圆形堆取料机设计

摘 要圆形料场混匀堆取料机主要由可回转的悬臂堆料机、中柱、桥式刮板（刮斗）取料机、电控系统等组成。中柱安装在圆形料场的中心，中柱上部安装有可回转的悬臂堆料机，悬臂堆料机可绕中柱 360回转并在变幅油缸的驱动下进行变幅，通过回转机构和变幅机构的合成运动完成堆料作业。取料机是一台绕中往回转的桥式刮板（刮斗）取料机，通过取料机桥梁上往复运动的料耙，将料堆物料逐层松动并拨落至料堆底部，再由刮板（刮斗）取料系统将已被均化的物料输送至中柱下面的出料漏斗，通过漏斗将物料卸至地下的带式输送机运出堆场。在回转机构中，关键是回转支承。回转机构的工作原理是小齿轮与回转支承的大齿轮啮合来带动整个回转体的转动，所以本文章将对回转支承进行选型并对小齿轮进行设计。圆形料场混匀堆取料机是一种理想的散状物料均化设备，适用于大型水泥厂的原料预均化，也广泛应用于煤炭、电力、冶金、化工、港口等行业需要对散状物料进行存贮，均化的堆场。关键词：取料机；桥式刮板；回转机构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圆形堆取料机设计说明书目 录1 概述 .11.1 圆形堆取料机简介 .11.2 圆形堆取料机分类 .21.3 圆形堆取料机市场需求 31.4 圆形堆取料机国内发展现状 41.5 圆形堆取料机的研究方向 71.6 设计课题及选题意义 91.7 圆形料场堆取料机原理 102 总体设计 .112.1 总体设计概述 112.2 刮板取料机构成 112.3 刮板取料机的主要参数及其确定 122.3.1 取料的理论生产率 .122.3.2 刮板取料时每层深度 .122.3.3 料堆高度 .132.3.4 料堆长度 .132.4 取料器的设计 132.5 刮板速度的确定 143 部件设计 .153.1 桥式刮板取料机构设计 153.1.1 刮板取料机构构成 .153.1.2 刮板驱动电机选用 .163.1.3 液力偶合器选用 .173.1.4 门架的设计 183.1.5 销齿传动设计 .183.1.5 刮板轴的设计及校核 .223.2 上车回转机构设计 263.2.1 回转机构选型 .263.2.2 回转机构设计 293.2.3 齿轮轴设计及校核 .323.2.4 小齿轮校核 .353.2.5 回转支承的日常维修 .373.3 带式输送机选型设计 383.3.1 带式输送机特点 .383.3.2 带式输送机的驱动装置 .403.3.3 带速的确定 .423.3.4 滚筒直径的确定 .443.3.5 托辊的选型 .453.3.6 张紧装置的选用 .453.3.7 制动装置 .453.4 变幅机构 463.5 配重的安装 463.6 行走机构 46总 结 .50致 谢 .51参考文献 .521 概述1.1 圆形堆取料机简介圆形堆取料机是现代化工业中连续装卸散状物料的一种重要设备，主要用于港口、码头、冶金、水泥、钢铁厂、焦化厂、储煤厂、发电厂等大宗散料如矿石、煤、焦炭、砂石等在存储料场的堆放、提取作业。如果采用“装载机 自卸汽车 ”系统作业，装载机在铲入 举升旋转行走卸载空转空行程等一个作业循环中，既要完成取料任务，又要完成输送任务，辅助作业时间几乎占用2/3还多。自卸汽车载重量受到限制，往返路程多，工作效率很低，满足不了电厂发电的用煤需求。连续装卸机械的采用，大大缩短了装卸时间，提高了工作效率，减轻了工人劳动强度。在功率相同的情况下，圆形堆取料机的生产效率为单斗装载机的1.52.5倍。圆形堆取料机主要有桥式（见图1-1）与门式（见图1-2）两种构造。控制方式有手动、半自动和自动等。图 1-1 圆形堆取料机图 1-2 门式圆形堆取料机1.2 圆形堆取料机分类 堆取料机按其功能可分为:（1）堆料机 堆料作业 （2）取料机 取料作业 （3）堆取料机 堆取料作业 （4）混匀堆料机 均化堆料 （5）混匀取料机 均化取料 堆取料机按形式可分为:（1）门式圆形堆取料机 大跨度双梁 （2）桥式取料机 大跨度单梁 （3）圆形料场堆取料机 桥式或摇臂式 （4）刮板式取料机 桥式或人字式 （5）普通摇臂式 具有悬臂、俯仰、回转功能 按尾车功能又分为:（1） 固定单尾车 堆料、取料（2） 活动单尾车 堆料、取料、直通或折返取料、提高回转角度范围 （3）固定双尾车 堆料、取料、直通 （4）活动双尾车 堆料、取料、直通或折返取料 （5）伸缩升降双尾车 堆料、取料、直通、提高回转角度范围降低落差 按理论生产能力，圆形堆取料机可分为以下几种:（1）轻型 生产率在 630m3/h 以下（2）中型 生产率为 6302500m 3/h（3）大型 生产率为 25005000m 3/h（4）特大型 生产率为 500010000m 3/h（5）巨型 生产率在 10000 m3/h 以上1.3 圆形堆取料机市场需求受整个国民经济增长的影响，原材料工业、能源、石油、化工、汽车等各个行业都会有非常大的发展。在这些行业发展的同时直接会带动散料机械装备工业的发展。就钢铁工业而言，受建筑、汽车工业的影响，钢铁工业飞速发展,我国已经连续六年局世界第一产钢大国,同时又是第一钢铁消费大国。到2002年钢的产量已经达到1.8亿吨，并以每年300万吨的速度增长。近几年在股市上钢铁板块普遍看好,建筑业的发展和技术的提高加大了对钢铁的需求，中国建筑业在钢铁的应用数量方面和世界发达国家相比还有很大的差距,随着建筑业的不断发展这一行业对钢铁的需求会更会加大。汽车进入百姓耐用消费品市场已经开始，汽车产业的发展也拉动钢材的需求量。机械制造业、家用电器、造船业、石油天然气、集装箱等各行业的发展都会拉动中国钢铁企业的发展，使钢铁企业加大投入，并且现在已有部分民营资本进入钢铁行业。钢铁事业的发展离不开矿石和煤炭，而煤炭和矿石的运输和储存必须使用散料机械，这些设备包括皮带运输机，装船机、卸船机，圆形堆取料机等散料机械。在钢铁企业的发展过程中加大了钢的产量，也加大了对煤炭和矿石的需求，国产矿石和目前进口的矿石数量已经满足不了钢铁企业发展的要求，会有更多的矿石进口到中国，其中会有来自澳大利亚、巴西的铁矿石通过港口转运到各个钢铁企业。南部沿海的广西、广东各个口岸，华东地区、山东、渤海湾等各大港口会进口更多的来自国外的铁矿石，所以在钢铁企业的发展过程中最先发展的是沿海各个口岸的交通。在新建的矿石港口的泊位中也将以大吨位船只的泊位为主。在钢铁企业矿石需求发展港口的同时还会同时发展钢铁企业内的原料长场的建设，这里会包括在钢铁企业内部的一次料场和二次料场，同时钢铁企业也会加大对煤炭的需求，将有大量的煤炭经过北方港口装船运往南方，所以，在钢铁行业快速发展的推动下，在港口和钢铁企业，散料机械会有一个十分巨大的市场发展空间。散料机械在港口行业的高速发展已经开始并会持续一定的时间。 在电力方面，前几年部分电力部门出现了供大于求的矛盾，部分电厂限制发电或只是部分机组开机，受国民经济持续增长的影响，各行各业用电量也在不断的增长。现在在南方的部分地区出现了电力紧缺的情况，为缓解和解决电力紧缺的矛盾，在电力方面必然会加大其投入。电厂的增加使煤炭的需求量增加，各个煤矿会加大煤炭产量，以满足电力市场对煤炭的需求，在电力方面也存在着大量的煤炭北煤南运，同钢铁行业一样，也会大幅度增加散料机械的需求量。电厂和港口都会因为电力企业的发展增加对散料机械的需求。 在沙石、水泥等建材行业也随着国民经济的发展和固定资产投入的加大而得到迅猛的发展。散料机械虽然在建材行业的应用设备形式较小，但其在全国的数量是巨大的，混匀堆取料机、刮板取料机、皮带运输机的数量同样会有一个大的发展。 1.4 圆形堆取料机国内发展现状国内堆取料机的设计已有近四十年年的历史，最早制造的一两台设备投入使用也有三十四年的历史。最早的圆形堆取料机设计可以追溯到 1966 年，当时参加设计和研制的单位有：北京钢铁设计院、大连工矿车辆厂、北京起重机械研究所、鞍山钢铁设计院、哈尔滨重机厂、华北电力设计院、东北电力设计院、西北电力设计院等单位。 当时国内部分钢厂、码头急需使用此类设备，国外当时已使用了十余年，为满足当时的社会需要开发了我国早期的圆形堆取料机。这些单位为中国圆形堆取料机事业的早期发展做出了贡献，奠定了这一行业的基础。当时的典型设备型号为 KL-1 型，KL-4 型，DQ3025 型，DQ5030 型，取/堆料能力分别为：1200/2000t/h 30m，1200/2000t/h 30m，300/600t/h 25m，500/1000t/h 30m，其中 KL-1 型为 1966 年设计，1970 年 3 月在攀钢焦化厂投入使用。