矿山水仓清淤机工作装置的设计本科毕业设计-说明

1、矿坑挖泥船工作装置设计【摘要】水仓是水在井内同位的通道,它还起到沉淀水中煤粉和杂质的作用。出口处的清水由水泵排入地面。由于煤粉和杂质的不断沉积，水仓装满泥沙后必须不时清理，否则会影响矿山的正常排水，甚至会导致水井淹水等重大事故。这也是本课题要研究开发的挖泥机的功能。矿坑清理机械化是许多矿山企业多年来未能很好解决的难题。随着煤炭行业机械化、自动化水平的不断提高，实现矿井清淤机械化已成为矿山企业亟待解决的问题。以往的各种清场方式和设备存在工期长、效率低或成本高、维修困难等缺点。因此，研制一种新型、高效、可靠、满足井下作业要求的水仓清扫装置具有重大而长远的意义。本课题是从当前企业的实际情况提出的，需

2、求量大。全国有近万家矿山企业。该课题的研究对于提高清洗水箱的效率、减轻工人的劳动强度具有重要意义。它也具有广阔的市场和应用前景。介绍了新型矿山挖泥机工作装置的设计思路和流程。本课题研制的矿山疏浚机应具有以下主要特点： （1）体积小、结构紧凑、实现原地转向灵活灵活，特别适合在狭小地下空间作业； （2）工作装置可与车体相对，静止时也可铲泥； （3）工作装置应具有通用性，易于修改； (4)工作装置应满足连续加载要求，有效改善井下工作。效率和安全可靠性。根据以上功能需求，本文作者在查阅大量相关文献，分析比较国外现有研究的优缺点的基础上，确定了工作装置的设计方案，并进行了相应的结构设计。水仓清洗技术。

3、.本文通过对国外现状的分析、方案的设计、工作装置的结构设计、零部件的设计计算等，阐述了这种新型工作装置的创新之处。关键词：挖泥机；工作装置；循环链；连续加载第一章介绍1.1 简介水仓是井内同位水的通道，还起到沉淀水中煤粉和杂质的作用。出口处的清水由水泵排入地面。由于煤粉和杂质的不断沉积，水仓装满泥沙后必须不时清理，否则会影响矿山的正常排水，甚至会导致水井淹水等重大事故。这也是本课题要研究开发的挖泥机的功能。矿坑清理机械化是许多矿山企业多年来未能很好解决的难题。随着矿山机械化、自动化水平的不断提高，实现矿坑疏浚机械化已成为矿山企业亟待解决的问题。以往的各种清场方式和设备存在工期长、效率低或成本高

4、、维修困难等缺点。因此，研制一种新型、高效、可靠、满足井下作业要求的水仓清扫装置具有重大而长远的意义。本课题是从当前企业的实际情况提出的，需求量大。全国有近万家矿山企业。该课题的研究对于提高清洗水箱的效率、减轻工人的劳动强度具有重要意义。它也具有广阔的市场和应用前景。这也是本课题研究的背景和意义展望。1.2水箱清洗技术现状一般情况下，矿井每层必须设置两个水箱，分为一环和一外环，长度1000m约300-。各级开挖和采煤工作面涌出的污水由潜水泵通过一系列明渠和地下通道抽出。一般情况下，水库一年挖一次，但来水量大的矿井或水位必须挖23次，以保证生产需要。总结目前国外清洗水箱的方法主要有以下几种：人工

5、清洗。这是目前国内绝大多数矿山采用的清扫方式。清扫流程为：人工装罐（矿车）转运罐绞车拉入主巷道副井提升到地面。一般需要2个工人用铲子把罐子装满，装满后2-3人就可以搬运罐子。由于工作环境恶劣，工人劳动强度大，工作效率低； 泥浆通过排污泵和管道直接从井中排放到地面。该方案理论上会比较先进，但系统投资大，可靠性差，维护成本高。 微型装载机间隙。这种方法提高了作业效率，降低了工人的劳动强度。但由于制罐工艺不连续，操作复杂等问题不能很好解决，企业并不多。 污泥泵-脱水设备间隙。这样将脱水设备和笼子放在水箱的入口处，清空过程为：污泥泵抽排设备过滤缓冲加压设备脱水设备填充笼子。在清仓过程中，需要不断地向清

6、仓内注水，同时随着清仓距离的增加，管道的长度也要时常变化。此外，这种清洗水箱的方法也有很多设备。 振动筛疏浚法采用振动筛对污泥进行分级，筛分出较大的颗粒装入矿车，剩余的煤浆水进入排水系统。缺点是细泥返回水箱，不能彻底清洗污泥7-11 。上述传统疏浚方法中，存在着突出问题：（1）糊状污泥清洗不彻底； (2)污泥中含水量大，运输不便； (3)大颗粒污泥不能用柱塞泵排入地面； (4)环境污染问题。经过长期的生产实践，通过对筒仓淤泥特性的观察和研究，所涉及的新型先进疏浚系统可以较好地解决上述问题。1.3 新清关技术的发展如前所述，现有的各种水仓清洗技术都有不同的无法克服的缺点。各矿山企业和科研机构都重

7、视这方面，投入时间和资金研发新型高效机械。或系统。努力提高这项工作的效率，提高机械化水平，发展自动化技术，以减轻人力劳动强度，增加安全和经济效益，保护环境。经过不协调的努力，各课题组取得了一定的技术成果，研制了多种新型清关系统或设备。下面列举了两种比较新的技术，试运行效果比较好。图 1.1 新型水箱清洗系统如图1.1所示，由于筒仓清淤过程中遇到糊状污泥，清理困难，而糊状污泥产生的原因这是因为污泥中的含水量太大。如果可以将污泥中的水分分离出来，可以将水分少的污泥和分离后的水分开运输处理，是一种行之有效的方法。过滤器处理煤泥水的工作原理。压滤机一般只能处理0.5 mm以下杂物，水仓的淤泥中有大量的

