带式输送机的选型及改向滚筒轴的设计

带式输送机的选型及改向滚筒轴的设计目录摘要3第一章 绪论41.1研究目的和意义41.2国内外研究现状51.3本文研究的主要内容6第二章 带式输送机的选型设计72.1带式输送机选型设计的依据及要求72.2带式输送机造型设计的步骤72.3带式输送机的工艺布置82.4零部件的选择10第三章 带式输送机改向滚筒的分析与设计133.1改向滚筒结构设计133.2受力分析及优化设计14结论与建议15参考文献16致谢18摘要带式输送机是现代最主要的散状物料输送设备之一。滚筒是带式输送机的主要传部件，它的作用有两个：一是传递动力，二是改变输送带运行方向。带式输送机滚筒的设计质量，关系到整个输送机系统的性能、安全性和可靠性。目前，国内滚筒的设计一般采用近似公式，对于中小型滚筒已经能够满足工程需求，但对于大型滚筒这种设计方法其结果与工程实际有一定的差距，它的安全性和可靠性难以保障。由于缺乏精确的计算方法，如果盲目的增大安全系数，会使结构尺寸变大，重量增加，强度得不到显著的提高同时又增加了成本。本文主要包括以下几方面内容：首先，对带式输送机滚筒结构的设计计算方法进行了分析研究，修正了有关计算公式，完善并统一了设计计算内容。其次，滚筒采用实体单元，为了提高运算速度和精度，采用映射网格划分方式；分析并确定滚筒载荷；结果后处理对滚筒的各个部件的应力和应变进行分析。本文关于带式输送机滚筒的设计计算方法具有一定的实用价值和指导意义，可以大大提高滚筒的设计质量，缩短设计的周期。第一章 绪论1.1研究目的和意义连续输送机械是物料搬运机械的重要组成部分，是其中的一大类别。带式输送机是连续输送机械中效率最高、应用范围最广泛的一种机型，是散料输送的重要设备。带式输送机是以输送带作为牵引构件和承载构件的一种连续输送设备。输送带上的物料随输送带一起运行，根据需要可以在输送机头部或中间部位卸料。输送带用托辊支撑，运行阻力小。带式输送机可以沿水平或倾斜线路布置，在输送原煤时，向上最大输送倾角一般为17°18 °，向下最大输送倾角一般为15°16°。当采用花纹输送带并采取其它相应措施上运倾角可高达28°32°，下运倾角可达25°28°。当采取某些特殊措施或专用带式输送机时，可以实现更大的输送倾角甚至垂直提升。随着国民经济的飞速发展，矿山、建材、化工、港口、粮食、电力、煤炭等部门对散状物料的输送提出了新的要求，长距离（指单机输送长度，国外最长达15000m，国内最长为沈矿为海螺集团研制的10300m 平面转弯带式输送机）、大运量（高带速和大带宽）和大倾角输送物料是其主要发展方向之一2，同时提出无公害环保输送散状物料的要求。无论国外还是国内的建材及矿山行业，在这两种输送方案的对比选择后，还是较多的选择以长距离、大运量的带式输送机代替汽车运输的方案。其原因是采用汽车运输不仅要修建公路、购买汽车一次性投资大，而且日常的公路和汽车维修费用也很高。带式输送机输送散状物料是连续的物料流，生产效率高。目前，国外最大带速已达12m/s。国内的最大带速达5.8m/s，最大输送量9800t/h。当然，增加输送带的宽度也可以提高输送量（国外采用的最大带宽是3300mm），但增加带宽使整机所有相关尺寸增大，增加了设备的总投资。特别是输送带的成本要占整机成本的3050%，而且距离越长，运量越大，所占的比例就越大。同时，大带宽需要相应的硫化设备（包括输送带接头的硫化），因此我国目前所采用的最大带宽为22002800mm。近年来，通过引进国外先进国家的带式输送机整套设备及技术，以及国内广大科研人员的共同努力，可以说国内设计和制造的长距离、大运量带式输送机的水平已经可以满足国内市场的需求，但是一些关键技术尚需引起重视并加以深入研究和开发。