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新乡职业技术学院毕业设计（论文）任务书学生姓名：学生姓名：_学号：学号：_ 专业：专业：_机械设计与制造机械设计与制造_毕业设计（论文）题目及专题毕业设计（论文）题目及专题_螺旋窨井挖掘机螺旋窨井挖掘机_ _ 题目类型题目类型 机械类机械类 题目来源题目来源 机械系机械系 毕业设计（论文）时间：自毕业设计（论文）时间：自_11_月月_13_日开始至日开始至_11_月月_13_日止日止1.毕业设计（论文）完成的主要内容及要求：毕业设计（论文）完成的主要内容及要求：设计对象：螺旋窨井挖掘机 设计主要内容及要求： （1）输送机的设计：螺旋输送机的工作原理，主要参数设计，传动端轴的计算 （2）攻进挖掘机的设计：攻进挖掘机的设计要求，攻进挖掘机的设计，消耗功率计算 2. 主要参考资料：主要参考资料： 机械加工设备与工装 机械制图 工程力学 机械设计基础 材料力学 电工电子 机械加工工艺手册 公差测量与拖动技术 机械拖动 3. 毕业设计进度安排：毕业设计进度安排：阶段阶 段 内 容起止时间1撰写个人选题报告2013 11.11-11.152着手收集资料，并报送提纲审定2013 11.18-11.223集中指导与个别指导，提交中期报告2013 11.16-11.224集中指导与个别指导，提交初稿审查2013 12.22-12.265修改，经审稿后定稿交稿2013 12.28-12.296答辩2014 01.06-01.07指导老师: _ 系主任: 1 题目类型：(1) 理论研究 (2) 实验研究 (3) 工程设计 (4) 应用研究 (5) 软件开发2 题目来源：(1) 教师科研题 (2) 生产实际题 (3) 模拟或虚构题 (4) 学生自选题附表 8新乡职业技术学院毕业设计（论文）中期报告系别机械制造系班级2011 级机械一班学生姓名朱俊华指导教师冯跃霞课题名称：螺旋窨井挖掘机课题主要任务：螺旋输送机工作原理，螺旋之境的确定，螺旋轴轴径的确定，攻进挖掘机的类型，挖头的设计，螺旋轴的确定。预期成果形式实现任务要求预期目标完成设计方案和有关图纸1、简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果2013/11/11-2013/11/15 撰写个人开题报告2013/11/18-2013/11/22 着手收集资料，并报送提纲审定 2013/12/16-2013/12/20 集中指导与个别指导，提交中期报告(1)螺旋窨井挖掘机组合零件图三张（3 号图纸）(2)螺旋窨井挖掘机转动马达原理图一张（3 号图纸）(3)螺旋窨井挖掘机装配图一张（1 号图纸）(4)设计说明书一份下一步的主要研究任务，具体设想与安排（1）螺旋输送机的主要参数设计（2）螺旋输送机消耗功率计算（3）螺旋输送机传动轴的计算（4）攻进挖掘机动力计算（5）攻进挖掘机传动零件的计算（6）减速器的结构设计及连链接的选择和计算3、存在的具体问题1、对传输机和攻进挖掘机的工艺分析，分析主要技术要求和关键技术问题。2、拟定工艺路线：零件的机械加工工艺过程是工艺规程设计的核心。3、熟悉零件结构，分析零件作用及其工艺特点，选择加工基准。4、制定工艺路线，确定机械加工余量，工序尺寸及切削用量。5、绘制零件加工工序图，绘制夹具图4、指导教师对该生前期研究工作的评价5、教研室对指导教师工作的建议与要求6、系主任审阅意见、签字附件 3新乡职业技术学院新乡职业技术学院毕业设计(论文)开题报告书 题目名称： 螺旋窨井挖掘机设计 学生姓名： 朱俊华 学 号： 1110211114 系 部： 机械制造系 专业年级： 2011 级机械设计与制造 1 班 指导教师： 冯跃霞 填写时间： 2013 年 11 月 28 日 新乡职业技术学院毕业设计（论文）开题报告新乡职业技术学院毕业设计（论文）开题报告一、选题的根据：一、选题的根据：1）本选题的理论、实际意义）本选题的理论、实际意义 2）综述国内有关本选题的研究动态和自己的见解）综述国内有关本选题的研究动态和自己的见解（一） 、毕业设计是一个总结性的教学环节对于增强事业心和责任感，提高毕业生全面素质具有重要意义是学生在校期间的昀后学习和综合训练阶段；是学习深化、拓宽、综合运用所学知识的重要过程；是学生学习、研究与实践成果的全面总结；是学生综合素质与工程实践能力培养效果的全面检验；是实现学生从学校学习到岗位工作的过渡环节；是学生毕业资格认定的重要依据；是衡量高等教育质量和办学效益的重要评价内容。