基于SolidWorks的食品提升机设计.docx

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基于SolidWorks的食品提升机设计

基于SolidWorks的食品提升机设计

作者：

[摘要]波状挡边带式输送机在运行时不存在物料的内、外摩擦阻力，许用输送倾角大，具有能耗小，运行平稳、噪声小，占地面积小等优点，已广泛应用于冶金、矿山、港口、粮食和化工等多个领域。

本次采用波状挡边带技术，设计的糖果提升机输送量为3200块/h，棉帆布挡边带带宽为300mm，横隔板高度为75mm，间距为100mm，根据JBT8908—1999，选用改向滚简直径200mm，压带轮直径200mm，其长度均为350mm；托辊直径90mm，长度为320mm；设计了Φ160mm的五星轮支撑装置用来支撑提升机水平段下分支，提升机整体布置形式为“S”型。

该提升机可以组装在食品生产线中，在-25~40℃下用于提升糖果，并可以根据需求调整机架高度。

据此设计可用于不同承载对象的其它类食品提升机，降低机器设计难度，具有广泛的应用前景。

[关键词]装置设计；波状挡边带；食品提升机；输送机

TheDesignofFoodHoistBaseonSolidWorks

Author:

[Abstract]Thereisn’tinternalandexternalfrictionresistanceofmaterialswhenbeltconveyorwithcorrugatedwallisintherun-time.Butthereisabigallowabletransmissionangle,sothemachinehasvaryadvantagesthataresmallpowerconsumption,stableoperation,smallnoise,smallfootprint,etc.Walledbeltwasappliedtodesignafoodhoistingmachine.Themachinequarrydeliveredis3200piecesperhour.Thebelthasatotalwidthof300mm.Theheightofdiaphragmplateis75mmandthespacingis100mm.AccordingtoJBT8908-1999,the200mmdiameterturnaboutdrumandguidepulleywerechoseandbothwere350mmlong.A90mmdiametercarrierrollerwaschosethatitslengthis320mm,andafive-starwheeldevicewasdesignedtosupportthebelowbranchofthehorizontalintervalofthebelt.Thehoistcanbeassembledinthefoodproduction1ine.It’susedtoupgradethechocolateundertheminus25to40℃,andtheheightofrackcanbeadjustedaccordingtodemand.Thisdesigncanbeusedfortheothertypesoffoodhoistcarryingdifferentload-bearingobjects,andlowerthedifficultyofdesigningmachine.So,ithasawiderangeofapplications．

[KeyWords]Devicedesign;Walledbelt;HoistingMachine;Conveyor

第1章前言

食品提升皮带机是在带式输送机的基础上发展起来的。

食品提升皮带机与传统的的带式输送机一样是以胶带、钢带、钢纤维带、塑料带和化纤带等作为传送物料和牵引工作的输送机械。

与其他输送机械不同的显著特点是承载物料的输送带也是传递动力的牵引件。

1.1食品提升机的特点

（1）结构简单带式输送机的结构由传动滚筒、托辊、驱动装置、输送带等几大件组成，仅有十多种部件，并能进行标准化生产，可按需要进行组合装配，结构十分简单。

（2）输送物料范围广泛带式输送机的输送带具有抗磨、耐酸碱、耐油、阻燃等各种性能，并能耐高、低温，可按需要进行制造，因而能输送各种散料、快料、化学品、生孰料等食物品。

