火车车厢用推车机设计

1、火车车厢用推车机设计摘要火车车厢用推车机亦称拨车机或推车机，是翻车机卸车线成套辅助设备之一，采用活动配重式拨车臂俯仰机构，用于牵引重车列和将一辆或两辆矿车推入翻车机内进行翻卸，同时将翻车机内的矿车顶出。拨车机是实现翻车机系统高效自动化的关键设备，可用来拨送多种铁路敞车，并使其在规定的位置上定位，以便翻车机完成翻卸作业。本文根据设计要求制定了设计方案，对拨车机机构进行了结构设计，并对其内部主要零部件进行了设计、选择和强度计算，内容包括主电动机功率的选择，齿轮、键、联轴器、车轮、销轴、拨钩拉杆、液压缸以及弹簧的设计和校核，同时还阐述了润滑的方式、方法以及润滑剂的选择等。本套拨车机结构合理、成本低廉

2、、且便于安装和维护，可广泛应用于码头、钢厂、电厂、焦化厂等大型企业散装物料输送系统上。关键词：拨车机；翻车机；拨车臂TraincompartmentwithacartmachinedesignAbstractTraincarsusedforcars,alsoknownasacart-pushermachineormachines,isthecardumperlinessetoneoftheauxiliaryequipment,re-useactivitieswithpitchingarmforcars,heavytrucksareusedfortractionandwillbeoneortwo

3、Tramcarvehiclesintothedumperupwithintheunloading,whilethetippertomineroofcanbeusedtobesenttoavarietyofrailgondola,andtogivethemtheprovisionsofthetargetedposition,inordertocompletethetipperupunloadingoperations.Forcar-tippersystemisthekeytoachieveefficientautomationequipment,hasbeenonthepier,steelmil

4、ls,powerplants,cokingplantsandotherlargeenterprisesbulkmaterialhandlingsystemswerewidelyused.Basedonthedesigncallsforthedesignofthecarsallocatedforthestructuraldesignofinstitutions,anditsmaininternalcomponentsforthedesign,selectionandstrengthcalculation,includingthemainelectricalpowerofchoice,gear,k

5、eys,couplingAndthewheels,Pin,forhookdrawbars,hydrauliccylinders,aswellasthedesignandverificationofSpring,alsoexpoundedthelubricationofthewaysandmethodsofselectionandlubricants.Finally,thedesignofthefeasibilityoftheeconomicanalysis,throughanalysis,itcanbeconcludedthatthisisdesignedtomeetthedesignrequ

6、irementsKeywordsAllocatedcarmachine;tipper;allocatedtoarm摘要.AbstractII1绪论11.1 拨车机概论11.2 选题背景11.3 同类设备的分析比较21.3.1 液压钢丝绳式推车机21.3.2 销齿推车机成套操车设备31.3.3 新型矿山操车动力系统41.4 拨车机设计参数42总体方案设计62.1 拨车机工作原理及机能62.1.1 拨车机的作用与原理62.1.2 拨车机工作机能62.2 拨车机工作过程72.3 拨车机必备条件72.4 拨车臂结构73拨车机的设计83.1 电机的选择83.1.1 计算电机所需功率83.1.2 电机的选

7、择93.2 主传动齿轮设计及校核103.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数103.2.2 按齿面接触强度设计103.2.3 按齿根弯曲强度设计123.2.4 直齿轮传动几彳尺寸的计算143.3 键的选择和校核143.3.1 键的基本概况及键的选择143.3.2 选择键联接的类型和尺寸153.3.3 校核键联接的强度163.4 联轴器的选择163.4.1 联轴器概述163.4.2 弹性柱销联轴器173.4.3 弹性柱销联轴器的强度计算173.5 拨车机车轮的强度校核193.6 拨车臂销轴的设计和校核203.6.1 销轴的设计203.6.2 销轴的校核213.7 拨车臂拨钩拉杆的设计和校核

8、223.7.1 拨车臂的主要作用223.7.2 拉杆的设计和校核233.7.3 轴肩圆角的选择和校核233.8 液压缸的设计和校核253.8.1 液压缸的组成253.8.2 设计依据和设计步骤273.8.3 确定基本参数273.8.4 液压缸强度校核与结构计算303.8.5 缸底厚度的计算313.8.6 液压缸盖固定螺栓直径校核323.8.7 稳定性计算323.9 弹簧的设计和校核333.9.1 基本参数333.9.2 弹簧的设计和校核334试车方法和对控制系统的要求374.1 试车要求374.2 对计算机的要求374.3 对传动控制系统的要求374.4 对电机的要求375设备维修、安装、润滑

