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原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 圆形堆取料机设计说明书圆形堆取料机设计说明书 目目 录录 1 概述概述 . 1 1.1 圆形堆取料机简介 1 1.2 圆形堆取料机分类 2 1.3 圆形堆取料机市场需求 . 3 1.4 圆形堆取料机国内发展现状 . 4 1.5 圆形堆取料机的研究方向 . 7 1.6 设计课题及选题意义 . 9 1.7 圆形料场堆取料机原理 . 10 2 总体总体设计设计 . 12 2.1 总体设计概述 . 12 2.2 刮板取料机构成 . 12 2.3 刮板取料机的主要参数及其确定 . 13 2.3.1 取料的理论生产率 . 13 2.3.2 刮板取料时每层深度 . 13 2.3.3 料堆高度 . 14 2.3.4 料堆长度 . 14 2.4 取料器的设计 . 14 2.5 刮板速度的确定 . 15 3 部件设计部件设计 . 16 3.1 桥式刮板取料机构设计 . 16 3.1.1 刮板取料机构构成 . 16 3.1.2 刮板驱动电机选用 . 17 3.1.3 液力偶合器选用 . 18 3.1.4 门架的设计 19 3.1.5 销齿传动设计 . 19 3.1.5 刮板轴的设计及校核 . 24 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 3.2 上车回转机构设计 . 28 3.2.1 回转机构选型 . 28 3.2.2 回转机构设计 31 3.2.3 齿轮轴设计及校核 . 34 3.2.4 小齿轮校核 . 37 3.2.5 回转支承的日常维修 . 39 3.3 带式输送机选型设计 . 40 3.3.1 带式输送机特点 . 41 3.3.2 带式输送机的驱动装置 . 42 3.3.3 带速的确定 . 45 3.3.4 滚筒直径的确定 . 46 3.3.5 托辊的选型 . 47 3.3.6 张紧装置的选用 . 47 3.3.7 制动装置 . 48 3.4 变幅机构 . 48 3.5 配重的安装 . 48 3.6 行走机构 . 48 总总 结结 . 53 致致 谢谢 . 54 参考文献参考文献 . 55 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 1 概述概述 1.1 圆形堆取料机简介 圆形堆取料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，圆形堆取料机的生产效率为单斗装载机的1.5 2.5倍。 圆形堆取料机主要有桥式（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 圆形堆取料机 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 1-2 门式圆形堆取料机 1.2 圆形堆取料机分类 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）门式圆形堆取料机 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 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 （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，圆形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 圆形堆取料机市场需求 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， 圆形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 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 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 圆形堆取料机国内发展现状 国内堆取料机的设计已有近四十年年的历史，最早制造的一两台设备投入使 用也有三十四年的历史。最早的圆形堆取料机设计可以追溯到 1966 年，当时参加 设计和研制的单位有：北京钢铁设计院、大连工矿车辆厂、北京起重机械研究所、 鞍山钢铁设计院、哈尔滨重机厂、华北电力设计院、东北电力设计院、西北电力 设计院等单位。 