基于零件参数化建模的THG型斗式提升机设计 - 图文

沈阳建筑大学毕业设计（论文）

沈阳建筑大学

毕业设计说明书

毕 业 设 计 题 目 基于零件参数化建模的THG型斗式提升机设计 学院专业班级 交通与机械工程学院 交通运输04-1班 学 生 姓 名 赵 锐 性别 男 指 导 教 师 王 历 职称 高级工程师

2008 年 6 月 10 日

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摘 要

斗式提升机具有输送量大，提升高度高，运行平稳可靠，寿命长显著优点，其主要性能及参数符合JB3926----85《垂直斗式提升机》（该标准等效参照了国际标准和国外先进标准），牵引圆环链符合MT36----80《矿用高强度圆环链》,本提升机适于输送粉状，粒状及小块状的无磨琢性及磨琢性小的物料，如：煤、水泥、石块、砂、粘土、矿石等，由于提升机的牵引机构是环行链条，因此允许输送温度较高的材料(物料温度不超过250 ℃)。一般输送高度最高可达40米.

参数化设计是Pro/E的一个重要思想。产品开发初期，用CAD方法开发产品时零件形状和尺寸有一定模糊性，要在装配验证、性能分析和数控编程之后才能确定。这就希望零件模型具有易于修改的柔性。参数化设计方法就是将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不同大小和形状的零件模型。而在产品开发的后期，参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计时便凸显出其巨大的应用价值。

如果将零件参数化建模应用到THG斗式提升机设计当中，就会使提升机高效设计和产品系列化变得更为轻易。

关键词：斗式提升机；参数化；系列化

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Abstract

The bucket elevator has the advantages of big conveying capacity, high hoisting height, stable and reliable running and long working life. Its performance and parameter accord with JB3926—85 ‘Vertical Bucket Elevator’, which consults the international standard and advanced foreign standard and the towing circle chain accords with MT36—80 ‘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.

The parametrization design is Pro/E important thoughts. Product development initial period, with CAD method develop products when the components shape and the size have certain fuzziness, must after the assembly confirmation, the performance analysis and the numerical control programming can determine .This hoped that the components model has the flexibility which easy to revise .The parametrization design method is changes a quantification the model in quota information ,causes parameter which it becomes adjusts willfully .Regarding changes the quantification parameter entrusts with the different value ,May obtain the different size and the shape components model. But in product development later period, theparametrization design may greatly enhance the speed of the model production and the revision , then it will highlight its huge application value in product – series design and similar design.

It would make its efficient product design and product seriation more easily if parts of the modeling parameters applied to the design of THG bucket elevator.

Key words ：Bucket elevator; Parametrization; Seriation

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目录

第一章 绪 论???????????????????????????????1 1.1THG斗式提升机的应用及特点 ??????????????????????1 1.2参数化设计的概念及其对课题的意义 ???????????????????2 第二章 THG斗式提升机方案设计??????????????????????3 2.1总体布置及工作原理 ??????????????????????????3 2.2设计原始资料 ?????????????????????????????4 2.3装卸料类型及选型 ???????????????????????????5 2.3.1装载方式及选用 ???????????????????????????5 2.3.2卸料方式及选用 ???????????????????????????5 2.4主要零部件及选型 ???????????????????????????6 2.4.1牵引件 ???????????????????????????????6 2.4.2料斗 ????????????????????????????????7 2.4.3驱动装置和张紧装置 ?????????????????????????8 2.5 THG型斗式提升机方案设计总览 ????????????????????10 第三章 斗式提升机的设计计算???????????????????????11 3.1 输送能力和料斗的计算 ????????????????????????11 3.1.1设计目标??????????????????????????????11 3.1.2参照数据??????????????????????????????11 3.1.3输送能力的推导???????????????????????????11 3.1.4料斗的计算?????????????????????????????12 3.1.5核算输送能力????????????????????????????13 3.2运行阻力的计算 ???????????????????????????13 3.3 电动机和减速器的选择 ????????????????????????16 3.3.1 电动机的选取 ???????????????????????????16 3.3.2 减速器的选取 ???????????????????????????17 3.4 驱动轮节圆的简单计算 ????????????????????????17 3.5 轴承的选取 ?????????????????????????????18 3.6轴的设计与校核 ???????????????????????????19

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3.6.1轴的结构示意图 ???????????????????????????19 3.6.2轴的设计与校核 ???????????????????????????19 3.6.3精确校核轴的疲劳强度 ????????????????????????22 3.7 联轴器的选取 ????????????????????????????24 3.8壳体的设计??????????????????????????????24 第四章 零件参数化建模举例????????????????????????26 4.1Pro/E参数化建模的说明 ????????????????????????26 4.2链条的参数化设计 ??????????????????????????27 4.2.1链环的参数化设计 ??????????????????????????27 4.2.2环链钩的参数化设计 ?????????????????????????29 4.3料斗的参数化设计???????????????????????????31 4.4头轮轮缘的参数化设计?????????????????????????33 4.5中间壳的参数化设计??????????????????????????35 4.5.1对于中间壳参数建模方法的说明 ????????????????????35 4.5.2中间壳体的参数化设计的过程?????????????????????36 第五章 斗式提升机的安装、使用说明 ???????????????????38 5.1 斗式提升机的安装 ??????????????????????????38 5.1.1斗式提升机的安装说明????????????????????????38 5.1.2其它安装要求????????????????????????????38 5.2斗式提升机使用维护及常见故障 ????????????????????39 5.2.1使用维护注意事项??????????????????????????39 5.2.2常见故障及排除办法?????????????????????????39 第六章 技术经济分析 ??????????????????????????41 第七章 结 论 ??????????????????????????????42 参考文献 ????????????????????????????????43 致 谢 ?????????????????????????????????44 附件一 附件二

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第一章 绪 论

1.1THG斗式提升机的应用及特点

THG型环链式高效斗式提升机是随着国民经济的发展，在运输机械行业引进、吸收、消化了世界各国斗式提升机的最新技术后，结合我国实际情况，设计出的能满足市场对大输送量，大提升高度及结构紧凑的新型高效垂直输送机械。

THG型斗式提升机具有输送量大、提升高度高的特点，适用于输送较干燥、松散、流动性好的粉状、粒状、块状物料。THG型为环链式，以高强度园环链为牵引构件，该链条按GB/T12718-91<<矿用高强度圆环链>>制造.

