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180 弯曲 皮带 输送 设计 11 CAD

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180度弯曲皮带输送机设计180-DEGREE CURVED BELT CONVEYOR DESIGN摘要皮带输送机是通用的连续运输机械，广泛应用于海港、工厂生产线、钢铁运输、食品行业、煤炭生产以及其他工业等领域。随着现代工业科学技术向机械化、自动化、智能化发展，皮带输送机在工业生产中的地位举足轻重，它是实现输送设备走向现代化的重要组成部分。随着运输任务、工作场地及环境等情况变化的影响，输送线路的铺设不能够按照直线来布置，因而出现了180度弯曲皮带输送机。180度弯曲皮带输送机的设计计算涉及到结构设计、选型和校核以及各种参数的计算等各方面的问题，问题的关键在于转弯段的曲率半径设计和输送带张力计算。本文先从理论研究开始确定总体布局和转弯方案，根据给定的输送带和物料参数选择输送带型号、计算转弯半径和输送带张力，再设计驱动装置、传动装置和托辊并校核，从而确保物料在拐弯段运行的时候，输送带不翻转,不跑偏，不散料。 180度弯曲皮带输送机可以实现自然转弯运行功能，本次设计的输送机常用于两平行输送线路之间的连接，因此能达到使用一台皮带输送机就能完成物料运输的要求，有效减少输送设备的重复投入，有利于控制成本，提高经济效益、输送效率及可靠性。关键词 180度弯曲；皮带输送机；转弯变向；转弯半径AbstractBelt Conveyor is a general-purpose continuous transportation machine, widely used in seaports, factory production lines, steel transportation, food industry, coal production and other industries. With the development of modern industrial science and technology towards mechanization, automation and intelligentization, the position of belt conveyors in industrial production plays an important role. It is an important part of the modernization of conveying equipment. With the impact of changes in transportation tasks, workplaces, and the environment, the laying of transmission lines cannot be arranged in a straight line, and a 180-degree curved belt conveyor has emerged.The design calculation of the 180-degree curved belt conveyor involves various issues such as structural design, selection and verification, and calculation of various parameters. The key to the problem lies in the curvature radius design of the turning section and the tension calculation of the conveyor belt. This article begins with the theoretical study to determine the overall layout and turn the program, according to a given conveyor belt and material parameters to select the conveyor belt model, calculate the turning radius and the conveyor belt tension, and then design the drive device, transmission and roller and check, To ensure that the material runs in the cornering section, the conveyor belt does not turn over, does not run away, and does not bulk feed. The 180-degree curved belt conveyor can realize the natural turning operation function. The conveyor designed this time is often used for the connection between two parallel transmission lines. Therefore, the use of a belt conveyor can achieve the requirements for material transportation and effectively reduce the transmission. Repeated investment in equipment will help control costs, improve economic efficiency, transmission efficiency and reliability.Keywords 180-degree bend belt conveyor turning direction turning radius46目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 本课题的研究背景及意义11.2 180度弯曲皮带输送机国内外发展水平及研究概况21.2.1 国内发展水平及研究概况21.2.2 国外发展水平及研究概况31.3 本文的主要研究内容及研究方法52 180度弯曲皮带输送机总体设计72.1 180度弯曲皮带输送机概述72.1.1 180度弯曲皮带输送机工作原理72.1.2 实现变向的措施82.1.3 转弯处托辊组结构102.1.4 输送机托辊组的结构112.1.5 输送机的布置形式122.2 总体设计方案的拟定122.2.1 180度弯曲皮带输送机总体方案122.2.2 转弯方案布置143 180度弯曲皮带输送机设计计算153.1 输送带选择计算153.1.1 输送量计算153.1.2 输送带带宽153.1.3 输送带阻力计算153.1.4 输送带张力计算173.1.4 输送带校核183.2 转弯处转弯半径及相关尺寸的计算193.2.1 导出摩擦系数的计算193.2.2 转弯半径R的计算193.2.3 转弯处其他相关尺寸计算213.2.4 转弯段的阻力计算223.3 驱动装置233.3.1 减速电机功率的计算233.3.2 减速电机的选用233.3.3 链传动243.4 传动滚筒243.4.1 传动滚筒合力计算243.4.2 传动滚筒筒径计算253.4.3 主动轴的设计计算253.4.4 传动滚筒的设计273.4.5 传动滚筒的校核273.5 改向滚筒283.5.1 改向滚筒的合力计算283.5.2 改向滚筒的设计283.6 托辊283.6.1 托辊的作用283.6.2 托辊的选型293.6.3 托辊的校核303.7 机架313.8 支撑板313.9 拉紧装置323.9.1 拉紧力323.9.2 拉紧行程333.9.3 拉紧装置的选型333.10 制动装置333.10.1 制动装置的种类333.10.2 制动装置的选型33结论35致谢36参考文献371 绪论1.1 本课题的研究背景及意义皮带输送机在物料搬运机械中结构最为简单，是通用的连续运输机械，既能够实现动力传输又能完成物料的运送，达到一举两得的功效。