装煤机（装运部液压系统）毕业设计

绪论1.1课题来源及意义随着现代科技的不断发展、进步，矿用机械的科技水平也有了进一步的提高。连续型履带式装煤机就是近几年发展起来的新型矿用装煤机械，主要用于煤矿井下的坡度不大于16o的煤及半煤岩巷道中作业。连续型履带式装煤机适用于煤矿炮掘工作面、地面煤场的矿物装载、转运和露天煤矿开采。连续型履带式是集装载、运输、行走于一体的全液压装载设备。可进行连续的作业，还可与矿车、刮板输送机和带式输送机配套使用。即可在有瓦斯、煤尘或其他爆炸性混合气体的巷道中作业使用，也可用于地面煤场做装载和露天煤矿开采。由于露天煤业具有生产效率高、开采成本低、安全性高、全部机械化开采的特点，因此露天煤业得到了蓬勃发展，霍林河 、伊敏、元宝山、准格尔和平朔已是我国建立的五大露天煤矿基地，而连续型履带式装煤机是露采的重要设备之一，目前我国煤矿煤巷掘进装载机械化水平还较低，因而该机组具有较大的推广应用前景；特别是该机功能齐全它能保证机器工作安全性，可在煤及瓦斯突出和瓦斯突出危险区安全使用，故完全可替代耙斗装载机。按目前市场预测年需量约100台。连续型履带式装煤机操纵灵便，具有良好的适应性和过载保护能力；机载电气起动器具有多项保护功能和显示。除必备功能外还设有开机预警，前后照明，装、卸载点喷雾降尘，液压系统可为液压锚杆铝机提供动力源等。在矿山生产过程中，采掘作业循环包括钻孔、爆破、通风、装载和运输等工序，其中装载工做最繁重、费时间最多，对采掘生产率的影响很大，是采掘工作中最重要的一个环节。据统计，在掘进工作循环中，消耗于这一工序上的劳动量，占掘进循环总劳动量的4070%，时间一般占总循环时间的3040%。在井下回采工作中，装载作业也占很大的比重。所以就需要装载机械配套使用，来解决这一问题。装煤机的出现对解决装煤问题有很大的帮助。1.2. 装载机发展过程、发展方向和趋势由于装载作业的工作环境恶劣，任务繁重，机器的有效利用率较低，生产不高，还有很大部分繁重的手工劳动，所以，如何有效提高现有的装载机械的生产能力，缩短装载作业时间，提高装载作业的机械化程度，研制并推广新的高效的先进装载机械，无疑对加快采掘速度，提高采矿生产效率，降低成本，改善劳动条件，有着很重要的作用。装载作业是整个采掘过程中最繁重、最费工时的工序。装载机械化的水平，将直接影响采矿生产效率和矿石的开采成本，也关系到工人的劳动强度、作业条件及安全。世界各国都很重视井下矿用装载机的研究和发展。20世纪初，美英等国开始使用装载机代替手工作业，50年代，装载机以大量推广并发展成若干品种。比如：后卸式装载机和扒爪装载机。70年代后，随着巷道断面的增大，侧卸式装载机迅速发展。国外发展较早，种类很多，有17种基本类型，近5000多种型号及规格。广泛使用的有15种形式，大致有蟹爪式、铲斗式、耙斗式、星轮式、滚筒式等。近年来大都集中发展耙斗式、铲斗后卸式、侧卸式及星轮式。德国是生产装载机械的主要国家。沙土基打（salzgiter）公司的侧卸式装煤（岩）机品种最多，共16种，有气动系列、EL系列电动系列、TL电动伸缩系列，其最大斗容量1.8立方米，最大卸载高度2m，该公司还生产7种规格的HL、EL系列铲斗式装载机；日本生产铲斗式装（煤）岩机较多，有13个系列45种规格。太空机械株式会社生产的太空型装岩机有500、600、700、800、950系列14个规格；英国以生产扒爪式装载机最多，计39种规格，Anderson Mavor公司生产SM7、MC3LT等9种规格，JOY公司生产12BU型计20多种蟹爪式装岩机；法国是制造和使用耙斗式装煤机较多的国家，SACE公司生产C2型，SA-BES公司生产SABE型，SAMiiA公司生产TS型，法国也是铲运机的主要国家；瑞典是生产立爪式装岩机的主要国家，赫格隆德公司生产7HR等型号的立爪式装岩机；俄罗斯生产的转载机械较多。亚斯诺格尔斯基机械制造厂生产HB-3K型扒爪式装岩苏联矿山机械科学设计所研究的铲运机耙斗装岩机、振动装岩机、铲斗式装岩机等。近年来，各国主要生产和使用的有铲斗（后卸）式、铲斗侧卸式、扒爪式（包括蟹爪式、立爪式）、耙斗式和铲运机。我国于50年代初期使用侧卸式装载机和扒爪装载机，60年代研制耙斗装载机，70年代初，研制成功侧卸式装载机构，与凿岩台车配套使用。装载机的发展与掘进断面的大小及被装物料的特性密切相关。跟随着掘进断面的增大，在大断面的巷道中，多采用侧卸式铲斗装载机；且有大功率、大容量的方向发展，对于中小断面掘进的装载机，则着眼于提高其机械性能和工作可靠性，并使其更方便灵活。