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新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 任務書 學生姓名 學號 專業(yè) 機械設計與制造 畢業(yè)設計 論文 題目及專題 螺旋窨井挖掘機 題目類型 機械類 題目來源 機械系 畢業(yè)設計 論文 時間 自 11 月 13 日開始至 11 月 13 日止 1 畢業(yè)設計 論文 完成的主要內容及要求 設計對象 螺旋窨井挖掘機 設計主要內容及要求 1 輸送機的設計 螺旋輸送機的工作原理 主要參數(shù)設計 傳動端軸的 計算 2 攻進挖掘機的設計 攻進挖掘機的設計要求 攻進挖掘機的設計 消 耗功率計算 2 主要參考資料 機械加工設備與工裝 機械制圖 工程力學 機械設計基礎 材料力學 電工電子 機械加工工藝手冊 公差測量與拖動技術 機械拖動 3 畢業(yè)設計進度安排 階段 階 段 內 容 起止時間 1 撰寫個人選題報告 2013 11 11 11 15 2 著手收集資料 并報送提綱審定 2013 11 18 11 22 3 集中指導與個別指導 提交中期報告 2013 11 16 11 22 4 集中指導與個別指導 提交初稿審查 2013 12 22 12 26 5 修改 經審稿后定稿交稿 2013 12 28 12 29 6 答辯 2014 01 06 01 07 指導老師 系主任 1 題目類型 1 理論研究 2 實驗研究 3 工程設計 4 應用研究 5 軟件 開發(fā) 2 題目來源 1 教師科研題 2 生產實際題 3 模擬或虛構題 4 學生自選題 附表 8 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 中期報告 系別 機械制造系 班級 2011 級機械一班 學生姓名 朱俊華 指導教師 馮躍霞 課題名稱 螺旋窨井挖掘機 課題主要任務 螺旋輸送機工作原理 螺旋之境的確定 螺旋軸軸徑的確定 攻進挖掘機 的類型 挖頭的設計 螺旋軸的確定 預期成果形式 實現(xiàn)任務要求 預期目標 完成設計方案和有關圖紙 1 簡述開題以來所做的具體工作和取得的進展或成果 2013 11 11 2013 11 15 撰寫個人開題報告 2013 11 18 2013 11 22 著手收集資料 并報送提綱審定 2013 12 16 2013 12 20 集中指導與個別指導 提交中期報告 1 螺旋窨井挖掘機組合零件圖三張 3 號圖紙 2 螺旋窨井挖掘機轉動馬達原理圖一張 3 號圖紙 3 螺旋窨井挖掘機裝配圖一張 1 號圖紙 4 設計說明書一份 下一步的主要研究任務 具體設想與安排 1 螺旋輸送機的主要參數(shù)設計 2 螺旋輸送機消耗功率計算 3 螺旋輸送機傳動軸的計算 4 攻進挖掘機動力計算 5 攻進挖掘機傳動零件的計算 6 減速器的結構設計及連鏈接的選擇和計算 3 存在的具體問題 1 對傳輸機和攻進挖掘機的工藝分析 分析主要技術要求和關鍵技術問題 2 擬定工藝路線 零件的機械加工工藝過程是工藝規(guī)程設計的核心 3 熟悉零件結構 分析零件作用及其工藝特點 選擇加工基準 4 制定工藝路線 確定機械加工余量 工序尺寸及切削用量 5 繪制零件加工工序圖 繪制夾具圖 4 指導教師對該生前期研究工作的評價 5 教研室對指導教師工作的建議與要求 6 系主任審閱意見 簽字 附件 3 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 論文 開題報告書 題目名稱 螺旋窨井挖掘機設計 學生姓名 朱俊華 學 號 1110211114 系 部 機械制造系 專業(yè)年級 2011 級機械設計與制造 1 班 指導教師 馮躍霞 填寫時間 2013 年 11 月 28 日 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 開題報告 一 選題的根據(jù) 1 本選題的理論 實際意義 2 綜述國內有關本選題的研究動態(tài)和自己的見解 一 畢業(yè)設計是一個總結性的教學環(huán)節(jié)對于增強事業(yè)心和責任感 提高畢業(yè)生 全面素質具有重要意義是學生在校期間的昀后學習和綜合訓練階段 是學習深化 拓寬 綜合運用所學知識的重要過程 是學生學習 研究與實踐成果的全面總結 是學生綜合素質與工程實踐能力培養(yǎng)效果的全面檢驗 是實現(xiàn)學生從學校學習到崗 位工作的過渡環(huán)節(jié) 是學生畢業(yè)資格認定的重要依據(jù) 是衡量高等教育質量和辦學 效益的重要評價內容 畢業(yè)設計是機械專業(yè)教學中的重要環(huán)節(jié) 培養(yǎng)學生綜合應用 所學基礎理論和專業(yè)知識 