因其操作运行方便，安装维护快捷，而且运营成本不高，所以逐渐成为连续输送机械中最常用的设备，在国民经济中发挥着很大的作用1。皮带输送机具有效率高、节能环保、运行稳定可靠、送线路适应性强等特点，在现代工业不少领域中扮演了不可或缺的角色，广泛应用于海港、工厂生产线、钢铁运输、食品行业、煤炭生产以及其他需要物料搬运的工业等领域。近年来，弯曲皮带输送机又不断在新兴领域中表现出巨大的潜力和广阔的市场应用前景。随着现代工业科学技术的发展，皮带输送机在工业生产中的重要性越来越突出，它是工业实现机械化、自动化、智能化的重要组成部分。随着运输任务、工作场地及环境等情况变化的影响，输送线路的铺设不能够按照直线来布置，因而出现了180度弯曲皮带输送机。皮带输送机实现转弯变向一般有三种办法2：串联搭接；强制变向运行；自然导向转弯；串联搭接：即把几个单独的皮带输送机串联搭接在转弯处，使其之间形成一定的夹角，从而使得变向运行的线路为折线；理论上，这种方法布置的输送机工作运行仍然可靠适用于各种环境状况，可以实现一定程度上的角度转弯变向。但缺点是输送机工作的路线冗长且繁杂交错，布置的中间转载站也相对较多，这就造成使用的设备增多，从而容易导致物料之间的挤压碰撞，使输送带遭受冲击和振动，进而降低了输送带的耐用度和使用寿命，对环境有一定的污染。强制变向运行：即在皮带输送机转弯处或可采取专用皮带，但这种皮带在结构上有特殊要求；也可在转弯段设置专用的变向装置强制输送机实现一定角度的转弯变向；通过强制变向的方法虽然能满足要求，但是也有缺点3：对安装和调整滚筒工作性能方面的要求较严，若发生偏差则会影响皮带的使用性能；实现变向运行就需要在布置输送线路时强迫输送带折弯几次，进而降低了输送带的耐用度和使用寿命；由于卸料装置的安装位置相对较高，在卸载物料时由于高度差会造成物料再次破碎；生产制造这类输送机的成本较高，安装维护费用较高且不易。自然导向运行：根据力学的基本知识和应用规律可使输送带自然弯曲，从而实现转弯运行；采用这种方法的输送机与普通皮带输送机可以通用，在结构上无需作出大的改变，只需在转弯处设置相应的改向装置实现皮带输送机的转弯运行，拓宽了输送机的应用范围。180度弯曲皮带输送机设计所采用的就是能够实现自然导向运行的输送机。皮带输送机与其他物料运送设备相比，具有以下特色1：可运送的物料类型多样，应用广泛，可以运送种类各异质量不等的任何物品。如各种常见的物料、高温物料、食品粮食、化学腐蚀性物料、高防静电性物料、粘稠性物料、箱包等；送线线路的布置不受地形的约束，可在地面上建造实现空间范围转弯的皮带输送机，能较好的适应地形环境等因素，受载较均匀，运行速度相对稳定，十分适于越野输送散料和小块料；弯曲皮带输送机是连续输送机械中最常用的设备，装卸物料不受时间地点限制，甚至可以在运输过程中的装卸，可以实现一定程度上的角度转弯变向； 通过与控制系统的集成可以提供准确跟踪物品的功能，安全生产系数高，低成本,安装和维护非常方便，还可以选配自动防跑偏装置及单边调整皮带装置，结构简单，传输速度高，稳定。180度弯曲皮带输送机与一般直线皮带输送机不同的是它设置了内曲线抬高角和将托辊倾斜安装。当满足力的平衡条件时输送机即可依据力学规律实现自然变向，省去要定制专用输送带的麻烦，它的一些优势和适用条件如下4：应用于输送线路的铺设不能够按照直线来布置的情况；可以利用转弯变向的输送线路规避阻碍，并且可以绕到有利地形上布置输送机，实现少设或不设中间转载站，从而达到减少设备的数量，使系统的供电和控制系统更为集中；中间转载站的取消，由它引起的相关问题，如缓冲板、清扫器、导料槽等磨损件，都得到了解决，还节约系统投资和运行成本14；无物料溢出污染环境或堵塞机架的危险；输送机工作产生的噪音分贝低，有利于操作人身心健康和保护环境；降低了中间转载站的卸料高度，有利于节省能源。180度弯曲皮带输送机的设计优势在于：独特的纠偏设计，有效地防止了输送带跑偏和皮带打滑的情况；输送机在理论、技术和工艺上的水平都已经发展较为成熟；机械上设计为在较短的时间内就可以实现皮带的安装及更换；创新的设计根据皮带上加装导轨来进行转弯导向的方式实现了低噪音、平稳及高速的水平转弯功能。这种180度弯曲皮带输送机不仅有利于经济效益的提升，也有利于绿色生产的环保理念，在结构上也与普通皮带输送机基本相同，此种输送机更符合现代工业生产理念。随着工业机械化和自动化程度越来越高，180度弯曲皮带输送机将受环境、地形条件等因素的影响制约越来越小，而其应用范围将会越来越大，因而致力于研究和发展180度弯曲皮带输送机的重要性不言而喻。1.2 180度弯曲皮带输送机国内外发展水平及研究概况1.2.1 国内发展水平及研究概况随着物料运输量不断增长，皮带输送机产品的类型也在不断地更新换代，不仅在输送量上提出要求，更要求较强的工作环境适应性。采用皮带输送机运输物料是各行各业自动装置和现代化自动流水线中不可缺少的，因此输送机械更能体现国家机械自动化发展趋势。皮带输送机的发展有利于运输产业实现机械化、自动化、智能化，国民经济的发展靠的是工业，而工业发展靠的是机械自动化和智能化。物料运输行业的输送量已进入高速增长期，因而皮带输送机得到快速发展，在国家法律和政策支持的基础上，有效利用自由市场在皮带输送机行业的资源配置中的决定性作用，尽管如此，弯曲皮带输送机行业还是存在着诸多问题。目前国内高精尖产品的核心零部件或者技术水平主要依靠进口，在一些关键零部件上的制造精度还达不到标准。随着经济全球化的深化，国际贸易磨擦也不断加大，我国制造的产品势必要束缚于其他竞争对手和供应商。虽然我国制造业整体水平已经迈入国际制造大国行列，但整体竞争能力、发展后续动力和产品应用的市场前景仍无法与发达国家相对持。因此，研究和设计180度弯曲皮带输送机的意义就十分重大，不仅可以增加我国产品的市场竞争力，也可以提高我国独立开发科研水平，着力攻克关键技术，核心技术和品牌理念并举，勇立世界科技发展的潮头。在当今经济全球化的背景下，我国制造业正努力转型，逐渐摸清了皮带输送机行业发展实质，增强了品牌意识，不仅在技术难题上有所攻关，还认清了理念的重要性。皮带输送机是众多输送设备之一，作为连续输送机械中最常用的设备，市场的需求对皮带输送机产品提出更高的要求。输送设备在兼顾投入运营成本的同时必须依靠技术的创新、品质的保障和产品的实用等新优势提高我国产品的竞争力和市场潜力。180度弯曲皮带输送机常用于平行输送线间的连接，在平面内实现180转角变向，其工作稳定可靠，物料与输送带之间不存在摩擦，能够避免对输送物的损坏。很多输送设备具有结构简单且零部件大多已标准化，有利于缩短研发周期和制造周期，也便于维修等特点。