180度彎曲皮帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)【含11張CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】

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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(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展水平及研究概況 2 1.2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展水平及研究概況 2 1.2.2 國(guó)外發(fā)展水平及研究概況 3 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容及研究方法 5 2 180度彎曲皮帶輸送機(jī)總體設(shè)計(jì) 7 2.1 180度彎曲皮帶輸送機(jī)概述 7 2.1.1 180度彎曲皮帶輸送機(jī)工作原理 7 2.1.2 實(shí)現(xiàn)變向的措施 8 2.1.3 轉(zhuǎn)彎處托輥組結(jié)構(gòu) 10 2.1.4 輸送機(jī)托輥組的結(jié)構(gòu) 11 2.1.5 輸送機(jī)的布置形式 12 2.2 總體設(shè)計(jì)方案的擬定 12 2.2.1 180度彎曲皮帶輸送機(jī)總體方案 12 2.2.2 轉(zhuǎn)彎方案布置 14 3 180度彎曲皮帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 15 3.1 輸送帶選擇計(jì)算 15 3.1.1 輸送量計(jì)算 15 3.1.2 輸送帶帶寬 15 3.1.3 輸送帶阻力計(jì)算 15 3.1.4 輸送帶張力計(jì)算 17 3.1.4 輸送帶校核 18 3.2 轉(zhuǎn)彎處轉(zhuǎn)彎半徑及相關(guān)尺寸的計(jì)算 19 3.2.1 導(dǎo)出摩擦系數(shù)μ'的計(jì)算 19 3.2.2 轉(zhuǎn)彎半徑R的計(jì)算 19 3.2.3 轉(zhuǎn)彎處其他相關(guān)尺寸計(jì)算 21 3.2.4 轉(zhuǎn)彎段的阻力計(jì)算 22 3.3 驅(qū)動(dòng)裝置 23 3.3.1 減速電機(jī)功率的計(jì)算 23 3.3.2 減速電機(jī)的選用 23 3.3.3 鏈傳動(dòng) 24 3.4 傳動(dòng)滾筒 24 3.4.1 傳動(dòng)滾筒合力計(jì)算 24 3.4.2 傳動(dòng)滾筒筒徑計(jì)算 25 3.4.3 主動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 25 3.4.4 傳動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì) 27 3.4.5 傳動(dòng)滾筒的校核 27 3.5 改向滾筒 28 3.5.1 改向滾筒的合力計(jì)算 28 3.5.2 改向滾筒的設(shè)計(jì) 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(jī)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(dòng)裝置 33 3.10.1 制動(dòng)裝置的種類 33 3.10.2 制動(dòng)裝置的選型 33 結(jié)論 35 致謝 36 參考文獻(xiàn) 37 1 緒論 1.1 本課題的研究背景及意義 皮帶輸送機(jī)在物料搬運(yùn)機(jī)械中結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，是通用的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械，既能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力傳輸又能完成物料的運(yùn)送，達(dá)到一舉兩得的功效。因其操作運(yùn)行方便，安裝維護(hù)快捷，而且運(yùn)營(yíng)成本不高，所以逐漸成為連續(xù)輸送機(jī)械中最常用的設(shè)備，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著很大的作用[1]。皮帶輸送機(jī)具有效率高、節(jié)能環(huán)保、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、送線路適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)不少領(lǐng)域中扮演了不可或缺的角色，廣泛應(yīng)用于海港、工廠生產(chǎn)線、鋼鐵運(yùn)輸、食品行業(yè)、煤炭生產(chǎn)以及其他需要物料搬運(yùn)的工業(yè)等領(lǐng)域。近年來(lái)，彎曲皮帶輸送機(jī)又不斷在新興領(lǐng)域中表現(xiàn)出巨大的潛力和廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。 隨著現(xiàn)代工業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，皮帶輸送機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性越來(lái)越突出，它是工業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化的重要組成部分。隨著運(yùn)輸任務(wù)、工作場(chǎng)地及環(huán)境等情況變化的影響，輸送線路的鋪設(shè)不能夠按照直線來(lái)布置，因而出現(xiàn)了180度彎曲皮帶輸送機(jī)。 皮帶輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎變向一般有三種辦法[2]：①串聯(lián)搭接；②強(qiáng)制變向運(yùn)行；③自然導(dǎo)向轉(zhuǎn)彎； ⑴串聯(lián)搭接：即把幾個(gè)單獨(dú)的皮帶輸送機(jī)串聯(lián)搭接在轉(zhuǎn)彎處，使其之間形成一定的夾角，從而使得變向運(yùn)行的線路為折線；理論上，這種方法布置的輸送機(jī)工作運(yùn)行仍然可靠適用于各種環(huán)境狀況，可以實(shí)現(xiàn)一定程度上的角度轉(zhuǎn)彎變向。但缺點(diǎn)是輸送機(jī)工作的路線冗長(zhǎng)且繁雜交錯(cuò)，布置的中間轉(zhuǎn)載站也相對(duì)較多，這就造成使用的設(shè)備增多，從而容易導(dǎo)致物料之間的擠壓碰撞，使輸送帶遭受沖擊和振動(dòng)，進(jìn)而降低了輸送帶的耐用度和使用壽命，對(duì)環(huán)境有一定的污染。 ⑵強(qiáng)制變向運(yùn)行：即在皮帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎處或可采取專用皮帶，但這種皮帶在結(jié)構(gòu)上有特殊要求；也可在轉(zhuǎn)彎段設(shè)置專用的變向裝置強(qiáng)制輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)一定角度的轉(zhuǎn)彎變向；通過(guò)強(qiáng)制變向的方法雖然能滿足要求，但是也有缺點(diǎn)[3]：①對(duì)安裝和調(diào)整滾筒工作性能方面的要求較嚴(yán)，若發(fā)生偏差則會(huì)影響皮帶的使用性能；②實(shí)現(xiàn)變向運(yùn)行就需要在布置輸送線路時(shí)強(qiáng)迫輸送帶折彎幾次，進(jìn)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(duì)較高，在卸載物料時(shí)由于高度差會(huì)造成物料再次破碎；④生產(chǎn)制造這類輸送機(jī)的成本較高，安裝維護(hù)費(fèi)用較高且不易。 ⑶自然導(dǎo)向運(yùn)行：根據(jù)力學(xué)的基本知識(shí)和應(yīng)用規(guī)律可使輸送帶自然彎曲，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運(yùn)行；采用這種方法的輸送機(jī)與普通皮帶輸送機(jī)可以通用，在結(jié)構(gòu)上無(wú)需作出大的改變，只需在轉(zhuǎn)彎處設(shè)置相應(yīng)的改向裝置實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)的轉(zhuǎn)彎運(yùn)行，拓寬了輸送機(jī)的應(yīng)用范圍。 180度彎曲皮帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)所采用的就是能夠?qū)崿F(xiàn)自然導(dǎo)向運(yùn)行的輸送機(jī)。 皮帶輸送機(jī)與其他物料運(yùn)送設(shè)備相比，具有以下特色[1]： ⑴可運(yùn)送的物料類型多樣，應(yīng)用廣泛，可以運(yùn)送種類各異質(zhì)量不等的任何物品。如各種常見(jiàn)的物料、高溫物料、食品糧食、化學(xué)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(shí)現(xiàn)空間范圍轉(zhuǎn)彎的皮帶輸送機(jī)，能較好的適應(yīng)地形環(huán)境等因素，受載較均勻，運(yùn)行速度相對(duì)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(jī)是連續(xù)輸送機(jī)械中最常用的設(shè)備，裝卸物料不受時(shí)間地點(diǎn)限制，甚至可以在運(yùn)輸過(guò)程中的裝卸，可以實(shí)現(xiàn)一定程度上的角度轉(zhuǎn)彎變向； ⑷通過(guò)與控制系統(tǒng)的集成可以提供準(zhǔn)確跟蹤物品的功能，安全生產(chǎn)系數(shù)高，低成本,安裝和維護(hù)非常方便，還可以選配自動(dòng)防跑偏裝置及單邊調(diào)整皮帶裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳輸速度高，穩(wěn)定。 180度彎曲皮帶輸送機(jī)與一般直線皮帶輸送機(jī)不同的是它設(shè)置了內(nèi)曲線抬高角和將托輥傾斜安裝。當(dāng)滿足力的平衡條件時(shí)輸送機(jī)即可依據(jù)力學(xué)規(guī)律實(shí)現(xiàn)自然變向，省去要定制專用輸送帶的麻煩，它的一些優(yōu)勢(shì)和適用條件如下[4]： ⑴應(yīng)用于輸送線路的鋪設(shè)不能夠按照直線來(lái)布置的情況； ⑵可以利用轉(zhuǎn)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(jī)，實(shí)現(xiàn)少設(shè)或不設(shè)中間轉(zhuǎn)載站，從而達(dá)到減少設(shè)備的數(shù)量，使系統(tǒng)的供電和控制系統(tǒng)更為集中；中間轉(zhuǎn)載站的取消，由它引起的相關(guān)問(wèn)題，如緩沖板、清掃器、導(dǎo)料槽等磨損件，都得到了解決，還節(jié)約系統(tǒng)投資和運(yùn)行成本[14]； ⑶無(wú)物料溢出污染環(huán)境或堵塞機(jī)架的危險(xiǎn)； ⑷輸送機(jī)工作產(chǎn)生的噪音分貝低，有利于操作人身心健康和保護(hù)環(huán)境； 　?、山档土酥虚g轉(zhuǎn)載站的卸料高度，有利于節(jié)省能源。 180度彎曲皮帶輸送機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)在于：獨(dú)特的糾偏設(shè)計(jì)，有效地防止了輸送帶跑偏和皮帶打滑的情況；輸送機(jī)在理論、技術(shù)和工藝上的水平都已經(jīng)發(fā)展較為成熟；機(jī)械上設(shè)計(jì)為在較短的時(shí)間內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)皮帶的安裝及更換；創(chuàng)新的設(shè)計(jì)根據(jù)皮帶上加裝導(dǎo)軌來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎導(dǎo)向的方式實(shí)現(xiàn)了低噪音、平穩(wěn)及高速的水平轉(zhuǎn)彎功能。 這種180度彎曲皮帶輸送機(jī)不僅有利于經(jīng)濟(jì)效益的提升，也有利于綠色生產(chǎn)的環(huán)保理念，在結(jié)構(gòu)上也與普通皮帶輸送機(jī)基本相同，此種輸送機(jī)更符合現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)理念。隨著工業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化程度越來(lái)越高，180度彎曲皮帶輸送機(jī)將受環(huán)境、地形條件等因素的影響制約越來(lái)越小，而其應(yīng)用范圍將會(huì)越來(lái)越大，因而致力于研究和發(fā)展180度彎曲皮帶輸送機(jī)的重要性不言而喻。 1.2 180度彎曲皮帶輸送機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展水平及研究概況 1.2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展水平及研究概況 隨著物料運(yùn)輸量不斷增長(zhǎng)，皮帶輸送機(jī)產(chǎn)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(qiáng)的工作環(huán)境適應(yīng)性。采用皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸物料是各行各業(yè)自動(dòng)裝置和現(xiàn)代化自動(dòng)流水線中不可缺少的，因此輸送機(jī)械更能體現(xiàn)國(guó)家機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)。皮帶輸送機(jī)的發(fā)展有利于運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展靠的是工業(yè)，而工業(yè)發(fā)展靠的是機(jī)械自動(dòng)化和智能化。 物料運(yùn)輸行業(yè)的輸送量已進(jìn)入高速增長(zhǎng)期，因而皮帶輸送機(jī)得到快速發(fā)展，在國(guó)家法律和政策支持的基礎(chǔ)上，有效利用自由市場(chǎng)在皮帶輸送機(jī)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(jī)行業(yè)還是存在著諸多問(wèn)題。 目前國(guó)內(nèi)高精尖產(chǎn)品的核心零部件或者技術(shù)水平主要依靠進(jìn)口，在一些關(guān)鍵零部件上的制造精度還達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的深化，國(guó)際貿(mào)易磨擦也不斷加大，我國(guó)制造的產(chǎn)品勢(shì)必要束縛于其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和供應(yīng)商。雖然我國(guó)制造業(yè)整體水平已經(jīng)邁入國(guó)際制造大國(guó)行列，但整體競(jìng)爭(zhēng)能力、發(fā)展后續(xù)動(dòng)力和產(chǎn)品應(yīng)用的市場(chǎng)前景仍無(wú)法與發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)持。