毕业设计（论文）-滚筒式翻车机设计.doc

滚筒式翻车机设计摘 要本毕业设计的课题来源于煤矿工业运输系统中采用固定式矿车运输煤炭或矸石时，井上、井下翻矿车卸料的主要设备的工程实际。主要任务是设计卸料设备即翻车机的整体结构及其控制部分。翻车机有前倾式和滚筒式两种翻卸方式，该设备结构简单，运行平稳，生产环节少，不需要地下建筑，节约基建投资，可广泛用于煤炭、冶金、化工、建材等行业。本设计的电动翻车机采用滚筒式翻卸方式，其基本原理是推车机把一辆矿车推进翻车机后，翻车机翻转180度将煤炭或矸石卸出并回到水平位置，同时推车机将其中的空矿车顶出在顶入下一辆矿车准备翻卸，依次往复工作，实现矿车卸料。本文主要针对电动翻车机的动力传动装置、支撑与导轨装置、阻车控制装置、定位装置等部分进行结构设计，经设计校核，在一定的工作条件下，该翻车机可以胜任煤炭或矸石的翻卸任务。关键词：电动翻车机 滚筒式 阻车器 结构设计目 录1 绪论11.1 毕业设计的目的和意义11.2 毕业设计的主要研究内容11.3 国内外研究情况及其发展11.4 电动翻车机的经济性分析22 动力传动部分结构设计32.1 翻车机配套矿车的结构32.2 传动装置设计42.2.1 滚筒结构设计52.2.2 电动机选型62.2.3 减速器的选型计算142.2.4 传动滚轮部件设计153 支撑与导轨设计173.1 支持滚轮173.2 支撑滚轮的传动轴设计183.3 底座结构设计194 阻车器结构设计194.1 阻车器概述194.2 阻车器传动方案204.3 阻车爪轴强度验算224.4 阻车卡爪缓冲弹簧的计算234.4.1 缓冲弹簧的的选择234.4.2 弹簧强度验算244.4.3 进车端阻车器弹簧验算255 滚筒定位与矿车减速装置设计295.1 滚筒定位装置295.2 矿车减速装置31结 语33参 考 文 献34英 文 摘 要35附 录36致 谢371 绪论1.1 毕业设计的目的和意义在生产和信息的传输以及消费活动中，必定有人和物之间的输送，而在上述输送的场所中，物料搬运设备是必不可少的。随着现代科技以及制造技术的发展和进步，为了寻求经济、合理地输送及其系统的最优配置及管理，物料搬运已经由以往纯粹的搬运、装卸作业，而逐步发展成为当今将物料的选择、识别、分类、包装、保管以及物流信息传输等包括在内的具有复合机能的物流工程系统的新观念。翻车机是一种大型的高效率机械化卸车设备，是用电力驱动圆形滚筒的卸料设备。适用于冶金厂、火力发电厂、烧结厂、化工厂、洗煤厂、水泥厂、港口等大中型企业翻卸铁路敞车所装载的矿石、精矿、煤炭、粮食等散状物料。电动翻车机机械化程度高，生产能力大，便于实现翻卸系统的自动化，它具有卸车能力高，设备简单，维修方便，工作可靠，节约能源，无损车辆和减轻劳动强度等优点，为实现卸车机械化和自动化提供了条件。因此，中型以上的矿井一般都采用这种翻车机。1.2 毕业设计的主要研究内容翻车机的基本结构由滚筒、底座、定位装置、传动装置、传动滚轮、支持滚轮、进车端阻车器、出车端阻车器（或阻车）及挡煤板等部件组成。所有部件的螺栓联接部位，均对称布置有螺栓孔，适用于左侧式或右侧式。翻车机的作业方式是用铁牛或拨车机将已摘钩的重载列车送入翻车机。翻车机翻转后，物料倾卸入料仓中，经料仓下方的给料机输给下方的带式输送机运走。翻车机复位后，空车被顶出。除一次翻一节车厢的单车翻车机外，还有一次翻两节或三节厢的翻车机。如采用可旋转车钩，则列车进入翻车机翻转时不需要摘钩。翻车机生产率高，单翻时，每小时可翻2025辆车，生产率达1000t/h，不摘钩三车翻车系统，卸车能力高达6000t/h，适用于大宗散货如煤炭等作业系统；采用这一系统粉尘较易控制，环境污染范围小，生产能力大，减轻了工人的劳动强度。因此，中型以上的矿井一般都采用翻车机。1.3 国内外研究情况及其发展翻车机为适应煤炭工业的不断发展而开发的，至今已研制出几代产品，并且均已应用于生产。实践证明，该设备结构简单，运行平稳，生产环节少，不需要地下建筑，节约基建投资，可广泛用于煤炭、冶金、化工、建材等行业，是很有前途的矿车换装设备。至今翻车机的生产能力，每分钟翻车次数可以达到3.5次/分，生产率210吨/时。翻车机的轮廓尺寸可以设计到7180mm3511mm2906mm。滚筒尺寸直径2500mm、长度2200mm、轨距600mm。传动滚轮直径和支持滚轮直径都可以设计到400mm。减速器采用了行星轮式，速比达到15.71。制动器采用了防爆电磁铁，电磁铁吸力达到70kg，行程为50mm。传动装置总速比达到了98.2。目前，人们在原来标准电动翻车机的基础上改进的，可以将原来的电机替换为液压马达，这样不但能无级调整翻车机的运转速度，而且电磁阀适应翻车机的频繁正反转 。