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  (完整word版)TH315斗式提升机说明书。TH315 斗式提升机结构设计 绪论 斗式提升机是连续垂直或大倾角提升粉状物料的输送机械,具有结构简单、能耗低、 维护方便、体积小、占地面积少、封闭输送对环境污染小、布置灵活及适应性强等特点。 在港口

  TH315 斗式提升机结构设计 绪论 斗式提升机是连续垂直或大倾角提升粉状物料的输送机械,具有结构简单、能耗低、 维护方便、体积小、占地面积少、封闭输送对环境污染小、布置灵活及适应性强等特点。 在港口主要用于散货码头筒仓系统内,也可用于其他输送环节的散料垂直提升。 国内斗提机的设计制造技术是 50 年代由前苏联引进的, 直到 80 年代几乎没有大的 发展。在此期间, 虽各行业就使用中存在的一些问题也作过一些改进, 如 ZL 型和钩头链 式斗提机的设计等工作, 但大都因为某些原因未能得到推广。自 80 年代以后, 随着国家 改革开放和经济发展的需要, 一些大型及重点工程项目引进了一定数量的斗提机, 从而 促进了国内斗提机技术的发展。有关斗提机的部颁标准 JB3926—85 及按此标准设计的 TD、 TH 及 TB 系列斗提机的相继问世, 使我国斗提机技术水平向前迈了一大步, 但与国际先 进水平相比仍存在相当大的差距, 尤其是板链式斗提机存在的差距更大一些。 目前国内生产的带斗式提升机的输送量可达 1543 m3 / h 。换链斗式提升机的最大输送 量可达 1134 m3 / h 。斗式提升机用于垂直或倾斜时输送粉状、颗粒状及小块状物料。斗式 提升机的优点是:横断面上的外形尺寸较小,可使输送系统布置紧凑,提升高度达,有良 好的密封性等;缺点是:对过载的敏感性打,料斗和牵引构件易损坏。而且其提升物料的 高度可达 80m(如 TDG 型),一般常用范围小于 40m。大多数时候采用垂直式斗式提升机, 当垂直式不能满足特殊工艺要求时,才采用倾斜式提升机。由于倾斜式斗式提升机的牵引 构件在垂度过大时需增设支承牵引构件的装置,而使结构复杂,因此很少采用倾斜式斗提 机。 在现代的工农业生产中,机械化程度,决定了生产效率和经济效益。斗式提升机的应 用,提高了机械化程度,降低了劳动强度,取得了良好的经济效益和社会效益,促进了生 产力的迅速发展,节约的人类在工作中所需的人力、物力和时间等等;也在一定程度上保 证的生产安全,提高经济效益。 第 1 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 一 斗式提升机课题介绍及方案选择 (一) 斗式提升机的发展状况 提升机,是通过改变势能进行运输的大型机械设备,如矿井提升机、过坝提升机等。 适用于低处往高处提升,供应物料通过振动台投入料斗后机器自动连续运转向上运送。而 斗式提升机具有输送量大,提升高度高,运行平稳可靠,寿命长显著优点,极其适于输送 粉状,粒状及小块状的无磨琢性及磨琢性小的物料,如:煤、水泥、石块、砂、粘土、矿 石等,由于提升机的牵引机构是环行链条,因此允许输送温度温度不超过 250 ℃的材料, 结构比较简单,能在垂直方向或倾角较小范围内运输物料而横断面尺寸小,占地面积小, 能在全封闭罩壳内运行工作,不扬灰尘,避免污染环境,必要时还可以把斗式提升机底部 插入料堆中自行取料,也有一些缺点,例如过载的敏感性大,必须均匀给料,料斗和牵引 构件较易破坏。机内较易形成粉尘爆炸的条件,斗和皮带容易磨损,被输送的物料受到一 定的限制,只适宜输送粉末和中小块状的物体。一般类型的提升机输送高度可达 40 米, TG 型最高可达 80 米。 斗式提升机是一种被普通采用的垂直输送设备, 用于运送各种散状和碎块物料,例如 水泥,沙,土煤,粮食等,并广泛地应用于建材、电力、冶金、机械、化工、轻工、有色 金属、粮食等各工业部门。斗式提升机可以提升的高度位 5~30 米,一般常用范围为 12~ 20 米,输送能力在 30t/h 以下。一般情况下都采用垂直斗式提升机,当垂直斗式提升机不 能满足工艺要求时,才采用倾斜式斗式提升机。由于倾斜式斗式提升机的牵引构件在垂度 过大时需增设支承牵引构件的装置,而使结构变的复杂。因此,一般很少采用倾斜式斗式 提升机。直到近来,斗式提升机的大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几 个方面。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。 目前,我国生产的通用斗式提升机,驱动链轮大都是槽形轮,靠摩擦带传动。尤其原 HL 型提升机的传动链轮和拉紧链轮均为整体式,一旦链轮磨损,整只链轮全部报废,不但 维修时间长,费用高,而且造成很大浪费。国内引进的高效斗提机和芜湖起重运输机器厂 等企业 90 年代初研制开发的 THG 型高效斗提机使圆环链式和胶带式斗提机的技术水平达 到或接近国际先进水平, 但由于配套件等方面存在的一些问题, 使斗提机的设计先进性 能不能充分发挥, 也制约了斗提机技术水平的进一步提高, 第 2 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 现在各厂对单机生产能力要求越来越高,以往的斗式提升机因设计问题已渐渐满足不 了生产的要求.加上维修,更换等一系列的麻烦,已严重影响到其使用,因而对现有老式 提升机(特别是其驱动装置、拉紧装置)进行改进已势在必行。 (二)斗式提升机分类 1、按牵引方式 斗提机按牵引形式主要分为胶带式、圆环链式和板链式等几种。环链的结构和制造比 较简单,与料斗的连接也很牢固,输送磨琢性大的物料时,链条的磨损较小,但其自重较 大。板链结构比较牢固,自重较轻,适用于提升量大的提升机,但铰接接头易被磨损,胶 带的结构比较简单,但不适宜输送磨琢性大的物料,普通胶带物料温度不超过 60°C,钢 绳胶带允许物料温度达 80°C,耐热胶带允许物料温度达 120°C,环链、板链输送物料的 温度可达 250°C。斗提机最广泛使用的是带式(TD),环链式(TH)两种型式。用于输送散装 水泥时大多采用深型料斗。如 TD 型带式斗提机采用离心式卸料或混合式卸料适用于堆积 密度小于 1.5t/m3 的粉状、粒状物料。TH 环链斗提机采用混合式或重力式卸料用于输送 堆和密度小于 1.5t/m3 的粉状、粒状物料。 