帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì) 戈慧 田海彬 焦作大學(xué) 中國(guó)分類號(hào)帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì)專 業(yè) 名 稱： 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名：畢業(yè)設(shè)計(jì)焦作大學(xué)二 00 八年五月中圖分類號(hào)： 密級(jí)：UDC： 單位代碼：帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì) Driving the design of roller belt conveyor 姓 名 田海彬戈慧 學(xué) 制 專 業(yè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造研究方向?qū)?師 職 稱論文提交日期 論文答辯日期目 錄摘要 ()Abstract()第一章 緒論(01)1.1 概述(02)1.2 傳動(dòng)滾筒的研究目的和意義(03)1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀(04)1.4 本文研究的主要內(nèi)容(04)第二章 帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)(05)2.1 結(jié)構(gòu)與種類(07)2.2 運(yùn)行阻力(10)2.3 傳動(dòng)滾筒軸功率(10)2.4 傳動(dòng)理論(13)2.5 傳動(dòng)滾筒的受力分析(15)第三章 傳動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(16)3.1 滾筒失效形式與許用應(yīng)力的確定(18)3.2 傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(30)第四章 傳動(dòng)滾筒有限元模型的建立與結(jié)果分析(31)4.1 傳動(dòng)滾筒有限元模型的建立(35)4.2 節(jié)點(diǎn)耦合與約束方程(37)4.3 載荷和約束(38)4.4 求解和后處理(39)4.5 結(jié)果分析(41)結(jié)論與建議 (42)參考文獻(xiàn) (43)致謝設(shè)計(jì)圖紙I摘 要帶式輸送機(jī)是現(xiàn)代最主要的散狀物料輸送設(shè)備之一。滾筒是帶式輸送機(jī)的主要傳部件，它的作用有兩個(gè)：一是傳遞動(dòng)力，二是改變輸送帶運(yùn)行方向。帶式輸送機(jī)滾筒的設(shè)計(jì)質(zhì)量，關(guān)系到整個(gè)輸送機(jī)系統(tǒng)的性能、安全性和可靠性。目前，國(guó)內(nèi)滾筒的設(shè)計(jì)一般采用近似公式，對(duì)于中小型滾筒已經(jīng)能夠滿足工程需求，但對(duì)于大型滾筒這種設(shè)計(jì)方法其結(jié)果與工程實(shí)際有一定的差距，它的安全性和可靠性難以保障。由于缺乏精確的計(jì)算方法，如果盲目的增大安全系數(shù)，會(huì)使結(jié)構(gòu)尺寸變大，重量增加，強(qiáng)度得不到顯著的提高同時(shí)又增加了成本。本文主要包括以下幾方面內(nèi)容：首先，對(duì)帶式輸送機(jī)滾筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行了分析研究，修正了有關(guān)計(jì)算公式，完善并統(tǒng)一了設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容。其次，滾筒采用實(shí)體單元，為了提高運(yùn)算速度和精度，采用映射網(wǎng)格劃分方式；分析并確定滾筒載荷；結(jié)果后處理對(duì)滾筒的各個(gè)部件的應(yīng)力和應(yīng)變進(jìn)行分析。本文關(guān)于帶式輸送機(jī)滾筒的設(shè)計(jì)計(jì)算方法具有一定的實(shí)用價(jià)值和指導(dǎo)意義，可以大大提高滾筒的設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)的周期。關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī) 傳動(dòng)滾筒 有限元 IIAbstractBelt-conveyor system is the most important transport equipment which can carry bulkmaterial. Belt-conveyor Pulley is the key transmission part in Belt-conveyor system. It hastwo functions, one is transferring power, and another is altering the operation direction of thebelt. The design quality of Belt-conveyor Pulley connects with systems security and reliabilityof the whole conveyor. At present, in our country, the design of the pulley usually adopts theapproximate formula, however, pulley that be designed out with such method can not meet theneed of manufacture, its security and reliability are difficult to guarantee. While lacking thesuitable calculation method of strength and stiffness about the pulley, if we increase the safecoefficient without enough reasons, the pulley become bigger and heavier. However thereliability of the pulley cant be increased.The main