斗式提升机结构设计

1 摘 要 斗式提升机是一种被普通采用的垂直或者倾斜式的输送设备 常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 机械 化工 轻工 农业 粮食等各工业部门 斗式提升机的结构特点是 被运送物料被装入到与牵引件连 结在一起的料斗内 牵引件绕过各传动链轮 形成包括运送物料的有载分支和不运送物 料的无载分支的闭合环路 连续运动输送物料 驱动装置通过连轴器与头轮相连 通过 连接传动使斗式提升机获得动力并驱使运转 本次设计主要针对链式提升机的整体结构 设计 驱动链轮的设计 电机 减速机 等主要零部件的选择及驱动轴的设计校核 这些 也都是本次斗士提升机的的主体结构 关键词 斗式提升机 设计 驱动装置 牵引件 1 目 录 前 言 1 1 绪 论 2 1 1 斗式提升机的发展历史 2 1 2 我国斗式提升机研究现状和发展趋势 2 1 3 斗式提升机的分类及特点 3 1 4 斗式提升机的工作原理及分析 4 1 5 斗式提升机的选型 7 1 6 斗式提升机的改进 7 2 本课题介绍及设计理论 9 2 1 概述 9 2 2 斗式提升机的工作原理 9 3 提升机主要参数确定及主要结构设计 14 3 1 设计环境及提升机类型选取 14 3 2 提升功率的确定 14 3 3 传动带的设计计算 15 3 4 减速器的选择 16 3 5 驱动轴设计及附件的选择 17 3 6 张紧机构的设计 21 4 个人总结 23 致 谢 24 参考文献 25 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 1 前 言 斗式提升机广泛用于垂直输送各种散状物料 国内斗士提升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 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从国外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 但由于产品设计 原材料 加工工艺和制造水平等方面的原因 使产品在实际使用中技术性能 传递扭矩 寿命 可靠性和噪声等与国际先进水平相比仍存在相当大的差距 斗式提升机的特点 1 提升范围广 对物料的种类 特性及块度要求少 不仅提升一般的粉状 粒状和 块状物料 而且可提升琢磨性状的物料 物料温度可达 250 C 2 驱动功率小 采取流入式喂料 重力诱导式卸料 且采取密集型布置的大容量料 斗输送 链速低提升量大 几乎无回料和挖料的现象 因此无产功率小 3 输送能力大 提升范围 15 800m3 h 4 使用寿命长能更有效的利用创造价值 5 密封性好 环境污染少 6 操作 维护 维修方便 易损件少 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 2 1 绪 论 1 1 斗式提升机的发展历史 斗式提升机是利用均匀固结于无端牵引构件上的一系列料斗 竖向提升物料的连续 输送机械 适用于垂直输送粉状 粒状 及小块状的磨吸性较小的散状物料 如粮食 煤 水泥 碎矿石等 中国古代的高转筒车和提水的翻车 是现代斗式提升机和刮板输 送机的皱形 17 世纪中叶 斗式提升机开始应用于架空索道输送散状物料 19 世纪中叶 各种现代结构的输送机相继出现 1868 年 在英国出现了带式输送机 1887 年 在美国 出现了螺旋输送机 1905 年 在瑞士出现了钢带式输送机 1906 年 在英国和德国出现 了惯性输送机 此后 输送机受到机械制造 电机 化工和冶金工业技术进步的影响 不断完善 逐步由完成车间内部的输送 发展到完成在企业内部 企业之间甚至城市之 间的物料搬运 成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的组成部分 斗式提升机就 是输送机的其中一种 1 2 我国斗式提升机研究现状和发展趋势 1 2 1 我国斗式提升机研究现状 我国斗式提升机的设计制造技术是在 50 年代由前苏联引进的 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 Z1 型和钩头 链式斗式提升机的设计等工作 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 了一定数量的斗式提 升机的颁布 JB 3926 85 及按此要求设计的 TD THHE TB 系列的斗式提升机相继问世 是我国斗式提升机技术水平先前迈了一步 但与国际先进水平相比仍存在相当大的差距 尤其是板链式斗式提升机存在的差距更大一些 随着国民经济的发展运输机械行业在引进 吸收 消化了世界各国斗式提升机的最 新技术 并结合我国实际情况 使得新材料 新工艺 新产品不断地出现 例如 由于 自动焊接技术的出现 箱形结构的垂直输送机越来越受到人们的欢迎 由于计算机技术 的推广应用 利用计算机进行辅助设计 CAD 和辅助制造 CAM 使输送机的整体布 置更趋优化 基本零件更加紧凑耐用 由于自控技术和数显技术的广泛普及 使运输机 的控制和安全保护装置大为改善 保证了作业的安全性和可靠性 现在许多企业能够批 量生产各种类型的输送机械 不仅满足了国内市场的需求 部分产品还打入了国际市场 1 2 2 提升机的发展趋势 纵观世界各国运输机的发展现状 对今后的动向可归纳如下 1 大型化 由于石油 化工 冶炼 制造 食品 啤酒 饮料 烟草 医药 家电等地工程规 模越来越大型化 所以运输机运输物品的重量也越来越大 如码头的集装箱专用输送机 的超大型结构件达 1000t 目前世界上运输机重量最大的是 3000t 的斗式输送机 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 