步进输送机的设计

步进输送机的设计前 言步进输送机是综采工作面配套设备的重要组成部分,是装运的第一个环节。

因此，步进 输送机的输送能力在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率。

然而， 我国生产技术 落后，目前设计生产的步进输送机装机功率小,输送能力低,运输距离短，耐久性差,可靠性 低， 寿命短。

综合分析我国步进输送机的使用现状， 设计制造高性能的步进输送机迫在眉睫。

本文首先综合比较了各种类型输送机的特点， 根据实际情况选用了往复型步进输送机。

而后， 对往复型步进输送机进行了总体结构设计。

通过对动力输送杆、输送滑架、推爪以及动力装 置等主要部件进行了技术分析和结构设计，完成了往复型步进输送机的整体设计。

此次设计 的往复型步进输送机的特点是结构简单,受力均匀,运行平稳,摩擦阻力小 ,不易出现堵塞， 具有很强的适应性。

由于本人缺乏经验、 水平有限， 设计中难免有错误和不妥之处， 恳请各位老师提出宝贵意见， 我会积极改正并在今后的学习中更加努力和认真。

1.绪论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。

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。

可以单台输送，也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同 布置形式的作业线需要。

输送机的历史中国古代的高转筒车和提水的翻车，是现代斗式提升机和刮板输送机的雏形；17 世纪 中，开始应用架空索道输送散状物料；19 世纪中叶，各种现代结构的输送机相继出现。

1868 年，在英国出现了带式输送机；1887 年，在美国出现了螺旋输送机；1905 年，在瑞士 出现了钢带式输送机；1906 年，在英国和德国出现了惯性输送机。

此后，输送机受到机械 制造、电机、化工和冶金工业技术进步的影响，不断完善，逐步由完成车间内部的输送，发 展到完成在企业内部、 企业之间甚至城市之间的物料搬运，成为物料搬运系统机械化和自动 化不可缺少的组成部分。

具有牵引件的输送机一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支 承件等。

牵引件用以传递牵引力，可采用输送带、牵引链或钢丝绳；承载构件用以承放物料， 有料斗、托架或吊具等；驱动装置给输送机以动力，一般由电动机、减速器和制动器(停止 器)等组成；张紧装置一般有螺杆式和重锤式两种，可使牵引件保持一定的张力和垂度，以 保证输送机正常运转；支承件用以承托牵引件或承载构件，可采用托辊、滚轮等。

具有牵引件的输送机的结构特点是：被运送物料装在与牵引件连结在一起的承载构件 内，或直接装在牵引件(如输送带)上，牵引件绕过各滚筒或链轮首尾相连，形成包括运送物 料的有载分支和不运送物料的无载分支的闭合环路，利用牵引件的连续运动输送物料。

这类的输送机种类繁多，主要有带式输送机、板式输送机、小车式输送机、自动扶梯、 自动人行道、刮板输送机、埋刮板输送机、斗式输送机、斗式提升机、悬挂输送机和架空索 道等。

没有牵引件的输送机的结构组成各不相同，用来输送物料的工作构件亦不相同。

它们的 结构特点是： 利用工作构件的旋转运动或往复运动， 或利用介质在管道中的流动使物料向前 输送。

例如，辊子输送机的工作构件为一系列辊子，辊子作旋转运动以输送物料；螺旋输送 机的工作构件为螺旋， 螺旋在料槽中作旋转运动以沿料槽推送物料；振动输送机的工作构件 为料槽，料槽作往复运动以输送置于其中的物料等。

输送机的发展趋势①继续向大型化发展。

大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。

水力输送装置的长度已达 440公里以上。

带式输送机的单机长度已近 15 公里，并已出现由 若干台组成联系甲乙两地的"带式输送道"。

不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料 的更完善的输送机结构。

②扩大输送机的使用范围。

发展能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物 质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。

③使输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。

如邮局所用的自动 分拣包裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求等。

④降低能量消耗以节约能源，已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。

已将1 吨物料输送1 公里所消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。

⑤减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和排放的废气。

2.设计题目：步进输送机图 2-1 原始的步进输送机模型3.设计简介3.1 工作原理步进输送机是一种能间歇地输送工件，并使其间距始终保持稳定步长的传送机械。

图 1 为运动示意图，工件经过隔断板从料轮滑落到辊道上，隔断板作间歇往复直线运动，工件按 一定的时间间隔向下滑落。

输送滑架作往复直线运动，工作行程时，滑架上位于最左侧的推 爪推动始点位置工件向前移动一个步长， 当滑架返回时，始点位置又从料轮接受了一个新工 件。

由于推爪下装有压力弹簧，推爪返回时得以从工件底面滑过，工件保持不动。

当滑架再 次向前推进时，该推爪早已复位并推动新工件前移，与此同时，该推爪前方的推爪也推动前 工位的工件一齐向前再移动一个步长。

如此周而复始，实现工件的步进式传输。

显而易见， 隔断板的插断运动必须与工件的移动协调，在时间和空间上相匹配。

图 3-1 步进输送机输送物件示意图3.2 原始数据及设计要求（1） 输送工件形状和尺寸如图 1， 工件质量 60kg， 输送步长 H＝840mm， 允许误差±0.2mm。

