单托辊全封闭带式输送机设计【倾角16度】【7张cad图纸+文档全套资料】
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目 录摘要II第一章 带式输送机的技术现状与发展趋势11. 国外带式输送机技术的现状12. 国内带式输送机技术的现状23. 国内外带式输送机技术的差距24煤矿带式输送机技术的发展趋势5第二章 长距离带式输送机设计观点的发展7第三章 整体设计14 散粒物料的特征14 带速的选择14 总体布置设计14第四章 设计布置过程18第五章 计算设计过程201输送机布置简图202原始数据203初定参数204张力计算245拉紧装置计算266输送带选择计算277输送带组合型号27第六章 英文翻译28参考文献38设计感想39致谢40摘要学 院:机械电子工程 专 业:姓 名: 指导教师:带式输送机在当今社会应用日益广泛,当然一个产品也需要不断的研发和更新,才能永保活力。我所做的单托辊全封闭带式输送机就是在一些方面进行了改进,首先用单托辊带替槽型托辊以防止跑偏,其次在输送机外加外罩来防止污染,美化环境。这些结构和技术保证了带式输送机的整机性能优良,输送量大,带速快,高效节能。关键词:全封闭带式输送机、单托辊、螺旋拉紧装置,V形托辊。Hold the totally closed bringing type conveyer of rod onlyMechanical electronic engineering institute Design and make and automize 0322 in machinery Zhang Peng Guide a teacher: Wang YingSummary : The bringing type conveyer is used extensivly day by day on nowadays society, certainly a product needs constant research and development and upgrades too, could protect vigor forever . What I make ask rod totally closed person who bring conveyer to is it improve to go on in some respect only, at first with ask rod is it ask for trough type rod by preventing running partially from , secondly come to prevent pollution from in the conveyer and dustcoat to bring only, beautify the environment. The structure and technology have guaranteed the complete machine of the bringing type conveyer is of good performance, the sending amount is large, take the speed fast, energy-efficient. Keyword: Totally closed bringing type conveyer , asking the rod , spiral to strain the device only, hold the rod Vly。30 第一章 带式输送机的技术现状与发展趋势 1. 国外带式输送机技术的现状国外带式输送机技术的发展很快,其主要表现在2个方面:一方面是带式输送机的功能多元化、应用范围扩大化,如高倾角带输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型;另一方面是带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展,尤其是长距离、大运量、高带速等大型带式输送机已成为发展的主要方向,其核心技术是开发应用于了带式输送机动态分析与监控技术,提高了带式输送机的运行性能和可靠性。目前,在煤矿井下使用的带式输送机已达到表1所示的主要技术指标,其关键技术与装备有以下几个特点:设备大型化。其主要技术参数与装备均向着大型化发展,以满足年产300500万t以上高产高效集约化生产的需要。应用动态分析技术和机电一体化、计算机监控等高新技术,采用大功率软起动与自动张紧技术,对输送机进行动态监测与监控,大大地降低了输送带的动张力,设备运行性能好,运输效率高。采用多机驱动与中间驱动及其功率平衡、输送机变向运行等技术,使输送机单机运行长度在理论上已有受限制,并确保了输送系统设备的通用性、互换性及其单元驱动的可靠性。新型、高可靠性关键元部件技术。如包含CST等在内的各种先进的大功率驱动装置与调速装置、高寿命高速托辊、自清式滚筒装置、高效贮带装置、快速自移机尾等。