步进送料机的设计2.

1绪论
1.1 送料机的定义
送料机专门用于粒料,粉料,片状料，带状等材料的自动化，数控化，精确化的输送【1】。

在激烈竞争的时代,企业经营与发展必会面对劳工的短缺,人工成本上扬等问题。

省力化、合理化与自动化将成为企业发展的趋向。

因此数控送料机，自动送料机的应用也十分广泛。

在当今社会,越来越多的行业将采用机械化输送。

这种自动送料机有较高的精确度,而且又环保,又省时,还大大减少了劳动强度。

真正的做到了低成本,高回报。

在今飞速发展的年代,这种自动化产品会受到越来越多厂家的青睐与喜欢!
所谓送料机，送料机就是输送材料的机器，是无论是轻工行业还是重工业都不可缺少的设备。

传统观念，送料机是借助于机器运动的作用力加力于材料，对材料进行运动运输的机器。

近代的送料机发生了一些变化，开始将高压空气、超声波等先进技术用于送料技术中，但人们仍然将这些设备归纳在送料机类的设备中。

自动化程度高的送料设备有:由电脑控制的动头式送料机、激光送料机、高压气压和电脑送料机等。

另外，国外的司生产一种投影送料机这种设备的送台上设有感应器及目察装置，用于对材料轮廓扫描，或在材料行投影以引导送料安排。

1.2 送料机的原理及其种类
据了解，国内的数控送料机，都彩用微电脑控制技术，数字式显示，操作简单方便，能有效控制在0.02MM以内做到送料精确，彻底解决了以往送料器送料不准，调节困难的老大难问题。

1.2.1 送料机的原理及种类
1.2.1.1 带式送料机
带式送料机的一般结构主要由输送带、滚筒、支承装置、驱动装置、张紧装置、卸料装置、清扫装置和机架等部件组成【2】。

带式送料机是一种连续送料机械，它用一根环绕于前、后两个滚筒上的输送带作为牵引及承载构件，驱动滚筒依靠摩擦力驱动输送带运动，并带动物料一起运行，从而实现输送物料的目的。

1.2.1.2 埋刮板送料机
埋刮板送料机由封闭的壳体、刮板链条、驱动装置及张紧装置等部件组成。

埋刮板送料机工作时，物料经进料口进入机壳承载段，受到刮板的推力，与刮板链条形成整体一同向前运动，到达料槽的卸料口自行排出，刮板链条沿机壳的空载段返回。

因其在工作时刮板链条被埋没在物料中与物料一起向前移动，故称为“埋刮板送料机”。

1.2.1.3 斗式送料机
斗式送料机主要由牵引构件（橡胶带或链条）、承载构件（料斗）、头轮和底轮、驱动装置、张紧装置、机壳等组成。

闭合的牵引构件环绕于头轮和底轮上，并被张紧装置张紧。

在牵引构件的全长上，每个一定距离安装一个料斗。

为防止物料的抛撒和灰尘飞扬，这些运动的部件用机壳封闭。

工作时，外部的驱动装置通过头轮带动牵引构件和料斗运行。

物料从机座的进料口进入机座底部，运动着的料斗挖起并向上提升。

到达机头后，物料在重力和离心力的作用下脱离料斗，从卸料口排出。

1.2.1.4 螺旋送料机
螺旋送料机主要由料槽、螺旋叶片和转动轴组成的螺旋体、两端轴承、中间悬挂轴承及驱动装置所组成。

当螺旋体转动时，进入机槽的物料受到旋转叶片的法向推力，该推力的径向分量和叶片对物料的摩擦力将使物料绕轴转动；而物料的重力和机槽对物料的摩擦力又阻止物料绕轴转动。

当螺旋叶片对物料法向推力的轴向分量克服了机槽对物料的摩擦力及法向推力的径向分量，物料不和螺旋一起旋转，只沿料槽向前远移。

1.2.1.5 振动送料机
振动送料机主要由输送槽、激振器、主振弹簧、导向杆、隔振弹簧、平衡底架、进料装置和卸料装置组成。

振动送料机是利用某一形式的激振器使槽体沿某一倾斜方向产生振动，从而将物料由某一位置运送至另外一个位置。

1.2.2 送料机的作用
1.2.2.1 带式送料机
带式送料机是一种生产技术成熟、使用极为广泛的【3】输送设备，具有最典型的连续送料机的特点，近年来发展很快。

其主要优点：
（1）结构简单，自重轻，容易制造；
（2）输送路线布置灵活，适应性广，可输送多种物料；
（3）输送速度快，输送距离长，输送能力大，能耗低；
（4）可连续输送，工作平稳，不损伤被输送物料；操作简单，安全可靠，保养检修容易，维修管理费用低。

