胶带煤流采样机设计

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕 业 设 计 说 明 书 题目 胶带煤流采样机设计 二级学院 直属学部 专业 班级 学生姓名 学号 指导教师姓名 职称 评阅教师姓名 职称 2015 年 5 月 常州工学院毕业设计 摘 要 煤炭质量是煤炭交易和加工应用的最主要的指标 获得可靠的测试结果必然依赖 于规范的检测过程 在采 制 化三个环节中 采样过程中可能导致的偏差是最严重 的 采用机械化采样设备是最有效的手段之一 胶带煤流采样机是以电机为动力 通过减速器及带轮传递驱动力 利用大带轮上 的挡杆使偏心轮重心上移的传动系统 采样机采样间隔时间通过时间继电器来调节 采样机机架设置在带式输送机机架两侧 整个传动装置均设在采样机机架上 该机器 机构紧凑 制造成本低 采样准确可靠 自动化程度高 是替代人工采样的理想工具 具 有广泛的推广应用价值 关键词 采样 采样机 输送机 自动取样 胶带煤流采样机设计 ABSTRACT Coal quality is the most important indication of commercial and processing or application And obtaining credible testing result should depend on conventional testing processing Among the 3 processing of sampling making and test sampling may cause the most serious errors therefore using the sampling machine should be one of the most effective means The machine is the transmission system with motor as power that transmits drive through gear reducer sprockets and uses the rod on big sprockets that makes the focus of partial ship moving upwardly Sampling time interval is adjusted through time relay Install the frame of sampling machine that coincides with the frame of belt conveyor Entire drive device is set up on frame of sampling machine This machine organization is compact manufacturing costs are low sampling coal is accurate and reliable and automation level is high So it is an ideal tool of replacing artificial sampling and has extensive popularize application value Key words sampling sampling machine belt conveyor auto sampling 常州工学院毕业设计 目 录 1 绪论 1 1 1 煤样的采取与制备 1 1 1 1 概述 1 1 1 2 煤的不均匀性 1 1 1 3 采样 2 1 2 商品煤样的采取 2 1 2 1 采样工具型式 2 1 2 2 采样基本原则 2 1 2 3 煤流中采样 4 1 2 4 商品煤样自动采取 4 1 3 选煤厂生产检查煤样的采取 4 1 3 1 生产检查主要项目和采样一般原则 4 1 3 2 采样间隔时间和子样质量 5 1 3 3 采样点及采样方法 6 1 3 4 采样精密度 6 1 3 5 自动采样机 6 2 采样机设计方案的确定 9 2 1 刮臂式 回转运动式 采样机结构原理 9 2 1 1 刮臂式采样机结构 9 2 1 2 刮臂式采样机工作原理 9 2 1 3 刮臂式采样机方案说明 10 2 2 采样机整机方案示意图 10 3 采样机的初步设计计算 11 3 1 铲斗的设计 11 3 2 接斗的设计 11 4 偏心块的设计 12 4 1 选择偏心块的材料 13 4 2 计算每次采集煤样重量 13 4 3 计算每次采集所需做的功 14 4 4 计算偏心块的尺寸 14 4 5 验算 15 5 减速器的设计计算 16 5 1 方案的确定 16 胶带煤流采样机设计 5 2 计算传动装置的运动和动力参数 16 5 2 1 电动机选型 16 5 2 2 动力参数计算 16 5 2 3 高速级齿轮参数计算 17 5 2 4 低速级齿轮参数计算 25 5 3 轴的设计计算 33 5 3 1 高速轴 齿轮轴 33 5 3 2 低速轴 37 参考文献 38 常州工学院毕业设计 1 1 绪论 1 1 煤样的采取与制备 煤种 煤的物理及化学性质是决定其用途 加工方法和工艺的重要依据 因为 煤是大宗物质 在检测它的性质时 不可能采取破坏性的试验和测定 只能根据不 同的目的和要求从大批 或一批 煤中取出有代表性的一小部分进行检测 这种按 有关规程采取一小部分煤的过程称之为采取 简称采样 例如 为检测煤层贮存和 矿井生产情况而采取的煤样称之为煤样 生产煤样等 在选煤厂要采生产检查煤样 及时了解生产状况 指导生产 成品装车销售 要采商品煤样 以确定该煤的产品 质量和价格 用于不同检测目的的煤样其质量是不同的 少则几公斤 几十公斤 多则几吨 甚至 10 吨 而化验所用煤样 只需要几十克或几千克 