脱水斗式提升机

1、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11。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11 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

2、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

3、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

4、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

5、，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68m。1.2 选题背景十二矿选煤厂隶属平煤集团股份 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；19

6、98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1-1输送能力Q50 t/h料斗容量i085 L料斗间距ao800 mm料斗宽度B1200 mm物料类别矸石堆积密度3提升倾角60提升高度H15.2 m1.3 本

7、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。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

8、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21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

9、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 21 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

10、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22 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 = 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23

11、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23 四方星轮2.3 链条的失效分析 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。 （21）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。 （22）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。 （23）4、销轴、销套

12、摩擦副寿命计算 （24） （25） （26）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： （27） （28）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； h1斗式提升机头、尾轮垂直中心距，m； h2 斗式提升机头、尾轮水平中心距，m； R水中抵抗系数，1.21.6； f 0.16； A1.3； p节距，mm； dT斗式提升机头部链轮节圆直径，mm； iT驱动系统总速比； S破链条极限拉伸载荷，N； Fmax最大尖峰载荷，N； n安全系数； n许用安全系数，一

13、般取48；T输送链的磨损使用寿命，h；A1铰链承压面积，mm2；d1销轴直径，mm；b2轴套长度，mm；pr 铰链的压强，Mpa；KA工况系数，KA =1.1；Fc链速较低可忽略；Ff悬垂拉力，有轨道承载可忽略；负荷率；c1销套销轴摩擦系数；c2节距系数；c3齿数一速度系数；Lp链长，以节数表示；v链速m/s；z1齿数；i传动比；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； FN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

14、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。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

15、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。 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终止):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

16、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

17、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，不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

18、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。 链条的失效分析与计算（一）输送链的载荷分析1、载荷分析如图24所示，如果不计及各种附加动载荷，在考虑离心力引起的张力Fc的前提下，输送链条的紧边张力松边张力F1和F2。图2-4 输送链所受的张力 （213） （212） （213）式中 qm为输送链及其附件单位长度重量，kgf/m；q0为所输送物料在单位长度上的重量，kgf/m；因为 60o所以 由此可知在输送链工作过程中，组成链条的每个链节当处在松边位置时，其链节张力为F2当处在紧边位置时

19、，其链节张力为F1；所以输送链条承受着交变载荷，如图25所示。图25 输送链工作过程中链节张力的变化曲线其中 3-4对应紧边位置，1-2对应松边位置， 4-1与2-3对应主从动轮上的过渡位置，F= F1F2（二）动载荷实际上由于各种附加动载荷的存在，链条的张力曲线如图26所示。这些动载荷包括有：1、因多边形效应引起链条线速度变化而产生的惯性载荷Fd1 =ma（式中m为链条紧边质量； a为链边的加速度）；2、因从动轮角速度变化而使从动系统产生的附加惯性载荷 式中J为从动系统转化到从动轴上的转动惯量；为从动轴的角加速度；r2为从动轮的分度圆半径）；3、链节啮入轮齿时的冲击载荷；4、链条工作时轨迹变

20、化以及链条振动等因素产生的附加动载荷。其中后二者的影响更大些（见图26中的Fd）。图2-6 典型的链节张力变化曲线（三）销轴剪切强度计算销轴剪切强度计算公式为 N/mm2 （212）实际上，链条销轴受载时，它的剪切剖面上除了有剪切应力外，还有弯曲应力。但由于销轴受弯曲时最大应力在最外表面，而受剪时最大应力在芯部，故二者不能叠加。从上面的分析知道二者均为交变应力。 链条的材质的确定根据脱水斗式提升机的工况环境（潮湿、多尘、有一定的腐蚀性），综合各种参数，应选择不锈钢材质。根据资料可知，Crl3类钢、Cr18类钢均能满足该环境要求。Crl3类钢较其它不锈钢价格低，而且经适当的热处理能达到较好的综合

21、机械性能。但从抗腐蚀角度考虑，该链条应选用Crl3类钢，但各零件具体选用Cr13类钢中的哪一种需进一步分析。参考有关资料链条各零件材质及热处理制度确定如下：（一）链板链板是链条的关键零件，链板的断裂会立即造成格链断开，设备损坏。因此，链板不允许出现脆性断裂一类突发性失效，要在保证其不断裂的前提下提高其耐磨性或采取其它办法延长寿命。由资料可知，1Crl3较2Cr13, 3Cr13有较高的冲击韧性，因此，链板应选用1Crl3类钢。（二）销轴销轴也是链条的关键零件之一，销轴的脆性断裂也是很危险的，如不及时发现并处理就会造成整链断开，因此销轴也不允许出现脆性断裂。根据受力分析，销轴要求较高的强度:销轴

