赵士程开题报告

本科生毕业设计开题报告

题目：基于带宽B=800～1400mm 10°过渡托辊设计

学    部：       工程教育部       

专    业： 机械设计制造及其自动化 

班    级：       09机械5班       

姓    名：         赵士程         

学    号：      200915190715      

指导教师：        程相文          

2013年  3月  20日

一、选题背景

1.背景

带式输送机是连续运动的无端输送带输送货物的机械。它结构简单、造价低、运输距离长，而且有很高的生产率。被广泛用于冶金、采矿、煤炭、电站以及工业企业。随着现代工业科学技术的不断发展，带式输送机在工业生产的重要性越来越大，是工业机械化的重要内容。其系列中，通用固定式带式输送机和钢绳芯带式输送机是两种应用极其广泛的输送机械。从TD60、TD62、TD72，发展到TD75。以及由TD75型和DX型的更新换代发展到目前最新的DTⅡ(A)型带式输送机。

带式输送机是在各个行业广泛应用的输送机械,它的发展历程大致可分为TD、DX、GX、QD 等多种系列。1994年开始出现了从TD75 型和DX 型结合更新的DT 型带式输送机, 并经过多年的实际应用后,再次推出了最新一代DT(A)型。DT(A)型固定式带式输送机式通用型系列产品, 可广泛用于冶金、煤炭、交通、电力、建材、化工、粮食和机械等行业, 输送堆积密度为500 ~ 2500Kg /m3各种散状物料和成品物件, 使用温度为- 20 ~40e 。

目前逐渐朝靠电脑自动化控制的方向迈进，这是因为电脑自动化控制以免可以减少人为的操作失误；虽然皮带式输送机的构造简单，但是安装皮带时如无法正确的安装在主动轴以及从动轴的中心线上，则会导致皮带发生偏移或松脱，进而导致皮带磨损，降低皮带之使用寿命，虽然皮带式运送机有一小部分的缺点，但是它的优点很多，所以至今任然被大家所广泛的使用在业界，它被称为输送带之王。

1.1 DTⅡ型带式输送机发展趋势

DTⅡ型固定式带式输送机是通用型系列产品，可广泛用于冶金、矿山、港口、电站、建材、化工、轻工等各个行业。带式输送机的水平转弯问题是带式输送机发展到当代为扩展其使用领域并取得技术与经济上的最佳效益而迫切解决的问题，这是扩大带式输送机适用范围的重要方面。 T型带输送机是一种新型的带式输送机，它在普通输送带底部带宽中点处硫化一条驱动导轨，用小功率的盘式驱动轮在导轨的两侧进行分散驱动，实现了带式输送机的小曲率半径水平转弯。由于其具有良好的水平转弯性能，在托辊架安装驱动装置和行走装置后，该带式输送机可以蛇形前进，使其在矿山抢险、地形复杂等情况下有广泛的应用领域。   

原理上, 各种结构的带式输送机都可以采用波状挡边输送带构成新型的波状挡边带式输送机。因而, 波状挡边带式输送机除向大运量、大带宽、高提升高度的发展方向发展外, 今后的发展应该主要体现在下面几个方面:

1) 支撑方式的改变输送机的稳定运行, 输送带的支撑方式起着重要的作用, 波状挡边输送带的单位长度质量大于通用输送带, 从而使其支撑与导向变得更加灵活。现在存在采用环状吊挂、索道和轨道的波状挡边输送机和口袋式带式输送机的构想。特别是索道波状挡边输送机已经在工程实际中应用, 理论上, 单机长度可达25 km

2）灵活的布置方式波状挡边带式输送机可以如同通用带式输送机一样, 成为移动或移置输送机, 即可以移动、也可以移置, 从而适应矿山开采的需要。波状挡边带式输送机适用于大倾角输送物料的特点与平面转弯技术的结合可以充分适应矿山开采和企业内部空间的, 给其带来更加广泛的应用领域

