冶金铸造双梁桥式起重机结构设计【Q=180-50t】【S=22m 】
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Q=180-50t
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结构设计
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冶金铸造双梁桥式起重机结构设计【Q=180-50t】【S=22m 】,Q=180-50t,冶金,铸造,桥式起重机,结构设计,180,50,22
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中期检查表指导教师： 职称： 所在系部（单位）： 教研室（研究室）： 题 目冶金铸造双梁桥式起重机结构设计学生姓名专业班级学号一、选题质量（主要从以下四个方面填写：1、选题是否符合专业培养目标，能否体现综合训练要求；2、题目难易程度；3题目工作量；4、题目与生产、科研、经济、社会、文化及实验室建设等实际的结合程度）所选的题目与书本学习知识联系紧密,比较贴近生产实际情况，比较有代表性;设计题目在日常学习和实习中都有遇到，设计机械型号可选范围大，具有非常大的发挥空间和巧活多样的设计思路，对于本科机制专业的学生来说，题目难度适中;课题对学生的专业素质要求较高，并且该题目由该同学单独完成，工作量大，需要同学认真查阅资料，扎实学好专业知识，与任课老师，相关的技术人员沟通，认真完成毕业论文;选题完全符合专业培养目标， 对即将毕业的学生的再学习有较好的指引作用,综合训练的要求也得到充分的体现二、开题报告完成情况开题报告已经完成。从适合实际工作环境出发，确定了明确的课题设计方向，并对冶金铸造双梁桥式起重机结构设计在使用中经常出现的问题有一定的研究；对双梁桥式起重机的结构和工作过程已经有了一定的认识了解。已经对课题进行了设计、分析，并有了突破性的进展。同时，已完成了对相关资料的查阅，对课题有了总体的分析，开题报告完成质量较高。三、阶段性成果1、本次设计的开题报告已经完成，总体布置方案和主要结构参数已确定，并完成一些标准件的选型及和大多数零部件的设计计算工作。2、部分零件图的绘制已经基本完成，设计说明书已经开始整理。3、英文翻译工作已经基本完成，现在正对一些结构设计进行校核。四、存在主要问题由于专业基础知识学习不够深入，设计经验欠缺，参考资料收集有限，设计主题思路把握不够，简单问题解决不够灵活；另外没有仿真软件的支持，无法确定设计是否有应有的设计效果，并且有较多的专业相关知识的综合运用，所遇需要进一步更多细致耐心的工作。 五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（论文）进展等方面的评语指导教师： （签名） 年 月 日摘要本设计以冶金铸造双梁桥式起重机结构设计为设计目标，采用许用应力法以及计算机辅助设计方法对桥式起重机桥架金属结构进行设计。内容包括主主梁、副主梁、端梁等结构的设计。首先采用需用应力法和第四强度理论对主主梁、副主梁、端梁等结构进行载荷计算及强度校核。其设计很好的体现了结构力学、材料力学在金属结构件和起重机设计中的重要运用。设计过程先用桥式起重机各结构尺寸数据对起重机的强度、疲劳强度、稳定性、刚度进行初步的校核计算，在以上因素都达到材料的许用要求后，计算出主梁和端梁的自重载荷，再用此载荷进行桥架强度和刚度的精确校核计算。若不符合要求，再重复上述步骤，直到满足要求。关键词: 桥式起重机， 校核， 许用应力AbstractThis design by metallurgy casting double girder crane structure design for design goal，the project designs metal framework of bridge crane in use of allowable stress method and CAD. Content including main girders, and vice girders, and the beam and other structure design。Use of allowable stress method and the fourth strength theory to the Lord girders, and vice girders, and the structure of the beam and other load calculation and strength check. The design is very good embodies the structural mechanics, material mechanics in a metal structure and the important using crane design。At first , I chose size assumably. Then, proofreaded the size. If the proof was not passed, must choose the size again up to pass the proof. If the proof was passed, it could carry on the specific structural design. At last, its plot and clean up the calculation process. Key Words: bridge crane; proofread; allowable stress目录摘要IAbstractII前言IV1 总体方案设计11.2总体结构及设计11.3 材料选择及许用应力21.4各部件尺寸及截面性质22 桥架分析132.1 载荷组合的确定132.2 桥架假定132.3 载荷计算132.4简化模型232.5 垂直载荷252.6 水平载荷283 主主梁计算353.1 强度校核353.2 主主梁疲劳强度校核373.3 主梁的稳定性393.4 刚度计算454 副主梁校核494.1 强度校核494.2 副主梁疲劳强度校核514.3 副主梁的稳定性534.4 刚度计算574.5 桥架拱度595 端梁校核615.1 主主梁端部耳板设计615.2 副主梁一侧端梁的校核65结论72致谢73参考文献74前言起重机的出现大大提高了人们的劳动效率，以前需要许多人花长时间才能搬动的大型物件现在用起重机就能轻易达到效果，尤其是在小范围的搬动过程中起重机的作用是相当明显的。双梁桥式起重机作为物料搬运机械中的一种，在各行各业中得到广泛的应用，起重范围可以从几吨到几十吨甚至几百吨，在机械制造、冶金、钢铁、码头集装箱装运等行业都有很广泛的应用，在工厂的厂房内搬运大型零件或重型装置桥式起重机是不可获缺的。