水平带式输送机结构设计

AbstractSTYLEREF标题1参考文献引言发展背景自1795年被发明时，只有物料在架空索道上运输的一种机型，到1892槽型带式输送机的初步形式确定，再到19世纪中期百花齐放，带式输送机的功能和类型层出不穷。在如今的飞速信息时代，其功能必定会更加强大。因为能在各种恶劣的工作环境下平稳、高效地运输各种物料，逐渐由最小型封闭的的固定工作方式转变为大型、全工作环境的工作方式，得到电力、冶金、煤炭、矿山、港口等各个行业的引用和青睐。特别是随着现今新材料的不断发现与合成、新技术的突破与应用，带式输送机的机型日新月异，发展变化极为迅速。带式输送机早已不是传统定义中的，只能用于物品运输的设备了。它因具有效率高、运转稳定等优点，被各种加工工艺有效的结合在一起，形成了一种先进的工作方式。在一些行业，带式输送机的组成和功能已经发生了翻天覆地的变化。带式输送机是散装物料最理想的高效连续运输设备，与其他常见的货车、拉车等运输设备相比，具有成本低、运输量持续高效等巨大优势。但是，我国的输送机型号都偏小，并且对动态分析和监测等关键技术都有不足和缺乏。当今，让带式输送机变得更加多样化、智能化，成为全世界研究技术的热门。选择本课题的研究目的和意义就是紧跟带式输送机的技术发展潮流，不断拓展自己的知识层面。国内外研究现状国内带式输送机的研究现状近三十年，我国在煤矿带式输送机领域的的发展非常的迅速，尤其是在大运量、大倾角、高速度等关键技术方向取得重大突破。但是与国外相比，国内的很多单位用静态设计法，这说明了国内在动态设计与计算机监控等方面技术的缺乏。另外，由于国内加工水平也同样导致元部件的设计和制造水平达不到较高的可靠性。近来，随着我国对PLC领域的不断发展以及CST等软启动装置技术的发明，让以前没有现代关键技术的带式输送机的稳定性得到极大的提高。虽然我国在带式输送机方面的很多关键技术都有很大的提升与优势，但是仍然与国外的带式输送机在其他多方面的技术上有不小的差距。因此，我们不能满足现状，应意识到国内的不足之处，保持积极的学习态度，不断攻克技术难关。国外带式输送机的研究现状国外带式输送机与国内的的技术发展水平有很大的不同，其不同之处主要体现在两个方面：一方面，国外的带式输送的机型机功能更加的扩大化、人性化，被大规模的投入到各行各业中，例如平行转弯的带式输送机型号，能够根据工作环境巧妙的避开不利地形或者遮挡物，结合控制系统能有效地降低物料侧滑的风险；另一方面，国外的研究企业凭借自身拥有与带式输送机相关的装备制造水平与关键技术的优越性，让大型的带式输送机早已成为研究的热门方向。目前，主要是研究出优秀的动态仿真分析与计算机监控技术，可使带式输送机的工作能力和稳定性得到了极大的提高。已经有很多的大型带式输送机被投入使用：印度奥里萨铝土矿的可弯曲输送机、西班牙西撒哈拉带式输送机等。第二章带式输送机的总体方案带式输送机的总体方案带式输送机的方案确定我在此次设计中选用带式输送机，它拥有以下几个优点：（1）运输距离长；（2）结构简单；（3）运行速度高；（4）使用寿命长；（5）经济效益高。带式输送机的工作原理带式输送机的类型和功能数不胜数，但主要部件还是输送带，而且其他的主体部件也是相同的。带式输送机组成如下图2-1所示，它的主体机构部件：输送带、传动滚筒、托辊、机架、拉紧装置、驱动装置、清扫装置。图2.1带式输送机的组成1-传动滚筒2-清扫装置3-槽型托辊4-输送带5-机架6-改向滚筒7-拉紧装置输送机的工作原理：机头部的传动滚筒1通过联轴器与外置驱动装置相连，并借助与输送带5之间产生的摩擦力带动输送机运转，最终在形成的闭环式输送带上连续运输。图中的槽型托辊3为输送机的物料的主要承载件，且物料在经过改向滚筒6之前卸料，使物料可以被连续输送。拉紧装置7可以保障输送带的张力恒定，并且使输送带的垂度与阻力减小。无论水平运输或倾斜运输，都可以十分方便的应用，同时用不同的布置方式满足各种不同的作业需求。带式输送机的布置形式带式输送机的倾角选择为了增加物料量的输送效率，普遍的，上托辊应用槽型托辊；而下托辊不承载，将其选择为平行托辊。根据不同工况如：水平、倾斜和垂直需求，选择和布置倾角。通常，水平运输的方式足以满足大部分产业的需求。倾斜式输送则其倾角不超过18°，若倾角过大，则容易使物料脱落。输送带是重要的承载机构，货载与输送带一同运动，即之间相对静止，能够极大地减小运转的摩擦阻力。