煤矿矿车清扫机设计

1、 摘 要矿车在煤矿井下运输中占有十分重要的地位，煤矸粘结矿车车底是煤矿生产运输过程中存在的一个普遍问题。经常而及使地清扫矿车车箱式提高矿井轨道运输效率的重要因素。不论煤质，粒度组成及含水量如何，由于煤矿生产环境的恶劣，加之在运输的过程中的振动等原因，卸车之后总会有少量的煤炭，煤矸等易粘结的物料粘结在矿车车箱底部及邻帮若不将这些残留煤，岩粉及时清除干净，则会越积越厚，越积越结识，增加了矿车自重，使矿车的有效容积减少，它不仅直接影响着矿车的运输能力，造成了运输系统的紧张状况，而且增加了电力资源的浪费，甚至使电机车运输是空列起动发生困难，所以清理车底的问题，在煤矿就显得尤为重要。本设计在传统机械矿车

2、清车机的基础上加入了液压系统，由摩擦离合器控制行走部该为液压控制，安装了多路电磁换向阀，分别控制清车机前后，左右的移动以及摇臂的运动，克服了摩擦离合控制因打滑无法清理矿车车底粘结物的弊端。关键词： 清车机；液压；矿车 ABSTRACTMine car plays an important part in the coal mine underground haulage. The gaugue felt on the bottom of the coal car is one of the common problems on the process of coal production an

3、d transportation. To clean the compartment of mine car frequently and promptly is a significant way of raising the efficiency of mine pit rail haulage. No matter the quality of coal, the size composition and water content as well, due to the bad environment of coal production and the vibration in th

4、e process of transportation, there always has some coal and other materials left which was very easy to cake on the bottom of the mine car after unloading. If we do not clean these remaining coal and rock meal soonly, they would be heavier and solider, which would increase the weight of mine car so

5、that decrease the effective volume of it. Then it would not only affect the transportation ability of mine car directly and make the intense condition of the transportation system, but also increase the waste of electric power, and even make substantial difficulty in starting the spacial vehicle whi

6、le transporting the electrical machinery truck. So cleaning the bottom of the mine car become espectially important. This design add the hydraulic system on the basis of traditional cleaning machine for mechanical mine car. It changes clutch control into the hydraulic control, and is added the multi

7、-channel electromagnetism cross valves which controlled the all round migration of cleaning machine and the movement of the rocking shaft. It also overcomes the shortcoming that the friction control cannot clean the remainings on the bottom of mine car due to its splitting.Keyword: Pure car machine;

8、 Hydraulic pattern; Mineral car目录1 绪论51.1 国内几种矿用清车机简介51.2 液压矿车清车机的特点91.3 液压式双圆盘截齿矿车清车机简介101.4 与原机械式矿车清车机的比较121.5 矿车清车机设计的目的132总体设计的方案确定142.1 方案的制定原则142.2本设计方案的规划152.2.1 清车机各部分的设计152.2.2结构设计172.2.3可行性和必要性分析182.3设计方案的内容总结193 截割部设计203.1截割头的设计要求203.2 截割头的设计213.2.1截齿213.2.2螺旋滚筒213.3 主要参数的设计233.3.1螺旋机构的回转

9、直径的确定233.3.2合理确定螺旋切削机构的转速和进给速度243.3.3螺旋切削机构驱动功率估算253.4 截割臂的设计253.4.1 截割臂的基本要求263.4.2 截割臂的设计计算263.5 仰俯液压缸的设计283.5.1液压缸工作压力及主要结构尺寸的计算283.5.2 液压缸壁厚和外径的计算313.5.3 液压缸缸盖厚度的确定343.5.4 液压缸缸体长度的确定353.5.5 液压缸结构的设计364. 驱动系统的设计计算414.1清车机动力的选择414.2 驱动方案的确定444.3 电动机的选型444.3.1电动机的相关计算444.4 减速器的选择464.5链传动的设计计算464.5.

10、1链轮和链的设计计算464.5.2链传动输入与输出轴的设计计算49结 论56参考文献571 绪论矿车在煤矿井下运输中占有十分重要的地位，煤矸粘结矿车车底，是煤矿生产运输过程中存在的一个普遍问题。经常而及时地清扫矿车车箱是提高矿井轨道运输效率的重要因素。所以，清理车底的问题，在煤矿就显得尤为重要。在矿井运输过程中，物料黏结矿车车底，造成矿车有效容积减少，严重影响着矿车的运输效率。因此，清理物料粘车是保证矿井运输能力的重要环节。20世纪 80年代以来，我国煤矿曾使用过很多种固定矿车清理设备，如电磁振动清车机、电渗法清车装置、电动高低频振动清车机、气动振动清车机、液压铲板式清车机等，但这些设备或因清