翻车机的整个滚筒电动回转分为左右侧式，可与列车推车机、阻车器配套使用，可以实现联锁自动电控系统，连续翻转列车，实现自动化；也可手动按钮控制。前阻车器设有阻车爪打开或关闭的水银开关支架，可根据联销闭塞电气装 置要求，安设水银限位开关。在定位装置的标准设计中采用了一种滚筒不抬起而电机能连续运转的带缓冲的定位装置，取消了电磁操纵，减少了控制环节，不用抬起滚筒，减少了冲击，也不必专门设置调节抬起滚筒间隙的部件，又可以使电动机连续运转，避免了电机的频繁重载启动，因而结构简单，利于制造和维护、维修。在传动装置的标准设计中，不分井上井下，采用防爆电动机，在减速器的低速轴处还设有常闭制动器，用以减轻停车时滚筒对定位装置的冲击。翻车机采用双列向心球面滚子轴承，均采用迷宫式机械密封，以防煤尘侵入，保证了轴承的使用寿命。翻车机达到了整列车推车翻卸的自动化，在设计中根据推车机、翻车机联动控制程序，在翻车机机械结构上考虑安装了电气控制元件的支架和触动部件， 从而可以按翻车机翻卸的控制程序制作出翻车机系统自动化电控设计，达到了整列车的自动化连续翻卸。1.4 电动翻车机的经济性分析本课题设计的FDBZ-1.1/6 电动翻车机每分钟翻车次数达到3.5次，生产效率达到210 t/h ,卸载操作快，需要工作人员不多，卸贷成本低，比以前老式翻车机大大提高了生产效率，节约了工作时间和电力资源。翻车机的底座和滚筒均采用铸件，这样的结构虽然比较笨重，但坚固耐用，使用寿命长，也便于制造和便用。翻车机为避免电动机频繁重载起动，所以采用了行星轮式d型减速器，这种减速器结构紧凑，电动机可以连续运转，降低了因电动机频繁起动而损耗的电量。在翻车机的设计中还采用了滚筒不抬起而电动机能连续运转的而带缓冲的定位装置。该定位装置取消了电磁操纵，减少了控制环节，不用抬起滚筒，减少了冲击，也不必专门设置调节抬起滚筒间隙的部件，可使电动机连续运转，结构简单，利于制造和维护维修。2 动力传动部分结构设计2.1 翻车机配套矿车的结构翻车机配套矿车的结构示意图如图1，所示。翻车机的基本结构由滚筒、底座、定位装置、传动装置、传动滚轮、支持滚轮、进车端阻车器、出车端阻车器（或阻车）及挡煤板等部件组成。所有部件的螺栓联接部位，均对称布置有螺栓孔，适用于左侧式或右侧式。该矿车的主要技术特性如表1所示。1.车箱 2.车架 3.轮轴 4. 销钉式防脱插销5. 万能链 6. 销轴7.开口销 8.垫圈图1 翻车机结构示意图表1 翻车机配套矿车的技术特性参数序号名称参数1容积1.1m32轨距600mm3轴距550mm4车轮直径300mm5牵引高320mm6外形尺寸20008801150mm7最大载重1800kg8最大牵引力6000kg9最小弯道半径8m2.2 传动装置设计传动装置为翻车机工作的动力源，它由电动机、行星齿轮减速器、常开制动器和常闭制动器、联轴器、传动滚轮、滚筒等组成。关于电动机选配，为防止瓦斯、煤尘爆炸，电动机系防爆型；同时，为便于制造、维护和更换，尽量减少传动装置的种类。在FDBZ-1.1/6电动翻车机的标准设计中，不分井上井底，只采用了一种防爆电动机。为避免电动机频繁重载起动，采用了行星齿轮减速器。该传动装置没有常开制动器，利用其制动或释放减速器的闸轮，实现电动机的传动或空转。常开制动器带电时制动，断电时释放。在翻卸过程中，电动机可连续运转。在减速器的低速轴处还设有常闭制动器，用以减轻停车时滚筒对定位装置的冲击，该制动器断电时制动，带电时释放。老式翻车机的传动装置绝大多数是由电动机、JZQ型减速器和弹性联轴器组成。有的为了减少滚筒停止转动时的惯性力，在电动机与减速器间的联轴器上安设制动闸。采用JZQ型减速器传动装置在滚筒不抬离传动滚轮的情况下，电动机不能连续运转，必须断续停开。在FDBZ-1.1/6电动翻车机标准设计中设计了一种配有行星齿轮减速器的传动装置。在滚筒不抬离传动滚轮的情况下达到电动机连续运转。该装置由电动机、行星齿轮减速器、胶带联轴器、闸轮联轴器、常开制动器和常闭制动器等部件组成。常开制动器是用来控制减速器闸轮的，当常开制动器松闸时、行星齿轮减速器空转，不输出动力，传动轮不转，因而滚筒处于停止状态，而电动机仍可继续转动。常闭制动器是为减缓滚筒停转时的惯性力，减少冲击。配有行星齿轮减速器的传动装置动作程序是：滚筒处于正常停止位置时，电动机和制动器的电磁铁均不带电，常开制动器处于松闸状态，常闭制动器处于合闸状态。当要翻卸第一车时，先使电动机带电动机起动空转，然后使常闭制动器电磁铁通电松闸，随之使常开制动器电磁铁通电合闸，这时减速器的输出轴转动并带动传动轮和滚筒转动。