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矸石充填机的设计,矸石,充填,设计
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矸石充填机设计摘 要随着时代的发展，露天矿端帮煤采空区回填采空区矸石回填的问题正被越来越多的人所重视。但是就目前国内的充填机械来讲，在回填作业时仍存在许多问题。很多采空区回填后顶端仍会存在接顶率较差的现象，充填机械不能进行高强度的压实作业，难以形成有效充填料，充填率低，充填效果不好，容易造成顶板下沉，难以适用于露天矿端帮开采后大断面采空区，无法及时有效的回收端帮煤柱资源，造成资源的浪费。为解决上述问题，本次毕业设计进行了一种端帮开采采空区矸石充填机的设计。本设计完成工作如下：首先，针对现存充填机械的不足设计充填机总体方案。将一体式推板设计为分体式，上下推板顺序动作进行矸石压实作业。其次，根据需要的功率，对充填机涉及的动力系统如马达、电机、泵进行了选型计算。接着，根据工作装置的功率和压实板所需推力以及巷道尺寸进行了上下推板和配套工作油缸的计算。最后是对充填机履带行走机构的设计计算，包括必要的强度校核和原理介绍。履带式行走机构的采用大大增加了充填作业的机动灵活性。本文还包括一些充填机相关的使用维护的注意事项。 关键词：充填机：采空区回填：分体式工作装置：履带式行走机构AbstractWith the development of the times, the problem of backfilling of the gob in the open-pit mine end coal mining area is being paid more and more attention by people. However, as far as the domestic filling machinery is concerned, there are still many problems in the backfilling operation. After the backfilling of many goafs, there will still be a poor topping rate at the top. The filling machine cannot perform high-strength compaction operations, and it is difficult to form an effective filling. The filling rate is low, the filling effect is not good, and the roof is likely to sink. It is difficult to apply to the large-section goaf after the end mine mining in open pit mines, and the end pillar coal pillar resources cannot be recovered in a timely and effective manner, resulting in waste of resources. In order to solve the above problems, this graduation design carried out a design of end-gang mining gangue filling machine. The completed work of this design is as follows:First, the overall plan of the filling machine is designed to address the shortcomings of existing filling machines. The integrated push plate is designed as a split type, and the upper and lower push plates are sequentially operated to compact the gangue. Secondly, according to the required power, the power system involved in the filling machine such as motor, motor and pump was selected and calculated. Then, according to the power of the working device and the thrust required by the compaction plate and the size of the roadway, the calculation of the upper and lower push plates and the supporting working cylinders was carried out. Finally, the design calculation of the crawler walking mechanism of the filling machine, including the necessary strength check and principle introduction. The adoption of crawler walking mechanism greatly increases the flexibility of filling operations. This article also includes some precautions related to the use and maintenance of the filling machine. There are 9 figures, 8 tables and 25 references in this thesis. Keywords: Filling Machine: Gob Backfill: Split Work Device: Crawler Walking Mechanism目 录 摘 要I目 录III1 绪论41.1 本课题的目的和意义11.2国内外充填技术的发展情况21.3本设计研究的主要内容42 总体方案构思52.1基本原理及主要工艺52.2充填机总体工作原理和方案设计63 动力系统的设计83.1 牵引力和牵引功率的平衡83.2液压马达的计算93.3液压泵的计算123.4 油箱的设计注意事项134 工作装置的设计154.1 工作装置总体方案的选择154.2工作装置结构尺寸的确定165 行走装置的设计195.1 行走装置的形式选择195.2 行走装置的参数设计206 充填机安装使用要求347 结论36参考文献37翻译部分39IVContentsAbstractIIContentIV1 Introduction11.1 Purpose and significance of this topic11.2 Development of filling technology at home