9、及密封395.1 设备维修395.2 机械设备的安装395.3 润滑395.3.1 润滑的方法395.3.2 润滑的作用395.3.3 润滑油的选择395.3.4 润滑脂的选择405.3.5 齿轮的润滑405.3.6 轴承的润滑405.3.7 其他润滑415.4 密封416经济性与可靠性分析426.1 设备的经济性426.2 设备的可靠性426.3 设备的有效度42结束语44致谢45参考文献461绪论1.1 拨车机概论火车车厢用推车机亦称拨车机或推车机，是翻车机卸车线成套辅助设备之一，采用活动配重式拨车臂俯仰机构，用于牵引重车列和将一辆或两辆矿车推入翻车机内进行翻卸，同时将翻车机内的矿车顶出。

10、可用来拨送多种铁路敞车，并使其在规定的位置上定位，以便翻车机完成翻卸作业。拨车机是实现翻车机系统高效自动化的关键设备，目前已经在码头、钢厂、电厂、焦化厂等大型企业散装物料输送系统上获得广泛应用。图1.1拨车机拨车机是翻车机系统中主要调车设备之一，它走行于铁路一侧，通过侧臂头部的车钩牵引和推送车辆。拨车机主要有两种形式：一种为齿轮齿条式驱动；另一种为钢丝绳牵引驱动。本次设计研究的是第一种一一齿轮齿条式驱动拨车机。现有列车推车机根据牵引结构的不同，可分为板链、钢丝绳及圆环链三种主要列车推车机，均为链式或纯式结构，可称为链式列车推车机。1.2 选题背景随着生产的自动化和连续化发展，钢铁企业对冶炼生产

11、过程中各种设备的要求更加严格，更加精确。国内几家钢铁企业的炼铁厂也都在寻求实现自动化、连续化的途径。高炉生产原料准备过程是炼铁生产效率提高的关键所在。原料从料场由火车运至高炉冶炼区，然后由C型翻车机或O型翻车机将来料倒进料坑。以往采用火车动力车将车厢一节一节地推进翻车机，这样既浪费资源，又对机车的损耗很大，对环境的危害也很大。而且火车动力机车的重复起制动会大大的缩短火车的寿命，并且，推车位置的精度也很难保证。本套火车用推车机可以很好的解决这个难题。火车推车机通过齿轮齿条的啮合，带动车体的往返行进，从而，带动车体上的拨车臂行进，拨车臂通过挂钩与火车车厢联接，将车厢拉进翻车机。本套设备已经在鞍山钢

12、铁集团炼铁厂应用，通过现场情况的反馈，对火车推车机有很高的评价，大大地缩短了来料的供给时间，有效的提高了高炉炼铁的效率。1.3 同类设备的分析比较1.3.1 液压钢丝绳式推车机1 .液压钢丝绳式推车机的功能此类操车能够实现操车设备的联动闭锁，系统具有故障自动检测功能，当系统出现故障时，可自动发出报警信号并打印故障清单；采用LE"屏幕显示模拟车辆设备的运行状况；通过计数器或传感器实现固定点自动停车，防止推车过位；推车机运行前，实现先告警，后运行；采用软启动，具有牵引平稳、冲击小、过载时自动卸荷等特点；具有手动、点动（检修）转换按钮，正常操车时将按钮处于手动位置，检修处于点动位置；紧急情

13、况下可采用操车急停按钮，实现紧急停车。2 .液压钢丝绳式推车机的工作原理该机将牵引钢丝绳布置于轨道中间，与轨道中间的推车器前后连接，钢丝绳通过前部和后部的导向轮，使上下绳分开，液压马达驱动轮运转带动钢丝绳运行，使推车机沿着固定的滑道前后运行，实现推车和调车作业。下图为液压钢丝绳式推车机布置图，它是由阻车器1、绳轮2、钢丝绳3、钢丝绳驱动装置4、拉紧装置5、推车器6、推车器轨道系统和电气控制装置构成。绳轮、钢丝纯驱动装置和张紧装置分别安装在基础上，推车器轨道系统安装在车辆轨道内侧的基础上推车器沿推车器轨道系统运行，钢丝绳穿绕安装于轨道中间的纯轮，绳端连接在推车器上形成一个闭合的纯环，电气控制装置

14、控制钢丝绳驱动装置，在推车器的两侧设有承载轮，承载轮在推车器轨道系统中运行，钢丝绳驱动装置由驱动滚筒和液压马达组成1阻车器；2一绳轮；3钢丝绳；4钢丝绳驱动装置；5一张紧装置；6推车器图1.2液压钢丝式推车机布置图张紧装置使缠绕在驱动轮上的钢丝绳与驱动滚筒表面之间产生张力，当液压马达带动滚筒转动时，使钢丝绳与驱动滚筒同步运动，从而使推车器沿轨道系统前后运行。推车机工作前，运行车辆处于两阻车器之间，前阻车器打开、后阻车器关闭。操作人员通过电气控制装置控制推车机的启动、停止，调节推车速度。该装置采用液压集中控制，动力单一，结构简单，造价低廉，运行稳定可靠，维修方便,且可减少施工人员，生产安全，可作

