礦山水倉(cāng)清淤機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)

浙江科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEPAGE37礦山水倉(cāng)清淤機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)（機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院指導(dǎo)教師：）摘要：水倉(cāng)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(cāng)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(kāi)發(fā)的清淤機(jī)的功用所在。礦山水倉(cāng)清理的機(jī)械化是眾多礦山企業(yè)多年來(lái)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(cāng)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(wèn)題。以前的各種清倉(cāng)方式和設(shè)備存在著工期長(zhǎng)、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(cāng)清理工作裝置具有非常重要和長(zhǎng)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(guó)有近萬(wàn)家礦山開(kāi)采企業(yè)，該課題的研究對(duì)提高清理水倉(cāng)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(guò)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(chē)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(guó)內(nèi)外現(xiàn)有對(duì)水倉(cāng)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(guò)對(duì)國(guó)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：Undergroundsumpisthechannelwherethewaterflowsthroughundertheminewell.Anditshouldprecipitatethecoalandimpuritiesinwateratthesametime,andthecleanwaterisdrainedoffthroughthepumps.Becausethecontinuousprecipitationofthecoalandimpurities,thestoragemustbecleanedintimeafterbeingfilledwiththesludge,otherwiseitmayaffectthenormalminedrainage,andmayevenleadtothebigincidentsasdrownthewell.Thisistheissueinwhichtheresearchofthecleanmudmachine’sfunctionslie.Themechanizationofthecleanmachineusedintheminesumpsistheproblemwhichmanyminingenterpriseshavefailedtoproperlyresolve.Withthelevelofmechanizationandautomationinminingindustryimproved,thesump’scleaningismechanizedhasbeenplacedbeforetheminingenterpriseswhichneedtosolve.Thepreviousclearingmethodsandequipmentexistsmanydifferentdisadvantages,suchaslongperiod,inefficient,orthehighcostanddifficultyofmaintenance.Therefore,itisveryimportantandlong-temsignificantthattodevelopanewsumpcleaningmachine,whichishighlyefficientandreliable,andundergroundworkinlinewiththerequirements.Thisissuestemsfromtheactualsituationandithashighdemand.Thereareapproximately10000miningenterprises,theresearchofthetaskhasgreatsignificanceinimprovingtheefficiencyofcleaningthesumpandreducinglaborintensity.Butithasavastmarketandapplicationprospects.Thistextintroducedthenewmineclearingmachine’sworkingequipmentanditsdesignthinkingandprocess.Thenewworkingequipmentdevelopedinthissubjectshouldhavethefollowingmaincharacteristics:1)Smallsize,compactstructureandflexibilitytochangedirectionintheoriginalplace,particularlysuitablefortheundergroundworkinthesmallwell.2)Theworkingequipmentcanrelativelyrotatecomparedtothemachinebody,anditalsocanspadesoilwhenitdoesn’tmove.3)Theequipmentshouldbecommonused,andeasytobemodified.4)Theequipmentshouldmeetrequirementsofcontinuousloading,andimprovingtheefficiencyofundergroundwork,safetyandreliability.Accordingtotheabovefunctionrequirements,theauthorturnstomanyrelevantreferences,comparesandanalysesthedifferencesoftheexistingdomesticandinternationalresearchesaboutsumpcleaningtechnology.Basedonthecomparison,theresearcherdeterminesthedesignprogramofthisnewworkingequipmentanddoestherelevantstructuraldesign.Thethesisinterpretsthisnewequipment’sinnovationsbyanalyzingthepresentsituation,doingtheprogramdesignandthestructuraldesignanddesigningcomponentsandtherelevantcalculation.Keywords:mudcleaningmachine；workingequipment；ringchain；continuousloading第一章緒論1.1引言水倉(cāng)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(cāng)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(kāi)發(fā)的清淤機(jī)的功用所在。礦山水倉(cāng)清理的機(jī)械化是眾多礦山企業(yè)多年來(lái)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(cāng)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(wèn)題。