and abroad21.3 The main content of this design study42 Overall plan concept52.1 Basic principles and main processes52.2Working principle and design scheme of filling machine63 Design of power system83.1 Balance of traction force and traction power83.2 Calculation of hydraulic motor93.3 Calculation of hydraulic pump123.4 Fuel tank design considerations134 Design of working device154.1 Selection of overall scheme of working device154.2 Determination of structure size of working device165 Design of walking device195.1 Selection of walking device195.2 Parameter design of walking device206 Filling machine installation requirements347 Conclusions36References37V1 绪论1 绪论 1 Introduction1.1 本课题的目的和意义（Purpose and significance of this topic）在开采后的露天矿藏往往在端帮残留大量的压煤。这些因为难以有效、及时地回收的端帮残留压煤通常造成资源的极大浪费。想要提高企业的经济收益以及避免环境生态破坏，露天矿的端板煤炭资源回收是卓有成效的方法，且有助于资源的再利用。矸石是露天煤矿开采的衍生物，采用矸石等物料进行充填是一种有效治理露天矿巷道采空区的方法。采空区巷道进行充填后可以有效的减轻煤柱承载力，维持采空区和边坡稳定，避免资源浪费，并且对端帮压煤进行进一步安全高效的开采，具有重要的经济效益和社会效益。目前，国内常用的端帮开采方式有靠帮开采、井工平巷开采、露井协调开采、连采机开采等，虽然取得不少进步，但仍然存在端帮煤柱资源回收率低、端帮边坡稳定性差等问题。而且，开采后的采空区巷道之间的支撑煤柱常因承载力过大而出现失稳现象，从而导致边坡滑坡，破坏露天煤矿的正常采、运、排系统并对井下操作人员的人身安全造成严重危害。针对上述问题，国内一些研发机构设计了一些用于充填采煤输送机的快速充填机构，主要包括内槽、外槽、水平式液压千斤顶、高强度钢丝绳、固定用钢板、倾斜式液压千斤顶、滑轮、调节用推板、摆动液压千斤顶、推移用液压传导装置、推动板、滑移固定座、联架液压千斤顶。通过水平液压千斤顶的伸缩，实现内槽和外槽的转动，通过倾斜液压千斤顶的伸缩实现外槽的伸缩运动，从而实现固体充填材料出料堆放位置根据充填需要而调整。通过推移千斤顶伸缩来调节推板沿导向滑槽滑动，实现推板组合工作面积大小的调整；调节推板和推动板完成工作的功能由摆动千斤顶伸缩动作来完成。但在上述现有技术中，只是针对开采区域进行边采边充，充填效果有限，采空区顶端仍会存在接顶率较差的现象，不能进行高强度的压实作业，难以形成有效充填料，充填率低，充填效果不好，容易造成顶板下沉，难以适用于露天矿端帮开采后大断面采空区，无法及时有效的回收端帮煤柱资源，造成资源的浪费。因此，鉴于以上问题，有必要提出一种安全、有效的采空区充填设备及方法，来满足露天矿端帮煤采空区回填作业的需求。本设计研究的一种端帮开采采空区充填机及其充填方法，涉及煤矿采空区矸石充填技术领域。所述充填机包括履带行走机构、机身本体、司控室、液压泵站、上推板机构以及下推板机构。本次毕设设计了一种端帮开采采空区充填机，可充填露天矿端帮开采后的巷道及大断面采空区，实现采空区巷道充填自动化，并能对充填料进行压实及固化作业，以保证充填料充填率，使填充物接顶率更高，增强填充料效果，有效防止充填不均、顶板下沉等问题；同时该充填机机动性强，可与露天矿端帮开采其他输送及充填设备配合使用，将充填所需成本再次压缩，并得到更好的充填效果，具有较强的创新性和广泛的实用性。1.2国内外充填技术的发展情况(Development of filling technology at home and abroad)1.2.1国内充填采矿技术的发展历程20世纪50年代，我国在金属矿山中使用比较普遍的是干式充填采矿法，比方说：利用分层充填的采场使用泥土，边角石料充填的方式被应用于鞍山、铜陵等地的矿山采场中。为避免矿石的大量贫化损失，要在采落前在填充面加设十厘米的分隔板以分离掉落碎石和已充填石料矿。水力的石块或砂石填充也在抚顺等地被采用。 胶结充填的技术在上世纪六十年代已经开始在美洲国家进行试验并应用于实际生产了。我国的充填技术发展同样迅速，在六十年代中期，我国矿山研究人员即开始胶结充填采矿的研究了。在此之前，“三下”即水体下、建筑物下、铁路下资源的开采难度极大，但是胶结充填技术的革新和新式行走设备的出现为这一高难度开采提供了可能性。湖北广西等地的矿山率先采用了这一采矿法。块石胶结充填实质是原先技术的综合发展应用，固体石块为充填提供了强度和刚性成本低廉，砂浆可以长跨度运输，两者结合具有充填强度高、充填能力大、充填成本低的优点。 20世纪80年代中期以来，膏体泵送充填技术发展很快。把不同粒度不同浓度的充填料与水混合成可流动的膏体，并通过外力把它输送至需要填充的位置。又因为往往是采用泵送的方式所以被称为膏体泵送技术。南非是率先批量使用膏体充填的国家之一，膏体料稳定性强，流动性好，可塑性高。膏体充填在我国湖北等地矿山中首先应用。自上世纪九十年代初，我国开始使用高水速凝充填技术。这种技术在七十年代被英国研发出来支护巷道等。后来用途不断扩展，如：巷道壁空区填充、防止着火等。高水速凝技术优点显著：材料凝结、固化极快，形成的固体含水量较高但是强度非常高，用途广泛。但是该技术受制约严重的一点是必须把两种浆体状材料泵送到采空区前。在当场混合凝固后进行充填。这种技术进入我国后，九十年代中期我国自主改进研发了高水速凝充填工艺，可以只占用一根管道将充填材料输送到充填区。发展到如今，该项技术已经成熟并应用在许多矿区。 新世纪以来，山东一些煤矿采用矸石泵送充填实验和气力管道输送矸石充填工艺，可实现原生矸石长距离输送充填。1.2.2国外充填采矿技术发展目前国外的主要采矿方法有：点柱上向水平分层充填法，干式和水砂充填采矿法上向进路充填法，分段充填采矿法，大直径深孔房柱充填采矿法，上、下向进路充填法，VCR（垂直漏斗爆破后退式采矿）嗣后充填采矿法，上、下向分层充填法方框支架充填采矿法。 加拿大：从1930-1960加拿大的充填技术一直在不断进步，从固体的干式填充物到低浓度的水砂再到尾砂胶结分层充填。不管是充填物料的质量还是充填工艺的技术含量都渐趋成熟。近一个世纪的充填采矿技术发展，使得这项技术极为普及。全加的地下矿山基本都采用充填开采。三种充填开采技术都被应用于矿山开采上。南非：南非有着众多的深部开采的矿山，使用传统的充填法成本过高，而放弃充填又有相当大的垮塌风险。所以许多南非深采矿山改变膏体充填料粒度分布，使得充填料呈浆体形态，输送阻力大大降低了，矿山开采得以一举两得。