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托辊皮带机机尾的设计
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3553 托辊皮带机机尾的设计,3553,托辊皮带机机尾的设计,皮带机,机尾,设计
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河南理工大学万方科技学院本科生毕业设计摘 要带式输送机是输送能力最大的连续机械之一,被广泛应用于国民经济各部门。它的主要优点是运行平衡，运转可靠，能耗低，对环境污染小，便于集中控制和实现自动化，管理维护方便，在连续装载条件下可实现连续运输。 本文根据地面主提升带式输送机的原始参数，结合常规上运带式输送机驱动方案及制动方案的理论的研究,对上运带式输送机进行了系统设计。通过对输送机各部件的选型计算和某些重要部件的设计,最终使整个系统能够在给定场合下安全可靠的完成预期的任务。普通型带式输送机由六个主要部件组成：传动装置，机尾和导回装置，中部机架，拉紧装置以及胶带。在文中，详述了目前国内拉紧装置的主要形式，通过介绍拉紧装置的主要作用和几种拉紧装置优缺点的比较，对液压自动拉紧装置系统进行了设计。经过上述的设计和计算，最终得到了符合条件的带式输送机。 关键词：带式输送机；上运；选型设计AbstractBelt Converso system is known as an efficient mean of transporting bulk materials, it has a high requirement of reliablity.With the development of mining work conditions, the convery route become more and more complex, and its conveyance ability with transport distance is all other transport a machine equipments cant compare to, its structure simple, circulate balance, revolve credibility.This article sums up the feasible scheme of the key technology, aimed at the primitive parameter of the belt conveyor of coal colliery.In the article, through the design calculation of choosing the equipments and the design of some important parts of the belt conveyor, the system can finish the mission safely and dependably on the occasion. The ordinary belt conveyor consists of six main parts: Drive Unit, Jib or Delivery End, Tail Ender Return End, Intermediate Structure, Loop Take-Up and Belt. The article passes the comparison which tenses device merit and shortcoming of main function and a few kinds that the introduction tenses device in going into detail to tense the foundation of the main form of device with domestic currently.We serve the purpose at last.Keywords: Belt conveyer, Transport, Lectotype Design- 49 -目 录1 绪论- 1 -1.1带式输送机的发展与现状- 2 -1.1.1我国煤矿用带式输送机的发展- 2 -1.2带式输送机的分类及其特点- 3 -1.2.1带式输送机的分类- 3 -1.2.2带式输送机的特点- 4 -1.3可伸缩带式输送机的结构概述- 6 -1.3.1机头传动装置- 6 -1.3.2张紧装置- 7 -1.3.3机身部- 8 -1.3.4机尾- 8 -1.4带式输送机各部件及其作用- 8 -1.5解决的关键问题和设计思路、方法- 10 -2 可伸缩带式输送机输送带的设计计算- 12 -2.1可伸缩带式输送机输送带的选择- 12 -2.2输送量- 13 -2.2.1物料堆积横截面积的计算- 14 -2.2.2验算胶带宽度- 15 -2.2.3输送能力的验算- 16 -2.2.4每米输送机上物料的质量- 16 -2.2.5输送带厚度- 17 -2.3牵引力的计算- 17 -2.4输送带各点张力的计算- 19 -2.4.1胶带层数的计算- 23 -2.4.2胶带打滑条件的计算- 23 -2.5输送带寿命的计算- 24 -3 带式输送机托辊设计计算- 26 -3.1托辊的结构与种类- 26 -3.2托辊的选择计算- 27 -3.2.1托辊垂度与间距的设计计算- 27 -3.2.2输送带的最小拉力- 29 -3.2.3托辊的静载荷计算- 30 -3.2.4托辊的动载荷计算- 31 -3.2.5托辊的额定负荷和最大转速- 31 -3.2.6计算托辊的槽形角- 33 -4 带式输送机机架设计计算- 35 -4.1中间架的设计与强度校核- 35 -4.1.1中间架的设计- 35 -4.1.2中间架的强度校核- 35 -5 主轴的设计与键的强度校核- 38 -5.1主轴的设计- 38 -5.2键的强度校核- 43 -结 论- 47 -致 谢- 48 -参考文献- 49 -1 绪论现代工业发展导致能源消耗的激增，随之而来的是与工业生产相关的运输设备有了长足的进步。