（机械工程专业论文）气垫带式输送机的技术研究与应用.pdf

大连理工大学工程硕士学位论文 摘要 本课题对气垫带式输送机的设计方案进行了选择和确认。其中主要介绍了国内外气 垫带式输送机的发展概况及气垫带式输送机的主要结构，通过计算确定了各项基本参数， 同时也对各个主要部件做出了选择和验算。 在本课题中，主要介绍了气垫带式输送机的机架部分，张紧装置，清扫器、气室和 盘槽等部分。同时，对电气及安全保护装置做了简单介绍，根据生产需要编制了实用性 很强的试车大纲。在本课题中提出了平行平板间的径向流动理论，恰当地选择了气室及 盘槽的结构，提出了“三不等”的盘槽布孔原则，并对风机主参数进行了计算机优化设 计，对隔音装置和新型导料槽进行了设计，通过分析，在导料槽等部位选用了聚氨脂耐 磨材料，解决了粮流冲击磨损问题。 文中比较清楚地介绍了气垫带式输送机和通用带式输送机的主要差别。气垫带式输 送机与通用带式输送机的原理基本相同，但气垫带式输送机用气室、盘槽代替了托辊， 大大地减小了皮带的运行阻力，具有输送带寿命长、节约能源、减少维修量、降低噪音、 利于环保、运行平稳、效率高、不跑偏、不撤料、重载启动容易等特点。 关键词：气垫带式输送机，机架，气室，托辊 皇望堕茎壁垫盟苎查! 塞量壁旦一一 a b s t r a c t t h j sa r t i c l em a i n l yp r e s e n t st h ed e v e l o p m e n ta n dt h ec o n s t r u c t i o no f t h ea i rc u s h i o nb e l t c o n v e y e ri n t h ew o r l dt o d a y t h r o u g hc a l c u l a t i n ga n da n a l y s i sa l lt h ee s s e n t i a lp a r a m e t e r s h a v eb e e nd e c i d e d a tt h es a m et i m e , i ts e l e c t sa i lt h em a i np a r t so ft h ea i rc u s h i o nb e l t c o n v e y e rt h r o u g h t h e c h e c k i n gc o m p u t a t i o n i nt h ea r t i c l ei tj n t r o d u c e st h es t r n c t t u eo ft h ea i rc u s h i o nb e l tc o n v e y e rf r o mt h ef r a m e ， s l r a i n i n gd e v i c e ，b r u s h i n ga p p a r a t u sa n dt h ea i rh o u s e d u r i n g t h ei n t r o d u c t i o ni ti n s e r t ss o m e c o n c e r n e dd r a w i n g so fe a c hp a r ti no r d e rt om a k et h ei n s t r u c t i o nc l e a r e r i nt h ea r t i c l ei ta l s o d e s c r i b e st h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h ec o m i n o nb e l tc o n v e y e ra n dt h ea i rc u s h i o nb e l tc o n v e y e r a st h em o s ta d v a n c e dc o n v e y i n ga p p l i a n c eo ft h ew o r l dt o d a y , t h ea i rc u s h i o nb e r c o n v e y e r s c i e n t i f i c a l l yu s e a i rc u s h i o n i n s t e a do ft r a d i t i o n a l “s u p p o r t i n gr e l i e r ”，w h i c hc a r l _ g r e a t l y r e d u c et h eo p e r a t i o nr e s i s t e n c eo ft h eb e l t ，i th a st h eo u t s t a n d i n ga d v a n t a g eo f e n e r g ys a v i n g ， c o s tr e d u c i n g , n o i s er e d u c i n ga n db e