帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì),輸送,驅(qū)動(dòng),裝置,設(shè)計(jì)
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 33 頁 共32頁
1 引言
1．1 國內(nèi)外帶式輸送機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r
輸送機(jī)是在一定線路上連續(xù)輸送物料的物料搬運(yùn)機(jī)械，又稱連續(xù)輸送機(jī)。輸送機(jī)可進(jìn)行水平、傾斜和垂直輸送，也可組成空間輸送線路，輸送線路一般是固定的。輸送機(jī)輸送能力大，運(yùn)距長(zhǎng)，還可在輸送過程中同時(shí)完成若干工藝操作，所以應(yīng)用廣泛。
17世紀(jì)中，開始應(yīng)用架空索道輸送散狀物料；19世紀(jì)中葉，各種現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的輸送機(jī)相繼出現(xiàn)。1868年，在英國出現(xiàn)了帶式輸送機(jī)；1887年，美國出現(xiàn)了螺旋輸送機(jī)；1905年，瑞士出現(xiàn)了鋼帶式輸送機(jī)；1906年，英國和德國出現(xiàn)了慣性輸送機(jī)[1]。
20世紀(jì)80年代末以來，我國的煤礦用帶式輸送機(jī)也有了很大的發(fā)展，對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)的研究和新產(chǎn)品的開發(fā)都取得了可喜的成果。輸送機(jī)產(chǎn)品系列不斷增多，從定型的SDJ、SSJ、STJ、DT等系列發(fā)展到多功能、適應(yīng)特種用途的各種帶式輸送機(jī)系列，如國家“七五”攻關(guān)項(xiàng)目—“大傾角帶式輸送機(jī)成套設(shè)備”、“九五”攻關(guān)項(xiàng)目—“高產(chǎn)高效工作面順槽可伸縮帶式輸送機(jī)”等都填補(bǔ)了國內(nèi)空白，開發(fā)了大傾角、長(zhǎng)距離輸送原煤的新型帶式輸送機(jī)系列產(chǎn)品，并對(duì)帶式輸送機(jī)的關(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)，應(yīng)用動(dòng)態(tài)分析技術(shù)和中間驅(qū)動(dòng)與智能化控制等技術(shù)，研制成功了多種軟啟動(dòng)和制動(dòng)裝置及以PLC為核心的可編程電控裝置。但與國外相比（如表1-1），其機(jī)型一般都偏小，特別是帶速通常均不超過4.5m/s，對(duì)高帶速輸送機(jī)及其動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控等關(guān)鍵技術(shù)問題缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，由于帶速普遍較低，許多設(shè)計(jì)單位仍沿用以往的靜態(tài)設(shè)計(jì)法，用加大帶式輸送機(jī)安全系數(shù)的方法來提高設(shè)計(jì)的可靠性，其結(jié)果不僅增大了設(shè)備成本，而且降低了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。
表1-1 國外目前帶式輸送機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)[2]
主要技
術(shù)參數(shù)
300-500萬噸高產(chǎn)高效礦井
順槽可伸縮帶式輸送機(jī)
大巷與斜井固定帶式輸送機(jī)
國內(nèi)
國外
國內(nèi)
國外
運(yùn)距m
2000-3000
2000-3000
>5000
>4500
帶速m/s
3.5-4
2.4-2.5
4-5,最高可達(dá)8
3-5
輸送量t/h
2500-3000
1500-3500
3000-5000
2000-3000
驅(qū)動(dòng)功率kw
1200--2000
900-1600
1500-3000
1500-3000
目前，帶式輸送機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是：大運(yùn)輸能力、大帶寬、大傾角、增加單長(zhǎng)度和水平轉(zhuǎn)彎，合理使用膠帶張力，降低物料輸送能耗，清理膠帶的最佳方法等。
1．2 帶式輸送機(jī)發(fā)展的技術(shù)前瞻
帶式輸送機(jī)大型化與高可靠性要求，對(duì)設(shè)計(jì)者和制造商提出了更高的要求，只有解決了帶式輸送機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，才能制造出高性能、高可靠性的大型帶式輸送機(jī)。其關(guān)鍵技術(shù)為[2]：
1．動(dòng)態(tài)分析技術(shù)
就是建立帶式輸送機(jī)輸送帶在啟動(dòng)和停機(jī)過程中的動(dòng)力學(xué)方程，求解帶式輸送機(jī)上不同點(diǎn)隨時(shí)間推移所發(fā)生的變化，找出變化劇烈的張力波可能造成的破壞，這就是帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)分析。
2．可控啟動(dòng)技術(shù)
大型帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)，一定要有一個(gè)足夠的啟動(dòng)時(shí)間，使啟動(dòng)加速度保持在允許范圍內(nèi)，運(yùn)距越長(zhǎng)、帶速越高、輸送量越大，啟動(dòng)時(shí)間就越長(zhǎng)。因而必須對(duì)啟動(dòng)時(shí)間加以控制，可控啟動(dòng)時(shí)輸送帶張力波動(dòng)極小，啟動(dòng)平穩(wěn)。
3．下運(yùn)制動(dòng)技術(shù)
包括三個(gè)技術(shù)關(guān)鍵，分別是制動(dòng)能量大、制動(dòng)平穩(wěn)性要求高、在事故停電時(shí)要求系統(tǒng)迅速而安全地制動(dòng)。
4.中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)
隨著我國高產(chǎn)高效礦井的出現(xiàn)，煤礦井下用帶式輸送機(jī)已向大型化方向發(fā)展，但由于受到輸送帶強(qiáng)度與驅(qū)動(dòng)裝置的限制，井下使用的帶式輸送機(jī)單機(jī)長(zhǎng)度還不允許無限制地加長(zhǎng)。中間驅(qū)動(dòng)就是把驅(qū)動(dòng)功率的一部分放在輸送機(jī)的中間段，使驅(qū)動(dòng)功率分散開來，這樣可以降低輸送帶的最大張力，降低輸送帶的強(qiáng)度，提高輸送機(jī)的輸送能力，降低征集成本。
5.高速托輥技術(shù)
托輥使帶式輸送機(jī)的主要部件，量大面廣，在順槽中使用的托輥一般采完一個(gè)工作面后，托輥損壞數(shù)量很大，經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)嚴(yán)重。另外托輥的旋轉(zhuǎn)阻力及輸送機(jī)運(yùn)行阻力大，功率消耗很大，因此提高托輥質(zhì)量對(duì)降低能耗、節(jié)省費(fèi)用、增加運(yùn)行可靠性具有重大意義。
6.電控與監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)
國外大型帶式輸送機(jī)都已采用高檔PLC可編程控制器，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)采集等完整的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。這樣可以實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)可控啟（制）動(dòng)、中間驅(qū)動(dòng)、功率平衡、帶速同步、自動(dòng)張緊與機(jī)尾自移以及各種保護(hù)裝置、通信與信號(hào)聯(lián)絡(luò)等綜合功能的要求。