3 2 重视 三化 逐步采用国际标准 所谓 三化 是指运输机的标准化 系列化和通用化 贯彻 三化 可以缩短设计 周期 保证产品制造质量 便于管理和提高经济效益 世界上许多国家 不仅重视产品 的 三化 工作 而是非常注意采用国家标准 有的国家甚至废除本国标准直接采用国 际标准 其目的是为了促进商品的国际交流 3 实现产品的机电一体化 机械产品需要更新换代 在当今计算机 自控技术和数显技术大发展的年代里 更 新换代的重要标志是实现产品的机电一体化 在输送机械上应用计算机技术 可以提高 作业性能 4 人机工程学的应用 输送机械一般应用在沉重和繁忙的 环境比较差得场合 为了减少人员的作业强度 保证持久旺盛的体力和注意力 应该根据人机工程学的理论 设计导动装置和人员辅助 装置 改善振动与噪声的影响 防止废弃污染 使其符合健康规范的要求根据不同的输 送要求 不同的输送产品 选择不同的最佳的工艺和运输设备 以使最少 最合理的投 资 获得最佳的使用效果 使设备发挥最大的效率 1 3 斗式提升机的分类及特点 1 3 1 斗式提升机的分类 斗式提升机作为一种常用的提升设备 在得到广泛的应用的同时 根据不同行业的 要求也有着非常清楚地分类 1 按照其传动结构分类 1 TD 系列斗式提升机 TD 系列斗式提升机是一种国家标准的斗式提升机 该系列斗式提升机和 D 系列斗式 提升机都是采用胶带传动来提升物料 两者没有本质的区别 D 系列斗式提升机产品型号 叫老且规格少 TD 列类斗式提升机是在 D 系列斗式提升机的基础上经过产品改良而来的 其规格 TD100 TD160 TD250 TD315 TD400 TD500 TD630 D800 D1000 等型 号 其中 D160 D250 D315 等型号为普遍采用的型号 2 TH 系列斗式提升机 TH 系列斗式提升机是一种常用的提升设备 该系列斗式提升机采用锻造环链作为传 动部件 具有很强的机械强度 主要用于提升粉体和小颗粒及小块状物料 区别于 TD 系 列斗式提升机 其提升量更大 运转效率更高 其常用于较大比重物料的提升 3 NE 系列斗式提升机 NE 系列斗式提升机是一种新型的斗式提升机 其采用板链传动 区别于老型号 TB 系列板链斗式提升机 其命名方式采用提升量而非斗宽 如 NE150 是指提升量为 150 吨 每小时而不是斗宽 150 NE 系列斗式提升机有着很高的提升效率 根据提升速度不同还 分有 NSE 型号和高速板链斗式提升机 4 TB 系列斗式提升机 TB 系列斗式提升机是一种老型号的斗式提升机 其传动部分采用板链传动 现已经 被相应的 NE 系列斗式提升机传品代替 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 4 5 TG 系列斗式提升机 TG 系列斗式提升机是一种加强型胶带斗式提升机 其区别于 TD 系列斗式提升机 TG 系列斗式提升机采用钢丝胶带作为传动带 其具有更强的传动能力 该系列斗式提升 机多被用于粮食的输送上 又常称为粮食专用斗式提升机 6 其它型号斗式提升机 常见的斗式提升机还有 HL 系列斗式提升机 GTD 系列斗式提升机 GTH 系列斗式 提升机等 其均为上型号的不同叫法和演变形式 2 按牵引件分类 斗式提升机的牵引构件有环链 板链和胶带等几种 环链的结构和制造比较简单 与料斗的连接也很牢固 输送磨琢性大地的物料时 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 适用于提升量较大的提升机 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较大的物料 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 板链输送物料温 度可达 250 C 斗式提升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 型带式斗式提升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 环链斗式提升机采用混合式或重力 式卸料用浅斗 3 按卸料方式分类 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 离心式卸料的 斗速较快 适用于输送粉状 粒状 小块状等磨琢性小的物料 重力式卸料的斗速较慢 适用于输送块状的 比重较大的 磨琢性大的物料 如石灰石 熟料等 1 3 2 斗式提升机的特点 1 提升范围广 对物料的种类 特性及块度要求少 不仅提升一般粉状 粒状和块 状物料 而且可提升磨琢性状的物料 物料温度可达 250 C 2 驱动功率小 采取流入式喂料 重力诱导式卸料 且采用密集型布置的大容量料斗 输送 链速低提升量大 几乎无回料和挖料现象 因此无产功率小 所耗功率是链提升 机的 70 3 输送能力大 提升量范围 15 800m3 h 4 使用寿命长 本机的设计保证物料在喂料 提升和卸料中不会撒落 减少了机械磨 损 物料之间很少发生挤压和碰撞现象 输送链采用高强度耐磨链条 大大延长了链条 和链斗的使用寿命 正常使用下 输送链使用寿命超过 5 年 5 密封性好 环境污染少 先进的设计原理 保证了整机的可靠性 6 操作 维护 维修方便 易损件少 7 机械尺寸小 机壳经折边和中间压凸 再经焊接 刚性好 外观漂亮 1 4 斗式提升机的工作原理及分析 1 4 1 斗式提升机的输送工作原理 料斗把物料从下面的储藏中舀起 随着输送带或链提升到顶部 绕过顶轮后向下翻 转 斗式提升机将物料倾入接受槽内 带传动的斗式提升机的传动带一般采用橡胶带 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 5 装在下或上面的传动滚筒和上下面的改向滚筒上 