当时国内部分钢厂、码头急需使用此类设备，国外当时已使用了十余年，为 满足当时的社会需要开发了我国早期的圆形堆取料机。这些单位为中国圆形堆取 料机事业的早期发展做出了贡献，奠定了这一行业的基础。当时的典型设备型号 为 KL-1 型，KL-4 型，DQ3025 型，DQ5030 型，取/堆料能力分别为：1200/2000t/h 30m，1200/2000t/h 30m，300/600t/h 25m，500/1000t/h 30m，其中 KL-1 型为 1966 年设计，1970 年 3 月在攀钢焦化厂投入使用。虽然当时的产品和现代产品在质量 上和控制水平上存在着很大的差别，但这些早期的产品对当时的电力企业和钢铁 企业的发展起到了十分重要。 八十年代，随着电力工业和钢铁工业的发展，圆形堆取料机的事业也得到 了十分迅猛的发展，在电力部门的使用数量有很大的提高，并且在港口上的使用 量剧增。宝钢的原料码头，秦皇岛港、连云港、北仑港、西基港、烟台港、天津 港、大连港等相继一大批港口增设了散料码头用于煤炭或矿石的转运。九十年代 国内圆形堆取料机的事业发展更是向数量更多，应用更广的方向发展。在钢铁企 业、电力企业、各大港口几乎都可以看到圆形堆取料机的应用。在港口人们也已 经把圆形堆取料机当作一种港口机械。 在圆形堆取料机的出口方面国内的产品还比较少，大多数出口的产品是和某 些成套项目共同出口到其他国家。其次是和国外的某些公司联合制造，为其制造 焊接件和机械加工件出口。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 在进口方面，最早的圆形堆取料机的进口是： 1980-1981 年上海宝钢进口日本的十九台圆形堆取料机； 1981 年北仑港进口 两台圆形堆取料机； 1988 年福州华能电厂，大连华能电厂等。 在国内项目和国外合作制造的有： 1982 年石臼港项目；1984 年 秦皇岛港二期；1986 年 秦皇岛港三期；1994 年 秦皇岛港四期；1990 年 青岛前湾港；1984 年 广州西基码头；1988 年宝钢二 期项目；1995-1996 年宝钢三期项目；2000 年 宝钢马迹山港项目； 2001 年 天津 港项目；黄骅港的一期和二期项目；以及上海罗径港、石洞口电厂、扬州电厂、 北仑电厂、江由电厂、硌磺电厂等基本上采用了引进技术合作制造的模式生产的 圆形堆取料机。 进口和引进的主要国家来自日本、美国、德国、法国、奥地利、意大利等 国。 产品的进口和技术的引进大大缩短了国产设备和国外设备的差距，使国内 本行业的产品在质量上有了很大的提高。目前国内的产品质量基本可以满足国内 用户的要求，现在可设计制造圆形堆取料机的厂家达五六家。 经过几十年的发展，我国的圆形堆取料机研制水平取得了较大提高，但同发 达国家相比，仍存在明显差距，其控制技术仅限于基于可编程控制器（PLC）为核 心的单机控制，作业水平也仅限于单机手动方式。现在国内的圆形堆取料机已经 从最初的研究转向发展，向更高的产品质量和设计水平迈进。国内已经开展了圆 形堆取料机自动控制方面的引进和开发工作，已能生产带有半自动微机程控系统 的机型，控制水平已达到了 20 世纪 70 年代末国际水平。 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 （2）研制适应性更好的机型; （3）提高自动化程度，实现作业和保护的自动控制; （4）实现标准化、系列化和通用化之外。采用现代设计方法和设计手段，优 化结构组合，在保证生产能力的前提下，尽量减轻整机重量，提高设备的可靠程 度，已成为必然。 世界上研究和开发刮板机械最早的国家是德国，其次是前苏联，而且，目前 它们仍处于世界领先地位，它们对刮板挖掘机的研究做了大量工作。德国学者 Scheffler D.研究了圆形堆取料机的切削阻力系数和切削力系数与岩石性质之间的 关系。用振动模拟系统求出了圆形堆取料机的动态附加应力和共振转速等对刮板 挖掘机进行了振动计算，并用试验验证了计算结果的正确性。A.May则对圆形堆取 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 料机斗齿装置测挖掘力的方法进行了研究。