22、与销套相互摩擦较严重，还应有较高的硬度才能保证长寿命。根据资料可知，应选择 1Crl3钢。1Crl3钢在 250-350低温回火有较好的强度，较高的硬度和适当的冲击韧性。（三）销套销套是链条寿命的关键。由磨损计算可知，因为销套与滚轮之间存在非常严重的磨粒磨损，所以要提高磨损寿命就必须提高零件硬度，同时由力学计算和失效分析可知，销套还有较好的强度和韧性。但销套破裂后不会很快造成整链断开，因此其韧性要求可低于链板和销轴的韧性要求。根据资料可知，应选择2Crl3钢（四）滚轮根据使用经验，滚轮失效概率小，强度要求较低，要求一定的耐磨性。考虑到其对销套、轨道、链轮的磨损，滚轮硬度应与销套相当，硬度值为H

23、RC4045较合适。材质选用 1Crl3, 2Crl3或3Crl3均可，但考虑到材料价格及热处理情况，根据资料知可选用3Crl3钢。（五）耐磨片从前面的分析可知，链板的强度和韧性较好，但硬度较低，原结构链板与滚轮端面之间存在较大的相对运动，存在严重的磨损。为解决链板的磨损问题，在链板与滚轮之间增加了耐磨片。由于耐磨片的作用就是耐磨，所以可取较高的硬度，可选用 3Crl3钢。（六）T型销T型销主要作用是防止链板脱出，无特殊要求，从使用经验来看，1Crl3, 2Crl3或3Crl3均可。但为了防止在安装弯曲时出现断裂，最好选用塑性相对较好的 1Crl3钢。2.4 提高脱水斗式提升机输送量的技术分析

24、脱水斗式提升机是否能达到设计的输送量，直接影响着企业的经济效益。那么如何进一步提高脱水斗式提升机的输送量，就要围绕着脱水斗式提升机的工作过程而进行。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

25、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。料斗的装料过程（一)装满系数料斗的装料过程直接影响提升机的输送能力。判别装料工作的质量可用装满系数的大小来衡量。实践证明：任何种类的脱水斗式提升机的任何型式的料斗，在装料过程中都不会是完全装满的,即装满系数1。虽然斗式提升机的装满系数与提升速度、料斗容积、结构及料斗间距等因素有关，但在输送过程中，有些因素不能随物料性质的改变而改变。所以，使用同一台脱水斗式提升机提升各种物料，并保持较高的装满系数，是企业必须解决的问题之一。1、合理选择料斗运行速度和料斗结构、间距因单位时间内经过喂料

26、口区域的料斗数量与料斗运行速度成正比，所以脱水斗式提升机产量通常随斗链速度增加而提高，但料斗运行速度过高，料斗装满系数下降很快，且脱水效果不好,反而会使脱水斗式提升机产量下降。这是因为斗链速度过高时，料斗穿越喂料区域的时间较短，即料斗舀取或充料时间显著变短，当进入料斗的物料还较少时，料斗已穿过喂料区域，完成了装料过程，使料斗装满系数下降很快,且在提升过程中物料脱水不充分；当斗链过高时，高速运动的料斗几乎形成一个面，使物料几乎不能进入料斗，其装满系数接近零。料斗的装满系数还与料斗的结构、容积、间距密切相关。深型料斗，料斗较深，容积较大，用作输送散落性较好的粒状物料；浅型料斗容积较小，但卸料容易卸

27、光，用作输送散落性较差的粉状物料。生产实践表明：浅型料斗可采用较高的链速，而深型料斗不能采用过高的链速，否则，将因卸料时间缩短，料斗内物料来不及卸完而产生回料。同时合理选择料斗间距也有利于装满系数的提高。当提升重量较轻、内摩擦角较大的物料时，可采用较小的料斗间距。以上诸参数相互影响和制约，需综合考虑。2、设计可调式进料斗导料板为提高斗式提升机的装满系数，使所提升的物料顺利进入料斗，设计了可调式进料斗导料板，如图27所示。图27 可调式进料斗导料板示意图1进料斗；2铰链；3可调式导料板；4固定螺母；5调节螺钉；6斗链；7料斗可调式进料斗导料板主要由进料斗、铰链、可调导料板、调节螺钉、固定螺母、料

