（采矿工程专业论文）地下汽车齿轮剃齿工艺的精度控制与夹具研究.pdf

李必文南华人学同等学力人员硕：l 学位论文 中文摘要 本文整个研究工作是围绕“地下汽车齿轮剃齿工艺的精度控制与夹具研究”展开的， 研究的依据是：噪声控制已成为地下汽车齿轮的一个重要的质量控制环节，降低齿轮噪声 的有效途径是提高齿轮精度和对齿轮进行修形，激烈的行业竞争要求地下汽车齿轮的精度 不是无原则的全面提高，而经济、稳定地制造出设计齿形和设计齿向又正是地下汽车齿轮 行业贯彻齿轮精度新标准( g b l 0 0 9 5 8 8 ) 的主要难点，现行各类剃齿夹具的缺点已成为制 约剃齿工艺和汽车齿轮贯标的瓶颈。论文研究了地下汽车齿轮精度与检查、地下汽车齿轮 剃齿工艺及精度检测、剃齿夹具，其中重点研究内容集中在剃齿误差模型的建立和新型剃 齿夹具的设计制造。研究的成果之一是：提出了确定合理的齿轮剃齿精度等级、检测项目 和总成最终精度等级的依据和方法，应用于生产实际，将为地下汽车齿轮设计师和工艺师 确定合理的齿轮三个公差组的剃齿工序精度等级和最终精度等级、制订合理的剃齿加工工 艺、采取经济合理的剃前和剃后工艺保证措施提供有力的工具，这必将加速汽车齿轮及剃 齿工艺贯标的步伐。研究的成果之二是：在剃齿夹具的设计方面取得突破，并且加工出新 型的剃齿夹具，不仅具有很高的定位精度，而且在刚性、寿命、可靠性方面均优于现行的 各类剃齿夹具，应用于生产实践，使剃齿精度提高l 2 级，大大降低齿轮副的传动误差， 从而大大降低齿轮传动噪声，最终使剃齿工序质量合格率和变速器总成次装配合格率均 得到明显的提高。 本研究项目的研究方法有：利用啮合线增量原理对剃齿加工工艺进行误差成因和转化 的量化分析；利用概率理论对剃齿夹具误差进行合成；利用3 d m a x 软件进行三维动态模 拟仿真，对传统型及新型剃齿夹具的功能、结构、工艺性、可靠性进行研究；提出为保证 剃齿夹具装配精度及制造的经济性，压紧套简与心轴一定要按照配制配合加工；新型剃齿 夹具的应用及检测；结合生产实际对新型剃齿夹具的结构工艺性进行改进和优化。 本研究完成了以下工作：在摸清国内地下汽车齿轮行业现有工艺所能达到的齿坯精度 条件和工装水平的基础上，参考国内外的相关资料，结合剃齿工艺的发展进步，深入分析 地下汽车齿轮的剃齿工艺及剃齿误差成因，确定了合理的齿轮剃齿精度等级和总成最终精 度等级，研制了新型剃齿夹具。 本研究获得的主要结论：剃齿时按照设计齿形、设计齿向修形，剃齿后用单项精度检 测项目测量这一新的控制方法是保证齿轮质量的有效方法，抽验、考核、分析和仲裁的依 据是、4 厶、4 一和乃四项精度；剃前控制h f 、昂及剃后检测毋非常重要；新 李必文南华人学同等学力人员硕士学位论文 型套筒式剃齿夹具在定位精度、刚性、寿命、可靠性方面均优于现行的各类剃齿夹具。 结论的意义：本研究理论方法和实验成果对剃齿加工工艺的制订来说是一次革命，并 且给剃齿夹具的设计和制造提供了新的理念和手段，将促使齿轮制造厂的质量水平跃上一 个新的台阶，使齿轮精度新标准( g b l 0 0 9 5 8 8 ) 得以顺利地贯彻执行。 关键词：地下汽车齿轮剃齿工艺精度控制剃齿夹具 李必文 南华大学司等学力人员硕士学位论文 s t u d ya b o u tp r e c is i o nc o n t r o ia n df i x t u r ef o rs h a v i n g t e c h n oo g yf o rg e a r so fu n d e r g r o u n dt r u c k a b s t r a c t t h i st h e s i si st h es t u d ya b o u tp r e c i s i o nc o n t r o la n df i x t u r ef o rs h a v i n g t e c h n o l o g yf o rg e a r so fu n d e r g r o u n dt r u c k n o i s ec o n t r o l li n gh a sb e c o m ea n i m p o r t a n ta s p e c to fq u a tit yt h a tm u s tb ec o n t r o l le df o rg e a r so fu n d e r g r o u n dt r u c k a ne f f e c t i v em e t h o dt or e d u c en o i s eo fg e a r si st oi m p r o v ep r e c i s i o na n dg e a rt r u i n g t h ed r a s t i cc o m p e t i t i o nw o u l dn o ta l l o wt h a tg e a rf a c t o r i e st oi m p r o v ep r e c i s i o n o fg e a r so fu n d e r g r o u n dt r u c kw i t hu n p r i n c i p l e d n e s sa n dr o u n d l y b u