N500提升机设计（工作机架部分）【含CAD图纸、说明书】
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华东交通大学理工学院毕业设计摘 要此毕设的任务为研究策划名为N500提升机的工作机架结构。当前，提升机为在各样工业部门中被极其普遍的使用的一类运送装备，此类机械可将物料连续、均匀的提升到一定的高度，且运输量较大，工作平稳性亦较好，拥有较久的使用寿命。此毕设基本选择理论和实际相结合的方式，了解可对该机器产生影响的一些因素，从而对该机器进行工作机架结构设计。主要步骤有：首先，要对斗式提升机的工作方式及原理有一个比较具体的了解，初步选择NE100立式提升机为参考学习对象，依据其工作方式以及一些性能，初步确立毕设的结构框架；其次，提升机工作机架结构的确立以及所采用的材料须合理，以确保该机器工作的稳定性；最后，完善整个设计，以确保该机器的工作性能符合要求。N500提升机为一台斗式提升机，主要是输送一些粉状、粒状、小块状类型的低磨琢性物料，例如：石块、水泥、粮食等谷物、煤、矿石、木屑、沙、粘土等等，并且物料的温度不得超过60度。本机的进料方式为流入式，即物料流入料斗内依靠牵引机构板链将其提升至机器顶端，之后在物料的自身重力作用下自行卸料。而工作机架结构的设计主要包括主体机构、输送方式、料斗结构等等。关键词：N500提升机，工作机架，结构设计，牵引机构2AbstractThe complete set of tasks for the research plan called N500 hoist working frame structure. At present, the hoist is used very common to a class of transport equipment in various industrial sectors, such machinery can be continuous, uniform material lifting to a certain height, and a large amount of transportation, working stability is good, has a long service life.The complete set of basic choice theory and practice, some factors have effect on the machine, so as to carry out the work of the machine frame structure design. The main steps are: first, to have a more specific understanding of the bucket type lifting machine working mode and principle, the preliminary selection of NE100 vertical lifting machine learning object for reference, on the basis of the work and performance, establish the structure of the complete set of preliminary; secondly, to establish reasonable lifting frame structure and working machine the material, in order to ensure the stability of the machine work; finally, to improve the whole design, to ensure that the working performance of the machine to meet the requirements.N500 hoist is a bucket type lifting machine, mainly conveying powder, granular, small block type low wear