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環(huán)鏈斗式提升機的改進分析

2023年01月29日 09:04:44      來源:新鄉(xiāng)市百盛機械有限公司 >> 進入該公司展臺      閱讀量:27

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0 前言

中國長城鋁業(yè)公司是以氧化鋁生產(chǎn)為主的大型綜合企業(yè),在原料輸送、氧化鋁、水泥的生產(chǎn)中,都安裝有環(huán)鏈斗式提升機。

環(huán)鏈斗式提升機因其結(jié)構(gòu)和制造比較簡單,與料斗的連接也很牢固。在高速狀態(tài)下離心慣性小,所以經(jīng)常用于離心卸料式的垂直斗提機中。但是,這種天然的優(yōu)勢,隨著其中間某些薄弱環(huán)節(jié),設(shè)計結(jié)構(gòu)的不完善,制造質(zhì)量的降低,致使其故障多發(fā),壽命顯著降低。因此,如何分析這種設(shè)備的失效情況,怎樣改進,是工程技術(shù)界研究的一個重要課題,筆者就一般情況做如下介紹和分析。

1 環(huán)鏈斗式提升機的一般介紹

環(huán)鏈斗式提升機,簡稱為斗式提升機,它是把裝有煤、礦石、水泥或其它一些散狀物料的料斗,用鏈條連接起來進行垂直輸送的輸送機,如圖1所示。鏈斗式提升機在底部自動裝料,料斗繞過頂部鏈輪后又自動卸料。

對于圓環(huán)鏈斗式提升機,機械部標(biāo)準JB3926.1-85規(guī)定圓環(huán)鏈斗式提升機為TH型,適用于輸送物料比重小于1.5t/m3的粉狀、粒狀、小塊狀的無磨琢性、半磨琢性物料,輸送溫度不超過250℃。

我公司主要用TH315、TH400、TH500、TH8004種規(guī)格,環(huán)鏈式斗式提升機,主要輸送粉狀物料。

2 對于離心力引起附加張力可做如下分析:  


離心力引起的張力Fu。
環(huán)鏈斗式提升機示意圖

由于,所有位于鏈輪上的鏈節(jié)均受離心力的作用,因而會使整個鏈條產(chǎn)生附加張力。回轉(zhuǎn)物體所產(chǎn)生的離心力為

C=mk2p

式中 m——物體質(zhì)量,kg

k——回轉(zhuǎn)角速度,s-1

p——回轉(zhuǎn)中心至物體重心間的距離,m可求得單個鏈節(jié)的離心力C為

C=(9.8q0/g)k2r·cos(U/2)=9.8pg/g×V2/r·cosU/2=qv22·sinU/2·cosU/2=qv2·sinU

式中 q0——單個鏈節(jié)重量,kg

q——每米鏈條重量,kg/m

r——鏈輪分度圓半徑,m

v——鏈輪圓周速度,m/s

U——單個鏈節(jié)節(jié)距對準的中心角度

g——重力加速度,g=9.8m/s2

對全部圍在鏈輪上的鏈節(jié)所產(chǎn)生的離心力進行分析后,可得它們所引起的鏈條附加張力Fc為:

Fc=qv2Y

式中 Y——鏈條的節(jié)距系數(shù)

當(dāng)鏈條節(jié)距較小時用下式計算已足夠準確。即 Fc≈qv2 (N)

由上式可知,離心張力與速度平方成正比。高速時,F(xiàn)c會大大加重鏈條的負荷。

3 環(huán)鏈組的失效分析與改進

3.1 環(huán)鏈組的受力狀況環(huán)鏈組在工作中,隨驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動,而呈現(xiàn)周期性的受力狀態(tài),如圖2所示。

環(huán)鏈組周期性的受力狀態(tài)

從圖2中可看出,鏈條受力的周期為L/πD,圖線上的小鋸齒狀為振動及嚙合沖擊力的數(shù)值。即環(huán)境承受著大諧波及高頻周波力的作用,特別是料斗較密、單重較大,速度又較高時,則高頻周波在低頻線上的波動會加大。根據(jù)MiNir疲勞累積損傷理論,會使環(huán)鏈在周期載荷C作用下產(chǎn)生疲勞破壞。作為工程設(shè)計,可將此時的外力狀態(tài),看成是使零件靜載能力降低到1/10。

另一方面,從環(huán)鏈組的組成看,其中的串連環(huán)節(jié)——鏈環(huán)鉤是其中的薄弱環(huán)節(jié)。這主要是因為料斗要用鏈環(huán)鉤與之連接,因此,鏈鉤設(shè)計多為圖3形式。