澳大利亚：作为资源矿场异常丰富的国家之一，澳大利亚通过胶结充填和似膏体充填的推广使用，资源开发的速度和质量都有了显著的提升。并在多处矿山建立了膏体充填站点。瑞典：瑞典完成了普适性机械化充填作业方法的升级，在多个方面进行了充填技术的革新，使得生产效率大幅提高。 采矿工艺方面：干式充填已经落后于时代，因其效率低下，现在多采用水力充填。在不稳定矿体开采方面，各大实验室开发了高浓度胶结的充填工艺，创造了两项先进的充填采矿法。而下向分层胶结充填采矿法和上向进路充填采矿法这两种方法帮助许多矿场解决了原有的开采难题。 采掘设备方面：主要的采掘设备发展迅速。液压的掘进机和装载机淘汰了老式开凿机械，而电动的铲运机正因其清洁低噪的优势代替柴油动力的机械成为新宠。水平孔的回采形式有助于将大型开凿机械的效率优势发挥出来，设备利用率进一步提高。 采掘辅助作业机械化程度不断升高，爆破作业的炸药基本完成更新换代，人力装药比重越来越小。采准工程布置方面：采矿场的布置有了长足的发展，各种厚度矿体的矿场皆是沿走向布置，采准高度由50m进展到100m。矿脉外采准系统因为井下无轨设备的普及使用而日趋简单，矿场的底部结构向简单化发展，预留采后矿柱的数量逐渐减少，甚至有的矿场不再预留矿柱。1.2.3 充填工艺技术的发展随着时代的发展，在上世纪60年代中期，混水砂浆和混凝土被当做充填材料以取代原先的干式充填。而随着人们充填需求的不断提高，80年代的时候，充填砂浆的浓度进一步提高，块石胶结、全尾砂充填方兴未艾，并得到广泛的应用。于上世纪90年代，由碎石废料加工成的似膏体填充料被用于采空区回填作业，高水速凝填充法的研究取得了突破并迅速应用于实际生产。 1.3本设计研究的主要内容（The main content of this design study）本次毕业设计完成的适用于端帮开采采空区应用的井下充填机。设计内容为充填车总体设计，履带底盘行走系统的设计、工作装置的上下推板设计、推送油缸的设计和机体本身的设计是其主要内容。其它零部件设计的质量取决于总体设计的优劣，整机的性能也依靠于此。一个成功的设计离不开恰当的总体设计。所以总体设计应该是一个合理设计的开始，分析井下的严峻工作条件，结合想实现的矸石回填目标正确地完成方案初步设计。要用全面的视角来审视自己的设计。想要完成总体设计，离不开对充填机工作任务和性能的认真分析，通过查阅类似的井下工程机械，合理根据实际情况设定充填机方案。并在已经设定好的充填机方案的基础上，对充填机司控室等机上结构布置，履带盘等机体结构设计，充填工作装置参数设计以及充填机所用零件分析计算进行设计总体设计，从而完成整部充填机的装配。在所述的设计中，填充矸石的执行装置的设计以及作为充填机基础的履带底盘系统的设计是核心设计，是充填机设计的灵魂。充填矸石的执行工作机构是保障充填机完成采空区回填工作的条件，这影响着充填工作的性能和回填目的实现。而底盘机构是充填机的支撑和行走平台，没有它充填机性能无从保证。填充矸石的执行装置考虑因素有许多，主要包括推板的工作强度、液压缸推程及尺寸、连接方式、材料刚度等。考虑到井下行走的环境条件和路况以及15m/min的较小行驶速度，显然履带式行走机构对于充填机设计是更为适合的。不论是从稳定性、接地比压来讲，履带形式是更为有利的，操作较之轮式行走也更为简便，结构紧凑更有效率地利用空间。此次设计的主工作装置主要构成为推板以耳环铰接固定工作的形式；考虑到采空区巷道的恶劣工作条件，矸石废料的粉尘污染等，充填机设计零件应多采用标准件，降低日常运输与工作养护的工作难度。482 总体方案构思2 总体方案构思2 Overall plan concept2.1基本原理及主要工艺（Basic principles and main processes）了解工程机械的基本工作原理对设计工作是很有帮助的。从工程机械的经典结构设计来讲，执行系统、动力系统、底盘行走系统、传动系统以及操作控制系统是必不可少的。它们之间的关系如下图2-1所示。液力机械传动、机械传动、电传动以及液压传动是工程机械传动系统的四大经典形式；轮式和履带式是两种典型的底盘行走系统，步履带式行走系统是又一种基本形式。底盘操纵系统和工作装置操纵系统是工程机械的操纵控制系统重要组成部分。一般包括底盘操纵系统和工作装置操纵系统两个部分;执行系统的工作装置种类机构名目繁多,不一而足，共同实现不同的功能。把这些基本系统的形式设计出来，那么总体的方案就基本成形了，再经过一定修改即可确定充填机的方案。图2-1 五大基本系统图Figure 2-1 Five basic system diagrams2.2 充填机工作原理和设计方案（Working principle and design scheme of filling machine）图2-2充填机结构示意图Figure 2-2 Schematic diagram of the filling machine structure2.2.1充填机总体工作原理和方案设计本次设计所研究的一种端帮开采采空区充填机其特征在于，包括履带走机构、机身本体、司控室、液压泵站、上推板机构以及下推板机构；机身本体安装于履带行走机构上方；司控室安装于机身本体上，用于控制上推板机构、下推板机构、履带行走机构以及液压泵站；液压泵站安装于机身本体上，用于为上推板机构、下推板机构、履带行走机构提供动力；上推板机构包括上推板以及上推板调节机构；上推板调节机构一端与机身本体铰接，另一端与上推板铰接，用于调整上推板高度和倾角以压实充填料；上推板调节机构为工程中使用的液压油缸。通过改变液压油缸的行程，调节上推板的工作姿态；下推板机构包括下推板以及下推板调节机构；下推板调节机构包括下推液压缸（上推送机构）和主推液压缸（主推送机构），下推液压缸（上推送机构）一端与机身本体铰接，另一端与下推板铰接；主推液压缸（主推送机构）一端安装在履带行走机构驱动轮外侧，另一端与下推板耳座铰接，通过改变下推液压缸（上推送机构）和主推液压缸（主推送机构）的行程，调整下推板的倾角。2.2.2充填机的充填方式本设计中提出的一种端帮开采采空区充填机进行采空区巷道充填的方法，包括以下步骤：步骤一、液压式巷道充填机安装完毕后，驾驶员在司控室控制履带行走部，使设备进入所需充填的巷道。步骤二、司控室控制液压泵站使下推液压缸和主推液压缸同时伸出，并通过改变下推液压缸行程调节下推板倾角，使得下推板处于垂直初始状态。步骤三、司控室控制液压泵站，依次使上推送液压缸伸出，调节上推板，使得上推板伸出并使上推板处于竖直状态，且上推板下端和下推板上端对接。步骤四、将充填管布置于上推板充填口处，采用泵送充填或气力充填方式进行持续矸石充填作业，同时通过上推板上的红外测距仪及监控摄像头判断采空区充填情况，采空区即将充满时，暂停充填作业。步骤五、司控室控制液压泵站，使主推液压缸伸出，下推液压缸辅助伸出，启动履带行走部向前行走，推动所充填的矸石料，并同时控制上推板机构中的油缸伸出，调节上推板，推压上部矸石料。步骤六、待充填矸石料压实凝固后，下推液压缸和主推液压缸回缩至原位，同时上推板机构回缩至原位，司控室控制履带行走部后退一定距离。步骤七、重复步骤二至步骤六，直至完成所有端帮采空区巷道充填作业。与现有技术相比，本次设计的一种端帮开采采空区充填机及其充填方法的优点是：本充填机可充填露天矿端帮开采后的巷道及大断面采空区，实现采空区巷道充填自动化，满足端帮采空区充填需求（且该充填机中通过调节上推板机构和下推板机构对充填料进行压实及固化作业）。