因此，研究和設(shè)計(jì)180度彎曲皮帶輸送機(jī)的意義就十分重大，不僅可以增加我國(guó)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，也可以提高我國(guó)獨(dú)立開(kāi)發(fā)科研水平，著力攻克關(guān)鍵技術(shù)，核心技術(shù)和品牌理念并舉，勇立世界科技發(fā)展的潮頭。在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)全球化的背景下，我國(guó)制造業(yè)正努力轉(zhuǎn)型，逐漸摸清了皮帶輸送機(jī)行業(yè)發(fā)展實(shí)質(zhì)，增強(qiáng)了品牌意識(shí)，不僅在技術(shù)難題上有所攻關(guān)，還認(rèn)清了理念的重要性。 皮帶輸送機(jī)是眾多輸送設(shè)備之一，作為連續(xù)輸送機(jī)械中最常用的設(shè)備，市場(chǎng)的需求對(duì)皮帶輸送機(jī)產(chǎn)品提出更高的要求。輸送設(shè)備在兼顧投入運(yùn)營(yíng)成本的同時(shí)必須依靠技術(shù)的創(chuàng)新、品質(zhì)的保障和產(chǎn)品的實(shí)用等新優(yōu)勢(shì)提高我國(guó)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)潛力。180度彎曲皮帶輸送機(jī)常用于平行輸送線間的連接，在平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)180°轉(zhuǎn)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(duì)輸送物的損壞。 很多輸送設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且零部件大多已標(biāo)準(zhǔn)化，有利于縮短研發(fā)周期和制造周期，也便于維修等特點(diǎn)。目前市面上已投入使用的皮帶輸送機(jī)，如大傾角帶式輸送機(jī)、線摩擦帶式輸送機(jī)、新型圓管帶式輸送機(jī)等多種產(chǎn)品類型，它們廣泛地用來(lái)輸送大型塊料或重型物料。按照輸送工藝的設(shè)計(jì)和不同生產(chǎn)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(guó)內(nèi)，皮帶輸送機(jī)的應(yīng)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(jī)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(jī)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(jī)向小型化、可移動(dòng)型、便攜型發(fā)展。因此，目前國(guó)內(nèi)皮帶輸送機(jī)行業(yè)發(fā)展正朝著增強(qiáng)運(yùn)輸能力、增加輸送帶寬度、增加輸送機(jī)工作機(jī)長(zhǎng)和加大水平轉(zhuǎn)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(chǎn)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(jī)械設(shè)備生產(chǎn)廠家發(fā)展的必然趨勢(shì)，企業(yè)之間無(wú)論規(guī)模大小，都應(yīng)該打開(kāi)溝通渠道，加快實(shí)施合作戰(zhàn)略，積極提高企業(yè)的管理決策能力和改善產(chǎn)業(yè)的運(yùn)營(yíng)狀況，不斷學(xué)習(xí)相互的長(zhǎng)處，自我革新，以求突破發(fā)展，并在世界范圍內(nèi)建立技術(shù)體系和銷售網(wǎng)絡(luò)，由于產(chǎn)業(yè)規(guī)模的集群效應(yīng)和技術(shù)創(chuàng)新的競(jìng)爭(zhēng)，使行業(yè)發(fā)展更加合理完善，營(yíng)造出的創(chuàng)新環(huán)境使發(fā)展境界更進(jìn)一步得到提升。 1.2.2 國(guó)外發(fā)展水平及研究概況 從國(guó)際上來(lái)看，根據(jù)皮帶輸送機(jī)在各行各業(yè)中發(fā)揮的作用，其技術(shù)的發(fā)展方向主要集中在兩個(gè)方面：第一，皮帶輸送機(jī)能滿足各式各樣的輸送量要求，場(chǎng)地適應(yīng)性和輸送量都在增強(qiáng)，如大角度傾斜帶式輸送機(jī)、新型圓管帶式輸送機(jī)、平面和空間轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)等；第二，皮帶輸送機(jī)自身的裝備技術(shù)，正朝著增強(qiáng)運(yùn)輸能力、增加輸送帶寬度、增加輸送機(jī)工作機(jī)長(zhǎng)和加大水平轉(zhuǎn)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(guó)、法國(guó)、意大利等國(guó)家以及中國(guó)淮南煤礦機(jī)械廠和中國(guó)華電公司引進(jìn)圓管輸送帶做輸送機(jī)；德國(guó)生產(chǎn)制造的大型皮帶輸送機(jī)目前已投入運(yùn)行，每秒運(yùn)行速度達(dá)7.4m，每小時(shí)可運(yùn)輸煤礦的重量可達(dá)37500t。世界上，法國(guó)、前蘇聯(lián)、奧地利、德國(guó)、美國(guó)等國(guó)家都在致力于180度彎曲皮帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)的理論研究和科學(xué)試驗(yàn)。法國(guó)、德國(guó)已設(shè)計(jì)建造出多條180度彎曲皮帶輸送機(jī)生產(chǎn)線，投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)規(guī)模好，運(yùn)行正常，經(jīng)濟(jì)效益良好[16]。目前世界上安裝的180度彎曲皮帶輸送機(jī)總長(zhǎng)度達(dá)160km，單臺(tái)最長(zhǎng)已達(dá)5km，近30臺(tái)超過(guò)1km，近40臺(tái)運(yùn)量超過(guò)1600t/h；1980年法國(guó)在太平洋4 新客里多尼亞鎳礦鋪設(shè)了一條轉(zhuǎn)彎皮帶輸送機(jī)，1992年津巴布韋建成一條單機(jī)運(yùn)距長(zhǎng)為15.3km的平面彎曲皮帶輸送機(jī)。 國(guó)外對(duì)180度彎曲皮帶輸送機(jī)進(jìn)行的理論研究： 有針對(duì)180度彎曲皮帶輸送機(jī)傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)滾筒提出新的設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)布置的，并檢驗(yàn)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(jì)算方法最具有代表性[6]。這種計(jì)算方法是基于傳動(dòng)滾筒為研究目標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行理論分析。它的研究方法是構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，是把所要計(jì)算的構(gòu)件理想化，進(jìn)行微分計(jì)算，從而得到伸長(zhǎng)變化量與相對(duì)位移之間的表達(dá)函數(shù)式，再利用胡克定律式，根據(jù)已求解出的表達(dá)函數(shù)式，最終求出所需的應(yīng)力。