【JX18-27】水渠淤泥堆积输送机设计（二维+三维+论文）
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JX18-27
【JX18-27】水渠淤泥堆积输送机设计二维+三维+论文
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选题意义、研究现状及存在问题选题意义：在农业灌溉中，淤泥输送机具有很广泛的用途。它是农业灌溉处理系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是将水渠中的淤泥收集起来，并通过输送机输送到堤岸。此方案打算选用一淤泥泵，将淤泥抽送到螺旋输送机上，然后通过螺旋输送机输送到堤岸上。淤泥的抽送装置拟采用淤泥泵，淤泥泵是一种新型的非标准工程机械，走向市场至今已有多年的历史。可是，直到今天，仍然没有一种较理想的机型来满足用户的需求。流行在市场上的淤泥泵种类很多，但都存在着柱塞的密封件不耐磨的致命缺陷，使用寿命最长不超过60小时。更换密封件需投入大量的人力、财力，用户难于承受。其次，泵的结构大多数复杂、笨重、体积大；野外露天作业施工搬运困难。为了解决这些问题，一种新型的体积轻便、使用寿命长的淤泥泵的研制和开发就显的尤为重要。研究现状及存在问题:目前，在世界范围内淤泥泵的技术发展，美国处于领先地位，其次是俄国，俄国近几年来对三缸单作用泵的发展较快。我国钻探用淤泥泵与美国、俄国同类型泵的先进水平对比，容积效率和质量比等方面达到了先进水平，唯有总效率还有差距，也就是说机械效率偏低，美国和俄国的泵的机械效率一般为90%左右，而我国仅为85%左右。这主要是因为我国机械制造精度较差，表面粗糙度值较大，装配质量也较差之故。国外泵业发展迅速，高科技的发展和应用起了致关重要的作用，如CAD/CAM技术的应用，推动了泵的设计多样化，生产朝多品种、小批量方向发展。制造技术的提高给泵业的发展注入了新的力量，由合成纤维、陶瓷及聚四氟乙烯等材料制成的低摩擦压缩填料和石棉填料相比，在多方面显出了优势，显示了新的生命力。国内泵业就近几年来发展很迅速，生产的能力已具有了相当大的规模，在原有的基础上开发研究新产品，引进国外的工艺及技术。如泵计算机辅助设计CAD系统，中国泵制造业与相关行业信息计算机运程通讯系统等新技术的设计和开发促进了我国泵业技术水平的提高。综上所述，无论在国内、国外，新型轻便的灌用淤泥泵还不是很多，而现在对此泵的需求量却在日益增大。研究目标和内容研究目标：通过调研了解到，以往淤泥泵的体积都比较大，整体看起来比较笨重，结构一般都是三缸单作用，三缸泵流量大，压力大，比较受欢迎，但目前的三缸泵也存在着由于密封圈寿命太短，轴承盖容易损坏，劳动强度大，适应差等缺点。而传动则采用传统古老的V行夹织物成组橡胶密封圈，难于承受细碎的砂石和微颗粒水淤泥介质，使用寿命最长不超过60小时，就需要经常更换密封件。鉴于以上原因，我们决定开发轻便的淤泥泵。其存在主要问题是：液力部件耐磨性差，寿命短，可靠性低。为了解决上述问题，本项目拟设计的淤泥泵的特点：一是采用更好的密封材料，提高密封件的耐磨性和使用寿命；二是采用行星减速器内置大皮带轮内的结构，使其体积小，重量轻，便于搬运。经过几次方案讨论决定，轻便淤泥泵应具有以下特点：1.经济耐用可靠，质优价廉；2.体积小，重量轻，便于搬运；3.密封件更换时间短，使用寿命长；4.操作简单，维修方便；研究内容：结合现在淤泥输送机和抽送泵的发展趋势，在明确设计任务和设计要求，不要偏离题目：仔细研究设计方案，理清设计思路，使设计过程清晰化，这两点的基础上。进行以下研究工作：1.对目前国内外淤泥输送机及淤泥泵技术的研究和发展进行了分析。2.了解淤泥输送机和泵的基本构成及工作原理，熟悉其设计、生产的基本知识。3.进行淤泥输送机和淤泥泵总体结构的设计。4.淤泥输送机及泵的关键部件进行强度校核分析。5.装配图及零件图绘制，说明书编制。步骤和措施步骤和措施经过调研和几次方案论证，考虑到工作现场的特点，从实际实用的角度出发，确定淤泥泵方案如下：1. 考虑到多种场合的野外作业，动力可选择电机；2. 考虑到使流量更加平滑稳定，增加一个空气室；3. 考虑到密封件容易损坏，需经常更换，选择新型的密封材料聚四氟乙烯，可延长使用寿命；4. 考虑到泵体容易损坏，选用高强度材料，提高承载能力；5. 柱塞选用更好的材料，提高柱塞耐磨性，延长柱塞使用寿命。6. 在满足上述要求的同时，尽量结构简单，操作方便，适合于搬运。尽量做到标准化，通用化，系列化。研究的总体安排与进度日期 工 作 内 容第13周 查找资料第46周 完成开题报告及资料翻译第710周 参数计算、器件选择第1113周 图纸绘制第1417周 撰写毕业论文第18周 答辩准备及答辩主要参考文献1 蔡自兴.机械人学的发展趋势和发展战略,机械人技术.北京:机械工业出版社,2001.2 周伯英.工业机器人设计M.北京:机械工业出版社,1995.3 王守城,容一鸣.液压与气动传动M.北京:北京大学出版社,2008.4 毛谦德,李振清.机械设计课程设计手册第三版M.北京:机械工业出版社,2006.5 张建明.机电一体化系统设计第三版M.北京:高等教育出版社,2009.6 刘鸿文.材料力学第四版M.北京:高等教育出版社,2007.7 王积伟,章宏甲,王谊.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,2003.50-51.8 濮良贵,纪名刚.机械设计第八版M.北京:高等教育出版社,2006.9 尹志强.系统设计课程设计指导书第一版M.北京:机械工业出版社, 2008.10 秦曾煌.电工学上册M.北京:高等教育出版社,2006.11 秦曾煌.