关于斗式提升机的设计内容,及轴的设计

1

言……………………………………………………………………………………1

前

2绪论…………………………………………………………………………3 2.1概述…………………………………………………………3 2.2斗式提升机的工作原理……………………………………………………3 2.3斗式提升机分类………………………………………………………………4 2.4 斗式提升机的装载和卸载………………………………………………………4 2.5 常用斗提机选用及相关计算………………………………………5 2.6斗提机的主要部件……………………………………………………………8 3提升机主要参数确定及主要结构设计……………………………………11 3.1提升功率的确定……………………………………………………………12 3.2 电动机选择…………………………………………………………………12 3.3减速器设计………………………………………………………………12 3.3.1 皮带的选择计算………………………………………………………12 3.3.2行星轮传动设计………………………………………………………14 3.4 驱动轴设计及附件的选择………………………………………………………30 3.4.1 轴的材料及热处理………………………………………………………30 3.4.2轴的结构设计……………………………………………………………3

3.4.3 轴的强度校核计算………………………………………………………3

1

3.4.4轴的选用…………………………………………………………………3

4

3.4.5驱动链轮键的设计校核…………………………………………………3

5

3.4.6精度设计……………………………………………………………35 3.5 联轴器的选择·……………………………………………………………36 3.6驱动链轮的结构设计……………………………………………………………3

8

3.7提升机主要参数设计……………………………………………………………3

9

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3.8头部罩壳的选材及链……………………………………………………………40 3.9 中部区段的设计选材 …………………………………………………………41 3.10 料斗和环链的设计……………………………………………………………42 4 提升机的维护和检修 ………………………………………………………………43

4.1 提升机设备的日常维护…………………………………………………………43 4.2 矿井提升维护 检修及处理故障主提升机操作 ………………………………43

4.2.1 日检的基本内容 …………………………………………………………43 4.2.2 周检的基本内容 …………………………………………………………44 4.2.3 月检的基本内容 …………………………………………………………44 4.3 提升设备的的计划维修 ………………………………………………………45

4.3.1 小修的内容 ………………………………………………………………45 4.3.2 中修的内容 ………………………………………………………………45 4.3.3 大修的内容 ………………………………………………………………46 4.4 提升机的润滑 …………………………………………………………………46

4.4.1 润滑剂的选择 ……………………………………………………………46 4.4.2 润滑的方式 ………………………………………………………………46 结论……………………………………………………………………………48 参考文献………………………………………………………………………………4

翻译部分

英文原文…………………………………………………………………………50 中文译文…………………………………………………………………………62 致谢……………………………………………………………………………………7

1 9

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1 前言

随着生产的不断发展，在现代的工矿企业、车站港口、建筑工地、林区农场、食品加工和国民经济各部门，越来越广泛地使用各种起重运输机械，进行装卸、运转、输送、分配等生产行业。例如一个年产上千万吨钢的钢铁联合企业，仅运进物了就有两千万吨；再加上生产作业过程中的运转设备，没有现代化、高效率的起重运输机械是无法进行生产的。在起重运输机械中有些是不可缺少的运转设备，但更多的起重运输机械，其作用早已超出单纯的辅助设备范围，它们被直接应用于生产工艺过程中，成为生产作业线上主体设备的组成部分。钢铁联合企业如此，其他国民经济部门也是如此。为促进社会主义建设事业的发展，提高劳动生产率，充分发挥起重运输机械的作用是具有重要意义的。

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。

垂直斗式提升机用来垂直提升经过破碎机的石灰石、煤、石膏、熟料、干粘土等块粒状物料以及生料、水泥、煤粉等粉状物料。根据料斗运行速度的快慢不同，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。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

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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，夹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 。

2 绪论

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2.1 概述

根据所运输的物料为散状燃煤，故根据相关手册选用TH250斗式提升机。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，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。

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

斗式提升机是通过紧固在牵引件上的许多漏斗，并环绕在上部头轮和下部尾轮之间，构成了闭合轮廓；驱动装置与头轮轴相连，是斗式提升机的动力部分，可以使头轮轴转动；张紧装置一般和下部尾轮相连，使牵引件获得必要的初张力，以维持牵引件正常运转。物料从斗式提升机下部机壳的进料口进入物料，通过流入式或掏取式装入料斗后，提升到头部，在头部沿出料口卸出，实现垂直方向输送物料的目的。斗式提升机的料斗、牵引构件及头轮和尾轮等安装在全封闭的机壳之内。 2.3斗式提升机主要特点

（1）驱动功率小,采用流入式喂料、诱导式卸料、大容量的料斗密 集型布置.在物料提升时几乎无回料和挖料现象,因此无效功率少。

（2）提升范围广,这类提升机对物料的种类、特性要求少,不但能提升一般粉状、小颗粒状物料,而且可提升磨琢性较大的物料.密封性好,环境污染少。

(3)运行可靠性好,先进的设计原理和加工方法,保证了整机运行的可靠性,无故障时间超过2万小时。提升高度高.提升机运行平稳,因此可达到较高的提升高度。 (4)使用寿命长,提升机的喂料采取流入式,无需用斗挖料,材料之间很少发生挤压和碰撞现象。本机在设计时保证物料在喂料、卸料时少有撒落,减少了机械磨损。 2.4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，

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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。 2.5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。

(1)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。

(2)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。

(3)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.

