TH315斗式提升機(jī)的設(shè)計(jì)（含全套CAD圖紙通過(guò)答辯）

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Its performance and parameter accord with JB392685 Vertical Bucket Elevator, which consults the international standard and advanced foreign standard and the towing circle chain accords with MT3680 High- Strength Circle Chain for Mine. The machine is applicable for conveying the power, grain and block materials, such as coal, cement, block, sand, clay and ore. The bucket elevator is allowed to convey materials with high temperature with the special circle chain structure. Keywords: Bucket elevator; Chain wheel ; Gear reducer; Coupling; Explosion-proof 3 目 錄 第 1 章 緒論.1 第 1.1 節(jié) 斗式提升機(jī)的發(fā)展歷史.1 第 1.2 節(jié) 斗式提升機(jī)分類.1 第 1.3 節(jié) 斗式提升機(jī)的用途及特點(diǎn).2 第 1.4 節(jié) 課題的總體構(gòu)思和主要工作任務(wù).3 第 2 章 斗式提升機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案.4 第 2.1 節(jié) 概述.4 第 2.2 節(jié) 斗式提升機(jī)的工作原理.4 第 2.3 節(jié) 斗式提升機(jī)的主要部件.6 第 2.4 節(jié) 斗式提升機(jī)的裝載和卸載.7 第 2.5 節(jié) 常用斗式提機(jī)選用及相關(guān)計(jì)算.8 第 3 章 斗式提升機(jī)主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).11 第 3.1 節(jié) 提升機(jī)提升功率的確定.11 第 3.2 節(jié) 電動(dòng)機(jī)的選型及安裝.14 第 3.3 節(jié) 減速器的選型及安裝.15 第 3.4 節(jié) 聯(lián)軸器的選型及安裝.16 3.4.1 聯(lián)軸器的分類.16 3.4.2 聯(lián)軸器應(yīng)考慮的因素.16 3.4.3 聯(lián)軸器的選擇.19 3.4.4 聯(lián)軸器的安裝.19 第 3.5 節(jié) 驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)及附件的選擇.20 3.5.1 軸的材料選擇及處理.20 3.5.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).21 3.5.3 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算.24 3.5.4 軸承類型的選用及校核.26 第 3.6 節(jié) 帶輪與 V 帶的選擇.28 第 3.7 節(jié) 驅(qū)動(dòng)鏈輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).28 第 3.8 節(jié) 提升機(jī)主要參數(shù)的確定.29 第 3.9 節(jié) 料斗與環(huán)鏈的設(shè)計(jì).31 4 第 3.10 節(jié) 拉緊裝置的選型.33 3.10.1 拉緊裝置的作用.33 3.10.2 拉緊裝置的確定.33 第 4 章 斗式提升機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)分析及改進(jìn). 34 第 4.1 節(jié) 斗式提升機(jī)的防爆分析及改進(jìn).34 第 4.2 節(jié) 斗式提升機(jī)鏈輪的技術(shù)改造.34 第 4.3 節(jié) 斗式提升機(jī)提升效率的改進(jìn).34 4.3.1 頭部結(jié)構(gòu)的改進(jìn).34 4.3.2 進(jìn)料口的改進(jìn).36 4.3.3 尾輪的改進(jìn).36 4.3.4 尾部機(jī)座的改進(jìn).36 第 5 章 提升機(jī)的運(yùn)行控制. 36 第 5.1 節(jié) 電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù).37 5.1.1 熱繼電器的工作原理.37 5.1.2 熱繼電器的保護(hù)特性.38 第 5.2 節(jié) 電動(dòng)機(jī)的斷相保護(hù).39 5.2.1 電動(dòng)機(jī)的斷相故障.39 5.2.2 斷相保護(hù)措施.39 第 5.3 節(jié) 電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù).39 5.3.1 電動(dòng)機(jī)的短路故障.39 5.3.2 短路保護(hù)措施.40 第 5.4 節(jié) 電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行控制.41 5.4.1 手動(dòng)按鈕控制電機(jī).41 5.4.2 PLC 控制電機(jī). 42 第 6 章 斗式提升機(jī)的安裝與使用維修. 46 第 6.1 節(jié) 斗式提升機(jī)的安裝.46 6.1.1 安裝順序及要求.46 6.1.2 空運(yùn)轉(zhuǎn).48 第 6.2 節(jié) 斗式提升機(jī)的安全使用與維修.48 結(jié)論. 51 參考文獻(xiàn).52 附錄.53 5 翻譯部分.59 英文原文.59 中文譯文.67 致謝.76 6 第 1 章. 緒 論 第 1.1 節(jié) 斗式提升機(jī)的發(fā)展歷史 斗式提升機(jī)廣泛用于垂直輸送各種散狀物料，國(guó)內(nèi)斗提機(jī)的設(shè)計(jì) 制造技術(shù)是 50 年代由前蘇聯(lián)引進(jìn)的,直到 80 年代幾乎沒(méi)有大的發(fā)展。 自 80 年代以后,隨著國(guó)家改革開(kāi)放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,一些大型及重點(diǎn) 工程項(xiàng)目從國(guó)外引進(jìn)了一定數(shù)量的斗提機(jī),從而促進(jìn)了國(guó)內(nèi)斗提機(jī)技術(shù) 的發(fā)展。有關(guān)斗提機(jī)的部頒標(biāo)準(zhǔn) JB392685 及按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的 TD、TH 及 NE 系列斗提機(jī)的相繼問(wèn)世,使我國(guó)斗提機(jī)技術(shù)水平向前邁了 一大步, 但由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、原材料、加工工藝和制造水平等方面的原 因,使產(chǎn)品在實(shí)際使用中技術(shù)性能、傳遞扭矩、壽命、可靠性和噪聲等 與國(guó)際先進(jìn)水平相比仍存在相當(dāng)大的差距。 第 1.2 節(jié) 斗式提升機(jī)的分類 （1）按牽引件分類： 斗式提升機(jī)的牽引構(gòu)件有環(huán)鏈、板鏈和膠帶等幾種。具體的提升 機(jī)類型有：TD、D 型斗式提升機(jī)，HL 型環(huán)鏈離心斗式提升機(jī)，TH 系列 斗式提升機(jī)，NE 系列板鏈斗式提升機(jī)，環(huán)鏈的結(jié)構(gòu)和制造比較簡(jiǎn)單， 與料斗的連接也很牢固，輸送磨琢性大的物料時(shí)，鏈條的磨損較小， 但其自重較大。板鏈結(jié)構(gòu)比較牢固，自重較輕，適用于提升量大的提 升機(jī)，但鉸接接頭易被磨損，膠帶的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但不適宜輸送磨 琢性大的物料，普通膠帶物料溫度不超過(guò) 60C，鋼繩膠帶允許物料 溫度達(dá) 80C，耐熱膠帶允許物料溫度達(dá) 120C，環(huán)鏈、板鏈輸送物 7 料的溫度可達(dá) 250C。斗提機(jī)最廣泛使用的是帶式(TD)，環(huán)鏈?zhǔn)?TH) 兩種型式。用于輸送散裝水泥時(shí)大多采用深型料斗。如 TD 型帶式斗提 機(jī)采用離心式卸料或混合式卸料適用于堆積密度小于 15t 的粉3m 狀、粒狀物料。TH 環(huán)鏈斗提機(jī)采用混合式或重力式卸料用于輸送堆和 密度小于 15t 的粉狀、粒狀物料。3m （2）按卸載方式分類： 斗式提升機(jī)可分為：離心式卸料、重力式卸料和混合式卸料等三 種形式。離心式卸料的斗速較快，適用于輸送粉狀、粒狀、小塊狀等 磨琢性小的物料；重力式卸料的斗速較慢，適用于輸送塊狀的，比重 較大的，磨琢性大的物料，如石灰石、熟料等。 第 1.3 節(jié) 斗式提升機(jī)的特點(diǎn)及用途 （1）斗式提升機(jī)的主要特點(diǎn)： 1.驅(qū)動(dòng)功率小,采用流入式喂料、誘導(dǎo)式卸料、大容量的料斗密集 型布置.在物料提升時(shí)幾乎無(wú)回料和挖料現(xiàn)象,因此無(wú)效功率少。 2.提升范圍廣,這類提升機(jī)對(duì)物料的種類、特性要求少,不但能提 升一般粉狀、小顆粒狀物料,而且可提升磨琢性較大的物料.密封性好, 環(huán)境污染少。 3.運(yùn)行可靠性好,先進(jìn)的設(shè)計(jì)原理和加工方法,保證了整機(jī)運(yùn)行的 可靠性,無(wú)故障時(shí)間超過(guò) 2 萬(wàn)小時(shí)。提升高度高.提升機(jī)運(yùn)行平穩(wěn),因此 可達(dá)到較高的提升高度。 4.使用壽命長(zhǎng),提升機(jī)的喂料采取流入式,無(wú)需用斗挖料,材料之間 很少發(fā)生擠壓和碰撞現(xiàn)象。本機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)保證物料在喂料、卸料時(shí)少 有撒落,減少了機(jī)械磨損。 8 斗式提升機(jī)的輸送工作原理是：料斗把物料從下面的儲(chǔ)藏中舀起， 隨著輸送帶或鏈提升到頂部，繞過(guò)頂輪后向下翻轉(zhuǎn)， 斗式提升機(jī)將物 料傾入接受槽內(nèi)。帶傳動(dòng)的斗式提升機(jī)的傳動(dòng)帶一般采用橡膠帶，裝 在下或上面的傳動(dòng)滾筒和上下面的改向滾筒上。鏈傳動(dòng)的斗式提升機(jī) 一般裝有兩條平行的傳動(dòng)鏈，上或下面有一對(duì)傳動(dòng)鏈輪，下或上面是 一對(duì)改向鏈輪。