帶式輸送機傳動滾筒的設計 戈慧 田海彬 焦作大學 中國分類號帶式輸送機傳動滾筒的設計專 業 名 稱： 計算機輔助設計與制造學生姓名： 導師姓名：畢業設計焦作大學二 00 八年五月中圖分類號： 密級：UDC： 單位代碼：帶式輸送機傳動滾筒的設計 Driving the design of roller belt conveyor 姓 名 田海彬戈慧 學 制 專 業計算機輔助設計與制造研究方向導 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 傳動滾筒的研究目的和意義(03)1.3 國內外研究現狀(04)1.4 本文研究的主要內容(04)第二章 帶式輸送機傳動滾筒的結構(05)2.1 結構與種類(07)2.2 運行阻力(10)2.3 傳動滾筒軸功率(10)2.4 傳動理論(13)2.5 傳動滾筒的受力分析(15)第三章 傳動滾筒的結構設計(16)3.1 滾筒失效形式與許用應力的確定(18)3.2 傳動滾筒結構設計(30)第四章 傳動滾筒有限元模型的建立與結果分析(31)4.1 傳動滾筒有限元模型的建立(35)4.2 節點耦合與約束方程(37)4.3 載荷和約束(38)4.4 求解和后處理(39)4.5 結果分析(41)結論與建議 (42)參考文獻 (43)致謝設計圖紙I摘 要帶式輸送機是現代最主要的散狀物料輸送設備之一。滾筒是帶式輸送機的主要傳部件，它的作用有兩個：一是傳遞動力，二是改變輸送帶運行方向。帶式輸送機滾筒的設計質量，關系到整個輸送機系統的性能、安全性和可靠性。目前，國內滾筒的設計一般采用近似公式，對于中小型滾筒已經能夠滿足工程需求，但對于大型滾筒這種設計方法其結果與工程實際有一定的差距，它的安全性和可靠性難以保障。由于缺乏精確的計算方法，如果盲目的增大安全系數，會使結構尺寸變大，重量增加，強度得不到顯著的提高同時又增加了成本。本文主要包括以下幾方面內容：首先，對帶式輸送機滾筒結構的設計計算方法進行了分析研究，修正了有關計算公式，完善并統一了設計計算內容。其次，滾筒采用實體單元，為了提高運算速度和精度，采用映射網格劃分方式；分析并確定滾筒載荷；結果后處理對滾筒的各個部件的應力和應變進行分析。本文關于帶式輸送機滾筒的設計計算方法具有一定的實用價值和指導意義，可以大大提高滾筒的設計質量，縮短設計的周期。關鍵詞：帶式輸送機 傳動滾筒 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焦作大學畢業設計 第一章 緒論1第一章 緒 論1.1 概述連續輸送機械是物料搬運機械的重要組成部分，是其中的一大類別。帶式輸送機是連續輸送機械中效率最高、應用范圍最廣泛的一種機型，是散料輸送的重要設備。帶式輸送機是以輸送帶作為牽引構件和承載構件的一種連續輸送設備。輸送帶上的物料隨輸送帶一起運行，根據需要可以在輸送機頭部或中間部位卸料1。輸送帶用托輥支撐，運行阻力小。帶式輸送機可以沿水平或傾斜線路布置，在輸送原煤時，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。當采用花紋輸送帶并采取其它相應措施上運傾角可高達2832 ，下運傾角可達 2528。當采取某些特殊措施或專用帶式輸送機時，可以實現更大的輸送傾角甚至垂直提升。隨著國民經濟的飛速發展，礦山、建材、化工、港口、糧食、電力、煤炭等部門對散狀物料的輸送提出了新的要求，長距離（指單機輸送長度，國外最長達15000m，國內最長為沈礦為海螺集團研制的10300m 平面轉彎帶式輸送機）、大運量（高帶速和大帶寬）和大傾角輸送物料是其主要發展方向之一2，同時提出無公害環保輸送散狀物料的要求。無論國外還是國內的建材及礦山行業，在這兩種輸送方案的對比選擇后，還是較多的選擇以長距離、大運量的帶式輸送機代替汽車運輸的方案。其原因是采用汽車運輸不僅要修建公路、購買汽車一次性投資大，而且日常的公路和汽車維修費用也很高。帶式輸送機輸送散狀物料是連續的物料流，生產效率高。目前，國外最大帶速已達12m/s。國內的最大帶速達5.8m/s，最大輸送量9800t/h。當然，增加輸送帶的寬度也可以提高輸送量（國外采用的最大帶寬是3300mm），但增加帶寬使整機所有相關尺寸增大，增加了設備的總投資。特別是輸送帶的成本要占整機成本的3050%，而且距離越長，運量越大，所占的比例就越大。