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山西工程技术学院毕业设计说明书毕业生姓名：魏星星专业：机械设计指导及其自动化学号：150514001指导教师：刘宏谦所属系（部）：机械电子工程系二一九年六月摘 要早在20世纪70年代，就已经出现了运输距离达到100的带式输送机输送线路。近年来，带式输送机在矿山运输中已经逐渐开始取代汽车和机车运输，成为散装物料的主要运输装备。不断出现新型带式输送机，拓宽了带式输送机的应用领域。可伸缩带式输送机是连续输送物料机械中效率最高、使用最普遍的一种机型，是巷道掘进运输和采煤工作面顺槽运输的主要设备。在煤炭、冶金领域中，可伸缩带式输送机得到了广泛应用。为适应这一变化，本文主要针对带式输送机中的可伸缩带式输送机进行了结构设计，包括可伸缩带式输送机输送带的选择、中间架的选择计算、传动装置的设计、张紧装置、收放胶带装置的计算、托辊以及滚筒的选择计算等，并针对其结构及其工作原理作了概括性总结。可伸缩带式输送机利用传动滚筒与输送带之间的摩擦传递动力，在结构上增加了储带装置，这样可以实现整机的伸长和缩短，从而提高了工作效率，增大产量，减少人员操作，具有一定的工程实践价值。关键词：可伸缩；输送带；传动滚筒；储带装置AbstractIn the early 1970s, the belt conveyor transportation route with the distance of 100 has already appeared. In recent years, belt conveyor has gradually replaced the automobile and motorcycle in the mine transportation, and becomes main equipment of bulk materials. Constantly appeared new type belt conveyor has exploited the application of belt conveyor. The flexible belt conveyor is one of the highest、 efficiency、common use continuous transportation equipment, which is the main equipment in lane dig and coal face sequential slot transportation. The flexible belt conveyor has been widely used in coal, metallurgy fields.In order to adapt this change, this paper mainly carries on the flexible belt conveyor structure design of the belt conveyors. includes the choice of the belt, the choice and calculation of the middle shelf, the design of transmission device、the calculation of the tighten device and draw in and out belt device、the choice and calculation of the support roll and cylinder, then give a summarized conclusion of its construction and work principle. The flexible belt conveyor transmits power depending on the friction between the transmission cylinder and the belt, adding belt storage device in structure, which can realize the extension and shorten, thus raises the working efficiency increases the output, reduces the personal operation, which has some engineer practice value.Key words： flexible；conveying belt；transmission cylinder； belt storage deviceii目 录摘 要iAbstractii目 录11 绪论11.1 可伸缩带式输送机的简介11.1.1 可伸缩带式输送机的结构及其工作原理11.1.2 带式输送机的分类21.1.3 可伸缩带式输送机的结构特点31.2 可伸缩带式输送机的应用41.3 国内外带式输送机的现状51.4 可伸缩带式输送机的研究目的及意义61.5 可伸缩带式输送机的系统设计72 可伸缩带式输送机输送带的设计计算92.1 可伸缩带式输送机输送带的选择92.2 输送量102.2.1 物料堆积横截面积的计算112.2.2 验算胶带宽度112.2.3 输送能力的验算122.2.4 每米输送机上物料的质量132.2.5 输送带厚度142.3 牵引力的计算142.4 输送带各点张力的计算162.4.1 胶带层数的计算192.4.2 胶带打滑条件的计算202.5 输送带寿命的计算203 带式输送机滚筒设计计算223.1 直径的确定233.2 直径的验算与材料的选择233.3 两轴承座中心距A的计算253.4 滚筒的转速254 带式输送机托辊设计计算274.1 托辊的结构与种类274.2 托辊的选择计算284.2.1 托辊垂度与间距的设计计算284.2.2 输送带的最小拉力304.2.3 托辊的静载荷计算314.2.4 托辊的动载荷计算314.2.5 托辊的额定负荷和最大转速324.2.6 计算托辊的槽形角335 张紧装置365.1 张紧装置综述365.1.1 张紧装置作用365.1.2 张紧装置类型365.2 新型液压张紧装置375.3 液压传动的特点385.3.1 优点385.3.2 缺点385.4收放装置的设计386 液压可伸缩装置的设计416.1 主要设计要求416.2 设计方案的确定416.3 确定系统主要参数426.3.1 主要设计参数426.3.2 液压缸的主要参数426.4 液压泵的选用446.5 电动机的选用486.6 确定液压系统元件、辅件496.6.1 选择液压控制阀型号496.6.2 蓄能器的选用506.6.3 过滤器的选用546.7 液压缸设计566.8 油箱及其附件586.8.1 油箱的用途和分类586.8.2 油箱的构造和尺寸587 输送机传动装置的设计607.1 电机的选择607.2减速器的计算与选用617.2.1 传动比计算617.2.2 减速器的选用627.3 液力偶合器的选择638 带式输送机机架设计计算648.1 机头卸料架的设计648.2 中间架的设计与强度校核658.2.1 中间架的设计658.2.2 中间架的强度校核659 主轴的设计与键的强度校核689.1 主轴的设计689.2 键的强度校核7310 输送机清扫器的选择7611 胶带跑偏问题的调整77结 论78参考文献79英文原文81中文译文89致 谢93山西工程技术学院毕业设计说明书1 绪论1.1 可伸缩带式输送机的简介1.1.1 可伸缩带式输送机的结构及其工作原理可伸缩带式输送机主要由以下部件组成：头架、驱动装置、传动滚筒、尾架、托辊、中间架、尾部改向装置、卸载装置、清扫装置、张紧装置、储带装置等组成。输送带是带式输送机的承载构件，带上的物料随输送带一起运行，物料根据需要可以在输送机的端部或中间部位卸下，输送带用旋转的托棍支撑，运行阻力小，可沿水平或倾斜线路布置1。可伸缩带式输送机是以输送带作为牵引和承载构件2，通过承载物料的输送带的运动进行物料输送的连续运输设备。其结构原理如图1-1所示，输送带绕经传动滚筒和尾部滚筒形成无极环形带，上下输送带由托辊支承以限制输送带的挠曲垂度，拉紧装置为输送带正常运行提供所需的张力。工作时驱动装置驱动传动滚筒，通过传动滚筒和输送带之间的摩擦力驱动输送带运行，物料装在输送带上和带子一起运动。图1-1 可伸缩带式输送机结构原理图1-卸载滚筒；2-传动滚筒；3-储带仓；4-尾部滚筒可伸缩带式输送机一般在端部卸载，当采用专门的卸载装置时，也可在中间卸载3。在结构上与通用固定式的主要区别是增加了伸缩输送带的机构。伸缩机构有储带、卷带、放带和机尾移动装置，中间架便于拆装。储带装置包括一组固定滚筒和一组装在游动小车上的活动滚筒，输送带绕经两组滚筒，可通过张紧绞车，增大两组滚筒间的距离，储带装置中卷入的输送带增多，将机尾向前移动，输送机的运输距离就缩短，反之就增长。收放胶带装置是拆除和接入输送带的设备，它可将拆除的输送带缠绕成卷，或将成卷输送带接入储带装置；这样便可按需要改变输送机长度。可伸缩带式输送机也有水平式和倾斜式两种，它与桥式转载机配合用于回采工作面的下平巷，能加快工作面推进速度，也可用于使用掘进机的掘进工作面。1.1.2 带式输送机的分类带式输送机可从不同的角度分类4。1.按承载能力分轻形带式输送机：专门应用于轻形载荷的输送机。通用带式输送机：这是应用最广泛的带式输送机，其他类型带式输送机都是这种带式输送机的变形。钢丝绳芯带式输送机：应用于重型载荷的输送机。2.按可否移动分类固定带式输送机：输送机安装在固定的地点，不需要移动。移动带式输送机：具有移动机构，如轮、履带。移植带式输送机：通过移动设备变换设备的位置。可伸缩带式输送机：通过储带装置改变输送机的长度。3.按输送带的结构形式分类普通输送带带式输送机：输送带为平型，带芯为帆布或尼龙帆布或钢绳芯。钢绳牵引带式输送机：用钢丝绳作为牵引机构，用带有耳边的输送带作为承载机构。压带式输送机：用两条闭环带，其中一条为承载带，另一条为压带。钢带输送机：输送带是钢带。网带输送机：输送带是网带。管状带式输送机：输送带围包成管状或用特殊结构输送带密封输送物料。波状挡边带式输送机：输送带边上有挡边以增大物料的截面，倾斜角度大时，一般在横向设置挡板。花纹带式输送机：用花纹带以增大物料和输送带的摩擦，提高输送倾角。4.按承载方式分类托辊式带式输送机:用托辊支撑输送带。气垫带式输送机：用气膜支撑输送带。另外还有磁性输送带、液垫带式输送机，它们共同的特点都是对输送带连续支撑。深槽型带式输送机：由于加大槽深，除用托辊支撑外，也起到对物料的夹持作用，可增大输送带倾角。5.接输送机线路布置分类直线带式输送机：由于输送机纵向是直线，但是可在铅垂面上有凸凹变化曲线。平面弯曲带式输送机：可在平面上实现弯曲运行。空间弯曲带式输送机：可在空间实现弯曲运行。6.按驱动方式分类单滚筒驱动带式输送机。多滚筒驱动带式输送机。线摩擦带式输送机：用一个或多个输送带作为驱动体。磁性带式输送机：通过磁场作用驱动输送带。1.1.3 可伸缩带式输送机的结构特点下面介绍一下可伸缩带式输送机的特点5：1.结构简单。 可伸缩带式输送机的结构由传动滚筒、改向滚筒、槽形托辊、平行托辊、驱动装置、输送带等几大件组成，仅有十多种部件，能够进行标准化生产，并可按照需要进行组合装配，结构十分简单。2.输送量大。运量可从每小时几公斤到几千吨，而且是连续不间断运送，这是火车、汽车运输望尘莫及的。3.运距长。单机长度可达十几公里一条，在国外已十分普及，中间无需任何转载点。德国单机60公里一条已经出现。越野的带式输送机常使用中间摩擦驱动方式，使输送长度不受输送带强度的限制。