th o wt o m a n u f a c t u r eg e a r sa c c o r d i n gt od e s i g n e dt e e t hd i r e c t i o na n df o r me c o n o m i c a l l ya n d s t a b l yi st h ep r i m a r yd i f f i c u l t yt og e a rf a c t o r i e st oc a r r yo u tt h en ewc r i t e r i o n s a b o u tg e a rp r e c i s i o n ( g b l 0 0 9 5 8 8 ) s u c c e s s f u l l y a n dt h ed e f e c t so fa l lk i n d so f p o p u l a rf i x t u r ef o rg e a r s h a v i n gh a v eb e c o m et h eb o t t l e n e c kt oc a r r y i n go u tt h e n e wc r i t e r i o n s i nt h i sp a p e r ，p r e c i s i o na n dc h e c k i n go fg e a r so fu n d e r g r o u n dt r u c k s h a v i n gt e c h n o l o g ya sw e l la si t sp r e c i s i o na n dc h e c k i n g ，f i x t u r e sf o rs h a v i n g a r ea l lb es t u d i e d a n de s p e c i a l l yt oe s t a b l i s ht h ee r r o rm o d e lo fg e a r s h a v i n g a n dd e s i g na n dp r o d u c tn e wa d v a n c e df i x t u r ef o rg e a r s h a v i n g t h ef i r s tf r u i ti n t h et h e s i s ：t h i st h e s i sb r i n g sf o r w a r dt h ep r i n c i p l ea n da p p r o a c ht oh o wt om a k e s u r et h er e a s o n a b l eg e a r s h a v i n gp r e c i s i o nc l a s sa n dt e s t i n gi t e m sa n df i n a l a s s e m b l yp r e c i s i o nc l a s s i fi tb et a k e ni n t oa p p l i c a t i o n ，t h i sf r u i tw o u l dp r o v i d e i d e a lt o o l st os t y l i s t sa n dm a n u f a c t u r i n ge n g i n e e r st oe n s u r et h eg e a r s h a y i n g p r e c i s i o nc l a s sa n df i n a la s s e m b l yp r e c i s i o nc l a s so ft h et h r e et o l e r a n c eg r o u p s i nr e a s o n ，t od r a ws h a v i n gt e c h n o l o g yi nr e a s o n ，t ot a k ee c o n o m i ca n dr e a s o n a b l e m e a s u r e sf o rg u a r a n t e eb e f o r eo ra f t e rt h es h a v i n gp r o c e d u r e s o ，i tm u s t a c c e l e r a t et h es t e po fc a r r y i n go u tt h enewc r i t e r i o n s t h es e c o n df r u i ti nt h i s t h e s i s ：t h es t u d yn o to n l yb r e a k st h r o u g hi nd e s i g n i n gf i x t u r ef o rg e a r s h a v i n g ， b u ta l s om a e h i n i n gn e wa d v a n c e df i x t u r ef o rg e a r s h a v i n g t h ea d v a n c e df i x t u r e f o rg e a r