11、车不彻底，易损坏矿车；或因清车时间长，效率低；或因需设清车专线和清车场地而未能得到广泛使用。目前很多矿井仍沿用人工清车的方法。因此，迫切需要研制一种清车彻底、高效的矿车清理设备。QLW820 - 115/6型卧式螺旋清车机就是基于上述问题而设计的。1.1 国内几种矿用清车机简介70年代中后期，煤炭工业部召开了多次矿车清理机械化经验交流会，此后国内许多煤炭、冶金和化工等矿山推出了多种适合自己具体条件的清车机。这些清车机在提高运输效率和减小工人劳动强度方面都起了一定的作用。但是，由于各个矿山的具体条件不同和清车机本身的某些不完善之处使它们的发展受到了一定的限制。尽管如此，在完善和创新两方面仍然取得

12、了不少可喜的成果。矿用清车机按照工作原理可分为振动法、电渗法、高压水射流法、机械法等，其中振动法又包括电磁振动、电动高频振动、电动低频振动、风力振动以及与翻车机笼体联动的无动力振动等；机械法又包括抓斗式、刮板式和圆盘（旋转）式等。现将几种主要的矿用清车机简介如下：一、振动清车机振动清车机是我国使用比较早、研究比较多的一种清车机。在多年的实践和研究中，通过取长补短和采用有关的新技术，已逐步趋于完善。部分金属矿山在采用电动高频振动清车机时，吸取了电动低频振动清车机的长处，由冲击强度和刚度比较小的矿车底部或两侧改为冲击强度和刚度比较大的矿车斗缘，以延长矿车的使用寿命：用比较简单的偏心轴皮带轮取代比较

13、复杂的振动器，使结构简单近年来，广东某矿在清车机上采用小功率振动电机获得了成功。取得了明显的经济效益。 煤炭部门所最多采用的电动低频振动清车机虽有不少优点，但缺点也较多。湘东铁矿矿务局对北京有色冶金设计研究总院为南京凤凰山铁矿设计的低频振动清车机作了一些改进，由原来比较复杂的单独安装简化为与翻笼固定在一起，由原来需要摘钩、每次只能清理一辆矿车改为不需要摘钩，每次能清理两辆矿车。东北工学院和北京有色冶金设计研究总院所作的电测应力分析表明，翻笼安装这种清车机对其强度影响是不大的，因而不必另外增加静笼的结构强度。为了向安装在翻笼上的清车机电机供电，在煤矿上采用集电环联动机构之后，一些金属矿山又推出了

14、电磁给电装置和电动推杆给电装置。二、电渗清车器电渗法清理矿车是在外电场的作用下，以水为介质在矿车与粘结物之间形成一层水膜，使粘结物与车壁脱离而达到清理矿车的目的。这种方法具有无噪声、无粉尘、不损坏矿车等优点。但是由于耗电较多， 故它仅适用于存积物含水量较高的矿车。该方法起初在徐州权台煤矿使用。后来，铜陵铜山铜矿和龙游黄铁矿等金属矿山也陆续采用，并取得了较好的效果。三、高压水射流联合机械截齿清理机该种矿车清理装置的工作机理包括高压水射流清理和机械截齿清理两部分。高压水射流清理：高压水经喷嘴喷出后形成具有一定动能的高压水射流，当作用于矿车粘结物时，将对其进行切割和冲刷作用，使有一定粘结力的非固结性

15、粘结物迅速脱落，同时高压水射流冲人粘结物的缝隙和孔洞后，则产生高压水楔作用，使粘结物的缝隙和孔洞不断扩展断裂，而破碎脱落。机械截齿清理：利用螺旋分布的截齿对坚硬粘结物的切割作用，使粘结物快速与矿车分离。结构组成该种清理装置主要由可三维空间移动的门式组合机架、高压泵站、电控系统和截齿可伸缩清理滚筒等组成，其中清理滚筒是实现清理作业的直接执行部件。截齿可伸缩清理滚筒由圆柱形筒体、切割截齿、高压水射流喷嘴、旋转密封等组成，筒体上螺旋分布着12个切割截齿和6个高压水射流喷嘴，每个切割截齿能沿其旋转直径方向在50 mm的范围内伸缩移动，以适应变形矿车的清理。高压水射流喷嘴随截齿螺旋均匀分布，泵站提供的高

16、压水，经高压管路和旋转密封进入圆柱形筒体的中心孔，由各喷嘴喷出而形成高压水射流，实现对粘结物的冲刷、冷却润滑截齿和灭尘的作用。四、机械清车机机械清车机利用电动机带动清扫器在矿车车箱内转动清除车底的粘结物。清扫器有金属刷式、盘式、滚筒式、螺旋割刀式等几种。清车机的横向行走部、纵向行走部、截割部都是由许多机械零件组合起来的，因此，结构笨重、操作复杂、维修量大。此外，使用这种清车机还需二次翻卸，费工费时，效率不高。有关煤矿虽作了一些改进，但效果不明显。吉林通化铜矿曾研制成一台由刷洗头、制动轴、减速器和电动机等组成的车箱清扫器。其纵向行走部分是一个装有四个小轮的小车，能沿轨道前进或后退。清扫器底座与小

