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1 緒論
1.1課題研究的背景
煤炭產(chǎn)業(yè)是我國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)外。目前，國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)外發(fā)展概況
在上世紀(jì)的五六十年代，一些主要采煤國(guó)家就開始著手解決本國(guó)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?jī)?nèi)容之一。世界上第一臺(tái)鋼絲繩牽引單軌吊車由德國(guó)于1954年研制出。德國(guó)又于1963年研制出防爆柴油機(jī)單軌吊車。1976年，德國(guó)又開始著手研制蓄電池單軌吊車。截至目前，德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、捷克、斯洛伐克、俄羅斯和烏克蘭等國(guó)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(guó)家煤礦輔助運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備之一。在德國(guó)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(guó)外生產(chǎn)單軌吊車比較出名的企業(yè)有德國(guó)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(guó)內(nèi)發(fā)展概況
相比國(guó)外，在單軌吊車研制方面，我國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)、英國(guó)、捷克及我國(guó)產(chǎn)的多種單軌吊在我國(guó)煤礦井下運(yùn)行著。國(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)使用的單軌吊主要有國(guó)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(guó)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(guó)煤礦特點(diǎn)的本質(zhì)安全型輔助運(yùn)輸設(shè)備。
目前，我國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)一些礦山機(jī)電設(shè)備企業(yè)加強(qiáng)與國(guó)外知名單軌吊生產(chǎn)廠家合作，將國(guó)外先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于國(guó)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：
① 對(duì)巷道條件要求低，適應(yīng)能力強(qiáng)；
② 運(yùn)輸效果完全不受巷道頂板、地面變形等情況的影響；
③ 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；
④ 設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，維護(hù)方便；
⑤ 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；
⑥ 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；
⑦ 可以解決綜采設(shè)備列車整體懸掛運(yùn)輸?shù)膯栴}；
⑧ 軌道可以回收，以便重復(fù)實(shí)用；
⑨ 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)；
⑩ 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(zhǎng)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；6—12t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(zhǎng)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(zhǎng)，用于掘進(jìn)巷道時(shí)能迅速接長(zhǎng)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3～4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(zhǎng)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(guó)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(zhǎng)、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4.5～25kW；牽引力7～36kN；速度范圍0.5～2.1m/s；有效載重2～12t；適應(yīng)坡度0～16°。
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?jī)?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?jī)?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： t
2.2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?，水平彎道）。
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(guó)，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
傳動(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)、噪聲小；重合度大，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
Ⅰ軸
Ⅱ軸
3.1.2計(jì)算各軸的功率
Ⅰ軸
Ⅱ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
Ⅰ軸
Ⅱ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Ⅱ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1.0~1.2，
齒向載荷分布系數(shù)，由推薦值1.0~1.2，
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0.75～0.88，
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0.85~0.92，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Ⅱ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Ⅱ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(zhǎng)度
①段 根據(jù)圓整（按GB5014-85），并由和選擇鼓形齒式聯(lián)軸器GⅡCL2，比轂孔長(zhǎng)度88mm短1~4mm作為①段的長(zhǎng)度，取。
圖 3-2 單級(jí)減速器軸Ⅱ的結(jié)構(gòu)
②段 為使半聯(lián)軸器定位，軸肩高度取，則②段軸徑，?、诙伍L(zhǎng)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Ⅱ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(zhǎng)度系列中選擇鍵長(zhǎng)；選擇A型鍵，代號(hào)為。
平鍵連接可能失效形式有：①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；②動(dòng)連接時(shí)，工作面出現(xiàn)過度磨損；③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(zhǎng)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?。?×330N），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(rùn)滑和密封
齒輪傳動(dòng)用浸油方式潤(rùn)滑，角接觸球軸承用潤(rùn)滑油潤(rùn)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
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
4.2.2計(jì)算各軸的功率
Ⅰ軸
Ⅱ軸
式中，為第一級(jí)傳動(dòng)嚙合齒輪的傳動(dòng)效率，取。
Ⅲ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
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ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?、蚬罱M7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20~40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1.0~1.2，
齒向載荷分布系數(shù) 推薦值1.0~1.2，
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0.75～0.88，
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0.85~0.92，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Ⅱ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20~40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1.0~1.2，
齒向載荷分布系數(shù) 推薦值1.0~1.2，
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0.75～0.88，
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0.85~0.92，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Ⅰ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Ⅱ的設(shè)計(jì)
1）計(jì)算作用在齒輪上的力
轉(zhuǎn)矩
軸Ⅱ大齒輪所受的力：
圓周力
徑向力
軸向力
軸Ⅱ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Ⅱ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Ⅱ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(zhǎng)度
①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(rùn)滑方式為油潤(rùn)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(zhǎng)短1~4mm，則取。
②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(zhǎng)（）短1~4mm，取。
③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(zhǎng)度取。
④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(zhǎng)（）短1~4mm，取。
⑤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(rùn)滑方式為油潤(rùn)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Ⅱ水平面的彎矩圖
圖 4-4 二級(jí)減速器軸Ⅱ垂直面的彎矩圖
圖 4-5 二級(jí)減速器軸Ⅱ合成彎矩圖
圖 4-6 二級(jí)減速器軸Ⅱ的折合扭矩圖
圖 4-7 二級(jí)減速器軸Ⅱ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(zhǎng)度系列中選擇鍵長(zhǎng)；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(zhǎng)度，；
—許用擠壓應(yīng)力，查表3.2取；
將上述各值帶入強(qiáng)度公式
不滿足強(qiáng)度要求，則采用雙鍵，并按180°布置?？紤]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20×12×56，小齒輪處的鍵為20×12×70。
配合：參考現(xiàn)有設(shè)計(jì)圖紙，①、⑤段：p6；②、④段：H7/k6。
精加工方法：參考現(xiàn)有設(shè)計(jì)圖紙，①、⑤段：磨削；②、④段：精車；③段：粗車。
4.5.5軸Ⅲ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Ⅲ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SⅢ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Ⅲ的結(jié)構(gòu)
該軸的設(shè)計(jì)計(jì)算同軸Ⅰ、軸Ⅱ，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Ⅰ、軸Ⅱ，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(rùn)滑和密封
齒輪傳動(dòng)用浸油方式潤(rùn)滑，軸承用潤(rùn)滑油潤(rùn)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(guó)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1.5～2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：
①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)；
②制動(dòng)裝置作用的空動(dòng)時(shí)間不得超過0.75s；
③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；
④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；
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(guó)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?，提供的力較大，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(guó)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(guó)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(zhǎng)，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(zhǎng)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(zhǎng)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1.5～2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