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河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計
摘 要
斗式提升機是提升、搬運和輸送物料及產品的設備。因為其安裝拆卸方便、結構牢固、安全可靠而廣泛應用于采礦、冶煉、碼頭、建筑等行業(yè)中，作提升運輸物料及產品之用。設計從實際出發(fā)，按照優(yōu)質、安全可靠、經(jīng)濟的設計原則， 努力設計出結構合理、便于安裝和維護的高質量產品。斗式提升機具有輸送量大，提升高度高，運行平穩(wěn)可靠，壽命長顯著優(yōu)點，其主要性能及參數(shù)符合JB3926----85《垂直斗式提升機》。
關鍵詞：斗式提升機 物料 輸送量 運行 壽命
Abstract
Is to enhance the Bucket elevator, handling and transportation equipment, materials and products. Because of its easy installation and removal, the structure solid, safe, reliable and widely used in mining, smelting, docks, and construction industries, to enhance the transport of materials and products for use. Design from reality, according to high quality, safe, reliable, economical design principles to design a rational structure, easy to install and maintain the high quality products. Bucket elevator with large, high lift height, smooth and reliable operation, long life and significant advantages, its main properties and parameters in line JB3926 ---- 85 "vertical bucket elevator”.
Key words: Bucket elevator Materials Throughput Stir Life
目 錄
前言…………………………………………………………………6
1 斗式提升機的方案設計及基本原理 ………………………9
1.1 方案設計…………………………………………………9
1.2 斗式提升機的硬件結構…………………………………9
1.3 基本原理…………………………………………………10
1.4 輸送量計算………………………………………………14
2 斗式提升機的設計計算…………………………………………17
2.1斗式提升機類型的選用…………………………………17
2.1.1 斗式提升機方案設計參數(shù)及使用要求……… 17
2.2 傳動裝置的功率計算………………………………… 18
2.2.1 提升機軸的功率計算……………………………20
2.2.2提升機功率的計算…………………………… 20
2.3電動機的選擇………………………………………… 21
2.4 減速器的選擇………………………………………… 22
3 驅動軸的設計及附件的選擇……………………………………23
3.1 軸的材料及熱處理………………………………………23
3.2 軸的機構設計…………………………………………23
3.3 軸的強度校核計算…………………………………… 25
3.4 軸承的選用……………………………………………28
3.5 驅動鏈輪鍵的設計校核………………………………29
3.6 聯(lián)軸器的選擇…………………………………………29
3.7 驅動鏈軸的結構設計…………………………………31
3.8 料斗與環(huán)鏈的設計……………………………………32
4 其他裝置及零部件的設計………………………………………34
4.1頭部罩殼的選材及連接…………………………………34
4.2中部區(qū)段的設計選材……………………………………35
4.3通風口……………………………………………………36
4.4防逆轉裝置………………………………………………37
4.5設置防滑主動輪…………………………………………38
4.6提升帶的速度……………………………………………39
4.7進料流速…………………………………………………39
4.8轉速監(jiān)控裝置……………………………………………40
4.9擋料板……………………………………………………40
4.10料斗的間距…………………………………………… 40
4.11牽引件………………………………………………… 40
4.12驅動裝置……………………………………………… 41
4.13張緊裝置………………………………………………43
5 斗式提升機的問題探討及安全操作與維護保養(yǎng)……………44
5.1 斗提機工作過程中的問題………………………………44
5.2 斗提機設計中的防爆措施………………………………44
5.3 安全操作規(guī)程……………………………………………46
5.4 維護保養(yǎng)…………………………………………………47
5.5 減少事故的發(fā)生………………………………………48