毕业设计是机械专业教学中的重要环节。培养学生综合应用所学基础理论和专业知识，解决一般机械技术问题的能力，进一步提高和训练学生的机械制图、理论分析、结构设计、加工方案设计、计算机应用和外文阅读能力。通过毕业设计，使学生对一般机械的设计与加工内容、加工全过程有比较全面的了解，熟悉有关规范、规程、手册和工具书，为今后独立工作打下基础。毕业设计应强调理论联系实际，提高学生分析、解决工程实际问题的能力，注意培养学生踏实、细致、严格、认真和吃苦耐劳的工作作风。本课题结合自身将来所要对机械的设计、毛坯的选择、零件各表面加工方法及加工路线、零件加工路线的选择、设备装配等。本毕业设计要求在指导老师的指导下，独立系统的完成一项机械设计，解决与之有关的所知识。因此毕业设计对于培养我初步的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。（二）制造学科领域的知识体、随着科学技术的发展，人类文明已经达到了空前的发展，机械化取代手工生产已经成为全球公认的趋势。社会的各行各业都离不开各种各样的机械设备，而所有的这些设备都是由机械制造工业提供的，再机械中以挖掘机为例其形势，是要从零部件的自主知识产权逐步向整体设计自主知识产权过渡。这应该是比较齐全、具有较大规模的制造体系。但是随着社会的进步和发展就要了各种窨井，于窨井挖掘机的要求不断的提升。螺旋窨井挖掘机主要用于阴井的挖掘和挖掘出土石的传送，输送机和攻进机组成。但投资大自主产权的比重小、无核心技术、对问题处理速度和城市环境是急需改变的局面。提高材料利用率、提高劳动效率、增大自主创新是主要的发展方向。 二、研究内容二、研究内容螺旋窨井挖掘机设计路线主要围绕螺旋输送机和攻进挖掘机机的设计，输送机和攻进挖掘机的装配来安排的。根据给定的输送量以及物料特性分别进行叶片用料实形、螺旋直径、螺旋转速等主要参数的设计计算。螺旋输送机机：传输机的输送量、螺旋转速的确定、螺旋轴的直径确定、叶片的下料实型。攻进挖掘机机的设计：结构的设计、动力设计、挖头的设计减速器和功率计算、夹具设计、包括定位方案的设计、导向及对到装置的设计、夹具装置的设计、定位精度和定位误差的计算、绘制夹具装备图及夹具零件图。在保证质量的前提下应不断地最大限度的提高生产率，节约耗费， 减少投资，提高效益。3、研究方法、拟解决的关键技术、实验方案及可行性分析研究方法、拟解决的关键技术、实验方案及可行性分析（一） 、 研究方法： 理论研究法，比较分析法，观察法，实验法，定性分析法，文献研究法，制图比较法，模拟法，社会调查法，经验总结法等。（2） 、解决的技术 ： 1、输送机的工作原理 2、主要参数的设计 3、传动轴及动力的计算 4、攻进挖掘机的技术要求 5、结构和装配的计算。 6、消耗的功率（三） 、方案及分析： 1、对传输机和攻进挖掘机的工艺分析，分析主要技术要求和关键技术问题。审查零件的结构和装配，就能最后达到零件的技术要求。 2、拟定工艺路线：零件的机械加工工艺过程是工艺规程设计的核心。设计时对该工件通常应初拟几个不同加工工艺路线，经分析后，取其中的最佳方案实施。 4、进度安排和采取的主要措施进度安排和采取的主要措施 （一） 、进度安排： 1、撰写个人选题报告。 11 月 1911 月 21 日 2、着手收集资料，并报送提纲审定。 11 月 2211 月 27 日 3、考虑总体方案，提交中期报告。 12 月 1012 月 12 日 4、绘制总体装配图、零件图，提交初稿审查。 12 月 1712 月 23 日 5、课题全面总结，撰写毕业论文。 12 月 2412 月 29 日 6、完成论文，修改图纸，准备论文答辩。 2013 年 1 月 1213 日（二） 、主要措施：1、熟悉零件结构，分析零件作用及其工艺特点，选择加工基准。