8、粒煤等杂物0.5 mm。这里参考振动筛清淤系统的原理，对0.5 mm上述颗粒状杂物进行分类。过滤出来进行处理。压滤机只处理0.5 mm以下杂物。据研究，直线振动筛效果很好。通过工艺流程图说明新型疏浚系统的工作原理，污泥通过污水泵稀释排出。通过直线振动筛分级，将0.5 mm上述颗粒和杂物筛出并装入矿车，0.5 mm随后的污泥浆进入压滤机分离水分，泥饼装入矿车运走，清洗干净。水被排放。该系统已在实际煤矿工作中投入工业化试运行，效果明显。图 1.2 显示了另一种新型的泵间隙结构。主要由工作部分、搅拌部分、行走与制动装置、控制部分等组成。工作原理如下：工作部分由吸浆管8、排浆管6、压缩空气管4、浆罐2

9、、真空泵1、煤浆阀7、空压机组成阀门 5 和真空阀 3。所有阀门都是气动控制的。工作时，先关闭空压机阀门和排浆阀，将真空阀和吸浆阀置于开启位置，将吸管设置到浆液，然后启动真空泵。随着浆罐压力的降低，真空度增加，煤浆通过吸浆管被吸入浆罐。当浆液液位上升到预定高度时，扳机开启，控制部分工作，同时关闭真空阀和吸浆阀，同时停止真空泵电机时间。之后，浆料阀和空压机阀门自动打开。泥浆罐进入高压空气，煤泥被压入清矿机后面的矿车，由调度绞车拉出，更换小车，开始下一个工作循环。图 1.2 新型水箱清洗机这种结构的主要优点是：1）设备原理和结构比较简单，制造和操作方便； 2）设备清扫围墙大，井下使用适应性强，移动

10、灵活； 3）煤泥体不直接通过高速或低速运动的机械部件，因此磨损小，维修工作量小； 4）借助井内现有的压缩空气作为排浆动力，简化了设备的复杂性。这些新型机械和系统的发展，为矿山企业带来了生机，极大地促进了矿山机械的蓬勃发展。在产品结构、功能、制造工艺等多方面进行了创新，极大地拉近了我国矿山机械行业的距离。与国际同行的距离。1.4 选题建议及本文主要内容随着全国煤炭工业的快速发展和煤炭工业生产技术的明显提高，国家大力推广现代矿山建设。这就需要对相关技术领域以外的其他设备进行创新研发，如煤矿机械、输送机械等。因此，通过对国外水仓清洗机械的现状分析进行调查后得出结论，现有的许多技术已经不能满足煤炭企业

11、的生产要求，需要提高生产效率，缩短清洗周期和人员需求。工作装置的研究在整个挖泥机中占有重要地位，因此新型工作装置的研究具有现实意义。本文设计的工作装置是基于对斗式提升机、刮板输送机和装载机的优势研究。该装置实现了连续装载要求，操作方便，大大降低了工人的劳动强度，提高了矿山的效率，从而增加了企业的经济效益。本文共分五章，主要内容如下：第一章介绍。介绍了国外仓库清关技术的现状和研究现状，提出了本课题的研究目的和内容。第二章：介绍了清洗机的功能介绍和工况分析，通过对几种方案设计的综合比较，详细介绍了该方案的优点。第三章：详细介绍了工作装置重要结构的创新设计。第四章：通过相关的设计计算，使工作装置各部

12、分结构中的重要部件获得最佳效果。第五章：毕业设计总结。总结本文的研究成果和创新点，并对今后的工作提出展望。1.5 本章小节本章介绍了清关技术的现状和研究现状，总结了本课题的重要性和目的。在此基础上，提出了本文的创新点，并给出了全文的总体框架。第一章第一章 绪论第二章 功能分析与方案设计第三章 工作装置的结构设计第四章 零件的设计与计算第五章 总结与展望第二章功能分析与方案设计上一节分析了研制这种新型工作装置的前提、背景和长远意义。本章将主要介绍对这种新型装置的功能和工作条件的分析，以便与相应方案的设计和比较进行比较。2.1 功能分析这种新型工作装置的主要特点如下：（1）体积小、结构紧凑、机动灵

13、活、可就地转向，特别适用于地下狭小空间作业；（2）工作装置可相对机体转动，不动时也可铲泥；(3)工作装置应具有通用性，易于修改。大截面水箱可以改成大水桶，小截面水箱可以改成小水箱，适应性强；(4)工作装置应满足连续加载要求，有效提高井下工作效率和安全可靠性。工作装置的工作过程如下：首先启动机器，链条和安装在链条上的铲斗由链轮拖动，铲斗设计有滚轮，可以在矩形空心方管组成的轨道上移动。如图 2.1 所示，铲斗在链轮 1 处铲泥时，通过向上的导轨到达链轮 3。图2.1 挖泥机结构示意图对于卸泥作业，可在此处增加一个简单的拉下或下推铲斗的动作机构，以提高铲斗作业的瞬时速度，使铲斗卸料干净利落。作业时，

14、前端的提升油缸可将最下层铲斗的位置提升，使其能在较大的垂直距离上作业。此外，平台架上设计有油缸，可推动工作装置绕一定支点转动，而机体本身不转动，简化了机构设计，增加了水平工作空间。2.2 工作装置总体方案设计目前，煤矿还没有适合在狭小空间作业的理想装载机。例如，各种储水罐清洗技术或设备存在许多有毒的缺点。其中，工人人数多、工期长、效率低、操作复杂、结构复杂是主要缺点。这与相应设备的工作装置的结构密不可分，因此研制一种新型的工作装置非常重要，也是研制新型清关机械的核心技术。2.2.1设计结合水仓断面结构和现有清仓设备和矿山机械的特点，提出以下集中可行的解决方案。它们各自的优缺点将在下一单元中详细

15、比较。 微型装载车工作装置采用倒置六连杆机构，如图2.2所示，由于工作装置在卸料时相对于车辆后半部左右旋转90，所以工作装置的结构尺寸将直接影响到工作装置的结构尺寸。车辆的工作空间。这就要求在满足要求的前提下，工作装置的结构尺寸应尽可能小。为此，工作装置得到优化。优化设计是为了追求工作装置联动机构的力传递。图 2.2 装载间隙装置步行系统； 2-平台； 3-电机； 4个座位； 5-手术台；6液压系统； 7工作装置在比率最大的同时，铲斗油缸的行程也最小化（从而使工作装置的整体结构尺寸最小化）。优化设计的工作装置结构尺寸较小，纵向尺寸仅为1 206 mm。该装置的工业试验结果也中规中矩，工作具有一

