TH250斗式提升機(jī)【說明書+CAD】
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鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
1 前言
斗式提升機(jī)廣泛用于垂直輸送各種散狀物料，國內(nèi)斗提機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)是50年代由前蘇聯(lián)引進(jìn)的,直到80年代幾乎沒有大的發(fā)展。自80年代以后,隨著國家改革開放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,一些大型及重點(diǎn)工程項(xiàng)目從國外引進(jìn)了一定數(shù)量的斗提機(jī),從而促進(jìn)了國內(nèi)斗提機(jī)技術(shù)的發(fā)展。有關(guān)斗提機(jī)的部頒標(biāo)準(zhǔn)JB3926—85及按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的TD、TH及TB系列斗提機(jī)的相繼問世,使我國斗提機(jī)技術(shù)水平向前邁了一大步, 但由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、原材料、加工工藝和制造水平等方面的原因,使產(chǎn)品在實(shí)際使用中技術(shù)性能、傳遞扭矩、壽命、可靠性和噪聲等與國際先進(jìn)水平相比仍存在相當(dāng)大的差距。
斗式提升機(jī)按牽引形式主要分為膠帶式、圓環(huán)鏈?zhǔn)胶桶彐準(zhǔn)饺N,因經(jīng)濟(jì)條件、技術(shù)水平及使用習(xí)慣等原因,國內(nèi)用戶對(duì)圓環(huán)鏈?zhǔn)胶湍z帶式斗提機(jī)需求量較大,這兩種斗提機(jī)的技術(shù)發(fā)展受到較多的關(guān)注,而且有較為明顯的發(fā)展。TH型是一種圓環(huán)鏈斗式提升機(jī)，采用混合式或重力卸料，挖取式裝料。牽引件用優(yōu)質(zhì)合金鋼高度圓環(huán)鏈。中部機(jī)殼分單、雙通道兩種形式為機(jī)內(nèi)重錘箱恒力自動(dòng)張緊。鏈輪采用可換輪緣組合式結(jié)構(gòu)。使用壽命長，輪緣更換工作簡便。下部采用重力自動(dòng)張緊裝置，能保持恒定的張緊力，避免打滑或脫鏈，同時(shí)料斗遇到偶然因素引起的卡殼現(xiàn)象時(shí)有一定的容讓性，能夠有效地保護(hù)下部軸等部件。該斗式提升機(jī)適用于輸送堆積密度小于1.5t/m3易于掏取的粉狀、粒狀、小塊狀的底磨琢性物料。如煤、水泥、碎石、砂子、化肥、糧食等。TH型斗式提升機(jī)用于各種散狀物料的垂直輸送。適用于輸送粉狀、粒狀、小塊狀物料，物料溫度在250℃以下。
2. 本課題介紹及設(shè)計(jì)理論
2.1 概述
此次設(shè)計(jì)的任務(wù)是研究TH250斗式提升機(jī)的工作原理、性能和特點(diǎn)，采用理論聯(lián)系實(shí)際的方法，研究影響斗式提升機(jī)效率的影響因素，進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，提出結(jié)構(gòu)的方案并實(shí)施設(shè)計(jì)。同時(shí)，進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、總體方案設(shè)計(jì)，總體裝配以及傳動(dòng)、機(jī)體等部件和相關(guān)零部件設(shè)計(jì)及繪圖。主要設(shè)計(jì)方案如下：
1） 對(duì)斗式提升機(jī)的工作原理進(jìn)行深入研究，根據(jù)TH250斗式提升機(jī)的工作能力和使用要求，設(shè)計(jì)出總體方案。
2） 設(shè)計(jì)出合理的提升機(jī)結(jié)構(gòu)和零件的強(qiáng)度，保證運(yùn)行的穩(wěn)定性。
3） 設(shè)計(jì)出合理的驅(qū)動(dòng)裝置，保證運(yùn)行的高效性。。
該項(xiàng)目來源于江蘇海建集團(tuán)， TH斗式提升機(jī)具有輸送量大，提升高度高，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，操作維修簡便，壽命長等顯著特點(diǎn)。斗式提升機(jī)適用于輸送粉狀，粒狀和小塊狀的低磨琢性物性，物料堆積密度小于1.5t/m ,物料溫度不超過250℃，廣泛應(yīng)用于水泥提升機(jī)械。
2.2 斗式提升機(jī)的工作原理
2.2.1斗式提升機(jī)分類
1）按牽引件分類：