n e f i c i a lt oe n v i r e m e n tp r o t e c t i o n , r e d u c t i o no ff a i l u r ea n d s h u td o w no f 血ea p p l i a n c e k e y w o r d s ：t h e a i rc u s h i o nb e l tc o n v e y e r f l a m ea i rh o u s e s u p p o r t i n gr o l l e r 独创性说明 作者郑重声明：本工程硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写的研究成国，也不包含为获得大连理工大学或其他 单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：西厚 日期：2 口。岁f 大连理工大学工程硕士学位论文 1 前言 1 1 国内外气垫带式输送机的发展概况 气垫带式输送机是2 0 世纪7 0 年代由荷兰首先研制成功的一种新型连续输送设备。 近年来气垫带式输送机日益引起人们的重视，美、英、俄、日本、加拿大等国都已加紧 生产和研制，有关气垫带式输送机的专利已有几十项f l ”。国外的气垫带式输送机主要的生 产厂家有：荷兰s 1 u i s 公司，英国s i m o n c a r v e s 和n u m e c 公司，美国的w o l v e r i n e 公司 等，产品销售到几十个国家和地区。据1 9 9 5 年的资料统计”8 1 ，欧洲已有6 0 0 多台，南美 有1 6 0 多台。初期国外气垫带式输送机多用于输送面粉、谷物、木屑等密度较小的散状 物料，近几年来才开始用于输送磷酸盐、矿石等密度较大的散状物料，并逐渐向长距离、 大运量方向发展。 在国内，自1 9 7 3 年以来，我国的起重运输机械等一些杂志纷纷开始发表有关气 垫带式输送机的文章，上海港务局科研所和煤炭规划设计总院情报组均出版过有关译文 专辑。1 9 8 5 年，天津港和大连港分别引进了s i m o n c a r v e s 公司的气垫带式输送机。1 9 8 6 年原煤炭部规划设计总院研制成功了带宽l m 、机长9 7 m 的气垫带式输送机，安装在北 京矿物局王平村煤矿。1 9 9 9 年黑龙江省鸡西矿物局通过改造将原来使用的托辊皮带机改 造为气垫带式输送机。2 0 0 0 年大连港自行开发研制了9 条气垫带式输送机并投入生产。 太原重机学院、合肥煤炭所、东北大学、大连重工集团、江门南方机械厂、信阳输送设 备厂等单位也分别进行了气垫带式输送机的开发工作。 近十年来，因气垫带式输送机与普通带式输送机相比，经济效益显著，技术也日益 成熟，引起许多高等院校、科研部门、设计部门和制造厂的极大关注，由于气垫带式输 送机正处于研制的初级阶段，许多参数尚需进一步的理论推演和实践检验，使得气垫带 式输送机的研制日益趋于完善，以满足国民生产的需要。 综上所述，气垫带式输送机必将在国民经济中起到越来越大的作用。 1 2 气垫带式输送机主要特点、主要结构型式及应用范围 1 2 1 主要特点 与托辊带式输送机相比，气垫机有以下主要特点： 1 ) 运行平稳，工作可靠：加料对中后输送带不跑偏、不撤料、不撕带，使用寿命长。 2 ) 输送量大：由于运行平稳，物料在输送带上的堆积面积增大，以及带速的提高， 使气垫机的输送量增大。 3 ) 运行阻力小，输送带张力小，功率消耗减小1 0 - - 2 0 左右。 4 ) 许用输送倾角大：一般比d t 型带式输送机增大3 - - 5 度。 气垫带式输送机的技术研究与应用 5 ) 设备投资少，维修费用低。 6 ) 占地面积小。 7 ) 气室刚度大，省去了中间架。 8 ) 输送带张力较小，可选用层数少或低强度的输送带。 9 ) 使用托辊少，可大大减少托辊备件，降低维修费用。 1 0 ) 运营费用低，可提高使用单位的经济效益。 1 1 ) 便于密闭输送，避免粉尘飞扬，保护环境，如加罩密封式结构，露天使用可省 去输送机走廊，节省基建费。 1 2 ) 对于上运输送，逆止安全可靠；对于下运输送，停机后输送带也无下滑现象。 1 2 2 主要结构型式 气垫机的结构型式分为半气垫型( 仅上分支输送带以气垫支撑) 和全气垫型( 上、 下分支输送带均采用气垫支撵) 两类。 1 2 2 1 半气垫型 1 ) 敞开式本结构的上部承载结构是气室，下部仍采用回程托辊。该结构为国内使 用最广泛的机构，主要适用室内和有输送机走廊的场合。 2 ) 加罩式本结构型式是在敞开式的基础上，将气室或回程分支上加防雨罩，用于 露天防雨场合。 3 ) 加罩密封式本结构是在气室上加防雨罩并加上密封条密封起来，输送过程中物 料不受环境和气候的影响t 用于露天防雨及输送易飞扬的粉状物料如煤粉、水泥及粮食 等场合。本设计采用该种结构。 1 2 2 2 全气垫型 在承载和回程分支全采用气垫支撑。它能充分体现气垫机的优点，但是设备的造价 较高，重量较大。 