礦車清車機設(shè)計.doc

1緒論礦車在煤礦井下運輸中占有十分重要的地位，煤矸粘結(jié)礦車車底，是煤礦生產(chǎn)運輸過程中存在的一個普遍問題。經(jīng)常而及時地清掃礦車車箱是提高礦井軌道運輸效率的重要因素。所以，清理車底的問題，在煤礦就顯得尤為重要。清掃礦車車箱的主要要求是及時和干凈，否則日積月累形成的煤、巖粉粘結(jié)層厚而結(jié)實，使用現(xiàn)有的任何清掃方法均難以立刻完全見效。清理礦車粘結(jié)物，可分為人工和機械清理、高壓水射流清理等。用人工清理，勞動強度大，清車速度慢，且不符合煤礦安全生產(chǎn)規(guī)定；采用機械清理，不僅可以降低勞動強度而且清車效果好，效率高；高壓水射流清理由于耗水量大，在推廣上受到限制。目前國內(nèi)礦車清理機械形式繁多，品種不一，而且造價較高。1.1國內(nèi)幾種礦用清車機簡介70年代中后期，煤炭工業(yè)部召開了多次礦車清理機械化經(jīng)驗交流會，此后國內(nèi)許多煤炭、冶金和化工等礦山推出了多種適合自己具體條件的清車機。這些清車機在提高運輸效率和減小工人勞動強度方面都起了一定的作用。但是，由于各個礦山的具體條件不同和清車機本身的某些不完善之處使它們的發(fā)展受到了一定的限制。盡管如此，在完善和創(chuàng)新兩方面仍然取得了不少可喜的成果。礦用清車機按照工作原理可分為振動法、電滲法、高壓水射流法、機械法等，其中振動法又包括電磁振動、電動高頻振動、電動低頻振動、風(fēng)力振動以及與翻車機籠體聯(lián)動的無動力振動等；機械法又包括抓斗式、刮板式和圓盤（旋轉(zhuǎn)）式等。現(xiàn)將幾種主要的礦用清車機簡介如下：一、振動清車機振動清車機是我國使用比較早、研究比較多的一種清車機。在多年的實踐和研究中，通過取長補短和采用有關(guān)的新技術(shù)，已逐步趨于完善。部分金屬礦山在采用電動高頻振動清車機時，吸取了電動低頻振動清車機的長處，由沖擊強度和剛度比較小的礦車底部或兩側(cè)改為沖擊強度和剛度比較大的礦車斗緣，以延長礦車的使用壽命：用比較簡單的偏心軸皮帶輪取代比較復(fù)雜的振動器，使結(jié)構(gòu)簡單近年來，廣東某礦在清車機上采用小功率振動電機獲得了成功。取得了明顯的經(jīng)濟效益。煤炭部門所最多采用的電動低頻振動清車機雖有不少優(yōu)點，但缺點也較多。湘東鐵礦礦務(wù)局對北京有色冶金設(shè)計研究總院為南京鳳凰山鐵礦設(shè)計的低頻振動清車機作了一些改進(jìn)，由原來比較復(fù)雜的單獨安裝簡化為與翻籠固定在一起，由原來需要摘鉤、每次只能清理一輛礦車改為不需要摘鉤，每次能清理兩輛礦車。東北工學(xué)院和北京有色冶金設(shè)計研究總院所作的電測應(yīng)力分析表明，翻籠安裝這種清車機對其強度影響是不大的，因而不必另外增加靜籠的結(jié)構(gòu)強度。為了向安裝在翻籠上的清車機電機供電，在煤礦上采用集電環(huán)聯(lián)動機構(gòu)之后，一些金屬礦山又推出了電磁給電裝置和電動推桿給電裝置。二、電滲清車器電滲法清理礦車是在外電場的作用下，以水為介質(zhì)在礦車與粘結(jié)物之間形成一層水膜，使粘結(jié)物與車壁脫離而達(dá)到清理礦車的目的。這種方法具有無噪聲、無粉塵、不損壞礦車等優(yōu)點。但是由于耗電較多，故它僅適用于存積物含水量較高的礦車。該方法起初在徐州權(quán)臺煤礦使用。后來，銅陵銅山銅礦和龍游黃鐵礦等金屬礦山也陸續(xù)采用，并取得了較好的效果。三、高壓水射流聯(lián)合機械截齒清理機該種礦車清理裝置的工作機理包括高壓水射流清理和機械截齒清理兩部分。高壓水射流清理：高壓水經(jīng)噴嘴噴出后形成具有一定動能的高壓水射流，當(dāng)作用于礦車粘結(jié)物時，將對其進(jìn)行切割和沖刷作用，使有一定粘結(jié)力的非固結(jié)性粘結(jié)物迅速脫落，同時高壓水射流沖人粘結(jié)物的縫隙和孔洞后，則產(chǎn)生高壓水楔作用，使粘結(jié)物的縫隙和孔洞不斷擴展斷裂，而破碎脫落。