【正文】 遼寧工程技術(shù)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 前言 在地下采礦工程中有兩個基本作業(yè)內(nèi)容。其一是把有用礦物或礦石從礦層中破碎下來，形成容易裝運的塊狀，即礦物開采。其二是在地下開掘巷道。在礦山建設(shè)中首先要開掘巷道，在礦物開采中，也要邊開采邊開掘巷道。因此，巷道掘進(jìn)在礦山生產(chǎn)與建設(shè)中與礦物開采處于同樣重要的地位，不僅要采掘并舉，而且要掘進(jìn)先行。 在全世界范圍內(nèi)，自第二次世界大戰(zhàn)以來，新理論和新技術(shù)被應(yīng)用到裝載機(jī)械中，使礦山掘進(jìn)機(jī)械有了巨大進(jìn)步。勞動者的勞動強(qiáng)度大大減輕，生產(chǎn)效率得到了大幅度提高。隨著煤礦綜采機(jī)械化的實現(xiàn)和能源需求量的增加，裝載機(jī)在礦物開采中將 占有越來越重要的地位。因此，裝載機(jī)的研究已成為保證能源生產(chǎn)開發(fā)的關(guān)鍵。 全套圖紙，加 153893706 李剛 ： 裝載機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計 2 1 裝載機(jī)結(jié)構(gòu)及主要參數(shù) 我國 在巷道掘進(jìn)中所用裝載機(jī)主要有鏟斗式裝載機(jī)（側(cè)卸和后卸）、蟹爪式裝載機(jī)和耙 斗裝載機(jī)。而在地下礦應(yīng)用較多的裝載設(shè)備是前裝后卸式鏟斗裝載機(jī)，其中冶金、化工、等地下使用較多的是軌道式電動和氣動裝載機(jī)。 耙斗 裝載機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，同意設(shè)計和制造、重量輕、便于搬運，但耙斗裝載機(jī)有效耙運距離不長、作業(yè)率低、在有底部結(jié)構(gòu)出礦的電耙運礦中，需要有溜井和漏斗，其采切巷道工程量較大。 蟹爪式裝載機(jī)能夠連續(xù)裝載作業(yè)，而且整機(jī)的機(jī)動性好，故生產(chǎn)率較高，這種形式的裝載機(jī)都運用地下礦山要求生產(chǎn)率中等或裝載后運輸距離較長且專用運輸設(shè)備配套使用的場合。 鏟斗裝載機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，堅固耐用，設(shè)備價格較低，操作和維修簡單 方便，對于一般礦巖均可裝載。所以在巷道和硐室掘進(jìn)及小采場得到廣泛使用。 鏟斗裝載機(jī) 是以鏟斗鏟取物料 ，然后使鏟斗后翻或側(cè)翻，將鏟斗內(nèi)的物料卸入礦車或其他運輸設(shè)備。這種裝載機(jī)一般用于裝巖石，是煤礦巖巷掘進(jìn)較普遍使用的一種裝載機(jī)。 本設(shè)計的目的是設(shè)計能在小截面的地下巷道中裝巖的裝載機(jī)械。所以選鏟斗裝載機(jī)進(jìn)行設(shè)計。 鏟斗裝載 機(jī) 分類及組成 鏟斗裝載機(jī)種類很多，按機(jī)器總體結(jié)構(gòu)可分為：直接卸載式、帶運輸機(jī)式和帶儲礦倉式三類。 遼寧工程技術(shù)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 鏟斗裝載機(jī)按行走機(jī)構(gòu)不同，分有：軌輪式、履帶式和輪胎式，而煤礦井下多用軌輪式鏟斗裝載機(jī)。 鏟斗裝巖機(jī)的主要組成部分：行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)。 行走機(jī)構(gòu)主要包括發(fā)動機(jī)、輪軸和減速箱等。鑄鋼的減速箱體是行走機(jī)構(gòu)的底架，又是機(jī)器的架體，它的前部是一個整塊的半圓行緩沖器，用以拖掛礦車。減速箱上部裝有回轉(zhuǎn)托盤，用以安裝機(jī)器的回轉(zhuǎn)部分。 