2、按卸载方式 斗式提升机可分为:离心式卸料、重力式卸料、和混合式卸料等三种形式。 (1)离心式卸料:由于离心力大于重力,所以料斗内的物料向料斗的外边缘移动并 从外边缘抛出料斗,这种卸料方式即为离心式卸料。离心式卸料适用于输送干燥和流动性 好的粉末状、小颗粒状物料,料斗的运行速度较高,一般取 v=1m/s~3.5m/s,可以选用深 形斗或组合形料斗。 (2)重力式卸料:由于重力大于离心力,所以料斗内的物料向料斗的内边缘移动并 向下卸出料斗,这种卸料方式即为重力式卸料。重力式卸料适用于输送堆积密度较大、磨 琢性大的物料,料斗的运行速度较低,一般取 v=0.4m/s~0.8m/s,可以采用深形斗或密集 布置的角形斗。 (3)混合式卸料:料斗内的物料部分按重力式卸料,部分按离心式卸料,物料从料 斗中的整个物料表面倾卸倒出,。混合式卸料方式适用于输送潮湿、流动性差的粉末或小 第 3 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 颗粒物料。料斗的运行速度为中速,一般取 v=0.6m/s~1.5m/s,可以采用浅形料斗。为了 便于物料卸空,对于采用料斗侧壁和链条相连的链斗式提升机,可以在提升机头部设置改 向链轮,使物料在重力作用下卸空。 图 1.1 a)重力式;b) 离心式;c)混合式 表 1.1 卸料特性表 下图是几种不同卸料方式的卸载情况。其中图 a)和图 b)为离心式卸料,图 a)的极距 h 与传动轮半径 r2 之比为 0.23,图 b)的极距 h 与传动轮半径 r2 之比为 0.72.从图 a)和图 b) 两图可以看出,料斗开始作回转运动时并没有立即抛料,转过 15°~20°时开始有物料抛 出。物料从料斗的外边缘被抛出时很分散的。图 c)为混合式与重力式卸料的过渡形式, 其被距与外接圆半径 r1 之比为 1,其特点是接近重力式卸料。图 d)为重力式卸料,其极距 第 4 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 h 与外接圆半径 r1 之比为 2.其卸料特点是物料在绕过传动轮最高点以后才比较集中地从料 斗中卸出。 图 1.2 a)离心式;b)离心式;c)混合式;d)重力式 3、按装载方式 将物料装入斗式提升机料斗的方法有挖取发和装入法两种。采取哪种装料方法主要取 决于物料的物理特性。 1)挖取法:料斗在牵引构件的牵引下,从料堆中直接挖取物料。当输送粉状或小颗 粒状松散物料时,由于挖取阻力小,可采用挖取法。 用该法装料的斗式提升机进料口的高度比较低,装 料时,料斗埋入物料层越深,装料越满,消耗的动 力也越多。为了防止斗式提升机过载,料斗的埋入 深度不宜过大,一般物料面高度应低于拉紧轮中 心。采用挖取法装料的斗式提升机的进料口可设置 在有载分支侧或无载分支侧,工艺布置比较灵活。 图 1.3 挖取法装料 第 5 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 2)装入法:物料经过斗式提升机的进料口直接流入料斗的方法称为装入法。当输送 粒度较大,磨琢性打的物料时,应采用装入法装料。 采用装入法装料的斗式提升机的进料口较高,料斗布 置较密,进料口必须设置在有载分支侧,料斗的运行 速度不宜过高,以减小物料与料斗的相对速度,由于 进料口较高,延长了装料区段长度和时间,料斗的充 填率亦能得到良好的保证,同时可减少物料掉入提升 机底部而引起的运行阻力。 图 1.4 装入法装料 (三)斗式提升机构造形式和主要性能 斗式提升机的承载构件为料斗。钢质冲压和焊接制造而成的料斗因强度高、耐热性好 英勇最为广泛。用工程塑料制成的料斗具有质量小,碰撞不易产生火花等特点,适用于琢 磨性小,流动性好的松散轻质物料。 料斗的结构形式与斗式提升机的装料方式、料斗的运行速度、卸料方式和所运物料的 物理特性等有着密切的关系。常用的料斗有四种形式:浅形斗、深形斗、角形斗和组合形 斗。下图为四种常用料斗的横断截面图。 图 1.5 料斗的形式 第 6 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 a)浅形斗;b)深形斗;c)角形斗;d)组合形斗 1、浅形斗:浅形斗的特点是料斗的有效容积小,装载的物料少,但物料比较容易卸 空。适用于输送比较潮湿或粘性大的物料。 2、深形斗:深形斗的特点是料斗的有效容积大,装载的物料多,物料不易卸空。适 用于输送干燥松散的物料。 3、角形斗:角形斗是一种结构和功能都比较特殊的料斗。在牵引勾结上呈密集布置, 料斗的两侧壁与前壁在卸料时将构成后一个料斗所卸出物料的导料槽。角形斗的运行速度 比较低,适用于输送堆积密度大的块状物料和脆性物料。 4、组合形斗:组合形斗由浅斗区和深斗区两部分组成,其特点是装载的物料较多, 可以告诉运行,适用于输送松散,流动性好的粮食或其他粉粒物料。 牵引构件为胶带或链条。料斗以一定间隔固定在牵引构件 上。牵引构件绕过提升机头部和底部的滚筒或链轮,构成具有 上升的有载分支和下降的无载分支的闭合环形系统。设置在提 升机头部的驱动装置经头部转动滚筒或链轮将动力传给牵引构 件和料斗。物料经设置在提升机底部的进料口进入提升机料斗, 料斗将物料提升到头部并在头部将物料卸出,离开料斗的物料 经设置在提升机头部的卸料口卸出。 斗式提升机从结构外形上可分为单筒体式和双筒体式,如 图 1.6。 图 1.6 提升机形式 a)单筒体式;b)双筒体式 对于滚筒直径较小,或料斗运行速度较低的斗式提升机,可以把有载分支和无载分支 封闭在一个较大的罩壳内,这种结构简单,造价较低。当滚筒直径较大,或料斗运行速度 较高时,应采用双筒体结构,以避免由于两个分支双向高速运动引起粉尘涡流现象。以胶 带作为牵引构件的斗式提升机称为带斗式提升机,其型号代号为 D;以链条作为牵引构件 的斗式提升机称为链斗式提升机,其型号代号为 L。采用片式链(板式链)的提升机型号 代号为 PL;采用环形链的提升机型号代号为 HL;采用铸造链的提升机型号代号为 ZL。 第 7 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 国产 TD 型带斗式提升机和 TH 型换链斗式提升机分别为 D 型带斗式提升机和 HL 型换 链斗式提升机的更新换代产品,它们的主要性能参数采用了国际标准或国外先进标准的规 定值,其主要特点是:增加了产品规格,提高了料斗的运行速度,提高了输送能力,加大 了提升高度,从而扩大了使用范围。 