摘要： DTQ1400型重型带式输送机头部清扫器的设计 摘要：输送带清扫器，是带式输送机的一个重要的辅助设备。输送带输送的材料往往带有粘性物质,如煤尘、泥浆、粉状物料,其中一部分会粘在输送带工作面上,在卸料时不能完全卸掉,这时,粘着物料便进入输送带空行段的下托辊上,把托辊弄脏并粘有这些附着物。使用清扫器有助于保护带式输送机,减少回程托辊和滚筒的堵塞, 减少回程胶带面上物料掉落导致的物流撒落问题。 本装置利用配重牵引钢丝绳反臂拉伸聚安脂橡胶刮板，作为第一道清扫装置，另外在滚筒的下端还有一个金属刮板清扫装置，作为第二道清扫装置，两道清扫装置同时工作保证了清扫效果。 通过大量理论研究和工况分析，本装置无论从安全性、技术性、实际测试效果及经济性等各个方面，都具有明显的优势。? 关键词：? 全套图纸，加1360715675 各专业都有 DTQ1400 heavy belt type conveyer forehead cleaning design Abstract: The conveyor belt cleaning, is a belt conveyers important supporting facility. The conveyor belt transports the material often has the adhesive, like coal dust, mud, powdery material, a part can stick in the conveyor belt working surface, when ex-denning cannot download completely, by now, the coherence material then entered the conveyor belt white line section on the lower supporting roller, smears the supporting roller and sticks has these attachments. The use cleaning is helpful to the protection belt type conveyer, reduces the return roller and drums jamming, On the reduced return trip adhesive tape surface the material falls the physical distribution which causes to sprink the question. This installment stretches using the counterweight hauling steel wire counter-arm gathers the peaceful fat rubber scraper, takes the first cleaning installment, moreover also has a metal scraper cleaning installment in drums lower extremity, takes the second cleaning installment, two cleaning installments simultaneously worked have guaranteed the cleaning effect. Through massive fundamental research and operating mode analysis, this installment, regardless of from security, technical nature, actual test effect and efficient and so on each aspect, has the obvious superiority. To the supporting roller, the conveyor belt and