帶式輸送機(jī)特大型滾筒的設(shè)計(jì)

1、帶式輸送機(jī)特大型滾筒的設(shè)計(jì)摘 要 帶式輸送機(jī)是散狀物料輸送的主要設(shè)備。其中，滾筒是帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵部件，起驅(qū)動輸送帶運(yùn)行的作用。滾筒的結(jié)構(gòu)直接影響帶式輸送機(jī)運(yùn)行的可靠性。我國對帶式輸送機(jī)已制定了參數(shù)系列，其系列中驅(qū)動滾筒的最大直徑為1600mm ，與此對應(yīng)的輸送帶抗拉強(qiáng)度最大為4000N/inln。隨著帶式輸送機(jī)的大型化，對輸送帶的抗拉強(qiáng)度要求越來越高。實(shí)際上，我國目前己經(jīng)生產(chǎn)出抗拉強(qiáng)度為 4500N/mm一6000N/mm的輸送帶，而直徑為1600mm 以下的滾筒顯然不能滿足與抗拉強(qiáng)度的匹配要求。因此，本文對直徑為1600mm 以上的特大型滾筒進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容如下所述: 對帶式輸送機(jī)1

2、4種參數(shù)的滾筒進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。完成了直徑從1700mm-2000mm滾筒的總圖設(shè)計(jì)，然后分別對滾筒的全部零部件一筒殼、軸、輻板與輪毅、脹套以及擋蓋進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。THEDESIGNFORSPECIALGOOD一SIZEDDRUMSOFTHEBEIJTCONVEYORSA一BSTRACT The beit conveyor is the main equipment of bulk material transpodation.Thereinto，the drum is the main component of the beit conveyor.It is used to drive the

3、 operation of the structure of the drum influences reliability of operation for the belt conveyor are the parameters equences of the drums in our country .The 1argest diameter of the drum in the diameter criterion is l600millimeter，and the highest tensile strength of the belt is 4000Newton per milli

4、meter . However，with the good-sized belt conveyor，the tensile strength of the beit is demanded higher and higher.Infact，there are the belts that the tensi1e streng this from 4500Newton per millimeter to 6000Newton per millimeter now. Apparently, the drum that the diameter is 1ess than l600millimeter

5、 cannt satisfy the demand.So，The paper is to design the drum whose diameter is more than content of the paper is as follows:The paper is to design the structure of fourteen drums.It is the general chart of drums that the diameter is from l700 millimeter to 2000 millimeter.lt also designs components

6、of drums，viz, cylindrical shell，axis，web，expansion bushing and shield.第一章 緒論帶式輸送機(jī)是冶金、電力和化工等廠礦企業(yè)常見的連續(xù)動作式運(yùn)輸設(shè)備之一，尤其是在煤炭工業(yè)中使用廣泛。帶式輸送機(jī)可以輸送煤、研石及其它粉末狀物料，也可以輸送包裝好的成件物品。但為了保護(hù)輸送帶，不宜輸送有堅(jiān)硬棱角的不規(guī)則形狀物料。它輸送能力大、調(diào)度組織簡單、維護(hù)方便，因而營運(yùn)費(fèi)低。此外，帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠、運(yùn)行阻力小、耗電量低、容易實(shí)現(xiàn)自動化也是它的特點(diǎn)。大型帶式輸送機(jī)是當(dāng)前散狀物料輸送的主要方式。由于現(xiàn)代化工業(yè)的不斷發(fā)展，帶式輸送機(jī)已經(jīng)

7、成為國民經(jīng)濟(jì)各部門生產(chǎn)過程中的重要組成部分。它正朝著長距離、大運(yùn)量、高速度方向發(fā)展。目前，帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用在煤炭、冶金、水泥、電力、港口、化工等行業(yè)。它由滾筒、托輥、膠帶、支架等多種零部件組成，每種又包括若干類型，加之不同的地形、工況、布置形式又有多種變化，使得帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)相當(dāng)繁重，尤其各個(gè)部件的設(shè)計(jì)涉及較多的知識與規(guī)則。隨著國內(nèi)外市場的迅速發(fā)展，帶式輸送機(jī)越來越大型化，為了適應(yīng)這種要求，必須對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而以往的設(shè)計(jì)還存在一些不足，因此迫切需要對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。滾筒是帶式輸送機(jī)的主要部件，其使用壽命嚴(yán)重地影響帶式輸送機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和生產(chǎn)。帶式輸送機(jī)大部分為機(jī)頭單端驅(qū)動。就驅(qū)動滾筒