（3）运送量大运量可从每小时几公斤到几千吨，而且是连续不断运送，这是火车、汽车运输所不及的。

（4）运距长单机长度十几公里一条，在国外已经十分普及，中间无需任何转载点。

（5）对线路适应性强现代的带式输送机已经从槽型发展到圆管形，它可在水平及垂直面上转弯，打破了槽型带式输送机不能转弯的限制。

（6）装卸料十分方便带式输送机根据工艺流程需要，可在任何点上进行装、卸料管形带式输送机也是如此，还可以在回程段上装、卸料，进行反向运输。

可靠性高由于结构简单，运动部件自重轻，只要输送带并不被撕破，寿命可达十年之久，而金属结构部件，只要防锈好，几十年也不会坏。

（7）维护费用低带式输送机的磨损件仅为托辊和滚筒，输送带寿命长，自动化程度高，使用人员很少，平均每公里不到一人，消耗的机油和电力也少。

（8）能耗低、效率高由于运动部件自重轻，无效运量少，在所有连续式和非连续式运输中，带式输送机耗能最低、效率最高。

（9）维修费少带式输送机运动部件仅为托辊和滚筒，因食品较轻，输送带耐磨。

相比较之下，汽车等运输工具磨损部件要多的多，且更换磨损部件也较为频繁。

1.2食品提升机的应用

工业生产中，食品提升的装置已有多种，主要可分为斗式提升机和普通的带式输送机。

斗式提升机以垂直角度上升为主要功能，水平段需要另选平行输送带和进行过渡段的设计。

由带式输送机实现的提升装置具有输送物料种类广泛，动力消耗低等特点，特别是随着近年来新材料、新技术的发展，已广泛应用于冶金、矿山、港口、粮食和化工等多个领域[1]。

由于斗式提升机设备较笨重，适合重载物体的提升，且其内部链条与滑轨之间碰撞会产生很大的噪音，不利于环保，所以食品提升机作为散状物料输送装置，结合食品提升一般是轻载这一特点，选用皮带输送方式较优。

但是由于带式输送机受到物料与输送带的摩擦系数的限制，在结构设计时倾斜角度最大只能是18~20°。

为了能适合生产现场的特殊要求，提高输送机倾角的方法主要有采用深槽的托辊组装置、压带式输送装置和花纹带式输送带等。

此外，波状挡边带式输送机也是实现大倾角输送物料的重要形式，既可以节约占地面积，节省设备投资和土建费用，又能实现水平段和大倾角倾斜段的一体化设计（最大可达90°），运行平稳、噪音小、运行可靠，可靠度与通用皮带机系列相同，比斗式提升机可靠度要高；运行中不存在物料的内摩擦、外摩擦，因而能耗小；斜挡边带式的皮带机还可以在机头、机尾设置任意长度的水平输送段，便于与其它输送设备的衔接。

因此是生产线上提升糖果等块状物料的理想设备。

第2章食品提升机总体方案设计

2.1食品提升机设计任务书

2.1.1原始数据

（1）提升高度：

1500mm。

（2）输送量：

3200块/h。

（3）工步：

50步/min。

（4）输送角：

45°。

2.1.2设计要求

（1）提升机结构设计图、装配图、各主要零件图。

（2）输送机三维造型。

（3）设计计算说明书（一份）。

2.1.3技术要求

主要参数的确定：

（1）每走一工步：

1.2s。

（2）动停比：

1/3。

（3）每个挡板间距：

100mm。

（4）带速：

0.4m/s。

2.2方案设计

皮带机的设计是按照所结合的要求和条件，首先确定主要组成部分由驱动装置、传动滚筒、改向滚筒、压辊、从动辊及机架等几大部分组成。

（1）驱动装置驱动装置是皮带机动力的来源，它主要由电动机、减速器、间歇机构组成。

（2）传动滚筒、从动辊根据设计的特殊要求，在设计中采用了同步带轮作为主动轮同步带轮与驱动装置相连，从而传递动力。

从转辊的选择也采服了同步带轮，同步带轮的传动比准确，而且可以根据带的型号、参数在市场中直接订购。

（3）改向滚筒、压辊改向滚筒是引导输送带改变方向的圆柱形筒。

压辊可以保证物料按带的输送方向输运食品。

改向滚筒和压辊的结构比较简单。

（4）机架机架是承受驱动装置、滚筒、托辊、输送带和物料的钢结构，可以承受冲击、拉伸、压缩和弯曲应力。

机架的结构比较零散，它需要考虑到安装位置的合理、布局的美观、节省材料、占城面积小、安装维修方便等要求，因此所设计的整个机架的结构都采用焊接或用螺栓连接，考虑到输送机的适用性，采用提升高度可调的结构，这样输送机不权可提升设计的要求高度，而且也可以提升不同的高度，但是还应根据所采用的同步带的型号，选择不同型号的同步带。