除此之外，通过对当前市场的调研，我们发现THG型斗式提升机除在提升能力取得大幅提高的同时，也采用了许多先进的技术保证其在企业实际生产使用过程中保持良好的生产环境，并减少设备在生产过程中故障，进而减少了企业对设备的维护强度与维修费用。

这些特点包括：对斗提机头尾部和中部机壳全部作了密封处理，使物料及粉尘不外扬，不会造成环境污染；在传动装置中采用了垂直轴减速器和液力偶合器，并配有逆止装置，使得传动装置结构紧凑，实现了柔性传动，既能使运转平稳，又能使电机减速器及牵引件得到保护，更能使物料在停机时保持稳定状态；而在张紧机构的处理上，THG型斗提机下部采用了重锤张紧装置，实现了自动张紧，一次安装调试后，即可保持恒定的张紧力，避免了脱链，从而保证机器正常运行；还有大多数生产企业会为客户提供组装式链轮，轮缘用高强度螺栓联接在轮体上，在链轮磨损后，只需要更换轮缘，这样既更换方便，又可节省材料，降低维修费用；此外，一些企业还在提升机的下部增设了料位器和速度控制器，用户可根据需要选配，以达到将控制信号传入中央控制室的计算机中，以便对提升机的运行情况进行监控。

与其他输送机相比，斗提机能在垂直方向内输送物料，在相同提升高度时使输送路线大为缩短，进而使整个生产空间系统的布置更为紧凑；而随着THG的技术纯熟，我们可以预见将会有更多的使用企业对原有提升机设备进行升级，以追求更高的效益。而对于提升机的生产企业，只有拥有先进、高效的生产、设计方式才能在这片市场上长久的立足。本次设计，即是以探尝 “基于零件参数化建模”的方式，寻找一种提高提升机企业产品竞争优势的设计过程。

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1.2参数化设计的概念及其对课题的意义：

参数化设计是Pro/E的一个重要思想，它分为两个部分：参数化图元和参数化修改引擎。Pro/E中的图元都是以特征的形式出现，这些特征之间的不同，是通过参数的调整反映出来的，参数保存了特征作为数字化零件建模的所有信息。参数化修改引擎提供的参数更改技术使用户对零件设计、装配体或工程图任何部分作的改动都可以自动的在其它相关联的部分反映出来。构件的移动、删除和尺寸的改动所引起的参数变化会引起相关构件的参数产生关联的变化，任一视图下所发生的变更都能参数化的、双向的传播到所有视图，以保证所有图纸的一致性，毋须逐一对所有视图进行修改。从而提高了工作效率和工作质量。

用CAD方法开发产品时，零件设计模型的建立速度是决定整个产品开发效率的关键。产品开发初期，零件形状和尺寸有一定模糊性，要在装配验证、性能分析和数控编程之后才能确定。这就希望零件模型具有易于修改的柔性。参数化设计方法就是将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不同大小和形状的零件模型。

而在产品开发的后期，参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计时便凸显出其巨大的应用价值。

与其它斗式提升机一样，THG型提升机最大的特点就在于他的系列化，与通用化，但在以往的设计过程中，生产企业往往需要针对每种不同的机型，设计绘制不同的对应图纸，以满足生产需求。这样的生产方式，无异于添加了许多重复的工作，且在用户忽然提出产品改进意见时，虽然可以快速提出修改方案，却难以在短时间内将修改后的方案反应到支配生产的工程图中。

而如果将零件参数化建模应用到THG斗式提升机设计当中，在设计者完整的完成一个型号的提升机设计后。只需对随工作状况会发生变化的零件进行计算与校核，并将计算出的对应数据以参数的形式，输入到先前套机中零件对应的特征当中，就能很快地得到符合改变工况后的提升机设计图纸。

这样就会使THG斗式提升机产品的系列化生产变得更为轻易，而更为重要的是，随着参数化建模在提升机应用深度的扩展，可以高效、快速为用户定制更有针对性的产品设计。从而得到更为忠实的客户群体。

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第二章 THG斗式提升机方案设计

2.1总体布置及工作原理

在带或链等挠性牵引构件上，每隔一定间隔安装若干个料斗作连续向上输送物料的机械称为斗式提升机。

THG型斗式提升机的构造如图2.1所示。它的组成包括封闭的环链1和固接在它上面的料斗2，牵引构件及料斗回绕在上部的驱动链轮3和下部的张紧链轮9上。斗式提升机的运行部分和链轮都安装在一个封闭的机壳内，机壳由机壳头部5、中间段6和下部机座8所构成，机壳的中间段可以是两个分支共用的，或者是每个分支各设一个管状外罩。为了观察与检修的方便，在机壳的适当位置上设有检视口7。装有料斗的牵引构件由驱动装置5驱动，并由张紧装置10张紧。在驱动装置上装有防止运行部分返回运动的逆止装置。物料由机壳下部的进料口装入各料斗，当料斗被提升至上部链轮时，便卸入提升机的卸料口。

图2.1环链斗式提升机的构造

1—环链；2—料斗；3—驱动链轮；4—机壳头部；5—驱动装置； 6—中间段；7—检视口（座板）；8—下部机座；9—张紧链轮；10—张紧装置；

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2.2设计原始资料

（1）基本设计参数：

料斗宽度：B=315mm；

斗式提升机的规格是以料斗的宽度（mm）表示。据此本次设计的THG型斗式提升机型号即为THG315. （2）使用要求：

① 提升物料（碎石）：容重γ=1.4t/m3 、粒度d≤20mm。 ② 提升高度H=20m； ③ 提升能力 Q≥80t/h； ④ 工作环境：室内使用；

⑤ 连续生产：每天工作10小时，一年工作360天。 （3）产品制作要求：

① 本产品按单件生产设计；

② 立足于中小企业生产加工能力设计。 （4）THG型斗式提升机的主要技术性能[1]：

表2-1 THG型斗式提升机的主要技术性能

THG THG THG THG THG THG THG THG THG 斗提机型号 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 sh zh sh zh sh zh sh zh sh zh sh zh sh zh sh zh sh zh 输送量Q，m3/h 容量，L 料斗 斗距，mm 270 270 336 378 420 480 79.6 1.17 546 88.66 1.32 630 107 1.31 756 150 1.47 30 21 50 33 70 45 100 74 160 120 210 160 350 250 475 345 715 520 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 每米长度牵引链条及料斗重,Kg/m 31 31.85 33.4 43.25 60.9 料斗运行速度v,m/s 提升高度Hmax,m

