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JX15-15 【JX15-15】堆料机驱动装置的结构设计CAD+论文

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毕业设计(论文)任务书题 目 堆料机驱动装置的结构设计起讫日期 2014年 10月 13日至 2015年 1月 16 日学生姓名 秦香民 专业班级 机械10-3班所在院系机械工程学院 指导教师 张迎辉 职称 副教授 所在单位 机械设计及其自动化教研中心 2014年10月15日任务及要求：1. 设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）（1）查阅国内外有关堆料机驱动的最新研究成果与研究动态及跟本课题有关的中外文文献，包括专著、教材、论文等，注意收集相关资料，了解堆料机的驱动原理；深入分析其特点，消化已有文献，完成堆料机相关资料的调研；（2）完成3000字左右相关的外文资料的翻译；（3）根据设计参数，选择原动机，完成联轴器、制动轮、电机支座和驱动齿轮的设计，确定该堆料驱动装置的总体设计方案；（4）对主要零部件准确受力分析计算，并进行强度校核；（5）运用Autocad软件绘出装配图、零件图，折合A0图纸3张； （6）编写不少于10000字的设计说明书。2. 原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等） (1)设计参数：电机功率：15KW 转速：1450r/min,传动比:626.6(2)条件：相关参考资料、机械设计手册及相关软件(3)应用：大型堆料机的驱动装置(4)论文在指导教师指导下独立进行，开发调动学生的设计思维，培养学生创新设计能力及综合设计素质。3.参考文献 1 付晓莉,韩超,李勇,陈芳.减速器设计方法的研究现状与发展趋势J.机械传动,2012,36(10):112-118. 2 刘铁禄.行星齿轮减速器设计中主要结构尺寸的优化设计J. 东华大学学报（自然科学版）,2007,03. 3 张幼军，玉荣.行星齿轮减速器的优化设计J.组合机床与自动化加工技术,2008,10.指导教师签字：教研室主任签字：年月日摘 要悬臂式斗轮取料机堆取料机械中的一种，它广泛应用于港口、内陆的散料场所，主要用于取煤和矿石。悬臂式斗轮取料机主要由金属结构、臂式输送机、回转机构、行走机构、斗轮机构、润滑装置、电气系统和安全装置组成。工作时，取料机沿着轨道行进，并能改变臂架的角度。悬臂式斗轮取料机是由斗轮挖掘机发展而来，它能与堆料机和输送机一起组成自动运输系统，随着国民经济的快速发展，对取料机的需求也越来越大。本文章主要是对斗轮机构的设计，它是取料机的重要组成部分。斗轮机构主要是通过销齿传动来驱动斗轮的转动，这种传动方式具有结构简单、加工容易、造价低、拆修方便的优点。关键词：悬臂式斗轮取料机；斗轮机构；销齿传动ABSTRACT Cantilever type bucket wheel reclaimer reactor a reclaiming machinery in place, powder material which widely used in ports, inland, mainly used for coal and ore. Cantilever type bucket wheel reclaimer is mainly composed of a metal structure, boom conveyor, rotary mechanism, a walking mechanism, bucket wheel mechanism, a lubricating device, the electric system and the safety device. When working, reclaimer traveling along a track, and can change the jib angle. Cantilever type bucket wheel reclaimer is composed of a bucket wheel excavator