帶式輸送機減速裝置設計論文
題 目： 帶式輸送機減速裝置設計
學 院：
專 業(yè)：機械設計制造及其自動化
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定稿日期： 20XX年 XX月XX 日
摘要
機械設計畢業(yè)設計是在完成機械設計畢業(yè)學習后，一次重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。是高等工科院校大多數專業(yè)學生第一次較全面的設計能力訓練，也是對機械設計畢業(yè)的全面復習和實踐。其目的是培養(yǎng)理論聯系實際的設計思想，訓練綜合運用機械設計和有關選修畢業(yè)的理論，結合生產實際分析和解決工程實際問題的能力，鞏固、加深和擴展有關機械設計方面的知識。
本次設計的題目是帶式運輸機的減速傳動裝置設計�？傮w方案為：根據題目要求和機械設計的特點作者做了以下幾個方面的工作：①決定傳動裝置的總體設計方案，②選擇電動機，計算傳動裝置的運動和動力參數，③傳動零件以及軸的設計計算，軸承、聯接件、潤滑密封和聯軸器的選擇及校驗計算， ④ 機體結構及其附件的設計和參數的確定，⑤繪制裝配圖及零件圖，編寫計算說明書。
關鍵詞
減速器，帶式運輸機，機械設計，疲勞強度
一、研究背景
帶式輸送機自1795年被發(fā)明以來，經過200多年的發(fā)展，已被電力、冶金、煤炭、化工、礦山、港口等各行各業(yè)廣泛采用，特別是第三次工業(yè)技術革命后新材料、新技術的采用，帶式輸送機的發(fā)展步入了一個新紀元。當今，無論從輸送量、運距、經濟效益等各方面來衡量，它已經可以同火車、汽車運輸相抗衡，成為各國爭先發(fā)展的行業(yè)。
帶式輸送機具有結構簡單、輸送量大、輸送物料范圍廣泛、運距長、裝卸料方便、可靠性高、運費低廉、自動化程度高等特點[1]，它的優(yōu)越性已十分明顯，是國民經濟中不可缺少的關鍵設備。
近年來，隨著我國工業(yè)現代化的迅速發(fā)展，綜合機械化采煤工藝的推廣應用使得礦井的開采量和運輸量日益增大，從而長距離、大運量、大功率輸送設備的需求量越來越大[2]。單機總功率達到5000kW、輸送長度達到10km以上、運量超過5000t/h、運行速度超過5-6m/s的帶式輸送機已經在煤礦得到了實際應用[3]。
然而，長距離、大運量、高速度的帶式輸送機如采用傳統(tǒng)的直接啟動方式，由于啟動時間為1-3s，啟動加速度大于0.32/ms,會產生如下問題：
1.啟動時打滑問題 由于大型帶式輸送機的長度和功率較大，如果啟動時間過短，易出現打滑現象。為了消除打滑現象保證有效啟動，增大輸送帶與滾筒間的摩擦力，必須提高張緊裝置的初張力，由此相關連接部件的受力加大，對強度和剛度要求增加，提高了整機的初期投資。
2.振動問題 帶式輸送機在運行過程中存在著諸如輸送帶的縱向、橫向、側向振動，動力裝置、滾筒和托輥等旋轉部件的振動，裝卸載時物料的沖擊振動以及基礎的振動等各種形式的振動，這些振動對于大型帶式輸送機來說表現得更為明顯和強烈。當它們作用于輸送帶時會引起動態(tài)響應而導致速度、加速度以及張力的變化，從而產生較大的動載荷，影響元部件、輸送帶以及整機的穩(wěn)定性和使用壽命。
3.瞬態(tài)沖擊大問題 啟動時產生的動態(tài)初張力會降低輸送帶的使用壽命，可能引發(fā)斷帶事故。為了保證輸送帶運行可靠，必須提高輸送帶的強度等級，相應加大了輸送帶的初期投資。同時，提高輸送帶的強度等級還必須相應加大滾筒的直徑，以滿足輸送帶最小彎曲半徑的要求，從而又加大了機械加工件的初期投資。
