CYE-1电动铲运机后桥摆动架设计【说明书+CAD】
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CYE-1电动铲运机后桥摆动架设计【说明书+CAD】,CYE,电动,铲运机,后桥,摆动,架设,说明书,CAD
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机械工程学院毕业设计（论文）电动铲运机用于矿山井下，以铲装，运输爆破后的松散物料为主。也可用于露天铁矿，铁路，公路以及水利等隧道工程，还少部分，煤矿使用，特别用于工作条件恶劣，作业现场狭窄，低矮以及泥泞的作业面。电动铲运机除了机动性能较差外，具有无废气污染，噪声低，节约能源等优点，是井下作业的首选设备。中钢集团衡阳重机有限公司是全国知名铲运机生产基地，已具有二十多年的井下铲运机生产历史。中钢集团衡阳重机有限公司以铲运机的设计、制造、销售为主的生产经营型企业, 是全国第一家井下铲运机专业制造公司。所研制的CYE-1电动铲运机是专门为地下作业而设计的一种矮车身、中央铰接、前端装载的装、运、卸联合作业设备，具有高效、灵活、机动、多用途和生产费用低等突出优点，在国内外矿山和地下工程中得到了广泛应用。本次设计的主题是CYE-1电动铲运机后桥摆动架设计。1 绪论1.1 设计研究的目的和意义 本次毕业设计的目的主要是对这三年来的学习的一个总结，运用模拟软件，把理论知识和具体实践相结合，也是对我们所学习的理论知识及技能的一个评估。通过毕业设计，不仅能够对大学所学课程几个方面专业知识进行一次全面，系统的综合训练，也是对我们实践能力进一步的检验。电动铲运机是在柴油铲运机的基础上发展起来的,由于它具有无废气污染、噪声小、工作温度低、维修量小、生产费用低、作业效率高等优点，越来越多的被矿山所采用，并取得了明显的经济效益。后桥摆动架是矿山上用于矿石开采的电动铲运机上的重要部分，它能够保证电动铲运机顺利地通过凹凸不平的地面。对电动铲运机而言，后桥摆动架是一个十分关键的部件，设计不好就会使车身在通过凹凸不平的地面会剧烈摇晃，而且会出现断裂和焊缝开裂现象。因此，摆动架设计有着重要的使用及经济意义。1.2 铲运机应用与发展回顾铲运机的外貌如图1.1 图1.1 铲运机我国是一个地下资源丰富的国家，井下矿山在我国的矿山总数中占有的数量很多，在井下开采中的装载工作是最繁重的体力劳动。50年代初期，我国一些大型并下矿山开始引进苏联制造的装载机。60年代，我国研制成功第一台装载机，从此我国井下装载机制造业不断发展并形成了批量生产的能力。国产装载机广泛地应用于我国矿山后，极大地提高了井下矿山的生产效率，减轻了矿山的劳动强度，改善了劳动条件。早期的装运机是气动的，它带有铲斗或工作机构和料仓，其行走机构为充气轮胎式的，瑞典的T2G和T4G以及国产的ZYQ12和ZYQ14型都属于这种类型的装运机。1970年代，我国地下矿山从美国引进柴油铲运机，这是地下矿装备上的重大改革。目前我国井下矿山已经比较广泛地应用这种内燃驱动的无轨式装载设备。以柴油机驱动的无轨自行装载设备，摆脱了软道、风管或电缆的束缚，使机器提高了机动性，体现在井下可特大型的柴油铲运机调运至采区的各个出矿处作业。简化了生产管理、减少了辅助设施的敷设和维修，从而大大提高了劳动生产率。但是柴油铲运机一个突出的缺点是柴油发动机排放的废气对人体有危害，而目前对废气净化处理的效果还不够理想，还需要用强大的通风量来稀释排放的废气，尤其是在独头巷道内使用(如平巷掘进等等)会结通风带来很大的困难。基于这种原因，在柴油铲运机之后，出现了电动铲运机即用电动机代替柴油机，用缠绕在卷筒上可收故长度的电细向电动机供电。这种动力的改变，克服了燃油产生的废气污染，可是拖曳的电缆大大地影响了铲运机的机动性，因此提高铲运机的可靠性与生产率，改善司机的操作条件和作业环境是井下装载设备改进的方向。70年代，我国开始研究应用无轨采矿工艺技术，为与工艺酣套，1975年首次从波兰引进 LK型2立方米柴油铲运机105台在梅山铁矿等冶金矿山试用。因其使用效果 良好，随后又进 口了芬兰的TORO0型 13 立方米柴油铲运机、德国的 LF1型 2立方米柴油铲运机 、法国的CT00型 083立方米 和 CT00型 3.8立方米柴油铲运机 、美国EHST1A076立方米和922E、922D型17立方米电动铲运机和柴油铲运机。在我国，进口铲运机在新型技术推广应用初期发挥了重要作用。 因为进口设备价格比较昂贵，供应部件管理困难，许多中小型矿山都不能发展起来。为此 ，l970年代中期，有关研究院所开始了国产铲运机的研究开发工作。国内最先研发的铲运机为柳州T程机械厂与长沙矿山研究院和厦门工程机械厂合作，以ZIA0、ZIS0型露天装载机为基础开发的DZIAO、DZLS0型柴油铲运机。后来，扬州冶金机械厂与马鞍山矿山研究院合作开发了WJD15型电动铲运机；长沙矿山研究院与嘉兴冶金机械厂、沈阳冶金机械厂、南昌通用机械厂、衡阳冶金机械厂合作研制了DCY一1型1立方米 、WJD一15 15 立方米电动铲运机，CY一1型 13立方米、CY一35型2立方米、922D 17立方米柴油铲运机；南昌通用机械厂与南昌矿山机械研究所合作开发了 WJD一076型 076立方米。