带式送料机的主要缺点是输送带易磨损，且其成本大（约占送料机造价的40%）；需用大量滚动轴承；在中间卸料时必须加装卸料装置；普通胶带式不适用于输送倾角过大的场合。

目前，带式送料机已经标准化、系列化、性能不断完善，而且不断有新机型问世。

1.2.2.2 埋刮板送料机
埋刮板送料机的主要优点是：适用范围广，输送物料的品种多，其他连续送料机械难以输送的物料，许多都可以采用埋刮板送料机进行输送；密封性能好，物料在封闭的机槽内输送，不抛撒，不泄露，能防尘、防水、防毒、防爆，大大改善了劳动条件，防
止环境污染；工艺布置十分灵活，可用于各不同方向的物料输送；容易实现多点加料或多点卸料；体积小，占地面积小，可在比较狭窄的工作场地使用；输送过程中物料与刮板链条之间基本上无相对运动，故对物料的损伤小；安装容易，操作、维修方便，运行安全可靠。

埋刮板送料机的缺点是：输送距离和提升高度有一定的限制；刮板链条与机槽的磨损较大，磨损部位主要是链条关节处、机槽底板及导轨，特别是输送磨琢性粉尘状物料时磨损更为严重；功率消耗较大；不适于输送粘性大的、悬浮性大的、块度较大的及磨损性很大的物料。

1.2.3 送料机通俗来分类
高速滚轮送料机,新型式送料机,NC滚轮送料机，数控送料机，冲床送料机，数控冲床送料机，数控滚轮送料机，数控自动送料机。

空气自动送料机，凸轮驱动送料机空气自动送料机(左右偏摆移位型) 空气自动送料机(特殊落地型)【4】。

平面送料机（感应式）高速滚轮送料机 NC伺服滚轮送料机高速滚轮送料机+冲床高速滚轮送料机 NC电脑厚板送料机 NC厚板电脑精密整平送料机 NC电脑精密整平送料机平面（横）式电子控制送料机各种专用设备！更专业自动送料器,高速滚轮送料器,新型式送料器,NC滚轮送料器，数控送料器，冲床送料器，数控冲床送料器，数控滚轮送料器，数控自动送料器空气自动送料器，凸轮驱动送料器空气自动送料器(左右偏摆移位型)，空气自动送料器(特殊落地型)，平面送料器（感应式），高速滚轮送料器，NC伺服滚轮送料器，高速滚轮送料器+冲床，高速滚轮送料器 NC电脑厚板送料器，NC厚板电脑精密整平送料器，NC电脑精密整平送料器。

1.3 国内外送料机现状
1.3.1 国外送料机现状
国外带式输送机技术的发展很快【5】，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于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。

其关键技术与装备有以下几个特点：
（1）设备大型化。

其主要技术参数与装备均向着大型化发展，以满足年产300-500万t以上高产高效集约化生产的需要。

（2）应用动态分析技术和机电一体化、计算机监控等高新技术，采用大功率软起动与自动张紧技术，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。

（3）采用多机驱动与中间驱动及其功率平衡、输送机变向运行等技术，使输送机单机运行长度在理论上已有受限制，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。

（4）新型、高可靠性关键元部件技术。

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3000 t/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。

1.3.2 国内送料机现状
我国生产制造的带式输送机的品种、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，带式输送机的技术水平有了很大提高，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吕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，并对带式输送机的减低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为核心的可编程电控装置，驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。

1.3.3 国内外带式输送机的差距
1.3.3.1 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监测技术长距离、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统（一般取n=10左右），与实际情况相差很远。

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统，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，并使输送机的设备成本尤其是输送带成本大为降低。