4.電動機功率增加問題 由于啟動時間過短，啟動力矩大，容易發(fā)生燒毀電機的事故，考慮電動機的選型時要相應提高安全系數，增加了正常使用的能耗。此外，大功率電動機在較短的時間啟動運行，對周邊環(huán)境電網的沖擊巨大，其負面影響是無法容忍的。 由此可見，啟動問題對帶式輸送機尤其是大型帶式輸送機來說，是一個關鍵的技術，它不僅對啟動性能產生直接影響，而且還可以降低輸送機的成本，因此必須對啟動加以控制。驅動裝置是帶式輸送機的心臟，從某種程度上來說，驅動裝置的性能就決定了輸送機的性能。解決上述問題的有效方法就是合理和最佳地確定大型帶式輸送機的驅動方式。針對大型帶式輸送機的實際工況，理想的驅動裝置應滿足以下技術要求：
1.啟動時間可在一定的范圍內調整，使帶式輸送機平穩(wěn)啟動，并可實現滿載啟動；
2.啟動加速度控制在一定的范圍內，可有效降低啟動時的動態(tài)初張力，降低整機輸送帶的選用安全系數，有效地降低輸送帶的初期投資；
3.在多機啟動或多點中間啟動時，可以實現多機的功率平衡；
4.電動機空載啟動，降低對電網的沖擊；
5.具有過載保護功能；
6.帶式輸送機瞬時停車時，可以實現不停電動機，提高電動機使用壽命；
7.帶式輸送機低速檢帶運行時，系統(tǒng)不會嚴重發(fā)熱導致停車故障，確保正常檢修工作。
作為帶式輸送機的關鍵技術之一，可控啟動技術或軟啟動技術應運而生。實現軟啟動和軟停車是解決大型帶式輸送機上述問題的有效措施�！败泦印笔侵笝C械設備在空、重載工況下，能夠逐步克服整個系統(tǒng)的慣性而平穩(wěn)地啟動，而這種啟動是可控的[7]。對于帶式輸送機而言，“軟啟動”不僅能夠大幅度減輕傳動系統(tǒng)本身所受到的啟動沖擊，延長輸送機關鍵零部件的使用壽命，同時還能大大縮短電動機啟動電流的沖擊時間，減小對電動機的熱沖擊負荷及對電網的影響，從而節(jié)約電力并延長電動機的工作壽命。 帶式輸送機可控變速裝置是是一種新型的軟啟動裝置，能很好的解決大型帶式輸送機工作過程中產生的問題。它不僅能夠實現軟啟動、軟停車、過載保護、溫度保護、檢帶運行、多機驅動功率平衡等功能，而且具有結構設計新穎、制造成本低、備件購置方便、維護和日常運行費用低等特點，因而它是一種比較理想的軟啟動裝置。帶式輸送機可控變速裝置在國外已經被廣泛應用，但到目前為止國內這種產品應用還比較少。鑒于目前煤炭工業(yè)發(fā)展的迫切需要，急需開展關這方面的研究開發(fā)及推廣工作.
二、文獻綜述
煤礦業(yè)帶式輸送機幾種軟起動方式的比較
Michael L. Nave P.E.
1800 年華盛頓路匹茲堡，PA 15241帶式運送機是采礦工業(yè)運輸大批原料的重要方法。從傳送帶驅動系統(tǒng)到傳送帶紋理結構啟動力矩的應用和控制影響著運送機的性能，壽命和可靠性。本文考查了不同啟動方法在煤礦工業(yè)帶式運送機中的應用。
1簡介
運行帶式運送機的動力必須由驅動滑輪產生，通過滑輪和傳送帶之間的摩擦力來傳遞。為了傳遞能量，傳送帶上面的張力在接近滑輪部分和離開滑輪部分必定存在著差別。這種差別在穩(wěn)定運行、啟動和停止時刻都是真實存在的。傳統(tǒng)傳送帶結構的設計，都是根據穩(wěn)定運行情況下傳送帶的受力情況。因為設計過程中沒有詳盡研究傳送帶啟動和停止階段的受力情況，所有的安全措施都集中在穩(wěn)定運行階段（Harrison 1987）。本文主要集中講述傳送機啟動和加速階段的特性。傳送帶設計者在設計時必須考慮控制啟動階段的加速狀況，以免使傳送帶和傳送機驅動系統(tǒng)產生過大的張力和動力（Suttees1986）。大加速度產生的動力會給傳送帶的紋理、傳送帶結合處、驅動滑輪、軸承、減速器以及耦合器帶來負面影響。毫無控制的加速度產生的動力能夠引起帶式傳送機系統(tǒng)產生諸多不良問題，比如上下曲線運動、過度傳送帶提升運動、滑輪和傳送帶打滑、運輸原料的溢出和傳送帶結構。傳送帶的設計需要面對兩個問題：第一，傳送帶驅動系統(tǒng)必須能夠產生啟動帶式傳送機的最小轉動力矩；第二，控制加速度產生動力在安全界限內�？梢酝ㄟ^驅動力矩控制設備來完成，控制設備可以是電子手段也可以是機械手段，也可以是兩者的組合（CEM1979）。