總結…………………………………………………………………49
致 謝………………………………………………………………51
參考文獻……………………………………………………………52
外文資料與中文翻譯………………………………………………55
前 言
斗式提升機是一種被普通采用的垂直輸送設備, 用于運送各種散狀和碎塊物料，例如水泥，沙，土煤，糧食等，并廣泛地應用于建材、電力、冶金、機械、化工、輕工、有色金屬、糧食等各工業(yè)部門。
國內斗式提升機的設計制造技術是50年代由蘇聯(lián)引進的，直到80年代幾乎沒有太大的發(fā)展。在此期間，雖各行各業(yè)就使用中存在的一些問題也作過一些改進。從80年代以后，隨著國家改革開發(fā)和經(jīng)濟發(fā)展的需要，一些大型企業(yè)及重點工程項目引進了一定數(shù)量的斗式提升機，從而促進的國內提升機的發(fā)展。直到近來，斗式提升機的大型化包括大輸送能力、大單機長度和大輸送傾角等幾個方面。不少國家正在探索長距離、大運量連續(xù)輸送物料的更完善的輸送機結構。
斗式提升機的優(yōu)點是，結構比較簡單，能在垂直方向或傾角較小范圍內運輸物料而橫斷面尺寸小，占地面積小，能在全封閉罩殼內運行工作，不揚灰塵，避免污染環(huán)境，必要時還可以把斗式提升機底部插入料堆中自行取料。
斗式提升機也有一些缺點，過載的敏感性大，必須均勻給料，料斗和牽引構件較易破壞。機內較易形成粉塵爆炸的條件，斗和皮帶容易磨損，被輸送的物料受到一定的限制，只適宜輸送粉末和中小塊狀的物體。
斗式提升機可以提升的高度位5～30米，一般常用范圍為12～20米，輸送能力在30t/h以下。一般情況下都采用垂直斗式提升機，當垂直斗式提升機不能滿足工藝要求時，才采用傾斜式斗式提升機。由于傾斜式斗式提升機的牽引構件在垂度過大時需增設支承牽引構件的裝置，而使結構變的復雜。因此，一般很少采用傾斜式斗式提升機。
正確選用料斗的尺寸和形狀、運動速度、滾筒與鏈輪尺寸以及適合于物料物理性質和提升機工作條件的機首和底座尺寸是斗式提升機能否正常工作的條件。在設計提升機前，必須分析它的工作條件，特別是對于調整提升機，應研究物料在料斗內的運動及從物料中拋出的情況。
斗式提升機按牽引形式主要分為膠帶式、圓環(huán)鏈式和板鏈式三種,因經(jīng)濟條件、技術水平及使用習慣等原因,國內用戶對圓環(huán)鏈式和膠帶式斗提機需求量較大,這兩種斗提機的技術發(fā)展受到較多的關注,而且有較為明顯的發(fā)展。TH型是一種圓環(huán)鏈斗式提升機，采用混合式或重力卸料，挖取式裝料。牽引件用優(yōu)質合金鋼高度圓環(huán)鏈。中部機殼分單、雙通道兩種形式為機內重錘箱恒力自動張緊。鏈輪采用可換輪緣組合式結構。使用壽命長，輪緣更換工作簡便。下部采用重力自動張緊裝置，能保持恒定的張緊力，避免打滑或脫鏈，同時料斗遇到偶然因素引起的卡殼現(xiàn)象時有一定的容讓性，能夠有效地保護下部軸等部件。該斗式提升機適用于輸送堆積密度小于1.5t/m3易于掏取的粉狀、粒狀、小塊狀的底磨琢性物料。如煤、水泥、碎石、砂子、化肥、糧食等。TH型斗式提升機用于各種散狀物料的垂直輸送。適用于輸送粉狀、粒狀、小塊狀物料，物料溫度在250℃以下。
我國通用斗式提升機在使用中仍存在一些問題，例如，對于頻繁更換物料品種的斗式提升機，如何快速清理機座存料和機內殘存料；如何提高配套件（減速器、環(huán)鏈及聯(lián)接環(huán)鉤、鏈輪、牽引膠帶、軸承座等）的性能和強度，等等。
我國斗式提升機的技術水平與世界先進水平的差距還相當明顯，例如在材料選擇、制造工藝等方面尚達不到國外先進水平的技術要求；輸送能力、提升高度等還相對落后。國外采用鋼繩芯輸送帶作為牽引構件，并采用小型斗式提升機對大型斗式提升機定量供料，使斗式提升機的輸送能力高達2000t/h，提升高度達到350m；我國板鏈斗式提升機的發(fā)展相對較慢，而在國外尤其是日本、美國等國家制造的板鏈斗式提升機性能參數(shù)往往超過環(huán)鏈斗式提升機和膠帶斗式提升機，提升高度可達90m，輸送能力超過1500t/h，牽引構件使用壽命可達10 年，應用范圍很廣。
1 斗式提升機的方案設計及基本原理
1.1 斗式提升機的方案設計
本方案設計的斗式提升機用于提升水泥，由電動機經(jīng)過二級減速器，帶動斗式提升機的驅動運轉，從而循環(huán)運轉輸送物料。
1.2 斗式提升機硬件結構
斗式提升機由上部區(qū)段、中部機殼、下部區(qū)段、驅動裝置和內牽引件組成(見圖1)。上部區(qū)段由上部機殼、頭罩、傳動滾筒和傳動鏈輪組組成；中部機殼與上下部連接，起支撐防護和密封作用，分為標準節(jié)、非標準節(jié)和帶檢視門的標準節(jié)，有單通道和雙通道兩種形式(其中選雙通道主要是加強整機的中間節(jié)強度)；下部區(qū)段由下部機殼和拉緊滾子組或拉緊鏈輪組組成；驅動裝置由驅動平臺、電動機、減速器傳動件和逆止器等組成；內牽引件由料斗、橡膠輸送帶或圓環(huán)鏈、套筒滾子鏈等組成。
圖1.1環(huán)鏈斗式提升機的構造
1—環(huán)鏈；2—料斗；3—驅動鏈輪；4—機殼頭部；5—驅動裝置；
6—中間段；7—檢視口（座板）；8—下部機座；9—張緊鏈輪；
10—張緊裝置；
1.3基本原理
斗式提升機是通過緊固在牽引構件膠帶或鏈條上的許多料斗，并環(huán)繞在提升機上部頭輪和下部尾輪之間，構成閉合輪廓。驅動裝置與頭輪相連，是斗式提升機的動力部分，可以使頭輪軸運動；張緊裝置一般和下部尾相連，使牽引構件獲得必要的初張力，以維持牽引構件正常運轉。物料從斗式提升機下部機殼的進料口進入物料，通過流入式或掏取式裝入料斗后，提升到頭部，在頭部沿出料口卸出，實現(xiàn)垂直方向輸送物料的目的。斗式提升機的料斗、牽引構件及頭輪和尾輪等到安裝在全封閉的罩殼之內。