4.除转载机与机尾有一搭接长度可供工作面快速推进外，通过收放胶带装置和储带装置也可使机身得到伸长和缩短，从而能有效地提高顺槽运输能力，加快回采和掘进速度。5.可靠性高。由于结构简单，运动部件自重轻，只要输送带不被撕破，寿命可长达十年之久，而金属结构部件，只要防锈好，几十年也不坏。6.营运费低廉。可伸缩带式输送机的磨损件仅为托辊和滚筒，输送带寿命长，自动化程度高，使用人员很少，消耗的机油和电力也很少。7.非固定部分的机身，采用无螺栓连接的快速可换支架，结构简单，拆卸方便，劳动强度低，操作时间短。设置在机身固定部分的胶带张紧装置采用电动绞车代替人工张紧。8.全机采用的槽形托辊以及下托辊、同一类的改向滚筒尺寸规格统一，都可通用互换。输送机的电气设备具有隔爆性能，可用于有煤尘及瓦斯的矿井。9.能耗低，效率高。由于运动部件自重轻，无效运量少。1.2 可伸缩带式输送机的应用可伸缩带式输送机的应用范围十分广泛，在煤炭、冶金等领域中，可伸缩带式输送机得到了广泛应用。可伸缩带式输送机是连续输送物料机械中效率最高、使用最普遍的一种机型，是煤矿、电厂输煤系统的主要设备6。它的运输能力大、工作阻力小、耗电量低、运输过程中抛撒煤炭少、破碎性也小，因而降低了煤尘和损耗。随着机械化和综合机械化采煤工作面产量的不断提高，胶带输送机将逐渐成为煤炭生产中的一种主要运输设备7。可伸缩带式输送机主要用于综合机械化采煤工作面的顺槽运输，也可用于一般采煤工作面的顺槽运输和巷道掘进运输。用于顺槽运输时，尾段配刮板转载机与工作面运输机相接，用于巷道运输时，尾段配胶带转载机与掘进机相接。1.3 国内外带式输送机的现状带式输送机已有150余年的历史，早期的输送机是用皮革之类的材料制成，或用皮革加纤维织物制造。有关输送带的最早文献是Oliver Evans于1975年在美国费城出版的Millers Guide上发表的。当时把输送机描述为“在一框或槽里的两个滚筒上旋转的薄而柔软的宽环皮带或帆布带”。1858年，STPamalce取得了织物增强的橡胶输送带的专利。1892年，Thomas Robins发明的槽形结构的带式输送机在矿物工程中应用，确定了当代输送机的基本型式8。此后，随着物料运输量的增大，带式输送机取得了巨大的发展，出现了多种的新型结构的带式输送机。其中具有代表性的主要有：大倾角带式输送机（深槽带式输送机、花纹带输送机、波纹挡边以及压带式输送机等），管状带式输送机、气垫带式输送机、平面转弯带式输送机、线摩擦带式输送机等 9。80年代末期以来，我国煤矿用带式输送机也有了很大的发展，对带式输送机的技术研究和新产品开发都取得了可喜的成果10。输送机产品系列不断增多，从定型的SDJ、SSJ、STJ、DJ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”、“九五”攻关项目大倾角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填补了多项国内空白，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。国外带式输送机技术的发展主要表现在两方面11：1）带式输送机的功能多元化，应用范围扩大化，如高倾角带式输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型；2）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，高带速等大型输送机已成为其发展的主要方向。目前，世界上单机运距最长达30.4km。带式输送机已在澳大利亚的铝钒土矿投入使用；运输量达到37500t/h，带速为7.4m/s的一条大型带式输送机已应用于德国露天煤矿。国内带式输送机已广泛应用于国民经经济各个部门,近年来在露天矿和地下矿的联合运输系统中带式输送机又成为重要的组成部分。主要有:钢绳芯带式输送机、钢绳牵引胶带输送机和可伸缩带式输送机等。这些输送机的特点是输送能力大(可达30000t/h),适用范围广(可运送矿石,煤炭,岩石和各种粉状物料，特定条件下也可以运人),安全可靠,自动化程度高,设备维护检修容易,爬坡能力大(可达16),经营费用低,由于缩短运输距离可节省基建投资12。带式输送机的发展趋势是13:大运输能力、大带宽、大倾角、增加单机长度和水平转弯,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。我国已于1978年完成了可伸缩带式输送机的定型设计，可伸缩带式输送机的运距可达到10002000m，带速在23.5m/s之间，输送量可达8001800t/h，驱动总功率可达250750kw。1.4 可伸缩带式输送机的研究目的及意义可伸缩带式输送机是使用最普通的一种输送机，其基本结构是在水平或倾斜的长机架两端装有输送带滚筒，在滚筒上的无接缝环形输送带连续地朝一个方向移动，货物放在带上输送。可伸缩带式输送机与其他类型的输送机相比，具有优良的性能14，在连续装载的情况下能连续运输，生产率高，运行平稳可靠，输送连续均匀，工作过程中噪声小，结构简单，能量消耗小，运行维护费用低，维修方便，易于实现自动控制及远程操作等优点。可伸缩带式输送机可用于水平和倾斜运输。沿倾斜使用的角度，依所运物料性质的不同和输送带表面形状不同而异。用普通光面输送带运原煤，向上运输的倾角可达18；向下运输的倾角可达15。1.5 可伸缩带式输送机的系统设计可伸缩带式输送机的线路在满足输送机倾角要求的前提下可以适应线路布置成任何形式。在确定输送机线路布置后，所需要确定的是驱动装置、拉紧装置、储带装置等，在布置时应根据实际情况而定。在布置驱动装置、拉紧装置和制动器时应遵循下列原则：1）输送带所受张力最小；2）满足驱动力传动要求；3）满足制动力要求（选制动器可根据实际情况而定），本设计为水平运输，可以省略。可伸缩带式输送机主要由机头部、机身、储带仓及机尾部组成。机头部主要由传动装置、机头架、卸载架组成。传动装置由电动机、三级齿轮减速器、液力联轴器、传动滚筒及齿轮箱等组成。机头传动装置采用双滚筒传动，传动滚筒主轴的动力来自同一侧相对安装的两台传动装置的减速器，通过刚性联轴器与减速器联接起来。滚筒为铸焊接构件，其外沿包有菱形花纹橡胶以增加滚筒与胶带的摩擦力。由于卸载维护需要，卸载部有加长外伸的延伸架，卸载滚筒安在延伸架的顶端，其轴线位置可通过右侧的螺钉进行调节，以调节胶带在机头部的跑偏，卸载滚筒的下部装有重锤清扫器和犁式清扫器，清除胶带上粘附的碎煤，延伸架上还装有托辊座。延伸架一端通过斜撑杆与主架相连。 机身它是带式输送机的主要部分。主要由H支架、纵梁、上下托辊组及过渡架等部件组成。采用无螺栓连接的快速可换支架，结构简单，能够快速装拆，定位性好。上托辊组为槽形铰接托辊组，下托辊组为平行下托辊组。机身是可伸缩带式输送机的非固定部分，钢管作为可拆卸的机身，用弹性柱销架设在H型支架的管座中，柱销固装在钢管上，只要打入的位置适当，转动钢管就能方便地从管座中取出或放入。储带仓主要由储带转向架、储带仓架、支承小车、游动小车和液压张紧装置等组成。储带转向架，储带仓架主要为焊接结构，彼此用螺栓连接，组成了储带装置的骨架。机尾由缓冲托辊、下托辊、改向滚筒及支座组成，缓冲托辊主要起到对输送机的保护、缓冲作用，在机尾空载段的胶带上，装有一个犁式清扫器用来清扫胶带上的浮煤。 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15。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：(1)输送物料:煤(2)散装密度:=900kg/(3)工作环境:井下(4)输送运距: L=950m(5)倾斜角:=0(6)最大运量: Q=400t/h(7)年产量:300500万/t通常运行堆积角比静堆积角小520度,查阅原煤静堆积角38度,因此确定原煤的堆积角为20.2.2 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，；表2-1倾斜系数k选用表表2-1倾斜系数k选用表倾角()2468101214161820k1.000.990.980.970.950.930.910.890.850.81-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， ；-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900m，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900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900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16。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 带式输送机滚筒设计计算滚筒是带式输送机的重要部件，按在输送机中所起的作用滚筒可分为传动滚筒和改向滚筒两大类。传动滚筒的作用是将驱动装置提供的转矩传到输送带上，改向滚筒包括用于输送带在输送机端部的改向、增加传动滚筒包角的导向滚筒、拉紧滚筒是用于拉紧装置的导向滚筒。改向滚筒不承担转矩，结构比较简单。传动滚筒和驱动装置相连，是带式输送机最重要的部件，驱动功率的大小往往取决于传动滚筒表面同输送带之间的摩擦系数和输送带在该滚筒上的包角18。按驱动方式分，传动滚筒有：1、 外驱动式，即驱动装置放在传动滚筒外面，减速器直接同传动滚筒输入轴相联。本设计选用此种结构。2、 内驱动式，即将驱动装置全部放在传动滚筒内，此种方式又称为电动滚筒。如果仅将减速器装入滚筒内，称为齿轮滚筒，或称为外装式减速滚筒，适用于大功率带式输送机。按外形分，传动滚筒可分为：1、人字形滚筒。用钢板卷圆焊接而成，中间部分筒径大于两边筒径约几毫米，目的是防止输送带跑偏。2、片式滚筒。滚筒由许多叶片组成，目的是便于清洁输送带，此类滚筒又称为自清扫滚筒。如果将叶片改为圆钢棒，称为棒式滚筒。自然也可以将圆柱形钢壳上开上横槽，也可以起到自清扫作用，此类滚筒称为格栅滚筒。3、槽胶面滚筒。滚筒的护面开上菱形、人字形、直线形、环形、梯形则分别称为菱形护面、人字形护面、直线形护面、环形护面、梯形护面等各种护面形状的滚筒，其目的是增大摩擦系数和便于排除黏着物料。传动滚筒护面常选用菱形和人字形。本设计选用菱形胶面滚筒。3.1 直径的确定输送带的弯曲疲劳极限与滚筒直径成反比，滚筒直径越大越有利，依层厚度而定。查新型带式输送机手册有滚筒直径表达式： （31）式中 -滚筒直径，； -滚筒因子，查新型带式输送机设计手册表628，； -帆布层数，； -每层芯厚度，。则查新型带式输送机设计手册表102，可知当 时，传动滚筒直径的范围为1000，故上述符合。查新型带式输送机设计手册表104，取主滚筒直径，轴承号为3520。同理，查新型带式输送机设计手册表108，卸载滚筒直径，机尾滚筒。3.2 直径的验算与材料的选择1）查新型带式输送机设计手册，根据滚筒平均表面压强可求得滚筒直径的计算公式为： （32）则传动滚筒的平均面压为：式中 -平均接触面压，对于织物带芯，有； -筒皮的最大承受能力，查新型带式输送机设计手册续表108，； -滚筒直径，； -输送带宽，。则卸载滚筒的平均面压为：式中 -平均接触面压，对于织物带芯，有； -筒皮的最大承受能力，查新型带式输送机设计手册续表108，； -滚筒直径，； -输送带宽，。故滚筒直径的选择满足条件的要求。2）材料的选用：主滚筒材料选择按GB711-85的技术要求，选用无缝钢管钢。45钢管 。