摘 要

本文利用SolidWorks软件和EDEM软件对斗式提升机的主要零部件进行了建模与仿真，模拟了斗式提升机的卸料过程。对不同斗速进行了比较，所得结果对有效提高斗式提升机的工作性能与效率具有重要的指导意义。

本文主要研究了斗式提升机料斗的形状、尺寸和结构形式，并对其影响因素展开了研究分析，还研究了料斗设计的理论与技术问题。首先对料斗的形状、尺寸、结构形式进行了设计与计算；其次，研究了斗式提升机离心式卸料方式的物料卸出规律，探究了对斗式提升机料斗卸料性能产生影响的一些主要相关参数，与此同时，为斗式提升机头部壳体的设计打下了一定的基础。并就斗式提升机提升物料的高度、电动机的驱动功率、带斗式提升机的皮带张力、料斗设计和滚轮尺寸等问题进行了分析和计算。然后对斗式提升机及其料斗建立模型，把建出来的模型导入EDEM仿真软件进行仿真，得出物料的一些运行轨迹，进而对其轨迹展开分析。

研究结果表明：利用形状、尺寸、结构形式驱动，将斗式提升机料斗设计影响因素分析应用于斗式提升机料斗优化设计和开发，便能提高料斗的效率与质量，提高生产效率，创造出更好的经济效益。

本文的特色:本文以所参考的文献为基点，利用SolidWorks软件和EDEM软件对斗式提升机的主要零部件进行了建模与仿真，基于仿真过程与结果完成了对料斗设计的各影响因素综合分析。

关键词：斗式提升机 料斗设计 影响因素 EDEM 仿真分析

Abstract

In this paper, the use of Solidworks software and the main software components EDEM bucket elevator were modeling and simulation,simulation of the process of unloading the bucket elevator.different speed of the bucket compared,the results have important guiding significance to improve the performance and efficiency of the bucket elevator.

This paper studies the bucket shape, size and structure hoist hopper,and its influencing factors analysis carried out,also studied the theory and technical issues hopper design.first, the shape, size, structure hopper is designed and calculated;secondly, the material bucket elevator centrifugal discharge mode discharge law,explores some of the key parameters impact on the bucket elevator hopper discharge performance,at the same time as the design bucket elevator head housing laid a theoretical foundation.and on the bucket elevator lifting height of materials, driving power, belt tension roller hopper design and size and other issues are analyzed and calculated.then the model of bucket elevator and hopper,the model is built out of the import EDEM simulation software simulation,draw some running track material,and then to analyze its trajectory.

Research indicates:Use of shape, size, structure-driven,the bucket elevator hopper design influencing factors applied bucket elevator hopper to optimize the design and development,It will be able to improve the efficiency and quality of the hopper,Improve productivity and create a better economic benefits.

Features of this article:In this paper, the basic point of the reference documents,with Solidworks software and the main software components EDEM bucket elevator were modeling and simulation,based on simulation results and the completion of the various factors on the design of a comprehensive analysis of the hopper.

Keywords: bucket elevator hopper design Factors EDEM simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.1.1斗式提升机的工作原理 1