17、车铰接， 能绕铰点上下和左右摆动。最近，这类清车机有了新的进展。由洛阳工学院等单位研制的Qw3型机械铣切卧式三吨矿车清车机通过了技术鉴定。据称，适应性强；能利用部分现有配件和标准件，便于加工；与同类产品相比成本低、省人、省力、省电、经济效益好。图1 机械圆盘截齿式矿车清扫机1-电动机 2-减速器 3-小链轮 4链轮大轴 5-截盘轴 6-圆截盘7-前轮轴 8-大齿轮 9-双向摩擦离合器 10-小齿轮 11-大齿轮12-单向摩擦离合器 13-锥齿轮 14-下踏板 15-离合器手把16-底轮传动轴 17-锥齿轮组 18-换向手把 19-升降架20-升降手轮 21司机座椅 22-上车架 23-底架五、

18、液压清车机液压传动与机械、电气、气压传动相比，其主要优点是容易实现无级变速，调速范围大，单位重量的输出功率大，结构紧凑，惯性小，能传递大扭矩和较大的推力，控制和调节简单、方便、省力，可实现自动控制和过载保护。因此，近年来， 各种液压清车机相继问世。1980年4月，邯邢矿山局矿山研究所研制成功YQJ型液压清车机，它用于符山铁矿侧卸式矿车，以铲头的铲扒达到清车的目的。1983年，湖南马田煤矿研制成功液压铲抓式清车机，其效果优于圆盘切割式清车机和机械高频振动清车机不需要二次翻卸。1986年l2月，徐州矿山设备制造厂试制成功的适用于l t矿车的YQl型液压清车机通过了市级技术鉴定。1987年5月，徐州

19、矿山机械厂和中国矿业大学共同研制的适用于U型矿车的YLQ型液压螺旋式清车机通过了部级技术鉴定。这几种清车机的共同特点是结构紧凑、操作轻便灵活，拆装维修方便等。最近，福州大学又研制成全液压矿车清理机控制系统，以液压逻辑元件组成的逻辑控制回路取代由电器元件组成的控制线路，实现对清车机的自动控制。整机除了用防爆型电机及磁力启动器驱动油泵工作外，没有其它电器元件，符合井下防爆要求。1.2 液压矿车清车机的特点以前研制的圆盘截齿式清车机如图1所示，属于六十年代产品。该机前后、左右等行走部靠磨擦离合器控制，运行容易产生打滑，无法保证正常工作。同时该机操作复杂、清车效果差，满足不了煤矿实际生产的需要。为此，

20、我针列该机使用上存在的这些缺点，对原清车机进行了改进，设计了一台液压式双圆盘截齿清车机。在设计过程中，我吸取了国内各类清车机的特点，经过分析与论证，最后选定了液压式双圆盘截齿清车机。根据以前的清车机现场使用情况，我认为传动机构必须有一定的过载能力，设计时须考虑冲击负荷对清车机的影响，应采取相应的减振、缓冲和过载保护等措施。液压控制部分的流量与压力必须满足该机纵向、横向行走速度的要求。在零部件的设计选型中，在不影响总体设计的情况下，尽量采用了煤矿常用标准零部件。如轨道传动部分中选用的车轮、车架、轨道、轴承等均系煤矿常用标准零部件。1.3 液压式双圆盘截齿矿车清车机简介液压式圆盘截齿清车机主要由行

21、走机构、截割机构、液压驱动系统以及操作机构等四部分组成。各部关系如图2所示。液压驱动系统矿车截割机构操作机构行走机构 图2 矿车清车机组成图框1、纵向行走机构：由上车体、纵向行走轮轴、纵内行走液压缸等组成。由于纵内行走液压缸的缸体与纵向行走的轨道架连接，而活塞杆与上车架连接，因此通过操作换向阀，使液压油进入压力缸，使活塞作往复运动以带动清车机前进或后退。 2、横向行走机构：由下车体、横向行走轮轴、横向行走油液压缸等组成。横向行走液压缸的缸体铰接在地面上，活塞杆与下车体底托盘连接。同理操作换向阔的手柄即可使清车机左、右行走。3、截割机构：由圆形截盘，升降臂和支承截盘的轴承等组成。截割盘是清车机的

22、主要工作部件。每个截齿盘上装有四个截齿。截齿的旋转是通过链条传动的。为适应矿车清理的需要，升降臂靠液压活塞可作上下摆动，以达清理整个车底之目的。4、驱动机构有气动、液动、电动和机械式四种形式。气动式速度快，结构简单，成本低。采用电位控制或机械挡块定位时，有较高的重复定位精度。液动式可实现连续控制，使工业机械的用途和通用性更广，定位精度一般在1mm范围内。本设计采用液动驱动方式。5、液压传动系统，如图3所示图3 液压传动系统图1. 横向行走液压缸 2.电磁换向阀 3. 电磁溢流阀 4. 纵向行走液压缸5.电磁换向阀 6. 电磁溢流阀 7. 仰俯液压缸 8. 电磁换向阀 9. 电磁溢流阀 10.