电工学下册M.北京:高等教育出版社,2006.12 张毅刚.单片机原理及应用M.北京:高等教育出版社,2008.13 濮良贵，纪名刚.机械设计.第六版.北京：高等教育出版社，200114 崔忠圻. 金属学及热处理. 北京: 机械工业出版社, 198915 章宏甲.液压传动.北京：机械工业出版社，199216往复泵设计编写组.往复泵设计.北京：机械工业出版社，199917 中国机械工程学会.中国机械设计大典编委会.中国机械设计大典.南昌：江西科学技术出版社，200018 吴宗泽.机械零件设计手册.北京:机械工业出版社,200419 朱俊华,战长松.往复泵.北京:机械工业出版社,199020 卜炎.螺纹联结设计与计算.北京：高等教育出版社，1993 21 Qiu Yangzhen, Lin Yimeng. Research and Applications of High Precision Pneumatic Manipulator. Hydraulic Pressure and PneumaticJ. 2006, 28(4): 55-56. 22 B.Tondu, P.Lopez.Modeling and control of McKibben artificial muscle robot ActuatorsJ. IEEE Control System Magazine, 2000, 27(6): 15-38.23 B.Tondu, P.Lopez.Modeling and control of McKibben artificial muscle robot Actuators J. IEEE Control System Magazine, 2000, 27(6): 15-38.指导教师审核意 见 指导教师（签名） 年 月 日摘要本篇毕业设计主要阐述的是关于农田淤泥堆积输送机设计方法。淤泥输送机是农业灌溉中的一个重要组成部分。它的基本作用是将水渠中的淤泥收集起来，并通过输送机输送到堤岸。此方案打算选用一淤泥泵，将淤泥抽送到螺旋输送机上，然后通过螺旋输送机输送到堤岸上。首先，阐述了泥浆泵的设计原理和理论计算；然后对螺旋输送机的部件组成所需类型、尺寸进行了计算和校核；最后对该设备履带式底盘进行了简要的设计概述，最终按照设计准则和设计理论设计了淤泥输送机。该设计过程借鉴了一般输送机的设计方法。本文不仅论述了输送机机的设计方法，还通过计算机绘图技术将输送机的整体和部件结构画出参考图，方便对淤泥输送机实体和设计过程的理解。关键词：淤泥；螺旋输送机；履带式底盘43AbstractThis graduation project is mainly about the design method of farmland sludge pile conveyor. Sludge conveyor is an important part of agricultural irrigation. Its basic function is to collect the sludge in the canal and transport it to the embankment through the conveyor. The plan is to choose a sludge pump to pump the sludge to the screw conveyor，and then transport it to the embankment through the screw conveyor. First，the design principle and theoretical calculation of the mud pump are expounded. Then the type and size of the components of the screw conveyor are calculated and checked. Finally，a brief outline of the design of the caterpillar chassis is made. Finally，the silt conveyer is set up according to the design criteria and the design theory. The design process refers to the general conveyor design method. This paper not only discusses the design method of conveyor，but also draws a reference map by drawing the whole and component structure of the conveyor through computer drawing technology，which is convenient for the understanding of the solid and design process of the silt conveyor.Key words: Silt; screw conveyor; caterpillar chassis目 录摘要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 课题的来源及意义11.2 研究现状及存在的问题11.3 主要研究内容1第2章 淤泥堆积输送机总体方案设计3第3章 淤泥泵的总体设计4第4章 淤泥抽送装置电机的选择5第5章 淤泥泵零件设计与校核75.1 