497_脱水斗式提升机设计

1 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。

它是选煤厂和钙镁磷肥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。

1.2 选题背景本课题以脱水斗式提升机在选煤厂应用为例，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：输送能力Q 50 t/h料斗容量 i0 85 L料斗间距 a o 800 mm料斗宽度 B 1000 mm物料类别 矸石堆积密度 γ 1.6t/m 3提升倾角 α 60º提升高度H 15.2 m1.3 本课题的指导思想及主要工作由前面的论述可知，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。

2 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。

( ) ( ) 12 1 2 F h W C h W C f A R =+++´ éù ëû （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 2.295501000 T 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 3 123 1 191500 1 3.2 p r L c c c z i p p T p v i p d æö éù D =´´´ ç÷ êú + ëû èø （2—4） 1 2 A f c r F K F F p A y ++ = （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 éù D êú ëû——许用磨损伸长率；r ——磨损率；K1——工作条件系数，需由实验取得；p1——摩擦面表面压强 Mpa；v1——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 配偶表面上象切削一样划出条壮细槽，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。

金属和合金的腐蚀主要 是由于化学或电化学作用引起的破坏，有时还同时伴有机械、物理或生物作 用。

根据腐蚀的作用原理，可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

两者的区别是当 电化学腐蚀发生时，金属表面存在隔离的阴极与阳极，有微小的电流存在于 两极之间，单纯的化学腐蚀则不存在隔离的阴极与阳极。

金属腐蚀的形态可分为全面 (均匀)腐蚀和局部腐蚀两大类。

前者较均 匀地发生在全部表面，后者只发生在局部。

例如孔蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀， 应力腐蚀破裂，腐蚀疲劳，氢腐蚀破裂，选择腐蚀，磨损腐蚀，脱层腐蚀等。

一般局部腐蚀比全面腐蚀的危害严重的多，有一些局部腐蚀往往是突发性和 灾难性的。

2.3.2 链条的失效（一）脱水斗式提升机链条寿命终止标准根据链条强度要求、节距伸长量及张紧要求，确定脱水斗式提升机链条 寿命终止的标准如下(达到下列标准之一可认为寿命止):1、链板断裂或危险断面磨损量达1/2；2、销轴断裂或磨损量达2.5 mm；3、销套累计破裂10件以上或大部分销套磨穿；4、链条节距伸长达5mm。

（二）脱水斗式提升机链条几种主要失效形式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。

1、链板磨损及断裂外链板与内链板之间、滚轮与内链板之间都有相对运动，有很大磨损， 尤其是滚轮与内链板之间的磨损严重。

为解决链板的耐磨性问题，常采用提高硬度的办法，这样会增加链板的 脆性，加之内链板与销套之间采用过盈配合，产生较大应力，这样会造成链 条受力后的脆断。

2、销轴磨损及断裂销轴与销套内表面之间相对运动不大，因此磨损不太严重。

但当销套被 磨穿后，销轴直接与滚轮相磨，磨损急剧增加。

销轴、销套磨损后链条节距 加大，会造成链条爬齿和松弛。

为提高耐磨性，采用了提高硬度的办法。

有时热处理不当会造成销轴脆 性增加，出现脆性断裂。

3、销套磨损及破裂销套的磨损主要发生在销套外表面，与滚轮内孔相对运动较大，又存在 大量硬颗粒，处于严重的磨粒磨损状态。

这是提升链失效的主要形式。

为解决销套的磨损问题，往往采用提高硬度的办法，这就增加了销套的 脆性。

同时，为了提高销套磨损寿命，采用了加厚磨损部位的方法，产生了 应力集中。

这样在运行中会造成销套破碎。

4、整链断开销轴、链板断裂后如未及时发现，及时更换将会造成整链的断开。

对于提升机链，最主要的就是要求它不断裂，并在长周期运行中能预测 它的磨损寿命，尽可能地减少代价昂贵的停工检修。

因此，该链条的研究思路主要是解决耐磨性与冲击韧性的矛盾问题，通 过理论分析和实验手段确定合理的材质、热处理制度，并进行结构改进，达到高可靠性(不出现脆性破坏)和长寿命的目的。