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要包括上下回轉(zhuǎn)盤、滾珠、滾珠圈及中心軸等。在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上部裝有工作機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的作用是使工作機(jī)構(gòu)在水平面內(nèi)偏轉(zhuǎn)一定角度，以便鏟裝巷道兩側(cè)的巖石，擴(kuò)大裝巖范圍。 提升機(jī)構(gòu)主要包括發(fā)動機(jī)、減速箱、卷筒及鏈條。提升機(jī)構(gòu)的作 用是提起鏟斗向后卸載。鏟斗下放復(fù)位則靠緩沖彈簧反力和工作機(jī)構(gòu)自重作用實現(xiàn)。 工作機(jī)構(gòu)主要包括鏟斗、斗臂、橫梁及穩(wěn)定鋼絲繩。提升鏈條一端通過安全銷軸連于鏟斗架的橫梁上，另一端連于提升減速器的卷筒上。工作機(jī)構(gòu)的作用是直接完成裝卸工作。 操縱機(jī)構(gòu)是由接觸器、開關(guān)、按鈕或主控閥等組成。裝巖機(jī)的鏟裝、卸載、前進(jìn)和后退都由變換操縱機(jī)構(gòu)狀態(tài)來實現(xiàn)。 主要技術(shù)參數(shù) 主要用于巷道和硐室掘進(jìn)及采場礦巖的裝載工作；近于水平裝載 ， 或傾斜小于 8 的巷道； 裝載機(jī)最大揚高 2h 即是裝載機(jī)在工作中揚斗時的最大高度；在大多數(shù)情況下 ， 2h 是在鏟斗尖 e 的運動軌跡上； 卸載高度 0h 即是鏟斗在卸載狀態(tài)是頂板和軌面的最小高度 。 如果已知所配用的礦車高度為 4h ， 則卸載高度 0h 為： ? ?04 30 ~ 50hh?? 卸載距離 2L 是鏟斗在卸載狀態(tài)時頂板前緣最外點至裝巖機(jī)掛鉤銷軸中心線之水平距離 。 小型（斗容小于 3m ） 2 2 5 0 ~ 3 3 0L m m? 中型（斗容為 ~ 3m ） 2 300 ~ 400L m m? 李剛 ： 裝載機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計 4 大型（斗容大于 3m ） 2 4 0 0 ~ 6 0 0L m m? 鏟斗卸載角 ? 是鏟斗在卸載狀態(tài)時頂板與水平面的夾角。卸載角度直接影響斗中物料被拋射距離的大小以及物料是否能夠順利地傾卸干凈。卸載角 ? 一般可取為：25 ~ 35?? 機(jī)體離地最小間隙 k ， 是指機(jī)器行走部分的最低點至軌道頂面所在平面的最小距離。最小間隙 k 值的大小，直接影響裝巖機(jī)在軌道上行駛時的通過性能，推薦值一般取30 ~ 50k mm? ； 裝巖機(jī)的寬度 0b ，主要考慮配套車輛及其他轉(zhuǎn)運設(shè)備的寬度及司機(jī)工作安全距離；0b 一般可由下式確定： 0 1 22b b b?? 式中 1b 巷道寬度，在巷道腰線（巷道側(cè)壁上，沿走向與軌面垂直高度為 1m 的線上）上測量， 2b 估計能容納司機(jī)和行人的安全距離，一般可取 2 500 ~ 600b m m? ； 裝巖機(jī)的軸距 1 ( 1 ~ 4)LR? 1L ，其值大小直接影響裝巖機(jī)的長度方向尺寸和整機(jī)縱向穩(wěn)定性。軸距 1L 值一般 依據(jù)所需通過的彎道曲率半徑來確定，可近似取為：1 (0 .1 1 ~ 0 .1 4 )LR? ，式 1L 裝巖機(jī)的軸距。 R 彎道的最小曲率半徑。 遼寧工程技術(shù)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 2 工作機(jī)構(gòu)設(shè)計 工作機(jī)構(gòu)主要包括鏟斗、斗臂、橫梁及穩(wěn)定鋼絲繩。提升鏈條一端通過安全銷軸連于鏟斗架的橫梁上，另一端連于提升減速器的卷筒上。工作機(jī)構(gòu)的作用是直接完成裝卸工作。 