导料槽作为带式输送机转运站的受料部位，是带式输送机的主要粉尘发生源之一，提高导料槽的密封性能可以轻松又有效的减少粉尘的外逸。目前，防溢裙板与输送带非间接接触密封是被普遍的使用的导料槽密封方式，该密封方式存在的问题有：由于跳动的原因，防溢裙板与输送带之间并不能够达到完全密封，导致发生粉尘泄露；防溢裙板与输送皮带的紧密接触，使防溢裙板与输送皮带发生严重磨损等。未解决以上问题，本文以带式输送机及安装在其上部的导料槽为基础，提出了一种可以将滑动密封转化为相对静止的无损密封的带式输送机导料槽的动转静密封装置。

  为了实现装置的要求，本文提出了动转静密封装置的多种实现方案，对各方案的优缺点进行了分析总结，并使用量化分析的方法，对各方案的不同影响因素进行了评分，并通过综合得分选择了带轮结构作为装置的实现方案。然后对装置进行了详细设计与建模，通过理论计算的方法对装置的功率损耗进行了估算，并依靠估算的数值对主要零部件进行了校核。最后，对装置进行实物制作和并对可行性进行了实验。

  实验根据结果得出，装置的基本思路与工作原理是正确的，装置在摩擦力足够的情况下可以正常平稳运行，且装置能轻松运转，对带式输送机的功率损耗较低。

  作为当今世界上最重要的散料运输机械之一的带式输送机，与传统运输机械相比，其显著特点是运输距离长、运输量大、可连续运输等，在煤矿、电力、冶金、建筑等领域被大范围的应用[1]。带式输送机作为散料运输设备，在物料运送过程中，在各皮带机之间必然存在物料的转接过程，因此就需要导料槽对物料的运动进行约束。

  导料槽作为带式输送机的受料设备[2]，其结构的先进性与合理性对物料的运送过程的效率和平稳性有着严重的影响，在物料转载时起着及其重要的作用。物料在导料槽的约束下，在输送带上的预定区域内均匀地降落，使在转接过程中的撒漏最好能够降低，同时使因落料点不正而引起的皮带跑偏等问题得到避免，使物料的转接效率和清洁得到保证[3]。导料槽一般由两部分所组成，即导料槽本体结构、导料槽裙板及其夹持机构，其中，与带式运输机输送胶带发生非间接接触是导料槽裙板，它们之间通过面接触对导料槽内部与外部进行隔离并密封，防止物料的洒落与粉尘的泄露。

  在实际运行过程中，由于导料槽裙板与输送机胶带非间接接触且存在相对滑动，两者之间磨损严重且不可能实现完全密封。在物料的冲击下，输送机胶带会出现振动，使导料槽裙板与输送机胶带之间出现间隙，导致该处溢尘喷尘严重，降低工作环境质量，制约着企业的清洁文明生产，影响工人的身体健康。同时，导料槽裙板与输送机胶带之间极易嵌入细小的物料颗粒，这些物料颗粒会跟随输送机胶带一起运动，加剧了导料槽裙板以及输送机胶带的磨损，严重时聚酯帆布层芯直接磨损到两到三层[4]，有一些时候甚至不得不停机更换输送机胶带，对企业造成巨额的时间和金钱的花费。

  粉尘，一般指的是能够悬浮于空气中的微小固体颗粒物，即经由机械性的撞击、研磨、碾轧而形成，且悬浮于空气中并跟随气体流动的固体颗粒物的总称。粉尘的危害性大多数表现在对人体的致病性、对设备的损害和易燃烧和爆炸等[5]。

  （1）对人体的致病性。长期工作在粉尘环境中，会对人体健康产生严重影响，尘肺病[6]就是这种影响的最典型的例子。

  （2）粉尘对设备的危害。飘浮的粉尘会污染工人的工作环境，沉降的粉尘会将设备覆盖，加大设备磨损，使设备的常规使用的寿命降低；精密仪表仪器及微电机等可能会由于细小粉尘的进入而产生致命的危害；电路中断、皮带打滑等严重事故也可由大量粉尘沉积在设备上而引起。