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挖取式装载2图

1图2-1 注入式装载 图图2-2

2.6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型和TB型，它们的主要特征、用途及型号见表2-1

（二） TD型—带式斗式提升机。适用于输送粉状、颗粒状和小块状的无磨琢性或半磨琢型的物料。被输送物料的温度，对普通橡胶带不宜超过80℃；对耐热橡胶带不宜超过200℃.

TH—环链式斗式提升机。适用于适用于输送粉状、颗粒状和小块状的无磨琢性或半磨琢型的物料。被输送的物料的温度不宜超过250℃.

TB—板式套筒滚子链斗式提升机。适用于输送中等及大块状的易碎的和磨琢性的物料。被输送物料的温度不宜超过250℃ （三）常用斗提机功率计算 1、轴功率的近似计算：

P0 =

QH367

(1.15 k1k2v)

（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2-2

2、电动机功率计算：

N=

N0

2

η1η

K （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；

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η

2

—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

η

2

=0.93；

K—功率备用系数。与高度H有关，当：H<10米时，K=1.45；10<H<20米时，K=1.25；H>20米时，K=1.15。

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2.7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、出料口、上部区段、牵引件、漏斗、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。

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

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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。

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。

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3. 提升机主要参数确定及主要结构设计

3.1 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：

1 垂直斗式提升机拟采用卧式减速器。

2 NGW行星减速装置与普通轮系传动装置相比较具有重量轻、体积小、传动比大、承载能力大及传动效率高的优点。同时，设计繁琐、结构复杂、加工制造精度高等要求又是其缺点。但随着人们对其传动的深入了解，结构的不完善，加工手段的不段提高，行星传动装置日益成为矿山机械广泛采用的一类传动装置。皮带传动经济性好且易维护，可防止过载，拟选用行星减速器和皮带传动配合使用。

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=

QHg3600

+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

由此次TH250斗式提升机设计的条件可以得知，Q=30T/h,t提升的高度H=15m

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重力加速度在此处可取10 m/s2

将数据代入（3-1）计算可得

P0

QHg3600

PS PL

30 15 10

3600

2 0.3 3.55

（3-2）

电机功率 P

P0n

（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=5.1Kw

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＝5.5kW，转速n=1500r/min左右，参照文献[1]中电动机的类型及其应用特点，选用Y132S-4型电动机。 3.3 减速机设计

根据文献[2]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5.5Kw时，应选用Y5Y125驱动装置，在已选择Y132S-4电动机后，应选择型号为ZLY125-18-Ⅰ（S）/Ⅱ（N）的减速器 3.3.1皮带的选择计算 1确定计算功率Pca

由文献[3]表差得工作情况系数KA=1.5，故

Pca KAP 1.2 1.5 8.25

2选择V带的带型

根据功率与转速查图8—10选用A型 3确定带轮的基准直径dd并验算带的速度

1）初选小带轮的基准直径dd1。由表8—6和8—8，取小带轮的基准直径dd1=90mm

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2)验算带速v。按式（8—13）验算带的速度

v=

π dd1 n1

6000

3.14 90 1440

60000

6.78

因为5m/s<v<30m/s,故带速合适

3）计算大带轮的基准直径。根据（8—15a）,计算大带轮的基准直径dd2 dd2 i2dd1 2.5133 90mm 226.17mm 根据表8—8，圆整为dd2=227mm 4确定V带基准长度Ld和中心距a

1）根据式（8—20），初取中心距a0 700mm 2）由式（8—22）计算带所需的基准长度Ld0

Ldo

≈2a0

π(dd1 dd2)

2

(dd2 dd1)

4a0

2

2

=2 700

3.14(90 227)

2

(227 90)4 700

=1904.39mm

由表8—2选取带的基准长度Ld=2000 3）按式（8—23）计算实际中心距a。

a a0

Ld Ld0

2

'

700

(2000 1904.39)

