机械皮带机刮水器设计.docx

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机械皮带机刮水器设计

B1400带式输送机刮水器设计

摘要

带式输送机是连续运输机中效率最高、使用最普遍的一种机型。

带式输送机广泛应用于火电厂、采矿、冶金、港口等部门。

带式输送机刮水器是带式输送机的辅助设备，该设备主要安装在料场露天输送带的头部和尾部，在启动时将带式输送机输送带上积存的雨水及时刮掉，避免积存在输送带上的雨水进入物料，影响物料的性质。

该设备结构简单、维修方便、造价低、能耗少、适应性强。

本设计中，通过分析、比较，选用电动推杆作为驱动机构，电动推杆具有动作灵敏、平稳、可靠、无噪声、体积小、重量轻、推拉力大、速度范围广、耗能小、装卸方便、价格低廉等优点。

确定总的设计方案后，进行平托辊、拉杆、托辊支架、电动推杆、电动推杆支架、推杆支座、活节螺栓等的结构设计，以及各种标准件的选择。

本设计的刮水器采用托辊将水刮下，其优点是摩擦小、对输送带的损伤小，是对传统的犁式刮水器的一种突破。

关键词：

输送带输送机；犁式刮水器；托辊

TheDesignofwipersofB1400BeltConveyor

Abstract

Thebeltconveyoristhemostefficientandthemostcommonlymachineincontinuoustransportdevice.Itiswidelyusedinthermalpowerplant,mining,metallurgy,theportandsoon.

Thewipersofbeltconveyorarebeltconveyor’sauxiliaryequipment.Theequipmentismainlyinstalledintheopenyardoftheheadandtailbelt.Itisusedtoscratch-offwaterintimetoavoidthewaterintomaterialssothataffectthenatureofmaterialswhenthebeltconveyorstarts.Thedevicehasasimplestructure,easymaintenance,lowcostandlowpowerconsumption,adaptability.

Inthisdesign,motorizedfaderisselectedasthedrivemechanismthroughanalysisandcomparison.Itsadvantagesareactionsensitive,stable,reliable,nonoise,smallsize,lightweight,bigpushpull,widespeedrange,easyhandling,lowprice.Afterdeterminingthetotaldesign,designthestructureofpintoroller,rod,rollerframe,electricputt,puttelectricframe,puttingsupport,livesectionboltsandchoosestandardparts,tolerancelevel.Thedesignofthewipersuseroller-type,itsadvantagesaresmallfriction,smallinjury.Itisabreakthroughinthetraditionalplowrelativewipers.

Keywords:

conveyorbelt;wipersplow;roller

2.2.1槽型托辊架的设计………………………………………14

2.2.2槽型托辊架支架的设计…………………………………15

2.2.3整架在整机中的安装…………………………………16

致谢……………………………………………………………………38

1绪论

1.1带式输送机刮水器概述

近二十多年来，我国电力工业迅速发展，随之而来的是电厂的用煤量也是与日俱增，电厂的用煤一般都是由轮船或火车运到厂内卸下，用带式输送机输送到煤场或原煤仓。

带式输送机是连续输送物料机械中效率最高、使用最普遍的一种机型，是电厂输煤系统的主要设备，它起着给锅炉提供燃料、保证锅炉燃烧的作用。

但是在多雨的季节，槽输送带上会积存大量的雨水，如果在输送带启动时不及时刮掉，积存的雨水就会随输送带进入物料，影响物料的使用性质，因此在带式输送机上就需要配备刮水器。

带式输送机刮水器安装在带式输送机的头部和尾部的露天位置，工作时推杆驱动托辊上升把输送带托平或托起一定高度，同时驱动刮水器刮水板下降与输送带接触，由于输送带向一个方向运行，将雨水分刮到两侧，从而达到将停运时输送机输送带上积存的雨水在启动时及时刮掉，避免积存在输送带上的雨水在运行时进入物料。

