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I 基于 SolidWorks 的食品提升機設計 作者：生吉亮 [摘要] 波狀擋邊帶式輸送機在運行時不存在物料的內、外摩擦阻力，許用輸送傾角大，具 有能耗小，運行平穩(wěn)、噪聲小，占地面積小等優(yōu)點，已廣泛應用于冶金、礦山、港口、糧 食和化工等多個領域。本次采用波狀擋邊帶技術，設計的糖果提升機輸送量為 3200 塊/h， 棉帆布擋邊帶帶寬為 300mm，橫隔板高度為 75mm，間距為 100mm，根據 JBT8908— 1999，選用改向滾簡直徑 200mm，壓帶輪直徑 200mm，其長度均為 350mm；托輥直徑 90mm，長度為 320mm；設計了 Φ160mm 的五星輪支撐裝置用來支撐提升機水平段下分支， 提升機整體布置形式為“S”型。該提升機可以組裝在食品生產線中，在-25~40℃下用于提 升糖果，并可以根據需求調整機架高度。據此設計可用于不同承載對象的其它類食品提升 機，降低機器設計難度，具有廣泛的應用前景。 [關鍵詞]裝置設計；波狀擋邊帶；食品提升機；輸送機 II The Design of Food Hoist Base on SolidWorks Author: Sheng Jiliang [Abstract]There isn’t internal and external friction resistance of materials when belt conveyor with corrugated wall is in the run-time. But there is a big allowable transmission angle, so the machine has vary advantages that are small power consumption, stable operation, small noise, small footprint, etc. Walled belt was applied to design a food hoisting machine. The machine quarry delivered is 3200 pieces per hour. The belt has a total width of 3 00mm. The height of diaphragm plate is 75mm and the spacing is 1 00mm. According to JBT8908-1999,the 200mm diameter turnabout drum and guide pulley were chose and both were 350mm long. A 90mm diameter carrier roller was chose that its length is 320mm,and a five-star wheel device was designed to support the below branch of the horizontal interval of the belt. The hoist can be assembled in the food production 1ine. It’s used to upgrade the chocolate under the minus 25 to 40 ℃, and the height of rack can be adjusted according to demand. This design can be used for the other types of food hoist carrying different load-bearing objects, and lower the difficulty of designing machine. So, it has a wide range of applications． [Key Words] Device design; Walled belt; Hoisting Machine; Conveyor III 目錄 第 1 章 前 言 ................................................................................................................1 1.1 食品提升機的特點 ..............................................................................................1 1.2 食品提升機的應用 ..............................................................................................2 第 2 章 食品提升機總體方案設計 ..............................................................................3 2.1 食品提升機設計任務書 ......................................................................................3 2.1.1 原始數據 .......................................................................................................3 2.1.2 設計要求 ........................................................................................................3 2.1.3 技術要求 ........................................................................................................3 2.2 方案設計 ..............................................................................................................3 2.3 波狀擋邊帶式輸送機的特點 ..............................................................................4 第 3 章 食品提升機結構設計 ......................................................................................6 3.1 擋邊帶設計 ..........................................................................................................6 3.1.1 基帶 ...............................................................................................................6 3.1.2 波狀擋邊 .......................................................................................................7 3.1.3 橫隔板 ...........................................................................................................7 3.2 布置形式設計 ......................................................................................................8 3.2.1 布置形式的類型 ...........................................................................................8 3.2.2 凹凸弧度的設計 ............................................................................................9 3.3 部件選型設計 ....................................................................................................11 3.3.1 皮帶總拉力及運行功率計算 ......................................................................12 3.3.2 滾筒的選擇及設計 ......................................................................................14 3.3.3 改向滾筒的設計 ..........................................................................................16 3.3.4 托輥的設計 ..................................................................................................18 3.3.5 拉緊裝置 ......................................................................................................21 3.3.6 清掃裝置 ......................................................................................................21 3.3.7 機架 ..............................................................................................................21 第 4 章 安裝與維護 ....................................................................................................22 4.1 提升機參數 ........................................................................................................22 4.2 部件安裝及檢測 ................................................................................................22 4.3 電氣及安全保護裝置簡介 ................................................................................23 4.4 運轉維護中的注意事項 ....................................................................................24 第 5 章 食品提升機 SOLIDWORKS 三維造型 ........................................................25 5.1 SOLIDWORKS 簡介 ..............................................................................................25 5.2 主要零件的三維造型 ........................................................................................25 5.3 提升機的裝配與分析 ........................................................................................26 第 6 章 結論 ................................................................................................................28 致謝 ..............................................................................................................................29 IV 參考文獻 ..................................................................................................................30 附錄 ..............................................................................................................................31 1 第 1 章 前 言 食品提升皮帶機是在帶式輸送機的基礎上發(fā)展起來的。食品提升皮帶機與 傳統(tǒng)的的帶式輸送機一樣是以膠帶、鋼帶、鋼纖維帶、塑料帶和化纖帶等作為 傳送物料和牽引工作的輸送機械。與其他輸送機械不同的顯著特點是承載物料 的輸送帶也是傳遞動力的牽引件。 1.1 食品提升機的特點 （1）結構簡單 帶式輸送機的結構由傳動滾筒、托輥、驅動裝置、輸送帶 等幾大件組成，僅有十多種部件，并能進行標準化生產，可按需要進行組合裝 配，結構十分簡單。 （2）輸送物料范圍廣泛 帶式輸送機的輸送帶具有抗磨、耐酸堿、耐油、 阻燃等各種性能，并能耐高、低溫，可按需要進行制造，因而能輸送各種散料、 快料、化學品、生孰料等食物品。 （3）運送量大 運量可從每小時幾公斤到幾千噸，而且是連續(xù)不斷運送， 這是火車、汽車運輸所不及的。 （4）運距長 單機長度十幾公里一條，在國外已經十分普及，中間無需任 何轉載點。 （5）對線路適應性強 現代的帶式輸送機已經從槽型發(fā)展到圓管形，它可 在水平及垂直面上轉彎，打破了槽型帶式輸送機不能轉彎的限制。 （6）裝卸料十分方便 帶式輸送機根據工藝流程需要，可在任何點上進行 裝、卸料管形帶式輸送機也是如此，還可以在回程段上裝、卸料，進行反向運 輸。 可靠性高 由于結構簡單，運動部件自重輕，只要輸送帶并不被撕破，壽命可 達十年之久，而金屬結構部件，只要防銹好，幾十年也不會壞。 （7）維護費用低 帶式輸送機的磨損件僅為托輥和滾筒，輸送帶壽命長， 自動化程度高，使用人員很少，平均每公里不到一人，消耗的機油和電力也少。 （8）能耗低、效率高 由于運動部件自重輕，無效運量少，在所有連續(xù)式 和非連續(xù)式運輸中，帶式輸送機耗能最低、效率最高。 （9）維修費少 帶式輸送機運動部件僅為托輥和滾筒，因食品較輕，輸送 帶耐磨。相比較之下，汽車等運輸工具磨損部件要多的多，且更換磨損部件也 2 較為頻繁。 1.2 食品提升機的應用 工業(yè)生產中，食品提升的裝置已有多種，主要可分為斗式提升機和普通的 帶式輸送機。斗式提升機以垂直角度上升為主要功能，水平段需要另選平行輸 送帶和進行過渡段的設計。由帶式輸送機實現的提升裝置具有輸送物料種類廣 泛，動力消耗低等特點，特別是隨著近年來新材料、新技術的發(fā)展，已廣泛應 用于冶金、礦山、港口、糧食和化工等多個領域 [1]。由于斗式提升機設備較笨 重，適合重載物體的提升，且其內部鏈條與滑軌之間碰撞會產生很大的噪音， 不利于環(huán)保，所以食品提升機作為散狀物料輸送裝置，結合食品提升一般是輕 載這一特點，選用皮帶輸送方式較優(yōu)。 但是由于帶式輸送機受到物料與輸送帶的摩擦系數的限制，在結構設計時 傾斜角度最大只能是 18~20°。為了能適合生產現場的特殊要求，提高輸送機 傾角的方法主要有采用深槽的托輥組裝置、壓帶式輸送裝置和花紋帶式輸送帶 等。