28、斗、料斗带等组成。可调导料板安装在进料斗的排料口。当物料进入进料斗时，已具有一定的初速度和惯性，物料经进料斗导料板作抛物线运动，并沿导料板切线上抛，落入脱水斗式提升机料斗。可调导料板通过调节螺钉调节其陡平程度，即调节导料板与水平线之间的夹角a。当物料初速度较大、流动性较好时，可将导料板调平一些，即a角减小，使物料离开导料板时的上抛运动倾角加大，增加物料的上抛高度，减少物料与料斗的碰撞和冲击，并有利于料斗内空气的排出，可增加料斗的装满系数；另外，当物料作上抛运动时，物料的运动方向与料斗运动方向相同，从而减小了物料与料斗之间的相对速度，降低动力消耗，特别是对于颗粒物料，还可降低破损率。反之，对于流

29、动性较差的物料，可将导料板调陡，即使a角增大，使物料直接进入料斗。当导料板调陡后，物料重力分解后的下滑力增加，从而提高了下滑速度和惯性，增加物料的流量，使更多的物料有机会进入料斗，从而提高料斗的装满系数。物料在导料板上的运动及受力分析见图28所示。图28 物料在导料板上的运动及受力分析由受力分析知，物料颗粒群沿导料板运动时，在导料板切向只有下滑力F1和摩擦力F2。将重力G分解，得F1 = Gsina； F2 = Gcosa； F3 = fGsina； （213）沿导料板方向，建立平衡方程 式中 G物料重量，N，；f物料与导料板的摩擦系数；ds颗粒群的当量粒径，mm；s物料的密度，kg/m3；空

30、气的密度，kg/m3，取 = 1.2 kg/m3；C空气对物料的综合阻力系数；k与颗粒形状、粒径ds与管径D比值及颗粒群等因素有关的综合系数。所以，物料沿导料板的下滑速度为 （214）由式（214）知，物料的下滑速度与物料的粒径、密度、形状系数、导料板倾角、摩擦系数等因素有关。可见当输送物料一定时，导料板倾角a与物料下滑速度v的关系非常明显。当a较小时，装满系数值也较小。随着a增大，下滑速度v值增加，则物料的流量增加，使值增加。但当a较大时，由于v值较大，而物料的动能则更大。此时物料已进入料斗的物料产生较强烈的碰撞，除造成物料破损外，还会使料斗中的物料飞溅出来，从而降低装满系数。而通过导料板调

31、陡或调平，可使物料正好落入向上运动的料斗中，并使物料与料斗之间无剧烈碰撞发生，既可降低脱水斗式提升机能耗，减少颗粒物料的破损率，又可提高料斗的装满系数，提高产量和效率，达到一机多能的目的。2）装料方式料斗的装料方式有：顺向进料和逆向进料两种。顺向进料，加料方向与料斗运动方向一致。当物料进入机座时，碰到料斗的背面。因此，物料与料斗相遇时，不能直接进料。只有当料斗将物料向前推移时才开始装料。当料斗脱离物料时，即完成了装料过程。逆向进料，加料方向与料斗运动方向相反。当物料从进料口流入机座时，即与料斗迎面相遇，这时物料就能直接流入料斗内，因此装满系数较大，机座内积余物料较少，大大减轻了料斗在机座内推移

32、积余物料的阻力。从以上两种装料方式可以看出，顺向进料不利于料斗的装载，降低了装满系数值，增加了料斗运动阻力和电耗，为了克服这个缺点，可以使进料口低于张紧轮的水平轴线、缩小物料在机座内从进料口到被料斗推移至装料点的距离。逆向进料时，为增加料斗直接进料的机会，进料口应高于张紧轮的水平轴线。在实际生产中，提升机的进料方式根据工艺而定。实践证明：应尽量考虑逆向进料，可大大提高脱水斗式提升机的生产率。特殊情况下便于工艺安排，也有采用顺向进料或混合进料。但实际生产中应注意顺向进料时进料口的位置。料斗的提升过程料斗在提升过程中如果不能稳升，就会造成撒料现象，从而增加功耗、降低生产效率。理论和实践证明，引起料