16、定的可靠性7 。 刮板输送式本方案的设计由链传动机构和板条输送机的相关结构组成。行走箱2输出的动力由安装在运输架上的12、13等一系列链条驱动（见图2.3），使刮板输送机在完成减速的同时获得动力。图 2.3 刮板输送式工作装置1电机； 2旅行箱； 3、11支撑装置； 4刮板输送机； 5轨道轮；6螺旋滚筒上料机构； 7、10链轮； 8刮板； 9刮板链； 12、13送料装置图 2.4 螺旋滚筒进料机构1刀片； 2链轮； 3轴； 4缸毂工作装置采用螺旋滚筒进料机构结构设计，如图2.4所示。螺旋滚筒给料机构是污泥装煤机清理污泥的关键工作部件。工作时，螺旋滚筒由链轮带动旋转。由于螺旋滚筒两侧的叶片分别为

17、左旋和右旋，泥炭被推到中间，然后被刮板刮掉。刮板输送机是淤煤装载机的中间输送装置。通过刮板和刮板链的运动，将淤煤从螺旋滚筒机构刮下，装入矿车。由于刮板所需的强度不大，因此必须耐腐蚀和耐磨8 。 链斗输送式图 2.5 所示的工作装置由带有多个铲斗的铲斗链和相应的输送导轨组成。它由液压马达驱动。铲斗链上的刮板采用拖链的拖动作用，连续循环移动。当它运行到整机前部的垂直前段时，起挖掘和提升的作用。因此，铲斗前部设计有挖齿，必要时可以使用。推力或振动由气缸施加。刮板的深度既要使其能容纳所需量的物料和泥浆，又要便于倾倒。当刮板处于最低位置时，可将底端贴在轨面上进行操作。当刮板运行到整机上部的输送端时，刮板

18、倾倒物料，起到输送刮板的作用。输送刮板与底盘固定安装，通过行走机构调整尾端与送料车对齐，保证机头随回转平台转动时，尾端不会移出送料车口。输送槽应有垂直边缘，以防止物料散落，并应有导向设计，以确保刮板受力和运行平衡稳定。挡泥板是为了防止刮板返回时残留的泥水溅到机器上设置的零件上。设置提升油缸，在需要时提升铲运装置的底端。图 2.5 链斗输送方式2.2.2方案比较和选择通过实地调研和结构分析，得出上述方案的优缺点。具体如下：微型装载机式工作装置（倒置六连杆机构）是市场上比较成熟的技术方案，广泛应用于各种工程机械的设计中，具有较大的可靠性。而且履带式行走系统可以保证铲斗获得足够的挖掘力。另外，六连杆

19、机构结构简单，运输状态下料斗后倾角大，不易洒料，料斗可自动放料。但是，它也有一些缺陷。行走系统采用履带式结构，相对复杂，没有充分利用巷道内现有的轨道资源；旋转平台增加了车辆的高度和复杂性，限制了车辆的长度；更重要的是，该设备只能间歇工作，效率比较低。刮板输送式工作装置与连续传动输送相结合，解决了第一种方案中不连续工作的情况。该装置还具有工作原理简单，维修方便，通过改变螺旋滚筒尺寸，适用于各种水仓巷道。此外，还可以与矿车共享道路。但该装置的结构比较复杂，需要很大的动力机构，而且螺旋滚筒的磨损大，巷道表面的污泥难以清理。选项三中的工作组织集中了前两个选项的许多优点。实现了物料的连续装载和输送；还采

20、用了履带式行走系统，使铲斗的挖掘力更大，从而可以省去图2.5所示的推力缸，简化了结构；操作简单；根据需要调整整个工作装置的角位，使清扫更加彻底，大大提高清扫效率。但是，使用规划中的履带式行驶装置并不能充分利用道路现有的轨道资源。因此，经过综合比较，采用方案3进行详细结构设计计算。后续设计计算得到的结构与本方案有所不同，但工作原理没有改变。设计要达到的技术指标如下：充电方式：连续清仓量： 10m3/h行走速度/km/h：01.4电机功率/kw：13卸车高度/mm：1200（满足矿车装车要求）最大爬坡度/（）：30摆动角/（）：30机器重量/kg：2000外形尺寸（长宽高）/mm：30001200

21、1600经过多次论证，该方案具有很强的实用性。为此制定了以下技术路线：整体设计；技术设计：主要对工作装置各部分进行结构设计和必要的校核计算；产品试制；设备试运行。2.3 本章章节本章主要阐述了项目中涉及的工作装置的功能以及工作的具体环境和工作状态。提出了三种可行的技术方案，并通过分析三者的特点，进行了详细的比较，得出了最优方案，制定了工作装置的技术指标和技术路线。第三章工作装置结构设计通过对上述工况的分析，与现有的各种技术方案进行全面详细的比较后，最终确定选型。本章对方案中涉及的主要结构进行了设计和优化。3.1输送结构设计本课题拟设计的新型工作装置需要实现污泥的连续装载，并综合了现有各种工程机

22、械和矿山机械的特点，采用类似于斗式提升机的输送形式来满足工作要求。如图 3.1 所示。牵引机构是绕过上、下辊或链轮，牵引构件上间隔一定距离安装刮板，由上辊或会聚轮带动，形成上升分支和横向分支的闭合传动回路.物料通过上部路线输送到卸货地点。图 3.1 输送方式示意图这种连续输送机构结构比较简单，横向尺寸较长，纵向尺寸较小，可以节省水箱狭小的空间资源。而像斗式提升机一样，使用这样的工作装置，所需的主要部件或机构有牵引机构、承载机构、驱动装置、张紧装置、上下滚轮（或链轮）、齿条（导轨）等。这些主要结构的设计将在下一个问题中描述。3.2 牵引机构设计机械行业的牵引部件较多，本项目设计中主要参考斗式提升