以前的各種清倉(cāng)方式和設(shè)備存在著工期長(zhǎng)、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(cāng)清理工作裝置具有非常重要和長(zhǎng)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(guó)有近萬(wàn)家礦山開(kāi)采企業(yè)，該課題的研究對(duì)提高清理水倉(cāng)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(cāng)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(cāng)，分為內(nèi)環(huán)和外環(huán)，長(zhǎng)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(guò)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(cāng)。通常情況下水倉(cāng)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(guó)內(nèi)外清理水倉(cāng)的方法主要有以下幾種：①人工清理。這是全國(guó)目前絕大多數(shù)礦井采用的清理方式。清理過(guò)程為：人工裝罐（礦車(chē)）→移罐→絞車(chē)?yán)胫飨锏馈本嵘恋孛?，一般需?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；②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，可靠性較差，維護(hù)費(fèi)用高。③微型裝載機(jī)清倉(cāng)。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(guò)程不連續(xù)，操縱繁雜等問(wèn)題未能很好解決，故企業(yè)并不很多。④污泥泵—脫水設(shè)備清倉(cāng)。這種方式是將脫水設(shè)備和罐籠放置在水倉(cāng)進(jìn)口處，其清倉(cāng)流程是：污泥泵→抽排設(shè)備→過(guò)濾緩沖器→加壓設(shè)備→脫水設(shè)備→裝罐籠。在清倉(cāng)過(guò)程中，需要不斷向被清水倉(cāng)內(nèi)注水，同時(shí)隨著清理距離延長(zhǎng)，要不時(shí)地更換管道長(zhǎng)度。另外該清理水倉(cāng)方式還存在使用設(shè)備較多。⑤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(chē)，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(cāng)，無(wú)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(wèn)題：（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(wú)法用柱塞泵排至地面；（4）環(huán)境污染問(wèn)題。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐，通過(guò)對(duì)水倉(cāng)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(cāng)技術(shù)的發(fā)展如前所述，現(xiàn)有各種水倉(cāng)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(kāi)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(guò)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(cāng)系統(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(cāng)清理系統(tǒng)如圖1.1所示，由于在水倉(cāng)清淤過(guò)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(lái)，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(guò)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0.5mm以下的雜物，而水倉(cāng)積淤中存在有大量超過(guò)0.5mm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0.5mm以上的顆粒狀雜物分級(jí)篩選出來(lái)進(jìn)行處理。壓濾機(jī)只處理0.5mm以下的雜物。根據(jù)調(diào)研，直線振動(dòng)篩的工作效果較好。通過(guò)工藝流程圖來(lái)說(shuō)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(guò)直線振動(dòng)篩分級(jí)，將0.5mm以上的顆粒雜物篩選出來(lái)，裝入礦車(chē)，0.5mm以下的淤泥漿進(jìn)入壓濾機(jī)將水分離，泥餅裝入礦車(chē)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(cāng)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(mén)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(kāi)啟位置，置吸漿管進(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(kāi)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(cāng)機(jī)后的礦車(chē)內(nèi)，用調(diào)度絞車(chē)?yán)觥Q空車(chē)后，開(kāi)始下一個(gè)工作循環(huán)。圖1.2新型水倉(cāng)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(jiǎn)單，制造、操作均較方便；2）該設(shè)備在井下使用過(guò)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(guò)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)有的壓縮空氣作為排漿動(dòng)力，簡(jiǎn)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(lái)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(guó)在礦山機(jī)械領(lǐng)域與國(guó)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(guó)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(guó)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(kāi)發(fā)。所以考察國(guó)內(nèi)外針對(duì)水倉(cāng)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)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(guó)內(nèi)外的清倉(cāng)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(cāng)機(jī)的功能介紹和工作狀況的分析，通過(guò)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(guò)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(cāng)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。