2、制定工艺路线，确定机械加工余量，工序尺寸及切削用量等。 3、 绘制零件加工工序图，绘制夹具图 五、五、主要参考文献主要参考文献朱艳芳：机械设计基础 ，吉林大学出版社 2010 年版。刘力：机械制图 ，高等教育出版社 2004 年版。周彩荣：互换性与测量技术 ，机械工业出版社 2011 年版。闻邦椿：机械设计手册 ，机械工业出版社 2010 年版。陈丹：工程力学 ，中国劳动社会保障出版社 2005 年版。司乃骏：机械制造工艺基础 ，高等教育出版社 2008 年版。 孙丽媛:机械制造工艺及专用夹具设计,冶金工业出版社 2003 年版。吴 拓：机械制造工艺与机床夹具 ，机械工业出版社 2006 年版。王先逵：机械制造工艺学 ，机械工业出版社 2006 年版。 陈立德：机械制造装备设计 ，高等教育出版社 2006 年版。六、指导老师意见六、指导老师意见 指导老师签名：指导老师签名： 年年 月月 日日七、答辩小组意见七、答辩小组意见答辩小组长签名：答辩小组长签名： 年年 月月 日日八、系毕业设计领导小组审核意见八、系毕业设计领导小组审核意见系毕业设计领导小组负责人签名：系毕业设计领导小组负责人签名： （公章）（公章） 年年 月月 日日附表 3新乡职业技术学院毕业设计（论文）选题申报表新乡职业技术学院毕业设计（论文）选题申报表年 月 日 专业机械设计与制造班级1联系电话15225976310学生姓名朱俊华E-mail1767650671拟选题目螺旋窨挖掘机的设计联系电话13803800104指导老师冯跃霞冯跃霞E-mail17688688409指导老师对选题意见个人意见：该设计有利于社会环境，且有很好的经济性。小组意见：有很大的前景。系主管审查意见说明：说明：学生本人初选毕业设计（作业）题目后填报此表，指导老师根据选题进行初审和修改，经系主管审批后正式确定题目，并由指导老师填写毕业设计（论文）任务书下达给学生。 新乡职业技术学院毕业设计(论文) 第- 0 -页 - 0 -目录1.绪论.1一 输送机的设计.21.引言.21.2 螺旋输送机的工作原理.21.3 主要参数设计.31.3.1 输送量.31.3.2 螺旋之境的确定.41.3.3 螺旋转速的确定51.3.4 螺旋轴轴径的确定.51.3.5 单片叶片下料实型确定.61.3.6 倾斜角度.71.3.7 消耗功率计算.71.4 传动端轴的计算8二 攻进挖掘机的设计.92.1 攻进挖掘机的设计要求.92.2 攻进挖掘机的类型.92.3 攻进挖掘机的设计.92.3.1 结构设计.92.3.2 动力选择.92.3.3 螺旋叶片下料实型确定.112.3.4 螺旋轴的确定.122.3.5 挖头的设计.152.4 功率计算.16 新乡职业技术学院毕业设计(论文) 第- 0 -页 - 0 -摘要摘要此螺旋挖掘机的主要的设计主要用于窨井的挖掘和挖掘出土石的传送，根据给定的输送量以及物料特性分别进行叶片用料实形、螺旋直径、螺旋转速等主要参数的设计计算（不计算自走装置） 。传动部分由于工作方式的限制采用液压传动和液压变速。根据计算得出主要参数选择合适的电动机。最后根据计算所获得结果整理出安装尺寸以及装配图的绘制。关键词关键词：螺旋输送机 挖坑机 液压传动 新乡职业技术学院毕业设计(论文) 第- 0 -页 - 0 -绪绪 论论 螺旋窨井挖掘机是用于窨井挖掘的设备，主要为提高窨井挖掘效率。传统的窨井需要两个以上的人合作挖掘一到两天，本设备可以一人操作一小时挖掘完成六米深窨井。窨井挖掘机的工作机构有两大部分构成。一部分是螺旋传送机，用于挖出土石的传送，另一部分是攻进挖掘部分。用于土石挖掘，下面对这两部分做一简单的介绍。首先介绍螺旋传送机，螺旋传送机是生产和物流运输不可缺少的重要机械设备之一，在国民经济的各个部门中得到了相当广泛的应用，已经遍及冶金、采矿、动力、建材、轻工、码头等一些重工业及交通运输等部门。本文主要为输送原料进行螺旋输送机的相关结构和参数设计第二部分公斤挖掘部分。它主要用于破开土石，挖成一个直径200毫米左右的洞适合后面的螺旋传送机向下行进。由于能力有限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师加以指正。