斗式提升機(jī)的牽引構(gòu)件有環(huán)鏈、板鏈和膠帶等幾種。環(huán)鏈的結(jié)構(gòu)和制造比較簡單，與料斗的連接也很牢固，輸送磨琢性大的物料時(shí)，鏈條的磨損較小，但其自重較大。板鏈結(jié)構(gòu)比較牢固，自重較輕，適用于提升量大的提升機(jī)，但鉸接接頭易被磨損，膠帶的結(jié)構(gòu)比較簡單，但不適宜輸送磨琢性大的物料，普通膠帶物料溫度不超過60°C，鋼繩膠帶允許物料溫度達(dá)80°C，耐熱膠帶允許物料溫度達(dá)120°C，環(huán)鏈、板鏈輸送物料的溫度可達(dá)250°C。斗提機(jī)最廣泛使用的是帶式(TD)，環(huán)鏈?zhǔn)?TH)兩種型式。用于輸送散裝水泥時(shí)大多采用深型料斗。如TD型帶式斗提機(jī)采用離心式卸料或混合式卸料適用于堆積密度小于1．5t／m3的粉狀、粒狀物料。TH環(huán)鏈斗提機(jī)采用混合式或重力式卸料用于輸送堆和密度小于1．5t／m3的粉狀、粒狀物料。
2）按卸載方式分類：
斗式提升機(jī)可分為：離心式卸料、重力式卸料和混合式卸料等三種形式。離心式卸料的斗速較快，適用于輸送粉狀、粒狀、小塊狀等磨琢性小的物料；重力式卸料的斗速較慢，適用于輸送塊狀的，比重較大的，磨琢性大的物料，如石灰石、熟料等。
2.2.2斗式提升機(jī)的裝載和卸載
斗式提升機(jī)的裝載方式有三種，即注入式裝載（見圖2-1）、挖取式裝載（見圖2-2）和混合式裝載。注入式裝載要求散料以微小建度均勻地落入料斗中，形成比較穩(wěn)定的料流，裝料口下部應(yīng)有一定的高度，采用該方式裝載時(shí)一般料斗布置較密；料斗在牽引件上布置較稀時(shí)多采用挖取式裝載，只能用于輸送粉狀或小顆粒流動(dòng)性良好物料的場(chǎng)合，斗速運(yùn)行速度在2m／s以下，介于兩者之間采用混合式裝載。
圖2-1 注入式裝載 圖2-2挖取式裝載
卸載方式有離心式、重力式及混合式三種。
離心式卸料料斗的運(yùn)行速度較高，通常取為1—2m/s。如欲保持這種卸載必須正確選擇驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速和直徑，以及卸料口的位置。其優(yōu)點(diǎn)是：在一定的料斗速度下驅(qū)動(dòng)輪尺寸為最?。恍读衔恢幂^高，各料斗之間的距離可以減小，并可提高卸料管高度，當(dāng)卸料高度一定時(shí)，提升機(jī)的高度就可減??；缺點(diǎn)是：料斗的填充系數(shù)較小，對(duì)所提升的物料有一定的要求，只適用于流動(dòng)性好的粉狀、粒狀、小塊狀物料。
重力式卸載使用于卸載塊狀、半磨琢性或磨琢性大的物料，料斗運(yùn)行速度為0.4—0.8m/s左右，需配用帶導(dǎo)向槽的料斗。其優(yōu)點(diǎn)是：料斗裝填良好，料斗尺寸與極距的大小無關(guān)。因此允許在較大的料斗運(yùn)行速度之下應(yīng)用大容積的料斗；主要缺點(diǎn)是：物料拋出位置較低，故必須增加提升機(jī)機(jī)頭的高度。
物料在料斗的內(nèi)壁之間被拋卸出去，這種卸載方式稱為離心—重力式卸載。常用于卸載流動(dòng)性不良的粉狀物料及含水分物料。料斗的運(yùn)動(dòng)速度為0.6—0.8m/s范圍，常用鏈條做牽引構(gòu)件。
2.2.3 常用斗提機(jī)選用及相關(guān)計(jì)算
（一）目前國內(nèi)常用的斗提機(jī)均為垂直式，較新型符合標(biāo)準(zhǔn)TB3926-85的有TD型、TH型，它們的主要特征、用途及型號(hào)見表1
表2-1 TD、TH、TB型斗提機(jī)特征、型號(hào)表
型式
TD型
TH型
TB型
結(jié)構(gòu)特征
采用橡膠帶作牽引構(gòu)件
采用鍛造的環(huán)形鏈條作為牽引構(gòu)件
采用板式套筒滾子鏈條作為牽引構(gòu)件
卸載特征
采用離心式或混合式方式卸料
采用重力式或混合式方式卸料
采用重力式卸料
適用輸送物料
松散密度ｐ＜1.5t/m3的粉狀、粒狀、小塊狀的無磨琢性、半磨琢性物料
松散密度ｐ＜1.5t/m3的粉狀、粒狀、小塊狀的無磨琢性、半磨琢性物料
松散密度ｐ＜2t/m3的中、大塊狀的磨琢性物料
適用溫度
被輸送物料溫度不得超過60℃，如采用耐熱橡膠帶時(shí)溫度不超過200℃
被輸送物料溫度不得超過250℃
被輸送物料溫度不得超過250℃
型號(hào)
TD100、TD160、TD250、TD315、TD400、TD500、TD630
TH315、TH400、TH500、TH630、(TH800)(TH1000) ①
TB250、TB315、TB400、TB500、TB630、TB800、 TB1000
提升高度
約在4～40mm范圍內(nèi)
約在4.5～40mm范圍內(nèi)
約在5～50mm范圍內(nèi)
輸送量
4～238m3/h
35～185m3/h
20～563m3/h
（二）TD型斗提機(jī)結(jié)構(gòu)型式
(1) 傳動(dòng)裝置TD型斗提機(jī)的傳動(dòng)裝置有兩種形式。分別配有YZ型減速器或ZQ(YY)型減速器。YZ型軸裝減速器直接套裝在主軸軸頭上，省去了傳動(dòng)平臺(tái)、聯(lián)軸器等，使結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，而且其內(nèi)部帶有異型輥逆止器，逆止可靠。該減速器噪聲低，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，并隨主軸浮動(dòng)，可消除安裝應(yīng)力?！ ?
