耙斗装岩机总体结构设计说明书

1、目 录摘要1关键词11 前言2 1.1 P-30B耙斗装岩机的工作原理2 1.2 课题设计的目的和内容3 1.3 总体方案的选定42 耙斗的设计计算6 2.1 耙斗重量的确定7 2.2 耙斗主要外形尺寸的额确定8 2.3 耙斗的插入角和耙角的确定8 2.4 耙斗重心的确定8 2.5 耙斗的尾帮93 操纵机构、台车及绞车的设计103.1 操纵机构的设计103.2 绞车的设计103.3 台车144 槽子及挡板的结构设计154.1 三槽的结构设计154.2 耙斗装岩机卸料槽的改进164.3 挡板的结构设计175 耙斗装岩机运动机动力计算175.1 耙装阻力的计算195.2 牵引力的计算196 粑斗装

2、岩机的辅助设备及钢丝绳的布置22P-30(B)耙斗装岩机总体结构设计学 生：李 浩指导老师：莫亚武（湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128） 摘 要：关键词： P-30(B) the Master Structure Design of Rock Rake BucketStudent: Li HaoTutor: Mo Ya-wu(Orient Science&Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract: Key words:1 前言1.1 耙斗装岩机的工

3、作原理P-30B耙斗装岩机用于小煤矿和大矿采区巷道掘进时配合固定车箱式矿车或箕斗进行装载岩石、半煤岩之用，适用于岩巷掘进中配以1.1米3矿车或箕斗进行装载作业。适用于净高大于2米，净断面6以上的巷道。具有生产效率高、结构简单、操作方便等特点。可在半煤岩或岩巷中使用，既可用于平巷也可用于上下山掘进工作面装岩等，如增添尾轮两只，就可在拐弯巷道进行掘进装岩工序间平行作业。P-30B型耙斗装岩机（耙岩机）的电气设备（包括电动机）、按扭开关、磁力启动器、照明灯等均可选用隔爆式，才可以在有瓦斯及粉尘爆炸危险的矿井中使用。P-30B耙斗装岩机（扒装机）主要由固定楔、尾轮、耙斗、传动部分（包括操纵机构、台车、

4、绞车）、导向轮、料槽（进料槽、中间槽、缷料槽）以及电气部分等主要部件组成。如图1所示。耙岩机主要通过绞车的两组滚筒，分别牵引主绳、尾绳，使耙斗作往复连动，耙斗把岩石扒入进料槽，通过中间槽到卸料槽的卸料口卸入矿车，从而实现装岩。   装岩机具有效率高，结构简单，结构紧凑，应用范围广等特点。不仅可以用在平巷装岩，而且可以在30°以下上山或下山巷道装岩，以及拐弯或90°拐弯的巷道，并且还能进行掘进工序的平行作业，提高掘进速度，是实现巷道掘进机械化的一种主要机械设备。耙斗的容量为0.3立方米，装载能力为3050立方米/小时，其他的参数需根据前面的已知条

5、件及其工作环境来计算。1-固定楔；2-尾轮；3-钢丝绳；4-耙斗；5-台车；6-操纵机构；7-绞车；8-卡轨器；9-托轮；10-1.2 课题设计的目的和内容设计目的：耙斗装岩机主要用在采矿工业中，过去在掘进中唯一的装载机械是铲斗式装岩机，否则便是人工装岩。随着采矿工业的发展，耙斗装岩机得到了很好的发展，耙斗式装岩机在我国岩巷掘进中使用量已达7080%，这是因为它具有结构简单、牢固可靠、操作和维修方便、价格便宜等优点。在推广过程中，人们还发现它有一个更加重要的独特优点，即在排岩时矿车不能及时供应的情况下，并不妨碍掘进工作的正常进行。耙斗装岩机可以很快把迎头爆破下来的岩石用耙斗耙到后面，腾出迎头打

6、眼的位置，使打眼工作得以连续进行，而工作面的后部则成为一个歼石储仓，随时来车随时装岩。这种平行作业的方式，不仅有利于掘进头的工作，而且还弥补了整个矿井后配套运输能力不足的缺陷，也缓和了提升设备在出岩高峰时的拥挤堵塞现象。由于耙斗装岩机的这些突出的优点，所以尽管它存在着若干难以克服的缺点，其发展趋势仍然有增无减。实践证明，使用耙斗装岩机装岩可以大大提高掘进效率和减轻笨重的体力劳动。但是耙斗装岩机迄今为止也不是很完善，因此我们需要创新将其进一步完善。研究内容： P-30(B)耙斗装岩机的工作原理与发展前景。 P-30(B)耙斗装岩机的总体设计（包括其主要参数的确定、三图的绘制和工作能力的确定等）。

7、 P-30(B)耙斗装岩机的操纵机构设计。该课题研究的出发点是首先立足于原有产品的创新，对大学四年中学习的基本的专业知识的一次综合运用，然后根据原有产品中的不足，找出其中的需要改进的缺点，找到更好的更具有经济价值的合理的总体设计方案。1.3 总体设计方案的选定方案一图2 耙斗装岩机的外形Fig 2 Rock rake buckets dimension-耙斗的宽度）左右，此次的设计取为1022 mm，为了提高工作效率，进料槽的宽度并不一致，即进料槽略成梯形，将与地面或岩石接触的一边设计为1.45b，即为1305 mm，而它的另一边与中间槽相连接，从而很轻松的将其另一边的宽度定位1022 mm。

