液压卷带机设计

摘要

    带式输送机的皮带回收时，定尺剪断皮带，人工拉出，人工折叠，人工抬上运输车，送回皮带仓。随着带式输送机输送量的增加，皮带的厚度、宽度均增加，同时回收皮带的重量也随之加大，给人工作业带来更大的劳动强度。

    本文结合我国煤矿特点及带式输送机特点，设计了一液压卷带装置，实现了皮带回收的自动化操作，降低了劳动强度 ，缩短了工作时间，提高了工作效率和工作安全性。

本文首先分析了卷带装置在带式输送机的中的位置、作用及工作环境，确定了液压传动方案，然后根据功能要求，拟定了卷带装置的结构方案。根据各执行元件的特点，绘制了液压系统图。最后，对关键部件，提升液压缸进行了重点设计。

第1章 绪论

1.1 输送机的概念

    输送机（Conveyor）是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续输送机。输送机可进行水平、倾斜和垂直输送，也可组成空间输送线路，输送线路一般是固定的。输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。

  可以单台输送，也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同布置形式的作业线需要。

输送机械按运作方式可以分为：1：带式输送机 2：螺旋输送机 3：斗式提升机。输送机普遍应用于港口、码头、车站、机场、仓库、矿山、邮电、电器、轻工、食品等行业。完成物品的传输、装卸工作。极大地提高工作效率，降低劳动强度，减少货物的操作率，缩短装卸时间，是企业降低产品成本，投资成本低，提高效率和产品质量的有效设备

1.2 输送机的分类

（一）输送机一般按有无牵引件来进行分类

    具有牵引件的输送机一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。牵引件用以传递牵引力，可采用输送带、牵引链或钢丝绳；承载构件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驱动装置给输送机以动力，一般由电动机、减速器和制动器(停止器)等组成；张紧装置一般有螺杆式和重锤式两种，可使牵引件保持一定的张力和垂度，以保证输送机正常运转；支承件用以承托牵引件或承载构件，可采用托辊、滚轮等。

具有牵引件的输送机的结构特点是：被运送物料装在与牵引件连结在一起的承载构件内，或直接装在牵引件(如输送带)上，牵引件绕过各滚筒或链轮首尾相连，形成包括运送物料的有载分支和不运送物料的无载分支的闭合环路，利用牵引件的连续运动输送物料。

  这类的输送机种类繁多，主要有带式输送机、板式输送机、小车式输送机、自动扶梯、自动人行道、刮板输送机、埋刮板输送机、斗式输送机、斗式提升机、悬挂输送机和架空索道等。

  没有牵引件的输送机的结构组成各不相同，用来输送物料的工作构件亦不相同。它们的结构特点是：利用工作构件的旋转运动或往复运动，或利用介质在管道中的流动使物料向前输送。例如，辊子输送机的工作构件为一系列辊子，辊子作旋转运动以输送物料；螺旋输送机的工作构件为螺旋，螺旋在料槽中作旋转运动以沿料槽推送物料；振动输送机的工作构件为料槽，料槽作往复运动以输送置于其中的物料等。

  未来输送机的将向着大型化发展、扩大使用范围、物料自动分拣、降低能量消耗、减少污染等方面发展。

  大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。水力输送装置的长度已达440公里以上带式输送机的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的“带式输送道”。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。扩大输送机的使用范围，是指发展能在高温、低温条件下有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性物料的输送机

  发展趋向 输送机的发展趋向是：①继续向大型化发展。大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。水力输送装置的长度已达 440公里以上。带式输送机的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的"带式输送道"。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。②扩大输送机的使用范围。发展能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。③使输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。如邮局所用的自动分拣包裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求等。④降低能量消耗以节约能源，已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。已将1吨物料输送1公里所消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。⑤减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和排放的废气。。

 （二）输送机械按使用的用途分类:

  1,散料输送机械(如:带式输送机\螺旋输送机\斗式提升机\大倾角输送机等)

  （1）带式输送机由驱动装置拉紧装置输送带中部构架和托辊组成输送带作为牵引和承载构件，借以连续输送散碎物料或成件品。

  带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。应用它，可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。所以带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中。

  在矿山的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中，广泛应用带式输送机。它用于水平运输或倾斜运输。

