（机械设计及理论专业论文）波状挡边带式输送机三维设计系统研究.pdf

中文摘要 波状挡边带式输送机具有结构简单、运行可靠、维修方便，且可实现大倾角输 送或垂直输送，结构紧凑、占地少等优点，因而是大倾角输送的理想设备。因波状 挡边带式输送机绝大多数零部件与普通带式输送机相同，线路布置形式和结构形式 相对稳定，系列部件、通用部件占相当大的比例，所以可在通用带式输送机的基础 上建立零部件的系列三维模型，用三维设计软件完善参数化设计功能，对系列部件、 通用部件进行三维设计，从而完成整机的设计，实现快速模块化设计。 本课题综合应用特征技术、模块化技术、数据库技术等，对波状挡边带式输送 机三维设计系统进行研究与开发。根据波状挡边带式输送机的结构特点和工作原理， 运用已有的设计实践和理论计算而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计 的依据，开发了波状挡边带式输送机设计选型系统；选用三维c a d 设计软件 s o l i d w o r k s 作为开发平台，综合运用v i s u a l c + + 编程技术和a c c e s s 数据库管理技术， 借助s o l i d w o r k sa p i 强大的二次开发功能，开发完成了波状挡边带式输送机三维设 计系统。设计所使用数据资料建立了相应的数据库，并采用a d o 数据库访问技术进 行数据的浏览、读取和管理，以保证数据操作的快速、正确。同时还将设计中的原 始参数、计算过程参数、计算结果及零部件的选型结果输出到用户界面上，以供用 户查看。 本课题研究及所开发的软件实现了波状挡边带式输送机的三维设计，并且为后 续的工程图生成、工程分析奠定了基础，加快了设计进度，提高了设计质量和效率。 关键词：波状挡边带；输送机；三维设计 a b s t r a c t b e l tc o n v e y o ro fc o r r u g a t e ds i d e w a l lh a sm a n yc h a r a c t e r i s t i c s ，s u c ha s s i m p l es t r u c t u r e ，r e l i a b l eo p e r a t i o n ，a n dc o n v e n i e n tr e p a i re t c a sw e l la st h e f e a t u r e so fl a r g ei n c l i n e da n g l et r a n s m i s s i o n ，c o m p a c tc o n s t r u c t i o n ，s m a l l o c c u p a t i o no fl a n de t c t h e r e f o r e ，i ti st h eb e s tm a c h i n ef o rl a r g ei n c l i n e d a n g l e dt r a n s m i s s i o n m o r e o v e r ，b e l tc o n v e y o ro fc o r r u g a t e ds i d e w a l li ss u c h ap r o d u c tt h a th a sar e l a t i v e l yf i r ms t r u c t u r ea n di nw h i c hs e r i e s p a r t s ， u n i v e r s a lp a r t sa n ds i m i l a rp a r t st a k em u c hp r o p o r t i o n f o rt h e s er e a s o n s ，w e c a nb u i l tas e to ft h r e e - d i m e n s i o n a lm o d e lo fc o m p o n e n tp a r t sa n du s et h e p e r f e c tp a r a m e t r i cd e s i g nf u n c t i o no fs o l i d w o r k st h r e e - d i m e n s i o nd e s i g n s o f t w a r et of i n i s ht h es e r i e sd e s i g no fa l lf o r m so fi t ss e r i e sp a r t s ，u n i v e r s a l p a n s s i m i l a rp i e c e so ft h em a i np a r a m e t e r so ft h ec o n t r o lo ft h ec o m p l e t i o n o fs i m i l a rd e s i g n ，t h er a p i df o r m a t i o no fa l a r g en u m b e ro fm o d u l a rd e s i g n t h i sr e s e a r c