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1、青岛科技大学本科毕业设计（论文）1.绪论1.1带式输送机的发展趋势带式输送机是散状物料的主要输送设备之一，被广泛用于煤炭、冶金、电力、化工、港口及建材等行业，且在上述各行业中起到越来越重要的作用。历经近两个世纪的发展，带式输送机已由采用天然材料输送带的短距离输送系统演变成由高强度人造合成材料或钢制材料为输送带的长距离、高速度的输送系统。最初发展阶段始于1800年，运输机的输送带采用帆布、天然橡胶或皮革等制作的，仅适用于运输谷物；在第二次世界大战期间，皮带机的发展进入第二阶段，期间主要特征是开始用尼龙、聚乙烯、帆布等强度大的材料做皮带机的芯质，同时对带式输送机进行了理论和实验研究。自60年代末开
2、始，随着电子技术的迅速发展以及可用于制造、设计、安装胶带的各种电器、电子检测和保护装置的出现，带式输送机进入了一个新的发展时期，这一阶段显著特点是皮带机品种多，出现了大倾角带式输送机、气垫式带式输送机、多点驱动带式输送机、水平弯曲带式输送机等；速度高，功率大，目前国外最高带速已达15m/s，单机最大长度已达30.4km，单机最大功率已达数千千瓦；新的电子技术，在设计阶段用电子计算机做为辅助设计手段，在运行中用电子仪器来监控带式输送机的工作状态，从而提高了带式输送效率和工作的可靠性。1.2小料校核运输机的发展小料校核运输机的发展随着橡胶工业，特别是密炼机的上辅机的发展而发展。智能化气力输送、智能
3、密炼控制系统、智能配料称量系统是当前的发展方向。智能化控制可以弥补理论研究的不足，利用专家经验，自动控制、优化工艺过程。作为密炼机上辅机的对人工或通过自动配料好的料袋在投入密炼机前进行自动重量复核的设备之一小料校核运输机，也得到了相当的完善和发展。(小料的介绍)小料对炼胶生产过程影响非常大，如出现配方不准确，或者误投不同配方的小料，将严重影响炼胶质量。小料校核运输机是和小料校核秤协调工作的。根据密炼机炼胶工艺的要求，将十袋（按用户要求可以增减，需要配置不同长度的运输带）按配方要求提前配好的小料料袋人工放置在运输带上，运输带可以采用带档板带，运输带上面等距离放置料袋（也可以在运输带上画出等距的区
4、域）。当控制系统给出加料信号时，能自动将料袋运输到小料校核秤上进行配方总重量的校核，如满足要求，当密炼机需要投小料时，开启校核秤上面皮带运输机投放到胶料运输机上，与胶料一起喂入密炼机。如果重量不满足要求，说明该料袋配方错误，进行报警人工干预，取下该料袋。小料校核运输机前端的光电开关控制每次投放料袋一个，故要求料袋在小料校核运输机上放置时有一定间距，同时该开关可以作为对料袋的计数设备，料袋通过后自动停止运输带运行。1.3设计步骤本次设计，是参考国内外同类产品，在李老师的悉心指导下，设计完成的。主要可以分为以下几个阶段：(1)确定参数根据现代化大规模生产的需要，本着高效、价格合理的原则，确定小料校
5、核运输机的主要参数：可存放胶料250kg（多少袋，每袋多少斤），带速0.5m/s。(2)基本结构和工作原理本着尽可能节省原材料、强度符合条件的原则，完善设计细节，并修改补充主要参数，确定结构尺寸。(3)设计计算和校核根据主参数计算选择电机计算功率，设计校核轴、辊筒、轴承、销轴等。(4)使用说明安装与调试、维修与保养、机器的润滑、电气控制、常见故障及排除、配套外购件使用说明书。 2.基本结构及工作原理2.1结构组成及工作原理小料校核运输机是密炼机上辅机系统的重要组成部分，它具有输送能力大、功耗小、结构简单、便于制造等优点，因而应用广泛。其总体结构如下图所示：(a)(b)图2-1小料校核输运输机的
6、总体结构ig.2-1 The total structure of small materials checking conveyer 1、盖板 2、电动机 3、减速器 4、侧挡板 5、托辊支架 6、前支腿 7、带式运输机铭牌160100 8、支腿连接梁 9、后支腿 10、张紧螺栓 11、从动辊支架 12、架体 13、调整螺栓 14、地脚座 15、主动辊支架1 16、光电开关 17、主动辊 18、主动辊支架2 19、托辊 20、从动辊1、cover plate 2、electromotor 3、reducer 4、side board 5、 carrier roller support 6、f
