（机械制造及其自动化专业论文）煤矿井下皮带卧式延伸转载机支撑车的研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni nm e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n ga n da u t o m a t i o n r e s e a r c ho ns u p p o r tv e h i c l e so f c o a lm i n eh o r i z o n t a l b e l te x t e n s i o nm a c h i n e c a n d i d a t e x un a n n a n s u p e r v i s o r m a op i n g h u a i s c h o o lm e c h a n i c a le n g i n e e r i n g 一 一 a n h u i u n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y n o 16 8 s h u n g e n gr o a d h u a i n a n 2 3 2 0 01 p r c h i n a 独创性声明 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 据我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方 以外 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 为获得塞徵堡王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意 学位论文作者签名 幽日期 邋年j 月么日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解安邀理工大堂有保留 使用学位论 文的规定 即 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位 属于塞徵堡三太堂 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和磁盘 允许论文被查阅和借阅 本人授权安徽 理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存 汇编学位论 文 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名 绦撩桶签字日期 2 f 2 年f 月f 日 导师签名 弱刃 i签字魄时厂月 7 日 摘要 捅要 在煤矿安全生产过程中 井下的矿物 原煤 矸石和岩石 转载一直是整个 开采系统的一个重要环节 但是现行的煤矿井下转载系统存在着这样一个问题就 是装载不能连续进行 同时由于以往的设计条件的限制 还存在着原转载机械的 部分安全系数不尽十分科学 机器的制造材料消耗及使用不够合理和环保等问题 为了使煤矿井下转载系统的结构更加合理 转载系统的制造更加绿色化 提出了 煤矿井下皮带卧式延伸转载机的设计 的课题 本文就该课题煤矿井下皮带卧 式延伸转载机的支撑车部进行绿色优化设计与研究 首先 本文阐述了煤矿井下皮带卧式延伸转载机总体的工作环境及原理 然 后对煤矿井下皮带卧式延伸转载机各主要组成部分进行了简要的介绍 并对煤矿 井下机械绿色优化设计的含义及意义进行了说明 同时结合目前国内外煤矿井下 机械发展的现状及趋势 得出了对煤矿井下转载机绿色优化设计研究的必要性 最终决定从结构和材料两方面入手 对煤矿井下皮带卧式延伸转载机支撑车部各 零 部件进行绿色优化设计 这一定程度上为以后整机的绿色优化奠定了良好的 基础 其次 在p r o e n g i n e e r 三维软件中建立煤矿井下皮带卧式延伸转载机支撑车车 体的模型 然后将支撑车的三维模型导入a n s y s 对其进行静力学分析 经过有限 元的静力分析验证了原支撑车车体的初始设计能很好的满足其工作需求 但是也 发现了本支撑车的初始设计在结构及材料上具有很大的优化空间 为了使支撑车 车体的设计更加优化 本文决定就从支撑车车体结构与材料两方面进行优化 然后 再次利用a n s y s 软件对优化后的支撑车车体进行动态分析与疲劳校 核 通过分析得到支撑车车体的前六阶固有频率及振型 不同频率的响应值变化 曲线和车体疲劳累计系数 验证了在绿色优化设计后支撑车车体动态特性稳定 最后 对本文煤矿井下皮带卧式延伸转载机支撑车车体的设计过程进行绿色 优化评价 并总结了煤矿井下皮带卧式延伸转载机支撑车的绿色优化设计流程 为今后煤矿井下皮带卧式延伸转载机的其他部件及类似煤矿井下机械的绿色优化 设计提供了理论上的参考 图 4 8 表 8 参 5 3 关键词 煤矿井下 卧式延伸转载机 支撑车 有限元分析 绿色优化 分类号 t h 2 4 3 2 安徽理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nm ec o u r s eo fn o r m a lm i n i n ga n ds a f e t yo ft h er a wc o a l p r o d u c t i o n c