移動式升降皮帶機設計

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有CAD圖紙和說明書,領取加Q 197216396 或 11970985 移動式升降皮帶機設計 DESIGN OF MOBILE LIFTING BELT CONVEYOR 有CAD圖紙和說明書,領取加Q 197216396 或 11970985 摘要 可升降移動式的皮帶運輸機是用于連續(xù)輸送的裝卸設備，具有高效率和優(yōu)良機動性能的優(yōu)點，尤其對不定裝卸地點的情況非常適用。這種輸送機載重能力強，可使用時間久，結構緊湊，占地面積和占用空間少，質量相對較低。作煤礦、井下、礦山運輸時，需要這種垂直傳動的結構形式。 本文首先對皮帶機的發(fā)展、優(yōu)點、基本運行方式等進行了較為詳細的分析；其次，對輸送機的總體方案，包括總裝簡圖和初始數(shù)據(jù)的設計及計算；再次，就帶式輸送機中輸送帶、傳動裝置、托輥等進行了選型計算和校核；再者，對提升機構部分主要進行了運動和受力方面的分析，對行走部分進行輪軸和電機選型方面的計算；最后對輸送機機架結構部分進行了選型計算與校核，使得設計更能解決具體實際問題。在本次設計中，采用Auto CAD軟件在計算及選型的基礎上進行了各機構零部件及整個皮帶機裝配圖的繪制。 關鍵詞 皮帶運輸機；移動；升降；Auto CAD Abstract Capable of lifting mobile belt conveyor is used for continuous conveying loading and unloading equipment, has the advantages of high efficiency and excellent maneuverability, especially suitable for indefinite handling location. The conveyor load capacity, can be used for a long time, compact structure, covers an area of and occupy less space, the quality is relatively low. For coal mine. Mine, mine transportation, structure need this vertical transmission. This paper firstly analyses the development trend of the belt conveyor design, development status, purpose and significance of the design in detail; secondly, the overall scheme of the conveyor, including the design and calculation of the assembly diagram and the initial data; again, on the belt conveyor belt, transmission device, the selection of the calculation and verification roller; moreover, the lifting mechanism part mainly analyzes the motion and force of the calculation and selection of wheel motor running; at the end of the conveyor frame structure part of the type selection calculation and checking, which makes the design more able to solve specific practical problems. In this design, production Auto and CAD software in the calculation and selection based on the components and assembly drawing. Keywords