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安裝有許多對角裂縫零件的一維縱扭振動轉(zhuǎn)換器
Jiromaru Tsujino*, Tetsugi Ueoka, Kenichi Otoda, Atsushi Fujimi
Faculty of Engineering, Kanagawa University, Yokohama 221-8686, Japan
摘要：為了提高一維縱扭振動轉(zhuǎn)換器可得到的振動速度，對旨在減少振動節(jié)點部分的最大振動應(yīng)力水平并且要避免安裝在轉(zhuǎn)換器的縱向節(jié)點位置的帶有許多裂縫的零件的新型的復(fù)雜振動轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了研究。轉(zhuǎn)換器的自由端以橢圓或圓形軌跡振動。帶有從橢圓形到圓形或者從長方形到正方形軌跡的復(fù)雜振動系統(tǒng)可有效應(yīng)用于需要大功率的場合，包括金屬或者塑料的超聲波焊接，超聲波焊線的集成電路，大規(guī)模集成電路和裝置和超聲波馬達(dá)。安裝有許多帶裂縫部件的轉(zhuǎn)換器比只安裝一個帶有裂縫零件的轉(zhuǎn)換器在振動應(yīng)力水平和品質(zhì)因數(shù)方面會得到提高。
關(guān)鍵詞：圓形振動軌跡 復(fù)雜的振動 復(fù)雜振動超聲波焊接 縱扭振動轉(zhuǎn)換器 超聲波馬達(dá) 超聲波塑料焊接 帶有對角裂縫的振動轉(zhuǎn)換器
1.簡介
帶有從橢圓形到圓形或者從長方形到正放形位點的復(fù)雜振動系統(tǒng)適用于大功率場合的使用。在縱向振動節(jié)點區(qū)域安裝有一個裂縫零件且由縱向振動系統(tǒng)驅(qū)動的一維縱扭振動轉(zhuǎn)換器適用于大規(guī)模場合的應(yīng)用，這些場合包括：各種材料的超聲波焊接，超聲波焊線的集成電路，大規(guī)模集成電路和裝置和超聲波馬達(dá)。為了提高振動的優(yōu)點和增加轉(zhuǎn)換器的可獲得振動速度，對帶有許多裂縫零件的新型轉(zhuǎn)換器做了研究。裂縫零件可以安裝在許多位置，但是要避免安裝在縱向節(jié)點位置處以便減少振動節(jié)點部分的最大應(yīng)力振動數(shù)值。使用很多裂縫零件可以使最大振動應(yīng)力和質(zhì)量因數(shù)增加，同時在相同的驅(qū)動電壓下最大振動振幅會明顯增大。這種轉(zhuǎn)換器由很突出的優(yōu)點，因為和只有一個裂縫零件的轉(zhuǎn)換器相比，其最大振動應(yīng)力較小，而且這種振動器的最大振動振幅會明顯增加。沿著轉(zhuǎn)換器分布的振動軌跡，振動速度和相分布可以通過激光多普勒測振儀進(jìn)行測量。這種新型的轉(zhuǎn)換器用于超聲波塑料焊接和超聲波馬達(dá)中。
這種新型轉(zhuǎn)換器可獲得的最大振動速度會顯著增加。使用復(fù)雜的振動轉(zhuǎn)換器可以使塑的焊接優(yōu)點得以提高。
超聲波馬達(dá)聲使用的15mm直徑的新型振動器的縱扭振動幅和以前的轉(zhuǎn)換器相比，在相同的驅(qū)動電壓60v,55kHz條件下，會從6um增加到將近12um.
安裝有多縫隙零件的轉(zhuǎn)換器在提高振動的優(yōu)點和增加可得到的復(fù)雜振動速度方面是很有效的。
2振動轉(zhuǎn)換器的構(gòu)造
兩個直徑為20mm，長度為79mm的振動轉(zhuǎn)換器的構(gòu)造如圖1所示，而且這兩種轉(zhuǎn)換器在除了縱向節(jié)點部分外安裝有裂縫零件。用鋁合金（JISA7075B）制造的圓柱形縱扭轉(zhuǎn)換器在圓周的縱向振動節(jié)點部分的兩端安裝有兩個裂縫零件。轉(zhuǎn)換器由縱向振動源驅(qū)動。在實驗中使用了具有相同角度和不同角度對角裂縫零件的各種轉(zhuǎn)換器。振動轉(zhuǎn)換器有18個呈45°或135°的對角裂縫，這些10mm寬，0.5mm寬的裂縫是用電火花機床加工出來的。裂縫深度從1.0mm到30.mm之間變化。轉(zhuǎn)換器的自由端部分以縱扭的方式振動并且軌跡呈橢圓形。
圖1，安裝有一對裂縫零件的不同的一維縱扭振動轉(zhuǎn)換器
3帶有兩個裂縫零件的轉(zhuǎn)換器的振動特點
對轉(zhuǎn)換器的整個振動系統(tǒng)的自由進(jìn)入循環(huán)進(jìn)行了測量。具有不同角度裂縫零件（a）和具有相同角度裂縫零件（b）的質(zhì)量因數(shù)︱Ymo︳，在890Kpa的穩(wěn)定壓力條件下焊接，其數(shù)值大致是600和30ms。由于縱向振動和扭轉(zhuǎn)振動的共振頻率很接近，所以轉(zhuǎn)換器振動系統(tǒng)的進(jìn)入循環(huán)顯示出單一的圓形。兩個系統(tǒng)的質(zhì)量因數(shù)是很大的。在轉(zhuǎn)換器的自由邊沿可以得到橢圓位點。
4復(fù)雜振動超聲波塑料焊接
4.1復(fù)雜振動轉(zhuǎn)換器的振動特點
圖2顯示了驅(qū)動頻率和帶有復(fù)雜振動系統(tǒng)的振動轉(zhuǎn)換器的扭轉(zhuǎn)振動速度之間的關(guān)系。驅(qū)動電壓穩(wěn)定在20V。扭轉(zhuǎn)振動速度在26.3kHz和26.4kHz附近的不同頻率處有最大的數(shù)值。在轉(zhuǎn)換器的自由邊沿會出現(xiàn)橢圓的軌跡。
帶有一對裂縫零件的復(fù)雜振動轉(zhuǎn)換器，在頻率為26.8kHz時，其扭轉(zhuǎn)徑向的振動速度分布如圖3所示。扭轉(zhuǎn)振動速度的節(jié)點部分通常位于左側(cè)的裂縫區(qū)域，并且振動速度在自由邊沿達(dá)到最大數(shù)值。
圖2，沿著（a)和（b)復(fù)雜振動轉(zhuǎn)換器扭轉(zhuǎn)徑向振動速度的分布。驅(qū)動電壓為20V。
圖3，帶有復(fù)雜振動系統(tǒng)的振動轉(zhuǎn)換器（A)驅(qū)動頻率和縱扭振動速度之間的關(guān)系。驅(qū)動電壓為20V。
帶有一對裂縫零件的復(fù)雜振動轉(zhuǎn)換器的徑向振動速度分布也可以用圖3所示。徑向振動速度最大位置處也即縱向振動節(jié)點位置，并且縱向節(jié)點位置位于兩裂縫零件之間。在徑向節(jié)點位置處轉(zhuǎn)換器的應(yīng)力分布有一個最大數(shù)值，然而兩個裂縫區(qū)域并不存在于這個位置。
4.2復(fù)雜振動超聲波塑料焊接的焊接特點
焊接時間，焊接部分試件的變形厚度和用頻率為27kHz帶有復(fù)雜振動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器（a）和（b）搭接的聚丙烯板的強度之間的關(guān)系如圖4所示。通過轉(zhuǎn)換器（a）所得到的焊接強度要大于通過轉(zhuǎn)換器（b）所得到的強度。由于（a）中振動系統(tǒng)有一個更大的扭轉(zhuǎn)振動元件，相比之下，其所需的焊接時間要短。在焊接部分試件變形厚度的減少通常和所得的強度是一致的。和帶有縱向振動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器相比，帶有復(fù)雜振動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器焊接工件的時間要短。復(fù)雜振動既對金屬材料的焊接有效，又適用于塑料的超聲波焊接。
5帶有扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的超聲波馬達(dá)
5.1超聲波馬達(dá)的構(gòu)造
圖4，焊接時間，變形焊接高度和搭接起來的聚丙烯板的焊接強度之間的關(guān)系（厚度為1.0mm)，使用一個頻率為27kHz復(fù)雜振動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器（a)和（b)進(jìn)行焊接。
超聲波馬達(dá)和直徑為15mm的振動轉(zhuǎn)換器的構(gòu)造如圖5所示。圖5（a）和（b）分別顯示了安裝有一個裂縫零件的直徑為15mm的馬達(dá)和安裝有一對裂縫零件的直徑為15mm的馬達(dá)。拿安裝有一個裂縫零件的轉(zhuǎn)換器為例，裂縫零件是沿著圓柱形扭轉(zhuǎn)振動轉(zhuǎn)換器安裝在縱向振動的節(jié)點位置。相反，安裝有一對裂縫零件的轉(zhuǎn)換器，其裂縫零件不安裝在縱向振動節(jié)點位置。帶有對角裂縫的轉(zhuǎn)換器是由兩個直徑為15mm,厚度為5.0mm的壓電陶瓷片的縱向振動源驅(qū)動的。振動轉(zhuǎn)換器裂縫零件有12個呈45°或者135°，0.5mm寬，10mm或者5mm長的對角裂紋。這些裂紋是沿著鋁合金制的轉(zhuǎn)換器的圓周用點火花機床加工而成的。直徑為15mm轉(zhuǎn)換器裂紋的深度從1.5mm到3.5mm之間變化。轉(zhuǎn)換器的自由邊沿以縱扭的方式振動，且振動軌跡呈橢圓形。