在带式输送机方面，随着运行阻力计算方法、动力学分析、高张力输送带设计、接头分析、清扫和监控技术、PLC技术的应用，带式输送机以广泛应用在矿山、冶金、煤炭等部门，并在长距离输送机、转弯输送机、双向输送机、垂直提升输送机和气垫带式输送机等方面取得了新的发展。带式输送机由于具有长距离连续运输、运输量大、运行可靠、效率高和易于自动化等优点，现在国外高产高效矿井，顺槽可伸缩带式输送机主要参数一般为：运距为120020003000M，带速为3.54m/s，输送量为25003000t/h，驱动总功率为15003000kw、最大达11000kw。目前国产带式输送机的主要参数要比国外低得多，运行性能尤其是工作可靠性差距更大。输送带是带式输送机的承载构件，带上的物料随带一起运行，根据需要物料可在输送机端部和中部位置卸下。输送带用旋转地托辊支撑，运行阻力小。带式输送机可沿水平和倾斜路线布置，在输送原煤时，设计向上的最大输送角一般为1718；向下最大输送倾角一般为1516。当采用花纹输送带加之采取其他相应措施上运倾角可高达2829；下运倾角可达2528。当采用某些特殊措施时，可实现更大的运输倾角，乃至垂直提升。本课题的研究意义与目的在于，本课题所涉及的带式输送机为地面上运、长距离输送机，其所需要解决的主要问题在于软启动问题以及拉紧装置的选取，同时需要大工作量的计算，而且还需考虑多级驱动与功率平衡问题。1.1带式输送机的发展与现状长距离、大运量、高速是带式输送机的最新发展方向。与其他运输设备(如机车类)相比，带式输送机不仅具有长距离(单机长度可达5000米，而且可以实现多机进行串联搭接，运距可达206km )、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，带式输送机输送方式比公路汽运的总投资要小得多，所以在企业的生产过程中，凡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。与其他设备相比，带式输送机有以下优点： (1)输送物料种类广泛； (2)输送能力范围宽； (3)输送线路的适应性强； (4)灵活的装卸料，可以灵活实现一点或多点受料或卸料； (5)可靠性和安全性高； (6)费用低。1.1.1我国煤矿用带式输送机的发展（1）大型化、智能化为了适应高产高效集约化生产的需要，带式输送机的运输能力要加大，控制自动化水平要提高，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40005000t/h，带速要提高到6m/s，顺槽可伸缩输送机头部集中驱动要达到3000米，对于固定强力带式输送机要达到5000米，单机驱动功率10001500KW,输送带要达到PVG3150和ST6000以上。（2）提高关键零部件的性能和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。而要提高关键零部件的性能和可靠性，除了进一步完善和提高现有零部件的性能和可靠性外，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，使带式输送机的性能进一步提高。（3）扩大功能，一机多用化带式输送机是一种理想的连续运输设备，但目前其效能还没有充分发挥，资源有所浪费。如将带式输送机结构作适当修改，并采取一定的安全措施，就可拓展到运人、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。（4）开发专用机种中国煤矿的地质条件差异较大，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、长运距下运带式输送机等，而有些场合常规的带式输送机是无法满足要求的。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，如波纹挡边输送机、管状带式输送机、平面转弯带式输送机、线摩擦多驱动带式输送机、大倾角上运带式输送机、打倾角下运带式输送机等。1.2带式输送机的分类及其特点1.2.1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成两类，一类是普通型带式输送机，另外一类是特种结构的带式输送机。1.2.2带式输送机的特点 普通型：（1）DT型固定式带式输送机DT型固定式带式输送机由于输送量大、结构简单、维护方便、成本低、通用性强等优点广泛地在冶金、矿山、煤炭、港口、电站、建材、化工、轻工、石油等行业中用来输送散状物料和成件物品。根据输送工艺要求，单机输送，也可以多台或与其它输送机组成水平或倾斜的输送系统。