本次设计的食品提升皮带机是一种小型运输机械，其承载能力要求较小，设计结构紧凑。

根据设计要求，选用大倾角波状挡边带的输送结构设计。

2.3波状挡边带式输送机的特点

本次设计的食品提升皮带机是将波状挡边带式输送带机扩展到食品工业的一个具体应用，其工作原理和结构组成与带式输送机相似。

因此，像驱动装置、拉紧装置、改向滚筒、传动滚筒、中间机架、尾架、清扫装置、保护装置等部件，都可以与带式输送机的相应部件通用。

但因使用波状挡边输送带（见图2.1），所以有必要介绍下其与通用带式输送机主要不同点[2]：

图2.1波状挡边带

1—基带；2—波状挡边；3—横隔板

（1）因为该提升机采用波状挡边输送带，所以输送机的其他零部件（比如托辊和机架）的选择均与这一变化有关。

（2）由于输送带上面有横隔板，在加料时应采用相应的措施进行加料，以避免物料与挡板之间的撞击。

（3）当输送带的运行方向改变时需要设置必要的输送带导向装置，在凹曲线处（包括承载分支和回程分支）设置压带轮。

（4）在回程分支设置类似通用带式输送机限制输送带摆动的部件，一般可以应用立辊。

而当带体的重力较大时，需要考虑挡边或挡板的刚度，设置专用的托辊。

（5）由于输送带上有横隔板，必须用接触输送带内面的清扫器。

第3章食品提升机结构设计

该设计主要选用的部件包括波状挡边输送带、驱动装置、传动滚筒、改向滚筒、压带轮、托辊、拉紧装置、清扫装置、支架等。

其中支架为非标设计，其它各个部件依据选型手册进行设计。

3.1挡边带设计

一般的波状挡边输送带由基带、波状挡边和横隔板三部分组成。

波状挡边输送带根据基带、横隔板和波状挡边的组合形式分4种。

选用波状挡边输送带的组合形式取决于输送机的倾角和输送机的布置形式。

4种波状挡边输送带结构的区别是基带的边缘两侧有无空边，是否设置横隔板。

中间无横隔板只适用于小倾角或水平输送，中间有隔板适用于大倾角输送。

为了便于设置对输送带的支撑，本次设计的波状带的结构选用带有空边和横隔板的形式。

在选用波状带时，还应注意以下几个方面[2]：

（1）基带要具有良好的抗拉强度和一定的横向刚度；

（2）为减小波状带的横向变形，弥补其横向刚度的不足，应适当加大空边尺寸。

在波状挡边中嵌以织物加固层，可使其防断裂和耐挠曲；（3）二次硫化使波状挡边、横隔板与基带牢固粘合，粘合附着强度不得小于6N／mm。

要特别注意因二次硫化，局部受热产生收造成空边打折；（4）波状挡边与基带中心线的直线偏差在任意5mm长内最大为5mm。

要从严掌握空边宽度；（5）为保证波状带的质量和使用寿命，其含胶率应为45％~50％；裙边硬度应为55~65；横隔板硬度应为65~70；（6）为防止漏料，要尽量减小横隔板端部与波状挡边波谷的间隙。

