带式输送机驱动装置设计

本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 1 页 共 32 页1 引言11 国内外带式输送机的发展状况输送机是在一定线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续输送机。输送机可进行水平、倾斜和垂直输送，也可组成空间输送线路，输送线路一般是固定的。输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用广泛。17 世纪中，开始应用架空索道输送散状物料；19 世纪中叶，各种现代结构的输送机相继出现。1868 年，在英国出现了带式输送机；1887 年，美国出现了螺旋输送机；1905 年，瑞士出现了钢带式输送机；1906 年，英国和德国出现了惯性输送机 1。20 世纪 80 年代末以来，我国的煤矿用带式输送机也有了很大的发展，对其关键技术的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，如国家“七五”攻关项目“大倾角带式输送机成套设备” 、 “九五”攻关项目“高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机”等都填补了国内空白，开发了大倾角、长距离输送原煤的新型带式输送机系列产品，并对带式输送机的关键技术及其主要元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，研制成功了多种软启动和制动装置及以 PLC 为核心的可编程电控装置。但与国外相比（如表 1-1） ，其机型一般都偏小，特别是带速通常均不超过 4.5m/s，对高带速输送机及其动态设计与计算机监控等关键技术问题缺乏实践经验，由于带速普遍较低，许多设计单位仍沿用以往的静态设计法，用加大带式输送机安全系数的方法来提高设计的可靠性，其结果不仅增大了设备成本，而且降低了设备运行的可靠性。表 1-1 国外目前带式输送机的主要技术指标 2300-500 万吨高产高效矿井顺槽可伸缩带式输送机 大巷与斜井固定带式输送机主要技术参数国内 国外 国内 国外运距 m 2000-3000 2000-3000 5000 4500本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 2 页 共 32 页带速 m/s 3.5-4 2.4-2.5 4-5,最高可达 8 3-5输送量 t/h 2500-3000 1500-3500 3000-5000 2000-3000驱动功率 kw 1200-2000 900-1600 1500-3000 1500-3000目前，带式输送机的发展趋势是：大运输能力、大带宽、大倾角、增加单长度和水平转弯，合理使用胶带张力，降低物料输送能耗，清理胶带的最佳方法等。12 带式输送机发展的技术前瞻带式输送机大型化与高可靠性要求，对设计者和制造商提出了更高的要求，只有解决了带式输送机发展的关键技术，才能制造出高性能、高可靠性的大型带式输送机。其关键技术为 2：1动态分析技术就是建立带式输送机输送带在启动和停机过程中的动力学方程，求解带式输送机上不同点随时间推移所发生的变化，找出变化剧烈的张力波可能造成的破坏，这就是带式输送机的动态分析。2可控启动技术大型带式输送机的启动，一定要有一个足够的启动时间，使启动加速度保持在允许范围内，运距越长、带速越高、输送量越大，启动时间就越长。因而必须对启动时间加以控制，可控启动时输送带张力波动极小，启动平稳。3下运制动技术包括三个技术关键，分别是制动能量大、制动平稳性要求高、在事故停电时要求系统迅速而安全地制动。4.中间驱动技术随着我国高产高效矿井的出现，煤矿井下用带式输送机已向大型化方向发展，但由于受到输送带强度与驱动装置的限制，井下使用的带式输送机单机长度还不允许无限制地加长。中间驱动就是把驱动功率的一部分放在输送机的中间段，使驱动功率分散开来，这样可以降低输送带的最大张力，降低输送带的强度，提高输送机的输送能力，降低征集成本。5.高速托辊技术托辊使带式输送机的主要部件，量大面广，在顺槽中使用的托辊一般采完一个工作面后，托辊损坏数量很大，经济损失相当严重。另外托辊的旋转阻力及输送机运行阻力大，功率消耗很大，因此提高托辊质量对降低能耗、节省费用、增加运行本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 3 页 共 32 页可靠性具有重大意义。6.电控与监测自动化技术国外大型带式输送机都已采用高档 PLC 可编程控制器，开发了先进的程序软件与综合电源继电器控制技术以及数据采集等完整的自动监控系统。这样可以实现输送机可控启（制）动、中间驱动、功率平衡、带速同步、自动张紧与机尾自移以及各种保护装置、通信与信号联络等综合功能的要求。