如英国FSW生产的FSW1200/(23)400(600)工作面顺槽带式输送机就采用了液粘差速或变频调速装置,运输能力达3000 t/h以上,它的机尾与新型转载机(如美国久益公司生产的S500E)配套,可随工作面推移而自动快速自移、人工作业少、生产效率高表1 国外带式输送机的主要技术指标Tab.1 The main technical parameters of belt conveyer in overseas 主参数顺槽可伸缩带式输送机大巷与斜井固定式强力带式输送机运距/m200030003000带速/3.5445, 最高达8输送量/2500300030004000驱动功率/kW1200200015003000,最大达10100 2. 国内带式输送机技术的现状我国生产制造的带式输送机的品种、类型较多。在“八五”期间,通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施,带式输送机的技术水平有了很大提高,煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产吕开发都取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白,并对带式输送机的减低关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发,研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置,驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。目前,我国煤矿井下用带式输送机的主要技术特征指标如表2所示表2 国内带式输送机的主要技术指标Tab.2 The main technical parameters of the belt conveyer China主参数顺槽可伸缩带式输送机大巷与斜井固定式强力带式输送机运距/m200030003000带速/3.5445, 最高达8输送量/2500300030004000驱动功率/kW1200200015003000,最大达10100 3. 国内外带式输送机技术的差距3.1 大型带式输送机的关键核心技术上的差距.带式输送机动态分析与监测技术 长距离、大功率带式输送机的技术关键是动态设计与监测,它是制约大型带式输送机发展的核心技术。目前我国用刚性理论来分析研究带式输送机并制订计算方法和设计规范,设计中对输送带使用了很高的安全系统(一般取n=10左右),与实际情况相差很远。实际上输送带是粘弹性体,长距离带式输送机其输送带对驱动装置的起、制动力的动态响应是一个非常复杂的过程,而不能简单地用刚体力学来解释和计算。已开发了带式输送机动态设计方法和应用软件,在大型输送机上对输送机的动张力进行动态分析与动态监测,降低输送带的安全系统,大大延长使用寿命,确保了输送机运行的可靠性,从而使大型带式输送机的设计达到了最高水平(输送带安全系数n=56),并使输送机的设备成本尤其是输送带成本大为降低。 可靠的可控软起动技术与功率均衡技术 长距离大运量带式输送机由于功率大、距离长且多机驱动,必须采用软起动方式来降低输送机制动张力,特别是多电机驱动时。为了减少对电网的冲击,软起动时应有分时慢速起动;还要控制输送机起动加速度0.30.1 m/s2,解决承载带与驱动带的带速同步问题及输送带涌浪现象,减少对元部件的冲击。由于制造误差及电机特性误差,各驱动点的功率会出现不均衡,一旦某个电机功率过大将会引起烧电机事故,因此,各电机之间的功率平衡应加以控制,并提高平衡精度。国内已大量应用调速型液力偶合器来实现输送机的软起动与功率平衡,解决了长距离带式输送机的起动与功率平衡及同步性问题。但其调节精度及可靠性与国外相比还有一定差距。此外,长距离大功率带式输送机除了要求一个运煤带速外,还需要一个验带的带速,调速型液力偶合器虽然实现软启动与功率平衡,但还需研制适合长距离的无级液力调速装置。当单机功率50 kW时,可控CST软起动显示出优越性。由于可控软起动是将行星齿轮减速器的内齿圈与湿式磨擦离合器组合而成(即粘性传动)。通过比例阀及控制系统来实现软起动与功率平衡,其调节精度可达98% 以上。但价格昂贵,急需国产化。3.2 技术性能上差距 我国带式输送机的主要性能与参数已不能满足高产高效矿井的需要,尤其是顺槽可伸缩带式输送机的关键元部件及其功能如自移机尾、高效储带与张紧装置等与国外有着很大差距。装机功率 我国工作面顺槽可伸缩带式输送机最大装机功率为4250 kW,国外产品可达4970 kW,国产带式输送机的装机功率约为国外产品的30%40%,固定带式输送机的装机功率相差更大。运输能力 我国带式输送机最大运量为3000 t/h,国外已达5500 t/h。最大输送带宽度 我国带式输送机为1400 mm,国外最大为1830 mm.带速 由于受托辊转速的限制,我国带式输送机带速为4m/s,国外为5m/s以上。工作面顺槽运输长度 我国为3000 m,国外为7300m。自移机尾 随着高产高效工作面的不断出现,要求顺槽可伸缩带式输送机机尾随着工作面的快速推进而快速自移。国内自移机尾主要依赖进口,主要有2种:(a)随转载机一起移动的由英国LONGWALL公司生产的自移机尾装置。(b)德国DBT公司生产的自移机尾装置。前者只有一个推进油缸,后者则有2个推进油缸。LONGWALL公司生产的自称机尾用于在国内带宽1.2 m的输送机上,缺点是自移机尾输送带的跑偏量太小,纠偏能力弱,刚性差。德国生产的自移机尾在国内使用效果优于前者,水平、垂直2个方向均有调偏油缸,纠偏能力强。因此,前者还需完善,后者则需研制。