装煤机设计行走部说明书.doc

1 绪论1.1选题的意义随着现代科技的不断发展、进步，矿用机械的科技水平也有了进一步的提高。装煤机就是近几年发展起来的新型矿用装煤机械，主要用于煤矿井下的坡度不大于16o的煤及半煤岩巷道中作业。装煤机适用于煤矿炮掘工作面、地面煤场的矿物装载、转运和露天煤矿开采。是集装载、运输、行走于一体的全液压装载设备。可进行连续的作业，还可与矿车、刮板输送机和带式输送机配套使用。即可在有瓦斯、煤尘或其他爆炸性混合气体的巷道中作业使用，也可用于地面煤场做装载和露天煤矿开采。由于露天煤业具有生产效率高、开采成本低、安全性高、全部机械化开采的特点，因此露天煤业得到了蓬勃发展，霍林河 、伊敏、元宝山、准格尔和平朔已是我国建立的五大露天煤矿基地，而装煤机是露采的重要设备之一，目前我国煤矿煤巷掘进装载机械化水平还较低，因而该机组具有较大的推广应用前景；特别是该机功能齐全它能保证机器工作安全性，可在煤及瓦斯突出和瓦斯突出危险区安全使用，故完全可替代耙斗装载机。按目前市场预测年需量约100台。装煤机操纵灵便，具有良好的适应性和过载保护能力；机载电气起动器具有多项保护功能和显示。除必备功能外还设有开机预警，前后照明，装、卸载点喷雾降尘，液压系统可为液压锚杆铝机提供动力源等。在矿山生产过程中，采掘作业循环包括钻孔、爆破、通风、装载和运输等工序，其中装载工做最繁重、费时间最多，对采掘生产率的影响很大，是采掘工作中最重要的一个环节。据统计，在掘进工作循环中，消耗于这一工序上的劳动量，占掘进循环总劳动量的4070%，时间一般占总循环时间的3040%。在井下回采工作中，装载作业也占很大的比重。所以就需要装载机械配套使用，来解决这一问题。装煤机的出现对解决装煤问题有很大的帮助。1.2装煤机的发展过程、方向及趋势由于装载作业的工作环境恶劣，任务繁重，机器的有效利用率较低，生产不高，还有很大部分繁重的手工劳动，所以，如何有效提高现有的装载机械的生产能力，缩短装载作业时间，提高装载作业的机械化程度，研制并推广新的高效的先进装载机械，无疑对加快采掘速度，提高采矿生产效率，降低成本，改善劳动条件，有着很重要的作用。装载作业是整个采掘过程中最繁重、最费工时的工序。装载机械化的水平，将直接影响采矿生产效率和矿石的开采成本，也关系到工人的劳动强度、作业条件及安全。世界各国都很重视井下矿用装载机的研究和发展。20世纪初，美英等国开始使用装载机代替手工作业，50年代，装载机以大量推广并发展成若干品种。比如：后卸式装载机和扒爪装载机。70年代后，随着巷道断面的增大，侧卸式装载机迅速发展。国外发展较早，种类很多，有17种基本类型，近5000多种型号及规格。广泛使用的有15种形式，大致有蟹爪式、铲斗式、耙斗式、星轮式、滚筒式等。近年来大都集中发展耙斗式、铲斗后卸式、侧卸式及星轮式。德国是生产装载机械的主要国家。沙土基打公司的侧卸式装煤（岩）机品种最多，共16种，有气动系列、EL系列电动系列、TL电动伸缩系列，其最大斗容量1.8立方米，最大卸载高度2m，该公司还生产7种规格的HL、EL系列铲斗式装载机；日本生产铲斗式装（煤）岩机较多，有13个系列45种规格。太空机械株式会社生产的太空型装岩机有500、600、700、800、950系列14个规格；英国以生产扒爪式装载机最多，计39种规格，Anderson Mavor公司生产SM7、MC3LT等9种规格，joy公司生产12BU型计20多种蟹爪式装岩机；法国是制造和使用耙斗式装煤机较多的国家，SACE公司生产C2型，SA-BES公司生产SABE型，SAMiiA公司生产TS型，法国也是铲运机的主要国家；瑞典是生产立爪式装岩机的主要国家，赫格隆德公司生产7HR等型号的立爪式装岩机；俄罗斯生产的转载机械较多。亚斯诺格尔斯基机械制造厂生产HB-3K型扒爪式装岩苏联矿山机械科学设计所研究的铲运机耙斗装岩机、振动装岩机、铲斗式装岩机等。近年来，各国主要生产和使用的有铲斗（后卸）式、铲斗侧卸式、扒爪式（包括蟹爪式、立爪式）、耙斗式和铲运机。我国于50年代初期使用侧卸式装载机和扒爪装载机，60年代研制耙斗装载机，70年代初，研制成功侧卸式装载机构，与凿岩台车配套使用。装载机的发展与掘进断面的大小及被装物料的特性密切相关。跟随着掘进断面的增大，在大断面的巷道中，多采用侧卸式铲斗装载机；且有大功率、大容量的方向发展，对于中小断面掘进的装载机，则着眼于提高其机械性能和工作可靠性，并使其更方便灵活。