1 2 3 应用范围 气垫机是通用系列产品，可广泛用于煤炭、电力、冶金、化工、机械、粮食、轻工、 港口和建材等行业。由单机或多机组合成输送系统，输送堆积密度一般小于2 5 0 0 k g m 3 的各种粉状、粒状和块状物料，尤其适用于输送按一定比例配制好的混合物料，也可输 送软包装的成件物品。 1 。3 工作原理 气垫带式输送机( 以下简称气垫机) 是用薄气膜支撑输送带的带式输送机。它是将 托辊带式输送机的托辊用带孔的气室代替( 见图l i ) ，当气源向气室内提供具有一定压 力和流量的空气后，气室内的空气经盘槽( 气室上部的圆弧形槽称为盘槽) 上的小孔逸 出，在输送带与盘槽之间形成一层具有一定压力的气膜，称为气垫，支撑输送带及其上 部物料。这样，把按一定间距布置的托辊支撑变成连续气垫支撑，使输送带与托辊间的 查蔓翌三奎堂三堡堡主堂堡堡兰 滚动摩擦变成输送带与盘槽间以空气为介质的流体摩擦，减小了运行阻力，带来了很多 优点。 图卜1 敞开式气垫机简图 回程托辊2 一气莹：勰3 - - 气室4 _ 盎精5 _ 辅进带 锈抖7 - 。瀣8 - * x i j ；| 1 。4 气垫带式输送机的发展方向和存在的问题 目前，气垫带式输送机主要应用于输送密度较小的物料。由于其本身优点，其使用 范围应当渐渐扩大，其中一个重要方面就是输送密度较大的和在料流中有个别大块的物 料，如矿石、原煤等。另一方面，在工作现场，同一条输送机如何输送不同物料，这些 问题至今还没有进行研究。从实用性的角度来看，这些问题都是很有必要进行研究，探 讨气垫带式输送机在这些方面应用的可能性。 普通的气垫带式输送机由于为了使输送带和输送机的其它部分不发生摩擦，气体直 接在输送带的边缘出流，其气体消耗量大，特别的，当输送密度较大的物料时，输送机 的耗能较大，如何找出合理的气孔布置，使气垫均匀的同时，减小风枫的耗能也是气垫 带式输送机研究的一个重要方面。由于气体运动的复杂性，尽管也有一些人对此问题进 行研究，但大部分缺乏使用价值。 在我国，气垫带式输送机的研制开发工作只有7 一吨年的时间。纵观国内外气垫机的 发展概况，总体来说，实验型研究比较多，理论上研究比较少；气垫机整体设计比较多， 各局部研究比较少，尤其是在气室各局部几何特性，结构的刚度和强度、气垫机的气动 力参数，运行稳定性以及气路系统噪声等方面还有许多工作需要研究。由于到目前为止， 还没有一整套象托辊皮带机设计计算公式那样的气垫机设计计算公式，致使某些产品质 量出现问题。例如大连港从英国进口的气垫机，气室材料是0 6 m m 厚的不锈钢板，在使 用中，盘槽弧板出现了塌陷现象，这显然是盘槽弧板阿度有问题；在气垫杌的试制过程 中也有风机喘震引起气室震动的现象，这说明对气垫机的稳定运行还没有完全掌握。因 皇望至苎塑鲎墼箜苎查堑塞兰窒旦一一 此，今后的开发和研制工作应该着重围绕上述所说的内容来进行，使我国在气垫机的开 发研制工作日益趋于完善，达到世界领先水平。 1 5 课题简介 1 5 i 课题来源及选题的必要性 大连港是我国北方重要港口，2 0 0 0 年吞吐量达9 0 0 0 余万吨，其中粮食( 玉米、大 豆、小麦) 每年的进出口量达7 0 0 余万吨，目前主要采用门机抓斗、汽车等机械进行运 输和装卸船作业，生产效率低劳动强度大，而且造成一定的环境污染，这种作业方式 已不能适应港口发展的需要。尽管大连港于1 9 8 5 年引进了两条s i m o n c a r v e s 公司的气 垫带式输送机，但由于使用年限较长，目前已经报废。鉴于气垫机的诸多优点及输送粮 食的可行性及适用性，2 0 0 0 年，大连港大窑湾港务公司散粮输送线期工程开工建设， 输送设备采用气垫带式输送机，并决定该设备由本港自行研制以满足生产的需要，同时， 培养锻炼本港的设计、施工队伍，降低工程成本。 1 5 2 课题主要研究的内容及目的 本课题将以大连港大窑湾港务公司散粮输送线一期工程筒仓底气垫带式输送机为 例，对其设计方案进行选择和确认，通过计算确定各项基本参数，对各个主要部件做出 了选择和验算，同时重点介绍机架部分，张紧装置，清扫器，气室和喂料槽等部分，在 吸收、消化国外气垫机设计及制造技术的基础上，提出了平行平板间的径向流动理论和 盘槽“三不等”的布孔原则，对风机主参数进行计算机优化设计，对隔音装置、喂料槽 进行优化和改进，对喂料槽、溜管等易磨损部位的耐磨材料进行了分析和选择，最终目 的是为了设计出正规图纸并在生产中得到应用。 1 5 3 设备运行状况暨用户评价 大连港大窑湾港务公司散粮输送线一期工程筒仓底气垫带式输送机于2 0 0 1 年6 月 交付使用，现已输送各种散粮1 3 0 0 余万吨。在生产运行过程中，通过严格测试，结果表 明，该气垫带式输送机各项指标达到或超过原设计指标，皮带带速可调至3 1 5m s ，输送 效率达到额定输送能力1 0 0 0 t h 。 目前，该设备在运行过程中，机械及电气系统均无异常，连续生产能力较强。与托 辊带式输送机相比，该设备减少了维修备件的储各，较好地控制了备件占用的流动资金， 减少了设备维修量，维修人员的劳动强度明显降低。 