33、斗撒料的原因有如下三种：料斗的振动、料斗的扭转及其它原因。1）料斗的振动料斗的振动使料斗顶部的物料落回机座。生产实践证明：料斗振动时间越长，振动频率越高，振动幅度越大，则撒料越多。而引起振动的原因有两种：自身原因引起的振动和环境原因引起的振动。料斗的自身振动来源于机上转动部件的重心与旋转中心不重合，形成惯性振动。当机器惯性振动频率与其固有频率相同时，又会引起较大振幅的共振，使牵引件大幅度摆动，造成大量撒料。为使上述现象不发生，在设计安装时，应使头、底轮的重心与其旋转中心重合，而不产生惯性振动。工厂有很多振动设备，不可避免产生振动而传递到斗式提升机。解决方法是给脱水斗式提升机加上隔振装置橡胶垫或

34、弹簧。2）料斗的扭转料斗以一个侧面固定在斗链上。在料斗及斗内物料重力作用下，对斗链产生一个力矩，使料斗偏转一个角度，见图29。如果角过大，将会撒料。同时在提升过程中会使料斗产生摇摆现象。如摆幅过大，则料斗有可能与机外壳相碰，造成料斗破坏，大量撒料。图29 料斗扭转时受力图要使料斗一点不偏斜，不摇摆是不可能的。但是把料斗的转扭角和摆幅限定在一定范围内则是完全可以做到的。在一般情况下，把料斗的扭转角限制在2o以内就可以满足料斗稳升的条件。于是，根据料斗装料后受力状态如图210所示。以O点为支点可列出平衡方程 式中 Sn料斗下端斗链张力，N；G料斗与斗内料的重量，N；e料斗与斗内物料重量的重心到料斗

35、上端斗链张力作用线的距离，也称料斗重心偏距；A料斗的凸度，见图210；h料斗全高，mm；h2料斗安装孔高度，mm；r料斗底圆半径，mm；h1料斗后壁底端到安装孔高度，mm；料斗扭转角度单位；g重力加速度。图210 料斗尺寸由上式可以看到，降低牵引件最小张力并且使保持在2o以内的措施是：料斗跨度A不易过大；安装孔不易过高；料斗不易过高；应尽量采用轻质料斗。3）其他原因如斗链接口不平，料斗安装不当等。解决办法：合理设计，合理装配。卸料过程脱水斗式提升机的卸载是料斗由斜线上升运动变为曲线段的旋转运动，即料斗绕上驱动链轮后，物料由于受到重力和离心惯性力的同时作用，物料从料斗中被抛出，在空间运行一段距离

36、后，落到带式输送机上，完成卸载。从料斗的运动情况可知，料斗内的物料表面上任意一个物料颗粒M，同时受到重力mg和离心惯性力mr2的作用，这两个力的合力，若延长合力的作用线并与链轮垂直中心线相交于P点，则此点称为极点，见图211, 图212, 图213。极点P到回转轴心O的距离h称为极距。图211重力卸载 图212离心惯性力卸载 图213混合卸载极距h可从ABM和PMO的相似关系中求得:将代入上式 式中 m料斗内物料的重量，kg；g重力加速度，m/s2；、v分别为料斗内物料重心的角速度、线速度，1/s、m/s；r回转半径（即从料斗内物料重心M到链轮中心O的距离），mm；n链轮每分钟转速，r/min

37、。 由上式可知:极距h的大小与链轮转速n有关，而与料斗在链轮上的位置无关；料斗在链轮圆弧区段中任意位置上，物料颗粒M所受合力口的延长线都通过极点P；随着转速n增大、极距h迅速减小，此时离心惯性力mr2增大;反之，当转速n减小，极距h迅速增大，而离心惯性力mr2减小。当链轮的转速n一定时，极距h就是确定的数值，从而也决定了卸载方式。若链轮半径为rc，料斗外缘半径为rc，从图211, 图212, 图213中可以看到，极距h的大小决定了不同的卸载方式: 当极距h大于料斗外缘半径ra时,见图211，极点P的位置位于料斗外缘的圆周以外，重力mg的数值大于离心惯性力mr2的数值。料斗内的物料颗粒将主要在重