23、液压马达 11. 电磁换向阀 12. 电动机13. 齿轮泵 14. 滤清器 15. 空气滤清器 16.液位液温计17.压力表清车机安装在垂直于翻车机纵向中心线的专用硐室中，翻车机专用于安放待清矿车于水平位置。清扫过程是，载重矿车进入翻车机，翻车机连同矿车朝清车机的相反方向旋转270度完成卸载后开动清车机，割盘由电动机通过链条带动旋转，操纵纵向液压换向阀，压力油进入液压缸，纵向液压缸伸出，使机身纵向前进，将割盘伸入到矿车内，割盘旋转，截割粘车底煤。然后操纵横向换向阀，压力油进入液压缸，横向液压缸作往复运动， 使截盘沿矿车往复截割，并可配合仰俯换向阀，可使截盘上下摆动，直到全部清理干净为止。1.4

24、 与原机械式矿车清车机的比较与机械式矿车清扫机相比较液压矿车清车机主要改进了以下部位:1、由摩擦离合器控制行走部改为液压控制，控制系统采用液压系统代替， 安装了多路液压换向控制阀，分别控制清车机前后、左右行走及割盘升降。2、增设了传动轴中心距调整装置：降低工作噪声，延长使用寿命。3、增加链保护罩，为链传动提供更优的工作环境。4、由单排链改为三排链，极大地减小了链轮尺寸。5、主要传动轴的滑动轴承均改为滚动轴承，并增加了密封，减少传动系统的磨损与振动，延长了寿命。1.5 矿车清车机设计的目的毕业设计是本科教学的一个重要教学环节，是学完技术基础课及有关专业课以后的一个专业课程内容的综合设计。矿车清车

25、机的设计正是通过具体设计来提高学生的机构分析与综合能力、机械结构设计的能力、机电液一体化系统设计能力，掌握实现生产过程自动化的设计方法有效途径。通过这一教学环节要求达到：（1）通过设计，把有关课程（机构分析与综合、机械原理、机械设计、液压与气动技术等）中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用，使这些知识得到巩固和发展，并使理论知识和生产密切的结合起来。因此，矿车清车机设计是有关专业基础课和专业课以后的综合性的专业课程设计。（2）矿车清车机设计是机械工程及自动化专业的学生一次比较完整的机电一体化整机设计。通过设计，培养学生独立的机械整机设计的能力，树立正确的设计思想，掌握机电一体化机械产品设计的

26、基本方法和步骤,为自动化机械设计打下良好的基础。（3）通过设计，使学生能熟练的应用有关参考资料、计算图表、手册、图册和规范；熟悉有关国家标准和部颁标准，以完成一个工程技术人员在机械整体设计方面所必须具备的基本技能训练。（4）煤矿生产的需要。2总体设计的方案确定2.1 方案的制定原则此次毕业设计的题目是矿车清车机的设计。作为一次整机的设计，对各方面都有明确的原则要求。1）设计出的整机矿车清车机要能够在控制系统的控制驱动下，准确实现预定动作，完成设计任务；2）设计出的整机矿车清车机结构尺寸要合理，要具有良好的工艺性，方便制造，方便安装。要留有合理的空间，以便各种控制线路或是液压油路的铺设；3）设计

27、出的整机矿车清车机在最大负载情况下要能够符合强度要求。并且，为了提高其抗瞬间振荡冲击的能力，应留有一定的强度和功率余度。原则是固定的大框架，在设计过程中，还应在遵循大框架的前提下，做一些灵活的变动，以达到设计的良好工艺性、高效性，积极应用各种优化设计方法。2.2本设计方案的规划 2.2.1 清车机各部分的设计一、矿车清车机运动方式的选择矿车清车机，不仅要求能够顺利的实现动作，而且还要求这种有目的的动作能够有耗时短、动作迅速，效率高，能耗小的特点。所以，在设计矿车清车机的时候，我们就要根据现场的实际使用需求来最优化的选择它的动作实现方案。本设计中的矿车清车机，在实际生产中主要要求实现的任务是完成

28、矿车底部粘结物的清理。在综合考虑了各种方案后，我选择了以下方案：1）截割部实现粘结物的清理工作；2）行走部实现前后左右的行走；3）臂部实现截割部支撑与上下摆动；4） 控制部分实现整机的操作控制；5） 液压传动系统实现动力的传递和转换。二、矿车清车机驱动方式的选择设计矿车清车机时，选择哪一类驱动系统，要根据矿车清车机的作业要求、矿车清车机的性能规范、控制功能、维护的复杂程度、运动的功耗、性能与价格比以及现有条件等综合因素加以考虑。在注意各类驱动系统特点的基础上，综合上述各因素，充分论证其合理性、可行性、经济性以及可靠性后进行最终的选择。在本次设计输出功率大，需承受载荷重的情况下，选择了液压传动方

