180度彎曲皮帶輸送機設計【含11張CAD圖紙、說明書】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 摘要 皮帶輸送機是通用的連續(xù)運輸機械，廣泛應用于海港、工廠生產線、鋼鐵運輸、食品行業(yè)、煤炭生產以及其他工業(yè)等領域。隨著現代工業(yè)科學技術向機械化、自動化、智能化發(fā)展，皮帶輸送機在工業(yè)生產中的地位舉足輕重，它是實現輸送設備走向現代化的重要組成部分。隨著運輸任務、工作場地及環(huán)境等情況變化的影響，輸送線路的鋪設不能夠按照直線來布置，因而出現了180度彎曲皮帶輸送機。 180度彎曲皮帶輸送機的設計計算涉及到結構設計、選型和校核以及各種參數的計算等各方面的問題，問題的關鍵在于轉彎段的曲率半徑設計和輸送帶張力計算。本文先從理論研究開始確定總體布局和轉彎方案，根據給定的輸送帶和物料參數選擇輸送帶型號、計算轉彎半徑和輸送帶張力，再設計驅動裝置、傳動裝置和托輥并校核，從而確保物料在拐彎段運行的時候，輸送帶不翻轉,不跑偏，不散料。 180度彎曲皮帶輸送機可以實現自然轉彎運行功能，本次設計的輸送機常用于兩平行輸送線路之間的連接，因此能達到使用一臺皮帶輸送機就能完成物料運輸的要求，有效減少輸送設備的重復投入，有利于控制成本，提高經濟效益、輸送效率及可靠性。 關鍵詞 180度彎曲；皮帶輸送機；轉彎變向；轉彎半徑 Abstract Belt Conveyor is a general-purpose continuous transportation machine, widely used in seaports, factory production lines, steel transportation, food industry, coal production and other industries. With the development of modern industrial science and technology towards mechanization, automation and intelligentization, the position of belt conveyors in industrial production plays an important role. It is an important part of the modernization of conveying equipment. With the impact of changes in transportation tasks, workplaces, and the environment, the laying of transmission lines cannot be arranged in a straight line, and a 180-degree curved belt conveyor has emerged. The design calculation of the 180-degree curved belt conveyor involves various issues such as structural design, selection and verification, and calculation of various parameters. The key to the problem lies in the curvature radius design of the turning section and the tension calculation of the conveyor belt. This article begins with the theoretical study to determine the overall layout and turn the program, according to a given conveyor belt and material parameters to select the conveyor belt model, calculate the turning radius and the conveyor belt tension, and then design the drive device, transmission and roller and check, To ensure that the material runs in the cornering section, the conveyor belt does not turn over, does not run away, and does not bulk feed. The 180-degree curved belt conveyor can realize the natural turning operation function. The conveyor designed this time is often used for the connection between two parallel transmission lines. Therefore, the use of a belt conveyor can achieve the requirements for material transportation and