谢谢！ 新乡职业技术学院毕业设计（论文） 第 2 页 -2- 第第 1 1 章章 输送机的的设计输送机的的设计1.11.1 引言引言 螺旋输送机是一种常用的连续输送机械。它是利用工作构件即螺旋体的旋转运动使物料向需要的方向运送，是现代化生产和物流运输不可缺少的重要机械设备之一，在国民经济的各个部门中得到了相当广泛的应用，已经遍及冶金、采矿、动力、建材、轻工、码头等一些重工业及交通运输等部门。主要是用来运送大宗散货物料，如煤、矿石、粮食、砂、化肥等。本文主要为输送原料进行螺旋输送机的相关结构和参数设计。1.21.2 螺旋输送机的工作原理螺旋输送机的工作原理 产中的螺旋输送机主要用于原料的输送和混合，一般采用实片无吊挂轴承、等螺距的单头普通螺旋输送机。其结构如图 1 所示，它由一根装有螺旋叶片的转轴和料槽组成。转轴通过轴承安装在料槽两端轴承座上，转轴一端的轴头与驱动装置相联。料槽顶面和槽底开有进、出料口。其工作原理是：物料从进料口加入，当转轴转动时，物料受到螺旋叶片法向推力的作用，该推力的径向分力和叶片对物料的摩擦力，有可能带着物料绕轴转动，但由于物料本身的重力和料槽对物料的摩擦力的缘故，才不与螺旋叶片一起旋转，而在叶片法向推力的轴向分力作用下，沿着料槽轴向移动。螺旋转输送机在输送物料过程中，物料的运动由于受旋转螺旋的影响，其运动并非是单纯的沿轴线作直线运动，而是在一复合运动中沿螺旋轴作一个空间运动。设螺旋输的螺旋为标准的等螺距等直径、螺旋面升角为 的单头螺旋。当螺旋面的升角 在展开的状态时，螺旋线用一条斜直线来表示。下面以距离螺旋轴线 r 处的物料颗粒 M 作为研究对象，进行运动分析 ( 图 2)。旋转螺旋面作用在物料颗粒 M 上的力为 P， 新乡职业技术学院毕业设计(论文) 第- 2 -页 - 2 -由于物料与叶片的摩擦关系，P 力的方向与螺旋面的法线方向偏离了 角。 角的大小由物料对螺旋面的摩擦角 及螺旋面的表面粗糙程度决定，对于一般热压或用冷轧钢板拉制的螺旋面，可忽略其表面粗糙程度对 角的影响，即认为 =。P 力可分解为法向分力 P1，和径向分力 P2。物料颗粒 M 在 P力的作用下，在料槽中进行着一个复合运动，既沿轴向移动，又沿径向旋转，既有轴向速度 Vl，又有圆周速度 V2，其合速度为 V。当螺旋体以角速度 绕轴回转时，距离螺旋叶片任一半径 r 处的 O 点物料 运输工业中螺旋输送机主要用于原料的输送，一般采用实体螺旋叶片， （由于本设计运送的为土石所以也采用实体叶片。 ）中间吊挂轴承等螺距的全叶式螺旋即S制法螺旋输送机。其一般结构图如下图1所示 它由一根装有螺旋叶片的转轴和料槽组成。转轴通过轴承安装在料槽两端轴承座上，转轴一端的轴头与驱动装置相联。料槽顶面和槽底开有进、出料口。其工作原理是：物料从进料口加入，当转轴转动时，物料受到螺旋叶片法向推力的作用，该推力的径向分力和叶片对物料的摩擦力，有可能带着物料绕轴转动，但由于物料本身的重力和料槽对物料的摩擦力的缘故，才不与螺旋叶片一起旋转，而在叶片法向推力的轴向分力作用下，沿着料槽轴向移动。1.3 主要参数设计主要参数设计1.3.1 输送量输送量是衡量螺旋输送机能力的一个重要指标，现传送物料选择为土石，平均挖掘量为10T/时，采用螺旋输送 机作水平输送，输送距离为0-6米。在输送物料时，螺旋轴径所占据的截面虽然对输送能力有一定的影响，但对于整机 新乡职业技术学院毕业设计(论文) 第- 3 -页 - 3 -而言所占比例不大，因此，螺旋输送机的物料输送量可粗略按下式计算：式中：Q=螺旋输送机输送量，th 。 F为料槽内物料层横截.36001fQ 面积 入为物料的单位容积质量，tm ，它同原料的种类、湿度、切料的长度以及净化方式、效果等多种因素有关，其值查阅相关的手册 为倾斜输送系数在实际工作中，通常不考虑物料轴向阻滞的影响，因此物料在料槽内的轴向移动速度所以由式(4)可以看出， ，螺旋输送机的物60/1ns.472nsDQ 料输送量与D、S、n、，有关，当物料输送量Q确定后，可以调整螺旋外径D、螺距S、螺旋转速n和填充系数等四个参数来满足Q的要求。 