该设备采取了全封闭式结构，同时配备了除尘系统，显著减少了粉尘的污染，有利 于环保，提高了设各运行的安全性。 大连理工大学工程硕士学位论文 2 气垫机的技术研究及方案的选择 2 1 主要性能参数选择 大连港大窑湾港务公司散粮输送线一期工程筒仓底气垫带式输送机，输送物料为玉 米，额定输送能力要求为q = 1 0 0 0 t h ，带宽1 2 m ，半气垫型，全长1 2 8 m 。 2 1 1 物料的性质 堆积密度p = 8 0 0 k g m 3 静堆积角n = 3 5 。 动堆积角a = ( o 5 - 0 8 ) c t取日= 2 5 。 2 1 2 工作环境 筒仓底，正常湿度，灰尘较少。 2 1 3 布置型式及尺寸 尾部给料，设有喂料槽：头部卸料，设有卸料斗、密封罩、弹簧清扫器和空段清扫 器。 倾角6 = o 。 输送机头尾滚筒间的长度( l ) l = i 6 5 + 2 0 + 0 1 5 + 1 2 0 + 0 1 5 + 2 4 + 1 6 5 = 1 2 8 m 气室长度l = 1 2 0 m 托辊段长度l 1 2 ) 2 。1 。4 5 输送带采用硫化接头 接头长度【1 1a j = ( z 一1 ) b j + b t 9 3 0 式中：b 广接头阶梯长度，一般为0 1 5 m = ( 5 - 1 ) 0 1 5 + i 2 t 9 3 0 = 】2 9 m - 6 大连理工大学工程硕士学位论文 2 1 5 气室的选择 气室是用来形成气垫支撑输送带及物料的关键部件，由薄钢板折弯成形后焊接而成。 气室的结构有箱形和双曲形两种形式，考虑到箱形气室用于大带宽时其箱体刚度较差且 较耗费材料，因此箱形气室主要用于带宽5 0 0 - q 5 0 m m 的情况，双曲气室主要用于带宽 8 0 0 - - 1 4 0 0 m m 及更大带宽的场合。气室盘槽角为3 5 。，气室标准长度为3 m ，每节气室都 有支架。箱体气室标准节分为后封闭气室、前封闭气室和中间气室：双曲气室标准节只 有一种形式，可以根据需要在前、后安装封板形成前封闭气室、后封闭气室和中间气室。 b = 1 2 0 0 r 1 1 1 i l 时，选择双煦气室。 根据查表得：气室盘槽圆弧部分的曲率半径r = o 7 3 7 m 。 国外气室盘槽板多采用o 6 n 1 i n 厚的不锈钢板，在使用中，盘槽弧板出现了塌陷现象， 说明刚度有问题，同时造价较高。本次设计决定采用2 5 m m q 2 3 5 钢板。 2 1 6 滚筒的选择 2 l6 1 传动滚筒： 传动滚筒用于传动动力，转动时靠摩擦力使胶带运行。滚筒分为光面、包胶和铸胶 滚筒三种，本设计采用人字形胶面滚筒。滚筒轴承座全部采用油杯式润滑脂润滑。 d m t 。= c d 其中：c 系数，尼龙织物取9 0 ； d 芯层厚度m m 巩，。= 9 0 ( 1 1 x 5 ) = 4 9 5 m m 取d = 6 3 0 帆，型号：d t1 10 5 a s l 2 3 y 2 1 6 2 改向滚筒 改向滚筒是改变输送带运行方向的滚筒。 1 ) 、尾部改向滚筒( 一1 8 0 。改向) 查表i t 1 - 2 0 得d i = 5 0 0 r i 】i i l ，型号：d t1 10 5 8 4 1 2 2 2 ) 、头部改向滚筒( 4 5 。改向) 查表( i j 卜2 0 得d 。= 3 1 5 m m ，型号：d t1 10 5 8 2 0 6 1 2 1 7 托辊的选择 托辊是辊子和支架组成的用来支撑输送带的部件。气垫机的托辊分为承载托辊和回 程托辊两大类，用于保证输送带稳定运行。 2 1 7 】槽型托辊 槽角为3 5 。，使输送带横断面形成槽形状态，用于承载分支的非气室段。 型号：d d l 2 0 c 0 1 2 3 1 】 辊子型号：d t i i g p 2 3 0 6 轴承：4 g 3 0 5 辊径：1 0 8 m m 辊长：4 6 5 m m 气垫带式输送机的技术研究与应用 单个上托辊转动部分质量4 8 9 埏， 上托辊承载能力3 4 5 k n 。 2 1 7 2 过渡托辊 槽角有1 0 。、2 0 。、3 0 。三种，安装在滚筒与第一组槽形托辊之间，可使输送带逐 步由平形过渡成槽形或由槽形展成平形，以降低输送带边缘因成槽延伸而产生的附加应 力、应变，同时也防止输送带展平时出现撒料现象。 型号：d d l 2 0 c 0 6 2 3 1 】 辊子型号：d t i i g p 2 3 0 6 f l j 轴承：4 g 3 0 5 辊径：1 0 8 m m 辊长：4 6 5 m m 单个上托辊转动部分质量4 8 9 妇， 上托辊承载能力3 4 5 k n 。 2 1 7 3 缓冲托辊 槽角3 5 。，安装在气垫机受料段的下方，可以减缓加料时物料对输送带的冲击，延 长输送带的使用寿命。 