  通用带式输送机由输送带、托辊、滚筒及驱动、制动、张紧、改向、装载、卸载、清扫等装置组成。

  ①输送带

  常用的有橡胶带和塑料带两种。 橡胶带适用于工作环境温度-15～40°C之间。物料温度不超过50°C。向上输送散粒料的倾角12°～24°。对于大倾角输送可用花纹橡胶带。塑料带具有耐油、酸、碱等优点，但对于气候的适应性差，易打滑和老化。带宽是带式输送机的主要技术参数。

  ②托辊

  分单滚筒（胶带对滚筒的包角为210°～230°）、双滚筒（包角达350°）和多滚筒（用于大功率）等。有槽形托辊、平形托辊、调心托辊、缓冲托辊。槽形托辊（由2～5个辊子组成）支承承载分支，用以输送散粒物料；调心托辊用以调整带的横向位置，避免跑偏；缓冲托辊装在受料处，以减小物料对带的冲击。

  ③滚筒

  分驱动滚筒和改向滚筒。驱动滚筒是传递动力的主要部件。分单滚筒（胶带对滚筒的包角为210°～230°）、双滚筒（包角达350°）和多滚筒（用于大功率）等。

  ④张紧装置

  其作用是使输送带达到必要的张力，以免在驱动滚筒上打滑，并使输送带在托辊间的挠度保证在规定范围内。

  带式输送机的技术优势

  首先是它运行可靠。在许多需要连续运行的重要的生产单位，如发电厂煤的输送，钢铁厂和水泥厂散状物料的输送，以及港口内船舶装卸等均采用带式输送机。如在这些场合停机，其损失是巨大的。必要时，带式输送机可以一班接一班地连续工作。

  带式输送机动力消耗低。由于物料与输送带几乎无相对移动，不仅使运行阻力小(约为刮板输送机的1／3-1／5)，而且对货载的磨损和破碎均小，生产率高。这些均有利于降低生产成本。

  带式输送机的输送线路适应性强又灵活。线路长度根据需要而定．短则几米，长可达10km以上。可以安装在小型隧道内，也可以架设在地面交通混乱和危险地区的上空。

  根据工艺流程的要求，带式输送机能非常灵活地从一点或多点受料．也可以向多点或几个区段卸料。当同时在几个点向输送带上加料(如选煤厂煤仓下的输送机)或沿带式输送机长度方向上的任一点通过均匀给料设备向输送带给料时，带式输送机就成为一条主要输送干线。

    带式输送机可以在贮煤场料堆下面的巷道里取料，需要时，还能把各堆不同的物料进行混合。物料可简单地从输送机头部卸出，也可通过犁式卸料器或移动卸料车在输送带长度方向的任一点卸料。

  （2）螺旋输送机俗称绞龙，适用于颗粒或粉状物料的水平输送，倾斜输送，垂直输送等形式。输送距离根据畸形不同而不同，一般从2米到70米。

  输送原理：旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋输送机输送。使物料不与螺旋输送机叶片一起旋转的力是物料自身重量和螺旋输送机机壳对物料的摩擦阻力。

  结构特点：螺旋输送机旋转轴上焊有螺旋叶片，叶片的面型根据输送物料的不同有实体面型、带式面型、叶片面型等型式。螺旋输送机的螺旋轴在物料运动方向的终端有止推轴承以随物料给螺旋的轴向反力，在机长较长时，应加中间吊挂轴承。

  双螺旋输送机就是有两根分别焊有旋转叶片的旋转轴的螺旋输送机。说白了，就是把两个螺旋输送机有机的结合在一起，组成一台螺旋输送机。

  螺旋输送机旋转轴的旋向，决定了物料的输送方向，但一般螺旋输送机在设计时都是按照单项输送来设计旋转叶片的。当反向输送时，会大大降低输送机的使用寿命。

  （3）斗式提升机 利用均匀固接于无端牵引构件上的一系列料斗，竖向提升物料的连续输送机械。

    斗式提升机具有输送量大，提升高度高，运行平稳可靠，寿命长显著优点，其主要性能及参数符合JB3926----85《垂直斗式提升机》（该标准等效参照了国际标准和国外先进标准），牵引圆环链符合MT36----80《矿用高强度圆环链》,本提升机适于输送粉状，粒状及小块状的无磨琢性及磨琢性小的物料，如：煤、水泥、石块、砂、粘土、矿石等，由于提升机的牵引机构是环行链条，因此允许输送温度较高的材料(物料温度不超过250 ℃)。一般输送高度最高可达40米。

