【机械毕业设计】脱水斗式提升机设计【含全套CAD图纸和WORD说明书】.pdf

G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 1 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 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 2 输送能力 Q 50 t h 料斗容量 i0 85 L 料斗间距 ao 800 mm 料斗宽度 B 1000 mm 物料类别 矸石 堆积密度 1 6t m3 提升倾角 a 60 提升高度 H 15 2 m 1 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 2 1 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 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 3 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 2 2 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 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 4 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 2 3 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 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 5 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 12 1 2 Fh WCh WCfAR 2 1 2 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 max 2 2 9550 1000 T T p i F dv 2 2 3 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 QFn 2 3 4 销轴 销套摩擦副寿命计算 3 1 2 31 1 91500 13 2 p r L c c czipp T pvipd 2 4 1 2 Afc r F KFF p A 2 5 11 2 Ad b 2 6 5 磨粒磨损计算 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 1 1 1 rK p v 2 7 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 6 N a F VK H 2 8 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 2 1 6 f 综合摩擦系数 0 14 0 16 A 啮合损失系数 1 0 1 3 p 节距 mm dT 斗式提升机头部链轮节圆直径 mm iT 驱动系统总速比 S破 链条极限拉伸载荷 N Fmax 最大尖峰载荷 N n 安全系数 n 许用安全系数 一般取 4 8 T 输送链的磨损使用寿命 h A1 铰链承压面积 mm2 d1 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 Fc 链速较低可忽略 Ff 悬垂拉力 有轨道承载可忽略 负荷率 c1 销套销轴摩擦系数 c2 节距系数 c3 齿数一速度系数 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 7 Lp 链长 以节数表示 v 链速 m s z1 齿数 i 传动比 p p 许用磨损伸长率 r 磨损率 K1 工作条件系数 需由实验取得 p1 摩擦面表面压强 Mpa v1 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 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 8 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 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 9 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 2 4 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 Fc的前提下 输送链条的紧边张力松边张力 F1和 F2 图 2 4 输送链所受的张力 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 