脱水斗式提升机设计

1 绪论1.1 脱水斗式提升机简介脱水斗式提升机是指物料在提升过程中，在料斗内能自行脱水，见图1 1。它是选煤厂和钙镁磷肥厂常用的机械设备之一，具有结构简单、运行 可靠的优点。通常兼有脱水和运输双重作用。可作为最终脱水设备，也可作 为初步脱水设备。图 1 1 脱水斗式提升机它适用于提升洗涤后的中煤、矸石和冷却后的钙镁磷肥，也适用输送洗 涤后的其他块状或颗粒状的物料，物料在提升输送过程中，可在重力作用下 自行脱水。对于大块物料及水分要求不太严格的产品，如跳汰分选作业的中 煤、矸石可用脱水斗式提升机直接作为最终脱水设备，获得最终出厂产品。 对粒度较细、或脱水不太容易、水分又要求比较严格的产品，脱水斗式提升 机可作为初步脱水设备。如粗煤泥回收作业中，捞坑沉淀的煤泥可先经脱水 斗式提升机初步脱水，再进一步用脱水筛和离心脱水机作最终脱水。脱水斗式提升机作为选煤厂常用的机械设备，其设计的自动化先进程 度、结构布置方式、使用安全性、可靠性、连续性和高效运行将直接影响选 煤厂生产成本。为此，应对其设计理论和方法进行研究探讨，以便选择合理 的结构，节约生产成本。1.2 选题背景本课题以脱水斗式提升机在选煤厂应用为例，设定与跳汰机配套作业， 作为矸石的最终脱水设备。其设计参数如下：输送能力Q50 t/h料斗容量i085 L料斗间距ao800 mm料斗宽度B1000 mm物料类别石干石堆积密度Y1.6t/m3提升倾角a60提升高度H15.2 m1.3本课题的指导思想及主要工作由前面的论述可知，伴随着选煤产业的发展，脱水运输机械也得到了很 大的发展。鉴于脱水斗式提升机所起到的越来越重要的辅助作用，对脱水斗 式提升机的使用要求也越来越高了。本课题针对脱水斗式提升机，从理论上论证了脱水斗式提升机满足生产 需要时整体结构的动态性能和力学性能，在尽可能减轻脱水斗式提升机重量 的前提下，设计脱水斗式提升机的架体结构，对脱水斗式提升机进行刚度计 算。在完成设计工作的同时，针对斗链的设计进行分析研究，以便确定其合 理的结构和性能参数，为延长脱水斗式提升机的使用时间和节约生产成本提 供理论依据。2 脱水斗式提升机关键技术的分析2.1 脱水斗式提升机基本组成脱水斗式提升机的构造如图 21 所示。它是由机头、机尾、斗链、导 轨、机壳、机架和捕捉器等七个部分组成。斗链绕过机头的星轮和机尾的滚 轮形成无极循环的牵引机构。电动机通过减速器经链轮使装在主轴上的星轮 转动，从而拖动斗链在导轨上运行。图 2 1 脱水斗式提升机的基本构造图1机头；2机尾；3斗链；4导轨；5机壳； 6机架；7捕捉器2.2 驱动方案的确定 脱水斗式提升机的驱动部是整机组成的关键部件。驱动部配置是否合 适，直接影响脱水斗式提升机能否正常运行。用作物料脱水的脱水斗式提升 机要求驱动装置能提供平稳、可靠的运动力矩，以保证斗链不出现超速、打 滑现象。为此要求驱动装置具有一个张紧力可随时调整的紧拉装置，以保证 运行过程的可控，极大地减小对物料的冲击。脱水斗式提升机由于运行速度极慢，运行过程中变化较小，所以其驱动 装置比较简单。综合考虑生产的实际情况，可确定驱动系统基本组成，如图22 所示。 它是由电动机、减速器、传动链、主动链轮、压紧链轮、主轴、从动链轮等 所组成。图 2 2 脱水斗式提升机驱动系统1电动机；2减速器；3传动链；4主动链轮；5压紧链轮；6主轴；7从动链轮电动机和减速器之间用柱销联轴器连接。减速器和驱动主轴之间用节距 t = 63.5mm 的套筒滚子链驱动。链条的张紧是用调压紧轮的位置进行。由于 考虑斗链有可能突然被卡住而造成事故，故设置了安全销，它装在从动轮上， 如发生故障时，安全销即被切断，从而保护了其它机件不被损坏。由于脱水斗式提升机的运行速度极慢，所以驱动轮齿数可大为减少。其 头部和尾部星轮均采用方轮结构，用于脱水时，当 t = 320mm 及 t = 400mm 时为四方轮，如图 23 所示；当 t = 500mm 时为五方轮。用于捞坑斗式提 升机则均为五方轮。图 2 3 四方星轮2.3 链条的失效分析2.3.1 斗式提升机链条失效分析及提高寿命研究的理论基础（一）链条计算理论斗式提升机链条 (单根，以下同)的有关计算理论如下：1、最大工作载荷计算 最大工作载荷是链条设计选用的主要依据，是指工作侧渣斗满载物料时 链条所承受的拉力。