解決一般機械技術問題的能力 進一步提高和訓練學生 的機械制圖 理論分析 結構設計 加工方案設計 計算機應用和外文閱讀能力 通過畢業(yè)設計 使學生對一般機械的設計與加工內容 加工全過程有比較全面的了 解 熟悉有關規(guī)范 規(guī)程 手冊和工具書 為今后獨立工作打下基礎 畢業(yè)設計應 強調理論聯(lián)系實際 提高學生分析 解決工程實際問題的能力 注意培養(yǎng)學生踏實 細致 嚴格 認真和吃苦耐勞的工作作風 本課題結合自身將來所要對機械的設計 毛坯的選擇 零件各表面加工方法及加工路線 零件加工路線的選擇 設備裝配等 本畢業(yè)設計要求在指導老師的指導下 獨立系統(tǒng)的完成一項機械設計 解決與之有 關的所知識 因此畢業(yè)設計對于培養(yǎng)我初步的科學研究能力 提高其綜合運用所學 知識分析問題 解決問題能力有著重要意義 二 制造學科領域的知識體 隨著科學技術的發(fā)展 人類文明已經達到了空前的 發(fā)展 機械化取代手工生產已經成為全球公認的趨勢 社會的各行各業(yè)都離不開各 種各樣的機械設備 而所有的這些設備都是由機械制造工業(yè)提供的 再機械中以挖 掘機為例其形勢 是要從零部件的自主知識產權逐步向整體設計自主知識產權過渡 這應該是比較齊全 具有較大規(guī)模的制造體系 但是隨著社會的進步和發(fā)展就要了 各種窨井 于窨井挖掘機的要求不斷的提升 螺旋窨井挖掘機主要用于陰井的挖掘 和挖掘出土石的傳送 輸送機和攻進機組成 但投資大自主產權的比重小 無核心 技術 對問題處理速度和城市環(huán)境是急需改變的局面 提高材料利用率 提高勞動 效率 增大自主創(chuàng)新是主要的發(fā)展方向 二 研究內容 螺旋窨井挖掘機設計路線主要圍繞螺旋輸送機和攻進挖掘機機的設計 輸送機 和攻進挖掘機的裝配來安排的 根據(jù)給定的輸送量以及物料特性分別進行葉片用料 實形 螺旋直徑 螺旋轉速等主要參數(shù)的設計計算 螺旋輸送機機 傳輸機的輸送 量 螺旋轉速的確定 螺旋軸的直徑確定 葉片的下料實型 攻進挖掘機機的設計 結構的設計 動力設計 挖頭的設計減速器和功率計算 夾具設計 包括定位方案 的設計 導向及對到裝置的設計 夾具裝置的設計 定位精度和定位誤差的計算 繪制夾具裝備圖及夾具零件圖 在保證質量的前提下應不斷地最大限度的提高生產 率 節(jié)約耗費 減少投資 提高效益 3 研究方法 擬解決的關鍵技術 實驗方案及可行性分析 一 研究方法 理論研究法 比較分析法 觀察法 實驗法 定性分析法 文獻研究法 制圖 比較法 模擬法 社會調查法 經驗總結法等 2 解決的技術 1 輸送機的工作原理 2 主要參數(shù)的設計 3 傳動軸及動力的計算 4 攻進挖掘機的技術要求 5 結構和裝配的計算 6 消耗的功率 三 方案及分析 1 對傳輸機和攻進挖掘機的工藝分析 分析主要技術要求和關鍵技術問題 審 查零件的結構和裝配 就能最后達到零件的技術要求 2 擬定工藝路線 零件的機械加工工藝過程是工藝規(guī)程設計的核心 設計時對該 工件通常應初擬幾個不同加工工藝路線 經分析后 取其中的最佳方案實施 4 進度安排和采取的主要措施 一 進度安排 1 撰寫個人選題報告 11 月 19 11 月 21 日 2 著手收集資料 并報送提綱審定 11 月 22 11 月 27 日 3 考慮總體方案 提交中期報告 12 月 10 12 月 12 日 4 繪制總體裝配圖 零件圖 提交初稿審查 12 月 17 12 月 23 日 5 課題全面總結 撰寫畢業(yè)論文 12 月 24 12 月 29 日 6 完成論文 修改圖紙 準備論文答辯 2013 年 1 月 12 13 日 二 主要措施 1 熟悉零件結構 分析零件作用及其工藝特點 選擇加工基準 2 制定工藝路線 確定機械加工余量 工序尺寸及切削用量等 3 繪制零件加工工序圖 繪制夾具圖 五 主要參考文獻 朱艷芳 機械設計基礎 吉林大學出版社 2010 年版 劉力 機械制圖 高等教育出版社 2004 年版 周彩榮 互換性與測量技術 機械工業(yè)出版社 2011 年版 聞邦椿 機械設計手冊 機械工業(yè)出版社 2010 年版 陳丹 工程力學 中國勞動社會保障出版社 2005 年版 司乃駿 機械制造工藝基礎 高等教育出版社 2008 年版 孫麗媛 機械制造工藝及專用夾具設計 冶金工業(yè)出版社 2003 年版 吳 拓 機械制造工藝與機床夾具 機械工業(yè)出版社 2006 年版 王先逵 機械制造工藝學 機械工業(yè)出版社 2006 年版 陳立德 機械制造裝備設計 高等教育出版社 2006 年版 六 指導老師意見 指導老師簽名 年 月 日 七 答辯小組意見 答辯小組長簽名 年 月 日 八 系畢業(yè)設計領導小組審核意見 系畢業(yè)設計領導小組負責人簽名 公章 年 月 日 附表 3 