機械截齒清理：利用螺旋分布的截齒對堅硬粘結(jié)物的切割作用，使粘結(jié)物快速與礦車分離。結(jié)構(gòu)組成該種清理裝置主要由可三維空間移動的門式組合機架、高壓泵站、電控系統(tǒng)和截齒可伸縮清理滾筒等組成，其中清理滾筒是實現(xiàn)清理作業(yè)的直接執(zhí)行部件。截齒可伸縮清理滾筒由圓柱形筒體、切割截齒、高壓水射流噴嘴、旋轉(zhuǎn)密封等組成，筒體上螺旋分布著12個切割截齒和6個高壓水射流噴嘴，每個切割截齒能沿其旋轉(zhuǎn)直徑方向在50mm的范圍內(nèi)伸縮移動，以適應(yīng)變形礦車的清理。高壓水射流噴嘴隨截齒螺旋均勻分布，泵站提供的高壓水，經(jīng)高壓管路和旋轉(zhuǎn)密封進(jìn)入圓柱形筒體的中心孔，由各噴嘴噴出而形成高壓水射流，實現(xiàn)對粘結(jié)物的沖刷、冷卻潤滑截齒和滅塵的作用。四、機械清車機機械清車機利用電動機帶動清掃器在礦車車箱內(nèi)轉(zhuǎn)動清除車底的粘結(jié)物。清掃器有金屬刷式、盤式、滾筒式、螺旋割刀式等幾種。清車機的橫向行走部、縱向行走部、截割部都是由許多機械零件組合起來的，因此，結(jié)構(gòu)笨重、操作復(fù)雜、維修量大。此外，使用這種清車機還需二次翻卸，費工費時，效率不高。有關(guān)煤礦雖作了一些改進(jìn)，但效果不明顯。吉林通化銅礦曾研制成一臺由刷洗頭、制動軸、減速器和電動機等組成的車箱清掃器。其縱向行走部分是一個裝有四個小輪的小車，能沿軌道前進(jìn)或后退。清掃器底座與小車鉸接，能繞鉸點上下和左右擺動。最近，這類清車機有了新的進(jìn)展。由洛陽工學(xué)院等單位研制的Qw3型機械銑切臥式三噸礦車清車機通過了技術(shù)鑒定。據(jù)稱，適應(yīng)性強；能利用部分現(xiàn)有配件和標(biāo)準(zhǔn)件，便于加工；與同類產(chǎn)品相比成本低、省人、省力、省電、經(jīng)濟效益好。機械圓盤截齒式礦車清掃機1-電動機2-減速器3-小鏈輪4鏈輪大軸5-截盤軸6-圓截盤7-前輪軸8-大齒輪9-雙向摩擦離合器10-小齒輪11-大齒輪12-單向摩擦離合器13-錐齒輪14-下踏板15-離合器手把16-底輪傳動軸17-錐齒輪組18-換向手把19-升降架20-升降手輪21司機座椅22-上車架23-底架五、液壓清車機液壓傳動與機械、電氣、氣壓傳動相比，其主要優(yōu)點是容易實現(xiàn)無級變速，調(diào)速范圍大，單位重量的輸出功率大，結(jié)構(gòu)緊湊，慣性小，能傳遞大扭矩和較大的推力，控制和調(diào)節(jié)簡單、方便、省力，可實現(xiàn)自動控制和過載保護(hù)。因此，近年來，各種液壓清車機相繼問世。1980年4月，邯邢礦山局礦山研究所研制成功YQJ型液壓清車機，它用于符山鐵礦側(cè)卸式礦車，以鏟頭的鏟扒達(dá)到清車的目的。1983年，湖南馬田煤礦研制成功液壓鏟抓式清車機，其效果優(yōu)于圓盤切割式清車機和機械高頻振動清車機不需要二次翻卸。1986年l2月，徐州礦山設(shè)備制造廠試制成功的適用于lt礦車的YQl型液壓清車機通過了市級技術(shù)鑒定。1987年5月，徐州礦山機械廠和中國礦業(yè)大學(xué)共同研制的適用于U型礦車的YLQ型液壓螺旋式清車機通過了部級技術(shù)鑒定。這幾種清車機的共同特點是結(jié)構(gòu)緊湊、操作輕便靈活，拆裝維修方便等。最近，福州大學(xué)又研制成全液壓礦車清理機控制系統(tǒng)，以液壓邏輯元件組成的邏輯控制回路取代由電器元件組成的控制線路，實現(xiàn)對清車機的自動控制。整機除了用防爆型電機及磁力啟動器驅(qū)動油泵工作外，沒有其它電器元件，符合井下防爆要求。1.2液壓礦車清車機的特點以前研制的圓盤截齒式清車機(見上圖)，屬于六十年代產(chǎn)品。該機前后、左右等行走部靠磨擦離合器控制，運行容易產(chǎn)生打滑，無法保證正常工作。同時該機操作復(fù)雜、清車效果差，滿足不了煤礦實際生產(chǎn)的需要。