在滚筒转动一周之前，先使常开制动器的电磁铁断电松闸，当滚筒靠惯性继续转到正常停止位置时，再使常闭制动器的电磁铁断电合闸，这时滚筒一靠合闸，二靠定位装置定位即可停转。在翻卸第一辆车后，电动机已带电运转，其余重车的翻卸，除电动机不必再通电外，其他按上述程序控制常开和常闭制动器即可。2.2.1 滚筒结构设计滚筒是卸载矿车的容器，为翻车机的旋转主体，它由滚筒、两侧桁架、钢轨底座、蓖条挡板组成。如图2所示：图2 滚筒框架示意图滚筒内设有轨道，与外阻车器轨道相连，从而便于矿车进入滚筒。滚圈系整体铸钢件（材质为ZG35），紧固耐用。拨杆连接部位均留对称紧固螺栓孔，对左右侧式翻车机均可适用。目前现场使用的翻车机滚筒结构有两种：一种是由型钢组合滚圈与型钢焊接桁架连接为一体的；一种是由铸钢滚圈与型钢焊接结构的滚圈连接为一体的，主要不同点是滚圈的结构。型钢滚圈轻便，但生产实践证明型钢焊接结构的滚圈不耐磨，易开焊和变形，甚至有断裂现象。铸钢滚圈较笨重，但坚固耐用，使用寿命长。煤矿设备应以坚固耐用为主。所以在FDBZ-1.1/6电动翻车机的设计中，电动翻车机的滚圈采用铸钢滚圈。本设计滚筒由1个直径为2500 mm材质为ZG235441滚圈和铸钢焊接而成的框架组合而成。滚圈它本身除作为滚筒的结构件外,同时又是直线电机的次级。可产生回转运动。滚圈与框架之间采用螺栓联接;支承轮支承滚筒,在设计上采用了性能好的双列向心球面滚子轴承;龙门架由钢板焊接而成,滚筒的重心位置对于翻车机来讲是个很重要的指标,但很难计算得很准确,因此我们在结构设计上考虑了可以增减配重块,以便在整机装配时调整重心位置。滚筒内设有轨道，与外阻车器轨道相连，从而便于矿车进入滚筒。滚圈系整体铸钢件（材质为ZG35），紧固耐用。拨杆连接部位均留对称紧固螺栓孔，对左右侧式翻车机均可适用。2.2.2 电动机选型（1）回转摩擦阻力矩计算：回转部分总重量为 ，kgf式中 翻车机的滚筒、制动块及前后拨杆等部件重量，=3742kgf(1kgf=9.8N)；600轨距1吨固定车箱式矿车自重，=718kgf矿车内装载的物料重量(其值随回转而变),kgf。当等于、时，物料重量、矿车及物料重心的位置用计算与图解结合的方法计算如下。=时车内物料表面处于安息角的位置，故物料重量以满车计算。满车的物料重量为： 图3 矿车时重心分析图 Abc半圆面积：之形心至圆心距离：Acde长方形面积:之形心至圆心距离:总面积：A=0.441+0.442=0.883设总面积形心(即物料重量）至半圆面积形心的距离为y,则的0.883y=0.442(0.225+0.2085)y=0.217m,故总面积形心近似在圆心上。 矿车重心至回转中心距离为矿车重心对回转中心线的夹角为 物料重心至回转中心距离为物料重心对回转中心线的夹角为 时矿车卸料情况如图4所示。图4 矿车时重心分析图Abc半圆形面积:之形心至圆心距离：Acdf梯形面积：之形心的位置用图解法求得。总面积：A=0.441+0.235=0.676A之形心（即物料之重心）的位置用图解法求。车内物料重量：矿车重心至回转中心距离：矿车重心对回转中心线的夹角：物料重心至回转中心线距离：物料重心对回转中心线的夹角：时矿车卸料情况如图5所示。图5 矿车时重心分析图abc弓形高：abc弓形弦长:abc弓形弧长：Abc弓形面积：之形心至圆心距离：acd 三角形面积：之形心的位置用图解法求得。总面积：车内物料重量：矿车重心至回转中心距离：矿车重心对回转中心线的夹角：物料重心至回转中心距离：物料重心对回转中心线的夹角：传动滚轮上所受之正压力和支持滚轮上所受之正压力可分别由以下公式算出：图6 滚筒受力分析图 式中 传动滚轮相对滚筒纵向中心线的安装偏角，=； 支持滚轮相对滚筒纵向中心线的安装偏角，=。以滚筒中心为回转中心回转时，滚轮对滚筒的摩擦阻力矩为式中P传动滚轮与支持滚轮所受压力之和，； K 滚动摩擦系数，取； R 滚筒半径，； r滚轮半径，。滚轮所用轴承之滚动摩擦阻力矩为 式中 滚动轴承的摩擦系数，取=0.01； 滚动轴承内外直径之平均值，翻车机卸载时，矿车内的物料随滚筒回转角值的增加而逐渐减少，应而阻力矩也逐渐减少，在回转角等于几种特点值时，上述各式计算的结果列于表2。（2）静不平衡力矩计算：由于滚筒、矿车和物料重心均不与翻车机回转中心重合，翻卸时物料重心随物料减少而改变，同时矿车在翻卸过程中也稍有移动，应而产生了随回转角而变化的不平衡力矩。