斗式提升機(jī)一般都裝有機(jī)殼，以防止斗式提升機(jī)中粉 塵飛揚(yáng)。 （2）斗式提升機(jī)的主要用途： 主要運(yùn)用于多物料的提升，它被廣泛的運(yùn)用到輸送粒狀，小塊狀 的無(wú)磨琢性及磨琢性小的物料，如：煤、水 泥 、石塊、砂、粘土、礦 石等，由于提升機(jī)的牽引機(jī)構(gòu)是環(huán)行鏈條，因此允許輸送溫度較高的 材料(物料溫度不超過(guò) 250 )。一般輸送高度最高可達(dá) 40 米.TG 型最 高可達(dá) 80 米。 第 1.4 節(jié) 課題的總體構(gòu)思和主要工作任務(wù) （1）總體構(gòu)思 本次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品為 TH315 型斗式提升機(jī): 1) 機(jī)械功用:由料斗把散狀提升到一定高度.散狀物料包括:谷物, 煤炭,水泥,砂石等； 2)工作情況:提升高度為 35 米，提升能力為 40T/h,單向工作,輕 微振動(dòng)； 3)運(yùn)動(dòng)要求:滾筒轉(zhuǎn)速誤差不超過(guò) 7%； 4)使用壽命:八年,每年 300 天,每天 16 小時(shí)； 5)檢修周期:半年小修,二年大修； 9 （2）主要工作任務(wù) 本次設(shè)計(jì)完成的主要任務(wù): 通過(guò)查閱多方面資料獨(dú)立完成本次設(shè)計(jì)； 在總體構(gòu)思的前提下認(rèn)真分析局部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)； 通過(guò)計(jì)算準(zhǔn)確確定各部分參數(shù)選擇各部分機(jī)構(gòu)； 綜合各本分資料完成詳細(xì)的畢業(yè)說(shuō)明書； 第 2 章. 斗式提升機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案 第 2.1 節(jié) 概述 本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是研究 TH315 型斗式提升機(jī)的工作原理、性能、 和特點(diǎn)，采用理論聯(lián)系實(shí)際的方法，研究影響斗式提升機(jī)效率的影響 因素，進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，提出結(jié)構(gòu)的方案并實(shí)施設(shè)計(jì)。同時(shí)，進(jìn) 行相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、總體方案設(shè)計(jì)，總體裝配 以及傳動(dòng)、機(jī)體等部件和相關(guān)零部件設(shè)計(jì)及繪圖。主要設(shè)計(jì)方案如下： 1.對(duì)斗式提升機(jī)的工作原理進(jìn)行深入研究，根據(jù) TH315 型斗式提 升機(jī)的工作能力和使用要求，設(shè)計(jì)出總體方案。 2.設(shè)計(jì)出合理的提升機(jī)結(jié)構(gòu)和零件的強(qiáng)度，保證運(yùn)行的穩(wěn)定性。 3.設(shè)計(jì)出合理的驅(qū)動(dòng)裝置，保證運(yùn)行的高效性。 TH 型斗式提升機(jī)是基于 HL 型斗式提升機(jī)改進(jìn)的產(chǎn)品，與其相比， 具有輸送量大，提升高度高，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，壽命長(zhǎng)等顯著優(yōu)點(diǎn)。其 主要技術(shù)性能及參數(shù)符合 JB3926-85(該標(biāo)準(zhǔn)等效， 參照了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)） ；牽引用園環(huán)鏈符合 TM36-8。 第 2.2 節(jié) 斗式提升機(jī)的工作原理 （1）TD、D 型斗式提升機(jī)工作原理: TD 型斗式提升機(jī)由運(yùn)行部分(料斗與牽引膠帶),帶有,帶有拉緊 滾筒的下部區(qū)段,中間機(jī)殼,驅(qū)動(dòng)裝置,逆止制動(dòng)裝置等組成,適用于向 上輸送松散密度 1.5t/m3 粉狀、粒狀和小塊狀的無(wú)磨琢性和半磨 琢性散狀物料,如煤、砂、焦末、水泥、碎礦石等。 TD 型斗式提升機(jī) 結(jié)構(gòu)形式:傳動(dòng)裝置 TD 型斗提升機(jī)的傳動(dòng)裝置有兩種形式分別配有 YZ 型減速器 ZQ(或 YY)型減速器。YZ 型軸減速器直接裝在主軸軸頭上,省 去了傳動(dòng)平臺(tái)、聯(lián)軸器等,使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕,而且其內(nèi)部帶有異型 輥逆 止 器 ，逆止可靠。該減速器噪音低，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，并隨主軸浮動(dòng)， 可消除安裝應(yīng)力。 （2）HL 型環(huán)鏈離心斗式提升機(jī)工作原理: HL 型環(huán)鏈離心斗式提升機(jī)，由運(yùn)動(dòng)部分（料斗與牽引鏈條） 、帶 有傳動(dòng)鏈輪的上部區(qū)段、帶有拉緊輪的下部區(qū)段、中間機(jī)殼、驅(qū)動(dòng)裝 置、逆止制動(dòng)裝置等組成。本提升機(jī)的料斗為間斷式布置，利用“掏 取法”進(jìn)行裝載， “離心投料法”卸料。本提升機(jī)的牽引機(jī)構(gòu)是兩根環(huán) 形鏈條。 （3）TH 系列斗式提升機(jī)工作原理: TH 系列斗式提升機(jī)適用于輸送粉狀、粒狀及小塊狀的無(wú)磨琢及磨 琢性小的物料。TH 型是一種圓環(huán)鏈斗式提升機(jī)采用混合式或重力卸料， 挖取式裝料。牽引件用優(yōu)質(zhì)合金鋼高度圓環(huán)鏈。中部機(jī)殼分單、雙通 道兩種形式為機(jī)內(nèi)重錘箱恒力自動(dòng)張緊。鏈輪采用可換輪緣組合式結(jié) 構(gòu)。使用壽命長(zhǎng)，輪緣更換工作簡(jiǎn)便。下部采用重力自動(dòng)張緊裝置， 11 能保持恒定的張緊力，避免打滑或脫鏈，同時(shí)料斗遇到偶然因素引起 的卡殼現(xiàn)象時(shí)有一定的容讓性，能夠有效地保護(hù)下部軸等部件。該斗 式提升機(jī)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(jī)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。 （4）NE 系列板鏈斗式提升機(jī)工作原理: NE 系列板鏈?zhǔn)蕉肥教嵘龣C(jī)本機(jī)系流入式喂料，物料流入料斗內(nèi)靠 板鏈提升到頂端，在物料重力作用下自行卸料。本系列提升機(jī)規(guī)格多 (NE15NE800 共 11 種)提升量廣；且生產(chǎn)能高，能耗較低，可逐步代 替其他類型提升機(jī)，其主要參數(shù)見(jiàn)下表。該機(jī)采用全封式機(jī)殼鏈速低， 幾乎無(wú)回料現(xiàn)象，因此無(wú)功功率損耗少，噪聲低，壽命長(zhǎng)。 第 2.3 節(jié) 斗式提升機(jī)的主要部件 斗式提升機(jī)的主要部件有：驅(qū)動(dòng)裝置、料斗、牽引構(gòu)件、底座和 中間罩殼等。 驅(qū)動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、逆止器或制動(dòng)器及聯(lián)軸器組成，驅(qū) 動(dòng)主軸上裝有滾筒或鏈輪。大提升高度的斗提機(jī)采用液力偶合器，小 提升高度時(shí)采用彈性聯(lián)軸器。使用軸裝式減速機(jī)可省去聯(lián)軸器，簡(jiǎn)化 安裝工作，維修時(shí)裝卸方便。 料斗通常分為淺斗、深斗和有導(dǎo)向槽的尖棱面斗。淺斗前壁斜度 大深度小，適用于運(yùn)送潮濕的和流散性不良的物料。深斗前壁斜度小 而深度大，適用于運(yùn)送干燥的流散性好的散粒物料。有導(dǎo)向側(cè)邊的夾 角形料斗前面料斗的兩導(dǎo)向側(cè)邊即為后面料斗的卸載導(dǎo)槽，它適用于 12 運(yùn)送沉重的塊狀物料及有磨損性的物料。 散裝水泥由于流動(dòng)性好且干 燥，用深斗較合適，卸載時(shí)，物料在料斗中的表面按對(duì)數(shù)螺線分布， 設(shè)計(jì)離心卸料的料斗時(shí)往往在料斗底部打若干個(gè)氣孔，使物料裝載時(shí) 有較高的填充量，并且卸料時(shí)更完全。 牽引構(gòu)件為一封閉的繞性構(gòu)件，多為環(huán)鏈、板鏈或膠帶。 張緊裝置有螺桿式與重錘式兩種。帶式斗提機(jī)的張緊滾筒一般制 成鼠籠式殼體，以防散料粘集于滾筒上。 斗式提升機(jī)可采用整體機(jī)殼，也可上升分支和下降分支分別設(shè)置 機(jī)殼。后者可防止兩分支上下運(yùn)動(dòng)時(shí)在機(jī)殼空氣擾動(dòng)。在機(jī)殼上部設(shè) 有收塵法蘭和窺視孔。在底部設(shè)有料位指示，以便物料堆積時(shí)自動(dòng)報(bào) 警。膠帶提升機(jī)還需設(shè)置防滑防偏監(jiān)控及速度監(jiān)測(cè)器等電子儀器，以 保證斗提機(jī)的正常運(yùn)行。 第 2.4 節(jié) 斗式提升機(jī)的裝載與卸載 斗式提升機(jī)的裝載方式有三種，即注入式裝載（見(jiàn)圖 2-1） 、挖取 式裝載（見(jiàn)圖 2-2）和混合式裝載。注入式裝載要求散料以微小建度 均勻地落入料斗中，形成比較穩(wěn)定的料流，裝料口下部應(yīng)有一定的高 度，采用該方式裝載時(shí)一般料斗布置較密；料斗在牽引件上布置較稀 時(shí)多采用挖取式裝載，只能用于輸送粉狀或小顆粒流動(dòng)性良好物料的 場(chǎng)合，斗速運(yùn)行速度在 2ms 以下，介于兩者之間采用混合式裝載。 13 卸載方式有離心式、重力式及混合式三種具體形式如圖 2-3 所示。 圖 2-3 卸載形式 （a)離心式 (b)離心 重力式 （c)重力式 離心式卸料料斗的運(yùn)行速度較高，通常取為 1-2m/s。如欲保持這 種卸載必須正確選擇驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速和直徑，以及卸料口的位置。其優(yōu) 點(diǎn)是：在一定的料斗速度下驅(qū)動(dòng)輪尺寸為最?。恍读衔恢幂^高，各料 斗之間的距離可以減小，并可提高卸料管高度，當(dāng)卸料高度一定時(shí)， 提升機(jī)的高度就可減小；缺點(diǎn)是：料斗的填充系數(shù)較小，對(duì)所提升的 物料有一定的要求，只適用于流動(dòng)性好的粉狀、粒狀、小塊狀物料。 重力式卸載使用于卸載塊狀、半磨琢性或磨琢性大的物料，料斗 運(yùn)行速度為 0.40.8m/s 左右，需配用帶導(dǎo)向槽的料斗。其優(yōu)點(diǎn)是： 圖 2-1 注入式裝載 圖 2-2 挖取式裝載圖 2圖 1 14 料斗裝填良好，料斗尺寸與極距的大小無(wú)關(guān)。