斗式提升机的主参数以料斗宽度表示。斗宽系列为: 100,160,250,315,400,500,630,800,1000mm 等。 各类标准斗式提升机主要性能见表 1.2~表 1.4。 表 1.2 标准斗式提升机主要性能表 第 8 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 表 1.3 GTD 型斗式提升机主要技术参数表 注:表中数据按下列条件计算:a、物料堆积密度 =1 t / m3 ;b、充填系数 =0.75; 表 1.4 环链式高效斗式提升机主要技术参数 (四)方案比较及选择 1、设计要求 料斗形式 Zh,输送量 35 m3 / h ,斗距 a=512mm,料斗运行速度 1.4 m / s 。链轮直径 D j =630mm,圆钢直径 x 节距 18x64mm。 2、方案比较 1)TD 型斗式提升机 是基于 D 型斗式提升机研制的新产品,与 D 型相比,具有规格多输送量大,提升高度 第 9 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 高,运行平稳可靠,寿命长等显著优点。其主要技术性能及参数符合 JB3926-85垂直斗 式提升机(该标准等效,参照了国际标准和国外先进标准) 本提升机具有以下特点: ①输送量大,相同斗宽的 TD 型与 D 型相比,输送量增大近一倍: ②牵引件采用高强度橡胶输送带具有较高的抗拉强度,使用寿命长。 ③整机结构简单、安装方便、便于调整、维修和保养。 ④牵引件为低合金高强度圆环链,经适当的热处理后,具有很高的抗拉强度和耐磨性, 使用寿命长。 本提升机为离心式或混合方式卸料,掏取式装料,适用输送堆积密度不大于 1.5 t / m3 的粉状、粒状、小块状的低磨琢性物料,物料的温度不得超过 60℃。 2)TH 系列斗式提升机 适用于输送粉状、粒状及小块状的无磨琢及磨琢性小的物料。TH 型式一种圆环链斗式 提升机,采用混合式或重力式卸料,挖取装料。适用于输送堆积密度小于 1.5 t / m3 的粉状、 粒状、小块状的低磨琢性物料,物料温度在 250℃一下。 TH 系列斗式提升机主要特点: ①维护方便,寿命长。机壳钢板加厚、刚性好。 ②输送物料的温度最高可达 250℃,提升运行平稳可靠,噪音小,维护方便。 ③中节机壳具有单通道和双通道两种形式,改进机型的提升机输送量比普通机型提高 30%以上。 ④提升机环链采用低合金钢锻造,并经渗碳淬火处理,具有极高的抗拉强度和耐磨性 能。 3、方案确定 按照设计要求中的各项参数初步确定为以上两种方案,相比较 TD 型和 TH 型斗式提升 机,发现 TH 型斗式提升机相对来看维护方便,机壳钢板加厚,刚性强度好于 TD 型斗式提 升机,运行平稳可靠,噪音小,输送物料的温度最高可达 250℃,且由于 TH 型斗式提升机 中节机壳具有单通道和双通道两种形式,所以改进机型的提升机输送量比普通机型提高 30%以上;最后提升机环链采用低合金钢锻造,并经渗碳淬火处理,具有极高的抗拉强度 和耐磨性能。 第 10 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 不但大大的缩短了工作人员在机器检查、维修方面的工作周期,而且由于其工作噪音 小、运行平稳等优点,提高了人员及工作安全系数;还可以对 TH 型提升机进行适当改进 用以增加输送量。 最终方案确定选择设计 TH315 型斗式提升机,选用双链式中深料斗,采用混合式或重 力式卸料,挖取装料。查手册,根据 TH315 型斗式提升机结构参数要求选择斗提机上、下 轴间高度 C =9020mm。 二 斗式提升机参数设计 假设输送物料为波兰水泥,则ρ=1.2 t/ m3 ,由设计要求及以上论述可知:斗提机上、 下轴间高度 C =9020mm,料斗形式 Zh,输送量 35 m3 /h,斗距 a=512mm,料斗运行速度 v=1.4m/s。链轮直径 D j =630mm,圆钢直径 x 节距=18x64。 (一)输送量 Q 3.6 i0 vρμ··························································(1) a 式中:Q—输送量,t/h; i0 —料斗容积, dm3 查表 2.3; a—料斗间距,m; ρ—物料的堆积密度,t/ m3 v—料斗的运行速度,m/s; μ—料斗的充填系数,见表 2.1。 Q = 3.6 3.75 1.41.2 0.95 =42 (t/h) 0.512 第 11 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 表 2.1 料斗的充填系数 (二)料斗的计算 在斗提机选型设计时,可根据不同规格、型号斗提机的特性表,查到斗提机的输送量、 料斗容量及料斗间距,所以不需要进行料斗的计算。 表 2.2 至表 2.4 是机械部颁布的用于 TD 型、TH 型主要尺寸参数。 表 2.2 带斗主参数 表 2.3 环链斗主参数 第 12 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 表 2.4 板链斗主参数 (三)传动轮直径 1、带斗式提升机 为了保证胶带有一定的寿命,传动滚筒的直径 D 应满足下式: D≥125z·······························································(2) 式中:D—传动滚筒直径,mm; z—胶带带芯层数。 为了减小胶带跑偏,对于光面传动滚筒,可以采用鼓形结构。其鼓形度按下式计算: D D0 1 ~ 1 ·······················································(3) L 50 30 式中:D—滚筒中部直径,mm; 第 13 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 D0 —滚筒两端直径,mm; L—滚筒长度,mm。 表 9 为机械部颁布标准中 TD 型带斗式提升机的主要参数。 