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文檔簡介
1 1 緒論 1.1 脫水斗式提升機簡介 脫水斗式提升機是指物料在提升過程中,在料斗內能自行脫水,見圖 1 1。它是選煤廠和鈣鎂磷肥廠常用的機械設備之一,具有結構簡單、運行可靠的優(yōu)點。通常兼有脫水和運輸雙重作用。可作為最終脫水設備,也可作為初步脫水設備。 圖 1 1 脫水斗式提升機 它適用于提升洗滌后的中煤、矸石和冷卻后的鈣鎂磷肥,也適用輸送洗滌后的其他塊狀或顆粒狀的物料,物料在提升輸送過程中,可在重力作用下自行脫水。對于大塊物料及水分要求不太嚴格的產品,如跳汰分選作業(yè)的中煤、矸石可用脫水斗式提升機直接作為 最終脫水設備,獲得最終出廠產品。對粒度較細、或脫水不太容易、水分又要求比較嚴格的產品,脫水斗式提升機可作為初步脫水設備。如粗煤泥回收作業(yè)中,撈坑沉淀的煤泥可先經(jīng)脫水斗式提升機初步脫水,再進一步用脫水篩和離心脫水機作最終脫水。 脫水斗式提升機 作為選煤廠常用的機械設備,其設計的自動化先進程度、結構布置方式、使用安全性、可靠性、連續(xù)性和高效運行將直接影響選煤廠生產成本。為此,應對其設計理論和方法進行研究探討,以便選擇合理的結構,節(jié)約生產成本。 1.2 選題背景 本課題以脫水斗式提升機在選煤廠應用為例,設定與 跳汰 機配套作業(yè),作為矸石的最終脫水設備。其設計參數(shù)如下: 2 輸送能力 Q 50 t/h 料斗容量 i0 85 L 料斗間距 ao 800 mm 料斗寬度 B 1000 mm 物料類別 矸石 堆積密度 1.6t/m3 提升傾角 60 提升高度 H 15.2 m 1.3 本課題的 指 導思想及主要工作 由前面的論述可知,伴隨著選煤產業(yè)的發(fā)展,脫水運輸機械也得到了很大的發(fā)展。鑒于脫水斗式提升機所起到的越來越重要的輔助作用,對脫水斗式提升機的使用要求也越來越高了。 本課題針對脫水斗式提升機,從理論上論證了 脫水斗式提升機滿足生產需要時整體結構的動態(tài)性能和力學性能,在盡可能減輕脫水斗式提升機重量的前提下,設計脫水斗式提升機的架體結構,對脫水斗式提升機進行剛度計算。在完成設計工作的同時,針對斗鏈的設計進行分析研究,以便確定其合理的結構和性能參數(shù),為延長脫水斗式提升機的使用時間和節(jié)約生產成本提供理論依據(jù)。 2 脫水斗式提升機關鍵技術的分析 2.1 脫水斗式提升機基本組成 脫水斗式提升機的構造如圖 2 1 所示。它是由機頭、機尾、斗鏈、導軌、機殼、機架和捕捉器等七個部分組成。斗鏈繞過機頭的星輪和機尾的滾輪形成無極循環(huán) 的牽引機構。電動機通過減速器經(jīng)鏈輪使裝在主軸上的星輪轉動,從而拖動斗鏈在導軌上運行。 3 圖 2 1 脫水斗式提升機的基本構造圖 1 機頭; 2 機尾; 3 斗鏈; 4 導軌; 5 機殼; 6 機架; 7 捕捉器 2.2 驅動方案的確定 脫水斗式提升機的驅動部是整機組成的關鍵部件。驅動部配置是否合適,直接影響脫水斗式提升機能否正常運行。用作物料脫水的脫水斗式提升機要求驅動裝置能提供平穩(wěn)、可靠的運動力矩,以保證斗鏈不出現(xiàn)超速、打滑現(xiàn)象。為此要求驅動裝置具有一個張緊力 可隨時調整的緊拉裝置,以保證運行過程的可控,極大地減小對物料的沖擊。 脫水斗式提升機由于運行速度極慢,運行過程中變化較小,所以其驅動裝置比較簡單。 綜合考慮生產的實際情況,可確定驅動系統(tǒng)基本組成,如圖 2 2所示。它是由電動機、減速器、傳動鏈、主動鏈輪、壓緊鏈輪、主軸、從動鏈輪等所組成。 4 圖 2 2 脫水斗式提升機驅動系統(tǒng) 1 電動機; 2 減速器; 3 傳動鏈; 4 主動鏈輪; 5 壓緊鏈輪; 6 主軸; 7 從動鏈輪 電動機和減速器之間用柱銷聯(lián)軸器連接。減速器和驅動主軸之間用節(jié)距t = 63.5mm 的套筒滾子鏈驅 動。鏈條的張緊是用調壓緊輪的位置進行。由于考慮斗鏈有可能突然被卡住而造成事故,故設置了安全銷,它裝在從動輪上,如發(fā)生故障時,安全銷即被切斷,從而保護了其它機件不被損壞。 由于脫水斗式提升機的運行速度極慢,所以驅動輪齒數(shù)可大為減少。其頭部和尾部星輪均采用方輪結構,用于脫水時,當 t = 320mm 及 t = 400mm時為四方輪,如圖 2 3所示 ;當 t = 500mm 時為五方輪。用于撈坑斗式提升機則均為五方輪。 圖 2 3 四方星輪 2.3 鏈條的失效分析 2.3.1 斗式提升機鏈條失效分析及提高壽命研究的理論 基礎 (一)鏈條計算理論 5 斗式提升機鏈條 (單根,以下同 )的有關計算理論如下: 1、最大工作載荷計算 最大工作載荷是鏈條設計選用的主要依據(jù),是指工作側渣斗滿載物料時鏈條所承受的拉力。 