虽然当时的产品和现代产品在质量上和控制水平上存在着很大的差别，但这些早期的产品对当时的电力企业和钢铁企业的发展起到了十分重要。八十年代，随着电力工业和钢铁工业的发展，圆形堆取料机的事业也得到了十分迅猛的发展，在电力部门的使用数量有很大的提高，并且在港口上的使用量剧增。宝钢的原料码头，秦皇岛港、连云港、北仑港、西基港、烟台港、天津港、大连港等相继一大批港口增设了散料码头用于煤炭或矿石的转运。九十年代国内圆形堆取料机的事业发展更是向数量更多，应用更广的方向发展。在钢铁企业、电力企业、各大港口几乎都可以看到圆形堆取料机的应用。在港口人们也已经把圆形堆取料机当作一种港口机械。在圆形堆取料机的出口方面国内的产品还比较少，大多数出口的产品是和某些成套项目共同出口到其他国家。其次是和国外的某些公司联合制造，为其制造焊接件和机械加工件出口。在进口方面，最早的圆形堆取料机的进口是：1980-1981 年上海宝钢进口日本的十九台圆形堆取料机； 1981 年北仑港进口两台圆形堆取料机； 1988 年福州华能电厂，大连华能电厂等。在国内项目和国外合作制造的有：1982 年石臼港项目；1984 年 秦皇岛港二期；1986 年 秦皇岛港三期；1994年 秦皇岛港四期；1990 年 青岛前湾港；1984 年 广州西基码头；1988 年宝钢二期项目；1995-1996 年宝钢三期项目；2000 年 宝钢马迹山港项目； 2001 年 天津港项目；黄骅港的一期和二期项目；以及上海罗径港、石洞口电厂、扬州电厂、北仑电厂、江由电厂、硌磺电厂等基本上采用了引进技术合作制造的模式生产的圆形堆取料机。进口和引进的主要国家来自日本、美国、德国、法国、奥地利、意大利等国。产品的进口和技术的引进大大缩短了国产设备和国外设备的差距，使国内本行业的产品在质量上有了很大的提高。目前国内的产品质量基本可以满足国内用户的要求，现在可设计制造圆形堆取料机的厂家达五六家。经过几十年的发展，我国的圆形堆取料机研制水平取得了较大提高，但同发达国家相比，仍存在明显差距，其控制技术仅限于基于可编程控制器（PLC）为核心的单机控制，作业水平也仅限于单机手动方式。现在国内的圆形堆取料机已经从最初的研究转向发展，向更高的产品质量和设计水平迈进。国内已经开展了圆形堆取料机自动控制方面的引进和开发工作，已能生产带有半自动微机程控系统的机型，控制水平已达到了 20 世纪 70 年代末国际水平。表 1.1 堆取料机的主要制造商国内外堆取料机主要制造商 MANUFACTURES FOR STACKER （2）研制适应性更好的机型;（3）提高自动化程度，实现作业和保护的自动控制;（4）实现标准化、系列化和通用化之外。采用现代设计方法和设计手段，优化结构组合，在保证生产能力的前提下，尽量减轻整机重量，提高设备的可靠程度，已成为必然。世界上研究和开发刮板机械最早的国家是德国，其次是前苏联，而且，目前它们仍处于世界领先地位，它们对刮板挖掘机的研究做了大量工作。德国学者Scheffler D.研究了圆形堆取料机的切削阻力系数和切削力系数与岩石性质之间的关系。用振动模拟系统求出了圆形堆取料机的动态附加应力和共振转速等对刮板挖掘机进行了振动计算，并用试验验证了计算结果的正确性。A.May则对圆形堆取料机斗齿装置测挖掘力的方法进行了研究。前苏联的别列日诺依等对圆形堆取料机刮板驱动系统的动载荷进行了分析，给出了动态载荷的经验公式，丘特诺夫斯基则研究了圆形堆取料机工作装置的振动对切削参数的影响，国内对圆形堆取料机的研究还比较落后，目前，研究工作主要集中在挖掘阻力的测试及其载荷谱的编制、轮斗斗唇形状改变、总体参数优化设计及其结构件的静态刚度强度分析等方面。虽然国内外已对刮板挖掘机进行过多方面的动态问题研究，但对于圆形堆取料机的工作装置的运动仿真以及对其变幅装置的多工位动态性能进行研究的报道并不多见。国内在圆形堆取料机的设计过程中，往往类比国外对刮板挖掘机的研究成果和圆形堆取料机的各种参数，缺少科学的动态设计依据，这是国内产品质量较差，故障率高的根本原因。虽然圆形堆取料机在结构上与刮板挖掘机有许多相似之处，但由于作业对象的不同，即刮板挖掘机的作业对象是矿岩，圆形堆取料机的作业对象是散料，因此，在末端工作机构的驱动和结构件的刚度强度等方面相差悬殊，这些决定了其动态性能的本质不同。