3）应用范围广由于波状挡边带式输送机的大倾角输送物料能力, 使同一条输送机可以适应在不同工作要求的不同倾角范围远远地优于通用带式输送机, 目前已经应用改变倾角进行卸船, 这种“ 变形金刚” 的特点今后将在各种不同的领域中应用, 例如大坝的堆积地铁工程的挖掘等

1.1.1提高元部件性能和可靠性

设备开机率的高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，如高性能可控软起动技术、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的提高。

1.1.2 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。

1.2 DTⅡ型带式输送机国内外的发展情况及差距

1.2.1 国外DTⅡ型带式输送机技术的现状

目前国外广泛使用的输送机驱动装置有: 异步电动机带减速器直接驱动、异步电动机带限矩形液力偶合器和减速器驱动、异步电动机带调速型液力偶合器和减速器驱动、异步电动机带电气软起动器和减速器驱动、异步电动机带CST 驱动、异步电动机带变频调速驱动; 绕线电动机带减速器驱动; 直流电动机带减速器驱动和直流电动机直联驱动。

异步电动机带减速器直接驱动和异步电动机带限矩形液力偶合器带式输送机系统, 在输送机起动过程中电气冲击和弹性振动较大,一般用于系统要求较低的小型输送机系统。电气软起动器和调速型液力偶合器由于受启动力矩和控制精确性的一般仅适用于中小型带式输送机系统。

目前国外用于大型输送机的驱动单元大多数为CST 和变频调速系统。CST (Controlled Start Transmission 可控传动技术) 是由美国Rockwell Automation/Dodge 公司研制开发的一种带有电- 液反馈控制及齿轮减速器, 在低速轴端装有线性、湿性离合器的新型机电一体化软起动系统。该装置通过比例阀及控制系统实现软起动与功率平衡,是集减速、离合、调速于一体的传动装置。它是基于机械原理的调速系统, 主要由二级或三级齿轮减速机、湿式线性离合器、液压控制器及冷却系统组成, 主电动机可空载起动到全速, 速度负反馈伺服控制系统驱动液压控制器调节离合器的液体压力, 通过油膜剪切力驱动负载,使输出力矩与液体压力成正比, 从而按设定的速度曲线驱动带式输送机。该驱动系统具有较好的线性度, 因此输出速度及加速度基本不受负载波动的影响。其优点是可实现可控起动和可控停车功能。其控制精度较高, 在长距离、大运量、大功率的带式输送机系统中可采用多点驱动的方式, 降低胶带的静张力, 从而降低了胶带的强度, 减小了设备投资。其缺点是低速能耗过大, 造成设备发热, 不适宜低速运行; 系统靠液压控制, 调整的精度和速度较低

 1.2.2 国内DTⅡ型带式驱动系统输送机技术的现状

驱动系统是胶带输送机最重要的部件之一。近年来人们对带式输送机进行了大量的研究工作, 其中驱动方式是关键, 而驱动方式选定的目的主要是为了降低输送带的张力, 改善传动性能, 从而降低投资成本。

控制驱动问题是制约大型带式输送机发展的关键问题之一。如果驱动系统能够很好的实现带式输送机动力学的要求, 那么就可以减小对带式输送机的冲击, 较小的带强可降低输送机的造价, 带式输送机可以做的更长。随着变频技术的发展, 中高压变频器技术的成熟使得胶带机向超大型化、全程精确可控、甚至张力闭环控制方向发展成为可能。因此有必要对变频技术在带式输送机的应用进行研究。

 1.2.3 国内外DTⅡ型带式输送机机技术的差距

（1）输送机的关键核心技术的差距

带式输送机是制约大型带式输送机发展的核心技术。目前我国刚性理论来分析研究带式输送机并制订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、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（输送机安全系数n=5～6），并使输送机的设备成本尤其是输送带成本大为降低。

（2）技术性能上差距

技术性能上差距我国带式输送机的主要性能与参数已不满足高产高效矿井的需要，尤其是顺槽可伸缩带式输送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的差距。