鏈環(huán)鉤示意圖

在圖3中可以看出,斗環(huán)鉤與料斗連接以后,料斗孔徑與斗環(huán)鉤的尺寸,在設(shè)計上,就有精度差。按正常情況鏈鉤直徑小,料斗孔徑大;在加工制作時,還會出現(xiàn)偏差,差值為1mm以上。鏈環(huán)鉤受到拉力后,將使尺寸d張開,量出d的大小(受限于料斗連接孔)。鏈環(huán)鉤除受正常的拉應(yīng)力外,在與料斗連接處,還受到因料斗的反復(fù)滑動,引起的剪切應(yīng)力。

這時,由于這大約1mm的間隙變化量,料斗受到較大的離心力作用,帶動鏈環(huán)鉤。將使鏈鉤產(chǎn)生巨大的附加彎矩。按圖3的結(jié)構(gòu)尺寸,可近似得出附加彎矩值,由材料力學(xué)可知:

1/(a+b)=M/2EJ即M=2EJ/(a+b)

式中 J——物體形心慣性距,m4

E——材料彈性模量,N/m2

a、b——具體尺寸,m

當(dāng)鋼鉤直徑d=20mm,a=25mm,b=45mm時代入具體a、b、J數(shù)值,大約相當(dāng)于附加彎矩值為32.34kNm,即相當(dāng)于鏈條增加了1617kN拉力k2。于是,當(dāng)綜合作用的結(jié)果,即周期的疲勞載荷值k1為附加載荷值之和k1+k2,達到靜載的標(biāo)定時,經(jīng)過一定的循環(huán)周期即可破壞。此時,按的循環(huán)周期計算為6×106。若鏈束為1.5m/s,鏈長為45m,沖擊影響的大波動按1/3的鏈斗數(shù)計,當(dāng)0.6m為1斗時,可得沖擊次數(shù)為45/0.6×1/3=25次,即6×106/25×45/1.5=6×45×106/25×1.5=7.2×106s=2×103h=80d,這個數(shù)字是最不利情況的最長天數(shù),可見壽命很低。

3.2 鏈環(huán)鉤現(xiàn)場使用損壞情況及原因分析

(1)在鏈環(huán)鉤(1-1)載面處斷裂 主要原因為鏈環(huán)鉤受料斗離心力作用,螺絲根部受拉應(yīng)力,而發(fā)生破壞。

(2)在鏈環(huán)鉤(2-2)、(3-3)截面處斷裂 主要原因是受鏈條拉應(yīng)力和離心力產(chǎn)生的彎矩,造成的破壞。

(3)在鏈環(huán)鉤(4-4)截面處發(fā)生斷裂 主要原因為料斗與鏈環(huán)鉤之間,為動配合(≥1mm間隙),雖然有螺絲緊固,但在鏈條拉力作用下,斗環(huán)鉤與承重料斗之間,產(chǎn)生反復(fù)的上、下錯動,斗環(huán)鉤受到剪切應(yīng)力的破壞。

3.3 改進設(shè)想

(1)改造鏈鉤形狀 如圖4所示,使環(huán)鉤的直邊通過受力中心,即按著吊鉤形狀及截面設(shè)計環(huán)鉤,會使其受力狀態(tài)得到的改善。

改后鏈環(huán)鉤

(2)改進環(huán)鉤與斗式的連接 為避免動截加彎矩造成的破壞,可將環(huán)鉤與料斗的連接,做成用螺栓與二者靜配合的結(jié)構(gòu)。此時,造成的不良后果會因制造精度的不高,而帶來固定的靜截附加截荷。同時,會給安裝帶來較大的不便。

(3)將環(huán)鏈改板鏈形式 因為板鏈結(jié)構(gòu),可以做到承載鉸鏈比壓低,節(jié)距精度高,(動截荷小),可大大地提高鏈條組的承載能力。更由于此時環(huán)鉤的開端已不存在,鏈斗與環(huán)鉤的連接處,又成為鏈條上的一個環(huán)節(jié),使其產(chǎn)生較大的附加載荷可以忽略。因此,可以更大更安全地承受高速、大載荷工況。

當(dāng)鏈速小于1.8m/s時,查鏈條功率曲線表時,可知p=70.2mm,以下節(jié)距值,可滿足中速度的需要。

另外,由于板式鏈可安裝導(dǎo)向,承重的滾動體,使輸送機可方便地設(shè)計、安裝與布置。

總之,環(huán)鏈式斗式提升機在現(xiàn)場使用中,應(yīng)根據(jù)不同的物料介質(zhì),選用最不易損壞的結(jié)構(gòu)型式,而在設(shè)計制作中,根據(jù)物料情況,做成不同的設(shè)計,讓用戶選擇,以使環(huán)鏈式提升機發(fā)揮的效能。

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