毕业设计（论文）刮板输送机设计

1 前言采掘下来的煤或其它有用矿物，只有运出矿井才有使用价值。因此，运输是煤炭生产过程中非常重要的一部分。刮板输送机是煤炭装运的第一个环节，因此，刮板输送机的输送能力在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率。然而，井下运输在工作面和巷道中进行，巷道是根据煤层条件，按开采方法的需要，综合各种要求，在煤层或岩石中开凿出的。因此，井下运输条件的特点是：在有限断面的巷道内运行；线路是水平和倾斜交错连接；运输的货载品多种多样；装载点常常变更，有的线路需经常延长或缩短；机械化采煤连续生产、小时生产率高；环境湿度大，有的工作地点有沼气或煤尘。由此可见，作为为采煤工作面和采区巷道运煤的机械刮板输送机在使用中，要承受拉、压、弯曲、冲击、摩擦和腐蚀等多种作用，必须要有足够的强度、刚度、耐磨和耐腐蚀性。由于它的运输方式是物料和刮板链都在槽内滑行，运行阻力和磨损都很大。但是，在采煤工作面运煤，目前还没有更好的机械可代替它。只能从结构上、强度上和制造工艺上不断研究改进，使它更加完善、耐用。由此可见，刮板输送机是煤炭等矿物运输中必不可少的运输机械。然而，我国刮板输送机的技术水平只相当于80年代初期的国际水平,落后于国际先进水平1015年，与国外相比，我国刮板输送机技术水平低，主要表现在：a. 装机功率小,输送能力低,运输距离短。b. 我国工作面刮板输送机可控驱动装置、自动调链装和工况监测系统等均为空白。c耐久性差,可靠性低，事故率高，寿命短。近几年综采技术的发展速度很快，刮板输送机必然随着综采技术的发展而继续发展,其发展趋势是:a. 向大型化发展。b. 向高耐久性,高可靠性方向发展。c. 向智能化自动化方向发展。采用可控驱动装置和自动调链装置及工况监测系统等，增设自动紧链和工况监测显示,传输及报警系统,为双高工作面进一步扩大发展创造条件。d. 向标准化、规范化方向发展。输送机另部件普遍标准化,规范化,保证设计、加工质量和水平。e. 向高适应性发展。适应不同综采工艺的工作面刮板输送机将会继续发展。f. 链条将普遍采用强化链,既有利于降低机身高度,增大装煤量,又有足够强度。同时,随着链环强度的提高,单链重型刮板输送机将得到很大发展。g. 长运输距离。为了减少采区阶段煤柱的损失量，加大工作面的长度，刮板输送机的长度应加大。h. 长寿命。由于使用大直径圆环链，增加了刮板链的强度，延长了刮板输送机的寿命。然而，我国生产技术落后，目前设计生产的刮板输送机装机功率小,输送能力低,运输距离短，耐久性差,可靠性低，寿命短，而刮板输送机是综采工作面配套设备的重要组成部分,是煤炭装运的第一个环节,在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率，因此，研究制造自己的高产高效输送机迫在眉睫。本文首先综合比较了各种类型输送机的特点，根据实际情况选用了中单链型刮板输送机的设计。而后，对中单链型刮板输送机进行了总体结构设计。对机头传动装置、过渡槽、中部槽、刮板链、刮板、链轮、机尾等主要部件进行了技术分析和结构设计，完成了中单链型刮板输送机的整体设计。此次设计的中单链型刮板输送机左右两侧对称，可以在两侧壁上安装减速器，以适应左、右采煤工作面的需要。另外，可以很容易将机尾改装成机头，而适应各种特殊情况。此次设计的中单链型刮板输送机的特点是结构简单,受力均匀,运行平稳,摩擦阻力小,溜槽利用率高，弯曲性能好,不易出现堵塞，具有很强的适应性。2 方案选定刮板输送机链条在溜槽内布置方式，常用的有中单链、中双链及边双链。其特点分别是：a. 中单链。刮板在溜槽内起导向作用，一条链条位于刮板中心。其特点是结构简单，弯曲性能好，链条受力均匀，溜槽磨损小。其缺点是过煤空间小，机头尺寸较大，能量消耗较大。b. 边双链。链条和连接环起向导作用，链条位于刮板两端。其特点是过煤空间大，消耗能量小。其缺点是水平弯曲时链条受力不均匀，溜槽磨损较大。c. 中双链。刮板在溜槽内起向导作用，两条链条在刮板中间，其间距不小于槽宽的20%，其特点是链条受力均匀，溜槽磨损小，水平弯曲性能好，机头尺寸较小，单股链条断时处理方便。缺点是过煤空间小，能量消耗大。综上，中单链刮板输送机的特点是结构简单,事故少,受力均匀,运行平稳,摩擦阻力小,溜槽利用率高和弯曲性能好,在输送机上不易出现堵塞。缺点是预张力较大。中单链可弯曲刮板输送机系列适用于厚度在0.8米以上，倾角在 15之间的缓倾斜工作面，也可用于顺槽及煤巷掘进面。本机主要适用于缓倾斜中厚煤层长壁式经济综采或高档普采的回采工作面，在放顶煤回采工作面应用也越来越多，可与采煤机、液压支架等设备配套，以实现回采工作面的落煤、装煤、运煤、支护和工作面的连续作业等。又考虑到所设计的刮板输送机的运输功率比较小和上述各种链型的特点，选用中单链型刮板输送机。目前，刮板输送机的机头、机尾部采用螺栓连接，而连接螺栓强度不足，容易断裂，可靠性不高，为此，本次设计机头、机尾部采用焊接板式，这样可以减少螺栓连接不但可以提高可靠性，而且可以减少孔和螺纹的加工而减少工序，降低成本。