链传动的斗式提升机一般装有两条平 行的传动链 上或下面有一对传动链轮 下或上面是一对改向链轮 斗式提升机一般都 装有机壳 以防止斗式提升机中粉尘飞扬 1 4 2 斗式提升机的主要部件 斗式提升机的主要构件 驱动装置 料斗 牵引构件 壳体 改向轮 尾轮 张紧 装置 导向装置 加料口 入料口 和卸料口 出料口 其中比较重要的设计点有驱动 装置 料斗 牵引构件 1 驱动装置 驱动装置有电动机 减速器 逆止器或制动器及联轴器组成 驱动主轴上装有滚筒 或链轮 大提升高度的斗式提升机采用液压力偶合器 小提升高度时采用弹性联轴器 使用轴装式减速器可省去联轴器 简化安装工作 维修时方便 2 料斗 料斗通常分为浅斗 深斗和有导向槽的尖棱面斗 浅斗前壁斜度大深度小 适用于 运送潮湿的和流散性不良的物料 深斗前壁斜度小而深度大 适用于运送干燥的流散性 好的散粒物料 有导向侧边的夹角形料斗前面的的两导向侧边即为后面料斗的卸载导槽 它适用于运送沉重的块状物料及有磨损性的物料 散装水泥由于流动性好且干燥 用深 斗较合适 卸载时 物料在料斗中得表面按对数螺纹分布 设计离心卸料的料斗时往往 在料斗底部打若干个气孔 使物料卸料时有较高的填充量 并且卸料时更安全 3 牵引构件 牵引构件为封闭的绕性构件 多为环链 板链或胶带 橡胶带 用螺钉和弹性垫片固接在带子口 带比斗宽 35 40mm 链条 单链条固接在料斗后壁上 双链与料斗两侧相连 4 张紧装置 张紧装置有螺杆式于重锤式两种 带斗式提升机的张紧滚筒一般制成鼠笼式壳体 以防散料粘集于滚筒上 5 机壳 斗式提升机可以采用整体机壳 也可上升分支和下降分支分别设置机壳 后者可防 止两分支上下运动时在机壳空气扰动 在机壳上部设有收尘法兰和窥视孔 在底部设有 料位指示 以便物料堆积时自动报警 胶带提升机还需设置防滑防偏监控及速度监测器 等电子仪器 一保证斗式提升机的正常运行 1 4 3 斗式提升机的装载和卸载 1 斗式提升机的装载 斗式提升机的装载方式有两种 1 掏取式 图 1 1 由料斗在物料中掏取装载 掏取式主要用于输送粉状 颗粒 状 小块状的无磨琢性或半磨琢性的散状物料 由于在掏取物料时不会产生很大的阻力 所以允许的料斗在运行的速度较高 为 0 8 2m s 2 流入式 图 1 2 图中物料直接流入料斗内 流入式用于输送大块状和磨琢性 大的物料 料斗的布置很密 防止在料斗之间撒料 料斗的运行速度较低 一般不超过 1m s 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 6 2 斗式提升机的卸载 斗式提升机的卸载方式有离心式 重力式及混合式三种 离心式卸料料斗的运行速度较高 通常取 1 2 2m s 如欲保持这种卸载必须正确选择 驱动链轮的转速和直径 以及卸料口的位置 其优点是 在一定的料斗速度下驱动轮的 尺寸为最小 卸料的位置较高 各料斗之间的距离可以减小 并可以提高卸料管的高度 当卸料高度一定时 提升机的高度就可以见实效 缺点是 料斗的填充系数较小 对所 提升的物料由一定的要求 只适用于流动性好的粉状 粒状 小块状物料 重力式卸载适用于卸载块状 半磨琢性和磨琢性大地物料 料斗运行速度为 0 4 0 8m s 左右 需配用带导向槽的料斗 其优点是 料斗装填良好 料斗尺寸与极距的大小 无关 因此允许在较大的料斗运行速度下应用大容积的料斗 主要缺点是 物料抛出位 置较低 故必须增加提升机机头的高度 物料在料斗的内壁之间被抛出去 这种卸料方式称为离心 重力式卸料 也称混合 式卸料 常用于卸载流动性不良的粉状物料及含水分的物料 料斗的运行速度范围为 0 6 1m s 常用链条做牵引构件 当料斗的直线运动变为旋转运动 料斗刚绕上驱动滚筒或链轮时 料斗内物料的任 一质点同时受到离心力 F 和重力 G mg 的作用 其离心力 F 和重力分别有下面两式求得 grGvmrF 22 mg 式中 m 为料斗内物料的质量 kg w 为料斗内物料的重心运动角速度 rad s v 为料斗内物料的重心运动的线速度 m s r 为料斗内物料重心 m 至卷筒中心 O 的距离 即回转半径 m g 为重力加速度 g 9 81m s F 和 G 两个合力的大小和方向都随着料斗的回转进程而改变 当料斗在任一位置上 合力的向量与垂线交与点 P 这个 P 点叫作极点 极点至回转轴的中心点 O 得距离叫作 极距 从上 c 图可以看出 PmO 与 mab 相似 所以 22 vgrrh 故 为常数 又因为 代入前式 得 h 895 n22 vg 30rn 式中 n 为驱动轴的转速 r min 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 7 可见当一定时 h 就一定 当 n 增大时 h 就减小 此时离心力大 反之 当 n 减小 时 h 值增大 离心力减小 所以根据不同的转速 n 和极距 h 值 将得到不同的卸料方式 设滚筒半径为 r2 料斗外缘半径 r1 为则有 离心式卸料 当 h r2 即极点 P 位于链轮或滚筒圆周内 离心力远大于垂直力 而 料斗内的物料均将沿着料斗的外壁运动 因此 物料作离心卸料 这种状态用于卸载粉 末状 粒状和小块物料 料斗的速度较高 通常取 v 1 2m s 欲保证正确的卸载 必须 正确选择滚筒或链轮的转速与直径以及卸料口的位置 离心重力式卸料 当 r2 hr1 时 即极点 P 处于料斗外缘的圆周之处时 重力大于离心力 物料 作重力式卸载 这时物料沿斗壁内缘运动 它用于块状物料的下载 料斗的速度通常在 v 0 6 0 8m s 之间 但需配用带有档边的料斗 1 5 斗式提升机的选型 作为常用的提升设备 斗式提升机的选用受到很多方面因素的制约 选错型号会给 适用方带来不尽的麻烦 一般斗式提升机的选型取决于以下几个因素 1 物料的形态 物料是粉状还是颗粒状还是小块状 2 物料的物理性质 物料有没有吸附性或者粘稠度 