10 2 0C Fq v 2 13 2 10000 cossin mm Fqqf LaqqLaq v 2 12 2 20000 sincosFqaq fa Lq v 2 13 式中 qm 为输送链及其附件单位长度重量 kgf m q0 为所输送物料在单位长度上的重量 kgf m 因为 0 f 0 2 且 60o 0 50 1000 16 716 7 0 16 60 m m Q qq v 所以 12 FF 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 F1 所以输送链条 承受着交变载荷 如图 2 5 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 2 6 所示 这些动载荷包括有 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 ma 式中 m 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 2 22d d FJr dt 式中 J 为从动系统转化到从动轴上的转动惯量 2 d dt G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 11 为从动轴的角加速度 r2为从动轮的分度圆半径 3 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 其中后二者的影响更大些 见图 2 6 中的 Fd 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 2 2 4 Q d N mm2 2 12 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 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 12 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 250 350 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 HRC40 45 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 1Crl3 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 1Crl3 钢 2 4 提高脱水斗式提升机输送量的技术分析 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 13 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 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 1 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 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 14 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 2 7 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 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 15 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 2 8 所示 图 2 8 物料在导料板上的运动及受力分析 由受力分析知 物料颗粒群沿导料板运动时 在导料板切向只有下滑力 F1和摩擦力 F2 将重力 G 分解 得 F1 Gsina F2 Gcosa F3 fGsina 2 13 沿导料板方向 建立平衡方程 2 23 sin cos 426 sss v kCddfg 式中 G 物料重量 N 3 6 ss Gdg f 物料与导料板的摩擦系数 ds 颗粒群的当量粒径 mm s 物料的密度 kg m 3 空气的密度 kg m 3 取 1 2 kg m3 C 空气对物料的综合阻力系数 k 与颗粒形状 粒径 ds与管径 D 比值及颗粒群等因素有关的综合 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 16 系数 所以 物料沿导料板的下滑速度为 sincos 4 3 ss df vg kC 2 1 4 由式 2 1 4 知 物料的下滑速度与物料的粒径 密度 形状系数 导料板倾角 摩擦系数等因素有关 可见当输送物料一定时 导料板倾角 a 与物料下滑速度 v 的关系非常明显 当 a 较小时 装满系数值 也较小 随 着 a 增大 下滑速度 v 值增加 则物料的流量增加 