带式输送机模型设计.docx
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带式输送机模型设计
物料传送带模型的设计与制作
机械设计制造及其自动化宋立斌
[摘要]传送带是一种连续、快速、高效的物料传输设备,广泛应用于煤炭、电力、建材、化工、机械、轻工业等行业的物料传输系统。
一般传送带的电气控制系统采用继电器控制系统,设备故障率高、可靠性低、体积大、维修和改造不方便。
PLC具有可靠性高、系统设计灵活、编程简单、性能价格比高等优点。
本文是设计一种利用PLC实现其控制的物料传送带,并制作出实物模型,模拟出由PLC实现的整个控制系统的运行过程。
该设计主要包括两部分,模型制作与程序编写。
本人主要负责模型制作部分。
其内容主要包括物料传送带的结构设计和模型制作,最后能够与PLC连接并通过程序控制系统的运行。
[关键词]物料传送带;PLC;设计与制作;
TheDesignandProductionofBeltConveyorModel
DesignandmanufactureofmachineryandautomationSongLi-bin
Abstract:
BeltConveyorisacontinuous,rapidandefficienttransmissionequipmentmaterialswhichiswidelyusedincoal,electricity,buildingmaterials,chemicals,machinery,lightindustryandotherindustriesofmaterialtransfersystem.Generalbeltconveyorelectricalcontrolsystemusedrelaycontrolsystemwithhighequipmentfailurerate,lowreliability,bulky,maintenanceandimprovementofinconvenience.ThePLChastheadvantagesofhighreliabilityandflexibilityinsystemdesign,simpleprogramming,cost-effectiveandsoon.Thistextistodesignaprocedurestoachieveitscontrolovertheuseofthebeltconveyorandcreatephysicalmodels,simulatedbythePLCcontrolsystemtoachievetheoveralloperationoftheprocess.Thedesignincludestwoparts,model-makingandprogramming.Iamprimarilyresponsibleforthepartofmodelmaking.Mainlyincludingthestructuraldesignofbeltconveyorandmodel-making,finallyitcouldbeabletoconnectwiththePLCandrunthroughtheprocesscontrolsystem.
Keywords:
BeltConveyor;PLC;DesignandProduction
目 录
1绪论
1.1本设计的目的、意义
传送带是一种连续、快速、高效的物料传输设备,广泛应用于煤炭、电力、建材、化工、机械、轻工业等行业的物料传输系统。
一般传输带的电气控制系统采用继电器控制系统,设备故障率高、可靠性低、体积大、维修和改造不方便。
PLC具有可靠性高、系统设计灵活、编程简单、性能价格比高等优点。