是否含水 3 物料的比重 一般都是提升机参数都是针对堆积比重在 1 6 以下的物料设计和计算 的 太大的物料比重需要进行牵引力和传动部分抗拉强度的计算 4 单位时间内的输送量 一般来说 物料的形态直接决定物料的卸料方式 常用规律为粉状物料采用离心抛 射卸料 块状物料采用重力卸料 而卸料方式的不同决定斗式提升机的料斗的不同 离 心抛谢卸料多采用浅斗和弧形斗 而重力卸料需采用深斗 斗式提升机所采用料斗不同 则单位时间内提升的物料输送量是不一样的 斗式提升机最终是取决于料斗形式 斗速 物料比重 物料性质 料斗数量的一个综合参数 1 6 斗式提升机的改进 斗式提升机作为一种应用极为广泛的垂直输送设备 已经广泛应用于粮食 饲料及 种子加工业 但是在使用中也出现了一些问题 为使其工作性能和可靠性增强 对其进 行了改进 1 在斗式提升机头部和底部应设有吸风管和通风口 以保证斗式提升机在卸料和进料 过程中不会形成负压和粉尘外溢 一台制作精良的输送设备 它的密封必须可靠 但良 好的密封在物料卸料和进料过程中就必然会产生压力差 造成进料和卸料困难 通风口 使斗式提升机内部压力与外界压力基本相等 适当的吸风避免粉尘从通风处溢出 避免 浪费和清洁环境 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 8 2 在斗式提升机的机头部装有防逆转装置 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 防逆转可采用棘轮机构 3 设置防滑主动轮 在斗式提升机的主动轮表面铆接或粘接防滑 抗 耐 磨橡胶布 能有效提高主动轮与皮带间的摩擦系数 防止皮带打滑 提高提升效率 如果主动轮表 而过于光滑 就需过分张紧皮带 来保证提升机的正常工作 皮带就会受到过大的张紧 力而降低皮带的使用寿命 4 加装转速监控装置 在斗式提升机的被动轮部分装备速度传感器 传感器产生电压 或电流信号 通过仪表可设定最高和最低转速 当斗式提升机的转速超出了这个范围 经过一段延时 如果转速依然超出范围就报警 并断开空气开关 有效地保护斗式提升 机的正常工作 5 采用质量优良的皮带 事实证明 选购质量上乘的皮带 不但能提高生产效率 而 且还可以大大降低斗式提升机的事故率 千万不能图一时经济 而造成不应有的损失 6 斗式提升机的调整皮带装置在工作调整后 应对螺栓进行保护 做好防锈和防尘 斗式提升机底部设有多个检视窗 这样可以方便地进行斗式提升机的皮带调整 而且可 以更好的监视斗式提升机的工作情况 7 设置挡料板 在斗式提升机上部卸料处装设挡料板 可有效防止物料倒流而流回提 升机底部 挡料板用橡胶等耐磨又有一定韧性的橡胶的材料制成 挡料板与料斗间的距 离应为 15mm 左右 8 注意料斗的间距不能过大也不能过小 要根据斗式提升机的实际工作能力和电机功 率合理调整料斗斗间距的大小 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 9 2 本课题介绍及设计理论 2 1 概述 因为板式提升机有许多优越于其它形式提升机的特点 所以此次设计的是板式斗式 提升机 此次设计的主要任务是研究板式斗式提升机的工作原理 性能和特点 采用理 论联系实际的方法 研究板链式斗式提升机 进行必要的结构改进 提出结构的方案并 实施设计 同时 进行相关结构参数和工艺参数的设计与计算 总体方案设计 总体装 配以及传动 机体等部件和相关零部件设计及制图 主要设计方案如下 1 对斗式提升机的工作原理进行深入研究 根据板链式斗式提升机的工作能力和和 性能以及使用要求 设计出总体方案 2 设计出合理的提升机结构和零件的强度 保证运行的稳定性 3 设计出合理的驱动装置 保证运行的高效性 2 2 斗式提升机的工作原理 2 2 1 斗式提升机的分类 按牵引件分类 斗式提升机的牵引构件有环链 板链和皮带等几种 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 皮带的 结构比较简单 但不适宜输送磨琢性大的物料 普通皮带物料温度不超过 60 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 按卸载方式分类 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 离心式卸 料的斗速较快 适用于输送粉状 粒状 小块状等磨琢性小的物料 重力式卸料的斗速 较慢 适用于输送块状的 比重较大的 磨琢性大的物料 如石灰石 熟料等 离心重 力式 适用的提升机速度也较低 一般速度在 0 6 到 o 8m S 适用于流动性不良的散状 纤维状物料或潮湿物料 2 2 2 斗式提升机的装载和卸载 斗式提升机的装载方式有三种 即注入式装载 见图 2 1 挖取式装载 见图 2 2 和混合式装载 注入式装载要求散料以微小建度均匀地落入料斗中 形成比较稳定的料 流 装料口下部应有一定的高度 采用该方式装载时一般料斗布置较密 料斗在牵 引件上布置较稀时多采用挖取式装载 只能用于输送粉状或小颗粒流动性良好物料 的场合 斗速运行速度在 2m s 以下 介于两者之间采用混合式装载 能比较好的处理 上述两种装载方式的弊端 具有较大的优势 因此在此次设计中 我采用的是混合式装 载的装载方式 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 10 图 2 1 注入式装载 图 2 2 挖取式装载 卸载方式有离心式 重力式及混合式三种 离心式卸料料斗的运行速度较高 通常取为 1 2m s 如欲保持这种卸载必须正确选 择驱动轮的转速和直径 以及卸料口的位置 其优点是 在一定的料斗速度下驱动轮尺 寸为最小 卸料位置较高 各料斗之间的距离可以减小 并可提高卸料管高度 当卸料 高度一定时 