1.3 带式输送机概述1.3.1 带式输送机的优缺点带式输送机的优点是输送物料种类广泛，运输能力大，输送路线的适应性强，灵活的装卸料，可靠性强、安全性高、费用低，工作阻力小，耗电量低，约为刮板输送机耗电量的 1/31/5。因在运输过程中物料与输送带一起移动，故磨损小，物料破碎性小。由于结构简单，既节省设备，又节省人力，故广泛应用于我国国民经济的许多工业部门。带式输送机的缺点是输送带成本高且易损坏，故与其他输送设备相比，初期投资高，且不适于运送有棱角的物料。1.3.2 带式输送机的工作原理带式输送机的机构示意图如下所示，图 2-1 带式输送机工作原理图1. 驱动滚筒；2.清扫装置；3.托辊 4.输送机 5.机尾换向滚筒 6.拉紧装置本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 4 页 共 32 页输送带绕经驱动滚筒 1 和机尾换向滚筒 5 形成无极闭合带。上下两股输送带是由安装在机架上的托辊 3 支承着。拉紧装置的作用是给输送带正常运转所需要的张紧力。工作时，驱动滚筒通过它与输送带之间的摩擦力驱动输送带运行。货载装载输送带上并与其一起运行。带式输送机一般是利用上分支输送带输送货载的，并且在端部卸载。利用专门的卸载装置也可在中间卸载。1.3.3 带式输送机的分类带式输送机分类方法有多种,按运输物料的输送带结构可分为两大类；一类是普通型带式输送机，这类带式输送机在输送带运送物料的过程中，上带呈槽形，下带呈平形，输送带有托辊托起，输送带外表几何形状均为平面；另一类是特种结构的带式输送机，各有各的输送特点，其分类图如下 4：TDII 型固定式带式输送机GD80 轻型带式输送机普通型 DX 型钢绳芯带式输送机U 型带式输送机带式输送机管形带式输送机气垫型输送机特种结构 波状挡边带式输送机钢绳牵引带式输送机压带式带式输送机及其它类型。图 1-1 带式输送机的分类14 驱动装置形式驱动装置实际上是一种能量转换装置, 根据能量可能进行的转换方式, 带式输送机的驱动可以有下面的几种途径: a) 电能机械能: 电动机通过电力电子技术直接驱动。其主要形式为: 直流电动机调速方式、交流电动机软启动方式、交流电动机变频调速方式、差动变频无级调 速。b) 电能液体动能流体摩擦机械能: 液粘离合器驱动。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 5 页 共 32 页c) 电能液体动能机械能: 液力耦合器驱动。d) 电能液压能机械能: 液压马达驱动。根据设计参数和要求，综合考虑后，采用第一种途径。驱动装置的作用是将电动机的动力传递给输送带，并带动它运动。驱动装置是带式输送机的动力传递机构。一般由电动机、联轴器、制动器、减速器及驱动滚筒组成。电动机：带式输送机用的电动机，有鼠笼式、绕线式异步电动机。在有防爆要求的场合，就采用矿用隔爆机。使用液力耦合器时，不需要具有高起动力矩的电动机，只要与耦合器匹配得当，就能得到接近电机最大力矩的起动力矩。联轴器：按传动和结构上的需要，分别采用液力耦合器、柱梢联轴器、棒梢联轴器、齿轮联轴器或十字滑块联轴器。减速器：带式输送机用的减速器，有圆柱齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器。圆柱齿轮减速器的传动效率高，但是它要求电机轴与输送机轴平行，驱动装置占地宽度大，适合于在地面驱动；而井下使用时需要加宽峒室，若把电机布置在输送带下面，会给维护和更换造成困难。因此，用于采区巷道是，常采用圆锥-圆柱齿轮减速器。驱动滚筒：驱动滚筒是依靠它与输送带之间的摩擦力带动输送带运行的部件。据挠性牵引构件的摩擦传动理论，输送带与滚筒之间的最大摩擦力，随摩擦系数和围包角的增大面增大。所以提高牵引力必须人这两方面入手。根据不同的使用条件和工作要求，带式输送机的驱动方式，可分单电机单滚筒驱动单电机双滚筒驱动及多电机驱动多滚筒驱动几种。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 6 页 共 32 页2 运动方案的拟定驱动装置是带式输送机的原动力部分，由电动机、减速器以及高（低）速联轴器、制动器和逆止器等组成。其型式的确定按与传动滚筒和关系，驱动装置可分为分离式、半组合式和组合式三种 5。其三种组合方式如下表所示：表 2-1 驱动装置的组成 类型 代号 功率范围/kw 驱动系统组成Y-DBY 2.2315 Y 电机-MLL 联轴器-YOX 耦合器-直交轴- 减速器-ZL 联轴器分离式Y-ZLY 2.2315 Y 电机-MLL 联轴器-YOX 耦合器-平行轴-减速器-ZL联轴器半组合式 YTH 2.2250 Y 电机-HL 联轴器-减速滚筒组合式 Y 2.255 Y 电机电动滚筒分离式驱动装置有两种，在这两种分离式装置中，应优先选择 Y-ZLY 驱动装置；而 Y-DBY 适用于要求布置特别紧凑的地方。