借此以保证充填料充填率，提高充填料接顶率，增强充填效果，有效防止充填料不均、顶板下沉等问题。3 动力系统的设计3 动力系统的设计3 Design of power system动力系统相当于是充填机的心脏，供给整机动力。通过牵引力和功率平衡的计算，确定合适的行走液压马达，并进一步确定发动机和液压泵的型号，使得它们的功率和扭矩满足充填机的需要。3.1 牵引力和牵引功率的平衡（Balance of traction force and traction power）充填机机器在作业工作过程中，牵引力的利用和发动机的功率有着重要的作用，因为需要研究牵引力平衡以及功率平衡。牵引力平衡和功率平衡是指充填机在作业过程的任何瞬间，其牵引力平衡能够分析充填机的动力性能，进而为发动机等的选型计算提供依据。3.1.1机械行驶作业过程中的阻力充填机行驶作业过程中，在底盘行走架上有以下几种阻力：（1）滚动阻力 (3-1)式中：充填机自重，初步设定充填机自重为6000kg，也60009.8=58.8KN；滚动阻力系数，考虑到充填机的工作环境，取=0.12；坡角，根据任务书要求 =15；所以：58.80.12cos15=6.82 KN（2）坡度阻力=58.8sin15=15.22 KN（3）工作阻力（4）风阻力（5）加速阻力3.1.2充填机牵引力以及功率的平衡（1）牵引力的平衡充填机在正常执行回填作业及行驶时需要克服种种阻力，这里主要考虑滚动阻力、加速阻力、坡度阻力以及工作阻力。至于充填机可能遭遇的风阻，鉴于行走速度较慢及井下通风条件不予考虑。故而有下式： (3-2)式中：切线牵引力，在充填履带行走中： /；驱动力矩（）；履带驱动效率， =0.96；驱动轮动力半径。充填机在进行充填作业时履带不移动，所以工作阻力可看作零，故而。鉴于章节开始提出的原因，忽略充填机风阻。加速阻力鉴于充填机行走只是辅助功能因此视其为匀速行驶，故而加速阻力可视为0。所以，在上式中风阻力和加速阻力均为0。因此，充填机的切线牵引力：=+=6.82+15.22=22.04 KN从以上分析可以计算出充填机行驶时的牵引力总和。充填机履带行走靠驱动轮带动，两侧各有一个，将牵引力分布在两个轮上，则单侧轮牵引力如下： =/2=22.04/2=11.02 KN驱动力矩的计算涉及到驱动轮动力半径，此参数可从第五章行走系计算中得到，即：320.6 mm所以驱动轮的总的驱动力矩为： =3.68 KNm (3-3)以上计算内容均参阅工程机械底盘构造与设计。（2）牵引功率的平衡充填机充填作业时，需要机身及底盘静止，通过液压缸驱动推板完成动作。因此在充填机充填时行走系统静止，行进速度为零，驱动轮静止。此时发动机提供的功率全部驱动上下推板进行充填，驱动功率为零。因此，充填机的驱动功率=0。3.2液压马达的计算（Calculation of hydraulic motor）液压马达的优势在于可以很好适应井下工作条件，在充填机牵引行走过程中，液压马达将发动机的动力传输到驱动装置上，从而支持充填机行进。马达作为一种执行元件正被越来越多矿山机械所青睐。在马达工作时，排量是其反映其性能的重要参数。在不考虑泄露的时候，一转之间被马达排出的液压油体积即被称作马达的排量。在计算中通过马达排量推出其流量再查阅手册选出合适的行走马达。3.2.1液压系统的压力一个液压系统中首先需要确定的是流量和压力。这是接下来系统各种元件如马达、泵、原动机、油箱等确定额关键。选定好系统的压力和流量后即可通过计算推出流量大小再进一步确定其他马达参数。液压系统设计里面系统压力扮演着重要的角色，它决定了充填机液压系统的合理程度。如充填机系统功率不变情况下，假使系统压力太低则相应的缸、泵、马达等元件设计出来的尺寸和重量就会高于预期值。反之，若是压力过高，虽然表面上看相应元、辅件的尺寸重量得到了降低。然而由于尺寸和重量降低带来的加工精度的难度以及密封性能的、制造材质强度刚度性能的高要求会大大提高充填机系统的成本，进而对充填机效率使用寿命产生不利的影响。因而，确定恰当的系统压力是选定得是否充填机液压系统设计的重要一环。在本次的充填机设计中，考虑到行走机构需求，以及液压配件生产、更换成本和便捷度，在设计计算中，将选取20Mpa作为充填机液压系统压力上限，选定工作油缸两端压力差16Mpa。3.2.2驱动马达计算和选型马达输出扭矩：Nm （3-4）式中：驱动力矩（）； 机械传达比=40 机械传动效率， =0.9；液压马达的排量： ml/r （3-5）式中： 系统压差，=20Mpa；马达机械效率，=0.9。液压马达的输出功率： kw （3-6）式中：单侧行走系统的功率，=13.88kw；履带系统机械效率，=0.9。液压马达输入流量： （3-7）由上式得到：=57.8L/min在理想情况（不存在液压油泄露损失）下，我们把单位时间所需工作油液的体积称为马达理论流量。而若是考虑到油液泄露，即存在损耗，则马达所需油液体积就是它的实际流量。基于此，若液压马达排量定为q，容积效率为，要求使马达以转速n旋转，则所需要的理论流量。但需要指出的是，泄漏不可避免，且其效率往往小于机械传动。液压马达的输出转速： （3-8）式中： 马达容积效率， =0.9 Vg 系统最大行走速度，Vg=15m/min根据计算出来的参数，再考虑马达的体积、重量后查阅手册和国家标准确定马达的选择。表3-1 液压马达地应用范围Table 3-1 Application range of hydraulic motor马达类型适用工况应用实例马达类型适用工况应用实例齿轮马达负载转矩不大，速度平稳性要求不高钻床、风扇轴向柱塞马达负载速度大，有变速要求，负载转矩较小，低速平稳性要求高起重机、铲车、铰车、内然机车、数控机床叶片马达负载转矩不大，要求噪声较小磨床工作台、机械操纵系统球塞马达负载转矩较大，速度中等塑料机械、行走机械等摆线马达负载速度中等，要求体积较小矿山机械、行走机械、煤矿机械、挖掘机内曲线径向马达负载转矩很大，转速低，平稳性要求高挖掘机、拖拉机、起重机、采煤机牵引部件根据以上参数，查阅机械设计手册第五卷，选用A6V28HA22FZ2型号的液压马达，排量8.1-28.1ml/l，转矩45Nm-156Nm，功率最大78kw。3.3液压泵的计算（Calculation of hydraulic pump）3.3.1液压泵的排量的计算液压泵地最大工作压力为： （3-9）式中：执行元件地最大工作压力，在此本充填机液压系统中，工作压力为20。液压泵出口到执行元件入口之间地压力损失。初算时可按经验数据选取：管路简单、流速不大地取。管路复杂、流速较大地取。由以上公式可求得所需泵最大工作压力：由行走马达功率最大时的转速计算液压泵的流量。泵的排量： （3-10） L/min （3-11）式中： 泵的容积效率， =0.9， 泵的转速，由发动机决定，=2200r/min。已将充填机液压泵排量和最大工作压力计算出来，参阅机械设计手册第五卷，最终选择液压泵型号为A7V117FHD，最大排量为117ml/r，在最大排量时，最大扭矩为594Nm。必须明确的一点是，上面计算出来的充填机液压泵需仅为液压系统静态的工作压力。在液压系统计算中，我们仅能得到静态工作压力，然而，液压系统工作时可能产生的过渡动压超出其静压相当部分。因此，在选择液压泵时，我们应考虑这部分因素，为动态调整压留出余量。根据实际生产应用经验，在充填机设计中预留百分之六十的压力余量。因为本次系统工作压力不大，过渡过程存在时间长，使用取推荐值较大些。在液压泵的使用方面应注意，不可使其长时间处于最高、最低转速条件。