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公路铣刨机沥青输送部分装置的设计

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公路铣刨机沥青输送部分装置的设计

摘要随着公路建设的突飞猛进,大规模的机械养护时代就随之到来了。公路铣刨机是路面养护和再生设备的机种之一,现在正越来越引起道路养护专家,施工单位的关注。铣刨机现在被广泛应用于公路,城市道路的养护,公路铣刨机是一种高效的沥青或混凝土路面维修养护机械。铣刨机的原理是利用滚动铣削的方法把路面局部全部破坏。为了减轻疲铣刨机的劳强度,机器设有回收装置,是铣削的物料直接输送到运载卡车上。皮带传动机构作为铣刨机最总要的一部分,它的主要作用是将铣刨的碎料传递出去,其结构的设计直接影响着铣刨机的性能。为了提高铣刨机的使用性能和工作可靠性,保证铣刨机具有较高的生产率和作业质量,使铣刨机具备良好的经济效益,推动铣刨机性能的全面提升。本文对4.3米铣刨机的输送机构进行了分析研究与设计。本说明书与图纸配套使用。关键词铣刨机输料装置沥青AbstractWiththerapidconstructionofhighgradehighwaysandmunicipalroads,largescalemechanizedconservationerahasarrived.Asaconservationandrenewableroadequipment,oneofthemajoraircraftmachineisthemillingworkofasphaltroadplanemillingmachineconservationexpertsandconstructionunitsconcerned.Millingmachinesarewidelyusedinhighwayandurbanroadmaintenance,anditisonekindofhighlyeffectiveasphaltcoagulationearthenroadpavementservicemachine.Itiprincipleisbrokentheroadsurfacepartiallyorcompletelywiththetrundlemillingthemethod,InordertoreducetheIaborintensity,Themachinehastherecyclinginstallment.Causesthemillingtotransportdirectlyfromthemillngrotortodelicersonthetruck.Itisamajorfunctiontotransmitdebirsofmillingbythebeltdrivemechanismwhichismostimportantpartofmilingmachines.InordertoincreasetheoperationPerformanceandreliabilityofmillingmachine,ensurethemillingmachinewithhigherproductivity,operationqualityandeconomicbenefit,increasethePerformanceofmillingmachine,themovingsystemof2metermillingmachinehavebeendiscussedanddesignedinthispaper.Supportingtheuseoftheseinstructionswithdrawings.KeywordsmillingplanertransportingmachinebeltV目录摘要..............................................................................................................................................IABSTRACT...................................................................................................................................II1绪论.............................................................................................................................................11.1路面铣刨机及其发展概况...................................................................................................11.1.1路面铣刨机的分类........................................................................................................11.1.2路面铣刨机的应用特点................................................................................................21.1.3路面铣刨机的主要结构及工作原理............................................................................31.1.4国内外路面铣刨机发展概况........................................................................................31.2路面铣刨机设计的指导思想...............................................................................