国内投入使用的部分长距离、大运量的典型带式输送机如表1.1 所示。到目前为止，沈矿集团为天津港设计的带式输送机最大输送量达9800t/h；沈矿集团为海螺集团设计的单机最长达10.3km。向家坝水电站31.1 公里沙石料长距离大运量带式输送系统，由2.5 公里到8.2 公里共5 条带式输送机组成的输送系统。带宽1.2m，带速4.5m/s,输送量3000t/h，带强ST4500。国外长距离带式输送机的应用。到目前为止，西班牙的西撒哈拉带式输送机线路是世界上最长的长距离输送机线路。该线路长达100km，用来将位于石质高原地区的布克拉露天矿的磷灰石矿石运往艾汾阿雍海港。此线路于两年半内建成，并于1972 年投入使用，整条线路由长为6.911.8km 的11 台输送机组成。输送机采用宽度为1000mm，强度为3150N/mm 的钢绳芯输送带，带速为4.5m/s。输送带的安全系数为6.710。澳大利亚恰那矿20km 地面带式输送机系统是代表现代带式输送机发展水平的一条输送线。该输送系统由一条长为10.3km 的平面转弯带式输送机和一条10.1km 的直线长距离带式输送机构成。转弯带式输送机的曲率半径为9km，弧长为4km。两条输送机除线路参数外，其它参数相同，输送能力为2200t/h，带宽1050mm，输送带抗拉强度为3000N/mm，安全系数为5，拉紧装置为重锤拉紧。津巴布韦钢铁公司的15.6km 水平转弯越野带式输送机于1996 年投入使用，是世界上单机最长的带式输送机。输送量为干矿石500t/h(湿矿石600t/h)，系统全长为15.6km，物料提升高度为90m。输送带采用桥石公司的钢绳芯输送带，抗拉强度为888N/mm，运行速度为4.25m/s，输送带的安全系数为5.8，当环境温度为0时，安全系数降到5.5，当输送量增加到600t/h 时，输送带安全系数降低到4.8。1.2国内外研究现状随着国内外机械工业水平的不断发展，滚筒的结构、加工、安装等方面发生着日新月异的变化。由于焊接技术的不断发展，焊接强度的可靠性得到保证，虽然多数大型滚筒采用铸焊结构，但焊接结构也有所增加。轮毂和主轴的联结方式也由键槽连接向胀套连接转变。原来的辐板采用加强筋，现在直接用钢板制成。过去国内外在设计滚筒的各零部件时，常采用基于经典弹性力学理论导出的简单的经验公式。近年来，国内研究人员对于大直径滚筒的设计方法作了多方面的探索。东北工学院于升忠等人于1980 年用有限元半解析法对一合拉力为13.6 吨的双辐板结构滚筒进行了有限元分析。由于分析过程中忽略了输送带与驱动滚筒间摩擦力的作用，因此结果与实际相差较大。因为输送带与滚筒之间的摩擦力是滚筒扭曲变形的重要因素。西安冶金建筑学院的陆鸿生选择新的力学模型，根据圆柱体弯曲的有矩理论，分别推导出传动滚筒和改向滚筒在外载荷作用下壳体内的位移、内力和应力的计算公式，为精确计算提供了理论依据，在一定程度上揭示了筒体直径、两辐板间距和拉力与应力之间的关系。存在的问题是其力学模型条件苛刻，将筒体与辐板分开考虑，这对计算结构准确性有较大的影响。因为辐板的形状、厚度对筒体的应力和变形有不可忽视的影响4。西安交通大学曾经运用SAP5对驱动滚筒做有限元分析，对驱动滚筒的刚度和强度进行了分析并得出:摩擦力是滚筒扭曲变形的重要团素；从应力与变形两个方面说明，辐板的加强筋，在滚筒非临界状态下，对局部变形与筒体应力分布影响不大，只是在临界状态下能提高滚筒的整体稳定性；滚筒的径向最大变形在滚筒中部。通过分析，对筒体厚度进行了优化，达到节省材料的目的。1.3本文研究的主要内容本文基于目前大型滚筒的设计研究方法比较落后的现状，对传动滚筒进行力学分析及设计。