o a l t r a n s p o r t a t i o ns y s t e mo fc o a lm i l l eh a sb e e nt h ei m p o r t a n tl i n ko ft h ew h o l em i n i n g s y s t e m t h em a i np r o b l e mo fc o a lm i n et r a n s p o r t a t i o ns y s t e me x i s t sn o tc o n t i n u o u s w o r k m e a n w h i l e s o m ep r o b l e m ss t i l le x i s t s u c ha st h el o a d e ro ft h eh i g hs a f e t y f a c t o r m a n u f a c t u r i n gm a t e r i a l sa n du s eo ft h em a c h i n ei sn o te n o u g hs a v i n ga n d e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n i no r d e rt om a k et h es t r u c t u r eo ft h et r a n s p o r t a t i o ns y s t e m m o r er a t i o n a la n dm o r eg r e e n m o r ei nl i n ew i t ht h ec o n c e p to f e n e r g ys a v i n gi nt h eu s e o fd e s i g na n dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s t h es u b j e c to fc o a lm i n eh o r i z o n t a le x t e n s i o no f t h el o a d e rd e s i g nt om a k et h ec o a lm i n e t h i sa r t i c l eo nt h es u b j e c tb a s e do n p r e v i o u s w o r kf o rt h ec o a lm i n eh o r i z o n t a le x t e n s i o no ft h el o a d e rs u p p o r tv e h i c l e sc o n d u c t e d b yt h em i n i s t r yo ft h eg r e e no p t i m i z e dd e s i g n f i r s t t h eo v e r a l ls t r u c t u r ea n dw o r k i n gp r i n c i p l eo ft h ec o a lm i n eh o r i z o n t a l e x t e n s i o nl o a d e r a n de x p o u n d e dt h em e a n i n ga n ds i g n i f i c a n c eo ft h eg r e e nc o a lm i n e m a c h i n e r yo p t i m i z a t i o nd e s i g n c o m b i n e d 州t ht h er e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b r o a d p o i n t e do u tt h a tt h eg r e e no p t i m i z et h ed e s i g no fc o a lm i n el o a d e rt h en e e dt os t u d y e x t e n s i o no ft h ev a r i o u sp a r t sa n dc o m p o n e n t so ft h el o a d e r s u p p o r tv e h i c l e d e p a r t m e n to nt h em a t e r i a la n ds t r u c t u r a la s p e c t so ft h ec o a lm i n eh o r i z o n t a lg r e e n o p t i m i z et h ed e s i g n l a i dt h ef o u n d a t i o nf o rt h ew h o l eg r e e no p t i m i z a t i o n s e c o n d l y t h eu s eo fp r o e n g i n e e r3 ds o f t w a r et oe s t a b l i s ht h et h r e e d i m e n s i o n a l m o d e lo fac o a lm i n eh o r i z o n t a