s h a v i n gn o to n l yh a v eg o o dp o s i t i o n i n ga c c u r a c y ，b u ta l s oe x c e la 1 1k i n d s 李必文 南华人学同等学力人员硕士学位论文 o fp o p u l a rf i x t u r e sf o rg e a r s h a v i n gi nr i g i d i t y ，1 i f ea n dr e l i a b i l i t y i fi tb e t a k e ni n t oa p p l i c a t i o n ，o n et ot w op r e c i s i o nc l a s so f g e a r s h a v i n gw o u l db e i m p r o v e d ，e r r o r sa sw e l la sn o i s e so fg e a rf i t sw o u l db ed e e p l yr e d u c e d ，f i n a l l y t h er a t eo fe l i g i b i l i t yf o rg e a r s h a v i n ga n d t h ef i r s tr a t eo fe l i g i b i l i t yo f a s s e m b l yo fg e a r b o x e sw o u l db ei m p r o v e de v i d e n t l y t h er e s e a r c h f u la p p r o a c h e s ：f i r s t l y ，t h ep r i n c i p l eo fi n c r e m e n tt ot o o t h1 i n e s i su s e dt oa n a l y s et h eq u a n t i t yo fcausca n dt r a n s f o r ma b o u tt h ee r r o r so fs h a v i n g t e c h n o l o g y s e c o n d l y ，t h ee r r o r so ff i x t u r ef o rg e a r s h a v i n gares y n t h e s i z e db y u s i n gp r o b a b i l i t y t h i r d l y ，t h ef u n c t i o n s ，s t r u c t u r e s ，q u a l i t i e so ft e c h n i c s ， r e l i a b i l i t i e so ft r a d i t i o n a la n dn e wa d v a n c e df i x t u r e sf o rg e a r s h a v i n gare e m u l a t e dt h r e e d i m e n s i o n a ld y n a m i cs i m u l a t i o nb yu s i n g3 d m a x f o u r t h l y ，i no r d e r t oe n s u r ea s s e m b l yp r e c i s i o no ff i x t u r ef o rg e a r s h a v i n g ，c l a m ps l e e v ea n dm a n d r e l m u s tb em a c h i n e da c c o r d i n gt om a t c hm a n u f a c t u r i n ga n df i t t i n g f i f t h l y ，h o wt o a p p l ya n dt e s tt h enewa d v a n c e df i x t u r ef o rg e a r s h a v i n g s i x t h l y ，p r o c e e d i n gf r o m m a n u f a c t u r ee x p e r i e n c e ，t h es t u d yw o u l di m p r o v eo na n do p t i m i z et h eq u a l i t yo f t e c h n i c st os t r u c t u r a lo ft h enewa d v a n c e df i x t u r ef o rg e a r - s h a v i n g t h ec o m p l e t e dw o r k si nt h i st h e s i s ：0 nt h eb a s i so fh a v i n gk n o w nt h ef a c t s a b o u tt h em a n u f a c t u r el e v e lo ff i x t u r ea n dt h ep r e c i s i o no fr