【正文】 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 課題研究意義 帶式輸送機(jī) 是一種摩擦驅(qū)動(dòng)以連續(xù)方式運(yùn)輸 物料 的 機(jī)械 。主要由機(jī)架、輸送帶 、 托輥 、 滾筒 、張緊裝置、傳 動(dòng)裝置等組成。它可以將物料在一定的輸送線上，從最初的供料點(diǎn)到最終的卸料點(diǎn)間形成 一種物料的輸送流程。它既可以進(jìn)行碎散物料的輸送，也可以進(jìn)行成件物品的輸送。除進(jìn)行純粹的物料 輸送 外，還可以與各工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)流程中的工藝過(guò)程的 要求 相配合，形成有節(jié)奏的流水作業(yè)運(yùn)輸線。 在現(xiàn)代散裝物料的連續(xù)輸送中，帶式輸送機(jī)是主要的運(yùn)輸設(shè)備，適用范圍相當(dāng)廣泛。具有運(yùn)輸成本低、運(yùn)量大、無(wú)地形限制及維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)。在采礦、冶金、港口、碼頭等工礦企業(yè)越來(lái)越顯現(xiàn)其重要的作用，并且隨著現(xiàn)代工業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)的發(fā)展，帶式輸送機(jī)也隨之向長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、大型化方向發(fā)展，尤其在煤炭等采礦業(yè)的散裝物料輸送中有著極其廣泛的應(yīng)用。[1] 凡傾角大于 4 度的上運(yùn)帶式輸送機(jī)均需要安裝逆止器，以防由于各種原因而停料停車(chē)時(shí)，輸送機(jī)的物料由于自重而帶動(dòng)輸送帶下滑并反轉(zhuǎn)，如不及時(shí) 停機(jī)就會(huì)出現(xiàn)飛車(chē)、滑料等事故。 [2] 逆止器是一種用于上運(yùn)帶式輸送機(jī)以防止輸送機(jī)倒轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置，有時(shí)輸送機(jī)在停電或驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生機(jī)械故障時(shí)，輸送機(jī)的物料及輸送帶會(huì)因重力作用向后倒轉(zhuǎn)。逆止器一般可分為兩種類(lèi)型：一種是非接觸式逆止器，另一種是接觸式逆止器。安裝相對(duì)配合的逆止器在上運(yùn)帶式輸送機(jī)上，可以阻止輸送機(jī)的輸送帶倒轉(zhuǎn)，也不會(huì)讓物料在輸送機(jī)尾部堵住，使輸送帶損壞和發(fā)生不必要的安全事故。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于逆止器的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)，現(xiàn)有的性能試驗(yàn)方法和手段還不夠完善，試驗(yàn)裝置也相 對(duì)落后，部分項(xiàng)目還無(wú)法進(jìn)行完整的試驗(yàn)。尤其是作為綜合考核逆止器性能的壽命試驗(yàn)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要進(jìn)行 510 次逆止試驗(yàn)，由于作用力矩大，試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，目前國(guó)內(nèi)該項(xiàng)性能試驗(yàn)所能進(jìn)行的最大逆止器額定逆止力矩為 100000Nm? 。隨著 大傾角上運(yùn)帶式輸送機(jī)在煤礦的使用越來(lái)越多，大力矩的逆止器在煤礦的使用也越來(lái)越廣。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 因此， 為保證帶式輸送機(jī)的安全生產(chǎn)，逆止器在帶式輸送機(jī)上起著至關(guān)重要的作用，它是帶式輸送機(jī)的保險(xiǎn)裝置，它的性能測(cè)試直接關(guān)系到帶式輸送機(jī)的安全性， 對(duì)逆止器綜合性能試驗(yàn)方法進(jìn)行研究，并為建立一套能夠?qū)ζ涓黜?xiàng)性能進(jìn)行全面、綜合實(shí)驗(yàn)的裝置具有重要的意義。 非接觸逆止器簡(jiǎn)介 非接觸式 逆止器工作原理 非接觸式逆止器工作原理如圖 所示， 在逆止器內(nèi)部，有多個(gè)異形塊分布在由內(nèi)、外圈所形成的滾道中，當(dāng)內(nèi)圈正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)異形塊一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)非接觸轉(zhuǎn)速時(shí)，異形塊在離心力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，與內(nèi)、外圈脫離接觸，從而實(shí) 現(xiàn)無(wú)摩損運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)內(nèi)圈反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在彈簧的作用下，異形塊與內(nèi)、外圈接觸并將其楔緊成一體，承受由內(nèi)圈傳送來(lái)的反向力矩 。 