带式输送机减速装置设计论文

2021-06-12 论文

　　题目：带式输送机减速装置设计

　　学院：

　　专业：机械设计制造及其自动化

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　　导师:

　　定稿日期： 20XX年 XX月XX 日

　　摘要

　　机械设计毕业设计是在完成机械设计毕业学习后，一次重要的实践性教学环节。是高等工科院校大多数专业学生第一次较全面的设计能力训练，也是对机械设计毕业的全面复习和实践。其目的是培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用机械设计和有关选修毕业的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识。

　　本次设计的题目是带式运输机的减速传动装置设计。总体方案为：根据题目要求和机械设计的特点作者做了以下几个方面的工作：①决定传动装置的总体设计方案，②选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数，③传动零件以及轴的设计计算，轴承、联接件、润滑密封和联轴器的选择及校验计算， ④ 机体结构及其附件的设计和参数的确定，⑤绘制装配图及零件图，编写计算说明书。

　　关键词

　　减速器，带式运输机，机械设计，疲劳强度

　　一、研究背景

　　带式输送机自1795年被发明以来，经过200多年的发展，已被电力、冶金、煤炭、化工、矿山、港口等各行各业广泛采用，特别是第三次工业技术革命后新材料、新技术的采用，带式输送机的发展步入了一个新纪元。当今，无论从输送量、运距、经济效益等各方面来衡量，它已经可以同火车、汽车运输相抗衡，成为各国争先发展的行业。

　　带式输送机具有结构简单、输送量大、输送物料范围广泛、运距长、装卸料方便、可靠性高、运费低廉、自动化程度高等特点[1]，它的优越性已十分明显，是国民经济中不可缺少的关键设备。

　　近年来，随着我国工业现代化的迅速发展，综合机械化采煤工艺的推广应用使得矿井的开采量和运输量日益增大，从而长距离、大运量、大功率输送设备的需求量越来越大[2]。单机总功率达到5000kW、输送长度达到10km以上、运量超过5000t/h、运行速度超过5-6m/s的带式输送机已经在煤矿得到了实际应用[3]。

　　然而，长距离、大运量、高速度的带式输送机如采用传统的直接启动方式，由于启动时间为1-3s，启动加速度大于0.32/ms,会产生如下问题：

　　1.启动时打滑问题由于大型带式输送机的长度和功率较大，如果启动时间过短，易出现打滑现象。为了消除打滑现象保证有效启动，增大输送带与滚筒间的摩擦力，必须提高张紧装置的初张力，由此相关连接部件的受力加大，对强度和刚度要求增加，提高了整机的初期投资。

　　2.振动问题带式输送机在运行过程中存在着诸如输送带的纵向、横向、侧向振动，动力装置、滚筒和托辊等旋转部件的振动，装卸载时物料的冲击振动以及基础的振动等各种形式的振动，这些振动对于大型带式输送机来说表现得更为明显和强烈。当它们作用于输送带时会引起动态响应而导致速度、加速度以及张力的变化，从而产生较大的动载荷，影响元部件、输送带以及整机的稳定性和使用寿命。

　　3.瞬态冲击大问题启动时产生的动态初张力会降低输送带的使用寿命，可能引发断带事故。为了保证输送带运行可靠，必须提高输送带的强度等级，相应加大了输送带的初期投资。同时，提高输送带的强度等级还必须相应加大滚筒的直径，以满足输送带最小弯曲半径的要求，从而又加大了机械加工件的初期投资。

　　4.电动机功率增加问题由于启动时间过短，启动力矩大，容易发生烧毁电机的事故，考虑电动机的选型时要相应提高安全系数，增加了正常使用的能耗。此外，大功率电动机在较短的时间启动运行，对周边环境电网的冲击巨大，其负面影响是无法容忍的。由此可见，启动问题对带式输送机尤其是大型带式输送机来说，是一个关键的技术，它不仅对启动性能产生直接影响，而且还可以降低输送机的成本，因此必须对启动加以控制。驱动装置是带式输送机的心脏，从某种程度上来说，驱动装置的性能就决定了输送机的性能。解决上述问题的有效方法就是合理和最佳地确定大型带式输送机的驱动方式。针对大型带式输送机的实际工况，理想的驱动装置应满足以下技术要求：