因此允許在較大的料斗 運(yùn)行速度之下應(yīng)用大容積的料斗；主要缺點(diǎn)是：物料拋出位置較低， 故必須增加提升機(jī)機(jī)頭的高度。 物料在料斗的內(nèi)壁之間被拋卸出去，這種卸載方式稱為離心重 力式卸載。常用于卸載流動(dòng)性不良的粉狀物料及含水分物料。料斗的 運(yùn)動(dòng)速度為 0.60.8m/s 范圍，常用鏈條做牽引構(gòu)件。 第 2.5 節(jié) 常用斗式提升機(jī)的選型及相關(guān)計(jì)算 目前國(guó)內(nèi)常用的斗提機(jī)均為垂直式，其主要技術(shù)性能及參數(shù)符合 JB3926-85(該標(biāo)準(zhǔn)等效，參照了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外 先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)） ；牽引用園環(huán)鏈符合 TM36-8。它們 的主要特征、用途及型號(hào)見(jiàn)表 2-1 表 2-1 TD、TH、TB 型斗提機(jī)特征、型號(hào)表 型式 TD 型 TH 型 TB 型 結(jié)構(gòu)特征 采用橡膠帶作牽引構(gòu)件 采用鍛造的環(huán)形鏈條作 為牽引構(gòu)件 采用板式套筒滾子鏈條 作為牽引構(gòu)件 卸載特征 采用離心式或混合式方式卸 料 采用重力式或混合式方 式卸料 采用重力式卸料 適用輸送 物料 松散密度1.5t/m3 的粉 狀、粒狀、小塊狀的無(wú)磨琢 性、半磨琢性物料 松散密度1.5t/m3 的 粉狀、粒狀、小塊狀的 無(wú)磨琢性、半磨琢性物 料 松散密度2t/m3 的中、 大塊狀的磨琢性物料 15 適用溫度 被輸送物料溫度不得超過(guò) 60，如采用耐熱橡膠帶時(shí) 溫度不超過(guò) 200 被輸送物料溫度不得超 過(guò) 250 被輸送物料溫度不得超 過(guò) 250 型號(hào) TD100、TD160、TD250、TD3 15、TD400、TD500、TD630 TH315、TH400、TH500、 TH630、(TH800) (TH1000) TB250、TB315、TB400、 TB500、TB630、TB800、 TB1000 提升高度 約在 440mm 范圍內(nèi) 約在 4.540mm 范圍內(nèi) 約在 550mm 范圍內(nèi) 輸送量 4238m3/h 35185m3/h 20563m3/h （1）TD 型斗式提升機(jī)結(jié)構(gòu)形式： 傳動(dòng)裝置 TD 型斗提升機(jī)的傳動(dòng)裝置有兩種形式分別配有 YZ 型減 速器 ZQ(或 YY)型減速器。YZ 型軸減速器直接裝在主軸軸頭上,省去了 傳動(dòng)平臺(tái)、聯(lián)軸器等,使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕,而且其內(nèi)部帶有異型輥逆 止 器 ，逆止可靠。該減速器噪音低，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，并隨主軸浮動(dòng)，可消 除安裝應(yīng)力。 （2）TH 型斗式提升機(jī)結(jié)構(gòu)形式： TH 型是一種圓環(huán)鏈斗式提升機(jī)采用混合式或重力卸料，挖取式裝 料。牽引件用優(yōu)質(zhì)合金鋼高度圓環(huán)鏈。中部機(jī)殼分單、雙通道兩種形 式為機(jī)內(nèi)重錘箱恒力自動(dòng)張緊。鏈輪采用可換輪緣組合式結(jié)構(gòu)。 （3）提升機(jī)的四種料斗：Q 型（淺斗） 、H 型（弧底斗） 、Zh 型（中 深斗） 、Sh 型（深斗） 。 （4）常用斗式提升機(jī)的功率計(jì)算： 1、軸功率的近似計(jì)算： （2-1）)15.(36720kQP 式中：P 0-軸功率（千瓦）； Q-斗提機(jī)的輸送量（噸/小時(shí)）； 16 H-提升高度（米）； v-提升速度（米/秒）； K1、K 2-系數(shù)。具體見(jiàn)表表 2-2 表 2-2 提升機(jī)參數(shù)表 牽引構(gòu)件型式 帶式 單鏈?zhǔn)?雙鏈?zhǔn)?料斗型式 深斗和淺 斗 三角斗 深斗和淺 斗 三角斗 深斗和淺 斗 三角斗 輸送能力 Q （噸/小時(shí)） 系數(shù) K1 100 0.35 0.5 / / 0.6 0.90 系數(shù) K3 2.5 2.00 1.5 1.25 1.5 1.25 系數(shù) K2 1.6 1.10 1.3 0.80 1.3 0.80 （5）電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算： （2-2）kP210 式中： P電動(dòng)機(jī)功率（千瓦）； P0軸功率（千瓦）； 1減速機(jī)傳動(dòng)效率，對(duì) ZQ 型減速機(jī) 1=0.94； 17 2三角皮帶或開(kāi)式齒輪傳動(dòng)效率，對(duì)三角皮帶 2=0.96，對(duì)開(kāi)式齒輪 2=0.93； 功率備用系數(shù)。與高度 H 有關(guān)，當(dāng)：H10 米時(shí)，k =1.45；102.75 傳動(dòng)系統(tǒng)的載荷類別是選擇聯(lián)軸器品種的基本依據(jù)。沖擊、振動(dòng) 和轉(zhuǎn)矩變化較大的工作載荷，應(yīng)選擇具有彈性元件的撓性聯(lián)軸器即彈 性聯(lián)軸器，以緩沖、減振、補(bǔ)償軸線偏移，改善傳動(dòng)系統(tǒng)工作性能。 起動(dòng)頻繁、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩是正常平穩(wěn)工作時(shí)轉(zhuǎn)矩的數(shù)倍，是 超載工作，必然縮短聯(lián)軸器彈性元件使用壽命，聯(lián)軸器只允許短時(shí)超 載，一般短時(shí)超載不得超過(guò)公稱轉(zhuǎn)矩的 2-3 倍，即 Tmax 2-3Tn 。 3.聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)速 聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)速范圍是根據(jù)聯(lián)軸器不同材料允許的線速度和最 大外緣尺寸，經(jīng)過(guò)計(jì)算而確定。不同材料和品種、規(guī)格的聯(lián)軸器許用 轉(zhuǎn)速的范圍不相同，改變聯(lián)軸器的材料可提高聯(lián)軸器許用轉(zhuǎn)速范圍， 材料鋼的許用轉(zhuǎn)速大于材料為鑄鐵的許用轉(zhuǎn)速。用于 n5000r/min 工 況條件的聯(lián)軸器，應(yīng)考慮聯(lián)軸器外緣離心力和彈性元件變形等影響因 素，并應(yīng)作動(dòng)平衡。 4.聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸相對(duì)位移 聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸由于制造誤差、裝配誤差、安裝誤差、軸受載而 產(chǎn)生變形、基座變形、軸承受損、溫度變化（熱脹、冷縮）、部件之 間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)等多種因素而產(chǎn)生相對(duì)位移。一般情況下，兩軸相對(duì)位 移是難以避免的，但不同工況條件下的軸系傳動(dòng)所產(chǎn)生的位移方向， 即軸向（x）、徑向（y）、角向（）以及位移量的大小有所不同。 只有撓性聯(lián)軸器才具有補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移的性能，因此在實(shí)際應(yīng)用中 25 大量選擇撓性聯(lián)軸器。 3.4.3 聯(lián)軸器的選擇 綜上所述本次設(shè)計(jì)選擇了 HL7 型的彈性柱銷聯(lián)軸器如圖 3-2 所示： 圖 3-1 這種聯(lián)軸器的構(gòu)造與凸緣聯(lián)軸器相似，只是用套有彈性套的柱銷 代替了聯(lián)接螺栓。因?yàn)橥ㄟ^(guò)蛹狀常用耐油橡膠，以提高其彈性。半聯(lián) 軸器與軸的配合孔可作成圓柱形或圓錐形,具體設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)參考文獻(xiàn) 4 表 6-2-15 所示。 3.4.4 聯(lián)軸器的安裝 聯(lián)軸器安裝前先把零部件清洗干凈，清洗后的零部件，需把沾在上面 的油擦干。在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)備運(yùn)行的聯(lián)軸器， 擦干后可在零部件表面涂 些透平油或機(jī)油，防止生銹。對(duì)于需要過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間投用的聯(lián)軸器，應(yīng) 涂以防銹油保養(yǎng)。 對(duì)于應(yīng)用在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械上的聯(lián)軸器，一般在制造廠都做過(guò)動(dòng)平衡試 驗(yàn)，動(dòng)平衡試驗(yàn)合格后畫上各部件之間互相配合方位的標(biāo)記。在裝配 26 時(shí)必須按制造廠給定的標(biāo)記組裝，這一點(diǎn)是很重要的。如果不按標(biāo)記 任意組裝，很可能發(fā)生由于聯(lián)軸器的動(dòng)平衡不好引起機(jī)組振動(dòng)的現(xiàn)象。 另外，這類聯(lián)軸器法蘭盤上的聯(lián)接螺栓時(shí)經(jīng)過(guò)承重的，使每一聯(lián)軸器 上的聯(lián)接螺栓能做到重量基本一致。如大型離心式壓縮機(jī)上用的齒式 聯(lián)軸器，其所用的聯(lián)接螺栓互相之間的重差一般小于 0.05g。因此， 各聯(lián)軸器之間的螺栓不能任意互換，如果要更換聯(lián)軸器聯(lián)接螺栓的某 一個(gè)，必須使它的重量與原有的聯(lián)接螺栓重量一致。此外，在擰緊聯(lián) 軸器的聯(lián)接螺栓時(shí)，應(yīng)對(duì)稱、逐步擰緊，使每一聯(lián)接螺栓上的鎖緊力 基本一致，不至于因?yàn)楦髀菟ㄊ芰Σ痪孤?lián)軸器在裝配后產(chǎn)生歪斜 現(xiàn)象，有條件的可采用力矩扳手。 對(duì)于剛性可移式聯(lián)軸器，在裝配完后應(yīng)檢查聯(lián)軸器的剛性可移件 能否進(jìn)行少量的移動(dòng)，有無(wú)卡澀的現(xiàn)象。 各種聯(lián)軸器在裝配后，均應(yīng)盤車，看看轉(zhuǎn)動(dòng)是否良好。總之，聯(lián) 軸器的正確安裝能改善設(shè)備的運(yùn)行情況，減少設(shè)備的振動(dòng)，延長(zhǎng)聯(lián)軸 器的使用壽命。 