大倾角皮带输送机优化设计说明书

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1、. .1绪论1.1带式输送机带式输送机俗称“皮带机”，是以胶带、钢带、钢纤维带、塑料带和化纤带作为传送物料和牵引工件的输送机械，是连续式输送机械中应用最广泛的一种。1.2 皮带机的结构原理和分类1.2.1皮带机的结构原理带式输送机的主要部件是输送带，亦称为胶带，输送带兼作牵引机构和承载机构。带式输送机主要包括以下几个部分：输送带、托辊、驱动装置（包括传动滚筒）、机架、拉紧装置、制动装置、清扫装置和卸料装置等。输送带绕经传动滚筒和改向滚筒、拉紧滚筒接成环形，拉紧装置给输送带以正常运行所需的张力。输送带的上、下两部分都支承在托辊上。拉紧装置给输送带以正常运转所需要的拉紧力。工作时，传动滚筒通过它和

2、输送带之间的摩擦力带动输送带连续运行，装到输送带上的物料随它一起运行到端部卸出，利用专门的卸载装置也可在中间部位卸载。普通型带式输送机的机身的上带是用槽形托辊支撑，以增加物流断面积，下带为返回段(不承载的空带)一般下托辊为平托辊。带式输送机可用于水平、倾斜和垂直运输。对于普通型带式输送机倾斜向上运输时，其倾斜角不超过18，向下运输不超过15。1.2.2皮带机的分类带式输送机的应用已经有100多年的历史了。据有关资料介绍，最早的带式输送机出现在德国。1880年德国LMG公司在链斗式挖掘机的尾部使用了一条蒸汽机驱动的带式输送机。到了20世纪30年代，德国褐煤露天矿连续开采工艺趋于成熟，带式输送机也

3、得到了迅速发展，第二次世界大战前就已经使用了1.6m带宽的带式输送机。20世纪50年代开发研制成的钢丝绳芯输送带，为实现带式输送机单机远距离输送提供了物质条件。为了提高生产率，在不断增加单机长度的同时，带式输送机的运行速度也不断提高，目前最高带速已达15m/s。20世纪70年代德国鲁尔区Haniel-Prosper号煤矿使用了当时规格最大的带式输送机，其带宽为1.4m，带速为5.5m/s，整机传动功率为23100kW电动机转子直接固定在滚筒轴上，从而省去了减速器。采用交直交交变频装置调速，启、制动过程非常平稳，启动时间可达140s，制动时间达40s。输送带保证寿命达20年。该机上、下分支输送带

4、都运送物料。向上运煤、向下运矸石，提升高度为700m。尽管带式输送机已具有相当长的历史，其应用十分广泛，但就其技术和结构形式而言，仍然处在发展之中，许多新的机型和新的部件还在不断地开发研制。带式输送机按其结构不同可分为多种型号。表1.1所列是JB 238978起重运输机械产品型号编制方法中所规定的带式输送机分类及代号。表1.1 带式输送机分类及代号名 称代 号类、组、型代号通用带式输送机T（通）DT轻型带式输送机Q（轻）DQ移动带式输送机Y（移）DY钢丝绳芯带式输送机X（芯）DX大倾角带式输送机J（角）DJ钢丝绳牵引带式输送机S（绳）DS压带式输送机A（压）DA气垫带式输送机D（垫）DD磁性带

5、式输送机C（磁）DC钢带输送机G（钢）DG网袋输送机W（网）DW除了上述这些，带式输送机还有多种特种型号可根据工作环境的不同做适当的选择。可伸缩带式输送机的输送长度可以根据工作的需要随时缩短或加长。这种带式输送机主要是为满足煤矿井下综采工作面顺槽输送要求而设计的。可伸缩带式输送机中增设了一个储带装置，其作用是把带式输送机伸长前或缩短后的多余输送带暂时储存起来，以满足采煤工作面持续前进或后退的需要。这种带式输送机的机架与机架之间、托辊与机架之间的连接方式都采用插入式，用销钉固定，整个机架没有一个螺栓，拆装十分方便。移动带式输送机是一种按整机设计并且整机可在不同地点使用的带式输送机。按移动的方式不

6、同又可分为移动式和携带式两种。平面弯曲带式输送机是一种在输送线路上可变向的带式输送机。它可以代替沿折线布置的、由多台单独的直线输送机串联而成的运输系统，沿复杂的空间折曲线路实现物料的连续运输。输送带在平面上转弯运行，可以大大简化物料运输系统，减少转载站的数目，降低基建工程量和投资。法国在这种带式输送机的研制和使用方面，具有国际领先水平。我国的煤矿也有数台正在运行，在设计和安装方面积累了一定的经验。大倾角带式输送机可以减少输送距离，降低巷道开拓量，减少设备投资。当倾角增大到90时，大倾角带式输送机就转变成了垂直输送的带式输送机。它不仅在结构上具有新的特点，而且在设计计算、物料截面形状和输送速度的

