带式输送机是一种应用广泛的复杂机电系统。随着带式输送机向大型化方向发展，对大型输送机系统的设计技术和自动化设计系统提出了更高要求，应用先进的设计技术将大大提高输送机系统的设计质量，缩短设计周期，实现设计的自动化和优化。
本文应用最新的计算机辅助设计技术，开发基于CEMA标准的大型带式输送机设计系统。系统采用面向对象的软件开发技术，将输送机的设计功能及结构部件模块化，依据最新的CEMA标准的设计流程，对输送机系统各部分进行优化设计，主要包括初始图形建模、整体布置、参数计算分析、校核以及辅助选型等。应用可视化动态图形组件技术和数据库技术，具有动态图形化输送机侧形设计、建模和强大的部件数据库及库管理功能，能够进行输送机关键部件的优化选型和参数分析、可视化计算和校核。实际应用表明采用本系统进行大型带式输送机的设计，设计质量大大提高，设计周期缩短，实现了设计过程的自动化和设计参数的优化。
1、输送机系统及其设计流程
1.1输送机系统
输送机系统是一种应用极为广泛的复杂的机电系统。主要由输送带、进料装置、拉紧装置、滚筒、托辊、卸料装置、电机和清扫器等组成。如图l所示为几种典型的水平运输的输送机系统布置图。
1.2输送机系统设计流程
输送机系统的设计，主要包括：
(1)输送机侧形设计。
(2)根据物料参数和运量要求确定驱动形式、输送带（带宽、带速、类型及上下覆盖胶厚度）、托辊（结构、辊径、数目等）、滚筒（类型、直径、包角等）。
(3)计算张力和功率。
(4)确定电机数量、制动器、拉紧装置、清扫器。
输送机系统设计的一般流程如图2所示。
1.3输送机系统设计标准
带式输送机系统的机械结构虽然简单，但是随着输送机运量、运速和运距的提高，大型带式输送机系统应用出现了一些严重问题，如跑偏、纵向褶皱、漂带、动力故障等。因此，在大型输送机系统设计时，必须应用先进的分析系统，结合CAD技术对其基本运动、受力和强度进行详细地计算分析，并进行更加细致深入的动态响应仿真计算和分析，以便对实际运行中可能出现的各种故障进行深入研究，提供最佳解决方案，促进输送机向安全、稳定、高效、节能方向发展。
带式输送机系统的设计标准有很多种，如国际标准IS05048，美国标准CEMA，德国标准DIN22101，以及我国的GB/T17119 - 1997等等。
1.4输送机系统设计依据
在设计之前需要充分了解对设备的要求，这些要求就是设计的依据。主要包括：(1)运量：料流均匀时能够直接给出运量；料流不均匀时可以考虑给出料流量的基本统计数据，根据经济分析确定是否增设料仓。(2)输送机线路的详细尺寸：包括最大长度、倾角及提升高度，直线段、曲线段的尺寸和连接尺寸等。(3)物料的性质：松散密度、安息角、物料的粒度和最大块度情况（块度的均匀适度是否经过筛分）、物料的湿度、磨损性、粘结性和摩擦系数。(4)工作条件和环境状况：露天或室内、环境湿度、环保要求、移动或固定、伸缩要求。(5)给料和卸料方法。(6)工作制度：每天的运转时间、每年的工作天数、输送机的服务年限要求等。(7)设计要求：输送带的最大挠度要求、运行阻力系数、输送带和滚筒的摩擦系数、输送带的安全系数。
2、设计软件结构及功能
带式输送机系统的设计过程复杂，涉及大量数据的储存和管理。因此，研究开发基于计算机辅助设计技术的带式输送机设计系统，需采用面向对象的编程技术和具有图形功能的、方便易用的、所见即所得的、具有强大数据库管理功能的开发环境。
2.1开发环境
本设计系统采用C++语言作为编程语言。运用C++语言面向对象、可视化快速应用程序开发和直接数据库访问等特点，开发基于Windows操作系统带式输送机系统设计软件。
带式输送机设计中涉及大量标准及其选型数据，因此系统采用基于数据库技术的软件开发方法。数据库采用微软的Access数据库。Access数据库属于文件型数据库，对操作系统要求低，每个数据库文件可以包括多个数据表，操作使用方便。系统使用了2个数据库文件。一个是系统数据库文件，用于保存CEMA标准参数、部件型表和设计模板等，供设计选型使用。另一个是项目数据库文件，为每个设计项目创建，用于保存该项目的设计参数、分析棋型和计算分析结果数据等。
2.2软件结构