另外，考虑设计的输送机运输量较低，功率比较小，因此，即使重载启动需要的电动机转矩也不会太大，电动机和减速器用弹性联轴器连接就可以满足要求，这样不使用液力耦合器，不但可以减小机头的体积和重量，也省掉了向工作面输送工作液等过程,减少了材料消耗和对环境的污染,没有因密封漏油而失效的问题，从而可以降低成本，提高经济性。刮板链的强度问题一直是困扰国产刮板输送机的大问题。由于磨损、疲劳、自身质量差、锈蚀等原因,使新链条在使用3个月后断链事故明显增多。为此，链条将采用圆环链，既有利于降低机身高度,增大装煤量,又有足够强度。国产刮板输送机的联接螺栓可靠性普遍较差,机头、机尾推移部上的联接螺栓经常出现拉断现象,造成推移困难，铲煤板和刮板上的螺栓经常出现松动、脱落,造成零件丢失,影响铲煤和运煤效果，使中部头强度不足。因此，中部槽采用整体铸造和轧制,尽量减少螺栓联接，为了减少空载功率消耗,中部槽采用封底结构取消铲、挡板的联接螺栓,提高工作可靠性。3 刮板输送机的整体设计计算3.1 任务书要求：设计长度：L=40m，运输能力：Q=30t/h，链速：V=0.63m/s。3.2 运输能力按连续运行的计算公式，其运输能力为 图表 1（3-1）式中运行物料的断面积F，与中部槽的规格及其承载能力有关。中部槽运行物料断面的上界限呈曲线形，形状与物料的性质、块度情况有关，需经实测确定，通常按等腰三角形计算，其底角取物料的堆积角，一般取2030计，按物料性质、块度情况选定。F按中部槽的尺寸由几何关系求得。由于刮板链占据一定空间，实际面积比F小一些，计算时要乘以小于1的装满系数。故运输能力按下式计算 （3-2）式中 刮板输送机的运输能力，t/h；中部槽物料运行时的断面积，；装满系数；物料的散碎密度，图表 2；刮板链速，图表 3。由任务书知=0.63m/s，刮板输送机的运输能力Q=30t/h；装满系数取0.9，物料的散碎密度取900。由式（3-2）可得根据所选链型，查刮板输送机中部槽尺寸系列，得中部槽尺寸：1200280125。3.3 运行阻力刮板输送机运行阻力按直线段和曲线段分别计算。3.3.1 直线段的运行阻力沿倾斜运行的刮板输送机的重段直线段。运行时除了要克服煤和刮板链的运行阻力，还要克服煤和刮板链的重力。通常将它们一起计为总运行阻力。作为牵引构件的刮板链，在重段直线段运行的总阻力为图表 4图表 5 （3-3）刮板链在空段直线段的运行总阻力为 （3-4）式中 重段直线段的总阻力，N；空段直线段的总阻力，N；中部槽单位长度上的装煤量，；刮板链单位长度的质量，；刮板输送机的长度，m；煤在槽内运行的阻力系数；刮板链在槽内运行的阻力系数；重力加速度，图表 6；倾斜角度。“+”“-”号的选取，该段向上运行时取“+”，向下取“-”。阻力系数的数值，与煤的性质、刮板链型式、肿部槽型式、安装条件等许多条件有关。准确值需由实验得到，通常计算时，单链w取0.40.6，w1=0.30.4。当机身在中部槽平面有弯曲段时，如图3-1。在弯曲段，刮板链沿槽帮滑行，相当于牵引链绕固定的圆弧导向体。这种情况下应按式（附-1）式（附-2）另计弯曲段的附加阻力。工作面用可弯曲刮板输送机是在这种情况下运行。弯曲段的中心角可由几何关系求出。图表 7图3-1 机身弯曲段及其几何关系如图图3-1所示，图a为在工作面内弯曲段的相关尺寸；图b为刮板链的运行系统；图c为弯曲段中线的几何关系。由图d得 （3-5） （3-6）由图c的得 图表 8（3-7） （3-8）由得 （3-9） （3-10）式中 相邻两节中部槽间的最大折曲角；标准中部槽长，m；R弯曲段的半径，m；机身推移距离，m；弯曲段全长，m；弯曲段中心角。空段和重段两个弯曲段的附加阻力，由式（附-2）得图表 9 （3-11） （3-12）式中 空段弯曲段的附加阻力；重段弯曲段的附加阻力；、图图3-1b中各点的张力；刮板链与槽帮间的摩擦系数，可取为0.4；自然对数的底。由于按理论推导的公式计算麻烦，而且实际情况多变，所以经常按直线段阻力的10%记为弯曲段的附加阻力。即 图表 10（3-13）中部槽单位长度的装煤量取w=0.5,w1=0.35,查圆环链表得，L=40m,根据具体使用情况，取，由式（3-3）、（3-4）计算得。估算弯曲段的附加阻力为图表 11则直线段的运行总阻力3.3.2 绕经曲线段的阻力链条绕经链轮的阻力，由以下三部分组成：a. 在链条与链轮的相遇点，当它由直线变成弯曲时，因链条的转折所产生的阻力图表 12；b. 链轮转轴上的摩擦阻力；c. 在链条饶出链轮的分离点，当它由弯变成直时，因链条的转折所产生的阻力。如图3-2示，设链条的张力，在与链轮的相遇点为；与链轮的分离点为。在相遇点由直变弯绕进链轮时，链轴上的摩擦阻力为 （3-14）式中 相遇点链轴上的摩擦阻力，N链条在相遇点的张力，N链轴的摩擦系数。图表 13图3-2 链条绕经链轮的阻力 把这个作用于链轴上的摩擦力，变位到链轮的节圆周上，即为链条转折弯曲的摩擦力给链轮旋转增加的阻力。