so on service life may lengthen. Key word: The conveyor belt cleaning, gathers the peaceful fat rubber scraper, the metal scraper 目录 摘要 1 前言 4 一、实习过程 6 二、完成情况 6 三、产品介绍 6 第三章 DTQ－1400型清扫器结构及设计 7 一、DTQ－1400型清扫器装配图说明 7 二、DTQ－1400型清扫器总体设计 9 （一）设计原始参数 9 第四章 主要零部件的设计 20 一、橡胶刮板轴的设计 20 （一）橡胶刮板轴的结构设计 20 （二）橡胶刮板轴的强度校核 20 二、连杆的设计 24 三、金属刮板轴的设计 30 （一）金属刮板轴的结构设计 30 四、压杆的设计 37 （一）压杆的结构设计 37 五、压缩弹簧的设计 40 （一）压缩弹簧的结构设计 40 （二）压缩弹簧的强度校核 40 六、其它零部件的设计 43 （一）定滑轮的结构设计 43 （三）滑动轴承座 46 （四）配重 46 第五章安装与日常维护 47 一、安装步骤 47 二、日常维护 47 参考文献 49 设计总结 51 致 谢 52 前言 带式输送机是煤炭、冶金、电力和化工等厂矿企业常见的连续动作式运输设备之一。它以输送带作为牵引、承载机构。输送带在输送物料过程中与货载接触的一面为“脏面”,不与货载接触的一面为“净面”。由于物料粘性、水分以及环境温度等条件的影响,输送带的脏面要粘上一定量的物料。一旦物料粘到托辊和滚筒上,就会造成了两端直径不等,不但加剧了输送带的损坏,更重要的还可能引起输送带“跑偏”,致使带式输送机不能正常工作。 在煤矿生产中，带式输送机在运行过程中粘附在输送带上的小煤粒随后又传给下托辊和改向滚筒,粘结积聚使其外形发生改变,加剧输送带磨损。从输送带上撒落下来的煤掉到回空分支上的张紧滚筒上,甚至在传动滚筒上也有少量粘结。这些现象引起输送带偏斜和张力不均,导致输送带跑偏和损坏。同时输送带沿托辊滑动的情况变坏,运动阻力增大,驱动装置耗电量相应增加。另外,由于输送带上粘结的煤沿输送机全长,特别是在改向滚筒和张紧滚筒附近不断撒落, 会使回煤越积越多，与胶带直接产生摩擦而磨损胶带，降低使用寿命，引发发火灾，同时，也会增加生产现场卫生清扫工作量，增加劳动强度。因此,应在机头滚筒部位安装清扫器，将粘在胶带上的煤泥清理下来落入机头溜槽内。 目前国内外广泛使用的几种清扫装置有： 重锤清扫器 重锤清扫器是利用杠杆原理,通过压紧重锤使刮板压紧输送带而起清扫作用。刮板的工作件是用输送带或工业橡胶板做的一个板条,通常和输送带一样宽,常安装在卸料滚筒的下部或卸料滚筒与增角滚筒之间的输送带下部。 弹簧清扫器 弹簧清扫器是利用弹簧压紧刮煤板,把输送带上的煤刮下来的一种装置。刮板的工作件与重锤清扫器的基本相同。其固定方式是刮板架两端靠弹簧压紧。可以安装在卸料滚筒的下部或者卸料滚筒与增角滚筒之间的输送带下部。 合金橡胶清扫器 合金橡胶清扫器是从80年代开始在带式输送机上使用的较为理想的清扫器。主要由多个合金刮板、刮板架、橡胶弹性体、横梁、可调节固定架等组成。其原理与弹簧清扫器相同,只是采用橡胶弹性体取代弹簧,使结构更为简单、紧凑。 转刷式清扫器 转刷式清扫器是一种机械式清扫器,它由驱动装置(如电动机、皮带轮)、尼龙转刷和固定框架组成。一般安装在卸料滚筒下部,转刷应与输送带表面压紧,其压紧行程通过调节板调节,转刷旋转方向与下输送带的运动方向相反,可以把输送带上粘附的积煤清扫得比较干净。这种清扫装置通常用于以花纹带作输送带的输送机,对花纹带的清扫效果比一般的清扫器要好得多。 空段清扫器 煤在输送带工作面上运输的过程中,难免会发生跑偏撒料现象,当煤落在回程段非工作面上,会卷入改向滚筒,粘结在改向滚筒表面,引起输送带张力不均,损坏输送带,因此必须在回程段改向滚筒进口处安装清扫器。 水力清扫器 水力清扫器对输送带没有磨损,并能把输送带清扫得很干净。这种清扫器一般用于室内布置的输送机,对倾斜式输送机更为适用。冲扫的煤泥在冲洗槽内汇集,然后排入沉淀池。为提高效率,在卸料筒处还是应安装刮板清扫器。