并且有一定的粒 度要求 因此还需将采来的煤样制成供分析用的煤样 1 1 1 概述 一 有关术语 1 煤样 为确定煤种 性质以及某些特性而从煤流或煤堆 中采取的有代表性的一部分煤 2 采样单元 从一批煤中采取一个总样的煤量 一批煤可以有一个或多个采样单元 3 分样 由若干个子样构成 代表整个采 样单元的一部分的煤样 4 总样 从一个采样单元取出的全部子样并成的煤样 5 子样 采样器具操作一次或截取一次煤流全断面所采取的份煤样 6 批 需要进行整体性质测定的一个独立煤量 7 标称最大粒度 与筛上物累计质 量百分率最接近 但不大于 5 的筛子相应的筛孔尺寸 8 系统采样 按相同 的时间 空间或质量间隔采取子样 但第一个子样在第一间隔内随机采取 其余子 样按选定的间隔采取 9 随机采样 对采样的部位或时间均不施加任何人为意 志 能使任何部位的物料都有机会采出 10 时间基采样 整个采样单元按相同 的时间间隔采取子样 11 质量基采样 整个采样单元按相同的质量间隔采取子 样 12 多份采样 从一个采样单元取出若干份子样依次轮流放入各容器中 每 个容哭器中的煤样构成一份质量接近的煤样 每份煤样能代表整个采样单元的煤质 1 1 2 煤的不均匀性 由于成煤生物量 成煤条件和地壳变迁的民政部不同 不同煤田煤矿化学组成 和物理特性不尽相同 即使是同一煤田同一矿井的不同煤层之间 其化学组成和物 理特性有时差异也很大 这种在煤组成中的不均匀性是因为 1 按粒度的分聚作用破坏了煤的均匀性 煤是由大小不同粒度级别组成的 运动时 自然形成一个不均匀体 例如从煤仓往火车上装煤时 块煤会多聚集到车 体的四周 小粒度煤则多落在中心 2 按密度不同的自然偏析现象破坏了煤的均匀性 密度低的煤集中在上部 密度高的煤集中在下部 形成煤密度组成的不均匀体 3 按破碎时煤的坚固性的分聚作用破坏了煤的均匀性 使小块煤和大块煤具 有不同的成分 煤的不均匀程度取决于存在偏析程度 粒度范围和煤是否经过精选 加工 其不均匀性随煤是游离灰分的增加而变大 由于游离灰分很难测定 一般以 胶带煤流采样机设计 2 煤的总灰分代替游离灰分 即煤的不均匀性与灰分含量是成正比 灰分含量愈高 愈不均匀 通常用单个子样的方差来表示煤的不均匀程度 方差大 表示为灰分波 动范围大 不均匀 方差小 表示煤灰分波动范围小 较均匀 单个子样的方差是 这样确定的 从一批煤的不同部位采取几十个子样的方差 S2 即 1 1 1 22 nxSii 式中 每个子样的干基灰分 i n 个子样干基灰分的平均值 x n 子样数目 1 1 3 采样 采样是指从特定量的煤中取出一部分有代表性的总样 以供确定该特定量煤的 质量的过程 所采总样在数量上很小 但在物理和化学性质上却能代表该特定量的 煤 由于煤是不均匀物料 要取到在质量上同这批特定煤量绝对相同的煤样是不可 能的 只能做到性质不系统偏向一方 而且在一定范围内 必须尽可能地接近特定 量的全部煤的平均质量 才能以这一小部分煤的分析试验结果来代表这一特定量煤 的平均性质 煤样的代表性取决于组成平均煤样的子样数目 子样质量和采样位置及方法等 1 2 商品煤样的采取 商品煤样是代表商品煤平均性质的煤样 商品煤样可以从煤流中 火车 汽车 船上和煤堆上采取 商品煤样的化验结果作为供需双方结算的依据 1 2 1 采样工具型式 1 采样铲 用以从煤流中和静止的煤中采样 铲的长和宽均应不小于被采煤样最大粒度的 2 5 3 倍 对最大粒度 150mm 的煤可用长宽 300mm 250mm 的铲 2 接斗 用以在落煤流处截取子样 斗的开口尺寸至少应为被采煤样最大粒度的 2 5 3 倍 其容量应能容纳输送机最大运量时煤流全断面的全部煤量 3 人工或机械采样器 凡满足以下条件的 人工或机械采样器都可应用 1 采样器开口尺寸为被采样最大粒度的 2 5 3 倍 2 能在标准规定采样点上采样 3 采取的子样量能满足标准要求 采样时煤样不损失 4 性能可靠 不发生影响采样和煤炭正常生产和运输的故障 5 经权威部门鉴定采样无系统偏差 采样精密度达到标准要求 1 2 2 采样基本原则 1 采样单元 常州工学院毕业设计 3 精煤和特种工业用煤 按品种 分用户以 1000t 100t 下同 为一采样单元 其他煤按品种 不分用户以 1000t 为一采样单元 进出口煤按品种 分国别以交货 量或一天的实际运量为一采样单元 运量超过 1000t 或不足 1000t 时 以实际量为一 采样单元 2 采样精密度 各种煤的采样精密度规定见表 1 1 所示 表 1 1 采样精度 原煤 筛选煤 品种 干基灰分 20 干基灰分 20 精煤 其他洗煤 包括中 煤 采样精密 度 A 绝对值 1 10 灰 分但不小于 1 2 1 1 5 3 子样数目 1 1000t 各种煤应采取的最少子样数目规定见表 1 2 所示 表 1 2 1000t 最少子样数目 干基灰分 采样 地点 品种 煤 流 火 车 汽车 船舶 煤 堆 原煤 筛 选煤 20 20 60 30 60 60 60 60 60 60 60 60 精煤 15 20 20 20 20 其他洗煤和粒度大于 100mm 块煤 20 20 20 20 20 2 煤量超过 1000t 的子样数目 N 按式 1 2 计算 即 1 2 10mn 式中 N 实际应采子样数目 个 n 1000t 煤按规定的子样数目 个 m 实际被采样煤量 t 3 煤量少于 1000t 时 子样数目应按上表规定数目按比例递减 但最少不能 少于表 1 3 规定的数目 表 1 3 胶带煤流采样机设计 4 干基灰分 采样地 点 品种 煤 流 火 车 汽 车 船舶 煤 堆 原煤 筛 选煤 20 20 18 18 精煤 6 6 其他洗煤和粒度大于 100mm 块煤 表 1 2 规 定数目 的 1 3 6 6 表 1 2 规定数 目的 1 2 表 1 2 规定 数目的 1 2 4 子样质量 每个子样的最小质量根据商品煤标称最大粒度 