机械毕业设计（论文）-液压抓斗式矿井水仓清淤机设计【全套图纸】.doc

中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第 92 页 1 概 述全套图纸，加1538937061.1起重机械的用途及工作特点起重机械主要用于装卸和搬运物料，是现代化生产的重要设备。它不仅广泛应用于工厂、矿山、港口、车站、建筑工地、电站等生产领域，而且也应用到人们的生活领域。使用起重运输机械，能减轻工人劳动强度，降低装卸费用，减少货物的破损，提高劳动生产率，实现生产过程机械化和自动化不可缺少的机械设备。起重机械是以间歇、重复工作方式，通过起重吊钩或其它吊具的起升、下降，或升降与运移重物的机械设备。其工作特点具有周期性。在每一工作循环中，它的主要机构作一次正向及反向运动，每次循环包括物品的装载及卸载，搬运物品的工作行程和卸载后的空钩回程，前后两次装载之间还有包括辅助准备时间在内的短暂停歇。综合起重机械的工作特点，从安全技术角度分析，可概括如下：起重机械通常具有庞大的结构和比较复杂的机构，能完成一个起升运动、一个或几个水平运动。例如，桥式起重机能完成起升、大车运行和小车运行三个运动；门座起重机能完成起升、变幅、回转和大车运行四个运动。作业过程中，常常是几个不同方向的运动同时操作，技术难度较大 。 所吊运的重物多种多样，载荷是变化的。有的重物重达几百吨乃至上千吨，有的物体长达几十米，形状很不规则，还有散粒、热融状态、易燃易爆危险物品等，使吊运过程复杂而危险。大多数起重机械，需要在较大的范围内运行，有的要装设轨道和车轮（如塔吊、桥吊等），有的要装设轮胎或履带在地面上行走（如汽车吊、履带吊等），还有的需要在钢丝绳上行走（如客运、货运架空索道），活动空间较大，一旦造成事故影响的面积也较大。有些起重机械，需要直接载运人员在导轨、平台或钢丝绳上做升降运动（如电梯、升降平台等），其可靠性直接影响人身安全。暴露的、活动的零部件较多，且常与吊运作业人员直接接触（如吊钩、钢丝绳等），潜在许多偶发的危险因素。作业环境复杂。从大型钢铁联合企业，到现代化港口、建筑工地、铁路枢纽、旅游胜地，都有起重机械在运行；职业场所常常会遇有高温、高压、易燃易爆、输电线路、强磁等危险因素，对设备和作业人员形成威胁。作业中常常需要多人配合，共同进行一个操作，要求指挥、捆扎、驾驶等作业人员配合熟练、动作协调、互相照应，作业人员应有处理现场紧急情况的能力。多个作业人员之间的密切配合，存在较大的难度。 上述诸多危险因素的存在，决定了起重伤害事故较多。根据有关资料统计，我国每年起重伤害事故的因工死亡人数，占全部工企业因工死亡总人数的15%左右。为了保证起重机械的安全运行，国家将它列为特种设备加以特殊管理，许多企业都把管好起重设备作为安全生产工作的关键环节。1.2起重机的发展趋势起重机的发展趋势，将主要体现在如下几个方面：大型化。 起重机的起重量将会越来越大，以满足特殊工程的需要。轻量化。 将广泛采用新材料和采用合理的结构形式，以减轻设备自重。采用新的结构形式，主要是在梁、臂的截面形式上下功夫，如汽车起重机吊臂采用八角形截面或带有变形孔的伸缩臂；采用新的计算方法，如有限单元法与结构力学的有机结合，并配合使用电子计算机，精确计算应力值，避免设计中的“肥梁胖柱”；采用新材料，起重机结构件将越来越多地采用高强度钢，零部件逐渐采用塑料，现在滑轮已经采用铸尼龙材料，缓冲器采用了聚氨脂材料，国外还有采用碳纤维强化塑料（比重是钢的1/31/4，强度是钢的35倍）代替起重机部分结构的趋势。提高作业性能。 如提高运行速度，保证运行的准确性和平稳性。多样化。 将向同一设备可使用多种工作装置的要求发展，扩大使用范围。最优化。 将普遍采用先进的设计计算方法，并配用电子计算机进行优化设计，以选择合理的结构形式。通用化。 力求提高系列产品零部件的通用率。液压化。 主要体现在轮式起重机向全液压传动发展。安全化。 起重机械的可靠性、安全性和舒适性将成为评价设备的重要指标；特别是安全性，将作为评价先进性的头等重要指标。例如，在安全防护装置的配备、司机室的合理布置、以及减少振动和噪音等方面，都将作为制造厂家设计原则的一部分。1.3起重机械的组成和种类1.3.1起重机械的组成起重机械一般是由工作结构、金属结构、动力装置与控制系统三部分组成的。工作机构起重机械的工作机构一般可概括为起升、运行、回转和变幅四大机构。起升机构是升降重物的机构。