PZT縱向振動傳感器，它是安裝有一個用于支撐馬達(dá)的凸緣的縱向振動棒和裂縫圓柱通過螺栓連接而成的。轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動部分和轉(zhuǎn)子部分通過使用彈簧來壓緊。使用1500-2000的網(wǎng)拋光粉可以把轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動表面和轉(zhuǎn)子研磨得光滑平整。
5.2直徑為15mm的超聲波馬達(dá)的振動特點
當(dāng)驅(qū)動頻率變化的時候，轉(zhuǎn)換器自由邊沿的縱扭振動振幅可以由兩臺激光多普勒測振儀進(jìn)行測量。這些轉(zhuǎn)換器有和圖2相近的縱扭共振頻率。在頻率為50-55kHz之間不帶有轉(zhuǎn)子的單一和一對裂縫零件的轉(zhuǎn)換器的最大縱向振動振幅大約為6um和12um。在頻率接近55kHz時，帶有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)換器的最大縱向振動振幅大致為3um和9um。和只帶有一個裂縫零件轉(zhuǎn)換器的振幅相比，帶有一對裂縫零件的轉(zhuǎn)換器的最大振幅是其2-3倍。
5.3轉(zhuǎn)換器驅(qū)動表面的振動位點
圖5，使用安裝有單一裂縫零件（a)和一對裂縫零件（b)的縱扭振動轉(zhuǎn)換器的直徑為15mm的超聲波馬達(dá)的構(gòu)造
在這些例子中，縱向振動部分轉(zhuǎn)化為裂縫零件的扭轉(zhuǎn)振動，且轉(zhuǎn)換器的圓柱部分縱扭地振動。自由邊沿的振動軌跡是由不同的振動階段決定的?？v扭轉(zhuǎn)換器驅(qū)動表面的振動位點是由兩臺獨立工作的激光多普勒測振儀測得的。振動軌跡會在數(shù)字記憶示波器屏幕上顯示李薩如圖形。圖六顯示了帶有一對深為3.3mm，長為5mm的裂縫零件的超聲波馬達(dá)轉(zhuǎn)換器在驅(qū)動頻率為55.1kHz和54.26kHz情況下其驅(qū)動表面的振動位點。當(dāng)超聲波馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)換器振動表面的振動軌跡振幅會稍微減小。
圖6，帶有轉(zhuǎn)子零件和不帶轉(zhuǎn)子零件在直徑為15mm轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動部分的振動位點
6結(jié)論
為了增加復(fù)雜振動轉(zhuǎn)換器的可獲得振動速度，對安裝有許多裂縫零件的新型轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了研究。
這種轉(zhuǎn)換器在許多位置上安裝有很多裂縫零件，為了減小震動節(jié)點部分最大振動應(yīng)力數(shù)值，裂縫零件要避免安裝在節(jié)點位置。帶有復(fù)雜振動的超聲波塑料的焊接特點得到了研究，并且安裝有一對裂縫零件的轉(zhuǎn)換器的直徑為15mm的超聲波馬達(dá)得到了檢驗。
縱向振動節(jié)點部分位于轉(zhuǎn)換器兩裂縫零件之間。和只安裝有單一裂縫零件的轉(zhuǎn)換器相比，在相同驅(qū)動電壓下，轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動表面和帶有一對裂縫零件的超聲波馬達(dá)的振動速度。
安裝有一對裂縫零件的轉(zhuǎn)換器明顯的提高了塑料的超聲波焊接優(yōu)點。直徑為15mm的超聲波馬達(dá)和安裝有一對裂縫零件的轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)速達(dá)到300rpm。
安裝有許多裂縫零件的轉(zhuǎn)換器在提高振動的優(yōu)點和增加可獲得復(fù)雜振動速度方面是很有效的。
參考文獻(xiàn)
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河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表
指導(dǎo)教師： 職稱： 副教授
所在院（系）： 機械與動力工程學(xué)院 教研室（研究室）： 機械基礎(chǔ)教研室
題 目
帶式輸送機設(shè)計
學(xué)生姓名
專業(yè)班級
學(xué)號
一、選題質(zhì)量：（主要從以下四個方面填寫：1、選題是否符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，能否體現(xiàn)綜合訓(xùn)練要求；2、題目難易程度；3、題目工作量；4、題目與生產(chǎn)、科研、經(jīng)濟、社會、文化及實驗室建設(shè)等實際的結(jié)合程度）
此次所選擇的題目為帶式輸送機設(shè)計，內(nèi)容涉及到對輸送機的總體布置和理論研究，還有一些機械零件和機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算與校核，與專業(yè)課程緊密聯(lián)系，符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，在設(shè)計工作中，需要對所學(xué)知識綜合地加以運用，使之能夠熟練應(yīng)用有關(guān)參考資料、計算圖表、手冊；熟悉有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了綜合訓(xùn)練的要求。工作量大，與生產(chǎn)，經(jīng)濟，社會等的結(jié)合緊密，選題質(zhì)量較高。
通過這次設(shè)計的鍛煉能夠很大程度的鍛煉學(xué)生的綜合運用知識的能力，為以后在
這方面的創(chuàng)新打下堅實的基礎(chǔ)。
二、開題報告完成情況：
從適合實際工作環(huán)境出發(fā)，確定了明確的課題設(shè)計方向；并對輸送機機在使用中經(jīng)常出現(xiàn)的問題有一定的研究，且應(yīng)用在設(shè)計計算中；已經(jīng)開始對課題進(jìn)行設(shè)計計算，并有了突破性的進(jìn)展，設(shè)計過程已經(jīng)快速地展開，確定了工作的內(nèi)容和方法；同時，已完成了對相關(guān)資料的查閱，對課題有了總體的分析。開題報告順利完成。
三、階段性成果：
1、本次設(shè)計的實習(xí)報告與開題報告已經(jīng)完成，設(shè)計方案及內(nèi)容已經(jīng)確定。
2、大部分零件的設(shè)計已經(jīng)完成，個別零件圖也已完成局部裝配圖與設(shè)計
說明書正在進(jìn)行中。
3、英文文獻(xiàn)的翻譯基本完成。
四、存在主要問題：
1.對部分零件的結(jié)構(gòu)尺寸和安裝尺寸掌握的不夠準(zhǔn)確；
2.輸送帶的運行速度受到物料性質(zhì)和帶寬的限制，其中物料性質(zhì)的限制最大；；
3.由于輸送機是相當(dāng)龐大的，因此從力學(xué)的角度去改進(jìn)，只要在輸送要求內(nèi)，使的輸送機的整體質(zhì)量的減少將大大降低成本，因此不斷從力學(xué)角度研發(fā)，是一個很有潛力的發(fā)展方向；
4.局部結(jié)構(gòu)設(shè)計思路不清晰；設(shè)計內(nèi)容不夠連貫，系統(tǒng)性不強；在整體結(jié)構(gòu)及零部件結(jié)構(gòu)上存在一定問題；在選用零件和確定結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)時缺少經(jīng)驗和參考；
5.因CAD操作水平有限，裝配圖的繪制困難比較大。
五、指導(dǎo)教師對學(xué)生在畢業(yè)實習(xí)中，勞動、學(xué)習(xí)紀(jì)律及畢業(yè)設(shè)計（論文）進(jìn)展等方面的評語