這種方法在解不復(fù)雜的問(wèn)題模型時(shí)是簡(jiǎn)單快捷的，但當(dāng)遇到的傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)較復(fù)雜時(shí)，只能把所要計(jì)算的構(gòu)件先用微分思想分解成無(wú)窮多個(gè)構(gòu)件，在經(jīng)過(guò)理想假設(shè)化后利用極限思想，最后根據(jù)選取的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解。這種方法的適用條件是假設(shè)傳動(dòng)滾筒輸送帶不打滑，松邊張力等于緊邊張力，根據(jù)設(shè)定的理想化邊界條件，最后得到趨于實(shí)際情況的理想解。輸送機(jī)隨著市場(chǎng)的需求變化而不斷轉(zhuǎn)型升級(jí)，在國(guó)外，人們已經(jīng)開(kāi)始對(duì)滾筒進(jìn)行整體分析。 奧地利的K.J.Grimme和B.Berumer[8]計(jì)算出自重分力和摩擦阻力，得出結(jié)論：當(dāng)輸送帶跑偏時(shí)，物料在輸送帶上的實(shí)際位置是無(wú)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(shè)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(wú)摩擦存在，物料也隨著輸送帶跑偏的方向跑偏。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察后得出結(jié)論，這兩種假設(shè)情況與事實(shí)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(guān)系，他們?cè)O(shè)定其中的定量關(guān)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(jī)。 F.Kessler[9]在180度彎曲皮帶輸送機(jī)方面的研究貢獻(xiàn)很突出，不僅提出在轉(zhuǎn)彎段采用懸掛托輥組布置形式可以減小轉(zhuǎn)彎半徑，還研究了在轉(zhuǎn)彎段如何布置懸掛托輥組結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論及計(jì)算方法，他和K.J.Grimme一起發(fā)表了很多文獻(xiàn)。除了對(duì)傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)彎段托輥布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論研究外，他對(duì)轉(zhuǎn)彎段采用索環(huán)托輥的理論分析也很深入[6]。由于這些學(xué)者不懈的理論研究，使得世界范圍內(nèi)的180度彎曲皮帶輸送機(jī)的研究日臻成熟，對(duì)彎曲輸送機(jī)的實(shí)際應(yīng)用起到了助推作用。 隨著IT技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言對(duì)皮帶輸送機(jī)滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析進(jìn)行研究，目前這方面的應(yīng)用已經(jīng)成為皮帶輸送機(jī)發(fā)展的潮流。由于國(guó)外對(duì)輸送機(jī)研究領(lǐng)先于我國(guó)，目前有些國(guó)家已經(jīng)將其投入進(jìn)商業(yè)用途當(dāng)中，其中比較著名的是美國(guó)公司的皮帶輸送機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(hù)，優(yōu)勢(shì)不僅在于軟件的功能性強(qiáng)，還可以方便地實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)、計(jì)算、校核、優(yōu)化等，大大提高了設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)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(guó)外平面彎曲皮帶輸送機(jī)的基本參數(shù)[10,11] 時(shí)間 /年 國(guó)別 機(jī)長(zhǎng) /m 帶寬/mm 彎曲半徑/m 帶速 m/s 提升高度/m 運(yùn)量 t/h 1976 聯(lián)邦德國(guó) 1232 1000 1400 3.3 17 800 1979 法國(guó) 1350 650 500 1.7 75 1200 1980 美國(guó) 11120 800 4處 3.6 -557 560 1985 美國(guó) 3385 80 2150~7000 2.9 700 1991 韓國(guó) 4200 1000 1500~2000 3.4 24 1675 1992 德國(guó) 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?jī)?nèi)容及研究方法 今后，采用彎曲運(yùn)行的皮帶輸送機(jī)來(lái)運(yùn)輸物料必然會(huì)成為趨勢(shì)，180度彎曲皮帶輸送機(jī)有諸多功能上的優(yōu)勢(shì)：⑴通過(guò)與控制系統(tǒng)的集成可以提供準(zhǔn)確跟蹤物品；⑵通過(guò)控制可以提供很多有效的功能，如：為高速導(dǎo)入的場(chǎng)合提供一種低成本的積放方案；⑶可以選配自動(dòng)防跑偏裝置及單邊調(diào)整皮帶裝置；⑷彎曲皮帶輸送機(jī)的設(shè)計(jì)使得輸送機(jī)可以實(shí)現(xiàn)各種角度順暢的運(yùn)輸。 論文結(jié)合以180度彎曲皮帶輸送機(jī)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)參數(shù)輸送物為袋裝食品，帶寬550mm，帶速為5.8m/s=0.1m/s，轉(zhuǎn)角θ=180°，根據(jù)實(shí)際工作場(chǎng)地的狀況，要求在水平面內(nèi)（即傾斜角β=0°）實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運(yùn)輸。180度彎曲皮帶輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算涉及到機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)計(jì)算方法、關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)、計(jì)算與校核和動(dòng)態(tài)過(guò)程分析等各方面的問(wèn)題，核心問(wèn)題是張力和轉(zhuǎn)彎措施的設(shè)計(jì)。 本論文分析了180度彎曲皮帶輸送機(jī)的轉(zhuǎn)彎力平衡、應(yīng)力應(yīng)變和輸送帶不離開(kāi)托輥的限制條件,建立了轉(zhuǎn)彎段輸送帶張力所引起的向心力和導(dǎo)向力的平衡方程，以此為基礎(chǔ)結(jié)合實(shí)際條件和已知參數(shù)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)計(jì)算。 本文分析和研究現(xiàn)有的180度彎曲皮帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎處的不同形式的結(jié)構(gòu)布局，運(yùn)用所學(xué)力學(xué)知識(shí)，按照力學(xué)規(guī)律，由此得出各自的特點(diǎn)；分析180度彎曲皮帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎處的受力情況，以現(xiàn)有的180度彎曲皮帶輸送機(jī)的轉(zhuǎn)彎處結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，提出自己所設(shè)計(jì)的輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎的設(shè)計(jì)方法和步驟，最后進(jìn)行校核驗(yàn)算，以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷并確保輸送機(jī)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。 