摘 要

板链斗式提升机是现在在各种领域使用较多的一种垂直提升设备，它常出现于建筑、采矿等各个行业，用于提升各种散装的物料例如水泥、石灰、矿石、煤炭等。本篇文章主要是是对于NSE1000×41板链斗式提升机的提升系统进行设计和优化。其中包括两个方面：一是对于提升机头轮和电机之间的联轴器进行设计和优化。区别于传统的接触式联轴器，磁力联轴器能够实现主动轴和从动轴之间不通过直接接触而传递力和力矩。设计内容包括磁极结构、尺寸和磁路等的设计。在满足其传递功能的同时加了过载保护装置，能够实现过载时联轴器之间脱离从而达到保护电机和联轴器本身的功能。第二个方面是对于既是提升机一部分，也是载荷一部分的板链进行受力分析，并进行一些尺寸大小的更改，能够减小提升机的自身载荷但是不影响其正常工作，从而能够增大提升机的功率和效率，达到优化设计的目的。

关键词：斗式提升机；磁力联轴器；板链；优化设计

Abstract

The plate chain bucket elevator is one of the most widely used vertical lifting equipments. It is often used in various industries such as construction and mining to upgrade various bulk materials such as cement, lime, ore and coal. This article is mainly for the design and optimization of the lifting system of the NSE1200×41 plate chain bucket elevator. There are two aspects: First, the design and optimization of the coupling between the lifting head wheel and the motor.

Different from the traditional contact coupling, the magnetic coupling selected this time is a non-contact coupling, which can transmit the force and torque without direct contact between the drive shaft and the driven shaft. The design includes the design of the pole structure, size and magnetic circuit. An overload protection device is added at the same time as the transmission function is satisfied, and the function of protecting the motor and the coupling itself can be achieved by disengaging the coupling between the overloads. The second aspect is to analyze the force of the plate chain, which is part of the hoist and part of the load, and make some size changes, which can reduce the hoist's own load but does not affect its normal operation, thus increasing the lifting. The power and efficiency of the machine are optimized for design.

Key words: bucket elevator; magnetic couplings; plate chain; design

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究的背景 1

1.2目的和意义 1

1.3国内外研究现状 1

1.4研究内容 2

第2章 板链斗式提升机 4

2.1 板链斗式提升机的类型 4

2.2 总体方案设计 5

2.2.1 联轴器的设计方案 5

2.2.2 提升机构的设计方案 5

2.3 板链斗式提升机的相关计算 5

2.3.1 生产率的计算 5

2.3.2 料斗的计算 6

2.3.3 板链的计算 6

2.3.4 驱动功率的计算 6

2.4 电机型号的选择 7

第3章 磁力联轴器的设计 8

3.1 磁力联轴器的工作原理 8

3.2 磁力联轴器的分类 9

3.3 磁力联轴器的设计 9

3.3.1 磁力联轴器机械结构的设计 9

3.3.2 磁力联轴器材料的选择 10

3.3.2.1 永磁体材料的选择 10

3.3.2.2 隔离套材料的选择 11

3.3.2.3 软磁材料的选择 11

3.3.3 磁力联轴器磁路的设计 12

3.3.4 磁力联轴器尺寸的设计 13

3.3.5 磁力联轴器传递转矩的计算分析 14

第4章 板链的优化设计 16

4.1 板链的简介 16

4.2 板链模型的建立与受力分析 17

第5章 总结和展望 20

参考文献 21

致谢 23

第1章 绪论

1.1 研究的背景

板链斗式提升机属于大型的运输装置，主要是由三大部分构成，分别为头部段（电机、减速器、联轴器、头轮、取料口等）、中部段（料斗、链板）和下部段（张紧装置、送料口和固定支座）。板链斗式提升机一般用于垂直方向或者是倾角很大的场合，主要是输送各种散装的物料。其工作原理是，头部段的电机通过联轴器、减速箱和头轮装置带动板链和料斗运动，工作人员通过提升机下部段的送料口进行物料的输送，与此同时料斗源源不断地从下方舀起物料，由板链带动提升至上部，经由头轮之后料斗由于重力的因素而朝下方转动，其中的物料正好可以倒入取料口中，完成物料的提升。板链斗式提升机主要用来提升比较小的物料块比如碎矿石、煤炭、以及粉末状的物料比如水泥、石灰等。其应用领域十分广阔，从建材行业、化工行业、粮食行业到机械行业、电力行业等都有许多使用。板链斗式提升机及其结构如图1.1所示