对圆形堆取料机工作装置的动态问题进行深人研究，采用现代设计方法和设计手段，才是提高圆形堆取料机产品质量和可靠性的主要途径。随着自动化和信息技术的发展，发达国家圆形堆取料机技术进入了一个新阶段，主要有以下四个方面：（1）理论生产率向大型化发展。刮板对取料机的理论生产率是衡量圆形堆取料机规模的一个指标，它从开始的每小时几十立方米发展到现在的每小时近20000立方米。德国目前仍在开发有更大理论生产率的圆形堆取料机。（2）各国都在使圆形堆取料机的生产系列化。系列化的好处之一是可保证某些零配件，如铲斗、履带板、驱动轮等通用化、标准化，使顾客更方便地在市场上买到现货。（3）圆形堆取料机的自动化程度越来越高，使信号、事故预报和联锁的操纵装置更加完善，实现作业和保护的自动控制。圆形堆取料机是一个典型的多刚体系统，采用机器人的运动规划和主动控制技术，可提高圆形堆取料机的工作稳定性和作业能力。机器人化圆形堆取料机是集机器人机构、机器人控制技术以及现代电子和信息技术等为一体的综合性机电一体化产品。更重要的是，将电子技术、计算机技术与传统大型机械设备进行嫁接，可大大提高设备的性能和作业能力。如采用机器人的多传感器融合和配置技术以及现场总线技术，可提高圆形堆取料机的智能化作业能力和工作可靠性；采用遥控遥感技术，可改善作业环境，减员增效，提高现代化作业水平；采用网络技术，可大大提高制造厂和用户的综合管理水平及跟踪服务能力。（4）采用现代设计方法和设计手段，优化结构组合，在保证生产能力的前提下，尽量减轻整机的重量，提高设备的可靠程度。ABB公司已开发出自适应的操作系统，使圆形堆取料机始终处于较高的工作能力，并尽可能地受环境和操作人员水平的影响。1.6 设计课题及选题意义取料机与堆料机适用于大型码头、港口项目。在大型散货料场的地面，利用带式输送机，设计成单一的流程，即堆料流程或取料流程。一般同一料场相邻的两个设备一个是堆料机，另一个是取料机。对同一料场或不同料场，这两台设备可同时进行取料与堆料，如堆料机用于卸火车，同时取料机用于装船。对于码头用户可在取料机的轨道上安装带式输送机，使得取料机所取得物料直接卸在输送带上，通过输送带运输到船上。所以单一功能的取料机也有很大的市场需求，本次设计将研究设计桥式刮板取料机（见图 1-3）。重点设计其刮板机构和回转机构以及取料半自动控制过程。图 1-3 桥式刮板取料机示意图刮板取料机包含了刮板机构、输送机、回转机构、控制系统等众多小系统，这对我们学生运用大学期间所学知识进行综合运用有很大益处。由于所学知识有限，再加上煤堆形状的不确定性，对圆形堆取料机的运行将采用半自动控制，一般的操作过程可以自动进行，当遇到一些问题需要调整时再由人进行操控，这样可以节省劳动力。本次设计将对刮板机构进行创新，传统上的各类圆形堆取料机的刮板传动都是由电动机通过液力偶合器把力传给减速器，减速器的输出轴通过联轴器直接与刮板轴相连，这使得刮板轴受到很大的扭矩，要求轴有较好的材料性能，成本较高，而本次设计将采用销齿传动来驱动刮板体的转动，大体过程是在刮板上安装一较大的销齿圈，再用与减速机输出轴相连接的销齿轮驱动销齿圈，从而带动刮板转动进行取料，下面的文章将就此方案进行详细的设计计算。销齿传动使得轴所受到的扭矩很小而且销齿圈的轮齿是圆销，它结构简单、加工方便、造价低、拆修方便，销齿传动适用于低速、重载机械传动和粉尘多、润滑环境较恶劣的场合，能使刮板驱动机构的制造成本减少一倍多，同时还运行平稳，易于检修。1.7 圆形料场堆取料机原理桥式刮板取料机型圆形料场堆取料机堆料时的原理与斗轮取料型圆形料场堆取料机的堆料原理相同。堆料臂也是由液压油缸驱动俯仰。桥式刮板取料机型圆形料场堆取料机取料是采用刮板取料。在中心柱与环形轨道之间设有一个桥架。在桥架上设有一个移动式料耙和刮板运输机。桥架的外侧通过台车支撑在环形轨道上。取料时外部环形轨道上的台车由电机、减速机、车轮驱动沿环形轨道低速行驶，进而推动整个桥架围绕着中心柱转动。同时，料耙沿着桥架长度方向往复形式运动并将物料从料堆上耙下，落到刮板处，刮板在链条的驱动下沿地面向中心柱处移动，将物料刮卸到中心柱下部的溜斗处，由溜斗下部的地下带式输送机将物料运出料场。 刮板取料机的组成是由刮板、链条、驱动链轮、张紧链轮等组成。