按作功相等的条件得图表 14 （3-15）将以公式（1-17）代入，整理得 （3-16）式中 链条由直变弯的阻力，N；链轴直径，mm；链轮直径，mm；链条绕进链轮时，相邻两链节转折的角度。同理可得，在分离点链条由弯变直，因链轴上的摩擦给链轮旋转增加的阻力为 （3-17）式中： 链条由弯变直的阻力，N；链条在分离点的张力，N。链轮转轴上的摩擦阻力，当链条的饶进和绕出两股平行时图表 15 （3-18）式中 链轮转轴上的摩擦阻力，N；链轮转轴的摩擦系数。把作用于链轮转轴上的摩擦阻力，变位到链轮节圆周上，即为转轴上的摩擦力给链轮旋转的阻力。按力矩相等的条件得图表 16 （3-19）将以公式（3-18）代入，整理得 （3-20）式中 链轮轴上的摩擦阻力，N；链轮转轴的直径，mm。由上分析得到，链条饶经链轮的阻力为图表 17 （3-21）令 （3-22）则 （3-23）由于公式计算复杂，使用中经常根据经验按直线段的运行总阻力的10%记为绕经曲线段的阻力，即 （3-24）则饶经曲线段的阻力为则刮板输送机运行总静负荷为图表 183.3.3 牵引链的动负荷链啮合传动，是驱动链轮通过轮齿与链节的啮合，将链轮旋转的转矩，变成直线牵引力给牵引链。链条是由许多刚性链节组成，绕经链轮时呈多边形围绕，链条是间歇地随相遇点轮齿运动。当链轮作等速圆周运动时，链条是变速直线运动，并以链轮旋转一个链节所对应的中心角为周期。这种运动特性，可由下述分析看出。把链条当作刚体，设链轮节圆的半径为R，链轮旋转的角速度为，如图图3-3a所示，为相遇点轮齿的圆周速度与水平线的夹角，为链条水平运动的瞬时速度，可以看出， 图表 19（3-25）角的大小，等于相遇点轮齿的半径与链轮纵轴线的夹角，这个夹角随链轮的旋转变化，从在相遇点刚开始啮合时的，逐渐减小到0，再逐渐增加到。链轮继续旋转时，另一个轮齿在相遇点与链条啮合，链条的速度就随这个新的相遇点轮齿的运动而变化。据此，式（3-25）中的变化范围为式中为一个链节所对应的链轮的圆心角。图3-3 链传动的速度分析由此可知，即使链轮的角速度不变，链条的瞬时速度也是变化的，其速度特性如公式（3-25）所示，速度变化的周期为链轮旋转一个。链条速度变化曲线日图图3-3b，链速的变化范围 由于链速的变化，链条运动中就有加速度，链条运动的加速度为图表 20 （3-26）链条运动的加速度也随角变化，其变化范围为加速度变化曲线见图图3-3b。可以看出，链条在相遇点啮合开始时的加速度最大，随链轮旋转，加速度逐渐减到0，然后达到最大负值，到另一个链轮啮合时，链条运行的加速度，由最大负值突变到正最大值。加速度变化周期也是链轮旋转一个角所需时间。最大加速度的绝对值为 （3-27）由链轮的几何关系得 （3-28）将式（3-28）代入式（3-27）得 图表 21（3-29）式中 链条最大加速度；链轮旋转的角速度；链节距；R链轮分度圆半径。有以上分析可知链条是作变加速运动的。有加速度就有惯性力，因此，链条在运动中，不仅受静负荷，还受有动负荷，并且是周期性动负荷。加速度为正，惯性力的方向相反，动负荷使链条的张力增加；加速度为负，惯性力的方向与运行方向相同，动负荷使链条的张力减小。由图3-3b可以看到，后一个轮齿开始啮合的瞬间，链条的加速度从-增到+，在这瞬间的加速度为2。如果参与这一加速度运动的质量为M，则链条所受的动负荷为2M。由于这一负荷是瞬间施加的，按力学原理，突加载荷在链条中产生的应力大一倍。这样，链条所受的动负荷应按4M计。考虑到这个变化瞬间，后一个轮齿啮合之前的加速度为，其惯性力与链条运动方向相同，因此，链条实际所受的最大动负荷按下式计算 图表 22 （3-30）实际上，链条不是刚体，在张力作用下它有变形。刮板输送机用的圆环链，其刚度视不同规格为（26）N。作为弹性体的链条，链轮传给它的牵引力，不能同时作用在整条链子上，而有一定的传播速度，也不是整条链子都是一个相同的加速度，参与加速度运动的质量也不是整条链子及所带的负载。因此，式（3-30）只可用在链子很短的情况。对于弹性链，只要不在共振条件下运行，链条所受的最大动负荷，比用此式计算的要小。输送机的刮板链，在承载后被煤埋在槽内，沿槽底滑动运行，由于其工作条件复杂多变，虽已进行了许多研究，还不能准确的计算出其动负荷。所以目前近似的按静负荷的20%计算。则动负荷为图表 233.3.4 总运行阻力综上可得总运行阻力为3.4 电动机功率P驱动轴上的功率为： （3-31）为传动装置效率，取0.8则计算得 图表 24考虑到采区的电压降以及难以准确计算的额外阻力，实际配备的电动机功率应比增加15%20%的备用量。则电动机功率又考虑有时可能倾角大于10度或其他原因使工作阻力偏大，固选择电动机功率为7.5KW。3.5 圆环链的选择计算圆环链在工作时受拉伸和弯曲，环内应力状况复杂，理论计算较困难。因此，圆环链通常按最大牵引力选择，即：单链牵引时 图表 25（3-32）双链牵引时 （3-33）式中 圆环链的最小破断负荷，N； 双链牵引时的不均匀系数，一般取； 安全系数，采煤机用的圆环链，可取； 刮板输送机用的圆环链，取。