在設(shè)計(jì)180度彎曲皮帶輸送機(jī)時(shí)，有一些設(shè)計(jì)內(nèi)容是和直線皮帶輸送機(jī)相同，核心問(wèn)題是張力和轉(zhuǎn)彎措施的設(shè)計(jì)。180度彎曲皮帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)方法是： ⑴根據(jù)輸送設(shè)備布置的地形條件，擬定傳送方案設(shè)計(jì)，確定180度彎曲皮帶輸送機(jī)的裝置； ⑵初步設(shè)計(jì)如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎的方法以及如何根據(jù)物料性狀、輸送帶性能等因素選取托輥組的相關(guān)參數(shù)，查閱資料設(shè)置合理的內(nèi)曲線抬高角以及安裝托輥的傾斜角度，設(shè)計(jì)輸送機(jī)曲線段的曲率半徑，擬定相應(yīng)的措施防止輸送帶跑偏； ⑶計(jì)算輸送帶部分關(guān)鍵點(diǎn)的張力，計(jì)算輸送機(jī)彎曲運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的各種阻力及其他參數(shù)，并分析了可能減小阻力的措施，以此確定圓周驅(qū)動(dòng)力，確定減速電機(jī)型號(hào)； ⑷根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)算出相應(yīng)的數(shù)據(jù)后，應(yīng)驗(yàn)算輸送帶和彎曲段的曲率半徑以及轉(zhuǎn)彎限制條件等相關(guān)尺寸計(jì)算； ⑸輸送機(jī)零部件的選型與校核，驗(yàn)證其是否能夠使輸送機(jī)達(dá)到穩(wěn)定可靠的工作狀況，同時(shí)考慮是否還有結(jié)構(gòu)缺陷、設(shè)計(jì)合理性等問(wèn)題。 2 180度彎曲皮帶輸送機(jī)總體設(shè)計(jì) 2.1 180度彎曲皮帶輸送機(jī)概述 180度彎曲皮帶輸送機(jī)通過(guò)在輸送帶內(nèi)側(cè)圓弧部分設(shè)置一定的抬升角度和在安裝托輥時(shí)將其與水平面形成一定的角度等方法，使輸送機(jī)在轉(zhuǎn)彎段時(shí)產(chǎn)生一個(gè)向外的離心摩擦推力，又由于轉(zhuǎn)彎造成輸送帶張力和摩擦力不共線從而產(chǎn)生一個(gè)向心合力，兩者滿足力的平衡，從而保證輸送帶的轉(zhuǎn)彎運(yùn)行[4]。180度彎曲皮帶輸送機(jī)應(yīng)用于輸送線路的鋪設(shè)不能夠按照直線來(lái)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(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 2.1.1 180度彎曲皮帶輸送機(jī)工作原理 180度彎曲皮帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)除轉(zhuǎn)彎段的結(jié)構(gòu)形式布置外，在其他部分的設(shè)計(jì)內(nèi)容上與直線皮帶輸送機(jī)基本一致，在工作原理上它也與直線段的皮帶輸送機(jī)基本沒(méi)有差別。工作運(yùn)行時(shí)是靠電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力，再由驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)傳動(dòng)裝置傳遞動(dòng)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(jī)在直線段和轉(zhuǎn)彎段運(yùn)行時(shí)所受力的情況明顯不同。假設(shè)輸送帶可切分為無(wú)數(shù)小單位，取其中一小單元為研究對(duì)象，無(wú)論是在直線段還是在轉(zhuǎn)彎段，研究對(duì)象會(huì)受到拉力作用，拉力產(chǎn)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(duì)輸送帶的支持作用而產(chǎn)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(duì)恒速輸送)。而在轉(zhuǎn)彎段，如圖2-1b所示，這些作用力合成后將產(chǎn)生一個(gè)向心合力Fr，這種情況下運(yùn)輸物料會(huì)產(chǎn)生跑偏，甚至散料。因此要想辦法產(chǎn)生力來(lái)克服向心合力Fr，保證物料在運(yùn)行過(guò)程中平衡[13]。 根據(jù)180度彎曲皮帶輸送機(jī)中間架的設(shè)計(jì)形式以及托輥組結(jié)構(gòu)與布置的特點(diǎn)能夠產(chǎn)生一個(gè)向外的離心力FW來(lái)克服上文所述的向心合力[6]。 (a)直線輸送帶單元 (b)轉(zhuǎn)彎輸送帶單元 圖2-1 輸送帶受力單元 如果輸送物料在轉(zhuǎn)彎運(yùn)行過(guò)程中，依據(jù)中間架的設(shè)計(jì)形式以及托輥組結(jié)構(gòu)與布置的特點(diǎn)所產(chǎn)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(huì)向外跑偏，輸送物料就會(huì)向外側(cè)滑動(dòng)；反之則情況相反。因此要采取相應(yīng)的防范措施來(lái)防止其跑偏，若跑偏的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，就會(huì)導(dǎo)致輸送帶的使用壽命，影響設(shè)備生產(chǎn)效益。 2.1.2 實(shí)現(xiàn)變向的措施[13,17] 常見(jiàn)的解決方案是通過(guò)在輸送帶內(nèi)側(cè)圓弧部分設(shè)置一定的抬升角度和在安裝托輥時(shí)將其與水平面形成一定的角度等方法，使輸送機(jī)在轉(zhuǎn)彎段時(shí)產(chǎn)生一個(gè)向外的離心摩擦推力，又由于轉(zhuǎn)彎造成輸送帶張力和摩擦力不共線從而產(chǎn)生一個(gè)向心合力，兩者滿足力的平衡，從而保證輸送帶的轉(zhuǎn)彎運(yùn)行。 自然變向轉(zhuǎn)彎是輸送帶按力學(xué)規(guī)律自然彎曲實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運(yùn)行，180度彎曲皮帶輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)自然變向轉(zhuǎn)彎一般需要采取三個(gè)方法，即基本措施，附加措施和應(yīng)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(yùn)行的方向，將托輥在轉(zhuǎn)彎處內(nèi)側(cè)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(jī)的托輥傾斜安裝類似。 