前苏联的别列日诺依等对圆形堆取料 机刮板驱动系统的动载荷进行了分析，给出了动态载荷的经验公式，丘特诺夫斯 基则研究了圆形堆取料机工作装置的振动对切削参数的影响，国内对圆形堆取料 机的研究还比较落后，目前，研究工作主要集中在挖掘阻力的测试及其载荷谱的 编制、轮斗斗唇形状改变、总体参数优化设计及其结构件的静态刚度强度分析等 方面。 虽然国内外已对刮板挖掘机进行过多方面的动态问题研究，但对于圆形堆取 料机的工作装置的运动仿真以及对其变幅装置的多工位动态性能进行研究的报道 并不多见。国内在圆形堆取料机的设计过程中，往往类比国外对刮板挖掘机的研 究成果和圆形堆取料机的各种参数，缺少科学的动态设计依据，这是国内产品质 量较差，故障率高的根本原因。虽然圆形堆取料机在结构上与刮板挖掘机有许多 相似之处，但由于作业对象的不同，即刮板挖掘机的作业对象是矿岩，圆形堆取 料机的作业对象是散料，因此，在末端工作机构的驱动和结构件的刚度强度等方 面相差悬殊，这些决定了其动态性能的本质不同。对圆形堆取料机工作装置的动 态问题进行深人研究，采用现代设计方法和设计手段，才是提高圆形堆取料机产 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，发达国家圆形堆取料机技术进入了一个新阶 段，主要有以下四个方面： （1）理论生产率向大型化发展。刮板对取料机的理论生产率是衡量圆形堆取 料机规模的一个指标，它从开始的每小时几十立方米发展到现在的每小时近20000 立方米。德国目前仍在开发有更大理论生产率的圆形堆取料机。 （2）各国都在使圆形堆取料机的生产系列化。系列化的好处之一是可保证某 些零配件，如铲斗、履带板、驱动轮等通用化、标准化，使顾客更方便地在市场 上买到现货。 （3）圆形堆取料机的自动化程度越来越高，使信号、事故预报和联锁的操纵 装置更加完善，实现作业和保护的自动控制。圆形堆取料机是一个典型的多刚体 系统，采用机器人的运动规划和主动控制技术，可提高圆形堆取料机的工作稳定 性和作业能力。 机器人化圆形堆取料机是集机器人机构、机器人控制技术以及现代电子和信 息技术等为一体的综合性机电一体化产品。更重要的是，将电子技术、计算机技 术与传统大型机械设备进行嫁接，可大大提高设备的性能和作业能力。如采用机 器人的多传感器融合和配置技术以及现场总线技术，可提高圆形堆取料机的智能 化作业能力和工作可靠性；采用遥控遥感技术，可改善作业环境，减员增效，提 高现代化作业水平；采用网络技术，可大大提高制造厂和用户的综合管理水平及 跟踪服务能力。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 （4）采用现代设计方法和设计手段，优化结构组合，在保证生产能力的前提 下，尽量减轻整机的重量，提高设备的可靠程度。 ABB公司已开发出自适应的操作系统，使圆形堆取料机始终处于较高的工作 能力，并尽可能地受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桥式刮板 取料机（见图 1-3）。重点设计其刮板机构和回转机构以及取料半自动控制过程。 图 1-3 桥式刮板取料机示意图 刮板取料机包含了刮板机构、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，对圆形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。 本次设计将对刮板机构进行创新，传统上的各类圆形堆取料机的刮板传动都 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 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 刮板轴相连，这使得刮板轴受到很大的扭矩，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刮板体的转动，大体过程是在刮板上安装 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，从而带动刮 板转动进行取料，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，能使刮板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。 1.7圆形料场堆取料机原理 桥式刮板取料机型圆形料场堆取料机堆料时的原理与斗轮取料型圆形料场堆 取料机的堆料原理相同。堆料臂也是由液压油缸驱动俯仰。桥式刮板取料机型圆 形料场堆取料机取料是采用刮板取料。在中心柱与环形轨道之间设有一个桥架。 