皮带机设计.doc

安徽矿业职业技术学院毕业设计

一：皮带输送机的简述

1．皮带输送机的组成及主要类型
组成
皮带输送机整体结构如图所示，主要部件如下：输送带、驱动装置（电机、减速机、液力偶合器、制动器、联轴器、逆止器）或电动滚筒、传动滚筒、改向滚筒、托辊、拉紧装置、清扫器、卸料器、机架、漏斗、导料槽、安全保护装置等。

主要类型
皮带输送机的种类很多，有通用固定皮带输送机、高倾角皮带输送、深槽型（U型）皮带输送机、可弯曲皮带输送机及钢丝牵引输送机等。

皮带输送机的适用条件、特点
特点
皮带输送机是冶金、电力及煤炭等工业运输固体物料的主要设备，在焦化备煤和筛焦系统应用很广泛，它具有输送连续、均匀、生产效率高、运行平稳、动力消耗小、运行费用低、维护和检修较为方便，易于实现运距离或自动控制等特点。与其它运输机相比，皮带运输机机具有以下优点：
①运行可靠，带式输送机可以一班接一班地连续工作；
②带式输送机动力消耗低，有利于降低生产成本；
③带式输送机的输送线路适应性强又灵活，可以安装在小型隧道内，也可以架设在地面交通混乱和危险地区的上空；
④在环保方面，带式输送机工作时噪声小，必要时，带式输送机可被封闭在机罩里，不致于飘散灰尘污染空气。
皮带式输送机的缺点：与其它输送设备相比，皮带式输送机存在结构复杂、受倾角的限制的缺点，在运送高度比较高时，带式输送机所需厂房面积和长度均较大
适用条件
它主要是输送堆积密度为0.8-2.5t/m3的各种块状、粒状的散碎物料，也可用来运输成件物品，其工作环境温度一般在-10～40℃之间，物料温度一般不超过80℃。
带式输送机的布置形式.
电动机通过联轴器、减速器带动传动滚筒转动或其他驱动机构，借助于滚筒或其他驱动机构与输送带之间的摩擦力，使输送带运动。带式输送机的驱动方式按驱动装置可分为单点驱动方式和多点驱动方式两种。
通用固定式输送带输送机多采用单点驱动方式，即驱动装置集中的安装在输送机长度的某一个位置处，一般放在机头处。单点驱动方式按传动滚筒的数目分，可分为单滚筒和双滚筒驱动。对每个滚筒的驱动又可分为单电动机驱动和多电动机驱动。因单点驱动方式最常用，凡是没有指明是多点驱动方式的，即为单驱动方式，故一般对单点驱动方式，“单点”两字省略。
单筒、单电动机驱动方式最简单，在考虑驱动方式时应是首选方式。在大运量、长距离的钢绳芯胶带输送机中往往采用多电动机驱动

