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摘 要圓形料場混勻堆取料機主要由可回轉的懸臂堆料機、中柱、橋式刮板（刮斗）取料機、電控系統(tǒng)等組成。中柱安裝在圓形料場的中心，中柱上部安裝有可回轉的懸臂堆料機，懸臂堆料機可繞中柱 360°回轉并在變幅油缸的驅動下進行變幅，通過回轉機構和變幅機構的合成運動完成堆料作業(yè)。取料機是一臺繞中往回轉的橋式刮板（刮斗）取料機，通過取料機橋梁上往復運動的料耙，將料堆物料逐層松動并撥落至料堆底部，再由刮板（刮斗）取料系統(tǒng)將已被均化的物料輸送至中柱下面的出料漏斗，通過漏斗將物料卸至地下的帶式輸送機運出堆場。在回轉機構中，關鍵是回轉支承?；剞D機構的工作原理是小齒輪與回轉支承的大齒輪嚙合來帶動整個回轉體的轉動，所以本文章將對回轉支承進行選型并對小齒輪進行設計。圓形料場混勻堆取料機是一種理想的散狀物料均化設備，適用于大型水泥廠的原料預均化，也廣泛應用于煤炭、電力、冶金、化工、港口等行業(yè)需要對散狀物料進行存貯，均化的堆場。關鍵詞：取料機；橋式刮板；回轉機構ABSTRACTCircular stockyard blending stacker-reclaimer is mainly composed of rotatable boom stacker, central pillar, bridge-type scraper (scraping bucket) reclaimer., and electric control system. The central pillar is installed in the center of circular stockyard. The top of the central pillar is equipped with rotatable boom stacker, which can rotate 360° around the central pillar, change its amplitude when driven by the derricking cylinder, and finish material stacking through the synthesis movement of slewing mechanism and luffing mechanism. The reclaimer is a bridge-type scraper (scraping bucket) reclaimer which rotates around the central pillar. It loosens the stacking materials in the material pile layer by layer and get them to the bottom of the material pile through the material rake which moves back and force on the reclaimer bridge. Then the scraper (scraping bucket) reclaiming system transports the blended materials to the discharging hopper below the central pillar through which the materials are discharged to the belt conveyor and then conveyed out of the stockyard.In the slewing mechanism,the key is the rotor support. The theory is the action between the rotor support and the pinion,so this paper chooses the rotor support and designs the pinion. Circular stockyard blending stacker-reclaimers are a kind of ideal bulk material blending equipment which apply to preblending of raw materials in large cement plants. Besides, they are widely used in stockyards where storage and blending of bulk materials are needed in industries such as coal, power, metallurgy, chemical and port.Keywords： Bucket Wheel Reclaimer;bridge-type scraper ;slewing mechanism圓形堆取料機設計說明書目 錄1 概述 .11.1 圓形堆取料機簡介 .11.2 圓形堆取料機分類 .21.3 圓形堆取料機市場需求 31.4 圓形堆取料機國內發(fā)展現狀 41.5 圓形堆取料機的研究方向 71.6 設計課題及選題意義 91.7 圓形料場堆取料機原理 102 總體設計 .112.1 總體設計概述 112.2 刮板取料機構成 112.3 刮板取料機的主要參數及其確定 122.3.1 取料的理論生產率 .122.3.2 刮板取料時每層深度 .122.3.3 料堆高度 .132.3.4 料堆長度 .132.4 取料器的設計 132.5 刮板速度的確定 143 部件設計 .153.1 橋式刮板取料機構設計 153.1.1 刮板取料機構構成 .153.1.2 刮板驅動電機選用 .163.1.3 液力偶合器選用 .173.1.4 門架的設計 183.1.5 銷齒傳動設計 .183.1.5 刮板軸的設計及校核 .223.2 上車回轉機構設計 263.2.1 回轉機構選型 .263.2.2 回轉機構設計 293.2.3 齒輪軸設計及校核 .323.2.4 小齒輪校核 .353.2.5 回轉支承的日常維修 .373.3 帶式輸送機選型設計 383.3.1 帶式輸送機特點 .383.3.2 帶式輸送機的驅動裝置 .403.3.3 帶速的確定 .423.3.4 滾筒直徑的確定 .443.3.5 托輥的選型 .453.3.6 張緊裝置的選用 .453.3.7 制動裝置 .453.4 變幅機構 463.5 配重的安裝 463.6 行走機構 46總 結 .50致 謝 .51參考文獻 .521 概述1.1 圓形堆取料機簡介圓形堆取料機是現代化工業(yè)中連續(xù)裝卸散狀物料的一種重要設備，主要用于港口、碼頭、冶金、水泥、鋼鐵廠、焦化廠、儲煤廠、發(fā)電廠等大宗散料如礦石、煤、焦炭、砂石等在存儲料場的堆放、提取作業(yè)。如果采用“裝載機 —自卸汽車 ”系統(tǒng)作業(yè)，裝載機在鏟入 —舉升—旋轉—行走—卸載—空轉—空行程等一個作業(yè)循環(huán)中，既要完成取料任務，又要完成輸送任務，輔助作業(yè)時間幾乎占用2/3還多。自卸汽車載重量受到限制，往返路程多，工作效率很低，滿足不了電廠發(fā)電的用煤需求。連續(xù)裝卸機械的采用，大大縮短了裝卸時間，提高了工作效率，減輕了工人勞動強度。在功率相同的情況下，圓形堆取料機的生產效率為單斗裝載機的1.5～2.5倍。圓形堆取料機主要有橋式（見圖1-1）與門式（見圖1-2）兩種構造?？刂品绞接惺謩印胱詣雍妥詣拥?。圖 1-1 圓形堆取料機圖 1-2 門式圓形堆取料機1.2 圓形堆取料機分類 堆取料機按其功能可分為:（1）堆料機 堆料作業(yè) （2）取料機 取料作業(yè) （3）堆取料機 堆取料作業(yè) （4）混勻堆料機 均化堆料 （5）混勻取料機 均化取料 堆取料機按形式可分為:（1）門式圓形堆取料機 大跨度雙梁 （2）橋式取料機 大跨度單梁 （3）圓形料場堆取料機 橋式或搖臂式 （4）刮板式取料機 橋式或人字式 （5）普通搖臂式 具有懸臂、俯仰、回轉功能 按尾車功能又分為:（1） 固定單尾車 堆料、取料（2） 活動單尾車 堆料、取料、直通或折返取料、提高回轉角度范圍 （3）固定雙尾車 堆料、取料、直通 （4）活動雙尾車 堆料、取料、直通或折返取料 （5）伸縮升降雙尾車 堆料、取料、直通、提高回轉角度范圍降低落差 按理論生產能力，圓形堆取料機可分為以下幾種:（1）輕型 生產率在 630m3/h 以下（2）中型 生產率為 630～2500m 3/h（3）大型 生產率為 2500～5000m 3/h（4）特大型 生產率為 5000～10000m 3/h（5）巨型 生產率在 10000 m3/h 以上1.3 圓形堆取料機市場需求受整個國民經濟增長的影響，原材料工業(yè)、能源、石油、化工、汽車等各個行業(yè)都會有非常大的發(fā)展。在這些行業(yè)發(fā)展的同時直接會帶動散料機械裝備工業(yè)的發(fā)展。就鋼鐵工業(yè)而言，受建筑、汽車工業(yè)的影響，鋼鐵工業(yè)飛速發(fā)展,我國已經連續(xù)六年局世界第一產鋼大國,同時又是第一鋼鐵消費大國。到2002年鋼的產量已經達到1.8億噸，并以每年300萬噸的速度增長。近幾年在股市上鋼鐵板塊普遍看好,建筑業(yè)的發(fā)展和技術的提高加大了對鋼鐵的需求，中國建筑業(yè)在鋼鐵的應用數量方面和世界發(fā)達國家相比還有很大的差距,隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展這一行業(yè)對鋼鐵的需求會更會加大。汽車進入百姓耐用消費品市場已經開始，汽車產業(yè)的發(fā)展也拉動鋼材的需求量。機械制造業(yè)、家用電器、造船業(yè)、石油天然氣、集裝箱等各行業(yè)的發(fā)展都會拉動中國鋼鐵企業(yè)的發(fā)展，使鋼鐵企業(yè)加大投入，并且現在已有部分民營資本進入鋼鐵行業(yè)。鋼鐵事業(yè)的發(fā)展離不開礦石和煤炭，而煤炭和礦石的運輸和儲存必須使用散料機械，這些設備包括皮帶運輸機，裝船機、卸船機，圓形堆取料機等散料機械。