15、为实现操车作业机械化的一个重要途径。1.3.2 销齿推车机成套操车设备矿井成套操车设备主要用于各种罐笼提升的井上下车场的罐笼内装卸矿车，实现矿车装罐、卸罐、定位、调运等功能。销齿推车机成套设备形式新颖，一机多用，操车机构运行由传动齿轮直接驱动，传动环节少，效率高，结构简单，克服了链式推车机结构复杂，易损坏，不便维修的缺点；操车装置采用低速大扭距液压马达直接驱动，运行平稳，缓冲撞击，停位准确，过载自动保护性能好。集中控制使用可编程序控制系统，逻辑闭锁，控制方式以一个选择开关配合一组按钮控制全部操车设备。主要包括TB型销齿推车机、YC型摇台、ZC型阻车器和ML型安全门。YBC®销齿推车机

16、成套操车设备集中液压系统、DBC®销齿推车机成套操车设备电控信号装置等部分组成。销齿推车机由一系列在轨道上的销齿小车组成，销齿小车底部在全长内设置等距离的销轴，链板上安装有操车使用的推爪和拉爪，推爪推矿车碰头，拉爪作用于矿车车轴或挡板。推车机推爪的尾端与销齿小车较接，推爪抬起推矿车碰头；拉车器拉爪的尾端与销齿小车较接，拉爪的中部安装一个滚轮，当该滚轮经过轨道上固定的启爪曲轨时，拉爪自动抬起，其头端拉矿车车轴。操车装置的推爪或拉爪在矿车沿进车方向经过时碰到，销齿小车往返运行时可以在矿车下面通过。十几年来，操车设备经过不断改造、更新、换代，从传统的链式气动设备到电液推杆驱动和直线电动圆环

17、链推车机的操车设备但仍满足不了生产现场不同工况的使用要求。销齿推车机成套操车设备的研制成功，实现了机、电、液一体化的设计，集中控制、多功能连锁、闭锁、通讯装置安全可靠性得到了解决，系统做到了设备简单化，操作智能化，运行自动化，操作工艺简单，结构紧凑，简化了矿井车场布置，解决了多年来存在的操车工艺复杂且需要人工辅助操车和布置形式受条件限制的难题，提高了工作效率和生产现场的安全性。1.3.3 新型矿山操车动力系统YKC®销齿操车集中液压系统由液压站、工作油缸、液压马达及管路部分组成。采用1台液压站（双电机双泵）作为动力源，双泵1台工作、1台备用。系统具有工作卸荷功能，操车设备不动作时电动

18、机空负荷运转，节约电能。系统压力和流量均可调节，与可编程序控制器联动控制时，操车设备运行速度可根据一次提升循环时间的要求设定最佳值。系统还设有蓄能器作为辅助液压源，在停电时，操车设备仍可完成一次工作循环。另具有高压、温度、液位自动保护及紧急卸荷等功能。该操车集中液压系统可以用于摇台、安全门、前阻车器、推车机、后阻车器等设备控制，既可控制单股道设备，也可控制双股道设备。止匕外，液压站上还留有24个备用接口，用户可自行接入其它需要控制的设备液压站采用标准化、结构化、模块化的设计，安装、维护以及系统功能扩充极为方便。推车机采用液压制动，惯性小、停位准确、推爪的重复定位精度高，易于采用可编程序控制器对

19、其进行精确行程控制。推车机直接用液压马达驱动，其传动装置极为紧凑，不需要电动机减速器装置结构复杂的设备基础，省去专门安装传动装置的碉室，亦从根本上消除电动机减速器装置的某些弊病。1.4 拨车机设计参数牵引吨位（平直线路）1000t0.6m/s工作速度：牵引挂钩0.3m/s返回1.4m/s驱动电机：型号YP280M-8功率45kw额定转数740r/min台数4台2总体方案设计2.1 拨车机工作原理及机能2.1.1 拨车机的作用与原理拨车机的作用是将重载铁路车皮牵引至翻车位置，翻车机开始翻卸，然后将空载车皮拨出翻车机。拨车机主要由车体、拨车臂和行走部分组成。它的行走部分由四台直流电动机及四台立式摆

20、线减速机、车轮、导向轮组成，通过齿轮、齿条传动来完成车体的前进和后退。而拨车臂的一端是钱接在车体上，由液压系统控制，通过摆动马达和平衡液压缸来驱动，使拨车臂能在093°24'17的范围内做上下摆动，如图2.1所示。拨车臂另一端的两侧面分别装有牵引车皮的钩头，脱钩和挂车的过程都是由液压系统来控制的。1-钩头;2-拨车臂;3-平衡液压缸；4-支架;5-车体;6-导向轮;7-齿条座;8-齿条;9-铁轨;10-行走车轮图2.1拨车机拨车臂动作示意2.1.2 拨车机工作机能当翻车机系统工作时，拨车机的液压系统启动，在摆动马达及平衡油缸驱动下，将位置在93024'17拨车臂降至0