o u g h c a s to fg e a r s o fu n d e r g r o u n dt r u c ki nd o m e s t ic g e a rf a c t o r i e s ，r e f e r r i n gt ot h ep e r t i n e n t i n f o r m a t i o na th o m ea n da b r o a d ，a n dc o m b i n i n gw i t ht h ed e v e l o p i n gt r e n d so ft h e g e a r s h a v i n gt e c h n o l o g y ，t h es t u d yc o u l dn o to n l ya n a l y z et h eg e a r s h a v i n g t e c h n o l o g ya n dt h ec a u s eo fe r r o rt h a ta p p e a r e dd u r i n gs h a v i n g ，b u ta l s o m a k e s s u r et h er e a s o n a b l eg e a r s h a v i n gp r e c i s i o nc l a s sa n da s s e m b l yp r e c i s i o nc l a s s ， f i n a l l yd e s i g n sa d v a n c e df i x t u r ef o rg e a r s h a v i n gs u c c e s s f u l l y t h ep r i m a r yc o n c l u s i o n s ：t h enewc o n t r o l l i n gm e a n sa r ee f f e c t i v et o e n s u r e g e a rq u a l i t y ，w h i c ht h em a c h i n i n gg e a r sa r en a p p e da c c o r d i n gt od e s i g n e dt e e t h d i r e c t i o na n d f o r m d u r i n g g e a r s h a v i n gp r o c e s s ， a n dm e a s u r e d b v s i n g l e p r e c i s i o n e x a m i n i n gi t e m sa f t e rg e a r s h a v i n g t h e g i s to fs a m p l i n g ， 。1 a m i n i n g ，a n a l y z i n ga n da r b i t r a t i n ga r et h ef o u rk i n d so fp r e c i s i o n ：，虬， i v 圭竺兰 壅兰盔兰旦量兰查墨堡兰些丝奎 鹭| 醯小t oc o n t r o l 心r 毪龉w b e f o r eg e a r s h a v i n ga n dm e a s u r e 醚pa f t 虬 g e a r s h a v i n ga rev e r yi m p o r t a n t ：t h ea d v a n c e dt u b u l a rf i x t u r ef o rg e a r s h a v i n g i se x c e la l lk i n d so fp o p u l a rf i x t u r e si np o s i t i o n i n ga c c u r a c y ，r i g i d i t y ，l i f e a n dr e l i a b i l i t y t h ep u r p o r to ft h ec o n c l u s i o n s ：t h et h e o r ya n de x p e r i m e n t a lp r o d u c t i o ni nt h e t h e s i saret h er e v o l u t i o nt od r a w i n gu pt h eg e a r s h a v i n gm a c h i n i n gt e c h n o l o g y ， a n d t h es t u d yb r i n g sf o r w a r dt h e s en e wo p i n i o n sa n dm e a n sf o rd e s i g n i n ga n d m a n u f a c t u r i n gf i x t u r ef o rg e a r s h a v i n g t h a tw i l ln o to n l yi n c r e a s et h el e v e lo f q u a l i t yt ot h eg e a rf a c t o r i e s ，b u ta