7、确定等方面都有新的影响因素。垂直输送的带式输送机主要用于其他形式的输送机难以胜任的场合。在食用和轻工业等工业生产中，由于卫生和工作环境的要求，通常使用一种以薄钢带作为输送带的带式输送机，其耐热性比胶带好得多，但钢带的成槽性差，滚筒传递扭矩也很有限，因而不适用于长距离输送。还有一种以挠性网作为输送带的网带输送机，在技术性能上与钢带输送机相似，主要用于轻工业和有特殊要求的场合。另外，在输送铁磁性物料（例如铁矿石）时，常常使用被称为磁力摩擦式带式输送机，它实质上是具有磁铁的带式输送机，一般使用丝织物芯体输送带作为承载构件，在输送带的下面设置永久磁铁。磁铁把物料吸向输送带，由此提高了物料的稳定性，并为

8、倾斜输送物料创造了条件。1.3带式输送机的现状及发展趋势1.3.1带式输送机技术的现状国外带式输送机技术的发展很快，其主要表现在2个方面：一方面是带式输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角带式输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型；另一方面是带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型带式输送机已成为发展的主要方向，其核心技术是开发应用了带式输送机动态分析与监控技术，提高了带式输送机的运行性能和可靠性。目前，在煤矿井下使用的带式输送机已达到表1.2所示的主要技术指标，其关键技术与装备有以下几个特点：设备大型化，其主要技术参数与设备均向着大型化

9、发展，以满足年产300-500万；以上高产高效集约化生产的需要。应用动态分析技术和机电一体化、计算机监控等高新技术、采用大功率软启动与自动张紧技术，对输送机进行动态监测与监控，大大地降低了输送带的动张力，设备运行性能好，运输效率高。采用多机驱动与中间驱动及其功率平衡、输送机变向运行技术，使输送机单机运行长度在理论上已不受限制，并确保了输送系统设备的通用性、互换性及其单元驱动的可靠性。新型、高可靠性关键部件技术。如包含CST等在内的各种先进的大功率驱动装置与调速装置、高寿命高速托辊、自清式滚筒装置、高效贮带装置、快速自移机尾等。如英国FSW生产的FSW1200/（2-3）400（600）工作面顺

10、槽带式输送机就采用了液粘差速或变频调速装置，运输能力达3000t/h以上，它的机尾与新型转载机（如美国久益公司生产的S500E）配套，可随工作面推移而自动快速自移、人工作业少、生产效率高。表1.2 国外带式输送机的主要技术指标主参数国外300-500va高产高效矿井顺槽可伸缩带式输送机 大巷与斜井固定式强力带式传输机运距/m2000 3000 3000带速/ms-13.5 44 5，最高达8输送量/th-12 500 3 0003 0004 000驱动总功率/kW1 200 2 0001 500 3 000，最大达 10 1001.3.2国内带式输送机技术的现状 我国生产制造的带式输送机的品种

11、、类型较多。在“八五”期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，带式输送机的技术水平有了很大的提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产品开发都取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白，并对带式输送机的关键技术及其主要元部件进行了理论研究产品开发，研制成功了多种软启动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置，驱动系统采用调速型液力耦合器和行星齿轮减速器。目前，我国煤矿井下用带式输送机的主要技术特征指标如表1.3所示表1.3 国内带式输送机的主要技术指标主参数可伸缩带式输送机大巷与斜井固定式强力带式输

12、送机运距/m1 000 2 0001 000 4 000带速/ms-12 3.52.5 4输送量/th-1800 1 8001 000 2 000驱动总功率/kW250 750750 15001.3.3国内外带式输送机技术的差距一、 大型带式输送机的关键核心技术上的差距（1）带式输送机动态分析与检测技术 长距离、大功率带式输送机的技术关键是动态设计与监测，它是制约大型带式输送机发展的核心技术。目前我国用刚性理论来分析研究带式输送机并制定计算方法和设计规范，设计中对输送带使用了很高的安全系数（一般取n=10左右），与实际情况相差较远。实际上输送带是粘弹性体，长距离带式输送机其输送带对驱动装置的起

13、、制动力的动态响应是一个非常复杂的过程，而不能简单地用刚体力学来解释和计算。已开发了带式输送机动态设计方法和应用软件，在大型输送机上对输送机的动张力进行动态分析与动态监测，降低输送带的安全系数，大大延长使用寿命，确保了输送机运行的可靠性，从而使大型带式输送机的设计达到了最高水平（输送带安全系数n=56），并使输送机的设备成本尤其是输送带成本大为降低。（2）可靠的可控软启动技术与功率均衡技术长距离大运量带式输送机由于功率打、距离长且多机驱动，必须采用软启动方式来降低输送机的动张力，特别是多电机驱动时。为了减少对电网的冲击，软启动时应有分时慢速起动；还要控制输送机起动加速度0.30.1m/s，解决

14、承载带与驱动带的带速同步问题及输送带涌浪现象，减少对元部件的冲击。由于制造误差及电机特性误差，各驱动点的功率会出现不均衡，一旦某个电机功率过大将会引起烧电机事故，因此，各电机之间的功率平衡应加以控制，并提高平衡精度。国内已大量应用调速型液力耦合器来实现输送机的软启动与功率平衡，解决了长距离带式输送的启动与功率平衡及同步性问题。但其调节精度及可靠性与国外相比还有一定差距。此外，长距离大功率带式输送机除了要求一个运煤带速外，还需要一个验带的带速，调速型液力耦合器虽然实现软启动与功率平衡，但还需要研制适合长距离的无级液力调速装置。当单机功率。500kW时，可控CST软启动显示出优越性。由于可控软启动