（2） 辊道上允许输送工件最多 8 件。

工件底面与辊道间的摩擦系数 0.15（当量值），输 送滑架质量为 240kg，当量摩擦系数也为 0.15。

（3） 滑架工作行程平均速度为 0.42m/s，要求保证输送速度尽可能均匀,行程速比系数 K ≥1.7。

（4） 最大摆动件线质量为20 kg/m，质心在杆长中点，绕质心线转动惯量为 2 kg◌m 2 /m， 其余构件质量与转动惯量忽略不计。

发动机到曲柄轴的传动系统的等效转动惯量 （视 曲柄为等效转动构件）近似取为 2 kg◌m 2。

。

（5） 允许速度不均匀速度为[δ]＝0.1。

（6） 滑架导路水平线与安装平面高度允许在1100mm以下。

（7） 电动机规格自选。

3.3 设计任务（1） 根据工艺动作要求拟定运动循环图；（2） 进行插断机构、步进输送机构的选型；（3） 机械运动方案的评定和选择；（4） 根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并在报 告上画出传动方案图；（5） 进行工件停止在工位上的惯性前冲量计算；（6） 对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；（7） 画出机械运动方案简图；（8） 编写设计计算说明书。

4.运动方案的拟定4.1 步进输送机构步进输送机的主传动机构的原动件是曲柄；从动件为推爪(滑块),行程中有急回特性； 机构应有较好的动力特性及在工作进程中速度要求较小且均匀。

要满足这些要求，用单一的 四杆机构是难以实现的。

下面介绍拟定的几种方案。

图 4-1 滑块摇杆机构如上图 4­1 所示，牛头刨床的主传动 机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的 6 杆机 构。

采用导杆机构，滑块 3 与导杆之间的传动角始终为 90，且适当确定构件尺寸，可以保 证机构工作行程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。

适当确定推 爪的导路位置，可以使压力角a 尽量小。

如图 4­2所示，步进输送机的主传动机构采用凸轮机构和摇杆滑块机构。

适当选择凸轮 运动规律，设计出凸轮廓线，可以实现刨头的工作行程速度较低，而返回行程速度较高的急 回特性；在推爪往复运动的过程中，避免加减速度的突变发生(采用正弦加速度运动规律）。

如图 4­3所示，步进输送机主传动机构采用曲柄导杆机构机构。

导杆做往复摆动其速度 有点波动，并且也具有急回特性。

图 4-2 凸轮摇杆机构 图 4-3 曲柄导杆机构4、如图 4-4 所示，步进输送机的主传动机构采用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构。

曲柄 摇杆机构可以满足工作进给时推爪的速度较低，在运动过程中曲柄摇杆机构的从动件摇杆 3 的压力角a 是变化的。

图 4-4 曲柄摇杆滑块机构4.2 运动方案的选定经过从生产成本以及机构的难用程度和操作的简便性考虑。

最终我决定选输送机构的方 案 1 作为此次课程设计所要求的运动方案。

5.机构运动简图5.1 运动简图图 5-1 初始状态图 5-2 工件输送阶段图 5-3 工件到达工位点图 5-4 输送架回程阶段 6.运动分析6.1 输送机构的运动分析图 6-1 输送机构核心构件（1）要求条件：输送滑架输送步长S=840mm+20mm=860mm, 滑架工作行程的平均速度 为 0.42m/s, 输送速度尽可能均匀， 行程速比系数 K≥1.7。

（2）制定参数：令 K=2，推爪（滑块）的导路 X-X 在导杆运动弧长的平分线上。

极为夹角θ=180°×(K-1)/(K+1)=60°，即∠O2O4A=30°。

由输送架工作行程平均速度 0.42m/s,且输送步长 S=860mm 可得导杆 O4B 的长度O4B=860mm。

工作进程的时间 t1=0.86m/0.42m/s=2.0476s回程时间 t2= t1/2=1.0238s， 有 Wt=θ知 W=2.0457 rad/s。

转速 n=60W/(2*3.14)=19.5r/min。

由∠O2O4A=30°知 O2A=O2O4/2,又 X-X 在导路所在弧长的平分线上，取H 约为(860+860*cos30°)/2 即令 H=802mm。

又要求工作过程中传动平稳，速度均匀，即 BC杆的传动角γ越大越好。

最大的传动角γ=90°-arcsin[(860-860*cos30°)/BC]。

为保证机构的传力效果，应使 传动角的最小值γmin 大于或等于其许用值[γ],即γmin≥[γ]。

一般机械中，推荐[γ]=40° -50°。

取 BC=200mm, γ=74.38°。

推爪形状如下图：图 6­2 输送爪尺寸如上图所示，单位：mm由上述结论，确定输送架运动的 6 杆机构的长度分别为：BC=200mm O 4B=860mm O 2O 4=500mm O 2A=250mm 。

（3）用相对运动图解法做平面机构的运动分析将曲柄端点的运动轨迹的圆周12 等份，初始位置为1 如上图 6-1例如计算滑块处于位置 8 时机构的速度、加速度。

（4）求 C 点的速度：⑴确定构件3 上 A 点的速度：构件 2 与构件 3 用转动副 A 相联，所以υA3=υA2而υA2= 22 OA l w =0.51m/s （5）求 4 A V 的速度：υA4= υA3 + υA4A3 方向：⊥BO 4 ⊥AO 2 ∥BO 4 大小： X 22 OA l w Y图 6­3 矢量求解图用图解法求解如图 5-3：、式中υA3、υA4 表示构件 3 和构件 4 上 A 点的绝对速度，υA4A3 表示构件 4 上 A 点相对于构件 3 上 A 点的速度，其方向平行于线段 BO 4，大小未知；构件 4 上 A 点的速度方向垂直于线段BO 4，大小未知。