提升机的高度就可减小 缺点是 料斗的填充系数较小 对所提升的物料 有一定的要求 只适用于流动性好的粉状 粒状 小块状物料 重力式卸载使用于卸载块状 半磨琢性或磨琢性大的物料 料斗运行速度为 0 4 0 8m s 左右 需配用带导向槽的料斗 其优点是 料斗装填良好 料斗尺寸与极距的大小 无关 因此允许在较大的料斗运行速度之下应用大容积的料斗 主要缺点是 物料抛出 位置较低 故必须增加提升机机头的高度 物料在料斗的内壁之间被抛卸出去 这种卸 载方式称为离心 重力式卸载 常用于粉状物料及含水分物料 料斗的运动速度为 0 6 0 8m s 范围 常用链条做牵引构件 混合式的卸载能普遍使用于各种物料的卸载 而且有点也较之于前两种卸载方式更 加突出 不会出现上述卸料方式那样具有局限性 能很好的发挥出其功能和效率 此时 的料斗的运动速度大约为 1m s 左右 也很能符合本次设计的要求 因此本次设计采取的 卸料方式为混合式卸料方式 2 2 3 常用斗提机选用及相关计算 作为常用的提升设备 斗式提升机的选用受到很多方面因素的制约 选错型号会给 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 11 适用方带来不尽的麻烦 所以 一定要根据所需要所设计的要求和规格来选取所需的型 号 一般斗式提升机的选型取决于以下几个因素 第一 物料的形态 物料是粉状还是颗粒状还是小块状 第二 物料的物理性质 物料有没有吸附性或者粘稠度 是否含水 第三 物料的比重 一般都是提升机参数都是针对堆积比重在 1 6 以下的物料设计和 计算的 太大的物料比重需要进行牵引力和传动部分抗拉强度的计算 第四 单位时间内的输送量 一般来说 物料的形态直接决定物料的卸料方式 常用规律为粉状物料采用离心抛 射卸料 块状物料采用重力卸料 而卸料方式的不同决定斗式提升机的料斗的不同 离 心抛谢卸料多采用浅斗和弧形斗 而重力卸料需采用深斗 斗式提升机的效率最终是取 决于料斗形式 斗速 物料比重 物料性质 料斗数量的一个综合参数 常用斗提机功率计算 1 轴功率的近似计算 P0 2 1 12 5 367QHkv 式中 P 0 轴功率 千瓦 Q 斗提机的输送量 吨 小时 H 提升高度 米 v 提升速度 米 秒 K1 K 2 系数 具体见表表 2 1 表 2 1 提升机参数表 牵引构件型式 带式 单链式 双链式 料斗型式 深斗 和浅斗 三角 斗 深斗 和浅斗 三角 斗 深斗 和浅斗 三角 斗 输送能 力 Q 吨 小时 系数 K1 100 0 35 0 5 0 6 0 90 系数 K3 2 5 2 00 1 5 1 25 1 5 1 25 系数 K2 1 6 1 10 1 3 0 80 1 3 0 80 2 电动机功率计算 P 2 2 012 kn 式中 N 电动机功率 千瓦 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 12 N0 轴功率 千瓦 1 减速机传动效率 对 ZQ 型减速机 1 0 94 2 三角皮带或开式齿轮传动效率 对三角皮带 2 0 96 对开式齿轮 2 0 93 K 功率备用系数 与高度 H 有关 当 H 10 米时 K 1 45 10 H20 米时 K 1 15 2 2 4 斗式提升机的主要部件 斗式提升机的主要部件有 驱动装置 料斗 牵引构件 底座和中间罩壳还有张紧 机构等 驱动装置由电动机 减速机及联轴器组成 驱动主轴上装有链轮 大提升高度的斗 提机采用液力偶合器 小提升高度时采用弹性联轴器 使用轴装式减速机可省去联轴器 简化安装工作 维修时装卸方便 料斗通常分为浅斗 深斗和有导向槽的三角斗 浅斗前壁斜度大深度小 适用于运 送潮湿的和流散性不良的物料 深斗前壁斜度小而深度大 适用于运送干燥的流散性好 的散粒物料 有导向侧边的三角料斗前面料斗的两导向侧边即为后面料斗的卸载导槽 它适用于运送沉重的块状物料及有磨损性的物料 牵引构件为一封闭的绕性构件 多为环链 板链或胶带 在次设计中我所选用的是 双排板式链 2 2 5 斗式提升机的工作原理 图 2 3 提升机总装配图 斗式提升机的原理 如图 2 3 固接着一系列料斗的牵引构件 环板链 环绕在提升 机的头轮与底轮之间构成闭合轮廓 驱动装置与头轮相连 使斗式提升机获得动力并驱 动运转 张紧装置与底轮相连 使牵引构件获得必要的初张力 以保证正常运转 物料 从提升机的底部供入 通过一系列料斗向上提升至头部 并在该处实现卸载 从而实现 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 13 在竖直方向内运送物料 斗式提升机的料斗和牵引构件等走行部分以及头轮 底轮等安 装在全密封的罩壳之内 综合此次设计的提升高度与台时产量等要求 本提升机选用混合重力方式卸料 掏 取式装料 选用中深斗料斗 牵引件为性能极好的板链 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 采用了组装式链轮 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 下部采用了螺杆式张紧 装置 通过调节即可实现自动张紧 从而保证机器的正常运转 避免了打滑或脱链 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 14 3 提升机主要参数确定及主要结构设计 3 1 设计环境及提升机类型选取 现先假设设计环境 假设输送堆积密度为 1 3t m3 谷物 谷物干燥 且流动性好 提 升量为 30t h 提升高度为 7 米功率提升机 日工作时间为 8 小时 则由此展开设计 其它设计参数 0 75 为装载系数 装载系数按下式计算 V V0 V 式中 V 为料斗的理论几何容积 dm 3 V 0 为不能填装的缝隙部分容积 dm3 的取 值范围有以下 