1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)礦山水倉清淤機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)摘要：水倉是井下同一水平處水的流經(jīng)通道，同時(shí)還肩負(fù)著沉淀水中的煤粉及雜質(zhì)的作用，其出口處的清水由水泵排至地面。由于煤粉及雜質(zhì)不斷沉積，水倉被淤泥裝滿后必須及時(shí)的清理，否則會(huì)影響礦井的正常排水，甚至導(dǎo)致淹井等重大事故。這也是本課題中所要研究開發(fā)的清淤機(jī)的功用所在。礦山水倉清理的機(jī)械化是眾多礦山企業(yè)多年來一直未能很好解決的難題。隨著煤炭工業(yè)的機(jī)械化、自動(dòng)化水平的不斷提高，實(shí)現(xiàn)礦山水倉清淤的機(jī)械化已經(jīng)是擺在礦山企業(yè)面前急需解決的問題。以前的各種清倉方式和設(shè)備存在著工期長、效率低，或是費(fèi)用高、維護(hù)困難等不同缺點(diǎn)。所以研

2、制一種全新的、高效可靠的、符合井下工作要求的水倉清理工作裝置具有非常重要和長遠(yuǎn)的意義。該課題源于目前企業(yè)的實(shí)際情況提出，且需求量大。全國有近萬家礦山開采企業(yè)，該課題的研究對(duì)提高清理水倉效率、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度意義重大，也擁有廣闊的市場(chǎng)和應(yīng)用前景。本論文介紹了該新型礦山清淤機(jī)的工作裝置的設(shè)計(jì)思路與過程。在該課題中所研制的礦山清淤機(jī)應(yīng)當(dāng)具有以下主要特點(diǎn)：（ 1）體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)動(dòng)靈活可實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，特別適用井下狹小空間里作業(yè)；（ 2）工作裝置可以相對(duì)車身進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，本身不動(dòng)的情況下也同樣可以鏟泥工作；（ 3）該工作裝置應(yīng)該具有通用性，改型容易；（ 4）該工作裝置應(yīng)該實(shí)現(xiàn)連續(xù)式的裝載要求，切實(shí)提高井

3、下的工作效率和安全可靠性。根據(jù)上述的功能要求，本文作者在查閱了許多相關(guān)文獻(xiàn)資料并分析比較了國內(nèi)外現(xiàn)有對(duì)水倉清理技術(shù)的研究的優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，確定了該工作裝置的設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本論文通過對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)狀的分析、方案設(shè)計(jì)、工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算等多方面闡述了該新型工作裝置的創(chuàng)新。關(guān)鍵詞：清淤機(jī)；工作裝置；圓環(huán)鏈；連續(xù)裝載Abstract： Underground sump is the channel where the water flows through under the mine well. And itshould precipitate the coal a

4、nd impurities in water at the same time, and the clean water is drained off through the pumps. Because the continuous precipitation of the coal and impurities, the storage must be cleaned in time after being filled with the sludge, otherwise it may affect the normal mine drainage, and may even lead

5、to the big incidents as drown the well. This is the issue in which the research of the cleanmud machine s functions lie.The mechanization of the clean machine used in the mine sumps is the problem which many miningenterprises and automation in mining industry improved, the sump s cleaning is mechani

6、zedplaced before the mining enterprises which need to solve. The previous clearing methods and equipment exists many different disadvantages, such as long period, inefficient, or the line with the requirements. This issue stems from the actual situation and it improving the efficiency of cleaning th

7、e sump and reducing labor intensity. But it prospects.This text introduced the new mine clearing machine s working equipment and its design thinkingand process. The new working equipment developed in this subject shouldcharacteristics:1) Small size, compact structure and flexibility to change direct

8、ion in the original place, particularly suitable for the underground work in the small well.2) The working equipment can relatively rotate compared to the machine body, and it also canspade soil when it doesn t move.3) The equipment should be common used, and easy to be modified.4) The equipment sho

9、uld meet requirements of continuous loading, and improving the efficiency of underground work, safety and reliability.According to the above function requirements, the author turns to many relevant references, compares and analyses the differences of the existing domestic and international researche

10、s about sumpcleaning technology. Based on the comparison, the researcher determines the design program of this new working equipment and does the relevant structural design.The thesis interprets this new equipment s innovations by analyzing the present situation, doing theprogram design and the stru

11、ctural design and designing components and the relevant calculation.Keywords: mud cleaning machine ； working equipment ； ring chain ； continuous loading第一章緒論1.1引言水倉是井下同一水平處水的流經(jīng)通道，同時(shí)還肩負(fù)著沉淀水中的煤粉及雜質(zhì)的作用，其出口處的清水由水泵排至地面。由于煤粉及雜質(zhì)不斷沉積，水倉被淤泥裝滿后必須及時(shí)的清理，否則會(huì)影響礦井的正常排水，甚至導(dǎo)致淹井等重大事故。這也是本課題中所要研究開發(fā)的清淤機(jī)的功用所在。礦山水倉清理的機(jī)械化

