（机械工程专业论文）长运距超重型刮板转载机设计与研究.pdf

摘要 本论文针对超长运距超熏型蹶槽剥嘏转载机，研究提出一套完整 的设计方法和实验方法，并将其应用于实际产龋设计和试验。 论文提窭该型转载撬在设计中必须耋赢辫决配套关系，提塞臻悫 关键技术参数和合理的结构溅式的设计算方法。在进行产品开发设计 鹱造鹃纂稿上，提爨；霞煞试验方法。遵过整瓤缝西试验，初步甄究 其实际既套关系，考察产晶结构性鼹，分析存在的闻题，验证理论分 析和设计结聚。 透过理论磷究，设诗剖造和试验分析，必磁镂满足具锩王作嚣生 产条件的该蝥转载帆奠定了理论基础。 关键诩：顺稽铡板转载机，破碎机，减速器，瓣环链，自移装置。 a b s t r a c t f o c u s e do nt h eo v e r - l o n gd i s t a n c e & o v e r - h e a v yd u t yg a t eb r i d g e s t a g el o a d e r ，ac o m p l e t ea n dc o m p r e h e n s i v es e to fd e s i g nm e t h o da n d t e s t i n gm e t h o di sp u tf o r w a r da f t e rs t u d ya n db ep u ti n t op r a c t i c a l p r o d u c td e s i g na n dt e s t i n gi nt h i sa r t i c l e i tp o i n t so u tt h a te q u i p m e n tm a t c h i n gi st h ei m p o r t a n ti s s u et h a t s h o u l db es o l v e di nb r i d g es t a g el o a d e rd e s i g na n di tp r e s e n tt h e d e s i g n c a l c u l a t i o nm e t h o df o r d e t e r m i n i n g c r i t i c a lt e c h n i c a l p a r a m e t e r sa n dr e a s o n a b l es t r u c t u r et y p e + b a s e do nt h ep r o d u c t d e v e l o p m e n t , d e s i g na n dm a n u f a c t u r e , t h ec o r r e s p o n d i n gt e s t i n g m e t h o d sa r ea l s o p u tf o r w a r d i nt h i s a t t i c l e 。t h r o u g hw h o l e e q u i p m e n tt r i a lr u n n i n ga g r o u n d , t h ep r a c t i c a lm a t c h i n gr e l a t i o n s h i p b e t w e e nb r i d g es t a g el o a d e ra n do t h e re q u i p m e n ti ss t u d i e d ，p r o d u c t s s t r u c t u r ep r o p e r t yi s p r o b e d ，e x i s t i n gp r o b l e m sa 勰a n a l y z e da n d t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dd e s i g nr e s u l t sa l ev e r i f i e d 。 t h r o u g ht h e o r e t i c a lr e s e a r c h , d e s i g n & m a n u f a c t u r ea n dt r i a lr u n n i n g a n a l y s i s ，at h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nt od e v e l o pa n dm a n u f a c t u r eb r i d g e s t a g el o a d e rt h a tc a r ts a t i s f yt h es p e c i f i cw o r k i n gr e q u i r e m e n t so f c o a l f a c ei ss e tu p k e y w o r d ：g a t eb r i d g es t a g el o a d e r s l ) c r u s h e rr o u n dl i n k c h a i ng e a r b o x s e l f - m o v i n gd e v i c e 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 1 概述 1 1 国内外现状及发展趋势 煤炭是我国主要能源，多年来在一次能源生产和消费构成中都占7 0 ， 但是我国煤炭工业总体现状存在技术水平低、效率低、效益差的问题，2 0 0 4 年我国国有重点煤矿全员功效为3 1 2 吨t ( 全国煤矿全员功效低) ，而美国 1 9 9 5 年全员功效为4 1 7 吨工。