8、數(shù)目而言，有單滾筒和雙滾筒驅(qū)動。其中雙滾筒驅(qū)動有兩種形式，即雙滾筒共同驅(qū)動和雙滾筒分別驅(qū)動。根據(jù)在帶式輸送機(jī)中的作用不同，滾筒分為傳動滾筒和改向滾筒。傳動滾筒與改向滾筒在工作狀態(tài)下的受力情況不同，要求結(jié)構(gòu)也不同。1.2國內(nèi)外的研究發(fā)展概述隨著帶式輸送機(jī)的大型化，滾筒作為帶式輸送機(jī)的重要部件也越來越受到國內(nèi)外重視。帶式輸送機(jī)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于缺乏精確的滾筒強(qiáng)度計(jì)算方法，因而采用很高的安全系數(shù)，使得滾筒結(jié)構(gòu)很重，且可靠性并沒有明顯提高。在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，逐步提高了滾筒的設(shè)計(jì)要求。湖北建設(shè)機(jī)械股份謝國強(qiáng)介紹了一種新型的內(nèi)藏式液壓馬達(dá)驅(qū)動滾筒的結(jié)構(gòu)，該液壓驅(qū)動滾筒是將液壓馬達(dá)置于滾筒內(nèi)部，并通過一級齒輪減

9、速，使液壓滾筒的轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)計(jì)需要。這種將驅(qū)動滾筒與減速機(jī)構(gòu)和液壓馬達(dá)合并成一體的液動滾筒，具有內(nèi)藏式電動滾筒的性能,其調(diào)速性能優(yōu)于電動滾筒，有較高的實(shí)用性和先進(jìn)性。Christian Lindner提出對皮帶滾筒進(jìn)行有限元計(jì)算，用有限元法可使設(shè)計(jì)者對皮帶滾筒進(jìn)行較精確的計(jì)算，用所給出的方程式，對滾筒筒殼和輻板計(jì)算軸向應(yīng)力、徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力。皮帶滾筒在理論上作了最廣泛研究的是1963年赫爾穆特、郎格所著的有關(guān)帶式輸送機(jī)滾筒計(jì)算的研究的論文。北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所張喜軍的關(guān)于 長距離帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)觀點(diǎn)的發(fā)展一文中，闡述了利用動態(tài)分析方法對大型帶式輸送機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本論文的主要任務(wù)是對直徑為16

10、00mm以上的特大型滾筒進(jìn)行了設(shè)計(jì)。目前我國對帶式輸送機(jī)已制定了參數(shù)系列，其系列中驅(qū)動滾筒的最大直徑為1600mm，與此對應(yīng)的輸送帶抗拉強(qiáng)度最大為4000N/mm。隨著帶式輸送機(jī)的大型化，對輸送帶的抗拉強(qiáng)度要求越來越高。實(shí)際上，我國目前已經(jīng)生產(chǎn)出抗拉強(qiáng)度為4500N/mm一6000N/mm的輸送帶，而直徑為1600mm以下的滾筒顯然不能滿足與抗拉強(qiáng)度的匹配要求。因此，要對直徑為1600mm以上的大型滾筒進(jìn)行設(shè)計(jì)。目前，國內(nèi)外對滾筒進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的頗多，但對于直徑1600mm以上大型滾筒的設(shè)計(jì)并不多見。因此，本文對直徑1600mm以上的14種大型滾筒進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括筒殼、軸、輻板與輪毅、軸與輪

11、毅間的聯(lián)接件脹套以及擋蓋的設(shè)計(jì)。第二章 帶式輸送機(jī)特大型滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)近年來，國內(nèi)外對帶式輸送機(jī)相關(guān)理論的研究取得了很大進(jìn)展，因此，帶式輸送機(jī)主要部件的技術(shù)性能也有了明顯提高，這為帶式輸送機(jī)向長距離、大型化方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。其中，大型驅(qū)動滾筒的結(jié)構(gòu)也需要一種合理的設(shè)計(jì)。本章將對帶式輸送機(jī)特大型驅(qū)動滾筒零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后定出特大型滾筒的參數(shù)。滾筒是帶式輸送機(jī)的重要部件。對于滾筒的筒殼結(jié)構(gòu)，本章將從筒殼的厚度、筒殼的直徑、筒殼的寬度三方面進(jìn)行研究.筒殼的直徑本次設(shè)計(jì)的大型驅(qū)動滾筒主要用于鋼繩芯帶式輸送機(jī)。對于鋼繩芯帶式輸送機(jī)，驅(qū)動滾筒的直徑取決于輸送帶的強(qiáng)度及鋼繩芯直徑，一般驅(qū)動滾筒直徑

