抛丸机斗式提升机的设计.docx
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抛丸机斗式提升机的设计
摘要
斗式提升机是一种被普通采用的垂直输送设备, 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、电力、冶金、机械、化工、轻工、有色金属、粮食等各工业部门。
斗式提升机的结构特点是：
被运送物料在与牵引件连结在一起的承载构件料斗内，牵引件绕过各滚筒，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。
驱动装置与头轮相连，使斗式提升机获得动力并驱使运转。
本次设计主要针对TD400的整体结构设计,驱动滚筒的设计,料斗的设计，斗式提升机输送能力的计算，驱动轮转速以及功率的确定，电机、减速机等主要零部件的选择及驱动轴的设计校核，包括斗式提升机总装图以及零件图，二级减速器总装图的Auto-CAD图纸的绘制。
通过计算选取方案,因工作效率要求较高,故排除TD250,而选取工作效率更高的TD400斗式提升机。
同样考虑到工作要求，选取深料斗，以满足工作需要。
关键词：
斗式提升机，滚筒，驱动装置，减速器，张紧装置，牵引件
ABSTRACT
The bucket elevator is a common vertical transportation equipment for the delivery of a variety of bulk and fragments of materials such as cement, sand, soil, coal, grain, and is widely used in building materials, electricity, metallurgy, mechanical, chemical industry, light industry, nonferrous metals, grain and other industrial sectors. Bucket Elevator is the structural characteristics:
the materials being transported together with the traction of carrying components of the hopper, the traction around the drum pieces, forming a closed loop containing a branch of a delivery of materials and a branch of the non-delivery of materials, the Movement for conveying materials. The design of the main TD400 overall structural design, the design of the drive pulley,thedesignofthehopper,thecalculationofbucketelevatortransmissioncapacity,thedeterminationofdrivewheelspeedandpower,the select of motor,reducer,beltandotherpartsandthedriveshaftdesignverification,includingthebucketelevatorfinalassemblydrawingandpartdrawing,theAuto-CADfinalassemblydrawingofthesecondarygearreducer.Selectedbycalculations,duetothehighefficiencyrequirements,rulingoutTD250,andselectingTD400bucketelevator.Giventhesamejobrequirements,I
choosedeephoppertofinishmywork.
KEY WORDS:
Bucket elevator，drum，drives，reducer,tensioning device，traction components
第一章绪论
1.1抛丸清理机及斗式提升机的简介
抛丸清理机是利用高速回转的叶轮将弹丸抛向滚筒内连续翻转的工件上，而达到清理工件的目的。
抛丸清理机是利用钢铁丸送至高速旋转的圆盘上，利用离心力的作用，使高速抛出的钢丸撞击零件表面，达到光饰的目的，抛丸清理机能使零件表面产生压应力，而且没有含硅粉末，对环境污染小。
抛丸清理机主要用途如下：
①抛丸清理机使零件表面产生压应力，可提高它们的疲劳强度及抗拉应力腐蚀的能力；
②抛丸清理机可对扭曲的薄壁零件进行校正；
③抛丸清理机的工艺代替一般的冷、热成型工艺，对大型薄壁铝制零件进行成型加工，不仅可避免零件表面有残余拉应力，而且可获得对零件有利的压应力。
应注意的是：
抛丸清理机处理过的零件的使用温度不能太高，否则压应力在高温下会自动消失，因而失去预期的效果。
它们的使用温度由零件的材质决定，对于一般钢铁零件约为260—290℃，铝制零件只有170℃。