半组合式驱动装置是只将减速齿轮副置于滚筒内部，电动机伸出在滚筒外面的驱动装置。它解决了电动滚筒散热条件差的问题。因而作业率可不受太大的限制。组合式驱动装置是将电动机和减速器齿轮副装入滚筒内部与传动滚筒组合在一起的驱动装置。驱动装置不占空间，适用于短距离及较小功率的带式输送机上。但电动机在滚筒内部，散热条件差，因而电动滚筒不适合长期连续运转，也不适合在环境温度不大 40C 的场合使用 6。传动装置的传动方案是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。综合考虑本题设计采用的为第一种分离式传动方案。其结构图如下:本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 7 页 共 32 页电 动 机联 轴 器制 动 器减 速 器联 轴 器滚 筒图 2-1 分离式驱动装置的结构图本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 8 页 共 32 页3 电动机的设计31 带式输送机驱动装置设计的原始数据1. 驱动装置技术性能：(1) 运输物料: 原煤(2) 胶带速度: 2.5m/s(3) 传动滚筒转速: 59.7r/min(4) 物料堆积密度： = 800kg/m3(5) 传动滚筒轴功率: 62.5kW(6) 带式输送机倾角：=10 0(7) 输送带拉力 25KN（8）设计运输生产率 Q=1500t/h2. 使用情况：每天工作 8 小时，每年 300 天，5 年。3.2 选择电动机的类型按工作要求和条件选取 Y 系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。它具有高效、节能、振动小、噪声小和运行安全可靠的特点，安装尺寸和功率等级符合国际标准。3.3 选择电动机的容量表 31类别 传动形式 效率很好跑合的 6、7 级精度（稀油润滑） 0.98-0.998 级精度的一般齿轮传动（稀油润滑） 0.979 级精度（稀油润滑） 0.96加工齿的开式传动（干油润滑） 0.94-0.96圆柱齿轮传动铸造齿的开式传动 0.90-0.93很好跑合的 6、7 级精度（稀油润滑） 0.97-0.98圆锥齿轮传动8 级精度的一般齿轮传动（稀油润滑） 0.94-0.97本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 9 页 共 32 页加工齿的开式传动（干油润滑） 0.92-0.95铸造齿的开式传动 0.88-0.92有自锁性的普通圆柱蜗杆传动（稀油润滑）0.40-0.45单头普通圆柱蜗杆传动（稀油润滑） 0.70-0.75双头普通圆柱蜗杆传动（稀油润滑） 0.75-0.82蜗杆传动三头和四头普通圆柱蜗杆传动（稀油润滑）0.80-0.92平带开式传动 0.98带传动V 带传动 0.96滚子链传动 0.396链传动齿形链传动 0.97平摩擦轮传动 0.85-0.92摩擦传动卷绳轮传动 0.95滚动轴承（球轴承取大值） 0.99-0.995轴承（一对） 滑动轴承（液体摩擦取大值，润滑不良取小值） 0.97-0.995浮动联轴器（滑块联轴器等） 0.97-0.99齿式联轴器 0.99弹性联轴器 0.99-0.995联轴器万向联轴器 0.95-0.98单级圆柱齿轮减速器 0.97-0.98两级圆柱齿轮联轴器 0.95-0.96单级 NGW 型行星齿轮减速器 0.95-0.98单级圆锥齿轮减速器 0.95-0.96两级圆锥圆柱齿轮减速器 0.94-0.95减（变）速器无级变速器 0.92-0.95工作所需的功率： （1）wdP本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 10 页 共 32 页（2）10wFvP由上式（1） ， （2）可知: dw式中 电动机的工作功率 kw；dP工作机所需功率(指输入工作轴的功率)，kw；w工作机的效率；输送带主轴牵引力 N；F输送带运行速度 m/s；v电动机至工作机之间传动装置的总效率。24213式中 、 、 、 、分别为齿轮传动、卷筒、轴承、联轴器的效率。1234查表 31 得， =0.97、 =0.96、 =0.98、 =0.99 则： 1234=0.9720.960.9840.992=0.817所以: 5.8009617dwFvPkw根据 选取电动机的额定功率 。d edP查机械零件设计手册取电动机的额定功率为 =110kwedP34 选择电动机的转速由传动滚筒轴的转速 ,按二级斜齿圆柱减速器的传动比的合理范59.7/minwnr围 =8:30,故电动机的转速范围为: =(477.6:1791)r/min。