二．设计计算

一．原始数据及工作条件：
输送物料:气煤
额定能力:
额定输送能力:Q=1300t/h;
输送机主要参数:
带宽:B=1200mm;带速:V=3.15m/s;水平机长:L=530m;导料槽长:L=10m
提升高度:H=22.155m;倾角:δ=2°；
容重：ρ=0.985t/m3
工作环境：
室内布置，每小时启动次数不少于5次。
二． 各种参数的确定：
由GB/T17119-97取系数C=1.836
模拟摩擦系数f=0.025
承载分支每米托辊旋转部分质量qRO
承载辊子旋转部分质量q’R0=8.21kg 承载分支托辊间距a0=1.2m
承载辊子辊径为φ133,轴承为4G305
回程分支每米托辊旋转部分质量qRU
回程辊子旋转部分质量q’RU=21.83kg q’RU=11.64kg
回程分支托辊间距aU=3.0m 回程辊子轴径为φ133,轴承为4G305
每米输送物料的质量qG
每米输送带质量qB
选输送带EP200，上胶4.5mm, 下胶1.5mm,5层 qB=18.76kg/m
3 各种阻力的计算
各段阻力的计算
输送带绕过各滚筒的附加阻力
a) 输送带绕过滚筒的缠绕阻力FL
式中：F——滚筒上输送带趋入点张力
d——胶带厚度 d=12.5mm=0.0125m
D——滚筒直径 B=1.4m
（通过对各滚筒计算将值列表）
滚筒编号
滚筒直径D(mm)
输送带绕过滚筒的缠绕阻力FL（N）
备注
B2
φ500
44.1+0.00225S2
FL1
B3
φ500
44.1+0.002256S4
FL2
B4
φ800
27.56+0.00140625S5
FL3
B5
φ500
44.1+0.002256S6
FL4
B6
φ500
44.1+0.002256S8
FL5
B7
φ800
27.56+0.00140625S9
FL6
b) 滚筒轴承阻力：
物料加速段阻力FbA
FbA=IVρ(V-V0)=416.667×(2.5-0)=1042N
式中：V0=0m/s V=2.5m/s
加速段物料与导料栏板间的摩擦阻力Ff
Ff=
式中：lb=0m/s V=2.5m/s
输送物料与导料挡板间的摩擦阻力Fgl
Fgl=
承载分支运行阻力FC
FC承=Lfg(qRO+qG+qB)±(qB+qG)Hg
=530×0.025×9.81×(20.525+144.44+18.76)+(18.76+144.44)×22.155×9.81 =57982N
回程分支运行阻力FK
FH3-4= Lfg (qB+qRU)±qBHg
=48.95×0.025×9.81×(18.76+7.2156)- 18.76×11.8×9.81
=-1860N
FH7-8= Lfg (qB+qRU)±qBHg2
=43.05×0.025×9.81×(18.76+7.2156)-18.76×10.355×9.81
=-1631N
主要特种阻力FS1
a) 承载分支托辊前倾阻力：Fε1=CrμOLe1(qB+qG)gCosδSinε
=0.45×0.4×530×(18.76+144.44)×9.81×Sin2°
=4800N
式中：Cr=0.45 μO=0.4 Le1=530m ε=2°
b) 回程段分支托辊前倾阻力：Fε2=μOLe2qBgCosλCosδSinε
=0.4×176.66×18.76×9.81×Cos10°×Sin2°=400.N
式中：λ=10° Le2==176.66m
Fε=承载分支托辊前倾阻力+回程段分支托辊前倾阻力=4800+400=5200N
c) 输送物料与导料挡板间的摩擦阻力Fgl
Fgl=
由上得：FS1=Fε+ Fgl=5200+3387.5=8587.5N
附加特种阻力：FS2
a) 输送带清扫器的摩擦阻力Fr(按单个清扫器计算)
合金刀片清扫器阻力：
Fr合=Aρμ3=0.014×7×104×0.6=588N
式中：A=1.4×0.01=0.014m2 ρ=7×104N/m2 μ3=0.6
b) 空段清扫器的摩擦阻力Fr空(按单个清扫器计算)
Fr空=mgμ3=30.9×9.81×0.6=182N
式中：m=30.9kg （单个空段清扫器自重）
本机组共2组合金清扫器，2组空段清扫器，故：
得：FS2=2Fr合+2Fr空=2×588+2×182=1540N(两个合金清扫器和两个空段清扫器)
园周力FU
FU=CfLg[qR0+qRU+(2qB+qG)]+qGHg+FS1+FS2
=1.836×0.025×530×9.81×[20.525+7.2156+
(2×18.76+144.44)]+144.44×22.155×9.81+8587.5+1540
=89993N
式中：H=22.155m
4、皮带输送机所需的运行功率
传动滚筒运行功率：PA
由GB/T17119-97得：
PA=FUV=51889×2.5=225.0kw
驱动电机所需功率：PM
由GB/T17119-97得：
取电机功率P=220kw ,电压6000v ,型号Y355-37-4

5、皮带输送带张力的计算
采用逐点张力计算法
根据逐点张力法，建立张力关系式如下：（计算简图附后）
S3=S2+2Fr合+FL1 S4=S3+FH3-4+ Fr空 S5=S4+FL2
S6=S5+ FL3 S7=S6+ FL4 S8=S7+ FH7-8+ Fr空
S9=S8+ FL5 S10=S9+ FL6 S1=S10+ FbA+ Ff+Fgl+FC + Fε1
张力值计算（由上张力关系式计算而得）
由3.1张力关系式计算得：
S3=1.00225S2+1224 S4=1.00225S2-455 S5=1.004505S2-412 S6=1.0059176S2-385 S7=1.008181S2-342 S8=1.008181S2-1792
S9=1.0104493S2-1752 S10=1.01187S2-1727 S1=1.01187S2+49241
输送带与传动滚筒之间启动时不打滑,必须满足：

