刮板输送机设计.doc

内容摘要：刮板输送机是矿山运输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、铸锻件结构设计等机械设计与制造工艺内容。经过分析，选择刮板输送机作为我们的毕业设计选题，能够比较全面的运用所学习知识和技能，对我们的所学知识进行概括总结，对我们的综合应用知识能力进行一次强化训练并获得提升，都是有益的。主设计主要研究问题有：矿用刮板输送机的型式与性能比较、矿用刮板矿输送机的整体选型，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；矿山机械；输送机械。AbstractMine scraper conveyor is an important component of transport machinery. Design and manufacture of conveyor covers the movement conversion, power transmission, transmission organizations, casting and forging and other mechanical design content design and manufacturing process. After analysis, the choice of scraper conveyor as our graduation project topic, to a more comprehensive study and apply the knowledge and skills learned in our knowledge summarized on our ability to conduct a comprehensive application of knowledge and access to intensive training promotion, are beneficial. The main design of the main research questions are: mine conveyor type and performance comparison, mining ore conveyor scraper overall selection, design a practical application requirements. With this design, exercise their research and analysis, processing and finishing, the ability to use manual tools with which the mechanical engineering design procedures, methods and technical specifications to improve the engineering design calculations, theoretical analysis, graphing, the ability to write technical documents . Key words: scraper; conveyor; mining machinery; transportation machinery.1绪论1.1选题意义在采掘工作面的运输机械里，要求其主要运动部件和工作机构强度高、刚度大、韧性好、耐磨损、抗腐蚀。根据这些要求，使用链条作为输送机的牵引机构比较合适。啮合驱动链牵引的连续动作式矿藏运输机械主要有：用于采掘工作面及采区巷道的刮板输送机和板式输送机；主要用于采区巷道及运输大巷的平面可弯曲带式输送机。刮板输送机是一种重要的矿山运输机械。