链板输送机课程设计

链板输送机课程设计（通用8篇）

篇1：链板输送机课程设计

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链板输送机故障预防措施及日常维护

链板输送机故障原因往往不是独立的，而是几种类型相互关联、相互影响的结果，例如：卡链就会导致过载，对链板、接链环、圆环链都会产生不同程度的冲击能量，导致整条传送链条承受的动张力增大，传送链条中强度最薄弱的零部件就会发生严重变形或断裂(往往是接链环)；当接链环或连接链发生断裂时，其周围的接链环、连接链、链板都会受到不同程度的冲击损伤，使输送机使用寿命及可靠性大大降低；腐蚀、磨损和长期的应力脉动会削弱传送链条的整体强度，加速疲劳破坏，而疲劳和腐蚀也会加快磨损程度。而每一种引起损坏的原因，都不单单是针对一个部件，它会对整个链板输送系统产生影响，但破坏只会发生在强度最薄弱的部位。因此，要综合考虑链板输送机运行中传送链条产生故障的原因，减少可以避免的危害发生，最大限度地预防故障的发生，提高输送机的运转可靠性。

1、传送链条部件的选择

在采购时要根据实际的输送工况，选择合理的链板输送机，从而选定合适的传送链条部件(链板、接链环、连接链)的规格和型式，要选用经过实际验证、具有良好信誉、符合相关质量标准的生产企业的产品，杜绝使用不合格的传送链条，加强连接链、接链环材质的质量控制，既考虑其强度，也要考虑其延伸率；采用防腐蚀处理的部件，提高链板的抗腐蚀疲劳强度；尽可能避免链环圆弧与直边内侧相接处的表面缺陷，以降低该处应力集中，减缓裂纹发生。

2、传送链条的组装

传送链条必须严格按出厂时的配对链条进行组装，链条长度要按照安装要求提供，链条不得出现扭曲现象；链板、接链环、连接链的安装位置与方向应符合安装要求；接链环立环的焊缝应向上，以减少接链环焊缝的磨损及焊缝对槽底板的磨损，以延长接链环寿命；接链环必须按安装要求正确连接，螺栓或销子必须安装到位；安装过程中严禁频繁点动，避免零部件损坏。

3、链板输送机机槽的铺设

链板输送机的机槽铺设如果凹凸不平，不仅会增大传送链条的运行阻力，而且会使整个链板输送机产生不断的冲击力(可以避免的)，对整个链板输送机的各个零部件都有不同程度的应力损害。因此，链板输

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送机机槽铺设应保持直线；链板输送机铺设要平整，如底板强度不足，可在底板背部使用加强筋，则有利于减少磨损和功率消耗。

4、传送链条的预张紧

传送链条的张紧要适度，使其符合安装要求。检查传送链条是否张紧合适，最简单的办法是，点动驱动装置张紧链条，数一下机头链轮下部松驰连接链的个数，如多于两个时需拆掉一些连接链。在链板输送机开始运行的两周内，应特别关注链板输送机的传送链条，因为在运转初期，传送链条的一部分弹性变形会逐渐消除，必须要及时张紧，避免出现跳链、卡链现象。

5、链板输送机的日常维护

加强链板输送机的日常巡检和维护保养，对延长输送机使用寿命、保持设备完好、实现设备安全运转非常重要。因此，对操作员工进行系统而有效的业务和职业素养培训，提高操作员工的职业技能和职业道德，可有效地防止意外故障的发生，增强输送机安全运转的可靠性。①对链板输送机传送链条应当进行定期的详细检查，发现问题及时处理或更换；②对可靠性较薄弱的接链环，过度变形和磨损超限的一定要及时更换；③在链板输送机运行一段时间后，可调换连接链的水平链环和垂直链环的方向，变换磨损位置，从而延长连接链的使用寿命；④及时调整传送链条的张紧程度，保证链条的预张力符合要求；⑤链板间距应符合安装要求，要及时补齐或更换缺少、损坏的链板；及时更换过度磨损的动力链轮，以免加速其他零部件及传送链条的损坏；⑥使用旧连接链时，必须成对使用等长度的连接链条，严禁使用长度不等的连接链条和破断强度达不到标准的连接链条。链板输送机运行过程中，严禁停止等料而造成物料堆积、过载，及时清除大块物料，最好给料处可增加大块和钢铁杂物筛选装置；⑦链板输送机链板机槽要通畅，及时清理异物。

链板输送机故障表现类型很多，导致故障的实质性原因相互交织，但只要做好以上五方面工作就会有效减少故障率，保证输送机的正常运行，从而保证整个生产系统的正常运行。

篇2：链板输送机课程设计

在设计快速拆装工具时,本文利用了发明问题解决理论TRIZ(The Theory of Innovation Problems Solving)中的冲突解决理论,确定出拆装工具欲改善的参数及其随之恶化的参数,然后查找阿奇舒勒矛盾矩阵,得到推荐的发明原理,最终得到最理想的解决方案。

一、现有问题分析

如图2所示,螺旋垂直输送机更换损坏的链板,需要把受损链板运到末端或前端,让其自然下垂从而使链板与防磨导条脱离,另一端采用锤头和销冲把固定的两块链板的销轴取出,确定好新链板的位置后,再把销轴冲进去。这种更换方法有两大缺点:一是空间有限但至少需要两人进行配合,一人扶住链板,一人进行拆装,不但不方便,而且锤击时销冲易碰到手,造成人身伤害;二是螺旋垂直输送机输出端高度达9.65米,两个人在高处更换损坏链板极其不方便,销轴容易落到地面上进而增加故障修复时间,维修人员也存在高处坠落的危险。显然,拆装工具的“体积”作为系统需要改善的特性,与拆装工具的“长度”、“强度”、“可靠性”存在技术冲突。为此,迫切需要一种操作方便、平稳、快速、安全的链板拆装工具。