辊径：d 墅：塑兰! ：! ! ：0 1 m 删万6 0 0 式中：n r - 托辊允许转速，为避免共振n ，6 0 0 r m i n 型号：d d l 2 0 c 0 7 2 3 1 】 辊子型号：d t g h 2 3 0 5 单个上托辊转动部分质量9 5 k g 上托辊承载能力3 4 5 k n 。 2 1 7 4 回程托辊 用于支撑输送带的回程分支。有平行下托辊、摩擦下调心托辊和螺旋托辊等几种。 其中。螺旋托辊能有效地清除输送带上粘结的物料，保持带面清洁。 型号：d d l 2 0 c 2 1 2 3 1 】 辊子型号：d t i i g p 2 3 1 3 轴承：4 g 3 0 5 辊径：1 0 8 m m 辊长：1 4 0 0 m m 单个下托辊转动部分质量1 2 ，7 6 k g ， 下托辊承载能力0 9 1 k n 。 2 1 7 5 托辊的间距 托辊的间距指两个相邻托辊辊子中心线之间的距离。 1 ) 承载托辊间距 大连理工大学工程硕士学位论文 根据输送物料的堆积密度不同而确定。 通过查表p = 8 0 0 k g m 3 一 1 6 0 0k g m 。 故取间距1 2 0 0 m m 。 2 ) 回程托辊间距：3 0 0 0 m m 3 ) 缓冲托辊间距 根据物料的堆积密度、粒度及落料高度而定，一般为承载托辊间距的1 3 1 ，2 。当 堆积密度较大、落料较高时，可取辊径的1 2 1 5 倍。故取4 0 0 m m 。 2 1 7 6 托辊外圆母线与气室端面间距： 气室边缘与托辊外圆母线的距离一般取5 0 - - 1 0 0 m m 。 2 1 7 7 头部滚筒中心线至第一组槽形托辊的最小过渡距离a x ( 图2 - 1 ) 图2 1 最小过渡距离a t 查表 i j ，a 1 = 1 3 b = 15 6 0 m m 所以该距离取1 5 6 0 m m 2 2 托辊承载能力验算 2 2 1 过渡托辊 2 2 1 1 静载荷 p o = 9 8 e l a o ( i m + q b ) v 其中：p o - 一载荷分支托辊静载荷( n ) ； a r 一承载分支托辊间距( m ) ； e l 辊子载荷系数； v 一带速( m s ) ； i m 一输送量( k g s ) ； q b _ 一每米长度输送带质量( k g m ) 。 气垫带式输送机的技术研究与应用 p o = 9 8 x o 8 x 1 2 ( ( 面2 7 7 8 + 1 5 9 ) = 0 9 8 i d 叮 2 2 1 2 动载荷 p o = p o 矗f d f a 其中：f 卜一运行系数取 f a 一冲击系数取 f a 一工况系数取 2 ： 0 6 ； 1 。 p o2 0 9 8 1 2 x 1 0 6 x 1 1 0 2 1 3 7 k n 3 4 5 k n ( 上托辊承载能力3 4 5 k n )满足要求。 2 2 2 缓冲托辊 2 2 2 1 静载荷 p o = 9 8 e l a 0 ( 坚 = 9 8 o 8 o 4 ( ( 2 石7 7 _ 8 + 1 5 9 ) 、3 1 5 7 = 0 3 3 k n 2 2 2 2 动载荷 p o = t o f g & = 0 3 3 1 2 x 1 0 6 x 1 1 卸4 6 2 2 9 5 n 故满足要求。 2 5 2 输送带层数验算： z - 警= 鬻篱一- 0 3 1 5 0 x2 0 0 层 矗jll 。一 其中；f 。x f n 所以初选5 层满足最大张力要求。 2 5 3 带负荷起动验算 2 5 3 1 静功率r ： p 广输送机在正常运转时电动机轴功率 1 4 查垄墨王查堂三望堡主堂堡垒奎 p 。：兰监：4 1 4 2 5 。3 1 5 ”1 0 0 0 ，71 0 0 0 0 9 = 1 4 5 k 形 2 5 3 2 动功率p “： p b _ 一输送机带负荷起动时，使物料、输送带、托辊、滚筒和传动装置等产生自日速度 所消耗的附加功率 p b i l l 0 0 0 0 2 l v 2 ( 口口+ 2 9 口+ g i ) + k o g d 2 1 l 其札；q r u + 娶啦 428q-561+334+2x196 1 2 8 = 1 4 3 3 k g m g d 2 - - 4 9 j 叫9 8 0 1 3 9 = 5 4 4 8 8 n m 2 p b ：，0 0 0 0 2 x 1 2 8 。3 1 5 x 3 1 5j 8 8 1 8 + 2 1 5 9 0 + 1 4 3 3 ) + 0 1 2 4 5 4 4 8 8 0 9 0 、 = 3 8 6 k w 2 5 3 3 负荷起动功率验算p m p m ，p a + p b ：! 