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 選題申報表 年 月 日 專 業(yè) 機械設計與制造 班 級 1 聯(lián)系電話 15225976310 學 生 姓 名 朱俊華 E mail 1767650671 擬選題目 螺旋窨挖掘機的設計 聯(lián)系電話 13803800104 指 導 老 師 馮躍霞 E mail 17688688409 指導老師 對選題意見 個人意見 該設計有利于社會環(huán)境 且有很好的經濟性 小組意見 有很大的前景 系主管審查 意見 說明 學生本人初選畢業(yè)設計 作業(yè) 題目后填報此表 指導老師根據(jù)選題進行初審 和修改 經系主管審批后正式確定題目 并由指導老師填寫 畢業(yè)設計 論文 任務書 下達給學生 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 0 頁 0 目錄 1 緒論 1 一 輸送機的設計 2 1 引言 2 1 2 螺旋輸送機的工作原理 2 1 3 主要參數(shù)設計 3 1 3 1 輸送量 3 1 3 2 螺旋之境的確定 4 1 3 3 螺旋轉速的確定 5 1 3 4 螺旋軸軸徑的確定 5 1 3 5 單片葉片下料實型確定 6 1 3 6 傾斜角度 7 1 3 7 消耗功率計算 7 1 4 傳動端軸的計算 8 二 攻進挖掘機的設計 9 2 1 攻進挖掘機的設計要求 9 2 2 攻進挖掘機的類型 9 2 3 攻進挖掘機的設計 9 2 3 1 結構設計 9 2 3 2 動力選擇 9 2 3 3 螺旋葉片下料實型確定 11 2 3 4 螺旋軸的確定 12 2 3 5 挖頭的設計 15 2 4 功率計算 16 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 0 頁 0 摘要 此螺旋挖掘機的主要的設計主要用于窨井的挖掘和挖掘出土石 的傳送 根據(jù)給定的輸送量以及物料特性分別進行葉片用料實 形 螺旋直徑 螺旋轉速等主要參數(shù)的設計計算 不計算自走 裝置 傳動部分由于工作方式的限制采用液壓傳動和液壓變速 根據(jù)計算得出主要參數(shù)選擇合適的電動機 最后根據(jù)計算所獲 得結果整理出安裝尺寸以及裝配圖的繪制 關鍵詞 螺旋輸送機 挖坑機 液壓傳動 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 0 頁 0 緒 論 螺旋窨井挖掘機是用于窨井挖掘的設備 主要為提高窨井挖掘效率 傳 統(tǒng)的窨井需要兩個以上的人合作挖掘一到兩天 本設備可以一人操作一小 時挖掘完成六米深窨井 窨井挖掘機的工作機構有兩大部分構成 一部分 是螺旋傳送機 用于挖出土石的傳送 另一部分是攻進挖掘部分 用于土 石挖掘 下面對這兩部分做一簡單的介紹 首先介紹螺旋傳送機 螺旋傳 送機是生產和物流運輸不可缺少的重要機械設備之一 在國民經濟的各個 部門中得到了相當廣泛的應用 已經遍及冶金 采礦 動力 建材 輕工 碼頭等一些重工業(yè)及交通運輸?shù)炔块T 本文主要為輸送原料進行螺旋輸送 機的相關結構和參數(shù)設計第二部分公斤挖掘部分 它主要用于破開土石 挖成一個直徑200毫米左右的洞適合后面的螺旋傳送機向下行進 由于能力有限 經驗不足 設計中還有許多不足之處 希望各位老師加以 指正 謝謝 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 2 頁 2 第 1 章 輸送機的的設計 1 1 引言 螺旋輸送機是一種常用的連續(xù)輸送機械 它是利用工作構件即螺旋體的旋轉 運動使物料向需要的方向運送 是現(xiàn)代化生產和物流運輸不可缺少的重要機械 設備之一 在國民經濟的各個部門中得到了相當廣泛的應用 已經遍及冶金 采礦 動力 建材 輕工 碼頭等一些重工業(yè)及交通運輸?shù)炔块T 主要是用來 運送大宗散貨物料 如煤 礦石 糧食 砂 化肥等 本文主要為輸送原料進 行螺旋輸送機的相關結構和參數(shù)設計 1 2 螺旋輸送機的工作原理 產中的螺旋輸送機主要用于原料的輸送和混合 一般采用實片無吊掛軸承 等螺距的單頭普通螺旋輸送機 其結構如圖 1 所示 它由一根裝有螺旋葉片的 轉軸和料槽組成 轉軸通過軸承安裝在料槽兩端軸承座上 轉軸一端的軸頭與 驅動裝置相聯(lián) 料槽頂面和槽底開有進 出料口 其工作原理是 物料從進料 口加入 當轉軸轉動時 物料受到螺旋葉片法向推力的作用 該推力的徑向分 力和葉片對物料的摩擦力 有可能帶著物料繞軸轉動 但由于物料本身的重力 和料槽對物料的摩擦力的緣故 才不與螺旋葉片一起旋轉 而在葉片法向推力 的軸向分力作用下 沿著料槽軸向移動 螺旋轉輸送機在輸送物料過程中 物 料的運動由于受旋轉螺旋的影響 其運動并非是單純的沿軸線作直線運動 而 是在一復合運動中沿螺旋軸作一個空間運動 設螺旋輸?shù)穆菪秊闃藴实牡嚷菥?