二、解决方案的产生

1. 冲突矩阵的建立与一般解的产生

选择阿奇舒勒矛盾矩阵“运动物体的体积”作为系统需改善的特性,把“运动物体长度”、“强度”、“可靠性”三个参数作为对应恶化的特性。改善的特性与恶化的特性在阿奇舒勒矛盾矩阵的交汇处即为所需要的发明原理,如表1所示。表1所得到的发明原理序号,即为阿奇舒勒矛盾矩阵所推荐的发明原理,也就找出了问题的一般解,如表2

2. 拆装工具特定解的产生

表2得到的是一般解,通过对一般解的分析,发现可以利用的原理为1分割原理,4不对称原理,7嵌套原理,11预置防范原理,14曲面化原理。

根据1分割原理,可考虑将拆装工具分成手持部分、传动部分、定位部分,各部分能组装成一个整体

根据4不对称原理,传动部分采用棘条结构原理,当摇杆顺时针摆动时,铰接在杆上的棘爪插入棘条的齿内,使棘条向前移动当摇杆无动作时,棘条静止不动,摇杆作连续的往复摆动时,棘条便得到单向的间隙移动。棘条上下两面设计为不对称结构,一面有棘齿,一面光滑,当棘爪与有棘齿一面配合时,棘条向前运动,完成销轴的拆装;棘爪与光滑一面配合时,方便棘条的复位。

根据7嵌套原理,把棘爪放入手持部分钣金件的空腔中。

根据11预置防范原理,拆装工具的定位部分焊接加强筋,增加拆装工具的强度。

根据14曲面化原理,棘条整体结构为圆柱形,方便棘爪复位。

三、最优设计方案

通过对特定解所示发明原理的应用,最终得到最优设计方案,如图3、图4。

棘爪1、棘爪2都嵌套在钣金把手里,棘爪2负责推动棘条向前运动,完成销轴的拆装,棘爪1发挥锁止功能,保证棘条准确工作,棘条旋转180度,当光滑面与棘爪接触时,棘爪不起作用,方便复位

根据设计图纸,得到具体的拆装工具实物,如图5所示。

四、结论

本文利用TRIZ原理,结合实际情况,分析目前螺旋垂直输送机链板拆装系统存在的技术矛盾,并根据冲突矩阵得出了拆装工具的最优解该方案设计出的螺旋垂直输送机链板拆装工具使用方便,单人就可操作,大大减少了更换新链板时间,实际应用效果好,具有很强的推广价值。

摘要：本文以TRIZ中的技术冲突解决原理和阿奇舒勒矛盾矩阵为基础,对现有螺旋垂直输送机链板的拆装工具进行系统分析,运用矛盾矩阵表得到相应的发明原理,设计出了螺旋输送机链板的快速拆装工具。

篇3：刮板输送机总体配套设计

【关键词】刮板输送机；总体；配置；设计

0.前言

刮板输送机作为一种重要的传输工具，在当今生产工作尤其是采煤业中发挥着重要的作用。刮板输送机的总体配置设计在整个刮板输送机作用的发挥中起着基础性的作用，因此，为了能够更好的发挥刮板输送机的整体效益，需要我们对刮板输送机总体配置加以设计。刮板输送机具有结构坚实、结构简单的特点。它能够经受住多种外力的冲击，如煤炭、矸石等在传送过程中的冲击。此外，刮板输送机的机身较矮，便于安装和操作，在整个运行过程中，能够进行随意的进料和卸料，能够适应多种情况的需要，比如采煤工作面弯曲位移和起伏不平的需要，可能够较好的承受水平方向和垂直方向的弯曲。刮板输送机所具有的这些优点决定了刮板输送机使用范围的逐步扩大和使用需求的日益增加。因此，需要我们加强对输送机总体配置的设计和研究，计算好刮板输送机输送能力，确定好刮板输送机头部卸载高度等多种因素，从而实现刮板输送机工作的正常化和科学性。

1.输送机总体配套设计

刮板输送机总体配置设计是一项关系到整个工作流程的工作环节，它能够有效地提高刮板输送机的输送效率，降低生产成本，为施工的顺利进行提供良好的基础性条件。刮板输送机总体配置设计过程主要包括刮板输送机输送能力的计算、刮板输送机运量选取、刮板输送机功率配备、刮板输送机链条的选取（包括单、双链安全系数的计算）等。输送机机头部卸载高度的确定、输送机卸载的方式为端卸时卸载高度的确定、输送机卸载的方式为侧卸时机头卸载高度的确定、输送机总体配套几个尺寸间隙的确定、输送机水平弯曲段中部槽中心线增长量的确定、输送机铲板外侧到采煤机滚筒内侧距离Y1、Y2的确定、影响输送机挡板内侧与采煤机机身之间间隙的几个因素。

1.1刮板输送机输送能力计算

刮板输送机输送能力我们一般情况下用Q来表示，刮板输送机输送能力与物料堆积的密度（我们用ρ来表示）、刮板链条的运行速度（我们用v来表示）、溜槽上物料装载断面面积（我们要A来表示）有着密切的联系。刮板输送机输送能力Q的计算公式为：

Q=3600Avρ

在刮板输送机输送能力的计算之前，我们需要首先测定好物料堆积的密度、刮板链条的运行速度、溜槽上物料装载断面面积。对于物料堆积的密度与物料的材质、质量和体积有着重要的关系，刮板链条的运行速度是根据我们具体的施工条件所确定的，溜槽上物料装载断面面积与导向管断面面积、溜槽宽度、溜槽槽口宽度、溜槽槽口高度、物料的动堆积角、导向管的直径等有着密切的关系。

