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文档简介
〔毕业设计论文〕?大倾角皮带机设计?1绪论1.1引言煤炭是当前我国能源的主要组成局部之一,是国民经济保持高速增长的重要物质根底。但是目前我国的煤炭工业的开展远不能满足整个国民经济的开展需要。因此必须以更快的速度开展煤炭工业。然而,高速开展煤炭工业的出路在于煤炭工业的机械化。煤炭工业的机械化是指采掘、支护、运输、提升的机械化。其中运输包括运输和辅助运输。带式输送机是由承载的输送带兼作牵引机构的连续运输设备,可输送矿石、煤炭等散装物料和包装好的成品物品,自1795年创造以来,经历了两个世纪,由于它输送能力大,耗电量低,运行平稳,运输途中对物料的破碎性小,连续运行容易实现自动控制,因此被广泛应用在港口、电厂以及煤矿的井上、井下运输,在矿井巷道内采用带式输送机运送煤炭、矿石等物料,对建设现代化矿井有重要作用。1.2概述带式输送机按其结构不同可分为多种型号,带式输送机可用于水平和倾斜运输,倾斜的角度依物料性质的不同和输送带外表形状不同而异。带式输送机有多种类型,以适应在不同条件下使用的需要,但其根本组成局部相同,只是具体结构有所区别。矿井也使用固定可伸缩带式输送机,它设有贮带仓架,可根据用户需要贮存一定的输送带,一般存贮100米,我们厂现生产SPJ-80,650等带式可伸缩带式输送机。其中用得最多的是通用型带式输送机,国内目前采用的是?DTⅡ型固定式带式输送机?系列,该系列带式输送机由许多标准部件组成,各部件的规格也都成系列,按不同的使用条件和工况进行选型设计,组合成整台带式输送机。1.3输送机行业现状宝钢三号高炉上料带式输送机带宽2200mm,机长347m,倾角11.5度,上料能力5500t/h,装机功率4×355kw,上述技术参数均为同类产品全国之最。山西晋城矿务局带宽1400mm,带速4m/s,单机长度7.6km的长距离带式输送机,是目前国内单机最长的带式输送机。元宝山露天煤矿运量7800t/h带速5.85m/s装机总功率6×560kw的带式输送机,运量、带速等技术参数均为全国之最。为山西阳泉矿务局三矿主井提供的机长3631m,带宽1400mm,装机功率3×1000kw的带式输送机,是目前国内单机驱动功率最大的带式输送机。上海宝钢三号高炉、天津南疆港、山东日港数十条B=2200mm带式输送机,均为国内带宽最宽的带式输送机。目前世界上单机最长的带式输送机,长30.4KM,用在澳大利亚铝钒土矿,总长最长的是由17条带式输送机组成,全长220.6KM在荷兰鹿特丹矿山上,运量最大的是在德国一露天矿使用的带式输送机,Q=37500吨/小时,V=7.4m/s.Vmax=9m/s。2大倾角胶带输送机设计任务书为了缩短巷道距离,减小井下煤的运输距离,降低开采费用和运输本钱。近年来,人们致力于大倾角胶带输送机的研究,它的成功将会给煤矿企业带来很大的经济效益,具有很大的经济意义和使用价值,目前在煤矿已得到广泛应用。本次设计内容分为两局部:1〕、一般局部:大倾角胶带输送机总体设计计算2〕、专题局部:断带保护和平安制动技术要求如下:〔1〕、带输送机是用在井下,故在部件选用时必须考虑到防爆,另外,由于井下有淋水、煤尘,故托辊的密封要有较好的防潮和密封性。〔2〕、胶带输送机的驱动装置采用隔爆型电动机、液力偶合器、行星齿轮减速机、棒销联轴器、传动滚筒等传动方式,同时应严格按照标准要求。〔3〕、本大倾角胶带输送机应具有良好的平安制动性能,并要求配备各种保护装置,以断带保护为主。〔4〕、要求电动机具有良好的起动性能,应满足在满载起动过程中煤在胶带中不致产生相对滑动。原始技术参数输送机年运量45万吨/年物料名称烟煤物料块度0~180毫米静安息角30°斜巷长度332米输送距离350米斜巷倾角28°劳动生产率150吨/小时工作制度一年工作300天,一天工作14小时3大倾角胶带输送机总体设计〔一般局部〕虽然本次设计只限于大倾角胶带输送机,但对其它类型的胶带输送机也应有一些概念上的认识。胶带输送机按驱动原理可以分为以下几类:3.1.1滚筒驱动式胶带输送机这是传统式的,靠机头滚筒同胶带间的摩擦来传递圆周力的一类胶带输送机。它按照欧拉定理分配张力。由于结构简单,驱动滚筒可任意布置,深受用户的欢迎,为当代各类胶带输送机的根本形式。3.1.2中间摩擦式多点驱动胶带输送机这种胶带输送机与一般胶带输送机不同的是:除了在机头、机尾设置驱动装置外,在输送机的中间部位也设置假设干套驱动装置,其特点是:可以用低强度的普通胶带实现长距离的无转载运输。3.1.3弯曲胶带输送机通用的胶带输送机在平面上只允许直线运行,因而限制了它的应用范围,弯曲胶带输送机是不需将输送带强制导向就能够弯曲运行,因为它的挠性输送带在一定的力的作用下,能在平面上转弯运行。它有以下几种形式:〔A〕圆筒式胶带输送机〔B〕普通转弯胶带输送机〔C〕中间摩擦式胶带输送机3.1.4垂直提升及大倾角胶带输送机该机使用特殊制造的皮带,胶带的两侧为波纹挡边,中间有相等尺寸的隔板,以承载物料。目前,世界上已将此种皮带机用于竖井提升。