development, it can with the material piling machine and conveyor with the composition of automatic transportation system, with the rapid development of national economy, the reclaiming machine demand is also growing.This article is mainly on the design of bucket wheel mechanism, it is an important part of reclaimer. Bucket wheel mechanism is mainly through the pin tooth transmission to drive the rotating bucket wheel, the transmission method has the advantages of simple structure, easy processing, low cost, convenient disassembly and repair. Keywords：Cantilever type bucket wheel reclaimer; bucket wheel mechanism; pin gear transmission 目 录1 概述11.1 斗轮堆取料机简介11.2斗轮堆取料机分类21.3斗轮堆取料机市场需求31.4斗轮堆取料机国内发展现状41.5斗轮堆取料机的研究方向71.6设计课题及选题意义82 斗轮取料驱动机构设计102.1斗轮取料机构构成102.2斗轮驱动电机选用122.3减速器的设计与计算142.4电机过热验算与发热验算152.5制动器的设计与计算152.6联轴器的设计与计算162.7齿轮传动设计173 斗轮轴的设计与校核23总 结27参考文献28致 谢29 第29页1 概述1.1 斗轮堆取料机简介斗轮堆取料机简称斗轮机，是现代化工业中连续装卸散状物料的一种重要设备，主要用于港口、码头、冶金、水泥、钢铁厂、焦化厂、储煤厂、发电厂等大宗散料如矿石、煤、焦炭、砂石等在存储料场的堆放、提取作业。如果采用“装载机自卸汽车”系统作业，装载机在铲入举升旋转行走卸载空转空行程等一个作业循环中，既要完成取料任务，又要完成输送任务，辅助作业时间几乎占用2/3还多。自卸汽车载重量受到限制，往返路程多，工作效率很低，满足不了电厂发电的用煤需求。连续装卸机械的采用，大大缩短了装卸时间，提高了工作效率，减轻了工人劳动强度。在功率相同的情况下，斗轮堆取料机的生产效率为单斗装载机的1.52.5倍。斗轮堆取料机主要有悬臂式（见图1-1）与门式（见图1-2）两种构造。控制方式有手动、半自动和自动等。图1-1 悬臂式斗轮堆取料机图1-2 门式斗轮堆取料机1.2斗轮堆取料机分类堆取料机按其功能可分为：（1）堆料机 堆料作业（2）取料机 取料作业（3）堆取料机 堆取料作业（4）混匀堆料机 均化堆料（5）混匀取料机 均化取料堆取料机按形式可分为：（1）门式斗轮堆取料机 大跨度双梁（2）桥式取料机 大跨度单梁（3）圆形料场堆取料机 桥式或摇臂式（4）刮板式取料机 桥式或人字式（5）普通摇臂式 具有悬臂、俯仰、回转功能按尾车功能又分为：（1） 固定单尾车 堆料、取料（2） 活动单尾车 堆料、取料、直通或折返取料、提高回转角度范围（3）固定双尾车 堆料、取料、直通（4）活动双尾车 堆料、取料、直通或折返取料（5）伸缩升降双尾车 堆料、取料、直通、提高回转角度范围降低落差按理论生产能力，斗轮堆取料机可分为以下几种：（1）轻型 生产率在630m3/h以下（2）中型 生产率为6302500m3/h（3）大型 生产率为25005000m3/h（4）特大型 生产率为500010000m3/h（5）巨型 生产率在10000 m3/h以上1.3斗轮堆取料机市场需求受整个国民经济增长的影响，原材料工业、能源、石油、化工、汽车等各个行业都会有非常大的发展。在这些行业发展的同时直接会带动散料机械装备工业的发展。就钢铁工业而言，受建筑、汽车工业的影响，钢铁工业飞速发展，我国已经连续六年局世界第一产钢大国，同时又是第一钢铁消费大国。