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圓形堆取料機(jī)設(shè)計說明書
目 錄
1 概述 1
1.1 圓形堆取料機(jī)簡介 1
1.2圓形堆取料機(jī)分類? 2
1.3圓形堆取料機(jī)市場需求 3
1.4圓形堆取料機(jī)國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 4
1.5圓形堆取料機(jī)的研究方向 7
1.6設(shè)計課題及選題意義 9
1.7圓形料場堆取料機(jī)原理 10
2 總體設(shè)計 11
2.1總體設(shè)計概述 11
2.2刮板取料機(jī)構(gòu)成 11
2.3刮板取料機(jī)的主要參數(shù)及其確定 12
2.3.1取料的理論生產(chǎn)率 12
2.3.2刮板取料時每層深度 12
2.3.3料堆高度 13
2.3.4料堆長度 13
2.4取料器的設(shè)計 13
2.5刮板速度的確定 14
3 部件設(shè)計 15
3.1橋式刮板取料機(jī)構(gòu)設(shè)計 15
3.1.1刮板取料機(jī)構(gòu)構(gòu)成 15
3.1.2刮板驅(qū)動電機(jī)選用 16
3.1.3液力偶合器選用 17
3.1.4 門架的設(shè)計 18
3.1.5銷齒傳動設(shè)計 18
3.1.5刮板軸的設(shè)計及校核 22
3.2上車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 26
3.2.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選型 26
3.2.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 29
3.2.3齒輪軸設(shè)計及校核 32
3.2.4小齒輪校核 35
3.2.5回轉(zhuǎn)支承的日常維修 37
3.3帶式輸送機(jī)選型設(shè)計 38
3.3.1帶式輸送機(jī)特點(diǎn) 38
3.3.2帶式輸送機(jī)的驅(qū)動裝置 40
3.3.3帶速的確定 42
3.3.4滾筒直徑的確定 44
3.3.5托輥的選型 45
3.3.6張緊裝置的選用 45
3.3.7制動裝置 45
3.4變幅機(jī)構(gòu) 46
3.5配重的安裝 46
3.6行走機(jī)構(gòu) 46
總 結(jié) 50
致 謝 51
參考文獻(xiàn) 52
1 概述
1.1 圓形堆取料機(jī)簡介
圓形堆取料機(jī)是現(xiàn)代化工業(yè)中連續(xù)裝卸散狀物料的一種重要設(shè)備，主要用于港口、碼頭、冶金、水泥、鋼鐵廠、焦化廠、儲煤廠、發(fā)電廠等大宗散料如礦石、煤、焦炭、砂石等在存儲料場的堆放、提取作業(yè)。
如果采用“裝載機(jī)—自卸汽車”系統(tǒng)作業(yè)，裝載機(jī)在鏟入—舉升—旋轉(zhuǎn)—行走—卸載—空轉(zhuǎn)—空行程等一個作業(yè)循環(huán)中，既要完成取料任務(wù)，又要完成輸送任務(wù)，輔助作業(yè)時間幾乎占用2/3還多。自卸汽車載重量受到限制，往返路程多，工作效率很低，滿足不了電廠發(fā)電的用煤需求。
連續(xù)裝卸機(jī)械的采用，大大縮短了裝卸時間，提高了工作效率，減輕了工人勞動強(qiáng)度。在功率相同的情況下，圓形堆取料機(jī)的生產(chǎn)效率為單斗裝載機(jī)的1.5～2.5倍。
圓形堆取料機(jī)主要有橋式（見圖1-1）與門式（見圖1-2）兩種構(gòu)造。控制方式有手動、半自動和自動等。
圖1-1 圓形堆取料機(jī)
圖1-2 門式圓形堆取料機(jī)
1.2圓形堆取料機(jī)分類?
堆取料機(jī)按其功能可分為:
??（1）堆料機(jī) 堆料作業(yè)?
??（2）取料機(jī) 取料作業(yè)?
??（3）堆取料機(jī) 堆取料作業(yè)?
??（4）混勻堆料機(jī) 均化堆料?
??（5）混勻取料機(jī) 均化取料?
堆取料機(jī)按形式可分為:
??（1）門式圓形堆取料機(jī) 大跨度雙梁?
??（2）橋式取料機(jī) 大跨度單梁?
??（3）圓形料場堆取料機(jī) 橋式或搖臂式?
??（4）刮板式取料機(jī) 橋式或人字式?
??（5）普通搖臂式 具有懸臂、俯仰、回轉(zhuǎn)功能?
按尾車功能又分為:
（1） 固定單尾車 堆料、取料
（2） 活動單尾車 堆料、取料、直通或折返取料、提高回轉(zhuǎn)角度范圍?
（3）固定雙尾車 堆料、取料、直通?
（4）活動雙尾車 堆料、取料、直通或折返取料?
（5）伸縮升降雙尾車 堆料、取料、直通、提高回轉(zhuǎn)角度范圍降低落差?
按理論生產(chǎn)能力，圓形堆取料機(jī)可分為以下幾種:
（1）輕型 生產(chǎn)率在630m3/h以下
（2）中型 生產(chǎn)率為630～2500m3/h
（3）大型 生產(chǎn)率為2500～5000m3/h
（4）特大型 生產(chǎn)率為5000～10000m3/h
（5）巨型 生產(chǎn)率在10000 m3/h以上
1.3圓形堆取料機(jī)市場需求
受整個國民經(jīng)濟(jì)增長的影響，原材料工業(yè)、能源、石油、化工、汽車等各個行業(yè)都會有非常大的發(fā)展。在這些行業(yè)發(fā)展的同時直接會帶動散料機(jī)械裝備工業(yè)的發(fā)展。
就鋼鐵工業(yè)而言，受建筑、汽車工業(yè)的影響，鋼鐵工業(yè)飛速發(fā)展,我國已經(jīng)連續(xù)六年局世界第一產(chǎn)鋼大國,同時又是第一鋼鐵消費(fèi)大國。到2002年鋼的產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到1.8億噸，并以每年300萬噸的速度增長。近幾年在股市上鋼鐵板塊普遍看好,建筑業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的提高加大了對鋼鐵的需求，中國建筑業(yè)在鋼鐵的應(yīng)用數(shù)量方面和世界發(fā)達(dá)國家相比還有很大的差距,隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展這一行業(yè)對鋼鐵的需求會更會加大。汽車進(jìn)入百姓耐用消費(fèi)品市場已經(jīng)開始，汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也拉動鋼材的需求量。機(jī)械制造業(yè)、家用電器、造船業(yè)、石油天然氣、集裝箱等各行業(yè)的發(fā)展都會拉動中國鋼鐵企業(yè)的發(fā)展，使鋼鐵企業(yè)加大投入，并且現(xiàn)在已有部分民營資本進(jìn)入鋼鐵行業(yè)。鋼鐵事業(yè)的發(fā)展離不開礦石和煤炭，而煤炭和礦石的運(yùn)輸和儲存必須使用散料機(jī)械，這些設(shè)備包括皮帶運(yùn)輸機(jī)，裝船機(jī)、卸船機(jī)，圓形堆取料機(jī)等散料機(jī)械。在鋼鐵企業(yè)的發(fā)展過程中加大了鋼的產(chǎn)量，也加大了對煤炭和礦石的需求，國產(chǎn)礦石和目前進(jìn)口的礦石數(shù)量已經(jīng)滿足不了鋼鐵企業(yè)發(fā)展的要求，會有更多的礦石進(jìn)口到中國，其中會有來自澳大利亞、巴西的鐵礦石通過港口轉(zhuǎn)運(yùn)到各個鋼鐵企業(yè)。南部沿海的廣西、廣東各個口岸，華東地區(qū)、山東、渤海灣等各大港口會進(jìn)口更多的來自國外的鐵礦石，所以在鋼鐵企業(yè)的發(fā)展過程中最先發(fā)展的是沿海各個口岸的交通。在新建的礦石港口的泊位中也將以大噸位船只的泊位為主。在鋼鐵企業(yè)礦石需求發(fā)展港口的同時還會同時發(fā)展鋼鐵企業(yè)內(nèi)的原料長場的建設(shè)，這里會包括在鋼鐵企業(yè)內(nèi)部的一次料場和二次料場，同時鋼鐵企業(yè)也會加大對煤炭的需求，將有大量的煤炭經(jīng)過北方港口裝船運(yùn)往南方，所以，在鋼鐵行業(yè)快速發(fā)展的推動下，在港口和鋼鐵企業(yè)，散料機(jī)械會有一個十分巨大的市場發(fā)展空間。散料機(jī)械在港口行業(yè)的高速發(fā)展已經(jīng)開始并會持續(xù)一定的時間。
在電力方面，前幾年部分電力部門出現(xiàn)了供大于求的矛盾，部分電廠限制發(fā)電或只是部分機(jī)組開機(jī)，受國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長的影響，各行各業(yè)用電量也在不斷的增長。現(xiàn)在在南方的部分地區(qū)出現(xiàn)了電力緊缺的情況，為緩解和解決電力緊缺的矛盾，在電力方面必然會加大其投入。電廠的增加使煤炭的需求量增加，各個煤礦會加大煤炭產(chǎn)量，以滿足電力市場對煤炭的需求，在電力方面也存在著大量的煤炭北煤南運(yùn)，同鋼鐵行業(yè)一樣，也會大幅度增加散料機(jī)械的需求量。電廠和港口都會因?yàn)殡娏ζ髽I(yè)的發(fā)展增加對散料機(jī)械的需求。
在沙石、水泥等建材行業(yè)也隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和固定資產(chǎn)投入的加大而得到迅猛的發(fā)展。散料機(jī)械雖然在建材行業(yè)的應(yīng)用設(shè)備形式較小，但其在全國的數(shù)量是巨大的，混勻堆取料機(jī)、刮板取料機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)的數(shù)量同樣會有一個大的發(fā)展。
1.4圓形堆取料機(jī)國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)堆取料機(jī)的設(shè)計已有近四十年年的歷史，最早制造的一兩臺設(shè)備投入使用也有三十四年的歷史。最早的圓形堆取料機(jī)設(shè)計可以追溯到1966年，當(dāng)時參加設(shè)計和研制的單位有：北京鋼鐵設(shè)計院、大連工礦車輛廠、北京起重機(jī)械研究所、鞍山鋼鐵設(shè)計院、哈爾濱重機(jī)廠、華北電力設(shè)計院、東北電力設(shè)計院、西北電力設(shè)計院等單位。??????