等直徑 螺旋面升角為 的單頭螺旋 當螺旋面的升角 在展開的狀態(tài)時 螺旋線用一條斜直線來表示 下面以距離螺旋軸線 r 處的物料顆粒 M 作為研 究對象 進行運動分析 圖 2 旋轉螺旋面作用在物料顆粒 M 上的力為 P 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 2 頁 2 由于物料與葉片的摩擦關系 P 力的方向與螺旋面的法線方向偏離了 角 角的大小由物料對螺旋面的摩擦角 及螺旋面的表面粗糙程度決定 對于 一般熱壓或用冷軋鋼板拉制的螺旋面 可忽略其表面粗糙程度對 角的影響 即認為 P 力可分解為法向分力 P1 和徑向分力 P2 物料顆粒 M 在 P 力的作用下 在料槽中進行著一個復合運動 既沿軸向移動 又沿徑向旋轉 既有軸向速度 Vl 又有圓周速度 V2 其合速度為 V 當螺旋體以角速度 繞軸回轉時 距離螺旋葉片任一半徑 r 處的 O 點物料 運輸工業(yè)中螺旋輸送機 主要用于原料的輸送 一般采用實體螺旋葉片 由于本設計運送的為土石所以 也采用實體葉片 中間吊掛軸承等螺距的全葉式螺旋即S制法螺旋輸送機 其 一般結構圖如下圖1所示 它由一根裝有螺旋葉片的轉軸和料槽組成 轉軸通過軸承安裝在料槽兩端軸承 座上 轉軸一端的軸頭與驅動裝置相聯(lián) 料槽頂面和槽底開有進 出料口 其 工作原理是 物料從進料口加入 當轉軸轉動時 物料受到螺旋葉片法向推力 的作用 該推力的徑向分力和葉片對物料的摩擦力 有可能帶著物料繞軸轉動 但由于物料本身的重力和料槽對物料的摩擦力的緣故 才不與螺旋葉片一起旋 轉 而在葉片法向推力的軸向分力作用下 沿著料槽軸向移動 1 3 主要參數(shù)設計 1 3 1 輸送量 輸送量是衡量螺旋輸送機能力的一個重要指標 現(xiàn)傳送物料選擇為土石 平均挖掘量為10T 時 采用螺旋輸送 機作水平輸送 輸送距離為0 6米 在輸 送物料時 螺旋軸徑所占據(jù)的截面雖然對輸送能力有一定的影響 但對于整機 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 3 頁 3 而言所占比例不大 因此 螺旋輸送機的物料輸送量可粗略按下式計算 式中 Q 螺旋輸送機輸送量 t h F為料槽內物料層橫截 3601fQ 面積 入為物料的單位容積質量 t m 它同原料的種類 濕度 切料的長 度以及凈化方式 效果等多種因素有關 其值查閱相關的手冊 為傾斜輸送 系數(shù) 在實際工作中 通常不考慮物料軸向阻滯的影響 因此物料在料槽內的軸向 移動速度 所以 由式 4 可以看出 螺旋輸送機的物60 1ns 472nsDQ 料輸送量與D S n 有關 當物料輸送量Q確定后 可以調整螺旋外徑 D 螺距S 螺旋轉速n和填充系數(shù) 等四個參數(shù)來 滿足Q的要求 1 3 2 螺旋直徑的確定 螺旋葉片直徑是螺旋輸送機的重要參數(shù) 直接關系到輸送機的生產量和結構尺 寸 一般根據(jù)螺旋輸送機生產能力 輸送物料類型 結構和布置形式確定螺旋 葉片直徑 由經驗公式 米5 21 CGKD 此種螺旋輸送機以土石為輸送原料 由已知條件知 噸 時 1 212 0 G 倍系考慮生產數(shù)倍量 0 25 查表得物料填充系數(shù) 2 7噸 查表得物料堆積重度 3米 0 05651k 螺旋輸送機的螺旋軸直徑系列如下100 120 150 200 250 300 400 500 600 800 1200因窨井直徑要求取 D 1200mm 螺距不僅決定著螺旋的升角 還決定著在一定填充系數(shù)F物料運行的滑移面 所以螺距的大小直接影響著 物料輸送過程 輸送量Q和直 D一定時 螺距改變 物料運動的滑移面隨著改變 這將導致物料運動速度分布的變化 對于標準的輸送機 通常螺距為K 0 8 1 0 當傾斜布置或輸送物料流動性 較差時K 0 8 當水平布置時 K1 0 8 1 0 因選用全葉式螺旋 由于土石的難流動與豎直傳送其螺距和螺旋直徑的關系為 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 4 頁 4 S 0 3D 360mm取整值400 1 3 3螺旋轉速的確定 螺旋軸的轉速對輸送量有較大的影響 一般說來 螺旋軸轉速加快 輸送機的 生產能力提高 轉速過小則輸送機的輸送量下降但轉速也不宜過高 因為當轉 速超過一定的極限值時 會使攻進裝置過載 以致無法工作 所以還需要對轉 速n進行一定的限定 不能超過某一極限值 為了保證物料能比較平穩(wěn)地輸送 不至被挖掘中斷 根據(jù)實驗螺旋的極限轉速為 1Dk 2 式中D為螺旋直徑 為物料特性系數(shù) 查表可得土石的物料特性系數(shù)為0 043 