DT型在环境温度-2540的范围内使用，输送物料的温度在50以下，对于有耐热、耐寒、防水、防腐、防爆、阻燃等条件，应另行采取相应的防护措施。（2）QD80轻型固定式带输送机QD80轻型固定式带输送机与TD型相比，其带较薄、载荷也较轻，运距一般不超过100m，电机容量不超过22kW。（3）DX型钢绳芯带式输送机它属于高强度带式输送机，其输送带的带芯中有平行的细钢绳，一台运输机运距可达几公里到几十公里。（4）U形带式输送机它又称为槽形带式输送机，其明显特点是将普通带式输送机的槽形托辊角由3045提高到90使输送带成U形。这样一来输送带与物料间产生挤压，导致物料对胶带的摩擦力增大，从而输送机的运输倾角可达25。特种结构型：（1）管形带式输送机U形带式输送带进一步的成槽，最后形成一个圆管状，即为管形带式输送机，因为输送带被卷成一个圆管，故可以实现闭密输送物料，可明显减轻粉状物料对环境的污染，并且可以实现弯曲运行。（2）气垫式带输送机其输送带不是运行在托辊上的，而是在空气膜(气垫)上运行，省去了托辊，用不动的带有气孔的气室盘形槽和气室取代了运行的托辊，运动部件的减少，总的等效质量减少，阻力减小，效率提高，并且运行平稳，可提高带速。但一般其运送物料的块度不超过300mm。增大物流断面的方法除了用托辊把输送带强压成槽形外，也可以改变输送带本身，把输送带的运载面做成垂直边的，并且带有横隔板。一般把垂直侧挡边作成波状，故称为波状带式输送机，这种机型适用于大倾角，倾角在30以上，最大可达90。（3）波状挡边带式输送机可大倾角的输送散装物块，能大量节省占地面积，彻底解决了普通、花纹带式输送机不能达到的输送角度。总体投资较低，尤其在陶瓷、建材、煤炭行业应用较佳。（4）钢绳牵引带式输送机它是无际绳运输与带式运输相结合的产物，既具有钢绳的高强度、牵引灵活的特点，又具有带式运输的连续、柔性的优点。（5）压带式带输送机它是用一条辅助带对物料施加压力。这种输送机的主要优点是：输送物料的最大倾角可达90，运行速度可达6m/s，输送能力不随倾角的变化而变化，可实现松散物料和有毒物料的密闭输送。其主要缺点是结构复杂、输送带的磨损增大和能耗较大。1.3可伸缩带式输送机的结构概述可伸缩带式输送机主要由机头传动装置，贮带装置，张紧装置，收放输送带装置机身及机尾等，机身及机尾是输送机的非固装部分，其余为固装部分，而机身又是输送机的可伸缩部分。1.3.1机头传动装置机头传动装置主要由电功机、液力偶合器、减速器、主、副传动滚筒、联动齿轮和传动架等组成。主、副传动滚筒由两台异步防爆型电动机通过液力偶合器和减速器带动。在液力偶合器保护罩的两端装有连接法兰，电动机输出轴端的外壳上及减速器输入轴端的外壳上也有相应的连接法兰，靠这冲连接法兰，用螺栓将三者紧紧连成一体，组成胶带输送机的传动装置。其特点是结构紧凑，便于安装和运输，特别是便于相互对准找正，以提高安装质量，使输送机运转平稳。整个传动装置通过减速器外壳用螺栓固定在机头架的侧板上。减速器采用三级齿轮传动。第一级为螺旋伞齿轮，第二级为斜齿圆柱齿轮，第三级为直齿圆柱齿轮。传动滚筒为焊接结构，主轴采用双键和螺栓与卷筒连接，滚筒一侧的连接轮壳在装配后与卷筒辐板焊接，故滚筒受力情况好。又保证装拆方便，为了增加胶带在传动滚筒上的围包角，可伸缩胶带输送机采用双滚筒传动。采用双滚筒传动时，可以单电机驱动，也可以双电机驱动。当用一台电动机驱动时，需在机头架另一例的主、副滚筒上安装一对大小相同、齿数相等的联动齿轮。当电动机起动后，通过液力偶合器、减速器和联动齿轮同时传动主、副滚筒，驱动胶带运行。若用两台电动机分别驱动主副滚筒，一般不加联动齿轮。但是在本设计传动装置中，既采用双电机驱动，又装有联动齿轮。这是因为考虑到机身缩短到一定程度时，所需功率由一台电动机负担即可，这时可拆掉一套传动装置，变成单电机驱动型式。单电机驱动的优点是设备制造简单，电控设备少，便于维护运转，缺点是随着运输距离的缩短，将形成大马拉小车，电动机运行功率因数降低。传动滚筒是胶带输送机传递牵引力、驱动胶带运行的主要部件。滚筒表面型式有光面、包胶和铸胶之分。在功率不大、不潮湿的情况下，可采用光面滚筒；在环境潮湿、大功率、易打滑的条件下，宜采用胶面滚筒，以提高输送机的牵引力；铸胶滚筒胶厚耐磨，有条件时应尽量采用。滚筒的外形可以做成圆筒形的，也可以做成中间大、两头小的双锥形，其锥度一般为1:100。后者用以防止胶带跑偏。卸载端是由在机头最前部的伸出架和安装在伸出架上的卸载滚筒组成，卸载滚筒安装的轴线位置可以调节，以防输送带在机头部跑偏。卸载端的后部还装有一个改向滚筒，以改变输送带运行方向。头部清扫器分重锤清扫器和犁式清扫器二道，以清扫输送带正反面的粘煤。1.3.2张紧装置由框架、滑轮组、液压系统和固定滑轮架等组成。自动张紧装置是一种在输送机工作过程中能按一定的要求自动调节拉紧力的张紧装置，在现代化距离带式输送机中使用较多，它能使输送带具有合理的张力，自动补偿输送带的弹性变形和塑性变形，是一种理想的张紧装置。常见的自动张紧装置有自动绞车张紧装置和全自动液压张紧装置，输送带的初张力能力张紧绞车人为调节，应保证足够的初张力来防止输送带在传动滚筒表面打滑，但初张力过大，致使输送带最小张力无谓的增大，也是不宜的。1.3.3机身部由“H”型支架、钢管上下托辊组成，是输送机的可伸缩部分。钢管作为可拆卸部分搭在H型支架的管座中。用弹簧销固定，下托辊搭苍型支架上，上托辊为槽形托辊，通过抓爪支承在钢管上。1.3.4机尾 由支座、导轨、滚筒座、缓冲托辊、清扫器等组成。