吸浆管直径计算75.2 排浆管直径计算75.3 浆管的选择75.4 泵体75.5 连杆十字头连接处销子的强度计算85.6 泵体壁厚强度计算和选择105.7 空气室容积及强度计算和选择115.8 减速器的选择135.9 带传动计算14第6章 螺旋输送机的工作过程分析186.1物料的运动分析和叶片的设计186.1.1 物料的运动分析186.1.2 叶片的设计21第7章 螺旋输送机设计计算267.1原始资料267.1.1所输送物料的名称及特性267.1.2选型要求267.2螺旋输送机的设计计算267.2.1确定螺旋直径D267.2.2确定螺旋转速n277.2.3功率的计算277.2.4电机的选择28第8章 履带式底盘设计298.1 履带行走装置的设计298.1.1 履带行走装置的结构组成及其工作原理298.1.2 履带298.1.3 驱动轮308.1.4 导向轮、支重轮和托带轮318.1.5 张紧装置318.2 履带底盘相关性能计算348.2.1 牵引性能计算348.2.2 转向驱动力矩的计算36总结41参考文献42致谢44第1章 绪论1.1 课题的来源及意义在农业灌溉中，淤泥输送机具有很广泛的用途。它是农业灌溉处理系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是将水渠中的淤泥收集起来，并通过输送机输送到堤岸。此方案打算选用一淤泥泵，将淤泥抽送到螺旋输送机上，然后通过螺旋输送机输送到堤岸上。淤泥的抽送装置拟采用淤泥泵，淤泥泵是一种新型的非标准工程机械，走向市场至今已有多年的历史。可是，直到今天，仍然没有一种较理想的机型来满足用户的需求。流行在市场上的淤泥泵种类很多，但都存在着柱塞的密封件不耐磨的致命缺陷，使用寿命最长不超过60小时。更换密封件需投入大量的人力、财力，用户难于承受。其次，泵的结构大多数复杂、笨重、体积大；野外露天作业施工搬运困难。为了解决这些问题，一种新型的体积轻便、使用寿命长的淤泥泵的研制和开发就显的尤为重要。1.2 研究现状及存在的问题目前，在世界范围内淤泥泵的技术发展，美国处于领先地位，其次是俄国，俄国近几年来对三缸单作用泵的发展较快。我国钻探用淤泥泵与美国、俄国同类型泵的先进水平对比，容积效率和质量比等方面达到了先进水平，唯有总效率还有差距，也就是说机械效率偏低，美国和俄国的泵的机械效率一般为90%左右，而我国仅为85%左右。这主要是因为我国机械制造精度较差，表面粗糙度值较大，装配质量也较差之故。高新技术的发展和应用对国外泵业的发展和应用起到了重要的作用。例如，CAD/CAM技术的应用促进了泵的设计多样化，使产品向着多品种、小批量的方向发展。制造技术的进步为水泵行业的发展注入了新的动力。与合成纤维、陶瓷、聚四氟乙烯等材料相比，低摩压填料和石棉填料具有多方面的优势，显示出新的生命力。近年来国内水泵行业发展迅速，在原有开发和研究新产品、引进国外技术和技术的基础上，生产能力已经有了相当大的规模。如泵的计算机辅助设计CAD系统，新技术为中国泵制造业和相关行业信息的计算机操作通信系统的设计和发展推动了中国的热泵技术的改进。综上所述，目前国内外没有很多新型的便携式污泥泵，但现在对水泵的需求正在增加。1.3 主要研究内容结合现在淤泥输送机和抽送泵的发展趋势，在明确设计任务和设计要求，不要偏离题目：仔细研究设计方案，理清设计思路，使设计过程清晰化，这两点的基础上。进行以下研究工作：1.对目前国内外淤泥输送机及淤泥泵技术的研究和发展进行了分析。2.了解淤泥输送机和泵的基本构成及工作原理，熟悉其设计、生产的基本知识。3.进行淤泥输送机和淤泥泵总体结构的设计。4.淤泥输送机及泵的关键部件进行强度校核分析。5.装配图及零件图绘制，说明书编制。第2章 淤泥堆积输送机总体方案设计淤泥堆积输送机的总体结构如图2-1所示：图2-1 立式搅拌机该输送机由三大主要部件组成，分别是螺旋输送机，淤泥抽送泵，履带式车辆底盘。淤泥抽送泵进出口分别连有输送软管，其中一端放置于淤泥堆积处，另一端与螺旋输送机尾部相连，通过淤泥泵的动力，将淤泥抽送至螺旋输送机中，然后通过输送机的螺旋叶片，将淤泥输送至车辆上的淤泥集中处，履带式底盘，可灵活的在复杂环境路面行走，履带牵引力大，适合重负荷作业(如耕、耙等)，接地比压小，对农田压实、破坏程度轻，特别适合在低、湿地作业， 而且除田间作业外， 还在农田基本建设和小型水利工程中用作推土机， 综合利用程度较高。总体方案确定好后，就可以分别对主要的部件进行分析计算。第3章 淤泥泵的总体设计经过调研和几次方案论证，考虑到工作现场的特点，从实际实用的角度出发，确定方案如下：1. 考虑到多种场合的野外作业，动力可选择电机；2. 考虑到使流量更加平滑稳定，增加一个空气室；3. 考虑到密封件容易损坏，需经常更换，选择新型的密封材料聚四氟乙烯，可延长使用寿命；4. 考虑到泵体容易损坏，选用高强度材料，提高承载能力；5. 柱塞选用更好的材料，提高柱塞耐磨性，延长柱塞使用寿命。6. 在满足上述要求的同时，尽量结构简单，操作方便，适合于搬运。尽量做到标准化，通用化，系列化。工作原理：此淤泥泵是采用单缸双作用柱塞泵工作。由电机通过带传动输入动力，通过行星减速器减速。经偏心轮将回转运动转化为直线往复运动。驱动双作用柱塞泵作功。柱塞泵的进浆室、排浆室各有两个钢球组成的单向控制阀（如下图所示）。当活塞杆向左驱动时，缸体右腔进浆（单向阀F2打开，单向阀F4关闭），缸体左腔排浆（单向阀F3打开，单向阀F1关闭）。当活塞杆向右驱动时，缸体左腔进浆（单向阀F1打开，单向阀F3关闭），缸体右腔排浆（单向阀F4打开，单向阀F2关闭）。（见以下工作原理图3-1）除此之外，在主通路上安装空气力表用来调整泵在抽吸过程中产生的波动大小。