effectively reduce the transmission. Repeated investment in equipment will help control costs, improve economic efficiency, transmission efficiency and reliability. Keywords 180-degree bend belt conveyor turning direction turning radius 44 目 錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 本課題的研究背景及意義 1 1.2 180度彎曲皮帶輸送機國內外發(fā)展水平及研究概況 2 1.2.1 國內發(fā)展水平及研究概況 2 1.2.2 國外發(fā)展水平及研究概況 3 1.3 本文的主要研究內容及研究方法 5 2 180度彎曲皮帶輸送機總體設計 7 2.1 180度彎曲皮帶輸送機概述 7 2.1.1 180度彎曲皮帶輸送機工作原理 7 2.1.2 實現變向的措施 8 2.1.3 轉彎處托輥組結構 10 2.1.4 輸送機托輥組的結構 11 2.1.5 輸送機的布置形式 12 2.2 總體設計方案的擬定 12 2.2.1 180度彎曲皮帶輸送機總體方案 12 2.2.2 轉彎方案布置 14 3 180度彎曲皮帶輸送機設計計算 15 3.1 輸送帶選擇計算 15 3.1.1 輸送量計算 15 3.1.2 輸送帶帶寬 15 3.1.3 輸送帶阻力計算 15 3.1.4 輸送帶張力計算 17 3.1.4 輸送帶校核 18 3.2 轉彎處轉彎半徑及相關尺寸的計算 19 3.2.1 導出摩擦系數μ'的計算 19 3.2.2 轉彎半徑R的計算 19 3.2.3 轉彎處其他相關尺寸計算 21 3.2.4 轉彎段的阻力計算 22 3.3 驅動裝置 23 3.3.1 減速電機功率的計算 23 3.3.2 減速電機的選用 23 3.3.3 鏈傳動 24 3.4 傳動滾筒 24 3.4.1 傳動滾筒合力計算 24 3.4.2 傳動滾筒筒徑計算 25 3.4.3 主動軸的設計計算 25 3.4.4 傳動滾筒的設計 27 3.4.5 傳動滾筒的校核 27 3.5 改向滾筒 28 3.5.1 改向滾筒的合力計算 28 3.5.2 改向滾筒的設計 28 3.6 托輥 28 3.6.1 托輥的作用 28 3.6.2 托輥的選型 29 3.6.3 托輥的校核 30 3.7 機架 31 3.8 支撐板 31 3.9 拉緊裝置 32 3.9.1 拉緊力 32 3.9.2 拉緊行程 33 3.9.3 拉緊裝置的選型 33 3.10 制動裝置 33 3.10.1 制動裝置的種類 33 3.10.2 制動裝置的選型 33 結論 35 致謝 36 參考文獻 37 1 緒論 1.1 本課題的研究背景及意義 皮帶輸送機在物料搬運機械中結構最為簡單，是通用的連續(xù)運輸機械，既能夠實現動力傳輸又能完成物料的運送，達到一舉兩得的功效。因其操作運行方便，安裝維護快捷，而且運營成本不高，所以逐漸成為連續(xù)輸送機械中最常用的設備，在國民經濟中發(fā)揮著很大的作用[1]。皮帶輸送機具有效率高、節(jié)能環(huán)保、運行穩(wěn)定可靠、送線路適應性強等特點，在現代工業(yè)不少領域中扮演了不可或缺的角色，廣泛應用于海港、工廠生產線、鋼鐵運輸、食品行業(yè)、煤炭生產以及其他需要物料搬運的工業(yè)等領域。近年來，彎曲皮帶輸送機又不斷在新興領域中表現出巨大的潛力和廣闊的市場應用前景。 隨著現代工業(yè)科學技術的發(fā)展，皮帶輸送機在工業(yè)生產中的重要性越來越突出，它是工業(yè)實現機械化、自動化、智能化的重要組成部分。隨著運輸任務、工作場地及環(huán)境等情況變化的影響，輸送線路的鋪設不能夠按照直線來布置，因而出現了180度彎曲皮帶輸送機。 皮帶輸送機實現轉彎變向一般有三種辦法[2]：①串聯(lián)搭接；②強制變向運行；③自然導向轉彎； ⑴串聯(lián)搭接：即把幾個單獨的皮帶輸送機串聯(lián)搭接在轉彎處，使其之間形成一定的夾角，從而使得變向運行的線路為折線；理論上，這種方法布置的輸送機工作運行仍然可靠適用于各種環(huán)境狀況，可以實現一定程度上的角度轉彎變向。但缺點是輸送機工作的路線冗長且繁雜交錯，布置的中間轉載站也相對較多，這就造成使用的設備增多，從而容易導致物料之間的擠壓碰撞，使輸送帶遭受沖擊和振動，進而降低了輸送帶的耐用度和使用壽命，對環(huán)境有一定的污染。 ⑵強制變向運行：即在皮帶輸送機轉彎處或可采取專用皮帶，但這種皮帶在結構上有特殊要求；也可在轉彎段設置專用的變向裝置強制輸送機實現一定角度的轉彎變向；通過強制變向的方法雖然能滿足要求，但是也有缺點[3]：①對安裝和調整滾筒工作性能方面的要求較嚴，若發(fā)生偏差則會影響皮帶的使用性能；②實現變向運行就需要在布置輸送線路時強迫輸送帶折彎幾次，進而降低了輸送帶的耐用度和使用壽命；③由于卸料裝置的安裝位置相對較高，在卸載物料時由于高度差會造成物料再次破碎；④生產制造這類輸送機的成本較高，安裝維護費用較高且不易。 ⑶自然導向運行：根據力學的基本知識和應用規(guī)律可使輸送帶自然彎曲，從而實現轉彎運行；采用這種方法的輸送機與普通皮帶輸送機可以通用，在結構上無需作出大的改變，只需在轉彎處設置相應的改向裝置實現皮帶輸送機的轉彎運行，拓寬了輸送機的應用范圍。 180度彎曲皮帶輸送機設計所采用的就是能夠實現自然導向運行的輸送機。 