但对自移机尾的要求是共同的,既要满足输送机正常工作时防滑的要求,又要满足在输送机不停机的情况下实现快速自移。高效储带与张紧装置 我国采用封闭式储带结构和绞车红紧为主,张紧小车易脱轨,输送带易跑偏,输送带伸缩时,托辊小车不自移,需人工推移,检修麻烦。国外采用结构先进的开放式储带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备,托辊小车能自动随输送带伸缩到位。输送带有易跑偏,不会出现脱轨现象。 输送机品种 机型品种少,功能单一,使用范围受限,不能充分发挥其效能,如拓展运人、运料或双向运输等功能,做到一机多用;另外,我国煤矿的地质条件差异很大,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)直至垂直提升等,应开发特殊型专用机种带式输送机。3.3 可靠性、寿命上的差距输送带抗拉强度 我国生产的织物整芯阻燃输送带最高为2500 N/mm,国外为3150 N/mm。钢丝绳芯阻燃输送带最高为4000 N/mm,国外为7000 N/mm。输送带接头强度 我国输送带接头强度为母带的50%65%,国外达母带的70%75%。托辊寿命 我国现有的托辊技术与国外比较,寿命短、速度低、阻力大,而美国等使用的新型注油托辊,其运行阻力小,轴承采用稀油润滑,大大地提高了托辊的使用寿命,并可作为高速托辊应用于带式输送机上,使用面广,经济效益显著。我国输送机托辊寿命为3万h,国外托辊寿命59万h,国产托辊寿命仅为国外产品的30%40%. 输送机减速器寿命 我国输送机减速器寿命3万h,国外减速器寿命7万h。带式输送机上下运行时可靠性差.3.4 控制系统上差距驱动方式 我国为调速型液力偶合器和硬齿面减速器,国外传动方式多样,如BOSS系统、CST可控传动系统等,控制精度较高。 监控装置 国外输送机已采用高档可编程序控制器PLC,开发了先进的程序软伯与综合电源继电器控制技术以及数据采信、处理、存储、传输、故障诊断与查询等完整自动监控系统。我国输送机仅采用了中档可编程序控制器来控制输送机的启动、正常运行、停机等工作过程。虽然能与可控启(制)支装置配合使用,达到可控启(制)动、带速同步、功率平衡等功能,但没有自动临近装置,没有故障诊断与查询等。输送机保护装置 国外带式输送机除安装防止输送带跑偏、打滑、撕裂、过满堵塞、自动洒水降尘等保护装置外,近年又开发了很多新型监测装置:传动滚筒、变向滚筒及托辊组的温度监测系统;烟雾报警及自动消防灭火装置;纤维织输送带纵撕裂及接头监测系统;防爆电子输送带秤自动计量系统。这些新型保护系统我国基本处于空白。而我国现有的打滑、堆煤、溜煤眼满仓保护,防跑偏、超温洒水,烟雾报警装置的可靠性、灵敏性、寿命都较低。4煤矿带式输送机技术的发展趋势4.1 设备大型化、提高运输能力为了适应高产高效集约化生产的需要,带式输送机的输送能力要加大。长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势,也是高产高效矿井运输技术的发展方向。在今后的10a内输送量要提高到30004000t/h,还速提高至46m/s,输送长度对于可伸缩带式输送机要达到3000m。对于钢绳芯强力带式输送机需加长至5000m以上,单机驱动功率要求达到10001500 kW,输送带抗拉强度达到6000 N/mm(钢绳芯)和2500 N/mm(钢绳芯)。尤其是煤矿井下顺槽可伸缩输送技术的发展,随着高产高效工作面的出现及煤炭科技的不断发展,原有的可伸缩带式输送机,无论是主参数,还是运行性能都难以适应高产高效工作面的要求,煤矿现场急需主参数更大、技术更先进、性能更可靠的长距离、大运量、大功率顺槽可伸缩带式输送机,以提高我国带式输送机技术的设计水平,填补国内空白,接近并赶上国际先进工业国的技术水平。其包含7个方面的关键技术:带式输送机动态分析与监控技术;软起动与功率平衡技术;中间驱动技术;自动张紧技术;新型高寿命高速托辊技术;快速自移机尾技术;高效储带技术。4.2 提高元部件性能和可靠性 设备开机率的高与低主要取决于元部件的性能和可靠性。除了进一步完善和提高现有元部件的性能和可靠性,还要不断地开发研究新的技术和元部件,如高性能可控软起动技术、动态分析与监控技术、高效贮带装置、快速自移机尾、高速托辊等,使带式输送机的性能得到进一步的提高。 4.3 扩大功能,一机多用化 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。开发特殊型带式输送机,如弯曲带式输送机、大倾角或垂直提升输送机等。第二章 长距离带式输送机设计观点的发展 近15年来,国外对带式输送机相关理论的研究取得了很大进展,带式输送机主要部件的技术性能也明显提高,为带式输送机向长距离、大型化方向发展奠定了基础。随着对长距离带式输送机的可靠性和经济性要求的不断提高,其设计观点也在逐步发展。先进的设计观点,是以国际标准ISO 5048和德国工业标准DIN 22101为基础,设法减小运行阻力,合理确定输送带的安全系数,采用可控起、制动装置平稳起、制动,利用输送带粘弹性理论进行动态分析,对输送机进行工况预测和优化。 1 采用高精度托辊和高性能输送带减小运行阻力 带式输送机的主要阻力是由托辊旋转阻力和输送带前进阻力组成的。国外的试验研究表明,托辊旋转阻力和输送带压陷阻力占主要阻力的5085,平均值为70。因此,提高托辊精度和输送带性能,可以有效减小运行阻力。