斗式提升机是专门用于连续垂直输送散料的设备。其结构由上而下可分为3部分，即机头、机筒和机座。斗式提升机的全部工作可分为装料、提升和卸料3个过程。外部的驱动装置通过头轮带动牵引构件和料斗运行。物料从机座的进料口进入机座底部，被运动着的料斗挖起并向上提升。到达机头后，物料在重力和离心力的作用下脱离料斗，从卸料口排出。斗式提升机具有结构简单、占地面积小、密封性好、生产率范围较大(3～300t／h)和提升高度高(30-50m)等显著优点，在饲料和粮食等加工厂中使用极为广泛。
传统斗式提升机的设计是以二维平面图来表示，非常抽象，不便于修改。本文以TD250型斗式提升机为原型，利用三维软件Pro／E对其各个零件进行三维建模和虚拟装配。
Pro／E是美国参数科技公司(PTC，Parametric Technolog Corporation)推出的三维造型设计系统，它以单一数据库、参数化、基于特征、全相关性、装配管理以及工程数据再利用等改变了传统机械设计的概念，在机械设计与加工制造领域中应用广泛。
1 斗式提升机的三维建模
1.1 机头组零件建模
机头组零件主要包括机头上箱盖、机头下箱体、头轮转轴、滚筒、套筒和联轴器等零件。
1.1.1 机头上箱盖和机头下箱体三维模型
机头上箱盖和机头下箱体的建模主要采用拉伸、抽壳及切削孔命令来生成。机头下箱体上需创建电动机台和逆止器台，其三维模型如图1所示。
(a)机头上箱盖模型 (b)机头下箱体模型
图l 机头上箱盖和机头下箱体的三维模型
1.1.2 头轮转轴三维模型
几乎所有的斗式提升机都是采用上部头轮驱动。头轮转轴是传递扭矩的部件，为阶梯形状，轴上加工有键槽。头轮转轴通过拉伸特征创建不同的圆柱来生成，然后使用切削特征在轴上创建键槽，其三维模型如图2(a)所示。
1.1.3 滚筒、套筒和联轴器三维模型
滚筒采用拉伸、抽壳和切削命令生成，其三维模型如图2(b)所示。套筒是轴上零件装配时起定位作用的零件，采用拉伸命令生成，其模型如图2(c)所示。联轴器用于头轮转轴与电动机转轴的连接，传递运动和转矩，采用拉伸、切削及阵列等命令创建。其模型如图2(d)所示。
(a)头轮转轴 (b)滚筒
(c)套筒 (d)联轴器
图2头轮转轴、滚筒、套筒和联轴器三维模型
1.2 机座组零件建模
1.2.1 机鹰箱体建模
机座箱体与机头下箱体的创建过程类似，采用拉伸、抽壳和切削孔命令生成，其模型如图3所示。
图3 机座箱体二三维模型
1.2.2 底轮转轴建模
底轮转轴与头轮转轴的创建过程类似，采用拉伸和切削命令生成，其三维模型如图4所示。
图4 底轮转轴三维模型
1.3 机筒建模
斗式提升机的机筒一般为矩形截面。机筒的横截面尺寸应与机头外壳和机座外壳宽度一致。机筒采用拉伸和切削特征生成，其模型如图5所示。
1.4 输送组零件建模
1.4.1 料斗建模
料斗是斗式提升机的盛料构件，用于干燥且流动性好的粒状物料的输送。料斗建模采用拉伸和切削命令生成，其三维模型如图6(a)所示。
1.4.2 皮带建模
本文选择带式斗式提升机，牵引件为皮带，其宽度根据料斗的宽度来定。当斗宽在300mm以下时，带宽应比料斗宽度大10～20mm。皮带的建模采用拉伸特征和切削孔特征生成，其三维模型如图6(b)所示。
图5 机筒三维模型
(a)料斗 (b)皮带
图6 料斗与皮带三维模型
斗式提升机中使用的标准件较多，其创建过程本文不再赘述。
2 零件的虚拟装配
零件装配就是将生产出来的零件通过一定设计关系将零件组装在一起，使装配体能完成某一项功能。在Pro／E中，零件装配是通过定义零件模型之间的装配约束关系来实现的。
2.1 头轮和底轮虚拟装配
依次添加头轮转轴或底轮转轴、键、滚筒、套筒、轴承和联轴器等零件，通过一定的约束关系来完成头轮和底轮的虚拟装配，其装配体如图7所示。
(a)头轮装配 (b)底轮装配
图7 头轮与底轮装配
2.2 输送组零件虚拟装配
料斗与牵引带的连接采用特制螺栓连接。依次添加皮带、料斗、小垫片、特制螺栓、大垫片和螺母等模型，完成单个料斗的装配(如图8所示)，同理可完成整个输送组的装配。
图8 单个料斗装配
2.3 斗式提升机的总装配
依次添加机座箱体组零件、底轮、机筒、机头箱体组零件、头轮和输送组等零部件，将螺栓、垫片和螺母装配在机筒之间、机筒与机头之间和机筒与机座之间。斗式提升机的总装配如图9所示。
图9 斗式提升机总装配
3 结语
本文以Pro／E为虚拟设计工具，研究了斗式提升机的建模和虚拟装配。利用Pro／E软件进行机械三维设计，使设计者获得了一个良好的三维空间环境，布置设计不再需要进行艰难的空间构思与想象，而是在很直观的三维环境下进行。同时，避免了大量且繁琐的空间尺寸计算，代之以直接的观察和测量，来保证整个设计的正确性，对于提高设计效率和设计水平具有重要的作用。
