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1、毕业设计(论文)液压皮带张紧和监测装置设计THE DEVICE DESIGN OF THE HYDRAULIC TENSIONER AND THE DETECTION OF THE BELT CONVEYOR学生姓名学院名称专业名称指导教师20*年5月27日 摘要本论文是设计一种用于带式输送机的液压自动张紧及检测装置。首先，通过查阅资料，分析了现有的张紧装置的优缺点，并在此基础上设计了装置的总体布局。其次，通过对工况要求的分析，选择液压张紧的方式，并查阅资料设计了该装置的液压系统，主要部件液压缸以及对部分辅助液压元件进行了计算和选择。最后，通过与指导老师交流和查阅资料选择了用单片机控制的液压检
2、测装置对皮带进行自动张紧。采用单片机具有反应快，实时监控等优点，达到生产使用的要求。该装置可作为大型带式输送机的张紧装置，例如煤矿上的带式输送机等。关键词 带式输送机；液压系统；液压缸；单片机；绞车AbstractThis paper is to design a hydraulic auto-tensioner and a detection device for the belt conveyor. First accessing to information, I analyzed the advantages and disadvantages of the existing tens
3、ioning device. And on this basis, I designed the overall layout of the device. Secondly I analyzed the working conditions and selected the hydraulic tensioning mean, then designed the hydraulic system of the device and the important hydraulic cylinder. I also calculated and chose the hydraulic compo
4、nents on the part of the auxiliaries. Finally with the guidance of teacher and accessing to information I selected SCMs to control the hydraulic cylinder for the belt conveyor. I used SCMs, which have a quick reaction and a real-time monitoring, to achieve the requirements of the production and use.
5、 The device can be used as a large belt tensioning device, such as the coal conveyor and so on.Keywords belt conveyor hydraulic system hydraulic cylinder SCM winch目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1带式输送机简述11.2带式输送机的工作原理11.3带式输送机的构成及特点11.3.1 带式输送机的构成11.3.2带式输送机的特点21.4 带式输送机张紧装置的作用和类型31.5现有带式输送机张紧装置的原理及特点31.5.1重
