地下矿山自卸车工作料斗的设计

前言进入21世纪以后，我国的机械行业及制造业得到了快速的发展，各行各业的机械化程度越来越高。矿业也发生了很大的变化，矿业得到了飞速的发展，相应的矿山设备发展很快，特别是无轨采矿运输技术，将是采矿运输的发展方向。为此矿山自卸车的研究开发也显得尤为重要。本次毕业设计是关于矿山自卸车的，矿山自卸汽车作为矿山采矿运输的重要运输工具，它的工作效率将直接影响着采矿业的效率。矿山自卸汽车的设计可以分为整车的总图、工作料斗、前车架、后车架、中间铰接机构、驾驶室和油箱的设计。而我的主要任务是对工作料斗的设计。本次设计对于刚刚要走出大学的我来说是一次重大的挑战，刚拿到设计任务书时，脑子一片空白，不知道从那里着手，后来在指导老师的指引下才开始有了一点头绪。从数据计算到结构的设计，方案的确定，有时候真不知道如何取舍，这时指导老师在百忙中抽出时间来，细心指导我们，给了我很大的帮助。后来，发现三维实体模型看起来直观，还可以转换成二维图，实用效果很好，所以有了将图画成三维的想法。之后在三维上花了很多功夫，设计出来的图也给我们带来了很大便利。例如：工作料斗的三维图绘出来后，可以通过软件计算它的的体积，找出重心，省了很多事。本设计从2008年3月分开始，经历了资料收集、参观、设计方案论证及确定、施工图设计、说明书编写等过程。了解了机电产品开发设计的全过程，在机械设计与制造工艺等方面得到了锻炼，进一步巩固了专业知识！是大学三年所学知识的一次检验和总结。由于时间仓促及设计水平有限，本设计必定存在诸多不足，望各位老师同学批评指正。

1矿山自卸汽车的概述1.1课题的来源和意义地下矿用自卸车是属于非公路车领域，对技术难度和产品可靠性要求都比较高的一类矿用机械，按照动力源它分为柴油自卸车和电动车两大系列，也可以分为有轨运输和无轨运输两大系列。前者以低污染柴油机为动力，后者以电动机为动力。无轨矿山自卸车，整车由发动机装置、传动系统、制动系统、转向液压系统、前车体、后车体及工作装置、电气系统等组成。该产品为中央铰接式结构、液力机械传动、全桥驱动。无轨矿山自卸车经过近20年的持续研究和生产实践，目前在我国已经生产出了一系列型号不同的矿山专用自卸车，为我国的矿业发展提供了强大的动力。进入21世纪以来，我国的矿业形势发生了很大的变化。许多露天矿山，由于开采深度不断增加，为了降低开采成本、保护环境，这些矿山必须由露天开采转入地下开采。据有关协会统计，我国的铁矿山在5年后，露天开采与地下开采的比将由目前的7∶3转变成3∶7，由此可见，地下矿山设备在我国的应用前景十分广阔。据有关资料分析，我国今后地下矿山自卸汽车的需求量将呈逐年上升的趋势。目前的年需求量约30台左右，5年后年需求量约120台左右。由于我国的矿业形势与外国的矿业有很大的不同，在我国的矿山开采单位中，大型规模开采所占的比例不是非常的大，主要是中型的开采规模所占的比重相当的大，为此开发适合于中型开采规模的地下矿山自卸车是非常必要的。而20t地下矿山自卸汽车是我国矿山应用较多的一种机型，它比较适合中型规模的地下矿山。我国的有些公司对它有过探索，但没有达到预期的目的，至今没有该产品通过鉴定的报道。因此，我国的20t地下矿山自卸汽车目前还停留在研制阶段。而我国的用户对该产品有比较迫切的需求。由此可见，为了满足我国地下矿山运输设备的需要，使我国在地下矿山设备的设计、制造上一个新的台阶，促进我国地下矿山运输设备的产业升级，研究该机型不仅非常迫切，而且非常必要。由于历史的原因，国外的矿山设备比较先进，我国的矿山设备虽然在不断的开发研究，但是跟西方发达国家的技术相差还是有一段距离。中国加入WTO以后，在很多方面都与世界接轨了。由于国际工业技术大融合，国外的一些先进技术能够为我国的产品升级提供支持。例如：我国可以选用德国道依茨(Deutz)公司、卡特(Cater)公司、底特律(Detroit)公司的发动机，可以选用美国约翰克拉克(JCJ)公司的液力变矩器、变速箱和驱动桥。力达铲运机制造有限公司经过20多年的努力，在引进、消化和吸收克拉克公司技术的基础上已经开发成功多种能够用于地下矿山的铲运机，而铲运机的制造技术比地下矿山自卸汽车的难度还要大。因此，开发20t地下矿山自卸汽车的条件已经成熟。1.2国内外的研究现状由于历史的原因我国在矿山设备的研究开发方面起步比较晚，发展的速度不快。直到1995年才出现KU-12型地下矿山自卸汽车。由于，它采用了露天机械设备的桥，这种桥显然不能满足地下矿山苛刻的工作条件。尤其要提到的是露天机械设备的桥的制动性能难以满足地下矿山的要求。因此，这种机型并没有得到推广应用。1996年，JZC-10型地下矿山自卸汽车在凡口铅锌矿进行了工业试验及鉴定，但由于种种原因，这种机型也没有推广应用。1998年，KZC-5型地下矿山自卸汽车在东北某铀矿进行了工业试验，也是由于种种原因没有推广应用。在世纪之交我国的有些研究院、公司、工厂和矿山还进行了18t、25t的地下矿山自卸汽车的探索，尽管取得了一些成功，但地下矿山自卸汽车的整体水平还是停留在研究阶段。到目前，我国的矿山运输设备领域装备十分落后，尽管经过太原重型机械厂、北京矿冶研究总院、核工业第六研究所、衡阳有色冶金机械厂、金川有色公司、长沙矿山研究院等单位的努力，分别对5t、8t、10t、12t、18t、20t、25t等机型进行了一些研究，取得了一些成功，但这些探索性的研究显然还很不够，而且有些探索显然没有达到预期的目的。因此，直到目前我国可供矿山选用的地下矿山自卸汽车比较少，远远不能满足我国地下矿山运输设备需要。