机械毕业设计（论文）-刮板输送机结构设计.doc

nk 毕业设计 论文 刮板输送机结构设计 学 院控制工程学院 专业名称过程装备与控制工程 班级学号5101820 学生姓名 指导教师 2014 年 6 月 16 日 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 I页 刮板输送机结构设计 摘 要 刮板输送机是输送机械的重要组成部分 刮板输送机的设计制造涵盖了运动转换 动力传输 变速机构 等机械设计 通过对知识的整合 选择刮板输送机作为毕业设 计课题 本设计是以港口的实际运输环境为依据 在设计中尽可能采用新的设计思想 选择更加合理的结构 力争提高刮板输送机质量 降低生产和运行成本 在充分吸收 学习刮板输送机设计经验的基础上 参考有关设计资料 完成刮板输送机的结构设计 主要的研究问题有 行星齿轮减速器的优化 链的设计 刮板的设计 运输方式 断链检测装置 设计出具有实际应用要求的产品 通过这次设计 锻炼了自己调研分 析 加工与整理 运用工具手册的能力 初步掌握了机械工程设计程序 方法和技术 规范 提高工程设计计算 理论分析 图表绘制 技术文件编写的能力 关键词 刮板输送机 结构设计 煤炭 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第II页 Design of scraper conveyor structure Author Zhou xuan Tutor Wang haiyan Abstract Scraper conveyor is an important part of the transport machinery Design and manufacture of scraper conveyor covers the movement of conversion power transmission the transmission mechanism such as mechanical design Through the integration of knowledge choice scraper conveyor as graduation project The design is based on the actual transportation environment is based on the port in the design of new design ideas as possible choose a more rational structure and strive to improve the quality of scraper conveyor reduce production and operating costs while fully absorb learning scraper conveyor on the basis of machine design experience reference to the relevant design information complete the structural design of scraper conveyor The main research questions are optimization of planetary gear reducer chain design blade design transport chain scission detection devices Design a practical application requirements Through this design exercise their own research and analysis processing and finishing the ability to use tools manual initial grasp of the mechanical engineering design process methods and technical specifications to improve engineering design calculations theoretical analysis charting capabilities technical documents prepared Key Words scraper conveyor structural design coal 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第III页 目 录 1 绪论 1 1 1 课题的背景及目的 1 1 2 国内外的研究状况及成果 1 1 2 1 国内的发展现状 1 1 2 2 国外的发展现状 2 1 3 刮板输送机的发展趋势 2 1 4 课题的研究方法 2 2 双中心链刮板输送机的构成 4 2 1 刮板输送机的工作原理 4 2 2 刮板输送机的主要组成部分 5 2 2 1 机头部 5 2 2 2 链轮组件 5 2 2 3 减速器 6 2 2 4 机尾部 7 2 2 5 刮板链 8 2 2 6 断链检测电路原理 8 3 刮板输送机的整体设计与计算 10 3 1 刮板输送机的初始设计参数 10 3 2 运输能力 10 3 3 刮板的选取设计 11 3 3 1 刮板选取设计 11 3 3 1 刮板的质量计算 12 3 4 链的设计 13 3 4 1 链材料的选取 13 3 4 2 链结构的设计 14 