图3-1 淤泥泵工作原理第4章 淤泥抽送装置电机的选择泵的原动机类型应根据动力来源、工厂或装置能量平衡、环境条件、调节控制要求以及经济效益而定。电动机主电机为鼠笼式和绕线式两种。三向交流鼠笼异步电动机是石化装置泵的主要动力。它具有结构简单、维修方便、价格低廉、体积小、启动和运行方便等优点。但要实现宽范围的平滑调速，既经济又方便，运行时必须吸收电网无功电流的滞环，使电网的功率因数降低，一般不适合大泵和调速泵，多用于中、小泵。相比之下，三相交流和三相交流同步电动机可用于起动、调速、提高功率因数、大功率、高效率、恒速等，但在驱动泵中应用不多。直流电动机调速性能好，起动转矩大，但需要直流电源，成本高，维修复杂，在生产装置中不常用。当我们需要改变工厂的蒸汽平衡时，我们可以使用燃气涡轮机作为大型泵的泵的原动力或需要调速的特殊泵。随着石化厂的技术水平和经济水平的提高，反向离心泵或水轮机作为辅助或主要的泵的压力流量恢复的可用能量的动机；采用调速或多速电机技术，或利用电磁、液压和机械耦合器达到近年来泵调速的目的。已应用于石油化工装置。此外，在特定的情况下，也有用蒸汽机、内燃机、燃汽机等作为泵的原动机的。然而，电机的选择还要根据某些参数才能确定最终的电机型号计算过程如下：可知，。而根据公式可得， 其中F主轴所受的轴向力A运动活塞的截面积P作用在轴上的最大压力由以上便可得主轴的转矩T： 根据公式，可得 其中p为排量； M 为转矩 ； P为最大压力； 又由，可得轴的转速：， ； 其中Q为流量（L/min）； P为排量（）；最终根据以上所求的参数，可根据公式求得轴的输出功率 = ；取每级齿轮的传动效率为0.97，带的传动效率为0.92。可算得电机的输出功率为 一般的，Y系列是供一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机，具有效率高、性能好、噪音低、振动小、体积小、重量轻、运行可靠、维护方便等优点。而Y系列电动机主要拥有启动转矩高、启动电流小等优点。 根据以上的叙述和有关计算，决定选择Y132S-4型三向异步电动机，其功率为5.5Kw，转速为1440r/min，重量为95Kg。即Y132S-4，5.5Kw、1440r/p。此系列的电动机的主要特点：1 启动转矩高、启动电流小，效率较高，损耗少，运行可靠，运行温度低；2 由于其结构型式为封闭式，因此可以在尘土飞扬、水土飞溅的环境中使用，在比较潮湿及有轻微腐蚀性气体的环境中也能有较长的使用寿命。第5章 淤泥泵零件设计与校核5.1 吸浆管直径计算取式中：液流在吸入管中的流速 取计算流量5.2 排浆管直径计算取式中：液流在排水管中的流速 取5.3 浆管的选择根据工作压力和按上式求得的管子的内径，选择胶管的尺寸规格。对于频繁，经常扭者要降低40%。胶管在使用及设计中应注意下列事项：（1） 软管弯曲半径不应太小。软管和管接头之间的连接处应留有直部。此段长度不应小于外半径的2倍。（2） 软管的长度应考虑到当软管进入压力流体时，收缩将发生在长度方向上，一般收缩为管道长度的3-4 %。因此，软管安装应避免拧紧。（3） 软管在安装过程中应确保无扭转变形，为便于安装，可沿管线长度涂上颜色，以便检查。（4） 胶管接头轴应尽量放置在活动平面上，以使软管两端移动时不变形。（5） 胶管应避免与机械上尖角部分相接触和摩擦，以免管子损坏。5.4 泵体 泵体可实现吸、排水淤泥功能。泵体由主轴、偏心套、连杆、滑套、十子头、活塞销等组成。泵头由拉杆、柱塞、浆缸、阀座、阀盖、球阀、进浆室、排浆室、进浆胶管接头、空气室等组成。行星轴和主轴均安有圆锥滚子轴承，既能承受向心力又能承受斜齿轮产生的轴向分力，有较高的抗弯强度。柱塞和拉杆都采用两道C形滑环组合密封，能承受高压，高温度250，低温-100，耐磨，自润滑，适用于水、水淤泥、砂浆、矿物油、酸、碱等各类介质。柱塞通过一套冷却装置降低温升，只需要把胶皮水管一端接近直通管接头，冷却水即可进入冷却水管，冷却拉杆、柱塞。 泵的进口为，设置在进浆室的右侧、内孔为，有胶管一端接进浆胶管接头，另一端接水淤泥搅拌桶出口。搅拌机的出浆口必须高于或等于进浆胶管接头孔的高度，使浆涂顺利的被泵吸入。泵的出口为，纤维编织两层高压胶管制，接排浆室胶管接头。5.5 连杆十字头连接处销子的强度计算 销的类型可根据工作要求选定，用于联结的销，其直径可根据联结的结构特点按经验确定，必要时再作强度较核。 定位销通常不受载荷或只受很小的载荷，数目不能少于两个。销在每一个被联结的件内的长度约为销直径的1-2倍，定位销的材料通常选35、45钢，并进行硬化处理，根据工作需要也可以选用30CrMnSiA、1Cr13、2Cr13、H62和1Cr18Ni9Ti等材料；弹性圆柱销多采用65Mn，其槽口位置不应装在销子受压的一面，要在装配图上表示出槽口的方向。 设计安全销时，应考虑销剪断后要不易飞出和要易于更换。安全销的材料可选用35、45、50钢或T8A、T10A等，热处理后硬度为30-36HRC；销套材料可选用45钢、35SiMn、40Cr等，热处理后的硬度为40-50HRC。安全销的直径应按销的抗剪强度进行计算，一般可取。根据本设计的实际情况，选择45钢的圆柱销。材料：45号钢机械性能： （1） 外加负荷（2） 各支点反力，1解得： （3） 各支点弯矩如图4.1 (4)按弯曲强度计算从图4.1的弯矩图可知危险短面为C处截面，截面C处的抗弯摸量W截面C处的弯曲应力 安全系数n 安全图5.1 弯矩图（5）按剪切强度计算由于此销为双剪切故剪力剪应力安全系数 安全式中：许用剪应力（6）按挤压强度计算挤压应力 安全系数 安全式中：挤压剪应力 综上所叙连杆小头销子直径为16mm满足强度要求。