带式输送机特大型滚筒的设计

1、带式输送机特大型滚筒的设计摘 要 带式输送机是散状物料输送的主要设备。其中，滚筒是带式输送机的关键部件，起驱动输送带运行的作用。滚筒的结构直接影响带式输送机运行的可靠性。我国对带式输送机已制定了参数系列，其系列中驱动滚筒的最大直径为1600mm ，与此对应的输送带抗拉强度最大为4000N/inln。随着带式输送机的大型化，对输送带的抗拉强度要求越来越高。实际上，我国目前己经生产出抗拉强度为 4500N/mm一6000N/mm的输送带，而直径为1600mm 以下的滚筒显然不能满足与抗拉强度的匹配要求。因此，本文对直径为1600mm 以上的特大型滚筒进行了设计，其主要内容如下所述: 对带式输送机1

2、4种参数的滚筒进行了结构设计。完成了直径从1700mm-2000mm滚筒的总图设计，然后分别对滚筒的全部零部件一筒壳、轴、辐板与轮毅、胀套以及挡盖进行了结构设计。THEDESIGNFORSPECIALGOOD一SIZEDDRUMSOFTHEBEIJTCONVEYORSA一BSTRACT The beit conveyor is the main equipment of bulk material transpodation.Thereinto，the drum is the main component of the beit conveyor.It is used to drive the

3、 operation of the structure of the drum influences reliability of operation for the belt conveyor are the parameters equences of the drums in our country .The 1argest diameter of the drum in the diameter criterion is l600millimeter，and the highest tensile strength of the belt is 4000Newton per milli

4、meter . However，with the good-sized belt conveyor，the tensile strength of the beit is demanded higher and higher.Infact，there are the belts that the tensi1e streng this from 4500Newton per millimeter to 6000Newton per millimeter now. Apparently, the drum that the diameter is 1ess than l600millimeter

5、 cannt satisfy the demand.So，The paper is to design the drum whose diameter is more than content of the paper is as follows:The paper is to design the structure of fourteen drums.It is the general chart of drums that the diameter is from l700 millimeter to 2000 millimeter.lt also designs components

6、of drums，viz, cylindrical shell，axis，web，expansion bushing and shield.第一章 绪论带式输送机是冶金、电力和化工等厂矿企业常见的连续动作式运输设备之一，尤其是在煤炭工业中使用广泛。带式输送机可以输送煤、研石及其它粉末状物料，也可以输送包装好的成件物品。但为了保护输送带，不宜输送有坚硬棱角的不规则形状物料。它输送能力大、调度组织简单、维护方便，因而营运费低。此外，带式输送机结构简单、运转平稳可靠、运行阻力小、耗电量低、容易实现自动化也是它的特点。大型带式输送机是当前散状物料输送的主要方式。由于现代化工业的不断发展，带式输送机已经

7、成为国民经济各部门生产过程中的重要组成部分。它正朝着长距离、大运量、高速度方向发展。目前，带式输送机广泛应用在煤炭、冶金、水泥、电力、港口、化工等行业。它由滚筒、托辊、胶带、支架等多种零部件组成，每种又包括若干类型，加之不同的地形、工况、布置形式又有多种变化，使得带式输送机的设计任务相当繁重，尤其各个部件的设计涉及较多的知识与规则。随着国内外市场的迅速发展，带式输送机越来越大型化，为了适应这种要求，必须对其结构进行设计，而以往的设计还存在一些不足，因此迫切需要对其结构进行优化。滚筒是带式输送机的主要部件，其使用寿命严重地影响带式输送机的正常运转和生产。带式输送机大部分为机头单端驱动。就驱动滚筒

8、数目而言，有单滚筒和双滚筒驱动。其中双滚筒驱动有两种形式，即双滚筒共同驱动和双滚筒分别驱动。根据在带式输送机中的作用不同，滚筒分为传动滚筒和改向滚筒。传动滚筒与改向滚筒在工作状态下的受力情况不同，要求结构也不同。1.2国内外的研究发展概述随着带式输送机的大型化，滚筒作为带式输送机的重要部件也越来越受到国内外重视。带式输送机在传统设计中，由于缺乏精确的滚筒强度计算方法，因而采用很高的安全系数，使得滚筒结构很重，且可靠性并没有明显提高。在现代设计中，逐步提高了滚筒的设计要求。湖北建设机械股份谢国强介绍了一种新型的内藏式液压马达驱动滚筒的结构，该液压驱动滚筒是将液压马达置于滚筒内部，并通过一级齿轮减