38、力作用下沿着料斗的内壁运动而被卸出。因此，这种卸载方式称为重力卸载。 当极距h小于链轮半径rc时,见图212,极点P的位置位于链轮的圆周以内，离心惯性力的数值远大于重力mg的数值。料斗内的物料都沿着料斗的外缘运动和抛出。因此，这种卸载方式称为离心惯性力卸载。 当极距h小于料斗外缘半径ra而大于链轮半径rc时见图213，此时极点P的位置位于链轮的圆周和料斗外缘的圆周之间。在这种情况下，料斗中处于rah部分的物料颗粒将沿着料斗的外缘被抛出，属于离心惯性力卸载;处于hrc部分的物料颗粒将沿着料斗的内缘被卸出，属于重力卸载。此种卸载方式中既有离心惯性力卸载也有重力卸载，所以称之为混合卸载。从以上分析的

39、情况来看，为防止灰尘飞扬，到处散洒，采用离心惯性力卸载方式显然是不合理的。采用重力卸载方式还是采用混合卸载方式，还要进一步分析后才能确定。一般情况下脱水斗式提升机采用重力卸载方式。第三章 脱水斗式提升机设计理论基础3.1 原始数据及工作条件脱水斗式提升机的设计计算，须有下列原始数据及工作条件资料。（1）物料名称及输送能力；（2）物料性质：包括粒度及粒度组成、堆积密度、温度、粘度、磨琢性、腐蚀性等；（3）工作环境：露天、室内、干燥、潮湿、环境温度和空气含尘量大小等；（4）装料和卸料方式；（5）脱水斗式提升机布置形式及相关尺寸，包括输送机长度、提升高度和最大倾角等；3.2 脱水斗式提升机设计计算输

40、送能力的计算脱水斗式提升机的物料装在料斗内，并连续地由机尾提运到机头，由于料斗在链板上的间距是均匀的，则物料可以认为是均匀地分布在整个料斗的重段上。 脱水斗式提升机输送干物料时，输送能力为： ，t/h （31）式中 每一个料斗的体积，L；相邻两个料斗的距离，m；物料的堆积密度，t/m；斗链速度，m/s；料斗的装满系数计算输送能力时，按 = 0.50.75选取，计算电动机功率时，考虑到脱水斗式提升机挖料、装载和洗选机排料的不均匀性，一律按 = 1.0计算。输送湿物料时，输送量为： ，t/h （32）式中 Q输送干物料的能力，t/h；Wp物料中含水的百分数（对中煤平均值取Wp = 20%；对矸石平

41、均值取Wp = 22%）。阻力和张力计算脱水斗式提升机所需的驱动装置功率，取决于提升过程中需要克服的一系列的阻力，其中主要有：1）提升物料沿斗链运行方向的重力分量；2）斗链与导轨之间的摩擦阻力；3）当斗链绕过星轮或滚轮时，链条关节处及轴颈处的摩擦阻力；4）斗子挖取物料时的阻力。（一）阻力计算图31 脱水斗式提升机计算简图以上各项阻力用逐点计算法进行计算，脱水斗式提升机布置如图31所示。1、空段阻力：W1-2= q0 L(cossin )= q0(Lh H) （33）2、重段阻力： （34）3、挖取物料阻力: （35）4、斗链绕过尾轮的阻力: （36）5、斗链绕过头部方轮的阻力: （37）以上各

42、式中 W1-2、W2-3、W3-4、W4-1分别为各特征点间的运行阻力，N；W挖料斗挖取物料时的阻力，N；q0斗链每米自重N；qm斗链每米质量，kg/m；q1每米斗链上物料的载荷；， N （38）g重力加速度，m/s2；L提升机倾斜长度，m；提升机倾斜角度；Lh提升机水平投影长度，m；H提升机垂直提升高度，m;斗链与导轨的摩擦系数或阻力系数。对于带滚轮的斗链，其阻力系数按下式计算 （39）式中 k滚轮在导轨上的滚动摩擦系数（取0.05）； D滚轮外径，mm； d销轴直径，mm； 销轴与滚轮内孔间的摩擦系数（取0.4）； 考虑部分滚轮不转的系数（取1.2）。斗链绕过头部方轮时，轴承处斗链销轴与销

43、套之间摩擦所产生的阻力系数，以K0表示。 （310）式中 d0双列向心球面滚子轴承内外圈的平均中径，mm；0双列向心球面滚子轴承摩擦系数（取0.004）；d斗链销轴直径，mm；斗链销轴与销孔或套之间的摩擦系数（取0.4）；D0方轮节圆直径，mm各种阻力计算出厚；就可计算斗链的张力。由于脱水斗式提升机安装倾角大，最小张力发生在点2的斗链上，从最小张力点（点2）开始逐点计算。最小张力S2（初张力）起张紧链条的作用，按经验以3m长度斗链的重作为处张力计算依据，或选取初张力。（二）各点张力的计算S2 =3m斗链自重初张力 （311） （312） （313） （314） 斗链强度的验算强度验算只需验算单