要考虑到高速情况下的冲击振动对泵本身的损害极为严重，同时在低速条件下，泵的卡咬失效可能性大大升高。3.3.2液压泵的功率的计算液压泵的功率可以根据下式进行计算： （3-12）式中：液压泵地最大工作压力；液压泵地流量；液压泵地总效率，这里取0.8。表3-2 不同液压泵的总效率Table 3-2 Overall efficiency of different hydraulic pumps液压泵类型齿轮泵螺杆泵叶片泵柱塞泵总效率50.850.70.850.80.9所需液压泵总效率为其容积效率和机械效率两者之乘积。根据表3-2内容，本设计所选规格型号的变量泵取参考的较小值，故而总效率为0.8。将以上数据代入此公式，得：kw根据液压马达和泵的输出功率参考类似工程机械，充填机发动机应为50-60kw。明显地，所述液压泵输出功率超出了充填机发动机功率许多。造成这种差距的原因在于实际工作当中液压泵的功率应该预留相当的余裕以保证能充分将原动机的功率利用起来用于满足大的负载。这是一种正常的现象。显然地，根据发动机转速2200r/min，功率为56kw。查阅机械设计手册第三卷选择Y系列380V电机，选取系列Y2-280S-2三项异步交流电机，额定功率56.9kw，最大转速2970r/min。3.4 油箱的设计注意事项（Fuel tank design considerations）液压系统中油箱除了本身储存油液的功能外，还能帮助系统散热、过滤液压油中空气和杂质。我们把它们分为开式和闭式两种。开式油箱与外界大气联通，反之，闭式的油箱则与外界分隔开。在充填机设计中应该采用闭式油箱。3.4.1油箱设计注意要点（1） 应考虑清洗，抽油方便。注油口设置在油箱顶以及油箱侧面，为方便泄油，油箱底应设计成倾斜，最低处设置泄油口。（2） 容量要足够。油箱中的液压油体积必须保持一定的量才能有效防止系统工作时液压泵不至于吸空。当油液过高时系统液压油可能溢出，这要求其高度应在油箱高的80%以下。（3）吸油区和回油区在油箱中应该分隔开，通过增加液压油循环距离，允许油液杂质充分沉淀。隔板高度应比油面高度低四分之一。（4）吸油管切勿接触紧贴油箱四壁，以免造成吸油困难。基于同样原因，回油管应处于油面下且不可贴近箱底。油管口做成45切口，方向对准箱壁。（5）油箱主体结构用3-4毫米钢板采用焊接工艺连接而成。若是油箱体积较大还要加装肋板和端角增大油箱的连接强度。若欲安装电动机或其他系统部件到油箱，必须保证其固定面的刚度和强度。（6）要防止油液渗漏和污染。密封装置必不可少，把它们安装在油箱盖板和其进出口位置。把油箱注油孔加装滤油器，为减少杂质需安装滤清器于通气孔上。（7）油箱应便于安装、调运和维修。3.4.2油箱容量计算欲要使充填机液压系统能够按设计工作，我们需要计算出油箱所需要的体积。在本设计中用如下经验公式计算油箱容量： （3-13）式中：V 油箱容量Q 液压泵总额定流量经验系数经验系数按下表取值：表3-3 不同系统经验系数Table 3.3 Experience coefficients of different systems不同系统行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金机械12245761210对行走设备或经常间断工作地设备，其系数可取较大值，所以选=7，而液压泵地最大流量为222.72 L/min，所以 =1559 L （3-14）4 工作装置的设计4 工作装置的设计4 Design of working device工作装置的设计需根据要求确定其结构方案，进而确定其各部件的尺寸，还应确定液压缸的工作尺寸和推程，并进而完成液压缸的选型设计。4.1 工作装置总体方案的选择（Selection of overall scheme of working device）工作装置主要结构为液压缸铰接工作推板的设计。上推板工作装置包括上推板和推动油缸。油缸一端与推板铰接，一端与机身铰接。工作时调节推送油缸行程进行上挡板的调节。下挡板设计为四油缸一端与工作挡板相铰接，所述下推板机构包括下推板以及下推板调节机构；下推板调节机构包括下推液压缸（上推送机构）和主推液压缸（主推送机构），下推液压缸（上推送机构）一端与机身本体铰接，另一端与下推板铰接；所述主推液压缸（主推送机构）一端安装在履带行走机构驱动轮外侧，另一端与下推板耳座铰接，通过改变下推液压缸（上推送机构）和主推液压缸（主推送机构）的行程，调整下推板的工作状态。推板结构如图4-1、图4-2所示。 图4-1 上推板结构图Figure 4-1 Structure diagram of push-up board 图4-2 下推板结构图Figure 4-2 Structure diagram of push-down board4.2工作装置结构尺寸的确定（Determination of structure size of working device）工作装置的结构尺寸主要包括推板与其配套的液压缸尺寸及相关参数的计算。4.2.1推板参数的选择和设计考虑到井下矸石回填的需要，为满足接顶需求，将原来的固有一体式推板改为上下分体式两推板。初设上推板高度为待充填采空区巷道截面高度的1/3，下推板高度为待充填采空区巷道截面高度的2/3，所述上推板和下推板两者高度之和小于采空区巷道截面高度5-10cm；所述上推板和下推板宽度均小于采空区巷道截面宽度5-10cm。在设计计算中，为留出余量以上数值均取8cm。上推板和下推板朝向机身的一面均设置有用于与对应调节机构连接的耳座，分别为上推板耳座和下推板耳座，上推板耳座为与上推板调节机构匹配设置的两个，下推板耳座为与下推板调节机构匹配设置的四个。上下推板基本一致，不同之处在于，上推板上设置有充填口以及照明摄像孔；充填口设置于上推板上部中间位置，用于供充填管路出口端通过进行充填作业；所述照明摄像孔为设置于推板左右两端上方的两组，每组所述照明摄像孔包括红外测距仪、监控摄像头以及LED灯。已知：压实板推力：=320KN：工作巷道的尺寸为宽度2000mm，高度2500mm。那么，上推板尺寸设为：1920mm*830mm：下推板尺寸设为: 1920mm*1670mm。由以上数据可看出，上下两推板间存在一定的间隔，此间隔应小于5cm，对于固体矸石来讲并无过大影响。并且，为了保证接顶的效果良好，本充填机充填时采用分层填充的方式。因此，此间隙可忽略不计，或在后续的设计中修改完善。4.2.2 液压缸的设计依据液压缸的选型和设计和许多方面因素相关，在本次充填机设计中考虑如下影响：首先必须考虑到油缸的尺寸和所占据空间和对充填机重量的影响，最重要的影响工作油缸能力的密封性方面。另外再加上成本等因素，比较各型号液压缸是否可以应用于本充填机。其次还应该考虑到工作油缸安装方式，本充填机工作油缸适合采用耳环式安装。另外，还必须考虑到充填液压缸维护的便捷性。充填机工作用缸拟设计成缸筒固定活塞杆的形式。且液压缸分类方式有很多。其中按供油方式把它们分作单作用缸和双作用缸。单作用缸只能单向作业，回程需要外部给它施加一个力。双作用缸可以往缸两侧施加压力，活塞往返过程可由液压力独自实现。经过分析，充填机工作油缸采用双作用单活塞杆形式。4.2.3 液压油缸的相关计算为了方便计算，画出液压油缸的简单示意图： 图4-3 油缸Figure 4-3 Cylinder当无杆腔为工作腔时， （4-1）有杆腔为工作腔时， （4-2）式中： 液压缸工作压力； 液压缸回油腔工作压力；液压缸无杆腔有效面积；液压缸有杆腔有效面积； 液压缸内径或活塞直径；活塞杆直径；液压缸最大工作压力；液压缸最大外负载； 液压缸机械效率，一般取0.90.97。