23、机、链板输送机等机械的牵引方式。斗式提升机常用的牵引构件是橡胶带和链条。常用的链条有环链、套筒滚链等。由于链条的啮合传动会产生动载荷，因此橡胶带比链条更轻，工作更平稳，噪音更小，可以使用更快的移动速度带来更高的生产率。因此，斗式提升机一般采用橡胶带。然而，在矿山，恶劣的工作环境使得工作装置需要选择链传动。而且，链条的强度远大于橡胶带。另外，如果在橡胶带上打孔安装料斗，会降低带的强度。结合以上文字和对链式输送机的思考，显然链式传动更为合理。链条是由金属环或金属片连接的柔性部件，多为焊接链条（见图3.2）和片状链条（见图3.3） 6 。图 3.2 条链 图 3.3 环链板链广泛用于输送机，但不常用

24、于刮板输送机。所以使用环链。链条在运行过程中不仅要承受较大的静载荷和动载荷，而且还会受到矿泉水的侵蚀。因此，要求链条部件具有较高的抗拉强度、冲击韧性、疲劳强度和防锈耐腐蚀性能。链条由圆链制成，其类型、基本参数和尺寸、技术要求、试验方法和验收规则有统一的国际和国家标准（GB12718-91。圆链的规格以链条的直径为准。棒材和链条节距的毫米尺寸表示有八种标准规格：1040、1450、1864、2286、2486、2692、30108和34126。目前有34以上的链条可供选择，环链应用广泛，如42146、48144/160（德国）、52146（美国JQY）链条，环链分为三个等级：B 、C、D按强度分

25、，强度最高，B级最低，C级居中，表示方法为34126-B。环链由环链焊接机的专用设备加工成一定长度的标准链段。按链段长度分为长链段和短链段。长链段主要用于单链、中型双链，短链段主要用于侧双链和轻型刮板输送机。同时还配有各种长度的调节链段，用于调节刮板链的长度，以适应输送机长度变化和链条张紧的需要。图 3.4 紧凑链想。例如，SGZ-880/800重型刮板输送机的标准链段为199环和长25.074 m。调节链规格为95、39、31、23、15、7、5、3环。由于每段的两条链条是成对组装的，其长度公差在规定范围内，更换时应成对更换。任意两条链条配对安装，长度误差较大，运行时受力不均，刮板倾斜，链轮

26、不能正确啮合传动，容易发生链轮损坏和断链。另外，安装环链时，上坡口中立环的焊接口应朝上，双链平环的焊接口应朝向溜槽中心。近年来，推出了一种新型链条紧凑型链条。其特点是平链节仍采用常规圆形截面的圆链。将垂直链节做成截面形状较低、呈扁平圆形或方形的链节，如图3.4（紧凑链）。节距和宽度（指平环）与同等级的圆链相同。高度（指立环）尺寸与下环链相当，强度比同级环链高出近一步。例如，国产SG2-1000/1050重型刮板输送机采用紧凑型链条，规格为38137 3 。环链及其链轮组的设计将在以下章节中介绍。3.3 机架设计由于工作采用环形链条的传动方式，因此必须有专门的链接用于连接料斗。整个闭路中的刮板数

27、量比较多，一般都在15个以上，而且为了一个周期清扫量大（需要每小时清扫量10立方米），所以很多料斗不能只靠一个圆链支撑和拖动。因此，工作装置的环形框架必须起到支撑料斗的作用，同时所有刮板在每个循环中都应具有相同的轨迹，因此框架设计为带导轨的钢框架结构。如图3.5所示，1、3为方形空心钢管，1、3的截面尺寸为6030，2的截面尺寸为6060。三者按一定比例焊接而成。整个刚架的定位固定由间隔一定距离的定位板4支撑。这在装配图中可以清楚地知道。图 3.5 钢管导轨3.4旋转支撑结构设计当工作装置被前面的提升油缸提升时，必须有一个轴，如图2.1所示。动作围绕销轴摆动。工作装置中间设计有旋转支撑结构，如

28、图2.1所示。三维建模后的结构如图所示。 1为旋转支点，2为上工作导轨定位板，3为旋转支点底座，通过一定的螺纹与下方的钢板连接，4为钢上焊接的槽钢板，每边一个，5也是槽钢，6是起重油缸。图 3.6 旋转支架结构的主要设计是采用槽钢形成两侧的滑轨。这是因为 HYPERLINK %20%20%20%20:/knology.chinaccm%20%20%20%20/phrase-2006011015295200343.html t _new 槽钢是横截面呈槽形的长条 HYPERLINK %20%20%20%20:/knology.chinaccm%20%20%20%20/phrase-2006011

29、015175600282.html t _new 钢，具有良好的抗弯性能。两种槽钢的滑轨设计后，油缸活塞杆的弯曲应力很小，几乎可以认为是微不足道的。轴承，使活塞杆的直径可以减小，降低经济成本。整个工作装置（上图未示）在油缸推动水平转动时，可绕枢轴转动。3.5 其他结构设计3.5.1轴承装置设计铲斗是工作装置的重要组成部分，使其成为直接执行器。工作条件恶劣，经常承受较大的冲击载荷和强烈的磨削。它的结构和尺寸参数对插入阻力、上升阻力和生产率有很大影响。影响。因此铲斗的设计要求必须满足：插入和上升阻力小，作业效率高； 足够的强度、刚度和耐磨性； 适用于不同类型、重物料的铲装。图 3.7 斗式提升机料

30、斗形式斗式提升机常用的铲斗有深斗、浅斗和无底斗三种，如图3.7所示。这是根据机器的运行速度和所运载材料的性质来确定的。深料斗口与后壁夹角大，每个料斗可装载较多物料，但难以清空，适合输送干燥、松散物料。另一方面，浅料斗口与后壁的夹角较小。每个料斗的装载量虽小，但卸料较容易，适用于输送潮湿、粘稠的物料。可见，挖泥机的铲斗装置，即刮板，宜采用浅斗形状。但它的结构有一定的要求。参照装载机的铲斗结构，主要有直线型铲斗边、V型铲边、直线型带齿铲斗和V型带齿铲斗。对于铲土的机械，铲斗底部的圆弧半径要大一些。相比之下，直斗边更适合水箱内的工作环境5 。因此，经过综合比较，铲斗设计为浅、直的铲斗形状。结构的形状