配合计算出的容i dw量,可查出有两种适用的电动机型号, 其技术参数比较情况见下表：表 3-2 两种适用的电动机型号的参数本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 11 页 共 32 页额定功率电动机转速 /minr方 案 电动机型号kw 同步转速满载转速电动机重量 kg1 Y315M2-6 110 1000 990 11102 Y315S-4 110 1500 1480 1000综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及减速器的传动比，可知方案 2 比较适合。因此选定电动机型号为 Y315S-4,所选电动机的额定功率 P =110kw，满载转速 n=1480r/min 。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 12 页 共 32 页4 减速器的设计41 计算总传动比并分配各级传动比图 41 运动简图电动机确定后，根据电动机的满载转速和工作装置的转速就可以计算传动装置的总传动比 7。4.1.1 计算总传动比= =24.79 /mwin148059.74.1.2 分配各级传动比确定各级的传动比时,考虑到润滑条件,应使高、低级两个在齿轮的直径相近，所以低速级大齿轮略大些，推荐高带级传动比 =(1.2:1.3) 1i2i15.49i2.5i42 运动参数的计算4.2.1 计算各轴转速=1480r/minmn1=1480/5.49=269.58r/min12/i=269.58/4.51=59.77r/min234.2.2 各轴的功率和转矩本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 13 页 共 32 页电动机轴输出功率和转矩80kwdP9550 9550dTmdnpN80516.24Nm轴的输入功率和转矩：= = 800.99=79.2kw1Pd4 95501T1nNm9550 511.0579.2480轴的输入功率和转矩：= = 79.20.970.98=75.29kw2P139550 2T2nNm9550 2667.1875.968轴的输入功率和转矩：= =75.290.970.98=71.57kw3P2129550 3T3nNm9550 11435.3971.59传动滚筒轴的输入功率和转矩：= kP3234=71.570.980.990.96=66.66kw本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 14 页 共 32 页9550 kT3nPkNm9550 10650.876.597将以上各轴的转速，功率及转矩，列成表格表 4-1 各轴的转速，功率和转矩轴 名 参 数 电动机轴 轴 轴 轴 滚筒轴转 速 r/min 1480 1480 269.58 59.77 59.77功 率 kw 110 79.2 75.29 71.57 66.66转 矩 Nm516.21 511.05 2667.18 11435.39 10650.87综合考虑传动比和额定功率，应该选取 减速器， =24.79， 额314HS/mwin定功率 =110kw。edP本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 15 页 共 32 页5 驱动滚筒设计5.1 输送带的选择输送带在带式输送机中既是承载构件又是牵引构件（钢丝绳牵引带式输送机除外） ，它不仅要有承载能力，还要有足够的抗拉强度。输送带有带芯（骨架）和覆盖层组成，其中覆盖层又分为上覆盖胶，边条胶，下覆盖胶。输送机的带芯主要是有各种织物（棉织物，各种化纤织物以及混纺织物等）或钢丝绳构成。它们是输送带的骨干层，几乎承载输送带工作时的全部负载 18。因此，带芯材料必须有一定的强度和刚度。覆盖胶用来保护中间带芯不受机械损伤以及周围有害介质的影响。上覆盖胶层一般较厚，这是输送带的承载面，直接与物料接触并承受物料的冲击和磨损。下覆胶层是输送带与支撑托辊接触的一面，主要承受压力，为了减少输送带沿托辊运行时的压陷阻力，下覆盖胶的厚度一般较薄。侧边覆盖胶的作用是当输送带发生跑偏使侧面与机架相碰时，保护带芯不受机械损伤。按输送带带芯结构及材料不同，输送带被分成织物层芯和钢丝绳芯两大类。织物层芯又分为分层织物芯和整体织物层层芯两类，且织物层芯的材质有棉，尼龙和维纶等。为了方便制造和搬运，输送带的长度一般制成 100 米200 米，因此使用时必须根据需要进行连接。橡胶输送带的连接方法有机械接法与硫化胶接法两种。硫化胶接法又分为热硫化和冷硫化胶接法两种。5.2 驱动滚筒的选择设计驱动滚筒是传递动力的主要部件。