由于它结构简单、使用寿命长，运转可靠性高、节能高效、输送距离长、密封性能好且维修方便，在冶金、建材、化工、火电、矿山等行业里广泛使用。1.2 刮板输送机概述刮板输送机是一种有挠性牵引机构的连续运输机械，是为采煤工作面和采区巷道运煤的机械。它的牵引构件是刮板链，溜槽是它的承载装置，刮板链在溜槽的底部。适用于缓倾斜中厚煤层高档普采工作面，与滚筒采煤机和输送机推移装置配套，实现落煤、装煤、运煤及推移输送机机械化。沿输送机全长都可向溜槽中装煤，装入溜槽中的煤，被刮板链拖拉，在溜槽内滑行到卸载端卸下。一般的刮板输送机能在25以下的条件下使用。刮板输送机在使用中，要承受拉、压、弯曲、冲击、摩擦和腐蚀等多种作用，因此，必需有足够的强度、刚度、耐磨性和耐腐蚀性。由于它的运输方式是物料和刮板链都在槽内滑行，运输阻力和磨损都很大。但是，在采煤工作面运煤，目前还没有更好的机械可代替它。只能从结构上、强度上和制造工艺上不断研究改进，使它更加完善、耐用。刮板输送机的工作原理和基本结构，与我国在公元186至189年间发明的“翻车”龙骨水车是相同的。可是，用刮板输送机运送散碎物料，是在本世纪初出现于工业发达的英国。早期的刮板输送机，结构简单轻便，那时它仅是运煤之用，人工装煤；运输能力低，每小时最多只有几十吨；输送机长度只有几十米；功率小，牵引链的强度也不高。经过多年的改进和发展，目前综采工作面用的刮板输送机，除了运煤之外，还有四种功能：给采煤机作运行轨道；为拉移液压支架作托移固定点；清理工作面的浮煤；悬挂电缆、水管、乳化液管等。刮板输送机在综采工作面与采煤机和液压支架配套工作。刮板输送机在煤矿是使用量大、消耗多的重要设备。多年来，我国制造的刮板输送机有几十种型号。目前，我国制造的最大的工作面刮板输送机，运输能力为25004500t/h；装机总功率为2800kW4800kW；一条牵引链的破断负荷为85t；沿水平的运输距离为150m；整机全部质量204t。按刮板链的型式分有四种：中单链型；边双链型；中双链型和准边双链型。系列型谱中的刮板输送机，都采用以矿用高强度圆环链制成的刮板链。刮板输送机按功率大小分为轻、中、重型。刮板输送机配套单电动机设计额定功率40kW及以下的为轻型；大于40kW，小于90kW为中型；大于90kW为重型。2刮板输送机的作用采掘下来的煤或其它有用矿物，只有运出矿井才有使用价值。因此，运输是煤炭生产过程中非常重要的一部分。刮板输送机是煤炭装运的第一个环节，因此，刮板输送机的输送能力在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率。然而，井下运输在工作面和巷道中进行，巷道是根据煤层条件，按开采方法的需要，综合各种要求，在煤层或岩石中开凿出的。因此，井下运输条件的特点是：在有限断面的巷道内运行；线路是水平和倾斜交错连接；运输的货载品多种多样；装载点常常变更，有的线路需经常延长或缩短；机械化采煤连续生产、小时生产率高；环境湿度大，有的工作地点有沼气或煤尘。由此可见，作为为采煤工作面和采区巷道运煤的机械刮板输送机在使用中，要承受拉、压、弯曲、冲击、摩擦和腐蚀等多种作用，必须要有足够的强度、刚度、耐磨和耐腐蚀性。由于它的运输方式是物料和刮板链都在槽内滑行，运行阻力和磨损都很大。但是，在采煤工作面运煤，目前还没有更好的机械可代替它。只能从结构上、强度上和制造工艺上不断研究改进，使它更加完善、耐用。由此可见，刮板输送机是煤炭等矿物运输中必不可少的运输机械。刮板输送机在煤矿井下综采工作面中主要承担的任务是将采煤机采下的原煤连续不断地运往转载机，确保综采工作面的原煤连续运出。3刮板输送机的组成3.1组成部分本机由主机、组装挡板、组装铲煤板、机头推移部等四部分组成，如图3-1所示。