2k 由以上計算可得D 1 2m 代入1式求的螺旋轉速 N 110轉 分 按螺旋輸送機轉速系列 20 30 35 45 60 75 90 120 150 190 因此 圓整取標準系列值 N 轉 分 在此校核填充系數(shù) SCnDG 247 24 018 120 47 1 在推薦范圍了 填充系數(shù)滿足要求 1 3 4 螺旋軸軸徑的確定 螺旋軸徑的大小與螺距有關 因為兩者共同決定了螺旋葉片的升角 也就決定 了物料的滑移方向及速度分布 所以應從考慮螺旋面與物料的摩擦關系以及速 度各分量的適當分布來確定最合理的軸徑與螺距之間的關系 根據(jù)物料的運動 分 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 5 頁 5 析 可知要保證物料在料槽中的軸向移動 螺旋軸徑處的軸向速度 要大于0 即螺1v 旋內升角 又因為tanp f tan S 所以螺距與軸徑之間的關 2 a d 系必須滿足的條件之一是 d fs 實踐證明 對大多數(shù)螺旋輸送機來說 一般其螺旋體的結構均能滿足第一個條 件的要求 但對螺旋體直徑較小 例如D 100mm 的螺旋輸送機來說 其 不一2 定能滿足第一個條件的要求 因而在確定較小直徑螺旋體的S和d時 必須進行 這項驗算工作 軸徑與螺距的關系還應滿足的第二個條件是 螺旋軸徑處的軸 向速度 要大于圓周速度 即 由此計算得出的軸徑相當大 這勢1v2v21v 必降低有效輸送截面 為了保證足夠的有效輸送截面 從而保證輸送能力 就 得加大結構 使得輸送機結構粗大笨重 成本增加 所以 螺旋軸徑與螺距的 關系應是輸送功能與結構的綜合 在能夠滿足輸送要求的前提下 直盡可能使 結 構緊湊 由于螺旋輸送機的填充系數(shù)較低 只要保證靠近葉片外側的物料具有較 大的軸向速度 且軸向速度大于圓周速度即可 一般軸徑計算公式為 d 00 5 0 0 2 D 在此 取d 0 125D 即 d 0 1 100 100mm 1 3 5 單片葉片下料實型確定 全葉式螺旋結構簡單 輸送效率亦高 適于輸送松散的物料 而葉片是極易磨 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 6 頁 6 損的原件 需要經常的制備和更換 葉片通常先煨制成長度為一個螺距的單節(jié) 葉片 再在轉軸上焊接成為連續(xù)的螺旋 單節(jié)螺旋葉片的計算方法如上圖所示 根據(jù)已知的 C D S d值 計算a R的值 計算公式如下 r 11 Lc R 2r 3r0745 3610 式中 42SC 51dL 由上面計算可知螺旋軸直徑d 100mm 螺旋直徑D 1200mm C 35mm M r 0 4m R 0 385M a 02 1 3 6 傾斜角度 螺旋輸送機的傾斜角度對于螺旋輸送機輸送過程的生產率和功率消耗都有 影響 一般它是以一個影響系數(shù)的形式來體現(xiàn)的 螺旋輸送機輸送能力將隨著 傾斜角度的增加而迅速降低 同時 螺旋輸送機布置時傾斜角度也將影響物料 的輸送效果 而且本款豎直傳送要考慮土石受重力的問題 另外傾斜角度的大 小還會影響填充系數(shù) 傾斜角度對填充系數(shù)的影響如表1 傾斜角度越大 允許 的填充系數(shù)越小 螺旋輸送機的輸送能力越低 因此 在滿足使用條件的前提 下 在此選用水平布置 提高輸送效率 即傾斜角度為零 1 3 7 螺旋傳送機消耗功率的計算 螺旋輸送機的功率 用以克服以下阻力 1 使被運物料提升高度H 水平或 傾斜 所需的能量 2 被運物料對料槽壁和螺旋面的摩擦所引起的能量消耗 3 物 料內部顆粒間的相互摩擦引起的能量消耗 4 中間軸與基座處的摩擦引起的能 量消耗 克服以上阻力所需軸功率 0N 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 7 頁 7 千瓦0N 367HLGk 所需電動機功率 千瓦電 367HLk 其中 為物料阻力系數(shù) 為輸送機水平投影長度 為垂直投影高度 H 采用液壓傳動 一般取 0 94總 傳 動 效 率 為功率備用系數(shù) 1 2 1 4 為軸功率 為電動機功率 kk0N電 由上式代入數(shù)值計算得 17 5千瓦0N 367HLG 5 1 367 17 8千瓦電 k 1 4 傳動端軸的計算 螺旋輸送機的傳動采用液壓傳動只校核傳入端軸直徑d 直徑d是由螺旋直 徑D的系列所確定 但端軸傳遞的功率則隨螺旋輸送機的水平投影長度L和垂直 投影高度H值的增加而增大 為了保證端軸能可靠的傳遞功率 確定功率后 對 端軸進行強度驗算 一定系列螺旋輸送機的端軸所能承受的扭矩M和懸臂力P是 固定的 端軸的需用扭矩通常以許用千瓦轉速比 表示 nN 現(xiàn)擬采用聯(lián)軸節(jié)和減速器作為傳動裝置 端軸受扭矩作用 進行千瓦轉速驗算 K千瓦 