當(dāng)時國內(nèi)部分鋼廠、碼頭急需使用此類設(shè)備，國外當(dāng)時已使用了十余年，為滿足當(dāng)時的社會需要開發(fā)了我國早期的圓形堆取料機(jī)。這些單位為中國圓形堆取料機(jī)事業(yè)的早期發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，奠定了這一行業(yè)的基礎(chǔ)。當(dāng)時的典型設(shè)備型號為KL-1型，KL-4型，DQ3025型，DQ5030型，取/堆料能力分別為：1200/2000t/h 30m，1200/2000t/h 30m，300/600t/h 25m，500/1000t/h 30m，其中KL-1型為1966年設(shè)計，1970年3月在攀鋼焦化廠投入使用。雖然當(dāng)時的產(chǎn)品和現(xiàn)代產(chǎn)品在質(zhì)量上和控制水平上存在著很大的差別，但這些早期的產(chǎn)品對當(dāng)時的電力企業(yè)和鋼鐵企業(yè)的發(fā)展起到了十分重要。
?? 八十年代，隨著電力工業(yè)和鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，圓形堆取料機(jī)的事業(yè)也得到了十分迅猛的發(fā)展，在電力部門的使用數(shù)量有很大的提高，并且在港口上的使用量劇增。寶鋼的原料碼頭，秦皇島港、連云港、北侖港、西基港、煙臺港、天津港、大連港等相繼一大批港口增設(shè)了散料碼頭用于煤炭或礦石的轉(zhuǎn)運(yùn)。九十年代國內(nèi)圓形堆取料機(jī)的事業(yè)發(fā)展更是向數(shù)量更多，應(yīng)用更廣的方向發(fā)展。在鋼鐵企業(yè)、電力企業(yè)、各大港口幾乎都可以看到圓形堆取料機(jī)的應(yīng)用。在港口人們也已經(jīng)把圓形堆取料機(jī)當(dāng)作一種港口機(jī)械。
在圓形堆取料機(jī)的出口方面國內(nèi)的產(chǎn)品還比較少，大多數(shù)出口的產(chǎn)品是和某些成套項(xiàng)目共同出口到其他國家。其次是和國外的某些公司聯(lián)合制造，為其制造焊接件和機(jī)械加工件出口。
?? 在進(jìn)口方面，最早的圓形堆取料機(jī)的進(jìn)口是：
1980-1981年上海寶鋼進(jìn)口日本的十九臺圓形堆取料機(jī)； 1981年北侖港進(jìn)口兩臺圓形堆取料機(jī)； 1988年福州華能電廠，大連華能電廠等。
?? 在國內(nèi)項(xiàng)目和國外合作制造的有：
?? 1982年石臼港項(xiàng)目；1984年 秦皇島港二期；1986年 秦皇島港三期；1994年 秦皇島港四期；1990年 青島前灣港；1984年 廣州西基碼頭；1988年寶鋼二期項(xiàng)目；1995-1996年寶鋼三期項(xiàng)目；2000年 寶鋼馬跡山港項(xiàng)目； 2001年 天津港項(xiàng)目；黃驊港的一期和二期項(xiàng)目；以及上海羅徑港、石洞口電廠、揚(yáng)州電廠、北侖電廠、江由電廠、硌磺電廠等基本上采用了引進(jìn)技術(shù)合作制造的模式生產(chǎn)的圓形堆取料機(jī)。
?? 進(jìn)口和引進(jìn)的主要國家來自日本、美國、德國、法國、奧地利、意大利等國。
?? 產(chǎn)品的進(jìn)口和技術(shù)的引進(jìn)大大縮短了國產(chǎn)設(shè)備和國外設(shè)備的差距，使國內(nèi)本行業(yè)的產(chǎn)品在質(zhì)量上有了很大的提高。目前國內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量基本可以滿足國內(nèi)用戶的要求，現(xiàn)在可設(shè)計制造圓形堆取料機(jī)的廠家達(dá)五六家。
經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國的圓形堆取料機(jī)研制水平取得了較大提高，但同發(fā)達(dá)國家相比，仍存在明顯差距，其控制技術(shù)僅限于基于可編程控制器（PLC）為核心的單機(jī)控制，作業(yè)水平也僅限于單機(jī)手動方式?，F(xiàn)在國內(nèi)的圓形堆取料機(jī)已經(jīng)從最初的研究轉(zhuǎn)向發(fā)展，向更高的產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計水平邁進(jìn)。國內(nèi)已經(jīng)開展了圓形堆取料機(jī)自動控制方面的引進(jìn)和開發(fā)工作，已能生產(chǎn)帶有半自動微機(jī)程控系統(tǒng)的機(jī)型，控制水平已達(dá)到了20世紀(jì)70年代末國際水平。
表1.1 堆取料機(jī)的主要制造商
? 國內(nèi)外堆取料機(jī)主要制造商?MANUFACTURES FOR STACKER & RECLAIMER?
1
哈爾濱重型機(jī)器廠
?? HAERBIN HEAVY MACHINERY WORKS
2
長沙重型機(jī)器廠
CHANGSHA HEAVY MACHINERY PLANT
3
大連重工集團(tuán)有限公司
DALIAN HEAVY INDUSTRIES，LTD.
4
上海港機(jī)廠
SHANGHAI? PORT MACHINE PLANT
5
三井三池制作所(日）
MITSUI MIIKE MACHINERY CO,LTD?
6
三菱重工（日）
MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES LTD
7
石川島播磨(日）
IHI
8
? 川崎重工株式會社(日）
KAWASAKI HEAVY INDUSTRIES LTD
9
克虜伯 （德）
KRUPP
10
曼塔克拉夫(德）
MAN TAKRAF
11
亨肖?????? （英）
STRACHAN & HENSHAW?