由式（3-32）得图表 26 （3-34）取 则 查表选择圆环链为 B级3.6 刮板链的安全系数安全系数是链条破断拉力与最大张力之比。则刮板链的安全系数为单链 图表 27 （3-35）式中 n链条的安全系数，一般n3.5查得则 4 传动系统刮板输送机的传动系统比较简单，其传动原理图如图4-1。图表 28图4-1 传动原理图1-电动机；2-减速器；3-机头链轮；4-机尾链轮 5 结构设计刮板输送机的基本组成如图5-1所示。装有刮板的链条2，围绕驱动链轮1接成封闭圆环。刮板链置于上、下溜槽3和4中，将刮板链连续循环运行，装入溜槽中的物料，被刮板链拖拉，在槽内滑动运行到一端卸下。图表 29图5-1 刮板输送机的基本组成 1-尾部链轮；2-刮板链；3-上溜槽；4-下溜槽；5-驱动链轮 5.1 驱动装置位置的确定驱动装置应该设置在使牵引力构件的最大张力为最小，且所需张紧力最小的位置。有牵引构件的运输机械，驱动装置是通过牵引构件传递牵引力，以克服各种运行阻力 使机器运行。阻力愈大，牵引构件的张力增加也大。由于连续运输机械的运行阻力是沿途分布的，因而牵引构件的张力沿运行方向逐渐增加。牵引构件在各点的张力，用“逐点计算法”计算。逐点计算法，是计算牵引构件在运行时，其各点张力的方法。逐点计算法的规则是：牵引构件某一点上的张力，等于沿其运行方向后一点的张力与这两点间的运行阻力之和。用公式表达为图表 30 （5-1）式中 、分别为牵引构件上前后两点的张力；前后两点间的运行阻力。用逐点计算法求算牵引构件个点上的张力，可以从任意点开始，依次分别绕进和绕出驱动装置的相遇点和分离点进行。由于连续运行的运输机械对牵引构件的最小张力往往有一定的要求，所以，计算各点张力时，通常是从牵引构件的最小张力点开始。牵引构件运行时，最小张力点的位置，依运动方向、驱动装置和安装倾角的不同而异，在给定的工作条件下，按逐点计算规则，经比较确定。本次设计，向上运输物料，驱动装置在上端，最简单的线路如图图5-2示，用逐点计算法求各点张力的方法如下。图5-2 用逐点计算法求张力图 沿牵引构件的运行方向，将直线和曲线段的变换点逐点编号。据逐点计算法的规则，可写出下列各式。 图表 31 （5-2） （5-3） （5-4）式中 、分别为牵引构件在各点的张力；空行程段（以后称空段）的运行阻力；承载段（以后称重段）的运行阻力；绕经上端曲线23的阻力。最小张力点的位置，按图5-2的条件，当倾角不大，0时，可以看出 （5-5）驱动装置的位置，对牵引构件的张力有影响。设置驱动装置的位置，如果没有其他条件限制，例如，供电是否方便；有无便于安装和维护的合适空间等，应该设置在使牵引力构件的最大张力为最小，且所需张紧力最小的位置。在不同位置时，牵引构件的最大张力可作如图图5-3的比较：图表 32图5-3 驱动装置位置不同的比较 按图a的位置时，最小张力在1点，设其张力值为，据逐点计算法的规则得 （5-6） （5-7）整理得 图表 33 （5-8） （5-9）按图b的位置时，最小张力在点，其张力值也为，据逐点计算法的规则得 （5-10） （5-11）整理得 （5-12） （5-13）比较公式（5-9）和（5-13），因，得。由此可以看出，驱动装置按图a的位置安装，牵引构件的最大张力较小。因此，驱动装置位置布置如图a所示。5.2 刮板输送机结构的基本要求刮板输送机，按工作需要，对其结构有如下要求：a. 能用于左或右工作面；b. 各部件便于在井下拆装和运输；c. 同一型号的部件安装尺寸和连接尺寸应保证相同，同类部件应保证通用互换；d. 刮板链安装后，在正、反方向都能顺利运行；e. 有紧链装置，且操作方便、安装可靠；f. 能不拆卸用机械推移。为此，应具有便于安装推移装置的连接点；g. 要有足够的强度、刚度和耐磨性；h. 从端部卸载的刮板输送机，机头架应有足够的卸载高度，防止空股刮板链返程带回煤；i. 一般应有上链器。上链器是供刮板链在下槽脱出时通过它返回槽内的装置；j. 用于机械采煤的工作面刮板输送机，机头架的外廓尺寸和结构形式，应便于采煤机自开切口；k. 用于机械采煤的工作面刮板输送机，应结合技术上的需要，能装设下列部分或全部附属部件：1) 采煤机的导向装置；2) 铲煤机；3) 挡煤板；4) 无链牵引采煤机的齿规；5) 放置电缆、水管、乳化液管路的槽或支座；6) 在机头部和机尾部，能安装采煤机外牵引的传动装置、牵引链的固定安装或刨煤机的传动装置和控制保护装置；l. 用于综采工作面的刮板输送机，相关的外廓尺寸与采煤机和液压支架相配；m. 刮板输送机，沿倾斜铺设，在工作中有下滑可能时，应有防滑锚固装置。5.3 机头部机头部由机头架、链轮、减速器、盲轴、联轴器和电动机组成。是将电动机的动力传递给刮板链的装置。5.3.1 机头架机头架是机头部的骨架，应有足够的强度和刚度，由厚钢板焊接制成。各型机头部的共同点如下：a. 两侧对称，可在两侧壁上安装减速器，以适应左、右采煤工作面的需要；b. 链轮由减速器伸出轴和盲轴支撑连接，这种连接方式，便于在井下拆装；c. 