belt conveyor mobile lifting auto cad 36 目 錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1移動式升降皮帶機機概述 1 1.2 移動式升降皮帶機的基本運行方式 2 1.3 選題意義 3 2 總體方案設計 4 2.1 移動式升降皮帶機的總體結構 4 2.2 初始數(shù)據(jù) 5 2.2.1 皮帶寬度與傳動速度 5 2.2.2 輸送量的計算 5 3 皮帶輸送機構設計 7 3.1 輸送機構主要力學計算 7 3.2 輸送帶的選型與校核 8 3.2.1 輸送帶帶芯 9 3.2.2 輸送帶帶芯 9 3.2.3 輸送帶層數(shù)計算 10 3.2.4 輸送帶不打滑條件 10 3.2.5 最大張力計算 11 3.2.6 垂度計算 11 3.3 輸送裝置的選型 12 3.3.1 輸送機構電機選型 12 3.3.2 減速機選型 12 3.3.3 聯(lián)軸器選型 13 3.4 滾筒的選型與設計 13 3.4.1 滾筒尺寸設計 14 3.4.2 滾筒輔板 15 3.4.3 滾筒軸的校核 15 3.5 托輥的選型與設計 16 3.5.1 托輥的尺寸參數(shù) 16 3.5.2 托輥的設計與校核 17 4 升降機構計算 19 4.1 平面連桿機構的基本參數(shù) 19 4.2 升降驅動裝置的選型 19 4.2.1 升降電動機的選型 20 4.2.2 減速器的選型 20 4.2.3 鋼絲繩的選型 20 4.2.4 卷筒的選型 22 4.2.5 滑輪組的選型 24 4.3 桁架的設計與計算 25 4.3.1 桁架的主要參數(shù) 26 4.3.2 桁架的撓度計算 26 4.3.3 桁架的強度校核 27 5 行走機構計算 28 5.1 行走驅動裝置的選型 28 5.1.1 行走電動機的選型 28 5.1.2 變速器的選型 28 5.2 車輪的選型與計算 28 5.2.1 輪胎的選型 29 5.2.2 輪的強度校核 29 5.3 輪軸的選型與校核 30 5.3.1 軸的主要尺寸 30 5.3.2 軸的強度校核 30 5.3.3 軸的剛度校核 31 結論 33 致謝 34 參考文獻 35 1 緒論 1.1移動式升降皮帶機機概述 可升降移動式的皮帶輸送機是一種不間斷的用于裝載、卸載的機器，我們可以在很多尤其是地點多變，輸送要求高的地方看到，比如說碼頭、農場、建筑工地等等。當我們需要運輸重量不到100公斤的東西時，皮帶運輸機都是我們的不二選擇，方便好用。DY型的移動輸送機可根據(jù)能否提升下降分為兩種，如果要機器運轉的話，就必須要依靠電動滾筒，升降、運轉都是要靠手動操作的。 可升降移動式的皮帶輸送機載重能力強，可使用時間久，零部件密集性較高，占地面積和占用空間少，質量相對較低。垂直傳動的模式可以用在煤礦、井下、礦山運輸?shù)臅r候。在我國，各種各樣的帶式輸送機隨處可見，在國家改革開放的“第八個五年計劃時期”，帶式輸送機的制造水平在勞動人民的不懈努力之下得到了很大的提高，有許多關鍵技術都不斷被掌握，運用到了新型機器的開發(fā)中，生產出了成套的大角度長距離的帶式輸送機、導料槽可伸縮的帶式輸送機。 近年來，帶式輸送機有運量大，距離遠，角度大，品種多的發(fā)展趨勢，并且把這些特點同其他高科技技術結合起來，可以開發(fā)出多功能的機型。 圖1-1 移動式升降皮帶機 在運行維護費用方面，帶式輸送機花的錢明顯低于公路汽運，當皮帶運輸和公路運輸都能達到五年以上的時間時，在帶式輸送機上花的投資也明顯低于公路汽運。因此，一般情況下，企業(yè)都采用連續(xù)的輸送機來實現(xiàn)輸送。優(yōu)點如下： （1）構造簡單 （2）輸送物料種類多 （3）運送能力強 （4）輸送距離遠 （5）靈活性能好 （6）裝、卸方便 （7）使用時間長 （8）運輸價格低 （9）維修費用少 就遠距離的帶式輸送機而言，國外起步較早，多適用于港口、水泥廠、礦山等場所。密度較低的粉、塊狀物料或者低于100公斤的成件物品輸送時，帶式輸送機常常是首選，帶速大概在0.25-5.0m/s。 就當下全世界各行業(yè)的發(fā)展進程來看，國內外的帶式輸送機基本朝著輸送量持續(xù)增長，運輸距離變遠，電機的功率變大的方向發(fā)展。 （1）設備大型化，運輸能力顯著增強 （2）零部件的性能和可靠性要提高 （3）功能輻射范圍廣，一機多用 1.2 移動式升降皮帶機的基本運行方式 如圖1-2所示，輸送帶是皮帶機的重要組成部分，既有牽引方向的作用，也有承擔載重的效果，當輸送帶運行時，便能達到物料連續(xù)輸送的效果。輸送帶、傳動滾筒、尾部滾筒不斷的朝同一方向運動時，形成了環(huán)形運輸帶，而物料與輸送帶之間產生的摩擦力使得貨物可以沿著輸送帶運動的方向移動，實現(xiàn)了物料的裝卸。大部分情況下，卸載是在輸送機的兩端進行，如果需要中間卸載，則必須有專用的卸載裝置。 升降機構部分則是通過電機減速機帶動滾筒的轉動，使得鋼絲繩和滑輪組可以運行，實現(xiàn)平面連桿機構部分的升降，桁架結構則構成了連桿機構。 行走機構部分由尾輪輪和行輪組成，尾輪組主要是萬向輪用來控制方向，行輪組則是由電機變速器、車輪、輪胎、輪軸組成。 圖1-2 帶式輸送機結構原理 1.3 選題意義 可升降移動式的皮帶運輸機摒棄了傳統(tǒng)固定式皮帶運輸機的缺陷，整機機構不再復雜，通行度得到了很大改善，可廣泛的用于糧食、散料、輕工、包裝物的室內外裝車轉運作業(yè)，很大程度的減少了生產成本的支出，提高了運輸過程的效率。本次設計的皮帶機主要由機身大架、輸送裝置、行走裝置、升降裝置等組成。 2 總體方案設計 2.1 移動式升降皮帶機的總體結構 本次設計的是移動式升降皮帶機，主要有輸送裝置、行走裝置、升降裝置幾個部分。 （1）皮帶機輸送機構部分，有輸送帶、傳送滾筒、改向滾筒、托輥等構成。 （2）升降機構部分則是通過電機減速機帶動滾筒的轉動，使得鋼絲繩和滑輪組可以運行，實現(xiàn)平面連桿機構部分的升降，桁架結構則構成了連桿機構。 （3）行走機構中則要對車輪、輪胎進行選型，輪軸的強度需要校核。 圖2-1移動式升降皮帶機結構簡圖 1-行走輪組 2-升降驅動裝置 3-轉向輪 4-尾部滾筒 5-電控箱 6-機架 7-托輥組 8–輸送帶 9-電動滾筒 10-升降機構 （1）輸送機構部分：機構6上托輥組有平形托輥和槽形托輥兩種裝置，平形托輥用來運輸成件的物品，槽形托輥用來運輸散狀物料。成件的物料運輸時，圖2-1中沒有4、5、13幾個部分 （2）升降機構部分：機構10升降裝置主要由電機減速機、滾筒、鋼絲繩、滑輪組構成，升降則是由平面連桿機構來實現(xiàn)的，一個移動副、一個轉動副，具體框架是桁架結構，穩(wěn)定性、強度較高，既可以做承載部件，也能實現(xiàn)升降。 （3）行走機構部分：機構1尾輪組和機構11行輪組構成了本次設計的移動式升降皮帶機的行走部分，尾輪組主要是萬向輪，控制方向，行輪組則是由電機變速器、車輪、輪胎、輪軸組成。由于要實現(xiàn)行走和承載作用，所以強度、穩(wěn)定性都需要老驢。如果使用無法轉向的行輪組時，需要在型號的后面寫“A”。 2.2 初始數(shù)據(jù) 皮帶機初始數(shù)據(jù)： （1）輸送機構部分：輸送長度為12m，帶寬為500mm，帶速為1.25m/s，輸送量為50-100m3/h； （2）升降機構部分：俯仰角為9-28，輸送高度為1.73-3.65m，升降時間小于40s，繩速為0.3m/s； （3）行走機構部分：行走速度為0.2m/s。 2.2.1 皮帶寬度與傳動速度 皮帶寬度和速度，這兩者是同時選擇和確定的，因為兩者相互制約，相互影響。帶速、帶寬與輸送機輸送量成正比例的關系，即速度和寬度的增加必然會帶來輸送量的上升。如果帶寬不變，輸送量越大意味著帶速提升；如果輸送量不變，皮帶寬度和傳送速度成反比。所以，如果要保證傳送的平穩(wěn)運行，輸送量就必須減少，這樣輸送帶的張力會降低，才可以選擇到價廉物美，質量得到保證的傳送帶。 傳送速度的限定條件： 本次設計的升降式皮帶運輸機，當升降的角度越大，那么運輸?shù)乃骄嚯x就越小，傳送速度也會降低；本次設計要求裝卸料可以人工實現(xiàn)，帶速則需要低于12.5cm/s。 因此，初選參數(shù)給出的是帶寬500mm，帶速1.25m/s，是比較合理的。 2.2.2 輸送量的計算 本次設計的移動式升降皮帶機中輸送機構是最重要的部分，因為皮帶機的根本目的就是為了實現(xiàn)各種物料的運輸，而輸送量的確定則是整個機構得以運行的基礎。如果輸送量過小，那么整個皮帶機的運行效率達不到預期效果，會增加生產成本。如果輸送量過大，則會帶來輸送帶與托輥、滾筒間的磨損，帶來不良后果。因此，輸送量的確定是本次設計的基礎，具體計算方式如式（2-1）所示。 輸送量 (2-1) 式中：——輸送量（）； ——橫截面積（）； ——皮帶運行速度（； ——傾斜系數(shù)； ——運輸產品的密度（）。 