横隔板间距要取波状挡边波形距的整数倍；（7）运行过程中，横隔板要承受物料的重力和惯性力。

在进料和卸料过程中，横隔板还要承受物料磨损，所以横隔板除要具有一定的强度和刚性外，还要具有一定的耐磨性。

3.1.1基带

基带的作用与普通输送带结构类似，是输送机的牵引元件，承受张力。

为了使基带横向具有足够的刚度以便支撑输送带，要在基带芯体的横向加入特殊的加强层；但在纵向仍要保持适当的挠性，以利于输送带经过滚筒和凸凹段处的弯曲。

另外考虑到食品的卫生要求，基带选用棉帆布。

因为所运送的糖果块体积不大，选取基带宽为300mm。

图3.1波状挡边带的形式

3.1.2波状挡边

波状挡边的作用是用来增大承载物料断面的，可防止块状的糖果随输送带的横向摆动脱离输送轨道。

挡边采用波状的原因是为了输送带经过滚筒和凸、凹弧段时，挡边能自由伸缩而不受过大的附加拉应力和压应力。

波状挡边形式有矩形、S形、W形和WM形，常用的是S形[3]，如图3.1所示。

挡边应该在输送带的基带上占有的宽度小以增大有效带宽，但还应该满足挡边带的稳定性。

本设计选用的波状挡边参数：

波顶宽B=44mm，底宽Wf=50mm，波形距s=42mm。

3.1.3横隔板

图3.2常用的横隔板形式

横隔板的作用是保持物料不产生向下滑动的。

目前采用的横隔板的形式有T形、C形、TC形、TS形和TCS形5种，如图3.2所示。

其中TS型和TCS型是镶嵌式的隔板结构，可以用在输送机工作条件恶劣、磨损严重的情况，这种结构的优点是安装拆卸方便。

当输送机倾角小于18°时，一般不加横隔板；当倾角在18°~45°之间时，用T型隔板；当倾角在45°~90°时，用C型隔板；当横隔板的高大于280mm时，应选用TC型或TCS型。

另外考虑到该提升机存在水平段的情况，而C型及其他三种横隔板不利于从卸料槽中受料；且糖果食品属于粘性物品，TC或C型隔板用在输送粘性物料时，返料过程中粘料特别严重，这一点很重要。

因此本设计选用T型横隔板。

要合理选择横隔板的高度和间距。

选择合理时在倾斜段物料的运行状态应该横隔板的宽度和高度最好是物料块度的最大水尺寸的两倍。

该提升机作为糖果输送，倾角为45°时的波状带选择横板高度为75mm[9]，波带高80mm，间距为100mm。

在满足输送量的前提下，应首先减小横隔板的间距，降低横隔板的高度，因为降低横隔板的高度有利于增加波状带的刚度，从而降低带的成本。

3.2布置形式设计

3.2.1布置形式的类型

图3.3输送机的典型线路布置形式

由于食品提升皮带机的大倾角物料的能力，其布置形式非常灵活。

根据提升机水平段有无输送机的典型线路布置形式可以分为多种，如图3.3所示。

其中只有倾斜（或垂直）段的称为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；在输送机的上部和下部都有水平段的称S形和SC形，它的上分支和下分支各有一凸弧段和凹弧段。