究其原因，客观上是我国煤矿地质条件差， 开采环境恶劣，对大规模进行集约化综合机械开采带来了很大限制；主观上 是我国煤炭生产技术与装备还远远不能适应多种不同埋藏条件煤层的开采 技术。此外我国还是世界上最大的煤炭生产国和消费国，2 0 0 3 年全国总计产 煤1 6 0 8 亿吨，其中被煤炭行业命名的1 6 5 处高产高效矿井采煤4 8 3 亿吨， 这些仅占全国矿井总数o 5 9 ，高产高效矿井产量却占了全国煤产量的3 0 ， 充分显示出高新技术装备的效能。 煤炭工业作为我国国民经济的主要支柱产业之一，在未来5 0 年内，在国 民经济和社会发展中仍具有不可替代的作用。随着我国煤炭工业现代化步伐 的加快，煤炭开采速度越来越快，产量越来越高，这就要求工作面综采输送 设备在装机功率、输送能力、可靠性等技术条件方面必须满足综采工作面的 需求，以便适应国内外“一个矿井，一个采区，一个工作面”的发展趋势。 美国在这方面最具代表性。表1 1 所示为美国综采工作面转载机更新变革情 况。 1 2 理论及实践意义 根据华亭煤电股份有限公司华亭煤矿已开采的2 5 0 1 0 l 采区工作情况看， 工作面在生产过程中，顺槽矿山压力大，顺槽运输设备需进行超前支护，必 须将刮板转载机水平落地段延长至压力高峰区外，方能保证正常生产推进。 现场实践证明：除采取人工卧底、放顶、扩邦等措施外，刮半输送机落地段 长度必须达到7 0 8 0 米，整机长度达到1 0 0 米左右才能解决这一问题。 资料显示，目前国外刮板转载机运距都在3 0 米以内，国内刮板转载机 长度达到7 0 米的尚无特别成功的理论和经验，因此，本文对建立长运距超 重型刮板转载机的研制、开发研究、关键零部件的优化等设计理论与方法非 常有必要，目前对缩小与国外同类型产品差距具有十分重要的意义。表1 2 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 所示为国产最具代表性的刮板转载机的技术与国际先进水平的比对。 表l l美国综采工作面转载机更新交革情况 年份 1 9 9 0 1 9 9 1 1 9 9 21 9 9 31 9 9 4 转载机槽宽 22 3 7 8 9 1 1 9 1 1 转载机长度m 2 0 3 0 综采转载机使用台数 9 69 38 08 38 1 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 表1 2 最具代表性的顺槽刮板转载机的技术指标与国际先进水平的对比 絮鹳 单位英国长壁公司德国威斯特中国西北 技术项目伐利亚公司煤机一厂 输送能力 t h3 0 0 04 5 3 72 0 0 0 输送长度m 2 6 - 3 0丰2 65 4 7 装机功率 k w 2 0 04 4 72 5 0 链条尺寸m m2 + 3 42 + 3 42 + 3 4 中部槽( 高内宽) n l m3 0 5 + 1 2 0 02 8 4 * 1 3 8 82 8 4 * 9 0 0 中板m m 4 05 03 0 落地段连接强度 k n3 0 0 04 0 0 03 0 0 0 结构特点单速电机液单速电机液力单速电机液力 力偶合器铸偶偶合器铸造槽 造槽帮哑铃帮哑铃联接伸 合器轧制槽帮 联接伸缩机头缩机头 哑 铃联接伸缩机头 1 3 主要研究内容和目标 1 3 1使用现场条件及研究目标 华亭煤矿2 5 0 1 0 1 工作面南部为河流保护煤柱为界，北部至华砚矿2 5 0 2 采区大巷保护煤柱，东至2 5 0 1 0 l 工作面运输顺槽，西与2 5 0 1 0 2 回风顺槽毗 邻。 工作面条带布置，俯斜开采，走向长度2 4 5 8 m ，可采长度2 1 1 2 m ，保护 煤柱3 4 6 m ，工作面长2 0 1 m ，顶煤平均厚度1 8 5 m ，需进行超前支护。 根据上述情况，华亭煤电股份有限公司提出研究开发s z z 1 2 0 0 ，5 2 5 长运 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 4 距超重型刮板转载机课题，以解决制约需进行超前支护工作面高产高效生产 的顺槽运输问题。具体技术参数要求达到如下指标： 输送长度不小于l o o m ； 输送量不小于3 0 0 0 t h ； 落地段长度大于7 0 m ； 机头最大高度小于或等于2 1 6 m ； 与皮带机搭接长度大于或等于1 5 m 。 1 3 2长运距超重型刮板转载机和工作面设备的配套方案及转 载机关键技术参数优化配置。 顺槽刮板转载机是综采工作面关键设备，它和工作面其它设备之间有 密切的配套关系，在本文刮板转载机设计中，重点解决长运距超重型刮板转 载机、破碎机以及顺槽皮带机的配套。 转载机配套方案的研究，主要考察刮板转载机和相关设备的几何尺寸 配套和技术参数配套问题，采用合理的转载机结构。 