斗式提升机的设计方案要点.docx

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斗式提升机的设计方案要点

第1章前言

斗式提升机广泛用于垂直输送各种散状物料，国内斗提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。

斗式提升机按牵引形式主要分为胶带式、圆环链式和板链式三种,因经济条件、技术水平及使用习惯等原因,国内用户对圆环链式和胶带式斗提机需求量较大,这两种斗提机的技术发展受到较多的关注,而且有较为明显的发展。

TH型是一种圆环链斗式提升机，采用混合式或重力卸料，挖取式装料。

牵引件用优质合金钢高度圆环链。

中部机壳分单、双通道两种形式为机内重锤箱恒力自动张紧。

链轮采用可换轮缘组合式结构。

使用寿命长，轮缘更换工作简便。

下部采用重力自动张紧装置，能保持恒定的张紧力，避免打滑或脱链，同时料斗遇到偶然因素引起的卡壳现象时有一定的容让性，能够有效地保护下部轴等部件。

该斗式提升机适用于输送堆积密度小于1.5t/m3易于掏取的粉状、粒状、小块状的底磨琢性物料。

如煤、水泥、碎石、砂子、化肥、粮食等。

TH型斗式提升机用于各种散状物料的垂直输送。

适用于输送粉状、粒状、小块状物料，物料温度在250℃以下。

第2章提升机设计

2.1本课题介绍及设计理论

2.1.1概述

此次设计的任务是研究TH250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、机体等部件和相关零部件设计及绘图。

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TH250斗式提升机的工作能力和使用要求，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。

该项目来源于江苏海建集团，TH斗式提升机具有输送量大，提升高度高，运行平稳可靠，操作维修简便，寿命长等显著特点。

斗式提升机适用于输送粉状，粒状和小块状的低磨琢性物性，物料堆积密度小于1.5t/m,物料温度不超过250℃，广泛应用于水泥提升机械。

2.2斗式提升机的工作原理

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。

如TD型带式斗提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环链斗提机采用混合式或重力式卸料用于输送堆和密度小于1．5t／m3的粉状、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，比重较大的，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。

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。

图2-2注入式装载图2-1挖取式装载

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。

常用于卸载流动性不良的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。

2.2.3常用斗提机选用及相关计算

（一）目前国内常用的斗提机均为垂直式，较新型符合标准TB3926-85的有TD型、TH型，它们的主要特征、用途及型号见表1。

表2-1TD、TH、TB型斗提机特征、型号表

型式

TD型

TH型

TB型

结构特征

采用橡胶带作牵引构件

采用锻造的环形链条作为牵引构件

采用板式套筒滚子链条作为牵引构件

卸载特征

采用离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

适用输送物料

松散密度ｐ＜1.5t/m3的粉状、粒状、小块状的无磨琢性、半磨琢性物料

松散密度ｐ＜2t/m3的中、大块状的磨琢性物料

适用温度

被输送物料温度不得超过60℃，如采用耐热橡胶带时温度不超过200℃

被输送物料温度不得超过250℃

型号

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

约在4～40mm范围内

约在4.5～40mm范围内

约在5～50mm范围内

输送量

4～238m3/h

35～185m3/h

20～563m3/h

（二）TD型斗提机结构型式　　

（1）传动装置TD型斗提机的传动装置有两种形式。

分别配有YZ型减速器或ZQ（YY）型减速器。

YZ型轴装减速器直接套装在主轴轴头上，省去了传动平台、联轴器等，使结构紧凑，重量轻，而且其内部带有异型辊逆止器，逆止可靠。

该减速器噪声低，运转平稳，并随主轴浮动，可消除安装应力。

（2）TD型斗提机备有四种料斗Q型（浅斗）、H型（弧底斗）、Zd型（中深斗）、Sd型（深斗）。

（三）常用斗提机功率计算

1、轴功率的近似计算：

P0=

（2-1）

式中：

P0-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、K2-系数。

具体见表表2-1

表2-1提升机参数表

输送能力Q

（吨/小时）

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

系数K1

<10

0.6

1.1

10-25

0.5

0.8

1.10

1.2

25-50

0.45

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：

（2-2）

式中：

N—电动机功率（千瓦）；

N0—轴功率（千瓦）；

η1—减速机传动效率，对ZQ型减速机η1=0.94；η2—三角皮带或开式齿轮传动效率，对三角皮带η2=0.96，对开式齿轮η2=0.93；

K'—功率备用系数。

与高度H有关，当：

H<10米时，K'=1.45；1020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、底座和中间罩壳等。