带式输送机刮水器按框架结构可分为门式带式输送机刮水器和犁式带式输送机刮水器。

而对于犁式带式输送机刮水器，根据犁刀是否运动，又可以分为托辊升降式和滑槽式两种。

带式输送机刮水器主要是由机架、刮水板、托辊、连杆及驱动机构组成，其中门式带式输送机刮水器驱动机构由两台推杆组成，工作平稳，调整方便，而且具有较强的刚度；犁式带式输送机刮水器由一台电动推杆作为驱动机构，轻便灵活，重量轻，操作简便，且具有可变槽角托辊，易于达到将积存雨水清除干净的目的。

而对于托辊升降式和滑槽式两种刮水器。

（1）托辊升降式刮水器主要由电动推杆、机架、犁刀、压辊、升降托辊架、槽形托辊等组成。

工作时，电动推杆回缩，犁刀落下、压辊压平输送带，同时，槽形托辊展平支持输送带，当带式输送机启动运行时，犁刀将输送带上的积水刮落。

（2）滑槽式刮水器主要由机架、刮水犁刀、托辊、连杆、滑槽和电动推杆等组成，工作时，刮水犁刀固定不动，电动推杆通过连杆顶起托辊沿滑槽上升，输送带被托起与刮水犁刀贴合，当带式输送机启动运行时，刮水犁刀将输送带上的积水刮落。

1.2带式输送机刮水器存在的问题

国内带式输送机刮水器可分为两种:

①是槽角可变式,即犁在外力推动落下时,犁下承托输送带的托辊组能与犁同步在外力推动下由槽型展平成直线型,此时犁下刮水平面能压紧输送带上平面,实现刮水。

当犁在外力拉动下抬起时,犁下承托输送带的托辊组由展平状恢复成槽型,从而解除刮水状态。

这种犁式刮水器结构相对复杂,安装调试较麻烦,使用过程中会出现动作不灵活、卡死等现象,同时由于输送带与犁下刮水平面贴合间隙无法调节,会出现刮不干净现象；②是槽角不变式,即犁下承托输送带的结构为固定式,这种固定式承托面始终与输送带理论中心高线重合,犁下落或拉起动作的实现与槽角可变式原理相同,这种犁式刮水器结构比槽角可变式简单,但由于固定式承托面始终与输送带理论中心高线重合,会导致刮水段输送带一直处于半抬高状态,不但增加了输送带的磨损,而且由于刮水段输送带抬高后槽角有所展平,相应的加大了非刮水状态时洒料的可能性。