本文所设计的长运距超重型刮板转载机，拉移问题较为突出，必须与 配套的刮板输送机和皮带输送机拉移匹配。 通过配套方案比较研究，确定长运距超重型刮板转载机关键技术参数： 输送能力、工作长度、装机功率、刮板链速度、装载断面、拉移方式研究； 确定其合理的结构型式：传动系统布置、同破碎机的连接形式，与皮带输送 机的连接、配套结构以及相关参数等。 确定刮板转载机的关键技术参数、主要结构型式，并使它们达到优化 配置，满足需超前支护工作面高产高效要求。 1 3 3长运距超重型刮板转载机设计方法 本文研究的长运距超重型刮板转载机具有运距长、运量大、功率大的特 点。本文将着重研究影响刮板转载机关键技术参数的各种因素，确定刮板转 载机关键技术参数的设计计算方法，研究整机布置设计，对关键零部件进行 优化和分析，对转载机多边效应及共振设计进行初步探讨，以便为国产同类 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 型产品设计制造奠定理论基础。 1 3 4刮板转载机应用和试验 通过以上研究工作，在进行产品开发设计制造的基础上，通过整机地面 试验，初步研究该产品的实际配套关系，对实际运行功率、运量、链速、拉 移等参数进行测定，考察产品性能存在的问题，以总结经验，为进一步改进 和优化提供依据，同时验证理论分析和设计结果，为完善设计方法和理论奠 定理论基础。 1 4 本章小结 本章通过调研国内外顺槽刮板转载机的有关信息，结合华亭煤电股份公 司华亭煤矿实际，确定本论文主要研究内容和目标。 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 2 超重型刮板转载机设计方法研究 6 高产高效综放工作面运输设备包含前、后部刮板输送机、顺槽刮板转载 机、破碎机及胶带输送机，它们的性能指标、可靠性直接影响高产高效综放 工作面开采作业。顺槽刮板转载机是关键运输设备之一，它与工作面前、后 部刮板输送机、破碎机以及胶带输送机配套而组成运煤系统，完成工作面开 采中煤的转载、破碎和运输，所以顺槽刮板转载机既应有足够的可靠性和使 用寿命，又应与工作面刮板输送机、破碎机、胶带输送机有合理的联接配套 和技术参数匹配。 2 1配套要求 2 1 1 、转载机与输送机的配套要求 转载机输送能力应大于工作面输送机输送能力； 转载机槽宽及槽高设计应满足转载机输送能力的要求； 转载机装机功率应根据输送能力及设计使用长度来确定： 转载机刮板链速应大于工作面输送机刮板链速。 2 1 2 、转载机与破碎机的配套要求 破碎机通过能力应大于或等于转载机输送能力； 破碎机与转载机的联接接口要保持平滑，特别是中板应保持平直，避 免大的起伏。 2 1 3 、转载机与皮带机机尾的配套要求 皮带机输送能力应大于工作面转载机输送能力： 转载机与皮带机尾配套时要考虑卸载高度， 皮带机的带速应大于转载机刮板链速。 2 2 其它要求 2 2 1 、转载机链环规格应根据刮板链最大张力选取并确定刮板链 型式，选定的链条应保证转载机在运行工况、启动工况和制动工况 下安全运行； 2 2 2 、转载机紧链装置制动力矩应大于电机堵转转矩； 2 2 3 、整机参数和元部件设计应符合标准化要求。 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 2 3主要结构尺寸的确定原则 2 3 1整体结构尺寸 1 、转载机整体结构一般分为两大部分： 主体和机尾部，( 见图2 1 2 ) 夺主体又可分为：传动部、机头、架桥段、凸槽、爬坡段、铰接槽、凹 槽等。 机尾部又可分为：中部槽、调节槽、卸料槽、机尾、盖板及挡板等。 每部转载机都配有相应的紧链机构、拉移、润滑装置，并整体考虑电 缆的布置方式。 2 、设计初期应确定如下尺寸( 见图2 一l 5 ) h t 一一转载机总高度 转载机总高度的确定要考虑顺槽高度、过煤量、转载机设计的可调整 空间等因素。 h 1 一一链轮中心高 链轮中心高的确定要考虑卸载高度、过煤量、转载机设计的可调整空 间等因素。 l t 一一转载机主体长度 l 1 一一架桥段长度 转载机主体长度、架桥段长度的确定主要考虑顺槽情况及采煤机截 深和采煤工艺的推移要求等因素。 a 一一爬坡段角度，小于煤的安息角，一般1 0 。 l w 一一机尾部长度 l s 一一卸料槽长度 转载机机尾部长度、卸料槽长度的确定主要考虑顺槽情况、采煤机截 深、刮板输送机的卸煤高度及采煤工艺的推移要求等因素。 b 1 一一槽宽 槽宽取决于所采用的转载机型号。 h 2 一一卸料挡板高度 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 h 3 一一机尾中部过煤高度 h 4 一一机头过煤高度 以上三项的确定主要考虑转载机的过煤量要求。 8 图2 1 转载机主体 图2 2 转载机机尾部 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 山_ 一 ooo o t 中 oo j = o o；王，r d i h 、五i i k 打i 、乓o o l-lii1 | o0 c ：1 - ! 呵i i p。