用上述公式确定液压缸尺寸时，需要先选取回油腔压力，即背压P2和杆径比d/D。在本次设计中，根据背压经验数据，背压取0.4MPa，其实在设计中，相对于液压油缸两端地压差16MPa，这是一个很小地数据，因此在计算过程中可以忽略背压P2。对于杆径比d/D，一般以下述原则选取：当活塞杆受拉时，一般取d/D=0.30.5,当活塞杆受压时，为保证活塞杆地稳定性，一般取d/D=0.50.7.杆径比d/D还常常用液压缸地往返速比i=v2/v1（其中v1,v2分别为液压缸地正反行程速度）地要求来选取。一般工程机械返回行程不工作，其速度可以大一些，但也不宜过大，以免产生冲击。一般认为i1.61较为合适.如采用差动连接，并要求往返速度一致时，应取=，即d=0.7D.即d/D=0.7,即i=2。上推板两油缸所受负载为KN下推板四油缸所受负载为KN根据以上计算，参考相关工程机械，并查阅机械设计手册第五卷内容，可以得出：上推送油缸的缸径125mm活塞杆径90mm最大行程1500mm 下推板推送油缸缸径90mm活塞杆径63mm最大行程1080mm 下推板主推动油缸缸径90mm活塞杆径50mm最大行程2000mm5 行走装置的设计5 行走装置的设计5 Design of walking device充填机行走装置设计首先要确定行走系统的行走形式，进而通过相关计算确定驱动轮、履带板等的尺寸。5.1 行走装置的形式选择（Selection of walking device）履带传动其实质上就是大型的链传动。因此履带同样通过有链条和链轮啮合来传动。在井下巷道里，开采时留下的碎石、土块对传动的影响很大。尤其是颠簸可能造成的瞬时过载，而履带传动对比其他传动形式容错率就相对较大。履带的演变是一个长期的过程，到今天已经形成了相对固定的设计。首先是所谓“四轮一带”的主体设计。也就是说由驱动轮作为链轮，导向轮固定方向、防止跑偏，以支重轮托轮承担载荷，履带链条传动。除此之外还有配套的辅助装置，比如张紧装置缓冲装置，最后把它们安装固定在行走架上。采用液压传动的履带行走装置，每侧都有一套液压泵-马达来驱动履带行进。驾驶员在司控室操作液控阀实现行走控制。驱动充填机到达指定采空区或者跨越障碍等。履带式设计之所以被广泛采用于工程机械中的原因在于，这种形式适应各种路面便于充填机机动。并且履带形式单侧履带的出力即可达到将近充填机总重的一半。而且履带式机构的接地比压往往较小，通常小于0.1Mpa，这就提高了充填机的稳定性和安全性，这是充填机正常工作的保证。比较轮式结构，因为底盘低，接地面积更大，相应的爬坡能力就比较好。尽管有那么多优点，履带式机构依然存在一些问题。显而易见，轮胎制造的成本和难度都比履带更低，消耗的功率也相对较小。同时履带行走的速度也很难过高，并且磨损问题也较为严重，更换零件更为频繁。综合分析以上的行走机构形式，履带形式显然更为适合本充填机。针对履带长距离行走缓慢、损耗大等问题，将充填机结构设计为便于拆卸运输即可。因为巷道采空区较为狭窄，矸石回填作业及行驶中路面不平碎石较多，履带选择钢制材料。如果欲要在之后把本充填机应用于其他路况运行，可根据情况换用橡胶履带。下图5-1是履带行走机构的结构示意图。图5-1 履带行走机构的示意图Figure 5-1 Schematic diagram of the crawler walking mechanism1-导向轮；2-履带；3-张紧装置；4-支重轮；5-驱动轮；-6-减速机5.2 行走装置的参数设计（Parameter design of walking device）5.2.1履带的设计根据本章开始介绍的内容，本节将根据相关计算设计出驱动轮的参数尺寸，完成其校核。以及托轮、承重轮、履带等的设计。鉴于充填机在采空区的工作条件干扰大、粉尘大、碎石多，设计履带时要选择足够强度、刚度的材料制造，并且材质耐磨性要好、还要质量轻进而节约成本，减少充填机运行时的冲击。又因为巷道有一定的坡度，爬坡时履带的附着性能要比较好。现在较多使用的履带有整体式和组合式。整体式的履带结构为驱动轮与履带板啮合齿相啮合。托轮等滚子沿着板缘轨道滚动。整体式履带板采用一体铸造，每节是一个整体。这样做的好处是结构简单、履带成本低廉、便于维护人员操作。但整体式履带的问题同样明显，履带销孔间隙太大，履带磨损量大，维护成本高，因此在井下巷道工作的时候显然是不适宜的。相比较来讲，充填机上更适合采用组合式履带。这种形式的组合履带好处很多。履带销和销轴存在间隙，履带转动更加灵活。锁紧销和链轨节孔间隙配合松散，履带不见拆装简单。这样就减小了履带的节距，增加了接地长度，利于减小充填机接地比压，在此基础上还能保证较快的行走速度。制造轴套和销轴的材料硬度高且具有高耐磨性，保证了履带使用寿命。所以本机履带采用组合式履带。a) 履带尺寸的计算以下公式从工程机械底盘构造与设计中选用履带宽度b的初步确定： （5-1）式中：工作机的整机质量，由已知参数可知充填机质量，这里取。所以： 为了取标准节距的履带，这里取b=400mm。履带宽度和履带支撑面长度一般按总体设计及工作条件的平均接地比压确定 (5-2)式中： 履带支撑面的长度，m； 挖掘机总重，；履带宽度，mm；平均接地比压，这里选取；所以 ：=这里初取。由于所设计的充填机多在平直巷道工作，基本无转弯需求，所以不需校核转向条件。所以，履带的宽度、支撑面的长度可以直接按照初选确定，即=400 mm =1700 mm。b) 履带板结构的选择履带板形式多样，曾经出现过各种形式的履带板。按照履带标准化要求后，在充填机上采用轧制的履带板。该形式履带板有高强度、轻重量、易于制造、成本低廉的优点。充填机采用三筋轧制普通履带板。三筋形式履带板板筋较之单筋短，因此行动更加灵活。多筋形式结构提供给履带板更高的强度和刚度、提高了履带机构承重能力，尤其适合本设计中的充填机这样的小型机械。为防止井下细碎矸石夹在履带板缝间产生高应力，在相邻履带板间还设计了搭接部分。c) 履带节距履带节距，随自重的增大而线性增大，根据经验公式通常为： 为规范工程机械底盘形式，并为相关设计提供依据，我国四轮一带履带式工程行走机构统图对履带节距规定统一标准，因此从以下四种节距中选择充填机履带节距：173、203、216、228.5，本设计选取节距为173。d) 履带的强度计算（1）履带的计算工况当充填机爬过斜坡时，土壤附着条件决定了单侧履带机构最大驱动轮。有公式如下： (5-4)式中：附着系数，取； 考虑在斜坡上工作时，整机重量在一侧履带上分配系数，取。所以：（2）强度验算 履带总成联系尺寸如下表表5.1履带板的总成联系尺寸/mmTable 5.1 Assembly dimensions of track shoes安装尺寸外形尺寸配合尺寸FGEXABChd1d1d3d414012082604692126203635.5263655本充填机使用的组合式履带主要包括履带板、轨链节、螺栓、销套、履带销等零件。由前人大量的实验和履带实际生产的经验可知，它以磨损为主要破坏形式。所以我们只考虑履带销的剪切强度校核： （5-5）式中：履带销直径；所以，取用履带销材料为有较高剪切强度的50Mn，配套履带销套材料选择20 Mn，而履带板选择耐磨性好的材料40Mn2Si。 查阅资料可知，50Mn的剪切强度：275Mpa所以，履带销的强度满足要求。