近10年来,托辊的结构形式推陈出新,特别是采用高性能的专用轴承和高精度的密封圈,有效地降低了托辊的旋转阻力。与此同时,输送带的面胶和芯胶材料也不断更新,使输送带既有一定的成槽性,也有一定的胶面硬度和耐磨性,有效地减小了输送带的压陷阻力,按照现行标准,主要阻力采用模拟摩擦系数,厂值进行估算。DIN标准和ISO标准建议,在通常工况下,f取0.0170.020;按国内设计经验,f通常取0.0200.025。研究表明,按现行标准推荐的模拟摩擦系数f值计算的主要阻力,在多数情况下偏大,较大程度地影响了输送机的经济性。 修订的DIN 221011998(草案)提出了比较精确的主要阻力计算方法。即: FHo=(FRo+Fgo)q。 式中 FHo 上分支主要阻力 FRo 上分支托辊的旋转阻力 FEo 上分支输送带的压陷阻力 qo 系数,取0.5qo0.85,平均值为 q0=0.7Fhu=(FRu+FEu。)qu。 式中 FHu 下分支主要阻力 FRu 下分支托辊的旋转阻力 FEu 下分支输送带的压陷阻力 qu 系数,取qu=0.9 新标准中主要阻力的计算,是以上下分支托辊的旋转阻力和输送带的压陷阻力为基础的。对于长距离带式输送机,主要阻力对整机影响很大,应预先测定所用托辊的旋转阻力和输送带的压陷阻力,才能比较准确地计算输送机的主要阻力。在托辊旋转阻力和输送带压陷阻力未知的情况下,新标准给出了模拟摩擦系数,f的参考值。通常工况下,f=0.0100.020;恶劣工况下,f=0.0200.040。 需要说明的是,标准中推荐的f值,适用于上托辊间距1.01.5m、下托辊间距2.53.5m的情况。减小托辊间距,f值可以减小,但阻力总值 通常会增大,一般是不可取的。对于长距离带式输送机,国外通常采取增大托辊间距的方法,降低阻力总值。上分支托辊间距可增大为2.55.0m,下分支托辊间距可增大为510m。但是,这种设计要有充分的动态分析作为基础,以确保输送机运行可靠。2 合理确定输送带的安全系数 输送带的安全系数,对带式输送机的经济性和可靠性影响很大,也是众多学者研究的重点。现行标准以输送带的额定破断强度为基础,综合考虑疲劳强度的大幅降低、由弯曲和伸长导致的强度下降、接头强度损失、起制动工况下动态张力的增加等因素,给出输送带的安全系数。例如,DIN 221011982标准建议,钢绳芯输送带的动态安全系数为4.86.0,稳态安全系数为6.79.5。其实,这种以输送带额定破断强度为基础的安全系数表示法很不直观,且在概念上容易引起误导。实际工程要求输送带的疲劳强度,在满足工况最大张力的基础上,具有适当的安全系数。20年前的研究认为,钢绳芯输送带在脉动循环10 000次以后的疲劳强度,是其额定破断强度的36,在此基础上,标准给出了上述安全系数值。 近十几年来,国外对输送带疲劳强度的试验研究表明,通过改进钢绳芯输送带的制造工艺和接头工艺,对于St 6000以下的钢绳芯输送带,其疲劳强度提高4555。这样,可使DIN标准中推荐的动态安全系数减小到3.84.8,稳态安全系数减小到5.47.6。DIN 221011998(草案)标准,引入了输送带疲劳强度的概念,在此基础上,提出了与接头有关的输送带安全系数So和与寿命及工况有关的输送带安全系数S1。 输送带疲劳强度安全系数:S=S0Sl 则 KN,min=KtKt,rel=KK,maxS/Kt,rel 式中 KN,min输送带最小额定破断强度 Kt-具有安全系数的输送带疲劳强度 Kt,rel输送带疲劳强度与额定破断强度的比值,一般取0.450.55 Kk,max槽形输送带最大边缘张力 最小安全系数:Smin=(S0Sl)min=1.01.5=1.5 最大安全系数:Smax=(S0S1)min=1.21.9=2.28 当Kt,rel=0.45时,KN,min=KN,min(3.335.1) 当Kt,rel=0.55时,KN,min=KN,min(2.724.15) 输送带最大张力通常发生在起制动工况下,采用软起制动装置,可以有效缓解动态张力的作用。动态张力可以通过动态分析比较准确地计算,也可以用稳态最大张力乘以起动系数Ka来粗略估算。采用软起制动装置时,起动系数Ka可取1.11.3。3 采用合理的可控起制动或软起制动装置减小动力作用 按现行标准,带式输送机的起制动加速度应为0.10.3m/s2。实际工程表明,这个数值已不适应长距离、线路复杂的带式输送机。通过动态分析可知,长距离、线路复杂的带式输送机,最好采用具有可控起制动功能的驱动装置,控制输送机按理想的起、制动速度曲线起动和制动,以减小输送带及承载部件的动态载荷;对于普通长距离带式输送机,可以采用软起制动驱动装置。 3.1 理想的可控起动速度曲线 理想的起动速度曲线,应使带式输送机平稳起动,且在整个起动过程中加速度的最大值较小,没有加速度突变,以最大限度地减小起动惯性力和起动冲击作用。 实际工程应用的比较理想的可控起动速度曲线有以下2种。 (1) 澳大利亚专家Harrison提出的起动速度曲线(见图1): v/(t)=v/(1cost/2) 0tT 式中: v设计带速 T起动时间 起动开始时,加速度为0,速度平稳增加;到T/2时,加速度达到最大值,速度达到v/2;然后,加速度逐渐对称地降低,速度继续增加;达到设计带速时,加速度降到0,完成起动过程。除起点和终点外,加速度曲线的一阶导数是连续的。