辐板采用钢板Q235A结构。由于滚筒直径，故轮毂材质选用,许用应力 。轴选用40Cr调质处理，。滚筒与轴之间采用键联接，一端用轴肩定位，另一端采用过盈配合，由于部件比较大，所以可以固定住。在主滚筒上覆盖胶用以增加滚筒与皮带之间的摩擦系数，无缝钢管与辐板之间采用焊接的方式。滚筒包胶的主要优点就是表面摩擦系数大，包胶是在光面钢制滚筒表面上用冷粘或硫化一层橡胶。本设计传动滚筒选用菱形（网纹）包胶滚筒。这种滚筒没有方向性，滚筒可正反转，对于可逆运输送机采用菱形滚筒比较适合，其中，主滚筒结构图如下：图31 主滚筒结构图3.3 两轴承座中心距A的计算查新型带式输送机设计手册有两轴承座中心距的计算公式如下：对于 （） （33）式中 -带宽，； 所以中心距只要在这个范围中就可以，可以根据图纸中零件的布置确定。为了防止覆盖胶开裂，滚筒直径应大于35倍带厚（上下覆盖胶最大值与芯体厚度之和）。3.4 滚筒的转速由新型带式输送机设计手册查得设计输送带时常用公式将滚筒外径换算为带速，而一旦选定滚筒直径后，引入一个系数，公式可变为： （34） 则滚筒的转速为：式中 -带速，； -滚筒转速，； -系数，查新型带式输送机设计手册表1012，=0.00586。由新型带式输送机设计手册可知：滚筒两幅板间距：。滚筒长度L为：（100200）=800+150=9504 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。 4.1 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。4.2 托辊的选择计算4.2.1 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19，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。4.2.2 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。4.2.3 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，。4.2.4 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=。 4.2.5 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：=8.00.953.0=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。4.2.6 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, , , 。5 张紧装置5.1 张紧装置综述5.1.1 张紧装置作用张紧装置是皮带机的重要组成部分。它在输送机工作过程中有着重要的作用：（1）可以保证输送带在驱动滚筒的奔离点具有适当的张力，防止输送带打滑；（2）保证输送带与托辊接触弧上具有必要张力，防止输送带在两组托辊间松弛引起撒料;(3) 补偿输送带的永久变形以及在不同工况下起动、稳定运行时弹性身长。我国带式输送机目前使用的张紧装置有两个特点:1)输送带在驱动滚筒奔离点的张紧力随时间、运行工况任意变化（例如螺栓拉紧装置和绞车拉紧装置）；2）保持输送带具有恒定张力值（例如重锤拉紧装置）。由于输送带在启动过程中的非稳定运动状态下，输送带除了受静张力作用外，还受到由于速度变化的附加张紧力作用，为了保证输送带在驱动滚筒上不滑动，而且再稳定运行中受力合理，要求它在启动与稳定运行时具有不同的张力，而且在稳定运行时保持张力恒定。但目前的煤矿带式输送机张紧装置不能满足这些要求。为此需要研制一种新型的自动张紧装置。5.1.2 张紧装置类型现有的张紧装置有三种形式，重锤式、机械式和液压式（1）重锤式张紧装置重锤式张紧装置是最初的张紧装置的形式之一，它主要由张紧装置框架、张紧改向滚筒、弹簧缓冲器、偏心制动轮等部件组成。此种张紧张紧装置主要靠框架的重量和配重的大小来拉紧皮带。此种张紧装置的优点是，结构简单，成本较低；缺点是，不能根据工作情况，调整张紧力的大小。皮带往往只能保持在一种较紧的张紧状态。（2）固定式张紧装置固定式张紧装置是指张紧滚筒在输送机起动前和停机后可以左右移动改变张紧力,而在运行过程中位置始终不变,张紧力随张力的变化而变化(不能保持恒定)的张紧装置。其中螺旋张紧装置常用于短距离输送机中；电动绞车和手动绞车式固定式张紧装置适用于水平输送和小倾角上运输送的大型输送机，但当胶带产生塑性变形后,引起胶带张力变小，悬垂度增大，这时应重新调整张紧位置。（3） 液压式张紧装置液压式张紧装置主要通过液压缸的伸缩来拉紧皮带。现在的液压张紧装置，一般是通过继电器来控制皮带的张紧。它可以根据工作情况调整张紧力的大小，改善了皮带的工作状况，大大提高了皮带的使用寿命。但是，它不容易对皮带的张紧力实现点控。为此，可以设计一种液压张紧装置，这种张紧装置不仅可以实时改变张紧力的大小，还可以解决张紧力的点控问题。5.2 新型液压张紧装置新型自动控制液压张紧装置的主要技术特点：(1)用动滑轮解决长行程的要求。由于在胶合接头和安装过程中都要求输送带有一定的松弛量，如用油缸直接张紧小车，则油缸行程太长。为此可以通过若干个动滑轮组拉住张紧小车，通过这种方法可以降低液压缸的长度；但是，在减小液压缸行程的同时，增大了液压缸的拉力。(2)设置蓄能器提高系统张力的稳定性。在输送机启动过程中，构成输送带动张紧力的弹性波有入射波、反射波和透射波三种。由于入射波与反射波的作用，输送带在传动滚筒奔离点的力忽大忽小，成不稳定状态，输送带承受着冲击载荷。为此在张紧装置的液压系统中设置若干个蓄能器，来抵消入射波与反射波对奔离点张紧力的影响。(3)通过压力传感器及时监控液压缸的张紧状态，根据情况改变张紧力的大小。这样就可以大大改善皮带的工作条件，提高皮带的寿命。5.3 液压传动的特点5.3.1 优点1）同其它传动方式比较，传动功率相同，液压传动装置的重量轻、体积紧凑。2）无级变速，调速范围大。3）建的惯性小，能够频繁迅速换向；传动工作平稳；系统容易实现缓冲吸震，并能自动防止过载。4）电气配合容易实现动作和操作自动化；与微电子技术和计算机配合，能实现各种自动控制工作。5）件已基本上系列化、通用化和标准化，利于CAD技术的应用，提高效率，降低成本。5.3.2 缺点1）易产生泄漏，污染环境。2）因有泄漏和弹性变形大，不易做到精确的定比传动。3）系统内混入空气，会引起爬行、噪音和震动。，4）适用的环境温度比机械传动小。5.4 拉紧装置的选择计算5.4.1 张紧力的确定拉紧装置的最大拉力为： 则 T0200（KN）5.4.2 张紧行程的确定输送带的弹性伸长在不同的工作状态下是不同的,一般地，输送机起动过程中和正常运行时的拉紧行程比停机时的拉紧行程大，而停机过程拉紧行程比停机时的拉紧行程小。因而，需要考虑拉紧小车的工作区间。输送带全长L=900m，则拉紧行程为：=（） （52）取0.03，则L10（m）5.5 收放装置的设计收放装置在储带仓的后面，装有卷带装置。当储带仓储满一卷胶带时，用卷带装置把这卷胶带取出，以便继续储存胶带。收放装置是由卷带装置架、电动机、齿轮涡轮减速器、胶带卷筒、移动架、顶针小车、手动胶带夹板及自动调心托辊组成，共长3。其具体结构如52所示。其中移动顶针小车是由顶针架、小车架和车轮组成。移动顶针小车用来把胶带卷筒推入卷带位置和把卷好的胶带卷筒拉出。胶带卷筒的轴孔支在减速器输出轴的顶针上。需要卷胶带时，先将小车推入卷带装置架内，将小车移动架翻起用销子锁住，操纵顶针手轮，使小车和减速器出轴上的顶针进入卷筒轴孔内，这时，由于顶针的进入能将卷筒慢慢抬起离开小车架，胶带卷筒一侧的牙嵌离合器也与减速器出轴顶针上的牙嵌离合器结合。胶带卷筒上固有短胶带，胶带头上装好接头后，与要卷的胶带连接。手动胶带夹板的两侧装有螺杆，用手转动螺杆，使移动槽钢横梁作上下移动，以压紧固定胶带或松开胶带。可伸缩胶带输送机上共有三套手动胶带夹板，其中两套装载卷带装置架内，另一套装置在传动滚筒后面的出胶带处。自动调心托辊布置在胶带卷筒前面的卷带装置架内，其作用是防止在卷带时胶带跑偏。图52 收放胶带装置1手动胶带夹板；2调心托辊；3卷带装置架；4移动顶针小车；5电动机；6胶带卷筒收放胶带装置电机功率的选用查国外采煤工作面综合机械化设备可得： =L2.7250.022111.111000（900+50）4（KW） （53）式中 -收放胶带电机功率，； -摩擦系数（一般取0.022）； -输送量，；-输送机长的，L=900m；-长度系数为。可查矿山机械设计手册选JBY44T2型电动机，电机功率。6 液压可伸缩装置的设计6.1 主要设计要求根据实际情况，设计一种符合下列条件的张紧装置（1） 最大张紧力200KN；（2） 最大张紧行程10m；（3） 电机功率：7.5-11KW6.2 设计方案的确定（1）液压系统原理图见图 6-2图6.2 液压系统原理图1过滤器 2液压泵 3.9溢流阀4手动换向阀 5液控单向阀 6压力表7液压缸8蓄能器 (2)工作原理 工作前，先关闭节止阀，液压泵工作，拉紧装置起动，使系统达到规定的启动拉力，进行拉紧，当装置拉紧后，打开节止阀，使系统压力达到运行张力，启动张力约是运行张力的1.2-1.5倍。6.3 确定系统主要参数6.3.1 主要设计参数图6-3布置图根据上面液压张紧装置的张紧行程、最大张紧力，以及张紧装置是通过两根钢丝绳绕过滑轮与液压钢的耳环连接等已知条件（如上图），可以知道液压缸的主要设计参数：液压缸负载作用力 F=600KN液压缸行程 S=3400mm 6.3.2 液压缸的主要参数（1）液压缸工作压力的确定液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。设计时，可用类比法来确定。查机械设计手册第四卷液压传动部分相关数据，确定液压缸的工作压力为20Mpa。（2）液压缸内径和活塞杆外径的确定 计算液压缸内径D=200mm其中Fn-液压缸载荷液压缸效率圆整D的标准值选200mm计算活塞杆外径选取的速比按=1.43经计算得d=100mm计算速比主要是为了确定活塞杆的直径和要否设置缓冲装置。速比不宜过大或过小，以免产生过大的背压或者活塞杆太细，稳定性不好。验算张紧力验算油缸的最大回程张紧力，FH=573小于最大的张紧力600KN，不能达到要求。油缸的内径需要增大油缸内径取D=220mm由于速比按=1.43计算得d=121mm验算张紧力是否符合要求FH=603大于600KN符合最大张紧力的要求。(3) 液压缸壁厚 关于液压缸壁厚可以按照下式计算： （6.3） =106Mpa =20.8mm考虑到缸筒的外径公差余量缸筒的壁厚定为25mm6.4 液压泵的选用（1）液压泵的分类液压泵在液压传动中将原动机输出的机械能转换为液体的压力能，为液压系统提供压力油源。液压泵是利用封闭容积的大小变化来工作的。泵内的封闭油腔分为吸油腔和压油腔，当泵轴旋转时，吸油腔的容积增大形成局部真空，油箱中的液体介质在大气压的作用下进入吸油腔，压油腔的容积减小，容腔内的液体介质背挤压排出。根据构件不同，液压泵分为齿轮式，螺杆式，叶片式和柱塞式。一般定义液压泵每转一转理论上可排出的液体体积为泵的理论排量。理论排量取决于液压泵的结构尺寸，与其工作压力无关。按理论排量是否可变，液压泵又分为定量型和变量型两种。液压泵实现进排的方式称为配流，除齿轮式和螺杆式是进排油口直接与吸油腔和压油腔相通外，叶片式和柱塞式需通过专门的配流机构配流，具体的方式有阀式配流，配流轴式配流和配流盘式配流。这里选择斜盘式轴向柱塞泵。