表2-1 k的取值 角度 8 9 10 11 k 0.97 0.96 0.95 0.94 角度為9，則k=0.96，。 因此，帶寬B=500mm是符合設計要求的。 3 皮帶輸送機構設計 本次設計的移動式升降皮帶機中，皮帶機輸送機構是重中之重，需要進行帶的選型、傳動滾筒選型、改向滾筒選型和托輥的選型等等。 3.1 輸送機構主要力學計算 （1）傳動滾筒圓周力 (3-1) （2）主要阻力 (3-2) （3）主要特種阻力 (3-3) （4）附加特種阻力 (3-4) （5）傾斜阻力 (3-5) 式中：——摩擦系數(shù)，取0.022； ——機構整體長度； ——9.8m/s2； ——上托輥重量； ——下托輥重量； ——單位輸送帶質量； ——輸送帶每米的物料質量； ——物料與欄板間的阻力； ——清掃器阻力； ——高度差，取5.32m。 計算可得： （1）主要阻力 （2）主要特種阻力 （3）附加特種阻力 （4）傾斜阻力 （5）傳動滾筒圓周力 3.2 輸送帶的選型與校核 本次設計中，輸送帶長度要求12m，那么在運輸過程中，輸送帶的張力、垂度等等都會受到影響，所以這些因素都是我們要考慮在設計范圍以內的。 本次設計中，輸送帶的要求比較高： （1）是否能保證縱向的拉伸； （2）運行時，運轉伸長率能否達到要求； （3）運行時能否穩(wěn)定運輸物料； （4）運輸過程中，輸送帶是否會脫層，影響整體機構的運行； 這些都是我們在設計輸送帶的時候需要考慮的因素。不過，要求再高的輸送帶，結構都差不多，都是由帶芯、覆蓋層、隔離層構成。帶芯在中間，通過隔離層，使上下的覆蓋層和帶芯貼合在一起，如圖3-1所示。 圖3-1 內部結構 3.2.1 輸送帶帶芯 本次設計中，輸送帶是核心部分，而帶芯則是輸送帶的重點，一般由鋼絲繩或者織物組成。皮帶機運行時，只有皮帶強度達到要求，帶芯的強度達到要求，在大批運輸貨物時，安全性才能得到保證。因為在整個機構中，皮帶是磨損最大也是最快的一個部分，不僅有與物料間的摩擦，也有與托輥的摩擦、滾筒的摩擦、機架的摩擦等等，這些磨損因素的存在，就需要我們對輸送帶的選擇慎之又慎。 3.2.2 輸送帶帶芯 設計選用帶寬B=500mm,芯層選用棉帆布芯，代號CC-18，相關參數(shù)見下表。 圖3-2 棉帆布芯輸送帶內部結構  表3-1 棉帆布芯參數(shù)表 帶芯類別 芯層 覆蓋膠厚度 輸送帶寬度 輸送帶總厚度 mm 質量 扯斷強度層數(shù) N/mm 厚度 mm 上膠 mm 下膠 mm 500mm 最大工作張力,KN 棉帆布 182=36 1.0 1.5 1.5 2.88 4 1.59 3.2.3 輸送帶層數(shù)計算 (3-6) 式中：——層數(shù)； ——最大工作張力 ——取8； ——輸送帶帶寬； ——強度。 計算可得： CC-18 層 CC-25 層 CC-35 層 CC-56 層 選擇CC-18，。 3.2.4 輸送帶不打滑條件 輸送帶在運行時，會與滾筒之間產生摩擦，極易發(fā)生打滑情況，為了避免這類情況的發(fā)生，所以在本次設計驅動滾筒的時候，需要對驅動滾筒的不打滑條件進行校核。 (3-7) (3-8) (3-9) 式中：——取0.35； ——最大的圓周驅動力； ——取3.4； ——取1.5。 圖3-3張力 計算得： 3.2.5 最大張力計算 (3-10) 式中：——最大工作張力，N； ——驅動系數(shù)。 計算時以包角代入，查光面滾筒，干燥環(huán)境 3.2.6 垂度計算 （1）垂度 (3-11) (3-12) 式中：——下垂量（m）； ——托輥組回程間距； ——承載間距。 （2）校核 承載 (3-13) 回程： (3-14) 計算可知 承載 回程 3.3 輸送裝置的選型 3.3.1 輸送機構電機選型 （1）運行功率 (3-15) 式中：——傳動滾筒圓周力，N。 （2）驅動功率 (3-16) 式中：取0.89。 計算可得 選擇Y2-132M2-6三相異步電動機，轉速960r/min，效率84%，功率因數(shù)。 3.3.2 減速機選型 （1）選用型號 計算功率 (3-17) 式中：——傳遞的功率； ——取1.25。 （2）起動轉矩 (3-18) （3）校核熱功率 (3-19) 式中：—— 減速器功率； ——環(huán)境溫度因素; （4）運行轉速 (3-20) （5）傳動比 (3-21) 選擇DBZ-20型減速器，傳動比20，輸入1000r/min，輸出50r/min。 