7、ront leg 7、 nameplate 8、 middle beam of leg 9、back leg 10、tension bolt 11、driven roller support 12、support body 13、adjusting bolt 14、anchor bed 15、drive roller support 1 16、photoelectric switch 17、drive roller 18、drive roller support 2 19、support roller 20、driven roller 如图2-1所示，小料校核运输机主要由电机、光电开关、托辊、
8、运输带、从动辊、侧挡板等组成。电动机带动减速器转动，从而带动从动辊、托辊和运输带转动，当胶料转到光电开关处时，光电开关给出信号，延时一定时间控制运输带停止运行。(1)小料校核运输机的机体为碳钢型材组焊的框架结构，是小料校核运输机的主要组成部分之一，由1架体、2矩形钢管100504、3垫块30308、4垫板1601008焊接而成，材料为Q235A，架体1可根据材料情况分两段拼焊，但要求拼接平整无明显痕迹，用于安装主动辊、从动辊、托辊。图22 架体ig.2-2 support body(2)前支腿：前支腿和后支腿由支腿连接梁连接一起并对架体起到支撑作用，材料为Q235A，其由1矩形钢管100504
9、、2矩形钢管100504、3底板、4垫板组合焊接而成。 图23 前支腿ig.2-3 front leg(3)后支腿：后支腿与前支腿通过支腿连接梁来连接，起到支撑架体的作用，材料为Q235A，其由1矩形钢管100504、2矩形钢管100504、3底板、4安装板、5垫板组合焊接而成。图24 后支腿ig.2-4 back leg(4)支腿连接梁:支腿连接梁用来连接前支腿和后支腿，以加强连接的强度和刚度，由1板1705010、2矩形钢管100504焊接而成，材料为Q235A。图25 支腿连接梁ig.2-5 the middle beam of leg(5)从动辊支架:从动辊支架用螺栓和架体连接，安装从
10、动辊，由钢板1和钢板2焊接而成。所用材料为Q235A。图26 从动辊支架ig.2-6 driven roller support (6)张紧螺栓:张紧螺栓用来调节主动辊和从动辊之间的距离，当带使用过一段时间后出现松弛，用张紧螺栓来调节带的松紧程度，来达到要求，材料采用45号钢。图27 张紧螺栓ig.2-7 tension bolt(7)反光镜支架。反光镜支架用来安装反光镜的反射板和反光镜。是由1固定板和2螺栓M816焊接而成，固定板1材料为OGr18Ni9，螺栓M816要求4.8镀锌钝化。图28 反光镜支架ig.2-8 reflective mirror support(8)光电开关支架：光电
11、开关支架用来安装光电开关，在安装时要使光电开关正常工作，由1固定板和2螺栓M816，固定板材料为OGr18Ni9，螺栓M816要求4.8镀锌钝化。图29 光电开关支架ig.2-9 photoelectric switch support(9)主动辊支架1：主动辊支架1用于通过螺栓与架体连接，并用来安装主动辊，并通过螺栓连接来和减速器连接，承受一定的扭矩。由1钢板、2筋板、3钢板、4钢板组合焊接而成，材料为Q235A。图210 主动辊支架1ig.2-10 drive roller support 1(10)主动辊支架2：主动辊支架2和主动辊支架1通过螺栓连接分别安装于架体的两侧，其上安装主动辊。
12、材料为Q235A。图2-11主动辊支架2ig.2-11 drive roller support 2 (11)操作盒支架：操作盒支架用于安装控制盒或控制面板，材料为Q235A。图2-12 操作盒支架ig.2-12 pendant stand (12)托辊支架：托辊支架通过螺栓连接于架体上，用于承载托辊，材料为Q235A。图2-13 托辊支架ig.2-13 carrier roller support(13)调整螺栓：调整螺栓分别与前、后支腿和地脚座连接，用于调整小料校核运输机的高度，使其符合实际要求，材料为45号钢。图2-14 调整螺栓ig.2-14 adjusting bolt(14)地脚座