1.3.21.3.2 螺旋直径的确定螺旋直径的确定螺旋叶片直径是螺旋输送机的重要参数，直接关系到输送机的生产量和结构尺寸。一般根据螺旋输送机生产能力、输送物料类型、结构和布置形式确定螺旋叶片直径。由经验公式米5 . 21/CGKD此种螺旋输送机以土石为输送原料，由已知条件知 吨/时【1.2122 . 110G倍系考虑生产数倍量】=0.25【查表得物料填充系数】=2.7吨/【查表得物料堆积重度】3米=0.05651k螺旋输送机的螺旋轴直径系列如下100，120,150,200,250,300,400,500,600 ，800，,1200因窨井直径要求取D=1200mm螺距不仅决定着螺旋的升角，还决定着在一定填充系数F物料运行的滑移面， ，所以螺距的大小直接影响着物料输送过程。输送量Q和直 D一定时，螺距改变，物料运动的滑移面随着改变，这将导致物料运动速度分布的变化对于标准的输送机，通常螺距为K =0810；当倾斜布置或输送物料流动性较差时K 08；当水平布置时，K1=0810。因选用全叶式螺旋，由于土石的难流动与竖直传送其螺距和螺旋直径的关系为 新乡职业技术学院毕业设计(论文) 第- 4 -页 - 4 -S=0.3D=360mm取整值400.1.3.31.3.3螺旋转速的确定螺旋转速的确定螺旋轴的转速对输送量有较大的影响。一般说来，螺旋轴转速加快，输送机的生产能力提高，转速过小则输送机的输送量下降但转速也不宜过高，因为当转速超过一定的极限值时，会使攻进装置过载，以致无法工作。所以还需要对转速n进行一定的限定，不能超过某一极限值。为了保证物料能比较平稳地输送，不至被挖掘中断，根据实验螺旋的极限转速为 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 1Dkn/2式中D为螺旋直径，为物料特性系数 查表可得土石的物料特性系数为0.043。2k由以上计算可得D=1.2m 代入1式求的螺旋转速N=110转/分 按螺旋输送机转速系列20,30,35,45,60,75,90,120,150,190 因此圆整取标准系列值N=转/分在此校核填充系数=SCnDG247/24. 018 . 01 . 01 . 1120) 1 . 0(47/2 . 12在推荐范围了 填充系数满足要求1.3.41.3.4 螺旋轴轴径的确定螺旋轴轴径的确定螺旋轴径的大小与螺距有关，因为两者共同决定了螺旋叶片的升角，也就决定了物料的滑移方向及速度分布，所以应从考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量的适当分布来确定最合理的轴径与螺距之间的关系。根据物料的运动分 新乡职业技术学院毕业设计(论文) 第- 5 -页 - 5 -析,可知要保证物料在料槽中的轴向移动，螺旋轴径处的轴向速度要大于0，即螺1v旋内升角，又因为tanp=f，tan=S所以螺距与轴径之间的关2/2ad系必须满足的条件之一是：d/fs实践证明，对大多数螺旋输送机来说，一般其螺旋体的结构均能满足第一个条件的要求，但对螺旋体直径较小(例如D=100mm)的螺旋输送机来说，其 不一2定能满足第一个条件的要求，因而在确定较小直径螺旋体的S和d时，必须进行这项验算工作。轴径与螺距的关系还应满足的第二个条件是：螺旋轴径处的轴向速度 要大于圆周速度 ，即 。由此计算得出的轴径相当大，这势1v2v21vv 必降低有效输送截面。为了保证足够的有效输送截面，从而保证输送能力，就得加大结构，使得输送机结构粗大笨重，成本增加。所以，螺旋轴径与螺距的关系应是输送功能与结构的综合，在能够满足输送要求的前提下，直尽可能使结构紧凑 由于螺旋输送机的填充系数较低，只要保证靠近叶片外侧的物料具有较大的轴向速度，且轴向速度大于圆周速度即可。一般轴径计算公式为d=【00.500.2】D 在此 取d=0.125D 即 d=0.1 100=100mm1.3.51.3.5 单片叶片下料实型确定单片叶片下料实型确定全叶式螺旋结构简单，输送效率亦高，适于输送松散的物料。而叶片是极易磨 新乡职业技术学院毕业设计(论文) 第- 6 -页 - 6 -损的原件，需要经常的制备和更换。