A x R(21)F 二1 h(W + C)+ h(W + C) f2 1 22、最大尖峰载荷计算斗式提升机生产运行过程中，难免出现被物料埋死或被异物卡住，造成 电机过负荷，这时链条所承受的拉力为最大尖峰载荷。即电机最大输出扭矩 时链条所受拉力。2.2x9550x1000x p xiF =Tmaxd x vT3、极限拉伸载荷计算极限拉伸载荷是指链条的最大承载能力，即破断力Q = F xn4、销轴、销套摩擦副寿命计算T = 91500c c cICCT Z I p丿rFK 屮 + F + F =A 2fcr1A = d b1 1 25、磨粒磨损计算ApPP32d22)23)24)25)26)销套与滚轮之间的磨损是输送链失效的主要因素，是一种无润滑条件和 有时有磨粒存在的组合摩擦，其摩擦状态可用以下两式表达：r=K pv(27)1 1 1FV = K -n(28)aH以上各式中 F最大工作载荷，N；W单位长度链条重量，N/m；C单位长度附属品重量，N/m；h1斗式提升机头、尾轮垂直中心距，m；h2 斗式提升机头、尾轮水平中心距， m；R水中抵抗系数，1.21.6； f 综合摩擦系数，0.140.16；A啮合损失系数，1.01.3； p节距，mm；dT斗式提升机头部链轮节圆直径，mm；i；驱动系统总速比；S 破链条极限拉伸载荷， N；F最大尖峰载荷，N；maxn安全系数；n许用安全系数，一般取48； T输送链的磨损使用寿命，h；A1铰链承压面积，mm2；d销轴直径，mm；b2轴套长度，mm；pr 铰链的压强， Mpa；KA工况系数，KA =1.1；F链速较低可忽略；CF悬垂拉力，有轨道承载可忽略； 彷一一负荷率；c销套销轴摩擦系数；c节距系数；2c齿数一速度系数；3L链长，以节数表示；Pv链速m/s；Z齿数；i传动比；也许用磨损伸长率；P _r磨损率；K1工作条件系数，需由实验取得；p 摩擦面表面压强 Mpa ；v 摩擦面相对线速度 m/s ；V磨粒移动单位距离的磨损量；Ka磨粒磨损常数；fn磨粒承受的正压力；H材料硬度；（二）摩擦与磨损磨损是两接触物体表面间由于摩擦机械作用使表面物质损耗的过程，它 将导致在垂直于摩擦表面的方向上物体尺寸逐渐减小。接触表面在高应力作 用下形成局部机械损坏。根据损坏原因，把磨损分为粘附磨损、磨粒磨损和 疲劳磨损。在滑动摩擦副中，一个表面明显较另一个表面硬或两表面间存在硬的磨 粒，则磨损的主要形式是磨粒磨损。在切向运动下，较硬的轮廓峰或磨粒在 配偶表面上象切削一样划出条壮细槽，造成材料脱落。（三）腐蚀与防腐腐蚀是材料在环境的作用下引起的破坏和变质。金属和合金的腐蚀主要 是由于化学或电化学作用引起的破坏，有时还同时伴有机械、物理或生物作 用。根据腐蚀的作用原理，可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。两者的区别是当 电化学腐蚀发生时，金属表面存在隔离的阴极与阳极，有微小的电流存在于 两极之间，单纯的化学腐蚀则不存在隔离的阴极与阳极。金属腐蚀的形态可分为全面 （均匀）腐蚀和局部腐蚀两大类。前者较均 匀地发生在全部表面，后者只发生在局部。例如孔蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀， 应力腐蚀破裂，腐蚀疲劳，氢腐蚀破裂，选择腐蚀，磨损腐蚀，脱层腐蚀等。 一般局部腐蚀比全面腐蚀的危害严重的多，有一些局部腐蚀往往是突发性和 灾难性的。2.3.2 链条的失效（一）脱水斗式提升机链条寿命终止标准 根据链条强度要求、节距伸长量及张紧要求，确定脱水斗式提升机链条 寿命终止的标准如下（达到下列标准之一可认为寿命止）:1、链板断裂或危险断面磨损量达 1/2；2、销轴断裂或磨损量达 2.5 mm；3、销套累计破裂 10 件以上或大部分销套磨穿；4、链条节距伸长达 5mm。（二）脱水斗式提升机链条几种主要失效形式 脱水斗式提升机链条的失效主要出现在链板、销轴、销套上，表现为磨 损和断裂，严重时造成整链断开，设备损坏。1、链板磨损及断裂 外链板与内链板之间、滚轮与内链板之间都有相对运动，有很大磨损， 尤其是滚轮与内链板之间的磨损严重。为解决链板的耐磨性问题，常采用提高硬度的办法，这样会增加链板的 脆性，加之内链板与销套之间采用过盈配合，产生较大应力，这样会造成链 条受力后的脆断。2、销轴磨损及断裂 销轴与销套内表面之间相对运动不大，因此磨损不太严重。但当销套被 磨穿后，销轴直接与滚轮相磨，磨损急剧增加。