皮帶輸送機與其他物料運送設備相比，具有以下特色[1]： ⑴可運送的物料類型多樣，應用廣泛，可以運送種類各異質量不等的任何物品。如各種常見的物料、高溫物料、食品糧食、化學腐蝕性物料、高防靜電性物料、粘稠性物料、箱包等； ⑵送線線路的布置不受地形的約束，可在地面上建造實現空間范圍轉彎的皮帶輸送機，能較好的適應地形環(huán)境等因素，受載較均勻，運行速度相對穩(wěn)定，十分適于越野輸送散料和小塊料； ⑶彎曲皮帶輸送機是連續(xù)輸送機械中最常用的設備，裝卸物料不受時間地點限制，甚至可以在運輸過程中的裝卸，可以實現一定程度上的角度轉彎變向； ⑷通過與控制系統(tǒng)的集成可以提供準確跟蹤物品的功能，安全生產系數高，低成本,安裝和維護非常方便，還可以選配自動防跑偏裝置及單邊調整皮帶裝置，結構簡單，傳輸速度高，穩(wěn)定。 180度彎曲皮帶輸送機與一般直線皮帶輸送機不同的是它設置了內曲線抬高角和將托輥傾斜安裝。當滿足力的平衡條件時輸送機即可依據力學規(guī)律實現自然變向，省去要定制專用輸送帶的麻煩，它的一些優(yōu)勢和適用條件如下[4]： ⑴應用于輸送線路的鋪設不能夠按照直線來布置的情況； ⑵可以利用轉彎變向的輸送線路規(guī)避阻礙，并且可以繞到有利地形上布置輸送機，實現少設或不設中間轉載站，從而達到減少設備的數量，使系統(tǒng)的供電和控制系統(tǒng)更為集中；中間轉載站的取消，由它引起的相關問題，如緩沖板、清掃器、導料槽等磨損件，都得到了解決，還節(jié)約系統(tǒng)投資和運行成本[14]； ⑶無物料溢出污染環(huán)境或堵塞機架的危險； ⑷輸送機工作產生的噪音分貝低，有利于操作人身心健康和保護環(huán)境； 　?、山档土酥虚g轉載站的卸料高度，有利于節(jié)省能源。 180度彎曲皮帶輸送機的設計優(yōu)勢在于：獨特的糾偏設計，有效地防止了輸送帶跑偏和皮帶打滑的情況；輸送機在理論、技術和工藝上的水平都已經發(fā)展較為成熟；機械上設計為在較短的時間內就可以實現皮帶的安裝及更換；創(chuàng)新的設計根據皮帶上加裝導軌來進行轉彎導向的方式實現了低噪音、平穩(wěn)及高速的水平轉彎功能。 這種180度彎曲皮帶輸送機不僅有利于經濟效益的提升，也有利于綠色生產的環(huán)保理念，在結構上也與普通皮帶輸送機基本相同，此種輸送機更符合現代工業(yè)生產理念。隨著工業(yè)機械化和自動化程度越來越高，180度彎曲皮帶輸送機將受環(huán)境、地形條件等因素的影響制約越來越小，而其應用范圍將會越來越大，因而致力于研究和發(fā)展180度彎曲皮帶輸送機的重要性不言而喻。 1.2 180度彎曲皮帶輸送機國內外發(fā)展水平及研究概況 1.2.1 國內發(fā)展水平及研究概況 隨著物料運輸量不斷增長，皮帶輸送機產品的類型也在不斷地更新?lián)Q代，不僅在輸送量上提出要求，更要求較強的工作環(huán)境適應性。采用皮帶輸送機運輸物料是各行各業(yè)自動裝置和現代化自動流水線中不可缺少的，因此輸送機械更能體現國家機械自動化發(fā)展趨勢。皮帶輸送機的發(fā)展有利于運輸產業(yè)實現機械化、自動化、智能化，國民經濟的發(fā)展靠的是工業(yè)，而工業(yè)發(fā)展靠的是機械自動化和智能化。 物料運輸行業(yè)的輸送量已進入高速增長期，因而皮帶輸送機得到快速發(fā)展，在國家法律和政策支持的基礎上，有效利用自由市場在皮帶輸送機行業(yè)的資源配置中的決定性作用，盡管如此，彎曲皮帶輸送機行業(yè)還是存在著諸多問題。 目前國內高精尖產品的核心零部件或者技術水平主要依靠進口，在一些關鍵零部件上的制造精度還達不到標準。隨著經濟全球化的深化，國際貿易磨擦也不斷加大，我國制造的產品勢必要束縛于其他競爭對手和供應商。雖然我國制造業(yè)整體水平已經邁入國際制造大國行列，但整體競爭能力、發(fā)展后續(xù)動力和產品應用的市場前景仍無法與發(fā)達國家相對持。因此，研究和設計180度彎曲皮帶輸送機的意義就十分重大，不僅可以增加我國產品的市場競爭力，也可以提高我國獨立開發(fā)科研水平，著力攻克關鍵技術，核心技術和品牌理念并舉，勇立世界科技發(fā)展的潮頭。在當今經濟全球化的背景下，我國制造業(yè)正努力轉型，逐漸摸清了皮帶輸送機行業(yè)發(fā)展實質，增強了品牌意識，不僅在技術難題上有所攻關，還認清了理念的重要性。 皮帶輸送機是眾多輸送設備之一，作為連續(xù)輸送機械中最常用的設備，市場的需求對皮帶輸送機產品提出更高的要求。輸送設備在兼顧投入運營成本的同時必須依靠技術的創(chuàng)新、品質的保障和產品的實用等新優(yōu)勢提高我國產品的競爭力和市場潛力。180度彎曲皮帶輸送機常用于平行輸送線間的連接，在平面內實現180°轉角變向，其工作穩(wěn)定可靠，物料與輸送帶之間不存在摩擦，能夠避免對輸送物的損壞。 很多輸送設備具有結構簡單且零部件大多已標準化，有利于縮短研發(fā)周期和制造周期，也便于維修等特點。目前市面上已投入使用的皮帶輸送機，如大傾角帶式輸送機、線摩擦帶式輸送機、新型圓管帶式輸送機等多種產品類型，它們廣泛地用來輸送大型塊料或重型物料。按照輸送工藝的設計和不同生產線布置的需要，可以采用不同輸送方案，如水平布置，傾斜布置，帶凹弧曲線段布置，帶凸弧曲線段布置等，也可以之間相互組合。 目前在國內，皮帶輸送機的應用很是普遍，在采礦、海港口岸、糧食建筑等的行業(yè)中都有非常重要的作用。