1.2输送机机头部卸载高度的确定

为进一步完善和提高侧卸式输送机的性能和可靠性，合理确定刮板输送机侧卸机头参数是十分必要的。在输送机机头部卸载高度的确定中，我们需要首先确定好关键的参数。主要包括重叠式侧卸机头中板卸载角、导链板的参数、犁煤板入煤角、出煤角和曲率半径、压链角、机头中板升角、刮板犁煤板之间的间隙等参数。我们在参数的确定中，应该尽可能的减少参数测定的误差，将误差降至最低，使得确定好的输送机机头部卸载高度更为精密化和科学化。输送机机头部卸载高度的确定根据卸载方式的不同又分为输送机卸载的方式为端卸时卸载高度的确定和输送机卸载的方式为侧卸时机头卸载高度的确定。

1.2.1输送机卸载的方式为端卸时卸载高度的确定

当我们使得输送机的卸载方式为端卸时，我们为了避免消耗较大的机器功率，我们一般采用留足转载机槽上沿与输送机机头之间的安全距离，保持输送机机头链条中心与底板之间距离，这种方式有利于避免机器功率的效率。除此之外，为了切实提高输送机的使用寿命，我们还应当将爬坡角度、过渡槽和机头架、卧底量等因素充分考虑进去，经过分析研究，我们知道当输送机卸载的方式为端卸时的卸载高度一般控制在650毫米到1000毫米之间最为合适。

1.2.2输送机卸载的方式为侧卸时机头卸载高度的确定

与输送机卸载的方式为端卸时的卸载高度测定相比，输送机卸载的方式为侧卸时的卸载高度测定与其既有相同点又有差异。在输送机卸载的方式为侧卸时的卸载高度测定中，转载机的机尾与输送机的机头的连接方式有交叉式和普通式两种。在交叉式的卸载高度测定中，我们能够把机头链条中心的重心降低，一般情况下降低650毫米为宜。与交叉式的卸载高度测定不同的是，普通式的卸载高度测定对于机头链条中心的重心要求不那么严格，一般不需要降低重心，而是稍微提高重心的方式来实现。

1.3输送机总体配套几个尺寸间隙的确定

输送机总体配置中尺寸间隙的确定也是刮板输送机总体配置设计的一项重要内容，输送机总体配置中尺寸间隙的确定主要包括输送机水平弯曲段中部槽中心线增长量的确定，输送机铲板外侧到采煤机滚筒内侧距离Y1、Y2的确定和影响输送机挡板内侧与采煤机机身之间间隙因素的确定。

（1）输送机水平弯曲段中部槽中心线增长量的确定我们一般把增长量用δ来表示，增长量δ与输送机中部槽水平弯曲角度（我们用α表示）、输送机中部槽端头外侧与中部槽中心线之间的距离（我们用a来表示）存在着一定的连续性。输送机水平弯曲段中部槽中心线增长量δ的计算公式为：

δ=atg（α/2）

（2）输送机铲板外侧到采煤机滚筒内侧距离Y1、Y2的确定。

采煤机在输送的过程中，存在一个“Y”值会随着输送机的运行而发生变化，通过分析，我们得知，Y1、Y2这两个数据在输送机的运行过程中发生着变化，Y1、Y2的大小直接影响采煤机滚筒的装煤效果。对于输送机总体配套几个尺寸间隙的确定具有重要的意义。

（3）影响输送机挡板内侧与采煤机机身之间间隙的几个因素。

对于输送机来说，采煤机身与挡板内侧之间的间隙受多种因素的影响。主要包括采煤机的前后两个牵引轮之间的距离、采煤机的两个牵引轮导向滑靴的距离和采煤机前身与采煤机的两个前后牵引轮导向滑靴之间的距离等因素。因此，我们必须综合考虑以上各个方面的影响，紧紧围绕影响输送机挡板内侧与采煤机机身之间间隙的几个因素展开研究和分析。

2.影响工作面三角煤的几个因素

对于工作面三角煤来说，其影响因素也较多。影响工作面三角煤的因素主要包括采煤机摇臂、卸载方式、输送机机头机尾位置、卸载高度和采煤机的滚筒直径、上下摆角和摇臂长度等因素的影响。因此，我们必须从以上各个方面出发，结合具体的施工条件和施工要求，采用多种方式对影响工作面三角煤的因素加以控制和管理，切实提高刮板输送机总体配置的水平。

3.小结

刮板输送机作为一种重要的传输工具，在当今生产工作尤其是采煤业中发挥着重要的作用。刮板输送机的总体配置设计在整个刮板输送机作用的发挥中起着基础性的作用，因此，为了能够更好的发挥刮板输送机的整体效益，切实提高刮板输送机的输送效率，减少运行成本，我们需要加强对刮板输送机总体配置的设计和研究，要充分考虑输送机总体配置设计原理和影响因素，采用多种方式对刮板输送机的总体配置设计进行研究，不断促进刮板输送机总体配置设计的科学性和合理性。

【参考文献】

篇4：创新的链板输送系统

高档轿车的个性化配置是一件很完美的事情, 这对于轿车的顶盖来说也是如此。在两到三款的车型中, 需要20来个不同款式的顶盖是非常司空见惯的事情, 在对这些花样品种繁多的部件加工中, 需要把它们输送到一个激光加工站中进行加工, 为此, 汽车生产厂家要求配备一套既节省空间, 又能够大大减轻搬运工作负担的轿车顶盖输送系统。

完美的匹配

博世力士乐与系统集成伙伴Woll公司一起共同开发了一种客户专用的解决方案, 在这个解决方案中, 采用悬挂式输送的方式来输送轿车顶盖。

在该系统中, 采用了链板输送系统Vario Flow 90, 其中配置了带有固定挂钩的长款式工件托盘, 由此, 悬挂式输送方式取代了将顶盖平躺放在输送链上进行输送的方式。

最重可达6kg的轿车顶盖垂直且节省空间地悬挂在大约距地面3m高的挂钩上, 然后被直接输送给加工站的机器人, 机器人负责把顶盖从挂钩上取下, 并放置到一个能够在激光加工站内翻转180°的夹具上加工;加工结束之后, 夹具再重新翻转180°, 使加工完毕的工件离开加工站;接着机器人从夹具上取下顶盖, 重新将其挂到悬挂式输送线上继续送往下一个工位。