l t h r e e d i m e n s i o n a lm o d e li na n s y s e x t e n s i o no ft h el o a d e r s u p p o r tv e h i c l eb o d y s t a t i ca n a l y s i s s u p p o r tv e h i c l eb o d yi nt h er o l eo f t h es t a t i cl o a dt h es t r u c t u r eo ft h en o d ed e f o r m a t i o n s t r e s sa n ds t r a i n d i a g r a m t h e r e s u l t sv e r i f yt h eo r i g i n a ls u p p o r t i n gv e h i c l eb o d ys t r u c t u r es t i f f n e s sa n ds t r e n g t ht o m e e tt h ew o r kr e q m r e m e n t s s t r u c t u r ea n dm a t e r i a lo p t i m i z a t i o n i no r d e rt o s u p p o r t v e h i c l eb o d yd e s i g no p t i m i z a t i o n r e s p e c t i v e l y f r o mb o t hs m l c t u r a lp a 脚n e t e r sa n d m a t e r i mp r o p e r t i e st oc h a n g et h et h r e e d i m e n s i o n a lm o d e lt oo p t i m i z e a n da g a i l lt l l e f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s i no r d e rt oa c h i e v e t h eo b j e c t i v e so f t h eg r e e n o p t i 嘶z a t i o n t h e n a g a i nu s i n ga n s y ss o f t w a r et o a n a l y z ea n dc h e c kt h ed v n a m i c c h a r a c t e r i s t i c so ft h eo p t i m i z e ds u p p o r tt h ev e h i c l eb o d y t h r o u g ht h ef i r s ts i o r d e r n a t u r a lf r e q u e n c ya n dm o d e so f s u p p o r t i n gv e h i c l eb o d ya n dt h er e s p o n s ec u r v eo ft h e 1 1 a b s t r a c t v a l u e sa n di nt h ea n a l y s i so ft h ed i f f e r e n tf r e q u e n c i e so b t a i n e db yt h eh a r m o n i c r e s p o n s e t h ea n a l y s i sr e s u l t sd e m o n s t r a t et h es u p p o r tv e h i c l eb o d yi nt h eg r e e n o p t i m i z e dd e s i g ni t sd y n a m i cp e r f o r m a n c ea n ds t a b i l i t y f i n a l l y t h ec o a lm i n eh o r i z o n t a le x t e n s i o no ft h el o a d e rs u p p o r tt h eg r e e nv e h i c l e b o d yo p t i m i z a t i o nd e s i g ne v a l u a t i o nt oe x p l o r eac o a lm i n eh o r i z o n t a le x t e n s i o no ft h e l o a d e rs u p p o r tv e h i c l eg r e e no p t i m a ld e s i g nm e t h o d a l le x t e n s i o no ft h eo t h e rp a r t so f t h el o a d e ra f t e rt h ec o a lm i n eu n d e r g r o u n dh o r i z o n t a la n ds i m i l a r m a c h i n e r y g r e e n o p t i m i z e dd e s i