皮帶輸送機在不同的行業(yè)中就有不同的發(fā)展方向，比如在煤炭行業(yè)中輸送機正朝著承重能力、處理能力、牽引力、耐用性等方向不斷革新，又如在糧食食品行業(yè)中，輸送機向小型化、可移動型、便攜型發(fā)展。因此，目前國內皮帶輸送機行業(yè)發(fā)展正朝著增強運輸能力、增加輸送帶寬度、增加輸送機工作機長和加大水平轉彎角度、節(jié)約能源，減少投資成本等方向發(fā)展。 環(huán)保、節(jié)能、高效的生產方式不再是其它重工業(yè)行業(yè)的發(fā)展方向，也是廣大中小型皮帶輸送機械設備生產廠家發(fā)展的必然趨勢，企業(yè)之間無論規(guī)模大小，都應該打開溝通渠道，加快實施合作戰(zhàn)略，積極提高企業(yè)的管理決策能力和改善產業(yè)的運營狀況，不斷學習相互的長處，自我革新，以求突破發(fā)展，并在世界范圍內建立技術體系和銷售網絡，由于產業(yè)規(guī)模的集群效應和技術創(chuàng)新的競爭，使行業(yè)發(fā)展更加合理完善，營造出的創(chuàng)新環(huán)境使發(fā)展境界更進一步得到提升。 1.2.2 國外發(fā)展水平及研究概況 從國際上來看，根據皮帶輸送機在各行各業(yè)中發(fā)揮的作用，其技術的發(fā)展方向主要集中在兩個方面：第一，皮帶輸送機能滿足各式各樣的輸送量要求，場地適應性和輸送量都在增強，如大角度傾斜帶式輸送機、新型圓管帶式輸送機、平面和空間轉彎帶式輸送機等；第二，皮帶輸送機自身的裝備技術，正朝著增強運輸能力、增加輸送帶寬度、增加輸送機工作機長和加大水平轉彎角度、節(jié)約能源，減少投資成本等方向發(fā)展。 比如：1978年后先后有南非、德國、法國、意大利等國家以及中國淮南煤礦機械廠和中國華電公司引進圓管輸送帶做輸送機；德國生產制造的大型皮帶輸送機目前已投入運行，每秒運行速度達7.4m，每小時可運輸煤礦的重量可達37500t。世界上，法國、前蘇聯(lián)、奧地利、德國、美國等國家都在致力于180度彎曲皮帶輸送機設計的理論研究和科學試驗。法國、德國已設計建造出多條180度彎曲皮帶輸送機生產線，投產運營規(guī)模好，運行正常，經濟效益良好[16]。目前世界上安裝的180度彎曲皮帶輸送機總長度達160km，單臺最長已達5km，近30臺超過1km，近40臺運量超過1600t/h；1980年法國在太平洋4 新客里多尼亞鎳礦鋪設了一條轉彎皮帶輸送機，1992年津巴布韋建成一條單機運距長為15.3km的平面彎曲皮帶輸送機。 國外對180度彎曲皮帶輸送機進行的理論研究： 有針對180度彎曲皮帶輸送機傳動裝置的傳動滾筒提出新的設計方法和結構布置的，并檢驗其抵抗變形的能力的研究，其中基于萊布尼茨奠定的微積分的計算方法最具有代表性[6]。這種計算方法是基于傳動滾筒為研究目標，對其進行理論分析。它的研究方法是構建數學模型，是把所要計算的構件理想化，進行微分計算，從而得到伸長變化量與相對位移之間的表達函數式，再利用胡克定律式，根據已求解出的表達函數式，最終求出所需的應力。這種方法在解不復雜的問題模型時是簡單快捷的，但當遇到的傳動滾筒結構較復雜時，只能把所要計算的構件先用微分思想分解成無窮多個構件，在經過理想假設化后利用極限思想，最后根據選取的數學模型進行求解。這種方法的適用條件是假設傳動滾筒輸送帶不打滑，松邊張力等于緊邊張力，根據設定的理想化邊界條件，最后得到趨于實際情況的理想解。輸送機隨著市場的需求變化而不斷轉型升級，在國外，人們已經開始對滾筒進行整體分析。 奧地利的K.J.Grimme和B.Berumer[8]計算出自重分力和摩擦阻力，得出結論：當輸送帶跑偏時，物料在輸送帶上的實際位置是無法確定的，他們從理論研究的角度出發(fā)，提出了有兩種假設情況[13]：一種是發(fā)生跑偏后，物料不受影響仍處于輸送帶的中心軸線上，只有物料下面的輸送帶是在跑偏的狀態(tài)；另一種是輸送帶向心或者離心跑偏，由于輸送帶和物料之間無摩擦存在，物料也隨著輸送帶跑偏的方向跑偏。經過實驗觀察后得出結論，這兩種假設情況與事實不符。因此，研究者假定輸送帶向心或者離心跑偏的偏移量與物料的偏移量存在一定關系，他們設定其中的定量關系相差二分之一，于是按照此類假定成功研究出了180度彎曲皮帶輸送機。 F.Kessler[9]在180度彎曲皮帶輸送機方面的研究貢獻很突出，不僅提出在轉彎段采用懸掛托輥組布置形式可以減小轉彎半徑，還研究了在轉彎段如何布置懸掛托輥組結構的設計理論及計算方法，他和K.J.Grimme一起發(fā)表了很多文獻。除了對傳統(tǒng)的轉彎段托輥布置結構進行理論研究外，他對轉彎段采用索環(huán)托輥的理論分析也很深入[6]。由于這些學者不懈的理論研究，使得世界范圍內的180度彎曲皮帶輸送機的研究日臻成熟，對彎曲輸送機的實際應用起到了助推作用。 隨著IT技術的發(fā)展，運用計算機匯編語言對皮帶輸送機滾筒結構設計分析進行研究，目前這方面的應用已經成為皮帶輸送機發(fā)展的潮流。由于國外對輸送機研究領先于我國，目前有些國家已經將其投入進商業(yè)用途當中，其中比較著名的是美國公司的皮帶輸送機輔助設計軟件，該軟件已有近三十年的歷史，而且還在不斷地更新和維護，優(yōu)勢不僅在于軟件的功能性強，還可以方便地實現皮帶輸送機系統(tǒng)的選型設計、計算、校核、優(yōu)化等，大大提高了設計效率和產品制造周期，因而使用此款軟件的人群遍及世界范圍。 