对于传统的带式输送机刮水器，其犁身与输送带的平行位置是通过推杆伸缩量的多少来实现的。

这一特定位置，在调试过程中是很难达到的。

从受力情况分析，只有在犁身与输送带处于平行状态时，输送带面上受到的犁身压力才是均匀的。

由于输送带受力不均匀，造成输送带变形，轻者加速输送带的磨损，重者造成啃伤输送带的现象。

如果在输送带运行时，输送带面缺陷处理得不好，修补时不平整或交接处有缝隙，使犁与输送带面接触不好，也将会导致输送带破绽处划坏。

1.3本课题主要研究的内容

本课题设计的主要研究内容除了要解决以上提出的带式输送机刮水器存在的问题，还要完成以下功能：

1、该设备能从带宽B=1400的带式输送机中部将输送带上的水刮下；

2、刮水器停止时应恢复刮水处托辊的槽角，以防止输送物料时洒落；

3、刮水器要满足DTⅡ型带式输送机要求。

2设计过程

2.1槽型托辊架设计

2.1.1托辊及其作用与类型

（一）作用

托辊是决定带式输送机的使用效果，特别是输送带使用寿命的最重要部件之一。

托辊组的结构在很大程度上决定了输送带和托辊所受承载的大小与性质。

对托辊的基本要求是：

结构合理，经久耐用，密封装置防尘性能和防水性能好，使用可靠。

轴承保证良好的润滑，自重较轻，回转阻力系数小，制造成本低，托辊表面必须光滑等。

支承托辊的作用是支承输送带及带上的物料，减小带条的垂度，保证带条平稳运行，在有载分支形成槽形断面，可以增大运输量和防止物料的两侧撒漏。

一台输送机的托辊数量很多，托辊质量的好坏，对输送机的运行阻力、输送带的寿命、能量消耗及维修、运行费用等影响很大。

安装在刚性托辊架上的三个等长托辊组是最常见的，三个托辊一般布置在同一个平面内，两个侧托辊向前倾

；亦可将中间托辊和侧托辊错开布置。

后一种形式托辊组的优点是能接触到每一个托辊，便于润滑；缺点是托辊组支架结构复杂、重量大，并且输送带运行阻力大约增加10％。

因此实际上主要采用三个托辊布置在同一平面内的托辊组。

（二）类型

托辊可分为槽形托辊、平行托辊、缓冲托辊和调心托辊等；

槽形托辊（图5-3）用于输送散粒物料的带式输送机上分支，使输送带成槽形，以便增大输送能力和防止物料向两边洒漏。

目前国内

Ⅱ系列由三个辊子组成的槽形托辊槽角

为

或

，增大槽角可加大载货的横断面积相防止输送带跑偏，但使胶带弯折，对输送带的寿命不利。

为降低胶带边缘的附加应力，在传动滚筒与第一组槽形托辊之间可采取槽角为

、

、

的过渡托辊使胶带逐步成槽。

图5-3槽形托辊

平形托辊由一个平直的辊子构成，用于输送件货。

其结构简图如图5-4所示：

图5-4平行托辊

缓冲托辊用于带式输送机的受料处，以便减少物料对输送带的冲击，有橡胶圈式和弹簧板式等。

其结构简图如图5-5所示：

图5-5缓冲托辊

a）橡胶圈式b）弹簧板式

调心托辊用来调整输送带的横向位置，使它保持正常运行。

调心托辊形式很多，输送散粒物料最简单的是采用槽形前倾托辊，如图5-6所示．借助两个侧托辊朝胶带运行方向前倾一定角度（一般约

）而对跑偏的输送带起复位作用。

这种方法简单，但会使阻力增大约10％。

其它还有锥形、V形、反V形等多种调心托辊，可按需选用。

托辊直径与带宽、物料松散密度和带速有关。

随着这些参数的增大，托辊直径相应增大。

带式输送机有载分支最常用的是由刚性的、定轴式的三节托辊组成的槽形托辊。

一般带式输送机的槽角为

，如果槽角由

增大到

，则在同样带宽条件下物料横断面积增大20％，运输量可提高13％，带式输送机的无载分支常采用平形托辊。

带式输送机的装载处由于物料对托辊的冲击，易引起托辊轴承的损坏，常采用缓冲托辊组。

托辊密封结构的好坏直接影响托辊阻力系数的大小和托辊的寿命。

托辊的转动阻力不仅与速度、轴承及其密封有关，而且与润滑脂的选择也有很大关系。

润滑脂除起润滑作用外，还起密封作用。

图5-6侧托辊前倾的调心托辊

（三）托辊间距

托辊间距的布置应遵循胶带在托辊间所产生的挠度尽可能小的原则。

胶带在托辊间的挠度值一般不超过托辊间距的2.5％。