兰：! ! ! ：! ：2 9 8 k w k d 20 9 0 9 x 2 2 初选y 1 8 0 m - 4 电动机，其功率为1 8 5 k w ，小于p m ( 2 9 8 k w ) 改选y 2 0 0 - 4 电动机，其pm y 3 0 k w ， g d 2 叫酣 = 4 9 8 0 2 6 2 = 1 0 2 7 7 7 n m 2 - - - 2 2 ，重新计算 p b - 堂咝掣( 8 8 1 8 + 2 x 1 5 9 0 + 1 4 3 3 ) + 0 1 2 4 1 0 _ 2 7 7 7 = 3 9 2 k w 瞎喾= 篆等= 3 0 1 足矽 pm = 3 0 k w 3 0 1 k w 改选y - 2 2 5 s 一4 电动机，其p 矿3 7 k w g d 2 = 4 g j 叫98 0 4 0 6 1 5 气垫带式输送机的技术研究与应用 = 15 91 5 2 n m 2 = 2 2 ，重新计算 p b ：旦旦旦三兰! ! ；姜三型。( 8 8 1 8 + 2 。1 5 9 + 1 4 3 3 ) + 0 1 2 4 1 5 9 1 5 2 no 、 = 3 9 9 k w p mp a + p b ：! 生墅塑：3 0 5 k w k d 20 9 0 9 2 2 y 2 2 5 s 4 型电动机功率为3 7 k w , 大于负荷起动功率3 0 5 k w ，所以选用y 2 2 5 s 一4 型电动机可以满足起动所需功率。 2 6 建立气垫设计理论模型 气垫机是用气室代替托辊，从气室盘槽板上气孔流出的气体在输送带与盘槽板面闯 形成气垫来支承输送带在盘槽板上滑行。据国内外资料介绍，当具有一定压力的空气从 气室盘槽板上的气孔流出后，总是要以最短的路径，亦即沿输送方向的横向以v ，速度从 输送带与盘槽板面之间逸入大气。由于输送带沿盘槽纵向运行，必然会以v 。的速度带动 气垫层的气流运动。依据速度合成原理，气流将大体上沿v * 与v “合成曲线v 横+ 。方向流 动，从而形成vm 与v 报+ “覆盖的扇形气垫层。如果每个扇形面积大致相等，并按一定规 律重叠的很好，则气垫便均匀，气垫压力便稳定，气垫机的性能就更好。 但本文在设计计算时发现，从盘槽板上气孔中喷出的气流速度高达3 0 4 0 m s ，比 带速3 1 5 m s 高很多，所以只考虑气流横向和纵向两种速度，不考虑气流高速喷出后受 到输送带的正面阻挡向四周迅速扩散的运动状态，是不全面的。实际上，后者是气流运 动的主要方面。对此本文经过反复分析和研究，提出了平行平板闻的径向流动理论，作 为气垫设计理论的依据。根据流体力学原理，盘槽板面与输送带之间的气垫层可近似视 为平行园板间隙径向层流。由于气孔孔径很小，只有2 5 m m ，当具有定压力的空气从 气孔高速喷出时，气体分子具有很大的动能，加上气体分子的多方异向自由运动十分活 跃的特性，受到输送带正面阻挡后，必然会向周围迅速扩散，与此同时，还将受到周围 气孔喷出气体迅速扩散气波的影响，产生相互重叠，形成干涉或涡流，从而形成气垫层。 本次设计根据平行板径向流动理论，来确定风量、风压、气垫厚度等相互之间的关 系，从而可导出气孔直径与孔距和排距之间的关系，作为布孔方式的依据。图2 3 表示 气体由平行平板的间隙沿径向向外流动。 其中：两平板之间的距离为6 ；平板内孔半径为r ：平板外缘半径为r 。；在内孔处 气体压力为p 。；在外缘处气体压力为p 2 。 本文在半径为r 处取一微小宽度d r 的环形流道，建立气体流量、气体压力及气垫厚 度之间的关系式： 大连理工大学工程硕士学位论文 q ：- 2 n - r 5 3 d 。p 1 2 u d , 式中：q 一通过缝隙的气体流量，m 3 h ； 6 一两平板之间的距离，m i r 一气体环形流道半径，m ： d 。一半径为r 处的微小宽度，m ； d 。一气体园环外缘处微小压力n 心； u = 1 8 5 5 1 0 一n s m 2 一空气粘度。 求解后得： n z 8 3 卸 旷万 缸m 意 式中：p 平板内、外半径处气压差，n m 2 ； r 。平板内孔半径，m ； r ：一平板外缘半径，n l 。 ( 2 ) 图2 3平行平板间的径向流动示意图 根据上式( 2 ) ，丑知气体流量、气垫厚度及气垫压力差，即可确定气孔直径及孔距和 排距，从而得出气孔布置的原则是；纵向孔间距相等较好，横向孔径不等为佳，横向孔 排距可以相等，也可以不相等，但一般小于孔间距。气孔排数应为奇数，由中心两侧里 对称布置，孔径由中心向两旁逐渐减小。气孔布置还应考虑输送效率、物料特性、运行 速度、工作环境等因素的影响。 为了验证该气垫设计理论的实用性，本次设计做了4 段l o m 长与实际使用结构相 同的气垫机进行工厂试验。经测试，空载时上气室平均气垫厚度1 8 r a m ，平均气垫压力 1 8 0 0 p a ；静载时荷载9 0 k g m ，上气室平均气塾厚度1 2 m m ，平均气垫压力1 8 0 0 p a 。目 测气垫形成稳定均匀，用手推拉输送带边缘，输送带横向来回晃动自如，说明能形成气 垫，气孔布置合适，能满足使用要求。大连港大窑湾港务公司散粮输送线一期工程简仓 底气垫带式输送机安装使用后，我们又进行了测试，其结果与样机试验基本一致。 气垫带式输送机的技术研究与应用 2 7 通风机主参数的优化 采用气垫机作为输送设备的优点之一是耗能小。气垫机用气室盘槽取代托辊，由于 摩擦阻力损失降低，使得驱动装置的电机功率减少，但需增加通风机功率。