hb yc o m p r e h e n s i v e l yu s i n gf e a t u r et e c h n o l o g y ，m o d u l a r t e c h n o l o g y ，d a t a b a s et e c h n o l o g y ，r e s e a r c h i n ga n de x p l o r i n gt h et h r e e - d i m e n s i o n s y s t e mo fb e l tc o n v e y o ro fc o r r u g a t e ds i d e w a l l a c c o r d i n gt ot h e s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i ca n dw o r k i n gp r i n c i p l ea n do nt h eb a s i so ft h ee x i s t i n g p r a c t i c e sa n dt h e o r e t i c a l - c a l c u l a t e df o r m u l a s ，d i a g r a m sa n dd e s i g nm a n u a l s ， w ee x p l o i t e dt h ed e s i g ns e l e c t i o ns y s t e mo fb e l tc o n v e y o ro fc o r r u g a t e d s i d e w a l l t h i s t e c h n i q u e u s e st h r e e - d i m e n s i o nc a dd e s i g ns o f t w a r e s o l i d w o r k sa si t s d e v e l o p m e n tp l a t f o r m a p p l i e sv i s u a l c + + p r o g r a m m i n g t e c h n o l o g ya n da c c e s sd a t a b a s em a n a g e m e n tt e c h n o l o g yc o m p r e h e n s i v e l y a n dw i t ht h eh e l po fs o l i d w o r k sa p ip o w e r f u ls e c o n dd e v e l o p i n gf u n c t i o nt o e x p l o i tt h et h r e e d i m e n s i o nd e s i g ns y s t e mo f t h eb e l tc o n v e y o ro fc o r r u g a t e d s i d e w a l l t h ea d ot e c h n o l o g yo fa c c e s s i n gt ot h ed a t a b a s ec a l le s t a b l i s ht h e d a t a b a s e ，r e a dt h ed a t e ，s c a nt h ed a t a a tt h es a m et i m e ，o r i g i n a lp a r a m e t e r s ， p r o c e d u r ep a r a m e t e r ，r e s u l t sa n dl e c t o t y p er e s u l t so ft h ep a n ss h o w e do nt h e p r o g r a mi n t e r f a c em a k e i tc o n v e n i e n tf o ru s e r st oc h e c k t h i st o p i cr e s e a r c ha n dd e v e l o p st h es o f t w a r er e a l i z e dt h et h r e e d i m e n s i o n a ld e s i g no fb e l tc o n v e y o ro fc o r r u g a t e ds i d e w a l l ，a n df o rt h ef o l l o w i n g e n g i n e e r i n gp l a tp r o d u c t i o n ，t h ep r o j e c ta n a l y s i sh a sl a i dt h ef o u n d a t i o n ，s p e d u pt h ed e s i g np r o g r e s s ，i m p r o v e dt h ed e s i g nq u a l i t ya n dt h ee f f i c i e n c y k e yw o r d s ：s i d e w a l lb e l t ；c o n v e y o r ；t h r e e d i m e n s i o nd e s i g n 声明尸明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 作者签名：刍压! 