此外，正在探索装载机械向一机多能方向发展，如：在装煤机上增加钻臂，铲斗臂上增设可拆卸工作台。提高煤矿的机械化程度是首要问题，但煤矿施工最重要的式安全，但是现在的煤矿作业的特点式多工种，多电作业，战线长，没有保护措施是不行的，未来的装煤机械应具有高可靠性，便于维护、操作，各项费用降到最低，成本低，具有良好的配套性，便于其他高新技术配合使用，有效提高生产率。1.3. 装煤机种类及各自优点装煤机按作业过程的特点分为间歇动作式和连续动作式两大类。间歇式的主要有耙斗式、后卸式、侧卸式和铲斗式装煤机等；连续动作的有星轮式、扒爪（蟹爪）式、立爪式、扒立爪式和振动式装煤机等。现就几种典型的装煤机做简单的介绍。1. 耙斗式装煤（岩）机图1-1 耙斗装载机1-固定锲；2-尾轮；3-返回钢丝绳；4-簸箕口；5-升降螺杆；6-连接槽；7、11-钎杆；8-操作机构；9-按钮；10-中间槽；12-托轮；13-卸料槽；14-头轮；15-支柱；16-绞车；17-台车；18-支架；19-护板；20-进料槽；21-簸箕挡板；22-工作钢丝绳；23-耙斗；24-撑脚；25-卡轨器该机适用于矿山平巷和倾角30以下的斜井巷道和拐弯巷道，也适用于巷道断面816平方米的双轨道巷道，装载能力一般为15200m3/h，配以矿车或箕斗进行装煤(岩)。按驱动方式可分为电动、气动和液动。按装载方式分为料槽式、刮板装载机式。按行走方式分为轨轮式、履带式和雪橇式。工作时，用于平巷中，耙斗斗齿插入物料的耙角一般为500550用于倾角小于20斜井时，耙角约为6575；用于倾角大于20斜井时，耙角约为7075。特点：耙斗式装岩机，适用性强，具有良好的工艺性。能进行平行作业，打眼和装岩两道工序可以同时进行。价格低、装载效率高。缺点：使用耙斗装岩机的工作面一般很杂乱且具有较大的人工辅助工作量，装岩机及调车盘的移动也费时费力。该机不能与先进的液压钻车相配套，造成钻眼机械化程度不高，钻眼工序劳动强度大。耙抓装在装煤机铲板的两侧，由于铲板的尺寸小，安装空间的限制，考虑到结构紧凑，运动轨迹理想，机构不出现死点三方面因素，将耙抓机构设计成由四杆机构转化的具有直线导槽的耙抓机构。机构运转平稳，耙抓转载能力强。2.连续式装煤机图1-2 连续型装煤机该机式一种集装载、运输、行走于一体的全液压装载设备。主要用于煤矿井下在坡度不大于16的煤及半煤岩巷道中工作，可与矿车、刮板运输机和带式运输机配套使用。也可以用于地面煤场做装载。适合在又瓦斯、煤尘或其他爆炸性混合气体的巷道中作业，也适用于其他工程巷道中。一般生产能力为200t/h该机特点：装载部采用液压马达直接驱动，取消了装载部的减速器，使装载部结构紧凑，布置方便，减少了故障。星轮式机构零件数少，制造工艺简单，成本低，维修方便，由于转速恒定，工作状态具有连续性，冲击载荷相对较小，可靠性提高，装载能力大。缺点：铲板宽度部、不允许改变，当煤岩装载条件差或有水时，装载能力会下降，适用能力差。3. 铲斗装煤（岩）图1-3铲斗装载机1-行走机构；2-铲斗；3-斗臂；4-回转机构；5-缓冲弹簧；6-翻转机构该机适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的矿井中掘进平巷时进行装煤（岩）要求巷道的高度不小于2.5m，宽度在3m以上。用于中小断面巷道掘进的装载作用，生产能力一般为15140m3/h。按装卸方式不同分为后卸式、前卸式和侧卸式三种。后卸式和侧卸式使用较多，按装载方式分为直接装载和带装载机式两种，煤矿主要使用直接卸载式。前者体积小、机动灵活，使用方便。后者装载机下方可容纳大吨位矿车。该机结构主要由行走机构、提升机构、回转机构、工作机构、操纵机构、电气机构等组成。这种机型研制较早、使用广泛。其工作机构多为气动和振动。缺点：噪声大，装载宽度受到限制，装载宽度以外的煤，要靠手工清理、劳动强度大；装载方式多为抛卸式，装载动作耗能多，且为间歇装载，效率低。这种机械的工作原理不够合理，调车、铺轨等辅助作业多，所以国内外这类装载机的发展处于停滞状态。4. 侧卸式装煤机图1-4侧卸式铲斗装载机1-工作机构；2-行走机构；3-液压装置；4-电气系统；5-操作系统该机主要用于矿山平巷和倾角18以下的斜巷，适合低矮巷道中使用，以及其他矿山工程中铲装破落的松散岩石，也可作为材料和设备的短途运输设备。侧卸式装载机适用的巷道断面，取决于机器自身的最大宽度、卸载时的最大高度以及配套设备，与刮板输送机等转载设备配套使用，最小适用断面约为6平方米，与矿车配套时，巷道断面不小于10平方米。