44、条斗链即可。单条斗链上的拉力为: （315）式中 斗链上最大静拉力，N；双链牵引时，负荷不均匀系数（一般取=1.2）；斗链的动拉力。 （316）式中 每米物料重，N/m；每米斗链自重，N/m；斗式提升机长度系数（取=2）；斗式提升机长度，m；重力加速度，m/；斗链最大加速度。 （317）式中 斗式提升机头部星轮的方数；t 斗链节距，m；斗链速度，m/s。由于式（215）计算所的单条链上的拉力若小于斗链最大拉力的允许值则安全，即 式中 单边斗链允许最大工作拉力。功率计算脱水斗式提升机驱动轮上的圆周力: ，N； （318）脱水斗式提升机驱动轴功率： ，kW； （319）电动机功率： ，kW； （3

45、20）式中 功率储备系数（电机，；Y型电机，=1.0）；NGW-J减速器传动效率（取0.94）；套筒滚子链传动效率（取0.96）。 驱动装置选择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。为了达到斗链平均速度为/s或/s，驱动器的转速为 （321）式中 斗式提升机驱动轴的转速，r/min； 斗链平均速度，m/s； 驱动轮的方数； 斗链节距，m。根据上式取可求得各规格提升机的驱动轴转速。若选取电机转速为，则所需要的总减速比为： （322）式中 i总减速比；减速器的速比；链传动减速比。根据前面计算确定的斗子宽度B，斗链速度v和电动机计算

46、功率N，选择驱动装置。计算功率应小于表中所选的电机额定功率值。减速器选用NGW-J型，其高速轴的许用输入功率按下面条件选取。电动机额定功率 式中 按（JB1799-76）规定的NGW减速器高速轴许用输入功率； 备用系数，选用Y型电机时，取=1.0； 采用油池润滑时的系数（取11.05）。根据上述计算斗链速度，电机功率，斗式提升机主轴转速和减速比的结果即可选择驱动装置。 负荷计算由于脱水斗式提升机呈大倾斜安装，提升机的负荷除受尾部基础支承外，各楼层均需设支承架。根据经验，其负荷计算可分为尾部负荷，头部负荷和中间支架的负荷三部分。（一）尾部负荷计算承受斗式提升机基础的楼板，受到倾斜分为作用，这个分

47、力来自于斗式提升机工作时所产生的垂直负荷（脱水斗式提升机的自重，输送物料和水重）。该倾斜分力沿斗式提升机中心线传至基础，并由基础承受。该力又分成垂直的支承压力和水平分力。全部垂直负荷为 （323）式中 垂直负荷，N； 斗式提升机总重（包括铸石，驱动装置落地时，须减去其重量），N； 封闭节段内的水重， N； 提升物料重量，N； （324）式中 提升机头尾轮中心距离，m； 每米长度上湿物料的自重，N/m。倾斜分力为， N （325）垂直支承压力为， N （326）式中 W0垂直的支承压力，N。水平分力为 （327）式中 X0水平分为，N。（二）头部负荷计算脱水斗式提升机的机头部件是由机头架支承在头

48、部的楼板上。头部楼板承受的载荷应包括：驱动装置、斗式提升机头部节段、头部组件和头部卸料溜槽等部件的载荷。头部的垂直负荷为 （328）式中 A1头部垂直负荷，N； P1机头（包括驱动装置、驱动支架、头部组件、头部节段，如作施工计划时，还应包括头部支架梯子、机头溜槽等部件）的载荷，N；R1计算节段长度上提升机金属结构件的重量（不包括机头重量），N； G1在计算节段内，提升物料的重力，按式（330）计算，N； 1节段上运动部分（斗链）的重力，按式（331）计算，N。 （329） （330）式中 ，计算节段的长度，其中为从头部支承楼板至下一个中间支架之间距离的一半，m。支持头部支架的楼板是根据垂直支承