其中主机包括机头传动部、机尾传动部、机头过渡槽、中部槽、1米调节槽、0.5米调节槽等；组装挡板包括机头过渡槽挡板、机尾过渡槽挡板、中部挡板、1米挡板、0.5米挡板、机头和机尾挡板；组装铲煤板包括机头过渡槽铲煤板、中部铲煤板、1米铲煤板、0.5米铲煤板等；机头推移部包括机头推移梁和底座；机尾推移部包括机尾推移梁和底座。图3-1刮板输送机1机头部；2刮板链；3中部槽；4挡煤板；5铲煤板；6机尾过渡槽；7推移装置3.2 机头传动部和机尾传动部机头传动部和机尾传动部是本机的动力部分，它们均包括牵引板、机头、减速器、液力耦合器、电动机连接盘和电动机；另外，机头传动部还有闸盘紧链装置，机尾传动部还有减速器连接盘。3.2.1 机头部和机尾部结构图3-2中单链刮板输送机机头部1垫块；2减速器；3盲轴；4链轮；5拨链器；6护轴板；7垫块；8紧链装置；9联轴器；10连接筒；11电动机；12机头架机头主要由机头架、链轮、拨链器、机头轴、护板等部分组成。如图3-2所示为了适应滚筒采煤机自开切口长度的要求，可采用短机尾。为了便于自开切口与锚固和推移机头及机尾，可将机头和机尾布置在顺槽内，因此要求顺槽断面较大。配合有链牵引的采煤机使用时，采煤机牵引链的固定和张紧装置均安装在机头和机尾架上。另外，输送机本身的紧链机构，如液压马达紧链装置、闸盘式紧链器及摩擦式紧链器均安装在机头传动装置中。为了防止输送机下滑（特别是在倾角较大的工作面），在机头部和机尾部均设有防滑锚固装置（如单体液压支柱或液压锚固站）。3.2.2紧链器（闸盘式）及紧链装置1.闸盘紧链器闸盘紧链器是用输送机电机的动力张紧和松开输送机刮板链的装置，如图3-3所示。图3-3 闸盘紧链器1减速器输入轴；2制动装置；3闸盘；4液力耦合器；5联接筒；6弹性联轴器闸盘紧链器是以联接罩为机座，用螺钉牢固地组装上的。由手动装置、下联接座、联接座等主要部件组成。闸盘紧链器手动装置由自动板、销、销轴、联接座、螺钉、螺栓、轴套、丝杠、手轮、夹板、闸块等主要部件所组成。闸盘安装在减速器输入轴上的闸套上，其制动或松开由制动装置手轮控制。当手轮顺时针旋转时，丝杠使轴套向前移动，使制动板以销轴为支点向夹紧闸盘方向转动，这样，使两制动板上的闸块对闸盘产生制动力。制动力的大小与刮板链所需预紧力有关，刮板链的预紧力取决于链子的规格，链子的布置形式和输送机的长度。当手轮逆时针旋转时，轴套向前移，两制动板向反方向旋转，制动力随之减小，直至制动板的闸块离开闸盘，制动力完全消失。这样，就可以通过旋转手轮来调节和控制制动力，以达到紧链时所需的预紧力。闸块应位于正确位置，以保证有效地制动闸盘。安装新闸块时，两闸块之间最大张开距离应调整为1820mm，然后用螺钉固定制动板和闸块的位置。闸块在使用过程中要磨损，其磨损量取决于制动次数、制动时间长短和制动力大小等，新闸块在夹紧状态下两制动板最上端之间的最小距离为45mm，在使用过程中随着闸块的磨损，此距离会增大，但最大距离不应超过75mm，如果超过，则应更换闸块。2.紧链装置紧链钩是在紧链过程中用来固定输送机上的刮板链的，如图3-4中（2）所示。本机的紧链钩是由一个联接板接三条带钩子的圆环链组成的。图3-4 用棘轮紧链器的机头部1机头；2紧链挂钩；3刮板链；4过渡槽；5紧链器；6推移梁；7把手；8弹簧顶杆；9棘爪；10底座；11棘轮紧链时，将紧链钩中的两个小钩挂在机头架斜顶面上的两个长孔内，另一个大钩挂在输送机的刮板链上。当利用输送机电动机张紧刮板链时，刮板链在短时间内承受相当大的电机转矩和动载荷。因此，应根据所需的予紧力通过闸盘式制动装置来控制链条的张紧力。反转启动电动机，直到闸盘紧链器的闸盘停止转动为止，立即转动制动装置上的手轮闸死闸盘，并切断电动机电源；再利用手轮慢慢地松开闸块，直到链子达到所需要的张紧力时为止。重新用手轮闸住闸盘，以便安全操作拆链和接链工作。当缩短或接长链条完了后，再慢慢松开闸盘。在输送机正常运转时可取下制动装置部分，然后用盖板盖上安装口。3.2.3电动机联接盘电动机联接盘结构与减速器联接盘相似，是联接液力耦合器罩筒和电动机的重要零件。