机械毕业设计515带式输送机摩擦轮调偏装置设计
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机械毕业设计515带式输送机摩擦轮调偏装置设计,机械毕业设计论文
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1 nts 1 前言 带式输送机是以胶带、钢带、钢纤维带、塑料带和化纤带作为传送物料和牵引工件的输送机械。其特点是承载物料的输送带也是传递动力的牵引件，这与其他输送机有显著的区别。承载带在托辊上运行，也可用气垫、磁垫代替托辊作为无阻力支撑承载带运行。它在连续式输送机械中是应用最广泛的一种，且以胶带为主。带式输送机按承载断面可分为平形、槽形、双槽形（压带式）、波纹挡边斗式、波纹挡边带式、吊挂式圆管形、固定式和移动式圆管形等八大类。随着带式输送机功率的不断增加 ,运行速度的不断提高 ,出现了一个人们非常重视的问题 ,就是带式输 送机的侧向运行 (即跑偏 )的稳定性及预测。工作中跑偏是输送机经常出现的问题之一 ,当跑偏量超过临界值 ,就会对整个系统的平衡造成不良影响 ,甚至会产生停工 ,停产等严重后果。 目前人们较为关心的问题是在满足生产能力的前提下，以提高生产率、经济效率为目的，进行输送机本身的改造，使之进一步完善。胶带跑偏是运转中常见的故障，胶带跑偏是指输送物料时，胶带在物料的重量、驱动、支承等装置摩擦力矩的作用下，胶带偏离输送机中心，向两侧移动。胶带长期跑偏会造成胶带边缘严重磨 损，胶带撕裂、刮损、拉断等突发性事故。分析胶带跑偏的原因，及时 调 偏，对提高胶带 的 使用寿命具有十分重要的意义。但是，由于安装及运转中的原因，经常会出现跑偏。机头、中间架、导向滚筒的安装误差、 胶带 交接头不正、 输送机 的来料落点偏、 胶带 本身内部的张力不匀、滚筒的磨损不匀、滚筒与 胶带 间有杂物、托辊缺失或转动不灵活等，均会造成 胶带 跑偏。 胶带 跑偏会给生产造成很多不利影响，如 胶带 边磨损、物料洒落、 胶带 断裂等。防 带式输送机 跑偏的方法和装置很多如过去经常用的防跑偏托辊架、电动执行器控制的调偏机构、防跑偏的自动检测及停车自动控制等，均不能长期有效解决 胶带 跑偏问题。以前的一些解决方法，不是方 法欠佳就是时间滞后，或是维护量过大。因此，设计研究更先进的防 带式输送机 跑偏装置是解决 带式输送机 跑偏的重要工作。 nts 带式输送机摩擦轮调偏装置设计 2 1 概述 带式输送机是当代最为得力的输送设备之一，在整个输送机范畴中，它是应用最为广泛的一种设备，它的产生已有上百年的历史了，现己成为冶金、矿山、水泥、码头、化工、粮食等行业最主要的运输工具。早期带式输送机由于其功率小、运距短、速度低，应用受到一定限制。进入 60 年代末，带式输送机技术有了较大发展，随着物流技术的发展，带式输送机逐渐成为输送散料最可靠、最经济的设备之一，自 80 年代以来，更是 进入了一个崭新的发展阶段，具体表现为 :大运量、长运距、高速度、大功率、多品种等。据调查，目前国际上带式输送机最高带速己超过 10ms ，最大带宽增至 4m ，运量最高可达 3000t h ，单机最大装机容量达 6200kw ，多机串联运距可达 200km 。 1.1 带式输送机发展历史的简单回顾 1 带式 输送机经过近两个世纪的发展，已从最初的雏形进化成具有高强力、大运量、大功率的现代化的带式输送机。今天，带式输送机已经成为散体物料的主要运输工具之一，尤其是在煤矿、金属矿、大型火电站的散料运输中，带式输送机以被广泛采用。在带式输送机的发展历史中，人们从理论和实验两个方面对带式输送机的特性进行深入的研究，形成了一些设计规范和标准，然而，这些都是建立在静力学基础上的，至今还没有一种经济有效的动态设计方法可供工程设计选用。 回顾带式输送机的发展历史，可将其划分为三个阶段。第一个阶段始于 1800 年，最初 输送机 的输送带 是帆布、天然橡胶或皮革等 制作 的。 输送 带是平板型且在木制的支座上滑动。这种 输送机 的长度很短且仅用于运送谷物。到了 1860 年，平行转动托辊代替了木质支座支承。 1896 年， Thoms Robins Jnr 获得了槽形托辊支承的带式输送机专利。到了1920 年，人们开始生产并应用多层棉帆布增强型橡胶输送带。在美国有一条输煤系统，带式输送机的总长度达 8km ，其输送带就是棉帆布多层型的。 在第二次世界大战期间，合成材料技术得到了迅速的发展，人们开始用尼龙、聚乙烯、帆布等强度大 的材料做橡胶输送带的芯质，同时对带式输送机进行 了理论和实验研究，可以说此时带式输送机发展进入了第二个阶段。在这 段历史中，获得了一些有影响的研究成果，而且有些成果至今还在应用，主要有一下几个方面的成就： 1） 由于采用了合成材料，输送带的强度得到了提高，增强了带式输送机的运输能力和单机长度。