第一章緒論第一章緒論第二章功能分析與方案設(shè)計(jì)第三章工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第四章零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算第五章總結(jié)與展望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(zhǎng)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(chē)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，大斷面水倉(cāng)可以改成大的鏟斗，小斷面水倉(cāng)可采用小水倉(cāng)，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(guò)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(guò)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(jiǎn)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(guò)程中，可以通過(guò)前端的舉升油缸抬高最下部的鏟土的斗的位置，使其可以在較大的垂直距離內(nèi)工作。另外在車(chē)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(chē)身本身并不旋轉(zhuǎn)，這樣就簡(jiǎn)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(wú)理想的，適合狹小空間工作的裝載機(jī)械，例如水倉(cāng)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(zhǎng)、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(kāi)的，所以研制新型的工作裝置是很重要的，更是開(kāi)發(fā)新型清倉(cāng)機(jī)械的核心技術(shù)。2.2.1方案設(shè)計(jì)結(jié)合水倉(cāng)的斷面結(jié)構(gòu)，以及現(xiàn)有清倉(cāng)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)行詳細(xì)的對(duì)比。⒈微型裝載車(chē)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(chē)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(chē)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(cāng)裝置行走系統(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1206mm。此裝置工業(yè)試用的結(jié)果也比較滿意，工作具有一定的可靠性[7]。⒉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(guò)安裝在運(yùn)輸架上的12、13等一系列的鏈傳動(dòng)(見(jiàn)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(guò)鏈輪帶動(dòng)螺旋滾筒旋轉(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(guò)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(chē)。由于刮板所需強(qiáng)度不大,但要耐腐蝕,耐磨損[8]。⒊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(pán)固定安裝，由行走機(jī)構(gòu)調(diào)定尾端與料車(chē)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(chē)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2.2.2方案比較與選擇通過(guò)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(chē)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(jiǎn)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(chē)的高度和復(fù)雜程度，限制了整車(chē)長(zhǎng)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(lái)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(jiǎn)單，維護(hù)方便，適用各種水倉(cāng)巷道，通過(guò)改變螺旋滾筒的大小即可。另外可以實(shí)現(xiàn)與礦車(chē)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(jiǎn)化；而且操作簡(jiǎn)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(cāng)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(guò)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(guò)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/h行走速度/km/h:0～1.4電機(jī)功率/kw:13卸載高度/mm：1200（滿足礦車(chē)裝載要求）最大爬坡能力/(°)：30回轉(zhuǎn)角度/(°)：±30°整機(jī)重量/kg：2000外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)/mm：3000×1200×1600經(jīng)過(guò)多方面的論證，該方案具有較強(qiáng)的實(shí)施性。對(duì)此擬訂了下述的技術(shù)路線：總體方案設(shè)計(jì)；技術(shù)設(shè)計(jì)：主要對(duì)工作裝置的各部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及必要的校核計(jì)算；產(chǎn)品試制；設(shè)備試運(yùn)行。2.3本章小節(jié)本章主要闡述了課題中所涉及的工作裝置的功能所在和工作的具體環(huán)境及工作狀態(tài)。提出了三種切實(shí)可行的技術(shù)方案，并通過(guò)分析三者的特點(diǎn)，進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比，得出其中的最優(yōu)方案，并擬定了該工作裝置的技術(shù)指標(biāo)與技術(shù)路線。第三章工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過(guò)上文的工作情況的分析以及對(duì)現(xiàn)有的各種技術(shù)方案進(jìn)行綜合詳細(xì)的比較后，最終確定選用。而在本章中對(duì)該方案中主要涉及的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)及優(yōu)化。3.1輸送結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在該課題中所要設(shè)計(jì)的新型工作裝置需要實(shí)現(xiàn)連續(xù)式的進(jìn)行淤泥裝載，綜合現(xiàn)有各種工程機(jī)械以及礦山機(jī)械的特點(diǎn)，采用類似與斗式提升機(jī)式的輸送形式來(lái)滿足工作要求。如圖3.1所示。其牽引機(jī)構(gòu)是繞過(guò)上部和底部的滾筒或者鏈輪，牽引構(gòu)件上沒(méi)隔一定距離裝里刮斗，由上部滾筒或斂輪驅(qū)動(dòng)，形成具有上升分支和橫向分支傳送閉合回路。物料則總上部路線輸送至卸料處。