大倾角胶带输送机又分为以下几种:〔A〕带槽斗式,同垂直提升原理一样,国内85年研制成功。〔B〕夹带式〔C〕深槽形带式输送机3.1.5管式〔直线〕胶带输送机管式〔直线〕胶带输送机是在普通槽形胶带输送机的根底上开展起来的一种变形机种,它既有槽形胶带输送机的一些特点,又具有以下优点:〔A〕以密封运输,不影响环境,利于环保,也不受外界气候影响;〔B〕胶带成管形,可以在水平和垂直方向转弯;〔C〕物料与胶带的摩擦增多,可以向上爬坡到35°;〔D〕同样带宽宽度小,管形比槽形运输量大,断面积小,不会跑偏,整个圆周都是托辊。以上对各类胶带输送机作了一些简单的介绍,由于本设计为大倾角胶带输送机,所以下面将重点介绍大倾角胶带输送机。3.2大倾角胶带输送机总体布置及部件的选用3.2.1设计原那么:1〕、满足用户要求,照顾操作方便及使用习惯;2〕、尽量采用比较合理的结构,充分利用材料;3〕、在满足设计要求的同时,充分考虑其经济性;4〕、机器要便于拆装,便于井下运输。3.2.2胶带输送机的总体布置原那么如下:1〕、各驱动装置的联轴器、机头滚筒和机尾滚筒设有平安防护罩,不得外露;2〕、机头机尾必须设有清扫装置;3〕、沿线应装设紧急停车拉线开关或报警停车装置;4〕、井下选用胶带必须是阻燃带,并装设皮带打滑、跑偏、断裂等一些保护装置。3.2.3胶带输送机组成:胶带、驱动装置、托辊、机架、拉紧装置、制动装置、清扫装置、装载装置。输送带在胶带输送机中,既是承载构件,又是牵引构件〔钢丝绳牵引胶带输送机除外〕,它不仅具有承载能力,还要有足够的强度,因此我们根据设计要求选用国产橡胶难燃花纹胶带,带宽1000mm,该胶带满足?矿用阻燃输送带?的阻燃性标准中的规定,可以在井下使用3.2.3.2驱动装置驱动装置由电动机、液力偶合器、减速器、棒销联轴器和驱动滚筒组成。带式输送机从整体看,有头部驱动和头尾驱动、多驱动三种类型。头部驱动是仅在机头或机尾装设驱动装置;头尾驱动是两端都装设驱动装置;多驱动那么是除机头机尾设驱动装置外,在中间部位也设假设干套驱动装置。头尾驱动和多驱动都是用于长距离带式输送机的驱动方式,以减小输送带所受的张力。本设计是大倾角胶带输送机,输送量小,输送距离短,所以采用了头部驱动。带式输送机驱动装置装在胶带产生张力最小的地方较为理想,一般规那么如下:〔1〕向上运输和水平运输机装在卸料端;〔2〕向下运输和水平运输机装在加料端;〔3〕悬臂式向上运输机装在加料端;〔4〕从经济、便于维修装在中间部位最好。所以本设计将驱动装置布置在机头部〔卸料端〕,考虑用户习惯,采用双电机双滚筒驱动。3.2.3.2.1电动机:考虑到井下防爆问题,我们采用了隔爆型异步电动机,由于使用液力偶合器,所以不需用具有高起动力矩的电动机,只要与液力偶合器相匹配得当,就能得到接近电动机最大转矩的起动力矩。3.2.3.2.2液力偶合器:在输送机上采用液力偶合器,其优点如下:〔1〕改善起动特性,使电动机处于轻载甚至于空载起动,这点对负荷大而且在重载条件下直接起动的工作面输送机极为重要;〔2〕由于泵轮和透平轮之中没有机械联系,所以能够吸收传动系统中的振动,减少冲击负荷,使输送机起动平稳;〔3〕改善牵引特性,可使多电机驱动中的各电机之中的负荷分配均匀,并使各传动装置的输出转矩趋于一致。当然,在本设计中,胶带输送机为单电机单滚筒的驱动,不存在这方面的问题;〔4〕减小起动电流,充分利用电机的最大能力,提高起动转矩;〔5〕具有过载保护的作用,使电动机的输出功率不至于超过最大值,以防止电动机过载而损坏。鉴于以上各特点,本设计采用了液力偶合器联接电动机和减速器,使输送机在起动、过载保护和减少因电动机引起的振动方面得到了改善。3.2.3.2.3减速器:本次设计选用锥斜齿轮减速器,三极减速〔DCY型〕。本减速器的优点如下:〔1〕使用较多,通用性好;〔2〕传动效率高;〔3〕传动功率范围大;〔4〕传动比范围大;〔5〕适应行强,且耐用;〔6〕安装空间小,所需要的硐室也小。3.2.3.2.4联轴器选用齿式联轴器具体计算在后章节中3.2.3.2.5驱动滚筒:本设计对驱动滚筒采用包胶滚筒,滚筒直径φ630,滚筒宽度为1150mm,驱动滚筒是依靠它与输送带之间的摩擦力带动输送带运行的部件,依据挠性牵引构件的摩擦传动理论〔欧拉公式〕,输送带与滚筒之间的最大摩擦力随摩擦系数和围包角的增大而增大,所以提高牵引力必须从这两方面入手,因此,我们选用了包胶滚筒,利用硫化法在滚筒上包覆一层橡胶,包覆的橡胶外外表做成人字形槽纹,人字形槽纹的方向与滚筒旋转方向一致,这样不但可以增大摩擦系数,还有利于输送带上粘附泥土的自行去除。为使输送带绕经滚筒时有自动对中的作用,可以将滚筒外表制成腰鼓形,中部比两端凸起的高度按下式计算,但最小应大于4mm式中:h—滚筒中部比两端凸起的宽度,mmB—滚筒的宽度,mm目前,驱动滚筒有一种电动滚筒,它是将减速器装入滚筒内的传动滚筒,本身结构紧凑,外形尺寸小,易于安装布置,它可以代替一般的电动机减速器装置,适用于环境温度在40℃以下的场合,还能用于具有防爆要求的场合,但它一般功率较小,通常都在15Kw以下,多用于移动式胶带输送机,而且价格较为昂贵,限制了使用。