到了 1955 年，在欧洲已出现了钢丝绳芯胶带，但由于其接头上的技术困难，当时未能引起人们的足够重视。 nts 3 2） 带式输送机的结构形式也有较大发展，出现了单机长度较大的钢绳牵引带式输送机、多点驱动带式输送机、可弯曲的胶带输送机等等。 3） 理论和实验研究有重大突破，在 1954 年，原联邦德国的拉切曼（ Lachmann） 发表了第一篇关于胶带输送机全阻力的论文；在 1956 年，汉诺威大学的威尔林（ Vierling）发表了带式输送机传动理论和带式输送机运行阻力的研究两篇论文；同年杜补乐（ Du Breuil） 研制出胶带运行阻力测试装置； 1957 年欧曼（ Oehmen） 获得带式输送机阻力的实测数据，还有其它一些学者做了大量的研究工作。在这一阶段，形成了带式输送机较完善的设计理论和方法。 自 60 年代末开始，随着电子技术的迅速发展，可用于制造、设计、安装胶带 的各种电器、电子检测和保护装置仪器的出现，带式接头技术的不断完善，带式输送机进入了一个新的发展时期。这段时期的明显特点是， 带式 输送机技术发展迅速，具体表现在： 1） 品种多。从大到数十公里的长距离越野胶带输送机，到小至几米长的小型室内用带式 输送机；带宽从 3 0 0 m m 3 0 0 0 m m 甚至更宽；还出现了大倾角带式输送机、气垫式输送机、多点驱动带式输送机、水平弯曲带式输送机等。 2） 速度高、功率大。目前国外最高带速已达 15ms ，单机长度达 30.4km ,单机最大功率已达数 千千瓦 . 3） 采用了新的电子技术。在设计阶段用电子计算机 作为 辅助计算手段，在运行中用电子仪器仪表监控带式输送机的工作状态，从而提高了带式输送机的效率和工作的可靠性。 近 20 年来，世界各国都注意研究和开发高速、大功率钢丝绳芯带式输送机。在 70 年代 中期， K.H.Oehmen 研究了钢丝绳芯胶带的接头问题和水平、铅垂弯曲钢丝绳芯胶带的设计问题。在德国， Hohman、 Hager、 Sannemann、 Funke 等学者对钢丝绳芯胶带的传动机理、胶带横断面 的应力分布、起动状态等问题进行了深入的研究。最近在德国又取得钢丝绳芯胶带接头方式优化的新成果。在荷兰、西班牙、前苏联等国家也对钢丝绳芯胶带运行阻力产生机理、弯曲阻力等问题进行了研究。在澳大利亚， Harrison、 A.W.Robert、 James 等学者对钢丝绳芯胶带无损探伤、接头缺陷、起制动特性、胶带横向弯曲振动等问题作了较深入的研究。正是这些科研工作者的工作，才使国外大功率带式输送机发展很快。在德国，带式输送机的最高带速已超过 15ms；在法国，带式输送机的单 机长度已达 15km ,高差为1km ;弯曲带式输送机的单机长度为 11km ,弯曲处多达五处；单滚筒的驱动功率达 1050kw 。nts 带式输送机摩擦轮调偏装置设计 4 设计带速为 8.4ms，每台年运量为 4 亿吨。最近法国又成功的制造出运量为 25000th的大功率输送机。在澳大利亚一 个铝钒土有限公司的采矿场上，单机最大长度达 30.4km ，在鹿特丹矿上，多机串联运距长达 206km ,共由 17 条 胶带输送机组成。再如德国莱茵褐煤矿有限公司福而图纳露天矿使用了日挖 240000 3m 斗轮挖掘机，与其配套的带式输送机带宽为 2.8m ,带速为 7.4ms，运量为 37500th，前苏联的带式输送机最大带宽为 4m 。 1.2 国内外的研究现状和发展趋势 2 带式输送机的最新发展方向是呈现长距离、大运量、高速度、集中控制等特点。与其他运输设备 (如机车类 )相比，不仅具有长距离、大运量、连续运输的特点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中控制，经济效益十分明显。带式输送机运行维护费用远远低于公路汽运方式，而且只要生产时间超过 5 年，带式输送机的输送方式比公路汽运的总投资要小得多 ;所以能实现带式 输送机输送的场合一般都采用连续的带式输送机输送。国外对于长距离地面输送带式输送机的研究和使用较早，主要用于港口、钢厂、水泥厂、矿山等场合。带式输送机也是煤矿最为理想的高效连续运输设备，特别是煤矿高产高效现代化的大型矿井，带式输送机己成为煤炭高效开采机电一体化技术与装备的关键设备。 1.2.1 国外煤矿用带式输送机技术现状和发展趋势 国外带式输送机技术的发展主要表现在三个方面 ： 1） 功能多元化、应用范围扩大化，如大倾角带式输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等机型 ； 2） 带式输送机本身的技术向长运距、大运 量、高带速等大型带式输送机方向发展 ； 3） 带式输送机本身关键零部件向高性能、高可靠性、低耗能方向发展。