0.93 0.93 1.04 1.04 1.17 60 75 60 75 60 75 60 75 60 75 60 75 60 75 55 70 55 70 9

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2.3装卸料类型及选型

2.3.1装载方式及选用

斗式提升机的装载方式有掏取式和流入式两种。掏取式（图2-1 a）主要用于输送粉状、粒状、小块状等磨琢性小的散状物料，由于在掏取物料时不会产生很大的阻力，所以允许料斗的运行速度较高，为0.8～2m/s。流入式（图2-1 b）主要用于输送大块和磨琢性大的物料，其料斗的布置很密，以防止物料在料斗之间撒落，料斗的运行速度不得超过1m/s。

图2-1装载方法

（a） 掏取式；（b） 流入式

依照THG型斗式提升机的主要技术性能（表2-1）THG型斗式提升机的料斗运行速度一般在0.93～1.47m/s，结合设计使用要求 “提升物料（碎石）：容重γ=1.4t/m3 、粒度d≤20mm.”可以确定本设计的装料方式为掏取式。

2.3.2卸料方式及选用

斗式提升机的料斗是在行经驱动轮时在头部侧面卸料的，其卸料方式分为三种形式，即离心式、重力式、混合式。

料斗卸料完全、不产生回流是斗式提升机的卸料的理想状态。料斗在头轮处受重力和离心力的作用，其合力大小和方向都随着料斗的回转速度而变化，而合力的反向延长线总是与头轮垂直中心线交于一点，这点称为极点。从极点到头轮水平中心线距离称为极距。而极距仅与头轮转速有关。根据头轮转速就可计算出极距。根据极距大小才可判

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断提升机最终选取何种卸料方式。

由于THG型斗式提升机需要较大的斗容保证输送量，而重力式卸载的主要优点在于料斗的填充性良好，料斗尺寸与极距的大小无关。因此容许在较大的料斗运行速度之下应用大容积的料斗[2]。（参见建材机械与设备p237）故可初步设想本设计的卸料方式为重力式或混合式。

2.4主要零部件及选型

2.4.1牵引件

斗式提升机的牵引件常采用胶带或链条。胶带斗式提升机的优点是：成本低，自重较小，工作平稳无噪声，可采用较高的运行速度，生产效率较高，磨损较小；主要缺点是：料斗在胶带上的固定较弱，因为是用摩擦传递牵引力，需要有较大的初张力。环链作为较为常用的一种牵引件，它的结构和制造比较简单，与料斗的连接也很牢固。但环链相互接触处易磨损，降低链的强度，运行不够平稳。

THG型斗式提升机机为环链高效斗式提升机，其牵引件即为有高强度的环链，其应符合MT36----80《矿用高强度圆环链》。

具体来说，这种提升机的牵引构件是锻造环链。锻造环链由3号圆钢锻制而成，我国目前定型的环链节距为50mm、64mm、86mm、92mm等，结构如图2.2所示。环链与料斗的连接采用链环钩，当料斗的宽度为160~250mm时，只用一根牵引链条，当料斗的宽度为300~630mm时，则用两根牵引链条。

图2-2 锻造环链

由（表2-1）THG型斗式提升机的主要技术性能，可以对应查得THG315的斗距为378mm，结合圆环链尺寸[3]（参见链条输送机P257表3-126）可以推断，在THG315的两斗之间，共有6个链节，其中包含5个为节距64mm的链环，和一个节距为64mm的环链钩。

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2.4.2料斗

料斗是提升机的承载构件，通常是用厚度δ=2~6mm的钢板焊接或冲压而制成的。为了减少料斗边唇的磨损，常在料斗边唇外焊上一条附加的斗边。根据物料特性和装、卸载方式不同，料斗常制成三种形式：深斗、浅斗和有导向槽的尖棱面斗。与THG型斗式提升机相配用的料斗为深斗或浅斗。 （1）深斗

深斗的特征是斗口下倾角度较小（斗口与后壁一般成65°角）且深度较大，因此适用于输送干燥的、松散的、易于卸出的物料，如水泥、碎煤块、干砂、碎石等。深斗的几何形状如图2-3所示。

图2-3TH型斗式提升机料斗深斗和浅斗的几何尺寸

深斗称为S制法；浅斗称为Q制法

（2）浅斗

浅斗的特征是斗口下倾角较大（斗口与后壁一般成45°角）且深度小，因此适用于输送湿的、容易结块的、难以卸出的物料，如湿砂、型砂、黏土等。浅斗的几何形状如图14.6所示，其各部分尺寸见表14.6及表14.7。

深斗和浅斗的底部都制成圆角，以便于物料卸尽。为了不阻碍卸料，料斗需有一定间隔。

基于使用要求：提升物料为粒度d≤20mm的碎石，参照（表2-1）THG315在使用深斗时才能保证≥80t/h的产量，故将料斗的初步选定为深斗。

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2.4.3驱动装置和张紧装置

（1） 驱动装置

提升机的驱动链轮装设在提升机的上部卸料处。在传统的TH型斗式提升机驱动装置中的传动部分除减速器外，配有开式齿轮或皮带轮等传动装置。而在THG型斗式提升机中则配用垂直轴减速器等传动装置，这样可以使传动装置被更为紧凑的布置。