在鋼鐵企業(yè)的發(fā)展過程中加大了鋼的產量，也加大了對煤炭和礦石的需求，國產礦石和目前進口的礦石數量已經滿足不了鋼鐵企業(yè)發(fā)展的要求，會有更多的礦石進口到中國，其中會有來自澳大利亞、巴西的鐵礦石通過港口轉運到各個鋼鐵企業(yè)。南部沿海的廣西、廣東各個口岸，華東地區(qū)、山東、渤海灣等各大港口會進口更多的來自國外的鐵礦石，所以在鋼鐵企業(yè)的發(fā)展過程中最先發(fā)展的是沿海各個口岸的交通。在新建的礦石港口的泊位中也將以大噸位船只的泊位為主。在鋼鐵企業(yè)礦石需求發(fā)展港口的同時還會同時發(fā)展鋼鐵企業(yè)內的原料長場的建設，這里會包括在鋼鐵企業(yè)內部的一次料場和二次料場，同時鋼鐵企業(yè)也會加大對煤炭的需求，將有大量的煤炭經過北方港口裝船運往南方，所以，在鋼鐵行業(yè)快速發(fā)展的推動下，在港口和鋼鐵企業(yè)，散料機械會有一個十分巨大的市場發(fā)展空間。散料機械在港口行業(yè)的高速發(fā)展已經開始并會持續(xù)一定的時間。 在電力方面，前幾年部分電力部門出現了供大于求的矛盾，部分電廠限制發(fā)電或只是部分機組開機，受國民經濟持續(xù)增長的影響，各行各業(yè)用電量也在不斷的增長?，F在在南方的部分地區(qū)出現了電力緊缺的情況，為緩解和解決電力緊缺的矛盾，在電力方面必然會加大其投入。電廠的增加使煤炭的需求量增加，各個煤礦會加大煤炭產量，以滿足電力市場對煤炭的需求，在電力方面也存在著大量的煤炭北煤南運，同鋼鐵行業(yè)一樣，也會大幅度增加散料機械的需求量。電廠和港口都會因為電力企業(yè)的發(fā)展增加對散料機械的需求。 在沙石、水泥等建材行業(yè)也隨著國民經濟的發(fā)展和固定資產投入的加大而得到迅猛的發(fā)展。散料機械雖然在建材行業(yè)的應用設備形式較小，但其在全國的數量是巨大的，混勻堆取料機、刮板取料機、皮帶運輸機的數量同樣會有一個大的發(fā)展。 1.4 圓形堆取料機國內發(fā)展現狀國內堆取料機的設計已有近四十年年的歷史，最早制造的一兩臺設備投入使用也有三十四年的歷史。最早的圓形堆取料機設計可以追溯到 1966 年，當時參加設計和研制的單位有：北京鋼鐵設計院、大連工礦車輛廠、北京起重機械研究所、鞍山鋼鐵設計院、哈爾濱重機廠、華北電力設計院、東北電力設計院、西北電力設計院等單位。 當時國內部分鋼廠、碼頭急需使用此類設備，國外當時已使用了十余年，為滿足當時的社會需要開發(fā)了我國早期的圓形堆取料機。這些單位為中國圓形堆取料機事業(yè)的早期發(fā)展做出了貢獻，奠定了這一行業(yè)的基礎。當時的典型設備型號為 KL-1 型，KL-4 型，DQ3025 型，DQ5030 型，取/堆料能力分別為：1200/2000t/h 30m，1200/2000t/h 30m，300/600t/h 25m，500/1000t/h 30m，其中 KL-1 型為 1966 年設計，1970 年 3 月在攀鋼焦化廠投入使用。雖然當時的產品和現代產品在質量上和控制水平上存在著很大的差別，但這些早期的產品對當時的電力企業(yè)和鋼鐵企業(yè)的發(fā)展起到了十分重要。八十年代，隨著電力工業(yè)和鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，圓形堆取料機的事業(yè)也得到了十分迅猛的發(fā)展，在電力部門的使用數量有很大的提高，并且在港口上的使用量劇增。寶鋼的原料碼頭，秦皇島港、連云港、北侖港、西基港、煙臺港、天津港、大連港等相繼一大批港口增設了散料碼頭用于煤炭或礦石的轉運。九十年代國內圓形堆取料機的事業(yè)發(fā)展更是向數量更多，應用更廣的方向發(fā)展。在鋼鐵企業(yè)、電力企業(yè)、各大港口幾乎都可以看到圓形堆取料機的應用。在港口人們也已經把圓形堆取料機當作一種港口機械。在圓形堆取料機的出口方面國內的產品還比較少，大多數出口的產品是和某些成套項目共同出口到其他國家。其次是和國外的某些公司聯(lián)合制造，為其制造焊接件和機械加工件出口。在進口方面，最早的圓形堆取料機的進口是：1980-1981 年上海寶鋼進口日本的十九臺圓形堆取料機； 1981 年北侖港進口兩臺圓形堆取料機； 1988 年福州華能電廠，大連華能電廠等。在國內項目和國外合作制造的有：1982 年石臼港項目；1984 年 秦皇島港二期；1986 年 秦皇島港三期；1994年 秦皇島港四期；1990 年 青島前灣港；1984 年 廣州西基碼頭；1988 年寶鋼二期項目；1995-1996 年寶鋼三期項目；2000 年 寶鋼馬跡山港項目； 2001 年 天津港項目；黃驊港的一期和二期項目；以及上海羅徑港、石洞口電廠、揚州電廠、北侖電廠、江由電廠、硌磺電廠等基本上采用了引進技術合作制造的模式生產的圓形堆取料機。進口和引進的主要國家來自日本、美國、德國、法國、奧地利、意大利等國。產品的進口和技術的引進大大縮短了國產設備和國外設備的差距，使國內本行業(yè)的產品在質量上有了很大的提高。