resistance material, such as: stone, cement, grain, coal, ore, grain, wood, sand, clay and so on, and the material temperature not exceeding 60 degrees. This machine is feed into the type, namely the material flows into the hopper by traction mechanism of chain plate to be raised to the top of the machine, after its own gravity material under self unloading. The design work mainly includes the main body frame structure, transmission mode, hopper structure and so on.Key words: N500 hoist, working frame, structure design, traction mechanism目 录摘 要1Abstract2目 录3引 言11、N500提升机总体方案规划1 1.1 概述1 1.2 斗式提升机简介及分类1 1.2.1 简述1 1.2.2 按牵引机构分类2 1.2.3 按进料类型分类2 1.2.4 按卸载类型分类2 1.2.5 料斗种类3 1.3 N500提升机设计大体规划3 1.3.1 NE100斗式提升机简介3 1.3.2 N500斗式提升机技术要求4 1.3.3 N500提升机框架设计42、N500提升机的设计计算6 2.1 链轮设计及料斗的计算6 2.1.1 链轮结构设计6 2.1.2 料斗的设计6 2.2 N500提升机输送能力的计算7 2.3 链轮轴结构83、N500提升机机架结构设计9 3.1 槽钢选择9 3.2 方钢选择9结 论10参考文献11后 记122引 言随着社会的不断进步，社会生产力与社会需求亦在不断的加大，故而在工矿、粮食等各式各样的工业部门中，各类高效率的起重运输设施被极其普遍的使用。若是没有这些器械，则必将无法达到所需社会生产力，更加无法满足社会需求。而斗式提升机亦为在各样工业部门中被极其普遍的使用的一类运送提升装备，此类机械可将物料连续、均匀的提升到一定的高度，之后再卸载到指定地点，且此类机械运输量较大、工作平稳性亦较好、拥有较久的使用寿命。在中国，有关提升机的机械科技是向前苏联引进的，时间在50年代左右，并且直至1980年左右，该机械科技没有得到任何大的改革发展。之后，随着社会的不断进步，社会需求猛然增大，为了能够满足社会要求，我国开始从国外买进了一系列的较为先进的提升机，继而令中国的此类机械科技得到了较大的发展，例如：TD、NE等系列的斗式提升机的设计制造。可是因为此机器的制造水平、原材料、产品制造方案以及加工工艺等等各方面因素，令该类机械在现实中的工作能力以及一系列的性能较世界上的比较先进的技术依然有一段不小的距离。此毕设的任务为研究策划名为N500提升机的工作机架结构。N500提升机为一台斗式提升机，主要是输送一些粉状、粒状、小块状类型的低磨琢性物料，例如：石块、水泥、粮食等谷物、煤、矿石、木屑、沙、粘土等等，且规定物料的温度不得超过60度。此机器的进料方式设定为流入式，即物料流入料斗内依靠牵引机构（板链）将其提升至机器顶端，之后在物料的自身重力作用下自行卸料。而工作机架结构的设计则主要包括主体机构、输送方式、料斗结构等等。设定该机提升最大重量为500KG,提升速度为8M/MIN，最大提升高度为5M。此毕设基本选择理论和实际相结合的方式，了解可对该机器产生影响的一些因素，从而对该机器进行工作机架结构设计。主要步骤有：首先，要对斗式提升机的工作方式及原理有一个比较具体的了解，初步选择NE100立式提升机为参考学习对象，依据其工作方式以及一些性能，初步确立毕设的结构框架；其次，提升机工作机架结构的确立以及所采用的材料须合理，以确保该机器工作的稳定性；最后，完善整个设计，以确保该机器的工作性能符合要求。