它是起重机械最主要的机构，任何一种起重机械，都有这种机构。有的起重机械不止一套起升机构，升降重物能力最大的起升机构叫主起升机构，除主起升机构以外的其它起升机构叫副起升机构。运行机构是使起重机械或起重小车行走的机构。回转机构是使起重机械的回转部分在水平面，绕回转中心线转动的机构。变副机构是使起重机械臂架倾角变化，改变幅度的机构。所谓幅度是指起重机械置于水平场地时，空载吊具垂直中心线至回转中心线之间的水平距离。金属结构金属结构是指起重机械的骨架，主要用来支承工作结构、承受自身的重力和作业时的外载荷。动力装置和控制系统动力装置是驱动起重机械运动的动力设备。它在很大程度上决定了起重机械的性能和构造特点。起重机械的控制系统包括操纵装置和安全装置。各种机构的起动、调速、改向、制动和停止，都是通过操纵控制系统来实现的。1.3.2起重机械的种类根据起重机械构造的特点、机构的多少和服务范围的不同，通常分为三类，即轻小起重设备、起重机、升降机。轻小起重设备 轻小起重设备是体积小，结构紧凑，动作简单，作业范围投影以点、线为主的轻便起重机械，如千斤顶、手拉葫芦、绞车和电动葫芦等。起重机起重机是具有多种机构的起重机械，挂在它的取物（吊具）上的重物，在空间除了能作升降运动以外，还能作水平移动。取物装置是指吊取、抓取、吸取、夹取、托取或用其它方法吊运货物的装置，如吊钩、抓斗、电磁吸盘（起重电磁铁）、夹钳等。起重机按构造特点，分为桥架型起重机、臂架型起重机和缆索型起重机。桥架型起重机是取物装置挂在可沿桥架运行的起重小车或运行式葫芦上的起重机。其特点是具有一个桥架式的金属结构。这类起重机依靠起升机构和在水平面内两个相互垂直方向移动的运行机构，能在长方形场地及其上空作业。属于这类的起重机有桥式起重机、门式起重机和半门式起重机。它们适合在车间、仓库、露天堆场等处作货物的装卸运输工作。 臂架型起重机是取物装置悬挂在臂架顶端或可沿臂架运行的起重小车上的起重机。其特点是具有一个臂架式的金属结构。这类起重机有起升机构，一般还有回转和变幅机构。依靠这些机构的配合，能在圆形场地及其上空作业。有些还有运行机构，这样就构成了常见的各种可以运行的臂架型起重机。它们具有很好的机动性，特别适合作露天装卸及安装工作。属于这类的起重机如塔式起重机、汽车起重机等。 缆索型起重机是挂有取物装置的起重小车沿架空承载索运行的起重机。这类起重机常用于林场、山区、水库、矿山、水电站等处。升降机升降机是重物或取物装置只能沿导轨升降的起重机械，如电梯、高炉上料机、矿井升降机等。1.4液压抓斗清仓机的基本构成液压抓斗清仓机主要是由液压抓斗、大车车架，小车车架，大车行走机构、小车行走机构、液压提升装置、轨道、液压泵站，液压控制阀等构成。液压抓斗机构抓斗机构采用液压缸水平布置的方式来实现抓斗双颚开合，并通过反双曲柄机构来实现双颚都的同步张开和闭合。大小车行走机构大小车行走机构均采用销轨齿轮传动方式，由液压马达带动轨齿轮转动通过与销轨的不断啮合实现车架行走。液压提升机构提升机构用来实现抓斗及物料的升降，是起重机上最重要和最基本的机构。本设计提升机构采用起重小车机构。起重小车由小车车架、液压起升四连杆机构组成。大小车车架车架由型钢组合焊接而成，分别支撑在四个车轮上，车架上的运行机构带动车轮沿轨道运行，以实现在跨间宽度方向不同位置的物料装运。2 液压抓斗清仓机设计任务书2.1设计参数水仓截面3m2.5m，长度100m，生产能力15m3/h物料容重：参考表3-2煤泥容重取1.25 t/m3额定提升能力Q=3吨运煤泥矿车：长2800mm 宽1240mm 高1150mm2.2工作条件工作地点为煤矿井下水仓，采用交流电。2.3设计原则为保证清淤机安全正常工作，清淤机本身应具备三个基本条件：1）金属结构和机械零部件应具有足够的强度、刚度和抗弯曲能力；2）整机具备必要的抗倾覆稳定性；3）原动机具备满足作业性能要求的功率，制动装置提供必要的制动转矩。3 抓斗的设计3.1抓斗的设计因素 抓斗是一种装卸散料物品的自动取物装置，广泛用于装卸散货的一种取物装置（近年来还发展了许多用于装卸件货，例如木材、钢锭等的抓具，广义上，它们也应被纳入在抓斗得的范围之内）。特别应该强调的是抓斗不是独立使用的，而是作为起重机械的一种工作机构使用的机具。当给定散货装卸任务之后，也就是确定搬运散货的行程之后，抓斗起重机的装卸效率取决于起重机的起重量与机构的工作速度。