丑 日期： 丝三2 ：至：至 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原科技大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件、复印 件与电子版；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存 学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交 流为目的，复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 作者签名：匀良明日期： 工，7 矿- 歹 导师签名：三如左函日期：丝：= 2 ：! ：三 第一章绪论 第一章绪论 1 1 波状挡边带式输送机国内外发展殛应用【1 】圆 111 渡状挡边带式输送机发展概况 普通带式输送机由于受到物料与输送带摩擦系数的限制，其输送物料的倾角不 能过大，一般最大倾角只能达到1 8 2 0 。提高输送机倾角的方法有采用深槽型托 辊组的深槽角带式输送机、强制输送带卷成圆管状的圆管带式输送机、利用覆盖带 压紧承载带的压带式输送机以及采用花纹输送带，这些输送机在一定程度上可以增 大输送倾角，有的可垂直提升，但由于结构复杂( 如压带式输送机) 或成形有一定难 度( 如圆管带式输送机) ，其使用受到一定限制。而波状挡边带式输送机( 见图11 ) 既易于大倾角输送或垂直提升，又易于布置是实现大倾角输送物料的理想设备。 圆1 l 波收挡边带式输送机 f i g1 1s i d e w a l l 锄丑e b e l tc o n v e y o r s 2 0 世纪6 0 年代德国的s v e d a l af l e x o w e l l 公司就开始研制波状挡边带式输送 机，其注册名称为f l w x w e l l 。同时该公司与汉诺威大学台作，建立了波状挡边带式 输送机的试验台使之得到不断地完善和发展。2 0 世纪8 0 年代末开始普及井向大 型化方向发展，其产品已有5 5 0 0 0 余台分布于9 0 多个国家和地区，应用于煤炭、 冶金、建材、化工、水电、矿山和港口等部门。它的技术专利已被英国d o w t y 公司、 波状挡边带式输送机三维设计系统研究 日本b a n d o 等购买并获准生产，现己形成遍布全球的挡边带式输送机系列产品制造 销售网。 当“f l w x w e l l 的波状挡边带式输送机输送能力在2 0 0 0 t h 以下和带速在 5 o m s 以下时，提升高度可达5 0 0 m 。当提升高度为5 0 m 时，输送能力可达1 0 0 0 0 t h 。 当提升高度2 0 0 m 、带宽2 4 0 0 m m 、带速3 7 5 m s 、挡边高6 3 0 m m 时，输送能力为6 0 0 0 t h ， 输送物料块度可达4 0 0 m m ，可用于露天矿大倾角运输，也可以用于5 0 0 m 的竖井提升。 1 9 6 9 年此技术被引进美国和加拿大，但当时在北美洲由于土地不那么昂贵，因 此并没有引起重视而得到推广。直到1 9 8 9 年世界最大的输送带生产厂美国胶 带服务公司创建了挡边输送带部，才使波状挡边带式输送机在北美洲得到发展。 美国的l a k es h o n em i n g 公司、英国的d o w r y 、m e c o 、n a m e c 、法国的b a n d a b o r 等公司均生产这种大倾角带式输送机。 波状挡边带式输送机技术在连续卸船机上的应用迅速发展，芬兰k o n e 公司、 德国k o c h 公司、瑞士b u h l e r 公司生产的连续卸船机均成功应用了其提升与输送技 术，特别是日本的日立公司、石川岛公司及三菱公司等生产的散粮连续卸船机，其 垂直提升和水平输送采用同一条输送带完成，更体现了波状挡边带式输送机技术的 巨大优势。 国内第一台波状挡边带式输送机由北京水运科学研究所在1 9 8 3 年研制成功。 两年后又研制成一台b = 8 0 0 唧的波状挡边带式输送机，用于湛江港散粮码头垂直 提升小麦，该机于1 9 8 5 年底通过部级技术评审。青岛起重运输设备厂是国内较早 制造波状挡边带式输送机的厂家。该厂制造的样机用于青岛市粮食局输送小麦，在 1 9 8 5 年通过专家评议。之后，为了满足上海吴径化工厂储煤车间与美国进口设备配 套的急需，又研制了d d j - 5 0 - s 型波状挡边带式输送机，于1 9 8 8 年通过技术鉴定， 该厂至今共生产了上千台波状挡边带式输送机，最大带宽为1 2 0 0 m m ，最大提升高度 为3 8 m ，最大输送量为1 8 0 m 3 h ，最长为1 3 2 m 。 江阴市特种运输机械设计研究所( 原江阴港口机械厂) 从1 9 8 7 年开始研制，1 9 8 8 年制出样机，该机由机械部第四设计研究院设计，同年1 0 月通过技术鉴定。