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 IV 页 3 4 3 链的连杆设计 15 3 4 4 接刮板的轴结构设计 16 3 4 5 不接刮板的轴结构设计 17 3 5 刮板链的质量 17 3 6 运行阻力的计算 18 3 6 1 刮板运输机总的运行阻力计算 18 3 6 2 水平面上的弯曲角度 19 3 6 3 平直刮板输送机运行阻力计算 20 3 7 电机功率的确定与选择 22 3 8 刮板链强度的验算 23 3 8 1 刮板链的受力分析 23 3 8 2 刮板链的强度验算 24 3 9 刮板输送机驱动链轮设计 26 4 刮板输送机的减速器的设计计算 29 4 1 总传动比的计算与分配 29 4 2 轴的转速 功率 扭矩的计算 30 4 2 1 各轴的转速计算 30 4 2 2 各轴功率计算 30 4 2 3 各轴扭矩的计算 30 4 3级直齿圆柱齿轮设计计算 30II 4 3 1级齿轮的材料与许用应力 30II 4 3 2 齿面接触疲劳强度设计计算 32 4 3 3 按齿根弯曲疲劳强度校核计算 34 4 3 4 齿轮其他主要尺寸 35 4 4 各齿轮材料 35 4 5 各级齿轮的几何尺寸 35 4 6 各轴的设计与尺寸 37 4 6 1 输入轴的设计 37 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 V 页 4 6 2 输出轴的尺寸 38 结论 40 致 谢 41 参考文献 42 附 录 43 中文译文 46 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 1 页 1绪论 1 1 课题的背景及目的 目前 刮板输送机作为煤炭行业的主要运输设备 在煤炭运输中起着非常重要的 作用 我国刮板输送机的总体设计 制造水平已接近国外同类机型 但与国外相比仍 有不少差距 对此 加快研制高可靠性的大功率刮板输送机刻不容缓 在刮板输送机方面 已经有超重型 重型 中型 轻型的各种型号 在重型方面 国内的技术与国外还是有一定的差距 许多的技术还是要从国外引进或与国外公司合 作 同时也促进了国内的相关技术的成熟 在国外的技术基础上 加入了一些创新设 计 并改进了刮板输送机的一些不足之处 在轻型方面 国内的技术较为成熟 已经 成功地开发出一系列产品 具有很高的实用性 主要表现出高效率 低成本 高强度 等特点 像在港口内矿物之间的转运 刮板输送机在一定程度上是比较好的机械 不 仅省力还省时 本文中将从刮板输送机的强度 安全性 结构上不断研究和完善 刮板输送机的主要不足之处有 1 磨损功率大 占总功率的 30 左右 2 不能长距离输送和大倾角的运送 3 在磨损较大情况下 宜发生断链 跳链等事故 国内刮板输送机主要问题是链的强度问题 由于磨损 腐蚀 疲劳的缘故 对使 用新的链三个月后 刮板链往往发生跳链 造成部分损坏 从而影响运输效率 综上所述 将以刮板输送机作为研究的对象 进行以刮板链为主的设计 1 2 国内外的研究状况及成果 1 2 1 国内的发展现状 中国的输送机机械化开始于 20 世纪 70 年代后期 经过 30 多年的发展 也具备生 产满足市场要求的小功率输送机 大功率刮板输送机还需要引进国外技术和设备 应 机 电一体化 自动化技术 开发新材料 新产品并逐渐形成了多系列 多结构类型的 刮板输送机产品 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 2 页 上世纪 90 年代初的技术革命使运输技术迅速发展 我国现已成为世界上年煤量最 高的国家 面临着加速发展机械化 增加产量 提高效率 改善安全的任务 我国的 煤矿机械研究 设计与生产部门 认真借鉴吸收国外先进技术和管理经验 已设计制 造出适合我国国情的新一代大运量 具有优良性能的重型刮板输送机 1 2 2 国外的发展现状 第一台刮板输送机的研制成功 经过近半个世纪 世界各地不断研究发展 刮板 输送机已具有多重保护措施 多重型号 多重功能 保护方式有 限矩型液力耦合器 调速型液力耦合器 断链检测与保护装置等等 1 目前 国外刮板输送机的最高运量可达 2000 2500 吨 小时 长度美国已达到 350 米的运输距离 链环的直径可以达到 42 毫米 同时也出现与圆环链一样高强度的链 其利用比较新的设计和材料 每台超过 530kw 的电机的功率 总功率普遍达到 1000kw 齿轮大多采用新材料和新技术 因此使用寿命也大大提高 煤槽可能超过每年 200 万吨 溜槽在制造工艺和材料也有一定的突破 在液压过载或联轴器卡住情况下 容 易喷出热油引起火灾和爆炸 但已成功开发出防火液压油或用水替换液压油 2 1 3 刮板输送机的发展趋势 刮板输送机的大功率 大运量能够较好适应港口等场所的转运要求 确保矿物的 及时运出 因此采取双溜槽 提高链速和增大设备功率等方式 综上所述 刮板输送 机将向下列几个方面发展 1 有向大型化发展的趋势 装机功率为 2 800kW 4 800kW 运送能力 2500 4500t h 运送距离 300 350m 链条规格达到 48 52mm 溜槽内宽达到 1300 1500mm 2 向高耐久性 高可靠性方面发展 减速器耐久性实验指标应通过 1500 2000h 输送机溜槽过煤量大于 6Mt 事故率低于 3 3 向标准化 规范化发展 输送机的部件普遍标准化 规范化 保障了设计 效率加工质量和水准 1 4 课题的研究方法 由于链刮板输送机的链条磨损过快 容易在长途运输时发生断链 如果不及时处 理 易造成机器损坏 在一些特殊的场合需要同时装卸货物因此采用双溜槽运输结构 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 