使 值增加 但当 a 较 大时 由于 v 值较大 而物料的动能则更大 此时物料已进入料斗的物料产 生较强烈的碰撞 除造成物料破损外 还会使料斗中的物料飞溅出来 从而 降低装满系数 而通过导料板调陡或调平 可使物料正好落入向上运动的料 斗中 并使物料与料斗之间无剧烈碰撞发生 既可降低脱水斗式提升机能耗 减少颗粒物料的破损率 又可提高料斗的装满系数 提高产量和效率 达到 一机多能的目的 2 装料方式 料斗的装料方式有 顺向进料和逆向进料两种 顺向进料 加料方向与料斗运动方向一致 当物料进入机座时 碰到料 斗的背面 因此 物料与料斗相遇时 不能直接进料 只有当料斗将物料向 前推移时才开始装料 当料斗脱离物料时 即完成了装料过程 逆向进料 加料方向与料斗运动方向相反 当物料从进料口流入机座时 即与料斗迎面相遇 这时物料就能直接流入料斗内 因此装满系数较大 机 座内积余物料较少 大大减轻了料斗在机座内推移积余物料的阻力 从以上两种装料方式可以看出 顺向进料不利于料斗的装载 降低了装 满系数值 增加了料斗运动阻力和电耗 为了克服这个缺点 可以使进料口 低于张紧轮的水平轴线 缩小物料在机座内从进料口到被料斗推移至装料点 的距离 逆向进料时 为增加料斗直接进料的机会 进料口应高于张紧轮的 水平轴线 在实际生产中 提升机的进料方式根据工艺而定 实践证明 应尽量考 虑逆向进料 可大大提高脱水斗式提升机的生产率 特殊情况下便于工艺安 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 17 排 也有采用顺向进料或混合进料 但实际生产中应注意顺向进料时进料口 的位置 2 4 2 料斗的提升过程 料斗在提升过程中如果不能稳升 就会造成撒料现象 从而增加功耗 降低生产效率 理论和实践证明 引起料斗撒料的原因有如下三种 料斗的 振动 料斗的扭转及其它原因 1 料斗的振动 料斗的振动使料斗顶部的物料落回机座 生产实践证明 料斗振动时间 越长 振动频率越高 振动幅度越大 则撒料越多 而引起振动的原因有两 种 自身原因引起的振动和环境原因引起的振动 料斗的自身振动来源于机上转动部件的重心与旋转中心不重合 形成惯 性振动 当机器惯性振动频率与其固有频率相同时 又会引起较大振幅的共 振 使牵引件大幅度摆动 造成大量撒料 为使上述现象不发生 在设计安 装时 应使头 底轮的重心与其旋转中心重合 而不产生惯性振动 工厂有很多振动设备 不可避免产生振动而传递到斗式提升机 解决方 法是给脱水斗式提升机加上隔振装置 橡胶垫或弹簧 2 料斗的扭转 料斗以一个侧面固定在斗链上 在料斗及斗内物料重力作用下 对斗链 产生一个力矩 使料斗偏转一个角度 见图 2 9 如果 角过大 将会撒 料 同时在提升过程中会使料斗产生摇摆现象 如摆幅过大 则料斗有可能 与机外壳相碰 造成料斗破坏 大量撒料 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 18 图 2 9 料斗扭转时受力图 要使料斗一点不偏斜 不摇摆是不可能的 但是把料斗的转扭角 和摆 幅限定在一定范围内则是完全可以做到的 在一般情况下 把料斗的扭转角 限制在 2o以内就可以满足料斗稳升的条件 于是 根据料斗装料后受力状 态如图 2 1 0 所示 以 O 点为支点可列出平衡方程 1sinn S hGe 2 sin n ShhrGe 2 sin n mge S hhr 式中 Sn 料斗下端斗链张力 N G 料斗与斗内料的重量 N e 料斗与斗内物料重量的重心到料斗上端斗链张力作用线的距 离 也称料斗重心偏距 11 34 eA A 料斗的凸度 见图 2 10 h 料斗全高 mm h2 料斗安装孔高度 mm r 料斗底圆半径 mm h1 料斗后壁底端到安装孔高度 mm 料斗扭转角度单位 g 重力加速度 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 19 图 2 1 0 料斗尺寸 由上式可以看到 降低牵引件最小张力并且使 保持在2o以内的措施是 料斗跨度 A 不易过大 安装孔不易过高 料斗不易过高 应尽量采用轻质料 斗 3 其他原因 如斗链接口不平 料斗安装不当等 解决办法 合理设计 合理装配 2 4 3 卸料过程 脱水斗式提升机的卸载是料斗由斜线上升运动变为曲线段的旋转运动 即料斗绕上驱动链轮后 物料由于受到重力和离心惯性力的同时作用 物料 从料斗中被抛出 在空间运行一段距离后 落到带式输送机上 完成卸载 从料斗的运动情况可知 料斗内的物料表面上任意一个物料颗粒 M 同 时受到重力 mg 和离心惯性力 mr 2 的作用 这两个力的合力p 若延长合力 p 的作用线并与链轮垂直中心线相交于 P 点 则此点称为极点 见图 2 11 图 2 12 图 2 13 极点 P 到回转轴心 O 的距离 h 称为极距 图 2 1 1 重力卸载 图 2 1 2 离心惯性力卸载 图 2 1 3 混合卸载 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 20 极距 h 可从 ABM 和 PMO 