（2）压泵的主要参数泵的型号 10MCY14-1B 泵的排量 10mL/r 额定压力 32Mpa额定转速 1500r/min 驱动功率 10KW 容积效率 重量 16Kg 生产厂家 邵阳液压件厂（3）液压泵的压力1）额定压力在正常工作条件，根据试验结果推荐的允许连续运行的最高寿命和容积效率有关。这里的额定压力为32MPa。2）最高压力按试验标准规定超过额定压力而允许短暂运行的最高压力，其值主要取决于零件及相对摩擦副的极限强度。3）工作压力液压泵出口的实际压力，其值取决于负载。4）吸入压力液压泵进口处的压力，自吸泵的吸入压力低于大气压力，一般用吸入高度来衡量。当液压泵的吸入压力过高或者吸油阻力太大时，液压泵的进口压力将因低于极限吸入压力而导致吸油不充分，而在吸油区产生气穴或气蚀。吸入压力的大小与泵的结构类型有关。（4）液压泵的排量及流量1）排量V液压泵主轴转一周所排出的液体体积。排量的大小仅取于液压泵的尺寸和几何压力，有时又称为理论排量。理论流量不考虑泄漏，液压泵单位时间内所排出的液体体积（/s） =*式中 n液压泵转速（r/min）； V液压泵排量。 理论流量 *2.5*m/s2) 实际流量q实际运行时，在不同压力下液压泵所排出的流量。实际流量低于理论流量，其差值就是泵的泄漏量。3）额定流量在额定压力，额定转速下，泵所排出的实际流量。4）瞬时流量由于运动学原理，液压泵的流量往往具有脉动性，液压泵某一瞬间所排的理论流量。5）流量不均匀系数在液压泵转速一定时，因流量脉动造成的流量不均匀程度。（5） 液压泵的转速1）额定转速n 在额定压力下，根据试验结果推荐能长时间连续运行并保持较高运行效率的转速。2）最高转速 在额定压力下，为保证使用寿命和性能所允许的短暂运行的最高转速。其值主要取决于液压泵的结构形式和自吸能力。 3）低转速为保证液压泵可靠工作或运行效率不致过低所允许的最低转速。（6）液压泵的功率与效率1）输出功率P液压泵的输出功率用其流量q和出口压力p或进出口压力差来表示 P=q*式中 q液压泵的实际流量（m/s）;液压泵的进出口压力差，通常液压泵的进口压力近似为零，因此液压泵的进出口压力差可用其出口压力表示（Pa）。P=20*2.5*=5KW2)输入功率 液压泵的输入功率即原动机的输出功率。5.5KW 3)总效率 液压泵的输出功率与输入功率之比。P/其值为914） 效率 在转速一定的条件下，液压泵的实际流量与理论流量之比。 =1-1式中 液压泵的泄漏量，在液压泵结构型式，几何尺寸确定后，泄油量的大小主要取决于泵的出口压力，与液压泵的转速或排量没有多大关系。因此，液压泵在低转速或小排量下工作时，其容积效率将会很低，以致无法正常工作。0.925）机械效率对液压泵，除容积泄漏损失以外的功率损失都归于机械损失，因此其值为0.91/0.9292.9（7） 液压泵的噪声 液压泵的噪声通常用分贝（dB）衡量，液压泵噪声产生的原因包括：流量脉动，流量冲击，零部件的震动和摩擦以及液压冲击等。 6.5 电动机的选用（1）计算液压泵的驱动功率在泵的规格表中，一般同时给出额定工况（额定压力，额定速，额定流量）下泵的驱动功率，可以按此直接选择电动机，也可按液压泵的实际使用情况，用下式计算液压泵的驱动功率： P=KW （6.5）式中 -液压泵的额定压力；-液压泵的额定流量；-液压泵的总效率；-转换系数 一般液压泵 ； 恒功率变量液压泵 0.4； 限压式变量叶片泵 ；液压泵实际使用的最大工作压力，Pa 泵实际工作压力 = （6.6） 其中 F-活塞杆的拉力 -活塞无杆侧面积-活塞有杆侧面积实际压力19.9MPa=0.995 P=5.2KW（2）选择电机型号 电机型号 Y132M-4 额定功率 7.5KW 满载转速 1440r/min 额定转矩 2.2 N m 最大转矩 2.2 N m 同步转速 1500r/min6.6 确定液压系统元件、辅件6.6.1 选择液压控制阀型号1.截止阀截止阀型号 CJZQ-f10 通径 10mm 压力21MPa2.手动换向阀型号4WE6XEW220-50NZ4 通径10mm 工作压力 35MPa 流量30L/ 重量1.95Kg 最高周围温度范围 50 生产厂家 上海立新液压件厂3.液控单向阀型号SVP10B12V 通径10mm 工作压力 31.5Mpa 开启压力 0.3MPa 介质温度-2080重量 0.8Kg 生产厂家 上海立新液压件厂4.溢流阀型号 DBDH10P10/20 流量 50L/min工作压力 31.5MPa 设定压力 16MPa 介质温度-2070 重量 1Kg 生产厂家 上海东方液压件厂6.6.2 蓄能器的选用（1）蓄能器的种类及特点 蓄能器是液压系统中的一种能量储存装置，它利用力的平衡原理使工作液体的体积发生变化，从而达到储存或释放液压能的作用。 蓄能器一般分为重力加载式，弹簧加载式和气体加载式三类。1）力加载式（简称重力式）重力式蓄能器是利用重锤的重量，通过柱塞作用在油液上而产生压力能，其压力的大小取决于重锤的重量和柱塞作用面积的大小。重力蓄能器的特点：在输出液体的整个过程中，无论输出量的大小和输出速度的快慢，均可得到恒定的液体压力；结构简单，容量大，压力高，但体积大不适用于行走机械；惯性大，反应不灵敏，不宜消除脉动和吸收液压冲击；密封处易泄漏， 有摩擦损失。只在固定设备中作蓄能器用。2）簧加载式（简称弹簧式） 弹簧式蓄能器是利用弹簧力作用于活塞上，使之与压力油的压力相平衡，以储存压力能。蓄能器产生的压力取决于弹簧的刚度和压缩量。 弹簧式蓄能器的特点：结构简单，反应灵敏，容量小。使用寿命取决于弹簧的寿命，对于循环频率较高的场合不宜使用。一般用于小容量，低压，循环频率低的系统，作蓄能和缓冲用。3）气体加载式 气体加载式蓄能器的工作原理是建立在波义耳定律的基础上。使用时先向蓄能器充以预定压力的空气或氮气，然后由液压泵向其内充入压力油，气腔和油腔压力始终相等。当系统需要油液时，在气体压力作用下，使用油液排出。 气体加载式蓄能器可分为隔离式和直接接触式两种类型。a) 直接接触式蓄能器 它由一个封闭的壳体组成，壳体顶部有充气阀，底部有进出压力油口。气体被封在壳体的上部，液体处在壳体下部，气体直接与液体接触。这种蓄能器的特点：容量大，惯性小，反应灵敏；占地面积小；没有机械磨损。但由于气体直接接触，气体易被液体吸收，使系统工作不稳定，易产生气蚀并危及系统；只能竖直安放，以确保气体被封在壳体的上部。适用于大流量的低压回路中。 b) 隔离式蓄能器 典型结构有气囊式，隔膜式，活塞式和差动活塞式。c)气囊式蓄能器 壳体的上端有容纳充气阀的开口，由合成橡胶制成的完全封闭的梨形气囊模压在气门嘴上，形成一个封闭的空间。气囊经下端开口塞进去，并借助于压紧螺母固定于壳体的上部。阀体总成用一对装在壳体开口内侧的半圆卡箍卡主阀体本身的台肩，装在壳体的下部。O形密封圈与垫片接触，用螺母锁紧。用这样的结构能确保安全，要想拆开蓄能器，必须拧下螺母，把阀体推到壳体内。当壳体内压力上述到爆破压力时，壳体开口先涨大，使O形密封圈被挤掉油压能够安全的解除。d)这种蓄能器的特点使：气腔与油腔之间是气囊，密封可靠，不可能有泄漏；胶囊惯性小，反应灵敏；结构紧凑，尺寸小，重量轻；并有系列批量生产。但装拆不方便。气囊有折合型，波纹型，三角型和十字型等结构形式。e)隔膜式蓄能器 它以橡胶隔膜代替气囊，把油和气分开。壳体为球形，重量与体积之比值最小。容量小，一般在0.9511.4L范围内使用。f)活塞式蓄能器 它利用活塞把油和气分开。结构简单，寿命长。但活塞惯性大有密封摩擦阻力，因而反应灵敏性差，不宜消除脉动和吸收液压冲击。 g)差动活塞式蓄能器 它由一个直径很大的气缸装在一个直径较小的液压缸之上组成。活塞下端的液压力总是大于上端的空气压力。能有效的防止空气渗入油中。可用于压力很高的液压系统。(2)蓄能器的应用 1)作辅助动力源对于间歇运行的液压系统，或在一个工作循环内，执行元件运行速度差别很大，即对液压泵供油量要求差别很大的液压系统使用蓄能器，当需要供油量很大时，蓄能器与液压泵一起供油，当要求供油量小时，泵输出的多余压力油就输入蓄能器储存起来。这样可以根据液压系统所需的平均流量来选择泵，泵的利用和功率消耗比较合理。2)补偿泄漏保持压力对于执行元件长时间不动，又要求保持一定的压力，可以用蓄能器来补偿泄漏。3)作紧急动力源某些系统要求当液压泵发生故障或对执行元件的供油突然中断时，执行元件仍须完成必要的动作。例如为了安全起见，液压缸的活塞杆必须内缩到缸筒内，这时就需要有适当容量的蓄能器作动力源。4)消除脉动 如果液压系统中采用液压泵，且其柱塞数较少时，或齿轮泵的齿数较少时，系统的压力，流量和力矩等参数脉动很大。此外，溢流阀的脉动以及某些形式的容积式流量计，也会使系统的压力和流量脉动。若在系统中装设蓄能器，则可将脉动降低到最低限度，使对振动敏感的仪表及管路接头，阀的损坏事故大为减少。5)吸收液压冲击由于换向阀突然换向，液压泵突然停车，执行元件的运动突然停止，甚至人为的要执行元件紧急制动等原因，都会使管路内液体流动发生急剧变化，产生液压冲击。液压系统中虽设有安全阀，但其反应慢，压力增高，其值可能达到正常压力的几倍以上。这种冲击压力往往引起系统中的仪表，元件和密封装置发生故障，甚至损坏，或者管道破裂，此外，还会使系统产生强烈的振动。若装设蓄能器则可以吸收和缓和这种冲击。(3)蓄能器总容积的计算蓄能器的总容积是指充气容积，这里选择蓄能器主要用于消除脉动和吸收液压冲击。根据经验选择两个容积为25L的蓄能器即可。 (4)蓄能器充气压力的确定 由于蓄能器主要用于吸收液压冲击和消除脉动，降低噪声，因此，蓄能器的充气压力应等于蓄能器设置点的正常工作压力。(5)蓄能器的主要参数 型号 NXQ-A-25/20LA 公称压力 20MPa 耐压试验压力 30MPa 使用温度 10-70安装方式 垂直安装 生产厂家 南京锅炉厂（6）蓄能器的安装1）蓄能器的安装a)蓄能器须安装在便于检查，维修的位置，并要远离热源。b)蓄能器一般应垂直安装，油口向下，充气阀朝上。c) 装在管路上的蓄能器承受着液压力的作用，因此必须牢靠的固定装置，以防蓄能器从固定部位脱开，引起事故。注意不能用焊接方法进行安装。d)吸收液压冲击，压力脉动和降低噪声的蓄能器应尽量安装在振源附近。e)蓄能器与液压泵之间应安装截至阀，以供充气和检查维修使用。2)蓄能器的使用a)蓄能器属于压力容器，应执行压力容器的使用规定。不能在蓄能器上进行焊接，铆接和机械加工，不许敲打。b)蓄能器铭牌应置于醒目位置。c)在有压状态下，不得拆卸。在安装拆卸之前，应把内部的气，液完全放掉。d)蓄能器绝对禁止充氧气，以免引起爆炸。e)在正常工作下，每隔6个月检查一次压力，使之保持规定的预压力。检查方法可以利用充气工具，也可利用系统中的压力表和液压泵检查。f)气囊式蓄能器充气可利用充气工具和充氮小车，由于氮气瓶压力一般在16MPa。如果充气压力高于上述值时，则需要使用带有增压设备的充氮小车。6.6.3 过滤器的选用（1） 过滤器性能参数1）过滤原理与过滤介质过滤是从流体中分离非溶性固体颗粒污染物的过程。它在压力差的作用下，让流体通过多孔隙可透性介质（过滤介质），迫使流体中的固体颗粒被截留在过滤介质上，从而达到分离污染物的目的。液压过滤器简称过滤器或滤油器。它就是采用上述原理，利用过滤介质分离，减少油液中颗粒污染物，使之达到和保持油液目标清洁度的工业装置。过滤器按过滤原理区分主要有：表面型过滤器，深度型过滤器和磁性过滤器。结合滤材及使用范围考虑，则唱分为表面型和深度型两大类。表面型过滤器是靠滤材表面的孔口阻截液流中的颗粒，属于这一类的有金属网，金属微孔板，线隙式，片式等过滤元件。表面型滤材的通径大小一般是均匀的，过滤机制比较单一，主要是直接阻截，凡尺寸大于通孔的颗粒被截留在液流上游一侧的滤材表面，则小于通孔的颗粒则进入下游。当滤材表面有限的孔口全部被截留的污染物堵塞后，滤芯前后的压差增加到最大值，其过滤作用也就停止了，所以表面型滤材的纳垢容量较少，但经过反向冲洗后，滤材表面的污染物可被清除干净，然后可重复使用。