矿山水仓清淤机工作装置的设计本科毕业设计(编辑修改稿)

矿山水仓清淤机工作装置的设计本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

连接而成的挠性构件，多采用焊接链 （见图 ） 和片式链 （见图 ） [6]。 图 片式链 图 圆环链 片式链在输送机中应用较广，但在刮板输送机中则不常采用。 所以采用圆环链。 链条在 运行中不仅要承受很大的静负荷和动负荷，还要受矿水的浸蚀，因此要求链条组件要有高的抗拉强度、抗冲击韧性、疲劳强度和防锈抗腐蚀性。 链条均用圆环链，其型式、基本参数及尺寸、技术要求、试验方法及验收规则已有统一的国际和国家标准 (GB12718 一 91}。 圆环链规格是以链环棒料直径和链节距的毫米尺寸表示，标准规格有八种 : Φ1040,Φ1450, Φ1864 ,Φ2286 , Φ2486, Φ2692, Φ30 108 和 Φ34126。 目前 Φ34以上的链环已大量使用，如 Φ42146,Φ48 144/160(德国 )，并出现了Φ52146(美国 JQY)的链环。 圆环链按强度分为 B,C,D 三个等级， D 级强度最高， B级强度最低， C 级居中，表示方法如 Φ34126 一 B。 圆环链由圆环链编焊机专用设备加工，制成一定长度的标准链段。 按链段的长短又分为长链段和短链段，长链段主要用于单链、中双链，短链段主要用于边双链及轻型刮板输送机。 同时还配有多种长度的调节链段，用来调节刮板链长度，以适应愉送机的长度变化和紧链需 图 紧凑链 要。 如 SGZ 一 880/800 重型刮板输送机的标准链段为 199 环，长 m。 调节链的规格有 95，39,31,23,15,7,5,3 环。 由于每一链段的两条链条是配对组装出厂的，其长度公差在规定的范围之内，更换时也应成对更换。 若以任意两段链条配对安装，其长度误差会很大，运行中将会出现受力不均、刮板倾斜及与链轮不能正常啮合传动，容易发生链轮损坏和断链事故。 另外，安装圆环链时，在上槽中立环浙江科技学院本科毕业设计（论文） 14 焊口应该朝上，双链的平环焊口都应朝向溜槽中心。 近几年，又推出厂新型链条 —紧凑链。 其特点是平链环仍用常规圆形断面的圆环链。 而立链环制成高度较低的断面形状为扁圆形或方形的链环，如图 （紧凑链）所 示。 其节距、宽度 (指平环 )尺寸与同档圆环链相同。 高度 (指立环 )尺寸则与低一档圆环链相当，而强度比同档圆环链高近一档。 如国产 SG2一 1000/1050 重型刮板输送机使用的是 Φ38137 规格的紧凑链 [3]。 而对圆环链及其链轮组的设计将在后面章节叙述。 机架 设计 由于工作采用的是圆环链的传动方式，必须有特殊的接链节用于连接料斗。 在整个闭合回路中的刮斗数量较多，一般要达到 15 个以上，且为了一次循环能清理较大的量（要求清挖量每小时 10 立方米），这么多的料斗不能只靠一条圆环链支撑和拖动。 所以对工作装置的回 路机架必须起到支撑料斗的作用，同时应使所有的刮斗在每次循环中为同样的轨迹，因此机架设计成带轨道的钢架结构。 如图 ， 其 中的 3 均是采用方形的空心钢管，其中 1 和 3 的截面尺寸为 6030，而 2 的截面尺寸为 6060。 三者按照一定的比例给焊接成形。 而整个刚架的定位和固定是用 间隔 一定 距离 的定位板 4 给与支撑起来的。 这来装配图中可以清晰的知道。 图 钢管导轨 旋转支撑结构设计 在工作装置通过前部的举升油缸提升时，必须有一支轴，这在图 中可以清楚地看到该动作是绕销轴摆动的。 在工作装置的中部 设计了一个旋转支撑的结构，如图 所示。 将该结构通过三维造型后结构如图所示。 1 是旋转支轴， 2 是上面工作导轨的定位板， 3 是旋转支轴的底座，通过一定的螺纹连接在其下面的钢板上， 4 是焊接在钢板上槽钢，左右各一块， 5 也是槽钢， 6 是举升用的油缸。 浙江科技学院本科毕业设计（论文） 15 图 旋转支撑 该结构主要设计是采用了槽钢来组成两侧滑轨。 这是因为 槽钢 是截面为凹槽形的长条 钢材 ，具有很好的抗弯能力，这样设计了两槽钢的滑轨后使得油缸的活塞杆承受的弯曲应力很小，几乎可以认为不承受，从而可以减小活塞杆的直径，减少经济费用。 