按表 1 4 规定确定 表 1 4 子样质量 最大粒度 m m 25 50 100 100 子样最小质量 1 2 4 5 1 2 3 煤流中采样 1 在移动煤流中采样时 按时间基采样或质量基采样 子样时间间隔 T 和质 量间隔 m 分别按式下面两个公式计算 子样数目和子样质量分别按表 1 2 表 1 3 表 1 4 规定确定 1 3 GnQT60 1 4 m 式中 T 子样时间间隔 min m 子样质量间隔 t G 煤流量 t h n 子样数目 2 在移动煤流落点采样时 可根据煤的流量 以 1 次或分 2 3 次用接斗或铲 横截取煤流的全断面为 1 个子样 分 2 3 次截取时 按左右或左中右的顺序进行 采样部位不得交错重复 用铲取样时 铲子只能在煤流中穿过 1 次 即在进入或撤 出煤流时取样 不能时出都来取样 3 在移动煤流上用人工铲取煤样时 胶带运输机的移动速度一般不能超过 1 5m s 并且要设防护栏保证安全 1 2 4 商品煤样自动采取 任何一个选煤过程总是和采样同时进行的 只有了解相应的测试结果 才能确定 原煤和选煤产品的质量 计算工艺指标 商品煤样作为供需双方结算的依据 它直接 关系到企业的经济效益 因此采取有代表性的煤样非常重要 目前我国大部分商品 常州工学院毕业设计 5 煤样还是人工采取 近年来从国引进了一些在煤流中自动采样的采样系统 如美国 RAMSEY 公司生产的装车系统已在一些选煤厂使用 1 3 选煤厂生产检查煤样的采取 选煤厂为了控制各工序的产品质量和机械设备的工艺效果所采取有煤样称生产 检查煤样 其分析试验结果可作为指导生产操作及控制生产指标的依据 1 3 1 生产检查主要项目和采样一般原则 生产检查煤样包括入选原煤 中间产物 最终产品和为控制生产操作条件而采 取的煤样 不同煤样的采样目的 性质及要求均不相同 1 入选原煤煤样 原料煤是选煤厂的加工对象 对其数量 质量的变化情 况必须进行研究和分析 以制定出合理的分选指标 入选原煤煤样通常在进入主厂 房的琏式输送上采取 若原煤性质不稳定 粒度较大 采取的子样数目应较多 子 样质量应较大 2 精煤煤样 精煤是选煤厂主要产品 必须随时了解和掌握精煤的数量 质量情况 精煤煤样包最终精煤煤样和生产中间环节的精煤煤样 通常在脱水后采 取 如在煤 精煤带式输送机 脱水 介 筛出口 离心脱水机产物出口处等部位 采取 精煤质量比较均匀 但因为它是选煤厂主要产品 直接关系到选煤厂的经济 效益 因此要检查得勤一些 采取的子样数目要安排得当 子样质量可以适当少一 些 3 中煤 矸石煤样 中煤是选煤厂的副和矸石的数量 质量指标可以了解 选煤设备分选效果的好坏以及各产物的损失和污染情况 中煤 矸石煤样包括中煤 工业品样和最终矸石煤样和中间环节煤样 通常在中煤和矸石斗式脱水机卸载处或 带式输送机的煤流中采取 检查的间隔时间可根据需要适当长一些 子样数目也可 适当少一些 由于中煤 矸石粒度较粗 密度较大 子样质量应相应较大 4 浮选入料 浮选精煤 浮选尾煤煤样 采取浮选煤样是为了分析浮选系 统工作情况制定浮选的药剂制度 从而生产出合格精煤 浮选入料可在矿浆预处理 装置出料管中采取 精煤可在过滤机脱水后滤饼中采取 尾煤在尾煤槽中采取 由 于浮选作业比较稳定 粒度细 因此检查的间隔时间可适当延长 子样数目可少一 些 子样质量也可相应小 1 3 2 采样间隔时间和子样质量 选煤厂生产检查煤样在选煤机常负荷运转 5 10min 后随机采取 采样按时间基 采取 采样最大时间间隔和子样最小质量见表 1 5 表 1 5 生产检查煤样采取 煤样名称 采样最大时间间隔 min 子样最小质量或 体积 采样地点 入选原料煤 20 4 入选前煤流中 装仓精煤 20 2 入仓前煤流中 选煤机精煤 15 2 选煤机溢流口 中煤 洗混煤 30 4 中煤 洗混煤 矸石 胶带煤流采样机设计 6 矸石 流中 选煤机中煤 矸 石 30 4 斗子卸料口或溜槽出 口处 浮选精煤 30 1 过滤机滤饼 脱水设 备 浮选入料 30 1L 矿浆准备器出料管 浮选尾矿 30 1L 浮选尾矿槽 洗水等煤泥水样 120 1L 水流由高向低的流出 口处 煤泥回收筛精煤 20 2 回收筛精煤卸料处 粒级煤 30 2 5 粒级煤煤流中 1 3 3 采样点及采样方法 1 在煤流中采样 在煤流中采样商品煤样的采取 本设计工况 2 对斗子提升机采样 对斗子提升机采样应在斗子卸料的出口处或溜槽底开 口处采样 采样口的宽度应能保证能采到煤流的全断面 3 选煤机溢流口采样 采样在煤流全断面按左中右顺序进行采样时采样器底 部紧压溢流堰 以截取溢流层的全高 采样器装满后迅速提起 使已采取的煤样不 被水冲出 等水通过网底后 将试样倒入煤样桶中 若用机械手取样 可沿溢流堰 从一端开始一次取全断面 4 煤泥水样采取 煤泥水样在煤泥水流由高向的流出口处采取 采样时应截 取水流全宽或沿水全宽以均匀的间隔采取 1 3 4 采样精密度 生产检查煤样采样精密度同商品煤样采样精密度 1 3 5 自动采样机 各选煤厂根据检测目的和具体要求以及采样点的不同情况研制了不类型的采样 机 这些采样机主要用于在输送机 溜槽等煤流中采样 采样机在使用前必须进行 参比试验 如停带采样 检验无系统偏差后方可使用 采样机优于人工采样 它能 以同样方式动作 没有人为主观因素的干扰 节省人力物力 下面是几种较为常见 的常用的采样机 1 用于煤流卸载点的采样机 这种采样机有一个载煤斗 该载煤斗垂直于输 送机运动方向 轻均匀速度通过煤流 载煤斗开口宽度为煤的最大粒度的 3 倍 其 主要类型有 一 活动闸板式采机 二 容器式采样机 2 用于提升机卸载点的采样机 在斗式提升机卸载点煤流相垂直的方向上 有一个能盛整斗煤样的箱车 箱车可入复运动 其宽度与厚度 由时间继电器以相 等于斗子间隔控制一个导向板 将斗子中的物料志入车箱 斗子提升机卸载点采样 机示意图如图 1 1 3 矿浆自动取样机 