本文主要闡述輸送機的開始和加速的過程。傳送帶設計師必須控制開始加速度防止過度張緊在傳送帶織品和力量在皮帶傳動系統(tǒng). 強加速度力量可能有害地影響傳送帶織品，傳送帶接合，驅動皮帶輪，更加無所事事的滑輪，軸，軸承，速度還原劑，并且聯結。未管制的加速度力量可能造成皮帶輸送機有垂直的曲線的系統(tǒng)性能問題，傳送帶緊線器運動， 驅動皮帶輪摩擦損失，材料溢出，并且做成花彩傳送帶織品。傳送帶設計員與二個問題被面對，皮帶傳動系統(tǒng)必須導致極小的扭矩足夠強有力開始傳動機，和控制了這樣加速度強制是在安全限額內。光滑開始傳動機可能由對驅動器扭矩控制設備的用途，或機械或電子，或組合的二完成（CEM 1979)。
2 軟起動結構評估標準
什么是最佳的皮帶輸送機驅動系統(tǒng)?答案取決于許多變量。最佳的系統(tǒng)是一個為開始,運行 和終止提供可接受的控制在合理的費用和以及高可靠性。皮帶傳動系統(tǒng)為本文我們考慮的設計方案,皮帶輸送機被電子頭等搬家工人幾乎總驅動。傳送帶”驅動系統(tǒng)”將包括多個要素包括電子原動力、電子馬達起始者以控制系統(tǒng),馬達聯結、速度還原劑、低速聯結、皮帶傳動滑輪、和滑輪閘(Cur 1986)。它重要,傳送帶設計員審查各個系統(tǒng)要素的適用性對特殊申請。為本文的目的,我們假設,所有驅動系統(tǒng)要素設置礦的新鮮空氣,非允許面積全國電子編碼條500防爆礦的表面的面積。皮帶傳動要素歸因于范圍。某些驅動器要素是可利用和實用的用不同的范圍。為這論述,我們假設那皮帶傳動系統(tǒng)范圍從分數馬力對千位的多個馬力。小驅動系統(tǒng)經常是在50 馬力以下。中型系統(tǒng)范圍從50 到1000 馬力。大型系統(tǒng)可能被考慮在1000 馬力之上。范圍分部入這些組是整個地任意的。必須被保重抵抗誘惑對超出馬達或在馬達之下傳送帶飛行提高標準化。驅動器結果在粗劣的效率和在高扭矩的潛在,當驅動器能導致破壞性超速在再生,或過度加熱以變短的馬達壽命。扭矩控制。傳送帶設計員設法限制開始的扭矩到沒有比150 運行中。限額在應用的開始的扭矩經常是傳送帶胴體肉、傳送帶接合、滑輪絕熱材料軸偏折評級。在更大的傳送帶和傳送帶以優(yōu)化大小的要素,扭矩限額110 至125 是公用。除扭矩限額之外 傳送帶起始者必需限制會舒展圍繞和會導致旅行的波浪的扭矩增量。一個理想的開始的控制系統(tǒng)會適用于資格整個傳送帶的扭矩傳送帶休息由問題的脫離決定,或運動,然后扭矩相等與傳送帶的運動需求以負荷加上恒定的扭矩從休息加速系統(tǒng)要素的慣性對最終奔跑速度。這使系統(tǒng)臨時強制和傳送帶舒展。不同的驅動系統(tǒng)陳列變化的能力控制扭矩的申請對傳送帶休息和以不同的速度。并且,傳動機陳列裝載二個極端。一條空傳送帶正常存在最小的必需的扭矩為脫離和加速度 當一條充分地被裝載的傳送帶存在最高的必需的扭矩。開采驅動系統(tǒng)必須是能稱應用的扭矩從一個2/1 比率為一個水平的簡單傳送帶安排,對一個10/1 范圍為一個傾斜、復雜傳送帶配置文件。
3熱量評級