3.3 机身结构机身由溜槽及其他附件组成。溜槽主要是起承载作用。由于运量较大，链速较高，故溜槽必须耐磨，特别是溜槽接头链道处的耐磨性更应高一些。为了提高溜槽的使用寿命，有的采用特制高锰钢铸造端头，有的在接头处及链道处堆焊耐磨材料或进行局部淬火处理。由于采煤机要在输送机机身上滑行，故机身要能承受采煤机本身的重量，同时要为采煤机提供一条平滑的轨道，因此在溜槽上增加了一些附件。挡煤板安装在溜槽靠采空区侧，如图3-8中（2）所示，与它固定在一起的还有采煤机的导向装置和电缆槽，对于无链牵引的采煤机还装有齿条。这些都是为了配合采煤机工作而专门增设的。导向装置是为了防止采煤机掉道，为采煤机导向而设置的。采煤机运行时，一个滑靴紧握在导向管上，如图3-8中（4）所示。齿条与无链牵引的采煤机牵引齿轮相啮合而使采煤机前进，如图3-8中（3）所示。电缆槽与采煤机的电缆、水管拖拽装置相配合，可使采煤机在运行中自动拖拽电缆和水管，如图3-8中（1）所示。机身结构的另一主要特点是可以弯曲自移。因此，相邻溜槽的端部连接处必须留有适当的间隙。在长臂回采工作面中，随着采煤机的移动，输送机机身要逐段呈蛇形弯曲靠近煤壁，为采煤机连续往复采煤准备条件。为此机身结构必须与液压支架的推溜拉架千斤顶密切配合。在挡煤板外侧增设专门的连接装置或推移横梁。3.4 过渡槽3.4.1机头过渡槽机头过渡槽是由槽帮、中板、端头、支座、联接板等主要件焊接而成的。其两侧的联接支座可安装挡煤板和铲煤板，大端与机头连接，小端与中部槽（或调节槽）联接。3.4.2机尾过渡槽机尾过渡槽的基本结构及尺寸与机头过渡槽大体相同，只是在其下部安设有用弹簧板等件组成的上链器，如图3-5所示，以使底刮板链出槽后能顺利地在上链器处进入过渡槽内。此种上链器结构简单，安装和更换都比较方便。图3-5 机尾过渡槽1机尾过渡槽；2右压块；3右弹簧板；4螺栓；5螺母；6左压块；7左弹簧板3.5中部槽、调节槽3.5.1中部槽中部槽是标准溜槽，由槽帮、中板、支座、联接钩等组焊而成，是输送机的主要部件，如图3-6所示。中部槽外侧槽帮上焊有半封口形连接支座，通过特殊的联接螺栓可安装铲煤板或挡板。槽帮两端焊的钩子是用来安装联接环以使两中部槽相联接。如图3-8所示。图3-6 中部槽1、2高锰钢凸端头；3槽帮钢；4支座；5中板；6、7高锰钢凹端头3.5.2调节槽调节槽是用来调节工作面长度的，它安装在机头过渡槽和中部槽之间。本机设有1米调节槽、0.5米调节槽各一个，除长度外，其结构与中部槽完全相同。3.6刮板链及调节链刮板链是输送机的又一个主要部件，如图3-7所示。它以溜槽为导轨，绕过机头和机尾链轮组成闭合回路，连续不断地运行将煤炭沿工作面运至机头卸载。图3-7 中单链式刮板链1接链器；2开口销；3刮板；4U型螺栓；5自锁螺母；6圆环链刮板是刮板链的重要组成部分，它除应具有合理的几何形状外，还必须强度高，刚度大。否则，在使用中由于受突加载荷而容易被拉弯。此外，刮板的结构应使拆装方便，与圆环链固定可靠，便于调节刮板间距。本机的刮板链为中单链形式。刮板链段由刮板、U型螺栓、螺母、圆环链、刮板接头所组成。链子为2692mm“C”级圆环链（MT3680C），每10环安装一个刮板，间距为920mm，刮板链段长度为29440mm，共有32个刮板，链条与刮板是用U形螺栓和螺母组装在一起的。调节链的组成和刮板链完全相同，只是长度较短，它用来调节链条长度，以适应输送机的长度变化。本机设有一组3、5、7、9、11、23环的调节链。它们紧链时，根据链条的长度变化及其所需要的预紧力而选择使用。3.7 挡板挡板用来增加溜槽的装载断面，从而加大输送机的输送能力，防止煤炭溢出溜槽；并利用它来敷设电缆和水管等，同时也作为连接液压推溜器的支承件。挡板安装在溜槽的采空侧。本机的挡板设有标准挡板、调节挡板、过渡槽挡板和机头架挡板。3.8铲煤板本机设有中部槽铲煤板、调节槽铲煤板、过渡槽铲煤板，铲煤板与槽帮支座的联接和挡板大致相同，但铲煤板之间不联接。