在本设计中不采用,只作一般性的了解。3.2.3.2.6机架胶带输送机的机架包括:机头架、机尾架、拉紧装置、中间架。井下使用便于拆装式的带式输送机,机头架、机尾架都做成结构紧凑,便于移置的构件,中间架是便于安装的结构。机头架在钢丝绳芯胶带输送机中,用于支撑滚筒,一般地,在普通的胶带输送机中,这种机架做成杆系结构。如果在高强度钢丝绳芯胶带输送机中那么采用板式结构机架,但这种机架腹板厚度较大。在实际设计中,我们采用了简单的三角形机架的结构,主轴两端的轴承安装在左右机架上,在机架前端下方有弹簧清扫器,该清扫器利用螺母拧紧或放松来调整清扫器与胶带的接触压力。在清扫刮板磨损到一定程度,可将清扫刮板上移至与滚筒接触后重新使用。在机架的另一端有一直径为φ400的增面滚筒,它除了起到使滚筒增加包角的作用外,还使返程胶带与上行胶带距离缩小,从而使结构更为紧凑。机尾架采用普通四方架。中间架由上托辊支架、上托辊纵梁、H架等组成。在本设计中,我们将纵梁与H架的连接采用螺栓连接,便于井下拆装和运输。本机采用单点装载,装载装置由两节装载架组成。它的上托辊为缓冲托辊,装载架上的扫煤板扩大口分别装在装载架的两端。机头、机尾中间架两侧还装有防跑偏开关和测速装置。机尾中间架那么装有上下托辊、防跑偏开关、拉线开关和清扫器。在主传动机架后设改向架,装一Φ315×1150光面滚筒,机头卸煤处机架选用三角架,装一Φ400×1150滚筒。图3-1主机架图3-2改向架3.2.3.2.7拉紧装置a各种带式输送机拉紧装置功能如下:〔1〕保证输送带在驱动滚筒的绕出端有足够的初张力,使所需的牵引力得以传递,防止输送带打滑;〔2〕输送带在上分支允许挠度下的胶带张力,以防止输送带在托辊之间过分松弛,引起撒料和增加运行阻力;〔3〕输送带重新接头提供必要的行程。b带式输送机常用的拉紧装置:〔1〕螺旋式拉紧装置:只适用于机长小于80m的短距离输送机。〔2〕重锤车式拉紧装置;拉力恒定,适用于固定式长距离输送机。〔3〕钢丝绳绞车式拉紧装置:利用小型绞车拉紧,因其体积小,拉力大,所以广泛用于井下带式输送机。相比之下,绞车式拉紧装置结构比较复杂,根据其地形本设计中选用绞车拉紧装置。由于小型绞车其体积小,拉力大,所以本机选用钢丝绳绞车式拉紧装置c带式输送机拉紧装置的布置要点:〔1〕尽量布置在张力最小处或靠近滚筒的松边上;〔2〕确定拉紧力的大小时,要考虑到正常运行、起动和制动等各种工作情况。在本设计中,将拉紧装置布置在机头局部,便于维修及操作。图3-3张紧车3.2.3.2.8制动装置本机采用电液推杆制动器YWZ5-315/50。3.2.3.2.9装载装置向带式输送机上加料需考虑许多方面,其中最重要的是应将物料装在输送带的中央,物料沿输送带运行方向的速度应尽可能和输送带的运行速度相等。如果加料速度和输送带的运行速度不同,在加料点就会有大量的物料跳动,并可能在该处堆积。这种物料的跳动是由于速度差引起的。假设所输送的物料在输送带中央且物料装载时沿输送带运行方向的前进速度又和输送带的速度完全相同时,就可能实现理想的加料。在该种情况下,输送带覆盖层的磨损量小,输送带运行所需的功率最低,物料具有良好的装载形状而不会撒出,并且物料的粉碎率和扬尘量也最小。虽然在生产实践中很难到达这样的理想条件,但是为了尽可能接近该条件而做出努力是值得的。在该设计中针对上述的情况作了大量研究,使加料尽量合理化,同时考虑到下面的几个问题:加料的方向:输送的加料方向有两种:〔1〕运行方向加料〔2〕输送带侧面加料沿着输送带运行方向加料,这种加料方式最好。因为设计最简单,可以使物料流通过加料溜槽装到运行的输送带上,这样物料的前进速度几乎与带速相同,料流可以被导向到输送带的中央,从而使载料形状对称,加料点的导料槽长度最小,给料的变化不会明显的影响输送带的正常装载;而在输送带的侧面加料那么存在一个难题就是:从物料速度和向受料输送带中央加料这两个观点看设计加料槽的问题。因为它很难满足物料速度及将物料导向输送带的中央。因此,在本设计中,我们采用的是沿输送带运行方向加料,只有一个装载点。如果加料溜槽和导料槽的设计和安装不适宜,就会严重损坏输送带,因此对它的设计应予以认真的研究。溜槽和导料槽应固定牢固,以使它们正确地对着输送带定位。导料槽长度不能超过需要的长度,底边不能和输送带靠的太紧。当配有卸料器的带式输送机没有倾斜加料段时,导料槽应延伸到改向滚筒的第一组托辊处。这样做的目的是为了使输送带上的物料在到达曲线段的起点位置上仍然保持良好的装载形状,图3-4典型的加料溜槽3.2.3.2.10清扫装置a、清扫装置的作用清扫装置是为卸载后的输送带清扫粘着物之用。在卸载后不能随其它物料一起卸掉的粘着物会进入空段的下托辊上,使托辊弄脏,并粘有这些附着物。如果清扫器清不掉或清不完全,使之进入机尾的改向滚筒,它就会粘在滚筒外表上,愈粘愈多,附着力也就会愈来愈大,结果是造成胶带跑偏,增加胶带磨损,酿成严重后果。如果安装了清扫装置,清扫效果不好,其后果仍然很严重,不仅空行段下方到处撒料,增大运行阻力,而且还会因运行阻力的增大而断带。