12、與鋼繩芯直徑之比不小于150。目前我國鋼繩芯帶式輸送機(jī)系列中輸送帶的最大抗拉強(qiáng)度為4000N/mm。而我國己經(jīng)生產(chǎn)出強(qiáng)度為6000N/mm的輸送帶，如表2一1所示。表2-1 輸送帶抗拉強(qiáng)度Tab. 2-1 The tensile strength of conveyor belt 輸送帶強(qiáng)度4500N/mm5000N/mm5500N/mm6000N/mm根據(jù)輸送帶強(qiáng)度的選擇，我們設(shè)計(jì)的滾筒直徑較大，如表2一2所示。表2-2 筒殼直徑Tab. 2-1 The diameter of cylindrical shell筒殼直徑（mm）1700180019002000筒殼的厚度在現(xiàn)有的帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)

13、中，主要采用鑄造滾筒。只有在產(chǎn)量很小時(shí)才采用焊接滾筒，因?yàn)樵谶@種情況下準(zhǔn)備鑄造工藝裝備是不合算的。焊接滾筒的厚度與鑄造滾筒接近，而它的制造較鑄造滾筒困難.而且實(shí)踐表明，重載下的焊接結(jié)構(gòu)滾筒經(jīng)常會由于焊縫的破裂而失效，鑄造滾筒會大大降低這種機(jī)率。因此，大型滾筒采用鑄造結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)采用鑄造結(jié)構(gòu)的滾筒。目前，筒殼厚度的精確計(jì)算還沒有。在設(shè)計(jì)中，大多數(shù)人采用經(jīng)驗(yàn)公式確定筒殼厚度，即h=0.005D+6 (2-1)其中 h筒壁厚度，mm;D筒殼直徑，mm。通過公式 (2一1)計(jì)算所得的筒殼厚度一般偏小，而且考慮到耐磨損和易于制造，筒殼的厚度一般取的較厚，如表2一3所示。筒殼中部凸起及其寬度筒殼外壁的中

14、部一般制成凸形，其目的是為了防止輸送帶在運(yùn)輸過程中左右偏移，以及避免輸送帶偏重受載和兩邊磨損。滾筒的中部凸起一般按滾筒寬度取1/601/500但本次設(shè)計(jì)的筒殼中部沒有凸起。筒殼的寬度與所選輸送帶的寬度有關(guān)。輸送帶有效帶寬的選擇合理與否，直接影響著運(yùn)量的大小。有效帶寬過大，會由于輸送帶運(yùn)行時(shí)的上下振動和左右擺動，而使物料從輸送帶兩邊往外泄漏而影響生產(chǎn)，有效帶寬過小，則會降低運(yùn)量而使效率降低。按經(jīng)驗(yàn)值滾筒寬度可按輸送帶寬度加大150mm200mm。即 B1=B+(150200) (2-2)其中 B1 筒殼寬度，mm; B 輸送帶寬度，mm。根據(jù)公式(2一3) 和公式 (2一4)確定滾筒的最小直徑，

15、即得本文設(shè)計(jì)的筒殼結(jié)構(gòu)如圖2一1所示。初步確定滾筒的直徑、滾筒的寬度和輸送帶的寬度，如表2一4所示。作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的零件都要裝在軸上實(shí)現(xiàn)其回轉(zhuǎn)運(yùn)動，大多數(shù)軸還起著傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。常見的軸有直軸和曲軸，根據(jù)軸的承載情況可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸三類。軸的材料主要采用碳素鋼和合金鋼。常用的碳素鋼有3050鋼。為保證其力學(xué)性能，應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。合金鋼具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，可淬性較好，可以在傳遞大功率并要求減少質(zhì)量和提高軸頸耐磨性時(shí)采用，常用的合金鋼有40Cr、12CrNi2和38SiMnMo等。本次設(shè)計(jì)的軸材料為40Cr。一般情況下，軸的工作能力決定于它的強(qiáng)度和剛度。在設(shè)計(jì)軸時(shí)，除應(yīng)按照工作能力準(zhǔn)則設(shè)