  （3）粉尘的易燃易爆性[7]。当粉尘与高温热源接触时，就会产生可燃气体并发生燃烧。而当空气中粉尘浓度较大时，这种燃烧就会在极短的时间内蔓延且越来越剧烈，进而发生剧烈的爆炸。粉尘易燃易爆是粉尘最重要的危害之一，其可引起人员受伤或死亡、设备毁坏和火灾，使企业停产造成巨大的经济损失。

  针对上述现有导料槽密封结构所存在的问题并为降低工作环境中的粉尘污染，本课题依托于厦门三烨机械传动有限公司一种将工作面滑动磨损型密封变为静止无损型密封的转化装置的项目，提出并设计了一种基于带式输送机的动转静密封装置。该装置理论上具有无动力、密封性好、对输送皮带无磨损、维护方便等优点，可以轻松又有效抑制喷尘溢尘现象，提高工人的工作环境质量，并对降低企业消耗，提高生产效率有着重要的非消极作用，对社会持续健康发展和经济进步有着十分重要的价值和意义。

  带式输送系统是在煤炭、矿业、电力、冶金、建筑等领域普遍的使用的一种连续动作的散料运输设备，同时也是主要的产尘环节，特别是带式输送系统的转载点，更是诸多企业的主要粉尘发生源[8]，严重影响车间环境，直接影响着职工的身体健康和生命安全。

  目前，针对带式输送系统的转运站中粉尘的治理，根据其方法和手段的不同，可大致分为屏障类、团聚类和吸引类三大类。

  屏障类，即使用屏障等将粉尘控制在一定空间区域内，限制粉尘的运动路径，抑制粉尘的扩散，使之随时间自然沉降或使用其他除尘抑尘办法来进行除去。屏障抑尘作为带式输送系统转载点中最为基础的除尘抑尘方法，也是带式输送系统中不可或缺的一部分。图1.1为转载点屏障抑尘结构示意简图，由图，密封罩将转载点密闭，挡尘帘分别安装在密封罩进煤口和出煤口，溜槽安装在上下输送带之间，引导物料的运动和方向，在下层密闭罩（导料槽）上安装有吸尘罩，转载点处的粉尘便通过吸尘罩处所安装的引风机来收集和除去[9]。

  相比于其他除尘抑尘方案，屏障抑尘具有安装简单、不受物料变化而影响其效果、对各种各样的环境适应能力强、扩展性强、方便维护等优点，被大范围的应用于带式输送系统中，并作为其他除尘抑尘方案实施与安装改造的基础。

  屏障抑尘也有着很多缺点，由于其依靠封闭尘源达到抑尘效果，只能限制含尘空气的运动路径，并不能控制含尘空气外逸，因此该类方案通常只作为一级粗净化、预除尘装置，用来除去较大和较重的粉尘颗粒。

  目前的国内外对转载点密闭结构的研究方向大多分布在在其结构的改进，用以降低内部二次扬尘的产生并提高其密封性能，并对其内部的空气流动产生一定的阻碍，降低粉尘的动能，加速粉尘的沉降，减少流出空气的含尘量。

  团聚类，即通过物理和化学方法使空气中难以脱除的微细颗粒团聚成容易脱除的大颗粒，湿式除尘设施便是对该类除尘技术的主要应用。湿式除尘设施是借助于粉尘与雾化液滴或液体之间的惯性碰撞、截留、布朗扩散、静电沉降、凝聚和沉降[10]以及其他物理和化学方法等多种机理来捕集和吸附粉尘，从而将粉尘洗涤去除，使含尘气体得到净化的一种装置，水滴、水膜与泡沫是雾化液滴或液体和含尘气体的三种主要接触形式[11]。图1.2便是团聚类除尘方法的典型除尘机理。

  团聚类除尘技术对小粒径粉尘拥有非常良好的去除作用，有研究显示，其除尘能力随雾化颗粒粒径的大小而变化，雾化颗粒粒径越小，其除尘能力越强。而且团聚类除尘技术具有简单易行，造价低廉等优点，在带式输送机转载点被常常使用。但是其也同样存在许多问题，如不能阻止粉尘外逸、控制不准确、应喷洒雾滴太多导致皮带打滑、物料含水量增加、积水漏水等问题。