(2) TD型斗提機(jī)備有四種料斗Q型（淺斗）、H型（弧底斗）、Zd型（中深斗）、Sd型（深斗）。
（三）常用斗提機(jī)功率計(jì)算
1、軸功率的近似計(jì)算：
P0 = （2-1）
式中：P0-軸功率（千瓦）；
Q-斗提機(jī)的輸送量（噸/小時(shí)）；
H-提升高度（米）；
v-提升速度（米/秒）；
K1、K2-系數(shù)。具體見表表2-1
表2-1提升機(jī)參數(shù)表
輸送能力
Q
（噸/小時(shí)）
牽引構(gòu)件型式
帶式
單鏈?zhǔn)?
雙鏈?zhǔn)?
料斗型式
深斗和淺斗
三角斗
深斗和淺斗
三角斗
深斗和淺斗
三角斗
系數(shù)K1
<10
0.6
/
1.1
/
/
/
10-25
0.5
/
0.8
1.10
1.2
/
25-50
0.45
0.6
0.6
0.83
1.0
/
50-100
0.4
0.55
0.5
0.70
0.8
1.10
>100
0.35
0.5
/
/
0.6
0.90
系數(shù)K3
2.5
2.00
1.5
1.25
1.5
1.25
系數(shù)K2
1.6
1.10
1.3
0.80
1.3
0.80
2、電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算：
P = （2-2）
式中：N—電動(dòng)機(jī)功率（千瓦）；
N0—軸功率（千瓦）；
η1—減速機(jī)傳動(dòng)效率，對(duì)ZQ型減速機(jī)η1=0.94；
η2—三角皮帶或開式齒輪傳動(dòng)效率，對(duì)三角皮帶η2=0.96，對(duì)開式齒輪η2=0.93；
K'—功率備用系數(shù)。與高度H有關(guān)，當(dāng)：H<10米時(shí)，K'=1.45；1020米時(shí)，K'=1.15。
2.2.4 斗式提升機(jī)的主要部件
斗式提升機(jī)的主要部件有：驅(qū)動(dòng)裝置、料斗、牽引構(gòu)件、底座和中間罩殼等。
驅(qū)動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、逆止器或制動(dòng)器及聯(lián)軸器組成，驅(qū)動(dòng)主軸上裝有滾筒或鏈輪。大提升高度的斗提機(jī)采用液力偶合器，小提升高度時(shí)采用彈性聯(lián)軸器。使用軸裝式減速機(jī)可省去聯(lián)軸器，簡化安裝工作，維修時(shí)裝卸方便。
料斗通常分為淺斗、深斗和有導(dǎo)向槽的尖棱面斗。淺斗前壁斜度大深度小，適用于運(yùn)送潮濕的和流散性不良的物料。深斗前壁斜度小而深度大，適用于運(yùn)送干燥的流散性好的散粒物料。有導(dǎo)向側(cè)邊的夾角形料斗前面料斗的兩導(dǎo)向側(cè)邊即為后面料斗的卸載導(dǎo)槽，它適用于運(yùn)送沉重的塊狀物料及有磨損性的物料。 散裝水泥由于流動(dòng)性好且干燥，用深斗較合適，卸載時(shí)，物料在料斗中的表面按對(duì)數(shù)螺線分布，設(shè)計(jì)離心卸料的料斗時(shí)往往在料斗底部打若干個(gè)氣孔，使物料裝載時(shí)有較高的填充量，并且卸料時(shí)更完全。
牽引構(gòu)件為一封閉的繞性構(gòu)件，多為環(huán)鏈、板鏈或膠帶。
張緊裝置有螺桿式與重錘式兩種。帶式斗提機(jī)的張緊滾筒一般制成鼠籠式殼體，以防散料粘集于滾筒上。
斗式提升機(jī)可采用整體機(jī)殼，也可上升分支和下降分支分別設(shè)置機(jī)殼。后者可防止兩分支上下運(yùn)動(dòng)時(shí)在機(jī)殼空氣擾動(dòng)。在機(jī)殼上部設(shè)有收塵法蘭和窺視孔。在底部設(shè)有料位指示，以便物料堆積時(shí)自動(dòng)報(bào)警。膠帶提升機(jī)還需設(shè)置防滑防偏監(jiān)控及速度監(jiān)測(cè)器等電子儀器，以保證斗提機(jī)的正常運(yùn)行。
2.2.5 斗式提升機(jī)的工作原理
圖2-3 提升機(jī)示意圖
斗式提升機(jī)的原理：如圖2-3，固接著一系列料斗的牽引構(gòu)件（環(huán)鏈、鏈輪）環(huán)繞在提升機(jī)的頭輪與底輪之間構(gòu)成閉合輪廓。驅(qū)動(dòng)裝置與頭輪相連，使斗式提升機(jī)獲得動(dòng)力并驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。張緊裝置與底輪相連，使?fàn)恳龢?gòu)件獲得必要的初張力，以保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。物料從提升機(jī)的底部供入，通過一系列料斗向上提升至頭部，并在該處實(shí)現(xiàn)卸載，從而實(shí)現(xiàn)在豎直方向內(nèi)運(yùn)送物料。斗式提升機(jī)的料斗和牽引構(gòu)件等走行部分以及頭輪、底輪等安裝在全密封的罩殼之內(nèi)。
綜合此次設(shè)計(jì)的提升高度與臺(tái)時(shí)產(chǎn)量等要求，本提升機(jī)選用混合或重力方式卸料，掏取式裝料，選用zh型（中深斗）料斗，牽引件為低合金高強(qiáng)度圓環(huán)鏈，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?，具有很高的抗拉?qiáng)度和耐磨性，使用壽命長，采用了組裝式鏈輪。有輪體、輪緣用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接而成。在鏈輪磨損到一定程度后，可擰下螺栓，拆換輪緣，更換方便，且節(jié)約拆料、降低了維修費(fèi)；下部采用了重錘杠桿式張緊裝置，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)張緊。一次安裝后不需調(diào)整，又可以保持恒定的張緊力，從而保證機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免了打滑或脫鏈。
