【正文】 ，外部鋼絲繩易磨損1）卷筒幾何尺寸計(jì)算卷筒名義直徑 h—與機(jī)構(gòu)工作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，查GB381183,取h=20卷筒槽底徑D D=繩槽半徑R R=(～)d R=繩槽深度（標(biāo)準(zhǔn)槽） =（～）d =繩槽節(jié)距（標(biāo)準(zhǔn)槽） =d+(2～4) =卷筒厚度（鋼卷筒） Ъ≈d Ъ=卷筒長度（單聯(lián)卷筒） =——無繩槽的卷筒端部尺寸，定為25mm——固定繩尾所需長度，定為26mm——最大拉緊行程，=20m——滑輪組倍率，m=1——鋼絲繩安全圈數(shù)，≥～3，定為3P——繩槽節(jié)距，P=P=Z——繩圈數(shù)，Z=15n——卷繞層數(shù)，n=1 2）卷筒強(qiáng)度計(jì)算1強(qiáng)度計(jì)算 強(qiáng)度合格。；抗滑安全系數(shù)：ξ=；輸送帶與滾筒間的粘著系數(shù)：μ=；驅(qū)動(dòng)滾筒上的圍抱角：λ=240176。3）選取了西門子MM440變頻器，對其進(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。 本課題所做的工作1）對帶式輸送機(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。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。 m/s （31）式中E——膠帶的彈性模量 N/mm2；A——膠帶面積 mm2；q——膠帶、貨物及托輥單位長度的質(zhì)量 kg/m。這就要求張緊裝置對張力的調(diào)節(jié)功能較強(qiáng)。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)，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。當(dāng)張緊力突然下降到0時(shí)，說明皮帶斷裂或發(fā)生其它情況，此時(shí)張緊裝置停止工作。在正常工作時(shí)允許輸送機(jī)張力在設(shè)定值的177。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，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，鋼絲繩通過滑輪組拉緊輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒。通過逐點(diǎn)張力計(jì)算得到的張力可以表示為圖23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)間輸送帶的長度為Li，各段輸送帶上張力是線性變化的。計(jì)算時(shí)，把輸送帶作為彈性體來研究。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)張力為Tj（j=m,m+1,n)，可計(jì)算出各點(diǎn)的張力 （i=1，2，在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，滿足摩擦傳動(dòng)的張緊力TTUA為 在制動(dòng)狀態(tài)，滿足摩擦傳動(dòng)的張緊力TTUA為 （214）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。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，在輸送機(jī)的運(yùn)行過程中，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)所需的最大張力來設(shè)計(jì)。（二）制動(dòng)力在電動(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：由上式可得 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（212）可知，如果想提高制動(dòng)力，只能增加張緊力。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。當(dāng)滑動(dòng)角達(dá)到時(shí)，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Fmax=T1maxT2=T2(eμα1) (28)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)。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：T1=T2eμλ （26）由此得到傳動(dòng)滾筒所傳遞的驅(qū)動(dòng)力為 式中 μ——輸送帶雨滾筒間的摩擦系數(shù)； λ——滾筒與輸送帶有相對彈性滑動(dòng)弧對應(yīng)的圓心角，rad； α——輸送帶圍包滾筒的角度（包角），rad；圖 22 圍抱角力示意如圖22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)。在這段弧長內(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)。帶式輸送機(jī)靠驅(qū)動(dòng)滾筒與輸送帶之間的摩擦力來傳遞牽引力。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。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。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)。大型帶式輸送機(jī)對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，這對大型帶式輸送機(jī)來說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。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）。影響帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)特性的因素是多方面的。 選題的目的與意義目前，國內(nèi)外已使用了許多長距離、大運(yùn)量、多點(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)。適用于現(xiàn)代化長距離帶式輸送機(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)。螺旋張緊裝置是將拉緊滾筒的軸承座固定在活動(dòng)架上，螺桿與活動(dòng)架相連，通過調(diào)節(jié)螺桿來達(dá)到調(diào)節(jié)拉緊形成的目的。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，無法使用；由于改向滾筒多，物料容易掉入輸送帶與拉緊滾筒之間而損壞皮帶，特別是在輸送潮濕且粘性較大的物料時(shí)。（1）重錘式重錘式張緊裝置利用重錘來自動(dòng)張緊，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用范圍廣泛。這種新型張緊裝置不僅在高產(chǎn)高效長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、長距離、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。其特點(diǎn)是：～，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)自動(dòng)降低到原值；用動(dòng)滑輪來解決張緊裝置對大行程的要求；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。主要產(chǎn)品有液壓絞車自動(dòng)張緊與液壓缸自動(dòng)張緊。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。 