几种不同形式的导轨与支座、滚筒固定痤，组成了五节机尾骨架，彼此又用圆柱销连接成为一整体，可供转载机在上面行走。机尾滚筒安装在滚筒座上，其轴线位置可调，并配有刮煤板。机尾的前后端都可装移动机尾用的滑轮，供移动机尾用，移动机尾用回柱绞车牵引。1.4带式输送机各部件及其作用1.输送带输送带在带式输送机中既是牵引机构又是承载机构。它不仅应有足够的强度，还要有相应的承载能力。为此，输送带是由承受拉力并具有一定宽度的柔性带芯、上下覆盖层及边线保护层构成。我国目前生产的输送带有以下几种：橡胶输送带、塑料输送带和钢丝绳输送带2.托辊托辊是承托输送带使它的垂度不超过限定值以减少运行阻力，保证带式输送机平稳运行的部件。托辊沿带式输送机全长分布，数量很多，其总重约占整机的3040，价值约占整机的20，所以，托辊质量的好坏直接影响输送机的运行，而且托辊的维修费用已成为带式输送机运营费用的重要组成部分，这就要求托辊运行阻力小，运转可靠，使用寿命长等。因此，对托辊的结构形式、材质、润滑及辊径等的改进和提高都是国内外重点研究的内容。托辊按用途不同可分为：承载托辊、调偏托辊和缓冲托辊。3.驱动装置驱动装置的作用是：将电动机的动力传递给输送带，并带动它运行。功率不大的带式输送机一般采用电动机直接启动的方式；而对于长距离、大功率、高带速的带式输送机。采用的驱动装置满足下列要求：（1）电动机无载启动；（2）输送带的加、减速度特性任意可调；（3）能满足频繁启动的需要；（4）有过载保护；（5）多电动机驱动时，各电机的负荷均衡。本输送面采用可控方式使输送带启动，这样可减少输送带及各部件所受的动负荷及启动电流。4.机架机架是用于支承滚筒及承受输送带张力的装置，给料机的机架包括固定臂主梁、伸缩臂两部分。5.拉紧装置拉紧装置的作用：使输送带具有足够的张力，保证输送带和传动滚筒之间产生力使输送带不打滑，并限制输送带在各托辊间的垂度，使输送带正常运行。 常见的几种拉紧装置有：螺旋拉紧装置、钢丝绳绞车式拉紧装置垂直式和重锤车式拉紧装置以及液压绞车自动拉紧装置。6制动装置带式输送机用的制动装置有逆止器和制动器。逆止器是供向上运输的输送机停车后限制输送带倒退用；制动器是供向下运输的输送机停车用。7清扫装置清扫装置是为卸载后的输送带清扫表面粘着物之用。最简单的清扫装置是刮板式清扫器，是用重锤或弹簧使刮板紧压在输送带上。此外，在靠近机尾换向滚筒处也安装清扫装置，一般为犁形清扫器，使刮板紧贴输送带的内表面（即回空股输送带的上表面）。清扫装置对双滚筒尤为重要。因为输送带装煤的上表面要与传动滚筒接触，若清扫不净，会使输送带受到损坏或由于煤粉杂质粘结滚筒表面，使输送带过快磨损，对于钢芯绳带则会使钢绳芯断丝。在多电机传动的输送带上，若清扫不净造成两个传动滚筒直径的差异，从而可能造成电机功率分配不均。 8装载装置装载装置由漏斗和挡板组成。对装载装置的要求：当物料装在输送带的正中位置时，应使物料落下时能有一个与输送方向相同的初速度；当运送物料中有大块时，应使碎料先落在输送带垫底，大块物料后落入输送带以减轻对输送带的损伤。9伸缩移动装置伸缩臂移动穿行于固定臂主梁之中，伸缩臂尾部带有导向的上下行走滚轮支撑，置于固定臂主梁的轨道上。固定臂主梁内侧装有导向支撑滚轮，用于支撑伸缩臂，且允许伸缩臂灵活伸缩。伸缩臂由液压缸的伸缩来实现伸缩臂的伸缩，从而控制卸料点。1.5解决的关键问题和设计思路、方法1. 解决的关键问题（1）带式输送机的选型问题根据实际情况以及课题所给出的已知条件，结合DT手册确定带式输送机的各个部件。（2）带式输送机的软启动问题鉴于各种软启动装置以及比较它们的优缺点和实际情况，来选取正确的软启动装置以解决软启动问题。（3）带式输送机的拉紧问题拉紧装置在带式输送机系统中占有重要的作用，他对整个输送机的稳定性和可靠性起着很大的作用，由于液压拉紧装置具有响应快、工作稳定等优点，故在大的方向上选用液压拉紧装置，以此延长皮带的使用寿命，提高了工作效率。（4）带式输送机的各种保护问题防跑偏装置、拉线保护、纵撕保护、烟雾保护、煤位保护、超温保护、打滑保护。2. 设计思路和方法首先学习带式输送机的设计原理，阅读相关文献对带式输送机有一个整体的认识，然后对所设计的带式输送机系统进行功能分析，确定带式输送机的类型，进而进行系统的整体布置，进行带式输送机各个部件（输送带、滚筒、拉紧装置、制动装置、驱动装置、清扫装置电控装置操作系统等等）选定。然后进行毕业实习，参观实验室和工厂的带式输送机，对带式输送机的实际情况充分了解并对自己所设计的方案进行审核并作出修改。完成这些机械设备、电控系统的选型就可以为后续的计算和设计打下基础。最后用CAD绘出带式输送机的工作图、相关零件图，并编写毕业论文说明书。3. 本设计原始数据 输送量；带速；动堆积角；输送长度；原煤最大块度，输送机工作倾角；原煤堆积密度；工作环境为井下、潮湿。2 可伸缩带式输送机输送带的设计计算2.1可伸缩带式输送机输送带的选择可伸缩带式输送机的输送带是输送机的重要部件，在输送机中输送带的成本占整个设备成本的3050。在运转过程中，输送带所受的载荷是极复杂的，它除受纵向的拉伸应力外，还受经过滚筒和托辊的弯曲应力。大多数输送带的损坏表现为工作面层和边缘磨损，受大块、尖利物料的冲击引起击穿、撕裂和剥离。合理选择输送带，对输送带的设计十分重要。输送带的选用是根据输送机的线路布置、输送的材料和使用条件来进行的。合理选择输送带不仅对完成输送机设计任务至关重要，还影响输送机滚筒、托辊和驱动装置等机械部件的设计。带式输送机常用的输送带主要有织物芯胶带、整体编织和钢绳芯胶带3类。