12、是眾多礦山企業(yè)多年來一直未能很好解決的難題。隨著礦山機(jī)械化、自動(dòng)化水平的不斷提高，實(shí)現(xiàn)礦山水倉清淤的機(jī)械化已經(jīng)是擺在礦山企業(yè)面前急需解決的問題。以前的各種清倉方式和設(shè)備存在著工期長、效率低，或是費(fèi)用高、維護(hù)困難等不同缺點(diǎn)。所以研制一種全新的、高效可靠的、符合井下工作要求的水倉清理工作裝置具有非常重要和長遠(yuǎn)的意義。該課題源于目前企業(yè)的實(shí)際情況提出，且需求量大。全國有近萬家礦山開采企業(yè)，該課題的研究對(duì)提高清理水倉效率、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度意義重大，也擁有廣闊的市場(chǎng)和應(yīng)用前景。這也是對(duì)本課題進(jìn)行立項(xiàng)研究的背景和意義前景。1.2水倉清理技術(shù)現(xiàn)狀一般情況下，礦井的每個(gè)水平必須設(shè)置兩個(gè)水倉，分為內(nèi)環(huán)和外環(huán)，長

13、度在300 1000m 左右。每個(gè)水平的掘進(jìn)和采煤等工作面涌出的污水由潛水泵抽出，通過一系列的明渠、暗道，污水挾裹著煤泥等雜質(zhì)污垢流入所在水平的水倉。通常情況下水倉每年清挖一次，但涌水較大的礦井或水平，則須清挖 2 3 次 ，以保證生產(chǎn)的需要。匯總目前國內(nèi)外清理水倉的方法主要有以下幾種：人工清理。這是全國目前絕大多數(shù)礦井采用的清理方式。清理過程為：人工裝罐（礦車）移罐 絞車?yán)胫飨锏?副井提升至地面，一般需要2名工人用鐵鍬裝罐，裝滿后再由2 3 人移罐。由于作業(yè)環(huán)境惡劣，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)效率低；采用排污泵及管道直接將泥漿從井下排至地面。該方案從理論上將是比較先進(jìn)的，但該系統(tǒng)投資較大，可靠性

14、較差，維護(hù)費(fèi)用高。微型裝載機(jī)清倉。這種方式提高了作業(yè)效率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，但由于裝罐過程不連續(xù)，操縱繁雜等問題未能很好解決，故企業(yè)并不很多。污泥泵 脫水設(shè)備清倉。這種方式是將脫水設(shè)備和罐籠放置在水倉進(jìn)口處，其清倉流程是：污泥泵 抽排設(shè)備 過濾緩沖器 加壓設(shè)備 脫水設(shè)備 裝罐籠。在清倉過程中，需要不斷向被清水倉內(nèi)注水，同時(shí)隨著清理距離延長，要不時(shí)地更換管道長度。另外該清理水倉方式還存在使用設(shè)備較多。振動(dòng)篩清淤法，用振動(dòng)篩將淤泥分級(jí)，將顆粒較大的雜物篩出后裝入礦車，余下的煤泥水進(jìn)入排水系統(tǒng)。其缺點(diǎn)是細(xì)小的淤泥返回水倉，無法將淤泥徹底清理7-11。在上述幾種傳統(tǒng)的清淤方法中，存在的突出問題：（

15、 1） 糊狀淤泥清理不徹底； （ 2）淤泥中水含量大，不便運(yùn)輸； （ 3）顆粒較大的淤泥無法用柱塞泵排至地面；（ 4）環(huán)境污染問題。經(jīng)過長期生產(chǎn)實(shí)踐，通過對(duì)水倉淤泥特點(diǎn)的觀察研究，涉及的一種新型先進(jìn)的清淤系統(tǒng)能夠比較好地解決上述難題。1.3新型清倉技術(shù)的發(fā)展如前所述，現(xiàn)有各種水倉清理技術(shù)存在不同的難以克服的缺點(diǎn)，各礦山企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)均在這一方面投入了相關(guān)的關(guān)注，投以時(shí)間和資金研究開發(fā)新型的高效的機(jī)械或系統(tǒng)。努力提高這項(xiàng)工作的效率，提高機(jī)械化水平，發(fā)展自動(dòng)化技術(shù)，以便降低人的工作強(qiáng)度，同時(shí)增加安全保障和經(jīng)濟(jì)效益，保護(hù)環(huán)境。經(jīng)過不協(xié)地努力，各研究小組都取得了一定的技術(shù)成果，研制出了多種新型的清倉系

16、統(tǒng)或設(shè)備。以下列舉兩種較為新型的、試運(yùn)行效果較佳的技術(shù)為例。圖 1.1 新型水倉清理系統(tǒng)如圖 1.1 所示，由于在水倉清淤過程中，遇到的糊狀淤泥，清理比較困難，產(chǎn)生糊狀淤泥的原因是淤泥中水的含量太大如果能將淤泥中的水分離出來，水分較少的淤泥和分離出的水分別運(yùn)輸和處理，是一種有效的辦法，此系統(tǒng)借鑒了洗煤廠洗煤過程中壓濾機(jī)處理煤泥水的工作原理。壓濾機(jī)一般只能處理 0.5 mm 以下的雜物，而水倉積淤中存在有大量超過0.5 mm 的顆粒狀煤和其他雜物，這里借鑒了振動(dòng)篩清淤系統(tǒng)的原理，將0.5 mm 以上的顆粒狀雜物分級(jí)篩選出來進(jìn)行處理。壓濾機(jī)只處理0.5 mm以下的雜物。根據(jù)調(diào)研，直線振動(dòng)篩的工作效