l s oc a r r yo u tt h en e wc r i t e r i o n sa b o u tg e a r p r e c i s i o ns u c c e s s f u l l y l ib i w e n ( m i n i n ge n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yz h a n gc h u n l i a n g k e y w o r d s ：u n d e r g r o u n dt r u c k ，g e a r ，g e a r s h a v i n gt e c h n o l o g y ，p r e c i s i o nc o n t r o l l i n g f i x t u r ef o rg e a r s h a v i n g 原创性声明 y 6 0 5 2 1 7 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得南华大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的 同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。 作者签名：多呼工 日期：御牛年彳月如目 关于学位论文使用授权说明 本人同意南华大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的 全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保留学位论文；学校 可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签置夕李苛z 导师签名：淑日期：痴舯乒年? 月韧日 季必文南华大学同等学力人员硕士学位论文 第一章引言 1 1 该研究工作在国民经济中的实用价值与理论意义 1 1 1 地下矿山无轨采矿设备和发展前景 能在地下坑道中自由行走的设备称自行式采矿设备。它的发展初级阶段，履带式采矿 设备使用最广，但是后来履带式普遍被使用灵活、能耗较少的轮胎式采矿设备所代替，这 种设备统称无轨采矿设备。采矿工业是现代工业的基础，在地下矿山的生产过程中，无论 是掘进还是回采，矿石和岩石都需经过凿岩爆破作业崩落下来，经装载和运输作业，运往 井底矿仓、选矿厂或废石场，而凿岩、装载、运输等作业都需要使用采矿设备。采矿设备 是为能源、交通和原材料等基础工业部门服务的，其主要任务是为钢铁、有色金属、煤炭、 化工、建材和核工业部门的矿物开采，以及铁路、公路、水电、国防建设等大型施工提供 先进、高效的技术装各。在矿山开发、建设或技术改造的投资中，设备投资要占1 3 至1 2 。 因此，采矿设备制造行业是国民经济的重要行业。 由于矿山，特别是地下矿山开采深度愈来愈深，工作条件恶劣，开采难度愈来愈大。 因此，只靠增加劳动力来实现增加产量的办法，显然是很困难的。要实现矿石产量的大幅 度增加，必须依靠技术进步，提高矿山的装备水平，这是加快矿山建设速度、迅速扩大采 矿规模、提高生产能力、改善开采条件、提高劳动生产率的首要条件和根本保证【l 】。据有 关协会统计，我国的铁矿山在5 年后，露天开采与地下开采比将由目前的7 ：3 转变成3 ： 7 ，由此可见，地下矿山设备在我国的应用前景十分广阔。据有关资料分析，我国今后地 下矿山装备的需求量将呈逐年上升的趋势。 1 1 2 地下矿山无轨采矿设备开采工艺的发展 金属矿山的开采可分为露天开采和地下开采两大类。在我国的矿山开采生产中，地下 矿山产矿量占相当大比重，每年生产约1 2 0 m r 矿石。有色金属( 除铝土矿外) 的9 0 以上、 黄金矿的8 5 、核及化工原料的6 0 、铁矿的1 0 都是由地下矿山产出的【2 l 。进入2 l 世纪 以来，我国的矿业形势发生了很大的变化。许多露天矿山，由于开采深度不断增加，为了 降低开采成本、保护环境，这些矿山必须由露天开采转入地下开采。我国露天矿采出矿石 的比重约占7 0 ，但从事地下矿开采的人员比露天开采的人员还多。这是因为地下开采的 条件复杂，使用设备的种类繁多，在产量相同的条件下，对地下矿投入的人力和物力远大 于露天矿的缘故。 保护自然环境和合理地利用矿藏资源，是发展社会主义经济的必要条件和应遵循的原 则。随着浅埋矿床的耗尽，而愈来愈向深部开采，或者露天开采的深度很大而使地表遭受 大面积破坏时，就必须采用地下开采。可以预料今后地下开采仍逐渐增加。 自六十年代初，机械化程度较高的装载、运输、卸载这三道工序合并为一体的设备一 一铲运机出现后，使地下矿开采发生了变革。在这之前全员工效为4 吨人班左右，之后 工效猛增为3 0 吨人班左右。由于铲运机的发展和广泛地被采用，相应地加速了凿岩钻车、 装药车、锚杆支护钻车、喷射混凝土设备、运矿自卸车、移动式碎石机、撬毛机、维修车、 运人车、运料车、加油车和升降台车等各种无轨采矿设备在地1 矿得到开发和应用，促使 地下开采工艺发生了深刻地变革【l 】。4 0 多年来，无轨采矿技术在发达国家的普及率已经超 过8 5 。 