国外早在40年前成功的生产了世界上第一台柴油铲运机以后，从此开创了地下采矿应用无轨运输的时代。首先在美国及瑞典等国的地下采场中，采用了一种胶轮柴油驱动，兼有装、运、卸功能的铲运机。这种设备具有机动灵活，高效率，改善劳动强度，节省劳动力的性能，简化了矿岩装运工艺，适用于采场运搬和阶段运输。这种设备很快在欧美矿山中被广泛采用，逐渐替代着多年来沿用的电耙、气动装载机和轨道运输车辆。无轨采矿技术的应用使世界地下采矿业发展发生了革命性的变化。从1976年以来，各国制造商提供了各种载重能力的地下专用自卸汽车，使地下矿山的无轨运输得到发展。在瑞典一些地下开采矿山，日产量从500t到50000t的阶段运输都采用自卸汽车运输。自卸汽车装载量从15t到50t，最大已达70t，可适应各种生产规模的矿山和不同的运输线路的要求，单程运距达2000～3000m。地下运输采用无轨设备的显著特点是：设备购置费较低，无需安装；对大块物料适应性较强；机动灵活，有利于缩短矿山基建时间加速投产。40多年来，无轨采矿技术在发达国家的普及率已经超过85%。无轨设备的种类，除了主采设备铲运机和凿岩台车外，各种地下车辆(如地下矿山自卸汽车、地下矿山工程服务车、装药车、维修车、加油车、运人车等)都已广泛应用，并按照工艺的要求形成配套装备，组成各种机械化作业线，从而最大限度地提高了地下矿山的生产效率，使矿山的生产迅速由体力加经验的劳动密集型向技术密集的集约化方向发展。随着社会的发展、技术的进步、产品的更新、生活节奏加快等一系列社会与物质因素，使人们在享受物质生活的同时，更加注重产品的“方便”、“舒适”、“可靠”、“价值”、“安全”与“效率”，即产品的“人性化”。中国制造未来之出路即，产品设计应以创意与革新为首要条件，符合人机工程学，使人性化的设计真正体现出对人的尊重和关怀。

随着科学技术的日新月异，矿山自卸车的研究设计也如此。主要趋向多用化，开发性能优良的装载机，如斗容量大、发动机功率大、掘起力大、倾翻负荷大、牵引力大、废气排放少的装载机，开发机电一体化技术、电子计算机技术、监测技术水平高的装载机；开发作业可靠性好、安全性高、舒适性好的产品；开发可装载、可抓物、可侧卸、可起重的一机多用型产品。市场前景比较好的产品有：轮式装载机、大型装载机、中小型多用途轮式装载机、微小型装载机、机电一体化轮式装载机；不同的卸料方式，当井下净空间较大时，可采用后卸式车箱；当井下顶板高度不够时，可采用伸缩式或推板式车箱；当需要侧卸时，可采用侧卸式车箱；为了能卸净不同的矿石，可采用固定后挡板车箱或活动后挡板车箱；对不同容重的矿石可采用不同的容积的车箱等。

2地下自卸汽车的总体设计2.1地下自卸汽车的设计要求根据用户所提供的关于自卸汽车的使用的功能要求和矿山的工作环境，综合了以上的有关资料和对国内外的相近类型的矿山汽车的比较，确定本次设计的矿山自卸汽车的有关数据如下：2.1.1主要尺寸总长×总宽×总高=8382mm×2438mm×2438mm料斗高度：正常时：2235mm；卸载时：5130mm2.1.2空载负荷总负载：19051kg；其中前桥负荷为13381kg；后桥负荷为5670kg。去除燃油后的总质量：18824kg2.1.3满载总负荷总负载：39010kg；其中前桥负荷为18779kg；后桥负荷为20231kg。2.1.4运输质量20t；料斗容积10.7m32.1.5料斗运行参数：卸载时间14s；卸载角度：67o2.1.6前进及后退速度第一档：4.8km/h第二档：8.8vkm/h第三档：15.4km/h第四档：28.0km/h2.1.7结构形式：前后机架均采用焊接结构形式，中间铰接结构。2.1.8发动机发动机型号：底特律（detroit）柴油发动机50型；功率207kw，转速2100rpm，2.1.9变矩器：变矩器型号：达娜厄（Dana）型SOHCL5502。2.1.10变速箱：变速箱型号达娜厄（Dana）型SOH4422型。前进及后退速度各4档。2.1.11驱动桥前桥：达娜厄（Dana）型SOH19D2748,标准差速器，摆动角度±7o后桥：达娜厄（Dana）型SOH19D2748,标准差速器，固定2.1.12轮胎轮胎尺寸：18：00R25；型号：BridgestoneVELE3**；前轮气压：552kpa，后轮气压：552kpa2.2矿山自卸车的工作环境2.2.1巷道的形式地下汽车的路线一般为巷道，各条巷道呈树叉形，而且路面凹凸不平，巷道的高度不高，开拓斜巷根据用途的不同分主斜巷，副巷道和通风口，工作环境恶劣，空气浑浊。根据巷道的形式可分为：直线式、折反式与螺旋式。2.2.2巷道的比较（1）螺旋式线路短，工程量少20%~25%；（2）螺旋式线掘进比较困难（如测量方向，路面外侧超高），司机的视眼有限，不能看到前方转弯处的东西，行走速度受到限制，而且安全性差；（3）由于螺旋式线弯曲不直，时刻处于转弯状态，车辆内外轮胎受力不均始终处于差速运行状态，路面的矿石大小不同高低不均，轮胎磨损较大，巷道的路面不易维护。2.2.3巷道的决定因素它的决定因素有，无轨可行设备的外形尺寸，单线或双线行车风筒、凤管、油管和电缆，路面条件，通风量的大小，自行设备的动力源。还需要考虑经济效益，安全性，生产能力。操作难易，维修保养和设备寿命等问题。根据设计要求，确定地下汽车的基本结构形式为前后机架采用焊接形式，中间铰接机构，传动系统采用液力传动。2.3矿山自卸车结构设计2.3.1前后轮双驱动结构前后轮双驱动结构有助于提高自卸汽车的驱动力和整体行驶性能，特别是在地下巷道中，里面情况复杂，路面高低不平，又比较潮湿，坡很多，需要强大的动力牵引。