圖3.1輸送方式簡(jiǎn)圖這種連續(xù)式的傳送機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，橫向尺寸可以相對(duì)較長(zhǎng)，縱向尺寸較小，可以節(jié)約水倉(cāng)中狹小的空間資源。而如同斗式提升機(jī)，采用這樣的工作裝置，所需要的主要部件或機(jī)構(gòu)有牽引機(jī)構(gòu)、承載機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置，上下滾筒（或鏈輪）、機(jī)架（導(dǎo)軌）等。這些主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將在下問(wèn)中一一敘述。3.2牽引機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)在機(jī)械行業(yè)中牽引構(gòu)件很多，而在此課題設(shè)計(jì)中主要參考的是斗式提升機(jī)和鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)等機(jī)械的牽引方式。在斗式提升機(jī)中常用的牽引構(gòu)件是橡膠帶和鏈條。而常用的鏈條有圓環(huán)鏈、套筒滾自鏈等。由于鏈條的嚙合驅(qū)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)載荷，而橡膠帶較鏈條輕便、工作平穩(wěn)、噪聲小、能采用較快的運(yùn)動(dòng)速度而帶到較高的生產(chǎn)率，所以在斗式提升機(jī)中一般采用橡膠帶。但是在礦山中，惡劣的工作環(huán)境使得工作裝置需要選擇鏈傳動(dòng)。而且鏈條的強(qiáng)度也較橡膠帶的大的多，此外，若在橡膠帶上打孔以便安裝料斗，更會(huì)降低帶的強(qiáng)度。結(jié)合上述文字，再聯(lián)想到鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，很明顯采用鏈傳動(dòng)是比較合理的。鏈條是用金屬環(huán)或者金屬片等連接而成的撓性構(gòu)件，多采用焊接鏈（見(jiàn)圖3.2）和片式鏈（見(jiàn)圖3.3）[6]。圖3.2片式鏈圖3.3圓環(huán)鏈片式鏈在輸送機(jī)中應(yīng)用較廣，但在刮板輸送機(jī)中則不常采用。所以采用圓環(huán)鏈。鏈條在運(yùn)行中不僅要承受很大的靜負(fù)荷和動(dòng)負(fù)荷，還要受礦水的浸蝕，因此要求鏈條組件要有高的抗拉強(qiáng)度、抗沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度和防銹抗腐蝕性。鏈條均用圓環(huán)鏈，其型式、基本參數(shù)及尺寸、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法及驗(yàn)收規(guī)則已有統(tǒng)一的國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB12718一91}。圓環(huán)鏈規(guī)格是以鏈環(huán)棒料直徑和鏈節(jié)距的毫米尺寸表示，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格有八種:Φ10×40,Φ14×50,Φ18×64,Φ22×86,Φ24×86,Φ26×92,Φ30×108和Φ34×126。目前Φ34以上的鏈環(huán)已大量使用，如Φ42×146,Φ48×144/160(德國(guó))，并出現(xiàn)了Φ52×146(美國(guó)JQY)的鏈環(huán)。圓環(huán)鏈按強(qiáng)度分為B,C,D三個(gè)等級(jí)，D級(jí)強(qiáng)度最高，B級(jí)強(qiáng)度最低，C級(jí)居中，表示方法如Φ34×126一B。圓環(huán)鏈由圓環(huán)鏈編焊機(jī)專用設(shè)備加工，制成一定長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)鏈段。按鏈段的長(zhǎng)短又分為長(zhǎng)鏈段和短鏈段，長(zhǎng)鏈段主要用于單鏈、中雙鏈，短鏈段主要用于邊雙鏈及輕型刮板輸送機(jī)。同時(shí)還配有多種長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)鏈段，用來(lái)調(diào)節(jié)刮板鏈長(zhǎng)度，以適應(yīng)愉送機(jī)的長(zhǎng)度變化和緊鏈需圖3.4緊湊鏈要。如SGZ一880/800重型刮板輸送機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)鏈段為199環(huán)，長(zhǎng)25.074m。調(diào)節(jié)鏈的規(guī)格有95，39,31,23,15,7,5,3環(huán)。由于每一鏈段的兩條鏈條是配對(duì)組裝出廠的，其長(zhǎng)度公差在規(guī)定的范圍之內(nèi)，更換時(shí)也應(yīng)成對(duì)更換。若以任意兩段鏈條配對(duì)安裝，其長(zhǎng)度誤差會(huì)很大，運(yùn)行中將會(huì)出現(xiàn)受力不均、刮板傾斜及與鏈輪不能正常嚙合傳動(dòng)，容易發(fā)生鏈輪損壞和斷鏈?zhǔn)鹿省Ａ硗?，安裝圓環(huán)鏈時(shí)，在上槽中立環(huán)焊口應(yīng)該朝上，雙鏈的平環(huán)焊口都應(yīng)朝向溜槽中心。近幾年，又推出廠新型鏈條—緊湊鏈。其特點(diǎn)是平鏈環(huán)仍用常規(guī)圓形斷面的圓環(huán)鏈。而立鏈環(huán)制成高度較低的斷面形狀為扁圓形或方形的鏈環(huán)，如圖3.4（緊湊鏈）所示。其節(jié)距、寬度(指平環(huán))尺寸與同檔圓環(huán)鏈相同。高度(指立環(huán))尺寸則與低一檔圓環(huán)鏈相當(dāng)，而強(qiáng)度比同檔圓環(huán)鏈高近一檔。如國(guó)產(chǎn)SG2一1000/1050重型刮板輸送機(jī)使用的是Φ38×137規(guī)格的緊湊鏈[3]。而對(duì)圓環(huán)鏈及其鏈輪組的設(shè)計(jì)將在后面章節(jié)敘述。3.3機(jī)架設(shè)計(jì)由于工作采用的是圓環(huán)鏈的傳動(dòng)方式，必須有特殊的接鏈節(jié)用于連接料斗。在整個(gè)閉合回路中的刮斗數(shù)量較多，一般要達(dá)到15個(gè)以上，且為了一次循環(huán)能清理較大的量（要求清挖量每小時(shí)10立方米），這么多的料斗不能只靠一條圓環(huán)鏈支撐和拖動(dòng)。所以對(duì)工作裝置的回路機(jī)架必須起到支撐料斗的作用，同時(shí)應(yīng)使所有的刮斗在每次循環(huán)中為同樣的軌跡，因此機(jī)架設(shè)計(jì)成帶軌道的鋼架結(jié)構(gòu)。如圖3.5，其中的1、3均是采用方形的空心鋼管，其中1和3的截面尺寸為60×30，而2的截面尺寸為60×60。三者按照一定的比例給焊接成形。而整個(gè)剛架的定位和固定是用間隔一定距離的定位板4給與支撐起來(lái)的。這來(lái)裝配圖中可以清晰的知道。圖3.5鋼管導(dǎo)軌3.4旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在工作裝置通過(guò)前部的舉升油缸提升時(shí)，必須有一支軸，這在圖2.1中可以清楚地看到該動(dòng)作是繞銷(xiāo)軸擺動(dòng)的。在工作裝置的中部設(shè)計(jì)了一個(gè)旋轉(zhuǎn)支撐的結(jié)構(gòu)，如圖2.1所示。將該結(jié)構(gòu)通過(guò)三維造型后結(jié)構(gòu)如圖所示。1是旋轉(zhuǎn)支軸，2是上面工作導(dǎo)軌的定位板，3是旋轉(zhuǎn)支軸的底座，通過(guò)一定的螺紋連接在其下面的鋼板上，4是焊接在鋼板上槽鋼，左右各一塊，5也是槽鋼，6是舉升用的油缸。圖3.6旋轉(zhuǎn)支撐該結(jié)構(gòu)主要設(shè)計(jì)是采用了槽鋼來(lái)組成兩側(cè)滑軌。這是因?yàn)椴垆撌墙孛鏋榘疾坌蔚拈L(zhǎng)條鋼材，具有很好的抗彎能力，這樣設(shè)計(jì)了兩槽鋼的滑軌后使得油缸的活塞桿承受的彎曲應(yīng)力很小，幾乎可以認(rèn)為不承受，從而可以減小活塞桿的直徑，減少經(jīng)濟(jì)費(fèi)用。上面未畫(huà)出的整個(gè)工作裝置當(dāng)由油缸推動(dòng)在水平上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以繞著旋轉(zhuǎn)支軸旋轉(zhuǎn)。