6、锤式张紧装置31.5.2螺旋式张紧装置41.5.3钢绳绞车式张紧装置41.5.4电控自动张紧装置41.6带式输送机液压张紧装置51.7液压式自动张紧装置的设计72 皮带运输机液压自动张紧装置的总体结构82.1总体结构各部件的确定82.1.1执行部件的选择82.1.2控制部件的选择82.1.3动力及其它部件的选择82.2系统结构布置简图绘制82.2.1张紧装置总体组成及其作用92.2.2系统结构布置简图93 张紧装置的液压系统设计103.1设计参数和拉紧装置应该满足要求分析103.1.1设计参数103.1.2设计要求分析103.2工况分析并确定液压缸参数113.1.1负载分析初步确定各工况的负载
7、和速度113.1.2初步确定液压缸参数113.3液压缸的设计123.3.1液压缸的类型确定123.3.2液压缸的安装形式133.3.3液压缸重要技术性能参数的计算143.3.4缸筒的设计与计算143.4活塞杆的设计与计算173.4.1活塞杆尺寸的确定173.4.2活塞杆的形式和材料及技术要求173.4.3活塞杆的强度计算183.4.4活塞杆的结构设计183.5活塞的设计与计算193.5.1活塞的结构形式193.5.2活塞的材料及技术要求193.5.3活塞的尺寸的确定203.6导向套的设计与计算203.7端盖和缸底的设计与计算213.7.1端盖的设计213.7.2端盖的材料和技术要求223.8其
8、他零件的设计与计算223.8.1油口的设计与计算223.8.2挡圈的设计选择233.8.3轴套的设计与计算243.9液压缸的密封防尘导向的选择243.9.1端盖和活塞杆的密封防尘243.9.2端盖和缸筒的密封253.9.3活塞和活塞杆的密封263.9.4活塞和缸筒的密封263.10液压回路的分析及选择263.10.1液压回路的选择263.10.2液压回路的组合及其动作原理283.11液压元件的选择293.11.1液压泵的计算与选择293.11.2驱动电机的计算和选择303.11.3液压元件型号303.11.4油管的计算和选择303.11.5蓄能器，油箱的选择314 外设的选用334.1绞车的选
9、型334.2滑轮的设计与选用335 张紧装置的控制系统设计355.1控制功能分析355.2硬件的选择365.2.1单片机的选择365.2.2压力传感器的选择375.2.3模数转换器的选择385.2.4变频器的选择395.3程序流程图的设计425.3.1单片机2控制变频器程序流程图425.3.2单片机1的程序流程图435.4电路图的绘制44结论46致谢47参考文献481 绪论1.1带式输送机简述带式输送机，又称胶带输送机，现场俗称“皮带”。它是冶金，电力和化工等工矿企业常见的连续动作是运输设备之一，尤其在煤炭工业中，使用更为广泛。在煤矿上，带式输送机主要用于采区顺槽，采区上（下）山，主要运输平巷
10、及斜井，较常用于地面生产和选煤厂中。1.2带式输送机的工作原理带式输送机的结构示意图如图1-1所示，输送带绕经驱动滚筒1和机尾换向滚筒5形成无机闭合带。上下两股输送带是由安装在机架上的托辊3支撑着。拉紧装置的作用是给输送带正常云状所需要的张紧力。工作时，驱动滚筒通过它与输送带之间的摩擦力驱动输送带运行。图1-1带式运输机工作原理图1.驱动滚筒2.清扫装置3.托辊4.输送带5.机尾换向滚筒6.拉紧装置1.3带式输送机的构成及特点1.3.1 带式输送机的构成带式输送机主要有输送带，驱动装置，托辊及支架，拉紧装置，制动装置，储带装置和清扫装置组成。如图1-2为SSJ系列可伸缩带式输送机；如图1-3为
11、TD75型通用固定带式输送机。1.3.2带式输送机的特点带式输送机铺设倾角一般为1618,一般向上运输取较大值，向下运输取较小值。带式输送机能力大，调度组织简单，维护方便，因而运营费低。此外，结构简单，运行平稳可靠，运行阻力小，耗电量低，容易实现自动化也是它的特点。图1-2 SSJ系列可伸缩带式输送机图1-3 TD75型通用固定带式输送机输送带最初是由传送带发展而来的，随着输送机的用途不断扩大和科学技术的发展，输送带为了满足输送机的要求，品种不断扩大，但所有的输送机在运行一段时间后都有可能使输送带变长，变形等，输送带的变长由弹性伸长和永久伸长组成。所以，需要采用张紧装置来克服由于输送带变长而引