采用前后轮双驱动结构，还可以预防当某一个车轮陷进坑里时，其他车轮仍然有驱动力，在其它车轮的驱动下自己很容易爬上来。2.3.2中间铰接结构地下运输的巷道随着时间的不断开采会越来越深，线路越来越多，呈树叉形分布。考虑到开挖的难度、安全及费用等问题，一般巷道比较窄，线路有时也很复杂，这些都使的地下矿山汽车行驶有难度，转弯困难。在地下运输中，一般单程运输距离大于1000m。考虑自卸式汽车它与一般汽车不同的结构，采用铰接式底盘，液压转向，这种结构使前轮叶片板所占空间减少，因而使车体宽度变窄，转弯半径变小，运行灵活，以适应矿山作业的恶劣环境。2.3.3液压转向结构（1）选择液压转向结构的原因由于地下自卸汽车在井下作业时，环境相当恶劣，井下巷道路窄转弯多，路面不平。因此不仅转向频繁，而且还要求转向灵敏。因此仅靠人的力量是很困难的，甚至无法实现。为了改善作业的劳动条件，提高生产率。几乎所有的地下汽车都采用液压转向。它具有重量轻，结构紧凑、噪音小，可靠性好，由于它的工作介质是液压油，对地面的冲击起缓冲作用，动作迅速等优点。所以本设计的自卸车用的也是液压转向结构。（2）地下自卸汽车转向系应符合的要求：=1\*GB3①工作可靠。转向系对地下自卸汽车的运行安全关系很大，因此转向系的零件应有足够的强度、刚度和寿命。对于动力转向发动机在怠速运转时，也要正常转向。=2\*GB3②操纵轻便。操纵轻便是减轻驾驶员的劳动疲劳、提高生产率和保证地下自卸汽车安全作业与行驶的重要因素之一。作用力要小。=3\*GB3③直线行驶时方向盘应稳定。地下汽车行驶时，方向盘不能有摆动现象，这就要求转向系在机械上合理布局，使之与行走系相协调。=4\*GB3④调整简单。=5\*GB3⑤使用经济。2.3.4液力传动的传动系统液力传动的优点目前在地下运输当中已经得到充分的证实，大多数采用柴油机与三相异步电动机作为传动装置。由于柴油机的扭矩适用系数与电动机的过载能力较小，不能满足地下汽车经常过载与载荷频繁变化的要求，因此，为了解决这个问题，即在柴油机或电动机后面安装一个液力变矩器。(1)使车辆具有实用性当外载荷增大时，变矩器能使车辆自动增大牵引力，同时车辆自动减速，以克服增大了的外载荷。反之，当外载荷减少时，车辆又能自动减少牵引力，提高车辆的速度。从而保证了发动机经常在额定的工矿下工作，避免了发动机因外载荷的突然增大而熄火，也避免了发动机过热与过载，同时也满足了车辆牵引工矿与运输工矿的要求。(2)提高车辆的使用寿命由于液力传动的的工作介质是液体，固能吸引并减少自动保护装置和外载荷的振动与冲击，这就是液力传动的滤波性能和过载保护性能，因而提高了车辆的使用寿命。这对经常在恶劣环境下工作的运输机来说尤为重要。(3)提高车辆的通过性能液力传动可以使车辆以任意小的速度行驶，这样便使车辆与地面附着力增加，从而提高车辆的通过性能。这对地下运输机在泥泞不平的路面行驶作业时是有利的。(4)提高车辆的舒适性采用液力传动后，可以平稳启动，并能在较大的速度范围内无级变速，可以吸收与减少振动与冲击，从而提高车辆的舒适性。(5)简化车辆的操作因为液力变矩器本身就是一个无级自动变速器，发动与电动机的动力范围得到扩大，故变速器的档位可以减少。加以采用动力换档装置后，换档操作简便，从而大大降低驾驶员的劳动强度。另外，由于变矩器可以避免发电机因为突然熄火，所以驾驶员可不必为发动机熄火担心。（6）液力变矩器的缺点与一般机械传动相比，成本高，变矩器本身的效率低。2.3.5焊接结构本产品大部分零件都是尺寸较大的箱类零件，所以主要是用焊接连接起来的。钢板下料采用数控切割，焊接工艺安排合理。使机架外形美观，实用可靠，坚固结实。2.4动力传动系统的设计动力系统是机械的动力源，传动系统是一个机械系统的桥梁，它的设计至关重要，因为他的好坏将影响车的整体性能。本系统的动力传动系统包括发动机、液力变矩器设、中间传动轴、前后桥车轮等。2.4.1传动方案的选定机器传动的方式很多，根据不同的方式可以有很多种不同的传动方式。按工作原理分为机械传动、流体传动、电力传动和磁力传动，正如前面所说的，液力传动有许多优点：通用性好，他在工作时，即使外负载荷增大到最大，使涡轮轴停止转动，发动机仍能继续转动而不损坏；调速、缓冲好，由于它是采用液体作传动装置的，所以可以在较大的范围内进行无级调速，同时还能吸震，因此提高了设备的平稳和寿命。2.4.2柴油机的选定柴油机作为当今机械的动力核心，它的机械性能将直接影响着整个机械的所有性能，在矿山自卸车的设计当中它是整个设计的重点和难点。（1）地下汽车对于柴油机的要求：=1\*GB3①地下自卸车工作时，柴油机所受到的冲击振动很大，因此要求柴油机机体和附件有较高的刚度和强度。=2\*GB3②由于地下自卸车使用范围比较广，有时温差变化比较大，因此要求柴油机一般能在-30～+40C的气温下正常工作，特殊情况下能在50～60C的高温环境下工作。因此对燃油和机油的冷却系统、启动系统应作特殊考虑。=3\*GB3③发动机扭矩要大，扭矩储备系数一般大于15%～25%。=4\*GB3④由于地下自卸车经常在速度和负荷急速变化的情况下工作（一般在80%～100%负荷下工作占40%，在50%负荷下工作时间占30%，有时则在超负荷下工作），发动机必须备有性能良好的全程调速器。=5\*GB3⑤由于在井下工作，通风条件差，因此要求柴油机有最低的废气排放，同时应配备效果较好的废气净化装置。=6\*GB3⑥地下自卸车往往需要在倾斜的地面上运行与工作，发动机应能保证在前后、左右倾斜30的场地上工作（适用于柴油机倾斜角30的油底壳）。=7\*GB3⑦在井下由于爆破、凿岩等原因，井下空气含尘量很大，大约为1.5～2g/m，因此要求配有效率高、容量很大的空气滤清器。同时还得配有效率高的燃油滤清器和机油滤清器。=8\*GB3⑧由于井下通风条件差，散热能力也差，柴油机需要带有容量足够的液压油散热器。=9\*GB3⑨要求有足够的可靠性。（2）柴油机的正确选择先进柴油机技术在国际上已经是成熟的技术，节能、环保的效果十分明显，无须对相关技术设施进行大规模的建设和改造，在相当长的时间内是实现节能环保目标的一个现实途径，中国应该扩展汽车节能环保的技术路线，将发展柴油机技术作为汽车能源战略的一个重要组成部分。