1.3 帶式輸送機(jī)概述
1.3.1 帶式輸送機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)
帶式輸送機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是輸送物料種類廣泛，運(yùn)輸能力大，輸送路線的適應(yīng)性強(qiáng)，靈活的裝卸料，可靠性強(qiáng)、安全性高、費(fèi)用低，工作阻力小，耗電量低，約為刮板輸送機(jī)耗電量的1/3～1/5。因在運(yùn)輸過程中物料與輸送帶一起移動(dòng)，故磨損小，物料破碎性小。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，既節(jié)省設(shè)備，又節(jié)省人力，故廣泛應(yīng)用于我國國民經(jīng)濟(jì)的許多工業(yè)部門。
帶式輸送機(jī)的缺點(diǎn)是輸送帶成本高且易損壞，故與其他輸送設(shè)備相比，初期投資高，且不適于運(yùn)送有棱角的物料。
1.3.2 帶式輸送機(jī)的工作原理
帶式輸送機(jī)的機(jī)構(gòu)示意圖如下所示，
圖2-1 帶式輸送機(jī)工作原理圖
1. 驅(qū)動(dòng)滾筒；2.清掃裝置；3.托輥4.輸送機(jī)5.機(jī)尾換向滾筒6.拉緊裝置
輸送帶繞經(jīng)驅(qū)動(dòng)滾筒1和機(jī)尾換向滾筒5形成無極閉合帶。上下兩股輸送帶是由安裝在機(jī)架上的托輥3支承著。拉緊裝置的作用是給輸送帶正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的張緊力。工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)滾筒通過它與輸送帶之間的摩擦力驅(qū)動(dòng)輸送帶運(yùn)行。貨載裝載輸送帶上并與其一起運(yùn)行。帶式輸送機(jī)一般是利用上分支輸送帶輸送貨載的，并且在端部卸載。利用專門的卸載裝置也可在中間卸載。
1.3.3 帶式輸送機(jī)的分類
帶式輸送機(jī)分類方法有多種,按運(yùn)輸物料的輸送帶結(jié)構(gòu)可分為兩大類；一類是普通型帶式輸送機(jī)，這類帶式輸送機(jī)在輸送帶運(yùn)送物料的過程中，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；另一類是特種結(jié)構(gòu)的帶式輸送機(jī)，各有各的輸送特點(diǎn)，其分類圖如下[4]：
TDII型固定式帶式輸送機(jī)
GD80輕型帶式輸送機(jī)
普通型 DX型鋼繩芯帶式輸送機(jī)
U型帶式輸送機(jī)
帶式輸送機(jī)
管形帶式輸送機(jī)
氣墊型輸送機(jī)
特種結(jié)構(gòu) 波狀擋邊帶式輸送機(jī)
鋼繩牽引帶式輸送機(jī)
壓帶式帶式輸送機(jī)及其它類型。
圖1-1 帶式輸送機(jī)的分類
1．4 驅(qū)動(dòng)裝置形式
驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換裝置, 根據(jù)能量可能進(jìn)行的轉(zhuǎn)換方式, 帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)可以有下面的幾種途徑:
a) 電能→機(jī)械能: 電動(dòng)機(jī)通過電力電子技術(shù)直接驅(qū)動(dòng)。其主要形式為: 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式、交流電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)方式、交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速方式、差動(dòng)變頻無級(jí)調(diào) 速。
b) 電能→液體動(dòng)能→流體摩擦→機(jī)械能: 液粘離合器驅(qū)動(dòng)。
c) 電能→液體動(dòng)能→機(jī)械能: 液力耦合器驅(qū)動(dòng)。
d) 電能→液壓能→機(jī)械能: 液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。
根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和要求，綜合考慮后，采用第一種途徑。
驅(qū)動(dòng)裝置的作用是將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給輸送帶，并帶動(dòng)它運(yùn)動(dòng)。
驅(qū)動(dòng)裝置是帶式輸送機(jī)的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)。一般由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、減速器及驅(qū)動(dòng)滾筒組成。
電動(dòng)機(jī)：帶式輸送機(jī)用的電動(dòng)機(jī)，有鼠籠式、繞線式異步電動(dòng)機(jī)。在有防爆要求的場(chǎng)合，就采用礦用隔爆機(jī)。使用液力耦合器時(shí)，不需要具有高起動(dòng)力矩的電動(dòng)機(jī)，只要與耦合器匹配得當(dāng)，就能得到接近電機(jī)最大力矩的起動(dòng)力矩。
聯(lián)軸器：按傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)上的需要，分別采用液力耦合器、柱梢聯(lián)軸器、棒梢聯(lián)軸器、齒輪聯(lián)軸器或十字滑塊聯(lián)軸器。
減速器：帶式輸送機(jī)用的減速器，有圓柱齒輪減速器和圓錐-圓柱齒輪減速器。圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)效率高，但是它要求電機(jī)軸與輸送機(jī)軸平行，驅(qū)動(dòng)裝置占地寬度大，適合于在地面驅(qū)動(dòng)；而井下使用時(shí)需要加寬峒室，若把電機(jī)布置在輸送帶下面，會(huì)給維護(hù)和更換造成困難。因此，用于采區(qū)巷道是，常采用圓錐-圓柱齒輪減速器。
驅(qū)動(dòng)滾筒：驅(qū)動(dòng)滾筒是依靠它與輸送帶之間的摩擦力帶動(dòng)輸送帶運(yùn)行的部件。據(jù)撓性牽引構(gòu)件的摩擦傳動(dòng)理論，輸送帶與滾筒之間的最大摩擦力，隨摩擦系數(shù)和圍包角的增大面增大。所以提高牽引力必須人這兩方面入手。
根據(jù)不同的使用條件和工作要求，帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，可分單電機(jī)單滾筒驅(qū)動(dòng)單電機(jī)雙滾筒驅(qū)動(dòng)及多電機(jī)驅(qū)動(dòng)多滾筒驅(qū)動(dòng)幾種。
2 運(yùn)動(dòng)方案的擬定
驅(qū)動(dòng)裝置是帶式輸送機(jī)的原動(dòng)力部分，由電動(dòng)機(jī)、減速器以及高（低）速聯(lián)軸器、制動(dòng)器和逆止器等組成。其型式的確定按與傳動(dòng)滾筒和關(guān)系，驅(qū)動(dòng)裝置可分為分離式、半組合式和組合式三種[5]。其三種組合方式如下表所示：
表2-1 驅(qū)動(dòng)裝置的組成
類型
代號(hào)
功率范圍/kw
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成
分離式
Y-DBY
2.2～315
Y電機(jī)-MLL聯(lián)軸器-YOX耦合器-直交軸- 減速器-ZL聯(lián)軸器
Y-ZLY
2.2～315
Y電機(jī)-MLL聯(lián)軸器-YOX耦合器-平行軸-減速器-ZL聯(lián)軸器
半組合式
YTH
2.2～250
Y電機(jī)-HL聯(lián)軸器-減速滾筒
組合式
YⅡ
2.2～55
Y電機(jī)電動(dòng)滾筒
分離式驅(qū)動(dòng)裝置有兩種，在這兩種分離式裝置中，應(yīng)優(yōu)先選擇Y-ZLY驅(qū)動(dòng)裝置；而Y-DBY適用于要求布置特別緊湊的地方。