斗式提升机是一种被普遍采用的垂直输送设备，用于运送各种散状和块状物料，例如水泥，沙，土，煤，粮食等，并广泛用于建材、电力、冶金、机械、化工、轻工、有色金属、粮食等各工业部门。
国内斗式提升机的设计制造技术是50年代由苏联引进的，知道80年代几乎没有太大的发展。
再此期间，各行各业就使用中存在的一些问题也做过一些改进。
从80年代以后，随着国家改革开放和经济发展的需要，一些大型企业及重点工程项目引进了一定数量的斗式提升机，从而促进了国内提升机的发展。
直到近来，斗式提升机的大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。
不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。
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。
斗式提升机的优点是，结构比较简单，能在垂直方向或倾角较小范围内运输物料而横断面尺寸小，占地面积小，能在全封闭罩壳内运行工作，不扬灰尘，避免污染环境，必要时还可以把斗式提升机底部插入料堆中自行取料。
与其它斗式提升机相比,带式斗式提升机更具有速度高,运转均匀而安静,抗磨性高,耐腐蚀等优点。
斗式提升机也有一些缺点，过载的敏感性大，必须均匀给料，料斗和牵引构件较易破坏。
机内较易形成粉尘爆炸的条件，斗和皮带容易磨损，被输送的物料受到一定的限制，只适宜输送粉末和中块状的物体。
正确选用料斗的尺寸和形状、运动速度、滚筒与链轮尺寸以及适合于物料物理性质和提升机工作条件的机首和底座尺寸是斗式提升机能否正常工作的条件。
在设计提升机前，必须分析它的工作条件，特别是对于调整提升机，应研究物料在料斗内的运动及从物料中抛出的情况。
根据设计题目及设计内容的要求，我们选取的取料方式为掏取式，选取钢丝绳芯胶带作为牵引构件，料斗密集排列，卸料方式为离心式，尾部采用重锤张紧装置。
此设计方案在以前设计的提升机基础上对其进行改进，发扬其缺点，进一步完善提升机的性能，提高其工作能力。
第二章本课题介绍及设计理论
2.1概述
此次设计是研究TD400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，研究影响斗式提升机效率的影响因素，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，总体装配以及传动等部件和相关零部件设计及绘制。
2.2斗式提升机工作原理
2.2.1斗式提升机分类
（1）按牵引件分类：
斗式提升机的牵引件有环链、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，胶带的结构比较简单，但不适宜输送磨琢性的物料，普通胶带物料温度不超过,钢绳胶带允许物料温度达,耐热胶带允许物料温度达,环链、板链输送物料的温度可达。
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。
如TD型带式斗提机离心式卸料或混合式卸料适用于堆积密度小于1.5t/m3粉状、粒状物料。
TH环链斗提机采用混合式或重力式卸料用于输送堆积密度小于1.5t/m3粉状、粒状物料。
（2）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，比较重大的，磨琢性大的物料，如石灰石、熟料等。
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，即流入式装载如图1-1、掏取式装载如图1-2和混合式装载，流入式装载主要用于输送大块和磨琢性大的物料，散料均匀落入料斗中，形成比较稳定的料流，进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；以防止物料在料斗之间撒落，料斗的运行速度不得超过1m/s。
掏取式主要用于输送粉状、粒状、小块状等磨琢性小的散状物料，由于在掏取时不会产生很大的阻力，所以允许料斗的运行速度较高，为0.8~2m/s。
介于两者之间采用混合式。
图1-1流入式图1-2掏取式
卸载方式有离心式、重力式及混合式三种。
离心式卸料如图1-3（b）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，个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。
重力式卸载如图1-3（a）适用于卸载块状、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，故必须增加提升机头的高度。
物料在料斗的内壁之间被抛卸出去，这种卸料方式称为离心-重力式卸载。
常用于卸载流动性不良的粉状物料及含水分物料。
料斗的运行速度为0.6-0.8m/s范围，常用链条做牵引件。
图1-3卸料方式（a）重力式；（b）离心式；（c）混合式。
2.2.3斗式提升机的部件
斗式提升机的主要部件有：
驱动装置、出料口、上部区段、料斗、牵引件、中部机壳、下部区段、张紧装置、进料口、检视门。
驱动装置由电动机、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料斗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，由于流动性好且干燥，用深斗较合适，卸载时，物料在料斗中的表面按对数螺线分布，设计离心卸料的料斗底部打若干个气孔，使物料装载时有较高的填充量，并且卸料时更完全。