近25～30年，柴油机在地下采矿中已得到广泛的应用。柴油机是地下自卸车的“心脏”，对整车的性能与可靠性有很大的影响，并对整个矿山的开采效果、企业的经济效益有直接的影响。随着科学技术的发展，大量的新材料、新技术、新工艺的采用，特别是电子控制技术的采用，使水冷柴油机可靠性更高、燃油更节省、废气排放更低、性能更佳。因此在近几年国外新开发的地下自卸车中广泛采用水冷柴油机。为了开采的安全，在煤矿与天然气非煤矿环境中使用地下自卸车时必须采用防爆设计的水冷柴油机。风冷与水冷的选择：风冷一方面可以简化维护保养工作，不会发生所有设计漏水、气蚀及防冻等方面的问题；另一方面，由于缸套外围无水，启动后面暖机的时间短，并且在所有工矿下，各缸温度比较均匀，所以缸套、气门等磨损较小，大大延长了柴油机的使用寿命。再者，结构简单，适应性强，可在较大的大气温度范围内工作，因此选用风冷柴油机。根据经验和类比，收集与要设计的地下自卸车的载重量相近的国内外已有的先进车型，并通过实践证明性能良好或比较好的地下自卸车作为选择样板。在这里根据所收集的设计资料我们选择底特律公司的series50型柴油发动机。发动机功率大小的选择用经验法：公式为N=5.26GVW（2.1）N：功率，单位KW5.26：重负荷时使用的常数，单位KW/tGVW：机器的满载重量，单位tGVW=39t（2.2）N=5.26GVW=5.26×39=205.14查Detriot柴油机系列，选用50型，转速2100rpm，扭矩186Nm2.4.3液力变矩器的选择（1）液力变矩器的选择一般选择单级单相三元件向心涡轮变矩器，它可使原动机消耗小，虽然相信涡轮液力变矩器的高效区系数较小，但高效区内的变矩器系数较大。当机器行驶与工作时，大部分是在液力变矩器的高效区内，因此向心涡轮液力变矩器并不降低机器的实际动力性能。我们选用的美国克拉克公司生产的这种液力变矩器，它性能稳定，可靠性高，使用寿命长。（2）为什么液力变矩器直到最近才得到发展呢？=1\*GB3①工艺因素和设计因素，必须采用各种技术措施大力提高液力变矩器这一元件的制造质量和设计质量，努力提高变矩器的效率效率，如果这一附件船东效率低，不仅是发动机的功率很大部分无谓的消耗，还引起十分讨厌的液力变矩器发热的问题。=2\*GB3②发动机因素。液力变矩器与额定转速在1800转每分以上发动机的配额共同工作，否则尺寸过大。=3\*GB3③液力变矩箱的闭锁问题液力变矩箱的闭锁是指：在一定的工况下（高速轻载）采用锁机构把泵轮和涡轮直接闭锁在一起成机械传动，采用闭锁装置就可以使传动既可以是液力传动，又可以使机械传动，作业或困难路面时采用液力传动，充分发挥液力传动自适应阻力剧烈变化的优点，在良好的路面或带负载长距离行驶时则采用机械传动效率高的优点。2.4.4变速箱的选定地下运输机一般采用动力换档变速箱，动力换档变速箱与非动力换档机械变速箱。选用动力换档变速箱的原因：动力换档变速箱采用了液压缸操纵换档变速箱；一般不必预先切断动力，可以直接换档；行星式动力换档变速箱结构紧凑，尺寸小，（因为分散为几个齿轮传动，零件受力平衡，支撑轴承和壳体等受力小）；可以采用较小模数的齿轮和较小尺寸的轴与轴承（因受力平衡，结构钢性大，因为齿轮接触良好，工作寿命长）；在结构上采用多用制动器代替离合器，采用固定油缸和固定密封，尽量避免采用旋转密封和旋转油缸，从而大大提高动力换档油港的操纵性和可靠性，而且制动器布置在传动外周，尺寸大，工作仍容量大，这点在大功率机械上优越性特别明显。缺点：结构复杂，零件多，制造维修困难。而克拉克公司的定轴式动力换档变速箱的优点恰恰相反。对地下矿山运输设备来说，便于维修，因此都采用克拉克公司的定轴式动力换档变速箱。（1）地下自卸式汽车对变速箱的要求：=1\*GB3①变速箱应具有足够的档位数和合适的传动比，以满足地下自卸式汽车在合适的牵引力和行驶速度下工作，保证地下自卸式汽车具有良好的牵引性能与经济性能并获得较高的生产率。=2\*GB3②工作可靠，使用寿命长，传动效率高，结构简单，制造容易，维修保养方便。=3\*GB3③换档迅速，平稳可靠，但不允许同时挂上两个或两个以上档位，不自动脱档和自动挂档。克拉克变速箱经地下自卸式汽车上多年使用证明，他完全满足地下自卸式汽车的要求，是地下自卸式汽车最理想的传动部件之一，这次设计我们也选用它。2.4.5轮胎的选定由于地下矿山设备大多采用刚性悬挂，其冲击作用全部由车轮承担，另外整机的附着和滚动阻力也于车轮承担形式有关。车轮支撑着整机的重量，承受着各种工作负荷，同时也把路面上各种挂钩，车轮结构的优劣对地下运输机的行驶性能有很大的影响。轮胎是无轨自行设备的主要部件之一，起着承载，行走和缓冲等作用。轮胎的费用昂贵，在一台台设备的初始投资中，轮胎占着15~20%，有时甚至更高。因此，使用无轨自行设备中的一项重要工作就是正确的选择，合理的使用和细心的保养轮胎。