滚筒回转一周，矿车和物料变动情况如下：时，矿车开始倒向滚筒侧桁架上；时，矿车内物料处于安息角位置（煤的最大安息角为，矸石安息角为，为简化计算，二者均按考虑），物料开始倾斜；表2 回转摩擦阻力矩汇总表0452700150071605960524143633709308789507450286423843383281665205011406510560047654099337229018137700026042240307626469011506405610510041073733290626427013637522442040265124101353600446032652310557517842107以上表格中：为滚筒回转角；为装载物料重量；W为回转部分总重量；传动滚轮上所受正压力为；支持轮所受正压力为;二滚轮所受正压力之和；滚轮阻力矩；轴承阻力矩表3 滚筒处于不同角度时矿车的状态矿车状态矿车内物料已卸出一部分矿车水平横卧，车内物料继续卸出矿车内物料已全部卸出，矿车已向下移动2.5cm矿车车箱口垂直向下矿车车箱口倾斜向下矿车水平横卧矿车已退回到轨道上矿车恢复原来位置翻车机的静不平衡力矩为滚筒、矿车和物料三者静不平衡力矩的代数和，即 式中 滚筒静不平衡力矩，； 矿车静不平衡力矩，； 物料静不平衡力矩，； 滚筒重心至回转中心的距离，按图纸算出，计算过程从略，cm; 矿车重心至回转中心的距离，cm； 矿车内物料重心至回转中心的距离，cm； 矿车重心对回转中心线的夹角（当滚筒回转之后），度。 矿车内物料重心对回转中心线的夹角（当滚筒回转之后），度。 （3）传动滚轮的驱动计算：使翻车机滚筒回转的力是由传动滚轮借助摩擦力传递过来的。滚筒回转一周的过程中，传动滚轮与滚筒之间的摩擦力矩必须大于回转总阻力矩，否则就会产生滑动，即必须满足下式要求： 式中 K不滑动安全系数； 摩擦力矩，； 回转总阻力矩，。摩擦力矩 式中 摩擦系数，取=0.1； R滚筒半径，R=125 传动滚轮上所受之正压力，kgf。（4）电动机功率计算电动机功率应根据滚筒回转一周过程中的最大正阻力矩或最大负力矩来计算。由表知，滚筒转到时负力矩最大。按此力矩可求出600轨距1吨单车不摘钩翻车机所需功率为 KW式中 最大负力矩，由表可查得； 机械效率，取=0.85； 电动机允许的最大转矩与额定转矩之比，由电动机产品样本 得=1.8； 滚筒实际转数，取=8.5rpm。（5）电动机转速的计算电动机的转速应根据滚筒的实际转速和选用的减速器比来计算，而滚筒的实际转速应根据回转一周后物料卸出的情况而定。滚筒转速太快矿车内物料一次翻卸不净；滚筒转速太慢会影响翻车机的生产能力，而物料流出的快慢又与物料的干湿、粘度程度有关。根据现有翻车机使用情况，滚筒的实际转速=710rpm。对1吨翻车机取=8.5rpm。滚筒实际转速确定之后即可算出所需电动机的转速式中 选用的行星齿轮减速器传动比，=15.71； 摩擦传动比，； 滚筒直径，=250； 传动滚轮直径，=40。根据计算的功率与转速并参考现有翻车机实际使用情况，确定选用防爆型电动机，其功率为5.5KW，同步转速为1000。2.2.3 减速器的选型计算减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩以满足各种工作机械的需要。减速器的种类很多，按传动和结构特点划分，有齿轮减速器、蜗杆减速器、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器、谐波齿轮减速器等。减速器都有标准的系列产品，设计时只需结合所需传动功率、转速、传动比、工作条件和机器的总体布置动具体要求，从产品目录或手册中选择即可。行星齿轮减速器与普通园柱齿轮减速器相比，尺寸小、重量轻，但制造精度要求较高，结构较复杂，在要求结构紧凑的传动中应用广泛。为了避免电动机频繁重载起动，采用了行星齿轮减速器。该传动装置设有常开制动器，利用其制动或释放减速器的闸轮，实现电动机的传动或空转。常开制动器带电时制动，断电时释放。在翻卸过程中，电动机可以连续旋转。在减速器的低速轴处还设有常闭制动器，用以减轻停车时滚筒对定位装置的冲击，该制动器断电时制动，带电时释放。该减速器的传动示意图如图7所示。表4 行星轮减速器型号参数减速器型号转速（r/min）许用输入功率kw许用输出转矩(Nm)ZKD11000164869400 图7 行星齿轮减速器示意图2.2.4 传动滚轮部件设计传动滚轮安放在底座上，用来支撑滚筒，并使其回转，而达到重载卸车的目的。传动滚轮各由两个直径400毫米的滚轮于轴和轴承所组成，固定在底座上，滚轮在轴向位置有一定范围的调节量，以调至滚轮所托之滚筒两侧间隙相等为宜。滚筒的转动是依靠传动滚轮与两滚圈的摩擦而传递动力和扭矩的。单车翻车机传动滚轮采用二轴承长轴传动方式，支持滚轮也采用长轴支撑方式。