该所 已生产了6 0 0 多台设备，最大带宽为1 4 0 0m m ，最大提升高度为4 0 m 。北京起重运 输机械研究所在收集了大量的国内外资料并经过市场调查后，于1 9 8 9 年5 月设计 的由焦作运输设备制造厂试制的样机，安装在焦作市九里山水泥厂的煤仓上料系 统，同年1 2 月通过技术鉴定。江苏运输机械厂在1 9 9 0 年制成一台b = 6 5 0 m m ，v = l m s 、 挡边高1 2 0 m m 的样机( 由机械部第四设计研究院设计) 。 2 第一章绪论 自9 0 年代起，国内已有许多运输机械厂家生产波状挡边带式输送机，规格从 小到大，有固定式和移动式，倾角3 0 。9 0 。选用垂直提升机型的逐渐增多，使 用的范围也越来越广。为了使波状挡边带式输送机标准化，满足散料输送行业发展 的需要，北京起重运输机械研究所制订了波状挡边带式输送机的机械行业标准，该 标准于1 9 9 8 年1 2 月在青岛通过部审，该标准参照了德国s c h l t z 公司、英国s r s 公司和美国胶带服务公司等的标准，同时采用了通用带式输送机的零部件，因而它 具有先进性和通用性。 目前，虽然生产波状挡边带式输送机的厂家很多，但生产量大的仍然是上述的 青岛起重运输设备厂和江阴市特种运输机械设计研究所。 1 1 2 波状挡边带式输送机的应用 ( 1 ) 在竖井中的应用 自1 9 7 9 年以来，挡边带式输送机逐步在地下采矿工程和地下建筑工程的竖井 中投入使用，与传统的箕斗、罐笼等矿井提升机械相比，具有成本低、竖井开拓费 用低、效率高等优点。在美国芝加哥一期市政工程的隧道工程竖井中，挡边带式输 送机以2 3 m s 的速度将物料从井底提升到地面，其输送量为9 9 8 t h ，提升高度为 8 0 m 。1 9 8 9 年美国芝加哥市二期市政工程的隧道工程竖井中采用的挡边带式输送机， 其输送量高达1 2 0 0 t h ，是世界上竖井提升中使用的输送量最大的挡边带式输送机。 1 9 9 2 年6 月，1 台世界上提升高度最大的挡边带式输送机在巴布亚新几内亚的地下 金矿的竖井中投入了使用。其提升高度达2 0 3 m ，输送量为3 5 0 t h ，带宽为1 6 0 0 m m ， 带速为2 m s ，挡边高为3 0 0 m m 。投产后效果明显，生产成本下降了1 5 。美国l a k e s h o r em i n g 公司和德国s v e d a l af l e x o w e l l 公司正在合作为2 个矿山设计竖井用挡 边带式输送机，一台用于4 0 0 m 深的竖井中，其输送量为1 3 6 0 t h ：另一台用于2 4 3 m 深的竖井中，输送量为2 7 2 0 t h 。据资料介绍，目前在竖井中使用的挡边带式输送 机的最大输送量和最大提升高度分别可达4 0 0 0 t h 和5 0 0 m 。 ( 2 ) 在白卸船上的应用 自1 9 8 2 年以来，挡边带式输送机开始用在自卸船上。作为自卸船自卸系统的 提升设备，与链斗式提升机、倾斜带式输送机及压带式输送机等提升设备相比，具 有占用空间小、效率高、投资费用低等优点，因此在世界许多国家的沿海和内河航 运中广泛采用，并且正在向高效、大吨位方向发展。加拿大船舶公司的“c s l 革新 者号 散货船1 9 8 6 年被改装成自卸船，其自卸系统的提升设备采用了垂直提升挡 波状挡边带式输送机三维设计系统研究 边带式输送机，卸料能力高达4 5 0 0 t h ，即每天的卸料量达1 0 万t 。该挡边带式输 送机带宽为2 0 0 0 m m ，挡边高为5 0 0 r a m ，提升高度为3 1 m ，带速为3 m s 。 1 9 9 1 年，日本三菱造船厂为英国钢铁公司建造的2 艘远洋自卸船投入使用，它 是目前世界上最大的自卸船。这2 艘自卸船均采用垂直挡边带式输送机作为其自卸 系统的提升设备。该挡边带式输送机最大输送量高达6 0 0 0 t h ，远远超过了世界上 其他传统卸料系统的卸料率。它的带宽为2 4 0 0 m m ，挡边高为6 3 0 m m ，带速为3 7 5 m s 。 ( 3 ) 在连续卸船机上的应用 世界上第1 台挡边带式卸船机由瑞士b u h l e r 公司研制并于1 9 8 2 年4 月开始在 西班牙塔拉格纳港投入运转，用于卸煤炭、散粮和磷酸盐。其卸煤能力为8 5 0 t h ， 卸粮能力为1 0 0 0 t h ，带宽为1 2 5 0 m m ，挡边高为2 0 0 m m ，带速为3 m s ，提升高度为 4 0 m 。 1 9 8 3 年，由芬兰k o n e 公司研制的第1 台挡边带式卸船机安装在丹麦奥本罗的 煤炭中转码头并投入运转，其卸煤能力1 5 0 0 t h ，带宽1 4 0 0 m m ，挡边高4 0 0 m m ，带 速3 3 m s 。德国p w h 公司曾为荷兰研制了1 台卸铁矿石和煤的挡边带式卸船机，卸 货能力为3 0 0 0 t h ，是目前世界上卸货能力最大的挡边带式卸船机。此外，德国 s v e d a l af l e x o w e l l 公司正在研制卸货能力为4 0 0 0 t h 的挡边带式卸船机。 