式中：FUmax=FUKA=89993×1.5=134989.5N
启动系数KA=1.5 μ=0.35 α=200° eμα=3.4
暂取S2=32431N，代入上述关系式得：
S3=33728N S4=32049N S5=32165N
S6=32238N S7=32354N S8=30904N
S9=31018N S10=31089N S1=82057N
6、皮带输送带张力校核
输送带下垂度的限制
对于上分支（承载分支）
式中：(h/a)max=0.01 a0=1.2m
Fmin=24254N＜S9=31018N 满足要求
对于下分支（回程分支）
Fmin=6901N＜S8=30904N 满足要求。
故此, 得： S2=32431 S3=33728N S4=32049N S5=32165N S6=32238N S7=32354N S8=30904N S9=31018N S10=31089N S1=82057N
胶带张力校核
选用聚脂胶带EP200 B=1400mm 输送机在运行时最大张力为S1=48836N
能满足n≥10~12的要求
7、拉紧张力的计算
垂直拉紧装置设在距地平面高约6.7m处,则拉紧滚筒合张力FH
FH=S5，+S6，=32165+32238=64403N

三. 皮带输送机部件的选用

（1）输送带
输送带是输送机中的牵引和承载构件，所以应耐磨，具有较高强度，在横的或纵的方向都有良好的挠曲性，皮带一般分橡胶运输带、塑料运输带、钢带、金属网带等，橡胶运输带又有普通型和特殊型之分，焦化厂一般采用普通型橡胶运输带，橡胶运输带由数层棉织布用硫化橡胶黏结而成，带的上、下面及左右两侧都覆以橡胶保护层，棉织布的层数与胶带的宽度有关，层数加多能承载的总压力也越多，但层数增加时，带的横向挠曲性减小，常见橡胶带棉织布的层数如下表：
带宽
500mm
650mm
800mm
1000mm
1200mm
1400mm
层数
3～4
4～5
4～6
5～8
5～10
6～12
橡胶层的厚度随工作面（上面）及非工作（下面）而有所不同，非工作面橡胶层的厚度为1.0～1.5mm，工作面橡胶层的厚度有3.0mm、4.0mm、6.0mm三种，选择时视输送带的特性及橡胶的性能等因素决定，焦化厂输送煤料的皮带上、下胶厚度一般分别为3mm及1mm。
（2）驱动装置
带式输送机的驱动装置一般由电动机、减速器、液力偶合器（或梅花形弹性联轴器）、联轴器及逆止器或制动器组成。依减速器的形式不同可分为平行轴式、直交式和轴装式，如下图所示：

将电动机和减速齿轮都装入传动筒内，就成为电动滚筒，按冷却方式的不同，电动滚筒分为油冷式、油浸式和风冷式，而仅将减速齿轮装入传动滚筒内的则称为齿轮滚筒（亦称外装式减速滚筒），电动机装在外面，下图为油冷式电动滚筒结构：