经济性良好的装卸作业，要求对起重机的起重量和其应该装备的驱动功率有一个最佳的选择。因为抓斗起重机的装卸效率与抓斗的抓取货量密切相关，而且起重机的起重量又必须等于抓斗的自重加上其抓获量，所以对设计者提出的重要课题就是如何设计出自重尽可能小，而抓获量尽可能多的抓斗，亦即在考虑使用抓斗的综合经济效益前提下，尽量使抓斗能获得更大的填充率，这里所说的综合经济效益系指抓斗的允许使用寿命内，完成的算或总装卸量的产值与抓斗本身的造价相比而言。当设计合理时，抓斗的使用寿命理应与其结构材料的强度，也就是与其自重有关。抓斗起重机的起重量利用率可由抓斗抓取的散货质量（有效质量）与散货质量加抓斗的自重之比来量度，或者用抓斗的抓取能力系数来衡量抓斗的抓取性能。抓斗起重机的起重量利用率或称抓斗的抓取能力 =mFmG+mF 抓斗的抓取能力系数 K=mFmG 式中：mF抓斗的物料填充量，T mG抓斗的自重，T3.1.1物料的物理与机械性能针对需要装卸的散货种类，选择最佳的抓斗参数，精心满足抓斗的强度与刚度要求，即能获得满意的抓斗填充率，因而也就极大地提高了起重机起重量的利用率。由于起重机的设备投资是抓斗设备投资的几十倍甚至上百倍，所以使用质量优良的抓斗，为降低装卸成本提供了极大的可能性。充分利用起重机的起重量，意味着抓斗在抓取散货的正常作业中，应该以极小的上、下偏差得到给定的填充量（上、下偏差一般取给定填充量的5%为宜）。一个性能良好的抓斗，不仅应该具有一个很高的理论充填量，而且在实际使用中，确实也能够平均地达到这个充填量。抓斗充填量不足，将使起重机的装卸效率降低；而充填过量，则将使起重机超载。在使用抓斗时，这些都是不希望的。为了使抓斗抓取散货时能够达到预期的填充量，首先必须掌握影响抓斗充填过程的所有影响因素的有关知识。这些影响因素主要有：物料的影响因素：物料容重、物料粒度及颗粒形状、松散程度、粘度大小等；按物料的容重将抓斗分成四种类型，便于设计选用。对于各种不同类型的抓斗，应选取相应的参数和结构形式。中型、重型及特重型抓斗在抓取块粒大于60毫米或较坚硬的物料时，硬制成带齿的。必须指出的是：即使在目前，为散货起重机配备抓斗的主要依据是散货的容重，而很少估计到散货的粒度。这样做的结果往往使得抓斗在抓取同类的细粒散货时，充填过量；而在抓取同类的大颗粒散货时，充填不足。但是，如果考虑粒度的影响，则首先必须考虑下述问题；在同一类散货中，力度增大至何种程度，是使用长撑杆抓斗经济，还是应该用其他形式的抓斗。3.1.2抓斗自重抓斗的影响因素：抓斗的自重及自重分配、抓斗闭合过程中闭合绳拉力的大小（闭合抓斗液压缸的推力大小）及变化、抓斗闭合速度、颚板侧形及背角、抓斗开度及颚板宽度抓斗的自重G按下式计算并使抓斗的实际重量尽可能接近G： G=K0G0式中 K0自重修正系数(表3-2)，对马达、(电动葫芦)抓斗，表列K0值要除12 。保证抓斗有足够强度和刚度的必要自重，可由下面经验公式确定：GG必=VT0D0BL(吨)式中T0抓斗材料系数 对碳钢 T0=1.5 对低合金钢 TO=1.2 这里取T0=1.2 D0物料块粒系数： 小块粒 D0=0.8 块粒在100毫米以下 D0=1.0 块粒大于100毫米 D0=1.2这里取D0=0.8 L颚板最大开度，可由下式计算L=3V12 B颚板宽度，可用下式计算B=1L （ 1颚板宽度B与最大开度L之比值， 1=0.450.55，对大块或较坚实的物料取较小值，反之，取大值； 2=yL=0.1450.165, y平均抓取深度，对大块或较坚实的物料取小值，反之，取大值)表3-1抓斗自重修正系数K0抓斗自重分配：表3-2 抓斗自重分配系数k3.1.3抓斗开闭与升降液压缸压力液压缸的工作压力与抓取能力成正比关系，压力过大会使整个系统失稳，过小会造成抓取力不足。3.1.4抓斗颚板的几何形状应满足下面要求：物料向斗内填充时阻力要小而填充率要大；卸料时要有良好的倒空性；抓斗装满开料堆时，液压缸的动力载荷要小。实践证明，只有当颚板的形状与物料的物理和机械性能相适应时才能得到较好的抓取效果。对于小块粒（60毫米）与中块粒（60100毫米）以及难以抓取的物料，宜用半圆形和椭圆形的颚板，它常用于轻型抓斗上；对于大块粒（100毫米）以及难以抓取的物料，宜用直线-圆弧形的颚板，它常用于中性或重型抓斗上。图3-1 颚板形状A）半圆形 b）椭圆形 c）直线-圆弧形颚板后角：对于干燥物料取1013；对潮湿物料取1215，以减少抓取时的抽空作用；对半圆或椭圆形颚板取0。