此毕设选取N500斗式提升机为任务，是因为此类通用机械可锻炼学生解决或发现实际机械问题的能力，并且可以让学生对将近四年的大学生涯所学知识进行一次综合使用，亦锻炼了学生思考问题以及绘图的能力,可以说是极具有意义的。21、N500提升机总体方案规划 1.1 概述这次毕业设计的任务是设计出N500提升机的工作机架部分。作为一名在校学习四年的学生，单独设计出这样一个东西还是有难度的，学校教给我们了理论知识，但我们缺乏去实际应用，这样一种机械，从来没有接触过，刚开始也是摸不着头脑，查阅了很多相关资料，但是去设计还是一头雾水，一种东西凭空想象是很难的，逐渐在老师的指导下，最终我决定采取理论与实际相结合的方式来进行研究设计，同时一些老旧型号的提升机会存在一些问题，此次设计时针对这些个小问题进行解决，例如普通老式提升机整机移动不便，需配合使用拖车等问题。首先是要对这类机械有一个大致的了解，包括了提升机的大体构造，工作原理等，空洞的研究理论数据是无法得出结论的，因此选择了一个参考对象，有据可依，选定NE100型立式提升机为设计模板。初期通过在网上翻阅各种资料，大致确定出整体的设计，整体机械尺寸，各构造组成部分，各部分之间是如何配合工作的，以及正确的选择合适的制作材料，完成了初步制定工作之后，积极与老师沟通自己的想法，确保这个思路是正确可行的，以上各方面都需要认真研究，这样才可以保证最终的设计有良好的机械性能，可以平稳运行，顺利完成整个设计。 1.2 斗式提升机简介及分类 1.2.1 简述在科技迅速发展的今天，提升机的技术也日益成熟，最初的设计可能只能提升小质量的物体，大多数可能还需要人力来做，曾经工厂各种依靠人工做的如今都可以依托机械完成，现如今的提升机可以轻松完成各类任务，大角度，大质量的工程也不在话下，这类提升机主要用于竖直方向或有一定坡度的地方将物料提升至目的地。从操作方面说，刚开始设计的避免不了繁杂的操作方法，而如今是21世纪，逐渐将计算机与各种事物结合，提升机也不例外，逐渐使用电子屏幕操纵，相对而言更人性化、自动化。这种机器通常置物料于物料斗中，料斗连接着牵引机构，主动轮带动整体运作，物料就被均匀、平稳的运载到指定高度，接着将其卸载至目的地。相比于其他机械设备，斗式提升机具有以下优点：结构简单，使用方便，工作效率较高，所需工作面积小，运输量较大。提升机如今不仅仅在工厂使用，像港口码头也应用很多，用来提升集装箱等大型物品，逐渐应用在各领域，通过使用这种机械，来节省大量的人力物力。不光工业方面使用的很普遍，现在食品业也采用了产业链式的生产，这种设备也是必不可少。 1.2.2 按牵引机构分类按照牵引机构分类，该机械设备可以归为三大类，分别为皮带、板链和环链。三种类型中整体结构最为简单的就是皮带，皮带与料斗附近的连接部分使用螺钉连接，为了防止螺钉、螺母的松动，在其中可以加入弹性垫片，从侧面观察，将皮带与料斗长度相比较，皮带比其长约35mm至40mm。在实际应用中橡胶带分为普通胶带跟耐热胶带两种，当运输的物料温度不高于60度时可以选用普通胶带，而耐热胶带却最高可以承受150度的温度，此类提升机相对制造成本较低，整体设备重量小，运行较为平稳。噪音较小，能够适应较高的运行速率，工作时不容易损耗材料，不过也不能运送硬度过大的物质，运送装置与牵引装置的相互连接的作用力很小，因为该机构的运输力是依靠磨擦产生的，所以皮带初始状态必须是紧绷的。综合考虑，制造出的板链需要整体质量轻，材料的耐磨损能力好，所以一般情况下选用45钢来制作板链，45钢能够承受的速度较小，牵引机构与运输机构采用螺钉连接在一起，这样使得运输部分更加稳定。一般使用双链结构连接，当使用的料斗宽度较窄时，普通的双链结构无法正常使用，这时可以采用单链连接的方法来提升料斗，该类提升机最高可以提升250度温度的物料，这类机械结构紧密牢固，使用寿命较长，但是此类机械的连接处的每节链节之间易发生相互磨损，造成该处的结构易损坏。环链和链板的性质是相似的，它的结构和生产是简单的，料斗之间的连接也非常稳定，链不容易损坏，但是每节链环之间的接触位置，由于相互作用力，十分容易造成损坏，故而链的强度会下降。 1.2.3 按进料类型分类按照进料类型的不同，斗式提升机可以划分为挖取式、注入式以及混合式三种方式，如下图1所示。