目前國內的產品質量基本可以滿足國內用戶的要求，現在可設計制造圓形堆取料機的廠家達五六家。經過幾十年的發(fā)展，我國的圓形堆取料機研制水平取得了較大提高，但同發(fā)達國家相比，仍存在明顯差距，其控制技術僅限于基于可編程控制器（PLC）為核心的單機控制，作業(yè)水平也僅限于單機手動方式?，F在國內的圓形堆取料機已經從最初的研究轉向發(fā)展，向更高的產品質量和設計水平邁進。國內已經開展了圓形堆取料機自動控制方面的引進和開發(fā)工作，已能生產帶有半自動微機程控系統(tǒng)的機型，控制水平已達到了 20 世紀 70 年代末國際水平。表 1.1 堆取料機的主要制造商國內外堆取料機主要制造商 MANUFACTURES FOR STACKER （2）研制適應性更好的機型;（3）提高自動化程度，實現作業(yè)和保護的自動控制;（4）實現標準化、系列化和通用化之外。采用現代設計方法和設計手段，優(yōu)化結構組合，在保證生產能力的前提下，盡量減輕整機重量，提高設備的可靠程度，已成為必然。世界上研究和開發(fā)刮板機械最早的國家是德國，其次是前蘇聯(lián)，而且，目前它們仍處于世界領先地位，它們對刮板挖掘機的研究做了大量工作。德國學者Scheffler D.研究了圓形堆取料機的切削阻力系數和切削力系數與巖石性質之間的關系。用振動模擬系統(tǒng)求出了圓形堆取料機的動態(tài)附加應力和共振轉速等對刮板挖掘機進行了振動計算，并用試驗驗證了計算結果的正確性。A.May則對圓形堆取料機斗齒裝置測挖掘力的方法進行了研究。前蘇聯(lián)的別列日諾依等對圓形堆取料機刮板驅動系統(tǒng)的動載荷進行了分析，給出了動態(tài)載荷的經驗公式，丘特諾夫斯基則研究了圓形堆取料機工作裝置的振動對切削參數的影響，國內對圓形堆取料機的研究還比較落后，目前，研究工作主要集中在挖掘阻力的測試及其載荷譜的編制、輪斗斗唇形狀改變、總體參數優(yōu)化設計及其結構件的靜態(tài)剛度強度分析等方面。雖然國內外已對刮板挖掘機進行過多方面的動態(tài)問題研究，但對于圓形堆取料機的工作裝置的運動仿真以及對其變幅裝置的多工位動態(tài)性能進行研究的報道并不多見。國內在圓形堆取料機的設計過程中，往往類比國外對刮板挖掘機的研究成果和圓形堆取料機的各種參數，缺少科學的動態(tài)設計依據，這是國內產品質量較差，故障率高的根本原因。雖然圓形堆取料機在結構上與刮板挖掘機有許多相似之處，但由于作業(yè)對象的不同，即刮板挖掘機的作業(yè)對象是礦巖，圓形堆取料機的作業(yè)對象是散料，因此，在末端工作機構的驅動和結構件的剛度強度等方面相差懸殊，這些決定了其動態(tài)性能的本質不同。對圓形堆取料機工作裝置的動態(tài)問題進行深人研究，采用現代設計方法和設計手段，才是提高圓形堆取料機產品質量和可靠性的主要途徑。隨著自動化和信息技術的發(fā)展，發(fā)達國家圓形堆取料機技術進入了一個新階段，主要有以下四個方面：（1）理論生產率向大型化發(fā)展。刮板對取料機的理論生產率是衡量圓形堆取料機規(guī)模的一個指標，它從開始的每小時幾十立方米發(fā)展到現在的每小時近20000立方米。德國目前仍在開發(fā)有更大理論生產率的圓形堆取料機。（2）各國都在使圓形堆取料機的生產系列化。系列化的好處之一是可保證某些零配件，如鏟斗、履帶板、驅動輪等通用化、標準化，使顧客更方便地在市場上買到現貨。（3）圓形堆取料機的自動化程度越來越高，使信號、事故預報和聯(lián)鎖的操縱裝置更加完善，實現作業(yè)和保護的自動控制。圓形堆取料機是一個典型的多剛體系統(tǒng)，采用機器人的運動規(guī)劃和主動控制技術，可提高圓形堆取料機的工作穩(wěn)定性和作業(yè)能力。機器人化圓形堆取料機是集機器人機構、機器人控制技術以及現代電子和信息技術等為一體的綜合性機電一體化產品。更重要的是，將電子技術、計算機技術與傳統(tǒng)大型機械設備進行嫁接，可大大提高設備的性能和作業(yè)能力。如采用機器人的多傳感器融合和配置技術以及現場總線技術，可提高圓形堆取料機的智能化作業(yè)能力和工作可靠性；采用遙控遙感技術，可改善作業(yè)環(huán)境，減員增效，提高現代化作業(yè)水平；采用網絡技術，可大大提高制造廠和用戶的綜合管理水平及跟蹤服務能力。（4）采用現代設計方法和設計手段，優(yōu)化結構組合，在保證生產能力的前提下，盡量減輕整機的重量，提高設備的可靠程度。ABB公司已開發(fā)出自適應的操作系統(tǒng)，使圓形堆取料機始終處于較高的工作能力，并盡可能地受環(huán)境和操作人員水平的影響。1.6 設計課題及選題意義取料機與堆料機適用于大型碼頭、港口項目。在大型散貨料場的地面，利用帶式輸送機，設計成單一的流程，即堆料流程或取料流程。一般同一料場相鄰的兩個設備一個是堆料機，另一個是取料機。對同一料場或不同料場，這兩臺設備可同時進行取料與堆料，如堆料機用于卸火車，同時取料機用于裝船。對于碼頭用戶可在取料機的軌道上安裝帶式輸送機，使得取料機所取得物料直接卸在輸送帶上，通過輸送帶運輸到船上。所以單一功能的取料機也有很大的市場需求，本次設計將研究設計橋式刮板取料機（見圖 1-3）。