此外，正在探索装载机械向一机多能方向发展，如：在装煤机上增加钻臂，铲斗臂上增设可拆卸工作台。提高煤矿的机械化程度是首要问题，但煤矿施工最重要的式安全，但是现在的煤矿作业的特点式多工种，多电作业，战线长，没有保护措施是不行的，未来的装煤机械应具有高可靠性，便于维护、操作，各项费用降到最低，成本低，具有良好的配套性，便于其他高新技术配合使用，有效提高生产率。1.3装煤机的种类及各自优缺点装煤机按作业过程的特点分为间歇动作式和连续动作式两大类。间歇式的主要有耙斗式、后卸式、侧卸式和铲斗式装煤机等；连续动作的有星轮式、扒爪（蟹爪）式、立爪式、扒立爪式和振动式装煤机等。（见图1.1）现就几种典型的装煤机做简单的介绍。一、耙斗式装煤机该机适用于矿山平巷和倾角30以下的斜井巷道和拐弯巷道，也适用于巷道断面816平方米的双轨道巷道，装载能力一般为15200 m3/h，配以矿车或箕斗进行装煤。按驱动方式可分为电动、气动和液动。按装载方式分为料槽式、刮板装载机式。按行走方式分为轨轮式、履带式和雪橇式。工作时，用于平巷中，耙斗斗齿插入物料的耙角一般为500550用于倾角小于20斜井时，耙角约为6575；用于倾角大于20斜井时，耙角约为7075。特点：耙斗式装岩机，适用性强，具有良好的工艺性。能进行平行作业，打眼和装岩两道工序可以同时进行。价格低、装载效率高。缺点：使用耙斗装岩机的工作面一般很杂乱且具有较大的人工辅助工作量，装岩机及调车盘的移动也费时费力。该机不能与先进的液压钻车相配套，造成钻眼机械化程度不高，钻眼工序劳动强度大。耙爪装在装煤机铲板的两侧，由于铲板的尺寸小，安装空间的限制，考虑到结构紧凑，运动轨迹理想，机构不出现死点三方面因素，将耙爪机构设计成由四杆机构转化的具有直线导槽的耙爪机构。机构运转平稳，耙爪装载能力强。二、铲斗装煤机该机适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的矿井中掘进平巷时进行装煤要求巷道的高度不小于2.5m，宽度在3m以上。用于中小断面巷道掘进的装载作用，生产能力一般为15140m3/h。按装卸方式不同分为后卸式、前卸式和侧卸式三种。后卸式和侧卸式使用较多，按装载方式分为直接装载和带装载机式两种，煤矿主要使用直接卸载式。前者体积小、机动灵活，使用方便。后者装载机下方可容纳大吨位矿车。该机结构主要由行走机构、提升机构、回转机构、工作机构、操纵机构、电气机构等组成。这种机型研制较早、使用广泛。其工作机构多为气动和振动。缺点：噪声大，装载宽度受到限制，装载宽度以外的煤，要靠手工清理、劳动强度大；装载方式多为抛卸式，装载动作耗能多，且为间歇装载，效率低。这种机械的工作原理不够合理，调车、铺轨等辅助作业多，所以国内外这类装载机的发展处于停滞状态。三、侧卸式装煤机该机主要用于矿山平巷和倾角18以下的斜巷，适合低矮巷道中使用，以及其他矿山工程中铲装破落的松散岩石，也可作为材料和设备的短途运输设备。侧卸式装载机适用的巷道断面，取决于机器自身的最大宽度、卸载时的最大高度以及配套设备，与刮板输送机等转载设备配套使用，最小适用断面约为6平方米，与矿车配套时，巷道断面不小于10平方米。按行走驱动方式分为气动、电动和电液动三种，按铲斗臂的结构形式分为固定斗臂、伸缩斗臂和摆动斗臂，大多数侧卸式装岩机采用固定式斗臂结构。该机特点：铲斗容量大，装岩效率高，调动灵活，耗能少装载宽度不受限制，能适应底板的高低不平，并能产生较大的推力，可以装岩不留死角，铲斗的升降和翻转行程较短，有利于提高生产率，安全可靠，铲斗可用于处理危石、安装锚杆和运转材料，实现一机多用。制造简单、成本低，维修方便，应用范围广。四、连续式装煤机该机式一种集装载、运输、行走于一体的全液压装载设备。主要用于煤矿井下在坡度不大于16的煤及半煤岩巷道中工作，可与矿车、刮板运输机和带式运输机配套使用。也可以用于地面煤场做装载。适合在又瓦斯、煤尘或其他爆炸性混合气体的巷道中作业，也适用于其他工程巷道中。一般生产能力为200t/h该机特点：装载部采用液压马达直接驱动，取消了装载部的减速器，使装载部结构紧凑，布置方便，减少了故障。星轮式机构零件数少，制造工艺简单，成本低，维修方便，由于转速恒定，工作状态具有连续性，冲击载荷相对较小，可靠性提高，装载能力大。缺点：铲板宽度部、不允许改变，当煤岩装载条件差或有水时，装载能力会下降，适用能力差。a.星轮式装煤机b.