带式输送机的传动设置

绪言

为了降低物料的输送成本，提高生产的自动化，带式输送机正向大运量、长距离方向发展；同时输送机应能适应各种不同的环境条件，以满足生产现场的需要。对于带式输送机，如果以机器稳定运转时所需功率选择电动机，则很可能因负载大而不能起动或因起动电流大而损坏电动机；如果按起动要求选择电动机，则进入稳定运转状态后，因电动机功率过大而造成浪费。同时,这种“硬起动”方式因起动时间短、冲击大而使输送带承瞬间拉力过大，易造成输送带过早松弛和其它零部件的损坏。这就对传动系统提出了更高的要求，使它更好地实现输送机的启动和正常运行，同时还应提高运行性能，从而为散料输送降低成本，实现生产的自动化奠定基础。

由于利用输送机的某些行业特殊性（如煤矿井下），带式输送机要求其传动装置体积小、重量轻、运输、安装、维护方便、工作可靠、寿命长，所以带式输送机的传动装置经历了从软齿面到中硬齿面再到硬齿面的发展过程，目前大部分带式输送机的传动装置主要采用DCY、KZL、NGW-S和SSX系列型式的硬齿面减速器。带式输送机机头布置如图1—1所示。通过对DCY、KZL、NGW-S、SSX4种系列减速器进行了分析、比较、汇总，得出了热功率与重量的关系(图1—2所示)，尺寸a×b与热功率的关系(如图1—3所示)；尺寸a×b 与速比的关系(如图1—4所示)，尺寸a、b(如图1—1所示)。

图1 带式输送机机头布置图图2 热功率与重量的关系

图3 热功率与尺寸a*b的关系图4 速比与尺寸a*b的关系

DCY传动装置、KZL传动装置、NGW-S传动装置和SSX传动装置的结构都有所不同，各有自己的优点和缺点，下面就一一作以介绍。

DCY系列传动装置结构型式，减速器第1级为格里森制弧齿伞齿轮，第2、3级传动为渐开线圆柱斜齿轮，齿轮材料采用合金钢经渗碳淬火磨齿加工，减速器采用飞溅润滑，自然

冷却或者采用稀油站循环冷却，以及采用冷却管的油池冷却。该系列减速器不足的是：（1）主动弧齿伞齿轮轴及其轴承润滑不良，温度高容易烧坏；（2）自然冷却和冷却管冷却效果欠佳，稀油站复杂，成本又高；（3）在热功率、速比相同的情况下，尺寸a×b最大，重量最重，在一些开拓量大的情况下，运输、安装、维护都不方便(如图2~图4所示)。

KZL系列减速器的第一级为格里森制弧齿锥齿轮，第2、3级传动为渐开线圆柱斜齿轮，齿轮材料采用优质合金钢经渗碳、淬火热处理,磨齿加工，减速器的齿轮、轴承采用飞溅润滑，自然冷却或者采用风扇、环管冷却。该系列减速器不足的是：①主动螺旋齿轮及其轴承润滑不充分，容易过热或者轴承烧坏；②冷却效果欠佳；③在热功率、速比相同的情况下，尺寸a×b较大，重量较重,煤巷的开拓量较大，运输、安装、维护不太方便。

NGW-S传动装置,减速器第1级为弧齿锥齿轮，第2级为2K-H渐开线直齿行星齿轮传动，齿轮材料为合金钢经渗碳淬火磨齿加工，减速器的润滑采用飞溅润滑，自然冷却。该系列减速器不足的是：①主动螺旋齿轮轴及其轴承润滑不良，温度较高容易烧坏轴承；②自然冷却不良；③在热功率、速比相同的情况下，尺寸a×b比SSX型大，重量比SSX型重。

SSX系列减速器第1级为格里森制螺旋伞齿轮，第2级为2K-H渐开线直齿行星轮传动，齿轮材料采用优质合金钢经渗碳、淬火、磨齿和喷丸强化处理，高速级及其轴承采用自带润滑泵循环润滑，低速级采用飞溅润滑，减速器采用板翅式合金冷却器水冷却。该系列减速器不足的是：必须有冷却水，而且增加了水路系统。

通过对以上四种主要传动装置的简介可以看出，每种传动装置都有这样那样的缺点。现阶段，随着科技的进步，经济的快速发展，生产逐渐走向自动化。而带式输送机的传动设置也向可控化方向发展。

本论文把液体粘性传动技术应用到带式输送机的传动系统上，设计出比较实用的一种液体粘性可控传动装置。研究内容主要有：

1、带式输送机的动态特性分析，选用合适的加速度控制曲线

介绍了带式输送机的动态特性，对带式输送机的启动过程中的弹性波传播速度、动载荷等进行分析；分析如何计算带式输送机的等效转动惯量，建立简单模型，在此基础上分析不同的加速度曲线对传递扭矩及动载荷的影响等，根据传动装置的特点设计合适的加速度控制曲线。