................41.3路面铣刨机设计的设计原则...............................................................................................42沥青输送装置的总体设计.........................................................................................................52.1输送机构的功能...................................................................................................................52.2输送机构总体设计的设计标准...........................................................................................52.3输送机构的工作原理...........................................................................................................62.4输送机构总体设计主要需完成一下几项工作...................................................................73输送机构的组成及功能分析.....................................................................................................93.1输料系统的主要功能部件...................................................................................................93.1.1输送带............................................................................................................................93.1.2支撑托辊........................................................................................................................93.1.3张紧装置......................................................................................................................103.1.4驱动装置....................................................................................................................103.1.5集料系统的设计..........................................................................................................113.1.6改向装置......................................................................................................................123.1.7装料装置......................................................................................................................123.1.8卸料装置......................................................................................................................123.1.9清扫装置......................................................................................................................123.1.10防跑偏装置................................................................................................................123.1.11机架结构....................................................................................................................133.1.12工字钢钢架的皮带传动机构有限元结果................................................................153.2带式输送机的设计流程.....................................................................................................163.2.1原始数据及工作条件的确定......................................................................................163.2.2带式输送机的设计计算..............................................................................................163.2.3部件选型......................................................................................................................173.2.4撰写工程数据表..........................................................................................................174带式输送机的设计计算理论和方法.......................................................................................184.1带式输送机的基本功能参数.............................................................................................184.1.1输送带最大的物料横截面积......................................................................................184.1.2最大输送能力Q(t/h)的计算..................................................................................184.1.3输送带宽度校核..........................................................................................................194.2圆周驱动力与驱动圆周驱动力计算.................................................................................194.2.1主要阻力HF................................................................................................................194.2.2C的取值.......................................................................................................................204.2.3主要特种阻力1sF........................................................................................................204.2.4倾斜阻力stF................................................................................................................214.3驱动功率的计算.................................................................................................................224.4输送带张力.........................................................................................................................224.4.1带式输送机的布置形式..............................................................................................224.4.2输送带张紧力计算的一般流程..................................................................................225输送机构的选型方法与分析...................................................................................................255.1托辊的选型.........................................................................................................................255.1.1托辊的选型方法..........................................................................................................255.2输送带的选型计算.............................................................................................................275.3滚筒的选型.........................................................................................................................285.4拉紧装置的选型.................................................................................................................