31、如图所示。图 3.8 铲斗前视图由于铲斗安装在链条上，链条的运动带动一系列料斗向前移动。因此，需要铸造可以用链节连接的耳环，如图3.9所示。此外，当刮板运行到位于整机前端的垂直前段时，具有挖掘和提升功能，因此刮板前缘设计有挖掘齿。且工作装置采用单链输送，固定在斗背上。在物料向上运输过程中，铲斗必须保持水平位置。铲斗的工作还要求能方便地将上述物料和泥水装入所需的量，并能方便地倾倒。此外，可以在料斗处于最低水平时进行工作。图 3.9 水桶耳环1桶； 2耳环； 3桶链接3.5.2驱动器选择由于机器的使用环境，其相关的动力和驱动装置是确定的。动力装置采用防暴电机，输出端接液压多泵。虽然可以考虑使用防暴

32、燃烧器，但防暴燃烧器的结构较大，会造成布局困难，工作过程中产生的废气难以排放。工作装置的驱动装置可采用液压马达，为低速大扭矩液压马达，考虑到整机结构紧凑、驱动力大等相关因素。3.6 本章小节本章主要介绍工作方案选定后整个工作装置的重要部件和局部结构设计，并说明其功能特点、设计依据和合理性。通过对多个回路的修改，合理地论证了各部分的结构适合水箱的工作。这也是该工作装置设计的创新之处。本章是本论文的重要内容之一。第四章 零件设计计算零件的强度、刚度和稳定性的校核计算是保证工作装置整体寿命的重要过程，也是机械设计中最重要的步骤之一。4.1 圆链传动设计目前，圆链牵引或传动广泛应用于采煤机、犁、刮板输

33、送机、机器、板式输送机、仓库列车等各种矿山机械。4.1.1环链结构及规格链环的结构尺寸由杆径d、节距p和外宽a表示，如图4.1所示9 。环链的规格标记为dp。每个链段由n个链环组成，链段的长度为L0。矿用高强度环形链条的规格和尺寸见第 3.2 节。其段长（mm）和公差（mm）确定如下：(4-1)(4-2)根据地下水仓断面结构，初步确定工作装置的横向尺寸为3000mm，纵向尺寸为1600mm。并且选用的链条规格为1040，链节的数量必须是铲斗数量的整数倍，这样才能在每个循环中均匀加载负载。因此，初步确定相邻的两个铲斗之间存在一条9段的环形链条。因此，链的总长度可以根据公式 4-1 计算7200m

34、m。图 4.1 环链环链的连接环节的结构形式主要有以下几种：法兰式连杆：由两个半连杆组成，一个滑块由两个半连杆、一个滑块和一个弹性圆柱销组成。如图4.2所示，半链环右上方为法兰，左下方有法兰槽。安装时，将两个半链环的法兰和法兰对折安装，卡子从侧面插入，然后从顶部插入。安装弹性圆柱销，形成一个整体。破断力大，连接可靠，但制造困难。分体链节：由分体链节1、长块2和两个弹性圆柱销3组成。如图4.3所示，链环1和卡块2的两端分别制作有配合的榫槽和榫槽。进入彼此。夹紧块从顶部安装到开口链环中，然后插入两个开口弹性销，形成一个整体。自动锁定是通过销孔内的弹性圆柱销的弹性变形来实现的。其破断力大，但制造困难

35、。铰接连杆：由两个两端带耳的半连杆1、销2、套筒3和钢丝4组成。如图4.4所示，钢丝4用于销接，销2传递载荷。本实用新型结构简单，工作可靠，制造方便，使用寿命长。链环常用材料有35CrMnSiA、2DMnVB、30CrMnTi、40CrMo和45Mn等，经调质处理，硬度为320-350HBS。为提高强度和耐蚀性，加工后应进行等温淬火，硬度为42-50HRC。图 4.2 法兰式图 4.3 打开 图 4.4 铰接式在本机组的设计中，还有专门设计制造的用于安装铲斗的链节的一部分，如图3.9、3所示。链节由上下两个半链节1、2和专用连接块 3三者通过铆钉连接。链节是在两侧拉动后仍能长时间正常工作的情况

36、下设计的。4.1.2环链损坏形式和选项高强度环链在各种场合的主要破坏形式是断裂。启动或遇到严重划痕时，当载荷超过静态断裂载荷时，环链会断裂，因此环链的最小断裂载荷不应低于规定值。当链环承受重复的法向变载荷时，虽然应力小于链环的断裂应力，但如果变应力的循环次数超过一定值，链环仍有可能断裂。由于链环材料脆性大、韧性低、冲击载荷大，会发生一次冲击断裂，或在一次冲击断裂与疲劳断裂之间产生多次冲击断裂。当链节没有充分预张紧时，很难检测到热处理和焊接缺陷。如果这种链节连接在链条上以拉动负载，一旦启动或遇到链条很可能会断裂。链条加载后会产生一定的弹塑性伸长率。在额定极限载荷下，当链段的伸长率超过一定限度时，

37、链条与链轮不能正常啮合而无常工作。破坏模式称为伸长破坏。环链在工作时承受拉伸和弯曲载荷，环应力状态复杂，理论计算困难。通常，环链是根据最大牵引力来选择的。拉单链时： （4-3）双链牵引时： （4-4）式中圆链的最小断裂载荷（N）；双链牵引不均匀系数，一般取0.85；安全系数，采煤机可取2.53.5；刮板输送机可取3.54.5。工作装置运行过程中，向上铲斗满载时，推算牵引力为20KN，选择安全系数为4.0，则破断载荷为：然后，可以使用1040规格与圆环链的标准进行比较。4.1.2环链链轮设计当环链与链轮啮合时，链轮的每个齿距上都有两个链环。齿宽中间的窄槽称为立环。链轮上链槽的形状与平环的形状基本