按行走驱动方式分为气动、电动和电液动三种，按铲斗臂的结构形式分为固定斗臂、伸缩斗臂和摆动斗臂，大多数侧卸式装岩机采用固定式斗臂结构。该机特点：铲斗容量大，装岩效率高，调动灵活，耗能少装载宽度不受限制，能适应底板的高低不平，并能产生较大的推力，可以装岩不留死角，铲斗的升降和翻转行程较短，有利于提高生产率，安全可靠，铲斗可用于处理危石、安装锚杆和运转材料，实现一机多用。制造简单、成本低，维修方便，应用范围广。5. 蟹爪（扒爪）式装煤机图1-5扒爪式装载机1-扒爪；2-扒爪减速器；3-铲装板升降液压缸；4-履带行走装置；5-转载机升降液压缸6-电动机；7-转载输送机；8-紧连装置；9、10-照明灯；11-铲装板；12操作手把；13-转载机摆动液压缸该机主要用于巷道掘进中装载爆落的煤岩，装载能力一般为35200m3/h,适用于断面5平方米、高度1.3m以上、倾角小于12的巷道中，不适合装载中硬以上的岩石。该机特点：能够连续装载，生产效率高，机器高度低，履带行走机构灵活，装载面宽。装岩块度在100mm以内时，机器的装载效率最高，煤岩块度不能超过300mm，否则会影响机器的生产效率。 该机缺点：虽然装煤块效果好，但岩石过硬蟹臂容易折断，可靠性差，属于上世纪70年代的技术。装硬岩时运输机常被卡住，式刮板变形弯曲、链条崩断或扒爪曲柄轴因漏进岩粉而过早磨损。扒爪装煤机按转载运输机形式分为整体式（多为刮板输送机）和分段式（前段是多为刮板输送机，后段多为带式输送机）两种。1.4.可行性分析我在大学期间系统的学习了机械制造原理，机械课程设计，矿山机械等相关专业课程，金工实习，生产实习，毕业实习等实践课程。在硬件方面，图书馆提供了良好的学习，设计环境，以及网络上的各种资源，为我提供了大量的资料，同时图书馆拥有大量丰富的文献和资料，能够使用相关指导书，技术手册，图册等专业书籍。江苏中机矿山设备机械有限公司生产的ZMX45P型装煤机为我提供了主要的参考数据，ZMX45P型装煤机是一种集装载、运输、行走三大机构和液压、电气二大系统于一体的装载设备，可与矿车、刮板运输机、带式运输机等二次运输设备配套使用。装载部采用无装载减速器的星轮式转载形式，其结构紧凑、技术先进。该机主要用于煤矿井下在坡度不大于16的煤及半煤岩巷道中工作，也可在有瓦斯、煤尘或其它爆炸性混合气体的巷道中作业，还可用于地面煤场装载。我设计的装煤机和ZMX45P在结构，工作原理，工况上有很多相同之处，在借鉴ZMX45P型装煤机的主要参数和设计原理上，以及在指导老师的帮助和指导下，我相信能够顺利按时的完成毕业设计。1.5.本课题的设计内容连续式履带装煤机就是近几年发展起来的新型矿用装煤机械，连续式履带装煤机是集装载、运输、行走于一体的全液压装载设备。可进行连续的作业，还可与矿车、刮板输送机和带式输送机配套使用。即可在井下使用，也可用于地面煤场做装载。本毕业设计是对连续式履带装煤机的装运部进行设计，装载部采用的是星轮装载，运输毕业设计采用刮板输送机，装载部和运输部共用一组液压马达驱动，取消装载减速器，使机器结构更加紧凑，运转更加协调，减少了故障。星轮装载是近几年发展起来的，与蟹爪式相比有明显的优点。运输部根据需要选用的圆环链为中单链，以适应井下复杂多变的巷道情况，可以进行水平方向的转动。本毕业设计主要是对装载部星轮、刮板输送机以及驱动装置进行了科学的设计。正文中主要介绍装煤机的各种类型和发展趋势，对本次设计中的装煤机原理进行了介绍，其次是三个主要部分的设计计算，并对关键部分进行了强度校核。最后讲解了连续式履带装煤机的安装、使用和维护等方面的注意事项。1.6 基本框架图1-6装煤机1.6.1、装载部装载部又称装载机构，工作时，铲板借助于机器牵引力插入料堆，将被落下来的煤岩装载到机器的刮板运输机内，装载部采用星轮式装载形式 图1-7装载部1-左星轮；2-铲板；3-右右星轮1.6.2、运输部运输部的型式为刮板输送机，是单中圆环链刮板式，主要由机架5（包括过渡槽，中机架，机头架）、从动轮1、刮板链6、主动轮7、液压马达8等组成，刮板链条的松紧可以通过张紧装置9调整。图1-8运输部2 总体设计2.1设计总则总体布置包括机器各部分间的性能协调和他们相互布置的正确布置。只有合理的总体布置，才能保证良好的整机性能。设计中是通过绘制整机布置草图来控制各部分的主要尺寸和相互布置。这一工作既是密切结合实际，同时又是与各部件的设计密切相配合的。1）保证各部件，零件间工作协调，运动可靠，并有足够的强度和刚度。