表 2.5 传动滚筒参数 2、链斗式提升机 链斗式提升机传动链轮直径的大小与料斗卸料方式有光,同时还与链条的冲击载荷有 关。一般链轮的齿数取 z=16~20,不宜过小,只有在链数很低时,才可以取 z<16。传动 链轮的节圆直径 D j 按下式计算: Dj tπ·····························································(4) sin z 式中: D j —传动链轮节圆直径,mm; t—链条节距,mm; z—链轮齿数。 由上式可以得出链条齿数 z = = 3.14 ≈31。可知齿数偏大,速度越低, arcsin t arcsin 64 Dj 630 由于本次设计选择的是重力式卸载方式,所以要求链条速度偏低,齿数 z=31 亦比较合适。 (四)各点张力的计算(见参考文献 2) 图中 1,2,3 和 4 各点的张力分别用 F1 , F2 , F3 和 F4 来表示。点 1 处的张力 F1 最小, 第 14 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 即初张力,根据斗宽可以查得;点 3 处的张力 F3 最大。 为了确定提升机轮廓的所有其他各点的张力,可以利用一下的通 用计算法进行计算。首先按运行方向逐点进行计算。牵引带轮廓上每 一点张力等于前一点张力与这一点之间区段上的阻力(或张力)之和。 图 2.1 提升机各点 张力的计算示意 F2 = F1 — +W 12 — +W 0 =(1.05~1.07)F1 + vQ 7.2g ··································(5) — — 式中:W 12 —尾轮阻力,W 12 =(0.05~0.07) F1 ,N; — W — 0 —由物料运动产生的张力,W = 0 vQ 7.2g ,N。 F2 =1.05×1500+ 1.4 7.2 4.2 9.8 =1575.83(N) — F3 = F2 +W = 23 F2 +(q+ q0 )H···············································(6) — — 式中:W 23 —提升区段的张力增加值,W 23 =(q+ q0 )H,N; q—物料线载荷,q= Qg ,N/m; 3.6v q0 —每米长度的牵引带质量, q0 ≈ K2 Q,kg; H—提升高度,m; K2 —系数,由表 2.6 查取。 F3 =1575.83+(81.67+42)×10.77=2907.7559(N) 第 15 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 — F4 = F1 +W 34 = F1 + q0 H····················································(7) F4 =1500+42×10.77=1952.34(N) 通过驱动滚筒时的阻力 — W 34 =(0.03~0.05)( F3 + F4 )·············································(8) — W 34 =0.05×(2907.7559+1952.34)=243.0048(N) (五)驱动轴上的圆周力 P0 的计算 驱动轴上的圆周力 P0 的计算公式为 — P0 = F3 - F4 +W 34 = F3 - F4 +(0.03~0.05)( F3 - F4 )·····························(9) P0 =2907.7559-1952.34+0.05×(2907.7559-1952.34)=1003.1867(N) 斗式提升机在稳定运行状态下,牵引带最大静张力的经验公式为 Fmax =1.15H(q+ K4 q0 )···················································(10) 式中: K4 —阻力系数,由表 2.6 查取。 Fmax =1.15×10.77×(81.67+1.5×42)=1791.767(N) 表 2.6 系数 K2 , K4 , K5 的值 第 16 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 (六)驱动功率计算 1、轴功率的近似计算 P0 = QH 367 (1.15+ K2 K5 v)(kW) 式中: K2 , K5 —按表 2.6 选取。 由 K 2 =1.00, K 5 =1.30。 P0 = 42 10.77 367 (1.15 11.3 1.4) (kW)≈3.6606(kW) 2、电动机功率计算 P= P0 ηη1 2 K (kW) 式中:η —减速器传动效率,η =0.94~0.95; 1 1 η2 —V 带或开式齿轮传动效率。对 V 带传动取η2 =0.96,对链传动取η2 =0.93; K —功率备用系数。与提升高度 H 有关,H10m 时, K =1.45;10H20m 时, K =1.25;H20m 时, K =1.15。 η 1 =0.95,η2 =0.93, K =1.25。 P= 3.6606 1.25 (kW)≈5.1791(kW) 0.95 0.93 第 17 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 三、驱动装置选型 由于提升机驱动功率的设计计算一直以来争议不断,计算复杂,而且所选参数稍有变 化时结果的出入却较大,与实际相差甚远。在查阅大量关于斗式提升机设计方面的资料后, 结合本次设计要求对驱动装置选型。 本提升机驱动装置为 YY 型(即 ZLY 或 ZSY 型减速器和 Y 型电动机配用)。传动轴驱动 功率由下式求的: p0 QCg 3600 ps pL (kW) 式中: p0 —传动轴驱动功率,kW; Q —斗提机输送量,t/h; C —斗提机上、下轴间高度,m; g —重力加速度, m / s2 ; ps 、 pL —附加功率,kW,见表 3.1. 表 3.1 省换功率 ps 、 pL 根据设计要求 ps =3 kW, pL =0.5kW,由此求出传动轴驱动功率 p0 = 429.029.8 +3+0.5(kW)=4.5313 kW。 