沿倾斜线路安放时，因为输送的物料有差异，其最大运输倾角也有差别，如下表2-1所示：表2.1带式输送机的上运最大倾角物料名称最大倾角/（°）物料名称最大倾角/（°）块煤18湿精矿20原煤20干精矿18谷物18筛分后石灰石120～25mm焦炭18干矿150～30mm焦炭20湿沙230～350mm焦炭16盐200～120mm矿石18水泥200～60mm矿石20块状干粘土15～1840～80mm油母页岩18粉状干粘土22干松泥土20注：表中给出的为向上运输的最大倾角，向下运输时减小15%。布置方式（1）驱动装置外置，组成：电动机、液力耦合器、减速器，并依次连接。（2）驱动滚筒放在机头处，与驱动装置通过联轴器连接。这样的布置方式能有效地利用牵引力。（3）拉紧装置放在机尾。高度低，不易发生事故。由于单滚筒配合单电动机的驱动方式不复杂，且满足输送的动力需求，因此作为此次设计中驱动方式的首选。带式输送机典型的布置形式如下图2-2所示，此次设计选择（a）式水平布置的方案：图2.2带式输送机典型的布置形式第三章带式输送机的设计计算带式输送机的设计计算原始数据（1）带式输送机地相关尺寸：总长：L=100m工作倾斜角：β=0°（2）物料的特性：煤，粒度0-100mmγ=1.5t/m3动堆积角ρ=25°（3）输送量：Q=300t/h（4）工作环境：露天，潮湿；带宽的计算根据公式：式中：Q——输送量（吨/小时）；K——断面系数，K与物料的动堆积角ρ及输送带的宽度B相关；γ——物料容重（吨/米³）；v——带速（米/秒）；ε——速度系数；C——倾角系数。已知Q=300吨/时，=1.5吨/米3。参考表3-4，选取带速=2米/秒；参考表3-1，得k=400；参考表3-2，得c=1；参考表3-3，得=0.95；计算得：米，所以选择输送带的宽度B=500mm。表3.1K值ρB15°20°25°30°35°槽形平形槽形平形槽形平形槽形平形槽形平形K500650300105320130355170390210420250800100033511536014540019043523047027012001400355125380150420200455240500285表3.2倾角系数β≤6°8°10°12°14°16°18°20°22°24°25°C1.00.960.940.920.900.880.850.810.760.740.72表3.3速度系数V（米/秒）≤1.6≤2.5≤3.15≤4.0ε1.00.98～0.950.94～0.900.84～0.80表3.4带速参数表物料特性B（毫米）500、650800、10001200、1400V（米/秒）①无磨损性或磨损性小的物料（如原煤、盐）0.8～2.51.0～3.151.0～4.0有磨损性的中小块物料（如矿石、砾石、炉渣）0.8～2.01.0～2.51.0～3.15有磨损性的大块物料（如大块矿石）0.8～1.61.0～2.01.0～2.5表3.5各种带宽的输送量断面形式V（米/秒）B（毫米）500650800100012001400Q（吨/小时）②槽形0.81.07897122156191232--131164206264323391278348445546661824--43554469685310331233--65581910481284155618582202-891111514271748211825282996平形0.81.02.5415266841031256788110142174211118147184236289350-230288368451546-345432553677821-4695887539221117张力的逐点计算沿输送带运行方向，从传动滚筒上奔离点的输送带张力S1开始，依次计算每两受力点之间的的关系，最后计算到传动滚筒趋入点的输送带尾部张力Sn（见图3-2），最后得到S1与S间的函数关系式[9]：Sn=f（S1）图3.2各点受力情况输送机假若如上图所示，则得各点张力关系式如下：S2=S1+W1①S3=S2②S4=S3+W2+W3③S5=S4④S6=S5⑤Sn=S6+W4+W5+W6⑥式中：W1弹簧清扫器阻力W2空载段运行阻力W3空段清扫器阻力W4导料槽阻力W5物料加速阻力W6承载段运行阻力、、改向滚筒阻力系数在使用逐点计算时，必需要根据每个点之间的阻力累加形式，进而进行张力计算。各种不同的阻力形式的相关计算方法如下：Ⅰ.直线段或凹弧段的运行阻力计算：对于承载段：W=（q0＋q′＋q）Lnω′±（q0＋q）Lsinβ当β=0时,W=（q0＋q′＋q）Lnω′向上运载时取（＋）号、向下运载取（－）号。对于空载段：W=（q0＋q″）Lnω″±q0Lsinβ当β=0时，W=（q0＋q″）Lnω″向上运载时取（－）号，向下运载取（＋）号。