13、：地脚座由1底板、2立柱、3铜套组合焊接而成，与调整螺栓通过螺钉连接，承受整个设备的重量，底板1、立柱2、铜套3的材料分别为Q235A、Q235A和H62。图2-15 地脚座ig.2-15 anchor bed(15)盖板：盖板通过螺栓连接在架体上，方便安装光电开关支架及反光镜支架，材料为OGr18Ni9。图2-16 盖板ig.2-16 cover plate(16)行程开关支架：行程开关支架用于安装行程开关，是焊接件，由1钢板、2筋板，焊接而成，材料为Q235A。图2-17 行程开关支架ig.2-17 limits switch support(17)运输带：输送带采用无接头锦纶芯橡胶带，输
14、送带两侧装有高度相同的侧挡板4，防止胶料侧边滑漏。主动辊17由电动机减速器驱动。对于运输带面长超过5m的胶料秤，还需装有张紧辊。螺栓调节从动辊20使输送带松紧达到合适的要求。前端两侧挡板上装有对称的光电感应开关16，控制输送带的运行和停止。图2-18运输带ig.2-18 conveyer belt(18)光电开关：光电开关位于侧挡板前后两端端，控制输送带的停止运行，等待密炼机需要加料的指令。图2-19光电开关ig.2-19 photoelectric switch(19)反光板：与光电开关成对使用，控制输送带的停止运行，等待密炼机需要加料的指令。 图2-20 反光板 ig.2-20 refle
15、cter(20)侧挡板：侧挡板通过螺栓连接于架体的两侧，防止胶料的渗漏。其上安装有光电开关支架和反光镜支架以及盖板。侧挡板表面采用0Cr18Ni9不锈钢板，内部采用角钢和方型空心型钢，是焊接件，位于输送带两侧，但是两侧挡板根据要求高度相同，用于防止胶侧漏。图2-21 侧挡板ig.2-21 side board(21)行程开关：行程开关用来控制胶料，当有料触碰到行程开关时，行程开关断开，控制小料校核运输机停止工作。图2-22 行程开关ig.2-22 limits switch运输带部分由电机减速器驱动主动辊、带动运输带运行。有主动辊、从动辊、托辊、机架组成。小料校核运输机中的主动辊、从动辊、托辊
16、、张紧辊的结构都大体一样，下面以从动辊为例，简单介绍一下它们的大致结构。图2-2 托辊的结构1轴头2轴承3-挡圈4-无缝钢管5辊体Figure2-2 The structure of the roller1 axon 2 bearing 3 internal circlet 4 seamless steel tube 5 roller从动辊由轴头、轴承、挡圈、辊体、无缝钢管五部分组成，轴头、挡圈、辊体、无缝钢管通过焊接形式连接在一起。主动辊的辊形是轴头和无缝钢管焊接而成，有如下优点：节省了材料，减轻了重量，使轴的加工工艺得到简化。2.2带的外型尺寸小料校核运输机宽度必须与料袋尺寸相适应，应与小
17、料校核秤相匹配。在此选皮带宽度为450mm，则两侧挡板之间的距离为470mm，长度取8130mm。 3.设计计算与校核3.1电机、减速器的计算3.1.1电机(1)电机的选取原则根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调整等要求，选择电动类型。根据负载转矩、速度变化范围和启动频繁程度等要求，电动机制的温升、过载能力和启动转矩。选择电动机功率，并确定冷却方式。根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护方式，选择电动机制结构型式根据企业的电网电压标准和对功率因数和要求，确定电动机的电压等级和类型。根据生产机械的最高转速和对电力传动调整
18、速系统的过渡过程性能的要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机额定转速。(2)根据中间运输机的工作环境及工作要求，选用Y型全封闭笼型三相异步电动机,其结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便，适用于不易燃、不易爆、格无特殊要求的机械上。其结构示意图如下：图3-1 Y型全封闭笼型三相异步电动机Fig3-1 cage-type three-phase asynchronous motor根据主参数 可存放胶料量 250Kg 带速 0.5m/s 计算受力图3-2小料校核运输机受力分析图Fig3-2 Belt conveyer stress figure在图中N为支撑力，f为摩擦力，F为运输力，为重