根据不同的使用条件和工作要求，带式输送机的驱动方式，按单点驱动方式来讲，可分单滚筒驱动和双滚筒驱动。单滚筒传动多用于功率不大的输送机上，功率较大的输送机可以采用双滚筒传动，其特点是结构紧凑，还可以增加包角以增加传动滚筒所能传递的牵引力。使用双滚筒传动时可以采用多电机分别传动，也可以利用齿轮传动装置使双滚筒同速运转。如双滚筒传动仍不满足牵引力需要，可采用多点驱动方式。滚筒结构又分为钢板焊接滚筒(大型的)和铸造滚筒(小型的)。驱动滚筒的作用是通过筒面和带面之间的摩擦驱动使输送带运动，同时改变输送带的运动方向。为了传递必要的牵引力，输送带与滚筒间必须具有足够的摩擦力。根据摩擦传动的理论，在设计或选择驱动装置时，可采用增加输送带与驱动滚筒问本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 16 页 共 32 页的摩擦 和 围 包 角 的 方 法 来 保 证 获 得 必 要 的 牵 引 力 。 采 用 单 滚 筒 驱 动 时 ； 围 包 角 可达 1802 40；当采用双滚筒驱动时，围包角为 360480左右。用双滚筒传动能大大提高输送机的牵引力，所以常常被采用，尤其是当运输长度比较长时，一般采用双滚筒驱动。驱动滚筒的表面形式有钢制光面滚筒和包胶面滚筒等。钢制光面滚筒的主要缺点是表面摩擦系数小，所以一般用在周围环境湿度小的短距离运输机上 19-20。包胶滚筒的主要优点是表面摩擦系数大，适用于环境湿度大，运距较长的输送机。而包胶的主要用途就是为了增大驱动滚筒与输送带间的摩擦系数，减小滚筒的磨损。当功率不大，环境湿度小的情况下，可选用光面滚筒；环境潮湿，功率又大，容易打滑的情况下，应选用胶面滚筒作为驱动滚筒。包胶滚筒按其表面形状又可分为光面包胶滚筒、人字形沟槽包胶滚筒和菱形包胶滚筒。本设计采用人字形沟槽包胶滚筒。这种滚筒是为了增大摩擦系数，在钢制光面滚筒表面上，加上一层带人字形的橡胶层面制成。这种滚筒有滚筒方向性，使人字刻槽的尖端顺着输送方向，不得反向运转。方向如下图所示。人字形沟槽胶滚筒，沟槽能使水的薄膜中断，不积水，同时输送带与滚筒接触时，输送带表面能挤压到沟槽里，由于这种原因，即使在潮湿的场合工作，摩擦系数降低也很小。而菱形胶表适用于可逆运转的输送机 8。两种人字形沟槽包胶滚筒如下图所示：图 5-1 左向人字形包胶滚筒和右向人字形包胶滚筒的结构示意图5.3 滚筒尺寸的确定输送带的宽度直接影响，原煤的输送生产率 9。由带式输送机的输送能力公式：mCvBKQ2本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 17 页 共 32 页易知：满足运输生产率要求的最小输送带宽度mCvKQB式中 输送带宽度，m；带速，m/s；v物料散集密度，t/m 3；输送量，t/h；Q物料的断面系数， 值与物料的堆积角 值有关，可由表 51 查得；mKmK输送机倾角系数，即考虑倾斜运输时运输能力的减小而设的系数，其值见C表 52。表 51 物料断面系数表动堆积角 10 20 25 30 35槽形 316 385 422 458 466mK平形 67 135 172 209 247表 52 输送机倾角系数表 0 7 8 15 16 20mC1.0 0.950.9 0.90.8表 53 各种物料散集密度及物料堆积角货载名称 /t货载名称 3/mt煤 0.81.0 30 石灰岩 1.62.0 25煤渣 0.60.9 35 砂 1.6 30焦炭 0.50.7 35 黏土 1.82.0 35黄铁矿 2.0 25 碎石 1.8 20设计中，带式输送机采用的是槽形托辊；由原始数据可知，运送的是原煤，输送机的倾角为 10。故从表 53 查得 =30；从表 51 中查得 =458；从表 5mK2 中查得 =0.950.9，取 =0.92。mCmC本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 18 页 共 32 页代入数据： = m=1.33mmCvKQB92.085.241查表选取带宽 =1.4m=1400mm在标准设计中，带宽与滚筒直径也有一定比例关系，所以用上式计算的滚筒直径，然后在系列标准中圆整成相近的标准直径，带宽 B 与驱动滚筒标准直径的关系如下表所示 22：表 5-4 带宽与驱动滚筒标准直径的关系胶带宽度mm650 800 1000 1200 1400630 630 800 800 1000- 800 1000 1000 1250驱动滚筒标准直径D(mm)- - - 1250 1400滚筒长度 应比输送带宽度 B 大些，一般取为 = +（100200） mm1B1B故滚筒长度 =（1400+200 ） mm =1600 mm1由表 54 选取驱动滚筒的标准直径 D=1000mm 本系列传动滚筒设计时,已考虑了输送机启制动时出现的尖峰载荷,因而传动滚筒只需按稳定工况算出的扭矩和合力来选择即可。