12
斯維達(dá)拉?? （美）
SVEDALA? (DRAVO WELLMAN)
13
諾爾??（德）
PREUSSAG NOELL GmbH
14
奧地利鋼鐵聯(lián)合公司(奧地利）
VOEST-ALPNE MATERIALS HANDLING GES.M.B.H & CO KG ZELTWEG?
15
凱亞??? （法）
NOEL HAROLD COUYAVAH
表1.2 圓形堆取料機(jī)國內(nèi)部分港口用戶
1
秦皇島港務(wù)局二公司，六公司，七公司
煤炭
2
天津港務(wù)局南疆焦碳碼頭與煤炭碼頭
煤炭與焦碳
3
青島港務(wù)局前灣港
煤炭
4
日照港務(wù)局
煤炭
5
營口鲅魚圈港
煤炭
6
湛江港務(wù)局
礦石與煤炭
7
廣州港務(wù)局新沙港，西基港
礦石與煤炭
8
寧波港務(wù)局
礦石與煤炭
9
上海港務(wù)局羅徑碼頭
礦石與煤炭
10
連云港港務(wù)局
煤炭
11
? 煙臺港務(wù)局
煤炭
12
寶鋼馬跡山港
礦石
13
黃驊港
煤炭
14
南京港務(wù)局
礦石與煤炭
15
徐州萬寨港
煤炭
16
余家湖港
煤炭
表1.3 圓形堆取料機(jī)國內(nèi)部分鋼廠用戶
1
寶山鋼鐵公司
煤炭
2
??? 武漢鋼鐵公司
煤炭與焦碳
3
??? 鞍山鋼鐵公司
煤炭
4
??? 馬鞍山鋼鐵公司
煤炭
5
??? 重慶鋼鐵公司
煤炭
6
??? 本溪鋼鐵公司
礦石與煤炭
7
??? 昆明鋼鐵公司
礦石與煤炭
8
??? 石家莊鋼鐵公司
礦石與煤炭
9
??? 唐山鋼鐵公司
礦石與煤炭
???10
??? 成都鋼鐵公司
煤炭
?? 11
??? 新余鋼鐵公司
煤炭
12
??? 杭州鋼鐵公司
礦石
??? 13
?? 天津鋼鐵公司
礦石與煤炭
??? 14
?? 韶關(guān)鋼鐵公司
礦石與煤炭
??? 15
?? 酒泉鋼鐵公司
礦石與煤炭
??? 16
?? 南京鋼鐵公司
礦石與煤炭
??? 17
?? 安陽鋼鐵公司
礦石與煤炭
??? 18
?? 邯鄲鋼鐵公司
礦石與煤炭
??? 19
?? 凌原鋼鐵公司
礦石與煤炭
??? 20
?? 湘潭鋼鐵公司
礦石與煤炭
1.5圓形堆取料機(jī)的研究方向
現(xiàn)代橋式圓形堆取料機(jī)的發(fā)展趨勢除原有的特點(diǎn)之外，還增加了新的內(nèi)容：
（1）研制生產(chǎn)率更大、作業(yè)范圍更廣的機(jī)型;
（2）研制適應(yīng)性更好的機(jī)型;
（3）提高自動化程度，實(shí)現(xiàn)作業(yè)和保護(hù)的自動控制;
（4）實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化之外。采用現(xiàn)代設(shè)計方法和設(shè)計手段，優(yōu)化結(jié)構(gòu)組合，在保證生產(chǎn)能力的前提下，盡量減輕整機(jī)重量，提高設(shè)備的可靠程度，已成為必然。
世界上研究和開發(fā)刮板機(jī)械最早的國家是德國，其次是前蘇聯(lián)，而且，目前它們?nèi)蕴幱谑澜珙I(lǐng)先地位，它們對刮板挖掘機(jī)的研究做了大量工作。德國學(xué)者Scheffler D.研究了圓形堆取料機(jī)的切削阻力系數(shù)和切削力系數(shù)與巖石性質(zhì)之間的關(guān)系。用振動模擬系統(tǒng)求出了圓形堆取料機(jī)的動態(tài)附加應(yīng)力和共振轉(zhuǎn)速等對刮板挖掘機(jī)進(jìn)行了振動計算，并用試驗(yàn)驗(yàn)證了計算結(jié)果的正確性。A.May則對圓形堆取料機(jī)斗齒裝置測挖掘力的方法進(jìn)行了研究。前蘇聯(lián)的別列日諾依等對圓形堆取料機(jī)刮板驅(qū)動系統(tǒng)的動載荷進(jìn)行了分析，給出了動態(tài)載荷的經(jīng)驗(yàn)公式，丘特諾夫斯基則研究了圓形堆取料機(jī)工作裝置的振動對切削參數(shù)的影響，國內(nèi)對圓形堆取料機(jī)的研究還比較落后，目前，研究工作主要集中在挖掘阻力的測試及其載荷譜的編制、輪斗斗唇形狀改變、總體參數(shù)優(yōu)化設(shè)計及其結(jié)構(gòu)件的靜態(tài)剛度強(qiáng)度分析等方面。
雖然國內(nèi)外已對刮板挖掘機(jī)進(jìn)行過多方面的動態(tài)問題研究，但對于圓形堆取料機(jī)的工作裝置的運(yùn)動仿真以及對其變幅裝置的多工位動態(tài)性能進(jìn)行研究的報道并不多見。國內(nèi)在圓形堆取料機(jī)的設(shè)計過程中，往往類比國外對刮板挖掘機(jī)的研究成果和圓形堆取料機(jī)的各種參數(shù)，缺少科學(xué)的動態(tài)設(shè)計依據(jù)，這是國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量較差，故障率高的根本原因。雖然圓形堆取料機(jī)在結(jié)構(gòu)上與刮板挖掘機(jī)有許多相似之處，但由于作業(yè)對象的不同，即刮板挖掘機(jī)的作業(yè)對象是礦巖，圓形堆取料機(jī)的作業(yè)對象是散料，因此，在末端工作機(jī)構(gòu)的驅(qū)動和結(jié)構(gòu)件的剛度強(qiáng)度等方面相差懸殊，這些決定了其動態(tài)性能的本質(zhì)不同。對圓形堆取料機(jī)工作裝置的動態(tài)問題進(jìn)行深人研究，采用現(xiàn)代設(shè)計方法和設(shè)計手段，才是提高圓形堆取料機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的主要途徑。
隨著自動化和信息技術(shù)的發(fā)展，發(fā)達(dá)國家圓形堆取料機(jī)技術(shù)進(jìn)入了一個新階段，主要有以下四個方面：
（1）理論生產(chǎn)率向大型化發(fā)展。刮板對取料機(jī)的理論生產(chǎn)率是衡量圓形堆取料機(jī)規(guī)模的一個指標(biāo)，它從開始的每小時幾十立方米發(fā)展到現(xiàn)在的每小時近20000立方米。德國目前仍在開發(fā)有更大理論生產(chǎn)率的圓形堆取料機(jī)。
（2）各國都在使圓形堆取料機(jī)的生產(chǎn)系列化。系列化的好處之一是可保證某些零配件，如鏟斗、履帶板、驅(qū)動輪等通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，使顧客更方便地在市場上買到現(xiàn)貨。
（3）圓形堆取料機(jī)的自動化程度越來越高，使信號、事故預(yù)報和聯(lián)鎖的操縱裝置更加完善，實(shí)現(xiàn)作業(yè)和保護(hù)的自動控制。圓形堆取料機(jī)是一個典型的多剛體系統(tǒng)，采用機(jī)器人的運(yùn)動規(guī)劃和主動控制技術(shù)，可提高圓形堆取料機(jī)的工作穩(wěn)定性和作業(yè)能力。
機(jī)器人化圓形堆取料機(jī)是集機(jī)器人機(jī)構(gòu)、機(jī)器人控制技術(shù)以及現(xiàn)代電子和信息技術(shù)等為一體的綜合性機(jī)電一體化產(chǎn)品。更重要的是，將電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行嫁接，可大大提高設(shè)備的性能和作業(yè)能力。如采用機(jī)器人的多傳感器融合和配置技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)，可提高圓形堆取料機(jī)的智能化作業(yè)能力和工作可靠性；采用遙控遙感技術(shù)，可改善作業(yè)環(huán)境，減員增效，提高現(xiàn)代化作業(yè)水平；采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可大大提高制造廠和用戶的綜合管理水平及跟蹤服務(wù)能力。
（4）采用現(xiàn)代設(shè)計方法和設(shè)計手段，優(yōu)化結(jié)構(gòu)組合，在保證生產(chǎn)能力的前提下，盡量減輕整機(jī)的重量，提高設(shè)備的可靠程度。
ABB公司已開發(fā)出自適應(yīng)的操作系統(tǒng)，使圓形堆取料機(jī)始終處于較高的工作能力，并盡可能地受環(huán)境和操作人員水平的影響。
1.6設(shè)計課題及選題意義
取料機(jī)與堆料機(jī)適用于大型碼頭、港口項(xiàng)目。在大型散貨料場的地面，利用帶式輸送機(jī)，設(shè)計成單一的流程，即堆料流程或取料流程。
一般同一料場相鄰的兩個設(shè)備一個是堆料機(jī)，另一個是取料機(jī)。對同一料場或不同料場，這兩臺設(shè)備可同時進(jìn)行取料與堆料，如堆料機(jī)用于卸火車，同時取料機(jī)用于裝船。對于碼頭用戶可在取料機(jī)的軌道上安裝帶式輸送機(jī)，使得取料機(jī)所取得物料直接卸在輸送帶上，通過輸送帶運(yùn)輸?shù)酱稀?