g np r o v i d e sat h e o r e t i c a lr e f e r e n c e f i g u r e 4 6 t a b l e 8 r e f e r e n c e 5 3 k e y w o r d s c o a lm i n e h o r i z o n t a le x t e n s i o no ft h el o a d e r s u p p o r tv e h i c l e s f i n i t e e l e m e n ta n a l y s i s g r e e no p t i m i z a t i o n c h i n e s eb o o k sc a t a l o g t h 2 4 3 2 1 1 1 安徽理工大学硕士学位论文 目录 目录 摘要 i a b s t r a c t i i 引 言 一1 1 绪论 3 1 1 课题研究背景及研究意义 3 1 2 国内外煤矿井下转载系统的研究现状 4 1 2 1 国内外研究现状 4 1 2 2 存在的问题 5 1 3 煤矿井下皮带卧式延伸转载机介绍 5 1 3 1 煤矿井下皮带卧式延伸转载机的结构及其工作原理 5 1 3 2 煤矿井下皮带卧式延伸转载机的结构特点 6 1 3 3 煤矿井下皮带卧式延伸转载机其他主要组成部分及其功能介绍 7 1 3 4 支撑车的结构及各功能介绍 9 1 4 煤矿井下皮带卧式延伸转载机支撑车绿色优化设计与分析简介 1 1 1 5 研究内容和研究意义 11 1 5 1 主要研究内容 1 1 1 5 2 课题研究意义 1 2 1 6 本章小结 1 2 2 支撑车筛选设计 13 2 1 支撑车车体部分的筛选设计 1 3 2 2 支撑车支架的筛选设计及支撑车车体连接的设计 13 2 3 支撑车自动绕绳器的筛选设计 1 4 2 3 1 卷筒机构 1 5 2 3 2 带传动机构 1 6 2 3 3 轴的结构 1 7 2 4 支撑车轮对及轮轴的筛选设计 19 2 4 1 轮对机构 19 2 4 2 轮轴机构 2 1 2 5 轴承处的密封部分 2 l 安徽理丁入学硕士学位论文 2 6 本章小结 2 2 3 支撑车车体的静态有限元分析与强度校核 2 3 3 1 支撑车的有限元分析和优化设计的原理 2 3 3 1 1 有限元法的发展概况 2 3 3 1 2 有限元法的基本原理 2 4 3 1 3a n s y s 软件的设计步骤 2 8 3 2 创建有限元模型 2 9 3 2 1 建立实体模型 2 9 3 2 2 定义模型的单元类型及材料属性 3 0 3 2 3 对模型进行网格划分 3 0 3 3 对模型加载并求解 3i 3 3 1 施加约束 3 1 3 3 2 施加载荷 3 2 3 4 查看结果 3 3 3 5 支撑车车体的优化设计 3 5 3 5 1 车体尺寸参数的优化 3 5 3 5 2 车体材料优化 4 0 3 5 3 支撑车车体两种材料的对比 4 4 3 6 本章小结 4 5 4 支撑车车体的动态特性分析与疲劳校核 4 7 4 1 支撑车车体的模态分析 4 7 4 1 1 建立模型 4 7 4 1 2 模态求解 4 8 4 1 3 查看分析结果 4 9 4 1 4 对优化材料进行分析 5 1 4 2 支撑车车体的谐响应分析 5 3 4 2 1 支撑车车体谐响应分析模型 5 4 4 2 2 设置分析参数并求解 一5 4 4 2 3 查看分析结果 一5 4 4 2 4 对优化材料进行分析 5 5 4 3 支撑车车体的疲劳校核 5 6 4 3 1 建立支撑车车体的疲劳分析模型及力的加载 5 6 目录 4 3 2 支撑车疲劳分析过程 5 6 4 3 3 分析两种材料的疲劳计算结果 5 7 4 3 4 对新型材料进行涂层处理及疲劳校核 5 8 4 4 本章小结 5 9 5 支撑车车体绿色优化设计理念初探 一6 1 5 1 煤矿井下机械绿色设计内容 6 1 5 2 支撑车研究的绿色优化设计评价 6 2 5 2 1 支撑车的绿色优化设计评价 6 2 5 2 2 煤矿井下皮带卧式延伸转载机整体绿色优化设计评价 6 3 5 3 煤矿井下皮带卧式延伸转载机绿色优化设计流程探讨 6 4 5 4 本章小结 6 5 结 论 一6 7 参考文献 6 9 致谢 7 2 作者简介及读研期间主要科研成果 7 3 安徽理jj 大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t i i n t r o d u c t i o n 1 1l n 缸 o d u c t i o n 2 3 1 1r e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 3 1 2r e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b r o a do fc o a lm i n et r a n s p o r t a t i o nm a c h i n e 4 1 2 1r e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b r o a d 4 1 2 2e x i s t i n gp r o b l e m s 5 1 3i n t r o d u c t i o nc o a lm