脱水斗式提升机的设计

第一章绪论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。

脱水斗式提升机的构造是由：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。

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。

驱动系统基本组成: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。

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。

脱水斗式提升机是一种倾斜提升运输设备。

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。

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。

脱水斗式提升机布置应遵循尽量减少施工工作量、简化设备的原则，降低制作成本，此处与跳汰机配套的脱水斗式提升机布置形式。

提升机的后段是封闭不透水的，里而充满了水，水平而位置与跳汰机内的一致，提升机的前段机壳敞开，是有效脱水段。

为了达到生产要求的脱水效果，应保证足够的脱水时间，即脱水斗式提升机的运行速度及有效脱水长度应有一定限制。

根据实际情况和实际生产经验，脱水斗式提升机的脱水高度应高出水面6～8m。

1.2 选题背景十二矿选煤厂隶属平煤集团股份有限公司十二矿煤矿，厂址位于十二矿工业广场内，为矿井型炼焦煤选煤厂。

邢台煤矿于1968年10月投产，原煤生产能力120万吨，煤种以1/3焦煤为主。

主要采煤方法为综采机械化采煤和综采放顶煤。

十二矿选煤厂于1973年12月投产，原设计原煤处理能力90万吨，后经改造能力提高至120万吨。

选煤方法为：混煤跳汰+浮选+尾煤浓缩压滤联合工艺。

1992年选煤厂进行了压滤系统改造；1998年选煤厂进行了产品储运系统改造；2007年选煤厂补建了重介分选系统；2009年选煤厂补建了加压过滤和系统。

目前邢台矿选煤厂选煤方法为：不脱泥无压三产品重介旋流器分选+跳汰机+脱水/煤泥重介旋流器分选/浮选+加压过滤回收/一次浓缩+筛网沉降过滤离心机回收/二次浓缩+压滤机回收工艺。

经过多次改造现有系统的生产能力为150万吨。

本课题以脱水斗式提升机在十二矿选煤厂应用为例，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：表1-11.3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。

各章节包括的主要设计内容如下：第二章，脱水斗式提升机关键技术的分析：脱水斗式提升机基本组成、提高脱水斗式提升机输送量的技术分析、链条的失效分析、驱动方案的确定。

第三章，脱水斗式提升机设计理论基础：原始数据及工作条件、脱水斗式提升机设计计算。

第四章，脱水斗式提升机设计：斗链的选型、脱水斗式提升机布置形式及基本参数的确定、电动机的选型、减速器的选型、安装调试和维护、拉紧装置选型、机尾的设计、安全装置、机壳和机架的设计、传动链选择与联轴器选型。

第二章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。

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。

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。

()()1212F h W C h W C f A R =+++⨯⎡⎤⎣⎦ （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 2.295501000T T p i F d v⨯⨯⨯⨯=⨯ （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。

[]Q F n =⨯ （2—3）4、销轴、销套摩擦副寿命计算312311915001 3.2p r L c c c z i p p T p v i p d ⎛⎫⎡⎤∆=⨯⨯⨯ ⎪⎢⎥+⎣⎦⎝⎭ （2—4） 12A f c r F K F F p A ψ++= （2—5）112A d 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：111r K p v = （2—7）N a F V K 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 ；h 1——斗式提升机头、尾轮垂直中心距，m ；h 2 ——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 ；d T ——斗式提升机头部链轮节圆直径，mm ；i T ——驱动系统总速比；S 破——链条极限拉伸载荷，N ；F max ——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 ；A 1——铰链承压面积，mm 2；d 1——销轴直径，mm ；b 2——轴套长度，mm ；p r ——铰链的压强，Mpa ；K A ——工况系数，K A =1.1；F c ——链速较低可忽略；F f ——悬垂拉力，有轨道承载可忽略；ψ——负荷率；c 1——销套销轴摩擦系数；c 2——节距系数；c 3——齿数一速度系数；L p ——链长，以节数表示；v ——链速m/s ；z 1——齿数；i ——传动比；p p ⎡⎤∆⎢⎥⎣⎦——许用磨损伸长率；r ——磨损率；K 1——工作条件系数，需由实验取得；p 1——摩擦面表面压强 Mpa ；v 1——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；F N ——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像切削一样划出条状细槽，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。