式中：W—运行阻力（公斤）；q′—上托辊转动处每米承载的重量（公斤/米）；q″—下托辊转动处每米承载的重量（公斤/米）；q′=、q′=;G′—每组上托辊运转承载（公斤）；G″—每组下托辊运转承载（公斤）；—上托辊间距（米）；—下托辊间距（米）；ω′—槽形托辊阻力系数；ω″—平形托辊阻力系数Ⅱ.清扫器阻力计算：弹簧清扫器：W=（70~100）B空段清扫器：W=20BⅢ.导料槽阻力：W=（1.6B2γ+7）l其中：l—导料槽的长度。Ⅳ.进料口物料加速阻力：W=⑴.根据公式W=（70~100）B，选取W=100B；可得：W1=100×1.0=100（公斤）代入①：S2=S1+100;⑵.查表3-8，选取=1.02；代入②：S3=1.02(S1+100)=1.02S1+102;⑶．根据公式w=（q0+q″）Lω″±q0H;得:W2=（q0+q″）Lω″-q0H查表3-6，Z=5～8；取Z=6;查表3-7，选取上下胶层的厚度为（3+1.5）毫米；查表3-9，q0=14.86公斤/米；查表3-10，公斤，下托辊间距mq″==5（公斤/米）查表3-11,ω″=0.035。代入上式可得：W2=（14.86+5）×80×0.035-14.86×16.63=-191.96（公斤）根据公式w=20B：W3=20B=20×1.0=20（公斤）代入③：S4=1.02S1+102-191.96+20=1.02S1-69.96⑷．查表3-8，选取=1.02代入④：S5=1.02×(1.02S1-69.96）=1.04S1-71.36⑸．查表3-8，选取=1.04代入⑤：S6=1.04（1.04S1-71.36）=1.08S1-74.21⑹．根据公式W=（1.6B2γ+7）l：W4=（1.6B2γ+7）l=(1.6×12×0.9+7)×3=25.32（公斤）·根据公式：W=得到：W5=且q=（公斤/米）W5=（公斤）·根据公式W=（q0＋q′＋q）Lnω′±（q0＋q）H:W6=（q0＋q′＋q）Lω′+（q0＋q）H查表3-10，公斤；查表3-12，l0=1.2米。所以：q′=(公斤/米)查表3-9,ω′=0.04W6=（14.86+14.2+60.19）×80×0.04+（14.86+60.19）×16.63=1533.86（公斤）代入⑥：Sn=1.08S1-74.21+25.32+27.61+1533.86=1.08S1+1512.4⑦输送带依据尤拉公式，得到其不打滑条件：Sn=S1e采用光面传动滚筒，a=200º，μ=0.2查表3-13,e=2.01所以：Sn=2.01S1⑧将⑦⑧联立则：2.01S1=1.08S1+1512.40.93S1=1512.4于是得到结果如下：S1=（公斤）Sn=2.01S1=2.01×1626.24=3268.74（公斤）S2=S1+W1=1626.24+100=1726.24（公斤）S3=S2=1.02×1726.24=1760.76(公斤）S4=S3+W2+W3=1760.76-191.96+20=1588.8(公斤）S5=S4=1.02×1588.8=1620.58（公斤）S6=S5=1.04×1620.58=1685.40（公斤）所以可得传动滚筒圆周力：F=Sn—S1=3268.74-1626.24=1642.50（公斤）表3.6带宽和层数B（毫米）500650800100012001400Z3～44～54～65～85～106～12表3.7橡胶输送带复盖胶的推荐厚度物料特性物料名称复盖胶厚度（毫米）上胶厚下胶厚γ<2吨/米3，中小粒度或磨损性小的物料。①焦炭、煤、白云石、石灰石烧结混合料、砂等。3.01.5γ>2吨/米3，块度200毫米磨损性较大的物料。粉碎后的矿石、各种岩石等。4.51.5γ>2吨/米3，磨损性大的物料。大块铁矿石，油母页岩等6.01.5表3.8改向滚筒阻力系数输送带在改向滚筒上的包角a≈45°≈90°≈180°改向滚筒阻力系数K′1.021.031.04表3.9橡胶带每米自重帆布层数z上胶+下胶厚度（毫米）带宽B（毫米）500650800100012001400q0（公斤/米）53.0+1.54.5+1.56.0+1.58.629.7310.8710.6011.9813.3813.2514.9816.7115.9017.9520.0563.0+1.54.5+1.56.0+1.511.8013.2814.6514.8616.5918.3217.8219.9022.0020.8023.2025.6573.0+1.54.5+1.56.0+1.516.4718.2019.9319.8021.8523.9523.1025.5027.95表3.10每组下托辊转动部分重量托辊形式B（毫米）500650800100012001400G′G″（公斤）槽形托辊铸铁座111214222527冲压座8911