但在煤矿井下，由于受环境条件的限制，国外目前带式输送机的主要技术指标如表 1-1 所示 : 1.2.2 国内煤矿用带式输送机的技术现状及存在的问题 80 年代我国煤矿用带式输送机也有了很大发展，对带式输送机的关键技术研究和新产品的开发都取得了可喜的成果，输送机产品系列不断增多，从定型的 SDJ, SSJ, STJ,DT等系列发展到多功能、适应特种用途的各种带式输送机系列，但这一阶段的发展大都基于我国 70 年代前后引进 带式输送机的变形和改进，主体结构没有大的变化，进入 90 年代以来，随着煤矿现代化的发展和需要，我国对大倾角固定带式输送机、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机及长运距、大运量带式输送机及其关键技术、关键零部件进行了理论研究和产品开发，应用动态分析技术和中间驱动与智能化控制等技术，研制成功了软启动和nts 5 制动装置以及 PLC 控制为核心的电控装置，并且井下大功率防爆变频器也己经进入研发、试制阶段。随着我国煤矿高产高效矿井的发展，煤矿井下带式输送机各项技术指标有了很大提高，主要特征指标见表 1-2 所示。 表 1-1 国外常用带式输 送机技术指标 Table.1-1 The foreign technique index of belt conveyer 主要技术参数 国外 300 500: 万吨 /年高产高效矿井 顺槽可伸缩带式输送机 固定带式输送机 运距 m 2000 3000: 5000 带速 ms 3.5 4: 45: 最高可达 8 输送量 th 2500 3000: 3000 5000: 驱动功率 kw 1200 2000: 1500 3000: 最高可达10100 表 1-2 我国常用带式 输送机技术指标 Table.1-2 Our country technique index of belt conveyer 主要技术参数 国外 300 500: 万吨 /年高产高效矿井 顺槽可伸缩带式输送机 固定带式输送机 运距 m 2000 3000: 4500 带速 ms 2.5 4.5: 35: 输送量 th 1500 3500: 2000 3000: 驱动功率 kw 900 1600: 1500 3000: 根据表 1 和表 2 的比较，我国煤矿高产高效矿井配套国 产带式输送机的水平基本达到或接近了国际水平，但关键零部件的制造工艺、技术含量及可靠性还须进一步提高。 1.2.3 国内煤矿带式输送机的发展 1） 提高煤矿井下带式输送机关键零部件的性能和安全可靠性 设备开机率的高低主要取决于输送机关键零部件的性能和可靠性。我们除了进一步完善和提高现有零部件的性能和可靠性，还要不断开发研究新的技术和零部件，如高性能可控软启动技术、动态分析与监控技术、高效储带装置、快速自移机尾、高寿命托辊等，使nts 带式输送机摩擦轮调偏装置设计 6 带式输送机的性能进一步提高大型化、智能化提高运输能力和自动化控制水平。 2） 提高运输能力，适应高产高效集约化生产的需要 长运距、高带速、大运量、大功率是带式输送机今后发展的必然趋势。在今后的 10年内，输送量要达到 4 0 0 0 8 0 0 0 t h ，带速要提高到 6ms ，顺槽可伸缩输送机头部集中驱动要达到 3000m ，对于固定强力带式输送机要达到 5000m ，单机驱动功率 10001kw ，输送带要达到 PVG3150 和 ST6000 以上。 3） 控制自动化水平要提高 随着可控软制动、软启动装置的研制成功，带式输送机的单机控制水平应进一步提高。矿井数字化系统工程的建设，要求控制系统必须具备 RS485 等远传接口，以实现 带式输送机 的集中控制，提高 带式输送机 的自动化水平。 4） 一机多用，扩大功能 带式输送机是一种理想的连续运输设备，并且有不能充分发挥其效能的可能，浪费资源。如将带式输送机结构作适当修改，并采取一定的安全措施，就可拓展运人、运料 或双向运输等功能，做到一机多用，使其发挥最大的经济效益。 5） 研制特殊机型 由于现场地质构造差异较大，在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要求，如弯曲、大倾角 (25 )直至垂直提升、长运距带式输送机等，而有些场合常规的带式输送机是无法满足要求 ;为了满足煤矿井下的某些特殊要求，应开发满足这些特殊要求带式输送机。nts 7 2 带式输送机的跑偏原因及分析 2.1 胶带跑偏的原因分析 3 引起带式输送机胶带跑偏的原因很多如有设备制造问题、设备安装问题及工艺布 置不恰当等方面，下面逐一分析。 1） 带式输送机 胶带本身质量缺陷 。 其表现为在胶带截面上张力分布不均，对胶带的中心线有弯矩作用。产生的原因是，胶带出厂有“海带边”；对钢丝绳芯胶带可能是钢丝绳的初张力不等；胶带上下盖胶厚度不均；胶带接头不对中等。