毕业论文--关于皮带输送机的设计.doc

摘 要本次毕业设计是关于皮带输送机的设计。皮带输送机是散状物料实现远距离运输的高速度、自动化、连续性作业的理想设备,已广泛应用于电力、冶金、化工、煤炭、矿山、港口和粮食等许多部门。随着工业的需求,带式输送机向长距离、高速度、大运量、大功率等方向发展,皮带输送机的动力学问题也越来越多。这就需要系统研究带式输送机的动态特性,实现在设计阶段预测和优化输送机的性能,从而使带式输送机在经济上更加合理、在技术上更加可靠。首先对胶带输送机作了简单的概述；接着分析了带式输送机的选型原则及计算方法；然后根据这些设计准则与计算选型方法按照给定参数要求进行选型设计；接着对所选择的输送机各主要零部件进行了校核。普通型带式输送机由六个主要部件组成：传动装置，机尾和导回装置，中部机架，拉紧装置以及胶带。最后简单的说明了输送机的安装与维护。本次带式输送机设计代表了设计的一般过程, 对今后的选型设计工作有一定的参考价值。 关键词：皮带输送机；倾斜式；双驱动；AbstractThe design is a graduation project about the belt conveyor used in coal mine. Belt conveyor is the ideal equipment for high-speed, automation, continuous operations for long-distance transportation of the bulk materials, which is widely applied in industries such as electric power, metallurgy, chemical engineering, coal, mine, ports and foodstuffs. With the development of industrial demand, the design of belt conveyor aims at long distance, high speed, great capacity and high-power directions. Therefore, there appear more problems in terms of dynamics of belt conveyor.At first, it is introduction about the belt conveyor. Next, it is the principles about choose component parts of belt conveyor. After that the belt conveyor abase on the principle is designed. Then, it is checking computations about main component parts. The ordinary belt conveyor consists of six main parts: Drive Unit, Jib or Delivery End, Tail Ender Return End, Intermediate Structure, Loop Take-Up and Belt. At last, it is explanation about fix and safeguard of the belt conveyor. Key word : Belt conveyor;Inclination type;Dual drive;目 录前 言11 DTII型固定式带式输送机概述21.1 DTII型固定式带式输送机的简介21.2 DTII型固定式带式输送机的应用范围21.3 DTII型固定式带式输送机的系列图号31.4 DTII型固定式带式输送机的工作原理31.5 DTII型固定式带式输送机的结构和布置形式41.5.1 带式输送机的结构41.5.2 布置方式42带式输送机的设计计算62.1 已知原始数据及工作条件62.2 