井下采面胶带机就经常出现这种事故。如果清扫装置良好,对托辊、输送带的寿命都可以延长。可见,清扫器在皮带输送机上有着不可无视的作用。b、清扫装置的种类刮板式清扫器、旋转刷、指状弹簧刮刀、水力冲刷、振动清扫器等多种形式,一般视所运物料的粘性而定。在本设计中我们就采用了弹簧清扫器和犁式清扫器两种清扫装置。由于输送带的清扫效果对延长输送带的寿命及托辊的使用寿命都有很大的影响,因此在设计和使用时都应给予充分的注意。3.2.3.2.11、托辊a、托辊的作用托辊是承托输送带使它的垂度不超过限定值以减小运行阻力,保证带式输送机平稳运行的部件。托辊沿带式输送机全长分布,数量很多,其总重约占整机的30%~40%,价值约占整机的20%。所以,托辊质量的好坏直接影响输送机的运行。托辊的制造质量主要表现为旋转阻力和使用寿命。b、托辊的分类托辊按用途分有:承载托辊、调心托辊和缓冲托辊。c、托辊的设计在本次设计中主要使用普通托辊和缓冲托辊。在装载点安装了缓冲托辊,以缓冲物料落下时的冲击力,延长皮带寿命。对上运托辊组,我们采用的是由四个托辊组成的槽形托辊组,槽角45°,输送带返回的空载段采用平行托辊。该托辊组由四个辊组成〔如图4〕。它在大倾角运输机中代替了由五个托辊组成的槽形托辊组。在本次设计中采用这种形式的托辊组。其主要优点为:c.1用4个标准托辊取代5个特殊托辊,不但省工省料,而且便于制造和维修;c.2取消了中间的水平托辊。当中两托辊呈V形布置。在装载量小时,导向摩擦系数仍很大,不易打滑;c.34个托辊按双排交错方式布置。托辊两端尖角不与胶带接触,对胶带的寿命有利。在设计中,选定托辊间距:上托辊间距:1.2米,下托辊间距:3米。考虑到离头部滚筒的第一组托辊槽角的影响,该处张力很大,胶带挠度接近于零。为使胶带侧边局部伸长不超过胶带许用伸长率0.002,因此头部滚筒与第一组托辊的间距L不得太小。L—头部滚筒与第一组托辊的间距α—托辊槽角〔弧度〕B—带宽在实际设计中,考虑到输送机托辊的全部质量约占整机的30%,价值约占整机的20%,因此我们在设计中尽量提高托辊的质量,从而降低能源消耗,节约钢材,增加运行的可靠性。图3-5四联托辊组3.2.3.3本机整体结构特点a、改善起动性能,实现慢速起动;由于电机直接起动,加速度过大,加上起动电流过大,对电网冲击大。并且由于起动加速度过大,胶带松边拉紧装置来不及拉紧,致使胶带下垂度过大,可能引起胶带层间相互碰撞摩擦,导致胶带磨损大、寿命短、传动不平稳、可靠性差。b、采用调速型液力偶合器,降低了动张力,从而降低了胶带平安系数;c、具有多种保护功能;d、大包角、包胶滚筒、阻燃花纹胶带;e、采用落地侧装式钢架为机身。3.3主要参数确实定3.3.1输送机简图:3.3.2设计根底条件:原始数据参考输送机年运量63万吨/年物料名称烟煤物料块度0~300毫米静安息角30°斜巷长度332米输送距离350米斜巷倾角28°劳动生产率150吨/小时工作制度一年工作300天,一天工作14小时3.3.3主要参数确实定:1〕、带速:按MT414中的速度系列,选用带速V=2米/秒。2〕、带宽:初选带宽1米B=式中:B—带宽,毫米Q—劳动生产率,吨/小时K1—断面系数—物料容度,吨/米3V—带速,米/秒C—倾角系数查表:MT467-1996表3取K1=312φ动=10°选取带宽B=1000毫米根据物料粒度校核,a=300mmB≥2a+200=2×300+200=200mm满足条件3〕、每米物料重量qG:4〕、初选上托辊DTⅡGP2304,旋转质量4.19kg,带速2m/s时承载能力2550N,上托辊间距1.2m,下托辊DTⅡGP2312,旋转质量10.56kg,带速2m/s时承载能力1230N,下托辊间距3m。每米上、下托辊旋转局部重量:上托辊:qRO=mRO×4/lRO下托辊:qRU=mRU/lRU5〕、每米胶带重量qB:根据煤矿习惯选用PVG整体带芯阻燃输送带,规格1000S,纵向拉断强度1080N/mm,带厚10.7mm,上胶厚1.6mm,下胶厚1.6mm,带宽1000mm时14.1kg/m。3.3.4张力计算及胶带平安系数校核带式输送机装运散料的运行阻力详细分析是由许多项阻力合成的,其中包括:托辊旋转阻力、输送带压陷给托辊的滚动阻力、输送带运行时因重垂度反复弯曲的阻力及物料相互碰撞的阻力等。下面计算根本阻力。FU=C·FH+FS1+FS2+FSt主要阻力:FH=fLg(qRO+qRU+(2qB+qG)cosδ)FH=0.035×350×9.81×(13.97+3.52+(2×14.1+20.83)×cos28°)主要特种阻力:附加特种阻力FS2=5×1×0.01×3000×0.6=900N提升阻力:FU=C·FH+FS1+FS2+FSt传动效率:总功率:P=86.12/0.8*1.15=124kW选择两台75kW电机,型号YB280S-4,转动惯量1.1kg·m2根据?运输机械设计手册?