刮板输送机设计论文(下)

4 传动系统 刮板输送机的传动系统比较简单，其传动原理图如图 4-1。 图 4-1 传动原理图 1-电动机；2-减速器；3-机头链轮；4-机尾链轮 5 结构设计 5.1 机头部 机头部由机头架、链轮、减速器、盲轴、联轴器和电动机组成。是将电动机的动力传 递给刮板链的装置。 5.1.1 机头架 机头架是机头部的骨架，应有足够的强度和刚度，由厚钢板焊接制成。各型机头部的 共同点如下： a. 两侧对称，可在两侧壁上安装减速器，以适应左、右采煤工作面的需要； b. 链轮由减速器伸出轴和盲轴支撑连接，这种连接方式，便于在井下拆装； c. 拨链器和护轴板固定在机头架的前横梁上，它的作用是：防止刮板链在与链轮的分离 点处，被轮齿带动卷入链轮，护轴板是易损部位，用可拆换的活板，既便于链轮和拨 链器的拆装，又可更换； d. 机头架的易磨损部位采取耐磨措施，例如加焊高锰钢堆焊层或局部采用耐磨材料的可 更换零件。 5.1.2 减速器 我国目前生产的刮板输送机减速器，多为平行布置式、三级传动的圆锥圆柱齿轮减速 器。其中 DB、DC 型圆锥、圆柱齿轮减速器高速级为弧齿锥齿轮，中低速级为圆柱齿轮。这 种减速器具有承载能力大、传动效率高、噪声低、体积小、寿命长的特点，用于输入轴与 输出轴呈垂直方向布置的传动装置，如刮板输送机各种运输机械，也可用于煤炭、冶金、 矿山等各种通用机械传动中。其使用条件为：齿轮圆周速度不大于 18m/s；安装角度为 0 25；高速轴的转速大于 1500r/min；减速器工作的环境温度为-20+35；适用于正、反 向运转。 为适应不同的需要，三级传动的圆锥圆柱齿轮减速器有三种装配方式。型减速器的第 二轴端装紧链装置，第四轴（或第一轴）装断销过载保护装置，这种形式用于单机功率为 30KW 以下的减速器；型减速器的第二轴端装紧链装置，利用液力耦合器实现过载保护， 单机功率 40-75KW 的减速器采用这种形式；型减速器的第一轴端装紧链装置，利用液 力耦合器实现过载保护，单机功率 90KW 以上的减速器采用这种形式。 为适应左、右采煤工作面和在机头部、机尾部都能通用，刮板输送机减速器的箱体应上 下对称。箱体的结构还应使刮板输送机在大倾角条件下工作时，各齿轮和轴承都能得到充 分的润滑。 为便于改变链速，减速器应能用更换第二对齿轮的办法，在一定范围内改变传动比。 由此选取减速器为：DCZ160-20-S 型。 5.1.3 盲轴 盲轴是装在机头架的不装减速器一侧、支承链轮的一个组件。 5.1.4 电动机与减速器的联接 1) 联接形式的选择 电动机与减速器的连接，有弹性联轴器和液力耦合器两种。其中液力传动的主要缺点 是较一般机械传动结构复杂、成本高、效率低。考虑设计的输送机运输量较低，功率比较 小，因此，即使重载启动需要的电动机转矩也不会太大，电动机和减速器用弹性联轴器连 接就可以满足要求，这样不使用液力耦合器，不但可以减小机头的体积和重量，也省掉了 向工作面输送工作液等过程,减少了材料消耗和对环境的污染,没有因密封漏油而失效的问 题，从而可以降低成本，提高经济性。 2) 联轴器的选择计算 P=5.04KW 电机转数 n=1500r/min 与联轴器相连的轴的直径为 d=28mm, 则转钜 查手册选用 5.1.5 电动机 刮板输送机的电动机，不用液力耦合器时，都采用有双鼠笼转子，具有高起动转矩的 隔爆型电动机。