半組合式驅(qū)動(dòng)裝置是只將減速齒輪副置于滾筒內(nèi)部，電動(dòng)機(jī)伸出在滾筒外面的驅(qū)動(dòng)裝置。它解決了電動(dòng)滾筒散熱條件差的問題。因而作業(yè)率可不受太大的限制。
組合式驅(qū)動(dòng)裝置是將電動(dòng)機(jī)和減速器齒輪副裝入滾筒內(nèi)部與傳動(dòng)滾筒組合在一起的驅(qū)動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)裝置不占空間，適用于短距離及較小功率的帶式輸送機(jī)上。但電動(dòng)機(jī)在滾筒內(nèi)部，散熱條件差，因而電動(dòng)滾筒不適合長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，也不適合在環(huán)境溫度不大40C的場(chǎng)合使用[6]。
傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)方案是否合理將直接影響機(jī)器的工作性能、重量和成本。綜合考慮本題設(shè)計(jì)采用的為第一種分離式傳動(dòng)方案。其結(jié)構(gòu)圖如下:
圖2-1 分離式驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)圖
3 電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)
3．1 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)
1. 驅(qū)動(dòng)裝置技術(shù)性能：
(1) 運(yùn)輸物料: 原煤
(2) 膠帶速度: 2.5m/s
(3) 傳動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)速: 59.7r/min
(4) 物料堆積密度：= 800kg/m3
(5) 傳動(dòng)滾筒軸功率: 62.5kW
(6) 帶式輸送機(jī)傾角：α=100
(7) 輸送帶拉力 25KN
（8）設(shè)計(jì)運(yùn)輸生產(chǎn)率 Q=1500t/h
2. 使用情況：每天工作8小時(shí)，每年300天，5年。
3.2 選擇電動(dòng)機(jī)的類型
按工作要求和條件選取Y系列一般用途的全封閉自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。它具有高效、節(jié)能、振動(dòng)小、噪聲小和運(yùn)行安全可靠的特點(diǎn)，安裝尺寸和功率等級(jí)符合國際標(biāo)準(zhǔn)。
3.3 選擇電動(dòng)機(jī)的容量
表3—1
類別
傳動(dòng)形式
效率
圓柱齒輪傳動(dòng)
很好跑合的6、7級(jí)精度（稀油潤滑）
0.98-0.99
8級(jí)精度的一般齒輪傳動(dòng)（稀油潤滑）
0.97
9級(jí)精度（稀油潤滑）
0.96
加工齒的開式傳動(dòng)（干油潤滑）
0.94-0.96
鑄造齒的開式傳動(dòng)
0.90-0.93
圓錐齒輪傳動(dòng)
很好跑合的6、7級(jí)精度（稀油潤滑）
0.97-0.98
8級(jí)精度的一般齒輪傳動(dòng)（稀油潤滑）
0.94-0.97
加工齒的開式傳動(dòng)（干油潤滑）
0.92-0.95
鑄造齒的開式傳動(dòng)
0.88-0.92
蝸桿傳動(dòng)
有自鎖性的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)（稀油潤滑）
0.40-0.45
單頭普通圓柱蝸桿傳動(dòng)（稀油潤滑）
0.70-0.75
雙頭普通圓柱蝸桿傳動(dòng)（稀油潤滑）
0.75-0.82
三頭和四頭普通圓柱蝸桿傳動(dòng)（稀油潤滑）
0.80-0.92
帶傳動(dòng)
平帶開式傳動(dòng)
0.98
V帶傳動(dòng)
0.96
鏈傳動(dòng)
滾子鏈傳動(dòng)
0.396
齒形鏈傳動(dòng)
0.97
摩擦傳動(dòng)
平摩擦輪傳動(dòng)
0.85-0.92
卷繩輪傳動(dòng)
0.95
軸承（一對(duì)）
滾動(dòng)軸承（球軸承取大值）
0.99-0.995
滑動(dòng)軸承（液體摩擦取大值，潤滑不良取小值）
0.97-0.995
聯(lián)軸器
浮動(dòng)聯(lián)軸器（滑塊聯(lián)軸器等）
0.97-0.99
齒式聯(lián)軸器
0.99
彈性聯(lián)軸器
0.99-0.995
萬向聯(lián)軸器
0.95-0.98
減（變）速器
單級(jí)圓柱齒輪減速器
0.97-0.98
兩級(jí)圓柱齒輪聯(lián)軸器
0.95-0.96
單級(jí)NGW型行星齒輪減速器
0.95-0.98
單級(jí)圓錐齒輪減速器
0.95-0.96
兩級(jí)圓錐—圓柱齒輪減速器
0.94-0.95
無級(jí)變速器
0.92-0.95
工作所需的功率： （1）
（2）
由上式（1），（2）可知:
式中——電動(dòng)機(jī)的工作功率kw；
——工作機(jī)所需功率(指輸入工作軸的功率)，kw；
——工作機(jī)的效率；
——輸送帶主軸牽引力N；
——輸送帶運(yùn)行速度 m/s；
——電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總效率。
式中、、、、分別為齒輪傳動(dòng)、卷筒、軸承、聯(lián)軸器的效率。
查表3—1得，=0.97、=0.96、=0.98、=0.99則：
=0.972×0.96×0.984×0.992=0.817
所以:
根據(jù)選取電動(dòng)機(jī)的額定功率。
查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》取電動(dòng)機(jī)的額定功率為=110kw
3．4 選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
由傳動(dòng)滾筒軸的轉(zhuǎn)速,按二級(jí)斜齒圓柱減速器的傳動(dòng)比的合理范圍=8:30,故電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為: =(477.6:1791)r/min。配合計(jì)算出的容量,可查出有兩種適用的電動(dòng)機(jī)型號(hào), 其技術(shù)參數(shù)比較情況見下表：
表3-2 兩種適用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)的參數(shù)
方 案
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
電動(dòng)機(jī)重量
kw
同步轉(zhuǎn)速
滿載轉(zhuǎn)速
1
Y315M2-6
110
1000
990
1110
2
Y315S-4
110
1500
1480
1000
綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量以及減速器的傳動(dòng)比，可知方案2比較適合。因此選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y315S-4,所選電動(dòng)機(jī)的額定功率P =110kw，滿載轉(zhuǎn)速n=1480r/min 。
4 減速器的設(shè)計(jì)
4．1 計(jì)算總傳動(dòng)比并分配各級(jí)傳動(dòng)比
圖4—1 運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
電動(dòng)機(jī)確定后，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和工作裝置的轉(zhuǎn)速就可以計(jì)算傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比[7]。
4.1.1 計(jì)算總傳動(dòng)比
==24.79
4.1.2 分配各級(jí)傳動(dòng)比