所以單一功能的取料機(jī)也有很大的市場需求，本次設(shè)計將研究設(shè)計橋式刮板取料機(jī)（見圖1-3）。重點(diǎn)設(shè)計其刮板機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及取料半自動控制過程。
圖1-3 橋式刮板取料機(jī)示意圖
刮板取料機(jī)包含了刮板機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等眾多小系統(tǒng)，這對我們學(xué)生運(yùn)用大學(xué)期間所學(xué)知識進(jìn)行綜合運(yùn)用有很大益處。由于所學(xué)知識有限，再加上煤堆形狀的不確定性，對圓形堆取料機(jī)的運(yùn)行將采用半自動控制，一般的操作過程可以自動進(jìn)行，當(dāng)遇到一些問題需要調(diào)整時再由人進(jìn)行操控，這樣可以節(jié)省勞動力。
本次設(shè)計將對刮板機(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新，傳統(tǒng)上的各類圓形堆取料機(jī)的刮板傳動都是由電動機(jī)通過液力偶合器把力傳給減速器，減速器的輸出軸通過聯(lián)軸器直接與刮板軸相連，這使得刮板軸受到很大的扭矩，要求軸有較好的材料性能，成本較高，而本次設(shè)計將采用銷齒傳動來驅(qū)動刮板體的轉(zhuǎn)動，大體過程是在刮板上安裝一較大的銷齒圈，再用與減速機(jī)輸出軸相連接的銷齒輪驅(qū)動銷齒圈，從而帶動刮板轉(zhuǎn)動進(jìn)行取料，下面的文章將就此方案進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計計算。銷齒傳動使得軸所受到的扭矩很小而且銷齒圈的輪齒是圓銷，它結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、造價低、拆修方便，銷齒傳動適用于低速、重載機(jī)械傳動和粉塵多、潤滑環(huán)境較惡劣的場合，能使刮板驅(qū)動機(jī)構(gòu)的制造成本減少一倍多，同時還運(yùn)行平穩(wěn)，易于檢修。
1.7圓形料場堆取料機(jī)原理
橋式刮板取料機(jī)型圓形料場堆取料機(jī)堆料時的原理與斗輪取料型圓形料場堆取料機(jī)的堆料原理相同。堆料臂也是由液壓油缸驅(qū)動俯仰。橋式刮板取料機(jī)型圓形料場堆取料機(jī)取料是采用刮板取料。在中心柱與環(huán)形軌道之間設(shè)有一個橋架。在橋架上設(shè)有一個移動式料耙和刮板運(yùn)輸機(jī)。橋架的外側(cè)通過臺車支撐在環(huán)形軌道上。取料時外部環(huán)形軌道上的臺車由電機(jī)、減速機(jī)、車輪驅(qū)動沿環(huán)形軌道低速行駛，進(jìn)而推動整個橋架圍繞著中心柱轉(zhuǎn)動。同時，料耙沿著橋架長度方向往復(fù)形式運(yùn)動并將物料從料堆上耙下，落到刮板處，刮板在鏈條的驅(qū)動下沿地面向中心柱處移動，將物料刮卸到中心柱下部的溜斗處，由溜斗下部的地下帶式輸送機(jī)將物料運(yùn)出料場。 刮板取料機(jī)的組成是由刮板、鏈條、驅(qū)動鏈輪、張緊鏈輪等組成。兩個鏈條形成兩個整體連接成閉環(huán)鏈條，刮板安裝在鏈條上，通常每隔一節(jié)連扳安裝一個刮板。當(dāng)鏈條移動時帶動刮板移動刮動物料向中心柱下部的溜斗處移動。 橋式刮板取料機(jī)型圓形料場堆取料機(jī)由于采用料耙耙料具有比較好的均化效果，特別適合于水泥廠的石灰石均化。所以，目前國內(nèi)許多水泥廠采用這種機(jī)型作為生料庫堆取設(shè)備。
圖1.7 橋式刮板取料機(jī)原理簡圖
2 總體設(shè)計
2.1總體設(shè)計概述
（1） 機(jī)器在正常工作條件下，整機(jī)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。
（2） 機(jī)器不論在工作狀態(tài)或非工作狀態(tài)，在規(guī)定的俯仰范圍內(nèi)的各種工況下，整機(jī)都應(yīng)當(dāng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。
（3） 在輸送線路上，特別是在取料、卸料、和各轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)，必須保證物流順暢，不發(fā)生物料溢出或堵塞現(xiàn)象。
（4） 刮板直徑與帶式輸送機(jī)參數(shù)和取煤炭與取鐵礦石的同能力的刮板取料機(jī)相比，一般取煤炭時要求刮板直徑達(dá)，輸送帶帶寬較寬、帶速高，刮板驅(qū)動功率較小。
（5） 聯(lián)鎖作業(yè)。只有當(dāng)夾軌器或錨定裝置松開時，行走機(jī)構(gòu)才能動作；只有在電纜卷筒制動器松閘后，行走機(jī)構(gòu)才能啟動。
（6） 各安全保護(hù)及檢測裝置完備。例如：俯仰機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)設(shè)置防止懸臂超速下降及超載的保護(hù)裝置；轉(zhuǎn)載料斗應(yīng)當(dāng)設(shè)置堵塞警報裝置；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行的極限位置均應(yīng)設(shè)置兩級終端限位開關(guān)；為安全可高，鋼絲繩卷揚(yáng)的俯仰機(jī)構(gòu)應(yīng)采用兩套制動器；行走機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制動器應(yīng)滿足在250Pa工作風(fēng)壓下順風(fēng)行走和順風(fēng)回轉(zhuǎn)時的制動要求等。
（7） 電纜卷筒裝置。動力和控制電纜卷筒分別設(shè)置在圓形堆取料機(jī)的兩側(cè)，電纜卷筒采用磁滯式電纜卷筒，具有足夠纏繞力矩，以防止收放電纜時纏繞紊亂，能連續(xù)運(yùn)行而不堵轉(zhuǎn)，設(shè)有電纜張力極限保護(hù)裝置。動力電纜控制電纜采用進(jìn)口扁電纜，卷筒的直徑能滿足電纜曲繞能力的要求，電纜在卷筒上纏有足夠的安全圈數(shù)。
（8） 漏斗、溜槽及懸掛緩沖裝置。所有漏斗、溜槽的沖刷面均襯有厚度不小于8mm的不銹鋼襯板，漏斗、溜槽不能堵煤，其傾斜面與水平面的夾角不小于60度。取料用中心落煤管下設(shè)置懸掛緩沖裝置，其上的緩沖托輥間距不大于400mm，并能防止輸送帶跑偏。在落煤斗、中心落煤管的適當(dāng)部位設(shè)置大小合適、密封良好的檢查門，以便于檢查料流及人工疏導(dǎo)堵塞。
2.2刮板取料機(jī)構(gòu)成
刮板取料機(jī)主要由行走機(jī)構(gòu)、底座、上部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和平臺、圓形堆取料機(jī)構(gòu)、斗臂架和斗臂架帶式輸送機(jī)、門架、俯仰機(jī)構(gòu)（變幅裝置）、平衡梁架和配重、司機(jī)室、電器設(shè)備等組成。
2.3刮板取料機(jī)的主要參數(shù)及其確定
刮板取料機(jī)的參數(shù)分為主參數(shù)和工作性能參數(shù)兩類。
刮板取料機(jī)的主參數(shù)決定了它的規(guī)模、主要技術(shù)性能參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)形式。橋式刮板取料機(jī)的主參數(shù)包括取料的理論生產(chǎn)率和料堆高度、長度、寬度。主要參數(shù)一般由用戶提供，作為已知量供給產(chǎn)品設(shè)計者。
橋式刮板取料機(jī)的工作性能參數(shù)決定了機(jī)器本身各個機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、尺寸、功率、轉(zhuǎn)速性能等。工作性能參數(shù)包括：刮板直徑、刮板轉(zhuǎn)速、斗數(shù)、料堆切割阻力；斗臂架回擺半徑、回擺角度和俯仰角度等。
2.3.1取料的理論生產(chǎn)率