重點設計其刮板機構和回轉機構以及取料半自動控制過程。圖 1-3 橋式刮板取料機示意圖刮板取料機包含了刮板機構、輸送機、回轉機構、控制系統(tǒng)等眾多小系統(tǒng)，這對我們學生運用大學期間所學知識進行綜合運用有很大益處。由于所學知識有限，再加上煤堆形狀的不確定性，對圓形堆取料機的運行將采用半自動控制，一般的操作過程可以自動進行，當遇到一些問題需要調整時再由人進行操控，這樣可以節(jié)省勞動力。本次設計將對刮板機構進行創(chuàng)新，傳統(tǒng)上的各類圓形堆取料機的刮板傳動都是由電動機通過液力偶合器把力傳給減速器，減速器的輸出軸通過聯(lián)軸器直接與刮板軸相連，這使得刮板軸受到很大的扭矩，要求軸有較好的材料性能，成本較高，而本次設計將采用銷齒傳動來驅動刮板體的轉動，大體過程是在刮板上安裝一較大的銷齒圈，再用與減速機輸出軸相連接的銷齒輪驅動銷齒圈，從而帶動刮板轉動進行取料，下面的文章將就此方案進行詳細的設計計算。銷齒傳動使得軸所受到的扭矩很小而且銷齒圈的輪齒是圓銷，它結構簡單、加工方便、造價低、拆修方便，銷齒傳動適用于低速、重載機械傳動和粉塵多、潤滑環(huán)境較惡劣的場合，能使刮板驅動機構的制造成本減少一倍多，同時還運行平穩(wěn)，易于檢修。1.7 圓形料場堆取料機原理橋式刮板取料機型圓形料場堆取料機堆料時的原理與斗輪取料型圓形料場堆取料機的堆料原理相同。堆料臂也是由液壓油缸驅動俯仰。橋式刮板取料機型圓形料場堆取料機取料是采用刮板取料。在中心柱與環(huán)形軌道之間設有一個橋架。在橋架上設有一個移動式料耙和刮板運輸機。橋架的外側通過臺車支撐在環(huán)形軌道上。取料時外部環(huán)形軌道上的臺車由電機、減速機、車輪驅動沿環(huán)形軌道低速行駛，進而推動整個橋架圍繞著中心柱轉動。同時，料耙沿著橋架長度方向往復形式運動并將物料從料堆上耙下，落到刮板處，刮板在鏈條的驅動下沿地面向中心柱處移動，將物料刮卸到中心柱下部的溜斗處，由溜斗下部的地下帶式輸送機將物料運出料場。 刮板取料機的組成是由刮板、鏈條、驅動鏈輪、張緊鏈輪等組成。兩個鏈條形成兩個整體連接成閉環(huán)鏈條，刮板安裝在鏈條上，通常每隔一節(jié)連扳安裝一個刮板。當鏈條移動時帶動刮板移動刮動物料向中心柱下部的溜斗處移動。 橋式刮板取料機型圓形料場堆取料機由于采用料耙耙料具有比較好的均化效果，特別適合于水泥廠的石灰石均化。所以，目前國內許多水泥廠采用這種機型作為生料庫堆取設備。 圖 1.7 橋式刮板取料機原理簡圖2 總體設計2.1 總體設計概述（1） 機器在正常工作條件下，整機應具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。（2） 機器不論在工作狀態(tài)或非工作狀態(tài)，在規(guī)定的俯仰范圍內的各種工況下，整機都應當處于穩(wěn)定狀態(tài)。（3） 在輸送線路上，特別是在取料、卸料、和各轉運點，必須保證物流順暢，不發(fā)生物料溢出或堵塞現象。（4） 刮板直徑與帶式輸送機參數和取煤炭與取鐵礦石的同能力的刮板取料機相比，一般取煤炭時要求刮板直徑達，輸送帶帶寬較寬、帶速高，刮板驅動功率較小。（5） 聯(lián)鎖作業(yè)。只有當夾軌器或錨定裝置松開時，行走機構才能動作；只有在電纜卷筒制動器松閘后，行走機構才能啟動。（6） 各安全保護及檢測裝置完備。例如：俯仰機構應當設置防止懸臂超速下降及超載的保護裝置；轉載料斗應當設置堵塞警報裝置；回轉機構、俯仰機構和行走機構運行的極限位置均應設置兩級終端限位開關；為安全可高，鋼絲繩卷揚的俯仰機構應采用兩套制動器；行走機構和回轉機構制動器應滿足在250Pa工作風壓下順風行走和順風回轉時的制動要求等。（7） 電纜卷筒裝置。動力和控制電纜卷筒分別設置在圓形堆取料機的兩側，電纜卷筒采用磁滯式電纜卷筒，具有足夠纏繞力矩，以防止收放電纜時纏繞紊亂，能連續(xù)運行而不堵轉，設有電纜張力極限保護裝置。動力電纜控制電纜采用進口扁電纜，卷筒的直徑能滿足電纜曲繞能力的要求，電纜在卷筒上纏有足夠的安全圈數。（8） 漏斗、溜槽及懸掛緩沖裝置。所有漏斗、溜槽的沖刷面均襯有厚度不小于8mm的不銹鋼襯板，漏斗、溜槽不能堵煤，其傾斜面與水平面的夾角不小于60度。取料用中心落煤管下設置懸掛緩沖裝置，其上的緩沖托輥間距不大于400mm，并能防止輸送帶跑偏。在落煤斗、中心落煤管的適當部位設置大小合適、密封良好的檢查門，以便于檢查料流及人工疏導堵塞。2.2 刮板取料機構成刮板取料機主要由行走機構、底座、上部回轉機構和平臺、圓形堆取料機構、斗臂架和斗臂架帶式輸送機、門架、俯仰機構（變幅裝置）、平衡梁架和配重、司機室、電器設備等組成。2.3 刮板取料機的主要參數及其確定刮板取料機的參數分為主參數和工作性能參數兩類。刮板取料機的主參數決定了它的規(guī)模、主要技術性能參數和主要結構形式。橋式刮板取料機的主參數包括取料的理論生產率和料堆高度、長度、寬度。主要參數一般由用戶提供，作為已知量供給產品設計者。橋式刮板取料機的工作性能參數決定了機器本身各個機構的結構形式、尺寸、功率、轉速性能等。