波形挡边带是卸船机的主要工作构件，它具有良好的弯折性能和一定的轴向扭 转特性。而且同链斗式提升机和输送带斗提升机相比，波形挡边带的自重轻，工作 速度可高达2 3 5 m s ，而链斗式提升机工作速度一般在) 1 4 m s 左右。 华能福州电厂煤码头引进了日本三菱公司制造的机械式连续卸船机，其垂直提 升设备采用了带宽为2 0 0 0 m m ，挡边高为4 0 0 m m ，最大输送量为1 5 0 0 t h 的挡边带式 输送机。青岛港务局前湾港矿石码头的机械式连续卸船机是由国内自行研制的，其 垂直提升设备采用了挡边带式输送机，但输送带是由美国提供的。该机带宽为 1 6 0 0 m m ，挡边高为4 0 0 m m ，最大输送量为1 6 0 0 t h 。自1 9 9 4 年泊位建成投产后，到 1 9 9 7 年底累计接卸矿石约1 8 0 万t 。在维修时发现波状挡边带基带表面橡胶己基本 磨光，局部带芯裸露并损坏；带边磨损脱层；基带拉伸残余变形大，运行时跑偏严 重，己到了必须更换新带的程度。后由青岛华夏胶带公司成功地进行了国产化。 综上所述，波状挡边带式输送机与目前国内已研制的其它输送机相比，它的应 用范围更广泛，尤其在用地紧张、老厂改造、物料提升高度较高的工程项目中更能 体现出优越性。 4 第一章绪论 1 2 波状挡边带式输送机的设计概况 传统的设计是充分发挥设计者的思维和想象能力，由手工计算写出设计文档、 用绘图仪器画出设计图纸，从而形成设计资料。不论是复杂的计算，还是精心的绘 图都必须由设计者亲自来完成。因而设计者的水平决定了设计的水平，这种模式除 了众所周知的设计周期长、设计效率低和设计准确度低等缺点外，从现代观点来看， 造成设计人才资源的严重浪费和设计方案缺乏竞争性。全面采用c a d ( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n 简称c a d ) 技术必然会大大减少手工绘图的时间、提高绘图效率、提 高分析计算速度、缩短设训周期、解决复杂计算问题、便于修改设计，从而促进设 计工作的规范化、系列化和标准化。 1 2 1c a d 技术发展概况 c a d 是指工程技术人员以计算机为工具，用各自的专业知识，对产品进行总体 设计、绘图、分析和编写技术文档等活动的总称。它将计算机高速而精确的计算能 力、大容量存储和数据处理能力与设计者的综合分析和逻辑判断能力以及创造性思 维结合起来，从而大大加快设计进程，缩短设计周期，提高设计质量，为无图纸生 产提供了前提和基础【3 1 。 如今，c a d 技术己广泛应用于航空航天、电子、机械、建筑、轻纺、化工、交 通、影视、教育等各个领域，并取得了明显的经济效益和社会效益。据资料统计， 采用c a d 技术后，大规模集成电路的设计效率平均提高了1 8 倍，机械产品的设计 效率平均提高了5 倍，建筑设计的效率平均提高5 倍，编辑出版的效率平均提高4 4 倍。众多行业的实践经验表明，采用c a d 技术可以显著地缩短设计周期，提高设计 质量和劳动生产率，是加速产品更新换代的有效手段，是改造传统生产过程的必由 之路，也是衡量一个国家工业水平的重要标志。 1 ) 国外c a d 技术发展 c a d 技术起步于上世纪五六十年代。随着计算机软硬件技术的发展和需求的不 断提高，c a d 开始迅速发展。从简单的只二维线框绘图技术，到自由曲面造型、实 体造型技术，再到参数化、变量化技术，c a d 的核心技术也不断地更新换代【4 】。 c a d 技术发展初期，c a d 仅仅指计算机辅助绘图，人们希望借此来摆脱烦琐的、 低效率的传统手工绘图。而当时使用的二维线框造型系统只能通过二维三视图来表 达零件的几何信息，不能有效表达出几何数据间的拓扑关系，缺乏形体的表面信息， 使c a m 及c a e 均无法实现。 波状挡边带式输送机三维设计系统研究 到了上世纪7 0 年代，为了解决飞机和汽车工业中遇到的越来越多的自由曲面 问题，法国达索公司的开发者们推出了三维曲面造型系统c a t i a ，它拥有以表面模 型为特点的自由曲面建模方法，把c a d 从单纯的三视图模式中解放出来，实现了以 计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也为c a m 技术的开发提供了现实基础。 自由曲面技术给c a d 技术带来了第一次技术革命。 第二次技术革命是实体造型技术。由于自由曲面模型只能表达形体的表面信 息，难以准确表达出零件的质量、重心、惯性矩等信息，不利于c a e 的开发。1 9 7 9 年s d r c 公司发布了几乎实体造型技术的大型c a d c a e 软件i - d e a s ，推出了实体造 型技术，这有助于统一c a d 、c a m 、c a e 的模型表达。它指出了c a d 技术的发展方向。 上世纪8 0 年代中期p t c 公司的p r o e 参数化软件带来了比无约束自由造型更 好的参数化实体造型方法，它基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计 修改。这引发了c a d 技术的第三次技术革命。参数化技术使得产品建模更加快捷， 准确，很快便获得了巨大的成功。 