172022全塑料66.87平形托辊铸铁座81012172023冲压座7911151821表3.11阻力系数表工作条件槽形托辊阻力系数ω′平形托辊阻力系数ω″清洁、干燥0.0200.018少量尘埃、正常湿度0.0300.025大量尘埃、湿度大0.0400.035表3.12上托辊间距l0γ（吨/米3）B（毫米）500、650800、10001200、1400l0（毫米）≤1.6>1.6120012001200110012001100表3.13eμa值传动滚筒情况及μ值包角a180°190°200°210°240°400°eμa光面滚筒，环境潮湿μ=0.21.871.942.012.092.314.04光面滚筒，环境干燥μ=92.392.502.855.74胶面滚筒，环境潮湿μ=0.353.003.193.393.604.3411.74胶面滚筒，环境干燥μ=0.43.523.784.044.355.3516.40胶带核算求得胶带最大张力为3268.74公斤，查表3-14，当输送带的B=1000毫米，Z=6时，许可的最大张力为3730公斤，故此满足要求。表3.14各种带宽和帆布层数的橡胶带允许最大工作张力SmaxZB（毫米）500650800100012001400Smax（公斤）5——2020（1650）2490（2030）3110（2550）3730（3050）——6————2990（2440）3730（3050）4480（3660）5220（4270）7——————4360（3360）5220（4280）6100（4990）①括号内为使用机械接头时的允许张力。允许垂直核算承载段最小张力必须满足：Smin﹥5（q0+q）l0cosβ要求。而承载段最小张力：（公斤）由于S6>S，满足使用条件。车式拉紧装置重锤重量计算拉紧装置拉紧力P0=Si+Si-1式中：P0—拉紧力（公斤）；—滚筒在奔离处所受的张力（公斤）；—滚筒在趋入处所受的张力（公斤）。因此:P0=S6+S5=1685.4+1620.58=3305.98（公斤）选用车式拉紧装置图3.3车式拉紧装置所需重锤重量：G=（P0+0.04GK·cosβ-GK·sinβ）/ηn式中：—车式拉紧装置（含改向滚筒，选取图号TD4B4、规格：D630、L1150、367kg）重量（公斤)；β—输送机尾架倾角；—拉紧绳轮效率，取=0.90；n—绳轮数目GK=31+367=398公斤因此:G=（3305.98+0.04×398×0.9781-398×0.2079)/=4442.81(公斤)传动滚筒轴的制动力矩计算先求出传动滚筒轴的功率，公式如下：N0=（千瓦）制动力矩：式中：M—滚筒轴上的力矩（公斤2/米）；D—传动滚筒直径（米）；H—输送机提升高度（米）。M=66×0.8×(0.00546×650×16.63-48.31)/3=188.49（公斤2/米）第四章输送机部件的选用输送机部件的选用输送带输送带作为机器全程运转的承载件，是构成带式输送机的最重要的结构之一。因此不仅要有大的承载能力，而且还要有足够的相对应的抗拉强度[11]。满足MT668的技术规范要求。对于不同的需求，输送带要满足：—具备工况所需的承载能力和抗拉强度；—宽度满足工况的需要；—具有一定的柔性，其伸长量也具有限制；—覆盖胶要耐冲击、耐磨、耐疲劳。输送带构成简单，即为带芯和覆盖层。具有光滑、平坦等特点。传动滚筒传动滚筒分为驱动滚筒和改向滚筒。依靠摩擦传递动力，由筒皮和接盘焊接而成。根据表面形式可分为：钢制光面滚筒、铸（包）胶滚筒。前者加工工艺的表面形式决定了其主要缺点是提供的摩擦力不足，常用于所处环境湿度小、短距离的工况，而在环境湿度大、运距长的工况下则采用铸胶滚筒。铸胶滚筒的种类很多，一般会分为三类：最常使用的是光面铸胶滚筒；除此之外还有人字形沟槽铸胶滚筒、菱形铸胶滚筒，其摩擦性能更好，价格也更贵。滚筒长度计算：已知带宽为1000mm，进行滚筒长度计算：(一)滚筒直径应根据输送带带芯的类型、所受张力等因素来确定。传动滚筒的最小直径：式中：——传动滚筒直径(mm)；——计算系数。尼龙织物芯输送带，取90；——输送带的织物芯层的厚度(mm)。==90×（1.4×6)=756mm1.使用钢板焊接，采用滚动轴承承载与运转。2.本设计选用耐磨、坚韧不易断裂的铸胶滚筒。3.传动滚筒直径可以根据输送带的带宽确定，见表4-17。表4.17各种带宽的传动滚筒直径B（毫米）500650800100012001400D（毫米）500500630--500630800-6308001000-630800100012508001000125014004.