如何正确的选择轮胎，须考虑以下因素：轮胎类型，操作条件，气候，路况，最大重载荷，速度，距离等，还要考虑轮胎的特性，抗热型，抗切割性，使用性。根据上述因素来选择适当的轮胎尺寸，线网层定值，是党的轮胎规范，适当的外胎花纹形状。按允许载荷选择轮胎尺寸，按吨千米/小时选择轮胎，根据使用条件下选择适当的类型和花纹。具体选择时，可按下列原则进行：(1)在条件允许的条件下，尽量使用宽基轮胎，和同规格的标准轮胎相比，款寄轮胎与地面的接触面积大，可采用较大的压力，工作性能好。(2)路面质量、运距及运行速度等情况都为中等的情况下，选择L-3或E-3级轮胎较好，因为它们具有良好的综合性能，通用性好．(3)在运距长，运行速度较高，路面尚可，可选用子午线轮胎，因为这种轮胎的抗热性好。(4)在运距很远，路面很差的情况下，可选用L-4或E-4级轮胎，他们的耐切刺和性能较好。(5)在运距很远，路面很差的情况下，可选用L-5或E-5级半花纹轮胎。它们抗切刺、耐磨性好，作业寿命较长。为此，我们选用了型号为BridgestoneVELE3的轮胎，尺寸为18:00R25。这种轮胎抗热性，耐磨性都比较好，能满足我们的要求。2.4.6动力的匹配：变矩器与发动机的匹配所谓的液力变矩器与发动机的匹配是指液力变矩器按照工作的要求，以指定工况（或传动比）传递发动机扭矩和功率的一种共同工作情况。尽管发动机与变矩器性能都好，若是匹配不正确，将使发动机性能不能充分发挥或者液力变矩器不能以十分理想的工况去传递发动机的功率。通过匹配计算，可以求出地下自卸车的各档最大牵引力（失速牵引力）、车速与爬坡能力。其中公式如下所示：=0.377／（2.3）=-（2.4）=（2.5）式中－地下自卸车的行使速度。Km/h;—变矩器涡轮转速，r/min;—轮胎的滚动半径，m;—传动系统总传动比；—轮子牵引力，N；—涡轮输出力矩，N.m;—传动系统总效率；=0.8；—空气阻力系数=0.0466N/（km/hm）;—地下自卸车迎风面积，m;—变矩器偏置传动比；—变速箱各挡传动比；—驱动桥总传动比。3工作料斗的设计工作料斗作为矿山自卸车工作机构的重要部件，他的合理设计将直接影响着整车的工作效率，整车的整体宽度和车在行走时的平稳性，为此我将通过类比法，对装载20T的矿山自卸车工作料斗进行设计与校核。3.1料斗的设计与计算过程3.1.1料斗的设计要求高度：正常时：2235mm卸载时：5130mm运输质量：20t料斗体积：10.7料斗运行参数：卸载时间14s卸载角度67°3.1.2体积的计算与设计（0.622+0.7817）÷2×0.4388×2.258=0.6954(0.7817+1.2211)÷2×0.1853×2.258=0.421680.3759×1.2211×2.258=1.036361.0845×1.2911×1.898=2.65757(0.9313+1.0993)×0.18×1.2911=0.47190.168×1.2911×1.898=0.41169(0.9467+1.2911)÷2×0.4917×2.258=1.242271.91×0.946×1.3715=2.4759(0.8056+0.8467)÷2×0.239×2.404=0.48652a+b+c+d+e+f+g+h+I=10.732（3.1）经过计算体积符合设计要求。（在计算过程中由于工作料斗为不规则的几何体，在计算时有些只能按照近视的结果计算，这可能会导致最后的结果与10.7有一定的差别，但是在许可之内。）3.2料斗的总体要求3.2.1工作料斗的要求工作料斗坚固耐用，结构合理，刚性好，卸载角度大，便于卸净车箱中的物料。箱体材料采用锰钢板，并且在其两侧从前至后焊上槽钢作为纵梁，从上至下斜着焊上槽钢加强侧板的刚性和强度。料斗由一定厚度焊接性能好高强度低合金钢板（16Mn）焊接而成，焊件必须彻底清洗干净，焊接严格按工艺要求进行，焊缝应有一定的高度，表面要平整，不允许有气孔或夹渣，最好用X射线探伤检查，弯曲的钢板尽量由压机成型，不要焊接，焊后要退火图3.1工作料斗的大致外形图或用振动消除应力，加工时，要保证加工件的精度与相互位置精度等。3.2.2工作料斗设计要求工作机构中最重要的部件是车斗，它对于地下矿山自卸汽车的工作效率具有决定性的意义。近年来，车斗的结构.形状与尺寸日趋完美。在做车斗的设计时必须满足下列要求：1.斗的形状.尺寸的设计，必须达到设计的要求；2.在装料时，在平装时就要求体积达到10.7；3.车斗应具有足够的强度.刚度和抗冲击性；4.斗的几何形状应能保证可靠运输；5.降低对车斗部分的非正常磨损，提高耐磨性，保证车斗的耐用性；6.合理增加斗相对与轮胎外缘的宽度，以清除可能出现在轮胎下面的石块，减少轮胎的磨损；7.由于矿石的质量.形状与大小不一，矿石在装载过程中，对车斗底板的冲击力也大小不一样，为了加强斗的耐用性，钢板必须有很好的韧性.刚性，同时可为缓解冲击产生的压力，车斗底部与车架下接触的部分，采用橡胶弹簧，以达到缓解冲击压力的作用；8.车斗的高度要达到一定的要求，以保证司机有良好的视野；9.整个车的宽度不能太宽，因为巷道的宽度有限，同时在拐弯时不能碰到巷道上；10.卸料时，角度不能太大，卸角为67°，不能让车斗碰到巷道顶部。3.3工作料斗刚度的核算3.3.1工作料斗底板所受力的核算为了增加车斗的寿命，车斗的强度、刚度与耐磨性就十分重要。为此，国内外地下自卸汽车生产制造厂家十分重视选材，肋板、加强筋的设计与制作，制造工艺过程也十分的严格。表3.1是几种常用材料的主要力学性能参数。