1212F h W C h W C f A R ( 2 1) 2、最大尖峰載荷計算 斗式提升機生產運行過程中,難免出現(xiàn)被物料埋死或被異物卡住,造成電機過負荷,這時鏈條所承受的拉力為最大尖峰載荷。即電機最大輸出扭矩時鏈條所受拉力。 m a x2 . 2 9 5 5 0 1 0 0 0 TTpiF dv ( 2 2) 3、極限拉伸載荷計算 極限拉伸載荷是指鏈條的最大承載能力,即破斷力。 Q F n ( 2 3) 4、銷軸、銷套摩擦副壽命計算 31 2 3 1191500 1 3 . 2prLc c c zi ppTp v i p d ( 2 4) 12A f crFK F Fp A ( 2 5) 1 1 2A d b( 2 6) 5、磨粒磨損計算 銷套與滾輪之間的磨損是輸送鏈失效的主要因素,是一種無潤滑條件和有時有磨粒存在的組合摩擦,其摩擦狀態(tài)可用以下兩式表達: 1 1 1r K p v( 2 7) Na FVKH ( 2 8) 以上 各式中 F 最大工作載荷 , N; W 單位長度鏈條重量, N/m; C 單位長度附屬品重量, N/m; 6 h1 斗式提升機頭、尾輪垂直中心距, m; h2 斗式提升機頭、尾輪水平中心距, m; R 水中抵抗系數(shù), 1.2 1.6; f 綜合摩擦系數(shù), 0.14 0.16; A 嚙合損失系數(shù), 1.0 1.3; p 節(jié)距, mm; dT 斗式提升機頭部鏈輪節(jié)圓直徑, mm; iT 驅動系統(tǒng)總速比; S 破 鏈條極限拉伸載荷, N; Fmax 最大尖峰載荷, N; n 安全系數(shù); n 許用安全系數(shù),一般取 4 8; T 輸送鏈的磨損使用壽命, h; A1 鉸鏈承壓面積, mm2; d1 銷軸直徑, mm; b2 軸套長度, mm; pr 鉸鏈的壓強, Mpa; KA 工況系數(shù), KA =1.1; Fc 鏈速較低可忽略; Ff 懸垂拉力,有軌道承載可忽略; 負荷率; c1 銷套銷軸摩擦系數(shù); c2 節(jié)距系數(shù); c3 齒數(shù)一速度系數(shù); Lp 鏈長,以節(jié)數(shù)表示; v 鏈速 m/s; z1 齒數(shù); i 傳動比; pp 許用磨損伸長率; r 磨損率; 7 K1 工作條件系數(shù),需由實驗取得; p1 摩擦面表面壓強 Mpa; v1 摩擦面相對線速度 m/s; V 磨粒移動單位距離的磨損量; Ka 磨粒磨損常數(shù); FN 磨粒承受的正壓力; H 材料硬度; (二)摩擦與磨損 磨損是兩接觸物體表面間由于摩擦機械作用使表面物質損耗的過程,它將導致在垂直于摩擦表面的方向上物體尺寸逐漸減小。接觸表面在高應力作用下形成局部機械損壞。根據(jù)損壞原因,把磨損分為粘附磨損、磨粒磨損和疲勞磨損。 在滑動摩擦副中,一個表面明顯較另一個表面硬或兩表面間存在硬的磨粒,則磨損的主要形式是磨粒磨損。在切向運動下,較硬的輪廓峰或磨粒在配偶表面上象切削一樣劃出條壯細槽,造成材料脫落。 ( 三)腐蝕與防腐 腐蝕是材料在環(huán)境的作用下引起的破壞和變質。金屬和合金的腐蝕主要是由于化學或電化學作用引起的破壞,有時還同時伴有機械、物理或生物作用。 根據(jù)腐蝕的作用原理,可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。兩者的區(qū)別是當電化學腐蝕發(fā)生時,金屬表面存在隔離的陰極與陽極,有微小的電流存在于兩極之間,單純的化學腐蝕則不存在隔離的陰極與陽極。 金屬腐蝕的形態(tài)可分為全面 (均勻 )腐蝕和局部腐蝕兩大類。前者較均勻地發(fā)生在全部表面,后者只發(fā)生在局部。例如孔蝕,縫隙腐蝕,晶間腐蝕,應力腐蝕破裂,腐蝕疲勞,氫腐蝕破裂,選擇腐蝕,磨損 腐蝕,脫層腐蝕等。一般局部腐蝕比全面腐蝕的危害嚴重的多,有一些局部腐蝕往往是突發(fā)性和災難性的。 2.3.2 鏈條的失效 (一)脫水斗式提升機鏈條壽命終止標準 根據(jù)鏈條強度要求、節(jié)距伸長量及張緊要求,確定脫水斗式提升機鏈條壽命終止的標準如下 (達到下列標準之一可認為壽命止 ): 8 1、鏈板斷裂或危險斷面磨損量達 1/2; 2、銷軸斷裂或磨損量達 2.5 mm; 3、銷套累計破裂 10 件以上或大部分銷套磨穿; 4、鏈條節(jié)距伸長達 5mm。 ( 二)脫水斗式提升機鏈條幾種主要失效形式 脫水斗式提升機鏈條的失效主要出現(xiàn)在鏈板、銷 軸、銷套上,表現(xiàn)為磨損和斷裂,嚴重時造成整鏈斷開,設備損壞。 