21、°,牵引重车皮到翻车位置，此时翻车机的靠车板及夹具将车皮固定，拨车机通过液压系统自动脱钩后，前行至抬臂位置，将拨车臂抬至原始位置后返回原牵引位置，进行下一个工作循环。2.2 拨车机工作过程拨车机在原位降大臂，后退与重车连挂，信号显示后钩闭合，然后拨车机牵引重车前行与翻车机平台上的空车连挂，信号显示前钩闭合并继续前行，至人工提钩站自动停车，人工摘钩后按循环启动拨车机继续前行至翻车机内定位自动停止，自动摘后钩销（拨车机与重车连挂钩销）显示后钩打开信号后继续前行，将空车送至迁车台定位，自动摘前钩销（拨车机与空车连挂钩销）显示前钩打开信号后返回至拨车机抬臂位置，待所有设备都回到原位后再进行下

22、一个循环过程。2.3 拨车机必备条件1 .拨车机的拨车臂必须按指令程序动作，并且升降平稳自如，不能有锁卡、停滞和冲击现象。2 .拨车臂上的钩头必须在液压系统的控制下完成自动挂车和自动脱钩动作，要求钩头转动灵活，不能犯卡。3 .拨车机的行车系统必须具有足够的动力来牵引载重车皮和空载车皮并且拨出翻车机，同时要求运行平稳。4 .拨车机的每个动作都必须在微机的指令程序控制下自动完成。只有具备上述条件，才能满足翻车机的工作需要。2.4 拨车臂结构拨车机上带动活动配重的大臂俯仰机构包括：由车体上的支架，配重臂、配重拉杆、大臂体分别较接构成的平行四连杆机构的大臂平衡装置和由安于支架上的回转油缸、驱动臂、驱动

23、拉杆、大臂体分别较接构成的曲柄摇杆机构的大臂驱动装置组成。拨车机的大臂与配重臂两者通过配重拉杆相连接，构成平行连杆式活动配重机构；齿条油缸通过驱动臂连接曲柄摇杆，曲柄摇杆与大臂连接构成驱动连杆，实施后，可使拨车机上的大臂俯仰机构实现俯仰动作快速，平稳、无冲击、定位准确且安全可靠地运行以及降低功耗和具有结构简单，使用和维护方便等优点。3拨车机的设计3.1 电机的选择选择电动机的容量是电力传动系统能否经济和可靠运行的重要问题。如果电动机容量太小，长期处于过载运行，造成电动机绝缘装置过早的损坏；如果容量过大，不仅造成设备上的浪费，而且运行效率又较低，对电能的利用也很不经济。所以，要综合各方面的因素，

24、选择合适的电动机。电动机的选择范围应该包括：电动机的种类、型式、容量、额定电压、额定转速及其各项经济指标等，而且对这些参数还应该综合进行考虑。3.1.1 计算电机所需功率已知车轮滚动轴承的摩擦系数，取N=0.015;f车轮对轨道的滚动摩擦系数，取f=0.8mm;d车轮轴轴颈直径，取拨车机d=100mm;火车d'=120mm;D车轮直径,取拨车机D=500mm,火车D'=600mm；考虑车轮轮缘对轨道摩擦的系数，可取P=3。则拨车机车轮的阻力系数0.01510020.8二3500=0.0186火车车轮的阻力系数0.01512020.8二3600=0.017当返回空载时f=N=mg

25、=kmg=0.0186496909.8=9057.49N=9.06103N当满载前进时f=fN=fmg=fkmg33=9.061030.0171000109.8=175660N=1.76105N当空载返回时5牵=£=9.06m103Nv=1.4m/s当满载牵引时&=f=1.76105Nv=0.6m/s已回=嚏v=9.061031.4=12.684103=1.27104W5_5嗑引满=嚷v=1.76100.6=1.0610W巳引空=tv-9.061030.6=5.436103W取电机效率=0.93则所需电机功率为P=&=2=1.061炉=1.140105W=114kWr

26、0.933.1.2 电机的选择根据所需的电动机功率，查文献1,40-1埼附表40-1,可选YP2280M8型电动机共4台，额定功率B=45kW,额定转速nw=740r/min。本系列电机是按国际电工委员会标准全国统一设计的新系列产品，适用于传动无特殊性能要求的各种机械设备。电动机采用B级绝缘，外壳防护等级为IP44,冷却方式为IC0141即全封闭自扇冷式。3.2 主传动齿轮设计及校核3.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1 .考虑到本套设备的传动方案以及其他因素，选用直齿圆柱齿轮传动。2 .由于拨车机工作速度不高，故选用7级精度(GB1009588)。硬度为3 .材料选择。查文献2,1

27、0-191表10-1选择齿轮材料为40Cr(调质)280HBS。4 .选齿轮齿数z=31o3.2.2 按齿面接触强度设计由设计计算公式，查文献2,10-203式109a进行试算，即dt_2.321.确定公式内的各计算数值(1)试选载荷系数Kt=1.3。(2)计算齿轮传递的转矩。已知电机功率P=45kw,选取减速器的传动效率0=0.93则齿轮轴输入功率P=P=45kw0.93=41.85kw1且齿轮转速60vn=二D600.6二0.36100jir/min=31.83r/min因此齿轮传递的转矩PT=9549二n一_5一7Nmm=1.25710Nmm95.4910541.8531.83(3)查文