计算步骤72.2.1 带宽的确定:72.2.2输送带宽度的核算92.3 圆周驱动力92.3.1 计算公式92.3.2 主要阻力计算102.3.3 主要特种阻力计算122.3.4 附加特种阻力计算132.3.5 倾斜阻力计算142.4 传动功率计算142.4.1 传动轴功率计算142.4.2 电动机功率计算152.5 输送带张力计算152.5.1 输送带不打滑条件校核162.5.2 输送带下C=0.71垂度校核172.5.3 各特性点张力计算182.5.4 钢绳芯输送带强度计算223驱动装置的选用与设计243.1电机的选用243.2 减速器的选用243.3液力偶合器253.4 联轴器264带式输送机部件的选用284.1托辊284.1.1 托辊的作用与选型284.1.2 托辊的校核314.2 传动滚筒、改向滚筒合张力计算334.2.1 改向滚筒合张力计算334.2.2 传动滚筒合张力计算344.3 传动滚筒直径的确定和滚筒强度的验算344.3.1传动滚筒结构344.3.2传动滚筒轴的设计计算355 制动装置415.1 制动装置的作用415.1.1 制动装置的种类415.1.2 制动装置的选型415.2拉紧装置425.2.1 拉紧装置行程425.2.2 拉紧力与拉紧装置436其他部件的选用446.1 机架与中间架446.1.1 机架446.1.2 中间架456.2 给料装置456.2.1 对给料装置的基本要求456.2.2 装料段拦板的布置及尺寸466.3 卸料装置476.4 清扫装置476.5 头部漏斗496.6 电气及安全保护装置49结 论51致 谢52参考文献53前 言带式输送机是连续运行的运输设备，在冶金、采矿、动力、建材等重工业部门及交通运输部门中主要用来运送大量散状货物，如矿石、煤、砂等粉、块状物和包装好的成件物品。带式输送机是煤矿最理想的高效连续运输设备，与其他运输设备相比，不仅具有长距离、大运量、连续输送等优点，而且运行可靠,易于实现自动化、集中化控制,特别是对高产高效矿井，带式输送机已成为煤炭高效开采机电一体化技术与装备的关键设备。特别是近10年，长距离、大运量、高速度的带式输送机的出现，使其在矿山建设的井下巷道、矿井地表运输系统及露天采矿场、选矿厂中的应用又得到进一步推广。选择DTII型固定式带式输送机这种通用机械的设计作为毕业设计的选题，能培养我们独立解决工程实际问题的能力，通过这次毕业设计是对所学基本理论和专业知识的一次综合运用，也使我们的设计、计算和绘图能力都得到了全面的训练。原始参数：1）输送物料：煤2）物料特性：（1）最大块度 350mm（2）散装密度：1t/m3（3）在输送带上堆积角：=20（4）物料温度：503）工作环境：井下4）输送系统及相关尺寸：（1）运距： 100m （2）倾斜角：=14（3）最大运量:1000t/h设计解决的问题：熟悉带式输送机的各部分的功能与作用，对主要部件进行选型设计与计算，解决在实际使用中容易出现的问题，并大胆地进行创新设计。1 DTII型固定式带式输送机概述1.1 DTII型固定式带式输送机的简介DTII型固定式带式输送机是由原机械工业部北京起重运输机械研究所负责研究组织的联合设计组设计的，是原TD75型 和DX型两大系列的更新换代产品。全系列更新工作分两个阶段进行，第一阶段完成主参数型谱及原TD型所属范围的主要部件设计，还增加了化纤带的中强度部件设计；第二阶段将完成高强度系列设计。1.2 DTII型固定式带式输送机的应用范围 （1）DTII型固定式带式输送机是通用型系列产品，可广泛用于冶金，矿山，煤炭，港口，电站，建材，化工，轻工，石油等各个行业。由单机或多机组合成运输系统来输送物料，可输送散度密度为500-2500kg/m的各种散状物料及成件物品。 （2）DTII型固定式带式输送机适用的工作环境温度一般为-25-40C。对于在特殊环境中工作的带式输送机，如要求具有耐热，耐寒，防水，防腐，防爆，阻燃等条件，应另行采取相应的防护措施。 （3）DT-II型固定式带式输送机均按不见系列进行设计。设计者可根据输送工艺要求，按不同的地形，工况进行选型设计并组合成整台输送机。 （4）输送机允许输送的物料粒度取决于带宽，带速，槽角和倾角，也取决于大块物料出现的频率。