i n et r a n s p o r t a t i o nm a c h i n e 5 1 3 1s t r u c t u r ea n dw o r k i n gp r i n c i p l eo f c o a lm i n et r a n s p o r t a t i o nm a c h i n e 5 1 3 2s t r u c t u r a lf e a t u r e so f c o a lm i n et r a n s p o r t a t i o nm a c h i n e 6 1 3 3s t r u c t u r ec o m p o n e n to f c o a lm i n et r a n s p o r t a t i o nm a c h i n e 7 1 3 4s u p p o r tv e h i c l es t r u c t u r ea n df u n c t i o n 9 1 4c o a lm i n eh o r i z o n t a le x t e n s i o no ft h el o a d e rs u p p o r tv e h i c l eg r e e no p t i m a l d e s i g na n da n a l y s i si n t r o d u c t i o n 11 1 5t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dr e s e a r c hs i g n i f i c a n c e 11 1 5 1m a i nr e s e a r c hc o n t e n t s 11 1 5 2r e s e a r c hs i g n i f i c a n c e 1 2 1 6b r i e fs u m m a r yo f t h ec h a p t e r 1 2 2 f i l t e rd e s i g no f t h el o a d e rs u p p o r tv e h i c l e 1 3 2 1s c r e e n i n ga n dd e s i g no f t h ev e h i c l eb o d yp a r t 1 3 2 2s c r e e n i n ga n dd e s i g no f s u p p o r t i n ga n dc o n n e c t i n gv e h i c l eb r a c k e t 1 4 2 3f i l t e rd e s i g no fs u p p o r t i n gv e h i c l e sa r o u n dt h er o p ea u t o m a t i c a l l y 1 4 2 3 1d r u ms t r u c t u r e 1 5 2 3 2w i t ht r a n s m i s s i o n 16 2 3 3s i 斌s t r u c t u r e 1 7 2 4f i l t e rd e s i g no f s u p p o r t i n gt h ew h e e la n da x l e 19 2 4 1r o u n do f i n s t i t u t i o n a l 1 9 2 4 2a x l eb o d i e s 21 2 5s c r e e n i n gt os e a l e dp a r t st h ej o i n to fs p r o c k e ts h 世a n dl i f t i n ga n dl o a d i n g 2 1 目录 2 6b r i e fs u m m a r yo f t h ec h a p t e r 2 2 3s t a t i cf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sa n ds t r e n g t hc h e c ko f t h el o a d e rs u p p o r tv e h i c l e 2 3 3 1b r i e fi n t r o d u c t i o nt of i n i t ee l e m e n ta n a l y s i st h e o r ya n ds o f t w a r e 2 3 3 1 1o v e r v i e wo f t h ed e v e l o p m e n to f t h ef i n i t ee l e m e n tm e t h o d 2 4 3 1 2t h eb a s i cp r i n c i p l eo ft h ef i n i t ee l e m e n tm e t h o d 2 4 3 1 3b r i e f i n t r o d u c t i o nt oa n s y ss o f t w a r e 2 8 3 2c r e a t ef i n i t ee l e m e n tm o d e l 2 9 3 2 1b u i l du pat h r e e d i m e n s i o n a le n t i t