（2）结构紧凑，外形美观，整体稳定性好。（3）整机性能好，生产效率高，传动损失小。（4）便于操作和维修，工作安全可靠。（5）要符合煤矿和设计标准。（6）煤矿生产，安全第一。（7）满足矿用需求，能与矿车、刮板输送机等运输设备配套使用。（8）保证机器质量。2.2 设计要求本设计是对ZMX45P型装煤机装运部进行设计。2.3总体生产能力 100 t/h行走速度 0.170.02 ms适应巷道断面 5供电电压 根据现场2.4方案对比2.4.1第一种方案（1）装载部设计方案 装载部又称装载机构，工作时，铲板借助于机器牵引力插入料堆，将被落下来的煤岩装载到机器的刮板运输机内，装载部采用星轮式装载形式。 装载部由主铲板，左、右星轮组成。星轮的转动靠液压马达直接驱动，完成物料的装载。主铲板通过一对销轴铰接于主体部上，在铲板油缸作用下，装载部可绕销轴上下300mm摆动，使主铲板前沿更好紧贴巷道底板。液压马达及传动装置安装在主铲板内，左、右两组星轮分别传动，装载星轮采用2台液压马达直接驱动，取消了装载减速器，使装载部结构紧凑，布置方便，减少故障。装载机构执行元件的作用是将铲板上的煤收集起来，装载到输送机机上，由于受煤岩的块度影响，该执行元件受的冲击载荷较大，工作环境恶劣。目前通常采用两种装载方式：星轮式和蟹爪式。本机选用星轮式进行装载，与蟹爪式相比，它具有以下优点：1）星轮式机构的零件数较少，制造工艺简单，制造成本低，维修方便。2）蟹爪机构在每个工作循环，由于是四连杆机构的不均匀性，产生较大的周期性惯性阻力，并有重载行程和空载行程两种受力状态，使零件受复杂的交变载荷，容易造成疲劳损坏。星轮式机构由于转速恒定，工作状态具有连续性，冲击载荷相对较小，有利于提高传动件的可靠性。3）为了避免左右蟹爪互相干涉，采用蟹爪机构时，装载机构左右侧的传动齿轮箱必须采用联轴节刚性连接。而星轮式机构则无需连接。4）蟹爪式机构工作时震动大，减速机容易损坏。5）蟹爪机构须采用柱塞式马达，但国产柱塞马达性能不好，多选用国外进口的，这就增加了成本。而星轮式机构不需要柱塞式马达，使用的效果还比蟹爪的要好。（2）运输部设计方案运输部采用刮板输送机运输。因为输送机要根据巷道的情况做左右方向的偏转，这就需要刮板链能水平方向偏转，故采用单中链。在输送能力上，刮板输送机的输送能力要大于装载部的输送能力，要留有一些余量，否则，会出现大量的煤堆积在刮板输送机上的现象。也就是说实际的运输能力要大于100 t/h 。（3）驱动装置设计方案星轮和刮板输送机的动力都来源于两台液压马达，马达直接驱动星轮和刮板机的主动链轮。采用锥齿轮进行传动，马达上的锥齿轮定位： 星轮上的锥齿轮定为： 刮板输送机链轮轴上的锥齿轮：传动装置简图：如图2-1所示图2-1传动装置实际上，本传动装置是三个锥齿轮之间的动力传递。在工作中，马达上的齿轮和刮板机上轴齿轮，同时与星轮上的齿轮相啮合，所以，、的模数相同，转速也相同，但由于是从动力装置上传递过来的功率，要大于的功率。2.4.2第二种方案（1）装载部设计方案此方案的装载部设计和方案一一样，都采用左，右星轮，具体参考方案一。（2）运输部设计方案 运输部还是和方案一相同，都采用刮板输送机，因为刮板输送机结构简单，能拐弯，外形储存小，易于维修。（3）驱动装置设计方案装载部的左，右星轮都采用无减速器，直接由低速液压马达直接带动，这样减少了传动环节，由液压马达直接驱动，可以降低装载部驱动装置的故障率，即使出现了故障也便于检修，也减少了铲运煤块时冲击载荷对传动装置的影响，延长了维修周期。运输部的刮板输送机的驱动系统是以装于槽体两侧的液压马达作动力，通过行星减速器，万向节，换向减速器等将动力传给链轮轴。为了防止机件过荷，在液压马达和行星减速器之间，装有起动负荷保护作用的摩擦离合器。驱动系统布置在卸载端，可减少刮板链的最大张力，减少液压马达功率损耗。第一个减速器采用行星减速器，行星减速器与定轴减速器相比，有如下优点：1）载荷由均匀布置（或对称布置）的几个行星轮分担，构件受力平衡，支撑轴承和减速箱箱体受力较小，因而结构刚度大，可以采用较小模数的齿轮和较小尺寸的轴，轴承，结构紧凑，尺寸小。2）因结构刚度大，齿轮轮齿接触良好，使用寿命厂。动力经第一个减速器后用万向传动轴传到第二个减速器，第二个减速器的主要功用是换向，也可称为换向减速器，再传到链轮轴。图2-1 传动装置2.4.3第三种方案（1）装载部设计方案此方案的装载部设计和前两个方案一样，都采用左，右星轮，具体参考方案一。（2）运输部设计方案 运输部还是和前两个方案相同，都采用刮板输送机，因为刮板输送机结构简单，能拐弯，外形储存小，易于维修。