1 1 3 地下汽车在地下矿山中的作用与特点 据国外介绍，当矿山岩石适合开凿大断面斜坡道，矿山年产量小于1 0 0 万吨时，使用 无轨自卸卡车运输的斜坡道开拓与深度为3 0 0 m 的竖井提升方案相比，斜坡道是可行的。 只有在更深和更大的矿石产量时，竖井提升方案才是优先考虑的。地下开采的矿山，特别 是已经实现柴油( 电动) 无轨开采的机械化矿山，除了使用铲运机、凿岩台车、自卸汽车 等主体采装运设备外，尚有各种辅助作业机械与之配套。 地下铲运机是无轨采矿中的装运卸联合设备，其经济有效运距一般在4 0 0 m 以内，而 地下自卸卡车的经济有效运距则是在5 0 0 3 0 0 0 m 之间。铲运机和自卸卡车配合使用，是 无轨采矿的主要装运方式 1 】。在论述地下汽车在地下矿山中的作用与特点之前，有必要介 绍地下铲运机的作用与特点。 地下铲运机( u n d e r g r o u n dl o a d e r ) 亦称地下装载机，首先在美国及瑞典等国的地下 采场中，采用了一种胶轮柴油驱动，兼有装、运、卸功能的装载机。这种设备具有机动灵 活，高效率，改善劳动强度，节省劳动力的性能，简化了矿岩装运工艺，适用于采场运搬 和阶段运输。这种设备很快在欧美矿山中被广泛采用，逐渐替代着多年来沿用的电耙、气 动装载机和轨道运输车辆。地下装载机主要用于地下矿山铲、装、运松散矿料，由于其斗 容量不同，经济运距也不同( 一般在4 0 0 m 之内) ，因此要求地下装载机插入力大，铲取力 也要大。为了提高生产率，工作机构的工作循环时间要短，也就是发动机的转速不能太低 【3 1 。 李必文南华大学同等学力人员硕i ：学位论文 地下自卸汽车( u n d e r g r o u n dd u m pt r u c k ) 是地下矿山采掘运输的关键设备。随着无 轨采矿方法的应用、地下采矿强度的增加以及运输距离的加大，应用地下汽车进行较长距 离运输已显得越来越重要它是保证高的生产率的重要手段【4 】。地下汽车主要应用在有斜 坡道的地下矿山，利用它将松散物料或采下的矿石从工作面运往溜矿井或运送到地面，因 此要求自卸汽车车速要快，爬坡能力要强，其经济有效的运距在5 0 0 3 0 0 0 m 之间。由于 液力机械传动的效率比机械传动要低，为了提高传动效率，一般采用带闭锁装置的液力变 矩器。启动加速与克服大的外阻力时用变矩器，水平运输时采用闭锁装置使液力传动装置 直接传递动力；下坡时采用闭锁装置，可利用发动机的摩擦阻力以及所有传动装置及轴的 摩擦阻力使车辆减速，使高速下坡时更为安全 3 1 。 矿用汽车通常包括两大类，即铰接式自卸汽车和刚性后卸式运输汽车口】，其中刚性后 卸式运输汽车一般用于露天矿山。文献 6 对铰接式自卸汽车进行了阐述。铰接式自卸汽 车( a r t i c u l a t e dd u m pt r u c k s ，以下简称“a d t ”) 是指驾驶室与车体之间具有铰接点和摆 动环的卡车，其中，摆动环允许前车架相对于车体而独立转动。当汽车在不平坦的路面行 驶时，能够保证所有车轮与地面接触，以维持整体的稳定性、通过性和最大生产率。铰接 处允许前车架相对后车架可达到4 5 。转向角，从而实现转向功能。驾驶室、悬挂及传动系 统的设计上较早期a d t 有长足的改进。在非道路( o f f - - r o a d ) 领域得到了广泛的应用，运 输物料的种类从泥土、岩石、木屑到垃圾。文献 6 认为a d t 同刚性后卸式运输汽车相比 具有如下优点，而倍受矿山和建筑业主的钟爱： ( 1 ) 良好的机动性 由于a d t 自身的铰接结构，允许前后车架左右转向4 5 。这样，在作业空间狭窄的地 带，a d t 具有良好的机动性。另外，在松软地面及恶劣气候条件下，a d t 能够正常工作。 在这一点上其他结构型式的运输车辆是望尘莫及的。 ( 2 ) 广泛的适应性 a d t 快速发展源于其所具有的广泛适应性和实用性。它不仅可以在任何时间、任何地 点、任何条件下运输大量垃圾和物料，而且在工地作业时，不受季节限制，从早春到深秋， 甚至一年四季，都可以工作。 ( 3 ) 极高的生产率 人们通常将a d t 称为工地上的“工作马”，是因为它能在任何恶劣的条件下都能创造 出极高的生产率。它不仅便于装载，而且是所有铲土运输机械中，载重量与自重之比率最 李必文南华人学旧等学力人员硕 ：学位论文 高者。同时，无需进行路面维护，与其他非道路运输设备相比，a d t 的行驶速度最高，可 达3 0 3 5 k m h 。 ( 4 ) 简便的可操作性 a d t 具有易触控制面板与可操纵的变速杆，并不复杂，大多数采用自动换挡变速箱， 便于驾驶人员将注意力集中到手上，而不必过多考虑换挡变速，可操纵性强。驾驶室采用 “以人为本”的设计理念，宽敞、舒适。 ( 5 ) 极低的运营成本 与其他铲运运输机械相比，a d t 价格便宜，小时燃油消耗少，运营成本低。由于外形 尺寸小，既不必折卸运输，又无需任何特别的运输许可证，便于运输至施工现场，可节省 大量的设备运输费用。 该文献特别指出：对于长时间行驶在粗糙地面上的a d t 而言，变速系统性能的好坏至 关重要。a d t 所选用的变速箱一股来自z f 、a l l i s o n 、k o m a t s u 和d e e r ef u n k 等公司。