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机械毕业设计论文
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机械毕业设计1395土豆挖掘机的设计说明书,机械毕业设计论文
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第 1 页 1 绪 论 土豆挖掘机的设计是挖掘机械的重要组成部分之一 。它的运行状态好坏对挖掘安全生产起着重要的作用。实践表明，因挖掘设备故障造成生产损失的情况时有发生。因此，作为预防措施对其故障进行诊断是十分必要的。矿山挖掘设备的维护通常采用定期检修的方法，在日常设备维修中，人们常常根据异响或温升变化等外部因素来判断设备的故障。挖掘设备常见故障有多种类型，如断绳、过卷、滑动、制动失灵及轴承和齿轮磨损等。但按此安排的停机检修，有时却发现其内部零件 (如轴、轴承、齿轮等 )并没有达到失效的程度，于是如何准确地判断设备的 故障并及时维修，就成为有关人员十分关注的问题。 本次毕业设计通过对挖掘机主轴承等进行润滑状态分析后，发现存在严重磨损现象，应该开展故障诊断和状态监测维修工作，本人进行了故障诊断和状态监测方法方面的研究，通过对各种监测方法比较论证，发现铁谱监测方法是首选方法。然后对各种铁谱仪进行比较，首选我校研制的 KTP-1型旋转式铁谱仪用于试验。 对挖掘机主轴承油样进行铁谱分析，提出铁谱制谱规范，特别是影响铁谱沉积状态的几个主要因素的取值范围和最佳组合，国内外一直没有正式相关规程报道，本人查阅国内外大量资料后，结合经验推荐 值，进行铁谱优化组合试验，得出最佳组合值，对现场应该有一定参考意义。 nts 第 2 页 2 挖掘设备综述 2.1 概述 挖掘机就其工作原理来看，与缠绕式挖掘具有显著的区别：钢丝绳不是缠绕在卷筒上，而是套在主导轮（轮）上，两端各悬挂一个挖掘容器，借助于安装在主导轮上的衬垫与钢丝绳之间的力来传动钢丝绳，使容器移动，从而完成挖掘或下放重物的任务。 具体来讲就是，几根挖掘钢丝绳 2（多位偶数根，如 2、 4、 6根）等距离地搭在轮地衬垫上，其两端分别与容器或平衡锤（单容器挖掘时）相连，平衡尾绳地两端分别与容器尾部 相连后，自由地悬在井筒中。当电动机带动轮转动时，通过衬垫与挖掘钢丝绳之间地力带动容器往复运动，完成挖掘任务。导向轮是加大钢丝绳在轮上地围包角或缩小挖掘中心距离的，是否采用导向轮视实际情况而定。 挖掘与缠绕挖掘一样，最初使用的是单绳式挖掘机，后来随着矿井深度和产量的增加，挖掘钢丝绳的直径越来越大，不但制造困难、悬挂不便，而且使挖掘机的有关尺亦随之增大。为了解决这个矛盾，在单绳式挖掘机的基础上创造出了几根钢丝绳代替一根钢丝绳的新型多绳挖掘机。我国在 1958年试制成功了第一台式挖掘机。 多绳挖掘机按布 置方式，可分为塔式与落地式两大类。落地式多绳挖掘机是在塔式多绳挖掘机的基础上将主机装置由空中搬到地面，其优点如下： （ 1）井塔（或称井架）、挖掘机房和井上口设备可以同时进行施工和安装，缩短了施工时间； （ 2）原井塔可用普通井塔式或井架代替，减少了附属设备（其中设备和电梯等）； （ 3）提高了抗震性能； （ 4）经济效益好； （ 5）检修更换部件方便。 2.2 挖掘设备的组成 JKMD型多绳挖掘机由主轴装置、制动装置、减速器、深度指示器、车槽装置、导向轮装置以及其它辅助设备组成。根据多 绳式挖掘机使用的特殊需要，还设有调零装置等。 （一）主轴装置 多绳挖掘机主轴装置由主导轮、主轴和两个轴承及锁紧器组成。主导轮和制动盘选用 16Mn 钢板焊接而成。制动盘的表面粗糙度不低于 3.2，偏摆值不大于 0.5mm。对于 JKMD-2.8/4以上的挖掘机，主导轮还带有支环，以增加nts 第 3 页 主导轮的刚度。由于各种挖掘机能力（最大静张力差）的大小不同，挖掘机选用盘形闸的副数不同，因此一个主导轮上有焊接一个制动盘的，也有焊接两个制动盘的。 主轴选用 45 号钢锻造后加工而成，其极限强度b 4.2 5.6Mpa,它与减速器采用刚性联轴器连接。主轴与铸钢轮毂采用热压配合连接。 主轴承采用滚动轴承，与滑动轴承相比有效率高、宽度小、维护简单、使用寿命长等优点。 衬垫是多绳挖掘机的重要零件，它承担者挖掘机钢丝绳上的全部载荷，并且还必须具有足够的系数，以防止挖掘过程中的滑动。因此，衬垫材质的优劣对挖掘的工作性能、使用范围、工作安全等有着直接的影响。目前，国内多采用热塑性塑料和聚氯乙稀衬垫，利用梯形槽固定法、即靠圆周方向的推力将衬块推入，故增加了主导轮的强度，延长了使用寿命。 