8、设计簸箕口挡板是为了使耙斗能在一定距离里完成装料过程而不至于使流出的物料过分的分散，根据实践的经验可将两挡板间的距离设计为2.31b，即为2082 mm。由于卸料槽与地面有一定的距离，因此三槽不能设计在同一直线上，更不能设计与水平线平行。根据力学方面的知识，进料槽的倾斜角度越大，电动机对物料所做的功也就越大，通过查阅矿山机械设计手册，可将进料槽所在的平面与导轨所在的平面设计为24°，即进料槽倾斜的角度为24°。根据绞车、操纵机构的外形尺寸可将台车的外形尺寸长度取为2112.5 mm。根据相关书籍与实际使用情况可将其总长设计为6600 mm，如加上中间接槽，其总长为7099

9、mm，其高度取为1968 mm。综上可确定此耙斗装岩机的外形尺寸为6600 mm×2082 mm×1968 mm（长×宽×高），其大致形状如图2所示。方案二P30(B)耙斗机是煤矿井下普通机械化掘进作业线中的主要设备,但其外形高度达1968mm，要求作业巷道净高不小于2000 mm，不适应低矮巷道使用；而且后配矿车或箕斗由小绞车接力运输，环节多、安全性差、效率较低。为了提高煤质，减小掘进工程量，提高生产效率，决定对工作面材料巷试行不拉底掘进，由此提出了将现有的P30(B)旧耙斗机改造为适应平均度1530 mm的矮型机的想法。P30(B)耙斗机具有简单、耐

10、用、故障少等众多优点，生产实践也证明了这一点，因此，我们在制定改造方案时，尽量保留了它的优点。经分析，最后确定采用如下方法改造：取消中间槽和头轮，将卸料槽与中间槽的连接口部分进行改造，加三角板，使卸料槽可直接与进料槽对接。卸料槽的卸料口减小为800 mm×300 mm，并在槽底下面装导料槽。取消支架及支柱，将槽体掉向180°，即进料槽、卸料槽都装在绞车出绳侧。卸料槽安装在托轮处绞车底座的托架上。行走及牵引部分，取消行走台车，重新设计制作绞车底座为桥架形式，上面为20mm钢板，用以安装绞车及操纵机构、托绳轮及卸料槽等，底座的支腿为18#槽钢,槽钢的一脚钻有螺孔，支座骑在SJ4

11、4带式输送机原架的工字梁上，通过螺栓将底座与机尾联为一体。为减轻绞车部分重量，将安装电控的桥式支座与绞车底座分为2部分。另外，将SJ44带式输送机原架滑橇下面各焊一块锚板，耙斗装岩机工作时，在该锚板与巷道顶板间打上压柱，以固定带式输送机和耙斗装岩机。按此方案改造，可使绞车部分高度降到1100 mm，整机高降到1300 mm；后配运输专配SJ44带式输送机运输；移机时带式输送机机尾与耙斗装岩机联为一体在巷道底板上滑移，阻力较大，需配17 kW专用回柱绞车；耙斗机固定采用压柱方式。优点是整机高度大幅减小，满足了使用要求；后配运输为SJ44带式输送机运输，减少了运输环节，增加了运输能力，消除了运输对

12、生产的制约。缺点是改动点多，改造工作量大；机体移动阻力大，移机比以前困难；且部分地减小了耙斗装岩机的使用范围，适应巷道倾角由35°以下变为16°以下,物料块度不大于250 mm，作业巷道底板要完整不易破。经过比较，它们各有自己的优缺点，此次的设计方案选用第一种的一般方案。  2 耙斗的设计计算耙斗是耙斗装岩机的主要耙斗设计的原则： 对于各种矿物，耙斗易于插入(切入)矿堆，并能在短距离内装满； 耙斗运行要平稳，物料不易从斗沿漏出； 在保证装满的条件下，耙斗重量要最小； 耙斗运行时，动力消耗要最小； 要坚固耐用，便于制造。耙斗的结构形状：它主要取决于耙运块度，比重较大

13、的硬岩，耙斗应制成铸造的耙式的；耙运松软细碎的物料，耙斗应制成箱形的，露天矿剥离作业用的耙斗应制成双面的；地面贮煤场往复运煤的耙斗应制成焊接的马蹄形的。耙斗的高度H、宽度B和长度L间的比例，影响耙斗工作的稳定性，各式耙斗的高、宽、长比例不同，近年来设计制造的各式耙斗的比例约为：铸造的单面耙式耙斗H：B：L=1：1.8：2.4；铸造的双面耙式耙斗H：B：L=1：1.5：2；箱形耙煤耙斗H：B：L=1：2：2；马蹄形耙煤耙斗H：B：L=1：2：2.6；轻型耙矿耙斗H：B：L=1：1.6：2。这些耙斗在不同的条件下，都获得了满意的使用效果。下面对耙斗的主要工作参数进行选择： 2.1 耙斗重量的确定耙