到2002年钢的产量已经达到1.8亿吨，并以每年300万吨的速度增长。近几年在股市上钢铁板块普遍看好，建筑业的发展和技术的提高加大了对钢铁的需求，中国建筑业在钢铁的应用数量方面和世界发达国家相比还有很大的差距，随着建筑业的不断发展这一行业对钢铁的需求会更会加大。汽车进入百姓耐用消费品市场已经开始，汽车产业的发展也拉动钢材的需求量。机械制造业、家用电器、造船业、石油天然气、集装箱等各行业的发展都会拉动中国钢铁企业的发展，使钢铁企业加大投入，并且现在已有部分民营资本进入钢铁行业。钢铁事业的发展离不开矿石和煤炭，而煤炭和矿石的运输和储存必须使用散料机械，这些设备包括皮带运输机，装船机、卸船机，斗轮堆取料机等散料机械。在钢铁企业的发展过程中加大了钢的产量，也加大了对煤炭和矿石的需求，国产矿石和目前进口的矿石数量已经满足不了钢铁企业发展的要求，会有更多的矿石进口到中国，其中会有来自澳大利亚、巴西的铁矿石通过港口转运到各个钢铁企业。南部沿海的广西、广东各个口岸，华东地区、山东、渤海湾等各大港口会进口更多的来自国外的铁矿石，所以在钢铁企业的发展过程中最先发展的是沿海各个口岸的交通。在新建的矿石港口的泊位中也将以大吨位船只的泊位为主。在钢铁企业矿石需求发展港口的同时还会同时发展钢铁企业内的原料长场的建设，这里会包括在钢铁企业内部的一次料场和二次料场，同时钢铁企业也会加大对煤炭的需求，将有大量的煤炭经过北方港口装船运往南方，所以，在钢铁行业快速发展的推动下，在港口和钢铁企业，散料机械会有一个十分巨大的市场发展空间。散料机械在港口行业的高速发展已经开始并会持续一定的时间。 在电力方面，前几年部分电力部门出现了供大于求的矛盾，部分电厂限制发电或只是部分机组开机，受国民经济持续增长的影响，各行各业用电量也在不断的增长。现在在南方的部分地区出现了电力紧缺的情况，为缓解和解决电力紧缺的矛盾，在电力方面必然会加大其投入。电厂的增加使煤炭的需求量增加，各个煤矿会加大煤炭产量，以满足电力市场对煤炭的需求，在电力方面也存在着大量的煤炭北煤南运，同钢铁行业一样，也会大幅度增加散料机械的需求量。电厂和港口都会因为电力企业的发展增加对散料机械的需求。 在沙石、水泥等建材行业也随着国民经济的发展和固定资产投入的加大而得到迅猛的发展。散料机械虽然在建材行业的应用设备形式较小，但其在全国的数量是巨大的，混匀堆取料机、刮板取料机、皮带运输机的数量同样会有一个大的发展。 1.4斗轮堆取料机国内发展现状 近四十年的历史了堆取料机国内最早设计，制造一个或两套设备的投入使用也有三十四年历史。最早的斗轮堆取料机的设计可以追溯到1966，当参与设计单位和开发单位：北京钢铁设计研究院，大连工业汽车厂，北京重型机械研究院，鞍山钢铁设计研究院，哈尔滨重型机器厂，北中国电力设计院，东北电力设计院，西北电力设计院。当时国内部分钢墩，需要使用这种设备，国外已使用超过十年，为了满足当时的堆垛机和斗轮堆取料机的早期发展的社会的需要。导致这些单位的早期发展为中国斗轮堆取料机的事业，奠定了这个行业的基础。典型的设备类型的分类类型，kl-4 DQ3025型型型型，带/堆积dq5030，容量：1200 / 2000t/h 30m，1200 / 2000t/h 30m，300 / 600th 25m，500 / 1000t/h 30m，该菌株KL-1型设计1966，1970个月投入使用在攀枝花钢铁焦化厂。虽然产品和现代产品有很大的不同质量和管理水平，但这些早期的产品在电力企业和钢铁企业的发展起着非常重要的时间。在八十年代，随着电力工业和钢铁工业的发展，斗轮堆取料机的事业已经发展非常迅速，已在电力部门的使用数量大幅度增加，并在港口的急剧增加使用。宝钢原料码头，秦皇岛港，北仑港，连云港，西吉，烟台港，天津港，大连港有大量的端口增加的大部分港口煤炭或矿石的九十的斗轮堆取料机的事业发展也给数量更多的运输，广泛应用于发展方向。看到斗轮堆取料机应用于钢铁企业，电力企业，各大港口几乎可以。在港口也已经把斗轮堆取料机作为一种港口机械。斗轮堆取料机在国内产品出口仍相对较小，产品大部分出口的工程成套和一些常见的出口到其他国家。其次是一些国外公司和联合制造，制造焊接和机械加工零部件出口为。 