圖2-2 托輥安裝傾角的構(gòu)成 R-曲率半徑；Δα-相鄰?fù)休佒行妮S線所對(duì)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(duì)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(jīng)Δα角后皮帶張力增量；ε-安裝支撐角；A-ε= 0時(shí)的托輥；B-具有安裝支撐角ε的托輥 在安裝托輥時(shí)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(jù)矢量三角形求出兩者之間的相對(duì)速度為Δv，方向指向轉(zhuǎn)彎圓弧的圓心。因?yàn)榇嬖谙鄬?duì)運(yùn)動(dòng)速度Δv，所以托輥對(duì)輸送帶的支持作用而產(chǎn)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(shuō)的離心摩擦推力，是用來(lái)克服輸送帶單元之間的拉力(T+ΔT,T)以及托輥對(duì)輸送帶的支持作用而產(chǎn)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(jī)運(yùn)行所受到的阻力。由此可見(jiàn)，運(yùn)行阻力的大小會(huì)隨著托輥傾斜安裝角的變化而變化，因此在設(shè)計(jì)時(shí)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(cè)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(shí)證明，皮帶輸送機(jī)的運(yùn)輸能力與托輥組的槽角有關(guān)，并且成正比例關(guān)系；托輥組槽角的增大也有利于輸送帶的對(duì)中性，從而保證物料的平衡，也可用來(lái)減小輸送帶的偏移量[7]，有利于提高輸送機(jī)運(yùn)輸效率。因此，通過(guò)槽角的調(diào)整是輸送帶獲得對(duì)中性的一個(gè)途徑，槽角的存在有助于調(diào)節(jié)180度彎曲皮帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎曲率半徑。但托輥組的槽角不宜過(guò)大，過(guò)大時(shí)會(huì)使輸送帶在側(cè)托輥與中間托輥轉(zhuǎn)彎處發(fā)生縱向斷裂[14]。 ⑵附加措施 ①內(nèi)曲線抬高 根據(jù)180度彎曲皮帶輸送機(jī)中間架的設(shè)計(jì)形式以及托輥組結(jié)構(gòu)與布置的特點(diǎn)能夠產(chǎn)生一個(gè)向外的離心摩擦推力FW來(lái)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(nèi)側(cè)圓弧部分設(shè)置一定的抬升角度，如圖2-3所示。利用此時(shí)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(cè)的分力，此分力就是離心推力。在輸送帶內(nèi)側(cè)圓弧部分設(shè)置一定的抬升角度，它與水平面形成的夾角，即為內(nèi)曲線抬高角。 圖2-3 內(nèi)曲線抬高角和托輥槽角 λ1、 λ3是托輥的槽角； γ是內(nèi)曲線抬高角 ②下分支托輥組的型式 輸送機(jī)回程托輥組的型式一般采用的是兩個(gè)托輥組成的V型結(jié)構(gòu)或是單個(gè)平托輥兩種[7]。采用V型結(jié)構(gòu)的托輥，其作用是防止輸送帶的跑偏；而采用單個(gè)平托輥時(shí)，要設(shè)置壓輥來(lái)增加輸送帶與托輥之間的摩擦力。 ③采用五托輥結(jié)構(gòu) 相較于三托輥結(jié)構(gòu)，在180度彎曲皮帶輸送機(jī)的轉(zhuǎn)彎處布置五托輥結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是：托輥組的槽角增大、輸送帶獲得較好對(duì)中性、緩和沖擊等；劣勢(shì)是使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，投資成本增加。 ⑶應(yīng)急措施 在輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎段的機(jī)身內(nèi)外側(cè)設(shè)置擋邊立棍來(lái)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(jīng)常起作用，這將導(dǎo)致輸送帶的磨損加劇，輸送帶的耐用度和使用壽命也會(huì)大幅度降低，從而使得輸送機(jī)在平面內(nèi)就不能實(shí)現(xiàn)自然轉(zhuǎn)彎變向。在企業(yè)選用的彎曲皮帶輸送機(jī)中常見(jiàn)的形式是采用了加高轉(zhuǎn)彎外側(cè)的高度，使物料在輸送過(guò)程中由于受到離心力的作用發(fā)生拋灑的幾率減小，同時(shí)在企業(yè)生產(chǎn)中能幫助企業(yè)減少了輸送設(shè)備投入。 2.1.3轉(zhuǎn)彎處托輥組結(jié)構(gòu)[15] 托輥組結(jié)構(gòu)形式的選擇和布置方式的設(shè)計(jì)是180度彎曲皮帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要結(jié)合實(shí)際工作環(huán)境，延長(zhǎng)托輥組的耐用度和使用壽命，或合理優(yōu)化設(shè)計(jì)托輥組結(jié)構(gòu)，從而保證180度彎曲皮帶輸送機(jī)運(yùn)行的可靠穩(wěn)定性和成本資金的投入。為實(shí)現(xiàn)上述的措施，常采用下面的幾種結(jié)構(gòu)形式。 ⑴彈性支撐結(jié)構(gòu) 彈性支撐結(jié)構(gòu)圖如圖2-4所示，該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是能自動(dòng)調(diào)節(jié)托輥組的內(nèi)曲線抬高角，它是根據(jù)輸送帶和它上面承載物料重力的大小，再通過(guò)彈簧的彈性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在輸送帶空載運(yùn)行時(shí)，彈簧無(wú)彈性形變量，內(nèi)曲線抬高角變大，此時(shí)的離心推力也較大；當(dāng)輸送帶上有載時(shí)，彈簧在輸送帶及物料的重力作用下被壓縮，使內(nèi)曲線抬高角變小。但彈性支撐結(jié)構(gòu)中彈簧存在的振動(dòng)問(wèn)題，因此不利于輸送機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)輸和物料受力平衡。 圖2-4 彈性支撐結(jié)構(gòu) ⑵吊掛結(jié)構(gòu) 吊掛結(jié)構(gòu)，是把托輥組經(jīng)由支點(diǎn)將其懸掛在中間架上的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中相鄰兩托輥是通過(guò)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(jī)，托輥組的實(shí)際工作位置是根據(jù)輸送帶及物料的重力來(lái)確定的，對(duì)工作場(chǎng)合的適用性較強(qiáng)。 如圖2-5所示是在井下用來(lái)運(yùn)輸煤礦的平面彎曲皮帶輸送機(jī)所采用的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的吊掛支點(diǎn)選的是應(yīng)用巷道的頂板，當(dāng)轉(zhuǎn)彎處不滿足力的平衡條件時(shí)，依靠吊掛桿的左右搖擺產(chǎn)生阻力來(lái)保持平衡；如圖2-6所示是奧地利Bider+CO AG公司設(shè)計(jì)的180度彎曲皮帶輸送機(jī)所采用的托輥組結(jié)構(gòu)，這種吊掛結(jié)構(gòu)除了以上所述作用外還能改變內(nèi)曲線抬高角，實(shí)現(xiàn)較小轉(zhuǎn)彎曲率半徑；如圖2-7是法國(guó)F.S.Valcalda設(shè)計(jì)的一種半圓深槽形吊掛托輥組結(jié)構(gòu)，從理論上來(lái)講，這種結(jié)構(gòu)便于設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)彎曲率半徑的最小值和單位輸送長(zhǎng)度上物料輸送的最大值，且有利于輸送帶穩(wěn)定性；但種結(jié)構(gòu)將使輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，磨損加劇，使設(shè)備投資成本增加。