织物芯胶带用挂胶的帆布形成若干层衬垫骨架，外面用橡胶覆盖，形成一定厚度的覆面层。上覆面较厚，一般为36 mm，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；下覆面层与支承托辊接触，主要承受压力，为了减少输送带沿托辊运行时的压陷滚动阻力，下覆面层较薄，一般为152 mm。当输送带跑偏与机架接触时，将侧边橡胶覆面加厚以避免输送带受到机械磨损。在设计中正确选择输送带，在使用中保护好输送带，都是很重要的问题，应尽可能地避免输送带的不正常损坏。由于在井下作业故皮带应选用阻燃型的，材料选用氯丁CR。由于输送的是煤，故要求的强度较大，可选用阻燃尼龙皮带。输送带的成本约占带式输送机总成本的1/2以上，所以选择合适的输送带就显得十分重要，安全系数和接头方式都直接影响整机的成本。其中，本设计已知量如下：输送量；带速；动堆积角；输送长度；原煤最大块度，输送机工作倾角；原煤堆积密度；工作环境为井下、潮湿。2.2输送量可伸缩带式输送机的运输能力，决定于输送带上所装运的物料的断面积，输送带的运行速度及输送机的倾角，因为在倾斜的输送机上物料的堆积面积小。可伸缩带式输送机属于连续运行的运输机械，对于均匀、连续装载时，其运输能力为: (21)式中 -运输能力，； -单位长度上所装物料的质量，； -物料的运行速度，。由 （22）得 （23)式中 -在运行的输送带上，物料的最大横截面积，； -物料的堆积密度，。可伸缩带式输送机属连续运行式的运输机械，其运输能力按公式（23）计算。考虑到输送带在沿倾斜方向运行时，物料在输送带上的堆积面将减小。因此，计算带式输送机的最大运输能力时，应在工式（23）中乘一个倾斜系数，可知可伸缩带式输送机的最大运输能力用下式计算：=3.6 （24）式中 -运输能力，； -在运行的输送带上，物料的最大堆积横截面积，； -物料的堆积密度，； -物料的运行速度，； -输送机的倾斜系数。2.2.1物料堆积横截面积的计算按给定的工作条件，原煤的动堆积角为；原煤的堆积密度为；输送机的工作倾角为；查矿山运输机械表4-13得倾斜系数为；带速；将各参数带入式（24），为保证给定的运输能力，带上必须具有的堆积横截面积为：=可查矿山运输机械表412，输送机的承载托辊槽角为时，物料的动堆积角为时，带宽为的输送带上允许物料堆积的横截面积为，此值大于计算所需的堆积横截面积，据此选用带宽为的输送带能满足要求。2.2.2验算胶带宽度查矿山运输机械有： （25）式中 -运输能力，；-货载断面系数，查矿山运输机械表319可按动堆积角，得；-物料的堆积密度，=； -物料的运行速度，；-输送机的倾斜系数。将上述数据带入式（25）得：=考虑矿井的增产能力、货载块度及胶带的来源，选用宽的胶带，为满足一定运输生产率所需的带宽，还必须按物料的块度进行校核。查矿山运输机械有:对于原煤 则 式中 -带宽，；-货载最大块度的横向尺寸，。可见所选带宽满足最大块度要求。故选用宽度为的输送带满足要求。2.2.3输送能力的验算根据式（24）得：=式中 -水平输送量，；-输送机的倾角系数，查矿山运输机械表4-13，；-物料横断面积；-带速，；-物料松散密度，。由于，故能满足输送量要求。2.2.4每米输送机上物料的质量由上式（21）可推出每米输送机上物料的单位质量为：=每米机长上托辊转动部分重量，查新型带式输送机设计手册表823得槽形托辊组转动部分质量，取上托辊间距；每米机长下托辊转动部分重量，查新型带式输送机设计手册表812得平形下托辊组转动部分质量，取下托辊间距；每米机长上缓冲托辊转动部分重量，查运输机械设计选用手册表245得，间距可设为；在机头部需设过渡托辊，过渡托辊的转动部分质量，查运输机械设计选用手册表244得。经上验算选带宽为，初选输送带为阻燃抗静电NN-150型号，查运输机械设计选用手册表16，可选材料为锦纶（尼龙）帆布。查表可得扯断强度；每层厚度为，每层重量为；参考力伸长率，带宽范围；层数范围层；覆盖胶厚，上胶厚；下胶厚；每毫米厚胶料重量。2.2.5输送带厚度输送带厚度=布层数每层厚度+上胶厚+下胶厚查运输机械设计选用手册表113可知帆布输送带单位质量；重段单位长度上分布的托辊旋转部分质量为：=空段单位长度上分布的托辊旋转部分质量为：=单位长度上分布缓冲托辊旋转部分质量为：2.3牵引力的计算本机长为，牵引力的计算可查矿山运输机械按下式计算： （26）对于长距离的带式输送机（例如以上），附加阻力明显小于主要阻力，采用将主要阻力乘以一个大于的系数计入附加阻力的计算，不会出现严重错误，以简化运行阻力的计算。为此引入一个系数，可对上式进行简化计算驱动滚筒上的牵引力（圆周力）。故本机可简化为:承载段 （27） 式中 -驱动滚筒上所需的牵引力（圆周力），；-计入附加阻力系数，查矿山运输机械表418，当输送长度为600时，=1.17；-单位长度输送带上装运的物料量，； -单位长度输送带的质量，；-空段单位长度上分布的托辊旋转部分的质量，；-承载段单位长度上分布的托辊旋转部分的质量，；-输送机长度，； -重力加速度，；-输送带在托辊上运行的阻力系数（也有称模拟摩擦系数）。查矿山运输机械表417，。空载段 （28）则 式中 -驱动滚筒上所需的牵引力（圆周力），；-计入附加阻力系数，可查矿山运输机械表418知，当输送长度为600时，=1.17； -单位长度输送带的质量，；-空段单位长度上分布的托辊旋转部分的质量；-承载段单位长度上分布的托辊旋转部分的质量；-输送机长度，；-重力加速度，；-输送带在托辊上运行的阻力系数（也有称模拟摩擦系数）。