17、果較好。通過工藝流程圖來說明新型清淤系統(tǒng)的工作原理，將淤泥稀釋后用排污泵排出。通過直線振動(dòng)篩分級(jí)，將 0.5 mm 以上的顆粒雜物篩選出來，裝入礦車，0.5 mm 以下的淤泥漿進(jìn)入壓濾機(jī)將水分離，泥餅裝入礦車運(yùn)走，清水排出。該系統(tǒng)在實(shí)際煤礦工作中投入工業(yè)性試運(yùn)行，效果明顯。而圖 1.2 所示的是另一種新型的泵式的清倉結(jié)構(gòu)。其主要由工作部分、 攪拌部分、 行走及制動(dòng)裝置、控制部分等組成。工作原理為:工作部分由吸漿管 8、排漿管 6、壓縮空氣管 4、漿體罐2、真空泵1、煤漿閥 7、壓氣閥 5、真空閥 3 等組成。所有閥門均采用氣動(dòng)控制。工作時(shí)，先將壓氣閥、排漿閥關(guān)閉，置真空閥、吸漿閥于開啟位置，置

18、吸漿管進(jìn)口于漿體中，然后啟動(dòng)真空泵，隨著漿體罐內(nèi)壓力降低，真空度提高，煤泥漿經(jīng)吸漿管吸入漿體罐內(nèi)，當(dāng)漿體液位上升到預(yù)定高度時(shí)，觸發(fā)器接通，控制部分工作，使真空閥和吸漿閥及時(shí)關(guān)閉，同時(shí)停掉真空泵電機(jī)，經(jīng)延時(shí)后自動(dòng)開啟排漿閥和壓氣閥.漿體罐內(nèi)進(jìn)入高壓空氣，煤漿被壓入到清倉機(jī)后的礦車內(nèi)，用調(diào)度絞車?yán)?、換空車后，開始下一個(gè)工作循環(huán)。圖 1.2 新型水倉清理機(jī)該結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是： 1）該設(shè)備從原理到結(jié)構(gòu)都比較簡單，制造、操作均較方便； 2）該設(shè)備在井下使用過程中，清理范圍大，適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)靈活； 3）煤泥漿體不直接經(jīng)過高速或低速運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部分，所以磨損較小，維修工作量?。?4）借助井下現(xiàn)有的壓縮空氣作

19、為排漿動(dòng)力，簡化了設(shè)備的復(fù)雜程度。這些新型機(jī)械、系統(tǒng)的研制給礦山企業(yè)帶來勃勃生機(jī)，也大大促進(jìn)了礦山機(jī)械的大力發(fā)展。從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、制造工藝等各方面做出了創(chuàng)新，大力拉近了我國在礦山機(jī)械領(lǐng)域與國際同行業(yè)的距離。1.4課題的提出與本文的主要內(nèi)容隨著國家煤炭工業(yè)的迅速發(fā)展，以及煤炭工業(yè)中生產(chǎn)技術(shù)的明顯提高，國家大力推進(jìn)現(xiàn)代化礦井的建設(shè)。這要求在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，例如采煤機(jī)械、輸送機(jī)械等方面以外的其他設(shè)備上也要進(jìn)行創(chuàng)新研究和開發(fā)。所以考察國內(nèi)外針對(duì)水倉清理機(jī)械的現(xiàn)狀分析，得出結(jié)論是現(xiàn)有的很多技術(shù)已經(jīng)不能滿足煤炭企業(yè)的生產(chǎn)要求，必須提高生產(chǎn)效率，縮短清理工期和人員要求。而工作裝置的研究在整個(gè)清淤機(jī)器中占據(jù)

20、重要地位，所以新型的工作裝置的研究很具有現(xiàn)實(shí)意義。本文中所設(shè)計(jì)的工作裝置是基于斗式提升機(jī)、刮板輸送機(jī)、以及裝載機(jī)的各自優(yōu)點(diǎn)上所研究的。該裝置實(shí)現(xiàn)了連續(xù)式的裝載要求，操作方便，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了礦下的效率，從而增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。本文共分為五章，主要內(nèi)容如下“第一章：緒論。介紹了目前國內(nèi)外的清倉技術(shù)的現(xiàn)狀和研究情況，提出了本課題的研究目的和內(nèi)容。第二章：介紹了該清倉機(jī)的功能介紹和工作狀況的分析，通過對(duì)幾種方案設(shè)計(jì)的多方面的綜合比較，詳細(xì)介紹本方案的優(yōu)勢(shì)所在。第三章：詳細(xì)介紹了該工作裝置的重要結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。第四章：通過相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算，使工作裝置中的各部分結(jié)構(gòu)中的重要零件得到最優(yōu)的

21、結(jié)果。第五章：畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)?？偨Y(jié)本文的研究成果和創(chuàng)新之處，對(duì)今后的工作提出了展望。1.5本章小節(jié)本章介紹了清倉技術(shù)的現(xiàn)狀和研究情況，綜述了對(duì)提出本課題的重要性和目的性。在此基礎(chǔ)上提出了本文創(chuàng)新點(diǎn)，并給出了全文的總體框架。第二章功能分析與方案設(shè)計(jì)前文分析了研制該新型工作裝置的前提背景與長遠(yuǎn)意義，在本章中將主要介紹該新型裝置的功能與工作情況的分析，以及相應(yīng)的方案的設(shè)計(jì)與比較。2.1功能分析該新型的工作裝置的主要具有如下功能特點(diǎn)：（ 1）體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)動(dòng)靈活可實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，特別適用井下狹小空間里作業(yè)；（ 2）工作裝置可以相對(duì)車身進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，本身不動(dòng)的情況下也同樣可以鏟泥工作；（ 3）該工作裝置應(yīng)