呵i p # ，j o o looooi 图2 3 架桥段断面 图2 4 中部槽断面 图2 5 卸料槽断面 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 2 3 2 转载机过煤断面分析 一般计算中按实际的槽型腔横截面计算过煤量 连续运动的刮板输送机输送能力： q = 3 6 q v = 3 6 0 0 f vy 1 l r t h ( 2 一1 ) 式中： q 一转载机每米长度上货载重量 9 8 n m v 一刮板链运行速度 m s f 一转载机溜槽装载断面面积 m 2 y 一货载散集比重t m 3 煤o 8 5 1 1 l r 一转载机溜槽装满系数一般取0 6 5 o 9 而实际情况是达不到这个数值的，据对澳大利亚三个长壁工作面的实 验测试，分析整理形成了新的计 算刮板输送机过煤能力的货载 断面，图2 6 即是此货载断面， 图中的百分数为煤运行速度相 a 对刮板链速的百分比。这个货载 断面是2 5 0 m m 的块煤与粉煤的 图2 6 混装取自十节中部槽测得的。 形成图2 6 货载断面的前 提条件：断面左侧机道上堆积着相 应高度的煤，右侧有足够高的档板， 溜槽中的煤在刮板的推动下运行受 图2 7 到两边限制不能外溢。刮板前面中板上的煤在刮板直接推动 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 下运行，刮板上面的煤由图中a a 面上煤层间的摩擦力带动，克服来自静 止不动的煤或档板摩擦阻力而运行。由于被运送的煤是松散的固体，因而a a 面上的主动力是以煤层间内摩擦方式传递到运动界面上，并克服那里的 摩擦阻力。这样就形成了图2 6 所示的底部速度大，上部速度小，沿高度 方向有速度梯度的运行煤流。 据此现象和原理在转载机 的运煤过程中同样存在底部速 度大，上部速度小，沿高度方向 有速度梯度的运行煤流，见图2 7 ，特别是在爬坡段，由于煤 自重在煤流方向上的分力作用， 使得这一现象更加明显和严重， 见图2 8 ) ，所以在公式2 一l 中： q 图2 - 8 v 一刮板链运行速度应为煤流的平均速度v # 设v 。= f vf 为小于l 的系数，它与煤的内磨擦系数、煤与溜槽间( 包 括煤与中板和煤与两侧板) 的磨擦系数、溜槽倾角、运煤方向及溜槽结构有 关。当煤与溜槽间的磨擦系数越大、溜槽倾角越大，且运煤方向为拉上山、 煤的内磨擦系数越小时f 越小。在运煤量不变时， 由 q = 3 6 q v = 3 6 0 0 f v 煤彤 及va = f v 可知f 应适当增大才能保证运煤量 的要求。 在实际井下运煤中出现在凹槽及爬坡段的堆煤现象就是由这个原因所 引起。在确定转载机的过煤断面时一定要留有足够的裕量，否则在满载运煤 时一但出现在短距离煤量过大，特别是当煤堆满溜槽的整个腔体时，煤流将 受四周约束，产生与整个溜槽四壁间非常大的正压力，严重时上部盖板很快 发生严重变形，由此产生的附加摩擦阻力是很大的。堆煤将使运煤阻力急剧 增大，转载机会出现严重过载，甚至死机，造成液力偶合器的易熔塞频繁熔 爆，密封、轴承损坏。所以在凹槽出口到爬坡段的堆煤现象对转载机负荷的 影响是不可忽略的。 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 有分析计算表明，当转载机的额定运输能力与工作面刮板输送机相同， 在煤流比较均匀时，装载断面积对运行阻力及消耗功率没有什么影响，额定 功率能够满足要求。但是，因为综采工作面生产的复杂性，在转载机内出现 短距离煤量过大的情况经常发生。在这种情况下，如果装载断面积偏小，煤流 运行不畅产生的附加摩擦阻力有时是很大的，远远超过正常情况下的运行阻 力，消耗的功率达额定功率的两倍。 2 4 分析计算 2 4 1转载机的分析计算 1 、刮板输送机工作的工作阻力 货载及刮板链在重载段上的移动阻力 倾斜运输时货载的自重分力 刮板链在回空段上移动阻力 凸槽和凹槽弯曲段的附加阻力 刮板链绕过机头尾链轮链条弯曲阻力 传动装置阻力 2 、基本公式 设刮板链在溜槽中移动阻力系数为f l ，货载在溜槽中移动阻力系数 为w ，刮板链每米长重q o9 8 n ，输送机每米长货载重q 9 8 n ，安装角 度9 ，铺设长度l 米，则平直刮板机运行阻力为： 重段阻力：= ( g 形7 + g f o l c o s f l + ( q + q o ) l s i n 3 9 8 n “( 2 2 ) 回空段阻力：w 。= q l ( c o s 一s 抽卢) 9 8 n ( 2 3 ) 3 、弯曲段阻力 因转载机自身结构，机尾过渡段特别 是凸槽和凹槽段在垂直方向有弯曲；在顺 槽里使用，因底板起伏不平也会造成转载 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 机机尾段在垂直方向上的弯曲。当转载机有弯曲时，链条要绕弯曲段运行， 产生相应的附加摩擦力，导致链条负荷增加。 把一段弯曲刮板机，理解为圆弧形见图2 9 ，取其长d i 链段，其受力 如图2 1 0 所示，有如下关系： d f = c d l 士l t d f n c 一刮板链单位长度上的阻力 f i l 一摩擦系数 d f 一= 2 f s i n 警勉f 警= f d a d l = r d 旺 d f = cr d + l i f d a 得 j 盟一：d n u f + cr 一 ? j l ：午d a 协衄+ c r o j 一。 