由总体方案的设计部分可知，传动滚筒的圆周合力为： 25PFKN而按稳定工况计算出的转矩为：=66.66KW10wv9550 kT3nPkNm=9550 10650.876.597故该滚筒选择满足要求。其结构尺寸如下图所示 10：本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 19 页 共 32 页图5-2 传动滚筒的结构尺寸安装图由DT()输送机设计手册 22查得安装尺寸如表55所示：表55主要尺寸/mmB D/mm 许用应力/KN 轴承型号A L 2d K1400 1000 27 22232 2050 1600 1125 150 250主要尺寸/mmM N Q P H h 1B 0d200 105 520 640 200 60 158 36 M30图5-4 传动滚筒的三维模型本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 20 页 共 32 页5.4 驱动滚筒轴的设计5.4.1 驱动滚筒轴的结构设计计算最小轴径：筒的输入功率和转速=66.66kwkP3n59.7Nm选取驱动滚筒轴的材料为45钢，调质处理。查表知：考虑弯矩影响的设计系数为=118，于是轴的最小直径为：0A=118 =122.7mm，ind0A3kP36.597滚筒轴的结构尺寸如下图所示：图5-5 滚筒轴的结构尺寸图5-6滚筒轴的三维模型5.4.2 滚筒轴的校核由于只受扭转力的作用，故只校核轴的强度和刚度。(1)强度校核由强度校核条件：本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 21 页 共 32 页= = =15.78MpaTW36d.20159nP36150.27.9轴的扭转剪应力,Mpa；T 轴所受的扭矩，N.mm；WT 轴的抗扭截面模量，对于实心轴，W T = 0.2d3；163P轴所传递的功率，KW；n轴的转速，r/m 3；d轴的截面直径,mm； 许用扭转剪应力，Mpa；T由于轴承的材料为45钢，查机械零件表15-3得，轴的材料的许用扭转剪切应力为2545因为 ，所以符合要求。T(2) 刚度校核由刚度条件得：=5.73 =5.73 =0.46( /m)410pGIT410443201.8765T轴所受的扭矩,N.mmG轴的材料剪切弹性模量，对于钢材，G=8.1 104MpaIp轴的截面的极惯性矩,mm 4，对于轴I p = 32d由于传动滚筒为一般的传动轴，因此 =0.51( /m)故轴的刚度合格。5.4.3 滚筒的周向定位对于零件的周向定位，一般的方法是采用键、螺钉等进行，这就不同程度的削弱了轴强度，基于此，本设计采用胀套定位，利用锥面原理，通过调整锥面轴向位移，达到径向膨胀 21-22。优点及特性：本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 22 页 共 32 页a)制造和安装简单。安装胀套的轴和孔不像过盈配合那样要求高精度的制造公差，安装胀套也无需加热，冷却或使用加压设备，只须将螺钉按规定扭矩值宁紧即可。b)有良好地互换性，且拆卸方便。拆卸时，先松开压紧螺钉，再用顶出螺钉顶出卸载，即可拆除联接状态，将胀套与联结零件分离。c)胀套联接可以承受重负载。其结构可作成各种样式，为适应安装负载要求，一个胀套不够用时，还可多个串联使用。d)胀套联接是一种精密无间隙、无键的联接。可靠的消除了键传动所造成的应力集中等弊病。具有定位方便快捷、使用寿命长、不易腐蚀等优点。在工作中无相对滑动，不会磨损。e)胀紧联接在轴向安装时，不需轴向任何固定就可以调整其轴向所需位置尺寸及零件相对位置。f)胀紧联结套可以在-30 200 温度范围之间工作，并可以根据工作环境和C介质的不同，选择多种不同的材料 12。以上特点弥补了键联接的许多不足之处，该产品是取代键的最佳选择，相对于键联结，可以保证无间隙，使用寿命极长。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 23 页 共 32 页6 联轴器的设计6.1 高速联轴器在减速器高速轴与电动机之间，由于转速较高，且有轻微的冲击振动；输送机功率在 110KW 以内的高速轴一般采用弹性柱梢联轴器 23，这种联轴器传递转矩的能力很大，结构简单，安装制造方便，耐久性好，弹性柱梢有一定的缓冲和吸振能力，允许被联接两轴有一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位移 13。计算选型如下：选择时应满足如下的强度条件计算转矩： =（ ）CT12KTNm电动机系数，查机械手册得 =0.251K1K工作机类型系数，查机械手册得 =1.22 2=1.45 511.05=766.57CTNm由联轴器的计算和轴的设计计算，选 联轴器3XL其公称许用转矩 1250 ，许用转速为 4700r/min ，故满足要求。