22、該具有通用性，改型容易，大斷面水倉可以改成大的鏟斗，小斷面水倉可采用小水倉，應(yīng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性；（ 4）該工作裝置應(yīng)該實(shí)現(xiàn)連續(xù)式的裝載要求，切實(shí)提高井下的工作效率和安全可靠性。該工作裝置的工作過程情況如下：首先啟動(dòng)機(jī)器，由鏈輪拖動(dòng)鏈條及安裝在鏈條上的鏟斗，在鏟斗上設(shè)計(jì)有滾子，可在由矩形空心方管組成的軌道上運(yùn)動(dòng)。如圖2.1 中當(dāng)鏟斗在鏈輪1 處鏟裝淤泥，通過上行導(dǎo)軌一直運(yùn)行至鏈輪3 處，進(jìn)圖 2.1 清淤機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖行卸泥工作，在這里可以加入一個(gè)簡單的下拉或者下推鏟斗的動(dòng)作機(jī)構(gòu)，增加鏟斗的運(yùn)行的瞬間速度，使斗內(nèi)物料卸的更干凈。在運(yùn)作過程中，可以通過前端的舉升油缸抬高最下部的鏟土的斗的位置，使其可

23、以在較大的垂直距離內(nèi)工作。另外在車臺(tái)架上設(shè)計(jì)了一個(gè)油缸，可以推動(dòng)工作裝置繞一定的支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，而車身本身并不旋轉(zhuǎn)，這樣就簡化了機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，增加了水平工作空間。2.2工作裝置的總體方案設(shè)計(jì)目前，煤礦下尚無理想的，適合狹小空間工作的裝載機(jī)械，例如水倉的各種清理技術(shù)或者設(shè)備就存在著許多毒缺點(diǎn)。其中工人數(shù)量多、工期長、效率低下、操作復(fù)雜，結(jié)構(gòu)上也比較繁冗等是主要顯現(xiàn)的不足。這和相應(yīng)設(shè)備的工作裝置的結(jié)構(gòu)是分不開的，所以研制新型的工作裝置是很重要的，更是開發(fā)新型清倉機(jī)械的核心技術(shù)。方案設(shè)計(jì)結(jié)合水倉的斷面結(jié)構(gòu)，以及現(xiàn)有清倉設(shè)備和礦山機(jī)械的特點(diǎn)，做出下述集中可行的方案。而他們各自的優(yōu)缺點(diǎn)將在下一單元進(jìn)行詳

24、細(xì)的對(duì)比。微型裝載車式該工作裝置是采用反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)，如圖 2.2 由于卸料時(shí)工作裝置相對(duì)于車輛的后半部分做左右各90°的回轉(zhuǎn)，因而工作裝置的結(jié)構(gòu)尺寸將直接影響車輛的工作空間，這就要求工作裝置在滿足要求的前提下，結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)盡量小，為此對(duì)工作裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)是在追求工作裝置連桿機(jī)構(gòu)傳力圖 2.2裝載式清倉裝置1 行走系統(tǒng)； 2平臺(tái)； 3 電機(jī)； 4坐椅； 5操作臺(tái)；6 液壓系統(tǒng)； 7工作裝置比最大的同時(shí)， 使轉(zhuǎn)斗缸的行程達(dá)到最短(這樣可使工作裝置的總體結(jié)構(gòu)尺寸為最小)。優(yōu)化設(shè)計(jì)的工作裝置的結(jié)構(gòu)尺寸比較小，縱向尺寸僅為 1 206 mm 。此裝置工業(yè)試用的結(jié)果也比較滿意，工作

25、具有一定的可靠性 7。刮板輸送式該方案的設(shè)計(jì)是由鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與板式輸送機(jī)的的相關(guān)結(jié)構(gòu)組成的。行走箱2 輸出的動(dòng)力通過安裝在運(yùn)輸架上的12、13 等一系列的鏈傳動(dòng)(見圖 2.3) , 在完成減速的同時(shí)使刮板輸送機(jī)獲得了動(dòng)力。圖 2.3 刮板輸送式工作裝置1電機(jī)； 2行走箱； 3、11 支撐裝置； 4 刮板輸送機(jī)；5 軌輪；6 螺旋滾筒給料機(jī)構(gòu)；7、 10鏈輪； 8刮板； 9刮板鏈； 12、 13 進(jìn)給裝置圖 2.4 螺旋滾筒給料機(jī)構(gòu)1 葉片； 2 鏈輪； 3 軸； 4筒轂該工作裝置設(shè)計(jì)有螺旋滾筒給料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖2.4 所示。螺旋滾筒給料機(jī)構(gòu)是淤煤裝載機(jī)清理淤泥的關(guān)鍵工作部。工作時(shí)通過鏈輪帶動(dòng)螺旋滾