电动铲运机北京矿冶研究总院与江西拖拉机厂合作研制了 WJ1型083立方米柴油铲运机等。到1990年代初期，国内开发生产了斗容 0425立方米的系列柴油和电动铲运机。除上述铲运机生产厂商外，还有太原重型机器厂厂、吉林冶金机械厂、山东金岭铁矿机修厂和华山汽车修造厂等。在总结“七五”、“八五”攻 关的经验后，研究开发人员对前期工作进行 了深刻反思。从“九五”攻关起 ，铲运机攻关重点从强凋国产化率调整为注重整机性能和可靠性，零部件配套注重质量和可靠性，和国际知名工厂一样，走全球化的道路。“九五”期间衡阳冶金机械厂与长沙矿山研究院以及广西高峰矿业公司联合攻关研制的 CY一35G(CY一4)型4立方米柴油铲运机就是按这一新思路研究开发的第一型高性能铲运机，其变速箱 、变矩器 、驱动桥 、低污染柴油机以及关键液压控制阀都采用国际先进技术 ，应用了弹簧制动等最新技术，变速箱电控操作和多盘湿式制动器液压松闸，性能已经达到国际先进水平。从此，国内井下无轨采矿设备开发几乎都按这一模式进行，国产采矿设备的性能水平跨上一个新台阶。 衡阳有色冶金机械总厂衡阳力达铲运机有限责任公司是中国第一家井下铲运机专业制造公司、中国大型铲运机生产基地。通过20年引进、消化和吸收国外先进技术，已成功研发出具有自主知识产权的铲运机系列产品，并荣获国家级新产品称号及国家科技进步三等奖。产品有CY、CYE系列井下铲运机以及CA-8地下矿山自卸汽车，产品已经广泛应用于有色、冶金、化工及黄金矿山。尤其是2002年由衡阳有色冶金机械厂的力达铲运机制造有限公司开发生产的CA-8地下矿山自卸汽车，经过一年的工业试验在山东某矿取得了很大的成功，得到了该矿的认可，并于2003年再次向力达铲运机制造有限公司订购4台CA-8地下矿山自卸汽车。核工业第六研究所并入南华大学之后，南华大学在地下矿山运输设备方面的研究力量得到加强，原核工业第六研究所曾在1998年研究开发了我国第一台KZC-5地下矿山自卸汽车。所以，项目研究人员既具有研究开发地下矿山自卸汽车的经验，又有较高的理论计算基础。1.3 未来技术发展展望 (1)发动机近几年内仍将以简单可靠的低污染风冷发动机为主，然后逐步研究应用计算机控制 的电喷发动机。前端式装载机大部分采用柴油机作为动力，仅在井下某些不能使用柴油机的地方，才以气压或电作为动力。装载机使用的柴油机 都是四冲程的。井下前端式装载机使用的柴油机，要求排放的废气中含有的有害气体较少，以减少污染。此外，还要增设机外净化装置。(2)制动系统现在普遍使用的弹簧松闸、压力制动的制动器将会向安全、可靠系统简单的压力松闸、弹簧制动的全封闭多盘湿式制动器方向发展。储能器充压阀和反向调节脚制动阀将得到普遍应用。 (3)变速箱将以液压控制型式和电磁阀控制型式的变速箱为主。汽车用的自动换档变速箱很难在铲运机上得到普遍应用，因为在铲斗插入装载时，要求变速箱承载的力矩最大，插入阻力和插入时速度在很短的时问内发生会急剧变化 ，将使变速箱在档位之间快速跳换，使变速箱离合器工作在承载能力差的不稳定的过渡状态 ，经常导致变速箱异常损害。 (4)遥控技术 遥控技术是对受控对象进行远距离控制和监测的技术。它是利用自动控制技术，通信技术和计算机技术而形成的一门综合性技术。一般都是指对远距离的受控对象的单一的或两种极限动作进行控制的技术，在人们的生产生活中具有广泛的应用空间。手动和遥控铲运机将实现一体化，即在设计手动铲运机的同时考虑遥控动作如何实现，预留与遥控系统快速联接的液压接口、电器和装配位置。遥控液压执行机构和电器系统将按功能模块结构设计，只要将相应的遥控功能模块装上，普通手控铲运机就成了标准的遥控铲运机。 (5)自诊断技术汽车电子控制系统中，执行器是决定发动机运行和汽车行驶安全的主要器件，当执行器发生故障时，往往会对汽车的行驶造成一定的影响。因此，对于执行器故障的处理方法通常是：当确认为执行器故障时，由ECU根据故障的严重程度采取相应的安全措施的实施，在控制系统中，又专门设计了故障保险系统。(6)能源技术近年来，随着新材料的开发，高效电池技术取得了突破性进展，其能量密度已经达到普通铅酸电池的5倍以上，因此，研发电池驱动的小斗容铲运机已成为当前的主要内容。（7）废气净化 废气净化可以采取选择优质燃料，选择燃烧完全的内燃机及加强维护检修等机内措施；还应采取对排出废气进行净化处理及加强通风等机外措施。1.4 设计拟解决的关键问题和研究方法 做摆动架的受力模型，可简化为悬臂梁。由于摆动轴和桥支座之间的作用力较大，摆动轴和后车架 频繁断裂或 摆动架体焊缝撕裂。如果增加焊缝强度，则会引起后车架侧板严重变形。增加 摆动 轴轴颈的长度，虽然可以减少摆动轴的断裂次数，但铜套的更 换频次并未下降，反而增加了摆动架体的失效概率。根据用户反馈，摆动架体的失效形式主 要为焊缝撕裂或钢板变形；铜套的失效形式主要为挤压变形而非正常磨损失效；后车架 (桥支座) 的失效形式主要为焊缝撕裂和钢板严重变形。在充分分析 CYE-1 型铲 运机现结构各 种失效形式和失效原因的基础上，决定采用简支梁结构 替代悬臂梁结构。双支承 式摆动架结构如图1.2所示。前支承板为剖分式结构，后支承板为整体结构，下部开有装配工艺孔，上部留有工作泵空间。前后支承板设有加注润滑脂的油孔和油道。 图 1.2 双支承式摆动 1. 加强板 2. 驱动桥 3. 