其它驱动装置:液力偶合器YOXⅡZ450,减速器DCY280-25,制动器YWZ5-315/30根据垂度条件计算输送带张力根据不打滑条件计算输送带张力双滚筒驱动时,回空段最小张力为采用逐点张力计算法S8=S7+fLg*(qRO+(qB+qG)cosδ)+FSt均可满足垂度要求校核输送带强度输送带平安系数n=1000*1000/56931.7=17.6>12输送带平安系数足够校核托辊强度校核静载承载分支辊子载荷系数取0.8,回程分支辊子载荷系数1承载分支Po=0.8*1.2*(41.67/2+14.1)*9.8=328.7N<2550N回程分支Pu=1*3*14.1*9.8=414.5N<1230N校核动载承载分支Po’=328.7*1.1*1.2*1.1=477.3N<2550N回程分支Pu=414.5*1.1*1.1=501.5N<1230N均满足条件根据各点张力选择滚筒型号如下:传动滚筒扭矩:T=FU/2*D/2=43059.2/2*0.63/2=6781N·m选择滚筒型号DTⅡ04A6143Y/Z,许用合力110kN,许用转矩20kN·m,转动惯量80.3kg·m2选择滚筒型号DTⅡ04B4122,许用合力45kN,转动惯量9.5kg·m2选择滚筒型号DTⅡ04B6142,许用合力110kN,比要求的合力稍小,差距在5%之内,可以认为合格,转动惯量64.3kg·m2选用滚筒型号DTⅡ04B3102,许用合力29kN,转动惯量5kg·m2驱动装置验算液力偶合器YOXⅡZ450转速为1500r/min时,传递功率最大为90kW>75kW,满足条件,转动惯量为1.3kg·m2减速器DCY280-25承载能力160kW,以中等风速选择许用热功率91kW,转动惯量0.05859kg·m2带式输送机所需功率为:Pe=124/2=62kW那么减速器公称输入功率PN=62*1.5=93kW<160kW取启动转矩:Tk=955N·m校核热功率PG1*fW*fA=91*0.89*0.79=64kW>62kW机械联轴器选型Te=9550*Pe/n*KW*K*KZ*Kt=9550*62/48*1.0*1.5*1.0*1.2=22203.8N·m选择ZL10,公称扭矩31500N·m,转动惯量2.163kg·m2逆止力计算FL=Fst-0.8fg[L(qRO+qRU+2qB)+H/sinδ*qG]=31849.7-0.8*0.035*9.81*(350*(13.97+3.52+2×14.1)+151.17/sin28°*20.83)作用于传动滚筒上的力矩为:ML’≥25614.8*0.8/2000=10.25kN·m那么逆止力矩为:ML≥10.25/10/(0.98*0.98*0.98)=1.09kN·m选择逆止器型号NF16,额定逆止力矩1.6kN·m张紧选择根据煤矿习惯,采用JH-8回柱绞车张紧,其额定静张力80000N,大于张紧滚筒合力28.8kN,张紧力足够实际配安装行程9m启动制动力矩验算m1=L(qRO+qRU+2qB+qG)=350×(13.97+3.52+2×14.1+20.83)=23282Nm2=2*(1.1*31.5*31.5+1.3*31.5*31.5+0.05859*31.5*31.5+2.163*1*1)/0.4/0.4+启动圆周力制动力验算FU*=CfLg(qRO+qRU+(2qB+qG)cosδ)+FS1+FS2+FSt=1.31*0.012*350*9.81*(13.97+3.52+(2×14.1+20.83)×cos28°)FB=Fa-FU*=0自由停车时间t=2/0.66=3s采用制动器时,FZ=31.5*400/0.4=31500NaB=(36771.3+31500)/(23282+32203.9)=1.23m/s2减速度过大,需采用停车后延时制动的方式制动。阻力系数:承载重段阻力F1F1=〔q+q0+q′〕Lω′cosβ+〔q0+q〕Lsinβ+〔q+q0+q′〕L′ω′其中:β—巷道倾角L′—输送机水平段长度,取L′=20米空载段阻力F2F2=〔q0+q″〕Lω″cosβ—q0Lsinβ+〔q0q″〕L′ω″=-22730N本胶带输送机采用双电机双滚筒驱动,使用胶面滚筒根据摩擦牵引条件得:S1=S2〔1+〕=3.35S2〔1〕用张力逐点计算法计算各点张力:S3=S2+F2=S2-817.8〔2〕S4=KS3S4=1.04S3=1.04S2-850.5〔3〕S1=S4+F1=1.04S2+3667.4〔4〕式〔1〕~〔4〕联立解得:S2=1587.6kgS1=5318.5kgS3=769.8kgS4=800.6kg弯曲段阻力:驱动滚筒:Sqg=0.04×〔5318.5+1587.6〕=276.2kg改向滚筒:Sgg=0.04S3=0.04×769.8=30.8kg物料加速阻力:Wj===530.9kg清扫器阻力:弹簧清扫器:Ws=850×0.8/9.8=69.4kg空段清扫器:Ws′=200×0.8/9.8=16.3kg导料槽摩擦阻力:Wc=式中:Wc—导料槽摩擦阻力,kgB—带宽,米γ—物料重度,吨/米3L—导料槽长,米Wc==24.2kg圆周力P:P=F1+F2+Sqg+Sgg+Wj+Ws+Ws′+Wc=4647.9kg重段垂度校核:式中:ymax—重段胶带最大垂度Lg′—重段托辊间距,米Smin—重段胶带最小张力,kg校核通过。