28、献2,10205表107选取齿宽系数一d=0.6查文献2,10201表10-6查得材料的弹性影响系数1ZE=189.8MPa(5)查文献2,10209图10-21d按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限、丽=600MPa(6)查文献2,10206式1013计算应力循环次数。拨车机工作制度为：两班制，8小时工作量，年工作300天，使用年限15年则N=60njLh=6031.81(2830015)=1.4108(7)查文献2,10207图1019取接触疲劳寿命系数Khn=0.94(8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,由文献2,10205式1012得nKHNTim0.94600-

29、HJ=MPa=564MPaS12.计算(1)试算齿轮分度圆直径dtdt一2.32=2.321.31.257107二1rX二X0.6俚竺YmmI564)=337.708mm(2)计算圆周速度v二dtnv二601000二337.70831.8601000m/s=0.562ms(3)计算齿宽bb=一ddt=0.6337.708mm=202.625mm(4)计算齿宽与齿高之比b/ho模数E.=3mm=10.894mmz31齿高h=2.25m=2.2510.894mm=24.5115mmb=20225=8.267h24.5115(5)计算载荷系数。根据v=0.562m/s,7级精度，由文献2,10194

30、图108查得动载系数KV=1.02;直齿轮，Kh1.=Kf=1；由文献2,10193表102查得使用系数Ka=1.25；由文献2,10196表104用插值法查得7级精度、齿轮悬臂布置时，KHp=1.370。rb由=8.267,KHB=1.370,查文献2,10198图1013得hKf:=1.35故载荷系数K=KAKVKH.KH2=1.251.0211.370=1.747(6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由文献2,10204式1010ad=dt33K=337.708Kt1.7471.3372.670mm(7)计算模数m372.670mm=12.022mm313.2.3按齿根弯曲强度设

31、计由文献2,10201式10-5得弯曲强度的设计公式为1.确定公式内的各计算数值(1)由文献2,10208图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限、fe=500MPa(2)由文献2,10206图1018取弯曲疲劳寿命系数Kfn=0.92(3)计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由文献2,10205式1012得,Kfn、fe0.92500心下1=MPa=328.571MPaS1.4(4)计算载荷系数KoK=KaKvKf-Kf2=11.0211.35=1.377(5)查取齿形系数。由文献2,10200表105查得YFa=2.28(6)查取应力校正系数。由文献2,10200表105

32、查得YSa=1.732.设计计算2.281.73mm,328.57121.3771.2571070.6312=8.966mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，综合考虑取齿轮模数m=12mm。这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。由此可算出齿轮的分度圆直径d=mz=1231=372mm3.2.4直齿轮传动几何尺寸的计算名称计算公式数值模数m12压力角ad=mz20分度圆直径d372齿顶局hhaham12齿根高hfhf

33、fhacm15齿全高hh=hahf27齿顶圆直径dada=z2ham396齿根圆直径dfdf-iz-2ha-2cm342基圆直径dbdb=dcos：349,566齿距Pp-：m37,699基圆齿距Pbpb=pcos35,425齿厚ss=二m/218,850齿槽宽ee=二m/218,850顶隙cc=cm3节圆直径dd'=d（当中心距为标准中心距a时）3.3键的选择和校核3.3.1 键的基本概况及键的选择键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的轴向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应根据键联接的结构特点、使用

34、要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来取定。所以，键的选择很重要。重要的键联接在选出键的类型和尺寸后，还应进行强度校核计算。键联接的类型主要有：平键联接、半圆键联接、楔键联接和切向键联接。各种键联接类型的特点如下：1 .平键可分为普通平键、导向平键和滑键三种普通平键联接的特点：靠侧面传递转矩。对中良好，结构简单，拆装方便；但不能实现轴上零件的轴向固定。普通平键分为A型、B型和C型。A型用于端铳刀加工的轴槽，键在槽中固定良好，但轴上槽引起的应力集中较大；B型用于盘铳刀加工的轴槽，轴的应力集中较小；C型用于轴端。普通平键应用最广，也适用于高精度、高速或承受变载、冲击的场合。2

35、.半圆键联接的特点：靠侧面传递转矩。键在轴槽中能绕槽底圆弧曲率中心摆动，装配方便。键槽较深，对轴的削弱较大。一般可用于轻载。3 .楔键联接的特点：键的上下两面是工作面。键的上表面和毂槽的底面各有1/100的斜度，装配时需打入，靠楔紧作用传递转矩，可轴向固定零件和传递单方向的轴向力，但使轴上零件与轴的配合产生偏心与偏斜。用于精度要求不高、转速较低时传递较大的、双向的或有振动的转矩。4 .切向键联接的特点：由两个斜度为1/100的楔键组成。其上下两面（窄面）为工作面，其中一面在通过轴心线的平面内。工作面上的压力沿轴的切线方向作用，能传递很大的转矩。一个切向键只能传递一个方向的转矩，传递双向转矩时，