3600 pD = p0(kW)··························································(11) η 式中:η—总功率,大约 0.8; 第 18 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 pD —电动机功率,kW。 按上式求出电动机功率 pD = 4.5313 0.8 (kW)=5.1288 kW,由表 3.2 查得相应的驱动装 置型号、制法。 表 3.2 YY 型驱动装置技术规范及相关尺寸 注:表中右装传动装置,减速器装配像是为Ⅰ(S)或Ⅰ(N),左装传动装置,减速器装配型式为 Ⅱ(N)或Ⅱ(S)。 电动机的类型和结构形式应根据电源种类(直流或交流)、工作条件(环境、温度等)、 工作时间的长短(连续或间歇)及载荷的性质、大小、起动性能和过载情况等条件来选择. 工业上一般采用三相交流电动机。Y 系列三相交流异步电动机由于具有结构简单、价格低 廉、维护方便等优点,故其应用最广。当转动惯量和启动力矩较小时,可选用 Y 系列三相 交流异步电动机.在经常启动、制动和反转、间歇或短时工作的场合(如起重机械和冶金设 备等),要求电动机的转动惯量小和过载能力大,因此,按已知工作要求和条件选用电机, 选择电机时,考虑电机的启动电流,重载情况下可能电机功率选择偏大,所以选择 Y132M-4 电机,配套选择 ZLY140-20 减速机。 四、驱动轴设计及附件的选择 (一)轴的结构设计 1、初步计算轴的直径 第 19 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 根据轴的承载情况,选择扭转强度计算法来计算轴的直径。 dmin = A3 P / n ··························································(12) 式中:A—系数,此处取 120; P—电动机功率,kW; n—轴的转速,r/min。 相关数据代入式(12)可得 dmin =120 3 7.5 / 46.8 =65.2mm··············································(13) 因为轴端装联轴器需要开键槽,会消弱轴的强度,故将轴径增加 4%~5%,取轴的直径 为 70mm。 2、各轴段直径的确定 图 4.1 如上图所示,轴段①与减速机空心输出轴套装配,并且在接近轴段②处装有毛毡弥封 圈,故直径 d1 =70mm。轴段②和轴段⑧上安装轴承,现暂取轴承型号为 2218,其内径 d=90mm, 外径 D=mm,宽度 B=mm,故轴段②的直径 d2 = d8 =90mm。轴段③和轴段⑦的直径为轴承的安 装尺寸,查有关手册,取 d3 = d7 =105mm。轴段④和轴段⑥上安装驱动链轮,考虑到轴段④ 和轴段⑥中间的界面承受弯矩最大,故在直径上有所增加,现暂定 d4 = d6 =110mm。轴段⑤ 考虑链轮的安装拆卸,直径 d5 =135mm。 3、各轴段长度的确定 轴段①与减速机空心输出轴套装配,其长度主要决定减速机和头部壳体之间的安装尺 第 20 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 寸,同时还要保证与减速机相配合的部分由足够的长度,从手册中查知减速机的相关安装 尺寸要求,现暂取 l1 =140mm。轴段②与轴段⑧上安装轴承,其长度取决于轴承的安装尺寸, 故取 l2 = l8 =117mm。轴段③和轴段⑦的长度主要根据两轴承之间的距离和滚筒在轴向上的 安装尺寸来定。考虑到其轴向上密封板、壳体法兰和轴承座等占据的位置,暂取两轴承轴 向上的中心距离为 596mm,则可以暂取 l3 = l7 =168.5mm。轴段④、轴段⑤以及轴段⑥的长度 要和驱动链轮一并设计,现暂定 l4 = l6 =115mm, l5 =85mm,驱动轴总长为 1026mm。 4、轴的材料及热处理 斗式提升机驱动轴主要承受高扭矩,是提升机中最重要的零件之一,故轴的材料选用 45 钢,调质处理。 5、轴上零件的固定 考虑到轴段①、轴段④和轴段⑥处键传递较大的转矩,故轴段①与联轴器的配合选用 k6;轴段④和轴段⑥与驱动链轮的配合也选用 k6;轴段②、轴段⑧与轴承内圈配合选用 r6。与减速机和驱动链轮的联结均采用 A 型普通平键,分别为键 20×125GB1096-2003 及 键 28×110GB1096-2003。 6、轴上倒角及圆角 轴端倒角 2×45°,安装链轮的轴段倒角为 2.5×45°,倒圆角为 R2mm,为方便加工, 其他轴肩圆角半径均取为 0.6mm。 (二)轴的强度校核计算 1、轴的受力分析及弯扭矩 下图所示 第 21 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 图 4.2 2、计算支承反力 由于轴在水平面上不受力,所以 FR1H = FR2H =0··························································(14) 在竖直面上 Ft1 + Ft2 = G1 + G2 + F预 =2050+25×10×36×2+2000=22.05×103 N················(15) 式中: G1 —同一时刻提升机上斗中物料重量; F预 —环链预紧力(平均每米长度牵引构件重量,25kg/m); G2 —牵引构件重量(2000N)。 FR1v = FR 2v = Ft1 2 Ft 2 = 22.05 2 kN=11.025 kN···································(16) M = FR1v ·L2 =11.025×103 ×350N·mm=3858750 N·mm·························(17) T=9549×103 × 7.5 N·mm=1530288 N·mm···································(18) 46.8 3、按弯扭合成强度条件计算如下 很显然 b-b 截面为危险截面。 