毕业设计（论文）矿用边双链刮板输送机的机械结构设计

届华北科技学院专 科 毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目： 矿用边双链刮板输送机的机械结构设计 专 题 题 目： 姓 名： 学 号： 专业班级： 院（部）： 机电工程学院 指导教师： 年 月 日目 录摘 要Abstract1概 述11.1 刮板输送机的简介11.2 刮板输送机分类21.3 选题研究的目的22 刮板输送机的工作原理及结构42.1 刮板输送机的工作原理42.2 刮板输送机的主要组成部分52.2.1 机头、机尾部52.2.2 溜槽及附件72.2.3 刮板链82.2.4 紧链装置102.2.5 液力偶合器的结构103 刮板输送机的设计123.1 刮板输送机的工作情况123.2 对刮板输送机的基本技术要求123.3 运输能力133.4 运行阻力的计算143.4.1 基本阻力143.4.2 附加阻力153.4.3总运行阻力173.5 电动机功率校核173.5.1 对于炮采和人工采煤173.5.2 对于机械化采煤173.5.3 电动机的选择及其性能特点183.6 刮板链的强度计算203.6.1 最小张力点张力的确定203.6.2 逐点张力计算法和张力图203.6.3 最小张力点的判定203.6.4 刮板链强度计算223.7紧链力计算234 传输系统的介绍与设计264.1 刮板输送机驱动链轮设计264.2 刮板输送机链轮轴的校核284.2.1 校核许用切应力284.2.2 校核许用弯曲应力294.3 刮板输送机减速器的设计324.3.1 总传动比的计算324.3.2 计算各轴的转速、功率及扭矩334.3.3 减速器的选择345 经济技术分析376 结 论38参考文献39致 谢41矿用边双链刮板运输机的机械结构设计摘 要刮板输送机是输送粉尘状、小颗粒及小块等散状物料的连续输送设备，可以水平、倾斜和垂直输送。对国内刮板输送机的发展现状进行了探讨，并根据设计参数对刮板输送机的机头部、机身部、机尾部、减速器和链轮组件等进行了结构设计，按照运输机械设计计算原理对其传动部做了具体的计算，并依据理论力学、材料力学知识对刮板链和各轴的强度进行了校核。刮板输送机是为采煤工作面和采区巷道运煤的机械。它具有适应性好，协作性好，耐磨性好，可弯曲性好，机身的强度和刚度高，能承受碰撞和冲击等优点，成为综采设备中最主要的设备之一，在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率。刮板输送机是煤矿运输系统的一个运输设备，可实现安全，高效的运输。 关键词：刮板输送机； 链轮； 传动部； 机头部 Mine the mechanical side of the double-stranded structure design scraper conveyorsAbstractScraper conveyor is conveying dust-like, small particles and small bulk materials such as continuous conveyor，Can level, tilt and vertical transportation. Domestic scraper conveyor discussed the development status of，And according to the design parameters on the conveyor machine head, body department, aircraft tail, reducer and sprocket components structural design, etc., In accordance with the principles of design and calculation of the transport machinery Transmission Division for their specific computing, Based on the theoretical mechanics, material mechanics and the axis of the scraper chain, the strength of the check. Scraper conveyor for mining coal face and Roadway machinery。It has good adaptability, collaboration and good wear resistance, Flexible, good body strength and stiffness, To withstand the impact of the collision and the advantages of a fully mechanized mining equipment in one of the most important equipment, To a large extent determine the capacity and efficiency of the coal face. Scraper conveyor is a coal transport system transport equipment, enabling safe and efficient transportation.Keywords；scraper conveyor； sprocket assembly； reduce transmission ；department tightened chain device 1绪论1.1 刮板输送机的简介煤矿井下运输机械工作任务繁重，工作条件恶劣。