確定各級(jí)的傳動(dòng)比時(shí),考慮到潤滑條件,應(yīng)使高、低級(jí)兩個(gè)在齒輪的直徑相近，所以低速級(jí)大齒輪略大些，推薦高帶級(jí)傳動(dòng)比=(1.2:1.3)
4．2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算
4.2.1 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速
=1480r/min
=1480/5.49=269.58r/min
=269.58/4.51=59.77r/min
4.2.2 各軸的功率和轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)軸輸出功率和轉(zhuǎn)矩
＝80kw
＝9550×＝9550×
軸Ⅰ的輸入功率和轉(zhuǎn)矩：
= ·= 80×0.99=79.2kw
＝9550×
＝9550×＝511.05
軸Ⅱ的輸入功率和轉(zhuǎn)矩：
= ·· = 79.2×0.97×0.98=75.29kw
＝9550×
＝9550×＝2667.18
軸Ⅲ的輸入功率和轉(zhuǎn)矩：
= ··=75.29×0.97×0.98=71.57kw
＝9550×
＝9550×＝11435.39
傳動(dòng)滾筒軸的輸入功率和轉(zhuǎn)矩：
= ···
=71.57×0.98×0.99×0.96=66.66kw
＝9550×
＝9550×＝10650.87
將以上各軸的轉(zhuǎn)速，功率及轉(zhuǎn)矩，列成表格
表4-1 各軸的轉(zhuǎn)速，功率和轉(zhuǎn)矩
參 數(shù)
軸 名
電動(dòng)機(jī)軸
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
滾筒軸
轉(zhuǎn) 速 r/min
1480
1480
269.58
59.77
59.77
功 率 kw
110
79.2
75.29
71.57
66.66
轉(zhuǎn) 矩
516.21
511.05
2667.18
11435.39
10650.87
綜合考慮傳動(dòng)比和額定功率，應(yīng)該選取減速器，=24.79， 額定功率 =110kw。
5 驅(qū)動(dòng)滾筒設(shè)計(jì)
5.1 輸送帶的選擇
輸送帶在帶式輸送機(jī)中既是承載構(gòu)件又是牽引構(gòu)件（鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)除外），它不僅要有承載能力，還要有足夠的抗拉強(qiáng)度。輸送帶有帶芯（骨架）和覆蓋層組成，其中覆蓋層又分為上覆蓋膠，邊條膠，下覆蓋膠。
輸送機(jī)的帶芯主要是有各種織物（棉織物，各種化纖織物以及混紡織物等）或鋼絲繩構(gòu)成。它們是輸送帶的骨干層，幾乎承載輸送帶工作時(shí)的全部負(fù)載[18]。因此，帶芯材料必須有一定的強(qiáng)度和剛度。覆蓋膠用來保護(hù)中間帶芯不受機(jī)械損傷以及周圍有害介質(zhì)的影響。上覆蓋膠層一般較厚，這是輸送帶的承載面，直接與物料接觸并承受物料的沖擊和磨損。下覆膠層是輸送帶與支撐托輥接觸的一面，主要承受壓力，為了減少輸送帶沿托輥運(yùn)行時(shí)的壓陷阻力，下覆蓋膠的厚度一般較薄。側(cè)邊覆蓋膠的作用是當(dāng)輸送帶發(fā)生跑偏使側(cè)面與機(jī)架相碰時(shí)，保護(hù)帶芯不受機(jī)械損傷。
按輸送帶帶芯結(jié)構(gòu)及材料不同，輸送帶被分成織物層芯和鋼絲繩芯兩大類。織物層芯又分為分層織物芯和整體織物層層芯兩類，且織物層芯的材質(zhì)有棉，尼龍和維綸等。
為了方便制造和搬運(yùn)，輸送帶的長(zhǎng)度一般制成100米～200米，因此使用時(shí)必須根據(jù)需要進(jìn)行連接。橡膠輸送帶的連接方法有機(jī)械接法與硫化膠接法兩種。硫化膠接法又分為熱硫化和冷硫化膠接法兩種。
5.2 驅(qū)動(dòng)滾筒的選擇設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)滾筒是傳遞動(dòng)力的主要部件。根據(jù)不同的使用條件和工作要求，帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，按單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式來講，可分單滾筒驅(qū)動(dòng)和雙滾筒驅(qū)動(dòng)。單滾筒傳動(dòng)多用于功率不大的輸送機(jī)上，功率較大的輸送機(jī)可以采用雙滾筒傳動(dòng)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，還可以增加包角以增加傳動(dòng)滾筒所能傳遞的牽引力。使用雙滾筒傳動(dòng)時(shí)可以采用多電機(jī)分別傳動(dòng)，也可以利用齒輪傳動(dòng)裝置使雙滾筒同速運(yùn)轉(zhuǎn)。如雙滾筒傳動(dòng)仍不滿足牽引力需要，可采用多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式。滾筒結(jié)構(gòu)又分為鋼板焊接滾筒(大型的)和鑄造滾筒(小型的)。
驅(qū)動(dòng)滾筒的作用是通過筒面和帶面之間的摩擦驅(qū)動(dòng)使輸送帶運(yùn)動(dòng)，同時(shí)改變輸送帶的運(yùn)動(dòng)方向。為了傳遞必要的牽引力，輸送帶與滾筒間必須具有足夠的摩擦力。根據(jù)摩擦傳動(dòng)的理論，在設(shè)計(jì)或選擇驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)，可采用增加輸送帶與驅(qū)動(dòng)滾筒問的摩擦和圍包角的方法來保證獲得必要的牽引力。采用單滾筒驅(qū)動(dòng)時(shí)；圍包角可達(dá)180°～240°；當(dāng)采用雙滾筒驅(qū)動(dòng)時(shí)，圍包角為360°～480°左右。用雙滾筒傳動(dòng)能大大提高輸送機(jī)的牽引力，所以常常被采用，尤其是當(dāng)運(yùn)輸長(zhǎng)度比較長(zhǎng)時(shí)，一般采用雙滾筒驅(qū)動(dòng)。
驅(qū)動(dòng)滾筒的表面形式有鋼制光面滾筒和包膠面滾筒等。鋼制光面滾筒的主要缺點(diǎn)是表面摩擦系數(shù)小，所以一般用在周圍環(huán)境濕度小的短距離運(yùn)輸機(jī)上[19-20]。包膠滾筒的主要優(yōu)點(diǎn)是表面摩擦系數(shù)大，適用于環(huán)境濕度大，運(yùn)距較長(zhǎng)的輸送機(jī)。而包膠的主要用途就是為了增大驅(qū)動(dòng)滾筒與輸送帶間的摩擦系數(shù)，減小滾筒的磨損。當(dāng)功率不大，環(huán)境濕度小的情況下，可選用光面滾筒；環(huán)境潮濕，功率又大，容易打滑的情況下，應(yīng)選用膠面滾筒作為驅(qū)動(dòng)滾筒。包膠滾筒按其表面形狀又可分為光面包膠滾筒、人字形溝槽包膠滾筒和菱形包膠滾筒。
本設(shè)計(jì)采用人字形溝槽包膠滾筒。這種滾筒是為了增大摩擦系數(shù)，在鋼制光面滾筒表面上，加上一層帶人字形的橡膠層面制成。這種滾筒有滾筒方向性，使人字刻槽的尖端順著輸送方向，不得反向運(yùn)轉(zhuǎn)。方向如下圖所示。人字形溝槽膠滾筒，溝槽能使水的薄膜中斷，不積水，同時(shí)輸送帶與滾筒接觸時(shí)，輸送帶表面能擠壓到溝槽里，由于這種原因，即使在潮濕的場(chǎng)合工作，摩擦系數(shù)降低也很小。而菱形膠表適用于可逆運(yùn)轉(zhuǎn)的輸送機(jī)[8]。
兩種人字形溝槽包膠滾筒如下圖所示：
圖5-1 左向人字形包膠滾筒和右向人字形包膠滾筒的結(jié)構(gòu)示意圖
5.3 滾筒尺寸的確定
輸送帶的寬度直接影響，原煤的輸送生產(chǎn)率[9]。由帶式輸送機(jī)的輸送能力公式：
易知：滿足運(yùn)輸生產(chǎn)率要求的最小輸送帶寬度
式中 —輸送帶寬度，m；
—帶速，m/s；
—物料散集密度，t/m3；
—輸送量，t/h；
—物料的斷面系數(shù)，值與物料的堆積角值有關(guān)，可由表5—1查得；
—輸送機(jī)傾角系數(shù)，即考慮傾斜運(yùn)輸時(shí)運(yùn)輸能力的減小而設(shè)的系數(shù)，其值見表5—2。