1、鏈板磨損及斷裂 外鏈板與內鏈板之間、滾輪與內鏈板之間都有相對運動,有很大磨損,尤其是滾輪與內鏈板之間的磨損嚴重。 為解決鏈板的耐磨性問題,常采用提高硬度的辦法,這樣會增加鏈板的脆性,加之內鏈板與銷套之間采用過盈配合,產生較大應力,這樣會造成鏈條受力后的脆斷。 2、銷軸磨損及斷裂 銷軸與銷套內表面之間相對運動不大,因此磨損不太嚴重。但當銷套被磨穿后,銷軸直接與滾輪相磨,磨損急劇增加。銷軸、銷套磨損后鏈條節(jié)距加大,會造成鏈條爬齒和松弛。 為提高耐 磨性,采用了提高硬度的辦法。有時熱處理不當會造成銷軸脆性增加,出現(xiàn)脆性斷裂。 3、銷套磨損及破裂 銷套的磨損主要發(fā)生在銷套外表面,與滾輪內孔相對運動較大,又存在大量硬顆粒,處于嚴重的磨粒磨損狀態(tài)。這是提升鏈失效的主要形式。 為解決銷套的磨損問題,往往采用提高硬度的辦法,這就增加了銷套的脆性。同時,為了提高銷套磨損壽命,采用了加厚磨損部位的方法,產生了應力集中。這樣在運行中會造成銷套破碎。 4、整鏈斷開 銷軸、鏈板斷裂后如未及時發(fā)現(xiàn),及時更換將會造成整鏈的斷開。 對于提升機鏈,最主要的就是要求它不斷裂,并在長 周期運行中能預測它的磨損壽命,盡可能地減少代價昂貴的停工檢修。 因此,該鏈條的研究思路主要是解決耐磨性與沖擊韌性的矛盾問題,通過理論分析和實驗手段確定合理的材質、熱處理制度,并進行結構改進,達 9 到高可靠性 (不出現(xiàn)脆性破壞 )和長壽命的目的。 2.3.3 鏈條的失效分析與計算 (一) 輸送鏈的載荷分析 1、載荷分析 如圖 2 4 所示,如果不計及各種附加動載荷,在考慮離心力引起的張力 Fc 的前提下,輸送鏈條的緊邊張力松邊張力 F1 和 F2。 圖 2-4 輸送鏈所受的張力 20CF q v ( 2 13) 21 0 0 0 0c o s s i nmmF q q f L a q q L a q v ( 2 12) 22 0 0 0 0s i n c o sF q a q f a L q v ( 2 13) 式中 qm 為輸送鏈及其附件單位長度重量, kgf/m; q0 為所輸送物料在單位長度上的重量, kgf/m; 因為 0f0.2 且 60o 05 0 1 0 0 01 6 . 7 1 6 . 7 0 . 1 6 6 0mm Qqqv ?所以 12FF?由此可知在輸送鏈工作過程中,組成鏈條的每個鏈節(jié)當處在松邊位置時,其鏈節(jié)張力為 F2當處在緊邊位置時,其鏈節(jié)張力為 F1;所以輸送鏈條承受著交變載荷,如圖 2 5 所示。 10 圖 2 5 輸送鏈工作過程中鏈節(jié)張力的變化曲線 其中 3-4 對應緊邊位置, 1-2 對應松邊位置, 4-1 與 2-3 對應主從動輪上的過渡位置 , F= F1 F2 ( 二 ) 動載荷 實際上由于各種附加動載荷的存在,鏈條的張力曲線如圖 2 6 所示。這些動載荷包括有 : 1、 因多邊形效應引起鏈條線速度變化而產生的慣性載荷 Fd1 =ma( 式中m 為鏈條緊邊質量 ; a 為鏈邊的加速度 ); 2、 因從動輪角速度變化而使從動系統(tǒng)產生的附加慣性載荷 222d dF J rdt 式中 J 為從動系統(tǒng)轉化到從動軸上的轉動慣量 ; 2ddt為從動軸的角加速度 ; r2為從動輪的分度圓半徑 ); 3、鏈節(jié)嚙入輪齒時的沖擊載荷 ; 4、 鏈條工作時軌跡變化以及鏈條振動等因素產生的附加動載荷。 其中后二者的影響更大些 ( 見圖 2 6 中的 Fd) 。 圖 2-6 典型的鏈節(jié)張力變化曲線 (三) 銷軸剪切強度計算 銷軸剪切強度計算公式為 11 222 / 4Qd , N/mm2 ( 2 12) 實際上,鏈條銷軸受載時,它的剪切剖面上除了有剪切應力外,還有彎曲應力。但由于銷軸受彎曲時最大應力在最外表面,而受剪時最大應力在芯部,故二者不能疊加。從上面的分析知道二者均為交變應力。 2.3.4 鏈條的材質的確定 根據(jù)脫水斗式提升機的工況環(huán)境(潮濕、多塵、有一定的腐蝕性),綜合 各種參數(shù),應選擇不銹鋼材質。根據(jù)資料可知, Crl3 類鋼、 Cr18 類鋼均能滿足該環(huán)境要求。 Crl3 類鋼較其它不銹鋼價格低,而且經(jīng)適當?shù)臒崽幚砟苓_到較好的綜合機械性能。但從抗腐蝕角度考慮,該鏈條應選用 Crl3 類鋼,但各零件具體選用 Cr13 類鋼中的哪一種需進一步分析。 參考有關資料鏈條各零件材質及熱處理制度確定如下: (一)鏈板 鏈板是鏈條的關鍵零件,鏈板的斷裂會立即造成格鏈斷開,設備損壞。因此,鏈板不允許出現(xiàn)脆性斷裂一類突發(fā)性失效,要在保證其不斷裂的前提下提高其耐磨性或采取其它辦法延長壽命。 