斗式提升機在下部裝料，頭部卸料，由于被輸送的物料特性差異很大，所以裝料和卸料的方式也就不同。根據(jù)物料的特性正確選擇裝料和卸料的方式，對其工作情況和生產率影響很大。對裝料和卸料的要求是：裝料均勻、塊狀物料直接流入料斗；卸料時物料能正確地進入卸料槽，不返料；物料拋卸中不沖擊罩殼；采用間隔布置料斗的高速斗式提升機，物料過程中不碰撞到前面的料斗上。
斗式提升機有兩種裝料型式：
（1）掏取式：由料斗在尾部機殼的物料中掏取裝料。對于粉末狀、粒狀、塊狀的無磨琢性或半磨琢性的散狀物料，由于掏取時不產生很大的阻力，料斗可以在較高的運動速度，一般為0.8~2m/s，所以它通常和離心式卸料配合應用。
(2)流入式：物料直接由進料口流入料斗內裝料。對于塊度較大和磨琢性大的物料；由于挖取阻力很大，故采用裝入法，料斗運動速度不能太高，通常不超過1m/s。
斗式提升機的分類有以下幾種：
(1)按輸送物料的方向分為：垂直式和傾斜式；
(2)按卸載特性分為：離心式、重力式、混合式；
(3)按料斗的型式分為：深斗式，淺斗式、鱗板式；
(4)按牽引構件型式分為：帶式、板鏈式；
(5)按工件特性分為：重型、中型、輕型
斗式提升機的規(guī)格是以斗寬表示。目前國產D型斗式提升機規(guī)格有D160、D250、D350、D450四種；HL型斗式提升機規(guī)格化有HL300、HL400兩種；PL型斗提升機規(guī)格有PL250、PL350、PL450三種。大型斗式提升機寬達800mm。
據(jù)國外文獻介紹，膠帶提升機的斗寬已達1250毫米，輸送量達1000噸/時，最大提升高度達80米。
斗式提升機的優(yōu)點是：結構比較簡單，可在垂直或傾斜方向上提升物料，橫斷面尺寸小，因而可節(jié)約占地面積，并可在全封閉的罩殼內工作，減少灰塵對周圍環(huán)境的污染必要時還可把斗式提升機底部插入料堆中自行取料。
斗式提升機的缺點是：機內較易形成粉塵爆炸的條件；對過載較敏感；斗和鏈易磨損；被輸送的物料受到一定的限制，只宜于輸送粉狀和中小塊狀的散貨，如糧食、煤、水泥、砂等，但不能在水平方向運送物料。
斗式提升機是以牽引型式命名的，并以第一主參數(shù)斗寬確定規(guī)格大小。如機械電子工業(yè)部頒發(fā)的JB3926-85《垂直斗式提升機》標準中TH400環(huán)鏈斗式提升機（T-提升機的是Ti、H——環(huán)鏈的一并Huan），斗寬為400mm。
提升機的結構一般有幾大部分組成：驅動裝置、出料口、上部區(qū)段、牽引件、料斗、中部機殼、下部區(qū)段、張緊裝置、進料口、檢視門。
斗式提升機牽引件常用橡膠帶、圓環(huán)鏈、套筒磙子鏈幾種型式，從而形成了三種基本結構型式。新標準中規(guī)定了TD型、TH型、TB型三種結構型式的提升機，將分別替代國內原D型、HL型、PL型三種機型。
除上述定型產品外，NTD內斗式提升機是一種內部加料、重力式卸槽，結構比較新穎的機型。而ZL型斗式提升機，DTG型斗式提升機（牽引件是膠帶、無底料），脫水斗式提升機等，因生產量較少，故不一一介紹。
1.掏取式 2. 流入式
圖1.2 裝料類型
1.4提升機輸送量計算
斗式提升機輸送量是按照填充系數(shù)9=1計算的。所以在選擇提升機時一定要考慮物料特征，按輸送物料填充系數(shù)計算出實際輸送量，其計算公式：
式中Q——輸送量．m3／h；
以A——料斗距離，m；
I——料斗容積，L；
v——提升速度．m／s；
——填充系數(shù)。
物料填充系數(shù)見表1。
表1 不同物料狀態(tài)的填充系數(shù)
粉狀物料
20mm以下的顆粒狀物料
20-50mm以下的塊狀物料
潮濕輕微黏性粉狀，小粒狀物料
0.75-0.9
0.7-0.9
0.6-0.8
0.6-0.7
斗式提升機的功率計算式：
P=(Po+Ps+Pk)·K
式中Po——斗提機的軸功率，kW；
Ps——挖取功率。kW；
Pk——空載功率．kW；
K——功率系數(shù)，取1．1～1．2。
式中Q——輸送量．m3／h；
——容重，t／m3；
C——軸距，m；
g——重力加速度，9．81 m／s2
在選擇斗式提升機時，一定要根據(jù)到物料的粒度、堆積密度、溫度、含水量、黏度、磨琢性等特征以及輸送量、各種機型的提升高度來選型。
綜合此次設計的提升高度與臺時產量等要求，本提升機選用混合或重力方式卸料，掏取式裝料，選用zh型（中深斗）料斗，牽引件為低合金高強度圓環(huán)鏈，經(jīng)適當?shù)臒崽幚砗螅哂泻芨叩目估瓘姸群湍湍バ裕褂脡勖L，采用了組裝式鏈輪。有輪體、輪緣用高強度螺栓聯(lián)接而成。在鏈輪磨損到一定程度后，可擰下螺栓，拆換輪緣，更換方便，且節(jié)約拆料、降低了維修費；下部采用了重錘杠桿式張緊裝置，即可實現(xiàn)自動張緊。一次安裝后不需調整，又可以保持恒定的張緊力，從而保證機器的正常運轉，避免了打滑或脫鏈。
2 斗式提升機的設計計算
2.1斗式提升機類型的選用
2.1.1 方案設計參數(shù)及使用要求
1）斗式提升機方案設計參數(shù)要求：
Q=600m3/h, H=30m，α=900
２）斗式提升機的使用要求：
① 提升物料（水泥）：容重γ=1.2t/m3 、粒度d≤20mm。
② 提升高度H=30m；
③ 提升能力 Q≥500t/h；
④ 工作環(huán)境：室內使用；
⑤ 連續(xù)生產：每天工作10小時，一年工作360天
表2-1 THG型斗式提升機的主要技術性能
斗提機型號
THG
160
THG
200
THG
250
THG
315
THG
400
THG