表5—1 物料斷面系數(shù)表
動(dòng)堆積角
10°
20°
25°
30°
35°
槽形
316
385
422
458
466
平形
67
135
172
209
247
表5—2 輸送機(jī)傾角系數(shù)表
α
0°~ 7°
8°~ 15°
16°~ 20°
1.0
0.95~0.9
0.9~0.8
表5—3 各種物料散集密度及物料堆積角
貨載名稱
貨載名稱
煤
0.8~1.0
30°
石灰?guī)r
1.6~2.0
25°
煤渣
0.6~0.9
35°
砂
1.6
30°
焦炭
0.5~0.7
35°
黏土
1.8~2.0
35°
黃鐵礦
2.0
25°
碎石
1.8
20°
設(shè)計(jì)中，帶式輸送機(jī)采用的是槽形托輥；由原始數(shù)據(jù)可知，運(yùn)送的是原煤，輸送機(jī)的傾角為10°。故從表5—3查得=30°；從表5—1中查得=458；從表5—2中查得=0.95—0.9，取=0.92。
代入數(shù)據(jù)： =m=1.33m
查表選取帶寬=1.4m=1400mm
在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，帶寬與滾筒直徑也有一定比例關(guān)系，所以用上式計(jì)算的滾筒直徑，然后在系列標(biāo)準(zhǔn)中圓整成相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，帶寬B與驅(qū)動(dòng)滾筒標(biāo)準(zhǔn)直徑的關(guān)系如下表所示[22]：
表5-4 帶寬與驅(qū)動(dòng)滾筒標(biāo)準(zhǔn)直徑的關(guān)系
膠帶寬度mm
650
800
1000
1200
1400
驅(qū)動(dòng)滾筒
標(biāo)準(zhǔn)直徑D(mm)
630
630
800
800
1000
-
800
1000
1000
1250
-
-
-
1250
1400
滾筒長(zhǎng)度應(yīng)比輸送帶寬度B大些，一般取為=+（100～200） mm
故滾筒長(zhǎng)度=（1400+200）mm =1600 mm
由表5—4選取驅(qū)動(dòng)滾筒的標(biāo)準(zhǔn)直徑D=1000mm
本系列傳動(dòng)滾筒設(shè)計(jì)時(shí),已考慮了輸送機(jī)啟制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的尖峰載荷,因而傳動(dòng)滾筒只需按穩(wěn)定工況算出的扭矩和合力來選擇即可。
由總體方案的設(shè)計(jì)部分可知，傳動(dòng)滾筒的圓周合力為：
而按穩(wěn)定工況計(jì)算出的轉(zhuǎn)矩為：
=66.66KW
＝9550×
=9550×＝10650.87
故該滾筒選擇滿足要求。
其結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示[10]：
圖5-2 傳動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)尺寸安裝圖
由DT(Ⅱ)輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[22]查得安裝尺寸如表5—5所示：
表5—5
B
D/mm
許用應(yīng)力/KN
軸承型號(hào)
主要尺寸/mm
A
L
d
K
1400
1000
27
22232
2050
1600
1125
150
250
主要尺寸/mm
M
N
Q
P
H
h
B
200
105
520
640
200
60
158
36
M30
圖5-4 傳動(dòng)滾筒的三維模型
5.4 驅(qū)動(dòng)滾筒軸的設(shè)計(jì)
5.4.1 驅(qū)動(dòng)滾筒軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
計(jì)算最小軸徑：
筒的輸入功率和轉(zhuǎn)速
=66.66kw
＝
選取驅(qū)動(dòng)滾筒軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表知：考慮彎矩影響的設(shè)計(jì)系數(shù)為=118，于是軸的最小直徑為：
=118=122.7mm，
滾筒軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示：
圖5-5 滾筒軸的結(jié)構(gòu)尺寸
圖5-6滾筒軸的三維模型
5.4.2 滾筒軸的校核
由于只受扭轉(zhuǎn)力的作用，故只校核軸的強(qiáng)度和剛度。
(1)強(qiáng)度校核
由強(qiáng)度校核條件：
===15.78Mpa
——軸的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力,Mpa；
T ——軸所受的扭矩，N.mm；
WT ——軸的抗扭截面模量，對(duì)于實(shí)心軸，WT =0.2d3；
P——軸所傳遞的功率，KW；
n——軸的轉(zhuǎn)速，r/m3；
d——軸的截面直徑,mm；
[]——許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，Mpa；
由于軸承的材料為45鋼，查機(jī)械零件表15-3得，軸的材料的許用扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力為25～45
因?yàn)?[]，所以符合要求。
(2) 剛度校核
由剛度條件得：
=5.73×=5.73×=0.46(/m)
T——軸所受的扭矩,N.mm
G——軸的材料剪切彈性模量，對(duì)于鋼材，G=8.1104Mpa
Ip——軸的截面的極慣性矩,mm4，對(duì)于軸Ip =
由于傳動(dòng)滾筒為一般的傳動(dòng)軸，因此=0.5～1(/m)
故軸的剛度合格。
5.4.3 滾筒的周向定位
對(duì)于零件的周向定位，一般的方法是采用鍵、螺釘?shù)冗M(jìn)行，這就不同程度的削弱了軸強(qiáng)度，基于此，本設(shè)計(jì)采用脹套定位，利用錐面原理，通過調(diào)整錐面軸向位移，達(dá)到徑向膨脹[21-22]。
優(yōu)點(diǎn)及特性：
a)制造和安裝簡(jiǎn)單。安裝脹套的軸和孔不像過盈配合那樣要求高精度的制造公差，安裝脹套也無需加熱，冷卻或使用加壓設(shè)備，只須將螺釘按規(guī)定扭矩值寧緊即可。
b)有良好地互換性，且拆卸方便。拆卸時(shí)，先松開壓緊螺釘，再用頂出螺釘頂出卸載，即可拆除聯(lián)接狀態(tài)，將脹套與聯(lián)結(jié)零件分離。
c)脹套聯(lián)接可以承受重負(fù)載。其結(jié)構(gòu)可作成各種樣式，為適應(yīng)安裝負(fù)載要求，一個(gè)脹套不夠用時(shí)，還可多個(gè)串聯(lián)使用。
d)脹套聯(lián)接是一種精密無間隙、無鍵的聯(lián)接?？煽康南随I傳動(dòng)所造成的應(yīng)力集中等弊病。具有定位方便快捷、使用壽命長(zhǎng)、不易腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。在工作中無相對(duì)滑動(dòng)，不會(huì)磨損。
e)脹緊聯(lián)接在軸向安裝時(shí)，不需軸向任何固定就可以調(diào)整其軸向所需位置尺寸及零件相對(duì)位置。
f)脹緊聯(lián)結(jié)套可以在-30~200溫度范圍之間工作，并可以根據(jù)工作環(huán)境和介質(zhì)的不同，選擇多種不同的材料[12]。
以上特點(diǎn)彌補(bǔ)了鍵聯(lián)接的許多不足之處，該產(chǎn)品是取代鍵的最佳選擇，相對(duì)于鍵聯(lián)結(jié)，可以保證無間隙，使用壽命極長(zhǎng)。
6 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)
6.1 高速聯(lián)軸器
在減速器高速軸與電動(dòng)機(jī)之間，由于轉(zhuǎn)速較高，且有輕微的沖擊振動(dòng)；輸送機(jī)功率在110KW以內(nèi)的高速軸一般采用彈性柱梢聯(lián)軸器[23]，這種聯(lián)軸器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力很大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝制造方便，耐久性好，彈性柱梢有一定的緩沖和吸振能力，允許被聯(lián)接兩軸有一定的軸向位移以及少量的徑向位移和角位移[13]。