12、起的缺陷。带式输送机装置是矿用带式输送机不可缺少的重要组成部分，它直接关系到带式输送机的安全运行及使用寿命等。1.4 带式输送机张紧装置的作用和类型为了保证输送机能正常运转，张紧装置势必不可少的装置之一。张紧装置有四个主要作用：1.保证带式输送机驱动滚筒分离点的足够张力，从而保证驱动装置依靠摩擦传动所必须传递的摩擦牵引力，以带动输送机正常运转。2.保证承载分置最嚣张锂电的必须张紧力，限制输送带在托辊之间的垂度，保证带式输送机的正常运行，不致因输送带松弛而导致打滑，跑偏等现象。3.补偿塑性变形与过渡工况式输送带伸长量的变化。由于负载变化会引起输送带发生长度变化，蠕变现象也会造成输送带伸长，所以张
13、紧力是变化的，必须经常调节拉紧滚筒的位置，才能保证带式输送机的正常工作。4.为输送带重新接头作必要的行程准备。每每部带式输送机都有若干个接头，可能在某一时间街头会出现问题，必须截头重做，而这时可通过放松拉紧装置重新接头来解决。现有张紧装置大致五种，分别是：重锤车式张紧装置，螺旋式张紧装置，钢绳绞车式张紧装置，电控式自动张紧装置和液压式自动张紧装置。1.5现有带式输送机张紧装置的原理及特点1.5.1重锤式张紧装置如图1-4所示，机尾换向滚筒1固定在小车2上，垂直悬吊的重锤3和小车2相连，由于重锤3的重量可以为一定值，所以皮带的张力，拉紧力恒定，同时重锤靠自重张紧，能自动补偿皮带的伸长，但其需要的
14、空间大，占地面积大，往往受空间限制而无法使用，易于使用在固定式长距离运输机上。图1-4 重锤车式张紧装置1.滚筒 2.小车 3.重锤1.5.2螺旋式张紧装置如图1-5所示，拉近滚筒的轴承座安装在活动架上，活动架可以在导轨上滑动，旋转螺旋杆使活动架上的螺母和活动架一起前进和后退，达到张金和放松的目的。其结构简单，但行程太小，只适用于短距离的运输机上，且当皮带自行伸长时，不能自动张紧。图1-5 螺旋式张紧装置1.5.3钢绳绞车式张紧装置如图1-6所示，这种张紧装置是利用小型绞车张紧。绞车一般用蜗轮蜗杆减速器带动卷筒来缠绕钢绳从而张紧皮带。这种张紧装置的优点是体积小，拉力大，所以被广泛运用到井下带式
15、运输机中，但其不能自行张紧。图1-6 钢绳绞车式张紧装置1.5.4电控自动张紧装置自动张紧装置不仅能根据主动滚筒的牵引力来自动调节拉紧力，而且还能补偿皮带的伸长。如图1-7所示，是电控自动张紧装置的一种，此张紧装置只能保持张紧力恒定，相当于重锤是拉紧装置，不能根据其工况随时改变张紧力。图1-8 电控自动张紧装置1.控制箱 2.永久磁铁 3.控制杆 4.弹簧 5.缓冲器 6.电动机 7.减速器 8.链传动 9.传动齿轮 10.滚筒 11.钢丝绳 12.拉紧滚筒及活动小车 13.皮带电动机6启动后，经过弹性连轴节带动蜗轮减速器7，在经过传动装置8（链传动）带动下面的滚筒，下面的滚筒通过传动比为1:
16、1的齿轮9带动上面的滚筒，两个滚筒10旋转方向相反，这样通过钢绳11可以移动小车12，是皮带13存储或放出，张紧或放松。控制杆2的一端通过钢绳绕过两个定滑轮组后与动滑轮相连，另一端连有两根弹簧4，通过调节弹簧可以做到满足所需要的拉力。在钢绳拉力和弹簧拉力的共同作用下，控制杆处于中间位置。当胶带张紧力小于调节好的数值时，弹簧对控制杆的作用力大于钢绳对控制杆的作用力，原被拉伸的弹簧缩回，带动控制杆向右偏斜。装在控制杆上的磁铁3接通安装在控制箱1中的张紧继电器，开动绞车使皮带拉紧，钢绳对控制杆的张紧力逐渐增加，弹簧又逐渐伸长。当皮带的张紧力恢复到调节好的数值时，控制杆回到中间位置。这时永久磁铁离开张
17、紧继电器，继电器断开，绞车停止转动，从而张紧过程结束。反之，当胶带张紧力大于调节好的数值时，可以开动绞车反转，以放松皮带。缓冲器5的作用是使张紧力的震荡受到阻尼作用。此装置中的张紧力调节可以通过调节弹簧实现。1.6带式输送机液压张紧装置ZYL500J型带式输送机自控液压拉紧装置带式输送机自控液压拉紧装置是根据我国带式输送机的特点，吸取世界工业发达国家的先进技术，考虑大师输送机在工作时所需拉紧力不同，经合理的张力模型分析研究而设计的。如图1-9所示，ZYL500J型自控液压拉紧装置适用于长距离歹势输送机的张紧，主要由拉紧油缸，液压泵站，蓄能站，电气控制开关，张紧小车和拉紧附件等五大部分组成。其中