由于滚筒的传动，会带来一定的轴向冲击，所以两滚轮组均采用双列向心球面滚子轴承，单车型号为3616，采用迷宫机械密封以防煤尘或杂质侵入，保证轴承使用寿命。传动轮的转动是来自发动机经减速器输出的扭矩。又通过与滚筒圈产生的摩擦力（由于滚筒的自身的重力产生正压力）来带动滚筒的旋转，以实现把煤卸出的目的。安装支持和传动滚轮时，除应按图纸检查其坐标位置与有关尺寸外，尚需要检查支持滚轮与传动滚轮的轮轴要保持水平并相互平行，两轮轴对应的传动轮与支持轮要在同一线上，并要保证两滚圈与四个支点同时接触。 传动轮组中心线和支持轮组中心线（短轴时，为两个支持轮组中心线）平行度公差值为2mm,水平度公差值：当L4 =3900mm时，不大于3mm.传动轮组中心线和支持轮组中心线的水平间距偏差不大于正负2mm. 轴度公差值为2mm. 两滚轮间距L3的尺寸偏差不得超过正负3 mm.轴承座内要注满润滑油，各传动部分均要注油，为防止煤尘侵入，注油后需将螺塞拧紧。最终设计的驱动滚轮与驱动滚轮轴示意图如图8所示。图8 传动滚轮部件结构示意图 先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取，于是得：输入轴的直径最小显然是安装联轴器的直径。联轴器的计算转矩，查表14-1，考虑到转矩变化很小，故取按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB4323684，选用TL5型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为,半联轴器的孔径，故取，半联轴器的长度L=60mm,配合长度为。3 支撑与导轨设计3.1 支持滚轮 传动滚轮与支持滚轮安放在底座上，用来支撑滚筒，并使其回转，而达到重载卸车的目的。传动滚轮和支持滚轮各由两个直径400毫米的滚轮于轴和轴承所组成，固定在底座上，滚轮在轴向位置有一定范围的调节量，以调至滚轮所托之滚筒两侧间隙相等为宜。滚筒的转动是依靠传动滚轮与两滚圈的摩擦而传递动力和扭矩的。支持滚轮采用长轴支撑方式。由于滚筒的传动，会带来一定的轴向冲击，所以两滚轮组均采用双列向心球面滚子轴承，单车型号为3616，采用迷宫机械密封以防煤尘或杂质侵入，保证轴承使用寿命。传动轮的转动是来自发动机经减速器输出的扭矩。又通过与滚筒圈产生的摩擦力（由于滚筒的自身的重力产生正压力）来带动滚筒的旋转，以实现把煤卸出的目的。安装支持和传动滚轮时，除应按图纸检查其坐标位置与有关尺寸外，尚需要检查支持滚轮与传动滚轮的轮轴要保持水平并相互平行，两轮轴对应的传动轮与支持轮要在同一线上，并要保证两滚圈与四个支点同时接触。 传动轮组中心线和支持轮组中心线（短轴时，为两个支持轮组中心线）平行度公差值为2mm,水平度公差值：当L4 =3900mm时，不大于3mm.传动轮组中心线和支持轮组中心线的水平间距偏差不大于正负2mm. 轴度公差值为2mm. 两滚轮间距L3的尺寸偏差不得超过正负3 mm.轴承座内要注满润滑油，各传动部分均要注油，为防止煤尘侵入，注油后需将螺塞拧紧。3.2 支撑滚轮的传动轴设计600轨距1吨单车不摘钩翻车机传动轴受力情况如图所示。已知每个传动滚轮上的最大正压力按简支梁计算。传动轴C点的直径d=10cm，材料为45号钢，调质处理。AB两支点反力为 在C点的最大弯矩为按选用的电动机额定功率计算最大扭矩为式中 电动机额定功率，； 减速器传动比，； 电动机满载转速，取。传动轴C点直径按下式计算：式中 应力集中系数，取，； 产生法向，扭剪应力幅度力矩，； 许用弯曲应力，取。发 计算结果,故轴的强度满足要求。最终设计的传动滚轮与传动滚轮轴整体结构如图9所示。图9 支持传动滚轮部件结构示意图3.3 底座结构设计由型钢组合而成，用地脚螺栓与基础相连，是翻车承重的基座部件，由数个组合梁联接而成。传动滚轮和支持滚轮安放在底座上，用来支撑滚筒，并使其回转，从而达到重载卸车的目的，底座上设上钢轨台，用来支撑阻车器。定位装置和挡煤板也安放在底座上。底座上地脚螺栓孔为对称钻制，适用于左、右侧式。图10 底座结构示意图4 阻车器结构设计 4.1 阻车器概述阻车器是在矿车自溜运行轨道上阻止矿车运行的设备，它分为单式阻车器和复式阻车器两种。前者有一对阻爪，后者有两对阻爪，两对阻爪之间，间隔一定距离。单车摘勾翻车机在进车端设有阻轮式阻车器，并在滚筒内设有阻车器，以保证矿车在滚筒内的正常停留位置。同时，滚筒内无阻车器避免了滚筒的轴向窜动。阻车器的打开，采用拨杆机械联动机构，每翻转一次阻车爪即行打开。阻车器的关闭，单车采用踏杆机械联动机构，每推进一个矿车阻爪即行关闭。