矿浆自动取样机不需要动力 直接由矿浆冲击取样盘运 常州工学院毕业设计 7 转连续取样 矿浆自动取样机示意图如图 1 4 4 用于带式输送机煤流采样的刮臂式采样机 刮臂的动作是横向扫过带式输 送机的全宽刮出子样 刮臂式采机示意图如图 1 5 子样的质量取决于胶带上负荷和 采铲的宽度和形状 可以通过时间继电器控制电动机以相等的时间间隔采样 为了 避免系统偏差 采样铲运动的轨迹应与带式运输机曲度一致 否则会产生损伤胶带 或 底煤 问题 采样铲的形状 速度以被采到的煤样大块不被丢掉为准 由于子 样质量不可能太大 此采样机仅适用于粒度小于 50mm 的选煤产物 图 1 1 斗子提升机卸载点采样机示意图 图 1 2 活动闸板式采机示意图 1 自动操纵闸 2 控制操纵闸动作液压系统 图 1 3 斗子提升机卸载点采样机示意图 图 1 4 矿浆自动取样机示意图 胶带煤流采样机设计 8 图 1 5 刮臂式采样机示意图 1 停止开关 2 减速器 3 电机 4 运输带 5 接样溜槽 6 取样机联杆刮臂 7 采样铲 8 皮带托辊 采样器械可分为人工采样器具和机械采样机 2 类 与人工采样器具相比 机械采 样机不仅可以节省人力 更主要的是采样间隔时间短 频率高 样品更具有代表性 日 前所采用的机械采样机都是按断流截取法原则 从全部料流中采出试样 按其截取方式 可分为 1 直线运动式采样机直线运动式采样机分为往复运动式与非往复运动式 2 种 其特 l 从是截取物料的速度快 能在被采样料流的全宽和全厚方向上 取出均匀 的 代表性强的样品 选煤厂广泛采用的有 AJ I 1 型丝杆式和链条传动采样机 2 钟摆运动式采样机钟摆运动式采样机在垂直位置时运动速度较两边快 截取料 层中间薄 两边厚 样品代表性差 日前己极少采用 3 回转运动式采样机山于受结 构限制 运动速度不能太快 故回转运动式采样机截取的物料比直线运动式采样机的要 多 它适应于粗粒物料的采样 本设计所设计的带式输送机煤流采样的刮臂式采样机 即属于回转式采样机 常州工学院毕业设计 9 2 采样机设计方案的确定 2 1 刮臂式 回转运动式 采样机结构原理 2 1 1 刮臂式采样机结构 1 采样机结构 输送带煤流采样机由电动机 传动装置 工作机构 机架和控制箱等组成 各 主要部们安装在机架上 机架横跨在带式输送机的中间架上用螺柱联接或焊接 如 图 2 1 所示 图 2 1 输送带煤流采样机示意图 1 电动机 2 传动装置 3 机架 4 控制箱 5 工作装置 6 带式输送机中间架 工作机构如图 2 2 所示 是一个四连杆机构 实际工作过程中可分解成 2 种四 连杆机构 采样时为摆动导杆机构 回程时为曲柄摇块机构 图 2 2 采样机工作机构示意图 1 定位轴 2 铲杆 3 主动轴 4 曲柄 5 滑块 2 1 2 刮臂式采样机工作原理 当时间继电器延时到设定的时间时 电动机启动 电动机经减速器和皮带传动 将转知传给大皮带轮 滑装在传动轴 见图 2 2 上的大皮带轮转至一定位置时 其 上的挡杆与偏心块接触 并带动偏心块一起转动 偏心块转到最高位置时脱离大链 轮上的挡杆靠自身重力作用快速向下摆动 带动曲柄转动 使曲柄驱动铲杆沿采样 轨迹快速运动 完成 1 次采样 当偏心块在最高位置时 触发行程开关 使时间继 电器复位 电机停止 重新开始延时 胶带煤流采样机设计 10 2 1 3 刮臂式采样机方案说明 此采样机用于 DT75 型通用固定带式输送机上 采用链轮传动 减速器为二级 行星轮减速器 采样时间间隔可通过继电器调整 其调整范围在 1 99 min 之间 2 2 采样机整机方案示意图 1 电机 2 减速器 3 小链轮 4 偏心块 5 大链轮 6 偏心块 7 工作机构 8 主轴 常州工学院毕业设计 11 3 采样机的初步设计计算 设计参数 输送带宽度 1200 mm DT75 型通用固定带式输送机 输 送能力 1000 t h 带 速 2 m s 物料松散密度 1 3 103kg m3 托辊直径为 108mm 物料最大粒度 50mm 3 1 铲斗的设计 国标规定 用以从煤流中采样的铲的长度和宽度均应不小于被采样煤最大粒度 的 2 5 3 倍 因此 采样机的取样铲的长度和宽度应不小于 125 150mm 实际上 采样机的取样铲的长度和宽度分别为 180 mm 和 150 mm 不但满足要求 同时 80 mm 的深度也满足子样质量要求 3 2 接斗的设计 国标规定 接斗的容量应能容纳输送机最大运量时煤流全断面的全部煤量 本 采煤机用的接斗尺寸定为 250 mm 300 mm 完全可以将铲子抛出的煤接住而不丢 失 胶带煤流采样机设计 12 4 偏心块的设计 图4 1 偏心块的结构 偏心块的结构如图3 1所示 本采样机的铲煤行程是靠偏心块的重力下移来实现 的 也就相当于利用偏心块的振动 利用振动能有效地完成某些工艺过程 由于振 动机械具有结构简单 制造容易 重量轻 成本低 能耗少和安装维修方便等一系 列优点 而在很多工业部门中得到广泛应用 但有些振动机械存在着工作状态不够 稳定 调试比较困难 动载荷较大 零件使用寿命低和噪声较大等特点 这些正是 设计中应注意的问题 大扇形的面积 4 1 21180RS 大扇形的偏心半径 形心位置 4 2 sin11r 2 个三角形的面积 4 3 212RS 2 个三角形的偏心半径 4 4 sin sico 32212r 1asinR 小扇形的面积 常州工学院毕业设计 13 4 5 231809RS 小扇形的偏心半径 4 6 90sin 9 23 r 圆孔的面积 4 7 4 20dS 圆孔的偏心半径 4 8 0r 整体偏心块的面积 4 9 0321SS 整体偏心块的偏心半径 4 10 Srrr0321 偏心块的质量矩 4 11 rm 0 式中 角度 通常取 60 偏心块材料密度 偏心块厚度 4 1 选择偏心块的材料 查 机械设计实用手册 第二版表 2 1 6 选用 Q235A 碳素钢 