19、力沿斜面方向分力，G为重力，为重力垂直于斜面方向的分力，为斜面倾斜角。根据实际生产需要这里取14，f=N 在此取为0.8于是 sin=sin（14） =0.242 (3-1) 由图3-2可知 列力的平衡方程得 (3-2a) (3-2b)由图3-2知 =0.2422509.8 (3-3a) =592.90N =0.97032509.8 (3-3b) 2377.24N 即N=2377.24N (3-4) =0.82377.24 =1901.79N将式(3-3a)和式(3-4)代入式(3-2a) =1901.79+592.90 =2494.69N(3)电机输出的功率为: (3-5)由电机到工作机之间
20、的总效率为： (3-6)其中联轴器的传递效率，取0.98；是轴承的传动效率， 取0.98； 是带与辊之间的摩擦效率；取0.88,4斜齿轮伞齿轮减速器的传递效率0.95。将以上数据代入式(3-5)得 = 1.58KW(4)确定电机转速主动辊的直径D=165mm，带的工作转速为 (3-7) = =57.9r/min斜齿轮伞齿轮减速器常用的传动比范围是5.330000，电机转速的可选范围为 =306.87 r/min = 1737000 r/min电机转速范围为n=2351332000r/min,取转速为1500r/min，但考虑到带式输送机的起动功率较大，因此应在计算功率的基础上增大电机功率，查机
21、械设计手册得电机型号为Y2-100L2-4，功率为3KW,其传动比为 电机选择完毕。3.1.2减速器选择根据胶料运输机的实际情况，选择斜齿轮伞齿轮减速机，斜齿轮-伞齿轮减速机，具有体积小、重量轻、承载能力高，效率高、使用寿命长，安装方便，所配电机功率范围广，传动比分级精细及输入与输出成垂直联结等特点。可广泛的应用于各行业需要减速的设备上。 传动比：5.330000 输入功率：0.18160（kW） 输出转矩：518400（Nm）图3-3 斜齿轮伞齿轮减速机Fig3-3 Helical gearbevel gear speed reducer根据经验，对其K系列减速器的PIN/Pl值统计,正常运
22、行的K系列减速此值范围在24之间，根据实况选择减速器型号为：GKA767-Y0.25-4P-25.9-A-270。3.2轴的设计计算3.2.1轴的常用材料应用于轴的材料种类很多，主要根据使用条件，对轴的强度、刚度和其他机械性能等的要求，采用的热处理方式，同时考虑制造加工工艺，并力求经济合理，通过设计计算选择轴的材料。轴常用的材料是优质结构钢，如35、45和50,其中以45号钢最为常用。3.2.2轴的结构设计及最小轴径的计算轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸及其位置、零件的固定方式；载荷的性质、方向、大小及分布情况；轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造
23、和装配工艺、安装及运输；对轴的变形、以及和轴连接的方法；轴的加工工艺等。根据皮带宽度确定辊体宽度，辊体确定好后，根据辊体结构确定轴的直径，及轴上各零部件的位置。(1)主动辊轴图3-4 主动辊轴结构图 Fig3-4 Initiative roller axle figure如图35所示，此轴是组合件，由无缝钢管2、3，轴头1、6，主动辊挡圈4和套5焊接而成。无缝钢管选用20钢，轴头选用35号钢，查机械设计手册得材料的Ao=135112Mpa， =0.50.6，弯矩较小或只受扭矩作用、载荷较平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴只作单向旋转，Ao取较小值。在此取Ao=112Mpa
24、。电机的输出转矩 19.10Nm (3-8) 轴的转矩 (3-9) 轴的转速 (3-10) 轴的功率 (3-11)轴的最小直径 根据辊体结构和考虑强度，取轴径为40mm。(2)从动辊轴如图3-6所示，此轴是组合件，由无缝钢管1和轴头2焊接而成。无缝钢管选用20钢，轴头选35钢，查机械设计手册得材料的Ao=135112Mpa， =0.50.6。取Ao=112Mpa。图3-5 从动辊轴结构图Fig3-5 Driven roller axle figure电机输出转矩 轴的转矩 (3-12) 轴的功率 (3-13) 轴的转速 (3-14)轴的最小直径 3根据辊体结构和考虑强度条件，取轴径为38mm。
