断带抓捕器课程设计

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断带抓捕器课程设计
班级：机自11-3班
姓名：
指导老师：
2014年7月10日
绪论 (2)
皮带断带抓捕工具的现状研究 (4)
断带抓捕器的特点 (8)
输送带的选择及其相关参数计算 (8)
偏心轮闸块式断带抓捕器理论工作分析 (10)
断带抓捕器的主要工作原理 (17)
小结 (23)
绪论：
随着带式输送机技术的不断完善与发展，带式输送机已经成为散体物料的主要运输工具之一，因为其能实现物料的连续装卸运输，而且运输的距离长、输送能力大、电耗低、投资费用相对较低以及维护方便等特点，而被广泛应用于港口、码头、、冶金、热电厂、露天矿、煤矿井下的物料运送。

然而作为煤矿运输系统中的关键设备，在使用过程中由于胶带备点的受力不均，滚筒转动不灵活等原因，胶带易发生断带等事故。

一旦发生断带故障时，由于重力和惯性的作用，断裂的胶带将与胶带上的物料一同迅速下滑将胶带和物料一同堆积在输送机的下方机头处，给带式输送机的修复工作带来很多的困难，带来很大的经济损失。

更严重可能引发人员的伤亡事故，将会给煤矿安全生产带来更大的负面影响。

并且，由于断带输送机使用的环境非常复杂，对机械设备的工作性能会产生很大的影响。

为了确保断带抓捕器的工作可靠性，必须做定期的断带试验，但在实际的试验过程中，由于钢丝绳芯输送带的内部结构和特殊的工艺性，断开输送带不容易，连接输送带做输送接头更不容易，另外考虑煤矿生产的特殊性，，试验不可能占用太多的生产时间，因此在现场做断带抓捕试验是一项非常困难的事情，或者说根本是不可能的事情，特别对运输距离长、运输请教较大强力输送带试验风险性更大，还可能存在断带抓捕失效，引起输送带下滑失控产生事故的可能。

所以在井下如何定期进行断带试验，确保断带抓捕器的工作可靠性，是一件非常棘手的问题。

所以在使用断带抓捕器之前一定要进行一定数量的断带抓捕器试验。

目前国内已有许多厂家研制了胶带输送机综合保护器，它们可有效地实现带式输送机在运行过程中的部分故障保护。

但还无法完成带式输送机断带保护，加之输送机的断带事故在煤矿，电厂、水泥厂工作中时有发生，因此这一问题急需解决。

此设计采用了偏心轮闸块式结构，从根本上解决了闸块对输送物料的影响。

该产品正常情况下作托辊使用，当发生断带或是失效时，可迅速地抓住胶带。

它主要适用于向上运输的胶带输送机，特别适用于大倾角、大运量、长距离的上山
强力型或普通型胶带输送机。

一、皮带断带抓捕工具的研究现状
为了防止胶带逆转、飞车和断带，科技人员进行了一系列的有意尝试，提出了一些解决办法：
(1)带下安装阻尼板
带式输送机正常运行时胶带被拉紧，胶带基本上是一条直线，下垂量很小，而断带后，由于托辊间距的存在，即使是高强度的钢丝绳芯胶带也有很大的下垂量，基于这一特点，采用在胶带下面一定距离处安装阻尼板，断带时，由于胶带的自重作用及初始速度使得胶带迅速松弛，并与阻尼板接触，当阻尼板与胶带之间的摩擦力足够大时，可有效地阻止胶带下滑，这就是阻尼板的工作原理如图l —l，阻尼板的防滑能力与阻尼板与胶带之问的摩擦系数有关，与阻尼板的几何长度、阻尼板与胶带问的距离以及胶带的倾角等因素有关
(2)单向托辊摩擦制动
此种制动，主要利用托辊的反向逆止原理，如图1—2，当具有一定倾角的带式输送机正常工作时，托辊随之转动，胶带与托辊间为滚动摩擦，摩擦阻力很小，而当胶带断裂下滑时，由于托辊是单向的，所以托辊反向无法转动，胶带与托辊
闻为滑动摩擦，摩擦阻力增大，通过滑动摩擦力来实现制动。