后支承板 4. 铜套 5. 前支承板架 由于CYE-1 型铲运机 结构紧凑，后驱动桥部位空间狭窄，其前端有传动轴伸出，后端有安装在发动机上的液压工作泵和 主油管。摆动架体前端 的支承轴套和焊接在后车架支承板上的轴孔联接，形 成钢套-铜套转动副，便于传动轴穿过。摆动架体后支承轴 与后支承板 的轴孔形成转动轴 -铜套转动副。双支承 摆动架体结构如图 1.3 所示。1. 前支承套 2. 驱动桥 3. 后支承轴 图 1.3 双支承摆动架体2 铲运机总体分析2.1 铲运机的组成系统及功能铲运机通常是由车架(前、后机架)、发动机(电动机)、传动系统、工作机构、转向机构、制动系统、操作机构及仪表、电器线路等几大部分组成。各种不同型式的铲运机都有一个典型的结构示意图。现以较先进的轮胎行走、前、后机身铰接连接、铲斗前端装载的最常见铲运机为例，它的基本结构如图2.1所示。图2.1轮胎式铲运机组成系统图1.铲斗 2.工作机构 3.电器系统 4.操作机构 5转向机构 6.驾驶室7.液压油箱 8.主传动轴 9.柴油机 10.变矩器 11.变速器 12.前后本身13.刹车机构 14.前桥 车架是铲运机的骨架，把其它机构全部承载到车架上。在前车架上，焊有安装工作机构的耳座和安装前桥轴的底座；在后车架上，焊有安装发动机和变速箱等的支座。后桥则是通过悬架铰接在后车架上。后桥轴相对于后车架垂直摆动一定角度，使装载机在不平路面行驶时同时着地，改善行驶性能。发动机(电动机)是为铲动机提供动力源，使铲动机满足各种作业状况的需要。传动系统是将发动机(电动机)所提供的动力传给变短器，再经主传动轴传递到变速箱，最后经由前、后桥传动轴传给前、后桥驱动车轮转动，完成行走和铲装作业。工作机构是由液压系统提供压力能，使举升油缸、翻斗油缸按要求运动，带动大冒、回转架、连杆、铲斗运作，完成装卸物料的需要。各类装载机工作机构的设计都应满足如下基本要求：生产率高；插入和铲取能力大，能耗小；结构和工作尺寸适应条件需要；零部件受力状态良好，强度和寿命合理；结构简单紧凑，制造维修容易，操作使用方便。转向机构是由液压系统提供压力能为转向油缸按要求使前、后机身在中间铰接处相对转动，完成行驶中转向的需要。为了使用井下坑内作业，井下前端机与露天前端机转向系统有所不同，井下前端式装载机设有选择阀，这是为了使用井下前端装载机前后双向运行时使司机对左右转向有相同的反应。制动系统是采用不同形式(气制动、气一液制动、全液压制动)的制动方式和制动器，使行驶中的铲运机停止运行，它是铲运机设备及人身安全的保证。操作机构具有控制机器前进、后退、快、但、转向、制动及装卸矿石等功能，它是铲运机的神经中枢。仪表及电器线路。仪表是为监测整机运行状态而配置的。电器线路是将仪表指示灯、报警信号、照明灯、保护装置、各种开关及按钮按要求用不同导线连接起来，使铲运机处于有序的运行状态。2.2 铲运机的工作方式地下矿铲运机是一种装卸运作业联合一体的自行式设备的工作过程由5种工况组成：(1)插入工况动臂下放，铲斗放置地面，斗尖触地斗底板与地面呈30度角，开动地下铲运机，铲斗借助机器的牵引插入料避。(2)铲装工况铲斗插入料堆后，转动铲斗铲取物料，待铲斗口降至近似水平为止。(3)重载运输工况铲斗铲装满物料后举升动臂，将铲斗举升至运输位置(即铲斗斗底离地高度不小于机器的最小允许离地间隙)，然后驱动机器驶问卸载点。(4)卸载工况在卸裁点，举升动臂使铲斗至卸载位置翻转铲斗，向沼并料仓或运输车辆卸载，铲斗物料卸净后下放动臂，使铲4权复至运输位置。(5)空载运输工况卸载结束后，地下铲运机再由卸载点返回装载点。工况(1)与工况(2)由于作业时间很短，故通常将(1)、(2)两种工况视为一个工况，称为铲装工况。在铁矿井下生产过程中，从采矿作业面到溜并单程运距为50一150m，行驶中耍转23个弯道，铲运机司机在操作技术较熟练的倩况下，一个纯工作循环大约要用L 54分钟时间。2.3 铲运机的技术水平我国的铲运机技术主要为在研究学习国外先进的零部件技术和整机技术的基础上自主研究开发的整体技术 (衡阳力达的922D、922E型为美国引进技术和金川金格的LF一93型为德国GHH技术)，目前我国的铲运机的技术水平只相当于上世纪90年代的国际水平。(1)发动机技术 国内铲运机的柴油发动机基本都采用德国Deutz公司的两级燃烧低污染风冷发动机，最新的计算机控制的水冷发动机由于外围系统复杂，控制程序调整和故障处理困难而很少采用。 (2) 变速箱技术 目前国产铲运机的变速箱采用行星变速箱技术，动力经二级液力变矩器，超越离合器输入行星变速器。它由变速装置，前后桥驱动换接装置及拖发动装置等组成。(3)制动技术制动系统日前主要以压力制动、弹簧松闸的全封闭多盘湿式制动器(LCB)为主，钳盘式制动器正在被逐渐淘汰，能实现工作制动和停牟制动合而为一的新型压力松闸(SAHR)全封闭多盘湿式制动、弹簧制动器已经在部分机型上得到应用。 (4)驱动桥2 m立方以下的铲运机驱动桥以国产桥为主，其差速锁只有牙嵌式自由轮式；3-4 m立方铲运机采用进口桥，差速锁以牙嵌式自由轮式为主，少数采用有限防滑差速锁技术。它主要由桥壳、主传动器、差速器、轮边行星减速机构、制动装置和轮胎等部分组成。(5)液压系统液力机械传动是基于水力学的欧拉方程式，以液体的动能进行能量传递的一种传动方式。