工作性能參數包括：刮板直徑、刮板轉速、斗數、料堆切割阻力；斗臂架回擺半徑、回擺角度和俯仰角度等。2.3.1 取料的理論生產率橋式刮板取料機的取料理論生產率，決定了與之配套的帶式輸送機允許通過的最大輸送能力。刮板取料機的取料能力的確定與系統(tǒng)設計、設備運轉率要求等多反面因素有關，涉及領域較廣。取料能力是指刮板取料機單位時間內所能挖取物料的多少，單位用t/h表示。在實際應用中又分為最大取料能力與額定取料能力。最大取料能力是指刮板在挖掘物料時所具有的瞬時最大能力，表示設備取料能力的峰值，如刮板取料時滿斗的瞬間能力。在系統(tǒng)設計中，應考慮各個環(huán)節(jié)允許最大取料能力的物流通過。額定取料能力是指在取料作業(yè)時，在規(guī)定的標準形狀料堆上連續(xù)工作一定的時間，操作者根據規(guī)定的操作程序和方法進行操作，設備在這段時間可以達到的平均取料速度或平均每小時取料量。已知所要設計的橋式刮板取料機的最大取料能力為500t/h,主要挖取密度的煤，刮板轉速 30.85/tm??8/minr?理論容積生產率 ：Qv= ?3(/)h式中： 最大取料能力， ；?/t物料密度， 3m代入公式得: =Qv508/.h?2.3.2 刮板取料時每層深度取料煤層深度應當控制在0.5～0.7倍的刮板直徑范圍內,刮板取料時的進尺量應當按照0.9倍的斗深確定。在滿足取料能力要求的前提下，進尺量過小會使刮板取料機的回轉速度加快。2.3.3 料堆高度為了設計方便，常以行走鋼軌踏面為基準，料堆高于鋼軌路面的部分稱為軌上高度。料堆低于鋼軌踏面的部分稱為軌下高度，兩者的和為總料堆高度。料堆高度由物料堆積的安息角和料堆寬度決定，物料的安息角與物料的種類有關。在堆料寬度一定的條件下，料堆的物料安息角越大，料堆總高度越高。在物料安息角一定的條件下，料堆越寬，料堆的總高度就可以越高。 目前我國生產的刮板取料機的軌上堆取料高度范圍為7～16m ，常用10～12m；軌下高度為0.4～6m，常用為1.5～2m。2.3.4 料堆長度堆料長度一般是由現場根據儲料量及地理環(huán)境確定，料堆的長度對設備影響比較小，它直接與行走距離密切相關，料堆越長，行走距離越遠。而行走距離又決定了設備的動力電纜卷筒的電纜長度和控制電纜卷筒上電纜長度和控制電纜卷筒上電纜的長度以及設備給水系統(tǒng)的灑水除塵系統(tǒng)供水槽的長度。通常大車行走距離小于1000m，料場的長度小于1200m。2.4 取料器的設計圖 2.4 取料器的設計取料器數目的多少直接影響刮板取料機的生產率。決定取料器數目及尺寸的重要條件是鏟斗的卸料過程。取料器的個數應滿足下列需求：（1） 保證取料器完全卸空，并使卸出的物料落到卸料板內。不能使鏟斗提前散料和過了卸料區(qū)斗內仍殘留物料。（2） 保證挖掘過程平穩(wěn)，載荷波動小，沖擊小，尤其是在挖掘凍煤和較硬散料時。取料器的個數根據載荷確定。從保證刮板工作得到較穩(wěn)定載荷的目的出發(fā)，當鏟斗依次出、入散料時，其最大和最小力的差值應當在15%以內。取料器容量q取決于機器的理論生產率 和物料的松散系數。LQ設 ，當K為已知量時，根據已經確定的刮板的理論生產率就可以計Qv=算出斗容，根據對世界上250臺刮板挖掘機的統(tǒng)計，K 值見表2-1。計算斗容時，可以選用表中的平均值，斗容的單位常用升（L）和立方米（ m3）來表示。vaq360V=則鏟斗容量 58143.LQqK?2.5 刮板速度的確定21.730.84/cVwradsD???式中： —刮板的切割速度，m/s；D—刮板直徑，m；k—速度系數，取0.35。.21.73/60nms?3 部件設計 3.1 橋式刮板取料機構設計3.1.1 刮板取料機構構成橋式刮板取料機構主要由電動機、液力偶合器、減速器、齒輪、刮板軸轉配、刮板體、立柱及溜料倒料裝置等構成，（見圖3-1）堆料機、取料機、進料口等。圖3-1 橋式刮板取料部件3.1.2 刮板驅動電機選用刮板驅動功率主要消耗于切割功率、鏟斗裝填功率、物料與擋板的摩擦功率、物料動能功率、物料提升功率以及克服機械傳動的阻力。一般把這四項消耗功率合并稱為切割功率 。對于切割功率和提升功率有以下簡化計算公式 :P1切割功率： = FvKW0g提升功率： mQR367b2其中: fVnt/hrgF1=15.82+1480CF1—物料切割力，KN/mC—物料黏性，Mpa物料黏性C隨地表以下深度的增加而增加，地表C=0.01式中: F———切割阻力,N;———系數,一般取1~1.2;b———圓形堆取料機平均生產率,t/h;mQR———刮板半徑,m;———物料堆積密度,t/m 3;rf———松散系數,一般取1.3-1.65;———利用系數,取值范圍為0.64-0.92;fnV———圓形堆取料機理論生產率,m 3/h。mf58Q0946t/h13=r′=g代入計算得 F 1=30.6KN/m則切割阻力 F=30.6×0.45=13.7KN故切割功率： = P13v.71.25KW00′提升功率： mR46.3b=g2驅動功率： 12P7.5N32.4KW0.8+==考慮到由于冬季雪水的滲透、凍結，挖掘物料的阻力要比其他季節(jié)大。