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移动皮带给料机系统设计MOBILE BELT FEEDER DESING设计题目： 移动皮带给料机系统设计 学生姓名：学院名称：专业名称：班级名称：学 号：指导教师：教师职称：完成时间：摘 要皮带给料机是现代工业传动工具的重要组成部分之一，广泛用于矿山运输、港口、粮食、货场、仓库等部门，也广泛用于其他行业。另外，带式给料机具有结构简单，运行成本低，通用性强，维护使用方便的特点，可以进行长距离连续运输。本次设计有效地修改了原始皮带进给器的固定传送带，并且采用了移动设计来增加机器的灵活性和机器的适用性。本说明书主要记述移动式皮带给料机总体设计，虚拟装配以及电气控制部分的设计过程。第一、二部分为引言和概述, 介绍移动式皮带给料机的基本组成及其在目前国内外皮带给料机研究现状以及未来的发展趋势。第三部是移动式皮带给料机机械设计的部分, 介绍了移动式皮带式给料机的滚筒驱动装置和行走驱动装置,其中包括电动机的计算,减速器与联轴器的选择。第四部分是移动式皮带式给料机零部件的校核过程,分为行走轮组中短轴的校核以及滚筒驱动中传动轴的校核。第五部分为电器控制电路原理图的设计。介绍原理图中各个部分的选择,以及功能,及在设计电路中的应用。最后一部分是外文资料及外文资料的翻译。本次毕业设计基本满足了课题设计要求, 但一定还有一些不足之处,希望各位老师能给予宝贵的意见，使本次设计更加完善。关键词：移动式；皮带； 给料机AbstractMobile belts carriers are Important tool for modern industrial transmission components .It is Widely used for mine transport, ports, grain food, freight yard, warehouses, and other departments, in other sectors also have broad applications. Belts carriers structure are simple, low-cost operation, the overall strong and safeguard user-friendly and may make a long-distance transmission. The design changes to the original material plane fixed transmission belts, the use of mobile design, increased mechanical flexibility so that the mechanical application will be stronger.The third part is mechanical design , introduced mobile belts - driven device attached to the material plane and walk-driven devices ,include electric motors calculated choice , reducer selection and shaft coupling option.The fourth part is the verification process of the parts, Walk round Group Short shaft into the degree of accuracy and roller-driven, transmission shaft.The fifth part is the design of electrical control circuits principles , introduces the principles of choice in various parts , the functional, and the application in circuit design.The last part: Including four pieces of A0 picture and English manuscript and its translation.The design adopts the modern design methods and moves.But there is a few demerits.Thanks every teacher to give some valuable advice，make this design more perfect! Keywords：mobile；trap；feeder目 录 第1章 引 言1第2章 概 述22.1 国内皮带式给料机技术的现状22.2 国外皮带式给料机技术的现状22.3 国内外皮带式给料机技术上的差距32.4 煤矿带式给料机技术的发展趋势4第3章 移动皮带给料机机械部分的设计53.1 移动式皮带给料机设计53.1.1 设计参数及设计要求53.1.2 移动式皮带给料机的基本构成53.2 滚筒驱动装置的设计过程63.2.1 滚筒驱动电机的选择63.2.2 滚筒驱动装置减速器，联轴器及轴承的选择83.3 行走驱动装置的设计过程93.3.1 设计依据93.3.2 设计计算93.3.3 带传动力的计算10第4章 移动皮带给料机强度校核124.1 主要部分强度校核124.2 行走轮组轴的校核144.3 滚筒轴的校核15第5章 移动式皮带式给料机电气部分设计175.1 电器控制部分175.1.1 电器控制部分的总体设计175.1.2 移动皮带给料机电路设计175.2 关于电动机的选择175.3 常用的控制电器介绍与选用195.4 变频器的选择215.4.1 选择变频器品牌型号215.4.2 变频器的频率参数及预置235.4.3 变频调速系统的主电路及电器选择245.4.4 变频器系统的控制电路25第6章 设计总结27参 考 文 献27致 谢28第1章 引 言带式给料机是扁平带式输送机，设计用于以可控方式将散装过程送入化学过程，以实现更好的过程控制。