两个链条形成两个整体连接成闭环链条，刮板安装在链条上，通常每隔一节连扳安装一个刮板。当链条移动时带动刮板移动刮动物料向中心柱下部的溜斗处移动。 桥式刮板取料机型圆形料场堆取料机由于采用料耙耙料具有比较好的均化效果，特别适合于水泥厂的石灰石均化。所以，目前国内许多水泥厂采用这种机型作为生料库堆取设备。 图 1.7 桥式刮板取料机原理简图2 总体设计2.1 总体设计概述（1） 机器在正常工作条件下，整机应具有足够的强度、刚度和稳定性。（2） 机器不论在工作状态或非工作状态，在规定的俯仰范围内的各种工况下，整机都应当处于稳定状态。（3） 在输送线路上，特别是在取料、卸料、和各转运点，必须保证物流顺畅，不发生物料溢出或堵塞现象。（4） 刮板直径与带式输送机参数和取煤炭与取铁矿石的同能力的刮板取料机相比，一般取煤炭时要求刮板直径达，输送带带宽较宽、带速高，刮板驱动功率较小。（5） 联锁作业。只有当夹轨器或锚定装置松开时，行走机构才能动作；只有在电缆卷筒制动器松闸后，行走机构才能启动。（6） 各安全保护及检测装置完备。例如：俯仰机构应当设置防止悬臂超速下降及超载的保护装置；转载料斗应当设置堵塞警报装置；回转机构、俯仰机构和行走机构运行的极限位置均应设置两级终端限位开关；为安全可高，钢丝绳卷扬的俯仰机构应采用两套制动器；行走机构和回转机构制动器应满足在250Pa工作风压下顺风行走和顺风回转时的制动要求等。（7） 电缆卷筒装置。动力和控制电缆卷筒分别设置在圆形堆取料机的两侧，电缆卷筒采用磁滞式电缆卷筒，具有足够缠绕力矩，以防止收放电缆时缠绕紊乱，能连续运行而不堵转，设有电缆张力极限保护装置。动力电缆控制电缆采用进口扁电缆，卷筒的直径能满足电缆曲绕能力的要求，电缆在卷筒上缠有足够的安全圈数。（8） 漏斗、溜槽及悬挂缓冲装置。所有漏斗、溜槽的冲刷面均衬有厚度不小于8mm的不锈钢衬板，漏斗、溜槽不能堵煤，其倾斜面与水平面的夹角不小于60度。取料用中心落煤管下设置悬挂缓冲装置，其上的缓冲托辊间距不大于400mm，并能防止输送带跑偏。在落煤斗、中心落煤管的适当部位设置大小合适、密封良好的检查门，以便于检查料流及人工疏导堵塞。2.2 刮板取料机构成刮板取料机主要由行走机构、底座、上部回转机构和平台、圆形堆取料机构、斗臂架和斗臂架带式输送机、门架、俯仰机构（变幅装置）、平衡梁架和配重、司机室、电器设备等组成。2.3 刮板取料机的主要参数及其确定刮板取料机的参数分为主参数和工作性能参数两类。刮板取料机的主参数决定了它的规模、主要技术性能参数和主要结构形式。桥式刮板取料机的主参数包括取料的理论生产率和料堆高度、长度、宽度。主要参数一般由用户提供，作为已知量供给产品设计者。桥式刮板取料机的工作性能参数决定了机器本身各个机构的结构形式、尺寸、功率、转速性能等。工作性能参数包括：刮板直径、刮板转速、斗数、料堆切割阻力；斗臂架回摆半径、回摆角度和俯仰角度等。2.3.1 取料的理论生产率桥式刮板取料机的取料理论生产率，决定了与之配套的带式输送机允许通过的最大输送能力。刮板取料机的取料能力的确定与系统设计、设备运转率要求等多反面因素有关，涉及领域较广。取料能力是指刮板取料机单位时间内所能挖取物料的多少，单位用t/h表示。在实际应用中又分为最大取料能力与额定取料能力。最大取料能力是指刮板在挖掘物料时所具有的瞬时最大能力，表示设备取料能力的峰值，如刮板取料时满斗的瞬间能力。在系统设计中，应考虑各个环节允许最大取料能力的物流通过。额定取料能力是指在取料作业时，在规定的标准形状料堆上连续工作一定的时间，操作者根据规定的操作程序和方法进行操作，设备在这段时间可以达到的平均取料速度或平均每小时取料量。已知所要设计的桥式刮板取料机的最大取料能力为500t/h,主要挖取密度的煤，刮板转速 30.85/tm8/minr理论容积生产率 ：Qv= 3(/)h式中： 最大取料能力， ；/t物料密度， 3m代入公式得: =Qv508/.h2.3.2 刮板取料时每层深度取料煤层深度应当控制在0.50.7倍的刮板直径范围内,刮板取料时的进尺量应当按照0.9倍的斗深确定。在满足取料能力要求的前提下，进尺量过小会使刮板取料机的回转速度加快。2.3.3 料堆高度为了设计方便，常以行走钢轨踏面为基准，料堆高于钢轨路面的部分称为轨上高度。