这种传动方式在铲运机中已得到应用，它主要的优先有：使铲运机具有自动适用性。当铲运机向矿岩堆中插入、爬坡运行等外载荷突然变化时，能自动增大牵引力，降低运行速度，以克服增大的外载荷，从而避免了发动机因外载荷增大而熄火。反之，当外载荷减小时，铲运机又能自动减少牵引力，提高运行速度。这样，就大大地缩短了作业循环时间，提高了装载能力。有利于提高铲运机的使用寿命。由于液力传动的工作介质是油液，它能吸收并减轻来自发动机和外载荷的震动和冲击。同时，使铲运机起步平稳，从而保护了发动机和机器，延长了铲运机的使用寿命。有助于提高铲运机的通过能力，铲运机能以任意小的速度行驶，使车轮与地面的粘着力增加，从而提高铲运机的通过能力。可以在载荷下换挡而不必分离动力，简化了操作。(6)遥控技术我国铲运机的遥控技术完全为自主研发的，为视距 内遥控 ，井下有效控制距离大于100 m。控制指令主要采用调频模拟信号单个传送，尚未采用无线数字信号传送技术；可控制的动作包括前进、后退 、左转 、右转 、收斗 、翻斗 、升臂 、降臂 、全油门、半油门、制动、大灯开关、启动、熄火等 14l6个动作。 (7)漏电保护技术电动铲运机漏电保护系 统为国内自主开发的技术 ，分离线 监测保护和在线监测保护两类。离线监测漏电 保护系统在铲运机供电系统合闸前或断电后，对其供用电系统进行绝缘检监测，在系统故障 状态下，供电系统无法合闸。在线监测漏 电保护则是在铲运机通电状态下对漏 电状态进行检测，一旦发现异常则立即跳闸保护 。在线监测保护系统又分为全 域(同一变压器供电的全部网络)监测和局部 (铲运机供电总闸到铲运 机之间)监测漏电保护系统，全域监测系统易受其它用电器的影响。目前主 要采用在线监测保护系统。 (8)电缆自动收放系统电动铲运机电缆卷筒有卧式卷筒和立式卷筒两种主要型式。 国外TAMROCK公司生产的TORO系列电动铲运机采用卧式卷筒外，其余基本上都采用立式卷筒 我国电动铲运机到目前为止都是采用立式卷筒，宽立式卷筒配套排缆装置，窄型卷筒不带排缆装置。控制电缆卷筒自动收放电缆的液压系统为自主研发技术，在减少系统发热和卸荷节能等方面优于美国技术。 (9)尾气静化技术柴油铲运机的尾气处理一方面是选用低污染柴油机，另一方面是对发动机尾气进行净化处理。我国尾气净化措施有：选择优质燃料。为了减少氧化硫的生成量，应尽量选用低硫燃料；为降低油烟浓度，还应尽可能降低燃料中高沸点芳香烃的含量；采用有害气体生成浓度最低的菜油机；机外的氧化催化法；机外洗涤法；催化-洗涤联合净化法；通风稀释法。2.4 电动铲运机电动铲运机与柴油铲运机相比，除机动性外，其余指标(诸如装载能力、作业成本、综合采矿成本、可靠性、维修量、噪声等)均优于柴油铲运机，已受到设计、制造与使用部门越来越广泛的重视。阿特拉斯一柯普柯公司认为:“从改善井下作业环境、降低通风成本以及柴油情况上看，柴油铲运机正逐渐被电动铲运机所代替，设计者正着眼于发展大斗容(达13.7米“)和多规格品种电动铲运机。”因此，随着电动铲运机电缆缠绕装置的进一步完善和供电方式的改进，电动铲运机在地下矿山的使用比例将会逐渐增加(1973年电动铲运机占地下铲运机总销量的3%，1983年为1500)。国内外部份电动铲运机本要技术参数如表2.2所示。表2.2 电动铲运机主要技术参数 为扩大电动铲运机的使用范围、改善性能、解决其机动性、灵活性问题，目前电动铲运机的发展有以下几方面:（1）水平电缆缠绕装置 为解决因拖曳电缆而影响电动铲运机的机动性和灵活性问题，有必要改进现有的电缆缠绕装置的结构形式。芬兰Toro公司设计了新的水平电缆缠绕装置(图2.3)这种电缆缠绕装置的绕入点可以变动，使绕入侧处于最佳位置，从而增加了机器的灵活性。 Toro系列电动铲运机的水平电缆缠绕 装置就是用水平布置的电缆卷筒，依靠特制的可自由摆动的电缆导向臂，使扁电缆以螺旋 线的形状缠绕在水平卷筒上。图2.3 芬兰Toro公司设计了新的水平电缆缠绕装置1. 水平卷筒 2.后车架 3.导向臂 4.扁电缆（2）带移动插梢电缆架空线供电的电动铲运机1980年加拿大贾维斯一克 拉克公司在JS一50oE电动铲运机上配备了辅助的架空线供电装置，在Fox犷试验获得成功。图2.4为 该系统的原理图，通过一个移动插销 由架空线供电。架空线 为三相四线制，移动插销(图2.5)通过上、下和侧面滚轮，可以自由而平稳地在T型钢梁上运行。插销前后共8个集电棒，通过弹簧压紧 架空导线而使电缆获得 电流。当移动插销 运行到架空线终端或者要离开主要运行 线路时(无架空导线的巷道或地区)，则可通过 有自动张紧控制器的电缆卷筒收、放电缆，由电缆供电而自由运行。贾维斯一克拉克公司设计的JS一702E型。 图2.4移动插销供电 图2.5 移动插销（3）微型电动铲运机为了扩大电动铲运机 的使用范围，在回采薄矿脉或含矿断层矿石时，为减少贫化损失，控制矿石品位，用以代替电耙出矿或轨道式 装载机，法国研制了CT-500EH微型电 动铲运机，斗容0.3米“(为目前世界上斗容最小的电动铲运机)。当运距为50米时，机器的小时装载能力为17-20吨，班产量达110-130吨，可以有效地用来代替电耙出犷。微型电动铲运机由于机体只有80匣米宽，可在最窄的巷道内作业，性能优于电耙或风动装载机，是回采窄的板状倾斜矿体、窄的和弯曲的断层含矿矿脉的一种理想的装运机械。