在进口方面，最早的斗轮堆取料机进口：1980-1981年上海十九斗轮堆取料机从日本进口保山钢铁；1981北仑口岸进口的两套斗轮堆取料机；1988福州华能电厂，华能大连电厂等。在国内和国外制造商的项目：1984 1982石臼港工程；秦皇岛港秦皇岛港区三个；1986；1994秦皇岛港四；1990青岛前湾港；1984广州西吉码头；1995-1996年宝钢1988宝钢二期项目；该项目的三阶段；2000宝钢马迹山港工程；2001天津黄骅港港口项目；相位和该项目的两个阶段；和上海，石洞口电厂红罗径，扬州电厂，北仑电厂，电厂，从磺酰脲类洛河电厂基本采用堆取料机斗轮合作方式引进技术制造。主要进口国家和进口来自日本，德国，法国，美国，奥地利，意大利和其他国家。对产品和技术的进口引入大大缩短国内设备和国外设备的差距，使国内工业产品已在质量大大提高。目前国内的产品质量基本能满足用户要求的国内，现在可以设计和斗轮堆取料机生产的厂家达到五或六。经过几十年的发展，中国的斗轮堆取料机的发展水平有了很大提高，但与发达国家相比，仍有明显差距，控制技术有限公司的可编程控制器（PLC）基于单片机控制为核心，活动水平是有限的单一的手动模式。现在的斗轮堆取料机从国内的研究开发，对产品质量和设计水平较高。中国已经实行了斗轮堆取料机自动控制的引进和开发工作，已能生产一种半自动电脑控制系统模型，其控制水平已达到在第二十世纪末的国际水平的70%。表1.1 堆取料机的主要制造商 国内外堆取料机主要制造商MANUFACTURES FOR STACKER & RECLAIMER 1哈尔滨重型机器厂 HAERBIN HEAVY MACHINERY WORKS2长沙重型机器厂CHANGSHA HEAVY MACHINERY PLANT3大连重工集团有限公司DALIAN HEAVY INDUSTRIES，LTD.4上海港机厂SHANGHAI PORT MACHINE PLANT5三井三池制作所(日）MITSUI MIIKE MACHINERY CO，LTD6三菱重工（日）MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES LTD7石川岛播磨(日）IHI8 川崎重工株式会社(日）KAWASAKI HEAVY INDUSTRIES LTD9克虏伯 （德）KRUPP10曼塔克拉夫(德）MAN TAKRAF11亨肖 （英）STRACHAN & HENSHAW12斯维达拉 （美）SVEDALA (DRAVO WELLMAN)13诺尔（德）PREUSSAG NOELL GmbH14奥地利钢铁联合公司(奥地利）VOEST-ALPNE MATERIALS HANDLING GES.M.B.H & CO KG ZELTWEG15凯亚 （法）NOEL HAROLD COUYAVAH表1.2 斗轮堆取料机国内部分港口用户1秦皇岛港务局二公司，六公司，七公司煤炭2天津港务局南疆焦碳码头与煤炭码头煤炭与焦碳3青岛港务局前湾港煤炭4日照港务局煤炭5营口鲅鱼圈港煤炭6湛江港务局矿石与煤炭7广州港务局新沙港，西基港矿石与煤炭8宁波港务局矿石与煤炭9上海港务局罗径码头矿石与煤炭10连云港港务局煤炭11 烟台港务局煤炭12宝钢马迹山港矿石13黄骅港 煤炭14南京港务局 矿石与煤炭15徐州万寨港 煤炭16余家湖港 煤炭表1.3 斗轮堆取料机国内部分钢厂用户1宝山钢铁公司煤炭2 武汉钢铁公司 煤炭与焦碳3 鞍山钢铁公司 煤炭4 马鞍山钢铁公司 煤炭5 重庆钢铁公司 煤炭6 本溪钢铁公司 矿石与煤炭7 昆明钢铁公司 矿石与煤炭8 石家庄钢铁公司 矿石与煤炭9 唐山钢铁公司 矿石与煤炭10 成都钢铁公司 煤炭 11 新余钢铁公司煤炭12 杭州钢铁公司矿石 13 天津钢铁公司矿石与煤炭 14 韶关钢铁公司矿石与煤炭 15 酒泉钢铁公司矿石与煤炭 16 南京钢铁公司矿石与煤炭 17 安阳钢铁公司矿石与煤炭 18 邯郸钢铁公司矿石与煤炭 19 凌原钢铁公司矿石与煤炭 20 湘潭钢铁公司矿石与煤炭1.5斗轮堆取料机的研究方向除了原有的特色的现代悬臂式斗轮堆取料机的发展趋势，也增加了新的内容：（1）更大的生产力的发展，经营范围更广的模型；（2）更好的适应型发展；（3）提高自动化程度，实现操作和保护的自动控制；（4）实现标准化，系列化和通用的外。