此外，波狀擋邊帶式輸送機也是實現大傾角輸送物料的重要形式，既可以 節(jié)約占地面積，節(jié)省設備投資和土建費用，又能實現水平段和大傾角傾斜段的 一體化設計(最大可達 90°)，運行平穩(wěn)、噪音小、運行可靠，可靠度與通用皮 帶機系列相同，比斗式提升機可靠度要高；運行中不存在物料的內摩擦、外摩 擦，因而能耗?。恍睋踹厧降钠C還可以在機頭、機尾設置任意長度的水 平輸送段，便于與其它輸送設備的銜接。因此是生產線上提升糖果等塊狀物料 的理想設備。 3 第 2 章 食品提升機總體方案設計 2.1 食品提升機設計任務書 2.1.1 原始數據 （1）提升高度：1500mm。 （2）輸送量：3200 塊/h。 （3）工步：50 步/min。 （4）輸送角：45° 。 2.1.2 設計要求 （1）提升機結構設計圖、裝配圖、各主要零件圖。 （2）輸送機三維造型。 （3）設計計算說明書（一份） 。 2.1.3 技術要求 主要參數的確定： （1）每走一工步：1.2s。 （2）動停比：1/3。 （3）每個擋板間距：100mm。 （4）帶速：0.4m/s。 2.2 方案 設計 皮帶機的設計是按照所結合的要求和條件，首先確定主要組成部分由驅動 裝置、傳動滾筒、改向滾筒、壓輥、從動輥及機架等幾大部分組成。 （1）驅動裝置 驅動裝置是皮帶機動力的來源，它主要由電動機、減速器、 間歇機構組成。 （2）傳動滾筒、從動輥 根據設計的特殊要求，在設計中采用了同步帶輪 4 作為主動輪同步帶輪與驅動裝置相連，從而傳遞動力。從轉輥的選擇也采服了 同步帶輪，同步帶輪的傳動比準確，而且可以根據帶的型號、參數在市場中直 接訂購。 （3）改向滾筒、壓輥 改向滾筒是引導輸送帶改變方向的圓柱形筒。壓輥 可以保證物料按帶的輸送方向輸運食品。改向滾筒和壓輥的結構比較簡單。 （4）機架 機架是承受驅動裝置、滾筒、托輥、輸送帶和物料的鋼結構， 可以承受沖擊、拉伸、壓縮和彎曲應力。機架的結構比較零散，它需要考慮到 安裝位置的合理、布局的美觀、節(jié)省材料、占城面積小、安裝維修方便等要求， 因此所設計的整個機架的結構都采用焊接或用螺栓連接，考慮到輸送機的適用 性，采用提升高度可調的結構，這樣輸送機不權可提升設計的要求高度，而且 也可以提升不同的高度，但是還應根據所采用的同步帶的型號，選擇不同型號 的同步帶。 本次設計的食品提升皮帶機是一種小型運輸機械，其承載能力要求較小， 設計結構緊湊。根據設計要求，選用大傾角波狀擋邊帶的輸送結構設計。 2.3 波狀擋邊帶式輸送機的特點 本次設計的食品提升皮帶機是將波狀擋邊帶式輸送帶機擴展到食品工業(yè)的 一個具體應用，其工作原理和結構組成與帶式輸送機相似。因此，像驅動裝置、 拉緊裝置、改向滾筒、傳動滾筒、中間機架、尾架、清掃裝置、保護裝置等部 件，都可以與帶式輸送機的相應部件通用。但因使用波狀擋邊輸送帶(見圖 2.1)， 所以有必要介紹下其與通用帶式輸送機主要不同點 [2]： 5 圖 2.1 波狀擋邊帶 1—基帶；2—波狀擋邊；3—橫隔板 （1）因為該提升機采用波狀擋邊輸送帶，所以輸送機的其他零部件(比如 托輥和機架)的選擇均與這一變化有關。 （2）由于輸送帶上面有橫隔板，在加料時應采用相應的措施進行加料，以 避免物料與擋板之間的撞擊。 （3）當輸送帶的運行方向改變時需要設置必要的輸送帶導向裝置，在凹 曲線處(包括承載分支和回程分支)設置壓帶輪。 （4）在回程分支設置類似通用帶式輸送機限制輸送帶擺動的部件，一般 可以應用立輥。而當帶體的重力較大時，需要考慮擋邊或擋板的剛度，設置專 用的托輥。 （5）由于輸送帶上有橫隔板，必須用接觸輸送帶內面的清掃器。 6 第 3 章 食品提升機結構設計 該設計主要選用的部件包括波狀擋邊輸送帶、驅動裝置、傳動滾筒、改向 滾筒、壓帶輪、托輥、拉緊裝置、清掃裝置、支架等。其中支架為非標設計， 其它各個部件依據選型手冊進行設計。 3.1 擋邊帶設計 一般的波狀擋邊輸送帶由基帶、波狀擋邊和橫隔板三部分組成。波狀擋邊 輸送帶根據基帶、橫隔板和波狀擋邊的組合形式分 4 種。選用波狀擋邊輸送帶 的組合形式取決于輸送機的傾角和輸送機的布置形式。4 種波狀擋邊輸送帶結 構的區(qū)別是基帶的邊緣兩側有無空邊，是否設置橫隔板。中間無橫隔板只適用 于小傾角或水平輸送，中間有隔板適用于大傾角輸送。為了便于設置對輸送帶 的支撐，本次設計的波狀帶的結構選用帶有空邊和橫隔板的形式。 在選用波狀帶時，還應注意以下幾個方面 [2]：(1)基帶要具有良好的抗拉強 度和一定的橫向剛度；(2) 為減小波狀帶的橫向變形，彌補其橫向剛度的不足， 應適當加大空邊尺寸。在波狀擋邊中嵌以織物加固層，可使其防斷裂和耐撓曲； (3)二次硫化使波狀擋邊、橫隔板與基帶牢固粘合，粘合附著強度不得小于 6N／mm。要特別注意因二次硫化，局部受熱產生收造成空邊打折； (4)波狀擋 邊與基帶中心線的直線偏差在任意 5mm 長內最大為 5mm。要從嚴掌握空邊寬 度；(5) 為保證波狀帶的質量和使用壽命，其含膠率應為 45％~50％；裙邊硬度 應為 55~65；橫隔板硬度應為 65~70；(6)為防止漏料，要盡量減小橫隔板端部 與波狀擋邊波谷的間隙。橫隔板間距要取波狀擋邊波形距的整數倍；(7)運行過 程中，橫隔板要承受物料的重力和慣性力。在進料和卸料過程中，橫隔板還要 承受物料磨損，所以橫隔板除要具有一定的強度和剛性外，還要具有一定的耐 磨性。 3.1.1 基帶 基帶的作用與普通輸送帶結構類似，是輸送機的牽引元件，承受張力。為 了使基帶橫向具有足夠的剛度以便支撐輸送帶，要在基帶芯體的橫向加入特殊 7 的加強層；但在縱向仍要保持適當的撓性，以利于輸送帶經過滾筒和凸凹段處 的彎曲。另外考慮到食品的衛(wèi)生要求，基帶選用棉帆布。因為所運送的糖果塊 體積不大，選取基帶寬為 300mm。 圖 3.1 波狀擋邊帶的形式 3.1.2 波狀擋邊 波狀擋邊的作用是用來增大承載物料斷面的，可防止塊狀的糖果隨輸送帶 的橫向擺動脫離輸送軌道。