选用电动机型号为 YB132M-4JB53381991。 5.2 机尾部 机尾部采用与机头部基本相同的结构，这样可以很容易把机尾部改装成机头部，满足 特殊场合的需要，增加其适应性。 5.3 中部槽及附属部件 中部槽是刮板输送机的机身，由槽帮钢和中板焊接而成。上槽是装运物料的承载槽， 下槽底部敞开供刮板链返程用。为减小刮板链返程的阻力，或在底部松软条件下使用时防 止槽体下陷，在槽帮钢下加焊底板构成封底槽。使用封底槽安装下股刮板链和处理下股链 事故较困难，可以间隔几节封底槽采用一节有可拆中板的封底槽的办法，以减小困难。 中部槽的型式列入标准的有中单链型、边双链型、中双链型三种。除了用于轻型刮板 输送机的中单链型采用冷轧槽帮钢外，其他都用热轧槽帮钢制成，其尺寸系列刮板输送 机中部槽尺寸系列中有规定。 机头过渡槽和机尾过渡槽，是与机头架和机尾架连接的特殊槽。它的一端与中部槽连 接，另一端与机头架或机尾架连接。为了使从下槽脱出的刮板链在运行中回到槽内，可在 机尾过渡槽的下翼缘装设上链器。 中部槽承受煤和刮板链的剧烈摩擦，是使用量和消耗量最大的部件。为提高中部槽的 使用寿命，可以采用如下方法。如：将两端进行淬火处理，或加焊锰钢铸造端头；中板两 端链道处用等离子喷焊耐磨合金；易磨损处堆焊硬质合金；加大中板厚度；改进槽帮钢的 断面以增加强度和刚度。 制造中部槽的槽帮钢已有定型标准，规定的型式有 D 型、E 型和 M 型三种。D 型为中 单链刮板输送机用热轧槽帮钢，E 型为中单链和中双链用，边双链也可使用，M 型为边双链 用的热轧槽帮钢。E 型与 M 型相比不仅中板宽度减小从而增大了刚度，还增强了中板与槽 帮钢的焊缝强度，便于焊接，链子不磨焊缝。因此，选用 E 型。 5.4 紧链装置 刮板链安装时，要给予一定的予紧力，使它运行在张力最小点不发生链条松驰或堆积。 给刮板链施加予紧力的装置叫紧链装置。 早期的轻型刮板输送机，用改变机尾轴位置的办法人力紧链。现在都采用定轴距紧链。 目前应用的方法有三种，一种是将刮板链一端固定在机头架上，另一端绕经机头链轮，用 机头部的电动机使链轮反转，将链条拉紧。电动机停止反转时，立即用一种制动装置将链 轮闸住，防止链条回松。另一种方式与前种基本相同，只是不用电动机反转紧链，而用专 设的液压马达紧链。第三种是采用专用的液压缸紧链。 第一种紧链方式使用的紧链器有三种：棘轮紧链器、摩擦轮紧链器、闸盘紧链器。 棘轮紧链器结构简单、操作方便，使用于轻型刮板输送机。 6 传动部件及其零件的设计 此次设计的刮板输送机最为重要的部件为刮板链传动部件，整台机器运行的质量直接 取决于其传动部，由于工作时链条需要承受很大的静负荷和动负荷，还要受矿水的浸蚀， 为了能充分适应矿山机械的特殊技术及安全要求和恶劣的工作条件，本次设计的刮板输送 机采用用优质合金钢焊接而成的圆环链进行传动。 6.1 圆环链链环的结构和规格 圆环链链段的结构如图 6-1 所示。链环的结构尺寸用棒料直径 d、节距 t 和外宽 b 表 示。矿用高度圆环链的规格和尺寸见部标 MT3680 中的规格。圆环链的链段长度及其公差 为一般常用值，其链段长度及公差按下式确定： （6-1） 式中 t链环的节距，mm N链段的 链环数。 图 6-1 圆环链 6.2 圆环链接链的结构形式 为便于使用，圆环链应按不同的链段长度进行制造，各链段之间可用链环进行连接。 制造接链环的常用材料有 、 、 、 及 等， 进行调质处理，硬度为 HB320350。