销轴、销套磨损后链条节距 加大，会造成链条爬齿和松弛。为提高耐磨性，采用了提高硬度的办法。有时热处理不当会造成销轴脆 性增加，出现脆性断裂。3、销套磨损及破裂销套的磨损主要发生在销套外表面，与滚轮内孔相对运动较大，又存在 大量硬颗粒，处于严重的磨粒磨损状态。这是提升链失效的主要形式。为解决销套的磨损问题，往往采用提高硬度的办法，这就增加了销套的 脆性。同时，为了提高销套磨损寿命，采用了加厚磨损部位的方法，产生了 应力集中。这样在运行中会造成销套破碎。4、整链断开销轴、链板断裂后如未及时发现，及时更换将会造成整链的断开。 对于提升机链，最主要的就是要求它不断裂，并在长周期运行中能预测 它的磨损寿命，尽可能地减少代价昂贵的停工检修。因此，该链条的研究思路主要是解决耐磨性与冲击韧性的矛盾问题，通 过理论分析和实验手段确定合理的材质、热处理制度，并进行结构改进，达到高可靠性（不出现脆性破坏）和长寿命的目的。2.3.3 链条的失效分析与计算（一）输送链的载荷分析1、载荷分析如图 24 所示，如果不计及各种附加动载荷，在考虑离心力引起的张力 Fcc式中 qmmq0F = q v 2F = (q + q ) f L cos a + (q + q)L si1 0 m 0 0 mF = (q sin a - q f cos a )L + q v22 0 0 0 0-为输送链及其附件单位长度重量，kgf/m； 为所输送物料在单位长度上的重量， kgf/m因为 f 0.2 且a 二 6000_167 Q _167 50X1000q 16.7 m 16.7 xqmv0.16 x 600sin a + q v20213)212)213)所以F F1U 2由此可知在输送链工作过程中，组成链条的每个链节当处在松边位置 时，其链节张力为F2当处在紧边位置时，其链节张力为F”所以输送链条 承受着交变载荷，如图 25 所示。图 2 5 输送链工作过程中链节张力的变化曲线其中 3-4对应紧边位置，1-2 对应松边位置， 4-1与 2-3对应主从动轮上的过渡位置，F= F1-F2（二）动载荷 实际上由于各种附加动载荷的存在，链条的张力曲线如图 26 所示 这些动载荷包括有：式中1、因多边形效应引起链条线速度变化而产生的惯性载荷Fd1 =mad1m 为链条紧边质量； a 为链边的加速度）；2、因从动轮角速度变化而使从动系统产生的附加惯性载荷dcdtdF 二 J 2 十 rd2 dt 2式中J为从动系统转化到从动轴上的转动惯量； 为从动轴的角加速度；r为从动轮的分度圆半径）；23、链节啮入轮齿时的冲击载荷；4、链条工作时轨迹变化以及链条振动等因素产生的附加动载荷。图 2-6 典型的链节张力变化曲线（三）销轴剪切强度计算 销轴剪切强度计算公式为2兀d；/4 , N/mm2（212）实际上，链条销轴受载时，它的剪切剖面上除了有剪切应力外，还有弯 曲应力。但由于销轴受弯曲时最大应力在最外表面，而受剪时最大应力在芯 部，故二者不能叠加。从上面的分析知道二者均为交变应力。2.3.4 链条的材质的确定根据脱水斗式提升机的工况环境（潮湿、多尘、有一定的腐蚀性），综 合各种参数，应选择不锈钢材质。根据资料可知，Crl3类钢、Cr18类钢均能 满足该环境要求。 Crl3 类钢较其它不锈钢价格低，而且经适当的热处理能达 到较好的综合机械性能。但从抗腐蚀角度考虑，该链条应选用Crl3类钢，但 各零件具体选用Cr13类钢中的哪一种需进一步分析。参考有关资料链条各零件材质及热处理制度确定如下：（一）链板链板是链条的关键零件，链板的断裂会立即造成格链断开，设备损坏。 因此，链板不允许出现脆性断裂一类突发性失效，要在保证其不断裂的前提 下提高其耐磨性或采取其它办法延长寿命。由资料可知，1Crl3较2Cr13, 3Cr13有较高的冲击韧性，因此，链板应 选用1Crl3类钢。（二）销轴 销轴也是链条的关键零件之一，销轴的脆性断裂也是很危险的，如不及时发现并处理就会造成整链开，因此销轴也不允许出现脆性断裂。根据受力分析，销轴要求较高的强度:销轴与销套相互摩擦较严重，还应 有较高的硬度才能保证长寿命。根据资料可知，应选择1Crl3钢。1Crl3钢 在250-350C低温回火有较好的强度，较高的硬度和适当的冲击韧性。（三）销套 销套是链条寿命的关键。由磨损计算可知，因为销套与滚轮之间存在非 常严重的磨粒磨损，所以要提高磨损寿命就必须提高零件硬度，同时由力学 计算和失效分析可知，销套还有较好的强度和韧性。