采用现代设计方法和设计手段，优化组合结构，保证生产能力的前提下，降低整体的重量，提高设备的可靠性，已成为一种必然。最早的国轮斗机是世界上研究和开发是德国，其次是前苏联，但是，现在他们仍处于世界领先地位，他们对斗轮挖掘机的研究做了大量的工作。德国学者舍夫勒D的关系进行了斗轮堆取料机切削阻力系数和切削力系数和岩石性质。利用模拟振动系统是由斗轮堆取料机动附加应力和共振转速计算斗轮挖掘机振动计算，验证了计算结果的正确性测试。答：可能是在斗轮堆取料机斗齿挖掘力装置的测量方法的研究。前苏联别列日诺依等对斗轮堆取料机斗轮驱动系统的动态载荷进行了分析，给出了动态载荷的经验公式，该文研究了溜槽andrianof斗轮堆取料机工作装置切削参数振动的影响，对斗轮堆取料机国内目前的研究还比较落后，研究工作，主要集中在编译，测试的挖掘阻力和斗唇形状改变车轮的载荷谱，整体设计和参数优化的静态刚度的结构强度分析等。虽然国内外已经进行了轮斗挖掘机的动态问题在许多方面的研究，但研究运动仿真对斗轮堆取料机工作装置、变幅装置的多工位动态性能的报道并不多见。斗轮堆取料机在国内的各种参数的设计过程，通常国外研究成果对斗轮挖掘机和斗轮堆取料机的动态设计，缺乏科学依据，这是国内产品质量差，故障率高的根本原因。虽然斗轮堆取料机斗轮挖掘机的结构有许多相似之处，但由于工作对象，即斗轮挖掘机的工作对象是岩石，斗轮堆取料机的工作对象是散装材料，因此，在终端工作机构的传动和结构强度刚度等差异，这些决策的不同动态性能的本质。为深入研究斗轮堆取料机堆工作装置的动力学问题，采用现代设计方法和设计手段，是提高斗轮堆取料机的产品质量和可靠性的主要途径。随着自动化和信息技术的发展，发达国家的斗轮取料机技术进入了一个新的阶段，主要表现在以下四个方面：（1）生产力理论的大发展。生产力理论是衡量轮取料机斗的斗轮堆取料机的一个指数，每小时从其开始发展到现在的近20000立方米每小时几十立方米。德国是一个更多的理论生产率斗轮堆取料机的发展。（2）在所有国家中的斗轮堆取料机系列产品。一个序列化的好处可以确保一些部件，如斗，履带板，驱动一个通用的，标准的车轮，使客户在市场上购买股票更方便。（3）斗轮堆取料机自动化程度越来越高，操作装置的信号，事故预测和联锁更加完善和实现自动控制的操作和保护。斗轮堆取料机是一个典型的多刚体系统，利用机器人运动规划和主动控制技术，可以提高工作的稳定性和斗轮堆取料机的操作能力。斗轮堆取料机的机器人是一个机电产品建立机器人机构的综合集成，机器人控制技术与现代电子信息技术为一体的。更重要的是，电子技术，计算机技术和传统的大型设备进行嫁接，可以大大提高设备的性能和操作能力。如使用机器人多传感器融合和配置技术和现场总线技术，可以提高斗轮堆取料机智能工作能力和工作可靠性；利用遥感技术的远程控制，可以改善工作环境，减员增效，提高现代化工作水平；利用网络技术，可以大大提高企业的综合管理水平和用户跟踪服务能力。（4）的优化组合结构的现代设计方法和手段的使用，在保证生产能力的前提下，降低整体的重量，提高了设备的可靠性。ABB公司已经从操作系统以适应发展，斗轮堆取料机是在一个较高的工作能力，并尽可能对环境和操作人员水平的影响。1.6设计课题及选题意义取料机与堆料机适用于大型码头、港口项目。在大型散货料场的地面，利用带式输送机，设计成单一的流程，即堆料流程或取料流程。一般同一料场相邻的两个设备一个是堆料机，另一个是取料机。对同一料场或不同料场，这两台设备可同时进行取料与堆料，如堆料机用于卸火车，同时取料机用于装船。对于码头用户可在取料机的轨道上安装带式输送机，使得取料机所取得物料直接卸在输送带上，通过输送带运输到船上。所以单一功能的取料机也有很大的市场需求，本次设计将研究设计悬臂式斗轮取料机（见图1-3）。重点设计其斗轮机构和回转机构以及取料半自动控制过程。 图1-3 悬臂式斗轮取料机斗轮取料机包含了斗轮机构、输送机、回转机构、控制系统等众多小系统，这对我们学生运用大学期间所学知识进行综合运用有很大益处。由于所学知识有限，再加上煤堆形状的不确定性，对斗轮堆取料机的运行将采用半自动控制，一般的操作过程可以自动进行，当遇到一些问题需要调整时再由人进行操控，这样可以节省劳动力。