2 页 由于 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 3 页 链条刚度 强度不足 可靠性不高 磨损大所以容易断裂 因此重新设计链 这样不 仅可以提高运输情况也可以提高可靠性 简化链的结构 对于保护刮板输送机断链可 以使用笼型电动机直接启动电路 当刮板输送机断链时快速诊断并切断电动机电源 本设计归纳参照了各种输送机的特点 按照具体的实际情况采用双中心链型的刮 板输送机 针对它进行了整体的结构设计 对链 刮板 链轮 运输方式 链安全运 行的检测等主要部件进行了结构设计与优化 实现了刮板输送机的总体设计 此次设 计的刮板输送机特点是运输效率高 强度高 快速响应 具有较强的适应能力 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 4 页 2 双中心链刮板输送机的构成 两条链的距离根据中部槽的宽度确定 不大于其 20 在溜槽内刮板起着运输的 作用 设计的链有以下优点 受力均匀 寿命长 运载能力大 结构简单 两链条运 行平稳 主要缺点 功耗大 增加单位长度链的质量 刮板输送机作为一种以挠性体为牵引机构的连续装置 其不仅可以在水平上运输 还可以在一定的倾斜角度上运输 运载倾角朝上时 倾角最大不超出 25 当运输倾 角朝下时 倾角最大不超出 20 3 2 1 刮板输送机的工作原理 刮板输送机的工作原理如图 2 1 所示 矿物通过一定的方式进入输送机的入口 在 刮板链的作用下 在溜槽中按一定的方向移动 从输送机的上下出口运出 其中刮板 链在上下溜槽中移动 刮板链绕链轮循环运转 刮板关于链对称布置 以便刮板在溜 槽中运输材料 在只需运输一种物料或是使用功率较小的情况下 只需使用机头或机尾的电动机 如果需要上下溜槽运输时 可同时启动机头与机尾的电动机 机尾结构与机头大致相 同 综上所述 该刮板运输机可是实现大小功率的交换 提高运输能力 运动方向 1 机头链轮 2 上溜槽 3 下溜槽 4 刮板 图 2 1 刮板输送机的工作原理示意图 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 5 页 2 2 刮板输送机的主要组成部分 不同类型的刮板输送机 虽然组件和布局不一样 但基本的原理是相通的 可以 互换 刮板输送机的主要组成部分是机头部 刮板链 链轮 附属部件 推移装置 机尾部等构成 2 2 1 机头部 刮板输送机的机头部如图 2 2 所示 由机头架 电动机 联轴器 链轮组件 盲轴 和减速器等组成 首先电动机将动力传递给减速器后转换成适合的转速 功率然后经 联轴器传递给链轮 从而链轮带动链循环运转 对其基本要求是两侧结构必须相同 方便左右工作面交换 在本设计中 上溜槽出口采用侧卸式 下溜槽出口从机头处直 接卸载 1 链轮 2 导轨 3 下溜槽入口 4 溜槽 2 图 2 2 机头部 2 2 2 链轮组件 链轮由连接筒和链轮焊接在一起构成 链轮起到传动的作用 其齿形形状是凹形 的 利用两侧推动链移动 所以在运转的时候链轮需要承受静载荷 冲击 脉冲载荷 等 所以链轮不但要有良好的强度和耐磨性 还要具有较高的韧性 以降低冲击疲劳 的影响 如图 2 3 所示 把连接筒和链轮通过焊接形成一体 减速器的输出轴与盲轴连 接 其连接形式是内外花键 从而增加其扭矩 还有这类结构方便维修 链轮是使用 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 5 页 锻造的工艺再经过调质处理 齿形进行淬火处理 使其具有较高的表面硬度 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 6 页 1 盲轴 2 连接筒 3 链轮 图 2 3 链轮组件的示意图 2 2 3 减速器 我国刮板输送机的减速器一般采用三种方式即平行布置式 垂直式还有复合式 本次设计选用的是平行布置式的三级传动减速器的圆锥圆柱齿轮传动 使用条件 工 作环境温度 20 C 35 C 齿轮圆周速度不超过 18m s 高速轴转速不超过 1500min r 安装角 1 25 适用于正反转 因为输送机有时需要上下溜槽运输 所以机头机尾都 需要配置减速器 为了同步运输的的速度 机头和机尾都使用相同的减速器 此外在 不同的条件下 平行布置式三级传动减速器的圆锥圆柱齿轮减速器有以下三种布置方 式 如 2 4 图所示 第一种是在 I 型减速器的第一轴加装紧链装置 过载保护使用液力耦合器 第二种是在 II 型减速器的第二轴加装紧链装置 过载保护使用液力耦合器 第三种是在 III 型减速器在第二轴的轴端加装紧链装置 过载保护是在第四轴或第 一轴端处装断销来完成 4 图 2 4 减速器的装配形式 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 7 页 一般在重型刮板输送机起动和制动过程中产生动载荷与时间相应延迟的问题 所 以在本设计减速器时采用可控起动传输系统 CST CST 系统指在运行中能够明显 减少停机的次数与停机对机器的损坏 还能提高链的安全性 减少断链的故障 同时 也能对电动机起到保护的作用 2 2 4 机尾部 机尾部分为有电动机和没有电动机两种 此次设计采用有电动机装置的机尾 其 他的部件则与机头部相同 并且在本次设计中在机尾部分还采用可伸缩的装置 它通 过改变链的张紧程度来改善链的运行条件 使用寿命等 具有可伸缩装置的机尾机架 分为两个部份 其中一部分是与过度溜槽连在一起的固定机架 另外一部是滑动机架 通过安装在两侧的千斤顶在固定的导轨上移动从而实现调节链的张紧 其中千斤顶是 