这种因素引起的跑偏往往都是恒跑偏量的稳定性，严重时会出现向一侧有较大的跑偏量，引起撒料、刮边和撕裂现象。这种现象的定量解释如下 2 ()2BBzyM yd y(2-1) 由于胶带的截面上有 转矩zM的作用，使得该段胶带向张力小的一边跑偏()x，见图 2-1所示 FVVFyx图 2-1 胶带缺陷引起的跑 偏 Fig.2-1 The deviation cause by belt disfigurement 如果把胶带看成是弹性体，不计其它力的作用，则有 22 ( ) 0zE J M xx （ 2-2） 2） 物料偏斜引起胶带跑偏。在胶带上物料的质心位置为（ ,yHVV ），如图 2-2 所示，()vxM()xnts 带式输送机摩擦轮调偏装置设计 8 则在物料重力的作用下，胶带向左偏移 值，这样可以根 据力的平衡条件解出 值，设右侧托辊上物料的重量为1G，左侧托辊上物料的重量为2G，物料推移胶带向左跑偏的力为： 1 2 1 2 1 2 0 0( ) s i n ( ) c o s ( )F G G G G G G G G (2-3) 式中 ， 1G和 2G分别为胶带在两个侧托辊上的重量， G 和 G 为中间托辊上物料的重量及胶带重量，0为托辊与胶带间的轴向滑动摩擦系数。设胶带跑偏为 ，此恢复力为 2 s i ndqFkB (2-4) 由于推力等 于恢复力，可得出 这里 k 为胶带跑偏的恢复力系数，通常是非线性的。 1 2 1 2 1 2 0 0( ) s i n ( ) c o s ( )1 2 s i ndG G G G G G G GqkB (2-5) 图 2-2 物料偏移而引起的跑偏 Fig.2-2 The deviation cause by material excursion 3） 托辊偏斜 引起的跑偏。在安装中，如果托辊的轴线不与胶带中心线垂直，在胶带运行时就会产生垂直于胶带运行方向的侧向推力，如托辊前倾，则引起指向中心线的恢复力；如果向后倾斜，则会引起跑偏力，。如果托辊支架有整体倾斜，如图 2-3所示， 则胶带会向右偏移 。设在平衡位置时，作用在三个托辊上的物料和胶带重量分别为1G、2G和3G，托 辊的倾斜角为 ，静态 下式解出 ： 1 2 3 1 2 3s i n ( ) s i n s i n ( ) c o s ( ) c o s c o s ( ) 0G G G G G G k (2-6) 式中 各符号意义同前。 HVnts 9 图 2-3 托辊架倾斜引起的跑偏 Fig.2-3 The deviation cause by roller inclination 4） 托辊转动不灵活引起跑偏。以槽型三托辊为例，设两个侧托辊转动阻力不同，特别当有一个不转 时，如图 2-4所示 图 2-4 托辊转动不灵活引起的跑偏 Fig.2-4 The deviation cause by roller turn to be ineffective 1G2G3Ga1b2b1F 2Fvnts 带式输送机摩擦轮调偏装置设计 10 胶带将受到一个转矩zM，并产生一个跑偏 ，转矩为 12zM M M(2-7) 111()baM F y y d y (2-8) 222()baM F y y d y (2-9) 这里122bb，1()Fy，2()Fy分别为胶带与托辊间阻力沿托辊轴线分布，这个力矩使胶带产生 偏移量，同胶带内部缺陷一样是恒定的。其偏移量沿线分布规律如图 2-5 所示。 图 2-5 在转矩作用下的跑偏规律 Fig.2-5 The deviation rule under the torque function 5） 环境因素影响 .如果托辊表面粘有泥土后也 会引起跑偏，这种情况在煤矿井下最为严重。 6） 其它因素。如果机架振动，风力载荷，温度分布，如胶带一个侧边受阳光照射，当光线强烈时，胶带会向光线照射的一侧跑偏。 上面所述及的几种跑偏因素仅限于从静态角度分析跑偏量，而实际上引起胶带跑偏的因素还有许多，如果从 动态 角度分析，其跑偏力及跑偏量的确定是很复杂的。 2.2 各类托辊调偏的 工作原理 4 一般来说 带式输送机胶带 的跑偏范围不大，现有的调偏 方法大多采用不同的动力源来控制调偏托辊 的旋转角度，从而达到调偏 的目的，这里 介绍几种现有的托辊调偏的工作 原xynts 11 理。 2.2.1 槽形 调心托辊组 槽形 调心托辊组 的 3 个托辊均在 1 个铅垂面内，侧托辊的两边各有 1 个立挡辊，托辊与立辊都安装在旋转机架上，见图 2-6 所示 1.胶带 2.立挡辊 3.侧辊 4.中辊 5.旋转机架 图 2-6 槽形调心托辊组 Fig.2-6 The adjust center roller troop to slot form 胶带在调心托辊上跑偏时，引起载荷在托辊上重新分布，并产生转矩bpM，当胶带跑偏量较小时，bpM小于摩擦力矩tM,调心托辊组仍可保持原位不转动，当跑偏继续增至一定值时，胶带与立挡辊接触，给立挡辊一挤压力，由此又产生力矩nM，此时总转矩为bp nMM，当摩擦力矩小于总转矩时，调心托辊组旋转角度价见图 2-7。 