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4×250kW，国外产品可达到4×970kW，国产带式输送机的装机功率约为产品的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/h。

3)最大输送带宽度 我国带式输送机为1.4m，国外最大为1.83m。

4)带速由于受托辊转速的，我国带式输送机带速为4m/s,国内外为5m/s以上。

5)工作面顺槽运输长度 我国为3km,国外为7.3km。

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。

1.3 DTⅡ型带式输送机带式输送机的特点

带式输送机是当今世界最重要的散状物料运输设备,被广泛应用于煤矿、电力、港口、化工、环保、物流等行业。由于传统设计方法的,带式输送机存在着能源资源耗费量大、安全系数取值高、整机造价成本高、技术含量低、噪声粉尘污染等问题。本文将绿色设计技术应用于带式输送机设计领域,以环境保护为设计理念,综合考虑带式输送机产品的环境属性、资源属性、能源属性以及经济性,对带式输送机动态设计技术、虚拟样机技术以及可拆卸设计等绿色设计关键技术进行研究,对节约产品成本,降低能耗,提高产品可维护性及可靠性,减少环境污染有着重要的意义。主要研究内容和特色如下：

1）带式输送机的动态特性取决于输送带的性质,在考虑输送带内部摩擦效应的前提下,以BERG模型为基础,提出了一种包含内部摩擦的输送带力学模型,给出了模型内部参数的确定方法,建立了计算机模型,并对其进行仿真和试验验证；利用离散单元法,推导出了基于包含内摩擦输送带力学模型的带式输送机系统动力学方程,其动态仿真结果与启动工况相一致,表明了包含内摩擦的输送带力学模型的正确性及动态设计方法的有效性。

2）利用功率键合图方法推导出了带式输送机液压自动拉紧装置的数学模型；并以此为理论基础,采用多领域统一建模方法,建立了液压自动拉紧装置虚拟样机；进而对拉紧装置稳定性和快速性的相关因素进行了仿真研究。研究结果表明,带式输送机液压拉紧装置虚拟样机还原了物理样机的功能性,可以方便地取代昂贵的物理样机进行试验。通过改变虚拟样机的相关参数,能够对不同设计方案进行性能测试,从而完成液压拉紧装置的系统优化,达到节约能源材料,降低设计成本,提高系统稳定性和可靠性的目的。

3）零件的可拆卸性决定了带式输送机在使用过程中的可维护性,以及系统报废后的零件重用性和材料回收性,是带式输送机绿色设计中重要的一环。以带式输送机关键部件滚筒作为研究对象进行可拆卸设计研究,针对现阶段普通整体式滚筒的缺点,提出一种可拆卸式滚筒结构,对其进行可拆卸性及工作性能评价分析,结果表明可拆卸式滚筒不仅具有良好的可拆卸性,同时还具备可靠的工作性能。

4）以带式输送机绿色设计关键技术为基础,提出了带式输送机绿色设计方法的基本步骤,并对一带式输送机设计方案进行绿色设计开发实例研究,经过方案选型,系统动态分析,零部件虚拟设计,可拆卸设计等环节,得到改进的带式输送机绿色设计方案；绿色设计方案比原方案节约成本约8.51%；应用多层次模糊评价方法对设计方案进行绿色评价,结果表明带式输送机绿色设计方案比原方案具有更好的绿色环保性。

2.课题来源

    本课题是程相文教授的科研课题。 

3.DTⅡ型带式输送机应用性

1）DTⅡ型带式输送机是通用型系列产品，可广泛应用于电力、冶金、矿山、煤炭、建材、港口、化工、轻工、石油和交通运输等各行各业。由单机或多机组合成运输系统来输送物料，可输送松散密度为500~2500kg/m3 的各种散状物料和成件品。

2）DTⅡ型带式输送机适用于的工作环境温度为-25~40℃。对于在特殊环境中工作的带式输送机，如要求具有耐热、耐寒、防水、防腐、防爆、阻燃等条件，应另行采取相应的防护措施。