抓斗的抓取量随着颚板的张开度和切口上的切入力的增大而增大。减小颚板宽度可增大切入力，但颚板过窄将使抓斗重心太高，容易倾倒，一般可取B/L=0.420.7（多数取0.450.55）。如图所示，为一重量G=30kg及颚板宽度B=270mm的抓斗模型在不同开度L时抓取曲线与抓取量Q料。可以看出，在开度L=570870mm范围内，增加最大开度L可以提高抓取能力；当开度过大时，L=8701115mm,抓取深度减小，抓取能力也减小，在颚板闭合过程的后一阶段内，由于颚板闭合阻力的增加，使颚板浮在物料表面上进行闭合，因而效果不大。图3-2 抓斗最大开度L对抓取量的影响一般来说，只有当抓斗的闭合能力足以克服闭合过程中的阻力，以保证抓取颚板开度范围内所包含的物料时，增加颚板最大开度才是有效的。或者当颚板切口不能开始闭合时有足够的插入深度时，增加开度才能较有效地提高抓斗的装满率。通过使用抓斗起重可以免除繁重的人工劳动，提高劳动生产率。按动力方式有单绳抓斗，双绳抓斗，马达抓斗，液压抓斗等。本文采用液压抓斗方式。3.2抓斗的机构原理3.2.1抓斗的工作原理抓斗的作业过程有4个动作，见下图：图3-3 抓斗抓取物料工作循环过程 a)空抓斗下降 b)抓货 c)满载抓斗上升 d)卸货3.2.2抓斗的分类 抓斗根据抓取物料块粒的大小、松散程度、容重以及粘度大小等，可分五种类型（见表）。中型、重型及特重型抓斗在抓取块粒大于60mm或较坚实的物料时，应制成带齿的颚板。 物料容重(吨/米3) 特轻型，重型2.02.8 ，特重型2.8 表3-3按物料 容重划分的抓斗类型 抓斗起重机的抓些效率与抓斗的抓取量及起重机的工作循环时间有关。在起重机起重量已定的情况下，抓斗的抓取量取决于理论抓取量与抓斗自重之比的比值以及抓斗的充填率，即理论抓取量的百分比利用率。由于表示抓斗特性的抓斗自重独语充填率以及抓斗实际容积的利用率具有决定性的影响，所以不能像对待其他吊具那样，为了有利于提高有效重量的比例而任意减小抓斗的自重。故而在设计抓斗时，设计者们较多的致力于追求实际效益的最佳值，而不值得为获取有效重量的理论最大值耗费精力。影响起重机装卸效率的第二个重要因素工作循环时间，可以通过提高过左速度和缩短工作行程得到最佳的效果。目前，大型高效卸船设备特别是桥式抓斗卸船机和带斗门座起重机正沿着上述两条途径提高其装卸效率，其中关键的问题是卸船设备的设计方案必须和抓斗协调配套。抓斗本身除了保持原有的抓货过程外，尚应完成有限的垂直与水平输送过程，直到尽可能地移近卸料点为止，为进一步输送物料的任务则由连续输送设备承担。正是由于上述的要求，才使得抓斗的主要任务不仅仅限于原定的抓取散货，研制适合于散货充填过程和具有良好受力特性的抓斗结构型式乃是一项极为重要的的课题。不同的散货之间存在的差异很大，但又有相互联系的各种性质，这些散货一般包括石灰粉、煤炭、砂砾、石块、矿石、废钢铁、垃圾等，他们在容重、粒度、粒形、硬度、内摩擦性质、附着性等方面显示出很大的差异，其中一部分是影响抓斗切入阻力的重要参数。可见，在设计抓斗时，一方面必须考虑使抓斗如何适应上述不同的散货，另一方面也必须考虑使抓斗如何适应不同类型的起重机，例如正确地选择抓斗的抓获量与抓斗自重、几何尺寸以及颚板形状，使物料在抓取过程中能够形成良好的充填，以便尽可能充分利用起重机的额定起重量而不致欠载或超载。至于对难以抓取的大块物料，根据抓斗目前的发展水平，还不能收到尽如人意的效果。抓斗的工作循环时间取决于：（1）抓斗起升（下降）行程及起升（下降）速度。（2）小车运行行程及运行速度。（3）抓斗开斗（闭斗）时，液压缸行程。（4）起升（下降）加速度（减速度）及相应的加速（减速）距离。抓斗额定闭斗（开斗）速度按抓斗机构分析及其结构：下图所示的液压抓斗由颚板、横梁、头部、使抓斗正常开合液压缸以及联动杆。图3-4 液压抓斗机构3.2.3平面机构分析常见结构有下面三种，分析如图所示：图3-5 抓斗平面机构图 结构一由平面机构自由度公式:W=3n-2P2-P1=36-28=2可见机构存在两个自由度，因此须采用两个同步原动件实现机构的运动一致性。式中 n平面机构中活动杆件数目；P1点接触或线接触运动副（髙副）数目； P2面接触运动副（低副）数目。