由于弯曲应力σ 为对称循环,扭转切应力τ为静应力,则 b 第 22 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 α= [σ-1]b = 180 =0.667··················································(19) [σ+1]b 270 σ= e M 2 (αT )2 = W 38587502 (0.7 1530288)2 0.1 (0.94100)3 =48.2MPa[σ-1] =180 MPa········(20) 所以 b-b 截面左侧安全,显然 b-b 截面右侧也是安全的。 4、安全系数校核 弯曲应力 a = b = M W = 3858750 32 =39.3 3.24 1003 MPa (21) 应力幅 a = b =39.3 MPa 平均应力 m =0 MPa 切应力 T = T= WT 153028816 3.14 1003 MPa=7.8 MPa·····································(22) a = m= T = 2 7.8 2 MPa=3.9 MPa·········································(23) 安全系数 s = 1 = K a m 270 =2.54························(24) 1.8 39.3 0.25 0 0.8 0.83 s = 1 = K a m 155 =16.58·······················(25) 1.6 3.9 0.15 3.9 0.8 0.89 s = s s = 2.54 16.58 =2.51·····································(26) s2 s2 2.542 16.582 许用安全系数[s]=1.3~1.5,显然 s [s],故 b-b 剖面安全。 第 23 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 以上计算表明,轴的弯扭合成强度和疲劳强度是足够的。 (三)轴承选用 1、轴承的选型 考虑驱动轴在收到较大弯矩作用下会产生弯曲变形,且不易与减速机严格保证同心, 故选用承载能力大并有自动调心功能的调心球轴承 2218。其基本参数见表 13。 图 4.3 调心球轴承 表 4.1 轴承 2218 基本参数 基本尺寸/mm 额定载荷/kN d D B 90 160 40 Cr Cor 70 28.5 2、工作情况分析及寿命计算 提升机驱动轴轴承主要承受径向载荷,轴向载荷很小并可以忽略中等冲击。其当量动 载荷为: P = fP FR =1.5×11.025kN=16.54 kN·····································(27) 式中: fP —载荷系数,中等冲击取 1.2~1.8。 其寿命为: 第 24 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 Lh = 16667 n ( Cr P ) = 16667 46.8 ( 60 16.54 )10 / 3 =26121 h ·······························(28) 式中: —轴承的寿命指数,滚子轴承 =10/3。 因为计算出来 Lh 可靠程度一般为 90%,故驱动轴轴承的工作寿命为 29023 小时。 (四)驱动链轮键的设计校核 由驱动链轮轴的直径 d 为 110mm,应取键的宽 b=28mm,高度 h=10mm 的普通平键,键 的材料应选 45 钢,由于键所受载荷性质为轻微冲击,查手册可知[ c ] =110 MPa, [T ] =90 MPa,键连接工作面的强度校核如下: c = T dkl = 1530288 10010 (110 28) =37.3MPa [ c ] ································(29) 2 c = T dbl = 1530288 100 28 (110 28) =6.7 MPa[T ] ··································(30) 式中:T —传递的转矩,N·mm; d—轴的直径,mm; l —键的工作长度,A 型(mm), l =L-b(mm),b 为键的宽度。 (五)联轴器的选择 由于弹性柱销联轴器具有一般补偿两轴相对偏移和减振能力,结构简单,更换弹性元 件简便,允许有轴向窜动,使用工作温度为-20℃到+70℃,所以根据提升机的工作特性, 选择弹性柱销联轴器作为减速器和及升级上部主轴之间的连接设备。 第 25 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 图 4.4 LX 型弹性柱销联轴器 查手册得知型号为 LX 5联轴器 YC70142 GB / T 5041 2003Y YC65107 的公称扭矩 Tn =3150 N·mm,许用转速为 3450r/min,而本次设计所需的扭矩T =1530 N·mm,转速为 48 r/min, 故所选的联轴器 LX5 完全满足要求。 由轴的直径 d 为 70mm,查手册应取键的宽度 b=20mm,高度 h=12mm 的普通平键,键的 材料应选用 45 钢,由于键所受载荷性质为轻微冲击,[ c ] =110 MPa, [T ] =90 MPa,键连接 的工作面的强度校核如下: c = T dkl = 70 1530288 12 (125 20) =34.7 MPa [ c ] ································(31) 2 c = T dbl = 70 1530288 20 (125 20) =10.4 MPa[T ] ·································(32) 式中:T —传递的转矩,N·mm; d—轴的直径,mm; l —键的工作长度,A 型(mm), l =L-b(mm),b 为键的宽度。 (六)驱动链轮的结构设计 TH 型斗式提升机是利用链轮与圆环链间的摩擦力进行动力传递的。特别当链轮与链条 第 26 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 摩擦副不能相互匹配,即链轮与链条产生相对滑动时,链轮磨损加剧,因此,链轮是一个 易损件。对于链轮应选择合理的材料、热处理工艺以保证轮缘的硬度和耐磨性。同时考虑 到链条的价格,应使链轮的硬度略低于链条的硬度。 