18、液压泵站，蓄能站和电气控制开关不需要做地基，仅要求安放地点不落物料和水即可。图1-9 ZYL500J型带式输送机自控液压拉紧装置液压原理图1，13，15.吸油滤油器2.组电机泵组3，14.电磁溢流阀4.手动换向阀5.液控单向阀6，12.压力表7.拉紧油缸8.蓄能器9.截止阀10.压力继电器11.溢流阀16.副电机泵组17.卸荷溢流阀18.电液电磁换向阀20.平衡阀21.制动器22.液压马达液压系统的工作原理如下：将旋钮开关调整到自动位置，按下启动按钮准备进入启动过程自动状态1.输送机启动控制开关得到启动信号后，电磁铁2DT,4DT及主电机得电启动张紧绞车正转，张紧力上升至启动设定值，电磁铁2D
19、T，4DT及主电机失电张紧绞车停止正转，并返回允许启动信号，进入启动过程。输送机在启动过程中张紧系统不允许参与任何动作。输送机启动完成后，并发出满速信号或通过时间延时t秒。控制开关得到满速信号或延时t秒后，电磁铁2DT，3DT及主电机得电启动张紧绞车反转，张紧力下降至运行上限设定值。电磁铁2DT，3DT及主电机失电张紧绞车停止反转，进入正常运行阶段。2.正常运行阶段在正常运行期间，当系统张紧力低于测力装置变送设定下限值时，电磁铁2DT，4DT及主电机得电启动张紧绞车正转，张紧力上升至测力装置变送设定上限值。电磁铁2DT，4DT及电机失电张紧绞车停止正传。在正常运行期间，当活塞杆伸出行程达到头行
20、程开关时，发出报警故障灯闪烁信号。通知值班司机输送机停车后需要调整活塞杆伸出位置。在正常运行期间，当活塞杆缩回行程达到头行程开关时，发出报警故障灯闪烁信号。通知值班司机输送机停车后需要调整活塞杆伸出位置。若系统张紧力超过设定高限值时，电磁铁2DT,3DT及主电机得电启动张紧绞车反转，张紧力下降至运行上限设定值。电磁铁2DT，3DT及主电机失电张紧绞车停止反转。3.停机阶段与正常运行阶段工况相同，等待再次启动准备信号。1.7液压式自动张紧装置的设计液压式自动张紧装置有很多形式，其最终目的就是不仅能根据主动滚筒的牵引力来自动调节拉紧力，而且还能补偿皮带的伸长以及在输送机皮带调整时能方便操作等。本设
21、计采用液压缸和绞车结合的液压式自动张紧装置，一定程度上满足了上述目的，定为生产实际带来很大效益。通过上文分析，结合他们的优点，下面将分三部分对液压式自动张紧装置的结构布置，液压系统和液压缸等进行设计，计算。2 皮带运输机液压自动张紧装置的总体结构2.1总体结构各部件的确定通过对整个张紧装置的作用以及应满足的要求的分析和选择，确定装置应具有的部件如下。2.1.1执行部件的选择由前文可知张紧装置在其工作过程中的作用如下：1.保证带式输送机驱动滚筒分离点的足够张力，从而保证驱动装置依靠摩擦传动所必须传递的摩擦牵引力，以带动输送机正常运转。2.保证承载分支最小张力点的必须张力，限制输送带在托锟之间垂度
22、，保证带式输送机的正常运行，不致因输送带松弛而导致打滑，跑偏等现象。3.补偿塑性变形与过渡工况式输送带伸长量的变化。由于负载变化会引起输送带发生长度变化，蠕变现象也会造成输送带伸长，所以张紧力是变化的，必须经常调节拉紧滚筒的位置，才能保证带式输送机的正常工作。4.为输送带重新接头作必要的行程准备。每每部带式输送机都有若干个接头，可能在某一时间街头会出现问题，必须截头重做，而这时可通过放松拉紧装置重新接头来解决。可见，张紧装置因具有自动调节拉紧力，响应快，体积小，控制简单等特点。根据设计要求，液压自动张紧装置的执行元件可选择工程液压缸结合调度绞车的形式，以满足皮带机在正常工作，断带调整，重新接头