315.5支架类装置的选型.............................................................................................................326结论与展望...............................................................................................................................356.1结论.....................................................................................................................................356.2不足之处及未来展望.........................................................................................................35致谢...............................................................................................................................................36参考文献.......................................................................................................................................37附录主要符号及意义.................................................................................................................37公路铣刨机沥青输送部分装置的设计11绪论1.1路面铣刨机及其发展概况公路刨机是一种效率很高的沥青路面维修养护的设备,它的原理是利用滚动铣削的方法把沥青混凝土路面局部或全部破坏。铣削下来的沥青碎料经再生处理后,可直接用于路面表层重新铺建。它主要用于城市道路、公路、停车货场的沥青混凝土砼面层挖掘和翻修公路油浪、网纹、车辙等的清理公路路面面层错台铣平。随着公路建设的突飞猛进,大规模的机械化养护时代就之到来了。路面铣刨机是面养护和再生设备的主要机种之一,他现在起道路养护专家和施工单位的关注。我国基础部门对路面铣刨机成套设备的需求将会越来越迫切,需求量在未来来越多的。1.1.1路面铣刨机的分类按照铣刨机的铣刨宽度可分为大,中,小三种类型的铣刨机,0.41.2米的是小型1.12.0米的是中型,2米以上的是大型铣刨机。对于铣刨宽度小于等于1米的小型铣刨机是以机械传动为主,机械式工作比较可靠、维修起来、传动效率比较高、制造成本相对低,但其结构复杂、操作不是很轻便、作业效率比较低、牵引力比较小,适用于小面积路面维修、铣刨小型的沟槽等,铣刨机一般不带沥青回收装置。铣刨宽度在1米2以上的中大型铣刨机一般采用液压传动,液压式结构比较紧凑、操作比较轻便、机动比较灵活、牵引力比较较大,但制造成本比较高、维修比较难,适用于切削较深的中大规模路面的养护。中国现在还停留在生产小型公路铣刨机,且以0.5米和1.0米两种规格比较多,大中型铣刨机现在还是寥寥无几的。按铣刨型式不同,可分为热铣和冷铣。热铣由于增加了加热装置而使结构比较复杂,一般用于路面的再生作业。冷铣由于适用范围比较广,目前占据主导地位。冷铣式配置功率比较大,刀具磨损比较快,切削料粒度比较均匀,可设置洒水装置喷水,它使用广泛,产品已成系列按铣刨机按行走方式不同,可分为轮式和履带式。轮式机动性比较好、转场比较方便,特别适合于中小型路面的作业。履带式多为铣削宽度2000mm以上的大型铣刨机,有旧材料回收的装置,适用于大面积路面的再生工程按铣刨鼓旋转方向与行走方向不同,可分为逆铣和顺铣按有无废料回收输送机,可分为输送式和无输送式铣刨机按铣刨鼓安装方式不同,可分为固定式和移动式铣刨机。图1.1长沙湘江一桥施工无锡太湖学院学士学位论文图1.22m履带式铣刨机图1.3铣刨机的结构1.1.2路面铣刨机的应用特点1.采用铣刨机来处理公路,可以很速度的处理公路路面病害,使公路的路面平整2.道路翻修采用铣削的方法可以与原路面的水平相对一致。铣削可以将坏的路面处理了,由新沥青填补修补的空间,经压实后可以和原路面一样高,这可以防止立交桥路面的载荷对桥体产生冲击载荷。3.保证新旧公路路面沥青的很好结合,提高寿命。采用铣削方法可以使边侧及底部整齐、深度比较均匀,从而使翻修后新公路路面的使用寿命有很大的提高4.有利于旧路面沥青的再生与利用。由于他可以控制切削深度,铣削的沥青不仅干净且规则,可以不用破坏加工就可以再生利用,大大降低了施工成本,也是很环保的公路铣刨机沥青输送部分装置的设计31.1.3路面铣刨机的主要结构及工作原理一般铣刨机由发动机及行星减速器、行走机构、铣刨部分、输料装置等组成。图1.4铣刨机的总体结构1.动力系统2.升降系统3.传动系统4.洒水系统5.行走系统6.液压系统7.铣刨系统8.转向系统9.集料系统10.车架系统11.覆盖件系统12.电气系统1.1.4国内外路面铣刨机发展概况1路面铣刨机的发展水平和趋势作为实现公路路面铣刨的设备,国外的铣刨机经历了由热铣到冷铣,由无集料到现在的有自动集装置的发展过程。首台铣刨机出现在1971年的德国,这机器是由维特根wirtgen公司开发的装有红外预加热系统的小型铣刨机,铣刨机的出现开创了道路养护施工的新纪元.一直到20世纪70年代期,整个欧洲己有一百多台这样的铣刨机在服役.十年后维特根公司又开发了带直接收集旧料装置的小型冷铣刨机。国外路面铣刨机在发展和工程应用上早已有一段历史,以维特根公司为代表,oadTech公司、卡特彼勒公司产品也很好。刨机工作原理,使用工艺基本相同,装机功率相当。国外的路面铣刨机技术已达到较高的技术水平,归纳起来有以下几个特点1底盘结构先进合理铣刨机底盘是全刚性车架,液压行走结构,驱动,转向大都是液压的。