胶带与托辊接触处产生了胶带纵向速度 11()vv和胶带相对托辊的滑动速度 22()vv。则12v v v12()v v v，此时胶带相对侧托辊产生了与 22()vv同向的滑动摩擦力1F2()F，根据作用力与反作用力可知，托辊对胶带的滑动摩擦力 1F为 1 1 1F F p b(2-10) 2 2 2F F p b(2-11) 式中 p 作用在调心托辊上的单位荷载 ； nts 带式输送机摩擦轮调偏装置设计 12 图 2-7 胶带跑偏时槽形 托辊 组受力 Fig.2-7 The suffer force for the slot form roller while the belt running to deviation 0()q q lp B (2-12) 托辊与胶带的滑动摩擦系数 ； 1b 右侧托辊与胶带接触长度， m ； 2b 左侧托辊与胶带接触长度， m ； 0q 单位长度胶带的重量， Nm； q 单位长度物料的重量， Nm； l 托辊间的间距， m ； B 带宽， m 。 托辊作用于胶带上与运行方向垂直的滑动摩擦力为 011() c o s c o sq q lFbB (2-13) 022() c o s c o sq q lFbB (2-14) 式中 侧托辊的槽角 ； vvv1v2v1v2v22c o s c o sFF 2 cosF 11c o s c o sFF 1 cosF Bnts 13 托辊组转角 。 槽形托辊的调 偏力 F 为 01 2 1 2() c o s c o s ( )q q lF F F b bB (2-15) 在调 偏力的作用下，托辊组回转使跑偏托辊返回中心线。 2.2.2 前倾托辊组 前倾托辊结构为两侧托辊相对中托辊轴线沿胶带运行方向前倾 ，一般 23 : 。 实验表明，空载段采用平托辊，胶带跑偏量为 100mm 的情况下，侧向干扰力为 6 7kg: 。若将承载段槽形托辊的 两 侧辊前倾 23: ，在跑偏量仍控制在 100mm 的情况下，侧向干扰力为 75kg 。由此可知，采用前倾托辊对胶带跑偏有很好的调偏作用。前倾托辊的调 偏原理为 :胶带在前倾托辊上跑偏时，托辊上载荷重新分布，形成胶带与两侧托辊接触长度分别为1b、2b，此时胶带在两侧托辊上的接触点 M 、 N 产生纵向速度1Mv 1()Nv，沿接触线上的滑动速度为2Mv 2()Nv(见图 2-8,2-9)，胶带运行速度为 v ，则12MMv v v 12()NNv v v，胶带 对托辊产生与2Mv 2()Nv同向的滑动摩擦力2MF 2()NF，根据作用力与反作用力，侧托辊对胶带存在滑动摩擦力 2MF 2()NF2 2 1MMF F p b(2-16) 2 2 2NNF F p b(2-17) 垂直胶带运行方向的水平滑动摩擦力为 ： 21c o s c o sMF p b (2-18) 22c o s c o sNF p b (2-19) 因12bb， 所以 22MNFF，且力的方向相反。花物料重新分布的重载作用下，产生调偏力 02 2 1 2() c o s c o s ( )MN q q lF F F b bB (2-20) 它克服侧向干扰力，使跑偏胶带重新返回正常位置。 nts 带式输送机摩擦轮调偏装置设计 14 1. 胶带 2.侧辊 3.中辊 4.机架 图 2-8 前倾托辊组 Fig.2-8 The pitch roller troop 图 2-9 胶带跑偏时前倾托辊组受力 Fig.2-9 The sufffer force for the pitch roller troop while the belt running to deviation 2.2.3 锥形双向调心托辊组 此 调心托辊的两侧辊为锥形， 两 锥托辊各自被竖轴支撑着，竖轴的下端由连杆相连 ，B22c o s c o sMMFF 2 cosMF 22c o s c o sNNFF 2 cosNF v1Nv2Nv1Mv2Mv nts 15 可将一侧托辊所失得的旋转力传给另一侧托辊，保证了 两个锥托辊同时工作，它利用每个锥形托辊与胶带产生的摩擦力 调整胶带跑偏 (见图 2-10) 1.胶带 2.侧辊 3.机架 4.转轴 5.中辊 6.连杆 图 2-10 锥形双向调心托辊组 Fig.2-10 The double adjust center roller troop to taper 在正常运行状态下，胶带 与物料的重量大部分集中在中托辊与锥托辊的大端。胶带与中托辊和锥辊大端之间是纯滚动同步运行，此时可以认为锥辊大端附近的 M 、 N 点处，托辊 表面与胶带的速度相同，即 M 、 N 点处相对滑动量等于零。