（3）校核轨链节的抗拉强度履带板轨链节校核它的拉伸应力，分析其结构履带销孔的最窄处是危险截面： (5-6)式中：履带销套半径，； 履带销半径，； 一块履带板一端的各销孔宽度之和，。 需用拉伸应力，所以，所以，履带的抗拉强度满足要求。e) 钢制履带的选择通过查找同类品生产厂家来选择本充填机的行走履带以及确定相关参数。查阅履带底盘公司产品名录，决定本充填机选用宁波科迈尔工程机械有限公司的ST-600矿用钢制底盘履带。ST-600型号履带宽度为300-400mm，参照本章计算履带宽度发现相符。具体参数如下表5-2：表5-2 钢制履带的参数Table 5-2 Steel track parameters履带宽度节距导轨类型导轨类型400173（可替换型）1735.2.2驱动轮的设计这部分里将进行驱动轮齿形设计，并确定了充填机驱动轮具体尺寸，在最后进行了驱动轮强度的校核。a) 驱动轮的齿形设计驱动轮起到把发动机的动力传递到充填机履带上的作用。所以驱动轮要正确于履带啮合，并保证传动的平稳性。同时若履带因长期工作磨损了销套而伸长后，驱动轮的啮合性能不能受过大影响。凸形驱动轮、直线形驱动轮、凹形驱动轮是当前三种驱动轮的形式。其中直线形驱动轮、凹形驱动轮是如今大多数主流履带工程机械的选择。充填机采用后轮驱动的方式，该形式能缩短履带张紧段，有效减少行走履带磨损并提高功率传递效率。充填机履带行走时，驱动轮的轮齿会受到履带给它的反作用力，力的表现形式是弯曲压应力。因此驱动轮齿和履带销套挤压会产生磨损。基于上述理由，驱动轮材料要有好的淬透性如45SiMn等。并要经过热处理，通常采用中频淬火、低温回火。经过处理后应有HRC5558等级的硬度。驱动轮齿形的设计要考虑到：1）履带销啮合与分离要顺畅，从而使传动平稳，降低接触面冲击；2）使得轮与销之间接触应力小，尽量降低磨损；3)要有一定的余裕设计，随使用时间变长增加的节距不能影响履带销和驱动齿轮正常工作。综合以上考虑，充填机履带齿形采用经典“三圆弧一直线”设计。b) 驱动轮主要参数的确定本章所述履带板节距是设计驱动轮的重要依据。由链传动知识，驱动轮当量齿数越大，履带链传动越平稳，速度越均匀。但是一味增加齿数将使底盘过高，影响充填机行走稳定性。因此，在参考上述统图，并根据工程机械底盘构造与设计，将驱动轮齿数Z定为23。奇数齿数的啮合形式被称作间齿啮合，该形式驱动轮齿数是实际齿数的1/2。间齿啮合的的驱动轮轮齿转两周的过程中才全部啮合一次，保证了其使用寿命。故名义齿数Z=11.5。驱动轮节圆半径： （5-7） 圆整后取驱动轮半径为320mm驱动轮的节圆直径为 履带销套直径：则驱动轮齿根圆直径为：驱动轮齿顶圆直径：（0.30.4）d 齿谷半径为： 谷齿距离为：c) 驱动轮的强度计算充填机驱动轮校核主要内容是其弯曲强度和挤压用力强度的校核1).弯曲强度计算驱动轮的计算载荷与履带一样，取一侧所传递的最大驱动力，因地面附着条件所限制，取，并假定扭矩只有一个齿传递。驱动轮轮齿抗弯强度为： (5-8)式中：齿高 抗弯截面系数，其中为驱动轮的宽度，取； 许用弯曲应力。所以： 所以，驱动轮的弯曲强度满足要求。2).挤压应力计算驱动轮齿面挤压强度： (5-9) 式中：驱动轮轮齿宽度； 履带销外套直径； 需用挤压应力，。所以，所以，驱动轮的挤压强度满足要求。5.2.3支重轮的设计本章节内容包括充填机支重轮外形设计的强度校核a) 支重轮外形尺寸的选择充填机在地面不平或跨越障碍对机体产生颠簸时，往往会冲击支重轮。同时充填机重量会借由支重轮传导到地面。而且由于位于履带底部，经常接触粉尘，支重轮不仅承受着相当的载荷，还必须有良好的密封性和耐磨性。因此支重轮主体的制造材料往往采用35Mn、50Mn等耐磨材料制成。且支重轮面淬火硬度应达到HRC48-57。支重轮轴承选用滑动轴承，为了防尘使用浮动油封。国内相关机械通常采用直轴和凸肩式两种形式。直轴式支重轮工艺简单，装配方便，对安装人员比较友好。虽然该形式稍稍影响支重轮承担轴向力的能力，但是对于充填机来说完全可以满足需要。在支重轮结构中，它的轴并不转动而是通过分布在轮两侧的基座安装在履带车架上。支重轮轴承的润滑通过位于外端面的油孔来实现。双金属轴套使得支重轮强度和耐磨性都有很大提高。轮体结构简单，由两段焊接而成。轴两端有密封轴圈。图5-2 支重轮外形Figure 5-2 Roller shape参阅工程机械底盘构造与设计并结合充填机载荷情况确定支重轮尺寸如表5-3。如下表：表5.3支重轮尺寸/mmTable 5.3 Roller dimensions/mm安装尺寸外形尺寸配合尺寸特性尺寸ABCELKDd1d2FD1300240120323352101885565180155确定支重轮个数：轴间距 （5-10）取。距离驱动轮最近支重轮与驱动轮轴之间的距离 （5-11）取。因为履带的支撑面宽度，综合考虑以上因素，取支重轮的数量为4个。b) 支重轮的强度计算考虑到支重轮磨损因素，轮缘对履带的接触应力应按式 (5-12)计算： (5-12)式中：支重轮轮缘宽度，； 支重轮半径，； 支重轮个数，；接触应力满足要求。c) 支重轮轴的校核支重轮轴在充填机跨越障碍时是其承受最大径向载荷的情况。这种工况下，充填机两侧单个支重轮要支承其充填机总重，即意味着支重轮轴校核应采用这种情况下的弯曲强度，即其最大径向载荷为。（轴的直径为）作支重轮轴的内力分析图如下：图5-3支重轮的受力和应力图Figure 5-3 Force and stress diagram of the roller （5-13）式中：支重轮轴最大弯矩；抗弯截面系数。；许用弯曲强度，支重轮轴采用40Cr钢，。所以：所以支重轮轴满足强度要求。5.2.4托轮的设计在充填机行走时，由于颠簸和重力作用上部履带会产生跳动和下垂，严重情况下还可能导致履带侧向脱落。这时候就需要使用托轮来托起履带并减少跳动和下垂。托轮结构形式如下图。其实结构上它与支撑轮极为相似，区别之处在于它只简单托举履带链，承受载荷冲击较少，所以尺寸比较小。在托轮结构中，它的轴直接安装在充填机车架上。支重轮轴承的润滑通过位于外端面的油孔来实现。轮内耐磨轴套使得托轮强度和耐磨性有所提高。托轮端盖通过螺栓连接固定在轮体上，密封方式同样采用浮动油封。轴两端有密封轴圈。其结构如图5-4所示。图5-4 托轮结构图Figure 5-4 Structure of supporting roller本设计所选用的托轮的尺寸如表5-4所示：表5-4 托轮的结构尺寸/mmTable 5-4 Structure size of supporting roller /mm安装尺寸外形尺寸配合尺寸特性尺寸浮封表号浮封胶圈表号轴承型号ABDC7010AC96502901505080821205.2.5导向轮及张紧装置的设计a) 导向轮的设计（1）导向轮的参数设定导向轮顾名思义是起到导向作用，确保履带传动的正确精准，防止发生跑偏情况。在某些情况下，导向轮可视为另一种形式的支重轮，从而进一步减少履带。挡肩环位于导向轮轮面中间，其高度要满足要求且侧边倾斜度要小。导向轮光面轮面中间可起到引导作用，支重轮作用则由两侧环面承担。导向轮导向性能的衡量指标是与最近支重轮距离，距离小则其起到的效果越好。充填机所选导向轮联系尺寸如表5-5所示：表5-5 导向轮的联系尺寸/mmTable 5-5 Contact dimensions of guide wheels /mm安装尺寸外形尺寸配合尺寸特性尺寸ABDEF335300590160556555082（2）导向轮轴的强度计算 导向轮因为一般不承担太大的载荷，使用可选普通的40或45钢制造。