14、斗的重量是耙斗的重要参数之一，它取决于耙齿插入矿堆的阻力，也就是说取决于耙运物料的块度和比重。物料的块度，比重愈大，插入阻力愈大，耙斗应该愈重。如耙斗过轻，便不能插入矿堆，而且沿矿堆表面“擦过去”。然而，如果耙斗过重，虽能迅速插入矿堆，装满矿物，但增大了动力消耗，还会在耙道上耙出深沟。耙斗重量直接影响耙斗的使用质量。从国内外资料看，耙斗的重量一般均以耙斗的单位宽度的重量P表示。过去美国对斗容为耙斗，P取1-4公斤/厘米；后来，对斗容为1.5-2的耙斗，P增至16-20公斤/厘米。苏联对斗容的耙斗，P取公斤/厘米。我们的实践推茬P取5-6公斤/厘米。耙斗重量的选取，取决于耙斗宽度，岩碴物理机械性

15、能，插入岩堆阻力，装满耙斗行程，耙斗插入角和耙齿的后角，所以按P值选取耙斗重量并不十分恰当。苏联H.B.吉洪诺夫推茬的经验公式为(1)。 （1）用式(1)所算得的计算值与实际耙斗的重量的最佳值有很大误差。总结我国煤矿使用耙斗装岩机的实践经验，按照耙斗装岩机的工作原理和受力分析，导出的算公式为（2）。 （2）式中-耙斗重量，公斤；V-耙斗斗容，；l-装满耙斗的路程长度，取0-2米；K-耙斗插入岩堆的单位阻力，公斤/；150毫米以下小碴石：K=2000-3000公斤/；150毫米以上岩碴：K=3000-5000公斤/；爆破不良：K=5000-9000公斤/。-岩碴容重，公斤/； 、-耙斗插入角和后

16、角； C-斗宽系数，取值如表1。表1 耙斗宽与C的关系Tab 1 Scraper wide and C relationship耙斗宽（米）0.60.70.80.911.11.21.5C值0.10.20.30.5 近20年来，我们对许多不同形式不同重量的耙斗进行试验，(2)式计算出来的耙斗重量较接近实际，效果较好，列举如表2。表2 不同耙斗的重量选择Tab 2 Different scraper choice of weight 斗容（）实际重量（公斤）（2）式计算重量（公斤）0.3（平巷）4404130.3（斜井）4604660.6（平巷）720788 本次设计取耙斗的重量为428.4公斤。

17、2.2 耙斗主要外形尺寸的确定设计耙斗时应以其宽度作基本尺寸，以增加宽度的办法来提高耙斗的容积，与此同时，必须相应增加高度和长宽。宽度与高度的比值应考虑耙斗的稳定性，并随其容积、宽度、岩石比重的增加而逐渐减小，一般取2-1.5。耙斗的稳定性还与其长度有关，长度与宽度的比值应随岩石的比压的增加而减小，一般取。煤矿耙斗的高H、宽B、长L之比，建议取H：B：L约取1：2：2.7为合适。高、宽、长之间的恰当比例，能使耙斗得到较高的装满系数和良好的稳定性。2.3 耙斗的插入角和耙角确定耙斗的插入角是指耙斗在运动过程中插入岩堆的角度。耙斗的耙角是指耙斗在静止水平位置时，耙齿内侧与水平所成的角度。耙角不一定

18、等于插入角，但其值十分接近。计算上为了方便，以耙角作插入角用。耙斗的插入角必须与岩碴的插入阻力相适应，阻力大的岩碴，插入角也大，使耙斗在一定距离内插入一定深度。插入角的大小，主要取决于物料的块度、耙运面的倾角，耙大块矿物，插入角应大；耙细碎矿物，插入角可小。插入角太小时，插入困难，插入角过大时，虽易插入物料堆，但增大了耙运阻力，耙斗运行不平稳，产生跳动现象，物料易从斗内漏出。为减少生产的麻烦，使用方便，一般耙角取55°的平巷耙斗，此次的设计以平巷耙斗来说明。2.4 耙斗重心确定为保证耙岩工作的稳定性和较好的插入性能，耙斗重心应通过齿尖(见图3a)。可使耙斗工作时，耙斗前后各部保持平衡

19、。重心的上下、左右位置，希望在耙斗两端牵引钢丝绳的连线下面，以防止耙斗提起时翻转。下山使用的耙斗，插入角要加 大，重心位置也要后移(见图3b)。原来点重心由于工作位置变而离开齿尖，因而应移到点，以保持各部平衡，得到较好的装载性能。2.5 耙斗的尾帮 耙斗尾帮是指耙齿齿尖上的倾斜部分W(见图3a)。尾帮的长短对耙装的效果影响很大、耙取岩碴时，尾帮越短 图3 耙斗重心位置图，工作面下部的岩碴越能被清理干净 Fig 3 The fighting shifted of the scraper，但从耙取岩石的受力情况看，尾帮越短，阻力越大。这是耙斗工作时斗内岩碴沿尾帮移动造成的(见“运动和动力计算”中的