圖 非接觸式逆止器 適用范圍及用途 NF 型非接觸式逆止器是用在高速軸上的防逆轉(zhuǎn)裝置，具有逆止可靠，解脫容易、逆止力矩大、重量輕、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。其綜合機(jī)械性能明顯優(yōu)于其他逆止裝置，廣泛應(yīng)用于帶式輸送機(jī)、斗式提升機(jī)、刮板輸送機(jī)及其它有逆止要求的設(shè)備。 技術(shù)要求 （ 1） 逆止器工作環(huán)境溫度為 –20~+60℃ 。 （ 2） 逆止器在正常工作情況下其溫升應(yīng)低于 30℃ 。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 （ 3） 在額定逆止力矩作用下，逆止器工作 510 次，其楔塊，內(nèi)圈，外圈表面不得出現(xiàn)點(diǎn)蝕，塑性變形和裂紋。 （ 4） 逆止器的主要零件熱處理硬度應(yīng)符合表 的規(guī)定。 表 HRC 楔塊 內(nèi)圈 外圈 60~64 58~62 58~62 （ 5） 所有零件必須經(jīng)檢驗(yàn)合格，外購(gòu)件必須有合格證，方可進(jìn)行裝配。 （ 6） 裝配后轉(zhuǎn)向指示牌所示旋向應(yīng)與楔塊裝配所示旋向一致。 （ 7） 逆止器外露表面應(yīng)涂一層底漆，兩層面漆。 （ 8） 逆止器內(nèi)圈端面面漆為紅色，其余外表面面漆顏色為乳黃色，也可根據(jù)用戶要求采用其它顏色。 逆止器在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用 上運(yùn)帶式輸送機(jī)的配置逆止器是保證輸送機(jī)安全運(yùn)行的一個(gè)必要措施，《煤礦安全規(guī)程》第三百七十三條明確規(guī)定，上運(yùn)帶式輸送機(jī)必須裝設(shè)防逆轉(zhuǎn)裝置。而選用何種逆止器應(yīng)根據(jù)具體情況而定。 通常， 凡是 傾角 大 于 4o的小運(yùn)量、短距離、小功率、驅(qū)動(dòng)滾筒小的帶式輸送機(jī) 都需要安裝 逆止器， 以避免一些事故的發(fā)生。 上運(yùn)帶式輸送機(jī)的逆止裝置主要有：按其結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理可分非接觸逆止器、帶式逆止器；接觸式逆止器又有棘輪棘爪逆止器、帶式逆止器、滾柱逆止器、異型塊逆止器等。根據(jù)其安裝部位不同又可分為高速逆止器（安裝在高速軸）和低速逆止器（安裝在滾筒或低速軸）。 逆止器在帶式輸送機(jī)中安裝的位置如圖 所示： 圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2 設(shè)計(jì)方案的確定 本設(shè)計(jì)選取的逆止器型號(hào)為 NF63 非接觸式逆止器，其主要的 外形基本參數(shù)如圖 ： 圖 NF63 非接觸式逆止器基本尺寸如表 所示： 表 型號(hào) d b h D 1d H B L 1L 2L 3L NF63 70 20 260 45 415 195 180 30 35 5 75 80 22 85 90 25 試驗(yàn)方法概述 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) JB/T 90151999，逆止的試驗(yàn)項(xiàng)目和方法如下所述： （ 1） 自由運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn) ： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 將被測(cè)逆止器安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，電機(jī)帶動(dòng)逆止器內(nèi)圈以最高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，應(yīng)無(wú)過(guò)熱等異常現(xiàn)象。 （ 2） 逆止性能試驗(yàn) 將被測(cè)逆止器安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，在額定逆止力矩作用下，進(jìn)行 100 次逆止，工作應(yīng)可靠，無(wú)異?，F(xiàn)象。 （ 3）最小接觸轉(zhuǎn)速測(cè)試 將被測(cè)逆止器的楔塊裝配安裝在無(wú)極調(diào)速的試驗(yàn)臺(tái)上，電機(jī)帶動(dòng)楔塊裝配旋轉(zhuǎn)，測(cè)定楔塊與外圈脫離接觸時(shí)逆止器內(nèi)圈的最低轉(zhuǎn)速。 （ 4） 阻力矩測(cè)試 將被測(cè)逆止器安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，電機(jī)帶動(dòng)逆止器內(nèi)圈以 1000r/min 的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，用彈簧秤測(cè)定轉(zhuǎn)銷(xiāo)臂軸中心處的阻力 F， 然后 按 照 式 (21)來(lái) 計(jì)算逆止器 的 阻力矩 : sinM FB ?? （ 21） 式中 : M —— 阻力矩 ， Nm； F —— 在與逆止器內(nèi)孔軸心線垂直的平面內(nèi)，在銷(xiāo)軸中心處測(cè)得的阻力， N； B —— 銷(xiāo)軸中心至逆止器內(nèi)孔中心距 (見(jiàn)圖 )， m； ? —— 在測(cè)定平面內(nèi)阻力 F 與銷(xiāo)軸中心至逆止器內(nèi)孔中心連線的夾角。 （ 6） 壽命試驗(yàn) 將被測(cè)逆止器安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，在額定逆止力矩作用下，進(jìn)行 510 次逆止，試驗(yàn)后，內(nèi)圈，外圈和楔塊表面不得出現(xiàn)點(diǎn)蝕，塑性變形和裂紋等缺陷。 試驗(yàn)方法的分析 由于非接觸式系列逆止器的型號(hào)規(guī)格繁多，內(nèi)徑范圍從 40~160mm 不等，額定逆止力矩也從 1000~25000Nm? 范圍不等 。同時(shí)，試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)還應(yīng)該考慮到試驗(yàn)時(shí)安裝方便、占用空間盡可能小的要求。依據(jù) JB/T 90151999 中試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)方法，逆止器試驗(yàn)臺(tái)可分為兩大部分：一部分中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 是旋轉(zhuǎn)（動(dòng)態(tài)）性能試驗(yàn)，即試驗(yàn)時(shí)需帶動(dòng)逆止器內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)的試驗(yàn)項(xiàng)目；另一部分是靜態(tài)試驗(yàn)，即試驗(yàn)時(shí)逆止器內(nèi)圈固定不動(dòng)的試驗(yàn)項(xiàng)目，包括逆止器性能試驗(yàn)和壽命試驗(yàn)。故試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)可分為兩大部分來(lái)考慮。 3 靜態(tài)試驗(yàn)總體設(shè)計(jì) 靜態(tài)試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)該能夠滿足逆止器的性能測(cè)驗(yàn)和壽命測(cè)驗(yàn)這 2個(gè)項(xiàng)目的試驗(yàn)。在那些傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法中，一般是把被測(cè)的逆止器通過(guò)軸用水平安裝的形式進(jìn)行這倆個(gè)項(xiàng)目的試驗(yàn)，但是這種方式的試驗(yàn)，需要用比較龐大的機(jī)架來(lái)固定逆止器的安裝。為了能夠更方便的安裝和檢測(cè)逆止器，同時(shí)減小空間上的利用，本方案采用的是把軸垂直安裝， 然后 通過(guò)液壓泵站電磁閥控制液壓油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)逆止器的運(yùn)轉(zhuǎn)。 由于 NF63 非接觸式逆止器的內(nèi)徑是從 70~90mm 不等，如若想用本方案的試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行靜態(tài)性能試驗(yàn)會(huì)有一些不便之處，因而，本方案采用了一些方法才解決此問(wèn)題。逆止器 所需的安裝軸選用固定的直徑，通過(guò)增加或者減少軸套來(lái)改變內(nèi)徑。 靜態(tài)試驗(yàn)簡(jiǎn)圖如圖 所示： 圖 液壓系統(tǒng)的設(shè)定 參數(shù)設(shè)定 及分析 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 設(shè)： NF63 非接觸式逆止器，額定逆止力矩 6300sT N m??， 非接觸轉(zhuǎn)速400r / minn ?非 ，最高轉(zhuǎn)速 m a x 150 0 r / m inn ? 。 油 缸 活 塞 桿運(yùn) 動(dòng) 速 度4 / minvm? 。逆止器是通過(guò)液壓油缸施加的力運(yùn)轉(zhuǎn)的，其力矩 195BL mm? 。 靜態(tài)試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖如圖 所示： 圖 1—— 液壓缸 2—— 電磁換向閥 3—— 壓力表 4—— 單向閥 5—— 溢流閥 6—— 泵 7—— 截止閥 8—— 蓄能器 本方案的液壓系統(tǒng)采用三位四通的電磁換向閥 2 作為控制元件，功能是換向，使執(zhí)行器液壓油缸 1的活塞桿伸出或者縮回，從而推動(dòng)負(fù)載或者回程。油液由油箱流經(jīng)齒輪泵 6，然后經(jīng)過(guò)單向閥 4，流向三位四通的電磁換向閥 2，從而帶動(dòng)液壓油缸 1 的運(yùn)動(dòng)。