2、液体粘性剪切理论的研究

建立合适的剪切模型，分析工作过程中影响传递扭矩的因素；建立合适的摩擦片粗糙度模型，分析摩擦片粗糙度对传递扭矩的影响；考虑工作中的热量问题，以及引起的油温的升高对油液的粘性及传递性能的影响。

3、液体粘性可控传动装置机械本体的设计

作为一个液体粘性可控传动系统，它应该满足现场需要。因此合理实用的机械结构是很重要的，包括内外摩擦片的设计、活塞及压盘的设计、碟簧的选择及主被动轴设计等。

本论文的创新点有：

1、根据液体粘性可控传动技术的发展现状，设计了一种用于带式输送机的液体粘性可控传动装置，本装置性价比较高，性能能满足现场要求。

2、针对这种装置，建立简化的模型，在此基础上，分析了在几种加速度控制曲线下动载荷的变化规律，经过分析比较，正弦形加速度控制曲线是比较理想的启动曲线。

4考虑到装置的结构及其性能，设计了液压系统，使得装置不必采用冷却系统，但仍具有足够的散热能力，使油温控制在允许的范围内。

第一章带式输送机的动态力学分析

要分析带式输送机的动态力学分析，首先要了解其带式输送机的动态特性。为使带式输送机安全可靠地运行，其结构系统必须具有良好的静、动特性。传统的设计比较注重静特性计算，而对动特性考虑得比较少。带式输送机的动特性或动力学现象主要反映在如下几方面：

1、纵向振动：这是一种沿输送带纵向产生的振动现象，是由于输送带为粘弹性体，在外界扰动力（驱动力、制动力、阻力等）作用下产生的一种振动，这是带式输送机动力学现象的最主要部分之一，对输送机的技术经济指标影响也最大。它通常产生于运行的过渡过程中，如启动、制动等。

2、横向振动：这种振动现象是由于输送带平放在托辊上时，产生了一定的悬垂度而构成的薄板振动体系，振动方向为铅垂面内。当系统设计不当时会产生共振或振幅较大的振动，对设备危害极大。

3、输送带跑偏：这是一种在输送带平面内，即输送带与托辊的线接触方向上，有一定的干扰力影响而产生的振动，这种振动可能会引起输送带的跑偏、撒料等现象。

4、受料冲击：在给输送带装料的过程中，物料要以一定的动能或势能形式冲击输送带，这种现象即受料冲击。

5、运行冲击：输送带和物料在运行过程中，在铅垂面内和水平面内会产生变形，当经过托辊时，必然以一定的冲击影响托辊和输送带。

在带式输送机设计、选型和使用中，只考虑其静特性是不够的，在许多情况下，动特性分析往往是决定带式输送机是否技术合理、安全可靠、经济可行的关键。下列现象往往是因未考虑动特性分析而造成的：①带式输送机启动过猛，引起输送带张力急剧升高，拉紧装置工作不稳定，使输送带安全系数大大降低。②带式输送机启动不起来。③输送带在驱动滚筒上打滑或打颤。④输送带在托辊上运行不稳定，引起物料撒落、输送带跑偏、托辊使用寿命降低。⑤输送带被物料砸破，引起输送带保护层受损，带芯破坏。⑥系统安全系数不合理、系统安全系数过高，致使设备庞大，成本过高，经济指标不合理。

带式输送机动力学及设计任务就是了解带式输送机的动力学现象和机理，掌握动力学的基本规律，根据设计要求，能进行系统的静、动特性分析，实现在设计阶段预测和优化输送机的动态特性，进而实现对起、制动过程的控制和优化。

带式输送机可以认为是由许多零部件组成的机电系统，要达到全面的分析动力学的目的，必须要考虑如下部件之间的数学模型：输送带本身、输送带和拉紧装置、输送带和托辊、驱动滚筒和物料、联轴器等。

第一节带式输送机启动过程的分析

带式输送机作为一个复杂的机电系统，负载重、带速高，在启动和停车的过渡过程中，输送带中将产生很大的动张力，可能导致输送带的整体或局部滑动，引起输送带传动面及驱动滚筒衬垫强烈磨损和发热，使输送带与滚筒间粘着系数降低，甚至难于继续启动和运行。输送带在动张力的作用下，还会使其安全系数降低，张紧装置负荷显著增大，产生很大的附加位移和冲击，甚至损坏机件。因此，在设计输送机系统时，采用动态分析方法，从分析弹性波在输送带中的传播规律入手，计算过渡过程的动载荷及带式输送机的启动、制动时间，减少输送带中的动应力，改善输送机的启、制动及运行条件。

一、带式输送机的启动