計(jì)算選型如下：
選擇時(shí)應(yīng)滿足如下的強(qiáng)度條件
計(jì)算轉(zhuǎn)矩：=（）
——電動(dòng)機(jī)系數(shù)，查機(jī)械手冊(cè)得=0.25
——工作機(jī)類型系數(shù)，查機(jī)械手冊(cè)得=1.2
=1.45511.05=766.57
由聯(lián)軸器的計(jì)算和軸的設(shè)計(jì)計(jì)算，選聯(lián)軸器
其公稱許用轉(zhuǎn)矩1250，許用轉(zhuǎn)速為4700r/min ，故滿足要求。
其結(jié)構(gòu)尺寸如下表所示
表6-1 聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)尺寸
型號(hào)
公稱轉(zhuǎn)矩
(Nm)
許用轉(zhuǎn)速
(r/min)
軸孔直徑
、
mm
軸孔長(zhǎng)度mm
D mm
Y型
、、Z型
L
L
LX3
1250
4700
30，32，35，38
82
60
82
240
40，42，45，48
112
84
112
mm
Bmm
Smm
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg㎡)
質(zhì)量kg
160
36
2.5
0.026
8
6.2 低速聯(lián)軸器
在低速級(jí)與工作機(jī)之間，其轉(zhuǎn)矩很大，且有一定的沖擊振動(dòng)，減速器輸出軸與工作機(jī)軸間又有一定的軸向和徑向位移，所以此處選擇彈性齒式聯(lián)軸器。
這種聯(lián)軸器由兩個(gè)帶有內(nèi)齒及凸緣的外套筒和兩個(gè)帶有外齒的內(nèi)套筒組成。兩個(gè)內(nèi)套筒分別用鍵與兩軸連接，兩個(gè)外套筒用螺栓連成一體，依靠?jī)?nèi)外齒相嚙合以傳遞轉(zhuǎn)矩。由于外齒的齒頂制成橢球面，且保證與內(nèi)齒嚙合后具有適當(dāng)?shù)捻斚逗蛡?cè)隙，故在傳動(dòng)時(shí)，套筒可有軸向和徑向位移以及角位移。但為了減少磨損，應(yīng)對(duì)齒面進(jìn)行潤滑。這類聯(lián)軸器能傳遞很大的轉(zhuǎn)矩，長(zhǎng)允許有較大的偏移量，安裝精度要求不高；成本較高，在重型機(jī)械廣泛應(yīng)用。
計(jì)算選型如下：
選擇時(shí)應(yīng)滿足如下的強(qiáng)度條件
計(jì)算轉(zhuǎn)矩：=（）Nm
電動(dòng)機(jī)系數(shù)，=0.25
工作機(jī)類型系數(shù)，=1.25
=1. 511435.39=17153.09Nm
由聯(lián)軸器的計(jì)算和軸的設(shè)計(jì)計(jì)算，選 ZL8型聯(lián)軸器。
公稱許用轉(zhuǎn)矩25000Nm
許用轉(zhuǎn)速2300r/min，故滿足要求。
其結(jié)構(gòu)尺寸如下表所示：
表6-2 ZL8型聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)尺寸
型號(hào)
公稱轉(zhuǎn)矩
(Nm)
許用轉(zhuǎn)速
(r/min)
軸孔直徑
、
mm
軸孔長(zhǎng)度mm
D mm
Y型
型
L
L
ZL8
16000
2500
140
212
167
300
150
252
202
mm
Bmm
Smm
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg㎡)
質(zhì)量kg
190
128
6
0.798
90.626
0.800
82.060
7 制動(dòng)裝置
7.1 制動(dòng)裝置的作用
對(duì)于傾斜輸送物料的帶式輸送機(jī)，平均傾角大于4°時(shí)，為了防止因滿載停機(jī)發(fā)生上運(yùn)物料的倒轉(zhuǎn)或下運(yùn)物料的順滑現(xiàn)象，從而引起物料的堆積、飛車等事故，所以就應(yīng)增設(shè)逆止或制動(dòng)裝置。制動(dòng)器是用于機(jī)器或機(jī)構(gòu)減速使其停止的裝置，有時(shí)也能用調(diào)節(jié)或限制機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度，它是保證機(jī)構(gòu)或機(jī)器安全正常的重要部件。
7.2 制動(dòng)裝置的種類
帶式輸送機(jī)的逆止和制動(dòng)裝置的種類較多，視輸送機(jī)的具體使用條件采用不同形式的逆止或制動(dòng)器。常用的有帶式逆止器、滾柱逆止器、液壓電磁閘瓦制動(dòng)器、盤形制動(dòng)器和液壓推桿制動(dòng)器等幾種。本設(shè)計(jì)采用液壓推桿制動(dòng)器 。
這種制動(dòng)器對(duì)向上、水平或向下運(yùn)輸?shù)膸捷斔蜋C(jī)均可采用。其工作頻率快，制動(dòng)平衡，且制動(dòng)力矩可調(diào)，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。因此多用于大功率、長(zhǎng)距離的輸送機(jī)上。安裝在緊靠減速器的輸入軸(高速軸)上，作為因斷電停機(jī)和緊急剎車之用，適用于對(duì)停機(jī)時(shí)間有要求的場(chǎng)合。
7.3 制動(dòng)器的選型
制動(dòng)器的選擇要考慮以下幾點(diǎn)[14]：
a)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，計(jì)算軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，并要有一定的安全儲(chǔ)備。
b)應(yīng)充分注意制動(dòng)器的任務(wù)，根據(jù)各自不同的任務(wù)來選擇，支持制動(dòng)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，必須有足夠儲(chǔ)備，即保證一定的安全系數(shù)，對(duì)于安全性有高度要求的機(jī)構(gòu)需要裝設(shè)雙重制動(dòng)器。
c)制動(dòng)器就能保證良好的散熱功能，防止對(duì)人身、機(jī)械及環(huán)境造成危害[11]。
8 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置特性分析
驅(qū)動(dòng)裝置是帶式輸送機(jī)的核心部件，屬于系統(tǒng)的動(dòng)力部件，其性能對(duì)于帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸能力、運(yùn)輸成本、膠帶最大張力的控制以及輸送機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性的控制方面，都是至關(guān)重要的。性能穩(wěn)定、性價(jià)比高、功能完善、技術(shù)先進(jìn)，是現(xiàn)代大型帶式輸送機(jī)動(dòng)力裝置必然的要求。而對(duì)于我國這樣的國家，性能穩(wěn)定、性價(jià)比高應(yīng)該優(yōu)先于后兩項(xiàng)指標(biāo)。
8.1 大功率帶式輸送機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的要求