在桥架上设有一个移动式料耙和刮板运输机。桥架的外侧通过台车支撑在环形轨 道上。取料时外部环形轨道上的台车由电机、减速机、车轮驱动沿环形轨道低速 行驶，进而推动整个桥架围绕着中心柱转动。同时，料耙沿着桥架长度方向往复 形式运动并将物料从料堆上耙下，落到刮板处，刮板在链条的驱动下沿地面向中 心柱处移动，将物料刮卸到中心柱下部的溜斗处，由溜斗下部的地下带式输送机 将物料运出料场。 刮板取料机的组成是由刮板、链条、驱动链轮、张紧链轮等组 成。两个链条形成两个整体连接成闭环链条，刮板安装在链条上，通常每隔一节 连扳安装一个刮板。当链条移动时带动刮板移动刮动物料向中心柱下部的溜斗处 移动。 桥式刮板取料机型圆形料场堆取料机由于采用料耙耙料具有比较好的均化 效果，特别适合于水泥厂的石灰石均化。所以，目前国内许多水泥厂采用这种机 型作为生料库堆取设备。 图 1.7 桥式刮板取料机原理简图 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2 总体总体设计设计 2.1 总体设计概述 （1） 机器在正常工作条件下，整机应具有足够的强度、刚度和稳定性。 （2） 机器不论在工作状态或非工作状态，在规定的俯仰范围内的各种工况下， 整机都应当处于稳定状态。 （3） 在输送线路上，特别是在取料、卸料、和各转运点，必须保证物流顺畅， 不发生物料溢出或堵塞现象。 （4） 刮板直径与带式输送机参数和取煤炭与取铁矿石的同能力的刮板取料机相 比，一般取煤炭时要求刮板直径达，输送带带宽较宽、带速高，刮板驱动 功率较小。 （5） 联锁作业。只有当夹轨器或锚定装置松开时，行走机构才能动作；只有在 电缆卷筒制动器松闸后，行走机构才能启动。 （6） 各安全保护及检测装置完备。例如：俯仰机构应当设置防止悬臂超速下降 及超载的保护装置；转载料斗应当设置堵塞警报装置；回转机构、俯仰机 构和行走机构运行的极限位置均应设置两级终端限位开关；为安全可高， 钢丝绳卷扬的俯仰机构应采用两套制动器；行走机构和回转机构制动器应 满足在250Pa工作风压下顺风行走和顺风回转时的制动要求等。 （7） 电缆卷筒装置。动力和控制电缆卷筒分别设置在圆形堆取料机的两侧，电 缆卷筒采用磁滞式电缆卷筒，具有足够缠绕力矩，以防止收放电缆时缠绕 紊乱，能连续运行而不堵转，设有电缆张力极限保护装置。动力电缆控制 电缆采用进口扁电缆，卷筒的直径能满足电缆曲绕能力的要求，电缆在卷 筒上缠有足够的安全圈数。 （8） 漏斗、溜槽及悬挂缓冲装置。所有漏斗、溜槽的冲刷面均衬有厚度不小于 8mm的不锈钢衬板，漏斗、溜槽不能堵煤，其倾斜面与水平面的夹角不小 于60度。取料用中心落煤管下设置悬挂缓冲装置，其上的缓冲托辊间距不 大于400mm，并能防止输送带跑偏。在落煤斗、中心落煤管的适当部位设置 大小合适、密封良好的检查门，以便于检查料流及人工疏导堵塞。 2.2 刮板取料机构成 刮板取料机主要由行走机构、底座、上部回转机构和平台、圆形堆取料机构、 斗臂架和斗臂架带式输送机、门架、俯仰机构（变幅装置）、平衡梁架和配重、 司机室、电器设备等组成。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2.3 刮板取料机的主要参数及其确定 刮板取料机的参数分为主参数和工作性能参数两类。 刮板取料机的主参数决定了它的规模、主要技术性能参数和主要结构形式。 桥式刮板取料机的主参数包括取料的理论生产率和料堆高度、长度、宽度。主要 参数一般由用户提供，作为已知量供给产品设计者。 桥式刮板取料机的工作性能参数决定了机器本身各个机构的结构形式、尺寸、 功率、转速性能等。工作性能参数包括：刮板直径、刮板转速、斗数、料堆切割 阻力；斗臂架回摆半径、回摆角度和俯仰角度等。 2.3.1 取料的理论生产率取料的理论生产率 桥式刮板取料机的取料理论生产率，决定了与之配套的带式输送机允许通过 的最大输送能力。刮板取料机的取料能力的确定与系统设计、设备运转率要求等 多反面因素有关，涉及领域较广。 取料能力是指刮板取料机单位时间内所能挖取物料的多少，单位用t/h表示。 在实际应用中又分为最大取料能力与额定取料能力。最大取料能力是指刮板在挖 掘物料时所具有的瞬时最大能力，表示设备取料能力的峰值，如刮板取料时满斗 的瞬间能力。在系统设计中，应考虑各个环节允许最大取料能力的物流通过。 额定取料能力是指在取料作业时，在规定的标准形状料堆上连续工作一定的 时间，操作者根据规定的操作程序和方法进行操作，设备在这段时间可以达到的 平均取料速度或平均每小时取料量。 