带式输送机的设计计算.doc

第3章 带式输送机的设计计算设计胶带输送机时，要知道输送机的工作条件（如使用地点、运距、倾角及被运货载的性质，如散集容重、快度等），以及装载和卸载方式等，根据工作条件的要求合理地确定输送机的传动系统和结构方案。第3.1节 原始数据（1） 输送机长度：1000m（2） 带速：v=2.5m/s（3） 选择带宽B=1.2m的GX2000型钢丝绳芯胶带3.2输送机输送量的计算取v表示胶带运动速度（m/s），q表示单位长度胶带内货载的重量（kg/m）,则胶带输送机的输送能力为 (3-1)单位长度的载荷q值决定于被运货载的断面积F（m2）及其容重（t/m3），对于连续货流的胶带输送机单位长度重量为 (3-2)将式（3-2）代入（3-1）式，则得 （3-3）货载断面积F的大小主要取决于胶带的宽度。如图31所示为槽形胶带上货载的断面。图31 槽形胶带上货载断面 货载断面由梯形断面F1和圆弧面积F2组成。在胶带宽度B上，货载的总宽度为0.8B，中间托辊长为0.4B，货载在带面上的堆积角为，并堆积成一个圆弧面，其半径为r，中心角为2。则梯形面积为圆弧面积为总面积为 即 (3-4)式中 货载的堆积角，（弧度）； 将式（3-4）代入（3-3），化简后，可得胶带输送机的输送能力式中 B胶带的宽度（m）； 输送量（t/h）； 带速（m/s）; 货载散集容重(t/m3)； 货载断面系数，K值与货载的堆积角值有关， C输送机倾角系数。查文献1带宽B=1.2m的GX2000型钢丝绳芯胶带的单位长度重量qd=35kg/m，胶带厚度为17mm，由表3-19查得K=458。又按=0查表3-20得C=1；查表3-18选取=0.9 将以上数据代入公式得 取又 则 其中q单位长度胶带上载货重量（kg/m）胶带运行速度（m/s）3.3胶带运行阻力的计算lgL1234Wzhlg图32胶带输送机运行阻力计算示意图。图32为胶带输送机运行阻力的计算示意图。图中未标明输送机的倾角，它可以是水平的，也可以是倾斜的。图中3-4段为运送货载段，胶带在这一段托辊上所遇到的阻力，为重段运行阻力，用Wzh表示，1-2段为回空段，胶带在这一段的阻力位空段运行阻力，用Wk表示。在一般情况下，重段和空段的运行阻力可以分别表示如下：3.3.1重段运行阻力的计算重段的阻力Wzh为 (3-7)式中 输送机的倾角，这里取=0； 输送机长度； 、分别为槽形、平行托辊阻力系数,查表3-25得=0.03，=0.025； q每米长的胶带上的货载重量（kg/m）,由以上求得 q=161.1 kg/m; 每米长的胶带自重（kg/m），查文献1取=35kg/m;、分别为折算到每米长度上的上、下托辊转动部分的重量（kg/m），其中 、分别为到每组上、下托辊转动部分的重量（kg）查表3-26得=25kg， =25kg;上托辊间距（m）,一般取=11.5m,这里取=1.5m,下托辊间距（m）,一般=23m，这里取=3m.把以上数据代入（3-7）式得重段运行阻力3.3.2空段运行阻力的计算 计算公式： 式中 每米长的胶带自重(kg/m),这里=35kg/m 折算到每米长度上的下托辊转动部分的重量(kg/m);其中 胶带在下托辊上运行阻力系数，查表3-25选取=0.0253.4胶带张力的计算输送带作为带式输送机的牵引机构，在承受为克服输送带运行阻力所必需的牵引力的同时，由于带式输送机是靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力传递牵引力，它的张力还要满足滚筒摩擦传动的需要。