表1-1 國外平面彎曲皮帶輸送機的基本參數[10,11] 時間 /年 國別 機長 /m 帶寬/mm 彎曲半徑/m 帶速 m/s 提升高度/m 運量 t/h 1976 聯(lián)邦德國 1232 1000 1400 3.3 17 800 1979 法國 1350 650 500 1.7 75 1200 1980 美國 11120 800 4處 3.6 -557 560 1985 美國 3385 80 2150~7000 2.9 700 1991 韓國 4200 1000 1500~2000 3.4 24 1675 1992 德國 1050 800 950 1.68 -4 400 1995 希臘 1020 1200 1250 2.1 -160 1200 1.3 本文的主要研究內容及研究方法 今后，采用彎曲運行的皮帶輸送機來運輸物料必然會成為趨勢，180度彎曲皮帶輸送機有諸多功能上的優(yōu)勢：⑴通過與控制系統(tǒng)的集成可以提供準確跟蹤物品；⑵通過控制可以提供很多有效的功能，如：為高速導入的場合提供一種低成本的積放方案；⑶可以選配自動防跑偏裝置及單邊調整皮帶裝置；⑷彎曲皮帶輸送機的設計使得輸送機可以實現各種角度順暢的運輸。 論文結合以180度彎曲皮帶輸送機為研究對象，設計參數輸送物為袋裝食品，帶寬550mm，帶速為5.8m/s=0.1m/s，轉角θ=180°，根據實際工作場地的狀況，要求在水平面內（即傾斜角β=0°）實現轉彎運輸。180度彎曲皮帶輸送機的設計計算涉及到機械結構設計、設計計算方法、關鍵零部件的設計、計算與校核和動態(tài)過程分析等各方面的問題，核心問題是張力和轉彎措施的設計。 本論文分析了180度彎曲皮帶輸送機的轉彎力平衡、應力應變和輸送帶不離開托輥的限制條件,建立了轉彎段輸送帶張力所引起的向心力和導向力的平衡方程，以此為基礎結合實際條件和已知參數進行具體設計計算。 本文分析和研究現有的180度彎曲皮帶輸送機轉彎處的不同形式的結構布局，運用所學力學知識，按照力學規(guī)律，由此得出各自的特點；分析180度彎曲皮帶輸送機轉彎處的受力情況，以現有的180度彎曲皮帶輸送機的轉彎處結構為基礎，提出自己所設計的輸送機實現轉彎的設計方法和步驟，最后進行校核驗算，以發(fā)現設計缺陷并確保輸送機運行的可靠性和穩(wěn)定性。 在設計180度彎曲皮帶輸送機時，有一些設計內容是和直線皮帶輸送機相同，核心問題是張力和轉彎措施的設計。180度彎曲皮帶輸送機設計方法是： ⑴根據輸送設備布置的地形條件，擬定傳送方案設計，確定180度彎曲皮帶輸送機的裝置； ⑵初步設計如何實現轉彎的方法以及如何根據物料性狀、輸送帶性能等因素選取托輥組的相關參數，查閱資料設置合理的內曲線抬高角以及安裝托輥的傾斜角度，設計輸送機曲線段的曲率半徑，擬定相應的措施防止輸送帶跑偏； ⑶計算輸送帶部分關鍵點的張力，計算輸送機彎曲運行時所產生的各種阻力及其他參數，并分析了可能減小阻力的措施，以此確定圓周驅動力，確定減速電機型號； ⑷根據設計手冊算出相應的數據后，應驗算輸送帶和彎曲段的曲率半徑以及轉彎限制條件等相關尺寸計算； ⑸輸送機零部件的選型與校核，驗證其是否能夠使輸送機達到穩(wěn)定可靠的工作狀況，同時考慮是否還有結構缺陷、設計合理性等問題。 2 180度彎曲皮帶輸送機總體設計 2.1 180度彎曲皮帶輸送機概述 180度彎曲皮帶輸送機通過在輸送帶內側圓弧部分設置一定的抬升角度和在安裝托輥時將其與水平面形成一定的角度等方法，使輸送機在轉彎段時產生一個向外的離心摩擦推力，又由于轉彎造成輸送帶張力和摩擦力不共線從而產生一個向心合力，兩者滿足力的平衡，從而保證輸送帶的轉彎運行[4]。180度彎曲皮帶輸送機應用于輸送線路的鋪設不能夠按照直線來布置的情況，可以起到優(yōu)化輸送系統(tǒng)的作用，有效減少了資金的投入和成本的增加，獲得較好的經濟效益和社會效益。 2.1.1 180度彎曲皮帶輸送機工作原理 180度彎曲皮帶輸送機設計除轉彎段的結構形式布置外，在其他部分的設計內容上與直線皮帶輸送機基本一致，在工作原理上它也與直線段的皮帶輸送機基本沒有差別。工作運行時是靠電動機輸出動力，再由驅動裝置帶動傳動裝置傳遞動力給輸送帶，輸送帶既起承載又起牽引的作用[12]。如圖2-1所示，皮帶輸送機在直線段和轉彎段運行時所受力的情況明顯不同。假設輸送帶可切分為無數小單位，取其中一小單元為研究對象，無論是在直線段還是在轉彎段，研究對象會受到拉力作用，拉力產生的原因輸送帶單元之間的張力(T+ΔT,T)，以及由于支撐托板對輸送帶的支持作用而產生的摩擦力Ff，在直線段上這些力的作用線在同一直線上(如圖2-1a)，各力匯交后是平衡的(針對恒速輸送)。而在轉彎段，如圖2-1b所示，這些作用力合成后將產生一個向心合力Fr，這種情況下運輸物料會產生跑偏，甚至散料。因此要想辦法產生力來克服向心合力Fr，保證物料在運行過程中平衡[13]。 根據180度彎曲皮帶輸送機中間架的設計形式以及托輥組結構與布置的特點能夠產生一個向外的離心力FW來克服上文所述的向心合力[6]。 (a)直線輸送帶單元 (b)轉彎輸送帶單元 圖2-1 輸送帶受力單元 如果輸送物料在轉彎運行過程中，依據中間架的設計形式以及托輥組結構與布置的特點所產生的離心力FW未能克服向心合力Fr。若離心力FW大于向心合力Fr，輸送帶就會向外跑偏，輸送物料就會向外側滑動；反之則情況相反。因此要采取相應的防范措施來防止其跑偏，若跑偏的現象經常發(fā)生，就會導致輸送帶的使用壽命，影響設備生產效益。 2.1.2 實現變向的措施[13,17] 常見的解決方案是通過在輸送帶內側圓弧部分設置一定的抬升角度和在安裝托輥時將其與水平面形成一定的角度等方法，使輸送機在轉彎段時產生一個向外的離心摩擦推力，又由于轉彎造成輸送帶張力和摩擦力不共線從而產生一個向心合力，兩者滿足力的平衡，從而保證輸送帶的轉彎運行。 