驱动装置由电动机、减速机、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，物料在料斗中的表面按对数螺线分布，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绕性构件，多为环链、板链或胶带。

2.2.5斗式提升机的工作原理

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，以保证斗提机的正常运行。

2.2.5斗式提升机的工作

原理斗式提升机的原理：

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走行部分以及头轮、底轮等安装在全密封的罩壳之内。

图2-3提升机示意图

综合此次设计的提升高度与台时产量等要求，本提升机选用混合或重力方式卸料，掏取式装料，选用zh型（中深斗）料斗，牵引件为低合金高强度圆环链，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。

有轮体、轮缘用高强度螺栓联接而成。

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；下部采用了重锤杠杆式张紧装置，即可实现自动张紧。

一次安装后不需调整，又可以保持恒定的张紧力，从而保证机器的正常运转，避免了打滑或脱链。

第3章参数与结构设计

3.1提升机主要参数确定及主要结构设计

3.1.1提升功率的确定

关于提升机驱动功率的设计计算一直以来争议不断，资料上推荐的公式多数是延用上世纪80年代的公式，计算复杂，而且所选参数稍有变化时结果的出入却较大，与实际相差甚远。

在查阅大量关于运输机械设计方面的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TH型提升机设计的功率计算部分内容，计算过程如下：

TH型斗提机功率计算

TH型提升机驱动装置为YY型（即ZLY或ZSY型减速器和Y型电动机配用）。

传动轴驱动功率由下式求得：

P0=

+PS+PL（3-1）

式中P0-轴功率（KW）；

Q-斗提机的输送量（t/h）；

H-提升高度（m）；

g-重力加速度（m/s2）；

PS，PL—附加功率，KW，见表3-1

表3-1

附加

功率

TH160

TH200

TH250

TH315

TH400

TH500

TH630

TH800

TH1000

TH1250

PS,KW

PL,KW

0.2

0.3

0.5

0.8

1.2

2.2

3.4

8.4

由此次TH250斗式提升机设计的条件可以得知，Q=25t/h,t提升的高度H=35m重力加速度在此处可取10m/s2。

将数据代入（3-1）计算可得：

P0=

+PS+PL=

（3-2）

电机功率

（3-3）

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

3.2电动机选择

按已知工作要求和条件选用要求电机功率P＝7.5kW，转速n=1500r/min左右，参照文献[2]中电动机的类型及其应用特点，选用Y132M-4型电动机。

输出轴直径Φ75，中心高280mm，工作转速1440r/min。

3.3减速机选择

根据文献[1]中的YY型驱动装置的选型原则及规范可知，TH250提升机功率为7.5Kw时，应选用Y7Y140驱动装置，在已选择Y132M-4电动机后，应选择型号为ZLY140-18-Ⅰ（S）/Ⅱ（N）的减速器。