第 3.5 節(jié) 驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)及附件的選擇 3.5.1 軸的材料選擇及處理 軸類零件應(yīng)根據(jù)不同的工作條件和使用要求選用不同的材料并采 用不同的熱處理規(guī)范（如調(diào)質(zhì)、正火、淬火等），以獲得一定的強(qiáng)度、 韌性和耐磨性。斗式提升機(jī)驅(qū)動(dòng)軸主要承受高扭矩，高彎矩，是提升 機(jī)中最重要的零件之一，故軸的材料選用 45 鋼，45 鋼是軸類零件的 常用材料，它價(jià)格便宜經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性 27 能，而且能獲得較高的強(qiáng)度和韌性等綜合機(jī)械性能，淬火后表面硬度 可達(dá) 45-52HRC。 3.5.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）驅(qū)動(dòng)軸直徑的初計(jì)算 參考文獻(xiàn) 2以及文獻(xiàn) 3中關(guān)于軸的設(shè)計(jì)部分，根據(jù)軸的實(shí)際承載 情況，選擇扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算軸的直徑,計(jì)算式為: MPandWT362.0159 mm333 6. nCd 式中: 軸截面中最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力， MPa P 所傳遞的功率(KW); N 的轉(zhuǎn)速； C 軸的許用切應(yīng)力所確定的系數(shù)見(jiàn)表 3-6 抗扭截面模量TW D 軸的直徑 軸的材料 Q235 45 40Cr 35SiMn 35CrMo 28 表 3-5 軸的常用材料的許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 和 C 值 當(dāng)軸的材料選用 45 鋼時(shí) C=118-106 對(duì)外伸軸，一般是初步估算軸 的外伸端的直徑，此時(shí) C=113-106，并且根據(jù)受彎矩大小決定 C 值的 大小。如果外伸軸的軸端安裝聯(lián)軸器時(shí) C 取小值，如果安裝帶輪或者 鏈輪時(shí) C 取大值。對(duì)非外伸軸，初步估算軸徑為安裝傳動(dòng)件處的直徑， 此時(shí)取 C=118-113。初算軸徑還要考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度削弱的影響，當(dāng) 初算軸徑處有一個(gè)鍵槽時(shí)，直徑增大 3%-5%，然后圓整。若外伸軸用 聯(lián)軸器與電機(jī)軸相聯(lián)，則綜合考慮電機(jī)軸及聯(lián)軸器孔徑尺寸，適當(dāng)調(diào) 整初軸的軸徑尺寸。由上述資料可得本次設(shè)計(jì)所用驅(qū)動(dòng)軸的初步估算 軸直徑為： 9.675.4213mind 因?yàn)檩S端裝聯(lián)軸器將需要開(kāi)鍵槽，會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，故直徑將增 加 3%5%，因此可得驅(qū)動(dòng)軸的直徑 d=71mm。 （2）各軸段直徑的確定 根據(jù)參考文獻(xiàn) 3以及實(shí)際工作環(huán)境可初步設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)軸的各段直徑， 軸頭 1 與聯(lián)軸器相裝配，由參考文獻(xiàn) 4 彈性柱銷聯(lián)軸器（GB5014-85) 與前面計(jì)算，可得知直徑 =71 符合設(shè)計(jì)需求。軸頸 3 和軸頸 8 上安1d 裝軸承，根據(jù)資料文獻(xiàn) 4現(xiàn)暫取軸承型號(hào)為 1517，其內(nèi)徑 d=85mm，外 MPa/12-20 30-40 40-52 C 158-135 118-106 106-97 29 徑 D=150mm，寬度 B=36mm，故軸頸段 2 和 8 的直徑 = =85mm。軸2d8 身段 3 和軸身段 7 的直徑為軸承的安裝尺寸，查有關(guān)手冊(cè)，取 = 3 =95mm。軸頭段 4 和軸頭段 6 上將安裝驅(qū)動(dòng)鏈輪，考慮到頭段 4 與 67d 中間的截面即承受較大的彎矩，有承受較大的轉(zhuǎn)矩，故在直徑上有所 增加，與前面聯(lián)系分析現(xiàn)暫取 = =100mm。軸環(huán)段 5 考慮滾筒便4d6 于安裝拆卸，直徑略比軸頭段 4 和軸頭段 6 的直徑大，取 =110mm。d 具體示意圖如圖 3-2 所示 圖 3-2 驅(qū)動(dòng)軸 （3）各軸段長(zhǎng)度的確定 軸頭段 1 與減速器輸出軸套裝配，其長(zhǎng)度主要決定于減速器和頭 部殼體 之間的安裝尺寸，同時(shí)還要保證與減速器相配合的部分有足夠的長(zhǎng)度， 從參考文獻(xiàn) 4中查得的相關(guān)安裝尺寸要求，現(xiàn)暫取 =145mm。軸頸段1l 2 與軸頸段 8 上安裝 軸承，其長(zhǎng)度決定于軸承的安裝尺寸，故取 = =110mm。軸身段和2l8 軸身段 7 的長(zhǎng)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(lái)定?？紤]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 590mm，則可以暫取 = =155mm。軸3l7 頭段 4、6 和軸環(huán)段 5 的長(zhǎng)度要和驅(qū)動(dòng)鏈輪一并設(shè)計(jì)，現(xiàn)暫定 = =120mm， =40，驅(qū)動(dòng)軸總長(zhǎng)為 955mm。ll （4）軸上零件的固定 30 考慮到軸段 1、4、6 處鍵傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，故軸段 1 與聯(lián)軸器的 配合選用 k6；軸段 4、6 與驅(qū)動(dòng)鏈輪的配合選用 r6；軸段 2、8 與軸承 內(nèi)圈的配合選用 r6。與減速機(jī)和驅(qū)動(dòng)鏈輪的聯(lián)結(jié)均采用 A 型普通平鍵， 由參考文獻(xiàn) 4表 5-3-18 所示分別選擇鍵 2012128, GB1096-1979 及鍵 2816112，GB1096-1979 并且鍵的深度分別為 7.5mm 和 10.0mm。 （5）軸上倒角及圓角 軸端倒角 245，安裝鏈輪的軸段倒角為 245，倒圓角為 R1.6mm，為方便加工，其它軸肩圓角半徑均取為 0.6mm。 3.5.3 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 圖 3-3 (1) 軸的受力分析以及力矩分析圖見(jiàn)圖 3-3 所示。 (2) 軸的受力計(jì)算 31 由分析可知軸在水平面上不受力。所以 F1=F5=0N 在軸的豎直平面上所受力為： 鏈FGF2143 式中： 同一時(shí)刻提升機(jī)上行料斗中物料重力1G 兩鏈輪的重力2 環(huán)鏈的預(yù)緊力（平均每米牽引構(gòu)件重量， )鏈F mkg/25 根據(jù)前面章節(jié)計(jì)算所得的數(shù)據(jù)可得知： NmgG50412.6701 本次設(shè)計(jì)取鏈輪的重力 2 取環(huán)鏈的預(yù)緊力 F938鏈 則可得豎直面受力 N4107.210504 兩軸承所受力 F5261 有以上已知條件可得出軸在垂直面所受的力矩 M mNLFM641032.16035. 根據(jù)參考文獻(xiàn) 1扭矩 T 66.542.9. (3) 根據(jù)彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行軸的校核 由分析可得在軸 M 最大的截面是軸的危險(xiǎn)面，通過(guò)校核安全系數(shù) 則可得出軸的合格性。由于彎矩應(yīng)力 為對(duì)稱循環(huán)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 為b 靜應(yīng)力，則有公式可得 32 彎曲應(yīng)力： MPaWMba 410.3246 平均應(yīng)力： Pm0 切應(yīng)力： T7.4.26 則 Paba351 安全系數(shù) 3.205.483.01271 maKS 1235.589.0611 maS 26.13.22S 許用安全系數(shù) 顯然 S , 故 M 最截面安全。以上計(jì)算表，5.13S 明，軸的彎扭合成強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度是足夠的。 3.5.4 軸承類型的選用及校核 （1）軸承類型的選用 滾動(dòng)軸承類型的選擇與軸承承受載荷的大小、方向、性質(zhì)及軸的 轉(zhuǎn)速有關(guān)。當(dāng)載荷平穩(wěn)時(shí)選用深溝球軸承，當(dāng)載荷不平穩(wěn)或者載荷較 大，如軸伸出端裝有帶輪，鏈輪或齒輪時(shí)，宜選用圓錐滾子軸承，考 慮驅(qū)動(dòng)軸在的較大彎矩作用下會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，且不易與減速機(jī)嚴(yán)格 保證同心，故選用承載能力大并有自動(dòng)調(diào)心功能的調(diào)心球軸承軸承,根 據(jù)參考文獻(xiàn) 4本次選擇軸承型號(hào)為 1517。其基本參數(shù)如表 3-6。 33 表 3-6 軸承 1517 基本參數(shù) 基本尺寸 /mm 額定載荷 /kN d D B rCor 85 150 36 44.8 31.5 （2）軸承的校核 提升機(jī)驅(qū)動(dòng)軸的軸承主要承受徑向載荷，軸向載荷很小可以忽略 起影響，其軸承的實(shí)際當(dāng)量載荷為： (3-4)RpFfP 式中： 為載荷系數(shù)，查表可知中等沖擊 取 1.2-1.8pf pf 為軸承所受的徑向力，由前節(jié)軸校核得 RFkNR41035. 由此可得出本次所選軸承的當(dāng)量載荷為： kkFfPRp 44103.2.1 其理論使用壽命由公式： hPCnLrh 12678)03.258(.467)(6734 式中： 軸承的壽命指數(shù)，滾子軸承的 由此可以確定驅(qū)動(dòng)軸承的理論使用壽命為 12678 小時(shí)。 34 第 3.6 節(jié) 帶輪與 V 帶的選擇 本次設(shè)計(jì)根據(jù)參考文獻(xiàn) 3選擇了通過(guò)帶傳動(dòng)，使電機(jī)的動(dòng)力順利 進(jìn)入減速器中，從而驅(qū)動(dòng)提升機(jī)工作。此次選擇的電機(jī)帶輪直徑 =250mm,輸出端軸的直徑 =50mm,減速器大帶輪直徑 =360mm。本1D1d2D 次選擇的皮帶為 V 形帶，因?yàn)?V 帶傳動(dòng)時(shí)利用具有撓性的傳動(dòng)帶作為 中間物，并通過(guò)摩擦力來(lái)傳動(dòng)，且 V 帶傳動(dòng)能緩和載荷沖擊，運(yùn)行平 穩(wěn)無(wú)噪音，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，制造和安裝容易方便，并能實(shí)現(xiàn)過(guò)載 保護(hù)，所以本次選擇了 V 形帶作為傳動(dòng)裝置。 