20、图12b)。尾帮较长，耙装时，岩碴沿尾帮斜面上移，压向尾帮的这部分岩碴的重量的垂直分力，自然形成耙斗的截深力的一部分。因此，伺样容积的耙斗，其他参数都相同，尾帮长的耙斗自重比尾帮短的轻。设计耙斗时，利用压在耙斗尾帮上的岩石产生截深力是较合理的。因为截深阻力是随插入岩堆的深度增大而增大，所需的截深力也是逐渐增加，而由岩石压在尾帮上产生的截深力，是随插入深度的增加而增加的。所以耙斗设计适当考虑加长尾帮是很必要的。表3 耙斗技术规范Tab 3 Scrapers specification技术规范容量0.3外形长度mm1250耙角°55外形宽度mm900重量kg428.4外形高度mm460上

21、述各项耙斗参数是相互影响，相互关联的，只要其中一项参数选取不当，设计的耙斗也不会理想。综上所述，可基本上确定耙斗的主要技术规范如表3。支柱也为组焊件，是所有槽与两挡板重量的支撑件之一。支柱要求要有较强的强度与刚度，由于它为组焊件，因此它所要求的焊条机械性能强度不低于37kg/mm，主体与底板焊接后其不垂直度允许为。支柱主要由上、下筋板，场、短筋板，主体L=710mm，顶板，拖架L=254mm等焊接而成。3 操作机构、台车及绞车的设计耙斗装岩机传动部分主要由三大部分组成，分别是：操作机构、台车、绞车，及其他附件。3.1 操纵机构的设计杆、杆的一端与绞车闸带相连，通过操纵杆控制闸带的开合，对绞车的

22、两个滚筒进行分别的操纵。3.2 绞车的设计绞车是装岩机的心脏，耙矿绞车上所用的电机都是系列的，为减轻耙矿绞车的体积和重量，以后将选用系列的电机。目前我国大量生产的四种型号，七种规格耙矿绞车，结构上都是相同的，只是零件的尺寸大小有异。耙矿绞车采用行星齿轮传动，内齿圈上的制动装置为带式制动闸。制动带钢板厚度取为2mm，宽度取为70mm，使用中,断带时有发生，影响了生产。为此，我们将原带式制动装置改进为短带式制动装置(如图4所示)，从而杜绝了断带事故，提高了运转可靠度。图4 制动装置Fig 4 Check mechanism图5 改前受力分析Fig 5 Before the change analy

23、sis of the force带式制动器的制动带受力有松边与紧边之分，其与制动轮间的压力是变化的，如图5所示。该制动带的紧边受力为，松边为。由机械设计手册可知它们的计算公式如下：式中 制动力矩 （3） （4）D制动轮直径e自然对数的底，e=2. 718制动带与制动轮之间的摩擦系数制动带包角，弧度制动带厚度为： （5） 式中 制动带厚度 z接头处铆钉个数 d铆钉直径 制动带材料的许用拉应力，MPa对三行星齿轮双滚筒型耙矿绞车，电动机型号YBB17-4，电动机功率P=17KW，现将制动带宽度设计为：b = 70mm，厚度= 2mm，接头处铆钉为2个，铆钉直径d= 6mm，包角=5.44弧度，制动

24、带复面材料为石棉，摩擦系数=0. 35-0.6，以下的计算取为0.5，制动轮直径D=402mm。由前面可知空程滚筒的转速=95r/min，工作滚筒的转速=61 r/min，工作机的有效功率=13.26KW。根据公式=9550×/n可算得：由上面的计算可以清楚的看到运料时所受到的转矩远大于返回时所受到的转矩，因此在以后计算当中都应该取运料时来作为分析对象。下面按照绞车满负荷工况来校核制动带厚度(不计瞬时过载)。 作用在制动轮上的最大转矩： 根据前面的公式（3）、公式（4）、公式（5）可算得：制动带松边拉力=561N；制动带紧边拉力=10089N；制动带厚度（）mm。由于制动带厚度为2m

25、m，其拉应力已接近许用值，而耙矿绞车在运转过程中还存在着由于抬、压闸把导致制动带在固定爪处产生反复弯曲应力，其合成应力将超过许用值，因此断带位置大都在该处，这就是断带的重要原因。为了克服上述不足，于是我们将制动装置改为如图6所示结构。制动带厚度由图6 改后受力分析Fig 6 After the change analysis of the force2mm增加到6mm，随着结构和厚度的改变，其受力方式改变了，如图6所示。要使制动轮静止，则有： 所以：取闸瓦为分析对象，如图6b所示： （6） （7）T=N/(2cos) （8）假定电动机满负荷运转、制动轮受力最大时，取=15°，=0.5

26、，校核制动带强度如下：T=N/(2cos)= 6860.7N当带宽为70mm，厚度为6mm时，受拉强度为：很显然远小于许用拉应力80MPa，所以强度足够。3.3 台车台车是装岩机的重要组成部分。它是装岩机的基座，装岩机的其他部分都需要它的支撑。装岩机的整体运动也是通过它来实现的，因此它的设计必须满足其必要的强度与刚度，也需具有一定的灵活性。台车上有许多突出的小基座，它们是用来放置装岩机其他部件的，如操纵机构、绞车、支柱和电气设备等。4 槽子及挡板的结构设计4.1 三槽的结构设计 三槽一挡是指进料槽、中间槽、卸载槽以及簸箕口挡板。进料槽是引导装料的，是物料通道之一。进料槽的左下方几乎靠地，从而方