驅(qū)動(dòng)裝置是影響輸送機(jī)動(dòng)態(tài)特性的主要因素。大功率帶式輸送機(jī)在正常運(yùn)行，尤其是在較不穩(wěn)定的起制動(dòng)狀況時(shí)，動(dòng)張力與靜張力迭加，引起膠帶在驅(qū)動(dòng)滾筒處的張力重新分布并導(dǎo)致不穩(wěn)定的運(yùn)行[24-25]。此外，還引起拉緊裝置載荷的顯著增大和重錘式拉緊裝置位移的增加。這是因?yàn)槟z帶是彈性體，在外界擾動(dòng)力(驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力和運(yùn)行阻力等)的作用下，沿膠帶縱向產(chǎn)生振動(dòng)的緣故。這是帶式輸送機(jī)動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象最主要的部分之一。如何減小其膠帶的張力及其張力變化以減少?zèng)_擊，對(duì)于完善輸送機(jī)的運(yùn)行性能和提高運(yùn)輸能力非常重要。而減小膠帶張力及其變化于動(dòng)力裝置的性能有很大關(guān)系。驅(qū)動(dòng)力過大、起動(dòng)過快都會(huì)引起過大的膠帶張力，從而影響到系統(tǒng)的所有元部件。理想的驅(qū)動(dòng)裝置必須具備以下條件。
(1) 起動(dòng)控制，即對(duì)起動(dòng)加速度和起動(dòng)時(shí)間的精確控制(可控起動(dòng))，或至少能滿足空載或輕載起動(dòng)(軟起動(dòng))。
(2) 頻繁起動(dòng)和多機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率平衡。
(3) 停車安全。
(4) 安全可靠，維護(hù)方便，經(jīng)濟(jì)高效。
8.2 起動(dòng)控制
驅(qū)動(dòng)裝置必須連續(xù)地對(duì)膠帶加速而不受負(fù)載的影響，起動(dòng)時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng)，加速度值應(yīng)控制在0.1-0.3以內(nèi)，以防止撤料、滾料(尤其是大傾角帶式輸送機(jī))、膠帶在滾筒上打滑以及拉緊裝置的過度位移。膠帶是粘彈性體而不是剛性體，因此要求起動(dòng)輸送機(jī)不能產(chǎn)生較大的膠帶動(dòng)張力(這種動(dòng)張力甚至可能在膠帶中引起共振)，傳統(tǒng)的電機(jī)加減速器直接起動(dòng)的方式早已不能滿足大功率、長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的起動(dòng)要求。
8.3 制動(dòng)控制
停車時(shí)驅(qū)動(dòng)裝置若能保持足夠長(zhǎng)的停車時(shí)間和平緩的減速曲線，將使停車時(shí)產(chǎn)生的張力波保持在安全范圍內(nèi)。對(duì)于長(zhǎng)距離、大彈性模量的帶式輸送機(jī)來說，停車制動(dòng)時(shí)比加速更具危險(xiǎn)性，控制更困難。分析表明，膠帶內(nèi)部?jī)?chǔ)存的應(yīng)力能在停車使所產(chǎn)生的特殊動(dòng)應(yīng)力比驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在加速時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力要大得多。這就要求對(duì)長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)必須用動(dòng)態(tài)分析法來徹底的研究，諸如起動(dòng)斷電、緊急停車等工況所帶來的危害[26]。
正常停車曲線的形狀可能不像起動(dòng)曲線那樣至關(guān)重要，但是最好在驅(qū)動(dòng)輸入端安裝飛輪，從而延長(zhǎng)停車時(shí)間。在大多數(shù)情況下，驅(qū)動(dòng)裝置的慣性必須始終加在輸送機(jī)上，以避免過快地停車。
在緊急停車時(shí)，使用與加速曲線類似地可控制地減速方法是必要的。停車時(shí)間要延長(zhǎng)到滿足安全系數(shù)的要求。
在實(shí)際中，只要延長(zhǎng)加減速時(shí)間，就可以降低膠帶安全系數(shù)，意味著降低膠帶成本和輸送機(jī)總價(jià)格(因膠帶占輸送機(jī)總價(jià)35%-45%左右)。所以選擇合適的驅(qū)動(dòng)裝置，就降低高至幾百萬元的設(shè)備投資。由此可見，選擇最佳的驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)裝置所帶來的經(jīng)濟(jì)效益是很可觀的。
8.4 過載保護(hù)
所有帶式輸送機(jī)的零部件都必須防止過載，因?yàn)轵?qū)動(dòng)裝置可以將過大力矩傳遞到膠帶上，膠帶上的沖擊載荷也可對(duì)減速器和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械部件產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[27-28]。起動(dòng)加載過多的輸送機(jī)，對(duì)電動(dòng)機(jī)過載能力的要求較高，可以用可調(diào)整最大力矩限制裝置如限矩型液力偶合器來排除輸送機(jī)偶然起動(dòng)和運(yùn)行加載過多的可能性，能消除膠帶上主要的瞬間沖擊動(dòng)應(yīng)力及其對(duì)減速器和電動(dòng)機(jī)的影響。
8.5 多機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的負(fù)載平衡
大功率帶式輸送機(jī)通常采用多機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，由于電機(jī)特性的差異，以及驅(qū)動(dòng)滾筒直徑的微小變化都可能造成各驅(qū)動(dòng)單元的功率不平衡，嚴(yán)重的可導(dǎo)致電機(jī)過載而燒毀。國外大功率帶式輸送機(jī)通常采用串聯(lián)式PID(比例、積分、微分)控制回路，從而控制驅(qū)動(dòng)裝置的速度和輸出力矩，快速準(zhǔn)確地進(jìn)行功率平衡。國內(nèi)限于技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件通常采用技術(shù)較為成熟的液力偶合器(限矩型或調(diào)速型)來控制電機(jī)的功率均衡。
8.6 驅(qū)動(dòng)裝置的其他要求
大功率帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置還應(yīng)該具備延長(zhǎng)電機(jī)絕緣材料的壽命，降低對(duì)電機(jī)的技術(shù)要求以及低速驗(yàn)帶、故障自我診斷、對(duì)電網(wǎng)污染小等性能。另外，驅(qū)動(dòng)裝置也應(yīng)允許在不停電動(dòng)機(jī)時(shí)停車(當(dāng)停車時(shí)間很短并允許的情況下)，這將盡可能地減少?zèng)_擊電流。國外研究表明，電動(dòng)機(jī)損壞有37%與高峰值沖擊電流引起的絕緣損壞有關(guān)。
為了減少電動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)力，各驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可以分時(shí)起動(dòng)，減少起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，降低對(duì)電源系統(tǒng)的技術(shù)要求，避免因過大的電壓將而引起起動(dòng)力矩降低?？刂戚斔蛶У膭?dòng)張力，減小拉緊裝置的的行程。能夠滿足頻繁起動(dòng)控制系統(tǒng)還應(yīng)使裝置在滿載運(yùn)行時(shí)具有可調(diào)性。比如，在多驅(qū)動(dòng)的輸送機(jī)上，若負(fù)載較小，且其中一個(gè)或幾個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置需暫時(shí)脫開的話，必須保證輸送機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。最后也是最重要的要是，安全、可靠、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均衡，即性價(jià)比好。
結(jié) 論