图2 1 0 f l = f 2 e 胆c - 斗- r - r ( e 胆 - 1 ) 。( 2 4 ) 式中f 2 为对应弯曲中心角为口圆弧段起始点链张力，f 1 为弯曲o 角后的链张力。 因为段弯曲的输送机附加摩擦力与这段弯曲角度的绝对值之和有 关，与弯曲方向无关，进而可以将弯曲角用对应的弧段长x 平均单位 长度上弯曲角表示。即： r ：土n ：ax n 代入式( 2 4 ) 得： 只= f 2 p 脾+ 告( p 肛一1 ) ( 2 5 ) “口、 。 、7 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 将上式用在转载机上链，得转载机弯曲段上链x 位置处的张力： f o ( z ) _ 凡2 8 脚+ c 口o ( e 肼- 1 ) ( z - 6 ) 式中c o = ( q o4 - g ) ( 卢c o s 土s i n ) 同样得转载机弯曲段下链x 位置处的张力： f u c x ) = 凡2 e a x + 品忙脚- 1 ) ( 2 - 7 ) 式中： c 。= q ( 乒c o s 干s i n ) 当x = l 时，得： f 6 a = f 。e # a l4 - c 龇o ( e 胆l - i ) 上链拉力： 下链拉力：肋= f 1 c p 肛+ 等( e 肛l - i ) ( 2 - 9 ) 转载机弯曲段上链阻力： f o ( ) _ ( 鼢+ 五c 口o ( e 肛1 ) ”( 2 - - 1 0 ) 转载机弯曲段下链阻力： f 二( 驴( 趾4 - 台心脚。1 ) ( 2 - - 1 1 ) 显然由于转载机存在弯曲段，运行阻力大于平直输送机运行阻力，由阻 力公式( 2 - - 1 0 ) 及( 2 - - 1 1 ) 可以看出弯曲的秽响来自摩景系数，弯曲 角，转载机弯曲段长度l ，并以乘积形式出现。因此，提高制造质量， 减小摩擦系数，设计中尽可能减小弯曲角度和弯曲段长度，都是减小转载 机弯曲段阻力的途径。 除去刮板链在弯曲段上的正常运行阻力，则在弯曲段的增力系数为已胆， 即弯曲段的附加阻力为：f 2 ：f 1 p 膨。 f l 一弯曲段前一点链条张力 f 2 一弯曲段后一点链条张力 u 一弯曲段磨擦系数 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 a ，一弯曲段对应中心角 4 、转载机所需功率 ( 1 ) 逐点计算链张力： s l = s o链条与主动链轮分离点处是最小链张力点，每条链子为 2 0 0 3 0 0 9 8 n ，太大增加链条磨损和功率消耗，太小链条在此处易产生扭 曲打结或垂度过大，不能保证链条与链轮正常啮合和平稳运行，一般链条 在最小链张力点处松驰链环垂度不多于两个。 s 2 = s 1 + 【w 】ol l s 2 = ks 2 s 3 = s 2 + 【w 】。l 2 s 3 = ks 3 s 4 = s 3 7 + w 卜。l 3 s 5 = ks 4 s 6 = s 5 + 【w r o l 3 s 6 = ks 6 s 7 = s 6 + 【w 】。l 2 s 7 = ks 7 s 8 = s 7 + 【w 】l l 其中： 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 1 6 w l 。= ( q o + q ) ( 1 i c o sb + s i nb ) 上链平段每米长阻力 【w l 。= q o ( u c o s b - i - s i nb )下链平段每米长阻力 1 w 】。= ( q o + q ) ( 1 i c o s ( b + a ) + s i n ( b + ) ) 爬坡上链平段每米长阻力 f w 卜。= q o ( 肛c o s ( b - i - n ) + s i n ( b - i - ) )爬坡下链平段每米长阻 力 l i 上链当量阻力系数 | i 下链当量阻力系数 ( 2 ) 满载工作时转载机所需功率 p ：( s s - s o v 。 r l 其中：v 刮板链速 r l 传动装置的传动效率 5 、转载机计算程序 根据以上基本原理，转载机设计中有关参数、计算公式、计算顺序和方 法总结为如下计算程序。 原始数据与基础计算数据 ( l l i l 3 ) l 转载机运量q =cosn t h 2 转载机长度 l = m 3 爬坡段爬坡角 a = d 4 架桥段长度l l 。 i l l 5 落地段长度l 3 2 e l 6 爬坡段长度l 2 ： m 7 刮板链速 v = m s 8 转载机安装角( 拉上山 b = d + ，拉下山一) 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 9 转载机槽宽 b = m 1 0 上槽高度h i = m 1 1 传动装置传动效率 i i = 1 2 电机或偶合器转矩过载 = 倍数 1 3 刮板链型式： 1 4 链条股数 i = 1 5 链条破断拉力 k nf b 2 1 6 双链条张力不均匀系数 = 1 7 链条单位伸长量 a1 = m m m k n 1 8 刮板链每米长重 k n mq o = 1 9 煤载每米长重 k n mq ：尘 3 6 0v 2 0 原煤松散比重 k n m 3 y = 2 1 中板上装煤高度 h ：旦m y b 2 2 槽帮上装煤高度 h ：一hm 2 3 上链当量阻力系数 k n mi i 木： 儡( ( 眈s o o ，砷+ q + 可1 2 ) 0 - 3 ，一o o 晰巧_ 9 0 + 窖 2 4 下链当量阻力系数 l i 。 = 2 5 弯曲缠绕摩擦系数 l l = 2 6 弯曲增力系数 k ：e 眦裔 2 7 转载机上链平段每米长 ( w ) 。： ( q 。+ q ) ( | l “b + 3 i nb ) 阻力 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 2 8 转载机上链爬坡段每米( w 】d + ：( q o + q ) l p c o s a + b ) + s i n ( 伍+ p ) 】k n m 长阻力 2 9 转载机下链平段每米长 ( w ) 。o ：q o ( p c o s p s i n l 3 )k n m 阻力 3 0 转载机下链爬坡段每米 ( w ) q ：qo i p c o s ( a + 1 3 ) 一s m ( a + b ) l k n m 长阻力 3 1 转载机空载上链平段每 米长阻力 ( w 。) 。：q k o 2 0 0 0 3 7 5v ) 瞄p + s b l pl k n m 3 2 转载机空载上链爬坡段 每米长阻力( w o ) q ：q 队2 籼7 曼，) c o s e 郇p 唔i o 邮k n m 3 3 转载机空载下链平段每 ( w o 】引q k o 2 8 0 0 3 7 5 v ) c 惦p s i n p l k n m 米长阻力 3 4 转载机空载下链爬坡段 q k 雌o 7 5 v ) 晌邗卜s i n 邗) j ( w 。) a ：k n m 每米长阻力 3 5 转载机空载反向上链平 ( w 。) 。：q k 。2 8 一。7 5 v ) c 惦p s 诅p 】k n m 段每米阻力 3 6 转载机空载反向上链爬 一 q k o 2 8 一o 0 3 7 5 v ) c “邗) 一s i n ( n 邮) l ( w 。】+ q ：k n m 坡 段每米长阻力 3 7 转载机空载反向下链 ( w 。) 引q m 8 一。0 3 7 5 v ) c o s p + s n p 】k n m 平段每米长阻力 3 8 转载机空载反向下链 ( w 。】。q ：q k 。2 籼0 3 例) c ( u + b 小吣+ p ) lk n m 爬坡段每米长阻力 3 9 整机所需电机总功率 ! 兰! 二曼1 2 1 p 。： q k w 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 1 9 4 0 确定整机装机电机总功p z = k w 蛊 4 1 功率利用率l 罡： 4 2 刮板链条安全系数 0 5 f b i 九v 叭1 而 4 3 装于电机减速器间限矩 ：0 7 1 f b i 】v 器保护链条最大限矩倍数 l f f i t i 4 4 刮板链条运行所需预紧 za 力 s ：盏 k n ( s 8 - s o v 4 5 整机空载消耗电机功率p o x ：f k w 粤 。 4 6 刮板链条空载运行所需 s o ：轰 k n 预紧力 4 7 转载机在额定负载预紧 2 ( k 5 - 0 廿 k w 力下空载运行增加的电 p ( 沁。埘i ll m 弘q 。) 机功率消耗 在以上的计算程序中需在计算前确定一系列有关参数，主要有： 与性能有关的参数如：转载机运量( q ) 、刮板链速( v ) 、链条破断拉 力( f b ) 、转载机槽宽( b ) 、刮板链链条股数( i ) 、电机或偶合器转矩过 载倍数( 。) 、传动装置效率( t 1 ) 、链条单位伸缩量( a1 ) 、刮板链每 米长重量( q o ) ； 与结构有关的参数如：转载机长度( l ) 、爬坡段爬坡角( a ) 、架桥段 长度( l 1 ) 、落地段长度( l 3 ) 、爬坡段长度( l 2 ) 、上槽高度( h i ) ； 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 2 0 与使用有关的参数如：转载机安装角( b ) ： 常量及系数如：双链条张力不均匀系数( 九) 、原煤松散比重( y ) 、 上链当量阻力系数( u ) 、下链当量阻力系数( p ) 、弯曲缠绕摩擦系数 ( 1 t ) 。 程序第4 0 行，装机总功率p z 的确定要根据程序第3 9 行p x 计算结果 确定。 在以上的计算中为方便起见，采用了当量摩擦阻力系数的概念，它是指 当把刮板链重量和煤重量作为一个整体载重考虑时，阻碍这一整体载重的各 种阻力系数的加权值。 对于转载机上链来说，主要考虑的有刮板链与溜槽、煤与溜槽、煤与挡 板的摩擦阻力。 