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 I 摘 要 作為一種輸送松散物料的主要設(shè)備，帶式輸送機具有輸送能力大、 結(jié)構(gòu)簡單、投資費用相對較低及維護(hù)方便等特點而被廣泛應(yīng)用于港口、 碼頭、冶金、熱電廠、焦化廠、露天礦和煤礦井下的物料輸送。本次畢 業(yè)設(shè)計是關(guān)于礦用固定式帶式輸送機的設(shè)計。首先對膠帶輸送機作了簡 單的概述；接著分析了帶式輸送機的選型原則及計算方法；然后根據(jù)這 些設(shè)計準(zhǔn)則與計算選型方法按照給定參數(shù)要求進(jìn)行選型設(shè)計；接著對所 選擇的輸送機各主要零部件進(jìn)行了校核。普通型帶式輸送機由六個主要 部件組成：傳動裝置，機尾和導(dǎo)回裝置，中部機架，拉緊裝置以及膠帶。 目前，帶式輸送機正朝著長距離，高速度，低摩擦的方向發(fā)展，近年來 出現(xiàn)的氣墊式帶式輸送機就是其中的一個。在帶式輸送機的設(shè)計、制造 以及應(yīng)用方面,目前我國與國外先進(jìn)水平相比仍有較大差距,國內(nèi)在設(shè)計 制造帶式輸送機過程中存在著很多不足。本次帶式輸送機設(shè)計代表了設(shè) 計的一般過程, 對今后的選型設(shè)計工作有一定的參考價值。 關(guān)鍵詞：帶式輸送機 選型和設(shè)計 主要部件 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 II Abstract It is well known to us that conveyor belt conveyor is a kind of loose materials, major equipment. Because of its large transmission capacity, simple structure, relatively low investment costs and easy maintenance,it has been widely used in ports, docks, metallurgical, power plants, coking plants, open-pit coal mine and transportation of materials. The design is a graduation project about the belt conveyor used in coal mine. At first, it is introduction about the belt conveyor. Next, it is the principles about choose component parts of belt conveyor. After that the belt conveyor abase on the principle is designed. Then, it is checking computations about main component parts. 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. Today, long distance, high speed, low friction is the direction of belt conveyor’s development. Air cushion belt conveyor is one of them. At present, we still fall far short of abroad advanced technology in design, manufacture and using. There are a lot of wastes in the design of belt conveyor. Keyword: belt conveyor Lectotype Design main parts 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 i 目 錄 前 言 .......................................................1 1 帶式輸送機概述 .............................................2 1.1 帶式輸送機國內(nèi)外的發(fā)展情況及差距 .......................2 1.1.1 國外帶式輸送機技術(shù)的現(xiàn)狀 ...........................2 1.1.2 國內(nèi)帶式輸送機技術(shù)的現(xiàn)狀 ...........................3 1.1.3 國內(nèi)外帶式輸送機技術(shù)的差距 .........................4 1.2 帶式輸送機的發(fā)展趨勢 ...................................7 1.3 帶式輸送機的應(yīng)用 .......................................9 1.4 帶式輸送機的工作原理和分類 .............................9 1.4.1 帶式輸送機常用的種類及型號 ........................10 1.5 帶式輸送機的結(jié)構(gòu)和布置形式 ............................12 1.5.1 帶式輸送機的結(jié)構(gòu) ..................................12 1.5.2 布置方式 ..........................................13 2 帶式輸送機的設(shè)計計算 ......................................14 2.1 已知原始數(shù)據(jù)及工作條件 ................................14 2.2 計算步驟 ..............................................15 2.2.1 帶寬的確定 ........................................15 2.2.2 輸送帶寬度的核算 ..................................17 2.3 計算圓周力 ............................................18 2.3.1 圓周驅(qū)動力 ........................................18 2.3.2 計算主要阻力 FU....................................20 2.3.3 計算主要特種阻力 FS1 ...............................21 2.3.4 計算特種附加阻力 FS2 ...............................23 2.3.5 計算傾斜阻力 FSt ...................................24 2.3.6 計算牽引力 FU......................................24 2.4 計算傳動功率 ..........................................24 2.5 輸送帶張力計算 ........................................25 2.5.1 計算最小張力 ......................................26 2.5.2 輸送帶上各張力的計算 ..............................28 3 驅(qū)動裝置的選用 ............................................32 3.1 電動機的選用 ..........................................32 3.2 減速器的選型 ..........................................33 3.3 聯(lián)軸器的選用及其結(jié)構(gòu) ..................................33 4 傳動滾筒的設(shè)計 ............................................35 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 ii 4.1 結(jié)構(gòu)與種類 ............................................35 4.2 設(shè)計筒體 ..............................................39 4.2.1 計算筒體的厚度 ....................................39 4.2.2 滾筒筒體強度的校核 ................................39 4.3 傳動滾筒軸的設(shè)計計算 ..................................41 4.3.1 求軸上的功率 P,轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩 T ......................41 4.3.2 軸的最小直徑的確定 ................................42 4.3.3 傳動滾筒軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ..............................42 