第 3.7 節(jié) 驅(qū)動(dòng)鏈輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核 （1）驅(qū)動(dòng)鏈輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) TH 型斗式提升機(jī)是利用鏈輪與圓環(huán)鏈間的摩擦力進(jìn)行動(dòng)力傳遞的。 特別當(dāng)鏈輪與鏈條摩擦副不能相互匹配，即鏈輪與鏈條產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng) 時(shí)，鏈輪磨損加劇，因此，鏈輪是一個(gè)易損件。對(duì)于鏈輪應(yīng)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(shí)考慮到鏈條價(jià) 昂，應(yīng)使鏈輪的硬度略低于鏈條的硬度。 TH315 的軸上的扭距通過(guò)鍵槽傳遞給兩個(gè)鏈輪，鏈輪由輪緣和輪 體兩部分組成，結(jié)構(gòu)如圖 3-3 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(qiáng)度。此次設(shè)計(jì)采用了組裝式鏈輪。有輪體、 輪緣用高強(qiáng)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(fèi)。 （2）驅(qū)動(dòng)鏈輪鍵 的選擇及校核 35 由 驅(qū) 動(dòng) 鏈 輪 軸 的 直 徑 d為 100mm， 文 獻(xiàn) 1， 由表 9-4可 知 ， 應(yīng) 取 鍵 的 寬 b=28mm， 高 度 h=16 mm的 普 通 平 鍵 ， 鍵 的 材 料 應(yīng) 選 45鋼 ， 由 于 鍵 所 受 載 荷 性 質(zhì) 為 輕 微 沖 擊 ， 由 表 9-3可 知 c=110 MP， =90 MP， 鍵 連 接 工 作 面 的 強(qiáng) 度 校 核 如 下 ： c （3-5）aDklTc 32)8(2610. （3-6）Pblc 15.9)(. 式 中 ： T 傳 遞 的 轉(zhuǎn) 矩 （ ）mN D 軸的直徑 （mm） B鍵的寬度(mm） 鍵的工作長(zhǎng)度，A 型（mm） ， =L-b(mm)， l l 第 3.8 節(jié) 提升機(jī)主要參數(shù)的確定 通過(guò)前面的電機(jī)功率計(jì)算，設(shè)備選型，從而可以確定以下主要參數(shù)： 1.提升機(jī)的速度： （3-7）iIdndnv6012 式中： 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速， r/min；1n 驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)速， r/min；2 d驅(qū)動(dòng)滾筒直徑， mm i減速機(jī)速比, 36 The bucket This dissertation analyses the strength and durability of a bucket elevator head manufacturedby Downfields Engineering Pty Ltd. The head is the top most component of a vertical bucket elevator and such contains the complete drive assembly. This means that all start-up and running torques are confined to this area. This analysis utilises computer simulation software with a finite element approach to predict head behaviour under worst-case scenario loadings.Downfields is a privately owned company. The owner, Keith Schelberg, is also the founder and managing director. It was founded in 1976 on a grain property 20 km north west of Dalby. The company grew and relocated to Toowoomba in 1980. Now in 2005, Downfields employees 30 staff and continue to manufacture a wide range of grain handling and aeration equipment. A list of handling equipment includes bucket elevators, screw conveyors, drag conveyors，to just name a few.Not only does Downfields build equipment but it also designs complete storage, processing facilities and is committed to always improving design and efficiency.Downfields have only one manufacturing plant located in Toowoomba but manufacture for clients all over Australia and also some overseas, such as China. They have found that quality and durability are an important part of having a good product and reputation.One of the most important items of equipment for Downfields is the bucket elevator. This is because it is their most prominent article, fewer competitors and Figure 1-1 Bucket Elevatormany years of experience. At Downfields elevators are economically manufactured by profiling, pressing and welding sheet metal. The sheet metal assemblies create both the structure and sealed enclosure of an elevator. See Figure 1-1 for a typical configuration.Figure 1-1 Bucket ElevatorThe head is one of the major structural elements of the overall elevator. It supports the weight of buckets and belt, and also accommodates the drive and anti-runback back device. Corrosion and wear can also affect the durability depending on the environment in which the elevator is operated.The author of this dissertation had been an employee of Downfields for a period of seven and a half years. During the course of employment it was noticed that an increase of client demands in areas of the following: Higher elevators. This allows grain to be spouted over greater distances, from elevator or fill taller silos. Increasing the height also increases loads on head bearings and brackets due to longer belt and more buckets. Larger Capacity elevators. To increase capacity either more buckets or larger sized buckets are used. A larger drive power is required to assist in this increase. Larger drives. The larger drive can be because an increase in hight, capacity or capability to start with fully loaded buckets. A larger drive transmits greater reactions back to mounts welded to the head assembly. Corrosive environments. Feedlots use elevators for conveying reconstituted (moistened) grain. The moisture in the grain allows grain, husk and dust to stick to the inside of the sheet metal structure. This rapidly increases the rate of corrosion inside the elevator.Also other areas of the elevator noticed: Wear inside the head. The continual rubbing of the grain against the steel slowly wears it away. The wearing occurs in known regions of the structure. These regions are the nose and/or throat of the head where the grain strikes because it is centrifugally discharged from the buckets. Optimum bracket design. There are a varying number of different styles used to support bearings, backstop or drive unit. They can be made from either a thicker profile or thinner pressed section. Brackets can also be attached by having a thickening plate, between the bracket and head structure, or an extended bracket that continues to the base flange.Bucket elevators are one of Downfields most important pieces of equipment. The author had chosen the elevator head then after discussions with Downfields a specific model was chosen. 