自然變向轉彎是輸送帶按力學規(guī)律自然彎曲實現轉彎運行，180度彎曲皮帶輸送機實現自然變向轉彎一般需要采取三個方法，即基本措施，附加措施和應急措施[2]。 ⑴基本措施 ①托輥傾斜安裝 順著輸送線路工作運行的方向，將托輥在轉彎處內側圓弧的部分向前移，使托輥組的中心軸線與輸送帶中心線的法線方向形成夾角，則形成的夾角為前傾角ε，如圖2-2所示。所形成的前傾角與普通直線皮帶輸送機的托輥傾斜安裝類似。 圖2-2 托輥安裝傾角的構成 R-曲率半徑；Δα-相鄰托輥中心軸線所對圓弧的圓心角；v-帶速；vR-垂直于托輥中心軸線的速度；Δv-相對滑移速度； F'R-摩擦力；FR-F'R在輸送帶中心線的法線方向的投影；F''R-F'R在輸送帶中心線的切線方向的投影；T-輸送帶單元之間的張力；?T-經Δα角后皮帶張力增量；ε-安裝支撐角；A-ε= 0時的托輥；B-具有安裝支撐角ε的托輥 在安裝托輥時將其與水平面形成一定的角度，輸送帶帶速v與垂直于托輥中心軸線的速度vR（也是托輥的線速度）形成的夾角為ε，根據矢量三角形求出兩者之間的相對速度為Δv，方向指向轉彎圓弧的圓心。因為存在相對運動速度Δv，所以托輥對輸送帶的支持作用而產生摩擦力F'R，方向沿托輥組中心軸線向外，沿曲線分解，得法向分力FR和切向分力和F''R。法向分力FR，即2.1.1節(jié)中所說的離心摩擦推力，是用來克服輸送帶單元之間的拉力(T+ΔT,T)以及托輥對輸送帶的支持作用而產生的摩擦力F'R所形成的向心合力Fr；切向分力F''R是輸送機運行所受到的阻力。由此可見，運行阻力的大小會隨著托輥傾斜安裝角的變化而變化，因此在設計時要合理安裝托輥布置傾斜安裝角。 ②增大托輥組的槽角 槽角λ是指托輥組兩外側托輥的中心軸線與中間平托輥的中心軸線所形成的夾角，如圖2-3所示。事實證明，皮帶輸送機的運輸能力與托輥組的槽角有關，并且成正比例關系；托輥組槽角的增大也有利于輸送帶的對中性，從而保證物料的平衡，也可用來減小輸送帶的偏移量[7]，有利于提高輸送機運輸效率。因此，通過槽角的調整是輸送帶獲得對中性的一個途徑，槽角的存在有助于調節(jié)180度彎曲皮帶輸送機轉彎曲率半徑。但托輥組的槽角不宜過大，過大時會使輸送帶在側托輥與中間托輥轉彎處發(fā)生縱向斷裂[14]。 ⑵附加措施 ①內曲線抬高 根據180度彎曲皮帶輸送機中間架的設計形式以及托輥組結構與布置的特點能夠產生一個向外的離心摩擦推力FW來平衡輸送帶張力與支撐托板和輸送帶之間的摩擦力所形成的向心合力Fr[6]，獲得離心摩擦推力FW的辦法是在輸送帶內側圓弧部分設置一定的抬升角度，如圖2-3所示。利用此時輸送帶和它上面所承載的物料的重力，將其分解后可獲得沿輸送帶中心線外側的分力，此分力就是離心推力。在輸送帶內側圓弧部分設置一定的抬升角度，它與水平面形成的夾角，即為內曲線抬高角。 圖2-3 內曲線抬高角和托輥槽角 λ1、 λ3是托輥的槽角； γ是內曲線抬高角 ②下分支托輥組的型式 輸送機回程托輥組的型式一般采用的是兩個托輥組成的V型結構或是單個平托輥兩種[7]。采用V型結構的托輥，其作用是防止輸送帶的跑偏；而采用單個平托輥時，要設置壓輥來增加輸送帶與托輥之間的摩擦力。 ③采用五托輥結構 相較于三托輥結構，在180度彎曲皮帶輸送機的轉彎處布置五托輥結構的優(yōu)勢是：托輥組的槽角增大、輸送帶獲得較好對中性、緩和沖擊等；劣勢是使傳動裝置結構復雜化，投資成本增加。 ⑶應急措施 在輸送機轉彎段的機身內外側設置擋邊立棍來限制輸送帶的跑偏，但這是一種平常不用的辦法，若是這種辦法經常起作用，這將導致輸送帶的磨損加劇，輸送帶的耐用度和使用壽命也會大幅度降低，從而使得輸送機在平面內就不能實現自然轉彎變向。在企業(yè)選用的彎曲皮帶輸送機中常見的形式是采用了加高轉彎外側的高度，使物料在輸送過程中由于受到離心力的作用發(fā)生拋灑的幾率減小，同時在企業(yè)生產中能幫助企業(yè)減少了輸送設備投入。 2.1.3轉彎處托輥組結構[15] 托輥組結構形式的選擇和布置方式的設計是180度彎曲皮帶輸送機設計的重要內容。在設計過程中，要結合實際工作環(huán)境，延長托輥組的耐用度和使用壽命，或合理優(yōu)化設計托輥組結構，從而保證180度彎曲皮帶輸送機運行的可靠穩(wěn)定性和成本資金的投入。為實現上述的措施，常采用下面的幾種結構形式。 ⑴彈性支撐結構 彈性支撐結構圖如圖2-4所示，該結構的特點是能自動調節(jié)托輥組的內曲線抬高角，它是根據輸送帶和它上面承載物料重力的大小，再通過彈簧的彈性變形來實現的。在輸送帶空載運行時，彈簧無彈性形變量，內曲線抬高角變大，此時的離心推力也較大；當輸送帶上有載時，彈簧在輸送帶及物料的重力作用下被壓縮，使內曲線抬高角變小。但彈性支撐結構中彈簧存在的振動問題，因此不利于輸送機的平穩(wěn)運輸和物料受力平衡。 圖2-4 彈性支撐結構 ⑵吊掛結構 吊掛結構，是把托輥組經由支點將其懸掛在中間架上的結構，結構中相鄰兩托輥是通過鉸接的方式連接，與吊掛件組成環(huán)形形狀。常用于重載工作的輸送機，托輥組的實際工作位置是根據輸送帶及物料的重力來確定的，對工作場合的適用性較強。 