这三种方式的选择取决于料斗间的间距以及被运输物质的状态，当提升料斗间隔较大时应当选用挖取式进料，这种方式适用于运载小形状物体、粉末状或者相对运动型较好的物质，运行这种方案的提升机速率不小于120m/min；当进料方案选择注入形对运载过程要求比较严格，只有被运输物质平稳、均匀流入料斗中时才可使用；当进料情况较为复杂，这时不能单一使用上述两种方案，应当采取混合式方案进行运输。 图1进料方式（左为挖取式进料，右为注入式进料） 1.2.4 按卸载类型分类相似的，将机械按照卸载类型进行归类，可以划分为重力式、离心式和混合式三种方式，这三种方式的区别还在于这些方案之间料斗的运行速度不同，如图2所示。重力式卸料通常运输提升形体较大，例如原矿石，煤块磨琢性较大的物料，这种方案的运输速率较低（通常为24m/min到48m/min），由于卸料时仅依靠物料自身的重力作用，所以通常使用该方案的物料抛出位置相对较低，想要加高位置，只能通过加高机架，使机头位置提高，优点在于易装载物料。离心式卸料相对于重力式提升速度加快较多，运行速率快（通常为60m/min到120m/min），但这种方案适宜运输小颗粒，例如粮食，碎小的石块，化肥，粉状等相对运动性较好的物体，由于所载物料通常体积较小，可能在卸料时附着在料斗侧面或者底部，因此该种方案在料斗的制作上有一些特殊改进，料斗底部可以进行刺透，制作出一些小孔，这样在进行卸料时可以尽可能的使物料排尽，从侧面增加了整体工作效率；当现实情况复杂时，就需要两种方案相互配合，选用混合式进行工作。 图2 卸载类型（左为离心式卸料，右为重力式卸料） 1.2.5 料斗种类该提升机的料斗也是极其重要的组成部分，料斗用于装载物料进行运输的装置，有着其独特的作用，因此在面对不同种类的装载物质时，料斗的选择也是多种多样的。料斗大致可以分为三种形状：浅型斗、深型斗、三角型斗。深型斗如名字所示，料斗的深度比较大（通常为65），斗口底部所成角度较大浅常用于装载块状、松散的物体，比如木块、煤炭块等。浅型斗同理其斗内部的深度较浅，斗口后壁所成角度较小（通常为45），由于其较浅，装载的物体较少，适宜装载运动型较好的小型颗粒或粉状物质，类似沙土等。神斗与浅斗在设计时，侧边与底面连接所形成的面设计为平滑的圆弧，这样就可以减少了物料在卸载时倾泻不完全的情况。三角型斗的整体形状跟前两种不太相似，这种物料斗没有明显底面，几个侧边直接在底面相交，构成一个尖角的形状，适宜运输的种类较多，该种料斗通常卸料时为物料自流型的，即仅依靠物料自身重力从料斗中卸出。 1.3 N500提升机设计大体规划 1.3.1 NE100斗式提升机简介这类提升机是可以提升大质量的物料的一种机械装置，所适宜运输的物料是相对小体型的物质，例如各种粉状、小颗粒的物块，类似粮食，化肥等，在如今农业、工业使用相当普遍。该型号提升机依靠重力式卸载，所能运输物料的范围较广，对物料没有特殊要求，一般类粉状、小块物体以及磨琢性较大的物体都可以使用该型号机械，最高承受温度可以达到250度；这个机械采取流入式进料方案，依靠自身重力将物料投放至目的地。整体上看，机械采取了多密度、大容积的料斗方案，依靠较为紧密的分布结构，来减少出现回料的情况，使整体的机械效率增加，正因如此，整体所耗的功率也较其他类型的减少，例如其与环链提升机相比较，前者功率大约仅为后者的70%；该机械链条的选择有很多，最好的选择是使用套筒滚子链，这种链条使用45号钢制成，具备了其独特的优点，强度较高，在耐磨方面性能也是极其优秀，板链结构如图3，图4，这两方面决定了这个设计使整体的使用寿命大大增加，该提升机结构简单，占地面积小，方便操作，容易维修，整体制造成本低，深受各大工厂的认可。此机械技术参数与板链参数如下表1： 图3 板链的构成图4板链的1.3.2 N500提升机技术要求此这次毕业设计需要设计出N500提升机的工作机架部分。根据题目的要求，本次设计的该型号提升机属于斗式提升机类型，任务要求主要运输粉状、小颗粒等磨琢性低的物质，设定这个机器是流入式进料，在机器底部，被运载物料通过进料口流入料斗，料斗跟随链板一起运动，整体以平稳、均匀的速度从下面运动到机架头部，最后料斗内的物料由于自身重力，会从料斗中倾泻出，进入目的容器。整体工作机架的设计主要涵盖了以下几个方面：机械整体机架、运输方式、料斗构造设计等。任务书中设定了该机械提升的最大物质质量为500kg，提升速度8m/min，物料提升高度最大为5m。此次设计的提升机有以下优点：1.