另外,在北方冬季要做好防冻措施。 输送带的清扫装置种类和方法各有不同的优缺点,而输送带常用于输送不同煤质的煤, 为了把输送带清扫干净,最好是采用几种清扫器结合使用的清扫方案。 但是，在清扫器使用中,要注重解决的有三个问题: 1. 清扫效果要好; 2. 清扫器更换方便,维护工作量要小; 3. 清扫下来的粉煤要有出路。 综上所述，清扫方法和清扫装置的研究还有很大的空间，具有非常重要的意义。 第二章 概 述 一、实习过程 现场实习首站——同华矿机制造有限公司，该厂主要生产各种型号的带式输送机及托辊、清扫器、机架等零部件。通过参观机加工车间，装配车间，焊接车间，翻阅大量图纸，了解了带式输送机的零部件在现实生产中的各个环节，对清扫器的结构和工艺有了更深的认识。 现场实习二站——同煤集团四老沟矿。通过对带式输送机驱动滚筒头部清扫器工作状态的参观，结合在同华矿机制造厂对清扫器制造的了解，对清扫器的工作原理及工作环境有了更进一步的认识。 二、完成情况 根据设计任务中给定的原始参数，通过相关专业书籍和杂志的阅读，了解清扫器的工作原理和工作条件，借助网络、图书馆平台，查阅相关最新杂志、期刊和论文，整合相关资料，结合指导老师的经验和现场实习观察，根据我们所收集的资料和数据，我们设计小组先后设计了几种方案，经过多次分析讨论最终确定采用重锤式反臂式清扫器。 根据确定的方案，通过对主要技术参数的计算，主要零部件的结构设计和强度校核，绘制总装配图，零件图，以及编制机械加工工艺，最终完成对整个产品的设计。 三、产品介绍 反臂配重式双道清扫器是一种简单的清扫装置。可以被广泛应用于各种干燥松散的物料和弱黏性松散物料的清扫。其工作机构采用一道橡胶刮板和一道金属刮板，橡胶刮板装在连杆上，配重通过钢丝绳牵引连杆，产生拉力使得橡胶刮板压紧滚筒。另一道金属刮板靠压缩弹簧的弹力来获得对皮带的压紧力，从而达到对物料的二次清扫，这样第一个刮板刮去主要的黏结物，第二个刮板对输送带进行细致的清扫。反臂配重式双道清扫器不仅适用于低带速的滚筒，同样适用于高带速的滚筒。 第三章 DTQ－1400型清扫器结构及设计 一、DTQ－1400型清扫器装配图说明 在进行设计、装配、调整、检验、安装，使用和维修时都需要装配图。它是设计部门提交给生产部门的重要技术文件。在设计（或测绘）机器时，首先要绘制装配图，然后再拆画零件图。装配图反映出了设计者的意图产，表达出机器（或部件）的工作原理，性能要求，零件的装配关系和零件的主要结构形状，以及在装配、检验、安装时所需要的尺寸数据和技术要求。 图中已经把清扫器的内部和外部的结构形状和零件的主要结构表示清楚。装配图以表达机器的装配关系为中心。 图中： 橡胶刮板与刮板座为基孔制配合，配合关系为； 橡胶刮板轴与连杆为基轴制配合，配合关系为； 金属刮板轴与连杆为基轴制配合，配合关系为； 金属刮板轴与轴瓦为基轴制配合，配合关系为； 金属刮板轴与压杆为基轴制配合，配合关系为； 轴瓦与轴承座为基轴制配合，配合关系为。 二、DTQ－1400型清扫器总体设计 （一）设计原始参数 皮带机主要参数： 带宽 滚筒直径 滚筒长 托辊直径 1400 1600 133 输送机倾角=，直线布置 胶带运行速度V= 成槽角V= 机头罩宽度=1700mm，清扫器宽=1440mm，轴长2010mm ，皮带厚20mm 落煤倾角的确定： 煤料下料倾角 如图所示 落煤倾角影响到了清扫器的摆放角度和位置，我们设计小组经过多次分析讨论最终确定落煤倾角在。 （二）DTQ－1400型清扫器方案的确定： 清扫胶带上粘结的煤粉。众所周知,从采掘工作面运出来的原煤都含有不同程度的水分,很容易把细小的粉煤粘结在胶带表面。如果不把粘结在胶带上的粉煤清扫干净,胶带在回空段(即底皮带),将把粉煤带入储带仓下以及整个底皮带下托辊中,一般主要沉积在储带仓中。 造成的结果主要有: 一、储带仓内积聚大量粉煤,使支撑托辊被埋,造成托辊无法运转,影响胶带使用寿命; 二、使胶带运行产生跑偏,造成挂边或者撕带事故; 三、增加胶带运行阻力,增加费用; 四、清煤量增加,增大了工人的劳动强度; 五、在安全方面造成了众多的不安全因素。 