蟹爪式装煤机 c.立爪式装煤机d.立扒爪式装煤机图1.1 装煤机分类1.4 本设计的主要内容装煤机行走部设计的成功与否有许多因素。其中最重要的是行走马达的选型、行走变速器的设计、履带及其辅助装置的设计，因此本设计主要涉及以下内容：（1）煤机生产能力、整机重量和巷道工况条件，研究装煤机履带行走装置行驶力学，计算出装煤机工作阻力；以及提供的使用的电机类型、提供所用的行走泵的型号，选取满足整机动力性要求、稳定性要求的行走马达的型号、主要参数。 （2）根据行走速度、巷道的地面条件的要求，设计满足整机稳定性要求及具有良好通过性的行走装置结构方式及参数。包括:履带条数及履带布置方式;履带行走装置轨距、前后履带中心距、履带接地长度及履带驱动轮、导向轮间距离;履带驱动轮齿数、履带节距;履带板宽度;支重轮数量、直径及间距。根据行走马达和行走装置的综合要求，设计满足传动速度转化、传动扭矩转化的行走减速器。包括：传动比的计算；减速器类型的确定；所选传动类型的各主要参数2.基本参数与方案论证2.1原始设计参数生产能力：100t/h适应巷道断面：5爬坡能力：16行走速度：10m/min平均接地比压：0.1Mpa2.2行走部方案论证在行走装备中兼有装煤机的支撑和运行两大功能，因此装煤机行走装置尽量满足以下要求：1.应有较大的驱动力，是装煤机在软湿或高低不平巷道路面上行走时具有良好的通过性能、爬坡性能和转向性能。2.在不增大行走装置高度的前提下使装煤机具有较大的离地间隙，提高其不平地面的越野性能。3.行走装置具有较大的路面支撑面积和较小的接地比压，以提高装煤机的稳定性。4.装煤机在斜坡下行时不发生下滑或超速溜坡现象，以提高的安全性。5、行走装置的外形尺寸应符合巷道运输的要求。一、行走部按结构可分为履带式和轮胎式两大类。(1)履带式行走装置的特点是，驱动力大,通常每条履带的驱动力可达机重的35%45%，接地比压小（40150kPa），因此越野性能及稳定性好、爬坡能力大（一般为50%80%，最大的可达100%），而且转弯半径小，灵敏性好。 但履带式行走装置制造成本高，运行速度低，运行和转向时功率消耗大，零件磨损快。(2)轮胎式行走装置与履带式相比，优点是运行速度快、机动性好，运行时轮胎部损坏路面，因此轮胎式在地面中受到欢迎，缺点是接地比压大，爬坡能力小。 考虑到装煤机的实际工况，因此在此次设计中，装煤机行走选取履带行走方案。履带行走装置是由“四轮一带”（即驱动轮、导向轮、支撑轮、拖轮、履带）、张紧装置、缓冲弹簧、行走机构行走架（底架横梁履带架）组成的。装煤机运行时驱动轮在履带的紧边产生拉力驱动段及接地段，企图把履带从支重轮下拉出，由于支重轮下的履带与地面间有足够的附着力，阻止履带的拉出，迫使驱动轮卷动履带，导向轮在把履带铺设在地面上，从而使装煤机支重轮沿着履带轨道向前运行。如图2.1，图中1为导向轮，2为支重轮，3为履带，4为拖轮，5为驱动轮。图2.1 装煤机行走部二、传动方案本机行走部采用液压传动，因为传统电动机减速器虽然传动效率高，但是布局受到空间位置的影响较大，不适应在巷道中狭窄的空间环境，而且液压传动可以提供很大的动力，满足装煤机的生产要求，故有以下两种方案：方案一：液压泵站低速马达驱动轮；优点是布局有很大的灵活性，适合矿井复杂的工况；可以实现无级调速；操作方便，便于控制；便于检修；功率大等。缺点是传动效率偏低；存在泄漏、污染的的问题。而且国内的液压元件质量不能满足设计要求。方案二：液压泵站液压马达行星减速器驱动轮。优点是传动效率较高，适用范围广，使用寿命长等，而且相关技术成熟。缺点是多级传动结构复杂检修困难，布局受到空间位置的限制，传动功率不够大等。考虑到行星减速器体积很小，而且传动比大的优点以及国内现有的技术水平和矿井下实际空间环境，本设计选择方案二。三、履带行走装置结构方案履带行走机构可分为动力装置内置式和动力装置外置式。前者是履带行走动力装置内置在履带架中，后者是是履带行走动力装置外置于履带架一侧，一般多在内侧。四、装载部方案装载部可以选择星轮式、蟹爪式、扒爪式等，考虑到实际使用时的巷道空间和装煤效率，本机采用星轮式装载部。五、运输部运输部刮板链采用边双链。六、液压系统总体设计串联油路的特点是工作时可以实现两个以上的元件的复合动作，这时泵的工作压力等于同时工作的各执行元件的负载压力的总和。但是外负载较大时，串联执行元件很难实现复合动作。并联油路的多路换向阀既可以控制执行元件单动，又可以实现复合运动。