为了更换挖掘钢丝绳衬垫、检 修盘制动器的方便和安全，在一侧的轴承梁上（或地平上）还装有一个锁紧主导轮用的锁紧器。 （二）减速器 本次毕业设计选用 ZHD2 R 140 刚性基础减速器。刚性基础减速器为单级双入轴圆柱圆弧齿轮减速器，主要由两侧的高速轴、齿轮和中间的低速轴、齿轮以及减速器箱体等组成。该减速器传动齿轮采用圆弧齿轮，但各种减速器的轴承有所不同。凡采用巴氏合金滑动轴承的，均应采用润滑油端强迫润滑，其润滑油的粘度以 E10为 2.2 2.5最为合适。 （三 ）防过卷装置 多绳挖掘机的防过卷装置共分为三个部分：一是安装在深度指示器上的终点开关；二是安装在井塔上的过卷开关；三是设置在井塔和井底的两套楔形罐道装置。 （四）车槽装置 车槽装置是式挖掘机必备的装置，对新安装的挖掘机要开设绳槽。运行中衬垫有了磨损，各绳槽间磨损程度不均，而使半径有差异，致使每根挖掘绳张力不均匀。当绳槽直径误差大于 1.5 2mm 时，即应对衬垫上的钢丝绳槽进行车削调整，以保证各条挖掘钢丝绳的张力平衡。 （五）导向轮装置 当主导轮的直径大于两个挖掘容器或挖掘容器与平衡重锤之间 的距离时，则需要采用导向轮系统来改变两根钢丝绳之间的中心距离。有时也可以利用导向轮来增加钢丝绳对主导轮的围包角，提高轮挖掘机的防滑安全系数。 nts 第 4 页 （六）调绳悬挂装置 目前用于多绳挖掘机中的挖掘绳的张紧调节装置为 XJ 型悬挂装置，本装置具有调绳准确方便和自动、平衡等优点。它主要由楔形绳卡、 LYT 型螺旋液压调绳器、液压管路、压力表连接组件、连接板以及主连杆等部件组成。 螺旋液压调绳器的主要作用是用来调整钢丝绳在安装时的长度偏差，以及运行后由于不同的残余伸长所引起的长度偏差。调绳的最大长度不得超过液压油缸中活塞的行程， 如调绳量再增大，则需重新调绳。 （七）深度指示器和调零装置 使用多绳式深度指示器时，为了防止因钢丝绳滑动伸长及蠕动等原因所产生的偏差，一般都有调零机构，以消除挖掘容器在每次运行后，由于上述原因所引起的容器实际停车位置与深度指示器指针预定零位之间的误差。当挖掘钢丝绳未发生滑动伸长及蠕动时，则调零电动机不运转，所以与它连接的螺杆，涡轮也不转。此时挖掘机主轴和齿轮使差动轮系的圆锥齿轮转动，再通过轴和齿轮带动圆锥齿轮转动。当丝杆转动时，深度指示器的指针便向上或向下移动，指示挖掘容器在井筒中的位置。指针称为粗针。为 了更精细准确地反映容器在停车前的位置，则经过几级齿轮传动带动一根精针，并在井筒中距离挖掘容器卸载位置前 10m处安装一个控制电磁离合器地磁感断电器。当容器在井筒中经过磁感断电器时，则电磁离合器合上使齿轮和轴连接上。于是当容器挖掘到距离卸载位置 10m处时，则精针开始转动。精针刻度盘上有刻度，每柱表示 1m 的挖掘高度，这样就能精确地反映容器在停车前的位置。 当钢丝绳发生滑动伸长和蠕动时，即容器已达到卸载水平而指针还未到达零位或已超过零位时，调整零自整角机 32 的转角与预定零位不对应，则产生偏差。当此偏差较大时，则调零 自整角机输出一定数值的电压足以使调零电动机运转，通过涡轮对差动轮系等使粗针在至电动机停止状态下得到向减少偏差的方向移动（限速圆盘也随着转动），直到偏差消除（即指针的位置与容器的位置一致），调零电动机停止转动，调零完毕。在另一个挖掘方向不进行调零，即一个挖掘调零一次。此外，调零自整角机在挖掘过程中不带电，随深度指示器空转。当挖掘容器准确到达停车位置停车拖闸后，才具备自动调零的条件。 2.3 多绳挖掘机的结构特点 多绳挖掘机的特点主要在主导轮上。主导轮窄面小，轮上包有带绳槽的衬垫。衬垫承担着挖掘钢丝绳重力、容器自 重、货载重力、平衡尾绳重力以及运行时的各种动载荷与冲击载荷，所以它也须有足够的抗压强度。此外，nts 第 5 页 它与钢丝绳之间还必须具有足够的系数，从而使挖掘机达到设计生产能力，并防止挖掘过程中的滑动。因此衬垫材质的优劣对挖掘机的工作性能，应用范围及工作安全等都有直接的影响。目前经常使用的有胶带、牛皮、热塑性塑料和聚乙烯塑料、聚氨酯橡胶等。 多绳挖掘机设有车槽装置，它的用途是在机器安装和使用过程中，在主导轮衬垫上车制绳槽及根据磨损情况，不定期地对绳槽进行车削，以保证各绳槽直径相等，磨损均匀，同时也能使每根钢丝绳拉紧程度相近、 受力均匀。 多绳挖掘机主导轮宽度与绳数有关。绳数取决于终端载荷及挖掘高度，常见的有 2、 4 及 6 根绳几种。采用偶数根绳的目的是：可以采用一半左捻钢丝绳，一半右捻钢丝绳，以便消除容器与罐道间由于钢丝绳扭转而引起的附加阻力。 为平衡挖掘钢丝绳的重力，在容器下面一般都设有平衡尾绳，平衡尾绳的树木取决于平衡尾绳重力，常见的扁尾绳有一根或两根，圆股绳有两根或的三根，经过适当搭配，使主绳与平衡尾绳的总单重相等，或者尾绳比主绳总单绳重稍重些。 