因此对其进行研究、改进使其结构更加合理，使用更加方便，成本更加低廉，具有重要的现实意义。桥式起重机小车主要包括起升机构、小车架、小车运行机构、吊具等部分。其中的小车运行机构主要由减速器、主动轮组、从动轮组、传动轴和一些连接件组成。 此次设计的冶金铸造双梁桥式起重机结构设计，安装于冶金工程厂房内，用于冶金过程供吊运铁水注入混铁炉，炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。主小车调运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作，对桥式起重机的载荷要求较高，所以对减速器性能要求较高。本设计为180/50t桥式铸造起重机金属结构设计，由于此桥式铸造起重机的起重量大、跨度大、工作级别高，在设计计算时疲劳强度为其首要约束条件。因此在选材时选用稳定性好，对应力集中情况不敏感的Q235-A，降低材料的成本。为减少结构的超静定次数，改善受力，同时又方便运输，桥架采用六梁铰接式结构。主、副小车的起重量均偏大，故采用偏轨箱型梁桥架。偏轨箱型梁桥架不仅可减小小车的外形尺寸，同时也增大了起升空间，有利于铸造厂间的应用。在设计时，本着满足疲劳强度、刚度、稳定性的前提下，尽可能节约材料。考虑铸造起重机主、副小车之间有一定得高度差，使副小车能自如地从主小车下面通过，故在设计主主梁时采用大截面、薄钢板，从而达到节省材料、重量轻的要求。同时采用大截面又提高了梁的刚度和稳定性。根据梁的受力特点，偏轨箱型梁主腹板上侧受局部压应力，将主腹板上侧的板加厚。而其它受力较小的地方则采用较薄的板，以节约材料。在设计过程中，全部采用国家标准。在结构上进行改进，对桥架的受力进行了较详尽的分析。整个设计安全、可靠、节材、耐用，满足了设计要求。 V1 总体方案设计1.1 原始参数起重量Q(主/副) 180/50t跨度S 22m工作级别Ai A6起升高度H(主/副) 20/22m起升速度V(主/副) 4.5/11.4 m/min运行速度(主/副/大车) 36/33.7/73.5 m/min轮距(主/副) 4080/1850 mm轨距(主/副) 8700/3000 mm1.2总体结构及设计根据已给参数，此桥式铸造起重机吨位、跨度较大，为减少结构的超静定次数，改善受力，方便运输，选用六梁铰接式结构。结构框架如图(1)。图(1)桥架结构框架图1.3 材料选择及许用应力根据总体结构，铸造起重机工作级别A6为重级，工作环境温度较高，起重量大，频繁起吊，设计计算时疲劳强度为其首要约束条件，选用对应力集中不敏感的Q235-A，考虑起重量较大，主/副梁均采用偏轨箱型梁。材料的许用应力及性能常数见表1、表2。表1.1 材料许用应力板厚正应力剪应力mm16370152.0167.9184.487.7696.94106.5370158.8175.4192.691.7101.3111.2表1.2 材料性能常数表弹性模量E剪切弹性模量G密度1.4各部件尺寸及截面性质1.4.1 主主梁尺寸及截面性质1 主主梁跨中截面尺寸初选高度=12941571mm考虑大车运行机构安装在主梁内，且主主梁与副主梁的高度差必须满足一定得要求，故将主主梁取为大截面薄钢板的形式，以达到节省材料、重量轻的要求。因此取腹板高度mm。为了省去走台，对宽型偏轨箱型梁，主主梁腹板内侧间距取mm=440mm。上下翼缘板厚度mm，上翼缘板长2530mm，下翼缘板长2326mm，主腹板厚度 mm，副腹板厚度 mm。上下翼缘板外伸部分长不相同。有轨道一侧上翼缘板外伸长度mm，取250mm。其它翼缘外伸部分长度 mm。mm (焊缝厚度) 取=50mm。轨道侧主腹板受局部压应力，应将板加厚，由局部压应力的分布长度，设计离上翼缘板350mm的一段腹板板厚取为18mm。主主梁跨中截面尺寸如图(2)所示。图(2)主主梁跨中截面尺寸2 主主梁跨端截面尺寸高度mm要确定主主梁跨端截面尺寸，只需确定其高度，取=1300mm，跨端下翼缘板厚度为18mm。主主梁跨端截面尺寸如图(3)图（3）主主梁跨端截面尺寸3 主主梁跨中截面性质 建立如图(2)所示的坐标系，计算形心位置 =1256.851257mm。 =1238.881239mm计算弯心位置mm弯心近似地在截面对称形心轴上，其至主腹板中线的距离为1021mm。净截面面积 毛截面面积 计算惯性矩 对形心轴的惯性矩 对形心轴的惯性矩 4 主主梁跨端截面性质净截面面积 毛截面面积 建立图（3）所示的坐标系，计算形心位置 =674.6675mm =1236.861237mm计算惯性矩，对形心轴的惯性矩 对形心轴的惯性矩 1.4.2副主梁尺寸及截面性质1 副主梁跨中截面尺寸初选梁高=12941571mm，取腹板高度 ，上下翼缘板厚度 ，腹板厚度：主腹板 ，副腹板厚度，副主梁总高 副主梁宽度 ，取腹板内侧间距 且 1100，主腹板一侧上翼缘板外伸长度 ，取外伸长 ，其余悬伸长大于1.5倍的焊缝厚度，取。其尺寸如下图图(4)副主梁跨中截面尺寸2. 副主梁跨端截面尺寸确定其高度 ，取腹板高度为800 副主梁跨端截面尺寸如图(5)图(5)副主梁跨端截面尺寸3. 副主梁跨中截面性质建立图（4）所示的直角坐标系，求形心位置净截面面积 毛截面面积 计算弯心位置 弯心距主腹板板厚中线的距离为 计算惯性矩 对形心轴的惯性矩： 对形心轴的惯性矩： 4副主梁跨端截面性质 建立图（5）所示的坐标系，求截面形心位置净截面面积 毛截面面积 对形心轴的惯性矩： 对形心轴的惯性矩： 1.4.3 端梁截面尺寸考虑大车车轮的安装及台车的形状尺寸，端梁内宽取为600。初设截面尺寸如下图 图(6)端梁截面尺寸形心即对称中心 对形心轴的惯性矩：对形心轴y的惯性矩净截面面积 毛截面面积 1.4.4 各截面尺寸及性质汇总表梁截面示意图如图（7）所示，各截面性质如表（1.3）表（1.4）所示。图(7)梁截面示意图尺寸汇总表 1.3 单位：mm主主梁跨中181814122530232622002400跨端181814122530232622001264副主梁跨中16161081270118011001500跨端1616108127011801100800端梁12121010660660600776截面性质汇总表1.4净面积毛面积主主梁跨中123912571512085351034跨端12376751216722837066副主梁跨中629782662001681244跨端62442753600904944端梁330400313604806802 桥架分析2.1 载荷组合的确定2.1.1 动力效应系数的计算1起升冲击系数 0.9 对桥式铸造起重机 2起升动载系数主主梁 ，副主梁3运行冲击系数 为大车运行速度 =73.5，为轨道街头处两轨面得高度差 ，根据工作级别，动载荷用载荷组合进行计算，应用运行冲击系数。2.2 桥架假定 为了简化六梁铰结桥架的计算，特作如下假定：1 根据起重机的实际工作情况，以主、副小车一起工作为最不利载荷工况。2 主主梁、副主梁的端部与端梁在同一水平面内。