查矿山运输机械表417，。2.4输送带各点张力的计算输送带作为带式输送机的牵引构件，在承受为克服输送带运行阻力所必需的牵引力的同时，由于可伸缩带式输送机是靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力传递牵引力，它的张力还要满足滚筒摩擦传动的需要。除此之外，为防止输送带在两托辊之间有过大的垂度，输送带的张力还要满足它的垂度不超过规定值的需要。输送带作为牵引构件，它的张力沿输送机全长是变化的，需要用逐点法求算它在各点的张力。采用逐点法求各点张力，如图21是输送带整体布局各点受力情况，根据各点的受力情况：图21 可伸缩带式输送机工作系统图1）计算输送带各区段的运行阻力按所给定条件，如图21所示，本机只有重段和空段两个直线区段。各段运行阻力计算如下： 式中 -各段阻力，；-各段输送长度，；-单位长度输送带上装运的物料量，；-单位长度输送带的质量，；-承载段单位长度上分布的托辊旋转部分的质量，；-空段单位长度上分布的托辊旋转部分的质量，；-输送带在托辊上运行的阻力系数（也有称模拟摩擦系数）。查矿山运输机械表417，；-输送带在托辊上运行的阻力系数（也有称模拟摩擦系数）。查矿山运输机械表417，。2）输送带各点的张力计算为简化计算，输送带绕经滚筒两项阻力按输送带的张力增加计算。依逐点计算法得： （29）本机为双滚筒驱动，初取围包角，由于驱动滚筒为胶面，采区空气潮湿取，摩擦力备用系数一般取，查矿山运输机械表327得。按摩擦牵引条件： （210）则联立式（29）与式（210）得：按空段输送带最大允许垂度的要求，空段最小张力点应小于上式求得之值为： （211）则取最小张力点为：令，以此为准，按上列各点张力的关系式求算各点张力得：2.4.1胶带层数的计算查矿山运输机械有下式 （212）则 式中 -输送带帆布层数； -胶带的最大张力，； -输送带安全系数，一般取12，取； -输送带带宽，； -带宽为一厘米的一层帆布的拉断力，。可知选带层为三层织物的尼龙带合适，则胶带的型号为。2.4.2胶带打滑条件的计算查矿山运输机械有，当输送带在相遇点上的实际张力超过计算得出的最大值时，滚筒将在输送带接触面上打滑。因此，挠性体摩擦传动的工作条件是： （213）式（213）即欧拉公式。则 核算围包角：在煤矿中因运转条件较差，一般取，查矿山运输机械表327，则： 实际设备围包角为，故值满足不打滑条件要求。2.5输送带寿命的计算目前常用德国HZ7ZEL法（德国人赫特泽尔于1940年提出的公式）来计算输送带寿命17，即： （214）则 %100%180%100%100%120%120%80%450式中 -可持久耐用的输送量，查新型带式输送机手册表629，=450万t； -上覆盖胶耐用度，查新型带式输送机手册表630，=100%； -上覆盖胶厚度与拉伸强度有关的耐用度，查新型带式输送机手册表631，=100%； -运输物种的耐用度，查新型带式输送机手册表632，=180%； -装载点有关的耐用度（一个装载点），查新型带式输送机手册表633，=100%； -倾角的耐用度，查新型带式输送机手册表633，=100%； -装载地点有关的耐用度，查新型带式输送机手册表633，=120%； -拉紧装置型式有关的耐用度，查新型带式输送机手册表633，=120%； -驱动系统型式有关的耐用度，查新型带式输送机手册表633，=80%；3 带式输送机托辊设计计算托辊是带式输送机的主要部件之一，托辊的作用是支撑输送带，减小运行阻力，并使输送带的垂度不超过一定限度，以保证输送带平稳运行。托辊的总重约占整机重量的30%40%。因为数量多，托辊质量的好坏直接影响输送机的正常运行和运营费用。托辊的问题应该从托辊的结构和托辊组的布置来考虑。要尽量减少托辊的经常维修与更换的麻烦及费用，大幅度降低了劳动强度，确保带式输送机的安全正常运行。保证运行阻力系数和转动惯量大幅度降低，可以使带式输送机实现长运距、大运量、高速度的运转工作，使运行阻力和转动惯量小，能够长期保持托辊和胶带之间基本实现同步运行，相互之间磨损微小，不但托辊不易磨损、胶带和驱动滚筒的使用寿命可延长23倍，还要大幅度降低主机的配置功率，提高主机的运转平稳性等。3.1托辊的结构与种类随着带式输送机的发展，从托辊的结构到托辊组的型式不断有新的变化，面对如此众多的托辊和托辊组型式，如何合理地选择合适的托辊组型式是一个问题。对托辊组的最基本的要求是：实用可靠、回转阻力系数小、制造成本低、具有足够的承载能力。普通托辊的结构是由管体、轴承座、轴承、轴和密封件构成，轴承布置在托辊管体的内部，托辊轴的两端由托辊支架支撑。托辊按用途不同可分为普通承载托辊和专业托辊。普通承载托辊是在正常段的上分支和下分支托辊，它们的作用是支撑输送带和物料；专用托辊的作用是输送带的过渡导向、输送带运行的防偏以及缓冲等。托辊都是成组地安装在输送机上。上托辊组可以由单个托辊的平行托辊或两个、三个槽形的托辊组组成。槽形托辊组的中间托辊水平布置，侧托辊的槽角一般为30、35和45。最常用的托辊组是三个辊子的长度相等并布置在同一平面内。缓冲托辊安装在输送机的受料处用以保护输送带。缓冲托辊的每个辊子由具有一定间隔的弹性圆盘制成。缓冲托辊的额定负荷和标准托辊相同。在运输沉重和大块物料的情况下，有时需沿输送机全线设置缓冲托辊。缓冲托辊通常用35个托辊组成。下托辊通常是单个水平托辊，大型输送机也可采用两个辊子，两个辊子布置成V形，用以防止跑偏和较高的承载能力。