《一种根据工作情况自动调节张力的带式输送机设计》8000字

PAGEI一种根据工作情况自动调节张力的带式输送机设计摘要目前，输送机类的设备产品在我们生产生活当中占据着很大的比例，与之匹配的各种机械装置在生活当中也是比较常见的。随着科学技术的进步，输送机的发展迅速，且市场非常火热，例如疫情期间需求大量的口罩，各种熔喷布生产设备发展飞快。本文先介绍了输送机的背景以及研究现状，分析比较了目前较为普及的几种输送机的优缺点，并对此装置的机械结构与液压回路系统进行了设计与计算，最后经过校核表明，结构设计合理。本设计能根据带式输送机的工作情况自动调节张力大小,以保证输送带在最佳张力下运行。其优点是响应快，运营费低。工作时受到的阻力较小，效率高的同时结构较为简单，有利于大范围的普及。关键词：液压；输送机；检测；皮带轮目录TOC\o"1-3"\h\u7128皮带输送机张紧力检测机构设计 I19235摘要 I15784Abstract II7897引言 1254021.皮带输送张紧力检测机构设计目的和意义 2265401.1输送机和发展现状和趋势 223751.2现有带式张紧预警与诊断装置原理及特点 3124542皮带张紧预警装置总架构 597502.1总架构各部分选择 559362.2系统结构布置简图绘制 5286253张紧预警装置的液压设计 6167793.1拉紧装置的参数设计 6233523.1.1参数设计 6155073.1.2设计分析 6155013.2工况参数与液压缸的参数 614103.2.1负载与速度 6170413.2.2初步确定液压缸参数 7142373.3液压缸设计 8206493.3.1确定液压缸类型 839453.3.2液压缸的安装形式 8317953.3.3液压缸的重要参数 998933.3.4缸筒的设计 9207483.4活塞杆的设计 1182103.4.1确定活塞杆直径与尺寸 11251433.4.2活塞杆要求 1137883.4.3活塞杆的强度 11173253.4.4活塞杆的结构 1266143.5活塞的设计 1227923.5.1活塞的材料和要求 12258753.5.2选择活塞尺寸 1337833.6导向套的设计 13217503.7端盖与缸底的设计 13127233.7.1端盖的设计 13251023.7.2端盖的要求 14163793.7.3缸底尺寸的选取 14207803.8其他零件的设计 14299193.8.1油口的设计 14152023.8.2挡圈的设计 15278323.8.3轴套的设计 16156223.9液压缸防尘设计 1616273.9.1端盖和活塞杆的防尘设计 1615503.9.2端盖和缸筒的密封 1652683.9.3活塞和活塞杆的密封 1677023.9.4活塞和缸筒的密封 1721793.10液压回路的分析设计 174633.10.1液压回路的选择 17173813.10.2液压回路预警原理 18114303.11选取液压元件 19313673.11.1选取液压泵 19309503.11.2驱动电机的选择 2011453.11.3液压元件型号 20208953.11.4油管的计算和选择 20201583.11.5蓄能器，油箱的选择 21197391.确定蓄能器工作容积 21180554辅助机构的选用 22152744.1选取绞车 22151654.2滑轮的设计 2215165结论 2222018参考文献 23PAGEIII引言目前,在我国机械设备在大规模使用。通过分析传统的输送机检测装置，设计出一款利用液压装置自动检测张紧力的检测设备。本次为结构设计类课题，通过本次设计还可以更加深入的了解到机械结构的相关知识。熟悉各种移动设备的需求，通过设计过程了解前人的设计经验，将书本知识转化为自己的实践能力。通过一次完整的设计，图纸的绘画，从而熟悉此装置生产及制作的流程和工艺，为以后进行设计相关产品打下基础。