的相似关系中求得 22 hmgmgr rmrmv 2 2 gr h v 将 30 rn v 代入上式 2 895 h n 式中 m 料斗内物料的重量 kg g 重力加速度 m s2 v 分别为料斗内物料重心的角速度 线速度 1 s m s r 回转半径 即从料斗内物料重心M到链轮中心 O的距离 mm n 链轮每分钟转速 r min 由上式可知 极距 h 的大小与链轮转速 n 有关 而与料斗在链轮上的位 置无关 料斗在链轮圆弧区段中任意位置上 物料颗粒 M 所受合力口的延长 线都通过极点 P 随着转速 n 增大 极距 h 迅速减小 此时离心惯性力 mr 2 增大 反之 当转速 n 减小 极距 h 迅速增大 而离心惯性力 mr 2 减小 当 链轮的转速 n 一定时 极距 h 就是确定的数值 从而也决定了卸载方式 若 链轮半径为 rc 料斗外缘半径为 rc 从图 2 11 图 2 12 图 2 13 中可以 看到 极距 h 的大小决定了不同的卸载方式 当极距 h 大于料斗外缘半径 ra时 见图 2 11 极点 P 的位置位于料斗 外缘的圆周以外 重力 mg 的数值大于离心惯性力 mr 2 的数值 料斗内的物 料颗粒将主要在重力作用下沿着料斗的内壁运动而被卸出 因此 这种卸载 方式称为重力卸载 当极距 h 小于链轮半径 rc时 见图 2 12 极点P 的位置位于链轮的圆周 以内 离心惯性力的数值远大于重力 mg 的数值 料斗内的物料都沿着料斗 的外缘运动和抛出 因此 这种卸载方式称为离心惯性力卸载 当极距 h 小于料斗外缘半径 ra而大于链轮半径 rc时见图 2 13 此时极 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 21 点 P 的位置位于链轮的圆周和料斗外缘的圆周之间 在这种情况下 料斗中 处于 ra h 部分的物料颗粒将沿着料斗的外缘被抛出 属于离心惯性力卸载 处于 h rc部分的物料颗粒将沿着料斗的内缘被卸出 属于重力卸载 此种 卸载方式中既有离心惯性力卸载也有重力卸载 所以称之为混合卸载 从以上分析的情况来看 为防止灰尘飞扬 到处散洒 采用离心惯性力 卸载方式显然是不合理的 采用重力卸载方式还是采用混合卸载方式 还要 进一步分析后才能确定 一般情况下脱水斗式提升机采用重力卸载方式 3 脱水斗式提升机设计理论基础 3 1 原始数据及工作条件 脱水斗式提升机的设计计算 须有下列原始数据及工作条件资料 1 物料名称及输送能力 2 物料性质 包括粒度及粒度组成 堆积密度 温度 粘度 磨琢 性 腐蚀性等 3 工作环境 露天 室内 干燥 潮湿 环境温度和空气含尘量大 小等 4 装料和卸料方式 5 脱水斗式提升机布置形式及相关尺寸 包括输送机长度 提升高 度和最大倾角等 3 2 脱水斗式提升机设计计算 3 2 1 输送能力的计算 脱水斗式提升机的物料装在料斗内 并连续地由机尾提运到机头 由于 料斗在链板上的间距是均匀的 则物料可以认为是均匀地分布在整个料斗的 重段上 脱水斗式提升机输送干物料时 输送能力为 0 0 3 6 i Qv a t h 3 1 式中 0i 每一个料斗的体积 L 0 a 相邻两个料斗的距离 m G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 22 物料的堆积密度 t m3 v 斗链速度 m s 料斗的装满系数 计算输送能力时 按 0 5 0 75 选取 计算电动机功率时 考虑到脱 水斗式提升机挖料 装载和洗选机排料的不均匀性 一律按 0 9 计算 输送湿物料时 输送量为 1 p Q Q W j t h 3 2 式中 Q 输送干物料的能力 t h p W 物料中含水的百分数 对中煤平均值取 p W 20 对矸石平均 值取 p W 22 3 2 2 张力及功率计算 脱水斗式提升机所需的驱动装置功率 取决于提升过程中需要克服的一 系列的阻力 其中主要有 1 提升物料沿斗链运行方向的重力分量 2 斗链与导轨之间的摩擦阻力 3 当斗链绕过星轮或滚轮时 链条关节处及轴颈处的摩擦阻力 4 斗子挖取物料时的阻力 以上各项阻力用逐点计算法进行计算 一 阻力计算 脱水斗式提升机布置如图 3 1 所示 1 2 3 4 各点拉力分别用 1 F 2 F 3 F 4 F表示 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 23 4 3 2 1 H L 图 3 1 脱水斗式提升机计算简图 1 回空段阻力 W1 2 q0 L cos sin q 0 Lh H 3 3 2 承载重段阻力 3 40101 cossin h Wqq LqqLH 3 4 3 斗子挖取物料阻力 1 3Wq A 3 5 4 斗链绕过尾部滚轮时 轴颈及链条关节处摩擦阻力 2 32 0 1WF 3 6 5 斗链绕过头部方轮的阻力 4 1014 WKFF 3 7 以上各式中 W1 2 W2 3 W3 4 W4 1 分别为各特征点间的运行阻力 N WA 料斗挖取物料时的阻力 N q0 斗链每米自重 0m qqg N qm 斗链每米质量 kg m q1 每米长度上输送物料计算重量 