橋式刮板取料機(jī)的取料理論生產(chǎn)率，決定了與之配套的帶式輸送機(jī)允許通過的最大輸送能力。刮板取料機(jī)的取料能力的確定與系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率要求等多反面因素有關(guān)，涉及領(lǐng)域較廣。
取料能力是指刮板取料機(jī)單位時間內(nèi)所能挖取物料的多少，單位用t/h表示。在實(shí)際應(yīng)用中又分為最大取料能力與額定取料能力。最大取料能力是指刮板在挖掘物料時所具有的瞬時最大能力，表示設(shè)備取料能力的峰值，如刮板取料時滿斗的瞬間能力。在系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)考慮各個環(huán)節(jié)允許最大取料能力的物流通過。
額定取料能力是指在取料作業(yè)時，在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)形狀料堆上連續(xù)工作一定的時間，操作者根據(jù)規(guī)定的操作程序和方法進(jìn)行操作，設(shè)備在這段時間可以達(dá)到的平均取料速度或平均每小時取料量。
已知所要設(shè)計的橋式刮板取料機(jī)的最大取料能力為500t/h,主要挖取密度的煤，刮板轉(zhuǎn)速
理論容積生產(chǎn)率：
=
式中： 最大取料能力，；
物料密度，
代入公式得: =
2.3.2刮板取料時每層深度
取料煤層深度應(yīng)當(dāng)控制在0.5～0.7倍的刮板直徑范圍內(nèi),刮板取料時的進(jìn)尺量應(yīng)當(dāng)按照0.9倍的斗深確定。在滿足取料能力要求的前提下，進(jìn)尺量過小會使刮板取料機(jī)的回轉(zhuǎn)速度加快。
2.3.3料堆高度
為了設(shè)計方便，常以行走鋼軌踏面為基準(zhǔn)，料堆高于鋼軌路面的部分稱為軌上高度。料堆低于鋼軌踏面的部分稱為軌下高度，兩者的和為總料堆高度。
料堆高度由物料堆積的安息角和料堆寬度決定，物料的安息角與物料的種類有關(guān)。在堆料寬度一定的條件下，料堆的物料安息角越大，料堆總高度越高。在物料安息角一定的條件下，料堆越寬，料堆的總高度就可以越高。
目前我國生產(chǎn)的刮板取料機(jī)的軌上堆取料高度范圍為7～16m，常用10～12m；軌下高度為0.4～6m，常用為1.5～2m。
2.3.4料堆長度
堆料長度一般是由現(xiàn)場根據(jù)儲料量及地理環(huán)境確定，料堆的長度對設(shè)備影響比較小，它直接與行走距離密切相關(guān)，料堆越長，行走距離越遠(yuǎn)。而行走距離又決定了設(shè)備的動力電纜卷筒的電纜長度和控制電纜卷筒上電纜長度和控制電纜卷筒上電纜的長度以及設(shè)備給水系統(tǒng)的灑水除塵系統(tǒng)供水槽的長度。
通常大車行走距離小于1000m，料場的長度小于1200m。
2.4取料器的設(shè)計
圖2.4取料器的設(shè)計
取料器數(shù)目的多少直接影響刮板取料機(jī)的生產(chǎn)率。決定取料器數(shù)目及尺寸的重要條件是鏟斗的卸料過程。
取料器的個數(shù)應(yīng)滿足下列需求：
（1） 保證取料器完全卸空，并使卸出的物料落到卸料板內(nèi)。不能使鏟斗提前散料和過了卸料區(qū)斗內(nèi)仍殘留物料。
（2） 保證挖掘過程平穩(wěn)，載荷波動小，沖擊小，尤其是在挖掘凍煤和較硬散料時。
取料器的個數(shù)根據(jù)載荷確定。從保證刮板工作得到較穩(wěn)定載荷的目的出發(fā)，當(dāng)鏟斗依次出、入散料時，其最大和最小力的差值應(yīng)當(dāng)在15%以內(nèi)。
取料器容量q取決于機(jī)器的理論生產(chǎn)率和物料的松散系數(shù)。
設(shè)，當(dāng)K為已知量時，根據(jù)已經(jīng)確定的刮板的理論生產(chǎn)率就可以計算出斗容，根據(jù)對世界上250臺刮板挖掘機(jī)的統(tǒng)計，K值見表2-1。計算斗容時，可以選用表中的平均值，斗容的單位常用升（L）和立方米（m3）來表示。
則鏟斗容量
2.5刮板速度的確定
式中：—刮板的切割速度，m/s；
D—刮板直徑，m；
k—速度系數(shù)，取0.35。
3 部件設(shè)計
3.1橋式刮板取料機(jī)構(gòu)設(shè)計
3.1.1刮板取料機(jī)構(gòu)構(gòu)成
橋式刮板取料機(jī)構(gòu)主要由電動機(jī)、液力偶合器、減速器、齒輪、刮板軸轉(zhuǎn)配、刮板體、立柱及溜料倒料裝置等構(gòu)成，（見圖3-1）堆料機(jī)、取料機(jī)、進(jìn)料口等。
圖3-1 橋式刮板取料部件
3.1.2刮板驅(qū)動電機(jī)選用
刮板驅(qū)動功率主要消耗于切割功率、鏟斗裝填功率、物料與擋板的摩擦功率、物料動能功率、物料提升功率以及克服機(jī)械傳動的阻力。一般把這四項(xiàng)消耗功率合并稱為切割功率。對于切割功率和提升功率有以下簡化計算公式:
切割功率：=
提升功率：
其中:
F1=15.82+1480C
F1—物料切割力，KN/m
C—物料黏性，Mpa
物料黏性C隨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;
———系數(shù),一般取1~1.2;
———圓形堆取料機(jī)平均生產(chǎn)率,t/h;
R———刮板半徑,m;
———物料堆積密度,t/m3;
f———松散系數(shù),一般取1.3-1.65;
———利用系數(shù),取值范圍為0.64-0.92;
V———圓形堆取料機(jī)理論生產(chǎn)率,m3/h。
代入計算得 F1=30.6KN/m
則切割阻力 F=30.6×0.45=13.7KN
故切割功率：=
提升功率：
驅(qū)動功率：
考慮到由于冬季雪水的滲透、凍結(jié)，挖掘物料的阻力要比其他季節(jié)大。一般認(rèn)為北方冬季挖掘凍結(jié)物料時所需功率是其它季節(jié)所需功率的1.3倍，故刮板取料機(jī)所需最大驅(qū)動功率為：
選取傳動效率為0.8，則所需電機(jī)的功率至少是：
參考其它刮板取料機(jī)的參數(shù)，本次設(shè)計將采用功率為55KW的電動機(jī)。
由于取料機(jī)在煤場工作，灰塵多，環(huán)境較惡劣，故電動機(jī)必須有防塵功能。
Y系列（IP44）封閉式三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
效率高、耗電少，性能好，噪音低，振動小，體積小，重量輕，運(yùn)行可靠，維修方便。為B級絕緣。結(jié)構(gòu)為全封閉、自扇冷式，能防止灰塵、鐵屑、雜物侵入電動機(jī)內(nèi)部，適用于灰塵多、土揚(yáng)水濺的場合，如農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械、攪拌機(jī)、碾米等，應(yīng)用較廣泛。
綜上所述，選擇Y250M-4三相異步電動機(jī)，功率為55KW，同步轉(zhuǎn)速1500r/min,
3.1.3液力偶合器選用
液力偶合器是刮板驅(qū)動系統(tǒng)中重要的一部分，置于刮板驅(qū)動電動機(jī)與減速箱之間傳遞動力，其作用有時似乎與聯(lián)軸器相同，但實(shí)質(zhì)全然不同。具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）無極調(diào)速。在電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定下可以無極調(diào)節(jié)工作機(jī)的轉(zhuǎn)速，與傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)節(jié)相比可以大量節(jié)省電能。
（2）防護(hù)動力過載，偶合器泵輪和渦輪之間沒有機(jī)械聯(lián)系，轉(zhuǎn)矩是通過油來傳遞的，是一種柔性和有滑差的傳動。當(dāng)負(fù)載的阻力突然增大時，其滑差可以增大，甚至制動，電機(jī)可繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而不致停車。