如图3-8中（8）所示图3-8 中部槽及其附件的连接1电缆槽；2挡煤板；3无链牵引齿条；4导向装置；5千斤顶联接孔；6定位架；7中部槽；8铲煤板；9采煤机导轨3.9机头推移部和机尾推移部机头推移部是由机头推移架和底座所组成。底座通过螺栓和过渡槽相联接，在它的两端安放千斤顶的座，带有532孔的端部用来联接推溜器。其联接结构及尺寸与挡板上的推移座基本相同。机尾推移部的结构和尺寸与机头推移部基本相同，如图3-9所示。图3-9 机尾推移部1机尾推移梁；2螺栓；3螺母；4弹簧垫圈；5底座；6螺栓4刮板式输送机设计计算4.1刮板槽高度的计算根据刮板输送机输送能力公式计算：Q=3600B*h*及其已知参数 ： Q=300t/hh是刮板机槽高；B是刮板机槽宽B=500mm；是物料容量：取r=0.75t/m3；是刮板链速度：取v=0.6m/s；是输送效率，=0.75；B*h是输送截面。B*h=300/（36000.60.750.75）=0.25 m2得：B=0.5m h =0.5m4.2刮板输送机运行阻力的计算4.2.1刮板输送机每米长度物料质量q的计算刮板输送机每米长度物料质量q：q=Qe3.6vkgm 式中 Qe刮板输送机输送量(t/h)。q=3003.60.6=139（kg/m）已知刮板链条每米长度质量q0=36（kg/m）4.2.2刮板输送机有载分支的基本运行阻力Wzh的计算图4-1刮板输送机运行阻力计算图刮板输送机有载分支的基本运行阻力Wzh：WZH=q+q0Lgcosq+q0Lgsin 式中 Wzh刮板输送机有载分支基本运行阻力（N）； L刮板输送机设计长度（L=200m）； g重力加速度，取g=10m/s2； 刮板输送机倾角（0）； q刮板输送机每米长度物料的质量（q=139kg/m）； q0刮板链条每米长度的质量（q0=36kg/m）； 物料在溜槽中移动的阻力系数=0.6； 刮板链条在有载分支溜槽中移动时的阻力系数=0.4； “”根据刮板链条向上运输时取“+”号；反之取“”号。Wzh=（1390.6+360.4）20010cos00+（139+36）10200sin00=195600N195.6KN4.2.3刮板输送机无载分支的基本运行阻力WK的计算刮板输送机无载分支的基本运行阻力WK： Wk=q0Lgcossin（N） 式中 刮板链条在无载分支溜槽中移动时的阻力系数=0.4； WK刮板输送机无载分支基本运行阻力（N）。Wk=36200100.4cos00-sin00Wk=28800N28KN4.2.4刮板输送机弯曲时有载分支运行阻力和无载分支运行阻力的计算刮板输送机弯曲时有载分支运行阻力和无载分支运行阻力 ：Wzh=k1Wzh （KN） Wk=k1WK （KN）式中 k1刮板输送机弯曲运行时附加阻力系数k1=1.1。Wzh=1.1195600=215200N215.2NWk=1.128800=31700N31.7KN4.2.5刮板输送机运行总阻力W的计算刮板输送机运行总阻力W：W=1.1fWzh+Wk 式中 f附加阻力系数，一般取1.1。W=271500N271.5KN4.3刮板输送机链条张力和牵引力的计算4.3.1计算各特殊点的张力1.确定给定条件中最小张力点张力Smin如图5-3比较1点和3点张力S1和S3： 又设机头、机尾所需功率相同，负荷均匀，每个链轮克服阻力为总阻力W的一半，即 S1-S30因为 所以S1S3 S3=Smin图4-2链条张紧力计算示意图2.用逐点计算法计算链条各点张力上图中，S3=3000N=3KNS4=S3+1.1Wzh=218200N=218.2KNS1=S4-W2=S4-1.21Wzh+Wk2=82450N82.5KNS2=S1+1.1Wk=114150N114.2KN4.3.2 刮板输送机两端链轮总牵引力刮板输送机两端链轮总牵引力F： 其中 式中 F刮板输送机两端链轮总牵引力（kN）； F1头部链轮的牵引力（kN）； F2尾部链轮的牵引力（kN）。