在清煤器使用中,要注重解决的有三个问题: 一、清扫效果要好; 二、清扫器更换方便,维护工作量要小; 三、清扫下来的粉煤要有出路。 1现状分析 传统清煤器的结构、位置 图1传统清煤器结构示意图 1—机头卸载滚筒; 2—双联驱动滚筒;3—上胶带; 4—下胶带;5—上托 辊;6—下托辊;7—清煤器下支点(固定在机架上);8—杠杆2个;9—清 煤器;10—清煤器上支点(固定在机架上);11—弹簧 从图中1可以看出,清煤器一般安装在滚筒后侧。清煤器是用两块夹板中间固定一块胶带构成清煤器架,使用销轴和杠杆结构使清煤器胶带贴在回空胶带上进行清扫,用弹簧的张力使清煤器与回空带之间产生一定压力,并能够使清煤器胶带磨损后进行压力补偿。 1.2传统清煤器的缺陷 a.清煤器由一道清扫胶带构成,而且由于底皮带是回空带,胶带在清煤器的压力下上漂,清煤器压力不够,清扫效果较差。 b.清煤器在卸载滚筒后侧,根据安装条件一般要距离卸载滚筒1m多,清扫下的煤需要加工一个小溜煤斗,把煤溜到下一部皮带上,但有时因井下空间高度不够,而无法实现把清扫下来的煤溜走。 c.清煤器更换工作量较大,造成清煤器很容易磨损,而且更换周期也很短。 1.3典型的皮带运输搭接方式 典型皮带运输搭接方式见图2。 图2典型皮带运输搭接方式示意图 1—一部皮带;2—二部皮带;3—二部皮带清煤器;4—一部皮带机尾架; 5—一部皮带机尾护罩 从图2中看出,清煤器下的煤无法直接溜在一部皮带上,而根据《煤矿安全规程》规定,所有设备的35运转部位都要加装防护装置(即护罩),所以一部皮带加装护罩后,给二部皮带清煤器清扫下来的煤的溜走问题增加了难度。 2解决问题的方法 针对以上问题,有两个解决办法：一是使清煤器前移,使清下来的煤直接溜在前一部皮带上拉走;二是增加巷道高度,使前后两部皮带的转载点在一定范围内有充分的高度。然后加工一个溜煤簸箕让清下来的煤通过簸箕溜入前一部皮带。但是有的时候受井下空间限制和施工工艺的限制,增加巷道高度困难很大。 分析讨论的几种方案： 方案一：采用全机械式清扫装置，具体结构有导杆，梁，清扫杆及弹簧组成。设计理念是通过弹簧拉紧梁与杆，在弹簧与导杆的共同作用下保证A点位置不动。随着清扫块的磨损，致使A点位置逐渐偏离安装位置，此时通过手动调节导杆位置使A点保持最佳位置。 结构如上图所示： 1——杆 2——可动铰链 3——调节导杆 4——调节齿条 5——滑动铰链 6——弹簧 7——梁 该方案的优点是： 1.结构简单，成本低廉，便于制造。 2.该机构采用了二次清扫使清扫效果更为彻底。 缺点与存在问题： 1.该机构约束较少致使机构的位置不确定尤其在设计时不易确定其具置，不能实现清扫过程，甚至可能在使用过程中发生事故。 2.弹簧采用拉伸弹簧，增加了安装难度，不易实现方便安装的要求 方案二：采用机械式滑动导杆机构 结构如下图所示： 1——导向槽 2——导杆 3——摆杆 4——液压缸 5——底座 该方案的优点是： 1.安装方便，易于实现清扫功能。 2.由于摆杆加入，使得操作更为简单，大大减少了工人的工作量。 缺点与存在问题： 1.导向槽不易固定，需要设计一专门的机架来实现，但这样不仅会增加结构的复杂性，同样也会产品的性价比大大降低。 2.这种液压缸提供动力的方法会在产品运行过程中发生干涉，存在着安全隐患。 方案三：双弹簧反臂清扫器 反臂清扫器示意图 1-卸载滚筒;2-胶带;3-上支点(固定于巷道金属棚上);4-弹簧(用单体柱复位弹簧)两根;5-杠杆臂(反臂)二个;6-双道清扫器;7-下支点(固定在机架上) 清扫器直接安装在卸载滚筒处,使用杠杆臂反拉,用弹簧将清扫器拉紧。 清扫器做框式结构 框架结构清扫器 M12-10型螺栓10条;2—夹板;3—清煤皮;4—框架 4使用效果 由于清扫器安装在卸载滚筒上,清下来的煤直接上了皮带;清扫器作成框式结构,使清扫器成为二道,清扫效果很明显;清扫器可以在两端凸出夹板,磨损后,反转一下可以继续使用,两侧都磨损后再更换,减少更换清煤皮时间。使用反臂杠杆是为了安装时,不占用两部皮带的搭接空间,减小巷道高度。清扫器可以压紧在滚筒上,接触压力大,清扫效果非常好。 