2铣削功率得到充分发挥液压功率调节器,可以根据材料的硬度和要铣削的深度来控制铣削轮的速度,自动调节转速和行走速度,使其处于最大功率的状态,但是不会超负荷。3装载功率大新型铣刨机功率越来越大,生产效率提高。4铣削深度较大新型铣刨机铣削深度都超过300毫米。5铣刨轮性能良好冷铣刨机将铣刀固定在半圆形瓦片上。6铣削物装载简单无锡太湖学院学士学位论文后部挂装的沥青输送装置,快速收料,并将铣削下来的沥青装入汽车上,通过液压来调整卸料高度,并可使传送带左右摆动40毫米到100毫米。7技术先进全轮驱动,机电液一体化,智能化故障诊断,精确自动找平衡系统。8容器大水箱,柴油箱,燃油,水加注间隔比较长。9模块化液压泵,液压阀,冷却系统都装置底架上,这样易于调整,检测和维修。2国内路面铣刨机的发展水平和趋势我国对路面铣刨机的研究从20世纪80年代开始,有较大的竞争优势,但是在品种规格、技术水平及配套件上仍存在比较大的差距。到目前为止,中国己经有徐州徐工集团,北方交通和西筑等企业可以生产制造铣刨宽度为2米,最大铣刨深度为300毫米,并且达到了国际先进水平。1.2路面铣刨机设计的指导思想高速公路随着路面龄期增加,由于行车载荷和自然环境因素,路面会渐渐出现一些病害,严重影响行车速度和安全。由于路面铣刨机工作效率比较高、施工工比较艺简单、铣削深度比较易于控制、操作方便比较活、机动性能比较好、铣削的旧料能直接回收利用。显然,处理病害快速有效的方法就是使用路面铣刨机铣刨路面,来使路面保持平整。用铣刨机械铣刨损坏的旧铺层,再铺设新面层是最经济的现代化养护方法。结合国内外路面铣刨机的发展概况,设计思想有以下几点1.要向大型化方向发展2.考虑实用性与先进性兼顾3.充分利用发动机功率4.简化操作,实现自动化控制,设备可靠5.简化设备保养,合理润滑,充分防腐1.3路面铣刨机设计的设计原则根据以上的设计指导思想,可以确定以下的设计原则1.简化设计结构,选用标准件和成熟机构,尽可能结合现有设备,降低制造成本,并保证性能和质量2.配套件必须可靠,确保作业要求3.操作简单,维修方便公路铣刨机沥青输送部分装置的设计52沥青输送装置的总体设计沥青输送装置的设计,就是根据其主要用途、作业条件、使用场合及生产情况等,合理的选择,确定机型和各总成的结构型式、性能参数及整机尺寸,并能进行合理的布置。这些组成和部件相互依赖又相互制约,因此,输送机构的性能不仅取决与每个部件的好坏,而更重要的是取决于各总成性能之间的相互协调。各总成性能的相互协调如何,主要取决于各总体参数及各总成部件的匹配情况及其布局的合理性。2.1输送机构的功能输送机构的作用就是将铣刨出来的沥青收集并输送带随行的运输车上或者可及的指定位置,减少铣刨机的负载,提高铣刨机的整体效率。皮带传动机构作为铣刨机最重要的一部分,它主要作用是将铣刨的碎料传递出去,其结构的设计直接影响着铣刨机的性能。其UG模型图如图2.1所示图2.1输送装置UG模型2.2输送机构总体设计的设计标准确定采用带式输送机来输送沥青后,面对的问题主要就是如何经济合理地设计出沥青输送系统,一个好的设计标准需要选择出来。它的结果更切合实际.关于沥青输送系统设计标准,国内外现在有很多种,如ISO5048,CEMA以及GB/T171191997等。我国传统的设计标准还是比较保守的。选用的输送带安全系数大、运行阻力系比较大,这会造成选用的电动机功率比较大。这个对于比较小的输送机来说,问题并不是很大,但是遇到大的输送机构的时候,就会遇到一些问题。例如,设计时选用800W的电机,但是他正常消耗功率仅为400kW左右。CEMA标准中,提供了技术分析、数据资料.主动轮需要的张力Te,包含提拉和下沉沥青的阻力,输送沥青的摩擦力及加速沥青所需的力1由上托辊和下托辊的摩擦力引起的张力TxtxxKLKT2.1无锡太湖学院学士学位论文式中,L输送机的长度,mKx计算托辊摩擦阻力,输送带托辊间滑动力系数,N/mKt环境,温度校正的系数。2沥青输送带挠曲的阻力时引起张力TybyrycybTTT2.2上托辊,ktyycWLKT2.3下托辊,tbyrKWLT015.02.4式中,Tyc输送带经过上托辊,沥青输送带的挠曲阻力时引起张力,NTyr沥青输送带经过下托辊,输送带的挠曲力而引起的张力,NKy计算沥青输送带,负荷通过托辊时综合挠曲阻力的系数Wb每米输送带的质量,kg/m。3沥青输送带经过托辊,由沥青挠曲阻力引起的张力TymmyymWLKT2.5式中,Wm输送带上每米物料的质量,kg/m4提升负荷,下降负荷时所需的张力TmmmHWT2.6式中,H物料提升的高度,m。5由驱动轮阻力而引起的张力Tp、加速沥青所需要的张力Tam以及附属装置阻力引起的张力Tac。因此,有效张力acampymbbyxTTTHLKWWWKKKT015.0kte2.72.3输送机构的工作原理图2.2为铣刨机沥青输送装置的UG模型图,从图中我们可以看出皮带在液压马达驱动力作用下驱动主动轮.使皮带过上下托辊进行有规则的运动,为了使皮带不侧偏,我采用防跑偏装置进行了限位,皮带机构依钢架结构进行支撑。公路铣刨机沥青输送部分装置的设计71.从动轮2.防跑偏轮3.下托辊4.防护架5.上托辊支架6方钢7.上托辊8.皮带9.改向滚筒图2.2铣刨机的输料系统UG模型图2.3铣刨机输送系统结构示意图2.4输送机构总体设计主要需完成一下几项工作1,确定皮带型号确定皮带总体结构的尺寸2,确定皮带总体结构尺寸3,确定皮带机组成零部件,主要是驱动滚筒、改向滚筒4,与液压系统相结合,确定液压配件,主要有驱动泵、及它的连接件。皮带可选用国产或进口的。但是目前国内皮带产品大多采用二次硫化制作皮带基层上的的挡板,因此,基层与挡板之间容易出现挡板开裂,甚至挡板脱落的故障。国外产品一般采用一次硫化成型技术,挡板与基层的结合比较牢固,不易出现上诉故障。其主要参数表21无锡太湖学院学士学位论文表21皮带参数输送能力6303m/h输送长度10000mm输送宽度2000mm机架尺寸(长宽高)100002500550mm公路铣刨机沥青输送部分装置的设计93输送机构的组成及功能分析3.1输料系统的主要功能部件3.1.1输送带在输料系统中,输送带是承载构件,又也是牵引构件,他是用来运载铣刨沥青和传递牵引力的。所以我在设计输料系统的时候,发现如何选择输送带是个很重要的问题。