皮带称重桥用于测量散装物料的动态重量，并控制皮带速度以补偿重量变化，从而在设定的进料速度下保持较大的进料速度。皮带速度控制的问题很困难，因为系统的动态响应是非线性的，并且由于散装物料特性的变化，皮带上的负载也经常变化。皮带秤的控制精度完全取决于控制器的性能，该控制器可对电动机/皮带速度进行精确控制。达到设定进给率的延迟或设定进给率与实际进给率之间的频繁偏差会影响下游过程的质量和效率。带式给料机在当今这个科技飞速发展的社会已经是必不可少的，它取代了人力繁重的工作，在许多的行业都发挥了巨大的作用。使得在机械加工中，矿山开采，塑料加工以及水泥工业中应用十分广泛。对冶金行业来说，带式给料机为锅炉填料自动化带来了方便。现如今，煤炭在我国经济社会发展中占据了重要的位置，已成为生产的重要能源。1987年至今，煤炭工业方面我国发展突飞猛进，这为国民的经济发展供输了一个坚实的能源保障。但是，常规的通过踏板手动控制的矛盾不足，响应被延迟，劳动强度大，并且更多的矛盾日益增加。中国的大多数给料机都使用往复式机械给料机或电磁振动给料机。其中前者在进给操作中使用机械传动，这会导致严重的机械磨损，传动效率低，能耗高以及许多障碍。后者振动幅度很小，环境条件会影响设备的运行性能，激振器麻烦，难以维护且难以使用。本设计将弥补上述给料机的缺点，节能无故障，振幅稳定，通过电路调节给料量，使给料机工作结构紧凑，对于解放劳动力，减轻劳动强度，提高生产率进而增加经济效益贡献出了很重要的现实意义和深远的历史意义。我还针对磨煤系统的煤炭给料系统，煤炭经过多次粉碎，分流之后，经移动式皮带给料机转给磨煤系统，这样就可以很好的提高了效率。我国现在正在大批使用的移动皮带给料机虽然比以前有了很大的改进，但是与国际先进国家相比仍然有着很大的差距。1第2章 概 述2.1 国内皮带式给料机技术的现状我国生产制造的皮带式给料机的品类繁多，其技术发展已经非常成熟，并且皮带给料机结构相对简单，多用于许多矿产/矿石，水泥，化工，化肥和食品行业等，测量和控制穿过皮带的散装物料的数量。皮带称重给料机结构包括支撑在钢框架上的小型扁平输送带，该皮带提供安装布置用于进料和出料端皮带轮，称量桥式托辊和支撑空转托辊。一些给料机虽然在一定程度上已经可以减少振动给料机和往复式给料机的不足之处，让系统更加的稳定、提高效率、节约能源、并且达到环境保护标准，并且广泛应用于煤矿、冶金、建材等行业。但是现在使用的给料机设备的皮带容易发生跑偏现象、而且在检修过程中装载工作物从料斗中落下的闸门受到阻碍难以关闭以及传导工作物通道槽容易受到磨损等弊端。导致胶带容易跑偏的原因一般是由于在制造及安装的过程中存在误差，最终使皮带宽度与皮带的周长不相等，从而使得两个滚筒之间或者滚筒与托辊之间无法达到平行状态，如果不对跑偏的胶带做出合理调整，就很容易将设备损坏，最后降低生产的效率并且维护的费用将大大增加。目前，我国煤矿井下用带式输送机的主要技术特征指标如下所示。国内带式输送机的主要技术指标：表2.1主参数顺槽可伸缩皮带式给料机大巷与斜井固定式强力带式输送机运距/m：20003000运距/m3000带速/m/s-1:3.54带速/m/s-1:45，最高达8输送量/t/h-1:25003000输送量/t/h-1:30004000驱动总功率/kW:12002000驱动总功率/kW: 15003000，最大达101002.2 国外皮带式给料机技术的现状国外皮带式给料机技术的发展也十分迅速，皮带式给料机在功能上与日俱增，并且其应用的范围也逐渐扩大；在设备运用方面上，皮带给料机的运输距离被加长，运输量也有所增加，并且带速相对较高的大型给料机也成为了给料机发展的大方向，国外的给料机技术将着重的开发在其在工作过程中的动态分析以及监控技术上，以此来提高皮带给料机的运行性能以及在工作时的可靠性。截至目前为止，在煤矿井下使用的皮带式给料机的技术水平已经非常成熟，其关键技术与装备具有以下几个特点：1.设备大型化。为了满足使用国家高生产高效率以及集约化的生产需求，所以国外给料机的主要技术参数以及设备不断地向着大型化目标不断发展着。2.国外的给料机一般情况下多采用大功率软启动技术以及自动张紧技术，从而在设备进3行工作时有效对设备进行动态监测，与此同时还可以大大地降低输送带工作时的动张力，通过应用动态分析以及机电一体化与计算机监控等高新技术，以此来有效增加设备在工作过程中的各方面性能，并且大大提高工作效率。3.多机驱动与中间驱动、功率平衡、设备变向运行等技术通常被国外带式给料机采用，通过此技术来限制设备在理论上的单独工作长度，并且有效地确保输送系统通用性、互换性以及可靠性。4.国外给料机多采用如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、快速自移机尾等新型，可靠性比较高的关键元件技术，此等技术可以以工作面的移动为标准而自动快速的移动，并且减少人力需求，大大提高生产效率。国外带式输送机的主要技术指标国外300500万t/a高产高效矿井表2.2主参数顺槽可伸缩皮带式给料机大巷与斜井固定式强力带式输送机运距/m：20003000运距/m3000带速/m/s-1:3.54带速/m/s-1:45，最高达8输送量/t/h-1:25003000输送量/t/h-1:30004000驱动总功率/kW:12002000驱动总功率/kW:15003000，最大达101002.3 国内外皮带式给料机技术上的差距2.3.1 大型皮带式给料机的关键核心技术上的差距.对于运输距离比较长以及运输量要求比较大的带式给料机来说，它们具有大功率长距离以及多机驱动的要点，所以该类给料机必须采用软启动的方式来将制动张力有效降低。