15、是将行星齿轮减速器的内齿圈与湿式摩擦离合器组合而成（即粘性传动）。通过比例阀及控制系统来实现软启动与功率平衡，其调节精度可达98%以上。但价格较贵，急需国产化。二、技术性能上的差距 我国带式输送机的主要性能u参数已不能满足高产高效矿井的需要，尤其是顺槽可伸缩带式输机的关键元部件及其功能如自移机尾、高效储带与张紧装置等与国外有着很大差距。（1）装机功率 我国工作面顺槽可伸缩带式输送机最大装机功率为4250Kw,国外产品可达4970Kw,国产带式输送机的装机功率约为国外产品的30%-40%，固定带式输送机的装机功率相差更大。（2）运输能力 我国带式输送机最大运量为3000t/h，国外已达5500t

16、/h。（3）最大输送带宽度 我国带式输送机为1400mm，国外为1830mm。（4）带速 由于受辊转速的限制，我国带式输送机带速为4m/s，国外为5m/s以上。（5）工作面顺槽运输长度 我国为3000m，国外为7300m。（6）自移机尾 随着高产高效工作面的不断出现，要求顺槽可伸缩带式输送机机尾随着工作面的快速推进而快速自移。国内自移机尾主要依赖进口，主要有2种：（a）随转载机一起移动的由英国LONGWALL公司生产的自移机尾装置。（b）德国DBT公司生产的自移机尾装置。前者只有一个推进油缸，后者则有2个推进油缸。LONGWALL公司生产的自移机尾用于在国内宽带1.2m的输送机上，缺点是自移机

17、尾输送带的跑偏量太小，纠偏能力弱，刚性差。德国生产的自移机尾在国内使用效果优于前者，水平、垂直2个方向均有调偏油缸，纠偏能力强。因此，前者还需完善，后者则需研制。但对自移机尾的要求是共同的，既要满足输送机正常工作时防滑的要求，又要满足在输送机不停机的情况下实现快速自移。（7）高效储带与张紧装置 我国采用封闭式储带结构和绞车张紧为主，张紧小车易脱轨，输送带易跑偏，输送带伸缩时，托辊小车不自移，需人工推移，检修麻烦。国外采用结构先进的开放式储带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备，托辊小车能自动随输送带伸缩到位，输送带不易跑偏，不会出现脱轨现象。（8）输送机品种 机型品种少，功能单一，使用范围

18、受限，不能充分发挥其效能，如拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用；另外，我国煤矿的地质条件差异很大，在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要求，如弯曲、大倾角（ +25）直至垂直提升等，应开发特殊型专用机种带式输送机。三、 可靠性、寿命上的差距（1）输送带抗拉强度 我国生产的织物整芯阻燃输送带最高为2500N/mm,国外为3150N/mm。钢丝绳芯阻燃输送带最高为4000N/mm，国外为7000N/mm。（2）输送带接头强度 我国输送带接头强度为母带的50%-60%，国外达母带的70%-75%。（3）托辊寿命 我国现有的托辊技术与国外比较，寿命短、速度低、阻力大，而美国等使用的新型注油托

19、辊，其运行阻力小，轴承采用稀油润滑，大大地提高了托辊的使用寿命，并可作为告诉托辊应用于带式输送机上，使用面广，经济效益显著。我国输送机托辊寿命为2万h，国外托辊寿命5-9万h,国产托辊寿命仅为国外产品的30%-40%。（4）输送机减速器寿命 我国输送机减速器寿命2万h，国外减速器寿命为7万h.(5)带式输送机山下运行时可靠性差。四、 控制系统差距(1)驱动方式 我国为调速型液力耦合器和硬齿面速器，国外传动方式多样，如BOSS系统，CST可控传动系统，控制精度较高。（2）监控装置 国外输送机已采用高档可编程序控制器PLC，开发了先进的程序软件与综合电源继电器控制技术预计数据采信、处理、存储、传输

20、、故障诊断与查询等完整自动监控系统。我国输送机仅采用了中档可编程序控制器来控制输送机的启动、正常运行、停机等工作过程。虽然能与可控启（制）动装置配合使用，大道可控启（制）动、带速同步、功率平衡等功能，但没有自动临近装置，没有故障诊断与查询等。（3）输送机保护装置 国外带式输送机除安装繁殖输送带跑偏、打滑、撕裂、过满堵塞、自动洒水降尘等保护装置外，近年又开发了很多新型监测装置：传动滚筒、变向滚筒及托辊组的温度监测系统；烟雾报警及自动消防灭火装置：纤维织输送;带纵向撕裂及接头监测系统防爆电子输送带自动计量系统。这些新型保护系统我国基本出于空白。而我国现有的打滑、堆煤、溜煤眼满仓保护，仿跑偏、超温洒

21、水，烟雾报警装置的可靠性、灵敏性、寿命都较低。1.3.4煤矿带式输送机技术的发展趋势一、 设备大型化、提高运输能力为了适应高产高效集约化生产的需要，带式输送机的输送能力要加大。长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展到必然趋势，也是高产高效矿井运输技术的发展方向。在今后的10年内输送量要提高到3000-4000t/h，带速提高至4-6m/s，输送长度对于可伸缩带式输送机要达到3000m。对于钢绳芯强力带式输送机需加长至5000m以上，单机驱动功率要达到1000-1500kW，输送带抗拉强度达到6000N/mm（钢绳芯）和2500N/mm（整芯）。尤其是煤矿井下顺槽可伸缩输送技术的发展，随着高产