27、便耙斗进入进料槽。它是装岩机运料装置的主要组成部分之一。进料槽上还安装了升降装置，从而可以很灵活的调节左下方的高度，以方便耙斗很轻松的进入进料槽。进料槽为组焊件，它主要由簸箕口、左右护板、升降装置以及连接槽通过焊接或销连接而成。进料槽的通道大致成梯形状，两侧均有升降装置及保护装置。进料槽较宽的一边装有簸箕口挡板，较窄的一边与中间槽相连接，其大致形状如图7所示。图7 进料槽外形尺寸Fig 7 Feed channels dimension中间槽是物料通道之一，中间槽也为组焊件。中间槽安装在台车的支架和支柱上，而进料槽、卸料槽则分别在其前后与之衔接。中间槽有两个弯曲部，为考虑磨损及易于更换，弯曲部

28、装有可拆卸的耐磨弧形板。卸载槽也为组焊件，也是耙斗运行的通道之一。它承担着耙斗卸载的重要作用，物料就是通过此部分进入装料小车的。卸料槽主要由右护板、左护板、四个导向轮托座、缓冲器、筋板、骨架、槽底板和连 图8 卸料槽外形尺寸 接板等组成，它们主要是通过焊接或销连 Fig 8 Discharge spouts dimension 接在一起。卸料槽后部安弹簧碰头，起缓 冲作用。导向轮托装有导向轮，钢丝绳是通 过导向轮连接到上绞车与尾轮上的。卸载槽的外形尺为1545mm×1049mm×350mm（长×宽×高），它的形状为类似长方体的槽其大致形状与部分尺寸如图8

29、所示。卸载槽的设计要求并不非常严格，只需满足一定的强度与刚度即可，尽量能使耙斗中的料卸载完全。卸载槽上的导向轮托座上均装有相应的导向轮。导向轮的基本结构与尾轮（尾轮的设计请看后面的说明）的相似。导向轮可以引导绳子的运动方向，钢丝绳通过导向轮中的绳轮进入绞车可降低钢丝绳的磨损，以提高装岩机的工作效率。卸料槽与中间槽的连接原是在50×50 图9 增加拖绳杠后的卸料槽毫米角钢_L用螺栓连接。耙斗卸料时，连 Fig 9 Increase in tow when the materialat the bar接处受力很大，角钢很容易变形甚至拉裂， 1-钢丝绳；2-卸料槽；3-增加的托绳杠使卸料槽

30、下降，与矿车相碰，可用20毫米钢板按形状制作好焊牢即可。为了保证质量，可以适当加焊几条拉筋。卸料槽下方的钢丝绳，由于松驰而下垂，操作者稍一马虎便可打伤推车工。在槽底适量加焊几根托绳杠就可以避免。参看图9。 4.2 耙斗装岩机卸料槽的改进由于原耙斗装岩机的卸矸槽长度只有大约一只3t矿车长度，因此，耙斗装岩机每次上下只能装载一只矿车，这样，由于起动频繁，井下工作条件恶劣等原因，常发生电机烧毁 等事故，这类事故不但影响生产、浪费时间，而且还要耗费大量维修以及人工费用。文中采取加长卸料槽长度的方法(如图 10所示)，使该耙斗装岩机一次可以装载三只矿车。实践证明，该方法的应用不仅减轻了工人的劳动强度、提

31、高了装岩效率，还加快了工作面的推进速度，获得较高的经济效益。图 10 耙斗装岩机改进前后分析Fig 10 Before and after change the analysis of Rock rake bucket4.3 挡板的结构设计图11 簸箕口挡板外形尺寸Fig 11 Dustpan of baffles dimension 5 耙斗装岩机运动及动力计算根据采矿的实际情况，在矿山工业中，大部分的工作时间用于矿料的开采，因此，耙斗装岩机的装载能力要求并不是很高。一般来说，在中小型采矿工业中，耙斗装岩机的装载能力在30/h-50/h就能够满足工作要求。此次所设计的耙斗装岩机的型号为P-3

32、0（B），其中的30就是指耙斗在理想状态下的容量为0.3。以下的计算均是在没有考虑耙斗漏料的情况下进行的。现需实现30/h-50/h的装载能力，而每耙一次的容量为0.3，则可计算出每小时需要耙多少次才能满足所要求的工作能力。由此可算得耙斗每小时最少需要耙的次数=30/0.3=100(次) ，耙斗每小时最多需要耙的次数=50/0.3=166.7(次)167（次），即在一个小时内耙斗需要来回100次-167次才能满足30/h50/h的装载能力。当来回100次时，则每次所能使用的时间为：=1h/100=60min/100=3600s/100=36s；当来回167次时，则每次所能使用的时间为=1h/1