但是由于设备极易出现各种误差，以至于使各个驱动电功率不均衡，最后使电机被烧坏，故要使各电机达到功率平衡并提高平衡精度。国内针对该问题则大量的使用调速型液力偶合器来有效的解决运输距离比较长的带式给料机软启动以及平衡功率的缺点，但是用这种方法来调节精度与国外方法相比还是望其项背。同时对于运输距离比较长以及运输量要求比较大的带式给料机对验带的带速也有要求，国内使用的调速型液力耦合器虽然可以满足软启动与功率平衡的条件，但是还缺少针对距离较长的无级调速装置。.对于大型带式给料机发展的核心技术是长距离、大功率皮带式给料机的动态设计与监测技术。目前为止我国对带式给料机的研究大多依赖于刚性理论，并且用刚性理论来设置规范与计算方法，由于一般在设计过程中对输送设备用一个极其高的安全系数来规范（一般取n=10左右），所以最终结果往往与实际相差很多。简单的刚体力学是不能够对长距离的带式给料机的驱动装置的启动力与制动力进行解释与计算，因为其实际的动态响应的过程远比理论复杂得多。所以对大型的给料机来说，降低输送带的安全系数（n56）可以很大程度的增加设备使用寿命，有效进行动态监测与分析，增加设备工作时的可靠性，使之达到最高水平，并且降低设备成本。2.3.2 控制系统上差距在驱动方式上面，国内的给料机一般为调速型液力耦合器和硬齿面减速器，而国外的驱动方式多为如BOSS系统或者CST可控传动系统等方式，这种方式的控制精度更高，并且样式更多，相比之下国内的方式还是较单一。.在监控装置方面，国内的给料机多使用中程可编程控制器来控制设备的启动、关闭等过程。而国外很早就开始使用高档可编程控制器来实现工作过程，除此之外还开发了更加先进的程序软件与集成控制技术以及完整的自动监控系统。国内外的监控系统相比较而言，国内设备虽然可以达到可控启动制动、带速同功率平衡等功能，但是存在的弊端是国内设备并没有自动临近装置，而且并没有故障检测与查询的功能。.在给料机的保护装置方面，国内虽然已经对防止打滑、堆煤、溜煤做出了应有的保护，并且防止跑偏、温度过高时进行洒水，烟雾报警等，但是与国外相比还是具有一定的差距。国外的保护装置除了以上这些措施，今年又研发出很多新型保护系统，例如烟雾探测器和自动灭火器、纤维编织的输送带纵向撕裂和联合监测系统、防爆电子输送秤自动测量系统等等，而国内对于这些系统还有待开发。2.4 煤矿带式给料机技术的发展趋势1.设备向大型化发展、运输能力不断提高传输距离增长、带速提高、运量加大、功率增强是未来给料机发展的大趋势，同时也必然是近几年内高产量高效率集约化运输的发展趋势。我国为了能够更完美的满足高产量高效率集约化生产特点的需求，带式给料机往往需要在传输能力上有更加显著的提高。近几年内国内输送量需要突破提高至4000t/h，而带速则需要达到6m/s,对与可伸缩型皮带给料机的运输长度至少需要达到3000m左右，而对于钢绳芯强力型皮带给料机至少需要突破加长达到5000m之上，单驱动功率需要突破至1500kW左右，与此同时传输带的抗拉强度需要达到6000N/mm（钢绳芯）。2.不断提高各个元部件的性能问题，增加设备可靠性元部件的性能与设备的可靠性是设备开机率多少的主要取决因素，除此之外，国内还需要研发出更多的新型技术与元部件，从而进一步提高设备的综合性能，最终达到高效率高产量的特点。3.增加功能类型，达到一机多用为了是国内的带式给料机可以达到效益最大化，则应增加研发例如运人运物或者可以两向运输的功能，研发特殊型机器达到一机多用的目的。6第3章 移动皮带给料机机械部分的设计3.1 移动式皮带给料机设计3.1.1 设计参数及设计要求出力：1300-1800t/h；带速：0.5m/s；行程：2400mm；带宽：1600mm。移动皮带给料机主传送一般由驱动电机带动有滚轮支撑的皮带实现物料的输送，物料通过受料斗进入受料槽通过皮带运送的指定的地点。本文研究的对象主要是移动皮带给料机的总体设计包括机架，受料斗，倒料槽各部分的设计。3.1.2 移动式皮带给料机的基本构成下面简要介绍一下车体移动式皮带式给料机基本构成:连接装置 ，主要是将两个车体连接在一起，这样就可以使较长的车体截成两截，可以使两车体间有一定的旋转角度这样可以使得在给料的过程中更加灵活；车体上载有落料斗，受料斗组合，导料槽，他们主要是控制进料和落料的，这些是主要的框架部分，煤炭给料系统的煤炭供应是通过滚筒驱动装置，它由一种与弹性柱销联轴器类似的具有弹性的2个梅花形联轴器ML7组成，一个型号为M3RSF50的圆锥圆柱齿轮减速器，还有一个Y系列的三相异步电动机，还有800X1600的传动滚筒400X1600的改向滚筒以及NN-150的尼龙帆布皮带组成。采用螺旋式拉紧装置是对输送带施加力的主要途径，通过该装置让传输带与滚筒之间不会出现打滑的现象发生，同时保证传输带可以获得足够的张力，并且该装置可以限制传输带在托辊上的垂直度，最终使设备正常工作。而对于张紧装置来说则需要放置在尽可能小一些的位置上，以使传送带上的张力最小，并靠近传动管筒，以便于维护。它采用类似于滚轴丝杠的传动机构，可以实现自锁，很好的完成了施加拉紧力的任务，还通过皮带压紧装置粗调。另外，移动式皮带式给料机的另一特点在于行走，给料机可以有一定的行走距离，这就要通过车体驱动装置来完成，它应用了齿轮齿条传动机构，它包括一减速器，一个电机，一个弹性柱销联轴器连接一传动轴，轴上装有两个齿轮来驱动车体上的齿条是车体运动。还有其他一些辅助装置。移动式皮带式给料控制系统构成：对滚筒驱动装置的控制主要包括继电器，接触器，以及测速器，由于滚筒驱动装置需要变速，所以我引进了变频器来改变电源的频率，以此来改变驱动电机的转速，继而起到调剂速度的作用；对行走驱动控制主要包括继电器，接触器和转速器。3.2 滚筒驱动装置的设计过程3.2.1 滚筒驱动电机的选择移动式皮带式给料机主要设计以下部分:车体连接装置,车体驱动装置(驱动装置有一个电机通过联轴器与传动装置相连，实现传动),车体,倒料槽,滚筒驱动装置(同过联轴器连接电机和滚筒驱动装置),螺旋拉紧装置,行走轮组，受料斗,头部护罩,辅助装置等。