几乎达到了全自动工作

这套输送系统的最大优势在于, 在工件加工的同时, 工人还可以从事其他的工作, 只是系统的上料和取下加工好的顶盖工作还需要人工来完成。在设备中第一次增加了一个转换装置, 它能够自动对工件进行处理, 并且在输送线终端对它们进行缓存, 这样不仅能够只需一道工序即可完成下料工作, 而且还能按照时间计划表进行匹配, 即使在中间休息和工班结束时, 也能保证设备的正常运行。

篇5：带式输送机的除尘系统设计

关键词 粉尘 带式输送机 除尘系统

中图分类号：TH132 文献标识码：A

环境中有害物质的产生主要有两个来源，其一：自然过程产生的有害物质。一般通过大气的自净作用可以消除；其二：人类活动过程产生的有害物质。不但直接危害人类的健康，也影响到自然过程的进化，成为可持续发展的绊脚石。因此，对于后者，必须采取强制手段加以控制，并采取有效的除尘技术。

人类活动过程产生的有害物质主要有三个方面：工艺生产过程中产生的有害物质，生活过程中产生的有害物质及交通运输过程中产生的有害物。火力电厂以燃煤为主，其烟尘排放量大、废弃物多、污染大而成为烟尘污染的最主要来源。

1 输煤系统粉尘产生机理和治理现状

1.1 粉尘的产生机理

带式输送机是电厂输煤系统广泛使用的运输设备，多用于输送松散密度为0.8t/m3～2.5 t/m3的各种粒状、粉状的散体物料。在输煤皮带转载处，物料在下降过程中，受到重力势能以及输煤皮带等运动部件传递的动能，空气同物料一起流动，这几方面的作用造成了罩内的正压，在这一压力的作用下，粉尘会向工作区逸散。另外，输煤皮带本身也是一个不可忽略的尘源，因为它在输煤过程中，不可避免的会发生皮带的振动，从而产生扬尘现象。并且扬尘分散度比较高，5 m以下的占到了70%以上。整个输煤过程多在户外进行，因此会使粉尘产生飞扬甚至扩散到整个操作区。同时，已经降落的粉尘在设备运转、人员走动时有可能会产生二次扬尘。

1.2 粉尘的危害

粉尘是指悬浮于气体介质中的微小固体颗粒，在重力作用下会发生沉降，但是可以在一段时间内保持悬浮的状态。工业生产过程中的粉尘通常是由于固体物质受到破碎、碾磨、筛分以及输送等机械作用而形成的，形状不规则，粒径分布广（1～200 m）。

输煤皮带及转载处的粉尘属于生产性粉尘，在生产过程中产生和形成、能较长时间在空气中保持悬浮状态。这是主要需要除尘系统处理的对象。这一气溶胶形式的含尘空气对人体及环境危害极大。

粉尘的危害除了对大气环境的污染外，还有以下一系列的危害。

（1）粉尘对人体健康造成危害。粉尘易引起呼吸系统疾病。常见的有尘肺、慢性阻塞性肺病、上呼吸道肺病。

（2）粉尘爆炸危害。分散在空气（或可燃气）中的某些粉尘，在同时具备氧气、高温热源、可燃粉尘、容积条件下，会发生燃烧、爆炸。粉尘的爆炸在瞬间产生，伴随着高温、高压、使空气膨胀形成的冲击波，具有很大的摧毁力和破坏性。

（3）粉尘对能见度的影响。当光线通过含尘介质时，由于尘粉对光的吸收、散射等作用，光强会减弱，出现能见度降低的情况，这给工人的操作和检修带来极大的不便，同时也会给安全带来隐患。

2除尘方式的确定

带式输送机参数选择如下：B = 1200mm，V = 2.5m/s，Q = 1200t/h。通过调查研究，输煤皮带作为输煤系统主要的运输设备，是散尘量很大的设备，输煤系统的主要尘源为输送机的转载点，皮带整体本身也作为一个散尘点。在本次设计中，把输煤皮带及转载处作为一个整体的尘源点进行处理。

湿式除尘器在结构设计上采用碰撞、扩散等作用，尘粒在除尘器中由于气流通道的突然缩小、扩大、变向，发生凝聚、附着、重力沉降、离心分离等复杂的过程，以便可以与气体分离。其压力损失在250～1500Pa（低能耗）和2500～9000Pa（高能耗）之间。用于不同工况的湿式除尘器按照其结构和除尘机理可以分为以下几类：（1） 重力喷雾湿式除尘器：比如，喷淋洗涤塔；（2） 旋风式湿式除尘器：比如旋风水膜式除尘器、水膜式除尘器；（3） 自激式湿式除尘器：比如冲激式除尘器、水浴式除尘器；（4） 填料式湿式除尘器：比如填料塔、湍球塔；（5） 泡沫式湿式除尘器：比如泡沫式除尘器、旋流式除尘器、漏板塔；（6） 文丘里湿式除尘器：比如文氏管除尘器；（7） 机械诱导式湿式除尘器：比如拨水轮除尘器。

旋风式湿式除尘器与干式除尘器相比，由于附加了水滴的捕集作用，除尘效率明显提高。此外，由于在旋风式湿式除尘器中，带水现象比较少，则可以采用比喷雾塔中更细的喷雾。气体在螺旋运动的过程中，受到离心力的作用，把水滴甩向外壁，形成壁流而流到底部出口，因此水滴的有效寿命较短。为了增强水滴的捕集效果，需要采用较高的入口气流速度，使气液间的相对速度增大。水滴越细，它在气流中保持自身速度和有效捕集能力的时间越短，理论上的最佳水滴直径为100 m左右，实际中常采用的水滴直径在100 m～200 m。旋风除尘器适于净化5 m以上的粉尘，除尘效率一般可达到90%以上，压损为250～1000Pa，尤其适合于气量大和含尘浓度高的除尘。