(2) 美国专家Nordell提出的起动速度曲线 (见图2):起动开始时,加速度为0,速度平稳增加;到T/2时,加速度线性增加到最大值,其值比图1中的加速度值大27,速度达到v/2;然后,加速度逐渐对称地降低,速度继续增加;达到设计带速时,加速度降到0,完成起动过程。加速度的一阶导数在0、T/2、T时刻是不连续的,但加速度导数的峰值只是图1的81。 上述2种起动控制方式,都能获得理想的起动效果。由于输送机在起动之前,输送带处于松弛状态,为避免输送带的冲击,将输送带拉紧后起动,可进一步改善起动峰值张力作用。因此,需要在起动开始阶段加入一个时间延迟段,如图3所示,延迟段的速度一般取为设计带速的10。 起动时间T是非常重要的设计参数,可根据设计经验,通过控制最大起动加速度或平均加速度,初步确定起动时间,再根据动态分析结果进行优化。一般情况下,特长距离带式输送机的起动加速度不大于0.05ms2,中长距离带式输送机的起动加速度不大于0.1 ms2。 为避免输送机在起动过程中发生共振等动力学现象,起动时间了应满足下列条件: T5L/Vw 即起动时间大于下分支输送带纵向应力波由机头传到机尾所需时间的5倍。 式中: L输送机总长,m Vw输送带纵向应力波传递速度,m/s E输送带弹性模量,N/mm B带宽,mm qB单位长度输送带质量,kg/m qRu下分支单位机长托辊旋转部分质量,kgm 目前,工程上应用较多、具有可控起制动功能的驱动装置主要有交流变频调速驱动装置和CST可控起制动驱动装置。3.2 交流变频调速驱动装置 交流电机变频调速,具有调速范围宽、精度高等特点,易于实现起制动速度曲线的自动跟踪,能够提供理想的可控起制动性能。其起动系数可以控制在1.051.1,起动加速度可以控制在00.05ms2,适用于长距离、线路复杂的带式输送机,可以控制输送机按设定的“S”形速度曲线起动和制动,以满足整机动态稳定性及可靠性的要求。变频调速驱动装置还可以提供低速验带速度。由于变频调速需解决电气方面的一系列问题,造价较高,使应用受到一定程度的限制。3.3 CST可控起制动驱动装置 CST可控起制动装置,是美国Dodge公司开发的带式输送机专用可控起制动装置。从结构形式上看,CST是1台输出级带有液粘离合器的定轴加行星齿轮传动的减速器,液粘离合器联接在行星传动的内齿圈上,使CST具有差动调节输出力矩和输出转速的功能。CST可控起制动装置是长距离、大运量、线路复杂的带式输送机的理想驱动装置,具有设定起制动速度曲线自动跟踪控制功能、过载保护功能、多机平衡功能和低速验带功能。起动系数可以控制在1.051.1,起动加速度可以控制在00.05m/s2,控制精度为2。CST可控起制动装置的不利之处在于增加了液压系统的维护工作;对于倾斜带式输送机,必须设置较大的低速轴制动器和逆止器。 3.4 鼠笼电机加调速型液力偶合器的软起动驱动装置 调速型液力偶合器的充油量是可调的。电机空载起动后,偶合器通过稳定地增加充油量,输出恒转矩加速特性,使带式输送机在设定的起动力矩下平稳起动,起动系数可达1.11.3。鼠笼电机加调速型液力偶合器的驱动方式,是比较理想的软起动装置,常用于开环控制,等加速起制动,多机驱动时易于调整功率平衡,适于大中型和线路简单的长距离带式输送机。其缺点是体积大,需附加油液冷却装置,占地面积较大。 3.5 绕线电机转子回路串接电阻的软起动驱动装置 绕线式电动机,通过转子回路串接电阻,可以软化电机输出特性。在起动过程中,通过切换电阻,既可以保证设定的起动力矩,又可以限制起动电流。绕线电机转子回路串接电阻的驱动方式,通常采用开环控制,通过“二进制”切换电阻的方法,可在有限的电阻级数下,获得较多的起动加速级,使带式输送机等加速、较平稳起动。采用绕线电机转子回路串接电阻的驱动方式,可以方便地分别设定带式输送机的空载、满载起动特性和满载制动特性,获得比较理想的起制动效果。这种驱动方式,适用于大型、多机驱动系统的带式输送机。其缺点是绕线电机及电阻难于进行防爆处理,不适于煤矿井下使用。 4 利用动态分析方法对大型带式输送机进行优化设计 现行标准,对带式输送机起动和制动过程中的动力计算,是把输送带作为刚体,采用刚体动力学方法进行的。近十几年的研究和工程实践表明,刚体动力学分析的结果,只能满足短距离、小运量带式输送机工程设计精度的要求。对于长距离、大运量、布置复杂的带式输送机,其动力学特性更为复杂且重要,采用刚体动力学方法进行分析,其精度已不能满足实际工程的需要。因此,对于大型带式输送机,必须采用较为精确的动力学分析方法。目前,国际上普遍采用输送带粘弹性动力学方法,对大型带式输送机的动力状态进行分析。 所谓带式输送机的动态分析,是将输送带按粘弹性体的力学性质,综合计人驱动装置的起制动特性、各运动体的质量分布、线路各区段的坡度变化、各种运动阻力、输送带的初始张力、输送带的挠度变化、拉紧装置的形式和位置及张紧力等因素的作用,建立输送机动力学数学模型,求得输送机在起动和制动过程中,输送带上的不同点随时间的推移所发生的速度、加速度和张力的变化。预报按传统的静态设计方法设计的输送机可能出现的动态危险和不安全之处,对该设计提出改进和调整措施,确定优化的设计和控制参数。 利用动态分析,可以找出大型带式输送机在起动和制动过程中可能出现的动态危险,如输送带的动态峰值张力、可能出现的危险工况下输送带的低张力、拉紧重锤的位移超出设计行程等。对于这些危险情况,应该采取技术改进措施,进行调整,如调整或改换驱动装置及其起制动特性、在适当的位置加装制动装置、改变拉紧装置的形式或位置等。