4.4 驅(qū)動滾筒的校核 ........................................46 5 拉緊裝置的設(shè)計與選用 ......................................48 5.1 拉緊置的選型與布置 ....................................48 5.1.1 拉緊裝置的選型 ....................................48 5.1.2 拉緊裝置的布置 ....................................49 5.2 設(shè)計拉緊裝置 ..........................................50 6 其他部件的設(shè)計與選用 ......................................51 6.1 托輥的選用 ............................................51 6.2 校核輥子載荷 ..........................................56 6.2.1 靜載計算 ..........................................56 6.2.2 動載計算 ..........................................57 6.3 改向裝置 ..............................................58 6.4 制動裝置的選用及其結(jié)構(gòu) ................................58 6.5 機架與中間架 ..........................................59 6.5.1 機架 ..............................................59 6.5.2 中間架 ............................................61 6.5.3 機尾或?qū)Щ匮b置 ....................................61 7 輔助設(shè)備的設(shè)計與選用 ......................................62 7.1 給料和卸料裝置 ........................................62 7.1.1 給料裝置 ..........................................62 7.1.2 卸料裝置 ..........................................62 7.2 清掃裝置 ..............................................63 7.2.1 輸送帶清掃器的安裝位置 ............................64 7.3 頭部漏斗 ..............................................65 7.4 電氣及安全保護(hù)裝置 ....................................65 總 結(jié) ......................................................67 致 謝 ......................................................68 參考文獻(xiàn) ....................................................69 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 1 前 言 帶式輸送機是一種利用連續(xù)而具有撓性輸送帶來輸送物料的連續(xù)運 輸機械，是散狀物料和成件物品的主要輸送設(shè)備之一，具有輸送物料種 類廣泛、輸送能力范圍寬、輸送線路適應(yīng)性強、靈活的裝卸料、可靠性 強、安全性高、費用低等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于煤炭冶金、港口、化工、電 力等領(lǐng)域。采用固定結(jié)構(gòu)式的帶式輸送機已形成通用型的系列產(chǎn)品，因 此我們開拓思維、努力創(chuàng)新并結(jié)合自己原有的知識和現(xiàn)有的資料對其進(jìn) 行創(chuàng)新完善。在此過程中檢驗自己的創(chuàng)新能力，使其應(yīng)用的范圍更加廣 泛，在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域起到更加重要的作用。 帶式輸送機的最新發(fā)展方向一時呈現(xiàn)長距離、大運量、高速度、集 中控制等特點。帶式輸送機的另一特點是承載物料得帶也是傳遞動力得 牽引件，這與其他輸送機械由明顯的區(qū)別。隨著煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展和需 要，我國對固定帶式輸送機及其關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵零部件進(jìn)行了理論研究 和產(chǎn)品開發(fā)，應(yīng)用動態(tài)分析技術(shù)和中間驅(qū)動與智能化控制等技術(shù)，研制 成功了軟啟動的制動裝置以及 PLC 控制為核心的電控裝置，并且井下大 功率防爆變頻器也已經(jīng)進(jìn)入研發(fā)、試制階段。隨著高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展， 帶式輸送機各項技術(shù)指標(biāo)有了很大提高。思維的不斷開闊、制造技術(shù)的 不斷提高和制造材料的不斷改進(jìn)，帶式輸送機將以前所未有的速度發(fā)展。 選擇帶式輸送機這種通用機械的設(shè)計作為畢業(yè)設(shè)計的選題，能培養(yǎng) 我們獨立解決工程實際問題的能力，通過這次畢業(yè)設(shè)計是對所學(xué)基本理 論和專業(yè)知識的一次綜合運用，也使我們的設(shè)計、計算和繪圖能力都得 到了全面的訓(xùn)練。設(shè)計解決的問題：熟悉帶式輸送機的各部分的功能與 作用，對帶式輸送機及其主要部件進(jìn)行選型設(shè)計與計算，解決在實際使 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 2 用中容易出現(xiàn)的問題，并大膽地進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 3 1 帶式輸送機概述 1.1 帶式輸送機國內(nèi)外的發(fā)展情況及差距 1.1.1 國外帶式輸送機技術(shù)的現(xiàn)狀 國外帶式輸送機技術(shù)的發(fā)展很快，其主要表現(xiàn)在 2 個方面：一方面 是帶式輸送機的功能多元化、應(yīng)用范圍擴大化，如高傾角帶輸送機、管 狀帶式輸送機、空間轉(zhuǎn)彎帶式輸送機等各種機型；另一方面是帶式輸送 機本身的技術(shù)與裝備有了巨大的發(fā)展，尤其是長距離、大運量、高帶速 等大型帶式輸送機已成為發(fā)展的主要方向，其核心技術(shù)是開發(fā)應(yīng)用于了 帶式輸送機動態(tài)分析與監(jiān)控技術(shù)，提高了帶式輸送機的運行性能和可靠 性。目前，在煤礦井下使用的帶式輸送機已達(dá)到表 1-1 所示的主要技術(shù) 指標(biāo)，其關(guān)鍵技術(shù)與裝備有以下幾個特點： ⑴設(shè)備大型化。其主要技術(shù)參數(shù)與裝備均向著大型化發(fā)展，以滿足 年產(chǎn) 300~500 萬 t 以上高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)的需要。 ⑵應(yīng)用動態(tài)分析技術(shù)和機電一體化、計算機監(jiān)控等高新技術(shù)，采用 大功率軟起動與自動張緊技術(shù)，對輸送機進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測與監(jiān)控，大大地 降低了輸送帶的動張力，設(shè)備運行性能好，運輸效率高。 ⑶采用多機驅(qū)動與中間驅(qū)動及其功率平衡、輸送機變向運行等技術(shù)， 使輸送機單機運行長度在理論上已有受限制，并確保了輸送系統(tǒng)設(shè)備的 通用性、互換性及其單元驅(qū)動的可靠性。 ⑷新型、高可靠性關(guān)鍵元部件技術(shù)。如包含 CST 等在內(nèi)的各種先進(jìn) 的大功率驅(qū)動裝置與調(diào)速裝置、高壽命高速托輥、自清式滾筒裝置、高 效貯帶裝置、快速自移機尾等。