提升机的物料装载方案选择流入式，卸载时借助了物质自身的重力作用，通过这两点的选择可以极大程度上避免工作中的回料现象，料斗内的物料不会出现大比例的滞留斗内，从侧面提升了整体机器的效率，避免了做一些无效功；2.机器整体密封性好，只留有进料口出料口和通风口可以通透，因为运输的物料大多数为粉状以及小块状颗粒物，这样可以保证运输过程中不会出现物料洒出的扬尘现象，尽可能减少了作业场地周围的环境污染；3.选用板链作为该机械的牵引机构，这样使得整体结构更为牢固，机体运行平稳高效。整机工作原理：首先接通电源，整机开始运行，物料直接通过进料口流入下链轮下方的料斗内，然后上部电机带动板链运动，因为料斗固定在板链之间的，故而料斗会平稳向上提升，提升高度绕过机头部分后，依靠物料的自身质量作用会从料斗内流出，经过卸料口到达指定容器，然后空的料斗继续向下移动，到达进料口后重新装填物料，循环往复，形成一个可以平稳、匀速工作的闭合回路。 1.3.3 N500提升机框架设计根据前边的初步分析跟大体设计，现在构思出了N500提升机的整体机体框架：支架部分采取倾斜式的支撑，即倾斜方向的支架与底面构成角度大约为38，上下链轮中心距为3.8m，顶部上链轮的中心位置距水平地面的距离为5m：为减轻整体机架的质量机体竖直的支架材料采用中空槽钢，支架与其余机体之间使用螺钉固定连接；机架的底部需要承受整个机械以及运载时物料的重量，因此材料选用承重能力好的方钢，底部与其他机体之间使用焊接方式来连接；为了使该机械拥有良好的活动能力，可以方便整机移动，在其机架底部安装上橡胶活动轮，同时为了工作的安全考虑，车轮需加上自锁功能，防患机体在工作时发生侧滑移动；在皮带和板链之间选择，选用皮带时的成本低廉，整体质量轻，但是缺点也很明显，若负载较大时，容易造成皮带的撕裂，机器长时间工作之后，皮带容易偏离原来的位置，容易酿成灾祸，通过考虑负载的质量、整体结构的稳固性和安全性，与料斗相连接的牵引机构采取板链，虽然成本提高了，但是可以使提升机长时间稳定高效的工作，板链的型号与结构参考NE100型提升机板链部分；料斗的形状选择为三角型斗，整个构造需要自己查阅资料进行设计；这里，我们选择使用流入式这一方案作为进料方法，通过物质本身的质量来进行卸料；整体外壳部分我们采用钢板进行加工，钢板的厚度选用1mm，机架的底部方钢上固定有下琏轮轴，它们之间通过支撑板固定，三个部件在机架上部分这里会构成一个三角型上链轮轴，支撑板和槽钢支架三者进行相互支撑。在整机上下部，需要开通通气孔，假设整体机械是密封的，在运行过程中，机体内会产生压力差，若是密封性太好，那么运输粉尘类物质时可能会造成扬尘，不仅对物料是一种浪费，还有可能会造成环境的污染，运行过程中可能会有突发状况发生，例如突然停电或者有异物突然卡住，导致我们现实中的整机工作必定会发生中断现象，在运行时，一部分料斗处于载物状态，而另一部分则是没有载物的空料斗，由于重力原因，运输机构势必会发生回转现象，这里出现是十分危险的，因为这个回转运动是加速运动，可能会发生机器损坏或者人员伤亡等重大事件，因此在驱动装置部分，应当加入防逆转装置来预防此类事件的发生。 7华东交通大学理工学院毕业设计2、N500提升机的设计计算 2.1 链轮设计及料斗的计算 2.1.1 链轮结构设计在前文中，已设定N500提升机的板链选择与NE100提升机的型号大致相同，运用这种型号的链板各种指标数据可以得出我们所需要的东西，下边就是计算上下两链轮的分度圆直径，步骤如下；设链轮齿数取为z=11，链条每节之间的距离P=200mm，那么：；所以可以得出齿顶圆直径为：；齿根圆直径为：；齿根圆弧最大半径为：；齿边倒角圆弧最小半径为：；齿边倒角为：。参考我们所选择的NE100提升机的板链部分，和N500的整个机械的外形大小，实际应用上的链轮宽是170mm，齿宽是43mm，齿顶宽是23mm，轮弧外径是260mm，轴孔直径是146mm，键宽是36mm，键深是154.4mm，并设有6个直径为80mm的减重孔。链轮材质选用ZG310570，整体调质，HB229269，齿面淬火，HRC4048。 2.1.2 料斗的计算依据前文中链轮的各个技术参数，我们可以使用proe画图软件来将整个牵引机构画出来，在软件中将链轮与板链相互连接，从图中可以测得上下链轮的中心位置相距是6.3m，此时采用64节链条相互连接，整个系统满足设计所需的性能，各部分之间可以完全配合。