鏟斗的設(shè)計 鏟斗 工作機(jī)構(gòu)上直接與巖石頻繁接觸的部件 。 其集合尺寸和結(jié)構(gòu)型式設(shè)計合理與否 ，直接影響裝 載機(jī)的生產(chǎn)率和使用性能 。 鏟斗設(shè)計的主要要求是 ： 插入阻力小 、 裝滿系數(shù)高 、卸載干凈和堅固耐用 。 鏟斗示意圖如圖（ 21）所示： 圖 21鏟斗示意圖 Fig 21 spade Dou sketch map 1。 鏟斗幾何尺寸的確定 ： 鏟斗底邊長度 L： 李剛 ： 裝載機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計 6 32 0 1 0 ( 0 . 6 5 8 0 . 7 5 1 )4KLVL? ? ?（ h + h ） ( b + b ) (11) 33/ ( 0 . 6 5 7 0 . 7 5 1 ) 0 . 2 / ( 0 . 6 5 7 0 . 7 5 1 ) 5 2 2L V m m? ? ? ? ? (12) 鏟斗后側(cè)高度 0h : 0 ( ~ )L?h (13) 取 0?h 313mm 鏟斗前端高度 2h : 2 ( ~ ) L?h (14) 取 2?h 574 mm 斗底寬度 0b : 0 ( ~ )L?b (15) 取 0?b 522 mm 開口寬度 1b : 1 (1~ )L?b (16) 取 1?b 679 mm 裝載機(jī)寬度 B ?。?B= 1?b 679 mm 考慮鏟斗幾何形狀及外 廓尺寸要使鏟斗插入阻力較小 ， 并具有較好的使用性能 ， 鏟斗設(shè)計如下 ： 鏟斗底板前端為橢圓弧舌尖 ， 實驗證明其插入阻力比直線形前刃的插入阻力減少10%~20% ； 為能清理軌道間巖石 ， 底板前端中央部分應(yīng)下凹 ， 下凹垂直高度 h 取 ： 50mm 實驗和實踐證明為了使鏟斗便于插入巖石堆當(dāng)角度在 5~8oo時鏟斗插入效果較好 ， 角度過大會使插入阻力增大 ， 角度太小在鏟取過程中容易被巖石堆頂出 ， 而使插入阻 力顯著增加 。 取 0 8?? 遼寧工程技術(shù)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 側(cè)板下部前緣與水平面間夾角 45?? ， 同時前緣下部應(yīng)向外鼓并有圓弧形缺口 ， 這樣可使插入阻力明顯下降 。 頂板在寬度方向做成圓弧形 ， 使鏟斗在卸載時有收斂物料作用 。 斗底前刃視需要可安裝斗齒 3~5 個 。 斗齒寬度約為 30~40 mm， 間距一般為 90~100 mm， 斗齒超出 斗刃的長度為 50~70 mm。 考慮到巖石堆平均塊度的影響 ， 齒間距取 100 mm， 又因為由上邊計算得鏟斗底邊長度L=522mm， 所以在斗底安裝齒數(shù)為 4個 。 考慮的斗齒的磨損 ， 斗齒寬度取為 40 mm。 考慮提升時力矩原因 ， 斗齒長度相應(yīng)取小 ， 取為 50 mm。 鏟斗上板的形狀有兩種形式 ： 一種是平面形的 ， 另一種是橫截面為圓弧形的 。 后者能有效的利用空間尺寸 ， 并使鏟斗在卸載時有收斂作用 。 因此上板形狀 選擇 橫截面為圓弧形的 。 鏟斗工作條件惡劣 ， 并承受很大的沖擊載荷 ， 特別是斗底的前刃容 易發(fā)生扭曲 、 卷刃或急劇磨損 。 因此 ， 鏟斗的材料及工藝的選擇原則 ， 主要考慮堅固 、 耐磨且經(jīng)濟(jì) 。 制作鏟斗主要選用結(jié)構(gòu)鋼板 ， 厚度一般為 8~12mm 。 取厚度為 10mm 。 底板和側(cè)板的前刃要貼焊錳合金鋼板加固 ， 并施以堆焊 。 常采用高錳鋼堆焊焊條 220 220n r nT D M D C M（ ） 和 （ ）。 采用的焊縫形式主要是角焊和對焊 。 鏟斗結(jié)構(gòu)焊制完畢后 放入石灰內(nèi)進(jìn)行時效處理 。 工作阻力的計算 裝載阻力的計算一直是裝載機(jī)設(shè)計方面的重要 研究課題 ， 國內(nèi)外許多研究人員通過實驗建立了經(jīng)驗公式 ， 對裝載機(jī)設(shè)計技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展做出了貢獻(xiàn)． 