已知所要设计的桥式刮板取料机的最大取料能力为500t/h,主要挖取密度 3 0.85 / t m的煤，刮板转速 8 /minnr 理论容积生产率Qv： Qv= Q 3 (/ )mh 式中： Q最大取料能力，/ t h； 物料密度， 3 / t m 代入公式得: Qv= 3 500 588/ 0.85 mh 2.3.2 刮板取料时每层深度刮板取料时每层深度 取料煤层深度应当控制在0.50.7倍的刮板直径范围内,刮板取料时的进尺量 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 应当按照0.9倍的斗深确定。在满足取料能力要求的前提下，进尺量过小会使刮板 取料机的回转速度加快。 2.3.3 料堆高度料堆高度 为了设计方便，常以行走钢轨踏面为基准，料堆高于钢轨路面的部分称为轨 上高度。料堆低于钢轨踏面的部分称为轨下高度，两者的和为总料堆高度。 料堆高度由物料堆积的安息角和料堆宽度决定，物料的安息角与物料的种类 有关。在堆料宽度一定的条件下，料堆的物料安息角越大，料堆总高度越高。在 物料安息角一定的条件下，料堆越宽，料堆的总高度就可以越高。 目前我国生产的刮板取料机的轨上堆取料高度范围为716m，常用1012m； 轨下高度为0.46m，常用为1.52m。 2.3.4 料堆长度料堆长度 堆料长度一般是由现场根据储料量及地理环境确定，料堆的长度对设备影响 比较小，它直接与行走距离密切相关，料堆越长，行走距离越远。而行走距离又 决定了设备的动力电缆卷筒的电缆长度和控制电缆卷筒上电缆长度和控制电缆卷 筒上电缆的长度以及设备给水系统的洒水除尘系统供水槽的长度。 通常大车行走距离小于1000m，料场的长度小于1200m。 2.4 取料器的设计 图 2.4 取料器的设计 取料器数目的多少直接影响刮板取料机的生产率。决定取料器数目及尺寸的 重要条件是铲斗的卸料过程。 取料器的个数应满足下列需求： 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 （1） 保证取料器完全卸空，并使卸出的物料落到卸料板内。不能使铲斗提 前散料和过了卸料区斗内仍残留物料。 （2） 保证挖掘过程平稳，载荷波动小，冲击小，尤其是在挖掘冻煤和较硬 散料时。 取料器的个数根据载荷确定。从保证刮板工作得到较稳定载荷的目的出发， 当铲斗依次出、入散料时，其最大和最小力的差值应当在15%以内。 取料器容量q取决于机器的理论生产率 L Q和物料的松散系数。 设 Qv K q =，当K为已知量时，根据已经确定的刮板的理论生产率就可以计算 出斗容，根据对世界上250台刮板挖掘机的统计，K值见表2-1。计算斗容时，可以 选用表中的平均值，斗容的单位常用升（L）和立方米（m3）来表示。 Qva q 3600V = 则铲斗容量 588 143 4.1 L Q qL K 2.5 刮板刮板速度的确定速度的确定 21.73 2 0.84/ 4.12 c Vc wrad s D 式中：Vc刮板的切割速度，m/s； D刮板直径，m； k速度系数，取0.35。 8 3.14 4.12 1.73/ 6060 n D Vcm s 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 3 部件设计部件设计 3.1 桥式刮板取料机构设计 3.1.1 刮板取料机构构成刮板取料机构构成 桥式刮板取料机构主要由电动机、液力偶合器、减速器、齿轮、刮板轴转配、 刮板体、立柱及溜料倒料装置等构成，（见图3-1）堆料机、取料机、进料口等。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图3-1 桥式刮板取料部件 3.1.2 刮板驱动电机选用刮板驱动电机选用 刮板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P1。对于切割功率和提升功率有以下简化计算公式: 切割功率：P1= F v KW 1000 g 提升功率： m QR PKW 367 b = g g 2 其中: mf V Qn t / h f =r g g F1=15.82+1480C 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; m Q圆形堆取料机平均生产率,t/h; R刮板半径,m; r物料堆积密度,t/m 3; f松散系数,一般取1.3-1.65; f n利用系数,取值范围为0.64-0.92; V圆形堆取料机理论生产率,m 3/h。 