图3-6 抓斗平面机构图 结构二W=3n-2P2-P1=35-27=1该结构为反向双曲柄机构，自由度为1，图3-7 抓斗平面机构图 结构三 W=3n-2P2-P1=35-27=13.3抓斗的设计计算3.3.1设计抓斗的原始数据额定抓斗起重机的生产率P=15t/h，抓斗机额定起重量：Q=3t煤泥容重=1.25 t/m3，可提升高度1.5m设单次抓取量为Q料=0.8t，则每个工作循环所需时间为T=3.2分钟抓斗开闭液压缸的推力，所抓取物料的物理机械性质（容重、块度大小、自然坡度角、坚实程度、结块性等）。需要确定的是抓斗几何尺寸和重量等。3.3.2抓斗几何尺寸的确定1 抓斗自重：G=QK0KG=30.751.20.420.8(吨) 额定容积：额定容积按下式计算得：V=Pt60=153.2601.25=0.64m3由公式：V=Q额（1-KG）KB可得额定起重量Q额Q额=V（1-KG）K1=0.64（1-0.42）0.921.5=1.799吨式中KG=GQ额(G抓斗自重)抓斗自重系数表3-4 抓斗自重系数KG物料容重（t/m3）0.630.81.01.251.602.002.503.20抓斗自重系数KG0.4340.480.4290.4260.4200.4160.4100.4080.400K1实压系数对特轻、轻型抓斗 K1=0.90.95；对中型抓斗 K1=0.951.0；对重型及特重型抓斗 K1=1.0取K1=0.92； 颚板最大开度:最大开度L按下式计算：L=3V12=30.640.550.165=1.918m 式中系数：1=BL=0.450.55，对于大块或较坚实物料取小值，反之，取大值； 2=yL=0.1450.165，对于大块或较坚实物料取小值，反之，取大值；y为平均抓取深度。3-4 抓斗最大开度系数KL物料容重（t/m3）0.630.81.01.251.602.002.503.20抓斗最大开度系数KL1.7741.9241.9242.0862.1942.2502.3792.516 颚板宽度:颚板宽度B按下式计算 B=KB3V=1L=0.551.918=1.055m减小颚板宽度B可以增大颚板切口处单位长度上的切削力，并能保证颚板切口在开始插入物料时有较大的插入深度。但是颚板过窄会使抓斗重心抬高，有翻倒的可能。另外抓斗两侧壁的阻力较大，因而也会降低抓取能力。对块度大及坚实的物料宜采用较窄的颚板，对于松散物料宜采用较宽的颚板。表3-5 颚板宽度系数kB物料容重（t/m3）0.630.81.01.251.602.002.503.20颚板宽度系数kB1.51.421.421.341.341.341.261.186 颚板侧面积及几何形状为了保证抓斗给定的额定容积V，则一块颚板应有的侧面积为 F=V2B=0.6421.055=0.303m2颚板侧形半长ll=kSVB=kS3VkB=0.88530.641.34=0.659m表3-6 颚板侧形系数KS物料容重（t/m3）0.630.81.01.251.602.002.503.20颚板侧形系数KS0.7960.8400.8400.8850.9300.9540.9791.004颚板侧面型图中由ABCDEFA侧面积构成的容积为理想堆积容积，由BCDEFB侧面积构成的容积为实际堆积容积，抓斗的侧面积按后者计算。参看下图，通常用作图法确定图示阴影部分的面积，并使该面积等于一块颚板侧面积F。若不相等，通过改变尺寸l使之相等。图3-8 颚板则面几何形状a）圆底颚板 b)平地颚板式中KH颚板深度系数，与物理容重有关，近似的取表3-7 挖掘深度系数KH物料容重（t/m3）0.630.81.01.251.602.002.503.20挖掘深度系数KH0.2120.1900.1900.1720.1550.1420.1400.133根据对不同形状的颚板进行的试验推荐；对于细粒且内摩擦系数较小的物料宜采用圆底颚板的抓斗；对于大中块且内摩擦系数较大的物料宜采用平底抓斗，使物料在斗内作平移运动，以减小内摩擦阻力。颚板刃口的后角：对于干燥物料=1013；对于潮湿物料=1215，以减少抓取时的抽空作用；对于圆底颚板，在刃口处应有一段较短的直线段，具有一定的后角。