5 种 对于 20mm 以下的小颗粒 0 7 0 9 对于 20 50mm 的中等颗粒 0 6 0 8 对于 50 100mm 的大颗粒 0 5 0 7 对于大于 100mm 的 0 3 0 5 对潮湿的粉状物料 0 3 0 5 n 55 r min n 为输出轴转速 v 0 8 m s v 为物料提升速度 根据以上设计条件 由于板式斗提机较其他型号斗提机具有以下优点 板式斗式提升机的优点 1 密封性好 环境污染少 2 操作 维修方便 易损件少 3 使用成本低 由于节能和维修少 使用成本极低 4 运行可靠 先进的设计原理 保证整机运行的可靠性 5 结构刚性好 精度高 机壳经折边和中间压筋 再经焊接 刚性好 外观漂亮 6 机械尺寸小 与同等提升量的其它各种提升机相比 这种提升机的机械尺寸较小 7 操作方便 维修少 易损件少 输送链为套筒板链 诱导式重力卸料 用于各种粉 状 块状物粒的垂直提升 故此次我以板式提升机为设计对象 3 2 提升功率的确定 在查阅大量关于 运输机械设计选用手册 和近年来关于斗式提升机驱动功率的各 种论文和期刊后 综合各种数据 现参照文献 1 中第十四章斗式提升机中提升机设计的 功率计算部分内容 计算过程如下 斗提机功率计算 假设提升机驱动装置为 YY 型 传动轴驱动功率由下式求得 P0 PS PL 3 1 36QHg 式中 P0 轴功率 KW Q 斗提机的输送量 T h 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 15 H 提升高度 m g 重力加速度 m s 2 PS PL 附加功率 KW 通过查找资料可得 PS P L 的值 由此次板式斗式提升机设计的条件可以得知 Q 30T h t 提升的高度 H 7m 重力加速度在此处可取 10 m s2 将数据代入 3 1 计算可得 P0 PS PL 3 2 36QHgKw 5 电机功率 P 3 3 0Pn 式中 P 电动机功率 KW P0 轴功率 KW n 总效率 大约为 0 7 所以通过计算可得 P 7 5Kw 3 3 传动带的设计计算 3 3 1 皮带的设计 1 已知条件及设计内容如下 已知 电动机的额定功率 P 7 5K 额定转速为 1440r min 又小带轮与电机转轴直接连接 所以小带轮的转速 n1 1440r min 传动比取 i 2 推荐值 i 2 5 传动比小时带轮包角大传动不易打滑 皮带日工作 10h 载荷变动大 2 设计步骤和方法 计算功率 Pca 是根据传递的功率 P 和带的工作条件而定的 Pca KAP 式中 Pca 计算功率 KA 工况系数 取 KA 1 5 P 传递额定功率 将已知的数据带入公式得 Pca 1 5X7 5 11 25KW 选择 V 带的带型 根据计算功率 Pca 和小带轮的转速 查表选取 B 型号普通 V 带的带型 d1 125 140mm 3 确定带轮的基准直径 dd 并验算带式 v 1 通过查阅资料初选小带轮直径 dd1 125mm 2 验算带速 根据公式 v nd 60X1000 9 42m s 故符合条件 因此取之 3 就算大带轮的基准直径 dd2 dd2 idd1 2X125 250mm 从文献 3 中可知 250mm 属于 B 型 V 带轮基准直径系 列中的标准值 故取之 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 16 4 确定中心距 a 及 V 带的基准长度 Ld 1 根据带传动总体尺寸的限制条件和要求 结合公式初定中心距 a0 dd2 dd1 a0 dd1 dd2 讲数据带入得 265 2mm a0 90 故符合条件 6 确定带的根数 Z Pca Pt KaP P P0 KaKL 依次查表可得各数据 P0 为单根皮带的基本额定功率 由 B 型带 i 2 n1 1440r min 查表 8 4b 并计算得出 P0 0 4568KW 最后得出 Z 4 967 圆整后取 Z 5 7 确定带的初拉力 F0 单根 V 带所需的最小初拉力根据公式 F0 min 500 2 5 Ka Pca Kazv qv 2 q 为传动带单位长度质量 B 型取 0 18Kg m 代入数据得 F0 min 210N 对于新安装的 V 带 初拉力为 1 5 F0 min 对于运转后的 V 带 初拉力为 1 3 F0 min 取 F0 1 5 F0 min 315N 计算带传动的压力轴 Fp 计算压力轴公式 Fp 2zF0sin 1 2 3111 6N 3 3 2 传动带轮的设计 1 带轮的材料 带轮常用的 带轮材料为灰铸铁 当带速 v 25m s 采用 HT200 带速 v 25 30m s 时采 用 HT200 当转速较高时可以采用铸铁或用钢板冲压后焊接而成 此外 传递功率小的可 以采用铸铝或塑料 本次设计 v 9 42m s 所以带轮材料采用 HT200 2 带轮的结构形式 本次设计中 小带轮采用腹板式 大带轮采用孔板式 3 4 减速器的选择 传动比的分配原则 各级传动尺寸协调 载能力接近 以便达到好的减速效果 根据传动比 i 总 i 皮 xi 减 所以 i 减 4 因此可以选择蜗轮蜗杆减速器 蜗轮蜗杆 减速器具有传递效果好 结构紧凑 传动比大 便于安装 结构合理 而且振动小 噪 声和能耗低 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 17 3 5 驱动轴设计及附件的选择 3 5 1 轴的材料及热处理 斗式提升机驱动轴主要承受高扭矩 高弯矩 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 3 5 2 轴的结构设计 轴各段尺寸设计及受力分析 1 初步确定轴的最小直径 按机械设计 P370 式 15 2 30minpAd 其中 p 为输入功率 n 为轴的转速 