22、高效工作面的而出现及煤炭科技的不断发展，原有的可伸缩带式输送机，无论是主参数，还是运行性能都难以适应高产高效工作面的要求，煤矿现有急需主参数更大、技术更先进、性能更可靠的长距离、大运量、大功率顺槽可伸缩带式输送机，以提升我国带式输送机技术的设计水平，填补国内空白，接近并赶上国际先进工业国的技术水平。其包含7个方面的关键技术：（1）带式输送机动态分析与监控技术；（2）软启动张紧技术；（3）中间驱动技术；（4）自动张紧技术；（5）新型高寿命高速托辊技术；（6）快速自移机尾技术；（7）高效储带技术；二、提高元部件性能和可靠性设备开机率的高与低主要取决于元部件的性能和可靠性。除了进一步完善和提高现有元

23、部件的性能和可靠性，还要不断地开发研究新的技术和元部件，如高性能可控软启动技术、动态分析与监控技术、高效贮带装置、快速自移机尾、高速托辊等，使带式输送机的性能得到进一步提高。三、 扩大功能，一机多用化拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用，使其发挥最大的经济效益。开发特殊型带式输送机，如弯曲带式输送机、大倾角或垂直提升输送机等。2带式输送机的参数设计计算设计参数：输送量： 静堆积角： 运行堆积角： 输送机倾角： 输送机长度： 输送物料： 原煤松散密度： 煤粒度： 0-200mm2.1带速的确定 输送带的带宽B和它的运行速度v决定了带式输送机的输送能力。带速根据带宽和被运物料性质确定，由表

24、2.1选取适当带速表2.1 带速、带宽与输送能力的关系带宽输送能力带速0.81.01.251.62.02.53.155006987108139174217650127159198254318397800198248310397496620781初算 选取输送带带宽为650mm，其带速为1.6m/s 2.2核算输送能力 由 ，查表2.2得 表2.2 输送带上物料的最大截面积S托辊槽角运行堆积角输送带宽度S650mm0.0525 ，满足要求。 一输送带上物料的最大截面积， ； 一倾斜输送机面积折减系数， ；2.3根据原煤粒度核算输送机带宽 输送机带宽能满足输送200mm粒度原煤要求。2.4圆周驱动

25、力的确定传动滚筒上所需圆周驱动力为所有运行阻力之和， 主要阻力，N； 附加阻力，N； 特种主要阻力，即托辊前倾摩擦阻力及导料槽摩擦阻力，N； 特种附加阻力，即清扫器、卸料器及翻转回程分支输送带的阻力，N； 倾斜阻力，N；输送机卸料段和装料段间的高差，m；输送机倾角，。带式输送机机长L=200m80m，附加阻力明显小于主要阻力，可引入系数C来考虑阻力，它取决于输送机的长度，按下式计算： 式中 C与输送机长度有关的系数，在机长大于80米时，可按参考资料1式（3.4-3）计算，或从表2.3查取；表2.3与输送及长度有关的系数C801001502003004005001.921.781.581.451

26、.311.251.20 模拟摩擦系数，根据工作条件制造、安装水平选取，参见参考资料1表3-6； 输送机的长度，200m； 附加长度，一般在70m到100m之间； 重力加速度，取=9.8； 承载分支托辊每米长旋转部分质量，用下式计算： 式中 承载分支每组托辊旋转部分质量，从参考资料1表3-7查询； 承载分支托辊间距，； 回程分支托辊每米长旋转部分质量，用下式计算： 式中 回程分支每组托辊旋转部分质量，Kg从参考资料1表3-7查询； 回程分支托辊间距，m； 每米长输送带的质量，按表3-8估计选取； 每米长输送物料的质量，； 查参考资料1表3-6得：经查表得：上托辊间距，下托辊间距。 计算主要阻力

27、计算特种主要阻力 式中 槽形系数，槽角时为0.43； 托辊和输送带之间的摩擦系数，一般取0.3到0.4； 式中 物料和导料挡板间的摩擦系数，； 导料挡板内部宽度，； 装有导料挡板的设备长度，取； 计算特种附加阻力 式中子 ,包括2个清扫器和2个空段清扫器（1个空段清扫器相当于1.5个清扫器）。 清扫器和输送带接触面积，0.007 一清扫器和输送带间的压力 一摩擦系数 一刮板系数倾斜阻力 所以： 2.5输送带的选型带式输送机靠摩擦传动，当胶带过松，传动滚筒分离点处张力过小，摩擦系数较低或过载时，都可能造成胶带在滚筒上打滑的现象。由于摩擦发热，在滚筒表面产生高温，会使胶带的橡胶覆盖层损坏，并引起胶