当所选的输送带采用硫化接头时，要使传动滚筒直径与帆布层数的比值：D/Z≥125；采用机械接头时：D/Z≥100。可根据传动滚筒的直径选择对应的帆布带层数，见表4-18。表4.18各种帆布层数对应的传动滚筒直径D（毫米）500630800100012501400Z硫化接头4567～89～1011～12机械接头567～89～1011～12—根据输送带的带宽，传动滚筒的直径800，z=6，且滚筒长度比胶带宽略大，一般取：取托辊托辊的选型市面上可供选择托辊的种类非常多，数量也非常大，是一台带式输送机最重要部件之一。托辊能否正常运转，与输送机的工作寿命息息相关。不同的结构决定了托辊所受承载的大小与性质。因此托辊的质量特别重要，托辊的基本要求：表面光滑，径向跳动小，经久耐用，防尘性能和防水性能好，可靠性高，回转阻力系数小，而且易生产、价格便宜等。输送带在运载货物的时候，会遇到较大的阻力，并且会存在一定垂度。所以，托辊的使用能有效地减少输送带的垂度，克服输送带的运行阻力，使其能够平稳地运行。图4.5托辊当带式输送机工作时，不可避免的在上料时会伴随着一定的冲击。所以要在收料处布置缓冲托辊，这样就可以有效的减少冲击力的影响。其结构简图如下：图4.6缓冲托辊结构简图布置合理的托辊间距需要注意的是：两托辊之间的输送带的下垂的长度不超过托辊之间距离长度的2.5％，通常的，垂度越小越好。由于在受料的地方缓冲托辊受到的冲击力不仅大而且密集，当布置的时候，距离应该比受正常载荷的上托辊的短一些，可在在300-600mm取值。不受力的下托辊间距可在2500-3000mm取值，或者选取上托辊间距的两倍值作为下托辊的间距。不同带宽的H值见表4-19。表4.19不同带宽的H值B（毫米）500650800100012001400H（毫米）210230240300330350托辊的校核（1）上托辊的校核所选用的上托辊为槽形托辊，其结构简图如下所示：图4.7槽形托辊结构简图静载荷的校核①承载分支静载荷的校核：式中：P0--承载分支托辊静载荷（牛）；a0--承载分支托辊间距（米）；e--辊子载荷系数，查表[13]得三节辊e=0.8；v--带速（米/秒），已知v=3米/秒；qb--输送带每米长的质量（公斤/米），已知qb=14.86(公斤/米）；Im--输送能力（公斤/秒）Im=Q/3.6=180.56（公斤/秒）。因此：已知上托辊直径为108mm，长度为375mm，滚动轴承型号为305，承载能力为4810N（见表4-28），大于所计算的，故满足要求。②回程分支静载荷的校核：Pu=eauqBg =1.0×3×14.86×9.81=437.34（N）已知在此次设计中下托辊直径为108mm，长度为1150mm，滚动轴承型号为305，承载能力为1130N，大于所计算的Pu，故满足要求。托辊的动载荷计算①承载分支托辊的动载荷：式中：————运行系数，查表4-26，取1.1；——冲击系数，查表4-27，取1.0；——工况系数，查表4-28，取1.0。因此p0’=1081.66×1.1×1.0×1.0=1189.83(N）故承载分支托辊满足动载要求。②回程分支托辊的动载荷Pu’=Pu×fs×fa=437.34×1.1×1.0=481.07（N）故回程分支托辊满足动载要求。制动装置制动装置的作用通常，带式输送机在负载后向上运输的时候，不可避免的会因为运动不同步出现相对位移差，即倒退现象。此时便需要一种制动装置--逆止器。输送机的物料运输无非有向上运输、向下运输、平形运输三种状态。常用的制动装置有：带式逆止机、滚珠逆止器、液压电磁制动器、盘形制动器等。本次设计的带式输送机倾角为12°，向上运输原煤。选用带式逆止器可以很好地满足我的设计要求。带式逆止器有构成部件简单、维修更换方便、生产成本低等优点。具体结构如下图：图4.8带式逆止器机架与中间架因为落地式和吊挂式的机架整体结构稳固、占地面积小、安装与维修方便等优点，成为运输煤矿物料的首要考虑的选机架形式。而落地式根据骨架的材料可分两种：钢架落地式和绳架落地式；吊挂式有钢架吊挂式和绳架吊挂式等种类。对于本次设计中要求的运输距离，则也直接确定了机架的长度。由于在带式输送机工作中的运送的物料量大、高度提升大，因此选用钢架落地式机架，使用固定式的机架安装方式能够很好地满足工作的需求。固定、可拆卸等特定都可以使带式输送机工作时，更加的安全、稳定、维修快速。清扫装置输送机在工作时，往往有黏性物质，如煤尘、泥浆、颗粒物粘在输送带上，而且块度会逐渐增多变大，进而造成很多不良的后果。例如，托辊或滚筒内部的轴承常因为固体颗粒物的进入磨合而发生损坏，造成托辊的寿命会急剧缩短。而且，输送带也会因为受到的巨大摩擦力急速升温，发生磨损甚至着火等问题[18]。