深度型过滤器的滤材为多孔可透性材料，常用的有非织品纤维，如滤纸，复合滤纸，合成纤维，不锈钢丝毡；多孔刚性材料，如陶瓷，金属粉末烧结，天然和合成纤维织品等。这类滤材中有无数细长且迂回曲折的通道，每一通道中还可能有一些狭窄的横向空穴。当油液流过时，大颗粒污染物被阻截在滤材表面或内部通道的缩口处，而小颗粒污染物在重力，布朗扩散，静电力或惯性力作用下，有些可能被吸附在通道内壁表面，有些可能沉积在通道横向空穴内。所以深度型滤材的过滤机制既有直接阻截，又有吸附作用，过滤作用发生在滤材整个深度范围内。与表面型相比，深度型滤材的纳垢容量大，但被滤除的污染物不容易被清洗掉，所以只能一次性使用。（2）过滤器的主要性能参数 过滤器的主要性能参数有：过滤精度，压差特性和纳垢量。1） 过滤精度过滤精度是指过滤器对不同尺寸颗粒精度污染物的滤除能力，时选用过滤器的首要参数。系统的污染控制水平，过滤精度越高，系统油液的清洁度越高。评定过滤器精度的常用方法有下面几种：名义过滤精度：名义过滤精度的评定方法最早有美国军工部门提出，用值表示。绝对过滤精度：绝对过滤精度是指能够通过过滤器的最大球形颗粒的直径。绝对过滤精度比较确定地反映出过滤介质的最大孔口尺寸和过滤器能够滤除和控制的最小颗粒尺寸，这对实施污染控制有实用意义。但污染物并不都是球形，其形状一般是不规则的，长度尺寸大于绝对精度的扁长形颗粒仍有可能通过滤芯而到达下游。过滤效率：过滤效率是指被过滤器滤除的污染物数量与加入到过滤器上游的污染物数量之比。污染物的量可以用质量表示，也可用各种尺寸的颗粒数表示。过滤比：过滤器上游油液单位体积中大于某一给定尺寸的污染颗粒数与下游油液单位体积中大于同一尺寸过滤数之比。2） 压差特性油液流经滤油器时由于油液运动和粘性阻力的作用，在滤油器的入口和出口之间产生一定的压差。影响清洁的滤油器压差的因素有：油液的粘度和比重，通过流量，以及滤芯的结构参数。3） 纳垢流量过滤器在工作过程中，随着被截留的污染物数量的增加，压差增大，当压差达到规定的最大极限值时，滤芯使用寿命结束。在过滤器整个使用寿命期间被滤芯截留的污染物总量称为过滤器的纳垢容量。纳垢容量越大，则使用寿命越长。 纳垢容量与过滤面积以及滤材的孔隙度有关。过滤面积越大，孔隙度越大，则纳垢容量越大。对于外形尺寸一定的折叠式圆筒形滤芯，适当增大折叠数及折叠深度可以增大过滤面积，从而延长过滤器的使用生命。6.7 液压缸设计液压缸分为单作用液压缸、双作用液压缸和组合式液压缸三种形式。单作用液压缸又分为单作用活塞液压缸、单作用伸缩液压缸和单作用柱塞液压缸；双作用液压缸分为双作用无缓冲式液压缸、不可调单向缓冲式、不可调双向缓冲式液压缸、可调单向缓冲式、可调双向缓冲式、双活塞杆液压缸和双作用伸缩液压缸；组合液压缸分为单联式、多工位式和双向式。这里选择单作用活塞式液压缸。液压缸的常用安装形式有耳环型、脚架型、法兰型和耳轴型安装，这里选择耳轴型安装。通用型液压缸结构比较简单，零部件标准化、通用化程度较高，制造和安装都比较方便。因此，用途比较广泛，使用于各种液压系统。它一般有拉杆型、焊接型和法兰型液压缸。其中焊接型液压缸的外形尺寸较小，暴露在外面的零件少，能承受一定的冲击负载和恶劣的外界环境。但受到前端盖与缸筒连接强度的限制，缸的内径不能太大，额定压力不能太高。通常额定压力小于a，缸筒内径小于mm，活塞杆和缸筒的加工条件许可时允许最大行程达到m，多用于车辆、船舶和矿山等机械。拉杆型液压缸的端盖有圆形和方形两种.一般来说,方形端盖用四根拉杆,圆形端盖用6根拉杆,缸筒是用内径经过精加工的高精度冷拔无缝钢管,按需要的长度切割而成的.前后端盖和活塞等零件均为通用件.因此,拉杆型液压缸制造成本较低,适用于批量生产.焊接型液压缸的缸筒与后端盖采用焊接连接,与前端盖的连接方式有螺纹连接,卡环连接和钢丝挡圈连接等多种连接方式.法兰型液压缸的缸筒与前端盖和后端盖均采用法兰连接.法兰与缸筒有整体结构式,也有采用焊接和螺纹等方式的法兰型液压缸的缸筒内径通常大于100mm,外形尺寸大,额定压力高,能承受较大的冲击负载和恶劣的外界环境条件,属重型液压缸,多用于重型机械,冶金机械等.法兰型液压缸的通常额定压力小于35Mpa,缸筒内径小于320mm,允许最大行程10m.这次设计的液压缸,是用于牵引皮带前后运动,活塞杆的行程为3.4m,牵引力大约在600KN左右,结合以上的介绍可以选择ZT00.05型号的单作用活塞式液压缸,液压缸的安装选择销轴型,液压缸的连接方式前端盖采用卡环式连接,后端盖采用焊接的方式.6.8 油箱及其附件6.8.1 油箱的用途和分类 油箱在系统中的功能主要是储能和散热，也起着分离油液中的气体和沉淀污物的作用。要根据系统的具体条件，合理选用油箱的容积，形式和附件，以使油箱充分发挥作用。油箱有开式和闭式两种。1)开式油箱开式油箱应用广泛。箱内液面与大气相通。为防止油液被大气污染，在油箱顶部设置空气滤清器，并兼作注油口用。2)闭式油箱闭式油箱一般指箱内液面不直接与大气相通，而将通气孔与具有一定压力的惰性气体相通，充气压力可达0.05MPa这里采用通常的开式油箱。油箱的形状一般选择矩形，只有容量大于2时才选用圆筒形结构。因为采用圆筒形结构可降低设备重量。6.8.2 油箱的构造和尺寸1)油箱的容量很大，能够保证系统工作时保持一定的液位高度；为满足散热要求，对于管路比较长的系统，还应考虑停车维修时能容纳油液自由流回油箱时的容量；在油箱容积不能增大而又不能满足散热要求时，需要设冷却装置。2)设置油箱主要出口。油箱的排油口与回油口之间的距离应尽可能远些，管口都应插入最低液面以下，以免产生吸空和回油冲溅产生气泡。管口制成的斜角，以增大吸油及出油的截面，使油液流动时速度变化不致过大。管口应面向箱壁。吸油管离箱底距离应大于两倍的管径，距箱壁不小于三倍的管径。回油管离箱底的距离也应大于三倍的管径。3)液压泵与电机安装在油箱盖板上，因此设置一个安装板。安装板在油箱盖板上通过螺栓加以固定。4)为了能够观察向油箱中注油液位的上升情况和在系统中看见液位高度，设置一个液位计。油箱的内壁应进行抛丸或喷沙处理，以清除焊渣或铁锈。待灰沙清理干净之后，按不同工作介质进行处理或涂层。对于对矿物油，常采用磷化处理。对于高水基或水，乙二醇等介质，则应采用与介质相容的涂料进行涂刷。以防油漆脱落污染油液。本设计中，油箱长为1200mm,油箱的宽为520mm,油箱的高为815mm.7 输送机传动装置的设计带式输送机的传动滚筒的布置有许多不同形式，按照传动滚筒数量可分为：单滚筒、多滚筒和三滚筒等；按布置的位置可分为头部、尾部、头尾加中间。同时，为了增大牵引力，各组传动滚筒还可附设改向滚筒。提高传动装置拉紧力可以从三方面着手21： （1）增大拉紧力。增加初张力可使输送带在传动滚筒分离点的张力增加，此法提高牵引力虽然是可行的。但因增大必须相应地增大输送带断面，这样导致传动装置的结构尺寸加大，是不经济的。故设计时不宜采用。但在运转中由于运输带伸长，张力减小，造成牵引力下降，可以利用拉紧装置适当地增大初张力，从而增大拉紧力，以提高牵引力。（2）增加围包角。当输送机所需驱动力较大时，增大围包角可以避免过大的张紧力，增大围包角的方法是在传动滚筒前设置改向滚筒或采用双滚筒传动，而且用双滚筒传动时，也可以减小每个驱动单元的单机容量。（3）增大摩擦系数。其具体措施可在传动滚筒上覆盖摩擦系数较大的衬垫，以增大摩擦系数。本设计采用双滚筒驱动形式，采用增大围包角的方式来增大拉紧力，同时采用菱形包胶包住传动滚筒以增大摩擦系数。7.1 电机的选择查新型带式输送机设计手册所需轴功率为： （71）式中 -电动机所需轴功率，；-驱动滚筒上所需的牵引力（圆周力），； -带速，；电动机计算功率为： （72）式中 -电动机所需轴功率，；-电动机功率系数，一般取，取；-电动机起动方式系数，一般情况选取。查佳木斯电机股份有限公司JEM选型手册，可选用2台YBS404型隔爆电机（主要用于井下），传动方式为双电机传动，其主要参数如下：电压；额定转速；额定功率。7.2减速器的计算与选用7.2.1 传动比计算1.求传动轴上的转速 由于 所以 （63）式中 -传动轴上的转速，；-主滚筒的半径,；-输送带的速度，；由第三章计算得传动滚筒直径，取=3.14所以 ； 2.总传动比 （64）电机转速则 7.2.2 减速器的选用查太原重工重型减速机分公司可选用型号为JS40型专用减速器，其外形尺寸如图71所示。 图71 减速器外型尺寸结构示意图其配电机功率为40，本设计采用的减速器级别为三级别，各部分传动比分别为：第一级；第二级；第三级，总传动比为。该减速器的冷却与润滑：减速器的齿轮和轴承采用油池飞溅润滑，自然冷却。允许减速器工作平衡油温不大于900C，当超过900C时或希望把油温控制在一定范围内，可用冷却装置通水冷却油池润滑油。减速器冷却装置用水要用清洁，无杂质的，氧化钙含量低的清水，进口水压应在0.050.6范围内，水的流量根据发热量而定，一般不小于4，进口水温度最好在200C以下，出口与进口水的温度差推荐在240C范围内。如果水压过高，应在进水口前设置减压阀，溢流阀等措施保证所需的水压范围。减速器在投入使用前必须在输入轴注油点及视孔处注入润滑油，油位应达到油窗最高油位。注油后，视孔盖应重新用密封胶密封好，并拧紧螺栓。7.3 液力偶合器的选择目前煤矿井下用的带式输送机的传动系统中，广泛应用液力偶合器，液力偶合器安装在输送机的驱动电机与减速器之间，电动机带动泵轮转动，泵轮内的工作液体随之旋转。电动机与偶合器联合运行的优点：1）改善电动机的启动性能；2）改善电动机的保护性能；3）多电动机传动时，能使各台电动机负荷分配均匀。本设计根据电动机的功率，可查矿山设计手册第二分册，选取型号为YL40的液力偶合器，其各参数如表72所示，有效直径。表72为型号YL40的液力偶合器主要技术特性泵轮转 速额定充油量额定功 率额定力 矩M启动力矩Mmax转差率注油角 度 重 量%147094026.52.5619450588 带式输送机机架设计计算8.1 机头卸料架的设计机架是承受滚筒、托辊、输送带、物料、一些清扫装置、拉紧装置的钢结构，可以承受冲击、拉伸、压缩和弯曲应力。机架分为刚性和柔性两种19。刚性机架可以作为固定式和移动式的机架，而柔性机架主梁是用钢丝绳支承托辊、输送带和物料，而驱动装置的机架必须是刚性的。本设计采用刚性机架。采用槽钢和钢管并用的结构。按材料不同可分为： 1）结构架。使用型钢（如槽钢、角钢、工字钢）或异型管钢等。2）钢管架。机架可焊接在钢管上，作为长距离线路，也可以利用普通无缝钢管作机架。钢管内可以输水、油等、一举两得。3）混凝土架。用混凝土做垂直圆管式带式输送机机架，可减少去锈等维护工作，安装方便，固定式的长距离输送机常用此法。机头、机尾架均可预制，上留轴承安装孔。4）玻璃钢机架。具有高强度、耐腐蚀、轻便等特点，特别适宜在海水盐场、矿井下、化学盐类工厂等输送环境。按同重量相比，价格稍高于钢材，但如考虑钢材的防锈费用，两者几乎相等，都有推广前途。由于机头卸料承载能力大，本设计采用在机头卸载架的延伸段加一斜撑竿支撑卸载架，斜撑竿与角钢之间采用焊接结构，角钢与机架之间采用螺栓连接，这样设计主要的目的是装拆比较方便。机头卸料支架示意图如下：图81 机头卸料支架示意图8.2 中间架的设计与强度校核8.2.1 中间架的设计中间架由座架和纵梁组成20。座架和纵梁可装配成一体；在纵梁上装有鞍座，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82 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。 