目前市面上已投入使用的皮带输送机，如大倾角带式输送机、线摩擦带式输送机、新型圆管带式输送机等多种产品类型，它们广泛地用来输送大型块料或重型物料。按照输送工艺的设计和不同生产线布置的需要，可以采用不同输送方案，如水平布置，倾斜布置，带凹弧曲线段布置，带凸弧曲线段布置等，也可以之间相互组合。目前在国内，皮带输送机的应用很是普遍，在采矿、海港口岸、粮食建筑等的行业中都有非常重要的作用。皮带输送机在不同的行业中就有不同的发展方向，比如在煤炭行业中输送机正朝着承重能力、处理能力、牵引力、耐用性等方向不断革新，又如在粮食食品行业中，输送机向小型化、可移动型、便携型发展。因此，目前国内皮带输送机行业发展正朝着增强运输能力、增加输送带宽度、增加输送机工作机长和加大水平转弯角度、节约能源，减少投资成本等方向发展。环保、节能、高效的生产方式不再是其它重工业行业的发展方向，也是广大中小型皮带输送机械设备生产厂家发展的必然趋势，企业之间无论规模大小，都应该打开沟通渠道，加快实施合作战略，积极提高企业的管理决策能力和改善产业的运营状况，不断学习相互的长处，自我革新，以求突破发展，并在世界范围内建立技术体系和销售网络，由于产业规模的集群效应和技术创新的竞争，使行业发展更加合理完善，营造出的创新环境使发展境界更进一步得到提升。1.2.2 国外发展水平及研究概况从国际上来看，根据皮带输送机在各行各业中发挥的作用，其技术的发展方向主要集中在两个方面：第一，皮带输送机能满足各式各样的输送量要求，场地适应性和输送量都在增强，如大角度倾斜带式输送机、新型圆管带式输送机、平面和空间转弯带式输送机等；第二，皮带输送机自身的装备技术，正朝着增强运输能力、增加输送带宽度、增加输送机工作机长和加大水平转弯角度、节约能源，减少投资成本等方向发展。比如：1978年后先后有南非、德国、法国、意大利等国家以及中国淮南煤矿机械厂和中国华电公司引进圆管输送带做输送机；德国生产制造的大型皮带输送机目前已投入运行，每秒运行速度达7.4m，每小时可运输煤矿的重量可达37500t。世界上，法国、前苏联、奥地利、德国、美国等国家都在致力于180度弯曲皮带输送机设计的理论研究和科学试验。法国、德国已设计建造出多条180度弯曲皮带输送机生产线，投产运营规模好，运行正常，经济效益良好16。目前世界上安装的180度弯曲皮带输送机总长度达160km，单台最长已达5km，近30台超过1km，近40台运量超过1600t/h；1980年法国在太平洋4 新客里多尼亚镍矿铺设了一条转弯皮带输送机，1992年津巴布韦建成一条单机运距长为15.3km的平面弯曲皮带输送机。国外对180度弯曲皮带输送机进行的理论研究：有针对180度弯曲皮带输送机传动装置的传动滚筒提出新的设计方法和结构布置的，并检验其抵抗变形的能力的研究，其中基于莱布尼茨奠定的微积分的计算方法最具有代表性6。这种计算方法是基于传动滚筒为研究目标，对其进行理论分析。它的研究方法是构建数学模型，是把所要计算的构件理想化，进行微分计算，从而得到伸长变化量与相对位移之间的表达函数式，再利用胡克定律式，根据已求解出的表达函数式，最终求出所需的应力。这种方法在解不复杂的问题模型时是简单快捷的，但当遇到的传动滚筒结构较复杂时，只能把所要计算的构件先用微分思想分解成无穷多个构件，在经过理想假设化后利用极限思想，最后根据选取的数学模型进行求解。这种方法的适用条件是假设传动滚筒输送带不打滑，松边张力等于紧边张力，根据设定的理想化边界条件，最后得到趋于实际情况的理想解。输送机随着市场的需求变化而不断转型升级，在国外，人们已经开始对滚筒进行整体分析。奧地利的K.J.Grimme和B.Berumer8计算出自重分力和摩擦阻力，得出结论：当输送带跑偏时，物料在输送带上的实际位置是无法确定的，他们从理论研究的角度出发，提出了有两种假设情况13：一种是发生跑偏后，物料不受影响仍处于输送带的中心轴线上，只有物料下面的输送带是在跑偏的状态；另一种是输送带向心或者离心跑偏，由于输送带和物料之间无摩擦存在，物料也随着输送带跑偏的方向跑偏。经过实验观察后得出结论，这两种假设情况与事实不符。因此，研究者假定输送带向心或者离心跑偏的偏移量与物料的偏移量存在一定关系，他们设定其中的定量关系相差二分之一，于是按照此类假定成功研究出了180度弯曲皮带输送机。F.Kessler9在180度弯曲皮带输送机方面的研究贡献很突出，不仅提出在转弯段采用悬挂托辊组布置形式可以减小转弯半径，还研究了在转弯段如何布置悬挂托辊组结构的设计理论及计算方法，他和K.J.Grimme一起发表了很多文献。除了对传统的转弯段托辊布置结构进行理论研究外，他对转弯段采用索环托辊的理论分析也很深入6。由于这些学者不懈的理论研究，使得世界范围内的180度弯曲皮带输送机的研究日臻成熟，对弯曲输送机的实际应用起到了助推作用。随着IT技术的发展，运用计算机汇编语言对皮带输送机滚筒结构设计分析进行研究，目前这方面的应用已经成为皮带输送机发展的潮流。由于国外对输送机研究领先于我国，目前有些国家已经将其投入进商业用途当中，其中比较著名的是美国公司的皮带输送机辅助设计软件，该软件已有近三十年的历史，而且还在不断地更新和维护，优势不仅在于软件的功能性强，还可以方便地实现皮带输送机系统的选型设计、计算、校核、优化等，大大提高了设计效率和产品制造周期，因而使用此款软件的人群遍及世界范围。表1-1 国外平面弯曲皮带输送机的基本参数10,11时间/年国别机长/m带宽/mm弯曲半径/m带速m/s提升高度/m运量t/h1976联邦德国1232100014003.3178001979法国13506505001.77512001980美国111208004处3.6-5575601985美国338580215070002.97001991韩国42001000150020003.42416751992德国10508009501.68-44001995希腊1020120012502.1-16012001.3 本文的主要研究内容及研究方法今后，采用弯曲运行的皮带输送机来运输物料必然会成为趋势，180度弯曲皮带输送机有诸多功能上的优势：通过与控制系统的集成可以提供准确跟踪物品；通过控制可以提供很多有效的功能，如：为高速导入的场合提供一种低成本的积放方案；可以选配自动防跑偏装置及单边调整皮带装置；弯曲皮带输送机的设计使得输送机可以实现各种角度顺畅的运输。论文结合以180度弯曲皮带输送机为研究对象，设计参数输送物为袋装食品，带宽550mm，带速为5.8m/s=0.1m/s，转角=180，根据实际工作场地的状况，要求在水平面内（即倾斜角=0）实现转弯运输。180度弯曲皮带输送机的设计计算涉及到机械结构设计、设计计算方法、关键零部件的设计、计算与校核和动态过程分析等各方面的问题，核心问题是张力和转弯措施的设计。本论文分析了180度弯曲皮带输送机的转弯力平衡、应力应变和输送带不离开托辊的限制条件,建立了转弯段输送带张力所引起的向心力和导向力的平衡方程，以此为基础结合实际条件和已知参数进行具体设计计算。本文分析和研究现有的180度弯曲皮带输送机转弯处的不同形式的结构布局，运用所学力学知识，按照力学规律，由此得出各自的特点；分析180度弯曲皮带输送机转弯处的受力情况，以现有的180度弯曲皮带输送机的转弯处结构为基础，提出自己所设计的输送机实现转弯的设计方法和步骤，最后进行校核验算，以发现设计缺陷并确保输送机运行的可靠性和稳定性。在设计180度弯曲皮带输送机时，有一些设计内容是和直线皮带输送机相同，核心问题是张力和转弯措施的设计。