但 自动换挡的电控变速箱系统( e t c ：e l e c t r o n i ct r a n s m i s s i o ns y s t e m ) 已成为新一代a d t 产品的标准部件。其中，大多数a d t 厂商( 如m o x y 、t e r e x 和v o l v o ) 普遍选用z f 公司研制 的6 速自动换挡变速箱。 文献 7 则明确指出：由于地下自卸汽车的广阔市场，吸引了生产露天自卸矿用汽车 企业的注意，如b e l l 、v o l v o 、t e r e x 等公司也纷纷将露天自卸汽车改造后用于地下。一 些采矿承包商看到了露天矿用自卸汽车批量大、不可比拟的价格优势、性能好、工作可靠 以及转销容易，也喜欢购进经过修改的露天自卸汽车用于地下运输，从而也加剧了地下汽 车市场的激烈竞争，同时也促进了地下汽车技术的发展。把露天自卸汽车( 一般是铰接式 自卸汽车a d t 型) 改装成地下自卸汽车，一般从如下几方面着手： ( 1 ) 降低驾驶室高度； ( 2 ) 加发动机废气净化装置； ( 3 ) 采用经过矿山有关部门批准的电气与消防灭火装置。 1 1 4 地下汽车国产化问题综述 地下汽车是国外在井下无轨设备基础上发展起来的。一些铲运机制造商，如美国的瓦 格纳、艾姆科，芬兰的阿洛，德国的g h h 等都相继制造了地下汽车，并己系列化发展。 美国瓦格纳系列地下汽车载重量分别为6 t 、8 t 、l o t 、1 1 t 、1 3 t 、2 5 t 、2 8 t 、3 3 t 等多种规格。 此外，美国的孟特曼、芬兰的诺麦耳、瑞典的基律纳还专业制造地下汽车。据报道，国外 4 奎堂塞塑坐盔兰型篓芏；1 2 塾堡：堂丝丝皇 一些矿山在地下无轨采矿中应用地下汽车，运输能力明显提高。国内自1 9 7 5 年引进十余 台地下汽车，七十年代小寺沟铜矿试验一台仿基律纳2 5 t 地下汽车未获成功。到9 0 年代初， 长沙矿山研究院与大厂矿务局共同研制d 0 一1 8 型地下汽车，太原矿山机器厂与金川有色 金属公司共同研制u k 一1 2 型井下运矿车获得成功。使用表明，上述两种型号地下汽车传 动系统的设计构思正确，方案合理1 8 。 国外地下汽车制造商在新产品开发、研制及产品系列化时全部采用计算机辅助设计、 计算机仿真、有限元、可靠性分析及计算机辅助制造等新技术，使新设计的产品更加实用、 先进，具有很好的使用性能，已在世界各国得到广泛应用【4 j 。国内研制地下自卸汽车则由 于各种原因，至今发展得不快，只有几个生产厂，技术水平只相当国外2 0 世纪8 0 年代末 的水平，数量与质量也远远满足不了国内矿山发展的需要。我国加入了w t 0 之后，地下自 卸汽车行业面临着极大的压力与挑战、为了对付这严峻的形势，一方面要引进更多更好的 国外产品与相关技术另一方向必须迅速发展民族工业，为此必须了解国外自卸汽车生产 企业的产品、技术与发展【7 】。 地下汽车一般采用液力机械传动方式，这种传动方式具有良好的动力性能。发动机的 动力可随外阻力的变化在一定范围内进行无级调速，重载爬坡时减速增扭，提高车辆的通 过性。地下汽车一般由地下采矿专用柴油机驱动，动力经液力变矩器传到变速箱，变速箱 换档和换向均由司机操纵液压阀来实现，经变速箱输出的动力到达前后桥的主传动器，再 通过半轴和轮边减速器传给车轮，从而产生行驶驱动力【8 】【9 1 。 在中型吨位地下汽车方面，国外制造商的产品在世界上处于领先地位。他们生产的中 型吨位地下汽车，性能良好、结构合理、质量可靠，基本上占领了这一领域的国际市场。 这些公司生产的地下汽车，一般采用德国道依茨( d e u t z ) 公司、美国卡特( c a t ) 公司、底特 律( d e t r o i t ) 公司的发动机，美国约翰克拉克( j c j ) 公司的液力变矩器和带有弹簧制动、液 压松闸的多盘湿式制动器，装有轮边行星减速装置的桥。但是，这些公司生产的地下汽车 价格昂贵，一般情况是：国外的地下汽车整机的价格是国内价格的2 3 倍，而易损件、 备件的价格却是国内价格的6 1 0 倍，而且，这些公司的备件供应周期一般要几个月，这 必然会严重影响矿山的采矿生产。因此，研究开发适合我国国情的地下汽车，形成具有自 主知识产权的产品，对满足我国地下矿山无轨采矿的需要、促进我国地下矿山无轨采矿工 艺的发展是非常必要的。目静，国产地下汽车大部分是仿制产品，而且包括变矩器、变速 箱、驱动桥以及制动器和刹车阀在内的依赖进口的五种基础件占整机价格的3 9 之多，这 季必文 样就很难面对国内广大矿山制造出性能价格比优良的无轨运输设备，也将对以后的产品出 口埋下隐患，最终必将影响该型设备的推j “使用。可喜的是，内蒙古包头北方重型汽车有 限责任公司与国外合作开发的北方奔驰载重汽车和特雷克斯矿用载重汽车已在国内外享 有盛誉，是中国最大的矿用汽车生产基地，目前生产三大系列7 个车型、1 3 个品种的汽车。 国内个别大型工程机械集团也将研制2 0 3 0 ta d t 产品列入了自己的新产品研发计划中。 我国科技工作者正致力于地下汽车的全国产化传动系统设计，这预示，全国产化地下汽车 可能得到进一步推，。 8 l 。 1 1 5 齿轮精度在地下汽车中的地位 影响汽车牵引性能的因素很多，各系统都处于动态工作过程【l 。