由資料可知, 1Crl3 較 2Cr13, 3Cr13 有較高的沖擊韌性,因此,鏈板應選用 1Crl3 類鋼 。 (二 ) 銷軸 銷軸也是鏈條的關鍵零件之一,銷軸的脆性斷裂也是很危險的,如不及時發(fā)現(xiàn)并處理就會造成整鏈開,因此銷軸也不允許出現(xiàn)脆性斷裂。 根據(jù)受力分析,銷軸要求較高的強度 :銷軸與銷套相互摩擦較嚴重,還應有較高的硬度才能保證長壽命 。 根據(jù)資料可知,應選擇 1Crl3 鋼。 1Crl3 鋼在 250-350低溫回火有較好的強度,較高的硬度和適當?shù)臎_擊韌性 。 (三 ) 銷套 銷套是鏈條壽命的關鍵。由磨損計算可知,因為銷套與滾輪之間存在非常嚴重的磨 粒磨損,所以要提高磨損壽命就必須提高零件硬度,同時由力學計算和失效分析可知,銷套還有較好的強度和韌性。但銷套破裂后不會很快造成整鏈斷開,因此其韌性要求可低于鏈板和銷軸的韌性要求。根據(jù)資料可知,應選擇 2Crl3 鋼 (四 ) 滾輪 12 根據(jù)使用經(jīng)驗,滾輪失效概率小,強度要求較低,要求一定的耐磨性??紤]到其對銷套、軌道、鏈輪的磨損,滾輪硬度應與銷套相當,硬度值為HRC4045 較合適。材質選用 1Crl3, 2Crl3 或 3Crl3 均可,但考慮到材料價格及熱處理情況,根據(jù)資料知可選用 3Crl3 鋼 。 (五 ) 耐磨片 從前面的分 析可知,鏈板的強度和韌性較好,但硬度較低,原結構鏈板與滾輪端面之間存在較大的相對運動,存在嚴重的磨損。為解決鏈板的磨損問題,在鏈板與滾輪之間增加了耐磨片。 由于耐磨片的作用就是耐磨,所以可取較高的硬度,可選用 3Crl3 鋼。 (六 ) T 型銷 T 型銷主要作用是防止鏈板脫出,無特殊要求,從使用經(jīng)驗來看, 1Crl3, 2Crl3 或 3Crl3 均可 。 但為了防止在安裝彎曲時出現(xiàn)斷裂,最好選用塑性相對較好的 1Crl3 鋼。 2.4 提高脫水斗式提升機輸送量的技術分析 脫水斗式提升機是否能達到設計的輸送量,直接影響著企業(yè)的經(jīng) 濟效益。那么如何進一步提高脫水斗式提升機的輸送量,就要圍繞著脫水斗式提升機的工作過程而進行。 脫水斗式提升機是一種傾斜升運設備。它是靠環(huán)繞在頭、底輪上的斗鏈連續(xù)運動,通過固定在斗鏈上的料斗裝料、提升、卸料而完成輸送過程,脫水斗式提升機的工作過程可分為料斗的裝料過程、料斗的提升過程和料斗的卸料過程三個階段。料斗在裝料過程中是否能裝滿,直接影響到提升機的輸送能力;料斗在提升過程中的提升狀態(tài)決定了升運過程的撒料程度;而料斗的卸料狀態(tài)則決定了物料的卸空程度,同時也影響功率消耗。因此對脫水斗式提升機的要求就是:裝料階 段裝得滿;提升階段升得穩(wěn);卸料階段卸得凈。研究斗式提升機的工作就是要找出實現(xiàn)“裝滿、穩(wěn)升、卸凈”的條件,以提高提升機的生產能力,降低無效的能耗。 2.4.1 料斗的裝料過程 (一 )裝滿系數(shù) 料斗的裝料過程直接影響提升機的輸送能力。判別裝料工作的質量可用裝滿系數(shù) 的大小來衡量。實踐證明:任何種類的脫水斗式提升機的任何型式的料斗,在裝料過程中都不會是完全裝滿的 ,即裝滿系數(shù) 1。 13 雖然斗式提升機的裝滿系數(shù)與提升速度、料斗容積、結構及料斗間距等因素有關,但在輸送過程中,有些因素不能隨物料性質的改變而改變。所以,使用 同一臺脫水斗式提升機提升各種物料,并保持較高的裝滿系數(shù),是企業(yè)必須解決的問題之一。 1、 合理選擇料斗運行速度和料斗結構、間距 因單位時間內經(jīng)過喂料口區(qū)域的料斗數(shù)量與料斗運行速度成正比,所以脫水斗式提升機產量通常隨斗鏈速度增加而提高,但料斗運行速度過高,料斗裝滿系數(shù)下降很快,且脫水效果不好 ,反而會使脫水斗式提升機產量下降。這是因為斗鏈速度過高時,料斗穿越喂料區(qū)域的時間較短,即料斗舀取或充料時間顯著變短,當進入料斗的物料還較少時,料斗已穿過喂料區(qū)域,完成了裝料過程,使料斗裝滿系數(shù)下降很快 ,且在提升過程中物料脫水 不充分;當斗鏈過高時,高速運動的料斗幾乎形成一個面,使物料幾乎不能進入料斗,其裝滿系數(shù)接近零。 料斗的裝滿系數(shù)還與料斗的結構、容積、間距密切相關。深型料斗,料斗較深,容積較大,用作輸送散落性較好的粒狀物料;淺型料斗容積較小,但卸料容易卸光,用作輸送散落性較差的粉狀物料。生產實踐表明:淺型料斗可采用較高的鏈速,而深型料斗不能采用過高的鏈速,否則,將因卸料時間縮短,料斗內物料來不及卸完而產生回料。 同時合理選擇料斗間距也有利于裝滿系數(shù)的提高。