28、带着火。在打滑时，由于胶带是绝缘体会在胶带表面产生很高的静电电势，从而产生电火花。胶带着火或产生电火花会造成煤矿井下瓦斯爆炸事故，产生的有毒气体也会酿成熏人事故。所以煤矿井下带式输送机要使用阻燃带。阻燃带，顾名思义，是不可燃烧的或燃烧后能自行熄灭的一种胶带。在制作过程中加入了一定的原料如聚氯乙烯，以提高胶带的防火及抗静电特性。它是一种特殊用途的胶带。阻燃带已系列化，查参考资料1表选取NN-250S型的阻燃输送带。S表示具有阻燃和抗静电性能，250表示输送带整体纵向拉断强度为250N/mm。输送带端头连接方法有机械连接和硫化(塑化)连接两种。选煤厂常用的是机械连接方法，有钩卡连接、合页连接和板卡

29、连接等。机械连接法操作较简便，但接头处强度只相当于输送带本身强度的3540，使用期限短。硫化胶接有热硫化和冷硫化两种胶接法。后者连接时间长，采用得比较少。硫化胶接法，先将输送带两接头部位每层的夹层对纵轴成60至70倾斜地切成阶梯形状，使两端头很好地相互配合，在每层夹层上涂以橡胶浆使其粘着，然后用专门的硫化设备，在整个输送带宽度范围内施加均匀面足够的压力进行热的或冷的硫化粘合连接。硫化胶接法接头强度高，牢固耐用，但操作复杂。2.6输送带的张力计算2.6.1输送带不打滑条件校核输送带不打滑条件由下式计算： 式中 一最大圆周驱动力 一传动滚筒与输送带间的摩擦系数根据给定条件，取=0.35， 一欧拉系

30、数查参考资料1表3-13 则 2.6.2输送带下垂度校核承载分支最小张力为： 回程分支最小张力为： 一允许最大下垂度，0.012.6.3各特性点张力计算根据不打滑条件，传动滚筒奔离点最小张力为22452.13N为了确定输送带作用于改向筒的合张力，拉紧装置拉紧力和凸凹弧起始点张力等特性点张力，需逐点张力计算法，进行各特性点张力计算。本输送机采用单电机单滚筒驱动，螺旋式拉紧装置。以主动滚筒的分离点为1点，依次将特殊点设为1、2、3、，一直到相遇点，如图2-1所示。依据“逐点计算法”计算各特性点张力：令亦满足空载边陲度条件 因此，满足承载边保证下垂度最小张力要求。 图2-1张力分布图2.6.4传动滚

31、筒和张力计算传动滚筒和张力由下式计算： 根据查参考资料1表6-1，初选传动滚筒直径输送机代号8080.4 许用合力170KN 许用扭矩20轴承型号6226 传动滚筒图号为80A307Y（Z）2.7输送带的选择计算根据所选阻燃带，考虑采用硫化接头，初选输送带为NN-200S ，由下式计算： 一稳定工况下输送带最大张力 一稳定工况下输送带静安全系数 一输送带纵向扯断强度核算传动滚筒直径D C一系数 尼龙取90一织物芯带每层厚度0.92.8拉紧行程的计算拉紧行程 =(0.01+0.001)200 （2.14） =2式中： 输送带弹性伸长率和永久伸长率，由输送带生产厂家给出，通常帆布带为0.010.0

32、15； 拉紧后托辊间允许的垂度，一般取0.001；输送机长度；2.9各部件选型根据参考资料1进行各部件选型传动滚筒选8080.3,滚筒直径为800mm，许用扭矩20KN.m ,许用合力170KN,轴承型号22228；低速联轴器选用弹性柱销联轴器机头部改向滚筒直径为400mm各滚筒表面均采用人形铸胶表面。托辊转速不小于600r/min,所以选托辊直径为76mm3 减速器的计算3.1电动机选型减速器用四对轴承，第一轴选用圆锥滚子轴承，其效率为电机与减速器之间选用液体粘性软启动装置，效率为第一级,第二级、第三级齿轮均选用8级精度的一般齿轮传动，效率为减速器输出轴与传动滚筒之间选用弹性柱销联轴器，效率

33、为则，总效率为：驱动滚筒所需功率：理论电机功率：实际配备的电动机功率，应在计算值上增加15%20%：实际电动机功率为：本设计中的大倾角皮带机用于煤矿井下有防爆要求。根据工作环境要求，参考机械设计手册,选择Y系列三相异步电动机YB280M-4。所以电机选：型号为YB280M-4电机总功率90同步速度1480电机的满载转速为1480堵转转矩的额定转矩为1.9最大转矩的额定转矩为2.2电机轴直径为653.2传动比分配 因为带速要求为1.6m/s，传动滚筒直径为800mm，所以滚筒转速为： 电动机转速为1480r/min,所以总传动比为：根据减速器摆放位置,结构及传动比选用圆柱齿轮减速器三级传动。分配

34、传动比：误差合适，此传动比合适，则： 3.3计算传动装置的运动和动力参数 电动机功率 各轴的转速根据电动机的满载转速及传动比进行计算;传动装置各部分的功率和转矩。计算各轴时将传动装置中各轴从高速轴到低速轴依次编号，定0轴（电动机轴），1轴，2轴，3轴，4轴；相邻两轴间的传动比表示为，；各轴的输出功率为，；各轴的输出转矩为，。1）各轴的输出功率0轴（电动机轴）1轴（高速轴）2轴（中间轴）3轴（低速轴）4轴（低速轴）2）各轴的输出转速0轴（电动机轴）1轴（高速轴）2轴（中间轴）3轴（低速轴）4轴（低速轴）各轴的输出转矩0轴（电动机轴）1轴（高速轴）2轴（中间轴）3轴（低速轴） 4轴（低速轴） 3.