目前地下汽车传动系 统都采用两中结构形式：一种以c a t 行星动力换档变速箱为代表的传动系统；一种以d a n a ( c l a r k ) 的定轴式换档变速箱为代表的传动系统。后者比前者用得更普趔。 齿轮传动可以用来传递空间任意两轴间的运动，而且具有传动准确可靠、传动功率大、 效率高等优点，是近代机器中应用最广泛的一种传动机构。在地下汽车制造中，制造传动 部件所花费的劳动量约占制造整个地下汽车的5 0 ，其中齿轮传动占机械传动部件的6 0 以上【l 。由于地下工作条件与环境十分恶劣，因此人们特别重视地f 汽车的人机工程学的 设计。研究与解决人一机器环境的协调统一，形成有机联系，使机器或设备适合人 的生理与心理要求以及其它因素，从而达n _ - i ：作环境舒适安全、操作准确、省力、简便、 减轻操作疲劳强度和提高工作效率【1 3 】。因此人们要求地下汽车噪声越来越低，对地下汽车 变速箱及轮边减速器也提出了更高的噪声要求。变速箱噪声主要是由于轴承磨损或者损 坏、齿轮轮齿磨损严重或齿面接触不好，以及传动轴轴头挡油环折断等原因造成f 1 4 i 。随着 齿轮传动工作质量的不断提高，噪声已成为与强度、寿命和效率相并列的重要指标。国内 外对工作场所的噪声控制标唯规定：允许工人在9 0 d ( a ) 的噪声中工作8 h 。噪声每增加 5 d b ( a ) ，工人的工作时问减半。全部噪声都按时间加权平均计算。 加拿大矿产与能源科学技术中心，在安大略省某铀矿对s t 一5 a 型内燃铲运机司机耳 朵旁的噪内迸行测定，测得的典型噪声级为l o l d b ( a ) 、它由以下不同的噪声源发出：驱动 系统1 0 1 d b ( a ) ( 在第4 挡额定转速时) ；发动机9 7 d b ( a ) ( 功率1 3 6 k w ，转速2 3 0 0 r m i n ，风冷式八缸柴油机空转时) ；冷却风扇一一9 4 d b ( a ) ( 空转时) ；吸气管一一 9 0 d b ( a ) ( 空转时) ：排气口9 3 d b ( a ) ( 变速器失速时) 。地下电动汽车不用消声装置时， 其噪声低于9 5 d b ( a ) 。加拿大j a v i s c l a r k 公司对斗容为：j 8 m 。内燃和电动铲运机的噪声 李必文 进行t n 定，分别为l o l d b ( a ) 和9 0 j b ( a ) ，后者明显地比前者低”。地下汽车与地下铲运 机因有相同的使用条件与环境，相近的传动系统 8 l ，其噪声来源、强度和影响近似。 噪声严重影响人们的工作和各种活动，危害人们的身体健康。比如引起心血管系统、 神经系统和消化系统失常，使听力受到损害等。据统计，当长期处于噪声级别为9 5 d b 懿 环境中工作时耳聋发病率将高达3 1 ，而且高噪声会引起人们失眠多梦、疲劳无力和记 忆力衰退，发病率可高达5 0 6 0 。大部分噪声源还伴有振动发生。长期接触振动将会引 起局部振动病，其表现以肢端动脉痉挛为主，严重时手及腕关节等处发生骨质改变【l “。在 地下矿山中噪声最突出的危害是损伤人耳的听力，影响安全生产和降低劳动生产率。对于 中轻型地下汽车，噪声的地位甚至于比强度还重要 】【”1 。在现代齿轮加工中，齿轮噪声拄 制已成为一个重要的质量控制环节，对其的控制水平不仅代表一个齿轮制造厂的质量水 平，而且直接受到有关环保法规的制约【1 。对噪声的要求，除了不能超出规定的分贝值外， 还规定了声音必须悦耳、无明显杂音【2 0 】，这样给地下汽车变速箱齿轮和轮边减速器盥轮鲢 生产制造带来了很大的难度【2 1j 。对于地下汽车变速器齿轮而言，l 何精度上要求尽可能的 高以减小传动时的震动来提高疲劳强度。但地下汽车行业竞争激烈，所以也要求在一定的 质量下去降低成本，在这种形势下必须要求地下汽车齿轮的精度着重满足地下汽车转动中 的某种必不可少的需要，而不是无原则的全面提高。根据这些观点，地下汽车变速器齿轮 应特别看重运动平稳性，因为这是一个衡量冲击的指标，通过它又控制噪音防止对人的币 舒服的感觉。 齿轮传动噪声的声源为齿轮啮合传动中的相互撞击，撞击主要由齿轮啮合刚性的周簸 性变化及齿轮传动误差和安装误差引起【1 9 】。控制齿轮噪声的有效途径是提高齿轮精度和对 齿轮进行修形 2 0 】，传统的渐开线齿彤逐渐为渐开线修形齿形所取代。所谓修形( 包括齿向 和齿形的修形) 就是把齿轮的刚体啮合发展到实体( 弹塑性体) 的啮合。齿轮在高速或重 载下工作，由于在弹性变形、热变形等复杂因素影响下，原来是标准的渐，1 ：线齿形产生了 变形，使瞬时传动比改变，造成动载荷，以致影响齿轮寿命并使噪声增大。为了消除这些 影响，预先对齿向或齿形进行修形，使齿轮在静止或空载时，看上去啮合得很不好，但随 着负载增加，轮齿变形也逐渐增加，而啮合状态却能逐渐改善，在进入预定的工作状态时， 具有最好的啮合状态。 我国地下汽车变速箱和轮边减速器主要采用圆柱齿轮，地下汽车齿轮行业贯彻齿轮耩 度新标准( g b l 0 0 9 5 8 8 ) 的主要难点恰恰是提高齿形齿向精度，特别是经济、稳定地制造 李必文南4 # 人学川等学力人强坝 ? 学似论文 出设计齿形和设计齿向。齿轮精度的发展取决于工艺，所以地下汽车齿轮工艺也就是为了 达到地下汽车的要求发展了几十年而形成了它的传