学位论文-—皮带机的张紧装置.doc

目 录
摘要
1 绪论 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1
1.1 输送机自动张紧装置的一般概念 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1
1.2 输送机张紧装置的分类 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1
1.3 液压自动张紧装置与其它张紧装置的类比 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1
2 总体设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
2.1 设计任务 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
2.2 设计方案的确定‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 3
2.2.1 液压自动张紧装置的特点‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
2.2.2 液压张紧系统工作原理 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
2.2.3 总体设计方案的确定 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥4
3 管路的设计 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
3.1 吸油管的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
3.2 压油管的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
3.3 回油管的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥6
3.4 液压系统中的压力损失验算‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥6
4主要部件的设计计算及强度校核‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8
4.1 油缸后的支座的设计及强度校核‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8
4.2 液压缸活塞杆上的耳环的设计及强度设计 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 9

5 设计分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥10
结束语‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 11
结论‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥11
参考文献‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥12
致谢 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥13

摘要
输送机是橡胶和纤维品两者符合而成的制品，在应用中的重锤张紧装置，在运行一段时间后，重锤会自动下降一段距离，使输送带变长。这说明输送带发生了蠕变，在启动、制动过程中也会产生蠕变现象。此时张紧装置就必须进一步收缩才不会发生打滑现象。
由此可见，张紧装置是保证带式输送机正常运转中必不可少的重要部件。该论文主要介绍了带式输送机的自动张紧装置的设计过程，详细的介绍了各个液压元件的选取。自动张紧装置的设计是张紧装置的设计的一个重大变革。

关键词：自动张紧装置 带式输送机 液压张紧系统

2.1 设计任务
参数设定及工况分析
设：张紧行程L=2m，活塞杆运动速度=4m/min。DT-Ⅱ型带式输送机的T3=2460.72N,T4=2559.15,每天工作22h，停车2h，全年工作360天，每天停机两次。
张紧装置在驱动滚筒之后，所以张紧力F= T3+T4，这个张紧力是只考虑带式输送机在满载正常运行情况下的张紧力。当启动时，所需要的输送带的张紧力
=1.5F
用公式表示为：F= T3+T4=2460.72+2559.15=10.19kN
F其=1.5F=75.29kN
2.2 设计方案的确定
2.2.1 液压自动张紧装置的特点
液压自动张紧装置的工作过程中，由于张紧力在输送机启动时和正常运行时不同，这就要求液压系统必须能够在两种压力下工作。在带式输送机运料的过程中由于负荷或其它原因引起输送带拉力增大、减小，液压系统就会自动调节张紧力，保证输送带正常工作。
2.2.2 液压张紧系统工作原理
皮带式传送机在启动时和稳定运行时对皮带的张力要求是不同的，启动时所需要的张力大约是稳定运行时所需要的张力的 1.5 倍。这就需要液压系统能在两级工作压力下工作，一个是启动压力，另一个是稳定运行时压力，前者约为后者的 1.5 倍。系统工作原理图如下：

图2-1
1.2. 溢流阀 3. 电磁换向阀 4. 伺服阀 5. 液压缸 6.压力表 7.力传感器 8. 拉紧小车

9. 压力继电器 10. 液控单向阀 11. 蓄能器 12.液压泵 13.电动机 14.单向阀 15. 过滤器
本方案采用一个直动溢流阀 2 和一个叠加溢流阀并联来实现这个目的。叠加溢流阀
由直动溢流阀 1 和二位二通电磁换向阀3 串联而成。当二位二通电磁换向阀3 通电时，
其阀芯处于右位，二位二通电磁换向阀通导，叠加溢流阀才通导。直动溢流阀 2 的调定压力较大，是叠加溢流阀的调定压力的 1.5 倍。系统启动时，二位二通电磁换向阀 3不通电，叠加溢流阀不通导，油液只能经由直动溢流阀 2溢流；系统启动后稳定运行时，二位二通电磁换向阀 3通电，叠加溢流阀通导，油液经由调定压力较低的叠加溢流阀溢流。这样便可实现两级压力控制。系统要求启动迅速，即液压缸要迅速拉紧原来松弛的皮带，这就使得液压缸启动时需要很大的流量。稳定运行时，张紧的皮带使得液压缸活塞杆移动范围很小，这时液压缸需要的流量下降。为解决这个问题，加了一个蓄能器用以补油，既能及时补油，又能在正常稳定工作时保持恒定压力。
首先，电机 13 启动带动泵 12 运转给系统加压。当系统压力达到压力继电器9 设定的启动压力后，压力继电器 9 发信号，皮带式传送机启动。皮带式传送机启动后带速达到稳定值时，二位二通电磁换向阀 3通电，叠加溢流阀通导，油液经由调定压力较低的叠加溢流阀溢流，同时系统切换到由伺服阀 4 控制的状态。伺服阀的工作原理：预先确定压力指令信号μr ，它与压力传感器的压力反馈信号μi 相比较，其偏差量(实际压力与给定压力的差值)经放大器处理后产生电流 i 输给伺服阀 4，控制加载液压缸，这样就形成了伺服阀压力控制回路。液压缸的拉力与指令信号 μr 一一对应。
2.2.3总体设计方案的确定
（1）液压回路设计。
（2）元件的确定。包括：油缸的选择和计算，液压油的确定，液压泵的选择及计算，电动机的确定，各种阀类的选择。
（3）主要部件的设计及计算强度校核。