环链式斗式提升机的驱动链轮和环链之间是通过摩擦传动的。因此链轮只有槽而无齿，传统的驱动链轮和轴的结构如图2-4所示。

图2-4驱动链轮装置图 图2-5先进驱动链轮装置 1—驱动链轮；2—轴； 1—光轴；2—组合式链轮； 3—密封装置；4—轴承 3—带座球轴承；4—帐套

虽然这种结构成熟，并在TH型、THG型提升机上使用多年，但本次设计希望更多的应用当前先进技术，故此，对于驱动轮来说，它将会被设计成组合式链轮。这样的好处是：组合式链轮的轮缘用高强度螺栓联接在轮体上，在链轮磨损后，只需要更换轮缘，这样既方便更换，又可节省材料，降低维修费用。

而与此相对应，设计选用光轴，并配用帐套链接驱动轮，使提升机的轴型设计和加工都变的更为简易。对于轴承的选择，则直接采用带座球轴承，由于其是标准件，无需企业另行设计，缩短了产品加工周期。本次设计最终选用的驱动链轮装置依图2-5所示。

此外为了防止突然停车时运行部间随意返回，在驱动装置上装设有逆止器。

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（2） 张紧装置

在斗式提升机的机壳下部设有张紧装置。

张紧装置有螺旋式、弹簧式及重锤式三种，以螺旋式最常采用，如图2.5所示。其结构与带式输送机张紧装置相同。张紧装置安装在张紧滚筒（或张紧链轮）轴的轴承座上，并连接在提升机外罩下部的侧壁上。张紧装置的行程在200~500mm范围内。

图2.5 螺旋式张紧装置

而在THG型斗提机在张紧机构的处理上，下部采用重锤张紧装置，如图2.6所示。它实现了自动张紧，一次安装调试后，即可保持恒定的张紧力，避免了脱链，从而保证机器正常运行。但在日常生产中却也不可避免的发生滑板卡死、张紧机构失去应有的作用、张紧力消失的现象[4]，对其设计仍需进一步的改进。

图2.5 重锤张紧装置

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2.5 THG型斗式提升机方案设计总览

经过本章的讨论，可以将THG型斗式提升机的各部分设计方案汇总成下表，它们将在接下来“斗式提升机设计计算”的章节中，得到进一步的完善。

表2-2 THG型斗式提升机方案设计总览

装载方式 卸载方式 牵引件 料斗 驱动轮 驱动轴 轴承 电机 减速器 张紧装置

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掏取式 重力式 、混合式 双条矿用高强度圆环链 单个链环节距P=64mm Sh型深型料斗 组合式链轮 光轴 带座外球面磙子轴承 （待计算） 垂直轴减速器 重锤式张紧装置

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第三章 斗式提升机的设计计算

3.1 输送能力和料斗的计算

3.1.1设计目标

要求提升机能将物料直径大于20mm的碎石，以不低于80吨/小时的实际输送量，提升到20m的高度。

3.1.2参照数据

依照表2-1 THG型斗式提升机的主要技术性能对应查得斗提机型号为THG 315的斗式提升机，具有以下性能参数：

输送量Q=100m3/h，料为sh，容量i=10L，斗距a=378mm，每米长度牵引链条及料斗重q=43.25Kg/m，料斗运行速度v=1.04m/s，提升高度Hmax, H=60m 。

3.1.3输送能力的推导

设提升机料斗的容积为i0升，斗内盛装的物料实际容积为i0?升，?为小于1的填充系数，则单位长度的载荷量为：

q?i0??a0 公斤/米 3-1

式中 i0——斗的容积，升；

a0——斗距，米

?——物料容重，吨/米3； ?——填充系数0.7～0.8 。

关于填充系数的选取可在《建材机械设备》表15-10中取得。对应小颗粒的或小块的磨硺性小的物料，填充系数?取

输送能力大小决定于线载荷（单位长度上物料重量）和提升速度，其计算按下式确定：

Q?qv 千克/秒

Q?3600q??3.6qv 吨/小时1000 3-2

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或

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将式（3-1）代入得：

Q?3.6i0 ??? 吨/小时a0 3-3

式中v——斗式提升机运行速度，米/秒。

由于供料不均匀，计算生产率应大于平均的实际生产率

Q实?Q实

，即：

QK 吨/小时 3-4

式中 K——供料不均匀系数，取1.2～1.6 。

套用THG型斗式提升机的主要技术性能：斗距a=378毫米，斗速v=1.04 米/秒，即知确定料斗斗容后即可求得提升机的输送能力。

3.1.4料斗的计算

在向前的章节中，我们已经结合被输送物料的特性及物料的装卸方式将本THG315所采用的料斗定为深斗。

而料斗的尺寸规格与提升机的输送能力有关，由上述输送能力计算公式得：

i0Q ? 吨/小时a03.6??? 3-5

又由式（3-4）推得，计算生产率

将

Q?Q实K 吨/小时 3-6 ，K=1.4代入（3-6）

Q实 ?80 吨/小时 吨/小时 即有：Q?80?1.4?112将其与?=1.4吨/米3，?=0.75，v=1.04米/秒，a0=0.378米一并代入（3-5）中

i0Q ? 则有： a03.6???

i0112 ? 0.3783.6?1.4?0.75?1.04

i0 ?8.87 升

将其进一步取整，选取i0 ?10 L

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3.1.5核算输送能力：

在选取i0 ?10 L的料斗后，对提升机的输送能力进行核算：

Q?3.6则有：

i0 ??? a0

10? 1.4?0.75?1.04 0.378

Q?3.6?Q?126.28 吨

显然其远远大于实际生产率，故可以满足生产条件。

3.2运行阻力的计算

斗式提升机所需的驱动功率，觉得于牵引件运动时所克服的一系列阻力，其中主要有：

物料延牵引构件运动方向的重力分量； 当牵引构件绕过轮时，各部摩擦力； 料斗掏取物料时的阻力； 牵引构建张力。

在如图3-1所示垂直式提升机计算简图中，1、2、3、4各点张力分别用S1、S2、S3、S4表示，1点的张力S1最小，3点张力S3最大。

图3-1张力计算图

为了计算个点的张力，可以利用逐点张力计算：牵引构件在轮廓上的每一点的张力（按运行方向），等于前一点的张力与这二点之间区段上的阻力之和。

对链斗式提升机作近式计算时，可以用简化经验公式，所得结果与实际相近。（建材机械与设备P241）因为提升机中主要阻力是物料的起升，对于垂直提升机，稳定运动状态下的牵引构件的最大静张力Smax，可以近似地按公式（3-7）决定：

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Smax?1.15H(q?K1q0) 公斤 3-7

式中 K1——考虑装有料斗的牵引构件的运动阻力和在下部及上部滚筒（链轮）上的弯折阻力的系数，其中包括掏取物料的阻力。可在《建材机械与设备》表15-14当中，找到双链式深斗的系数K1=1.5 。

q0——每米长度牵引构建重量，公斤/米，可以在表2-1中查得THG315每米长度牵引构件重量 q0?43.25 公斤/米 。

q——每米长度的物料重量，公斤/米

q?Q 3.6?