1.1 Project Objectives1) Research Background of bucket elevators Materials used Methods of manufacture Styles of brackets used2) Test materials used3) Conduct analysis of each style of bracket4) Conduct analysis of elevator head as a unit5) Conduct analysis of head with effects of corrosion and wear6) Conclude on overall safety factors of current designElevator Background2.1 Elevator HistoryBucket elevators are no new invention, according to (Colijn 1985, p. 330)The bucket elevator is probably the oldest known form of conveyor, Its history can be traced back to the days of Babylon where wicker baskets lined with a natural pitch and fastened to ropes operating over wooden sheaves turned by slaves, were used for the elevating of water into irrigation ditches.The Concept of the elevator has been around for many years. Variations that have changed to the elevator are its method of manufacture and types of materials used. As new materials are developed and quality materials become more readily available, then changes in design have been made to adapt to these materials. New technology has improved both design and manufacturing procedures. Computer technology has helped reduce design time, reduce rework and understanding the behaviour of materials under different loadings. New technologies in manufacture have reduced manufacturing time, costs, weight and increased tolerances. These changes have allowed increase discharge height and greater capacities to be obtained.2.2 Elevator usesAn elevator is ideally used where the product needs to be elevated and consume only a small amount of ground area. Conveyed products are mostly granular solids, which range from powders to rocks. Limitations depend on how easily product can be loaded into and discharged from the bucket. Large granular products create difficulty loading and sticky products discharging. For products that are fragile and easily crushed, slower conveyance speeds are used.2.3 Parts of an elevatorThe elevator has five main areas being the head, legging, boot,belt & buckets, elevator access and elevator support. Each of these areas can be broken into smaller areas as listed below.The head consists of: Main structural sheet metal frame Covers with or without wear liners Throat wiper Head pulley Drive Shaft Bearings Gearbox, coupling (belts, chain, etc.) and motor BackstopLegging consists of Flange connections Inspection windows and access doorsBoot consists of Main Structural sheet metal frame Inlet chute with or without wear liner Boot pulley and shaft Bearings Pulley take-up for belt tensioningBelt & buckets consist of Belt with holes Buckets Bolts, spacer washers The Elevator Head3.1 AssemblyThe head of an elevator has a greater number and some of the most important functions for conveying the material. These functions consist of Supporting the weight of buckets, belt and material. Restraining the drive so electrical energy can be converted into mechanical energy to elevate material. Allow access and/or inspection to throat wiper, pulley lagging, belt and buckets. Enclose the conveying system so elements of the environment cannot contaminate the material. Enclose the material so waste isnt created and dust cannot escape to the outside environment. Remove and separate the material from the buckets. Absorb impact of the material as well as converge it towards its final destination. Due to intermittent stopping, the head has to stop the belt running backwards.All these functions are combined into the one main head sheet metal structure. Most individual functions are accomplished by components that attach to the main frame. See Figure 3-1.Figure 3-1 Elevator Head Assembled3.2 Head SelectionSelecting the size and model of elevator was done with Downfields assistance. The elevator chosen was one of the largest models made using a 3mm sheet metal structure. This choice was to be a model that was expected to have high stress concentrations. The general specifications of the chosen elevator are as follows.Downfields model No.: SPS300Motor power: 15 kWGearbox ratio: 20:1Capacity: 20 tonnes per hourConveyed material: Wheat 750 Kg/mDischarge height: 26.5mThe Design of the head4.1 MaterialsElevators can be made using different types of materials. Materials of the structure and brackets also can be different types as well.The materials used to construct the head structure vary depending on conveyed material, cost and appearance, which are specified by the customer. These materials can range from galvanised, mild steel or stainless steel sheet. Galvanised is the most common material used by