35、4齿轮的设计及校核计算3.4.1第一对齿轮的设计（1）选择齿轮材料,确定许用应力查参考资料3表6.2小齿轮选用40Cr调质 HRC=5862 大齿轮选用20CrMnTi渗碳淬火 HRC=5862 应力循环次数，以下式进行计算： 齿轮转速； 齿轮每转一周同一吃面啮合次数； 齿轮工作寿命 查参考资料查参考资料3图6-5得： 接触强度寿命系数，； 弯曲强度计算的寿命系数，； 弯曲强度计算的尺寸系数，；许用弯曲应力由下式计算： 试验齿轮的弯曲疲劳强度极限，查参考资料3图6-7，； 弯曲强度计算的最小安全系数，取1.43，； 小齿轮齿数，推荐值为1740，取，大齿轮齿数，齿数比，小齿轮齿形系数，小齿轮应

36、力修正系数，。齿轮模数，以下式进行计算：， 模数需要圆整，则。硬齿面齿轮需按接触强度校核，即： 材料弹性系数，由参考资料3表6.4查得，铸钢， 节点区域系数，由参考资料3图6-3查得， 重合度系数，推荐值0.850.92， 齿数比， 小齿轮分度圆直径， 小齿轮齿宽， 许用接触应力H 由下式计算, 试验齿轮的接触疲劳强度极限，查参考资料3表6.4，； 接触强度最小安全系数，； ，因此齿轮的强度符合要求。第一对齿轮的各项参数如表3.1所示，表3.1 第一对齿轮主要参数小齿轮大齿轮齿数2484模数4mm4mm齿数比3.5压力角分度圆直径96mm336mm齿顶高4mm齿根高5mm齿根圆直径86mm32

37、6mm齿宽53mm48mm3.4.2 第二对齿轮的设计 （1）选择齿轮材料,确定许用应力 小齿轮选用20CrMnTi渗碳淬火 HRC=5862 大齿轮选用20CrMnTi渗碳淬火 HRC=5862小齿轮齿数，推荐值为1740，取，大齿轮齿数，齿数比，小齿轮齿形系数，小齿轮应力修正系数，。齿轮模数，以下式进行计算：， 模数需要圆整，则。硬齿面齿轮需按接触强度校核，即： 材料弹性系数，由参考资料3表6.4查得，铸钢， 节点区域系数，由参考资料3图6-3查得， 重合度系数，推荐值0.850.92， 齿数比， 小齿轮分度圆直径， 小齿轮齿宽， 许用接触应力H 由下式计算, 试验齿轮的接触疲劳强度极限，

38、查参考资料3表6.4，； 接触强度最小安全系数，； ，因此齿轮的强度符合要求。第二对齿轮的各项参数如表3.2所示，表3.2 第二对齿轮主要参数小齿轮大齿轮齿数2076模数7mm齿数比3.8压力角分度圆直径140mm532mm齿顶高7mm齿根高8.75mm齿根圆直径122.5mm514.5mm齿宽75mm70mm3.4.3 第三对齿轮的设计 （1）选择齿轮材料,确定许用应力 小齿轮选用20CrMnTi渗碳淬火 HRC=5862 大齿轮选用20CrMnTi渗碳淬火 HRC=5862小齿轮齿数，推荐值为1740，取，大齿轮齿数，齿数比，小齿轮齿形系数，小齿轮应力修正系数，。齿轮模数，以下式进行计算：

39、， 模数需要圆整，则。硬齿面齿轮需按接触强度校核，即： 材料弹性系数，由参考资料3表6.4查得，铸钢， 节点区域系数，由参考资料3图6-3查得， 重合度系数，推荐值0.850.92， 齿数比， 小齿轮分度圆直径， 小齿轮齿宽， 许用接触应力H 由下式计算, 试验齿轮的接触疲劳强度极限，查参考资料3表6.4，； 接触强度最小安全系数，； ，因此齿轮的强度符合要求。第三对齿轮的各项参数如表3.3所示，表3.3 第三对齿轮主要参数小齿轮大齿轮齿数3087模数8mm齿数比2.9压力角分度圆直径240mm696mm齿顶高8mm齿根高10mm齿根圆直径220mm676mm齿宽125mm120mm 3.5传

40、动轴的设计3.5.1轴的设计（1）该轴上的转矩 （2）确定轴的最小直径选取轴的材料为40Cr，调质处理。由下式可初估轴的最小直径，查参考资料3表8.6，取A=105，可得 由于考虑键的安装，应将轴径增大3%，因此 由（GB5014-85）圆整为。轴段（见图3-1）用于安装液体粘性软启动装置，其直径应该与液体粘性软启动装置的孔径相配合，电动机伸出轴直径为65mm,因此要选用液体粘性软启动装置。液体粘性软启动装置连接电机与减速器，电机轴的直径为，许用转速。（3）轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案装配方案如图3-1所示图3-1 I轴的结构图 右轴承从轴的右端装入，靠轴肩定位，齿轮和左轴承从轴的左