在装载处的上托辊间距应小一些，一般的间距为300～600mm，而且必须选用缓冲托辊，下托辊间距可取2500～3000mm，或取为上托辊间距的两倍。

在有载分支头部、尾部应各设置一组过渡托辊，以减小头、尾过渡段胶带边缘的应力，从而减少胶带边缘的损坏。

过渡托辊的槽角为

与

两种，端部滚筒中心线与过渡托辊之间的距离一般不大于800～1000mm。

带式输送机在运转过程中，经常出现胶带跑偏现象，即胶带运行中心线偏离输送机的的纵向几何中心线。

为防止和克服胶带跑偏现象，常用的方法是采用不同形式的调心托辊，在有载分支每隔10组槽形托辊放置一组调心托辊，下分支每隔6~10组平型托辊放置一组调心托辊。

最简单的调心托辊是上分支采用前倾式槽形托辊，下分支采用V型前倾式托辊，前倾托辊的两个侧托辊朝胶带运行方向前倾

。

由于托辊有前倾角，则胶带运行速度

和托辊周围速度

之间相差一个角度，因而托辊相对胶带就有一个相对速度

;使托辊有沿轴向产生相对运动的趋势，但是，托辊受托辊架的限制不能运动，于是两侧托辊相对胶带就产生一个向内的横向摩擦力。

当胶带位于正中央时，胶带两侧受力平衡。

当胶带偏向一侧时，该侧胶带和托辊所受正压力增加，则胶带所受到的横向摩擦力大于另一侧，因而使胶带又回复到正中位置。

这种托辊防跑偏简单可靠，但由于胶带运行时存在附加滑动摩擦力，增加了胶带的磨损，前倾托辊只能用于胶带单向运行。

另外还有一种回转式调心托辊，槽形调心托辊用于有载分支，其防跑偏原理与前倾托辊相同。

当胶带跑偏时，胶带的一侧压在立挡辊上，给挡辊以正压力和摩擦力，从而使托辊架绕垂直轴回转一角度，这时胶带受到一个与跑偏方向相反的摩擦力，使胶带向输送机中心线移动，从而纠正跑偏现象。

这种调心托辊在固定型带式输送机上应用的很多。

2.1.2托辊的选型

由于胶带输送机胶带跑偏常常引起设备停机，撒料，机架堵塞，胶带边缘撕裂、磨损等故障，严重影响了设备的使用及寿命，明显地降低了运输经济指标。

因此，设计时应引起注意，现着重分析带式输送机胶带跑偏的原因并提出相应的防偏措施。

（1）带式输送机胶带跑偏的主要原因

带式输送机在运转过程中受各种偏心力的作用，使胶带中心偏离输送机的中心线，产生偏心，其主要原因是卸料点偏心给料、安装制造误差、风力干扰、蛇行等。

胶带跑偏不仅能引起胶带边缘的磨损、物料洒落等，而且还能造成人力、物力和财力的浪费。

（2）改变托辊组结构来防止带式输送机胶带跑偏

胶带跑偏是通过胶带传送给托辊。

使托辊组与胶带间的摩擦力产生变化引起的。

因此，解决输送机的胶带跑偏问题，最好是改变托辊组结构，常见的防偏托辊组结构有前倾托辊组、调心托辊组和铰链式吊挂托辊组。

1）前倾托辊组

前倾托辊组与普通托辊组的区别在于侧辊在边支柱上沿输送机运行方向前倾一个角度，一般为1.5°～2.O°从安装制造上讲，不会造成成本的增加。

前倾托辊组纠偏原理是：

当胶带跑偏时，偏离侧的托辊与胶带的摩擦力增大，而胶带运行方向与托辊的线速度方向有一夹角及前倾角，使胶带产生一个向心的纠偏力。

由于辊子的前倾增加，胶带的运行阻力也会增加，输送机全程采用前倾托辊，耗能约增加10％～20％，所以，长距离的输送机不宜全程采用前倾托辊组。

合理的前倾托辊组其边支柱应做成可将边托辊置于前倾和对中两种位置上，在调试运行过程中。

只有跑偏段的托辊调到前倾位置上输送机的耗能增加很少，不会超过3％。

一般情况下。

给料稳定的胶带机采用前倾托辊组，能较好地解决胶带跑偏问题。

2）调心托辊组

调心托辊组重量较大、成本较高。

对于给料经常发生变化的胶带机用调心托辊组纠偏效果较好。

目前采用的调心托辊组主要有锥形连杆式双向自动调心托辊组、分体式锥形调心托辊组和带侧挡辊的调心托辊组。

调心托辊组的纠偏原理是：

当胶带跑偏时，引起托辊上的载荷重新分布并且是不均匀的，相对转轴产生扭矩，跑偏量较小时，调心托辊组的扭矩小于摩擦力矩，调心托辊组不会转动，对跑偏没有反应，当跑偏量逐渐增大，扭矩超过摩擦力矩时横梁就围绕立轴成旋转，并随着转动的增加，转矩继续加大，调心托辊组继续转动，辊子的线速度方向与胶带的运行方向形成的夹角增大，使它们的摩擦力产生向心分力。