综上分析，可知方案三最符合设计要求，因此选择该方案，在方案三的基础上我们对反臂清扫器做了如下改进： 1—皮带 2—滚筒 3—定滑轮装置 4—钢丝绳 5—连杆 6—橡胶刮板组件 7—配重 8—对开式滑动轴承 9—金属刮板组件 清扫器的结构组成 带式输送机反臂配重式双道清扫器是一种新型的清扫器，具有性能稳定、清扫效果好、拆装方便的特点。 DTQ型带式输送机清扫器包括定滑轮组、钢丝绳、连杆、橡胶刮板组件、配重、对开式滑动轴承、金属刮板组件等部件，下面简要介绍各部件及其作用。 1.输送带 输送带是输送机的重要部件，在输送机中输送带的成本占整个设备成本的，一些特定的工作条件要求输送带具有耐磨、耐热、阻燃、耐油以及耐臭氧等特性。在输送机运转过程中，输送带所受的载荷是极复杂的，它除受纵向拉伸应力外，还受经过滚筒和托辊的弯曲应力。大多数输送带的损坏表现为工作面层和边缘磨损，受大块、尖利物料的冲击引起击穿、撕裂和剥离。在清扫器的设计中，要选择合适的清扫块材料，尽量避免输送带的磨损。输送带不作为其零件做详细介绍。 2.滚筒 滚筒组是带式输送机的重要部件，按在输送机中所起的作用，滚筒可以分为传动滚筒和改向滚筒两大类。传动滚筒的作用是将驱动装置提供的扭矩传到输送带上。改向滚筒包括用于输送带在输送机端部的改向、增加传动滚筒包角的导向及拉紧装置的导向。在此次清扫器的设计中，是针对重型带式输送机头部传动滚筒用，滚筒的尺寸决定输送带的宽度和清扫器的宽度，对清扫器的设计有一定的指导性作用。滚筒同样不作为清扫器零件做详细介绍。 3.定滑轮组 定滑轮组有三个滑轮组成，第一个起到换向作用，第二三滑轮起到了调距作用使配重能够放置在合理的位置。 4.钢丝绳 钢丝绳是连接配重和连杆的重要元件。 5.连杆 连杆是连接钢丝绳、橡胶刮板、金属刮板的重要元件，起到了承上启下的作用。 6.橡胶刮板组件 橡胶刮板组件包括四块同样规格的橡胶刮板、橡胶刮板轴、刮板座、刮板座与刮板轴的固定螺栓、橡胶刮板与刮板座的固定螺栓、橡胶刮板筋、橡胶刮板筋头部螺母。橡胶刮板组件是整个清扫器的关键部件。 7.配重 橡胶刮板的压紧力由两组配重提供，每组配重包括四块单重为十公斤和两块单重为五公斤的铸铁。 8.对开式滑动轴承 对开式滑动轴承比滚动轴承便于安装，给清扫器的装配过程带来方便，以及它承受较大的力，而且它的工作部位不会经常的大角度活动，加注润滑剂也比较方便，综合考虑各方面因素后决定使用对开式滑动轴承。 9.金属刮板组件 金属刮板组件包括一块材料为的耐磨钢、金属刮板座、金属刮板轴、压杆、压缩弹簧、压缩弹簧轴、刮板座与刮板轴的固定螺栓、压杆与金属刮板轴的固定螺栓。 设计原则： 1. A点选择合适的位置，并保持A点位置的稳定性以确保清扫过程稳定； 2. 压紧力和清扫力不变，以确保良好的效果； 3.设计结构简单合理、在清扫器工作中安全可靠，具有良好的可行性； 4. 安装与拆卸简单易行，方便施工； 5.具有良好的经济性，各部分尺寸大小最小即可； A点的位置确定如图所示 通过查阅大量资料和数据分析，角的确定： ，最优取 预定进行方案的设计 清扫器的受力分析： 在A点处，胶带对清扫块作用的切向力为Ft′，反之，清扫块对胶带的切向作用力Ft，其大小是决定清扫器清扫效果的关键因素之一。清扫力过大，会将胶带铲裂，对胶带的安全造成威胁；清扫力过小，胶带上的粘结物刮不掉，清扫效果不好。 清扫块对胶带的压紧力，也就是在接触点法线方向的作用力如图所示，胶带对清扫块的法向作用力FN′，清扫块对胶带的压紧力FN。根据虎克摩擦定律，压紧力的大小直接决定了清扫力的大小。因而，压紧力是决定清扫器清扫效果的核心参数 基本数据： 清扫力： ：（100～200）公斤， 取100公斤 即 压强： ：（26～30）kPa, 取30kPa。 ∴== ——清扫块对胶带的压紧力 ——胶带对清扫块作用的切向力 ——切向力和压紧力的合力 取 ——于的夹角 第四章 主要零部件的设计 一、橡胶刮板轴的设计 （一）橡胶刮板轴的结构设计 图为橡胶刮板轴的结构示意图。它是通过固定螺栓连接清扫块、橡胶刮板座、连杆，利用橡胶刮板轴可以对清扫块给予更好的稳定，使粘附在输送带下的物料脱落，从而达到清扫的目的。预选橡胶刮板轴的材料为45号钢，总长为2010mm，外径为42mm、内径为22mm的钢管，在距钢管两端24mm处分别有两个M16的螺纹孔，在橡胶刮板轴上有分别有四个内径为20mm的螺栓孔。 （二）橡胶刮板轴的强度校核 清扫块的重量： 又 ∴ ∴ 橡胶刮板重为 又 橡胶刮板座重橡胶刮板轴： ——滚筒对橡胶刮板的切向力+橡胶刮板重+橡胶刮板座重 刮板轴受到的均布载荷 ： 由静力平衡方程 得 ∴ 以刮板轴的左边为坐标原点，选取坐标系如图下所示。集中力F作用于轴的中点，轴在AB、BC和CD段的剪力或弯矩布能用同一方程来表示，应分段考虑。在AB段内取距原点为x的任意截面，截面以左只有外力，根据剪力和弯矩的计算方法和符号规则，求得这一截面上的和分别为 这就是在AC段内的剪力方程和弯矩方程。如在BC、CD段内取为X的任意截面，则截面上的剪力和弯矩分别是 BC段： CD段： 依照剪力方程和弯矩方程，分段作剪力图和弯矩图如图。从图中看图刮板轴的全部长度，最大剪力为 ，最大弯矩为。 由于脆性材料制成的构件，在拉力作用下，当变形很小时就会突然断裂。塑性材料制成的构件，在拉断之前先已不能正常工作。刮板轴属于受压杆，当刮板轴出现失效时，它只是发生了塑性变形，不会造成使清扫器更大的损坏，但还是不能保证正常的工作，所以选刮板轴的材料为45号刚以保证其强度。 查表得刮板轴的，由于塑性材料的安全系数，所以首选。 已知： 取 对塑性材料， 弯曲 横力弯曲时，弯矩随截面位置变化。一般情况下，最大正应力发生于弯矩最大的截面上，且离中性轴最远处。 于是由公式得： 但公式表明，正应力不仅与M有关，而且与有关，亦即与截面的形状和尺寸有关。对截面为某些形状的梁或变截面梁进行强度校核时，不应只注意弯矩为最大值的截面。 引用记号 由公式可以改写成 W称为抗弯截面系数。它与截面的几何形状有关，单位为。 若截面是直径为d的圆形，则 钢管可以看作是直径为D的实心圆减去直径为d的圆，即可求得 求出最大弯曲正应力后，弯曲的强度条件为 所以 = 可见，最大的正应力不超过许用应力，所以轴的结构合理，满足工作要求。 二、连杆的设计 （一）连杆的结构设计 图为连杆的结构示意图。连杆是连接钢丝绳、橡胶刮板、橡胶刮板轴、橡胶刮板座金属刮板、金属刮板轴、金属刮板座的重要元件，起到了承上启下的作用。预选连杆料为，整体铸造，连杆外形为矩形，左端是内径为15m的孔，这一端是用来连接钢丝绳，如图所示连杆中部连接橡胶刮板轴的铸造孔的直径为42mm，截面外圆直径为80mm，上部固定螺栓孔为M16。连杆右端如图所示，连接金属刮板轴的铸造孔的直径为51mm，截面外圆直径为80mm。 （二）连杆的强度校核 受力分析如下图： 已知 杆与中心线的夹角为，于的夹角为 根据三角形的勾股定理得： 取连杆为研究对象。作用于杆上的力有集中载荷、矩为M的力偶，金属刮板座对杆的约束力和钢丝绳对杆的拉力，这些力组成一平面平行力系如图上。 根据平面平行力系的平衡 取坐标系Oxy, , 由得 即得出 连杆剪力弯矩校核计算： 沿杆的方向为Y轴，沿杆的垂直方向为X轴，建立坐标系。如图下 求得这一截面上的静力平衡方程 由方程 可知支反力 ， ， 以连杆的左端为坐标原点，选取坐标系如图所示。集中力F作用于A点，在杆的BA和o2两端内的剪力或弯矩不能用同一方程来表示，应分段考虑。在BA段内取原点为X的任意截面，截面以左只有外力，根据剪力和弯矩的计算方法和符号规则，求得这一截面上的和分别为 这就是在BA段内的剪力方程和弯矩方程。同样在Ao2截面右侧任意取X，则截面上的剪力和弯矩是 依照剪力方程和弯矩方程，分段作剪力图和弯矩图。从图中看出，沿杆的全部长度，最大剪力为，最大弯矩为。 由于连杆承受的是交变载荷，在清扫器中不仅起到了连接两个清扫器的作用，而且也起到了清扫器的清扫效果。经过查表和数据分析，连杆应该用铸钢铸出，设定连杆截面为矩形，整体铸造，所以选连杆材料为。 如图，连杆是受到拉力和压力，所以弯矩只与横截面上的正应力相关，而剪力只与切应力相关。 查表得连杆的，由于塑性材料的安全系数，所以首选。 已知： 取 对塑性材料， 弯曲 选矩形截面为研究对象进行弯曲强度校核 引用记号 由公式可以改写成 W称为抗弯截面系数。它与截面的几何形状有关，单位为。 