當提升容重較輕、內摩擦角較大的物料時,可采用較小的料斗間距。以上諸參數(shù) 相互影響和制約,需綜合考慮。 2、設計可調式進料斗導料板 為提高斗式提升機的裝滿系數(shù),使所提升的物料順利進入料斗,設計了可調式進料斗導料板,如圖 2 7 所示。 14 圖 2 7 可調式進料斗導料板示意圖 1 進料斗; 2 鉸鏈; 3 可調式導料板; 4 固定螺母; 5 調節(jié)螺釘; 6 斗鏈; 7 料斗 可調式進料斗導料板主要由進料斗、鉸鏈、可調導料板、調節(jié)螺釘、固定螺母、料斗、料斗帶等組成??烧{導料板安裝在進料斗的排料口。當物料進入進料斗時,已具有一定的初速度和慣性,物料經(jīng)進料斗導料板作拋物線運動,并沿導料板切線上拋,落 入脫水斗式提升機料斗??烧{導料板通過調節(jié)螺釘調節(jié)其陡平程度,即調節(jié)導料板與水平線之間的夾角 a。當物料初速度較大、流動性較好時,可將導料板調平一些,即 a 角減小,使物料離開導料板時的上拋運動傾角加大,增加物料的上拋高度,減少物料與料斗的碰撞和沖擊,并有利于料斗內空氣的排出,可增加料斗的裝滿系數(shù);另外,當物料作上拋運動時,物料的運動方向與料斗運動方向相同,從而減小了物料與料斗之間的相對速度,降低動力消耗,特別是對于顆粒物料,還可降低破損率。反之,對于流動性較差的物料,可將導料板調陡,即使 a 角增大,使物料直接進入料 斗。當導料板調陡后,物料重力分解后的下滑力增加,從而提高了下滑速度和慣性,增加物料的流量,使更多的物料有機會進入料斗,從而提高料斗的裝滿系數(shù)。物料在導料板上的運動及受力分析見圖 2 8 所示。 15 圖 2 8 物料在導料板上的運動及受力分析 由受力分析知,物料顆粒群沿導料板運動時,在導料板切向只有下滑力F1 和摩擦力 F2。將重力 G 分解,得 F1 = Gsina; F2 = Gcosa; F3 = fGsina; ( 2 13) 沿導料板方向,建立平衡方程 223 ( s i n c o s )4 2 6s s svk C d d f g 式中 G 物料重量, N, 36 ssG d g ; f 物料與導料板的摩擦系數(shù); ds 顆粒群的當量粒徑, mm; s 物料的密度, kg/m3; 空氣的密度, kg/m3,取 = 1.2 kg/m3; C 空氣對物料的綜合阻力系數(shù); k 與顆粒形狀、粒徑 ds 與管徑 D 比值及顆粒群等因素有關的綜合系數(shù)。 所以,物料沿導料板的下滑速度為 ( s i n c o s )43 ssdfvgkC ( 2 14) 由式( 2 14)知,物料的下滑速度與物料的粒徑、密度、形狀系數(shù)、導料板傾角、摩擦系數(shù)等因素有關??梢姰斴斔臀锪弦欢〞r,導料板傾角 a與物料下滑速度 v 的關系非常明顯。當 a 較小時,裝滿系數(shù)值 也較小。隨著 a 增大,下滑速度 v 值增加,則物料的流量增加,使 值增加。但當 a 較大時,由于 v 值較大,而物料的動能則更大。此時物料已進入料斗的物料產生較強烈的碰撞,除造成物料破損外,還會使料斗中的物料飛濺出來,從而降低裝滿系數(shù)。而通過導料板調陡或調平,可使物料正好落入向上運動的料斗中,并使物料與料斗之間無劇烈碰撞發(fā)生,既可降低脫 水斗式提升機能耗,減少顆粒物料的破損率,又可提高料斗的裝滿系數(shù),提高產量和效率,達到一機多能的目的。 2)裝料方式 料斗的裝料方式有:順向進料和逆向進料兩種。 16 順向進料,加料方向與料斗運動方向一致。當物料進入機座時,碰到料斗的背面。因此,物料與料斗相遇時,不能直接進料。只有當料斗將物料向前推移時才開始裝料。當料斗脫離物料時,即完成了裝料過程。 逆向進料,加料方向與料斗運動方向相反。當物料從進料口流入機座時,即與料斗迎面相遇,這時物料就能直接流入料斗內,因此裝滿系數(shù)較大,機座內積余物料較少,大大減輕了料斗在機 座內推移積余物料的阻力。 從以上兩種裝料方式可以看出,順向進料不利于料斗的裝載,降低了裝滿系數(shù)值,增加了料斗運動阻力和電耗,為了克服這個缺點,可以使進料口低于張緊輪的水平軸線、縮小物料在機座內從進料口到被料斗推移至裝料點的距離。逆向進料時,為增加料斗直接進料的機會,進料口應高于張緊輪的水平軸線。 在實際生產中,提升機的進料方式根據(jù)工藝而定。實踐證明:應盡量考慮逆向進料,可大大提高脫水斗式提升機的生產率。特殊情況下便于工藝安排,也有采用順向進料或混合進料。但實際生產中應注意順向進料時進料口的位置。 2.4.2 料斗的提升過程 料斗在提升過程中如果不能穩(wěn)升,就會造成撒料現(xiàn)象,從而增加功耗、降低生產效率。理論和實踐證明,引起料斗撒料的原因有如下三種:料斗的振動、料斗的扭轉及其它原因。 