33、67=60min/167=3600s/16721.5s。其中、包括了耙斗运动的来回时间及其他辅助时间。设耙斗所走过的单向路程为，所有槽的长度为6200mm，簸箕口挡板长度为=800mm，耙斗在槽以外所走过的单向路程为，则=+，其中一般在0m-2m之间，因此=6.2+0.8+=7+，即大约在7m-9m范围内。由于装料时的运动与空载时的速度不一致，因此在计算时需分开。其他辅助时间主要包括机器的启动与制动的时间，耙斗装料时间（装料小车的运动时间及其卸料时间不再考虑范围内，此次计算是在连续不断的工作情况下进行的），由于耙斗运动的速度比较小，因此启动与制动所需的时间也较短，估计共为0.5s，耙斗来回一次

34、，需启动与制动的辅助时间约为1s。在操作娴熟，物料爆破均匀且较细的情况下，用于装料与卸料的时间约为8.5s；而在操作不够娴熟的情况下，用于装料与卸料的时间取为11s。为了提高工作效率，耙斗来回的速度并不一致，即运料速度与空载速度不一致。现设运料时的速度为，返回时的速度为，查阅有关书籍与根据实践经验可将它们的关系设计如下：=（），现取为：=0.65来计算。由前面的计算可知：耙斗的单向路程在7m-9m之间，当路程最远，所要求的工作能力最强时，速度也需为最大值，即s=9m，工作能力为50/h时，速度将有最大值。根据路程和所用的时间可估算出相应的速度（注：此次计算把耙斗在运动过程中看成匀速运动，从而可

35、以降低计算难度）。由前面的计算可以知道耙斗装岩机需满足50/h工作能力，耙斗每来回一次所能使用的时间为=21.5s，由=0.65可推算出耙斗运料运动来一次所用时间与空载运动回一次所用时间有如下关系：=0.65，而它所能用的有效时间（除去辅助时间）为=9.5s=12s。因此很容易算出=7.3s，=4.7s，则：=/=9m/7.3s1.2m/s，=/=9m/4.7s1.85m/s。根据以上的计算可确定耙斗工作滚筒主绳的最大速度为1.2m/s；空程滚筒主绳的最大速度为1.85m/s；其辅助时间为9.5s。当路程最近，所要求的工作能力最小时，速度也相应的降低，即s=7m，工作能力为30/h时，速度有最

36、小值。根据路程和所用的时间可估算出相应的速度（注：此次计算把耙斗在运动过程中看成匀速运动，从而可以降低计算难度）。由前面的计算可以知道耙斗装岩机需满足30/h的工作能力，耙斗每来回一次所能使用的时间为=36s，由=0.65可推算出耙斗运料运动来一次所用时间与空载运动回一次所用时间有如下关系：=0.65，而它所能用的有效时间（除去辅助时间）=12s=24s。因此容易算出=14.5s，=9.5s，则：=/=7m/14.5s0.48m/s，=/=7m/9.5s0.74m/s，其辅助时间为12s。综合以上计算可确定耙斗工作滚筒主绳的速度范围为0.48m/s-1.2 m/s；耙斗空程滚筒主绳的速度范围为

37、0.74 m/s -1.85m/s。根据n=60000v/(D)，其中D=260mm，而工作滚筒速度的范围为0.48m/s-1.2 m/s，则可计算出转速的范围为35r/min-88r/min，现将此降速比取为23.83，因此可将电动机转速取为1460 r/min；同理可取空程滚筒的速比为15.49，电动机转速为1460 r/min。5.1 耙装阻力的计算耙斗耙岩工作受力情况如图12a所示，钢丝绳的牵引力，牵引着耙斗沿水平方向运动，克服了耙斗移动时斗内岩碴与底板的摩擦阻力和耙斗与底板的摩擦阻力。当截深力和切向力的合力，即插入力，足以克服耙斗的插入阻力时， 图12 耙斗耙渣受力分析Fig 12

38、Rakes against the grains on the analysis耙斗在岩堆上移动，开始插入岩堆，斗内岩石沿耙斗尾帮逐渐向上移动，随着耙斗插入岩石的深度及装载行程的逐渐增加，岩碴在斗内沿尾帮向上移动，后推前挤，不断滚动(见图12b)，逐渐充满耙斗。此时截深阻力。和装满耙斗时的岩石切向阻力逐渐增加，直到及的合力与及的合力相等时，耙斗插入深度不再增加，插入过程停止。如果耙斗仍有装载行程，耙斗靠剩余下来的部分牵引力，克服和，沿一定深度继续完成装载过程。5.2 牵引力计算耙斗完成装载过程后，由钢丝绳牵引到卸料槽卸载。在装载过程中，斗内一部分压在尾帮上的岩碴，自然形成截深力的一部分。可见耙

39、斗重量和形状，对耙斗工作性能的影响甚大。过大的截深力会使耙斗插入深度过深，破坏巷道底板，斗内岩碴也因耙斗插入过深而超过容积外溢，损失功率。截深力过小，则不能克服一定的截深阻力，而耙斗插入深度过小，造成耙斗过长的装满距离。耙斗的牵引力应大于或等于耙斗工作的总阻力，即=+。对于水平底板来说，摩擦阻力为=；=；=KSb；式中耙斗内岩碴重量； 岩碴与底板的摩擦系数；耙斗重量； 钢与岩碴的摩擦系数；S耙斗的插入深度； b耙斗的宽度；K耙斗插入岩碴时的单位平均阻力值。牵引力一般按上述3项阻力之和计算，而其余阻力，如钢丝绳与底板，钢丝绳与滑轮等摩擦阻力，与此3项相比甚小。所以计算中，用附加阻力系数 (=1.