特别是采掘工作面的运输机械，要求其主要运动部件和工作机构（牵引机构及承载机构）强度高、刚度大、韧性好、耐磨损、抗腐蚀。根据这些要求，使用链条作为输送机的牵引机构比较合适。刮板输送机是一种重要的矿山运输机械。由于它结构简单、使用寿命长，运转可靠性高、节能高效、输送距离长、密封性能好且维修方便，在冶金、建材、化工、火电、矿山等行业里广泛使用。刮板输送机是一种以挠性体为牵引机构的连续输送机械，是为采煤工作面和采区巷道运煤布置机械，是目前长壁式采煤工作面唯一的运输设备。可用于水平运输，亦可用于倾斜运输。沿倾斜向上运输时，煤层倾角不得超过25，向下运输时，倾角不得超过20，当煤层倾角较大时，应安装防滑装置。可弯曲刮板输送机允许在水平和垂直方向作24的弯曲。如图1-1所示 图1-1 刮板输送机1.2 刮板输送机分类刮板输送机按其使用范围分为通用刮板输送机好矿用刮板输送机两大类。通用刮板输送机主要用于地面上各种散状物料的运输矿用刮板输送机主要用于煤矿或其他矿井井下散状物料的运输。矿用刮板输送机比通用刮板输送机强度高，适应性强，使用范围输送机的理想机型，矿用刮板输送机的常见分类方法如下：（1）按输送机最大工作载荷分类 可以分为轻型，中型，重型和超重型4种刮板输送机。（2） 按链条的数量和位置分类 有单中链，边双链，中双链和中边链4种刮板输送机。（3）按传动装置分布分类 可分为单侧平行布置式，双侧平行布置式，单侧垂直布置式，双侧垂直布置式，单侧混合布置式，双侧混合布置式等6种刮板输送机。（4）按卸载方式分类 即端卸载式和侧卸载式两种刮板输送机。（5）按移动方式分类 即拆卸分段搬运式刮板输送机，整机推移式刮板输送机和自移式刮板输送机。（6）按驱动电动机分分类 分为普通矿用输送机电机和双速变极输送电机两种形式刮板输送机。双速变极电机，定子为双绕组双层叠绕型，具有低速启动和正常启动两种速度，取消了液力耦合器，是一种新型的输送机电机。1.3 选题研究的目的综采设备是煤矿综采技术的核心，刮板输送机是综采技术关键设备。煤矿对采煤工作面的技术性能、质量和使用可靠性的要求也越来越高，工作面刮板输送机作为工作面中工况最恶劣、负载情况最复杂的关键设备，它的性能、寿命和可靠性制约了其它设备能力的正常发挥，决定了高产高效综采工作面开采的可行性和经济效益。由于刮板输送机地下工作的复杂工况导致了其受力具有复杂性和不确定性。为了保证设备的安全运行，煤矿机械生产厂商往往增大安全系数的方法来保证设备的安全运行，这无疑是对成本和资源的极大浪费。本论文的主要目的在于通过对刮板输送机的选型计算，学会如何合理的选择刮板输送机的型号。通过对各个传动部的设计，进一步的了解刮板输送机的工作原理及工作过程。在对刮板输送机的启动方式的研究，了解国内外的启动方式以及先进的启动方式和最优的启动控制，通过对启动的控制提高刮板输送机的工作寿命，到达经济效益最大化的目的。2 刮板输送机的工作原理及结构2.1 刮板输送机的工作原理图2-1为刮板输送机传动系统图。刮板输送机的牵引机构是绕经机头链轮和机尾链轮（或滚筒）进行循环运动的无级闭合的刮板链，承载机构是溜槽。启动电机经液力耦合器、减速器、传功链轮而驱动刮板链连续运行。将装在溜槽上的货载拖拉到机头处卸载运转。一般情况下，一般情况下，溜槽上部装载，下部回空链由于刮板输送机特殊的结构和工作环境，显示出它一下的优点：机身低矮，占空间小；可以水平弯曲，随采煤机的推移而推移，减少了空顶距；能够垂直弯曲，可以弥补地板高低不平的影响；结构强度高能够适应采煤工作面较恶劣的工作环境，可以做采煤机的运行轨道，还可以做移架时的支点；推移输送机时，铲煤板可以自动清扫机道浮煤；挡煤板可以增加装煤断面积，防止煤抛到采空区，它上面的电缆、水管槽架对其起保护作用。所以刮板输送机迄今为止仍是综采工作面唯一运输设备。但是，刮板输送机在工作过程中，刮板链和虎货载要克服很大的摩擦阻力在溜槽中运行，因此消耗功率很大。此外运输效率低，运输中货载破碎性大也是刮板输送机的不足之处。刮板输送机的铺设倾角，一般不大于25。但兼作采煤机轨道的输送机其铺设倾角一般不超过10。当铺设倾角较大时，刮板输送机要有防滑锚固装置。图2-1 刮板输送机传动系统图1电动机；2液力耦合器；3减速器；4链轮；5盲轴； 6刮板链2.2 刮板输送机的主要组成部分不同类型的刮板输送机，尽管组成部件的形式和布置方式尽不相同，但是基本机构是相同的，即刮板输送机由机头部、机尾部、中部槽及附属部件、刮板链、紧链装置、推移装置和锚固装置等组成。