  吸引类，即按照空气动力学原理，通过安装引风机或别的设备，使导料槽内部达到负压，用来防止含尘空气外逸并且去除粉尘的一类方法。

  该类方法主要是通过在图1.1中的吸尘罩处安装引风机，将导料槽内部的含尘空气通过引风机吸入外置除尘设施中以达到除尘的目的。该类办法能够有效的防止含尘空气外逸，对各种粒径大小的粉尘均有较好的除尘效果，但是其缺点是需要安装引风机以及其他外置除尘设备，占地空间大，为了达到较好的抽吸效果通常会选用大功率的引风机，能耗以及维护费用较高，需要投入大量人力物力等。

  由1.3.1的内容可以看出，大多数输送机转运站的防尘抑尘研究均是建立在导料槽完全密封的基础上的。但是在实际的生产过程中，导料槽与输送皮带会因为各种原因导致该处的密封出现问题，出现导料槽喷尘溢尘的情况。目前，主流的对导料槽的密封结构的研究有两种方向，其一为全封闭式导料槽，另一方向主要集中在对防溢裙板的结构与材质的改进上。

  全封闭式导料槽[12]，又名滑板式全封闭导料槽，在多数企业中被广泛采用，其结构是采用摩擦系数很小（摩擦系数0.07~0.11）的高分子滑板替换掉传统导料槽的两侧托辊，实现了两侧滑板对输送皮带的连续支撑，配合导料槽防溢裙板，形成了输送皮带被滑板和防溢裙板夹在中间的结构，从而达到密封效果。其结构如图1.4所示。

  防溢裙板[13]，即安装在导料槽两侧，防止粉尘和物料的逸出洒落，主要用于对导料槽内部空间的密封。导料槽裙板有多种样式，如：T型防溢裙板、Y型防溢裙板、双层防溢裙板等。图1.4为部分防溢裙板的实物图。

  本课题提出并设计了一种基于带式输送机的动转静密封装置，其工作原理是将密封带与导料槽两侧的输送皮带紧密贴合，使密封带跟随输送皮带同步运动，将原本的输送皮带与防溢裙板的滑动摩擦密封转变为输送皮带与密封带的相对静止的静态密封，而当密封带运行到装置尾部时，密封带有导向轮或其他机构重新导回至装置的头部，以此循环往复运动。该装置理论上具有无动力、密封性好、对输送皮带无磨损、维护方便等优点，可以轻松又有效抑制喷尘溢尘现象，提高工作环境质量，降低企业消耗，提高生产效率，对社会发展和经济进步有着十分深远的意义。

  （1）提出导料槽的动转静密封装置工作原理，并提出了三种不同的实现方案，分别是导轨结构、导轮结构和带轮结构，并采用量化分析的方法，对这三种结构分别进行了优缺点的分析以及量化评分，并根据评分选择了本动转静密封装置的最佳工作方案；

  （3）通过理论计算的方法，分别从轴承和带的方向对装置内部的功率耗损进行了理论计算，并根据计算结果对装置的主要部件进行了强度与寿命校核；

  （4）对装置进行实证分析，验证了该装置的理论的可行性与实际应用的可靠性。

  本文采用自上而下的设计路线，先对装置的总体方案进行了分析与对比，然后根据装置的总体方案进行了详细设计，最后对装置的主要零部件进行了计算与校核。

  本章主要研究并阐述了本课题的研究背景、粉尘的危害与治理、对导料槽结构的研究和改进以及导料槽现有密封结构的存在的问题，并针对这些问题提出了一种可以将相对滑动有磨损的密封转变成相对静止无磨损的密封装置，该装置理论上可以做到对输送皮带的零磨损并在很大程度上阻止粉尘的逸出。

  要想完整实现带式输送机导料槽的动转静密封装置的功能，需要对该装置的运动方案进行讨论分析与对比。本章介绍了设计所用的带式输送机的相关参数与动转静密封装置在带式输送机上的安装方式，然后根据动转静密封装置的工作原理提出了导轨结构、导轮结构和带轮结构三种不同的结构，最后使用量化分析的方法对这三种结构进行了分析对比，选出了带轮结构作为动转静密封装置的最终实现方案。

  动转静密封装置所用到的相关设计参数有带式输送机的运行速度、皮带宽度、托辊角度等，其数值如表2.1所示。

  动转静密封装置的安装及工作示意简图如图2.1所示。能够准确的看出，动转静密封装置安装在导料槽两侧，其运动部分与输送皮带紧密贴合，在输送皮带的带动下同步运动，而静止部分则和导料槽侧板刚性连接在一起，为装置的运动部分提供支撑和运动轨道，并在装置尾部将装置的运动部分导回至装置头部，以此来实现装置的连续往复运动。