5.6 泵体壁厚强度计算和选择材料：蠕墨铸铁 机械性能： 许用安全系数 取则实际壁厚（1） 按经验公式计算式中：缸的内半径C考虑腐蚀和铸造偏心的壁厚附加量 取（2） 按承压强度计算解得式中：泵体最大内径考虑腐蚀和铸造偏心的壁厚附加量 安全系数所以此壁厚安全。5.7 空气室容积及强度计算和选择空气室位于排浆室的始端，当排浆量增大时，空气室中空气受到压缩，而当排浆量减少时，空气膨胀，由于空气室中空气体积的改变，空气压力也随之改变，影响水淤泥自空气室跑出的快慢，迫使排浆均匀。（1）空气室容积计算图5.3 空气室式中: 平均压力 空气室未工作时的压力柱塞行程剩余液量压力不均匀系数，取(2)实际容积 即空气室的容积合适(3)强度计算材料：蠕墨铸铁实际厚度： 按经验公式计算按承压强度计算：解得安全系数故取是可以的。5.8 减速器的选择考虑到此淤泥泵需经常在野外工作，要求利于搬运和输送，因此其体积应该尽量轻便，所以选用行星齿轮减速器，因其可用小的体积，就可完成大的传动比，可将其置于大皮带轮的内部，使整个泵的结构紧凑，体积轻便。图5.41. 传动比的分配因为电机轴的转速，柱塞泵往复次数为175次/分，即，；，；1. 按照减速器机械强度限制的承载能力选定；其中，为计算功率（）； 为使用系数，考虑使用工况的影响，选取1； 为安全系数，选取1.4；当，根据参考文献16查表3-4知NAD200，。2. 由于环境温度的影响，应验算热平衡时临界功率，按已知条件查表2-8、表2-9、表3-17、得，因为=5.5/111.11=4.9%，用插值法得=5.5111=5.5Kw通过查表3-15得=21Kw5.5Kw。工作状态的热功率小于减速器热平衡功率，因此无需增加冷却措施。3. 行星减速器各齿轮参数 行星减速器选用型双联机构，行星轮，i=6；1）中心轮参数；，；旋向向左。2） 行星轮参数；旋向向左；3）行星轮参数； ；旋向右旋。5.9 带传动计算 在带传动中，常用的有平带传动，V带传动，多楔带传动和同步带传动等。在一般机械中，应用最广的是带传动。V带传动较其它带传动能产生更大的摩擦力。这是V带传动的主要优点。因此，我选用了V带传动。(1)计算功率 式中: =工作情况系数 (2)胶带型号的选择 根据 及 由参考文献1图8-8选定B型胶带 (3) 传动比为； (4)小带轮直径的确定 根据参考文献1图8-8选 (5)大带轮直径的计算 其中，小带轮直径（mm）； 传动比； 弹性滑动率； 由表8-9可查得，大带轮直径为266mm。(6)带速 速度在525 m/s的范围内，合适(7) 初定轴间距取(8)初算胶带基准长度选取基准长度查参考文献1表8-2(9) 实际中心距 (10)小带轮包角合适(11)单根胶带传递的功率 根据： 查得 查参考文献1表8-5a(12)单根胶带传递功率的增量根据查得查参考文献1表8-5b(13)胶带根数=2.96 取 式中包角系数查参考文献1表8-8 长度系数 查参考文献1表8-8(14)单根胶带的预紧力 式中：q皮带每米长的重量 查参考文献1表8-4(15)带轮的结构和尺寸 1.小带轮的结构尺寸确定由所选电机的类型，Y132S-4型三向异步电动机。起轴伸直径，长度，故小带轮轴孔的直径应取，毂长应小于88mm。由表14-18查得，小带轮应为实心轴。轮槽尺寸及轮宽应按表14-16计算，可得，。=80mm。取。 2.大带轮的结构尺寸确定 根据小带轮尺寸的选定，以及以上关于带轮传动的计算和减速器的结构尺寸，可得，=3mm，。 =120mm。取第6章 螺旋输送机的工作过程分析6.1物料的运动分析和叶片的设计6.1.1 物料的运动分析当螺旋传动时，进入槽的材料受到螺旋叶片的正推力。推力的径向分量和叶片的摩擦力使材料绕轴转动，材料的重力和材料上的槽的摩擦力阻止材料绕轴转动。当螺旋叶片的轴向分力与材料的推力相匹配时，克服了材料的摩擦力和材料的正推力的径向分力，材料不与螺旋一起旋转，只沿槽运动。这种情况就像握着一个不能在旋转螺杆上直线旋转的螺母。然而，由于旋转螺杆的影响，颗粒在输送过程中的运动不是直线运动，而是空间运动。当螺旋升角为并在展开状态时，螺旋线用一条斜直线表示。则旋转螺旋面作用于半径为r（距螺旋轴线之距离）处的物料颗粒A上的力为P合。由于摩擦的原因，P合之方向与螺旋线的法向方向偏离了角。此力可分解为切向分力P切和法向分力P法，如图所示。图中角是由物料对螺旋面的摩擦角及螺旋表面粗糙程度决定的。对于一般冲压而成或经过很好加工的螺旋面，可以不考虑螺旋表面粗糙程度对角的影响，此时则认为。 图6-1 螺旋面作用于物料颗粒上的力 图6-2 物料运动速度的分解物料颗粒A在P合作用下，在料槽中进行着一个复合运动，即具有圆周速度v侧和轴向速度v轴，其合成速度为v合，图表示了其速度的分解。若螺旋的转速为n，处于螺旋面上的被研究物料颗粒A的运动速度，由图中三角形ABC可得因为 所以圆周速度为以摩擦系数代入上式，得到圆周速度由于以及、因此，将上述各式代入并经过换算后，便可求得物料颗粒的圆周速度计算公式，式中：s螺旋的螺距(m) n螺旋的转速(r/min) r所研究的物料颗粒离轴线的半径(m)面物料与螺旋面的摩擦系数若使公式对r求一次导数，并令其值，便可求得存在v圆最大值的半径为同样，根据图6-2的速度分解关系，可得物料颗粒的轴向输送速度的计算公式：图6-3表示了对于几种不同螺距的速度v圆和v轴随半径而变化的曲线图。由图中可知，对于处于直线OB1B2B3m以右的r值的母线螺旋而上的被输送物料，其圆周速度v圆在半径长度范围内并不是常数，因此，在其运移过程中要产生物料之间的相对滑动。螺旋轴附近材料的周向速度大于外层，但轴向输运速度显著降低。因此，材料的内层会在轴周围快速旋转并更早到达表面，从而产生额外的物质流。它不仅对物料的输送产生不良影响，而且增加了电耗。