ym o d e l 2 9 3 2 2d e f m i t i o nu n i tt y p e sa n ds e t t i n gm a t e r i a la t t r i b u t e 3 0 3 2 3m e s h i n g 31 3 3l o a d i n ga n ds o l v i n g 31 3 3 1e x e r td i s p l a c e m e n tc o n s 仃a i n t s 31 3 3 2a p p l i e dl o a d 3 2 3 4v i e wa n a l y s i sr e s u l t s 3 3 3 5o p t i m i z a t i o nd e s i g no f t h el o a d e rs u p p o r tv e h i c l eb o d y 3 5 3 5 1p a r a m e t e ro p t i m i z a t i o no f m o d e l 3 5 3 5 2m a t e r i a lo p t i m i z a t i o no fm o d e l 4 0 3 5 3c o m p a r i s o no f t w om a t e r i a l so p t i m i z a t i o nr e s u l t s 4 5 3 6b r i e fs u m m a r yo f t h ec h a p t e r 4 6 4 d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i ca n a l y s i sa n dc h e c k i n go ft h el o a d e rs u p p o r tv e h i c l e 4 7 4 1m o d a la n a l y s i so f t h el o a d e rs u p p o r tv e h i c l eb o d y 4 7 4 1 1b u i l dm o d e l 4 7 4 1 2m o d a ls o l v i n g 4 8 4 1 3v i e wa n a l y s i sr e s u l t s 4 9 4 1 4a n a l y s i sw i t ho t h e rm a t e r i a l s 51 4 2h a r m o n i cr e s p o n s ea n a l y s i so f t h el o a d e rs u p p o r tv e h i c l eb o d y 5 3 4 2 1e s t a b l i s hh a r m o n i cr e s p o n s ea n a l y s i sm o d e l 5 4 4 2 2s e t t i n gt h ea n a l y s i sp a r a m e t e r sa n ds o l u t i o n 5 4 4 2 3v i e wa n a l y s i sr e s u l t s 5 4 4 2 4a n a l y s i s 访t 1 1o t h e rm a t e r i a l s 5 5 4 3s u p p o r tt h ev e h i c l eb o d yf a t i g u ec h e c k 5 6 4 3 1t h ee s t a b l i s h m e n to ft h ef a t i g u ea n a l y s i sm o d e lt os u p p o r tt h ev e h i c l e i x 安徽理工大学硕士学位论文 b o d ya n dt h ef o r c eo f t h el o a d 5 6 4 3 2s u p p o r tv e h i c l ef a t i g u ea n a l y s i s 5 6 4 3 3a n a l y s i so f t h et w om a t e r i a l sf a t i g u ec a l c u l a t i o n s 5 7 4 3 4n e w m a t e r i a l s c o a t i n ga n df a t i g u ec h e c k 5 8 4 4b r i e fs u m m a r yo f t h ec h a p t e r 5 9 5f i r s te x p l o r a t i o no fg r e e nd e s i g nc o n c e p to fc o a lm i n et r a n s p o r t a t i o nm a c h i n e r y 61 5 11 1 1 em a i nc o n t e n to f g r e e nd e s i g nf o rc o a lm i n et r a n s p o r t a t i o nm a c h i n e r y 一6 1 5 2 v e h i c l e r yo ng r e e nd e s i g ne v a l u a t i o nf o rt h eg r e e nd e s i g no