为使多绳挖掘设备的几根挖掘钢丝绳张力保持平衡，在容器与钢丝绳连接处设有张力平衡装置 。 多绳挖掘机在工作或程中，会出现钢丝绳的蠕动现象。因此，钢丝绳与主导轮间会产生相对位移，随着挖掘系数增多，相对位移量亦不断增大。除了蠕动外，同时还可能存在着钢丝绳滑动与伸长等问题。这些都影响深度指示器的准确性，为止，必须在多绳挖掘机的深度指示器上，增加一个调零机构。所谓“调零”，就是深度指示器结构本身能够在容器每次运行后，消除由于钢丝绳的滑动、蠕动和伸长等原因引起容器实际停车位置与深度指示器指针预定零位之间的误差。 在某些情况下，例如，当受到井筒断面积及其它条件的限制，两挖掘容器中心之间的距离小于主导轮直 径，此时，为了使主导轮两侧的钢丝绳相互靠近一点，以适应两挖掘容器中心距离的要求，就需要装设导向轮。这时，挖掘钢丝绳在主导轮上的围包角增大，改善了多绳挖掘机的防滑性能。对于单容器带平衡锤的挖掘系统，当采用带导向轮的多绳挖掘机时，习惯上都是将导向轮设置在平衡锤的一侧。 3 挖掘设备的选型计算 3.1 设计的指导思想、原则、依据 3.1.1 选型设计的指导思想 nts 第 6 页 贯彻实事求是的精神，从实际出发，深入现场调查研究，理论联系实际，使设计做到切合实际，技术先进、经济合理、安全适用、符合多、快、好、省的要求，要学习和总结国内外先进经验，努力提高设计水平，在设计中要积极采用国内外的先进技术，选用的机械设备，必须以国产为主。要选用标转化、系列化产品，便于设备能及时供应，零部件易于更换和修理，以加快建设速度。 3.1.2 选型设计的基本原则 矿井挖掘设备的选型设计是否经济合理，对矿山的安全生产、基建投资、生产能力、生产效率及吨煤有着直接的影响。 挖掘设备选型设计只能在挖掘方式确定之后进行。矿井挖掘运输设备的合理设计主要取决于确定合理的挖掘方式和运输系统。主要应考虑以下几方面因素。 1）对矿井 年产量大于 60 万吨的大中型矿井，一般均设主付井两套挖掘设备。主井采用箕斗挖掘煤炭，付井采用罐笼完成辅助挖掘任务，如挖掘矸石、升降人员和下放料石和下放材料、设备等。对于年生产量小于 30 万吨的小型矿井，如果仅用一套罐笼挖掘设备就可以完成全部主付井任务时，采用一套挖掘设备是经济的。对于年产量大于 180万吨的大型矿井，主井往往需要两套箕斗挖掘设备，付井除配备一套罐笼挖掘设备外，多数尚需设置一套单容器平衡锤系统以专门挖掘矸石。 2）一般情况下，主井均采用箕斗挖掘方式。 3)为了提高生产率，中型以上矿井，原则上都 要采用双钩挖掘。如果矿井同时开采水平数过多，采用平衡锤单容器挖掘方式也是比较方便的。 4）根据我国目前实际情况，对于小型矿井，以采用单绳缠绕式挖掘系统为宜，对于年产量 90万吨以上的大型矿井，以采用多绳系统为宜。 5）挖掘若有两个水平，且分前后期开采时，挖掘机、井架或井塔等大型固定设备要接最终水平选择。挖掘容器、钢丝绳和挖掘电动机根据实际情况也可按第一水平选择，待井筒延伸至第二水平时，另行更换，但电动机以换装一次为宜。 以上所述，只是决定合理挖掘方式的一般原则。在具体设计中，要根据矿井的具体条件，提出若干可能 的方案。然后对基建投资、运转费用、技术的先进性等诸方面进行技术经济对比。同时，还要考虑到我国挖掘设备的生产和库存情况，才能决定出比较合理的方案。 3.1.3 选型设计的依据和主要内容 （一）设计依据 nts 第 7 页 1、主井挖掘 1）矿井年生产量 A（ t/a） ; 2）工作制度即年生产日数 br ，日工作小时数 t，煤炭工业设计规范规定： br 300d， t 14h； 3）矿井开采水平数及各水平服务年限； 4）矿井深度 Hs（ m） ,即井口至各开采水平的深度， 5）卸载水平与井口的高差 Hx (m),可按下列数据选取： 对于底卸式箕斗： Hx 15 25m, 对于普通罐笼： Hx 0 15m； 6）装载水平与井下运输水平的高差 Hx (m)，对于底卸式箕斗： Hz =18 25m； 7）煤的散集密度（ t/m3 ） ; 8)挖掘方式：箕斗或罐笼； 9）矿井电压等级。 2、付井挖掘 1）矸石年产量：如无特别指出时，可取煤炭产量的 15 20；最大班出矸量按日矸量的 50计算； 2）最大班下井人员数目（人 /班）； 3）矿井深度 Hs（ m） ； 4）每班下井材料、设备、炸药次数。（次 /班）； 5）挖掘罐笼或规格，罐笼质量（ kg），矿车质量（ kg）； 6）矸石散集密度（ t/m3 ） 。 （二） 设计的主要内容 1）计算并选择挖掘容器 2）计算并选择挖掘钢丝绳； 3）计算并选择挖掘机； 4）挖掘电动机的预选； 5）挖掘机与井筒相对位置的计算； 6）运动学及动力学计算 7）电动机功率的验算； 8）计算吨煤电耗（对于主井挖掘）； 9）制定最大班作业时间平衡表（对于付井）。 