（3）驱动装置设计方案装载部的左，右星轮都采用无减速器，直接由低速液压马达直接带动，这样减少了传动环节，由液压马达直接驱动，可以降低装载部驱动装置的故障率，即使出现了故障也便于检修，也减少了铲运煤块时冲击载荷对传动装置的影响，延长了维修周期。输送机的动力也是由低速液压马达直接驱动，减少了传动环节，传动效率也提高了，故障率也降低了。传动见图如下：图2-2传动装置简图1-右星轮液压马达；2-左星轮液压马达；3-输送机右马达；4-输送机左马达综上所述，方案一，将输送机和星轮的驱动装置放在一起，有一定的缺陷。第一，将减速器放置在铲板里，对减速器的冲击损害比较大，对减速器的维修带来不便，还有对出现的故障也不好判定。第二，将刮板输送机的驱动装置放在下边，它的松边在上边，而紧边在下边，这样对运送煤料有一定的影响，因为一般刮板输送机的重段是紧边，而空段是松边。方案二，是将输送机的驱动装置放在卸载端，这样有利于煤料的运输，但是，它的传动环节过多，效率低，发生故障的概率大，机器也过于笨重，不利于井巷的施工。方案三是对方案一，方案二的改进，直接由液压马达驱动星轮和刮板输送机。实现了机器紧凑，故障率低的基本要求。故本设计采用方案三。2.5液压系统本机所有动作全部采用液压传动。液压系统动力由一台45KW电机供给，通过泵站传动部驱动一台三联齿轮泵，分别向三个独立的液压回路（左、右装载，刮板机，油缸）供油。本液压系统操纵部分采用集成化设计，由换向阀组、溢流阀、单向阀、操纵阀板等组成，所有换向阀均采用板式连接，简化管路，方便拆装和维修。(1) 装载回路动力由二联齿轮泵供给，一只油泵分别供给左、右星轮的二台液压马达，调定压力为16Mpa。装载机构换向阀组安装在操纵阀板上，由二个二位二通手动换向阀和二个溢流阀组成。装载部左、右星轮二台液压马达不工作时，其油液往手动换向阀直接向行走回路供油，实现掘进机的快速行走。(2) 运输回路动力由二联齿轮泵供给，油泵供给刮板运输机二台液压马达，调动压力为16Mpa。运输机换向阀组安装在操纵阀板上，由一个二位二通手动换向阀和一个溢流阀组成。一般来说，当运输机工作时，油缸回路油不工作，其油液经手动换向阀直接向运输机回路供油，满足运输机链速要求。液压系统图如下：图2-3液压系统图2.6设计步骤（1）装载部的总体设计。（2）装载部星轮的设计。（3）刮板输送机的设计。（4）液压马达的选用和传动系统设计。（5）主要部件的强度校核。2.7主要部件设计方案装运部有装载部和运输部两部分组成，装载部采用星轮装载形式，运输部采用刮板输送机形式。（1）装载部星轮设计方案装载机构执行元件的作用是将铲板上的煤收集起来，装载到输送机机上，由于受煤岩的块度影响，该执行元件受的冲击载荷较大，工作环境恶劣。目前通常采用两种装载方式：星轮式和蟹爪式。本机选用星轮式进行装载，与蟹爪式相比，它具有以下优点：（1）星轮式机构的零件数较少，制造工艺简单，制造成本低，维修方便。（2）蟹爪机构在每个工作循环，由于是四连杆机构的不均匀性，产生较大的周期性惯性阻力，并有重载行程和空载行程两种受力状态，使零件受复杂的交变载荷，容易造成疲劳损坏。星轮式机构由于转速恒定，工作状态具有连续性，冲击载荷相对较小，有利于提高传动件的可靠性。（3）为了避免左右蟹爪互相干涉，采用蟹爪机构时，装载机构左右侧的传动齿轮箱必须采用联轴节刚性连接。而星轮式机构则无需连接。（4）蟹爪式机构工作时震动大，减速机容易损坏。（5）蟹爪机构须采用柱塞式马达，但国产柱塞马达性能不好，多选用国外进口的，这就增加了成本。而星轮式机构不需要柱塞式马达，使用的效果还比蟹爪的要好。（2）运输部设计方案运输部采用刮板输送机运输。因为输送机要根据巷道的情况做左右方向的偏转，这就需要刮板链能水平方向偏转，故采用单中链。在输送能力上，刮板输送机的输送能力要大于装载部的输送能力，要留有一些余量，否则，会出现大量的煤堆积在刮板输送机上的现象。也就是说实际的运输能力要大于100 t/h 。3 装载部设计3.1星轮机构的特点星轮式机构的零件数较少，制造工艺简单，制造成本低，维修方便。由于转速恒定，工作状态具有连续性，冲击载荷相对较小，有利于提高传动件的可靠性；装载机构左右两侧的传动箱无需采用联轴节刚性连接。星轮机构的装载能力较大。但是铲板宽度不能改变，当煤岩发粘或遇水较多时，其装载能力会有所下降，适应能力不强。见下图3-1.图3-1星轮3. 