content includes the following respects: Firstly, the paper discusses structuraldesign and calculation of the belt conveyor pulley. The related formulas are corrected and acomplete design and calculation method are provided. Secondly,in order to improving the precision, the mapping gridmethod is carved up. After disperse the load on the pulley surface, we added the points load on the pulley node. The design methods are very important to thedesigner, and can shorten the design cycle and improve working efficiency.IIKey Words: Belt-conveyor Driving Pulley Finite Element Method焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第一章 緒論1第一章 緒 論1.1 概述連續(xù)輸送機(jī)械是物料搬運(yùn)機(jī)械的重要組成部分，是其中的一大類別。帶式輸送機(jī)是連續(xù)輸送機(jī)械中效率最高、應(yīng)用范圍最廣泛的一種機(jī)型，是散料輸送的重要設(shè)備。帶式輸送機(jī)是以輸送帶作為牽引構(gòu)件和承載構(gòu)件的一種連續(xù)輸送設(shè)備。輸送帶上的物料隨輸送帶一起運(yùn)行，根據(jù)需要可以在輸送機(jī)頭部或中間部位卸料1。輸送帶用托輥支撐，運(yùn)行阻力小。帶式輸送機(jī)可以沿水平或傾斜線路布置，在輸送原煤時(shí)，向上最大輸送傾角一般為1718 ，向下最大輸送傾角一般為15 16。當(dāng)采用花紋輸送帶并采取其它相應(yīng)措施上運(yùn)傾角可高達(dá)2832 ，下運(yùn)傾角可達(dá) 2528。當(dāng)采取某些特殊措施或?qū)Ｓ脦捷斔蜋C(jī)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)更大的輸送傾角甚至垂直提升。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，礦山、建材、化工、港口、糧食、電力、煤炭等部門(mén)對(duì)散狀物料的輸送提出了新的要求，長(zhǎng)距離（指單機(jī)輸送長(zhǎng)度，國(guó)外最長(zhǎng)達(dá)15000m，國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)為沈礦為海螺集團(tuán)研制的10300m 平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)）、大運(yùn)量（高帶速和大帶寬）和大傾角輸送物料是其主要發(fā)展方向之一2，同時(shí)提出無(wú)公害環(huán)保輸送散狀物料的要求。無(wú)論國(guó)外還是國(guó)內(nèi)的建材及礦山行業(yè)，在這兩種輸送方案的對(duì)比選擇后，還是較多的選擇以長(zhǎng)距離、大運(yùn)量的帶式輸送機(jī)代替汽車運(yùn)輸?shù)姆桨?。其原因是采用汽車運(yùn)輸不僅要修建公路、購(gòu)買(mǎi)汽車一次性投資大，而且日常的公路和汽車維修費(fèi)用也很高。帶式輸送機(jī)輸送散狀物料是連續(xù)的物料流，生產(chǎn)效率高。目前，國(guó)外最大帶速已達(dá)12m/s。國(guó)內(nèi)的最大帶速達(dá)5.8m/s，最大輸送量9800t/h。當(dāng)然，增加輸送帶的寬度也可以提高輸送量（國(guó)外采用的最大帶寬是3300mm），但增加帶寬使整機(jī)所有相關(guān)尺寸增大，增加了設(shè)備的總投資。特別是輸送帶的成本要占整機(jī)成本的3050%，而且距離越長(zhǎng)，運(yùn)量越大，所占的比例就越大。同時(shí)，大帶寬需要相應(yīng)的硫化設(shè)備（包括輸送帶接頭的硫化），因此我國(guó)目前所采用的最大帶寬為22002800mm。近年來(lái)，通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)國(guó)家的帶式輸送機(jī)整套設(shè)備及技術(shù)，以及國(guó)內(nèi)廣大科研人員的共同努力，可以說(shuō)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)和制造的長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的水平已經(jīng)可以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，但是一些關(guān)鍵技術(shù)尚需引起重視并加以深入研究和開(kāi)發(fā)。國(guó)內(nèi)投入使用的焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第一章 緒論2部分長(zhǎng)距離、大運(yùn)量的典型帶式輸送機(jī)如表1.1 所示。到目前為止，沈礦集團(tuán)為天津港設(shè)計(jì)的帶式輸送機(jī)最大輸送量達(dá)9800t/h；沈礦集團(tuán)為海螺集團(tuán)設(shè)計(jì)的單機(jī)最長(zhǎng)達(dá)10.3km。向家壩水電站31.1 公里沙石料長(zhǎng)距離大運(yùn)量帶式輸送系統(tǒng)，由2.5 公里到8.2 公里共5 條帶式輸送機(jī)組成的輸送系統(tǒng)。帶寬1.2m，帶速4.5m/s,輸送量3000t/h，帶強(qiáng)ST4500。國(guó)外長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的應(yīng)用。到目前為止，西班牙的西撒哈拉帶式輸送機(jī)線路是世界上最長(zhǎng)的長(zhǎng)距離輸送機(jī)線路。該線路長(zhǎng)達(dá)100km，用來(lái)將位于石質(zhì)高原地區(qū)的布克拉露天礦的磷灰石礦石運(yùn)往艾汾阿雍海港。