除此之外，为防止输送带在两托辊之间有过大的垂度，输送带的张力还要满足它的垂度不超过规定值的需要。输送带作为牵引构件，它的张力沿输送机全长是变化的，需要采用逐点法求算它在各点的张力。参照设计计算示意图33。图33胶带输送机传动系统设计计算示意图3.4.1 各点张力的计算用逐点计算法列出为克服运行阻力，输送带各点的张力关系。为简化计算，输送带在滚筒上绕行的弯曲阻力及滚筒轴承的阻力两项合并，按输送带的张力增加5%计算。由 得 所以又 又 又 又 （3-8）根据欧拉公式得： (3-9)式中 滚筒围包角，取=420; n摩擦力备用系数，取n=1.2; 胶带与滚筒之间的摩擦系数，根据煤矿井下使用条件，输送机胶面驱动滚筒，采区空气潮湿，查文献1表3-27选取=0.2。 将以上数据代入欧拉公式得：联立式（3-8）和（3-9）解得=3106 kg, =11802.8 kg，从而可得其他各点张力为：3.4.2计算满足输送带垂度要求所需的张力图34所示为输送带张力与垂度的关系，可列出下列关系式： (3-10)图34 托辊间胶带的下垂度式中 输送带在重段的最小张力，N； 重段托辊间距，一般取=11.5m,这里取=1.5m； 每米长的胶带自重(kg/m),这里=35kg/m； 每米长的胶带上的货载重量（kg/m），由以上算得=164.0kg/m; 输送机的倾角，这里取=9； 输送带最大允许垂度，按=0.025计。将值代入上式得3.4.3验算各点张力 由以上算得=14235.9kg，大于以上所算得的重段的最小张力值，所以应以=14235.9 kg作为重段的最小张力，即S6=14235.9 kg。由此可得s1=11294.5kg,S2=10955.7kg,S3=11633.3kg,S4=12333.6kg,S5=13404.7kg, S7=20619 kg, S8=21860.6kg, S9=21873.3kg.3.5胶带打滑条件的验算由以上求得 =1.46核算围包角：在煤矿中因运转条件较差，一般取=0.2，则实际设备围包角为415，故值符合要求。3.6胶带强度的验算已知最大张力S9=21873.3kg，本输送机选用的是GX2000型钢绳芯胶带，带宽B=1.2m，拉断强度为2000N/cm.根据煤矿用阻燃输送带的安全系数公式：式中阻燃带的整体纵向拉断强度，N/cm; B阻燃带宽度，cm; 输送带运行所受到的最大静张力，N。将已知数据代入公式，求得安全系数 输送机重大载荷时，取安全系数m=10，实际求得m值为11，大于10，满足安全要求。3.7电机功率的计算计算公式：电机功率将已知数据代入上式，得3.8传动装置的选用及验算3.8.1电动机的选用根据上面算得电动机功率为345.7KW，本输送机主要用于矿山，故电动机选用Y2-355L-4异步电动机，传动方式为双电机传动。 额定电流IN=556 A 额定转数n=1480r/min; 额定功率N=315KW3.8.2减速器的选择已知传动滚筒直径D=0.83m;滚筒的最大扭矩为 查机械设计手册（单行本 减速器电机与电器）选用DCZ450型减速器，其减速比i=20，输入功率为280KW。3.8.3联轴器的选择 根据3.8.2中算得滚筒的最大扭矩Mk=5268.2kgm=52.682 KNM,查机械设计手册第四卷选择ML2型梅花弹性联轴器（GB5272-85）。