3 由于端梁用铰接分成5段，故副主梁的垂直载荷对相互间受力分析互不影响。4 将端梁结构看作多跨静定梁，主主梁受力作为基本结构对副主梁无影响；副主梁受力作为附属部分对主主梁有影响。5 计算副主梁水平载荷时，将铰接点看成刚性连接。 2.3 载荷计算2.3.1 主主梁1. 主主梁自重查表得主小车轮压34500kg，选用车轮材料ZG35CrMnSi，车轮直径，轨道型号QU120，许用值38700kg。由轨道型号QU120查得轨道理论重量，主小车轨道重量 栏杆等重量，主梁的均布载荷 。2主小车布置，两侧起升机构对称布置，重心位于对称中心。吊具质量 起升载荷 小车重量 因主小车吨位较大，采用台车形式八个车轮，可求实际主小车满载时的静轮压一根主主梁上空载小车轮压 3惯性载荷一根主主梁上小车惯性力主小车上主动轮占一半，按主动车轮打滑条件确定主小车的惯性力 大车起、制动产生的惯性力4偏斜运行侧向力一根主主梁的重量为 主主梁跨端焊接上两块耳板，与副主梁端梁连接，在计算时，按假想端梁截面进行计算。如图（8）所示图(8)端梁假想截面与主主梁连接的端梁部分如图（9）所示（将超出轨距的一部分所假想而成的端梁截面尺寸） 图（9）端梁与主主梁连接部分其截面尺寸如图（10）图（10）端梁假想截面尺寸形心 对形心轴 的惯性矩：对形心轴的惯性矩：端梁净截面积 端梁毛截面积 一根端梁单位长度重量一组大车运行机构重量 司机室及其电气设备的重量 主主梁侧假想端梁尺寸如图（11）所示主主梁侧假想端梁重 图（11）主主梁侧假想端梁尺寸（1） 满载小车在主主梁跨中左侧端梁总静轮压由下图(12)计算图（12）左侧端梁受力分布图由 查得，侧向力为 满载小车在主主梁左端极限位置左侧端梁总静轮压为 侧向力 扭转载荷偏轨箱型梁由和的偏心作用而产生移动扭转，其它载荷，产生的扭矩较小且作用方向相反，故不计算。偏轨箱型梁弯心A在梁截面的对称形心轴上（不考虑翼缘外伸部分），由前计算可知，弯心至主腹板中线的距离为，查表可知轨高 。移动扭矩 2.3.2 副主梁1副主梁自重 由查表得出副主梁小车轮压 19640kg，查表选用车轮材料ZG50MnMo，车轮直径，轨道型号QU70，许用值21800kg。查得轨道理论重量，副小车轨道重量 栏杆等重量 副主梁的均布载荷 2小车轮压小车布置如图(13)图（13）小车布置图主钩铅垂线中心通过小车中线的E点（按比例布置作用点位置）小车重心F点位置 起升载荷为 吊具质量 小车重量 按受载大的AB梁计算小车轮压，见图(14)图（14）AB梁受力分布图满载小车的静轮压空载小车轮压为3惯性载荷一根副主梁上小车的惯性力副小车上主动轮占一半，按主动车轮打滑条件确定副小车的惯性力 大车起、制动产生的惯性力4偏斜运行侧向力一根副主梁的重量为 一根端梁单位长度的重量 与副主梁焊接端梁重量 （1）满载小车在副主梁跨中 见图(15)图（15）副主梁受力分布图左侧端梁总静轮压为 由，查得（2）满载小车在副主梁左端极限位置左侧端梁总静轮压侧向力 5扭转载荷偏轨箱型梁由和产生，弯心，查表可知轨高 ，移动扭矩 2.4简化模型大车主主梁端部有两个台车，可简化为一个滑动铰支座：（1.2.5.6）副主梁端部支撑车轮（3.4）简化为一个可动铰支座；简化模型见图（16）超静定次数 图（16）简化模型进一步简化：主主梁端部采用两个台车，只是增加了支撑装置，减小了轮压。将两个滑动铰支座分别用一个固定铰支座代替，约束一样，只是取消了对扭矩的抵制作用。将滑动铰支座换成固定铰支座。如图（17）。图（17）桥架进一步简化图将此端梁结构看成多跨超静定梁，沿处拆分，主主梁（基本部分）+副主梁（附属部分）；主主梁受力对副主梁无影响；副主梁受力对主主梁有影响。在计算水平载荷时将铰四个铰点看作刚节点进行计算。将主主梁看作一个单梁桥架，副主梁对其影响在或处相当于加了一个可动铰支座。如图（18）所示。图（18）桥架最终简化图忽略副主梁对主主梁端部轴受力影响，使主主梁水平面内弯矩值偏大，设计可靠性增强，计算偏保守。主主梁水平刚架计算模型如图(19)所示。图（19）主主梁水平刚架计算模型副主梁水平刚架计算时，主主梁对副主梁相当于固定铰支座。如图（20）所示。图（20）主主梁副主梁相对关系示意图2.5 垂直载荷2.5.1 主主梁在固定载荷与移动载荷作用下，主梁按简支梁计算。见图(21)图（21）主主梁垂直载荷分布图1 .固定载荷作用下在主主梁跨中的弯矩为 跨端剪切力为2. 移动载荷作用下主梁的内力轮压合力与左侧台车轴线距离 满载小车在跨中，跨中E点弯矩为跨中E点的剪切力 跨中内扭矩 满载小车在跨端极限位置小车左轮距梁端距离取为0.7跨端剪切力 跨端内扭矩为主主梁跨中总弯矩为 主梁跨端总剪切力为 2.5.2 副主梁在固定载荷与移动载荷作用下，主梁按简支梁计算。1. 固定载荷作用下在副主梁跨中的弯矩为跨端剪切力为2. 移动载荷作用下主梁的内力轮压合力与左轮的距离为 满载小车在跨中，跨中E点弯矩为跨中E点的剪切力 跨中内扭矩 满载小车在跨端极限位置小车左轮距梁端距离取为0.5跨端剪切力 跨端内扭矩为 副主梁跨中总弯矩为副主梁跨端总剪切力为 2.6 水平载荷如前面模型简化，将主主梁的一根梁看作单梁桥架，副主梁看作双梁桥架。2.5.1 主主梁1. 主主梁的水平惯性载荷模型如前面图(18) 小车在跨中，刚架的计算系数为跨中水平弯矩 跨中水平剪切力 跨中轴力为 小车在跨端，跨端水平剪切力2. 偏斜侧向力计算简图如(22)图（22）主主梁偏斜侧向力计算简图小车在跨中，侧向力 超前力为 B处轴力 B处水平剪切力 主梁跨中水平弯矩 主梁轴力 主梁跨中总水平弯矩为 小车在跨端侧向力为超前力 B端水平剪切力 主梁跨端水平弯矩 主梁跨端的水平剪切力为 主梁跨端总的水平剪切力为 2.5.2副主梁副主梁求解水平载荷的模型，见图(23)图（23）副主梁水平载荷受力模型在水平载荷及作用下，桥架按刚架计算，因偏轨箱型梁与端梁连接面较宽，应取两主梁轴线间距代替原小车轨距构成新的水平刚架，这样比较符合实际，于是 ，。1. 副主梁水平惯性载荷小车在跨中，刚架的计算系数为跨中水平弯矩 跨中水平剪切力 跨中轴力为 小车在跨端，跨端水平剪切力2. 偏斜侧向力在偏斜侧向力作用下，桥架也按水平刚架分析，计算简图如(24)图（24）副主梁偏斜侧向力计算简图计算系数为 小车在跨中，侧向力 超前力为 端梁中点的轴力 端梁中点的水平剪切力 副主梁跨中的水平弯矩 副主梁轴力 副主梁跨中总水平弯矩为 小车在跨端侧向力为超前力 端梁中点的水平剪切力 副主梁跨端的水平弯矩 副主梁跨端的水平剪切力为 副主梁跨端总的水平剪切力为3 主主梁计算3.1 强度校核图（25）主主梁应力危险点分布图需要计算主梁跨中截面危险点、的应力，见图(25)主腹板上边缘点的应力主腹板边至轨顶的距离为 主腹板边的局部压应力为 垂直弯矩产生的应力 水平弯矩产生的应力 惯性载荷与侧向力对主梁产生的轴向力较小且作用方向相反，应力很小，故不计算。