38、相同。为了满足链节节距伸长的要求，链袋长度A略大于链环长度，即A=d+p+。 .为了减小立环的啮合阻力，链轮齿宽中间的立槽宽度L也应略大于链环杆的直径。圆形链轮的齿结构和尺寸如图4.5所示。环形链轮的齿形曲线，国外推荐的蓝色型：直线、圆弧线和直线-圆弧线。从制造和啮合性能分析，直线齿廓易于加工，但齿高不宜过高，否则会产生干涉；直线-圆弧线齿形加工复杂，使用较少；虽然圆弧线齿形加工难度较大，但轮齿的强度很高，可以适当增加齿高，所以采用圆弧齿形9 。该工作单元共有三个圆形链轮，设计相同。这减少了设计计算并简化了制造。根据工作环境、车辆质量、装载情况等综合条件，分析推算最大牵引力为：图 4.5 链轮

39、齿结构及尺寸链轮齿数是参照现有刮板输送机和煤矿机械选定的。链轮其他基本尺寸计算如下：节圆直径：俯仰角：尖端圆直径：链轮中心到链槽底部的垂直距离链条插座加长；齿廓圆弧中心坐标：链槽长度：齿廓圆弧半径：其中;.齿根圆弧半径：链槽末端圆弧半径：，拿。链槽两侧圆弧半径：槽宽：，取 L = 14mm。链轮中心到垂直槽底面的垂直距离：垂直槽根圆直径：，拿。垂直槽底圆弧半径：实际齿廓半径：其中。肩宽：，拿。轮辋宽度：，拿。链轮的齿尖圆直径比较大，质量也比较大，所以去掉中间，以减轻整个工作装置的质量，减轻负荷。无论用什么材料制造链轮，其芯部都必须调质使其硬度为240320HBS，而链节和齿面的硬度应为4555

40、HRC，并且需要进行调质处理。硬化层不小于3mm。此外，环链链轮的工艺技术要求链轮可以通过锻坯进行重加工或电加工，也可以通过铸造成型，但铸件表面容易脱碳。为了提高链轮齿和链槽的表面硬度，需要进行渗碳和搽火处理。此外，为了提高链传动的承载能力，链轮的加工还必须满足以下技术要求：相邻两个链巢中心线的角度偏差不大于30；链插口底面不平整度不大于1mm； 链坑宽度中心线与理论链坑位置的不对称性不大于1 mm；若将两个半齿宽链轮并联使用并整体焊接，不得有影响轮齿壅塞的相对错位。4.2 链轮轴设计轴是构成机器的主要部件之一。作为工作装置的轴，主要传递环链轮等转动部件的运动和动力。主、从动链轮轴属于旋转轴，

41、三个链轮轴折叠成同一个设计，所以以主动链轮轴计算。轴的设计主要是结构设计和工作能力计算两个方面。4.2.1链轮轴结构设计轴的结构设计包括确定轴的合理形状和整体结构尺寸。功能相同的轴可以有不同的结构形状。这是因为影响轴的结构和形状的因素很多，如载荷的大小、方向、性质和分布，轴上零件的数量和安装位置，定位方法，制造工艺等。以及轴的生产规模等。因此，在轴的结构设计中必须充分考虑以下重要问题14 。(1) 制定轴上零件的装配计划制定轴上零件的装配方案是轴设计的前提，它决定了轴的基本形式。所谓轴上零件的装配计划，就是预先确定轴上主要零件的装配方向、顺序和相互关系。如图4.5所示，本工作装置设计中主动链轮

42、轴的结构装配方案为：链轮、轴承套、右端轴承、轴承端盖、止动垫圈、圆螺母、半联轴器依次从轴的右端向左。 ，只有圆螺母、轴承端盖和轴承安装在左端。图 4.6 链轮轴结构(ii) 零件在轴上的定位为了防止轴上零件在受力时沿轴向或圆周方向发生相对运动，这些零件除游动或空转的要求外，还必须沿圆周和轴向定位，以保证其准确的工作位置. .零件在轴上的定位方式主要取决于它所承受的轴向力的大小。此外，还应考虑轴上零件的制造和装配和拆卸的难度以及所占位置的大小。影响轴的强度和工作可靠性等因素。当轴上零件的轴向力值较大时，常用轴肩、轴环、过盈配合等定位方法；当轴承受中等轴向力时，可使用轴套、圆螺母、轴端挡板。 、锥

43、面、锥销等进行定位；当承受较小的轴向力时，可采用弹性挡圈、挡圈、紧定螺钉等。该工作装置采用的主要轴向定位方式有挡圈、轴肩、圆螺母轴承端盖等。轴上零件的圆周定位（轴-轮毂连接）是除齿轮、链轮等传递扭矩的零件的圆周定位外还需要进行的设计。定位方式是根据其传递扭矩的大小和性质、对零件精度的要求以及加工的难易程度来选择和决定的。常用的定位方式有过盈配合、键连接、花键连接、型材连接、弹性环连接等。在本装置中，主链轮和从动链轮的圆周方向采用普通平键连接。4.2.2链轮轴尺寸计算轴上零件的定位安装方案基本确定后，一般就确定了轴的形状。还应进行每个轴段的直径计算。轴径的初步确定通常在轴的支撑反作用力未知的点，

44、无法确定弯矩的大小和分布。因此，轴的直径不能根据轴上的特定载荷及其引起的应力来确定。但是，在轴的结构设计之前，往往可以得到轴上的扭矩。因此，可以在此基础上初步确定轴的最小直径，然后根据轴上零件的装配计划确定其他轴段的直径。 最小轴径的确定在该工作单元中，所有上行铲斗满载时的总质量最初估计为387 kg。那么轴传递的扭矩为：公式作用在链轮上的圆周力；- 链轮的节圆直径。由此估计轴的最小直径。轴的材质为45钢，经过调质处理。许用应力请查阅相关手册。然后估计链轮轴的最小直径为：但传动链轮轴的输入端明显装有联轴器，该处的轴径如图4.6所示。为了使所选的轴径与联轴器的孔径相适应，需要同时选择联轴器的装配