牵引构件为一封闭的挠性构件，多为环链、板链或胶带。
新标准中规定了TD型、TH型、TB型三种结构型式的提升机，将分别替代国内原D型、HL型、PL型三种机型。
张紧装置有螺杆式与重锤式两种。
带式斗提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。
斗式提升机可采用整体机壳，也可在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监控及速度检测器等电子仪器，以保证斗提机的正常运行。
2.2.4斗式提升机的工作原理
固接着一系列料斗的牵引构件（环链、链轮）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，从而实现在竖直方向内运送物料。
斗式提升机的料斗和牵引构件等行走部分以及头轮、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工作等要求，本提升机选用普通胶带作为牵引件。
第三章提升机主要参数确定及主要结构设计
根据设计要求，选择斗式提升机的类型是胶带斗式提升机，即TD型斗式提升机。
3.1斗式提升机输送能力的计算与选择
3.1.1输送能力的计算
斗式提升机的输送能力计算可按下式计算：
Q=qv=3.6qv（3-1）
式中 Q—提升机的输送能力，t/h；
V—提升速度，m/s；
q—提升物料线载荷，kg/m。
提升物料线载荷可按下式计算：
q=（3-2）
式中
—提升机单个料斗容积，m3；
—料斗内物料填充系数；
—物料的堆积密度，kg/m3；
—提升机料斗间距，m。
将式（2-2）带入式（2-1）得
Q=3.6（3-3）
由于供料不均匀，实际生产能力一般小于计算生产能力，即:
Q实=（3-4）
式中 K—供料不均匀系数，取K=1.2～1.6。
取=0.85，=1.5t/，v=2m/s
则Q实=3.60.851.52/1.5=100t/h
根据表3-1，选用TD400型斗式提升机。
表3-1TD提升机系列产品性能
斗宽
（mm）
斗型
料斗容量
i0（L）
料斗间距
a（mm）
i0/a（L/mm）
315
Q
1.95
400
4.88
H
3.55
8.88
Zd
3.75
500
7.50
Sd
5..8
1.601
400
Q
3.07
480
6.40
H
5.6
11.67
Zd
5.9
500
10.54
Sd
9.4
16.79
500
Q
4.84
500
9.68
H
9.0
18.00
Zd
9.3
625
14.88
Sd
14.9
23.84
表3-2 TD400型斗式提升机的主要技术性能
料斗形式
Q
H
Zd
Sd
输送量
（m3/h）
离心式
68
110
混合式
斗宽（mm）
400
斗容（L）
3.07
5.6
5.9
9.4
斗距（mm）
480
500
宽度
400
层数
（最大值）
5
传动滚筒
直径（mm）
630
改向滚筒
直径（mm）
630
根据上表中的数值核算输送能力:
Q=3.6=3.69.4/0.52=172.5150t/h
所选用的斗提机的输送能力大于实际生产中所要求的输送能力，所以选用的TD400型斗提机能够满足要求。
3.1.2料斗的计算和选择
料斗是提升机的承载构件，通常是用厚度=2～6mm的钢板焊接或冲压而制成的。
为了减少料斗边唇的磨损，常在料斗边唇外焊上一条附加的斗边。
根据物料特性和装、卸载方式不同，料斗常制成三种形式：
深斗、浅斗和有导向槽的尖棱面斗。
深斗是具有导向侧边的的三角形料斗，在提升机中采用一个接一个的密集布置，卸料时，前一个料斗的两导向侧边和前壁形成后一个料斗的卸载导槽，这种料斗适用于输送较重的，半磨琢性的或磨琢性大的块状物料。
料斗的运行速度较低，使在重力作用下倾斜到前面料斗的导槽中。
D型和HL型斗式提升机多采用深斗或浅斗，PL型斗式提升机采用有导向槽的尖棱面斗。
本次设计的提升机主要是用于抛丸清理机的丸料运输，物料干燥松散，多为散状，所以采用深斗。
料斗的形状尺寸如图2-1所示。
离心式卸料的提升机，料斗间距的选取原则是：
当料斗卸料时，从料斗中抛出的物料不至于赶上走在前面的料斗，以免卸出的物料碰在前面料斗的斗壁上造成回料。
通常取料斗间距a0=（2.5～3）h，h为斗的深度。
在本次设计中，取料斗间距a0=500mm。
图3-1料斗
3.2.1卸料方式
斗式提升机的料斗是在行经驱动轮时在头部侧面卸料的，其卸料方式分为三种形式：
离心式、离心-重力式、重力式。
当料斗直线上升时，料斗中的物料只受重力G的作用。
当料斗绕入驱动轮后，当直线运动变为旋转运动，料斗内的物料同时受重力G和向心力F的作用。
即：
G=mg（3-5）
F=mr=m/r（3-6）
式中
m—料斗内物料的质量，kg；
g—重力加速度，m/s2；
—料斗内物料重心的角速度，rad/s；
r—回转半径（即料斗内物料的重心M到滚动中心O的距离），mm；
v—料斗内物料重心的线速度，m/s。
G、F合力的大小和方向随着料斗的位置而改变，但其延长线与滚筒垂直中心线始终都相交于同一点P，P点叫做极点。
极点P到回转轴心O的距离OP=h称为极距。