因而近年來(lái)，采用吊掛結(jié)構(gòu)的皮帶輸送機(jī)設(shè)備很少。 圖2-5 頂板吊掛結(jié)構(gòu) 圖2-6 頂點(diǎn)吊掛結(jié)構(gòu) 圖2-7 半圓深槽形吊掛托輥組結(jié)構(gòu) ⑶內(nèi)曲線設(shè)置托輥 內(nèi)曲線設(shè)置托輥就是在內(nèi)曲線的側(cè)邊布置一個(gè)托輥，特點(diǎn)是托輥較陡，以確保輸送帶運(yùn)行方向準(zhǔn)確、不跑偏，但由于多設(shè)置了一個(gè)托輥，使得托輥結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，投資成本費(fèi)用增加。 圖2-8 內(nèi)曲線側(cè)增設(shè)托輥 2.1.4 輸送機(jī)托輥組的結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計(jì)的180度彎曲皮帶輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)是通過(guò)在輸送帶內(nèi)側(cè)圓弧部分設(shè)置一定的抬升角度和在安裝托輥時(shí)將其與水平面形成一定的角度等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)在平面內(nèi)轉(zhuǎn)彎變向運(yùn)行。根據(jù)以上幾種轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可以得出如圖2-9 的結(jié)構(gòu)形式。 圖2-9 自由變向轉(zhuǎn)彎的一般結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)中把輸送帶內(nèi)側(cè)圓弧部分的抬升角度設(shè)置為γ，與各承載托輥的中心軸線與輸送帶運(yùn)行方向形成的夾角設(shè)為ε1、ε2、ε3的方式，以保證物料在輸送過(guò)程中平衡和輸送機(jī)的穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)在平面內(nèi)按力學(xué)規(guī)律轉(zhuǎn)彎變向運(yùn)行。此結(jié)構(gòu)具有理論成熟、安裝簡(jiǎn)單、投資和維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，目前大多數(shù)180度彎曲皮帶輸送機(jī)在轉(zhuǎn)彎段都采用這種托輥組布置結(jié)構(gòu)[6]。 2.1.5 輸送機(jī)的布置形式 輸送機(jī)的基本布置方式如圖2-10所示： 圖2-10 輸送機(jī)布置形式 輸送機(jī)的工作運(yùn)行是靠驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)提供驅(qū)動(dòng)力的，電動(dòng)機(jī)扭矩通過(guò)傳動(dòng)滾筒拉動(dòng)輸送帶。 使用單滾筒、單電機(jī)的單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式是比較簡(jiǎn)單的，本文所設(shè)計(jì)的輸送機(jī)是在平面內(nèi)運(yùn)行的，且輸送物料為袋裝食品，輸送量不大，因此在本設(shè)計(jì)中使用在輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中常用的單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式，在本次設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)裝置安裝在轉(zhuǎn)彎過(guò)渡段處的機(jī)架上。 2.2總體設(shè)計(jì)方案的擬定 2.2.1 180度彎曲皮帶輸送機(jī)裝置的確定 一般而言，180度彎曲皮帶輸送機(jī)是通過(guò)在輸送帶內(nèi)側(cè)圓弧部分設(shè)置一定的抬升角度和在安裝托輥時(shí)將其與水平面形成一定的角度等方法，當(dāng)物料運(yùn)行至轉(zhuǎn)彎段時(shí)，輸送帶單元之間的張力和由于支撐托板對(duì)輸送帶的支撐而產(chǎn)生的摩擦力形成的向心合力，從而導(dǎo)致輸送帶向心跑偏。但是因?yàn)樵谵D(zhuǎn)彎處將輸送帶內(nèi)側(cè)圓弧部分設(shè)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(chǎn)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(zhuǎn)彎產(chǎn)生的，離心摩擦力FR是由于托輥對(duì)輸送帶的支持作用而產(chǎn)生的，它們都做離心運(yùn)動(dòng)，它們的合力能夠克服輸送帶張力的合力FT，在力達(dá)到平衡的條件下使輸送帶實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行，并且獲得良好的對(duì)中性 [7]，如圖2-11所示為轉(zhuǎn)彎段受力簡(jiǎn)圖。因此，轉(zhuǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)彎受力簡(jiǎn)圖 為了便于計(jì)算，假設(shè)轉(zhuǎn)彎處為一段圓弧，該圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為α，則α=a0/R，設(shè)正方向?yàn)殡x心方向。 180度彎曲皮帶輸送機(jī)為實(shí)現(xiàn)輸送帶運(yùn)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(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且不易控制，為了簡(jiǎn)化運(yùn)輸系統(tǒng)，節(jié)省能耗和改善改向滾筒運(yùn)行時(shí)的受載情況，盡量減少中間轉(zhuǎn)載點(diǎn)的設(shè)置，本次設(shè)計(jì)采用圖2-12所示的傳動(dòng)方案。 圖2-12 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2.2.2 轉(zhuǎn)彎方案布置 180度彎曲皮帶輸送機(jī)運(yùn)行性能取決于轉(zhuǎn)彎段，若轉(zhuǎn)彎處的裝置不能正常工作，則整部輸送機(jī)就不能使用。反之，若轉(zhuǎn)彎裝置設(shè)計(jì)合理運(yùn)行性能良好，它不但可以實(shí)現(xiàn)任何寬度的運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)彎，而且可以與其他類型的皮帶輸送機(jī)配套使用。 圖2-13 轉(zhuǎn)彎部分簡(jiǎn)圖 1-滾道左端罩 2-主動(dòng)軸 3-軸承 4-電機(jī)罩殼 5-滾道 6-從動(dòng)軸 7-滾道右端罩 8-軸承 3 180度彎曲皮帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 輸送帶選擇計(jì)算 3.1.1輸送量計(jì)算 輸送帶是皮帶輸送機(jī)上的關(guān)鍵部件，是皮帶輸送機(jī)的牽引構(gòu)件和承載構(gòu)件，應(yīng)有較高的抗拉強(qiáng)度，便于輸送和安裝維護(hù)，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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。 