上式中 Q——生产率，吨/小时

? ——提升速度，米/秒

则据已知设计条件，计算平均生产量为126.28吨（实际平均生产量为80吨），由THG315斗式提升机垂直运输，高度为20米。已知矿渣水泥堆积重度为1.4吨/米3 。

计算牵引构件的张力（参照图3-1）

? Smax?S3

?S3?1.15H(q?K1q0)

q?Q 126.28 ??33.73 千克/米 3.6?3.6?1.04

q0?43.25 公斤/米 K1=1.5

S3?1.15?20（33.73?1.5?43.25） 公斤

?2268

S2?S3?W2?3公斤 3-8

式中 W2?3——提升段阻力，公斤；

W2?3?H(q?q0)

19

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即有： S2?S3?H(q?q0)

?2268?20（33.73?43.25）

?729 公斤

S1?S2?W1?2?W0公斤 3-9

式中 W1?2——尾轮阻力，公斤；

取W1?2?（0.05～0.07）S1 W0——掏取物料阻力，公斤。 W?20?2gq

上式中g——重量加速度，米/秒2 ；

即有：

2S1?729?0.06S1??2gq

1.06S1.0421?729?2?9.8?33.73 ?686 公斤

S4?S1?W4?1公斤 式中 W4?1 ——下降段阻力，公斤；

W4?1?q0H

即有： S4?686?q0H

?686?43.25?20

?1551 公斤

3-1020

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3.3 电动机和减速器的选择

3.3.1 电动机的选取

依《建材机械与设备》相关章节的计算资料： 有驱动轴上圆周力：

P0?S3?S4?W3?4 公斤 3-11

式中 W3?4——过头轮的阻力，公斤

W3?4?0.04（S3?S4） 则有：

P0?2268?1551?0.04（2268?1551）

?870 公斤

计算功率：

NP0?0?102 千瓦 将??1.04 米/秒，代入得：

N.040?870?1102?8.87千瓦

选用电机功率：

N?K?N0? 千瓦 式中 K?——功率储备系数○1见《建材机械与设备》P240

这里取K??1.1

?——驱动装置传动效率，这里选取??0.85 。 将其代入（3-13）得：

N?1.1?8.870.85

?11.48 千瓦

3-12

3-13

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由于在先前的设计过程中对计算生产率的放大余量较大，故在此选取N?11 千瓦的电机，以免造成不必要的浪费。

对应《机械设计手册》第五卷[5]，选用Y2系列三相异步电动机 Y160M-4 。其功率为11千瓦，转速1460转/分。

3.3.2 减速器的选取

假设驱动轮节圆直径D?710mm（参照《链条输送机》TH型链斗式提升机的基本参数所得），链速??1.04 m/s。

链轮转速：

n??301.04?30??27.99r?0.355?3.14 r/min

计算传动比：

i?n电n轮?1460?52.1428

对应《机械设计手册》第四卷，选用DCY系列垂直轴硬齿面减速器 DCY-160-50 。其传动比i?50，最大输入功率为13KW 。

选取垂直轴减速器后，实际能传到驱动轮上的转速：

n轮?n电i?1460?29.250 r/min

3.4 驱动轮节圆的简单计算

环链式斗式提升机的驱动链轮和环链之间是通过摩擦传动的。因此链轮只有槽而无齿，这样可以只需依据驱动轮最终获得的转速，和节圆需要保持的线速度，即斗链的举升速度，就可以确定节圆的半径。

节圆角速度：

??节圆半径：

r?

?n30?3.14?29.2?3.0630 rad/s

?1.04??0.340?3.06 m

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3.5 轴承的选取

在第二章驱动装置的方案设计中，已经讨论过对于轴承的选择，应直接采用带座球轴承，因为其是标准件，无需企业另行设计，可以缩短产品加工周期。由于其内部的轴承均为深沟球轴承，故其计算参数可以与计算深沟球轴承相类比。

Fa求Fr比值：

由于提升机的工作方向在垂直方向，其驱动轴上轴承的径向力一般会为轴向力的10倍，

Fa?0.1Fr故

根据《机械零件设计手册》表22-16可知，深沟球轴承的最小e值为0.19，故此时

Fa?eFr 。

初步计算当量动载荷P：

P?fp(XFr?YFa)式中

3-14

fp——载荷系数

考虑提升机需要承受中等冲击或中等惯性力

fp取值在1.2~1.8之间，故取

fp?1.6

Fa?eX——径向动载荷系数，深沟球轴承当Fr时X?1 。

单个轴承所受轴向力：

11Fr?（S3?S4）g?G轮?G轴22 3-15

2GGG??vg???rhg?2770S?2268S?1551式中3 kg，4 kg，轮 N ，取轴为轮的

一半。

代入得：

1Fr?（2268?1551）?9.8?2770?1385?228682 N

P?fp(XFr?YFa)?1.6?(1?22868)?365888 N

23

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求轴承应有的基本额定动载荷：

C?P??60nLh106 3-16

式中 ?——指数，对于球轴承，??3

?Lh——工作时间，小时，考虑提升机为间断使用的机械，中断使用后果严重，其预计计算寿命在8000~12000之间。按照生产使用要求，提升机连续生产：每天工作10小时，一年工作360天。工作3年可将计算寿命落在此范围内。故取：