3.2 付井多绳挖掘设备选型设计 3.2.1 设计依据 nts 第 8 页 1. 矿井年生产量 150 万吨，含矸率 18，考虑到运输不均匀系数，则最大班出矸量为 500 吨； 2. 最大班下井人数 940人； 3. 坑木消耗定额 10米 3 /千吨； 4. 采用 MG3.3 9B三吨固定车厢式矿车，矿车自重 qc=1320千克，容积 v=3.3米 3 ，装矸量 Q 5300千克； 5. 该矿只有一个开采水平，矿井深度为 H=598米。 3.2.2 设计过程 一、 确定单容器挖掘或双容器挖掘、选择挖掘容器、并确定布置方式 由于该矿只有一个开采水平，为了充分利用设备能力，决定采用双罐笼挖掘系统。 采用合理的经济挖掘速度 VmVm 0.4 H 0.4 598 9.78米 /秒 选择 GDSY-3 2/150 4 三吨双层单车多绳罐笼，罐笼自重 QZ =11000 千克，全高 Hr 11.8 米，每层可乘人数 30 人，为了缩短每班运送人员时间，两层可同时进出人员，每层两侧也可同时进出人员，为此在井上下相应位置要修建出入平台。 在提矸和下料时，只用单层一车，这样可减小钢丝绳直径，也减小了挖掘机尺寸。 根据地形等条件，本矿采用井塔式布置。 二、 选择主挖掘钢丝绳和尾绳 1. 主挖掘钢丝绳 （ 1） 钢丝绳终端荷重 G 挖掘矸石： G Q+Qz +qc=5300+11000+1320=17620千克 式中： Q 5300 千克， Qz 11000 千克， qc 1320千克 挖掘人员：每人体重按 70千克计算 G Q+ Qz 2 30 70+11000 15200千克 （ 2） 计算钢丝绳单位长度重量 p :按挖掘矸石计算 nts 第 9 页 p )1.1( caB HmnG)65187.7170001.1(417620 2.55千克 /米 式中： n=4, B =170 千克 /毫米 2 Hc H+HJ+Hh=598+30+23=651 米 HJ暂取 30 米 Hh=HL +Hg+0.5+2S =2+10+0.5+2 2.208=16.9 米 HL 2 米， Hg 10 米， S 2.208 米， 取 Hh 23 米。 am 8.2-0.0005Hc=8.2-0.0005 651=7.87 选择 6 （ 30） -28-170- -镀 YB829-73左右捻钢丝绳各二根，其规格为：d=28毫米， p=3.04 千克 /米， B 170 千克 /毫米 2 ， Qq=52250 千克 2. 尾绳： 采用二根尾绳， n =2 单位长度重量： q=nn p=24 3.04=6.08 千克 /米 选择 18 7园股不旋转钢丝绳： d=40 毫米， q=6.25千克 /米， 本系统为重尾绳挖掘系统。 2q-4p=2 6.25-4 3.04=0.34千克 /米 3. 验算主钢丝绳的安全系数 )( hjqHHqnn p HGnQnts 第 10 页 )23598(25.623004.3417620 522504 8.11 钢丝绳的实际安全系数大于 7.87，所选钢丝绳可用。 三、选择多绳式挖掘机 1.计算主导轮直径 D D 100d=100 28 2800 毫米。 2.计算挖掘系统静张力 Fj:按提矸罐笼在井口计算 Fj G+4pHJ+n q(H+Hh) =17620+4 )23598(25.623004.3 =25747 千克 3.计算挖掘系统最大静张力差 Fr Q+ H 5300+0.34 5503598 千克 4. 确定减速器速比 i 和电动机转数 nc根据 Vm 9.78 米 /秒，选取 i=7.35. 则 nc=DVi m60 =8.2 78.935.760 =490.3 转 /分 决定选择 JKMD 2.8/4 多绳挖掘机，其规格为： D=2800 毫米， Dx=2500毫米， Fj 30000 千克， Fc 9000 千克， Gj 9310 千克， Gx 19 吨 /米。 5. 验算主导轮衬垫比压 PB 采用一般塑料衬垫， 0.2， PB 20 千克 /厘米 2 PB n D dHHqnHHnpqQQQ hJcz ) 2()2(22 8.22804 )232598(25.62)302598(04.341 3 2 025 3 0 04 9 5 0 nts 第 11 页 16.25 千克 /厘米 2 式中： Q v 1.5 3.3 4950 千克（矸石比重 1.5 吨 /米 3 ） 主导轮衬垫承受的比压 PB 小于衬垫的允许比压 PB 20 千克 /厘米 2 ，满足要求。 三、 挖掘机对井筒的相对位置： 1. 