在開始和運行期間,各個驅動系統(tǒng)也許消散廢熱。廢熱也許被解放在電子馬達、電子控制、 聯結、速度還原劑,或傳送帶制動系統(tǒng)。各個起始時間熱量負荷依靠相當數量傳送帶負荷和起始時間的期限。設計員必須履行被重復的起始時間的申請需求在運行傳動機以后在全負荷。典型的開采傳送帶開始的責任變化從3到10 個起始時間每時數等隔或2到4 個起始時間在連續(xù)。被重復的開始也許要求減稅或系統(tǒng)要素。有一個直接關系在熱量評級為被重復的起始時間和費用之間�？勺兯俣取Ｒ恍┢鲃酉到y(tǒng)是適當的為控制開始的扭矩和速度,但只運行以恒定的速度。一些傳送帶申請會要求一個驅動系統(tǒng)能運行延長的期間以較不比最高速度。這是有用的當驅動器負荷必須與其它驅動器被共享傳送帶被使用當處理飼養(yǎng)者為被表達的物料的費率控制,傳送帶速度被優(yōu)選為貨車使用費費率傳送帶被使用以慢速運輸人工或材料,或傳送帶運行緩慢的檢驗或移動速度為維護目的。可變速度皮帶傳動將要求一個控制系統(tǒng)根據某一算法調控操作速度。再生或翻修負荷。一些傳送帶配置文件存在翻修傳送帶系統(tǒng)用品能量對驅動系統(tǒng)的負荷的潛在。沒有所有驅動系統(tǒng)有能力接受被重新生成的能量從負荷。一些驅動器可能接受能量從負荷和退回它到輸電線供其它負荷使用。其它驅動器接受能量從負荷和消散它入選定的.動態(tài)或機械剎車的要素。一些傳送帶描出切換從開汽車對再生在運算期間。驅動系統(tǒng)可能接受有些巨大的被重新生成的能量為申請嗎?驅動系統(tǒng)控制或必須調整相當數量減速的強制在翻修期間嗎翻修發(fā)生當運行和開始 維護和支持系統(tǒng)。各個驅動系統(tǒng)將要求定期預防維護�？商鎿Q的項目會包括馬達畫筆、軸承、閘填充、散逸電阻器、油 和涼水。如果驅動系統(tǒng)被設計和保守地被管理 更低的重音在可消耗導致更低的維修費用。一些驅動器要求支持系統(tǒng)譬如流通的油為潤滑油、冷卻空氣或水,環(huán)境塵土過濾,或計算機儀器工作。支持系統(tǒng)的維護可能影響驅動系統(tǒng)的可靠性。
4費用
驅動器設計員將審查各個驅動系統(tǒng)的費用。費用合計是第一基建成本獲取驅動器，費用安裝和委任驅動器，費用運行驅動器 ，和費用的總和維護驅動器。費用使力量運行驅動器也許廣泛變化用不同的地點。設計員努力符合所有系統(tǒng)性能要求在最低的費用合計。經常超過一個驅動系統(tǒng)也許滿足所有系統(tǒng)性能標準在競爭費用。更喜歡的驅動器安排是最簡單 譬如一個唯一馬達驅動通過一個唯一頂頭滑輪。但是機械，經濟和功能需求經常需要對復雜驅動器的用途。傳送帶設計員必須平衡對優(yōu)雅的需要反對伴隨復雜系統(tǒng)的問題。復雜系統(tǒng)要求額外設計工程為成功配置。經常被忽略的費用在復雜系統(tǒng)是培訓人事部的費用或停工期的費用由于不足的培訓。
5起動驅動控制邏輯
各個驅動系統(tǒng)將要求一個控制系統(tǒng)調控開始的機制。最共同的類型控制被使用在更小對中等大小驅動以簡單的外形被命名“開環(huán)加速度控制”。在開環(huán)控制系統(tǒng)早先被配置程序化開始的機制以被規(guī)定的方式通常準時根據。在開環(huán)控制,駕駛使用參數譬如潮流,扭矩或速度不影響序列操作。這個方法假定控制設計師充分地塑造了驅動系統(tǒng)表現在傳動機。為更大或更加復雜的傳送帶”閉合回路”或”反饋”控制可以他運用了。在閉合回路控制在開始期間控制系統(tǒng)顯示器通過傳感器駕駛使用參數譬如馬達的當前層,傳送帶的速度或力量在傳送帶并且修改起動程序控制,極限或優(yōu)選或佩帶了參量。閉合回路控制系統(tǒng)修改開始的被應用的力量在一臺空和充分地被裝載的傳動機之間。常數在數學模型與被測量的可變物有關對系統(tǒng)驅動反應被命名定調的常數。