图2-2 SGZ1250/2000型刮板输送机示意图1 减速器；2液力耦合器；3电动机；4过度溜槽；5中部槽；6无链牵引齿条；7销排轨座；8可伸缩机尾架；9链轮组件；10液压缸；11刮板链；12侧卸式机头2.2.1 机头、机尾部机头部主要由机头架、传动装置、链轮组件、盲轴、拨链器、护轴板等组成。图为某刮板机的机头部。机尾部与机头部的结构大体相同，主要部件均可互换。值得提出的是，因为机头部需要一定的卸载高度，故机头部比机尾部较长些、较高些。（1）机头架机头架是支撑和装配链轮组件、驱动装置以及其他附属装置的构件，应有足够的强度和刚度，由厚钢板焊接制成。各种型号机头架的共同点是两侧对称，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；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；在电动机和减速器之间，有一筒体称为连接罩，连接罩的作用，一是使电动机和减速器连成一体，使二者的出轴准确对中，便于安装，二是保护它里面的液力耦合器。拨链器和护板固定在机头架的前横梁上，拨链器的作用是让链条在链轮的分离点处顺利脱开，以避免发生卡链、断链、打牙等事故。护轴板没有和机头架的中板做成一体，而是用埋头螺栓固定在机头架上。这种结构的目的，是当拨链器损坏之后便于更换。（2）减速器采煤工作面刮板输送机的减速器目前有平行式、垂直式和复合式布置方式三种。按照我国原煤炭部MT148-88标准规定，以后新设计的刮板输送机减速器应为平行布置，并有一下特点：减速器的箱体分为上箱体和下箱体，上下箱体应对称，以适应在机头、机尾安装的互换；减速器为三级齿轮减速器，其中第一级为锥齿轮传动；中、重型刮板输送机的减速器，锥齿轮均采用圆弧齿，以利于其承载能力大、传动平稳和噪音小的优点；为改变链速、减速器应能用更换第二对齿轮的办法，在一定的范围内改变传动比；一般减速器应能适应工作面倾角8以下的情况；为使减速器内润滑油的温度不超过100，减速器应设有水冷装置；减速器能用于正反方向的运行；（3）链轮组件链轮组件由链轮和连接筒组成。链轮是刮板输送机传递扭矩最大的部件之一。对链轮的基本要求是：强度高，耐磨，能承受脉动载荷、冲击载荷，并且有一定的韧性；齿形尺寸参数设计准确、加工精度高，保证与链条经行良好的啮合；无论哪种结构的链轮，都要具备易于拆装的特点。链轮的齿数过多会增加链轮的整体尺寸；链轮的齿数太少，会增加刮板链运行中的动负荷。目前链轮的齿数一般以68个居多。对于单端传动的刮板输送机，不传递扭矩的机尾可采用4齿链轮或滚筒。习惯上说的链轮实际上是一个组件。链轮组件的结构有剖分式和整体式两种。图 为剖分式链轮组件的结构图，它由链轮1和两个半圆剖分式滚筒2组成。链轮共两个，分别位于滚筒两端，为双边链结构。链轮孔位花键孔滚筒孔为双平键孔分别与两端的减速器低速轴和盲轴连接。链轮为锻件，齿形用电解加工成形。剖分式结构的优点是当轮齿磨损后可以更换链轮而不更换滚筒。图 为整体式链轮组件，它仍是链轮2和滚筒一组成。与剖分式滚筒所不同的是，两端的滚筒与中间链轮是焊接在一起的。两端的滚筒均采用内花键，分别与减速器输出轴的外花键连接。整体式链轮组件拆装维修方便。（4）盲轴组件盲轴组件是装在机头架不安装减速器的一侧，配合减速器的输出轴来支撑链轮组件和连接机头侧板的构件，盲轴主要由花键轴、轴承、轴承座、端盖及密封件构成。如果输送机为双侧传动，机头架两侧都有减速器，盲轴就不需要了。2.2.2 溜槽及附件溜槽是刮板输送机的重要组成部分，是货载和刮板链的支撑机构。刮板输送机的运输生产能力与溜槽装载断面尺寸成正比关系。在机采和综采工作面，刮板输送机的溜槽还作为采煤机的运行轨道，故要求溜槽具有一定的强度、刚度及较高的耐磨性能。溜槽有中部溜槽、调节溜槽、连接溜槽等类型。工作面刮板输送机溜槽是靠采空区侧安装挡煤板来提高装载能力；靠煤壁侧安装铲煤板来清扫机道便于刮板输送机推向煤壁。溜槽的结构类型有敞底式和封底式。敞底式溜槽结构简单，维修方便，但是由于机体支撑面小，接地比压较大，易使下槽帮下沉陷入底板，造成空回链条不能正常运行。封底式溜槽适于底板较松软的工作面，整机稳定性较好，可以减少刮板链运行阻力。（1）中部溜槽中部溜槽是刮板输送机的机身，由槽帮钢和中板焊接而成。上槽为运物料的承载槽，下槽为封底式溜槽供刮板链返程用。由于封底式溜槽可以减小刮板链返程的运行阻力和用于松软的工作面，但是给安装和维修带来困难，因此，采用几节封底溜槽间隔一节可拆中板的检修槽的办法来减少小维修和安装困难。中部溜槽有中单链型、边双链型和中双链型三种。除用于轻型刮板输送机的中单链型采用冷压槽帮钢外，其他的槽帮钢采用热轧槽帮钢，槽帮钢一般按形状可以分为D形、M形、E形，其中D形为中单链型刮板输送机使用；E形为单中链和双链型使用，边双链型也可以使用；M形为边双链型使用。E形与M形相比，不仅因中板宽度减小而增大了刚度，同时也便于焊接，刮板链条也不磨焊缝。（2）调节溜槽、过度溜槽调节溜槽有500mm和1000mm两种，用来调节刮板输送机的长度，以适应工作面长度变化的需要。过度溜槽是用于机头架和机尾架与中部溜槽的过度或链接，使机头架、机尾架和中部溜槽连为整体。阻链溜槽其结构和中部溜槽基本相同，不同的是在中板上开有两个链槽，供紧链时安装阻链器之用。