180度弯曲皮带输送机设计方法是：根据输送设备布置的地形条件，拟定传送方案设计，确定180度弯曲皮带输送机的装置；初步设计如何实现转弯的方法以及如何根据物料性状、输送带性能等因素选取托辊组的相关参数，查阅资料设置合理的内曲线抬高角以及安装托辊的倾斜角度，设计输送机曲线段的曲率半径，拟定相应的措施防止输送带跑偏；计算输送带部分关键点的张力，计算输送机弯曲运行时所产生的各种阻力及其他参数，并分析了可能减小阻力的措施，以此确定圆周驱动力，确定减速电机型号；根据设计手册算出相应的数据后，应验算输送带和弯曲段的曲率半径以及转弯限制条件等相关尺寸计算；输送机零部件的选型与校核，验证其是否能够使输送机达到稳定可靠的工作状况，同时考虑是否还有结构缺陷、设计合理性等问题。2 180度弯曲皮带输送机总体设计2.1 180度弯曲皮带输送机概述180度弯曲皮带输送机通过在输送带内侧圆弧部分设置一定的抬升角度和在安装托辊时将其与水平面形成一定的角度等方法，使输送机在转弯段时产生一个向外的离心摩擦推力，又由于转弯造成输送带张力和摩擦力不共线从而产生一个向心合力，两者满足力的平衡，从而保证输送带的转弯运行4。180度弯曲皮带输送机应用于输送线路的铺设不能够按照直线来布置的情况，可以起到优化输送系统的作用，有效减少了资金的投入和成本的增加，获得较好的经济效益和社会效益。2.1.1 180度弯曲皮带输送机工作原理180度弯曲皮带输送机设计除转弯段的结构形式布置外，在其他部分的设计内容上与直线皮带输送机基本一致，在工作原理上它也与直线段的皮带输送机基本没有差别。工作运行时是靠电动机输出动力，再由驱动装置带动传动装置传递动力给输送带，输送带既起承载又起牵引的作用12。如图2-1所示，皮带输送机在直线段和转弯段运行时所受力的情况明显不同。假设输送带可切分为无数小单位，取其中一小单元为研究对象，无论是在直线段还是在转弯段，研究对象会受到拉力作用，拉力产生的原因输送带单元之间的张力(T+T,T)，以及由于支撑托板对输送带的支持作用而产生的摩擦力Ff，在直线段上这些力的作用线在同一直线上(如图2-1a)，各力汇交后是平衡的(针对恒速输送)。而在转弯段，如图2-1b所示，这些作用力合成后将产生一个向心合力Fr，这种情况下运输物料会产生跑偏，甚至散料。因此要想办法产生力来克服向心合力Fr，保证物料在运行过程中平衡13。根据180度弯曲皮带输送机中间架的设计形式以及托辊组结构与布置的特点能够产生一个向外的离心力FW来克服上文所述的向心合力6。(a)直线输送带单元 (b)转弯输送带单元 图2-1 输送带受力单元如果输送物料在转弯运行过程中，依据中间架的设计形式以及托辊组结构与布置的特点所产生的离心力FW未能克服向心合力Fr。若离心力FW大于向心合力Fr，输送带就会向外跑偏，输送物料就会向外侧滑动；反之则情况相反。因此要采取相应的防范措施来防止其跑偏，若跑偏的现象经常发生，就会导致输送带的使用寿命，影响设备生产效益。2.1.2 实现变向的措施13,17常见的解决方案是通过在输送带内侧圆弧部分设置一定的抬升角度和在安装托辊时将其与水平面形成一定的角度等方法，使输送机在转弯段时产生一个向外的离心摩擦推力，又由于转弯造成输送带张力和摩擦力不共线从而产生一个向心合力，两者满足力的平衡，从而保证输送带的转弯运行。自然变向转弯是输送带按力学规律自然弯曲实现转弯运行，180度弯曲皮带输送机实现自然变向转弯一般需要采取三个方法，即基本措施，附加措施和应急措施2。基本措施托辊倾斜安装顺着输送线路工作运行的方向，将托辊在转弯处内侧圆弧的部分向前移，使托辊组的中心轴线与输送带中心线的法线方向形成夹角，则形成的夹角为前倾角，如图2-2所示。所形成的前倾角与普通直线皮带输送机的托辊倾斜安装类似。图2-2 托辊安装倾角的构成R-曲率半径；-相邻托辊中心轴线所对圆弧的圆心角；v-带速；vR-垂直于托辊中心轴线的速度；v-相对滑移速度； FR-摩擦力；FR-FR在输送带中心线的法线方向的投影；FR-FR在输送带中心线的切线方向的投影；T-输送带单元之间的张力；T-经角后皮带张力增量；-安装支撑角；A-= 0时的托辊；B-具有安装支撑角的托辊在安装托辊时将其与水平面形成一定的角度，输送带带速v与垂直于托辊中心轴线的速度vR（也是托辊的线速度）形成的夹角为，根据矢量三角形求出两者之间的相对速度为v，方向指向转弯圆弧的圆心。因为存在相对运动速度v，所以托辊对输送带的支持作用而产生摩擦力FR，方向沿托辊组中心轴线向外，沿曲线分解，得法向分力FR和切向分力和FR。法向分力FR，即2.1.1节中所说的离心摩擦推力，是用来克服输送带单元之间的拉力(T+T,T)以及托辊对输送带的支持作用而产生的摩擦力FR所形成的向心合力Fr；切向分力FR是输送机运行所受到的阻力。由此可见，运行阻力的大小会随着托辊倾斜安装角的变化而变化，因此在设计时要合理安装托辊布置倾斜安装角。增大托辊组的槽角槽角是指托辊组两外侧托辊的中心轴线与中间平托辊的中心轴线所形成的夹角，如图2-3所示。事实证明，皮带输送机的运输能力与托辊组的槽角有关，并且成正比例关系；托辊组槽角的增大也有利于输送带的对中性，从而保证物料的平衡，也可用来减小输送带的偏移量7，有利于提高输送机运输效率。因此，通过槽角的调整是输送带获得对中性的一个途径，槽角的存在有助于调节180度弯曲皮带输送机转弯曲率半径。但托辊组的槽角不宜过大，过大时会使输送带在侧托辊与中间托辊转弯处发生纵向断裂14。附加措施内曲线抬高根据180度弯曲皮带输送机中间架的设计形式以及托辊组结构与布置的特点能够产生一个向外的离心摩擦推力FW来平衡输送带张力与支撑托板和输送带之间的摩擦力所形成的向心合力Fr6，获得离心摩擦推力FW的办法是在输送带内侧圆弧部分设置一定的抬升角度，如图2-3所示。利用此时输送带和它上面所承载的物料的重力，将其分解后可获得沿输送带中心线外侧的分力，此分力就是离心推力。在输送带内侧圆弧部分设置一定的抬升角度，它与水平面形成的夹角，即为内曲线抬高角。图2-3 内曲线抬高角和托辊槽角1、 3是托辊的槽角； 是内曲线抬高角下分支托辊组的型式输送机回程托辊组的型式一般采用的是两个托辊组成的V型结构或是单个平托辊两种7。采用V型结构的托辊，其作用是防止输送带的跑偏；而采用单个平托辊时，要设置压辊来增加输送带与托辊之间的摩擦力。采用五托辊结构相较于三托辊结构，在180度弯曲皮带输送机的转弯处布置五托辊结构的优势是：托辊组的槽角增大、输送带获得较好对中性、缓和冲击等；劣势是使传动装置结构复杂化，投资成本增加。应急措施在输送机转弯段的机身内外侧设置挡边立棍来限制输送带的跑偏，但这是一种平常不用的办法，若是这种办法经常起作用，这将导致输送带的磨损加剧，输送带的耐用度和使用寿命也会大幅度降低，从而使得输送机在平面内就不能实现自然转弯变向。在企业选用的弯曲皮带输送机中常见的形式是采用了加高转弯外侧的高度，使物料在输送过程中由于受到离心力的作用发生抛洒的几率减小，同时在企业生产中能帮助企业减少了输送设备投入。2.1.3转弯处托辊组结构15托辊组结构形式的选择和布置方式的设计是180度弯曲皮带输送机设计的重要内容。在设计过程中，要结合实际工作环境，延长托辊组的耐用度和使用寿命，或合理优化设计托辊组结构，从而保证180度弯曲皮带输送机运行的可靠稳定性和成本资金的投入。为实现上述的措施，常采用下面的几种结构形式。弹性支撑结构弹性支撑结构图如图2-4所示，该结构的特点是能自动调节托辊组的内曲线抬高角，它是根据输送带和它上面承载物料重力的大小，再通过弹簧的弹性变形来实现的。