3）DTⅡ型带式输送机均按部件系列进行设计。设计者可根据输送工艺要求，按不同的地形、工况进行选型并组合成整台输送机。

4）输送机允许输送的物料粒度取决于带宽、带速、槽角和倾斜角，也取决于大块物料出现的频率。带宽超过1200mm后，粒度一般应在350mm范围内，不能随带宽的增加而加大。

5）本系列带宽范围为500~2400mm，其中常用值为500~1400mm，带速范围为0.8~6.5m/s，其中常用值为0.5~5.0m/s，并且各系列带宽和带速有一定的匹配关系。由此可见，DTⅡ型带式输送机的应用范围是相当广泛的。也是相对规范化、系列化和标准化的。

4. DTⅡ型带式输送机先进性

DTⅡ型输送机属通用型系列产品，能满足足水平、提升、下运、带凸凹孤与直线组合等多种输送形式，具有适应性强、阻力小、寿命长、保护装置齐全输送量大、结构合理、维修方便、部件标准化等优点，以棉帆布，尼龙，聚酯帆布和钢丝绳芯输送带作拽引构件的连续输送设备，可广泛用于电力，煤炭，矿山，钢铁，建材，化工，烟草，环保，粮食，轻工，石油等众多行业。输送带密度为500-2500kg/m3的各种散状，块状或成件物品，具有运量大，爬坡能力强，噪音小，维护方便，易损件互换性好等特点，便于实现运输系统自动化控制，工作环境的温度为<40℃。

DTⅡ(A)型固定式带式输送机是通用型系列产品，可广泛用于冶金、煤炭、交通、电力、建材、化工、轻工、粮食和机械等行业，输送堆积密度为500～2500kg/m3的各种散状物料和成件物品，适用环境温度为-20～+40℃。

5.发展前景

    长距离、大运量、高速度是当前皮带运输机发展的方向。采用高精度托辊和高性能输送带减小运行阻力; 合理确定输送带的安全系数; 采用合理的可控起制动或软起制动装置减小动力作用; 利用动态分析方法对大型带式输送机进行优化设计。不过上面几点的实现, 需要通过长期的实践经验的总结积累, 广泛听取各行业的意见, 以促进我国带式输送机技术水平的不断提高。

带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中。在矿山的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中，广泛应用带式输送机长距离、大运量、高速度是当前皮带运输机发展的方向。采用高精度托辊和高性能输送带减小运行阻力; 合理确定输送带的安全系数; 采用合理的可控起制动或软起制动装置减小动力作用; 利用动态分析方法对大型带式输送机进行优化设计。

二、设计方案（含设计主要内容、方法手段及预期达到的目标等）

1.设计主要内容

DTⅡ型带式输送机的03D—06D系列拉紧行程为17m的不同型号的传动托辊的设计，受力计算及强度校核，包括：夹轨轮，车轮，滑轮组，纵梁以及横梁等，主要根据最大拉紧力的不同，进行车轮，滑轮组，夹轨轮等结构的设计，强度校核受力计算。最后使用Pro/E软件进行绘制零件图和零件图的装配。

2.方法手段及预期达到的目标

综合应用已学过的机械制图、理力、材力、机械原理、机械设计、公差配合、机制工艺、机械系统设计、互换性与测量技术等课程知识；大量查阅国内外资料；并结合设计题目研究机械设计的一般方法、设计过程、设计步骤、所需资料和手段等完成设计要求。熟悉机械设计的基本过程、一般方法，以及尺寸精度、公差配合、工程材料的选用；熟练掌握机械设计手册的使用方法；熟悉机械结构设计规范、机械工程标准的应用。设计中，应深入研究现有的资料和典型结构并充分利用国家标准规范和设计规范。将理论知识付诸于实际问题的解决，付诸于实践。从而得到机械设计的系统训练。