计算井塔高度 HJHJ=Hr +Hg+h+0.75Rx+Hzx=11.8+10+2+0.75 1.25+5=29.7 米 式中： Hr 11.8 米， Hg 10 米， h=2 米， Rx 1.25 米， Hzx 5 米 确定 HJ 30 米 2. 计算主导轮与导向轮的水平间距 L0L0 S+ Rx-R 2.208+1.25-1.4 2.058 米 式中： R 1.4 米 3. 确 定围包角 （ 1） 主导轮与导向轮的中心距离 b=02 LH ZX 22 058.25 5.407 米 （ 2） sin 1bRR X-tg 1ZXHL0 = sin 1407.5 25.14.1 -tg 15058.2=6.28 (3) 围包角 =180 + =180 +6.28 =186.28 规定：升降人员时 a1 0.75 米 /秒 2 2、按减速器输出轴允许最大扭矩计算 a1 )(22m axgGmDDKQMd )81.91 2 8 2 37 1 8 6(28.228.25 3 0 02.11 9 0 0 0 1.22 米 /秒2 3、按充分利用电动机过负荷能力计算 a1 m HKQF e )75.0 （7186 )59834.053002.1(956695.275.0 2.1 米 /秒 2 式中： 2.95 FemjeVp 102 81.9 92.01000102 9566 千克 4、按防滑条件计算（按挖掘开始考虑） （ 1）上升侧钢丝绳静张力 FsFs Q+Qz +qc+4p(H+Hj)+2qHh+ Q. 5300+11000+1320+4 3.04（ 598+30） +2 6.25 23+0.1 5300 26074 千克 式中： 0.1 （ 2）下放侧钢丝绳静张力 FxFx Qz + qc+4pHj+2q（ H+Hh） Q. nts 第 14 页 11000+1320+4 3.04 30+2 6.25（ 598+23） -530 19918 千克 式中： Q. 0.1 5300 530 千克 （ 3）上升侧运动部分变位质量 msms=gQFs = 81.9 53026074 =2604 千克 秒 2 /米 (4)下放侧运动部分变位质量 mxmxgGQF xx 81.9 238053019918 2327 千克 秒 2 /米 （ 5）按防滑条件允许的加速度为： a1 )(25.1)1()25.11xsxxsx mmme FFFe （）（ )23272604(25.12327915.0 )1991826074(25.119918915.0 1.27 米 /秒 2 式中： e 1 2.718 2495.32.0 0.915 根据以上计算，确定挖掘矸石时 a1 1.0 米 /秒 2 ，挖掘人员时 a1 0.75米 /秒 2 。 （三）确定减速度 a31、 规定：升降人员时 a3 0.75 米 /秒 2 2、按自由滑行减速方式计算（按挖掘终了考虑）。 a3m HKQ 7 1 8 6 59834.05 3 0 02.1 0.91 米 /秒 2 3.按挖掘矸时防滑允许的减速度（按挖掘终了考虑）。 （ 1）上升侧钢丝绳静张力 FsFs Q+ Qz + qc+4pHj+2q（ H+Hh） + Q. 5300+11000+1320+4 3.04 30+2 6.25（ 598+23） +530 nts 第 15 页 26278 千克 （ 2）下放侧钢丝绳静张力 FxFx Qz +qc+4p(H+Hj)+2qHh Q. 11000+1320+4 3.04（ 598+30） +2 6.25 23 530 19715 千克 （ 3）上升侧运动部分变位质量 msms=gGQF xs = 81.9 238053026278 =2867 千克 秒 2 /米 （ 4）下放侧运动部分变位质量 mxmxgQFx 81.9 53017915 2064 千克 秒 2 /米 （ 5）防滑允许的减速度 a3 )(25.1)1( )25.11xssxss mmme FFFe （）（ )20642867(25.12867915.0 )1971526278(25.126278915.0 3.67 a1 根据以上计算，确定挖掘矸石及人员的减速度 a3 0.75 米 /秒 2 （四）速度图各参数计算 1、挖掘矸石 （ 1）加速阶段 加速度： a1 1.0 米 /秒 2 加速时间： t1 1aVm 0.181.9 9.8 秒 加速距离： h1 12 tVm 8.9281.9 48.1 米 （ 2）减速阶段 nts 第 16 页 减速度： a3 0.75 米 /秒 2 减速时间： t3=34a VVm =75.0 4.081.9 =12.5 秒 减速距离： h3=342 tVVm = 2 4.081.9 12.5=63.8 米 （ 3）爬行阶段 爬行速度：取 V4 0.4 米 /秒 爬行距离： h4 3 米 爬行时间： t4 44Vn4.03 7.5 秒 （ 4）等速阶段 等速距离： h2 =H-h1 -h3-h4 =598-48.1-63.8-3=483.1 米 等速时间： t2 =mVh2 = 81.9 1.483 =49.2 秒 （ 5）一次挖掘循环时间 Tx t1 + t2 + t3+ t4 +t5+ 9.8+49.2+12.5+7.5+1+20 100 秒 式中： 制动减速时间 t5 1 秒， 20 秒 2、挖掘人员 （ 1）加速 阶段 加速度： a1 0.75 米 /秒 2 加速时间： t1 1aVm 75.081.9 13.1 秒 加速距离： h1 12 tVm 1.13281.9 64.3 米 nts 第 17 页 （ 2）等速阶段 等速距 离： h2 =H-h1 -h3-h4 =598-64.3-63.8-3=466.9 米 等速时间： t2 =mVh2 = 81.9 9.466 =47.6 秒 （ 3）一次挖掘循环时间 Tx t1 + t2 + t3+ t4 +t5+ 13.1+47.6+12.5+7.5+1+47 128.7 秒 式中： 47 秒（根据 规定计算） 。 3、下放货载 选取 a1 a3 0.75 米 /秒 2 。则一次挖掘循环时间与挖掘人员时间相同。 七、防滑验算 （一）挖掘矸石 1、验算挖掘矸石的静防滑安全系数：本挖掘系统为重尾绳系统，以挖掘终了时j最小，故应按挖掘终了计算。 （ 1）挖掘终了时，上升侧钢丝绳静张力 Fs：与计算防滑允许减速度相应的 Fs相同。 Fs 26278 千克 （ 2）挖掘终了时，下放侧钢丝绳静张力 Fx：与计算防滑允许减速度相应的 Fx相同。 Fx 19715 千克 （ 3）验算静防滑安全系数jjxsxFF Fe ）（ 11971526278 19715915.0 2.751.75 2、验算挖掘矸石之加速阶段动防滑安全系数d(1)计算加速终了时，上升侧钢丝绳静张力 FsFs= Q+ Qz + qc+4p(H+Hj h1 )+2q（ Hh+h1 ） + Q. nts 第 18 页 5300+11000+1320+4 3.04（ 598+30-48.1） +2 6.25（ 23+48.1） +530 26091 千克 （ 2）计算加速终了时，下放侧钢丝绳静张力 FxFx Qz +qc+4p（ Hj+h1 )+2q(H+Hh h1 ) Q. 11000+1320+4 3.04（ 30+48.1） +2 6.25（ 598+23-48.1） 530 19901 千克 （ 3）计算上升侧运动部分变位质量 msms=gQFs = 81.9 53026091 =2606 千克 秒 2 /米 (4)计算下放侧运动部分变位 质量 mxmxgGQF xx 81.9 238053019901 2325 千克 秒 2 /米 （ 5）验算动防滑安全系数dd11)()( )1 ammFF amFexsxsxx ）（ 1)23252606()1 9 9 0 12 6 0 9 1( )123251 9 9 0 1(915.0 1.451.25 3、挖掘矸石安全制动的防滑验算 （ 1）计算安全制动时需要的制动力矩 按照三倍静阻力矩计算最大制动力矩 Mz Mz 3（ Q+ H）2D=3(5300+0.34 598)28.2 23114 千克 米 由于在计算下放料石制动减速度时，该制动力矩所形成的制动减速度azx1.75 2、验算挖掘人员加速段动防滑安全系数d（ 1）计算加速终了上升侧钢丝绳静张力 Fs Q+Qz +4p（ H+Hj h1 ） +2q（ Hh+h1 ） + Q. 4200+11000+4 3.04(598+30-48.1)+2 6.25（ 23+48.1） +0.1 4200 23561 千克 (2)计算加速终了下放侧钢丝绳静张力 Fx Qz +4p（ H+H1 ） +2q（ H+Hh- h1 ） Q. 11000+4 3.04(30+48.1)+2 6.25(598+23-48.1)-0.1 4200 18691 千克 （ 3）上升侧运动部分变位质量 msms=gQFs = 81.9 42023561 =2358 千克 秒 2 /米 (4)下放侧运动部分变位质量 mxgGQF xx 81.9 238042018691 2190 千克 秒 2 /米 （ 5）验算动防滑安全系数dnts 第 21 页 d11)()( )1 ammFF amFexsxsxx ）（ 75.0)21902358()1 8 6 9 12 3 5 6 1( )75.02 