在满足运送能力的前提下,我首先考虑保护输送带,要使之具有较长的寿命,至少保证610年。我在设计其他部件时,尽量减少输送带损坏,加装安全防护的措施。常用的输送带现在主要有两种织物芯胶带,钢绳芯胶带。对输送带主要要求是强度高﹑耐磨﹑挠性好﹑伸长率小和便于安装修理。可选用的带宽系列为(mm)500﹑650﹑800﹑1000﹑1200﹑1400﹑1600﹑1800﹑2000﹑2200等,本设计中选用2000mm的输送带作为熟料装置的皮带。3.1.2支撑托辊输送带用托辊做为支撑装置,可以支撑输送带及带上的廖,减小带的垂度,使其能稳定的运行。为了增大运量,防止废料向两边的散漏,支撑装置支撑我选用槽型。为了减少托辊对带的运动阻力,我在托辊内安装滚动轴承。要注意托辊密封和与润滑,用来保证托辊的转动灵活,还有延长它的寿命。为了使带在两支撑托辊之间的垂度不致过大,支撑装置的间距可参照有关推荐数值确定,可见表31。上托辊装置是由三个小辊子组成的槽型托辊.如图3.1所示。承载托辊类型槽型托辊﹑槽型前倾托辊,下托辊由直辊子组成,托辊直径要根据输送带宽选取,见表32表31托辊间距堆积密度(tm3)承载托辊间距(mm)回程托辊间距(mm)≤1.612003000>1.610003000图3.1槽型托辊简图表31带宽对应的托辊直径(部分)带宽B(mm)500650800100012001400托辊直径(mm)63.57689108108108768910813313313389108133159159159无锡太湖学院学士学位论文图3.2槽型托辊UG模型3.1.3张紧装置张紧装置作用1)能保证输送带在主动轮的绕出端要具有一定的张力,使其所需的牵引力得以传递,防止皮带打滑2)保证输送带张力不能低于一定值,防止皮带在上下托辊之间过分的松弛引起撒料,增加运动阻力3)补偿带的塑形伸长,过渡状态下弹性伸长的变化4)提供必要的行程给输送带重新接头。张紧装置的主要结构形式有,螺旋拉紧式和车式重锤拉紧式以及垂直重锤拉紧式三种。螺旋拉紧装置一般只用于无法采用其他拉紧方式运输装置中。车式重锤拉紧装置一般布置在运输装置尾部,它的缺点是张紧装置离驱动滚筒较远,对驱动滚筒绕出端的张紧作用放映较比较慢。垂直重锤拉紧装置一般布置在输送带中部,如条件允许应尽量置于靠近驱动点的位置,以保证对驱动滚筒绕出端的张力作用。3.1.4驱动装置输送机构的动力是液压系统提供的,集料液压系统由一个变量柱塞泵和两个GMT摆线马达组成,原理图如图3.3所示公路铣刨机沥青输送部分装置的设计11图3.3集料液压系统原理图铣刨不同的路面材料,由于路面材料的强度不同,生产的铣刨废料的量也就不同,为了提高铣刨机在铣刨不同路面材料时经济性,本系统采用的是变量柱塞泵,可以根据不同的废料收集率调整液压泵排量,能实现最佳经济性,由于集料皮带长度比较大,负载比较高,集料系统启动和停止冲击比较大,本系统采用了摆线马达.一级皮带机升降与刮板操纵。铣刨作业时,一级皮带机和刮板时刻与地面接触,而且两者需要对地面具有一定压紧力,保证废料的收集,因此需要两者的提升油缸处于浮动状态.但是,这两者需要对地面的压紧力不能态大,保证一级皮带机的通过性能,保护刮刀的损坏,因此,两者需要兼顾上述两个方面设定合理的溢流压力.3.1.5集料系统的设计集料系统的功能是将铣刨废料收集并运送到指定位置或着随行的运输车上.集料系统的设计主要需完成一下几项工作1确定一,二皮带的总体结构尺寸2确定皮带型号3确定一,二级皮带机组成零部件,主要有驱动滚筒,改向滚筒等4与液压系统结合,确定液压配件,主要有驱动泵,摆线马达及其连接件目前4m铣刨机一般采用2000输料皮带,皮带可选用我国生产的或进口的产品,但是目前我国皮带产品多采用二次硫化来制作皮带基层上的挡板,因此,基层与挡板之间容易出现挡板开裂,甚至挡板脱落等故障.国外国产品一般采用一次硫化成型技术,挡板与基层的结合比较牢固,不容易出现故障.另外还需要与洒水系统相结合确定一,二级皮带的冷却系统,保证良好的灰尘压制和皮带冷却的作用,特别是皮带的冷却铣刨废料以一定温度落在一级皮带上,一级皮带布置在集料器内部,二级皮带布置在料斗内部,能够更好的压制废料由一级皮带洒落到二级皮带引起的灰尘.如果布置不合理,将会导致严重的问题铣刨转子刀头的磨损加剧,大大缩短铣刨刀头的使用寿命,缩短刀头的更换时间,大大提高了机器的运行成本导致皮带的早期磨损,缩短皮带的使用寿命.无锡太湖学院学士学位论文3.1.6改向装置改向装置主要有改向滚筒,改向托辊.改向滚筒用于皮带机的分支,它用在输送带弯曲半径较大的地方,或用在槽形皮带机的有载分支,使带条载改向处仍保持槽形的横截面,改向托辊间距l0.4一0.5l3.1.7装料装置装载装置的作用,对输送带条均匀的装载,并且防止沥青在运输的时候飞出到外面,并尽量减少沥青对带条冲击或磨损.沥青输送机常用的装载机构主要有装料槽,漏斗,导板等,成品使用导板,物料下滑到输送带上时,应尽可能减小法向分速度.尽量靠近于带速切向的速度,为减少输送带的磨损,料槽的后壁具有合适的倾斜,3.1.8卸料装置卸料装置就是把沥青输送带随行的汽车上的装置.主要就是防止沥青在卸载的时候飞出到汽车或者指定地点以外的地方.3.1.9清扫装置清扫装置是清扫卸料后粘附在输送带上的多余的沥青.我们应在输送带机头部传动滚筒处,尾部改向滚筒处.都装设清扫器,装在头部传动滚筒处一般我们装设弹簧清扫器,尾部改向滚筒的我们一般采用刮板清扫器.3.1.10防跑偏装置1跑偏的危害跑偏的危害是很严重的.一旦跑偏机器会发生很大的错误.增加机器的负载.重则毁坏机器.2跑偏的原因输送带跑偏的直接原因主要有两个。第一,输送带上的外力在横向上合力不为零第二,输送带径向的拉应力不均。1输送带上的外力在横向上合力不为零。横向上的合力为xF,阻力为Fx′。如果Fx≤Fx′,输送带不发生偏移如果FxFx′,输送就会偏移。当偏移到一定的位置,使FxFx′,这样就不会再发生偏移了。2输送带径向的拉应力不均。径向方向上的合力为Fy,横向方向上拉应力为P。如果拉应力P相同,如图3.4a,则不偏移如果拉应力P不同,如3.4b,则产生力矩M,只有向一边发生偏移,产生另一个与M大小相同、方向是反方向的力矩M′来平衡力矩M,如图3.4(c)。

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