由此可见， 气垫机是否节能，以及节能的效果如何，关键在于通风机功率的大小和计算的准确性。 2 7 1 通风机功率的经验计算 最初，通风机的功率由经验公式计算得到，以大连港大窑湾仓底气垫机为例，进行 计算，步骤如下： 2 7 1 1 求设计输送量的装料横截面的弦长a b 【】： 设计输送量与输送机最大输送量之比： 旦：里- - 0 6 9 a m 。 1 4 4 9 7 当若= o 6 9 时，a b a b 。为0 8 6 5 “ 查表 1 1 得：a b m “= 9 8 3 6 4 m m 所以：a b 。= 0 8 6 5 9 8 3 6 4 = 8 5 0 8 4 m m 其中：q 一输送量1 0 0 0 t h q 。输送散装物料的最大输送量1 4 4 9 7t h a 2 7 1 2 空气在气室内的压力p c n 妒喇警+ 籍】1 1 1 ：( 1 + o 7 ) 。9 8 【坠+ ! ：! 坠! 业】、。 1 1 2 6 9 60 8 5 0 8 4 。 ；2 2 2 0 6 7 p a 其中：q 一每米长度输送带质量：1 5 9 k g m q g 一每米输送物料的质量：8 8 1 8 k g m 通风机选型风压昧 p f ：( 1 1 1 2 ) p c = 1 1 5 2 2 2 0 6 7 ：2 5 5 3 7 7 p a 2 7 1 3 通风机风量的计算 首先确定位于输送机边缘x = 0 处的气膜厚度s 。通常小于1 0 m m ，取s 】c = o 6 1 0 3 m 。 ( 1 ) 气室全长所需风量： - 3 6 0 0 【墅半慕塑塑心f j j 大连理工大学工程硕士学位论文 ：3 6 0 0 。9 8 。( 坐堕堕塑型垒里竺生堕坠幽1 x 1 2 0 。 6 x i 8 5 1 0 3 i 2 1 2 1 = 5 0 5 4 9 m 3 h 其中：s x - 气膜厚度( m ) b 一一带宽( m ) 空气粘度m s m 2 p 一输送物料的堆积密度p = 8 0 0 k g m 3 ( 2 ) 通风机选型风量q 钎 q 叭= ( 1 1 1 2 ) q 肌 = 1 1 5 5 0 5 4 9 = 5 8 1 3 1 3 5 m 3 h 2 7 1 4 气室压降计算 空气在气室内流动会产生一定程度压降，当气室较长时，应计算终点压降ap c ： a p c = i 1 p 。v 2 ( 0 1 1 6 r e 。0 笛竽一1 ) = 1 2x 1 2 x 4 5 3 2 【0 1 1 6 x ( 1 1 5 x 1 0 5 ) - 0 2 5 x 罴_ 1 ) = 1 1 5 1 p a 其中：p 。一空气密度 v ：里曼生；! ! 型：4 ，5 3 m s 3 6 0 0 f c3 6 0 0 x 0 3 1 0 1 。 耻譬= 坠警= 1 1 5 x 1 0 5 xu“1 西3l 气室压降与空气在气室内压之和为： p c + p c = i i 5 1 + 2 2 2 0 6 7 = 2 2 3 2 1 s p a 0 5 m m 在沿气室盘槽的长度上，输送带边缘气垫厚度的最小值设定等于0 5 m m 。 设计变量：x = 声。翻 2 7 2 2 计算机求解步骤： ( 1 ) 输入数据； ( 2 ) 确定气垫机输送效率q f ： ( 3 ) 求气垫压力p 。； ( 4 ) 求气室的横断面积f 、当量直径d 及气孔的面积h ； ( 5 ) 用二分法求解。确定流量q 的求解区间c q 。，q 2 ，并求出q 、和q ：的中点q ， q 3 _ ( q 。+ q 2 ) 2 ，进行循环，以便求出q 、q 2 和q 。所对应的s l m i n 、s 2 m i n 和s 3 m i n 的值； ( 6 ) 确定气室压力p x 。的求解区间 p 。p 一，气室压力的求解区间的下限不得 低于气塾的最大压力，气室压力的上限一般取通风机的全压，求出求解区间p 。和p 。： 的中点p i 。，p 。= ( p 。+ p 。) 2 ，循环求解流量q 所对应的p k d ( 7 ) 求雷诺数r o 及流动阻力系数 ； ( 8 ) 求解6 中所给定的p 舫所对应的v 。； ( 9 ) 比较判断v ( l ) 的值是否小于给定的误差值，如果小于给定的误差值，进 行下一步。否则，返回到6 ，以便进一步对分求解； ( 1 0 ) 求解最小气垫厚度s 。： ( 1 1 ) 求出的最小气垫厚度与0 5 m m 比较，如果其差值小于给定的误差值，这时 所求的气室压力p m 和q 为最优值。否则，返回到5 ，以便进一步对分求解； 大连理工大学工程硕士学位论文 ( i 2 ) 求通风机输出功率p ： ( 1 3 ) 打印：气垫机输送效率q ； 气垫压力p 。： 各段气室压力r ( i ) ； 各段气室的空气流速v ( i ) ； 各段气室经气孔流出的流量q ( i ) ： 通风机功率p ； 其中和q 0 ( o ) 就是最优值p 小及啦； ( 1 4 ) 计算机程序框图( 见图2 4 ) ； ( 1 5 ) 计算结果：输送效率1 1 3 0 t s ； 气垫压力1 6 3 6 p a ； 气室压力2 7 3 0 p a ； 气室内空气流速5 6 【l s ： 气室气孔空气流量8 8 m v h ； 通风机功率2 7 i h 。 