這些常數必須適當地被調整為成功的應用對各臺傳動機。最共同的計劃為傳動機開始閉合回路控制是車頭表反饋為速度控制和壓電池力量或驅動力反饋為扭矩控制。在一些復雜系統(tǒng)，它是中意安排閉合回路控制系統(tǒng)調整自己為各種各樣的遇到的傳動機情況。這被命名“能適應的控制”。這些極端可能介入浩大的變異在裝貨，圍繞的溫度，裝貨的地點在外形或多個驅動選擇在傳動機。有三個共同的能適應的方法。介入決定做在開始之前如果控制系統(tǒng)能知道傳送帶是空的 它會減少最初的力量和會加長加速度力量的應用對最高速度。如果傳送帶被裝載 控制系統(tǒng)會應用資格力量在攤位之下使較少時刻和供應充足的扭矩及時地充分地加速傳送帶。因為傳送帶只成為了裝載在早先賽跑期間由裝載驅動 平均驅動潮流可能被抽樣當連續(xù)和被保留在反射傳送帶搬運器時間的緩沖記憶。然后在停工平均也許是預先處理一些開環(huán)和閉合回路為下個開始。第二個方法介入根據驅動觀察發(fā)生在最初開始或行動期間證明的決定。這及時驅動潮流的或力量通常介入比較對傳送帶速度。 如果驅動潮流或力量必需及早在序列是降低并且行動被創(chuàng)始，傳送帶必須被卸載。如果驅動潮流或力量必需是高的。在開始 傳動機必須被裝載。這個決定可能被劃分在區(qū)域和使用修改起動程序控制的中部和結束。第三個方法介入傳送帶速度的比較對時刻為這個開始反對傳送帶加速度歷史極限或加速度信封監(jiān)視。在開始，傳送帶速度被測量對時間。這與被保留在控制系統(tǒng)記憶的二限制的傳送帶速度曲線比較。第一曲線描出空的傳送帶加速并且第二個充分地被裝載的傳送帶。 因而 如果當前的速度對時間比被裝載的外形低，它也許表明，傳送帶被超載，妨礙或驅動故障。如果當前的速度對時間比空間的外形高級，它也許表明一條殘破的傳送帶結合或驅動故障。無論如何當前的起飛中止并且警報運行。
6結論
最好的傳送帶啟動系統(tǒng)要求在不同的傳送帶負載條件下，能夠以合理的代價帶來可靠性高的可以接受的運行性能。但是至今沒有一個啟動系統(tǒng)能夠達到這樣的要求。傳送帶設計者必須為每個傳送帶設計啟動系統(tǒng)屬性。總得來說全電壓交流發(fā)動機啟動適合于簡單結構的小型傳送帶。減電壓SCR交流發(fā)動機啟動是地下中、小型傳送帶的基本啟動方法。最新的進展顯示固定液體填充耦合系統(tǒng)的交流發(fā)動機是簡單結構中、大型傳送帶基本啟動方法。對于那些大、中型而且需要重復啟動的復雜結構傳送帶繞線轉子發(fā)動機驅動是常用的選擇。在結構特別復雜運行需要不同速度的傳送帶啟動中傳送帶直流發(fā)動機驅動、不同填充液體驅動、和相異機械傳遞驅動系統(tǒng)一直實力相當的候選者。具體選擇哪個啟動方式由使用環(huán)境，相對價格，運行能耗，反應速度和使用者習慣來決定。變頻交流驅動和非電刷直流驅動主要限制于中型傳送帶，這些中型傳送帶需要精確的速度控制，高代價和復雜性。但是隨著持續(xù)的競爭和技術進步，波形綜合技術的電子驅動器的使用將越來越廣。
三、技術路線
第一部分 傳動裝置的總體設計
第二部分 傳動零件的設計計算
第三部分 軸的設計
第四部分 潤滑油及潤滑方式的選擇
第五部分 密封及密封的選擇
第六部分 主要尺寸及數據
四、進度安排
五、參考文獻
[1]劉朝儒、彭福蔭、高政一.機械制圖（第四版）.北京：高等教育出版社 2001年
[2]濮良貴、紀名剛.機械設計（第八版）北京：高等教育出版社 2006年
[3]孫桓、陳作模、葛文杰.機械原理（第七版）北京：高等教育出版社 2006年
[4]武建華.材料力學.重慶：重慶大學出版社 2002年
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