3. 提升機(jī)主要參數(shù)確定及主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 提升功率的確定
關(guān)于提升機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的設(shè)計(jì)計(jì)算一直以來爭議不斷，資料上推薦的公式多數(shù)是延用上世紀(jì)80年代的公式，計(jì)算復(fù)雜，而且所選參數(shù)稍有變化時(shí)結(jié)果的出入?yún)s較大，與實(shí)際相差甚遠(yuǎn)。在查閱大量關(guān)于運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)方面的手冊(cè)和近年來關(guān)于斗式提升機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的各種論文和期刊后，綜合各種數(shù)據(jù)，現(xiàn)參照文獻(xiàn)[1]中第十四章斗式提升機(jī)中TH型提升機(jī)設(shè)計(jì)的功率計(jì)算部分內(nèi)容，計(jì)算過程如下：
TH型斗提機(jī)功率計(jì)算
TH型提升機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置為YY型（即ZLY或ZSY型減速器和Y型電動(dòng)機(jī)配用）。傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)功率由下式求得：
P0=+PS+PL （3-1）
式中 P0-軸功率（KW）；
Q-斗提機(jī)的輸送量（T/h）；
H-提升高度（m）；
g-重力加速度（m/s2）；
PS，PL—附加功率，KW，見表3-1
表3-1
附加功率
TH160
TH200
TH250
TH315
TH400
TH500
TH630
TH800
TH1000
TH1250
PS,KW
2
2
2
3
3
4
4
5
5
6
PL,KW
0.2
0.2
0.3
0.5
0.8
1.2
2.2
3.4
6
8.4
由此次TH250斗式提升機(jī)設(shè)計(jì)的條件可以得知，Q=30T/h,t提升的高度H=35m
重力加速度在此處可取10 m/s2
將數(shù)據(jù)代入（3-1）計(jì)算可得
P0=+PS+PL = （3-2）
電機(jī)功率
P= （3-3）
式中 P –電動(dòng)機(jī)功率（KW）；
P0- 軸功率（KW）；
n- 總效率，大約為0.7。
所以通過計(jì)算可得
P=7.5Kw
3.2 電動(dòng)機(jī)選擇
按已知工作要求和條件選用要求電機(jī)功率P＝7.5kW，轉(zhuǎn)速n=1500r/min左右，參照文獻(xiàn)[2]中電動(dòng)機(jī)的類型及其應(yīng)用特點(diǎn)，選用Y132M-4型電動(dòng)機(jī)。輸出軸直徑Φ75，中心高280mm，工作轉(zhuǎn)速1440 r/min。
3.3 減速機(jī)選擇
根據(jù)文獻(xiàn)[1]中的YY型驅(qū)動(dòng)裝置的選型原則及規(guī)范可知，TH250提升機(jī)功率為7.5Kw時(shí)，應(yīng)選用Y7Y140驅(qū)動(dòng)裝置，在已選擇Y132M-4電動(dòng)機(jī)后，應(yīng)選擇型號(hào)為ZLY140-18-Ⅰ（S）/Ⅱ（N）的減速器。輸入軸直徑為28mm，輸出軸直徑為65mm,中心高為160mm。
3.4驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)及附件的選擇
3.4.1 軸的材料及熱處理
斗式提升機(jī)驅(qū)動(dòng)軸主要承受高扭矩，高彎矩，是提升機(jī)中最重要的零件之一，故軸的材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
3.4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）初步計(jì)算軸的直徑
參照文獻(xiàn)[3]中關(guān)于軸的設(shè)計(jì)部分，根據(jù)軸的承載情況，選擇扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算法來計(jì)算軸的直徑。
（3-4）
式中 A——系數(shù)，此處取120，
P——電動(dòng)機(jī)功率，Kw
n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min,
將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式3-4可得
（3-5）
因?yàn)檩S端裝聯(lián)軸器需要開鍵槽，會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，故將軸徑增加4%~5%，取軸的直徑為70mm。
2）各軸段直徑的確定
圖3-1 驅(qū)動(dòng)軸示意圖
如圖3-1所示，軸段①與減速機(jī)空心輸出軸套裝配，并且在接近軸段②處裝有毛氈彌封圈，故直徑d1=70mm。軸段②和軸段⑧上安裝軸承，現(xiàn)暫取軸承型號(hào)為2217，其內(nèi)徑d=85mm，外徑D=150mm，寬度B=36mm，故軸段②的直徑d2= d8=85mm。軸段③和軸段⑦的直徑為軸承的安裝尺寸，查有關(guān)手冊(cè)，取d3= d7=95mm。軸段④和軸段⑥上安裝驅(qū)動(dòng)鏈輪，考慮到軸段④與軸段⑥中間的截面承受的彎矩最大，故在直徑上有所增加，現(xiàn)暫定d4= d6=100mm。軸段⑤考慮滾筒便于安裝拆卸，直徑略比軸段④和軸段⑥的直徑小，取d5=110mm。
3） 各軸段長度的確定