(3)自适应摩擦棘轮式断带保护器
摩擦棘轮式带式输送机断带保护逆止器是利用棘轮机构的反向制动原理实
现断带保护，实际工作时逆止器成对地布置在输送带两侧，其一侧的结构如图
1-3，由结构完全对称的上下两个组成部分，主要零件有支架1，弹簧2，加紧杆3，摩擦式扇型棘爪4，偏心凸轮5，支撑轴6和夹紧轮7．带式输送机正常工作时，输送带沿斜面向上运动，在摩擦力的作用下输送带驱动夹紧轮正向转动，夹紧轮相对于输送带作纯滚动．由于支承轴与夹紧杆之间装有滚动轴承，工作阻力很小。

当出现异常现象输送带断裂时，输送带及物料在重力作用下将沿斜面向下滑动，在摩擦力的作用下输送带要驱动夹紧轮反向转动．由于摩擦式扇形棘爪的升角小于金属之间的摩擦角，棘爪使夹紧轮反向自锁，不能转动，夹紧杆与夹紧轮之间成为刚性连接．输送带沿斜面向下滑动的摩擦力使上夹紧杆与夹紧轮一起顺时针摆动，使下夹紧杆与夹紧轮一起逆时针摆动，下滑力越大夹紧力也越大．由于夹紧制动动作是随着输送带下滑动作自动实现的，夹紧力的大小随着输送带下滑动作自动实现的，夹紧轮的大小随着胶带下滑力的大小而自动适应，无需其它控制就可实现自动断带保护，从而防止了输送带和物料下滑堆积与巷道，避免事故的进一步扩大。

(4)GBZ型滚动下落胶带抓捕器
抓捕装置主要结构如图1—4，当胶带正常运行时，抓捕辊高高举起，它们不与胶带接触，不影响物料的运输．只有特制的托辊位于胶带下面随胶带前进而转动．当胶带倒转或断带后胶带下滑时，特制托辊则跟着反转，反转时带动托辊轴一起倒转，倒转的轴则带动一个螺旋副运动，当达到所需控制的倒转长度时，则可推动抓捕辊的固定卡爪，使抓捕辊沿内装齿条的直槽快速旋转下落，继而滑入斜槽，并在倒转胶带的带动下继续沿斜面运动，因而把胶带紧紧的卡住在抓捕辊和基砧之间，由于抓捕辊旋转下落，可以把胶带的煤屑清除掉，使抓的更可靠。

(5)偏心轮抓捕器
抓捕器设计成一种沿线多点布置，机构采用偏心夹紧机构，如图1—5偏心轮直径D=350-400mm，偏心距e≥50mm，偏心轮宽度b=30-50mm，外圆面粗滚花，或者将外翻面加工成细锯齿面(齿深h=1.5-2mm)．整个偏心夹紧抓捕器安装在输送机的机架上．在中空的机架中部布置—个托辊
式圆柱摩擦轮，在两侧各布置一个托辊式摩擦偏心轮，在托辊式园柱轮与偏心轮之间有柔性传动机构，此外在托辊式摩擦偏心轮的上方各安装一个可摆动的闸块机构，在正常情况下可与胶带直接接触并当作托辊使用，闸块遇到货物能自动摆动，又自动复位，并在复位时可防止冲击货物引起溢载，当断带或因逆止器失效发生胶带逆转时，原托辊则变成了偏心辊，形成了偏心轮闸块机构的局部断面制动型式的断带保护器。

要求偏心轮的端面应与运行的胶带上平面垂直，胶带两边缘部分由偏心轮下方通过．限位器设于抓捕器的花边偏心轮上，其一端通过钢丝绳与张紧控制装置连接，断带、飞车取样传感器设于输送机张紧滚筒与拉力绞车之间。

当胶带发生断带或飞车的瞬何，控制装置、抓捕器，电源急停开关将同时工作．可迅速切断输送机的工作电源，同时，抓捕器的闸块机构能够迅速落下，将已发生断带或飞车的胶带抓住。