一般認為北方冬季挖掘凍結物料時所需功率是其它季節(jié)所需功率的1.3倍，故刮板取料機所需最大驅動功率為： 21.3.32.4.1K=′=g選取傳動效率為0.8，則所需電機的功率至少是：N4./085W參考其它刮板取料機的參數，本次設計將采用功率為55KW的電動機。由于取料機在煤場工作，灰塵多，環(huán)境較惡劣，故電動機必須有防塵功能。Y系列（IP44）封閉式三相異步電機的結構特點：效率高、耗電少，性能好，噪音低，振動小，體積小，重量輕，運行可靠，維修方便。為B級絕緣。結構為全封閉、自扇冷式，能防止灰塵、鐵屑、雜物侵入電動機內部，適用于灰塵多、土揚水濺的場合，如農業(yè)機械、礦山機械、攪拌機、碾米等，應用較廣泛。綜上所述，選擇Y250M-4三相異步電動機，功率為55KW，同步轉速1500r/min,3.1.3 液力偶合器選用液力偶合器是刮板驅動系統(tǒng)中重要的一部分，置于刮板驅動電動機與減速箱之間傳遞動力，其作用有時似乎與聯(lián)軸器相同，但實質全然不同。具有如下優(yōu)點：（1）無極調速。在電機轉速恒定下可以無極調節(jié)工作機的轉速，與傳統(tǒng)的節(jié)流調節(jié)相比可以大量節(jié)省電能。（2）防護動力過載，偶合器泵輪和渦輪之間沒有機械聯(lián)系，轉矩是通過油來傳遞的，是一種柔性和有滑差的傳動。當負載的阻力突然增大時，其滑差可以增大，甚至制動，電機可繼續(xù)運轉而不致停車。（3）可隔離振動，緩和沖擊。（4）可方便實現離合。偶合器流道沖油即接合，將油排空即行脫離。（5）除軸承外無磨損件，工作可靠，壽命長。由于刮板取料機構既要防護動力過載，又希望大慣量工作在較長的啟動過程中，電動機不會出現過大負荷，故選用延充式限矩型。延充式限矩型液力偶合器主要用于啟動困難的和大慣量的工作機時，在啟動過程中電動機可具有較低的載荷，防護動力系統(tǒng)動力過載，協(xié)調多臺原動機間載荷分配，不能調速和脫離。已知電動機的額定功率為55KW，額定轉速為1500r/min，故選用YOX420 型延充式液力偶合器。3.1.4 門架的設計鋼材的彈性模量 E=206×103N/mm2[1]、Poisson 比為 μ=0.3 [1]、 密度ρ=7850kg/m 3[1]。結構的基本組合的荷載分項系數，永久荷載分項系數是 1.2[2]，可變荷載的分項系數是 1.3[2]。對一般的結構鋼，其許用應力：[σ]=160×10 3N/mm2取料機門架許用撓度：[f]=[L/700]-[L/1000]3.1.5 銷齒傳動設計1)、銷齒傳動的特點及應用銷齒傳動屬于齒輪傳動的一種特殊形式。其中，具有圓銷齒的大齒輪為銷輪，另一個具有一般齒輪輪齒齒形的小齒輪稱為齒輪。如圖 3-5 所示。銷齒傳動有外粘合、內粘合和齒條粘合等三種型式，使用時，一般常以齒輪作為主動輪，因為，當以銷輪作為主動時，齒輪的輪齒齒頂先進入嚙合，將會降低其傳動效率，故不用銷輪作為主動。由于銷輪的輪齒是圓銷形，故與一般齒輪相比，它具有結構簡單、加工容易、造價低、拆修方便等優(yōu)點，故以銷輪代替尺寸較大的一般漸開線齒輪時，將具有很大的經濟性。特別是個別銷齒破壞時，只需個別更換，不致整個銷輪報廢。銷輪傳動適用于低速、重載的機械傳動和粉塵多、潤滑條件差等工作環(huán)境比較惡劣的場所。廣泛應用于起重機械、化工、冶金、礦山等部門的一些低速而大型的機械設備中。銷齒傳動結構見圖 3-5。圖 3-5 銷齒傳動2)、銷齒傳動應用本次設計的一個創(chuàng)新點就是改變傳統(tǒng)的電機驅動刮板軸的傳動方式，而是將一銷齒圈焊接與刮板體的一側，減速器的輸出軸上直接裝齒輪，通過兩者的嚙合使刮板轉動。銷齒圈的輪齒是圓銷，它結構簡單、加工方便、造價低、拆修方便，銷齒傳動適用于低速、重載機械傳動和粉塵多、潤滑環(huán)境較惡劣的場合，能使刮板驅動機構的制造成本減少一倍多，同時還運行平穩(wěn)，易于檢修。已知驅動電機額定功率 P=55kw，額定轉速 =1500r/min，效率為 0.921n液力偶合器傳動效率 =0.961?減速器傳動比和傳動效率分別為 =30, =0.92i2?銷齒傳動系統(tǒng)中銷輪的轉速和傳動效率分別為 =8 r/min， =0.93np?（1） 計算銷齒軸的轉矩 2T設備總傳動比 = = =185zi12n508銷齒傳動比 26.730zi?銷輪功率 21250.96.0934.6()pP kw?????銷輪軸的轉矩 224.97()8Tkgmn?A（2） 選定材料及確定許用應力銷齒材料采用 45 鋼，正火處理，167～217HB。按 10r/min 查表得=108 kg/㎡，查表，按對稱循環(huán)載荷計算??H???2F?=??2F??1KS??式中 —疲勞極限， =0.43 54=23.22kg/㎡；1?1?—銷齒變面狀況系數， =1.25；K—許用安全系數， 的取值范圍為 1.4～1.6，取 =1.5。??S??S??S= （kg/ ）?2F?3.12.45??2m齒輪材料采用 45 鋼，調質處理，207～255HB。