外阻车器中除设有机构联动开闭机构外，还设有手动操纵手把，当翻卸时发现列车中有水煤车、矿石车、或待检修的空车时，可操纵防止阻车器的关闭的手把，使上述矿车不经翻卸即可通过。当发现矿车未卸干净时，可操纵关闭阻车器的手把，使之再次翻卸。翻车机的阻车器型式有多种多样，有阻车轮式的，阻车轴式的，阻车辆下部附设的底挡及阻缓冲器的等各种类型，而且安设的位置也不完全相同，各种阻车器通常均装有停车缓冲装置，利用弹簧吸收矿 车撞击的能量，使车辆停止。老式翻车机阻车器多数是阻车轮式。阻车器安设的位置，有安设外部的，也有安设内部的。滚筒内部安设阻车器对滚筒、传动轮、支持轮和轴承等不利，因为阻车时这些部件会受到矿车冲击的影响。因此，不摘钩翻车机不设内阻车器，而在进出车端设置外阻车器。为使矿车不致倾覆或掉道，矿车驶近阻车器的速度一般不得大于0.751.0m/s。本设计所采用的阻车器是常用的气动单式阻车器，它有一对阻爪，阻爪阻矿车车轮。为了防止矿车与阻爪撞击时产生跳动，阻爪的高度应高于车轮中心线。当车轮撞击阻爪时，阻爪带动轴向前移动，使套在轴的后部的弹簧压缩，撞击的能量便为弹簧吸收。阻爪在轴上可自由转动，阻爪的尾部通过连杆机构和操纵气缸连接，气缸活塞杆的往复运动使两个阻爪相对打开或关闭。关闭时阻车，打开后矿车即可通过。为使阻车器打开后矿车能顺利通过，不产生干扰和撞击，取阻爪和车轮间的最小间隙为50100mm。当阻车器和翻车机、推车机、爬车机、罐笼等设备互相配合时，就可使矿井的运输工作达到机械化和自动化的目的。如图2.2所示：4.2 阻车器传动方案当矿车到达翻车机轨道前，拉下阻车器控制扳手1，将控制扳手从图X6中的左边位置摆动到右边位置，拉杆2将带动轴3及轴上连部件转动一定角度（手柄3的摆动操作范围为25），从右边位置摆动至左边位置，轴3及其连部件的转动将带动轴4及其连部件从左边位置转动到右边位置，连接件5三角盘与轴4同步运动，三角盘摆动角度为580将从水平位置转动到倾斜位置，连接件5的转动带动连接件6摆动一定角度，最后使阻车爪7张开，从而使矿车能够进入到翻车机中。手动阻车器的传动示意图如图11所示。1-控制扳手 2-拉杆 3-短轴上手柄 4-长轴上手柄5-三角盘 6-连接件 7、8-阻车爪图11 手动阻车器传动示意图关键尺寸设计思路：短轴上手柄3的长度和摆动角度，应使三角盘5的转动角度达到要求，而三角盘5又与阻车爪相连，即三角盘转动时使阻车爪实现张合；三角盘5转动角度一定时，三角盘的大小与阻车爪张合的范围有关系，其他条件一致时，盘5越大卡爪张合范围越大；当阻车卡爪的转动角度确定后，其张合的范围与卡爪的长度有关，应根据矿车车轮及轨道位置来确定卡爪的长度；阻车卡爪支点与三角盘支点的相对位置，应使卡爪有效实现阻车的功能。图12 手柄操作范围示意图图13 租车爪工作状态示意图4.3 阻车爪轴强度验算阻车爪的受力情况如图14所示。 图14 阻车爪受力尺寸结构图将弹簧最大工作负荷P2视为阻车爪所受最大之冲击力，则力矩为轴承的支反力为已知在最大工作负荷P2作用下，阻车爪的最大工作行程为90mm，于是轴所受最大弯曲力矩为 式中 Kd动力系数，取Kd =1.5。轴之最大弯曲应力为 轴材料为45号钢，正火处理，其许用弯曲应力，轴强度够。4.4 阻车卡爪缓冲弹簧的计算4.4.1 缓冲弹簧的的选择表5 弹簧尺寸表弹簧钢丝直径d=25mm弹簧中径D=105mm弹簧内径D1=80mm弹簧节距t=34.4mm从机械设计手册中查得：表6 弹簧性能参数表弹簧最大工作负荷P2=2540kgf弹簧允许极限负荷P3=3180kgf单圈弹簧刚度P1=338kgf/mm最大负荷下的单圈变形f2=7.52mm允许极限负荷下的单圈变形f3=9.4mm弹簧最小工作负荷P1（装配压力）确定为363kgf，最大工作行程h确定为90mm，由此计算出弹簧的刚度、圈数和其它尺寸。 弹簧刚度弹簧工作圈数弹簧总圈数n=n+(1.52)=14+2=16弹簧间隙=td=34.4-25=9.4mm弹簧自由度H =tn+(n1-0.5)d = 9.414+(16-0.5)25=519mm最小工作负荷下弹簧变形4.4.2 弹簧强度验算圆环链推车机推动列车前进时，列车冲击阻车器的动能大小，除与推车速度有关外，还与翻车机的型式、翻车前后、及内部线路坡度的大小等有关，故需根据翻车机的型式、线路坡度的大小等对列车冲击阻车器的情况作具体分析，算出列车冲击动能，再验算弹簧强度。600轨距1吨单车不摘钩翻车机阻车器的弹簧强度验算如下：该翻车机前后、内部线路坡度和推车停止时的列车状态如图15所示。取23段长为15m，可停6辆1吨矿车。