使用液压油缸 可实现 400mm 左右的伸缩 如图 2 5 所示 在溜槽部分的链道下方适 当位置安装张力传感器 当链条有一定的松弛度的时候 通过张力传感器控制张紧千 斤顶的伸出量 以达到控制链的合适张力 1 3 传感器 2 张紧千斤顶 图 2 5 刮板链张紧自动控制系统 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 8 页 2 2 5 刮板链 刮板链在刮板输送机中属于牵引机构 用来传递牵引力 是运输物料的组件之一 刮板和链构成刮板链 有经常使用的中单链 双中心链 边双链三种方式 刮板在运 输过程中不仅起到推动物料移动的作用还有起到在槽帮中导向的作用 链主要是带动 刮板在溜槽内按一定方向运动 不仅承受摩擦阻力 动载荷 静载荷要还要承受很大 的拉力而且还要受到雨水的侵蚀 所以需要链条具有较高的耐摩擦性能 抗拉强度 抗冲击韧性和耐腐蚀性 本设计中重新设计新的链如图 2 6 所示 材料使用合金钢 通 过锻造工艺成型并且经预拉伸处理和相应的热处理 与目前使用的刮板圆环链进行比 较 有如下优点 新型链强度高 运载能力大 耐磨性好 结构简单 不宜出现紧松 受力均匀且制造简单 省去了大量的焊接工序 图 2 6 双中心刮板链 2 2 6 断链检测电路原理 如图 2 7 所示 当链条出现断裂时 由于重力的影响 链会出现下垂 从而触发断 链感应器 断链感应器控制开关为断开状态 图 2 8 所示的电路使电动机断电 以达到 保护整套刮板输送机的作用 5 其工作原理如下 先将组合开关 Q 闭合 为电动机启 动做准备 当运输机正常工作时 断链感应器开关成闭合状态 交流接触器 KM 的线 圈通电 动铁心被吸合而将三个接触点闭合 电动机 M 正常工作 当断链时 由于重 力的作用 链会下坠接触感应器的开关使之成为断开状态 这是动铁心由于断电 三 个接触点松开 从而使电动机停止工作 起短路保护的熔断器 FU 一旦发生短路事故 熔丝立即熔断 电动机也立即停 车 起过载保护的热续电器 FR 当过载时 它的热元件发热 将动断处点断开 使 接触线圈断电 电动机就停下 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 9 页 图 2 7 断链感应器所在刮板输送机的位置示意图 图 2 8 笼型电动机直接启动控制线路的结构图 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 10 页 3 刮板输送机的整体设计与计算 3 1 刮板输送机的初始设计参数 刮板输送机的初始条件 速度 1 2m s 生产力 500t h 输送长度 300m 运 输物 煤 3 2 运输能力 本次设计的刮板输送机虽然可用于双向运输 但生产能力以单向运输计算 如图 3 1所示 由于刮板输送机是连续的运输 其单位时间的运送能力为 3 1 qVQ 式中 V 链的运行速度 m s 本设计中取 v 1 2m s q 输送机上单位长度货载质量 kg m Q 运输能力 本设计中设 Q 500t h 图 3 1 刮板输送机运输示意图 每小时运输能力为 3 2 3 6Qqvt h 由 3 1 式 得 m116 2 16 3 500 6 3 Q q V 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 11 页 由于货物在溜槽上是连续分布的 在刮板的推动下移动 输送机工作时候 货载 沿溜槽是连续均匀分布 所以单位货载质量 q 与溜槽载货的横截面积有关即 3 3 F q 0 1000 式中 刮板输送机溜槽载货的横截面积 0 F 2 m 货载的松散密度 对于煤炭取 0 9 3 t m 由于刮板输送机载货的最大横截面积由溜槽的横截面积和构造的形式还有煤的堆 积角有关 考虑以上要素 刮板输送机的每小时运送能力为 3 4 VFQ3600 式中 F 货载最大横截面积 2 m 货载的装满系数 本次设计中取 0 85 由式 3 4 得 3 5 V Q F 3600 把已知数据代入式 3 5 得 15 0 85 0 2 19 03600 500 F 2 m 3 3 刮板的选取设计 3 3 1 刮板选取设计 由 刮板输送机通用技术条件 MT T105 2006 第 9 页查知溜槽宽取 830mm 刮 板设计成关于轴左右对称 所以刮板尺寸为 刮板宽度 810mm 0 b 刮板高度 1 0mm 300mm 0 h2150 刮板厚度 30 0 5mm 0 d 刮板型号为 810 30 2150 验算该刮板是否满足载货的最大横截面积 如图 3 2 所示 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 12 页 图 3 2 溜槽中货载最大断面积 根据 综采技术手册 1208 页知道溜槽上物料断面积 A 3 6 21 AArA 式中 溜槽上的物料横截面积 m 1 A 2 A 2 溜槽宽度 m m b1 1 b 左槽帮钢上框架宽度 m 查标准得 12 5mm 1 b 1 b 溜槽槽口高度 m 有前面可知m 0 h15 0 0 h 安息角 煤炭的安息角取 34 0 溜槽槽口宽度 m 由前面可知m 0 b81 0 0 b 装载系数 由前面可知 0 9 把已知数据代入式 3 6 得 mm23 0 11 0 12 0 2 tan 2 1 2 2 0 00 b hbA 2 15 0 2 所以满足货载最大横断面积的要求 3 3 2 刮板的质量计算 由于在设计链时考虑到该输运机虽然是双向输运的但是所受拉力以及各种参数均 按单向运输时的情况计算 刮板链单位长度质量由刮板的质量和链的单位长度质 1 q 0 q 量组成 