若截面是高为h、宽为b的矩形，则 b-----20mm h-----30mm 求出最大弯曲正应力后，弯曲的强度条件为 所以 由结果可知使截面高度h大于宽度b的矩形截面梁，抵抗垂直平面的弯曲变形时，如把截面竖放，则，如把截面平放，，两者之比，，所以竖放比平放由较高的抗弯强度。 三、金属刮板轴的设计 （一）金属刮板轴的结构设计 图为金属刮板轴的结构示意图。它是通过固定螺栓连接金属刮板、对开式滑动轴承、压杆，并通过压杆受到弹簧的反弹力来支撑金属刮板，从而使金属刮板对皮带保持压紧状态。预选金属刮板轴材料45号钢，长2336mm、外径为51mm、内径为30mm的钢管，在距钢管两端23mm处分别有两个M16的螺纹孔，在橡胶刮板轴上有分别有四个内径为26mm的螺栓孔。 （二）金属刮板轴的强度校核 根据清扫器连杆的设计方案，假设金属刮板轴是空心的，经过查阅《机械工程材料手册》普通钢管尺寸规格，预选金属刮板轴材料45号钢，外径，内径， 长2336mm 查表的钢管的理论重量是 得 相当于253N 预定金属刮板和刮板座的结构 如图所示 金属刮板和刮板座的重量 总重量= 由设计方案可知金属刮板轴受到载荷为分布载荷，设金属刮板作用在皮带上压强 金属刮板 。 查表得铸铁和橡胶的摩擦系数、45钢和碳酸脂的摩擦系数 均布载荷 空间力系分析 取金属刮板轴为研究对象，作用于刮板轴上力属于空间力系，作用于轴上的力如图受力分析，轴属于空间汇交力系。 建立坐标系XYZ ，列空间汇交力系方程： 选 方向得方程： 代入数得 得： 得方程： 其中 刮板轴的校核： 以刮板轴的左端为坐标原点，选取坐标系如图。由于作用于刮板轴的作用力不同，在刮板轴内的剪力和弯矩不能用同一方程式来表示，应分段考虑。在AB段内取距原点为X的任意截面，截面以左只有外力，根据剪力和弯矩的计算方法和符号规则，求得这一截面上的分别为 这是在AB段内的剪力方程和弯矩方程。以此类推BC段、CD段、DE段剪力方程和弯矩方程为： BC段： CD段： DE段： 依照剪力方程和弯矩方程，分段作剪力图和弯矩图。从图中看出，沿杆的全部长度，最大剪力为，最大弯矩为 横力弯曲时，弯矩随截面位置变化。一般情况下，最大正应力发生于弯矩最大的截面上，且离中性轴最远处。 于是由公式得： 但公式表明，正应力不仅与M有关，而且与有关，亦即与截面的形状和尺寸有关。对截面为某些形状的梁或变截面梁进行强度校核时，不应只注意弯矩为最大值的截面。 引用记号 由公式可以改写成 W称为抗弯截面系数。它与截面的几何形状有关，单位为。 若截面是直径为d的圆形，则 钢管可以看作是直径为D的实心圆减去直径为d的圆，即可求得 求出最大弯曲正应力后，弯曲的强度条件为 经查表得 可见，最大的正应力不超过许用应力，所以轴的结构合理，满足工作要求。 四、压杆的设计 （一）压杆的结构设计 图为压杆的结构示意图。压缩弹簧直接与压杆相连，压杆和金属刮板轴通过螺栓连接，金属刮板座和金属刮板轴也通过螺栓连接，这样压缩弹簧的弹力通过压杆直接传递给金属刮板座，来达到驱动第二道清扫刮板的作用。压杆作为一个重要的连接零件，有一定的强度要求，所以我们选择强度较高的灰口铸铁HT350铸造，长235mm宽45mm，于金属刮板轴相配合的孔的内径为45mm，外径为70mm，A点M16的螺栓孔，并且在压杆的背部留有筋板，完全满足了使用要求。如图所示的尺寸经过校核都满足了要求。 （二）压杆的强度校核 压杆的受力分析如图：作弯矩如图所示，最大弯矩在截面A上。求得A点弯矩为： 其中 得 选矩形截面为研究对象进行弯曲强度校核 引用记号 由公式可以改写成 W称为抗弯截面系数。它与截面的几何形状有关，单位为。 若截面是高为h、宽为b的矩形，则 求出最大弯曲正应力后，弯曲的强度条件为 , 查表得 可见，最大的正应力不超过许用应力，所以轴的结构合理，满足工作要求。 五、压缩弹簧的设计 （一）压缩弹簧的结构设计 在压缩弹簧的选型中，考虑到由于载荷不大，一般用途弹簧足以满足要求，故选用C级碳素弹簧钢丝，一种普通的圆柱螺旋弹簧。自由高度为120mm、弹簧外径43mm、弹簧内径33mm，螺距为11.35mm。 （二）压缩弹簧的强度校核 由于载荷不大，一般用途弹簧足以满足要求，故选用C级碳素弹簧钢丝，不经常工作，属于Ⅲ类弹簧。