3.8.4制动力矩的计算（电动机轴的制动力矩）式中胶带上每米货载重量，=74kg/m; H输送机提升高度，H=2.15m; 阻力降低系数，=0.55m; D传动滚筒直径，D=0.83m； K安全制动系数，K=1.25； 电动机到滚筒之间的传动效率，=0.85；把数据代入公式得电动机轴的制动力矩为根据计算结果， =1142 Nm，查机械设计手册（第四卷）选用液压推杆制动器，其型号为YWZ-400/90，其制动力矩为1600 Nm，制动轮直径为400mm,电机功率为0.25 KW.3.9托辊直径和型号的选择 托辊是决定胶带输送机的使用效果特别是胶带使用寿命的最重要部件之一。托辊组的结构在很大程度上决定了胶带和托辊所受载荷的大小与性质。对托辊的基本要求是：是使用可靠，回转阻力系数小，制造成本低，托辊表面必须光滑，径向跳动小等等。对于井下输送机用托辊还要求限制它的重量和尺寸。托辊在目前输送机中已制成标准系列，其直径和型号的选择与以下各种因素有关：载荷的大小及特征；胶带的宽度与运行速度；使用条件，输送机工作制度；被运输物料的性质；预定的轴承寿命；维修制度等等。3.9.1托辊直径的选择托辊直径的大小与带宽、被运物料的松散比重和块度有关。被运物料的松散比重和块度越大，托辊的直径亦应越大。托辊直径增大，其重量相应增大，但同时使胶带的运转条件改善，促使胶带的运行阻力系数减小。对于露天矿和采选企业使用的输送机，由于作业条件沉重，根据被运物料的性能为中重、粒状和中块煤，托辊直径选择标准133mm。3.9.2托辊型号的选择托辊型号和结构决定于输送机的工作条件、托辊允许的载荷、所需的托辊工作寿命等。在煤矿中，工作条件为中级，胶带宽度为1200mm，宽度组别为中宽，选择托辊型号为133/带穿通心轴的DX型槽形托辊（如图35所示），其直径为133mm，长度为315mm。图35 槽形托辊它由三个刚性托辊组成，三个托辊布置在同一平面内，轴承布置在托辊外壳的里面。托辊轴的两端由支架的托座支承。托辊的外壳用无缝钢管制造。在高速输送机上，要求保证托辊质量平衡，否则托辊转动时将产生径向跳动。托辊质量的平衡需借助于提高它的制造质量才能达到。为此，制造托辊是必须采取以下措施：严格校准托辊壳体的外径；托辊壳体两端的配合面在同一台设备上镗削；细致的进行装配以保证制造精度；采取半自动焊接等。托辊轴承的密封采用迷宫式密封，带迷宫式密封的托辊工作可靠，阻力小，由此消耗能量亦小。在一般条件下，托辊的工作可靠性在很大程度上与正确选择轴承的润滑方法有关。为此，本输送机托辊的润滑采用长效润滑方式，长效润滑是在制造托辊时注入润滑油，采用这种润滑方式，可以简化和方便输送机的运行。胶带运行时可能由于张力不足，物料偏心堆积，机架变形，托辊轴承缺陷，风载荷作用以及张力分布不均匀，引起胶带跑偏。要消除胶带跑偏常用托辊调心方法：用带导向辊和立轴承的槽形托辊组调心。托辊组刚固定在弧形托座上，托座可沿固定辊子滚动。当胶带跑偏接触到导向辊时，槽梁就围绕立轴承旋转，并强制胶带返回中心位置。利用槽形托辊组与胶带之间的摩擦力，横梁转到原来的位置。在输送机的机尾装载点处，为了减轻装物料时物料对胶带的冲击应力，采用缓冲托辊组作为承载托辊，如图36所示。它是用3个衬托辊组成，边托辊的倾角达到60。 图36 缓冲托辊3.10滚筒直径的选择在胶带输送机的设计中，正确选择滚筒的直径具有重要的意义。