刮板链与溜槽的摩擦阻力为：q 0 n 煤与溜槽的摩擦阻力为： q - n e 其中： q o ：刮板链每米重量， q ：货载每米重量， ue e ：刮板链与溜槽的摩擦系数 i lh e ：煤与溜槽的摩擦系数 摩擦系数ue e 、i i 脏速度v 的关系可表示为 船= o 2 8 0 0 3 7 5 v a n e = 0 3 9 0 0 0 6 2 5 v 摩擦系数1 1e e 还与输送机使用状况有关，由输送机空载运行1 1e e v 曲 线图2 1 2 就可以看出这种关系。 p - 。 妻匿黧震攀麓瓿 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 摩擦系数l ah e 也与煤的种类有关。图2 一1 3 表示出在磨光的输送机上， 山匝 o 20 4 “a 0 , 8i o1 21 4 图2 1 3 类矿物的i lh e v 曲线。 煤与挡板的摩擦阻力计算：见图2 1 4 ， ( 来憎) 0 磅岩 圆泥扳岩 回磅质页岩 吧臻 0 长掐攥 ( d 无烟煤 图2 - - 1 4 设单位长三角煤柱重为g 则： g = h z 2 r c t g 口 煤与煤的摩擦系数为0 8 4 则摩擦角可表示为细= t g 1 ( o 8 4 ) 挡板对煤的正压力f 则为： f = g i g ( o r p m ) = 譬哪喀 一训= 字( 1 一面历2 s i n 而p n n ) 当2 a 一腑= 9 0 。 时即 口= 4 5 0 + 。p 2 h h 时f 值最大： = 譬喀2 f 4 5 0 一等 令喀2 ( 4 5 。一等 = i 1 - 而s i n p n n = 丸一一侧压系数，代入上式得： ：宰丸 2 i 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 则上链的当量摩擦阻力系数可表示为： q p + q h e p h e + 2 k 垒菩“【 e u = - - - 一 吼+ g ：q o ( o 2 g - 0 0 3 7 5 v ) + ( q + 0 2 1 7 7 h 2 ) ( 0 3 9 - 0 0 0 6 2 5 v ) 9 0 + g 下链的当量摩擦阻力系数仍为刮板链与溜槽的摩擦系数一般取：从2 0 3 弯曲缠绕摩擦系数一般取：2 0 4 2 4 2破碎机参数的确定 2 2 目前煤矿与转载机配套使用的锤式破碎机属于冲击破碎，它是利用高速 旋转的锤头作用于煤块所产生的瞬间强大冲力使煤块破碎。 1 破碎机功率 现有的破碎理论，均有一定的局限性，没有完全解释矿石被破碎的实质。 同时也未总结出适用于工业生产，切实指导生产实践的数学理论，所以在确 定破碎机的功率时，设计者常常以经验比较或实测方法代替理论计算。 在有参数合理，结构类似的成功的机型时常采用类比设计，来确定破碎 机的功率。在类比设计中主要考虑：a 煤的硬度、b 煤的块度、c 块煤率、d 生产效率素的影响。 2 破碎机转速 破碎机的转速是破碎机设计中的另一个重要参数，确定转速时主要考虑 是的锤头的打击速度，实践表明锤头的线速度在2 0 2 2 m s 左右比较合适， 它应与转载机的运行速度相适应。转速的大小将会影响到破碎后煤的粒度、 破碎机运转的稳定性及破碎机的功率消耗。 2 4 3 减速器设计计算 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 2 3 1 减速器轮系传动特点 ( 1 ) 轮系分类 减速器中用一系列互相啮合的齿轮将主动轴的运动传到从动轴，这种传动装 置称为轮系。轮系分为两大类： 定轴轮系：轮系中全部齿轮轴线位置都固定： 动轴轮系：轮系中有一个或一个以上的齿轮轴线绕位置固定的几何轴线回 转。 其中只有一个自由度的轮系称为行星轮系，有两个自由度的轮系称为差动轮 系，如图2 - 1 5 所示 j i 一 1 轮系的分类图2 - 1 5 d 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 ( 2 ) 轮系传动比 在轮系中，第一主动轮的角速度与最末从动轮的角速度之比称为这轮系的传 动比。在定轴轮系中，设齿轮1 和齿轮k 之间传动比为i - t ，如图2 1 6 所示 2 r 3 i 定轴轮系 图2 1 6 则k 吒”一讪。一_ 百 1 1 = ( _ 1 r 磊( 2 _ 1 2 ( n 。、n 。分别为齿轮1 和齿轮k 的转速，z 。、z 。分别为齿轮1 和齿轮k 的齿数， n l 为该轮系外啮合齿轮的对数) 在行星轮系中，传动比代号含义如下： 寸_ 一固定件 1 占一从动件 主动件 例如如表示当b 件固定时，主动件a 对从动件h 的传动比 毪= 瑞中广粼糯糍捌( 2 - - 1 3 ) 如果给予整个传动机构以某构件( a 或e ) 大小相等方向相反的转速时，上 式可扩大为： 瑶；笠丑或k - e ：! 丛 ( 2 - - 1 4 ) 以疗口疗口一丹c 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 上述两式相加可得出普遍计算式 瑶= 1 一乇 ( 2 1 5 ) ( m 表示a 、b 间外啮合齿轮的对数，n 。、n 。、n 。分别代表行星齿轮传动中的 构件a 、b 、e 的转速) ( 3 ) 传动特点 在动轴轮系中，以图2 - 1 5 所示，如将a 轮( 或b 轮) 固定，当b 轮( 或 a 轮) 转动时，c 轮除绕0 。轴自转外，其轴线还绕0 轴公转的轮系称为行星 轮系。