500
THG
630
THG
800
THG
1000
sh
zh
sh
zh
sh
zh
sh
zh
sh
zh
sh
zh
sh
zh
sh
zh
sh
zh
輸送量Q，m3/h
30
21
50
33
70
45
100
74
160
120
210
160
350
250
475
345
715
520
料斗
容量，L
2.6
1.9
4.1
2.9
6.5
4.6
10
7.4
16
12
25
19
40
29
64
47
102
74
斗距，mm
270
270
336
378
420
480
546
630
756
每米長度牽引鏈條及料斗重,Kg/m
31
31.85
33.4
43.25
60.9
79.6
88.66
107
150
料斗運行速度v,m/s
0.93
0.93
1.04
1.04
1.17
1.17
1.32
1.31
1.47
提升高度Hmax,m
60
75
60
75
60
75
60
75
60
75
60
75
60
75
55
70
55
70
根據(jù)設計要求，選擇的斗式提升機的型號是鏈式斗式提升機，根據(jù)數(shù)據(jù)要求，初步選定為THG1000型斗式提升機，根據(jù)提升的物料，選擇的料斗為深斗（Sh型）。
2.1.2 斗式提升機輸送能力的計算
設提升機料斗的容積為升，斗內盛裝的物料實際容積為升，為小于1的填充系數(shù)，則單位長度的載荷量為：
Φρ
式中Q——輸送能力，t/h；
——斗的容積，L
a——料斗間距；m
v——提升速度；m/s
Φ——填充系數(shù)；查表知取0.9
ρ——物料松散密度，t/m3
由于在實際生產中供料不均勻，所以計算生產率要大于實際生產率N。即
Ｎ＝（噸/時）
k---供料不均勻系數(shù)，取1.2～1.6
取K=1.4，將N=500t/h帶入上式
即有Q=500×1.4=700t/h
取=102L，Φ=0.8，v=1.47 m/s，ρ=1.2，a=756 m
由此核算輸送能力
Φρ=3.6××1.47×0.9×1.2=771t/h＞700t/h
顯然其遠遠大于實際生產率，故可以滿足生產條件。
因此斗式提升機定型為THG1000型鏈式斗式提升機，料斗為深斗（Sh型）。
2.2 斗式提升機傳動裝置功率計算
2.2.1 斗式提升機軸功率計算
關于提升機驅動功率的設計計算一直以來爭議不斷，資料上推薦的公式多數(shù)是延用上世紀80年代的公式，計算復雜，而且所選參數(shù)稍有變化時結果的出入?yún)s較大，與實際相差甚遠。在查閱大量關于運輸機械設計方面的手冊和近年來關于斗式提升機驅動功率的各種論文和期刊后，綜合各種數(shù)據(jù)，現(xiàn)參照文獻[1]中第十四章斗式提升機中THG型提升機設計的功率計算部分內容，計算過程如下：
傳動軸驅動功率由下式求得：
式中P0——斗提機軸功率，kW；
C——斗提機的軸距，m；
G——重力加速度（10m/s2）；
Ps——挖取料功率，kW，見表2-1；
Pk——斗提機空載功率，kW，見表2-1。
表2-1
附加
功率
THG160
THG200
THG250
THG315
THG400
THG500
THG630
THG800
THG1000
Pk，KW
2
2
2
3
3
4
4
5
5
Ps ,KW
0.4
0.4
0.9
1.6
2.2
3.6
5.0
8.4
14.4
由上表查數(shù)據(jù)代入公式得：
=＋14.4＋5=85 kW
2.2.2 斗式提升機提升功率計算
斗提機功率的計算：
式中n——傳動總功率，n=n1×n2
n1——減速機傳動效率，n1=0.85
n2——V帶傳動效率，n2=0.96。
通過查詢數(shù)據(jù)代入公式得：P=104.1 kW
2.3 電動機的選擇
按已知工作要求和條件選用要求電機功率P＝104.1kW，轉速n=1000r/min左右，參照文獻[2]中電動機的類型及其應用特點，選用Y280M-6型電動機。額定功率55 kW，同步轉速n=1000r/min，工作轉速980 r/min。故需要兩臺電動機。
2.4 減速器的選擇
根據(jù)文獻[1]中得驅動裝置的選型原則及規(guī)范可知，THG1000提升機功率為104.1Kw時，應選用Y7Y140驅動裝置，在已選擇Y280M-6型電動機后，應選擇型號為ZSZ630-90-I-GB10090-1988的減速器。輸入軸直徑為85mm，輸出軸直徑為300mm，中心高為710mm，傳動比為90。
3 驅動軸設計及附件的選擇
3.1 軸的材料及熱處理
斗式提升機驅動軸主要承受高扭矩，高彎矩，是提升機中最重要的零件之一，故軸的材料選用45鋼，調制處理。
3.2 軸的結構設計
1）初步計算軸的直徑
參照文獻[3]中關于軸的設計部分，根據(jù)軸的承載情況，選擇扭轉強度計算法來計算軸的直徑。
式中 A——系數(shù)，此處取120，
P——電動機功率，Kw
n——軸的轉速，r/min,
將相關數(shù)據(jù)代入公式可得：=259mm
因為軸端裝聯(lián)軸器需要開鍵槽，會削弱軸的強度，故將軸徑增加4%~5%，取軸的直徑為270mm。
2）各軸段直徑的確定
如圖3-1所示，軸段①與減速機空心輸出軸套裝配，并且在接近軸段②處裝有毛氈彌封圈，故直徑d1=270mm。軸段②和軸段⑧上安裝軸承，現(xiàn)暫取軸承型號為2217，其內徑d=275mm，外徑D=340mm，寬度B=60mm，故軸段②的直徑d2= d8=275mm。軸段③和軸段⑦的直徑為軸承的安裝尺寸，查有關手冊，取d3= d7=290mm。軸段④和軸段⑥上安裝驅動鏈輪，考慮到軸段④與軸段⑥中間的截面承受的彎矩最大，故在直徑上有所增加，現(xiàn)暫定d4= d6=300mm。軸段⑤考慮滾筒便于安裝拆卸，直徑略比軸段④和軸段⑥的直徑小，取d5=310mm