9、速，使液压滚筒的转速达到设计需要。这种将驱动滚筒与减速机构和液压马达合并成一体的液动滚筒，具有内藏式电动滚筒的性能,其调速性能优于电动滚筒，有较高的实用性和先进性。Christian Lindner提出对皮带滚筒进行有限元计算，用有限元法可使设计者对皮带滚筒进行较精确的计算，用所给出的方程式，对滚筒筒壳和辐板计算轴向应力、径向应力和切向应力。皮带滚筒在理论上作了最广泛研究的是1963年赫尔穆特、郎格所著的有关带式输送机滚筒计算的研究的论文。北京起重运输机械研究所张喜军的关于 长距离带式输送机设计观点的发展一文中，阐述了利用动态分析方法对大型带式输送机进行优化设计。本论文的主要任务是对直径为16

10、00mm以上的特大型滚筒进行了设计。目前我国对带式输送机已制定了参数系列，其系列中驱动滚筒的最大直径为1600mm，与此对应的输送带抗拉强度最大为4000N/mm。随着带式输送机的大型化，对输送带的抗拉强度要求越来越高。实际上，我国目前已经生产出抗拉强度为4500N/mm一6000N/mm的输送带，而直径为1600mm以下的滚筒显然不能满足与抗拉强度的匹配要求。因此，要对直径为1600mm以上的大型滚筒进行设计。目前，国内外对滚筒进行结构设计的颇多，但对于直径1600mm以上大型滚筒的设计并不多见。因此，本文对直径1600mm以上的14种大型滚筒进行了结构设计，包括筒壳、轴、辐板与轮毅、轴与轮

11、毅间的联接件胀套以及挡盖的设计。第二章 带式输送机特大型滚筒的结构设计近年来，国内外对带式输送机相关理论的研究取得了很大进展，因此，带式输送机主要部件的技术性能也有了明显提高，这为带式输送机向长距离、大型化方向发展奠定了基础。其中，大型驱动滚筒的结构也需要一种合理的设计。本章将对带式输送机特大型驱动滚筒零部件的结构进行设计，最后定出特大型滚筒的参数。滚筒是带式输送机的重要部件。对于滚筒的筒壳结构，本章将从筒壳的厚度、筒壳的直径、筒壳的宽度三方面进行研究.筒壳的直径本次设计的大型驱动滚筒主要用于钢绳芯带式输送机。对于钢绳芯带式输送机，驱动滚筒的直径取决于输送带的强度及钢绳芯直径，一般驱动滚筒直径

12、与钢绳芯直径之比不小于150。目前我国钢绳芯带式输送机系列中输送带的最大抗拉强度为4000N/mm。而我国己经生产出强度为6000N/mm的输送带，如表2一1所示。表2-1 输送带抗拉强度Tab. 2-1 The tensile strength of conveyor belt 输送带强度4500N/mm5000N/mm5500N/mm6000N/mm根据输送带强度的选择，我们设计的滚筒直径较大，如表2一2所示。表2-2 筒壳直径Tab. 2-1 The diameter of cylindrical shell筒壳直径（mm）1700180019002000筒壳的厚度在现有的带式输送机结构

13、中，主要采用铸造滚筒。只有在产量很小时才采用焊接滚筒，因为在这种情况下准备铸造工艺装备是不合算的。焊接滚筒的厚度与铸造滚筒接近，而它的制造较铸造滚筒困难.而且实践表明，重载下的焊接结构滚筒经常会由于焊缝的破裂而失效，铸造滚筒会大大降低这种机率。因此，大型滚筒采用铸造结构。本次设计采用铸造结构的滚筒。目前，筒壳厚度的精确计算还没有。在设计中，大多数人采用经验公式确定筒壳厚度，即h=0.005D+6 (2-1)其中 h筒壁厚度，mm;D筒壳直径，mm。通过公式 (2一1)计算所得的筒壳厚度一般偏小，而且考虑到耐磨损和易于制造，筒壳的厚度一般取的较厚，如表2一3所示。筒壳中部凸起及其宽度筒壳外壁的中