1)料斗的振動 料斗的振動使料斗頂部的物料落回機座。生產實踐證明:料斗振動時間越長,振動頻率越高,振動幅度越大,則撒料越多。而引起振動的原因有兩種:自身原因引起的振動和環(huán)境原因引起的振動。 料斗的自身振動來源于機上轉動部件的重心與旋轉中心不重合,形成慣性振動。當機器慣性振動頻率與其固有頻率相同時,又會引起較大振幅的共振,使牽引件大幅度擺 動,造成大量撒料。為使上述現(xiàn)象不發(fā)生,在設計安裝時,應使頭、底輪的重心與其旋轉中心重合,而不產生慣性振動。 工廠有很多振動設備,不可避免產生振動而傳遞到斗式提升機。解決方法是給脫水斗式提升機加上隔振裝置 橡膠墊或彈簧。 2)料斗的扭轉 料斗以一個側面固定在斗鏈上。在料斗及斗內物料重力作用下,對斗鏈 17 產生一個力矩,使料斗偏轉一個角度 ,見圖 2 9。如果 角過大,將會撒料。同時在提升過程中會使料斗產生搖擺現(xiàn)象。如擺幅過大,則料斗有可能與機外殼相碰,造成料斗破壞,大量撒料。 圖 2 9 料斗扭轉時受力圖 要 使料斗一點不偏斜,不搖擺是不可能的。但是把料斗的轉扭角 和擺幅限定在一定范圍內則是完全可以做到的。在一般情況下,把料斗的扭轉角限制在 2o以內就可以滿足料斗穩(wěn)升的條件。于是,根據(jù)料斗裝料后受力狀態(tài)如圖 2 10所示。以 O點為支點可列出平衡方程 1 sinnS h G e 2( ) s i nnS h h r G e 2( ) s i nnm g eS h h r 式中 Sn 料斗下端斗鏈張力, N; G 料斗與斗內料的重量, N; e 料斗與斗內物料重量的重心到料斗上端斗鏈張力作用線的距離,也稱料斗重心偏距 11( )34eA; A 料斗的凸度,見圖 2 10; h 料斗全高, mm; h2 料斗安裝孔高度, mm; r 料斗底圓半徑, mm; h1 料斗后壁底端到安裝孔高度, mm; 料斗扭轉角度單位; 18 g 重力加速度。 圖 2 10 料斗尺寸 由上式可以看到,降低牽引件最小張力并且使 保持在 2o以內的措施是:料斗跨度 A 不易過大;安裝孔不易過高;料斗不 易過高;應盡量采用輕質料斗。 3)其他原因 如斗鏈接口不平,料斗安裝不當?shù)?。解決辦法:合理設計,合理裝配。 2.4.3 卸料過程 脫水斗式提升機的卸載是料斗由斜線上升運動變?yōu)榍€段的旋轉運動,即料斗繞上驅動鏈輪后,物料由于受到重力和離心慣性力的同時作用,物料從料斗中被拋出,在空間運行一段距離后,落到帶式輸送機上,完成卸載。 從料斗的運動情況可知,料斗內的物料表面上任意一個物料顆粒 M,同時受到重力 mg 和離心慣性力 mr2 的作用,這兩個力的合力 pur ,若延長合力pur 的作用線并與鏈輪垂直中心線相交于 P 點,則此點稱為極點,見圖 2 11, 圖 2 12, 圖 2 13。極點 P到回轉軸心 O 的距離 h 稱為極距。 19 圖 2 11重力卸載 圖 2 12離心慣性力卸載 圖 2 13 混合卸載 極距 h 可從 ABM 和 PMO 的相似關系中求得 : 22h m g m g rr m r m v 22grh v 將30rnv 代入上式 2895h n 式中 m 料斗內物料的重量, kg; g 重力加速度, m/s2; 、 v 分別為料斗內物料重心的角速度、線速度, 1/s、 m/s; r 回轉半徑(即從料斗內物料重心 M 到鏈輪中心 O 的距離), mm; n 鏈輪每分鐘轉速, r/min。 由上式可知 :極距 h 的大小與鏈輪轉速 n 有關,而與料斗在鏈輪上的位置無關;料斗在鏈輪圓弧區(qū)段中任意位置上, 物料顆粒 M 所受合力口的延長線都通過極點 P;隨著轉速 n 增大、極距 h 迅速減小,此時離心慣性力 mr2 20 增大 ;反之,當轉速 n 減小,極距 h 迅速增大,而離心慣性力 mr2減小。當鏈輪的轉速 n 一定時,極距 h 就是確定的數(shù)值,從而也決定了卸載方式。若鏈輪半徑為 rc,料斗外緣半徑為 rc,從 圖 2 11, 圖 2 12, 圖 2 13 中可以看到,極距 h 的大小決定了不同的卸載方式 : 當極距 h 大于料斗外緣半徑 ra 時 ,見圖 2 11,極點 P 的位置位于料斗外緣的圓周以外,重力 mg 的數(shù)值大于離心慣性力 mr2 的數(shù)值。料斗內的物料顆粒將主要 在重力作用下沿著料斗的內壁運動而被卸出。因此,這種卸載方式稱為重力卸載。 當極距 h 小于鏈輪半徑 rc 時 ,見圖 2 12,極點 P 的位置位于鏈輪的圓周以內,離心慣性力的數(shù)值遠大于重力 mg 的數(shù)值。料斗內的物料都沿著料斗的外緣運動和拋出。因此,這種卸載方式稱為離心慣性力卸載。 