圖3-1
3）各軸段長度的確定
軸段①與減速機空心輸出軸套裝配，其長度主要決定于減速機和頭部殼體之間的安裝尺寸，同時還要保證與減速機相配合的部分有足夠的長度，從手冊中查知減速機的相關安裝尺寸要求，現(xiàn)暫取L1=400mm。軸段②與軸段⑧上安裝軸承，其長度決定于軸承的安裝尺寸，故取L2=L8=230mm。軸段③和軸段⑦的長度主要根據(jù)兩軸承之間的距離和滾筒在軸向上的安裝尺寸來定。考慮到其軸向上密封板、殼體法蘭和軸承座等占據(jù)的位置，暫取兩軸承軸向上的中心距離為620mm，則可以暫取L3=L7=300mm。軸段④、⑤、⑥的長度要和驅動鏈輪一并設計，現(xiàn)暫定L4=L6=200mm，L5=300mm，驅動軸總長為2160mm。
4) 軸上零件的固定
考慮到軸段①、④、⑥處鍵傳遞較大的轉矩，故軸段①與聯(lián)軸器的配合選用k6；軸段④、⑥與驅動鏈輪的配合選用r6；軸段②、⑧與軸承內圈的配合選用r6。與減速機和驅動鏈輪的聯(lián)結均采用A型普通平鍵，分別為鍵63×32 GB1096-1996及鍵70×36 GB1096-1996。
5) 軸上倒角及圓角
軸端倒角2×45°，安裝鏈輪的軸段倒角為2.5×45°，倒圓角為R1.6mm，為方便加工，其它軸肩圓角半徑均取為0.6mm。
3．3 軸的強度校核計算
1）軸的受力分析及彎扭矩圖3-2所示
圖3-2
2）計算支承反力
由于軸在水平面上不受力，
故 FRIH=FR2H=0
在豎直面上
式中：——同一時刻提升機上行料斗中物料重量；
——環(huán)鏈預緊力（平均每米長度牽引構件重量，150kg/m）；
——牽引構件重量（5000N）。
3） 按彎扭合成強度條件計算如下：
很顯然b-b截面為危險截面。
由于彎曲應力為對稱循環(huán)，扭轉切應力為靜應力，則取=0.7
所以b-b截面左側安全，顯然b-b截面右側也是安全的。
4） 安全系數(shù)校核
彎曲應力：
應力幅：
平均應力： Mpa
切應力：
安全系數(shù)：
許用安全系數(shù)顯然S>, 故b—b剖面安全。
以上計算表明，軸的彎扭合成強度和疲勞強度是足夠的。
3.4 軸承選用
1） 軸承選型
考慮驅動軸在的較大彎矩作用下會產生彎曲變形，且不易與減速機嚴格保證同心，故選用承載能力大并有自動調心功能的調心球軸承軸承2217。其基本參數(shù)如表3-2。
表3-2
基本尺寸 /mm
額定載荷 /kN
d
D
B
275
340
60
80.2
40.5
2） 工作情況分析及壽命計算
提升機驅動軸軸承主要承受徑向載荷，軸向載荷很小并可以忽略中等沖擊。其當量動載荷為：
式中：——載荷系數(shù)，中等沖擊取1.2～1.8。
其壽命為：
式中：——軸承的壽命指數(shù)，滾子軸承=10/3。
故驅動軸軸承的工作壽命為1682小時。
3.5 驅動鏈輪鍵的設計校核
由驅動鏈輪軸的直徑d為300mm，文獻 [2]，由表9-4可知，應取鍵的寬b=70mm，高度 h=36 mm的普通平鍵，鍵的材料應選45鋼，由于鍵所受載荷性質為輕微沖擊，由表9-3可知[σc]=400 MP，[τ]=90 MP，鍵連接工作面的強度校核如下：
<[σc]
<[τ]
式中： T— 傳遞的轉矩 （）
d— 軸的直徑 （mm）
l—鍵的工作長度，A型（mm），l=L-b(mm)，b為鍵的寬度。
3.6 聯(lián)軸器的選擇
由于彈性柱銷聯(lián)軸器（如圖3-4所示）具有一般補償兩軸相對偏移和減震能力，結構簡單，更換彈性元件簡便，允許有軸向竄動，適用的工作溫度為-200C到+700C,所以根據(jù)提升機的工作特性，選擇彈性柱銷聯(lián)軸器作為減速器和提升機上部株洲之間的連接設備，由文獻[2]可知應選取的聯(lián)軸器型號為：
Y
由表11-9可知所選用聯(lián)軸器的的公稱扭矩Tn=16000，許用轉速為1150，而本次設計所需的扭矩T=9636，轉速為10.9，故所選的聯(lián)軸器LX5完全滿足要求。
下面對聯(lián)軸器與軸連接處的鍵進行設計和強度較核。由軸的直徑d為270mm，查文獻[2]，由表9-4可知，應取鍵的寬度 b=63mm，高度 h=32mm的普通平鍵，鍵的材料應選45鋼，由于鍵所受載荷性質為輕微沖擊，由表9-3可知[σc]=110 MP，[τ]=90 MP，鍵連接工作面的強度校核如下：
<[σc]
<[τ]
式中： T— 傳遞的轉矩 （）
d— 軸的直徑 （mm）
l—鍵的工作長度，A型（mm），l=L-b(mm)
A—鍵與輪轂的接觸高度，平鍵K=h/2
b-鍵的寬度
圖3-4 LX型聯(lián)軸器結構圖
3.7 驅動鏈輪的結構設計
THG 型斗式提升機是利用鏈輪與圓環(huán)鏈間的摩擦力進行動力傳遞的。特別當鏈輪與鏈條摩擦副不能相互匹配，即鏈輪與鏈條產生相對滑動時，鏈輪磨損加劇，因此，鏈輪是一個易損件。對于鏈輪應選擇合理的材料、熱處理工藝以保證輪緣的硬度和耐磨性。同時考慮到鏈條價昂，應使鏈輪的硬度略低于鏈條的硬度。
THG1000的軸上的扭距通過鍵槽傳遞給兩個鏈輪，鏈輪由輪緣和輪體兩部分組成，結構如圖3-4所示。輪體由HT200鑄造而成，輪緣由QT60-2鑄造而成，要求鑄件不得有氣孔、縮孔及裂紋等，以保正鏈輪工作正常工作所需要的強度。此次設計采用了組裝式鏈輪。有輪體、輪緣用高強度螺栓聯(lián)接而成。在鏈輪磨損到一定程度后，可擰下螺栓，拆換輪緣，更換方便，且節(jié)約拆料、降低了維修費。
圖3-5 驅動鏈輪裝置
3.8 料斗與環(huán)鏈的設計