为了获得较好的受料和卸料条件，本机选用波状挡边带式输送机最典型布置S型，其中凸弧和凹弧段的设计是一个重要的内容。

由于张力的作用，输送带的曲线段处的皮带有离开设计曲线的作用力，因而曲线段的设计任务是给输送带提供必要的支撑，以保证输送带按设计的曲线运行。

另外在直线段也需必要的支撑，以保证挡边带不因过大地摆动而造成对输送机系统的冲击，以避免水平段受料时振动的发生。

3.2.2凹凸弧度的设计

（1）凹弧段　

凹弧段的支撑需在输送带的上面进行。

为了保证输送带在上分支的凹弧段上运行时不漂带，应该设置压轮或辊子。

压轮有单式和双式2种。

单式压轮的轮面只与基带边缘的空边接触，对输送带施加压力以使输送带强制凹曲，如图3.4所示。

双式压轮由2个大压轮和2个小压轮组成，如图3.5所示。

大压轮和单式压轮相同，而小压轮压波状挡边的顶部。

压轮的设置一般是在输送机的凹曲线曲率半径较小、输送带的张力较大时。

同时，当需要设置压轮时，必须采用基带两侧带空边的输送带结构形式。

一般当带宽B≤500mm时，采用单式压轮；当带宽B>500mm时，采用双式压轮。

图3.4单式压轮

1—轴承座；2—大挡轮；3—挡边；4—轴

对于带宽较窄所需压力不大的情况也可以采用短辊的压带方式。

采用这种压带方式可以避免物料堆积高度超过横隔板时压轮的轮轴和物料相碰。

当选用短辊子结构时，辊子的间距为1.5d（d为短辊子的直径），对应的圆心角要小于15°[3]。

图3.5双式压轮

1—轴承座；2—大挡轮；3—小挡轮；4—挡边；5—轴；6—基带

由于本设计的大倾角输送机的凹曲线曲率半径较小、输送带的张力较大，因此必须采用基带两侧带空边的输送带结构形式。

本设计的带宽B≤500mm，对于带宽较窄，所需压力不大的情况，可以采用短辊的压带方式，如图3.6所示。

图3.6凹弧段短辊组的压带方式示意图和结构方式

1—角钢侧板；2—短辊子；3—挡边带；4—螺栓连接；5—挡边

（2）凸弧段

凸弧段的支撑需要支撑的表面是平面。

上分支的凸弧段输送带的张力集中的部位，张力远远大于输送机在水平段和倾斜段上平托辊所受的力，所以在允许的条件下应尽量增大凸弧段的曲率半径，此处应选用半径较大的托辊进行支撑，也可以选择托辊组来实现。

下分支的凸弧段处输送带的张力较小，如果此段的曲率半径较小可以直接选用长压轮；如果曲率半径较大可以选用若干组平托辊支撑[3]。

大倾角提升时的皮带曲率半径较小，这里选用的长压轮，压带轮直径为200mm。

（3）托辊的布置上分支的托辊支撑输送带的平面可以直接应用通用带式输送机的托辊（图3.7（a）），托辊间距可以随输送机的倾角增大而增大。

受料处的托辊组间距应小一些。

下分支的支撑需支撑输送带的波状挡边面，因而要用特殊的支撑形式。

一般选用平托辊（图3.7（b）），用平托辊4支撑挡边1的顶部。

托辊间距的水平投影为1m。

也可以用复式托辊组或如图3.8的五星轮式托辊。

如果波状挡边输送带无隔板，可以用直接支撑挡边内部输送带的托辊，选用内梳篦式托辊（图3.7（c））或内辊式托辊（3.7（d））。

为防止跑偏，基带两侧应安装侧面立辊。

图3.7几种托辊形式及其使用示意图

1—挡边；2—横隔板；3—基带；4—平托辊；5—内梳篦式托辊；6—内辊式托辊

本次设计上分支选取通用带式输送机托辊，下分支选取五星轮式托辊，如图3.8所示。

图3.8五星轮托辊

轮体支撑带的原理与齿轮齿条啮合原理相似，挡边带为主动，轮体为被动。

两个横隔板之间的距离P=πm，轮体的直径d=mz,取z=5，d取160mm；五星轮的末端上加一个橡胶套，缓冲对挡边带的作用力，以减小摩擦，降低对挡边带运转可靠性的影响。

3.3部件选型设计

皮带输送机选型计算有两种情况：

一种是为一定使用条件选用整机定型的成套设备，如可拆移动式输送机；另一种是选择计算各种标准部件，然后组成适用条件下胶带输送机。

标准部件包括胶带、滚筒组件、传动装置、托辊组件、机架、拉紧装置、制动装置和清扫装置等。

本设计是按照后者进行。

3.3.1皮带总拉力及运行功率计算

在计算皮带拉力时考虑到输送带张力在整个长度上是变化的，影响因素很多。

为保证输送机的正常运行，输送带的张力必须满足以下两个条件：

一是输送带的张力在任何负载情况下，作用到全部滚筒上的圆周力是通过摩擦传递到输送带上，而输送带与滚筒间应保证不打滑；二是作用到输送带上的张力应足够大，使输送带在两组承载托辊间保持垂度小于一定值。