TH315 的轴上的扭矩通过键槽传递给两个链轮,链条由轮缘和轮体两部分组成。轮体 有 HT200 铸造而成,轮缘由 ZG45 铸 造而成,要求铸件不得有气孔、缩孔 及裂纹等,以保证链轮工作正常所需 要的强度。此次设计采用了组装式链 轮。有轮体、轮缘用高强度螺栓联接 而成。在链轮磨损到一定程度后,可 拧下螺栓,拆换轮缘,更换方便,且 节约拆料、降低了维修费。 五 斗式提升机主要结构设计 图 4.5 驱动链轮装置 (一)头部罩壳的选材及连接 电动机及减速机的支座都是连接在头部罩壳上的,罩壳 承受的力较大,所以要采用比较厚的钢板,罩壳四壁采用 3mm 的钢板,与电动机、减速机支座联结的侧板采用 10mm 的筋板, 法兰及支撑采用 63×63×6 的热轧等边角钢。同样的道理, 侧板与罩壳的焊接要求比较高,故采用 K 型坡口,且焊接时 要防止出现虚焊现象。 第 27 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 图 5.1 提升机头部示意图 (二)中部区段的设计选材 由于本设计中的提升机高度在十米以上,为防止两分支上下运动时在机壳产生空气扰 动,故上行部分和下行部分的罩壳均采用独立 式结构。连接法兰同样采用 63×63×6 的等边 角钢,壳体采用 3mm 厚的钢板,并在罩壳上设 有检修门,主要是用来观察、检查提升机内部 的工作情况,在出现故障时可以方便检修,具 体结构如下图所示。 图 5.2 中部区段 (三)料斗与环链的设计 根据斗式提升机的输送量及提升高度要求,参照国家关于机械行业标准中垂直斗式提 升机 Zh 型料斗参数尺寸,设计的畚斗的形状如下图所示,料斗容量 3.75L,对比同类型的 斗式提升机环链选择相关参数可知,与料斗配套使用的铸造圆环链条直径 x 节距 18x64 (mm),单条破断强度≥320KN,牵引件为低合金高强度圆环链,经适当的热处理后,具有 很高的抗拉强度和耐磨性,使用寿命长,符合 TM36-8《矿用高强度圆环链》标准。 第 28 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 图 5.3 料斗与环链 (四)逆止器的设计 在斗式提升机工作中动力突然中断时,反转对于斗式提升机是很危险的。斗式提升机 在提升过程中,其一侧是盛满物料的上行畚斗,另一侧 是卸完物料的下行空畚斗。动力中断后,斗式提升机由 于重力作用必发生逆转。物料随着畚斗的反转被卸到斗 式提升机的底部,直至堆满后卡住畚斗。由于反转是一 个加速的运动,而后又被突然卡住,很容易扯掉畚斗, 使皮带损坏,甚至断裂。另外斗式提升机底部堆满物料, 也使斗式提升机无法启动。 图 5.4 逆止器示意图 六 斗式提升机的问题探讨及安全操作与维护保养 (一)斗式提升机常见故障及处理方法 1、料斗带跑偏 1)头轮和底轮传动轴安装不正头轮和底轮传动轴安装不正主要体现在以下几个方面: 一是头轮和底轮的传动轴在同一垂直平面内且不平行;二是两传动轴都安装在水平位置且 不在同一垂直平面内;三是两传动轴平行,在同一垂直平面内且不水平。这时,料斗带跑 偏,易引起料斗与机筒的撞击、料斗带的撕裂。应立即停机,排除故障。做到头轮和底轮 的传动轴安装在同一垂直平面内,而且都在水平位置上,整机中心线mm 高度上垂 直偏差不超过 2mm,积累偏差不超过 8mm。 第 29 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 2)料斗带接头不正料斗带接头不正是指料斗带结合后,料斗带边缘线不在同一直线 上。工作时,料斗带一边紧一边松,使料斗带向紧边侧向移动,产生跑偏,造成料斗盛料 不充分,卸料不彻底,回料增多,生产率下降,严重时造成料斗带卡边、撕裂。这时应停 机,修正接头并接好。 2、回料过多 提升机回料是指物料在卸料位置没有完全卸出机外,而有部分物料回到提升机机座内 的现象。在提升作业中,若提升机回料太多,势必降低生产效率,增大动力消耗和物料的 破碎率。造成回料多的原因有以下几点: 1)料斗运行速度过快提升机提升不同的物料,料斗运行的速度有别:一般提升干燥 的粉料和粒料时,速度约为 1~2m/s;提升块状物料时,速度为 0.4~0.6m/s;提升潮湿 的粉料和粒料时,速度为 0.6~0.8m/s。速度过大,卸料提前,造成回料。这时应根据提 升的物料,适当降低料斗的速度,避免回料。 2)机头出口的卸料舌板安装不合适,舌板距料斗卸料位置太远,会造成回料。应及 时的调整舌板位置,避免回料。 3、料斗脱落 料斗脱落是指在生产中,料斗从料斗带上掉落的现象。料斗掉落时,会产生异常 的响声,要及时的停机检查,否则,将导致更多的料斗变形、脱落;在连接料斗的位置, 料斗带撕裂。产生料斗脱落的原因主要有: 1)进料过多进料过多,造成物料在机座内的堆积,升运阻力增大,料斗运行不畅, 是产生料斗脱落、变形的直接原因。此时应立即停机,抽出机座下插板,排出机座内的积 存物,更换新料斗,再开车生产。这时减小喂入量,并力求均匀。 2)进料口位置太低一般,提升机在生产时,料斗自行盛取从进料口进来的物料。若 进料口位置太低,将导致料斗来不及盛取物料,而物料大部分进入机座,造成料斗舀取物 料。而物料为块状,就很容易引起料斗变形、脱落。这时,应将进料口位置调至底轮中心 线)料斗材质不好,强度有限料斗是提升机的承载部件,对它的材料有着较高的要求, 第 30 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 安装时应尽量选配强度好的材料。一般,料斗用普通钢板或镀锌板材焊合或冲压而成,其 边缘采用折边或卷入铅丝以增强料斗的强度。 4)开机时没有清除机座内的积存物在生产中,经常会遇到突然停电或其它原因而停 机的现象,若再开机时,没有清除机座内的积存物,就易引起料斗受冲击太大而断裂脱落。 因此,在停机和开机之间,必须清除机座内的积存物料,避免料斗脱落。另外,定期 检查料斗与料斗带连接是否牢固,发现螺钉松动、脱落和料斗歪斜、破损等现象时,应及 时检修或更换,以防更大的事故发生。 4、粉尘爆炸 国外有关调查研究报告指出,经统计的 250 次粉尘爆炸式中中有 43%的事故起因不明, 有 23%的事故发生在都是提升机中。对于前进料形的都是提升机,物料进入提升机壳体后, 由于物料流与料斗间的相对运动速度很大而发生粉尘效应,在进料口出积聚大量粉尘。