14、部一般制成凸形，其目的是为了防止输送带在运输过程中左右偏移，以及避免输送带偏重受载和两边磨损。滚筒的中部凸起一般按滚筒宽度取1/601/500但本次设计的筒壳中部没有凸起。筒壳的宽度与所选输送带的宽度有关。输送带有效带宽的选择合理与否，直接影响着运量的大小。有效带宽过大，会由于输送带运行时的上下振动和左右摆动，而使物料从输送带两边往外泄漏而影响生产，有效带宽过小，则会降低运量而使效率降低。按经验值滚筒宽度可按输送带宽度加大150mm200mm。即 B1=B+(150200) (2-2)其中 B1 筒壳宽度，mm; B 输送带宽度，mm。根据公式(2一3) 和公式 (2一4)确定滚筒的最小直径，

15、即得本文设计的筒壳结构如图2一1所示。初步确定滚筒的直径、滚筒的宽度和输送带的宽度，如表2一4所示。作回转运动的零件都要装在轴上实现其回转运动，大多数轴还起着传递转矩的作用。常见的轴有直轴和曲轴，根据轴的承载情况可分为转轴、心轴和传动轴三类。轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。常用的碳素钢有3050钢。为保证其力学性能，应进行调质或正火处理。合金钢具有较高的机械强度，可淬性较好，可以在传递大功率并要求减少质量和提高轴颈耐磨性时采用，常用的合金钢有40Cr、12CrNi2和38SiMnMo等。本次设计的轴材料为40Cr。一般情况下，轴的工作能力决定于它的强度和刚度。在设计轴时，除应按照工作能力准则设

16、计计算或校核计算外，在结构设计上还须满足其它一系列的要求;例如:1)多数轴上零件不允许在轴上作轴向移动，需要用轴向固定的方法使他们在轴上有确定的位置;2)为传递转矩，轴上零件还应作周向固定;3) 对轴与其它零件间有相对滑动的表面应有耐磨性的要求:4) 轴的加工、热处理、装配、检验、维修等都应有良好的工艺性:5)对重型轴还须考虑毛坯制造、探伤、起重等问题。轴的强度计算主要有三种方法:许用切应力计算、许用弯曲应力计算和安全系数校核计算。许用切应力计算只需知道转矩的大小.这种方法简便，但计算精度较低。它主要用于下列情况:1) 传递以转矩为主的传动轴;2) 初步估算轴径以便进行结构设计:3)不重要的轴

17、。许用弯曲应力计算必须先知道作用力的大小和作用点的位置、轴承跨距、各段轴径等参数。因此，常常先按转矩估算出轴径，并进行轴的结构设计后，即可画出轴的弯扭合成图，然后计算危险截面的最大弯曲应力。它主要用于计算一般重要的、弯扭复合的轴，计算精度中等。安全系数校核计算也要在结构设计后进行，不仅要定出轴的各段直径，而且要定出过渡圆角、轴毅配合、表面粗糙度等细节。它主要用于重要的轴，计算精度较高，但计算较复杂，且常需要足够的资料才能进行。安全系数校核计算能判断各危险截面的安全程度，从而改善各薄弱环节，有利于提高轴的疲劳强度。这三种方法可单独使用或逐个使用。本论文对轴的强度设计采用两种方法，即许用切应力计算

18、和许用弯曲应力计算。首先按许用切应力计算出轴的最小直径，根据公式(2一6)然后按许用弯曲应力校核危险截面, 根据公式 (2一8)为了提高轴的强度，同时减轻重量，可以从以下几方面考虑:1.合理布置轴上零件，减小轴受转矩;2.改进轴上零件的结构，减少轴受弯矩;3.采用载荷分担的方法减少轴的载荷:4.采用力平衡或局部相互抵消的办法减少轴的载荷;5.改变支点位置，改善轴的强度和刚度;6 改进轴的结构，减少应力集中;7.改善表面品质提高轴的疲劳强度。本论文所设计的轴结构如图2一2所示。辐板联接着筒壳和轴体上的轮毅。对于辐板与筒壳一般采用焊接结构。而辐板与轮毅通常情况下是使用4个螺栓联接而成的。正常时传动