导向轮缘可以不加工，热处理为表面淬火，硬度等级HRC45以上。导向轮轴不转动，材料一般选用40Cr钢、40钢，进行调质处理，硬度等级HB280320。导向轴承选滑动轴承。充填机倒挡对导向轮施加弯曲应力最大。从本章驱动轮计算可以得知，倒挡时导向轮所受驱动反力为。在计算时可忽略导向轮上履带下垂量等因素，视为其上下履带平行。那么，导向轮轴的计算载荷为：。；需用弯曲强度，。所以： 经过校核计算，导向轮轴可以达到弯曲应力强度要求。b) 张紧装置的设计张紧装置是链传动的重要组成，可以有效防止履带垂度过大时的啮合不良以及振动现象。其中缓冲弹簧在充填机受到前进时的冲击载荷时通过自身形变吸收振动，以降低驱动轮和轨链的损坏风险。（1）缓冲弹簧的选择履带中需要一定的预紧张力，使得链传动不会被较小外力影响节销和驱动轮啮合，因而提前给缓冲弹簧一个压缩量。同时预紧力还能保证充填机倒挡时亦能有足够保证节销和驱动轮正常的牵引力。弹簧预紧量应该适量，以保证充填机行走受到较剧烈冲击时，缓冲弹簧有足够的形变余量来吸收冲击载荷，保护充填机零件。弹簧参数计算如下：缓冲弹簧预紧力： （5-15）取。工作行程终了时缓冲弹簧的压缩力：缓冲弹簧工作行程需考虑履带和驱动轮卡入石块时能脱离啮合，即工作行程为： （5-15）式中：驱动轮齿顶圆直径，； 驱动轮齿根圆直径，。所以：（2） 圆柱螺旋压缩弹簧的设计本节公式选自机械设计根据红旗-100，上海-240等压缩弹簧的设计，根据工程机械底盘构造与设计选择缓冲弹簧旋绕比为4。缓冲弹簧材料选择硅锰弹簧钢。查机械设计手册选取热轧钢，牌号为。其参数如下： 切变模量：弹性模量：推荐硬度范围：推荐温度范围：曲度系数： （5-16）初步设定缓冲弹簧的中径，根据值估取弹簧丝直径，根据机械设计手册第三卷查得弹簧的许用切应力为。 (5-17)式中：缓冲弹簧的最大压缩力； 曲度系数； 旋绕比； 许用切应力；根据上值可取弹簧钢丝标准直径，此时，为标准值。根据机械设计，与弹簧的实际工作条件和类比同类产品的相关参数可取弹簧圈数。根据机械设计普通圆柱螺旋弹簧尺寸系列及普通圆柱螺旋压缩弹簧的结构尺寸计算公式得弹簧系数： 弹簧工作圈数：弹簧中径： 弹簧内径： 弹簧外径： 弹簧节距： 弹簧自由度：，取标准规格自由度。缓冲弹簧采用两端固定式，可知其许用长细比为弹簧实际长细比b=显然弹簧的稳定性满足要求。5.2.6行走减速机、台车架、底架的设计a) 行走减速机的设计充填机的驱动轮上的转速和扭矩是由所选马达经过减速器减速后传递过来的。减速机安装形式通常由螺栓连接固定在充填车架部分，输出部分则由螺栓连接固定于履带驱动轮上。减速机借助摩擦的形式将扭矩传导于驱动轮上进而驱动履带行进。所选择的驱动马达出于节约空间提高效率的考虑直接连接于减速器上。本设计采用柱塞泵液压马达和行星减速器，这样可节省空间，适合小型工程机械。通过之前第三章动力系统的计算，以转速和所研究驱动牵引力为依据，查阅上海枫信有限公司产品名录，选择PG182-040型号的行星减速器。该型号行星减速器最大扭矩为1800，转动惯量196.2，抗扭刚度为110。它可满足充填机的行走及工作要求，并且具有体积小，传动比精确且重量较轻等优点，适合小型井下工程机械使用。行星减速器具有功率分流的传动特点，以及内啮合齿轮副合理应用使得其结构紧密，较为轻便。传动结构的对称性赋予其较高的传动效率和抗冲击振动能力，极为适合用于本充填机械。b) 台车架、底架的设计行走架相当于履带装置的骨架，起着支承履带的作用。它的主体部分由台车架及底架构成。由于其承受载荷需要较高的强度和刚性，这里由多片高强钢板焊接制成。底架起到“承上启下”的作用，相当于人的腰部。借助支承装置它承载上部车体的载荷，并将载荷顺势传递给台车架。行走架有三种不同的形式的结构。它们分别为整体式、组合式、箱式结构。本设计采用整体式行走架。组合式机构曾被大量采用，但是组合式安装困难，维护繁琐，因此人们在此基础上设计出了整体式行走架。这种整体式结构尤为适合工厂批量生产，造价低廉。对于充填机这类工程机械来说是很好的选择。整体形式的车架构造简单、刚性好。承载能力较强。底架设计可采用两根交叉梁的形式，具体结构为中空的箱式构造。这样设计出来的底架刚度比单纯双梁结构要好上至少1/3。台车架的形式同底架使用箱式焊接结构。为保证行走架的强度，底架和台车架用焊接形式连接。其具体尺寸参考工程机械底盘构造与设计中履带底盘尺寸总成及ST-600履带底盘确定。6充填机安装使用要求6 充填机安装使用要求6 Filling machine installation requirements6.1安全性要求（Security requirementsSecurity requirements）鉴于井下工作的特殊性要求，为应对井下粉尘防爆，防止操作人员吸入等危害，首先要求对电气设备的安全性进行保障。由于井下属于易燃易爆环境，充填机所用电气零部件应通过防爆检验。又由于井下环境工作特殊，噪声干扰严重，充填机需要设有报警提醒装置。充填机启动前发出蜂鸣提醒周边人员闪避。由于巷道照明条件有限，充填机车前和车后需要配有照明。充填机履带装置应存在制动和防滑装置。驾驶员在司控制室操纵液压阀控制充填机动作涉及的电控系统要有急停和闭锁装置。充填机上采用的电控箱、电动机、司控室操纵箱、蜂鸣报警器等需要使用适宜井下安全工作的防爆隔爆型号。另外，考虑到照明问题，选取充填机前后照明灯也应考虑防爆性能。在充填机充填采空区时，若齿轮箱温度高于92，应停止作业并检查散热，严禁违规操作。充填机液压系统油箱工作油液温度若过高（高于70）则充填机也应该停止工作。充填机作业时，司机座位处空气中粉尘浓度应10mg，司机处综合噪声值不大于90dB。充填机因为在巷道工作，表面污染严重，故除操作装置及必要传动轨道外，表面都应做防锈处理。6.2 履带行走机构维修及养护要求（Crawler walking mechanism repair and maintenance requirements）充填机驱动轮传动要求必须齿面强度要好，充填机履带轮表面无裂隙、咬伤，不可采用补焊方式修理。充填机履带驱动轮和导向轮应处于同一铅垂安装平面内，允许有安装误差，但不得超出额定范围。若设计要求未明确，按经验误差不应超出充填机驱动轮轴、导向轮轴中心距的0.2。在充填机履带运行时，履带链要张紧且上部履带链下垂量不得超出标准。充填机减速箱和履带行走架连接面应该完好。安装前应对其进行确认并进行必要的机械修补或整形。尤其要关注应力集中部位的结构缺陷，如出现裂纹等必须注意修复后不可影响其力学性能，必要时直接更换配件。履带的张紧装置反应应灵活，可靠性高，在长期磨损后应更换零件。充填机铰接的销孔、销轴磨损不应超过10。充填机行走部驱动、导向轮磨损严重应直接更换而非补焊，否则可能严重影响传动精度。充填机内部易损件应及时更换，密封圈、密封套应该定时检查更换。充填机日常养护中，主要涉及到充填机发动机、驱动马达以及行走减速齿轮箱等零部件。尤其是在充填机履带装置中存在多个滑动、滚动轴承，因此在日常养护中要按时添加润滑脂到充填机行走机构轴承中，以保障它们的工作条件，提高行走部及充填机的使用寿命。6.3油缸养护使用要求（Requirements for the use of oil tank maintenan
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