由此可以看到，这种抓捕器除具有构造简单、成本低、使用维护方便、工作可靠、制动距离小等优点。

为胶带输送机的断带提供了较为可靠的安全保证。

还克服了断带点随机变化的问题及原保护器存在槽形角发生改变产生的影响以及固定闸块引起挡载或溢载的弊端，特别解决了因强力型胶带垂度不大导致工作可靠性下降的问题。

图1-5 偏心轮抓捕器
此设计就是采用偏心轮的工作原理来进行断带抓捕的。

二、断带抓捕器的特点
该产品分上、下胶带断带抓捕器，其特点主要有：
（1）采用沿线多点布置，解决了断带点随机变化的问题。

（2）工作机构采用局部断面制动，可敞开摆动闸块机构，从根本上解决了闸块对输送物料的影响，适用范围广。

（3）采取了与胶带接触触发方式，触发动作灵敏可靠。

（4）采用离心拨抓无磨损运行方式，使用寿命长。

（5）满足在不断带下调试，确保了断带抓捕器的工作可靠性。

三、输送带的选择及其相关参数计算
1、参数选择
由《运输机械选型手册》（第二版），查表1-2，选带为ST1600——钢丝绳芯，查
表1-7，输送带质量27m kg
2查表1-1，选带宽为1200mm ，因为输送量较大，，输
送带较宽，选择输送带带速为2m/s ，查表1-3，选择堆积角为。

10，槽角为。

35。

查表2-34，得到输送带上物料的最大截面积21381.0m S =（见图1-1）。

选择上运
带式输送机的倾角20
=δ，查表2-35，k=0.95（k 是倾斜输送机面积折减系数），运输的材料是原煤m kg 31000=ρ，运输距离m L 240=,运输能力h
t 40=θ，理论运输能力ρsvk Q 6.3=理，通过计算得出θ>Q 理
，满足要求。

2、参数计算
kg m m kg L B m m 77762402.1272=⨯⨯=⨯⨯=运输距离带宽输送带质量皮带
N G 77760=皮带
kg s s kg m 3.1333120360040103=⨯⨯=料
N G 13333=料
N Q G G 910931333377760=+=+=料皮带
输送带可用带宽m B b 03.105.02.19.005.09.0=-⨯=-=（输送带m B 2<=），如图3-1所示，中间托辊的正压力N N 31651=
图3-1
四、偏心轮闸块式断带抓捕器理论工作分析
1、理论分析
偏心轮闸块式断带抓捕器中间托辊与偏心辊承载能力情况如图4-1所示，偏心辊与断带输送带摩擦力f 作用下绕O 向上偏转，受力如图4-2所示，则
0sin ))cos(()sin(e =----+--βαβαβGe M e R f N （1）
式中G ——偏心轮的重量
N ——断带后输送带及载荷搭落在偏心轮上的压力
D T Q N c o s
2-= Q ——与输送带及负载的重量有关
T ——中部托辊承受反力
e ——偏心轮的偏心距
f ——摩擦力N f μ=
μ——摩擦系数
M ——偏心轴承受力矩
为讨论问题方便，M 忽略不计。

由式（1）可得
)]cos([cos 2sin )sin(cos 2αββ
αβμ---+--=e R D
T Q Ge e D T Q （2）
由于α、β均在变化，为能使偏心轮转动，欲使式（2）成立，现对它求极值。

0=∂∂α
μ
（3）
0=∂∂β
μ （4）
由式（3）、（4）得
0)]
cos()[(cos cos 2=---αββe
R
T Q D
eG
（5）
显然e
R
<
-)cos(αβ（因为R >e ） 欲使式（5）成立，只有),0(,0cos πββ∈= 即2
π
β=
所以ααμsin cos cos 2min -+-=e
R
D T
Q G
（6）
式（6）表明了品新论闸块式断带抓捕器传动的内在规律，要实施断带抓捕器，μmin 必须满足或超过偏心轮偏转到2
π
β=
，这一最困难的极限条件。