我主要负责移动皮带给料机行走与驱动系统设计、虚拟装配与控制（行走、驱动）。设计移动式皮带给料机的行走和驱动系统;虚拟组装设计零件，控制滚筒驱动电机。主要设计参数：出力：1300t/h;带宽：1600mm;带速：0.5m/s;行程:2400mm。下面是滚筒驱动装置的设计过程:1.设计依据：市场上现有皮带给料机2.根据设计依据以及所给的主要设计参数：初选定尼龙帆布NN-150,N=6,作为给料设备，一般取带速小于0.5m/s,查表取带宽1600mm，它应该较滚筒短50-100mm。.3.输送能力的计算，皮带式给料机的最大输出能力一般取决于皮带上的工作物的最大截面积，皮带运动速度和给料机的倾斜因数，题目给出1300t/h。.4.传动力和需用功率的计算：圆周驱动力Fu由公式：f为模拟摩擦系数，根据给料机水平安装，带速低物料内摩擦系数小，f取为0.02。根据带NN-150,Z=6,Qb=23.94kg/m,d=11.11mm.,Iv为输送能力cos=1,倾斜角为零。附加阻力Fn，Fn=Fba+F1 Iv为输送能力,B=1600mm,F初选3200N,d=11.1mm,D=800mm特种阻力：，b1 是导料挡板内部宽度，b1=1300mm,d为输送带厚度，d=11.1mm,为轴承内孔径，225/300，l为装有导料挡板设备的长度，5030mm。.所以，传动滚筒轴的功率计算：驱动电机的功率计算：根据功率计算来选择电动机的型号，查表得Y250-8的电动机，它是Y系列（IP44）小型三相异步电动机，Y表示异步电动机，250表示中心高，M表示机座长度代号，6表示极数他的个参数如下：P额=37KW，额定电流=63A,转速是1000r/min,转动惯量0.834kg*m2,质量是450kg。输送带张力计算：输送带的张力在设备整个工作过程中是不断地变化的，影响张力的因素非常多，为了保证设备可以正常工作，所以输送带张力应在任何情况下满足以下要求：.输送带的张力应该在不管何种情况下都能满足输送带与滚筒之间不会打滑的条件。.在输送带上作用的张力不应该过小，以至于影响设备正常运行。输送带最大张力近似计算：约等于因此，,其中ka为启动系数，通过查表可知系数应取1.6，为传动滚筒与输送带间摩擦系数，取为0.4，为传动滚筒圆包角，是180度，查表得是3.51。计算=372393.56N输送带层数的计算：,N是输送带的静安全系数，取为n=12,是输送带纵向拉断强度，（N/mm.层）所以所以取Z=6。3.2.2 滚筒驱动装置减速器，联轴器及轴承的选择1.减速器的选择：初选传动滚筒为8001600的，改向滚筒为6001600的传动滚筒的角速度=0.5/0.4=1.25rad/s电动机的额定角速度=23.14740/60=74.313rad/s,所以所需减速器的传动比是i=74.313/1.25=61.96，由于减速比是25i75,查表得应该选择圆锥圆柱齿轮减速器，选择了sew-传动装置（天津）有限公司的运输机的减速器，型号为M3RSF50型。2.联轴器的选择：查表得出型是带式给料机的载荷类别，工况系数ka是1.25。联轴器的选择需要许多条件，需要根据负载情况，计算转矩，轴端直径和工作转速进行选择。先选择联轴器2：两轴端的直径45和65计算转矩是最大转矩NM 根据轴端直径，以及Tc710Nm.因此查阅标准GB5272-85，由于梅花形弹性联轴器与其他型号相比结构更加简便且具有优越的缓冲性以及抗震性，从而可以更好地补偿两个轴之间的相对位移，在各种中小型功率传动的轴系上面，运行时温度可在-35到+80之间工作，适用范围也因此扩大，故应当选择梅花型弹性联轴器ML7。选择联轴器1：两轴端的直径140和190计算转矩是最大转矩Nm根据轴端直径，以及Tc31500Nm。因此查阅标准GB5014-85，选择类似于弹性销的联轴器。柱销因为由尼龙制成，故具有了一定的弹性，相比其他也具有更加良好的耐磨性，它的形状通常为圆柱形。我们根据移动带式给料机的特性可以选择圆柱形状与鼓形状组合，若设备运行时负载稳定并且安装精度要求高的情况下，则可以选择采用圆柱形状螺柱。这种联轴器与弹性销联轴器极为相似，但是相比之下该联轴器具有了传递扭矩的优良性，结构更加简单且安装简易，制造方便，对于耐用性和特殊性来说也更优越，与此同时，它具有减震与减振的功能，两连接轴轴向位移恒定，并且径向与角位移量更小，轴向运动大，适合用于旋转变化与频繁启动。然而尼龙插头对温度极其敏感，所以在工作时对温度也有要求，需要限制温度最低不得少于-20，最高则不得超过+70。3.轴承的选择：可以通过传动滚筒传动轴的尺寸来确定。 滚筒传动轴直径为190，轴承为61838。3.3 行走驱动装置的设计过程3.3.1 设计依据主要是依据车体的行程2400mm,车体速度不能过快，设计车体速度为1.5m/min。3.3.2 设计计算设计的大体思路是：移动式皮带式给料机在移动的过程中不加载荷，因此，行走驱动电机的主要功率是移动式皮带式给料机的自重带来的，由于车体速度很慢，功率主要消耗在车轮与导轨之间的摩擦力上，而且车轮遇到轨之间的摩擦是滚动摩擦，移动式皮带式给料机总重是40吨，有8个车轮子，所以计算出每个轮子的所受重力，在查出车轮与导轨之间的滚动摩擦系数，就可以计算出滚动导轨与车轮之间的滚动摩擦力，进而可以求出转矩，车轮的直径是事先已知的，在由移动式皮带式给料机的行走速度可以知道轮子的转速，就可以知道每个轮子的所需功率。这样就大体可以计算出所需电动机的功率了。具体计算过程是：给料机的总质量是,得到总重是，每个车轮的总是。,查表得滚动摩擦系数f一般取为0.030.09，则可以计算出滚动摩擦力=0.0949050=4414.5N，根据车体行走速度选车轮直径是d=0.25m，转矩由此计算出车轮的角速度是=0.025/0.125=0.2m/s，则这样一个轮子的功率就可以=110.3W，因此可以计算出轴功是，=882.4W。选电机4KW的。