根據(jù)斗式提升機的輸送量及提升高度要求，參照國家關于機械行業(yè)標準中垂直斗式提升機 sh 型（中深斗）料斗參數(shù)尺寸，設計的畚斗的形狀如圖3-6所示，料斗容量為102L，輸送的物料最大塊度為5mm。
選用質量優(yōu)良的傳動帶和傳動鏈會有效的提高生產效率。并且可以大大降低斗式提升機的事故發(fā)生率。對比同類型的斗式提升機的環(huán)鏈選擇的相關參數(shù)可知，與料斗配套使用的鍛造圓環(huán)鏈條是直徑Φ18mm，節(jié)距為64mm，單條破斷強度≥320KN，牽引件為低合金高強度園環(huán)鏈，經(jīng)適當?shù)臒崽幚砗?，具有很高的抗拉強度和耐磨性，使用壽命長，符合TM36-8《礦用高強度園環(huán)鏈》標準。
圖 3-6 料斗與環(huán)鏈
4 其他裝置及零部件的設計
4.1頭部罩殼的選材及連接
如圖4-1所示，電動機及減速機的支座都是連接在頭部罩殼上的，罩殼承受的力較大，所以要采用比較厚的鋼板，罩殼四壁采用3mm的鋼板，與電動機、減速機支座聯(lián)結的側板采用10mm的筋板， 法蘭及支撐采用63×63×6的熱軋等邊角鋼。同樣的道理，側板與罩殼的焊接要求也較高，故采用K形坡口，且焊接時要防止出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象。
圖4-1 上部機殼
圖3-5 提升機頭部示意圖
4.2中部區(qū)段的設計選材
由于本設計中的提升機提升高度達30m，為防止兩分支上下運動時在機殼產生空氣擾動，故上行部分和下行部分的罩殼均采用獨立式結構。連接法蘭同樣采用63×63×6的等邊角鋼，殼體采用3mm厚的鋼板，并在罩殼上設有檢修門，主要是用來觀察、檢查提升機內部的工作情況，在出現(xiàn)故障時可以方便檢修，具體結構如圖4-2所示。
圖4-2 中部機殼
4.3 通風口
在斗式提升機頭部和底部應設有吸風管和通風口。以保證斗式提升機在卸料和進料過程中不會形成負壓和粉塵外溢。一臺制作精良的輸送設備。它的密封必須可靠。但良好的密封在物料卸料和進料過程中就必然會產生壓力差，造成進料和卸料困難。通風口使斗式提升機內部壓力與外界壓力基本相等。適當?shù)奈L避免粉塵從通風處溢出，避免浪費和清潔環(huán)境
4.4 防逆轉裝置
在斗式提升機的機頭部裝有防逆轉裝置。在斗式提升枧工作中動力突然中斷時，反轉對于斗式提升機是很危險的。斗式提升機在提升過程中，其一側是盛滿物料的上行畚斗。另一側是卸完物料的下行空畚斗。動力中斷后，斗式提升機由于重力作用必發(fā)生逆轉。物料隨著畚斗的反轉被卸到斗式提升機的底部，直至堆滿后卡住畚斗。由于反轉是一個加速的運動，而后又被突然卡住，很容易扯掉畚斗，使皮帶損壞，甚至斷裂。另外斗式提升機底部堆滿物料。也使斗式提升機無法啟動。防逆轉可采用棘輪機構。
圖示4-3為機械中常用的外嚙合式棘輪機構，它由主動擺桿，棘爪，棘輪、止回棘爪和機架組成。主動件空套在與棘輪固連的從動軸上，并與驅動棘爪用轉動副相聯(lián)。當主動件順時針方向擺動時，驅動棘爪便插入棘輪的齒槽中，使棘輪跟著轉過一定角度，此時，止回棘爪在棘輪的齒背上滑動。當主動件逆時針方向轉動時，止回棘爪阻止棘輪發(fā)生逆時針方向轉動，而驅動棘爪卻能夠在棘輪齒背上滑過，所以，這時棘輪靜止不動。因此，當主動件作連續(xù)的往復擺動時，棘輪作單向的間歇運動。
圖4-3 棘輪機構
4.5 設置防滑主動輪
在斗式提升機的主動輪表面鉚接或粘接防滑、抗(耐)磨橡膠布，能有效提高主動輪與皮帶問的摩擦系數(shù)，防止皮帶打滑，提高提升效率。如果主動輪表面過于光滑。就需過分張緊皮帶，來保證提升機的正常工作，皮帶就會受到過大的張緊力而降低皮帶的使用壽命。
4.6提升帶的速度
單位時間內經(jīng)過喂料區(qū)域的畚斗數(shù)量與畚斗帶速成正比。因此，斗式提升機的產量通常隨帶速增加而提高，但畚斗帶速過高，裝滿系數(shù)反而會快速下降，使斗式提升機產量下降。這是因為帶速過高時，畚斗穿越喂料區(qū)域的時間較短．即畚斗舀取或充料時間顯著變短，進入畚斗的物料遠未裝滿時．畚斗就已穿過喂料區(qū)域完成了裝料，使畚斗裝滿系數(shù)下降很快；當帶速很高時，高速運動的畚斗幾乎形成一個面。使物料幾乎不能進入畚斗，其裝滿系數(shù)接近零，因此提升帶的速度慢時，畚斗內的物料裝滿系數(shù)大。
4.7進料流速
進料流速及流量是影響裝滿系數(shù)的決定因素之一。有的提升機在進料口處裝有進料插板，用以調節(jié)進料El的截面積：有的提升機裝有進料緩沖裝置，用以調節(jié)進料流量。對于一般情況而言，提高進料流速有利于提高裝滿系數(shù)，但如果進料流速太快，物料對畚斗的沖擊增大。導致落入畚斗的物料濺起、灑落，反而使畚斗裝滿系數(shù)降低。進料流速及流量應視提升帶速度、進料方式、物料類型等條件合理確定
4.8 轉速監(jiān)控裝置
在斗式提升機的被動輪部分裝備速度傳感器。傳感器產生電壓或電流信號，通過儀表可設定最高和最低轉速。當斗式提升機的轉速超出了設定范圍，經(jīng)過一段延時時間，如果轉速為下降至設定范圍，機器會自動報警，并自動斷開空氣開關，有效保護斗式提升機的正常工作。
4.9 擋料板
在斗式提升機的上部卸料處安裝擋料板可以有效的房子物料倒流而流回提升機底部。擋料板應使用橡膠等耐磨又有一定韌性的橡膠材料制成。擋料板與料斗的距離應在15mm左右。
4.10 料斗的間距
合理設定料斗間距離和料斗數(shù)量可以改善斗式提升機的工作能力和電機功率利用率。
4.11 牽引件