胶带的使用条件随着滚筒直径的增大而得到改善，但是在其他条件相同的情况下，滚筒直径增大，将使它的重量、驱动装置减速器的传动比、减速器的重量和尺寸都相应增大。因此，滚筒的直径不应大于为确保胶带正常使用条件所需的数值。由此可见，驱动滚筒的直径不仅影响到任何输送机整个驱动装置的造价及重量，而在移动式输送机中还有重要的使用意义。选择驱动滚筒的直径时一般考虑下列基本因素：1） 胶带的厚度以及与厚度有关的绕过滚筒时产生的弯曲应力；2） 胶带承受的包括拉应力和弯曲应力在内的总应力；3） 胶带与滚筒面之间的最大或平均单位压力，以及相应的单位牵引力（即通过滚筒面单位面积传递的牵引力）；4） 胶带承受弯曲载荷的频数，与胶带的导绕方式及绕过滚筒的数目有关。5） 输送机的类型及安装地点。图37 机头驱动滚筒滚筒直径的大小主要还决定于：滚筒的用途（驱动、张紧、迂回、改向），输送机的用途（地面、坑内），胶带的形式和层数，胶带的抗拉强度以及胶带许用强度的利用率；已知胶带为钢丝绳胶带，带宽为1200mm,胶带纵向拉断强度为2000N/mm,从标准系列中选择驱动滚筒直径为830mm（如图37所示）,机头改向滚筒直径为630mm,机尾改向滚筒直径为500mm。滚筒的长度B1要比胶带的宽度B大，B1=B+(100200)mm,取B1=1200+100=1300mm。由于本输送机主要用于矿山，环境比较潮湿，且输送机功率又大，胶带容易打滑，故驱动滚筒采用有衬滚筒，滚筒表面带衬，衬垫的用途是增大驱动滚筒与胶带之间的粘着系数、减小滚筒面的磨损，并使滚筒表面有自清作用。衬垫为肖氏硬度为5062度的橡胶。橡胶衬垫与滚筒的接合采取铸胶方式。铸胶滚筒胶面厚而耐磨，质量好，滚筒的胶皮不容易脱掉。输送机的驱动滚筒采用钢板焊接结构，用两个环状胀套连接滚筒的毂和轴，一个围包住轴，另一个压入驱动滚筒的毂内。3.11拉紧装置拉紧装置的作用是：1）保证胶带在驱动滚筒的奔离点具有足够的张力，使滚筒与胶带间产生必要的摩擦力，防止胶带打滑；2）保证胶带周长上各点具有必需的张力，防止胶带在托辊组之间松弛而引起撒料；3）补偿胶带的塑性伸长和过渡工况下弹性伸长的变化；4）为胶带重新接头提供必要的行程。本输送机采用钢绳绞车式自动拉紧装置：利用钢丝绳缠绕在绞筒上，通过移动拉紧小车的位置来调节胶带的松紧程度，输送机在启动前，先开动绞车，将输送带的拉紧力增加到启动所需的大小后，驱动电动机才起动输送带，输送带达到等速运行时，将拉紧力减小到稳定运行所需要的量值。驱动滚筒打滑时，绞车开动增加拉紧力，以加大驱动滚筒的摩擦牵引力。运行中若输送带的张力下降到设定值，绞车开动将输送带拉紧到设计值。拉紧装置的拉紧行程按胶带伸长的4考虑，已知输送机输送长度为1000m,故拉紧行程为S=0.0041000=4m。拉紧力的大小为 T= S3+S22s1=211294.5=22589 kg。3.12储带装置 储带装置是可伸缩式胶带输送机用来把胶带输送机伸长前或缩短后的多余胶带，在一定长度内暂时储存起来，以满足采煤工作面持续前进或后退的需要。 储带装置主要由固定滚筒（滚筒固定在机头驱动装置后面的机架上）、活动滚筒架（滚筒安装在活动小车的机架上）和支承小车（支承小车上面装有托辊，以支承储带仓内的胶带，小车之间的距离可以调节）等组成。固定滚筒架及活动滚筒架上各有两个滚筒，回空段胶带绕过这四个滚筒，共迂回四次后，再回到机尾滚筒。 在固定滚筒架与活动滚筒架之间装有支承小车。它由两个下托辊、车架和