阻链溜槽安装在过渡溜槽与中部溜槽之间。紧链时，将阻链器放在刮板链上面，其底部凸出块楔入阻链溜槽中板的链条中，两翼转入槽帮中。当刮板链反向运行时，刮板从夹持位置松开，然后转动两翼将阻链器取出。用液压缸紧链器紧链和在机头架侧板上阻链时，不用阻链溜槽。（3）附件溜槽附件有挡煤板、电缆槽、铲煤板，如图2-3所示，挡煤板是一个多功能组合件，安装在工作面刮板输送机采空区侧槽帮钢的支座上，用以增加溜槽货断面，防止煤向采空区撒落；另外为采煤机导向、敷设和电缆及各种管线起保护作用，并且为推移千斤顶提供接点。铲煤板固定在中部溜槽靠煤壁侧的支座上，用于推移中部溜槽时清理工作面的浮煤。为了将刮板输送机推移到紧靠煤壁和防止输送机横向倾斜，在溜槽靠煤壁侧的漕帮钢上装有铲煤板，以便在推移输送机时先清除机道上的浮煤。但它不能代替装煤。铲煤板安装后，上缘应低于槽帮，下缘要超出槽底，宽度方向应与采煤机滚筒有一定间隔。铲煤板的刃口应有足够的强度。图2-3 工作面刮板输送机断面图1铲煤板；2槽帮钢；3耐磨板；4中部槽；5定位架；6无链牵引齿条；7挡煤板；9千斤顶连接孔；10封底板2.2.3 刮板链刮板链是刮板输送机的牵引机构，是传递引力、直接刮运物料的组件。刮板链由刮板、牵引链和接链环组成。主要可以按其结构分为中单链、中双链、边双链、准边双链，目前常用的由中单链、中双链、边双链三种。其机构特点如下：（1）中单链：圆环链在刮板中间用U型螺栓连接，刮板两端在漕帮内运行，这种链子结构简单，整体弯曲性能好，与边双链相比链子无受力不均匀现象。缺点是一股链子强度受到限制，不适用于功率较大的输送机，且刮板两端磨损后，稍有歪斜就易出槽。运行阻力比边双链稍高。（2）边双链：两条圆环链在刮板两端用接连环与刮板连接，每节链条的长度就是刮板的间距，因此，链条都是短节。链条和连接环在漕帮刚的槽内运行，刮板的空间较大，能输送较大的煤块，这种链子的预紧力较小，适应性强，因此，得到广泛的应用，这种链子的缺点是：两条链子受力不均，刮板易歪斜；刮板中间受力大，易弯曲；由于链环与接连环在帮槽内运行，空间受到限制，不能使用较大的圆环链，强度受到限制。（3）中双链：两条圆环链在刮板中部用E型螺栓固定在刮板链上，链条的中心距不大于中部槽宽的20%。由于链条在帮槽刚内运行，链环直径不受限制，从而可以增加链条的强度，因此，可以适用于重型和超重型刮板输送机。缺点是运行阻力较高，中双链链条采用长链段，两条链子必须配对出厂和使用，以保证其长度有较小的偏差，减少受力不均匀现象。（4）准边双链：两条圆环链在刮板中部连接，链条的中心距不小于中部槽宽的50%。它具有边双链和中双链的优点，适用于超重型刮板输送机。确定是运行阻力高，准边双链条也采用长链段，其要求同中双链。刮板的作用是刮推溜槽内物料和在槽帮钢内起导向作用，在运行时还有刮清帮、防止煤粉黏结和堵塞功能。链条在滑动摩擦条件下运行，不仅要承受很大的静载荷和动载荷，还要受到矿井水的浸湿，因此要求链条有较高的抗拉强度、抗冲击韧性、疲劳强度和防锈抗腐蚀性。目前使用的圆环链都是采用优质合金钢焊接而成，并经热处理和预拉伸处理。其形式和基本参数尺寸、及时要求、试验方法及验收规则已有同一的国家标准（GB/T127182001）。圆环链规格是以圆环链棒料直径和节距尺寸（mmmm）表示的。标准规格有1040，1450，1864，2286，2692，30108， 34126，38137，42152等几种。圆环链按强度划分为B,C,D三个等级，D级强度最高，不同规格尺寸的各级强度的圆环链其破断负载荷也不相同。接连环是连接各链段的重要元件，同时也是保护圆环链的唯一元件。连接环的极限破断强度稍低于圆环链，一旦过负荷，接链环首先破断，以避免圆环承受过负荷，起到保护作用。接连环的结构很多，有锯齿形接连环、闭锁式接连环、扁平式接连环、开口式接连环和接连器的数种。2.2.4 紧链装置为使刮板输送机安全运行，刮板链内应具有一定的张力。施给刮板链张力的装置叫紧链装置。新安装或运行中的刮板输送机均需要紧链。早期的轻型刮板输送机，用改变机尾轴位置的办法人工紧链。现在全部采用定轴距机械紧链。机械紧链有两种方式：一是将刮板链的一端固定在机头架侧板上或阻力溜槽上，而另一端绕过机头链轮。紧链时电动机和链轮反转，刮板链随即被拉紧。当刮板链张力适当时，紧链装置将链轮制动住，防止刮板链回松。当将两个刮板链头接好后，紧链装置解除制动。目前大部分刮板输送机用的是这种紧链方式，其紧链器有棘轮紧链器、摩擦轮紧链器、闸盘紧链器、液压马达紧链器等；第二种紧链方式是采用液压缸紧链器，它可以在输送机长度上的任何一个位置进行紧链。这种紧链器可以随意搬动。将它放在两个链头中间，用液压缸紧链器两端的挂钩分别钩住两头的刮板，待液压缸收缩后将刮板链拉紧并接好。这种紧链器分低压大行程和高压小行程紧链两个过程。2.2.5 液力偶合器的结构液力偶合器是安装在电动机和减速器之间，应用液力传递能量的一种传动装置，起传递动力、均衡负荷、过载保护和减缓冲击等作用。它主要由泵轮、涡轮和外壳组成。按工作介质的不同，液力偶合器分水介质液力偶合器和油介质液力偶合器。水介质液力偶合器与油介质液力偶合器的主要区别是油封在轴承内侧，防止水浸入轴承，另外增设有易爆塞。液力偶合器的工作原理如图2-5所示。电动机起动后，泵轮旋转。