3除尘系统方案的确定

除尘系统设计关系到除尘效果的好坏、运行费用的高低、管理方便与否、排放能否合格。本章介绍除尘系统的设计要点、除尘系统的材料与配件、除尘系统的设计计算及除尘系统的安全与维护。

4 除尘器的选型

影响卧式水膜除尘器性能的关键因素是除尘器内的水位。由于气流通过由水面到内管的底面之间形成的通道，所以当水位过高时，所形成的水膜过分强烈，除尘器阻力过大，风量降低；反之若水位过低时，水膜不能形成或形成不全，除尘器 达不到应有的除尘效率。为了保证一定的水位，可设置溢流管及其水封装置。当水位过高时，由溢流管将水溢出，溢流管的下端接入水封中。卧式旋风水膜除尘器按照不同的脱水方式可以分为檐板脱水和旋风脱水两种；按照导流板旋转的方向可以分为右旋和左旋；按照进口方式可以分为上进的A式和水平的B式。卧式旋风水膜除尘器的除尘效率一般不大于95%，除尘风量变化在20%以内，除尘效率几乎不变。

5 结论

在设计过程中，考虑到了粉尘的物理性质，包括粒径、密度、粘附性、润湿性、电性、爆炸性以及安息角。对现有的除尘方法和除尘设备的除尘机理进行了分类研究和综合比较，在此基础上，最终确定了采用卧式旋风水膜除尘器最为系统中的除尘设备。

通过资料的搜集与整理，设计出了采用局部密闭罩的除尘系统。设计中采用了计算机进行辅助计算和图表绘制。

经过尘源点的确定，尘源抽風量的计算，除尘系统管道的布置和压力损失的计算，确定了管网尺寸、除尘器型号为CT531、通风机选用4-72系列离心式通风机。此外，对污水的处理进行设计计算，确定污水池的尺寸。最后，对设备进行了经济性分析。

篇6：链板输送机课程设计

1 拓扑优化模型的建立及求解

1.1 依据ICM方法拓扑优化模型的建立

ICM本质在于利用独立连续的拓扑变量ti,经过映射与反演后来揭示相应单元或子域对“0”与“1”的靠近程度,以判断单元的“有”与“无”.这一过程需要提供一个过滤函数f(ti),通过过滤函数对拓扑变量ti进行过滤.针对应力约束下的情况,文中分别采用过滤函数fσ(ti)和fw(ti)识别单元许用应力和质量[1].

其中为单元的固有质量,为单元的许用应力.应力识别函数采用幂指数形式,质量识别函数采用幂函数形式[1].

式中,μ和γ基于经验值分别取为4和1.

对于以质量为目标,多工况应力约束下的拓扑优化问题,依据ICM方法建立如下拓扑优化的数学模型[1]

式中σik为单元i在k工况下单元的von Mises应力,n为单元拓扑设计变量的数目,K为工况总数.

1.2 模型的求解

ICM拓扑优化求解过程主要分为拓扑变量的映射及其反演.

1.2.1 拓扑变量的映射求解

由于满应力设计准则力学概念清晰且不涉及敏度分析,易于为工程设计接受,因此本文应用满应力设计准则对拓扑变量进行映射求解[2].

令

则

对于多工况问题,需要对相应各工况下得到的拓扑变量值tik进行协调,拓扑变量ti可以取各工况相应单元拓扑值的平均值作为协调值[3]

式中,为第(j+1)轮迭代中,单元i的协调值.此处仅为确定迭代阈值和名义质量而定义的,并不是最终的拓扑值.

1.2.2 拓扑变量的反演

通过以上求解得到的ti为[0,1]上的连续值,为了确定单元的状态(删除或保留),需要设定阈值将连续的拓扑变量反演为0或1一系列的离散值.阈值一般由拓扑变量的平均值乘于折减系数来确定.具体函数表达式如下[3]

式中Tj+1表示第j+1轮迭代时的阈值,λ为折减系数,一般在[0.55,1]内取值,系数越大保留的单元会越少,文中不做详细讨论.

每一轮迭代,都对拓扑变量进行反演,让相应单元协调值与阈值进行比较,大于等于阈值的被反演为1,相应单元被保留,否则被反演为0,相应单元被删除.表达式如下[1]

1.3 优化终止条件

每迭代一轮就完成了一次拓扑值由连续向离散值0或1的转换.记ti,j+1等于1的所有拓扑变量的集合为E(j+1).显然若ti,j+1等于0则ti,j+1E(j+1).拓扑优化终止于以下准则[3]

表明迭代终止时拓扑变量集不再变动.

2 载荷病态

载荷病态分为工况内载荷病态和工况间的载荷病态,是由载荷间数值相差悬殊引起的.一般认为当载荷间比值大于100时会出现载荷病态现象.载荷病态下,小载荷对应的单元拓扑值远远小于大载荷对应的单元拓扑值,在进行反演时很容易被删除,从而导致小载荷传力路径的丧失,优化结果出现失真.本文采用对载荷进行分层放大的策略,以减弱优化过程中载荷病态的影响.

所谓“分层”是将各工况按所受载荷按数量级分为大工况和小工况,并分别施加到模型上进行分析和优化,对于工况内出现载荷病态的小载荷,将其独立出来作为一种小工况处理.“放大”是在第二层优化前将小载荷进行放大处理,以强化其传力路径.小载荷的放大公式如下

式中,表示小载荷被放大后的载荷数值,Fr表示放大前第r种小工况中最大的载荷值,Fmax表示所有载荷中最大的载荷,R表示小工况的数目.对于小工况内部的其他小载荷进行同比放大,这样既减弱了载荷病态的影响,又保持了载荷间的差距.

进行优化时,首先仅对结构在大工况载荷作用下进行拓扑优化得到第1层拓扑结构.第2层优化时,把放大处理后的载荷施加到有限元模型上.同时,第1层优化得到的单元拓扑值全部置为1,且在拓扑优化过程中保持不变,也即第1层得到的拓扑集内的单元在第2层优化中只参与分析不参与优化.最终得到第2层拓扑优化结果,也是最终拓扑优化结果.