但销套破裂后不会很快 造成整链断开，因此其韧性要求可低于链板和销轴的韧性要求。根据资料可 知，应选择 2Crl3 钢（四）滚轮根据使用经验，滚轮失效概率小，强度要求较低，要求一定的耐磨性。 考虑到其对销套、轨道、链轮的磨损，滚轮硬度应与销套相当，硬度值为 HRC4045 较合适。材质选用 1Crl3, 2Crl3 或 3Crl3 均可，但考虑到材料价 格及热处理情况，根据资料知可选用 3Crl3 钢。（五）耐磨片从前面的分析可知，链板的强度和韧性较好，但硬度较低，原结构链板 与滚轮端面之间存在较大的相对运动，存在严重的磨损。为解决链板的磨损 问题，在链板与滚轮之间增加了耐磨片。由于耐磨片的作用就是耐磨，所以可取较高的硬度，可选用 3Crl3 钢。（六）T型销T型销主要作用是防止链板脱出，无特殊要求，从使用经验来看，lCrl3, 2Crl3 或 3Crl3 均可。但为了防止在安装弯曲时出现断裂，最好选用塑性相对 较好的 lCrl3 钢。2.4 提高脱水斗式提升机输送量的技术分析脱水斗式提升机是否能达到设计的输送量，直接影响着企业的经济效 益。那么如何进一步提高脱水斗式提升机的输送量，就要围绕着脱水斗式提 升机的工作过程而进行。脱水斗式提升机是一种倾斜升运设备。它是靠环绕在头、底轮上的斗链 连续运动，通过固定在斗链上的料斗装料、提升、卸料而完成输送过程，脱 水斗式提升机的工作过程可分为料斗的装料过程、料斗的提升过程和料斗的 卸料过程三个阶段。料斗在装料过程中是否能装满，直接影响到提升机的输 送能力；料斗在提升过程中的提升状态决定了升运过程的撒料程度；而料斗 的卸料状态则决定了物料的卸空程度，同时也影响功率消耗。因此对脱水斗 式提升机的要求就是：装料阶段装得满；提升阶段升得稳；卸料阶段卸得净。 研究斗式提升机的工作就是要找出实现“装满、稳升、卸净”的条件，以提 高提升机的生产能力，降低无效的能耗。2.4.1 料斗的装料过程（一 ） 装满系数料斗的装料过程直接影响提升机的输送能力。判别装料工作的质量可用 装满系数W的大小来衡量。实践证明：任何种类的脱水斗式提升机的任何型 式的料斗，在装料过程中都不会是完全装满的，即装满系数01。虽然斗式提升机的装满系数与提升速度、料斗容积、结构及料斗间距等 因素有关，但在输送过程中，有些因素不能随物料性质的改变而改变。所以， 使用同一台脱水斗式提升机提升各种物料，并保持较高的装满系数，是企业 必须解决的问题之一。1、合理选择料斗运行速度和料斗结构、间距 因单位时间内经过喂料口区域的料斗数量与料斗运行速度成正比，所以 脱水斗式提升机产量通常随斗链速度增加而提高，但料斗运行速度过高，料 斗装满系数下降很快，且脱水效果不好,反而会使脱水斗式提升机产量下降。 这是因为斗链速度过高时，料斗穿越喂料区域的时间较短，即料斗舀取或充 料时间显著变短，当进入料斗的物料还较少时，料斗已穿过喂料区域，完成 了装料过程，使料斗装满系数下降很快,且在提升过程中物料脱水不充分； 当斗链过高时，高速运动的料斗几乎形成一个面，使物料几乎不能进入料斗， 其装满系数接近零。料斗的装满系数还与料斗的结构、容积、间距密切相关。深型料斗，料 斗较深，容积较大，用作输送散落性较好的粒状物料；浅型料斗容积较小， 但卸料容易卸光，用作输送散落性较差的粉状物料。生产实践表明：浅型料 斗可采用较高的链速，而深型料斗不能采用过高的链速，否则，将因卸料时 间缩短，料斗内物料来不及卸完而产生回料。同时合理选择料斗间距也有利于装满系数的提高。当提升容重较轻、内 摩擦角较大的物料时，可采用较小的料斗间距。以上诸参数相互影响和制约， 需综合考虑。2、设计可调式进料斗导料板 为提高斗式提升机的装满系数，使所提升的物料顺利进入料斗，设计了 可调式进料斗导料板，如图 27 所示。图 2 7 可调式进料斗导料板示意图1进料斗；2铰链；3可调式导料板；4固定螺母；5调节螺钉；6斗链；7料斗可调式进料斗导料板主要由进料斗、铰链、可调导料板、调节螺钉、固 定螺母、料斗、料斗带等组成。可调导料板安装在进料斗的排料口。当物料 进入进料斗时，已具有一定的初速度和惯性，物料经进料斗导料板作抛物线 运动，并沿导料板切线上抛，落入脱水斗式提升机料斗。可调导料板通过调 节螺钉调节其陡平程度，即调节导料板与水平线之间的夹角a。