為此，我針列該機使用上存在的這些缺點，對原清車機進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計了一臺液壓式雙圓盤截齒清車機。在設(shè)計過程中，我吸取了國內(nèi)各類清車機的特點，經(jīng)過分析與論證，最后選定了液壓式雙圓盤截齒清車機。根據(jù)以前的清車機現(xiàn)場使用情況，我認(rèn)為傳動機構(gòu)必須有一定的過載能力，設(shè)計時須考慮沖擊負(fù)荷對清車機的影響，應(yīng)采取相應(yīng)的減振、緩沖和過載保護(hù)等措施。液壓控制部分的流量與壓力必須滿足該機縱向、橫向行走速度的要求。在零部件的設(shè)計選型中，在不影響總體設(shè)計的情況下，盡量采用了煤礦常用標(biāo)準(zhǔn)零部件。如軌道傳動部分中選用的車輪、車架、軌道、軸承等均系煤礦常用標(biāo)準(zhǔn)零部件。1.3液壓式雙圓盤截齒礦車清車機簡介液壓式圓盤截齒清車機主要由行走機構(gòu)、截割機構(gòu)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)以及操作機構(gòu)等四部分組成。各部關(guān)系如下圖所示。礦車清車機組成圖框1、縱向行走機構(gòu)：由上車體、縱向行走輪軸、縱內(nèi)行走液壓缸等組成。由于縱內(nèi)行走液壓缸的缸體與縱向行走的軌道架連接，而活塞桿與上車架連接，因此通過操作換向閥，使液壓油進(jìn)入壓力缸，使活塞作往復(fù)運動以帶動清車機前進(jìn)或后退。2、橫向行走機構(gòu)：由下車體、橫向行走輪軸、橫向行走油液壓缸等組成。橫向行走液壓缸的缸體鉸接在地面上，活塞桿與下車體底托盤連接。同理操作換向闊的手柄即可使清車機左、右行走。行走機構(gòu)截割機構(gòu)礦車操作機構(gòu)3、截割機構(gòu)：由圓形截盤，升降臂和支承截盤的軸承等組成。截割盤是清車機的主要工作部件。每個截齒盤上裝有四個截齒。截齒的旋轉(zhuǎn)是通過鏈條傳動的。為適應(yīng)礦車清理的需要，升降臂靠液壓活塞可作上下擺動，以達(dá)清理整個車底之目的。4、驅(qū)動機構(gòu)有氣動、液動、電動和機械式四種形式。氣動式速度快，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。采用電位控制或機械擋塊定位時，有較高的重復(fù)定位精度。液動式可實現(xiàn)連續(xù)控制，使工業(yè)機械的用途和通用性更廣，定位精度一般在1mm范圍內(nèi)。本設(shè)計采用液動驅(qū)動方式。5、液壓傳動系統(tǒng)，如下圖所示液壓傳動系統(tǒng)圖1.橫向行走液壓缸2.電磁換向閥3.電磁溢流閥4.縱向行走液壓缸5.電磁換向閥6.電磁溢流閥7.仰俯液壓缸8.電磁換向閥9.電磁溢流閥10.液壓馬達(dá)11.電磁換向閥12.電動機13.齒輪泵14.濾清器15.空氣濾清器16.液位液溫計17.壓力表清車機安裝在垂直于翻車機縱向中心線的專用硐室中，翻車機專用于安放待清礦車于水平位置。清掃過程是，載重礦車進(jìn)入翻車機，翻車機連同礦車朝清車機的相反方向旋轉(zhuǎn)270度完成卸載后開動清車機，割盤由液壓馬達(dá)通過鏈條帶動旋轉(zhuǎn)，操縱縱向液壓換向閥，壓力油進(jìn)入液壓缸，縱向液壓缸伸出，使機身縱向前進(jìn)，將割盤伸入到礦車內(nèi)，割盤旋轉(zhuǎn)，截割粘車底煤。然后操縱橫向換向閥，壓力油進(jìn)入液壓缸，橫向液壓缸作往復(fù)運動，使截盤沿礦車往復(fù)截割，并可配合仰俯換向閥，可使截盤上下擺動，直到全部清理干凈為止。1.4與原機械式礦車清車機的比較與機械式礦車清掃機相比較液壓礦車清車機主要改進(jìn)了以下部位:1、由摩擦離合器控制行走部改為液壓控制，控制系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)代替，安裝了多路液壓換向控制閥，分別控制清車機前后、左右行走及割盤升降。2、增設(shè)了傳動軸中心距調(diào)整裝置：降低工作噪聲，延長使用壽命。