本设计软件的最终目的就是要实现带式输送机各部件的最优选择、张力的最优分配、功率的最优配置等，成为一套完整的输送机系统设计软件。
按功能来划分模块，设有一个主模块。主模块通过调用关系将其他模块组织起来，同时通过全局变量和数据库将各个模块联系起来。
2.3侧形设计
确定现场工作条件和输送物料后，根据地形和物料属性利用计算机图像处理和图形建模技术建立输送系统模型，即侧形设计，模拟输送机工作过程。根据输送机几何尺寸、传动滚筒数量、拉紧装置结构和卸料方式的不同，可布置成多种侧形。
侧形设计建立了常用输送机零部件的动画组件，包括输送带、料斗、驱动滚筒、改向滚筒、压面滚筒、翻带装置等，如图4所示。对输送机运行状态进行仿真，形象地展示所设计的输送机在启动、额定运行、停机和制动等工况下的运行情况。确定侧形设计后，将结果导入设计数据库供后续设计计算用，即产生主界面中的“分段”数据。
2.4输送带设计
输送带设计界面（图略），主要对输送带的相关参数进行设计，确定输送带型号。“用户输入区”的参数需要设计人员根据侧形设计和物料要求来确定，包括设计运量、中间辊输送带差值、带速、带宽、上下覆层厚度、允许下垂度等参数。或在“数据库导入区”打开输送带数据库，初步选定输送带型号，并将选定参数导入输送带设计界面。该输送机部件数据库中包含世界各国有关输送机部件的大量数据，可以直接选用，也可以自行通过数据库管理界面建立自己的数据库。
经计算可以得到带重、额定张力、导料槽宽度系数、导料槽物料深度、物料重量、输送带标准边角距、输送带实际边角距、满载运量等参数。
2.5驱动设计
驱动设计界面如图5所示，主要对驱动的相关参数进行设计计算。所有值的改变都会刷新数据库中的数据表，且可以实时在界面上方的表格中显示出来。主要驱动参数包括：驱动序号、滚筒工况、包面类型、载荷比例、启动转矩系数等。
经计算、校核得到冬、夏季输送机满载、空载或定载时，承载段和回程段启动、平稳运行、自由停机、制动等工况下的张力曲线，以及输送带、托辊、滚筒、驱动电机、制动器、拉紧装置和清扫器等设备参数，辅助选型，为采购设备提供依据。结果汇总如图6所示。
此外，本软件提供带式输送机设计中常用的计算工具，如卸料轨道、进料阻力与功耗、滚筒转速、滚筒包角系数、轴承寿命等，方便设计者在整体设计时进行具体设备的详细计算。
3、算例验证
以CEMA标准中给出的双驱动算例为例，应用本文开发的设计系统进行设计计算。
工程基本参数如下：
(1)输送机长度l 220 m，提升高度21 m。
(2)物料：石灰石，密度l 365 kg/m3，运量726t/h。
(”带宽1 000 mm，带速2m/s，带重15 kg，m。
(4)上托辊：辊径152 mm，槽角200，间距1.2 m。
(5)下托辊：辊径152 mm，槽角00，间距3m。
(6)驱动装置：双滚筒，包角3800。
将上述参数输入到带式输送机设计系统，并进行设计计算和分析比较。
根据数据库中的数据对参数做相应的添加，经计算得出满载运量是1060 t/h，即输送机能够满足需要。另外输送带实际边角距为145咖，远远大于标准边角距78mm。说明输送带初选符合工程要求。
张力计算结果如表l所示。可以看出，软件计算的有效张力与CEMA文献中给出的结果是一致的，最大张力相差不大，说明本系统软件的计算结果是准确可靠的。
图7为启动和额定运行时的张力曲线。分析可知，在承载段和回程段沿输送带运行方向，张力逐步增大，在头部位置达到最大，符合水平或向上倾斜输送机的张力特点，与文献中给出的关于此例的张力曲线一致。
通过以上实例验证，表明本文开发的大型带式输送机通用设计系统完全能够实现CEMA标准进行输送机设计的目标，能够应用于实际工程的设计。
4、结语
大运量、高带速和长距离带式输送机的应用符合现代化工业需要，对大型输送机设计技术提出了更高要求，应用先进的设计分析技术和系统软件，是设计安全、稳定、高效和节能的输送机的需要。
本文将CAD技术应用于带式输送机设计，开发了完整的带式输送机设计系统。系统采用面向对象的组件技术，建立可视化动态图形组件，将设计功能和部件设计选型全部模块化，实现了可视化动态侧形建模、计算校核、模型验证等功能。
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