为提高接链环的强度和耐磨性，加工后应进行等温淬 火处理，硬度达 HRC4250。 接链环的结构型式有以下几种： a. 凸缘式接链环 如图图 6-2 所示，凸缘式接链环由两个半链环 1、一个卡块 2 及一个弹性圆柱销 3 组 成。半链环的结构如图 6-3 所示，右上方为一凸缘，左下方有一凸缘槽。安装时将两个半 链环的凸缘和凸缘槽相嵌合，并从侧面嵌入卡块 2，再从顶部装入弹性圆柱销 3，便组成凸 缘式接链环。整个接链环靠弹性圆柱销在销孔内的弹性变形实现自动锁紧。这种接链环的 特点是破断拉力大、连接可靠，但制造较困难，主要用于采煤机、刨煤机和仓式列车中联 结圆环链。 图 6-2 凸缘式接链环 1-半链环； 图 6-3 凸缘式接链环 b. 开口式接链环 如图 6-4 所示，开口式接链环由开口链环 1、卡块 2 及两个弹性圆柱销 3 组成。开口 链环 1 和卡块 2 的两端分别做有互相嵌合的 头和 槽。整个接链环靠弹性圆柱销在销孔 内的弹性变形实现自动锁紧。这种接链环的破断拉力也很大，但制造困难，通常在刨煤机 和输送机上使用。 图 6-4 开口式接链环 1-开口链环；2-卡块；3-弹性圆拄销 c. 铰链式接连环 如图 6-5 所示，铰链式接连环由两端做有耳子的两个半链环 1、销轴 2、套筒 3 及钢 丝 4 组成。整个接链环用钢丝 4 锁紧，靠销轴 2、传递载荷。这种接链环的结构简单、工 作可靠、制造方便、寿命长，在采煤机中应用较广。 图 6-5 铰链式接连环半 1-链环；2-销轴；3-套筒；4-钢丝 6.3 圆环链链轮的几何计算 6.3.1 圆环链链轮的齿形参数 圆环链与链轮属于一种具有多边形挠性作用的非共轭啮合齿轮传动。因此，圆环链与 链轮要实现良好地啮合，合理选择链轮的齿廓曲线和正确设计链轮的齿形是链轮设计的关 键问题之一。 如图 6-8 所示，当圆环链与链轮啮合时，在链轮的每一齿距上都有两个链环：链环 1 平卧于两齿间的链窝里，称为平环；链环 2 立卡在齿宽中部的窄槽内，称为立环。链轮上 链窝的形状与平环外行基本一致，但为满足链环节距伸长的需要，链窝长度 A 应比链环长 ，即 。此外，为减少立环的啮合阻力，链轮齿宽中部的立槽宽度 也应比 链环棒料直径稍大些。 图 6-8 圆环链链轮的齿形结构和尺寸 对于矿用高强度圆环链的链轮，其齿廓曲线和齿形参数的选择需满足以下要求： a) 保证圆环链能顺利地进入和退出啮合； b) 保证链轮齿有较高地传递转矩的能力； c) 保证链窝的形状和尺寸能适应链环节距伸长的需要。 圆环链链轮的齿廓曲线，国外推荐采用的有：直线、圆弧线和直线-圆弧线三种。从 加工制造和啮合性能分析，直线齿廓加工简单，但齿高不宜过大，否则啮合时容易发生干 涉；直线-圆弧线齿廓加工复杂，应用较少；圆弧线齿廓虽然加工也较复杂，但轮齿强度较 高，齿高可适当增大。所以，一般推荐采用圆弧线齿廓。 对于各种规格的圆环链，链轮齿形设计的主要问题是：合理选择链轮齿数 z、正确计 算链轮节圆直径 和齿廓圆弧半径 等。 6.3.2 圆环链链轮的齿形设计 a. 链轮齿数 z 圆环链链轮的齿数一般取为 z=412。当圆环链规格 dxt 选定后，链轮齿数 z 可参考 表 6-4-7 选择。 b. 链轮节圆直径 当圆环链与链轮啮合时，平环或立环在链轮上占有的内边距离称为链轮的节距，以 表示。显然，链轮节距的理论值应等于链环的节距，即 。 