3.5其余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.5.1承載裝置設(shè)計(jì)鏟斗是工作裝置的重要部件，使其直接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，工作條件惡劣，時(shí)常承受很大的沖擊載荷及強(qiáng)烈的磨削，其結(jié)構(gòu)及尺寸參數(shù)對(duì)插入阻力、崛起阻力和生產(chǎn)率有著很大的影響。所以鏟斗的設(shè)計(jì)要求需滿足：①插入及崛起阻力小，作業(yè)效率高；②具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐磨性；③適應(yīng)鏟裝不同種類和重度的物料。圖3.7斗式提升機(jī)料斗形式在斗式提升機(jī)常用的斗形式有三種：深斗、淺斗和無(wú)底料斗，如圖3.7。這是根據(jù)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)速度和載運(yùn)物料的性質(zhì)所決定的。深斗的斗口與后壁的夾角大，每個(gè)料斗可裝載的物料較多，但較難卸空，適用于運(yùn)送干料和松散物料。而淺斗的斗口與后壁的夾角小，每個(gè)料斗的裝載量雖然小，但是其較易卸空，所以適用于運(yùn)送潮濕和粘性的物料。由此可見(jiàn)，在該清淤機(jī)的鏟掘裝置即刮都應(yīng)該采用較淺的斗形。但其結(jié)構(gòu)上有一定的要求。而參考裝載機(jī)的鏟斗結(jié)構(gòu)形式，其主要有直線形斗刃、V形斗刃、直線形帶齒和V形帶齒的斗形。對(duì)于鏟掘土方的機(jī)械，斗底圓弧半徑應(yīng)該大些。相比較下直線形斗刃較適宜水倉(cāng)中的工作環(huán)境[5]。所以綜合比較后，鏟斗設(shè)計(jì)成較淺的直線形的斗形。結(jié)構(gòu)形狀如圖所示。圖3.8鏟斗正視圖由于鏟斗是安裝在鏈條上，由鏈條的運(yùn)動(dòng)，拖著一系列的料斗往前運(yùn)動(dòng)。所以其上需鑄造出可以和鏈節(jié)相聯(lián)接的耳墜，如圖3.9。另外，當(dāng)刮斗運(yùn)行至位于整機(jī)的最前端的豎直前伸段時(shí)，其鏟掘提升的作用，因此刮斗的前沿設(shè)計(jì)有掘齒。且該工作裝置采用的是靠單鏈輸送，故在斗背上進(jìn)行固接。鏟斗在上行運(yùn)輸對(duì)物料的過(guò)程中，必須保持水平位置。斗的工作又要求即前述的易于盛裝需要量的物料、泥水，又可以方便的傾卸。而且當(dāng)料斗處于最低為時(shí)也可以進(jìn)行作業(yè)。圖3.9鏟斗耳環(huán)1—鏟斗；2—耳環(huán)；3—接斗鏈節(jié)3.5.2驅(qū)動(dòng)裝置選擇由于該機(jī)械的使用環(huán)境，決定了其相關(guān)的動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)裝置。動(dòng)力裝置是采用防暴電機(jī)、輸出端與液壓多聯(lián)泵相連。雖然可以考慮使用防暴內(nèi)燃機(jī)，但防暴內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸較大，布置時(shí)會(huì)產(chǎn)生困難，并且工作過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣很難排出。對(duì)工作裝置的驅(qū)動(dòng)裝置可以采用液壓馬達(dá)，而且是低速大扭矩型的液壓馬達(dá)，這樣是考慮是整機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，較大的驅(qū)動(dòng)力等相關(guān)因素。3.6本章小節(jié)本章主要介紹了在選定工作方案后整個(gè)工作裝置中重要的零部件以及局部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，敘述了它們的功能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)依據(jù)以及合理性等。通過(guò)多環(huán)的修改、論證各部分的結(jié)構(gòu)是比較合理的，適用于水倉(cāng)內(nèi)的工作。這也是本工作裝置設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處。該章節(jié)是本論文的重要內(nèi)容之一。第四章零件的設(shè)計(jì)計(jì)算零件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等的校核計(jì)算是確保工作裝置整體壽命的重要過(guò)程，是機(jī)械設(shè)計(jì)中最重要的步驟之一。4.1圓環(huán)鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)目前我國(guó)在采煤機(jī)、刨煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、板式輸送機(jī)、倉(cāng)式列車(chē)等多種礦山機(jī)械中廣泛采用圓環(huán)鏈牽引或傳動(dòng)。4.1.1圓環(huán)鏈結(jié)構(gòu)與規(guī)格鏈環(huán)的結(jié)構(gòu)尺寸用棒料直徑d、節(jié)距p和外寬a表示，如圖4.1所示[9]。圓環(huán)鏈的規(guī)格標(biāo)記為d×p.每一鏈段由n個(gè)鏈環(huán)組成，鏈段長(zhǎng)度為L(zhǎng)0。礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈的規(guī)格和尺寸見(jiàn)3.2節(jié)。其鏈段長(zhǎng)度（mm）與公差（mm）按下式確定：（4-1）（4-2）根據(jù)礦下水倉(cāng)的斷面結(jié)構(gòu)初定工作裝置的橫向尺寸為3000mm，縱向尺寸為1600mm。且選用的鏈條規(guī)格為10×40，鏈節(jié)的數(shù)目必須鏟斗數(shù)的整數(shù)倍，這樣可以使得在每次循環(huán)運(yùn)動(dòng)受載均勻。因此初步確定相鄰兩個(gè)鏟斗間為9節(jié)圓環(huán)鏈。所以根據(jù)式4-1計(jì)算可得鏈條的總長(zhǎng)為7200mm。圖4.1圓環(huán)鏈圓環(huán)鏈的接鏈環(huán)的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種類型：凸緣式接鏈環(huán)：由兩個(gè)半鏈環(huán)，一個(gè)卡塊由兩個(gè)半鏈環(huán)，一個(gè)卡塊及一個(gè)彈性圓柱銷(xiāo)組成。如圖4.2，半鏈環(huán)右上方為一凸緣，左下方有一凸緣槽，安裝時(shí)將兩個(gè)半鏈環(huán)的凸緣和凸緣摺相嵌合，并從側(cè)面嵌入卡塊，再?gòu)捻敳垦b入彈性圓柱銷(xiāo)組成整體。其破斷拉力大，連接可靠，但制造較困難。開(kāi)口式接鏈環(huán)：由開(kāi)口鏈環(huán)1,長(zhǎng)塊2及兩個(gè)彈性圓柱銷(xiāo)3組成。如圖4.3，鏈環(huán)1和卡塊2的兩端分別做有互相嵌合的榫頭和榫槽，卡塊從頂部裝進(jìn)開(kāi)口鏈環(huán)，再打入兩個(gè)開(kāi)口彈性銷(xiāo)，組成整體。依靠彈性圓柱銷(xiāo)在銷(xiāo)孔內(nèi)的彈性變形實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鎖緊。其破斷拉力大，但制造困難。鉸接式接鏈環(huán)：由兩端做有耳子的兩個(gè)半鏈環(huán)1、銷(xiāo)軸2、套簡(jiǎn)3及鋼絲4組成。如圖4.4所示鋼絲4用來(lái)銷(xiāo)緊，銷(xiāo)軸2傳遞載荷。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠.制造方便，壽命長(zhǎng)。而接鏈環(huán)的常用材料有35CrMnSiA、2DMnVB,30CrMnTi、40CrMo及45Mn等，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度達(dá)320～350HBS。為提高強(qiáng)度一與耐腐性，加工后應(yīng)進(jìn)行等溫淬火，硬度達(dá)42～50HRC。