但是，参数化技术的“全尺寸约束”的硬性规定干扰和制约着设计者创造力及 想象力的发挥。s d r c 公司开发人员发现这点后，便以参数化技术为蓝本，提出了变 量化技术，解决了欠约束情况下方程联立求解的数学处理和软件的实现，推出了全 新体系结构的i - d e a sm a s t e rs e r i e s 软件。变量化技术既保持了参数化技术的优 点，又克服了它的不足，为c a d 技术的发展提供了更大的空间。它驱动了c a d 发展 的第四次技术革命。 2 ) c a d 技术在我国的应用 我国的c a d 技术起步较晚，因此c a d 技术的应用还很不成熟，国产c a d 软件与 国外同类产品相比还存在较大的差距。我国的c a d 技术应用情况可概述如下【5 l j ： ( 1 ) 在边远地区的企业，特别是中小企业，c a d 还是一片空白； ( 2 ) 部分企业在1 9 9 0 年前后，投资数十万甚至数百万元上三维c a d 系统，取 得的效果微乎其微，为c a d 的应用推广带来负面影响； ( 3 ) 对于众多的企业、设计院、个人在使用汉化的a u t o c a d 各种版本软件，且 不同程度地做了一些定制开发工作，尤其是大企业，设计院制定了自己的设计标准， 开发仅限于做一些急需的但很不专业的功能，使设计人员能用a u t o c a d 软件开展工 作。这类企业己基本上“甩掉”了图板，相对于图板绘图讲，绘图速度有了一些提 高，编辑、修改方便了许多，可结果是：图板甩掉了，效率提高却不多，和用户的 硬件投资相比很不相称； 6 第一章绪论 ( 4 ) 部分企业、设计院购买了a u z o c a d 上二次增值开发的软件，少数企业使用 了自主版权软件，对于单张图纸的绘制来讲，在绘图、标注、成图方面更加方便、 快捷，初步达到了甩掉图板，提高效率的目的；一些有技术实力的企业和设计院， 如：航空、航天、汽车等，三维c a d 技术应用较好，取得了很好的效果，但二维c a d 仍然是主流技术。一些企业在盲目地上了三维c a d ，结果成了“展示”企业形象的 工具，在用于解决企业生产技术问题方面却成了“摆设”。 国外的c a d 产品在我国占有绝对的优势，因此，如何加快国内c a d 技术的发展， 以及在引进国外c a d 产品的同时，开发出符合我国企业需要的产品便显得由为重要。 1 2 2 波状挡边带式输送机三维c a d 设计软件的研究现状 随着计算机硬件、软件系统得不断发展和完善，输送机三维c a d 设计软件的 研发在国内外也取得了迅猛发展，但是专门用于设计波状挡边带式输送机的三维 c a d 软件现在研究的还比较少，参考文献也不是很多。 在国外，通过c a d 在带式输送机方面的应用，利用参数化设计和绘图提高效 率，开发了很多输送机三维c a d 设计软件，其中之一就是h e l i xd e l t a tb e l t c o n v e y o rd e s i g np r o g r a m 5 1 ，其不仅能够根据客户需要设计出准确的、符合成本效 益的带式输送机，包括自动选择输送带、张紧装置和功率计算，而且可以从设备选 型数据库中选择输送带，托辊，滑轮与轴，齿轮箱，电机，液力偶合器，制动器等， 创建一个输送机三维模型。 在国内，许多科研院所及高校也在输送机c a d 方面做了很多工作，其中典型 的有带式输送机设计和选型专家系统，该系统建立了一个知识库和推理机为核心的 带式输送机选型专家系统，用来模拟优秀设计师的逻辑思维行为，以便快速地对复 杂问题作出高水平的解答。不仅可以将参数输入、设计计算、部件选型集合在一起， 而且增加了一个评价修改模块，提高了整个系统的设计灵活性，设计人员可以通过 评价修改模块直接对输出结果进行评价修改，从而提高了设计效率，缩短了设计周 期，并很好地应用了原有的设计经验与规则，提高了产品设计质量且能快速生成产 品投标报价表【6 7 1 。吉林大学的王洪军开发的通用带式输送机的计算机辅助设计系 统，可以完成d ti i 带式输送机的理论计算、选型及总装配图的绘制工作【8 】。安徽理 工大学的邓春晓设计的d t i i 型带式输送机计算机辅助设计系统是一款针对实际应 用对象开发的d t i i 型带式输送机c a d 软件，能完成设计计算、选型及部分零部件 图纸等功能【9 】。 7 波状挡边带式输送机三维设计系统研究 通过与先进国家对比可以看出，在国外，设计中大量的工作都可由计算机来完 成，不仅可以实现设计计算、选型、参数化绘图等功能，还可以实现输送机的动态 仿真，而我国在输送机c a d 技术方面的差距还很大，尽管在输送机的计算选型方 面，国内一些企业已经做的比较完善了，但在三维参数化绘图方面的研究还处于初 级阶段，尤其在波状挡边带式输送机设计选型及参数化绘图方面的研究相对更少。 1 3c a d 技术发展趋势 1 3 1 与知识工程的融合智能化【1 0 l 机械设计是一种复杂的、富于创造性的活动，需要大量的专门知识、丰富的实 践经验及问题求解技巧，需要推理和判断决策。传统的c a d 系统缺乏综合和选择能 力，工作效率不高，应用面窄，对用户要求高。 随着人工智能技术的发展，将人工智能的思想、方法和技术引入到传统的c a d 系统，模拟人脑推理分析，提出设计方案和策略。