36、须用互成120:135。角的两个键，用于载荷很大，对中要求不严的场合。由于键槽对轴削弱较大，所以常用于直径大于100mm的轴上，如大型带轮及飞轮，矿用大型绞车及齿轮等与轴的联接。经过综合考虑轴的结构，键的使用要求、工作条件和经济性等因素，选择普通平键联接。3.3.2 选择键联接的类型和尺寸已知直齿圆柱齿轮悬臂安装在齿轮轴上，齿轮的精度为7级。一般8级以上精度的齿轮有定心精度要求，所以应选用平键联接。这里选用圆头普通平键（A型）。根据d=150mm从文献3,4-306表4-95查得键的截面尺寸b父h=36mmM20mm。有轮毂宽度并参考文献3,4-307表4-96键的长度系列，取键长L=220m

37、m（比轮毂宽度小些）3.3.3 校核键联接的强度键、轴和轮毂的材料都是钢，由文献2,6-106中表6-2查得许用挤压应力仃p=80MPa。键的工作长度l=L-b=220mm-36mm=184mm键与轮毂键槽的接触高度小齿轮传递的转矩,h20mmk=二22=10mmT=T=120.174Nm0.94-112.964Nm根据文献2,6-106中式6-1,把l=184mm,k=10mm,d=150mm,T=112.964Nm代入可得2T103p二kld32112.9641010184150=0.819MPa"二p=80MPa可知所选键合适。3.4联轴器的选择3.4.1 联轴器概述联轴器是联

38、接两轴或轴与回转件，在传递运动和动力过程中一同回转而不脱开的一种装置。此外，联轴器还可以具有补偿两轴相对位移、缓冲和减振以及安全防护等功能。根据工作特性，联轴器可以分为以下几类：1 .联轴器用来把两轴连接在一起，机器运转时两轴不能分离；只有在机器停车并将连接拆开后，两轴才能分离。2 .安全联轴器在机器工作时，如果转矩超过规定值，这种联轴器即可自行断开或打滑，保证机器中的主要部件不致因过载而损坏。3 .特殊功用的联轴器用于某些有特殊要求处，例如在一定的回转方向或达到一定转速时，联轴器即可自行接合或分开等。根据联轴器对各种相对位移有无补偿能力（即能否在发生相对位移条件下保持连接的能力），联轴器可分

39、为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类。挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别。3.4.2 弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器利用若干非金属材料制成的柱销置于两半联轴器凸缘上的孔中，以实现两半联轴器的联接。由于柱销与柱销孔为间隙配合，且柱销富有弹性，因而获得补偿两轴相对位移和缓冲的性能。为了改善柱销与柱销孔的接触条件和补偿性能，柱销的一端制成鼓型。柱销的材料目前主要用MC尼龙6制成，其抗拉强度之54N/mm2,抗弯强度>70N/mm2,抗压强度之60N/mm2,抗剪强度之52N/mm2。弹性柱销联轴器的结构简单，制造容易，

40、装拆更换方便，不需润滑，并有较好的耐磨性。但尼龙易吸潮变形，尺寸稳定性较差，导热率低，使用时应注意环境的影响。弹性柱销联轴器的许用两轴相对位移：径向位移AY=0.150.25mm,轴向位移X=0.5-3mm,角位移M=030,。3.4.3 弹性柱销联轴器的强度计算考虑到此处的轴径为140mm,所以选择HL8型弹性柱销联轴器。已知电机额定功率P=18.5kW,额定转数r=1470r/min。则电机的输出转矩P18.5kWT=9549-=9549=120.174Nmn1470r/minTca=KaT=1.2120.174Nm=144.209Nm根据文献4,29-161中表29.5-40可知，HL8

41、型弹性柱销联轴器的D=360,d3=40,l=112。查文献4,29-160弹性柱销联轴器的主要尺寸关系，可知联轴器的外径D=(1.21.4)D1因此(1.2：1.4)_D_一1.3360一1.3即柱销的剪切强度276.92mm8Tca一一.2二D1zd3_8144.209103= _2二276.92640.22= 1.38N/mm:二=14N/mm则柱销的挤压强度条件4%Dzd3l一一一3一4144.209310276.9264011222-0.077N/mmT;二p=8N/mm2以上式中Tc联轴器的计算扭矩Nmm；Di柱销中心分布圆直径mm；d3柱销直径mm；z柱销数；柱销长度mm；一一尼