本次设计将对斗轮机构进行创新，传统上的各类斗轮堆取料机的斗轮传动都是由电动机通过液力偶合器把力传给减速器，减速器的输出轴通过联轴器直接与斗轮轴相连，这使得斗轮轴受到很大的扭矩，要求轴有较好的材料性能，成本较高，而本次设计将采用销齿传动来驱动斗轮体的转动，大体过程是在斗轮上安装一较大的销齿圈，再用与减速机输出轴相连接的销齿轮驱动销齿圈，从而带动斗轮转动进行取料，下面的文章将就此方案进行详细的设计计算。销齿传动使得轴所受到的扭矩很小而且销齿圈的轮齿是圆销，它结构简单、加工方便、造价低、拆修方便，销齿传动适用于低速、重载机械传动和粉尘多、润滑环境较恶劣的场合，能使斗轮驱动机构的制造成本减少一倍多，同时还运行平稳，易于检修。2 斗轮取料驱动机构设计 2.1斗轮取料机构构成悬臂式斗轮取料机构主要由电动机、液力偶合器、减速器、齿轮、斗轮轴转配、斗轮体、铲斗及溜料倒料装置等构成，（见图2-1）通过销轮销具传动实现斗轮回转。图2-1 悬臂式斗轮取料机构悬臂式斗轮取料机的斗轮有三种形式：无格式（见图2-2）、有格式（见图2-3）和半格式。无格式斗轮结构与有格式斗轮结构相比较：无格式斗轮结构简单，自重轻，制造容易，采用圆弧档料板卸料；有格式斗轮结构复杂，自重重，制造困难，采用斗轮体上斜溜槽卸料。半格式斗轮则一般用于直径较大的斗轮，所以目前应用最为广泛的是无格式。无格式斗轮体是用钢板焊成的环状结构，为了保证铲斗卸到带式输送机上，在靠近带式输送机一侧，斗轮体必须是敞开式，传递力的结构只能在另一侧。常见结构有双腹板式和单腹板式。铲斗是冲压或焊接而成的金属结构件，它由斗唇、斗体、防护层和前、后端紧固联接件组成。铲斗应满足斗刃耐磨，斗齿便于更换，具有防斗齿脱落的措施。图2-2 无格式斗轮 图2-3 有格式斗轮溜料板与水平面的夹角宜为，最小不小于，溜料板设置不锈钢衬板，其厚度不小于8，且便于更换。无格式斗轮都采用“重力侧卸式”工作方式，即斗内的物料靠自重自行卸出斗外，为保证物料落在斗臂架中心处的带式输送机上，斗轮的安装位置与斗臂架轴线不是平行，而是有一个倾斜角，即水平面倾角，一般取为；同时，斗轮在垂直面也倾斜一个角度，即垂直倾角，一般取为。无格式斗轮主要应用在取磨损性较小的物料的斗轮装置上，如应用在取煤炭等物料。与有格式斗轮比较，无格式斗轮相对斗轮直径一般会略小一点，斗轮转速也略高一点。无格式斗轮的卸料角可达，远远大于有格式斗轮，所以无格式斗轮相对于有格式斗轮卸料要容易一些。当圆弧挡料板磨损严重时，往往需要拆卸斗轮维修，相对维修较困难。为使物料在给定区域卸料，在斗内设置圆弧挡板，挡板变面衬有耐磨板，由斗轮挖取上来的物料，通过溜料导料装置流向悬臂带式输送机。无格式斗轮结构见图3-4。斗轮机构及其悬臂带式输送机、俯仰机构、门座架安装在上车，可以随上部回转机构相对于下车回转。整车靠四套运行台车沿轨道行走。图2-4 无格式斗轮结构1环形挡料板；2铲斗卸料区间；3溜料板；4环形空间；5斗臂架带式输送机；6铲斗；7斗轮体；8斗轮轴；9斗轮驱动装置2.2斗轮驱动电机选用斗轮驱动功率主要消耗于切割功率、铲斗装填功率、物料与挡板的摩擦功率、物料动能功率、物料提升功率以及克服机械传动的阻力。一般把这四项消耗功率合并称为切割功率。对于切割功率和提升功率有以下简化计算公式：切割功率：提升功率： 其中： F1物料切割力，KN/m C物料黏性，Mpa 物料黏性C随地表以下深度的增加而增加，地表C=0.01式中： F切割阻力，N；b系数，一般取11.2；斗轮堆取料机平均生产率，t/h；R斗轮半径，m；r物料堆积密度，t/m3；f松散系数，一般取1.3-1.65；利用系数，取值范围为0.64-0.92；V斗轮堆取料机理论生产率，m3/h。代入计算得 则切割阻力 故切割功率： 提升功率：驱动功率： 考虑到由于冬季雪水的渗透、冻结，挖掘物料的阻力要比其他季节大。一般认为北方冬季挖掘冻结物料时所需功率是其它季节所需功率的1.3倍，故斗轮取料机所需最大驱动功率为：选取传动效率为0.8，则所需电机的功率至少是：参考其它斗轮取料机的参数，本次设计将采用功率为15KW的电动机。由于取料机在煤场工作，灰尘多，环境较恶劣，故电动机必须有防尘功能。Y系列（IP44）封闭式三相异步电机的结构特点：效率高、耗电少，性能好，噪音低，振动小，体积小，重量轻，运行可靠，维修方便。为B级绝缘。结构为全封闭、自扇冷式，能防止灰尘、铁屑、杂物侵入电动机内部，适用于灰尘多、土扬水溅的场合，如农业机械、矿山机械、搅拌机、碾米等，应用较广泛。