F2=218200-82450+0.05218200+82450=150782N150.8KNF2=114150-3000+0.0511450+3000=117000N117KNF=F1+F2=267782N267.8KN4.4 刮板输送机电机功率的计算4.4.1刮板输送机满载运行时，电机功率P的计算刮板输送机满载运行时，电机功率P:P=kFvkw式中 k刮板输送机电机功率备用系数K=1.1； F刮板输送机链轮总牵引力（kN）； 刮板输送机传动效率=0.9。P=1.1267.80.60.9=196.4 Kw4.4.2单向割煤采煤工作面刮板输送机电机功率Ps的计算采煤机下放时，刮板输送机空载运行（q=0）的电机最小功率Pmin：Pmin=1.12q0Lgcosv1000kwPmin=1.1236200100.410.610000.9=42.2 (kw)单向割煤工作面采煤机割煤时，刮板输送机电机最大功率为Pmax用满载运行时，电机功率P计算，即Pmax=P。刮板输送机电机的等值功率Pd和设备功率Ps：Pd=0.6Pmax2+PmaxPd+Pd2 kw式中 Pmax刮板输送机满载运行时电机最大功率； Pmin刮板输送机空载运行时电机最小功率。Pd=0.6196.42+196.442.2+42.22Pd=132.3 kw刮板输送机的容量为：P0=ksPmax kw式子中ks备用系数，一般取ks=1.151.20。P0=1.15196.4=225.8 kw刮板输送机配用电机总功率P0=225.8 2=112.4 kW查得电动机参数表，采选Y315L2-6型号电动机，该型电机转矩大，性能良好，可以满足要求。所以，电机可用。4.5刮板链强度验算验算刮板链的强度，需要先验算出链条最大张力值，最大张力计算与传动装置的布置方式有关。验算本设计必须严格按照“逐点计算法”计算出最大张力点的张力。由计算出的最大张力来验算强度，刮板链的抗拉强度以安全系数k来表示。k=2SpSmax4.2式子中k刮板链抗拉强度安全系数。 Sp条刮板链的破断力，N，由刮板输送机的技术特征表中查得： 两条链负荷不均匀系数。取0.65 。k=2SpSmax=6.3因为，k=6.3 4.2 ，则刮板链强度符合设计需求。4.6减速器的选型为适应左、右采煤工作面和在机头部、机尾部都能通用，刮板输送机减速器的箱体应上下对称。箱体的结构还应使刮板输送机在大倾角条件下工作时，各齿轮和轴承都能得到充分的润滑。为便于改变链速，减速器应能用更换第二对齿轮的办法，在一定范围内改变传动比。由此选取减速器为：DCZ160-20-S型。5. 刮板输送机的使用与维护为了保证输送机的安全运行，发挥其最佳性能，必须按要求定期维修输送机的各零部件，需对各润滑部位进行定期润滑，调整各零部件和拧紧紧固件。刮板输送机使用中遇到的问题之一是非满负荷运转。要想解决问题，首先必须精确测出输送机的输送量。它的输送量由被传送物料的横截面积和链条速度决定。如果刮板输送机达不到额定输送量，可以从以下几个方面来寻找原因，从而找到解决问题的办法。（1）检查刮板输送机的速度。在安装和维护时，驱动装置上的滑槽可能安装不正确，或者驱动装置上的皮带松弛而打滑，使输送机在低于额定转速下运转。（2）检查刮板输送机内的物料厚度。物料厚度不合理有几个原因:一是输送机安装的倾斜角度不合理 ,而通常输送机只能在某个倾斜角度内运行才最佳。另一个原因是由于输送机进料不顺畅或不充足。例如 ,进料设备不匹配 ,进料门不正常 ,进料口有障碍物等。针对不同问题采取相应的措施 ,增加物料的厚度和进料均匀度。总结刮板输送机是一种有挠性牵引机构的连续输送机械。它的牵引机构是刮板链，承载装置是溜槽。在综采工作面，为了与采煤机、液压支架配合使用，在溜槽的采空区侧设有挡煤板及挡煤板座、导向管、齿条、销轨或埋链。刮板输送机在综采工作面中起着承载、运煤和采煤机