料斗中物料重心M至滚筒中心O的距离MO=r称为回转半径。
由相似三角形性质得，
===g
从而
h=g
因为
v=
所以
h=g=（3-7）
式中
h—极距，m；
n—驱动轮转速，r/min。
由上式可知，极距h只与驱动轮（滚筒）的转速有关，而与料斗在驱动轮上的位置及物料质点在斗内的位置无关。
当驱动轮转速一定时，极距h也就确定。
随着转速n的增大，极距h则减小，此时离心力增大；反之，当n减小时，h值增大，而离心力减小。
设料斗外缘至回转中心的半径为r1，驱动轮的半径为r2，当极距h＜r2时，极点P位于驱动轮的圆周内，离心力的值要远远大于重力的值，而料斗内的物料将沿着斗的外壁运动，物料作离心式卸载。
3.2.2驱动轮转速的确定
对离心力卸料的斗式提升机，驱动轮的转速大小对能否正确卸料有很大的关系。
转速过小，物料不易抛卸出去，必有一部分物料在重力作用下落入机壳内。
转速过大，物料受过大离心力作用而撞击在机壳壁上，被撞回后落入机壳内，不仅造成回料现象，而且会使壳壁很快磨损。
因此，确定合适的转速是一个很重要的问题。
当料斗通过驱动轮时，物料受到的离心力的大小是固定不变的，而它的方向却随着料斗位置的不同而改变。
当物料的重力与离心力的大小相等，方向相反，则物料在此二力作用下呈悬浮状态，料斗壁不再有压力，与斗壁不再有压力，与斗壁也没有摩擦力发生，出现这种情况的速度称为临界转速。
由于，
G=F,mg=m
所以，
=rg
用v=代入得：
（）2=rg
即
n2=900=（3-8）
由式（2-7）得：
n2=（3-9）
由式（2-8）与式（2-9）得：
==1
然而，一般只有堆积密度小、颗粒小又均匀的物体（如谷物、小麦等）才用这种临界速度进行卸载。
在工业中往往使离心力小于重力，这样卸料最完全。
即：
1
令
K0=
系数K0一般在1~2之间选取，常取K0=1.5.若K0=1.5时，n=。
驱动轮的实际转速一般比上式计算的值减小10%～12%。
由于斗宽为400mm，所以初选滚筒的直径D=630mm，故初步选r2=0.40m，带速v=2.0m/s,则
n===61r/min
则
h===0.241m
可知
h=0.241r2=0.40m
故离心式卸料的方式合适，选取物料的卸料方式为离心式卸载。
3.2.3驱动轮直径的确定
带式提升机驱动滚筒的直径：
D=2（r-t-c）（3-10）
式中
r—回转半径，即料斗内物料重心到滚筒中心的距离，m；
t—胶带厚度，m；
c—料斗中物料重心与斗背间的距离，m,c=；
a—斗幅。
该直径还需与选定的胶带层数相适应，以免胶带绕过滚筒时产生过大的内应力。
一般取：
D=（100~125）i
式中
D—驱动滚筒直径，mm；
i—胶带层数。
所以滚筒直径为630mm,改向滚筒直径为500mm。
3.3运动阻力和驱动功率的计算
3.3.1牵引构件张力计算
斗式提升机所需的驱动功率，决定于牵引构件运动时所克服的一系列阻力，其中主要有：
（1）物料沿牵引构件运动方向的重力分量；
（2）当牵引构件绕过轮时，各部分摩擦力；
（3）料斗掏取物料时的阻力。
如图3-2所示的垂直斗式提升机计算简图中，1、2、3、4各点张力分别用S1、S2、S3、S4表示，由分析知，1点的张力最小，3点的张力最大
图3-2斗式提升机
为了计算各点的张力，可利用逐点张力计算法进行计算，即牵引构件在轮廓上沿运行方向的每一点的张力等于前一点的张力与这两点之间区段上的阻力之和。
因此，提升机各点的张力S1、S2、S3、S4可分别计算如下。
（1）2点上的张力可按下式计算：
S2=S1+W1~2+W0（3-11）
式中
S1—最小张力，N；
W1~2—尾轮阻力，N，W1~2=（0.05~0.07）S1；
W0—掏取物料阻力，N，W0=q。
掏取物料阻力的大小与许多因素有关，除与v、q之有关外，还与物料的粒度和性质等有一定的关系。
因此，实际掏取阻力值需根据经验和实验计算确定。
（2）3点上的张力可按下式计算：
S3=S2+W2~3（3-12）
式中
W2~3—提升段阻力，N，W2~3=W0（q+q0）H；
q0—每米长度内牵引构件和料斗的质量，kg/m，q0K2Q；
K2—系数，见表3-2；
H—提升机高度，m。
表3-2系数K2值
（3）4点上的张力可按下式计算：
S4=S1+W4~1（3-13）
式中
W4~1—下降段阻力，N, W4~1=q0H。
对于带式牵引构件，还应满足尤拉公式：
S3=S4（3-14）
式中
—摩擦系数；
—牵引构件在轮上的包角。
的值见表3-3
表3-3的值
（4）驱动轮处的阻力可按下式计算：
W3~4=（0.03~0.05）（S3+S4）（3-15）
为了计算方便，在要求不太精确时，可用简易算法进行计算。
对于垂直提升机，稳定运动状态下的牵引构件的最大静张力Smax，可近似地按下式计算：
Smax1.15H（q+K1q0）（3-16）
式中
K1—考虑装有料斗的牵引构件的运动阻力和在上、下部滚筒上的弯折阻力的系数，其中包括掏取物料的阻力，见表3-4。
由式（3-16）得
Smax=S3=1.157（23.97+2.53.5172.5）=12.34KN
由式（3-12）得，
S2=S3W2~3=12.34KN（23.97+3.5172.5）7=7.95KN
由式（3-11）得，
S1=S2W1~2—W
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