（4）发展大型电动铲运机 为适应地下采矿作业或地下工 程采场与巷道变化的不周要求，扩大铲运机的使用范围，应么产多种型号与规格的电 动铲运机。据瑞典对3Q多个地下工程和矿山的调查:对载重为10吨 级别的电动铲运 机感兴趣，电缆长度最好为200-250米。3 CYE型电动铲运机总体参数与原理 图3.1 CYE一1电动铲运机3.1 CYE电动铲运机主要技术参数 CYE一1电动铲运机的技术参数见表3.2，外形见图2.1由于CYE-1.5电动铲运机是在引进全套922E电动铲运机的技术资料的基础上重新设计的，因此保留了922E电动铲运机的大部分特点，例如:三点式铰接结构增加了其稳定性，采用全密封油冷多盘式制动器，工作机构采用先导控制.为铲运机专门设计的前后驱动桥等等。但根据我国的国情和922E电动铲运机使用情况作了许多改进。表3.2 CYE一1电动铲运机的技术参数序号项目参数1额定斗容2额定载重量2t3最大牵引力50KN4最大铲取力45KN5卸载高度1150mm6铲斗最大举升高度3250mm7爬坡能力128最小转弯半径4260mm（铲斗外侧）9最大转向角3810行驶速度08km/h11机架摆动角 812轴距2200mm13最小离地间隙220mm14电动机额定功率45kw Y225M-415电缆有效长度95m16整机重量7t17轮胎规格10.00-2018外形尺寸6069x1300x2000(mm)3.2 CYE电动铲运机工作原理3.2.1 液压系统工作原理如图3.3所示，变量泵1用法兰连接到功率输出箱上，该泵将油压入变量马达2，油泵的斜盘可在之间改变角度；油马达的斜盘可在间改变角度。变量泵上装有补油泵3，补油泵上装有安全阀4和单向阀5，补油泵通过吸油滤油器7从油箱6将油补充给因系统泄漏减少的油量，泄漏的油通过回油管流回油箱。变量油马达上装有由高压阀8 、液压换向阀9和低压溢流阀10组成的多作用组合阀，此组合阀上还装有截止阀17.它处于关闭位置时，对系统没有影响，处于开启位置时，使油流绕过马达，在铲运机被拖曳时此阀要打开。为控制变量泵和变量马达，装有脚踏操作的液压控制系统。 图3.3 液压系统工作原理3.2.2 液压系统工作的优点(1)使铲运机具有自动适用性。当铲运机向矿岩堆中插入、爬坡运行等外载荷突然变化时，能自动增大牵引力，降低运行速度，以克服增大的外载荷，从而避免了发动机因外载荷增大而熄火。反之，当外载荷减小时，铲运机又能自动减少牵引力，提高运行速度。这样，就大大地缩短了作业循环时间，提高了装载能力。(2)有利于提高铲运机的使用寿命。由于液力传动的工作介质是油液，它能吸收并减轻来自发动机和外载荷的震动和冲击。同时，使铲运机起步平稳，从而保护了发动机和机器，延长了铲运机的使用寿命。 (3)有助于提高铲运机的通过能力，铲运机能以任意小的速度行驶，使车轮与地面的粘着力增加，从而提高铲运机的通过能力，使铲运机在泥泞和潮湿的条件下顺利工作。 (4)可以在载荷下换挡而不必分离动力，简化了操作，液力原件可以在一定范围内无级变速，从而使换挡次数减少。3.2.3 电气部分922E电动铲运机使用的是1000V电源，而CYE-l.5电动铲运机使用的是380V电源。因此在最初配设计中，除了电源等级、起运方案不同(前者为直接赶动，后者为Y_型起动)，其电气原理基本相同。在使用中发现了许多问题:(1)真空接触器极易损坏；(2)漏电保护一是价格贵，二是反应过于灵敏无法使用;(3)延时继电器故障率很高;(4)焦电环易格坏。4 铲运机后桥摆动架主要部件的设计及计算4.1 设计方案和思路 后桥摆动架的技术难点是要保证铲运机在通过凹凸不平的地面时，后桥能通过摆动架相对于后车架摆动，使铲运机能稳定的通过。摆动架的摆动角度要控制在一定的范围内，以保证摆动的幅度不会太大。下图4.1为后桥摆动架的总体方案图。 图4.1 后桥摆动架的总体方案图4.2 后桥摆动架的设计和计算 给出条件：额定斗容1m3，额定载重2000kg，铲取力42kN，最大牵引力48kN，电机功率45kw，车速07.5km/h，后桥摆动角6，最小转弯半径4200mm(外侧)，最大卸载高度978mm，整机重量7.2t.4.2.1 轴的设计 轴的设计要求：1. 便于轴上零件拆装。2. 保证轴上零件准确定位和固定可靠。3. 具有良好制造工艺性的措施。4. 影响轴的强度和刚度的因素及保证措施。 图4.2 轴1. 根据以往经验和轴的受力情况，取轴的后端直径为64mm，长度为32mm.2. 由于轴肩处是为了定位垫片，所以取直径为60mm，长度为4mm。3. 根据机械设计手册查得第三段轴的直径为65mm，长度为52mm。4. 由于最左端轴段要与摆动叉焊接，必须要承受较大的力，故取其直径为120mm， 长度为90mm。5. 紧接的轴肩是起定位作用，并且该段轴要与轴承配合，取其直径为110mm，长度为57mm。6. 轴肩处和轴的前端，后端要倒角。7. 由于轴承受的载荷较大，但冲击并不大，所以轴的材料采用40Gr。 故所设计的轴如图4.2所示。