当平环卧于链窝位置时，在链轮齿宽中间的对称剖面内，经平环两端棒料中心的圆周 称为链轮的节圆，如图 6-9 所示。 根据我国使用经验和国外研究成果，链轮节圆直径 推荐按下式计算： （6-2） 式中， 值应精确到小数点后两位数字。 c. 链轮齿廓圆弧半径 圆环链链轮的齿廓曲线一般推荐采用圆弧曲线。但是，链轮齿廓圆弧中心的位置和圆 弧半径的大小有几种不同的设计方案，如图 6-9 所示。图中，曲线 1 和 4 为某些原苏联资 料推荐采用的圆弧齿廓，曲线 3 为德国滚筒采煤机推荐采用的圆弧齿廓。实践证明，用曲 线 3 作为链轮齿廓效果较好。我国推荐采用近似曲线 3 的一种齿廓曲线，如图中曲线 2 所 示。 图 6-9 圆环链链轮的齿廓曲线 对于我国推荐采用的齿廓曲线 2，其圆弧中心 点的坐标取为： （6-3） 式中 链轮中心至平环底面的垂直距离，由图 6-9 中aop 得： （6-4） 考虑链环节距伸长的链窝长度增量，值按表 6-4-8 选择。 由图 6-8 知，在链轮齿宽的中间剖面上。齿廓圆弧半径 为： ; 式中 ； 代入上式，经整理后得： （6-5） 式中 。 实际上，由于链轮齿宽中部开有立槽，使齿宽中部剖面的齿廓不存在，而链轮齿面与 立槽侧面的交线便成为链轮中部的实际齿廓，如图 6-10 所示。该实际齿廓的圆弧半径 按下式计算： （6-6） 式中 立槽宽度，mm，一般 取 L=1.35d； 链窝端部圆弧半径，mm，一般取 ； 链环外宽，mm。 图 6-10 圆环链链轮实际齿廓圆弧半径 6.4 链轮连接 链轮是一个组件，由链轮和连接筒组成。链轮是传力部件，也是易损件，运转中除受 静载荷外，还受有脉动和冲击载荷。 此次设计的链轮连接采用整体的连接筒与链轮焊接成一体。连接筒两端的内花键，分 别与减速器输出轴和盲轴连接，这种结构拆装维修方便。 6.5 圆环链和链轮的啮合特性 6.5.1 圆环链和链轮的啮合分析 圆环链在传递动力时，其链环将产生拉伸和弯曲变形，而且传递的动力越大 链环的变形亦越大。此外，当圆环链在链轮上运转时，随着链条的挠曲，立环和平环 之间产生相对滚转运动，使链环发生磨损，最大滚转角 ，如图 6-11 所示。而且， 链轮齿数越少，相对滚转角越大，链环的磨损也越严重。由于链环的变形和磨损，圆环链 的节距必定伸长。 当平环进入链窝后，由于立环与平环之间的相对滚转（滚动兼滑动），使立环的位置 向链轮中心接近，如图 6-11 所示，结果引起链环节距由 缩短为 。缩短值与链环内宽 同棒料直径 的比值 以及平环与立环间的摩擦系数有关。当 =1 时，立环与平 环之间为纯滚动，链环的节距不缩短；当 1 时， 越大，链环节距的缩短值也 越大。在这种情况下，若摩擦系数很大，如新制圆环链表面粗糙、无润滑油或链环之间有 干燥的煤粉及岩粉等，平环与立环之间主要为纯滚动，使链环节距的缩短量显著增大。反 之，当摩擦系数很小时，平环与立环之间主要是相对滑动，由于立环 4 的位置变动不大， 使链还节距的缩短量就显著减小。 图 6-11 链环的相对滚转角和节距缩短 对于链轮来说，由于设计计算和制造分度的误差，链轮节距的实际值与理论值必有一 偏差。从设计方面分析，该偏差值主要与链轮的节圆直径 值，可使该偏差值减小。若 尺寸 取得稍小，会减小链轮的节距，使偏差值为负。反之，若尺寸 取得稍大，又会 增大链轮的节距，使偏差值为正。 