但螺旋附近物料的轴向输送速度大于周向速度。图6-3 速度v圆和v轴随半径而变化的曲线为了避免上述问题，我们可以得到材料的最大轴向速度，所以我们用曲母线螺旋曲面图6-4。螺旋轴附近螺旋角为正，槽壁附近上升角为负。这样，螺旋轴附近区域的径向速度将指向壁面的径向速度，增加了内材料外压和摩擦，使螺旋轴附近物料的附加流量得到适当的降低。但在靠近槽壁处，由于负向角的螺旋面和螺旋轴的圆周速度，使材料对槽壁的压力降低甚至消除，从而减少或避免了能量消耗，降低了材料轴向传动速度。 水平螺旋输送机工作时，物料在机槽底部并偏向转动方向的一侧，该物料面与水平形成的夹角为物料的倒塌角，如图6-5所示。在此面上物料处于力的平衡，当物料面转角d时，物料沿倒塌角下滑，形成倒塌现象。倒塌下来的物料一部分不断翻起在落下，一部分越过轴并落到轴的另一侧，即下一个螺距中，形成附加料流。因此，当输送机工作时，应使物料面的转角不大于物料的倒塌角，即式中：物料在静止状态时的内摩擦角（） 螺旋输送机稳定工作时物料面形成的倒塌角（） 物料面的转角（）图6-4 弯曲母线螺旋面的形状及其速度曲线 图6-5 物料在料槽中的倒塌角6.1.2 叶片的设计在螺旋输送机工作过程中，物料面的转角与填充系数即进料量、螺距大小及螺旋面的型式等因素有关。螺旋输送机工作时，机槽中物料的填充系数（即进料量）影响输送过程和能量消耗。图6-6是输送砾石时，对于不同填充系数的物料层堆积的情况及其滑移面。当装满系数较小时（即=5），物料堆集的高度低矮且大部分靠近槽壁而具有较低的圆周速度，物料运动的滑移面几乎平行于输送方向，见图6-6a。物料颗粒在轴向的运动要比圆周方向显著得多。所以，这时垂直于输送方向的附加料流很少，单位能量消耗也较低。但是，当填充系数提高（=13或=40）时，则物料的滑移面将变陡，见图6-6b、c。此时，物料在圆周方向的运动加强，在输送方向的运动减弱，附加料流增大，导致输送速度的降低和附加能量的消耗。因而，对于水平螺旋输送机来说，物料的填充系数并不能无限增加，一般取填充系数45。各种散粒物料的填充系数可参考化学工业出版社出版的1999版运输机械设计选用手册下册P335表15-1。图6-6填充系数主要与被输送物料的性质有关。输送细粉、易流动且没有磨琢性或有轻微磨琢性的散状固体物料时（如面粉、谷物等），填充系数可达到0.45；如果被输送的物料易于粘结或具有中等程度磨琢性的细粒或小块，则填充系数限制在0.3左右。如果与此同时物料还有一定程度的磨琢性，螺旋的转速就要减少。对于磨琢性的及大物料（如矿石等），填充系数将进一步地限制，大约只能取0.15。沥青的大小也直接影响物料的运输过程。如果填充系数不变，则沥青的滑动面也会随着沥青的不同而改变。如果填充因子发生变化，就会导致材料速度的变化。因此，最合理的螺距尺寸应从螺旋面与材料之间的摩擦关系和速度分量的合理分布两个条件来确定。从图3-2可得出物料颗粒A所受螺旋面在轴向方向上的作用力为为了使P轴0，则必须满足根据前面的讨论得知，最小的半径（其中d为螺旋轴的直径）初所得的螺旋升角是最大的，则轴向输送方向的作用力P轴最小。根据这个条件，最大的许用螺距值应由下面两式求得若以（D为螺旋的外径）代入上式，则得在确定最大允许间距时必须满足第二个条件，这是以每一个粒子的成分之间的关系以最合理的速度为基础的。换句话说，物质粒子应该具有最大的轴向速度，螺旋面上每一点的轴向速度大于圆周速度的轴向速度，如图3-2所示。螺距大小影响速度分量的分布。当螺距增大时，轴向速度增大，周向速度分布不合理。相反，当桨距较小时，速度分量的分布较好，但轴向传动速度较小。然后根据V轴或V轴在圆周上的螺旋条件，并使用可用的公式。又因为此时（螺旋圆周处），故得求螺距的第二个条件为分析了填充系数及螺距对物料输送过程的影响后，可以指出，对于较大的装满系数，应取最小的螺距值；反之，对于较小的装满系数，螺距可偏于取最大值。由前述知，在螺旋面同一母线上各点的升角不同。叶片外缘点处升角外最小，向内升角逐渐增大，至叶片内缘点处即靠近螺旋轴处的升角内最大。由此得知，螺旋叶片同一差别越大，各点处物料转角的差别越大，在较大的半径范围内物料转角大于其倒塌角，形成更多的附加料流。从螺距对物料运输速度各分量分布的影响也可知，螺距增大，在靠近螺旋轴处物料的v圆显著增加，且在较大的半径范围内v圆v轴，使较多物料的转角大于其倒塌角，形成更多的附加料流。图3-7a绘出了水平螺旋输送机的容积生产率V与螺旋轴直径d、物料与螺旋叶片摩擦系数间的关系。该图是在螺旋直径D保持不变时，的情况绘制的。由图可知，水平螺旋输送机的容积生产率是随螺旋轴直径d及物料与叶片间的摩擦系数的增大而下降的。而图3-7b则绘出了水平螺旋输送机的容积生产率与s/D的比值及物料与螺旋叶片间的摩擦系数的关系。由图可知，s/D比值的适宜范围是0.81.25，在此范围之外，生产率则明显下降；此外，物料与螺旋叶片间摩擦系数的大小对产量也有较大的影响，特别是当s/D比值较大时，随着的增大，产量下降得很厉害。例如，当时，若，则V=950；若，则V=0，即此时物料只随螺旋叶片转动而其轴向运动停止。因此，除适宜选择s/D比值外，还应恰当地选择螺旋叶片的材料及其光滑程度，以尽量减小物料与螺旋叶片间的摩擦系数。图3-7 螺旋输送机容积生产率的关系图标通过以往试验得知，螺旋在一定的转速内，对物料颗粒运动的影响并不显著。但是当超过一定的转速时，物料受到过大的切向力而被抛起，开始产生垂直于输送方向的径向跳跃，从而对输送过程产生不利影响。因此，螺旋的最大许用转速应根据被输送物料的最低跳跃高度来确定。但是，由于至今尚缺乏有关各种物料的许用最低跳跃高度的资料，因此在实用计算中，用下列经验公式来确定螺旋的最大许用转速：式中，D螺旋直径（m） A物料特性系数，由化学工业出版社出版的1999版运输机械设计选用手册下册P335表15-1查出从式可知，螺旋的最大许用转速是螺旋输送机直径的函数，同时也和输送物料性质及填充系数有关。