主梁上翼缘的静矩为主腹板上边的切应力为点的折算应力 满足要求点的应力满足要求点的应力下翼缘板与副腹板连接处的外侧表面应力满足要求主梁跨端的切应力主腹板承受垂直剪力及，故主腹板中点切应力为满足要求翼缘板 （承受水平剪切力）主梁跨端的水平剪切力 跨端内扭矩 3.2 主主梁疲劳强度校核桥架工作级别为A6，应按载荷组合计算主梁跨中的最大弯矩截面E的疲劳强度。由于水平惯性载荷产生的应力很小，为了计算简明而忽略惯性应力求截面E的最大弯矩和最小弯矩，满载小车位于跨中E点，则 空载小车位于右侧跨端时，见图(26)，图（26）最小应力计算简图左端支反力为验算主腹板受拉翼缘焊缝的疲劳强度，见图(25) 应力循环特性 根据工作级别A6，应力集中等级及材料Q235，查得，焊缝拉伸疲劳许用应力为 合格1 验算横隔板下端焊缝与主腹板连接处的疲劳强度应力循环特性 显然，相同工况下的应力循环特性是一致的。由A6及Q235，横隔板采用双面连续贴角焊缝连接，板底与受拉翼缘间隙为60mm，应力集中等级为，查得疲劳许用应力，拉伸疲劳许用应力为 合格3.3 主梁的稳定性1整体稳定性主梁高宽比 （稳定） 2. 局部稳定性翼缘板，需设置两条纵向加劲肋。验算 （稳定）翼缘板最大外伸部分 （稳定）主腹板 副腹板 故需设置横隔板和两条纵向加劲肋，主、副腹板相同，隔板间距，纵向加劲肋位置 ，取550mm，去900mm，其布置示于图(27)图（27）加强筋布置图验算跨中主腹板上区格的稳定性。区格两边正应力为 （属于不均匀压缩板）区格的欧拉应力为 区格分别受，作用时的临界应力为，板边弹性嵌固系数=1.2，屈曲系数 则，故需修正，当区格受腹板边局部压应力 时，压力分布长 ，按计算，区格属双边局部压缩板，板的屈曲系数需修正，则当区格受平均切应力时：由，板的屈曲系数 故需修正 区格上边缘的复合应力为 ，区格的临界复合应力为 所以，区格的局部稳定性合格。验算跨中副腹板上区格的稳定性 区格只受及的作用，区格两边的正应力为 切应力 区格的欧拉应力 （属于不均匀压缩板）屈曲系数 则 ，故需修正，当剪应力作用时 故需修正 区格上边缘的复合应力为 ，区格的临界复合应力为 所以，区格的局部稳定性合格。加劲肋的确定横隔板厚度 ，板中开孔尺寸为 ，镶边板厚 ，镶边板宽 ，其尺寸如图(28)图（28）加筋板截面尺寸翼缘板纵向加劲肋选用角钢， 纵向加劲肋对翼缘板与加劲肋接触面的惯性矩为 （合格）主、副腹板采用相同的纵向加劲肋 纵向加劲肋对腹板板厚中心线的惯性矩为 综上所述，选择的加劲肋合格。3.4 刚度计算1桥架的垂直静刚度满载小车位于主梁跨中产生的静挠度，见图(28)图（28）满载小车位于主梁跨中受力图 满足要求2桥架的水平惯性位移小车位于跨中，计算起动工况的跨中位移： 3垂直动刚度起重机垂直动刚度以满载小车位于桥架跨中的垂直自振频率来表征，计算如下：主梁质量 全桥架中点换算质量 起升质量 起升载荷 起升钢丝绳滑轮组的最大下放长度为 取，为吊具最小下放距离桥架跨中静位移为查表选用倍率 ，由钢丝绳静拉力 选用型钢丝绳 起升钢丝绳滑轮组的静伸长 结构质量影响系数 桥式起重机的垂直自振频率 4水平动刚度起重机水平动刚度以物品高位悬挂，满载小车位于桥架跨中的水平自振频率来表征。半桥架中点的换算质量为 半刚架跨中在单位水平力作用下产生的水平位移为桥式起重机的水平自振频率为3.5 桥架拱度主主梁的桥架拱度与副主梁的一样，见后面副主梁桥架拱度设置。4 副主梁校核4.1 强度校核图（30）副主梁应力危险点分布图需要计算主梁跨中截面危险点、的应力，见图(30)主腹板上边缘点的应力主腹板边至轨顶的距离为 主腹板边的局部压应力为 垂直弯矩产生的应力 水平弯矩产生的应力 副主梁上翼缘的静矩为主腹板上边的切应力为点的折算应力 满足要求点的应力满足要求点的应力满足要求副主梁跨端的切应力主腹板承受垂直剪力及，故主腹板中点切应力为满足要求翼缘板 （承受水平剪切力）主梁跨端的水平剪切力 跨端内扭矩 主梁翼缘焊缝厚度 ，采用自动焊。4.2 副主梁疲劳强度校核桥架工作级别为A6，应按载荷组合计算主梁跨中的最大弯矩截面E的疲劳强度。由于水平惯性载荷产生的应力很小，为了计算简明而忽略惯性应力求截面E的最大弯矩和最小弯矩，满载小车位于跨中E点，则 空载小车位于右侧跨端时，见图(31)，左端支反力为图（31）最小应力计算简图1验算主腹板受拉翼缘焊缝的疲劳强度，见图(30) 应力循环特性 根据工作级别A6，应力集中等级及材料Q235，查得，焊缝拉伸疲劳许用应力为 合格2验算横隔板下端焊缝与主腹板连接处的疲劳强度应力循环特性 显然，相同工况下的应力循环特性是一致的。由A6及Q235，横隔板采用双面连续贴角焊缝连接，板底与受拉翼缘间隙为50mm，应力集中等级为，查得疲劳许用应力，拉伸疲劳许用应力为 合格4.3 副主梁的稳定性整体稳定性主梁高宽比 （稳定） 局部稳定性翼缘板，需设置一条纵向加劲肋。验算 （稳定）翼缘板最大外伸部分 （稳定）主腹板 副腹板 故需设置横隔板和一条纵向加劲肋，主、副腹板相同，隔板间距，纵向加劲肋位置 ，取350mm，其布置示于图(32)图（32）副主梁加强筋布置图1. 验算跨中副腹板上区格的稳定性 区格只受及的作用，区格两边的正应力为 切应力 区格的欧拉应力 （属于不均匀压缩板）屈曲系数 则 ，故需修正，当剪应力作用时 故需修正 区格的复合应力为 ，区格的临界复合应力为 所以，区格的稳定性合格。2. 加劲肋的确定横隔板厚度 ，板中开孔尺寸为 。翼缘板纵向加劲肋选用角钢， 。纵向加劲肋对翼缘板与加劲肋接触面的惯性矩为 （合格）主、副腹板采用相同的纵向加劲肋 纵向加劲肋对腹板板厚中心线的惯性矩为 综上所述，选择的加劲肋合格。4.4 刚度计算1桥架的垂直静刚度满载小车位于主梁跨中产生的静挠度，见图(33)图（33）副主梁静刚度计算简图 满足要求2桥架的水平惯性位移小车位于跨中，计算起动工况的跨中位移：3.垂直动刚度起重机垂直动刚度以满载小车位于桥架跨中的垂直自振频率来表征，计算如下：主梁质量 全桥架中点换算质量 起升质量 起升载荷 起升钢丝绳滑轮组的最大下放长度为 取，为吊具最小下放距离桥架跨中静位移为查表选用倍率 ，由钢丝绳静拉力 选用型钢丝绳 起升钢丝绳滑轮组的静伸长 结构质量影响系数 桥式起重机的垂直自振频率4水平动刚度起重机水平动刚度以物品高位悬挂，满载小车位于桥架跨中的水平自振频率来表征。半桥架中点的换算质量为半刚架跨中在单位水平力作用下产生的水平位移为桥式起重机的水平自振频率为4.5 桥架拱度桥架跨度中央的标准拱度值考虑制造因素，实取跨度中央两边按抛物曲线 设置拱度，如下图(34)图（34）拱度示意图距跨中为 的点，距跨中为 的点，距跨中为 的点，5 端梁校核5.1 主主梁端部耳板设计计算主主梁跨端结构受力，工况：满载小车位于主梁跨端，大小车同时运行起制动及桥架偏斜。1垂直载荷主梁最大支承力 因作用点的变动引起的附加力矩为按假想端梁计算自重 计算简图(35)图（35）端梁计算简图端梁支座反力如图，截面1-1 弯矩 剪力 截面2-2 弯矩 剪力 2水平载荷端梁的水平载荷有，亦按简支梁计算，见图(36)图（36）端梁水平载荷计算简图因作用点外移引起的附加水平弯矩为弯矩 截面1-1 剪切力 截面2-2在，水平力作用下，2-2处水平反力3主梁端部耳板设计主梁端部耳板设计如图（37）所示。