为了提高车斗的强度和刚度，对斗容为9～11的地下自卸汽车来说，斗体材料选用16～24mm的16Mn锰钢板，车斗底板材料选用16～24mm的15MnMoVN钢板，加强筋和肋板采用A3合金钢。合金钢是合金结构钢的简称，它是在优质结构钢的基础上，适当地加入一种或数种合金元素（总含量不超过5%）而制成的钢种。合金元素主要用来提高钢的淬透性，通过适当的热处理可以使钢获得较高的强度和韧性。合金钢在一定程度上能使整个截面上获得比较均匀的较高综合力学性能。车斗的高度为1371mm车斗的体积为10.7，要求能载重为20t.设当堆装时最高能达到2m，根据设计要求矿石的密度为静载荷时：P=2000×9.8×2=39200N（3.2）设1的物料与底板的接触为0.1σ=P/A=39200/0.1=392000Pa（3.3）根据查表3.1可得静载荷是符合要求表3.1几种常用材料的主要力学性能材料名称牌号（MPa）(MPa)%普通碳素钢A3A5216～461255～275373～461400～60825～2719～21优质碳素结构钢40503333535695981916普通低合金结构钢16Mn15MnV274～343333～412471～510400～54019～2117～19合金结构钢20Cr40Cr539785834981109当从一定高度下落时：设从3m的高度下落W=mgh=2000×9.8×3=58800J（3.4）h=（3.5）t==0.61s(3.6）=（3.7）==7.668m/s（3.8）F=2000×7.668/0.61=25410.98N（3.9）设物料从接触底板到静止时的时间为0.01s=（3.10）==113040N3.3.2耳座孔大小的设计图3.2耳座示意图由图3.2耳座孔φ=60mm对其进行校核：应力σ与剪力τ的核算车斗自重与载重m=23136kgσ==40.11MaP（3-11）最大时τ==20.05MaP（3-12）查表验证应力与剪力能达到工作要求。3.4重要零件的设计过程3.4.1铜套的设计及示意图：外径：mm内径：mm长度：93mm为了安装的需要内孔要倒角，倒角大小为：2×45°，同时表面粗糙度要求特别高内孔需要打磨，粗糙度：3.2，外径表面同样要求很高的表面度。内外径的尺寸要求非常严格，它们的上下偏差必须严格按照设计的要求制作。在加工过程中，要求按照加工工艺要求，保证零件的内外表面的同轴度，两端面垂直度，内外表面的平行度。其材料为LQSn101。图3.3铜套的大致外形图3.4.2垫=1\*ROMANI的设计垫I的精确度要求非常高，必须保证图3.3中的尺寸要求。A面要求焊后加工，A面的相反面必须倒角4×45°垫I，这样增加倒角的大小，是为了增加焊接面，使焊接更加牢固。内圆面要求磨，使其表面粗糙度达到3.2。其材料为焊接性能好高强度低合金钢板（16Mn）钢板制作而成。垫I的机构示意图如下：图3.4垫I的大致外形图

3.4.3垫Ⅱ的设计及示意图：图3.5垫II大致外形图垫Ⅱ的要求与垫Ⅰ要求基本相同。A面为焊后加工面，B面为加强焊接的牢固性必须倒4×45°，为增加焊接面。同时要保证零件的同轴度和表面粗糙度符合设计的要求，在加工过程中必须严格按照图中的尺寸加工。3.4.4支撑座的设计要求及其示意图： 图3.6支撑座外型图支撑座是两个型号为10的热扎槽钢组合而成。热扎槽钢是横面为凹槽形、腿内侧有斜度的热扎长10——高度为100mm的槽钢，以10cm数字表示。3.5焊接的设计3.5.1工作料斗的材料本工作料斗采用的材料是16Mn，属于低合金高强度结构钢，它有如下特点：（1）性能特点：高强度，屈服强度一般在300MPa以上，高于普通碳素钢结构；足够的塑性、韧性及低温韧性；良好的焊接性和冷、热塑性加工性能。（2）成分特点：低碳，碳含量0.2%，以满足塑性和韧性、焊接性和冷塑性加工性能的要求；低合金，主加合金元素为锰，Mn具有明显的固溶强化作用，细化了铁素体和珠光体尺寸，增加了珠光体的相对量并抑制了硫的有害作用，固Mn既是强化元素，又是韧化元素。3.5.2焊接结构的设计原则（1）焊接性焊接性是指采用一定的焊接工艺方法、工艺参数及结构型式条件下获得优质焊接接头的难易程度。钢的可焊性：一般认为含碳量（质量分数）＜0.25%的碳钢及含碳量（质量分数）＜0.18%的合金钢可焊接性良好。在设计重要焊接结构时，选择焊接材料，必须经过仔细的可焊性试验。在设计中还必须结合结构的复杂程度、刚度、焊接方法、采用的焊条及焊接的工艺条件等因素去考虑钢材的可焊性。1Cr18Ni9Ti须预热焊后高温退火。要做到焊缝成型好，表面粗糙值小，才能很好的保证耐腐蚀性能。（2）结构刚度和减振能力一般钢材比铸铁的减振能力都低，故有较高要求的铸铁件（如机床床身等）时不能简单地按许用应力减少其截面，必须考虑其刚度和减振能力。（3）应力集中焊接结构截面变化大，过度区较陡，圆角较小处，易引起较大的应力集中。在动载和低温条件下工作的高强度钢结构件，在设计和施工过程中，尤需采用措施以减少应力集中。（4）焊接残余应力和变形拉伸残余应力会降低结构的强度，变形会引起结构尺寸、精度变化，为此需恰当地设计结构，使之有利于降低焊接残余应力和变形。（5）焊接接头性能的不均匀性在焊接热作用下，焊缝和热影响区的成分、组织和性能都不同于母材。故在选择焊接材料、焊接方法，制定焊接工艺时，应保证接头性能达到设计要求。（6）应尽量减少和排除焊接缺陷在设计中应考虑便于焊接的操作，为减少焊接缺陷创造条件。焊缝布置应避开高应力区。重要焊缝必须进行无损探测。3.5.3焊接接头的形式（1）焊接接头的特点电弧焊焊接接头由焊缝、热影响区和母材三部分构成。焊缝的加热温度＞1500。