3管路的设计

3.1吸油管的设计
吸油管内油的流量Ｑ＝24L/min，吸油管道的推荐管道流速=1～2m/s，取=1m/s，则吸油管内径为：

由于吸油管承压力很小，用钢管作为吸油管的管材，其壁厚为1mm即可，这样吸油管外径为。因此，选用外径为25mm，壁厚1.2mm的冷拔钢管。
3.2压油管的设计
压油管的管道流速≦3～6m/s，压油管内油流量Q=24L/min，则压油管的内径为：

压油管的壁厚公式为：

式中 ——壁厚，mm；
d——管道内径，mm；
——管道压力，MPa；
——需用应力，MPa。
对于钢管有：

式中　　——抗拉强度，MPa；
　　　 n——安全系数，
取　n＝3.5～6。当Pg<17.5MPa时，n＝6。
钢管材料选15号钢，
＝372.4MPa，则：
＝=62.07MPa
则壁厚为：

。
压油管外径＝2＋d＝12.54mm。由《液压设计手册》查出压油管选用外径为14mm，壁厚为1.8mm。
3.3回油管的设计
回油管的管道流速≦1.5～2.5m/s，取＝2m/s，回油管内油的油量为Q=24L/min，则回油管的内径为：

回油管不承受油压，因此取壁厚=1mm，回油管外径=2+d=16.04+2=18.04mm。由《液压设计手册》查出回油管选用外径为18mm，壁厚为0.8mm。
3.4液压系统中的压力损失验算
雷诺数的计算公式为：

压力油管的内径为d=10.4mm，管道中液压油流速＝5m/s，液压油的运动粘度V＝10×，所以其雷诺数为：
　　　　　　　　 　　＝
因为＝5200>2320，所以主油路中的液压油的流动状态是紊流。
紊流状态下，液体流经直管的压力损失的计算公式为：

式中 ——油速，m/s；
d——油管内径，cm；
L——直管的总长度，cm;
——压力油的密度，kg/m3；
——摩擦阻力系数。
的计算公式为：=0.3164
则： =003726×0.9
=0.075MPa

局部压力损失公式为：

式中 ——局部阻力系数。
管道入口处的局部阻力（=0.5）为：

管道出口处的局部阻力（=1）为：

管道分支处的局部阻力（=0.2）为：

管道转弯处的局部阻力（，=1.12）为：

由于有四处直角弯管，
系统的管路压力损失为直管压力损失和各局部压力损失之和，即：

单向阀的开启压力为0.343MPa，所以总的压力损失为：

4 主要部件的设计计算及强度校核

4.1油缸支座的设计及强度校核
从前面的计算可知，由缸对带式输送机施加的最大拉力=75.29kN，为此决定选用铸造结构，材料为HT30-54。
这个零件处于工作状态时最危险的地方在支座孔处（图5-1）。

图5-1 支座孔示意图
以下计算这危险面的强度。
HT30-54灰铸铁的力学性能如下，主要壁厚15～30mm时，=300MPa。由于支座的受力周期与输送带张紧力的循环周期相同，每天11小时，因此这种受力的变化可视为静载荷，但由于灰铸铁是脆性材料，根据一般的机械制造中的规定，安全系数选用n=3。由此得：

由此说明这个截面的抗拉强度符合要求。
挤压强度的校核：
HT30-54具有较大的抗拉强度，其抗压强度是抗拉强度的3.7倍，支座在孔截面的抗压截面积，是抗拉截面积的1/2，因此在抗拉应力的安全系数和抗压力的安全系数相同情况下，其抗压强度也是足够。
地角螺钉丝孔mm所能承受的挤压应力计算如下：
由于零件是由脆性材料铸造的，其＝1100MPa，取安全系数n=3，则许用应力为：