29、式。相比较其他的传动方式，如电动、气动、机械传动等方式，液压传动方式有着自己独有的优点：1）液压传动能在运行中实线无级调速，调速方便且调速范围比较大，可达100：12000：1。2）在同等功率的情况下，液压传动方式装置的体积小，重量轻，惯性小，结构紧凑（如液压马达的重量只有同功率奠基重量的1020），而且能传递较大的力或转矩；3）液压传动工作比较平稳，反映快冲击小，能高速启动、制动和换向。液压传动装置的换向频率，回转运动每分钟可达500次，往复直线运动可达4001000次；4）液压传动装置的控制、调节比较简单，操纵比较方便、省力，易于实现自动化，与电气控制配合使用，能实现复杂的顺序动作和远程控

30、制；5）液压传动装置易于实现过载保护，系统超负载，油液经溢流阀回油箱。由于采用油液做工作介质，能自行润滑，所以寿命长；6）液压传动易于实现系列化、标准化、通用化，易于设计，制造和推广使用；7）液压传动易于实现回转、直线运动，且元件排列布置灵活。制约因素较少；8）液压传动中，由于功率损失所产生的热量可由流动着的由带走，所以可避免在系统某些局部位置产生过度的温升。当然，相比其他传动方式，液压传动由于其工作方式的特殊性，也存在一些缺点：1）液体为工作介质，易泄漏，油液可压缩，故不能用于传动比要求很高的场合。2）液压传动中有机械损失、压力损失、泄漏损失，效率较低，所以不宜作远距离传动。3）液压传动对油

31、温和负载变化比较敏感，不宜在底、高温度条件下使用，对污染也很敏感。4）液压传动需要有单独的能源（例如液压泵站），液压能不能像电能那样从远处传来。5）液压元件制造精度高，造价高，所以需要组织专业生产。6）液压传动装置出现故障时不易追查原因，不易迅速排除。 2.2.2结构设计图4为螺旋清车机工作原理图。它主要由螺旋切削机构、横向滑架、纵向小车、驱动装置、横向油缸、纵向油缸、固定支架、配重块、液压站等组成。图 4螺旋清车机工作原理图清车时，操纵油缸推动纵向小车，将螺旋切削机构快速前移，送入横卧的矿车车厢内（靠行程开关限位），然后转为工作进给，同时启动螺旋切削机构驱动装置。螺旋叶片一边旋转、一边前移，

32、切割矿车内的结底物料。至终点后，横向油缸推动横向滑架，使螺旋切削机构做横向切割，最后油缸带动各部件复位，完成一个矿车的清理。图5为螺旋切削机构简图。它由链轮、轴承、轴及装在轴上的 4组清车叶片（左右旋各2组）组成。每组清车叶片靠焊接在螺旋叶片上的齿座装有7把0°截齿和2把40°倾斜截齿。2把倾斜截齿齿尖的回转半径不同 , 以适应横向切割黏结物的需要。螺旋切削机构的旋转是靠电机、减速器通过减速比为 1的套筒滚子链传动实现的。图5 螺旋切削机构 2.2.3可行性和必要性分析本次矿车清车机的设计，采用的电动机驱动。在设计中要解决的几个核心问题有如下几个方面：1）设计好本次设计之矿

33、车清车机的极限工作载荷（G），并当之以一个重要的已知条件来设计计算后续的结构尺寸；2）确定驱动液压缸的参数(D、d)；3）在设计臂部俯仰动作时，我首先确定臂部的俯仰行程角度(、)。然后在计算了俯仰各部的重量、轴销处的摩擦阻力矩后适当选择驱动液压缸。俯仰液压缸的行程如图6所示。图6俯仰液压缸行程示意图4）各连接处的螺栓、螺钉或销钉连接要严格按照连接强度要求。各液压缸的各密封处的密封件也要严格按照密封条件选取。以上就是本次矿车清车机设计的可行性和必要性分析。可能在设计中，我还会遇到很多原理或是机构的矛盾和问题，我也会严格按照设计的功能和强度要求一一纠正的。2.3设计方案的内容总结本次设计要求，能够

34、鲜明地体现机电一体化的设计构思。所谓机电一体化技术，是机械工程技术吸收微电子技术、信息处理技术、传感技术等形成的一种新的综合集成技术。尽管机电一体化的产品名目繁多，并由于它们的功能不同而有不同的型式和复杂程度，但做功的机械本体部分（包括动力部分）和微电子控制部分（包括信息处理）是其基本的、必不可少的要素。我们选择矿车清车机作为设计题目，无论从内容的深度、分量以及覆盖各科知识面的程度来衡量都是适当的。设计时的主要流程如下：1）拟定整体方案，特别是机电液的有机结合的设计方案；2）根据给定的参数选择合适的截割部、臂部、行走部和控制机构；3）各部件的设计计算；4）矿车清车机工作装配图的设计和绘制；5）