叶片通常先煨制成长度为一个螺距的单节叶片，再在转轴上焊接成为连续的螺旋。单节螺旋叶片的计算方法如上图所示，根据已知的 C,D,S,d值 ，计算a R的值。计算公式如下r=.111/LLcLR=.2rc .3rL01745. 0/36010式中.4222SCL .52221SdL由上面计算可知螺旋轴直径d=100mm 螺旋直径D=1200mm C=35mm =M r=0.4m R=0.385M a=0201.3.61.3.6 倾斜角度倾斜角度螺旋输送机的倾斜角度对于螺旋输送机输送过程的生产率和功率消耗都有影响，一般它是以一个影响系数的形式来体现的，螺旋输送机输送能力将随着倾斜角度的增加而迅速降低，同时，螺旋输送机布置时倾斜角度也将影响物料的输送效果，而且本款竖直传送要考虑土石受重力的问题。另外倾斜角度的大小还会影响填充系数，倾斜角度对填充系数的影响如表1。倾斜角度越大，允许的填充系数越小，螺旋输送机的输送能力越低。因此，在满足使用条件的前提下，在此选用水平布置，提高输送效率，即倾斜角度为零。 1.3.71.3.7 螺旋传送机消耗功率的计算螺旋传送机消耗功率的计算螺旋输送机的功率，用以克服以下阻力。1)使被运物料提升高度H(水平或倾斜)所需的能量(2)被运物料对料槽壁和螺旋面的摩擦所引起的能量消耗(3)物料内部颗粒间的相互摩擦引起的能量消耗；(4)中间轴与基座处的摩擦引起的能量消耗。克服以上阻力所需轴功率0N 新乡职业技术学院毕业设计(论文) 第- 7 -页 - 7 -=千瓦0N)(367HLGk所需电动机功率=千瓦电N)(367HLGk其中为物料阻力系数 为输送机水平投影长度 为垂直投影高度 LH（采用液压传动） 一般取=0.94总传动效率为功率备用系数 =1。2 -1.4 为轴功率 为电动机功率 kk0N电N由上式代入数值计算得：=17.5千瓦0N)(367HLGk)55 . 1 (367122 . 1=17.8千瓦电N)(367HLGk1.4 传动端轴的计算传动端轴的计算螺旋输送机的传动采用液压传动只校核传入端轴直径d，直径d是由螺旋直径D的系列所确定。但端轴传递的功率则随螺旋输送机的水平投影长度L和垂直投影高度H值的增加而增大。为了保证端轴能可靠的传递功率，确定功率后，对端轴进行强度验算。一定系列螺旋输送机的端轴所能承受的扭矩M和悬臂力P是固定的。端轴的需用扭矩通常以许用千瓦转速比【】表示。nN现拟采用联轴节和减速器作为传动装置。端轴受扭矩作用 进行千瓦转速验算K千瓦/转/分 查表得D=100毫米时 05. 060/3 . 00nN 所以端轴强度满足强度要求0nNnN 新乡职业技术学院毕业设计(论文) 第- 8 -页 - 8 - 第第 2 2 章章 攻进挖坑机的设计攻进挖坑机的设计2.1 攻进挖坑机的设计要求攻进挖坑机的设计要求1) 挖坑机所挖出的坑径应该方便螺旋输送机下行的要求。2) 挖出的坑径要有较好的垂直度，坑壁应整齐。3) 要求出土率在90%以上，以便在螺旋输送机的工进，挖坑时，抛出土应在坑的周围，抛土半径不应太大，以便处理。2.2 攻进挖坑机的类型攻进挖坑机的类型挖坑机的种类很多。如果按与配套动力的挂接方式对其进行分类，可分为悬挂式挖坑机；手提式挖坑机、牵引式挖坑机和自走式挖坑机本次挖坑机主要起到工进作用。按挖坑机上配置的钻头数量可分为单钻头、双钻头和多钻头掘坑机。挖坑机的钻头根据形状可分为螺旋式钻头螺旋带型钻头、叶片型钻头和螺旋齿式钻头等（本设计综合考虑采用双钻头）。对于悬挂式挖坑机，机器悬挂在拖拉机上主要用于地形平缓或拖拉机可以通行的地方，钻头的升降由拖拉机手通过拖拉机液压系统操纵，挖坑直径和深度都比较大，也可以多钻头同时作业。自走式挖坑机设计成整体自走式，挖坑机本身自带动力，通过性较好，技术含量和自动化程度较高，价格昂贵。后两种挖坑机由于局限性较大，在我国应用较少。单钻头挖坑机在我国应用比较普遍，多钻头挖坑机则比较少见。挖坑机的钻头形状多为螺旋式或螺旋带型。2.32.3 攻进挖掘机的设计攻进挖掘机的设计2.3.1 结构设计挖坑机是由拖拉机或电动机输出动力(带动液压泵），带动本设计所采用的液压泵。同时在液压提升机构控制下上下运动，以此实现挖头切土和抛土，从而形成土坑。