1 3 6 j Qg q v N 3 8 g 重力加速度 m s2 L 脱水斗式提升机倾斜长度 m G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 24 脱水斗式提升机倾斜角度 度 Lh 脱水斗式提升机水平投影长度 m H 脱水斗式提升机垂直提升高度 m 斗链与导轨的摩擦系数或阻力系数 对于带滚轮的斗链 其阻力系数按下式计算 2kd D 3 9 式中 k 滚轮在导轨上的滚动摩擦系数 取 0 05 D 滚轮外径 mm d 销轴直径 mm 销轴与滚轮内孔间的摩擦系数 取 0 4 考虑部分滚轮不转的系数 取 1 2 斗链绕过头部方轮时 轴承处斗链销轴与销套之间摩擦所产生的阻力系 数 以 K0表示 00 0 0 dd K D 3 10 式中 d0 双列向心球面滚子轴承内外圈的平均中径 mm 0 双列向心球面滚子轴承摩擦系数 取 0 004 d 斗链销轴直径 mm 斗链销轴与销孔或套之间的摩擦系数 取 0 4 D0 方轮节圆直径 mm 各种阻力计算出厚 就可计算斗链的张力 由于脱水斗式提升机安装倾 角大 最小张力发生在点 2 的斗链上 从最小张力点 点 2 开始逐点计算 最小张力 F2 初张力 起张紧链条的作用 按经验以 3m长度斗链的重作为 处张力计算依据 或选取初张力 二 各点张力的计算 F2 3m斗链自重 初张力 3 11 322 3 FFWW A 3 12 433 4 FFW 3 13 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 25 121 2 FFW 3 14 3 2 3 斗链强度的验算 强度验算只需验算单条斗链即可 单条斗链上的拉力S为 4 2 FF Sc 3 15 式中 4 F 斗链上最大静拉力 N c 双链牵引时 负荷不均匀系数 一般取c 1 2 F 斗链的动拉力 10 max 3 qc q FLa g 3 16 式中 1 q 每米物料重 N m 0 q 每米斗链自重 N m c 斗式提升机长度系数 取 c 2 L 斗式提升机长度 m g 重力加速度 m 2 s max a 斗链最大加速度 22 max 2 2v a z t 3 17 式中 z 斗式提升机头部星轮的方数 t 斗链节距 m v 斗链速度 m s 由于式 2 15 计算所的单条链上的拉力S若小于斗链最大拉力的允 许值则安全 即 SS 破 式中 S 破 单边斗链允许最大工作拉力 3 2 4 功率计算 脱水斗式提升机驱动轮上的圆周力 0414 1 PFFW N 3 18 脱水斗式提升机驱动轴功率为 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 26 0 0 1000 Pv N kW 3 19 电动机功率 00 0 12 1 01 11 0 94 0 96 NN NKN kW 3 20 式中 K 功率储备系数 2 JO电机 K 1 4 Y型电机 K 1 0 1 NGW J 减速器传动效率 取 0 94 2 套筒滚子链传动效率 取 0 96 3 2 5 驱动装置选择 驱动装置系统是电动机通过柱销联轴器与 NGW J 型行星齿轮减速器连 结 再通过套筒滚子链和大链轮驱动斗链工作 为了达到斗链平均速度为 0 16m s 或 0 27m s 驱动器的转速为 0 60v n zt 3 21 式中 0 n 斗式提升机驱动轴的转速 r min v 斗链平均速度 m s z 驱动轮的方数 图 3 2 驱动装置简图 t 斗链节距 m 根据上式取可求得各规格提升机的驱动轴转速 若选取电机转速为n 则所需要的总减速比为 0 n ii i n 减 链 3 22 式中 i 总减速比 i减 减速器的速比 i链 链传动减速比 根据前面计算确定的斗子宽度 B 斗链速度 v 和电动机计算功率 N 选 择驱动装置 计算功率N应小于表中所选的电机额定功率值 减速器选用 NGW J 型 其高速轴的许用输入功率按下面条件选取 n o Z 2 Z 1 G e n e r a t e d b y U n r e g i s t e r e d B a t c h D O C T O P D F C o n v e r t e r 2 0 1 2 4 8 1 6 1 6 2 9 p l e a s e r e g i s t e r 27 1 12 N K K 电动机额定功率 式中 1 N 按 JB1799 76 规定的 NGW 减速器高速轴许用输入功率 1 K 备用系数 选用 Y型电机时 取 1 K 1 0 2 K 采用油池润滑时的系数 取 1 1 05 根据上述计算斗链速度v 电机功率N 斗式提升机主轴转速 0 n 和减速 比i的结果即可选择驱动装置 3 2 6 负荷计算 由于脱水斗式提升机呈大倾斜安装 提升机的负荷除受尾部基础支承 外 各楼层均需设支承架 根据经验 其负荷计算可分为尾部负荷 头部负 荷和中间支架的负荷三部分 一 尾部负荷计算 承受斗式提升机基础的楼板 受到倾斜分为 0 S 作用 这个分力来自于斗 式提升机工作时所产生的垂直负荷 0 A 脱水斗式提升机的自重 输送物料