綜合考慮，該設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)裝置的組合方式為分離式Y(jié)-ZLY。該驅(qū)動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、制動(dòng)器、滾筒組成。通過結(jié)合設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算對(duì)以上的驅(qū)動(dòng)裝置分別進(jìn)行選型。電動(dòng)機(jī)采用型號(hào)為Y315S-4,所選電動(dòng)機(jī)的額定功率P=110kw，滿載轉(zhuǎn)速n=1480r/min 。減速器采用型號(hào)為，=24.79， 額定功率 =110kw。滾筒采用人字形溝槽包膠滾筒。高速級(jí)聯(lián)軸器采用聯(lián)軸器，低速級(jí)聯(lián)軸器采用ZL8型聯(lián)軸器。
通過采用以上所選型號(hào)的驅(qū)動(dòng)裝置，能達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)的要求，降低所選用的輸送帶的強(qiáng)度要求，節(jié)約整機(jī)成本，是一種合理的選擇。
致 謝
本論文的完成過程中，自始自終得到了江琴老師的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷。指導(dǎo)老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、嚴(yán)于律己寬以待人的做人風(fēng)范是我們終身學(xué)習(xí)的榜樣。另外課題組活躍的學(xué)術(shù)風(fēng)氣、學(xué)術(shù)觀點(diǎn)與為人上的坦誠也深深的感染了我，使我獲得了太多的啟發(fā)，在此特表深深謝意！
在課題研究的整個(gè)過程中，江老師一直給予悉心的指導(dǎo)與幫助。在同他們的合作中取得了很大的進(jìn)步，同時(shí)他們豐富的理論知識(shí)及實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)、對(duì)待學(xué)術(shù)問題的科學(xué)態(tài)度令我欽佩。在此表示由衷的感謝！
同時(shí)，我向在寫作過程中與我共同探討問題的同學(xué)、朋友表示誠摯的感謝。
謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給所有曾經(jīng)指導(dǎo)、關(guān)懷、幫助、和支持過我的老師、各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、朋友和同學(xué)！
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 宋偉剛，張尊敬，王鷹. 帶式輸送機(jī)的研究進(jìn)展[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械,2004,(2)，1—4
[2] 洪曉華，陳軍. 礦井運(yùn)輸提升[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2005.6
[3] 謝錫純，李曉豁. 礦山機(jī)械與設(shè)備[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2000.5
[4] 蔣瓊珠. 連續(xù)輸送機(jī)[M]. 北京：人民出版社，2004.
[5] 侯志學(xué). 礦山運(yùn)輸機(jī)械[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1996.10.
[6] 王榮祥. 礦山工程設(shè)備技術(shù)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2005.4.
[7]《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)》編組委. 運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)（上、下）[M].化學(xué)工業(yè)出版社.1999.1.
[8] 洪致逾，林良明. 連續(xù)運(yùn)輸機(jī)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1962.12.
[9] 陳維健,齊秀麗等. 礦山運(yùn)輸與提升設(shè)備[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2007．
[10] 北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所 武漢豐凡科技開發(fā)有限責(zé)任公司.主編DTⅡ（A）型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M] ．冶金工業(yè)出版社．
[11] 濮良貴，紀(jì)名剛．機(jī)械設(shè)計(jì)[M]．北京：高等教育出版社，2006.5.
[12] 成一之，黃居森 郭建新. 高寒地區(qū)慢速驅(qū)動(dòng)裝置[J].起重運(yùn)輸機(jī)械, 1994, 9-12.
[13] 毛軍，師建國，張東升. 帶式輸送機(jī)啟動(dòng)特性和可控技術(shù)研究[J]. 礦山機(jī)械, 2004, 31 (2) : 19-22.
[14] 趙志睿，趙曉濤. 帶式輸送機(jī)制動(dòng)器和逆止器的淺析[J] . 機(jī)械管理開發(fā)，2003
[15] 增一男，葉山礦.長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)實(shí)行實(shí)績(jī)[J]. 國外金屬礦山, 1994，（3）：11-18.
[16] 中國紡織大學(xué)工程圖學(xué)教研室.畫法幾何及工程制圖[M].上?？萍汲霭嫔?2000年.
[17] 張文芳,段志強(qiáng),邊會(huì)杰.帶式輸送機(jī)防跑偏輥及清掃器的使用與研究[J]. 河北煤炭.2002,5:9-10.
[18] 尹萬濤,胡述記,米迎春.帶式輸送機(jī)自動(dòng)調(diào)偏裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].鄭煤科技.2005,3:42-44.
[19] 李紅玉.帶式輸送機(jī)自動(dòng)調(diào)偏滾筒.礦業(yè)快報(bào).2004,4(4):36.
[20] 張廣文.起井下膠帶輸送機(jī)火災(zāi)事故的剖析與經(jīng)驗(yàn)教[J].煤礦安全,2001,32(10):46-47.
[21] 李鐵東,姜衛(wèi)東.西溝礦下運(yùn)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械,2004(9):8-9.
[22] 北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所. DTⅡ(A)型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 冶金工業(yè)出版
[23]毛君,劉訓(xùn)濤.帶式輸送機(jī)斷帶保護(hù)系統(tǒng)的研究[J].煤礦機(jī)械,2004,(11):99-100.
[24] 陳炳耀,祁開陽.帶式輸送機(jī)輸送帶與滾筒之間的打滑分析[J].煤礦機(jī)械,2003(5):49-51.
[25] 羅云.21世紀(jì)安全管理科學(xué)展望[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2000,10(1):27-31.
[26] 禹金云.機(jī)械安全技術(shù)趨向分析[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2004,14(4):54-56.
[27] 王傳海,張衛(wèi)國.帶式輸送機(jī)斷帶及飛車制動(dòng)保護(hù)裝置[J].礦業(yè)安全與環(huán)保2003,30(3):40-46.
[28] 史志遠(yuǎn),朱真才.帶式輸送機(jī)斷帶保護(hù)裝置分析[J].煤礦機(jī)械,2005(8):83-85.
收藏