图4-1
1、偏心辊
2、中间辊
3、偏心辊
图4-2 输送带
1输送带2偏心辊
2 断带抓捕器主要性能参数及依据
（1）偏心轮轴直径的计算
由公式3
]
[32σπM
d = （7）
计算得出偏心轮轴的直径mm d 50=。

（2）断带抓捕器额定载荷F
根据断带抓捕原理可知，偏心辊子壁厚，闸块、制动梁以及机架等结构尺寸选取不受任何限制，完全能通过设计达到强度要求，唯有偏心轮轴受到结构尺寸的限制，不能任意加大，因此断带抓捕器强度最薄弱的环节是偏心轮的轴，其设计依据如下：
由于偏心轮O 轴承受阻力与断带抓捕制动时所产生的摩擦力f 和正压力N 相比很小，可忽略不计，考虑偏心轮轴应在受载最大的情况下进行强度计算，所以不计偏心轮在极限位置时挡块产生的支承反力，因此偏心轮及轴的受力情况如图4-3和4-4所示，则有：
图4-3
图4-4
Rx WZ d M =⨯⨯==3
max 1.0][][σσ
（8）
得到x
R d 3
1.0][⨯⨯=σ
（9）
因此x R d R 3
'
1.0][22⨯⨯==σ
（10）
又N f f
N
R μ=+
=
,2
2
'
所以)]
1([][2.0)]
1([1.0][2)1(3
3
'
+=
+⨯⨯=
+=
μμ
σμμ
σμμx x f d d R
因此断带抓捕器产生最大制动力)]
1([][8.043
max +==μμ
σx f d F
所以断带抓捕器额定载荷
N n
F
F 39237max
==
式中][σ——偏心轮轴材料许用应力，取][σ=23MPa ， d ——偏心轮轴危险段直径，d=50mm ， x ——轴段尺寸，x=12.3mm ， μ——偏心辊与输送带的摩擦系数， n ——安全系数，n =1.2。

3、使用条件
（1）胶带宽度650mm 以上； （2）向上运输倾角＞6度；
（3）机架形式：固定式，拆卸式，吊挂式； （4）槽型角度≤60度
4、偏心轮设计时应注意事项
从偏心轮闸块式断带抓捕器传动的内在规律可看出：
（1）为了提高传动的可靠性 ，要尽可能提高偏心辊与输送带的摩擦系数，确保
μ≥
μ
min
，如可采取偏心辊表面滚花、泼胶等措施；
（2）在偏心距 e 满足工作的条件下 ，尽量增大e
R
的比值 ，即采取增大托辊直径的办法 ；
（3）在保证断带抓捕所需强度条件和使用条件下 ，尽量减小偏心轮钢管壁厚和偏心轮的长度 ，达到减小偏心轮的旋转重量 G 的目的；
（4）宜用滚动轴承，密封要合理 ，尽可能降低偏心轮旋转的阻力矩。

（5）托辊槽形角 D 越大 ，所需的μmin 越小 ，也即对于深槽大倾角带式输送机，其传动较为有利 ，对于负载小、托辊槽形角D 小的情况下，对传动很不利 ， 设计时可适度降低中间托辊 ，或设有中间托辊上下可调装置 ，减小中间托辊受力T 来保证。

（6）偏心轮内加平衡块，使偏心轮的重心向旋转中心移动。

4、偏心轮安装时应注意事项 (1)
μ
min
与α的偏向有关 ，图4-3为偏心轮安装位置与α的关系，当断带抓捕
器偏心轮安装在最大挠度的上方时，α>0；安装在最大挠度处 ，α=0；安装 在最大挠度下方时，α<0，此时对断带抓捕器偏心 轮传动最有利。

图4-3 偏心轮安装位置与 的关系
(2)断带抓捕器安装时，通过调整装置或垫片中间托辊适度向下调整，偏心轮适度向上调，增大侧面托辊的正压力N。

(3)对于上送带式输送机，输送带的最大张力点一般在1点，如图4-4所示，也就是说输送带在输送机沿线上部断带的可能性最大，并且此时的破坏性也最大，但事实上却不能排除在输送机上任一点断带的可能性。