（2）可靠的可控软起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大、距离长且多机驱动，必须采用软起动方式来降低输送机制动张力，特别是多电机驱动时。

为了减少对电网的冲击，软起动时应有分时慢速起动；还要控制输送机起动加速度0.3～0.1 m/s2，解决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偶合器来实现输送机的软起动与功率平衡，解决了长距离带式输送机的起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，调速型液力偶合器虽然实现软启动与功率平衡，但还需研制适合长距离的无级液力调速装置。

当单机功率>500 kW时，可控CST软起动显示出优越性。

由于可控软起动是将行星齿轮减速器的内齿圈与湿式磨擦离合器组合而成（即粘性传动）。

通过比例阀及控制系统来实现软起动与功率平衡，其调节精度可达98% 以上。

但价格昂贵，急需国产化。

1.3.3.2 技术性能上差距
我国带式输送机的主要性能与参数已不能满足高产【6】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4×250 kW，国外产品可达4×970 kW，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3000 t/h，国外已达5500 t/h。

（3）最大输送带宽度我国带式输送机为1400 mm，国外最大为1830 mm。

（4）带速由于受托辊转速的限制，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3000 m，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公司生产的自称机尾用于在国内带宽1.2 m的输送机上，缺点是自移机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红紧为主，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。

输送带有易跑偏，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。

1.3.3.3 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2500 N/mm，国外为3150 N/mm。

钢丝绳芯阻燃输送带最高为4000 N/mm，国外为7000 N/mm。

（2）输送带接头强度我国输送带接头强度为母带的50%～65%，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，并可作为高速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7万h。

（5）带式输送机上下运行时可靠性差。

1.3.3.4 控制系统上差距
（1）驱动方式我国为调速型液力偶合器和硬齿面减速器，国外传动方式多样，如BOSS系统、CST可控传动系统等，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伯与综合电源继电器控制技术以及数据采信、处理、存储、传输、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）支装置配合使用，达到可控启（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防止输送带跑偏、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；纤维织输送带纵撕裂及接头监测系统；防爆电子输送带秤自动计量系统。

这些新型保护系统我国基本处于空白。

而我国现有的打滑、堆煤、溜煤眼满仓保护，防跑偏、超温洒水，烟雾报警装置的可靠性、灵敏性、寿命都较低。

1.4 带式输送机的发展趋势
1.4.1 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【7】送机的输送能力要加大。

长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势，也是高产高效矿井运输技术的发展方
向。

在今后的10a内输送量要提高到3000～4000 t/h，还速提高至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，单机驱动功率要求达到1000～1500 kW，输送带抗拉强度达到6000 N/mm（钢绳芯）和2500 N/mm（钢绳芯）。

尤其是煤矿井下顺槽可伸缩输送技术的发展，随着高产高效工作面的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，煤矿现场急需主参数更大、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，以提高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：⑴带式输送机动态分析与监控技术；⑵软起动与功率平衡技术；⑶中间驱动技术；⑷自动张紧技术；⑸新型高寿命高速托辊技术；⑹快速自移机尾技术；⑺高效储带技术。

1.4.2 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。

1.4.3 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步进送料机的设计
2.1 设计说明
2.1.1 步进送料机
设计某自动生产线的一部分——步进送料机。

具体设计要求为：
1、电机驱动，即必须有曲柄。

2、输送架平动，其上任一点的运动轨迹近似为虚线所示闭合曲线（以下将该曲线简称为轨迹曲线）。

3、轨迹曲线为近似的水平直线段，轨迹曲线的最高点低于直线段的距离，以免零件停歇时受到输送架的不应有的回碰。

2.1.2 设计思路
（1）设计步进送料机连杆送料机构和齿轮传动机构。

（2）设计传动系统并确定其传动比分配。

（3）图纸上画出步进送料机的机构运动方案简图和运动循环图。

（4）对平面连杆机构进行尺度综合，并进行运动分析；验证输出构件的轨迹是否满足设计要求。

（5）完成步进送料机的连杆送料机构、齿轮传动机构总图和主要零部件图。

2.2步进送料机的工作原理
步进送料机的工作原理。

步进送料机概括的说就是能够实现间歇的输送工件的机器，它的种类繁多，工作原理也不尽相同。

图2-1为步进送料机工作原理图。

电动机通过传动装置驱动滑架往复移动，工作行程时滑架上的推爪推动工件前移一个步长，当滑架返回是，由于推爪与轴间有扭簧，推爪得一从工件底面滑过，工件保持不动，当滑架再次向前推进时，推爪已复位，向前推动新的工件前移，前方推爪也推动前一工位的工件前移。