强制胶带返回中心位置，而越过中心位置向另一侧继续移动，扭矩也逐渐减少，经过几次往复直到扭矩小于摩擦力矩。

胶带达到稳定运行。

试验证明，每8～1O个托辊组增加一个调心托辊组，能很好地解决胶带跑偏的问题。

3）铰链式吊挂托辊组

铰链式吊挂托辊组的辊子是相互铰接的。

侧辊靠拆卸方便的挂具吊在机架或钢绳上，特别适用于输送大块物料和经常搬移、安装精度不高的移置式输送机上。

它的纠偏原理是：

胶带跑偏时物料偏向一边，铰接的托辊组外形发生变化，跑偏的一边因承载力的加大，胶带与辊子摩擦力的增大，位于跑偏一边的侧托辊倾角大于另一侧的托辊倾角，使中间辊发生偏转．并产生调心力，由于物料的大部分由中间辊承受．因此总的调心力显著增大，对胶带纠偏效果很好。

铰链式吊挂托辊组的优点：

一是更换托辊时不停机。

在输送物料过程中可将托辊组与胶带脱离随时更换，对载荷的适应性强。

二是托辊组重量轻。

由于它没有横梁．所以比一般的托辊组重量轻许多。

三是噪音低。

因其属于挠性连接，所以可以吸

收振动和冲击，运行平稳。

这种托辊在国外得到了广泛的应用，国内也多次采用了这种结构的托辊，但应注意铰链式吊挂托辊组不适用于井下输送机。

因为输送机的倾角使胶带产生偏心横向力，胶带不易使输送机对中运动，造成运行的不稳定。

该设计采用槽形托辊用于输送散粒物料的带式输送机的上分支，最常用的由三个棍子组成的槽形托辊。

2.1.3托辊的校核

（一）上托辊的校核

所选用的上托辊为槽形托辊

，其结构简图如下：

图5-7槽形托辊

结构简图

（1）承载分支的校核

查表2-74得，上托辊直径为89mm，长度为315mm，轴承型号为4G204，承载能力为4400N，大于所计算的

，故满足要求。

（2）动载计算

承载分支托辊的动载荷：

式中：

——

——运行系数，查表2-36，取1.2；

——冲击系数，查表2-37，取1.04；

——工况系数，查表2-38，取1.00。

则：

故承载分支托辊满足动载要求。

2.1.4选辊子

辊子是托辊的重要组成部分。

根据直径和承载能力的不同，辊子可分为轻、中、重型三种；根据辊子的作用和外形可分为普通辊子、缓冲辊子、梳形辊子和螺旋辊子。

由于槽型托辊的主要作用是承载，固只须选用普通辊子即可。

托辊辊径与长度的选择必须符合《GB/T990-1991带式输送机托辊基本参数与尺寸》的规定。

查《DTⅡ（A）型带式输送机设计手册》表1-8知适合输送带宽度B=1400mm的托辊直径为89mm、108mm、133mm和159mm四种。

在本设计中，选择的托辊直径为133mm。

由于槽型托辊要求能在一定角度内转动，故其长度选择可参照普通35

槽形托辊架。

查《DTⅡ（A）型带式输送机设计手册》表6-3，可选择L=530mm。

又由同手册表6-26得：

轴承型号为6305/c4，d=25mm,b=18mm,h=8mm,f=17mm,旋转部分质量为8.21kg,质量为10.7kg，图号为DTⅡGP3306。

其示意图如下图2-1所示：

图2-1槽型托辊辊子

2.2架的设计

2.2.1槽型托辊架的设计

根据以上选定的槽型托辊棍子来设计槽型托辊架，如图：

图2-2槽型托辊架

根据普通托辊棍子的尺寸数据，由L=530mm，可设计L1=540mm，由于h=8mm，D=133mm，可设计托辊架竖架的厚度为b1=8mm，宽度为H=100mm，材料选用100×8的热轧扁钢（GB/T704-1988）制造。

因托辊架横架要承载辊子，又根据已选择的托辊架竖架要焊接在托辊架横架上，需留出一定的焊接长度，最终设计选择长度L2=566mm的100×48×5.3的槽钢（GB/T707-1988）制造，根据普通托辊棍子b=18mm，可设计托辊架竖架的B=18mm；由于d=25mm，可设计托辊架竖架的d1=25mm，根据D=133mm，托辊不能与托辊架横架互相干涉，必须留出足够的安全距离，因此设计L3=75mm，L4=85mm；由于本次设计的槽型托辊架可以在一定的角度内自由转动，因此设计成槽型托辊架与槽型托辊架支架之间靠销轴连接，根据经验，销轴选择材料为35钢、热处理硬度28~38HRC、表面氧化处理的B型销轴：