通过本次毕业设计能够设计一种利用PLC实现其控制的物料传送带,并制作出实物模型,模拟出由PLC实现的整个控制系统的运行过程。
1.2国内外物料传送带的现状及发展趋势
1.2.1我国物料传送带现状
我国生产制造的物料传送带的品种、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,物料传送带的技术水平有了很大的提高,煤矿井下用大功率、长距离物料传送带的关键技术研究和新产品开发都取得了很大的进步。
我国采用中档PLC系统控制物料传送带的启动、正常运行、停机等工作过程。
但没有自动临近装置,没有故障诊断与查询等。
1.2.2国外物料传送带现状
国外物料传送带技术的发展很快,其主要表现在两个方面:
一方面是物料传送带功能多元化、应用范围扩大化,如高倾角物料传送带、管状物料传送带、空间转弯物料传送带等各种机型;另一方面是物料传送带本身的技术与装备有了巨大得得发展,尤其是长距离、大运量、高带速等大型物料传送带已成为发展的主要方向,其核心技术是开发应用了物料传送带动态分析与监控技术,提高了物料传送带的运行性能和可靠性。
1.2.3物料传送带的发展
(1)设备大型化,提高运输能力。
(2)提高元部件性能和可靠性。
(3)扩大功能,一机多用化。
2物料传送带概述
2.1物料传送带的应用
物料传送带是最重要的现代散装物料输送设备,它广泛应用于电力、冶金、化工、煤炭、矿山、港口、建材、粮食等领域。
2.2物料传送带的结构原理
物料传送带是以输送带作牵引和承载构件,通过承载物料的输送带的运动进行物料输送的连续输送设备。
其结构原理如图2-1所示,输送带绕经传动滚筒和尾部滚筒形成无极环形带,上下输送带由托辊支承以限制输送带的挠曲垂度,拉紧装置为输送带正常运行提供所需的张力。
工作时驱动装置驱动传动滚筒,通过传动滚筒和输送带之间的摩擦力驱动输送带运行,物料装在输送带上和带子一起运动。
物料传送带一般是在端部卸载,当采用专门的卸载装置时,也可在中间卸载。
图2-1物料传送带结构原理图
2.3物料传送带的种类
物料传送带分类方法有多种,按运输物料的输送带结构可分成两类,一类是普通型物料传送带,这类物料传送带在输送带运输物料的过程中,上带呈槽形,下带呈平形,输送带有托辊托起,输送带外表几何形状均为平面;另外一类是特种结构的物料传送带,其主要包括管型物料传送带、气垫物料传送带、压带式物料传送带等。
2.4物料传送带布置方式
电动机通过联轴器、减速器带动传动滚筒转动或其他驱动机构,借助于滚筒或其他驱动机构与输送带之间的摩擦力,使输送带运动。
物料传送带的驱动方式按驱动装置可分为单点驱动方式和多点驱动方式两种。
通用固定式物料传送带多采用单点驱动方式,即驱动装置集中的安装在传送带长度的某一个位置处,一般放在机头处。
单点驱动方式按传动滚筒的数目分,可分为单滚筒和双滚筒驱动。
对每个滚筒的驱动又可分为单电动机驱动和多电动机驱动。
因单点驱动方式最常用,凡是没有指明是多点驱动方式的,即为单驱动方式,故一般对单点驱动方式,“单点”两字省略。
单筒、单电动机驱动方式最简单,在考虑驱动方式时应是首选方式。
在大运量、长距离的钢绳芯胶带传送带中往往采用多电动机驱动。
物料传送带常见典型的布置方式如下表2-1所示:
表2-1物料传送带典型布置方式
水
平
运
输
单
滚
筒
传
动
向上运输
单
滚
筒
凸
弧
双
滚
筒
传
动
单
滚
筒
凸
弧
单
滚
筒
凸
弧
三滚筒传动
双
滚
筒
向下运输
单
滚
筒
向
上
运
输
单滚筒
双
滚
筒
3物料传送带模型的设计与制作
3.1已知原始数据及工作条件
3.1.1物料传送带的设计所需原始数据及资料
(1)用于输送松散物料,传送带为水平式。
(2)该装置包括三段传输带、料斗、料仓、检测机构、控制系统等。
(3)其工作过程由PLC进行控制。