3 ANSYS中拓扑优化过程的实现

ANSYS中单元生死法和APDL二次开发环境能够很方便地实现ICM拓扑优化过程.优化中,每一轮迭代结束时,将拓扑变量被反演为0的单元杀死,并保留拓扑变量值为1的单元,直至优化过程终止.借助APDL编制优化程序来实现整个优化过程,程序流程图如图1所示.

分层优化中,需要利用第1层优化结束后被“删除”的单元进行第2层优化过程的分析,在ANSYS平台上可以将这些单元“复活”,以对所需基结构进行重建.

4 输送链板的拓扑优化

在刮板取料机链传动系统中,输送链板受力最为复杂,除受到链传动拉力外,还受到取料过程中刮板对其的作用力.因此,输送链板的拓扑优化是整个链传动系统轻量化设计的关键.

4.1 输送链板的力学分析

输送链板所受载荷与作用在刮板及链节(合称为链条刮板装置)上的载荷密切相关.链条刮板装置的受力如图2所示.

在工作过程中,作用于刮板上的主要是物料阻力以及刮板自身的重力G.其中物料阻力有:切割阻力FC,主要作用在刮板切削刃上;由物料间的摩擦以及物料自重所引起的阻力,沿刮板机机架分为切向力FT和纵向力FH.对于链条主要是传动拉力F1和F2.依据链条刮板装置受载情况经过简化计算,作用在输送链板上的载荷分为作用在链板孔上的传动拉力T以及分别作用在两个螺栓孔上的分力Fx,Fy和Fz,如图3所示.

考虑到刮板取料机的运行以及刮板取料工艺可将作用于输送链板上的载荷分为8种工况,载荷大小如表1所示.

4.2 载荷的分层及放大处理

从表1可以看出传动拉力T与螺栓孔处所受载荷相差悬殊,会引起载荷病态,故需要对表一中载荷进行分层.传动拉力T在表1的8种工况中,作用点及方向相同,并且数值处于同一数量级,故取其最大值(90kN划分为第1层大工况.其余作用螺栓孔上的载荷基本上处于同一数量级,为了在后续的优化中保持载荷间的差别,统一划分为第2层小工况,共8种小工况.应用式(9)对小工况进行放大处理,放大后的各小工况载荷如表2所示.

4.3 输送链板基结构

在ANSYS中建立输送链板的三维模型,并采用45号六面体单元划分网格以减少求解时间,共划分为22332个单元,其中材料的弹性模量取206GPa,泊松比取0.28,许用应力取为165MPa.优化的初始基结构如图4所示,环链板孔与螺栓孔区域划分为非优化区,其余为优化区.

4.4 输送链板的第1层优化

传动拉力以余弦分布的压力形式施加到右端链板孔上,这样更接近链板孔的实际受力情况,另一端链板孔施加铰约束.优化中折减系数λ取0.96时,经过104次迭代得到图5所示优化结果,删除率为61.08%.

4.5 输送链板的第2层优化

左侧链板孔采用铰约束,右端链板孔只约束上下方向的自由度以限制链板的转动;将放大后的载荷均施加到对应螺栓孔处.优化中折减系数λ取0.98时,经过22次迭代得到图6所示优化结果,删除率为52.14%.

4.6 拓扑优化结果的应力分析

由于表1中工况Ⅲ载荷间数值相差较为悬殊并具有代表性,因此,现将工况Ⅲ中载荷分别施加于链板优化前、后的有限元模型上以对比分析优化前后输送链板的应力情况.分析结果如图7所示.

从图中可以看出优化后输送链板的应力分布较优化前均匀.并且在优化前后,两链板孔之间的区域应力较大,螺栓孔与链板孔之间的区域应力较小,间接验证了优化中载荷病态现象的存在与分层放大策略的可行性.

5 结论

本文应用ICM方法在ANSYS环境中通过APDL编程完实现了输送链板的拓扑优化.优化过程中,应用单元生死法实现了单元的保留与删除以及基结构的重建;并采用分层放大的策略解决了多工况应力约束下拓扑优化中的载荷病态问题.最终,得到了清晰的优化结果,成功地实现了链板的轻量化设计,为刮板取料机的后续设计提供了工程依据.

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篇7：浅谈带式输送机给料溜槽的设计

【摘 要】传统带式输送机是连续运行的运输设备，具有运量大，速度快和连续性高等特点，是煤矿最理想的高效连续运输设备。带式输送机一般是头部卸载，尾部装载。装料处用给料溜槽与之连接，实现物料的连续运输。带式输送机给料溜槽的结构设计直接影响输送机的工作效率。本文在理论的基础上，结合多年的实际经验，分析了传统输送机的缺点并提出了改进的意见。

【关键词】传统带式输送机；给料溜槽；不足之处；有效的建议

0.前言

传统带式输送机是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续输送机，可分为网带式和网链式。输送机可进行水平、倾斜和垂直输送，也可组成空间输送线路，输送线路一般是固定的。输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。我们已经知道，传统输送带的材质可以分为碳钢、不锈钢，根据企业工作性质的不同可以选择不同宽度、不同形状的链板来完成平面输送、转弯、提升、下降等输送方式。

其中，网带输送机结构有：水平直线输送和提升爬坡输送两种形式，输送带可增加挡板、侧挡板。工作原理是：螺母在电力的带动下随沟槽作旋转运动，排成人们工作需要的形状。专业人员在出料口设置一个适当高度的挡板，经过适当的调整后，只有靠近挡板侧且方向正确的螺母可以通过筛选机构，一旦遇到方向不正确的螺母则电机继续向前运动，重新进行筛选。