16、計(jì)計(jì)算或校核計(jì)算外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還須滿足其它一系列的要求;例如:1)多數(shù)軸上零件不允許在軸上作軸向移動，需要用軸向固定的方法使他們在軸上有確定的位置;2)為傳遞轉(zhuǎn)矩，軸上零件還應(yīng)作周向固定;3) 對軸與其它零件間有相對滑動的表面應(yīng)有耐磨性的要求:4) 軸的加工、熱處理、裝配、檢驗(yàn)、維修等都應(yīng)有良好的工藝性:5)對重型軸還須考慮毛坯制造、探傷、起重等問題。軸的強(qiáng)度計(jì)算主要有三種方法:許用切應(yīng)力計(jì)算、許用彎曲應(yīng)力計(jì)算和安全系數(shù)校核計(jì)算。許用切應(yīng)力計(jì)算只需知道轉(zhuǎn)矩的大小.這種方法簡便，但計(jì)算精度較低。它主要用于下列情況:1) 傳遞以轉(zhuǎn)矩為主的傳動軸;2) 初步估算軸徑以便進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):3)不重要的軸

17、。許用彎曲應(yīng)力計(jì)算必須先知道作用力的大小和作用點(diǎn)的位置、軸承跨距、各段軸徑等參數(shù)。因此，常常先按轉(zhuǎn)矩估算出軸徑，并進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，即可畫出軸的彎扭合成圖，然后計(jì)算危險(xiǎn)截面的最大彎曲應(yīng)力。它主要用于計(jì)算一般重要的、彎扭復(fù)合的軸，計(jì)算精度中等。安全系數(shù)校核計(jì)算也要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后進(jìn)行，不僅要定出軸的各段直徑，而且要定出過渡圓角、軸毅配合、表面粗糙度等細(xì)節(jié)。它主要用于重要的軸，計(jì)算精度較高，但計(jì)算較復(fù)雜，且常需要足夠的資料才能進(jìn)行。安全系數(shù)校核計(jì)算能判斷各危險(xiǎn)截面的安全程度，從而改善各薄弱環(huán)節(jié)，有利于提高軸的疲勞強(qiáng)度。這三種方法可單獨(dú)使用或逐個(gè)使用。本論文對軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)采用兩種方法，即許用切應(yīng)力計(jì)算

18、和許用彎曲應(yīng)力計(jì)算。首先按許用切應(yīng)力計(jì)算出軸的最小直徑，根據(jù)公式(2一6)然后按許用彎曲應(yīng)力校核危險(xiǎn)截面, 根據(jù)公式 (2一8)為了提高軸的強(qiáng)度，同時(shí)減輕重量，可以從以下幾方面考慮:1.合理布置軸上零件，減小軸受轉(zhuǎn)矩;2.改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)，減少軸受彎矩;3.采用載荷分擔(dān)的方法減少軸的載荷:4.采用力平衡或局部相互抵消的辦法減少軸的載荷;5.改變支點(diǎn)位置，改善軸的強(qiáng)度和剛度;6 改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力集中;7.改善表面品質(zhì)提高軸的疲勞強(qiáng)度。本論文所設(shè)計(jì)的軸結(jié)構(gòu)如圖2一2所示。輻板聯(lián)接著筒殼和軸體上的輪毅。對于輻板與筒殼一般采用焊接結(jié)構(gòu)。而輻板與輪毅通常情況下是使用4個(gè)螺栓聯(lián)接而成的。正常時(shí)傳動

19、軸與筒體之間的轉(zhuǎn)矩主要靠摩擦傳遞。而螺栓聯(lián)接屬于間隙配合，滾筒在長期運(yùn)行過程中，會由于反復(fù)應(yīng)力的作用而松動，松動后傳動軸與筒體之間的轉(zhuǎn)矩主要靠螺栓承擔(dān)，使螺栓受到的剪切力大大增加，從而導(dǎo)致螺栓損壞.為了避免這類問題的產(chǎn)生，可以在傳動滾筒簡體兩端的輻板與軸體兩端的輪毅上與原螺栓孔成30o的位置加工兩個(gè)均布的錐銷孔。因錐銷采用過盈配合，不容易產(chǎn)生松動，即使產(chǎn)生了松動，錐銷也可以承擔(dān)部分受力，從而減小了每個(gè)螺栓的受力，使螺栓不再因剪切而損壞。也可以直接將輻板與輪毅做成一體，這樣不僅制造方便，而且提高了滾筒的使用壽命，也使帶式輸送機(jī)的效率提高.本次設(shè)計(jì)采用輻板與輪毅做成一體的方法，如圖2一3所示.在帶