(4)制作出物料传送带模型,能够实现与PLC连接,并使控制系统正常运行。
(5)要求结构简单、合理、易制作。
3.1.2初步确定物料传送带模型的布置形式。
如图3-1所示:
图3-1物料传送带布置图
3.2传送带的设计
3.2.1带速与带宽的设计
一般,物料传送带的输送量由工程系统要求所确定。
物料传送带应能够完成所要求得输送量。
输送量主要由带速和带宽决定。
带速很大程度上取决于所输送的物料的特征、所期望的输送能力和所采用的输送带的张力。
粉末状的物料要采用足够低的带速输送,以最大程度的减少灰尘,特别是在装料和卸料点更是如此。
易碎的物料同样也会限制带速。
当输送带和输送的物料通过托辊时,较低的带速可以使易碎物料在装料和卸料点处不会发生跳动碎裂。
很重的、边缘锋利的物料应该采用中等带速输送。
因为物料锋利的边缘会过度磨损输送带表层,特别是当装料速度在输送方面明显低于输送带的速度的时候。
物料传送带的最大带速一般推荐值见表3-1
表3-1传送带带速推荐表
输送的物料
带速/(m/s)
带宽/mm
谷物或其他易于流动的非磨损性物料
2.5
500
3.5
600~800
4
1000~1200
5
1200~2400
煤、湿粘土、软的矿石、冲积土和泥土、细碎的岩石
2
500
3
600~1000
4
1000~1600
5
1800~2400
重、坚硬、棱角尖锐的矿石及粗碎的岩石
1.75
500
2.5
600~1000
3
1000以上
制备好的或潮湿的铸造砂型,夹带小块型芯、夹带或者不夹带小铸件的落砂(灼热程度不至于损伤输送带)
1.75
任意宽度
用带有橡胶边的犁式卸料器从输送带上卸下的制备好的铸造型砂和类似的潮湿(或干的磨损性)物料
4
任意宽度
用犁式卸料器从输送带上卸出的非磨损性物料
1
任意宽度
除木纸浆,可取1.5~2
用漏斗或料仓供给粉末状非磨损性或中等磨损性物料的平型或槽行输送带
0.25~0.5
任意宽度
在比较有利的装料和转运条件下,对于带宽不大于800mm的槽型输送带,可以采用超过表3-1所给出的最大带速输送粉料、湿沙、煤、不含大块的泥土和粉碎的是石块。
增大带速可以降低带宽和输送张力。
但是,带来上述益处的同时,也需要权衡可能带来的输送带磨损、物料跳动、气流阻力、承载托辊大块冲击等的加剧和输送带所有零部件寿命的降低等缺点。
需要采用高带速输送时,需要仔细研究,以确保方案的可行性。
加料区的设计和头部滚筒的卸料方式在选择带速时也必须加以考虑。
如果物料干燥而且呈粉状,带速很高时,物料的粉尘会令人无法忍受。
如果物料较重且含有大块,或者物料颗粒的边缘棱有角而且比较锋利时,高速度的卸料会引起卸料槽或转载溜槽的过度磨损。
3.2.2传送带的选择
传送带在物料传送带中既是承载构件又是牵引构件(钢丝绳牵引物料传送带除外),它不仅要有承载能力,还要有足够的抗拉强度。
传送带有带芯(骨架)和覆盖层组成,其中覆盖层又分为上覆盖胶,边条胶,下覆盖胶。
物料传送带的带芯主要是有各种织物(棉织物,各种化纤织物以及混纺织物等)或钢丝绳构成。
它们是传送带的骨干层,几乎承载输送带工作时的全部负载。
因此,带芯材料必须有一定的强度和刚度。
覆盖胶用来保护中间带芯不受机械损伤以及周围有害介质的影响。
上覆盖胶层一般较厚,这是输送带的承载面,直接与物料接触并承受物料的冲击和磨损。
下覆胶层是输送带与支撑托辊接触的一面,主要承受压力,为了减少输送带沿托辊运行时的压陷阻力,下覆盖胶的厚度一般较薄。
侧边覆盖胶的作用是当传送带发生跑偏使侧面与机架相碰时,保护带芯不受机械损伤。
因为传送物料为散料,所以可选择为2.5m/s,带宽为500mm的传送带。