26、筒旋轉(zhuǎn), 由于螺旋滾筒的兩邊葉片分別為左、右旋向, 因此把泥煤往中間推進(jìn), 而后被刮板刮走。刮板輸送機(jī)是淤煤裝載機(jī)的中間輸送裝置,通過刮板和刮板鏈的運(yùn)動(dòng) ,將淤煤從螺旋滾筒機(jī)構(gòu)處刮走,裝入礦車。由于刮板所需強(qiáng)度不大,但要耐腐蝕,耐磨損8。鏈斗輸送式圖 2.5 所示的工作裝置是由裝有很多鏟斗的斗鏈與相應(yīng)的輸送導(dǎo)軌所組成的。其驅(qū)動(dòng)采用液壓馬達(dá)。斗鏈上的刮斗采用拖鏈拖動(dòng)作連續(xù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其運(yùn)行到位于整機(jī)前端的豎直前伸段時(shí)起鏟掘、提升作用，因此斗的前沿設(shè)計(jì)有掘齒，必要的話可以由油缸施加推力或振動(dòng)。刮斗深淺既要使它盛裝學(xué)要量的物料、泥水，又能方便傾倒。刮斗處于最低位置時(shí)，底端可帖軌面進(jìn)行作業(yè)，當(dāng)刮斗運(yùn)行

27、到整機(jī)上部的輸送端時(shí)，刮斗傾倒出物料，并起輸送刮板作用。輸送刮板與底盤固定安裝，由行走機(jī)構(gòu)調(diào)定尾端與料車對(duì)正，保證頭部隨回轉(zhuǎn)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)尾部不會(huì)移出料車口。輸送槽應(yīng)有立邊，以阻止物料的散落，又得有導(dǎo)向設(shè)計(jì)，以保證刮斗受力與運(yùn)行均衡平穩(wěn)。擋泥板是為了防止刮斗回程時(shí)殘余泥水濺落機(jī)器上設(shè)置的零件。舉升油缸設(shè)置是為了需要時(shí)抬高鏟掘輸送裝置底端位置。圖 2.5 鏈斗輸送式方案比較與選擇通過實(shí)地地考究與結(jié)構(gòu)上的分析，得出了上述幾中方案各自的優(yōu)點(diǎn)以及缺陷所在。具體如下所述：對(duì)微型裝載車式（反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)）的工作裝置是現(xiàn)在市場(chǎng)上比較成熟和各種工程機(jī)械設(shè)計(jì)中較多采用的技術(shù)方案，具有較大的可靠性。而且采用履帶式的行

28、走系統(tǒng)，可以保證鏟斗獲得足夠的鏟掘力。另外六連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)輸狀態(tài)鏟斗的后傾角大，不易灑落物料，鏟斗可以自動(dòng)放平等優(yōu)點(diǎn)。但其也存在一些缺陷，行走系統(tǒng)采用履帶結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，未充分利用巷道內(nèi)已有的軌道資源；回轉(zhuǎn)平臺(tái)增加了整車的高度和復(fù)雜程度，限制了整車長度；更重要的是該裝置只能間歇式工作，效率比較低。刮板輸送機(jī)式的工作裝置是采用連續(xù)的傳動(dòng)和輸送結(jié)合起來的，所以解決了方案一中工作不連續(xù)的情況。該裝置還有工作原理簡單，維護(hù)方便，適用各種水倉巷道，通過改變螺旋滾筒的大小即可。另外可以實(shí)現(xiàn)與礦車共用道。但是該裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需較大的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，而且螺旋滾筒的磨損大，巷道面上的淤泥難以清理。方案三

29、中的工作機(jī)構(gòu)集中前面兩個(gè)方案的諸多優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了連續(xù)式的裝載和輸送物料；同樣采用履帶式行走系統(tǒng)，使得斗的鏟掘力較大，這樣可以不用圖2.5 中所示的推力油缸，結(jié)構(gòu)上又得到簡化；而且操作簡單；可以根據(jù)需要調(diào)整整個(gè)工作裝置的角度位置，使得清理更徹底，大大提高了清倉效率。但是同方案一樣采用履帶式行走裝置不能充分利用巷道已有的軌道資源。所以綜合比較后，采用方案三進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算。經(jīng)過后續(xù)的設(shè)計(jì)計(jì)算所得出的結(jié)構(gòu)已與該方案有所區(qū)別，但是工作原理并未改變。而經(jīng)過設(shè)計(jì)所要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如下：裝料方式：連續(xù)清挖量：10m3) ；為軸的許用扭剪應(yīng)力(MPa) 。（ 2）對(duì)于同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩的軸，可根據(jù)轉(zhuǎn)矩和

30、彎矩的合成強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)，先根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所確定的軸的幾何結(jié)構(gòu)和軸上零件的位置，畫出軸的受力簡圖，然后，繪制彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖，按第三強(qiáng)度理論條件建立軸的彎扭合成強(qiáng)度約束條件：M2T2M ca（ 4-6）WcaW考慮到彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力和轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力的性質(zhì)不同，對(duì)上式中的轉(zhuǎn)矩乘以折合系數(shù)，則強(qiáng)度約束條件一般公式為：M 22M caT（ 4-7）caW1bW式中： W 為軸的抗彎截面模量 ()。稱為當(dāng)量彎矩；為根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)。轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，；轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)變化時(shí)，；轉(zhuǎn)矩按對(duì)稱循環(huán)變化時(shí)，。表 4-1軸的許用應(yīng)力(MPa)材料40013070405001707545碳鋼6002