可知：总体设计的同学选择的电动机功率符合使用要求。3.3.3 带传动力的计算在开始运行之前，皮带与皮带轮之间将产生一个力，通过这个力可以产生足够的摩擦力来使皮带开始旋转，在这个时候上下两个皮带与轮之间的张力一样。在开始运行之后，上下皮带两边的拉力将产生一个差值f，f之间的差别则是由电动机驱动主动滚筒与电动机所驱动的皮带产生的摩擦相关，这个差值就是有效张紧力。如图31所示。图3.1 带的传动原理示意图由图可知有效拉力式中v-带速P传动功率，kwFu边拉力Fd松边拉力根据欧拉公式，对于预紧张力而言，当Ft超过了规定的某一个极限的时候，皮带会在轮上开始打滑，这时则需要满足条件式中：m皮带和主动的摩擦系数；a皮带包角。则有 与此同时，皮带在带轮边缘运动时将产生离心力，这是因为离心力将另外产生拉力fc在式中q为皮带的线密度。由于离心力产生的张力fc与皮带张力相比微乎其微，故可以在计算中忽略不计。2.皮带传动能力的影响因素带式给料机的生产效率和带式承载能力是密不可分的，必须考虑影响带式给料机传输能力的因素。皮带的传送能力取决于最大有效圆周力的大小，该大小与预紧张力成比例（无支撑辊）。预紧张力与皮带和滚筒之间产生的正压力呈正相关趋势，预紧张力越大，运行过程中所产生的摩擦力也随之增大，这时皮带的承载能力也就随之变大。但是如果预紧张力过大，皮带就会摩擦起热，皮带的磨损将越来越严重，从而皮带的使用寿命将大大缩短。反而言之，如果预紧张力过低，设备运行时的工作能力将无法被完全利用上，皮带就会开始跳动或者滑动，所以在工作时要针对不同的负载来设定不同的预紧力，所以包角的大小和最大有效周向力与总摩擦力呈现正向相关因素，它们越大则设备的传递能力就越强。其中最大有效圆周力也是对皮带与滚筒材料的影响因素，它与摩擦系数成正相关，摩擦系数越大则摩擦力就越大，设备运行时传递能力也随之增大。总而言之，在设计皮带传动装置时，为了满足预期的效果，必须要考虑到预紧力、包角以及摩擦系数在设计中造成的影响，根据以上因素合理进行设计。第4章 移动皮带给料机强度校核4.1 主要部分强度校核车体是移动皮带给料机的重要组成部分，是受料斗和倒料槽的支架，强度关系到整个机器的安全性和使用寿命，因此，对车体的强度校合是非常重要的。由于车体结构复杂，且各部分受力不均，计算比较困难。在实际设中一般采用偏于安全的设计方法，所以在校合过程中，首先对模型进行简化。受料斗形状复杂，而且为焊接件，将其简化为梯形槽体，安全性计算，假设受料斗满载工作，就是工作时，受料斗内全部被装满，在实际中这种情况一般是很难发生的。根据简化受料斗的截面大致形状为梯形，上底长1500mm下底900mm高为600mm。简化如图5.1。4.1受料斗截面长度7964mm，所以，可以计算出车体上受到的总的力为煤的重力倒料槽的重力和受料斗的重力之和，可认为均匀作用于车体上，车体为焊接件，而且车体两部分受力基本相同，只要计算半部分就可以知道车体的强度是否足够，车体的大致横截面形状示意如下。根据材料力学知识可将车体简化为简直梁进行校合，建立力学模型如图4.2所示。图5.2车体力学模型l=7450mm对A取矩对B点取矩 取最大弯矩：对A：对B： 由计算数据判定最大弯矩在B截面，所以最大弯矩Mzmax在A或B截面上，根据截面尺寸计算Iz：车体横截面如图5.3所示。图5.3车体横截面图带入数值，其中，a=2500mm,H=30mm,t=8mm,d=12mm。由弯曲强度条件公式有：，带入数据，解得：max=15.4MPa由材料力学材料强度指标查Q235的=120MPa比较max和，由于max，故车体的弯曲强度符合。校核车体的切应力强度条件关于腹板所受的弯曲应力，在y平面从中性轴起始的每点l，方向与FQ同向。阴影面积对中性轴的静矩人因而带入数据FQ=311.37q，其中，q腹板腹沿高度的最大腹板切应力在中性轴上呈抛物线分布。令y=0带入数据a=250mm,d=12mm,t=8mm,H=430mm,h=412mm。得到max =14.2MPa由于腹板承载着切应力的大部分，而翼板只承载着切应力很小的一部分，所以只需校核腹板的切应力即可。查材料力学表得=500 MPa，max因此，车身的切应力的强度是符合恒定的，并且通过强度校核来验证车身的强度。4.2 行走轮组轴的校核车轮是皮带给料机的重要组成部分，是支撑整个车身和负载的主要部件。 调整车轮的强度非常重要，因为强度与整个机器的安全性和使用寿命有关。由于车轮结构复杂，且承受力的部分主要是轴，且整个车轮计算比较困难。在实际设计中一般采用校核轴的计算方法，轴的尺寸是80170,将简图简化为下图5.2.1， 图4.4轴车轮在设计校核的过程中，要用到整体设计的车体和以及在受料斗的输送物的质量，因此，要用到整体设计者的设计结果：长度7964mm，所以，可以计算出车体上受到的总的力为煤的重力倒料槽的重力和受料斗的重力之和，可认为均匀作用于车体上，车体为焊接件，而且车体两部分受力基本相同，只要计算半部分就可以知道车轮的强度是否足够，车体的大致横截面形状示意如上4.4根据机械设计课对轴的校核知识,可建立力学模型：半个车体总重带入数据是：=8007.964(0.1+1.5) 0.6/2=3058.176 kg=3058.1769.81=30000.70656N一个轮子的受力=7500.17664N轴的横截面积行走轮组轴的受力（如图4.5）所示：图4.5走轮组轴的受力=40MPa,因此轴是合格的。4.3 滚筒轴的校核对滚筒轴的校核过程大致介绍如下：传动滚筒轴与滚筒之间通过键联接，作用在滚筒上的重物通过滚筒作用在传动轴上，所受为均布载荷q，而滚筒通过其两端面作用在传动轴上，将其简化为简直梁，大致受力图如下图4.5图4.6受力及弯矩由于给料机两面是对称的，只需校核一面的即可，轴的旋转速度非常小，可按照静强度计算。由图可以知道距一端350mm处为危险截面。这部分采用C语言编程的方式来校核给料机的传动轴的强度。