销轴GB88232×117（GB/T882—2000），销轴是标准件，具体尺寸数据可查《机械设计手册》新版（机械工业出版社）第二卷表6.3－61；与之配合的开口销选择公称直径d=8mm、长度l=60mm、材料为Q235、不经表面处理的开口销：

销GB/T918×60（GB/T91-2000），开口销也是标准件，其具体尺寸数据可查《机械设计手册》新版（机械工业出版社）第二卷表6.3－59；与之配合的销轴用平垫圈选择规格32mm、性能等级160HV、不经表面处理的平垫圈：

垫圈GB/T97.332（GB/T97.3-2000）。

平垫圈是标准件，其具体数据可查《机械设计手册》第五版（化学工业出版社）第二卷P5-155。

2.2.2槽型托辊架支架的设计

根据以上设计的槽型托辊架来设计槽型托辊架支架，如图2-3所示：

图2-3槽型托辊架支架

由于槽型托辊架支架和槽型托辊架相互配合，对其起到支撑作用，因此d1=32mm，根据经验，设计L1=50mm；根据普通托辊在中间架上的装配距离H1=198.5mm，E=1800mm，H2=573mm，查《机械设计手册》第五版（化学工业出版社）第一卷，竖架最终设计成长度为L4=264mm的50×14的热轧扁钢（GB/T704-1988），竖架焊接在长度L3=1800mm的140×58×6的热轧槽钢（GB/T707-1988）上，其中L2=274mm，L5=140mm，L6=14mm，L7=100mm。

由于架的承载重量比较大，因此材料可以选择Q235。

2.2.3整架在整机中的安装

图2-4整架安装图

整个托辊架按图2-4所示安装在中间架上。

如图，在中间架上固定槽型托辊架支架，再在槽型托辊架支架两支竖架上安装槽型托辊架，由于槽型托辊架有一定的偏心距离，故其可以在一定的范围内自由转动。

在输送带正常输送物料时，由于物料有向下的压力，托辊会自然形成一定的角度，形成槽型，防止输送带跑偏，物料溢出。

在刮水器刮水时，平行托辊组上升，把输送带托平，此时本托辊角度会随受力的改变而自由改变，不会对刮水动作产生干涉。

2.3平托辊组架的设计

在本设计中，平托辊组架是通过拉杆拉动升起到驱动托辊的高度，从而把输送带展平，并且在刮水器刮水时承载输送带。

2.3.1选辊子

刮水器无论是在工作时还是非工作时，平托辊组都只起承载作用，故选普通辊子即可。

由B=1400mm,知辊子长度应与其大体相等，直径可选与槽型托辊架辊子相同。

查《DTII（A）型带式输送机设计手册》表6－26可选择：

D＝133mm,L=1400mm,旋转部分质量为19.28kg，质量为24.99kg,图号为DTⅡGP3313，轴承型号为6305/c4,d=25mm,b=18mm,h=8mm,f=17mm。

考虑到实际情况，本设计中平托辊组辊子的个数设计为6个。

2.3.2架的设计

由结构要求，可将平托辊架设计如图2-5所示：

图2-5平托辊组架

由于本设计中所要刮的物料是水，由于其有较好的流动性和相对较轻的重量，故本设计中平托辊组架设计成把辊子直接安装在长为1198mm的规格为100×8的热轧扁钢（GB/T704-1988）上,为了保证整个平托辊组架不会发生形变或承载不住的情况发生，并且考虑到结构要求，用长1410mm，规格为63×10的热轧等边角钢（GB/T9787-1988）焊接在两热轧扁钢的两端。

在平托辊架的下面，焊接另一热轧等边角钢，其长度为1426mm，规格为63×10（GB/T9787-1988）。

其作用是：

1、增加整个平托辊组架的结构强度，防止其变形或是发生承载不住的情况；2、依靠本设计中的平托辊架支撑架，在刮水器未刮水时起定位作用。

平托辊组架受的压力比较大，因此选择比较好的碳素结构钢Q235