图1.1 板链斗式提升机的机构

1.2目的和意义

本次的设计目的在于通过新型的磁力联轴器能够在完成传递力和力矩的功能同时能够不受物料的影响，在提升机过载的时候能够及时将联轴器断开避免联轴器甚至是电机的损毁，减少损失。板链斗式提升机的提升高度升高的同时，料斗的数量和板链的高度也会随之增加，带来最直接最显著的影响就是载荷的增大。板链作为提升机构的一部分，既承担着输送物料的工作，但板链也是提升机自身载荷的一部分，而且其质量较大，对提升机的工作效率影响较大，同时会导致板链本身容易发生疲劳破坏。通过对板链和销轴进行受力分析，能够客观地呈现出板链的受力情况，由此可以对板链进行结构上的改良，降低板链的质量的同时也不会对板链的负载能力有所影响。最终达到改善提升机电机联轴器和电机过载损坏的情况，降低提升机的自身载荷，提高板链斗式提升机的提升效率的目的。

1.3国内外研究现状

我们国家在上个世纪五十年代开始使用斗式提升机，当时我们国家的工业进步十分迅猛，需要高性能的输送装置，但是斗式提升机的研发和设计技术都是参照前苏联而来，随后在使用的过程中不同的行业根据所出现的问题进行相应的改进，因此在这几十年间都没有太大的发展。随着改革开放的到来，我国工业进一步发展，对运输机械的性能、效率、自动化等方面要求也越来越高。我们国家对于斗式提升机的研究也不再单纯地依赖国外的先进技术，因此斗式提升机的品种更加丰富，提升效率、高度和使用寿命也有了很大的提高。随着垂直斗式提升机国家标准JB 3926-85的颁布，TD、TH和TB系列的斗式提升机也接连问世，我国的在斗式提升机方面的制造和设计技术上有了一些突破，然而与制造大国的尖端技术之间还存在着较大的差距，特别是关于板链斗式提升机这方面。在之后，我们国家自主研发设计和制造了THG系列、TDG系列斗式提升机，相比于之前的TD、TH系列提升机，新型斗式提升机在输送的垂直高度、输送效率、输送的稳定性和使用寿命方面都有了十分显著的提高和改善，能够满足工业生产的需求。同时根据国外技术所设计出来的NE板链斗式提升机和改进版NSE板链斗式提升机因其输送高度较高、负载能力较强、输送稳定、输送速率高而被广泛使用。

在十八世纪时国外开始出现了最初的提升机进行物料的提升，到十九世纪时，出现了斗式提升机等各种不同结构的提升机。随后又研究出了板链斗式提升机、环链斗式提升机、中央链式提升机等等应用于不同的场合。相比于国内对于斗式提升机的研究，国外的技术要更加先进。以板链斗式提升机为例，美国的提升机的提升高度可以达到一百多米，输送物料能够达到2300m³/h，同时其运行更为稳定，链板等零部件的使用寿命更长。国外对于板链斗式提升机头轮部位的研究也更深入，所研究的头轮片能够承受更大的载荷，在抗疲劳破坏和润滑方面也有新的突破。

1.4研究内容

本文的研究内容如下：

第一章主要对国内外研究情况进行了一个大致的介绍，同时对于板链斗式提升机的工作原理等有了一个初步的认识。

第二章主要是对板链斗式提升机的类型和型号进行了解，确定了总体的设计方案。在完成工作载荷的计算后对提升机所用电机进行了选型。

第三章主要对磁力联轴器进行了介绍，包括磁力联轴器的工作原理、类型和结构等，并比较了各种磁力联轴器的设计方案最后选择出了更为合适的方案。接下来对板链斗式提升机所需的磁力联轴器进行了一个详细的设计，包括磁极结构的设计、磁极尺寸的设计、磁路的设计和solidworks模型的建立。最后通过计算磁力联轴器的最大扭矩和功率等对其是否合格进行检查。