根据串并联回路特点，本设计液压系统采用并联油路。液压系统动力由电机供给，通过泵站传动部驱动二台齿轮泵，分别向装载回路，行走回路，运输回路供油。操作部分由换向阀组、平衡阀组、制动阀组、操纵阀板等组成，所有换向阀均采板式连接，简化管路，方便拆装和维修。3行走装置参数计算3.1履带行走装置结构参数的计算 （1)行走装置外廓尺寸应当与配套的工作装置和协调不防碍工作装置工作； （2)行走装置的支承面积应保证比压力不超过该种土壤的允许值； （3)保证装煤机作直线运行时阻力较小； （4)满足装煤机的转向要求，并且操纵简单轻便；（5）满足装煤机的稳定性要求；（6）满足装煤机的操纵性要求；（7）行走部件的布置，应当保证装煤机履带支承面上的压力分布均匀；（8）保证驾驶尽乘坐舒适并有良好的视野；（9)修理、保养方便。重型机器的自重和工作载荷通过履带传递到地面上，履带在运行时的比压力决定了重型机器的通过性。履带的条数和履带总接地面积由重型机器重量和地面允许的接地比压所决定。3.1.1牵引力计算使用重量决定了在一定路面条件下所能发挥的最大牵引力，因此，它的值主要取决干配套工作装置作业时的总阻力，应当联系到装煤机的工作场所，计算在一定作业条件下上坡与下坡的牵引力，分析它们之间的合理匹配关系。根据现有装煤机型号，预先设定装煤机总重为9.5t。根据统计，与满足以下公式： /= （3-1）考虑到装煤机的实际工况此系数选择0.75 kN故行走部的牵引力也应接近满足此数值。3.1.2履带的设计 （1）履带条数m确定装煤机是采用双履带行走装置，还是采用多履带行走装置，主要是根据初步估算的机体重量来确定，根据机体的重量参考表3-1下选择履带条数表3-1 履带条数选型重型机械重量/kN100001500060000120000履带数目/条2345 由于装煤机的重量估计值为=93KN，应此履带数目为2条。如图：图3-1 履带外形 （2）履带的宽度和接地长度 、是两个互有联系的参数。根据试验，在粘性土壤上，狭长型履带有较好的附着性能。但是，履带接地长度太大，会使机身变长，转向半径增大，转向阻力也相应增加。相反履带接地长度太小，虽然装煤机的机动性与转向性能有所提高，但附着性能将降低，同时会使装煤机的行驶平稳性变坏。因此，在设计中必须使履带的/有一个合适的比例。根据统计，对一般履带装煤机：=0.140.17 （3-2）履带板宽度计算公式： （3-3）式中 -装煤机轨距；=1.2m-系数，一般用途装煤机， =0.270.3 =0.271.2/(1+0.27)=0.2501m因此: =250mm 根据装煤机的使用重量与选定平均接地比压后，按公式 ： （3-4）由已知参数可知=0.1MPa 因此： =69.825/(0.120.25)= 1880mm 由于 /=250/1880=0.133满足经验公式，因此、系数选择合理 （3）履带行走装置的宽度装煤机的轨距对于转向性能和转向所需的功率影响很大，以及在横向坡道上作业的稳定性有很大影响。的尺寸主要结合装载部铲斗的横向宽度确定履带接地长度与轨距之比称为转向性能系数，为了使履带装煤机在松软土壤上有必要的转向能力， 满足转向性和稳定性的长宽比，其上下限是由履带与土壤的相互作用决定的。如果长宽比超过1.7，平常的履带行走装置即使是在最好的路面上也不能转向，除非外侧履带严重滑转。此外，比值达1.7时，对行走装置的功率要求也过高。但是，如果/的值降到小于1，行走装置的转向就变的相当不稳定，并目在一般的地面条件下，将必须频繁地使用转向系统。一般/的值小于2.根据统计，现代大型履带装煤机的/=1.351.50 考虑到装煤机的实际工作工况，选择转向性能系数 1.50。 =1880/1.44=1305.5mm。故取规矩为1300mm。（4）履带的设计 履带用来承受机体重量，并保证发挥足够的牵引力目前装煤机广泛采用组合式履带，由履带板、销套、销轴等组成。