通过这些改进措施,使输送机得以优化。 带式输送机的动态分析非常复杂,且不易掌握,需要专门的分析软件。由于国内这方面研究尚处起步阶段,建议向专家咨询或委托有资格的专门机构进行。第三章 整体设计 散粒物料的特征干熄焦:( 0.4-0.45)10 /m静堆积角:40运行动堆积角:25 带速的选择带速是输送机的重要参数,应遵循以下原则进行选择: 长距离,大运量,宽度大输送机可选择较高带速; 倾角越大,运距越短则带速亦应越小; 粒度大,磨琢性大,易粉碎和易起尘的物料宜选用较低带速; 采用卸料车卸料时带速不宜超过2.5m/s,采用犁式卸料器卸料时,带速不宜超过2m/s 输送成件物品时,带速不得超过1.25m/s 手选用带式输送机带速一般为0.3m/s; 总体布置设计 概述:影响带式输送机总体布置的因素有:输送机倾角,受料段和机尾长度,卸料段,弧度段,过渡段,拉紧装置型式和位置,驱动装置位置等。这些因素的变化都会带来侧向布置的变化,为突出侧向布置对整机设计的重要性,并为计算机处理时简化输入提供方便,本手册将这些影响总体布置的因素归并为侧向设计问题来加以处理。 输送机倾角:输送机的输送能力随其倾角的提高而减小,因而尽量选用较小倾角,特别对于由多台输送机组成的输送系统更是这样。对于带速超过2.5m/s的输送机,为保证机尾不撒料,输送机的最大倾角应较规定值减小2-4,速度越高,倾角应越小。输送多种物料的输送机的最大倾角,按最大倾角规定值最小的那种物料确定。槽角=45的输送机,其最大倾角可较一般输送机提高2-3。同时采取特殊措施时除外下运带式输送机的倾角应较一般输送机减少2-4。某些情况下,无论上运或下运输送机的倾角可以提高到28或更高。此时需要采取特殊措施,例如,降低带速,提高拖辊槽角,改变侧型以增加水平或较缓坡段等,并请教专家进行经济和技术评估,不应贸然采取大倾角。 受料段和机尾长度:受料段应尽量设计为水平段,必须倾斜受料时,其倾角应尽量小。物料落到输送机的受料点,应是输送机正常成槽的地方,并使导料槽处在一种托辊槽角上,以确保受料顺利,方便导料槽的密封。有条件时,受料段的槽角最好为45,并在导料槽前后均配设过段,以更好地消除导料槽撒料的可能性。卸料段:倾斜输送机的卸料段最好设计成水平段,尽量不采用高式架和高式驱动装置架,以方便操作和维修,有利于输送机头部和转运站设计的标准化。卸料段为水平的倾斜输送机,其折点到头部滚筒中心线的距离应足够,以保证所有过渡托辊均不在凹弧段上。带速3.15 m/s的输送机的卸料段一般应设计为水平段。拉紧装置型式:三种拉紧方式中,应优先采用中部重锤拉紧装置,并使其尽量靠近传动滚筒。螺旋拉紧装置一般只用于无法采用其他拉紧方式的机长小于30m的输送机上,对于轻质物料或运量特小的输送机,此值可延长到50m。计算拉紧行程较大,在侧型布置上有困难时,可采用双行程中部重锤拉紧装置,或同时采用俩种不同形式的拉紧装置予以解决。车式重锤拉紧装置可置于输送机中部和尾部,条件允许时,应尽量置于中部并靠近传动滚筒处,不得已时,才将车式重锤拉紧装置置于输送机尾部。长距离输送机选择电动绞车拉紧装置或液压车式拉紧装置时,总是将拉紧装置设于输送机中部并靠近中部传动滚筒。过渡段:大运量,长距离,输送带张力大和重要的输送机一般均应设置过渡段。头部滚筒中心线至第一组正常槽型托辊中心线的最小过渡段长度。有条件时,设置了头部过渡段的输送机宜相应设置尾部过渡段。应在尾部改向滚筒槽角托辊间加设两组30、一组25、一组20、一组15槽形托辊作为过渡。驱动装置位置:单滚筒传动输送机,其驱动装置一般设于头部滚筒处。因工艺布置需要,或为了维修方便,或为了不增加投资,可考虑将驱动装置设于中部或尾部。采用双滚筒传动或多滚筒传动时,驱动装置位置则根据计算决定。滚筒匹配:B传动滚筒直径180尾部改向滚筒直径180中部改向滚筒直径180头部改向滚筒直径90改向滚筒直径45改向滚筒直径120010008008001000630500托辊间距:托辊间距应满足辊子承载能力和输送带下垂度俩个条件。凸弧段托辊间距一般为承载分支托辊间距的1/2。受料段托辊间距一般为承载分支托辊间距的1/2-1/3 。因受力过大需加密托辊时,可根据实际需要,由设计者确定托辊间距。输送质量大于20的成件物品时,托辊间距不应大于物品长度(沿输送方向)的1/2;对于20以下的成件物品,托辊间距可取1200mm 输送带: 输送带是带式输送机中的拽引构件和承载构件,是带式输送机最主要的部件,其价格一般占整机价格的30-40或以上。因而,选择适用的输送带,降低输送带所承载的张力,保护输送带在使用中不被损伤,方便输送带的安装以及更换和维修,延长输送带的使用寿命等成为输送机设计的核心内容。输送带规格和技术参数: 普通输送带的芯层和覆盖胶可用多种材料制成,以适应不同的工作条件。输送带的选用:类型选择:普通输送带一般多采用橡胶覆盖层,其适用的环境温度与输送机一样为-20-40。环境温度低于-5时,不宜采用维纶帆布芯胶带。环境温度低于-15时,不宜采用普通棉帆布芯胶带。在环境温度低于-20条件下采用钢丝芯胶带时,应采用耐寒型胶带并与制造厂签订保证协议。普通橡胶输送带适用的输送物料温度一般为常温。当输送物料温度为80-200时,应采用耐热带,我国生产的耐热带分三型,即1型100,2型125,3型150,而有的厂生产的特种耐热带其耐热类型为1型130,2型160,3型200。