C，凝固后为铸态结晶，呈分层柱状晶结构，晶粒比较粗大。热影响区比较复杂，加热温度在300~1250。C，温度高处，晶粒粗大化，温度低处，晶粒细化。母材为未受热影响的基本金属。（2）接头形式及选用焊接接头是焊接结构最基本的部分，接头设计应根据结构形状、强度要求、工件厚度、可焊性、焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度等各方面因素综合考虑决定。接头的基本形式有对接、搭接、丁字接、和十字接、角接与边接等。对接接头受力较均匀，也是用得最多的一种，对重要受力焊缝应尽量选用。搭接接头因两工件不在同一平面上，受力时产生附加弯矩，而且消耗金属量也较大，一般应避免采用。但搭接接头不需要坡口，装配时尺寸要求不高，对有些受力不大的平面连接，采用搭接接头可节省工作量。丁字接头及角接接头受力情况都较对接接头复杂些，但接头成直角联接时，必须采用这类接头。边接是两个或两个以上平行或近似平行的结构单元边缘之间的接头，它的特点是不需要填充金属。3.5.4焊接坡口参数的确定坡口参数包括：坡口角，根部间隙、钝边和坡口面角度等。（1）角坡口角为20。~60。，坡口角小则需要的间隙过大需用更多的焊缝金属量，增加成本和增大变形倾向。（2）钝边是指在预加工边缘上保留最小限度熔透金属的附加厚度，焊接时金属量通过它导向间隙。当用垫板焊接时不需钝边。（3）坡口面角度或称斜边角：它影响根部间隙、接头可接近性和整个焊缝横截面的熔化质量。焊缝金属少，但它需要满足焊条能接近接头根部并保证多层焊道侧壁很好熔化。3.5.5焊接前的预处理了保证焊接结构的性能，在加工前要对钢板进行预处理。预处理就是采用机械或化学的方法对钢材的表面进行清理。预处理的目的是把钢材表面的铁锈、油污、氧化皮等清理干净，为后续加工做准备。常用的预处理方法有机械除锈法和化学除锈法。具体方法是：（1）机械除锈法机械除锈法常用的主要有喷沙、弹丸与抛丸。喷沙是目前广泛用于钢板钢管型钢及各种钢制件的预处理方法，它不但可以清除工件面的铁锈氧化皮等各种污物，而且还能使钢材表面产生一层均匀的粗糙表面。喷沙法质量好，效率高，但粉尘大，一般在密闭的喷沙室内进行。弹丸法是利用在导管中高速流动的压缩空气气流，使铁丸冲击金属表面的锈层，达到除锈的目的。抛丸法是利用专门的抛丸机或其它磨料高速地抛射到钢材的表面上，以消除表面的氧化皮、铁锈和污垢。钢材经机械除锈后，随即进行防护处理，其步骤为：=1\*GB3①用净化过的压缩空气将原料表面吹净。=2\*GB3②涂刷防护底漆或钝化处理，钝化剂可用10%磷酸锰铁水溶液处理10分钟。=3\*GB3③将涂刷防护底漆后的钢材送入烘干炉中，用加热到C的空气进行干燥处理（2）化学除锈法化学除锈法一般分为酸洗法和碱洗法。酸洗法可除去金属表面的氧化皮、锈蚀物等污物；碱洗法主要是用于去除金属表面的油污。其工艺过程，一般是将配置好的酸碱溶液装入槽内，将工件放入浸泡一定时间，然后取出用水冲洗干净，以防止余酸的腐蚀。3.6焊接技术在矿山自卸汽车上的应用自卸车的大部分零件都是采用焊接连接，如后车架、前车架、中间铰接机构和工作料斗都的采用焊接制造，主要是因为焊接结构具有其它许多不同于其它制造工艺的特点，与铆接、铸造、锻造结构相比，焊接结构有以下明显的优点。（1）优点：=1\*GB3①构造合理，应力集中系数小，接头连接效率高，对接接头可达100%，而铆接很难达到70%。=2\*GB3②简化结构，减轻自重。由于焊接的强度较高，在同样承载条件下，可更轻、更薄，对交通运输工具来说还可因此而节约能量。=3\*GB3③密封性好。焊接结构对水、油、气得密封性都很好，是理想的密封结构，适合于制造各类容器。=4\*GB3④板厚限制小。铆接在板厚大于50mm时将会十分困难，而焊接结构高压容器的单层壁厚可达300mm以上。=5\*GB3⑤设计上简单、灵活。铆接结构的连接部分在设计上相当复杂，而焊接结构可将结构元件比较简单地对接、角接、T形接或搭接起来，同时可制成任意结构，也较灵活，不像铸、锻工艺对工件形状有很多限制。=6\*GB3⑥制造周期短，成本低，经济效益好。焊接结构的制造工艺比铆接结构简单得多，可省钻孔和划埋头孔等工作。采用现代分部件制造工艺，很容易实现专业化和批量生产。=7\*GB3⑦可焊接不同金属材料。采用焊接工艺能把不同金属连接起来，有效利用材料。焊接结构还可在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。=8\*GB3⑧投资少，见效快。焊接结构生产一般不需要大型的，昂贵的设备，而且对产品的生产规模适应性强，更换产品型号和品种都比较方便。（2）焊接也有一些不足之处：=1\*GB3①焊接结构是不可拆卸的，要更换修理部分的零、部件不便。=2\*GB3②焊接接头的组织和性能往往要变坏。=3\*GB3③要产生焊接残余应力和焊接变形，影响零、部件与金属结构的形状、尺寸，增加工作时的应力。 =4\*GB3④会产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、气孔等，引起应力集中，降低承载能力，缩短使用寿命，甚至造成脆断。 总之，有时焊接质量会成为一个突出的问题。由于焊接接头存在焊接缺陷、接头性能下降、焊接接头有焊接残余应力，使焊接接头往往成为锅炉压力容器和船舶桥梁等重要结构的薄弱环节，这是应该注意的问题。总结毕业设计是每一为大学生毕业时的所必须经历的一次实战考核。