图中尺寸为： h=ltan=0.659tan24=0.293m h1=13h2=130.461=0.154m h2=ltan=0.659tan35=0.461m式中 角度（闭合平面内撑杆假想倾斜角，通常图中的DE线与撑杆中心线相垂直）：对于特轻型、轻型抓斗 =2435 对于中型以上抓斗 =2226物料自然坡度角可近似取为： 对于特轻、轻型抓斗 =3035 对于中型以上抓斗 =2530对于重型及特重型抓斗 =25抓斗最大开度下的覆盖面积：A=B2L=KBKL3V2=1.342.08630.642=2.076m2抓斗在抓取过程中的平均挖掘深度：H=VA=VKBKL3V2=0.641.342.08630.642=0.308m抓斗颚板宽度B与最大开度L之比：=BL=KBKL表3-8 系数物料容重（t/m3）0.630.81.01.251.602.002.503.20系数0.8010.7380.7380.6430.6110.5960.5300.471刃口板厚度：刃口板厚度按下式计算：=3V=0.0121.2530.64103=12.93mm5mm式中物料粒度系数 对于小块粒 =0.012 对于大块粒 =0.014切口厚度1=10mm3.3.4闭斗能力的验算图3-9抓斗受力图在颚板闭合过程中，作用于颚板上的阻力是很复杂的，它由作用于颚板切口上的阻力、物料对颚板内外表面的摩擦阻力、压缩物料的阻力以及物料内摩擦阻力等所构成。刃口切入阻力：仔细分析各种挖掘工具切入物料时遇到的切入阻力，不难发现，切入阻力值与切入工具的几何参数及物料的物理性质密切相关，属于切入工具的几何参数为：刃口形状、刃口宽度、刃口厚度、刃口楔角、刃口倾角以及刃口装齿的影像等。属于物料的物理性质为：物料粒度、颗粒形状及表面状况、物料密度、内摩擦角等。可见，影响切入阻力的因素很多。这样，切入阻力可先表达为：F=f（f，d，B，h，v，s，k，） 式中：f刃口形状影响系数； d刃口厚度 B刃口宽度 h刃口切入深度 刃口倾角 v刃口切入速度 s物料计算粒度 k物料颗粒形状系数 物料密度 物料内摩擦角通过试验，可以测定出抓斗抓取阻力在颚板刃口上的分量切入阻力矩，并得出下述结论：在抓取大块物料时，作用于颚板刃口上的切入阻力急剧增大，其数量级约达抓取总阻力矩的80%90%。相反，在抓取细粒的物料时，物料与颚板壁之间的摩擦力引起的摩擦阻力矩分量、颚板推压物料以及进入两颚板内的物料相互间的推压引起的推压阻力矩分量、抬升进入两颚板内的物料引起的阻力矩等占据了抓取总阻力矩的大部分，而颚板刃口上的切入阻力下降为总阻力矩的大约1/3。刃口切入阻力计算： 颚板刃口切入阻力由水平刃口切入阻力和侧向刃口切入阻力组成，该项阻力可按下式计算Fe=0.14e0.019Sk1.26-1+0.2110-3e0.0175SB-900+1.2110-3e0.0145Sh-300=0.14e0.01921.11.261.25-1+0.2110-3e0.017521000-900+1.2110-3e0.01452500-300=0.169+0.022+0.249=0.44N式中：s物料计算粒度，这里取s=2mm； k物料颗粒形状系数，这里取k=1.1 B颚板宽度，B=1000mm h颚板切入深度，取h=500mm 推压阻力的计算：推压阻力是进入颚板内的散货沿颚板或物料楔滑移面滑动时的阻力，它与抓斗闭合过程中颚板底板的平面运动有关。如设抓斗完全张开时，颚板底板相对于物料平面的初始倾角为H =90；抓斗闭合后，颚板底板相对物料平面的倾角为K。那么可以假定：对应于倾角H，阻力R=R开；对应于倾角K，阻力R=R闭，且在抓斗闭合过程中，阻力R按线性规律增加。表3-9 与物料密度相对应的物料自然坡角B物料容重（t/m3）0.630.81.01.251.602.002.503.20物料自然坡角B（）454040353027.52522.5抓斗开始闭合时，颚板底板像刮板一样的工作，因而进入颚板内的料楔沿滑移面移动。此时阻力R由以下两部分组成。R始=R1+2R2式中：R1重量为Q的物料沿滑移面向上移动的水平阻力 R2料楔两个侧面与料堆剩余物料之间的摩擦阻力。R1=tan+=Bh22tan（+）tan R2=Etan=2k33cot3tan则：R始=R1+R2=Bh22tan（+）tan+3tanh3tan3图3-10 开始闭斗时受力图1-物料滑移面 2-抓斗颚板式中：料楔滑移角，=45-2=22.7 物料的内摩擦角当颚板闭合终了时，阻力R=R闭。该阻力系由重量为Q的滑动物料楔沿着滑移面向上移动的阻力R1和颚板内侧壁在散货被动压力作用下与滑动料楔侧面的摩擦力R2两者做组成。即R闭=R1+R2 R终=R1+R2=Qtan+1+232tanVBBtantan2tan+=0.829.8103tan301+232tan150.321.11.1=2803.1N 式中：经验系数。