煤矿井下输送机,用作高炉带式上料机的输送机及其他有火灾危险的场所使用的输送机,用采用阻燃型难燃型输送带。输送具有酸性,碱性和其他腐蚀性物料或含油物料时,应采用相应的耐酸,耐碱,耐腐蚀或耐油橡胶带或塑料带。PVC类型的 塑料覆盖层输送带在井下作业有很好的表现,但使用这种输送带时,输送机倾角一般不大于13采用特殊措施者除外。带宽:取1400 ,层数:3层 ,上胶厚:3 ,下胶厚:1.5驱动装置:驱动装置是带式输送机的原动力部分,有电动机,减速器以及高(低)速轴联轴器,制动器和逆止器等组成。驱动装置型式:按与传动滚筒的关系,驱动装置可分为分离式,半组 合式和组合式三种。驱动装置中的耦合器有限矩型和调速型俩种,DT(A)型带式输送机驱动装置按限矩型耦合器进行组合,采用调速型液力耦合器实现带式输送机的软启动也有很好的效果,而且特别省钱。驱动装置的选择:计算确定电动机功率和传动滚筒型号后,查相应的选择表可得需要的驱动装置组合号,再根据布置型式,是否需要制动器,是否需要加配逆止器等条件,在组合表中查得驱动装置图号及全部组成部件的型号。分离式驱动装置有俩种,在这俩种分离式驱动装置中,应优先选择Y-ZLY(ZLY)驱动装置;Y-DBY(DCY)适合用于布置要求特别紧凑的地方。电动滚筒-组合式驱动装置是将电动机和减速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,特别是可逆配仓带式输送机或其他移动设备上的输送机采用。但电动机在滚筒体内部,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大于40的场合下使用。第四章 设计布置过程 11 结构特征带式输送机结构上有3个显著特征:(1)全封闭式结构设计。是指采用一体化的瓦形盖板壳体将输送带置于密闭的框架内,这样输送机可直接露天设置,有利于防雨防渗漏,整机密封性能良好,避免了外界水份、颗粒粉尘等进入输送机内部,从而减少了内部传动零件之间及传动零件与机体内壁之间的磨损,减少了能耗,延长了设备的寿命,保证输送机运行高效、安全、可靠;也改善了胶带的工作环境,有效地延长了胶带的使用寿命;而不需要传统的国产带式输送机另设挡雨设施的要求,可节省投资和便于工艺布置。(2)拆卸性结构设计。是指整个输送机的机头、机尾及中间段都采用了基于定位销和螺栓联接的可拆卸结构,适合于长距离输送;不仅省材、制造与运输简易、安装调试方便,而且使得输送机具有良好的可拆性、可维修性及可回收性等环境属性。(3)全程底板耐磨设计 是指输送全程底板及侧板适当位置的抛料面内衬了高分子(UHMwPE)耐磨板,大大减少了机体的磨损量,设备耐用,寿命长。除此之外,TRBC带式输送机还具有独特的2个创新点:即用于支承输送带的托辊为一种哑铃型整体式托辊,并设计有用于自动清扫尾段积料的风叶畚斗式积料清扫器。12 单个哑铃型整体式托辊托辊是影响输送机使用效果的关键部件之一,对托辊的基本要求是:使用可靠、回转阻力小、成本低、辊子表面光滑、径向跳动小、功率消耗低。目前已有的承载托辊形式主要有:二辊V 型托辊、三辊槽型托辊,这些组合式结构托辊的缺点是:安装检修复杂、需多个轴承、轴承易于卡死等,从而引起皮带与托辊之间摩擦力增大而致使设备磨损、动力消耗增大等问题。克服现有托辊技术的缺点,提供了一种单个哑铃型整体式结构的托辊,避免传统组合结构托辊安装检修复杂、轴承易于卡死等引起皮带与托辊之间摩擦力增大而致使的动力消耗增大、设备磨损等缺点。图1为这种哑铃型整体式托辊的结构示意图,它由轴承座1、垫板2、轴承固定板3、哑铃型整体托辊体及托辊轴6组成,哑铃型托辊体由中间段圆柱简体5及左右两个圆台型简体4组成;其小El端7分别与中间段筒体5焊接,大El端再用二块条形钢板9呈“十”字型地焊接后,又与钢管及圆台型简体的大圆周边焊接。钢管左右二伸出端的管壁上分别焊接二个相对布置的螺母1O,然后用螺栓11将整体式托辊体与穿过圆形钢管8的托辊轴6固定,使之成为一转动体,托辊轴6再支承在二个轴承座1上。当置于这样等距排列的托辊上面的输送带以一定速度运动时,托辊借助于摩擦力的作用可自由回转,它用来支承输送带及其物料,使之稳定运行,制造安装成本低;(2)较之已有的二辊、三辊等多辊式托辊相比,在相同的输送带速下,这种整体式托辊因回转半径较大,可使托辊回转角速度降低,减少托辊与轴承等部件之间的磨损;(3)运行阻力及故障率低、动力消耗小、运行平稳。13 风叶畚斗式积料清扫器清扫器是输送机的重要附件,主要有承载面清扫器和空载段清扫器二种,前者清扫输送带承载面的粘着物,后者主要用于清扫洒落在输送带空段上的物料,防止洒落在输送带空载段的物料卷入滚筒。输送带在运行工作时承载面上会有一些物料抛落在尾段壳体的内底部,如不及时清扫处理,这些积料会不断增多,不仅会影响输送能力而且积料会发霉变质,从而影响输送物料的质量。若清扫器结构欠佳,适应性差或安装角度、间隙调整不当,会使带面的粘着物料清扫不彻底,以致粘附在空载托辊和滚筒表面,它使输送带承受附加应力,这些清扫器通常布置在输送机的装料段、卸料段及传动、改向、拉紧滚筛处。第五章 计算设计过程1输送机布置简图2原始数据带速: V=1.6m/s 机长L=45m,提升高度:H=12.9m ,倾角:= 16 ,最大输送量:Qmax =318t/h输送物料:干熄煤 静堆积角为a=40 动堆积角=25 容重: =400 kg/m33初定参数上托辊槽角为35,中间部分直径159mm,输送带上胶厚4.5mm,下胶厚1.5mm。