输送带运行时可能由于输送带制造的偏差、物料偏心堆积、机架变形、托辊轴承缺陷以及输送带张力分布不均。引起输送带跑偏。为防止跑偏多采用调心托辊组。调心托辊组多在侧边上设立辊，虽然可以起到强制地纠偏作用，但是由于立辊和输送带的边缘连续接触，会加大输送带边缘的磨损，降低输送带的使用寿命。3.2托辊的选择计算3.2.1托辊垂度与间距的设计计算托辊的选择主要考虑托辊组的承载能力和寿命。当选择托辊间距时，需要考虑的因素是输送带质量、托辊额定负荷、垂度、托辊寿命、输送带额定负荷和输送带拉力等。如果在两个托辊之间卸料，槽形输送带的垂度太大，物料就可能从输送带边上溢出。对于要求较高的设计，特别是长距离带式输送机的设计，托辊之间的垂度应予以限制。在稳定工况下必须限定在3%以下，带速越高，物料块度越大，则垂度应越小。由新型带式输送机设计手册查得承载段垂线垂度的基本公式为： （41）回程段垂线垂度的基本公式为： （42）式中 -在两个托辊之间的垂度下降距离，；-上托辊间距，；-输送带和物料的单位质量，；-输送带的单位质量，；-物料的单位质量，；-重力加速度，；-下托辊间距，；-输送带的最小拉力，。一般垂度在2%5%之间选取，经验表明，当输送带的垂度大于5%时，卸料经常会撒出。从上式可求出上托辊间距为：取带垂度为3.5%，则可取上托辊间距大于即可，可取上托辊间距为；下托辊间距为：取带垂度为5%，则可取下托辊间距大于即可，所以取下托辊间距为。3.2.2输送带的最小拉力1、当采用垂度基本公式时，允许的垂度应考虑输送带芯的强度，因成槽形产生的输送带跨距与强度等因素。当垂度为3%时，输送带的最小拉力为： （43）式中 -在两个托辊之间的垂直下降距离，；-上托辊间距；-下托辊间距，；-输送带和物料的单位质量，。2、对托辊间距要遵守的限制条件有：1）当输送带以正常负荷运行时，应保持垂度的最大值不超过3%（ISO规定为0.5%2%）；2）当有输送带处在停机状态时，应保持垂度的最大值不超过5%；3）托辊间距不能超过槽形托辊正常间距的2倍；4）在任何托辊上的负荷都不能超过托辊的额定负荷。下托辊间距一般取为3m，受料处托辊间距视物料容量和块度而定。一般取为上托辊间距的，生产经验证明，在确定加料段下面的托辊间距时，应力求使物料负荷的主要部分位于两个托辊之间的输送带上。头部滚筒到第一组槽形托辊（调心托辊）的间距可取为上托辊间距的11.3倍。尾部滚筒到第一组托辊间距不小于上托辊间距。3、托辊的最小空隙ISO规定了托辊圆周和托辊横梁或任何其他结构顶部之间的空隙a的最小值，查新型带式输送机设计手册表8-47，得出托辊直径之间，最小空隙。3.2.3托辊的静载荷计算查新型带式输送机设计手册可得：承载分支托辊的静载荷如下式： （44） 空载分支托辊的静载荷如下式： （45）式中 -承载分支托辊静载荷，N；-回程分支托辊静载荷，；-托辊载荷系数，查新型带式输送机设计手册表8-49所示，一节辊时，三节辊时；-上托辊间距，；-输送能力，；-带速，；-每米带质量，；-下托辊间距，。3.2.4托辊的动载荷计算查新型带式输送机设计手册可得托辊的动载荷如下式：承载分支 （46） 回程分支 （47）式中 -运行系数，查新型带式输送机设计手册表8-50所示，=1.1；-冲击系数，查新型带式输送机设计手册表8-51所示，=1.06；-工况系数，查新型带式输送机设计手册表8-49所示，有腐蚀磨损物料=。 3.2.5托辊的额定负荷和最大转速查新型带式输送机设计手册托辊的实际负荷为： （48）式中 -托辊的实际负荷，； -输送带单位长度质量，； -物料单位长度质量，； g-重力加速度，； -托辊间距，； -系数，根据物料块度选择，=1.01.4，取； -系数，根据环境干湿程度选择，=1.01.15，取； -系数，根据工作时间长短选择，=0.81.2，取； -系数，根据带速快慢选择，=0.81.06，取；槽形托辊：托辊的实际负荷小于查新型带式输送机设计手册表8-53值额定负荷，即，故符合条件。平行托辊：=8.039.81.121.10.953.0=托辊的实际负荷小于查新型带式输送机设计手册表8-53值=，平形托辊实际负荷不能大于表值，故符合条件。托辊最大转速：输送带速2，托辊直径89，带速为0.423.09，托辊转速在90645。3.2.6计算托辊的槽形角适当提高槽形角，可以增大带式输送机的运输量。从国外资料来看，增大槽形角也是发展方向。从货载断面积图4-1可以看出，货载面积S为S1和S2之和，设货载宽度为。中间托辊长为，则查新型带式输送机设计手册有：图 41货载断面积图则 取动堆积角，可得：令=0得：解后可得 计算结果表明，当动堆积角时，最优的托辊槽角约为，此时，货载断面积最大，即带式输送机在此槽形角时有最大的运输量。托辊型号的选择：根据新型带式输送机设计手册表852托辊直径选用，带宽时，托辊直径。根据新型带式输送机设计手册表857，可选出直径为托辊的轴承型号为204。查机械设计手册上册，第2分册，第2版（修订）查得额定动负荷；额定静负荷公斤；极限转速脂润滑转/分；动润滑1800转/分，尺寸, , , 。4 带式输送机机架设计计算4.1中间架的设计与强度校核4.1.1中间架的设计中间架由座架和纵梁组成。座架和纵梁可装配成一体；在纵量上装有鞍座，用来悬挂槽形托辊，座架下部焊有安放回空托辊的托架，回空托辊就放在托架的槽里。中间架示意图如下：图72 中间架示意图这种中间架属于固定式吊挂型中间架即机架固定在地面上，上托辊挂在立架上，下托辊固定在机架上，中间加一个横梁，加强强度。