由于锥辊小端速度小，在小端方向上滑动 量逐渐增加。胶带不跑偏时，胶带对 两 侧辊的滑动摩擦力相等12FF，分别作用于回转轴 nn 及 nn 两侧，且对转轴产生的转矩方向相反，力矩平衡，12MM(见图 2-11)。 此时胶带处于平衡状态，两侧锥辊轴线在 aa 线上 .当胶带上出现物料偏载及其他侧向干扰力时，胶带跑偏，两侧锥辊的摩擦力平衡状态受到破坏，胶带与两侧锥辊的滑动摩擦力都作用于转轴同侧，造成转矩同向1 1 2 2M F l F l(见图 2-12)，两侧锥辊由于连杆相连，将同时动作，转过 角，到 aa ，位置，此状态下胶带与两侧锥辊接触点 M ()N 产生胶带纵向速度1Mv 1()Nv及胶带相对锥托辊的滑动速度2Mv 2()Nv(见图 2-13)。则有12MMv v v 12()NNv v v,胶带对 两 锥托辊的滑动摩擦力为2MF 2()NF，根据作用力与反作用力，托辊对胶带的反作用力为 2 2 1MMF F p b 2 2 2NNF F p b 则垂直胶带运行方向的水平滑动摩擦力为 21c o s c o sMF p b nts 带式输送机摩擦轮调偏装置设计 16 22c o s c o sNF p b 则调 偏力 02 2 1 2() c o s c o s ( )MN q q lF F F b bB V 跑偏胶带在调 偏力的作用下，返回到正常位置。 图 2-11 胶带不跑偏时锥形双向调心托辊组 受力 Fig.2-11 The suffer force for double adjust center roller troop while the belt didnt running to deviation 2.2.4 摩擦调心托 辊组 摩擦式调心托辊除中辊、侧辊外，在两侧辊的外侧有一曲线盘，它的母线为弧线。当胶带跑偏时，胶带与曲线盘接触，曲线盘受到胶带的挤压力与摩擦力而产生转矩 M，由于转矩作用，旋转机架转动 角 (见图 2-13, 2-14)，这与立辊式自动调心托辊转动及 调偏 原理完全相同，但其对胶带的弯曲磨损小，且不宜损坏胶带边缘。 a aB12ll2l 1l1F 2FvoN Mnts 17 （ a ） （ b ） 图 2-12 胶带 跑偏时锥形双向调心托辊组 受力 Fig.2-12 The suffer force for double adjust center roller troop while the belt running to deviation a aaaB12ll1l2lvMNo2F 1FBv1Nv1Mv2Nv 2Mva aaa22c o s c o sNNFF 2 cosNF 22c o s c o sMMFF 2 cosMF onts 带式输送机摩擦轮调偏装置设计 18 1.胶带 2.摩擦轮 3.侧辊 4.中辊 5.旋转机架 图 2-13 摩擦调心托辊组 Fig.2-13 The adjust center roller troop to friction 图 2-14 胶带跑偏时摩擦调心托辊组受力 Fig.2-14The suffer force for friction adjust center roller troop while the belt running to deviation 2.3 空载 回程 胶带跑偏及托辊 的选择 5 空载回程胶带跑偏问题也非常严重，它虽然不像 重载段跑偏会出现 严重的跑料停机，但胶带在空载段跑偏是胶带边缘磨损及撕裂的主要原因。许多胶带的损坏都是机架、支腿与回程胶带的摩擦引起的，因此回程胶带的跑偏控制也非常重要。可采用的回程托辊为 : B22c o s c o sFF 2 cosF 11c o s c o sFF 1 cosF 1v2vv1v2vnts 19 1） V 形前倾下托辊组 由 2 个托辊组成，其槽角为 10 15, 两 托辊沿胶带运行方向前倾 2 3 (见图2-15)。 图 2-15 前倾下托辊组 Fig.2-15 The pitch of roller troop 与平托辊相比，它能使胶带具有很大的抗侧向干扰能力及稳定性。 2） V 形、平形梳形托辊组 在各托辊上装有多个橡胶圈与间隔套，胶圈在托辊上对称布置 (见图 2-16, 2-17) 图 2-16 梳型托辊组 Fig.2-16 The comb type to roller troop 图 2-17 平行梳型托辊组 Fig.2-17 The parallelism combs type to roller troop 3） 螺旋托辊组 在同一托辊表面焊有与中心对称的左、右旋向的螺旋，且螺旋均匀布置 (见图 2-18)。 图 2-18 螺旋托辊组 Fig.2-18 The helix of roller troop 以上几种回程托辊的 调偏 原理均是增大胶带的横向移动阻力，使胶带的对中性增加，nts 带式输送机摩擦轮调偏装置设计 20 防止胶带侧向滑动跑偏。 