圖4.2凸緣式圖4.3開(kāi)口式圖4.4鉸接式在該裝置的設(shè)計(jì)中，還有一部分鏈節(jié)是專門(mén)設(shè)計(jì)制造的，以用于安裝鏟斗，如圖3.9中3所示。該鏈節(jié)由上下兩個(gè)半鏈環(huán)1、2以及專用連接塊3組成。三者通過(guò)鉚釘連接起來(lái)。該鏈節(jié)是在其受兩邊拉力后仍能長(zhǎng)期正常工作的條件下設(shè)計(jì)。4.1.2圓環(huán)鏈損壞形式及選擇高強(qiáng)度的圓環(huán)鏈在各種場(chǎng)合發(fā)生的主要損壞形式是斷裂。在起動(dòng)或遇到嚴(yán)重刮卡時(shí)，承受的載荷超過(guò)靜力破斷負(fù)荷時(shí)，圓環(huán)鏈將產(chǎn)生斷裂，為此圓環(huán)鏈的最小破斷負(fù)荷應(yīng)不得低于規(guī)定值。當(dāng)鏈環(huán)受正常變負(fù)荷反復(fù)作用時(shí)，雖應(yīng)力小于鏈環(huán)的破斷應(yīng)力，但如變應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，鏈環(huán)仍可能產(chǎn)生斷裂報(bào)壞。由于鏈環(huán)材料脆性高，韌性低和沖擊負(fù)荷大造成一次沖擊斷裂，或者介于一次沖擊斷裂與疲勞斷裂之間的經(jīng)多次沖擊斷裂。在鏈環(huán)未經(jīng)充分預(yù)拉時(shí)，很難發(fā)現(xiàn)熱處理及焊接缺陷。若把這種鏈環(huán)接入鏈條用來(lái)牽引負(fù)荷，一旦起動(dòng)或遇到卡鏈很可能發(fā)生斷裂這種未經(jīng)充分頂拉的鏈環(huán)的斷裂稱之不合格鏈環(huán)的斷裂。鏈條受載后將產(chǎn)生一定的彈性和塑性伸長(zhǎng)，在額定極限負(fù)荷一下，當(dāng)鏈段的伸長(zhǎng)量超過(guò)一定限度.討，鏈條與鏈輪不能正確嚙合而無(wú)法正常工作，圓環(huán)鏈的這種失效形式稱為伸長(zhǎng)失效。圓環(huán)鏈工作時(shí)承受拉伸與彎曲載荷，環(huán)內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，理論計(jì)算比較困難，通常圓環(huán)鏈按最大牽引力選擇。當(dāng)單鏈牽引時(shí)：（4-3）當(dāng)雙鏈牽引時(shí)：（4-4）式中——圓環(huán)鏈的最小破斷載荷（N）；——雙鏈牽引時(shí)的不均勻系數(shù)，一般取0.85；——安全系數(shù)，采煤機(jī)可取2.5～3.5；刮板輸送機(jī)可取3.5～4.5。該工作裝置在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)上行鏟斗全部滿載時(shí)估算牽引力為20KN，選擇安全系數(shù)=4.0，則破斷負(fù)荷為：則對(duì)照?qǐng)A環(huán)鏈標(biāo)準(zhǔn)可以采用10×40規(guī)格的。4.1.2圓環(huán)鏈鏈輪設(shè)計(jì)當(dāng)圓環(huán)鏈與鏈輪嚙合時(shí)，在鏈輪的每一齒距上都有兩個(gè)鏈環(huán)，鏈環(huán)1平臥于兩齒間的鏈窩里，稱為平環(huán)；鏈環(huán)2立卡在齒寬中部的窄糟內(nèi)，稱為立環(huán)。鏈輪上鏈窩的形狀與平環(huán)外形基本一致。為滿足鏈環(huán)節(jié)距伸長(zhǎng)的需要，鏈窩長(zhǎng)度A稍大于鏈環(huán)長(zhǎng)度Δ，即A=d+p+Δ。。為減小立環(huán)的嚙合阻力，鏈輪齒寬中部的立槽寬度L也應(yīng)比鏈環(huán)棒料直徑稍大一些.圓環(huán)鏈鏈輪的齒形結(jié)構(gòu)和尺寸見(jiàn)圖4.5。圓環(huán)鏈鏈輪的齒廓曲線，國(guó)外推薦蘭種:直線、圓弧線和直線——圓弧線。從加工制造和嚙合性能上分析，直線齒廓易加工，但齒高不宜過(guò)高，否則會(huì)發(fā)生干涉；直線——圓弧線齒廓加工復(fù)雜，用得較少；圓弧線齒廓雖然加工困難，但輪齒的強(qiáng)度很高，齒高可以適當(dāng)加大，所以采用圓弧線齒廓[9]。該工作裝置中總共有三個(gè)圓環(huán)鏈鏈輪，均采用同樣的設(shè)計(jì)。這樣可以減少設(shè)計(jì)計(jì)算和簡(jiǎn)化制造加工。根據(jù)工作環(huán)境、整車(chē)質(zhì)量、裝載情況等綜合條件，分析估算得其最大的牽引力為：圖4.5鏈輪的齒形結(jié)構(gòu)與尺寸鏈輪齒數(shù)參考現(xiàn)有刮板輸送機(jī)及采煤機(jī)械后選擇。對(duì)鏈輪其他的基本尺寸的計(jì)算如下：節(jié)圓直徑：齒距角：齒頂圓直徑：鏈輪中心至鏈窩底面的垂直距離鏈窩長(zhǎng)度加長(zhǎng)量；齒廓圓弧中心坐標(biāo)：鏈窩長(zhǎng)度：齒廓圓弧半徑：其中；。齒根圓弧半徑：鏈窩端部圓弧半徑：，取。鏈窩兩側(cè)圓弧半徑：立槽寬度：，取L=14mm。鏈輪中心至立槽底面的垂直距離：立槽根圓直徑：，取。立槽底部圓弧半徑：實(shí)際齒廓半徑：其中。齒肩寬度：，取。輪緣寬度：，取。鏈輪的齒頂圓直徑比較大，質(zhì)量較大，所以中間去空，以減輕整個(gè)工作裝置的質(zhì)量，減小載荷。不論選用什么材料制造鏈輪，其心部必須調(diào)質(zhì)處理，使其硬度為240～320HBS，而鏈窩及齒面的硬度則要45～55HRC，需進(jìn)行淬火處理，且淬硬層不小于3mm。另外，圓環(huán)鏈鏈輪的工藝技術(shù)要求鏈輪可采用鍛造毛坯再機(jī)加工或電加工，也可采用鑄造成形，不過(guò)鑄造表面容易脫碳。為了提高鏈輪輪齒和鏈窩的表面硬度，需進(jìn)行滲碳悴火處理。此外為提高鏈傳動(dòng)的承載能力，對(duì)鏈輪加工還需滿足下列技術(shù)要求：①相鄰兩鏈窩中心線的角度偏差不大于士30'；②鏈窩底面的不平度不大于lmm；③鏈窩寬度中心線對(duì)理論鏈窩位置的不對(duì)稱度不大于1mm；④如采用兩個(gè)半齒寬鏈輪并接，焊接為一整體，不得有影響輪齒嗆合的相對(duì)錯(cuò)位。4.2鏈輪軸設(shè)計(jì)軸是組成機(jī)器的主要零件之一。作為該工作裝置的軸，主要是將圓環(huán)鏈輪等回轉(zhuǎn)零件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞。而該主、從動(dòng)鏈輪軸屬于轉(zhuǎn)軸，且三個(gè)鏈輪軸折合成一樣的設(shè)計(jì)，所以計(jì)算以主動(dòng)鏈輪軸為主。而該軸的設(shè)計(jì)主要是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作能力的計(jì)算兩方面的內(nèi)容。4.2.1鏈輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。功能相同的軸卻可以有不同的結(jié)構(gòu)形狀。這是因?yàn)橛绊戄S的結(jié)構(gòu)形狀的因素很多，例如載荷的大小、方向、性質(zhì)及其分布的狀態(tài)，軸上零件的數(shù)量及安裝位置、定位方法，軸的制造工藝和生產(chǎn)規(guī)模等。所以在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中下列幾個(gè)重要問(wèn)題必須充分考慮[14]。㈠擬定軸上零件的裝配方案擬訂軸上零件的裝配方案是進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)的前提，它決定著軸的基本形式。所謂軸上零件的裝配方案就是預(yù)定出軸上主要零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系。如圖4.5在本工作裝置設(shè)計(jì)中主動(dòng)鏈輪軸的結(jié)構(gòu)裝配方案是：鏈輪、軸承套、右端軸承、軸承端蓋、止動(dòng)墊圈、圓螺母、半聯(lián)軸器依次從軸的右端向左安裝，左端只裝圓螺母、軸承端蓋及軸承。圖4.6鏈輪軸的結(jié)構(gòu)㈡軸上零件的定位為了防止軸上零件在受力時(shí)發(fā)生沿軸向或周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這些零件除了有游動(dòng)或空轉(zhuǎn)的要求外，都必須進(jìn)行周向和軸向的定位，以保證其準(zhǔn)確的工作位置。零件在軸上的定位方法主要取決于其所受的軸向力的大小。此外，還應(yīng)考慮周的制造及軸上零件裝拆的難易程度、所占的地位大小。