因为重段垂度校核通过,所以空段垂度校核一定通过。胶带平安系数校核:预选用国产维尼纶胶带,ī=5层,B=800毫米强度=169公斤/厘米层平安系数:n===12.7>12校核通过。大倾角胶带输送机物料下滑问题及起动加速度的讨论为了使带式输送机系统工艺布置得到改进,近年来国外一些先进兴旺国家都在研制大倾角胶带输送机。国内也有多家在研制。根据研制的情况,大倾角胶带输送机大致可分为三种类型:第一种类型是:在输送胶带的外表形状上采取措施,以提高物料在胶带上的防滑能力,增大输送带的倾角。如图4-1所示:格仓式输送机的输送带上附有横格板和横压立边,这样就使得相邻两横格板之间形成一个封闭的小煤仓。在上运大倾角胶带输送机中使用此种带式结构,可以很好的防止物料下滑,提高起动加速度。但问题是胶带结构复杂,制造费用高,本次设计因此没有采用。图4-1格仓式输送机如图4-2所示:格板式与格仓式输送机的原理根本相同,不同处在于:格仓式带式输送机的承载段使用的是平行托辊。因为格仓可以代替托辊成槽。而格板式那么在承载段使用槽形托辊。在防止物料下滑问题上,使用托辊组槽角要比深槽式小。由于胶带上装有格板,因此回空段需用特制的回空托辊。本次设计不采用次种结构。图4-2格板式输送机如图4-3所示为花纹带面输送机。它的特点是使用了外表刻有花纹的胶带,利用花纹结构来增加对物了的摩擦力,以到达大倾角输送的目的。图4-3花纹带面输送机图4-4所示为即为本次设计采用的输送机结构形式。它的结构特点是利用由于深槽而造成托辊对胶带的反作用力形成对物了的夹持力,以到达输送目的。图4-4深槽式输送机图4-5所示是利用气囊充气带动压辊对覆盖带形成压力,这样就增加了物料受力和受力面积,次种结构本钱高,本次设计不采用。图4-5气囊充气式输送机1承载带2覆盖压带3气囊4压辊图4-6为气压式胶带输送机。图4-6气压式胶带输送机1胶带2上拖板3下拖板4气囊4.1导致物料下滑滚落的因素和解决途径如图4-7和图4-8所示,带式输送机的倾角为β,胶带上单位长度的无粘性物自重为W,物料与胶带之间的摩擦系数为μb,物料的动休止角为φ,那么自重的切向分力为WSinβ,将促使物料向下滑动,而它的发向分力N=WCosβ,在物料与胶带之间和胶带内局部别产生摩擦力μbWCosβ和tgφWCosβ,阻止物料下滑。当输送机倾角β增大到一定值时,即:WSinβ>μbWCosβ〔1〕或WSintg>tgφWCosβ〔2〕物料失去稳定向下滑动。图4-7和图4-8中,β是输送机倾角,W是胶带上单位长度的物料重力,μb是物料的内摩擦系数,φ是物料的内摩擦角,F是摩擦阻力。由〔1〕式可知,要保持物料在带面上的稳定,解决途径有:改变胶带外表结构;增大摩擦系数μb;附加法向力N;减小实际承载角度。引动休止角是由物料性质决定的。由〔2〕式可知,要保证物料内部的稳定,只能采取最后两种方法。4-84.1.1几种大倾角带式输送机防止物料下滑的方法:4.1.1.1、在花纹面的带式输送机是在带面做成花纹,以增大摩擦系数μb,而提高阻力F,以增大输送机的倾角β。但是当μb>tgβ>tgφ时,物料将因内摩擦力不够而导致下滑滚落。输送机倾角增加是很有限的。如图5的波纹挡边格仓式,图4-2的格板式,通过格板的承载,减小物料的实际承载角度,降低了下滑力。在物料装满系数较低的条件下,输送机倾角可以到达任何值。4.1.1.2、图4-4的深槽式与圆管式,两者的原理是相同的,都是利用两侧的托辊对胶带的反作用力,增加胶带对物料的挤压力,同时增大物料内部相互作用的摩擦力,从而使输送机的倾角加大。深槽式带式输送机在物料上部没有托辊,圆管式的在上部虽有托辊,但管内物料的充满率最多不大于75%,故管内的上部有空腔,所以上部的托辊不能对物料产生作用力,而且两侧托辊对胶带产生的作用力是由物料的自重来确定的,故是有限的。如果胶带上的物流不均匀、不连续或有间断时,两侧托辊的挤压力又达不到料层上部的物料,那么输送机倾角超过物料的动堆积角时,物料就会发生下滑滚落。而且输送机的倾角和物料在输送带内的充满率有关。充满率愈低,那么倾角愈小。所以这两种输送机所能增加的倾角是有一定限度的。4.1.1.3、夹带式大倾角带式输送机,因为有两条胶带,使物料与胶带之间增加一个接触面,从而增大了对物料的下滑阻力。它的主要作用是从物料外部增加正压力N,从而增大摩擦阻力F,以提高输送机的倾角β。因为是从外部增加正压力,故可根据需要设计N值,所以夹带式的倾角可以到达90°。图4-5的气囊式、图4-6气压式、边辊式、图4-9弹簧压辊式就是用不同的方法产生法向正压力N。a弹簧式压辊机构压辊机构与输送机的机架用销轴铰接。压辊机构设有两组压辊2,每组由4个压辊组成,压辊覆盖胶带之上。在压辊的上方设置一个螺旋弹簧3,这些零件组装在一个型钢焊接的机架4上,整个机架可围绕着销轴1进行回转,两组压辊有可以围绕销轴5回转。根据物料流均匀与否,压辊机构上下起伏、自由浮动,使覆盖压带紧贴物料,并施加法向正压力N。当物料中断,两组托辊又可以使覆盖胶带与承载胶带,不使两胶带之间形成空腔,起到挡板的作用,使物料不致因动堆积角而产生下滑滚落。