41、端装入，齿轮为齿轮轴，半联轴器靠轴肩定位，左右轴承均采用轴承端盖，半联轴器靠轴端挡圈得到周向固定。半联轴器采用普通平键得到周向固定，采用单列圆锥滚子轴承和弹性柱销联轴器。2）按轴向定位要求确定各轴段直径和长度轴段根据圆整并由和选择联轴器型号为GCLD1联轴器比毂孔长度112mm短1-4mm作为轴段长度，轴段为了联轴器的轴向定位，轴段右端制出轴肩，取轴肩高度，孔倒角取3mm且符合标准密封内径，取端盖宽度60mm，端盖外端面与半联轴器的右端面25mm所以轴段的直径，轴段为便于装拆轴承内圈且符合标准轴承内径暂选圆锥滚子轴承型号为32212，轴段为使套筒端面可靠地压紧齿轮应比齿轮毂孔长短1-4mm ，

42、轴段齿轮轴肩高度为，则，轴段该轴段，轴段该轴段为轴承轴向定位，取，3）轴上零件的周向固定滚动轴承与轴的周向定位采用过渡配合保证，因此轴段直径的尺寸公差取为。轴与半联轴器的周向定位采用平键。（5）轴的强度校核1）求轴的载荷首先根据轴的结构作出轴的计算简图（见图3-2）。在确定轴承的支点位时，手册中查取a值。对于32212型圆锥滚子轴承反向安装。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图、扭矩图和当量弯矩图（见图3-2）。轴承支反力： 水平面： 垂直面：轴承 1的总支承反力：轴承 2的总支承反力：弯矩和 ： 水平面上，a-a剖面右侧为：a-a剖面左侧为：在垂直面上合成弯矩 a-a剖面左侧 b-b剖面右侧 画转

43、矩图：扭矩 校核轴的强度： 因a-a剖面虽有弯矩与转矩，但因其为齿轮轴，故儿抗压性强。 b-b剖面轴径较小，且同时受弯矩与转矩，所以b-b剖面为危险剖面。其抗弯截面系数为：抗扭截面系数为：弯曲应力为：扭剪应力为：按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向传动的转轴，转矩按脉动循环处理，取折合系数，则当量应力为：轴的材料为40Cr查参考资料2表8.26弯曲疲劳极限为：因此，轴的强度满足要求。图3-2 I轴的计算简图3.5.2轴的设计（1）该轴上的转矩 ： （2）确定轴的最小直径选取轴的材料为40Cr，调质处理。由下式可初估轴的最小直径，查参考资料3表8.6，取A=105，可得 由于考虑键的安装，应将轴

44、径7%至10%，因此 由（GB5014-85）圆整为。（3）轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案装配方案如图3-3所示图3-3 II轴的结构图2）按轴向定位要求确定各轴段直径和长度轴段根据圆整，并用来装轴承，轴承型号为33213，轴段为了轴承的轴向定位，轴段右端制出轴肩，所以轴段的直径，轴段装第一对齿轮中的大齿轮，轴段安装套筒使齿轮固定，轴段为齿轮轴，则，轴段该轴段，轴段该轴段为轴承轴向定位，取，3）轴上零件的周向固定滚动轴承与轴的周向定位采用过渡配合保证，因此轴段直径的尺寸公差取为。轴与齿轮的周向定位采用平键。（5）轴的强度校核1）求轴的载荷首先根据轴的结构作出轴的计算简图（见图3-4）。

45、在确定轴承的支点位时，手册中查取a值。对于32212型圆锥滚子轴承反向安装。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图、扭矩图和当量弯矩图（见图3-4）。轴承支反力： 水平面： ，第一对大齿轮所受的径向力： 第二对小齿轮所受的径向力：垂直面：轴承 1的总支承反力：轴承 2的总支承反力：弯矩和 ： 水平面上，a-a剖面左侧为：a-a剖面右侧为：b-b剖面右侧为：b-b剖面左侧为： 在垂直面上合成弯矩 a-a剖面左侧： a-a剖面右侧：b-b剖面左侧：b-b剖面右侧： 画转矩图：扭矩 校核轴的强度： 因a-a剖面轴径小，且受较大的弯矩与转矩，所以a-a剖面为危险截面。其抗弯截面系数为：抗扭截面系数为：弯曲应力

46、为：扭剪应力为：按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向传动的转轴，转矩按脉动循环处理，取折合系数，则当量应力为：轴的材料为40Cr查参考资料2表8.26弯曲疲劳极限为：因此，轴的强度满足要求。图3-4 II轴的计算简图3.5.3 轴的设计（1）该轴上的转矩 ： （2）确定轴的最小直径选取轴的材料为40Cr，调质处理。由下式可初估轴的最小直径，查参考资料3表8.6，取A=105，可得 由于考虑键的安装，应将轴径7%至10%，因此 由（GB5014-85）圆整为。（3）轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案装配方案如图3-5所示图3-5 III轴的结构图2）按轴向定位要求确定各轴段直径和长度轴段根据