8.2.2 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： （81）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 （82）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： （83）钢管的弯曲正应力为： （84）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： （85）则，所以钢管强度满足要求。 9 输送机清扫器的选择输送带清扫器的作用是清除输送带上的粘附物料并将这些物料堆积在卸料区内。如果清除不干净则粘附在输送带上的物料经过回程托辊时碰落，很快会堆积大量物料，甚至接触回程输送带造成停机事故。同时，物料被带到回程段上，可能会引起输送带的强烈磨损，在下托辊形成积垢，使输送带跑偏。理想的清扫器应该符合的要求是：在卸载滚筒的下部工作以便将清扫的物料直接送入卸料槽中；不影响输送带的正常使用，对输送带的损伤程度小；能承受高温；能确保与输送带横截面上各点的接触；维修方便；使用简单、可靠；具有广泛的速度和温度的适应性。清扫器效率的高低，首先取决于物料的性质。清扫松散物料一般很容易。但是清扫粘性和水分较大的物料以及冬季清扫冻结的物料则相当困难。清扫器可分为刮板式、重锤式、辊式、刷式、振动式、风动式和犁式清扫器21。目前这些清扫器对于粘性很大的物料的清扫还是不能取得很好的效果。寻求防止输送带和运输机结构元件脏污的新清扫方法和清扫装置具有重要的意义。为了清扫输送带以研究出超声波、热气流（射线）、真空和磁力等清扫方法。本设计主要用于矿山机械，消耗量大，所以主要采用刮板式、犁式、重锤式等三种清扫结构。在卸载部主要采用重锤清扫器，在各滚筒间主要采用刮板清扫器以提高工作效率，在机头及机尾各安装一个犁式清扫器。10 胶带跑偏问题的调整本设计针对胶带的跑偏问题主要归纳如下：胶带的调偏应在空载运行时进行，一般从机头卸载滚筒开始，沿着胶带运行方向先调回空段，后调承载段，在滚筒处跑偏，可以调正滚筒，在其它地方跑偏，就调正托辊，调整托辊应在一侧，切勿两侧同时进行，滚筒和托辊的调正方向如图101所示。如果胶带在某处运转时均跑偏，则是胶带本身弯成“弓”形或接头不正所造成的，一般来说“弓”形部分应予以更换或矫正，接头不正需要切割重做，是接头垂直于中心线。图a 滚筒处调偏 图b 托辊外调偏图111 胶带跑偏的调整本设计中各滚筒的安装轴线位置均可以调整，以防止胶带的跑偏问题，在机头与机尾处还安装有防跑偏装置用以调节输送带的跑偏问题，本设计对胶带的跑偏问题有了进一步的缓解，从而有效地减少了胶带跑偏问题。结 论可伸缩带式输送机是一种运量大、运距长、输送范围广、结构简单、运行可靠的连续运输机械，通过驱动装置带动传动滚筒，并通过滚筒与输送带之间的摩擦带动整条皮带一起工作，这种传动方式结构简单，节约能源。本设计中，研究和分析可伸缩带式输送机的工作原理以及工作环境，进行了输送机的总体方案设计，研究了皮带机的可伸缩性能，通过调整储带仓与收放胶带装置可实现对输送机的可伸缩性能，同时，输送机的中间架是由无螺栓连接的快速可拆装置，为输送机的伸长与缩短提供了方便。由于现有机械易于实现自动化，本设计还需要进一步的改进，在原有基础上实现具有全方位自动化的性能。参考文献1.翟志成.大型带式输送机驱动系统研究.西安科技大学,20172.程雪飞.带式输送机的技术现状及发展趋势.中外企业家,20173.侯建兵.DSJ型皮带机传动装置结构改进探析.机械管理开发,20184.陈龙.矿式带用输送机适应性技术改造及应用.华北电力大学,20175.向秀华.煤矿带式输送机智能故障诊断方法的研究.中国矿业大学,20176.金娅.TBM后配套连续输送机液压收放带系统动态研究.煤矿科学研究总院,20177.朱红芬.基于行星轮系的电动滚筒设计和仿真分析.山东科技大学,20178.冯瑞亮.阀控式液力偶合器用于带式输送机启动过程的研究.煤炭科学研究总院,20169.白恩杰.矿井原煤运输集控系统的研究与应用.西安科技大学,201710.王笑，陈欢，朱文秀一种新型下运顺槽带式输送机组合拉紧装置的设计与应用科技创新导报,201711.王定龙，王然风，赖春林带式输送机双机驱动控制系统设计工矿自动化,2017.1212.尹成迅.矿用带式输送机控制技术现状及发展趋势.山西煤炭管理干部学报,201013.蒋卫良,朱立平.我国煤矿用带式输送机典型机型的现状及发展趋势.煤矿机电一体化新技术学术会议论文集.中国煤炭学会煤矿机电一体化专业委员会、中国电工技术学会煤矿电工专业委员会,201014.郝丽娅.煤矿无轨和输送机运输设备的现状及发展趋势.江西煤炭科技，201315.赵巧芝.我国煤矿无轨及输送机运输设备现状及发展趋势.煤炭工程，201216.武兴华.矿用带式输送机电机系统节能技术现状与发展趋势.煤矿机械，201117.李利,王瑞,党栋.带式输送机的技术现状及发展趋势.橡胶工业，201518. 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The approach is based on identifying the data required for the development of the virtual prototypes, and separating the information into behaviour, structural, and product attributes. Suitable representations of these attributes are presented, and the framework for the feature-based virtual prototyping approach is established,based on the hierarchical structure of components in a hydraulic system. The proposed framework not only provides a precise model of the hydraulic prototype but also offers the possibility of designing variation classes of prototypes whose members are derived by changing certain virtual components with different features.Key words: Computer-aided；engineering; Fluid power systems；Virtual prototyping1.IntroductionHydraulic system design can be viewed as a function-to-form transformation process that maps an explicit set of requirements into a physical realisable fluid power system. The process involves three main stages: the functional specification stage,the configuration design stage, and the prototyping stage.The format for the description of the design in each stage is different. The functional specification stage constitutes the initial design work. The objective is to map the design requirements. To achieve this, the design problems are specified Correspondence and offprint requests to: Dr S. C. Fok, Schoool of Mechanical and Production Engineering, Nanyang Technological University, Nanyang Avenue, Singapore 639798. The designer must identify the performance attributes, which can include pressure, force, speed, and flowrate, with the required properties such as size, cost, safety and operating sequence. performance requirements for each attribute. In this stage, the design is abstracted in terms of the performance attributes with associated values.The objective of the configuration design stage is to synthesise a hydraulic circuit that performs the required functions conforming to the performance standards within defined constraints. A typical hydraulic system is made up of many subsystems. The smallest building block in a subsystem is the standard hydraulic component (such as valves, cylinders,pumps, etc.). Each type of standard component serves a specific elemental function. The design effort in the configuration design stage is fundamentally a search for a set of optimal arrangements of standard components (i.e. hydraulic circuit) to fulfil the functional requirements of the system. Based on this framework, the designers would normally decompose the overall system functions in terms of subfunctions. This will partition the search space and confine the search for smaller hydraulic subcircuits to perform the subfunctions. Computers are often used to support the configuration design process. For example, Kota and Lee devised a graph-based strategy to automate the configuration of hydraulic circuits. After