根据大量履带行走装置结构参数的统计，履带行走装置履带节距 （3-5）式中: 为所需确定的尺寸，m 为装煤机的重量，KN 为参数，根据4-2表所示表3-2 履带的尺寸参数形式参数名称小型重型机械中型重型机械大型重型机械多支点履带架履带板的节距0.032-0.0410.027-0.0320.027-0.023履带的高度0.139-0.1670.102-0.0920.078-0.092驱动轮的直径0.116-0.1480.078-0.0740.064-0.078导向轮的直径0.106-0.1390.074-0.0920.064-0.078支重轮的直径0.037-0.0510.371-0.4170.027-0.023少支点履带架履带板的节距0.037-0.0510.028-0.0320.032-0.027履带的高度0.148-0.1760.106-0.1110.083-0.097驱动轮的直径0.125-0.1570.083-0.0880.069-0.078导向轮的直径0.116-0.1020.083-0.0880.069-0.078由于装煤机为中大型机械设备，因此： =0.027=0.027=0.1237根据大量履带行走装置结构参数的统计，履带行走装置履带的厚度： （3-6）式中: 为履带的厚度，m 为装煤机的重量，KN 为参数，根据4-2表所示。由于装煤机为中大型机械设备，因此： =0.102=0.102=0.08579因此： 履带高度=86mm 履带宽度=250mm 履带节距=124mm3.1.3主动链轮的设计 主动链轮齿形的设计方法很多，本次设计采用的是直线齿型，设计步骤如下：（1）取绕置在驱动轮上的履带板数为和驱功轮齿数为。对于中等功率装煤机，=（这样可以当一组轮齿磨损后换用另一组轮齿而使轮子的工作寿命增加）。为了两组轮交换地工作，轮齿的齿数是奇数。此时包在链轮上的履带板数将是奇数。考虑到装煤机实际的工作状况，因此：=11 、 =11。 （2）确定中心角=360/和围绕驱动轮上履带铰链所构成的圆周直径（节圆）画出铰链圆周的直径并连接覆盖履带板的多边形。=360/=360/11=33由公式： （3-7）式中: 为所需节圆的直径，m 为装煤机的重量，kN 为参数，根据表3-2所可知。 =257.8mm图3-2 驱动轮的尺寸设计（3）求其他齿形参数由保留一定间隙的条件取得齿的厚度，此间隙防止履带伸长后齿反面卡住履带。对加工的销轴取伸长率：=2%3%，对非加工的具有磨损的销轴取=6%9%。间隙的中心角为： （3-8）因此： =20.025=0.087 =齿尖角为： =46（4）作齿形 平分相邻铰链间的角为/2，由驱动轮中心作射线与/2的平分线成角，此射线通过驱动轮中心与齿顶，即为齿形的对称轴。延长齿形的直线区段与对称轴相交，并由此交点对称地作出齿形的另外一半。再以=（1.011.03）为半径，从角的交点开始，连接齿沟圆与齿形。 =1.0218=18.36mm取=25mm。最后作出驱动轮的外圆。 =269.4mm（5）确定驱动链轮轮齿的宽度 由于驱动轮主要承受径向力，故不需要大的齿宽，取齿宽为30mm。（6）确定驱动链轮材料 考虑到链轮在实际运行中的可靠性，选用，进淬火后的硬度达：HBS270320。因此设计出的驱动链轮如下图所示：图3-3驱动轮外形3.1.4支重轮设计（1）支重轮直径根据大量履带行走装置结构参数的统计，履带行走装置中支重轮组件支重轮直径为=120mm，设计的支重轮如下图所示：图3-4 支重轮支重轮的轮缘都经过调质处理，其硬度达HB270320。 （2）支重轮（块）的个数表面淬火时，轮缘的轮压应为在230N/cm2，并符合下列公式： （3-9）式中 -与链轨的接触面宽mm； -支重轮半径 mm； -支重轮个数； -整机使用重量 N。应此可知：支重轮的个数计算公式为： 考虑到必须要使在230N/cm2以下，因此选择支重轮组件单侧个数为： =8 3.1.5导向轮和张紧装置的设计导向轮(张紧轮)和张紧装置，用来引导和张紧履带，并缓和行驶中导向轮受到的冲击。导向轮由钢板焊接制成，其断面呈箱形。轮缘表面经高温淬火，HRC=5260它靠滑动轴承支承在导向轮轴上旋转，轴承依靠从螺塞3处注入的稀油润滑，为了密封在轴的两端装有双金属环油封。导向轮轴的两端装在支架中，并在锥型支动螺栓锁紧，以防止轴的轴向移动和转动，导向轮的支架由两个弹簧压紧的导板固定在主车架上，因此支架可以在主车架的上部沿导轨前后移动。左右两端支架的端面均固定着导板，它与支架的作业是防止导向轮发生侧向倾斜，以免履带脱落。导板和支架直径设有调整垫片，以保证导板和主车架之间的间隙不大于1mm。（1）导向轮直径根据大量履带行走装置结构参数的统计，履带行走装置中导向轮直径为：=278mm设计的导向轮如下图所示：图3-5 导向轮（2）张紧装置设计张紧履带时，用黄油枪通过单向阀9往腔室内注入钙基润滑腊，使活塞杆受力运动，从而推动导向组件和导向轮向外移动，履带随之张紧，放松履带时，只需拧开单向阀张紧装置有调节油缸、活塞等组成，改变活动塞杆，即可调节履带的松紧程度。