4.2.2 轴的强度校核 通过对轴进行受力分析，知道轴主要受弯曲应力的影响，其受力图如下图所示， 图4.3 轴的受力分析 F的大小为额定载重和车的重量之和，根据受力情况得 F1+F2=根据力矩平衡得 x128=F2x160由上面的两式可得 F1=71.875x F2=20.125x 弯矩图如图4.4所示 图4.4 弯矩图最大弯矩发生在第一个支点处 M=128x92x=11776轴的最小直径为64故轴的抗弯截面系数W=26144.4轴的计算应力=50 查机械设计表15-1得 材料为40Gr的轴许用弯曲应力为70.故满足其强度要求。4.2.3 轴的刚度校核 把轴看成是梁，梁的类型及载荷简图如图4.5所示 图4.5 轴所受的载荷简图 令c为外伸端长度，l为支点间距离。则c=128，l=160 阶梯轴的当量直径其中-阶梯轴第i段的长度，； -阶梯轴第i段的直径，；L-阶梯轴的计算长度，；Z-阶梯轴计算长度内的轴段数。根据轴的偏转角公式， ， .所以最大偏转角为0.0015.挠度 . 查机械设计手册 一般用途的轴的允许挠度取 同样查机械设计手册 圆锥滚子轴承处的允许偏转角为0.0016.得知该轴满足其刚度要求。4.2.4 轴承的选择 因轴承在后桥摆动架摆动时要同时承受径向力和轴向力的作用，故选圆锥滚子轴承，根据工作要求，与轴承1配合的轴段1的直径为110mm，壳体的内径为200mm，并且轴段1的长度为57mm，故选用圆锥滚子轴承7522。与轴承2配合的轴端2的直径为65mm，壳体的内径为140mm，并且轴段2的长度为52mm，故选用圆锥滚子轴承7613.其示意图如图4.6所示 1 2 图4.6 轴承示意图4.2.5 轴承的寿命计算 轴承的基本额定动载荷可按下式粗略计算20000故轴承1满足其寿命要求。 查机械设计手册 轴承2的判断系数为0.35=20000故轴承2也满足其寿命要求。综上可知轴承1,2同时满足其寿命要求。4.2.6 轴承的静载荷计算 对低速旋转或缓慢摆动的轴承，应分别计算额定动载荷和额定静载荷。额定静载荷的计算公式如下：式中 -基本额定静载荷计算值，N； -当量静载荷，N； -安全因数； -轴承尺寸及性能中所列径向基本额定静载荷； -轴承尺寸及性能中所列轴向基本额定静载荷。 当量静载荷的计算公式为和中的较大值。 -径向载荷，N； -轴向载荷，N； -径向静载荷系数； -轴向静载荷系数；查机械设计手册，取=0.4，=0.8对于轴承1，=故= 查机械设计手册 取=3，所以轴承1满足要求。对于轴承2，=，= 查机械设计手册，取=3，=350故轴承2也满足要求。4.2.6 螺栓组连接的设计 螺栓组联接结构设计主要解决螺栓组联接接合面形状和螺栓分布排列问题：1、 接合面形状设计 接合面形状为了便于加工和便于对称布置螺栓，通常都设计成轴对称的简单几何形状，如下图4.9所示： 图4.9 结合面形状图 加工面形状接合面较大时采用环状、条状结构，以减少加工面，且提高联接的平稳性和刚度，如下图4.10所示： 图4.10 加工面形状图2、螺栓分布排列设计 螺栓分布排列设计应使各螺栓受力合理、便于划线和装拆、联接紧密。1） 对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证联接接合面受力比较均匀。2） 当采用铰制孔用螺栓联接组时，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置8个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。如图4.11所示 图4.11 螺栓分布排列设计3） 当螺栓组联接的载荷是弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减少螺栓的受力，如下图4.12所示： 图4.12 螺栓分布图4） 分布在同一圆周上的螺栓数目应取成偶数，以便于分度和划线，同一螺栓组中螺栓的材料、直径和长度均应相同，如图4.13所示。 图4.13 分布在同一圆周上的螺栓数目图5） 螺栓排列应考虑扳手空间，给予螺栓合理的间距和边距。对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接。6） 设计应避免螺栓承受附加的弯曲载荷。即在铸，锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座；当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈等。以保证被联接件、螺母和螺栓头支承面平整，并与螺栓轴线相互垂直。图4.14 避免螺栓产生弯曲载荷图 综上所述，将螺栓组连接的结构设计为图4.15所示 图4.15 螺栓组的设计4.2.7 螺栓组连接的计算1，对螺栓进行强度校核 对螺栓组进行受理分析知，螺栓组受倾覆力矩的作用，示意图如图4.16所示 图4.16 螺栓的组的受力分析 单个螺栓-后车架的受力变形如图4.17所示 图4.17 单个螺栓-后车架的受力变形图 分析可知螺栓组产生的力矩应与外加的倾覆力矩相等即 因 则 于是螺栓所受的最大载荷为式中：z-总的螺栓个数； -各螺栓轴线到底板轴线的距离； -中最大的值。=112.5,=22.5,=67.5=预紧力的计算公式为 查机械设计手册，取=1.2，结合面，螺栓个数,= 查机械设计手册，螺栓相对刚度，螺栓的内径为17.294.螺栓所受的总拉力为故螺栓的计算应力为采用6.8级螺栓，安全因数取4可见螺栓的强度足够。