为了布置的需要，对于短距离、较小功率的单电动机驱动的带式输送机可选用结构紧凑、外形尺寸小的电动滚筒、齿轮滚筒或轴装式减速器驱动装置。对于长距离、大运量的带式输送机，则要双电动机或多电动机驱动。
带式输送机的负载是一种典型的恒转矩负载，而且带式输送机往往不可避免地要带负荷启动或制动（即满载启动或停机）。电动机的启动特性与负载的启动要求不相适应在带式输送机上体现比较突出：一方面为保证必要的启动力矩，电动机启动时的电流要比额定运行时的电流大6～7倍，要保证电动机不因电流的冲击过热而烧毁，电网不因大电流使电压过分降低，这就要求电动机的启动过程要尽量快，提高转子的加速度，使启动过程不超过3～5s，过去曾采用加大电动机功率的办法，这对于小型、短的带式输送机还可以。另一方面，输送带是一种黏弹性体，大型带式输送机在启动（制动）的不稳定阶段，驱动装置施加到输送带上的牵引力（制动力）及惯性力将以一定的波速在带内传播、叠加、反射，加上其他因素的影响，在输送带内引起多变的应力变化，若其瞬时峰值应力超过允许值，将会损伤输送带甚至使之断裂，或使托辊、滚筒损坏，这就要求有尽量小的启动（制动）加速度以降低启动（制动）时的冲击。大型带式输送机停机制动时在输送带上出现的应力变化有时甚至比启动时更剧烈，为了解决这一予盾，缓解对电动机的冲击，常采用绕线转子电动机、直流电动机、变频调速、液力偶合器等驱动系统，以下将分别介绍这几中方法：
绕线转子电动机 绕线转子电机调速有转子电路串接启动电阻调速和串级调速两种，其中串级调速是在绕线转子电动机的转子电路中加一个与变化的转子电势的频率相同的外加电势，从而调节转差电压，达到改变转差率真实现调速，外加电势用可控硅逆变电路实现，这种方式虽避免了在电阻中无益损耗，效率低，但整套装置较复杂，目前国内用在带式输送机上的串级调速不多。
直流电机机 直流电动机的调速性能优良，在低速时有较大的转矩，可以缓解电动机的启动冲击，但直流电动机不能长时间低速运行，且需要配备相应容量的直流电源设备，因而造价很调，又因为有电刷和整流子，维修量大，带式输送机中很少采用。
变频调速 变频调速系统是通过改变电源的频率使笼式电动机转变转速，减少启动时的加速度，缓解启动冲击，它可使电动机低速启动，缓慢加速，启动过程完全自控，具有效率调、调速范围宽和精度调的特点，但在降低电源频率时必须相应降低电压，这样输出的转矩就会随之降低，这对要求低速、大转矩启动的带式输送机是不利的，而且变频调速系统线路复杂，价格昂贵，目前还不宜用在带式输送机的启动控制上。
液力偶合器 液力偶合器是一种软连接，可以改善启动性能，对减速电动机与负载启动的冲击具有很大的作用，常用于带式输送机上的液力偶合器有限矩型和调速型两种。
（3）支承装置
，尾由于皮带输送机的长度较长，若仅两端有滚筒支撑而中悬空，由于输送带的自重及运载煤料重力作用，带的垂度必将很大，造成输送带不能正常运行甚至被拉断，因此必须在输送带的下面装设支承装置来限制带的垂度，最常用的支承装置是托辊，支承装置是由托辊架和托辊组成。
托辊的主要作用：
①支承输送带及载荷——上托辊
②支承回程的输送带——下托辊
③使输送机保持一定的断面形状和运行路线
④防止和纠正输送带跑偏——上托辊和下托辊
⑤缓冲载荷的冲击。
托辊的形式很多，具体如下：
槽形托辊：用于承载物料。
①平行托辊：用于无载区段或设用固定犁式卸料器处。
②调心托辊：用于调整输送带跑偏，防止蛇行，保证输送带稳定运行，前倾式槽形托辊也起调心、对中作用。
③缓冲托辊：安装在输送机受料段的下方，减小输送带所受的冲击，延长输送带使用寿命 。
④回程托辊：用于支承输送带，有平形、V形、反V形几种，V形和反V形托辊能降低输送带跑偏的可能性，当V形和反V形两种形式配套使用，形成菱形断面，能更有效地防止输送带跑偏。应注意，反V形托辊只能在输送机的机头部的一两组下托辊位置上与V形成安装。
⑤过渡托辊：安装在滚筒和第一组托辊之间，可使输送带逐步成槽形或由槽形展平，以降低输送带边缘因成槽延伸而产生的附加应力，同时也防止输送带展平时出现的撒料现象。
在输送煤时，大部分采用槽形托辊，槽形托辊一般采用三节式。对托辊的主要要求之一是是能很可靠地防止脏物浸入轴承内，否则不仅会增大输送带的运行阻力，甚至还会发生托辊卡住的危险。此外，还必须能防止润滑油从轴承中流出，为此，托辊必须采用密封装置，密封装置通常采用填料密封，因其结构结单，密封性能较好。
倾斜托辊与水平托辊的最大夹角叫槽型托辊的槽角。槽型托辊的槽角是决定输送能力的重要参数之一。旧的系列一般采用20°，随着输送带的改进，带的横向挠曲性能的提高，槽角也逐渐增大，我国目前TD75系列已将槽角增加到30°。

槽型托辊
⑥缓冲托辊：在受料处的托辊承受煤料的冲击，采用普通托辊，有时轴会被打断，所以在受料处可以选用缓冲托辊，它与一般托辊不同的地方，是在辊柱的外周套上橡胶制成的圆环，以减轻煤料的冲击作用，如图所示：

缓冲托辊
皮带输送机由于沿带宽受料不均，输送带接头不精确，沿带宽有松有紧，以及托辊和滚筒的轴线安装偏斜，都会引起输送带的偏移，使输送带侧边与机架相碰而擦伤，缩短使用寿命，在皮带运输中输送带是宝贵零件，其价格约占整台输送机价格的25%～30%，所以皮带输送机装好后，必须进行认真调试，以消除引起皮带跑偏的不利因素，在运转过程中，还会出现一些没有估计到的因素引起跑偏。因此，除了安装正确之外，还应当采用一些防止跑偏的装置，下面介绍两种常用的方法：
①采用倾斜安装托辊的方法，如下图，即槽型前倾托辊，在相隔5～6个托辊支承间，安装一个两侧托辊按运行方向向前倾斜2°～3°的托辊支承，由于两侧余托辊对输送带有个向心方向的作用分力，因而使输送带保持在中央位置，而不致跑偏。这种结构比较简单，但对输送带的磨损作用大，并且不适用于要求正反转的皮带输送机。