3.1.6履带架设计履带架是将机体和行走装置连接起一起的部件，它把装煤机的重量传给支重轮轴，并保证装煤机平顺行驶。一般可分力刚性，半刚性、弹性三结构。 在刚性履带架中，支重轮轴直接地或通过履带架刚性地固定在装煤机机体上。在松软土壤上刚性履带架可使每个支重轮下的压力接近均匀分布，因而改善了履带扣土壤的附着性能。但由于无缓冲部分，在坚实和不平的道路上行驶时。，冲击将造成较大的动载荷井传给机体。因此，刚性悬架目前已很少釆用。 在半刚性履带架中，支重轮和履带架刚性联结，每个履带架再与机体相联，其后部通过刚性铰链，前部通过弹性元件相联。履带架的转动轴线可以和驱动轮轴线重合或不重合。不重合时，支重轮的转到使履带链产生附加张紧力。支重轮和机体的联结点有三个或四个。装煤机广泛采用半刚斗悬架。 在弹性履带架中，支重轮和I机体的联结方式，可以使一个支重轮相对另一个支重轮或相对机体在垂直平面内能相对移动。弹性履带架分为平衡托架式和独立托架式两种。 在平衡托架式履带架中，支重轮按两或多各个构成一组，通过杆件系统(平衡臂）与托架相联结，托架与机体以铰链相联。在平衡臂托架系统中或平衡臂轴与机体的联结中一般都装有弹性元件。 在独立式履带架中，每个支重轮轴通过杆件和弹性元件系统互不干涉地与装煤机机体相连。 在弹性履带架和半刚性履带架中，采用板弹簧螺旋弹簧扭忏杆或橡胶块作为弹性元件。 弹性履带架能保证在高速行驶时对装煤机机体有最好的缓冲作用，并使履带链有较好的附着性能。这种履带架的缺点是沿履带接地表面的长度方向上压力分布不均匀。考虑到装煤机的工况，应此选用半弹性履带架，此设计的履带架如下图所示：图3-6 履带架3.2履带行走装置工作参数确定3.2.1主动链轮的转速履带推装煤机的挡数，服从于作业要求。例如为了进行装载，移动，最少不两个档，履带装煤机档的工作速度，直接影响到作业生产率，应此，提高车速有利于提高生产率，但是作业速度提高，受到作业质量的限制，如果作业速度太高，对液压机械传动型装煤机，可能出现超载，油路压力过高，产生漏油等危险隐患。履带装煤机是由驱动轮卷绕履带而使机体向前运动的。在驱动轮卷绕履带时，导向轮把履带铺设到地面，机体则借支重轮沿着履带轨道向前运行。因此，履带装煤机的行驶是种连续地铺设履带、机体在履带轨道上进行的运动。履带推土机之所以能够克服各种阻力而向前行驶，是因为驱动轮卷绕履带时把拉力传给地面，与此同时，地面对履带的反作力又通让驱动轮作用到机体上，驱使机体以支重轮沿着履带轨道滚动。假如驱动轮卷绕履带时，履带相对地面无滑动，则履带沿水平方向卷入或脱出驱动轮的速度，就是履带装煤机的行驶速度。在此次设计中为了简化设计计算量，因此采用履带相对地面不发生滑动的理想情况，设计履带的相关参数，在实际中只要加入相关的经验参数，便可得到实际参数。在实际设计工作中，把履带推土机的运动看成匀速运动，并按下列公式计算理论行驶转速 = （3-10）式中 -设计所要要求的行驶速度 =10m/min； -驱动链轮的节圆半径 m 。由此可知： =/2 =0.2578/2=0.1289m所以： = = =77.58 rad/min故： = =14.35 r/min行走速度采用双速，正常工作速度6.5m/min，为了提高效率，在左右装载部不运行的条件下，通过液压回路合流，实现调动速度为10m/min,设计主动链轮的转速为14.35 r/min。3.2.2爬坡能力重型机器是一种重型机器，最大爬坡度不得超过(1525)%。由于上部结构复杂，机体高度较大，保持机体的平稳是很重要的。因此装煤机中设计要求履带的爬坡角度为16。装煤机自重在斜坡方向的分力： N （3-11）履带的运行阻力： N （3-12）履带的内阻力： N （3-13）N所以装煤机能在此坡度上正常工作。3.2.3转向半径的确定履带行走装置的转弯是个复杂的问题。双履带装置转弯可分为三种方式:一是两条履带以不同速度同时向前运行，这时机器按一定的半径向低速侧(转动中心超出履带范围)转弯;二是一侧履带驱动，另一侧履带制动，此时机器向制动侧转弯，称为单边转弯;三是两条履带以相反的方向同时驱动，整机绕履带的形心回转，称为原地转弯。 对于第一种转弯方式，采用复杂而昂贵的发电机-直流电机系统，可进行无级调速，使机器按规定的转弯半径转弯。