（3）可隔離振動，緩和沖擊。
（4）可方便實(shí)現(xiàn)離合。偶合器流道沖油即接合，將油排空即行脫離。
（5）除軸承外無磨損件，工作可靠，壽命長。
由于刮板取料機(jī)構(gòu)既要防護(hù)動力過載，又希望大慣量工作在較長的啟動過程中，電動機(jī)不會出現(xiàn)過大負(fù)荷，故選用延充式限矩型。
延充式限矩型液力偶合器主要用于啟動困難的和大慣量的工作機(jī)時，在啟動過程中電動機(jī)可具有較低的載荷，防護(hù)動力系統(tǒng)動力過載，協(xié)調(diào)多臺原動機(jī)間載荷分配，不能調(diào)速和脫離。
已知電動機(jī)的額定功率為55KW，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，故選用YOX420型延充式液力偶合器。
3.1.4 門架的設(shè)計
鋼材的彈性模量E=206×103N/mm2[1]、Poisson比為μ=0.3[1]、 密度ρ=7850kg/m3[1]。
結(jié)構(gòu)的基本組合的荷載分項(xiàng)系數(shù)，永久荷載分項(xiàng)系數(shù)是1.2[2]，可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)是1.3[2]。
對一般的結(jié)構(gòu)鋼，其許用應(yīng)力：[σ]=160×103N/mm2
取料機(jī)門架許用撓度：[f]=[L/700]-[L/1000]
3.1.5銷齒傳動設(shè)計
1)、銷齒傳動的特點(diǎn)及應(yīng)用
銷齒傳動屬于齒輪傳動的一種特殊形式。其中，具有圓銷齒的大齒輪
為銷輪，另一個具有一般齒輪輪齒齒形的小齒輪稱為齒輪。如圖3-5所示。
銷齒傳動有外粘合、內(nèi)粘合和齒條粘合等三種型式，使用時，一般常以齒輪作為主動輪，因?yàn)?，?dāng)以銷輪作為主動時，齒輪的輪齒齒頂先進(jìn)入嚙合，將會降低其傳動效率，故不用銷輪作為主動。
由于銷輪的輪齒是圓銷形，故與一般齒輪相比，它具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、造價低、拆修方便等優(yōu)點(diǎn)，故以銷輪代替尺寸較大的一般漸開線齒輪時，將具有很大的經(jīng)濟(jì)性。特別是個別銷齒破壞時，只需個別更換，不致整個銷輪報廢。
銷輪傳動適用于低速、重載的機(jī)械傳動和粉塵多、潤滑條件差等工作環(huán)境比較惡劣的場所。廣泛應(yīng)用于起重機(jī)械、化工、冶金、礦山等部門的一些低速而大型的機(jī)械設(shè)備中。
銷齒傳動結(jié)構(gòu)見圖3-5。
圖3-5 銷齒傳動
2)、銷齒傳動應(yīng)用
本次設(shè)計的一個創(chuàng)新點(diǎn)就是改變傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動刮板軸的傳動方式，而是將一銷齒圈焊接與刮板體的一側(cè)，減速器的輸出軸上直接裝齒輪，通過兩者的嚙合
使刮板轉(zhuǎn)動。
銷齒圈的輪齒是圓銷，它結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、造價低、拆修方便，銷齒傳動適用于低速、重載機(jī)械傳動和粉塵多、潤滑環(huán)境較惡劣的場合，能使刮板驅(qū)動機(jī)構(gòu)的制造成本減少一倍多，同時還運(yùn)行平穩(wěn)，易于檢修。
已知驅(qū)動電機(jī)額定功率P=55kw，額定轉(zhuǎn)速=1500r/min，效率為0.92
液力偶合器傳動效率=0.96
減速器傳動比和傳動效率分別為=30, =0.9
銷齒傳動系統(tǒng)中銷輪的轉(zhuǎn)速和傳動效率分別為=8 r/min，=0.93
（1） 計算銷齒軸的轉(zhuǎn)矩
設(shè)備總傳動比 ===185
銷齒傳動比
銷輪功率
銷輪軸的轉(zhuǎn)矩
（2） 選定材料及確定許用應(yīng)力
銷齒材料采用45鋼，正火處理，167～217HB。按10r/min查表得
=108 kg/㎡，查表，按對稱循環(huán)載荷計算
=
式中 —疲勞極限，=0.4354=23.22kg/㎡；
—銷齒變面狀況系數(shù)，=1.25；
—許用安全系數(shù)，的取值范圍為1.4～1.6，取=1.5。
=（kg/）
齒輪材料采用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，207～255HB。按10r/min 查表得
=120kg/㎡、=14.5kg/㎡
（3） 選定、、和確定、、等參數(shù)
查表取：=1.5、=13、=0.475
銷輪齒數(shù)
取80齒
銷齒傳動實(shí)際傳動比 ==6.15
銷輪實(shí)際轉(zhuǎn)速
實(shí)際總傳動比
按=13、=0.475查圖得（）max=0.478。
為了保證齒頂不變尖且有一定厚度，還要保證重合度的值不小于1.1～1.3，則試取=0.43。
按=13、=0.475查圖得=1.28在需用范圍內(nèi)，故合格。
（4）銷齒直徑確定及強(qiáng)度校核
按接觸強(qiáng)度公式計算
394
取=48㎜
按彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算公式校核
取，則
，故銷齒彎曲強(qiáng)度足夠
按彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算公式校核齒輪輪齒彎曲強(qiáng)度
故齒輪輪齒彎曲強(qiáng)度足夠。
（5）幾何尺寸計算
齒輪齒數(shù)
銷輪齒數(shù)
銷齒直徑
齒距
齒輪節(jié)圓直徑 =
銷輪節(jié)圓直徑 =
齒輪齒根圓角半徑
取
齒輪齒根圓角半徑中心至節(jié)圓距離
取
齒輪齒頂高
齒輪齒根高
齒輪全齒高
齒輪齒廓過渡圓弧半徑
取
齒輪齒頂圓直徑
齒輪齒根圓直徑
中心距
齒輪齒寬
銷齒計算長度
銷齒中心至夾板邊緣距離
取
銷輪夾板厚度
取
（6）夾板擠壓強(qiáng)度校核
取
故夾板擠壓強(qiáng)度足夠。
3.1.5刮板軸的設(shè)計及校核
（1）計算作用在軸上的力
根據(jù)前面計算可知扭矩T
圓周力
徑向力
軸向力
（2）初步估算軸的直徑
選取40Cr鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理
由公式 計算軸的最小直徑并加大3%以考慮鍵槽的影響
查表 取A=100
則
圖3-7 刮板軸的結(jié)構(gòu)圖
（3） 繪制軸的彎矩圖和扭矩圖
水平方向上的力 RH1=RH2=1.92×104N
垂直方向上的力 RV1=RV2=3×104N
水平方向上的彎矩 MH=363×19.2×103=7×106N·mm
垂直方向上的彎矩 MV=3×104×363=1.1×107N·mm
最大彎矩 M=1.3×107N·mm
（4）按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度
當(dāng)量彎矩 其中折合系數(shù)
軸的材料為40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理。=685 N/，得材料許用應(yīng)力
軸的計算應(yīng)力為
由于軸截面有鍵槽故
代入計算得
故該軸滿足強(qiáng)度要求
（5）計算危險截面的工作應(yīng)力
取第一個軸肩面作為危險面
截面彎矩
截面扭矩
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
截面上彎曲應(yīng)力
截面上扭剪應(yīng)力
彎曲應(yīng)力幅
彎曲平均應(yīng)力
扭切應(yīng)力
（6） 確定材料的機(jī)械性能
查表可知40Cr鋼彎曲疲勞極限 剪切疲勞極限
合金鋼材料的特性系數(shù) ，
（7） 確定綜合影響系數(shù)、
軸肩圓角處有效應(yīng)力集中系數(shù)、 ,根據(jù) ，，查表計算得，
配合處綜合影響系數(shù)、，根據(jù)d，，配合H7/r6計算得=3.8，=2.68