本设计中采用平均值来表示 q 0 q 根据 刮板输送机通用技术条件 105 2006 第 8 页查取双中心链刮板输MT T 送机可根据链条节距和负载差异情况 相邻刮板的距离取 10 个链节 所以两相邻间刮 板的距离 S 为 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 13 页 3 7 NPS 式中 N 相邻刮板间的链节数 取 N 10 P 链的节距 根据前面可知 P 180mm 把数据代入 3 7 式中得 1 8mmm180018010 S 因为单程长度 L 300m 所需要刮板的数目是 3 8 2n S L 式中 S 两个相邻刮板间的距离 m 知 S 1 8m 把数据代入 3 8 式中 得 3 9 3344 3332 8 1 300 n 每一块刮板的体积为 3 10 dhb 00 v 式中 刮板的宽度 m 知mm 0 b810 0 b 刮板的高度 m 知mm 300mm 0 h2150 0 h 刮板厚度 m 知mm 0 d30 0 d 把数据代入 3 10 式中 得 3 007 0 302150810vm 所以刮板的总体积 V 33 38 2 m334007 0 vmnV 总 所以刮板质量 刮 m 3 11 总刮 vm 式中 刮板密度 查密度表知道 3 kg m 33 7 85 10 kg m 刮板体积之和 由前面可知 总 3 m 3 38 2 mV 总 把已知数据代入 3 11 式中 得 kg1868338 2 1085 7 3 刮 m 3 4 链的设计 3 4 1 链材料的选取 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 14 页 为便于生产 链的节距按一定值制造 各链节之间使用一定直径的两种销连接 制 造链与轴的材料均使用 30CrMnsiA 并进行调质处理 硬度为 HB320 350 为提其强 度和耐磨性 在加工后可进行等温淬火处理 热处理规范 淬火 880 油冷 回火 540 水冷 油冷 Mpa Mpa Mpa 6 其力学性能如下表 1080 b 885 s 756 3 1 表表 3 1 30CrMnsiA30CrMnsiA 的力学性能的力学性能 抗拉强度 Mpa 屈服强度 MPa 硬度 HB 抗剪切强度 Mpa 伸长率 5 断面收缩率 1080 b 885 s 320 350 756 10 45 3 4 2 链结构的设计 由于链的所有链节都是相同的 刮板所在位置也只是两条链的连接变动而已 所 以只对一个链节进行设计 连杆主要受到拉力 摩擦力的作用 又考虑到受到尺寸大 小的限制和经济性和可塑性的限制 所以连杆采用锻造工艺加工成型 且全部为实心 链段的结构如图 3 3 所示 由三个机构构成 1 连杆 2 刮板 3 轴 链节的结构 尺寸可以由一个凹形块的长 宽 高表示 六边形孔的外接圆半径与圆孔半径都用l 1 wh 表示且圆心与几何中心重合 还有链的节距用表示 三维图如 3 4 所示 每条链由 r P 个链节组成 链条链长度为 链节长度为常用值 其长度按下式确定 7 N2 L 3 12 PNL 2 式中 链条的节距 mm P 链条的链节数 N 1234 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 14 页 1 连杆头 2 刮板 3 轴 图 3 3 链 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 15 页 图 3 4 链的三维图 各部分的尺寸数据如下表 3 2 所示 表表 3 23 2 尺寸数据尺寸数据 单位 mm l 1 wh 2 l 2 d 2 w 3 Wr RPL 40404010101012614180300 000 将对应的数据代入 3 12 式中得 3334 3 3333 180 2300000 N 3 4 3 链的连杆设计 如图 3 5 所示 链的连杆由 1 个带孔 分为圆形孔与六边形孔 的凹形块即连杆 头 1 一个带孔的圆柱即连杆尾 3 和横截面积是圆形的杆构成 2 该连杆的横截面逐渐缩 小 倾角为 20 安装时先使连杆头的一边从轴端穿入后再穿入另一个连杆的连杆尾 3 最后套入连杆头的另一端并在轴段设置挡圈 接刮板的连杆头的孔为六边形 不接 刮板的连杆头的孔为圆形 对于连杆尾的孔全为圆形且他们的半径相等 六边形指外 接圆 三维图如 3 6 所示 这种链的特点是破断拉力大 连接可靠 强度高 运载能 力大 耐磨性好 结构简单 不宜出现紧松 受力均匀且制造简单 省去了大量的焊 接工序 适用于刮板输送机 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 16 页 1 连杆头 2 连杆 3 连杆尾 图 3 5 连杆 图 3 6 连杆的三维图 3 4 4 连接刮板的轴结构设计 如图 3 7 所示 接刮板的轴由主轴 轴端档圈和开口销组成 主轴在刮板位置的形 状为长方形并开有两个螺栓孔 用来紧固刮板 在主轴两端由中间到边上形状分别为 六边形 圆形 六边形 六边形的轴与连杆头配合 圆形与另一个连杆尾配合 所有 的配合均采用间隙配合并以润滑脂作为润滑剂 轴端挡圈带六边形孔 在其最外侧采 用开口销进行轴向固定 具体尺寸如下表 3 3 所示 表表 3 3 接刮板的轴的尺寸接刮板的轴的尺寸 单位 mm 1 r 1 R 1 h 1 LD 5155820 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 17 页 1 开口销 2 轴端挡圈 3 螺孔 4 轴肩 图 3 7 带刮板的轴 3 4 5 不连接刮板的轴结构设计 