料堆低于钢轨踏面的部分称为轨下高度，两者的和为总料堆高度。料堆高度由物料堆积的安息角和料堆宽度决定，物料的安息角与物料的种类有关。在堆料宽度一定的条件下，料堆的物料安息角越大，料堆总高度越高。在物料安息角一定的条件下，料堆越宽，料堆的总高度就可以越高。 目前我国生产的刮板取料机的轨上堆取料高度范围为716m ，常用1012m；轨下高度为0.46m，常用为1.52m。2.3.4 料堆长度堆料长度一般是由现场根据储料量及地理环境确定，料堆的长度对设备影响比较小，它直接与行走距离密切相关，料堆越长，行走距离越远。而行走距离又决定了设备的动力电缆卷筒的电缆长度和控制电缆卷筒上电缆长度和控制电缆卷筒上电缆的长度以及设备给水系统的洒水除尘系统供水槽的长度。通常大车行走距离小于1000m，料场的长度小于1200m。2.4 取料器的设计图 2.4 取料器的设计取料器数目的多少直接影响刮板取料机的生产率。决定取料器数目及尺寸的重要条件是铲斗的卸料过程。取料器的个数应满足下列需求：（1） 保证取料器完全卸空，并使卸出的物料落到卸料板内。不能使铲斗提前散料和过了卸料区斗内仍残留物料。（2） 保证挖掘过程平稳，载荷波动小，冲击小，尤其是在挖掘冻煤和较硬散料时。取料器的个数根据载荷确定。从保证刮板工作得到较稳定载荷的目的出发，当铲斗依次出、入散料时，其最大和最小力的差值应当在15%以内。取料器容量q取决于机器的理论生产率 和物料的松散系数。LQ设 ，当K为已知量时，根据已经确定的刮板的理论生产率就可以计Qv=算出斗容，根据对世界上250台刮板挖掘机的统计，K 值见表2-1。计算斗容时，可以选用表中的平均值，斗容的单位常用升（L）和立方米（ m3）来表示。vaq360V=则铲斗容量 58143.LQqK2.5 刮板速度的确定21.730.84/cVwradsD式中： 刮板的切割速度，m/s；D刮板直径，m；k速度系数，取0.35。.21.73/60nms3 部件设计 3.1 桥式刮板取料机构设计3.1.1 刮板取料机构构成桥式刮板取料机构主要由电动机、液力偶合器、减速器、齿轮、刮板轴转配、刮板体、立柱及溜料倒料装置等构成，（见图3-1）堆料机、取料机、进料口等。图3-1 桥式刮板取料部件3.1.2 刮板驱动电机选用刮板驱动功率主要消耗于切割功率、铲斗装填功率、物料与挡板的摩擦功率、物料动能功率、物料提升功率以及克服机械传动的阻力。一般把这四项消耗功率合并称为切割功率 。对于切割功率和提升功率有以下简化计算公式 :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随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;系数,一般取11.2;b圆形堆取料机平均生产率,t/h;mQR刮板半径,m;物料堆积密度,t/m 3;rf松散系数,一般取1.3-1.65;利用系数,取值范围为0.64-0.92;fnV圆形堆取料机理论生产率,m 3/h。mf58Q0946t/h13=r=g代入计算得 F 1=30.6KN/m则切割阻力 F=30.60.45=13.7KN故切割功率： = P13v.71.25KW00提升功率： mR46.3b=g2驱动功率： 12P7.5N32.4KW0.8+=考虑到由于冬季雪水的渗透、冻结，挖掘物料的阻力要比其他季节大。一般认为北方冬季挖掘冻结物料时所需功率是其它季节所需功率的1.3倍，故刮板取料机所需最大驱动功率为： 21.3.32.4.1K=g选取传动效率为0.8，则所需电机的功率至少是：N4./085W参考其它刮板取料机的参数，本次设计将采用功率为55KW的电动机。由于取料机在煤场工作，灰尘多，环境较恶劣，故电动机必须有防尘功能。Y系列（IP44）封闭式三相异步电机的结构特点：效率高、耗电少，性能好，噪音低，振动小，体积小，重量轻，运行可靠，维修方便。为B级绝缘。结构为全封闭、自扇冷式，能防止灰尘、铁屑、杂物侵入电动机内部，适用于灰尘多、土扬水溅的场合，如农业机械、矿山机械、搅拌机、碾米等，应用较广泛。综上所述，选择Y250M-4三相异步电动机，功率为55KW，同步转速1500r/min,3.1.3 液力偶合器选用液力偶合器是刮板驱动系统中重要的一部分，置于刮板驱动电动机与减速箱之间传递动力，其作用有时似乎与联轴器相同，但实质全然不同。