斗式提升機的牽引件常采用膠帶或鏈條。膠帶斗式提升機的優(yōu)點是：成本低，自重較小，工作平穩(wěn)無噪聲，可采用較高的運行速度，生產效率較高，磨損較??；主要缺點是：料斗在膠帶上的固定較弱，因為是用摩擦傳遞牽引力，需要有較大的初張力。環(huán)鏈作為較為常用的一種牽引件，它的結構和制造比較簡單，與料斗的連接也很牢固。但環(huán)鏈相互接觸處易磨損，降低鏈的強度，運行不夠平穩(wěn)。
本設計采用環(huán)鏈作為牽引構件，提升機的牽引構件是鍛造環(huán)鏈。鍛造環(huán)鏈由3號圓鋼鍛制而成，我國目前定型的環(huán)鏈節(jié)距為50mm、64mm、86mm、92mm等，如圖所示：環(huán)鏈與料斗的連接采用鏈環(huán)鉤，當料斗的寬度為160~250mm時，只用一根牽引鏈條，當料斗的寬度為300~630mm時，則用兩根牽引鏈條。
圖4-4鍛造環(huán)鏈
4.12驅動裝置
提升機的驅動鏈輪裝設在提升機的上部卸料處。在傳統(tǒng)的TH型斗式提升機驅動裝置中的傳動部分除減速器外，配有開式齒輪或皮帶輪等傳動裝置。而在THG型斗式提升機中則配用垂直軸減速器等傳動裝置，這樣可以使傳動裝置被更為緊湊的布置。
環(huán)鏈式斗式提升機的驅動鏈輪和環(huán)鏈之間是通過摩擦傳動的。因此鏈輪只有槽而無齒，傳統(tǒng)的驅動鏈輪和軸的結構如圖：
圖4-5 驅動鏈輪裝置圖
1—驅動鏈輪；2—軸；3—密封裝置；4—軸承
圖4-6 先進驅動鏈輪裝置
1—光軸；2—組合式鏈輪；3—帶座球軸承；4—帳套
4.13張緊裝置
在斗式提升機的機殼下部設有張緊裝置。
張緊裝置有螺旋式、彈簧式及重錘式三種，以螺旋式最常采用，其結構與帶式輸送機張緊裝置相同。張緊裝置安裝在張緊滾筒（或張緊鏈輪）軸的軸承座上，并連接在提升機外罩下部的側壁上。張緊裝置的行程在200~500mm范圍內。
5 斗提機的問題探討及安全操作與維護保養(yǎng)
斗式提升機工作時，由于機殼密封較嚴，牽引構件速度較高等多種原因，常出現(xiàn)粉塵爆炸事故.根據(jù)有關資料報道，熌立筒庫的粉塵爆炸，有25﹪左右起源于斗提機，面粉廠、飲料廠的加工車間和成品庫的粉塵爆炸事故中，斗提機占的比例也在10以上.因此斗提機在設計中必須考慮防爆問題.
5.1 斗提機工作過程中的問題
斗提機既可用于提升原糧，也可用于提升半成品糧.發(fā)生粉塵爆炸的部位主要在機頭和機座內.機座內由于外部物料流的不斷進入，粉塵嘗試較高；料斗帶與底輪之間、底輪軸與軸承之間有劇烈摩擦，物料內部顆粒間有內摩擦，機座內又容易產生物料堵塞，使得機座內溫度較高，機頭內由于物料的不斷卸出，粉塵空氣混合物的濃度也較高，密封又嚴，使機頭內壓力較大，料斗逞一旦打滑，便會與頭輪表面形成強烈摩擦，同時頭輪軸和底輪軸間也在摩擦，導致機頭內溫度增高.當斗提機機枕巾內粉塵濃度、溫度、壓力達到一定值時，若料斗與機殼間碰撞產生火花，交會引發(fā)斗提機內的粉塵爆炸。
5.2 斗提機設計中的防爆措施
由上分析可知，要防止斗提機內粉塵爆炸，除了應當科學管理、及時維修和嚴格遵守安全規(guī)程以外，還必須采取降溫、降壓、避免火花產生等措施。
1） 在機頭、機座上裝設泄爆孔.所謂泄爆孔就是在機殼上開設若干個圓孔，然后蓋上特制的橡膠蓋，當機殼內壓力增大時，橡膠蓋就會被沖開，使機殼內壓力減小，溫度降低破壞了封閉狀態(tài)，可避免爆炸發(fā)生.卸爆孔多數(shù)設置于機頭，也可設置于機座上，其材料用容易沖開的薄金屬板或纖維板做，用低強度螺栓聯(lián)接。
2） 在機過上設置吸風口。吸風口可安裝在斗提機機座的頂端和機頭的側面，也可安裝在進料口上方的機筒上側，這樣空氣得到最佳利用。
3） 在頭號輪和張緊輪上裝設料斗帶速度檢測器，防止帶輪與帶打滑從而引起強烈摩擦而使溫度升高。速度檢測器即測速開關，當帶的速度降低至設計速度的60～70時，便會發(fā)出信號并切斷電路，通知操作人員查找原因。
4） 在機殼外壁上裝設料斗帶位移監(jiān)控儀。斗提機在正常工作時，帶與機筒兩側壁的間距基本上相等，提升物料過程中料斗不會與機筒側壁發(fā)生碰撞擠壓，但是當帶撕裂或跑偏后，帶就會與機筒側壁產生擠壓摩擦或使料斗碰撞機殼，引起火花，若在機筒外壁上成對配置帶位移監(jiān)控儀，它的主要部件為壓力傳感器，當帶因故偏向某一側時，便會對機筒側壁產生一擠壓力，由于傳感器與機筒緊密接觸，從而導致傳感器電流變化，通過控制電路發(fā)出信號，達到監(jiān)控的目的。
5） 在斗提機頭、機座裝設抑爆炸裝置，即高靈敏度傳感器，當發(fā)現(xiàn)爆炸險情后能迅速向機殼內噴射抑爆劑，以制止爆炸的發(fā)展。
粉塵爆炸是現(xiàn)代化工業(yè)生產伴隨而來的新問題之一，它具有較大的危險性，能夠破壞一個企業(yè)，給國家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟損失。因此，我們必須高度認識粉塵爆炸的危害性和嚴重性，對易產生爆炸的設備及部位從結構上和工藝參數(shù)上采取切實有效的措施，以防為主，防治結合，用現(xiàn)代科學綜合技術使粉塵爆炸的概率降低在最小范圍，以期達到安全的目的。
5.3 安全操作規(guī)程
斗式提升機是連續(xù)輸送物體的設備，根據(jù)被輸送物料的特性選定適宜型號的提升機，并適合于工作條件。
安全操作規(guī)程：
1） 操作人員應經(jīng)過專門的培訓，了解設備性能，熟悉操作及保養(yǎng)技能。
2） 升機應在空栽下起動，在卸載后停車。
3） 應保證均勻給料，給料量應符合說明書規(guī)定范圍，不得給料過多，以免物料堵塞下部區(qū)段。
4） 在輸送有害物料時，機殼要確保密封。對采用有吸塵裝置時，必須設有通風口，工作時檢視口要封閉。
5） 由于意外而停車，需查明原因，排除故障后才能開車。
6） 逆止器運行可靠，確保因事故停車時不反轉。