1.1.2斗式提升机主要组成部件 1

1.1.3料斗工作原理 2

1.2国内外研究现状 2

1.3研究目的和意义 3

1.4本课题研究的主要内容 3

第2章 斗式提升机主要参数及零部件的设计计算 4

2.1 原始参数 4

2.2斗式提升机的生产率计算 5

2.3驱动滚筒直径的计算 6

2.4牵引构件皮带的设计计算 7

2.5输送带张力计算 7

2.6驱动功率的计算及电动机的选取 9

2.7斗式提升机机壳的设计 9

第3章 斗式提升机三维建模 12

3.1 SolidWorks 2013软件简介 12

3.2斗式提升机三维模型 12

3.2.1斗式提升机头部模型的建立 12

3.2.2斗式提升机中部建模 13

3.2.3斗式提升机下部建模 13

3.2.4斗式提升机三种料斗模型的建立 13

3.2.5斗式提升机主要零部件图 13

第4章 EDEM仿真 16

4.1 EDEM软件简介 16

4.2 EDEM仿真 16

第5章 仿真结果及分析 19

5.1 MATLAB软件简介 19

5.2 MATLAB数据处理 19

5.3 基于斗式提升机卸料过程的物料运动状态分析 23

5.4本章总结 24

第6章 总结和展望 26

6.1 总结 26

6.2  展望  26

6.3经济性分析 26

参考文献 28

附录 29

致 谢 40

第1章 绪论

斗式提升机是一种连续提升物料的输送机械，通常将物料垂直输送或倾斜输送，它的料斗要安装在挠性牵引构件上如带或链等。目前已经普遍应用于散装物料码头、水泥厂、港口、化工厂和粮油储备等散料存储料场的堆取作业。

1.1研究背景

斗式提升机在散状物料储料场内作为运输设备使用，而料斗却被用作斗式提升机连续不断地取料容器，是在中国古代所使用的水车基础上演变而来的，生产能力很强。在散装物料垂直输送或近似垂直输送设备中，斗式提升机是格外倍受青睐。与其它的提升机械设备相比，具有节能环保、噪声污染小、体积小、所需的安装场地小、密闭性能好和灰尘不到处飞扬等优点，带斗式提升机和链斗式提升机为斗式提升机的两种类型，本文中研究的是带斗式提升机，在这里重点介绍带斗式提升机料斗设计影响因素分析，不过，斗式提升机现已在各行各业中得到了普遍的使用^［5］。

1.1.1斗式提升机的工作原理

斗式提升机的运转工作原理：利用环绕并张紧于头轮、底轮的封闭环形胶带（链）作为牵引构件，利用安装于胶带（链）上的料斗作为输送物料构件，料斗带在驱动头轮的驱动下连续运转实现物料的连续输送。理论上可将斗式提升机的工作过程分为装料过程、提升过程、卸料过程三个阶段。

1.1.2斗式提升机主要组成部件

斗式提升机主要由牵引构件、料斗、驱动装置、拉紧装置、传动轮、拉紧轮、机壳等部件组成。

牵引构件：输送带或链条，用输送带作为牵引构件的斗式提升机叫做带斗式提升机，用链条作为牵引构件的斗式提升机叫做链斗式提升机。

料斗：为装载物料的容器，有浅斗型、深斗型、导槽斗型、无底斗型、脱水斗型等，按照物料特性和卸载方式选择不同形状的料斗。

驱动装置：包括电机和传动装置等。把输送带作为牵引构件的时候，传动滚筒为传动轮，把链条作为牵引构件的时候，传动链轮则是传动轮，传动轮与驱动装置连在一起，让斗式提升机得到动力并驱使其运转起来。

拉紧装置：斗式提升机通常采用重锤式或者螺旋式拉紧装置，拉紧滚筒或拉紧链轮通常为斗式提升机的拉紧轮，把拉紧轮与拉紧装置连在一起，并且让牵引构件获得必要的初始张力，以便确保斗式提升机的正常运转。

机壳：头部机壳、中间机壳和尾部机壳三部分组成了斗式提升机的机壳，头部机壳、驱动装置和传动轮组成了斗式提升机的头部。我们应该根据物料的抛出轨迹设计出合理的头部机壳，以便确保物料能按照实际运行轨迹进入卸料槽中，斗式提升机尾部通常由尾部机壳、拉紧装置和拉紧轮等组成，其形状应该与物料的装载方式相匹配。

1.1.3料斗工作原理

斗式提升机工作时，链条或带在驱动装置的驱动下运动，而链轮或带轮转动带动安装在链轮或带轮上的取料斗转动。随着料斗的转动，物料由于重力，首先物料进入料斗，顺着物料进入料斗。当取料斗转至设计好的预定的落料位置时，取料斗中的物料由于自身的重力滑出取料斗，再通过输送装置输送到预定的位置。