4 2 计算每次采集煤样重量 采样头的切割速度 v1 由于目前国家标准中对这一点还没有相关规定 故参照 A S T M D 的相关标准 取 400mm s 1 采样精密度 胶带速度 v2 2m s 故实际采样速度 smv 47 12 021 2 实际采样长度 l v t 1 47 1 1 5 m 为了减少犁煤现象的发生 采样时间应尽量短一些 故 t 暂取 1 秒 3 输送机的断面图如图 4 2 所示 胶带煤流采样机设计 14 图 4 2 输送机断面图 槽形角 45 B 胶带宽度 动堆积角 b 有效带宽 输送机断面面积包括两部分 梯形面积 A1 和圆弧面积 A2 查 矿井运输提升 第二版表 3 17 选堆积角为 30 得物料的最大面积为 A 0 2m2 4 采样体积和每次采样样品重量 采样体积 0 2 0 15 0 03m3 l 采样铲宽度 lAV 样品重量 0 03 1 3 103kg m3 40kg 煤的堆积密度 m 4 3 计算每次采集所需做的功 煤样与胶带的摩擦力 F mgf 4 12 式中 f 煤与胶带的摩擦系数 查得 f 0 45 m 一次取样煤的重量 故 F 40 9 8 0 45 180 N 一次取煤样所需的功 Wch F s 180 1 5 270 N m 4 13 4 4 计算偏心块的尺寸 如图 4 1 将 60 100mm 7 8 103kg m3 R 1 240mm R 2 90mm d 50mm 依次代入式 4 1 4 11 计算结果见表 4 1 表 4 1 偏心块设计计算结果 计算项目 计算公式 结果 大扇形的面积 S1 21180S 60288mm2 大记扇形的偏心半 径 r1 sinRr 132 38mm 常州工学院毕业设计 15 2 个三角形的面积 S2 212RS 20023 74 mm2 sin3 sico 212Rr 10 57mm2 个三角形的偏心 半径 r2 ar 1 38 小扇形面积 S3 23 80 9 RS 7347 6 mm2 小扇形偏心半径 r3 9sin 1202 52 12mm 圆孔的面积 S0 4 20dS 5024 mm2 圆孔的偏心半径 r0 r 0 整体偏心块的面积 S 0321SS 82635 34 mm2 整体偏心块偏心半 径 r rrr 101 47mm 偏心块质量矩 Sm 0 9 81kg 4 5 验算 得知道偏心块的质量矩 可求得偏心块的质量 m 75kg 已知偏心半径 r 101 47mm 故 Wp 4mgr 4 13 4 75 9 8 101 47 103 304 41 N m Wch 270 N m 满足设计要求 注 为了方便重块的调整 为此将偏心块做成可调式的 最大重量至 75kg 只 要增减铁片个数 就可调整重量 调整块通过螺柱螺母固定在偏心块上 每块铁片 的重量为 5kg 重块最轻重量为 60kg 铸造时重块不得小于 70kg 胶带煤流采样机设计 16 5 减速器的设计计算 根据工作机构的要求 传动装置将原动机的动力和运动传递给工作机 实际表 明 传动装置设计得合理与否 对整部装置的性能 成本以及整体尺寸都有很大影 响 因此 合理地设计传动装置是整部机器设计工作中的重要环节 即合理地拟定 传动方案又是保证传动装置设计质量的基础 由于行星传动结构紧凑 体积小 质量小 传动效率高 传动比较大 可以实 现运动的合成和分解 运动平稳 抗冲击和振动的能力较强 固采用行星传动装置 本减速器设计为双级 NGW 2K H 负号机构 行星传动设计 5 1 方案的确定 本次设计选双级 2K H 行星传动装置 减速器结构简图如图 5 1 图 5 1 行星轮结构简图 用角标 1 表示高速级参数 2 表示低速级参数 此减速器的优点 适用于在传递动力时它可以进行功率分流 同时 其输入轴 与输出轴具有同轴性 即输出轴与输入轴均设在同一主轴线上 所以行星齿轮传动 现已被人们用来代替普通齿轮传动 而作为各种机械传动系统中的减速器 增速器 和变速装置 5 2 计算传动装置的运动和动力参数 5 2 1 电动机选型 查 机械设计实用手册 表 10 4 6 选 Y2 90L 8 型电动机 其基本参数为 额定功率 0 55kw 额定转速 700r min 长 宽 高 340 195 250mm 5 2 2 动力参数计算 1 传动比及传动比分配计算 常州工学院毕业设计 17 由于还需考虑到链传动的设计 故先取大链轮转速 10r min 本设计采用链传动 包角 即小链轮包 是影响传动承载能力的一个重要参数 设计时应当保证 90 120 为了使 尽可能大 带传动比 i 不能过大 应使 i 7 这里先取带传动 比 i 3 5 按电机功率 P 0 55kw 采样机整机总传动比为 5 1 701 出入ni 故减速器总传比 ij 70 35 20 2 传动比分配 分配原则是各级传动等强度和获得最小外形尺寸 在两级行星齿轮传动中 用 角标 表示高速级参数 表示低速级参数 设高速级和低速级外啮合齿轮材料 齿面硬度相同 则 取行星轮数目 齿面工作硬化系数 limliH 3 wn 低速级内齿轮分度圆直径 与高速级内齿轮分度圆直径 之比值W Z BdB d 以 B 表示 并取 B 1 2 取载荷不均匀系数 取齿宽系数 C K6 1 d 因为动载系数 接触强度计算的齿向载荷分布系数 及接触强度计算的寿VK H 命系数 的三项比值的乘积 等于 1 8 2 0 故取NZN HVZK 1 9 所以N HVK A 1 6 1 9 3 04 5 2 2lim HWNHCds Z 由公式 查机械设计手册第十三篇图 13 5 7 即可查出 NGW 型两级行3ABE 星齿轮传动的传动比分配 图中 及 分别为高速级及总的传动比 此例中i 由图查05 41 3 7 4 5 3 27 i 5 2 3 高速级齿轮参数计算 1 配齿计算 通常取行星轮数目 过多会使其载荷均衡困难 过少又发挥不了行星齿3 wn 轮传动的优点 