軸段①與減速機(jī)空心輸出軸套裝配，其長度主要決定于減速機(jī)和頭部殼體之間的安裝尺寸，同時(shí)還要保證與減速機(jī)相配合的部分有足夠的長度，從手冊(cè)中查知減速機(jī)的相關(guān)安裝尺寸要求，現(xiàn)暫取l1=140mm。軸段②與軸段⑧上安裝軸承，其長度決定于軸承的安裝尺寸，故取l2=l8=110mm。軸段③和軸段⑦的長度主要根據(jù)兩軸承之間的距離和滾筒在軸向上的安裝尺寸來定?？紤]到其軸向上密封板、殼體法蘭和軸承座等占據(jù)的位置，暫取兩軸承軸向上的中心距離為590mm，則可以暫取l3=l7=155mm。軸段④、⑤、⑥的長度要和驅(qū)動(dòng)鏈輪一并設(shè)計(jì)，現(xiàn)暫定l4=l6=120mm，l5=40，驅(qū)動(dòng)軸總長為950mm。
d) 軸上零件的固定
考慮到軸段①、④、⑥處鍵傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，故軸段①與聯(lián)軸器的配合選用k6；軸段④、⑥與驅(qū)動(dòng)鏈輪的配合選用r6；軸段②、⑧與軸承內(nèi)圈的配合選用r6。與減速機(jī)和驅(qū)動(dòng)鏈輪的聯(lián)結(jié)均采用A型普通平鍵，分別為鍵20×125 GB1096-1996及鍵28×110 GB1096-1996。
e) 軸上倒角及圓角
軸端倒角2×45°，安裝鏈輪的軸段倒角為2.5×45°，倒圓角為R1.6mm，為方便加工，其它軸肩圓角半徑均取為0.6mm。
3.4.3 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算
1）軸的受力分析及彎扭矩圖3-2所示
2）計(jì)算支承反力
由于軸在水平面上不受力，所以
FRIH=FR2H=0 （3-6）
在豎直面上
（3-7）
式中：——同一時(shí)刻提升機(jī)上行料斗中物料重量
——環(huán)鏈預(yù)緊力（平均每米長度牽引構(gòu)件重量，25kg/m）
——牽引構(gòu)件重量（2000N），圖3-2 軸的受力分析及彎扭矩圖
（3-8）
（3-9）
（3-10）
3） 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算如下
很顯然b-b截面為危險(xiǎn)截面。
由于彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力，則
（3-11）
（3-12）
所以b-b截面左側(cè)安全，顯然b-b截面右側(cè)也是安全的。
4） 安全系數(shù)校核
彎曲應(yīng)力
（3-13）
應(yīng)力幅
平均應(yīng)力 Mpa
切應(yīng)力
（3-14）
（3-15）
安全系數(shù)
（3-16）
（3-17）
（3-18）
許用安全系數(shù)顯然S>, 故b—b剖面安全。
以上計(jì)算表明，軸的彎扭合成強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度是足夠的。
3.4.4 軸承選用
1） 軸承選型
考慮驅(qū)動(dòng)軸在的較大彎矩作用下會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，且不易與減速機(jī)嚴(yán)格保證同心，故選用承載能力大并有自動(dòng)調(diào)心功能的調(diào)心球軸承軸承2217。其基本參數(shù)如表3-2。
2）工作情況分析及壽命計(jì)算
提升機(jī)驅(qū)動(dòng)軸軸承主要承受徑向載荷，軸向載荷很小并可以忽略中等沖擊。其當(dāng)量動(dòng)載荷為：
（3-19）
式中：——載荷系數(shù)，中等沖擊取1.2~1.8。
其壽命為：
（3-20）
式中：——軸承的壽命指數(shù)，滾子軸承=10/3。
故驅(qū)動(dòng)軸軸承的工作壽命為24362小時(shí)。
表3-2 軸承2217基本參數(shù)
基本尺寸 /mm
額定載荷 /kN
d
D
B
85
150
36
58.2
23.5
3.4.5 驅(qū)動(dòng)鏈輪鍵的設(shè)計(jì)校核
由驅(qū)動(dòng)鏈輪軸的直徑d為100mm，文獻(xiàn) [2]，由表9-4可知，應(yīng)取鍵的寬b=28mm，高度 h=16 mm的普通平鍵，鍵的材料應(yīng)選45鋼，由于鍵所受載荷性質(zhì)為輕微沖擊，由表9-3可知[σc]=110 MP，[τ]=90 MP，鍵連接工作面的強(qiáng)度校核如下：
<[σc] （3-21）
<[τ] （3-22）
式中：
T— 傳遞的轉(zhuǎn)矩 （）
d— 軸的直徑 （mm）
l—鍵的工作長度，A型（mm），l=L-b(mm)，b為鍵的寬度。
3.5 聯(lián)軸器的選擇
由于彈性柱銷聯(lián)軸器（如圖3-3所示）具有一般補(bǔ)償兩軸相對(duì)偏移和減振能力，結(jié)構(gòu)簡單，更換彈性元件簡便，允許有軸向竄動(dòng)，適用的工作溫度為-20°C到+70°C，所以根據(jù)提升機(jī)的工作特性，選擇彈性柱銷聯(lián)軸器作為減速器和提升機(jī)上部主軸之間的連接設(shè)備。由文獻(xiàn)[2]可知應(yīng)選取的聯(lián)軸器型號(hào)為：
Y
由表11-9可知所選用連軸器的公稱扭矩=3153 ，許用轉(zhuǎn)速為3450 r/min,而本次設(shè)計(jì)所需的扭矩T=1530,轉(zhuǎn)速 為48 r/min,故所選的聯(lián)軸器LX5完全滿足要求。
下面對(duì)聯(lián)軸器與軸連接處的鍵進(jìn)行設(shè)計(jì)和強(qiáng)度較核。由軸的直徑d為70mm，查文獻(xiàn)[2]，由表9-4可知，應(yīng)取鍵的寬度 b=20mm，高度 h=120 mm的普通平鍵，鍵的材料應(yīng)選45鋼，由于鍵所受載荷性質(zhì)為輕微沖擊，由表9-3可知[σc]=110 MP，[τ]=90 MP，鍵連接工作面的強(qiáng)度校核如下：