轉 分 查表得D 100毫米時 05 6 3 0 nN 所以端軸強度滿足強度要求 0 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 8 頁 8 第 2 章 攻進挖坑機的設計 2 1 攻進挖坑機的設計要求 1 挖坑機所挖出的坑徑應該方便螺旋輸送機下行的要求 2 挖出的坑徑要有較好的垂直度 坑壁應整齊 3 要求出土率在90 以上 以便在螺旋輸送機的工進 挖坑時 拋出土應 在坑的周圍 拋土半徑不應太大 以便處理 2 2 攻進挖坑機的類型 挖坑機的種類很多 如果按與配套動力的掛接方式對其進行分類 可分為 懸掛式挖坑機 手提式挖坑機 牽引式挖坑機和自走式挖坑機本次挖坑機主要 起到工進作用 按挖坑機上配置的鉆頭數(shù)量可分為單鉆頭 雙鉆頭和多鉆頭掘 坑機 挖坑機的鉆頭根據(jù)形狀可分為螺旋式鉆頭螺旋帶型鉆頭 葉片型鉆頭和 螺旋齒式鉆頭等 本設計綜合考慮采用雙鉆頭 對于懸掛式挖坑機 機器懸 掛在拖拉機上主要用于地形平緩或拖拉機可以通行的地方 鉆頭的升降由拖拉 機手通過拖拉機液壓系統(tǒng)操縱 挖坑直徑和深度都比較大 也可以多鉆頭同時 作業(yè) 自走式挖坑機設計成整體自走式 挖坑機本身自帶動力 通過性較好 技術含量和自動化程度較高 價格昂貴 后兩種挖坑機由于局限性較大 在我 國應用較少 單鉆頭挖坑機在我國應用比較普遍 多鉆頭挖坑機則比較少見 挖坑機的鉆頭形狀多為螺旋式或螺旋帶型 2 3 攻進挖掘機的設計 2 3 1 結構設計 挖坑機是由拖拉機或電動機輸出動力 帶動液壓泵 帶動本設計所采用的 液壓泵 同時在液壓提升機構控制下上下運動 以此實現(xiàn)挖頭切土和拋土 從 而形成土坑 據(jù)資料顯示 挖坑機基本情況如下 配套動力22 40kW 坑徑 300 1000mm 坑深300mm 挖頭結構為螺旋葉片式 有單頭或多頭之分 導程 也各不相同 也有變導程的 其結構和工作原理基本相同 2 3 2 動力選擇 原始數(shù)據(jù) 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 9 頁 9 1 深度 mm 500 2 鉆頭長度 360 3 鉆頭轉數(shù) r min 隨鉆深變速 4 運輸間隙 mm 450 5 鉆頭直徑 mm 300 挖坑的動力消耗與坑徑 坑深 土壤硬度和下降速度有關 通過試驗 坑徑D 600mm 坑深H 800mm 配套動力應在20kW以下 動力大則效率大 對機械本身強度要求高但傳動采用液壓轉動所以穿動動力不會打機械本身 已知數(shù)據(jù) 1 輸送高度H 0m 2 土壤松散密度r 2 7t m 3 所查土壤的實體密度 實 2 6 2 8t m3 3 轉速n 0 300r m 此是所要求的鉆頭轉速 4 物料填充系數(shù) 0 6 經驗數(shù)據(jù)垂直螺旋挖掘鏟的填充系數(shù) 0 5 由 2 中知港口使用的垂直螺旋卸船機 0 7 0 8 故估算 0 6 垂直螺旋挖掘鏟的軸功率計算公式 y QHP3470 其中 sin si co00 rtg Q 螺旋能力 Q 542 6t h 螺旋挖掘效率0r 絕對速度與水平線間夾角 螺旋葉片螺旋角 推薦 015 土壤與螺旋表面之間的摩擦角 則可相應地土壤與外殼間摩擦系數(shù) 3 1f 由 3 中 1ftg 知摩擦角03 195 arctg 由此查 中表 15 24 可得 7 0 02r 由 3 式 kw96 7 68420 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 10 頁 10 選擇的動力是電動機 kwP75 21 84096 21 柴油機的效率是 401 傳動過程中的效率 02 2 3 3 螺旋葉片類型及尺寸確定 螺旋挖掘鏟的葉片有實體型 帶式 葉片型及齒形四種 據(jù)實際情況宜采 用帶氏螺旋 這也是常用的形式 按設計的直徑 螺旋和厚度通過帶鋼材連續(xù) 冷軋而制成整體螺旋葉片 安裝在給定尺寸管軸上組成螺旋體 2 分段式螺 旋葉片是將葉片制成等螺距的單片 然后將每個單片彼此對焊在一起構成螺旋 體 制成的螺旋體在轉動過程中應具有一定的剛度 與機殼保持一定的間距 由于分段式螺旋葉片不需要大型專用設備 可以按需要制成需要制成異形的 大直徑的 加厚的 要求淬火的及特殊材質的葉片 分段式實體型螺旋葉片通 常是將薄鋼板經下料后用模具冷壓或熱壓制成 所以本次設計中采用分段式螺 旋葉片 其下料尺寸如下圖12所示 13 則L 2043 mm 2 SD 260 14 3 L 798 mm1d 2 d 螺旋軸直徑 由后面計算得為160mm D 螺旋葉片直徑 取620mm S 螺距 取620mm L 螺旋葉片料坯外孔弧長度 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 