3.3.3 聯(lián)軸器選型 聯(lián)軸器的選擇，需要考慮很多因素，有兩軸的對中情況、載荷大小、轉速快慢、環(huán)境溫度等等。 轉矩 (3-22) 式中：T——理論轉矩； ——動力機系數(shù)； K——工況系數(shù)； KZ——啟動系數(shù)； KT——溫度系數(shù)。 滾筒轉速： 初選GY型凸緣聯(lián)軸器，結構簡單，成本低，效率好，如圖3-4所示。 圖3-4 聯(lián)軸器 3.4 滾筒的選型與設計 本次設計的皮帶機輸送部分，需要傳動滾筒和改向滾筒完成整個 輸送帶的運行。圖3-5和圖3-6分別為傳動滾筒和改向滾筒。 圖3-5 傳動滾筒 圖3-6 改向滾筒 皮帶機的滾筒有兩種材質，光面型——摩擦因數(shù)?。荒z面型——摩擦因數(shù)大，本次設計選用膠面滾筒。查表可知，帶寬B為500mm時，滾筒長度L為600mm,初選滾筒直徑D為500mm。初選滾筒的筒皮為Q235-A鋼，，。 3.4.1 滾筒尺寸設計 （1）輸送帶帶芯是帆布帶，型號為CN，層數(shù)為3，此時最小傳動滾筒直徑為500mm。 （2）平均接觸面壓 (3-23) 計算可得： (3-24) 綜合計算可知，初選符合要求，。 （3）軸承中心間距 (3-25) 計算得 3.4.2 滾筒輔板 本次對滾筒部分的設計還有滾筒輔板的部分，初選材料為鑄鋼，且。如圖3-7所示，輔板和軸套之間是用螺栓連接起來的，軸套和軸則是用鍵連接。 圖3-7 滾筒輔板 3.4.3 滾筒軸的校核 初選滾筒軸的材質為45鋼，調質處理。 分析可知，滾筒軸做傳動使用，所以受扭矩作用，需要對扭轉強度進行校核。 (3-26) (3-27) 式中：——軸的轉速，r/min； ——傳遞功率； ——取值為126； ——牽引力，N； ——滾筒線速度，m/s。 計算得： 綜合計算可知，初選的滾筒軸符合扭轉強度的校核條件，結構如圖所示。 圖3-8 傳動滾筒軸的結構圖 3.5 托輥的選型與設計 3.5.1 托輥的尺寸參數(shù) 本次設計中，托輥的質量和整個機構的工作效率、使用時間息息相關。其次，密封度的大小，是否防水、灰塵，能否抗老化、抗氧化，自重的高低，可使用時間等等都決定了托輥是否具有優(yōu)良的特質。 一般情況下，有平行托輥和槽型托輥兩種，他們可以減震、移位。本次設計采用的是槽型上托輥和平行下托輥的結合，如圖3-9和3-10所示。 圖3-9 槽形上托輥 圖3-10 平行下托輥 在整個輸送帶的運輸過程中，膠帶有出現(xiàn)跑偏的可能，此時需要調心托輥來防止此類現(xiàn)象的發(fā)生?？紤]到整個機構需要向上運輸和向下運輸?shù)膯栴}，因此采用錐形上調心托輥，可以實現(xiàn)逆向運輸。 圖3-11 調心托輥 初選槽型上托輥直徑，間距；平行下托輥直徑，間距。 3.5.2 托輥的設計與校核 1 上側輥子 （1）靜載荷 (3-28) 式中：——取2m； ——載荷系數(shù)，取0.8； ——傳送帶速度； ——單位質量； ——輸送能力。 計算得： （2）動載荷 (3-29) 式中：——運行系數(shù)，取1.1； ——沖擊系數(shù)，取1.04。 計算得： 2 下側托輥 （1）靜載荷 (3-30) 式中 ——輸送能力。 （2）動載荷 (3-31) 計算得 綜上計算可知，輥子與托輥均符合計算要求。 4 升降機構計算 4.1 平面連桿機構的基本參數(shù) 在日常生活中，平面連桿機構十分普遍，如抽水機、空氣壓縮機等等。當改變連桿機構中一些運動副的形式、受力狀態(tài)時，基本的平面連桿機構可以演變成曲柄連桿機構、雙曲柄機構、曲柄滑塊機構、擺動導桿機構和移動導桿機構等。本次皮帶機的升降選擇移動導桿機構機構來實現(xiàn)，包括一個轉動副和一個移動副，電機驅動時，移動副斜向上運動，實現(xiàn)皮帶機的下降，反之，則實現(xiàn)皮帶機的提升。移動導桿機構的原動件曲柄可隨從動件導桿起圓周擺動,如圖4-1所示。 圖4-1 升降機構 OA長為r；OD長為L，升降角為θ，范圍在9~28，升降時間小于40s，本次設計去升降時間為20s。如圖4-2所示，本次設計的升降式皮帶機在驅動裝置的驅動下，滑輪從初始位置B上移，在鋼絲繩的牽引下移動到最高點C處。 (4-1) 分析受力情況，初定達到最大升降角時，行走輪O位于ME中點處，穩(wěn)定性較好。因為當皮帶機下降時，M處萬向輪移動，當?shù)竭_最低點時，O處于偏右位置，穩(wěn)定性更好。