只有当必须在承载能力极差地面上(如稀泥等)工作(为减小转弯对地面的破坏，避免机器过分下陷，采用较大的半径转弯)时，才是合理的。 大多数双履带重型机器采用简单而价廉的交流电机驱动的单边或原地转弯方式。当地面条件较差时，也可用折线式转弯，即多次急转弯与直线运行相结合的形式。由于每次转弯角度小，对地面破坏程度较轻，这就减轻了机器下陷程度，避免转弯附加阻力的急剧增加。并目，在直线段运行时，电机可以得到散热的机会，这时确定电机功率，可取较小的载荷持续率。 转向半径是重型机器机动性的一个重要指标，也是现场使用必须了解的重要参数。对多履带行走装置，最小转向半径取决十多条履带的布置和转向履带的偏转角度，转向半径多为50m60m 对于双履带行走装置，当一侧履带制动，另一侧驱动时，最小转向半径为:= =58.98m满足转向半径要求，因此设计满足要求。4行走部液压系统计算4.1,马达的选型4.1.1计算马达输出转矩 考虑到在行走中一般在设计行驶速度10m/min不会在有大的坡度或路况部平中使用，因此： = =6982.5. +4655=11637.5N由第三部分可知驱动链轮的节圆直径=257.8mm因此： =257.8/2=128.9mm所以 Nm Nm4.1.2初选压力： MPa4.1.3计算马达的排量 （4-1） =mL/r 取马达的机械效率：根据 、 、 、 和装煤机的工况，查机械设计手册选择BM-E630摆线齿轮马达，该马达结构紧凑，与叶片马达、柱塞马达相比，单位重量输出转矩最大，可以在最小的空间内满足对驱动链轮所需扭矩的要求。表4-1 BM-E630参数排量 mL/r额定转矩Nm额定压差 MPa额定流量 L/min长度mm额定转速r/min625140016100220125当使用转速为额定转速的1/3到2/3时，效率最高，故使马达转速工作在70r/min。该马达的外形如图：图4-1 BM-E630液压马达4.1.4计算马达的流量 （4-2） L/min取马达的容积效率：4.2行走液压泵选型4.2.1液压泵的输出流量 = （4-3）式中： -马达的流量； -液压马达容积效率，取0.97；因此： L/min4.2.2液压泵的公称排量 （4-4）式中： -液压泵的输出流量 L/min -液压泵的转速，由于在装煤机设计中，在电动机与液压泵中无减速器的存在，因此液压泵的转速就是电动机的原始转速，即=1480r/min; -液压泵的容积效率，一般取0.92因此: =100043.75/(0.921480)=32.13L/r4.2.3液压泵的最大工作压力 = （4-5）式中： -泵的输出扭矩，等于马达的输出扭矩，因此=1352.2Nm； -液压泵的机械效率，一般为0.95； -液压泵公称排量。所以 ： MPa4.3液压系统总体设计4.3.1装煤机液压系统的基本组成及其基本要求本机所有动作全部采用液压传动。按照装煤机工作装置和各个机构的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接起来就组成一个装煤机液压系统。它是以油液为工作介质、利用液压泵将发元件液压能转变为机械能，进而实现装煤机的各种动作。系统主泵由一台55kW的电动机通过齿轮箱驱动两台双联齿轮泵，同时分别向油缸回路、行走回路、装载回路、输送机回路供压力油，按照不同的功能将装煤机主系统分为四个独立的开式系统。装煤机油缸回路是由铲板液压缸和后支撑液压缸组成，铲板液压缸的运动可以使铲板上下升降，实现对煤堆垂直面上插入最佳位置的确定，使铲板更容易的插入煤堆，也可以铲运各个断面上的煤料，增加铲煤断面。后支撑液压缸支撑左、右后支撑腿，实现铲运煤时，增加机器的稳定性，机器在斜坡上工作时，提高机器的制动性，当履带链断链及张紧时，以便操作，还有在卧底时使用，抬起机器后部，以便加卧底深度。装煤机的行走回路所用的液压元件主要是行走马达，行走系统实际要考虑直线行使问题，即在装煤机行走过程中如果某一个工作的装置动作，不至于装煤机行走时发生偏转现象。装载回路的执行元件是两个低速大扭矩的液压马达，主要驱动装载部的星轮，实现装载部的装载煤料的功能。输送机回路的主要执行元件是两个低速大扭矩的液压马达，直接驱动刮板输送机，运输由装载部传输过来的煤料。全液压装煤机的具有多种机构，如行走机构，装载机构，运输机构，后支撑等机构，是一种多机构配合使用的煤矿用机器。这些主要机构经常起动，制动，换向，外负载变化很大，冲击和振动多。