　　1.启动时间可在一定的范围内调整，使带式输送机平稳启动，并可实现满载启动；

　　2.启动加速度控制在一定的范围内，可有效降低启动时的动态初张力，降低整机输送带的选用安全系数，有效地降低输送带的初期投资；

　　3.在多机启动或多点中间启动时，可以实现多机的功率平衡；

　　4.电动机空载启动，降低对电网的冲击；

　　5.具有过载保护功能；

　　6.带式输送机瞬时停车时，可以实现不停电动机，提高电动机使用寿命；

　　7.带式输送机低速检带运行时，系统不会严重发热导致停车故障，确保正常检修工作。

　　作为带式输送机的关键技术之一，可控启动技术或软启动技术应运而生。实现软启动和软停车是解决大型带式输送机上述问题的有效措施。“软启动”是指机械设备在空、重载工况下，能够逐步克服整个系统的惯性而平稳地启动，而这种启动是可控的[7]。对于带式输送机而言，“软启动”不仅能够大幅度减轻传动系统本身所受到的启动冲击，延长输送机关键零部件的使用寿命，同时还能大大缩短电动机启动电流的冲击时间，减小对电动机的热冲击负荷及对电网的影响，从而节约电力并延长电动机的工作寿命。带式输送机可控变速装置是是一种新型的软启动装置，能很好的解决大型带式输送机工作过程中产生的问题。它不仅能够实现软启动、软停车、过载保护、温度保护、检带运行、多机驱动功率平衡等功能，而且具有结构设计新颖、制造成本低、备件购置方便、维护和日常运行费用低等特点，因而它是一种比较理想的软启动装置。带式输送机可控变速装置在国外已经被广泛应用，但到目前为止国内这种产品应用还比较少。鉴于目前煤炭工业发展的迫切需要，急需开展关这方面的研究开发及推广工作.

　　二、文献综述

　　煤矿业带式输送机几种软起动方式的比较

　　Michael L. Nave P.E.

　　1800 年华盛顿路匹兹堡，PA 15241带式运送机是采矿工业运输大批原料的重要方法。从传送带驱动系统到传送带纹理结构启动力矩的应用和控制影响着运送机的性能，寿命和可靠性。本文考查了不同启动方法在煤矿工业带式运送机中的应用。

　　1简介

　　运行带式运送机的动力必须由驱动滑轮产生，通过滑轮和传送带之间的摩擦力来传递。为了传递能量，传送带上面的张力在接近滑轮部分和离开滑轮部分必定存在着差别。这种差别在稳定运行、启动和停止时刻都是真实存在的。传统传送带结构的设计，都是根据稳定运行情况下传送带的受力情况。因为设计过程中没有详尽研究传送带启动和停止阶段的受力情况，所有的安全措施都集中在稳定运行阶段（Harrison 1987）。本文主要集中讲述传送机启动和加速阶段的特性。传送带设计者在设计时必须考虑控制启动阶段的加速状况，以免使传送带和传送机驱动系统产生过大的张力和动力（Suttees1986）。大加速度产生的动力会给传送带的纹理、传送带结合处、驱动滑轮、轴承、减速器以及耦合器带来负面影响。毫无控制的加速度产生的动力能够引起带式传送机系统产生诸多不良问题，比如上下曲线运动、过度传送带提升运动、滑轮和传送带打滑、运输原料的溢出和传送带结构。传送带的设计需要面对两个问题：第一，传送带驱动系统必须能够产生启动带式传送机的最小转动力矩；第二，控制加速度产生动力在安全界限内。可以通过驱动力矩控制设备来完成，控制设备可以是电子手段也可以是机械手段，也可以是两者的组合（CEM1979）。

　　本文主要阐述输送机的开始和加速的过程。传送带设计师必须控制开始加速度防止过度张紧在传送带织品和力量在皮带传动系统. 强加速度力量可能有害地影响传送带织品，传送带接合，驱动皮带轮，更加无所事事的滑轮，轴，轴承，速度还原剂，并且联结。未管制的加速度力量可能造成皮带输送机有垂直的曲线的系统性能问题，传送带紧线器运动，驱动皮带轮摩擦损失，材料溢出，并且做成花彩传送带织品。传送带设计员与二个问题被面对，皮带传动系统必须导致极小的扭矩足够强有力开始传动机，和控制了这样加速度强制是在安全限额内。光滑开始传动机可能由对驱动器扭矩控制设备的用途，或机械或电子，或组合的二完成（CEM 1979)。