通过前人的分析，对比各种机构的特点，对其中各种装置的优势和劣势进行详细研究，确定液压自动检测装置与液压缸、绞车相结合的组合结构，此结构可以满足设计目的，结构不复杂的情况下，还可以为生产稳定提供保障。通过分析，后对张紧预警装置的结构布置，液压系统和液压缸等进行设计，计算可以让设计者熟悉各种设计标准，设计流程，提升设计者绘图能力等。1.皮带输送张紧力检测机构设计目的和意义1.1输送机和发展现状和趋势带式输送机在各场合应用非常的多，常见的带式输送机工作原理是利用托辊支撑整体机构，并且托辊结构固定整个传动机构，工作利用摩擦力进行运动。输送机的组成部分：首先是输送带，此部分负责载体传输，驱动装置，其次是托辊及支架，这部分主要是负责支撑整个零件，然后还有拉紧，制动装置，这部分的结构是增加摩擦，防止整个结构打滑，反正机械出现硬度力度不够的情况导致出故障，最后是储带和清扫。此机构应用广泛，主要是其输送机能力大，运营费低。而且设计出来的结构简单，工作时受到的阻力小，所以是目前使用最多的结构。输送机有小型输送机、中小型输送机、中型输送机、中大型输送机、大型输送机之分，在设计的时候根据产品大小布局再进行选择合适的机架。发展到今天，从技术层面上讲，输送机的制造在中国已经是相当完善了。在我国，因为人口众多的原因，市场也是非常的好，而且需求量也非常的大。比如生活用品方面，家家户户都有，而且现在新的产品更新也非常的快，因此也间接的促进了人们购买的欲望。现在，人们的经济和物质基础也在稳步提升，消费观念也跟以前不一样可，为了更好地生活，现在也不再那么节俭了，都希望提高销量减少工作时间工作量。现在，随着输送机的发展，加工机床和设计也都满足制造要求，市场非常的广，而且产量也非常的大。很多国外的企业也来我们国家订购商品，或者在中国进行生产和制造。一套输送机生产主要由设计和加工完成，输送机选择外框架一般采用链接的钢材或者铝材即可，对于输送机外框架钢材可以满足要求。内部传动零部件选材就要很好的了，因为作为输送机内部的核心，一定要经久实用，而且整体的强度也要好，所以选用一般选择高强度钢作为原材料。一套输送机针对于特定的产品而设计和生产制造的，输送机不能批量化生产，因为输送机比较严谨，根据产品的尺寸来判断的，多一点或者少一点都不行，既要节约成本又要保证质量。一般都是跟专门生产机架的厂家订购，再按照相关尺寸去价格完成。对于一般的输送机但是产品可以中小批量化生产；对于很好的，特定的，机架选材都是非常好的材料，没有节省太多的很多都能大批量生产。但是成本也会变得非常高，一般的成本低但是生产到一定批量就会产生各种问题，也是各有利弊。输送机也是非常需要技术的一个行业，需要用时间和经验去沉淀，还要在原有的基础上面去学习与创新。目前，在沿海地区的机器设备、技术人员水平更加的高。那些做出口输送机的要求也非常的严格，要非常的严谨，输送机行业涉及的精度需要非常高，也需要不断提升1.2现有带式张紧预警与诊断装置原理及特点重锤车结构如图1-1所示，通过分析下面的结构组成，其滚筒1通过底座固定在2上，结构直锤3通过铁丝和连接机构和车2相连，中间安装有滑轮等受力部件，通过这些机构来保证皮带的张力保持平衡，不受拉力的干扰，此机构需要的空间面积大，适用于特定设备。图1重锤车式张紧预警装置示意图滚筒2.小车3.重锤Fig.1Hammertrucktypetensionwarningdeviceschematicdiagram下图为螺旋式预警装置结构简图，活动架滑动时通过调节间距去达到张紧和放松的目的。分析此结构后得到适用于短距离运输机。图2螺旋式张紧预警装置示意图Fig.2Spiraltensioningwarningdeviceschematicdiagram如图1-3，这种结构的特点是使用一个小绞车张紧。设计采用的是蜗轮蜗杆减速器拉动钢绳作业。优点是体积小，但是无法自行张紧。