在输送带空载运行时，弹簧无弹性形变量，内曲线抬高角变大，此时的离心推力也较大；当输送带上有载时，弹簧在输送带及物料的重力作用下被压缩，使内曲线抬高角变小。但弹性支撑结构中弹簧存在的振动问题，因此不利于输送机的平稳运输和物料受力平衡。图2-4 弹性支撑结构吊挂结构吊挂结构，是把托辊组经由支点将其悬挂在中间架上的结构，结构中相邻两托辊是通过铰接的方式连接，与吊挂件组成环形形状。常用于重载工作的输送机，托辊组的实际工作位置是根据输送带及物料的重力来确定的，对工作场合的适用性较强。 如图2-5所示是在井下用来运输煤矿的平面弯曲皮带输送机所采用的结构，该结构的吊挂支点选的是应用巷道的顶板，当转弯处不满足力的平衡条件时，依靠吊挂杆的左右摇摆产生阻力来保持平衡；如图2-6所示是奥地利Bider+CO AG公司设计的180度弯曲皮带输送机所采用的托辊组结构，这种吊挂结构除了以上所述作用外还能改变内曲线抬高角，实现较小转弯曲率半径；如图2-7是法国F.S.Valcalda设计的一种半圆深槽形吊挂托辊组结构，从理论上来讲，这种结构便于设计出转弯曲率半径的最小值和单位输送长度上物料输送的最大值，且有利于输送带稳定性；但种结构将使输送机的结构复杂化，磨损加剧，使设备投资成本增加。因而近年来，采用吊挂结构的皮带输送机设备很少。 图2-5 顶板吊挂结构 图2-6 顶点吊挂结构图2-7 半圆深槽形吊挂托辊组结构内曲线设置托辊内曲线设置托辊就是在内曲线的侧边布置一个托辊，特点是托辊较陡，以确保输送带运行方向准确、不跑偏，但由于多设置了一个托辊，使得托辊结构复杂化，投资成本费用增加。图2-8 内曲线侧增设托辊2.1.4 输送机托辊组的结构本次设计的180度弯曲皮带输送机的结构是通过在输送带内侧圆弧部分设置一定的抬升角度和在安装托辊时将其与水平面形成一定的角度等方法来实现输送机在平面内转弯变向运行。根据以上几种转弯结构的特点，可以得出如图2-9 的结构形式。图2-9 自由变向转弯的一般结构本设计中把输送带内侧圆弧部分的抬升角度设置为，与各承载托辊的中心轴线与输送带运行方向形成的夹角设为1、2、3的方式，以保证物料在输送过程中平衡和输送机的稳定性，从而实现输送机在平面内按力学规律转弯变向运行。此结构具有理论成熟、安装简单、投资和维护费用低等优点，目前大多数180度弯曲皮带输送机在转弯段都采用这种托辊组布置结构6。2.1.5 输送机的布置形式输送机的基本布置方式如图2-10所示：图2-10 输送机布置形式输送机的工作运行是靠驱动装置来提供驱动力的，电动机扭矩通过传动滚筒拉动输送带。使用单滚筒、单电机的单点驱动方式是比较简单的，本文所设计的输送机是在平面内运行的，且输送物料为袋装食品，输送量不大，因此在本设计中使用在输送机驱动系统中常用的单点驱动方式，在本次设计中驱动装置安装在转弯过渡段处的机架上。2.2总体设计方案的拟定2.2.1 180度弯曲皮带输送机装置的确定一般而言，180度弯曲皮带输送机是通过在输送带内侧圆弧部分设置一定的抬升角度和在安装托辊时将其与水平面形成一定的角度等方法，当物料运行至转弯段时，输送带单元之间的张力和由于支撑托板对输送带的支撑而产生的摩擦力形成的向心合力，从而导致输送带向心跑偏。但是因为在转弯处将输送带内侧圆弧部分设置了一定的抬升角度，输送带和它所承载的物料重力由此产生的分力FG使输送带和物料沿着带条向外缘跑偏，离心惯性力FQ是由于转弯产生的，离心摩擦力FR是由于托辊对输送带的支持作用而产生的，它们都做离心运动，它们的合力能够克服输送带张力的合力FT，在力达到平衡的条件下使输送带实现平稳运行，并且获得良好的对中性 7，如图2-11所示为转弯段受力简图。因此，转弯段输送带力的平衡条件为4：FT+FG+FR+FQ=0 (2-1)式中 FT表示输送带张力的合力； FG表示物料和输送带重力所产生的分力； FR表示离心摩擦力； FQ表示离心惯性力。图2-11 平面转弯受力简图为了便于计算，假设转弯处为一段圆弧，该圆弧对应的圆心角为，则=a0/R，设正方向为离心方向。180度弯曲皮带输送机为实现输送带运行的自然变向，也避免采用需要特殊布局的输送带。但这种装置结构比较复杂，且不易控制，为了简化运输系统，节省能耗和改善改向滚筒运行时的受载情况，尽量减少中间转载点的设置，本次设计采用图2-12所示的传动方案。图2-12 结构简图2.2.2 转弯方案布置180度弯曲皮带输送机运行性能取决于转弯段，若转弯处的装置不能正常工作，则整部输送机就不能使用。反之，若转弯装置设计合理运行性能良好，它不但可以实现任何宽度的运输机转弯，而且可以与其他类型的皮带输送机配套使用。图2-13 转弯部分简图1-滚道左端罩 2-主动轴 3-轴承 4-电机罩壳 5-滚道 6-从动轴 7-滚道右端罩 8-轴承3 180度弯曲皮带输送机设计计算3.1 输送带选择计算3.1.1输送量计算输送带是皮带输送机上的关键部件，是皮带输送机的牵引构件和承载构件，应有较高的抗拉强度，便于输送和安装维护，还具备一定的使用寿命。输送带由弹性体(覆盖胶和带芯胶)和骨架材料组成，其基本形态为平形，是一种国际标准化的产品。已知基本参数输送物料为袋装食品，带宽B=550mm，带速v=5.8m/min =0.1m/s，转角=180，根据实际工作场地的状况，要求在水平面内（即倾斜角=0）实现转弯运输。宜选用输送带型号为NN-100，食品散落在输送带上，最大粒度amax=150mm，平均松散堆积密度=0.8t/m3。依据以上参数，可求得最大输送量QmaxQmax=3600Smaxvc (3-1)式中 c 表示输送机的倾角系数，取c=1； Smax表示输送带最大允许物料的横截面面积。取槽角=35，查表19可得Smax=0.0162m2。代入数据后求得Qmax=4.7t/h。3.1.2 输送带带宽设满足输送要求时，所需带宽为BB2a+200 (3-2)式中 a表示物料的最大粒度。求得B=5502150+200=500mm,即输送带带宽符合核算要求。齿接是传统的输送带连接方式，操作简便、接头迅速并可及时输送带的塑性伸长问题。3.1.3 输送带阻力计算3.1.3.1 其他参数计算每米长度输送物料质量：qG=Q3.6v (3-3)式中 qG表示每米长度输送物料质量。代入数据求得qG=13.06kg/m。经查表可得，单个承载托辊转动部分质量qR0=8kg/m，单个回程托辊转动部分qRU=7kg/m19。qR0=nqR0a0 (3-4)qRU=nqRuau (3-5)式中 qR0表示承载托辊旋转部分重量； qRU表示回程托辊旋转部分重量。代入数据可求得qR0=60kg/m，qRU=2.33kg/m。型号为NN-100的输送带，可选用的最大许用层数为4层，输送物料较轻，上、下胶料覆盖层厚度为3.0mm和1.5mm即可满足输送要求，则单位长度上的皮带质量qB=5.82kg/m。表3-1 输送带参数表19输送带型号抗拉强度N/(mm层)每层厚度mm每层重量kg/m2参考力伸长率%NN-1001001.001.021.52带宽/mm层数上覆盖胶厚度/mm下覆盖胶厚度/mm每毫米厚胶料重量55043.01.51.193.1.3.2 主要阻力计算主要阻力：FH=fLgqR0+qRU+2qB+qGcos (3-6)式中 f 表示模拟摩擦系数19，查表取0.022； L 表示输送机输送机长度，21m。代入数据求得FH=394.44N。