各种带宽适合的哦最大粒度，本系列推荐按表1-1选取。当输送硬岩时，带宽超过1200mm,粒度一般应限制在350mm范围内，而不能随带宽的增加而加大。表1-1各种带宽适用的最大粒度mm带宽500650800100012001400最大粒度1001502003003503501.3 DTII型固定式带式输送机的系列图号部件图号 DT-II 型号（D-带式输送机，T-通用型，II-新系列） -产品规格代码（带宽） -部件分类代码 -部件类型代码-部件规格代码-性能参数代码1.4 DTII型固定式带式输送机的工作原理带式输送机又称胶带运输机，其主要部件是输送带，亦称为胶带，输送带兼作牵引机构和承载机构。带式输送机组成及工作原理如图1-1所示，它主要包括一下几个部分：输送带(通常称为胶带)、托辊及中间架、滚筒拉紧装置、制动装置、清扫装置和卸料装置等。图1-1 带式输送机简图1-改向滚筒 2-装料装置 3-犁形卸料器 4-槽形托辊5-输送带 6-机架 7-传动滚筒 8-头部护罩9-清扫装置 10-平行托辊 11-空段清扫器 12-制动装置输送带5绕经传动滚筒7和机尾改向滚筒1形成一个无极的环形带，输送带的上、下两部分都支承在托辊上。拉紧装置给输送带以正常运转所需要的拉紧力。工作时，传动滚筒通过它和输送带之间的摩擦力带动输送带运行。物料从装载点装到输送带上，形成连续运动的物流，在卸载点卸载。一般物料是装载到上带(承载段)的上面，在机头滚筒(在此，即是传动滚筒)卸载，利用专门的卸载装置也可在中间卸载。普通型带式输送机的机身的上带是用槽形托辊支撑，以增加物流断面积，下带为返回段(不承载的空带)一般下托辊为平托辊。带式输送机可用于水平、倾斜和垂直运输。对于普通型带式输送机倾斜向上运输，其倾斜角不超过18，向下运输不超过15。1.5 DTII型固定式带式输送机的结构和布置形式 1.5.1 带式输送机的结构带式输送机主要由以下部件组成：头架、驱动装置、传动滚筒、尾架、托辊、中间架、尾部改向装置、卸载装置、清扫装置、安全保护装置等。 输送机年工作时间一般取4500-5500小时。当二班工作和输送剥离物，且输送环节较多，宜取下限；当三班工作和输送环节少的矿石输送，并有储仓时，取上限为宜。1.5.2 布置方式带式输送机的驱动方式按驱动装置可分为单点驱动方式和多点驱动方式两种。通用固定式输送带输送机多采用单点驱动方式，即驱动装置集中的安装在输送机长度的某一个位置处，一般放在机头处。单点驱动方式按传动滚筒的数目分，可分为单滚筒和双滚筒驱动。对每个滚筒的驱动又可分为单电动机驱动和多电动机驱动。因单点驱动方式最常用，凡是没有指明是多点驱动方式的，即为单驱动方式，故本次设计选择双滚筒单点驱动方式。带式输送机常见典型的布置方式如下表1-2所示：表1-2 带式输送机典型布置方式2带式输送机的设计计算2.1 已知原始数据及工作条件带式输送机的设计计算，应具有下列原始数据及工作条件资料（1）物料的名称和输送能力： (2) 物料的性质：1)粒度大小，最大粒度和粗度组成情况；2)堆积密度；3)动堆积角、静堆积角，温度、湿度、粒度和磨损性等。 工作环境、露天、室内、干燥、潮湿和灰尘多少等； 4）卸料方式和卸料装置形式； 5）给料点数目和位置； 6）输送机布置形式和尺寸，即输送机系统（单机或多机）综合布置形式、地形条件和供电情况。输送距离、上运或下运、提升高度、最大倾角等；7）装置布置形式，是否需要设置制动器。原始参数和工作条件（1）输送物料：煤（2）物料特性： 1）最大块度：400mm 2）散装密度：1t/ 3）在输送带上堆积角：=20 4）物料温度：=48.77KN式中 n-摩擦力备用系数，一般n=1.15-1.2; -输送带与传动滚筒间的摩擦系数， -输送带与两个滚筒间的围包角之和，故摩擦条件满足。2.5.4 钢绳芯输送带强度计算 （1）输送带的计算安全系数由公式2-21可知。 （2-21）其中,.=12002000=2.4KN=(2) 输送带的许用安全系数由式子2-22知 （2-22） 其中 -基本安全系数； -附加弯曲伸折算系数； -动载荷系数，一般取1.2-1.5； -输送带接头效率；查通用机械设计选出=3.0，=1.8，=1.2，=0.85，代入上式得 （3）输送带强度验算 m7.624，所选的输送带满足强度要求。