上面未画出的整个工作装置当由油缸推动在水平上转动时可以绕着旋转支轴旋转。 其余结构设计 承载装置设计 铲斗是工作装置的重要部件，使其直接的执行机构，工作条件恶劣，时常承受 很大的冲击载荷及强烈的磨削，其结构及尺寸参数对插入阻力、崛起阻力和生产率有着很大的影响。 所以铲斗的设计要求需满足： ① 插入及崛起阻力小，作业效率高； ② 具有足够的强度、刚度和耐磨性； ③ 适应铲装不同种类和重度的物料。 浙江科技学院本科毕业设计（论文） 16 图 斗式提升机料斗形式 在斗式提升机常用的斗形式有三种：深斗、浅斗和 无底料斗，如图。 这是根据机械的运转速度和载运物料的性质所决定的。 深斗的斗口与后壁的夹角大，每个料斗可装载的物料较多，但较难卸空，适用于运送干料和松散物料。 而浅斗的斗口与后壁的夹角小，每个料斗的装载量虽然小，但是 其较易卸空，所以适用于运送潮湿和粘性的物料。 由此可见，在该清淤机的铲掘装置即刮都应该采用较浅的斗形。 但其结构上有一定的要求。 而参考装载机的铲斗结构形式，其主要有直线形斗刃、 V形斗刃、直线形带齿和 V形带齿的斗形。 对于铲掘土方的机械，斗底圆弧半径应该大些。 相比较下直线形斗刃较适宜水仓中的工作环境 [5]。 所以综合比较后，铲斗设计成较浅的直线形的斗形。 结构形状如图所示。 图 铲斗正视图 由于铲斗是安装在链条上，由链条的运动，拖着一系列的料斗往前运动。 所以其上需铸造出可以和链节相联接的耳坠 ， 如图。 另外，当刮斗运行至位于整机的最前端的竖直前伸段时，其铲掘提升的作用，因此刮斗的前沿设计有掘齿。 且该工作装置采用的是靠单链输送，故在斗背上进行固接。 铲斗在上行运输对物料的过程中，必须保持水平位置。 斗的工作又要求即前述的易于盛装需要量的物料、泥水，又可以方便的倾卸。 而且当料斗处于最低为时也可以进行作业。 浙江科技学院本科毕业设计（论文） 17 图 铲斗耳环 1—铲斗； 2—耳环； 3—接斗链节 驱动装置选择 由于该机械的使用环境，决定了其相关的动力和驱动装置。 动力装置是采用防暴电机、输出端与液压多联泵相连。 虽然可以考虑使用防 暴内燃机，但防暴内燃机的结构尺寸较大，布置时会产生困难，并且工作过程中产生的废气很难排出。 对工作装置的驱动装置可以采用液压马达，而且是低速大扭矩型的液压马达，这样是考虑是整机的结构紧凑，较大的驱动力等相关因素。 本章小节 本章主要介绍了在选定工作方案后整个工作装置中重要的零部件以及局部的结构设计，叙述了它们的功能特点，设计依据以及合理性等。 通过多环的修改、论证各部分的结构是比较合理的，适用于水仓内的工作。 这也是本工作装置设计的创新之处。 该章节是本论文的重要内容之一。 第四章 零件的设计计算 零 件的强度、刚度、稳定性等的校核计算是确保工作装置整体寿命的重要过程，是机械设计中最重要的步骤之一。 圆环链传动设计 目前我国在采煤机、刨煤机、刮板输送机、转载机、板式输送机、仓式列车等多种矿山机械中广泛采用圆环链牵引或传动。 浙江科技学院本科毕业设计（论文） 18 圆环链结构与规格 链环的结构尺寸用棒料直径 d、节距 p 和外宽 a 表示， 如图 所示 [9]。 圆 环链的规格标记为 dp.每一链段由 n 个链环组成，链段长度为 L0。 矿用高强度圆环链的规格和尺寸 见 节。 其链段长度（ mm）与公差（ mm）按下式确定： 0L np （ 41） 0 (1 0 .1 5 )100pLn    （ 42） 根据矿下水仓的断面结构初定工作装置的横向尺寸为 3000mm，纵向尺寸为 1600mm。 且选用的链条规格为 1040，链节的数目必须铲斗数的整数倍，这样可以使得在每次循环运动受载 均匀。 因此初步确定相邻两个铲斗间为 9 节圆环链。 所以根据式 41 计算可得链条的总长为 7200mm。 图 圆环链 圆环链的接链环的结构形式主要有以下几种类型： 凸缘式接链环：由两个半链环，一个卡块由两个半链环，一个卡块及一个弹性圆柱销组成。 如图， 半链环右上方为一凸缘，左下方有一凸缘槽，安装时将两个半链环的凸缘和凸缘摺相嵌合，并从侧面嵌入卡块，再从顶部装入弹性圆柱销组成整体。 