19、轴与筒体之间的转矩主要靠摩擦传递。而螺栓联接属于间隙配合，滚筒在长期运行过程中，会由于反复应力的作用而松动，松动后传动轴与筒体之间的转矩主要靠螺栓承担，使螺栓受到的剪切力大大增加，从而导致螺栓损坏.为了避免这类问题的产生，可以在传动滚筒简体两端的辐板与轴体两端的轮毅上与原螺栓孔成30o的位置加工两个均布的锥销孔。因锥销采用过盈配合，不容易产生松动，即使产生了松动，锥销也可以承担部分受力，从而减小了每个螺栓的受力，使螺栓不再因剪切而损坏。也可以直接将辐板与轮毅做成一体，这样不仅制造方便，而且提高了滚筒的使用寿命，也使带式输送机的效率提高.本次设计采用辐板与轮毅做成一体的方法，如图2一3所示.在带

20、式输送机滚筒中，轴和轮毅一般采用单键联接。在这种联接中，当轴和筒体的结构尺寸较大时，加工制造、安装和拆卸都很不方便。尤其滚筒在使用过程中，所受载荷超过其承载能力时，不仅会将键压溃或筒体轮毅被破坏，而且会导致滚筒无法修复使用。基于此，本次设计采用胀套联接轴与轮毅，如图2一4所示。它是在轴与筒体轮毅之间成对布置的锥面贴合的内、外弹性圈构成的联接，当沿圆周布置的螺栓将内、外弹性圈拉紧时，在产生的轴向力作用下.两环相互压紧，内弹性圈受压，其内径减小抱紧轴，外弹性圈受压，其外径增大而胀紧滚筒筒体轮毅，轴与内弹性圈内孔的接触面产生压力，由此压力产生的摩擦力矩和摩擦力来传递扭矩和轴向力。在选择胀套时，可按以

21、下原则选用胀套:t 应大于传递的扭矩城;Mx2.胀套的额定轴向力Ft应大于传递的轴向力Fx;3.胀套与轴的正压力Pf应大于承受的径向力Fr与胀套内径和胀套内环宽度乘积dL之比，即既然这种胀套联接轮毅与轴是一种无键联接的装置，那它与键联接相比有以下优点:1.在轮毅与轴上均不再加工键槽，可提高轮毅与轴的强度，减少应力集中源;2.可承受变载荷和冲击载荷，耐疲劳强度高，且可承受一定的轴向力;3.对轴和孔的加工和配合精度要求高，便于加工制造，且互换性和可调性好;4.定心好，易于装拆，使用维护方便:5.具有过载保护的功能。挡盖起防尘的作用，如图2一5所示。滚筒的重要部件设计完后，需装配成整体。如图2一6所

22、示。带式输送机滚筒的受力主要来自输送带对筒壁的压力和摩擦力。带式输送机中输送带的张力是一个非常重要的参数。只有了解沿输送带全程张力的变化情况，才能合理选择输送带的强度，确定驱动装置所需的功率。带式输送机中输送带的张力是一个沿输送区段变化的参数，它取决于许多因素的影响。为了简化计算，假设输送带在驱动滚筒处不可拉伸，没有弯曲阻力，没有质量和厚度且在滚筒围包弧内的摩擦系数不变。带式输送机正常工作时输送带所需张力必须满足两个条件:第一，输送带的张力在任何负载的情况下，作用到全部滚筒上的圆周力通过摩擦传递到输送带上，而输送带与滚筒间应保证不打滑;第二，作用在输送带上的张力要足够大，使输送带在两组承载托辊间保持垂度小于一定值，以便顺利地导引输送带，同时有利于降低运行阻力。由欧拉公式可以计算出输送带张力。输送带对滚筒壁产生正压力和摩擦力。正压力的计算是先计算出单位面积上滚筒所受的正压力，即再求出滚筒壁所受的正压力，即其中 P 单位面积上滚筒壁所受的正压力，kN/m2: S 输送带张力，kN: S 滚筒壁受力面积，m2: N 滚筒壁所受的正压力，kN。 滚筒壁所受