根据计算机优化的结果，我们在实际应用中选用了型号为9 2 6 通风机，该机主要参 数如下：电动机型号y i o o l - 2 ，电动机功率3 k w ，转速2 9 0 0 r l m i n ，保护等级p 5 5 ，风 压p = 3 2 5 3 p a ，风量q = 1 7 0 4 m 3 h 。 2 7 3 两种计算方法的结果比较 用计算机优化法得出的通风机的功率为2 7 1 w ，生产中由此选型9 2 6 通风机的功率 为3 k w ，远小于用经验公式计算得出的结果( 4 。2 k w ) ，达到显著节能的效果，而且降低 了通风机的采购成本。另外，选择9 - 2 6 型通风机，经过实际测量，空载时无论是皮带的 中间还是两边气膜厚度均在1 5 2 o r n m 之间，满载时气膜厚度均在0 5 - 1 o 咖之间，符 合设计要求，说明气膜稳定、均匀，气膜形成较好，通风机选型准确。 二j 垂二 i j 垂匾妇 ； i 厂专i f o r j = l t 0 4 l l r 一 j 厂i 丽磊赢了i i = 三三三丁一 皇垫萱茎塑垄垫塑垫查堕窒皇壁旦 图2 4 流程图 2 2 大连理工大学工程硬士学位论文 3 主体结构部分的设计与选用 气垫带式输送机是根据托辊带式输送机而发展起来的。因此大部分零件可以根据托 辊带式输送机来设计，只是把大部分托辊换成气室。 带式输送机的主体结构主要是机架，它是支持托辊、驱动装置的金属结构，有关金属结 构的设计问题可以在许多有关钢结构设计的文献中得到。实际应用中的带式输送机的机 架涉及各种形式的钢结构。这一章节将重点介绍气垫带式输送机的机架部分、张紧装置、 清扫器、气室和盘槽部分、导料槽部分、隔音装置等，对气垫机主要磨损部位磨损机理 进行分析，选用合适的耐磨材料。 3 1 机架 3 1 1 机架结构形式 气垫带式输送机的机架结构形式的选择取决于地形、气候、安全、环保等条件，以 及输送物的性质，服务年限，移动或固定、运输方式、是否有冲击、辅助设备等条件。 带式输送机的机架可以分为头架、尾架、中间架，按结构形式主要有： 3 1 1 1 梁架 粱架是用角钢或槽钢作为横粱，用固定到地面的型钢或钢管作为它的支腿。这种输 送机的机架结构非常简单，是经济上最为合理的形式。其固定式广泛应用于钢铁厂、发 电厂、化工厂、水泥厂、矿山等领域。对于需要移置的输送机，可以将其支腿固定在一 组车轮上以使其具有移动性。 对于钢架结构需要注意的是，在固定式情况下横梁和支腿之间的连接应该用焊接， 当用螺栓连接时。必须在输送机运行方向上设置拉杆，这是因为由于输送机运行过程中 的震动有可能造成螺栓松动而发生事故，特别是带速较高的情况。 3 1 - 1 _ 2 桁架 桁架的基本图形形状是三角形，利用一系列这样的基本图形互相连接组成直杆系统， 经典的桁架理论假设它是由无摩擦的铰汇合而成的，铰称为节点，载荷由这些铰点上的 集中力组成，杆件的形心线必须与力作用线重合，使杆件只受纵向力，这种纵向力可能 是压力或拉力，因此一个桁架是由拉杆和压杆组成。 带式输送机的机架所使用的桁架大致可以分为梁架和平面架两种。平面架用于驱动 装置的支撑。梁架可以作为露天的输送机机架，此机架可以做成带人行道的、不带人行 道的、设置卸料车用导轨的、设置防雨罩的等多种形式。 3 1 1 1 3 三角架 三角架的结构是根据带式输送机驱动装置架的受力特点，专门为带式输送机设计的 机架，它具有结构简单、受力状态和稳定性能好的特点，特别适用于大型带式输送机的 使用。如图3 - 1 。 气垫带式输送机的技术研究与应用 ；一 图3 - 1 三角架结构图 3 1 1 4 支柱 当输送机在高空处时需要设置支柱，可以是直接应用型钢或钢管的简单结构，也可 能是结构复杂的塔架选用什么样的结构依支持的载荷大小所决定。一般地，中间支承 可以用结构简单的支柱，而端部的支撑需要用组合支撑。 3 1 2 机架载荷的计算 输送机参数： 物料名称：玉米，输送量q = l o o o t t h ，带宽1 2 0 0 r a m ，带速3 1 5 m s ，粱采用1 2 5 6 5 x 6 的槽钢。 输送机机体的重力载荷包括输送带重力，上分支、下分支托辊的重力。单位长度上 的重概盹卜等+ 警) 其中：q b 每米长度输送带质量o ( 咖) 大连理工大学工程硬士学位论文 m r 广上托辊的质量，1 5 k g ，组 a r 。广_ 托辊间距，1 2 m m r 0 - 下托辊的质量，1 2 7 6 k g 组 a r 。一下托辊的间距，3 m p - - - 9 8 ( 1 5 9 + 1 5 1 2 + 1 2 7 6 3 ) = 3 2 0 n m 物料的单位长度重力为： g - g q o - g 旦：! ! 竺! 兰! ：! ；8 6 4 n 8 6 4 n m 翥2