35、 编写矿车清车机设计计算说明书。3 截割部设计截割头是用来直接工作的部件，由于被清理矿车的形状、尺寸大小等的不同，所以矿车清车机的截割头结构是多种多样的，大部分的截割头结构是根据特定的工作要求而设计的。归结起来，常用的截割头，按其工件的原理，可分为抓斗式、刮板式和圆盘（旋转）式几大类。本设计采用圆盘（旋转）式截割头，由截齿、圆盘和传动机构三部分组成，它对U型矿车的具有较大的适应性，驱动装置为传动机构提供动力，驱动源采用液压系统，传动机构采用减速箱加链条传动。3.1截割头的设计要求 1、截割头截割力大小要适宜，力量过大则动力消耗多，结构庞大，不经济，甚至会损坏矿车；力量过小达不到清理矿车的目的。

36、在确定截割时，除考虑粘结物的粘结力外，还应考虑截割过程中所产生的惯性力和振动，以保证截割安全可靠。2、截齿应有一定的截割能力以便于截割粘结物。3、要求结构紧凑、重量轻、效率高 在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使构紧凑、重量轻，以利于减轻臂部的负载。4、应考虑通用性和特性要求 一般情况下，截割头多是专用的，为了扩大它的使用范围，提高它的通用化程度，以适应截割不同硬度的粘结物需要，故采取截齿可调整地办法，如更换截齿。此外，还要考虑要适应工作环境提出的特殊要求，如耐粉尘、耐腐蚀、能承受冲击力、防爆等。3.2 截割头的设计 截割头的组成：截割头由截齿、螺旋滚筒和附属装置组成。 3.2.1截齿截齿是

37、采煤机截煤的刀具，目前采煤机使用的截齿主要有扁形刀具和镐型刀具两种。我们这里截齿采用类似于采煤机的自制截齿。参考煤炭行业标准MT2461996。材料一般选用材料一般选用40Cr、5CrMnSi、5SiMnV等硬硬质合金，它具有刚度好、密度小、重量轻等特点。 3.2.2螺旋滚筒滚筒旋转方向对截煤过程来说有两种，它可分为顺转和逆转。顺转时，煤在转载过程中二次破碎严重，装煤能耗较大。采煤机后面滚筒不仅担负截割前滚筒余留的煤，而且要将这些煤连同前滚筒未装出的煤全部装入输送机。为了有较好的装煤效果，后滚筒一般定为向上截煤的旋转方向，而将前滚筒定为向下截煤的旋转方向。对于单滚筒采煤机，一般在左工作面用右螺

38、旋滚筒；而在右工作面用左螺旋滚筒。滚筒的结构参数1. 滚筒的三个直径滚筒的三个直径是指滚筒直径D，叶片直径，筒毂直径。滚筒直径是截齿齿尖的截割圆直径。目前采煤机的滚筒直径都在0.652.3m范围内。轮毂直径愈大，则滚筒内容纳煤的空间愈小，碎煤在滚筒内循环和重复破碎的可能性愈大。在满足轮毂安装轴承和传动齿轮的条件下，应保持叶片直径与轮毂直径适当的比例。对于D>1m的大直径滚筒，与之比应大于或等于2；对于D<1m的小直径滚筒，与之比应大于或等于2.5。2.滚筒宽度滚筒宽度应等于或大于采煤机的截深。滚筒的宽度一般为0.60.8m。我们可取滚筒宽度为0.6m。3.螺旋升角 D和分别表示螺旋

39、叶片的外径和内径，L为螺旋叶片的导程。不同直径上的螺旋升角不同，螺旋叶片的外缘升角和内缘升角分别为 显然，螺旋叶片在外缘的升角小于内缘升角。 螺旋升角的大小直接影响到装煤的效果。升角较大时，排煤能力强，装煤速度快。但升角过大会把煤抛到溜槽的采空侧；升角过小，煤在螺旋叶片内循环，造成煤的重复破碎。国内对螺旋升角曾进行过大量实验，我国一般认为，时装煤效果最好。 对于双头螺旋叶片，螺旋升角为式中 n-螺旋头数； S-螺距。螺距的大小应保证煤从滚筒中顺利排出，一般为0.250.4m。3.3 主要参数的设计 3.3.1螺旋机构的回转直径的确定图8为矿车翻转 270°后与圆形翻车机的尺寸关系图。

40、考虑到圆形翻车机的停位准确性及矿车变形等因素 , 上下各留 55 mm间隙 , 把螺旋切削机构直径 (齿尖所在圆)定为 820 mm。图8 矿车与翻车机位置关系 3.3.2合理确定螺旋切削机构的转速和进给速度螺旋切削机构是一个带螺旋叶片的圆柱体，截齿装在焊于螺旋叶片上的齿座中，工作时切削机构转动并作径向移动。 如图9所示，截齿切削的形状呈月牙形，截割厚度 h是变化的，其最大截割厚度为式中 V牵引速度， m /min； n滚筒转速， r/min；m同一截线上的截齿数。图9截割厚度 h计算由下图可以得出截割厚度的平均值为式中，S为月形切削面积。 据资料介绍，采煤机滚筒的平均切削厚度是4060 mm