据资料显示，挖坑机基本情况如下：配套动力2240kW，坑径3001000mm，坑深300mm，挖头结构为螺旋叶片式，有单头或多头之分，导程也各不相同，也有变导程的。其结构和工作原理基本相同。2.3.2 动力选择 原始数据： 新乡职业技术学院毕业设计(论文) 第- 9 -页 - 9 -1)深度（mm）:5002)钻头长度:3603)钻头转数（r/min）:随钻深变速4)运输间隙（mm):4505)钻头直径（mm）:300 挖坑的动力消耗与坑径、坑深、土壤硬度和下降速度有关。通过试验，坑径D600mm，坑深H800mm，配套动力应在20kW以下。动力大则效率大对机械本身强度要求高但传动采用液压转动所以穿动动力不会打机械本身。已知数据1)输送高度H=0m；2)土壤松散密度r=2.7t/m3（所查土壤的实体密度实=2.62.8t/m3）3)转速n0=300r/m(此是所要求的钻头转速)4)物料填充系数=0.6（经验数据垂直螺旋挖掘铲的填充系数0.5，由2中知港口使用的垂直螺旋卸船机=0.70.8，故估算=0.6） 垂直螺旋挖掘铲的轴功率计算公式 yQHP3470其中， )sin()sin()cos(sin000rrtgrQ螺旋能力 Q=542.6t/h螺旋挖掘效率0r绝对速度与水平线间夹角螺旋叶片螺旋角，推荐015土壤与螺旋表面之间的摩擦角（0）则可相应地土壤与外壳间摩擦系数35. 01f，由3中1ftg，知摩擦角03 .1935. 0 arctg，由此查中表 15-24。可得17. 0，0021r 由3式，kwkw96. 617. 03678 . 06 .5420 新乡职业技术学院毕业设计(论文) 第- 10 -页 - 10 - 选择的动力是电动机，kwP75.21%18%4096. 6210柴油机的效率是%401，传动过程中的效率%802。2.3.32.3.3 螺旋叶片类型及尺寸确定螺旋叶片类型及尺寸确定螺旋挖掘铲的叶片有实体型、带式、叶片型及齿形四种。据实际情况宜采用带氏螺旋，这也是常用的形式。按设计的直径、螺旋和厚度通过带钢材连续冷轧而制成整体螺旋叶片，安装在给定尺寸管轴上组成螺旋体；（2）分段式螺旋叶片是将叶片制成等螺距的单片，然后将每个单片彼此对焊在一起构成螺旋体。制成的螺旋体在转动过程中应具有一定的刚度，与机壳保持一定的间距。由于分段式螺旋叶片不需要大型专用设备，可以按需要制成需要制成异形的、大直径的、加厚的、要求淬火的及特殊材质的叶片。分段式实体型螺旋叶片通常是将薄钢板经下料后用模具冷压或热压制成。所以本次设计中采用分段式螺旋叶片。其下料尺寸如下图12所示：、13、 则L= =2043 mm 22)(SD22620)62014. 3(L =798 mm122)(Sd22620)16014. 3(d螺旋轴直径（由后面计算得为160mm）D螺旋叶片直径(取620mm)S螺距(取620mm)L螺旋叶片料坯外孔弧长度 新乡职业技术学院毕业设计(论文) 第- 11 -页 - 11 -L 螺旋叶片料坯内孔弧长度1R/r=L/L 即r=L/L .R b=R-r R=r+b 则 r=L +b/L-1111所需螺旋个数 X=L/S=6200/620=10(这里的L是根据滚筒的长度来算的)根据具体设计用3.5mm钢板来切割出圆环。可根据公式求出圆心角a，a=(2R-L)/2Rx360=5.8 2.3.42.3.4 螺旋轴的确定螺旋轴的确定1）选材及热处理一般情况下选 45 号钢，调质或正火；也可用 35、40、50 号钢，不重要或受力较小的轴可选用 Q235、Q275。高速重载下，可选合金钢，可对轴颈表面淬火。（低碳钢的可渗碳-淬火）但对应力集中敏感，应在结构设计中充分注意。球墨铸铁吸振性好，对应力集中不敏感、耐磨。具体材料与机构性能详见表7，选择 45 号钢11，调质处理，该轴硬度为 170HB-217HB，弯曲应力=590 Map ，b=295 Map ，=255 Map ，=140 MPa ， =55 MPas111 轴的结构设计由于本螺旋挖掘铲的挖坑深度是 500mm，了提高轴的刚度和抗弯强度，因此根据轴的实际生产经验，查表初步选择35 的钢管，即直径为 35 毫米。