具有如下优点：（1）无极调速。在电机转速恒定下可以无极调节工作机的转速，与传统的节流调节相比可以大量节省电能。（2）防护动力过载，偶合器泵轮和涡轮之间没有机械联系，转矩是通过油来传递的，是一种柔性和有滑差的传动。当负载的阻力突然增大时，其滑差可以增大，甚至制动，电机可继续运转而不致停车。（3）可隔离振动，缓和冲击。（4）可方便实现离合。偶合器流道冲油即接合，将油排空即行脱离。（5）除轴承外无磨损件，工作可靠，寿命长。由于刮板取料机构既要防护动力过载，又希望大惯量工作在较长的启动过程中，电动机不会出现过大负荷，故选用延充式限矩型。延充式限矩型液力偶合器主要用于启动困难的和大惯量的工作机时，在启动过程中电动机可具有较低的载荷，防护动力系统动力过载，协调多台原动机间载荷分配，不能调速和脱离。已知电动机的额定功率为55KW，额定转速为1500r/min，故选用YOX420 型延充式液力偶合器。3.1.4 门架的设计钢材的弹性模量 E=206103N/mm21、Poisson 比为 =0.3 1、 密度=7850kg/m 31。结构的基本组合的荷载分项系数，永久荷载分项系数是 1.22，可变荷载的分项系数是 1.32。对一般的结构钢，其许用应力：=16010 3N/mm2取料机门架许用挠度：f=L/700-L/10003.1.5 销齿传动设计1)、销齿传动的特点及应用销齿传动属于齿轮传动的一种特殊形式。其中，具有圆销齿的大齿轮为销轮，另一个具有一般齿轮轮齿齿形的小齿轮称为齿轮。如图 3-5 所示。销齿传动有外粘合、内粘合和齿条粘合等三种型式，使用时，一般常以齿轮作为主动轮，因为，当以销轮作为主动时，齿轮的轮齿齿顶先进入啮合，将会降低其传动效率，故不用销轮作为主动。由于销轮的轮齿是圆销形，故与一般齿轮相比，它具有结构简单、加工容易、造价低、拆修方便等优点，故以销轮代替尺寸较大的一般渐开线齿轮时，将具有很大的经济性。特别是个别销齿破坏时，只需个别更换，不致整个销轮报废。销轮传动适用于低速、重载的机械传动和粉尘多、润滑条件差等工作环境比较恶劣的场所。广泛应用于起重机械、化工、冶金、矿山等部门的一些低速而大型的机械设备中。销齿传动结构见图 3-5。图 3-5 销齿传动2)、销齿传动应用本次设计的一个创新点就是改变传统的电机驱动刮板轴的传动方式，而是将一销齿圈焊接与刮板体的一侧，减速器的输出轴上直接装齿轮，通过两者的啮合使刮板转动。销齿圈的轮齿是圆销，它结构简单、加工方便、造价低、拆修方便，销齿传动适用于低速、重载机械传动和粉尘多、润滑环境较恶劣的场合，能使刮板驱动机构的制造成本减少一倍多，同时还运行平稳，易于检修。已知驱动电机额定功率 P=55kw，额定转速 =1500r/min，效率为 0.921n液力偶合器传动效率 =0.961减速器传动比和传动效率分别为 =30, =0.92i2销齿传动系统中销轮的转速和传动效率分别为 =8 r/min， =0.93np（1） 计算销齿轴的转矩 2T设备总传动比 = = =185zi12n508销齿传动比 26.730zi销轮功率 21250.96.0934.6()pP kw销轮轴的转矩 224.97()8TkgmnA（2） 选定材料及确定许用应力销齿材料采用 45 钢，正火处理，167217HB。按 10r/min 查表得=108 kg/，查表，按对称循环载荷计算H2F=2F1KS式中 疲劳极限， =0.43 54=23.22kg/；11销齿变面状况系数， =1.25；K许用安全系数， 的取值范围为 1.41.6，取 =1.5。SSS= （kg/ ）2F3.12.452m齿轮材料采用 45 钢，调质处理，207255HB。按 10r/min 查表得=120kg/、 =14.5kg/H1F（3） 选定 、 、 和确定 、 、 等参数z/pd1z/ahp2z查表取： =1.5、 =13、 =0.4751销轮齿数 26.7380.2zi取 80 齿销齿传动实际传动比 = =6.1521zi3销轮实际转速 26.78.0(/min)5nrad实际总传动比 3.14.5zii按 =13、 =0.475 查图得（ ）max=0.478。