49、压力（包括到下一个中间支架这一部分斗式提升机载荷的一半）进行计算的，同时考虑水平分力的影响。垂直支承压力为 （331）实际工作时，由于垂直负荷可能直接传递到楼板上，故取。水平负荷为 （332）当采用落地式驱动装置架时，由于头部驱动链上的张力通过驱动装置架，作用于楼板上，所以，计算负荷时，还应计入驱动链轮上的张力。（三）中间支架负荷计算垂直负荷为以此类推，则如果是封闭节段还要加上水重，则 （333）水平负荷为以此类推，则 （334）式中 、代号的意义参见负荷计算；或计算节段上的长度，m。第四章 脱水斗式提升机设计4.1 斗链的选型脱水斗式提升机的标准设计采用链传动。它是利用可以屈伸的链作为传动元

50、件，通过链与装在平行轴上的链轮的轮齿进行啮合传动，所以它兼有带传动和齿轮传动的一些优点。链传动的主要优点：与带传动相比，平均传动比准确，传动效率较高，轴上载荷较小，同样传动条件下尺寸紧凑，能在较恶劣条件下工作；与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低，有一定的缓冲和吸振作用，中心距可在一定范围任意加大。链传动的缺点：瞬时传动比有波动（链轮齿数愈少波动愈大），故不如带传动平稳，工作时有噪声，链节磨损伸长后，易发生脱链。斗链贯穿提升机的全长，为机身长的两倍多，在设备检修中占很大比重。同时，斗链在脱水斗式提升机中既是货物的承载机构，又是脱水斗式提升机的牵引机构，因此，不仅需要足够的强度，而且还

51、应具有耐磨、耐腐蚀的要求。斗链选择的合理与否直接影响脱水斗式提升机的投资、运行成本，更为重要的是将直接影响脱水斗式提升机的可靠、安全运行。 斗链运行速度的选择斗链运行速度是脱水斗式提升机设计计算的重要参数，脱水用的提升机斗链速度很低，只有/s和/s两种。作为最终产品的脱水，一般选用/s；作为中间产品的转载（如主洗中煤）可选用/s的斗链速度。对于用于提升洗涤后的矸石，在满足运量要求的情况下，尽量选取较低的速度，初选斗链的速度v =/s。 斗链运行阻力和张力计算(一)阻力计算根据式（33）（37）可知1、空段阻力：W1-2= q0 L(cossin )= q0(Lh H )=19103.7 N2、

52、重段阻力：=50180.5 N 3、挖取物料阻力：=4998 N 4、斗链绕过尾轮的阻力：= 450 N 5、斗链绕过头部方轮的阻力：= 1884.0 N (二)各点张力计算根据式（311）（314）可知2点张力：S2 = 4500 N3点张力：= 9948 N4点张力：= 60128.5 N1点张力：=23603.7 N 初选斗链目前生产的脱水斗式提升机的斗链其类型有标准套筒滚子链、圆环链、板状链和铸造链条等。在链条类型确定上应考虑如下因素： 1)尽量延长链条的使用寿命，减小磨损和运行阻力，选择合理的链条结构；2)对于脱水斗式提升机经常在大载荷低速和潮湿环境下工作，尤其转弯半径较小的情况，合

53、理选择链条材料；3)根据机长和链强来具体确定具体链型。综合链条失效分析的结果，参考有关资料，初选斗链类型及具体参数如下：表4-1斗链类型带中间滚轮套筒板状链斗链速度v0.16 m/s链板节距t400 mm链板宽度90 mm链板厚度16 mm链板销轴直径d32 mm滚轮外径D72 mm驱动轮节圆直径D0680.52 mm斗链每米质量qm140 kg/m斗链初张力S24500 N单边斗链最大允许工作拉力S463000 N该机斗链由料斗（其具体规格为：斗宽B = 1200mm、斗容量i0 = 85 L、斗距ao = 800mm）和两条牵引链组成,见图41。每组斗链由一个料斗和两节链板(8块链板，其中

54、有2块内链板)构成，俗称间断斗，其上交错排列着420mm的长孔。用扁钢和角钢加强，以改善其刚性。并用4个带榫螺栓固定在相对应的两块内链板上。为了在运送湿料时也能使料斗清空，为此在每个料斗内的底部增设一活动刮板(l- 2mm厚的铁板制成)，活动刮板上焊有一根通轴(轴的直径47mm ,长度略大于料斗宽度)，通轴两端通过两个铜套串在料斗两侧壁钻的孔内，再在轴的两端部分别用螺栓垂直固定上一拨动板;另外在机架内壁两侧各焊上一挡柱(直径8mm，长510 mm的螺栓即可)。工作中，当料斗运行到上部、拨动板碰到档柱时而受阻，通过活动刮板强制将物料清出。图41 斗链1料斗；2链板；3带榫螺栓；4扁钢；5角钢 斗