??3?360?10?10800Lh h

据公式（3-16） ：

3C?36588860?29.2?10800?121886.44106 N

按《机械设计手册》第二卷，选择C=122的UCP-320带座式外球面轴承，其内径D=100mm。

3.6轴的设计与校核

3.6.1轴的结构示意图

图3-2 轴的结构示意图

3.6.2轴的设计与校核

（1）轴的材料

选用45#钢，渗碳处理。

（2）按弯扭合成强度条件计算（估算轴危险截面的直径）

24

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将轴的关键部分看成两端铰支的梁，则轴上的受力情况如图3-3所示：

图3-3 轴的受力简图

图中轴粗略长度由提升机约束尺寸得来。

其中Fr为轴与单个头轮作用处所受径向力，FN为单侧轴承所受径向力。 即有：

11Fr1?Fr2?（S3?S4）g?G轮?（2268?1551）?9.8?2770?2148322 N 11FN1?FN2?（Fr1?Fr2）?G轴?（21483?21483）?1385?2286822 N

由其对应可做弯矩图3-4：

图3-4 轴的受力及弯矩图

25

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第四章 零件参数化建模举例

4.1Pro/E参数化建模的说明

Pro/E是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。

人们通常对Pro/E参数化设计的理解是 ，它是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，人们可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。

但在本设计中，我们要求的重点是，零件实体的参数化，Pro/E参数化的设计过程只是实现它的必要手段。

设计中参数化的具体要求是指：使参数=尺寸、图样中的特征、边界条件等； 或者是建立零件的特征值与特征参数之间的关系。我们将直接由参数等于尺寸的特征参数叫做直接特征参数，将由特征参数形成的关系式等于尺寸的特征值叫做关系特征参数。

要达到零件参数化建模，Pro/E可以提供3种方法：其一是建立参数表，通过对参数表的修改，实现零件对应特征的修改。其二是通过编程的方式，将需要参数化的零件特征写入程序，通过修改调入程序的方式，实现零件对应特征的修改。第三种方法是，通过族表建立具有相似零件特征的庞大数据库，不同尺寸的同种零件可以通过由族表生成的模型直接调用，不同规格的相似装配体，可以通过替换的方式在母本模型中修改，形成设计者需要的模型。

THG315基于零件参数化建模的设计，所采用的方法主要是参数表法与族表法。本次设计中应用相对广泛的是参数表法，因为本次设计的产品，为满足中小企业的小规模生产，厂家根据设计生产需要，修改零件的参数，就可得到新的模型。但就目前，Pro/E在大型企业中的应用，通过族表为企业建立符合国家标注的标准零件库，建立符合企业标准的通用零件库，零件参数化建模的主流方向，因为族表可以在一次强劳动的工作后，在日后的使用中，仅需调用，对零件出现新规格的情况，企业仅需将其特征参数添加到原有的族表中，就可生成新的零件，并将其保留到零件库中。

综上所述，本章关于零件参数化建模举例，将以使用参数表建立模型的零件为主要示例对象，在最后则会以一个装配体为示例，说明族表在产品参数设计中的方法。

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4.2链条的参数化设计

4.2.1链环的参数化设计

（1）链环主要参数变量示意图：（非Pro/E中截取图像）

图4-1 链环需参数项示意图

（2）链环主要参数在Pro/E参数表中的体现：

图4-2 链环参数表

图4-2所示表中：P为链环节距，B为链环宽度，D为链环直边直径，L为生成零件扫描轨迹时一特征参数，由关系l=p+2×d-b驱动。

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（3）建立链环关键特征关系式：

链环扫描特征轨迹的建立，如图4-3所示：

图中的关系特征参数：

表示长度为40mm部位的尺寸由关系sd4 = l驱动， 依关系l=p+2×d-b 即有sd4=64+2×18-60=40

表示半径为30mm部位的尺寸由关系sd2 = b/2驱动 即sd29=60/2=30

图4-3 链环扫描特征轨迹

图4-4 链环扫描特征 图4-5 圆环链

图4-4中最外缘的粗实线，即为建立零件链环的扫描轨迹特征，改变影响轨迹的参数，就可以得到新的零件轮廓，改变围绕扫描轨迹旋转形成零件实体圆的直接参数D，可以得到直边直径不同的链环。

这样的链环交错排列，就能形成如图4-5所示的圆环链。

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4.2.2环链钩的参数化设计

（1）环链钩主要参数变量示意图：（非Pro/E中截取图像）

图4-6环链钩需参数项示意图

（2）环链钩主要参数在Pro/E参数表中的体现：

图4-7 环链钩参数表

34

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（3）建立环链钩关键特征关系式：

环链钩无螺纹部分扫描特征轨迹的建立，如图4-7所示：

○1图中的直接特征参数： 表示R2的尺寸由关系 sd34 = r1驱动。 ○2图中的关系特征参数： 表示21mm部位的尺寸 由关系sd2 = r+d/2驱动 表示53mm部位的尺寸 由关系sd29 = h1-h2-d/2 驱动。

表示40mm部位的尺寸 由关系sd4 = t-2×r驱动。

图4-7环链钩无螺纹部分扫描特征轨迹

图4-8环链钩无螺纹部分扫描特征 图4-9环链钩

经扫描轨迹形成的特征如图4-8所示，图孤立的粗实线，即为先前建立的轨迹，改变Pro/E参数表中的参数，就会生成所需的新零件特征。

可以从图4-9看出，环链钩可以对应参数化的部分还有，螺纹伸出段的长度，及螺纹的直径，这些数值（H2、M）在参数表中已有体现，建立过程不在赘述。

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4.3料斗的参数化设计

（1）料斗主要参数变量示意图：（非Pro/E中截取图像）

图4-10 料斗需参数项示意图

（2）料斗主要参数在Pro/E参数表中的体现：

图4-11所示表中：H1为料斗高度，H2为斗底至唇缘的高度，A为料斗侧视宽度，R为斗底弯曲半径，B为斗宽，E为料斗壁厚；J、F为料斗为环链钩安装而钻的孔位置，

图4-11 料斗参数表 J为料斗上缘

到一组孔的中心线的长度，F为两组孔之间的距离。此外还有孔距W，与孔直径D等参数，被考虑到料斗的参数化建模当中。

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（3）建立料斗关键特征关系式：

建立料斗斗容拉伸特征时，需建立的平面如图4-12所示：

表示长度为355mm部位的尺寸由关系sd16 = h1驱动。 表示长度为180mm部位的尺寸由关系sd17 = h2驱动。 表示长度为260mm部位的尺寸由关系sd18 = a驱动。 表示半径为60mm部位的尺寸由关系 sd19 = r驱动。