7） 檢修時，要切斷電源，操作箱上應掛有標牌，以免他人開機。
5.4 維護保養(yǎng)
1） 上，下部軸承要定期加油潤滑，保持良好反對工作條件。
2） 減速器定期檢查潤滑，油量適當，避免不足或過量；按時更換機油。
3） 要定期對運動部件進行維護和清掃工作，檢查傳動帶，滾筒，料斗的磨損情況。檢查應在停車和切斷電源后進行。
4） 對張緊裝置進行定期的檢查和調整，對拉緊行程不足規(guī)定的1/5時，可以切除牽引構件的一段長度（通?？s短一個斗距）來恢復拉緊行程，從而消除料斗被進料口低部刮傷的可能性。對螺桿張緊裝置，要保持牽引構件正常工作張力。
5） 逆止器要定期檢查磨損情況，對棘輪，棘爪，滾珠磨損嚴重時要更換，保持逆止器工作可靠。
5.5 減少事故的發(fā)生
斗式提升機大多在現(xiàn)代化的大工廠中使用，每時每刻要按照要求輸送物料，對實現(xiàn)高產穩(wěn)產有著重要的意義，要嚴格遵守安全操作規(guī)程。
操作人員要按照要求對提升機進行維護保養(yǎng)和檢查調整，只有這樣才能使機器處在良好狀態(tài)下工作。
在工作中的提升機，對反映設備性能的主要參數(shù)和溫度，電流，轉速，震動等要經(jīng)常進行監(jiān)控，了解設備的運行情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常及時查明原因進行處理。重要精心操作，認真維護，可以減少事故發(fā)生并延長使用壽命，設備將發(fā)揮更大作用。
總 結
經(jīng)過了差不一個學期的畢業(yè)設計終于順利完成了,在這個學期里,我充分體會到機械設計帶給我的充實與艱辛,從查資料到看資料,由設計的想法到草繪圖紙,再從一個個零件的設計與校核.在這途中多虧了老師的指導和同學的幫助才順利完成.
在設計的這段時間里讓我認識到知識的重要性,剛一知半解是完不成設計的.所以要求我們在學習的同時注意到重點,以及對幾門重要課程的溫故,從中開始設計,如機械設計,機械制造工藝等等.對于這次提升機的設計，很感謝在指導老師的幫助和督促下,使我們沿著正確的設計方向進行設計。 這加快了我們的設計進度和一些設計方法，讓我們在愉快的學習氣氛中進行畢業(yè)設計，提快了我們設計進程。.
對我們現(xiàn)學的知識來說,應該要能夠綜合運用機械設計課程和其他有關選修課程的理論及生產實踐的知識去分析和解決現(xiàn)實中的一些設計計算問題，要知道多思考和多動手的重要性，要知道只會空想不去動手實現(xiàn)是辦不成事的。所以，在以前的一一些相關設計中，往往想一想其實較簡單，但真正去做的時候一籌莫展，俗話說，手比頭高嗎？所以，我們在對于這個設計要多查資料，多動手，多發(fā)問。以保證所設計的機械符合使用要求，這務必是我們做為設計人員的一種嚴謹?shù)乃悸?，也是培養(yǎng)我們今后人生的一種態(tài)度。
為了很好的完成這次畢業(yè)設計，我大量的翻閱了有關書籍，并在設計的過程中大量的運用了CAD軟件進行制圖，讓我對此類軟件的操作有了比較形象的認識，對以后接觸新的軟件打下了良好的基礎。在圖紙中發(fā)現(xiàn)問題，把問題形象的用圖紙表達，已成為我發(fā)現(xiàn)并解決問題方法之一。
在對此次畢業(yè)設計的調查，研究，實施的過程中，不但對所學的專業(yè)知識有了更深入的理解，而且能更熟練地綜合運用已學過的基礎課，技術基礎課，專業(yè)課及技能并有針對性的鍛煉了自己分析和解決機械領域內的一般工程應用問題的能力，同時也學到了處理實際工程問題的工作方法。對于未來走向機械事業(yè)奠定了結實的臺階，使我更加的自信！
致 謝
在畢業(yè)設計即將順利完成之時，在這里心情無比激動，在這個學期的畢業(yè)設里，我雖完成的不是很理想，但我也盡力去做好教師要我完成的事，在這里要衷心的感謝我的指導教師李新老師，他對我們的嚴格要求與精心指導，讓我們在本來設計資料不足的情況下，而進行的比較順利，并且進度沒有落下，并且做到有緊有松，讓我們在和諧的學習懷境中，努力地完成任務。最后再次衷心感謝我們的指導教師李新老師一路來對我們的幫助與指導！在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到設計的順利完成，有很多師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后還要感謝大學四年來所有的機械工程學院老師，是在他們的教誨下，使我掌握了較為堅實的專業(yè)知識基礎，為我以后機械方面的事業(yè)提供了強有力的動力。
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外文資料與中文翻譯
外文資料：
The Rapid Prototyping Manufacturing and its application in molding manufacturing
Abstract: By discussing the rapid prototyping technology the craft principle, characteristic of the processes, formation and the general situation of the develop of fast prototype and its application in molding, point out the technique can form a kind of a process system of extensive application and novel, and its foreground is vast.
Key Words: r