总之，由于链环的变形、磨损和相对滚转以及链轮设计和制造误差，链环与链轮的节 距不可能相等，或者链环节距大于链轮节距（ ），或者链环节距小于链轮节距（ ）。对于这两种情况，圆环链和链轮的啮合特性显著不同。前者称为入点啮合，后 者称为出点啮合。为保证圆环链的传动质量，需分析如点啮合和出点啮合特性。 6.5.2 圆环链和链轮的出点啮合特性 如图 6-12a 所示，当主动链轮逆时针方向转动时，上边链条为紧边，受拉力 ；下 边链条为松边，受拉力 。当链环节距大于链轮节距（即 ）时，圆环链由进入主 动链轮一边的最前一个轮齿 1 牵引运行。这种啮合方式称为如点啮合，又称高点啮合。在 如点啮合状态下，除进入链轮的最前一个立环承受工作拉力外，其余链环只受初拉力。入 点或高点啮合的特点在于：安装链条无需施加很大的初拉力，工作时可使紧边拉力降低， 而且除入点啮合的链环外，位于链轮上的其他链环不受强张力。这时，立环与平环之间、 平环与链窝之间的压力较小，使链环间的磨损减轻。但是，当链环的实际节距过分地大于 链轮节距时，平环底面将和链窝脱离接触，即产生所谓“漂链”现象，情况严重时会发生 “跳链”事故。 图 6-12 圆环链和链轮的啮合方式 当 时，如图 6-12b 所示，圆环链由脱开主动链轮一边的最后一个轮齿 4 牵引运 行，这种啮合方式称为出点啮合，又称低点啮合。在出点啮合状态下，位于主动链轮上的 各链环，除最后一个链环不受工作拉力外，其余链环均承受较大的工作拉力（包括初拉力） 。出点或低点啮合的特点在于：安装链条需施加很大的初拉力，工作时主动链轮上各链环 均受有强张力。这时，立环与平环之间，平环与链窝之间的压力较大，使链环间的磨损加 剧。而且，当链环的实际节距过分地小于链轮节距时，由于平环底与链窝间的压力过大， 使平环被卡在链窝里发生脱链困难，甚至当初拉力特大时将无法装链。所以，出点啮合（ ）弊多利少，应尽量不采用。 6.5.3 实现入点啮合的设计要求 圆环链传动按入点啮合设计的优越性较多。为实现入点啮合，从设计上可采取以下措 施： a) 设计链轮时，除精确计算节圆直径外，链轮上链窝底面至链轮中心的距离 的允许偏 差 应取负值。 b) 采取润滑措施降低链环间的摩擦系数，以减小立环与平环间的相对滚动，使链条在链轮 上因挠曲而引起的节距缩短量尽可能减小，以便较稳定地保持入点啮合状态 （ ）。 c) 当圆环链工作一段时间后，随着链环节距的不断伸长，入点啮合容易产生“漂 链” 现象或发生“跳链”事故。因而，为保持稳定的入点啮合状态，应限制链环节距的伸 长不超过允许值。当链环节距超过允许值时，应即时更换新链。 6.6 圆环链链轮的技术条件 6.6.1 圆环链链轮的材料和热处理 为提高圆环链传动的承载能力，链轮的材料应满足拉伸强度限 ，延 伸率 ，冲击值 。表 6-4-11 中列入几种常用的链轮材料及 其热处理规范。在个别情况下，链轮的材料允许用 的合金钢代替。 6.6.2 圆环链链轮的工艺技术要求 圆环链链轮的制造方法有四种：采用锻造毛坯的有机械加工和电解加工两种；采用锻 造成形的有精密铸造和普通铸造两种。用后两种方法制造的链轮，其铸造表面容易脱碳。 因而，为提高这种链轮轮齿和链窝的表面硬度，需进行渗碳淬火处理。 此外，为保证圆环链传动的承载能力，对链轮加工还需提出以下技术要求： a) 相邻两链窝中心线的角度偏差不大于 ； b) 链窝底面的不平度不大于 1mm； c) 链窝宽度的中心线对理论链窝位置的不对称度不大于 1mm； d) 采用两个半齿宽链轮并接，将两个半齿宽链轮拼装焊接为一 整体不得有影响轮齿啮合 的相对错位；。 