在模型制作过程中,为了制作方便,以上一些方面的要求可以不必考虑,由于需要运输的物料是散料,所以需选择较低的转速,带宽在设计时最初选择的是书包背带,但在安装后发现书包背带宽度达不到要求,后又选择了牛仔裤的布料,牛仔裤的宽度符合要求,但韧度不够,最终选择了带有弹性的松紧带,宽度为60mm,长度为330mm,使其环绕在两滚筒之间,接头处用线缝接牢固,保证传送带要有一定张力,传送物料时不会因重力影响使传送带下垂。
3.3传动滚筒的设计
3.3.1传动滚筒的作用与类型
传动滚筒是传动动力的主要部件。
作为单点驱动方式来讲,可分成单滚筒传动及双滚筒传动。
单滚筒传动多用于功率不太大的传送带上,功率较大的传送带可采用双滚筒传动,其特点是结构紧凑,还可增加围包角以增加传动滚筒所能传递的牵引力。
使用双滚筒传动时可以采用多电机分别传动,可以利用齿轮传动装置使两滚筒同速运转。
如双滚筒传动仍不需要牵引力需要,可采用多点驱动方式。
物料传送带的传动滚筒结构有钢板焊接结构及铸钢或铸铁结构,新设计产品全部采用滚动轴承。
传动滚筒的表面形式有钢制光面滚筒、铸(包)胶滚筒等,钢制光面滚筒主要缺点是表面磨擦系数小,所以一般用在周围环境湿度小的短距离物料传送带上,铸(包)胶滚筒的主要优点是表面磨擦系数大,适用于环境湿度大、运距长的物料传送带,铸(包)胶滚筒按其表面形状又可分为光面铸(包)胶滚筒、人字形沟槽铸(包)胶滚筒和菱形铸(包)胶滚筒。
3.3.2传动滚筒的选型及设计
传动滚筒是传递动力的主要部件,它是依靠与输送带之间的摩擦力带动输送带运行的部件。
传动滚筒根据承载能力分为轻型、中型和重型三种。
同一种滚筒直径又有几种不同的轴径和中心跨距供选用。
①轻型:
轴承孔径80
100㎜。
轴与轮毂为单键联接的单幅板焊接筒体结构。
单向出轴。
②中型:
轴承孔径120
180㎜。
轴与轮毂为胀套联接。
③重型:
轴承孔径200
220㎜。
轴与轮毂为胀套联接,筒体为铸焊结构。
有单向出轴和双向出轴两种。
物料传送带的传动滚筒结构有钢板焊接结构及铸钢或铸铁结构,驱动滚筒的表面形式有钢制光面滚筒、铸(包)胶滚筒等,钢制光面滚筒主要缺点是表面摩擦系数小,一般用在周围环境湿度小的短距离物料传送带上。
铸(包)胶滚筒的主要优点是表面摩擦系数大,适用于环境湿度大、运距长的物料传送带,铸(包)胶滚筒按其表面形状又可分为光面铸(包)胶滚筒、人字形沟槽铸(包)胶滚筒和菱形铸(包)胶滚筒。
人字形沟槽铸(包)胶滚筒是为了增大摩擦系数,在钢制光面滚筒表面上,加一层带人字沟槽的橡胶层面,这种滚筒有方向性,不得反向运转。
人字形沟槽铸(包)胶滚筒,沟槽能使水的薄膜中断,不积水,同时输送带与滚筒接触时,输送带表面能挤压到沟槽里,由于这两种原因,即使在潮湿的场合工作,摩擦系数降低也很小。
考虑到本设计的实际情况和物料传送带的工作环境:
用于工厂生产,环境潮湿,功率消耗大,易打滑,所以我们选择这种滚筒。
铸胶胶面厚且耐磨,质量好;而包胶胶皮易掉,螺钉头容易露出,刮伤皮带,使用寿命较短,比较二者选用铸胶滚筒。
3.3.3传动滚筒结构
其结构示意图如图3-2所示:
图3-2传动滚筒结构示意图
传动滚筒长度以800mm为例.查《运输机械设计选用手册》表2-39得:
其主要性能参数如表3-2所示:
表3-2传动滚筒参数表
B(mm)
许用扭矩(KN.m)
许用合力(KN)
D(mm)
800
4.1
40
500
轴承型号
轴承座型号
转动惯量(kg.m2)
重量(kg)
3250
ⅡZ1210
7.8
432
再查表《运输设计选用手册》2-40可得出滚筒长度为950
。
或者由经验公式:
已知带宽B=800
,传动滚筒直径为500
,滚筒长度比胶带宽略大,一般取
(100~200)
取
800+150=950
与查表结果一致
在模型制作过程中,滚筒的制作需要使用一些其它材料来替代,最后以Φ6mm钢棒作为轴,以圆柱状塑料瓶作为滚筒,使轴从塑料瓶上下表面中心穿过,制成简易滚筒,其结构及尺寸如图3-3所示
