，效果良好，是一种很有前途的高技术机电一体化产品。

3.3 拉紧装置目前带式输送机的拉紧装置有重锤式拉紧装置、固定式拉紧装置、自动式拉紧装置。

各种拉紧装置适合不同的拉紧场合。

1）重锤式拉紧装置重锤式拉紧装置包括垂直重锤式、重锤塔架式、重锤车式等。

重锤式拉紧装置适用于固定带式输送机。

能够提供恒定的拉紧力，自动补偿皮带的伸缩变化，相应速度快，应用比较广泛。

但占用空间较大，工作中拉紧力不能自动调整。

2) 固定式拉紧装置固定式拉紧装置包括螺旋拉紧装置(适用于长度较短,功率较小的输送机，可按机长的1%～1.5%选取拉紧行程)和固定绞车拉紧装置（适用于大拉力、长距离、大运量的带式输送机）。

固定式拉紧装置的拉紧滚筒在输送机运转过程中位置是固定的,其中拉紧行程的调整通过手机或者自动两种方式改变拉紧滚筒的位置来实现。

固定式拉紧装置的优点是结构简单紧凑、工作可靠。

缺点是对输送机运转过程中由于输送带弹性变形和塑性变形无法适时补偿,从而导致拉紧力下降,可能引起输送带在传动滚筒上打滑。

所以在使用时应定期张紧输送带,按最不利工况设定拉紧力,使输送机具有足够的张紧力,以确保整条输送机正常运行。

3）自动式拉紧装置自动式拉紧装置包括自动绞车拉紧装置和液压拉紧装置。

自动式拉紧装置通过电动或是电液的有序控制,满足输送机启动时拉紧力比稳定运行时大的要求,即输送机启动时拉紧力自动增加,输送机稳定运行后,其拉紧力又自动降低到原定值。

它能使输送带具有合理的张力,自动补偿输送带的弹性变形和塑性变形。

自动式拉紧装置能够在输送机运行过程中按一定的要求自动调节拉紧力的大小,它响应快、适应性强、布置灵活,在现代长距离带式输送机中使用较多,是一种理想的拉紧装置,特别是液压拉紧装置近几年得到了广泛的应用。

目前由于带式输送机,特别是大型带式输送机正向着整机自动控制方向发展,因而需要对拉紧装置实现微机控制和监测，方便与输送机其他部分联机控制。

而液压自动拉紧动作快，容易实现自动控制,所以将得到广泛的应用。

3.4 托辊托辊是带式输送机的重要部件，其寿命的长短直接影响了皮带机的运行时间。

目前,托辊性能已成为带式输送机技术研究的焦点之一。

国内由于加工及装配技术的影响，托辊的寿命与国外还有很大差距。

国内要求托辊的使用寿命在20000h以上，而国外托辊的使用寿命普遍在40000h以上，差距明显。

当然衡量托辊性能的指标还有运行阻力系数、重量等。

随着我国煤矿高产高效工作面的发展,带式输送机将朝着长距离、大运量、大倾角及高速度等方向发展,为了适应这种趋势,托辊也将朝着以下几个方面发展。

1）塑料托辊酚醛复合材料制作的管体及轴承座具有重量轻、几何偏差小和耐腐蚀等优点, 由其制作的托辊具有运行阻力小、噪声低、振动轻微和使用寿命长等特点, 因而塑料托辊将会有较大发展。

2）单向托辊单向托辊是为了防止上运带式输送机断带后输送带及物料下滑而研制的一种新型托辊。

输送机上运时, 托辊正常运转, 一旦发生断带, 托辊立即停止转动, 在输送带与托辊的静摩擦力作用下, 输送带及物料处于静止状态, 从而可有效地避免因输送带及物料下滑而带来的损失及人员伤亡。

因此, 单向托辊将在上运带式输送机中广泛应用。

3）深槽型托辊装置该托辊装置是为了适应大倾角上下运带式输送机的发展而开发的一种新型双排形托辊装置, 它取消了传统托辊装置中的水平托辊,从而提高了物料与输送带间的导来摩擦系数,物料最大许用倾角也相应提高。

实践证明,大倾角上下运带式输送机采用深槽型托辊装置,可使输送机倾角提高至25°,不会发生滚料。

塑料托辊、单向托辊及深槽型托辊装置均是新近开发成功的，随着技术的不断完善及各种技术的相互渗透，各种新型的组合托辊装置将不断涌现，这对于提高带式输送机的综合性能是大有好处的。

3.5 皮带目前输送带的产能过剩，为求得生存，各生产厂家都在改进产品质量，开发新的产品，来更好的满足使用需求。

主要有：1）为适应长距离运输要求，进一步增大了输送带强度。

目前国内主要使用钢丝绳芯带和整芯带，带强分别达到ST5400,整芯带用到PVG3400S,但与国外最高水平仍有差距。

国外输送带带强最高分别达到ST7500（钢丝绳芯）和PVG4000S（整芯）。

2）为满足大运量要求，输送带的宽度也相应加大。

除大多数1.2~1.6m标准型宽度的胶带外，超宽型胶带已从3.2m进一步扩宽到3.5~4m，从而使输送带的运量成倍增长。

这类输送带以钢丝绳带为多，在结构上施加各种防纵裂措施，并具有事故报警和纵裂监控功能。