图3钢绳绞车式张紧预警装置示意图Fig.3Steelropewinchtypetensioningandwarningdeviceschematicdiagram自动张紧预警装置的具体结构如图1-4所示，其主要为电控自动张紧。结构类似于相重锤拉紧装置。图4电控自动张紧预警装置示意图Fig.4Electronicallycontrolledautomatictensioningandwarningdeviceschematicdiagram本机构的原理为电动机启动后，通过电机产生的旋转力经过蜗轮减速器，然后带动滚筒，然后里面的钢绳拉动小车，通过滑轮的左右，产品的杠杆原理去满足拉力需要。设计的结构因为电控，让设备智能化，张紧力调节弹簧实现各种力度大小，满足一般的需要，此结构也是应用最稳定的一种。2皮带张紧预警装置总架构2.1总架构各部分选择张紧预警装置作用：保证输送机张力，让设备正常运转。确保工作时候不打滑，不跑偏。设计出自动调节拉紧力，压自动张紧预满足皮带机在各种场合力度的调整，可以确保设备在工作过程中不产生电火花，设计有防爆控制箱来完成安全监控。采用泵断续的供油，降低能耗。同时配置行程开关，进行进程的检测和预警。动力及其他部件:安装液压泵站，为系统供电。通过选择系统中使用的钢丝绳等辅助元件，建立钢丝绳的固定底座。2.2系统结构布置简图绘制由上文分析选择后确定张紧预警装置的组成部分：1.油缸。2.绞车。3.防爆控制箱。4.液压泵站。5.储能器。6.航向开关。7.其他组成。结合分析与设计，设计出整体初步示意图如下图5皮带液压张紧装置结构图Fig.5Structurediagramofbelthydraulictensioningdevice3张紧预警装置的液压设计3.1拉紧装置的参数设计3.1.1参数设计1.启动需要张力比正常运行多20%-50%2.最大拉紧力=150KN3.速度:张紧与快退分别为2m/min、4m/min4.张紧行程1000mm3.1.2设计分析结合实际考虑到拉紧装置目的是实现油缸的张紧，张紧力随皮带的张紧而变化，为了让张紧力在一定范围内，选取张力F的范围为：0.95<F<1.05F（1）同时需要避免出现断带过载等问题，所以正常工作时张力应该为载荷的1.3-1.5倍，在保证正常工作的前提下让冲击较小。图6油缸结构输送带2.移动小车3.小车轨道4.钢绳5.行程开关6.滑轮组7.张紧油缸8.固定绳座Fig.6Cylinderstructure3.2工况参数与液压缸的参数3.2.1负载与速度根据缸中钢绳的连接形式能求得张紧力：F，工=150/2=75KN（2）因为启动压力约比工作压力大40%，得到启动时为105KN。计算时可以忽略基本无影响的摩擦阻力，重力以及惯阻。同时去除密封背压阻力:取液压缸机械抽提效率为0.9。计算得到液压缸各种情况载荷。表1液压缸不同工况负载计算Table1Loadcalculationofhydrauliccylinderunderdifferentworkingconditions工况计算公式液压缸负载（KN）启动阶段F启max=105/0.9=116.67KN正常工作阶段F工=75/0.9=83.3KN3.2.2初步确定液压缸参数1.液压缸与活塞杆的内径数据由F启max=116.67KN，F工=83.3KN，查表后初步取P工=12MPa，同时设背压为0.6MPa，可以有效的消除启动时产生的冲击。（3）（4）所以液压缸直径：==11.3cm（5）根据国际标准取D=12.5cm。由，取活塞杆d：=8.9cm（6）查询表后得到d=8cm。根据已知的液压缸直径以及活塞杆直径可以计算得到A1无杆腔的面积和A2有杆腔的面积分别是:A1=122,66cm2,A2=72,42cm2。稳定流量与执行速度成反比，所以验算液压缸直径计算方法如下；=70/2=35cm2（7）Q为最小的稳定流量，查表得到Q=70有效面积大于A稳，符合要求[2]。