55、链强度校核根据式（315）（317）进行验算。（1）斗链的加速度 = /s2（2）动张力= 1900.8 N（3）单边牵引链上的拉力为= 37217.6 N有资料可知 S破 = 63000 NS = 37217.6 N S破 = 63000 N，故安全。4.2 脱水斗式提升机布置形式及基本参数的确定 脱水斗式提升机布置形式脱水斗式提升机具体布置形式是由生产工艺决定的，驱动装置一般安设在机头焊接的驱动支架上，为左式安装，见图42。当功率N22kW时，又增设了落地式驱动装置。落地式驱动装置可以左右任意安装。 图42 驱动装置布置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

56、本，此处与跳汰机配套的脱水斗式提升机布置形式见图45。提升机的后段是封闭不透水的，里而充满了水，水平面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。图43 脱水斗式提升机布置形式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68m。 脱水斗式提升机基本参数的确定1）斗链线质量qo由斗链选型结果可知qo=qmg = 1372 N2）物料的线质量q1当已知设计运输能力和链速时，物料的线质量由式（38）可得 = 1666 N4.3 电动机的选型 选择电动机的基本原则选择

57、电动机应考虑如下因素：1）考虑电动机的工作环境和脱水斗式提升机的负载性质，选择合适的电动机类型；2）电动机的额定电压一般与供电电压一致，其额定转速要考虑脱水斗式提升机的具体情况；3）使其额定功率Ne负载功率N，并且使Ne尽量接近于N；4）校核预选电动机的发热情况，过载能力及起动能力，直到合适为止。5)在以上前提下优先选用结构简单、运行可靠、维护方便又价格合理的电动机。 初选电动机根据式（318）（320）可知所需电动机功率= 6.8 kW根据上述电动机功率，综合该机各类特性参数和技术特性，参考有关资料，初选电动机为Y系列（IP44）封闭式鼠笼型三相异步电动机，其技术参数如下：表4-2型号额定功

58、率(Kw)转速(r/min)电流(A)效率()功率因数转子转动惯量GD2(Nm2)重量(kg)Y160M-6970861194.4 减速器的选型减速器的选型要根据脱水斗式提升机每天工作时间、载荷性质、润滑条件以及实际输入功率等条件选用与电动机适配的减速器类型。在满足生产要求的同时，尽可能的选择维护方便，结构简单的减速器。综合以上因素，参考各种资料可知，应选用NGW-J型行星齿轮减速器，其技术参数如下：表4-3型号NGW-J72-12高速轴输入功率N115.8 kW高速轴输入转速n1000 r/min低速轴输出扭矩TH7071 Nm弯矩WX5700 Nm径向力FX34650 N传动比i504.5

59、 传动链选择与联轴器选型 传动链选择传动链是脱水斗式提升机中的又一重要部件，常用的有滚子链和齿形链等，选择传动链应考虑如下因素：1）传递功率；2）小链轮和大链轮的转速（或传动比）；3）电动机类型、载荷性质及传动用途。根据以上参数和脱水斗式提升机工作特点，脱水斗式提升机选用套筒滚子链作为传动链条，其技术参数如下：表4-4传动链型式04A型套筒滚子链传动链条节距63.5 mm传动链排数双排传动链排距71.55 mm滚子外径39.68 mm销轴直径19.84 mm套筒内径19.89 mm极限拉伸载荷693900 N单排每米质量16.1 kg/m 联轴器选型联轴器主要用于联接主动轴和从动轴，使之共同旋

60、转，以传递运动和扭矩的HYPERLINK :/ hoodong /wiki/%E6%9C%BA%E6%A2%B0%E9%9B%B6%E4%BB%B6 t _blank机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有HYPERLINK :/ hoodong /wiki/%E7%BC%93%E5%86%B2 t _blank缓冲、HYPERLINK :/ hoodong /wiki/%E5%87%8F%E6%8C%AF t _blank减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成,分别与主动轴、从动轴联接,并联接成一体。大多数动力机都依靠联轴器与工作机联接。联轴器类型很多,通常分刚性联轴器和