由于 距可能达到的传动比极限值较远 所以可不检验邻7 4BAHi 胶带煤流采样机设计 18 接条件 查 行星齿轮传动 表 3 2 选择行星齿轮传动的配齿选择 各轮齿数按公式 5 4 cnziwABH 进行配齿计算 计算中根据 并适当调整 使 C 等于整数 再求出 应i Az 尽可能取质数 并使 c 适当调整 4 4211 使 c 为整数 则 Az BAHi 5 5 28341 wABHZniC 所以 9Az 651928 AwBzc 23 1Cz 由机械设计手册图 17 2 3 可查出适用的预计啮合角在 20 tac tcb 2 按接触强度初算中心距 a 和模数 m 中心轮 a 和行星轮 c 均采用 20CrMnTi 调质 渗碳淬火 齿面硬度 58 62HRC 据图查得 取 1400N mm2 和 中心轮和行星轮的limH 2li 34mNF 加工精度为 6 级 内齿轮 b 采用 40Cr 调质 表面淬火 齿面硬度 48 55HRC 查 图 取 1100N mm2 和 内齿轮 b 的加工精度 7 级 limH 2li 350F 按弯曲强度的初算公式 计算齿轮的模数 m 为 5 6 3lim11FdaPAzYKT 现已知 za 19 小齿轮名义转矩 2li 340N 5 7 5 7 95011 npTw 取算式系数 按表取使用系数 按表取综合系数 2mK35 1 AK8 1 FK 取接触强度计算的由行星轮间载荷分布不均匀系数 由公式可得 2 HP 5 8 2 1 5 5 1 HPFP 由图查得齿形系数 由表查得齿宽系数 则得齿轮模数为1FaY3 0d 5 9 9 0349 0 82 32 m 齿轮模数 mI 1mm 3 啮合参数计算 在两个啮合齿轮副 A C B C 中 其标准中心距 常州工学院毕业设计 19 21 39 12 21mZmaCAAC 65BB 由此可见 两个齿轮副的标准中心距都相等 因此 该行星齿轮传动能满足非 变位的同心条件 4 几何尺寸计算 分度圆直径 19mzdA A 231zmdC 65BB 齿顶高 1 mh aA 1 mh aC B 式中 12 065 7 Bazh 8 1 ma 齿根高 25 1 01 mch afA 25 0 mch afC 1mfB 齿高 1hfA aA 25hfCC 3 25 180mhfB aB 齿顶圆直径 19mhdaA aA 25C C 4 638 062aBaB 胶带煤流采样机设计 20 齿根圆直径 5 162 192mhdfAfA 03fCfc 7 65fBfB 5 装配条件的验算 对于所设计的上述行星齿轮传动应满足如下的装配条件 邻接条件 按公式 5 10 验算其邻接条件 即 5 10 wacac nd si2 将已知的 和 值代入上式 则得aC A 37 6180sin25m 即满足邻接条件 同心条件 按公式 5 11 验算该公式 2K H 型行星传动的同心条件 即 5 11 ACBACosaZsZ 各齿轮副的啮合为 和 且 和 代 20 tc tcba19 AZ65B23 CZ 入式 5 11 即得 7 43652019 Coss 故满足同心条件 安装条件验算 按公式 5 12 验算其安装条件 即得 5 12 整 数 2836519 wBAnZ 所以 满足其安装条件 6 验算 A C 传动的接触强度和弯曲强度 强度计算所用公式同定轴线齿轮传动 先确定 和 所用的圆周速度用相对于vkz 常州工学院毕业设计 21 行星架的圆周速度 5 13 601smindvAH 则 5 07 419s 动载系数 01 9 3 03 1 Avvzk 速度系数 查 行星齿轮传动 表 6 11 查得 0 97z vz 确定计算公式中的其他系数 使用系数 按轻微冲击得 齿间载荷分布系数 AK35 1 AK HKF 弯曲强度计算时 5 14 FbF 接触强度计算是 5 15 HH 式中 及 齿轮相对于行星架的圆周速度 及大齿轮齿面硬度 对F xv2B 的影响系数 按表选取 HK 45 0 F 35 0 H 齿宽和行星轮数目对 的影响系数 b KF 对于圆柱直齿传动 如果行星架刚性好 行星轮对称布置或者行星轮采用调位 轴承 则使太阳轮和行星轮的轴线偏斜可以忽略不计 值可查 行星齿轮传动 b 图 6 10 查取 由图查得 1 35 分别代入式 5 14 5 15 则得b 16 45 0 3 1 FK2H 求齿间载荷分配系数 FKH 先求端面重合度 5 16 tan t tan t2121 zz 胶带煤流采样机设计 22 式中 7 3120cos19arcosar1 aAd 5rsrs2 aCa 则 6 1 0 594 2 3697 058 49367 1 20tan1 ta 2tan 1 ta92 因为是直齿齿轮 总重合度 所以 FK302 1645 0 H 节点区域系数 HZ 5 17 8 03 HZ 式中 2 71 4 所以 53 2 8 03 H 弹性系数 EZ 5 18 mNE 19 261 21 接触强度计算的重合度系数 Z89 0314 Z 接触强度计算的螺旋角系数 Z10cos 接触强度计算的寿命系数 NT 因为当量循环次数 则 最小安全系数 取75 e 1 NTZminHS 常州工学院毕业设计 23 1 润滑剂系数 考虑用 N46 机械油作为润滑冷却剂 按 行星齿轮传动 minHSLZ 表 6 10 取 0 93 粗糙度系数 按表 6 12 取 1 0 齿面工作硬化系数LRRZ 取 1 接触强度计算的尺寸系数 1 WZ X A C 传动接触强度验算 计算接触应力 由式 6 6 H 5 19 ZKbdFEHaVAt1 H 13 281324 279 4095 1893 0153 0 21 aTA 按式 5 20 计算许用接触应力 Hp 5 20 XWRVLNTZZSHmin l p 强度条件 Hp 则 5 21 197 0312 min XWRVLNHZS 2lim240 