若a 、b 轮及构件h 皆不固定( 可以旋转) 的是差动轮系。因为差动 轮系可用于速度的合成或分解，考虑到刮板转载机减速器运动特点，在设计 过程中不考虑用差动轮系减速器。 从定轴轮系和行星轮系传动比公式，结合实践状况，行星轮系和定轴轮 系相比，具有传动范围大、体积小、重量轻的特点，同时工作平稳。考虑到 采煤工作面空间狭小，运输不便的工作条件，本转载机减速器设计时考虑采 用行星轮系减速器。 行星轮系与差动轮系统称行星传动。行星传动可根据采用的基本构件不 同分类。基本构件是指可围绕定轴线转动或固定，在工作时承受外力矩的构 件。这些构件的转动轴线称为主轴线。根据基本构件的组成，行星传动分为： 2 k h 、3 k 和k - h - v 三种 k ：中心轮；h ：轮臂；v ：输出轴 由于3 k 及k h v 适用于中小功率或短期工作情况，因此本转载机未采 用这两种轮系传动方式。 2 k - h 按啮合方式分为n g w 型、n w 型、n n 型、w w 型、z v w g w 型。 根据传动特点，本转载机减速器采用n g w 型行星齿轮传动。因双级n g w 型行星齿轮传动输入轴和输出轴平行，不适宜于刮板转载机减速器结构要 求，选择单级n g w 型行星齿轮传动。 2 主要参数的确定 ( 1 ) 齿数及行星轮数应满足的条件 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 同心与邻接条件图2 - 1 7 单排2 k h 行星传动的配齿计算图2 1 8 a 传动比条件：保证实现给定的传动比。 b 同心条件：保证中心轮和行星架轴线重合条件下的正确啮合，为此各对啮 合齿轮间的中心距必须相等。例如图2 - 1 7 ，当中心轮和行星架轴线重合，为保 证行星轮c 与两个中心轮a 、b 同时正确啮合，就要求外啮合齿轮a - c 的中心距 等于内啮合齿轮的中心距，即此时同心条件为： 口。= 口k ( 2 1 6 ) 对于非变位或高度变位传动，即詈g 。+ z 。) = 予( z 。一z 。) ( 2 1 7 ) z b - ( z 一+ 2 z c ) 或z 。= 孚( 2 1 8 ) 上述( 2 - 1 4 ) 式表明，为保证w - 心条件，两中心轮的齿数z 。和z - 必须同时为 偶数或为奇数，否则行星齿轮z 。不可能为整数。 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 对于角度变化传动，应为： 三拿：三6 二拿( 2 - 1 9 ) c o s a m c o s a t k ( 屯：中心轮a 与行星轮c 的啮合角，口江：中心轮b 与行星轮c 的啮合角) 设计时，外啮合可用大啮合角，内啮合角可降低些。 c 装配条件：为保证各行星轮能均布地安装于两中心齿轮之间，各轮齿数与 行星轮个数必须满足装配条件，否则当第一个行星轮装入啮合位置后， 其它几个行星轮装不进去。为建立装配条件，以图2 1 8 说明( = 3 ) ： 相邻两个行星轮所夹中心角等于堡，设行星轮的齿数为偶数，当两中 心轮的轮齿中线同时位于a - a 线上时，行星轮便可装入。然后将行星架h 由 位置i 转到位置i i ，转角伊。= 竺，而中心轮a 相应转过仍角，其某一轮 n 。 齿中线应正好转到a - a 线上，仍与中心轮b 的轮齿相对，这时第二个行星轮 才能装入啮合位置。为此妒角必须等于中心轮a 转过c 个( 整数) 齿所对的 中心角，a pq o = c 堡 z 口 ( 塾：中心轮a 转过一个齿( 周节) 所对的中心角) z 。 显然，当中心轮a 与行星架h 由位置i 转到位置i i 时，该轮系的传动比 o ：生= 堕= l + 垒( 2 - - 2 0 ) h h中hz 4 三型 则：；l ：1 + 三生( 2 - - 2 1 ) 兰兰 z a m 经整理后得：鱼堡：c ( 整数)( 2 2 2 ) 因此单排2 k h 行星传动的装配条件是：两中心轮的齿数之和应为行星 轮数目的整数倍。 因 = 1 + 争jz 。= 一1 k 。( 2 2 3 ) _ 口 代入鱼量：c ”( 2 2 4 ) 得：! 釜量：。 甩。 对行星轮的齿数为奇数时，证明方法和结论相同。 辽宁工程技术大学工程硕士学位论文 d 邻接条件：保证相邻两个行星轮的齿顶不相碰。如图2 1 8 即2 a s i n 坚竺) 丸 ( 吐。：行星轮的齿顶圆直径) 行星轮齿顶间的最小间隙取决于制造精度，一般可取0 5 m ( r a m ) 。 ( m ：模数) ( 2 ) 配齿方法 设计行星传动，齿数及行星轮数的确定除满足上述四个条件外，还须满 足其他一些附加条件：高速重载的行星传动，为了工作平稳，各啮合齿轮的 齿数之间应没有公约数。大于l o o 的质数齿的齿轮尽量少用；齿轮的齿面硬 度小于3 5 0 h b ，承载能力主要由齿轮的接触面强度所决定，其中心轮尽可能 选择较多的齿数；对低速、硬齿面的可逆传动，承载能力取决于轮齿弯曲强 度时，则应选择较少的齿数。 对n g w 型传动陪齿方法如下： a 选择适合传动比要求的行星轮数目； b 确定z 。 对于非变位或高速变位传动：血互：c ( 2 - - 2 6 ) 一。 根据并适当调整，使c 等于整数，求出z 。； 等角变位：! i 坚鱼：c ( 2