the development of the hydraulic circuits, digital simulation tools are often used to study and evaluate these configurations. With these tools, designers can compare the behaviour of different circuits and also analyse the effects when subcircuits are combined. In the configuration design stage, the design is traditionally represented as a circuit drawing using standard icons to symbolise the type of standard component. This is a form of directed graph S(C,E) where the circuit S contains components C in the form of nodes with relations between components denoted by edges E. The prototyping stage is the verification phase of the system design process where the proposed hydraulic circuit from the configuration design stage is developed and evaluated. Physical prototyping aims to build a physical prototype of the hydraulic system 666 S. C. Fok et al. using industrial available components. The process of physical prototyping involves the following: Search for appropriate standard components from different manufacturers. Pre-evaluation and selection of components based on individual component cost, size, and specification, and compatibility factors between components. Procurement and assembly of the selected components.Test and evaluate the physical prototype based on the overall system requirements. Use other components or redesign the circuit (or subcircuits)if necessary.Besides dynamics, the development of the physical prototype must take into consideration other factors including structure,cost, and weight. The dynamics data are used to confirm the fluid power system behaviour whereas the geometric information is used to examine the assembly properties. The development of the physical prototype will provide the actual performance,structure, and cost of the design. The main disadvantage of physical prototyping is that it is very tedious and time consuming to look for a set of suitable combinations of standard components from among so many manufacturers. Although the basic functions of the same types of standard component from different manufacturers do not differ, their dynamics, structural and cost characteristics may not be similar, because of design variation. Hence, for a given hydraulic circuit, different combinations of parts from differentmanufacturers can have implications on the resulting system,in terms of dynamics, structure, and cost. Value engineering can be used at this stage to improve the system design by improving the attributes at the component level. This includes maximizing the performance-to-cost ratio and minimising thesize-to-performance ratio. Virtual prototyping can be viewed as a computer-aided design process, which employs modelling and simulating tools to address the broad issues of physical layout, operationalconcept, functional specifications, and dynamics analysis under various operating environments. The main advantage of virtual prototyping is that a hydraulic system prototype can be assembled, analysed, and modified using digital computers without the need for physical components, thus saving lead time and cost.The main requirement of a virtual hydraulic system prototype is to provide the same information as a physical prototype for the designer to make decisions.To achieve this, the virtual prototype must provide suitable and comprehensive representations of different data. Furthermore, transformation from one representation to another should proceed formally. Xiang et al. have reviewed the past and current computer-aided design and prototyping tools for fluid power systems. The work revealed that the current tools could not provide a complete representation of the design abstractions at the prototyping stage for design judgement. Most of the tools concentrate on the dynamics behaviour. Vital geometrical and product information that relates to the system prototype consideration and evaluation is frequently missing.To advance the development of computer-aided virtual prototyping tools for fluid power systems, there is a need to address the formal representations of different abstractions of behaviour,structural, and product data along with their integration. This paper focuses on these issues and proposes the formalism of a unified component model and the taxonomy based on the feature-based approach. In Section 2, we discuss the feature- based approach focusing on the key information and their representations required for hydraulic system prototyping. Section 3 presents a formalism of the feature-based model and structure for the development of virtual hydraulic system prototypes.The structure is illustrated with an example. Future work and conclusions are given in Section 4.2. Feature-Based ApproachFeatures can be defined as information sets that refer to aspects of attributes that can be used in reasoning about the design, engineering or manufacturing processes. The concept of using features to integrate CAD/CAPP/CAM is not new and there are many papers on the application