經(jīng)驗公式 在一定的區(qū) 間(例如插入阻力在 0． 5～ 0． 7斗底長度范圍內(nèi) )或特殊點進(jìn)行計算 ， 其值比較接近實際 。 裝載機(jī)工作阻力包括 ： 插入阻力和鏟取阻力 。 插入阻力就是鏟斗插入料堆過程中 ， 料堆對鏟斗的反作用力．壓實區(qū)的形成是產(chǎn)生插入阻力的重要因素 ， 故認(rèn)為影響壓實區(qū)大小的因素也是影響插入阻力大小的因素．試驗表明 ， 壓實區(qū)的大小隨物料的塊度 、 重度和堆高的增大而增大 ， 是引起插入阻力變化的內(nèi)在因素．但在一定條件下 ， 改變鏟斗形狀和結(jié)構(gòu)尺寸 ， 以及一次插入深度等外部因素 ， 也可使壓實區(qū)在一定范圍變化．試驗表明 ， 插入深度大則壓實區(qū)體積大 ， 插入阻力也大 ， 并且插入阻力與插入深度的 1． 25次方成正比；曲線形鏟斗底刃 ， 無論在何種情況下 ， 插入阻李剛 ： 裝載機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計 8 力都比直線形底刃小 10％～ 20％ ， 若裝上梯形截面的斗齒 ， 可進(jìn)一步降低插入阻力；插入阻力還隨斗底傾角的增大而增大 ， 隨鏟斗寬度的增大而增大．為能夠反映各個因素對鏟斗插入阻力的影響 ， 在經(jīng)驗公式中用影響系數(shù)來考慮．即插入阻力 的經(jīng)驗公式為 ： 1 .2 51 2 3 49 .8F K K K K B L? ? ? ? ? ? ? (17) 查表 54 取塊度與松散度系數(shù) 1K 查表 55 取物料的性質(zhì)系數(shù) 2K 查表 56 巖石堆高系數(shù) 3K 鏟斗的斗形系數(shù) 4K 在（ 1~ ）之間取 插入深度 L取底邊長度的 12~33 則：插入阻力 1 . 2 59 . 8 1 . 3 0 . 1 0 . 5 5 6 7 . 9 1 . 4 3 0 3 5 9 7 . 4 0FN? ? ? ? ? ? ? ? (18) 鏟取阻力 鏟取阻力是指鏟斗插入料堆一定深度后 ， 用 提升鏈提升鏟斗 時 ， 料堆對鏟斗的反作用力．鏟取過程就是鏟斗中物料與料堆之間沿滑動線 (45 )2?? ( 為松散物料的內(nèi)摩擦角 )的剪切過程．這個剪切面積在開始時最大 ， 以后逐漸減?。虼俗畲箸P取阻力發(fā)生在鏟斗開始提升的時刻 ， 隨著動臂的提升 ， 鏟取阻力逐漸減?。? 開始提升時鏟取阻力 ZF : 2. 2Z B cF L B ?? ? ? ? (19) 鏟斗開始提升時剪切應(yīng)力 c? 查表 57取 故 ： 2 .2 0 .2 6 1 0 .6 7 9 3 9 0 0 0 1 5 2 0 5 .4 0ZFN? ? ? ? ? (110) 斗臂的設(shè)計 斗臂曲線有特殊曲線 、 半圓弧曲線和多段圓曲線 。 特殊曲線 ， 經(jīng)常使用的特殊曲線有阿基米德螺旋線和對數(shù)螺線 。 采用特殊曲線作為斗臂工作曲線 ， 可使起動速度緩慢 ， 拋射速度較高 ， 零部件受力狀態(tài)較好 。 但這種曲線的斗遼寧工程技術(shù)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 臂模型制造困難 ， 鑄造過程變形大 。 半圓 弧曲線作為斗臂工作曲線 ， 設(shè)計和繪制比較簡單 ， 構(gòu)件制造比較容易 ， 零部件受力較均勻 。 但這種斗臂起動速度較大而拋射速度不夠大 ， 工作曲線始端易磨損 ， 工作效率較低 。 多段圓弧一般由三段至五段圓弧平滑連接而成 ， 曲線的曲率半徑由小到大順序遞增 。這種曲線的設(shè)計和繪制比較麻煩 。 因其優(yōu)點突出 ， 所以在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用 。 所以設(shè)計斗臂曲線時采用多段圓弧 。