11 頁 11 L 螺旋葉片料坯內孔弧長度1 R r L L 即r L L R b R r R r b 則 r L b L 11 1 所需螺旋個數(shù) X L S 6200 620 10 這里的L 是根據(jù)滾筒的長度來算的 根據(jù)具體設計用3 5mm鋼板來切割出圓環(huán) 可根據(jù)公式求出圓心角a a 2 R L 2 Rx360 5 8 2 3 4 螺旋軸的確定 1 選材及熱處理 一般情況下選 45 號鋼 調質或正火 也可用 35 40 50 號鋼 不重要或受力 較小的軸可選用 Q235 Q275 高速重載下 可選合金鋼 可對軸頸表面淬火 低碳鋼的可滲碳 淬火 但對應力集中敏感 應在結構設計中充分注意 球墨 鑄鐵吸振性好 對應力集中不敏感 耐磨 具體材料與機構性能詳見表 7 選 擇 45 號鋼 11 調質處理 該軸硬度為 170HB 217HB 彎曲應力 590 Map b 295 Map 255 Map 140 MPa 55 MPas 1 1 1 軸的結構設計 由于本螺旋挖掘鏟的挖坑深度是 500mm 了提高軸的剛度和抗彎強度 因 此根據(jù)軸的實際生產經驗 查表初步選擇 35 的鋼管 即直徑為 35 毫米 2 軸的校核 雖然土壤在軸四周被均勻輸送 螺旋軸在旋轉時 由于自身的重力和焊在 其上面的螺旋葉片的重力 此軸不僅受扭矩還受彎矩 所以在此需要校核其扭 矩及彎矩的強度和剛度 由于所選的螺旋葉片螺距 S 400 挖掘深度為 300m 該螺旋葉片的導程 P 620mm 據(jù) L nS 可知有 1 個螺距 3 估算軸的直徑 軸的直徑計算式 19 軸 d 90 5 300mm 1 430 nPA 435 01962 式中 d 軸的直徑 P 軸傳遞的額定功率 Kw n 軸的轉速 r min 按 而定的系數(shù) 126 103 見機械設計手冊 0A 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 12 頁 12 空心軸的內徑與外徑之比 取 0 5 根據(jù)軸的扭轉強度條件公式 32 0 95dnPWT 式中 扭轉切應力 單位為 MPa T 軸所受的扭矩 單位為 N m 軸的抗扭截面系數(shù) TW3m 軸的許用轉應力 25 45 見機械設計手冊 aMP 43 27MPa 2160 3 9 5 T 所以軸徑 36mm 符合設計需要 表 4 軸的材料參數(shù)表 軸的材料 Q235 A20 Q275 35 45 40Cr 等高強度鋼 2mN15 25 20 35 25 45 35 55 A 149 126 135 112 126 103 112 97 注 表中所給出的 值是考慮了彎曲影響而降低了的許用扭轉剪應力 在下列情況下 取較大值 A 取較小值 彎矩較小或只受扭矩作用 載 荷較平穩(wěn) 無軸向載荷或只有較小的軸向載荷 減速器的低速軸 軸單向旋轉 反之 取較小值 A 取較大值 在計算減速器中間軸的危險截面處 安裝小齒輪處 的直徑時 若軸的 材料為 45 號鋼 可取 A 130 165 螺旋軸直徑為 36 軸的疲勞強度校核 由扭矩 T 形成的扭轉剪應力為 T W T WT抗扭截面系數(shù) W T 1 16 d D3D4 根據(jù)已知 P n 可得出 M 9549 9549 24 403 N m nP9023 對于直徑為 d 的圓軸彎曲應力為 M W 扭轉切應力 T WT T 2W 將 和 代 入式 3 中則軸的彎扭強度條件為 e W 122 TM 1 18 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 13 頁 13 其中 T np950 通常由彎矩所產生的彎曲應力 是對稱循環(huán)變應力 而由扭矩所產生的扭 轉切應力 則不是對稱循環(huán)變應力 為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響 引入 折合系數(shù) 則計算應力為 式中的彎曲應力為對稱循環(huán)變應 22 aMca 力 當 為靜應力時取 當 為脈動循環(huán)變應力時 若 為對稱3 0 6 0 循環(huán)變應力時取 1 在本文中 取 0 3 根據(jù)設計計算的需要求出已知量 方便后序計算 抗彎截面系數(shù) 34380 1 0mdW 抗扭截面系數(shù) 962T 極慣性系數(shù) 474103 1 3DIP 式中 抗扭截面系數(shù) TW 抗彎截面系數(shù) 軸截面的極慣性矩 PI 軸內徑與外徑之比 根據(jù)上面公式求得 T 221 56N m 48000 W3 所以 e W 122 TM MPa48 156 2 04 80122 1 19 由于螺旋軸葉片均勻分布在螺旋軸上 因此它們的自重為均布載荷 螺旋 