同時，大帶寬需要相應的硫化設備（包括輸送帶接頭的硫化），因此我國目前所采用的最大帶寬為22002800mm。近年來，通過引進國外先進國家的帶式輸送機整套設備及技術，以及國內廣大科研人員的共同努力，可以說國內設計和制造的長距離、大運量帶式輸送機的水平已經可以滿足國內市場的需求，但是一些關鍵技術尚需引起重視并加以深入研究和開發。國內投入使用的焦作大學畢業設計 第一章 緒論2部分長距離、大運量的典型帶式輸送機如表1.1 所示。到目前為止，沈礦集團為天津港設計的帶式輸送機最大輸送量達9800t/h；沈礦集團為海螺集團設計的單機最長達10.3km。向家壩水電站31.1 公里沙石料長距離大運量帶式輸送系統，由2.5 公里到8.2 公里共5 條帶式輸送機組成的輸送系統。帶寬1.2m，帶速4.5m/s,輸送量3000t/h，帶強ST4500。國外長距離帶式輸送機的應用。到目前為止，西班牙的西撒哈拉帶式輸送機線路是世界上最長的長距離輸送機線路。該線路長達100km，用來將位于石質高原地區的布克拉露天礦的磷灰石礦石運往艾汾阿雍海港。此線路于兩年半內建成，并于1972 年投入使用，整條線路由長為6.911.8km 的11 臺輸送機組成。輸送機采用寬度為1000mm，強度為3150N/mm 的鋼繩芯輸送帶，帶速為4.5m/s。輸送帶的安全系數為6.710。澳大利亞恰那礦20km 地面帶式輸送機系統是代表現代帶式輸送機發展水平的一條輸送線。該輸送系統由一條長為10.3km 的平面轉彎帶式輸送機和一條10.1km 的直線長距離帶式輸送機構成。轉彎帶式輸送機的曲率半徑為9km，弧長為4km。兩條輸送機除線路參數外，其它參數相同，輸送能力為2200t/h，帶寬1050mm，輸送帶抗拉強度為3000N/mm，安全系數為5，拉緊裝置為重錘拉緊。津巴布韋鋼鐵公司的15.6km 水平轉彎越野帶式輸送機于1996 年投入使用，是世界上單機最長的帶式輸送機。輸送量為干礦石500t/h(濕礦石600t/h)，系統全長為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，抗拉強度為888N/mm，運行速度為4.25m/s，輸送帶的安全系數為5.8，當環境溫度為0時，安全系數降到5.5，當輸送量增加到600t/h 時，輸送帶安全系數降低到4.8。1.2 傳動滾筒的研究目的和意義為了適應高產高效集約化生產的需要,帶式輸送機的輸送能力要加大,帶式輸送機大型化與高可靠性要求,對設計者和制造者提出了更高的要求，只有解決了帶式輸送機發展的關鍵技術,才能制造出高性能、高可靠性的大型帶式輸送機。作為帶式輸送機重要傳動部件的滾筒，能否安全穩定的運行，在整個輸送系統中處于舉足輕重的地位。滾筒的失效會給人身安全和整個系統帶來嚴重的后果，使企業遭受巨大的經濟損失。特別是在復雜惡劣的工礦下，如何改進滾筒結構、提高工效、延長壽命，一直是科研人員所關注的課題。目前，在國內對于中小焦作大學畢業設計 第一章 緒論3型滾筒一般采用近似公式進行設計計算，對于重型滾筒近似公式已不再適用，這就使得設計計算具有較大的盲目性。這樣設計出來的滾筒和工程實際有一定的差距，它的安全性和可靠性難以保證。一旦發現問題，通常是采用增大尺寸的方法來解決，但是這樣做并沒有解決實際性的問題。不但浪費材料增加成本，還不能達到預期的目的，隨著帶式輸送機的大型化，合理的設計制造出大型滾筒已成為帶式輸送機的關鍵問題。目前，我國設計的滾筒盡管可以滿足生產需求，但是由于缺乏研究，相同規格的滾筒與國外相比多消耗材料，使產品缺乏競爭力。選擇該課題的目的就在于對大型滾筒進行力學分析及設計，找到合理的設計計算方法，使滾筒的設計更加簡潔方便。對滾筒進行有限元分析，從而為設計計算提供有力的參考。1.3 國內外研究現狀隨著國內外機械工業水平的不斷發展，滾筒的結構、加工、安裝等方面發生著日新月異的變化。由于焊接技術的不斷發展，焊接強度的可靠性得到保證，雖然多數大型滾筒采用鑄焊結構，但焊接結構也有所增加。輪轂和主軸的聯結方式也由鍵槽連接向脹套連接轉變。原來的輻板采用加強筋，現在直接用鋼板制成。過去國內外在設計滾筒的各零部件時，常采用基于經典彈性力學理論導出的簡單的經驗公式。近年來，國內研究人員對于大直徑滾筒的設計方法作了多方面的探索。東北工學院于升忠等人于1980 年用有限元半解析法對一合拉力為13.6 噸的雙輻