氣動(dòng)單軌吊車設(shè)計(jì)【含12張CAD圖紙、說明書】【GC系列】
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第97頁1 緒論1.1課題研究的背景煤炭產(chǎn)業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè),伴隨著高新技術(shù)和現(xiàn)代化生產(chǎn)的飛速發(fā)展,煤炭的產(chǎn)量也在逐年上升,煤礦輔助運(yùn)輸對(duì)于煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性業(yè)越發(fā)明顯,輔助運(yùn)輸?shù)南冗M(jìn)與否成為制約煤礦能否更進(jìn)一個(gè)階梯發(fā)展的重要因素。隨著高新技術(shù)在煤礦產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用,安全、高產(chǎn)、高效現(xiàn)代化礦井建設(shè)和輔助運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)代化程度成為衡量煤礦現(xiàn)代化生產(chǎn)能力和水平的重要指標(biāo),與此同時(shí),輔助運(yùn)輸?shù)男手苯佑绊懨旱V的生產(chǎn)效率,所以,進(jìn)一步發(fā)展高效、快捷的輔助運(yùn)輸方式是我國煤礦產(chǎn)業(yè)建設(shè)中不可忽視的一項(xiàng)重要任務(wù)。在現(xiàn)代化輔助運(yùn)輸設(shè)備出現(xiàn)之前,傳統(tǒng)的輔助運(yùn)輸設(shè)備主要有架線機(jī)車、蓄電池機(jī)車、斜巷絞車和調(diào)度絞車等。煤層地質(zhì)條件、開采方式和采掘機(jī)械化程度等多種因素直接影響了輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的構(gòu)成以及輔助運(yùn)輸設(shè)備的選用。在我國早期的礦井中,采掘機(jī)械化程度不高、礦井生產(chǎn)能力有限等的限制使得一礦多工作面的生產(chǎn)方式被許多礦井所采用,早期輔助運(yùn)輸系統(tǒng)主要由以下設(shè)備類型組成:主要水平運(yùn)輸大巷多采用架線電機(jī)車,采區(qū)巷道主要采用小型調(diào)度絞車、礦用絞車、小型蓄電池機(jī)車等,目前仍有許多煤礦在采用這種運(yùn)輸方式。系統(tǒng)復(fù)雜、占用設(shè)備多、運(yùn)輸能力低、運(yùn)輸環(huán)節(jié)多、需經(jīng)多次轉(zhuǎn)載和中轉(zhuǎn)編列、輔助人員多、安全隱患大等是傳統(tǒng)輔助運(yùn)輸方式及設(shè)備的主要問題。據(jù)調(diào)查顯示,我國煤礦井下人員有1/3以上是輔助人員,有些礦井甚至超過1/2。我國煤礦掘進(jìn)隊(duì)中從事輔助運(yùn)輸?shù)娜藛T一般占到30%50%,工作效率低、安全狀況差在所難免,其事故平均占井下工傷事故總數(shù)的30%,僅次于頂板事故且成上升趨勢(shì)。因此,傳統(tǒng)輔助運(yùn)輸方式已不再適合我國煤礦開采技術(shù)發(fā)展的需要,傳統(tǒng)、落后、效率低下的輔助運(yùn)輸方式成了煤礦高產(chǎn)、高效和煤礦現(xiàn)代化發(fā)展的瓶頸。近年來,很多新型煤礦井下輔助運(yùn)輸設(shè)備相繼出現(xiàn)在國內(nèi)外。目前,國內(nèi)外煤礦較為實(shí)用的、新型高效的輔助運(yùn)輸設(shè)備有單軌吊、無軌運(yùn)輸設(shè)備、軌道運(yùn)輸設(shè)備等三大類。這些新型設(shè)備在技術(shù)特性、運(yùn)輸效率和安全性能方面,比傳統(tǒng)的輔助運(yùn)輸設(shè)備都具有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)。作為高產(chǎn)高效輔助運(yùn)輸方式之一,單軌吊輔助運(yùn)輸系統(tǒng)越來越顯示出它的優(yōu)勢(shì),它幾乎不受頂板的影響,運(yùn)輸巷道布置方便而且節(jié)省空間,運(yùn)輸效率高。過去一個(gè)月才能完成的綜采搬家倒面工作利用單軌吊可以在一周內(nèi)迅速完成,輔助運(yùn)輸?shù)男视辛孙@著的提高,從而提高了全員效率。1.2課題研究的意義由以上分析可知,單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)必將逐步取代低效、復(fù)雜、安全隱患大的傳統(tǒng)輔助運(yùn)輸方式,從而成為井下最重要的輔助運(yùn)輸方式之一。因此,對(duì)單軌吊系統(tǒng)的研究與開發(fā)將成為國內(nèi)煤礦機(jī)電設(shè)備研究的重要任務(wù),并將促進(jìn)單軌吊系統(tǒng)的普及和應(yīng)用。同時(shí),研究出高效、安全、可靠的單軌吊系統(tǒng)具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。鑒于國內(nèi)單軌吊的發(fā)展較落后,發(fā)展和普及單軌吊系統(tǒng)迫在眉睫。1.3單軌吊概述1.3.1國外發(fā)展概況在上世紀(jì)的五六十年代,一些主要采煤國家就開始著手解決本國煤礦井下輔助運(yùn)輸機(jī)械化的問題,單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)成為其中主要的研究內(nèi)容之一。世界上第一臺(tái)鋼絲繩牽引單軌吊車由德國于1954年研制出。德國又于1963年研制出防爆柴油機(jī)單軌吊車。1976年,德國又開始著手研制蓄電池單軌吊車。截至目前,德國、英國、法國、捷克、斯洛伐克、俄羅斯和烏克蘭等國家的礦井已普及了單軌吊的使用,單軌吊輔助運(yùn)輸系統(tǒng)已成為這些國家煤礦輔助運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備之一。在德國魯爾礦區(qū)的煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備中,95%以上的都是單軌吊,而捷克則幾乎全部采用單軌吊車。目前,國外生產(chǎn)單軌吊車比較出名的企業(yè)有德國的SCHARF公司、BRAEUTIGAM公司和捷克的FERRIT公司、STAVUS公司,這些公司主要生產(chǎn)柴油機(jī)單軌吊車,同時(shí)也生產(chǎn)蓄電池單軌吊車和氣動(dòng)單軌吊車。1.3.2國內(nèi)發(fā)展概況相比國外,在單軌吊車研制方面,我國起步較晚,直至上世紀(jì)八十年代才開始引進(jìn)和研制單軌吊車。煤礦的經(jīng)濟(jì)效益日益提高的同時(shí),國家也將煤礦管理的重點(diǎn)逐步轉(zhuǎn)移到安全管理上,為了盡早解決輔助運(yùn)輸用人多、環(huán)節(jié)多、事故多等的實(shí)際問題,我國在單軌吊車的研制和應(yīng)用方面加大了力度。截至1992年,我國已先后研制成15kW、30kW和66kW等數(shù)種型號(hào)的防爆柴油機(jī)單軌吊車。如今,已有來自德國、英國、捷克及我國產(chǎn)的多種單軌吊在我國煤礦井下運(yùn)行著。國內(nèi),山西省璐安礦務(wù)局集團(tuán)漳村礦和常村礦使用最早使用單軌吊車,輔助運(yùn)輸安全狀況差、效益低的被動(dòng)局面有了很大的改善,在全國開了個(gè)好頭,并且在使用單軌吊車方面積累了比較豐富的經(jīng)驗(yàn)。2003年,潞安礦務(wù)局漳村礦、常村礦、屯留礦、王莊礦、潞寧礦、麥捷礦,霍州煤電的辛置礦、李雅莊礦、山浪礦、木瓜礦及沈煤集團(tuán)所屬礦等相繼投入并使用了單軌吊。國內(nèi)使用的單軌吊主要有國產(chǎn)蓄電池單軌吊和柴油機(jī)單軌吊,氣動(dòng)單軌吊車也在國內(nèi)一些煤礦投入使用,如皖北武溝礦和淮北袁店礦投入使用了氣動(dòng)單軌吊,并且取得了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。單軌吊的使用實(shí)踐證明,單軌吊車具有安全性高、運(yùn)輸效率高、占用人員少的特點(diǎn),是一種適合我國煤礦特點(diǎn)的本質(zhì)安全型輔助運(yùn)輸設(shè)備。目前,我國生產(chǎn)單軌吊車的廠家有山西省太重煤機(jī)煤礦裝備成套有限公司、濟(jì)寧運(yùn)河礦機(jī)有限公司、山東立業(yè)機(jī)械裝備有限公司、山東兗煤精益機(jī)電設(shè)備有限公司、太原礦機(jī)電氣發(fā)展有限公司等,國內(nèi)主要生產(chǎn)蓄電池單軌吊和柴油機(jī)單軌吊車,目前國內(nèi)生產(chǎn)的單軌吊車主要有DDD8J隔爆型蓄電池單軌吊車、DX系列蓄電池單軌吊等。