已知基本參數(shù)輸送物料為袋裝食品，帶寬B=550mm，帶速v=5.8m/min =0.1m/s，轉(zhuǎn)角θ=180°，根據(jù)實(shí)際工作場(chǎng)地的狀況，要求在水平面內(nèi)（即傾斜角β=0°）實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運(yùn)輸。宜選用輸送帶型號(hào)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(jù)以上參數(shù)，可求得最大輸送量Qmax Qmax=3600Smaxvρc (3-1) 式中 c ——表示輸送機(jī)的傾角系數(shù)，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(shù)據(jù)后求得Qmax=4.7t/h。 3.1.2 輸送帶帶寬 設(shè)滿足輸送要求時(shí)，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(jiǎn)便、接頭迅速并可及時(shí)輸送帶的塑性伸長(zhǎng)問(wèn)題。 3.1.3 輸送帶阻力計(jì)算 3.1.3.1 其他參數(shù)計(jì)算 每米長(zhǎng)度輸送物料質(zhì)量： qG=Q3.6v (3-3) 式中 qG——表示每米長(zhǎng)度輸送物料質(zhì)量。 代入數(shù)據(jù)求得qG=13.06kg/m。 經(jīng)查表可得，單個(gè)承載托輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量qR0'=8kg/m，單個(gè)回程托輥轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)部分重量； qRU——表示回程托輥旋轉(zhuǎn)部分重量。 代入數(shù)據(jù)可求得qR0=60kg/m，qRU=2.33kg/m。 型號(hào)為NN-100的輸送帶，可選用的最大許用層數(shù)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(zhǎng)度上的皮帶質(zhì)量qB=5.82kg/m。 表3-1 輸送帶參數(shù)表[19] 輸送帶型號(hào) 抗拉強(qiáng)度N/(mm·層) 每層厚度 mm 每層重量 kg/m2 參考力伸長(zhǎng)率% NN-100 100 1.00 1.02 1.5~2 帶寬/mm 層數(shù) 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(jì)算 主要阻力： FH=fLgqR0+qRU+2qB+qGcosδ (3-6) 式中 f ——表示模擬摩擦系數(shù)[19]，查表取0.022； L ——表示輸送機(jī)輸送機(jī)長(zhǎng)度，21m。 代入數(shù)據(jù)求得FH=394.44N。 3.1.3.3 特種主要阻力計(jì)算 特種主要阻力包括前傾阻力和導(dǎo)料槽阻力，即 Fs1=Fε+Fg1 (3-7) 前傾阻力Fε 承載部分三個(gè)等長(zhǎng)托棍前傾阻力： Fε1=Cεμ0LεqG+qBgcosδsinε (3-8) 回程部分二個(gè)等長(zhǎng)托棍前傾阻力： Fε2=μ0LεqBgcosδsinε (3-9) 導(dǎo)料槽阻力 Fg1=μ2IV2ρglv2b12 (3-10) 式中 Cε——表示槽型系數(shù)，35°槽角取0.43； μ0——表示皮帶和托輥之間的摩擦系數(shù)，取0.35； Lε ——表示皮帶輸送機(jī)裝有前傾托輥組的長(zhǎng)度； ε ——表示各托輥的軸線與運(yùn)行方向的夾角，取ε=3°； 代入數(shù)據(jù)可求得Fε1=10.16N，F(xiàn)ε2=7.32N ，由于未設(shè)置導(dǎo)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(jì)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(shù)量； A ——表示一個(gè)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(shù)，取0.6； 代入數(shù)據(jù)可得Fs2=936N。 3.1.3.5 傾斜阻力計(jì)算 傾斜阻力Fst Fst=qGHg (3-13) 因?yàn)檩斔蜋C(jī)在平面內(nèi)運(yùn)輸物料，所以Fst=0N。 綜上，圓周驅(qū)動(dòng)力FU=FH+FS1+FS2+Fst=1347.92N。 3.1.4 輸送帶張力計(jì)算 輸送帶的張力是隨著輸送帶的長(zhǎng)度變化而變化的，為保證輸送帶正常工作，運(yùn)輸物料穩(wěn)定可靠，輸送帶需滿足以下條件[20]： ⑴在任何負(fù)載情況下,作用在輸送帶上的張力應(yīng)使得全部傳動(dòng)滾筒上的圓周力是通過(guò)摩擦傳遞到輸送帶上,而輸送帶與滾筒間應(yīng)保證不打滑； ⑵傳送帶上的張力應(yīng)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(guān)鍵點(diǎn)的張力計(jì)算 ⑴初算驅(qū)動(dòng)滾筒分離點(diǎn)的張力T1 T1=Cnω0efα-1 (3-14) 式中 n ——表示摩擦力備用系數(shù)，取n=1.3； ω0 ——表示系統(tǒng)總阻力； C——表示其他阻力系數(shù)，取C=1.25； f ——表示輸送帶與滾筒之間的摩擦系數(shù)，取f=0.25； α ——表示驅(qū)動(dòng)滾筒總的圍包角； efα ——表示歐拉系數(shù)，可查表取值[19]。 ⑵利用逐點(diǎn)法計(jì)算輸送帶關(guān)鍵特性點(diǎn)的張力 已知輸送帶第i-1點(diǎn)的張力為Ti-1，則沿著輸送帶的運(yùn)行方向第i點(diǎn)的張力滿足： Ti=Ti-1+Fi (3-15) 式中 Fi ——表示i-1至i點(diǎn)的運(yùn)行阻力。 在順序計(jì)算各點(diǎn)張力時(shí)，上式可簡(jiǎn)化為： Ti=K'Ti-1 (3-16) 式中 Ti ——表示驅(qū)動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)張力； K' ——表示改向滾筒阻力系數(shù)。 摩擦驅(qū)動(dòng)條件為： F=T1efα-1n (3-17) 式中 T1 ——表示驅(qū)動(dòng)滾筒分離點(diǎn)的張力； 圖3-1 輸送機(jī)布置簡(jiǎn)圖 根據(jù)傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)的最小張力為T1=2669N，計(jì)算各點(diǎn)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(shù)[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(yùn)行過(guò)程中不會(huì)打滑，應(yīng)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(jī)滿載啟動(dòng)時(shí)或制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的最大圓周驅(qū)動(dòng)力； μ ——表示傳動(dòng)滾筒與輸送帶之間的摩擦系數(shù)； φ ——表示輸送帶在所有傳動(dòng)滾筒上的圍包角。 代入數(shù)據(jù)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(diǎn)的最小張力Fmin,需要進(jìn)行驗(yàn)算，即滿足以下兩個(gè)式子： F承min>a0qGBg8hamax (3-19) F回min>auqBg8hamax