初選，。 4.2 升降驅動裝置的選型 本次升降驅動裝置設計中選用的是電機減速機-滾筒-鋼絲繩-滑輪組結構，電機驅動帶來的圓周運動，通過纏繞在滾筒上的鋼絲繩轉化為移動導桿的直線運動，改變了鋼絲繩及其傳遞拉力的方向，結構簡圖如圖4-2所示。 圖4-2 驅動裝置結構簡圖 4.2.1 升降電動機的選型 皮帶輸送機支架的重量為384千克，頂升高度為6.2米，頂升時間40s內。電機工作所需功率為: (4-2) 式中：G——重物的重力（N）； L——重物上升的高度（m）； T——上升高度所經(jīng)過的時間（s）。 根據(jù)式（4-1）計算功率為0.58KW,選擇YD100L2-6/4型電動機，轉速1000r/min，額定功率1.5kW，質量35kg。 4.2.2 減速器的選型 卷筒直徑D=216mm，其工作時轉速： (4-3) 而電機的轉速為，那么電動機與卷筒之間的傳動比為： (4-4) 選擇DBZ-20型減速器，傳動比20，輸入1000r/min，輸出50r/min。 4.2.3 鋼絲繩的選型 查機械設計手冊8-33可知，用來牽引皮帶運輸機的鋼絲繩應選擇，選擇結構，鋼芯鋼絲繩,結構和選型如表4-2和表4-3所示。初步選定鋼絲繩直徑為12mm。 圖4-3 鋼絲繩結構 表4-2鋼絲繩的分類 典型結構 直徑范圍 鋼絲繩 股繩 6*19S (1+9+9) 12~36 表4-3 力學性能 鋼絲繩公稱直徑D/mm 鋼絲繩參考質量/kg?(100m)-1 鋼絲繩公稱抗拉強度 鋼絲繩最小破斷拉力/kN 12 58.4 1770 90.7 （1）鋼絲繩直徑 (4-5) (4-6) 式中：d——鋼絲繩最小直徑； C——選擇系數(shù)，mm/N1/2； S——最大靜拉力； n——安全系數(shù)，如表3； k——鋼絲繩捻制折減系數(shù)； ——鋼絲繩充滿系數(shù)，鋼絲斷面面積之和/繩橫斷面毛面積； ——鋼絲的公稱抗拉強度，Mpa。 （2）破斷拉力 (4-7) 式中：F0——破斷拉力； n——見表4-4。 表4-4 C和h的值 機構工作級別 選擇系數(shù)C值 安全系數(shù)n 鋼絲公稱抗拉強度σt/Mpa 1550 1770 1850 M5 0.104 0.100 0.096 5 計算得： 符合條件，鋼絲繩的選型是合理的。 4.2.4 卷筒的選型 （1）卷筒的幾何尺寸 卷筒名義直徑 (4-8) 繩槽半徑： (4-9) 繩槽節(jié)距：標準槽 (4-10) 深槽 (4-11) 卷筒厚度：鋼卷筒 (4-12) 鑄鐵卷筒 (4-13) 式中：d——鋼絲繩直徑； h——與機構工作級別和鋼絲繩結構有關的系數(shù)，按表4選??； D1——按鋼絲繩中心計算的最小直徑； D——卷筒繩槽底徑。 單層繞卷筒長度 (4-14) 式中：Hmax——最大起升高度； m ——滑輪組倍率，m=2； Z1——鋼絲繩安全圈數(shù)，； P ——繩槽節(jié)距； D1——單層直徑。 表4-5 系數(shù)h值 機構工作級別 卷筒 滑輪 M5 18 20 計算： 卷筒名義直徑 ； 繩槽半徑 繩槽節(jié)距：標準槽 卷筒厚度：鋼卷筒 單層繞卷筒長度 數(shù)據(jù)均符合要求，選擇合理。 （3）卷筒強度計算 i)卷筒內壁表面最大壓應力：L≤3D 應滿足 (4-15) 式中：A——與卷繞層數(shù)有關的系數(shù),取1； A1——應力減小系數(shù)，一般取A1=0.75； Smax——鋼絲繩最大靜拉力，N； δ——卷筒壁厚，mm； ——許用壓應力,MPa，； ——鋼的屈服點。 計算：，滿足。 ii)由彎矩產生的拉應力：L>3D 應滿足 (4-16) 式中：Mumax——有鋼絲繩最大拉力引起的最大彎矩，N?m； W -——抗彎截面模數(shù)，mm2 σbP——許用拉應力，MPa，； ——鋼的屈服點。 計算：，滿足。 4.2.5 滑輪組的選型 繩索滑輪一般有導向和支撐的作用，本次升降設計中選用的是導向的作用，電機驅動帶來的圓周運動，通過纏繞在滾筒上的鋼絲繩轉化為移動導桿的直線運動，改變了鋼絲繩及其傳遞拉力的方向。 本次設計中，采用小尺寸的滑輪，一個定滑輪，一個雙聯(lián)動滑輪構成滑輪組。初定滑輪直徑，材料為鑄鐵。 （1）滑輪的主要尺寸 圖4-2 滑輪簡圖 如圖，鋼絲繩直徑,滑輪繩槽底半徑,繩槽兩側面夾角,滑輪直徑。 （2）滑輪組設計計算 滑輪組是由一根撓性件一次繞過若干動滑輪和定滑輪形成的一種機構，有省力滑輪組和增速滑輪組之分。