同時(shí),國內(nèi)一些礦山機(jī)電設(shè)備企業(yè)加強(qiáng)與國外知名單軌吊生產(chǎn)廠家合作,將國外先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于國內(nèi)單軌吊的生產(chǎn)和制造,如泰安FERRIT公司、安徽中捷公司(與捷克STAVUS合作),主要生產(chǎn)柴油機(jī)單軌吊。1.3.3單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的輔助運(yùn)輸設(shè)備相比,單軌吊在技術(shù)特性、運(yùn)輸效率和安全性能方面都具有許多明顯的優(yōu)點(diǎn),具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 對(duì)巷道條件要求低,適應(yīng)能力強(qiáng); 運(yùn)輸效果完全不受巷道頂板、地面變形等情況的影響; 適應(yīng)坡度大,一般可以達(dá)到30,能在起伏坡度較大和彎道較多情況下運(yùn)行; 設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方便,維護(hù)方便; 可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離連續(xù)運(yùn)輸,整個(gè)運(yùn)輸過程無需轉(zhuǎn)載; 可以安全可靠的運(yùn)送人員,一次最多可以運(yùn)送60人左右; 可以解決綜采設(shè)備列車整體懸掛運(yùn)輸?shù)膯栴}; 軌道可以回收,以便重復(fù)實(shí)用; 可以出色的完成皮帶巷道運(yùn)輸任務(wù),可以對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行日常維護(hù); 運(yùn)行安全可靠,不跑車,不掉道,設(shè)有工作停車、安全和超速及隨車緊急制動(dòng)等三套安全制動(dòng)系統(tǒng),并有防掉道裝置,適于在井下大巷和采區(qū)運(yùn)行; 牽引力大,能實(shí)現(xiàn)重型物料如重型液壓支架的整體搬運(yùn),對(duì)散料、長材能進(jìn)行集裝運(yùn)輸,載重量大; 運(yùn)行速度高,因具有防掉道安全設(shè)施及安全監(jiān)控與通信等裝置,可以較高的速度在采區(qū)運(yùn)行,最大運(yùn)行速度可達(dá)2m/s; 有比較完整的配套設(shè)備和運(yùn)輸車輛,能夠滿足人員和多種材料設(shè)備的運(yùn)輸需要,可實(shí)現(xiàn)裝卸作業(yè)機(jī)械化; 可以最大限度的實(shí)現(xiàn)井下職工減員,整個(gè)單軌吊系統(tǒng)操作人員最少只要2人即可。鑒于以上如此之多的優(yōu)點(diǎn),單軌吊運(yùn)輸設(shè)備系統(tǒng)得到了很快的發(fā)展和應(yīng)用。1.3.4單軌吊車的分類按驅(qū)動(dòng)方式的不同可分為鋼絲繩牽引和自驅(qū)動(dòng)兩大類,自驅(qū)動(dòng)單軌吊車比較靈活,發(fā)展較快。按牽引動(dòng)力類別和使用特征,可分為鋼絲繩牽引單軌吊車、防爆柴油機(jī)單軌吊車、防爆特殊蓄電池單軌吊車和氣動(dòng)單軌吊車等四個(gè)類型,如圖1-1、圖1-2、圖1-3和圖1-4所示。使用最多的是柴油機(jī)單軌吊車系統(tǒng)。圖 1-1 繩牽引單軌吊車1泵站;2絞車;3鋼絲繩;4緊繩器;5控制臺(tái);6阻車器;7導(dǎo)繩輪;8牽引儲(chǔ)繩車;9運(yùn)輸車;10人車;11制動(dòng)車;12阻車器;13尾繩輪圖 1-2 防爆柴油機(jī)單軌吊車運(yùn)載液壓支架示意圖1主司機(jī)室;3主機(jī);2、4驅(qū)動(dòng)器;5、8制動(dòng)器;612t起吊梁;7液壓支架;9副司機(jī)室圖 1-3 防爆蓄電池單軌吊車1軌道;2、9司機(jī)室;3連接拉桿;4、8驅(qū)動(dòng)部;5制動(dòng)閘;6電源專用吊梁;7電源箱圖 1-4 氣動(dòng)單軌吊車鋼絲繩牽引單軌吊車的工作原理與自驅(qū)動(dòng)單軌吊車的不同,前者為摩擦傳動(dòng),后者為黏著驅(qū)動(dòng)。鋼絲繩牽引就是用無極繩絞車牽引,通過鋼絲繩與驅(qū)動(dòng)輪之間的摩擦力來帶動(dòng)鋼絲繩運(yùn)動(dòng),從而牽引單軌吊車沿軌道往復(fù)運(yùn)行。自驅(qū)動(dòng)單軌吊車的牽引力及黏著力,是由一定數(shù)量的配有耐磨膠圈的成對(duì)驅(qū)動(dòng)輪通過 液壓或機(jī)械方式壓緊在單軌的腹板上而產(chǎn)生的,它與單軌吊車本身自重?zé)o關(guān)。1)鋼絲繩牽引單軌吊車這是在懸吊的一種特殊工字鋼軌道上,用絞車通過鋼絲繩牽引的單軌吊車運(yùn)輸設(shè)備,能適應(yīng)坡度不大于45的巷道運(yùn)輸。運(yùn)輸線路固定,運(yùn)距一般不超過2000m。它是單軌運(yùn)輸?shù)淖钤缧问?,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本較低,且對(duì)坡度的適應(yīng)性強(qiáng)。因此應(yīng)用較廣泛,特別在運(yùn)輸任務(wù)量大、服務(wù)年限較長的大坡道巷道中使用有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。繩牽引單軌吊車由絞車、緊繩器、導(dǎo)繩輪系、牽引車及儲(chǔ)繩車、承載車、制動(dòng)車和尾輪站等組成(圖1-1)。司機(jī)在絞車房靠信號(hào)操縱運(yùn)行。制動(dòng)車在列車超速時(shí)自動(dòng)制動(dòng)保護(hù)。牽引車、儲(chǔ)繩器、起吊運(yùn)輸車和制動(dòng)車都懸掛在軌道下部翼板上,其他部分分別安裝在巷道中。絞車可采用電動(dòng)無極繩絞車,但較多采用電動(dòng)液壓絞車。液壓絞車能無級(jí)調(diào)速,在啟動(dòng)或爬坡時(shí)以低速大牽引力運(yùn)行,平道時(shí)可加快速度,實(shí)現(xiàn)速度與牽引力的自動(dòng)調(diào)節(jié)。絞車與尾繩站分別固定在運(yùn)輸區(qū)間的兩端。緊繩器靠近絞車固定安裝,用重錘式機(jī)構(gòu)使鋼絲繩保持一定的張力。尾繩站固定安裝于運(yùn)輸系統(tǒng)末端,由回繩輪和張緊器組成。鋼絲繩徑回繩輪折回絞車向前延伸,牽引車與儲(chǔ)繩車受鋼絲繩牽引沿軌道帶動(dòng)運(yùn)輸車運(yùn)行。儲(chǔ)繩車是把滿足運(yùn)輸后多余部分鋼絲繩儲(chǔ)存在卷筒上,以備系統(tǒng)延伸時(shí)使用。通常儲(chǔ)繩車與牽引鉸接在一起或合并成牽引儲(chǔ)繩車。導(dǎo)繩系是鋼絲繩按照設(shè)定路線往返運(yùn)行的導(dǎo)向組件。在直線路段,輪系承載鋼絲繩質(zhì)量并限制其抖動(dòng),在彎道處(水平或垂直)輪系控制鋼絲繩的運(yùn)行軌跡。斷繩時(shí)不使繩頭紊亂,保證人員安全。承載車懸掛在單軌下部的翼板上,可由各種承載車組成運(yùn)輸列車,車與車之間用拉桿及銷子連接。2)防爆柴油機(jī)單軌吊車這是以防爆低污染柴油機(jī)為動(dòng)力的單軌吊車,是當(dāng)今單軌吊車運(yùn)輸方式中的主要機(jī)型,其特點(diǎn)是體積小,機(jī)動(dòng)靈活,適應(yīng)性強(qiáng),不怕水,不怕煤,不受底板狀況的影響,過道岔方便。運(yùn)輸距離長,用于掘進(jìn)巷道時(shí)能迅速接長軌道,既安全又可靠,經(jīng)濟(jì)性也好??梢詫?shí)現(xiàn)從井底車場(chǎng)甚至從地面(斜井或平峒開拓時(shí))至采區(qū)工作面的直達(dá)運(yùn)輸。防爆柴油機(jī)單軌吊車主要由主機(jī)、驅(qū)動(dòng)部、司機(jī)室和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)組成。主機(jī)由防爆柴油機(jī)及其附屬裝置(啟動(dòng)裝置、冷卻系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣凈化系統(tǒng))、液壓系統(tǒng)和電器監(jiān)控系統(tǒng)組成(圖1-2)。柴油機(jī)是單軌吊車的動(dòng)力源,其機(jī)構(gòu)和進(jìn)、排氣系統(tǒng)均應(yīng)符合防爆要求,防爆柴油機(jī)的啟動(dòng)有液壓?jiǎn)?dòng)、彈簧啟動(dòng)和壓縮空氣啟動(dòng)三種形式,前兩種應(yīng)用較多。柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的主油泵和輔助油泵,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能,壓力油通過控制閥分配給各個(gè)驅(qū)動(dòng)部的液壓馬達(dá)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電氣監(jiān)控系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、電源箱、照明燈、報(bào)警和安全監(jiān)控裝置(包括若干傳感器)等組成。驅(qū)動(dòng)部上方對(duì)稱于軌道腹板的兩側(cè)布置驅(qū)動(dòng)輪,油缸將其緊壓在腹板上,產(chǎn)生足夠的黏著力以牽引單軌吊車。每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪由一臺(tái)液壓馬達(dá)帶動(dòng)。安全制動(dòng)閘也設(shè)在驅(qū)動(dòng)部中。為提高制動(dòng)可靠性,單軌吊車一般都裝有幾副安全閘,使總制動(dòng)力不低于單軌吊車牽引力的1.5倍。3)防爆蓄電池單軌吊車防爆蓄電池單軌吊車是以防爆特殊型蓄電池為動(dòng)力,由直流牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的單軌吊車。能適應(yīng)坡度小于10起伏多變的巷道和不小于6m半徑的彎道及多支路運(yùn)輸。它機(jī)動(dòng)靈活、噪聲低、無污染、發(fā)熱量小,屬于儲(chǔ)能式動(dòng)力源,工作一段時(shí)間后,電源箱需要充電,一般沒工作34個(gè)小時(shí)就需要更換蓄電池充電,造價(jià)更高。因此不宜于長距離、大坡度、大載荷或繁重的工況。受蓄電池能重比的限制,功率偏小,自重較大,沒行千瓦功率重量相當(dāng)于柴油機(jī)的2.5倍,不利于重載爬坡。幾年來,國外研制出高能量的CSM電池,但近期內(nèi)仍難以達(dá)到柴油機(jī)的能重比指標(biāo)。所以蓄電池電機(jī)車多用于巷道平緩,載荷較小的短途運(yùn)輸。對(duì)于巷道坡度大、運(yùn)輸距離長、作業(yè)頻繁、在和較大的運(yùn)輸,最好采用柴油機(jī)單軌吊車。由于蓄電池的能力較小、效率較低,充放電管理復(fù)雜,維修費(fèi)用較高,所以蓄電池單軌吊車的推廣應(yīng)用受到限制。一般防爆蓄電池單軌吊車的主要技術(shù)參數(shù):功率4.525kW;牽引力736kN;速度范圍0.52.1m/s;有效載重212t;適應(yīng)坡度016。防爆蓄電池單軌吊車由驅(qū)動(dòng)部、電源箱、司機(jī)室等組成。每個(gè)驅(qū)動(dòng)部由機(jī)架、直流牽引電機(jī)、分動(dòng)箱、搖臂架和驅(qū)動(dòng)輪組成,一個(gè)驅(qū)動(dòng)部一般由一個(gè)電機(jī)通過分動(dòng)箱把動(dòng)力傳送給兩搖臂和驅(qū)動(dòng)輪,在兩個(gè)搖臂之間由擠壓油缸拉緊,使驅(qū)動(dòng)輪緊壓在軌道腹板上以產(chǎn)生黏著牽引力。驅(qū)動(dòng)部上還設(shè)有工作制動(dòng)器和安全制動(dòng)閘。電源箱是防爆特殊型電源裝置,由專用吊梁掛在機(jī)車中部,并設(shè)有升降機(jī)構(gòu),以便于更換,一臺(tái)蓄電池單軌吊車一般配備兩套以上電源箱,輪換使用和充電。4)氣動(dòng)單軌吊車氣動(dòng)單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)是單軌吊機(jī)車的一種,適用于在短距離的區(qū)間內(nèi)吊運(yùn)操作。其動(dòng)力來源于壓縮空氣。與其他(動(dòng)力形式的)單軌吊一樣,氣動(dòng)單軌吊在懸掛于巷道頂部的軌道上運(yùn)行。氣動(dòng)單軌吊同樣配有防止意外的制動(dòng)裝置。制動(dòng)裝置的彈簧夾緊制動(dòng)閘,須在一定得氣壓下打開,機(jī)車才能行走。在過速及系統(tǒng)壓力失效的情況下,制動(dòng)裝置啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。所以氣動(dòng)單軌吊也可以應(yīng)用在一定坡度的巷道區(qū)間內(nèi)。壓縮空氣不產(chǎn)生廢氣排放,氣動(dòng)單軌吊車更適用于通風(fēng)較差的工況環(huán)境,如掘進(jìn)中的巷道所需物料進(jìn)出的運(yùn)輸。配置不同的提升梁,氣動(dòng)單軌吊車可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載、吊移以及設(shè)備硐室的設(shè)備搬運(yùn)。為適應(yīng)狹窄的空間內(nèi)使用,操控人員采用手持控制器的方式跟隨作業(yè)。氣動(dòng)單軌吊系統(tǒng)是由操控器和氣動(dòng)起吊裝置組成,行駛在軌道上的一種輔助運(yùn)輸設(shè)備,如圖1-4所示。該設(shè)備通過壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng),適用于瓦斯礦井掘進(jìn)工作中物料的運(yùn)輸。根據(jù)不同的使用條件,氣動(dòng)單軌吊可以配置不同的氣動(dòng)起吊裝置,以滿足不同起吊重量的要求。1.4課題主要研究內(nèi)容本文從工程實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā),研究一種適用于大傾角、高效、靈活的氣動(dòng)單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)井下物料的短距離快速運(yùn)輸,主要研究內(nèi)容如下:(1)搜集氣動(dòng)單軌吊的相關(guān)資料,了解氣動(dòng)單軌吊整體運(yùn)行機(jī)理,對(duì)氣動(dòng)單軌吊的主要系統(tǒng)進(jìn)行歸納總結(jié)分類,為后續(xù)設(shè)計(jì)工作做好充分準(zhǔn)備(2)整體傳動(dòng)方案的研究設(shè)計(jì);(3)三級(jí)減速器的研究設(shè)計(jì);(4)制動(dòng)系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì);(5)氣動(dòng)控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì);(6)氣動(dòng)單軌吊運(yùn)行軌道安裝設(shè)計(jì)。2 整體方案設(shè)計(jì)氣動(dòng)單軌吊車主要包括各部分:行走系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、起吊系統(tǒng)、氣動(dòng)控制系統(tǒng)。行走系統(tǒng)是整個(gè)單軌吊車中最復(fù)雜的一部分,行走系統(tǒng)主要為機(jī)械裝置,由氣動(dòng)馬達(dá)提供動(dòng)力,靠齒輪傳遞動(dòng)力以驅(qū)動(dòng)摩擦輪,兩個(gè)摩擦輪輪同步反向旋轉(zhuǎn),則所設(shè)計(jì)的減速器必須能滿足兩個(gè)軸的反向平行輸出。制動(dòng)系統(tǒng)采用鉗式失效制動(dòng)形式,制動(dòng)裝置主要包括制動(dòng)氣缸、制動(dòng)彈簧、制動(dòng)架三部分,制動(dòng)架端頭帶有制閘片,通過彈簧伸展動(dòng)使制動(dòng)架運(yùn)動(dòng),制動(dòng)閘片抱緊軌道腹板,實(shí)現(xiàn)對(duì)單軌吊的制動(dòng)。制動(dòng)氣缸收縮同樣帶動(dòng)制動(dòng)架運(yùn)動(dòng),制動(dòng)閘片打開,使其脫離軌道面。起吊系統(tǒng)主要是起吊裝置的選型設(shè)計(jì)和起吊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。氣動(dòng)控制系統(tǒng)主要控制氣動(dòng)馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)和氣缸的伸縮以及起吊裝置的提升和下降物料。在設(shè)計(jì)氣動(dòng)原件和系統(tǒng)時(shí),在保證功能和可靠性的前提下,必須提高其綜合性指標(biāo),相比較傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)要求較高??刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容較多,包括氣動(dòng)閥的選型設(shè)計(jì)、管路的布置、控制手柄的設(shè)計(jì)、氣動(dòng)馬達(dá)的控制、氣動(dòng)缸的控制等。