擋邊采用波狀的原因是為了輸送帶經過滾筒和凸、 凹弧段時，擋邊能自由伸縮而不受過大的附加拉應力和壓應力。波狀擋邊形式 有矩形、S 形、 W 形和 WM 形，常用的是 S 形 [3]，如圖 3.1 所示。 擋邊應該在輸送帶的基帶上占有的寬度小以增大有效帶寬，但還應該滿足 擋邊帶的穩(wěn)定性。本設計選用的波狀擋邊參數：波頂寬 B=44mm，底寬 Wf=50mm，波形距 s=42mm。 3.1.3 橫隔板 圖 3.2 常用的橫隔板形式 8 橫隔板的作用是保持物料不產生向下滑動的。目前采用的橫隔板的形式有 T 形、 C 形、TC 形、TS 形和 TCS 形 5 種，如圖 3.2 所示。 其中 TS 型和 TCS 型是鑲嵌式的隔板結構，可以用在輸送機工作條件惡劣、 磨損嚴重的情況，這種結構的優(yōu)點是安裝拆卸方便。當輸送機傾角小于 18°時， 一般不加橫隔板； 當傾角在 18°~45°之間時，用 T 型隔板；當傾角在 45° ~90°時，用 C 型隔板；當橫隔板的高大于 280mm 時，應選用 TC 型或 TCS 型。 另外考慮到該提升機存在水平段的情況，而 C 型及其他三種橫隔板不利于從卸 料槽中受料；且糖果食品屬于粘性物品，TC 或 C 型隔板用在輸送粘性物料時， 返料過程中粘料特別嚴重，這一點很重要。因此本設計選用 T 型橫隔板。 要合理選擇橫隔板的高度和間距。選擇合理時在傾斜段物料的運行狀態(tài)應 該橫隔板的寬度和高度最好是物料塊度的最大水尺寸的兩倍。該提升機作為糖 果輸送，傾角為 45°時的波狀帶選擇橫板高度為 75mm[9]，波帶高 80mm，間 距為 100 mm。在滿足輸送量的前提下，應首先減小橫隔板的間距，降低橫隔板 的高度，因為降低橫隔板的高度有利于增加波狀帶的剛度，從而降低帶的成本。 3.2 布置形式設計 3.2.1 布置形式的類型 圖 3.3 輸送機的典型線路布置形式 由于食品提升皮帶機的大傾角物料的能力，其布置形式非常靈活。根據提 9 升機水平段有無輸送機的典型線路布置形式可以分為多種，如圖 3.3 所示。其 中只有傾斜(或垂直) 段的稱為 I 形；水平段在下部的是 L 形，它的上分支有一 凹弧段，下分支有一凸弧段；水平段在上部的是逆 L 形，它的上分支有一凸弧 段，下分支有一凹弧段；在輸送機的上部和下部都有水平段的稱 S 形和 SC 形， 它的上分支和下分支各有一凸弧段和凹弧段。為了獲得較好的受料和卸料條件， 本機選用波狀擋邊帶式輸送機最典型布置 S 型，其中凸弧和凹弧段的設計是一 個重要的內容。由于張力的作用，輸送帶的曲線段處的皮帶有離開設計曲線的 作用力，因而曲線段的設計任務是給輸送帶提供必要的支撐，以保證輸送帶按 設計的曲線運行。另外在直線段也需必要的支撐，以保證擋邊帶不因過大地擺 動而造成對輸送機系統(tǒng)的沖擊，以避免水平段受料時振動的發(fā)生。 3.2.2 凹凸弧度的設計 （1）凹弧段 凹弧段的支撐需在輸送帶的上面進行。為了保證輸送帶在上分支的凹弧段 上運行時不漂帶，應該設置壓輪或輥子。壓輪有單式和雙式 2 種。單式壓輪的 輪面只與基帶邊緣的空邊接觸，對輸送帶施加壓力以使輸送帶強制凹曲，如圖 3.4 所示。雙式壓輪由 2 個大壓輪和 2 個小壓輪組成，如圖 3.5 所示。大壓輪和 單式壓輪相同，而小壓輪壓波狀擋邊的頂部。壓輪的設置一般是在輸送機的凹 曲線曲率半徑較小、輸送帶的張力較大時。同時，當需要設置壓輪時，必須采 用基帶兩側帶空邊的輸送帶結構形式。一般當帶寬 B≤500mm 時，采用單式壓 輪；當帶寬 B > 500mm 時，采用雙式壓輪。 圖 3.4 單式壓輪 1—軸承座；2—大擋輪；3—擋邊；4—軸 對于帶寬較窄所需壓力不大的情況也可以采用短輥的壓帶方式。采用這種 壓帶方式可以避免物料堆積高度超過橫隔板時壓輪的輪軸和物料相碰。當選用 10 短輥子結構時，輥子的間距為 1.5d(d 為短輥子的直徑)，對應的圓心角要小于 15°[3]。 圖 3.5 雙式壓輪 1—軸承座；2—大擋輪；3—小擋輪；4—擋邊；5—軸；6—基帶 由于本設計的大傾角輸送機的凹曲線曲率半徑較小、輸送帶的張力較大， 因此必須采用基帶兩側帶空邊的輸送帶結構形式。本設計的帶寬 B ≤500 mm， 對于帶寬較窄，所需壓力不大的情況，可以采用短輥的壓帶方式，如圖 3.6 所 示。 圖 3.6 凹弧段短輥組的壓帶方式示意圖和結構方式 1—角鋼側板；2—短輥子；3—擋邊帶；4—螺栓連接；5—擋邊 （2）凸弧段 凸弧段的支撐需要支撐的表面是平面。上分支的凸弧段輸送帶的張力集中 的部位，張力遠遠大于輸送機在水平段和傾斜段上平托輥所受的力，所以在允 許的條件下應盡量增大凸弧段的曲率半徑，此處應選用半徑較大的托輥進行支 撐，也可以選擇托輥組來實現。 下分支的凸弧段處輸送帶的張力較小，如果此段的曲率半徑較小可以直接 選用長壓輪；如果曲率半徑較大可以選用若干組平托輥支撐 [3]。大傾角提升時 的皮帶曲率半徑較小，這里選用的長壓輪，壓帶輪直徑為 200mm。 （3）托輥的布置 上分支的托輥支撐輸送帶的平面可以直接應用通用帶式輸 11 送機的托輥（圖 3.7（a ） ） ，托輥間距可以隨輸送機的傾角增大而增大。受料處 的托輥組間距應小一些。下分支的支撐需支撐輸送帶的波狀擋邊面，因而要用 特殊的支撐形式。一般選用平托輥（圖 3.7（b） ） ，用平托輥 4 支撐擋邊 1 的頂 部。托輥間距的水平投影為 1m。也可以用復式托輥組或如圖 3.8 的五星輪式托 輥。如果波狀擋邊輸送帶無隔板，可以用直接支撐擋邊內部輸送帶的托輥，選 用內梳篦式托輥（圖 3.7（c） ）或內輥式托輥（3.7（d） ） 。為防止跑偏，基帶兩 側應安裝側面立輥。 圖 3.7 幾種托輥形式及其使用示意圖 1—擋邊；2—橫隔板；3—基帶；4—平托輥；5—內梳篦式托輥；6—內輥式托輥 本次設計上分支選取通用帶式輸送機托輥，下分支選取五星輪式托輥，如 圖 3.8 所示。 