2

748

5验算小带轮包角 1

1=180

D2 D1

a

57.3=180

227 90748

57.3

=169.5 120

6确定V带根数z

1）计算单跟V带的额定功率Pr

由dd1-90mm和n1=1440r/min,查表8—4a得P0 1.07KW

根据n1=1440r/min，i=2.5133和A型带，查表8—4a得△P0=0.17KW. 查表8—5得Ka o.98，查表8—2得KL 1.03，于是

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z

Pca

(P0 P0)KaKL

8.25

(1.07 0.17) 0.98 1.03

6.59

圆整 z 7

7计算单根V带的初拉力的最小值（F0)min

由表8—3得A型带的单位长度质量q=0.1kg/m,所以

(F0)min

500Pca

zv

(2.5Ka

1) qv=

2

500 8.257 6.78

(

2.50.98

1) 0.1 6.78

2

139N

应使带的实际初拉力F0>(F0)min 8计算压轴力FP 压轴力的最小值为

FP 2z(F0)minsin

1

2

2 7 139 sin

169.52

1937.84N

9带轮槽间距e 15 槽边距fmin 9 带轮宽B (z 1)e 2fmin 108mm

3.3.2行星轮（参数）传动设计 （1）传动型选择

按电动机功率7.5KW，总传动比i

nn' 144047.746

30.16

。参考表1-1选用效率较高的

单级NGW型行星齿轮减速器，采用中心轮a1浮动而内齿轮b1固定的结构。 (2）传动比分配

查表知单级行星齿轮减速器的传动比为2.1~12.7，选单级减速器i1=12，V带的传动比为i2=2.5133。

（3）传动装置运动参数的计算

从输入端开始电动机和皮带的功率与转速为

P电动机

=5.5KW n1 1440r/min；P皮带=P电动机

4=5.5 0.96=5.28KW

n2 573r/min

（4）输入级计算

1）配齿计算，查表17.2-1选择行星轮数目，取. nW 3 确定各轮齿数，按1.1-2

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b

所选配齿方法进行计算

12 Za

3

Zb Za(i

i

aH

nW

C

适当调整ibaH=12使C为整数，则

68 Za 17

b

aH

1) 17 (12 1) 187

Z'c

12

(Zb ZA)

12

(187 17) 85

采用不等角变位时，应将算出的Z'c减去0-2个齿，以适应变位的需要，取ZC 84则：

j

Zb ZcZa Zc

187 8417 84

1.0198

由图17.2-3可查出使用的预计啮合角在 'ac 20 25 20'， 'cb 18 20 预取

''ac 22， ''cb 19

2）按接触强度初算a c传动的中心距和模数 输入转矩 T 9550

P皮带n2

9550

5.28573

88Nm

设载荷不均匀系数Kc 1.15 （查表17.2-16取C=1.1 太阳轮与行星架同时浮动） 在一对a c传动中，小轮（太阳轮）传递的转矩 Ta 按表17.2-31查得接触强度使用的综合系数K 2.5 齿数比 u

ZcZa

8417

4.9412

TnW

Kc

883

1.15 33.73Nm

太阳轮和行星轮的材料用20CrMnTi渗碳淬火，齿面硬度在56-60HRS,查图16.2-17, 选取取齿宽系数 a

ba 0.5

按表16.2-20中的公式计算中心距

3

a 483(u 1)

KTa

3

au

=483 （4.9412+1）

2

2.5 33.730.5 4.9412 1300

2

Hlim

=78.15mm

模数 m

2aZa Zc

2 78.1517 84

1.548mm

圆整 取m 2mm

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未变位时

aac

12

m(Za Zc)

12

2 (17 84) 101mm

按预取啮合角 ''ac 22 可得a c传动中心距变动系数

yac

12

(Za Zc)(

cos cos ''

1)

12

(17 84) (

cos20cos22

1) 0.6813则中心

a'ac aac yac 101 0.6813 101.6813mm

取a'ac 103mm

3）计算a c传动的实际中心距变动系数yac和啮合角 'ac

yac

=

a'ac aac

maaca'ac

103 101

2101103

1 cos20

cos 'ac

cos

0.921446

'ac 2251'

4）计算a c传动变位系数

x ac (Za Zc)

invαnac invα

2tanα

=（17+84）

inv2251' inv20

2tan20

1.05795

用图16.2-7校核，x ac在P5 P6之间，为综合性能较好区，可用图16.2-8分配变位系数，得xa 0.53

而xc x ac xa 1.05795 0.53 0.528

5）计算c b传动的中心距变动系数ycb和啮合角 'cb

c b传动未变位时的中心距

acb

m2

(Zb ZC)

22

(187 84) 103mm

则ycb

a'cb acb

m

103 103

2

0

'cb 20