长久后会形成掉落区，造成环境污染，增加企业的人力成本。因此，安装清扫装置能够有效地避免托辊磨损、输送带跑偏、环境污染等一系列问题。此次设计的清扫装置布置在机头卸料空段处如6-10图所示：图4.9重锤刮板清扫器改向装置通常是使用改向滚筒或改向托辊组来作为带式输送机的改向装置，通过近乎光滑的圆弧式曲面的能够很好地实现同步滚动的无能量损失的方向改变。带式输送机的改向装置的布置方式非常类似于跳皮筋游戏中两人站在两侧来保证皮筋的闭合且不跑偏。此形式能有效的增大两者间的围包角和摩擦力，且成功的实现输送的高效率转向需求。同时增强输送带的强度会节省大量的浪费、降低生产制造的成本。此次设计将滚筒布置在机尾，实现几乎3600的方向改变。与大中型带式输送机的滚筒相匹配的输送带常用的有1200mm、1000mm、800mm、630mm、500mm等规格，根据输送带等条件参数选用。因为驱动滚筒的直径为800mm，因此随改向角减小而适当取小1—2挡，次设计采用1个直径630mm的改向滚筒，改向180°。传动滚筒的直径参数是有确定的数值和范围的，而输送机的皮带宽度也是有确定数值和范围的。在选择时要根据本次设计的前面部分的带式输送机的皮带宽度来选定，具体见下表4-29。表4.20传动滚筒与改向滚筒直径配套表B（毫米）传动滚筒直径（毫米）≈180°改向滚筒直径（毫米）≈90°改向滚筒直径（毫米）<45°改向滚筒直径（毫米）10006308001000500630800500500500400400400第六章总结驱动装置的选型与设计电动机的选择驱动电机所需功率式中η——传动功率，一般在0.85-0.95之间--联轴器效率；每一个机械式联轴器液力耦合器--减速器传动效率，按闭式直齿圆锥齿轮传动效率为0.95、斜齿圆柱齿轮传动效率为0.97；二级减速器--轴承效率，选取为0.98，--滚筒效率，选取为0.96则=0.96×0.92×0.984×0.96×0.99=0.78--电压降系数，一般取0.90-0.95，选取为0.92；--多电机驱动不平衡系数，一般取0.90-0.95；单电机驱动时，=1;因此P0==67.32Kw滚筒转速：n=60×1000×v/π×D=60×1000×3/3.14×800=71.66(r/min)则速度范围（8-20）n=(573.3-1433.2)r/min符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min.带式输送机常用的电机，有鼠笼式、绕线式异步电动机。查表16-9后，此次的设计采用的电动机型号为Y315S-6、75Kw、990r/min。运动参数的计算传动比确定及分配由电动机的参数可知满载转速是990r/min，所以总的传动比I=n电/n=990/71.66=13.82由二级圆锥圆柱齿轮减速器设计（i=10-25），确定分配方案：对于圆锥齿轮减速器，为使圆锥齿轮的直径较小，一般传动比i1≦3，当满足两级传动大齿轮浸油深度时允许i1≦4.高速级传动比：i1=3低速级传动比：i2=i/i1=13.82/3=4.6，传动比误差允许范围5%计算传动装置的运动和动力参数1）各轴转速计算电机轴：n0=990r/minI轴：n1=990r/minII轴：n2=n1/i1=990/3=330r/minIII轴：n3=n2/i2=330/4.6=71.74r/min滚筒轴:nw=71.74r/min2）各轴输入功率P1=P0×Ƞ1=67.32×0.96=64.63KwP2=P1×Ƞ啮1×Ƞ3=64.63×0.95×0.98=60.17KwP3=P2×Ƞ啮2×Ƞ3=60.17×0.97×0.98=57.20KwPw=P2×Ƞ3×Ƞ1=57.20×0.98×0.99=55.50Kw3各轴输入转矩T0=9.55×106×P0/n0=9.55×106×67.32/990=649.4×103N·mmT1=9.55×106×P1/n1=9.55×106×64.63/990=623.45×103N·mmT2=9.55×106×P2/n2=9.55×106×60.17/330=1741.28×103N·mmT3=9.55×106×P3/n3=9.55×106×57.20/71.74=7614.44×103N·mmTw=9.55×106×Pw/nw=9.55×106×55.50/71.74=7388.14×103N·mm综上参数表格如下：参数轴1轴2轴3轴4转速(r/min)99099033071.74功率(Kw)64.1760.1757.2055.5转矩（NM）623.451741.287614.447388.14传动比i34.6传动件的设计计算根据文献进行齿轮传动方案设计。