(1)核算输送能力由式(3.3-6)Q=3.6SVK由a=40 ,查表2-1,再查3-2得S=0.2354 m2 倾角= 16,查表3-3得K=0.89Q=3.6*0.2354*1.6*0.89*400=482.7318(满足要求)(2)核算输送带的宽度B=Qmax =159t/h, =400 kg/m3 V=1.6m/s查2表2-3-1得断面系数K=420查2表2-3-2得C=0.88,查2表2-3-3得=1.0。数据代入得B=1.159m取输送带俩侧空边100mm考虑到过载等多重因素输送带宽度为1400mm(3)计算圆周驱动的传动功率主要阻力FH由式3-4-4FH=fLg(qRO+qRU+2q B+qG) cos ,查表3-6查得 f=0.03(多尘,潮湿)有表3-7查得 G2=25.68 kg(采用V型托辊直径为189mm,前倾角度为1.42)由于上托辊在设计手册上没有说明。所以用SOLIDWORKS仿真出来按照材料为钢的密度为7900kg/m3得出其质量为73.4kg则上托辊组旋转部分每米重量:取上托辊间距为a0=1.2m,下托辊间距为3m.q RO = =73.4/1.2kg/m=61.17 kg/m下托辊组旋转部分每米重量:q RU =32.54/3kg/m =10.85 kg/m由式(3-4-7)得qG=Q/3.6V=318/3.6*1.6 kg/m =55.2kg/m查表得:q B=19kg/m,L=45/ cos 16=46.8m则:FH=0.03*46.8*9.81*61.17+10.85+(2*19+55.2)cos 16=0.03*46.8*9.81*161.6 =2225.9N2)主要特征阻力FS1由式(3.4-9)Fs1= F+FqL 承载托辊前倾阻力:由式(3.4-10) F=C0Ln ( q B + q G ) g cos sin C槽型系数35槽角时取为0.43, 0托辊和输送带摩擦系数一般取0.30.4, 下托辊前倾角度1.42代入数据的: F=0.43*0.3*(19+55.2)*46.8*9.81*cos16*sin1.42=104.7N由式(3.4-12) 式中l为导料槽挡板长度,3mb1导料槽两拦板间宽度 查表3-11得b1=0.85输送料上允许的最大物料面积S S1=0.65+(1.159-0.65)cos3502tg250/6=0.0885S2=0.65+(1.159-0.65)cos350/2(1.159-0.65)sin350/2=0.8585*0.146=0.1253S=S1+S2=0.0885+0.1253=0.2138K1=式中输送机在运行方向的倾角16 0,被输送物料的运行堆积角250。代入上式得K1=0.93.K=1-S1*(1-K1)/S= 1-0.0885*(1-0.93)/0.2138=1-0.0290=0.971IV=S*v*k=0.2138*1.6*0.971=0.3321把以上数据代入(3.4-12) =0.7*0.33212*400*9.81*3/1.62*0.852 =491.4N则:FS1 =F0+ Fg L=104.7+491.4=596.1N(3).附加特殊阻力由式(3.4-13) FS2=n3*Fr+Fa由式(3.4-14)Fr=AP3 查表3-11得A=0.014.取P=10*1043取为0.6,则:Fr=AP3 =0.014*10*104*0.6N =840N,Fa=0Fs2= 5Fr= 4200 N 式中,n3=5,包括2个清扫器和2个空段清扫器(1个空段清扫器相当于1.5个清扫器)。(4)倾斜阻力Fst:由式(3.4-16)Fst=qGHg=55.2*9.81*12.9=6986 N(5)圆周驱动力FU:由式(3.4-2)FU=C FH + Fst+FS1+FS2=2225.9+596.1+4200+6986 =14001 N (6)传动功率计算由式(3.6-1)传动滚筒轴功率PA为:PA=Fu*v/1000=14001*1.6/1000=22.41kw由式(3.8-1)电动机功率PM为:PM= PA /=22.41/(0.88*0.95*1.0) =26.8KW式中:=12=0.96*0.98*0.94=0.88取功率增大系数为1.4,则:电动机实际功率P=1.4* PM=1.3*26.8=34.84kw由表17-1。选电动机型号为Y225S-4,转速为1500r/m,满载转速为1480,N=37kw。4张力计算(1).输送机不打滑校核输送带不打滑的条件为:F2(S1)min=FU2max/(e-1)式中:FU2max =KAFU = 1.5*14001=21001.5 N根据给定条件,第一传动滚筒围包角190,传动滚筒与输送带间摩擦系数:= 0.35 查表3-13得尤拉系数:e=3.18则:F2(S1)min =FU2max/(e-1)= 21001.5/(3.18-1) N = 9633.7N(2)输送带下垂度校核由式(3.5-2)得承载分支最小张力Fmin为:h/a =0.01F承min =a0(qB +qG )g/8(h/a)max = 1.2(19+55.2) 9.81/(80.01)= 10918.5 N由式(3.5-3)得回程分支最小张力Fmin为:F回min =aU qBg/8(h
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