输入轴直径为28mm，输出轴直径为65mm,中心高为160mm。

3.4驱动轴设计及附件的选择

3.4.1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。

3.4.2轴的结构设计

1）初步计算轴的直径

参照文献[3]中关于轴的设计部分，根据轴的承载情况，选择扭转强度计算法来计算轴的直径。

（3-4）式中A——系数，此处取120，

P——电动机功率，Kw

n——轴的转速，r/min,

将相关数据代入式3-4可得

（3-5）

因为轴端装联轴器需要开键槽，会削弱轴的强度，故将轴径增加4%~5%，取轴的直径为70mm。

2）各轴段直径的确定

如图3-1所示，轴段①与减速机空心输出轴套装配，并且在接近轴段②处装有毛毡弥封圈，故直径d1=70mm。

轴段②和轴段⑧上安装轴承，现暂取轴承型号为2217，其内径d=85mm，外径D=150mm，宽度B=36mm，故轴段②的直径d2=d8=85mm。

轴段③和轴段⑦的直径为轴承的安装尺寸，查有关手册，取d3=d7=95mm。

轴段④和轴段⑥上安装驱动链轮，考虑到轴段④与轴段⑥中间的截面承受的弯矩最大，故在直径上有所增加，现暂定d4=d6=100mm。

轴段⑤考虑滚筒便于安装拆卸，直径略比轴段④和轴段⑥的直径小，取d5=110mm。

图3-1驱动轴示意图

3）各轴段长度的确定

轴段①与减速机空心输出轴套装配，其长度主要决定于减速机和头部壳体之间的安装尺寸，同时还要保证与减速机相配合的部分有足够的长度，从手册中查知减速机的相关安装尺寸要求，现暂取l1=140mm。

轴段②与轴段⑧上安装轴承，其长度决定于轴承的安装尺寸，故取l2=l8=110mm。

轴段③和轴段⑦的长度主要根据两轴承之间的距离和滚筒在轴向上的安装尺寸来定。

考虑到其轴向上密封板、壳体法兰和轴承座等占据的位置，暂取两轴承轴向上的中心距离为590mm，则可以暂取l3=l7=155mm。

轴段④、⑤、⑥的长度要和驱动链轮一并设计，现暂定l4=l6=120mm，l5=40，驱动轴总长为950mm。

4）轴上零件的固定

考虑到轴段①、④、⑥处键传递较大的转矩，故轴段①与联轴器的配合选用k6；轴段④、⑥与驱动链轮的配合选用r6；轴段②、⑧与轴承内圈的配合选用r6。

与减速机和驱动链轮的联结均采用A型普通平键，分别为键20×125GB1096-1996及键28×110GB1096-1996。

5）轴上倒角及圆角

轴端倒角2×45°，安装链轮的轴段倒角为2.5×45°，倒圆角为R1.6mm，为方便加工，其它轴肩圆角半径均取为0.6mm。

3.4.3轴的强度校核计算

1）轴的受力分析及弯扭矩图3-2所示

图3-2轴的受力分析及弯扭矩图

2）计算支承反力

由于轴在水平面上不受力，

故FRIH=FR2H=0（3-6）

在竖直面上

（3-7）

式中：

——同一时刻提升机上行料斗中物料重量；

——环链预紧力（平均每米长度牵引构件重量，25kg/m）；

——牵引构件重量（2000N）。

（3-8）

（3-9）

（3-10）

3）按弯扭合成强度条件计算如下：

很显然b-b截面为危险截面。

由于弯曲应力

为对称循环，扭转切应力

为静应力，则

（3-11）

（3-12）

所以b-b截面左侧安全，显然b-b截面右侧也是安全的。

4）安全系数校核

弯曲应力：

（3-13）

应力幅：

平均应力：

Mpa

切应力：

（3-14）

（3-15）

安全系数：

（3-16）

（3-17）

（3-18）

许用安全系数

显然S>

故b—b剖面安全。

以上计算表明，轴的弯扭合成强度和疲劳强度是足够的。

3.4.4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，故选用承载能力大并有自动调心功能的调心球轴承轴承2217。

其基本参数如表3-2。

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）

式中：

——载荷系数，中等冲击取1.2～1.8。

其寿命为：

（3-20）

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为24362小时。

表3-2轴承2217基本参数

基本尺寸/mm

额定载荷/kN

150

58.2

23.5

3.4.5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=16mm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[σc]=110MP，[τ]=90MP，键连接工作面的强度校核如下：