20、式輸送機(jī)滾筒中，軸和輪毅一般采用單鍵聯(lián)接。在這種聯(lián)接中，當(dāng)軸和筒體的結(jié)構(gòu)尺寸較大時(shí)，加工制造、安裝和拆卸都很不方便。尤其滾筒在使用過程中，所受載荷超過其承載能力時(shí)，不僅會將鍵壓潰或筒體輪毅被破壞，而且會導(dǎo)致滾筒無法修復(fù)使用。基于此，本次設(shè)計(jì)采用脹套聯(lián)接軸與輪毅，如圖2一4所示。它是在軸與筒體輪毅之間成對布置的錐面貼合的內(nèi)、外彈性圈構(gòu)成的聯(lián)接，當(dāng)沿圓周布置的螺栓將內(nèi)、外彈性圈拉緊時(shí)，在產(chǎn)生的軸向力作用下.兩環(huán)相互壓緊，內(nèi)彈性圈受壓，其內(nèi)徑減小抱緊軸，外彈性圈受壓，其外徑增大而脹緊滾筒筒體輪毅，軸與內(nèi)彈性圈內(nèi)孔的接觸面產(chǎn)生壓力，由此壓力產(chǎn)生的摩擦力矩和摩擦力來傳遞扭矩和軸向力。在選擇脹套時(shí)，可按以

21、下原則選用脹套:t 應(yīng)大于傳遞的扭矩城;Mx2.脹套的額定軸向力Ft應(yīng)大于傳遞的軸向力Fx;3.脹套與軸的正壓力Pf應(yīng)大于承受的徑向力Fr與脹套內(nèi)徑和脹套內(nèi)環(huán)寬度乘積dL之比，即既然這種脹套聯(lián)接輪毅與軸是一種無鍵聯(lián)接的裝置，那它與鍵聯(lián)接相比有以下優(yōu)點(diǎn):1.在輪毅與軸上均不再加工鍵槽，可提高輪毅與軸的強(qiáng)度，減少應(yīng)力集中源;2.可承受變載荷和沖擊載荷，耐疲勞強(qiáng)度高，且可承受一定的軸向力;3.對軸和孔的加工和配合精度要求高，便于加工制造，且互換性和可調(diào)性好;4.定心好，易于裝拆，使用維護(hù)方便:5.具有過載保護(hù)的功能。擋蓋起防塵的作用，如圖2一5所示。滾筒的重要部件設(shè)計(jì)完后，需裝配成整體。如圖2一6所

22、示。帶式輸送機(jī)滾筒的受力主要來自輸送帶對筒壁的壓力和摩擦力。帶式輸送機(jī)中輸送帶的張力是一個(gè)非常重要的參數(shù)。只有了解沿輸送帶全程張力的變化情況，才能合理選擇輸送帶的強(qiáng)度，確定驅(qū)動裝置所需的功率。帶式輸送機(jī)中輸送帶的張力是一個(gè)沿輸送區(qū)段變化的參數(shù)，它取決于許多因素的影響。為了簡化計(jì)算，假設(shè)輸送帶在驅(qū)動滾筒處不可拉伸，沒有彎曲阻力，沒有質(zhì)量和厚度且在滾筒圍包弧內(nèi)的摩擦系數(shù)不變。帶式輸送機(jī)正常工作時(shí)輸送帶所需張力必須滿足兩個(gè)條件:第一，輸送帶的張力在任何負(fù)載的情況下，作用到全部滾筒上的圓周力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;第二，作用在輸送帶上的張力要足夠大，使輸送帶在兩組承載托輥間保持垂度小于一定值，以便順利地導(dǎo)引輸送帶，同時(shí)有利于降低運(yùn)行阻力。由歐拉公式可以計(jì)算出輸送帶張力。輸送帶對滾筒壁產(chǎn)生正壓力和摩擦力。正壓力的計(jì)算是先計(jì)算出單位面積上滾筒所受的正壓力，即再求出滾筒壁所受的正壓力，即其中 P 單位面積上滾筒壁所受的正壓力，kN/m2: S 輸送帶張力，kN: S 滾筒壁受力面積，m2: N 滾筒壁所受的正壓力，kN。 滾筒壁所受