1z/pd/ahp为了保证齿顶不变尖且有一定厚度，还要保证重合度 的值不小于 1.11.3，则试取 =0.43。/ahp按 =13、 =0.475 查图得 =1.28 在需用范围内，故合格。1zd（4）销齿直径确定及强度校核按接触强度公式计算 p394pd2332 21(/)490.7546.8()6.1HTd miz取 =48p按弯曲强度验算公式校核 pd32220.4753.1407591084()/ 8t pTTF kgrzPz1.58()pbdm取 ，则6L.67215.2233. 840()(236).8(/)tFpbkgmd，故销齿弯曲强度足够226.81.F按弯曲强度验算公式校核齿轮轮齿弯曲强度 221 1340.758.4/4.5/tF Fkgmkgmbp故齿轮轮齿弯曲强度足够。（5）几何尺寸计算齿轮齿数 13z销轮齿数 280销齿直径 4pdm齿距 48100.75.pdm齿轮节圆直径 =1/z3/.418.2销轮节圆直径 =2dp01.573齿轮齿根圆角半径(0.51.)(.5.2)48.24.96f p取 2.8fm齿轮齿根圆角半径中心至节圆距离 (0.4.5)(0.4.5)81.92.4pcdm取 2齿轮齿顶高 .3.3.ah齿轮齿根高 2.85ffpc齿轮全齿高 43.6.43ham齿轮齿廓过渡圆弧半径 (0.34)(0.)81.92pRd取 16m齿轮齿顶圆直径 124.3.450aahm齿轮齿根圆直径 18.268.fd中心距 12.5749.齿轮齿宽 .5.82pbdm销齿计算长度 16715.L销齿中心至夹板边缘距离 (.)(2)48796pldm取 80lm销轮夹板厚度 (0.25.)(0.25.)4812pdm取 20m（6）夹板挤压强度校核取 21/prkg223840/10/2tpr prFkgmkgmd故夹板挤压强度足够。3.1.5 刮板轴的设计及校核（1）计算作用在轴上的力根据前面计算可知扭矩 T 74.9310=N圆周力 48Ft径向力 4rGcos6轴向力 4310in.10=a N（2）初步估算轴的直径选取 40Cr 钢作为轴的材料，调质处理由公式 计算轴的最小直径并加大 3%以考虑键槽的影响3PdAn查表 取 A=100则 3min40.61.17m8=图 3-7 刮板轴的结构图（3） 绘制轴的弯矩图和扭矩图水平方向上的力 RH1=RH2=1.92104N垂直方向上的力 RV1=RV2=3104N 水平方向上的弯矩 MH=36319.2103=7106Nmm垂直方向上的弯矩 MV=3104363=1.1107Nmm 最大弯矩 M=1.3107Nmm（4）按弯扭合成强度校核轴的强度当量弯矩 其中折合系数()22caT+0.6a=(2771.34.90613.0=gca Nm轴的材料为 40Cr 钢，调质处理。 =685 N/ ，得材料许用应力bs2轴的计算应力为 cacMWs由于轴截面有键槽故 ()23tdt2-p=-代入计算得 58.10m7253.263/=cac Ns故该轴满足强度要求（5）计算危险截面的工作应力取第一个轴肩面作为危险面截面弯矩 7612515.30.206=gMNm截面扭矩 74.9gTNm抗弯截面系数 33630.1.201.Wd抗扭截面系数 0=T m截面上弯曲应力 621.7/0bMNs截面上扭剪应力 7261.9430./2=TNmWt弯曲应力幅 /abNms弯曲平均应力 0m=扭切应力 24.6/2att（6） 确定材料的机械性能查表可知 40Cr 钢弯曲疲劳极限 剪切疲劳极限2135/Nms-=2185/Nmt-=合金钢材料的特性系数 ，0.3,.50.1stsyy（7） 确定综合影响系数 、Kt轴肩圆角处有效应力集中系数 、 ,根据 kst 30.12=rd， ，查表计算得 ，3401.52=Dd2.75=1.8kt配合处综合影响系数 、 ，根据 d， ，配合 H7/r6 计算得Kst bs=3.8， =2.68Kskt尺寸系数 、 ，根据图查得 ，axt 0.52=ax.60t表面状况系数 =sb.8t2.7560gakKssx1.83.4=ttb（8）计算安全系数取需要安全系数 1.5S=139.60-=+amSKssy11851.33.4.46-=arttt2291.=+caSst故疲劳强度安全。