帶式輸送機是一種應用廣泛的復雜機電系統。隨著帶式輸送機向大型化方向發展，對大型輸送機系統的設計技術和自動化設計系統提出了更高要求，應用先進的設計技術將大大提高輸送機系統的設計質量，縮短設計周期，實現設計的自動化和優化。
本文應用最新的計算機輔助設計技術，開發基于CEMA標準的大型帶式輸送機設計系統。系統采用面向對象的軟件開發技術，將輸送機的設計功能及結構部件模塊化，依據最新的CEMA標準的設計流程，對輸送機系統各部分進行優化設計，主要包括初始圖形建模、整體布置、參數計算分析、校核以及輔助選型等。應用可視化動態圖形組件技術和數據庫技術，具有動態圖形化輸送機側形設計、建模和強大的部件數據庫及庫管理功能，能夠進行輸送機關鍵部件的優化選型和參數分析、可視化計算和校核。實際應用表明采用本系統進行大型帶式輸送機的設計，設計質量大大提高，設計周期縮短，實現了設計過程的自動化和設計參數的優化。
1、輸送機系統及其設計流程
1.1輸送機系統
輸送機系統是一種應用極為廣泛的復雜的機電系統。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的輸送機系統布置圖。
1.2輸送機系統設計流程
輸送機系統的設計，主要包括：
(1)輸送機側形設計。
(2)根據物料參數和運量要求確定驅動形式、輸送帶（帶寬、帶速、類型及上下覆蓋膠厚度）、托輥（結構、輥徑、數目等）、滾筒（類型、直徑、包角等）。
(3)計算張力和功率。
(4)確定電機數量、制動器、拉緊裝置、清掃器。
輸送機系統設計的一般流程如圖2所示。
1.3輸送機系統設計標準
帶式輸送機系統的機械結構雖然簡單，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應用出現了一些嚴重問題，如跑偏、縱向褶皺、漂帶、動力故障等。因此，在大型輸送機系統設計時，必須應用先進的分析系統，結合CAD技術對其基本運動、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響應仿真計算和分析，以便對實際運行中可能出現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、穩定、高效、節能方向發展。
帶式輸送機系統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輸送機系統設計依據
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。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計數據，根據經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：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過篩分）、物料的濕度、磨損性、粘結性和摩擦系數。(4)工作條件和環境狀況：露天或室內、環境濕度、環保要求、移動或固定、伸縮要求。(5)給料和卸料方法。(6)工作制度：每天的運轉時間、每年的工作天數、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、輸送帶和滾筒的摩擦系數、輸送帶的安全系數。
2、設計軟件結構及功能
帶式輸送機系統的設計過程復雜，涉及大量數據的儲存和管理。因此，研究開發基于計算機輔助設計技術的帶式輸送機設計系統，需采用面向對象的編程技術和具有圖形功能的、方便易用的、所見即所得的、具有強大數據庫管理功能的開發環境。
2.1開發環境
本設計系統采用C++語言作為編程語言。運用C++語言面向對象、可視化快速應用程序開發和直接數據庫訪問等特點，開發基于Windows操作系統帶式輸送機系統設計軟件。
帶式輸送機設計中涉及大量標準及其選型數據，因此系統采用基于數據庫技術的軟件開發方法。數據庫采用微軟的Access數據庫。Access數據庫屬于文件型數據庫，對操作系統要求低，每個數據庫文件可以包括多個數據表，操作使用方便。系統使用了2個數據庫文件。一個是系統數據庫文件，用于保存CEMA標準參數、部件型表和設計模板等，供設計選型使用。另一個是項目數據庫文件，為每個設計項目創建，用于保存該項目的設計參數、分析棋型和計算分析結果數據等。
2.2軟件結構
本設計軟件的最終目的就是要實現帶式輸送機各部件的最優選擇、張力的最優分配、功率的最優配置等，成為一套完整的輸送機系統設計軟件。
按功能來劃分模塊，設有一個主模塊。主模塊通過調用關系將其他模塊組織起來，同時通過全局變量和數據庫將各個模塊聯系起來。
2.3側形設計
確定現場工作條件和輸送物料后，根據地形和物料屬性利用計算機圖像處理和圖形建模技術建立輸送系統模型，即側形設計，模擬輸送機工作過程。根據輸送機幾何尺寸、傳動滾筒數量、拉緊裝置結構和卸料方式的不同，可布置成多種側形。
側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。確定側形設計后，將結果導入設計數據庫供后續設計計算用，即產生主界面中的“分段”數據。
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進行設計，確定輸送帶型號。“用戶輸入區”的參數需要設計人員根據側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。或在“數據庫導入區”打開輸送帶數據庫，初步選定輸送帶型號，并將選定參數導入輸送帶設計界面。該輸送機部件數據庫中包含世界各國有關輸送機部件的大量數據，可以直接選用，也可以自行通過數據庫管理界面建立自己的數據庫。
經計算可以得到帶重、額定張力、導料槽寬度系數、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。
2.5驅動設計
驅動設計界面如圖5所示，主要對驅動的相關參數進行設計計算。所有值的改變都會刷新數據庫中的數據表，且可以實時在界面上方的表格中顯示出來。主要驅動參數包括：驅動序號、滾筒工況、包面類型、載荷比例、啟動轉矩系數等。
經計算、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、驅動電機、制動器、拉緊裝置和清掃器等設備參數，輔助選型，為采購設備提供依據。結果匯總如圖6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、滾筒轉速、滾筒包角系數、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標準中給出的雙驅動算例為例，應用本文開發的設計系統進行設計計算。
工程基本參數如下：
(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)驅動裝置：雙滾筒，包角3800。
將上述參數輸入到帶式輸送機設計系統，并進行設計計算和分析比較。
根據數據庫中的數據對參數做相應的添加，經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文獻中給出的結果是一致的，最大張力相差不大，說明本系統軟件的計算結果是準確可靠的。
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，表明本文開發的大型帶式輸送機通用設計系統完全能夠實現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、結語
大運量、高帶速和長距離帶式輸送機的應用符合現代化工業需要，對大型輸送機設計技術提出了更高要求，應用先進的設計分析技術和系統軟件，是設計安全、穩定、高效和節能的輸送機的需要。
本文將CAD技術應用于帶式輸送機設計，開發了完整的帶式輸送機設計系統。系統采用面向對象的組件技術，建立可視化動態圖形組件，將設計功能和部件設計選型全部模塊化，實現了可視化動態側形建模、計算校核、模型驗證等功能。
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