以知识和知识工程为基础的专家 系统的出现推动了c a d 系统的智能化，如图1 2 所示。基于知识的设计仓库能及时 准确地向设计人员提供产品开发所需的信息与帮助，解决产品设计中对知识的需求 问题。 1 人机接口 l 工工： 。l 知识获解释推理 取模块模块机制 ：t 工工 、 r 知识库数据库 图1 2 专家系统结构 f i g1 2e x p e r ts y s t e ms t r u c t u r e 同时利用动态导航技术实现c a d 系统操作的人性化、智能化，如自动对图形进 行捕捉、提示，自动标注尺寸关系，自动检查图形的过约束和欠约束，使用户有更 多的精力和时间投入到创造性的工作中。 8 第一章绪论 1 3 2c a d 发展的必然趋势从2 d 升级到3 d 1 2 d 软件和3 d 软件各自的优点： 2 d 软件和3 d 软件的应用都已经比较广泛，虽然各自有一些弱点，但是它们各 自的优势却是非常显著的，这也正是它们各自的市场价值之所在。充分了解二者的 优势，是规划二者应用实施的先决条件。 2 d 软件的优势： a 、使用多年，应用较为熟练； b 、2 d 标准比较完善，作为工程设计、施工的主要介质，其在行业的垄断地位 短期内无法改变； c 、修改灵活。 3 d 软件的优势： a 、表达直观( 所见即所得) ，将有效提高设计质量； b 、可有效集成设计知识，包括规则性知识和过程性知识，促进知识重用，减 轻设计工作量，为自动设计打下基础； c 、模型关联，有效保证数据的统一性和准确性； d 、参数化设计的主题：关系和大小。先确定各个零件的装配关系，之后再驱 动它们到要求的大小。这实际上是工程师设计过程的抽象和整理，其基础是设 计中的思考过程； e 、可以进一步进行应力应变分析、制件质量属性分析、空间运动分析、装配 干涉分析、n c 控制可j n - r 性分析、高正确率的二维工程图生成等。 2 采用三维软件辅助设计是必然的发展趋势 在传统的二维设计中，零件的表达和它的有关设计参数无法完全放在一起，当 然也没有直接的关系，这些技术资料的保存和更新都十分麻烦。在2 d 环境中，在 整个产品生命周期中需要不断修改和重新解释工程图，所有设计都要经历多个重复 过程，虽然二维图形在a u t o c a d 中有较方便的修改方法，但是由于是对表达“图 线”的修改而不是对设计“概念”的修改，仍然是相当麻烦，相当不可靠的。原因 是因为在使用2 dc a d 软件的过程中，你完全没有准备在二维构造过程中表达充分 的原始设计数据，也没有对设计数据进行关联和使用，进而使设计构思的“数字 化”。 在3 d 设计环境中，设计人员可以自动创建可用于生产的详细工程图，从而免 去y g , j 建、操作和维护工程图视图等非常耗时的工作。设计人员可以从多个角度展 9 波状挡边带式输送机三维设计系统研究 示他们的设计，而且，只需几次鼠标单击操作，就可以放大特定零部件的细节。三 维设计软件不但能将设计规则、设计标准等规则性知识集成在软件中，而且能将设 计人员的设计过程有效纪录下来，完成设计过程知识的积累。后期设计人员在使用 三维软件时，既能高效率地保证设计方案满足设计规则、设计标准的要求，又能使 用早期积累的过程知识自动完成设计方案的构建。 因为设计员在开始设计零件时，脑子里首先反映的是有形状、尺寸、位置、相 关零件、制造工艺等概念的三维实体，甚至是带有相当复杂的运动关系的三维实体。 所以直接以三维概念开始设计，在现有的3 dc a d 软件的支持下，三维模型有可能 表达出设计构思的全部几何参数，整个设计过程可以完全在三维模型上进行，设计 的全部流程都能使用统一的数据。这样就有可能比较容易地建立充分而完整的设计 数据库，并以此为基础，进一步进行应力应变分析、制件质量属性分析、空间运动 分析、装配干涉分析、n c 控制可加工性分析、高正确率的二维工程图生成、外观色 彩和造型效果评价、商业广告造型与动画生成等一系列的需求都能充分满足。 1 4 研究的主要内容和方法 1 4 1 研究的内容： 本课题以w i n d o w s x p 为操作系统，以通用三维软件s o l i d w o r k s 为c a d 平台， 通过s o l i d w o r k s 提供的a p i 二次开发接口，结合v i s u a lc + + 面向对象的编程技术 及a c c e s s 2 0 0 3 的数据库技术，对s o li d w o r k s 进行二次开发，开发出波状挡边带式 输送机三维设计系统。 本课题的主要研究内容有： 1 ) 给定波状挡边带式输送机线路布置、物料、粒度、输送能力等性能参数， 运用已有的设计实践和理论计算而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计 的依据，自动进行设计计算，完成波状挡边带式输送机三维设计。 2 ) 根据模块化设计理论，运用s o l i d w o r k s 设计软件建立波状挡边带式输送 机的各机械零部件的标准件的三维模型库。在s o l i d w o r k s 系统中通过系列零件设 计表或配置功能来实现参数化设计。在这种方式下，通过建立数据库，使用表格形 式编辑设计变量。 