張緊裝置的發(fā)展及國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)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，因此國內(nèi)外學(xué)者也對其做了很多研究，大致可歸納為三個(gè)階段：[24]第一階段：純機(jī)械張緊。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。工作時(shí)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)滾筒，通過傳動(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)。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。國內(nèi)拉緊裝置性能差、工作不可靠是國內(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。英國和日本較多使用自動(dòng)控制絞車張緊方式，歐洲國家則更多地使用液壓系統(tǒng)。國內(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：當(dāng)受外界干擾時(shí)，如何合理地對其進(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)。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帶式輸送機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響更加突出。大型帶式輸送機(jī)對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，這對大型帶式輸送機(jī)來說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。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)。與國外技術(shù)還有很大差距，有待進(jìn)一步研究開發(fā)。[27]帶式輸送機(jī)是以輸送帶作為牽引和承載載體一種長距離運(yùn)輸設(shè)備。[27] 圖 11 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)原理 張緊裝置在帶式輸送機(jī)中的作用帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)是靠輸送帶與滾筒之間的摩擦力來完成，因此，輸送帶張力的大小與變化對帶式輸送機(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。4）減小啟制動(dòng)時(shí)輸送帶中出現(xiàn)的動(dòng)負(fù)荷。主要產(chǎn)品有兩種：固定式絞車?yán)o、重錘式拉緊。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。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)。國外主要有澳大利亞ACE輸送機(jī)公司帶式輸送機(jī)自動(dòng)張緊裝置（APW）。現(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)。由于靠重錘自動(dòng)張緊，所以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。但由于其結(jié)構(gòu)簡單，對短距離上的帶式輸送機(jī)來說還是適用的。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)。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儲(chǔ)帶裝置。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。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。對輸送機(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)的張力不至于過低，以防止振動(dòng)、跑偏、驅(qū)動(dòng)滾筒打滑等不利現(xiàn)象。而對輸送機(jī)整體運(yùn)行起決定作用的是拉緊力的變化方式。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。本課題所進(jìn)行的變頻調(diào)速張緊裝置研究，略去了液壓調(diào)速部分，使設(shè)備更加緊湊，使用更加方便。2 帶式輸送機(jī)張緊裝置理論分析 張緊裝置的合理布置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。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。如圖21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。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： 由于dθ很小，可近似認(rèn)為這樣兩式可變?yōu)? 略去微量項(xiàng)，并將它代入（24）得兩邊積分 求解得 此即為撓性體摩擦傳動(dòng)的歐拉公式。但是，并不是全部接觸弧上都發(fā)生彈性滑動(dòng)。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：ξ=Fmax/F (29)這里備用系數(shù)ξ并不是為滿足摩擦的備用系數(shù)，而是相對于起、制動(dòng)動(dòng)載荷的備用系數(shù)。從另一方面講，適當(dāng)增加張緊力對輸送機(jī)工作是有利的，所以在權(quán)衡二者的情況下再來選擇合適的張緊力。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。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。在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，設(shè)各段的阻力為FAi(i=1，2，彈性伸長的計(jì)算是在已知輸送帶在各種工況的張力分布下，通過逐點(diǎn)張力計(jì)算法得到的。[28]圖 23 張力曲線在區(qū)間[I,i+1]，輸送帶的能量為，輸送帶的總能量為，輸送帶的總伸長為ΔL=U/（EB），考慮輸送帶垂度的影響，輸送帶的總伸長量為 ，對應(yīng)不同工況，可以計(jì)算出輸送帶在靜止時(shí)的彈性伸長量ΔLs，啟動(dòng)時(shí)的彈性伸長量ΔLA，停機(jī)過程的彈性伸長量ΔLB，正常運(yùn)行時(shí)的彈性伸長量ΔLR，從而得到相對于輸送機(jī)靜止時(shí)的彈性伸長量為：正常啟動(dòng)時(shí)ΔLRS=ΔLRΔLS；啟動(dòng)過程中ΔLAS=ΔLAΔLS；停機(jī)過程中ΔLBS=ΔLBΔLS。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)，電磁離合器、電磁制動(dòng)器先后斷電。10%范圍內(nèi)波動(dòng)。詳細(xì)的控制工作過程詳見控制系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)。這對大型帶式輸送機(jī)來說提高了整個(gè)輸送機(jī)系統(tǒng)的可靠性、安全性。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范圍。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)器等元件都通過控制系統(tǒng)直接控制，電動(dòng)機(jī)的反應(yīng)速度也能通過變頻器的設(shè)定控制在2s以內(nèi)，能滿足張緊裝置對反應(yīng)速度的要求，而且響應(yīng)速度快。能對張緊力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，而且響應(yīng)速度快。設(shè)計(jì)出變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置。4）介紹了如何運(yùn)用STEP7Micro/WIN32軟件對PL