4NH 计算结果得出 A C 接触强度通过 用 20CrMnTi 调质后渗碳淬火 安全可靠 A C 传动弯曲强度验算 按式 5 22 计算齿根应力为 5 22 2 F mNYKbmSaFVAnt 胶带煤流采样机设计 24 式中 齿形系数 由图 6 5 查取 FaY9 21 FaY45 2Fa 应力修正系数 由 行星齿轮传动 图 6 6 查取 S 1 SaY 67 12 Sa Y 弯曲强度计算的重合度系 72 0 152 05 2 0 弯曲强度计算的螺旋角系数 因为是直齿 取 1 Y Y 76 15494 2109 179 0514 203 162 351mNadTIAF 考虑到行星轮轮齿受力可能出现不均匀性 齿根最大应力 5 23 14 235 7614 2ax mNF 由强度条件 maxFP 即 maxinFFSTY 则 5 1624 232iaxlim mNST 查得 20CrMnTi 调质 渗碳淬火 A C 传动改用材质后 lim 0F 弯曲强度验算也通过 7 验算 C B 传动大接触强度和弯曲强度 根据 A C 传动的 来确定 C B 传动的接触应力 因为 C B 传动为内H HCB 啮合 所以83 265 CBz 常州工学院毕业设计 25 5 24 65 29 013247 7 0128 622mNHCB 核算内齿轮材料的接触疲劳验算 由 按式 5 25 有HCBP 5 25 56 73419 012 minlimNSZHXWRVL 40Cr 调质 则内齿轮用 40Cr 调质材料 22lim 56 734 NH 接触强度符合要求 弯曲强度的验算 只对内齿轮进行验算 按式 5 26 计算齿根应力 其大小和 A C 传动的外啮合一 样 即 276 154mNF 14 322axmNF 由强度条件 P 得 5 26 09 1452minaxlimYSTFF 40Cr 调质材料 所以 C B 传动中的内齿轮22li 3mN 弯曲强度符合要求 5 2 4 低速级齿轮参数计算 1 配齿计算 由高速级计算得 i 4 25 取行星轮数目 3 按公式 5 27 进行分配计算 wn 5 27 CnZiwA BH 并适当调整 使 C 等于常数 再求出 应尽可能取质数 并使 B Hi AZAzwn 胶带煤流采样机设计 26 c 适当调整 4 4211 使 C 为整数 则 BAHi283517 Z 求得 19A 6519328 wBZcn2 1 Ac 符合 取质数 整数 整数 及 无公约数的SC BZSC CBZca NGW 弄配齿要求 2 初步计算齿轮的主要参数 中心轮 a 和行星轮 c 和高速级一样 均采用 20CrMnTi 调质 渗碳淬火 齿面 硬度 58 62HRC 据图查得 取 1400N mm2 和 中心轮和limH 2lim 340NF 行星轮 c 的加工精度为 6 级 内齿轮 b 采用 40Cr 调质 表面淬火 齿面硬度 48 55HRC 据图 取 1100N mm2 和 内齿轮 b 的加工精度 7limH 2li 350F 级 按弯曲强度的初算公式 计算齿轮的模数 m 低速级输入扭矩 5 28 25 37 4512 NiT 在一对 A C 轮传动中 太阳轮传递的转矩 75 132 2 mNnTwA 5 29 3lim11FdaPmzYKT 现已知 z1 19 取算式系数 按表取使用系数2li 340N 1 2 mK 按表取综合系数 取接触强度计算的由行星轮间栽荷分布不35 AK6 1 F 均匀系数 2 HP 由公式可得 由图查得齿形系数3 1 2 5 5 HPFPK 常州工学院毕业设计 27 由表查得齿宽系数 则得齿轮模数 m 为 5 21 FaY5 0 d 34 134195 02 67 32m 取齿轮模数 m 1 5mm 3 啮合参数计算 在两个啮合齿轮副 A C B C 中 其标准中心距 a 为 5 31 29 5 1 21mZaAC 6mABB 由此可见 两个齿轮副的标准中心距都相等 因此 该行星齿轮传动能满足非 变位的同心条件 4 几何尺寸计算 按高变位齿轮传动计算 A C B 三轮的几何尺寸 分度圆直径 m 5 2819 zmd 34 C 76 z BB 齿顶高 5 1 mhaA C aaB 式中 1 065 7 h a mZB 3 15 01 haB 齿根高 8 15 2 01 mchafA 8 5 2 0 mmcafC 1 hfB 胶带煤流采样机设计 28 齿高 38 15mhhfAaA fCC 23 8 135mhhfBaB 齿顶圆直径 2 aAd aAh 5 31 25 8m 2 aCdC 7 4 2 B aBh 94312597m 齿根圆直径 74 28 152mhdfAfA 7 08 4dfCfC 6125972mhfBfB 5 装配条件的验算 对于所设计的上述行星齿轮传动应满足如下的装配条件 邻接条件 按公式 5 30 验算其邻接条件 即 5 30 wACand si2 将已知的 和 值代入上式 则得2a A 56 43180sin5 37m 即满足邻接条件 同心条件 按公式 5 31 验算该公式 2K H 型行星传动的同心条件 5 31 ACBACosaZsZ 各齿轮副的啮合为 和 且 和 代 20 tc tcba19 AZ65B23 CZ 入式 5 31 即得 7 43652019 Coss 则满足同心条件 常州工学院毕业设计 29 安装条件验算 按公式 5 32 验算其安装条件 即得 5 32 整 数 2836519 wBAnZ 所以 满足其安装条件 6 齿轮强度验算 强度计算所用公式同定轴线齿轮传动 但确定 和 所用的圆周速度用相对于vkz 行星架的圆周速度 按式 5 33 计算行星架圆速度 5 33 17 0 601 25 41 7 5 2860 1 1 smindvAH 由表查得速度系数 动载系数 95 VZ01 17 03 93 AVvK 确定计算公式中的其他系数 