對(duì)軸的強(qiáng)度影響及工作可靠性等因素。當(dāng)軸上零件對(duì)所受的軸向力的值較大時(shí)，常用軸肩、軸環(huán)、過(guò)盈配合等定位方式；受中等軸向力時(shí)，可采用軸套、圓螺母、軸端擋板、圓錐面、圓錐銷(xiāo)等方式定位；受較小軸向力時(shí)則可用彈性檔圈、擋環(huán)、緊定螺釘?shù)确绞?。在該工作裝置中主要所采用的軸向定位方式有擋環(huán)、軸肩、圓螺母軸承端蓋等。軸上零件的周向定位（軸轂聯(lián)接）在齒輪、鏈輪等傳遞轉(zhuǎn)矩的零件，除周向定位以外，需要進(jìn)行的設(shè)計(jì)。定位方式根據(jù)其傳遞轉(zhuǎn)矩的大小和性質(zhì)、零件對(duì)中精度的要求高低、加工難易等因素來(lái)選擇決定。常用的定位方法有過(guò)盈配合、鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、型面聯(lián)接、彈性環(huán)聯(lián)接等。對(duì)此裝置中主、從動(dòng)鏈輪的周向均采用普通平鍵的聯(lián)接。4.2.2鏈輪軸尺寸計(jì)算零件在軸上的定位和安裝方案基本確定后，軸的形狀便大體確定。還應(yīng)進(jìn)行各軸段的直徑計(jì)算。初步確定軸的直徑是通常在不知道軸的支反力的作用點(diǎn)，不能決定彎矩的大小與分布情況，因而還不能按軸所受的具體載荷及其引起的應(yīng)力來(lái)確定軸的直徑。但在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，常常已經(jīng)能求得軸所受的扭矩。因此可以據(jù)此初步確定軸的最小直徑，然后再按軸上零件的裝配方案取定其他軸段的直徑。⑴最小軸徑的確定在該工作裝置中，當(dāng)所有上行鏟斗都滿載時(shí)的總質(zhì)量初步估計(jì)為387kg。則軸所需要傳遞的扭矩為：式中——作用在鏈輪上的圓周力；——鏈輪的節(jié)圓直徑。由此來(lái)估算軸的最小直徑。其中軸的材料選擇45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查閱相關(guān)手冊(cè)取許用應(yīng)力。則估算該鏈輪軸的最小直徑為：然而主動(dòng)鏈輪軸的輸入端顯然是安裝聯(lián)軸器的，該處軸的直徑，如圖4.6。為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需要同時(shí)選取聯(lián)軸器的裝配型號(hào)。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，查取相關(guān)手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)，考慮到轉(zhuǎn)矩的變化中等，選擇，則：由于在井下的工作環(huán)境非常惡劣，常具有沖擊，所以選擇彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器。按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T5014-2003，選用LX3型聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為1250000N·mm。半聯(lián)軸器的孔徑為40mm，故取該處直徑。半聯(lián)軸器的長(zhǎng)度為，則去半聯(lián)軸器與軸的配合轂孔長(zhǎng)度。⑵軸的剩余軸徑計(jì)算為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，軸段左端必須制出軸肩，且處還要考慮安裝軸承，故取。在軸段上有軸承端蓋、軸承，由于工作環(huán)境惡劣可能還應(yīng)設(shè)計(jì)擋環(huán)（圖4.6中未畫(huà)出），所以其長(zhǎng)度需要綜合考慮。聯(lián)軸器的安裝必須與軸承端蓋外表面有一定的安全距離，取為35mm；而軸承的寬度選取20mm；軸承端蓋的寬度經(jīng)設(shè)計(jì)選擇8mm；所以取該處的軸段長(zhǎng)度為。而從到間為不裝零件的過(guò)渡軸段，所以考慮所設(shè)計(jì)的軸向定位，以及加工方便程度依次選擇軸徑及軸段長(zhǎng)度為：，；，在鏈輪安裝處的軸段考慮鏈輪的右端軸向定位采用是擋環(huán)，所以必須設(shè)計(jì)這一直徑。而該直徑需根據(jù)來(lái)選擇。此處主要考慮軸段與軸段間的軸肩高度不宜很長(zhǎng)，以免應(yīng)力相對(duì)集中，則取，因此查手冊(cè)GB/T894-1986取。鏈輪的寬度為56mm，所以取，軸用擋圈處右端面距右軸肩距離為16.5mm。而鏈輪的左端軸向定位采用軸肩定位，為了定位可靠取。而此處軸段長(zhǎng)沒(méi)固定要求，包括其左邊的、、均沒(méi)有特殊要求，只是四者的總長(zhǎng)為223mm。所以這些軸段的直徑和長(zhǎng)度分別設(shè)計(jì)成：；，；，；，。而處的直徑和一樣，均為45mm，軸段長(zhǎng)度經(jīng)計(jì)算為43mm。對(duì)處是安裝圓螺母的地方，是對(duì)軸的軸向固定鎖緊。按照螺紋標(biāo)準(zhǔn)取其，長(zhǎng)度為22mm。所有的軸段直徑和長(zhǎng)度均已經(jīng)確定。再結(jié)合后文的軸的強(qiáng)度計(jì)算、軸承計(jì)算及相關(guān)軸承部件的設(shè)計(jì)后便可繪制出零件圖（見(jiàn)附件）4.2.3鏈輪軸強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算是在軸初步完成初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后進(jìn)行校核計(jì)算，計(jì)算準(zhǔn)則是滿足軸的強(qiáng)度或者是剛度要求，必要時(shí)還需要進(jìn)行穩(wěn)定性的校核。進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)該根據(jù)軸的具體受力情況及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。（1）對(duì)只受轉(zhuǎn)矩或以承受轉(zhuǎn)矩為主的傳動(dòng)軸，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算軸的直徑。若有彎矩作用，可用降低許用應(yīng)力的方法來(lái)考慮其影響。扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度約束條件為：（4-5）式中：為軸危險(xiǎn)截面的最大扭剪應(yīng)力(MPa)；為軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩(N.mm)；為軸危險(xiǎn)截面的抗扭截面模量()；P為軸所傳遞的功率(kW)；n為軸的轉(zhuǎn)速(r/min)；[]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(huà)出軸的受力簡(jiǎn)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：（4-6）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：（4-7）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)材料碳鋼40050060070013017020023070759511040455565合金鋼80090010001200270300330400130140150180758090110鑄鋼40050010012050703040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(jiàn)表4-1。