0、引言
帶式輸送機是一種應用廣泛的復雜機電系統(tǒng)。隨著帶式輸送機向大型化方向發(fā)展，對大型輸送機系統(tǒng)的設計技術(shù)和自動化設計系統(tǒng)提出了更高要求，應用先進的設計技術(shù)將大大提高輸送機系統(tǒng)的設計質(zhì)量，縮短設計周期，實現(xiàn)設計的自動化和優(yōu)化。
本文應用最新的計算機輔助設計技術(shù)，開發(fā)基于CEMA標準的大型帶式輸送機設計系統(tǒng)。系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)技術(shù)，將輸送機的設計功能及結(jié)構(gòu)部件模塊化，依據(jù)最新的CEMA標準的設計流程，對輸送機系統(tǒng)各部分進行優(yōu)化設計，主要包括初始圖形建模、整體布置、參數(shù)計算分析、校核以及輔助選型等。應用可視化動態(tài)圖形組件技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，具有動態(tài)圖形化輸送機側(cè)形設計、建模和強大的部件數(shù)據(jù)庫及庫管理功能，能夠進行輸送機關鍵部件的優(yōu)化選型和參數(shù)分析、可視化計算和校核。實際應用表明采用本系統(tǒng)進行大型帶式輸送機的設計，設計質(zhì)量大大提高，設計周期縮短，實現(xiàn)了設計過程的自動化和設計參數(shù)的優(yōu)化。
1、輸送機系統(tǒng)及其設計流程
1.1輸送機系統(tǒng)
輸送機系統(tǒng)是一種應用極為廣泛的復雜的機電系統(tǒng)。主要由輸送帶、進料裝置、拉緊裝置、滾筒、托輥、卸料裝置、電機和清掃器等組成。如圖l所示為幾種典型的水平運輸?shù)妮斔蜋C系統(tǒng)布置圖。
1.2輸送機系統(tǒng)設計流程
輸送機系統(tǒng)的設計，主要包括：
(1)輸送機側(cè)形設計。
(2)根據(jù)物料參數(shù)和運量要求確定驅(qū)動形式、輸送帶（帶寬、帶速、類型及上下覆蓋膠厚度）、托輥（結(jié)構(gòu)、輥徑、數(shù)目等）、滾筒（類型、直徑、包角等）。
(3)計算張力和功率。
(4)確定電機數(shù)量、制動器、拉緊裝置、清掃器。
輸送機系統(tǒng)設計的一般流程如圖2所示。
1.3輸送機系統(tǒng)設計標準
帶式輸送機系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)雖然簡單，但是隨著輸送機運量、運速和運距的提高，大型帶式輸送機系統(tǒng)應用出現(xiàn)了一些嚴重問題，如跑偏、縱向褶皺、漂帶、動力故障等。因此，在大型輸送機系統(tǒng)設計時，必須應用先進的分析系統(tǒng)，結(jié)合CAD技術(shù)對其基本運動、受力和強度進行詳細地計算分析，并進行更加細致深入的動態(tài)響應仿真計算和分析，以便對實際運行中可能出現(xiàn)的各種故障進行深入研究，提供最佳解決方案，促進輸送機向安全、穩(wěn)定、高效、節(jié)能方向發(fā)展。
帶式輸送機系統(tǒng)的設計標準有很多種，如國際標準IS05048，美國標準CEMA，德國標準DIN22101，以及我國的GB/T17119 - 1997等等。
1.4輸送機系統(tǒng)設計依據(jù)
在設計之前需要充分了解對設備的要求，這些要求就是設計的依據(jù)。主要包括：(1)運量：料流均勻時能夠直接給出運量；料流不均勻時可以考慮給出料流量的基本統(tǒng)計數(shù)據(jù)，根據(jù)經(jīng)濟分析確定是否增設料倉。(2)輸送機線路的詳細尺寸：包括最大長度、傾角及提升高度，直線段、曲線段的尺寸和連接尺寸等。(3)物料的性質(zhì)：松散密度、安息角、物料的粒度和最大塊度情況（塊度的均勻適度是否經(jīng)過篩分）、物料的濕度、磨損性、粘結(jié)性和摩擦系數(shù)。(4)工作條件和環(huán)境狀況：露天或室內(nèi)、環(huán)境濕度、環(huán)保要求、移動或固定、伸縮要求。(5)給料和卸料方法。(6)工作制度：每天的運轉(zhuǎn)時間、每年的工作天數(shù)、輸送機的服務年限要求等。(7)設計要求：輸送帶的最大撓度要求、運行阻力系數(shù)、輸送帶和滾筒的摩擦系數(shù)、輸送帶的安全系數(shù)。