而 且斗式提升机在运行中因摩擦会产生静电,当静电聚集到一定量时将可能因放电产生火 花。 为了预防斗式提升机发生粉尘爆炸事故,应考虑以下防爆措施: 1)增加通风除尘装置:为了降低斗式提升机机壳内的粉尘浓度,应在进料口和出料 口处设计吸尘器。 2)消除引燃源:为了消除引燃源,应选用导电性能好的链条;应具有可靠的静电接 地装置;应适当加大机壳;应保持适当的牵引垃圾;应设速度监测控制器。 3)抑制粉尘 :为了防止斗式提升机内发生第二次粉尘爆炸,应在其机壳上安装泄爆 口。当机壳内发生粉尘爆炸时,泄爆口自动打开,机壳内的压力迅速降低,从而避免粉尘 再次发生爆炸。 粉尘爆炸是现代化工业生产伴随而来的新问题之一,它具有较大的危险性,能够破坏 一个企业,给国家带来巨大的经济损失。因此,我们必须高度认识粉尘爆炸的危害性和严 重性,对易产生爆炸的设备及部位从结构上和工艺参数上采取切实有效的措施,以防为主, 防治结合,用现代科学综合技术使粉尘爆炸的概率降低在最小范围,以期达到安全的目的。 (二)安全操作规程 第 31 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 斗式提升机是连续输送物体的设备,根据被输送物料的特性选定适宜型号的提升机, 并适合于工作条件。 安全操作规程: 1、操作人员应经过专门的培训,了解设备性能,熟悉操作及保养技能。 2、提升机应在空栽下起动,在卸载后停车。 3、应保证均匀给料,给料量应符合说明书规定范围,不得给料过多,以免物料堵塞 下部区段。 4、在输送有害物料时,机壳要确保密封。对采用有吸尘装置时,必须设有通风口, 工作时检视口要封闭。 5、由于意外而停车,需查明原因,排除故障后才能开车。 6、逆止器运行可靠,真钱扑克娱乐确保因事故停车时不反转。 7、检修时,要切断电源,操作箱上应挂有标牌,以免他人开机。 (三)维护保养 1、上,下部轴承要定期加油润滑,保持良好反对工作条件。 2、减速器定期检查润滑,油量适当,避免不足或过量;按时更换机油。 3、要定期对运动部件进行维护和清扫工作,检查传动带,滚筒,料斗的磨损情况。 检查应在停车和切断电源后进行。 4、对张紧装置进行定期的检查和调整,对拉紧行程不足规定的 1/5 时,可以切除牵 引构件的一段长度(通常缩短一个斗距)来恢复拉紧行程,从而消除料斗被进料口低部刮 伤的可能性。对螺杆张紧装置,要保持牵引构件正常工作张力。 5、逆止器要定期检查磨损情况,对棘轮,棘爪,滚珠磨损严重时要更换,保持逆止 器工作可靠。 七 未来斗式提升机制造技术发展趋势 提升机应该要继续向大型化发展,包括提高输送能力、单机长度等几个方面。在将来 的设计研究中不断扩大提升机的使用范围,能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、 第 32 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 易燃性物质的环境中工作,增加运送的物料种类和提高温度范围;还要使得输送机的构造 满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。当今世界,能源问题已成为举世瞩目的 焦点,所以输送技术领域内科研工作的一个重要方面就是降低能量消耗以节约能源。而且 为了保护环境和工作人员的生命健康,要注重减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、噪 声和排放的废气。 总的来说提升机的工况决定了它必须具有高度的安全性, 在机械、电控等方面都要采 取相应的技术措施,简化控制环节,更方便地互相监视、联锁、提高安全,向着扩大应用 范围、高速、重载、自动化和程控方向发展。不过,斗式提升机生产成本低,生产工艺简 单,运行安全可靠,在工农业生产中得到了广泛的应用,提高了机械化程度,同时也提高 了生产效率,节省了大量的人力、物力,取得了良好的经济效益和社会效益,具有极大的 推广价值。现在各国在斗式提升机技术上逐渐向结构简单紧凑、安装方便、便于维护与维 修、节能减排的方向发展。对单机生产能力要求越来越高,以往的斗式提升机因设计问题 已渐渐满足不了生产的要求。加上维修,更换等一系列的麻烦,已严重影响到其使用,因 而对现有老式提升机(特别是其驱动装置、拉紧装置)进行改进已势在必行。 致谢 作为机械类的学生,个人觉得有必要在这方面做一些基础性的工作。使得熟悉机械设 备的设计方法与设计思路,毕业后会更好从事相关工作。 在此次设计过程中,充分体会到机械设计带给我的充实与艰辛,从查资料到看资料, 由设计的想法到草绘图纸,再从一个个零件的设计与校核。在这里要衷心的感谢我的指导 教师丁子佳老师,对毕业设计中的难题,除了自己及时的查阅资料外,也有老师的指导和 同学的帮助,才得以顺利解决。 在设计的这段时间里让我认识到知识的重要性,考虑问题多方面,多角度,培养设计 能力与严谨、细致的工作作风,对于这次提升机的设计的完成,锻炼了我们设计的能力, 培养了我们独立思考的能力,解决困难的方法,同时也在指导老师的帮助和督促下,使我 们沿着正确的设计方向进行设计。同时我认识到:无论做什么事,只要你深入的去做,难 事不难。在对此次毕业设计的调查,研究,实施的过程中倾注了自己大量的心血,不但对 第 33 页 共 34 页 TH315 斗式提升机结构设计 所学的专业知识有了更深入的理解,而且能更熟练地综合运用已学过的基础课,技术基础 课,专业课及技能并有针对性的锻炼了自己分析和解决机械领域内的一般工程应用问题的 能力,同时也学到了处理实际工程问题的工作方法。对于未来走向机械事业奠定了结实的 台阶,使我更加的自信!我认为我在这段时间内所有的收获,对我今后的学习和工作会是 一笔难得的财富。 由于本人知识能力有限,实践经验不足,在设计过程中难免存在很多的错误和不足, 恳请老师批评指正。 在这次毕业设计期间,我得到了丁子佳老师的悉心指导;在此期间丁子佳老师及时给 我指出不合理之处以及需要改进的地方,让我在和谐的学习环境中,努力地完成任务,为 我能顺利完成毕业设计做了很多事情,最后再次衷心感谢我的指导教师丁子佳老师一路来 对我的帮助与指导! 第 34 页 共 34 页

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