皮带机驱动系统结构及控制系统的设计.pdf

总第2 0 8期 2020年第8期 机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Total 208 No.8, 2020 设计理论与方法 D0110.16525/j . cnki. cnl4-1134/th.2020.08.019 皮带机驱动系统结构及控制系统的设计 陈永丰 阳泉煤业集团长沟煤矿有限责任公司机运部机电队， 山 西 和 顺 032700 摘 要 为解决带式输送机驱动系统与大运量、 长距离以及高带速运行工况相适应的问题， 在分析驱动系统总 体方案设计的基础上， 着重对带式输送机驱动系统结构和控制系统进行设计， 并对设计后驱动滚筒的强度进 行校验， 为优化带式输送机驱动系统,提高设备的可靠性和运输效率提供参考。 关键词 带 式 输 送 机 驱 动 滚 筒 高 压 供 电 PLC控 制 变 频 启 动 中图分类号TD528.1 文献标识码A 文章编号 1003-773X 2020 08-0045-02 引言引言 带式输送机为综采工作面的关键运输设备， 其 承担着工作面绝大多数的运输任务。随着综采工作 面生产能力的不断提升， 带式输送机朝着大运量、 长 距离以及高带速的方向发展，进而对其驱动系统提 出了更高的要求和挑战。 其中,要求带式输送机驱动 系统能够改善设备的传动性能，且在启动和制动条 件下能够减小对设备的冲击[ 1 ] 。本文着重对带式输 送机的驱动系统和控制系统进行设计。 1带式输送机驱动系统总体方案设计带式输送机驱动系统总体方案设计 随着带式输送机朝着大运量、长距离以及高带 速的方向发展， 在输送机高速、 重载工况下运行时， 往往会由于启动电流过大从而对工作面整个电网造 成冲击，进而威胁工作面其他设备的稳定运行。因 此， 需对带式输送机驱动系统进行改进， 并满足如下 功能要求 减小输送机的启动电流， 增大其启动力矩;解决 带式输送机启动、 制动阶段输送带的打滑问题;解决 带式输送机多电机驱动系统功率平衡的问题；实现 对输送带运速的实时控制， 达到节能的效果气 目前，可应用于带式输送机驱动系统的方案包 括有电机 调速稱合器 减速器 驱动滚筒、 变频电 机 联轴器 减速器 驱动滚筒、 电机 联轴器 CST 驱动滚筒的方式[ 3 ] 。综合考虑上述三种驱动方 式的启动特性、 控制系统、 功率平衡、 节能以及成本 等因素,选择变频电机 联轴器 减速器 驱动滚 筒的总体驱动方案， 其结构如图1所示。 2带式输送机驱动系统结构的设计带式输送机驱动系统结构的设计 本文以长沟煤矿可伸缩带式输送机为研究对 象， 为其配置驱动系统。 2 . 1带式输送机驱动系统的布置带式输送机驱动系统的布置 收稿日期 2020-05-18 作者简介 陈永丰（ 1976 ） ， 男， 本科， 毕业于太原理工大学电 气工程及其自动化专业， 机电助理工程师， 研究方向为机电。 图 1变频驱动系统结构示意图 驱动装置为带式输送机的核心部件，根据其布 置位置的不同可分为头部集中布置、中间布置以及 头尾分散布置三种方式。 其中， 基于驱动装置的头部 集中布置对带式输送机主电机的技术要求低；缩短 电机启动时间，进而可提高驱动系统电机的使用寿 命;可减小启动或制动阶段对电机造成的冲击。 基于 中间驱动布置的带式输送机投资成本低， 安装、 维修 方便以及可解决设备浪费的问题。基于头尾分散布 置的带式输送机对于设备的安装空间要求较小， 对 应产品的通用互换性强[ 4 ] 。 综合对比上述三种驱动方式的优劣性，选择中 间驱动的布置方式对驱动系统进行布置。 2 . 2驱动滚筒的设计驱动滚筒的设计 驱动滚筒作为带式输送机驱动系统的核心零 件 ，其结构合理性直接决定驱动系统运行的可靠性 和稳定性。 随着带式输送机朝着大运量、 长距离以及 髙带速的方向发展， 设备所承受的弯矩合成力较大， 进而对驱动滚筒的强度要求较高。目前， 常采用的驱 动滚筒为焊接式滚筒， 其结构如图2 所示。 如图2 所示,带式输送机驱动滚筒由筒体、 轴承 图 2驱动滚筒结构示意图 46 机械管理开发 jxglkfljb 第3 5卷 座 、 轴承以及传动轴等组成。 目前， 驱动滚筒筒壳厚度的设计依据为驱动滚 筒的直径。而驱动滚筒的直径的计算公式如式（ 1 所示 DC A. 1 式中C,为带式输送机钢丝直径与滚筒直径的比值， 忒为带式输送机钢丝绳直径。 本文所研究带式输送机输送带的宽度为1 400 mm,为保证带式输送机在运行时输送带在滚筒上跑 偏 时 的 余 量，一般 要 求 滚 筒 宽 度 值 的 余 量 为 150〜 200 mm之间。因此， 本文所设计带式输送机滚 筒的宽度为 1 4002001 600 mm。 本文所研究带式输送机输送带的纵向拉伸强度 值 为 4 500 N/m， 根据带式输送机强度、 带宽与驱动 滚筒直径的取值表，确定驱动滚筒的直径为1 700 mm,对应的驱动滚筒筒壳厚度的取值如表1所示。 