泵轮叶片使工作室中的工作液获得动能，沿圆周方向甩起。开始起动时，工作液还不足以带动涡轮7旋转，相当于电动机空负荷起动。随着电动机转速增加，工作液被甩出的速度和力量增大，并且逐渐冲向涡轮的叶片。当电动机达到某一转速时，在旋转离心力的作用下，工作液沿泵轮工作腔的曲面流向涡轮，同时冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，从而使从动轴旋转带动减速器工作。从涡轮流出的工作液，因其离心力较小，又从近轴处流回泵轮，形成循环液流，如图2-4实线箭头所示。由于工作液与叶片等摩擦引起能量损耗，所以泵轮与涡轮之间始终存在一定的转速差（又称滑差），使两腔工作液存在有离心力和流速差，而使其保持有循环液流传递能量。输送机过载超过液力偶合器额定转矩时，液力偶合器滑差增大，涡轮转速降低，即产生的离心力降低，工作腔内的工作液便沿涡轮曲面向轴心方向做较大的向心流动，如图2-5虚线箭头所示。当负荷超过额定转矩的2倍左右时，工作液便经阻流盘6上的孔进入前辅助室7（图中点划线箭头所示），再经前辅助室上的孔（截面较大）进入后辅助室10,然后又在离心力作用下，从后辅助室上的孔（截面较小）进入泵轮工作腔。由于进入后辅助室的液比流出的液多，使工作腔内的工作液逐渐减少，传递力矩降低，涡轮的转速迅速降低，大量工作液则储存在辅助室内，电动机处于轻载运转，从而保护电动机不致过载。当负荷继续增大，最后涡轮停止转动，起到过载保护作用。一旦外负荷减小，后辅助室内的工作液逐渐在离心力作用下又进入工作腔，使循环液流量增大，液力偶合器便又自动恢复正常工作状态。图2-4 液力偶合器循环液流示意图1泵；2工作腔；3外壳；4涡轮；5弹性联轴器；6阻流盘；7前辅助室；8 主动轴；9从动轴；10后辅助室3 刮板输送机的设计传统的刮板输送机的静态计算有两种目的，其一是为设计新产品计算，在这种情况下一般都预先定出通用条件，如出厂长度，适应煤层倾角（0或指定角度范围）等。其二是根据用户的具体条件，来验算所要选用的刮板输送机是否合适，一般称为“选型计算”。因为具体使用条件会存在差异，这种计算力求使选型更为经济合理。两种计算的内容基本相同，包括：运输能力、运行阻力、刮板链张力、电动机功率、牵引链安全系数等。3.1 刮板输送机的工作情况煤层厚度为1米，工作面倾角为5度，工作面设计长度200米，输送量500t，链速v=0.92m/s，输送机刮板链采用双边链设计。3.2 对刮板输送机的基本技术要求表3-1 刮板输送机技术要求工作面长度/m200 输送量/t/h500 刮板链速/m/s0.92 电动机功率/KW110 刮板链型式边双链圆环链规格2286最小破断负荷/N760 刮板间距/mm920 中部段结构型式整体铸焊规格/mm1500730220 联接方式哑铃销联接3.3 运输能力 刮板输送机属于连续动作式运输设备，设备运动后连续不停地向一方向送货载，其运输能力取决于它的运行速度和单位长度货载质量。其每秒钟输送能力为： （3-1）式中 输送机单位长度上的货载质量，；刮板链的运行速度，。本设计中取；每小时的输送能力为 或 （3-2）其中 （3-3）式中 溜槽上的最大货载断面积。 货载装满系数；一般取0.650.9，本设计中取=0.70；货载的散集密度。对于煤炭，本设计中取。输送机装载断面积的大小，除了受溜槽及挡煤板结构和尺寸的影响外，还与输送机的铺设倾角，货载的硬度、适度、块度和动安息角等有关。因此，实际装载断面积要比计算断面积小一些。中部槽所构成的运煤断面如图所示，图3-1中阴影分面积为中部槽最大货载面积。图3-1 阴影分面积为中部槽最大货载面积计算最大货载面积 将式（3.3）代入式（3.2）中，得 （3-4）通过计算溜槽上的最大货载断面积F=0.256。把数据代入式（3-4）中3.4 运行阻力的计算刮板输送机的运行阻力包括：货载及刮板链在溜槽中运行时的滑动摩擦力；倾斜运输时，货载及刮板链的下滑分力，刮板绕经链轮时链条的弯曲阻力以及链轮的轴承阻力，传动装置的阻力；可弯曲刮板输送机弯曲段的附加阻力、惯性力。3.4.1 基本阻力基本阻力考虑以上提及运行阻力的前两项，如图 所示。此阻力按重段（上分支）和空段（下分支）分别计算。重段运行阻力 （3-5）空段运行阻力 （3-6）式中 货载、刮板链在溜槽中的运行阻力系数；见表3-2 运输机的铺设长度；本次设计的输送机铺设长度为200m； 输送机的铺设倾角；输送机铺设倾角为5； 刮板链单位长度的重量；刮板链单位长度的重量； 重力加速度；重力加速度。,中的“”号的选择原则是：刮板链向上运行取“+”，向下运行取 “-”。因此，,中的“”号总是相反。表3-2 运行阻力系数输送机类型单链刮板输送机0.4-0.60.25-0.4双链刮板输送机0.6-0.80.3-0.4所以将上述数据代入公式（3-5）得到重段运行阻力：将数据代入公式（3-6）得到空段运行阻力：3.4.2 附加阻力首先考虑刮板链绕经链轮时的弯曲阻力和链轮轴承的转动阻力。（1）转动阻力对于驱动链轮，其阻力 对于从动轮，其阻力式中刮板链在所计算链轮的相遇点、分离点处的张力。当还未知时，以上运行阻力亦可按重段阻力和空段阻力之和的10%考虑，即 （3-7）(2)弯曲阻力下面考虑可弯曲刮板输送机弯曲段的附加阻力。