n 55m s 经过计算求得 p 3 68 Kw 初步估计轴的最小直径 选取材料为 45Cr 调制处理 通过查阅资料 取 A0 取 110 68 4 5 31030min pAd 轴上开一个键槽 轴径增大 7 算得 8 47min 为了与联轴器的孔径相适应 故需同时选取联轴器的型号 联轴器的扭矩 Tca KAT1 查表 14 1 取 则 3 1 AK Tca KAT1 1 3 728 3 946 8N m 选取 GICL3 型齿式联轴器 其公称直径 2800N m 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 18 许用转速 5900r min 半联轴器的输出孔径 md5 2 轴的结构设计 1 拟定轴上零件的装配方案 2 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 低速轴的结构简图如下 确定轴的各段直径 D1 55mm 与联轴器相连 孔径与键槽匹配 D2 60mm 非定位轴肩 a 0 07 0 1 d 取 a 2 5mm 直径增大 5mm D3 D9 65mm 安装轴承 初选 22213C W3 型号调心滚子轴承 标准系列直径为 65mm D4 D8 70mm 轴承定位轴肩轴肩高度 a 2 5mm 直径增大 5mm D5 D7 75mm 安装链轮 初选链轮安装轴直径为 75mm D6 80mm 定位轴肩 a 0 07 0 1 d 取 a 2 5mm 直径增大 5mm 确定轴的各段长度 L1 82mm 查表 GICL3 型齿式联轴器输出孔长为 84mm 安装时轴应缩进 2mm 故取 L1 82mm L2 60mm 为保证伸出轴长 取该段长为 60mm L3 L9 30mm 轴承宽度 B 为 31mm 为便于安装 轴长缩进 1mm 故该段取 30mm L5 L7 100mm 由钢料斗的宽度为 250mm 与节链安装时两边各缩进 40mm 剩余 170mm 初选两链轮宽度为 120mm L6 70mm 两链轮中心相距 170mm 两链轮距轴肩 60mm 剩余轴肩长度为 50mm L4 L8 160mm 该区段长度主要根据轴承之间的距离 考虑到轴上密封板 壳体法 兰和轴承 座等占据的位置 暂去两轴承内侧距离为 620mm 计算后 L4 L8 160mm 轴总长度为 792mm D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 55 60 65 70 75 80 75 70 65 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 82 60 30 160 100 70 100 160 30 3 链轮 半联轴器与轴的轴向定位均采用平键连接 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 19 由表 6 1 查得平键截面 mlhb7016 联轴器键 链轮键 ml920 4 确定轴上圆角和倒角尺寸 参考表 15 2 中推荐值 取安装链轮的轴段倒角和轴端倒角为 452 圆角为 R2 其它轴肩圆角半径取 1 6mm 5 求轴上载荷 由材料力学知识得 水平支反力 F NH1 FNH2 0 垂直支反力 F NV1 FNV2 G1 G2 F 预 其中 G 1 同一时刻提升机上行料斗中物料的重量 G2 牵引件重量 平均每米长度牵引构件的重量 25kg m F 预 圆环链上得预紧力 从第二章中可知已取预紧力为 1500N 由于链轮在轴上为对称布置 FNV1 FNV2 G 1 G2 F 预 2 已知物料的提升高度为 7m 并已求得求得单位长度提升物料单位长度 重量 q 为 6 9 kg m 取 g 10m s2 通过计算可得 2825 N mVM 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时 已知 T 713 8N m 取 6 0 轴的计算应力为 抗弯截面系数 105 1 03 in3 dW MpaTca 53 176 8 728 292 前方已选定材料为 40Cr 钢 调质处理 因 故安全 c 3 5 3 轴承选用 1 轴承选型 考虑驱动轴在的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 为了使提升机的性能达到最佳 所以此次设计选用承载能力大并有自动调心功能的调心 球轴承轴承 2217 其基本参数查表可得 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 3 19 kNFfPRp54 16 式中 载荷系数 取其中间值大约为为 1 5 其寿命为 3 20 hPCnLrh230 167 式中 轴承的寿命指数 滚子轴承 10 3 故驱动轴轴承的工作寿命约为 23330 小时 表 3 2 轴承 2217 基本参数 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 20 基本尺寸 mm 额定载荷 kN d D B rCor 85 150 36 58 2 23 5 3 5 4 驱动链轮键的设计校核 由驱动链轮轴的直径 d 为 100mm 文献 2 由表 9 4 可知 应取键的宽 b 28mm 高度 h 16 mm 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 由表 9 3 可知 c 110 MP 90 MP 键连接工作面的强度校核如下 c 3 21 MPadklTc23 3 22 b5 6 式中 T 传递的转矩 mN 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 头部罩壳的选材及连接 如图所示 