查通用机械设计选出，ST2000型钢绳芯带中钢绳直径d=6mm,钢丝绳间距L=12mm,带厚h=20mm.3驱动装置的选用与设计3.1电机的选用电动机额定转速根据生产机械的要求而选定，一般情况下电动机的转速不低500r/min，本设计皮带机所采用的电动机的总功率为101kw.需选用功率为110kw的电机。3.2 减速器的选用已知输送带宽为1200mm，查参考文献运输机械选用设计手册表277选取传动滚筒的直径D为1000，则工作转速为：已知电机转速为1480r/min ，则电机与滚筒之间的总传动比为：本次设计选用 DCY 315-40型二级硬齿面圆锥-圆柱齿轮减速器,传动比为37.2第一级为螺旋齿轮、第二级为斜齿和直齿圆柱齿轮传动，其展开简图如下：图31 减速器示意图电动机和I轴之间，III轴和传动滚筒之间用的都是联轴器，故传动比都是1。3.3液力偶合器液力传动与液压传动一样，都是以液体作为传递能量的介质，同属液体传动的范畴，二者的重要区别在于，液压传动是通过工作腔容积的变化，是液体压力能改变传递能量的；液力传动是利用旋转的叶轮工作，输入轴与输出轴为非刚性连接，通过液体动能的变化传递能量，传递的纽矩与其转数的平方成正比目前，在带式输送机的传动系统中，广泛使用液力偶合器，它安装在输送机的驱动电机与减速器之间，电动机带动泵轮转动，泵轮内的工作液体随之旋转，这时液体绕泵轮轴线一边作旋转运动，一边因液体受到离心力而沿径向叶片之间的通道向外流动，到外缘之后即进入涡轮中，泵轮的机械能转换成液体的动能，液体进去涡轮后，推动涡轮旋转，液体被减速降压，液体的动能转换成涡轮的机械能而输出做功它是依靠液体环流运动传递能量的，而产生环流的先决条件是泵轮的转速大于涡流转速，即而者之间存在转速差液力传动装置除煤矿机械使用外，还广泛用于各种军用车辆，建筑机械，工程机械，起重机械，载重汽车小轿车和舰艇上，它所以获得如此广泛的应用，原因是它具有以下多种优点：（）能提高设备的使用寿命由于液力转动的介质是液体，输入轴与输出轴之间用非刚性连接，故能将外载荷突然骤增或骤减造成的冲击和振动消除或部分消除，转化为连续渐变载荷，从而延长机器的使用寿命这对处于恶劣条件下工作的煤矿机械具有这样意义（）有良好的启动性能由于泵轮扭矩与其转速的平方成正比，故电动机启动时其负载很小，起动较快，冲击电流延续时间短，减少电机发热（）良好的限矩保护性能（）使多电机驱动的设备各台电机负荷分配趋于均匀带式输送机的驱动装置是整个皮带输送机的动力来源，它由电动机、偶合器，减速器 、联轴器、传动滚筒组成。驱动滚筒由一台或两台电机通过各自的联轴器、减速器、和链式联轴器传递转矩给传动滚筒。3.4 联轴器本次驱动装置的设计中，较多的采用联轴器，这里对其做简单介绍：联轴器是机械传动中常用的部件。它用来把两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离；只有在机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。根据对各种相对位移有无补偿能力（即能否在发生相对位移条件下保持联接的功能），联轴器可分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类。挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别。 (1)无弹性元件的挠性联轴器这类联轴器因具有挠性，故可补偿两轴的相对位移。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。常用的有以下几种：十字滑块联轴器，滑块联轴器，十字轴式万向联轴器，齿式联轴器，滚子链联轴器。 (2)有弹性元件的挠性联轴器这类联轴器因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。