對(duì)實(shí)心軸，式(4-6)也可寫(xiě)為設(shè)計(jì)式：（4-8）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(jiàn)圖4.6）作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)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)矩為鏈輪上的圓周力為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2）求軸的支反力（見(jiàn)圖4.7b）由得3）作彎矩圖和扭矩圖圖4.7軸的力矩圖①?gòu)澗貓D（見(jiàn)圖4.7②扭矩圖（見(jiàn)圖4.7d）4）按當(dāng)量轉(zhuǎn)矩計(jì)算軸徑按插值法查表4-1得對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力，脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力。根據(jù)（式4-8）公式計(jì)算安裝鏈輪處的軸徑為：（考慮轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)變化，取）。鑒于截面處有一個(gè)鍵槽，應(yīng)將直徑增大3%～7%，則48～50mm，在結(jié)夠設(shè)計(jì)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(méi)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)①?gòu)澗刈饔脮r(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：式中—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；—彎曲的應(yīng)力幅，，查閱相關(guān)手冊(cè)可得抗彎截面系數(shù)W=23.7；—彎曲平均應(yīng)力，；—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，若是按配合查得，故??；—表面質(zhì)量因數(shù)，軸徑車(chē)削加工，按手冊(cè)可得；—尺寸因數(shù)，可查得；—材料彎曲時(shí)的平均應(yīng)力折算因數(shù)，并可查得。②轉(zhuǎn)矩作用時(shí)的安全因數(shù)考慮到清淤機(jī)在工作過(guò)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：式中—45鋼的抗扭疲勞極限，由手冊(cè)可查得；—彎曲的應(yīng)力幅，，查閱相關(guān)手冊(cè)可得抗彎截面系數(shù)=50.7；—彎曲平均應(yīng)力，；—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，若是按配合查得，故??；—表面質(zhì)量因數(shù)，軸徑車(chē)削加工，按手冊(cè)可得；—尺寸因數(shù)，可查得；—材料彎曲時(shí)的平均應(yīng)力折算因數(shù)，并可查得。表4-2許用安全因數(shù)值選取條件載荷確定精確，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1.8～2.5③所求危險(xiǎn)截面的疲勞安全系數(shù)由手冊(cè)公式可得：然后根據(jù)表4-2可知，許用安全因數(shù)1.8～2.5，顯然，該軸的疲勞強(qiáng)度足夠。4.2.4鏈輪軸剛度計(jì)算常見(jiàn)的軸大多可視為簡(jiǎn)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：（4-8）式中：——階梯軸第i段的長(zhǎng)度，mm；——階梯軸第i段的直徑，mm；——階梯軸的計(jì)算長(zhǎng)度，mm；——階梯軸計(jì)算長(zhǎng)度內(nèi)的軸段數(shù)。當(dāng)載荷作用于兩支承之間時(shí)，（為支承跨距）；當(dāng)載荷作用于懸臂端時(shí)，（k為軸段的懸臂長(zhǎng)度）。軸的彎曲剛度條件為：撓度：y≤[y]（4-9）偏轉(zhuǎn)角：θ≤[θ]（4-10）式中：[y]——軸的允許撓度，mm；[θ]——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(xiāo)軸、耳環(huán)、鏟斗的三維造型設(shè)計(jì)等。4.3.1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，所以軸承內(nèi)徑為45mm。查GB/T278-1994和GB/T5868-2003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，徑向力為。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。由可以得出軸承的垂直支反力和水平支反力則作用在軸承上的徑向載荷為：2）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)；軸承可以認(rèn)為只承受徑向載荷。故當(dāng)量動(dòng)載荷為：3）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。（4-11）上式中—壽命指數(shù)，對(duì)球軸承取為；—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)期的壽命為29200h。軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算如下：鏈條的速度為0.2m/s，由可推得轉(zhuǎn)速為。所以軸承所需的基本額定壽命為：查閱標(biāo)準(zhǔn)GB/T5868-2003可知6009軸承的基本額定動(dòng)載荷為。則有，所以選擇6009軸承滿足要求。4.3.2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，查手冊(cè)可得鍵的截面尺寸為：。由輪轂寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng)。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，取其平均值?？梢运愕面I的工作長(zhǎng)度為，以及鍵與輪轂的接觸高度。由此可得鍵聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度為：所以鍵的選擇是合適的。標(biāo)記為：鍵。4.3.3油缸銷(xiāo)軸與耳環(huán)的計(jì)算⑴銷(xiāo)軸的聯(lián)結(jié)計(jì)算銷(xiāo)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：（4-12）式中—銷(xiāo)軸直徑；—液壓缸輸出的最大推力；—銷(xiāo)軸材料的許用切應(yīng)力，對(duì)于45號(hào)鋼，。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：為了使得活塞桿的剛性足夠，活塞桿直徑在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上有所加大，所以需將該直徑加大兩倍，取。銷(xiāo)軸的長(zhǎng)度視局部結(jié)構(gòu)而定，但應(yīng)該取成長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)值。⑵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：取為整數(shù)則?！h(huán)寬度；、——同前；——耳環(huán)材料的許用壓應(yīng)力，唱取；為材料的抗拉強(qiáng)度，35號(hào)鋼的=530MPa。耳環(huán)的其他尺寸按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)查取即可。4.3.4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)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(guò)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(guò)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(jiǎn)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(lái)，我國(guó)的煤炭工業(yè)發(fā)展迅