它的特点是在与能够简单方便的拆卸和便于输送带的调偏。4.1.2中间架的强度校核对其进行受力分析。查新型带式输送机设计手册有：每个中间架支腿受力为： （71）式中 -物料单位质量，；-输送带单位质量，；-上托辊单位质量，；-中间架单位质量，查新型带式输送机设计手册表514，；-重力加速度，；-托辊间距，。 考虑到输送带跑偏后，对钢管产生的合弯矩利用余弦定理可得 （72）式中 ； 。则 钢管的最大弯距为： =2489.40.75选取钢管外径=，内径 。钢管的抗弯截面模量为： （73）钢管的弯曲正应力为： （74）选取钢管的材料为Q235钢，其抗拉强度之间，确定钢管的抗拉强度为。取安全系数, 则许用应力为： （75）则，所以钢管强度满足要求。 5 主轴的设计与键的强度校核5.1主轴的设计1.求传动轴上的功率、转速、转矩 。由于该减速器的传动效率不小于94%，所以取=0.95电机的功率为=90 ，转速，减速器的传动比=39.86 ； 所以 = 2.初步确定轴的最小直径查机械设计式（152）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为40Cr，调质处理。查表153机械设计，取A0=112，于是得： （81）式中 -计算轴的直径，；-轴传递的额定扭矩，；-轴传递的额定功率，；-轴的许用扭应力，见机械设计手册表26；-按定的系数，见机械设计手册表26，。取 3.轴的机构设计根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，其基本尺寸。（见图51）图51 主轴的结构尺寸为了满足轴的定位要求，轴上安装主滚筒处的左端采用轴肩定位，右端采用弹性挡圈定位。而辐板是和滚筒外径焊接在一起的。所以此段长就根据滚筒长度来定，初步选择为。初步选择轴承。因轴承同时受有径向力和法向载荷的作用（在调节皮带时，不可能不承受周向力，当然很小），故选用双列调心滚子轴承型号3520。轴承产品目录初步选取双列向心球面滚子轴承，该处轴径定为，便于安装。4.轴上零件的周向定位滚筒轮毂采用平键定位，其制造简单，装拆方便，对中性好，由手册查得平键截面(GB/GT1095-79)，键槽用键槽铣刀加工，长分别为（标准键长查表491），同时为了保证滚筒轮毂与滚筒外圆筒焊接的同轴度，故选择滚筒轮毂与轴的配合为；轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为。5.确定轴上圆角和倒角尺寸参考表机械设计152，取轴端倒角为245，各轴肩处的圆角半径为和。具体见图51。6.求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，从轴的结构尺寸图51和轴弯矩图52中可以看出截面3（滚筒轮毂边缘处）是轴的危险截面。图52 轴弯矩图扭矩 由上图可判断出； 所以只求就可以。各点弯矩 即 由于在垂直方向只受重力，假设滚筒重，；则 7.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面3的强度。查机械设计手册（表3）及上表中的数值，轴的计算应力为： 取 （扭应力不变时） 则 查机械设计手册表查得；选定轴的材料为40Cr，调质处理则，固安全。8.精确校核轴的疲劳强度抗弯截面系数 抗扭截面系数 4截面左侧的弯矩为截面上的扭矩为截面上的弯曲应力为截面上的扭转切应力为轴的材料为40Cr，调质处理。由表查得：；。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按机械设计附表32查取。因，经插值后查得：，；查机械设计附图31可得轴的材料的敏性系数为： 故有效应力集中系数按式（附34）为：查机械设计附图32得尺寸系数；查机械设计附图33得扭转尺寸系数。轴按磨削加工，查机械设计附图34得表面质量系数为；轴未经表面强化处理，即；则查机械设计按式（312）及（312a）得综合系数值为：又查机械设计第三章第一节和第二节知材料的特性系数：，取；，取。计算安全系数值，按机械设计式（156）（158）可得下式由以上计算可知其安全。由于改向滚筒在扭转方向变形很小，所以它的抗扭应力足够，故在此不进行计算。 5.2键的强度校核1.滚筒轮毂处键的强度校核查机械设计手册表5-3-19选A型平键45180；由于是平键，所以工作面的挤压校核 （82）式中 -键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用压力，； -转矩，；-轴的直径，；-键与轮毂的接触高度，对于平键；-键的工作长度,；-键的宽度，；-键连接的许用挤压应力及许用挤压压强，；查机械设计手册表5-3-1得=所以 所以 由于，所以满足条件。2.键的剪切校核 （83）式中 -键联接的许用剪应力，； 查机械设计手册表5317有 所以 （84） 由于，所以满足条件。3.轴端花键的强度校核：查机械零件设计手册表3.2-12选型花键。由于是花键，所以工作面的许用压强为： （85）式中 -动联接许用压强，； -许用力矩，；-各齿间载荷不均匀系数，一般取，齿数多时取偏小值；-花键齿数，；-键齿工作高度，；-花键外径，；-花键内径，；-倒角尺寸，；-齿的工作长度，；-平均直径，；查机械零件设计手册表9-12得，许用压强；=所以：
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