在满足输送量要求的情况下，应选用较低的转速，以减小物料对螺旋叶片及机壳磨损，延长使用寿命。第7章 螺旋输送机设计计算7.1原始资料7.1.1所输送物料的名称及特性（1）物料：淤泥7.1.2选型要求（1）输送能力Q=40 t/h（2）水平输送，输送长度L为10米7.2螺旋输送机的设计计算由于该机用于纯运输，因而选用实体螺旋面型叶片；根据选型要求，确定该机为LS型螺旋输送机7.2.1确定螺旋直径D式中 Q输送能力K物料特性系数，常用物料K值见表4-1 填充系数，见表4-2C倾角系数，见表4-3表4-1常用物料物料的粒度物料的磨琢性物料的典型例子特性系数K综合系数A粉状无磨琢性半磨琢性面粉、石墨、石灰、纯碱0.041575粉状磨琢性干炉粉、水泥、石膏粉、白粉0.56535粉状无磨琢性半磨琢性谷物、锯木屑、泥煤0.049050粒状磨琢性造型土、型砂、沙成粒的炉渣0.060030固体粘性、易结块含水的糖、淀粉质的团0.01020 表4-2填充系数物料特性易流动，磨损很少少量磨损且为颗粒至小块状磨损性、侵蚀性大0.450.330.15表4-3倾角系数倾斜度0o5o10o15o20oC1.00.900.800.700.657.2.2确定螺旋转速n螺旋转速在满足输送能力的条件下不宜过高，以免物料受过大的切向力而被抛起，以致无法向前输送。因此。螺旋轴转速n不能超过某一极限转速式中 A物料综合系数根据要求计算出来的转速n圆整为下列转速：20、30、35、45、60、75、90、120、150、190r/min，并且要用螺旋直径D和转速n圆整后的数值，对填充系数进行验算。圆整n=45 r/min，验算。7.2.3功率的计算螺旋输送机所需轴功率 式中 Q 输送量，t/h 阻力系数，见表4-4 L螺旋输送机长度，m D螺旋输送机直径，m H倾斜布置时的垂直高度，m 表4-4物料阻力系数物料特征物料的典型例子物料阻力系数o干的，无磨琢性粮食、谷物、锯木屑、煤粉、面粉1.2湿的，无磨琢性棉子、麦芽、糖块、石英粉1.5半磨琢性纯碱、块煤、食盐2.5磨琢性卵石、砂、水泥、焦炭3.2强磨琢性或粘性炉灰、造型土、石灰、硫、砂糖4.0 电动机功率P可按下式计算： 式中 驱动装置总效率，一般取=0.850.9，这里取=0.88 7.2.4电机的选择方案电动机型号额定功率(kw)电动机转速电机质量总传动比同步满载1Y132M-47.5150014408141.142Y160L-87.575072014520.57第8章 履带式底盘设计8.1 履带行走装置的设计 8.1.1 履带行走装置的结构组成及其工作原理履带行走装置有“四轮一带”（驱动轮、支重轮、导向轮、拖带轮及履带），张紧装置和缓冲弹簧，行走机构组成。如图8-1所示。 1-履带；2-驱动轮；3-托带轮；4-张紧装置；5-缓冲弹簧；6-导向轮；7-支重轮；8-行走机构；图8-1 履带底盘结构图履带式行走机构广泛应用于工程机械、拖拉机等现场车辆。步行条件差，要求行走机构具有足够的强度和刚度，具有良好的运动和转向能力。轨道与地面接触，驱动轮不接触地面。当电动机驱动驱动轮时，驱动轮从后面连续滚动，与减速器的驱动转矩相连，并通过驱动轮上的齿轮与卡特彼勒链之间的啮合。轨道的地面部分地面反向力，与地面的履带向前的反作用力，这是驱动机器的推动力。当驱动力足以克服行走阻力时，支撑轮在轨道表面向前滚动，使机器向前移动。履带行走机构的前后轨道可独立转动，使转弯半径变小。8.1.2 履带履带式履带车辆工作条件恶劣，必须具有足够的强度和刚度，良好的耐磨性，轻量化，以减少金属消耗，降低轨道的动载，轨道和地面具有良好的附着性，保证牵引足够，降低行驶和转向的阻力。根据设计方案，最初的机器质量600kg，选择橡胶履带总数为2。履带支承长度L，轨距B和履带板挂宽度b应合理匹配，使接地比压，附着性能和转弯性能符合要求。令表示为接地长度，单位m，表示履带的高度，单位m，G表示机器整机重量，单位为kg。则有经验公式知： 取 取 履带节距和驱动轮齿数z应该满足强度、刚度要求。在此情况下，尽量选择小的数值，以降低履带高度。根据节距与整机重量的关系：其中的单位为mm，G的单位为kg。则则根据计算的与实际的资料，选择履带宽为200mm，总长2300mm。8.1.3 驱动轮在履带作业机械上，多数都是把驱动轮布置在后方，这样布置的优点是可以缩短履带驱动区段的长度，减少因驱动力造成履带销处的磨擦损失，延长了履带的使用寿命，且不易造成履带下部拱起，避免了转向时履带脱落的危险，有利于提高行走系统效率。驱动轮中心高度应有利于降低重心（或车身）高度和增加履带接地长度，改善附着性能，因此驱动轮高度应尽量小。本设计选择驱动轮后置，齿数为，如下图所示 图2 驱动轮图则驱动轮直径 8.1.4 导向轮、支重轮和托带轮导向轮的前后位置根据驱动轮位置而定，通常布置在前面。导向轮用于引导履带正确绕转，可以防止跑偏和越轨，导向轮中心离地面高度应有利于降低重心。本设计选择导向轮前置，其直径比驱动轮直径略小，即 支重轮的个数和布置应有利于使履带接地压力分布均匀。农业用行走机构工作多在山区或丘陵地区，路面多为土路，履带装置需要较小的平均接地比压，支重轮的压力要分配均匀。因此，对于小型农用履带拖拉机应采用直径较小的多个支重轮。本设计选用8个支重轮，其直径。支重轮的排列应考虑机器的平稳性，两支重轮之间的距离s一般为1.5，取s=150mm，其目的是确保行走装置在轨道铁齿的任何时刻都有支撑轮，从而减少或消除机器行走的波动和下降，提高机器行走的稳定性，降低行驶阻力。