2，校核机架是否滑移 支架结合面不滑移的条件为 由于螺栓数目12，而 故 而所以 成立，机架不会发生滑移。 5 铲运机后桥摆动架主要部件的焊接工艺 5.1 焊接结构的特点 焊接结构与铆接、铸造、锻造结构相比，具有明显的优点：构造合理，易简化结构，减轻自重，板厚限制小，制造周期短，成本低，还可焊接不同金属材料等。作为焊接结构本身还具有以下特点：整体性强。一方面焊接结构具有很好的气和水的密封性.另一方面刚度大，对应力集中因素和缺陷较为敏感，选材时应注意。设计灵活性大.几何形状几乎不受限制，璧厚不受影响，也可法行异种金属焊接.实现物尽其用.。适用于制作大型或重型机器、设备。单件、小批量、越大的产品采用焊接结构越优越。成品率高。一且出现焊接缺陷，修复容易，很少产生废品。焊接过程会局部改变材料的性能，使结构中的性能不均匀.甚至部分材料性能会有所下降，对整体结构的强度和断裂行为产生一定影响。焊接结构中必然存在焊接残余应力和交形，易产生裂纹.不仅影响结构的外形和尺寸还会影响结构的承载能力，对焊后加工也影响其尺寸的稳定性和加工精度。不同的制造工艺，如冷加工、切削、焊后热处理等都会对结构性能产生不同影响。必须经过严格的无损检测技术，以保证产品质量和提高安全使用的可靠性。5.2 常用的焊接方法1、 焊条电弧焊 利用电弧作为热源，用手工操纵焊条进行焊接方法称为焊条电弧焊。焊条电弧焊与气焊相比：首先，由于热源温度高，热量集中，因此焊接速度快，生产率高，热影响区小，焊接变形小；其次，焊条药皮熔化后产生气体和熔渣，机械保护效果较好，而且药皮还有冶金处理作用，能除去有害元素，添加合金元素，因此焊条电弧焊焊缝化学成分较好。总之，焊条电弧焊焊接质量好，生产率高，焊接变形小。焊条电弧焊与埋弧焊相比，设备简单，操作灵活，适应性强，各种焊接位置、焊接结构中焊机不能到达的部位以及各种不规则的焊缝，焊条电弧焊都能实施焊接；但焊条电弧焊对焊工操作技术要求高，焊接质量不易稳定，厚工件长焊缝焊接时生产率较低。在我国，目前焊条电弧焊仍然是应用最多的一种焊接方法。一般来说，焊条电弧焊适应于单件小批生产，厚度2mm以上、各种焊接位置的、短的、不规则的焊缝，以及焊机不能到达的部位的焊接。但一定要有电源和相应的焊条、钛等易氧化的金属不能用焊条电弧焊。现在我国已有薄板焊条电弧焊机和特细焊条，可以焊接厚度为1-2mm的低碳钢薄板结构。2、 等离子弧焊 等离子弧焊也是一种不熔化极电弧焊。它是利用电极和工件之间地压缩电弧（叫转发转移电弧）实现焊接的。所用的电极通常是钨极。产生等离子弧的等离子气可用氩气、氮气、氦气或其中二者之混合气。同时还通过喷嘴用惰*气体保护。焊接时可以外加填充金属，也可以不加填充金属。 等离子弧焊焊接时，由于其电弧挺直、能量密度大、因而电弧穿透能力强。等离子弧焊焊接时产生的小孔效应，对于一定厚度范围内的大多数金属可以进行不开坡口对接，并能保证熔透和焊缝均匀一致。因此，等离子弧焊的生产率高、焊缝质量好。但等离子弧焊设备（包括喷嘴）比较复杂，对焊接工艺参数的控制要求较高。 钨极气体保护电弧焊可焊接的绝大多数金属，均可采用等离子弧焊接。与之相比，对于1mm以下的极薄的金属的焊接，用等离子弧焊可较易进行。下图为等离子焊接图 图5.1 等离子焊接系统3、 电阻焊 这是以电阻热为能源的一类焊接方法，包括以熔渣电阻热为能源的电渣焊和以固体电阻热为能源的电阻焊。由于电渣焊更具有独特的特点，故放在后面介绍。这里主要介绍几种固体电阻热为能源的电阻焊，主要有点焊、缝焊、凸焊及对焊等。 电阻焊一般是使工件处在一定电极压力作用下并利用电流通过工件时所产生的电阻热将两工件之间的接触表面熔化而实现连接的焊接方法。通常使用较大的电流。为了防止在接触面上发生电弧并且为了锻压焊缝金属，焊接过程中始终要施加压力。 进行这一类电阻焊时，被焊工件的表面善对于获得稳定的焊接质量是头等重要的。因此，焊前必须将电极与工件以及工件与工件间的接触表面进行清理。 点焊、缝焊和凸焊的牾在于焊接电流（单相）大（几千至几万安培），通电时间短（几周波至几秒），设备昂贵、复杂，生产率高，因此适于大批量生产。主要用于焊接厚度小于3mm的薄板组件。各类钢材、铝、镁等有色金属及其合金、不锈钢等均可焊接。 4、 电渣焊 电渣焊是以熔渣的电阻热为能源的焊接方法。焊接过程是在立焊位置、在由两工件端面与两侧水冷铜滑块形成的装配间隙内进行。焊接时利用电流通过熔渣产生的电阻热将工件端部熔化。根据焊接时所用的电极形状，电渣焊分为丝极电渣焊、板极电渣焊和熔嘴电渣焊。电渣焊的优点是：可焊的工件厚度大（从30mm到大于1000mm），生产率高。主要用于在断面对接接头及丁字接头的焊接。 电渣焊可用于各种钢结构的焊接，也可用于铸件的组焊。电渣焊接头由于加热及冷却均较慢，热影响区宽、显微组织粗大、韧、因此焊接以后一般须进行正火处理。5、 钎焊 钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法。钎焊时要求两母材的接触面很干净，因此要用钎剂。钎焊的主要作用是去除母材和液态钎料表面上的氧化物与油污等，保护母材和钎料在加热过程中不致进一步氧化，以及改善钎料对母材表面的润湿能力等。钎焊接头的质量在很大程度上取决于钎料。