如图 3 8 所示 不带刮板的轴由主轴 1 轴端挡圈 2 和开口销 3 构成 主轴为圆柱 轴端挡圈的孔为圆形 与连杆的连接均为间隙配合 润滑采用润滑脂 这种轴的结构 简单 图 3 8 不接刮板的轴 3 5 刮板链的质量 计算单个链节的质量 q 未考虑的配件的质量影响因子为 a 1 5 adlrRwwrhwlq 22 22 23 2 3 22 a 2 680 kg6 0 由于单根链的链节数为 N 3334 所以单根链的质量 m kg200133346 0 Nqm 所以两条刮板链的总质量 M 为 kg2268522001186832 mmM 刮 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 18 页 单位长度的的刮板链质量 0 q kg41 2300 200122685 2 0 L mm q 刮 3 6 运行阻力的计算 刮板输送机是用于矿物运送的设备 其传动功率的大小决定刮板输送机运转阻力 刮板输送机的运行阻力主要有以下几个方面 载货在运输段上移动阻力 倾斜时货载 的自重 刮板链的移动阻力还有刮板链在机头 机尾链轮时的弯曲阻力和传动装置的 阻力等 3 6 1 刮板输送机总的运行阻力计算 刮板输送机总的运行阻力计算式 3 13 21 1 0 zh WW 式中 刮板输送机运输段阻力 N zh W 刮板输送机运行的时候的最大阻力决定电动机功率 弯曲刮板输送机工作的时候 输送机在水平面上可以弯曲铺设 如图 3 9 所示的 在刮链与槽帮会产生附加的摩擦阻 力 与机头的距离为 m 由于弯曲对整体长度影响很小所以忽略不计 1 L 图 3 9 刮板输送机弯曲铺设示意图 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 19 页 根据 综采技术手册 1238 页水平弯曲的刮板输送机重段阻力 3 14 1sincos 1sincos sincos 110 311010 f f zh eLLgq eSgLqgLqW 式中 刮板链在槽帮上移动时阻力系数 取 0 4 ff 刮板链在溜槽中移动时阻力系数 取 0 35 1 1 货载在溜槽中移动时阻力系数 取 0 7 刮板链单位长度上的质量 前面可知 41kg m 0 q 0 q 刮板输送机上单位长度货载质量 根据前面可知 116kg m qq 安装角度 在本设计中取 15 刮板输送机的长度取 300m LL 距机头距离 150m 1 L 1 L 刮板链条在 3 点处的张力 N 3 S 3 6 2 水平面上的弯曲角度 在水平面上运转时弯曲部分的弯曲角度如图 3 10 所示 图 3 10 水平面上的弯曲角度 弯曲部分的曲率半径 R 3 15 2sin 2 l R 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 20 页 式中 每节溜槽长度 m 取 1 8m ll 相邻槽间转角 取 2 所以 mm5242 51 2 2 sin2 8 1 R 弯曲长度 kp L 3 16 KP L 2 4aaR 式中 a 横向推移一步时移动的距离 查 综合技术手册 1231 页得 a 1m 所以 m KP L 3 1415214 2 由图 3 8 可以得 3 17 1 0 22 a 2sin a KP L rad 04 08 3 141 1 sin2 0 22 1 所以刮板输送机在水平面上的弯曲角为 rad08 0 04 0 22 0 3 6 3 平直刮板输送机运行阻力计算 根据 矿山机械 8 知 刮板直线段阻力为 3 18 010 cos cos zh WqqLgqq L 式中 等参数值和上面相等 0 q 式中关于符号 向上运输使用 表示 向下运输用 表示 根据 一 号确定原则 刮板链和载货的运行方向的力与移动阻力方向相同的时候取 号 反之取 一 把已知数据代入式 3 18 得刮板直线段阻力为 zh W 00 15sin8 9300 41116 15cos8 9300 35 0417 0116 N349812079061241906 采用逐点张力法确定最小张力点 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 21 页 如图 3 11 所示 在机头与机尾均安装电动机 图 3 11 刮板输送机张力计算示意图 链上每个节点上的力由上一个节点的张力与物料的阻力组成即 3 19 1 1 iiii SSW 式中 分别为牵引机构上一个节点 后一个节点的张力 i S 1i S 前后两点间的运行阻力 1 ii W 由 3 9 图得 3 20 03214 234 212 FSSSS WSS WSS h h 式中 表示一台电动机产生的驱动力 N 0 F 由于机头机尾均安装驱动 所以 4123 SSSS且 联立方程组 3 20 得 3 21 1324 SSSS 因为且对称分布 所以得 21 SS 1324 SSSS 即最小张力点为 31 S S 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 22 页 由上分析可知 链条与主动链轮刚分离时的点处有最小链张力 由 矿山机械 知道最小张力与在 2000 3000N 之间 如果超过会增大链条的磨损和功率消耗 1 S 3 S 低于这个值会使链条在此产生较大垂度与扭曲 不能够保证链的正确啮合运行 所以 一般链条在最小链张力点的松驰垂度小于链节长度的 50 取用N 因2500 31 SS 为该刮板输送机是双中心链 所以 9 5000 31 SS 把和相关的数据代入式 3 14 得5000 31 SS 刮板输送机水平弯曲时阻力为 1sincos 1sincos