圖 3.8 五星輪托輥 輪體支撐帶的原理與齒輪齒條嚙合原理相似，擋邊帶為主動，輪體為被動。 兩個橫隔板之間的距離 P=πm，輪體的直徑 d=mz,取 z=5，d 取 160mm；五星 輪的末端上加一個橡膠套，緩沖對擋邊帶的作用力，以減小摩擦，降低對擋邊 帶運轉可靠性的影響。 12 3.3 部件選型設計 皮帶輸送機選型計算有兩種情況：一種是為一定使用條件選用整機定型的 成套設備，如可拆移動式輸送機；另一種是選擇計算各種標準部件，然后組成 適用條件下膠帶輸送機。標準部件包括膠帶、滾筒組件、傳動裝置、托輥組件、 機架、拉緊裝置、制動裝置和清掃裝置等。本設計是按照后者進行。 3.3.1 皮帶總拉力及運行功率計算 在計算皮帶拉力時考慮到輸送帶張力在整個長度上是變化的，影響因素很 多。為保證輸送機的正常運行，輸送帶的張力必須滿足以下兩個條件：一是輸 送帶的張力在任何負載情況下，作用到全部滾筒上的圓周力是通過摩擦傳遞到 輸送帶上，而輸送帶與滾筒間應保證不打滑；二是作用到輸送帶上的張力應足 夠大，使輸送帶在兩組承載托輥間保持垂度小于一定值。為了減少在行走過程 中皮帶的阻力，應控制其在傳動轉輪之間的撓度 f，一般情況 f/B=0.025，本機 器的基寬 B=300mm。因為回程段安裝了輥子支撐，所以輸送機在傾斜時可忽視 皮帶松邊的張力。 圓周驅動力 Fu 通過摩擦傳遞到輸送帶上，為保證輸送帶工作時不打滑， 需在回程帶上保持最小張力。 1、傳動滾筒上所需要的圓周力 Fu 根據《波狀擋邊帶式輸送機手冊》查表可計算傳動滾筒上所需要的圓周力 stHu?? 上式中：(1) ——主要阻力；F ]/*)2([* 2LHqqLgf GBRUOH ?? 式中 f——模擬摩擦系數，對于制造和安裝良好的輸送機取 f=0.022—0.025； g——重力加速度 g=9.81m/s； ——上托輥轉動部分質量/上托輥間距 (kg/m)， =7kg/m；ROq ROq ——下托輥轉動部分質量/下托輥間距 (kg/m), =7kg/m； U U 13 ——擋邊輸送帶整帶每米質量 (kg/m) ；Bq 其中： stfSOq/*2?? ——基帶每米質量， =3.58 kg/m，參考文獻[10]見表 2—1，O 基帶由 3 層組成，上膠 3mm，中間芯層 1.5mm，下膠 1.5mm。 ——擋邊每米質量， =1.89 kg/m，參考文獻[10]見表 2—3 ；SqSq ——有效帶寬，這里是 0.12；fB ——橫隔板間距，這里是 0.1 m ；st ——橫隔板每米質量，1.8 kg/m，參考文獻[10]見表 2—4 tq 即 =3.58+2*1.89+0.12*1.8/0.1 =9.52 kg/mB Bq ——每米物料質量(kg/m)； =0.22kg/mG G =Q/(3.6*v)=0.32/(3.6*0.4)； q L——2.5m； H——1.5m； 代入數據 =0.025×9.81×2.5×[7+7+(2×9.52 十 0.22) × 2.5/ ] F 25..6? =13.65NH (2) ——提升阻力 (N) st HtqBqgFsfSGst *)/2(*?? =9.81×(0.22+2×1.89+0.12×1.8/0.1) ×1.5 =90.64N st 則 =13.65+90.64=104.29NstHuF?? 上式中因為提升高度為 1500mm，水平段按 1000mm，則輸送機總軸間長 度為 2500mm；根據本機械工況：水平段和向上傾斜段；工作條件：工作環(huán)境 良好，制造、安裝良好，帶速低，物料內摩擦系數小，輥子直徑選為 90mm， 14 搬運量較恒定可查表(見參考文獻[10]中的表 2)取復合摩擦系數為 0.02，波狀擋 邊輸送帶的安全系數 m 取 12。 2、電機功率計算 計算公式 (W) iunvFkN/*? 其中： ——傳動滾筒上的圓周牽引力(N) uF ——總傳動效率，通常 ni=0.9 in k——k=1.2， 考慮到本算法的簡易算法的電機裕量系數。 N=1.2×104.29×0.4/0.9=55.62(W) 故選擇電動機功率為 0.75KW 3.輸送帶最大張力計算 (N) HqgFSBuo*max?? 其中： lqSOGBo*)(5? ——托輥間距(m) ，本系列取 0.5m；Ol =5×（9.52+0.22）×0.5×9.81=238.87（N）o =238.87+104.29+9.81×9.52×1.5=483.25（N）maxS 4.輸送帶基帶層數計算 ])[*/(max?BZ? 其中：m——輸送帶安全系數，本系列推薦取 m=12。 B——基帶寬(mm) [σ] ——許用帶強， (單位：N/mm·層) ，這里選用棉帆織物芯 56， Z=483.25×12/(300×56)=0.345 因此，取 Z=3 符合條件。 3.3.2 滾筒的選擇及設計 傳動滾筒是傳遞動力的主要部件。作為單點驅動方式來講，可分成單滾筒 傳動及雙滾筒傳動。單滾筒傳動多用于功率不太大的輸送機上，功率較大的輸 15 送機可采用雙滾筒傳動，其特點是結構緊湊，還可增加圍包角以增加傳動滾筒 所能傳遞的牽引力。使用雙滾筒傳動時可以采用多電機分別傳動，也可利用齒 輪傳動裝置使兩滾筒同速運裝。如雙滾筒傳動仍不滿足牽引力需要，可采用多 點驅動方式。 本設計的機器載荷較小，選用電動滾筒可以有效的減小空間尺寸。 最小傳動滾筒直徑 D 按下式選?。?dc?? 式中：d——芯層厚度或鋼絲繩直徑(mm)； c——系數(根據抗拉體材料確定；棉織物 c=80，尼龍 c=90，聚酯 c=108，鋼繩芯 c=145)，考慮到食品安全及強度要求選用棉織物即可。 計算得 D=1.5×80=120mm。 ? ?rdVRvF2 (2-1) 式中：F—— 離心力(N) v——帶速（s/m） R——曲率半徑(m) r ——物料容量(kg/m 3) V——物料容積(m 3) 從(2-1)式可以看出當輸送機輸送物料種類和輸送量確定后要使物料不至拋 出，靠降低帶速，增大帶寬減小離心力，顯然是不經濟的。只有增大曲率半徑 R 減小離心力較為合理，所以可以選用 JB/T7330—1994 電動滾筒標準件 R=100mm。 電機功率為 0.75 KW，表面速度為 0.4m/s，筒長為 350mm，型號為： FTNZ0.75—0.4—350—200(JB/T 7330—1994，帶制動器和逆止器，風冷式行星 齒輪傳動電動滾筒，見圖 3.9)。 16 圖 3.9 電動滾筒安裝尺寸 逆止器是電動滾筒在逆止方向應逆止可靠，在非逆止方向應轉動靈活。對 傾斜輸送機來說為防止事故時倒轉堆料現象，一般需要安裝逆止器，它是一個 只允許輸送機往固定方向運行的機械裝置。當垂直提升負荷所需的力大于水平 移動輸送帶負荷所需的力的一半時就需要安裝逆止器。 3.3.3 改向滾筒的設計 傳動滾筒是傳遞帶式輸送機功率的圓柱形滾筒，而改向滾筒是引導輸送帶 改變方向的圓柱形筒。改向滾筒不傳遞轉矩，結構比較簡單，易于制造和加工， 且和輸送帶接觸時軸為空轉，所以摩擦力小，使用壽命長。 初步計算改向滾筒的結構尺寸參數如下。 (1)兩軸承座中心距 A 為:A=M+B+(50~200)=300+20+50=370mm，式中，M 為帶寬，mm；B 為軸承寬度，mm。 (2)滾筒長度 L 為：L=M+(50~100)=300+50=350mm。 (3)筒皮的最大許用面壓[p]對于帆布芯，[p]≤0.4N/mm 2；對于鋼絲繩芯，[p] ≤0.6 N/mm2。 1、根據工作條件選擇材料并初步確定軸的最小直徑 因為該向滾筒主要承受徑向力，不傳遞轉矩，故軸的最小直徑選 18mm。 即：d min =18mm.改軸無特殊要求，參考表 3-1 選取 45 鋼，調制處理， σb=650MPa。 表 3-1 軸常用的幾種材料的[τ] T 值 軸的材料 [τ]T /MPa 軸的材料 [τ]T /MPa Q235、20 12～20 40Cr、35SiMn 40～52 17 45 30～40 1Cr18Ni9Ti 15～25 2、改向滾筒軸的設計與校核 考慮到軸上零件的定位和裝配方便等要求，又因為軸主要起改向作用，只 承受一定的徑向力，故初選一對深溝球軸承，查《機械設計手冊》選用 6205 型 軸承： 軸承孔直徑 d=25mm，即 d2=25mm，軸承寬度 B=15mm。 滾筒套筒處的直徑 d3=24mm； 軸的最大直徑 d4=32mm； 軸的各軸段長度 l1=8mm， l2 =14mm，l 3 =17mm， l4 =332mm（軸采用對稱 布置） ； 軸的總長 l=414mm 軸承和右端軸肩之間用螺母進行軸向固定，軸承和軸用過盈配合周向固定。 3、軸上受力計算 (1)徑向力 N3081.945cos.09.45cosF45cos ???????????gmr 滾帶滾帶 (2)垂直面支撐力 截面 C 上的受力示意圖 3.9（a） ,則 NRrA1230 B5? (3)求剪切力 QC 和彎矩 MC 截面 C 上的受力， NRA1 073???C mNAC ??25973 (4)繪剪力彎矩圖 如圖 3.10（c ）所示： 18 圖 3.10 改向滾筒軸的校核 4、校核軸的強度 危險剖面在軸中點 C 處 MPaWM79.0321.5???? 按表 3-2，對于 σb=650MPa 的碳鋼，承受對稱循環(huán)變應力時的許用應力 [σ-1]b=60MPa，因為 σC<[σ-1]b，所以滿足強度要求。 表 3-2 軸的許用應力/MPa 材料 σB [σ+1]b [σ0]b [σ-1]b 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 碳鋼 700 230 110 65 800 270 130 75 合金鋼 1000 330 150 90 彎曲剪應力校核 MPaRQbISZC 025.164.342???????? 由于選用 45 鋼的軸，由表 3-1 可知，其彎矩剪應力[τ] T =35Mpa,因此 19 τC≤[τ] T 滿足要求。 3.3.4 托輥的設計 托輥是帶式輸送機的重要部件，種類多、數量大。它占了一臺帶式輸送機 總成本的 35％，承受 70％以上的阻力，因此托輥的質量尤為重要。托輥的作用 是支撐輸送帶和物料重量。對托輥的基本要求是：運轉必須靈活可靠，使用可 靠，回轉阻力系數小，制造成本低，托輥表面必須光滑及徑向跳動小等。圖 3.11 為托輥的結構。 圖 3.11 托輥結構 1、托輥的設計計算 因為托輥主要承受徑向力，不傳遞轉矩，故軸的最小直徑選 12mm，即 dmin=12mm，該軸無特殊要求，參考表 3-1 選取 45 鋼，調制處理， σb=650MPa。 2、軸的結構設計 考慮到軸上零件的定位和裝配方便等要求，又因為軸主要起改向作用，只 承受一定的徑向力，故初選一對 6203 型軸承。 軸承內孔直徑 d=17mm,即 d2=17mm； 軸承寬度 B=12mm； 托輥套筒處的直徑 d3=24mm； 軸的各段長度 l1=5mm,l2=11mm ,l3=20mm ,l4=332mm (采用對稱布置)； 軸的總長 l=460mm； 軸承和右端軸肩之間用螺母進行軸向固定，軸承和軸用過盈配合周向固定。 20 3、軸上受力計算 (1)徑向力 N38.251.945cos8.09.45cosF45cos ???????????gmr 滾帶滾帶 (2)垂直面支撐力 截面 C 上的受力示意圖 3.12，則 NRrA69.1238.2 B.? 圖 3.12 托輥軸的強度校核 (3)求剪切力 QC 和彎矩 MC 截面 C 上的受力， NRA69.12? 075??C mNAC ???75.20. (4)繪剪力彎矩圖 如圖 3.12 所示。 