47、圆整，并用来装轴承，轴承型号为32220，轴段为了轴承的轴向定位，轴段右端制出轴肩，所以轴段的直径，轴段装第三对齿轮中的小齿轮，轴段安装套筒使齿轮固定，轴段装第二对齿轮中的大齿轮，则，轴段该轴段，轴段该轴段为轴承轴向定位，取，3）轴上零件的周向固定滚动轴承与轴的周向定位采用过渡配合保证，因此轴段直径的尺寸公差取为。轴与齿轮的周向定位采用平键。（5）轴的强度校核1）求轴的载荷首先根据轴的结构作出轴的计算简图（见图3-6）。在确定轴承的支点位时，手册中查取a值。对于32212型圆锥滚子轴承反向安装。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图、扭矩图和当量弯矩图（见图3-6）。轴承支反力： 水平面： ，第二对大

48、齿轮所受的径向力： 第三对小齿轮所受的径向力：垂直面：轴承 1的总支承反力：轴承 2的总支承反力：弯矩和 ： 水平面上，a-a剖面左侧为：a-a剖面右侧为：b-b剖面右侧为：b-b剖面左侧为： 在垂直面上合成弯矩 a-a剖面左侧： a-a剖面右侧：b-b剖面左侧：b-b剖面右侧： 画转矩图：扭矩 校核轴的强度： 因a-a剖面轴径小，且受较大的弯矩与转矩，所以a-a剖面为危险截面。其抗弯截面系数为：抗扭截面系数为：弯曲应力为：扭剪应力为：按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向传动的转轴，转矩按脉动循环处理，取折合系数，则当量应力为：轴的材料为40Cr查参考资料2表8.26弯曲疲劳极限为：因此，轴的

49、强度满足要求。图3-6 轴的受力分析图3.5.4 轴的设计（1）该轴上的转矩 （2）求出作用在齿轮上的力 （3）确定轴的最小直径选取轴的材料为40Cr，调质处理。按参考资料3式8-2初估轴的最小直径，查表8.6，取A=105，可得 此轴需要开双键，因此 （4）轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案装配方案如图3-7所示图3-7 IV轴的结构图2）按轴向定位要求确定各轴段直径和长度 轴段 该轴段安装联轴器，选用的联轴器型号为GCLD 8型,轴段直径，取轴段。轴段 该轴段为联轴器轴向固定，根据结构取轴承端盖宽度为60mm。取轴段直径，轴段长度取。轴段 该轴段的作用是安装轴承与挡油环。考虑轴承只承受

50、径向力，选择圆锥滚子轴承32032。取轴段直径为，轴段长度为。轴段 该轴段套筒，取轴段直径，。轴段 该轴端为了固定齿轮,因此该段轴径为，。轴段 该轴段安装第三对齿轮中的大齿轮，选择该轴段轴径为，。轴段 该轴段安装套筒固定齿轮。该段轴径为，。轴段 该轴段安装轴承，因此该段轴径为，。（5） 轴的强度校核1）求轴的载荷首先根据轴的结构作出轴的计算简图（见图3-8）。在确定轴承的支点位时，手册中查取a值。对于32212型圆锥滚子轴承反向安装。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图、扭矩图和当量弯矩图（见图3-8）。轴承支反力： 水平面： ，第三对大齿轮所受的径向力： 垂直面：轴承 1的总支承反力：轴承 2的总

51、支承反力：弯矩和 ： 水平面上，a-a剖面左侧为：a-a剖面右侧为： 在垂直面上合成弯矩 a-a剖面左侧： a-a剖面右侧： 画转矩图：扭矩 校核轴的强度： 因a-a剖面轴径小，且受较大的弯矩与转矩，所以a-a剖面为危险截面。其抗弯截面系数为：抗扭截面系数为：弯曲应力为：扭剪应力为：按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向传动的转轴，转矩按脉动循环处理，取折合系数，则当量应力为：轴的材料为40Cr查参考资料2表8.26弯曲疲劳极限为：因此，轴的强度满足要求。图3-8 轴受力分析图3.5.5键的强度校核轴上平键的强度校核轴A型平键材料为45钢,经热处理后强度为已知 键的强度满足要求。 II轴上矩形花

52、键的强度校核II轴A型矩形内花键键材料为45钢,经热处理后强度为 式中键与轮毂槽的接触高度，为键高；键的工作长度，为键宽；许用挤压应力，查参考资料3表3.4得。键强度满足要求。 III轴上平键与矩形花键的强度校核III轴A型平键材料为45钢,经热处理后强度为已知 键的强度满足要求。III轴A型矩形内花键键材料为45钢,经热处理后强度为键的强度满足要求。IV轴上平键的强度校核IV轴A型平键材料为45钢,经热处理后强度为已知 键的强度满足要求，且需要开双键。IV轴与联轴器连接A型平键材料为45钢,经热处理后强度为键的强度满足要求。3.5.6轴承的校核轴上的轴承为32212型圆锥滚子轴承，查手册，该轴承的主要性能参数为：1）计算轴承支反力 合成支反力： 2）轴承的派生轴向力为3）轴承所受的轴向载荷为：所以4）轴承的当量动载荷轴承工作时有中等冲击，载荷系数（1）， （2），5）轴承寿命因，故应按计算，满足轴承寿命要求。第二对轴承设计校核轴上的轴承为32213型圆锥滚子轴承，该轴承的主要性能参数为：1）计算轴承支反力合成支反力： 2）轴承的派生轴向力为零。3）轴承所受的轴向载荷为零。4）轴承的当