设推车之前在i = 9的线路上无空车存在；在i=20坡度上的矿车是拉伸开的。翻车机前后都设有阻车器。不摘钩列车的重车前方虽有空车相连，但进车端阻车器的阻车爪到出车端阻车器的阻车爪之间的距离l1小于编号的矿车c、d、1拉伸开的距离l，因此空车和重车d的冲击动能由出车端阻车器承受，其余重车的冲击动能由进车端阻车器承受。图15 翻车机前后、内部线路坡度和推车停止时的列车状态4.4.3 进车端阻车器弹簧验算当推车机推列车前进冲击进车端阻车器时，推爪后方的重矿车处于拉伸状态，推爪前方a、b、c、d重矿车及空车等处于接触状态。已知重车d及空车的冲击动能由出车端阻车器承受，故推爪前方只有a、b、c这三辆重车首先以接触状态冲击进车端阻车器。至于推爪后方的重矿车，如果在a、b、c这三辆重车从开始压缩弹簧至停止的时间内，推爪后方的重车逐次撞上其前方的重矿车，则计算冲击动能时应考虑推爪后方重矿车的影响，否则可不必考虑。已知碰撞弹簧的矿车数、碰撞的初速度和弹簧的刚度等就可算出矿车压缩弹簧开始到停止所需要的时间。当矿车轮碰上弹簧之后，车轮所受之弹簧力为变力，其大小为kgf式中 弹簧强度，kgf/mm; x 从弹簧自由长度算起的弹簧变形量，mm 根据牛顿第二定律知弹簧所受之力为 kgf式中m 碰撞弹簧的矿车及载重质量，kg ax 矿车碰撞弹簧后的加速度，m/s2 m/s2设弹簧的自由位置到装配位置的距离即初压缩量为x1,当矿车从x压缩到x时弹簧所作之功为kgfm设矿车轮压缩弹簧至任一点并使弹簧变形量为x时的矿车速度为v，又经过一点时间后矿车速度变为v0其速度增量为。在时间内把矿车压缩弹簧的运动视为匀变速运动，则得式中ax 矿车压缩到弹簧变形量为x时的加速度，已知当矿车轮从x1压缩弹簧至x时矿车动能的变化为对摩擦阻力所消耗的功忽略不计时，矿车动能的变化等于弹簧力所作之功，于是将v的导出式取正号代入时间的微分式中得设矿车从x1开始压缩弹簧至x停止，则压缩弹簧的时间为矿车压缩弹簧至x 时的速度v=0，根据弹簧力所作的功等于矿车动能变化（各种摩擦阻力所消耗之功忽略不计）的原理得将x之导出式取正号代入压缩弹簧的计算公式中得s已知v0=0.525m/s、P=24200kgf/m、x1=0.015m。设a、b、c这三辆矸石矿车以刚性接触，同时碰撞在进车端阻车器的两个弹簧上，则碰撞单个弹簧的质量为kg将v0、p、x1、m各值代入压缩弹簧的时间计算公式中得推爪前方三辆重矿车（a、b、c）压缩弹簧的距离为推爪后方第一辆重矿车与重车a拉开的距离（两矿车碰头间距）加上压缩弹簧的距离为=0.08+0.064=0.144m推爪后方第一辆重矿车送减速动行的加速度为-9.80.0085=-0.083m/s2式中 1吨矿车运行阻力系数，取=0.0085; g 重力加速度，g=9.8m/s2以推车速度v0作为推爪后方第一辆重矿车减速运行的初速度，设t为滑行时间，则得0.144=0.525t-0.083t2计算结果表明，推爪前方三辆重矿车（a、b、c）压缩弹簧停止时，推爪第一辆重矿车尚未赶上其前方的重矿车a，故进车端阻车器弹簧可按三辆矸石矿车的冲击动能来验算。对矿车弹簧碰头吸收的动能忽略不计时，三辆矸石矿车的冲击动能力进车端阻车器弹簧和出车端阻车器弹簧是一样的，能够吸收的动能为=235kgf.m。ATAd,弹簧强度够。5 滚筒定位与矿车减速装置设计5.1 滚筒定位装置关键尺寸设计思路：转动轴上手柄2的长度应保证当轴1旋转时能有足够的摆动角度，使横向拉杆3有足够的拉动距离；横向拉杆3的拉动距离一定时，拉杆与纵轴摆动连接件4的长度应使纵轴5有足够的转动角度能使摆动托起件6顶住定位托起件7来卡住定位固定件8；当纵轴5的转动角度一定时，摆动托起件6的长度应使定位托起件7能卡住定位固定件8，摆动托起件6的长度越长（其他条件一致时），定位装置的行程就越大。定位装置是保证滚筒停留在水平位置上。目前使用的定位装置分为有、无缓冲两种。实践证明，带缓冲的定位装置结构虽然较复杂，但减缓冲击后，可延长设备的使用寿命；无缓冲的定位装置虽简单些，但刚体的硬性冲击对定位装置和翻车机的滚筒、机架等都有不良影响。因此，B74翻车机标准设计采用带缓冲的定位装置。现使用带缓冲的定位装置，按安装的位置又分两种，一种是定位装置设在滚筒的侧面，该定位机构动作时一方面使滚筒定位，同时又使滚筒抬起，离开传动滚筒使电动机连续运转；另一种是定位装置使设在滚筒的一端，不抬起滚筒，电动机间断运转。煤矿用的最普遍的是用手把或电磁铁操纵定位装置是滚筒抬起定位的结构型式。但该型式结构较复杂，在使用中还存在一定问题，如滚筒抬离传动滚筒的间隙不易调整，不太可靠。