倾斜安装托辊
②采用摩擦调心托辊，承载段每隔10组托辊，设置一组摩擦调心托辊，无载荷段每隔6～10组，设置一组平行调心托辊。支承托辊底部安装在止推轴承上，使整个支承托辊能绕垂直轴旋转，在两侧托辊的外侧，装有两个可以转动的大小头托辊，输送带在正常工作时，两头托辊不与皮带接触，当皮带跑偏时，皮带会与一侧摩擦托辊接触，使整个滚动轴承转动一个角度，此时由于输送带在托辊支承上产生一个侧向力，使输送带返回中央位置。等输送带离开摩擦托辊时，侧向力消失，整个滚动支承又回到正常位置。

摩擦调心托辊
（4）张紧装置
张紧装置的作用是保证输送带具有一定的张力，使输送带和滚筒间产生必要的摩擦力，限制输送带在各支承点间的垂度，使输送机正常运转，其中车式张紧装置应用最为广泛，其主要是：重锤用钢丝绳悬挂着，通过滑轮给滚筒小车以水平拉力，小车可以沿铺设的轨道移动，它的结构也比较简单，可保持恒定的张紧力，适用于机身较长，功率较大的输送机，特别适用于倾斜输送上。
（5）清扫装置
对输送带必须采取适当的维护清扫措施，以延长其使用寿命，清扫装置的作用是清除输送机在卸煤后仍黏附在带面上的煤料以及掉在非工作面上的煤料，若这些煤料附在带面上，当带面通过改向滚筒和无载区段的托辊时将受到剧烈的磨时，同时，也增加输送带的运动阻力和降低生产率。
①弹簧清扫器 为了清除黏附在输送带外面上的煤料，应在输送机头部传动滚筒处装设弹簧清扫器，它利用弹簧力使橡胶刮板始终附在滚筒上，起到清扫作用。
②空段清扫器 适用于清扫非工作面煤料，这种清扫器一般装在尾部滚筒处，用于清扫输送带空载段蝴蝶工作面煤料。
③转刷清扫器 由电动机、皮带轮和尼龙转刷组成。转刷清扫器装在卸料滚筒下部，转刷中心与卸料滚筒中心以及胶带下分支与卸料滚筒切点应在同一直线上。转刷毛与胶带表面应压紧，压紧程度通过调节板调节，转刷旋转方向与胶带下分支运行方向相反。
转刷毛用1.0～1.5mm直径的尼龙丝，沿圆周方向栽成排，其间隙用作排除清扫下来的煤料，转刷心为铝制，如果转刷毛磨损严重，可将转刷心取下重新栽毛。
6制动装置
在倾斜式输送机中，当电动机停止工作时，输送带由于输送煤料的重力作用，可能产生反向运动，为了避免煤料倒流时输送带逆转现象，需设置制动装置。
制动装置有滚柱逆止器、带式停止器和电磁闸瓦制动器三种。
①滚柱逆止器，如下图，它的工作原理是：在输送机正常工作时，滚柱处在凹槽的最宽处，不妨碍星轮的转动，当输送机停机时，在煤料重力的作用下，皮带带动星轮反转，输送机被制动。
滚柱逆止器制动平稳可靠，并已系列化，可按减速机型号选配。
②带式停止器，如下图，由金属架和制动带组成，金属架固定在传动滚筒附近上段皮带之间的机架上，制动带的一端固定在金属架上，另一端是自由端，搭在传动滚筒与下段皮带之间。在输送机倾斜时，拖动停止器的皮带离开滚筒，如果输送带发生逆转时，制动带的自由端马上被卷入滚筒和胶带之间，使输送机停止转动。
这种逆止器结构简单，造价便宜，在输送机平均倾角小于18°的情况下制动可靠，缺点是必须倒转一段才能制动，造成尾部给料处煤料堆积。

参考资料
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设计体会
通过这次做毕业设计，使我在老师的指导和自己不屑的努力下完成了《皮带机毕业设计》的任务，在组建的过程中遇到 很多困难，但都被我一一解决。但是，还存许多方面的不足，希望能取得各位老师的谅解。
这次设计，要感谢我的指导老师刘西林老师。在本次毕业设计的选题和设计过程中，我自始至终都得到了刘老师的亲切关怀和悉心指导，在毕业设计中不断给我解疑答惑和点拨，使我的毕业设计得以顺利完成。这不仅提高了我设计的积极性，而且还激发了我学习的斗志。在此谨向刘老师致以诚挚的感谢和崇高的敬意。
其次，我要感谢帮助我的老师和同学，在设计中他们也为我解决了不少难题。同时也感谢学院给我提供的做毕业设计的良好环境。

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