2.1設(shè)計(jì)參數(shù)最大運(yùn)行速度:m/s最大運(yùn)輸距離:m巷道最大傾角:最大載貨量: t2.2牽引力計(jì)算單軌吊車在牽引狀態(tài)時(shí),機(jī)車的牽引力F(單位:N)與機(jī)車的阻力和慣性力是平衡力,即:式中 機(jī)車牽引力,N; 基本阻力,N; 坡道阻力,N; 慣性力,N。其中,式中 單軌吊車總質(zhì)量,估取kg; 載貨量,kg; 重力加速度,9.8; 機(jī)車運(yùn)行阻力系數(shù),?。ㄋ街钡溃綇澋溃?。上坡時(shí)取“+”號(hào),下坡時(shí)取“”號(hào);式中 列車運(yùn)行坡度,為巷道最大傾角。式中 加速度,取。由以上各式,得單軌吊車的牽引力為按照單軌吊車在上坡重載加速的情況計(jì)算最大牽引力,即將各數(shù)據(jù)帶入上式,得最大牽引力2.3單軌吊車功率最大功率 將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入上式,得2.4氣動(dòng)馬達(dá)選型采用2個(gè)氣動(dòng)馬達(dá)同時(shí)驅(qū)動(dòng)形式,則式中 驅(qū)動(dòng)裝置總效率,取將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入上式,得要滿足上述功率要求,則所選氣動(dòng)馬達(dá)的功率,根據(jù)功率要求選SPX/GLOBE的齒輪式氣動(dòng)馬達(dá)GM920,此型號(hào)的氣動(dòng)馬達(dá)產(chǎn)自德國,結(jié)實(shí)耐用,價(jià)格合理,外殼為鑄鐵制造,內(nèi)部齒輪為優(yōu)質(zhì)鋼材經(jīng)過高技術(shù)含量的加工、淬火、研磨,經(jīng)過嚴(yán)格的組裝和檢驗(yàn),此型號(hào)氣動(dòng)馬達(dá)的正常使用和壽命得到了很好的保證,GM920氣動(dòng)馬達(dá)性能參數(shù)如下:正常工作時(shí)所需壓力:額定功率:額定轉(zhuǎn)速:2.5減速方案設(shè)計(jì)2.5.1總傳動(dòng)比計(jì)算選取摩擦驅(qū)動(dòng)輪的直徑,則總傳動(dòng)比為將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入上式,得2.5.2減速方案設(shè)計(jì)圖 2-1 一級(jí)減速方案采用三級(jí)減速方案,即一個(gè)單級(jí)減速器和一個(gè)二級(jí)減速器。其中,單級(jí)減速器采用雙輸入單輸出的形式,如圖2-1所示;根據(jù)氣動(dòng)單軌吊的運(yùn)行方式,氣動(dòng)單軌吊的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪必須同步反向輸出,因此二級(jí)減速器必須設(shè)計(jì)成反向平行軸雙輸出減速的形式,為了保證兩驅(qū)動(dòng)輪同步并且反向,則需增加一惰輪作為中間傳遞環(huán)節(jié),因惰輪是兩個(gè)互不接觸的傳動(dòng)齒輪中間起傳遞作用的輪子,同時(shí)跟兩個(gè)齒輪嚙合,用來改變被動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)向,使之與主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)向相同。它的作用只是改變轉(zhuǎn)向而不能改變傳動(dòng)比,它的齒數(shù)多少對(duì)傳動(dòng)比數(shù)值大小沒有影響,是不做功的輪子,有一定的儲(chǔ)能作用,對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定有很大的幫助,如圖2-2所示;總體減速方案如圖2-3所示。圖 2-2 二級(jí)減速器傳動(dòng)方案圖 2-3 總體減速方案?jìng)鲃?dòng)形式:斜齒圓柱齒輪傳動(dòng),其優(yōu)點(diǎn):嚙合性好,傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲?。恢睾隙却?,降低了每對(duì)齒輪的載荷,提高了齒輪的承載能力;不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)少。因采用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng),齒輪及軸會(huì)承受一定的軸向力,為了減少各軸所受的軸向力,同軸有兩個(gè)齒輪的應(yīng)使兩齒輪所受的軸向力方向相反,考慮軸的旋轉(zhuǎn)方向,再利用左右手螺旋定則(針對(duì)主動(dòng)輪,左旋用左手,右旋用右手,四指所示方向?yàn)辇X輪的旋轉(zhuǎn)方向,拇指所示方向即為主動(dòng)輪所受的軸向力的方向。)確定各齒輪的旋向如圖2-2所示。2.5.3傳動(dòng)比的分配取一級(jí)減速器傳動(dòng)比,則二級(jí)減速器傳動(dòng)比為3 單級(jí)減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算工作條件:雙向轉(zhuǎn)動(dòng),工作平穩(wěn),每天工作8小時(shí),每年工作300,預(yù)期壽命10年。3.1計(jì)算傳功裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)3.1.1計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速軸 軸 3.1.2計(jì)算各軸的功率軸 軸 式中,為嚙合齒輪的傳動(dòng)效率,取。3.1.3計(jì)算各軸的扭矩軸 軸 3.2選定齒輪材料,確定許用應(yīng)力因采用雙驅(qū)動(dòng)單級(jí)減速形式,該形式下的從動(dòng)輪嚙合次數(shù)及應(yīng)力循環(huán)次數(shù)是傳統(tǒng)單驅(qū)動(dòng)單級(jí)減速中的兩倍,故從動(dòng)輪的材料性能應(yīng)有所提高,齒輪材料選取如下:由表6.2選(注:齒輪設(shè)計(jì)中查表與圖及公式均來自程志紅主編機(jī)械設(shè)計(jì))小齒輪:,調(diào)質(zhì) 大齒輪:,調(diào)質(zhì) 許用接觸應(yīng)力公式 接觸疲勞極限,查圖6-4接觸強(qiáng)度壽命系數(shù),應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由公式查圖,得,接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù),則許用彎曲應(yīng)力彎曲疲勞極限,查圖6-7,得彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù),查圖6-8,得彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù),查圖 6-9,得彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù),則 3.3齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算確定齒輪傳動(dòng)進(jìn)度等級(jí),按估取圓周速度為,參考表6.7、表6.8選取公差組7級(jí)。小輪大端分度圓直徑,公式為齒寬系數(shù),查表6.9,按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置,小輪齒數(shù),取大輪齒數(shù) 圓整,小輪轉(zhuǎn)矩,齒數(shù)比,傳動(dòng)比誤差,合適。初定螺旋角載荷系數(shù)公式 式中,使用系數(shù),查表6.3,動(dòng)載系數(shù),齒間載荷分布系數(shù),由推薦值1.01.2,齒向載荷分布系數(shù),由推薦值1.01.2,所以,載荷系數(shù) 材料彈性系數(shù),查表6.4,點(diǎn)區(qū)域系數(shù),查表6-3,(,),重合度系數(shù),由推薦值0.750.88,螺旋角系數(shù)所以法面模數(shù) 取標(biāo)準(zhǔn)值中心距 圓整取分度圓螺旋角 小輪分度圓直徑 齒寬 取小輪齒寬 3.4齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算由式當(dāng)量齒數(shù)齒形系數(shù),查表6.5,得 小輪,大輪應(yīng)力修正系數(shù),查表6.5 小輪,大輪不變位時(shí),端面嚙合角 端面模數(shù)重合度重合度 重合度系數(shù)螺旋角系數(shù)由推薦值0.850.92,取故齒根彎曲強(qiáng)度滿足。