当物料初速 度较大、流动性较好时，可将导料板调平一些，即a角减小，使物料离开导 料板时的上抛运动倾角加大，增加物料的上抛高度，减少物料与料斗的碰撞 和冲击，并有利于料斗内空气的排出，可增加料斗的装满系数；另外，当物 料作上抛运动时，物料的运动方向与料斗运动方向相同，从而减小了物料与 料斗之间的相对速度，降低动力消耗，特别是对于颗粒物料，还可降低破损 率。反之，对于流动性较差的物料，可将导料板调陡，即使a角增大，使物 料直接进入料斗。当导料板调陡后，物料重力分解后的下滑力增加，从而提 高了下滑速度和惯性，增加物料的流量，使更多的物料有机会进入料斗，从 而提高料斗的装满系数。物料在导料板上的运动及受力分析见图 28所示。图 2 8 物料在导料板上的运动及受力分析此毕业设计已通过答辩，详细计算主整说明书和全套设i+昼纸 请联系扣扣：零：名称K小惨改日期鱼钢丝堀提升机2007/12/22 17:17 AutoCAD 圏形2OOS/5/27 12:52 Microsoft Office. 1.14图 4 2 驱动装置布置脱水斗式提升机布置应遵循尽量减少施工工作量、简化设备的原则，降 低制作成本，此处与跳汰机配套的脱水斗式提升机布置形式见图 45。提升 机的后段是封闭不透水的，里而充满了水，水平而位置与跳汰机内的一致， 提升机的前段机壳敞开，是有效脱水段。图 4 3 脱水斗式提升机布置形式为了达到生产要求的脱水效果，应保证足够的脱水时间，即脱水斗式提 升机的运行速度及有效脱水长度应有一定限制。根据实际情况和实际生产经 验，脱水斗式提升机的脱水咼度应咼出水面68m。4.2.2 脱水斗式提升机基本参数的确定1）斗链线质量 qoo由斗链选型结果可知q = q g = 1372 Nom2）物料的线质量 q1当已知设计运输能力和链速时，物料的线质量由式（38）可得q1Qg3.6 - v= 1666 N4.3 电动机的选型4.3.1 选择电动机的基本原则选择电动机应考虑如下因素：1）考虑电动机的工作环境和脱水斗式提升机的负载性质，选择合适的 电动机类型；2）电动机的额定电压一般与供电电压一致，其额定转速要考虑脱水斗 式提升机的具体情况；3）使其额定功率N三负载功率N,并且使N尽量接近于N；ee4）校核预选电动机的发热情况,过载能力及起动能力,直到合适为止5）在以上前提下优先选用结构简单、运行可靠、维护方便又价格合理的 电动机。4.3.2 初选电动机根据式（318）（320）可知所需电动机功率NNN = K 4 = 1.0 xo= 1.11N = 6.8 kWU0.94 x 0.96012根据上述电动机功率,综合该机各类特性参数和技术特性,参考有关资 料，初选电动机为Y系列（IP44）封闭式鼠笼型三相异步电动机，其技术参 数如下：型号额定 功率 （Kw）转速(r/min)电流（A）效率（%）功率因数最大转矩 额定转矩堵转转矩 额定转矩堵转电流 额定电流转子转动惯量GD2（Nm2重量(kg)Y160M-7.597017.0860.782.02.06.30.88111964.4 减速器的选型减速器的选型要根据脱水斗式提升机每天工作时间、载荷性质、润滑条 件以及实际输入功率等条件选用与电动机适配的减速器类型。在满足生产要 求的同时，尽可能的选择维护方便，结构简单的减速器。综合以上因素，参考各种资料可知，应选用 NGW-J 型行星减速器，其 技术参数如下：型号NGW-J72-12高速轴输入功率N15.8 kW高速轴输入转速n1000 r/min低速轴输出扭矩thH7071 Nm弯矩WX5700 Nm径向力FX34650N传动比i504.5 传动链选择与联轴器选型4.5.1 传动链选择传动链是脱水斗式提升机中的又一重要部件，常用的又滚子链和齿形链 等，选择传动链应考虑如下因素：1）传递功率；2）小链轮和大链轮的转速（或传动比）；3）电动机类型、载荷性质及传动用途。 根据以上参数和脱水斗式提升机工作特点，脱水斗式提升机选用套筒滚 子链作为传动链条，其技术参数如下：传动链型式04A型套筒滚子链传动链条节距63.5 mm传动链排数双排传动链排距71.55 mm滚子外径39.68 mm销轴直径19.84 mm套筒内径19.89 mm极限拉伸载荷693900 N单排每米质量16.1 kg/m4.5.2 联轴器选型联轴器主要用于联接主动轴和从动轴，使之共同旋转，以传递运动和扭 矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提 高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成,分别与主动轴、从动轴联接, 并联接成一体。