1.3 可伸缩带式输送机国内外的发展现状

1）国外带式输送机技术的现状
    国外带式输送机技术的发展很快，其主要表现在2个方面：一方面是带式输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角带输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型；另一方面是带式输送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、高带速等大型带式输送机已成为发展的主要方向，其核心技术是开发应用于了带式输送机动态分析与监控技术，提高了带式输送机的运行性能和可靠性[7]。目前，在煤矿井下使用的带式输送机已达到表1-1[7]所示的主要技术指标。

表1-1  国外带式输送机的主要技术指标 Tab.1-1  The main technical parameters of belt conveyer in overseas

主参数                        顺槽可伸缩带式输送机

运距/m                            2000～3000

带速/m.s-1                          3.5～4

输送量/t.h-1                        2500～3000

驱动总功率/kW                       1200～2000

2）国内带式输送机技术的现状
    我国生产制造的带式输送机的品种、类型较多。近年来，带式输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产吕开发都取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白，并对带式输送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[7]。目前，我国煤矿井下用带式输送机的主要技术特征指标如表1-2[7]所示。

表1-2  国内可伸缩带式输送机的主要技术指标 Tab.1-2  The main technical parameters of the belt conveyer in china

主参数                    顺槽可伸缩带式输送机

运距/m                       1000～2000

带速/m.s-1                      2～3.5

输送量/t.h-1                    800～1800

驱动总功率/kW                   250～750

3）可伸缩带式输送机的分类和总体分析
1）由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差。但采用气液联动装置会得到较满意的效果。
2）因工作压力低（一般为0.31.0MPa），又因结构尺寸不宜过大，总输出力不宜大于10～40kN。
3）噪声较大，在高速排气时要加消声器。
4）气动装置中的气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢，因此，气动控制系统不宜用于元件级数过多的复杂回路。

机械类型	机        床				农业机械小型工程机械建筑机械	液压机大中型挖掘机重型机械
	磨床	组合 机床	龙门 刨床	拉床
工作压力MPa	0.8~0.2	3~5	2~8	8~10	10~18	20~32

工作压力MPa	5.0	5.0~7.0	7.0
d/D	0.5~0.53	0.62~0.7	0.7

（）	1.25	1.33	1.46	0.161	2
d/D	0.4	0.5	0.55	0.62	0.71

型号	排量	压  力		转  速		特点	生产厂
		额定	最高	额定	最高
CB-	10~40	16	20	1800	2400	铝合金壳体，可作双联泵	榆次液压件厂

液压泵类型	齿轮泵	螺杆泵	叶片泵	柱塞泵
总效率	0.6~0.7	0.65~0.80	0.60~0.75	0.80~0.85

油液流经的管道	推荐流速  m/s
液压泵吸油管道	0.5~1.5，一般取1以下
液压系统压油管道	3~6，压力高，管道粘度小取大值
液压系统回油管道	1.5~2.6

⑵导向套材料

    可伸缩带式输送机以输送带做牵引机构，同时又是承载构件。整个输送带支承在托辊上，并且绕过驱动滚筒和张紧滚筒，驱动滚筒利用摩擦带动输送带，以完成物料输送。

可伸缩带式输送机按机身结构可分为：绳架吊挂式、绳架落地式、钢架吊挂式、钢架落地式；按运行功能分类：近水平式、缓倾斜式；按传动方式分：单电动机传动、双电动机传动、三电动机传动。

    可伸缩带式输送机的系统设计可以从动力系统、传动系统、执行系统、操纵和控制系统等系统进行设计。

    动力系统：动力系统包括动力机及其配套装置，是机械系统的动力源。可伸缩带式输送机的动力源可由电动机或电动滚筒提供。

    传动系统：传动系统是把动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置。可伸缩带式输送机的传动系统主要由减速器或电动滚筒中的减速机构和滚筒体来实现的。

执行系统：执行系统包括机械的执行机构和执行构件。可伸缩带式输送机的执行系统可包括储带装置的各执行构件，输送带，托辊，清扫器，拉紧装置，输送带收敛装置，机尾移动装置、制动装置等

    操纵和控制系统：操纵和控制系统都是为了使动力系统、传动系统、执行系统彼此协调运行，并准确可靠的地完成整机功能的装置。可伸缩带式输送机的操纵和控制系统主要由保护装置及电机和液压装置等的控制装置组成。

1.4 液压传动简介

    液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，液压传动动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。