1 9 0 51 8 6 9 1(915.0 1.881.25 式中：挖掘人员的加速度 a1 0.75 米 /秒 2 3、挖掘人员安全制动的动防滑验算 （ 1）验算挖掘人员实际的安全制动减速度 azs安全制动力矩 M1z 是由一台制动装置产生的，故与挖掘矸石相同， M1z 24279 千克 米 实际的安全制动减速度 azs为： azs=22)(1DmDHKQMz =4.16806 4.1)59834.042002.1(24279 =3.25 米 /秒 2 1.75 2、验算下放料石时减速段动防滑安全系数 （ 1）计算减速开始时，下放侧钢丝绳的静张力 FxFx=Q+ Qz +qc+np（ H+Hj-h3-h4 ） +n q(Hh+h3+h4 ) Q =4950+11000+1320+4 3.04(598+30-63.8-3)+2 6.25(23+63.8+3)-0.1 4950 =24722 千克 （ 2）计算减速开始时，上升侧钢丝绳的静张力 Fsnts 第 23 页 Fs Qz +qc+4p（ Hj+h3+h4 ） +2q(H+Hh h3 h4 )+ Q =11000+1320+4 3.04(30+63.8+3)+2 6.25(598+23 63.8 3)+0.1 4950 =20920 千克 （ 3）计算下放侧运动部分变位质量 mxmx=gQFx = 81.9 49501.024722 =2571 千克 秒 2 /米 (4)计算上升侧运动部分变位质量 msms=gGQF xs 81.9 238049501.02 0 9 2 0 2325 千克 秒 2 /米 (5)验算动防滑安全系数dd33)()()1ammFFamFexssxss）（ 75.0)25712325()2092024722( )75.0232520920(915.0 2.351.25 3、下放料石安全制动的动防滑 验算 （ 1）验算下放料石实际的安全制动减速度 azxazx=22)(1DmDHKQMz =4.17151 4.1)59834.049502.1(24279 =1.57 米 /秒 2 1.5 米 /秒 2 式中： M1z 制动器产生的制动力矩，与上提货载相同。 m 下放料石的挖掘系统变位质量 m = ）（ 1 2 8 2 39 3 1 02 3 8 08 0 5 08 0 0 12 4 6 4 04 9 5 081.9 1 nts 第 24 页 =7151 千克 秒 2 /米 （ 2)验算下放料石的滑动极限减速度 azxazx= gHQeGeFHeQeFxkk ）（ ）（）（ 1 111= 81.92034 9 5 0915.12 3 8 01915.11 8 9 2 3 203)1915.1(1.014 9 5 0)1915.1(1 8 9 2 3 ）（=2.05 米 /秒 2 满足： azs1.75 2、验算下放人员减速段的动防滑安全系数d：（按下放罐满员，上升罐为空罐计算） Fx 22727 千克， Fs 19525 千克 mx 2360 千克 秒 2 /米 ms 2190 千克 秒 2 /米 d33)()()1ammFFamFexssxss）（ 75.0)21902360()1952522727( )75.0219019525(915.0 2.471.25 3、下放人员安全制动的动防滑验算 （ 1）验算下放人员实际的 安全制动减速器 azxazx=22)(1DmDHKQMz nts 第 25 页 =4.16806 4.1)59834.042002.1(24279 =1.78 米 /秒 2 1.5 米 /秒 2 （ 2）验算下放人员的滑动极限减速度 azxazx= gHQeGeFHeQeFxkk ）（ ）（）（ 1 111= 81.92034 2 0 0915.12 3 8 01915.11 8 9 2 3 203)1915.1(1.014 2 0 0)1915.1(1 8 9 2 3 ）（=2.16 米 /秒 2 满足 azs1.75； 动防滑安全系数d1.25； 安全制动减速度 ,在挖掘载荷时 azs1.5 米 /秒 2 ； 安全制动减速度小于滑动极限减速度 azs1.1 考虑到下放重物时采用电气制动，电动机工作条件恶劣，故电动机容量大一些是合适的。 2、工作过负荷校验 力图中最大拖动力 Fmax F1 =13375 千克 电动机额定拖动力 Fe=9566 千克 eFFmax 956613375 1.39 0.75 0.75 2.95 2.2 nts 第 30 页 eFFmax 关于最大班下放工人时间不得超过 40 分钟的规定。 