图4-12 料斗斗容拉伸特征的草绘

图4-13 料斗斗容拉伸特征 图4-14 料斗

经过实体拉伸形成的特征如图4-13所示，图中中部的实线轮廓，即为先前建立的料斗内部拉伸特征平面，改变拉伸的长度参数B，就会得到不同斗宽的料斗。

如图4-14所示，设计者可以直接通过尺寸驱动直观的看到被修改后的尺寸，但需注意，数据须在参数表中改动。

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4.4头轮轮缘的参数化设计

（1）对于头轮轮缘参数建模的必要说明：

在选用的方案中，THG315的头轮被设计为组合式，其包括轮缘，与轮体，其中轮缘的工作面，将会与链条接触发生摩擦，以产生拉动斗链的作用里。

因而，头轮参数化建模的重点就在与此，但需注意的是，在先前的几个实例中，零件的参数特征基本只与自己本生的尺寸有关，而在轮缘的设计上，其使用的参数，基本要依靠链环的基本参数，因为只有这样才能使这两个相互作用的部件，以最为合理的相对位置关系，配合工作。

由于缺乏提升机头轮设计的相关材料，本设计当中，轮缘的外形，与链环尺寸建立的关系，多出于起重机的链轮，设计的合理性还需要加以进一步的证实。 （2）头轮轮缘主要参数在Pro/E参数表中的体现：

图4-15 头轮参数表

图4-15所示表中：D为环链直线直径，B为链环宽度，T为链环节距，R为头轮节圆半径，DY为出模倒角，L为轮缘装配孔距圆心的半径，K为装配孔的直径。

从中可见，链环的3个基本参数，在轮缘的参数化建模过程中均有体现。

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（3）头轮轮缘关键特征关系式：

通过将如图4-16所示的参数化图元，延轴线（图中未释出）进行旋转，即可形成轮缘实体，在这一过程中需要建立大量的关系式。

图4-16 轮缘旋转特征草图

图中尺寸全部由关系特征参数驱动，具体为：

表示长度为90mm部位的尺寸由关系sd20 = 5×d驱动， 表示长度为67.20mm部位的尺寸由关系sd21 = b+0.4×d驱动， 表示长度为10mm部位的尺寸由关系sd3 = d/2+1驱动， 表示长度为21.6mm部位的尺寸由关系sd22 = 1.2×d驱动， 表示长度为27mm部位的尺寸由关系sd19 = 3×d/2驱动， 表示长度为18mm部位的尺寸由关系sd14 = d驱动， 表示半径为20mm部位的尺寸由关系sd40 = dy驱动， 表示长度为212mm部位的尺寸由关系sd28 = r-2×t驱动， 表示长度为268mm部位的尺寸由关系sd27 = r-1.2×b驱动， 表示长度为268mm部位的尺寸由关系sd23 = r+d驱动。

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左图4-17为添加装配孔后的轮缘实体。轮缘装配孔圆心距轮缘轴心的半径L由关系l=r-0.6×b-t驱动。 事实上，这些孔的数目可通过在环形矩阵当中添加参数变量的形式，加以改变。

图4-17 轮缘

4.5中间壳的参数化设计

4.5.1对于中间壳参数建模方法的说明

依本章第一节中说明，Pro/E中的参数化设计共包含3中形式，一种是前面这些零件所用到的参数表建模，另一种是在本次设计中并未尝试的程序参数设计。最后的一种，便为在中间壳设计过程中所使用的借用族表替换快速生成新装配体的设计手法。

借用族表替换快速生成新装配体的主要步骤包括： （1）建立装配体中的关键零件。

（2）以建立好的零件为基础，以族表的形式，形成具有相同特征的零件库。 （3）将基础零件进行装配形成装配体，

（4）用存在于族表中的零件替换原装配体的零件，形成新的装配体。

需要注意的是使用族表法进行参数化设计时，零件的关键尺寸是已经确定的，而在第一次生成装配体时必须要求各个零件间关系为完全约束。

在本套THG315中使用壳体规格共有3中形式，他们的内部尺寸为1350×540×L，其中L包含3000、1300、500mm三个尺寸。

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4.5.2中间壳体的参数化设计的过程

（1）建立中间壳体的关键零件：

1建立50×50×6mm的热轧等边角钢，初始长度为1350mm ， ○

2建立6mm厚的钢板，初始宽度为1350mm，初始长度为3000mm 。 ○

（2）为关键零件建立族表：

1为角钢建立族表： ○

图4-18 角钢族表

图4-18所示表中d1为角钢两边宽度，d0为角钢长度，其值分别为640、1350、500、3000mm，d2为角钢厚度6mm

2为钢板建立族表： ○

图4-19 钢板族表

图4-19所示表中d2为钢板宽度，d0为钢板长度， 其中宽度为1350mm的钢板，将被安装在提升机的正面与背面，宽度为640mm的钢板将被安装在提升机的两侧。他们分别包含长度为500、1300、3000mm的3种规格。

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（3）建立标准中间节的装配体：

标准中间节的壳体内壁尺寸为1350×540×3000mm （4）将已有中间节利用族表替换新模型：

将标准中间节（图4-21），通过替换的手段形成1350×540×1300mm的中间壳。

图4-20 族表替换

依图4-20所示，对装备体中的一个或几个相同的零件进行替换操作时，在选定通过族表替换后，将会出现族树选择框，在其中选择所需的零件进行替换，就会按设计者要求形成新的模型。图4-21为标准中间节以有3个面的钢板被高度为1300mm的钢板所替换。需注意的是，钢板上缘焊接的角铁已随钢板高度的变换发生对应位置的移动。