31、009555700230110658002701307590030014080合金鋼10003301509012004001801104001005030鑄鋼5001207040若轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律不清楚，一般也按脈動(dòng)循環(huán)處理。、分別為對(duì)稱循環(huán)、脈動(dòng)循環(huán)及靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用應(yīng)力，見表4-1。對(duì)實(shí)心軸，式 (4-6) 也可寫為設(shè)計(jì)式：d10 M2( T)2（ 4-8）31bp若計(jì)算的剖面有鍵槽，則應(yīng)將計(jì)算所得的軸徑增大，方法同扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算。（ 3）對(duì)該鏈輪軸需進(jìn)行彎扭合成強(qiáng)度校核。 在進(jìn)行校核時(shí)， 通常軸上最大彎矩和最大扭矩的截面的強(qiáng)度。1）軸的受力分析首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（見圖4.6）作出軸的計(jì)算簡

32、圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊(cè)查取軸承中心位置。對(duì)于此工作裝置中選擇的軸承中心即在其寬度的中點(diǎn)處。軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩為T388741.5 N mm鏈輪上的圓周力為Ft2T2 388741.5 N 3792 Nd205由于鏈輪的徑向力很小，所以采用在圓周力上適當(dāng)加大的方法。所以取4000FtN2）求軸的支反力（見圖4.7b）由F0 得RARBFt 2 4000 2 N 2000N3）作彎矩圖和扭矩圖圖 4.7軸的力矩圖彎矩圖（見圖4.7c）M bRA a2000270N mm540000N mm扭矩圖（見圖4.7d）T388741.5 N mm4）按當(dāng)量轉(zhuǎn)矩計(jì)算軸徑按插值法查表4-1 得對(duì)稱循

33、環(huán)應(yīng)力1bp60MPa ，脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力0bp102MPa 。根據(jù)（式4-8）公式計(jì)算安裝鏈輪處的軸徑為：10M 2(T )2d 31bp3 105402(0.59389) 260106m 0.04607mm 46.07mm（考慮轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)變化，取1bp60MPa0.59）。102MPa0bp鑒于截面處有一個(gè)鍵槽，應(yīng)將直徑增大3% 7% ，則 d448 50mm ，在結(jié)夠設(shè)計(jì)d465mm是滿足要求的。（ 4）軸的疲勞強(qiáng)度計(jì)算按當(dāng)量彎矩計(jì)算軸的強(qiáng)度中沒有考慮軸的應(yīng)力集中、軸徑尺寸和表面品質(zhì)等因素對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響，因此，對(duì)于重要的軸，還需要進(jìn)行軸危險(xiǎn)截面處的疲勞安全系數(shù)的精確計(jì)算，評(píng)定軸的安

34、全裕度。即建立軸在危險(xiǎn)截面的安全系數(shù)的約束條件。1）確定危險(xiǎn)截面根據(jù)載荷的分布（如圖4.6 中的彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖）、應(yīng)力集中和軸的結(jié)構(gòu)尺寸，很明顯鏈輪寬度中心處的截面即為危險(xiǎn)截面。此處的彎矩和轉(zhuǎn)矩均是最大的。2）校核危險(xiǎn)截面的安全因數(shù)彎矩作用時(shí)的安全因數(shù)由于該軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，彎矩引起對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，根據(jù)下式計(jì)算出此時(shí)的安全因數(shù)為：S12707.122.625Kam22.780.3400.920.75式中1 對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力時(shí)材料試件的彎曲疲勞極限，由手冊(cè)可查得1 270MPa ；a 彎曲的應(yīng)力幅，aM b540 MPa22.78MPa ，查閱相關(guān)手冊(cè)可得抗彎截面系數(shù)W23.7W=23.7 cm3 ；m 彎

35、曲平均應(yīng)力，m0 ；K 彎曲時(shí)的有效應(yīng)力集中系數(shù)，由手冊(cè)按鍵槽由插值法得K1.825，若是按配合 H 7 查r 6得 K2.625 ，故取 K 2.625； 表面質(zhì)量因數(shù)，軸徑車削加工，按手冊(cè)可得0.92 ； 尺寸因數(shù)，可查得0.75 ； 材料彎曲時(shí)的平均應(yīng)力折算因數(shù)，并可查得0.34 。轉(zhuǎn)矩作用時(shí)的安全因數(shù)考慮到清淤機(jī)在工作過程中運(yùn)轉(zhuǎn)的不均勻性所引起的慣性力和振動(dòng)的存在，轉(zhuǎn)矩引起的切應(yīng)力視為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，根據(jù)下式可計(jì)算得轉(zhuǎn)矩作用時(shí)的安全因數(shù)為：S11551.8913.36Kam0.923.836 0.21 3.8360.73式中1 45 鋼的抗扭疲勞極限，由手冊(cè)可查得1 155MPa ；a

36、 彎曲的應(yīng)力幅，T3893.836MPa ，查閱相關(guān)手冊(cè)可得抗彎截面系aMPa2Wt2 50.7數(shù) Wt =50.7 cm3 ；m 彎曲平均應(yīng)力，m a 3.836MPa ；KKH 7查 扭轉(zhuǎn)時(shí)的有效應(yīng)力集中系數(shù)，由手冊(cè)按鍵槽由插值法得1.625，若是按配合r 6得 K1.89 ，故取 K 1.89； 表面質(zhì)量因數(shù)，軸徑車削加工，按手冊(cè)可得0.92 ；尺寸因數(shù)，可查得0.73 ； 材料彎曲時(shí)的平均應(yīng)力折算因數(shù)，并可查得0.21。表 4-2許用安全因數(shù)SP 值選取條件SP載荷確定精確，材料性質(zhì)均勻1.3 1.5載荷確定不夠精確，材料性質(zhì)不夠均勻1.5 1.8載荷確定不精確，材料性質(zhì)均勻度較差1.