2.4 胶带 防偏托辊的适用性 6 1） 可逆带式输送机采用摩擦调心托辊或双向锥形调心托辊进行胶 带的防偏，胶带边缘的磨损较小，调 偏效果较好。 2） 单向运转的较短及中长带式输送机，应采用 V 形前倾托辊。在 重载段可全部采用前倾 2 的 V 形托辊，空载段每隔 5-6 组平行托辊设一组前倾 2 的 V 形托辊，这样附加阻力及功率不会很大，而且调偏效果较好。 3） 长距离带式输送机尤其是钢绳芯胶带，由于它只有 1 层芯体，与托辊贴合紧密，成槽性好 ， 重载段可采用槽角为 35 的前倾托辊，落料 段采用槽角 为 45 的前倾缓冲托辊且每隔 10 组配用摩擦调心辊或 锥形自动调心辊，调偏效果较好。 4） 输送 水分 较大及有粘性的粉状物料时，在回程段多采用梳形及螺旋形托辊与 V 形前倾辊配合使用，既可调偏又可清理胶带粘料。 5） 带有卸料小 车的带式输送机，由于料车重心不 宜 过高，小车轮轴常与立辊式调心托辊的挡辊发生碰撞，所以采用摩擦调心托辊或锥形调心托辊调偏效果较好。nts 21 3 调偏 系统 设计 及 计算 随着带式输送机功率的不断增加 ,运 行速度的不断提高 ,出现了一个人们非常重视的问题 ,就是带式输送机的侧向运行 (即跑偏 )的稳定性及预测。工作中跑偏是输送机经常出现的问题之一 ,当跑偏量超过临界值 ,就会对整个系统的平衡造成不良影响 ,甚至会产生停工 ,停产等严重后果。因此为从根本上解决皮带跑偏问题，及时调 偏，对提高胶带使用寿命具有十分重要的意义。 众所周知 ,带式输送机 跑偏的原因很多 ,如：物料的落点不在 胶带 断面的中间 ,物料冲击方向的投影与 胶带 运行方向不一致 ,机头、机尾、导向滚筒、中间架等安装不正 ,胶带 接头不垂直于 胶带 中心线 ,胶带 内部的张力不均匀 ,托辊运转 不灵活 ,滚筒磨损不一致 ,滚筒与胶带 间存有物料等因素均可造成 胶带 的跑偏。 胶带 跑偏的危害轻者物料洒落 ,带式输送机不能满负荷运行 ,胶带 磨边 ,重者造成撕带、紧急停车等事故。对 胶带 的跑偏 ,现有的各种方法均不能长期可靠、有效 ,而且对胶带无任何损伤地予以根治 ,原因就是上述提到的诸多因素 ,随着 带式输送机 运行时间的长短、运量的大小、不断的在变化。 因此在这里设计了摩擦轮调偏装置，摩擦轮调偏装置不需电源、气源。自成系统 ,利用液力作用 ,自动调偏 ,工作性能极为可靠 ,安装方便且没有日常维修量 ,可以在任何场所使用 ,不怕水 ,不怕粉尘 ,不 怕碎物料侵袭 ,对 胶带 无任何损伤。 调偏装置能自动检测 胶带 跑偏的趋势并随机予以纠正 ,使 胶带 始终运行于设定的范围之内 ,不偏离机架的中心。使用调偏装置能抵消 带式输送机 因各部不正、运转不灵、物料冲击方向不顺、负荷大小变化、 胶带 内部断面张力不均等 ,各种因素造成的 胶带 跑偏。 调偏装置是由摩擦轮、油泵、油缸、液压阀体组件、油箱、构架等部分构成。当 胶带偏中运行时 ,胶带 与摩擦轮接触 ,摩擦轮带动油泵打压 ,通过油箱内阀体集成回路的控制使油缸活塞杆伸缩 ,以带动调心托辊架按设定方向偏转 ,此时 ,调心托辊的线运动方向与 胶带的运动方向形成 夹角 ,其间产生的摩擦力驱使皮带位移重新居中 ,从而达到随机自动调整胶带 跑偏的目的。 其整体结构示意图 3-1 如下所示 3.1 摩擦轮调偏装置 设计原则 1） 调偏装置 应能适应各种恶劣的工作环境 。 2） 调偏装置在 使用中维护量 要 小 。 3） 调偏装置 不需要电源及外加动力 。 4） 调偏装置 对 胶带 无损伤 。 nts 带式输送机摩擦轮调偏装置设计 22 5） 调偏装置 使用寿命长 。 6） 调偏装置 调偏 灵活迅速 。 7） 调偏装置的 性能可靠且成本低 。 8） 调偏装置 便于安装。 123451. 油箱 2.液压缸 3.调偏托辊 4.固定托辊 5.摩擦轮 图 3-1 调偏装置示意图 Fig.3-1 The sketch map of rectify deviation mechanism 3.2 摩擦轮调偏装置液压系统的工作 原理 根据设计原则 ,带式输送机 调偏装置 设计采取液压自循环系统。因为液压系统从密封到传动均非常可靠，且传动不受距离限制，可以在任何场所使用，不怕水、粉尘及物料的侵袭。 液压系统 由 执行油缸 1、 液压阀体 2、 单向阀 3、 溢流阀 4、 油泵 5、 油箱 6 组成 。 在超过带式输送机宽度的左右两侧分别设置与调心托辊 同高度的 摩擦轮 ， 摩擦轮 安装在油泵的动力输入轴上，在调 心托辊架偏离中心的位置上与机架之间铰连有油缸 ，在机架上固定油箱 ，左右两侧的油泵与 油箱 及油缸的两腔通过液压管路连接。 当 胶带 出现跑偏时，这里假设向左跑偏， 胶带 首先与 左侧的 测 偏 摩擦轮 接触，测偏 摩擦轮 旋转带动油泵工作 ，输出高压液体。