下面介绍一下程序中变量的含义：density是物料的密度，d是传动轴的直径，g表示重力加速度,l表示作用在传动轴上一段物料的长度,采取近似的方法，取为轴的直径，v表示带的速度,m表示物料的质量,s表示物料在受料斗内的横截面积,a表示横截面上底的长度,b表示横截面下底的长度,h表示横截面的高度,P表示传动轴的功率,Mp表示轴所受得转矩,n表示轴的转速,M表示表示危险截面的所受的力矩,stress表示应力,stress1表示许用应力,F表示作用在轴上的力,G表示作用在滚筒上的总重量。第5章 移动式皮带式给料机电气部分设计5.1 电器控制部分5.1.1 电器控制部分的总体设计总体设计：移动皮带是煤炭工业运输工业中常用的运输工具，而且工作环境恶劣，要求精度不高，而且功率大，比较适合用普通自动的交流控制。本部分主要介绍移动式皮带式给料机的行走驱动控制电路，滚筒驱动控制电路。行走驱动控制电路要完成的主要功能：由于移动式皮带式给料机要完成双路给料控制，落料斗要在两个位置停留，所以要实现电机的正反转，这样可以使移动式皮带式给料机在两个方向上移动；自耦降压启动；在固定位置要精确地定位，以使移动式皮带式给料机能及时停止，因此需要采取制动，我采用能耗制动的方法。滚筒驱动控制电路要完成的主要任务是：由于对移动带式给料机的要求只是需要完成给料的过程，所以设备在设计中只需要电机进行单方向工作，可采用自耦降压启动方法与能耗制动方法，在滚筒驱动控制电路中，一个非常重要的装置是变频调速，由于在移动式皮带式给料机给料的过程中，出力是可大可小的，因此，滚筒的转动速度需要变化，所以在电路里安装了变频器，它可以调节交流电的频率，实现电机的调速功能。5.1.2 移动皮带给料机电路设计移动皮带是煤炭工业运输工业中常用的运输工具，而且工作环境恶劣，要求精度不高，而且功率大，比较适合用普通自动的交流控制。由于是皮带给料机，所以皮带驱动电机不允许带动皮带反转所以电机要单向转动，在启动过程中，采用常用的星形-三角形开关启动来减小启动电流。星形-三角形启动的优点是装置简单，经济性好，启动电流低，由于我国工业常用电压是380v，所以在经济性和使用性方面，星三角换接都是比较适合的启动方式。在皮带给料机工程中希望给料机能够迅速制动，所以本设计采用了换接制动的，并加入速度继电器，在皮带速度等于零的时候切断电源。由于在工作中，为了适应不同的运输量的要求，在电路中加入变频器，实现电机的调速，达到要求的运输量。皮带行走电机由于要带动整个皮带给料机在导轨上往复运动，所以行走控制电路要能够控制行走电机正反转，在车体齿条两端加入接近开关，使车体在运动到极限位置时自动断电，切断电源，并且按钮复位，在下一次启动行走电机的时候，电机反转，避免危险情况发生。5.2 关于电动机的选择三相异步电动机工作的首要条件是其定子绕组产生旋转磁场，已知规定的相功率与他们之间的电压在相位上相差120左右，并且三相异步电动机中的定子的三个绕组之间也彼此间隔120，因此一旦定子绕组可以通过，三相电源打开，定子绕组则在此时产生旋转磁场，如图6.2所示，其显示的是定子绕组在四个瞬间产生旋转磁场的过程，当每次电流变化了一个周期之后，旋转磁场则在空间进行一次旋转，也就是说旋转磁场的旋转速度与电流变化同时进行。旋转磁场的转速为n=60f/P，其中f为电源频率、P为磁场的磁极对数、n以每分钟的转数为计量单位，从该式可以看出电动机的转速与磁极数与电源频率相关，所以可以通过改变磁极数或者变频的方法来控制交流电动机的转速，为了实现交流电动机的无级调速，现在经常使用变频的方法，而改变磁极的方法在以前是主流，现在已经过时了。从图5.3可以看出，旋转磁场的旋转方向与绕组电流相位相关，当相序A、B、C呈顺时针排列，则磁场顺时针旋转，但如果电源线中其中两个对调一下的话，那么B相的电流在C相绕组中进行流动，而C相电流在B相绕组中进行流动，相序也从A、B、C排列变为C、B、A排流，此时磁场的旋转方向也变为逆时针旋转，通过这种原理就可以轻松改变磁场的旋转方向，并且定子绕组产生旋转磁场后，转子棒阻挡旋转磁场的磁力线并感应出电流，之后通过旋转磁场相互作用产生电磁力，同时产生电磁转矩使转子沿着磁场方向以n1的速度进行旋转，一般情况而言，电动机工作时实际的速度n1比旋转磁场的转速n要慢一些，假设规定了n=n1，故转子棒与旋转磁场之间无相对的运动磁场线将不会被阻挡也不会产生电磁转矩，转子速度n1必须比旋转磁场的速度n小，也因为如此三相电动机也被叫做异步电动机。图5.1交流电机图6.2三相交流电机相位图图5.3流电机启动相位图为了满足设计产品的工作要求的要求本设计选购了由北仑恒峰公司生产的交流电机。皮带驱动电机型号为MDSP250M-6，功率37KW/台，转数1000r/min。5.3 常用的控制电器介绍与选用在正常的工业生产中一般所使用的设备通常是用来完成连接或断开电路，并且可以控制调节与保护电气装置的低压设备，这种设备的电压普遍低于550V。电气设备如果按动作性质进行分类的话可以分为两类，一种是没有电源的，单纯依靠人工完成或者通过其他外力来进行连接与断开电路的过程的非自动电器，例如刀开关、转换开关与行程开关，其中刀开关一般应用于不需要过多次数的切断或者闭合的交流与直流低电压电路，并且在电路中流过的电流不会超过额定电压下的额定值。而转换开关在工业中可以解决刀开关在电流偏小的情况下对电路的控制不方便的缺点，并且转换开关的结构紧凑，需要空间不大，通过手动拧转就可以进行操作，方便省力，在工业生产中转换开关也很好的替换了刀开关；电气设备另一种类型是具有电磁体之类的动力机构的自动电器，这种类型可以随时根据指令、信号或者参数来自动运行，进而完成打开或者关闭工作中的电路，例如接触器、继电器和自动开关等。其中接触器是一种通过外部信号根据负载控制住电路进而实现利用电磁力自主打开或关闭电器的自动控制电路。