1.传统带式输送机的简单分类

塑钢网带输送机是对传统皮带式输送机的补充，它克服了皮带机皮带撕裂、刺破、腐蚀的缺点，为客户提供的一种安全、快捷、维护简单的输送方式。由于网带输送机使用模块网带，由于带子厚实可以经得起撞击、切割、不怕油、不怕水的特性，使得各业界使用时不必担心维修保养的问题，企业可以减少一定的成本。采用不同材质的网带可以满足不同工作的需要，人们可以根据现实情况具体分析问题。

2.传统输送机的主要用途

输送机使用方便，企业花费的成本比较少。所以，输送机可以广泛应用于饮料输送、铝制罐状物品、医药品、化妆品、日常食品的输送，选用不同的网带可以制作成不同行业要求的专业的运输设备。

3.传统输送机的缺点

3.1传统焊接设备的缺点

输送机的制作不可避免的会使用到焊接技术。所以焊接技术的缺陷一定会影响到输送机产品的品质。现在大多的螺栓和螺母焊接工作会用固定式焊机来完成的。这种工作步骤是由操作工人用手放入工件进行焊接。手工放置螺母或螺栓有3大缺点：第一，安全性差。用手放置螺母或螺栓时，极有可能因误操作而导致焊机启动，导致上电极迅速往下运动，一旦不小心工人会使手压伤。第二，生产效率低。潜在的安全隐患回事工人工作时小心翼翼，这样一来必然会影响工作效率。第三，自动化生产的目的很难实现，汽车行业需要零误差的辅助配件，对高要求、高质量的自动化生产越来越迫切。这是有关部门首要解决的问题。第四，应用领域受到限制，传统焊接方式使得输送机的应用范围受到限制。

3.2输送机溜槽的问题

输送机一般依靠电力的驱动带动皮带运输物品，装物品的溜槽与输送机的皮带相联系，溜槽的设计结构与搭接设备的材料和寿命相联系。但是传统输送机的溜槽的设计结构往往容易让人忽略掉。缺乏针对性、对大颗粒物体缺乏具体的实施举措、磨损性很大，所以，传统的输送机不能适应大颗粒和结构复杂的物体的输送，无疑增加了企业的过度投资，企业的仓库储备也会相应地有压力，从而降低了企业的工作效率，较少了企业的利润。多年的实际经验表明，有两种给料方式不利于输送机的使用寿命。第一，装卸大的物体时，皮带容易跑偏，皮带磨损很严重；第二，运输有粉尘的物体时，卸载物体的部分必须再多设一个喷雾剂，增加了使用成本。第三，装原煤时，煤块的颜色和材质的含量很重要，所以，运输过程一旦发生频繁的撞击时，都会影响原煤的质量。

4.输送机造成上述影响的原因分析

4.1原因

第一，物料本身的重量和运动产生的惯力会对皮带产生冲击力，会影响输送机的工作效率。第二，物料进入皮带的速度与皮带本身的速度会有差距，这样一来，产生的摩擦力会比平常更大，会对输送带的表面造成更大的损耗。

4.2改进措施

为了克服上述带式输送机给料溜槽的不利影响，本文介绍一种底板铺设弧形钢轨的溜槽。弧形钢轨有放射状布置和并排布置两种形式。

4.3举例子

某煤矿有限责任公司1号带式输送机机头溜槽原设计是一般溜槽的设计形式，虽然溜槽底板和侧板铺设了锰钢衬板，但很快就被大块矸石砸破和磨破，修补起来浪费人力物力，耽误生产。通过现场调研，发现造成上述现象有以下原因：带式输送机机头和与之搭接的带式输送机的机尾高差大，没有采取任何缓冲和降噪措施。

有效措施：在无法改变落差高度的情况下，为了克服上述给料溜槽的不利影响，可以采用阶梯式给料方式。在溜槽上部沿给料方向的侧板上设计安放挡板，使矸石先在该挡板内落料，自然堆积存料，这样就减少了相对高差，达到物体的软着陆。

4.4结构及工作原理

弧形放射状布置的钢轨按特定的参数设计，使物料落入输送带沿输送带运行方向的速度与带速一致。这样，物料落入输送带时，即不会损伤输送带和托辊，也不会产生附加阻力。溜槽两侧帮设计成曲面部分，可以使物料装载自动对中，防止输送带跑偏。同时也减少物料的死角和物料流动阻力。钢轨采用标准钢轨经过切割弯制而成，头部使与溜槽底板焊接，中间钻孔，用双头螺栓与溜槽侧板固定，以防止钢轨因焊接不牢脱落而划伤输送带。钢轨铺设成放射状，让细粒物料通过钢轨间隙，先落入带式输送机形成一层保护层，进一步保护输送带。针对不同物料的特性，有的物料可能卡在放射状钢轨的间隙处，这时曲形钢轨可设计成并排布置的形式，以防止卡料。由于钢轨的刚度大，非常耐磨，可以大幅度提高溜槽使用寿命，降低溜槽噪声等级。为进一步降低溜槽的噪声级，在溜槽的外表面贴多孔吸声材料。

4.5使用效果

根据上述原理，对阳泉煤业（集团）有限责任公司寺家庄矿井排矸系统1号带式输送机机头溜槽进行了改进，经过近一年的使用证明：（1）改善了因装载产生的带式输送机跑偏；（2）胶带表面冲击斑点明显减少，使用寿命明显提高；（3）转载处的粉尘和噪音明显减少，工人工作环境大大改善。

4.6结语

带式输送机给料溜槽设计时应综合考虑运量，物料性质，装载点高度等因素，采取相应的措施，确定合理的设计参数，才能达到最佳的使用效果。该钢轨曲面溜槽优点明显，设计方便，结构简单，对于大粒度高落差转载的溜槽设计时可参考借鉴。