单向阀在 高压液体的作用下开启，高压液体经过单向阀后进入三位四通阀的左位，高压液体通过三位四通阀的控制进入液压缸左侧，使得活塞杆在高压液体的作用下向外伸出， 从而带动调偏托辊架按 所需调 偏方向偏转，当调偏托辊架旋转到使带平衡时， 由于调nts 23 偏托辊转动后与 胶带 的运动方向成一定角度， 因此需要使调偏托辊复 位，这里采用复位弹簧，这时调偏托辊在复位弹簧的作用下往回旋转，使得活塞杆在弹簧力的作用下收缩，低压液体经过三位四通阀回到油箱中，从而 促使 胶带 回到中心位置。这时， 胶带 与测偏 摩擦轮脱开，调偏托辊架停止转动，从而保证整条 胶带 的合偏力为零，达到调偏的 目的 。 当 胶带 向右跑偏时原理相反。 其 摩擦轮调偏装置的 液压系统 结构 如图 3-2 所示 6432151.液压缸 2.H 型三位四通液压阀 3.单向阀 4.溢流阀 5.泵 6.油箱 图 3-2 液压系统的工作原理 Fig.3-2 The liquid presses the work principle of the system 3.3 调偏装置安装的 位置选择 为使 调偏装置能充分发挥作用，提高调偏 效果，对 调偏装置的安装位置应合理选择。必须安装调偏装置的 位置是 : 1） 带式输送机 机头、机尾 ； 2） 带式输送机 受料点 ； 3） 带式输送机 凹弧段上皮带两侧 ； 4） 带式输送机 凸起点 ； 另外为预防跑偏，可根据 胶带 强度每隔 30 60m 安装 一台 调偏装置 。 胶带 强度大，可增大安装间距。 如图 3-2 所示 nts 带式输送机摩擦轮调偏装置设计 24 L凸 段上 纠 偏 机受 料 点尾 滚 筒下 辊下 纠 偏 机头 滚 筒L3 米1 5 米凹 段图 3-3 调偏装置 在 带式输送机 上的布置 Fig.3-3 The dispose to rectify deviation mechanism in the belt conveyor 对于 调偏装置 ，与头尾滚筒的安装位置也非常重要。因为，头尾滚筒较易使 胶带 跑偏 ;因 调偏装置 的 调 偏效果和 胶带 的运行速度有关，一旦跑偏也不易控制。所以， 调偏装置 距头尾滚筒的距离合适，才能达到最佳 调偏 效果。根据实际经验提供下列安装位置供参考 , 见表 3-1 表 3-1 调偏装置 距头尾滚筒的最佳距离 L Table.3-1 The best distance to the rectify deviation mechanism from the head and tail roller 3.4 液压 系统 参数 设计计算部分 7 3.4.1 调偏力的计算 已 知带速 4m sv ，带宽 1400 m mB ，系统产生的转矩 3 0 0 N ? mM 取活塞杆到轴承的垂直距离为 600mm ，则由公式 MF d （ 3-1） 得 ： 皮带速度（ ms） 安装距离（ m ） 1.6 以下 5-6 2 8-9 2.5 11-12 3.15 14-15 4 17-18 4.5 20-22 5 23-25 nts 25 600 1 0 0 0 N0 . 6MF d 其中 F -活塞杆产生的推力 N ； M -总转矩 Nm； d -活塞杆到轴承的垂直距离 m 。 3.4.2 液压缸内液体的压力计算 根据设计要求查表 31-5 取液压缸外径1 121mmD ，内径2 100mmD ，则由公式 24 mDFP （ 3-2） 得 224 4 1 0 0 0 0 . 1 3 4 M P a3 . 1 4 0 . 1 0 . 9 5mFP D 其中 P -液压缸内液体的压力 MPa ； D -液压缸内径 m ； m-液压缸的机械效率，一般 0.95m 。 3.4.3 液压缸内液体流量的计算 现取活塞杆的伸出速度 4 m minv ，则由公式 24 vQv D （ 3-3） 得 22 433 . 1 4 0 . 1 4 5 . 5 1 0 m s4 4 0 . 9 5 6 0vDvQ 其中 Q -液压缸内液体的流量 3ms； v-液压缸的容积效率 3.4.4 液压缸的输入功率的计算 则由公式 N P Q （ 3-4） 得 nts 带式输送机摩擦轮调偏装置设计 26 641 . 3 4 1 0 5 . 5 1 0 0 . 0 7 3 k wN P Q 其中 N -液压缸的输入功率 kw ； P -液压缸内液体的压力 Pa ； Q -液压缸内液体的流量 3ms。 3.4.5 摩擦轮主要参数的计算 根据设计要求，为使得泵的结构简单，工作可靠，体积小，查表 30-34 选取 CB-B2.5型齿轮泵，其驱动功率为 0.13kw ，若 摩擦轮 要带动泵，使泵能正常工作，必须使得 摩擦轮的输
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