2.液压缸运动阶段压力、流量与功率根据运行过程中背压P=Pa的估计进行计算表2液压缸各阶段数据计算Table2Calculationofhydrauliccylinderdataineachstage3.3液压缸设计3.3.1确定液压缸类型本设计需要焊接型液压缸，因为其可在较为恶劣的环境下工作，通常要求缸体内径不大于200mm，额定压力不大于25Mpa。图7液压缸示意图和符号图Fig.7Schematicdiagramandsymboldiagramofhydrauliccylinder3.3.2液压缸的安装形式选取合适的液压缸类型后，底座可以使用法兰固定，如图3-3、3-4。图8液压缸安装结构示意图安装法兰2.缸体Fig.8Hydrauliccylinderinstallationstructurediagram3.3.3液压缸的重要参数1.工作负载张紧阶段：F张=75/0.9=83.3KN（8）启动阶段：Fmax=105/0.9=116.67KN（9）2.运动速度V=2.5-3.5m/min3.行程长度：L=1000mm3.3.4缸筒的设计缸筒是组成容纳压力油的密闭腔体的组成部分，并且需要容纳活塞正常运动[3]。1.缸筒参数选择（1）选用35号钢图9缸筒剖面图Fig.9Profileofcylinder（2）技术要求：Ra为0.2-0.4um；取6级精度，选用H9配合。（3）安全系数：查表后取安全系数n为3[4]，抗拉强度>530。2.缸筒参数选择（1）缸筒内径前文计算得内径是125mm（2）缸筒薄壁厚==10.27mm（10）Py为试验压力——液压缸的内径；[]=/n——材料的许用应力，计算得到[]为176.67。外径的标准值查表后确定为146mm，即厚度为10.5mm，大于等于10.27同时小于10.5的区间内都满足要求。3.缸体的连接强度（1）计算焊接强度：需要按下面公式（11）L=D=0.46m；[]=0.6[]=。所以选取普通焊接即可(2)连接强度==3.73MPa（12）所以安全系数选取n=3卡环连接强度：a—a面的剪应力：==0.34MPa（13）环a—b面的挤压应力：==0.73MPa（14）缸筒危险截面（a—a）的拉应力为：==4.93MPa（15）式中P——液压缸的最大负载（N）；D1——缸筒的外径m；D——缸筒的内径m；H——卡环厚度m，取h=（缸壁的厚度）；L——卡环的宽度m，取L=h。由上可知，显然满足强度要求。3.4活塞杆的设计3.4.1确定活塞杆直径与尺寸1.前文计算可知活塞杆直径为80mm。长度为1337mm。3.4.2活塞杆要求技术的要求：其硬度范围在229-285HB之间；经过淬火、圆度公差10个精度等级；选取45号钢。联接销孔按H11级加工垂直公差值按6级，粗糙度为Ra=0.63um。最后需要做防锈处理[5]。3.4.3活塞杆的强度塞杆轴向压力和拉力强度=23.22Mpa（16）45号钢的许用应力>600MPa,>340MPa。3.4.4活塞杆的结构选择卡环式连接，如图所示。最终用螺栓将其连接图10活塞杆和活塞的连接缸底2.缸壁3.活塞4.活塞杆5.轴套6.挡圈7.卡环Fig.10Connectionbetweenpistonrodandpiston3.5活塞的设计3.5.1活塞的材料和要求查询资料后选取45钢做导向环活塞，并且附导向环。1.选择活塞内径D1的外径D径向跳动公差值，精度为7,8。2.选择T面相对于内径D1轴的垂直公差值，精度为7,8。3.外径D的援助公差值的选择精度为8,9或10。图11活塞的技术参数Fig.11Technicalparametersofpiston3.5.2选择活塞尺寸研究成功案例发现：0.6外径≤活塞的宽度≤1.0外径。取0.8倍活塞外径作为宽度，即宽度为10cm。