它是我们三年大学所学的知识的总结和提炼，通过这次的毕业设计，使我们真正的体会到作为一名机械设计者，在设计过程中你首先要想的是什么，首先要做的是什么，要怎么样才能使你的想法变成现实的机械等这一设计路线，真正的把自己投入到设计过程中去。同时这一次设计也使我发现了很多自己目前所存在的问题，学到了很多在现实设计过程中的知识，那都是一些设计者经过多年的设计经验所得出的宝贵总结。本次设计主要是对矿山自卸汽车的总体设计方案、工作料斗进行设计。由于没有什么设计经验，在设计过程中走了不少的弯路，碰到了很多的困难，但是经过戴老师的精心指导、同学的共同讨论和对自卸车的实地调研，终于冲破层层难关，完成了此次设计。由于我能力有限，设计方面还存在一些缺陷，而且时间有限，还待以后继续研究。通过这次设计我深深体会到，设计不是一件轻而易举的事情。光利用我们从书本上学到的一些知识是远远还不够，需要一定的实践动手能力，充分掌握各种机械的结构、性能，应具备一定创新意识，不能照抄照搬；还需查阅一定数量的资料，并且查找资料也有技巧，如果你不会查，那么我想在规定的时间内要完成任务是相当困难的。对改造方案的选择要进行比较可行性论证，怎样才能达到最经济的效果。学会理论与实际相结合，从而设计出比较合理的方案。

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致谢转眼间三年的大学时间即将结束了，在邵阳学院这块热土上留着我大学时光的一个个脚印，在此：我感谢培育我的母校-邵阳学院！在这三年的学习与生活过程中，他们就像一支蜡烛，燃烧了自己，照亮了我们，在此：我感谢教导我照顾我的各位老师们！感谢您们对我的敦敦教导！我还感谢在一起学习、生活、玩耍的同学们，正是有了你们的陪伴，使我三年的大学生活过得更充实、更丰富多彩，更值的回忆。我的本次毕业设计是关于矿山机械方面的，以前我对这方面的发展状况及有关的设计生产可以说是了解甚少，所以本次设计对外我来说是一次大的挑战。本次毕业设计经历三个多月的时间，终于完成了。此次设计涉及到的内容特别多，可以说是对整个大学三年所学专业知识的一次考验和总结。设计期间，我们遇到过很多困难，走过很多弯路，但这一切，在戴正强老师的悉心指导和自己的努力下，还是走过来了。也许只有经过实践，才能学到东西。这次的设计我就体会很深，觉得我们搞机械设计的不是一项简单的工作，而是需要有严谨的作风，辛勤的劳动和自有的天赋，才能完成好所做的任务。我们查找资料，复习以前的课本，学习新的知识等等来搞好这次毕业设计。这当中我学会了好多东西，也很好的锻炼了自己，收获不小。但是我知道如果没有指导老师-戴正强老师的细心指导，是很难达到预期效果的。在此：我衷心的感谢戴老师的教导！使我的大学学习能够画上一个圆满的句号。在此我还要感谢参考文献的作者们为我提供了那么多的技术参考文献，感谢他们为我国的科学技术发展所做出的贡献！由于本人的专业水平有限，设计当中必定存在诸多不足，希望各位老师同学批评指正！

附录资料：不需要的可以自行删除室内给水管道及配件安装工程检验批质量验收记录表GB50242-2002050101单位（子单位）工程名称分部（子分部）工程名称验收部位施工单位项目经理分包单位分包项目经理施工执行标准名称及编号施工质量验收规范规定施工单位检查评定记录监理(建设)单位验收记录主控项目1给水管道水压试验设计要求2给水系统通水试验第4.2.2条3生活给水系统管冲洗和消毒第4.2.3条4直埋金属给水管道防腐第4.2.4条一般项目1给排水管铺设的平行、垂直净距第4.2.5条2金属给水管道及管件焊接第4.2.6条3给水水平管道坡度坡向第4.2.7条4管道支、吊架第4.2.9条5水表安装第4.2.10条6水平管道纵、横方向弯曲允许偏差钢管每m1全长25m≯25塑料管复合管每m1.5全长25m≯25铸铁管每m2全长25m≯25立管垂直度允许偏差钢管每m35m≯8塑料管复合管每m25m≯8铸铁管每m35m≯10成排管段和成排阀门在同一平面上的间距3施工单位检查评定结果专业工长（施工员）施工班组长项目专业质量检查员：年月日监理（建设）单位验收结论专业监理工程师：（建设单位项目专业技术负责人）年月日室内消火栓系统安装工程检验批质量验收记录表GB50242-2002050102单位（子单位）工程名称分部（子分部）工程名称验收部位施工单位项目经理分包单位分包项目经理施工执行标准名称及编号施工质量验收规范规定施工单位检查评定记录主控项目1室内消火栓试射试验设计要求一般项目1室内消火栓水龙带在箱内安放第4.3.2条2栓口朝外，并不应安装在门轴侧栓口中心距地面1.1m±20阀门中心距箱侧面允许偏差140距箱后内表面100m±5消火栓箱体安装的垂直度允许偏差3施工单位检查评定结果专业工长（施工员）施工班组长项目专业质量检查员：年月日监理（建设）单位验收结论专业监理工程师：（建设单位项目专业技术负责人）年月日给水设备安装工程检验批质量验收记录表GB50242-2002050103单位（子单位）工程名称分部（子分部）工程名称验收部位施工单位项目经理分包单位分包项目经理施工执行标准名称及编号施工质量验收规范规定施工单位检查评定记录监理(建设)单位验收记录主控项目1水泵基础设计要求2水泵试运转的轴承温升设计要求3敞口水箱满水试验和密闭水箱（罐）水压试验第4.4.3条一般项目1水箱支架或底座安装第4.4.4条2水箱溢流管和泄放管安装第4.4.5条3立式水泵减振装置第4.4.6条4安装允许偏差静置设备坐标15标高±5垂直度（每m）5离心式水泵立式垂直度(每m)0.1卧式水平度(每m)0.1轴向倾斜(每m)0.80.15保温层允许偏差允许偏差厚度δ+0.1δ