42、龙柱销材料的许用切应力N/mm2,可取=11N/mm2；crp尼龙柱销材料的许用压强N/mm2,可取crp=8：11N/mm23.5 拨车机车轮的强度校核拨车机正常工作条件下，其车轮与轨道接触的力学模型简化如下图所示图3.1车轮与轨道接触的力学模型简化图由图可知，车轮受载荷F=150kN,P=F=150kN。查文献5,4-278得钢轨的最大接触应力=0.564lR1-Vi2.1-vfEiE2其中P载荷，P=150kN；l接触长度，l=50mm；R车轮半径，l=250mm；v1车轮速度，v1=0.6m/s；V2轨道速度，V2=0m/s;E1车轮白模数,E1=140GPa;因此E2轨道的弹性模量，

43、E2=200Gpa.、=0.5642一；'EiE2315010=0.56450_2501-0.62199140109200109=609.18MPa由于接触面附近材料处于三向应力状态，而且三个主应力都是压应力，在接触面中心处三个主应力大小几乎是相等的，所以，该处的材料能够承受很大的压力而不发生屈服。因此，接触面上的许用应力较高，接触问题的强度条件通常写成二maxTh而这里选取车轮材料为45钢，钢轨材料为35钢，车轮与钢轨的接触许用应力查文献6,2-27表2.1得二h=800MPa由于6=609.18MPa院,故满足接触许用应力。3.6 拨车臂销轴的设计和校核3.6.1 销轴的设计销主要

44、用来固定零件之间的相对位置，也可用于轴与毂的联接或其它零件的联接。本拨车臂用销轴来承受其牵引火车车厢时所产生的扭转力矩，故在设计校核时要合理选材，这里选择45钢，并对所设计的销轴进行剪切强度校核。销轴设计尺寸如下:图3.2销轴485oI,3.6.2销轴的校核其受力分析如下图所示:%L£=3950F=16660N由£M=0得由此可得到而销轴的直径Fs图3.3销轴受力分析F1_2-FsL.=0FsFL2Li16660N3950mm1050mm=62673.33Nd=170mm故销轴截面上的剪切应力根据文献6,2-49中式2.22可得62673.33N二3-17010_6_=2.

45、76110Pa=2.761MPa而销轴材料为45钢，其剪切强度极限=40MPa因此.=2.761MPa：二故此销轴满足剪切强度条件。3.7 拨车臂拨钩拉杆的设计和校核3.7.1 拨车臂的主要作用拨车臂的主要作用是当运料火车进入指定位置后，由拨车机与列车挂钩相连接，将单节车皮牵引至翻车机，翻车机翻车后再由拨车机将空车皮拉出。因此，如果一列50节车厢的运煤车全部卸车，拨车机将经受50次牵引重车和50次牵引空车的循环载荷。而拨车臂的拨钩拉杆是传动牵引拉力的关键部件，所以，选其材质为Q235，它的外形结构如图3.4所示图3.4拉杆由于拨车机工作时，需要牵引火车车厢，具拉杆主要承受横向拉应力，故需校核其

46、拉应力。当拨车机牵引火车车厢（为计算方便，假设其牵引一节满载车厢时的状况）时，车厢所受摩擦力约为：f=kG=0.017100103kg9.8ms2二16660N其中一一k'为满载行进时车轮的摩擦系数。拉杆所受轴向拉力为F=f=16660N由此求得拉杆横截面上的应力为F仃=AF=Z-2二D4166604二1302106=1.26MPa而Q235的许用拉应力付s=235MPa即二：二二s故满足强度条件。3.7.3轴肩圆角的选择和校核D=130mm的杆部是整个拉杆截面最小的部分，显然，最容易发生断裂的部位是D=130mm的杆部与D=150mm的杆部的交界处。由于应力集中系数Kf值的大小与变截

47、面处倒角半径P的关系很大，对于受拉应力作用的拉杆而言，应力集中系数Kf的大小由下式确定:1. 当P=1mm时2. 当P=3mm时=4.65由此不难看出，当圆角半径大时，具集中载荷系数要小。故，将此轴肩处的倒角半径定为3mm。该拉杆主要用于连接拨车臂与火车，挂钩传递牵引力给火车，从而使火车前进，所以该拉杆主要受拉力F,在牵引火车启动过程中，拉力F逐渐增大，当拉力F与火车自身重力相等时，火车匀速前进，火车到达指定位置后拉力消失，直到火车停车。而每牵引1次火车，该拨车臂拉杆所受交变拉力F应循环1次。拉杆受力状况见图3.53.8.1液压缸的组成液压缸又称为油缸，它是液压系统中的一种执行元件，其功能就是

48、将液压能转变成直线往复式的机械运动。液压缸的组成：缸体组件、活塞组件、密封件、连接件、缓冲装置、排气装置等。设计依据：缸工作压力、运动速度、工作条件、加工工艺及拆装检修等。1 .缸体组件包括：缸体、端盖、连接件等。缸体组件的连接形式因为压力、缸体材料、工作条件的不同，所以连接形式也有很多种。拨车机的液压缸，由于工作压力较高，所以常用45钢的无逢钢管，并在粗加工后调质，以保证较高的强度和较好的加工性能。为了装配时不损伤密封件，缸体内径两端倒15。角。必要时缸内径可镀铭，以防止腐蚀并提高寿命。端盖：因为与缸体形成密闭容腔，同样承受很大液压力，所以和连接部件一起都应具有足够的强度。导向套：对活塞、活