这个阻力如图所示，主要是刮板链和溜槽侧帮之间的摩擦阻力。图（a）为在工作面内弯曲段的相关尺寸；图（b）为输送链的运行系统；图（c）为弯曲段两端的张力关系为弯曲段的阻力重段、空段弯曲段的运行阻力分别为 （3-8） （3-9）弯曲段的总附加力式中 刮板链与溜槽帮之间的摩擦系数，可取0.4；弯曲段中心角，；刮板链某点的张力，；弯曲段附加阻力除了按式（3-8）和式（3-9）计算外，亦可按重段阻力和空段阻力之和的考虑，即3.4.3总运行阻力总运行阻力为基本阻力和附加阻力之和，可按前述公式分别计算出然后相加，亦可按下式简化计算 （3-10）通过公式（3-10）计算得总运行阻力3.5 电动机功率校核3.5.1 对于炮采和人工采煤对于炮采和人工采煤，刮板输送机一般为满载启动或近似满载启动。其电动机功率为 （3-11）式中 电动机功率备用系数，可取; 传动装置的总效率，可取； 刮板输送机运行速度，m/s；刮板输送机牵引力，N。通过公式（3-11）可以计算出电动机功率：3.5.2 对于机械化采煤对于机械化采煤或综合机械化采煤工作面与采煤机配套的可弯曲刮板输送机，其货载的装载长度随着采煤机的移动而变化，如图3-2所示。图3-2 机采工作面输送机功率计算示意图当采煤机在下部机头B处未采煤时（即输送机空载运载时），输送机的负荷最小。随着采煤机向上移动割煤，溜槽上的装煤长度不断增大，输送机负荷亦随之曾大。当采煤机到达工作面上方机尾A处时，输送机的电动机负荷达到最大值。设T为输送机一个循环工作时间，在任意时刻t时的电动机功率为N。在周期性负荷变化的情况下，电动机功率按等效功率按等效功率来计算 （3-12）式中刮板输送机满负荷运行时的最小功率，按式（3-11）计算；刮板输送机空载运行时的最小功率，可按下式计算 （3-13）通过式（3-13）计算出刮板输送机空载运行时的最小功率：然后通过公式（3-12）计算等效功率错误!未找到引用源。3.5.3 电动机的选择及其性能特点选择电机功率为110KW的电动机作为驱动，则电动机总功率为2110KW=220KW，满足实际要求。由于该电机在煤矿井下工作，所以该电机必须防爆，应选刮板输送机专用电机，即电机为YSB110。电机的含义如下：表3-3 电动机主要技术参数型号功率/KW额定电压/V满载转速/r/min电流/A效率/功率因数YBS-1101101140/660147067.1/116.2930.87堵转电流额定电流堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩质量/kg冷却方式绝缘等级6.02.32.21380风冷F刮板输送机用电动机多在带负载状态下的启动，对电动机的要求除在额定电压下直接启动外，又要求有较高的堵转转矩倍数、较低的启动电流倍数与较大的过载能力，为适应炮采落工艺的需要，小容量刮板输送机采用三相异步电动机驱动，一般要求启动转矩不低于2.5倍额定转矩。对于与机采、综采设备配套的刮板输送机用电动机，其启动转矩也应在2.3倍额定转矩左右。图3-3 刮板输送机用电动机转矩转速、电机转速特性曲线3-3图是典型的刮板输送机用电动机转矩转速、电机转速特性曲线。图中纵坐标表示运行转矩比额定转矩的倍数及电流值，横坐标表示转速。3.6 刮板链的强度计算进行刮板链强度验算的一般步骤是，先判定最小张力点的张力，然后根据逐点张力计算法确定其他各点的张力，最后找出最大张力点进行刮板链的验算。3.6.1 最小张力点张力的确定从理论上讲，刮板链上最小张力点张力为零最好，但由于某些原因，最小张力为零很难保证。为了安全起见一般设计时都大于零，其经验数据如下：对于单链刮板输送机，取最小张力点张力对于双链刮板输送机，取最小张力点张力本次设计选双链刮板输送机取最小张力点张力。3.6.2 逐点张力计算法和张力图在连续动作式输送机械中，牵引机构在沿程各点所受的张力不同，为了经行各点张力的计算，特别是导向体的两侧，应该利用下面的的计算规则逐点张力计算法进行计算，即牵引机构某一点的张力，等于沿其运行方向后一点的张力与这两点之间的运行阻力之和。式中分别为牵引机构前后两点的张力； 前后两点间的运行阻力。3.6.3 最小张力点的判定牵引机构各点张力的计算，一般从最小张力点开始，如何判断最小张力点的位置，下面介绍几种方法对于单端驱动的运输机械，可以根据重段阻力和空段阻力的大小直接判定。最小张力点一般出现在主动导向体的分离处，最大张力点在相遇点处。对于如图3-4所示的双端驱动的运输机械，两个导向体的分离点都有是最小张力的可能。究竟是哪一个，有下面两种方法判定。图3-4 双端驱动运输系统方法一：此方法为假设法。任意设定两个分离点中的一个作为最小张力点，其张力点等于然后根据逐点张力计算法求出其他各点张力计算法求出其他各点张力。如果另一个分离点的张力大于，说明最小张力点的假设是对的。否则，就是错的，应重新选择另一点为，在另行计算其他各点张力。此法也适合于单端驱动。方法二：此方法为数值判定法。双端驱动，两端的功率一般均相等，所以将,代入上式，并整理得 （3-13）可见，最小张力点的位置取决于的大小。当时， 3点为最小张力点；当时，1点为最小张力点；当时，两点同为最小张力点。通过上述计算可知。当时，3点为最小张力点；即。