2星轮外形尺寸的确定（1）星轮的外径 D：星轮的外径与铲板的尺寸有关，铲板尺寸初步估计为：25001776597（长宽高）综合铲板尺寸，星轮的外径定为：D=1200 mm（2）星轮的内径 d： 综合铲板的外形尺寸和驱动装置的尺寸要求，星轮的内径为：d=512 mm（3）星轮的内径高度 H：根据铲板的尺寸和驱动装置及装载部总体尺寸的要求，来确定。改高度不易过高，应尽量降低其高度 则：H=121 mm（4）星轮爪子数量N及宽度M、长度L：如图所示星轮爪子。在本设计中，为使结构简单，星轮的爪子数取 N=3宽度： = 164 mm（5）爪子的高度h：爪子的高度要根据星轮的外径、内径、星轮转速和星轮的装载能力要求及装载机构整体尺寸来确定。 星轮的外径： D = 1200 mm 星轮的内径： d = 512 mm 装载能力A： A= 装载系数 取1.5 n 星轮转速 rpm S 星轮爪子的面积 mm h = =85 mm 则 爪子的高度 h = 85 mm 星轮的爪子应该采用弧形面，以便于装载，提高生产率。3.3星轮转速的确定星轮的转速取决于装煤时，星轮的爪子所受到的各种阻力 F 。取一星轮爪子做力学的受力分析。首先,假设星轮所装煤的质量为m,煤在星轮处的半径为 r ，角度忽略不计。如下图3-2 所示：（1）星轮转动时，煤会受到离心力F的作用 F = （2） 将离心力F分解为：水平方向的力 F和垂直于爪面的力 F 沿爪面的水平分力 F= 垂直于爪面的分力 F= （3） 铲板与煤之间的摩擦力为 F ： F= 其中 g 重力加速度 取 9.8 f 摩擦系数 取 0.7（4） 装煤时，煤受到的垂直于爪面的力 F ： F= F- F= -（5） 装煤过程中，煤与爪面之间形成的摩擦力 F ： F= 通过上述分析，可知，要将煤装到刮板输送机上，就必须克服各种摩擦力和阻力，故星轮的转速为： = = 34.4 rpm转速 30 rpm只是星轮转速的临界值，星轮的实际转速要结合实际的状况来决定。从实际出发，星轮的转速要考虑到马达的选型，现在市场上是否有满足需求的马达。星轮的装载方式有两种，一种是将煤推移到刮板输送机上，还有就是利用离心力将煤甩到输送机上。在装载过程中，煤在星轮处的半径r越小，所需转速越大，但如果转速过大，会把煤甩出装载范围，大大降低了装载速度，所以转速不能过大。用计算出的临界值确定星轮实际转速，试验证明，当星轮转速n=53r/min，输送机速度达到1.72m/s时，装运能力较大，且甩煤现也不严重，所以星轮转速取53r/min。3.4星轮装载所需功率的计算 星轮装煤时，一是将煤推移到刮板输送机上，二是将煤沿爪面借助离心力甩到刮板输送机上。所以，要计算出星轮装载时所需的功率，首先，就是要算出在推移过程中，煤与铲板间的摩擦力所消耗的功率 ,其次就是星轮在推煤时所消耗的功率 。其他阻力或摩擦力所消耗的功率，由保险系数 =（1.3-1.6）来保证其功率。（1） 星轮克服摩擦力消耗的功率 ： = KW 其中 = = 装载能力 摩擦系数 取0.7 星轮转速 rpm 重力加速度 取 10 星轮外径 mm= = 2.28 KW（2）星轮在推煤时所消耗的功率 ： = 装载能力 星轮自重的当量质量 = 0.1 星轮转速 rpm 星轮外径 mm = =7.48 KW因此 装载部星轮工作时所需功率为： N = + = 9.76 KW（3）装载部马达的输出功率应为 N：N= 保险系数 取 1.6 传动系数 取 0.95 所以 马达的输出功率为 N= = 16.95 KW4 运输部的设计运输部的形式为刮板输送机，是单中圆环链刮板式，主要由机架（包括过渡槽，机头架，机尾架）、主动轮、刮板链等组成，刮板链条的松紧可以通过张紧装置调整。刮板输送机是本机中的运输部分，在设计时要注意与装载部各部件相配合的问题，此刮板输送机的速度要满足装载部的运输速度。在输送能力上，刮板输送机的输送能力要大于装载部的输送能力，要留有一些余量，否则，会出现大量的煤堆积在刮板输送机上的现象。4.1输送能力计算Q 用连续运输的计算公式来计算其输送能力： Q = 式中：Q 刮板输送机的运输能力。 F 中部槽运输物料的断面积。 装载系数 （0.6） 物料（煤）的散碎密度 （0.851） V 刮板链速 1.72 中部槽应具有的装在面积为： F = = = 0.038 刮板运输机的理论运输能力： = 100 装载部的运输能力也为 100 ，考虑到刮板输送机的输送能力要大于装载部的输送能力，并留有一定的余量，所以，刮板机的实际输送能力Q应为：Q = 120 在矿山运输机械中 查表3-1：选出中部槽 宽为：501 长为：160 选圆环链为中单链型。 