當極距 h 小于料斗外緣半徑 ra 而大于鏈輪半徑 rc 時見 圖 2 13,此時極點 P 的位置位于鏈輪的圓周和料斗外緣的圓周之間。在這種情況下,料斗中處于 ra h 部分的物料顆粒將沿著料斗的外緣被拋出,屬于離心慣性力卸載 ;處于 h rc 部分的物料顆粒 將沿著料斗的內緣被卸出,屬于重力卸載。此種卸載方式中既有離心慣性力卸載也有重力卸載,所以稱之為混合卸載。 從以上分析的情況來看,為防止灰塵飛揚,到處散灑,采用離心慣性力卸載方式顯然是不合理的。采用重力卸載方式還是采用混合卸載方式,還要進一步分析后才能確定。一般情況下脫水斗式提升機采用重力卸載方式。 3 脫水斗式提升機設計理論基礎 3.1 原始數(shù)據(jù)及工作條件 脫水斗式提升機的設計計算,須有下列原始數(shù)據(jù)及工作條件資料。 ( 1)物料名稱及輸送能力; ( 2)物料性質:包括粒度及粒度組成、堆積密度、溫度、粘度、磨 琢性、腐蝕性等; ( 3) 工作環(huán)境:露天、室內、干燥、潮濕、環(huán)境溫度和空氣含塵量大小等; ( 4)裝料和卸料方式; ( 5)脫水斗式提升機布置形式及相關尺寸,包括輸送機長度、提升高度和最大傾角等; 21 3.2 脫水斗式提升機設計計算 3.2.1 輸送能力的計算 脫水斗式提升機的物料裝在料斗內,并連續(xù)地由機尾提運到機頭,由于料斗在鏈板上的間距是均勻的,則物料可以認為是均勻地分布在整個料斗的重段上。 脫水斗式提升機輸送干物料時,輸送能力為 003 .6 iQva , t/h ( 3 1) 式中 0i 每一個料斗的體積, L; 0a 相鄰兩個料斗的距離, m; 物料的堆積密度, t/m; v 斗鏈速度, m/s; 料斗的裝滿系數(shù) 計算輸送能力時,按 = 0.50.75 選取,計算電動機功率時,考慮到脫水斗式提升機挖料、裝載和洗選機排料的不均勻性,一律按 = 0.9 計算。 輸送濕物料時,輸送量為 1 pQQW j, t/h ( 3 2) 式中 Q 輸送干物料的能力, t/h; pW 物料中含水的百分數(shù)(對中煤平均值取pW= 20%;對矸石平均值取pW= 22%)。 3.2.2 張力 及功率 計算 脫水斗式提升機所需的驅動裝置功率,取決于提升過程中需要克服的一系列的阻力,其中主要有: 1)提升物料沿斗鏈運行方向的重力分量; 2)斗鏈與導軌之間的摩擦阻力; 3)當斗鏈繞過星輪或滾輪時,鏈條關節(jié)處及軸頸處的摩擦阻力; 4)斗子挖取物料時的阻力。 以上各項阻力用逐點計算法進行計算。 (一)阻力計算 ,脫水斗式提升機布置如圖 3 1 所示 , 1、 2、 3、 4 各點拉力分別 用1F、 22 2F、3F、4F表示。 4321HL圖 3 1 脫水斗式提升機計算簡圖 1、 回 空段阻力 W1-2= q0 L(cos sin )= q0(Lh H) ( 3 3) 2、 承載 重 段阻力 3 4 0 1 0 1c o s s i n hW q q L q q L H ( 3 4) 3、 斗子 挖取物料阻力 13WqA( 3 5) 4、 斗鏈繞過尾 部滾輪時,軸頸及鏈條關節(jié)處摩擦阻力 2 3 20.1WF ( 3 6) 5、斗鏈繞過頭部方輪的阻力 4 1 0 1 4W K F F ( 3 7) 以上各式中 W1-2、 W2-3、 W3-4、 W4-1 分別為各特征點間的運行阻力, N; WA 料斗挖取物料時的阻力, N; q0 斗鏈每米自重 0 mq q gN; qm 斗鏈每米質量 ( kg/m) ; q1 每米 長度 上 輸送 物料 計算重量 ; 1 3.6jQgqv, N ( 3 8) g 重力加速度 ( m/s2); L 脫水斗式 提升機傾斜長度 ( m) ; 脫水斗式 提升機傾斜角度 (度) ; 23 Lh 脫水斗式 提升機水平投影長度 ( m) ; H 脫水斗式 提升機垂直提升高度 ( m); 斗鏈與導軌的摩擦系數(shù)或阻力系數(shù)。 對于帶滾輪的斗鏈,其阻力系數(shù)按下式計算 2 kdD ( 3 9) 式中 k 滾輪在導軌上的滾動摩擦系數(shù) (取 0.05); D 滾輪外徑 ( mm) ; d 銷軸直徑 ( mm) ; 銷軸與滾輪內孔間的摩擦系數(shù)(取 0.4); 考慮部分滾輪不轉的系數(shù)(取 1.2)。 斗鏈繞過頭部方輪時,軸承處斗鏈銷軸與銷套之間摩擦所產生的阻力系數(shù),以 K0 表示。 0000ddK D ( 3 10) 式中 d0 雙列向心球面滾子軸承內外圈的平均中徑, mm; 0 雙列向心球面滾子軸承摩擦系數(shù)( 取 0.004); d 斗鏈銷軸直徑, mm; 斗鏈銷軸與銷孔或套之間的摩擦系數(shù)(取 0.4); D0 方輪節(jié)圓直徑, mm 各種阻力計算出厚;就可計算斗鏈的張力。