本次毕业设计，培养学生进行机械设计的综合能力，学会如何进行设计，熟悉设计过程、设计步骤、所需资料和手段，掌握进行机械设计所需的基本能力。

3.完成题目所需要的实验或实习条件

老师给我们提供设计资料，以及在校图书馆、上网查询相关方面的资料，通过同学及老师的帮助和指导，大量阅读有关方面信息。

三、进度安排

第一周：根据设计任务书搜集整理国内外相关资料文献。

第二周：根据设计任务书搜集整理国内外相关资料文献。

第三周：由原始数据计算传动滚筒的主要参数，选出相关标准部件。

第四周：应用Pro/E绘图软件进行绘图，绘制零件图。

第五周：在导师的帮助与指导下，对上一周所画的零件图进行修改，并准备本周所要画的图的资料。

第六周：应用Pro/E绘图软件进行绘图，绘制滑轮组，夹轨轮等。

第七周：在导师的帮助与指导下，对上周所画的滑轮组，夹轨轮等各部件图图进行修改。

第八周：应用Pro/E绘图软件进行绘图，绘制绞车拉紧车机架的横梁，纵梁。

第九周：在导师的帮助与指导下，对上周所画的横梁，纵梁的设计图进行修改。

第十周：设计和绘制绞车拉紧车装配图。

第十一周：根据传动滚筒的二维图纸，用Pro/E进行三维造型。 

第十二周：修改上周传动滚筒装配图。

第十三周：对绞车拉紧车和相应的传动滚筒进行总装配。 

第十四周：撰写毕业论文初稿，对整体进行检查，进一步完善设计。

第十五周：查找外文资料，进一步完善论文内容。

第十六周：翻译外文资料，完善毕业论文，深刻检查准备答辩，毕业答辩。

四、参考文献

[1] 李煜.带式输送机和主要部件设计计算与产品技术参数资料及国内外标准规范 

    实用手册,北方工业出版社,2006.10

[2] 李婷，杜春玲.带式输送机驱动系统的发展现状.北京：科技信息,2007

[3] 《运输机械设计手册》编委会.运输机械设计手册.上册.北京：化学工业出 

    版社，1999.1

[4] 宋晓琨. DTⅡ（A）型带式输送机CAD系统的开发.太原：太原理工大学,2007

[5] 机械工业部北京起重运输机械研究所编. D T l 型固定式带式输

送机设计选用手册.北京：冶金工业出版社，1994

[6] 张展.减速器设计选用手册.上海：上海科学技术出版社，2002.5

[7] 成大先.机械设计手册单行本液压传动.北京：化学工业出版社，2004.1

[8] 李洪、曲中谦. 使用轴承手册.辽宁：辽宁科学技术出版社，2001.10

[9] 包头钢铁设计研究总院、中国刚结构协会房屋建筑钢结构协会.刚结构设计与计算.第二版.北京：机械工业出版社 .2006.1 

[10] 罗邦富、魏明钟、沈祖炎、程明辉主编.钢结构设计手册.北京：中国建筑工业出版社，19.10 

[11] GBT 10595-2009 《带式输送机》[S]。第一版，北京：中国标准化出版社，2009.7 

[12] Smith Ian ,Lasserson Toby J. Pressure modification for improving usage of continuous positive airway pressure machines in adults with obstructive sleep apnoea..New York : Harper & Row, 2009-4. 

[13] FU Jun-qing; WANG Cong; HUO Wei .Development of belt conveyor driving system Journal of Coal Science & Engineering(China), 2004,01 [14]MENG Guo-ying CHEN Jing-li LI Yu-jin .Research on Dynamic Tension for Belt Conveyor with Constant Force Automatic Take-Up Assembly,Journal of China University of Mining & Technology, 2003.02 

[14] Xue He; Su Qingzu .LOAD DISTRIBUTION ON DRUMS OF DOUBLE DRIVE

BELT CONVEYOR,Journal of Coal Science & Engineering(China),