其结构尺寸如下表所示表 6-1 联轴器的结构尺寸3XL轴孔长度mmY型 、 、Z型J1型号 公称转矩(N m)许用转速(r/min)轴孔直径、1d23mm L LD mm30，32，35，38 82 60 82LX3 1250 470040，42，45，48 112 84 112240mm1DBmm Smm 转动惯量(kg) 质量kg160 36 2.5 0.026 8本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 24 页 共 32 页6.2 低速联轴器在低速级与工作机之间，其转矩很大，且有一定的冲击振动，减速器输出轴与工作机轴间又有一定的轴向和径向位移，所以此处选择弹性齿式联轴器。这种联轴器由两个带有内齿及凸缘的外套筒和两个带有外齿的内套筒组成。两个内套筒分别用键与两轴连接，两个外套筒用螺栓连成一体，依靠内外齿相啮合以传递转矩。由于外齿的齿顶制成椭球面，且保证与内齿啮合后具有适当的顶隙和侧隙，故在传动时，套筒可有轴向和径向位移以及角位移。但为了减少磨损，应对齿面进行润滑。这类联轴器能传递很大的转矩，长允许有较大的偏移量，安装精度要求不高；成本较高，在重型机械广泛应用。计算选型如下：选择时应满足如下的强度条件计算转矩： =（ ） N mCT12KT电动机系数， =0.251K工作机类型系数， =1.252 2=1. 5 11435.39=17153.09N mCT由联轴器的计算和轴的设计计算，选 ZL8型联轴器。公称许用转矩25000Nm 许用转速2300r/min，故满足要求。其结构尺寸如下表所示：表6-2 ZL8型联轴器的结构尺寸轴孔长度mmY型 型1J型号 公称转矩(N m)许用转速(r/min)轴孔直径、1d2mm L LD mm140 212 167ZL8 16000 2500150 252 202300mm1DBmm Smm 转动惯量(kg) 质量kg190 128 6 0.798 90.626本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 25 页 共 32 页0.800 82.060本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 26 页 共 32 页7 制动装置7.1 制动装置的作用对于倾斜输送物料的带式输送机，平均倾角大于 4时，为了防止因满载停机发生上运物料的倒转或下运物料的顺滑现象，从而引起物料的堆积、飞车等事故，所以就应增设逆止或制动装置。制动器是用于机器或机构减速使其停止的装置，有时也能用调节或限制机构的运行速度，它是保证机构或机器安全正常的重要部件。7.2 制动装置的种类带式输送机的逆止和制动装置的种类较多，视输送机的具体使用条件采用不同形式的逆止或制动器。常用的有带式逆止器、滚柱逆止器、液压电磁闸瓦制动器、盘形制动器和液压推杆制动器等几种。本设计采用液压推杆制动器 。这种制动器对向上、水平或向下运输的带式输送机均可采用。其工作频率快，制动平衡，且制动力矩可调，寿命长等优点。因此多用于大功率、长距离的输送机上。安装在紧靠减速器的输入轴(高速轴)上，作为因断电停机和紧急刹车之用，适用于对停机时间有要求的场合。7.3 制动器的选型制动器的选择要考虑以下几点 14：a)机械运转运转状况，计算轴上的负载转矩，并要有一定的安全储备。b)应充分注意制动器的任务，根据各自不同的任务来选择，支持制动器的制动转矩，必须有足够储备，即保证一定的安全系数，对于安全性有高度要求的机构需要装设双重制动器。c)制动器就能保证良好的散热功能，防止对人身、机械及环境造成危害 11。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 27 页 共 32 页8 带式输送机驱动装置特性分析驱动装置是带式输送机的核心部件，属于系统的动力部件，其性能对于带式输送机的运输能力、运输成本、胶带最大张力的控制以及输送机运行的稳定性和安全性的控制方面，都是至关重要的。性能稳定、性价比高、功能完善、技术先进，是现代大型带式输送机动力装置必然的要求。而对于我国这样的国家，性能稳定、性价比高应该优先于后两项指标。8.1 大功率带式输送机对驱动装置的要求驱动装置是影响输送机动态特性的主要因素。大功率带式输送机在正常运行，尤其是在较不稳定的起制动状况时，动张力与静张力迭加，引起胶带在驱动滚筒处的张力重新分布并导致不稳定的运行 24-25。此外，还引起拉紧装置载荷的显著增大和重锤式拉紧装置位移的增加。这是因为胶带是弹性体，在外界扰动力(驱动力、制动力和运行阻力等)的作用下，沿胶带纵向产生振动的缘故。