fc o a lm i n e t r a n s p o r t a t i o nm a c h i n e 6 2 5 2 1g r e e nd e s i g ne v a l u a t i o nf o rt h el o a d e rs u p p o r tv e h i c l eb o d y 6 2 5 2 2g r e e nd e s i g ne v a l u a t i o nf o rt h ew h o l em a c h i n e 6 3 5 3r e d u c t i o na n dg r e e nd e s i g np r o c e s sd i s c u s so fc o a lm i n et r a n s p o r t a t i o n m a c h i n e 6 4 5 4b r i e fs u m m a r yo f t h ec h a p t e r 6 5 c o n c l u s i o n 6 7 r e f e r e n c e 6 9 c o m p l i m e n t 7 2 r e s u m eo fa u t h o ra n dm a i nr e s e a r c ha c h i e v e m e n t sd u r i n gt h ep o s t g r a d u a t e 7 3 x 引言 引言 当前 煤矿井下矿物 原煤 矸石和岩石 的转载一直是煤矿井下开采的一 个重要的环节 它直接对煤矿井下的开采效率产生影响 如何更有效的提高煤矿 井下的转载效率具有重要的现实意义 针对目前大中型煤矿井下的转载设备不能 连续性装载的问题 经过大量的现场考察 并且利用现代的设计理论和方法 设 计出了煤矿井下皮带卧式延伸转载机 该机器不仅能更有效的解决煤矿井下的连 续装载问题 而且对煤矿井下的环境具有更强的适用性 由于有些煤矿井下机械设备存在安全系数设计不尽合理 常常使其成本偏高 因而限制了煤矿井下机械在其他行业中的使用和普及 这从煤矿井下开采的长远 角度来看是很不利的 同时为了满足国家对各行各业节能减排的要求 在保证煤 矿井下安全开采的前提下 对煤矿井下机械设备进行绿色的优化设计是很有必要 的 鉴于此 尝试着提出了煤矿井下皮带卧式延伸转载机的绿色优化设计 已申 报发明专利 本文主要是对该机器的一个重要部件支撑车进行绿色优化设计分 析 在探讨支撑车绿色优化设计的流程的基础上 对煤矿井下皮带卧式延伸转载 机的其他部件的绿色优化设计起到参考的作用 本文将运用三维画图软件p r o e n g i n e e r 建立煤矿井下皮带卧式延伸转载机支 撑车的三维实体模型 然后将三位实体模型导入有限元分析软件a n s y s 中 对 支撑车车体进行静力学与动力学分析 根据a n s y s 的计算数据 对支撑车车体 结构的刚度及强度进行校核 保证其在安全使用的范围内 为使支撑车的结构更 加优化 安全系数更加合理 从改变支撑车车体模型的结构参数和材料属性两个 方面对支撑车车体结构进行优化 并对优化后两种材料的结构进行动态特性校核 最后 需要对支撑车车体的设计过程进行绿色优化评价 并总结了煤矿井下皮带 卧式延伸转载机支撑车的绿色优化设计流程 为以后的煤矿井下皮带卧式延伸转 载机其他部件及同类型的机械提供理论上的参考 安徽理t 人学硕十学位论文 1 绪论 1 1 课题研究背景及研究意义 1 绪论 现阶段 煤炭行业仍是我们国家发展和腾飞十分依赖的能源产业 它在能源 产业中占有着非常重要的地位 并且在可预测的未来且在很长的一段时问内 仍 然是我国主要的能源产业n 1 怎么样合理的充分发挥我国煤炭资源优势 是我们 这代人必须面对的刻不容缓的责任和难题 大量的实践经验告诉我们 只有立足 于煤炭 立足于国内 放眼国外 才是我们国家能源与制造产业的现实要求和必 然选择口1 但是现阶段我国煤炭资源的实际开采效率的形势不容乐观 矿井勘探 的程度总体偏低 开采与运输的机械自动化程度与发达国家相比还有不小的距离 因此这就造成了煤炭资源在开采过程中无法避免的浪费 如何有效的提高我国煤 炭资源开采的效率 具有着重要的研究意义 目前 以国内大中型煤矿的开采情况 总体看来煤矿井下的采掘系统已经基 本上实现了机械化与自动化的过程 这比以往的人工开采大大的提高了效率 在 减小了煤矿劳动工人工作强度的同时 也间接的保证了煤矿井下的安全生产的环 境 然而在煤矿的自动化生产中 煤矿的井下转载系统仍然存在着不能连续装 载的问题 同时自动化程度偏低 人工的参与量较大 如何有效的解决煤矿井下 转载系统是提高煤矿开采效率的关键之所在 从现阶段来看 国内大多数煤矿的 井下转载方式主要是先靠提升机将掘进机开采下来的矿物拖拽到矿车里 然后由 矿车将矿物运出矿井 这种转载方式采取的措旌是提升机一次装满一节或两节矿 车 然后换轨道继续装载后面的矿车 在换轨道后共集满六节或十二节车厢后 统一由电机车将矿物运出矿井 但是这种转载方式对煤矿井下的巷道要求很高 同时要求大量的劳动力参与 这种方式不仅限制了采煤效率的有效提高 而且使 采煤的成本也大大的增加 因此有必要对这种转载系统进行改进和创新 以求达 到提高生产效率 降低劳动成本 最终为我国的煤矿产业的开采效率提供帮助 针对以上问题 我们提出了煤矿井下皮带卧式延伸转载机的设计 可有效解决这 一问题 从而可大大提高转载系统的效率 