其破断拉力大，连接可靠，但制造较困难。 开口式接链环：由开口链环 1,长块 2 及两个弹性圆柱销 3 组成。 如图 ， 链环 1 和卡块 2 的两端分别做有互相嵌合的榫头和榫槽，卡块从顶部装进开口链环，再打入两个开口弹性销，组成整体。 依靠弹性圆柱销在销孔内的弹性变形实现自动锁紧。 其破断拉力大，但制造困难。 铰接式接链环：由两端做有耳子的两个半链环 销轴 套简 3 及钢丝 4 组成。 如图 所示 钢丝 4 用来销紧，销轴 2 传递载荷。 其结构简单、工作可靠 .制造方便，寿命长。 而接链环的常用材料有 35CrMnSiA、 2DMnVB,30CrMnTi、 40CrMo 及 45Mn 等，进行调质处理，硬度达 320～ 350HBS。 为提高强度一与耐腐性，加工后应进行等温淬火，硬 度达 42～ 50HRC。 浙江科技学院本科毕业设计（论文） 19 图 凸缘式 图 开口式 图 铰接式 在该装置的设计中，还有一部分链节是专门设计制造的 ， 以用于安装铲斗 ， 如图 中 3 所示。 该链节由上下两个半链环 2 以及专用连接块 3 组成。 三者通过铆钉连接起来。 该链节是在其受两边拉力后仍能长期正常工作的条件下设计。 圆环链损坏形式及选择 高强度的圆环链在各种场合发生的主要损坏形式是断裂。 在起动或遇到严重刮卡时，承受的载荷超过静力破断负荷时，圆环链将产生 断裂，为此圆环链的最小破断负荷应不得低于规定值。 当链环受正常变负荷反复作用时，虽应力小于链环的破断应力，但如变应力的循环次数超过一定数值时，链环仍可能产生断裂报坏。 由于链环材料脆性高，韧性低和冲击负荷大造成一次冲击断裂，或者介于一次冲击断裂与疲劳断裂之间的经多次冲击断裂。 在链环未经充分预拉时，很难发现热处理及焊接缺陷。 若把这种链环接入链条用来牵引负荷，一旦起动或遇到卡链很可能发生断裂这种未经充分顶拉的链环的断裂称之不合格链环的断裂。 链条受载后将产生一定的弹性和塑性伸长，在额定极限负荷一下，当链段的伸 长量超过一定限度 .讨，链条与链轮不能正确啮合而无法正常工作，圆环链的这种失效形式称为伸长失效。 圆环链工作时承受拉伸与弯曲载荷，环内应力状态复杂，理论计算比较困难，通常圆环链按最大浙江科技学院本科毕业设计（论文） 20 牵引力 maxF 选择。 当单链牵引时： 1max QnFF k （ 43） 当双链牵引时： 1max 2 QnFF k （ 44） 式中 maxF ——圆环链的最小破断载荷（ N）；  ——双链牵引时的不均匀系数，一般取 ； nk ——安全系数，采煤机可取 ～ ；刮板输送机可取 ～。 该工作装置在运行过程中，当上行铲斗全部满载时估算牵引力为 20KN，选择安全系数 nk =，则破断负荷为 ： 1 m a x 4 20 80nF k F KN    则对照圆环链标准可以采用 1040 规格的。 圆环链链轮设计 当圆环链与链轮啮合时，在链轮的每一齿距上都有两个链环，链环 1 平卧于两齿间的链窝里，称为平环；链环 2 立卡在齿宽中部的窄糟内，称为立环。 链轮上链窝的形状与平环外形基本一致。 为满足链环节距伸长的需要，链窝长度 A稍大于链环长度 Δ，即 A=d+p+Δ。 为减小立环的啮合阻力，链轮齿宽中部的立槽宽 度 L 也应比链环棒料直径稍大一些 .圆环链链轮的齿形结构和尺寸见图。 圆环链链轮的齿廓曲线，国外推荐兰种 :直线、圆弧线和直线 ——圆弧线。 从加工制造和啮合性能上分析，直线齿廓易加工，但齿高不宜过高，否则会发生干涉；直线 ——圆弧线齿廓加工复杂，用得较少；圆弧线齿廓虽然加工困难，但轮齿的强度很高，齿高可以适当加大，所以采用圆弧线齿廓 [9]。 该工作装置中总共有三个圆环链链轮，均采用同样的设计。 这样可以减少设计计算和简化制造加工。 根据工作环境、整车质量、装载情况等综合条件，分析估算得其最大的牵引力为： max 20F KN 浙江科技学院本科毕业设计（论文） 21 图 链轮的齿形结构与尺寸 链轮齿数参考现有刮板输送机及采煤机械后选择 8z。 对链轮其他的基本尺寸的计算如下： 节圆直径 ： 222204 0 1 0 205sin c o s sin c o s2 2 1 6 1。