4、校核軸的強度 危險剖面在軸中點 C 處 21 MPaWC6.124.0753???? 按表 3-2，對于 σb=650MPa 的碳鋼，承受對稱循環(huán)變應力時的許用應力 [σ- 1]b=60MPa，因為 σC<[σ-1]b，所以滿足強度要求。 彎曲剪應力校核 MPaRQbISZC 04.124.36942???????? 由于選用 45 鋼的軸，由表 3-1 可知，其彎矩剪應力[τ] T =35Mpa,因此 τC≤ [τ]T 滿足要求。 3.3.5 拉緊裝置 拉緊裝置的作用有：（1）使輸送帶具有足夠的張力，保證輸送帶與滾筒之 間不打滑；（2）限制輸送帶在各支承間的垂度，使輸送機正常運轉；常見的拉 緊裝置有螺旋式拉緊裝置，車式拉緊裝置，垂直式拉緊裝置，鋼絲繩絞筒式拉 緊裝置。 本次設計的食品提升皮帶機的輸送量只有 0.32t/h，輸送距離較短，屬于輕 載皮帶機，考慮到成本及結構問題，可不采用拉緊裝置。 3.3.6 清掃裝置 清掃裝置有刮板式、旋轉刷式、指狀彈性刮刀式、水力沖刷式、振動清掃 式等。由波狀擋邊帶的特點易知，前四種裝置不適合，只能用振動清掃式。另 外還可以用拍打輪清掃裝置，拍打輸送帶背面，震落粘在輸送帶上的物料。本 次設計選取被動式拍打輪清掃裝置如圖 3.13 所示。 22 圖 3.13 被動式拍打輪裝置 3.3.7 機架 機架、頭部支架、頭、中間架、中間架支腿等，在輸送機中主要起支承的 作用。主要是有角鋼和普通鋼板焊接和螺栓連接而成。 第 4 章 安裝與維護 4.1 提升機參數 本設計按照產品的參數要求完成了糖果提升皮帶機的結構設計和部件選型， 并給出了總裝圖。特別設計了適合帶有橫隔板的擋邊帶的空程段的五星輪支撐 裝置。下面列出該提升機的主要參數見表 4-1 和表 4-2。 表 4-1 波狀擋邊帶參數 單位(mm) 基帶寬 300 橫隔板高度 75 有效帶寬 120 帶安全系數 12 波底帶寬 50 波帶高 80 波形距 42 波帶頂寬 44 表 4-2 食品提升皮帶機主要技術參數 滾筒圓周力（N） 104.29 電動滾筒功率(W) 60 提升機速度（m/s） 0.4 壓帶輪滾筒長度(mm) 350 傾角 45 改向滾筒直徑(mm) 200 電源(V) 220 壓帶輪直徑(mm) 200 輸送量(t/h) 0.32 托輥長 /直徑(mm) 320/90 23 托輥軸配合處直徑 (mm) 25 托輥軸螺紋處直徑(mm) 20 電動滾筒型號 FTNZ0.75-0.4-350-200 4.2 部件安裝及檢測 驅動裝置的安裝尺寸，主要是根據廠家提供的尺寸對機架進行設計制造。 改向滾筒、壓帶輪及托輥的安裝主要在于選用合適的軸承和軸承座。其中軸承 座可以選用鋼板焊接制造。輸送機的安裝要特別注意檢查軸承座是否有松動現 象，托輥的固定可根據托輥的軸徑選擇合適的軸承。 因為本次設計的食品提升皮帶機也是帶式輸送機的一種，所以有必要根據 相關的檢驗標準。JB/T8908—1999 波狀擋邊帶式輸送機行業(yè)標準和 GB/T10595—1989 帶式輸送機技術條件對輸送機進行檢驗主要包括： (1)檢查膠帶接頭、波狀擋邊及隔板是否良好。 (2)檢查每一托輥及轉動部件在軸上的靈活性和相應的空隙是否正常，有無 不轉動的現象。 (3)檢查清掃裝置與膠帶的緊貼情況是否均勻。 (4)檢查機電部分接線是否正確良好，電壓是否在額定范圍內。 (5)檢查傳動部分、改向滾筒及托輥等潤滑情況，不得在無潤滑油的情況下 運轉 (6)試車時先空車運行，先根據膠帶松緊情況旋轉尾部螺旋拉緊裝置，對膠 帶進行調整，在空負荷運轉中，注意各部分有否故障發(fā)生。空負荷試車合格后， 若運轉情況良好，即可按規(guī)定能力加料進行滿載運轉。 (7)在輸送機運轉期間要特別注意更換壞墊圈或氈墊，防止灰塵進入軸承內 部，膠帶如有脫膠或局部磨損應及時修補或更換。 (8)清掃器橡膠板若有嚴重磨損而與膠帶不能緊密接觸時，應進行調整或更 換橡皮套。經常注意收拾漏在機上的物料，保持整機清潔，以防發(fā)生意外事故。 (9)輸送機必須空載啟動，應先開車后加料。 24 4.3 電氣及安全保護裝置簡介 安全保護裝置是在輸送機工作中出現故障能進行監(jiān)測和報警的設備，可使 輸送機系統(tǒng)安全生產，正常運行，預防機械部分的損壞，保護操作人員的安全。 此外，還便于集中控制和提高自動化水平。 常用的保護和監(jiān)測裝置如下： (1)膠帶跑偏監(jiān)測：一般安全在輸送機頭部、尾部、中間及需要監(jiān)測的點。 輕度跑偏聽偏量達 5％帶寬時發(fā)出信號并報警。重度跑偏量達 l 0％帶寬時延時 動作，報警、正常停機。 (2)打滑監(jiān)測：用于監(jiān)視傳動滾筒和輸送帶之間的線速度之差。并能報警、 自動張緊輸送帶或正常停機。 (3)超速監(jiān)測：當帶速達到規(guī)定帶速的 115％—125％時，報警并緊急停機。 其它料倉堵塞信號、縱向撕裂信號及拉緊、制動信號、測溫信號等，可根據需 要進行選擇。 4.4 運轉維護中的注意事項 (1)必須保護運輸機運行良好和環(huán)境衛(wèi)生清潔，保證電動滾筒散熱條件良好。 機頭、機身、機尾底座等部分的附著物必須及時清除，確保設備正常運轉。 (2)盡量避免在短時間內頻繁啟動運輸機，在正常情況下運輸機應空載啟動。 (3)不允許發(fā)生皮帶沿傳動滾筒打滑現象，如有發(fā)現應立即張緊皮帶。 (4)發(fā)現皮帶跑偏應及時調正，以免損壞皮帶。 (5)對皮帶清掃器應經常檢查，磨損后應及時更換。不允許皮帶滾筒表面粘 附碎糖果末。 (6)電動滾筒、改向滾筒、托輥、壓帶輪要定期加油，以延長設備壽命。 (7)輸送機在運行中要詳細檢查，如發(fā)現損壞部分應立即更換。 25 第 5 章 食品提升機 SolidWorks 三維造型 5.1 SolidWorks 簡介 作為一種功能創(chuàng)新