45、型号。对于联轴器的计算扭矩，查阅相关手册标准，考虑到扭矩的变化，选择如下：由于井内工作环境十分恶劣，经常有冲击，所以选用弹性销联轴器。根据计算扭矩应小于联轴器公称扭矩的情况，查阅标准GB/T5014-2003，选择LX3联轴器，其公称扭矩为1250000Nmm。半联轴器的孔径是40mm，所以取这个直径。如果半联轴器的长度是，那么去匹配的半联轴器和轴的轮毂孔长度。(2)轴的剩余轴径的计算为满足半联轴器的轴向定位要求，轴肩必须制作在轴段的左端，轴承必须安装到位，所以选用。轴部分有轴承端盖和轴承。由于工作环境恶劣，也可以设计一个挡圈（图4.6中未示出），因此需要综合考虑其长度。联轴器的安装必须与轴承

46、端盖外表面有一定的安全距离，取为35mm；并选择轴承的宽度20mm；轴承端盖的宽度由设计选择8mm；所以该处的轴截面长度取为。从中间到中间。因此，考虑设计轴向定位，根据加工方便程度依次选择轴径和轴段长度：, ; ,安装链轮的轴段考虑到链轮右端作为挡圈的轴向定位，所以必须设计这个直径。并且需要根据直径来选择。这里主要考虑轴段与轴段之间的轴肩高度不宜过长，以免应力相对集中。链轮的宽度是56mm，所以取轴挡圈右端面到右肩的距离16.5mm。链轮左端轴向定位采用台肩定位，定位可靠。这里对轴段的长度没有固定要求，包括左、，没有特殊要求，但四者的总长度223mm为。因此，这些轴段的直径和长度分别设计为：;

47、, ;, ;, .虽然直径与相同，45mm但轴段的长度计算为43mm。对面是安装圆螺母的地方，就是轴的轴向固定和锁紧。按螺纹标准取，长度为22mm。所有轴的直径和长度都已确定。结合轴的强度计算、轴承计算及相关轴承部件的设计，可绘制零件图（见附件）4.2.3链轮轴强度计算轴的强度计算是在轴的初步结构设计完成后校核计算。When calculating the strength of the shaft, the corresponding calculation method should be adopted according to the specific force and stress

48、 of the shaft, and the allowable stress should be appropriately selected.(1)对于只受扭矩或主要受扭矩的传动轴，轴径应根据抗扭强度条件计算。如果有弯矩，可以通过减小许用应力来考虑其影响。抗扭强度约束为：(4-5)式中：为轴危险断面的最大扭转剪应力（MPa）；轴传递的扭矩（N.mm）；为轴临界截面的扭转截面模数（）；P为轴传递的功率（kW）；n为轴的转速（r/min）； 为轴的许用扭剪应力（MPa）。(2)对于同时承受弯矩和扭矩的轴，可按扭矩和弯矩的组合强度计算。计算时，先根据轴的几何结构和结构设计确定的零件在轴上的位置画

49、出轴的受力图，再画出弯矩图和扭矩图，根据第三强度理论条件，建立轴弯曲和扭转的组合强度约束条件：(4-6)考虑到弯矩产生的弯曲应力和扭矩产生的扭剪应力的不同性质，上式中的扭矩乘以折减系数，强度约束条件的通式为：(4-7)其中： W 是轴的弯曲截面模数 ( )。称为等效弯矩；它是根据扭矩性质的转换系数。当转矩恒定时；当转矩根据脉冲周期变化时，；当转矩对称且周期性变化时， 。表 4-1 轴的许用应力（MPa）材料碳素钢40050060070013017020023070759511040455565合金钢80090010001200270300330400130140150180758090110铸

50、钢40050010012050703040如果转矩的变化规律不清楚，一般按脉动循环处理。 , , 分别为对称循环、脉动循环和静应力状态下的许用应力，见表 4-1。对于实心轴，方程（4-6）也可以写成设计方程：(4-8)如果计算截面有键槽，计算的轴径应按抗扭强度计算相同的方式增加。(3) 链轮轴需进行弯扭强度校核。检查时，通常是轴上弯矩最大、扭矩最大的截面的强度。1）轴的受力分析首先，根据轴的结构图（见图4.6），制作轴的简化计算图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中检查轴承的中心位置。为该工作单元选择的轴承中心位于其宽度的中点。轴传递的扭矩为链轮上的圆周力为由于链轮的径向力很小，所以采用适当增

51、加圆周力的方法。所以拿2）求轴的支撑反作用力（见图4.7b）自由的 _3）制作弯矩图和扭矩图图 4.7 轴的力矩图弯矩图（见图4.7c）扭矩图（见图4.7d）4）根据等效扭矩计算轴径根据插值法，查表4-1，得到对称循环应力和脉动循环应力。根据公式（公式4-8），链轮安装处的轴径计算为：（考虑到扭矩根据脉动周期而变化，取它）。鉴于断面有键槽，直径应增加3%7%，再增加4850mm。就是满足要求。(4)轴的疲劳强度计算在用等效弯矩计算轴的强度时，没有考虑轴的应力集中、轴的直径和表面质量对轴疲劳强度的影响。因此，对于重要的轴，还需要轴危险段的疲劳安全系数。精确计算以评估轴的安全裕度。即建立了轴在危险

52、区间的安全系数约束条件。1）确定危险路段从载荷分布（弯矩图、扭矩图见图4.6）、应力集中和轴的结构尺寸可以看出，链轮宽度中心段是危险段。弯矩和扭矩都在这里最大。2）检查危险路段的安全系数弯矩作用时的安全系数由于轴的转动，弯矩引起对称的循环变应力，此时的安全系数按下式计算：其中材料试样在对称循环应力下的弯曲疲劳极限，见手册；弯曲应力幅值，弯曲截面系数W=23.7，可从相关手册中获得；平均弯曲应力， ；- 折弯时的有效应力集中系数由手册中的键槽内插得到。如果匹配得到，则取； 表面品质因数、轴径车削，按手册可得；- 尺寸因子，可用；- 材料弯曲时的平均应力折减系数，可以求得。扭矩作用时的安全系数考虑