图（37a）主梁端部截面尺寸图（37b）耳板截面尺寸截面性质：建立如图（37a）示坐标系校核截面2-2处腹板中轴处切应力 合格截面1-1处销轴所受剪应力在验算端梁完计算，见后面。5.2 副主梁一侧端梁的校核1.端梁校核载荷计算：副主梁与端梁看作是多跨静定梁的附属部分；主主梁对附属部分无影响。工况：取满载小车位于主梁跨端，大小车同时起、制动及桥架偏斜。垂直载荷端梁垂直载荷分布如图（38）所示。主梁最大支承力 图（38）端梁垂直载荷分布图因作用点的变动引起的附加力矩为端梁自重 端梁在垂直载荷作用下按图（38）所示简支梁计算端梁支反力 截面1-1 截面2-2 水平载荷端梁的水平载荷有，按图（39）所示简支梁计算。图（39）端梁水平载荷分布图因作用点外移引起的附加水平弯矩为先求支反力：端梁的水平反力 水平剪切力 弯矩 截面1-1剪切力 轴向力 2强度校核只需校核2-2截面如图（40）图（40）2-2截面应力危险点截面角点处应力腹板边缘的应力翼缘板对中轴的静矩为折算应力为 满足要求3疲劳强度只考虑垂直载荷，工况：满载小车位于跨中及跨端截面2-2。满载小车在副主梁跨端时，端梁截面2-2的最大弯矩和剪切力为：空载小车位于跨中时，端梁支反力下翼缘板焊缝应力根据A6及Q235，下翼缘板采用双面贴角焊缝，应力集中等级，查得 。焊缝拉伸疲劳许用应力 合格，按查得取拉伸疲劳许用应力 合格4稳定性整体稳定性 （稳定）局部稳定性 翼缘板 （稳定）腹板 不需设置横隔板。5. 校核销轴所受的力端梁销轴分布及受力简图如图（41）所示。图（41）端梁销轴分布及受力简图耳板与端梁连接处销轴1、4，所受垂直方向的剪力较大，而2、3受水平方向拉力，其在垂直方向几乎不受力。只需校核受力较大的1、4销轴。设计销轴直径为对销轴 合格对支撑板的挤压应力，设支撑板厚20mm。支撑板的挤压力 合格6副主梁与端梁的连接副主梁与端梁采用连接板贴角焊缝连接，主梁两侧各用一块连接板与端梁的腹板焊接，连接板厚，高度 取。主梁腹板与端梁腹板之间留有的间隙，在组装桥架时用来调整跨度。主梁翼缘板伸出梁端套装在端梁翼缘板外侧。用贴角焊缝，周边焊住，必要时在主梁端部内侧，主、端梁的上下翼缘板处焊上三角板，以增强连接的水平刚度，承受水平剪力。副主梁最大支承力 连接处需要的焊缝长度为： （合格）至此桥架设计全部合格。结论经过近三个月的设计，我对桥式铸造起重机的设计步骤、内容和方法有了深入的了解，同时巩固了已学的金属结构的相关知识，为以后的工作学习打下了坚实的基础。这次设计桥式铸造起重机的突出特点是工作级别高、起重量大、工作环境差。在设计计算时采用需用应力法进行结构设计，强度校核时由于所用材料Q235为塑性材料因此用第四强度理论进行强度校核。同时高工作级别的结构所允许的疲劳强度许用值很低，疲劳强度成为设计计算的首要约束条件，因此要重点校核疲劳强度。此桥式铸造起重机由主主梁、副主梁和端梁构成。桥架采用六梁铰接式结构以减少结构的超静定次数，改善受力和方便运输。主、副小车的起重量均偏大，故采用偏轨箱型梁桥架。偏轨箱型梁桥架不仅可减小小车的外形尺寸，同时也增大了起升空间，有利于铸造厂间的应用。另外根据结构受力的特点应用材料，将材料用到受力大的地方，而受力小的地方就尽可能少用材料以减小自重，节省材料。这种有针对性的设计能最大限度地节省材料，减小自重，使设计更加合理。致谢在设计过程中，得到了学院有关领导的关心和支持，尤其是指导老师给了我很大的帮助，在此对他们认真负责的精神和付出的辛苦表示衷心的感谢。由于本人学识水平和设计经验的缺乏，在设计的开始阶段，遇到了很多棘手的问题，在后来的设计绘图过程中，又暴露很多实际的画图问题，自己毫无经验。秦老师的及时耐心有效的指导，才使我能顺利、如期的完成毕业设计。老师渊博的知识、严谨的治学态度、高度的责任感和对我们时时刻刻的关怀之心，都深深的感染着我。参考文献1万力 徐格宁，等-GB3811-08起重机设计规范.北京：国家标准局出版社，2008.2 张志文 王金诺等，起重机设计手册M. 北京.中国铁道出版社，1998.3 王金诺 于兰峰，起重机金属机构.北京：中国铁道出版社.2002.4徐格宁，机械装备金属结构的设计M.北京，机械工业出版社，2009.3-290.5 陈道南 盛汉中，等起重机课程设计.北京：冶金工业出版社，2000.191-2906陈国璋 孙桂林 金永懿 孙学伟 徐秉业，等起重机设计实例.中国铁道出版社，1985.12.7材料力学 M.北京：高等教育出版社.8结构力学 M.北京：高等教育出版社,9 徐格宁、智浩.铸造起重机桥架空间结构分析与疲劳计算.太原重机学院学报.1993年第四期第14卷，1993751实习报告2目录目录一、实习目的.3二、公司简介.4三、实习内容.53.1 露天开采工艺 .53.1.1 露天开采四个工艺 .5 3.1.1.1 穿孔.53.1.1.2 爆破作业.10 3.1.1.3 采装运输.183.1.1.4 排岩工程.24四、实习总结.283一、实习目的一、实习目的与实习要求与实习要求1 1实习目的：实习目的： 本次毕业实习为时 4 周，我来到滦平建龙矿业有限公司进行实习。在此期间，我主要对铁矿露天开采和矿石运输环节进行学习。 通过本次实习，我首先要对以前学过的有关方面的知识进行一个系统的总结与更深的了解，将课本上的知识与工作实际联系起来，是我对知识掌握得更加深刻，理解得更为透彻。其次，本次实习是对生产过程进行观察研究，为毕业设计收集材料，以便我们在以后毕业设计过程中能够少走弯路，得心应手。最后，通过实习中与技术员、工人师傅的交流以及在企业中的所见所闻，为我毕业后进入工厂工作打下基础，使我提前适应了今后的工作环境。2 2实习要求：实习要求：1、明确实习任务，认真学习实习大纲，提高对实习的认识，做好思想准备。2、认真完成实习内容，按规定记实习笔记，撰写实习报告，收集相关资料。3、虚心向技术人员学习，尊重知识，尊重他人，甘当小学生。及时整理实习报告等。不断提高分析问题、解决问题的能力。4、自觉遵守学校、实习单位的有关规章制度，培养良好的风气。4二、二、公司简介公司简介北京华夏建龙矿业科技有限公司创建于 2003 年，是一家集矿业采选技术研究、矿产资源勘探、矿山设计、矿山投资开发、矿产品加工、销售于一体的集团化企业。公司通过自我勘探与合作勘探，拥有铁、锌、铅、铜、钼等资源的探矿权，采矿权，三十余家子公司遍布河北、吉林、辽宁、黑龙江、内蒙、湖北、新疆等省市。公司通过并购重组和业务拓展，实现公司裂变、递进式快速发展。截止2010 年底，公司累计销售收入 135.69 亿元，利润总额 42.95 亿元，上缴税金25.02 亿元。截止到今年九月止，2011 年累计销售收入 22.84 亿元，净利润8.83 亿元。滦平建龙矿业有限公司位于河北省滦平县。