主要包括以下几个方面的内容：（1）传动滚筒的力学分析 主要分析了传动滚筒的受力状况，传动滚筒除受轴端输入的扭矩外还受到输送带的作用力，得出了传动滚筒表面载荷沿轴向和周向的分布规律。（2）传动滚筒的结构设计 根据研究的侧重点不同对传动滚筒进行分类。对比了国内外各种结构传动滚筒的设计方法，总结出了关于筒体、辐板、轮毂及滚筒轴的详细结构设计方法。（3）传动滚筒的参数化建模和有限元分析 分别绘制出了各零部件的应力和变形曲线，为进一步改善滚筒结构提供了理论依据。第二章 带式输送机的选型设计由于带式输送机的零部件已经标准化，但从整台机器的布置形式、基本尺寸和运输能力等都是根据工艺要求、用途来确定的，所以对整机来说，是非标准的。由此，需要根据用途进行选型设计。2.1带式输送机选型设计的依据及要求1设计依据(1)根据工艺的要求给料和卸料的方法确定带式输送机的运输线路。如根据受料点的位置和卸料点的方位，就可以确定带式输送机的水平输送距离Lh。提升高度H和布置倾角。(2)根据运输线路上的地形和途经相邻的设备以及建筑物的关系。确定输送机运输线路上是否设宣曲线区段(凹弧段和凸弧段)，或者中间是否要设置转载点。(3)根据运输物料的性质和工作环境，为选择带速、带宽、摩擦驱动提供依据。(4)根据运输机的生产串，确定输送机的规格等。2选型设计的要求带式输送机的选型设计要解决以下几个问题，(1)确定输送带的规格及电动机功率；(2)选择输送机所需要的零、部件；(3)绘出输送机安装关系图。2.2带式输送机造型设计的步骤1)根据己知条件中给料位置、卸料位置、地形、地貌，设计输送机布置线路，确定其基本尺寸如输送机长度L、水平投影长Lh、提升高度H和倾角等。2)选型计算(根据本章第四节内容进行)；3)根据计算结果和输送机的工艺布置，应用TD75型通用固定带式输送机设计选用手册，选取所需各类零、部件；4)绘制输送机安装总图。2.3带式输送机的工艺布置由于生产系统的需要或建筑结构等种种原因，带式输送机有各种各样的布置方式。带式输送机最基本的布置形式见图136中的a、b、c、d、e等五种形式。其中a水乎式；b倾斜式；c由倾斜转为水平式；d由水平转为倾斜式，采用平缓弯曲的布置形式，e由水平转入倾斜向上，采用急剧弯曲的布置形式。图I36c是由倾斜转变为水平的带式输送机，在转折点附近的托辊，如对于平型上托辊，可以由两个改向滚筒代替；对于槽形托辊，这个转折段就应该做成圆弧形(凸形)，同时托辊间距要比一般的间距小一倍，否则可能使输送带产生折皱或洒落物料。转折段圆弧的最小曲率半径见表135。表1-35 带式输送机凸弧段的曲率半径输送带宽度B，mm500-650800-100012001400曲率半径R1，m12182226图136d是由水平转为倾斜的带式输送机，其转折处是根据输送带下垂曲线来布置托辊的输送带的悬垂线，在理论上是条抛物线，实际上可按圆弧布置，圆弧半径取决于输送带的宽度和张力。由水平转为倾斜的转折圆弧(又称凹弧段)，其最小曲率半径见表l36。如果圆弧半径小于表中数值，则输送带就会离开托辊，造成输送带扭转而洒落物料(绕中线)；实际上，由于输送带上负荷的变化，即使所取得的半径比最小允许值大得多，输送带也有可能离开托辊。所以在有些转折处采取压轮的方法，即用两个压轮将输送带凹弧段上股压住，中间仍可以通过物料；下股用变向滚筒转折。 表1-26 带式输送机凹弧段的曲率半径（TD75型）输送带宽度B，mm500-650800-10001200-1400曲率半径R2，m80100120在进行带式输送机布置时，应特别注意输送机的转载点。当两条输送机转载时，转载点的空间尺寸应保证能安装一台输送机机头和下一台输送机机尾的所有部件，同时应使物料能够顺利流入下一台输送机中。在输送机走廊里，带式输送机安装尺寸如图l37所示。