为了减少在行走过程中皮带的阻力，应控制其在传动转轮之间的挠度f，一般情况f/B=0.025，本机器的基宽B=300mm。

因为回程段安装了辊子支撑，所以输送机在倾斜时可忽视皮带松边的张力。

圆周驱动力Fu通过摩擦传递到输送带上，为保证输送带工作时不打滑，需在回程带上保持最小张力。

1、传动滚筒上所需要的圆周力Fu

根据《波状挡边带式输送机手册》查表可计算传动滚筒上所需要的圆周力

上式中：

（1）

——主要阻力；

式中f——模拟摩擦系数，对于制造和安装良好的输送机取f=0.022—0.025；g——重力加速度g=9.81m/s；

——上托辊转动部分质量/上托辊间距（kg/m），

=7kg/m；

——下托辊转动部分质量/下托辊间距（kg/m）,

=7kg/m；

——挡边输送带整带每米质量（kg/m）；

其中：

——基带每米质量，

=3.58kg/m，参考文献[10]见表2—1，

基带由3层组成，上胶3mm，中间芯层1.5mm，下胶1.5mm。

——挡边每米质量，

=1.89kg/m，参考文献[10]见表2—3；

——有效带宽，这里是0.12；

——横隔板间距，这里是0.1m；

——横隔板每米质量，1.8kg/m，参考文献[10]见表2—4

即

=3.58+2*1.89+0.12*1.8/0.1

=9.52kg/m

——每米物料质量（kg/m）；

=0.22kg/m

=Q/（3.6*v）=0.32/（3.6*0.4）；

L——2.5m；

H——1.5m；

代入数据

=0.025×9.81×2.5×[7+7+（2×9.52十0.22）×2.5/

]

=13.65N

（2）

——提升阻力（N）

=9.81×（0.22+2×1.89+0.12×1.8/0.1）×1.5

=90.64N

则

=13.65+90.64=104.29N

上式中因为提升高度为1500mm，水平段按1000mm，则输送机总轴间长度为2500mm；根据本机械工况：

水平段和向上倾斜段；工作条件：

工作环境良好，制造、安装良好，带速低，物料内摩擦系数小，辊子直径选为90mm，搬运量较恒定可查表（见参考文献[10]中的表2）取复合摩擦系数为0.02，波状挡边输送带的安全系数m取12。

2、电机功率计算

计算公式

（W）

其中：

——传动滚筒上的圆周牵引力（N）

——总传动效率，通常ni=0.9

k——k=1.2，考虑到本算法的简易算法的电机裕量系数。

N=1.2×104.29×0.4/0.9=55.62（W）

故选择电动机功率为0.75KW

3.输送带最大张力计算

（N）

其中：

——托辊间距（m），本系列取0.5m；

=5×（9.52+0.22）×0.5×9.81=238.87（N）

=238.87+104.29+9.81×9.52×1.5=483.25（N）

4.输送带基带层数计算

其中：

m——输送带安全系数，本系列推荐取m=12。

B——基带宽（mm）

[σ]——许用带强，（单位：

N/mm·层），这里选用棉帆织物芯56，

Z=483.25×12/（300×56）=0.345

因此，取Z=3符合条件。

3.3.2滚筒的选择及设计

传动滚筒是传递动力的主要部件。

作为单点驱动方式来讲，可分成单滚筒传动及双滚筒传动。

单滚筒传动多用于功率不太大的输送机上，功率较大的输送机可采用双滚筒传动，其特点是结构紧凑，还可增加围包角以增加传动滚筒所能传递的牵引力。

使用双滚筒传动时可以采用多电机分别传动，也可利用齿轮传动装置使两滚筒同速运装。

如双滚筒传动仍不满足牵引力需要，可采用多点驱动方式。

本设计的机器载荷较小，选用电动滚筒可以有效的减小空间尺寸。

最小传动滚筒直径D按下式选取：

式中：

d——芯层厚度或钢丝绳直径（mm）；

c——系数（根据抗拉体材料确定；棉织物c=80