    流体传液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整  液压传动装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（卷带装置）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。

    液压传动的基本原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。

在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。

    它与单纯的机械传动、电气传动和气压传动相比，具有传递功率大，结构小、响应快等特点，因而被广泛的应用于各种机械设备及精密的自动控制系统。液压传动技术是一门新的学科技术，它的发展历史虽然较短，但是发展的速度却非常之快。自从1795年制成了第一台压力机起，液压技术进入了工程领域；1906年开始应用于国防战备武器。

    第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要反应快、精度高的自动控制系统，因而出现了液压伺服控制系统。从60年代起，由于原子能、空间技术、大型船舰及电子技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，从民用到国防，由一般的传动到精确度很高的控制系统，这种技术得到更加广泛的发展和应用。

    在国防工业中：海、陆、空各种战备武器均采用液压传动与控制。如飞机、坦克、舰艇、雷达、火炮、导弹及火箭等。

    在民用工业中：有机床工业、冶金工业、工程机械、农业方面，汽车工业、轻纺工业、船舶工业。

    另外，近几年又出现了太阳跟踪系统、海浪模拟装置、飞机驾驶模拟、船舶驾驶模拟器、地震再现、火箭助飞发射装置、宇航环境模拟、高层建筑防震系统及紧急刹车装置等，均采用了液压技术。

    总之，一切工程领域，凡是有机械设备的场合，均可采用液压技术。它的发展如此之快，应用如此之广，其原因就是液压技术有着优异的特点，归纳起来液压动力传动方式具有显著的优点：其单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率大；液压传动装置体积小、结构紧凑、布局灵活，易实现无级调速，调速范围宽，便于与电气控制相配合实现自动化；易实现过载保护与保压，安全可靠；元件易于实现系列化、标准化、通用化；液压易与微机控制等新技术相结合，构成“机-电-液-光”一体化便于实现数字化。

1.5 输送机卷带装置的意义

    可伸缩式带式输送机主要用于回采工作面煤炭运输，输送机安装在工作巷道中。目前我国大中型矿井的采煤方法普遍采用走向长壁式开采，带式输送机胶带开始按最长布置，输送机胶带的长度为1000——3000米。随着回采的进行传送胶带需逐步缩短，输送机储带仓的作用是实时地将缩短的胶带临时储存和张紧，当储带仓的储存的皮带满时（100米左右），须将储带仓中的胶带取出并卷起运走，这个过程为传送胶带的收带过程。

    传统的收带方法是靠卷带装置将储带仓中的胶带拉出，靠人工将胶带卷起，这项工作不仅费时、费力，而且影响到人身的安全，人工收带对皮带的损坏较大，缩短了胶带的复用寿命。主要体现在 2方面：

（1）带式运输输送机安装和延伸使用时旧输送带挑选再利用困难。 每当安装一个新工作面或多个掘进工作面延伸，就需要大量的输送带，由于使用数量大，在地面选挑输送带时，既要挑选输送带的宽度、厚度，又要考虑输送带的整体质量，还要保证输送带使用的有效长度，这给使用单位和施工人员带来极大的困难。

（2）旧输送带由于在井下长期使用，输送带带边磨损出现不规则的纤维毛边，在井下实际使用中纤维毛边会缠绕在托辊轴上和驱动滚筒轴上，轻者拉掉托辊，重则拉撕输送带，给带式运输输送机正常运转造成极大的事故隐患。

（3）工作面结束拆除升井入库困难。 每当一个工作面工程结束后，就有一部或者多部带式运输输送机需要拆除，有大量输送带需要升井，到地面后还需要花费大量人力将每条输送带拉开铺平，人工卷成卷， 这样随着带式输送机的应用不断增加，其调整胶带长度的快速、高效和安全可靠对卷带装置提出了新的要求。常规的人工卷带存在一定的不安全因素，不仅效率远远不能满足需要，而且造成了人员的巨大浪费。同时，卷带作业既影响交通又影响路面环境卫生。 由于输送带规格不一致，大部分输送带两边磨损出的纤维毛边过长而无法再次使用，造成堆放混乱，越积压越多，越叠越高，存放面积越占越大。 再次挑选旧输送带时难度很大，满足不了井下安装的需要，势必就要补充一些新输送带，增加生产成本。根据上述 3 方面的实际情况， 为解决这项难题，修旧利费、节能降耗，设计制作了输送带卷带机，实现了自动化过程。