2）轴的校核虽然土壤在轴四周被均匀输送，螺旋轴在旋转时，由于自身的重力和焊在其上面的螺旋叶片的重力，此轴不仅受扭矩还受弯矩，所以在此需要校核其扭矩及弯矩的强度和刚度。由于所选的螺旋叶片螺距 S=400，挖掘深度为 300m，该螺旋叶片的导程P=620mm，据 L=nS 可知有 1 个螺距。 3）估算轴的直径轴的直径计算式19： 轴 d = =90.5300mm )1 (430nPA435 . 0130096. 6126式中:d 轴的直径；P 轴传递的额定功率(Kw)；n 轴的转速(r/min)； 按而定的系数 126103，见机械设计手册； 0A 新乡职业技术学院毕业设计(论文) 第- 12 -页 - 12 - 空心轴的内径与外径之比，取=0.5； 根据轴的扭转强度条件公式 32 . 09550000dnPWTT式中:-扭转切应力，单位为（MPa） ；T-轴所受的扭矩，单位为（N.m） ；-轴的抗扭截面系数（） ；TW3mm-轴的许用转应力 2545()见机械设计手册；aMP =43。27MPa21602 . 030096. 69550000TWT所以轴径 36mm 符合设计需要。表 4 轴的材料参数表轴的材料Q235-A20Q275 35 4540Cr 等高强度钢2mmN15-2520-3525-4535-55A149-126135-112126-103112-97注：表中所给出的值是考虑了弯曲影响而降低了的许用扭转剪应力。在下列情况下取较大值，A 取较小值；弯矩较小或只受扭矩作用，载荷较平稳，无轴向载荷或只有较小的轴向载荷，减速器的低速轴，轴单向旋转。反之，取较小值，A 取较大值。在计算减速器中间轴的危险截面处（安装小齿轮处）的直径时，若轴的材料为 45 号钢，可取 A=130-165。螺旋轴直径为36。轴的疲劳强度校核由扭矩 T 形成的扭转剪应力为 =T/WT WT抗扭截面系数(WT=(1- )/16)， =d/D3D4根据已知 P、n 可得出：M=95499549=24.403 N.m nP9023. 0对于直径为 d 的圆轴弯曲应力为 =M/W，扭转切应力 =T/WT=T/2W 将和代入式【3】中则轴的弯扭强度条件为：= eW122)( TM1（18） 新乡职业技术学院毕业设计(论文) 第- 13 -页 - 13 -其中 T= np9550通常由弯矩所产生的弯曲应力是对称循环变应力，而由扭矩所产生的扭转切应力则不是对称循环变应力。为了考虑两者循环特性不同的影响，引入折合系数，则计算应力为式中的弯曲应力为对称循环变应22)(aMca力，当为静应力时取，当为脉动循环变应力时，若为对称3 . 06 . 0循环变应力时取；1在本文中，取=0.3；根据设计计算的需要求出已知量，方便后序计算： ： 抗弯截面系数 34348000)1 (1 . 0mmdW抗扭截面系数 34396000)1 (2 . 0mmdWT极惯性系数 47441003. 6)1 (32mmDIP式中：-抗扭截面系数；TW-抗弯截面系数；W-轴截面的极惯性矩；PI-轴内径与外径之比；根据上面公式求得：T= 221.56N.m =48000W3所以= = eW122)( TMMPa48. 156.2213 . 0403.2448000122）（1（19）由于螺旋轴叶片均匀分布在螺旋轴上，因此它们的自重为均布载荷，螺旋轴可简化为均布载荷作用下的简支梁，如图 11 所示 新乡职业技术学院毕业设计(论文) 第- 14 -页 - 14 -图 11 螺旋轴的受力分布图则螺旋轴的弯矩【6】为 = maxM82ql（20）将已知数值代入（19）式得出= 50MPae查表【3】可知轴材料为 45 钢的=590 MPa 的=55 MPab1由于 5055 即 满足弯曲扭转强度要求。e12.3.52.3.5 挖头的设计挖头的设计挖头挖坑时，切土、螺旋提升和抛土过程虽然简单，但其力学摸型及计算十分复杂，而且结果定量的指导性很差。当挖头为螺旋式、叶片内径(即中心管)D=80ram、叶片外径800mm、坑深1000mm时，宜采用单头式
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