图3-5 刮板链张力示意图3.6.4 刮板链强度计算以上求出了刮板链的各点张力，选其最大张力点进行刮板链强度验算。最大张力为最大静张力和动张力之和。动张力按最大静张力的20错误!未找到引用源。考虑，以安全系数m来衡量。单链 （3-14）双链 （3-15）式中 安全系数。刮板输送机要求；一条牵引链的破断力；查表；最大静张力，N；双链负荷不均系数。双边链去0.85；双中链可适当取大些。通过公式（3-15）计算所以该圆环链满足设计要求。3.7紧链力计算刮板链张力的大小，直接关系到刮板输送机能否正常工作。张力过大，则加剧链条与链轮的磨损，导致链轮和链条的寿命降低张力过小，则造成松链，跳链。欲合理的确定刮板链张力的大小需弄清三个概念。最小张力点张力：指输送机正常工作时，整个封闭链条上张力最小的那一点的张力。初张力（预紧力）：指输送机静止时，封闭链条内的张力。理论上此时各点张力均相等，其实则不然。紧链力：是指拉紧装置把具有初张力的链条接在一起所需要的拉力，他比初张力稍大些，但数值相差不大。刮板链是个弹性体。如果将其接成封闭链条而不施加处张力，当输送机运转起来后，它就会因受力而产生弹性伸长，在链轮分离点处造成松链而导致事故发生，为了防止这种情况发生，安装时给刮板链一个初张力，使之欲加的弹性伸长。如果，最小张力点就会为零，则刮板链不会在此松弛。在额定负荷下运行，链条依据虎克定律，其弹性变形量式中 刮板链所受的张力，N；输送机的长度，m；刮板链的刚度，N，;刮板链的弹性模量，;运转中的刮板输送机刮板链的张力在重段、空段分别呈线性变化。如图3-3所示。弹性伸长量按下式计算上式的积分值在张力图中是张力线包围的面积。所以重段的弹性伸长量空段的弹性伸长量刮板链的总伸长量在初张力作用下，刮板链的总弹性伸长量式中 刮板链的处张力，N。令，可得到初张力 （3-16）所以通过公式（3-16）可以计算初张力上面计算初张力时，未考虑紧链时刮板链在溜槽中德移动阻力。这个阻力很大，不能忽略。设固定端张力为，如图 所示，拉紧端张力则为 （3-17）式中 货载、刮板链在溜槽中的运行阻力系数；输送机的铺设倾角； 刮板链单位长度的重量，kg/m；在的作用下，刮板链的弹性伸长量令，可得 （3-18）将式（3-17）、式（3-18）联立，得此外，为了顺利地将两个连头接上，必须将链条多拉长一个长度，这个长度可取一个链节距左右。若拉长这个长度需要的拉力由此可以得出，紧链装置紧链时的紧链力 （3-19）亦可 （3-20）由公式（3-20）可以计算出紧链装置紧链时的紧链力为 可见，刮板链的初张力和紧链力与多种因素有关。按以上张力确定的最小张力点张力原则上为零，但很难保证。如以T值拉伸后的刮板链正好出现了单链环或半个链环长度，这时就应把这个链环去掉而形成双链环。因此就出现了，这样是每条链条取的原因。4 传输系统的介绍与设计4.1 刮板输送机驱动链轮设计根据前面所选圆环链的规格，可知，圆环链的公称直径，公称节距，目前齿数以68个为主，本次设计选择Z=8。最外宽度根据综采技术手册有以下计算公式（1）链轮节距角（2）链轮节圆直径所以查表综采技术手册表5-1-30取链轮节圆直径（3）链轮外径（4）链轮立环槽直径 （4-1）式中的取值综采技术手册表5-1-29 可知规格为的圆环链条，所以把已知数据代如公式（4-1）可得查表Di=344mm（5）链轮立环立槽宽度B （4-2）式中查综采技术手册可知规格为的圆环链条，所以把已知数据代入式（4-2），得（6）齿根圆弧半径（7）链窝长度查表综采技术手册表5-1-30取L=136mm（8）链轮中心至链窝底平面的距离查表综采技术手册表5-1-30取H=203mm（9）链窝平面圆弧半径值等于接链圆弧部分的最大外外圆半径。圆心在接链环中心线上，此中心线平行链窝平面，距离链轮中心的距离为。（10）链窝中心距离查表综采技术手册表5-1-30取A=114mm（11）齿形圆弧半径 （12）立环槽弧半径（13）短齿根部圆弧半径4.2 刮板输送机链轮轴的校核4.2.1 校核许用切应力通过上面的计算，已知该轴的功率为78.02KW，转速为n=40.87r/min轴的材料为42CrMo调质，毛坯直径为300500mm，硬度为207269HBS。由设计手册查得：链轮轴示意图如图。图4-1 链轮轴示意图则轴所受的切应力为：式中 轴的抗扭截面系数，对于实心圆周来说；轴颈；4.2.2 校核许用弯曲应力轴的受力图如图4-2所示：图4-2 轴的受力简图则轴传递的转矩为链轮上的圆周力轴上所受到链轮的径向力轴上的轴向力 所以轴的弯矩图，扭矩图如图4-3所示图4-3 轴的转矩、弯矩图（1） 按弯扭合成强度校核轴的强度式中 计算弯矩，根据转矩所产生应力的性质而定的应力校核系数。轴的抗弯截面系数，对于实心圆周来说对于脉动转矩取，查表得, ；所以则（2）校核疲劳强度安全系数疲劳强度的校核，首先绘出轴的弯矩图和转矩图，然后选择轴上的危险截面进行校核。根据截面上受到的弯矩和转矩可求出弯曲应力和切应力，这两项循环应力可分解成平均应力、和应力幅、。求弯矩作用下的安全系数式中应力幅；应力幅等效系数；材料在对称循环应力状态下的弯曲应力，查表得。