mf V588 Qn0.850.9346t / h f1.3 =r=创=g g 代入计算得 F1=30.6KN/m 则切割阻力 F=30.60.45=13.7KN 故切割功率：P1= 3 F v13.7101.73 25KW 10001000 创 = g 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 提升功率： m QR3461.22 P2.5KW 367367 b创 = g g 2 驱动功率： 12 1 PP27.5 N32.4KW 0.850.85 + = 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，故刮板取料 机所需最大驱动功率为： 21 N1.3 N1.332.442.1KW=?g 选取传动效率为0.8，则所需电机的功率至少是： N42.1/ 0.852KW= 参考其它刮板取料机的参数，本次设计将采用功率为55KW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Y250M-4三相异步电动机，功率为55KW，同步转速1500r/min, 3.1.3 液力偶合器选用液力偶合器选用 液力偶合器是刮板驱动系统中重要的一部分，置于刮板驱动电动机与减速箱 之间传递动力，其作用有时似乎与联轴器相同，但实质全然不同。具有如下优点： （1）无极调速。在电机转速恒定下可以无极调节工作机的转速，与传统的节流 调节相比可以大量节省电能。 （2）防护动力过载，偶合器泵轮和涡轮之间没有机械联系，转矩是通过油来传 递的，是一种柔性和有滑差的传动。当负载的阻力突然增大时，其滑差可以增大， 甚至制动，电机可继续运转而不致停车。 （3）可隔离振动，缓和冲击。 （4）可方便实现离合。偶合器流道冲油即接合，将油排空即行脱离。 （5）除轴承外无磨损件，工作可靠，寿命长。 由于刮板取料机构既要防护动力过载，又希望大惯量工作在较长的启动过程 中，电动机不会出现过大负荷，故选用延充式限矩型。 延充式限矩型液力偶合器主要用于启动困难的和大惯量的工作机时，在启动 过程中电动机可具有较低的载荷，防护动力系统动力过载，协调多台原动机间载 荷分配，不能调速和脱离。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 已知电动机的额定功率为55KW，额定转速为1500r/min，故选用YOX420型延 充式液力偶合器。 3.1.4 门架的设计门架的设计 钢材的弹性模量 E=20610 3N/mm21 、Poisson 比为 =0.3 1、 密度 =7850kg/m 31。 结构的基本组合的荷载分项系数，永久荷载分项系数是 1.2 2，可变荷载的分 项系数是 1.3 2。 对一般的结构钢，其许用应力： =16010 3N/mm2 取料机门架许用挠度：f=L/700-L/1000 3.1.5 销齿传动设计销齿传动设计 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 3-5。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 3-5 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刮板轴的传动方式，而是将 一销齿圈焊接与刮板体的一侧，减速器的输出轴上直接装齿轮，通过两者的啮合 使刮板转动。 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，能使刮板驱动 机构的制造成本减少一倍多，同时还运行平稳，易于检修。 已知驱动电机额定功率 P=55kw，额定转速 1 n=1500r/min，效率为 0.92 液力偶合器传动效率 1 =0.96 减速器传动比和传动效率分别为 2 i=30, 2 =0.9 销齿传动系统中销轮的转速和传动效率分别为 2 n=8 r/min， p =0.93 （1） 计算销齿轴的转矩 2 T 设备总传动比 z i= 1 2 n n = 1500 8 =185 销齿传动比 2 185 6.17 30 z i i i 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 销轮功率 2112 5 50 . 9 20 . 9 60 . 90 . 9 34 0 . 