<[σc] （3-23）
<[τ] （3-24）
式中：
T— 傳遞的轉(zhuǎn)矩 （）
d— 軸的直徑 （mm）
l—鍵的工作長度，A型（mm），l=L-b(mm)
A—鍵與輪轂的接觸高度，平鍵K=h/2
其中b為鍵的寬度。
圖 3-3 LX5聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖
3.6 驅(qū)動(dòng)鏈輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
TH 型斗式提升機(jī)是利用鏈輪與圓環(huán)鏈間的摩擦力進(jìn)行動(dòng)力傳遞的。特別當(dāng)鏈輪與鏈條摩擦副不能相互匹配，即鏈輪與鏈條產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，鏈輪磨損加劇，因此，鏈輪是一個(gè)易損件。對(duì)于鏈輪應(yīng)選擇合理的材料、熱處理工藝以保證輪緣的硬度和耐磨性。同時(shí)考慮到鏈條價(jià)昂，應(yīng)使鏈輪的硬度略低于鏈條的硬度。
TH250的軸上的扭距通過鍵槽傳遞給兩個(gè)鏈輪，鏈輪由輪緣和輪體兩部分組成，結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。輪體由HT200鑄造而成，輪緣由QT60-2鑄造而成，要求鑄件不得有氣孔、縮孔及裂紋等，以保正鏈輪工作正常工作所需要的強(qiáng)度。此次設(shè)計(jì)采用了組裝式鏈輪。有輪體、輪緣用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接而成。在鏈輪磨損到一定程度后，可擰下螺栓，拆換輪緣，更換方便，且節(jié)約拆料、降低了維修費(fèi)。
圖3-4 驅(qū)動(dòng)鏈輪裝置
3.7 提升機(jī)主要參數(shù)的計(jì)算
通過前幾節(jié)的功率計(jì)算、設(shè)備選型等，提升機(jī)的主要參數(shù)現(xiàn)在可以計(jì)算如下：
1）提升速度：
（3-25）
式中：——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；
——驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)速，r/min；
d——驅(qū)動(dòng)滾筒直徑，mm
i——減速機(jī)速比,
I——減速器帶輪與電動(dòng)機(jī)的帶輪直徑比
2） 料斗間距：
在本章第一節(jié)中已得出同一時(shí)刻內(nèi)上行料斗中物料總量為0.205t，考慮到物料裝填時(shí)有一定的松散性，故取生料裝填后的密度，由于斗速較快時(shí)裝填率較低，故取裝填率=0.75，已知TH250型深斗容積為3L，則同一時(shí)刻所需上行料斗的數(shù)量為：
個(gè) （3-26）
則料斗間距為：
a= （3-27）
取整數(shù)，則料斗間距為450mm。
3.8 頭部罩殼的選材及連接
如圖3-5所示，電動(dòng)機(jī)及減速機(jī)的支座都是連接在頭部罩殼上的，罩殼承受的力較大，所以要采用比較厚的鋼板，罩殼四壁采用3mm的鋼板，與電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)支座聯(lián)結(jié)的側(cè)板采用10mm的筋板， 法蘭及支撐采用63×63×6的熱軋等邊角鋼。同樣的道理，側(cè)板與罩殼的焊接要求也較高，故采用K形坡口，且焊接時(shí)要防止出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象。
圖3-5 提升機(jī)頭部示意圖
3.9 中部區(qū)段的設(shè)計(jì)選材
由于本設(shè)計(jì)中的提升機(jī)提升高度達(dá)35m，為防止兩分支上下運(yùn)動(dòng)時(shí)在機(jī)殼產(chǎn)生空氣擾動(dòng)，故上行部分和下行部分的罩殼均采用獨(dú)立式結(jié)構(gòu)。連接法蘭同樣采用63×63×6的等邊角鋼，殼體采用3mm厚的鋼板，并在罩殼上設(shè)有檢修門，主要是用來觀察、檢查提升機(jī)內(nèi)部的工作情況，在出現(xiàn)故障時(shí)可以方便檢修，具體結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。
圖3-6 中部區(qū)段
3.10 料斗與環(huán)鏈的設(shè)計(jì)
根據(jù)斗式提升機(jī)的輸送量及提升高度要求，參照國家關(guān)于機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中垂直斗式提升機(jī) Zh 型（中深斗）料斗參數(shù)尺寸，設(shè)計(jì)的畚斗的形狀如圖3-7所示，料斗容量為3L，輸送的物料最大塊度為25mm，對(duì)比同類型的斗式提升機(jī)的環(huán)鏈選擇的相關(guān)參數(shù)可知，與料斗配套使用的鍛造圓環(huán)鏈條是直徑Φ18mm，節(jié)距為64mm，單條破斷強(qiáng)度≥320KN，牽引件為低合金高強(qiáng)度園環(huán)鏈，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?，具有很高的抗拉?qiáng)度和耐磨性，使用壽命長，符合TM36-8《礦用高強(qiáng)度園環(huán)鏈》標(biāo)準(zhǔn)。
圖 3-7 料斗與環(huán)鏈
4. 結(jié)論
在老師的關(guān)心和指導(dǎo)下，經(jīng)過三個(gè)月的設(shè)計(jì)，TH250斗式提升機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)，總體裝配以及傳動(dòng)、機(jī)體等部件和相關(guān)零部件設(shè)計(jì)及繪圖的設(shè)計(jì)工作已經(jīng)完成。