（查机械设计手册第三卷） 普通圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有：外径、中径D、内径、节距t、螺旋升角及弹簧丝直径。它们的关系为 对圆柱螺旋压缩弹簧，式中弹簧的螺旋升角一般应在范围内选取。弹簧的旋向可以是右旋或左旋，但无特殊要求时，一般都用右旋。 1. 选择材料 由于载荷不大，一般用途弹簧，故选用C级碳素弹簧钢丝，不经常工作，属于C类弹簧。 确定弹簧钢丝的直径 根据式（12－5） 式中 ――弹簧丝许用剪切应力，MPa； ――弹簧的最大工作载荷，N。 因为弹簧外径 ，按系列值取D＝38mm，因为式中又和直径d有关，因此要采用试算法。 初选弹簧直径d=5mm，；旋绕比C＝，符合推荐值。 补偿系数 查表得 弹簧丝直径 显然取符合强度条件。 弹簧外径符合设计要求。 弹簧内径 确定弹簧圈数 查表取弹簧切变模量 由式 弹簧刚度为 有效圈数 n圈 由表按系列值取 n＝10圈 支承圈数由表取 圈 总圈数 圈 4. 验算变形量 由于圈数按系列取值，改变了设计刚度，所以要验算变形量。 变形量 弹簧的实际工作行程 相对误差 极限载荷 在下的变形量 5. 其他几何尺寸计算 初选节距，在作用下相邻两圈的间距 符合在（0.280.5）D的规定范围。 自由高度 由表取标准值 实际节距 螺旋升角 在之间，合适。 弹簧丝展开长度 6. 检验稳定性 弹簧两端为固定端，应使高径比， 实际高径比： 稳定性可靠。 六、其它零部件的设计 （一）定滑轮的结构设计 图为定滑轮的结构示意图。 定滑轮是整个设计中最重要部分，它使钢丝绳上的力改变了方向，从而更好的连接配重，达到更好的清扫效果。 定滑轮采用材料是Q235，外径为110mm、内径为16mm、其他结构尺寸参考零件图具体说明。 （二）压缩弹簧固定柱 图示为压缩弹簧固定柱的示意图。 如图所示压缩弹簧固定柱，材料为45钢，压缩弹簧固定柱长为70mm。详细参数参考零件图。 （三）滑动轴承座 图示为对开式二螺柱正滑动轴承的轴承座，所选型号为H2045 H——滑动轴承座 2——轴承座螺柱数 050——轴承内径/mm （四）配重 橡胶刮板的压紧力由两组配重提供，每组配重包括四块单重为十公斤和两块单重为五公斤的铸铁。 第五章安装与日常维护 一、安装步骤 1、找出皮带与皮带轮相切之点，将DTQ—1400型清扫器安装于此点下方安装范围内且与安装皮带面之垂直线、安装前，根据金属刮板轴的尺寸位置，在输送机机头罩上开安装孔，并在机头罩两侧焊接角钢。 3、.按尺寸要求在工字钢上焊接横梁，并固定定滑轮组。 4、.在角钢上正确安装轴承座，准确核对其高度H，U型孔一侧轴承座暂时不紧固。 5、.安装时，将组合轴（金属刮板轴、金属刮板及其座、套筒、连杆）从机头罩内侧安装孔送入，并支撑在轴承座上，固定U型孔一侧轴承座，紧固轴承座上盖与下盖，保证金属刮板轴和连杆转动灵活。 6、.将钢丝绳与配重盘、连杆连接，用绳夹固定，预放配重10公斤。 7、安装橡胶刮板轴，连杆销固定，加配重至40公斤，保持橡胶刮板33°状态。 8、安装时将DTQ—1400型清扫器与皮带面微接触，于试运转时，调整配重重量以顺时针方向使橡胶刮板清扫块向上移动3-5mm。 二、日常维护 1、橡胶刮板磨耗情况达到更新时既应更换新品，当磨损量达到80mm时，应及时更换清扫块。 2、对开式滑动轴承要定期涂油润滑，一周一次，同时要将轴承上的杂质清理掉。 3、定期检查各部分连接螺栓拧紧拧牢，垫片齐全。 4、清扫器的主要部件应按制造说明书的规定进行良好的保养，经常性的检查，调整，清扫，这些作业应在设备静止并关闭驱动装置后才能进行，所以装载点，工作站和通道应保持清洁。 参考文献 [1] 杨鹏民. 国外带式输送机输送带清扫装置[J]. 煤炭科学技术，2005，33（8） [2] 胜帆，罗志骏. 液压技术基础. 机械工业出版社，1985.9 [3]大连理工大学工程画教研室编.机械制图 第5版. 北京: 高等教育出版社，2003.8 [4] 刘鸿文. 材料力学. 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