41、，考虑到具体使用条件，其平均切削厚度取 20 mm，代入上两式试算得出螺旋切削机构的转速为 48 r/min；进给速度为 115 m/min。 3.3.3螺旋切削机构驱动功率估算工作时，截齿需克服切割物料的阻力。在此着重讨论作用在截齿前刃面上的截割阻力。据资料介绍，截割阻力与截割厚度h成正比，即式中 截割阻力的平均值；h截割厚度；A截割阻力系数 平均值 , 它反映了被截割物的机械性质。再根据式中 M 滚筒转矩。所以可估算出截割时所消耗的功率。设计最终选用螺旋切削机构驱动电机的功率为7.5 kW。故驱动装置的电动机型号为Y132M - 4电动机。3.4 截割臂的设计臂部是截割头的主要握持部件。他

42、的作用是支撑截割头并带动它们作上下摆动。臂部运动的目的：实现截割头俯仰升降运动。臂部的各种运动常用驱动机构（如液压缸或气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既直接承受截割部的静、动载荷，而且自身又要摆动，故受力复杂。因而，他的机构、工作范围、灵活性等直接影响矿车清车机的工作性能。在这次设计中，臂部要完成的功能主要是，在伸缩液压缸的驱动下实现臂部部分的的俯仰动作。采用的是双向杆机构。3.4.1 截割臂的基本要求臂部设计首先要实现所需要的运动，为此，须满足臂部应承载能力大、刚度好、自重轻的要求。 对于矿车清车机臂部或机身的承载能力，通常取决于其刚度。以臂部为例，一般结构上较多

43、采用悬伸梁形式（水平或垂直悬伸）。显然，臂的悬伸长度愈大，则刚度愈差。3.4.2 截割臂的设计计算根据综合考虑，臂部结构采用定轴式仰俯机构。 经计算，矿车清车机仰俯总行程为26，其中向上最大仰角度为13，向下最大俯角度为13。设计向上最大仰角度为15，向下最大俯角度为15，仰俯总行程为30。其工作状态如下图10所示图10臂部俯仰状态图仰俯角的计算过程：已知：臂长1200mm 滚筒直径625mm 车箱宽930mm建立三角形如图解得：向上最大仰角度为15，向下最大俯角度为15。为使控制摆动的液压缸的摆角留有余量，设计为向上最大仰角度为15，向下最大俯角度为15，仰俯总行程为30，是合理的。设计的极

44、限状态如图11所示。因此，控制摆动的液压缸只要能使前伸臂绕轴摆动30即可。结合实际清车机结构，来设计仰俯摆动机构尺寸。（1）驱动力矩的计算 取截割头的质量m1=50Kg，臂部质量为50Kg则臂部所产生的阻力矩M为 图11 极限状态下的夹角（2）摆动驱动缸力的计算当滚筒位于最低点时,摇臂与液压缸车呈 则 当滚筒位于最高点时,摇臂与液压缸车呈 取两者之大 即 F=4723.9 N作为摆动缸设计计算驱动力。3.5 仰俯液压缸的设计3.5.1液压缸工作压力及主要结构尺寸的计算1.初选液压缸的工作压力液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定的，对于不同用途的液压缸，由于工作条件不同，通常采用的压力范围

45、也不同。参考同类设计，初定液压缸的工作压力为=3.5 MPa。2.确定液压缸的主要结构尺寸本设计系统选用单作用、液压缸固定的单杆式液压缸。设计取液压缸缸体内径等于活塞杆的直径的两倍，即。取液压缸回油腔背压为=0.4MPa。当压力油进入无杆腔时，对活塞产生的推力： （3.1） = （3.2）式中 工作过程中最大的外负载，即活塞杆伸出时最大的推力； 液压缸密封处的摩擦力它的精确值不易求得，常用液压缸的机械效率来进行估算； 液压缸的机械效率，一般=0.90.97设计取 =0.95； 将各数值代入公式（3.1）、（3.2），可计算液压缸无杆腔的有效面积：=15.07则液压缸的直径： = =19.18

46、mm 取D=80mm由，可求活塞杆的直径： = 40mm ， = 80mm 3活塞杆弯曲稳定性的验算活塞杆完全伸出时需考虑活塞杆弯曲稳定性，设定受力完全作用在活塞杆轴线上，主要验算： 设活塞杆纵向弯曲破坏的临界载荷为取活塞杆的安全系数为=3根据保守的校核公式得:式中:n末端条件系数,把活塞杆两端看作两端绞支,查表得:=1d-活塞杆杆径-活塞杆计算长度, 故得: = =安全系数为由此可见,活塞杆满足稳定性要求4.液压缸的工作压力的确定根据设计选取缸径和活塞杆的直径，计算出活塞杆伸出时所需液压油的压力： 5.液压缸实际所需流量的确定液压缸处于工作行程时：其活塞杆的行进速度 v为: 式中：v活塞杆的

47、行进速度q进入有杆腔的流量代入数据计算，得：活塞杆的行进速度 v为:3.5.2 液压缸壁厚和外径的计算1.液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚不同而各异。一般设计可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径与其壁厚的比值的圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸一般用无缝钢管材料，大多数属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算： (3.3)式中 液压缸的壁厚，m； 液压缸的内径，m； 试验压力，MPa ,一般取最大工作压力的（1.251.5）倍，设计取 =1.51.25= 1.875