东距承德市 50 公里，北距隆化县城 28 公里，交通便利。公司成立于 2003 年 6 月 9 日，拥有矿石地质储量超 6820 万吨，原矿平均品位 11%以上，为钒钛铁矿。选厂设计生产能力 28 万吨。年处理矿量 240 万吨，现有总资产 1.39 亿元。经过多年的不懈努力，曾获得省市安全、环保、管理几十项荣誉，每年被评为县工业十强企业，市工业五十强企业，始终保持良好地发展，与时俱进，发扬团队精神，不断向同行业一流企业迈进。 5三、三、 实习内容实习内容3.13.1露天矿开采工艺露天矿开采工艺3.1.13.1.1 露天开采四个工艺露天开采四个工艺穿孔、爆破作业、采装运输、排岩工程3.1.1.13.1.1.1 穿孔穿孔1 1 穿孔方法与穿孔设备穿孔方法与穿孔设备穿孔方法：热力破碎穿孔和机械破碎穿孔两种方法。穿孔设备：火钻、钢绳式冲击钻、潜孔钻、牙轮钻、凿岩台车。目前主要应用设备：牙轮钻、潜孔钻、凿岩台车。2 2 牙轮钻机牙轮钻机目前，80%的露天金属矿山使用牙轮钻机穿孔。牙轮钻机的优点：穿孔作业效率高、作业成本低、机械化程度高、适用于各种硬度的矿岩中穿孔。2.12.1 牙轮钻机的工作原理牙轮钻机的工作原理 牙轮钻机如图 3-1 所示，它是通过钻机的回转和推压机构使钻杆带动钻头连续转动，同时对钻头施加轴向压力，以回转动压和强大的静压使与钻头接触的岩石粉碎破坏。同时通过钻杆与钻头中的风孔向孔底注入压缩空气，利用压缩空气将空地岩粉吹出孔外，从而形成炮孔。 6图图 3-13-1 牙齿轮钻机原理图牙齿轮钻机原理图2.22.2 牙轮钻机的钻具牙轮钻机的钻具牙轮钻机的钻具包括：钻杆、稳杆器、减震器和牙轮钻头。钻杆长度一般为 9.2 或 9.9m。稳杆器可减小钻杆摆动，防止钻孔偏斜。2.32.3 牙轮钻机的工作参数牙轮钻机的工作参数牙轮钻机的主要工作参数：钻压、钻具转速、排渣风量与风压 。合理使用这些参数可以提高凿岩效率延长钻头寿命。1） 、钻压:根据实践经验总结出不同矿岩硬度系数选取不同的钻压，如表 3-1。(1040t)表表 3-13-1 不同岩石硬度系数钻压选用表不同岩石硬度系数钻压选用表f f直径直径190mm190mm直径直径250mm250mm直径直径310mm310mm8 81012.315.915.9101012.215.519.919.9121214.619.023.823.8141417.621.627.827.8161619.524.931.831.818182228.035.735.7202024.324.331.231.239.739.7钻压超过岩石的抗压强度，岩石被压碎，此时，钻孔速度快，钻头寿命长。2） 、钻速与钻具的转速：如图3-2。在不同的轴压下钻头钻进速度V与钻具转速n的关系。由图可见，转速达到一定值后，钻进速度不增反而减小。 原因：转速快，齿轮与孔底岩石的作用时间短（小于0.03秒）未能充分发挥齿对岩石的破坏作用，且加速了钻杆的震动和钻头磨损。 根据经验，得出表3-2的最佳转速。表表3-23-2转速表转速表钻机类型轻型钻机中型钻机重型钻机岩石硬度系数F8F=10-14F=15-207转速r/min80-12060-10050-80图图3-23-2转速转速n n对钻速的影响对钻速的影响3） 、排渣风速与风量：经验表明：排渣风量不足时，岩渣在孔底被反复破碎，将显著地降低钻进速度和钻头寿命； 另一方面，排渣风量过大，从孔底吹出的岩渣对钻头和钻杆的磨损作用也将显著增大。排渣风量Q: D 钻孔直径；m d 钻杆直径；m VH 回风速度； m/min Q排渣风量，m/min。为了便于排渣，(D-d) 应大于20mm。目前，国内外度趋向于加大排渣风量，借以提高钻头的使用寿命和钻孔速度。当炮孔直径为310mm时，钻杆直径为270mm,要求的排渣风速为20m/s，排渣风量为4m/s。表表3-33-3演示容重与排渣风速演示容重与排渣风速岩石容重（t/m）3.23.2有裂隙的岩石HVdDQ4)(228排渣风速（m/s）25-3040-50502.42.4 牙轮钻机的生产能力牙轮钻机的生产能力即台班生产能力和台年综合生产能力1） 牙轮钻机的台班生产能力即每台牙轮钻机每一班工时内钻进的米数。Vb = 0.6 v Tb Vb 牙轮钻机台班生产能力，米/台班v 牙轮钻机的钻进速度， cm/min,Tb 班工作时间，h, 班工作时间利用系数，0.40.5经验公式 v=3.75Pn/(9800Df)=3.75400000150/(9.810002512) = 76cm/min=0.76m/min=45.6m/hr P轴压，N，n钻速，m/min，D直径，cm，f普氏系数 2） 钻机的台年综合生产能力钻机的台年综合生产能力（2300033000m/a）由于管理和钻机本身故障引起的停机原因，牙轮钻机的年综合生产能力，如表3-4。表表3-43-4钻机年综合生产能力钻机年综合生产能力 矿岩穿孔单台平均综合效率（m/年）矿山矿岩硬度系数f1994年1995年1996年南芬露天矿818317802868834320水厂铁矿814358773170535220歪头山铁矿1215260572717229352齐大山铁矿12183073824012231602.52.5 牙轮钻机的需求数量牙轮钻机的需求数量钻机数量取决于矿山的设计年采剥总量、钻机的设计年综合生产能力与每米炮孔的爆破量。9 N 所需要的钻机数量，台， Q 矿山设计年采剥总量，t/a, L 每台牙轮钻机的年穿孔效率，m/a, q 每米炮孔的爆破量，t/m, （D=250mm,q=90130t/m) e 废孔率，% 。2.62.6 提高牙轮钻机的穿孔效率提高牙轮钻机的穿孔效率一方面改进牙轮钻机本身的技术性能，提高钻头的工作强度与使用寿命，另一方面，在牙轮钻机作业过程中，合理配置好各种参数，协调生产组织管理，提高钻机的工作时间利用系数。目前，两种工作制度：（1）高轴压（3060t） ，低转速(150r/min)（2）低轴压（1020t） ，高转速(300r/min)应该从中寻找到合理的轴压和转速。根据经验, HY-250c 型和KY-310型钻机的轴压分别为32t 和45t ,转速分别为100r/min 以内比较合适。3 3 潜孔钻机潜孔钻机潜孔钻机适用于中小型矿山。该种型号的钻机的工作原理是冲击回转式风动凿岩。如图3-3潜孔钻机实物图)1 (eqLQN10图图3-33-3 潜孔钻机实物图潜孔钻机实物图3.1.1.23.1.1.2 爆破作业爆破作业爆破是露天矿开采的第二个工艺环节，通过爆破作业，将整体矿岩进行破碎及松动，形成一定形状的爆堆，为后续采装作业提供工作条件。爆破成本约占1520%，对爆破工作的要求： 11 适当的爆破储备量，以满足挖掘机连续作业的要求，一般要求每次爆破的矿岩量应能满足挖掘机510昼夜的采装量。 有合理的矿岩块度，以提高后续工序的作业效率，是开采总成本最低。 爆堆堆积形态好，前冲量小；无上翻，无根底； 无爆破危害。