规格为：1450 中单链。根据以上数据，刮板输送机选用SGD420/30型与装载部进行配套使用。4.2运行阻力 刮板输送机的运行阻力分为直线段和曲线段两部分进行计算，但在本机中，曲线段接近直线段，所以只按直线段进行计算。 重段直线运行的阻力： 刮板链在空段直线段的运行阻力为： 式中 ： 重段直线段的总阻力。 N 空段直线段的总阻力。 N 中部槽单位长度上的装煤量。 刮板链单位长度的质量。 刮板输送机的长度 M 煤在槽中运行的阻力系数 刮板链在槽中运行的阻力系数g 重力加速度 倾斜角度其中： L = 5.164 m = 24圆环链为中单链，根据表3-6 选出： = 0.6 = 0.4中部槽的单位长度装煤量： q = = = 19.4 刮板链单位长度上的装煤量 = 18 = （19.40.6+180.4）5.1649.8cos24+（19.4+18）5.1649.8sin24 = 1640.8 N = 185.1649.8(0.4cos24+ sin24) = -37.6 N总阻力： + = 1640.8+（-37.6） = 1603.2 N4.3刮板链张力刮板链张力，用逐点计算法求解如图，确定刮板链的最小张力图4-1 机头驱动的计算图因为 0，所以从动轮的相遇点处为最小张力点，即= = =3000 N = + 0.06 =1.06 X 3000 =3180 N = + = 3180+1640.8 = 4820.8 N = +=3000+(-37.6)=2962.4 N4.4刮板输送机所需功率 （液压马达功率）理论上动力装置所需功率：P 牵引力 NU 牵引构件的运行速度 其中 ：牵引力 P = - = - 相遇点张力 N 分离点张力 N P = -= 1858.4 N 理论所需功率： = = 1.75 kw 实际所需功率: 备用量取20%计入传动系统损失= 0.85 2.5 kw 所以实际所需功率：N = 2.5 kw4.5刮板链的预紧力和紧链力在本设计中，刮板输送机采用中单链。 圆环链规格：1450 中单链实际运输能力：Q = 120 刮板链工作时因受力而产生很大的弹性伸长，会在驱动链轮分离点处松弛，甚至形成堆积导致发生事故。为防止这种状态的出现，安装时给刮板链施加一定的张紧力，使之有预紧力的弹性伸长，如果这个伸长量与额定负荷下所产生的伸长量相等，就会避免松弛。 预紧力： =3490.8 N 设紧链时使链条比预加弹性伸长多拉长的量为： 将全长为2L的刮板链拉伸长所需的张力 为： = 由此可见，紧链操作时，在拉紧一端应给刮板链加的紧链力为： 式中： 预紧力 多拉伸段的长度，一般数值为链环节距的0.50.6 紧链力的计算：一条1450 圆环链的刚度 EA= N 取= 0.650 = 3490.8+5164189.80.4+0.650 = N 4.6 刮板链的安全系数 单链： 式中： 链条的安全系数 链条的破断拉力 刮板链的最大静张力 查表得 1450（C级）圆环链的破断拉力为：250 KN = 43.2 所以刮板链可以在给定的条件下使用。4.7主动链轮 （1）链轮公称直径：d= 14 公称节距：P= 50 链轮齿数：N= 5 链轮节距角： 链轮节圆直径： = = 162.5 取整：= 162 （2）链轮外径：= = 190 （3）链轮轮槽直径 ： = 100 （4）链轮立槽宽度 M ： M = = 20 齿根圆弧半径： = 7 链窝长度: L = 1.075P + 2 = 81.8 圆整：L= 82 （5）链轮中心至链窝底平面距离： H = = = 23.85 圆整：H = 24 链窝平面圆弧半径： = 7+24 = 31 链窝中心距： a = 1.075P + d = 1.07550+4 = 67.5 短齿厚度： W = = = 104 齿轮圆弧半径： 50-1.514 = 29 立环槽圆弧半径： 7 短齿根部圆弧半径： 7 链轮转速： rpm 链轮厚度： H = 75 4.8刮板输送机主动链轮的主要尺寸：节圆直径= 162 链轮轮槽直径= 100 齿根圆弧半径= 7 链窝平面圆弧半径= 31 齿轮圆弧半径= 29 立环槽圆弧半径7 短齿根部圆弧半径 7 链窝中心距a = 67.5 链轮转速 rpm短齿厚度W = 104 链轮厚度H = 75 5 装煤机液压系统5.1装煤机液压系统概述5.1.1装煤机液压系统的基本组成及其基本要求按照装煤机工作装置和各个机构的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接起来就组成一个装煤机液压系统。