弹性元件所能储存的能量愈多，则联轴器的缓冲能力愈强；弹性元件的弹性滞后性能与弹性变形时零件间的摩擦功愈大，则联轴器的减振能力愈好。常见的有以下几种：1）弹性套柱销联轴器这种联轴器的构造与凸缘联轴器相似，只是套有弹性套的柱销代替了联接螺栓。因为通过蛹状的弹性套传递转矩，故可缓冲减振。这种联轴器制造容易，装拆方便，成本较低，但弹性套易磨损，寿命较短。他适用于联接载荷平稳、需正反转或起动频繁的传递中小转矩的轴。2） 弹性柱销联轴器与弹性套柱销联轴器很相似，但传递转矩的能力很大，结构更为简单，安装、制造方便，耐久性好，也有一定的缓冲和吸振能力，允许被联接两轴有一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位移，适用于轴向窜动较大、正反转变化较多和起动频繁的场合柱销联轴器,本次设计中选择用ZL9弹性柱销联轴器4带式输送机部件的选用4.1托辊4.1.1 托辊的作用与选型（一）作用托辊是决定带式输送机的使用效果，特别是输送带使用寿命的最重要部件之一。托辊组的结构在很大程度上决定了输送带和托辊所受承载的大小与性质。安装在刚性托辊架上的三个等长托辊组是最常见的，三个托辊一般布置在同一个平面内，两个侧托辊向前倾；亦可将中间托辊和侧托辊错开布置。因此实际上主要采用三个托辊布置在同一平面内的托辊组。（二）选型托辊可分为槽形托辊见图4-1、平行托辊见图4-2、缓冲托辊见图4-3和调心托辊等；图4-1槽形托辊 槽形托辊用于输送散粒物料的带式输送机上分支，使输送带成槽形，以便增大输送能力和防止物料向两边洒漏。目前国内DTII系列由三个辊子组成的槽形托辊槽角为，本次设计上托辊选择DTII04C0323型号的槽形前倾托辊.平形托辊由一个平直的辊子构成，用于输送件货。本次设计下托辊选择DTII04C2123型号的平形托辊。其结构简图如下：图4-2 平行托辊缓冲托辊用于DT-II型固定式带式输送机的受料处，以便减少物料对输送带的冲击，本次设计选择DTII04C0723型号的橡胶圈式缓冲托辊，其结构简图如下：图4-3缓冲托辊a)橡胶圈式 b)弹簧板式TD-型固定式带式输送机有载分支最常用的是由刚性的、定轴式的三节托辊组成的槽形托辊。DT-II型固定式带式输送机的槽角为。带式输送机的无载分支常采用平形托辊。DT-II型固定式带式输送机的装载处由于物料对托辊的冲击，易引起托辊轴承的损坏，常采用缓冲托辊组。（三）托辊间距托辊间距的布置应遵循胶带在托辊间所产生的挠度尽可能小的原则。上托辊的间距一般为1.2m-1.5m,下托辊一般为一个平形长托辊，支撑回空段输送带。下托辊间距可取3m，或取为上托辊间距的两倍。 在有载分支头部、尾部应各设置一组过渡托辊，以减小头、尾过渡段胶带边缘的应力，从而减少胶带边缘的损坏。过渡托辊的槽角为与两种，端部滚筒中心线与过渡托辊之间的距离一般不大于8001000mm。 带式输送机在运转过程中，经常出现胶带跑偏现象，即胶带运行中心线偏离输送机的的纵向几何中心线。为防止和克服胶带跑偏现象，常用的方法是采用不同形式的调心托辊，在有载分支每隔10组槽形托辊放置一组调心托辊，下分支每隔610组平型托辊放置一组调心托辊。最简单的调心托辊是上分支采用前倾式槽形托辊，下分支采用V型前倾式托辊，前倾托辊的两个侧托辊朝胶带运行方向前倾。由于托辊有前倾角，则胶带运行速度和托辊周围速度之间相差一个角度，因而托辊相对胶带就有一个相对速度;使托辊有沿轴向产生相对运动的趋势，但是，托辊受托辊架的限制不能运动，于是两侧托辊相对胶带就产生一个向内的横向摩擦力。当胶带位于正中央时，胶带两侧受力平衡。当胶带偏向一侧时，该侧胶带和托辊所受正压力增加，则胶带所受到的横向摩擦力大于另一侧，因而使胶带又回复到正中位置。这种托辊防跑偏简单可靠，但由于胶带运行时存在附加滑动摩擦力，增加了胶带的磨损，前倾托辊只能用于胶带单向运行。另外还有一种回转式调心托辊，槽形调心托辊用于有载分支，其防跑偏原理与前倾托辊相同。当胶带跑偏时，胶带的一侧压在立托辊上，给托辊以正压力和摩擦力，从而使托辊架绕垂直轴回转一角度，这时胶带受到一个与跑偏方向相反的摩擦力，使胶带向输送机中心线移动，从而纠正跑偏现象。这种调心托辊在固定型带式输送机上应用的很多。