圆锥齿轮选择直齿圆锥齿轮，圆柱齿轮选择斜齿。选定齿轮精度等级、材料及齿数1）由表10-6，选用8级精度2）材料选择，由表10-1:小齿轮20CrMnTi，渗碳淬火大齿轮45号钢，调质处理按齿面接触疲劳强度设计：σH=735Mpa3）确定齿数小齿轮齿数（20-40），取z1=24，则z2=z1×i1=24×3=72取z2=72,齿数比：u=z2/z1=3，初步计算主要传动设计由公式10-1，得：载荷系数K=KAKVKαKβ式中KA--使用系数，取值为1.00KV--动载系数，取值为1.2Kα--载荷系数，取值为1.0Kβ--轴承系数，取值为1.8所以K=2.16查表10-5，材料弹性系数ZEZE=189.8查表10-20，节点区域系数ZHZH=2.5故d1t≧=159.6mm齿轮模数m:m=d1/z1=159.6/24=6.65按国家标准取模数为m=8确定传动尺寸1.计算圆周速度Vdm1=d1t（1-0.5ΦR）=159.6×(1-0.5×0.3)=135.66mmV=2.大端分度圆直径d1=mZ1=8×24=192mmd2=mZ2=8×72=576mm3.锥顶距mm4.中点模数mm=m（1-0.5ΦR）=6.85.切向变位系数xt1=0.65xt2=-xt1=-0.65径向变位系数x1=0.35x2=-x1=-0.35齿形角α=15°齿顶高ha=(ha*+x)mha*=0.85ha1=(ha*+x1)me=(0.85+0.35)×8=9.6mmha2=(ha*+x2)me=(0.85-0.35)×8=4mm齿根高hf=(ha*+C*-x)meC*=0.25hf1=(ha*+C*-x1)me=（0.85+0.25-0.35）×8=6mmhf2=(ha*+C*-x2)me=（0.85+0.25+0.35）×8=11.6mm齿顶圆直径=240+2×9.6×cos18.435=258.21=720+2×4×cos71.565=722.53锥顶到轮冠的距离==356.96==116.26.齿宽b=ΦRR=0.3×303.58=91.07mm因此取b=92由式10-14，校核齿根弯曲疲劳强度F=2)分锥角u=tanσ2=cotσ1因此：σ1=18.435°,σ2=71.565°3）当量齿数：4）齿形、应力修正系数：由图10-17YFa1=2.76YFa2=2.13YSa1=1.56YSa2=1.855）计算弯曲疲劳许用应力：由图10-22取安全系数S=1.25由图10-22KFN1=KFN2=1又=220Mpa=170Mpa代入，可得：=176Mpa=136MpaσF1=96.2Mpa<,σF2=88.04Mpa<因此：满足强度要求。圆柱斜齿轮设计1.选择材料，表10-1：小齿轮45调质大齿轮45正火2.选择精度，表10-1：初选8级精度（v<12m/s）3.选择齿数：小齿轮（17-25），取Z3=21,则根据传动比关系：Z4=Z3×i2=21×4.6=96.6取Z4=97，则得到的实际传动比为：u=Z4/Z3=4.62误差小于5%4.选择螺旋角一般螺旋角的取值范围为（8°-25°），选取β=10°5.齿宽系数选择由于轴承相对齿轮不对称布置，得Ψ=1.06.按齿面接触强度设计1）初定小齿轮分度圆直径：载荷系数K:K=KAKVKαKβ查表：KA=1.25KV=1.2Kα=1.1Kβ=1.1因此：K=1.82转矩T2=1.74×106N·m由表10-5得ZE=189.8Mpa1/2由图10-20得区域系数ZH=2.46重合度系数，由式10-9：又=[1.88-3.2（1/Z1+1/Z2）]cosβ=[1.88-3.2（1/21+1/97）]cos10°=1.67因此：螺旋角系数：ZEZHZεZβ=189.8×2.46×0.78×0.992=361.27Mpa由图10-25查得接触疲劳极限应为：σHlim1=550MpaσHlim2=450Mpa计算接触疲劳许用应力，取安全系数S=1，由式10-14：[σH1]=KHN1σHlim1/S=1.0×550=550Mpa[σH2]=KHN1σHlim2/S=1.0×450=450Mpa因此:[σH]=[σH2]=450Mpa计算小齿轮分度圆直径d12）确定参数尺寸：法向模数mn=d3cosβ/Z3=8中心距479.28mm圆整取a=480mm对应修正螺旋角β=10.48o分度圆直径：d3=Z3m/cosβ=170.85mmd4=Z4m/cosβ=789.16mm计算齿轮宽度b=ψdd3=170.85mm圆整取b4=175mmb3=180mm由式10-14，校核齿根弯曲疲劳强度重合度系数Yε=0.25+0.75/εα=0.25+0.75/1.67=0.7螺旋角系数Yβ=1-εβ·β/120o=1-1×10.48o/120o=0.91当量齿数Zv3=Z3/cos3β=22.09Zv4=Z4/cos3β=102.02由图10-17,查得齿形系数YFa1=2.7YFa2=2.2应力修正系数YSa1=1.59YSa1=1.76由式10-14，得弯曲疲劳许用应力，满足要求。