其传动装置常使用减速器，有时也用其他传动设备。

【8】
图2-1 步进送料机原理图
2.3步进送料机运动方案的设计过程
2.3.1 工艺参数的给定及运动参数的确定
工艺参数是一部机器进行方案设计和机构设计的原始依据。

所以在设计之前，必须明确提出其工作任务，周边环境以及更详细的工艺要求。

2.3.2 执行构件件运动关系的确定
有时一部机器的工作任务是由多个执行机构共同完成的，这是各执行构件间必然有一定协同动作关系，确定这宗关系的最直观的方法就是采用运动循环图。

2.3.3 动力源的选择及执行机构的确定
机械设备中应用的动力源主要是电、液、气动装置。

因此原动机有电动机、液压马达、气压马达、直线油缸及汽缸等。

电动机应用最广泛。

执行机构的运动按其运动类型划分，主要有直线运动、回转运动、任意轨迹运动、点到点运动及位到位运动。

上述运动又分为连续运动和间歇运动两类。

有些运动是单程的，有些运动是往复式的，不同的运动应由不同的机构或多种机构的组合乃至整个机器来实现。

2.3.4 方案的比较与决策
一个设计可以由多个方案来实现，每个方案所使用的机构也不尽相同，有时只是迥
异。

在达到性能指标的前提下，应根据机构组合的复杂程度对精度所造成的影响，并根据经济性和易维修性对不同方案进行比较和决策。

3 送料机传动机构设计
步进送料机的运动方案设计，机械运动方案是机械设计的重要环节，运动方案设计的优劣，决定了这部机器的性能、造价、及市场前景。

所谓运动方案的设计，即是设计者通过何种机构组合为一部完成特定工作任务的机械系统的全面构思。

3.1 步进送料机传动机构的选择
此处省略NNNNNNNNNNNN字。

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3.2.2 连杆机构的类型及应用
近年来，随着连杆机构设计方法的发展，电子计算机的普及应用以及有关设计软件的开发，连杆机构的设计速度和设计精度有了较大的提高，而且在满足运动学要求的同时，还可考虑到动力学特性。

尤其是微电子技术及自动控制技术的引入，多自由度连杆机构的采用，使连杆机构的结构和设计大为简化，使用范围更为广泛。

根据构件之间的相对运动为平面运动或空间运动，连杆机构可分为平面连杆机构和空间连杆机构。

根据机构中构件数目的多少分为四杆机构、五杆机构、六杆机构等，一般将五杆及五杆以上的连杆机构称为多杆机构。

当连杆机构的自由度为1时，称为单自由度连杆机构；当自由度大于1时，称为多自由度连杆机构。

根据形成连杆机构的运动链是开链还是闭链，亦可将相应的连杆机构分为开链连杆机构（机械手通常是运动副为转动副或移动副的空间开链连杆机构）和闭链连杆机构。

单闭环的平面连杆机构的构件数至少为4，因而最简单的平面闭链连杆机构是四杆机构，其他多杆闭链机构无非是在其基础上扩充杆组而成；单闭环的空间连杆机构的构件数至少为3，因而可由三个构件组成空间三杆机构。

【10】
所有运动副均为转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的最基本的型式，其他型式的平面四杆机构都可看作是在它的基础上通过演化而成的。

在此机构中，构件4为机架，与机架构成运动副的构件1、3称为连架杆，不与机架组成运动副的构件2称为连杆。

若组成转动副的两构件能作整周相对转动，则该转动副称为整转副，否则称为摆动副。

与机架组成整转副的连架杆称为曲柄，与机架组成摆动副的连架杆称为摇杆。

因此，根据两连架杆为曲柄或摇杆的不同，铰链四杆机构可分为三种基。