48、MPa； 缸筒的材料的许用应力, MPa, 缸筒的材料选用无缝钢=100110 MPa,设计取 =110 MPa。将各数据代入上式(3.3)，计算出液压缸的壁厚为： 0.00068 m设计取 =0.68 mm。则液压缸缸体的外径： mm 参照工程机械用标准液压缸的外径系列（JB106867）将液压缸外径进行圆整得 2.液压缸壁厚的验算液压缸壁厚的验算应包括以下四个方面：（1）额定工作压力应低于一定的极限值，以保证工作安全： MPa (3.4)式中 额定工作压力，MPa； 缸筒材料的屈服强度，MPa，设计选用缸筒材料为：45钢，则=335 MPa。 液压缸缸体的外径； 液压缸缸体的内径；将各已知

49、数据代入上式(3.4)，得： =34.1 MPa =1.25 MPa计算知：额定工作压力远小于一定的极限值。（2）额定压力也应与完全塑性变形压力有一定的比例范围，以避免塑性变形的发生： （0.350.42） MPa （0.350.42）=（0.350.42）=（20.1324.15）MPa =4.4 MPa 式中 缸筒发生完全塑性变形的压力，MPa；（3）验算缸筒径向变形应处在允许的范围内： = (3.4)式中 缸筒耐压试验压力，MPa，设计取 =3.5 MPa；缸筒材料的弹性模数，MPa，设计取 MPa；缸筒材料的泊松比，钢材：=0.3；将已知各数据代入上式(3.4)，求得： =0.0082

50、3 mm 查手册，变形量没有超出密封圈的允许范围。（4）验算缸筒的爆裂压力是否远大于耐压试验压力： =2.36 =104.7MPa=3.5 MPa式中 缸筒的爆裂压力；缸筒材料的抗拉强度，MPa，设计取 =610 MPa；通过以上四方面的计算知：液压缸壁厚满足要求。3.5.3 液压缸缸盖厚度的确定液压缸多为平底缸盖，其有效厚度按强度要求进行近似计算：无孔时： 有孔时： 式中 缸盖的有效厚度，m； 缸盖止口内径，m； 缸盖孔的直径，m； 试验压力，MPa ,设计取 =3.5 MPa；则液压缸无孔后缸盖的厚度： =6.18 mm 液压缸前缸盖的厚度： =8.74 mm 将计算的数据圆整设计取值：后

51、缸盖的厚度=10 mm；前缸盖的厚度=10mm。3.5.4 液压缸缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应大于活塞的行程、缸盖滑动支承面的长度与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑端盖的厚度。活塞的行程等于活塞杆的行程为：320 mm；缸盖滑动支承面的长度：设计取 =60 mm；活塞的宽度=48 mm。则液压缸缸体内部长度： 3206048=428 mm 考虑实际，取液压缸缸体内部长度=428mm，则缸体外形长度=471 mm。3.5.5 液压缸结构的设计 液压缸是将液压能转变为机械能的装置，它将液压能转变为直线运动或摆动的机械能。液压缸的分类：（1）按结构形式分：活塞缸、柱塞缸、摆动缸。 （2）按

52、作用方式分：单作用液压缸，即一个方向的运动依靠液压作用力实现，另一个方向依靠弹簧力、重力等实现；双作用液压缸，即两个方向的运动都依靠液压作用力来实现；复合式缸，即活塞缸与活塞缸的组合、活塞缸与柱塞缸的组合、活塞缸与机械结构的组合等。液压缸结构简图12所示：图12液压缸结构简图1活塞杆；2法兰盖；3缸盖；4、7密封圈；5活塞；6缸体；8连接螺栓1.缸体与缸盖的连结形式缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。设计选用缸体与缸盖的连接形式：法兰连接，结构形式简图如下图所示。 法兰连接结构的优点：结构简单、成本低、易于加工、便于装拆、强度较大、能承受高压。2. 活塞杆与活塞的连结

53、形式活塞杆与活塞的连接形式分：整体式结构和组合式结构；组合式结构 又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。设计选用：螺纹连接形式。其特点：结构简单、在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置、应用较多。3. 活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构采用：端盖整体式直接导向。其特点：端盖与活塞杆直接接触导向，结构简单，但磨损后只能更换整个端盖。4. 活塞及活塞杆处密封圈的选用活塞及活塞杆处的密封圈的选用，应根据密封的部位、使用压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。选用密封圈密封的优点：（1）结构简单，制造方便，成本低；（2）能自动补偿磨损；（3）密封性能可随压力加大而提高，密封可靠；（4）被密封的部位，表面不直接接触，所以加 工精度可以放低（5）既可用于固定件，也可用于运动件。设计选用：O 型密封圈，其截面结构简图如图13所示。图13 O 型密封圈截面简图5. 液压缸的安装连结结构液压缸的安装连接结构包括液压缸的安装结构、液压缸