在矿山生产期间，爆破作业主要有三种：1 1 基建剥离爆破基建剥离爆破露天矿基建期，为了剥离矿体上覆岩石，平整作业场地、开挖公路或铁路通常进行的大爆破，既基建剥离爆破。基建剥离爆破方式：（1）破碎松动爆破特点：爆破后岩体大部分破碎在原地形成爆堆，少部分岩体产生位移。（2）抛掷爆破。特点：岩体经爆破破碎后发生较大的位移。并且在装药硐室处形成爆破漏斗。根据抛掷程度有：抛扬爆破、抛塌爆破；根据抛掷方向有：定向爆破。大爆破设计原则及要求： 经济合理性原则。 爆破设计要求。尽量为后续工作创造良好条件 爆破质量要求。爆堆形态及分布符合要求，大块率低。 爆破安全要求。 1）爆破作用指数n 爆破作用指数n 是工程爆破中经常应用 的一个重要参数， 通常以爆破漏斗半径和最小抵抗线的比值来表征爆破作用指数n的大小。n=R/W对弱松动爆破，爆破作用指数n小于0.75。 对强松动爆破，爆破作用指数n为0.751之间。对于抛掷爆破，爆破作用指数参考表3-5中的经验值。表表3-53-5 爆破作用指数爆破作用指数n n抛掷率%47.55055606468727612爆破作用指数n0.750.80.91.01.11.21.31.42）最小抵抗线W 如图3-4所示。 由药包中心指向其相邻地表的有向最短的线段的长度即为该药包的最小抵抗线。硐室爆破药包布置图 W单侧单排作用药包 W单侧双排作用药包图图3-33-3药包布置形式及最小作用线药包布置形式及最小作用线3）药包的间距S 硐室爆破的药包间距通常根据最小抵抗线和爆破作用指数来定，在其他条件一定时，岩石越软，药包之间的距离应越大，反之，岩石越硬，药包之间的距离应越小。松动爆破： S = (0.81.2)W13加强松动爆破： S = (11.34) nW抛掷爆破： S = 0.5(1+n)WnW4）装药量计算 装药量计算根据标准炸药单耗、爆破作用指数和最小抵抗线进行计算。2 2 生产台阶正常爆破生产台阶正常爆破生产台阶正常采掘爆破是在每一个生产台阶分区依次进行的爆破。1）生产台阶正常采掘爆破方法 (1)浅孔爆破、 (2)深孔爆破、 (3)药壶爆破 (4)外敷爆破。浅孔爆破：在小型矿山的台阶爆破和大型矿山的辅助性爆破，如开出入沟、修路、处理根底及不合格大块等，其直径在50mm左右。药壶爆破：可以克服较大的底盘抵抗线，减少钻孔工作量，通常在工作困难的条件下使用外敷爆破：不钻孔进行的大块二次爆破或根底处理。深孔爆破：露天矿台阶正常采掘爆破常用的方法。该方法分为：(1)齐发爆破、(2)毫秒迟发爆破，(3)微差爆破。根据台阶前是否有渣堆，台阶采掘爆破又可以分为：(1)清渣爆破(2)压渣爆破。2）台阶正常采掘爆破参数及爆破设计露天台阶爆破通常采用多排孔齐发爆破或多排孔间隔起爆方式。具体设计参数：1、炮孔底盘抵抗线 如图3-414 cL1DLBWPhH图图3-43-4炮孔底盘抵抗线炮孔底盘抵抗线炮孔底盘抵抗线：炮孔中心至台阶坡底线的最小距离（WP)。根据经验有： WP = (2545) D D 炮孔直径；边沿距：第一排炮孔的孔位距台阶边沿之间的距离C，因此，底盘抵抗线Wp应满足约束条件： WP H(ctg ctg )+C C 边沿距； H 台阶高度； 台阶坡面角； 炮孔倾角； 压碴爆破时, 适当减小底盘抵抗线。 减小值 Wn = 0.4 d/k d压渣厚度，m; k松散系数(1.31.5） 2、布孔方式与布孔参数两种布孔方式：排间之列布孔（也叫方形布孔） ；排间错列布孔（三角形布孔）布孔参数：排间距、孔间距、炮孔邻近系数m.1）孔间距。简称孔距。同排两相邻炮孔中心的距离。qHWQaP15Q 炮孔装药量kg；WP 炮孔底盘抵抗线m，(前排孔底盘抵抗线,后排孔为排距)，q炸药单耗，kg/m2）排间距。简称排距。平行于台阶坡顶线方向上两排炮孔之间的距离。b = (0.80.9) WP 3) 炮孔邻近系数m。也叫炮孔密集系数，即孔间距与排距之间的比值。前排孔：后排孔：每一个炮孔负担面积为a * b。目前，矿山广泛在用大孔距，小抵抗线的布孔方式。以改善爆破质量。m= 38。3、炮孔规格与超深 目前，炮孔直径有：80，100，150，170，200，250，310 mm等。现代采矿广泛采用大孔径爆破，大型装载设备与破碎设备，节省成本。 炮孔超深h：炮孔超过台阶底盘的垂直深度， 作用是降低装药中心的高度，克服台阶底盘的阻力。以避免出现根底。h= (0.150.35)WP 4、装药量与装药结构台阶爆破时，每一炮孔的装药量大小与岩石的坚固性、岩体中节理及裂隙的发育状态、爆破条件、自由面状态、爆破作用指数、炮孔所负担崩落的矿岩量有关。1）炸药单耗q。爆破每一立方米或一吨矿岩平均所用的炸药量。炸药单耗低，爆破成本低，但大块率增加，使后续作业成本增加。2）装药量Q。Q= q WP a H PWam 1bam 216Q 炮孔装药量，公斤，q 单位炸药消耗量，公斤/立方米(0.451)WP 台阶底盘抵抗线，米a 孔间距，米， H台阶高度， 米采用多排孔爆破时，后排孔应加大炮孔装药量。前排孔： Q= q WP a H 后排孔： Q= q b a H t其中： b 炮孔排距， t 后排孔的装药增加系数，设计后，应用单孔最大装药量验算。G=g (L L1 )G 每孔最大装药量kg,g 每米炮孔可能的最大装药量，kg/m，L 炮孔深度，m，L1 炮孔填塞长度，mD炮孔直径，m，d装药密度，kg/m3。3) 炮孔装药结构：如图3-5所示。分连续柱状装药(如图3-5a) 和分段装药(如图3-5b） 。dDg24117图3-5a 分连续柱状装药 图3-5 b分段装药图图3-53-5装药结构装药结构4） 装药长度（LB)：装药长度（LB)：炮孔中药柱的实际长度。根据经验公式计算：5）填塞长度(Lt )：填塞长度(Lt )：炮孔内药柱顶面至空口的距离。根据经验：Lt = (1632) D5、起爆方式与起爆网络露天台阶爆破多采用多排孔爆破。 起爆方式分可归为两类：多排孔齐发爆破多排孔微差爆破(延时爆破） 。目前，国内外广泛使用多排孔微差爆破。常见的起爆网络如图3-6。多排孔微差起爆方式： 排间微差起爆。 斜线起爆。 直线掏槽起爆 。用于掘沟工程 间隔孔起爆 。dDQLB24118图图3-63-6常见的起爆网络示意图常见的起爆网络示意图三、靠帮与并段台阶的控制爆破三、靠帮与并段台阶的控制爆破1 预裂爆破 在一个台阶向边帮台阶过渡时，在紧邻边帮的最后一排孔布置预裂孔，在正常台阶爆破之前爆破预裂孔，形成预裂面，以减小爆破对最终边帮的震动破坏作用。预裂孔直径多为100200mm的潜孔钻机所钻的孔，或6080mm凿岩台车钻的预裂孔。 预裂爆破的实质：炸药的爆炸气体产物作用在孔壁上的压力不超过孔壁岩石的动载抗压强度，依靠相邻预裂炮孔内的压力同时作用使预裂炮孔沿线上的岩石产生应力叠加和集中而导致炮孔出现拉伸断裂。影响预裂爆破效果的主要参数：预裂孔的孔间距：a = ( 716)D。孔间距一般小于正常爆破时的孔间距。孔径与装药不耦合系数：钻孔直径与药包直径之比值。若岩石的抗压强度小，则装药的不耦合系数要求大。19线炸药密度：即每米炮孔的装药量。2 缓冲爆破缓冲孔位于预裂孔和生产炮孔之间的一排孔。 