此液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源則為帶電機(jī)的齒輪泵 6，輸出有壓力的液壓油。但是齒輪泵 6 的出口必須有壓力保護(hù)裝置，中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 因此設(shè)有一個(gè)溢流閥 5，溢流閥 5 在此液壓系統(tǒng)中起保壓作用。液壓系統(tǒng)中裝有一個(gè)蓄能器 8，其作用是給整個(gè)液壓回路蓄壓。由于試驗(yàn)臺(tái)要測(cè)試許多不同的項(xiàng)目，有時(shí)候液壓系統(tǒng)需要關(guān)閉，因此設(shè)有截止閥 7，使 得液壓系統(tǒng)可以即時(shí)關(guān)啟。 液壓系統(tǒng)各工作點(diǎn)的壓力的觀測(cè)一般都是通過(guò)壓力表來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以便把壓力調(diào)整到系統(tǒng)所需要的工作壓力。因此設(shè)有壓力表 3. 液壓缸的選擇及計(jì)算 液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)或者是擺動(dòng)的機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)化裝置，可作為執(zhí)行元件。 液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，應(yīng)用廣泛，種類(lèi)繁多。根據(jù)作用方式分為單作用缸和雙作用缸，前者只有一個(gè)方向由液壓驅(qū)動(dòng)，反向運(yùn)動(dòng)則由彈簧力或重力完成，后者兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)均由液壓實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)逆止器尺寸，參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷表 2037選取 液壓缸活塞桿直徑 45d mm? , / ? 則液壓缸內(nèi)徑 90D mm? 。 液壓缸有桿腔有效工作面積為： ? ?221 4DdA ? ?? （ 31） 則 1A ? ?229 ? ?? = 逆止器的額定 逆止 力矩為 ： sBT F L??推 （ 32） 式中 F推 —— 活塞桿伸出時(shí)的實(shí)際推力； BL —— 銷(xiāo)軸中心至逆止器內(nèi)孔中心距 ； sT —— 逆止器額定逆止力矩 。 得 6 3 0 0 N m= = 3 2 3 0 7 .6 9195sBTFNL m m? ?推 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 液壓缸的供油壓力為： 1 cmAFp ?? ?推 （ 33） 式中 cm? —— 油缸機(jī)械效率，一般取 cm? =； 1A —— 液壓缸有桿腔有效工作面積； F推 —— 活塞桿實(shí)際推力。 則 3 2 3 0 7 .6 9 7 .1 34 7 .7 1 0 .9 5p M P a??? 油缸工作時(shí)所需最大流量為： 1q vA? = 14 47 .7 1 10 19 .0 8 / m i nL?? ? ? （ 34） 液壓缸速比為： ? ?2 222222144DA DA D dDd?? ?? ? ? ?? （ 35） 則 ? 22290 45??? 查《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷，選用速比為 的 HSG 系列的液壓缸，結(jié)構(gòu)圖如 ： 圖 液壓油液功能、基本要求及選用 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 液壓油功能 液壓油液是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，同時(shí)還兼有潤(rùn)滑、沖洗污染物質(zhì)、密封、冷卻和防銹作用。液壓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性、準(zhǔn)確性和靈活性，在很大程度上取決于工作液體的選擇與使用是否合理。 在液壓系統(tǒng)中，由于壓力、速度及溫度在很大范圍內(nèi)變化，為了保證工作狀態(tài)的穩(wěn)定，要求所應(yīng)用的液壓油液能適應(yīng)這種變化，并保持穩(wěn)定的性能，不致因外界條件的變化而引起很大的改變或破壞 。 液壓油 應(yīng)滿足 基本要求 : （ 1）具有適當(dāng)?shù)恼扯群土己玫恼硿靥匦?。粘度要符合?shí)際工作條件，粘度國(guó)大，摩擦損失將增加；粘度過(guò)小，會(huì)造成泄漏。粘度過(guò)大或過(guò)小都將導(dǎo)致效率的降低。因此為了使液壓系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作，液壓油液的粘度隨溫度的變化要小，也即要具有良好的粘溫特性。 （ 2）具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性。液壓油液對(duì)液壓系統(tǒng)中的各運(yùn)動(dòng)部件起潤(rùn)滑作用，以降低摩擦和減少磨