尺寸系數(shù)、，根據(jù)圖查得，
表面狀況系數(shù)=
（8）計算安全系數(shù)
取需要安全系數(shù)
故疲勞強(qiáng)度安全。
圖3-8 軸的計算簡圖
3.2上車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計
3.2.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選型
回轉(zhuǎn)支承裝置主要有兩大類：柱式和轉(zhuǎn)盤式。采用轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支撐裝置的起重機(jī)具有一個與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)裝成一體的轉(zhuǎn)柱,轉(zhuǎn)柱插入門座中,依靠上、下支座支撐,并通過驅(qū)動裝置來實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。采用滾動軸承式回轉(zhuǎn)支撐裝置的起重機(jī),其回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在一個大轉(zhuǎn)盤上,轉(zhuǎn)盤支撐在滾輪、滾子或滾柱等滾動體上,滾動體則可以在門座的滾動座圈上滾動。其中滾動軸承式回轉(zhuǎn)支撐回轉(zhuǎn)裝置具有尺寸小,結(jié)構(gòu)緊湊,承載能力大,回轉(zhuǎn)摩擦阻力小,滾動體與滾道之間的間隙小,維護(hù)方便,使用壽命長,易于實(shí)現(xiàn)“三化”,并且能同時承受垂直力,水平力和傾覆力矩等一系列優(yōu)點(diǎn)。為了適應(yīng)不同的使用要求,滾動軸承式回轉(zhuǎn)支撐裝置有多種型式,主要有單排四點(diǎn)接觸球式,雙排異徑球式,單排交叉滾柱式和三排滾柱式等。由于刮板取料機(jī)的回轉(zhuǎn)部分尺寸較大，所以本設(shè)計采用轉(zhuǎn)盤式旋轉(zhuǎn)支承裝置。根據(jù)轉(zhuǎn)盤傳遞載荷方法的不同，轉(zhuǎn)盤式旋轉(zhuǎn)支承裝置又可以分為三種型式：少支點(diǎn)的支承滾輪式、多支點(diǎn)的滾子夾套式和滾動軸承式。本設(shè)計選用滾動軸承式，滾動軸承式旋轉(zhuǎn)支承裝置主要有：
（1）雙排球軸承式（圖3-9）
雙排滾珠支承由上、下兩排滾珠、內(nèi)外座圈、隔離體、密封和潤滑裝置等組成，內(nèi)外座圈中的一個可制成上下分片式。上排滾珠承受載荷較大，故滾珠直徑較小。在較大的軸向力和傾復(fù)力矩作用下，可將其接觸角設(shè)計成能白由地移動到接近90“。因此，它比同樣大小，同樣數(shù)目單排滾珠支承的承載能力大得多，能承受很大的軸向載荷和傾覆力矩，且在承受載荷時，不會引起滾道分離，保證了齒輪正常嚙合，但成本高。
圖3-9 雙排球軸承式回轉(zhuǎn)支承
（2）交叉滾子軸承式（圖3-10）
這種旋轉(zhuǎn)支承裝置中的滾柱接觸壓力角一般為，相鄰滾柱的軸線是交叉排列的。由于滾柱與滾道是線接觸，所以承載能力比滾珠式的大。具有承載能力高、加工工藝簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、高度小(降低重心，提高穩(wěn)定性)等優(yōu)點(diǎn)，為了保證滾柱與滾道有足夠的接觸長度，對與座圈相連接的構(gòu)件的剛度和安裝精度要求高一些。在起重機(jī)械、堆取料機(jī)等應(yīng)用較多。
圖3-10 交叉滾子軸承式回轉(zhuǎn)支承
（3）四點(diǎn)接觸滾珠式（圖3-11）
這種旋轉(zhuǎn)支承裝置的內(nèi)外座圈滾道是兩個對稱的圓弧曲面，滾珠的接觸壓力角一般為，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、承載能力大、高度尺寸小的優(yōu)點(diǎn)。適用于回轉(zhuǎn)式輸送機(jī)、焊接操作機(jī)、中小型起重機(jī)和圓形堆取料機(jī)。
圖3-11 四點(diǎn)接觸滾珠式回轉(zhuǎn)支承
（4）三排滾子式（圖3-12）
這種旋轉(zhuǎn)支承裝置中兩排滾柱在水平方向平行排列以承受軸向載荷，另有一排垂直排列的滾柱承受徑向載荷。三排滾子式旋轉(zhuǎn)支承裝置比上述各種軸承式旋轉(zhuǎn)支承裝置的承載能力大，但制造及安裝精度要求較高；同時，與之相連的構(gòu)件也要有足夠的剛度。這種旋轉(zhuǎn)支承裝置多用于起重量很大、座圈外徑又受到限制的取料機(jī)上。
圖3-12 三排滾子式回轉(zhuǎn)支承
由于本設(shè)計屬于小型取料機(jī)，在保證承受能力合格的情況下，考慮到經(jīng)濟(jì)性和方便性，決定采用交叉滾子軸承式回轉(zhuǎn)支承。
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由交叉滾子軸承式回轉(zhuǎn)支承、上座圈、下座圈及固定在轉(zhuǎn)盤后部的回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置組成，下座圈下部固定在門座上，下座圈上部與帶外齒的推力向心單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承外圈相連；上座圈上部支撐著轉(zhuǎn)盤，上座圈下部與滾珠軸承內(nèi)圈相連。回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置一般安裝在轉(zhuǎn)盤尾部或側(cè)部。安裝在減速器輸出軸上的驅(qū)動齒輪與軸承的外齒相嚙合，通過電動機(jī)的動力傳動，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤以上部分對于門座的回轉(zhuǎn)。上車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)應(yīng)該能保證刮板回轉(zhuǎn)到所需工作位置，停機(jī)時，
保證上部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)停留在某個位置。
3.2.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計
本次設(shè)計要求上車回轉(zhuǎn)速度為0.17r/min。
旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置選用臥式電動機(jī)與行星減速器的傳動方式，傳動效率=0.8
旋轉(zhuǎn)時摩擦阻力矩：
換算摩擦系數(shù)，可取
滾動體中心圓直徑，m
滾動體法向反力之絕對值總和，㎏
式中 旋轉(zhuǎn)支承裝置所受的總垂直力
旋轉(zhuǎn)支承裝置所受的總水平力
滾動體的接觸角
風(fēng)阻力矩計算：
風(fēng)載荷
式中 作用在機(jī)器上或武平上的風(fēng)載荷，N;
C風(fēng)力系數(shù)；
風(fēng)壓高度變化系數(shù)；
q計算風(fēng)壓，N/㎡；
A垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積，㎡；
查表可得 C=1.6，=1，q=90 N/㎡，A=23㎡
風(fēng)阻力矩
由于本機(jī)器都是用在水平軌道上，所以本次設(shè)計忽略了傾斜所造成的旋轉(zhuǎn)阻力矩。
所需要的電動機(jī)功率為:
式中： n為回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速（r/min）
將上面所計算得出的數(shù)據(jù)帶入得
根據(jù)上述計算及參考其它的資料，本次設(shè)計回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)所選用的電動機(jī)型號為YEJ160L-8, 7.5KW, 720 r/min,效率為0.86。
