矿车清车机的设计【6张CAD图纸和说明书】

摘  要

矿车在煤矿井下运输中占有十分重要的地位，煤矸粘结矿车车底是煤矿生产运输过程中存在的一个普遍问题。经常而及时地清扫矿车车箱是提高矿井轨道运输效率的重要因素。不论煤质，粒度组成及含水量如何，由于煤矿生产环境的恶劣，加之在运输的过程中的振动等原因，卸车之后总会有少量的煤炭，煤矸等易粘结的物料粘结在矿车车箱底部及邻帮。若不将这些残留煤，岩粉及时清除干净，则会越积越厚，越积越结实，增加了矿车自重，使矿车的有效容积减少，它不仅直接影响着矿车的运输能力，造成了运输系统的紧张状况，而且增加了电力资源的浪费，甚至使电机车运输时空列起动发生困难，所以清理车底的问题，在煤矿就显得尤为重要。
本设计在传统机械矿用清车机的基础上加入了液压系统，由摩擦离合器控制行走部该为液压控制，安装了多路电磁换向阀，分别控制清车机前后，左右的移动以及摇臂的运动，克服了摩擦离合控制因打滑无法清理矿车车底粘结物的弊端。

关键词：
清车机； 液压； 矿车

ABSTRACT

Mine car plays an important part in the coal mine underground haulage. The gaugue felt on the bottom of the coal car is one of the common problems on the process of coal production and transportation. To clean the compartment of mine car frequently and promptly is a significant way of raising the efficiency of mine pit rail haulage. No matter the quality of coal, the size composition and water content as well, due to the bad environment of coal production and the vibration in the process of transportation, there always has some coal and other materials left which was very easy to cake on the bottom of the mine car after unloading. If we do not clean these remaining coal and rock meal soonly, they would be heavier and solider, which would increase the weight of mine car so that decrease the effective volume of it. Then it would not only affect the transportation ability of mine car directly and make the intense condition of the transportation system, but also increase the waste of electric power, and even make substantial difficulty in starting the spacial vehicle while  transporting the electrical machinery truck. So cleaning the bottom of the mine car become espectially important.
This design add the hydraulic system on the basis of traditional cleaning machine for mechanical mine car. It changes clutch control into the hydraulic control, and is added the multi-channel electromagnetism cross valves which controlled the all round migration of cleaning machine and the movement of the rocking shaft. It also overcomes the shortcoming that the friction control cannot clean the remainings on the bottom of mine car due to its splitting.