23、以及位置转移时对张紧装置的不同要求。2.1.2控制部件的选择1.皮带运输机在煤矿生产中大多用在井下和地上选煤，在井下使用时应保证其工作过程中不产生电火花，所以张紧装置应有防爆控制箱。2.张紧装置正常工作时，可采用泵断续的供油，利用蓄能器实现油缸的自动张紧和特殊情况下启动保护作用，以降低能耗。3.在皮带运输机尾部拉紧小车的轨道上设置行程开关，来控制液压缸张紧系统快速动作，以防在断带时拉紧小车的快速后退和油缸中某一腔的液压急剧变化而造成很大的冲击对系统带来巨大的破坏。2.1.3动力及其它部件的选择1.设置液压泵站，为系统提供动力。2.设置固定绳座，选择系统所用的钢绳以及其他附属元件。2.2系统结构
24、布置简图绘制2.2.1张紧装置总体组成及其作用由上文分析，选择可知，张紧装置总体有以下几个部分组成：1.油缸，正常工作时的执行元件。2.慢速调度绞车，在皮带机断带调整，重新接头时工作。3.防爆控制箱，皮皮带机在井下工作时起隔离，防爆作用。4.液压泵站，提供压力油，提供系统动力。5.蓄能器，在液压泵间隔空转是为系统提供动力，并在特殊情况下起保护作用。6.行程开关，起断带保护的作用。7.其他部件，为系统起固定，连接，传动等作用。2.2.2系统结构布置简图如图2-1所示：图2-1 皮带机液压自动涨紧装置系统结构布置简图1.皮带2.拉紧小车3.小车轨道4.钢绳5 .行程开关6.液压泵站7.滑轮组8.防
25、爆控制箱9. 蓄能器10. 慢速调度小车11.压力传感器 12. 拉紧油缸13. 固定绳索系统结构布置图说明：1.此图为示意图，详见工程图。2.拉紧油缸的中线位置，滑轮组，钢绳的布置位于同一水平面内。3.防爆控制箱8，液压泵站6为无地基放置件，可根据使用场合的不同灵活放置。4.滑轮组之间的垂直距离要尽可能大，以保证拉紧小车的稳定性。3 张紧装置的液压系统设计3.1设计参数和拉紧装置应该满足要求分析3.1.1设计参数1.启动张力是正常运行的1.3-1.5倍要求2.被拉紧皮带宽1米3.最大拉紧力150KN4.张紧速度：V1=2m/min，快退速度为：V2=4m/min5.张紧行程：S=1000mm
26、3.1.2设计要求分析结合生产实际，考虑多方面原因得出以下拉紧装置应满足的要求：1.如图3-1所示，实现油缸的张紧，松开以及特殊时期的动作2.张紧系统能随皮带张力的大小的变化而动作，实现皮带的张紧力在一范围内保持不变，哲理取皮带的张力F的范围为： 0.95FFA稳，所以能满足最小稳定速度的要求。2.计算进给液压缸各运动阶段的压力，流量和功率通过估计，工作时背压P背=Pa，快退时背压P背=Pa,同时根据上面计算出的液压缸的直径及活塞杆的直径等，计算出液压缸各运动阶段的压力，流量和功率，如下表3-2。表3-2 液压缸的压力流量和功率工况负载F(KN)回油腔压力P2(Mp)进油腔压力P1(Mp)输入
27、油量Q(L/min)输入功率N(KW)计算公式启动阶段116.67 P2=P123.22变化值变化值张紧阶段83.30.67.1524.532.92快速后退阶段00.81.3528.970.653.3液压缸的设计3.3.1液压缸的类型确定根据设计要求，设计液压系统为中高压系统，根据不同类型液压缸所需满足的工况情况的不同，可选择“双作用单杆直线液压缸”，根据机械设计手册选择焊接型液压缸，因为这类液压缸暴露在外面的零件较少，外表光洁，外形尺寸小，能承受一定的冲击负载和恶劣的外界环境条件。但由于前端盖螺纹强度和预紧时端盖对操作的限制，因而不能用于过大的缸的内径和较高的工作压力，缸的内径常用于D200
28、mm,额定压力P530MPa,则：材料的许用应力：=/n=530/3=176.67MPa2.缸筒的尺寸参数选择（1）缸筒内径的确定由前面计算得到：缸筒内径D=125mm（2）缸筒壁厚的计算按薄壁筒计算，=10.27mm 式（3.10）式中 Py试验压力，当工作压力P16MPa时,Py=1.25P；液压缸的内径；材料的许用应力。查手册取工程液压缸的外径的标准值为146mm,即缸筒壁厚为10.5mm，=10.271.2mm式中 Fmax=116670N；L=D=0.46m；=0.6=。即一般焊接即可满足要求。（2）结构形式鉴于此液压缸用于皮带运输机张紧装置中，主要为矿上所用，且内径D200mm，额