与散货计算粒度s有关，可按下面给出值选定；散货计算粒度s（mm）22050100200大于200值123456颚板闭合后，颚板底板与水平面的夹角，=15；颚板底板与散货之间的摩擦角，=15；Q颚板闭合后，进入颚板内的物料重量；V抓斗的充填容积；图3-11 闭斗终了时受力图摩擦阻力摩擦阻力系指颚板两侧壁外表面在料堆散体被动压力作用下产生的摩擦阻力。R摩=h33cot2sinsinsintan=1.250.533cot222.7sin22.7sin15sin90tan15=0.0527652.31.490.268=158.9N式中：物料密度，这里煤泥密度取=1.25； 颚板闭合后料楔最后滑移角，这里取=22.7； 颚板闭合后，颚板底板与水平面的夹角，=15； 侧颚板切口与水平面的夹角，这里取=90； 颚板底板与散货之间的摩擦角，这里取=15；抓斗的抓取能力抓斗闭合终了时物料作用在颚板的水平阻力颚板自重相对头部与颚板铰接点为轴心所产生的力矩M为最大工作阻力矩。因此液压缸推力必须大于这个阻力矩所产生的推力。即M闭=F推rM阻M阻=Fer+R摩r+R终r+Q+G2gr1=0.440.41+2803.10.41+158.90.41+8009.80.11998.6 Nm则抓斗两颚上横梁所承受的最小推力：F推2M阻r=21998.60.1526648 N底板弯曲强度校核： =MW=K1q0B2026式中0底板厚度 许用应力，对于C3或A3钢颚板铰点的位置可由下述条件决定，当抓斗在最大开度时，颚板底部刃口在垂直方向，以使刃口顺利插入物料。3.3.5抓斗的安全检查 抓斗应每天检查一次,特别是工作繁重的抓斗液压缸,更应进行认真检查。对达到报废标准的部件要及时报废。 要检查螺栓、螺帽的紧固情况及损坏情况； 要检查刃口的磨损情况，刃口不应歪斜，不应有裂纹； 要保持良好的润滑状态； 抓斗闭合时，两水平刃和垂直刃口的错位差及斗口接触处间隙不得大于3mm，最大间隙处的长度不大于200mm； 抓斗张开时，斗口不平行差不得超过20mm； 抓斗起升后，斗口对称中线及抓斗垂直中心线，无论在抓斗张开或闭合时，都应在同一垂直平面内，其偏差不得超过20mm。 4 小车起升机构和运行机构的计算已知数据：最大起重量：3t，起升高度：1.5m， 起升速度：10m/min；小车运行速度：15m/min；工作级别：A5；小车质量估计=3t。小车运行机构：利用等级T5，载荷情况L3，工作级别M64.1升降机构计算4.1.1确定升降结构传动方案采用两个垂直布置的液压缸带动四连杆机构，实现抓斗的升降。图4-1 抓斗升降机构4.2小车运行机构计算表4-1小车轨距和小车轮距起重量（t）5101520/530/550/10小车轨距（mm）140020002000200025002500小车轮距（mm）中级110014001700240027003300重级1500180020002400270033004.2.1确定机构传动方案传动方案采用齿轮销轨式无链牵引机构，动力源通过驱动马达经齿轨轮与铺设在轨道上的销排式齿轨相啮合而使抓斗机移动。销轨有圆柱销焊接齿轨和齿形铸造齿轨两种。销轨由两侧板固定和夹住，齿轨轮不会脱轨，刚性也好。销轨式啮合副的齿廓曲线常采用摆线齿轮圆柱销齿轨、渐开线齿轮渐开线柱销齿轨两种。这两种啮合原理与渐开线齿轮的啮合计算方法相同，能实现共轭传动，但有各自特点。此方案结构简单，安装方便，便于维护。4.2.2选择车轮与轨道并验算其强度车轮最大轮压：小车质量估计G=3000Kg，假定轮压均布： P =（Q+ G）=（3000+3000）9.8=14700 N 车轮最小轮压： P= G=30009.8=7350N 初选车轮： 当运行速度60 m/min 时，=11.6，工作级别为轻级时，车轮直径D=250mm ，轨道型号为12 kg/m （P11）的许用轮压为30.9KN14.7KN 。根据GB4628-84规定，直径系列为D=250、315、400、500、630，故初选直径D=250mm。强度验算：按照车轮和轨道为线接触及点接触两种情况验算车轮接触强度，车轮踏面疲劳计算载荷： P=12250 N 车轮材料，取ZG340-640，=640 MPa , =340 MPa 线接触局部挤压强度： P=625026.130.991=38803.05 N 式中： 许用线接触应力常数（N/mm） ，由3表3-8-6查得=6； 车轮与轨道有效接触强度，对于轨道P38（由2俯表22）=b=26.13 mm； 转速系数，由3表3-8-7中查得，车轮=35.8 r/min 时，=0.99； 工作级别数，由3表3-8-8中查得，当为M5级时=1； P P 故通过。 