按 10r/min 查表得=120kg/㎡、 =14.5kg/㎡??H??1F（3） 選定 、 、 和確定 、 、 等參數?z/pd1z/ahp2z查表?。?=1.5、 =13、 =0.4751銷輪齒數 26.7380.2zi???取 80 齒銷齒傳動實際傳動比 = =6.1521'zi3銷輪實際轉速 26.7'8.0(/min)5nrad??實際總傳動比 ''3.14.5zii?按 =13、 =0.475 查圖得（ ）max=0.478。1z/pd/ahp為了保證齒頂不變尖且有一定厚度，還要保證重合度 的值不小于 1.1～1.3，則?試取 =0.43。/ahp按 =13、 =0.475 查圖得 =1.28 在需用范圍內，故合格。1zd?（4）銷齒直徑確定及強度校核按接觸強度公式計算 p394pd???2332 21(/)490.7546.8()6.1'HTd miz??????取 =48㎜p按彎曲強度驗算公式校核 pd32220.4753.1407591084()/ 8t pTTF kgrzPz????????1.58()pbdm?取 ，則6L?.67215.??2233. 840()(236).8(/)tFpbkgmd????，故銷齒彎曲強度足夠??226.81.F????按彎曲強度驗算公式校核齒輪輪齒彎曲強度 ??221 1340.758.4/4.5/tF Fkgmkgmbp?????故齒輪輪齒彎曲強度足夠。（5）幾何尺寸計算齒輪齒數 13z?銷輪齒數 280銷齒直徑 4pdm齒距 48100.75.pdm??齒輪節(jié)圓直徑 =1/z?3/.418.2?銷輪節(jié)圓直徑 =2dp01.573齒輪齒根圓角半徑(0.51~.)(.5~.2)48.2~4.96f p?????取 2.8fm齒輪齒根圓角半徑中心至節(jié)圓距離 (0.4~.5)(0.4~.5)81.92~.4pcdm????取 2齒輪齒頂高 .3.3.ah齒輪齒根高 2.85ffpc???齒輪全齒高 43.6.43ham齒輪齒廓過渡圓弧半徑 (0.3~4)(0.~)81.~92pRd????取 16m齒輪齒頂圓直徑 124.3.450aahm???齒輪齒根圓直徑 18.268.fd??中心距 12.5749.齒輪齒寬 .5.82pbdm?銷齒計算長度 16715.L??銷齒中心至夾板邊緣距離 (.~)(2)487~96pldm??取 80lm銷輪夾板厚度 (0.25~.)(0.25~.)4812~pdm?????取 20m??（6）夾板擠壓強度校核取 21/prkg?????223840/10/2tpr prFkgmkgmd???????????故夾板擠壓強度足夠。3.1.5 刮板軸的設計及校核（1）計算作用在軸上的力根據前面計算可知扭矩 T 74.9310=′N圓周力 48Ft徑向力 4rGcos6°′軸向力 4310in.10=′a N（2）初步估算軸的直徑選取 40Cr 鋼作為軸的材料，調質處理由公式 計算軸的最小直徑并加大 3%以考慮鍵槽的影響3PdAn3查表 取 A=100則 3min40.61.17m83′=圖 3-7 刮板軸的結構圖（3） 繪制軸的彎矩圖和扭矩圖水平方向上的力 RH1=RH2=1.92×104N垂直方向上的力 RV1=RV2=3×104N 水平方向上的彎矩 MH=363×19.2×103=7×106N·mm垂直方向上的彎矩 MV=3×104×363=1.1×107N·mm 最大彎矩 M=1.3×107N·mm（4）按彎扭合成強度校核軸的強度當量彎矩 其中折合系數()22caT+0.6a=(2771.34.90613.0=′=′gca Nm軸的材料為 40Cr 鋼，調質處理。 =685 N/ ，得材料許用應力bs2軸的計算應力為 cacMWs由于軸截面有鍵槽故 ()23tdt2-p=-代入計算得 58.10m′7253.263/=cac Ns故該軸滿足強度要求（5）計算危險截面的工作應力取第一個軸肩面作為危險面截面彎矩 7612515.30.206=′=′gMNm截面扭矩 74.9′gTNm抗彎截面系數 33630.1.201.′′Wd抗扭截面系數 0==T m截面上彎曲應力 621.7/0′bMNs截面上扭剪應力 7261.9430./2′==TNmWt彎曲應力幅 /abNms彎曲平均應力 0m=扭切應力 24.6/2att（6） 確定材料的機械性能查表可知 40Cr 鋼彎曲疲勞極限 剪切疲勞極限2135/Nms-=2185/Nmt-=合金鋼材料的特性系數 ，0.3,.50.1stsyy（7） 確定綜合影響系數 、Kt軸肩圓角處有效應力集中系數 、 ,根據 kst 30.12=rd， ，查表計算得 ，3401.52=Dd2.75=1.8kt配合處綜合影響系數 、 ，根據 d， ，配合 H7/r6 計算得Kst bs=3.8， =2.68Kskt尺寸系數 、 ，根據圖查得 ，axt 0.52=ax.60t表面狀況系數 =sb.8t2.7560′gakKssx1.83.4==′ttb（8）計算安全系數取需要安全系數 []1.5S=139.60-=+′+amSKssy11851.33.4.46-==′′arttt2291.=+caSst故疲勞強度安全。