of this approach in CIM. In all these applications, the feature model is regarded as the basis whereas design by features is the key for the integration. To develop a feature model, the relevant information concerning the design must be identified and grouped into sets based on the nature of the information. The relevant information should contain sufficient knowledge for activities such as design, analysis, test, documentation, inspection, and assembly, as well as support various administrative and logistic functions. Design by features is the process of building a model of the design using features as primitive entities. The feature model provides the standardisation of relevant data. Through the design by features approach, vital knowledge of the design will be generated and stored. Together, the feature model and the design by features approach will provide the essential information, which can be used, not only for the simultaneous consideration of many different concerns with the design, but also to interface the many activities in the design realisation process, including the life cycle support operations. The main drawback of the feature-based design approach is that the feature model should be properly defined . This can be difficult, as features are sets of knowledge that are application dependent. The organisation of the features can also be application specific. Non-trivial data-management problems could arise if the feature model is not properly defined. To avoid these problems, the type,representation and structure of the features should be resolved prior to using the feature-based design methodology. The main concern when developing a feature model is that it is application-specific. In the domain of virtual prototyping of hydraulic systems, the details of the constituent standard components must be able to be used to describe the overall system. The component features are bearers of knowledge about that part. To create a suitable feature model for hydraulic system design based on the assembly of standard components, the relevant information associated with various standard components must be identified and classified. This definition Feature-Based Component Models 667 of the component feature set can then be extended to encompass the subsystem feature set based on the hierarchical structure between the components in the subsystem. In the same manner, a hierarchical structure for the hydraulic system feature representation would evolve by considering the system as a hierarchy of subsystems. The necessary information required for a proper description of the virtual prototype must be no less than that derived by the designer from a physical prototype for decision making. These data should generally include the shape, weight, performance properties, cost, dimensions, functionality data, etc. Comparison with the physical prototyping process, the information required for each standard component could be separated into three distinct groups: behaviour attributes, structural attributes, and product attributes.2.1 Behaviour AttributesThe behaviour of a hydraulic component can be defined in terms of the dynamics characteristics used to satisfy the functional requirements. Consider a hydraulic cylinder connected to a load. Its function is to transmit a force from the stroke of the piston to the load. The maximum force it can transmit can be used to define the functionality and the behaviour requirements can be specified in terms of the desired load acceleration characteristics. Hence for a hydraulic component, behaviour attributes express functionality and can be reflected in the dynamics characteristics. The designer is responsible for the proper definition of the overall system behaviour characteristics in terms of the desired dynamics. A standard component will have its own behaviour and provide a specific function.Complex functions that cannot be achieved by a single standard component are derived using a combination of components. Hence, the behaviour of the standard component will play an important role as the individual behaviours of components together with their arrangement can alter the overall system function . The behaviour of a standard component can be nonlinear and can be dependent on the operating conditions. When two components are combined, it is possible that their behaviours can interact and produce undesired or unintended characteristics. These unwanted behaviours are assumed to have been resolved during the configuration design stage. The hydraulic circuit used in the prototyping stage is assumed to be realisable and without any undesirable interacting behaviours. This means that the output behaviour of a component will provide the input to the subsequent component. The representation of behaviours for hydraulic systems has been widely investigated. These representations include transfer functions, state-space and bond graphs. Tr
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