提升機(jī)的主要參數(shù)如下：
功率：7.5kW；
提升高度：35m；
提升能力：30（t/h）；
料斗寬度：250mm；
料斗盛水容積：3L；
料斗間距：450mm；
本次設(shè)計(jì)的TH250圓環(huán)鏈斗式提升機(jī)，提升高度為35米，提升能力35噸/小時(shí)，運(yùn)行平穩(wěn)可靠。適用于輸送堆積密度小于1.5t/m3，易于掏取的粉狀、粒狀、小塊狀的低磨琢性物料，如煤、水泥、碎石、砂、化肥、糧食等。
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致 謝
在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我注意收集資料，注重實(shí)際考察，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用性，從而為完成畢業(yè)設(shè)計(jì)做了良好的鋪墊。對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)中的難題，我及時(shí)查閱資料，虛心向老師，同學(xué)請(qǐng)教，搞好搞懂每個(gè)知識(shí)點(diǎn)?？紤]問題多方面，多角度，力爭適應(yīng)工程與設(shè)計(jì)人員的工作要求，培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力與嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的工作作風(fēng)，也從中體會(huì)到工程技術(shù)人員所應(yīng)具備的基本素質(zhì)，為進(jìn)入社會(huì)起橋梁作用。知識(shí)的鞏固固然重要，但能力的培養(yǎng)同樣不可忽略。我覺得這次設(shè)計(jì)的完成，不僅鍛煉了我搞設(shè)計(jì)的工作能力，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考的能力，解決困難的方法，并且也培養(yǎng)了我獨(dú)立﹑創(chuàng)新﹑力求先進(jìn)的思想。同時(shí)我認(rèn)識(shí)到：無論做什么事，只要你深入的去做，難事不難，但如果你不去用心的做，易事不易。機(jī)不可失，我在這次的設(shè)計(jì)中傾注了大量的心血，盡一切力量爭取將設(shè)計(jì)做到最好。我認(rèn)為我在這段時(shí)間內(nèi)所有的收獲，對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和工作會(huì)是一筆難得的財(cái)富。
由于本人理論知識(shí)有限，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，在設(shè)計(jì)過程中難免存在很多的錯(cuò)誤和不足，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我得到了陳杰來老師的悉心指導(dǎo)和同組同學(xué)的熱心幫助，在此期間陳杰來老師經(jīng)常主動(dòng)和我交流，及時(shí)給我指出不合理之處及需要改進(jìn)的地方，為我能順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)做了很多事情，本人在此對(duì)陳老師表示深深的謝意。
附 錄
1 總裝配圖 TH250-00 A0
2 上部區(qū)段 TH250-01-00 A1
3 上軸 TH250-01-01 A3
4 軸套 TH250-01-02 A4
5 輪體 TH250-01-03 A2
6 輪緣 TH250-01-04 A3
7 上部軸承座 TH250-01-05-00 A3
8 上部軸承蓋 TH250-01-05-01 A3
9 上部軸承底座 TH250-01-05-02 A3
10 左半罩殼 TH250-01-06 A2
11 右半罩殼 TH250-01-07 A2
12 上部機(jī)殼 TH250-01-08 A2
13 卸料滑板 TH250-01-09 A4
14 中部機(jī)殼 TH250-02 A2
15 擋板 TH250-03 A3
16 斗鏈 TH250-04-00 A2
17 環(huán)鏈 TH250-04-01 A3
18 鏈環(huán)鉤 TH250-04-02 A4
19 下部區(qū)段 TH250-05-00 A1
20 下部機(jī)殼 TH250-05-01 A2
21 下部張緊裝置 TH250-05-02-00 A2
22 下軸 TH250-05-02-01 A3
23 下部軸承座軸 TH250-05-02-02 A3
24 透蓋 TH250-05-02-03 A3
25 導(dǎo)框 TH250-05-02-04 A3
26 固定架 TH250-05-02-05 A3
27 導(dǎo)向架 TH250-05-02-06 A3
28 封板 TH250-05-02-07 A4
29 護(hù)板 TH250-05-02-08 A4
30 壓板 TH250-05-02-09 A4
31 進(jìn)料口 TH250-05-03 A2
32 傳動(dòng)裝置 TH250-06-00 A2
33 大三角帶輪 TH250-06-01 A3
34 小三角帶輪 TH250-06-02 A3
23
Dave Wolstencroft, Technical Manager, 4B Components, USA, explains how steel web elevator belt&SJ buckets enhance the performance of bucket elevator.