图4-21 标准中间节 图4-22 替换部分钢板后的新模型

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第五章 斗式提升机的安装、使用说明

5.1 斗式提升机的安装

5.1.1斗式提升机的安装说明

THG315型斗式提升机为垂直式提升机,其基础承受着设备的全部重量,故安装前必须对基础布置进行检查。斗式提升机必须牢固地安装在坚固的砼基础上。砼基础的表面应平整，并呈水平状态，保证斗式提升机安装后达到垂直要求。

安装提升机按下列顺序进行:在基础上根据图纸安设地角螺栓,然后将下部区段牢固地装于基础上,再在下部区段上连接中间机壳,连接完毕再连接上部区段;然后安设传动平台,在传动平台上安装减速器、电动机、联轴器和保护罩等部件;并用手转动减速器高速轴,以检查各机组转动是否圆滑轻松。

为防止提升机向侧面偏移,必须在上部区段安设支持装置。该装置应牢靠地固定于本机附件的建筑物上,而不应限制本机在垂直方向上自由伸缩。高度较高的斗式提升机在其中部机壳和上部机壳的适当位置应与其相临的建筑物（如料仓、车间等）连在一起以增加其稳定性。安装时先安装下部部件，固定地脚螺栓，然后安装中部机壳，后安上部机壳。机壳安装成功，校正垂直度。在全高上下用铅直线测量，误差应小于10mm。上下轴应平行，其轴心线应在同一平面内。

当设备的基础构件安装好后，安装链条及料斗。链条及料斗安装好以后，进行适当张紧。

之后给减速机及轴承座分别添加适当数量的机油和黄油。减速机用工业齿轮油润滑。轴承座内用钙基或钠基黄油均可以。

安装完成后即应进行空车试运转。空运转应注意：不能倒转，不能有磕碰现象。空运转不小于2小时，不应有过热现象，轴承温升不超过250C，减速机温升不超过300C。空运转2小时后，一切正常即可进行到负荷试车。带负荷试车时喂料应均匀，防止喂料过多，堵塞下部造成“闷车”。

试运转通过后即可将头壳的左右半罩安装到机壳上。完成整个提升机的安装。

5.1.2其它安装要求：

（1）头轮组及尾轮组装配后，用手转动应轻便灵活。

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（2）电机与液力偶合器联接，轴向间隙均为2~4mm。

（3）电机轴与减速器轴径向位移允差不大于0.2mm，角位移不大于30°。 （4）尾部上法兰面水平度允差每1000mm不大于1mm。 （5）头、尾轮轴水平度允差每1000mm不大于0.3mm。

（6）中间壳体对提升机中心垂线平行度允差每1000mm长度内不大于0．5mm （7）提升机两排牵引件之间总长度差应不大于3mm。 （8）机壳法兰之间连接的严密。

5.2斗式提升机使用维护及常见故障

5.2.1使用维护注意事项

（1）斗式提升机应空负荷开车。所以每次停机前应排尽所有料斗内的物料，然后再停

车。

（2）不能倒转。倒转即可能发生链条脱轨现象，排除脱轨故障很麻烦。

（3）均匀喂料。禁止突然增大喂料量。喂料量不能超过提升机的输送能力。否则容易

造成底部的物料堆积严重时发生“闷车”事故。 （4）及时适量补充润滑油。

（5）链条和料斗严重磨损或损坏时应及时更换。

5.2.2常见故障及排除办法

现对该设备几种常见故障的原因进行分析并提出排除办法[6]： （1）斗链打滑

1THG型斗式提升机是利用环链与头轮传动轴间的摩擦力矩来进行升运物料的， ○

如果环链张力不够，将导致斗链打滑。这时，应立即停机，调节张紧装置以拉紧斗链带。若张紧装置不能使料斗带完全张紧，说明张紧装置的行程太短，应对张紧装置进行重新调节。

2提升机超载提升机超载时，阻力矩增大，导致料斗带打滑。此时应减小物 料的○

喂入量，并力求喂料均匀。若减小喂入量后，仍不能改善打滑，则可能是机坐内物料堆积太多或料斗被异物卡住，应停机检查，排除故障。

3头轮轮缘长期使用，工作表面发生磨损，其和环链接触表面过于光滑，使两者间○

的摩擦力减小，导致料斗带打滑。这时，可考虑更换轮缘。

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4头轮和尾轮轴承转动不灵，阻力矩增大，引起斗链打滑。这时可拆洗加油或更换○

轴承。 （2）回料过多

提升机回料是指物料在卸料位置没有完全卸出机外，而有部分物料回到提升机机 座内的现象。在提升作业中，若提升机回料太多，势必降低生产效率，增大动力消耗和物料的破碎率。造成回料多的原因有以下几点：

1料斗运行速度过快，速度过大，卸料提前，造成回料。这时应根据提升的物料，○

适当降低料斗的速度，避免回料。

2机头出口的卸料舌板安装不合适，舌板距料斗卸料位置太远，会造成回料。应及○

时的调整舌板位置，避免回料。 （3）料斗脱落

料斗脱落是指在生产中，料斗从环链上掉落的现象。料斗掉落时，会产生异常的响声，要及时的停机检查，否则，将导致更多的料斗变形、脱落；产生料斗脱落的原因主要有：

1进料过多，造成物料在机座内的堆积，升运阻力增大，料斗运行不畅，是产生料○

斗脱落、变形的直接原因。此时应立即停机，抽出机座下插板，排出机座内的积存物，更换新料斗，再开车生产。这时减小喂入量，并力求均匀。

2料斗材质不好，○强度有限料斗是提升机的承载部件，对它的材料有着较高的要求，

安装时应尽量选配强度好的材料。一般，料斗用普通钢板或镀锌板材焊合或冲压而成，其边缘采用折边或卷入铅丝以增强料斗的强度。

3开机时没有清除机座内的积存物在生产中，○经常会遇到突然停电或其它原因而停

机的现象，若再开机时，没有清除机座内的积存物，就易引起料斗受冲击太大而断裂脱落。因此，在停机和开机之间，必须清除机座内的积存物料，避免料斗脱落。另外，定期检查料斗与环链连接是否牢固，发现螺钉松动、脱落和料斗歪斜、破损等现象时，应及时检修或更换，以防更大的事故发生。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3cvf.html