接触器一般分为交流接触器、直流接触器、真空接触器与半导体接触器，其中交流接触器的结构一般为两个断电的直动型号与一个断点的旋转型，前者较后者相比体积更小，重量轻盈，但是后者在维护方面更容易一些，并且很轻松的就可以将接触器配置为单级、次级、多级结构；直流接触器的工作原理与交流接触器相似，但是与之不同的是它需要拥有一个独特的灭弧能力，因为当直流的连接被阻断时，在断点上产生一个很高的能量，从而电感负载存储的磁场能量将会被释放，中容量或大容量直流接触器通常对整个结构使用单个断点平面布局，其特点是在断开过程中电弧距离较长，并且可以包含一个灭弧罩，而小容量的直流接触器使用两个断点的三维结构；真空接触器（LC1-V*）与一般使用的空气接触器相似，但是它在真空断路器中将触电封闭，并且它很高的开关电流以及很高额定工作电压；半导体接触器没有活动部件，寿命比其他类型接触器更长，运转速度也非常快，并且摆脱了爆炸、灰尘或者有害气体与冲击性影响的弊端。总而言之，接触器与继电器控制电路、远程控制或互锁相关的电气设备一起使用，适合在频繁工作或者远程工作的条件下进行使用，再低压时及时开启保护功能，寿命长并且具有小体积不占过多空间的特点。另外设备工作时打开和关闭独立电路则需要继电器进行分配，继电器的工作实质是根据传递输入的信号来实现不同的控制要求，而打开关闭独立电路则是通过压控线圈绕组产生磁场实现。继电器种类比较多，而经常使用的主要有电流继电器，电压继电器，中间继电器，速度继电器，电磁继电，压力继电器，电子表磁继电器，热继电器等。电流继电器的工作以电流信号为基础，所以电流继电器的选择也要根据电路中的电流类型进行选择，而且电流继电器匝数比其他继电器少，导线的直径大并且可以承载的电流也偏大。电压继电器的工作以电压信号为基础，所以电压继电器的选择也是根据电路中的电压类型以及额定电压大小来进行选择，它的种类分为欠电压继电器以及过电压继电器。中间继电器与电压继电器相似，但是相比之下，中间继电器触电更多，也因为这个原因电流更大，工作时对它的操作更加灵活。热继电器利用电流热效应进行工作，它根据被控制的对象温度来控制电流的设备，当电动机发生过载情况就不会超过温升标准，从而大大缩短电机的使用寿命，这是热继电器就可以保护电动机不会过载。速度继电器与其他不同，它以速度变化为输入的非电信号检测设备，当检测到速度达到设定的标准时自动输出一个开关信号，该继电器一般应用于粮食化工等行业中实现检测、控制与保护的功能。电磁继电器的工作原理是电流通过电磁线圈时，电磁铁会吸引电枢并将其传递到接触系统，传动到接触系统，使触点动作，断开或更改控制电路。电子表磁继电器一般可分为极化继电器和非极化继电器。在本次毕业设计中，由于完成的功能简单，电路简单，因此只需采用交流的继电器和接触器。电路设备中除了像接触器与继电器一类的控制线路外还需要用于切换与控制线路的主要电器，也就是众所周知的按钮开关，除了按钮外还有万能开关、主令控制器等，而有些主令电器通过设备机械中的部件来自动启动，例如行程开关就是这样的原理。在接卸市场中普遍使用的是电感式和电容式接近开关。电感式接近开关的组成结构是振荡器与整形放大器，其运行过程是振荡器启动之后，开关感应表面产生磁场，金属物件接近磁场后就会生成一个电流并将电流吸收，最终降低振动幅度直至停振。所以接近开关的作用是以反转为最终目的。而整形放大器最终将其变换为二进制开关的信号，最终达到检测目的。电容式接近开关的振荡器在工作状态时一般是停振的，只有当被检测物体经过设备表面时开始添加电容才开始振动，最终开始检测工作物。在该系列中选择的接近开关属于高频振动型，它通过迅速的发送感应信号来驱动断路器，实现了避免接触、压力与火花，并且在工作时反应灵敏，输出功率大、定位精度高、频率响应迅速，除此之外它的继电器性能优越，工作时稳定，使用寿命长久，还可以防水防腐蚀等优势。5.4 变频器的选择5.4.1 选择变频器品牌型号变频器的质量会极大程度的影响系统工作的稳定性与可靠性，在变频调速系统中重中之重。各城市在选择变频器是首先就要考虑变频器的质量与品质，它在很大程度上会影响着品牌的信誉度。变频器故障一般符合“两头高中间低”的原则，即变频器在调试时或者工作开始一段时间故障率偏高，而使用一段时间后就会经历低故障时期，低故障时期之后越接近寿命后期时故障率将再度回升。设计中或者调试时存在不合理是导致故障率偏高的主要原因，也就是使用者自身因素起主要作用，与产品品牌质量关系不很大。使用一段时间后出现的故障高发现象，表现出不同品牌间存在明显差异，虽然业余使用者自身因素有关，但产品质量肯定是一个重要因素。产品设计缺陷以及制造和装配意外缺陷是影响不同品牌之间差异的重要因素。基于以上的选择原则，本次设计中选用的变频器是森兰SB40变频器，图5.4是它的连接端子图。图5.5兰SB变频器的连接端子图变频器通过主电路端子与外部连接，主电路端子及其功能见表5.1注意：变频器选型时要确定以下几点：1.确定采用变频的目的是恒压控制还是恒流控制等。2.在选择变频器负载类型是需要注意负载的性能曲线，例如叶片泵或容积泵。3.在选型时还需注意变频器与负载的匹配问题：I.电压匹配：变频器的额定电压需要符合负载的额定电压。II.电流匹配：对于普通的离心泵而言，变频器的额定电流必须匹配额定电流。而对于特殊负载，就必须考虑到电动机的工作性能参数，进一步确定最大电流与过载下变频器的电流，例如深水泵等。III.转矩匹配：当恒转矩负载或减速齿轮可用时将发生转矩匹配的情况。4.当使用变频器驱使高速电动机工作时，由于高速电动机的电抗较低，因此谐波越高，输出电流值就越高。 所以用于高速电动机的变频器的选定容量比常规电动机的容量略大。5.如果使用长电缆操作变频器，则必须采取措施抑制长电缆对接地耦合能力的影响，以使变频器的输出不会不足。所以在该情况下必须将变频器的容量增加一级或者在变频器的输出端安装输出电抗器。6.在高温高海拔等特殊场合中，要求变频器降额使用，因此必须将变频器的容量增加一级。