图3-3传动滚筒
3.4驱动装置的选用与设计
物料传送带的负载是一种典型的恒转矩负载,而且不可避免地要带负荷起动和制动。
电动机的起动特性与负载的起动要求不相适应在物料传送带上比较突出,一方面为了保证必要的起动力矩,电机起动时的电流要比额定运行时的电流大6~7倍,要保证电动机不因电流的冲击过热而烧坏,电网不因大电流使电压过分降低,这就要求电动机的起动要尽量快,即提高转子的加速度,使起动过程不超过3~5s。
驱动装置是整个皮带物料传送带的动力来源,它由电动机、偶合器,减速器、联轴器、传动滚筒组成。
驱动滚筒由一台或两台电机通过各自的联轴器、减速器、和链式联轴器传递转矩给传动滚筒。
减速器有二级、三级及多级齿轮减速器,第一级为直齿圆锥齿轮减速传动,第二、三级为斜齿圆柱齿轮降速传动,联接电机和减速器的连轴器有两种,一是弹性联轴器,一种是液力联轴器。
为此,减速器的锥齿轮也有两种;用弹性联轴器时,用第一种锥齿轮,轴头为平键连接;用液力偶合器时,用第二种锥齿轮,轴头为花键齿轮联接。
传动滚筒采用焊接结构,主轴承采用调心轴承,传动滚筒的机架与电机、减速器的机架均安装在固定大底座上面,电动机可安装在机头任一侧。
3.4.1电机的选用
电动机额定转速根据生产机械的要求而选定,一般情况下电动机的转速不低500r/min,因为功率一定时,电动机的转速低,其尺寸愈大,价格愈贵,而效率
低。
若电机的转速高,则极对数少,尺寸和重量小,价格也低。
根据电动机的总功率,选择额定功率的电机,查《运输机械设计选用手册》,可以得到主要性能参数。
以YB200JDSB—4型电动机为例(表3-3)
表3-3YB200JDSB-4型电动机主要性能参数
电动机型号
额定功率kw
满载
转速r/min
电流A
效率%
功率因数
YB200L-4
30
1470
56.8
92.5
0.87
起动电流/额定电流
起动转矩/额定转矩
最大转矩/额定转矩
重量kg
7.0
1.9
2.0
320
根据实际情况,应该选用功率较大的电机,由于省略了减速器,所以最终选择的电机为220V交流永磁不定向同步电机。
转数为33r/min,功率为3-4w,电机的输出轴为7mm,电机输出轴与滚筒轴之间应使用联轴器连接。
3.4.2联轴器
联轴器是机械传动中常用的部件。
它用来把两轴联接在一起,机器运转时两轴不能分离;只有在机器停车并将联接拆开后,两轴才能分离。
联轴器所联接的两轴,由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等,往往不能保证严格的对中,而是存在着某种程度的相对位移。
这就要求设计联轴器时,要从结构上采取各种不同的措施,使之具有适应一定范围的相对位移的性能。
根据对各种相对位移有无补偿能力(即能否在发生相对位移条件下保持联接的功能),联轴器可分为刚性联轴器(无补偿能力)和挠性联轴器(有补偿能力)两大类。
挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别。
刚性联轴器
这类联轴器有套筒式、夹壳式和凸缘式等。
凸缘联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器联成一体,以传递运动和转矩。
凸缘联轴器的材料可用灰铸铁或碳钢,重载时或圆周速度大于30m/s时应用铸钢或碳钢。
由于凸缘联轴器属于刚性联轴器,对所联两轴的相对位移缺乏补偿能力,故对两轴对中性的要求很高。
当两轴有相对位移存在时,就会在机件内引起附加载荷,使工作情况恶化,这是它的主要缺点。
但由于构造简单、成本低、可传递较大转矩,故当转速低、无冲击、轴的刚性大、对中性较好时亦常采用。
在设计中,使用塑料圆管代替联轴器,先将圆管一头用火烤热,变软后将电机输出轴插进圆管内,将另一端烤热将滚筒轴插入。