3.1.3.3 特种主要阻力计算特种主要阻力包括前倾阻力和导料槽阻力，即Fs1=F+Fg1 (3-7)前倾阻力F承载部分三个等长托棍前倾阻力：F1=C0LqG+qBgcossin (3-8)回程部分二个等长托棍前倾阻力：F2=0LqBgcossin (3-9)导料槽阻力Fg1=2IV2glv2b12 (3-10)式中 C表示槽型系数，35槽角取0.43； 0表示皮带和托辊之间的摩擦系数，取0.35； L 表示皮带输送机装有前倾托辊组的长度； 表示各托辊的轴线与运行方向的夹角，取=3；代入数据可求得F1=10.16N，F2=7.32N ，由于未设置导料槽拦板，所以Fg1=0N,综上可得，特种主要阻力Fs1=17.48N。3.1.3.4 特种附加阻力计算特种附加阻力包括清扫器阻力和卸料器阻力，即Fs2=n3Fr (3-11)Fr=Ap3 (3-12)式中 n3 表示清扫器（头部清扫器和空段清扫器）的数量； A 表示一个清扫器和胶带接触面积19； p 表示清扫器和皮带之间的压力，取6104N/m2； 3 表示清扫器和皮带之间的摩擦系数，取0.6；代入数据可得Fs2=936N。3.1.3.5 倾斜阻力计算倾斜阻力FstFst=qGHg (3-13)因为输送机在平面内运输物料，所以Fst=0N。综上，圆周驱动力FU=FH+FS1+FS2+Fst=1347.92N。3.1.4 输送带张力计算输送带的张力是随着输送带的长度变化而变化的，为保证输送带正常工作，运输物料稳定可靠，输送带需满足以下条件20：在任何负载情况下,作用在输送带上的张力应使得全部传动滚筒上的圆周力是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；传送带上的张力应该足够大，使传送带在两组托辊之间的下垂距离小于某一值。3.1.4.1 部分关键点的张力计算初算驱动滚筒分离点的张力T1T1=Cn0ef-1 (3-14)式中 n 表示摩擦力备用系数，取n=1.3； 0 表示系统总阻力； C表示其他阻力系数，取C=1.25； f 表示输送带与滚筒之间的摩擦系数，取f=0.25； 表示驱动滚筒总的围包角； ef 表示欧拉系数，可查表取值19。利用逐点法计算输送带关键特性点的张力已知输送带第i-1点的张力为Ti-1，则沿着输送带的运行方向第i点的张力满足：Ti=Ti-1+Fi (3-15)式中 Fi 表示i-1至i点的运行阻力。在顺序计算各点张力时，上式可简化为：Ti=KTi-1 (3-16)式中 Ti 表示驱动滚筒奔离点张力； K 表示改向滚筒阻力系数。摩擦驱动条件为：F=T1ef-1n (3-17)式中 T1 表示驱动滚筒分离点的张力；图3-1 输送机布置简图根据传动滚筒奔离点的最小张力为T1=2669N，计算各点张力，T1=T2=2669NT3=KT2=1.042669=2775.76NF回min，满足要求T6=T3+aK2L1=2775.76+2.269.05=2796.3NT7=KT6=1.042796.3=2908.2NF承min，满足要求。式中 K表示改向滚筒阻力系数19，查表取1.04。3.1.5 输送带校核3.1.5.1 输送带不打滑条件校核为了确保输送带在正常运行过程中不会打滑，应在输送带上保持最小张力F2min：F2T1minFUmax1e-1 (3-18)式中 FUmax表示输送机满载启动时或制动时出现的最大圆周驱动力； 表示传动滚筒与输送带之间的摩擦系数； 表示输送带在所有传动滚筒上的围包角。代入数据可求得FUmax=1708.16N, F2T1min2669N。3.1.5.2 输送带下垂度校核校核输送带的下垂度，输送带上任何一点的最小张力Fmin,需要进行验算，即满足以下两个式子：F承mina0qGBg8hamax (3-19)F回minauqBg8hamax (3-20)式中 hamax 表示输送带最大许用下垂度，一般取为0.01； a0 表示承载上托辊间距； au 表示回程下托辊间距。根据式(3-19)、(3-20)可算出输送带的下垂度，再利用输送带上的最小张力F2min，并校核输送带的下垂度，直到下垂度满足设计要求。根据式(3-19)、(3-20)求得，F承min 2763.48N，F回min2141.03N。3.2 转弯处转弯半径及相关尺寸旳计算3.2.1 导出摩擦系数的计算取槽角=35，内曲线抬高角=5，K1=K3=0.3,K2=0.4，=0.2。代入下式：=I=13Kicosi+cosi+sini+cosi+-sini+cosi (3-21)求得=0.3901。3.2.2 转弯半径R的计算3.2.2.1由力的平衡条件推导转弯半径在前章2.2.1节已介绍转弯时力的作用，并列出了力的平衡方程，由此可求出转弯处的曲率半径式R1=TaReaZaR (3-22)式中 aR 表示单位长度上输送带的横向摩擦力； aZ 表示承受载荷分支曲线段输送带单位长度运行阻力；T 表示转弯曲线段在=0时所求得的最小张力。从式(3-22)可以看出转弯曲率半径R的变化是随着角而变化的。此式是从力的平衡条件出发求出的，也就是说张力小的点其曲率半径就小，即曲率半径随之变化，因而在实际操作过程中很难实现，所以一般取角最大时计算转弯处的曲率半径，即在设计中将转弯段的曲率半径按等半径的曲线分布。在具体设计过程中还应该考虑一下几点问题：为了保证输送带在运行时的安全性，在设计中转弯处的曲率半径时应该按最大张力点所对应的曲率半径来计算；设计时还应该分别考虑有载和无载两种条件下输送带运行时的曲率半径，实践证明无载时所需的曲率半径较大。所以能够满足上述条件的曲率半径公式为R1=T1aReaZaR (3-23)式中 T1表示转弯处的最大张力； 表示转弯处的圆心角。根据力的平衡条件来计算转弯半径，设转弯半径为R1，满足条件的转弯半径应该按有载和无载时计算，分别用R1和R1表示。对于有载时的分支：Ty=T8=T7+az2L1-az2R1tan2 (3-24)求得Ty=T8=2907.050.14R1。根据式(3-23)，得R1=1256.40.06R1，解得R11200mm。对于无载时的分支：Ty=T4=T3+aK2L2-aK2R1tan2 (3-25)求得Ty=T4=2782.540.062R1。根据式(3-23)，得R1=850.73-0.019R1，解得R1834mm。由计算结果，得出满足力学平衡条件的弯曲半径为R1=R11200mm。3.2.2.2 由输送带应力、应变条件推导转弯半径在转弯处，转弯半径是恒定的，输送带的中心线被认为是中性轴。在这种情况下，传送带的外缘被拉伸了，而内部边缘被压缩了。很明显，回转半径影响了拉伸和压缩的变形，实践证明，曲率半径随曲率半径的减小而增大。因此，传送带的最小回转曲率半径应大于或等于外部应力。则在此条件下的最小转弯曲率半径为：RBE2(Tmax/B) (3-26)此外，由于输送带横向伸长的变化，内陷的程度有所不同，因此其值不应太大。输送带在转弯终点的最大张力：TL=T8+R1az2 (3-27)求得TL=32.76kN。输送带的许用应力为Te=49kN。输送带的拉伸刚度：E0=Fpp (3-28)代入数据求得E0=175.9kN。式中 Fp表示输送带的破断拉力； p表示输送带破断应变，取0.2。根据式(3-26)，求出R2989mm。3.2.2.3 由输送带外侧不飘带的条件确定转弯半径如果转弯段的曲率半径较小，在转弯过程中就会引起外侧托辊上的输送带飘带，产生附加向心力，造成输送带的跑偏和物料散落。因此在设计180度弯曲皮带输送机时，要使托辊与外侧托辊上的输送带相互贴合。图3-2 转弯段输送带外侧不飘带的计算简图B3-外侧托辊上输送带的长度，B3=B-lm-2l2/2有三个转矩作用在输送带转弯段的外侧部分16：由输送带张力的合力所产生的转矩M1,逆时针方向，使输送带外侧有飘带的趋势；由输送带重力所产生的转矩M2，顺时针方向，使托辊与输送带相互贴合；由输送带横向弯曲的反力所产生的转矩M3，顺时针方向。