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斗式提升机的结构分析及优化

点击数:23时间:2015-09-15 11:03:51 来源:百盛机械

摘要:斗式提升机主要结构部件包括以下几部分:驱动轮(头轮)、从动轮(尾轮)、壳体、牵引件(畚斗带或链条)、畚斗、驱动装置、止逆装置、监测装置、张紧装置。

斗式提升机结构图

1斗式提升机发展趋势及设备特点

斗式提升机是一种垂直升运物料的输送设备,它具有结构简单、维护成本低、输送效率高、升运高度高、运行稳定、应用范围广等优点。在相同条件下斗式提升机工作所需动力仅是气力输送动力的10%~20%。目前国内外斗式提升机技术发展很快,其主要表现为斗式提升机功能多元化和应用范围扩大化;另一方面斗式提升机本身的技术与装备有了巨大的发展,尤其是提升高度高、产量大、提升速度快的大型斗式提升机已成为发展的主要方向。

2斗式提升机结构分析及优化

斗式提升机主要结构部件包括以下几部分:驱动轮(头轮)、从动轮(尾轮)、壳体、牵引件(畚斗带或链条)、畚斗、驱动装置、止逆装置、监测装置、张紧装置。本文我们主要讨论的是针对粮食行业中斗式提升机(带式传动)两个主要部件驱动轮、从动轮的结构分析及优化。

2.1 结构分析

2.1.1 驱动轮结构分析

斗式提升机产量要求不断增大后,斗式提升机内部物料循环量增大,线速度较之以前有了很大的提高(目前较为普遍使用的线速度在2.0~4.0m/s之间)。为提升单次物料运力,畚斗采用适宜高速运行中装满率高的浅型宽畚斗,甚至采用双排列浅型宽畚斗结构形式,致使驱动轮宽度尺寸较大;由公式V(线速度)={[L(周长)×n(转速)]/60}可知,驱动轮设计在满足线速度要求的同时,亦保证设备使用的安全性和稳定性,显然线速度为相对恒定值,驱动轮直径越大,转速越慢,驱动轴承受的扭矩越大。驱动轮的传统结构为全封闭结构,全滚面附胶(如图1)。主要由驱动轴、滚面、腹板、附胶面层组成,使用此结构形式斗式提升机的企业往往面临附胶面磨损程度不同,出现个别部位附胶面磨损异常严重的问题。随着设备高度的增加,设备型号增大,驱动轮所承受的压力、摩擦力、扭矩均随之增加,相应的负面影响愈加明显。面对附胶磨损严重的驱动轮,通常需将头轮整体卸下,送到专业附胶企业除去原有胶面重新附胶。这样极大影响生产企业正常生产,增加维护成本。

图1 驱动轮常用结构

图1 驱动轮常用结构

2.1.2 从动轮结构分析

斗式提升机从动轮常用结构为全封闭结构(同驱动轮),这种结构在过去的十几年中使用较为普遍。主要由从动轴、滚面、腹板组成,从动轮通常不附胶。粮食行业中,保证物料运力的同时亦要保证1%以下的粮粒破碎率。粮粒破碎的主要原因之一是牵引件与从动轮件存有物料,从动轮运转后与牵引件不断碾压积存物料导致粮粒破碎。另外,一旦异物卡在皮带与从动轮之间,会不断损伤皮带,存在着极大的安全隐患(如图2)。

 图2 从动轮侧向结构示意

图2 从动轮侧向结构示意

2.2 结构优化

2.2.1 驱动轮结构优化

针对现有驱动轮结构存在的不足,我们提出将原有驱动轮整体附胶方案优化为装配式分割区域附胶方案(如图3),将原有附胶滚面分割成若干附胶板,通过连接件装配形式(如螺栓、压紧扣等其他紧固件连接)与驱动轮安装固定。这样可以随时更换磨损严重的附胶部位,更换快捷方便,几乎不会对正常生产造成影响,同时降低了企业维护成本。同时,为了避免畚斗带跑偏,滚面和附胶板应制造过程中,预制成外凸弧形结构。