特点：孔网参数略小于生产炮孔，且孔底不设超深，装药量也小于生产炮孔的装药量, 缓冲孔与预裂孔同时起爆，或略迟于预裂孔起爆。3 光面爆破 光面控制爆破是在欲爆区域的边缘或边界线上（靠帮或并段台阶的靠帮及并段位置线或出入沟的两侧边界线） ，穿凿一排较密集的炮孔，控制该排炮孔的抵抗线与孔装药量，以使其爆破后沿炮孔中心连线形成破裂带，而获得较平整的破裂面。一般，光面孔的孔间距应小于其抵抗线，通常取抵抗线的0.8倍。装药不耦合系数应与预裂爆破相同或略小，线装药密度应与预裂爆破相同或略大。3.1.1.33.1.1.3 采装运输采装运输 采装与运输是密不可分的， 两者相互影响、相互制约。目前采装运输工艺的发展趋势主要体现在采运设备的大型化，采装与运输环节的一体化与连续化，以及计算机自动化。1 1 采装作业与采装设备采装作业与采装设备采装作业：利用装载机械将矿岩从较软弱的矿岩或经爆破破碎后的爆堆中挖取，装入某种运输工具内或直接卸至某一卸载点。采装作业的机械设备：单斗挖掘机（电铲） 、索斗铲、前装机。金属矿山主要使用单斗挖掘机2 2 挖掘机的生产能力挖掘机的生产能力 挖掘机技术生产能力Vj (m3/hr):t 挖掘机工作循环时间，s, 实测得出。E 铲斗容积；m3, volume of the dipperKW挖掘系数（实方满斗系数） ，WjKEtV360020Kw = Km/KsKm 满斗系数，Ks 矿岩在铲斗中的松散系数，实际设计中，用以下方法确定KwV 单位时间内（一小时）挖掘机所采出的实方矿岩体积，N 挖掘该体积矿岩的总铲斗数，E 铲斗容积、挖掘机的实际生产能力：VB (m3/台班)VB = VJ T VJ 挖掘机技术生产能力，T 班工作时间，h，班工作时间利用系数。3 3 提高挖掘机生产能力的途径提高挖掘机生产能力的途径结合矿山的设计生产能力，合理选择挖掘机自身的设备规格与技术规格。优化爆破设计、改善爆破质量，以提高挖掘机装载效率与满斗系数。通过技术培训，提高挖掘机操纵人员的工作水平和熟练程度，进而提高挖掘机的工作效率与生产能力。合理选择挖掘机的采装方式与运输设备的供车方式，以缩短挖掘机工作循环时间4 4 运输作业与运输设备运输作业与运输设备运输作业是采装作业的后续工序，其基本任务是将已装载到运输设备中的矿石运送到储矿场、破碎站或选厂，将岩石运往废石场。露天矿运输方式：汽车运输、铁路运输、胶带运输、斜坡箕斗提升运输以及联合运输方式。汽车运输的爬坡能力大，机动灵活，运输线路通过的平面尺寸小，运输周期较短，在现代矿山广泛使用。ENVKw21铁路运输存在爬坡能力小等缺点，一般适用于矿体埋藏较浅的矿体，或者在矿体上部使用铁路运输，在坑底使用汽车运输的联合运输方式。目前，胶带运输的爬坡能力大，能实现连续或半连续作业，自动化水平高，运输生产能力大，运输费用低，所以在露天矿的使用日趋广泛。采区上山胶带输送机向下运输，在以往设计中一般下运角度不宜大于16，最大倾角达到255 5 矿用汽车的性能评价与运输计算矿用汽车的性能评价与运输计算1）矿用汽车的性能评价a 重量利用系数：汽车的载重与自重的比值。矿用汽车的重量利用系数一般为11.73，该值越大，表明汽车设计越好。运行经济性越好。b 比功率与比扭矩比功率：发动机所发生的最大功率与汽车的总重量之比。矿用汽车的比功率大约为4.636.03 kw/t，该值越大，车辆的动力性能越好，但燃油的经济性越低。 比扭矩：发动机最大扭矩与汽车自重之比。该值越大，车辆的动力性能越好，但燃油的经济性越低c 最大动力因素矿用汽车的最大车速不大，空气阻力一般不计。汽车主动轮轮缘所产生的牵引力与汽车重量之比。矿用汽车的最大动力因数约0.30.46之间。动力因数越大，车辆爬坡能力越好。2）汽车运输计算运输计算包括：a 自卸式汽车运输能力计算即，自卸式汽车台班生产能力来表征QB。 QB 自卸汽车的台班生产能力,t/台班 q 自卸式汽车的载重量，t, T 自卸式汽车的班工作时间，h，160ktqTQB22 t 自卸式汽车的运输周期， min， K1 自卸式汽车的载重系数， 自卸式汽车的班工作时间利用系数。b 自卸式汽车需求数量的计算 根据矿山设计能力、自卸式汽车运输能力，在此基础之上，考虑汽车的利用率以及汽车运输的不均衡系数之后确定。N 全矿自卸式汽车的在册数量， 台，K2 自卸式汽车运输不均衡系数1.11.2， Q 全矿的设计班产量， 吨/班，QB 自卸式汽车的台班产量，吨/台班， K3 自卸式汽车的出车率。 （矿车出车台班数与总台班数之比）也可根据露天矿设计的年运输量计算。c 道路通过能力计算道路通过能力：在单位时间内通过某一区段的车辆数，一般选择总出入口、车流密度大的地点计算。Nd 道路通过能力，辆/h，V 自卸式汽车在计算区段的平均行车速度，km/hr。n 线路数目系数，单车道n = 0.5, 双车道n=1K 车辆行驶的不均衡系数，k = 0.50.7，s 安全行车间距，两车追踪行驶时的最小安全距离，米。关键行车路段的车辆通过的最大运输量Md = Nd T q Md 道路通过能力，t/班，Nd 道路通过能力，辆/h，32KQQKNBksvnNd100023T 班工作时间，h；q 汽车载重量，t； 汽车工作时间利用系数。6 6 采运设备的合理选型与配比采运设备的合理选型与配比 采装与运输设备的选型是露天开采设计中的重大决策问题。1）挖掘机的选型 单斗挖掘机的选型要根据矿山规模、矿岩年采剥总量、开采工艺、矿岩的物理力学性质、设备的供应情况等确定。特大型矿山选用810立方米或更大的挖掘机，大型矿山一般选用410立方米挖掘机，中型矿山的挖掘机斗容为24立方米。小型矿山，为12立方米。2）矿用自卸汽车选型汽车车厢容积与铲斗容积之比R（车铲容积之比）R 车铲容积之比；tr 汽车入换时间，min；ts 铲斗作业一次循环时间， min；t 汽车运行周转时间，min，L 汽车运距，km；V 汽车的平均运行速度， km/h；Tx 卸车时间，min,Td 等待装车时间， min。一般地，当运距在12km时，车铲容积之比为36， 当运距在35km时，车铲容积之比为68。依据矿岩比重和汽车车型的有效载重量求算车厢容积。srtttRdxttvLt602rqkV100024V 车厢容积，立方米，q 汽车额定载重，吨，r 矿岩的体积质量， kg/m3；k 矿岩的松散系数，1.31.5。3）采装与运输设备的合理配比车铲比n：即平均配备给每台挖掘机的自卸式汽车数量，NC 露天矿生产中同时使用的汽车数量， 台NZ 露天矿生产中同时使用的挖掘机台数，台。理论车铲比n：运输设备的运输周期与装载设备的平均装车间隔时间之比。即，t 运输设备的运行周期，mintz 挖掘机装载一车的平均装载时间，mintr 运输设备的平均入换时间，min。实际车铲比n ：采运输设备在各种不利条件下的运输周期与装载设备的平均装车间隔时间之比。即n 实际车铲比，tz
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