钎料应具有合适的熔点与良好的润湿性，能充分填充间隙，能使母材形成牢固结合，得到具有一定的力学性能与物理化学性能的接头。5.3 摆动叉的焊接工艺 摆动叉的结构如图5.1所示 图5.1 摆动叉的结构图 由上面的图可知，摆动叉是由各零件通过焊接装配成的，上图中很多零件之间都开有单边V型坡口，为的就是将左内筋板，左外筋板，右内筋板，右外筋板焊接在左底板和右底板上，使左，右底板能承受更大的力。采用的方法是手工电弧焊。焊条型号是E4303，焊条牌号是J422，药皮类型是钛钙型。焊接工艺要素和规范的选择：1、 焊前准备 焊前准备是指坡口的制备、接头的装配和焊接区域的清理等工作。它对接头的焊接质量起重要的作用。碳钢和低合金钢部件的焊缝坡口可以采用机械加工或火焰切割制备，而不锈钢部件的坡口应采用等离子切割或机械加工方法制备。摆动叉的坡口采用氧乙炔气切割，利用气割可以得到任何角度的形、形、单边形、形等坡口，此法更适合厚钢板的切割，生产率很高。气割有手工（灵活，但边缘不够平直精确，适用于单件或小批生产）、半自动（应用广，为提高效率可同时安装二、三把割炬，能将形、形坡口一次切成）、自动（质量好，生产率高，但灵活性较差，适合于大批量生产）切割方法。坡口两侧的内、外表面必须清除锈斑、氧化膜和油垢等污染，这是防止焊缝产生气孔和裂纹的有效措施。焊条电弧焊焊接区的清理宽度一般要求在20mm范围内。焊件组装时，接头两侧边缘必须相互对准，这不仅是保证焊缝外形和尺寸的基本要求，而且也是为了避免接头受力时产生附加的弯曲力矩。焊件组装后应作错边量的检查。在压力容器制造中，对接接头错边量的要求较高。二、焊接工艺规范参数 对焊条电弧焊和埋弧焊焊接工艺规范参数主要包括焊前的预热温度、焊接电参数（电流、电压、电流种类、频率、焊接速度和送丝速度等）、后热温度和保温时间，消氢处理温度和保温时间，焊后热处理和消除应力处理制度等。对气体保护焊，还应包括气体种类，混合比和流量等。所有这些参数在焊接工艺细则中必须明确规定。（一）焊前预热温度的选定 预热温度是焊接工艺规范的主要参数之一。焊前的预热具有下列几方面的有利作用：降低焊接热影响区的冷却速度，避免淬硬组织的形成，防止冷裂纹并改善热影响区的塑性；减小了焊接区的温度梯度，从而降低了焊接接头的内应力；扩大了焊接区的加热范围，使焊接接头在较宽的区域内处于塑性状态，减弱了焊接应力的不利影响；改变了焊接区的应变集中区部位，降低了促使冷裂纹形成的应力峰值；延长了焊接区在100C以上温度的停留时间，有利于焊缝金属中氢的逸出，降低了氢致裂纹形成的危险。焊前的预热温度主要根据钢材的焊接性试验结果来确定，但焊件的形状和尺寸以及焊接条件往往是多变的。查机械设计手册，根据材料和厚度，将预热温度定在100150摄氏度。（2） 焊接电参数 在使用连续的交流电和直流电焊接时，焊接规范中的电参数主要是焊接电压和焊接电流。在采用脉冲电流焊接时，电参数还包括电流的交变频率、通断比、基本电流和峰值流值。焊接规范参数的选择原则首先是保证接头的熔透、无裂纹并获得成形良好的焊道，同时所选择的焊接规范电参数还应保证接头的性能满足技术条件规定的各项要求，因而在选择参数时要考虑焊接热输入量对接头性能的影响。根据刚件厚度和焊条直径，将焊接电流定在200270A。（3） 焊后加热和消氢处理焊后立即将焊件保温或加热的范围内使之缓冷的工艺措施称为焊后加热，简称后热。后热可以减缓焊缝和热影响区的冷却速度，起到与预热相似的作用。对于冷裂纹倾向性大的低合金高强度钢和厚度较大的焊接结构等，有一种专门的后热处理，称为消氢处理。消氢处理即在焊后立即将焊件加热到温度范围，保温后空冷。消氢处理的主要目的是使焊缝（或热影响区）金属中的扩散氢加速逸出，大大降低焊缝和热影响区中的含氢量，防止产生冷裂纹。消氢处理的温度较低，不能起到松弛焊接应力的作用。对于工艺中要求焊后立即进行热处理的焊件，因为热处理过程中可以达到除氢的目的，故无需后热。但是，焊后如不能立即热处理，而焊件又必须及时除氢时，则需要及时后热作消氢处理，否则焊件有可能在热处理前的放置期产生裂纹。这是由于氢在钢材中的溶解度随着温度的下降而迅速降低，如果焊后很快冷却到以下，氢来不及从焊缝中逸出，这样就在经过一段时间（几小时、几天甚至更长的时间）以后，由于氢扩散后在热影响区（或焊缝金属）中的聚集，产生极大的压力，导致产生危害较大的延迟裂纹。低温后热工艺在压力容器制造中早已得到实际的应用，但是主要用于预热还不足以防止冷裂纹形成的场合，如在高拘束度接头盒难焊钢材的焊接中，必须采用后热工艺才能可靠地防止冷裂纹的形成。新的研究表明，在防止形成冷裂纹的效果方面，低温后热比预热更显著。对于某些低合金钢，在一些特殊的结构中可以采用焊后加热来降低预热温度，这对于减轻焊工的劳动强度，缩短制造周期无疑具有重要的意义。低温后热的作用机理是：首先焊后立即加热加速了焊缝金属中的氢向外扩散；其次是使焊缝及近缝区因热膨胀而受到压力的作用。这样在焊缝金属中氢的扩散的阶段从根本上消除了导致裂纹形成的力学因素。后热结束时，焊缝金属内的氢已降到临界含量以下，待焊件冷却到室温时，即使焊缝及近缝区的残余应力变为拉应力，也不会再会形成冷裂纹。据此不难理解低温后热应有足够长的保温时
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