sincos 110 311010 f f zh eLLgq eSgLqgLqW N e 75059 13163711623721 1 15sin15cos35 0 150300 41 1e 5000 15sin15cos7 0 8 9150116 15sin15cos35 0 3008 941 4 008 0 004 008 0 0000 水平弯曲时总的运行阻力 N 1651292750591 121 1 20 h WW 3 7 电机功率的确定与选择 根据 182 页 10 查得电机功率为P kw 3 22 0 1000 Wv P 式中 刮板链总运行阻力 N 0 W 刮板链运行速度 m s v 传送效率 123456 其中 液力耦合器传动效率 取 1 1 98 0 圆锥齿轮的传动效率 取 2 2 97 0 直齿圆柱齿轮的传动效率 取 3 3 98 0 行星齿轮的传动效率 取 4 4 98 0 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 23 页 花键以其他键的传动效率 取 5 5 96 0 所有轴承的传动效率 取 6 6 94 0 所以 123456 82 0 把已知数据代入式 3 22 得 kwP241 82 0 1000 2 1165129 选择电机功率 250的电动机 则电动机总功率为 2 250 500 所kW kWkWP 以满足实际要求 由于该电机用于刮板输送机 应选用刮板输送机专用电机 即电机 型号为 YS7114 该电机的性能如下表 3 6 表表 3 43 4 YS7114YS7114 电机性能电机性能 型 号 功率 kw 电流 A 电压 V 频率 HZ 转 速 r min 效 率 功率因 数 cos Mst mn Ist A MmAx mn YS71142500 83 220 380 501480670 682 462 4 3 8 刮板链强度的验算 3 8 1 刮板链的受力分析 由于是双中心链结构 在图 3 11 中 根据受力分析在点 2 4 处所链节受力最大 对一个链节进行受力分析 其主要受到拉力 摩擦力的作用 所以拉力为 F 3 23 fc W F 0 式中 总的运行阻力 N 0 W c 溜槽数 在这里是双向运输所以 c 2 f 链的数量 由于是双中心链所以 f 2 将以上数据代入式 3 23 得 N41837 22 165129 0 fc W F 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 24 页 3 8 2 刮板链的强度验算 如图 3 12 根据链节的结构特征只需验算连杆的 1 2 3 处的强度与轴的抗剪切 能力是否满足条件 图 3 12 连杆 对 1 处的断裂强度进行验算 考虑两条链受力的不均匀性 用表示不均匀系数 参考圆环链取 85 0 所以 1 处所受拉力时最危险截面即最小受力面积及受到剪切力时的最小横截面 1 A 积 2 A 3 24 2 2 31 rhwA 3 25 2 2 2 32 w rl A 将以上的数据分别代入式 3 24 和式 3 25 得 2 31 6722 2640 122 2 mmrhwA 2 32 216212 2 2630 2 2 2 mmw rl A 材料受到的拉应力为 切应力 b 3 26 1 1 A F b 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 25 页 3 27 2 1 A F 将相应数据分别代入式 3 26 和式 3 27 得 bb Mpa A F 3 7310 85 0 672 41837 6 1 1 Mpa A F 22810 85 0 216 41837 6 2 1 所以连杆头满足强度要求 对 2 处的断裂强度进行验算 最小受力面积 3 A 3 28 3 28 2 3 rA 将数据代入式 3 28 得 mm2 5 782514 3 2 3 rA 拉应力 2b 3 29 3 2 A F b 将数据代入式 3 29 得 Mpa627 83 0 5 78 41837 3 2 A F b b 所以 2 处满足抗拉强度要求 对 3 处的断裂强度进行验算 受拉力时的最小受力面积与受剪力时的最小横截 4 A 面 积 5 A 3 30 2 24 rRwA 3 31 25 rRwA 将数据分别代入式 3 30 式 3 31 得 2 24 1602 614 102 mmrRwA 2 25 80 614 10 mmrRwA 拉应力 剪切应力 4b 5 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 26 页 Mpa 3 32 4 4 A F b b Mpa 3 33 5 5 A F 将数据分别代入式 3 32 式 3 33 得 Mpa4308 85 0160 41837 4 4 A F b b Mpa 615 85 080 41837 5 5 A F 所以 3 处也满足强度要求 对轴进行剪切强度验算因为mm 由于对轴是双减所以横截面积 5 r 6 A 3 34 2 16 2rA 将数据代入式 3 34 得 22 16 1572514 3 22mmrA 剪切应力 6 3 35 6 6 A F 将数据代入式 3 35 得 Mpa A F 314 85 0 157 41837 6 6 所以轴满足强度要求 3 9 刮板输送机驱动链轮设计 根据链的设计规格 节距 P 180mm 链节的最大高度 h 40mm 最大宽度 30mm 查 综采技术手册 1227 页知道链轮齿数推荐值为 N 7 1 w 并在 综采技术手册 1228 页有以下的计算公式 链轮节距角 3 36 0 