拨链器和护轴板固定在机头架的前横梁上，它的作用是：防止刮板链在与链轮的分离点处，被轮齿带动卷入链轮，护轴板是易损部位，用可拆换的活板，既便于链轮和拨链器的拆装，又可更换；d. 机头架的易磨损部位采取耐磨措施，例如加焊高锰钢堆焊层或局部采用耐磨材料的可更换零件。5.3.2 减速器我国目前生产的刮板输送机减速器，多为平行布置式、三级传动的圆锥圆柱齿轮减速器。其中DB、DC型圆锥、圆柱齿轮减速器高速级为弧齿锥齿轮，中低速级为圆柱齿轮。这种减速器具有承载能力大、传动效率高、噪声低、体积小、寿命长的特点，用于输入轴与输出轴呈垂直方向布置的传动装置，如刮板输送机各种运输机械，也可用于煤炭、冶金、矿山等各种通用机械传动中。其使用条件为：齿轮圆周速度不大于18m/s；安装角度为025；高速轴的转速大于1500r/min；减速器工作的环境温度为-20+35；适用于正、反向运转。为适应不同的需要，三级传动的圆锥圆柱齿轮减速器有三种装配方式。型减速器的第二轴端装紧链装置，第四轴（或第一轴）装断销过载保护装置，这种形式用于单机功率为30KW以下的减速器；型减速器的第二轴端装紧链装置，利用液力耦合器实现过载保护，单机功率40-75KW的减速器采用这种形式；型减速器的第一轴端装紧链装置，利用液力耦合器实现过载保护，单机功率90KW以上的减速器采用这种形式。为适应左、右采煤工作面和在机头部、机尾部都能通用，刮板输送机减速器的箱体应上下对称。箱体的结构还应使刮板输送机在大倾角条件下工作时，各齿轮和轴承都能得到充分的润滑。为便于改变链速，减速器应能用更换第二对齿轮的办法，在一定范围内改变传动比。由此选取减速器为：DCZ160-20-S型。5.3.3 盲轴盲轴是装在机头架的不装减速器一侧、支承链轮的一个组件。5.3.4 电动机与减速器的联接a. 联接形式的选择 电动机与减速器的连接，有弹性联轴器和液力耦合器两种。其中液力传动的主要缺点是较一般机械传动结构复杂、成本高、效率低。考虑设计的输送机运输量较低，功率比较小，因此，即使重载启动需要的电动机转矩也不会太大，电动机和减速器用弹性联轴器连接就可以满足要求，这样不使用液力耦合器，不但可以减小机头的体积和重量，也省掉了向工作面输送工作液等过程,减少了材料消耗和对环境的污染,没有因密封漏油而失效的问题，从而可以降低成本，提高经济性。b. 联轴器的选择计算 P=5.04KW电机转数n=1500r/min 与联轴器相连的轴的直径为d=28mm,则转钜 图表 34查手册选用 5.3.5 电动机刮板输送机的电动机，不用液力耦合器时，都采用有双鼠笼转子，具有高起动转矩的隔爆型电动机。选用电动机型号为YB132M-4JB53381991。5.4 机尾部机尾部采用与机头部基本相同的结构，这样可以很容易把机尾部改装成机头部，满足特殊场合的需要，增加其适应性。5.5 中部槽及附属部件中部槽是刮板输送机的机身，由槽帮钢和中板焊接而成。上槽是装运物料的承载槽，下槽底部敞开供刮板链返程用。为减小刮板链返程的阻力，或在底部松软条件下使用时防止槽体下陷，在槽帮钢下加焊底板构成封底槽。使用封底槽安装下股刮板链和处理下股链事故较困难，可以间隔几节封底槽采用一节有可拆中板的封底槽的办法，以减小困难。用于机械采煤工作面的中部槽，除了运煤，还要承受采煤机骑在上面运行的负荷，垂直方向受采煤机的重压和滚筒切割煤层时的冲击、推、拉液压支架的侧向力和纵向力，使中板拱面受弯，连接件受拉、压和弯曲。大块煤岩卡死在槽中时，中板收压。中部槽的恶劣工作条件，造成它的损坏形式除了磨损还有槽体变形损坏。因此，中部槽应有足够的强度、刚度和耐磨性。中部槽的型式列入标准的有中单链型、边双链型、中双链型三种。除了用于轻型刮板输送机的中单链型采用冷轧槽帮钢外，其他都用热轧槽帮钢制成，其尺寸系列刮板输送机中部槽尺寸系列中有规定。中部槽除了标准长度的外，为适应采煤工作面长度变化的需要，设有500mm和1000mm长的调节槽。机头过渡槽和机尾过渡槽，是与机头架和机尾架连接的特殊槽。它的一端与中部槽连接，另一端与机头架或机尾架连接。为了使从下槽脱出的刮板链在运行中回到槽内，可在机尾过渡槽的下翼缘装设上链器。中部槽承受煤和刮板链的剧烈摩擦，是使用量和消耗量最大的部件。为提高中部槽的使用寿命，可以采用如下方法。如：将两端进行淬火处理，或加焊锰钢铸造端头；中板两端链道处用等离子喷焊耐磨合金；易磨损处堆焊硬质合金；加大中板厚度；改进槽帮钢的断面以增加强度和刚度。制造中部槽的槽帮钢已有定型标准，规定的型式有D型、E型和M型三种。D型为中单链刮板输送机用热轧槽帮钢，E型为中单链和中双链用，边双链也可使用，M型为边双链用的热轧槽帮钢。E型与M型相比不仅中板宽度减小从而增大了刚度，还增强了中板与槽帮钢的焊缝强度，便于焊接，链子不磨焊缝。因此，选用E型。5.6 紧链装置刮板链安装时，要给予一定的予紧力，使它运行在张力最小点不发生链条松驰或堆积。给刮板链施加予紧力的装置叫紧链装置。早期的轻型刮板输送机，用改变机尾轴位置的办法人力紧链。现在都采用定轴距紧链。