軸可簡化為均布載荷作用下的簡支梁 如圖 11 所示 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 14 頁 14 圖 11 螺旋軸的受力分布圖 則螺旋軸的彎矩 6 為 maxM8 2ql 20 將已知數(shù)值代入 19 式得出 50MPae 查表 3 可知軸材料為 45 鋼的 590 MPa 的 55 MPab 1 由于 50 55 即 滿足彎曲扭轉強度要求 e 1 2 3 5 挖頭的設計 挖頭挖坑時 切土 螺旋提升和拋土過程雖然簡單 但其力學摸型及計算 十分復雜 而且結果定量的指導性很差 當挖頭為螺旋式 葉片內徑 即中心管 D 80ram 葉片外徑800mm 坑深1000mm時 宜采用單頭式 左旋 導程為 600lnm 外徑切土入土角d外 12 5 內徑切土入土角d內 64 平均入土角d均 38 25 拋土半徑1200 1500mm 此時十分有利于原土回填 試驗表明 能夠 完全滿足工作要求 試驗也證明采用單頭比雙頭易于入土 尤其在堅硬土壤情 況下更能顯出其優(yōu)越性 本次挖頭設計如下所示 圖12 挖頭設計簡圖 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 15 頁 15 2 4 功率的計算 攻進挖掘機機的功率 用以克服以下阻力 1 使被土石提升高度H 水平或 傾斜 所需的能量 2 被拋起土石槽壁和螺旋面的摩擦所引起的能量消耗 3 土石 內部顆粒間的相互摩擦引起的能量消耗 4 中間軸與基座處的摩擦引起的能量 消耗 5 攻進土石消耗的功率 克服以上阻力所需軸功率 0N 千瓦0N 367HLGk 所需電動機功率 千瓦電 367HLk 其中 為物料阻力系數(shù) 為輸送機水平投影長度 為垂直投影高度 H 由螺旋輸送機帶動 直接取 1總 傳 動 效 率 為功率備用系數(shù) 1 2 1 4 為軸功率 為消耗的電動機功率 kk0N電 由上式代入數(shù)值計算得 7 5千瓦0N 367HLG 5 1 367 7 5千瓦電 k 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 16 頁 16 致謝 感謝我的指導老師 馮躍霞老師 馮老師在本次設計中給予了我相當多 的指導 從課題的選定 資料的收集 課題的具體設計到論文的審定改進 每 次遇到問題 馮老師都會及時認真的給予指導 使我少走了很多彎路 不僅使 我在專業(yè)能力上有了很大提高 更使我在做人做事方面有了積極地認識 由于本次畢業(yè)設計 我設計的是螺旋挖掘機 工件結構比較復雜 而我考 慮問題時時常顧此失彼 對問題的理解不夠深入 設計中會出現(xiàn)很多工藝問題 每次找馮老師時 馮老師都是非常耐心的幫我找到問題的根源 促使我找到解 決問題的方法 此外 馮司老師還不斷地鼓勵我 使我有足夠的自信心把本次 設計做好 我自己做事有心浮氣躁的毛病 在設計中總是急于求成 造成設計 過程中漏洞頗多 而馮老師每次都能指出問題 讓我把問題解決 錯誤改正 知道問題出現(xiàn)在哪兒 如果沒有馮老師的指導和幫助 我根本不能順利完成這次設計 感謝馮老 師給予我的寶貴建議并培養(yǎng)我解決問題的能力 在馮老師的指導下 我不僅開 拓了思路 擴大了視野 豐富了知識面 還初步掌握了分析和處理具體實踐問 題的科學方法 為今后工作發(fā)展打下了堅實的基礎 在此謹向馮躍霞老師致以 衷心的感謝和真誠的敬意 感謝和我一起做課題的同學 由于工作的緊迫 我沒有足夠的時間和精力 投入到課題的設計 幸得他們的鼓勵和協(xié)助 使我能夠參與本次設計 并安心 工作 感謝母校 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院為我提供舒適全面的學習環(huán)境 感謝三年來各位老師同學的關心和幫助 此外 還要感謝我的父母 感謝他們多年來的養(yǎng)育之恩 使我安心順利 的完成學業(yè) 新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 第 17 頁 17 參考文獻 劉力 機械制圖 高等教育出版社 2004 年版 周彩榮 互換性與測量技術 機械工業(yè)出版社 2011 年版 朱艷芳 機械設計基礎 吉林大學出版社 2010 年版 司乃駿 機械制造工藝 高等教育出版社 2008 年版 夏曉峰 現(xiàn)代制造技術 高等教育出版社 2008 年版 韓洪濤 機械加工設備與公裝 高等教育出版社 2009 年版 陳丹 工程力學 中國勞動社會保障出版社 2005 年版 聞邦椿 機械設計手冊 機械工業(yè)出版社 2010 年版 許德珠 機械工程材料 高等教育出版社 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