考虑到沿线下部断带的可能性很小，另外也为了便于管理与维护，可均匀、相对集中地在输送机上部沿线3／4区间内进行多点布置。

图4-4 最大张力点位置
五、断带抓捕器的主要工作原理
断带抓捕器总工作原理图如下图所示：
1、槽型托辊
托辊主要是对皮带起支撑作用，运用槽型托辊，因为存在槽角，可以盛更多的物料，使皮带输送机的运输效率更高，可以在单位时间内盛更多物料，还节省
了成本。

槽型托辊示意图如下图5-1所示
1.槽型托辊
2.边支柱
图5-1
2、横梁
横梁示意图如图5-2所示：
图5-2 横梁
横梁上有许多连接件，这些连接件了连接了上抓捕装置和下抓捕装置，这些连接件的设计至关重要，决定此装置能否正常工作，横梁倾斜的角度必须和托辊的槽角一致，以保证托辊能正常安装。

3、直线中间架
直线中间架示意图如图5-3所示
图5-3 直线中间架
直线中间架主要是用来支撑整个断带抓捕器的，这一部分需要承受的力相当大，因此需要足够的刚度和强度。

必须选用刚度和强度都较高的材料，在此选用235
Q钢。

4、联动装置
此设计的联动装置主要靠万向节联轴器来实现，万向节联轴器如图5-4所示
图5-4 万向节联轴器
万向节联轴器主要是起传递转动的作用，将上抓捕装置中闸块上轴的转动传递给下抓捕装置中的轴，在此设计中非常重要，正是因为此装置才实现了两轴共同转动，并且将上抓捕装置和下抓捕装置巧妙地连接了起来。

此万向节联轴器中各轴段均有一个销钉，起固定轴和联轴器的作用。

5、上抓捕装置
此设计中上抓捕装置的结构较为复杂，主要是由扭簧、上闸块组成。

（1）扭簧
扭簧示意图如图5-5所示：
图5-5 扭簧
此装置是利用触发装置触发扭簧转动，进而带动整个上闸块的运动。

（2）上抓捕装置
上抓捕装置示意图如图5-6所示：
图5-6 上抓捕装置
上抓捕装置包括上闸块、扭簧、联轴器等一系列组件和零件。

上抓捕装置的主要工作原理是利用触发装置触发扭簧转动，进而带动上闸块转动，上闸块上的轴同时也跟着转动，，此转动通过联轴器传递给下抓捕装置。

：
4、下抓捕装置
下抓捕装置主要是由五部分组成，（1）弧形板，（2）加强筋，（3）中间筋板，
（4）弧形板圆筒，（5）下底板组成。

如下图5-7所示：
图5-7 下抓捕装置
此下抓捕装置的工作原理是：利用万向节联轴器中传递过来的转动，带动偏心轮旋转，偏心轮会带动皮带向上运动，此下抓捕装置弧形板圆筒中装有一个销钉，可以保证在上抓捕装置运动的同时，下抓捕装置同时运动，并且下抓捕装置所运动的角度和上抓捕装置转动的角度相同。

弧形板和圆筒通过焊接连接在一起，两块中间筋板和圆筒之间有间隙，中间的筋板和下底板之间采用焊接连接，下底板和槽型托辊之间用螺栓和螺母固定。

六、小结
本次的课程设计过程很丰富，从刚开始的对断带抓捕器这个装置一点都不了解，通过查资料知道了它的用途和使用条件和环境，然后通过指导老师细心地讲解知道了它的工作原理和装置的一些基本组成。

然后紧接着开始出方案，这一过程很漫长，总是想到了一些东西之后自己又把自己给否定了，终于在和老师的共同探讨下总结出了方案，但是方案出了后一系列的问题接踵而至，零件、组件的安装问题、运动传递的问题、还有安装过程中方不方便的问题，这些都需要一一考虑。

然后就到画图了，尽管老师给了我们一些现场图片，但是还是有许多地方想象不出来。

总之，这次课程设计比我想象中要难许多，我也从这次课程设计中
学到许多，我相信这次的课程设计为我们的毕业设计打下了一定的基础。

在此，衷心地感谢梁斌老师对我们的指导！。