如圖2-5所示是在井下用來運輸煤礦的平面彎曲皮帶輸送機所采用的結構，該結構的吊掛支點選的是應用巷道的頂板，當轉彎處不滿足力的平衡條件時，依靠吊掛桿的左右搖擺產生阻力來保持平衡；如圖2-6所示是奧地利Bider+CO AG公司設計的180度彎曲皮帶輸送機所采用的托輥組結構，這種吊掛結構除了以上所述作用外還能改變內曲線抬高角，實現較小轉彎曲率半徑；如圖2-7是法國F.S.Valcalda設計的一種半圓深槽形吊掛托輥組結構，從理論上來講，這種結構便于設計出轉彎曲率半徑的最小值和單位輸送長度上物料輸送的最大值，且有利于輸送帶穩(wěn)定性；但種結構將使輸送機的結構復雜化，磨損加劇，使設備投資成本增加。因而近年來，采用吊掛結構的皮帶輸送機設備很少。 圖2-5 頂板吊掛結構 圖2-6 頂點吊掛結構 圖2-7 半圓深槽形吊掛托輥組結構 ⑶內曲線設置托輥 內曲線設置托輥就是在內曲線的側邊布置一個托輥，特點是托輥較陡，以確保輸送帶運行方向準確、不跑偏，但由于多設置了一個托輥，使得托輥結構復雜化，投資成本費用增加。 圖2-8 內曲線側增設托輥 2.1.4 輸送機托輥組的結構 本次設計的180度彎曲皮帶輸送機的結構是通過在輸送帶內側圓弧部分設置一定的抬升角度和在安裝托輥時將其與水平面形成一定的角度等方法來實現輸送機在平面內轉彎變向運行。根據以上幾種轉彎結構的特點，可以得出如圖2-9 的結構形式。 圖2-9 自由變向轉彎的一般結構 本設計中把輸送帶內側圓弧部分的抬升角度設置為γ，與各承載托輥的中心軸線與輸送帶運行方向形成的夾角設為ε1、ε2、ε3的方式，以保證物料在輸送過程中平衡和輸送機的穩(wěn)定性，從而實現輸送機在平面內按力學規(guī)律轉彎變向運行。此結構具有理論成熟、安裝簡單、投資和維護費用低等優(yōu)點，目前大多數180度彎曲皮帶輸送機在轉彎段都采用這種托輥組布置結構[6]。 2.1.5 輸送機的布置形式 輸送機的基本布置方式如圖2-10所示： 圖2-10 輸送機布置形式 輸送機的工作運行是靠驅動裝置來提供驅動力的，電動機扭矩通過傳動滾筒拉動輸送帶。 使用單滾筒、單電機的單點驅動方式是比較簡單的，本文所設計的輸送機是在平面內運行的，且輸送物料為袋裝食品，輸送量不大，因此在本設計中使用在輸送機驅動系統(tǒng)中常用的單點驅動方式，在本次設計中驅動裝置安裝在轉彎過渡段處的機架上。 2.2總體設計方案的擬定 2.2.1 180度彎曲皮帶輸送機裝置的確定 一般而言，180度彎曲皮帶輸送機是通過在輸送帶內側圓弧部分設置一定的抬升角度和在安裝托輥時將其與水平面形成一定的角度等方法，當物料運行至轉彎段時，輸送帶單元之間的張力和由于支撐托板對輸送帶的支撐而產生的摩擦力形成的向心合力，從而導致輸送帶向心跑偏。但是因為在轉彎處將輸送帶內側圓弧部分設置了一定的抬升角度，輸送帶和它所承載的物料重力由此產生的分力FG使輸送帶和物料沿著帶條向外緣跑偏，離心慣性力FQ是由于轉彎產生的，離心摩擦力FR是由于托輥對輸送帶的支持作用而產生的，它們都做離心運動，它們的合力能夠克服輸送帶張力的合力FT，在力達到平衡的條件下使輸送帶實現平穩(wěn)運行，并且獲得良好的對中性 [7]，如圖2-11所示為轉彎段受力簡圖。因此，轉彎段輸送帶力的平衡條件為[4]： FT+FG+FR+FQ=0 (2-1) 式中 FT——表示輸送帶張力的合力； FG——表示物料和輸送帶重力所產生的分力； FR——表示離心摩擦力； FQ——表示離心慣性力。 圖2-11 平面轉彎受力簡圖 為了便于計算，假設轉彎處為一段圓弧，該圓弧對應的圓心角為α，則α=a0/R，設正方向為離心方向。 180度彎曲皮帶輸送機為實現輸送帶運行的自然變向，也避免采用需要特殊布局的輸送帶。但這種裝置結構比較復雜，且不易控制，為了簡化運輸系統(tǒng)，節(jié)省能耗和改善改向滾筒運行時的受載情況，盡量減少中間轉載點的設置，本次設計采用圖2-12所示的傳動方案。 圖2-12 結構簡圖 2.2.2 轉彎方案布置 180度彎曲皮帶輸送機運行性能取決于轉彎段，若轉彎處的裝置不能正常工作，則整部輸送機就不能使用。反之，若轉彎裝置設計合理運行性能良好，它不但可以實現任何寬度的運輸機轉彎，而且可以與其他類型的皮帶輸送機配套使用。 圖2-13 轉彎部分簡圖 1-滾道左端罩 2-主動軸 3-軸承 4-電機罩殼 5-滾道 6-從動軸 7-滾道右端罩 8-軸承 3 180度彎曲皮帶輸送機設計計算 3.1 輸送帶選擇計算 3.1.1輸送量計算 輸送帶是皮帶輸送機上的關鍵部件，是皮帶輸送機的牽引構件和承載構件，應有較高的抗拉強度，便于輸送和安裝維護，還具備一定的使用壽命。輸送帶由彈性體(覆蓋膠和帶芯膠)和骨架材料組成，其基本形態(tài)為平形，是一種國際標準化的產品。 已知基本參數輸送物料為袋裝食品，帶寬B=550mm，帶速v=5.8m/min =0.1m/s，轉角θ=180°，根據實際工作場地的狀況，要求在水平面內（即傾斜角β=0°）實現轉彎運輸。宜選用輸送帶型號為NN-100，食品散落在輸送帶上，最大粒度amax=150mm，平均松散堆積密度ρ=0.8t/m3。 依據以上參數，可求得最大輸送量Qmax Qmax=3600Smaxvρc (3-1) 式中 c ——表示輸送機的傾角系數，取c=1； Smax——表示輸送帶最大允許物料的橫截面面積。 取槽角λ=35°，查表[19]可得Smax=0.0162m2。代入數據后求得Qmax=4.7t/h。 3.1.2 輸送帶帶寬 設滿足輸送要求時，所需帶寬為B' B'≥2a+200 (3-2) 式中 a——表示物料的最大粒度。 求得B=550≥2×150+200=500mm,即輸送帶帶寬符合核算要求。 齒接是傳統(tǒng)的輸送帶連接方式，操作簡便、接頭迅速并可及時輸送帶的塑性伸長問題。 3.1.3 輸送帶阻力計算 3.1.3.1 其他參數計算 每米長度輸送物料質量： qG=Q3.6v (3-3) 式中 qG——表示每米長度輸送物料質量。 