托辊的间距设计由带宽B1200mm，上托辊间距1.2m，下托辊间距 3m，上托辊槽角35，下托辊槽角0。上托辊108，L=465mm，轴承4G305，单个上托辊转动部分质量=7.1kg.下托辊108，L=1400mm,轴承4G305，单个下托辊转动部分质量=10.56kg.表4-1 托辊技术规格表托辊直径mm托辊轴径mm轴承型号托辊长度mm托辊轴外伸长mm旋转部分质量kg托辊质量kg89204G204200142.082.792502.152.983152.583.584653.875.246004.786.487505.797.87254G205950177.2311.21108254G2054G3053153.535.073804.075.864654.776.896005.898.537006.729.749508.7412.7711509.413.99140010.0315.62133254G3053806.38.21115016.920.971594659.6412.02140025.8231.524.1.2 托辊的校核（一）上托辊的校核所选用的上托辊为槽形前倾托辊，其结构简图如4-4下：图4-4槽形前倾托辊结构简图（1）承载分支的校核式中承载分支托辊静载荷（N）承载分支托辊间距（m）e辊子载荷系数，查通运机械设计手册表2-35选e=0.8v带速（m/s)，已知v=2m/s每米长输送带质量（kg/m),已知=13.125kg/m输送能力（kg/s) 由参考文献运输机械设计选用手册表2-72查得S=0.1651，k=0.91.代入上式得=0.165120.911000= 300.5kg/s =1538.6N查参考文献运输机械设计选用手册表2-74得，上托辊直径为108mm，长度为380mm，轴承型号为4G305，承载能力为4400N，大于所计算的，故满足要求。（2）动载计算承载分支托辊的动载荷：式中：运行系数，取1.2；冲击系数，取1.04；工况系数，取1.00。则：=1538.61.21.041=1920.2N4400N故承载分支托辊满足动载要求。4.2 传动滚筒、改向滚筒合张力计算4.2.1 改向滚筒合张力计算根据计算出的各特性点张力,计算各滚筒合张力。头部180改向滚筒的合张力:=58.28+61.19=119.47KN尾部180改向滚筒的合张力:=9.4+9.87=19.27KN4.2.2 传动滚筒合张力计算根据各特性点的张力计算传动滚筒的合张力:传动滚筒合张力: KN4.3 传动滚筒直径的确定和滚筒强度的验算4.3.1传动滚筒结构其结构示意图如图4-5所示： 图4-5 传动滚筒4.3.2传动滚筒轴的设计计算（）求轴上的功率传动滚筒轴的设计因滚筒材料为Q235A刚，其密度为，与滚筒的直径D=1000mm,厚度t=40mm,可求得滚筒质量为m=886kg.若取每级齿轮传动的效率（包括轴承效率在内）=0.97，则则轴的角转速（）轴的最小直径的确定式中 选取轴的材料为45钢，调质处理，选取=112。于是 得（）传动滚筒轴的结构设计拟定轴上的零件方案，现选用下图 4-6的装配方案。图4-6传动滚筒图 根据定位和装配的要求确定轴的各段直径和长度，轴的左边部分如下图4-7所示。图4-7传动滚筒轴图轴上零件的周向定位 联轴器与轴的定位均采用平键联结，滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。确定轴上圆角和倒角尺寸 取周端倒角为，各轴肩处的圆角半径为R2。 求轴上的载荷 轴的受力简图如图4-8所示，轴在水平方向的受力如图所示，图4-8轴水平方向力矩图由M（A）=0，可求得，上图可知 =71883N轴在垂直方向的受力如图4-9所示，图4-9 轴垂直方向力矩图由M（A）=0，可求得，扭矩图如4-10为图4-10 轴的扭矩图从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面E是轴的危险截面。（）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面E）的强度。根据式 式中 -轴的计算应力，单位为MPa；