图3 新型结构驱动轮

图3 新型结构驱动轮

2.2.2 从动轮结构优化

鼠笼结构打破从动轮传统结构形式,径向采用敞开式结构,从动轮滚面由加工一定锥度的圆钢与从动轮腹板焊接替代;从动轮与畚斗带有效接触面积明显减少,堆积物料在受到挤压时可以从圆钢之间的缝隙溜走,从而一定程度上降低了破碎。但存在一个新的问题,长期使用后,鼠笼内部会存有残余物料,无法由从动轮和畚斗带形成的封闭空间排出。因此在这个结构的基础上进一步深化,将两侧的腹板上加开扇形排料口,增加锥形加固筋板(如图4),不仅加强了从动轮结构强度,同时内部积存的物料在锥形加固筋板的导向性作用下自动排出从动轮内部;即使有少量暂时未排出的积料,也会在从动轮运行的下一个循环继续向从动轮外流动,不会长期滞留其中。

图4 新型鼠笼结构从动轮

图4 新型鼠笼结构从动轮

3驱动轴、从动轴与其腹板装配方式的探讨

驱动轮和从动轮的轴与腹板传统的装配方式多以焊接为主,如果出现轴断裂,则需对整个驱动轮和从动轮进行更换。焊接后的整体部件质量极大,装配移动都不方便。通过对其他设备机械传动部件的研究,选用具有标准化程度高、精度高、结构紧凑、安装拆卸方便的新型机械传动联接部件锥套,不仅可以节约成本,也可以大大降低使用企业的维护成本。锥套在欧美国家已普遍使用(如图5),目前国内也已涌现大批优质生产企业。

图5 锥套示意图

图5 锥套示意图

3.1 锥套限位原理

内外锥套配合处的孔为半边的,并且内锥套上的半边定位光孔、装配螺纹孔与外锥套上的半边定位光孔、装配螺纹孔分别组成了一个完整的孔,与装配螺钉形成一套完整的装配件。在装配时,将装配螺钉安装在外锥套的两个螺纹孔中,随着螺钉在外锥套上的螺纹孔中不断拧紧,螺纹作用将螺钉推向外锥套上锥孔的小端,而内锥形套上的两个光孔并没有完全加工穿,这样,当螺钉的头部抵住光孔的底部时,就将力传递给了内锥套,内锥套就相对于外锥套向外锥套锥孔的小端运动,这时因为锥度的原因,锥套不断包紧轴,而轴又反作用于内锥套,再作用于外锥套。这样内外锥套以及轴紧密的组装在一起。

反之,在拆卸时,将从外锥套螺纹孔中退出的螺钉用一颗上在内锥套上的螺纹孔中,力的作用过程与装配时相反,内锥套因为失去了来自于外锥套锥孔的约束力,加上自身恢复圆度的一点弹性,与轴脱离开来,实现拆卸。当锥套与轴连接在一起时,形成的是一个过盈配合的连接体。锥套内孔与轴采用键连接,通过键传递转矩和力。锥套间虽然没有键连接,但是接合面存在正压力,产生的摩擦力就可以传递转矩和力,实现空间约束功能。

3.2 锥套在斗式提升机中的应用优势

内外锥套通过加工锥度为8°的锥面相互压紧联接,使传动件的定心精度大大提高,可以有效避免轴与腹板焊接发生应力变形引起的轴与滚面同心度差的问题。锥套已经形成标准系列,其内孔键槽按ISO标准加工,通用性互换性好,适用各种作业环境。当传动件长时间工作,内孔及键槽以外发生损坏,只需更换同一规格内锥套即可以恢复使用。因而大大提高传动件使用寿命,降低维修费用,节省时间。

4结束语

在单体设备产量需求和维护要求不断提高的背景下,拆装便捷、维护简单、使用寿命更长的结构设计,将必然成为今后大型提升设备的主流发展方向。

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