如英國 FSW 生產(chǎn)的 FSW1200/（2~3） ×400（600）工作面順槽帶式輸送機就采用了液粘差速或變頻調(diào)速裝置， 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 4 運輸能力達(dá) 3000 t/h 以上，它的機尾與新型轉(zhuǎn)載機（如美國久益公司 生產(chǎn)的 S500E）配套，可隨工作面推移而自動快速自移、人工作業(yè)少、 生產(chǎn)效率高。 表 1-1 國外帶式輸送機的主要技術(shù)指標(biāo) 主參數(shù) 順槽可伸縮帶式輸送機 大巷與斜井固定式強力帶式輸送機 運距/m 6000～7500 ＞6000 帶速/ 1.ms?4.5～6 4～7, 最高達(dá) 10 輸送量/ th3500～5000 4000～5000 驅(qū)動功率/kW 1500～4000 3500～7000，最大達(dá) 15000 1.1.2 國內(nèi)帶式輸送機技術(shù)的現(xiàn)狀 我國生產(chǎn)制造的帶式輸送機的品種、類型較多。在“八五”期間， 通過國家一條龍“日產(chǎn)萬噸綜采設(shè)備”項目的實施，帶式輸送機的技術(shù) 水平有了很大提高，煤礦井下用大功率、長距離帶式輸送機的關(guān)鍵技術(shù) 研究和新產(chǎn)呂開發(fā)都取得了很大的進(jìn)步。如大傾角長距離帶式輸送機成 套設(shè)備、高產(chǎn)高效工作面順槽可伸縮帶式輸送機等均填補了國內(nèi)空白， 并對帶式輸送機的減低關(guān)鍵技術(shù)及其主要元部件進(jìn)行了理論研究和產(chǎn)品 開發(fā)，研制成功了多種軟起動和制動裝置以及以 PLC 為核心的可編程電 控裝置，驅(qū)動系統(tǒng)采用調(diào)速型液力偶合器和行星齒輪減速器。目前，我 國煤礦井下用帶式輸送機的主要技術(shù)特征指標(biāo)如表 1-2 所示。 表 1-2 國內(nèi)帶式輸送機的主要技術(shù)指標(biāo) 主參數(shù) 順槽可伸縮帶式輸送機 大巷與斜井固定式強力帶式輸送機 運距/m 2000～3000 ＞3000 帶速/ 1.ms?3.5～4 4～5, 最高達(dá) 8 輸送量/ th2500～3000 3000～4000 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 5 驅(qū)動功率/kW 1200～2000 1500～3000，最大達(dá) 10000 1.1.3 國內(nèi)外帶式輸送機技術(shù)的差距 1、 大型帶式輸送機的關(guān)鍵核心技術(shù)上的差距 ⑴帶式輸送機動態(tài)分析與監(jiān)測技術(shù) 長距離、大功率帶式輸送機的 技術(shù)關(guān)鍵是計與監(jiān)測，它是制約大型帶式輸送機發(fā)展的核心技術(shù)。目前 我國用剛性理論來分析研究帶式輸送機并制訂計算方法和設(shè)計規(guī)范，設(shè) 計中對輸送帶使用了很高的安全系統(tǒng)（一般取 n=10 左右） ，與實際情況 相差很遠(yuǎn)。實際上輸送帶是粘彈性體，長距離帶式輸送機其輸送帶對驅(qū) 動裝置的起、制動力的動態(tài)響應(yīng)是一個非常復(fù)雜的過程，而不能簡單地 用剛體力學(xué)來解釋和計算。已開發(fā)了帶式輸送機動態(tài)設(shè)計方法和應(yīng)用軟 件，在大型輸送機上對輸送機的動張力進(jìn)行動態(tài)分析與動態(tài)監(jiān)測，降低 輸送帶的安全系統(tǒng)，大大延長使用壽命，確保了輸送機運行的可靠性， 從而使大型帶式輸送機的設(shè)計達(dá)到了最高水平（輸送帶安全系數(shù) n=5～6） ，并使輸送機的設(shè)備成本尤其是輸送帶成本大為降低。 ⑵可靠的可控軟起動技術(shù)與功率均衡技術(shù) 長距離大運量帶式輸送 機由于功率大、距離長且多機驅(qū)動，必須采用軟起動方式來降低輸送機 制動張力，特別是多電機驅(qū)動時。為了減少對電網(wǎng)的沖擊，軟起動時應(yīng) 有分時慢速起動；還要控制輸送機起動加速度 0.3～0.1 m/s2，解決承 載帶與驅(qū)動帶的帶速同步問題及輸送帶涌浪現(xiàn)象，減少對元部件的沖擊。 由于制造誤差及電機特性誤差，各驅(qū)動點的功率會出現(xiàn)不均衡，一旦某 個電機功率過大將會引起燒電機事故，因此，各電機之間的功率平衡應(yīng) 加以控制，并提高平衡精度。國內(nèi)已大量應(yīng)用調(diào)速型液力偶合器來實現(xiàn) 輸送機的軟起動與功率平衡，解決了長距離帶式輸送機的起動與功率平 衡及同步性問題。但其調(diào)節(jié)精度及可靠性與國外相比還有一定差距。此 外，長距離大功率帶式輸送機除了要求一個運煤帶速外，還需要一個驗 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 6 帶的帶速，調(diào)速型液力偶合器雖然實現(xiàn)軟啟動與功率平衡，但還需研制 適合長距離的無級液力調(diào)速裝置。當(dāng)單機功率>500 kW 時，可控 CST 軟 起動顯示出優(yōu)越性。由于可控軟起動是將行星齒輪減速器的內(nèi)齒圈與濕 式磨擦離合器組合而成（即粘性傳動） 。通過比例閥及控制系統(tǒng)來實現(xiàn) 軟起動與功率平衡，其調(diào)節(jié)精度可達(dá) 98% 以上。但價格昂貴，急需國 產(chǎn)化。 2、 技術(shù)性能上差距 我國帶式輸送機的主要性能與參數(shù)已不能滿足高產(chǎn)高效礦井的需要， 尤其是順槽可伸縮帶式輸送機的關(guān)鍵元部件及其功能如自移機尾、高效 儲帶與張緊裝置等與國外有著很大差距。 ⑴ 裝機功率 我國工作面順槽可伸縮帶式輸送機最大裝機功率為 4×250 kW，國外產(chǎn)品可達(dá) 4×970 kW，國產(chǎn)帶式輸送機的裝機功率約 為國外產(chǎn)品的 30%～40%，固定帶式輸送機的裝機功率相差更大。 ⑵運輸能力 我國帶式輸送機最大運量為 3000 t/h，國外已達(dá) 5500 t/h。 ⑶最大輸送帶寬度 我國帶式輸送機為 1400 mm，國外最大為 1830 mm。 ⑷帶速 由于受托輥轉(zhuǎn)速的限制，我國帶式輸送機帶速為 4m/s， 國外為 5m/s 以上。 ⑸工作面順槽運輸長度 我國為 3000 m，國外為 7300m。 ⑹自移機尾 隨著高產(chǎn)高效工作面的不斷出現(xiàn)，要求順槽可伸縮帶 式輸送機機尾隨著工作面的快速推進(jìn)而快速自移。國內(nèi)自移機尾主要依 賴進(jìn)口，主要有 2 種：（a）隨轉(zhuǎn)載機一起移動的由英國 LONGWALL 公司 生產(chǎn)的自移機尾裝置。 （b）德國 DBT 公司生產(chǎn)的自移機尾裝置。前者只 有一個推進(jìn)油缸，后者則有 2 個推進(jìn)油缸。LONGWALL 公司生產(chǎn)的自稱 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 7 機尾用于在國內(nèi)帶寬 1.2 m 的輸送機上，缺點是自移機尾輸送帶的跑偏 量太小，糾偏能力弱，剛性差。德國生產(chǎn)的自移機尾在國內(nèi)使用效果優(yōu) 于前者，水平、垂直 2 個方向均有調(diào)偏油缸，糾偏能力強。因此，前者 還需完善，后者則需研制。但對自移機尾的要求是共同的，既要滿足輸 送機正常工作時防滑的要求，又要滿足在輸送機不停機的情況下實現(xiàn)快 速自移。 ⑺高效儲帶與張緊裝置 我國采用封閉式儲帶結(jié)構(gòu)和絞車紅緊為主， 張緊小車易脫軌，輸送帶易跑偏，輸送帶伸縮時，托輥小車不自移，需 人工推移，檢修麻煩。國外采用結(jié)構(gòu)先進(jìn)的開放式儲帶裝置和高精度的 大扭矩、大行程自動張緊設(shè)備，托輥小車能自動隨輸送帶伸縮到位。輸 送帶有易跑偏，不會出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象。 ⑻輸送機品種 機型品種少，功能單一，使用范圍受限，不能充分 發(fā)揮其效能，如拓展運人、運料或雙向運輸?shù)裙δ?，做到一機多用；另 外，我國煤礦的地質(zhì)條件差異很大，在運輸系統(tǒng)的布置上經(jīng)常會出現(xiàn)一 些特殊要求，如彎曲、大傾角（>+25°）直至垂直提升等，應(yīng)開發(fā)特殊 型專用機種帶式輸送機。 3、 可靠性、壽命上的差距 ⑴輸送帶抗拉強度 我國生產(chǎn)的織物整芯阻燃輸送帶最高為 2500 N/mm，國外為 3150 N/mm。鋼絲繩芯阻燃輸送帶最高為 4000 N/mm，國 外為 7000 N/mm。 ⑵輸送帶接頭強度 我國輸送帶接頭強度為母帶的 50%～65%，國 外達(dá)母帶的 70%～75%。 ⑶托輥壽命 我國現(xiàn)有的托輥技術(shù)與國外比較，壽命短、速度低、 阻力大，而美國等使用的新型注油托輥，其運行阻力小，軸承采用稀油 潤滑，大大地提高了托輥的使用壽命，并可作為高速托輥應(yīng)用于帶式輸 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 8 送機上，使用面廣，經(jīng)濟效益顯著。我國輸送機托輥壽命為 2 萬 h，國 外托輥壽命 5～9 萬 h，國產(chǎn)托輥壽命僅為國外產(chǎn)品的 30%～40%。 ⑷輸送機減速器壽命 我國輸送機減速器壽命 2 萬 h，國外減速器 壽命 7 萬 h。 ⑸帶式輸送機上下運行時可靠性差。 4、 控制系統(tǒng)上差距 ⑴驅(qū)動方式 我國為調(diào)速型液力偶合器和硬齒面減速器，國外傳動 方式多樣，如 BOSS 系統(tǒng)、CST 可控傳動系統(tǒng)等，控制精度較高。 ⑵監(jiān)控裝置 國外輸送機已采用高檔可編程序控制器 PLC，開發(fā)了 先進(jìn)的程序軟件與綜合電源繼電器控制技術(shù)以及數(shù)據(jù)采信、處理、存儲、 傳輸、故障診斷與查詢等完整自動監(jiān)控系統(tǒng)。我國輸送機僅采用了中檔 可編程序控制器來控制輸送機的啟動、正常運行、停機等工作過程。雖 然能與可控啟（制）支裝置配合使用，達(dá)到可控啟（制）動、帶速同步、 功率平衡等功能，但沒有自動臨近裝置，沒有故障診斷與查詢等。 ⑶輸送機保護(hù)裝置 國外帶式輸送機除安裝防止輸送帶跑偏、打滑、 撕裂、過滿堵塞、自動灑水降塵等保護(hù)裝置外，近年又開發(fā)了很多新型 監(jiān)測裝置：傳動滾筒、變向滾筒及托輥組的溫度監(jiān)測系統(tǒng)；煙霧報警及 自動消防滅火裝置；纖維織輸送帶縱撕裂及接頭監(jiān)測系統(tǒng)；防爆電子輸 送帶秤自動計量系統(tǒng)。這些新型保護(hù)系統(tǒng)我國基本處于空白。而我國現(xiàn) 有的打滑、堆煤、溜煤眼滿倉保護(hù)，防跑偏、超溫灑水，煙霧報警裝置 的可靠性、靈敏性、壽命都較低。 1.2 帶式輸送機的發(fā)展趨勢 煤礦帶式輸送機技術(shù)的發(fā)展趨勢是： 1、 設(shè)備大型化、提高運輸能力 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 為了適應(yīng)高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)的需要，帶式輸送機的輸送能力要加 大。長距離、高帶速、大運量、大功率是今后發(fā)展的必然趨勢，也是高 產(chǎn)高效礦井運輸技術(shù)的發(fā)展方向。在今后的 10 年內(nèi)輸送量要提高到 3000～4000 t/h，帶速提高至 4～6m/s，輸送長度對于可伸縮帶式輸送 機要達(dá)到 3000m。對于鋼繩芯強力帶式輸送機需加長至 5000m 以上，單 機驅(qū)動功率要求達(dá)到 1000～1500 kW，輸送帶抗拉強度達(dá)到 6000 N/mm（鋼繩芯）和 2500 N/mm（鋼繩芯） 。尤其是煤礦井下順槽可伸縮 輸送技術(shù)的發(fā)展，隨著高產(chǎn)高效工作面的出現(xiàn)及煤炭科技的不斷發(fā)展， 原有的可伸縮帶式輸送機，無論是主參數(shù)，還是運行性能都難以適應(yīng)高 產(chǎn)高效工作面的要求，煤礦現(xiàn)場急需主參數(shù)更大、技術(shù)更先進(jìn)、性能更 可靠的長距離、大運量、大功率順槽可伸縮帶式輸送機，以提高我國帶 式輸送機技術(shù)的設(shè)計水平，填補國內(nèi)空白，接近并趕上國際先進(jìn)工業(yè)國 的技術(shù)水平。其包含 7 個方面的關(guān)鍵技術(shù)：⑴帶式輸送機動態(tài)分析與監(jiān) 控技術(shù)；⑵軟起動與功率平衡技術(shù)；⑶中間驅(qū)動技術(shù)；⑷自動張緊技術(shù)； ⑸新型高壽命高速托輥技術(shù)；⑹快速自移機尾技術(shù)；⑺高效儲帶技術(shù)。 2、 提高元部件性能和可靠性 設(shè)備開機率的高與低主要取決于元部件的性能和可靠性。除了進(jìn)一 步完善和提高現(xiàn)有元部件的性能和可靠性，還要不斷地開發(fā)研究新的技 術(shù)和元部件，如高性能可控軟起動技術(shù)、動態(tài)分析與監(jiān)控技術(shù)、高效貯 帶裝置、快速自移機尾、高速托輥等，使帶式輸送機的性能得到進(jìn)一步 的提高。 3、 擴大功能，一機多用化 拓展運人、運料或雙向運輸?shù)裙δ埽龅揭粰C多用，使其發(fā)揮最大 的經(jīng)濟效益。開發(fā)特殊型帶式輸送機，如彎曲帶式輸送機、大傾角或垂 直提升輸送機等。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 10 1.3 帶式輸送機的應(yīng)用 帶式輸送機由驅(qū)動裝置、拉緊裝置、輸送帶中部構(gòu)架和托輥組成， 輸送帶作為牽引和承載構(gòu)件借以連續(xù)輸送散碎物料或成件品。帶式輸送 機是一種摩擦驅(qū)動以連續(xù)方式運輸物料的機械。應(yīng)用它，可以將物料在 一定的輸送線上，從最初的供料點到最終的卸料點間形成一種物料的輸 送流程。它既可以進(jìn)行碎散物料的輸送，也可以進(jìn)行成件物品的輸送。 除進(jìn)行純粹的物料輸送外，還可以與各工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)流程中的工藝過程 的要求相配合，形成有節(jié)奏的流水作業(yè)運輸線。所以帶式輸送機廣泛應(yīng) 用于現(xiàn)代化的各種工業(yè)企業(yè)中。 在礦山的井下巷道、礦井地面運輸系統(tǒng)、露天采礦場及選礦廠中， 廣泛應(yīng)用帶式輸送機。可用于水平運輸或傾斜運輸。 1.4 帶式輸送機的工作原理和分類 帶式輸送機又稱為膠帶輸送機，其最重要的部件是輸送帶，亦稱為 膠帶，輸送帶兼作牽引機構(gòu)和承載機構(gòu)。帶式輸送機組成及工作原理如 圖所示，它主要包括一下幾個部分：輸送帶(通常稱為膠帶)、托輥及中 間架、滾筒拉緊裝置、制動裝置、清掃裝置和卸料裝置等。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 圖 1-1 帶式輸送機組成 1-張緊裝置 2-裝料裝置 3-犁形卸料器 4-槽形托輥 5-輸送帶 6-機架 7-動滾筒 8-卸料器 9-清掃裝置 10-平行托輥 11-空段清掃器 12-清掃器 輸送帶 1 繞經(jīng)傳動滾筒 2 和機尾換向滾筒 3 形成一個無極的環(huán)形帶。 輸送帶的上、下兩部分都支承在托輥上。拉緊裝置 5 給輸送帶以正常運 轉(zhuǎn)所需要的拉緊力。工作時，傳動滾筒通過它和輸送帶之間的摩擦力帶 動輸送帶運行。物料從裝載點裝到輸送帶上，形成連續(xù)運動的物流，在 卸載點卸載。一般物料是裝載到上帶(承載段) 的上面，在機頭滾筒(在 此，即是傳動滾筒)卸載，利用專門的卸載裝置也可在中間卸載。 普通型帶式輸送機的機身的上帶是用槽形托輥支撐，以增加物流斷 面積，下帶為返回段(不承載的空帶)一般下托輥為平托輥。帶式輸送機 可用于水平、傾斜和垂直運輸。對于普通型帶式輸送機傾斜向上運輸， 其傾斜角不超過 18°，向下運輸不超過 15°。 輸送帶是帶式輸送機部件中最昂貴和最易磨損的部件。當(dāng)輸送磨損 性強的物料時，如鐵礦石等，輸送帶的耐久性要顯著降低。 1.4.1 帶式輸送機常用的種類及型號 帶式輸送機分類方法有多種，按運輸物料的輸送帶結(jié)構(gòu)可分成兩類， 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 一類是普通型帶式輸送機，這類帶式輸送機在輸送帶運輸物料的過程中， 上帶呈槽形，下帶呈平形，輸送帶有托輥托起，輸送帶外表幾何形狀均 為平面；另外一類是特種結(jié)構(gòu)的帶式輸送機，各有各的輸送特點。其簡 介如下： 80TDQXU??????????型 固 定 式 帶 式 輸 送 機輕 型 固 定 式 帶 式 輸 送 機普 通 型 型 鋼 繩 芯 帶 式 輸 送 機型 帶 式 輸 送 機管 形 帶 式 輸 送 機帶 式 輸 送 機 氣 墊 帶 式 輸 送 機波 狀 擋 邊 帶 式 輸 送 機特 種 結(jié) 構(gòu) 型 鋼 繩 牽 引 帶 式 輸 送 機壓 帶 式 帶 式 輸 送 機其 他 類 型 QD80 輕型固定式帶輸送機與 TDⅡ型相比，其帶較薄、載荷也較輕， 運距一般不超過 100m，電機容量不超過 22kw。 屬于高強度帶式輸送機，其輸送帶的帶芯DX型 鋼 繩 芯 帶 式 輸 送 機 中有平行的細(xì)鋼繩，一臺運輸機運距可達(dá)幾公里到幾十公里。 U 形帶式輸送機又稱為槽形帶式輸送機，其明顯特點是將普通帶式 輸送機的槽形托輥角由 提高到 使輸送帶成 U 形。