同时随挤压力的有4个孔的内表面，每个孔内表面的挤压力为：

式中 F——零件受到的压力，F=75.29kN；
d——受挤压的孔内直径，d=28mm；

h——孔的深度，h=18mm；
m——承受挤压力的表面数目，m=4。
由此：

由此说明其挤压强度满足设计要求。
4.2液压缸活塞杆上的耳环的设计及强度设计
对活塞杆上的耳环的技术要求为能承受F=75.29kN的拉力，具有体积小，质量轻等特点。根据实际情况设计一个叉型耳环以实现液压缸活塞杆与张紧钢丝绳之间的连接。
叉型耳环的材料为45号钢，耳环的内螺纹按国家标准GB1068-67规定，选用M42×2mm螺纹，叉型耳环。
45号钢的力学性能为：
抗拉强度：
屈服强度：
耳环的受拉力作用的危险截面的面积S为：

当F=75.299kN时，有：

取安全系数n=3，许用应力为：

由此说明这个截面的抗拉强度满足要求。

5 经济分析
带式输送机在国民经济的众多的机械产品中是一种寿命周期较长的产品，并在诸多行业发挥重要的作用。这种产品市场的发展是不需论辩的，其每年市场增用量都在上升。从外观上看，作为一种产品，带式输送机又被众多的行业和人认为技术含量较低，因而，无论是该产品的制造商还是业主们都把它的价格作为市场竞争的最重筹码。近年来，带式输送机价格大战此起彼伏：行业内企业都经历了残酷价格之争的考验。
胶带机价格=①材料+②人工费+③设计费+④材料处理费+⑤项目运作投入。按DIⅡ标准《产品质量分等规定》、《通用技术条件》等，胶带机的吨成本（不含胶带）应为8200元~9200元，这个价格不包括：有特殊要求的产品；驱动装置及其他部分复杂的产品；需要新设计的产品；考虑固定费用和管理费用及税金之后，其吨价格应为9840元至11040元。这个价位基本上适应了当前市场。
随着科技的日益提高，材料的不断改进，工人技术的提高，产品的生产效率大幅的提高，带式输送机的生产成本也随之而降。再加上市场对它的需求也日益增加，它的应用前景、效益将更为乐观。
张紧装置在这整个输送机所占的资金比例占80%以上，所以，在张紧部分的设计更要考虑到经济性，下面的例子充分表明了液压张紧在资金上的节省。
例如输送机运距长为1.3Km，提升高度为311m，运输量为200t/h,带速为2.5m/s，装了这套液压装置后，省去了洞室和降低了一级带强，节约资金如下表所示。
表6-1
名称
带强（Nmm-1）
轴功率
（kW）
安区系数
洞室
（m3）
输送带长
m
节约资金
万元
液压张紧
2000
306.13
7.97
0
3440
40.92
固定张紧
2500
320.6
7.55
160
3432
0
则
1.节省所送带4层，按50元/m2计，共节省36.12万元。
2.洞室按300元/计，可节省改装4.8万元。
3.电费因容量减少14.53KW，平均每天工作按10小时计，每年按300天工作日计，电费按0.25元/（kWh）计，每年节约1.089万元。

结束语

以上综述了有关胶带跑偏的机理、产生的原因、防止跑偏的措施以及使用者如何调整胶带跑偏，在以后的生产实践中如能对这一问题引起足够的重视，并能认真地在日常的维护中做好胶带跑偏工作，则对提高带式输送机的设备完好率和使用寿命都会产生明显的影响。

结论

通过这次毕业设计，让我对以往学习过的液压知识有了更深刻的理解。课本学的只是一些理论上的知识，而现在我所设计的液压张紧装置，我所学到的不仅仅是它的理论知识，更重要的是它对我的实践上的培养。
几个月的毕业设计，让我在液压的学习上走向了一个更深入的层次，从各种液压阀的利用上，到管路的设计上，有了更深刻的认识。特别是在设计的合理性上，有了一个质的飞跃。
这次毕业设计是我从学生走向工作岗位的一个重要过渡阶段，我深深的感谢这次毕业设计。

参考文献

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22机械工业部北京起重运输研究所.ISO工业标准.机械工业出版社，1983
23宋伟刚.带式输送机的动力学模型.连续输送技术，1995
24杨复兴.胶带输送机结构、原理与计算.煤炭工业出版社，1983
25张钺.新型带式输送机设计手册.冶金工业出版社，2003

致 谢

这次毕业设计已经圆满结束了，这是对我大学三年来所学知识的一个系统的总结以及锻炼，这对我今后的学习、工作将大有帮助，不仅让我系统的温习了一下自己所学的知识，让我更加深刻的理解，还使我学到了很多以前未曾重视、未曾掌握的知识，从而在今后的学习和工作中更熟练的应用到实际当中。这次毕业设计是在于老师以及机械学院其他老师的精心指导下顺利完成的。此外还得到了班级同学的大力帮助，使我的毕业设计更加完善。在此特别感谢感谢老师及机械学院的所有领导和老师对我的指导和帮助。