因此有不少使用单位改成不抬起滚筒，使电动机间断运转，定位装置只起定位作用，但电动机间断运转又引起电动机发热，甚至烧坏电动机。又如电磁铁操纵的定位装置的联动机构动作不可靠，控制支持轮到杠杆有时抬不起来或落不下来，因而定位钩也就落不下来或掏不起来。针对老式结构存在的问题，在B74翻车机标准设计中设计了一种滚筒不抬起而电动机能连续运转，利用连杆将定位机构与阻车器的中轴连接起来，借阻车器的开闭、中轴的旋转使定位机构动作的定位装置。这种定位装置的优点是取消了电磁铁操纵，减少了控制环节，不使用抬起滚筒，减少了冲击，也不必专门设置调节间隙的部件，因此结构简单，利于制造和维护检修为了确保每次矿车进入前，翻车机的滚筒都处于初始位置，这里设计了定位装置，在拉下控制扳手的同时，轴1将转动一定角度从而带动连接件2转动，连接件与拉杆3相连，其将带动拉杆3，拉杆3将带动连接件4摆动一定角度，连接件4与轴5相连，轴5在连接件的带动下转动一定角度，从而带动连接件6转动一定角度，进而连接件6将定位装置7摆动一定角度，其将与安装在滚筒上的定位固定件8相扣，达到定位目的。具体传动原理图如图16、17所示。图16 定位装置传动示意图1-转动轴 2-转动轴上手柄 3-横向拉杆 4-拉杆与纵轴摆动连接件5-纵轴 6-摆动托起件 7-定位托起件 8-定位固定件图17 定位装置传动二维示意图5.2 矿车减速装置关键尺寸设计思路：横轴4的最小直径是按扭转强度计算，式中为计算常数，取决于轴的材料和受载情况，当轴段上开有键槽时，应适当增大直径以考虑键槽对轴的强度的削弱：时，单键槽增大3%，双键槽增大7%；时，单键槽增大5%7%，双键槽增大10%15%。最后应对进行圆整。综合以上通过计算取。连接件杠杆3受力支点间的尺寸是由减速障碍物6摆动所需的角度及行程确定，当操作控制杆1时，应使杠杆3在横轴方向有足够的摆动距离，从而使6的摆动达到要求。横轴4上弹簧应保证障碍物6摆动的范围内都有足够的弹性，因此弹簧的长度应在此压缩范围内达到要求。减速障碍物6的制动角度应使矿车达到所需的减速制动要求。如图18、19、20所示为减速装置示意图，由于矿车进入翻车机时具有一定速度，为避免其撞坏滚筒，这里设计了减速装置，矿车进入导轨后，拉下控制杆1，使其摆动一定角度，将带动拉杆2，拉杆2进而带动直角连接件3顺时针摆动一定角度，直角连接件3的摆动将使横轴4做轴向向左平移，摆动连接件5在横轴4轴向运动的驱动下绕纵轴摆动一定角度，从而带动纵轴上减速障碍物6摆动，给矿车一个缓冲阻力，达到减速目的。图18 减速装置1-控制拉杆 2-拉杆 3-直角连接件 4-横轴5-摆动连接件 6-减速缓冲件图19 减速装置状态11-控制拉杆 2-拉杆 3-直角连接件 4-横轴5-摆动连接件 6-减速缓冲件图20 减速装置状态2结 语本设计的电动翻车机采用滚筒式翻卸方式，其基本原理是推车机把一辆矿车推进翻车机后，翻车机翻转180度将煤炭或矸石卸出并回到水平位置，同时推车机将其中的空矿车顶出在顶入下一辆矿车准备翻卸，依次往复工作，实现矿车卸料。翻车机生产率高，单翻时，每小时可翻2025辆车，生产率达1000t/h，不摘钩三车翻车系统，卸车能力高达6000t/h，适用于大宗散货如煤炭等作业系统；采用这一系统粉尘较易控制，环境污染范围小，生产能力大，减轻了工人的劳动强度。因此，中型以上的矿井一般都采用翻车机。参 考 文 献1 王皖君，张为公.翻车机技术与发展趋势.江苏：东南大学仪器科学与工程学院，2009. 2 机械工程手册编辑委员会.机械工程手册（第二版）13卷.北京：机械工业出版社.1997.3 唐金松.简明机械零件设计手册（第二版）M.上海：上海科学技术出版社，2000.4 胡凤兰.互换性与技术测量基础（第二版）M.北京：高等教育出版社，2010. 5 朱晓春.数控技术M.北京：机械工业出版社，2001.6 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京：高等教育出版社，2006.7 刘鸿文.材料力学（上）M.北京：高等教育出版社，2004.8 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学（第六版）M.北京：高等教育出版社，2004.9 孔令中.现代物流设备设计与选用M.北京：化学工业出版社，2005.10 洪家娣，李明，黄兴元.机械设计指导M.南昌：江西高校出版社，2001.The Design of Planetary gear DumperHuang Bolun（College of Mechanical & Electrical Engineering ,Zhongkai