【正文】 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱：機(jī)械設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目： 卸煤機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì) 院 系： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 工程機(jī)械 年 級(jí)： 2009 級(jí) 姓 名： 指導(dǎo)教師： 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)2012 年 3月 4 日前言隨著我國對(duì)煤炭能源需求的不斷增加，現(xiàn)代交通工具的煤炭運(yùn)量的提高，研發(fā)快速高效的卸煤工具也是急需解決的問題，同時(shí)也是必需的。尤其是火車運(yùn)煤的裝卸工具，要求其具有快速高效性，能代替大量人力勞動(dòng)，能在較短的時(shí)間內(nèi)完成大量煤炭的卸載任務(wù)。卸煤機(jī)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是工作裝置的設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的是火車卸煤機(jī)，主要用于工礦企業(yè)、港口、站臺(tái)及重點(diǎn)防火單位，對(duì)小范圍大批量的泡、松、散煤、礦石、塊料進(jìn)行裝卸、堆垛、拆垛和喂料作業(yè)。本篇設(shè)計(jì)主要是在常用火車卸煤機(jī)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際的要求改進(jìn)工作裝置中的鏟斗以增加鏟斗容量，從而提高工作效率。鏟斗設(shè)計(jì)成可伸縮式的，分為左、中、右三塊鏟板，中間的鏟板是和斗桿相連的，而左右兩塊鏟板可沿著中間鏟板向相反方向移動(dòng)，從而增加了鏟斗的寬度，提高了鏟斗單次扒煤的體積。左右鏟板的移動(dòng)依靠其上的螺母和中間鏟板的絲杠的螺旋連接實(shí)現(xiàn)它們的螺旋傳動(dòng)，絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)由液壓馬達(dá)通過齒輪傳動(dòng)系或者鏈條傳動(dòng)系實(shí)現(xiàn)。而液壓馬達(dá)則由卸煤機(jī)的液壓系統(tǒng)供油使其轉(zhuǎn)動(dòng)。整個(gè)鏟斗上面由鏟板機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)組成，是一個(gè)整體，考慮到整個(gè)鏟斗結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量可能較大，所以選擇了較小的液壓馬達(dá)，滿足功率的需求即可，而且選材方面盡量選擇質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、變形小的材料，以減輕整個(gè)鏟斗的變形量和重量。另外，一般卸煤時(shí)車底都會(huì)聚集大量的煤，用卸煤機(jī)卸煤時(shí)可在車廂的底部另外設(shè)計(jì)一個(gè)擋板，防止卸下的煤鉆到車底下?？梢怨?jié)省人力清理車底，提高效率。這樣擋板和卸煤機(jī)兩者同時(shí)配合地作業(yè)，大大提高了工作效率，縮短了工作時(shí)間，節(jié)省了人力成本。經(jīng)設(shè)計(jì)的卸煤鏟斗既可以裝在挖掘機(jī)上使用，也可以裝在卸煤機(jī)上使用，與普通的挖掘鏟斗具有同樣良好的互換性，區(qū)別在于它們的結(jié)構(gòu)和功用不同。隨著卸煤量的增加，卸煤機(jī)的廣泛應(yīng)用，如何設(shè)計(jì)出一個(gè)更加快速高效便捷，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定耐用的卸煤工具變成了迫在眉睫的問題。圖1 卸煤鏟的爆炸圖圖2 卸煤鏟的裝配圖圖3 卸煤機(jī)的場(chǎng)景模擬圖目錄一、設(shè)計(jì)題目 1二、資料收集 1三、總體方案的確定 2四、液壓馬達(dá)的計(jì)算與選擇 4 4 4五、鏟板的計(jì)算與校核 5 5 6六、傳動(dòng)件的計(jì)算與校核 7 7 7 9 9七、軸系零、部件的計(jì)算與校核 12 13 14 15 16 17八、連接件的計(jì)算與校核 19 19 21 22九、鏟斗的運(yùn)動(dòng)仿真和動(dòng)力分析 22十、鏟斗的有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化 23 23 24 25 25 25 26十一、心得體會(huì) 27十二、參考文獻(xiàn) 2827一、設(shè)計(jì)題目根據(jù)內(nèi)蒙彤峰公司的要求，在現(xiàn)有的挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)可以在挖掘機(jī)上拆卸的卸煤工具，使其能快速高效的在較短的時(shí)間內(nèi)完成大量煤炭的卸載任務(wù)。裝載煤炭的火車車廂是C70（C70H）型通用敞車車輛，其主要特點(diǎn)是：采用屈服極限為450MPa的高強(qiáng)度鋼和新型中梁，載重大、自重輕；優(yōu)化了底架結(jié)構(gòu)，提高了縱向承載能力，適應(yīng)萬噸重載列車的運(yùn)輸要求。主要參數(shù)如下：C70型火車車廂參數(shù)載重自重容積長寬高（m）換長小門（長寬m）中門（長寬m）70噸77m31二、資料收集主要是借鑒HXX135型履帶式卸煤機(jī)對(duì)其鏟斗進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，在主體尺寸數(shù)據(jù)確定的情況下，設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行強(qiáng)度校核。