支撑轮的作用是牵引轨道，防止轨道下垂过大，减少轨道振动现象，防止轨道横向滑动。支撑轮与支撑轮相似，但载荷较小，工作条件优于支承轮，尺寸较小。本设计选用2个直径为100mm的托带轮。8.1.5 张紧装置 张紧装置的缓冲弹簧必须有一定的预压量，使履带中产生预张紧力。其作用是前进时不因稍受外力即松弛而影响履带销和驱动轮齿的啮合，倒退时能产生足够的牵引力，确保履带销和驱动轮齿的正常啮合。张紧弹簧由于装置的反冲作用，在右方顶着导向轮使其在工作过程中，始终保持一定的张紧状态，从而使履带张紧导向轮导向。张紧装置示意图如下： 图3 张紧装置示意图 (1)弹簧的选择。因张紧装置的作用，是通过弹簧对导向轮的推动从而达到张紧的作用。因此，选用压缩、拉伸弹簧即可。对于选材采用通用的材料（）即可。运用公式求得隔振弹簧的刚度： （1）式中：-隔振系统频率比； -振动质体总重量；取； -振动频率。由则代入公式 则通过计算知弹簧的刚度为。按工作的载荷进行计算时，许用应力应适当取低，取，弹簧的工作载荷约为。（2）弹簧的计算。运用公式求得螺旋弹簧曲度系数: （2）式中：C-旋绕比（当材料直径时，C一般取）试取旋绕比C=6，则根据公式求得材料的直径: （3）式中: 曲度系数；（取） 旋绕比；（取） 弹簧的工作载荷；（取） 许用切应力。（取）计算得弹簧丝直径：根据公式： （4）式中：切变模量；(取) 弹簧中径。(取)计算得弹簧有效圈数 根据标准取 选择冷卷压缩弹簧YII，两端圈并紧并磨平，取则总圈数 根据公式: （5）式中：-弹簧材料直径。 计算得节距 ，选择 间距 根据公式： 计算得自由高度 根据标准选取 压缩弹簧高径比 压缩弹簧工作高度 压缩弹簧压并高度 螺旋角 弹簧材料的展开长度 经计算可知：b5.3，满足稳定性的要求。8.2 履带底盘相关性能计算 8.2.1 牵引性能计算履带机械整机参数初步确定以后，一般应进行下列计算，以估计该履带机械的基本性能是否满足预期要求，整机参数选择是否合理。这里主要是关于牵引性能的计算。计算时所用的工况一般为：空载状态，在水平区段的茬地上（对旱地是适耕的茬地，对水田是中等泥脚深度的茬地），带牵引负荷（牵引线与地面平行）全油门等速行驶。以下为表示的示意图。（图4） 图4 履带受力示意图 (1) 履带式机械的驱动力 履带机械= （6）式中: -发动机转矩 ； -各档总传动比； -各档总传动效率； -驱动轮动力半径 ； -履带驱动段半径效率，计算时一般取。 =； =； =。式中：-最大使用重量；-履带接地长度； -履带板宽度； -般为； -额定牵引力； -牵引力。根据(2)中的活动阻力，经计算即可得经计算后得结果=。(2) 履带式机械的活动阻力 =f （7）式中: -使用重量；f -履带式一般取0.1。经计算后得结果=(3) 行驶速度 理论速度 =0.377 实际速度 =(1-) （8）式中：-发动机转速； -驱动轮动力半径；-驱动轮滑转率（履带式一般取0.07）。经计算后得结果=（2.55）(4) 履带式机械的牵引效率 = （9）式中: -各档的总传动效率；-滚动效率；-滑转效率；-履带驱动带效率（一般取0.95）。经计算后得结果(5) 履带机械的附着力（要求：附着力应大于或等于履带行走机构的牵引力且大于等于各阻力之和。） = （10）式中: -一般取0.75； -取600千克。经计算后得结果=2.25。 (符合要求)8.2.2 转向驱动力矩的计算当卡特彼勒的行走装置转动时，它需要切断履带的动力和制动履带，使其静止，转向轨道的另一侧，或同时移动两个轨道，实现原来的方向，在这里我们使用单向离合器。但这两种驱动方式需要相同的驱动力。因此以机器单条履带制动左转为例，见图5。图5 履带转左向示意图左边的履带处于制动状态，在右边履带的推动下，整台机器绕左边履带的中心C1点旋转，产生转向阻力矩Mr，右边履带的行走阻力Fr/ 2。一般情况，履带接地长度L和履带轨距B的比值L/ B1.6。同时，L/B值也直接影响转向阻力的大小，在不影响机器行走的稳定性及接地比压的要求下，应尽量取小值，也就是尽量缩短履带的长度，可以降低行走机构所需驱动力。 转向阻力矩是履带绕其本身转动中心O1（或O2）作相对转动时，地面对履带产生的阻力矩，如图6所示，O1、O2分别为两条履带的瞬时转向中心。为便于计算转向阻力矩的数值，作如下假设： 图6 履带转向受力图 (1)机体质量平均分配在两条履带上，且单位履带长度上的负荷为： （11）式中: -车身总质量； -履带接地长度。经过计算：.反作用力形成的阻力矩是横向均匀。拖拉机的牵引负荷在转向方向的侧向力。侧向力的作用下，车辆的转向轴将从跟踪地面的几何中心。移至，移动距离为。根据上述假设，转向时地面对履带支承段的反作用力的分布为矩形分布。在履带支承面上任何一点到转动中心的距离为，则微小单元长度为，分配在其上的车体重力为，总转向阻力矩可按下式： （12）式中: 转向阻力系数。（经查表计算： 式中: -车辆作急转弯时转弯的转向阻力系数； -履带轨距。）将式（11）代入上式积分得并简化得： （13）即： （2)当转向半径如图7所示，两侧履带都向前运动，此时两侧履带受地面摩擦阻力朝同一方向（即行驶的反方向），外侧、内侧履带受力分别为： （14) 图7 此时转向示意图 （3)当转向半径，如图8所示，此时两侧履带受地面摩擦阻力朝反方向，外侧、内侧履带受力分别为： （15）式中: 分别为内侧前进阻力和驱动力； 分别为外侧前进阻力和驱动力。考虑机体的重心在中心位置，所以履带的前进阻力为： （16） 式中: 履带滚动阻力系数（ 即）转向时的最大驱动力矩为： 式中：r-驱动轮节圆半径。 图8 此时转向示意图 Fig
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