WORLD CEMENT May 2005
Introduction
Due to the demand for larger capacity, more efficient, and more cost effective elevators to carry industrial products such as cement, 4B components has researched, tested and supplied the industry for the last nine years with an integrated system of steel web belting, SJ buckets and elevator designs for compact industrial elevators.
The company has designed, developed and successfully introduced the Polysur Ferro steel reinforced elevator belt system and high capacity Starco Jumbo elevator buckets. These achieve high capacity at a comparatively lower cost than using chain or traditional belting with fabricated buckets.
Traditional systems
The majority of elevators have traditionally been installed with chain. This, however, can be very expensive and has immense maintenance implications after installation.
Chain bucket elevators usually have large casing dimensions, cumbersome elevator buckets, and they are pitched apart at quite a distance. Chain operates at a relatively low speed(1.3 m/s), due to frictional and noise problems, which has a net result of limiting the case size. Also, high strength, large construction chain, big motors, etc, are required on chain and bucket elevators.
All these factor contribute to an expensive elevator, not only in initial cost but in further maintenance cost, and costly downtime.
Large and cumbersome fabricated elevator buckets can also be used with belting. These are a very expensive option like chain, because they also take up a lot of volume within an elevator casing, and fabricated buckets are extremely costly compared to their pressed counterpart. As a result, the casing will also become large and more expensive.
SJ and steel web belt alternative
As an alternative to the established approach, 4B has developed a Ferro steel reinforced belting system, incorporating the unique SJ bucket design.
The Starco Jumbo and steel web belting can use multiple rows(one to four rows of three different sizes) of closely spaced, heavy-duty Jumbo seamless steel buckets with a purpose designed steel web system, and a high temperature elevator belt.
The elevator belt will wear significantly less than the chain alternative. This is mainly due to the smaller number of moving parts compared to the chain links and sprockets. The chain will experience continual friction between each part, thus causing constant wear, then eventually downtime.
The elevator buckets are pressed from 4 mm mild steel and will, therefore,have an extensive lifetime of use. A wearband, welded onto the front edge and sides of the buckets, is an option if the product is particularly abrasive. The buckets are designed to achieve very high capacities through their unique optimum design characteristics, these maximise bucket fill and will ease product release. The buckets are also designed in such a way that they can be spaced at very tight intervals, unlike the traditional system. The buckets can also bu used up to 2.3 m/s on the larger pulley diameters(which is still gravity discharge), which will enable high capacity. This all has a positive effect on the reduction of the casing size.
Tables 1 and 2 demonstrate the difference between chain and bucket, and the steel web belt and SJ buckets.
High capacity low maintenance system for industrial elevator
Compared to traditional chain and bucket elevators, Polysur Ferro steel web belt fitted with Starco Jumbo buckets offers:
l Up to double the elevator capacity.
l Throughputs up to 1300 thp and over.
l Much lower capital investment.
l Longer trouble free life.
l Reduced maintenance and spares cost.
l Opportunity to upgrade capacity of existing elevators.
The steel web belt has fewer friction and wear points compared to chain. The elevator belt has a constant operation temperature of 120℃. With peaks of 150℃, but also has very thick covers (usually 4 or 5 mm). This helps withstand the rigours of cement and other abrasive industrial products.
Due to the construction of the belt, it will have almost no stretch. In the past a fear associated with elevator belts was that the belt would stretch with initial sue. This will not happen with steel web belt, due to the special Ferro E-cords in the warp and weft.
4B can offer belt strength up to 2000 KN/m, which well cope with the toughest of applications. The belt is also guaranteed and can last for many years depending on application. All belts come with punched holes on application.
A special Allen key head bolt can be used to enable case of use and access into the holes of the belt by using and electric drill with an Allen key bit to screw the bolt through the belt.
Case studies
The company has successfully completed numerous elevator designs. It can offer free engineering design specifying the correct buckets, belting, bolts, case sized, motors, etc, in order that the bucket elevator manufacturers
can producethe optimum and most cost-effective elevator. The service can also be offered to the end users, such as cement plants, whereby their existing elevators can be changed over from chain and the capacity increased, even doubled.
In one instance an elevator did not reach the anticipated capacity of 180-200 tph and frequently lost buckets due to fixing bolts being pulled through the belt. The belts often mis-aligned, and the casing side was damaged by off-tracking belts.
A polysur Ferro belt was fitted for improved tracking. The belt speed and belt strength was increased. The fabricated buckets were replaced by the SJ 370 buckets at a reduced pitch to achieve the desired capacity of a minimum 200 thp (actually calculated as 285 tph ) [Figure 3]. Retrofit using-T130C belt 4+4 covers, SJ370-250(4 mm thick ) pressed steel buckets and M 12×50 Allen key DIN bolts with high temperature resistant locknuts, and a special aluminum clamp.
Another example is of an existing chain elevator in Australia that was upgraded from 120 tph cement, to 250 tph by retrofitting and installing one row of SJ470 buckets and using Ferro bet SW1000 4+4. The original 25 m high elevator had chain installed, and it was decided to change over to Ferro belt with SJ buckets to improve the performance and life.
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