因此装煤机对液压系统提出了很高的设计要求，根据装煤机的工作特点，其液压设计需要满足以下要求：（1）动力性要求所谓动力性要求，就是在保证电动机不过载的前提下，尽量充分地利用电动机的功率，提高装煤机的生产效率。尤其是当负载变化时，要求液压系统与电动机的良好匹配，尽量提高电动机的输出功率，例如，当外负载较小时，往往希望增大油泵的输出流量，提高执行元件的运动速度。双泵液压系统中就常常采用合流的方式来提高电动机的功率利用率。（2）操纵性要求装煤机在作业过程中需要各个执行元件单独动作，但是在更多情况下要求各个执行元件能够相互配合实现复杂的复合动作，因此如何实现多执行元件的复合动作也是装煤机液压系统操作性要求的一方面。当多执行元件共同动作时，要求其相互间不干涉，能够合理分配共同动作时各个执行元件的流量，实现理想的复合动作。尤其对行走机构来说，左、右行走马达的复合动作问题，即直线行使性也是设计中需要考虑的重要一方面。如果装煤机在行使过程中由于液压泵的油分流供应，导致一侧行走马达速度降低，形成装煤机意外跑偏。很容易发生事故。另外，当多执行元件同时动作时，各个操作阀都在打开度下工作，往往会出现系统总流量需求超过油泵的最大供油流量，这样高压执行元件就会因压力油优先供给低压执行元件而出现动作速度降低，甚至不动的现象。因此，如何协调多执行元件复合动作时的流量供应问题也是装煤机液压系统设计中需要考虑的。（3）节能要求装煤机工作时间长，能量消耗大，要求液压系统的效率高，就要降低各个执行元件和管路的能耗，因此在装煤机液压系统中要充分考虑各种节能措施。当对各个执行元件进行调速控制时，系统所需流量大于油泵的输出流量，此时必然会导致一部分流量损失丢。系统要求此部分的能量损失尽量小，当装煤机处于空载不工作的状态下，如何降低泵的输出流量，降低空载回油的压力，也是降低能耗的关键。（4）安全性要求装煤机的工作条件恶劣，载荷变化和冲击振动大，对于其液压系统要求有良好的过载保护措施，防止油泵过载和因外负载冲击对各个液压作用元件的损伤。铲板液压缸因具有良好的平稳性，防止铲板下降过速。（5）其他要求实现零部件的标准化，组件化和通用化，降低装煤机的制造成本，液压装煤机作业条件恶劣，各功能部件要求有很高的工作可靠性和耐久性。尽量降低振动和噪声，重视其作业中的环保性。4.3.2液压系统方案（1）确定回路方式在本设计中对装煤机采用开式回路，将执行元件的油排回油箱，油液经过沉淀，冷却后再进入液压泵的进口。（2）选用液压油液该型装煤机应用于矿井内，选用普通液压油较为合适。（3）初定系统压力根据装煤机技术标准，并参考其他型号的装煤机，初定系统压力为16MPa。（4）确定调压方式溢流阀旁接在液压泵出口，在进油和回油节流调速系统中为定压阀，保持系统工作压力恒定，其他场合为安全阀限制系统最高工作压力。为了使执行元件不工作时液压泵在很小输出功率下工作应采用卸载回路。因各个液压缸回路有垂直性负载应采用平衡回路，以保证重物平稳下路。4.4装煤机液压系统分析4.4.1装煤机的液压系统原理图如下：图4-2 液压系统原理图4.4.2装煤机液压系统各主要回路的分析（1）油缸回路油缸回路采用双联齿轮泵的后泵（63泵）通过两联多路换向阀分别向两组液压缸（铲板升降，支撑油缸）供压力油。油缸回路工作压力由两联多路换向阀阀体内自带的溢流阀调定，调定的工作压力为16MPa。铲板升降和后支撑各个两个油缸，他们各自两活塞腔并接，两活塞杆腔并接。为使铲板油缸、支撑油缸能在任何位置上锁定，不致因换向阀及管路的漏损而改变其位置，或因油管破裂造成事故，以及防止铲板下降过速，使其下降平稳，故在各回路中装有平衡阀。（2）行走回路行走回路由双联齿轮泵的前泵（100泵）向两个液压马达供油，驱动机器行走。当装载机星轮不运转时，供装载回路的10泵自动并入行走回路，此时的两个齿轮泵（100泵和63泵）同时向行走马达供油，实现快速行走，。系统工作压力为16MPa。回路工作压力由装在两联多路换向阀阀体内的溢流阀调定。根据该机器液压系统的特点，行走回路的工作压力调定时，必须先将装载转盘开动。快速行走时，由于并入了装载回路的10泵，其系统工作压力为14MPa。通过操作多路换向阀手柄来控制行走马达的正、反转，实现机器的前进、后退和转弯。机器要转弯时，最好同时操作两片换向阀（使一片阀的手柄处于前进位置，另一片阀手柄处于后退位置）。除非特殊情况，尽量不要操作一片换向阀来实现机器转弯。（3）装载回路装载回路由双联齿轮泵的后泵（10泵