2、設計軟件結(jié)構(gòu)及功能
帶式輸送機系統(tǒng)的設計過程復雜，涉及大量數(shù)據(jù)的儲存和管理。因此，研究開發(fā)基于計算機輔助設計技術(shù)的帶式輸送機設計系統(tǒng)，需采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)和具有圖形功能的、方便易用的、所見即所得的、具有強大數(shù)據(jù)庫管理功能的開發(fā)環(huán)境。
2.1開發(fā)環(huán)境
本設計系統(tǒng)采用C++語言作為編程語言。運用C++語言面向?qū)ο蟆⒖梢暬焖賾贸绦蜷_發(fā)和直接數(shù)據(jù)庫訪問等特點，開發(fā)基于Windows操作系統(tǒng)帶式輸送機系統(tǒng)設計軟件。
帶式輸送機設計中涉及大量標準及其選型數(shù)據(jù)，因此系統(tǒng)采用基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)的軟件開發(fā)方法。數(shù)據(jù)庫采用微軟的Access數(shù)據(jù)庫。Access數(shù)據(jù)庫屬于文件型數(shù)據(jù)庫，對操作系統(tǒng)要求低，每個數(shù)據(jù)庫文件可以包括多個數(shù)據(jù)表，操作使用方便。系統(tǒng)使用了2個數(shù)據(jù)庫文件。一個是系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫文件，用于保存CEMA標準參數(shù)、部件型表和設計模板等，供設計選型使用。另一個是項目數(shù)據(jù)庫文件，為每個設計項目創(chuàng)建，用于保存該項目的設計參數(shù)、分析棋型和計算分析結(jié)果數(shù)據(jù)等。
2.2軟件結(jié)構(gòu)
本設計軟件的最終目的就是要實現(xiàn)帶式輸送機各部件的最優(yōu)選擇、張力的最優(yōu)分配、功率的最優(yōu)配置等，成為一套完整的輸送機系統(tǒng)設計軟件。
按功能來劃分模塊，設有一個主模塊。主模塊通過調(diào)用關系將其他模塊組織起來，同時通過全局變量和數(shù)據(jù)庫將各個模塊聯(lián)系起來。
2.3側(cè)形設計
確定現(xiàn)場工作條件和輸送物料后，根據(jù)地形和物料屬性利用計算機圖像處理和圖形建模技術(shù)建立輸送系統(tǒng)模型，即側(cè)形設計，模擬輸送機工作過程。根據(jù)輸送機幾何尺寸、傳動滾筒數(shù)量、拉緊裝置結(jié)構(gòu)和卸料方式的不同，可布置成多種側(cè)形。
側(cè)形設計建立了常用輸送機零部件的動畫組件，包括輸送帶、料斗、驅(qū)動滾筒、改向滾筒、壓面滾筒、翻帶裝置等，如圖4所示。對輸送機運行狀態(tài)進行仿真，形象地展示所設計的輸送機在啟動、額定運行、停機和制動等工況下的運行情況。確定側(cè)形設計后，將結(jié)果導入設計數(shù)據(jù)庫供后續(xù)設計計算用，即產(chǎn)生主界面中的“分段”數(shù)據(jù)。
2.4輸送帶設計
輸送帶設計界面（圖略），主要對輸送帶的相關參數(shù)進行設計，確定輸送帶型號。“用戶輸入?yún)^(qū)”的參數(shù)需要設計人員根據(jù)側(cè)形設計和物料要求來確定，包括設計運量、中間輥輸送帶差值、帶速、帶寬、上下覆層厚度、允許下垂度等參數(shù)。或在“數(shù)據(jù)庫導入?yún)^(qū)”打開輸送帶數(shù)據(jù)庫，初步選定輸送帶型號，并將選定參數(shù)導入輸送帶設計界面。該輸送機部件數(shù)據(jù)庫中包含世界各國有關輸送機部件的大量數(shù)據(jù)，可以直接選用，也可以自行通過數(shù)據(jù)庫管理界面建立自己的數(shù)據(jù)庫。