這樣一來03~4509 輸送帶與物料間產(chǎn)生擠壓，導(dǎo)致物料對膠帶的摩擦力增大，從而輸送機 的運輸傾角可達(dá) 25°。 U 形帶式輸送帶進(jìn)一步的成槽，最后形成一個圓管狀，即為管形帶 式輸送機，因為輸送帶被卷成一個圓管，故可以實現(xiàn)閉密輸送物料，可 明顯減輕粉狀物料對環(huán)境的污染，并且可以實現(xiàn)彎曲運行。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 1.5 帶式輸送機的結(jié)構(gòu)和布置形式 1.5.1 帶式輸送機的結(jié)構(gòu) 帶式輸送機主要由以下部件組成：頭架、驅(qū)動裝置、傳動滾筒、尾 架、托輥、中間架、尾部改向裝置、卸載裝置、清掃裝置、安全保護(hù)裝 置等。 輸送帶是帶式輸送機的承載構(gòu)件，帶上的物料隨輸送帶一起運行， 物料根據(jù)需要可以在輸送機的端部和中間部位卸下。輸送帶用旋轉(zhuǎn)的托 棍支撐，運行阻力小。帶式輸送機可沿水平或傾斜線路布置。 表 1-3 不同物料的最大運角 物料種類 角度 物料種類 角度 煤塊 18° 篩分后的石灰石 12° 煤塊 20° 干沙 15° 篩分后的焦碳 17° 未篩分的石塊 18° 0—350mm 礦石 16° 水泥 20° 0—200mm 油田頁巖 22° 干松泥土 20° 使用光面輸送帶沿傾斜線路布置時，不同物料的最大運輸傾角是不同的， 如下表 1-3 所示： 由于帶式輸送機的結(jié)構(gòu)特點決定了其具有優(yōu)良性能，主要表現(xiàn)在： 運輸能力大，且工作阻力小，耗電量低，約為刮板輸送機的 1/3 到 1/5；由于物料同輸送機一起移動，同刮板輸送機比較，物料破碎率??； 帶式輸送機的單機運距可以很長，與刮板輸送機比較，在同樣運輸能力 及運距條件下，其所需設(shè)備臺數(shù)少，轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)少，節(jié)省設(shè)備和人員，并 且維護(hù)比較簡單。由于輸送帶成本高且易損壞，故與其它設(shè)備比較，初 期投資高且不適應(yīng)輸送有尖棱的物料。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 14 輸送機年工作時間一般取 4500-5500 小時。當(dāng)二班工作和輸送剝離 物，且輸送環(huán)節(jié)較多，宜取下限；當(dāng)三班工作和輸送環(huán)節(jié)少的礦石輸送， 并有儲倉時，取上限為宜。 1.5.2 布置方式 電動機通過聯(lián)軸器、減速器帶動傳動滾筒轉(zhuǎn)動或其他驅(qū)動機構(gòu)，借 助于滾筒或其他驅(qū)動機構(gòu)與輸送帶之間的摩擦力，使輸送帶運動。帶式 輸送機的驅(qū)動方式按驅(qū)動裝置可分為單點驅(qū)動方式和多點驅(qū)動方式兩種。 單筒、單電動機驅(qū)動方式最簡單，在考慮驅(qū)動方式時應(yīng)是首選方式。 在大運量、長距離的鋼繩芯帶式輸送機中往往采用多電動機驅(qū)動。帶式 輸送機常見典型的布置方式如下表 1-4 所示： 表 1-4 帶式輸送機典型布置方式 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 15 2 帶式輸送機的設(shè)計計算 2.1 已知原始數(shù)據(jù)及工作條件 帶式輸送機的設(shè)計計算，應(yīng)具有下列原始數(shù)據(jù)： （1）物料的名稱和輸送能力： （2）物料的性質(zhì)：粒度大小，最大粒度和粗度組成情況；堆積密度； 動堆積角、靜堆積角，溫度、濕度、粒度和磨損性等。 （3）工作環(huán)境：露天、室內(nèi)、干燥、潮濕和灰塵多少等； （4）卸料方式和卸料裝置形式。 （5）給料點數(shù)目和位置； （6）輸送機布置形式和尺寸，即輸送機系統(tǒng)（單機或多機）綜合布 置形式、地形條件和供電情況。輸送距離、上運或下運、提升 高度、最大傾角等； （7）裝置布置形式，是否需要設(shè)置制動器。 原始參數(shù)和工作條件 （1）輸送物料：散狀物料 （2）物料特性： 1）塊度：0～200mm 2）散裝密度：700kg/ 3m 3）在輸送帶上動堆積角：ρ=20° 4）物料溫度：2x200+200=600 故，輸送帶寬滿足輸送要求。 2.3 計算圓周力 2.3.1 圓周驅(qū)動力 傳動滾筒上所需圓周驅(qū)動力 為所有阻力之和，可按式（2-1） 、UF 式（2-2）進(jìn)行計算。 = + + + + (N) (2-1) UFHN1S2St =fLg[ + +(2 + )cos ]+ + + + (N) ROqUBqG?NF1S2StF (2-2) 當(dāng)輸送機傾角 小于 18°時，可選取 cos ≈1。? 對于長距離帶式輸送機（機長大于 80m） ，附加阻力明顯小于主要 阻力可引入系數(shù) C 來考慮附加阻力，它取決于輸送機的長度，可按（2- 3）進(jìn)行計算。 =CfLg[ + +(2 + )cos ]+ + + UFROqUBqG?1SF2St (2-3) 式中 C—系數(shù)； 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 20 f—模擬摩擦系數(shù)，根據(jù)工作條件及制造、安裝水平選??； L—輸送機長度（頭、尾滾筒中心距） ，m ； g—重力加速度，取 g=9.81m/ ；2s —承載分支托輥組每米長度旋轉(zhuǎn)部分重量，kg/m；ROq —回程分支托輥組每米長度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，kg/m；U —每米長度輸送帶質(zhì)量，kg/m；B —每米長度輸送物料質(zhì)量，kg/m；Gq —主要阻力，N；HF —附加阻力，N； —特種主要阻力，即托輥前傾摩擦阻力及導(dǎo)料槽摩擦阻力，1S N； —特種附加阻力即清掃器、卸料器及翻轉(zhuǎn)回程分支輸送帶的2SF 阻力，N； —傾斜阻力，N；St H—輸送機卸料段和裝料段間的高度差，m。 查《DTII 帶式輸送機設(shè)計手冊》表 3-5，C=1.89。 查《DTII 帶式輸送機設(shè)計手冊》表 3-6，f=0.022。 查《DTII 帶式輸送機設(shè)計手冊》表 3-7，查得上托輥為前傾槽型托 輥 Φ89。 查《DTII 帶式輸送機設(shè)計手冊》表 3-7，查得單位長度托輥組轉(zhuǎn)動 部分質(zhì)量 =7.74kg 1G 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 21 托輥間距 01.2a? = = =6.45(kg/m)ROq01aG2.74 查得單個下托輥 Φ89。 查得單個單位長度下托輥轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量 =7.15kg。2G =3a? = = =2.38（kg/m）RUq?aG2315.7 計算單位長度輸送帶質(zhì)量 B 初選輸送帶為尼龍芯帶。 查《DTII 帶式輸送機設(shè)計手冊》 （以后凡省略則均為此書）表 3-8 =9.6Bq 計算單位長度輸送物料長度 Gq 由公式（3-4-7）計算 = (kg/m) (2-4)GqVI? —輸送能力， /s；I3m —物料松散密度， kg/ ；?3 V—帶速，m/s。 則 = = = =34.72(kg/m)GqIV?Q6.3.120? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 22 2.3.2 計算主要阻力 FU =frg[ + +(2 + )cos ]UFROqBqG? =0.022x75x9.8x[6.45+2.38+(2x9.6+34.72)xcos12°=995.61 2.3.3 計算主要特種阻力 FS1 主要特種阻力 包括托輥前傾的摩擦阻力 和被輸送物料與導(dǎo)料1SF? 槽攔板間的摩擦阻力 兩部分，按式（3-5）計算：gl = + (2-5)1S?1 按式（2-6）或式（ 2-7）計算：F? （1） 三個等長輥子的前傾上托輥時 （2-0()cosinBGCLqg??????? 6） （2） 二輥式前傾下托輥時 (2-7)0cosinBFLqg??????? 由于托輥是用三個等長度的承載托輥 則 0()cosinBGCLqg??????? 式中 —槽形系數(shù)； —承載、回程托輥和輸送帶的摩擦系數(shù)，0 =0.3～0.4；0? —裝有前傾托輥的設(shè)備長度，m；?L 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 23 —托輥軸線相對于垂直輸送帶縱向軸線的前傾角，°；? 取 =0.4， =0.3， =12°， =77m；C0???L 查表 2-42， =1.5°；? 