综上所述，选择Y160L-4三相异步电动机，功率为15KW，同步转速1450r/min。2.3减速器的设计与计算需要注意的是：减速机当系统出现非正常冲击时，易出现齿面点蚀、断齿、轴承损坏等问题，驱动系统长时间震动超标，易引起减速机整机损坏，产生谐振。所以，对于驱动装置的安装时必须引起高度重视，与减速机匹配的电机和机械联轴节的精度要求必须满足。减速机的骨架油封易损坏漏油，需适时更换。减速器总传动比：已知电机的转速为1450 r/min，斗轮转速为2.39 r/min。由此可知，传动比i = 1450/2.39 = 626.6减速器按静功率选取，根据N2=11.36kW，=2.39r/min，i=626.6，工作级别为M5，选定减速器为DVFS-1150PR-630，减速器许用功率=45.5KW，低速轴最大扭矩为M=20500N.m减速器在2.39r/min时许用功率：=43.2415kW 实际起升静功率：=9.74kW 用类载荷校核减速器输出轴的径向载荷，最大力矩。最大径向力Fmax，短暂最大扭矩Tmax： 式中：载荷系数取1.2.F是减速器允许的最大径向载荷：Fmax=2004NF=20500NTmax=TT所以减速器符合设计要求。2.4电机过热验算与发热验算1. 过载验算按下式计算：=11.2kW 输出功率P=15kw大于，满足要求。式中：为准接电持续率时，电动机额定功率，单位为kW H为系数，绕线式异步电动机，取H=2.5 m为基准接电持续率时，电动机转矩允许过载倍数，m取2.5 M为电动机个数m=1 为总机械效率=0.8582. 发热验算按下式计算：PP 式中：P为电动机在不同接电持续率JC值和不同CZ值时允许输出功率，单位为kW，按CZ=150，JC值=25%，输出P=11.26kW=6.74kW (2-16)P=11.26=6.74kW由以上计算得过载验算和发热验算通过。2.5制动器的设计与计算按下式计算，选制动器： 式中：为制动力矩，单位为N.m 为制动安全系数，查表3-5中M5得=2.0 为下降时作用在电动机轴上的静力矩，单位为N.m=109.4N.m 为下降时总机械效率，通常取0.858=2109.4=218.8N.m表2-5 制动安全系数工作级别M1-M2M3M4M51.01.41.82.0选用=218.8N.m选用YWZ5-200/30制动器，其额定制动力矩224N.m，安装时将制动力矩调整到所需的制动力矩=2000N.m。2.6联轴器的设计与计算根据电动机和减速器轴伸尺寸及形状选连轴器，使连轴器的许用应力矩M计算的所需力矩M，则满足要求。电动机的轴伸：d=55mm(柱形)，长度E=110mm减速器的轴伸： d=50mm(锥形)，长度E=87mm选取梅花弹性连轴器：型号为MLL8-I-315，M=1800N.m；1. GD=132.54=530Kg.m 2. GD=18.954=75.8Kg.m 电动机额定力矩：=177.4N.m 计算所需力矩：M=n=1.21.8177.4=383.1N.m 式中：n为安全系数取n=1.5 为刚性动载系数，取1.8 M=1800M=383.1N.M所选连轴器合格。表2-6 工作安全系数工作级别M1-M3M4M5M6n1.01.11.21.32.7齿轮传动设计1)、销齿传动的特点及应用销齿传动属于齿轮传动的一种特殊形式。其中，具有圆销齿的大齿轮为销轮，另一个具有一般齿轮轮齿齿形的小齿轮称为齿轮。如图3-5所示。销齿传动有外粘合、内粘合和齿条粘合等三种型式，使用时，一般常以齿轮作为主动轮，因为，当以销轮作为主动时，齿轮的轮齿齿顶先进入啮合，将会降低其传动效率，故不用销轮作为主动。由于销轮的轮齿是圆销形，故与一般齿轮相比，它具有结构简单、加工容易、造价低、拆修方便等优点，故以销轮代替尺寸较大的一般渐开线齿轮时，将具有很大的经济性。特别是个别销齿破坏时，只需个别更换，不致整个销轮报废。销轮传动适用于低速、重载的机械传动和粉尘多、润滑条件差等工作环境比较恶劣的场所。广泛应用于起重机械、化工、冶金、矿山等部门的一些低速而大型的机械设备中。销齿传动结构见图2-5。图2-5 销齿传动2)、销齿传动应用本次设计的一个创新点就是改变传统的电机驱动斗轮轴的传动方式，而是将一销齿圈焊接与斗轮体的一侧，减速器的输出轴上直接装齿轮，通过两者的啮合使斗轮转动。