第四章主要是根据板链斗式提升机的载荷对板链进行受力分析，了解其受力情况，然后对其进行系列化的改进和分析，得出如何对板链进行优化的结论。并且能够应用到实际生产生活中，作为一个普遍的方法。

第五章对整体的毕业设计过程进行了回顾，发现了自己的不足，找到今后的工作目标。

第2章 板链斗式提升机

2.1 板链斗式提升机的类型

现在广泛使用的板链斗式提升机主要由两个系列：NE型板链斗式提升机和NSE型板链斗式提升机。

（1）NE系列

产品规格为NE15、NE30、NE50、NE100、NE150、NE200、NE300、NE400、NE500、NE600、NE800，后面的数值表示的是输送能力（m3/h），

提升物料的高度可以达到40米，斗速为0.5m/s，物料的最高温度为250℃。

（2）NSE系列

产品规格为NSE100、NSE200、NSE300、NSE400、NSE600、NSE700、NSE800、NSE1000、NSE1200、NSE1800，后面的数值表示的是输送能力（m3/h），提升物料的高度可以达到50米，斗速为1m/s，物料的最高温度为250℃。

板链斗式提升机按提升能力表示：

NE/NSE ×

轴距(m)

提升能力(m3/h)

低速/高速板链斗式提升机

本次设计所选用的板链斗式提升机的型号为NSE1000×41，其具体参数如表2.1 所示。

表2.1板链斗式提升机参数

2.2 总体方案设计

此次对于板链斗式提升机的提升系统的设计主要是对于联轴器和提升链板的设计两个方面。

2.2.1 联轴器的设计方案

目前联轴器的种类有非常多，包括弹性柱联轴器、万向节联轴器、刚性联轴器、磁力联轴器等。如果选用接触式的刚性联轴器作为板链斗式提升机的联轴器，虽然成本较低，但是过大的转矩会导致联轴器的尺寸过大，同时由于板链斗式提升机所运输的多为散状和粉末状的物料，采用动密封的接触式联轴器可能会发生泄漏，导致联轴器的寿命降低，影响使用。当提升机过载时，刚性联轴器无法及时断开会直接导致联轴器甚至是电机的损毁，造成重大的经济损失。选用磁力联轴器的另一个好处是使联轴器的动密封变为静密封，从根本上杜绝了联轴器的泄漏问题，同时磁力联轴器传动相比普通的联轴器更加平稳，在提升机过载能够断开连接，达到保护联轴器和电机的功能，安装、拆卸也较为方便。虽然在价格上比刚性联轴器高出很多，但是可以避免过载时联轴器和电机的损坏。最后经过多方面的考虑选择磁力联轴器作为板链斗式提升机的联轴器。

2.2.2 提升机构的设计方案

对于板链斗式提升机来说，其运输物料的高度相对来说很高，所以数量最多的就是料斗和板链。制作料斗所使用的板材较薄，且相比于运输的物料来说，料斗的质量非常小。板链本身的质量要比料斗大，并且板链作为最主要的运输部件之一，数量也要远大于料斗。过大的板链质量会导致板链斗式提升机自身的载荷过大，影响提升机的效率，同时也会影响板链的寿命，增加成本。因此本次对板链斗式提升机提升系统的设计主要在于对提升机的链板部分进行改进，能够既不影响正常工作的同时也可以减小提升机自身载荷，提高提升效率

2.3 板链斗式提升机的相关计算

2.3.1 生产率的计算

生产率的计算公式如下所示：

^-3 （2.1）

式中：Q为生产率，t/h；V₀为料斗容积，L；a为料斗间距，m；v为提升速度，m/s；为重力加速度，= 9.8 m/s²；为物料的堆积密度，kg/m³; 为料斗的填充系数，见表2.1。

通过计算可以得出Q=290.11 t/h

由于在实际生产中存在着物料供给的不均匀性，因此为了防止板链斗式提升机的超载运行，应该取一个平均的实际生产率Q_p，即是

_p （2.2）

式中：K为供料的不均匀系数，取K=1.2～1.6。

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