3.6导向套的设计导向套对于液压缸性能来说至关重要。活塞杆完全展开时的情况为标准，测量支撑面中心点到导向套活动面中心点距离最小导向长度H图3-10最小导向长度H应满足：=0.1025m（17）L和D分别为工作行程和钢筒内径计算导向套滑动面长度，其中d缸>80mm。导向套的长度：b=（2/3）d=(2/3)80=53.5mm,为满足要求取60mm。单独导向套的效果不够好,但是,导套的增加会增加摩擦，降低效率，所以中间隔圈安装在导套和活塞之间的空间,满足所需要的长度（18）3.7端盖与缸底的设计3.7.1端盖的设计导向问题、密封性、防尘程度等诸多问题是缸盖的关键部分，对于这些部分在本设计的措施，具体如下。图12端盖Figure.12endcover3.7.2端盖的要求1.同样采用45钢。2.技术要求：（1）选取9-11级精度；（2）同轴度选取0.03mm（3）选取8级精度作为垂直度（4）粗糙度Ra选取1.2um3.7.3缸底尺寸的选取选取35钢，因为缸底有油口。==31.47mm（19）其中Py-试验压力(MPa)，Py=1,5P时，是工作压力P<16MPa的情况下;Py=1,25P时，是在P>16MPa的情况下[6]；同时考虑到油口布置，最后确定64mm作为缸底尺寸。3.8其他零件的设计3.8.1油口的设计1.螺纹连接油口2.油口直径图13油口Figure13oilmouth基于活塞Vmax和油口内液体Vmax：==16.25mm（20）为缸筒内径，d0为所求油口直径，V（油缸速度）=4m/s，通常V(油口液体流动速度)=3-5m/s。根据上文D的数据，查表选取螺纹精度7H。3.8.2挡圈的设计按标准要求，选择62Mn，将其热处理后氧化表面，选取尺寸。1.端盖挡圈：d0=124mm,d=104mm,s=3mm,b=12.5mm,d1=4mm，d2=120m=3.2mm,n>6mm,重量为每个900g。2.活塞挡圈：d0=70mm,d=50mm,s=2.5mm,b=7.6mm,d1=3mm,d2=56.5mm，m=2.7mm,n>5.3mm,重量为每个325g[4]。图14挡圈以及和轴的配合图Fig.14Retarderringandmatchingdiagramwithshaft3.8.3轴套的设计卡环与挡圈的长度、宽度是卡环截面长度宽度的两倍，(特殊情况下使用卡环)。3.9液压缸防尘设计3.9.1端盖和活塞杆的防尘设计活塞杆在动密封状态下进行往复运动，以及在压缸的工作环境中，因为其压力>16MPA，可以使用YX型密封环，因为其压力>16MPA。3.9.2端盖和缸筒的密封图15端盖和缸体的密封挡圈2.O型密封圈3.卡环Fig.15Sealofendcapandcylinderblock缸盖和缸筒在静态密封的条件下保持连接。让密封圈和挡圈一起作用，用挡圈的目的是以防O型圈挤压破损的情况出现。查阅手册后，o形圈尺寸按D=125mm,d2=70.15mm,b=9.3mm,D=75mm,d2=5.30.13mm,b=6.9mm。因为挡圈的存在，密封槽b=12.3mm,b=9mm，使用橡胶密封圈。3.9.3活塞和活塞杆的密封活塞与活塞杆连接进行往复运动，密封状态为静置。所以密封与上类似。图16O型密封圈的尺寸图Fig.16DimensionsofO-ring图17挡圈的尺寸Fig.17Dimensionofretainingring3.9.4活塞和缸筒的密封与活塞杆不同，活塞总是往复运动，这是一种动态密封故选择YX密封圈。查国际标准确定YX型密封圈的尺寸为D125。3.10液压回路的分析设计3.10.1液压回路的选择液压回路启动阶段，两个电磁阀断开，接通电路启动图18蓄能，供能，断带保护回路简图Fig.18Energystorage,energysupply,beltbreakprotectionloop流量通过二位、双向电磁阀5回油箱保护系统。