从胶带的横向断面看,每组压辊的4个辊子,左边的两个和右边的两个可以成双的围绕销轴6回转。左边的两个又可以围绕销轴7回转,右边的两个又可以围绕销轴8回转,而每个压辊的自身又可以围绕销轴9回转。这样,压辊机构又可以适应物料流在胶带的横向断面上的不同情况,如偏载或大块偏某一边,都能使覆盖带贴向物料。所以这种弹簧式的压辊机构,即可以解决由于胶带与物料之间摩擦阻力不够而导致物料下滑问题,又可以解决由于物料内摩擦力不够而下滑滚落问题。对物料流的不同情况,如时多时少,时有时无,时断时续,以及大块、小块等不规那么的物料都有较好的适应性。使用这种弹簧式的压辊机构,可以使输送机到达任意倾角。其输送能力也可以很大。所需法向压力N,又可以根据需要如倾角的大小、输送能力的大小进行计算。公式为:Nmin=式中:Nmin—所需的最小法向正压力μ″—物料的内摩擦系数μm和物料与覆盖压带之间摩擦系数μt的较小者μe—承载胶带与压带之间的摩擦系数μ′—物料与承载胶带之间的摩擦系数μb和μm的较小者β—带式输送机的倾角W—胶带单位长度上的物料重力,W=Q—带式输送机每小时的输送能力V—带速法向压力N由弹簧压力、覆盖压带自重的法向分力及压辊机构自重的法向分力组成。那么弹簧压力应为:P=2Lnmin—2lgCosβ—GCosβ式中:P—弹簧的压力q—覆盖带单位长度的胶带重力G—压辊机构重力L—两组压辊之间的间距以上是对各种形式的大倾角带式输送机的防滑问题进行的简单介绍,而本次设计采用的是深槽式结构。下面进行具体计算分析。b深槽式大倾角带式输送机物料下滑分析计算:1、物料的堆积角〔自然坡度角〕与物料内摩擦角之间的关系:如图4-10所示,从研究散粒体的平衡条件入手来探讨其自由外表。用1—1线割出一块体积V,这块物料能保持平衡的条件是:VγCosμ0≥VγSin即μ0≥tg本设计中取=30°式中:V—物料的体积,米3 —物料的安息角,度μm—物料内摩擦系数μ—物料与胶带之间的摩擦系数γ—物料重度,公斤/米3输送机倾角β=25°<μm满足内摩擦条件。图4-102、物料和胶带间的受力分析:如图4-11所示,散料物料在输送带中受到水平支持力N、重力W和托辊挤压力F。正是由于托辊给予物料的挟持力才使得增大了对物料下滑的摩擦阻力。从而到达大倾角输送物料的目的。关于物料的受力可近似按下式进行计算:2Fsin45°+N=G因胶带在托辊形成的深槽中受到托辊的作用力,从而使煤也受到由此而产生的挟持力,且胶带底部水平局部面胶较小,因此可近似认为:2Fsin45°=G解得:2F=G其中:G—单位长度胶带上的物料重量,Nf—物料受胶带阻止其下滑的摩擦力f=2Fμ=Gμ要满足物料不下滑那么要满足下式:Gμ≥GSinβ+式中:a—输送机起动加速度,米/秒2β—输送机倾角,度解得:a≤〔μ—Sinβ〕g=0.43m/S2前面计算物料下滑阻力f时其值偏大,故取实际最大起动加速度amax=amax=0.29m/S2图4-115断带保护和平安制动对于大型上运带式输送机,特别是安装在巷道内的,倘假设发生断带,就会导致胶带和物料下滑,损坏运输设备,堵塞运输系统等,后果都是极其严重的。近年来,要求在带式输送机上安装断带保护装置的用户越来越多。在上运带式输送机上安装断带保护装置,对保证上运带式输送机的平安运行是很有必要的。在断带事故发生的同时,断带保护装置发生动作阻止胶带下滑,同时也应使驱动装置及时得到制动,这样才能使物料和胶带尽快地得到制动。基于上述情况,本次专题设计着重以断带保护和平安制动为主进行设计。断带保护装置的设计图5-1断带保护装置5.1.1DB型断带保护装置的结构及工作原理DB型断带保护装置由上、下制动轮、压带轮、清扫器、底架、护罩、限位开关、预压弹簧〔在设计中采用的是拉伸弹簧〕等组成。工作原理:上、下制动轮均可绕自身轴单向转动,带式输送机正常工作时,两制动轮在预压弹簧的作用下夹紧胶带,绕自身轴相对胶带做无滑动转动。当短带后,胶带和物料在重力作用下向下滑动,初速度为零。这时,两制动轮都不再绕自身轴转动,下制动轮与胶带相对滑动,上制动轮在胶带摩擦力作用下,随曲柄绕固定轴转动。因为α角小于制动轮与胶带摩擦角,所以两制动轮将胶带越夹越紧,最后将其制动。在制动胶带的同时,限位开关动作,发出信号。工作原理如图17。5.1.2DB型断带保护装置的设计进行断带保护装置设计时,应考虑以下几个问题:对带式输送机来说,胶带一点不跑偏是不可能的,所以设计时除了考虑采用防止胶带跑偏措施外,在结构上还应允许胶带有一定的跑偏量。为了防止胶带偏出制动轮后而导致断带保护失效,应将保护装置对称布置在输送机两边。只要有一边起作用,就可到达断带保护目的。安装保护装置不能影响物料通过。因此制动轮不能太宽,尽量向胶带两边布置。制动轮前应加清扫器,将物料扫向中间。防止α角变化因胶带是柔性体,胶带在上制动轮压迫下要绕下制动轮转动,改变α角大小。当α角大于摩擦角时,保护装置就失去作用。所以,用前移制动轮设计压带轮,防止α角增加过大。5.1.3主要参数计算5.1.3.1α角确实定:α角的大小取决于制动轮与胶带之间的摩擦系数。