　　2 软起动结构评估标准

　　什么是最佳的皮带输送机驱动系统?答案取决于许多变量。最佳的系统是一个为开始,运行和终止提供可接受的控制在合理的费用和以及高可靠性。皮带传动系统为本文我们考虑的设计方案,皮带输送机被电子头等搬家工人几乎总驱动。传送带”驱动系统”将包括多个要素包括电子原动力、电子马达起始者以控制系统,马达联结、速度还原剂、低速联结、皮带传动滑轮、和滑轮闸(Cur 1986)。它重要,传送带设计员审查各个系统要素的适用性对特殊申请。为本文的目的,我们假设,所有驱动系统要素设置矿的新鲜空气,非允许面积全国电子编码条500防爆矿的表面的面积。皮带传动要素归因于范围。某些驱动器要素是可利用和实用的用不同的范围。为这论述,我们假设那皮带传动系统范围从分数马力对千位的多个马力。小驱动系统经常是在50 马力以下。中型系统范围从50 到1000 马力。大型系统可能被考虑在1000 马力之上。范围分部入这些组是整个地任意的。必须被保重抵抗诱惑对超出马达或在马达之下传送带飞行提高标准化。驱动器结果在粗劣的效率和在高扭矩的潜在,当驱动器能导致破坏性超速在再生,或过度加热以变短的马达寿命。扭矩控制。传送带设计员设法限制开始的扭矩到没有比150 运行中。限额在应用的开始的扭矩经常是传送带胴体肉、传送带接合、滑轮绝热材料轴偏折评级。在更大的传送带和传送带以优化大小的要素,扭矩限额110 至125 是公用。除扭矩限额之外传送带起始者必需限制会舒展围绕和会导致旅行的波浪的扭矩增量。一个理想的开始的控制系统会适用于资格整个传送带的扭矩传送带休息由问题的脱离决定,或运动,然后扭矩相等与传送带的运动需求以负荷加上恒定的扭矩从休息加速系统要素的惯性对最终奔跑速度。这使系统临时强制和传送带舒展。不同的驱动系统陈列变化的能力控制扭矩的申请对传送带休息和以不同的速度。并且,传动机陈列装载二个极端。一条空传送带正常存在最小的必需的扭矩为脱离和加速度当一条充分地被装载的传送带存在最高的必需的扭矩。开采驱动系统必须是能称应用的扭矩从一个2/1 比率为一个水平的简单传送带安排,对一个10/1 范围为一个倾斜、复杂传送带配置文件。

　　3热量评级

　　在开始和运行期间,各个驱动系统也许消散废热。废热也许被解放在电子马达、电子控制、联结、速度还原剂,或传送带制动系统。各个起始时间热量负荷依靠相当数量传送带负荷和起始时间的期限。设计员必须履行被重复的起始时间的申请需求在运行传动机以后在全负荷。典型的开采传送带开始的责任变化从3到10 个起始时间每时数等隔或2到4 个起始时间在连续。被重复的开始也许要求减税或系统要素。有一个直接关系在热量评级为被重复的起始时间和费用之间。可变速度。一些皮带传动系统是适当的为控制开始的扭矩和速度,但只运行以恒定的速度。一些传送带申请会要求一个驱动系统能运行延长的期间以较不比最高速度。这是有用的当驱动器负荷必须与其它驱动器被共享传送带被使用当处理饲养者为被表达的物料的费率控制,传送带速度被优选为货车使用费费率传送带被使用以慢速运输人工或材料,或传送带运行缓慢的检验或移动速度为维护目的。可变速度皮带传动将要求一个控制系统根据某一算法调控操作速度。再生或翻修负荷。一些传送带配置文件存在翻修传送带系统用品能量对驱动系统的负荷的潜在。没有所有驱动系统有能力接受被重新生成的能量从负荷。一些驱动器可能接受能量从负荷和退回它到输电线供其它负荷使用。其它驱动器接受能量从负荷和消散它入选定的动态或机械刹车的要素。一些传送带描出切换从开汽车对再生在运算期间。驱动系统可能接受有些巨大的被重新生成的能量为申请吗?驱动系统控制或必须调整相当数量减速的强制在翻修期间吗翻修发生当运行和开始维护和支持系统。各个驱动系统将要求定期预防维护。可替换的项目会包括马达画笔、轴承、闸填充、散逸电阻器、油和凉水。如果驱动系统被设计和保守地被管理更低的重音在可消耗导致更低的维修费用。一些驱动器要求支持系统譬如流通的油为润滑油、冷却空气或水,环境尘土过滤,或计算机仪器工作。支持系统的维护可能影响驱动系统的可靠性。

　　4费用

　　驱动器设计员将审查各个驱动系统的费用。费用合计是第一基建成本获取驱动器，费用安装和委任驱动器，费用运行驱动器，和费用的总和维护驱动器。费用使力量运行驱动器也许广泛变化用不同的地点。设计员努力符合所有系统性能要求在最低的费用合计。经常超过一个驱动系统也许满足所有系统性能标准在竞争费用。更喜欢的驱动器安排是最简单譬如一个唯一马达驱动通过一个唯一顶头滑轮。但是机械，经济和功能需求经常需要对复杂驱动器的用途。传送带设计员必须平衡对优雅的需要反对伴随复杂系统的`问题。复杂系统要求额外设计工程为成功配置。经常被忽略的费用在复杂系统是培训人事部的费用或停工期的费用由于不足的培训。