目前应用的方法有三种，一种是将刮板链一端固定在机头架上，另一端绕经机头链轮，用机头部的电动机使链轮反转，将链条拉紧。电动机停止反转时，立即用一种制动装置将链轮闸住，防止链条回松。另一种方式与前种基本相同，只是不用电动机反转紧链，而用专设的液压马达紧链。第三种是采用专用的液压缸紧链。第一种紧链方式使用的紧链器有三种：棘轮紧链器、摩擦轮紧链器、闸盘紧链器。棘轮紧链器结构简单、操作方便，使用于轻型刮板输送机。因为用于功率较大的刮板输送机时，紧链后棘轮与插爪之间的压力很大，搬开手把时不甚安全。摩擦轮紧链器比棘轮紧链器操作安全。闸盘紧链器由闸盘和制动装置组成，闸盘装在型减速器的一轴上，制动装置安在联接筒上。紧链时反转开动电机，链轮反转刮板链逐渐被拉紧，到电机堵转为止，立即搬动手轮，用夹钳将闸盘闸住，同时切断电机电源。由于夹钳对闸盘的制动力与刮板链的张紧力有一定的比例关系，链条的张紧力显示在张力指示器上。慢慢反转手轮松开夹钳，放松被拉紧的刮板链，到指示器显出刮板链所需要的张紧力为止，立刻将闸盘闸死。拆去多余的链段，接好链子后，反转手轮松开夹钳。手轮是利用螺旋副和杠杆夹紧或松开夹钳。张力指示器依靠螺旋副一端的液压缸，通过液压作用显示出闸盘制动力或链条张紧力。上述各种紧链装置，棘轮紧链器和摩擦紧链器结构简单，使用方便，但它不能显示出链子张力的大小，其余三种都能显示和准确控制链子的张力。由此可知闸盘紧链器不但结构比较简单，而且可以准确控制链子的张力，所以选用闸盘紧链器。5.7 推移装置推移装置是在采煤工作面内将刮板输送机向煤壁推移的机械。综采工作面，使用液压支架上的推移千斤顶；非综采工作面用单体液压推溜器或手动液压推溜器。5.8 锚固装置锚固装置是刮板输送机在倾角较大的工作面有下滑可能时，用以固定、防滑之用。它由单体液压支架和锚固架组成，锚固架与机头架、机尾架连接。使用液压支架的泵站。6 传动部件及其零件的设计 此次设计的刮板输送机最为重要的部件为刮板链传动部件，整台机器运行的质量直接取决于其传动部，为此特别把次部分及其零件详细设计以下:目前,采煤机、刨煤机、刮板输送机、转载机、板式输送机、仓式列车及弯曲胶带输送机等许多矿山机械广泛采用圆环链牵引或传动。实践证明，这种传动或牵引方式结构简单、紧凑，工作可靠，牵引力大，寿命长，可弯曲，能充分适应矿山机械的特殊技术及安全要求和恶劣的工作条件。因此，本次设计的刮板输送机采用圆环链传动。6.1 圆环链链环的结构和规格圆环链链段的结构如图6-1所示。链环的结构尺寸用棒料直径d、节距t和外宽b表示，圆环链的规格标记为dxt。每一链段由N个链环组成，链段长度为L0随着技术的发展，链段长度将逐步增加。矿用高度圆环链的规格和尺寸见部标MT3680中的规格。圆环链的链段长度及其公差为一般常用值，其链段长度及公差按下式确定：图表 35 （6-1）式中 t链环的节距，mm N链段的 链环数。图6-1 圆环链6.2 圆环链接链环的结构型式为便于使用，圆环链应按不同的链段长度进行制造，各链段之间可用链环进行连接。制造接链环的常用材料有、及等，进行调质处理，硬度为HB320350。为提高接链环的强度和耐磨性，加工后应进行等温淬火处理，硬度达HRC4250。接链环的结构型式有以下几种：a. 凸缘式接链环如图图6-2所示，凸缘式接链环由两个半链环1、一个卡块2及一个弹性圆柱销3组成。半链环的结构如图6-3所示，右上方为一凸缘，左下方有一凸缘槽。安装时将两个半链环的凸缘和凸缘槽相嵌合，并从侧面嵌入卡块2，再从顶部装入弹性圆柱销3，便组成凸缘式接链环。整个接链环靠弹性圆柱销在销孔内的弹性变形实现自动锁紧。这种接链环的特点是破断拉力大、连接可靠，但制造较困难，主要用于采煤机、刨煤机和仓式列车中联结圆环链。图表 36图6-2 凸缘式接链环1-半链环； 图6-3凸缘式接链环2-卡块；3-弹性圆柱销b. 开口式接链环如图6-4所示，开口式接链环由开口链环1、卡块2及两个弹性圆柱销3组成。开口链环1和卡块2的两端分别做有互相嵌合的 头和 槽。整个接链环靠弹性圆柱销在销孔内的弹性变形实现自动锁紧。这种接链环的破断拉力也很大，但制造困难，通常在刨煤机和输送机上使用。图表 37图6-4 开口式接链环 1-开口链环；2-卡块；3-弹性圆拄销 c. 铰链式接连环如图6-5所示，铰链式接连环由两端做有耳子的两个半链环1、销轴2、套筒3及钢丝4组成。整个接链环用钢丝4锁紧，靠销轴2、传递载荷。这种接链环的结构简单、工作可靠、制造方便、寿命长，在采煤机中应用较广。图表 38图6-5 铰链式接连环半 1-链环；2-销轴；3-套筒；4-钢丝d. 双边链用接连环图6-6所示为用于可弯曲刮板输送机的双边链结构，两条圆环链1和刮板2用接连环3、螺栓4、螺母5及弹簧垫圈6相连接，被连接的圆环链规格为。接链环的结构和尺寸如图6-7所示。这种双链牵引用接链环的特点是：牵引力大、工作可靠、装拆方便，在刮板输送机中应用广泛。图表 39图6-6 双边链用接连环1-圆环链；2-刮板；3-接连环； 图6-7接链环的结构和尺寸4-螺栓；5-螺母；6-弹簧垫圈接链环在工作时承受的负荷按大小和性质同被连接的圆环链是一样的。