6.7 圆环链链轮的几何计算 圆环链链轮的几何尺寸，除节圆直径及齿廓圆弧半径等齿形尺寸外，其他各部尺寸按 附表 1 中有关公式计算。 此次设计的圆环链传动的设计步骤和计算数值列入表 6-1。 表 6-1 圆环链传动设计计算 项目名 称 计算公式及数值 说明 1 安全 系数 见式 3-29 2 破断 负荷 查表 6-4-3 表 6-4-1 3 圆环 链 规格 参考表 6-4-7 4 链轮 齿数 见式 6-4 5 节圆 直径 见式 6-2 6 齿距 角 7 齿顶 圆直 径 见图 6-8 8 链 轮中 心至 链窝 底面 垂直 距离 见式 6-4 尺寸表注为 146.54-1.5mm 9 链窝 长度 加长 量 查表 6-4-8 1 0 链窝 长度 见式 6-2 6-4-8 1 1 齿廓 圆弧 中心 坐标 见式 6-3 1 2 齿 廓 圆弧 半径 见式 6-2 6-4-8 1 3 齿 根 圆弧 半径 见图 6-8 1 4 链窝 端部 圆弧 半径 见图 6-8 剖面 1 5 链窝 两侧 圆弧 半径 见图 6-8 剖面 1 6 立槽 宽度 见图 6-8 剖面尺 寸表注为 30+0.84mm 1 7 链轮 中心 至立 槽底 面垂 直距 离 见图 6-8 1 8 立槽 根圆 直径 见图 6-8 1 9 立槽 底部 圆弧 直径 见图 6-8 剖面 2 0 实际 齿廓 圆弧 半径 见图 6-8 剖面 2 1 齿间 宽度 见图 6-8 2 2 轮缘 宽度 根据表 6-1 计算的各部几何尺寸，经过链轮的整体结构设计，绘出的零件图见零件图。 6.8 刮板 通过对刮板输送机中刮板链的运行分析,确定了刮板输送机刮板结构型式和尺寸。 刮板是刮板输送机的重要部件,刮板不仅要求强度高、耐磨,而且要具有一定的韧性和 抗腐蚀性，刮板的形状要能在运行时有刮底清帮、防止煤粉粘结和堵塞的作用。并应尽量 减小质量，所以设计时要考虑以下问题 6.8.1 结构形式的确定 刮板分整体刮板和分体刮板 2 种。整体刮板是由刮板、横梁(形螺栓或形螺栓)组 成,其受力主要作用在刮板两端头。整体刮板强度高,但随着输送机功率加大,溜槽加宽,也 就要求刮板越来越长这就给制造带来困难。如果刮板超出 1200,制造后其变形量就比 较大,无法满足设计要求,那么就有必要考虑设计成分体刮板。分体刮板由左、右或上、下 2 个分刮板组成,两端所受的力作用在不同刮板上,所以螺栓受力比较大。分体刮板由于长 度缩小,其设计加工也就比较方便,但对紧固螺栓的要求比较高,尤其是防松问题。考虑以上 因素又因为自己设计的刮板长度小于 270mm,所以采用整体刮板。 6.8.2 外形尺寸的确定 a. 长度 刮板的总长一般比内槽宽小 812,即每边离槽帮 46。因此，设计长度为 280-10=270mm。 b. 宽度 设计刮板输送机和转载机时都要求设备既可正转,也可反转,所以刮板与链轮啮合时, 要保证正转和反转刮板都不与轮齿干涉。若链轮为主动轮,顺时针旋转时,刮板靠向左边;逆 时针旋转时,刮板靠向右边。相反地,如果链轮为从动轮,情况则正好相反,链轮顺时针转, 刮板靠向右边;逆时针转,刮板靠向左边。无论刮板靠向左边还是右边,刮板与轮齿都要有一 定的间隙,通过给定这个间隙的大小,即可确定刮板的宽度为 48mm。 c. 高度 按常规设计,刮板链在溜槽上运行时,链条与中板不接