3.5齒輪其他主要尺寸計(jì)算大輪分度圓直徑 根圓直徑 頂圓直徑 3.6軸的設(shè)計(jì)3.6.1計(jì)算作用在齒輪上的力轉(zhuǎn)矩 大齒輪所受的圓周力徑向力軸向力各力方向如圖3-1,圖 3-1 單級(jí)減速器軸受力簡(jiǎn)圖3.6.2初步估算軸的直徑選取45號(hào)鋼作為軸的材料,調(diào)質(zhì)處理。由式計(jì)算軸的最小直徑并加大3%以考慮鍵槽的影響查表8.6,取,則3.6.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)確定軸的結(jié)構(gòu)方案左端的軸承從軸的左端裝入,靠軸用擋圈和齒輪輪轂定位。右端的軸承從軸的右端裝入,靠止動(dòng)擋圈和齒輪輪轂定位,齒輪靠左右軸承內(nèi)圈定位,左半聯(lián)軸器靠軸肩定位。軸的結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。2)確定各軸段直徑和長度段 根據(jù)圓整(按GB5014-85),并由和選擇鼓形齒式聯(lián)軸器GCL2,比轂孔長度88mm短14mm作為段的長度,取。圖 3-2 單級(jí)減速器軸的結(jié)構(gòu)段 為使半聯(lián)軸器定位,軸肩高度取,則段軸徑,取段長度。3)確定軸承及齒輪作用力的位置先確定軸承支點(diǎn)位置,查軸承型號(hào),確定軸的支承點(diǎn)到齒輪載荷作用點(diǎn)的距離3.6.4繪制軸的彎矩圖和扭矩圖由軸的受力簡(jiǎn)圖(圖3-2)分析可知,該軸只承受軸向力和扭矩,因此無需繪制彎矩圖,如圖3-3。圖 3-3 單級(jí)減速器軸的扭矩圖3.6.5按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度當(dāng)量彎矩,取折合系數(shù),則齒寬中點(diǎn)處當(dāng)量彎矩軸的材料為45號(hào)鋼,調(diào)質(zhì)處理。由表8.2查得,由表8.9查得材料許用應(yīng)力由式8-4得軸的計(jì)算應(yīng)力為該軸滿足強(qiáng)度要求。3.7 軸上零部件的校核3.7.1鍵的校核1)齒輪處鍵校核根據(jù)齒輪處的軸的直徑d,查鍵的標(biāo)準(zhǔn),選擇鍵的截面尺寸;根據(jù)輪轂寬度,查鍵的標(biāo)準(zhǔn),在鍵長度系列中選擇鍵長;選擇A型鍵,代號(hào)為。平鍵連接可能失效形式有:靜連接時(shí),鍵、軸槽和輪轂槽中較弱零件的工作面可能被壓潰;動(dòng)連接時(shí),工作面出現(xiàn)過度磨損;鍵被剪斷。實(shí)際上,平鍵連接最易發(fā)生的失效形式通常是壓潰和磨損,一般不會(huì)發(fā)生鍵被剪斷的現(xiàn)象(除非有嚴(yán)重過載)。因此平鍵連接的強(qiáng)度計(jì)算只需進(jìn)行擠壓強(qiáng)度計(jì)算或耐磨性計(jì)算。假設(shè)載荷為均勻分布,靜連接。平鍵的擠壓強(qiáng)度計(jì)算公式為:式中,轉(zhuǎn)矩,;為軸直徑,;鍵的高度,;工作長度, ;許用擠壓應(yīng)力,查表3.2??;將上述各值帶入強(qiáng)度公式滿足強(qiáng)度要求。2)聯(lián)軸器處鍵校核聯(lián)軸器處鍵選擇鍵,滿足強(qiáng)度要求。3.7.2軸承的校核由軸的受力簡(jiǎn)圖(圖3-1)分析可知,軸承的對(duì)軸的支反力只有軸向力,而且該軸所承受的軸向力很小(2330N),故軸承壽命能得到很好的保證。3.8箱體的設(shè)計(jì)箱體是減速器中所有零件基基座,必須保證足夠的強(qiáng)度和剛度,及良好的加工能,便于裝拆和維修,箱體由箱座和箱蓋兩部分組成,均采用HT200鑄造而成,具體形狀及尺寸見裝配圖。3.8.1減速器附件的設(shè)計(jì)通氣器:減速器工作時(shí),箱體內(nèi)溫度升高,氣體膨脹,壓力增大,為使箱內(nèi)熱脹空氣能自由排出,以保持箱內(nèi)壓力平衡,不致使?jié)櫥脱胤窒涿婊蜉S伸密封件等其他縫隙滲漏,在箱體側(cè)部裝設(shè)通氣器。油標(biāo):為方便檢查減速器內(nèi)油池油面的高度,以經(jīng)常保待油池內(nèi)有適量的油,在箱蓋上裝設(shè)油尺組合件。放油螺塞:為方便換油時(shí)排放污油和清洗劑,在箱座底部、油池的最低位置開設(shè)放油孔,平時(shí)用螺塞將放油孔堵住,放油螺塞和箱體接合面間應(yīng)加防漏用的墊圈。3.8.2潤滑和密封齒輪傳動(dòng)用浸油方式潤滑,角接觸球軸承用潤滑油潤滑;輸出軸處采用有骨架式油封,箱蓋和箱處接處部分用密封膠或水玻璃密封。4 二級(jí)減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算工作條件:雙向轉(zhuǎn)動(dòng),工作平穩(wěn),每天工作8小時(shí),每年工作300,預(yù)期壽命10年。4.1傳動(dòng)比分配采用二級(jí)減速,二級(jí)減速器的總傳動(dòng)比,取第一級(jí)傳動(dòng)比為,則第二級(jí)傳動(dòng)比為4.2計(jì)算傳功裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)4.2.1計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速軸 軸 軸 4.2.2計(jì)算各軸的功率軸 軸 式中,為第一級(jí)傳動(dòng)嚙合齒輪的傳動(dòng)效率,取。軸 式中,為第二級(jí)傳動(dòng)嚙合齒輪的傳動(dòng)效率,取。4.2.3計(jì)算各軸的扭矩軸 軸 軸 4.3第一級(jí)傳動(dòng)設(shè)計(jì)4.3.1選定齒輪材料,確定許用應(yīng)力由表6.2選(注:齒輪設(shè)計(jì)中所查圖標(biāo)及公式均來自程志紅主編機(jī)械設(shè)計(jì))小齒輪:,表面淬火 大齒輪:,表面淬火 許用接觸應(yīng)力公式 查圖6-4,接觸疲勞極限,應(yīng)力循環(huán)次數(shù),由公式由接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)查圖6-5,得,。接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù),則 許用彎曲應(yīng)力彎曲疲勞極限,查圖6-7,彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù),查圖6-8,彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù),查圖 6-9,(設(shè)模數(shù)m小于5mm)彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù),則 4.3.2齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算確定齒輪傳動(dòng)進(jìn)度等級(jí),按估取圓周速度為,參考表6.7、表6.8選取公差組7級(jí)。小輪分度圓直徑,公式為齒寬系數(shù),查表6.9,按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置, 小輪齒數(shù)在推薦值2040中選取,大輪齒數(shù)圓整,小輪轉(zhuǎn)矩,齒數(shù)比,傳動(dòng)比誤差,合適。初定螺旋角載荷系數(shù)公式 式中,使用系數(shù),查表6.3,動(dòng)載系數(shù),齒間載荷分布系數(shù),由推薦值1.01.2,齒向載荷分布系數(shù) 推薦值1.01.2,所以,載荷系數(shù)材料彈性系數(shù),查表6.4,點(diǎn)區(qū)域系數(shù),查表6-3,(,),重合度系數(shù),由推薦值0.750.88,螺旋角系數(shù)所以法面模數(shù) 取標(biāo)準(zhǔn)值中心距 圓整取分度圓螺旋角 小輪分度圓直徑 齒寬取小輪齒寬 4.3.3齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算由式 當(dāng)量齒數(shù)齒形系數(shù),查表6.5,小輪,大輪應(yīng)力修正系數(shù),查表6.5,小輪,大輪不變位時(shí),端面嚙合角 端面模數(shù)重合度重合度 重合度系數(shù)螺旋角系數(shù)由推薦值0.850.92,取故齒根彎曲強(qiáng)度滿足。