29、定压力PN 600MPa,340MPa。显然，活塞杆符合要求。3.4.4活塞杆的结构设计1.活塞杆和活塞的连接液压系统为中压系统，本着满足方便安装，连接强度高等要求，选择卡环式连接，如图3-8所示。2.活塞杆端部和负载的拖动机构相连接，考虑到液压缸工作时轴线固定不动，可采用螺栓连接。图3-8 活塞杆和活塞的连接1.缸底2.缸壁3.活塞4.活塞杆5.轴套6.挡圈7.卡环3.5活塞的设计与计算3.5.1活塞的结构形式根据液压缸使用的情况（密封，有无导向环等），选用有导向环形活塞，具体结构形式如图3-9所示。图3-9 活塞的密封和导向1.YX型密封圈2.导向环3.活塞4.缸壁3.5.2活塞的材料及技
30、术要求查表可选“有导向环活塞”，材料为45号钢，外加导向环。技术要求（如图3-10）：1.活塞外径D对内径D1的径向跳动公差值按7，8级精度选取。2.端面T对内径D1轴线的垂直度公差值按7,8级精度选取。3.外径D的援助度公差值按8,9或10级精度选取。图3-10 活塞的技术参数3.5.3活塞的尺寸的确定根据以往经验，可取活塞的宽度为活塞外径的0.6-1.0倍，这里取活塞的宽度为活塞外径的0.8倍，即h=0.8D=10cm。3.6导向套的设计与计算导向套在活塞往复运动中起导向支承作用，导向套的性能的好坏对液压缸的性能有很大的影响。最小导向长度及中隔圈长度的确定当活塞杆全部伸出时，从活塞支承面中
31、点到导向套活动面中点的距离称为最小导向长度H，如图3-11所示。图3-11 最小导向长度一般情况下，最小导向长度应满足下面的要求： 式（3.17）=0.1125m式中 L最大工作行程m；D缸筒的内径m。因为缸径大于80mm，所以导向套滑动面的长度A为：A=（0.6-1.0）d=0.8d=0.64m 式（3.18）式中 d活塞杆的直径m。导向套的长度为：b=（2/3）d=(2/3)80=53.33mm,这里取b=60mm，以满足要求。由于液压缸的行程长度较长，一个导向套不能满足要求，增加导向套会增加系统摩擦，降低效率，故可在导向套和活塞之间装一个中隔圈，使活塞杆在全部外伸时仍有足够的支承长度，通
32、常支承长度应满足：LG(D+d/2)m 式（3.19）LG0.125+0.08/2=0.165m一般情况下，当行程长度超过缸筒内径的8倍时，可装一个100mm的中隔圈；超过的部分每增加700mm，中隔圈的长度即增加100mm。由于此液压缸的行程要求为1000mm，缸筒内径为125mm为8倍，所以可选择安装一个长度为100mm的中隔圈。根据以上计算，同时考虑尽量减少设计零件，又因为液压缸工作时相对滑动少，磨损也少，所以取端盖结合导向支承环的方式导向，这里取端盖的长度（图3-12）h=80mm,导向支承长度为l=30mm，具体布置见工程图。3.7端盖和缸底的设计与计算3.7.1端盖的设计在单活塞杆
33、液压缸中，有活塞杆通过的缸盖叫端盖，无活塞杆通过的缸盖叫缸头或缸底。缸盖的设计主要考虑活塞杆的导向，密封，防尘等问题。图3-12 端盖3.7.2端盖的材料和技术要求如图3-12所示。1.端盖的材料采用45号钢。2.技术要求：（1）直径D1,D2,D3的圆柱度公差值按9,10,11级精度选取；（2）D2，D3与D1的同轴度公差值为0.03mm；（3）端面A,B与直径D1轴心线的垂直度公差值按7级精度选取；（4）导向孔的表面粗糙度Ra=1.25um3.7.3液压缸缸底尺寸的确定如图3-5所示。选择缸底形状为平面有油口型，材料为35号钢，计算如下：=30.47mm 式（3.20）式中 Py试验压力MPa，当工作压力P16MPa时，Py=1.25P；液压缸的内径m；D0油口的直径m；材料的许用应力MPa。根据计算，同时考虑到油口在缸底的布置，取缸底尺寸h=65mm。3.8其他零件的设计与计算3.8.1油口的设计与计算1.液压缸油口的连接形式采用螺纹连接。2.液压缸油口直径的计算（图3-13）图3-13