37、8 2.5所求危險(xiǎn)截面的疲勞安全系數(shù)由手冊(cè)公式可得：S S4.12 13.363.94SS 24.12213.362S 2然后根據(jù)表4-2 可知，許用安全因數(shù)SP1.8 2.5，顯然 SSP ，該軸的疲勞強(qiáng)度足夠。鏈輪軸剛度計(jì)算常見的軸大多可視為簡支梁。若是光軸，可直接用材料力學(xué)中的公式計(jì)算其撓度或偏轉(zhuǎn)角；若是階梯軸，如果對(duì)計(jì)算精度要求不高，則可用當(dāng)量直徑法作近似計(jì)算。即把階梯軸看成是當(dāng)量直徑為dv 的光軸，然后再按材料力學(xué)中的公式計(jì)算。當(dāng)量直徑為：dvLz（ 4-8）4lii 1di4式中： li 階梯軸第 i 段的長度， mm；di 階梯軸第 i 段的直徑， mm；L 階梯軸的計(jì)算長度，m

38、m；z 階梯軸計(jì)算長度內(nèi)的軸段數(shù)。當(dāng)載荷作用于兩支承之間時(shí)， Ll （ l 為支承跨距） ；當(dāng)載荷作用于懸臂端時(shí)，L l k （ k 為軸段的懸臂長度） 。軸的彎曲剛度條件為：撓度： yy（ 4-9）偏轉(zhuǎn)角： （ 4-10）式中： y 軸的允許撓度， mm； 軸的允許偏轉(zhuǎn)角，rad 。對(duì)該主、從動(dòng)鏈輪軸進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算可知其剛度滿足要求。4.3其他零件設(shè)計(jì)計(jì)算在前文中主要設(shè)計(jì)的計(jì)算是關(guān)于主要零部件的，其上的相關(guān)零件仍需要進(jìn)行必要的計(jì)算和強(qiáng)度校核。其中主要闡述的軸承、鍵、油缸活塞桿前端的銷軸、耳環(huán)、鏟斗的三維造型設(shè)計(jì)等。鏈輪軸軸承的計(jì)算鏈輪軸上的軸承計(jì)算應(yīng)該是在設(shè)計(jì)軸的時(shí)候進(jìn)行的，本文中將其放在本

39、節(jié)內(nèi)容中。首先由于在該工作裝置當(dāng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸向力很小，甚至為零，所以選擇主要承受徑向力的深溝球軸承。根據(jù)安裝軸承處的軸徑為d1d1045mm ，所以軸承內(nèi)徑為45mm 。查GBT278-1994和GBT5868-2003 選擇軸承型號(hào)為6009 。下面進(jìn)行該對(duì)軸承的校核計(jì)算。1）首先求軸承上的支反力，如圖4.8 所示的受力分析。其中圓周力F t1896N ，徑向力為F r3792N 。圖 4.8軸承受力圖兩軸承的受載情況一樣，所以只需任選其一進(jìn)行校核計(jì)算即可。選軸承1 作為分析對(duì)象。由 M0可以得出軸承的垂直支反力R1V和水平支反力 R1 HR1VFr23792N1896N2R1 HFt18

40、96 N948N22則作用在軸承上的徑向載荷為：R1R1V2R1H2189629482 N 2120 N2）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷該系統(tǒng)具有一定沖擊，所以查閱相關(guān)文獻(xiàn)取一動(dòng)載荷系數(shù)k p1.8 ；軸承可以認(rèn)為只承受徑向載荷。故當(dāng)量動(dòng)載荷為：PKpR 1.8 2120N 3816N113）計(jì)算所需的基本額定動(dòng)載荷兩端采用了相同的軸承，而且其相互對(duì)稱布置，所以受載也完全一樣，按下式計(jì)算所需的基本額定動(dòng)載荷。C'P60nL10'h（4-11）106上式中 壽命指數(shù)，對(duì)球軸承取為3；L10h' 軸承的預(yù)期壽命；n 軸的轉(zhuǎn)速。對(duì)此本文中將軸承壽命按五年，每天工作16 小時(shí)計(jì)算，則預(yù)期的壽

41、命為29200h。軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算如下：鏈條的速度為 0.2 ms，由 vnzp可推得轉(zhuǎn)速為 n 37.5r / min 。100060所以軸承所需的基本額定壽命為：C'P60nL10'h2120 360 37.5 292008854N106106查閱標(biāo)準(zhǔn) GBT5868-2003可知 6009軸承的基本額定動(dòng)載荷為 Cr21000N 。則有 C 'Cr ，所以選擇 6009 軸承滿足要求。鍵的計(jì)算鍵的計(jì)算和軸承一樣，同樣是在設(shè)計(jì)軸的時(shí)候進(jìn)行，進(jìn)行鍵的強(qiáng)度計(jì)算校核后，若是發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度不夠，就要考慮采用雙鍵或者其余承載能力和傳遞轉(zhuǎn)矩的能力更強(qiáng)的聯(lián)接。鍵是鏈輪周向定位的元件，所以鍵