6 () p PPk w 销轮轴的转矩 2 2 2 4 0 . 6 9 7 49 7 44 9 4 3 () 8 P Tk g m n （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 H =108 kg/，查表，按对称循环载荷计算 2F 2F = 1 1 KS 式中 1 疲劳极限， 1 =0.4354=23.22kg/； K销齿变面状况系数，K=1.25； S许用安全系数， S的取值范围为 1.41.6，取 S=1.5。 2F = 23.22 12.4 1.25 1.5 （kg/ 2 mm） 齿轮材料采用 45 钢，调质处理，207255HB。按 10r/min 查表得 H =120kg/、 1F =14.5kg/ （3） 选定、 1 z、/ p dp和确定 1 z、/ a hp、 2 z等参数 查表取：=1.5、 1 z=13、/ p dp=0.475 销轮齿数 21 6.17 1380.2ziz 取 80 齿 销齿传动实际传动比 2 1 z i z = 80 13 =6.15 销轮实际转速 2 6 . 1 7 88 . 0 2 (/ m i n ) 6 . 1 5 nr a d 实际总传动比 2 3 06 . 1 51 8 4 . 5 z iii 按 1 z=13、/ p dp=0.475 查图得（/ a hp）max=0.478。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 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/ a hp=0.43。 按 1 z=13、/ p dp=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 p d p d394 2 3 3 22 1 (/) 4943 0.475 39446.8() 6.15 13 1.5 108 p H T dp mm i z 取 p d=48 按弯曲强度验算公式校核 p d 3 222 222 2 0.4752 3.14 0.475 4943 10 3840() /280 48 t p TTT Fkg rz Pz d 1.5 4872() p bdmm 取1.6Lb，则1.6 72115.2Lmm 2 2 33 2.52.5 3840 ()(115.236)6.88(/) 248 t F p Fb Lkg mm d 22 6.8812.4 FF ，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 22 11 1616 3840 0.475 8.4/14.5/ 72 48 t FF F kg mmkg mm bp 故齿轮轮齿弯曲强度足够。 （5）几何尺寸计算 齿轮齿数 1 13z 销轮齿数 2 80z 销齿直径 48 p dmm 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 齿距 48 101 0.4750.475 p d pmm 齿轮节圆直径 11/ dpz=101 13/3.14418.2mm 销轮节圆直径 22/ dpz=101 80/3.142573mm 齿轮齿根圆角半径 (0.515 0.52)(0.515 0.52) 4824.72 24.96 fp d 取22.8 f mm 齿轮齿根圆角半径中心至节圆距离 (0.04 0.05)(0.04 0.05) 481.92 2.4 p cdmm 取2.2cmm 齿轮齿顶高 0 . 4 30 . 4 31 0 14 3 . 4 3 a hpm m 齿轮齿根高 2 2 . 82 . 22 5 ff hpcmm 齿轮全齿高 4 3 . 4 32 56 8 . 4 3hh ah fmm 齿轮齿廓过渡圆弧半径 (0.3 0.4)(0.3 0.4) 4814.419.2 p Rdmm 取16Rmm 齿轮齿顶圆直径 11 2418.22 43.43505 aa ddhmm 齿轮齿根圆直径 11 2418.22 25368.2 fa ddhmm 中心距 12 418.22573 1495.6 22 dd amm 齿轮齿宽 1 . 51 . 54 87 2 p bdm m 销齿计算长度 1 . 61 . 67 21 1 5 . 2Lbmm 销齿中心至夹板边缘距离 (1.5 2)(1.5 2) 487296 p ldmm 取 80lmm 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 销轮夹板厚度 ( 0 . 