則 0()cosinBGFLqg??????? =0.4×0.3×77×（7.6+34.72）×9.81×cos12°×sin1.5° =90.37(N) 輸送物料與導(dǎo)料擋板間的摩擦力 =1gF12bV lI?? 式中 —物料和導(dǎo)料擋板間的摩擦系數(shù)，2? =0.5～0.7 l—倒料槽板長度，m； —導(dǎo)料擋板內(nèi)部寬度，m；查表 3-111b —輸送能力， /s；VI3 g—重力加速度，取 g=9.81m/ ；2s —物料松散密度，kg/ ；?3m V—帶速，m/s。 取 =0.6，l=3.0m, =0.46m；2?1b = = =0.08( /s)VI?6.3Q70.2?3 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 24 則 = =1gF12bV lIv??22495.06.13817.0? =71.9（N） 則 = + =90.37+71.9 = 162.27（N）1S?1g 2.3.4 計算特種附加阻力 FS2 特種附加阻力 包括輸送帶清掃器摩擦阻力 和犁式卸料器摩2SFrF 擦阻力 等部分。a = +2Sr 輸送帶清掃器的摩擦阻力 =AprF3? 式中 A—輸送帶和輸送帶清掃器的接觸面積， ；2m P—輸送帶清掃器和輸送帶間的壓力（一般 3× ～10×410 N/㎡） ；410 —輸送帶和輸送帶清掃器的摩擦系數(shù)， =0.5～0.7；3? 3? 取 p=6× N， =0.6；43? 查表 3-11，頭部清掃的面積 =0.008㎡；1A 空段清掃器的面積 =0.012㎡；2 則 A= + =0.02㎡1A2 =Ap =0.02×6× ×0.6 =720（N）rF3?410 表 3-1 導(dǎo)料槽欄板內(nèi)寬、刮板與輸送帶接觸面積 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 25 刮板與輸送帶接觸面積 A/m 2帶寬 B /mm 導(dǎo)料欄板內(nèi)寬 /m1b頭部清掃器 空段清掃器 500 0.315 0.005 0.008 650 0.400 0.007 0.01 800 0.495 0.008 0.012 1000 0.610 0.01 0.015 1200 0.730 0.012 1400 0.850 0.014 0.018 0.021 由于無卸料器，則 =0aF 則 = + =720+0=720（N）2sr 2.3.5 計算傾斜阻力 FSt 傾斜阻力按下式計算： = ghStFGq 式中 H-輸送機受料點與卸料點間的高差，m;輸送機向上提升時， H 取正值；輸送機向下運輸時，H 取負(fù)值。 則 = gh=34.72×9.8×16.5=5614(N)StFGq 2.3.6 計算牽引力 FU 將上述數(shù)據(jù)代入公式（2-3）中得： =C fLg[ + +(2 + )cos ]+ + + UFROqBqG?1SF2St =1.89×857.2+153.4+720+5614 =8107.51（N） 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 26 2.4 計算傳動功率 = VAPUF 式中 —傳動滾筒軸所需功率，KW； —圓周驅(qū)動力，KN；U V—帶速，m/s； 代入數(shù)據(jù)，得 = V=8107.51×1.6=12972.01（W）=12.97(KW)APUF 驅(qū)動電機軸所需功率 MP = (KW) （帶式輸送機所需正功率）M1?A 式中 =0.98×1×0.94=0.921 單機驅(qū)動不平衡系數(shù) 1； 三級減速器效率 0.94； 聯(lián)軸器效率 0.98； 則 = = =14.09（KW）MP1?A92.07 選配電動機功率為 22KW。 查《DTII 固定式帶式輸送機選用手冊》附表 1.1-1,查得，電機為 Y200L2-6。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 27 2.5 輸送帶張力計算 輸送帶張力在整個長度上變化的，影響因素很多，為保證輸送機的 正常運行，輸送帶的張力必須滿足以下兩個條件： （1） 輸送帶的張力在任何負(fù)載情況下，作用到全部滾筒上的圓周 力是通過摩擦傳遞到輸送帶上，而輸送帶與滾筒間應(yīng)保證不 打滑； （2） 作用到輸送帶上的張力應(yīng)足夠大，使輸送帶在兩組承載托輥 間保持垂度小于一定值。 2.5.1 計算最小張力 為限制輸送帶在兩組承載托輥間的下垂度，作用在輸送帶上任意一 點的最小張力 ，則minF 承載分支 max0i)(8hgqGB?? 取 =1.2m1.)(max?h0 NF6.5211.88.9)723469(2in ???? 回程分支 ahgqBu .30.)(mxi 圓周驅(qū)動力 通過摩擦傳遞到輸送帶上，為保證輸送帶工作時不U 打滑，需在回程帶上保持最小張力 ，按式（2-8 ）進(jìn)行計算：min2F （2-1maxin2?????eFU 8） 式中 —滿載輸送機起動或制動時出現(xiàn)的最大圓周驅(qū)動力；max?U 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 28 —傳動滾筒與輸送帶間的摩擦系數(shù)；? —傳動滾筒的圍包角，一般取 =160°～240°；?? —尤拉系數(shù)；?e 查表 3-12， =0.25. 按公式求起動時傳動滾筒上最大圓周力 （2-9）AUKF?max, 取 5.1 =8107.51 12161.26NmaxU.?? 由表 3-13 查得 則40.2??e =8686.61??1.61min2FN 令 =8686.61 ，計算輸送機各點張力，忽略附加阻力，iN 取 N .82? 可得穩(wěn)定運行工況下 =8686.61+8107.51=16794.12（N）UF?2max1 輸送帶層數(shù)計算 由公式得 = =2.5 層1maxbnZB??1082.6794? 按表 2-16 取 4 層，與初選相同。 傳動滾筒合力 nF 由手冊式 ??3.58? =12161.26+2×8686.61=29534.48(N)minax2Un?? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 29 各改向滾筒合力，根據(jù)各類側(cè)型輸送機改向滾筒所處的位置分別確 定。為減少改向滾筒品種，一般相同直徑的改向滾筒總是取為完全一樣 的型號。 根據(jù) 查手冊表 6-1 初選傳動滾筒直徑 D=800mm，許用合力nF 110KN， L=1000mm 滿足要求。 傳動滾筒扭矩： = (N) 20maxaxDFMU?5.48620.16?? =4.8645KN·M＜20KN·M 初選規(guī)格滿足要求。 傳動滾筒圖號為： 04613YZDTIA 2.5.2 輸送帶上各張力的計算 圖 2-3 輸送帶張力計算點分布圖 根據(jù)《通用機械設(shè)計》逐點點張力計算要點如下： (1)按輸送帶運行的方向定出一些特殊點,一般從主動滾筒的分離點 開始, 圖 3-3 中 1 點,即使傳動滾筒與輸送帶的分離點,張力用 來表示,F 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 30 此時 。1lF? (2)特殊點。特殊點是指各滾筒的分離點與相遇點,曲線段的進(jìn)、出 點,直線摩擦驅(qū)動的相遇點與分離點,裝載位置的起點與終點等.圖 4-3 中的 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 點,在這兒是以滾筒的相遇點和 分離點來取的,其中 2 點處的滾筒,對輸送帶與滾筒的圍包角較小,故可 認(rèn)為是一點。也就是說,在此,2 點處滾筒對輸送帶的運行阻力可不計. 要注意到的是,各點的序號是按輸送帶的運行方向依次來定的,此順序不 能打亂. (3)在上述的規(guī)定下,就有后點(從順序上來講)的張力,等于其前一 點的張力加上此兩點間運行阻力的代數(shù)和,即表達(dá)式 (2-10)1~1iiiF??? 式中 —后一點輸送帶的張力，N；i —輸送帶的張力，N；i —i～i+1 點之間的運行阻力，N；要注意的是其可以是正1~?iF 值也可以是負(fù)值； 用式（2-10）,可逐點寫出各點的張力表達(dá)式 = +2F12? = +33 = + +12? = +4F34 = + + +12?34?F 545?? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 31 = + + + +1F2?34?5F 56C? = ( + + + + )F12?34?5 =776? = ( + + + + )+FC12?34?F576? +?878 = ( + + + + )+ +F12?34?576?8F = +989 = ( + + + + )+ + +FC12?34?F576?89? =109 = ( + + + + )+ ( + + )2F12?34?5FC76?89? =