42、在整個(gè)工作裝置中也很重要，必須具有足夠的強(qiáng)度。1）選擇鍵的類型和尺寸根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和鏈輪寬度選擇普通平鍵聯(lián)接。由于鏈輪不在軸端，故選用圓頭普通平鍵。由于軸徑為d465mm，查手冊(cè)可得鍵的截面尺寸為：1811 。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長l50mm 。2）校核鍵聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，據(jù)此查得許用擠壓應(yīng)力cP6090MPa，取其平均值cP 75MPa 。可以算得鍵的工作長度為 l 'l b 50 18mm 32mm ，以及鍵與輪轂的接觸高度k 0.5h 0.5 11mm5.5mm 。由此可得鍵聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度為：c2000T2000388741.5 MPa 68MP

43、adkl '655.5 32cP75MPa所以鍵的選擇是合適的。標(biāo)記為：鍵1811 GB / T10962003 。油缸銷軸與耳環(huán)的計(jì)算 銷軸的聯(lián)結(jié)計(jì)算銷軸通常是雙面受剪（除特殊安裝外），為此直徑的計(jì)算可以按照下式進(jìn)行計(jì)算：d0.64F（ 4-12）p式中 d 銷軸直徑；F 液壓缸輸出的最大推力；p 銷軸材料的許用切應(yīng)力，對(duì)于45 號(hào)鋼， p70MPa 。在這幾個(gè)油鋼中，取前端的舉升油缸的計(jì)算為例。經(jīng)綜合計(jì)算，選擇了油缸的最大推力為80.43KN ，按（式 4-12）計(jì)算出直徑為：0.64F0.6480.43103d70mm 27.1mmp為了使得活塞桿的剛性足夠，活塞桿直徑在計(jì)算結(jié)果

44、的基礎(chǔ)上有所加大，所以需將該直徑加大兩倍，取 d28mm。銷軸的長度視局部結(jié)構(gòu)而定，但應(yīng)該取成長度的標(biāo)準(zhǔn)值。 耳環(huán)的聯(lián)結(jié)計(jì)算耳環(huán)是將活塞桿與工作裝置中油缸直接作用部分相聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)，必須具有一定的寬度和厚度才能保證聯(lián)結(jié)的可靠性。耳環(huán)材料選用35 號(hào)鋼。耳環(huán)的寬度為：EWF80.43 103mm 21.6mmdcP28 132.5取為整數(shù)則EW22mm 。EW 耳環(huán)寬度；d 、 F 同前；cP 耳環(huán)材料的許用壓應(yīng)力，唱取cP(0.2 0.25) b ；b 為材料的抗拉強(qiáng)度，35 號(hào)鋼的b =530MPa 。耳環(huán)的其他尺寸按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)查取即可。鏟斗的三維造型設(shè)計(jì)對(duì)鏟斗的三維造型是設(shè)計(jì)中的需要，包括對(duì)

45、整個(gè)機(jī)器的造型設(shè)計(jì)，是對(duì)設(shè)計(jì)有很大幫助的。即應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)（機(jī)械系統(tǒng)仿真技術(shù)） ，在相關(guān)軟件中模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，以便修改設(shè)計(jì)上的缺陷，分析和評(píng)估系統(tǒng)的性能，以達(dá)到產(chǎn)品的最優(yōu)化。該工作裝置中的鏟斗經(jīng)過造型后如圖所示：圖 4.9鏟斗4.4本章小節(jié)本章主要講述的是對(duì)整個(gè)工作裝置中的部分零部件進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等多方面的校核計(jì)算，以及對(duì)局部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致的設(shè)計(jì)，通過反復(fù)的校核計(jì)算得出最優(yōu)的結(jié)果，達(dá)到使結(jié)構(gòu)上最簡單，材料消耗最少，最經(jīng)濟(jì)，功能更強(qiáng)大，從而使整個(gè)裝置更優(yōu)化。本章是本次設(shè)計(jì)和論文的重要內(nèi)容之一。第五章總結(jié)與展望近年來，我國的煤炭工業(yè)發(fā)展迅猛。據(jù)悉我國煤炭行業(yè) “十一五 ”期間將新建煤礦規(guī)模將對(duì)工業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，大力整合、改造現(xiàn)有煤礦、關(guān)閉小煤礦、淘汰落后的生產(chǎn)能力，加快大型煤炭基地和現(xiàn)代化大型煤礦的建設(shè)，這為我國礦山機(jī)械企業(yè)的發(fā)展提供了良好的機(jī)遇。煤礦裝備的發(fā)展提供了廣闊的市場(chǎng)前景。這也勢(shì)必會(huì)帶動(dòng)像水倉清理這種保證礦下工作正常開展的技術(shù)的現(xiàn)代化、機(jī)械化和高效化。本文以設(shè)計(jì)一種新型的清倉工作裝置為起點(diǎn)，對(duì)該工作裝置的總體方案、功能實(shí)現(xiàn)、技術(shù)指標(biāo)等進(jìn)行初步的研究；對(duì)工作裝置的各部分進(jìn)行了全新的結(jié)構(gòu)設(shè)