4.3.4齒輪其他主要尺寸計(jì)算大輪分度圓直徑根圓直徑頂圓直徑4.4第二級(jí)傳動(dòng)設(shè)計(jì)4.4.1選定齒輪材料,確定許用應(yīng)力由表6.2選(注:齒輪設(shè)計(jì)中查表與圖及公式均來自程志紅主編機(jī)械設(shè)計(jì))小齒輪:,表面滲碳淬火 大齒輪:,表面滲碳淬火 許用接觸應(yīng)力公式 查圖6-4,接觸疲勞極限應(yīng)力循環(huán)次數(shù) ,由公式由接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)查圖6-5,得,。接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù),則 許用彎曲應(yīng)力彎曲疲勞極限,查圖6-7,彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù),查圖6-8,彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù),查圖6-9,(設(shè)模數(shù)m小于5mm)彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù),則 4.4.2齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算確定齒輪傳動(dòng)進(jìn)度等級(jí),按估取圓周速度,參考表6.7、表6.8選取公差組7級(jí)。小輪分度圓直徑,公式為齒寬系數(shù),查表6.9,按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置,小輪齒數(shù)在推薦值2040中選取,大輪齒數(shù) 圓整,小輪轉(zhuǎn)矩,齒數(shù)比,傳動(dòng)比誤差,合適。初定螺旋角載荷系數(shù)公式 式中,使用系數(shù),查表6.3,動(dòng)載系數(shù),齒間載荷分布系數(shù),由推薦值1.01.2,齒向載荷分布系數(shù) 推薦值1.01.2,所以,載荷系數(shù) 材料彈性系數(shù),查表6.4,點(diǎn)區(qū)域系數(shù),查表6-3,(,),重合度系數(shù),由推薦值0.750.88,螺旋角系數(shù)所以法面模數(shù) 取標(biāo)準(zhǔn)值中心距 圓整取分度圓螺旋角 小輪分度圓直徑齒寬取小輪齒寬 4.4.3齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算由式6-16 當(dāng)量齒數(shù)齒形系數(shù),查表6.5,小輪,大輪應(yīng)力修正系數(shù),查表6.5,小輪,大輪不變位時(shí),端面嚙合角 端面模數(shù)重合度重合度 重合度系數(shù)螺旋角系數(shù)由推薦值0.850.92,取故齒根彎曲強(qiáng)度滿足。4.4.4齒輪其他主要尺寸計(jì)算大輪分度圓直徑根圓直徑頂圓直徑4.5軸的設(shè)計(jì)4.5.1軸的設(shè)計(jì)1)計(jì)算作用在齒輪上的力轉(zhuǎn)矩 小齒輪所受的圓周力徑向力 軸向力 2)初步估算軸的直徑選取45號(hào)鋼作為軸的材料,調(diào)質(zhì)處理。由式計(jì)算軸的最小直徑并加大3%以考慮鍵槽的影響查表8.6,取,則取標(biāo)準(zhǔn)值。因小齒輪分度圓直徑與所取最小軸徑相差很小,為了保證齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度,故將該軸設(shè)計(jì)成齒輪軸的形式,具體結(jié)構(gòu)見現(xiàn)有設(shè)計(jì)圖紙。4.5.2軸的設(shè)計(jì)1)計(jì)算作用在齒輪上的力轉(zhuǎn)矩軸大齒輪所受的力:圓周力 徑向力 軸向力 軸小齒輪所受的力(只針對(duì)其中一個(gè)齒輪副):圓周力徑向力 軸向力 對(duì)上述所求的各力進(jìn)行受力分析及合成,可得大小齒輪在受力簡(jiǎn)圖所示坐標(biāo)系下的受力情況:大齒輪所受的力:徑向力,軸向力附加彎矩大齒輪所受的力:徑向力,軸向力附加彎矩,圖 4-1 二級(jí)減速器軸的受力簡(jiǎn)圖上述各力的方向如圖4-1所示,2)初步估算軸的直徑選取45號(hào)鋼作為軸的材料,調(diào)質(zhì)處理。由式8-2計(jì)算軸的最小直徑并加大3%以考慮鍵槽的影響查表8.6,取則取標(biāo)準(zhǔn)值。3)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)確定軸的結(jié)構(gòu)方案圖 4-2 二級(jí)減速器軸的結(jié)構(gòu)左軸承從軸的左端裝入,靠定位套筒定位。大齒輪從軸的左端裝入,大齒輪右側(cè)端面靠軸肩定位,大齒輪和左軸承之間用定位套筒定位。右軸承從軸的右端裝入,靠定位套筒定位。小齒輪從右端裝入,小齒輪左側(cè)端面靠軸肩定位,小齒輪和右軸承之間用定位套筒定位。左右軸承均采用軸承端蓋。軸的結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。(2)確定各軸段直徑和長度段 根據(jù)圓整(按GB5014-85),取。查GB/T297-1994,暫選圓錐滾子軸承型號(hào)為33112,其寬度。軸承潤滑方式為油潤滑。大齒輪與箱體內(nèi)壁間隙取,為了使左套筒可靠的壓緊大齒輪,應(yīng)比大齒輪輪轂孔長短14mm,則取。段 取,為了使左套筒可靠的壓緊大齒輪,應(yīng)比大齒輪輪轂孔長()短14mm,取。段 取左右軸肩高度,則軸環(huán)直徑為,查設(shè)計(jì)手冊(cè)中的標(biāo)準(zhǔn),軸肩高度應(yīng)滿足軸上零件的拆卸要求,軸段長度取。段 ,為了使右套筒可靠的壓緊小齒輪,應(yīng)比小齒輪輪轂孔長()短14mm,取。段 根據(jù)圓整(按GB5014-85),取。查GB/T297-1994,暫選圓錐滾子軸承型號(hào)為33112,其寬度。軸承潤滑方式為油潤滑。左右兩軸承為“面對(duì)面”安裝形式。取。(3)確定軸承及齒輪作用力的位置如圖4-1和圖4-2所示,先確定軸承支點(diǎn)位置,查33112軸承,其支點(diǎn)尺寸,因此軸的支承點(diǎn)到齒輪載荷作用點(diǎn)的距離確定如圖4-2所示。4)繪制軸的彎矩圖和扭矩圖(1)求軸承支反力H水平面,V垂直面,彎矩圖、扭矩圖見圖4-3圖4-7。圖 4-3 二級(jí)減速器軸水平面的彎矩圖圖 4-4 二級(jí)減速器軸垂直面的彎矩圖圖 4-5 二級(jí)減速器軸合成彎矩圖圖 4-6 二級(jí)減速器軸的折合扭矩圖圖 4-7 二級(jí)減速器軸的當(dāng)量彎矩圖5)按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度當(dāng)量彎矩,取折合系數(shù),當(dāng)量彎矩圖見圖4-7。由當(dāng)量彎矩圖可以看出小齒輪齒寬中點(diǎn)處當(dāng)量彎矩最大,此處為危險(xiǎn)截面,則齒寬中點(diǎn)處當(dāng)量彎矩軸的材料為45號(hào)鋼,調(diào)質(zhì)處理。由表8.2查得,由表8.9查得材料許用應(yīng)力由式8-4得軸的計(jì)算應(yīng)力為該軸滿足強(qiáng)度要求。4.5.3軸上零部件的校核1)鍵的校核(1)大齒輪處鍵校核根據(jù)齒輪處的軸的直徑d,查鍵的標(biāo)準(zhǔn),選擇鍵的截面尺寸;根據(jù)輪轂寬度,查鍵的標(biāo)準(zhǔn),在鍵長度系列中選擇鍵長;選擇A型鍵,代號(hào)為。假設(shè)載荷為均勻分布,靜連接。平鍵的擠壓強(qiáng)度計(jì)算公式為:式中,轉(zhuǎn)矩,;為軸直徑,;鍵的高度,;工作長度,; 許用擠壓應(yīng)力,查表3.2?。粚⑸鲜龈髦祹霃?qiáng)度公式不滿足強(qiáng)度要求,則采用雙鍵,并按180布置。考慮到載荷分布不均勻性,在強(qiáng)度計(jì)算中可按1.5個(gè)鍵計(jì)算。其強(qiáng)度為滿足強(qiáng)度要求。(2)小齒輪處鍵校核聯(lián)軸器處鍵選擇鍵,滿足強(qiáng)度要求。2)軸承的校核查設(shè)計(jì)手冊(cè),33112圓錐滾子軸承的主要性能參數(shù)(GB/T297-1994)為:,(1)計(jì)算軸承支反力,H水平面支反力,V垂直面支反力,合成支反力(2)計(jì)算軸承派生軸向力計(jì)算軸承的派生軸向力(3)計(jì)算軸承所受的軸向載荷軸向力因,則兩軸承所承受的軸向載荷為(4)計(jì)算軸承所受當(dāng)量動(dòng)載荷軸承工作時(shí)有中等沖擊,由表10.6,查得載荷系數(shù)。因,查表10.5,得,故 因,查表10.5,得,故 (5)計(jì)算軸承壽命因故應(yīng)按計(jì)算,由表10.3取溫度系數(shù),故軸承壽命滿足設(shè)計(jì)需要。4.5.4軸的細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圓角半徑:各軸肩處圓角半徑見圖4-2。