25、经校核计算，以上轴全部符合条件，校核计算步骤和其他轴的设计在此不一一列出。3.2.3辊筒的选择辊筒是带式输送机的重要部件，按在小料校核运输机中所起的作用可分为驱动辊筒（主动辊筒）和改向辊筒（从动辊）。驱动辊简的作用是将驱动装置提供的扭矩传到输送带上。改向辊筒包括用于输送带在输送机端部的改向、增加驱动辊筒包角的导向辊筒等。辊筒组由辊筒轴、滚筒体、轴承、挡圈等部件组成，有的辊筒还有轮毅和辊筒轴的联接件、轮毅和幅板的。(1)辊筒的传动原理带式输送机的传动原理可以简化成如图所示的带传动原理图。传动带以一定的初拉力F，紧套在两个带轮上。当传动带不工作时，带两边拉力相等且都为F.，如图（a）所示;当工作时
26、，设主动轮1以转速n,转动，此时由于主动轮给带的摩擦力F,与带的运动方向相同，而从动轮给带的摩擦力F与带的运动方向相反。所以带的下边主动边)被拉紧上边从动边) 被放松。图3-6辊筒传动原理图9Fig3-6 Roller mill principles如果近似认为带的总长度保持不变，并且假设带为线弹性体，则有下式成立 F1+F2=2F0 (3-15)根据力的平衡条件可得 Ff=F1-F2 (3-16)在带传动中，有效拉力Fe并不是作用于某固定点的集中力，而是带和带轮接触面上各点摩擦力的总和，帮整个接触面上的总摩擦力f即等于带所传递的有效拉力，则由上述关系可知FeFf=F1-F2 (3-17)在这
27、种拉力差的作用下辊筒带动着输送带传动。图3-7皮带张角与张力的关系9Fig3-7 Belts opened kok relationship with the tension在带传动中，当带有打滑趋势时，摩擦力即达到了极限值，亦即带传动的有效拉力达到最大值，根据柔韧体摩擦的欧拉公式，可求得紧边拉力与松边拉力二者的临界值的关系为 (3-18)其中，e自然对数的底（e2.718）；f摩擦系数（当带的工作表面不是平面时，应使用当量摩擦系数）； 带在辊筒上的包角。根据带输送的实际情况，取f0.8，约为180。由此可以求得其临界值： (3-19)又由 得, (2)辊筒的受力分析 主动轮在主动力矩T的作用
28、下以n，匀速转动,此时主动轮所受力为传动带作用于其上的正压力P、摩擦力Ff以及主动力矩T。 由于带式输送机的驱动辊筒和主动轮的作用相似，可认为其受力状态和主动轮一样。根据上述原理，做出驱动辊筒在工作状态下的受力图，如下图所示。但工作状态下带式输送机制改向辊筒的受力与带传动的从动轮稍有差别。因为加入了很多托辊，这些托辊使改向辊筒的切向力很小，可忽略切向的摩擦阻力，认为在其圆周上接触压力均匀分布。另外，输送带的有效圆周力都被主要阻力、附加阻力、提升阻力及特种阻力平稳。改向辊筒两侧胶囊拉力差只用来克服轴承阻力，所以可认为改向辊筒两侧拉力相当，其受力如图39所示，认为在其圆周上接 触压力均匀分布。 图
29、3-8辊筒受力图11Fig3-8 Roller stress figure(3)主动辊和从动辊的校核：主动辊和主动轴的受力如图所示：图3-9主动辊筒和轴受力图Fig3-9 The driving bowl and the axis stress figure由于筒与轴的凸缘焊接在一起，外加扭转力偶矩Me解除后，轴必然力图恢复其变形量，而圆筒则阻止其恢复。这就使得在轴内和筒内分别出现扭矩T1和T2.设想用横截面把轴与筒切开，因这时已无外力偶矩，平衡方程是 (3-20)由于这是一个静定问题，应加上一个变形协调方程。焊接前轴在Me作用下扭转角为 (3-21)在筒与轴相焊接并解除Me后，因受筒的阻主，轴的上述变形不能完全恢复，最后协调的位置为aa。这时圆轴余留扭转角为，而圆筒的扭转角为。显然 (3-22)利用上述两个公式，得 (3-23)解得 (3-24) (3-25)其中G1=G2=80GMp，d/D，因此 对于主动辊筒而言，其受到皮带对其的拉力和电动机的扭矩，其受力图如下：3-10 主动辊筒受力图Fig3-10 driveling bowl stres