弯矩作用下的有效集中系数，查表得；表面状态系数，查表得；平均应力；影响弯曲应力的尺寸系数，查表得；由弯矩图可得:最大应力 所以求转矩作用下的安全系数式中应力幅；应力幅等效系数；材料在对称循环应力状态下的切应力，查表；转矩作用下的有效集中系数，查表得；应力幅等效系数；影响切应力的尺寸系数，查表得；由弯矩图可得:最大切应力所以 复合安全系数这里轴的疲劳强度许用安全系数取S=2.5，SS所以轴是安全的。4.3 刮板输送机减速器的设计4.3.1 总传动比的计算结合上图有前面可知输入的转速等于电机转速，即，输出转速由得 （4-6）式中：刮板输送机链速，由前面可知； 链轮的节圆直径，由前面可知。把已知数据代入式（4-6），得所以总的传动比为传动比误差：4.3.2 计算各轴的转速、功率及扭矩（1）各轴的转速计算（2）各轴功率计算（3）各轴扭矩的计算4.3.3 减速器的选择减速器是将电动机的动力传给链轮及的中间传动机构，因此是刮板输送机传动的关键部件。我们可以通过对减速器运行状态的检测，全面了解电机和刮板链的电器性能和机械性能，提高刮板输送机的维护管理水平。减速器根据传动装置布置的形式、紧链器安装的位置和传动功率大小等不同有不同的形式。本次设计选择传动装置为平行式布置的圆锥圆柱齿轮减速器。我国刮板输送机主要为圆锥圆柱齿轮传动的减速器，其第一级为圆弧圆锥齿轮传动，第二、第三级为圆柱齿轮传动。采用“JS”的形式表示，其中“J”表示减速器，“S”表示输送机，“”表示传动功率千瓦数。这次设计选择型号为JS-316三级圆锥-圆柱减速器。图4-4 JS-316三级圆锥-圆柱减速器14第一、二、三、四轴；5箱体；6冷却装置；7、8、9调整垫；10油标尺（1） 主要技术参数JS-316三级圆锥-圆柱减速器主要技术参数如表4-1所示表4-1 JS-316三级圆锥-圆柱减速器技术参数减速器型号传动功率（KW）第一级第二级第三级模数齿数模数齿数模数齿数JS-31631616133681980121959输入转矩传动比效率润滑方式1470r/min36.20796侵油、飞溅冷却方式二级齿轮传动的中心距三级齿轮传动的中心距水冷410mm450mm（2）箱体及轴组件箱体是由高强度球墨铸铁（QT500-5）或普通铸铁（HT250）材料铸成的上下箱壳对称的结构。上下箱体用螺栓连接，并用定位销定位，整体加工成型，以保证安装和传动的尺寸精度。箱体侧帮加工有一个定位键槽和四个螺栓孔，以便用键定位和用螺栓将减速器固定在机头架侧板上；另一侧加工有透气塞、磁性塞和放油塞等螺栓安装孔；有的减速器还加工有冷却装置、紧链器罩和油位尺的安装孔；箱体的顶部有观察孔和注油孔，运转时用螺钉紧固观察孔盖；输入轴端通过法兰盘同连接罩及电动机相连；第二、第三和第四轴孔为垂直于输入轴孔的平行轴孔。第一轴组件 第一轴由轴圆弧伞齿轮和轴承组成。轴圆弧伞齿轮采用20MnVB、20Cr2Ni4W等优质合金钢材，用格里申制或奥利康齿制切制，热处理表面硬度为HRC5862，并用圆弧伞齿轮进行对研后，成对组装，以保证齿合精度，因此使用更换时应成对更换。第一轴承组一般用一套双列向心球面轴承和二套单列向心推力轴承组成。第二轴组件 第二轴由大圆弧伞齿轮、轴斜齿轮和轴承等件组成。除轴承外其余零件钢材同轴圆弧伞齿轮。大圆弧伞齿轮的加工和热处理方法也和轴圆弧伞齿轮一样，并且一起对研后，成对进行组装。一般用平键同轴斜齿轮的轴连接，并用挡圈或轴套固定在轴上。第三轴组件 第三轴由大斜齿轮、轴直齿轮和两端轴承等组件组成。轴承用两套双列向心球面滚子轴承；其余零件的材料和加工方法等均与第二轴轴齿轮相同。第四轴组件 第四轴是减速器连接链轮的输出轴。通过花键或通过齿轮联轴器使减速器和链轮连接起来，实现传动运转。除带保险销的第四轴部分结构不同外，其余均由大直齿轮轴、轴承组、密封壳体及内外密封环等组件组成。带保险销式的大直齿轮通过平键、空心轴、内连接盘、保险销、外连接盘及端盖等同轴连接，空心轴用滚针轴承支撑在轴上。5 经济技术分析（1）技术可行性分析：本次设计通过对工作需求，工作情况，工作能力与工作量的分析，合理的选择了刮板输送机的型号。对刮板输送机中的一些关键部位经行了选型计算，其中刮板链、链轮、链轮轴的结构及强度都基本达到要求。对于重要的启动方式运用了一些先进的工作原理，能达到合理、高效的目的。（2）经济合理性分析刮板输送机作为迄今为止综采工作面的唯一运输装备，它与采煤机、液压支架很好的配合，相互配合工作，所以选择刮板输送机是毋庸置疑的。本次刮板输送机的选型，刚好能够满足所需的工作量，并且能顺利地运行。所以在达到工作需求的条件下，达到了投入的最小化的目的下，实现了经济合理的投入。（3）对于本次刮板输送机的设计，遵循着先进适用性原则，安全可靠性原则与系统优化原则来设计。与同类产品相比，本次刮板输送机关键部位强度到达要求，保证了工作运行的安全性。在启动方面，采用了相对先进的启动方式，工作系统运行也能在一个相对稳定的状态运行。6 结 论本文通过对刮板输送机的整体进行设计计算以及对其主要传动部件的分析可以得出以下结论：（1）通过对刮板输送机的选型计算认识到了刮板输送机在工作过程中每个部件的工作原理，对于刮板输送机有了初步的了解。（2）本文对刮板输送机的链轮进行了设计计算，通过对链轮多边形效应简要的分析得出当链轮分度圆直径不变时，链轮齿数对动载荷的影响。从而通过分析得到链轮的齿数。（