Keyword:
Pure car machine;  Hydraulic pattern;  Mineral car
 概述
1.1 研究背景及意义
煤矿生产过程中，矿车在井下运输和各个环节都起着相当重要的作用，但是，由于运输过程中矿车的颠簸、振荡，尤其是井下水汽、粉尘特定气氛的影响以及运送物料的繁杂，使得矿车在装运煤、矸石等物料的周转过程中，会在车皮底部逐渐积淀一些积垢，形成所谓的大车底。据观测，有的矿车粘底物可占矿车有效容积的20%-30%，多的则达50%。大车底降低了矿车的有效容积，直接影响了矿车的装载量，增加了矿车的周转次数，降低了运输提升的效率，特别是由于井下潮湿，溶解了大车底中的一些酸性物质，加速了车皮的腐蚀，缩短了矿车的使用寿命，增加了矿车的投入。为此，矿用清车机的设计显得尤为重要。
清理矿车粘结物，可分为人工和机械清理、高压水射流清理等。用人工清理，劳动强度大，清车速度慢，且不符合《煤矿安全生产规定》；采用机械清理，不仅可以降低劳动强度而且清车效果好，效率高；高压水射流清理由于耗水量大，在推广上受到限制。目前国内矿车清理机械形式繁多，品种不一，而且造价较高。
1.2 矿车清车机设计的目的
毕业设计是本科教学的一个重要教学环节，是学完技术基础课及有关专业课以后的一个专业课程内容的综合设计。矿车清车机的设计正是通过具体设计来提高学生的机构分析与综合能力、机械结构设计的能力、机电液一体化系统设计能力，掌握实现生产过程自动化的设计方法有效途径。通过这一教学环节要求达到：
（1）通过设计，把有关课程（机构分析与综合、机械原理、机械设计、液压与气动技术等）中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用，使这些知识得到巩固和发展，并使理论知识和生产密切的结合起来。因此，矿车清车机设计是有关专业基础课和专业课以后的综合性的专业课程设计。
（2）矿车清车机设计是机械工程及自动化专业的学生一次比较完整的机电一体化整机设计。通过设计，培养学生独立的机械整机设计的能力，树立正确的设计思想，掌握机电一体化机械产品设计的基本方法和步骤,为自动化机械设计打下良好的基础。
（3）通过设计，使学生能熟练的应用有关参考资料、计算图表、手册、图册和规范；熟悉有关国家标准和部颁标准，以完成一个工程技术人员在机械整体设计方面所必须具备的基本技能训练。
（4）煤矿生产的需要。
1.3 国内几种矿用清车机简介
矿用清车机按照工作原理可分为振动法、电渗法、高压水射流法、机械法等，其中振动法又包括电磁振动、电动高频振动、电动低频振动、风力振动以及与翻车机笼体联动的无动力振动等；机械法又包括抓斗式、刮板式和圆盘（旋转）式等。现将几种主要的矿用清车机简介如下：
一、振动清车机
振动清车机是我国使用比较早、研究比较多的一种清车机。在多年的实践和研究中，通过取长补短和采用有关的新技术，已逐步趋于完善。
部分金属矿山在采用电动高频振动清车机时，由冲击强度和刚度比较小的矿车底部或两侧改为冲击强度和刚度比较大的矿车斗缘，以延长矿车的使用寿命：用比较简单的偏心轴皮带轮取代比较复杂的振动器，使结构简单。
煤炭部门最多采用的电动低频振动清车机虽有不少优点，但缺点也较多。湘东铁矿矿务局对北京有色冶金设计研究总院设计的低频振动清车机作了一些改进，由原来比较复杂的单独安装简化为与翻笼固定在一起，由原来需要摘钩、每次只能清理一辆矿车改为不需要摘钩，每次能清理两辆矿车。
二、电渗清车器
电渗法清理矿车是在外电场的作用下，以水为介质在矿车与粘结物之间形成一层水膜，使粘结物与车壁脱离而达到清理矿车的目的。这种方法具有无噪声、无粉尘、不损坏矿车等优点。但是由于耗电较多，故它仅适用于存积物含水量较高的矿车。该方法起初在徐州权台煤矿使用。后来，铜陵铜山铜矿和龙游黄铁矿等金属矿山也陆续采用，并取得了较好的效果。
三、高压水射流联合机械截齿清理机
该种矿车清理装置的工作机理包括高压水射流清理和机械截齿清理两部分。
高压水射流清理：高压水经喷嘴喷出后形成具有一定动能的高压水射流，当作用于矿车粘结物时，将对其进行切割和冲刷作用，使有一定粘结力的非固结性粘结物迅速脱落，同时高压水射流冲人粘结物的缝隙和孔洞后，则产生高压水楔作用，使粘结物的缝隙和孔洞不断扩展断裂，而破碎脱落。
机械截齿清理：利用螺旋分布的截齿对坚硬粘结物的切割作用，使粘结物快速与矿车分离。
该种清理装置主要由可三维空间移动的门式组合机架、高压泵站、电控系统和截齿可伸缩清理滚筒等组成，其中清理滚筒是实现清理作业的直接执行部件。
截齿可伸缩清理滚筒由圆柱形筒体、切割截齿、高压水射流喷嘴、旋转密封等组成，筒体上螺旋分布着12个切割截齿和6个高压水射流喷嘴，每个切割截齿能沿其旋转直径方向在50 mm的范围内伸缩移动，以适应变形矿车的清理。高压水射流喷嘴随截齿螺旋均匀分布，泵站提供的高压水，经高压管路和旋转密封进入圆柱形筒体的中心孔，由各喷嘴喷出而形成高压水射流，实现对粘结物的冲刷、冷却润滑截齿和灭尘的作用。
四、机械清车机
机械清车机利用电动机带动清扫器在矿车车箱内转动清除车底的粘结物。清扫器有金属刷式、盘式、滚筒式、螺旋割刀式等几种。清车机的横向行走部、纵向行走部、截割部都是由许多机械零件组合起来的，因此，结构笨重、操作复杂、维修量大。此外，使用这种清车机还需二次翻卸，费工费时，效率不高。有关煤矿虽作了一些改进，但效果不明显。吉林通化铜矿曾研制成一台由刷洗头、制动轴、减速器和电动机等组成的车箱清扫器。其纵向行走部分是一个装有四个小轮的小车，能沿轨道前进或后退。清扫器底座与小车铰接， 能绕铰点上下和左右摆动。最近，这类清车机有了新的进展。由洛阳工学院等单位研制的Qw3型机械铣切卧式三吨矿车清车机通过了技术鉴定。据称，适应性强；能利用部分现有配件和标准件，便于加工；与同类产品相比成本低、省人、省力、省电、经济效益好。

图1 机械圆盘截齿式矿车清扫机

1-电动机  2-减速器  3-小链轮  4链轮大轴  5-截盘轴  6-圆截盘
7-前轮轴  8-大齿轮  9-双向摩擦离合器   10-小齿轮  11-大齿轮
12-单向摩擦离合器   13-锥齿轮   14-下踏板   15-离合器手把
16-底轮传动轴   17-锥齿轮组   18-换向手把   19-升降架
20-升降手轮   21司机座椅   22-上车架   23-底架

五、液压清车机
液压传动与机械、电气、气压传动相比，其主要优点是容易实现无级变速，调速范围大，单位重量的输出功率大，结构紧凑，惯性小，能传递大扭矩和较大的推力，控制和调节简单、方便、省力，可实现自动控制和过载保护。因此，近年来， 各种液压清车机相继问世。1980年4月，邯邢矿山局矿山研究所研制成功YQJ型液压清车机，它用于符山铁矿侧卸式矿车，以铲头的铲扒达到清车的目的。1983年，湖南马田煤矿研制成功液压铲抓式清车机，其效果优于圆盘切割式清车机和机械高频振动清车机不需要二次翻卸。1986年l2月，徐州矿山设备制造厂试制成功的适用于l t矿车的YQ—l型液压清车机通过了市级技术鉴定。1987年5月，徐州矿山机械厂和中国矿业大学共同研制的适用于U型矿车的YLQ型液压螺旋式清车机通过了部级技术鉴定。这几种清车机的共同特点是结构紧凑、操作轻便灵活，拆装维修方便等。最近，福州大学又研制成全液压矿车清理机控制系统，以液压逻辑元件组成的逻辑控制回路取代由电器元件组成的控制线路，实现对清车机的自动控制。整机除了用防爆型电机及磁力启动器驱动油泵工作外，没有其它电器元件，符合井下防爆要求。