3、增加鏈保護(hù)罩，為鏈傳動提供更優(yōu)的工作環(huán)境。4、由單排鏈改為三排鏈，極大地減小了鏈輪尺寸。5、主要傳動軸的滑動軸承均改為滾動軸承，并增加了密封，減少傳動系統(tǒng)的磨損與振動，延長了壽命。1.5礦車清車機設(shè)計的目的畢業(yè)設(shè)計是本科教學(xué)的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)完技術(shù)基礎(chǔ)課及有關(guān)專業(yè)課以后的一個專業(yè)課程內(nèi)容的綜合設(shè)計。礦車清車機的設(shè)計正是通過具體設(shè)計來提高學(xué)生的機構(gòu)分析與綜合能力、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力、機電液一體化系統(tǒng)設(shè)計能力，掌握實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的設(shè)計方法有效途徑。通過這一教學(xué)環(huán)節(jié)要求達(dá)到：（1）通過設(shè)計，把有關(guān)課程（機構(gòu)分析與綜合、機械原理、機械設(shè)計、液壓與氣動技術(shù)等）中所獲得的理論知識在實際中綜合地加以運用，使這些知識得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識和生產(chǎn)密切的結(jié)合起來。因此，礦車清車機設(shè)計是有關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課以后的綜合性的專業(yè)課程設(shè)計。（2）礦車清車機設(shè)計是機械工程及自動化專業(yè)的學(xué)生一次比較完整的機電一體化整機設(shè)計。通過設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生獨立的機械整機設(shè)計的能力，樹立正確的設(shè)計思想，掌握機電一體化機械產(chǎn)品設(shè)計的基本方法和步驟,為自動化機械設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。（3）通過設(shè)計，使學(xué)生能熟練的應(yīng)用有關(guān)參考資料、計算圖表、手冊、圖冊和規(guī)范；熟悉有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)，以完成一個工程技術(shù)人員在機械整體設(shè)計方面所必須具備的基本技能訓(xùn)練。（4）煤礦生產(chǎn)的需要。2總體設(shè)計的方案確定2.1方案的制定原則此次畢業(yè)設(shè)計的題目是礦車清車機的設(shè)計。作為一次整機的設(shè)計，對各方面都有明確的原則要求。1）設(shè)計出的整機礦車清車機要能夠在控制系統(tǒng)的控制驅(qū)動下，準(zhǔn)確實現(xiàn)預(yù)定動作，完成設(shè)計任務(wù)；2）設(shè)計出的整機礦車清車機結(jié)構(gòu)尺寸要合理，要具有良好的工藝性，方便制造，方便安裝。要留有合理的空間，以便各種控制線路或是液壓油路的鋪設(shè)；3）設(shè)計出的整機礦車清車機在最大負(fù)載情況下要能夠符合強度要求。并且，為了提高其抗瞬間振蕩沖擊的能力，應(yīng)留有一定的強度和功率余度。原則是固定的大框架，在設(shè)計過程中，還應(yīng)在遵循大框架的前提下，做一些靈活的變動，以達(dá)到設(shè)計的良好工藝性、高效性，積極應(yīng)用各種優(yōu)化設(shè)計方法。2.2本設(shè)計方案的規(guī)劃2.2.1清車機各部分的設(shè)計一、礦車清車機運動方式的選擇礦車清車機，不僅要求能夠順利的實現(xiàn)動作，而且還要求這種有目的的動作能夠有耗時短、動作迅速，效率高，能耗小的特點。所以，在設(shè)計礦車清車機的時候，我們就要