2 5 0 . 5 )( 0 . 2 5 0 . 5 )4 81 2 2 4 p dm m 取20mm （6）夹板挤压强度校核 取 2 10/ pr kg mm 22 3840 2/10/ 22 48 20 t prpr p F kg mmkg mm d 故夹板挤压强度足够。 3.1.5 刮板刮板轴的轴的设计及设计及校校核核 （1）计算作用在轴上的力 根据前面计算可知扭矩 T 7 4.943 10=?TN 圆周力 4 3 . 8 41 0=?FtN 径向力 4 r FG c o s 661 0 N=? 轴向力 43 6 10 sin66.3 10=窗=? a FN （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 3 P dA n 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 3 min 40.6 d1.03100177mm 8 炒= 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 3-7 刮板轴的结构图 （3） 绘制轴的弯矩图和扭矩图 水平方向上的力 RH1=RH2=1.9210 4N 垂直方向上的力 RV1=RV2=310 4N 水平方向上的弯矩 MH=36319.210 3=7106Nmm 垂直方向上的弯矩 MV=310 4363=1.1107Nmm 最大弯矩 M=1.310 7Nmm （4）按弯扭合成强度校核轴的强度 当量弯矩 () 2 2 ca MMTa=+ 其中折合系数0.6a = () 2 277 1.34.94 0.6103.2 10=+创=?g ca MN mm 轴的材料为 40Cr 钢，调质处理。 b s=685 N/ 2 mm，得材料许用应力 轴的计算应力为 = ca ca M W s 由于轴截面有键槽故 () 2 3 bt dt d W 32d - p =- 代入计算得 53 W8.810 mm=? 7 2 5 3.2 10 36.3/ 8.8 10 = ca ca M N mm W s 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 76 1 252175 1.3 106.27 10 335363 =创=?gMMN mm 截面扭矩 7 4 . 9 4 31 0=?gTN mm 抗弯截面系数 3363 0 . 10 . 12 2 01 . 0 61 0=?Wdmm 抗扭截面系数 3363 0 . 20 . 22 0 02 . 1 21 0=? T Wdm m 截面上弯曲应力 6 2 1 6 6 . 2 71 0 6/ 1.06 10 = b M N mm W s 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 截面上扭剪应力 7 2 6 1 . 9 4 31 0 9 . 2/ 2 . 1 21 0 = T T Nm m W t 弯曲应力幅 2 6/= ab N mmss 弯曲平均应力 0 m s= 扭切应力 2 4 . 6/ 2 = am N mm t tt （6） 确定材料的机械性能 查 表 可 知40Cr钢 弯 曲 疲 劳 极 限 2 1 335/N mms-= 剪 切 疲 劳 极 限 2 1 185/N mmt - = 合金钢材料的特性系数 0.3,0.50.15= sts yyy ， （7） 确定综合影响系数Ks、Kt 轴肩圆角处有效应力集中系数ks、kt ,根据 3 0.013 220 = r d ， 340 1.5 220 = D d ， 查表计算得2.75=ks，1.8=kt 配合处综合影响系数Ks、Kt，根据 d， b s ，配合 H7/r6 计算得Ks=3.8，kt=2.68 尺寸系数 a x、 t x，根据图查得0.52= a x，0.60= t x 表面状况系数 s b=0.88= t b 2.75 6 0.520.88 = g a k K s s s x b 1.8 3.4 0.60.88 = g k K t t tt x b （8）计算安全系数 取需要安全系数 1.5S = 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 1 335 9.3 660 - = +? am S K s ss s s