它是以油液为工作介质、利用液压泵将发元件液压能转变为机械能，进而实现装煤机的各种动作。系统主泵由一台55kW的电动机通过齿轮箱驱动两台双联齿轮泵，同时分别向油缸回路、行走回路、装载回路、输送机回路供压力油，按照不同的功能将装煤机主系统分为四个独立的开式系统。装煤机油缸回路是由铲板液压缸和后支撑液压缸组成，铲板液压缸的运动可以使铲板上下升降，实现对煤堆垂直面上插入最佳位置的确定，使铲板更容易的插入煤堆，也可以铲运各个断面上的煤料，增加铲煤断面。后支撑液压缸支撑左、右后支撑腿，实现铲运煤时，增加机器的稳定性，机器在斜坡上工作时，提高机器的制动性，当履带链断链及张紧时，以便操作，还有在卧底时使用，抬起机器后部，以便加卧底深度。装煤机的行走回路所用的液压元件主要是行走马达，行走系统实际要考虑直线行使问题，即在装煤机行走过程中如果某一个工作的装置动作，不至于装煤机行走时发生偏转现象。装载回路的执行元件是两个低速大扭矩的液压马达，主要驱动装载部的星轮，实现装载部的装载煤料的功能。输送机回路的主要执行元件是两个低速大扭矩的液压马达，直接驱动刮板输送机，运输由装载部传输过来的煤料。全液压装煤机的具有多种机构，如行走机构，装载机构，运输机构，后支撑等机构，是一种多机构配合使用的煤矿用机器。这些主要机构经常起动，制动，换向，外负载变化很大，冲击和振动多。因此装煤机对液压系统提出了很高的设计要求，根据装煤机的工作特点，其液压设计需要满足以下要求：（1）动力性要求所谓动力性要求，就是在保证电动机不过载的前提下，尽量充分地利用电动机的功率，提高装煤机的生产效率。尤其是当负载变化时，要求液压系统与电动机的良好匹配，尽量提高电动机的输出功率，例如，当外负载较小时，往往希望增大油泵的输出流量，提高执行元件的运动速度。双泵液压系统中就常常采用合流的方式来提高电动机的功率利用率。（2）操纵性要求装煤机在作业过程中需要各个执行元件单独动作，但是在更多情况下要求各个执行元件能够相互配合实现复杂的复合动作，因此如何实现多执行元件的复合动作也是装煤机液压系统操作性要求的一方面。当多执行元件共同动作时，要求其相互间不干涉，能够合理分配共同动作时各个执行元件的流量，实现理想的复合动作。尤其对行走机构来说，左、右行走马达的复合动作问题，即直线行使性也是设计中需要考虑的重要一方面。如果装煤机在行使过程中由于液压泵的油分流供应，导致一侧行走马达速度降低，形成装煤机意外跑偏。很容易发生事故。另外，当多执行元件同时动作时，各个操作阀都在打开度下工作，往往会出现系统总流量需求超过油泵的最大供油流量，这样高压执行元件就会因压力油优先供给低压执行元件而出现动作速度降低，甚至不动的现象。因此，如何协调多执行元件复合动作时的流量供应问题也是装煤机液压系统设计中需要考虑的。（3）节能要求装煤机工作时间长，能量消耗大，要求液压系统的效率高，就要降低各个执行元件和管路的能耗，因此在装煤机液压系统中要充分考虑各种节能措施。当对各个执行元件进行调速控制时，系统所需流量大于油泵的输出流量，此时必然会导致一部分流量损失丢。系统要求此部分的能量损失尽量小，当装煤机处于空载不工作的状态下，如何降低泵的输出流量，降低空载回油的压力，也是降低能耗的关键。（4）安全性要求装煤机的工作条件恶劣，载荷变化和冲击振动大，对于其液压系统要求有良好的过载保护措施，防止油泵过载和因外负载冲击对各个液压作用元件的损伤。铲板液压缸因具有良好的平稳性，防止铲板下降过速。（5）其他要求实现零部件的标准化，组件化和通用化，降低装煤机的制造成本，液压装煤机作业条件恶劣，各功能部件要求有很高的工作可靠性和耐久性。尽量降低振动和噪声，重视其作业中的环保性。5.2装煤机液压系统方案设计5.2.1确定回路方式在本设计中对装煤机采用开式回路，将执行元件的油排回油箱，油液经过沉淀，冷却后再进入液压泵的进口。5.2.2选用液压油液该型装煤机应用于矿井内，选用普通液压油较为合适。5.2.3初定系统压力根据装煤机技术标准，并参考其他型号的装煤机，初定系统压力为16MPa。5.2.4确定调压方式溢流阀旁接在液压泵出口，在进油和回油节流调速系统中为定压阀，保持系统工作压力恒定，其他场合为安全阀限制系统最高工作压力。为了使执行元件不工作时液压泵在很小输出功率下工作应采用卸载回路。因各个液压缸回路有垂直性负载应采用平衡回路，以保证重物平稳下路。5.3装煤机液压系统分析5.3.1装煤机的液压系统原理图如下图2-2 液压系统图5.