00 71 25 72 360 2 360 N 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 27 页 链轮的节圆直径 0 D 3 37 22 000 9090 sinsin Pd D NN 把相关数据代入式 3 37 得 mm 7 83223884669568 7 90 sin 40 7 90 sin 180 22 0 D 取 833mm 0 D 链轮外径 e D mm 3 38 9134028332 0 hDDe 链轮立环槽直径 i D 3 39 1 0 0 90 tan 90 tan w N h N P Di 根据 综采技术手册 1228 页知链条 14mm 所以把相关数据代入式 3 38 得 mm736 8 7351440 7 90 tan40 7 90 tan 180 0 0 i D 齿根圆弧半径 2 R mm20405 05 0 2 hR 由于链的运动方式与链节的设计 轮立环立槽宽度 B 取 mm 3 40 30 B 链轮中心至链窝底平面的距离 H 3 41 51 0 790tan 7 90 tan 5 0 0 0 h P H 注 H 精确到 0 5mm 把相关数据代入式 3 40 得 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 28 页 mm 3874 386 51 0 790tan 40 7 90 tan 180 5 0 0 0 H 链窝圆弧半径 值等于连杆头与连杆尾相接处的最大圆弧半径 圆心在接链环 3 R 3 R 中心线上 此中心线平行链窝平面 距离链轮中心的距离为 H 0 5d 387 20 407mm 齿形圆弧半径 1 R mm10 1 R 立环槽弧半径 4 R mm20405 05 0 4 hR 短齿根部圆弧半径 5 R mm20405 05 0 5 hR 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 29 页 4 刮板输送机的减速器的设计计算 4 1 总传动比的计算与分配 在图 4 1 中 I 轴为输入轴 IV 轴为输出轴 I 轴和 IV 与联轴器相连 图 4 1 刮板输送机减速器示意图 由图 4 1 知输入的转速等于电动机的转速 即 1480 输出转速 I nnminr IV n 由 4 1 60 0 Dn v IV 式中 刮板输送机链速 m s 知 1 2m s vv 链轮的节圆直径 m 知 0 833m 0 D 0 D 把相关数据代入式 4 1 得 r min 5 27 83 0 14 3 2 16060 n 0 D v iv 所以总的传动比 总 i 54 5 27 1480 n n i IV i 总 初取行星轮的传动比 则 根据 机械设计基础 7 3 4 5i 96 11 5 4 54 21 ii 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 29 页 传 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 30 页 动比由小到大即从高速级到低速级逐渐减小并且得 11 7 i98 3 3 21 ii 4 2 轴的转速 功率 扭矩的计算 由于各齿轮的设计与校核过程大致相同 所以只对级直齿圆柱齿轮进行设计与II 计算 其他的齿轮省略 在表 4 1 至 4 6 给出相关数据 4 2 1 各轴的转速计算 r min1480 nnI r min 4933 1480 1 inn III r min 12498 3 493 2 inn IIIII r min 285 4 124 3 inn IIIIV 4 2 2 各轴功率计算 kw24098 0 98 0 250 21 PPI kw22897 098 0 240 32 III PP kw21998 0 98 0 228 42 IIIII PP kw19897 0 98 0 98 0 219 652 IIIIV PP 式中 的含义和值见式 3 36 123456 4 2 3 各轴扭矩的计算 N m1548 1480 240 95509550 I I I n P T N m4416 493 228 95509550 II II II n P T N m16867 124 219 95509550 II II III n P T 67523 1 39 198 95509550 IV IVI IV n P TN m 4 3级直齿圆柱齿轮设计计算 II 4 3 1级齿轮的材料与许用应力II 选择齿轮材料 确定许用应力 由 机械设计 第八版表 10 1 选择 如下表 4 1 并 确定许用应力 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 31 页 表表 4 1 级直齿圆柱齿轮的材料级直齿圆柱齿轮的材料II 构件名称材料热处理方法齿面硬度 小圆柱齿轮 20CrMnTi 表面淬火 HRC1 60HRC 大圆柱齿轮 40Cr 表面淬火 HRC2 52hrc 许用接触应力 由 机械设计 第八版式 10 12 得 H 4 1 N H H H Z S lim lim 由 机械设计 接触疲劳极限图 10 21 得 小圆柱齿轮 1 2 lim 1450 H N mm 大圆锥齿轮 2 2 lim 1150 H N mm 接触强度寿命系数 应力循环次数 N 由式 6 7 得 H K 4 2 hII jLnN60 2 式中 小圆柱齿轮的转速 493r min II n II n 齿轮每转一周时同一齿面的啮合齿数 1 jj 齿轮的工作寿命为 12 年 每年按 300 天计