40、41.5)来代替。耙料时，物料块度及物理机械性能有影响，还需考虑一个附加阻力系数。小块岩碴：=1.31.4；中块岩碴：=1.51.6；多爆破不良：k=22.2。因此，绞车牵引力为： =（+） （9）当耙斗在槽中运动时，=0，此时耙斗的受力分析如图13所示。其中N=（+）sin，f=+，= sin，= sin。要使耙斗能顺利到达卸料槽，则必须：+（+）cos= sin+ sin+（+）cos （10）将（9）与（10）两式比较不难得出耙斗的最大阻力产生在耙斗铲料过程中，但由于耙斗在铲料时所受的最大阻力与耙斗的宽度和插入深度有关，因此在计算耙装阻力之前需对耙斗的工作参数进行选择。根据前面的设计可以

41、确定耙斗的宽度：b=900mm，耙斗的重量=4282N，插入深度S取为220mm。耙斗插入岩碴时的单位平均阻力值K常用取值如表4取岩碴的密度为3000kg/，重力加速度g取为10m/，通过查阅相关书籍，取岩碴与底板的摩擦系数=0.15取钢与岩碴的摩擦系数=0.1，取=1.5，=2.2。将所有的已知数据代入公式： = （+） =（+ KSb） = （0.3 ×3000×0.15×10+4282×0.1+780×0.22×0.9×10）×1.5×2.2（N）=3322.8×3.3N10.97KN，而

42、工作机的有效功率=FV/1000，则可算出 图13 耙斗在槽中远动受力图=10970×1.2/1000KW=13.2 KW，现需 Fig 13 Scapers against the tank计算出电动机输出的功率，则需确定传动装置 is still being sought to 的总效率。由手册查得，在传动装置中，三对齿轮传动每对=0.98，两个卷筒每个=0.97，一个联轴器每个=0.99，四对轴承每对=0.98，行星轮系效率=0.98，则总效率的计算见下式（11）。=0.795 （11）表4耙斗插入深度与平均阻力关系Tab 4 The pipe into the depth a

43、nd the resistance between插入深度mm100120140160180200220240260280300插入平均阻力（公斤）203229434429675680780797104111001180因此可计算出电动机输出的功率=/=13.2/0.795KW=16.6KW。查机械设计手册，选YBB17-4型电动机，额定功率为17KW，满载转速为1460r/min。由=FV/1000可得：F=1000/V，由此式可知当速度V最小时，牵引力最大，因此可算得工作滚筒的最大牵引力： （12）同样可算得空程滚筒的最大牵引力： （13）当速度V最大时，牵引力最小，因此可算得工作滚筒的最

44、小牵引力： （14）同样可算得空程滚筒的最小牵引力： （15）根据以上的计算可以将耙斗装岩机的主要技术参数见表5。表5 耙斗装岩机主要技术参数Tab 5 Rock rake buckets main technical parameters技术规范工作滚筒牵引力1105-2760Kgf钢丝绳直径12.5mm绳速m/s电动机型号YBB17-4容绳量85m功率17KW直径/宽度260-150mm转速1460r/min速比23.83重量225Kg空程滚筒牵引力717-1790Kgf绳缘等级8绳速m/s外形尺寸长度1220mm容绳量85m宽度950mm直径/宽度260/150mm高度615mm速比15

45、.49绞车总重904Kg软岩固定楔和硬岩固定楔均为组焊件，它们安装在岩碴之中，起固定尾轮的作用，能使耙斗在装过一次料后还能回到岩碴之中，进而可以开始下一次运料。运料时，工作面耙斗装岩机尾轮必须固定在中间，固定楔有硬岩和软岩两种：硬岩固定楔长度为400-500mm，软岩固定楔长度800-900mm，它由铁楔和钢丝绳组成，眼深比楔长大50-100mm，并向下略带5°-10°倾角，要打紧，以防楔子拔出。由于软岩固定楔和硬岩固定楔的基本结构相似，只是它们使用场所不同。软岩固定楔主要由套环，绳夹，U形环，楔体，外套，钢丝绳，锥塞等组成。软岩固定楔是通过钢丝绳拉锥塞而使楔体越拉越紧来实

46、现固定的。装岩机的方法在拐弯巷道耙碴需分两步(如图14所示)。先将钢丝绳穿过在拐弯处的开口双滑轮，挂在工作面尾轮上，将岩碴耙至拐弯处。然后，将钢丝绳从双滑轮中取出，并将尾轮挪到装岩机正前方岩壁上，进行正常装岩。如正副巷之间拐风眼，半煤岩巷中拐开切眼等均可按此法机械装岩。若开切眼较长、较低，耙斗装岩机进不去时，可与双滚筒耙煤机联合使用。开动耙煤机的双滚筒绞车，带动耙煤斗将煤(或碴)耙到装岩机正前方，将耙斗装岩机尾轮挂在正前方的岩壁上，用耙斗装入矿车。耙煤斗采用开口式，当重斗出来时，活动板关上；空斗进去时，活动板被煤托起，以免拥煤。6.3 尾轮尾滑轮为组焊件，是钢丝绳定向与中转的部件之一。尾滑轮主