53、到挖泥机在工作过程中运行不均匀引起的惯性力和振动的存在，将扭矩引起的剪应力视为脉动的循环变应力，扭矩作用时的安全系数可按下式计算为以下公式：公式中45钢的扭转疲劳极限见手册；弯曲应力幅值，弯曲截面系数=50.7，可从相关手册中获得；平均弯曲应力， ；- 扭转时的有效应力集中系数由手册中的键槽内插得到。如果匹配得到，则取； 表面品质因数、轴径车削，按手册可得；- 尺寸因子，可用；- 材料弯曲时的平均应力折减系数，可以求得。表 4-2 内容的安全系数值选择标准精确的载荷确定和均匀的材料特性1.31.5载荷确定不够准确，材料性能不够均匀1.51.8载荷确定不准确，材料性能均匀性差1.82.5所需危险

54、段的疲劳安全系数可以从手动公式中得到：那么根据表4-2，内容的安全系数为1.82.5。显然，轴的疲劳强度是足够的。4.2.4链轮轴刚度计算大多数常见的轴可以被视为简支梁。如果是光轴，可以通过材料力学中的公式直接计算偏转或偏转角；如果是阶梯轴，如果计算精度不高，可以采用等效直径法进行近似计算。即把阶梯轴视为等效直径为dv的光轴，然后根据材料力学中的公式进行计算。等效直径为：(4-8)式中： 阶梯轴第i段的长度，mm；阶梯轴第i段的直径，mm；阶梯轴的计算长度，mm；- 计算阶梯轴长度的轴段数。当荷载作用于两支座之间时， （为支座跨度）；当载荷作用在悬臂端时， （k为轴段悬臂长度）。轴的抗弯刚度条

55、件为：挠度：yy (4-9)偏转角： (4-10)式中：y轴的内容挠度，mm；轴的内容偏转角，rad。主、从动链轮轴的相应计算表明刚度满足要求。4.3 其他部分的设计计算上一篇中的主要设计计算是关于主要零件的，其上的相关零件仍需进行必要的计算和强度校核。其中，主要介绍了气缸活塞杆前端的轴承、键、销、耳环、铲斗的三维造型设计。4.3.1链轮轴轴承的计算链轮轴的轴承计算应在设计轴时进行，并包含在本文的本节中。首先，由于链轮在工作装置中转动时轴向力很小甚至为零，所以选用主要承受径向力的深沟球轴承。根据安装轴承的轴径，轴承直径为45mm。查阅GB/T278-1994和GB/T5868-2003选择轴承

56、型号6009。下面进行该对轴承的校准计算。1）首先求轴承上的支座反作用力，如图4.8所示的受力分析。其中，圆周力和径向力分别为。图 4.8 承载力图两种轴承的载荷条件相同，只需选择其中一种进行校核计算即可。轴承 1 被选为分析对象。由轴承的竖向支撑反作用力和水平支撑反作用力可以得到那么作用在轴承上的径向载荷为：2) 计算当量动载荷对系统有一定的影响，所以参考相关文献取一个动态负载系数；轴承可以认为只承受径向载荷。因此，当量动载荷为：3) 计算所需的基本额定动载荷两端使用相同的轴承，并且彼此对称布置，因此载荷完全相同，所需的基本额定动载荷由下式计算。(4-11)上式中寿命指数，取球轴承；- 轴承

57、的预期寿命；n轴的转速。本文将轴承寿命计算为5年16小时/天，预期寿命为29200h。轴的转速计算如下：链条的速度为0.2 m/s，可以从 的旋转速度推导出来。所以轴承所需的基本额定寿命为：查阅GB/T5868-2003标准就知道6009轴承的基本额定动载荷为。有，所以选择6009轴承就可以满足要求。4.3.2关键计算键的计算与轴承的计算相同。在设计轴时也进行。钥匙的强度计算和校核后，如果发现强度不够，就要考虑使用双键或其他承载能力和扭矩传递能力更强的连接方式。 .键是链轮圆周定位的元件，所以键在整个工作装置中也很重要，必须有足够的强度。1) 选择钥匙类型和尺寸根据轴的结构设计和链轮的宽度，选

58、择普通平键连接。由于链轮不在轴端，所以使用圆头普通平键。由于轴直径为，因此手册中提供的键的横截面尺寸为： 。从轮毂宽度和参考密钥长度系列，取密钥长度。2）检查粘接连接的强度键、轴、轮毂材料均为钢材，据此求出许用挤压应力并取平均值。键的工作长度可以计算为键与轮毂之间的接触高度。由此可以得到键连接的抗压强度为：所以key的选择是合适的。标记为： key 。4.3.3圆柱销和耳环的计算(1) 销轴的连接计算销钉通常在两侧剪断（特殊安装除外），其直径的计算可按下式计算：(4-12)在公式中 - 销的直径；- 液压缸的最大推力输出；- 销钉材料的许用剪切应力，对于 45 号钢， 。在这些油钢中，以前端提

59、升油缸的计算为例。综合计算，油缸的最大推力选择为80.43KN，根据（公式4-12）计算出的直径为：为了使活塞杆有足够的刚度，在计算结果的基础上增加了活塞杆的直径，因此直径需要增加两倍，取.引脚的长度取决于局部结构，但应作为长度的标准值。 耳环的连接计算耳环是连接活塞杆与工作装置中油缸直接作用部分的结构。它必须有一定的宽度和厚度，以保证连接的可靠性。耳环由 35 号钢制成。耳环的宽度是：把它当作一个整数。- 耳环宽度；, 同上；取耳环材料的许用压应力；为材料的抗拉强度，35#钢=530MPa。其他尺寸的耳环可以按照相关标准进行检查。4.3.4铲斗3D建模设计铲斗的三维造型是设计中的需要，包括整

60、机的造型设计，对设计有很大帮助。即利用虚拟样机技术（机械系统仿真技术）在相关软件中模拟系统的运动，从而修正设计中的缺陷，分析和评估系统的性能，从而达到产品的优化。该工作装置中的铲斗形状如图所示：图 4.9 桶4.4 本章小节本章主要介绍了整个工作装置中某些部件的相应设计计算、强度、刚度、稳定性等方面的校核计算，以便通过反复校准，对局部结构进行详细设计。通过核计算得到最优结果，使结构最简单，材料消耗最少，最经济，功能更强大，使整个装置更加优化。本章是本设计和论文的重要内容之一。第五章总结与展望近年来，我国煤炭工业发展迅速。据悉，我国煤炭工业“十一五”期间，新增煤矿规模约3亿吨，调整产业结构，大力