如图3-4
图3-4联轴器
3.5机架与中间架的选用
机架式支承滚筒及承受输送带张力的装置。
(1)机架有四种结构如图所示。
可满足带宽500~1400㎜、倾角
、围包角
多种形式的典型布置。
并能与漏斗配套使用。
图3-5机架
a.01机架:
用于
倾角的头部传动及头部卸料滚筒。
选用时应标注角度。
b.02机架:
用于
倾角的尾部改向滚筒或中间卸料的传动滚筒。
c.03机架:
用于
倾角的头部探头滚筒或头部卸料传动滚筒,围包角小于或等于
。
d.04机架:
用于传动滚筒设在下分支的机架。
可用于单滚筒传动,也可以用于双滚筒传动(两组机架配套使用)。
围包角大于或等于
。
e.01,02机架适于带宽500~1400mm;03,04机架适于带宽800~1400mm。
(2).本系列机架适用于输送带强度范围;CC-56棉帆布3-8层,NN-100-300尼龙带及EP-100-300聚酯带3~6层;钢绳芯带ST2000以下。
(3)滚筒直径范围:
500~1000mm。
(4)中间架用于安装托辊。
标准长度为6000mm,非标准长度为3000-6000mm及凸凹弧段中间架;支腿有I型(无斜撑)、H型(有斜撑)两种。
中间架和中间架支腿全部采用螺栓联接,便于运输和安装。
中间架为螺栓联接的快速拆装支架,它由钢管、H型支架、下托辊、和挂钩式槽形托辊组成,是机器的非固定部分,钢管作为可拆卸的机身,用弹性柱销架设在H型支架的管座中。
柱销固装在钢管上,只是打入的位置适当转动钢管,就能方便地从管座中抽出或放入。
图3-6中间架
槽形托辊轴的两端加工成矩形,这样就可以把单个滚筒放进机架中,即可以定位又可以起到固定轴的作用。
因为皮带运输机的滚筒很多,损坏的也经常,当辊子需要维修时,就可以快速取下,以便于维修和更换,对运输很小,提高了工作效率。
这就是快速拆装的特点。
机架是用来支承滚筒,由于省略了托辊,所以机架也做一些简化,使用两塑料板,在固定轴位置钻Φ8mm孔,用来代替轴承,支架底部以角铁调整机架高度,以确保两传送带可顺利传送物料。
3.6给料装置
3.6.1对给料装置的基本要求
物料传送带装载和转载物料是最重要、最复杂的运输作业之一。
研究证明,在广泛应用的中距离物料传送带上(长度在260m以内),输送带的使用期限主要取决于给料装置的结构是否合理。
为了减轻输送带的磨损,对给料装置提出了一系列要求:
物料给到输送带上的速度快慢和方向应与带速近似一致,对准输送带中心给料,保证物料均匀的给到输送带上;在装料点不允许有物料堆积和撒料现象,应在给料装置内部而不是在输送带上形成物流;在装料设施后面尽量避免设置紧接输送带的拦板,尽量减少物料的落差,特别是要防止大块物料从很高处直接下落到输送带上。
当被输送物料的物理机械性质变化或使用条件改变时,要有可能调节物料的速度,具有良好的通过性能,特别是当输送强黏性物料时保证不堵塞,结构紧凑,工作可靠,耐磨性好,等等。
运输夹杂大块的物料时,给料装置要有可能先将细块和粉料卸到输送带上形成垫层,然后再装块矿石,防止大块矿石直接冲击输送带。
当输送磨损性强、棱角锐利的大块物料时,物料传送带的受料段最好布置成水平的。
当物料传送带在倾斜段装料时,物料在达到带速之前容易产生紊流,为了防止撒料,必须设置高而长的拦板。
给料漏斗的宽度应不大于输送带宽度的2/3。
另一方面,为防止漏斗堵塞,其宽度应采取如下值:
当输送筛分过的物料时应不小于最大块度的2.5~3倍,当运输未经筛分时可取最大块度的2倍。
3.6.2装料段拦板的布置及尺寸
当物料在离开给料漏斗达到带速之前,必须用拦板使其保持在输送带上。
实际上,挡板就是给料漏斗的侧板沿物料传送带方向的延长段。
当输送大块坚硬矿石
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