代入數據求得qG=13.06kg/m。 經查表可得，單個承載托輥轉動部分質量qR0'=8kg/m，單個回程托輥轉動部分qRU'=7kg/m[19]。 qR0=n×qR0'a0 (3-4) qRU=n×qRu'au (3-5) 式中 qR0——表示承載托輥旋轉部分重量； qRU——表示回程托輥旋轉部分重量。 代入數據可求得qR0=60kg/m，qRU=2.33kg/m。 型號為NN-100的輸送帶，可選用的最大許用層數為4層，輸送物料較輕，上、下膠料覆蓋層厚度為3.0mm和1.5mm即可滿足輸送要求，則單位長度上的皮帶質量qB=5.82kg/m。 表3-1 輸送帶參數表[19] 輸送帶型號 抗拉強度N/(mm·層) 每層厚度 mm 每層重量 kg/m2 參考力伸長率% NN-100 100 1.00 1.02 1.5~2 帶寬/mm 層數 上覆蓋膠厚度/mm 下覆蓋膠厚度/mm 每毫米厚膠料重量 550 4 3.0 1.5 1.19 3.1.3.2 主要阻力計算 主要阻力： FH=fLgqR0+qRU+2qB+qGcosδ (3-6) 式中 f ——表示模擬摩擦系數[19]，查表取0.022； L ——表示輸送機輸送機長度，21m。 代入數據求得FH=394.44N。 3.1.3.3 特種主要阻力計算 特種主要阻力包括前傾阻力和導料槽阻力，即 Fs1=Fε+Fg1 (3-7) 前傾阻力Fε 承載部分三個等長托棍前傾阻力： Fε1=Cεμ0LεqG+qBgcosδsinε (3-8) 回程部分二個等長托棍前傾阻力： Fε2=μ0LεqBgcosδsinε (3-9) 導料槽阻力 Fg1=μ2IV2ρglv2b12 (3-10) 式中 Cε——表示槽型系數，35°槽角取0.43； μ0——表示皮帶和托輥之間的摩擦系數，取0.35； Lε ——表示皮帶輸送機裝有前傾托輥組的長度； ε ——表示各托輥的軸線與運行方向的夾角，取ε=3°； 代入數據可求得Fε1=10.16N，Fε2=7.32N ，由于未設置導料槽攔板，所以Fg1=0N,綜上可得，特種主要阻力Fs1=17.48N。 3.1.3.4 特種附加阻力計算 特種附加阻力包括清掃器阻力和卸料器阻力，即 Fs2=n3?Fr (3-11) Fr=A?p?μ3 (3-12) 式中 n3 ——表示清掃器（頭部清掃器和空段清掃器）的數量； A ——表示一個清掃器和膠帶接觸面積[19]； p ——表示清掃器和皮帶之間的壓力，取6×104N/m2； μ3 ——表示清掃器和皮帶之間的摩擦系數，取0.6； 代入數據可得Fs2=936N。 3.1.3.5 傾斜阻力計算 傾斜阻力Fst Fst=qGHg (3-13) 因為輸送機在平面內運輸物料，所以Fst=0N。 綜上，圓周驅動力FU=FH+FS1+FS2+Fst=1347.92N。 3.1.4 輸送帶張力計算 輸送帶的張力是隨著輸送帶的長度變化而變化的，為保證輸送帶正常工作，運輸物料穩(wěn)定可靠，輸送帶需滿足以下條件[20]： ⑴在任何負載情況下,作用在輸送帶上的張力應使得全部傳動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保證不打滑； ⑵傳送帶上的張力應該足夠大，使傳送帶在兩組托輥之間的下垂距離小于某一值。 3.1.4.1 部分關鍵點的張力計算 ⑴初算驅動滾筒分離點的張力T1 T1=Cnω0efα-1 (3-14) 式中 n ——表示摩擦力備用系數，取n=1.3； ω0 ——表示系統(tǒng)總阻力； C——表示其他阻力系數，取C=1.25； f ——表示輸送帶與滾筒之間的摩擦系數，取f=0.25； α ——表示驅動滾筒總的圍包角； efα ——表示歐拉系數，可查表取值[19]。 ⑵利用逐點法計算輸送帶關鍵特性點的張力 已知輸送帶第i-1點的張力為Ti-1，則沿著輸送帶的運行方向第i點的張力滿足： Ti=Ti-1+Fi (3-15) 式中 Fi ——表示i-1至i點的運行阻力。 在順序計算各點張力時，上式可簡化為： Ti=K'Ti-1 (3-16) 式中 Ti ——表示驅動滾筒奔離點張力； K' ——表示改向滾筒阻力系數。 摩擦驅動條件為： F=T1efα-1n (3-17) 式中 T1 ——表示驅動滾筒分離點的張力； 圖3-1 輸送機布置簡圖 根據傳動滾筒奔離點的最小張力為T1=2669N，計算各點張力， T1=T2=2669N T3=K'T2=1.04×2669=2775.76N＞F回min，滿足要求 T6=T3+aK2L1=2775.76+2.26×9.05=2796.3N T7=K'T6=1.04×2796.3=2908.2N＞F承min，滿足要求。 式中 K'——表示改向滾筒阻力系數[19]，查表取1.04。 3.1.5 輸送帶校核 3.1.5.1 輸送帶不打滑條件校核 為了確保輸送帶在正常運行過程中不會打滑，應在輸送帶上保持最小張力F2min： F2T1min≥FUmax1eμφ-1 (3-18) 式中 FUmax——表示輸送機滿載啟動時或制動時出現的最大圓周驅動力； μ ——表示傳動滾筒與輸送帶之間的摩擦系數； φ ——表示輸送帶在所有傳動滾筒上的圍包角。 代入數據可求得FUmax=1708.16N, F2T1min≥2669N。 3.1.5.2 輸送帶下垂度校核 校核輸送帶的下垂度，輸送帶上任何一點的最小張力Fmin,需要進行驗算，即滿足以下兩個式子： F承min>a0qGBg8hamax (3-19) F回min>auqBg8hamax