这是带式输送机动力学现象最主要的部分之一。如何减小其胶带的张力及其张力变化以减少冲击，对于完善输送机的运行性能和提高运输能力非常重要。而减小胶带张力及其变化于动力装置的性能有很大关系。驱动力过大、起动过快都会引起过大的胶带张力，从而影响到系统的所有元部件。理想的驱动装置必须具备以下条件。(1) 起动控制，即对起动加速度和起动时间的精确控制(可控起动)，或至少能满足空载或轻载起动(软起动)。(2) 频繁起动和多机驱动的功率平衡。(3) 停车安全。(4) 安全可靠，维护方便，经济高效。8.2 起动控制驱动装置必须连续地对胶带加速而不受负载的影响，起动时间应足够长，加速度值应控制在0.1 -0.3 以内，以防止撤料、滚料(尤其是大倾角带式输送2/ms2/s机)、胶带在滚筒上打滑以及拉紧装置的过度位移。胶带是粘弹性体而不是刚性体，因此要求起动输送机不能产生较大的胶带动张力(这种动张力甚至可能在胶带中引起共振)，传统的电机加减速器直接起动的方式早已不能满足大功率、长距离带式输送机的起动要求。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 28 页 共 32 页8.3 制动控制停车时驱动装置若能保持足够长的停车时间和平缓的减速曲线，将使停车时产生的张力波保持在安全范围内。对于长距离、大弹性模量的带式输送机来说，停车制动时比加速更具危险性，控制更困难。分析表明，胶带内部储存的应力能在停车使所产生的特殊动应力比驱动系统在加速时所产生的动应力要大得多。这就要求对长距离带式输送机必须用动态分析法来彻底的研究，诸如起动断电、紧急停车等工况所带来的危害 26。正常停车曲线的形状可能不像起动曲线那样至关重要，但是最好在驱动输入端安装飞轮，从而延长停车时间。在大多数情况下，驱动装置的惯性必须始终加在输送机上，以避免过快地停车。在紧急停车时，使用与加速曲线类似地可控制地减速方法是必要的。停车时间要延长到满足安全系数的要求。在实际中，只要延长加减速时间，就可以降低胶带安全系数，意味着降低胶带成本和输送机总价格(因胶带占输送机总价35%-45%左右)。所以选择合适的驱动装置，就降低高至几百万元的设备投资。由此可见，选择最佳的驱动和制动装置所带来的经济效益是很可观的。8.4 过载保护所有带式输送机的零部件都必须防止过载，因为驱动装置可以将过大力矩传递到胶带上，胶带上的冲击载荷也可对减速器和电动机的机械部件产生严重的影响 27-28。起动加载过多的输送机，对电动机过载能力的要求较高，可以用可调整最大力矩限制装置如限矩型液力偶合器来排除输送机偶然起动和运行加载过多的可能性，能消除胶带上主要的瞬间冲击动应力及其对减速器和电动机的影响。8.5 多机驱动时的负载平衡大功率带式输送机通常采用多机驱动的方式，由于电机特性的差异，以及驱动滚筒直径的微小变化都可能造成各驱动单元的功率不平衡，严重的可导致电机过载而烧毁。国外大功率带式输送机通常采用串联式PID(比例、积分、微分)控制回路，从而控制驱动装置的速度和输出力矩，快速准确地进行功率平衡。国内限于技术经济条件通常采用技术较为成熟的液力偶合器(限矩型或调速型)来控制电机的功率均衡。8.6 驱动装置的其他要求本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 29 页 共 32 页大功率带式输送机的驱动装置还应该具备延长电机绝缘材料的寿命，降低对电机的技术要求以及低速验带、故障自我诊断、对电网污染小等性能。另外，驱动装置也应允许在不停电动机时停车(当停车时间很短并允许的情况下)，这将尽可能地减少冲击电流。国外研究表明，电动机损坏有37%与高峰值冲击电流引起的绝缘损坏有关。为了减少电动系统的应力，各驱动电动机可以分时起动，减少起动电流对电网的冲击，降低对电源系统的技术要求，避免因过大的电压将而引起起动力矩降低。控制输送带的动张力，减小拉紧装置的的行程。能够满足频繁起动控制系统还应使装置在满载运行时具有可调性。比如，在多驱动的输送机上，若负载较小，且其中一个或几个驱动装置需暂时脱开的话，必须保证输送机继续运转。最后也是最重要的要是，安全、可靠、技术经济指标均衡，即性价比好。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 30 页 共 32 页结 论综合考虑，该设计的驱动装置的组合方式为分离式 Y-ZLY。该驱动装置由电动机、联轴器、减速器、制动器、滚筒组成。通过结合设计参数的计算对以上的驱动装置分别进行选型。电动机采用型号为 Y315S-4,所选电动机的额定功率 P=110kw，满载转速 n=1480r/min 。减速器采用型号为 ， =24.79， 额定功率 314HS/mwinedP=110kw。滚筒采用人字形沟槽包胶滚筒。高速级联轴器采用 联轴器，低速级联3XL轴器采用 ZL8 型联轴器。通