HXX135技術(shù)參數(shù)（TECHNICAL SPECIFICATIONS）整機(jī)重量(kg)14180最大挖掘高度(mm)9740額定輸出(kw/rpm)最大卸載高度(mm)7090標(biāo)準(zhǔn)斗容(m3)最大挖掘深度(mm)7695系統(tǒng)工作壓力(Mpa)20最大挖掘半徑(mm)9100工作效率粉煤12分鐘/車皮；塊煤10分鐘/車皮機(jī)器最小回轉(zhuǎn)半徑(mm)2685動(dòng)臂回轉(zhuǎn)角度360176。尾部回轉(zhuǎn)半徑(mm)2130整車長高寬(mm)910027802470伸縮量程(mm)2100其主要性能特點(diǎn)：1. 裝置推土板配合山特重工專有的工作支腿平衡技術(shù)，穩(wěn)定性強(qiáng)，各種惡劣工況場(chǎng)地均能輕松應(yīng)對(duì)。2. 高效的液壓泵和液壓系統(tǒng)，采用定量雙回路液壓系統(tǒng)，動(dòng)臂、斗桿合流，工作效率高，系統(tǒng)可靠，具有超強(qiáng)的裝卸能力，在任何條件下都可以發(fā)揮完美的工作性能。3. 進(jìn)口的液壓先導(dǎo)操縱桿系，結(jié)合進(jìn)口回轉(zhuǎn)馬達(dá)和強(qiáng)勁的回轉(zhuǎn)減速器，加快動(dòng)臂速度和回轉(zhuǎn)速度的柔韌性，實(shí)現(xiàn)完美的復(fù)合作業(yè)性能，效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于同類產(chǎn)品。4. 加強(qiáng)型油缸及獨(dú)特三節(jié)動(dòng)臂，滿足各個(gè)角度的合理使用。5. 科學(xué)的設(shè)計(jì)提高了整車的工作效率，每臺(tái)機(jī)器可代替大量的人力、工作強(qiáng)度。6. 直噴式發(fā)動(dòng)機(jī)。強(qiáng)勁，省油，工作是每小時(shí)耗油5升左右，可以滿足各種高低貨臺(tái)。HXX135型履帶式卸煤機(jī)三、總體方案的確定由于題目要求主要是提高卸煤的速度和效率，那么可以在現(xiàn)有的挖掘機(jī)或者卸煤機(jī)的基礎(chǔ)上對(duì)其鏟斗進(jìn)行改進(jìn)，以增加每次鏟斗的鏟煤量。鏟斗的初始尺寸是高度1100mm、寬度350mm、長度800mm，堆裝斗容量q=，煤的散密度ρ=，煤重約為G=qρ=450kg,那么可以將鏟斗設(shè)計(jì)為長度可調(diào)的，但鏟斗太長會(huì)增加載重量，載重太大會(huì)使車身不平穩(wěn)，因此有必要計(jì)算鏟斗最大允許載重量Gmax。取整機(jī)（滿載）為研究對(duì)象，整機(jī)重量和機(jī)體尺寸都是已知的，則建立力學(xué)模型如下： 卸煤機(jī)整體受力分析對(duì)O點(diǎn)有Mo=0，則有Mg670Gmaxg8430=0，解得Gmax=1126kg。，為了安全起見，可將伸縮后的堆裝斗容量設(shè)定為原來的2倍，即qmax=。再根據(jù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式校核，堆裝斗容量q，平均斗寬B，鏟斗挖掘半徑R和轉(zhuǎn)斗拮據(jù)接滿轉(zhuǎn)角2 φ是鏟斗的四個(gè)主要參數(shù)。它們之間有以下幾何關(guān)系：（見【2】P25）q=R2B(2φsin2φ)Ks式中： 2φ—鏟斗挖掘裝滿轉(zhuǎn)角，一般取2φ=90176。~100176。，單位rad。Ks—。代入qmax=，R=，2φ=90176。，由上述公式可得：B=。取上面兩個(gè)結(jié)果的較小值B=，則可將左右鏟板設(shè)計(jì)為對(duì)稱分布的，長度為中間鏟板的一半400mm，各伸出300mm至總長為1400mm。對(duì)于驅(qū)動(dòng)鏟板移動(dòng)的傳動(dòng)裝置可設(shè)計(jì)為螺旋傳動(dòng)，即兩個(gè)螺母沿著一條絲杠向相反方向移動(dòng)，而驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)可設(shè)計(jì)為齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)齒輪，主動(dòng)齒輪和絲杠上的從動(dòng)齒輪嚙合驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)。液壓馬達(dá)的供油由車輛的液壓系統(tǒng)提供，可操作液壓馬達(dá)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)左右鏟板伸出和縮回。整個(gè)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單而穩(wěn)定，符合實(shí)際情況，也便于制作實(shí)物。 傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖四、液壓馬達(dá)的計(jì)算與選擇要確定液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和功率及其扭矩大小，并選定其產(chǎn)品型號(hào)，首先要計(jì)算馬達(dá)需要驅(qū)動(dòng)的最大荷載，確定左右鏟板移動(dòng)的速度，使馬達(dá)在其額定功率或以下工作，避免其超負(fù)荷工作。當(dāng)鏟斗寬度伸到最長并裝滿煤炭時(shí)，鏟板所受的壓強(qiáng)最大，鏟板伸出后的理論最大斗容量為qmax=，煤的散密度為ρ=，煤炭的總重量為G=qmaxρ=900kg，鏟板上所受的壓強(qiáng)大約為p=G()=6168Pa。鏟斗的材料選擇標(biāo)準(zhǔn)斗的國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)合金鋼Q345，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得鏟板與鏟板之間無潤滑時(shí)摩擦因數(shù)μ=，左右鏟板各受摩擦力Ff=μps=407N，其中s==。由于每個(gè)移動(dòng)鏟板的摩擦阻力為Ff=407N，并且當(dāng)左右鏟板的側(cè)面刮起車廂角落的煤時(shí)要承受一定的阻力Ff1，假定阻力為滿載重量的一半，即Ff1=