保持运行时输送带与外侧托辊相互贴合。输送带最大张力Tm在输送带终点处，即Tm=TL=32.76kN，代入下式：R0.5TgtanqBg+0.5TgtanqBg2+E0BK2sin3qBg (3-29)式中 RR3表示满足输送带外侧不产生飘带的最小转弯半径； T表示输送带在转弯处的最大张力； 表示输送带的外侧与水平线的夹角，取30； K2表示输送带作用在各托親上的重力分配系数，取0.3。求得R332mm。根据以上计算结果，确定同时满足个条件的最小转弯半径R=1200mm。3.2.3 转弯处其他相关尺寸计算在设计180度弯曲皮带输送机时，除满足上述限制条件，还应该考虑以下两种设计结构2。切线长度的限制如图3-2所示，要使转弯实现，转弯段切线长度LT要LTL1，LTL2并有过渡余量Lb。过渡段长Lb=h/ir (3-30)式中 h表示转弯段机架内侧抬高量； ir 表示过渡段机架内侧抬高坡度。过渡段坡度i=5%8%，取i=6%，根据公式(3-31)算得Lb=798.93mm。图3-3 转弯处的几何尺寸内移距P的限制内移距受地形地质、工作环境、设备布置形式等因素的影响，若内移距较大，则较难实现转弯运行。内移距P=OM-ON=R1cos/2-1 (3-31)计算得=0.0035m。转弯处曲线段切线长度LT：LT=Rtan2 (3-32)计算得LT=32.9mm。转弯段曲线的弧长L9-11=R=2.91m。转弯处曲线机架内侧抬高值h及曲线过渡段长度Lb：h=Bsin (3-33)则h=47.94mm。3.2.4 转弯段的阻力计算转弯段阻力包括转弯处承载段槽型托辊组和回程段V型托辊组两部分阻力，承载分支直线段每米阻力：aZ1=gqGB+ qR0 cos+qGBsin (3-34)承载分支曲线段每米阻力：aZ2=gqGB+qR0 cos+qGBsin (3-35)回程分支直线段每米阻力：aK1=gqB+qRu cos-qBsin (3-36)回程分支曲线段每米阻力：aK2=gqB+qRu cos-qBsin (3-37)承载输送带沿托棍运行阻力系数取0.02，回程输送带沿托棍运行阻力系数取0.018，在水平面内进行运输，根据式(3-33)(3-36)，代入数据可得结果：aZ1=15.46N/m，aZ2=5.25N/m，aK1=1.44N/m， aK2=2.26N/m。3.3 驱动装置驱动装置是皮带输送机原动力部分，其作用是将电动机输出的动力带动传动滚筒，再经传送带并依靠它们之间的摩擦力带动使输送带启动运行。驱动装置的组成部分有减速电机、链条链轮，驱动方案布置如图3-4所示。图3-4 驱动装置布置图1-减速电机 2-主动链轮 3-链条 4-从动链轮减速电机减速比i=80,链传动是等比传动。3.3.1 减速电机的功率计算传动滚筒轴功率PA：PA=Fv1000 (3-38)代入数据求得PA=1.7kW。电机功率：p=PA (3-39)式中 表示总效率。 算得电机功率p=2.2 kW。3.3.2 减速电机的选用根据算得的传动滚筒外侧部分的直径D=110mm，则工作转速为 nW=60vD (3-40)算得nW=17.4r/min，则电机与滚筒之间的总传动比为：i=0.96nD60v (3-41)求得i=77.4，取整后i=80。本次设计选用N-WS-05-220-80-S-B-G1型三相异步减速电机，额定功率为2.2kW，转速1400r/min。3.3.3 链传动采用链传动可以使安装维修方便，适用于本设计中小功率驱动。取传动比i=1,小链轮齿数Z1=18，则大链轮齿数Z2=18。初定中心距a0=40p，根据小链轮转速n=17.5r/min和功率p=2kW，查得滚子链型号为05B，节距p=8mm。链条节数Lp：Lp=2a0p+Z1+Z22+pa0Z2-Z122 (3-42)计算得Lp=98。链条长度L：L=pLp1000 (3-43)求得L=0.78mm。中心距a0：a0=p2Lp-Z1 (3-44)算出a0=320mm，实际中心距a=a0-a=319.04mm，取a=319mm。链轮结构设计：滚子链型号：05B-198，GB/T 1243-1997；链轮齿数Z1=18， Z2=18，中心距319mm。3.4 传动滚筒传动滚筒的作用是传递动力，它是输送设备中传递动力的主要部件。传动滚筒的表面通过覆盖橡胶或陶瓷来增加滚筒表面和输送带之间的摩擦系数。3.4.1 传动滚筒合力计算传动滚筒合力FnFn=FUmax+2S1 (3-42) 代入数据可求得Fn=3063.84N=3.06kN。传动滚筒转矩Mmax=FUmaxD2000 (3-43)代入数据求得Mmax=0.43kN2.7 kN，满足要求。3.4.2 传动滚筒筒径计算滚筒的最小直径的确定：D=Cd (3-44)式中 C表示与输送带芯层有关材质挠曲有关的系数，取70； d表示输送带芯层厚度，取1.00。于是D=70mm。转弯中心距输送带中心线1200mm，输送带带宽B=550mm,所以外侧圆弧弧长为4.64m，内侧圆弧弧长为2.91m，则外侧传动滚筒直径为110mm。3.4.3 主动轴的设计计算3.4.3.1 轴的结构设计确定轴的最小直径：dA3Pn (3-45)查表取A=103，则dmin=24.7mm。轴的结构设计如图3-5所示：图3-5 轴的结构图L5段是用来装链轮，其直径应该与链轮内径相配合，通过平键连接，按轴径d=25mm来计算。链轮上装有压盖，考虑到压盖有厚度和轮毂的厚度，在该段还需要轴承，轴承型号为UCK205，则取L2段轴长90mm，L1段只有轴承，故留有长度50mm。轴肩取（0.070.1）d，中间L3段通过滚道和机身内外侧。链轮与轴联接采用普通平键，查得平键的规格为bh=85，键长L=40mm。四处轴肩倒圆角半径R2，两端倒角245。L3段是用来连接传动滚筒的，通过平键连接, 按轴径d=30mm来计算，查得平键的规格为bh=812，键长L=40mm。3.4.3.2 轴的校核校核中间段的轴，其扭矩T：T=9550Pn (3-46)求得T=927.72N/m。由传动滚筒张合力Fn=3063.84N可计算出各轴承处的受力，画出受力简图和弯矩图，如图3-6所示。 图3-6 轴的力矩图由图3-6可知，中间段C处容易因工作强度发生断裂，所以此处的弯矩为M=ACFA=152086.2N。轴的应力为：=MW (3-47)式中 W表示轴抗弯截面系数。求得=56.3N/mm2=75 N/mm2。轴的刚度校核：d=30mm处的抗弯截面模数Z=d332=2.65cm3，抗扭截面模数ZP=2Z=5.3。考虑弯矩作用时的安全系数S=-1K+m (3-48)算得S=2.18。考虑扭矩作用时的安全系数S=-1K+m (3-49)算得S=5.85，则安全系数为S=2.04SP=1.8。轴的刚度校核：轴的当量直径dv4=l15lidi4 (3-49)算得dv4=440570.6N。最大挠度fmax=pa24EI3l2-4a2 (3-50)惯性矩I=64dv4 (3-51)算得fmax=0.0023mmf=L2500=0.293mm。3.4.4 传动滚筒的设计由3.4.2节已知滚筒内外侧筒径D1=110mm，D2=70mm，结构布置如图3-7所示。图3-7 传动滚筒结构简图传动滚筒主要性能参数如表3-2所示：表3-2 传动滚筒参数表19B/mm许用转矩/kNm许用合力/kND1/mm5502.749110D2/mm转动惯量/kgm2质量/kg706259已确定通过滚筒的轴径d=30mm，在小筒径端滚筒与轴采用平键连接。