大多数动力机都依靠联轴器与工作机联接。联轴器类型很多, 通常分刚性联轴器和弹性联轴器两类。选型时，应综合考虑联轴器的工况条 件、特点、制造成本、安装和使用环境等因素。1）刚性联轴器 有固定式和可移式两种。 固定式联轴器：有套筒联轴器、凸缘联轴器和夹壳联轴器等。刚性固 定式联轴器结构简单,制造容易,两轴瞬时转速相同，但要求所联两轴保持在 同轴线上无相对位移，以免产生附加动载。其中，凸缘联轴器对中精确，刚 性好，传递扭矩能力强。套筒联轴器径向尺寸和转动惯量都小，可用于起动 频繁、速度常变的传动。夹壳联轴器常用于联接垂直安置的轴，装拆时轴无 需作轴向移动。 可移式联轴器：有齿轮联轴器、链条联轴器、十字滑块联轴器和万向 联轴器等。刚性可移式联轴器可补偿两轴轴线的相对位移，从而改善工作状 况。这种相对位移是在机器运转过程中因零件受载变形、机座下沉和热变形 等而引起的。齿轮联轴器由齿数相等的内外齿轮和其他零件组成，两半部分 间允许有综合位移，广泛用于高速、重载的机械传动。链条联轴器由装在两 轴上的齿数相等的链轮和链条组成，允许有径向位移，结构简单，工作可靠， 质量小，维护方便，但不宜用于高速和起动频繁的场合。十字滑块联轴器由 中间滑块和两个带槽的半联轴器组成，允许有径向位移，用于转速较低的场 合。万向联轴器用于轴线相交的两轴联接，两轴轴线夹角可达 45。如两轴 线不重合，则当主动轴作等速旋转时从动轴的瞬时转速是变化的。利用两个 万向联轴器和一根中间轴（中间轴的叉形件处在同一平面内，两轴与中间轴 的夹角相等），就能获得两轴相同的瞬时转速。此外，尚有其他不同结构形 式的同步万向联轴器，如球笼式同步万向联轴器。2）弹性联轴器 靠弹性元件的弹性变形来补偿两轴轴线的相对位移，且有缓冲、减振性能。弹性联轴器是可移的。弹性元件的材料有金属和非金属两种。金属弹性 元件强度高，承载能力大，弹性模量大而稳定，受温度影响小，但成本较高。 使用金属弹性元件的联轴器有簧片联轴器、盘簧联轴器、卷簧联轴器等。簧 片联轴器具有高弹性和良好的阻尼性能，适用于载荷变化大的大功率场合。 盘簧联轴器由带状弹簧绕在两半联轴器的齿间构成，依靠不同的齿形可做成 定刚度或变刚度的联轴器，后者适用于扭矩变化较大的两轴间的联接。使用非金属弹性元件容易得到不同的刚度，内摩擦大，单位体积储存的 变形能大，阻尼效果好，工作时无需润滑，重量轻，但强度较低，承载能力 小，材料容易老化和磨损，寿命较短。使用橡胶、尼龙和聚氨酯等非金属弹 性元件的联轴器有弹性圈柱销联轴器、轮胎联轴器、高弹性橡胶联轴器、橡 胶套筒联轴器、橡胶板联轴器和尼龙柱销联轴器等。弹性圈柱销联轴器广泛 用于载荷平稳、要求正反转或起动频繁的传动。轮胎联轴器用橡胶或橡胶织 物制成轮胎作为弹性元件,扭转刚度小,缓冲减振能力强，适用于潮湿、多尘、 冲击大、需要正反转和两轴相对位移较大的联接，在起重运输机械中应用较 广。高弹性橡胶联轴器的橡胶体硫化在金属的内、外盘上成为组合环，通常 成对配置，具有较高的弹性和良好的减振性能。橡胶套筒联轴器和橡胶板联 轴器结构简单，易于制造，应用也很广泛。尼龙柱销联轴器与弹性圈柱销联 轴器相似，但结构较简单，耐磨性和减振能力也较强。具体选择时，应考虑以下几点：1）所需传递的转距大小和性质以及减震方面的要求； 2）联轴器的工作转速高地和引起的离心力的大小；3）两轴相对位移的大小和方向；4）联轴器的可靠性、工作环境和成本等。综合以上因素，考虑到脱水斗式提升机的具体情况，通常选用HL型弹 性柱销联轴器，然后再根据其工作扭矩的大小来确定具体规格。即NT 二 K T 二 K x9550w =338.3 NmCn式中 T理论转距，Nm；Pw驱动功率，；n工作转速,，K工作情况系数，取K=2.3。由资料可知，在此应选择 HL3 型弹性柱销联轴器，其参数如下型号许用转距许用转速转动惯量质量HL3630 Nm5000r/min0.6kgm28kg4.6 拉紧装置选型拉紧装置是脱水斗式提升机必不可少的部件，具有以下四个主要作用： 保证斗链有足够的张力，防止打滑； 保证斗链各点的张力不低于一定值，以防止斗链在导轨上因过分松 弛而引起撒料和增加运动阻力； 补偿斗链的塑性伸长和过渡工况下弹性伸长的变化； 为斗链重新接头提供必要的行程。