【参考文献】

篇8：带式输送机自动控制系统的设计

关键词：带式输送机 物料运输 自动控制 传感器

中图分类号：TD528文献标识码：A文章编号：1674-098X（2013）04（c）-0038-02

带式输送机在1868年出现于英国，后来受到机械制造、电机、化工和冶金工业技术进步的影响，经过不断改进和完善，逐步由车间内部输送发展到在企业内部、企业之间甚至城市之间的物料输送，成为物料输送系统机械化和自动化不可缺少的组成部分。我国通过引进与持续的技术革新，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和产品开发，研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的控制系统。

1 带式输送机的特点

带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械，又称连续输送机或皮带运输机，可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程，既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线，适用于输送堆积密度小于1.67/t/m3，易于掏取的粉状、粒状、小块状的低磨琢性物料及袋装物料，如煤、碎石、砂、水泥、化肥、粮食等，具有结构简单、运行平稳可靠、能耗低、环境污染小、成本低、便于集中控制和实现自动化、输送量大、输送距离长、连续输送、管理维护方便、通用性强等优点，可用于水平运输或倾斜运输，广泛地应用在冶金、煤炭、交通、水电、化工、建材、轻工、食品、港口、船舶等领域。带式输送机可在环境温度-20 ℃至+40 ℃范围内使用，被送物料温度小于60 ℃。

2 带式输送机的组成与工作过程

带式输送机主要由两个端点驱动滚筒及紧套其上的闭合输送带机架、托辊、张紧装置、传带式输送机动装置等组成。驱动滚筒由电动机通过减速器驱动，输送带依靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力拖动。驱动滚筒一般都装在卸料端，以增大牵引力，有利于拖动。物料由喂料端喂入，落在转动的输送带上，依靠输送带摩擦带动运送袋卸料端卸出。当输送能力和运距较大时，可配中间驱动装置来满足要求。根据输送工艺的要求，可以单机输送，也可多机组合成水平或倾斜的运输系统来输送物料。目前的研究热点主要包括以下几个方面。

（1）提高整个设备的可靠性，保证设备的长期可靠运行，提高生产效率。

（2）提高输送机的带速，从而提高输送能力并节省投资。

（3）进一步节能降耗。带式输送机在输送机中耗能最低，但在矿山、港口、电力和冶金等行业中应用较多，属于用电大户，如能进一步节能降耗，可以有效降低企业的生产成本，提高总体经济效益。

（4）减少维护工作量。由于带式输送机分布在几百米甚至几千米的线路上，减少维护可以降低运行成本。

3 控制系统设计

控制系统主要由供电单元、变频器调速单元、PLC控制系统、检测传感器、计算机监控系统等部分组成，如图1所示。系统配置5台高压柜（配置智能综合保护装置）和1台低压柜，提供与高压柜通信的RS-485接口。皮带配置2台高压变频器，并为皮带系统配置各类保护传感器，包括跑偏、拉线、温度、打滑、张力等的检测，同时在关键位置采用网络型摄像头配置视频监控系统。PLC控制系统实现对每条皮带的自动操作及故障检测与报警等功能，与传感器、高压柜采用现场总线通信，与监控系统采用工业以太网进行通信。系统功能主要包括以下几个方面。

（1）采用多单元同步控制系统，2台变频同时启动，以皮带的工作速度为基础，PLC通过RS485给2台变频装置发送转速指令，并实时采集VT710所反馈的电机电流，通过比较，以工作电流最高的一台电机为基准，调整变频器的频率给定，从而将两台电机的工作电流调整到与基准电流一致，以实现功率平衡控制。

（2）在操作单元设有本地/遥控转换开关，既可实现本地控制，也可远程遥控。

（3）除串口通信外，也必须能够接收模拟量给定，其控制源的切换可以在的操作面板上完成。

（4）具备闭锁功能和声光报警的信号系统，同时具备输送机的运转信号显示。

（5）皮带在线检测系统，采用无损探伤技术，对皮带机进行在线不间断检测，在线检测系统安装在皮带机下带部位。

（6）为皮带运输设计监控系统，实现对皮带运行的实时监控和分类数据的存储记录，并能生产各类表格和报表。

（7）变频器具有工频运行的旁路功能，一旦出现故障，能够让电机切换到工频运行。

（8）高压变频器能够对3台电机的同轴同步软启动，软停止功能。起动、停止能按所设定的皮带特性曲线运行。在运行过程中能够自动地实现转差调节和功率平衡调节。

（9）自动洒水控制装置，PLC控制器根据烟雾、超温信号，自动控制灭火洒水并报警停机。

（10）主回路具有短路、过载、断相、欠压等保护。

（11）主电机的电流检测，温度检测以及上限报警。

（12）速度检测及超速保护。

（13）各故障的显示及报警，故障性质与位置的识别。

（14）界面直观友好，操作简便，功能齐全。人机界面不仅具有形象逼真的动态画面和全中文显示，还具有实时报警监视、安全确认机制和数据记录功能（如图1）。

这种方式由操作人员在现场设备附近设置的就地操作控制箱进行手动操作，主要用于检修试车。

系统运行分为集中自动运行、单机自动运行、就地运行三种工作方式。

（1）集中自动运行方式

这种运行方式接收来自监控系统的控制信号，自动根据预先设定的流程控制设备的運行，并进行自动检测、报警和保护，属于正常生产时的主要操作方式。

（2）单机自动运行方式

这种方式由操作员根据生产要求发出起车与停车指令，具有集中运行的全部功能，同时将信息传送到监控系统，主要用于设备的试运行和检修。

（3）现场单机手动运行

这种方式由操作人员在现场设备附近设置的就地操作控制箱进行手动操作，主要用于检修试车。

4 结语

带式输送机是一种应用极为广泛的物料输送设备，在很多行业生产中具有重要的作用。大功率、长距离的带式输送机一般由电源、变频调速、PLC控制以及参数与故障检测等部分组成。本文根据电力系统中物料运输的功能要求，在综合考虑系统功能、稳定性和安全性等情况的前提下，设计了一套基于变频器和PLC的多机同步控制系统，具有功能完善、运行稳定、操作和维护方便等特点，为实际生产提供了可靠的保障。

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