<[σc]（3-21）

<[τ]（3-22）

式中：

T—传递的转矩（

）

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。

3.5联轴器的选择

由于弹性柱销联轴器（如图3-3所示）具有一般补偿两轴相对偏移和减振能力，结构简单，更换弹性元件简便，允许有轴向窜动，适用的工作温度为-20°C到+70°C，所以根据提升机的工作特性，选择弹性柱销联轴器作为减速器和提升机上部主轴之间的连接设备。

由文献[2]可知应选取的联轴器型号为：

由表11-9可知所选用连轴器的公称扭矩

=3153

，许用转速为3450r/min,而本次设计所需的扭矩T=1530

转速为48r/min,故所选的联轴器LX5完全满足要求。

下面对联轴器与轴连接处的键进行设计和强度较核。

由轴的直径d为70mm，查文献[2]，由表9-4可知，应取键的宽度b=20mm，高度h=120mm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[σc]=110MP，[τ]=90MP，键连接工作面的强度校核如下：

<[σc]（3-23）

<[τ]（3-24）

式中：

T—传递的转矩（

）

d—轴的直径（mm）

l—键的工作长度，A型（mm），l=L-b（mm）

A—键与轮毂的接触高度，平键K=h/2

其中b为键的宽度。

图3-3LX型联轴器结构图

3.6驱动链轮的结构设计

TH型斗式提升机是利用链轮与圆环链间的摩擦力进行动力传递的。

特别当链轮与链条摩擦副不能相互匹配，即链轮与链条产生相对滑动时，链轮磨损加剧，因此，链轮是一个易损件。

对于链轮应选择合理的材料、热处理工艺以保证轮缘的硬度和耐磨性。

同时考虑到链条价昂，应使链轮的硬度略低于链条的硬度。

TH250的轴上的扭距通过键槽传递给两个链轮，链轮由轮缘和轮体两部分组成，结构如图3-4所示。

轮体由HT200铸造而成，轮缘由QT60-2铸造而成，要求铸件不得有气孔、缩孔及裂纹等，以保正链轮工作正常工作所需要的强度。

此次设计采用了组装式链轮。

有轮体、轮缘用高强度螺栓联接而成。

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。

图3-4驱动链轮装置

3.7提升机主要参数的计算

通过前几节的功率计算、设备选型等，提升机的主要参数现在可以计算如下：

1）提升速度：

（3-25）

式中：

——电动机转速，r/min；

——驱动滚筒转速，r/min；

d——驱动滚筒直径，mm；

i——减速机速比；

I——减速器带轮与电动机的带轮直径比。

2）料斗间距：

在本章第一节中已得出同一时刻内上行料斗中物料总量为0.205t，考虑到物料装填时有一定的松散性，故取生料装填后的密度

，由于斗速较快时装填率较低，故取装填率

=0.75，已知TH250型深斗容积为3L，则同一时刻所需上行料斗的数量为：

个（3-26）

则料斗间距为：

（3-27）

取整数，则料斗间距为450mm。

3.8头部罩壳的选材及连接

图3-5上部机壳

如图3-5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3mm的钢板，与电动机、减速机支座联结的侧板采用10mm的筋板，法兰及支撑采用63×63×6的热轧等边角钢。

同样的道理，侧板与罩壳的焊接要求也较高，故采用K形坡口，且焊接时要防止出现虚焊现象。

图3-5提升机头部示意图

3.9中部区段的设计选材

由于本设计中的提升机提升高度达35m，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63×63×6的等边角钢，壳体采用3mm厚的钢板，并在罩壳上设有检修门，主要是用来观察、检查提升机内部的工作情况，在出现故障时可以方便检修，具体结构如图3-6所示。

图3-6中部机壳

3.10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Zh型（中深斗）料斗参数尺寸，设计的畚斗的形状如图3-7所示，料斗容量为3L，输送的物料最大块度为25mm，对比同类型的斗式提升机的环链选择的相关参数可知，与料斗配套使用的锻造圆环链条是直径Φ18mm，节距为64mm

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