在进行工作的时后，如果带式输送机突然超载，活塞杆向左移动，油缸无杆腔压力突然下降(皮带变轻)，活塞杆向右移动，使皮带变紧，完成报警功能。图19过载和快退保护回路Fig.19Overloadandfastretreatprotectioncircuit3.10.2液压回路预警原理在液压回路的基础上，分析元件的工作顺序，将各动作进行组合以满足设计要求，最后绘出液压系统图。动作原理如下：启动阶段：启动系统工作，在液压泵开始作用，油液通过阀门进入液压缸，当压力达到标准压力后，拉动小车，从而促使皮带张紧，缸中油液返回油箱。张紧阶段：控制油路同上。油直接从泵源回到油箱，泵停止工作。保压阶段：在油液流通时会有油液损失，用蓄能器维持工作压力。但蓄能器无法长期维持系统压力，当压力过小时，继电器工作，断开电磁阀，让油液再次为蓄能器供油，使蓄能器的压力满足正常工作需求。退回阶段：当系统停止工作，控制二位四通电磁阀，让油液通过液压缸返回油箱，同时蓄能器卸载，当液压缸出现异常状态时，油液通过溢流阀8返回油箱，系统停止工作[7]。图20液压系统原理示意图Fig.20HydraulicSchematicDiagram1、8、9溢流阀2.两位四通电磁阀3.调速阀4.液控单向阀5、7两位两通电磁阀6.蓄能器10.两位三通电磁阀11背压阀12.液压泵13.滤油器14.油箱[8]3.11选取液压元件3.11.1选取液压泵1计算液压泵的工作压力液压泵在工作时的各个阶段都要供油。计算得到，工作最大压力为P1=23.43MPa。因为油路机构简单，在节流调速时会有一定的压力损失。泵正常工作的最大压力[9]：（21）2.选取适宜的液压泵流量测量流量时要想到液压缸工作电流的电路损耗。当电路漏电损耗为=1.1时，液压泵的流量为：Q泵=KQmax=1.128.97=31.87L/min（22）3.选择液压泵型号在参考《机械设计手册》后，选择型号:T6[10]。3.11.2驱动电机的选择当机构处于张紧阶段时，电机最大功率运行，当P1=7.15MPa,Q泵=24.53L/min时，液压缸总效率为：=0.9，N电为：==2.92KW（23）=Pmax/PN2.选择电机的型号充分考虑电压、电流以及工作要求，参考《机械零件设计手册》表19–3要求YB系列电机为最佳选择，因此选择YB132S-6，PN=3千瓦,满载的旋转数=960r/min。3.11.3液压元件型号按照上文制作的系统图，计算各部件的流量和工作压力，选择合适的部件。表3元件规格Table3Componentspecifications3.11.4油管的计算和选择1.吸油管道Q泵每分钟吸油32升，通过流量1米/秒，管内径的计算方式如下：==0.026m=26mm（24）根据《机械设计手册》表17-8-2，取公称通径d=32mm，外径42mm，管子壁厚5mm，管接头联接螺纹M422[11]。2.压油管道需要先计算管道内径：与计算吸油管道公式一样，d=12.20mm3.回油管道Q的取值如上，通过流量2.5m/s，内径的计算：公式同上，d=16.57mm，取内径20mm，外径28mm。三种管道选取无缝管道作为材料。3.11.5蓄能器，油箱的选择1.确定蓄能器工作容积蓄能器在系统中发挥着保持压力，补充漏油等作用：==11.80L（25）较大的容积可以保持更长时间的供油时间。2.确定油箱容积流速可以影响到容积，储油和散热是邮箱的两个主要职能，因为蓄能器供给油，系统散发的热量少，所以取=2，则：V=2*32=64L（26）在对钢板进行焊接后的密封油箱，可以很好在保证需求容积的同时满足工作要求。4辅助机构的选用4.1选取绞车根据设计要求，根据《绞车操作人员》的要求，选用JD-1.6的调度绞车。4.2滑轮的设计滑轮的尺寸优先选择铸造滑轮，因为对滑轮的要求不高。滑轮最小直径由钢丝绳的中心计算。Dmin=hd（27）2.滑轮的选取与