鍵槽:大小齒輪與軸周向固定采用A型平鍵連接,按GB1095-2003和GB1096-2003大齒輪處的鍵為:雙鍵201256,小齒輪處的鍵為201270。配合:參考現(xiàn)有設(shè)計(jì)圖紙,、段:p6;、段:H7/k6。精加工方法:參考現(xiàn)有設(shè)計(jì)圖紙,、段:磨削;、段:精車;段:粗車。4.5.5軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)氣動(dòng)單軌吊車的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪需緊緊的壓靠在I140E單軌吊專用鋼軌的腹板上,因此對(duì)兩驅(qū)動(dòng)輪軸需外加一定的壓向鋼軌腹板的壓緊力,以保證驅(qū)動(dòng)輪的正常運(yùn)行,如圖4-8所示。另一方面,隨著氣動(dòng)單軌吊車工作時(shí)間的增加,兩驅(qū)動(dòng)輪會(huì)有一定的磨損。由以上兩個(gè)因素,我們可以知道,驅(qū)動(dòng)輪軸允許有一定量的向著鋼軌腹板的徑向移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng),因此,軸的結(jié)構(gòu)較一般軸有所不同。為了滿足上述條件和氣動(dòng)單軌吊車的運(yùn)轉(zhuǎn)要求,我們?cè)谳S上設(shè)計(jì)一個(gè)鉸接點(diǎn),以滿足驅(qū)動(dòng)輪軸的微幅轉(zhuǎn)動(dòng),經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算,驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度不超過3,如圖4-9。圖 4-8 驅(qū)動(dòng)輪機(jī)械壓緊示意圖圖 4-9 二級(jí)減速器軸的結(jié)構(gòu)該軸的設(shè)計(jì)計(jì)算同軸、軸,經(jīng)計(jì)算檢驗(yàn),該軸的強(qiáng)度以及軸上零部件的前度壽命均滿足設(shè)計(jì)要求,此處不再贅述。4.5.6惰輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)計(jì)算作用在惰輪上的力因惰輪是兩個(gè)互不接觸的傳動(dòng)齒輪中間起傳遞作用的輪子,同時(shí)跟兩個(gè)齒輪嚙合,用來改變被動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)向,使之與主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)向相同。它的作用只是改變轉(zhuǎn)向而不能改變傳動(dòng)比,它的齒數(shù)多少對(duì)傳動(dòng)比數(shù)值大小沒有影響,是不做功的齒輪,有一定的儲(chǔ)能作用,對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定有很大的幫助。所以惰輪軸不承受扭矩作用。惰輪輪所受的力(只針對(duì)其中一個(gè)齒輪副):圓周力徑向力軸向力對(duì)上述所求的各力(兩個(gè)齒輪副)進(jìn)行受力分析及合成,可得大小齒輪在受力簡(jiǎn)圖所示坐標(biāo)系下的受力情況:徑向力,軸向力齒寬中點(diǎn)軸向力所產(chǎn)生的附加彎矩,上述各力的方向如圖4-10所示,圖 4-10 惰輪軸的受力簡(jiǎn)圖2)初步估算軸的直徑選取45號(hào)鋼作為軸的材料,調(diào)質(zhì)處理。惰輪軸不承受扭矩,因此,惰輪軸的最小直徑可叫常規(guī)計(jì)算值小一些,取標(biāo)準(zhǔn)值。3)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)確定軸的結(jié)構(gòu)方案惰輪從軸的左端裝入,惰輪的右側(cè)端面靠軸肩定位,左側(cè)端面用軸段擋圈固定。左軸承從軸的右端裝入,靠軸肩定位,右側(cè)靠定位套筒定位。右軸承左側(cè)靠定位套筒定位,右側(cè)用軸承端蓋固定,右端軸攻絲加一圓螺母用以調(diào)整軸承的軸向間隙。軸的結(jié)構(gòu)如圖4-11所示。圖 4-11 惰輪軸的結(jié)構(gòu)該軸的設(shè)計(jì)計(jì)算同軸、軸,經(jīng)計(jì)算檢驗(yàn),該軸的強(qiáng)度以及軸上零部件的前度壽命均滿足設(shè)計(jì)要求,此處不再贅述。4.6箱體的設(shè)計(jì)箱體是減速器中所有零件的基座,必須保證足夠的強(qiáng)度和剛度,及良好的加工性能,便于裝拆和維修,箱體由箱座和箱蓋兩部分組成,均采用HT200鑄造而成,具體形狀及尺寸見裝配圖。4.6.1減速器附件的設(shè)計(jì)通氣器:減速器工作時(shí),箱體內(nèi)溫度升高,氣體膨脹,壓力增大,為使箱內(nèi)熱脹空氣能自由排出,以保持箱內(nèi)壓力平衡,不致使?jié)櫥脱胤窒涿婊蜉S伸密封件等其他縫隙滲漏,在箱體側(cè)部裝設(shè)通氣器。軸承蓋:為固定軸系部件的軸向位置并承受軸向載荷,軸承座孔兩端用軸承蓋封閉。采用凸緣式軸承蓋,利用六角螺栓固定在箱體上,外伸軸處的軸承蓋是通孔,其中有密封裝置。定位銷:為保證每次拆裝箱蓋時(shí),仍保持軸承座孔制造和加工時(shí)的精度,在箱蓋與箱座的縱向聯(lián)接凸緣上配裝定位銷,彩用四個(gè)圓錐銷。油標(biāo):為方便檢查減速器內(nèi)油池油面的高度,以經(jīng)常保待油池內(nèi)有適量的油,在箱蓋上裝設(shè)油尺組合件。放油螺塞:為方便換油時(shí)排放污油和清洗劑,在箱座底部、油池的最低位置開設(shè)放油孔,平時(shí)用螺塞將放油孔堵住,放油螺塞和箱體接合面間應(yīng)加防漏用的墊圈。啟蓋螺釘:為方便拆卸時(shí)開蓋,在箱蓋聯(lián)接凸緣上加工2個(gè)螺孔,旋入啟箱用的圓柱端的啟箱螺釘。4.6.2潤滑和密封齒輪傳動(dòng)用浸油方式潤滑,軸承用潤滑油潤滑;軸承端蓋處采用墊片密封,輸入輸出軸處采用橡膠圈密封,箱蓋和箱處接處部分用密封膠或水玻璃密封。5制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算5.1制動(dòng)原理單軌吊車在制動(dòng)時(shí),制動(dòng)閘瓦的摩擦片與軌道的腹板相互接觸,制動(dòng)力一般都是用彈簧蓄能,利用液壓或空氣來操作,當(dāng)流體被釋放以后,彈簧所產(chǎn)生的正壓力使制動(dòng)閘瓦摩擦片與軌道腹板摩擦產(chǎn)生制動(dòng)力,如圖5-1所示。式中 制動(dòng)力,kN;圖 5-1 制動(dòng)原理示意圖 正壓力,kN; 制動(dòng)閘瓦摩擦片與軌道腹板的摩擦系數(shù); 制動(dòng)閘瓦的數(shù)量。從制動(dòng)力的公式我們可以看出,若想加大制動(dòng)力,一方面,可以選擇高摩擦系數(shù)的材料做閘瓦摩擦片;另一方面,可以增大正壓力,但每個(gè)閘瓦所受的允許比壓有所限制而不能加過大的正壓力,這個(gè)可以用增加制動(dòng)閘瓦的數(shù)量來解決。5.2制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求中華人民共和國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/T591-1996對(duì)單軌吊車的制動(dòng)系統(tǒng)有了明確的性能要求:1)所使用的制動(dòng)閘塊不得用塑性或樹脂壓制的材料制作,必須用在制動(dòng)時(shí)不會(huì)引爆,也不會(huì)燃燒的材料制成;2)制動(dòng)裝置的離心釋放器,應(yīng)有同等結(jié)構(gòu)性能的兩套,必須保證在運(yùn)行中至少有一個(gè)始終處于和軌面嚙合的狀態(tài);3)每臺(tái)運(yùn)輸設(shè)備的制動(dòng)裝置的制動(dòng)力綜合不得小于額定牽引力的1.52倍。當(dāng)制動(dòng)閘塊磨損達(dá)到生產(chǎn)廠商規(guī)定的限度時(shí),仍必須有額定的制動(dòng)力;4)制動(dòng)裝置必須設(shè)有既可手動(dòng)又能自動(dòng)的控制裝置,并應(yīng)具備以下的性能:運(yùn)行速度超過最大速度的15%時(shí)能自動(dòng)下閘制動(dòng),當(dāng)最大速度不高于2m/s時(shí),允許在運(yùn)行速度超過最大速度的30%時(shí)自動(dòng)下閘制動(dòng);制動(dòng)裝置作用的空動(dòng)時(shí)間不得超過0.75s;在最大載荷、最大坡度上以最大設(shè)計(jì)速度向下運(yùn)行時(shí),制動(dòng)距離不超過相當(dāng)于此速度下的6s行程;在最小載荷、最大坡度上向上運(yùn)行時(shí)制動(dòng)減速度不大于0.5;制動(dòng)裝置的液壓或氣動(dòng)系統(tǒng),以額定工作壓力的1.25倍試驗(yàn),保證5min不得滲漏;在這工作壓力下保持36h仍能保證正常開啟制動(dòng)閘所需的最低壓力;5)制動(dòng)裝置的具有防爆性能,制動(dòng)裝置所采用的閘瓦摩擦片在最大負(fù)載和規(guī)定的最大設(shè)計(jì)坡度上制動(dòng)時(shí)不應(yīng)引起煤礦井下危險(xiǎn)氣體爆炸。