因此，为保证接链环使用可靠，新制的接链环同样需抽样进行拉伸试验，其破断力应不小于同规格圆环链的最小破断负荷，伸长率也不得超过规定值。综合比较以上形式的接连环，选用铰链式接链环。6.3 圆环链的性能指标6.3.1 圆环链的损坏形式矿用高强度圆环链的损坏形式主要有：a. 静力断裂当链环承受的载荷超过静力破断负荷时，如启动状态或遇到严重刮卡，圆环链将产生断裂。为避免这种断裂，圆环链的最小破断负荷不得低于规定值。b. 疲劳断裂当链环受正常变负荷反复作用时，尽管实际应力远小于链环的破断应力，但如变应力的循环次数超过一定数值，链环仍可能产生断裂称为疲劳断裂。为避免过早地发生疲劳断裂，要求圆环链在变应力的反复作用下能安全承受一定的循环次数（图表 40）。c. 冲击断裂冲击断裂分一次冲击断裂和多次冲击断裂两种。前者是由于链环材料脆性高、韧性低和冲击负荷大所造成的；后者介于疲劳断裂和一次冲击断裂之间，与链轮疲劳强度和冲击韧性的大小有关。为避免发生这种断裂，圆环链应具有足够的韧性、塑性和使用寿命。d. 不合格链环的断裂当链环未经充分预拉时，很难发现热处理及焊接缺陷。若把这种链环接入链条用来牵引负荷，一旦启动或遇到卡链很可能发生断裂。这种未经充分预拉的链环的断裂，称为不合格链环的断裂。为避免这种损坏，新制链条必须经预拉处理，预拉负荷约为破断负荷的80%85%。e. 伸长失效链条受载后将产生一定的弹性和塑性伸长。在额定极限负荷作用下，当链段的伸长量超过一定限度时，链条与链轮因不能正确啮合而无法正常工作。圆环链的这种失效形式称为伸长失效。6.3.2 圆环链的强度指标矿用高强度圆环链多采用合金钢制造，调质处理。常用的材料20MnVK和20CrTi，拉伸强度限。为提高链条的强度和韧性，圆环链及其棒料应进行热处理。圆环链制造的工艺程序分为：下料、编链、整形、焊接及热处理等。为保证圆环链的制造质量，原棒料应有较好的冷弯性和焊接性，即冷弯时不容许出现局部收缩现象，焊接处不应有影响使用质量的夹渣和烧伤。当棒料直径较大时（图表 41），一般采用热弯。热弯效果比冷弯好，但弯曲表面同样不容许产生任何裂纹或伤痕。为提高圆环链工作的可靠性和使用寿命，新制的圆环链需进行额定极限负荷实验、静拉伸破断试验、额定变负荷寿命试验及弯曲挠度试验等，以保证圆环链达到预定的强度指标要求。新制圆环链的强度指标分B、C、D三级，各级强度指标的项目和数值列入表6-4-2。各种规格圆环链的静力试验负荷及破断负荷的额定值、疲劳试验负荷及其寿命的额定值和弯曲变形挠度的额定值分别列入表6-4-36-4-5。圆环链的的静力拉伸破断试验主要测定破断负荷和破断伸长率两项指标，反映圆环链抵抗静拉伸破断和冲击断裂的能力。额定极限静负荷试验主要测定圆环链受额定极限负荷作用时的试验应力和拉伸率，反映链段正常运转时的工作负荷，而接近于链段因启动或刮卡而超载时的最大负荷。显然，额定极限负荷代表使用负荷的极限值。因而，为充分利用链环的强度，理论上按链段的屈服限确定额定极限负荷，实际上通常取破断负荷的80%作为额定极限负荷。额定变负荷寿命试验主要测定圆环链受变应力作用时发生疲劳破断前的试验应力循环次数。根据试验机的要求，额定变应力的最小值为50，最大值为250。圆环链发生疲劳破断前的试验应力允许循环次数（57）次。试验指出，圆环链的疲劳强度主要取决于变应力幅度的大小。此外，链环破断负荷与破断伸长率的乘积（即链环抵抗冲击的能力）、棒料屈服限的大小，链环表面缺陷或焊接缺陷，棒料及其焊缝的晶粒粗细等，对链段的疲劳强度也有重要的影响。对圆环链的弯曲变形试验要求是，当链环的弯曲变形达到额定值时，试体不允许断裂或出现裂纹及其它缺陷，而且作用于链环上的弯曲负荷不得小于表6-4-2规定的链环最小破断负荷的50%。6.3.3 圆环链的选择计算（见3.5 圆环链的选择计算）6.4 圆环链链轮的齿形参数和几何计算6.4.1 圆环链链轮的齿形参数圆环链与链轮属于一种具有多边形挠性作用的非共轭啮合齿轮传动。因此，圆环链与链轮要实现良好地啮合，合理选择链轮的齿廓曲线和正确设计链轮的齿形是链轮设计的关键问题之一。如图6-8所示，当圆环链与链轮啮合时，在链轮的每一齿距上都有两个链环：链环1平卧于两齿间的链窝里，称为平环；链环2立卡在齿宽中部的窄槽内，称为立环。链轮上链窝的形状与平环外行基本一致，但为满足链环节距伸长的需要，链窝长度A应比链环长，即图表 42。此外，为减少立环的啮合阻力，链轮齿宽中部的立槽宽度也应比链环棒料直径稍大些。图表 43图6-8 圆环链链轮的齿形结构和尺寸对于矿用高强度圆环链的链轮，其齿廓曲线和齿形参数的选择需满足以下要求：a. 保证圆环链能顺利地进入和退出啮合；b. 保证链轮齿有较高地传递转矩的能力；c. 保证链窝的形状和尺寸能适应链环节距伸长的需要。圆环链链轮的齿廓曲线，国外推荐采用的有：直线、圆弧线和直线-圆弧线三种。