4.6.1 张紧位置的确定从布置示意图中可知，拉紧装置设于机头处，此位置布置张紧装置优点 是离驱动装置近，便于实现集中控制，但缺点是张紧力大；根据脱水斗式提 升几张紧位置的确定原则，一般布置在张紧力最小处，也可将张紧装置布置 在机尾处，缺点是离驱动装置远，张紧力传递慢，满载起动时易出现打滑， 控制困难。4.6.2 拉紧形成的确定与拉紧装置选择根据斗链长度、宽度以及链条的伸长系数，再综合其他因素，拉紧行程 初步确定为 400 mm。根据脱水斗式提升机的工作特点，结合有关技术参数和性能指标。脱水 斗式提升机的拉紧装置如图 44 所示。它是由主轴、斜轴承、轴承座、燕 尾导轨、丝杠等组成。图 4 4 脱水斗式提升机的拉紧装置 1主轴；2斜轴承；3轴承座；4燕尾导轨；5丝杠 主轴支承在装有耐磨铁轴瓦的双列向心球面滚子斜轴承上。轴承体放在 可移动的钢板制的底座上，轴承座的底部带有燕尾槽，轴承借助于丝杠的旋 转而沿着拉紧装置底座上的燕尾导轨移动，以调节斗链的紧张程度。拉紧装 置的导轨座使用螺丝钉固定在机壳头部两侧的槽钢上的。主轴得出轴方式， 分左式和右式两种。脱水斗式提升机的拉紧装置设在机头。拉紧装置在结构 上采用上拉式，这样不容易污染丝杠。增设推力轴承使操作省力。并采取拉 紧丝杠和千斤顶结合的拉紧方式。4.7 机尾的设计机尾是斗链的导向装置。安装在脱水提升机的下部。根据以上选型结果， 脱水斗式提升机的机尾一般包括尾轮轴、滚轮及滑动轴承等，见图 45。尾 轮轴安装在两个法兰盘形凸缘滑动轴承上。尾部轴上的尾轮的形状与头部方 轮一样，均为四方轮。其中一个用键固定在轴上，另一个空套在轴上，这样 安装的目的是为了补偿两排斗链中相对应的链节或总长度上的差异。为了防 止尾轮轴轴颈的磨损，在两端轴颈上装有可以更换的钢套 。轴承的衬套用 耐磨铸铁制成，轴承的内缘用特制的胶质密封圈密封，以防止煤泥水侵入。图 4 5 机尾组件 1尾轮轴；2滑动轴承；3圆形滚轮；4轴颈钢套 4.8 安全装置脱水斗式提升机的安全装置包括安全销和捕捉器。前者是为了防止发生 断链事故，后者是在出现断链事故后，防止斗链被抛出或落入机尾，从而使 事故扩大。安全销装在星轮主轴和从动链轮之间，如料斗在运转中突然被卡住，安 全销当即被切断，提升机马上停止运转，从而避免造成严重事故。捕捉器成对地焊接在机壳敞开段两侧导轨的角钢上，链板在导轨与捕捉 器之间运动（见图 46）。由于装有捕捉器，因此在敞开段运动的斗链如发 生断裂时，捕捉器能将斗链挡住，不致向外翻倒造成严重事故。上面一对捕 捉器的安装位置距星轮主轴不要超过，下面一对捕捉器应安装在敞开段与过 渡段接邻之前。图 4 6 捕捉器4.9 机壳和机架的设计 为了便于运输和安装，机壳做成一节一节的，每台提升机的节数，可根 据要求的高度选定。它包括头部节段、敞开节段、封闭节段、坑内敞开节段、 坑内过渡节段、尾部节段、尾部漏斗等，图 47 是敞开段和过渡段的机壳 结构。所有节段均为钢板焊接成的金属构件，中间带有槽钢骨架，用以支撑重量，使构件坚固耐用。各节段之间设有角钢法兰盘，用螺栓连接。为了防止 漏水，在法兰盘的接口衬右胶垫。头部节段除设有卸料口外，还设有拉紧装 置使用的支座。脱水斗式提升机的封闭节段为箱形结构，并有角钢箍以增强 其刚度。各节段内铺设有导轨，导轨是由角钢和扁钢所组成（见图 47）， 它们之间用沉头螺钉连接。斗链在导轨的扁钢上滑行，扁钢磨损后可以更换。为了提高导轨的耐磨 性，在此采用铸石衬板来代替导轨上的扁钢。脱水斗式提升机尾部节段除喂 料口外，尚设置了检修空、观察空以及放水管等。为了防止磨损封闭节段、敞开节段和头部节段，在其底部连同侧帮 （1800mm 高处），在安装时铺设铸石衬板，即从头部卸料口下直到尾部节段 的上法兰盘止（其中铸石厚为5mm,砂浆厚10mm,两者混合密度 Y=2500kg/m3；每米长度内铸石质量为qz=39.4kg/m）。并隔一定距离焊格条 固定。敞开段图 4 7 敞开段和过渡段机壳的结构1导轨；2角钢；3扁钢机壳装设在机架上,机架包括头部支架、尾部支架和中间架等。这些支 架是用槽钢和角钢制成的焊接构件,通过机架将机壳固定在基础和楼板上。 4.10 安装调试和维护在安装前,首先准确地将提升机的中心线配置好,他时说又不见在安装 过程中的地位基准。然后检查基础和各层楼板上预留吊装孔和螺栓孔的位置 是否正确,如发现有错误或缺陷,必须在安装前消除。对提升机的所有部件进行清点和检查，确认所有安装部分齐备后，方可 安装。