根据之前的推论，上链轮中心距离下链轮中心距离为6.3m，因为整体机构斜支架跟水平面的夹角是38度，所以从垂直角度看，上下两链轮的中心位置间距L1=6.3*sin38=3.8787m，从水平位置看两链轮中心位置距离为L2=6.3*cos38=4.9645m。从前文中我们设定了整个机械上装有16个料斗，同时处于负载状态的料斗有6个，每一个料斗之间我们设定它们相互间隔40mm。依据任务书中要求的负载物质，可选取铁矿石作为我们的待运货物，查阅相关资料，我们可以得到铁矿石这种物质的容重是1.82.0t/m，所以选择2.0t/m来进行下面的各种算数。物料填充系数值小于1，查阅表格得到了铁矿石填充系数为=0.85。故而从下列算式可以计算出设计的料斗容积：；我们假设料斗容积是0.048m，料斗的侧面是一个三角形，我们可以设定这个三角形的侧边是400mm，高是300mm的一个直角三角形，每个料斗的宽度设定为800mm。为了防止铁矿石等硬度较大的物料在进料跟卸载时对料斗造成冲击损坏，料斗需要高强度的材料制做，因此选用2mm的钢板作为料斗的材料，将这些钢板焊接拼成料斗。 2.2 N500提升机输送能力的计算翻阅相关资料，查找出关于衡量提升机的运输能力的算法：q=（i/a）；上述算式中，q指的是提升机的单位长度载荷量，单位为kg/m；i指的是料斗容积，单位为L；a指的是提升机斗距，单位为m；指的是物料容重，单位为t/m；指的是物料的填充系数。所以该机械单位长度载荷量大小为：q=（0.048/0.4）2.00.851000=204kg/m。运输能力值与q以及运输速率有关，其公式如下：Q=qv；从上文中可以得到v=8m/min，q值也在上文中得到，故而Q=2048/60=27.2kg/s=97.92t/h。与NE100提升机的输送能力的相比较，得到的数据小于它，所以在我们设计的N500提升机中可以使用NE100的链轮和板链。实际的运输中，由于不稳定的外界因素，例如在供料时可以有不均匀的现象发生，所以用以下的公式计算实际的运输能力：Qs=Q/K（K取1.21.6）； 2.3 链轮轴结构从结构上看，整个链轮轴可以分为5部分，我们对其每部分进行标号，按照从左到右的顺序分别为abcde，。轴段a所处位置是用来安装套筒和轴承的，为了方便轴承的支撑，它的半径45mm，整体长度是221.1mm，左边端头部分倒角4mm45；轴段b的位置用来进行链轮的安装，在上部分有一键槽，键槽的尺寸为3620，半径为73mm，长度为168mm，右侧端头留出一个位置用来作为退刀槽，它的深度为3mm；轴段c长度时721.8mm，半径为78mm；轴段d同样作为链轮的安装处，上方留有键槽，键槽尺寸3620，它长度和半径与轴段b相同，左侧端头留出一个位置作为退刀槽，深度同样为3mm；轴段e同a部分相同，用以套筒和轴承的安装，为了方便轴承的轴承，其长度以及直径与轴段a一样，右侧端头倒角4mm45。在材料的选择时需要综合考虑整体受力以及该材料是否可以跟整体的力学性能相匹配，故选取45号钢，并对其进行淬火加高温回火处理。9徐世康：N500提升机设计（工作机架部分）3、N500提升机机架结构设计 3.1 槽钢选择槽钢还可以称为热轧槽钢，Q235A是制造槽钢时的重要材质，查阅相关资料，可以找到该物质的屈服极限是235Pa。压强相关计算算式如下所示：P=F/S；算式中F代表了重力，S表示材料受力的横截面积，P表示材料所受压强。通过粗略的计算，加上前文中所算的各种重量，可以得到整体机械在满载时整个的质量不大于2000kg。使用这个临界值2000kg带入下列算式进行运算，便可以计算得到该槽钢的横截面积：S=F/P=（20000/235）/4=21.28cm；查阅资料，寻找出可以满足支撑条件的型号，最终选定14b型号的槽钢，它的技术参数如下表2： 3.2 方钢选择整个机架的底部选用的材料为方钢，我们已经推算出整体工作满载时质量不大于2000kg，需要查阅表格寻找合适的型号满足整体的支撑要求，最终选定100100的方钢，它的技术参数如图表3所示：104、 槽钢支架强度计算用14b槽钢，四根竖着放，求该支架能承受的重量F。 截面特性：Ix=564cm4, Wx=80.5cm3, Iy=53.3cm4, Wy=13.0c
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