　　5起动驱动控制逻辑

　　各个驱动系统将要求一个控制系统调控开始的机制。最共同的类型控制被使用在更小对中等大小驱动以简单的外形被命名“开环加速度控制”。在开环控制系统早先被配置程序化开始的机制以被规定的方式通常准时根据。在开环控制,驾驶使用参数譬如潮流,扭矩或速度不影响序列操作。这个方法假定控制设计师充分地塑造了驱动系统表现在传动机。为更大或更加复杂的传送带”闭合回路”或”反馈”控制可以他运用了。在闭合回路控制在开始期间控制系统显示器通过传感器驾驶使用参数譬如马达的当前层,传送带的速度或力量在传送带并且修改起动程序控制,极限或优选或佩带了参量。闭合回路控制系统修改开始的被应用的力量在一台空和充分地被装载的传动机之间。常数在数学模型与被测量的可变物有关对系统驱动反应被命名定调的常数。这些常数必须适当地被调整为成功的应用对各台传动机。最共同的计划为传动机开始闭合回路控制是车头表反馈为速度控制和压电池力量或驱动力反馈为扭矩控制。在一些复杂系统，它是中意安排闭合回路控制系统调整自己为各种各样的遇到的传动机情况。这被命名“能适应的控制”。这些极端可能介入浩大的变异在装货，围绕的温度，装货的地点在外形或多个驱动选择在传动机。有三个共同的能适应的方法。介入决定做在开始之前如果控制系统能知道传送带是空的它会减少最初的力量和会加长加速度力量的应用对最高速度。如果传送带被装载控制系统会应用资格力量在摊位之下使较少时刻和供应充足的扭矩及时地充分地加速传送带。因为传送带只成为了装载在早先赛跑期间由装载驱动平均驱动潮流可能被抽样当连续和被保留在反射传送带搬运器时间的缓冲记忆。然后在停工平均也许是预先处理一些开环和闭合回路为下个开始。第二个方法介入根据驱动观察发生在最初开始或行动期间证明的决定。这及时驱动潮流的或力量通常介入比较对传送带速度。如果驱动潮流或力量必需及早在序列是降低并且行动被创始，传送带必须被卸载。如果驱动潮流或力量必需是高的。在开始传动机必须被装载。这个决定可能被划分在区域和使用修改起动程序控制的中部和结束。第三个方法介入传送带速度的比较对时刻为这个开始反对传送带加速度历史极限或加速度信封监视。在开始，传送带速度被测量对时间。这与被保留在控制系统记忆的二限制的传送带速度曲线比较。第一曲线描出空的传送带加速并且第二个充分地被装载的传送带。因而如果当前的速度对时间比被装载的外形低，它也许表明，传送带被超载，妨碍或驱动故障。如果当前的速度对时间比空间的外形高级，它也许表明一条残破的传送带结合或驱动故障。无论如何当前的起飞中止并且警报运行。

　　6结论

　　最好的传送带启动系统要求在不同的传送带负载条件下，能够以合理的代价带来可靠性高的可以接受的运行性能。但是至今没有一个启动系统能够达到这样的要求。传送带设计者必须为每个传送带设计启动系统属性。总得来说全电压交流发动机启动适合于简单结构的小型传送带。减电压SCR交流发动机启动是地下中、小型传送带的基本启动方法。最新的进展显示固定液体填充耦合系统的交流发动机是简单结构中、大型传送带基本启动方法。对于那些大、中型而且需要重复启动的复杂结构传送带绕线转子发动机驱动是常用的选择。在结构特别复杂运行需要不同速度的传送带启动中传送带直流发动机驱动、不同填充液体驱动、和相异机械传递驱动系统一直实力相当的候选者。具体选择哪个启动方式由使用环境，相对价格，运行能耗，反应速度和使用者习惯来决定。变频交流驱动和非电刷直流驱动主要限制于中型传送带，这些中型传送带需要精确的速度控制，高代价和复杂性。但是随着持续的竞争和技术进步，波形综合技术的电子驱动器的使用将越来越广。

　　三、技术路线

　　第一部分传动装置的总体设计

　　第二部分传动零件的设计计算

　　第三部分轴的设计

　　第四部分润滑油及润滑方式的选择

　　第五部分密封及密封的选择

　　第六部分主要尺寸及数据

　　四、进度安排

　　五、参考文献

　　[1]刘朝儒、彭福荫、高政一.机械制图（第四版）.北京：高等教育出版社 2001年

　　[2]濮良贵、纪名刚.机械设计（第八版）北京：高等教育出版社 2006年

　　[3]孙桓、陈作模、葛文杰.机械原理（第七版）北京：高等教育出版社 2006年