4.10.1 安装顺序和要求1）机壳安装（1）根据总图，先从尾部支架和机尾开始安装，然后一次往上装封闭 节段、敞开节段、头部节段、以及机头部分和驱动支架等。脱水斗式提升机 一般需穿过几层楼板，因此安装时应特别注意，使各支架均匀地承担荷重。（2）脱水斗式踢省级各节段的连接应对准中心线，倾斜角度和导轨间 局，根据图纸严格校准，并临时固定在楼板孔中，最后用螺栓连接，并固定 各节段。（3）各支架在楼板或基础上的安装，应根据总图进行。当各支架配置就绪并校准后，既可浇灌混凝土。在浇灌层固结后，用螺栓固定支架，待1020 天后，可将支架进行焊接，将临时固定件拆除。2）头部组件安装头部组件经安装和调整后，应符合下列要求：（1 ）头部组件主轴能自由转动。（2）轴承盖固定后，应保证轴瓦与轴之间的正常工作间隙。（3）两驱动星轮的对应边应在同一平面上。（4）紧链装置的导轨，应互相平行，其两轨面在同一平面内，丝杠在 螺母内顺利转动，但不许松动。3）尾部组件的安装尾部组件轴的中心线应保持水平，并且垂直于尾部节段的侧板，安装后 的轴应能自由转动，不允许有抱轴现象或其他毛病。4）挂设斗链斗链在安装前应进行检查，凡有损伤处，均应维修。斗链的装配工作是 单独进行的，全部装好后再往机身挂设。斗链的挂设步骤如下：1）先用绳索将斗链牵引到主轴的星轮上，并将斗链挂在星轮上（图48a）。2）启动提升机，使星轮主轴运转，将斗链运转到图43b所示的位置。3）电动机反转，使斗链反向运转，达到图 43c 所示的位置。4）在点1 处将斗链断开，并在1、2 处将斗链下段临时固定，斗链上段 重新与等待安装的斗链相接（图 48d）。5）重新启动提升机，使星轮主轴正转，将斗链运转到图 43e 所示的 位置后，在点 1 和 2 处将斗链接上。斗链安装前，应将紧链装置放在极限位置，使主动星轮与尾部滚轮的中 心距为最短；斗链安装后，再利用紧链装置，使斗链处在张紧状态。斗链与 两条导向角钢的侧面间隙应保持相等，并使链板的饺链动作灵活。何（b）（c）（d）图 4 8 斗链的安装方法4.10.2 空运转脱水斗式提升机安装结束后，应进行不少于 24 h 的空运转，其目的是检 查安装质量。每次连续工作8h,试车过程中不允许有卡链、颤动、碰撞以及 其他毛病，斗链运行要求平稳。经8 h运行后停机，检查各紧固件、斗链销轴是否松动脱落，同时检查 各部润华、轴承和捣鬼。驱动装置轴承温升不得超过35C。4.10.3 维护使用为保证脱水斗式提升机能连续可靠的工作，在斗式提升机的维修中应注 意以下各点：（1）在斗式提升机停机之前，必须先停止给料，将输送物料全部卸处。（2）严禁满载启动。（3）安全销是超负荷时能自动切断的安全装置，因此绝对禁止随意加 大安全销。如经试验。在一般正常启动和运转时，安全销切断频繁，可酌情 加大。（4）应经常注意链板的运行情况，如发现链轴脱落或损坏，要及时停 车处理。（5）提升机在长期运行中，链轴与链板孔同时受到磨损，致使斗链的 节距逐渐伸长，使斗链变松，因此需要及时调整紧链装置。（6）当斗链因长期使用而发生磨损时，应该及时史换。在提升机维修 中，一种方法是一次更换全部斗链;另一种方法是分段更换，每次更换总长 的 1/3 一 1/4 。为了避免提升机两股链条长短不一，两股链条的链板必须同 时更换。结束语本文是在陈军老师指导下完成的，在论文写作期间陈老师在论文研究方 面给予悉心指导，在工作和生活方面给予了大力支持和帮助；尤其是陈军老 师严谨的科学研究精神，惜时如金的工作态度深深地影响了本人，使学生受 益匪浅。在此表示衷心感谢，并致以崇高的敬意。论文期间得到了学校和学院各位领导的爱护和支持，得到了老师和同学 的大力支持，以及同一课题组的其他同学的帮忙，在此深表感谢。最后感谢各位评委老师对本文的评阅和赐教。参考文献1 严峰、谢锡纯编 选煤厂运输提升设备 M 北京：煤炭工业出版社 1992， 80-124.2 梁庚煌主编运输机械手册（第二册）M北京：化学工业出版社， 1983， 323-334.3 岑军健主编 新编非标准设备设计手册（中册） M 北京：国防工业 出版社， 1999.4 吴宗泽主编 机械设计手册 M 北京：机械工业出版社， 2001.5 运输机械设计选用手册编辑委员会 运输机械设计选用手册（下 册） M 北京：化学工业出版社， 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