本次設計中主要是為了實現(xiàn)升降功能，所以選擇的是省力滑輪組，如圖。 圖4-3 省力滑輪組 圖4-4 升降驅動裝置 牽引力 (4-17) 牽引速度 (4-18) 式中：——牽引力； ——起重量的重力，N； ——滑輪組倍率； vs——撓性件自由端牽引速度，取0.3m/s； vh——動滑輪組的速度，m/s。 計算：牽引力 牽引速度 4.3 桁架的設計與計算 本次設計的升降皮帶機的升降機構是通過將一些細長桿焊接成幾何形狀不變的桁架結構，從而實現(xiàn)皮帶機的提升與下降。本次桁架弦桿采用折弦的輪廓形狀，腹桿系統(tǒng)則采用簡單K式桁架中的豎桿，較為簡單便捷。桁架在理論上都設定為鉸接，因此在設計桁架結點時，所有被連接構件的幾何軸線都要匯交與一點，防止偏心承載。結構簡圖如圖。 圖4-5 升降桁架結構簡圖 4.3.1 桁架的主要參數(shù) 桁架高度和跨度的關系為： (4-19) 表4-6 懸臂架外形尺寸參考值 臂架類型 臂架幾何參數(shù) H/L B1/L B2/L 剛性拉桿 0.10-0.17 0.14-0.26 0.06-0.16 圖4-6 桁架外形簡圖 初步選定，經(jīng)計算，符合基本參考值。 桁架靜荷載值:，活荷載值。 4.3.2 桁架的撓度計算 由均布載荷產生的中點撓度 (4-20) 式中：A1——上下弦桿的截面面積； E ——彈性模數(shù)； h、l——長度。 計算： 撓度很小，符合工作要求。 4.3.3 桁架的強度校核 桁架所能承受的臨界壓力 (4-21) 臨界壓力對應的應力 (4-22) 計算：σcr=121.8MPa≤[σP]符合強度條件。 5 行走機構計算 5.1 行走驅動裝置的選型 5.1.1 行走電動機的選型 負載功率 (5-1) (5-2) 式中：n——轉速，r/min； T——轉矩； GD2——回轉體轉動慣量； t——時間。 經(jīng)計算，初選，，額定功率1.5kW。 5.1.2 變速器的選型 本設計主要為了實現(xiàn)皮帶機整體的行走速度，行走方向，所以選擇電動機加變速器組合，實現(xiàn)運動和動力的傳遞。變速器分有級變速器和無級變速器兩種，相比有級變速器而言，無級變速器轉速、滑動率、傳動效率等等都優(yōu)于有級變速器。因此初選行星錐盤式無級變速器， VA、VB、VC裝配形式，恒轉矩型。要求入軸轉速不大于3000r/min，傳遞功率0.09~7.5kw，輸出轉矩6.5~13.5 N?m,輸出軸轉速380~1900r/min。 行走輪軸直徑D=89mm，初定行走速度為0.2m/s,其運行速度： (5-3) 而輸入速度為，那么傳動比為： (5-4) 經(jīng)計算，選擇JWB-X系列無級變速器，具體參數(shù)如下表所示。 表5-1 無級變速器主要參數(shù) 型號 電機輸入功率(kw) 輸出速度(r/min) 許用輸出轉矩(N.m) 一級齒輪減速 1.5 40-200 100-50.5 5.2 車輪的選型與計算 車輪是本設計部分的重要零部件，既有承重作用，又有驅動與制動的作用，可以減少皮帶機移動過程的能量消耗，提高工作效率。車輪主要由輪胎、輪輞和輪輻組成，結構簡圖如圖5-1所示。 圖5-1 車輪結構簡圖 5.2.1 輪胎的選型 根據(jù)皮帶機的工作要求和環(huán)境狀況，輪胎的花紋選擇牽引型胎面花紋形式，牽引性能好，抗下陷性能好，在I-III級土壤中可實現(xiàn)牽引和驅動。 由于皮帶機行走時輪胎負荷較為穩(wěn)定且速度緩慢，所以選擇平地機輪胎，最高速為40km/h。本次設計的行走機構部分，有行走輪和導向輪兩部份，行走輪采用充氣輪胎，導向輪采用鑄膠實心輪胎。初定行走速度為12m/min，輪胎具體參數(shù)如下表。 表5-3 輪胎具體參數(shù) 規(guī)格 層級 標準輪輞 最大負荷 相應內壓 新胎充填后的尺寸 斷面寬 外直徑 6.00-9 12 4.00 2028 1050 160 545 5.2.2 輪的強度校核 初選輪徑D=430mm，運輸機荷載Q=100kg，自重G=1000kg，行駛速度12m/min。 （1）計算輪壓 (5-5) (5-6) 得 計算局部擠壓應力 (5-7) 得 （2）強度校核 計算最大輪壓 (5-8) 計算最大局部擠壓應力 (5-9) 綜上所述，符合疲勞條件和強度要求。 5.3 輪軸的選型與校核 5.3.1 軸的主要尺寸 軸有轉軸、心軸、傳動軸三種。