表 1驱动滚筒直接与简壳厚度关系表 驱动滚筒直径1 5001 6001 7001 8001 900 筒壳厚度 2829313337 查 表 1可得， 滚筒筒体的厚度取值31 mm。 综上所述，依据现有带式输送机输送带的相关 参数所设计驱动滚筒的直径为1 600 mm,滚筒的宽 度 为 1 600 mm， 滚筒筒壳厚度值为31 mm。 2 . 3驱动滚筒的校验驱动滚筒的校验 为验证所设计驱动滚筒的强度要求，按照上述 所设计驱动滚筒的参数在SolidWorks软件中搭建三 维模型， 并将三维模型导人ANSYS有限元分析软件 中，根据带式输送机的实际运行工况完成有限元模 型边界条件的设置，并完成网格划分后对其强度进 行仿真分析[ 5 1 。初步拟定驱动滚筒所选用的材料为 Q345B的钢。 驱动滚筒在仿真时所承受的载荷为170 kN*m 的扭矩和85 kN_m的反扭矩。 经仿真分析可知带式输送机驱动滚筒的最大 应 力 值 位于驱动滚筒的两侧，且最大应力值为 235.24 MPa， 小于选材的需用应力值345 MPa。 即， 所 设计驱动滚筒的强度满足要求。 3驱动滚筒控制系统的设计驱动滚筒控制系统的设计 3 . 1驱动系统供电方案的设计驱动系统供电方案的设计 针对带式输送机驱动系统高压供电和低压供电 选用不同的供电方案。 其中， 针对高压供电采用单母 线分段供电，并 以KYN28A-12型开关柜为高压供 电的核心。 电源基于两台进线柜电缆进线， 并基于一 台联络柜对电压进行联络和切换。针对低压供电采 用XL改进型馈电柜进行供电，该馈电柜的规格为 380 V， 能够为控制柜、 变频设备以及冷却系统供电。 3 . 2驱动系统控制方案的设计驱动系统控制方案的设计 带式输送机驱动系统的控制核心为PLC，根据 现场各类传感器对带式输送机运行参数实时监测 后 ， 通 过PLC控制器得出相应的控制策略， 进而完 成对带式输送机带速、 驱动力等参数控制。此外， 基 于带式输送机控制系统还能够实现对设备堆煤、 纵 撕等事故的保护。 本文系统所选用PLC控制器为AB公司所研发 的控制器， 可实现对设备手动、 自动以及远程控制。 本控制系统的直接操作界面为TH24矿用本安型操 作台。控制流程如图3 所示。 带式输送机作为综采工作面的关键设备，运输 效率直接决定综采工作面的生产能力。为适应带式 对设备的驱动系统进行设计。 1 综合考虑三种驱动方式的启动特性、 控制系 统 、 功率平衡、 节能以及成本等因素， 选择变频电机 联轴器 减速器 驱动滚筒的总体驱动方案。 2 所设计驱动滚筒的直径为1 600 mm,滚筒的 宽度为1 600 mm,滚筒筒壳厚度值为31 mm,且经有 限元仿真分析可得，该滚筒的最大应力值为235.24 MPa,小于选材的需用应力值345 MPa。 3 根据带式输送机的工作要求， 基 于P LC控制 器完成驱动系统的控制流程图，并完成驱动系统的 高压、 低压供电。 参考文献 [ 1 ] 宋伟刚， 战欣， 王元元.大型带式输送机驱动装置的比较研究 [J]. 工程设计学报,2004 6 301 -311. 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Structure and Control System Design of Belt Conveyor Drive System Chen Yongfeng Changgou Coal Mine Co., Ltd. Mechanical and Electrical Team, Heshun Shanxi 032700 Abstract in order to solve the problem that the drive system of belt conveyor is suitable for large capacity, long distance and high speed operation condition, on the basis of analyzing the overall scheme design of the drive system, the structure and control system of the drive system of belt conveyor are emphatically designed, and the strength of the drive drum after design is checked to provide a reference for optimizing the belt conveyor drive system and improving the reliability and transportation efficiency of the equipment Key words belt conveyor, drive drum; high voltage power supply; PLC control; frequency conversion start 0 0 0 0 00 0 00 15 10 5