Downfields. Mild steel is used when a painted finish is required and stainless steel for when high moisture or corrosive materials are being conveyed. Since galvanised sheet was the most common it was used in the analysis for the head structure. Mechanical properties of the galvanised sheet were unavailable so testing strips were compared with mild steel ones to check their comparison. For more information on testing refer to section Chapter 6.0 Sheet Metal Joint Test Samples.Bracket material normally matches that of the head structure, but for a galvanised head, mild steel is used. They are constructed by using standard plate and structural sections, which are unavailable in a galvanised finish. During the fabrication process a large amount of welding is done in the bracket areas, which melts and burns away the galvanised coating. Due to the unavailability and fabrication process brackets are made from standard mild steel plate and structural sections then painted, for a galvanised head structure construction.A list of the materials used in this analysis is, 3.0mm galv AS1397/G2 Z275 3.0mm HR 250 grade AS1594/ GD HA1 5.0mm plate 250 grade AS1594 GR HA250 Channel & Angle 300PLUSThese material specification types were given by Downfields (refer to appendix D.1 Material Grades on page 62). Note sheet refers to 3mm or less and plate refers to 4mm or greater.4.1.1 Galvanised SheetGalvanised sheet is a mild steel sheet coated with a layer of zinc both sides. These layers are applied using a hot dip process. This material has the advantages of reduced fabrication time and durability. According to Abbott (1997, p. 3) extreme Australian weather conditions from hot sun, heavy wind and rain conditions encourage the use of galvanised sheet. The analysis of the sheet metal structure in this dissertation primarily used the galvanised coated sheet.The specification for this sheet is 3.0mm galv AS1397/G2 Z275 and the code refers to the following,G indicate that mechanical properties have been achieved or modified by in-line heat treatment prior to hot dipping.2 Commercial forming.Z It is a zinc coating.275 the mass of zinc in grams per m for both sides.This grade doesnt specify the minimum mechanical properties of the galv sheet because it is a formability grade not a structural grade. The formable G2 grade has less carbon as shown in Table 1 than the structural G250 grade, which gives it more flexibility. For this reason test were conducted to compare the galv with mild steel sheet.Table 1 Galv Sheet Required Chemical Composition(Adapted from AS 1397 2001, Table 2.1, p 9. &AS 1594 2002, Table 2.2, p 11.)Since the galv material is made with a mild steel centre and layered with zinc this can change the overall mechanical properties, but according to (AS 1397 2001, p 10.)It is international practice to tensile test zinc-coated sheet and strip with the coating intact, and to calculate the strength using the cross-sectional area of the steel base metal only, since the contribution made by the zinc coating is so small that, for practical purposes, it can be ignored. The strength value obtained is close to the strength of the base material itself.For this reason the contribution of the zinc layers were also ignored in the head structuremodels.4.1.2 Mild Steel SheetThe purpose of considering mild steel in this analysis was for comparison with the galvanised sheet. Mild steel specification was 3.0mm HR 250 grade AS1594/ GD HA1 which refers to the following,H indicates that it has been hot rolledA indicates the reoxidation practice is aluminium killed1 indicates that it is for commercial forming(AS 1594-2002, pp 6-8)The specification of HA1 is a formable grade and not a structural grade, but the supplier had specified that it is a 250 grade, which shows similar chemical compositions, as shown in Table 1, to the structural grade 250. This indicates that its mechanical properties are 250Mpa for the minimum yield strength and 350Mpa for minimum tensile strength (AS 1594 2002, Table 3.1, p 15.).中文譯文斗式提升機(jī) 本文分析了力和斗式提升機(jī)頭部manufacturedby Downfields工程私人有限公司。耐久性頭部是最上面的一個(gè)組成部分，垂直斗式提升機(jī)等包含完整的驅(qū)動(dòng)裝置。這意味著所有啟動(dòng)和運(yùn)行轉(zhuǎn)矩只限于這一地區(qū)。這項(xiàng)分析利用了有限元方法的計(jì)算機(jī)模擬軟件來(lái)預(yù)測(cè)在最壞的情況下負(fù)荷頭的行為。 Downfields是一家私人擁有的公司。店主人Keith Schelberg，也是創(chuàng)辦人兼董事總經(jīng)理。它成立于1976年的具有糧食屬性的公司，它位于多爾比20公里的西北部。該公司在1980年不斷的發(fā)展，并搬遷到了圖沃柏?，F(xiàn)在，在2005年，Downfields已經(jīng)擁有30名工作人員和雇員，他們繼續(xù)生產(chǎn)的糧食處理和通風(fēng)設(shè)備被運(yùn)用到廣泛范圍。而處理設(shè)備中包括斗式提升機(jī)，螺旋輸送機(jī)，帶式輸送機(jī)，以此僅舉幾例。 不僅Downfields生產(chǎn)建設(shè)設(shè)備，而且它也設(shè)計(jì)完整的存儲(chǔ)和處理設(shè)施，并一直致力于改進(jìn)設(shè)計(jì)和提高設(shè)備的效率。 Downfields只有一個(gè)制造工廠，但在位于圖沃柏的工廠為客戶制造全澳及海外一些所需要的產(chǎn)品，如中國(guó)。他們發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量和耐用性是一個(gè)好的產(chǎn)品和聲譽(yù)的重要組成部分。Downfields生產(chǎn)的設(shè)備中最重要的項(xiàng)目之一是斗式提升機(jī)。這是因?yàn)檫@是他們最突出的一個(gè)產(chǎn)品，不僅他擁有很少的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，而且還積累了多年的經(jīng)驗(yàn)。在Downfields升降機(jī)是最經(jīng)濟(jì)的制造產(chǎn)品，它們通過(guò)沖壓及焊接薄板。