使用系数 使用系数 按轻微冲击得 齿间载荷分布系数 AAK35 AK HK FK 弯曲强度计算时 5 34 FbF 1 接触强度计算是 5 35 HHK 式中 及 齿轮相对于行星架的圆周速度 及大齿轮齿面硬度 对F xv2HB 的影响系数 按表选取 HK65 0 F 8 H 齿宽和行星轮数目对 的影响系数 b HK 对于圆柱直齿传动 如果行星架刚性好 行星轮对称布置或者行星轮采用调位 轴承 则使太阳轮和行星轮的轴线偏斜可以忽略不计 值由图查取 由图查得b 代入式 5 34 5 35 得 28 1 b 胶带煤流采样机设计 30 24 185 0 2 1 FK6H 求齿间载荷分配系数 FKH 先求端面重合度 5 36 tan t tan t212 zz 式中 17 35 1908rcossarco aAd 3754rssr aCad 则 6 1 98 45 2 3697 058 2367 0 1 20tan1 ta tan1 ta92 因为是直齿齿轮 总重合度 所以 FK032 1645 0 H 节点区域系数 HZ 8 03 HZ 式中 故2 71 084 8 3 71 42 弹性系数 mNE 9 6 接触强度计算的重合度系数 Z 5 37 893 06143 Z 接触强度计算的螺旋角系数 10cos 接触强度计算的寿命系数 NTZ 因为当量循环次数 则 最小安全系数 取7105 e 1NTminHS 1 润滑剂系数 考虑用 N46 机械油作为润滑冷却剂 取 0 93 minHSL LZ 常州工学院毕业设计 31 粗糙度系数 取 1 2 RZ 齿面工作硬化系数 取 1 WZ 接触强度计算的尺寸系数 1X A C 传动接触强度验算 计算接触应力 由式 5 38 得H 5 38 ZKbdFEHaVAt1 H 14 3081324 7 25286 1893 015 0 3 021mNaTA 按式 5 39 计算许用接触应力 Hp 5 39 XWRVLNTZZSHmin l p 强度条件 p 则 12 9803 14 Hmin XWRVLNHZS lim2 9 17H 计算结果 A C 接触强度通过 用 20CrMnTi 调质后渗碳淬火 安全可靠 A C 传动弯曲强度验算 按式 5 40 齿根应力为 5 40 2 F mNYKbmSaFVAnt 式中 齿形系数 由图查取 aY67 1 Fa49 2FaY 胶带煤流采样机设计 32 应力修正系数 由图查取 SaY 54 1 SaY6 12Sa 弯曲强度计算的重合度系数 79 0 072 0 弯曲强度计算的螺旋角系数 因为是直齿 取 1 Y Y 8 16781 453 052 179 05419 203 21mNadT AF 考虑到行星轮轮齿受力可能出现不均匀性 齿根最大应力 82 51 5 2max mNF 由强度条件 axFP 即 maxinaFSTY 则 82 512 2minaxlim NYSTFF 采用 20CrMnTi 调质 渗碳淬火 A C 传动改用材质后 2lim 340F 弯曲强度验算也通过 7 验算 C B 传动大接触强度和弯曲强度 根据 A C 传动的 来确定 C B 传动的接触应力 因为 C B 传动为内啮H HCB 合 所以 82 365 CBz 58 126 04129 2mNHB 核算内齿轮材料的接触疲劳验算 由 按式 5 40 有HCBP 常州工学院毕业设计 33 5 40 12 930 158minlim HXWRVLNHCBHSZ 93 7822 40Cr 调质 则内齿轮用 40Cr 调质材料 22lim 78 10NH 接触强度符合要求 弯曲强度的验算 只对内齿轮进行验算 按式 5 41 计算齿根应力 其大小和 A C 传动的外啮合一 样 即 25 90mNF 76 4352axmNF 由强度条件 mP 得 5 41 35 272inaxlimYSTFF 40Cr 调质材料 所以 C B 传动中的内齿轮2li 0mNN 弯曲强度符合要求 5 3 轴的设计计算 5 3 1 高速轴 齿轮轴 1 计算作用在齿轮上的力 转矩 T 9 55 10 6 P n 9 55 106 0 55 700 7503 57 N mm 轴上小齿轮分度圆直径 dm 19mm 圆周向力 F t 2T d 5 42 2 7503 57 19 789 85 N 径向力 F r Ft tan 5 43 19151 tan20 287 48 N 轴向力 F a Ft cos 789 85 1 789 85 N 胶带煤流采样机设计 34 2 初步估算轴最小的直径 选取 40Cr 作为轴的材料 调质处理 由 机械设计实用手册 第 5 篇表 5 1 1 查得材料力学性能数据为 MPab640 MPas35 2751 1 由式 计算轴的最小直径并加大 3 以考虑键槽的影响 由 机械设计 3nA d 表 8 6 查得 A 115 则得 md61 075 1nP33min 3 轴的结构设计 1 确定轴的结构方案 两轴承均由轴的右端装入 靠轴肩和套筒及轴承端盖定位 采用深沟球轴承和 凸缘联轴器 2 确定各轴段直径和长度 段 根据 dmin 圆整 按 GB5014 85 并由 T 和 n 选择凸缘联轴器型号为 YL1 GB T5843 1986 查表轴孔直径 d1 12mm l 1 32 3 35mm 段 为使凸缘联轴器定位 轴肩高度 h c 2 3 mm d 2 14mm 且符合标准 密封内径 JB ZQ4606 86 取端盖宽度 7mm 端盖外端面与凸缘联轴器右端面 3mm 则 l2 10mm 段 为便于装拆轴承内圈 d 3 d2 且符合标准轴承内径 查 GB T276 94 选深 沟球轴承型号为 60000 d 3 15 其宽度为 T 5mm 轴承润滑方式选择 d3 n 15 700 10500mm r min 10000mm r min 选择油润滑 取 l3 6mm 段 为了能够安装第二个轴