49、塞杆或柱塞起导向和支承作用，也可直接用端盖孔导向，结构简单，但磨损后必须更换端盖。2 .活塞组件包括：活塞、活塞杆和连接件等。由于工作压力、安装方式、工作条件的不同，所以活塞组件有多种结构形式。如螺纹式：常被用于单杆缸，结构简单，装拆方便，但需防止螺母松动。活塞：必须具有足够的强度和良好的耐磨性，一般用整体式铸铁制造，通常可分为整体式、组合式。活塞杆：连接活塞和工作部件的传力零件，须具有足够的强度和刚度，一般用钢料制成，且需镀铭。3 .活塞密封的功用：防止液压油的泄漏。要求：良好的密封性、耐磨性、经济性。拨车机液压系统中的液压缸组件的密封形式采用密封圈密封。密封圈类型：O型、LX型、Y型、V型

50、和组合式等。材料：石棉橡胶板。活塞密封形式如图3.6所示：图3.6活塞密封形式4 .缓冲装置必要性：因为在质量较大、速度较高(v>12m/min)的情况下，由于惯性力较大,活塞运动到终端时会撞击缸盖，产生冲击和噪声，严重影响加工精度，甚至使液压缸损坏。所以常在大型、高速、或高精度液压缸中设置缓冲装置或在系统中设置缓冲回路，以此，来减小撞击的程度。缓冲原理：利用节流方法在液压缸的回油腔产生阻力，减小速度，避免撞击。缓冲装置如图3.7所示：%图3.7缓冲装置5 .排气装置必要性：因为系统在安装或停止工作后，常会渗入空气，所以使液压缸产生爬行、振动和前冲，换向精度降低等，故必须设置排气装置。排

51、气方法：排气孔油口设置在液压缸最高处；排气塞象螺钉(如暖气包上的放气阀)；拧开排气阀使液压缸空载往复运动几次排气阀使液压缸两腔经该阀与油箱相通启动时,即可。3.8.2设计依据和设计步骤1,设计依据及原始资料(1)液压缸工作行程l=1000mm；(2)最大进给力F=50000N。2,液压缸的设计内容和步骤(1)液压缸类型和各部分结构形式的选择。液压缸的类型结构形式很多，但对于特定的设备，其特定的用途也就决定了液压缸的形式，比如单作用或双作用液压缸、柱塞缸或活塞缸等。(2)基本参数的确定。基本参数包括液压缸的工作负荷、工作速度、工作行程和导向长度、缸筒内径以及活塞杆直径等。(3)结构计算和验算，其

52、中包括缸筒壁厚、外径和缸底厚度的强度计算、活塞杆强度和稳定性验算，以及各部分连接结构的强度计算。(4)导向、密封、防尘、排气和缓冲装置的设计。(5)整理设计计算书，绘制装配图和零件图。3.8.3确定基本参数当组合机床液压系统的最大负载为50000N时，即5p=50105Pa查文献7,9-203表11-1和表11-2可得R=50=52.63105Pa0.95因为液压缸为单杆式如图3,8所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆液压缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。向图3.8单杆式活塞缸由于液压缸两腔的有效工作面积不等，因此它在两个方向上的输出推力和速度也等，

53、其值分别为：Fi=(piAi-p2A2)=兀(pi-p2)D2+p2d2/4F2=(p2A2-piAi)=兀(p2-pi)D2-pid2/4vi=q/Ai=4q/瓷v2=q/A2=4q/九(D-d2)由上式可知，由于Ai>A2,所以Fi>F2,vi<V2o若把两个方向上的输出速度v2和vi的比值称为速度比，记作卜*则Xv=v/vi=i/i-(d/D)2o因此，d=Dj7i)"_v。在已知D和8时，可确定d值。单杆活塞缸在其左右两腔都接通高压油时称为：“差动连接”，且在快进时作差动连接，如下图3.9所示。蕈3-RII4I4Qp-JI"1Tq+q.，Ifpj图

54、3.9差动缸差动连接缸左右两腔的油液压力相同，但是由于左腔(无杆腔)的有效面积大于右腔(有杆腔)的有效面积，故活塞向右运动，同时使右腔中排出的油液(流量为q)也进入左腔，加大了流入左腔的流量(q+q),从而也加快了活塞移动的速度。实际上活塞在运动时，由于差动连接时两腔间的管路中有压力损失，所以右腔中油液的压力稍大于左腔油液压力，而这个差值一般都较小，可以忽略不计，则差动连接时活塞推力F3和运动速度v3为：F3=pi(Ai-A2)=pi兀2/4进入无杆腔的流量_2_22二D二(D-d)qi=V3二qV344V3=4q/冗急由上式可知，差动连接时液压缸的推力比非差动连接时小，速度比非差动连接时大，正