3 ) 使用v i s u a lc + + 编程软件设计一个图文并茂的人机交互界面，根据波状 挡边带式输送机不同的布置型式，通过选取三维模型库中的机械零部件，将零件自 动地装配在装配体上，完成三维制图。 1 0 第章绪论 1 。4 。2 采用的方法： 1 ) 通过v i s u a lc + + 对s o l i d w o r k s 的二次开发，应用特征技术、参数化技术， 实现参数化绘图。 2 ) 使用v i s u a lc + + 编程软件实现对零部件的选型与装配。用a c c e s s 完成对 数据的管理和处理，采用a d o 数据库访问技术进行数据的操作。 第二章波状挡边带式输送机设计 第二章波状挡边带式输送机设计 2 1 波状挡边带式输送机组成 波状挡边带式输送机主要由波状挡边输送带、驱动装置、传动滚筒、承载托辊 组、改向装置、拉紧装置、机架等组成( 如图2 1 ) 。线路布置型式有i 型、l 型、倒 l 型、z 型等；波状挡边输送带是输送机的关键部件，由基带、波状挡边和横隔板组 成，波状挡边有w 形、u 形、s 形；隔板形式有t 形、c 形、t c 形等，其结构如图2 2 所示。 l 、渡状挡边输送带 2 、驱动装置 3 传动滚筒 4 改向滚筒 5 、压带乾 6 、托辊 图2 1 波状挡边带式输送机组成 f i g2 1c o m p o s i t i o no fs i d e w a l la n g l eb e l tc o n v e y o r s 1 、波状挡边输送带 图2 2 挡边输送带 f i g2 2s i d e w a l la n g l eb e l t 在运输机中起曳引和承载作用，挡边、横隔板和基带形成了输送物料的“匣 形容器，从而实现大倾角输送。 2 、驱动装置 是输送机中的动力部分，系由( i ) 电动滚动( 带逆止器) ，( i i ) y 系列电动 机，行星轮减速器、逆止器组成。 3 、传动滚筒 是动力传递的主要部件，输送带借其与传动滚筒之间的磨擦力而运行。本系列 传动滚筒有胶面和光面之分，胶面滚筒是为了增加滚筒和输送带之间的附着力。 4 、改向滚筒 用于改变输送带的运行方向。 波状挡边带式输送机三维设计系统研究 5 、改向压带轮 用于改变输送带的运行方向，改向压带轮作用于输送带上表面( 带挡边一面) 。 6 、托辊 托辊用于支承输送带和带上的物料，使其稳定运行。本系列有上平型托辊，下 平型托辊两种形式。 2 2 波状挡边带式输送机设计计算n 1 、原始数据及工作条件 挡边带式输送机的计算，应具有下列原始数据： ( 1 ) 物料的名称和输送量 ( 2 ) 物料的性质 a 粒度大小，最大粒度和粒度组成情况； b 堆积密度； c 动堆积角； d 温度、湿度、粘度、磨琢性等。 ( 3 ) 工作环境：露天、室内、干燥、潮湿和灰尘多少等。 ( 4 ) 输送机布置形式和尺寸。 2 、参数选择 ( 1 ) 根据所需输送能力q ，( m 3 h ) 和倾角卢，根据带速为l m s 时各种参数下 的输送能力，初步选择带宽b 、挡边高度从隔板间距f 。 ( 2 ) 用已选定的参数，根据不同带宽、挡边高、倾角的许用最大粒度口一和 最大带速，麟的数据表，查找在此情况下允许的最大物料粒度口一和最 大带速v 一。给出的物料粒度口应小于口一，选定的v 应小于v 一。 ( 3 ) 如果所选择的参数没满足要求，再重新下选取带宽b 、挡边高度见或 调整隔板间距，直到满足为止。 3 、功率和张力计算 ( 1 ) 传动滚筒上所需的圆周力e ， f u = c f n + f s r ( ) ( 2 1 ) 式中斥主要阻力，n ， 卢 9 0 。时= f g ( h 2 + r ) 17 2 g l + 9 2 + ( 2 9 占+ q ) l h 2 + r ) 17 2 】 ( 2 2 ) p = 9 0 。时，_ = f g l ( q l + q 2 + 2 q 占+ 口) ( 2 3 ) 1 4 第二章波状挡边带式输送机设计 c 附加阻力系数； 三挡边机水平投影长度，m ； 日挡边机提升高度，m ； 厂模拟摩擦系数，一般厂= 0 0 3 ； g 重力加速度，g = 9 8 1 m s 2 ； g 。上托辊转动部分质量，k g m ，一般取上托辊间距为1 m ； 9 2 下托辊转动部分质量，k g m ，一般取上托辊间距为1 2 m ； 9 8 挡边带每米质量，k g m ： q 占= q o + 2 q s + b ，q7 t s g o 基带每米质量，k g m ： g s 挡边每米质量，k g m ： b ，有效带宽，i 1 1 ； f 。隔板间距，m ； g r 隔板每米质量，k g m ； g 每米物料质量，k g m ； q = q 3 6 v q 输送能力，t h ； ，带速，m s ； 岛提升阻力，n ； f 汀= g q h ( 2 ) 电机功率p p = 冗v 1 0 0 0 q ( k w ) 式中 叩传动效率，7 7 = o 7 5 0 9 。 ( 3 ) 输送带张力计算 输送带最大张力为： s 。= s o + 乃+ g q b h 式中 瓯最小初拉力； s o 5 ( q 占+ q ) l g ( n