5.3制動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)5.3.1確定制動(dòng)結(jié)構(gòu)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的最關(guān)鍵問題是確定制動(dòng)裝置的制動(dòng)方式,這對(duì)制動(dòng)裝置的制動(dòng)性能、可靠性及制動(dòng)材料的選擇等多方面起著決定性的作用。目前,國內(nèi)外的單軌吊廠商所設(shè)計(jì)生產(chǎn)的單軌吊均采用了鉗式摩擦制動(dòng)的形式。對(duì)此,我們分析了以下幾種目前在實(shí)際中使用的制動(dòng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。1)兩桿式鉗式液動(dòng)結(jié)構(gòu)圖 5-2 兩桿式鉗式液動(dòng)結(jié)構(gòu)此種結(jié)構(gòu)為捷克的大多單軌吊公司所采用,如圖5-2所示。這種結(jié)構(gòu)包含制動(dòng)連桿和連接桿,由于少了一個(gè)支撐的連桿,這樣,工作阻力會(huì)有所降低,與此同時(shí),零件也會(huì)相應(yīng)的減少,故障率也相應(yīng)降低。這種結(jié)構(gòu)在工作時(shí),制動(dòng)臂的頂部軌跡是以機(jī)架連接點(diǎn)為圓心的圓。如果制動(dòng)臂直接與機(jī)架相連,則制動(dòng)桿將會(huì)同時(shí)產(chǎn)生水平和垂直方向位移。在設(shè)計(jì)中,制動(dòng)臂頂端與制動(dòng)桿連接的孔隙被設(shè)置成在垂直方向有一定的間隙,以解除制動(dòng)桿與制動(dòng)臂之間的銷子在垂直方向的約束。2)三桿式鉗式液動(dòng)結(jié)構(gòu)這種制動(dòng)方式,如圖5-3所示,彈簧直接套在液壓缸體上,占用空間小。此外,因?yàn)橐簤罕葰鈮海峁┑牧^大,所以下端連桿可以設(shè)計(jì)的相對(duì)較短,整體結(jié)構(gòu)尺寸較小。圖 5-3 三桿式鉗式液動(dòng)結(jié)構(gòu)制動(dòng)桿在水平方向是沿襯套水平運(yùn)動(dòng),支撐桿繞機(jī)架支點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。制動(dòng)臂將液壓缸與制動(dòng)桿連接起來,并與支撐桿一起繞機(jī)架旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)制動(dòng)桿的水平運(yùn)動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)應(yīng)用較多,很多國內(nèi)外的廠家都是用了這種制動(dòng)機(jī)構(gòu)。3)鉗式氣動(dòng)結(jié)構(gòu)圖 5-4 鉗式氣動(dòng)結(jié)構(gòu)圖5-4所示為德國沙爾夫氣動(dòng)單軌吊車制動(dòng)系統(tǒng),這種結(jié)構(gòu)需單獨(dú)布置制動(dòng)彈簧和氣缸。彈簧可以調(diào)節(jié)制動(dòng)力大小,氣缸用來對(duì)彈簧壓縮以打開制動(dòng)閘瓦。這種節(jié)后的下部空間較大,氣缸行程也比較長,不過,相比液壓缸,氣缸具有動(dòng)作速度快的優(yōu)點(diǎn),在一定程度上也能彌補(bǔ)活塞桿行程長而導(dǎo)致制動(dòng)時(shí)間增加的缺點(diǎn)。綜合以上考慮,在制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,本文借鑒了沙爾夫公司的氣動(dòng)鉗式制動(dòng)結(jié)構(gòu)。5.3.2選擇制動(dòng)材料本文主要從兩個(gè)方面選擇制動(dòng)器材料,一是選擇制動(dòng)器機(jī)構(gòu)的材料,二是選擇制動(dòng)器摩擦片的材料。因?yàn)樗O(shè)計(jì)的制動(dòng)系統(tǒng)在具有防爆要求的礦井下中使用,所以選擇合適的制動(dòng)摩擦片的材料顯得尤為重要。根據(jù)現(xiàn)有規(guī)定,所使用的制動(dòng)閘塊不得用塑性或樹脂壓制的材料制作,制動(dòng)閘塊在制動(dòng)時(shí)不能引爆礦井下危險(xiǎn)氣體,也不能燃燒的摩擦片。制動(dòng)裝置的摩擦副為1140E工字鋼和制動(dòng)閘塊摩擦片,所需考慮的只有制動(dòng)摩擦片的材料,制動(dòng)閘塊的摩擦片材料分為金屬、非金屬摩擦材料,如圖5-5所示。銅基粉末冶金材料以銅為基體,另外添加其他組員,經(jīng)燒結(jié)而成。純銅本身硬度較小,Sn、Zn、Ni等組員對(duì)-固溶體的強(qiáng)化,使基體材料的強(qiáng)度和硬度顯著增加,不同合金組元的強(qiáng)化效果與其固溶度有關(guān),其中,Sn的強(qiáng)化效果最好。Sn的加入不但能大幅度提高銅基粉末冶金材料的強(qiáng)度和硬度,而且有利于保持基體材料的韌性。金屬銅不易產(chǎn)生火花,很多易燃易爆工作場(chǎng)所均使用銅作為制動(dòng)材料。銅基材料具有良好的導(dǎo)熱性,一般導(dǎo)熱系數(shù)大于,而棉-樹脂材料大約為,二者相差100倍之多。良好的導(dǎo)熱性非常有利于散熱,所以摩擦副的工作溫度比較低,而且對(duì)摩擦系數(shù)的影響相對(duì)較小,所產(chǎn)生制動(dòng)力穩(wěn)定。此外,銅基材料導(dǎo)熱系數(shù)大,有利于熱量快速傳導(dǎo)的空氣中,十分適合在防爆環(huán)境要求的條件下使用。圖 5-6 制動(dòng)裝置外觀尺寸圖 5-5 摩擦副的材料5.3.3確定制動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要尺寸設(shè)計(jì)制動(dòng)裝置時(shí),需要確定以下幾個(gè)主要尺寸:1)摩擦片到鋼軌的距離。該距離應(yīng)該在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。若尺寸過小,就會(huì)影響制動(dòng)裝置的安裝,安裝難度增加;若尺寸過大,制動(dòng)彈簧和氣缸行程就會(huì)增加,制動(dòng)結(jié)構(gòu)整體尺寸相應(yīng)增大。2)制動(dòng)裝置到鋼軌最底端的距離。由于鋼軌相互之間的連接,連接機(jī)構(gòu)和吊鉤需焊接在鋼軌底端,為防止機(jī)構(gòu)之間發(fā)生干涉,該距離不宜過小。3)制動(dòng)連接桿相關(guān)尺寸。為了減小彈簧及氣缸所受的壓力,利用杠桿原理見笑相關(guān)尺寸。其他尺寸,如彈簧長度、氣缸行程等,需單獨(dú)設(shè)計(jì)。相關(guān)尺寸如圖5-6所示。5.4計(jì)算制動(dòng)力根據(jù)單軌吊行業(yè)規(guī)范MTT886-2000規(guī)定:緊急制動(dòng)的制動(dòng)力為最大牽引力的1.52倍。本文所設(shè)計(jì)的氣動(dòng)單軌吊的牽引力為24.96kN,驅(qū)動(dòng)單元配備一個(gè)制動(dòng)器,則所要求的制動(dòng)力不小于37.44kN,不大于49.92kN。5.5主要部件的選型設(shè)計(jì)氣動(dòng)單軌吊制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括彈簧的選型設(shè)計(jì)和氣缸的選型設(shè)計(jì)等,其中,彈簧和氣缸是影響制動(dòng)性能的關(guān)鍵部件。彈簧工作在重載條件下,由于受到制動(dòng)器體積的限制,必須合理的選型設(shè)計(jì)。由于特殊的工作條件,進(jìn)出氣腔均在活塞桿腔中。5.5.1彈簧的選型設(shè)計(jì)1)確定彈簧由上文得到,氣動(dòng)單軌吊制動(dòng)單元所需的追小制動(dòng)力為37.44kN,最大制動(dòng)力為49.92kN,取動(dòng)摩擦因數(shù)。正壓力圖 5-7 非制動(dòng)狀態(tài)圖
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