1.2国内外研究现状

1987年，戴光浩结合理论分析提出对斗式提升机卸料理论进行分析，以对料斗形状、尺寸、结构形式参数的选型进行理论指导^［3］。1868 年，带式输送机在英国产生了；1905 年，钢带式输送机在瑞士产生了；19 世纪初期，在发达的欧洲国家产生了惯性输送机^［5］。这种形状的料斗不仅能够保证物料顺利卸空而且可以获得比较大的容量，从而为更好地选定料斗容量提供理论指导^［7］。1984年，为了解决型砂卸不空问题,根据Kar1H·Koster先生发表的“斗式提升技术的基础知识及离心卸载时解决抛料问题的最新技术思想”一文(BRAUKOHLE36,1984),用对数螺线作为料斗的外壁曲线,解决了卸不空问题,从而保证了生产的正常运行^［11］。1989年，郑州工程学院毛广卿、林江涛、侯业茂教授结合斗式提升机高效料斗的研究确定了比较合理的螺线形料斗形状。1990年，江苏海安机械总厂工程师董琪结合理论分析提出斗式提升机料斗的改进，从而为更好地提高斗式提升机的工作性能与效率提供理论指导^［11］。2013年，陈睿结合理论分析提出料斗结构优化方案，以对料斗对物料的覆盖面进行理论指导^［12］。

斗式提升机的料斗自重较大且斗容利用率较低，这就需要优化料斗的结构，王树理提出将取料斗的直角焊接用圆角过渡焊接代替，并喷丸光滑处理取料斗的内表面，以便降低其摩擦系数，从而可解决料斗粘料的问题。 利用有限元仿真分析软件对斗式提升机斗容和斗型优化设计，提高了料斗的合理性，便于对物料的覆盖。对工作状态进行仿真时，需要对物料料斗进行仿真和数据统计，并对该过程进行解析，得出解析结果，然后把有限元分析软件应用于料斗的结构优化，提高进料斗进料时的进料效率和均匀率。与此同时，用新材料料斗替换钢结构的料斗，以便减轻料斗的重量和减少料斗对物料的粘附，并对新型材料之后的效果进行仿真模拟，再做进一步的优化设计，以便达到减少料斗的重量和提高料斗进料量和进料效率的目的。

1.3研究目的和意义

将斗式提升机料斗设计影响因素分析用于斗式提升机的开发应用，可以为有效提高机械产品设计的效率与质量提供理论指导。在斗式提升机料斗设计计算、结构和仿真方面，我将进行详细的研究，进一步完善斗式提升机料斗的设计理论，特别是料斗设计影响因素的分析。以便能降低其在制造及后期维护过程中的经济成本，且使产品研发人员的工作任务减少、工作效率提高。本文将斗式提升机的料斗形状、尺寸和结构形式作为重点研究对象。料斗的形状、尺寸和结构形式更合理、更科学，将会提高产品的质量和安全性，进而大大延长其使用寿命，而且具有显著的社会经济效益。

1.4本课题研究的主要内容

我选的课题主要研究的是斗式提升机料斗的形状、尺寸和结构形式，通过理论联系实际的的方法，制定出合理的确实可行的设计方案，按照参数（输送量7t/h，280mm的斗距，1.4m/s的斗速，离心式的卸料方式）要求，并且对相关参数进行详细地设计计算，然后利用SolidWorks软件对设计出的主要零部件进行建模，然后把模型导入EDEM中进行仿真，对仿真结果进行综合分析。

第2章 斗式提升机主要参数及零部件的设计计算

为了使斗式提升机的设计更加符合实际情况，本文根据对粮食堆场的调查及分析，确定设计计算斗式提升机的型号为TD160带斗式提升机，TD160型带斗式提升机在粮食堆场作业得到了普遍的应用。本章所采用的设计手册主要为以下三本：

（1）《连续运输机械设计手册》 王鹰主编