鈑金組件是提升機(jī)的結(jié)構(gòu)和密封外殼所必須的構(gòu)件。參見(jiàn)圖1-1為一個(gè)典型的配置。 圖1-1斗式提升機(jī)頭部是整體結(jié)構(gòu)提升機(jī)主要因素之一。它支持著提升機(jī)和鏈條的重量，同時(shí)還包含了驅(qū)動(dòng)器和反回轉(zhuǎn)工況的回轉(zhuǎn)設(shè)備。腐蝕和磨損也會(huì)影響提升機(jī)的耐久性，這種耐久性取決于該提升機(jī)的工作環(huán)境因素。本論文的作者已為七年半的Downfields雇員。在工作的過(guò)程中，他注意到了在下列領(lǐng)域的產(chǎn)品客戶需求量增加： 高度大的提升機(jī)，這使得糧食能提升到更大的距離，從提升因素或填充系數(shù)講。增加的高度也增加頭部軸承和支架負(fù)荷，這歸咎于鏈條的長(zhǎng)度和更多的料斗。 容量大的提升機(jī)，為了提高容量則需要用更多或更大尺寸的料斗。一個(gè)更加大的驅(qū)動(dòng)力裝置是協(xié)助提升機(jī)提升容量增長(zhǎng)所必須的因素。 大驅(qū)動(dòng)的提升機(jī)，較大的驅(qū)動(dòng)器可以使高度增加，更加有能力提升滿載的提升料斗。一個(gè)更大的驅(qū)動(dòng)器傳輸，會(huì)產(chǎn)生更大的反饋到頭部焊接組裝處。 腐蝕性環(huán)境，飼養(yǎng)場(chǎng)使用提升機(jī)運(yùn)送混合的（潮濕的）糧食。這些糧食水分允許的谷物、稻殼和灰塵粘貼在板材金屬結(jié)構(gòu)里面。這也大幅度的加快了電梯內(nèi)部的腐蝕速率。在其他地區(qū)也發(fā)現(xiàn)提升機(jī)： 位于里面的頭部，這種不間斷“糧食對(duì)鋼鐵的摩擦”慢慢使得頭部磨穿而泄漏。在這些已知的結(jié)構(gòu)區(qū)段經(jīng)常發(fā)生，這些區(qū)段是出料口和/或頭部，因?yàn)榧Z食是通過(guò)離心力從提升機(jī)的出料口而排出的。 支撐架的優(yōu)化設(shè)計(jì)。有許多用于支撐軸承，逆止或驅(qū)動(dòng)裝置，不同的型號(hào)支撐架的數(shù)目不同。他們不是被制造成較厚的側(cè)板，就是被制造成較薄的壓型部分。這些部分也可以有一個(gè)附加的加厚板，支架和頭部之間的結(jié)構(gòu)，或可以繼續(xù)擴(kuò)展支架的基礎(chǔ)法蘭。 斗式提升機(jī)是Downfields最重要的設(shè)備的一個(gè)部分。筆者選擇了提升機(jī)的Downfields頭部，然后討論一個(gè)具體的模型選擇。1.1 項(xiàng)目目標(biāo)1）研究 斗式提升機(jī)的背景 使用的材料 制造方法 提升機(jī)運(yùn)用的場(chǎng)合2）用于測(cè)試材料3）每種類型提升機(jī)支撐架的分析4）電梯的頭部作為一個(gè)單元的分析5） 就腐蝕和磨損對(duì)頭部的影響分析6） 對(duì)設(shè)計(jì)的總體安全系數(shù)分析提升機(jī)的背景2.1提升機(jī)的歷史 斗式提升機(jī)不是什么新發(fā)明，根據(jù)（科萊恩1985年，第330頁(yè)） 斗式提升機(jī)的可能是已知的最古老的輸送方式，其歷史可追溯到巴比倫的地方，在那奴隸用鑲有天然瀝青和拴繩的柳條筐完成每天的作業(yè)，分別用于水的提升，使水進(jìn)入灌溉溝渠。該提升機(jī)的概念已流傳了許多年。提升機(jī)的變化是它的制造方法和使用的材料種類的變化。隨著新材料的開(kāi)發(fā)和材料的質(zhì)量變得更加容易獲得，然后在設(shè)計(jì)變更已作出適應(yīng)這些材料。新技術(shù)提高了設(shè)計(jì)和制造程序。計(jì)算機(jī)技術(shù)幫助減少設(shè)計(jì)時(shí)間，減少返工和掌握不同載荷下的材料特性。新的制造技術(shù)已經(jīng)降低了制造時(shí)間、成本、重量和公差的加大。這些變化允許獲得更大的提升的高度和能力。2.2提升機(jī)的使用 提升機(jī)是一種理想的使用產(chǎn)品，它用于生產(chǎn)只需要占據(jù)少量的地面面積。傳輸?shù)奈锪现饕罟腆w，從巖石粉末顆粒范圍。決定了提升機(jī)是否可以輕松地將物料加載到料斗里面。大顆粒粘性的物料制造裝卸困難。對(duì)于脆弱的，容易破碎的物料運(yùn)送時(shí)，運(yùn)送速度應(yīng)該較慢使用。2.3提升機(jī)的部件 電梯有5個(gè)主要部件，分別是頭部，底座，鏈條，料斗，提升機(jī)檢修門和提升機(jī)的支持。這些區(qū)段每一個(gè)都可以被分解成較小的部分具體如下。該機(jī)構(gòu)頭部包括： 主要結(jié)構(gòu)板鋼架 蓋板 管道刷 頭滑輪 驅(qū)動(dòng)軸 軸承 變速箱，連接（皮帶，鏈條等）和制動(dòng)器 支撐架下部結(jié)構(gòu)包括： 法蘭連接 檢驗(yàn)窗戶和門卡啟動(dòng)結(jié)構(gòu)包括: 主要結(jié)構(gòu)板材架 灣槽 啟動(dòng)滑輪和軸 軸承 滑輪采取活動(dòng)的拉緊帶鏈條和料斗的組成: 皮帶的孔 料斗 螺栓，墊片墊圈提升機(jī)的頭部3.1概述 一部提升機(jī)的頭部有一個(gè)更大的數(shù)目和最重要的功能是輸送物質(zhì)。這些功能包括： 1.料斗的重量，鏈條和物料。 2.制約的驅(qū)動(dòng)器，以便可以將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能提高物料。 3.允許通過(guò)或檢查的管道雨刮器，滑輪滯后，皮帶和料斗。 4.附上的輸送系統(tǒng)，以便環(huán)境的元素不能污染物質(zhì)。 5.附上的材料使不創(chuàng)造廢物和使灰塵無(wú)法逃逸到外部環(huán)境。 6.使材料從料斗移出和分開(kāi)。 7.吸收材料的沖擊使其更好的運(yùn)送，達(dá)到最終的運(yùn)輸目的。 8.由于間歇性停止，頭部結(jié)構(gòu)必須避免鏈條打滑回轉(zhuǎn)。所有這些功能都合并成一個(gè)金屬板結(jié)構(gòu)的主要頭部結(jié)構(gòu)。大多數(shù)個(gè)別構(gòu)件職能完成的組件，附加到主框架。見(jiàn)圖3-1。 3.2 頭部的挑選 挑選提升機(jī)的尺寸和模型是Downfields所輔助的工作，提升機(jī)的選擇是首先通過(guò)3mm大的金屬支架設(shè)備制成的最大模型。這些選擇的模型是通過(guò)高壓壓型而成的。傳統(tǒng)選擇提升機(jī)的特征值如下：Downfields的型號(hào)No：SPS300 提升功率：15Kw 變速箱減速比：20:1 輸送量：20 t/h 輸送物料：小麥，750Kg/提升機(jī)頭部的設(shè)計(jì)4.1材料 提升機(jī)可使用不同類型的材料。管道內(nèi)的結(jié)構(gòu)和材料也可以是不同的類型，以及。所用的材料建造的頭部結(jié)構(gòu)取決于所要提升的物料，成本和外觀，這是由客戶指定。這些材料可以從鍍鋅，低碳鋼或不銹鋼板。鍍鋅是作為最常見(jiàn)的材料被Downfields經(jīng)常使用。低碳鋼被使用于完成后所是必要的地方，和當(dāng)輸送高水分或腐蝕性物質(zhì)時(shí)，不銹鋼用于鍍鋅板上時(shí)，最常見(jiàn)的是在它的頭部結(jié)構(gòu)。鍍鋅板的力學(xué)性能與低碳鋼相比進(jìn)行了測(cè)試，檢查他們的比較，有時(shí)候鍍鋅板是不可用的。欲了解更多有關(guān)測(cè)試的信息，請(qǐng)參閱第6.0章鈑金聯(lián)合測(cè)試樣品。支架的材料通常匹配的頭部結(jié)構(gòu)，但對(duì)于鍍鋅頭，則用低碳鋼。他們通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)造板塊和結(jié)構(gòu)部分，這是一個(gè)不可用鍍鋅完成。在制造過(guò)程中大量的焊接完成管道內(nèi)地方，融化和燒傷外鍍鋅涂層。由于無(wú)法獲得和制造過(guò)程中管道內(nèi)是標(biāo)準(zhǔn)的軟鋼制成的板材和結(jié)構(gòu)部分，然后畫了一個(gè)鍍鋅頭結(jié)構(gòu)示意圖。在這個(gè)分析中使用的材料清單: 3.0mm galv AS1397/G2 Z275 3.0mm HR 250 grade AS1594/ GD HA1 5.0mm plate 250 grade AS1594 GR HA250 Channel & Angle 300PLUS 這些材料規(guī)格種類給予Downfields（參閱附錄D.1中第62頁(yè)材料等級(jí)）。注意：表是指3毫米或以下，板指為4mm或更大。4.1.1鍍鋅板 鍍鋅板是一個(gè)溫和鋼板鋅層與雙方涂層。這些應(yīng)用層采用熱浸過(guò)程。這種材料具有降低制造時(shí)間和耐用的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)雅培（1997，第3頁(yè)）從極端炎熱的太陽(yáng)，大風(fēng)和降雨條件，澳大利亞的天氣條件鼓勵(lì)鍍鋅板的使用。工作表的金屬結(jié)構(gòu)分析，在此論文主要用于鍍鋅彩色涂層鋼板。此表規(guī)格3.0毫米鍍鋅 - AS1397/G2 Z275和代碼是指以下，G - 表明，機(jī)械性能已達(dá)到或修改的在線熱處理前的熱浸。2 - 商業(yè)的結(jié)構(gòu)。Z - 這是一個(gè)鋅涂層。275 - 在每平方米克鋅雙方的質(zhì)量。這個(gè)級(jí)別不是指鍍鋅板的力學(xué)性能最低，因?yàn)樗且粋€(gè)成形等級(jí)而不是結(jié)構(gòu)等級(jí)。 G2級(jí)的與表1中的G250級(jí)相比較成型性碳少，這給它帶來(lái)更多的靈活性?；谶@個(gè)原因，測(cè)試進(jìn)行比較輕鋼板鍍鋅。由于鍍鋅材料是用低碳鋼中心和鋅層構(gòu)成這可以改變整體力學(xué)性能。（如1397年至2001年，10頁(yè)。） 這是國(guó)際慣例，與涂層完好拉伸試驗(yàn)鍍鋅鋼板和鋼帶，并計(jì)算強(qiáng)度使用的鋼鐵基本金屬截面積，因?yàn)樵阡\層發(fā)揮的功能是很微小的，實(shí)際上，它可以被忽略。獲得的力量值是接近的基礎(chǔ)材料本身的力量.因?yàn)檫@原因?qū)τ阡\層的作用也忽略的頭部結(jié)構(gòu)。4.1.2低碳鋼板 在審議這一分析的目的是為軟鋼與鍍鋅板的比較。低碳鋼規(guī)范是3.0mm HR 250 grade AS1594/ GD HA1是指以下，H - 表示它已被熱軋A - 表示鋁再氧化的做法1 - 表示它是商業(yè)的結(jié)構(gòu)（如1594至2002年，頁(yè)6-8） 該規(guī)范是一個(gè)成型性HA1區(qū)級(jí)，而不是一個(gè)結(jié)構(gòu)性的等級(jí)，但供應(yīng)商已明確指出這是一個(gè)250級(jí)，這表明類似的化學(xué)成分，如表1所示，在結(jié)構(gòu)級(jí)250。這表明，其力學(xué)性能的最低屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度最低（如1594年至2002年，表3.1，磷15 350Mpa 250Mpa。）。18