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 Abstract With the rapid construction of high-grade highways and municipal roads, large-scale mechanized conservation era has arrived. As a conservation and renewable road equipment, one of the major aircraft machine is the milling work of asphalt road plane milling machine conservation experts and construction units concerned. Milling machines are widely used in highway and urban road maintenance， and it is one kind of highly effective asphalt coagulation earthen road pavement service machine.It iprinciple is broken the road surface partially or completely with the trundle milling the method,In order to reduce the Iabor intensity ,The machine has the recycling installment.Causes the milling to transport directly from the millng rotor to delicers on the truck.It is a major function to transmit debirs of milling by the belt drive mechanism which is most important part of miling machines. In order to increase the operation Performance and reliability of milling machine , ensure the milling machine with higher productivity , operation quality and economic benefit ,increase the Performance of milling machine , the moving system of 2- meter milling machine have been discussed and designed in this paper. Supporting the use of these instructions with drawings. Keywords: milling planer； transporting machine； belt V 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 1 绪论 . 1 1.1 路面铣刨机及其发展概况 . 1 1.1.1 路面铣刨机的分类 . 1 1.1.2 路面铣刨机的应用特点 . 2 1.1.3 路面铣刨机的主要结构及工作原理 . 3 1.1.4 国内外路面铣刨机发展概况 . 3 1.2 路面铣刨机设计的指导思想 . 4 1.3 路面铣刨机设计的设计原则 . 4 2 沥青输送装置的总体设计 . 5 2.1 输送机构的功能 . 5 2.2 输送机构总体设计的设计标准 . 5 2.3 输送机构的工作原理 . 6 2.4 输送机构总体设计主要需完成一下几项工作 . 7 3 输送机构的组成及功能分析 . 9 3.1 输料系统的主要功能部件 . 9 3.1.1 输送带 . 9 3.1.2 支撑托辊 . 9 3.1.3 张紧 装置 . 10 3.1.4 驱动装置 . 10 3.1.5 集料系统的设计 . 11 3.1.6 改向装置 . 12 3.1.7 装料装置 . 12 3.1.8 卸料装置 . 12 3.1.9 清扫装置 . 12 3.1.10 防跑偏装置 . 12 3.1.11 机架结构 . 13 3.1.12 工字钢钢架的皮带传动机构有限元结果 . 15 3.2 带式输送机的设计流程 . 16 3.2.1 原始数据及工作条件的确定 . 16 3.2.2 带式输送机的设计计算 . 16 3.2.3 部件选型 . 17 3.2.4 撰写工程数据表 . 17 4 带式输送机的设计计算理论和方法 . 18 4.1 带式输 送机的基本功能参数 . 18 4.1.1 输送带最大的物料横截面积 . 18 4.1.2 最大输送能力 Q（ t/h）的计算 . 18 4.1.3 输 送带宽度校核 . 19 4.2 圆周驱动力与驱动圆周驱动力计算 . 19 4.2.1 主要阻力 HF . 19 4.2.2 C 的取值 . 20 4.2.3 主要特种阻力1sF . 20 4.2.4 倾斜阻力stF . 21 4.3 驱动功率的计算 . 22 4.4 输送带张力 . 22 4.4.1 带式输送机的布置形式 . 22 4.4.2 输送带张紧力计算的一般流程 . 22 5 输送机构的选型方法与分析 . 25 5.1 托辊的选型 . 25 5.1.1 托辊的选型方法 . 25 5.2 输送带的选型计算 . 27 5.3 滚筒的选型 . 28 5.4 拉紧装置的选型 . 31 5.5 支架类装置的选型 . 32 6 结论与展望 . 35 6.1 结论 . 35 6.2 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 1 1 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 1.2 2m 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 3 1.1.3 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 5 2 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/T17119-1997 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 Tx： txx KLKT (2.1) 无锡太湖学院 学士学位论文 式中， L 输送机 的 长度， m； Kx 计算托辊摩擦阻力 ,输送带 托辊间 滑动 力 系数， N/m； Kt 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 Tyb： yrycyb TTT (2.2) 上托辊， ktyyc WLKT (2.3) 下托辊， tbyr KWLT 015.0 (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， N； Tyr 沥青输送带经 过下托辊 ,输送带 的 挠曲 力 而 引起的张力， N； Ky 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 Tym： myym WLKT (2.5) 式中， Wm 输送带上 每米 物料 的 质量， kg/m； (4)提升 负荷 ,下降负荷 时 所需 的 张力 Tm： mm HWT (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 acampymbbyx TTTHLKWWWKKKT )()015.0(kte (2.7) 2.3 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 7 1.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 2-1： 无锡太湖学院 学士学位论文 表 2-1 皮带参数 输送能力 630 3m /h 输送长度 10000mm 输送宽度 2000mm 机架尺寸（长宽高） 10000 2500 550 mm 公路铣刨机沥青输送部分装置的设计 9 3 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 650800 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 3-1。 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 3-2； 表 3-1 托辊间距 堆积密度（ tm3 ） 承载托辊间距（ mm） 回程托辊间距（ mm） 1.6 1200 3000 1.6 1000 3000 图 3.1 槽型托辊简图 表 3-1 带宽对应的托辊直径（部分） 带宽 B（ mm） 500 650 800 1000 1200 1400 托辊 直径 （ mm） 63.5 76 89 108 108 108 76 89 108 133 133 133 89 108 133 159 159 159 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