5.4.2 变频器的频率参数及预置变频器的运行涉及多个频率参数，但是必须预先设置每个参数的功能，以使电动机的特性和变频后的速度调节满足生产机器的要求表6.1变频器端子及其功能端子符号端子名称功能说明R、S、T交流电源输入端子连接三相交流电源U、V、W变频器输出端子连接三相电动机P1、P+直流电抗器连接端子改善功率因数和抗干扰P+、DB外部制动电阻器连接端子连接外部制动电阻P+、N制动单元连接端子连接外部制动单元PE变频器接地端子变频器机壳接地各种基本频率参数1.参考频率：用户根据制造工艺要求设定的变频器输出频率。2.输出频率：它是变频器工作时实际输出出来的频率，在变频器负载变化时根据系统状况连续调整变频器的输出频率，稳定的拖曳系统，所以输出频率一般会在特定的频率周围产生变化，也就是变频器的输出频率也就是整个系统中的运行频率。3.基准频率：也叫基本频率fb，在一般情况下fb的指定值也就是电动机工作时的额定频率fN。当输出频率与基准频率吻合时变频器的输出电压就是基准电压，一般情况下基准电压就是电动机的额定电压UN。4.上/下限频率：指变频器工作时输出的最高/低频率（fH/fL）。为确保整个拖动系统的工作质量与安全性能，必须限制电动机的最大速度与最小速度。当操作面板因失误操作出现错误时或者外部命令信号操作错误频率过高或过低，这时就可以通过调整上限频率与下限频率的方法及时作出保护调整措施。对于一般的变频器就可以预先设置一个上限频率和下限频率。根据图6.7可以看出当变频器的特定频率比上限频率高或者比下限频率低时，这时变频器最终输出的频率就会调整为预先设置上限频率或者下限频率。5.跳跃频率(fJ)：也被叫做回避频率，它是变频器工作时没有办法连续输出的频率。由于生产设备的振动频率与振速相关，所以当电动机速度调整为恒定速度，且输出恒定频率，机械振动的频率和设备的固有频率相吻合时，电动机将产生共振现象，为避免该情况发生，应当同意拖动系统他那个越过共振速度相对应的频率。预先设置跳跃频率的事后，变频器一般情况下会采用预先设置好的跳跃间隔，其下限用fJ1表示，上限用fJ2表示，如果制定的频率在它们之间的话，输出频率就会被限制为fJ1。为了更普遍的适应大众客户，大多数的变频器将提供两到三个跳跃间隔。图5.6 基准电压和基准频率的关系 图5.7上限频率和下限频率5.4.3 变频调速系统的主电路及电器选择变频调速系统中变频器的地位重中之重，它的质量好坏直接影响整个设备系统的工作是否可靠。一般在选择变频器时，首先要考虑的就是品牌变频器的质量与品质。变频器的故障发生率一般存在“两头高、中间低”的规律，即调试期及使用初期故障比较高一些，之后有一个时间比较长的低故障稳定期，到其寿命末期故障率将再度提高。调试器的故障多数源于不合理的应用设计以及不合适的调试方式，也就是使用者自身因素起主要作用。设备在使用一段时间后会出现故障高发期，这就表现出了选择不同品牌的差距，虽然设备故障与业余使用者的自身因素存在很大的联系，但是产品的质量与品质也很重要。产品设计缺陷以及制造和装配意外缺陷是影响不同品牌之间存在差异的重要因素。根据以上选择原则，这次选择的变频器为森兰SB40变频器。交流电源到负载之间的电路是变频调速系统的主电路，虽然变频器类型千差万别，但是主回路端子的差别一般大同小异，一般情况下通常用RST来表示交流电源的输出端，用UVW来表示变频器输出端。实际情况下，它应当与很多的外部设备结合使用来形成一个完整的主电路。（如图5.4.所示）。现就各外接电器的功能和选择方法作一介绍。在实际应用中，图5.8所示电路中的电器并不一定全部都要连接，有的电器是选购件。图6.9显示了变频器和电动机的典型连接电路。图5.8森兰SB40系列变频调速系统的完整主电路在一些生产机械系统中，若变频器突发故障跳闸时，电动机将迅速调整为工频运行，另外还有一些系统为了节约成本，使用一台变频器来进行控制若干台电动机，因为变频器最多只有带动一台电动机的负载能力，所以这时其他的电动机职能调整到工频运行的状态，例如供水系统。在这种能够实现电源频率和频率转换的电路中，不能省略保险丝FU和热继电器KR。 同时，变频器的输出接触器和电源频率接触器之间必须存在可靠的互锁，以防止直接提供电源频率连接到变频器的输出端子会损坏变频器。 （图5.10）显示了切换控制的主要电路。图5.9一台变频器带一台电动机的连接电路 图6.10切换控制的主电路5.4.4 变频器系统的控制电路变频器控制电路的主要组成:控制电路是指将开/关在控制信号传输给变频器的主电路的电路，达到在变频器工作期间完成切换电路的控制以及保护电路的功能，其主要有模拟控制与数字控制两种控制方法。当下在以微处理器为主要核心的全数字控制技术时代，要求电路尽可能简单，主要依靠软件来控制系统完成各项功能，最终扩大微处理器的计算能力以及软件控制灵活度，这种能力让许多的模拟控制难以做到。控制电路主要分为一下部分：1.运算电路：其主要功能是通过外部指令信号或者速度以及转矩来检测并比较电路中的电流信号与电压信号，从而确定变频器的输出频率与电压。2.信号检测电路：它的功能是向微处理器及时反馈变频器和电动机的工作状态，再根据预先规定的算法进行处理，之后微处理器向电路中的各个部分输出一个必要的控制与保护的信号。3.驱动电路：它的工作内容是为变频器内部的逆变电路的工作组件提供一个驱动信号，当变频器元件是晶体管时就叫做基极驱动电路；而当逆变电路中的变频器元件是SCRIGBTGTO晶闸管是就被叫做门极驱动电路。4.保护电路：它的工作内容是对被检测电路所得到的各种传输信号进行计算处理，进而来判断变频器整个系统是否出现了异常状况，当保护电路检测出电路中存在异常时来进行各种处理，例如调整变频器整体工作或者控制电压及电流值等等。综上所述，变频器各种控制电路可以由内部的微处理器和控制单元完成，也可以由外部的控制电路与内部电路完成。在电路工作时通过外部连接的控制电路来控制运行的方式叫做外控运行方式，在需要该方式时，变频器必须将运行模式预先设置为外部运行模式。如森兰全能王SB60/61系列变频器中，将功能代码F004预置为1。第6章 设计总结本课题主要研究了皮带给料机总体设
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