传统的煤矿井下机械主要是以重型机械为主 这些机械的特点是体积庞大 且显得笨重 这其中的主要原因是为了满足煤矿井下安全生产的需要 许多机械 设备被设计很高的安全系数 这使得这些机械的成本大大提高 也最终使得这些 机械设备在其他行业的推广和应用受到了限制h 1 就当前的情况而言 煤矿井下 的转载系统主要存在的问题是结构的设计不尽合理 对环境的实用性不佳 转载 的效率不尽理想等 从长远发展的角度来看 机械的设备要求绿色环保 节能减 排 同时向轻型化和经济实用性方向发展 同样煤矿井下的机械设备也不能例外 安徽理工大学硕士学位论文 为此 本课题采用绿色优化的设计理念对煤矿井下皮带卧式延伸转载机进行设计 同时对煤矿井下皮带卧式延伸转载机支撑车进行深入的研究 这也为煤矿井下皮 带卧式延伸转载机的其他组成部件的设计提供了参考 所谓的绿色优化设计理念是指工程师们在设计产品初期时 就要考虑到怎么 减少产品从生产 使用到报废的各个环节对资源的消耗最少 废物的产生最少 以达到资源最大化利用的目标畸1 在上个世纪八十年代的中期绿色优化的设计理 念已经风靡全球 并且其思想在各个行业中都得到很好的应用 现如今 制造业 信息化产业 环境保护行业和包装业等都在推行着绿色优化的思想与理念 煤矿 井下的机械设备的绿色优化设计是指利用合理的设计方法实现煤矿井下机械设备 的轻型化 小型化 安全可靠且绿色环保的目标 以求达到煤矿井下机械在制造 过程中对资源的要求减少 废物的排放降低 最终能同时完成节能减排和安全生 产的双向目标 绿色优化的设计理念为本课题的研究提供了坚实的理论依据 1 2 国内外煤矿井下转载系统的研究现状 1 2 1 国内外研究现状 1 国外研究现状 最近几年来 欧美等先进国家的煤矿井下机械设备在利用高新技术领域的发 展进入了一个崭新的阶段 其中绿色优化设计的发展尤为突出哺1 这种新型的设 计理念不仅使煤矿井下设备本身的功能得到充分的利用 而且大大拓展了井下机 械设备的通用性 最终用户在设备上的投资得到有效的降低 而且还尽可能的充 分利用机械设备作业来代替人工劳动 提高了劳动生产效率口1 目前 国外很多 先进的国家在设计煤矿井下机械设备的过程中一直贯彻着这样一条主线 即资源 节约型设计 创新型设计和全生命周期设计等全新的设计理念 这些设计理论和 方法占据着新型煤矿井下产品设计的主导地位晴3 近年来 国外煤矿井下转载系 统进入了一个崭新的发展时期 在朝着系列化 轻型化方向发展的同时 已进入 小型化 微型化的发展阶段旧1 在国外先进国家 多采用自动化程度高的液压托起式自动转载机械 如德国 鲁尔煤炭公司的斗式转载系统是由液压系统将斗车托起按矿车的顺序 从前至后 依次转载 在将一列矿车全部转载完成后 有电机车统一运出矿井 虽然该发明 在运用绿色优化设计理念方面做的很好而且也在某种程度上使转载效率得到增 加 但是它只是在原有的转载系统的基础上进行改进 在根本上没解决转载系统 的连续工作的问题 2 国内研究现状 1 绪论 国内也有部分厂家在这方面有所创新 如丰城矿务局最新研制的自制桥式转 载皮带机的原理是用支架将运输机悬浮在矿车之上 一次性连续转载六辆矿车 虽然转载效率从理论上可以提高到原来的三倍 但是从根本上没有解决的转载系 统的连续性 只是将原有的转载方式进行改进 同时该系统结构庞大 在井下恶 劣的环境下 其支架的可靠性不易保证 皮带 刮板 转载列车是用底卸或侧卸 矿车进行改造而成 改造成本较高 转载时需要列车上方的多台皮带 刮板 机 在相邻矿车间按顺序来回换位影响了转载的效率和连续性 运输时由于皮带 刮 板 机在矿车上增加了负荷 另使矿车其它用途受限制u 0 1 2 2 存在的问题 目前 在经过国内外众多技术研究人员的多年研究下 煤矿井下转载系统比 起以往已得到了很大的发展 虽然智能化设计和计算机辅助设计的概念在煤矿机 械的设计中引入已久 但是国内企业的设计方法还是局限在传统设计方法之中 如类比法 经验法等等 国内外对煤矿井下转载系统方面的研究还不是很完善 至使不能彻底脱离传统的转载方式 因此转载系统运转效率不是很高 阻碍了其 在煤矿井下的推广应用 因此 对煤矿井下皮带卧式延伸转载机的研究很有必要 1 3 煤矿井下皮带卧式延伸转载机介绍 该皮带卧式延伸转载机的主要技术参数如表1 所示 表1 主要技术参数 t a b l e1m a i nt e c h n i c a ld a t a 3 0 0 0 0 长 m m 宽 m m 1 2 0 0 高 m m 1 7 0 0 牵引车电机额定功率 k w 1 1 皮带上下浮动角度 3 0 装满一矿车矿物所需时间 s 6 0 滚筒转速 r m i n 3 0 支撑车延展速度 m s 0 2 支撑车收缩速度 m s 1 皮带线速度 m m i n 1 5 3 2 1 3 1 煤矿井下皮带卧式延伸转载机的结构及其工作原理 1 煤矿井下皮带卧式延伸转载机的结构 安徽理工大学硕十学位论文 煤矿井下皮带卧式延伸转载机的结构主要是由1 提升机 2 牵引车 3 带式输 送机 4 支撑车 5 离合器 6 矿车和7 导轨等几部分构成 如图1 所示 1234567 阁1煤矿井r 皮带卧式延伸转载机 1 一提升机 2 一牵引车 3 一带式输送机 4 支撑车 5 一离合器 卜司 车 7 导轨 f i g 1h o r i z o n t a le x t e n s i o no f t h ec o a lm i n eb e l