轴的设计、计算及校核1）轴的转矩T1T1=623450N·m2）作用在齿轮上的力输入轴齿轮的分度圆直径d1=192选取轴的材料为45，调质处理，取C=112，根据最小直径公式：则有：3）高速轴：1234567轴段1用来安装液力耦合器，根据电机输出轴直径80mm，选取液力耦合器型号为YOXIIZ560。按轴向定位确定各轴段的直径和长度：为与液力耦合器配合，D1-2=72,L1-2=168mm；取轴肩高10mm,D2-3=82mm。根据减速器与轴承端盖的结构，为便于拆装使端面距离为20mm，则L2-3=58mm。用30217圆锥滚子轴承[21]，则D3-4=85mm,L3-4=52mm。其他根据空间则：D4-5=85mm,L4-5=120mm;D5-6=85mm,L5-6=52mm;D6-7=95mm,L6-7=20mm。4）中速轴：1234567选用30213圆锥滚子轴承[21]，且根据空间布置可得：D1-2=65mm,L1-2=53mm;采用齿轮轴结构，L2-3=180mm;再由轴向定位得：D3-4=90mm,L3-4=118mm;D4-5=90mm,L4-5=20mm;D5-6=70mm,L5-6=123mm;D6-7=65mm,L6-7=95mm。5）低速轴：1234567根据联轴器尺寸（D6-7=110mm,L6-7=167mm）,选用30623圆锥滚子轴承。因此：D1-2=115mm,L1-2=84mm;再由轴向定位得：D2-3=123mm,L2-3=173mm;D3-4=140mm,L3-4=20mm;D4-5=120mm,L4-5=288mm;D5-6=115mm,L5-6=125mm。5）输出轴（低速轴）的校核：转矩T3=7.61×106N·mm圆周力Ft=2T3/d3=2×7.61×106/170.85=89084N径向力Fr=Ft·tanα/cosβ=89084×tan20°/cos10.48°=32974N轴向力Fa=Fr·tanβ=32974×tan10.48°=6099N轴的支撑跨距L=560mm,L1=128mm,L2=432mm在水平面上R1H=7537NR2H=25437N在垂直平面上R1V=20362NR2V=68722N轴承的总支反力最大扭矩在2、3的中断面。弯矩图：当量弯矩：轴的材料为45号钢，调质处理。查得许用应力σ=60N/mm2；又W=0.1×d43=0.05,轴的计算应力为：σca=MCA/W=28449/0.05=5.69×105<6×107N/m2,满足强度要求。轴承的校核1）查手册，30324型圆锥滚子轴承的主要性能参数为Cr=282000、Cor=440000、Y=1.4、e=0.44轴承的派生轴向力为S1=R1/（2Y）=21712/2.8=7754.3S2=R2/（2Y）=73278/2.8=26170.7轴承所受的轴向载荷为：FA+S1=6099+7754.3=11858.3<S2所以A1=S2-FA=20071.7A2=S2=26170.72）轴承的当量载荷轴承工作平稳，取载荷系数fd=1A1/R1=20071.7/21712=0.92>e=0.44,X1=0.4,Y1=1.4P1=fd(X1R1+Y1A1)=1×(0.4×21712+1.4×20071.7)=36770NA2/R2=26170.7/73278=0.357<e,X2=1,Y2=0P2=fdX2R2=73278N3）轴承寿命因为P2>P1，故按P2计算，选取温度系数ft=1可五年一维修。键的选择及校核普通平键具有靠侧面传递转矩。对中良好、结构简单、拆装方便等优点。输出轴上键分别用圆头普通平键b×h=32×18,l=140、圆头普通平键（与联轴器相连）b×h=32×18,l=140。挤压强度条件，取键、轴、联轴器的材料为钢，查表得σp=120-150Mpa，齿轮处键的挤压应力：σ=4T/dhl=4×359841/123×18×140=4.64Mpa联轴器处键的挤压应力：σ=4T/dhl=4×359841/110×18×140=5.19Mpa显然σp<[σp],故强度足够。总结本次设计是关于带式输送机总体的设计，作为重要的现代散装物料运输设备，广泛的应用于各行各业。本设计的内容包括：带式输送机的发展背景、国内外带式输送机的研究现