销齿圈的轮齿是圆销，它结构简单、加工方便、造价低、拆修方便，销齿传动适用于低速、重载机械传动和粉尘多、润滑环境较恶劣的场合，能使斗轮驱动机构的制造成本减少一倍多，同时还运行平稳，易于检修。图2-6 销齿传动驱动斗轮原理已知驱动电机额定功率P=15kw，额定转速=1450r/min，效率为0.92；液力偶合器传动效率=0.96；设备总传动比为减速器传动比和传动效率分别为=30， =0.9销齿传动系统中销轮的转速和传动效率分别为，=0.93（1） 计算销齿轴的转矩销齿传动比 销轮功率 销轮轴的转矩 （2） 选定材料及确定许用应力销齿材料采用45钢，正火处理，167217HB。按10r/min查表得=108 kg/，查表，按对称循环载荷计算=式中 疲劳极限，=0.4354=23.22kg/；销齿变面状况系数，=1.25； 许用安全系数，的取值范围为1.41.6，取=1.5。=（kg/）齿轮材料采用45钢，调质处理，207255HB。按10r/min 查表得=120kg/、=14.5kg/（3） 选定、和确定、等参数查表取：=1.5、=13、=0.475销轮齿数 取80齿销齿传动实际传动比 =6.15销轮实际转速 实际总传动比 按=13、=0.475查图得（）max=0.478。为了保证齿顶不变尖且有一定厚度，还要保证重合度的值不小于1.11.3，则试取=0.43。按=13、=0.475查图得=1.28在需用范围内，故合格。（4）销齿直径确定及强度校核按接触强度公式计算394取=48按弯曲强度验算公式校核取，则，故销齿弯曲强度足够按弯曲强度验算公式校核齿轮轮齿弯曲强度故齿轮轮齿弯曲强度足够。（5）几何尺寸计算齿轮齿数 销轮齿数 销齿直径 齿距 齿轮节圆直径 =销轮节圆直径 =齿轮齿根圆角半径 取齿轮齿根圆角半径中心至节圆距离取齿轮齿顶高 齿轮齿根高 齿轮全齿高 齿轮齿廓过渡圆弧半径 取齿轮齿顶圆直径 齿轮齿根圆直径 中心距 齿轮齿宽 销齿计算长度 销齿中心至夹板边缘距离 取 销轮夹板厚度 取（6）夹板挤压强度校核取故夹板挤压强度足够。3 斗轮轴的设计与校核 （1）计算作用在轴上的力根据前面计算可知扭矩T 圆周力 径向力 轴向力 （2）初步估算轴的直径选取40Cr钢作为轴的材料，调质处理由公式 计算轴的最小直径并加大3%以考虑键槽的影响查表 取A=100则 图3-1 斗轮轴的结构图（3） 绘制轴的弯矩图和扭矩图水平方向上的力 RH1=RH2=1.92104N垂直方向上的力 RV1=RV2=3104N 水平方向上的弯矩 MH=36319.2103=7106Nmm垂直方向上的弯矩 MV=3104363=1.1107Nmm 最大弯矩 M=1.3107Nmm（4）按弯扭合成强度校核轴的强度当量弯矩 其中折合系数轴的材料为40Cr钢，调质处理。=685 N/，得材料许用应力轴的计算应力为 由于轴截面有键槽故 代入计算得 故该轴满足强度要求（5）计算危险截面的工作应力取第一个轴肩面作为危险面截面弯矩 截面扭矩 抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面上弯曲应力 截面上扭剪应力 弯曲应力幅 弯曲平均应力 扭切应力 （6） 确定材料的机械性能 查表可知40Cr钢弯曲疲劳极限 剪切疲劳极限合金钢材料的特性系数 ，（7） 确定综合影响系数、轴肩圆角处有效应力集中系数、 ，根据 ，查表计算得，配合处综合影响系数、，根据d，配合H7/r6计算得=3.8，=2.68尺寸系数、，根据图查得，表面状况系数=（8）计算安全系数取需要安全系数 故疲劳强度安全。图3-2 轴的计算简图总 结 悬臂式斗轮取料机是斗轮堆取料机中的一种，广泛应用于散料运输行业。 本文主要研究设计悬臂式斗轮取料机的斗轮机构、回转机构以及取料的半自动控制过程。斗轮机构的传动系统中采用了液力偶合器，提高了传动效率，改善了传动性能。另一方面，改变了传统的以轴带动斗轮转动的方式，而采用在斗轮体上安装一较大的销齿圈，再用与减速器输出轴相连接的销齿轮驱动销齿圈，从而带动斗轮转动的方式，使斗轮驱动机构的制造成本大幅降低，同时还能使其运行平稳，易于检修。本文还进行了与斗轮取料量相适应的输送机的选型。回转机构主要由支撑部