經(jīng)計算可以得到帶重、額定張力、導料槽寬度系數(shù)、導料槽物料深度、物料重量、輸送帶標準邊角距、輸送帶實際邊角距、滿載運量等參數(shù)。
2.5驅(qū)動設計
驅(qū)動設計界面如圖5所示，主要對驅(qū)動的相關參數(shù)進行設計計算。所有值的改變都會刷新數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表，且可以實時在界面上方的表格中顯示出來。主要驅(qū)動參數(shù)包括：驅(qū)動序號、滾筒工況、包面類型、載荷比例、啟動轉(zhuǎn)矩系數(shù)等。
經(jīng)計算、校核得到冬、夏季輸送機滿載、空載或定載時，承載段和回程段啟動、平穩(wěn)運行、自由停機、制動等工況下的張力曲線，以及輸送帶、托輥、滾筒、驅(qū)動電機、制動器、拉緊裝置和清掃器等設備參數(shù)，輔助選型，為采購設備提供依據(jù)。結(jié)果匯總?cè)鐖D6所示。
此外，本軟件提供帶式輸送機設計中常用的計算工具，如卸料軌道、進料阻力與功耗、滾筒轉(zhuǎn)速、滾筒包角系數(shù)、軸承壽命等，方便設計者在整體設計時進行具體設備的詳細計算。
3、算例驗證
以CEMA標準中給出的雙驅(qū)動算例為例，應用本文開發(fā)的設計系統(tǒng)進行設計計算。
工程基本參數(shù)如下：
(1)輸送機長度l 220 m，提升高度21 m。
(2)物料：石灰石，密度l 365 kg/m3，運量726t/h。
(”帶寬1 000 mm，帶速2m/s，帶重15 kg，m。
(4)上托輥：輥徑152 mm，槽角200，間距1.2 m。
(5)下托輥：輥徑152 mm，槽角00，間距3m。
(6)驅(qū)動裝置：雙滾筒，包角3800。
將上述參數(shù)輸入到帶式輸送機設計系統(tǒng)，并進行設計計算和分析比較。
根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對參數(shù)做相應的添加，經(jīng)計算得出滿載運量是1060 t/h，即輸送機能夠滿足需要。另外輸送帶實際邊角距為145咖，遠遠大于標準邊角距78mm。說明輸送帶初選符合工程要求。
張力計算結(jié)果如表l所示。可以看出，軟件計算的有效張力與CEMA文獻中給出的結(jié)果是一致的，最大張力相差不大，說明本系統(tǒng)軟件的計算結(jié)果是準確可靠的。
圖7為啟動和額定運行時的張力曲線。分析可知，在承載段和回程段沿輸送帶運行方向，張力逐步增大，在頭部位置達到最大，符合水平或向上傾斜輸送機的張力特點，與文獻中給出的關于此例的張力曲線一致。
通過以上實例驗證，表明本文開發(fā)的大型帶式輸送機通用設計系統(tǒng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)CEMA標準進行輸送機設計的目標，能夠應用于實際工程的設計。
4、結(jié)語
大運量、高帶速和長距離帶式輸送機的應用符合現(xiàn)代化工業(yè)需要，對大型輸送機設計技術(shù)提出了更高要求，應用先進的設計分析技術(shù)和系統(tǒng)軟件，是設計安全、穩(wěn)定、高效和節(jié)能的輸送機的需要。
本文將CAD技術(shù)應用于帶式輸送機設計，開發(fā)了完整的帶式輸送機設計系統(tǒng)。系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮慕M件技術(shù)，建立可視化動態(tài)圖形組件，將設計功能和部件設計選型全部模塊化，實現(xiàn)了可視化動態(tài)側(cè)形建模、計算校核、模型驗證等功能。
相關輸送機產(chǎn)品：
1、
皮帶輸送機
2、
刮板輸送機
3、
斗式提升機