47、要由吊钩，联接块，耳板，左右侧板，绳轮，心轴等组成。各零件之间的连接是通过焊接、螺栓或销连接的。该部件的焊接技术要求较为严格，如吊钩与挡圈焊接时，应保证焊接好的吊钩能在联接块上灵活转动，耳板应在其他零件装配完后与左右侧板焊接，焊接后必须保证销子拆装灵活。尾滑轮以心轴为中心，将绳轮装在心轴之上，绳轮在装好之后，应转动灵活，不得有卡阻现象。钢丝绳就是通过尾轮中的绳轮与耙斗相连的，尾轮中的吊钩与软岩固定楔或硬岩固定楔中的钢丝绳相连，而固定楔是固定不动的，从而不至于使尾轮跟着耙斗的运动而运动。6.4导向轮6.5 钢丝绳的布置通过对该机器实际应用的观察，原来钢丝绳在滚筒上的固定方法存在缺陷。现改变钢丝绳

48、在滚筒上的固定方法，原来固定方法是：滚筒上焊有约50毫米长的短管，短管内径为20毫米，钢丝绳从短管中穿入，用钢丝绳卡子卡死。这种方法，会使钢丝绳在滚筒上排列不齐又不平，很容易跳绳，一方面钢丝绳磨损严重；另一方面，钢丝绳运行不稳，跳动大。为避免这种现象，于滚筒上钻一个尺寸为20毫米的穿心孔，绳头穿入滚筒内心，再用绳卡子卡死。这样就可以解决绳的排列问题，但每次换绳需要把摩擦轮拆开，拟将在滚筒_L钻一个通孔，钢丝绳头只要插入孔内即可。如将滚筒上两对称护绳板的包角总共设计为180°左右，操作稍不注意，钢丝绳很容易起卷，从滚筒里跳出来，造成卡脖，影响生产。经大大加大护绳板后，此种现象 基本消灭

49、。加大滚筒上方护绳滚的直径原 有护绳滚直径为20毫米，它与托绳轮的轮 缘约有23毫米的缝隙，在此重。加大护绳滚直径为25毫米以后，咬绳问题便解决了。尾滑轮在装岩机上起传动钢丝绳和钢丝绳的导向作用。由于装岩机经常工作在较差的环境里，铲臂架两导轨处经常有碎石块，造成两导轨不平衡，使铲臂倾抖运动，致使钢丝绳跑偏。如果尾滑轮轮沿较小，钢丝绳不能被控制在两轮沿内，从而加重钢丝绳对轮沿的磨损。轮沿被磨平后，尾滑轮便失去了对钢丝绳的导向作用出现跑偏卡住，加重钢丝绳负载，使钢丝绳过早断开，增加生产成本及维修量。改进尾滑轮使其寿命延长的方法足增加轮沿的高度。因此本人将其设计成如图15所示的结构。用轴承压盖兼作轮

50、沿，增大轴承压盖的外径来实现增大轮沿高度的目的。7 耙斗装岩机轨道的设计 装料小车轨道改为双向前面对耙斗装岩机工作能力的计算均没有把装料小车所花费的时间考虑进去，如将小车运行的时间考虑进去，那么耙斗装岩机的工作能力无法达到所要求的范围内。为了提高耙斗装岩机的实际工作能力，现设想将装料小车的轨道改为双向的，也就是说并排设计两辆装料小车来进行装料与运料。当装料小车装满料后立即推开到指定的位置卸料，而另一装料小车在前一装料小车走后就立即可以进行装料。如此不间断的往复可以减少电动机的反复启停，从而提高工作效率与电动机的使用寿命。它们的轨道布置可以有以下两种方法：（1）将耙斗装岩机轨距设置为900mm，

51、装料小车轨距设置为760mm，两装料小车靠得最近的两轨道之间的距离为60mm，具体的轨道铺设按图16所示进行。图16 铺设轨道方法一Fig 16 Laid the track method 1经简单的计算可知三轨道所占的路面宽度不足2m，而由前面的设计可以知道簸箕口挡板之间的最远距离为2045mm，此距离大于三轨道所占的路面宽度，也就是说只要耙斗装岩机能够进入井下，那么此铺设轨道的方法是可以实现的。（2）考虑到装料小车的运动并非自动，而需人来进行推动，人进入矿井下，那么他们必定会占有一定的空间。为了使人在井下能有足够的空间来作业，于是将装料小车的轨距缩短至380mm，具体的分布如图17所示。图17 铺设轨道方法二Fig17 Laid the track method 2 进行双轨的设计是为了提高实际工作能力，当设计了双轨之后，卸料槽口将不会正对着装料小车，如不采取一些措施，利用一些辅助设备，耙斗所耙的物料将无法全部落入装料小车中，造成物料的流失，反而得不偿失。为此我设想到了一种简单的辅助设备：在卸料槽口上安装两挡板，两挡板的内侧或外侧分别装有可伸缩的形如圆柱体的铁杆，该圆柱体的铁杆作用是用来固定两挡板的位置，使从两挡板出来的物料能完全落入小车内。为了保持两挡板之间的距离，还需在两挡板之间