此線路于兩年半內(nèi)建成，并于1972 年投入使用，整條線路由長(zhǎng)為6.911.8km 的11 臺(tái)輸送機(jī)組成。輸送機(jī)采用寬度為1000mm，強(qiáng)度為3150N/mm 的鋼繩芯輸送帶，帶速為4.5m/s。輸送帶的安全系數(shù)為6.710。澳大利亞恰那礦20km 地面帶式輸送機(jī)系統(tǒng)是代表現(xiàn)代帶式輸送機(jī)發(fā)展水平的一條輸送線。該輸送系統(tǒng)由一條長(zhǎng)為10.3km 的平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)和一條10.1km 的直線長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)構(gòu)成。轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)的曲率半徑為9km，弧長(zhǎng)為4km。兩條輸送機(jī)除線路參數(shù)外，其它參數(shù)相同，輸送能力為2200t/h，帶寬1050mm，輸送帶抗拉強(qiáng)度為3000N/mm，安全系數(shù)為5，拉緊裝置為重錘拉緊。津巴布韋鋼鐵公司的15.6km 水平轉(zhuǎn)彎越野帶式輸送機(jī)于1996 年投入使用，是世界上單機(jī)最長(zhǎng)的帶式輸送機(jī)。輸送量為干礦石500t/h(濕礦石600t/h)，系統(tǒng)全長(zhǎng)為15.6km，物料提升高度為90m。輸送帶采用橋石公司的鋼繩芯輸送帶，抗拉強(qiáng)度為888N/mm，運(yùn)行速度為4.25m/s，輸送帶的安全系數(shù)為5.8，當(dāng)環(huán)境溫度為0時(shí)，安全系數(shù)降到5.5，當(dāng)輸送量增加到600t/h 時(shí)，輸送帶安全系數(shù)降低到4.8。1.2 傳動(dòng)滾筒的研究目的和意義為了適應(yīng)高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)的需要,帶式輸送機(jī)的輸送能力要加大,帶式輸送機(jī)大型化與高可靠性要求,對(duì)設(shè)計(jì)者和制造者提出了更高的要求，只有解決了帶式輸送機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù),才能制造出高性能、高可靠性的大型帶式輸送機(jī)。作為帶式輸送機(jī)重要傳動(dòng)部件的滾筒，能否安全穩(wěn)定的運(yùn)行，在整個(gè)輸送系統(tǒng)中處于舉足輕重的地位。滾筒的失效會(huì)給人身安全和整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重的后果，使企業(yè)遭受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。特別是在復(fù)雜惡劣的工礦下，如何改進(jìn)滾筒結(jié)構(gòu)、提高工效、延長(zhǎng)壽命，一直是科研人員所關(guān)注的課題。目前，在國(guó)內(nèi)對(duì)于中小焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第一章 緒論3型滾筒一般采用近似公式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)于重型滾筒近似公式已不再適用，這就使得設(shè)計(jì)計(jì)算具有較大的盲目性。這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的滾筒和工程實(shí)際有一定的差距，它的安全性和可靠性難以保證。一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，通常是采用增大尺寸的方法來(lái)解決，但是這樣做并沒(méi)有解決實(shí)際性的問(wèn)題。不但浪費(fèi)材料增加成本，還不能達(dá)到預(yù)期的目的，隨著帶式輸送機(jī)的大型化，合理的設(shè)計(jì)制造出大型滾筒已成為帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵問(wèn)題。目前，我國(guó)設(shè)計(jì)的滾筒盡管可以滿足生產(chǎn)需求，但是由于缺乏研究，相同規(guī)格的滾筒與國(guó)外相比多消耗材料，使產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。選擇該課題的目的就在于對(duì)大型滾筒進(jìn)行力學(xué)分析及設(shè)計(jì)，找到合理的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，使?jié)L筒的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔方便。對(duì)滾筒進(jìn)行有限元分析，從而為設(shè)計(jì)計(jì)算提供有力的參考。1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著國(guó)內(nèi)外機(jī)械工業(yè)水平的不斷發(fā)展，滾筒的結(jié)構(gòu)、加工、安裝等方面發(fā)生著日新月異的變化。由于焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，焊接強(qiáng)度的可靠性得到保證，雖然多數(shù)大型滾筒采用鑄焊結(jié)構(gòu)，但焊接結(jié)構(gòu)也有所增加。輪轂和主軸的聯(lián)結(jié)方式也由鍵槽連接向脹套連接轉(zhuǎn)變。原來(lái)的輻板采用加強(qiáng)筋，現(xiàn)在直接用鋼板制成。過(guò)去國(guó)內(nèi)外在設(shè)計(jì)滾筒的各零部件時(shí)，常采用基于經(jīng)典彈性力學(xué)理論導(dǎo)出的簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)公式。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)研究人員對(duì)于大直徑滾筒的設(shè)計(jì)方法作了多方面的探索。東北工學(xué)院于升忠等人于1980 年用有限元半解析法對(duì)一合拉力為13.6 噸的雙輻