从加工制造和啮合性能分析，直线齿廓加工简单，但齿高不宜过大，否则啮合时容易发生干涉；直线-圆弧线齿廓加工复杂，应用较少；圆弧线齿廓虽然加工也较复杂，但轮齿强度较高，齿高可适当增大。所以，一般推荐采用圆弧线齿廓。对于各种规格的圆环链，链轮齿形设计的主要问题是：合理选择链轮齿数z、正确计算链轮节圆直径图表 44和齿廓圆弧半径等。6.4.2圆环链链轮的齿型设计a. 链轮齿数z圆环链链轮的齿数一般取为z=412。当圆环链规格dxt选定后，链轮齿数z可参考表6-4-7选择。b. 链轮节圆直径当圆环链与链轮啮合时，平环或立环在链轮上占有的内边距离称为链轮的节距，以表示。显然，链轮节距的理论值应等于链环的节距，即。当平环卧于链窝位置时，在链轮齿宽中间的对称剖面内，经平环两端棒料中心的圆周称为链轮的节圆，如图6-9所示。根据我国使用经验和国外研究成果，链轮节圆直径推荐按下式计算： 图表 45 （6-2） 式中，值应精确到小数点后两位数字。c. 链轮齿廓圆弧半径 圆环链链轮的齿廓曲线一般推荐采用圆弧曲线。但是，链轮齿廓圆弧中心的位置和圆弧半径的大小有几种不同的设计方案，如图6-9所示。图中，曲线1和4为某些原苏联资料推荐采用的圆弧齿廓，曲线3为德国滚筒采煤机推荐采用的圆弧齿廓。实践证明，用曲线3作为链轮齿廓效果较好。我国推荐采用近似曲线3的一种齿廓曲线，如图中曲线2所示。图表 46图6-9 圆环链链轮的齿廓曲线对于我国推荐采用的齿廓曲线2，其圆弧中心点的坐标取为：图表 47 （6-3）式中 链轮中心至平环底面的垂直距离，由图6-9中aop得： （6-4） 考虑链环节距伸长的链窝长度增量，值按表6-4-8选择。由图6-8知，在链轮齿宽的中间剖面上。齿廓圆弧半径为：; 式中 ；图表 48代入上式，经整理后得： （6-5）式中 。实际上，由于链轮齿宽中部开有立槽，使齿宽中部剖面的齿廓不存在，而链轮齿面与立槽侧面的交线便成为链轮中部的实际齿廓，如图6-10所示。该实际齿廓的圆弧半径按下式计算：图表 49 （6-6）式中 立槽宽度，mm，一般 取L=1.35d；链窝端部圆弧半径，mm，一般取；链环外宽，mm。图6-10 圆环链链轮实际齿廓圆弧半径6.5 链轮连接 链轮是一个组件，由链轮和连接筒组成。链轮是传力部件，也是易损件，运转中除受静载荷外，还受有脉动和冲击载荷。此次设计的链轮连接采用整体的连接筒与链轮焊接成一体。连接筒两端的内花键，分别与减速器输出轴和盲轴连接，这种结构拆装维修方便。6.6 圆环链和链轮的啮合特性6.6.1 圆环链和链轮的啮合分析圆环链在传递动力时，其链环将产生拉伸和弯曲变形，而且传递的动力越大链环的变形亦越大。此外，当圆环链在链轮上运转时，随着链条的挠曲，立环和平环之间产生相对滚转运动，使链环发生磨损，最大滚转角图表 50，如图6-11所示。而且，链轮齿数越少，相对滚转角越大，链环的磨损也越严重。由于链环的变形和磨损，圆环链的节距必定伸长。当平环进入链窝后，由于立环与平环之间的相对滚转（滚动兼滑动），使立环的位置向链轮中心接近，如图6-11所示，结果引起链环节距由缩短为。缩短值与链环内宽同棒料直径的比值以及平环与立环间的摩擦系数有关。当=1时，立环与平环之间为纯滚动，链环的节距不缩短；当1时，越大，链环节距的缩短值也越大。在这种情况下，若摩擦系数很大，如新制圆环链表面粗糙、无润滑油或链环之间有干燥的煤粉及岩粉等，平环与立环之间主要为纯滚动，使链环节距的缩短量显著增大。反之，当摩擦系数很小时，平环与立环之间主要是相对滑动，由于立环4的位置变动不大，使链还节距的缩短量就显著减小。图表 51图6-11 链环的相对滚转角和节距缩短 对于链轮来说，由于设计计算和制造分度的误差，链轮节距的实际值与理论值必有一偏差。从设计方面分析，该偏差值主要与链轮的节圆直径值，可使该偏差值减小。若尺寸取得稍小，会减小链轮的节距，使偏差值为负。反之，若尺寸取得稍大，又会增大链轮的节距，使偏差值为正。总之，由于链环的变形、磨损和相对滚转以及链轮设计和制造误差，链环与链轮的节距不可能相等，或者链环节距大于链轮节距（），或者链环节距小于链轮节距（图表 52）。对于这两种情况，圆环链和链轮的啮合特性显著不同。前者称为入点啮合，后者称为出点啮合。为保证圆环链的传动质量，需分析如点啮合和出点啮合特性。6.6.2圆环链和链轮的入点啮合特性（）如图6-12a所示，当主动链轮逆时针方向转动时，上边链条为紧边，受拉力；下边链条为松边，受拉力。当链环节距大于链轮节距（即）时，圆环链由进入主动链轮一边的最前一个轮齿1牵引运行。这种啮合方式称为如点啮合，又称高点啮合。在如点啮合状态下，除进入链轮的最前一个立环承受工作拉力外，其余链环只受初拉力。入点或高点啮合的特点在于：安装链条无需施加很大的初拉力，工作时可使紧边拉力降低，而且除入点啮合的链环外，位于链轮上的其他链环不受强张力。这时，立环与平环之间、平环与链窝之间的压力较小，使链环间的磨损减轻。但是，当链环的实际节距过分地大于链轮节距时，平环底面将和链窝脱离接触，即产生所谓“漂链”现象，情况严重时会发生“跳链”事故。图表 53图6-12 圆环链和链轮的啮合方式6.6.3