在本次行走機構設計中，軸寄售彎矩又有扭矩，所以選擇轉軸，材料為45鋼，調質處理，耐磨性能好，抗疲勞強度高。軸上基本零件的裝配如圖5-2所示。 初選軸長L=1450mm，軸的直徑89mm，如圖5-2所示。 圖5-2 行走輪軸 5.3.2 軸的強度校核 本次設計中，軸是轉動軸，同時承受彎矩和扭矩，應按彎扭合成強度條件進行計算。 （1）將軸看做受均布載荷，則 徑向載荷F為： （2）作出彎矩圖 圖5-3 （3）做出扭矩圖 （4）校核軸的強度 直徑D=89mm時，抗彎截面系數(shù)W≈0.1D3=0.1893 抗扭截面系數(shù)Wr≈0.2D3=0.2893 則軸的彎扭合成強度條件為： (5-10) 式中：σca——軸的應力； M——彎矩，； T——扭矩，； [σ-1]——許用彎曲應力，取60MPa。 計算得： 符合強度條件。 5.3.3 軸的剛度校核 （1）彎曲剛度校核 當量直徑 (5-11) 式中：li——各段長度，l1=20mm，l2=22mm，l3=34mm，l4=36mm di——各段直徑， d1=36mm，d2=41mm，d3=48mm， d4=55mm； L——階梯軸的計算長度，L=112mm； z——取4。 撓度： (5-12) 式中： 計算 符合彎曲剛度條件。 （2）扭轉剛度校核 階梯軸圓軸扭轉角 (5-13) 式中：G——軸材料的剪切彈性模量； ——階梯軸受扭矩作用的長度，； z——階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。 扭轉剛度應滿足 (5-13) 式中：φ=0.5~1()/m 計算： 符合扭轉剛度條件。 結論 本次我設計的是可升降的移動皮帶輸送機，從年前就開始著手準備一系列的資料，包括外文翻譯、查找文獻、構思總體設計方案、查找機械設計手冊，各種皮帶機的說明書等等。整個過程雖然遇到了很多的困難，但是在我的論文指導老師的幫助下，一一得到了解決。本次說明書中的各種機構設計還有很多不足的地方需要改進，比如金屬機架結構部分，還有許多未盡事宜。 首先，剛拿到題目的時候，我是茫然的，因為我對皮帶機這種大型機構不是特別了解，也就平時見過而已，現(xiàn)在要設計一個出來，困難重重。當把想法和指導老師**老師說了以后，老師進行了深度的分析： 第一，要進行的就是總體方案的設計，只有明白各個機構的工作原理，才能進行接下來的設計過程； 第二，按照重要性的順序進行設計，輸送機構是移動式升降皮帶機最重要的部分，自然是首要設計的部分； 第三，對升降機構進行設計，采用的是鋼絲繩-卷筒-滑輪組做驅動升降裝置，平面連桿機構做升降構件，采用桁架的結構，是的連桿機構的穩(wěn)定性更高； 第四，對行走部分進行設計，有電機減速機的選型、車輪與輪軸的選型等等。 其次，在進行每個機構具體設計的時候，遇到了很多問題。雖然對整個的設計有了具體的了解，但是每個機構的要求都不一樣，難度也不一樣，又再次帶著疑問去找老師。 （1）皮帶機輸送機構部分，需要進行帶的選型、傳送滾筒的選型、改向滾筒的選型、托輥的選型，具體的計算可以參考機械設計手冊。 （2）升降機構部分，電機減速機帶動滾筒的轉動，進而鋼絲繩和滑輪組可以運行，可以實現(xiàn)升降，桁架可以看成連桿機構，進行具體參數(shù)的選擇和設計，強度校核方面，也可以參照起重機桁架部分的設計計算。 （3）行走機構部分，主要需要的車輪的選型、輪胎的選型還有輪軸的強度校核，因為車輪是整個皮帶機的承重部分，所以在尺寸設計、材料選型、強度校核方面需要慎重。 最后，雖然移動式升降皮帶機設計在老師的指導下做了出來，可是仍然存在很多問題。比如說，金屬機架能否承重；連桿機構位置選擇，是否會發(fā)生傾翻問題；能否運用到實際生活中去等等問題，都因為時間的問題無法得到完善的解決。 致謝 在本次畢業(yè)設計的過程中，我特別要感謝我的指導老師——**老師。在從年前的總體方案設計、文獻參考、資料查詢，到年后的說明書設計等等，都給了我很大的幫助。每次遇到困難，老師都會不厭其煩的給我講解，給我找尋設計途徑，讓我對我的畢業(yè)設計有了更好的把控，也為我將來的工作打好了基礎。 還要感謝一直以來幫助我的同學、在制圖過程中有不會的地方時，總能及時出現(xiàn)，給我?guī)椭?；感謝一直以來支持我的家人，無論是物質上還是精神上。 參考文獻 [1] 陳秀寧.機械設計基礎[M].杭州：浙江大學出版社，2013. 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