由于脫水斗式提升機安裝傾角大,最小張力發(fā)生在點 2 的斗鏈上,從最小張力點(點 2)開始逐點計算。最小張力 F2(初張力)起張緊鏈條的作用,按經(jīng)驗以 3m 長度斗鏈的重作為處張力計算依據(jù),或選取初張力。 (二)各點張力的計算 F2 =3m 斗鏈自重 初張力 ( 3 11) 3 2 2 3F F W W A( 3 12) 4 3 3 4F F W ( 3 13) 1 2 1 2F F W ( 3 14) 3.2.3 斗鏈強度的驗算 強度驗算只需驗算單條斗鏈即可。單條斗鏈上的拉力 S 為 24 4 2FFSc( 3 15) 式中 4F 斗鏈上最大靜拉力, N; c 雙鏈牽引時,負荷不均勻系數(shù)(一般取 c =1.2); F 斗鏈的動拉力。 10m a x3 q c qF L ag ( 3 16) 式中 1q 每米物料重 ( N/m) ; 0q 每米斗鏈自重 ( N/m) ; c 斗式提升機長度系數(shù)(取 c =2); L 斗式提升機長度 ( m) ; g 重力加速度 ( m/ 2s ) ; maxa 斗鏈最大加速度。 22m ax 22 va zt ( 3 17) 式中 z 斗式提升機頭部星輪的方數(shù); t 斗鏈節(jié)距, m; v 斗鏈速度, m/s。 由于式 ( 2 15) 計算所的單條鏈上的拉力 S 若小于斗鏈最大拉力的允許值則安全,即 SS破 式中 S破 單邊斗鏈允許最大工作拉力。 3.2.4 功率計算 脫水斗式提升機驅動輪上的圓周力 0 4 1 4 1P F F W , N; ( 3 18) 脫水斗式提升機驅動軸功率為 00 1000PvN , kW; ( 3 19) 電動機功率 00 0121 . 0 1 . 1 10 . 9 4 0 . 9 6NNN K N , kW; ( 3 20) 25 式中 K 功率儲備系數(shù)(2JO電機, K =1.4; Y 型電機, K =1.0); 1 NGW-J 減速器傳動效率(取 0.94); 2 套筒滾子鏈傳動效率(取 0.96)。 3.2.5 驅動裝置選擇 驅動裝置系統(tǒng)是電動機通過柱銷聯(lián)軸器與 NGW-J 型行星齒輪減速器連結,再通過套筒滾子鏈和大鏈輪驅動斗鏈工作。 為了達到斗鏈平均速度為 0.16m/s 或 0.27m/s,驅動器的轉速為 0 60vn zt( 3 21) 式中 0n 斗式提升機驅動軸的轉速, r/min; v 斗鏈平均速度, m/s; z 驅動輪的方數(shù); 圖 3 2 驅動裝置簡圖 t 斗鏈節(jié)距, m。 根據(jù)上式取可求得各規(guī)格提升機的驅動軸轉速。 若選取電機轉速為 n ,則所需要的總減速比為 0ni i in減 鏈( 3 22) 式中 i 總減速比; i減 減速器的速比; i鏈 鏈傳動減速比。 根據(jù)前面計算確定的斗子寬度 B,斗鏈速度 v 和電動機計算功率 N,選擇驅動裝置。計算功率 N 應小于表中所選的電機額定功率值。 減速器選用 NGW-J 型,其高速軸的許用輸入功率 按下面條件選取。 112NKK 電動機額定功率 式中 1N 按( JB1799-76)規(guī)定的 NGW 減速器高速軸許用輸入功率; 1K 備用系數(shù),選用 Y 型電機時,取1K=1.0; 2K 采用油池潤滑時的系數(shù)(取 11.05)。 根據(jù)上述計算 斗鏈速度 v ,電機功率 N ,斗式提升機主軸轉速0n和減速比 i 的結果即可選擇驅動裝置。 noZ2 Z1 26 3.2.6 負荷計算 由于脫水斗式提升機呈大傾斜安裝,提升機的負荷除受尾部基礎支承外,各樓層均需設支承架。根據(jù)經(jīng)驗,其負荷計算可分為尾部負荷,頭部負荷和中間支架的負荷三部分。 (一)尾部負荷計算 承受斗式提升機基礎的樓板 ,受到傾斜分為0S作用,這個分力來自于斗式提升機工作時所產生的垂直負荷0A(脫水斗式提升機的自重,輸送物料和水重)。該傾斜分力沿斗式提升機中心線傳至基礎,并由基礎承受。該力又分成垂直的支承壓力0W和水平分力0X。 全部垂直負荷為 0A W T G ( 3 23) 式中 0A 垂直負荷, N; W 斗式提升機總重(包括鑄石,驅動裝置落地時,須減去其重量) N; T 封閉節(jié)段內的水重 ( N) ; G 提 升物料重量, N; 3 . 6 1 pQgG L q LvW j( 3 24) 式中 L 提升機頭尾輪中心距離 ( m) ; 圖 3 3 尾部負荷計算簡圖 qj 每米長度上濕物料的自重, N/m。 傾斜分力為 00si
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