2、每班挖掘矸石时间 每班挖掘矸石次数 n一次提升矸石量 最大班出矸量3.5500 95 次 /班 每班挖掘矸石时间 t n60xT 9560100 158.3 分 式中： Tx挖 掘矸石一次循环时间 Tx 100 秒 3、其它作业所需时间见挖掘平衡作业时间表 付井挖掘平衡作业时间表 作 业 名 称 单位 数量 每次 数量 每班 次数 每次时间（秒） 每班时间 （分） 备注 下放工人 人 940 60 16 128.7 34.3 挖掘工人 人 470 60 8 128.7 17.2 运送干部、技术人员 人 5 128.7 10.7 挖掘矸石 吨 500 5.3 95 100.0 158.3 下放料石 吨 4.95 5 128.7 10.7 nts 第 31 页 下放木材 米3 25 3 9 128.7 19.3 运送炸药 3 395.0 19.8 运送设备 3 128.7 6.4 下保健车 3 128.7 6.4 作业时间合计 283.1 由上表看出，全部净挖掘工作时间为 4.7 小时，小于 关于净挖掘工作时间小于 5 小时的规定。 3.3 小结 挖掘机主轴承为挖掘机的关键部位之一，经常发生故障，且故障会影响挖掘机的运行，应重点对挖掘机的主轴承进 行监测。选型设计计算后发现该挖掘机负荷大，运转速度低，特别是由本章挖掘机速度图分析知，速度图分为五阶段，在第一阶段初期和第三阶段末期和第四、五阶段，速度较低，挖掘设备启动、停机频繁，经常在以上阶段，主轴承滚子与内外圈滚道为线接触，为弹流润滑状态，依据道森方程，其最小油膜厚度与轴的转速的 0.7 次方成正比，与载荷的 0.13 次方成反比。载荷高、转速低，则最小油膜厚度小，形不成全膜流体动压润滑，因此磨损将较为严重。调查还发现，该轴承易发生疲劳失效，保持架故障也时有发生。因此开展状态监测维修具有十分重要的意义。 nts 第 32 页 4 矿井挖掘机的主要故障及状态维修应用 4.1 常见故障现象及处理方法 4.1.1 主轴承 故障现象 故障原因 处理方法 强金属音 1.异常荷载 2.润滑剂不足，或润滑剂不合适 3.组装不良 配合修正分析轴承游隙、预压调整轴承紧力 润滑油补充，选择合适的润滑剂； 对安装方法的改进 规则音 1.由于异物引起滚道上形成压痕、生锈现象； 2.滚道上的剥离 更换轴承 不规则音 1.游隙过大； 2.异物侵入损坏； 3.滚动体有伤痕 注意轴承游隙的配合、对预压量进行修正 更换轴承并清洗相关零件，改善密封装置，使用清洁的润滑油； 更换轴承 异常温升 1.润滑油过多或过少； 2.润滑剂不足、不合适； 3.跑套（配合面蠕动） 4.密封装置不合适，有现象。 检查润滑情况； 对轴套的修正、改善配合； 密封件的修正。 振动大 1.剥离 2.组装不良 3.异物侵入 更换轴承； 应对轴、轴承室、油盖凸缘的垂直度的修正； 更换轴承、清洗相关部件，改善密封等。 磨损故障 1.异物侵入 2.生锈电腐蚀的发展 3.润滑不良 改善密封装置 定期清洗轴承室 改善润滑剂及润滑方式 4.1.2 制动系统 故障现象 故障原因 处理方法 闸瓦局部过热 制动力矩分布不均匀，调整不当，造成局部接触，单位压力大 调整拉杆长度与闸瓦间隙，或车削制动轮（制动盘）使闸瓦间隙一致，接触均匀 松闸不灵活 转动活结不灵活，制动油缸卡缸，油压压力小 检查各部传动活结与制动油缸活塞的动作是否灵活，检查油压是否正常 制动力矩不足 制动重锤重量不够，或盘 验算制动力矩是否合适，检nts 第 33 页 形弹簧弹力不够 查盘形弹簧弹力是否合适 油压不稳 1.密封皮碗或涨圈过紧，或活塞表面不光滑 2.油孔或油管堵塞 3.密封圈漏气 4.油质不良 5.油泵工作性能不良 检查修理或者更换 检查清扫或更换 调整或更换 换油 检查修理 闸瓦偏磨 1.闸瓦与制动中心线不重合，偏差过大。 2.闸瓦间隙不均匀 进行调整 进行调整 制动器操纵把手已推到极限位置，但松闸慢而且不能完全松开，或制动力矩不足 1.调整机构或水平小杠杆臂的长短调整不适合 2.制动器操纵手把移动的角度不适合 3.弹簧的弹力小 适当调整杠杆臂的长短 移动、调整操纵台上的挡铁 更换弹簧 4.1.3 减速系统： 故障现象 故障原因 处理方法 齿轮有异响和震动 1.装配啮合间隙过大或过小 2.齿轮加工精度不够或齿形不对 3.两齿轮轴线不平行、扭斜或不垂直，接触长度不够 4.轴承间隙过大 5.齿轮磨损过大 6.润滑不良 进行调整 进行修理或更换 进行调整或修理 修理或更换 超过限度时更换 加强润滑 齿轮磨损过快 1.装配不当，啮合不好 2.润滑不良 3.加工精度不符合要求 4.载荷过大或材质不符合规格，齿面硬度过软或过硬 5.疲劳 进行调整
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