制动轮应选用强度高、耐磨性好的材料。本设计上、下制动轮采用GCr15。钢对橡胶的摩擦系数为μ=0.6~0.9,本设计取μ=0.7。摩擦角β=35°本设计取α=23°断带保护装置所受的力,主要是胶带和物料的下滑力W,按下式计算:W=g〔Q/V+q0〕LSinβ—g〔Q/V+q0+qg〕LW′Cocβ〔1〕式中:g—重力加速度,m/s2V—带速,m/sQ—输送量,kg/sq0—胶带每米自重,kg/mβ—胶带输送机倾角,度L—保护装置安装组距,m,定为L=50m把数据带入〔1〕式中得:W=9.8〔33.3+11〕×50×Sin25°-9.8〔33.3+11+40.87〕×50×0.045Cos25°=7473.1NW为每组保护装置所受的力。这个力由上、下制动轮直接承受。5.1.3.3制动轮外径与宽度计算:制动轮外径确实定,应先根据W,按强度要求计算出制动轮轴径,然后根据内部结构计算直径。制动轮宽度的设计,一方面考虑不能阻碍物料通过,不能过宽;另一方面要考虑制动轮所夹局部胶带强度。〔1〕制动轮轴径的计算:首先应当考虑轴的受力状况。由于轴上受力是通过上、下制动轮来传递的,因此先分析制动轮的受力状况。根据结构特点知制动轮受力图如下:图中:F2为下制动轮和胶带间作用力,F2为制动的主要作用力。由图中得:F2=WCtgα=7473.4×2.36=17636.5N摩擦制动力:F=μF2=0.7×17636.5=12345.5N>W因此该装置能保证胶带不下滑。下面分析轴的受力:1、上制动轮轴见图纸1—2可知,上制动轮轴受的是均布载荷,其中:P===440.9125N/mm=440912.5N/m力矩图如下:Mmax=405.6Nmδmax=查机械设计手册得20Cr[δ]=65MN/m2d1=m取d1=45mm2、下制动轮轴:见图纸1—2可知,下制动轮轴受力和上制动轮轴受力一样如下:力矩图如下:M2max=440912.5×0.04×0.074=1305.1Nm取d2=65mm此轴做成阶梯轴。因为最大力矩在轴根处,因此轴的尺寸按以下图所示:〔2〕制动轮宽度的计算因为制动轮的安装是对称安装的,因此按下式计算:2×5×5×δ≥W取b=4cm〔3〕制动轮外径的计算根据结构尺寸计算得到制动轮外径D=70mm。5.1.3.4断带保护的布置断带的过程是一个由局部拉裂形成应力集中到全部拉断的缓慢过程,并不是在胶带某一点会突然拉断。所以运行的输送带很难具体确定断带的位置。输送带的任何位置都有可能发生断裂带,但是张力大的地方,断带的可能性也大。张力小的地方,断带的可能性也小。所以断带保护布置应沿输送机多组布置。靠近卸料滚筒局部,组距要小些,靠近尾部,组距可以大些。5.1.3.5研究断带保护的意义有了可靠的断带保护装置,不仅可以保证带式输送机平安运行,防止断带产生的后果。更重要的是,在设计带式输送机、选用胶带时,可以降低平安系数,减少设备投资。我们知道,一条带式输送机胶带的价值将近占整个设备总价值的一半。选用胶带是以强度计算为依据,平安系数往往都在10左右。尼龙带那么要大于10,假设能将平安系数降低一定数值,那麽在胶带上节约的设备投资是相当可观的。我们很少听说过大型胶带输送机发生断带事故,因为我们选用的胶带强度是相当可靠的。可靠的断带保护出现后,有可能改变传统选取胶带规格的方法。5.2平安制动装置的设计平安制动装置是用于机构或机器使其停止的装置。有时也用于调节或限制机构或机器的运行速度,它是保证机构或机器正常工作的重要部件。电力制动〔再生制动、涡流制动、反接制动等〕只能消耗机构运动的一局部动能,减小或限制速度,而不能使运动停止。而本次设计的主要目的是设计一个能在事故发生后及时使机构停止运动的制动装置。因而本次设计采用机械制动器。具有减速、停止、支持等功能。为了减小制动力矩,缩小制动器尺寸,通常将制动器安装在机构的高速轴上或减速器的输入轴上。某些平安制动器那么装在低速轴或卷筒上,以防止传动系统断轴时物料下滑。本设计的平安制动器是装在减速器的输入轴上。按照工作状态,制动器可分为常闭式和常开式。常闭式制动器靠弹簧或重力的作用经常处于紧闸状态,而机构工作时,可利用人力或松闸器使制动器松闸。与此相反,常开式制动器经常处于松闸状态,只有施加外力时才能使其紧闸。本次设计采用常闭式制动器。6胶带输送机的安装、调整和维护6.1安装 1、首先确定输送机的安装中心线和机头的安装位置,并在顶底版上相应标记出来,机架中心线对输送机纵向中心线不重合度不应超过3mm。2、清理巷道底部,平整驱动装置、机头装置、张紧装置的巷道底板,以便安装输送机的固定部件。3、按顺序将输送机各部件运至该件安装处,然后根据已确定位置按总图顺序安装。各局部要求沿中心线不要歪斜,整个机身要求满足规定的直线度。4、安装后应保证各托辊与胶带接触良好。5、托辊小车、游动小车、重锤张紧车在安装过程中以及使用时必须栓保险绳,栓挂必须牢固可靠,并备有专用绞车供解除重锤张紧车张紧之用。6、各地脚螺栓、连接螺栓应牢固可靠,露
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