从其受力状态可知，筒皮中点和靠近轮辐处的应力比较大，为筒皮危险点，从使用经验来看，只要保证靠近辐板处的筒皮强度就足够了11。筒皮厚度按DX型钢丝绳皮带输送机经验公式=0.056TDBWt2 (3-52)算得厚度t=2mm。这里辐板厚度的确定可根据辐板厚度与应力关系的经验方法算出=0.25TL1L-L1Dt2I1t3+L12I (3-53)算得t=10mm。3.4.5 传动滚筒的校核由于转弯时输送机内外侧速度不一样，所以传动滚筒的直径是变化的，形成一定的锥度，所以在工作过程中输送带及物料的重力对其的作用力因倾角的存在会产生分力，在此只需验证由重力产生的对传动滚筒的正压力，其受力简图如图3-8所示。图3-8 传动滚筒受力图传动滚筒在工作过程中主要受输送带及物料的重力，输送带和滚筒之间的摩擦力。传动滚筒单位面积上的正压力FN=3.74kN，满足要求。3.5 改向滚筒改向滚筒用于180改向，改向滚筒根据计算出的合力进行选择。3.5.1 改向滚筒合力计算根据计算出的输送带张力，计算滚筒合力。F改=T2+T3 (3-54)算得F改=5.44kN。3.5.2 改向滚筒的设计改向滚筒与改向滚筒只是所起的作用不同，在结构上完全一样，因此可参照上节所述方法进行设计计算。下面给出改向滚筒的参数表如表3-3所示：表3-3 改向滚筒参数表19B/mmD1/mmD2/mm许用合力/kN5501107010转动惯量/kgm2质量/kg3.51473.6 托辊3.6.1 托辊的作用为了减少输送带的运行阻力，限制输送带的垂度，输送带需要支撑辊组支撑，使输送带顺利运行。托辊组两外侧托辊的中心轴线与中间平托辊的中心轴线所形成的夹角为槽角,它影响着皮带输送机的运输能力，输送能力与槽角在一定范围内成正比关系；设置槽角也有利于输送带获得良好的对中性，以保证物料的平衡，防止输送带的运行偏差，有利于提高输送机的运输效率。托辊决定着皮带输送机的设计是否能够达到工作要求，皮带输送机托辊的结构是输送设备一个重要的组成部分，安装托辊影响使用寿命和负载的大小和性质。对托辊的基本要求是：结构布局设计合理，防尘性和防水性较好，密封性能良好，较高的耐用度和较长的使用寿命，使用可靠性较高。本输送机设计采用承载托辊为槽型，回程分支托辊为平形托辊。3.6.2 托辊的选型皮带输送机如果常常发生皮带跑偏的情况，这将导致设备工作停止，物料失衡，设备运行不稳定，皮带边缘磨损加剧等危害，严重影响了设备的耐用度和使用寿命，降低了设备工作所获得的经济和设备运输效率。因此，设计时应引起注意，现着重分析皮带输送机胶带跑偏的原因并提出相应的防偏措施。3.6.2.1 皮带输送机跑偏的主要原因当物料运行至转弯段时，输送单元之间张力和输送带与托辊之间摩擦力的合力沿输送带中心线的法线方向指向转弯段内圆弧，从而产生向心跑偏的趋势，其主要原因在于给料时物料偏心、输送带制造的偏差、机架变形、风载荷作用等。皮带输送机跑偏问题的出现大大降低了工作效率和经济效益，甚至可能造成设备停机。3.6.2.2防止皮带输送机跑偏的措施输送带跑偏的原因有多种，需要根据不同的情况区别处理，但总体上可依据以下所列方法选择：调整承载托辊组；安装调心托辊组；调整张紧处；调整驱动滚筒与改向滚筒位置。3.6.2.3 承载托辊本设计承载分支托辊为35槽型前倾托辊，查得参数如表3-4所示。表3-4 35槽型前倾托辊参数表19B/mmD/mmL/mm轴承型号550762006204/C4倾角质量/kg13014.93.6.2.4 缓冲托辊缓冲托辊安装在输送机受料处，是一种有特殊用途的承载托辊，能起到降低输送带所受的冲击力的作用，从而保护输送带。本次设计选用35缓冲托辊，查得其参数如表3-5所示。表3-5 35缓冲托辊参数表19B/mmD/mmL/mm轴承型号550892006204/C4质量/kg18.83.6.2.5 回程托辊回程分支托辊采用平形托辊，查得其参数如表3-6所示。表3-6 平形托辊参数表19B/mmD/mmL/mm轴承型号550766006204/C4质量/kg11.63.6.2.6 调心托辊皮带输送机在运行过程中，输送带很容易跑偏，对于这种现象常常采用不同形式的调心托辊进行修正。调心托辊起到纠偏的作用，当输送带跑偏时，托辊绕着输送机中心线偏转，将输送带推移到输送机的中心线上来。3.6.3 托辊的校核3.6.3.1 承载分支托辊静载计算P0=ea0Imv+qBg (3-55)式中 a0表示承载分支托辊间距； e表示辊子载荷系数，取0.8；Im表示输送量。求得P0=493.2N。动载计算P0=P0fSfdfa (3-56)式中 fS表示运行系数，查表19取1.0； fd表示冲击系数，查表19取1.04； fa表示工况系数，查表19取1.0。求得P0=606.6N2000N。所以，承载分支托辊满足动载要求。3.6.3.2 回程分支托辊静载计算PU=eaUqBg (3-57)式中 aU表示回程分支托辊间距。求得PU=171.3N。动载计算PU=PUfSfa (3-58)算得PU=171.3N。3.7 机架按照机架的用途，可分为头架、尾架、中间架和驱动装置架。机身高度503mm。机架由机身、脚架、驱动装置架组成。机身全不锈钢，材料为SUS304。脚架也用SUS304方管制作，脚架长为651mm。用螺钉连接机身和脚架，机架的结构如图3-9所示：图3-9 机架的结构实际上,设计制造转弯中间架和支腿时是不易保证。在理论上转弯段中间架在水平面内是一段圆弧,但在实际设计时都是以倒梯形连接而成的, 也就是说每段中间架都是直的, 以该段圆弧的弦长代替弧长。已知转弯曲率半径R=1200mm，所以外侧弧长AB=R=4.63m，转弯角度180，可将半圆弧分为4段或者6段，呈对称布置。本设计中布置4节中间架，则每节中间架所对应的角度为45，根据几何关系，算得每节中间架长约L1100mm。带宽B=550mm，机架宽度B1由带宽和外侧的辊道和内侧的机身板构成。中间架的计算示意图3-10如下：图3-10 中间架计算承载托辊间距一般取上托辊的1/21/319，根据物料的容重一般情况下，上托辊间距为1.2m，所以本设计取0.4m，下托辊间距可取3m。3.8 支撑板支撑板的作用是支撑输送带和物料，也在一定程度上防止输送带的垂度。设计时在板上布置圆管类的支撑结构，便于安装和维修、更换，也起到阻止输送带跑偏的作用，如图3-11所示结构。图3-11 支撑板结构支撑板的宽度B2由输送带带宽B和机身内侧宽度构成。3.9 拉紧装置所有的皮带输送机都需要某种形式的拉紧装置，它的作用在于：防止输送带打滑；保证输送带在工作中一直保持适当的张力，防止输送带在托辊之间丧失槽形，从而导致物料撒料；补偿输送带长度的变化；方便更换输送带的接头。拉紧装置的种类有以下几种，螺旋拉紧装置螺旋拉紧装置通常应用于运输距离较小的输送机上，一般在全机机长不大于50m的输送机上较为常见。这种拉紧装置是所有拉紧方式中成本最小的一种，而且它的拉紧滚筒无需增设额外的滚筒或其他装置，用其尾部滚筒亦可。垂直重锤拉紧装置垂直重锤拉紧装置是利用重力而产生拉力的拉紧装置，拉紧滚筒能够在垂直面内根据实际工况的需要调节输送带的松紧程度，重锤的重力就是拉力的来源，因而在设计时要考虑所需的重力选用重锤。拉紧滚筒可上下移动，因而它的拉紧行程是可以调节的，之所以会这样，是因为输送带在不同的重锤重力下产生的拉力不同，致使其松紧程度变化，张力也就随之变化。绞车拉紧装置绞车拉紧装置又叫拉紧滚筒固定型装置，因其绞车位置在