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 30mm 的钢板 与电动机 减速机支座联结的 侧板采用 30mm 的筋板 法兰及支撑采用 1745 596 6 的热轧等边角钢 3 5 5中部区段的设计选材 由于本设计中的提升机提升高度达 7m 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 1745 596 6 的等边角钢 壳体采用 3mm 厚的钢板 具体结构如图所示 图 3 5 提升机头部示意 图 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 21 3 5 6 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 提升机中深型料斗参数尺寸 设计的料斗的形状如图 3 7 所示 料斗容量为 3L 对比同 类型的斗式提升机的环链选择的相关参数可知 与料斗配套使用的板链节距为 66mm 单 条破断强度 320KN 牵引件为低合金高强度板链 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 且具有其它链所不具备的诸多优势 符合所需设计的标准 因此选用板链 此次板链选型是 A22 数据可在 传动设计与应用手册 中查的 通过计 算 得出总共需要料斗 30 个 料斗间距为 470 3 6 张紧机构的设计 斗式提升机的外罩下部设有张紧装置 张紧装置的作用是保证输送带具有足够的张 力 以使输送带的和驱动滚轮之间生成必需的摩擦力 并限制输送带在各支承间的垂直 度 使输送机正常运转 在本次设计中 我使用的是螺杆式的张紧机构 其结构特点是 滚轴固定在螺旋拉紧装置的滑板上 滑板装在下部区域的导轨内 滑板是 U 形钢板内装 有调整螺母 借由下部区段上的调整螺杆的旋转 即可拉紧下部滚轴沿斗式提升机下部 区段作上下调整 张紧装置的行程在 200 到 300mm 结构紧凑 占地少 安装方便 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 22 张紧机构结构图 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 23 4 个人总结 经过差不多一个半月的毕业设计终于顺利完成了 设计的这段时间里 我充分体会 到机械设计带给我的充实与艰辛感受 从找资料到看资料 从设计的想法到草绘图纸 再从一个个零部件的设计与校核 在这途中多亏了饶洪辉老师的指导以及班上同学的帮 助才顺利完成 在设计的这段时间里让我认识到知识的重要性 要求我们在学习的同时必须注意重 点知识的积累 也温故了以前学的许多重要的课程 如机械设计 材料力学 机械制造 工艺等等 为完成这次设计 我翻阅了大量的有关书籍 并在设计过程中经常运用到 proe e Auto CAD 等制图软件 让我对此软件的操作有了更深接触 也让我越来越能熟 练的掌握和运用 总的来说 这次设计使我们在基本理论知识的综合运用及正确解决实际问题等方面 得到了一次较好的训练 提高了我们的思考 解决问题创新设计的能力 为以后的设计 工作打下了良好的基础 由于能力所限 设计中还有许多不足之处 恳请各位老师 同 学们批评指正 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 24 致 谢 在毕业设计过程中 我注意收集资料 注重实际考察 强调应用性 从而为完成毕 业设计做了良好的铺垫 对毕业设计中的难题 我及时查阅资料 虚心向老师 同学请 教 搞好搞懂每个知识点 考虑问题多方面 多角度 力争适应工程与设计人员的工作 要求 培养设计能力与严谨 细致的工作作风 也从中体会到工程技术人员所应具备的 基本素质 为进入社会起桥梁作用 知识的巩固固然重要 但能力的培养同样不可忽略 我觉得这次设计的完成 不仅锻炼了我搞设计的工作能力 培养了我独立思考的能力 解决困难的方法 并且也培养了我独立 创新 力求先进的思想 同时我认识到 无论 做什么事 只要你深入的去做 难事不难 但如果你不去用心的做 易事不易 机不可 失 我在这次的设计中倾注了大量的心血 尽一切力量争取将设计做到最好 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 在这次毕业设计期间 我得到了饶洪辉老师的悉心指导和同组同学的热心帮助 在 此期间饶洪辉老师经常主动和我交流 及时给我指出不合理之处及需要改进的地方 为 我能顺利完成毕业设计做了很多事情 本人在此对饶老师表示深深的谢意 由于本人理论知识有限 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 中国矿业大学成人教育学院 2014 届毕业设计 25 参考文献 1 运输机械设计选用手册 M 北京 化学工业出版社 1999 2 毛谦德 李振清 袖珍机械设计手册 M 北京 机械工业出版社 2007 3 吴克坚 机械设计 M 北京 高等教育出版社 2003 4 朱昆泉 许林发 建材机械工程手册 M 武汉 武汉工业大学出版社 2000 5 周建方 材料力学 M 北京 机械工业出版社 2004 6 陈从贵 张治国 食品机械与设备 M 南京 东南大学出版社 2009 7 梁庚煌 运输机械手册 M 北京 化学工业出版社 1983 8 北京建材学校 建材机械与设备 M 北京 中国建筑工业出版社 1981 9 王旭 王积森 机械设计课程设计 M 北京 机械工业出版社 2005 10 胡佳秀 机械设计零件设计使用手册 M 辽宁 机械工业出版社 2012 11 于惠力 冯新敏 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