  为了实现动转静密封装置的功能，本节针对密封带的运动形式，提出了三种结构，分别为导轨结构、导轮结构、带轮结构，下面对这三种结构可以进行分析与讨论。

  导轨结构，即密封带与安装板之间通过导轨进行接合，通过改变导轨的方向来改变密封带的运动方向，其端部及截面图如图2.2所示。由图能够准确的看出，密封带在导轨的作用下进行转向和移动，与导轨之间通过接触进行密封，运动方式为滑动；导轨与安装板之间为刚性连接，安装板上设有安装孔，用于装置与导料槽侧板的固定与连接。

  导轨结构的优点有：（1）密封性好：基本实现了导料槽内外的完全密封；（2）维护简单，只需定期添加润滑油；（3）可安装角度广：对竖直分力和水平分力的承载能力强，对不同的安装角度适应能力强，脱轨可能低。

  但是，导轨结构同样存在许多缺点，如：（1）摩擦力大：运动方式为滑动运动，摩擦力大，对皮带负载大；（2）抗变形能力差：长时间紧绷会使密封带产生塑性变形，难以保持紧绷状态，导致性能下降；（3）安装难度大：由于导轨式卡在密封带上，密封带需在较大的力的作用下才可以完整安装在装置上。

  导轮结构，即将间隔分布的导轮约束在固定的轨道中，并通过连接杆与密封带进行机械连接，通过密封带带动导轮在轨道中运动，其示意简图如图2.3所示。该结构主要由四部分轴承，分别是安装板、导轮、导轮架和密封带，其中，使用滚动轴承作为导轮，安装在导轮架的两侧，并在由两块安装板对称安装而形成的滚动槽内运动，用于防止导轮的滚出；密封带与导轮架之间采用刚性连接，由密封带带动导轮架及导轮在滚动槽内运动，以达到密封带跟随输送皮带运动的目的。

  该结构的优点有：（1）摩擦力小：运动方式以滚动为主，部分位置有滑动，摩擦力小，对皮带负荷小；（2）密封性能较好：安装板与密封带之间进行间隙密封；

  其缺点有：（1）基本无法承载水平方向分力，因此与运输带的最佳安装角度为90°，否则将加大磨损并影响性能；（2）维护较复杂：需要对导轮组逐一检查，并进行密封处理；（3）抗变形能力差：长时间紧绷会使密封带产生塑性变形，难以保持紧绷状态，导致性能下降。

  带轮结构，即使用带轮作为密封带的导向和压紧结构，并通过两端的带轮实现转向，密封带通过摩擦力带动带轮运动。其结构示意简图如图2.4所示，图中，密封带在两端时使用大带轮作为密封带的转向带轮，以使密封带拥有较大的转弯半径；密封带运转到装置中部时采用小带轮作为密封带的支撑和压紧结构；同时，密封带在两侧安装板之间形成的槽中运动，以减少密封带脱离的风险。

  优点：（1）摩擦力小：运动方式以滚动为主，部分位置有滑动，摩擦力小，对皮带负荷小；；（2）紧带机构：可保证密封带的紧绷；（3）密封性能较好：安装板与密封带之间进行间隙密封；

  缺点：（1）无法承载水平方向分力，与运输带的最佳安装角度为90°，有发生脱轨的可能性；（2）维护较复杂：需要对每个导轮进行检查，并对轴承进行密封处理。

  能够准确的看出，三种方案各有优劣，因此需要对方案进行对比分析，其需要仔细考虑的因素有：（1）密封性能；（2）内部摩擦力；（3）复杂度；（4）可维护性；（5）常规使用的寿命。通过考虑，并对各因素优先级进行排序，可得各因素优先级顺序为：（1）内部摩擦力；（2）密封性能；（3）常规使用的寿命；（4）可维护性；（5）复杂度。

  评比方式：对各因素进行量化分析，给与每个方案的所有因素进行打分，然后根据各因素优先级顺序赋予不同的权重，就可以完成各方案的对比分析。由此可得表2.1。

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