点接触局部挤压强度： P=0.1320.991=138068 N 式中： 许用点接触应力常数（N/mm） ，由3表3-8-6查得=0.132； 曲率半径 ，车轮与轨道曲率半径中的大值，车轮=125；轨道曲率半径由2附表22查得=300，故取=300； m 由比值（为、中的小值）所确定的系数，=0.67，查3表3-8-9取 m=0.44； P P ，故通过。 根据以上计算结果，选定直径D=250mm 的单轮缘车轮，标记为 ：车轮 DYL-250 GB4628-844.2.3运行阻力计算摩擦阻力矩： =（Q+ G）（+）由2附表19查得，由D=250 mm 车轮组的轴承型号为7520，轴承内径和外径的平均值=140 mm ，由2表7-1表7-3查得滚动摩擦系数=0.0007，轴承摩擦系数=0.02，附加阻力系数=2.0 ，带入上式得：当满载（Q=Q）时运行阻力矩： =2（3000+3000）（0.0007+） =25.2 kg.m=246.96 Nm 运行摩擦阻力： =201.6 kg 当空载Q时运行阻力矩： =23000（0.0007+） =12.6 kg.m=123.48 Nm 运行摩擦阻力： =987.84 N 车轮转速： =38.2 r/min由一级开式齿轮传动满载运行时折算到马达轴上的运行静阻力矩： =274.4 Nm 满载运行时马达静功率： Nj=Pjvxc10260m=201.630102600.91=1.098kW5 大车运行机构的计算已知数据：起重量3t；桥架跨度L=3m ；大车运行速度=50m/min；工作级别，机构接电持续率JC%=25%；起重量估计总重（包括小车重量）G=6t；大车自重=5t。大车运行机构：利用等级T5，载荷情况L3，工作级别M65.1确定传动机构方案跨度3m为小跨度，为减轻重量，决定采用单轴传动的大车运行机构布置方式。5.2选择车轮与轨道，并验算其强度按图4-1所示的重量分布，计算大车车轮的最大轮压和最小轮压。满载时，最大轮压： P=+=+=182.4kN空载时，最大轮压：P=+=+=86.8 kN空载时，最小轮压：P=+=+=50.4 kN车轮踏面疲劳计算载荷：P=138.4 kN车轮材料： 采用ZG340640（调质），=700 ，=380 ，由2附表18选择车轮直径：当运行速度=6090 m/min , =0.729,工作类型为中级时，车轮直径=500 mm,轨道型号为P38（铁路轨道）或QU70（起重机专用轨道）。按车轮与轨道为点接触和线接触两种情况来验算车轮的接触强度：点接触局部挤压强度验算：=0.1810.9891=360238 N =360 kN式中: 许用点接触应力常数(N/mm),由3表3-8-6,取=0.181； R曲率半径，由车轮和轨道两者曲率半径中取大值，由2附表21取QU70轨道的曲率半径R=400mm； 由轨顶和车轮的曲率半径之比（r/R）所规定的系数，由3表3-8-9，查得=0.43； 转速系数，由3表3-8-7，车轮转速=39.8 r/min 时, =0.989； 工作级别系数，由3表3-8-8，当级时，=1； P 故验算通过。线接触局部挤压强度验算： =6.8706000.9891=282458 N =282 kN式中: 许用线接触应力常数(N/mm),由3表3-8-6,取=0.6.8； 车轮与轨道的有效接触长度，P38轨道的=68 mm，而QU70轨道的=70 mm，按后者计算； 车轮直径（mm）； 同前； P 故验算通过。5.3运行阻力计算摩擦总阻力矩：=查2附表19查得=500 mm 车轮的轴承型号为7520，轴承内径和外径的平均值为：=140 mm ；由1表7-17-3查得，滚动摩擦系数=0.0008，轴 承摩擦系数=0.02，附加阻力系数=1.5。代入上式得：当满载时的运行阻力矩： =（Q+G）（+） =1.5(6000+5000)(0.0008+0.02) =36.3 kgm=355.74 Nm运行摩擦阻力： P = =1422.96 N当空载时: =G（+） =1.58000(0.0008+0.02)= 26.4=258.72 NmP = =1034.88 N6液压