YEJ系列電磁鐵制動三相異步電動機(jī)為全封閉、自扇冷、籠型轉(zhuǎn)子具有附加圓盤型直流電磁鐵制動的三相異步電動機(jī)，它適用于快速停止、準(zhǔn)確定位的場合，同時它還適用于灰塵多，環(huán)境較惡劣的場所，故本次設(shè)計采用它作為回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)。
總傳動比
式中 —電動機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；
—回轉(zhuǎn)大齒輪轉(zhuǎn)速，r/min；
—減速器傳動比
—末級傳動齒輪傳動比
減速器選用HZL—35型號立式，傳動比為=450
則
交叉滾子軸承式回轉(zhuǎn)支承先選用HJW—3120型
小齒輪齒數(shù) ，取17齒，模數(shù)m=22（根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)回轉(zhuǎn)支承確定）
小齒輪分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒頂隙 =
齒寬
3.2.3齒輪軸設(shè)計及校核
（1）作用力計算
小齒輪轉(zhuǎn)速
扭矩T：
圓周力
（2）初步估算軸的直徑
選取40Cr鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理
由公式 計算軸的最小直徑并加大3%以考慮鍵槽的影響
查表 取A=100
則
圖3-13 軸尺寸圖
（3）繪制軸的彎矩圖和扭矩圖
最大彎矩 M=
（4）按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度
當(dāng)量彎矩 其中折合系數(shù)
軸的材料為40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理。=685 N/，得材料許用應(yīng)力
軸的計算應(yīng)力為
故該軸滿足強(qiáng)度要求
（5） 疲勞強(qiáng)度校核
截面彎矩
截面扭矩
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
截面上彎曲應(yīng)力
截面上扭剪應(yīng)力
彎曲應(yīng)力幅
彎曲平均應(yīng)力
扭切應(yīng)力
（6） 確定材料的機(jī)械性能
由表查得40Cr鋼彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限
合金鋼材料的特性系數(shù) ，
（7） 確定綜合影響系數(shù)、
軸肩圓角處有效應(yīng)力集中系數(shù)、 ,根據(jù) ，，查表計算得，
配合處綜合影響系數(shù)、，根據(jù)d，，配合H7/r6計算得=3.8，=2.08
尺寸系數(shù)、，根據(jù)圖查得，
表面狀況系數(shù)=
（8）計算安全系數(shù)
取需要安全系數(shù)
故疲勞強(qiáng)度安全
（9） 鍵校核
擠壓強(qiáng)度條件
故鍵合格
圖3-14軸的計算簡圖
3.2.4小齒輪校核
（1）選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力
小齒輪調(diào)質(zhì)，
大齒輪45正火，
許用接觸應(yīng)力
其中接觸疲勞極限 ，
接觸強(qiáng)度壽命系數(shù),應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N
=
，.05，
接觸疲勞最小安全系數(shù)=1
則 =700N/㎡
=577N/㎡
許用彎曲應(yīng)力，
其中，
彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)查圖得
彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù)查圖得
彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)，
則
（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核
載荷系數(shù)K
式中 —使用系數(shù)，查表得=1
—動載系數(shù)， 由推薦值 1.05～1.4 取=1.2
—齒間載荷分配系數(shù) 由推薦值 1.0～1.2 取=1.1
—齒向載荷分布系數(shù) 由推薦值1.0～1.2 取=1.1
載荷系數(shù)=
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度應(yīng)滿足
齒形系數(shù) 查表得 小輪
大輪
應(yīng)力修正系數(shù) 查表得 小輪
大輪
重合度系數(shù)=0.68
故
故齒根彎曲強(qiáng)度滿足
3.2.5回轉(zhuǎn)支承的日常維修
1）潤滑
每作業(yè)100h向滾道注入一次潤滑脂不管起重機(jī)是否使用，每隔6個月都要加注一次潤滑脂。加注潤滑脂時，應(yīng)使軸承轉(zhuǎn)動，以使其布滿整個內(nèi)部表面。每工作8h在小齒輪上涂少量潤滑脂。這樣，可有利于齒輪長期、平穩(wěn)、無噪聲的工作。
2）回轉(zhuǎn)支承的安裝要求
回轉(zhuǎn)支承的安裝應(yīng)在千燥、清潔及照明良好的室內(nèi)進(jìn)行。安裝面及定位面上不得有任何異物及高點(diǎn)。應(yīng)使用環(huán)首螺栓或非金屬吊帶吊裝軸承。
支承座圈上一般都有淬火“軟帶”區(qū)的標(biāo)志，滾動體的安裝孔就位于此“軟帶”區(qū)內(nèi)?！败泿А眳^(qū)應(yīng)盡可能布置在受力最小的方位。對于轉(zhuǎn)動的座圈，應(yīng)使“軟帶”區(qū)與由力矩產(chǎn)生的載荷向量成90“夾角;對于固定的座圈，軟帶區(qū)應(yīng)位
于吊載時底盤受力最輕的方位，一般為尾部。
安裝螺栓應(yīng)逐次交叉擰緊，直至達(dá)到規(guī)定的預(yù)緊力矩，以保證軸承安裝后的圓度及變形要求，從而獲得良好的內(nèi)部應(yīng)力分布及低而平穩(wěn)的回轉(zhuǎn)阻力矩。如果座圈中的一個與安裝構(gòu)件有定位要求，或是焊住，應(yīng)首先將其裝上。對于非定位的軸承，建議按下述步驟進(jìn)行安裝調(diào)整。
（1）將軸承裝在起重機(jī)的轉(zhuǎn)臺及車架上，裝上螺栓但不要擰緊。
（2）在軸承中心施加一個中等的垂直載荷并測量轉(zhuǎn)動軸承時所需的力矩。記下此數(shù)值。
（3）將全部螺栓逐次交叉擰緊到規(guī)定的預(yù)緊力矩，再次測量所需的轉(zhuǎn)動力矩值。
（4）比較兩次測得的數(shù)值。如第二次的測量值大于第一次的數(shù)值，說明軸承已變形。找出原因，加以消除重復(fù)進(jìn)行1~3項(xiàng)內(nèi)容，直到滿意為止。
（5）調(diào)整可變中心的小齒輪位置*，以獲得適宜的嚙合側(cè)隙及齒面接觸斑點(diǎn)。最小深證側(cè)隙應(yīng)在大齒圈的“高點(diǎn)”處測得，必要時可預(yù)先測出齒圈的“高點(diǎn)”位置并用油漆作上標(biāo)志，以縮短調(diào)整時間。
（6）調(diào)整完畢后在齒面均勻的徐上潤滑脂。
（7）裝上轉(zhuǎn)臺上的全部重量較大的部件，檢查軸承能否自由轉(zhuǎn)動。如有過大的震動或阻力過高，則表明安裝工況不理想，需找出原因加以排除。
3.3帶式輸送機(jī)選型設(shè)計
圖3.3 圓形堆取料機(jī)帶式運(yùn)輸機(jī)構(gòu)
3.3.1帶式輸送機(jī)特點(diǎn)
帶式輸送機(jī)與其他散狀物料的運(yùn)輸方式相比，有以下特點(diǎn):
（1） 輸送物料種類廣泛
輸送物料的范圍可以從很細(xì)的各種物料到大塊的巖石、石塊、煤或紙漿木料，能以最小的落差輸送精細(xì)篩分過的或易碎的物料。由于橡膠輸送帶有較好的抗腐蝕性，在輸送強(qiáng)腐蝕性或強(qiáng)磨損性物料時維修費(fèi)用較低。
（2） 輸送能力范圍寬
帶式輸送機(jī)的輸送能力可以滿足任何要求的輸送任務(wù)，既有輕型帶式輸送機(jī)完成輸送量較小的輸送任務(wù)，又有