斗輪取料機中的斗輪部件設(shè)計開題報告

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1、上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 斗輪取料機中的斗輪部件設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計開題報告 學(xué) 院 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化（現(xiàn)代裝備與控制工程） 班級學(xué)號 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 題 目 斗輪取料機中的斗輪部件設(shè)計 1 綜述 1.1題目來源 本課題來源于無錫開源機床集團有限公司，是無心磨床設(shè)計項目下的子課題之一。 1.2目的意義 課題的目的是設(shè)計外圓無心磨床上導(dǎo)輪架機構(gòu)部分，并滿足相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)要求。由于工件運動是由磨輪、導(dǎo)輪共同控制的，工件

2、的質(zhì)量、工件運動的穩(wěn)定性、均勻性，不僅取決于機床運動傳動鏈，還與工件、導(dǎo)輪及托板的實際情況以及采用的導(dǎo)輪質(zhì)量、磨削用量和磨削工藝參數(shù)有關(guān)。課題對研究和開發(fā)各種其他類型的無心磨床結(jié)構(gòu)有一定的參考價值。 1.3課題涉及領(lǐng)域的國內(nèi)外進展現(xiàn)狀和前沿情況 1.3.1國外發(fā)展概況 世界上研究和開發(fā)斗輪機械最早的國家是德國，研究始于19世紀(jì)30年代，第一臺斗輪機于19世紀(jì)80年代問世。到目前世界上最大的斗輪取料機回轉(zhuǎn)半徑為59m，生產(chǎn)能力為9600t／h，由奧地利鋼鐵聯(lián)合公司制造。世界上研究和開發(fā)斗輪機械最早的國家是德國，而且目前仍處于領(lǐng)先地位，學(xué)者們對斗輪挖掘機的研究做了大量工作，德國學(xué)者Schei

3、er D．研究了斗輪挖掘機的切削阻力系數(shù)和切削力系數(shù)與巖石性質(zhì)之間的關(guān)系，Bergen G．用振動模擬系統(tǒng)求出了斗輪挖掘機的動態(tài)附加應(yīng)力和共振轉(zhuǎn)速，F(xiàn)eder D．等對斗輪挖掘機進行了振動計算，并用實驗驗證了計算結(jié)果的正確性，May A．則對斗輪挖掘機斗齒裝置、測挖掘力的方法進行了研究。原蘇聯(lián)的別洛口諾依等對斗輪挖掘機斗輪驅(qū)動系統(tǒng)的動載荷進行了分析，給出了動載荷的經(jīng)驗公式，丘特諾夫斯基則研究了斗輪挖掘機工作裝置的振動對切削參數(shù)的影響，國內(nèi)對斗輪挖掘機的研究還比較落后，目前，研究工作主要集中在挖掘阻力的測試及載荷譜的編制、斗輪斗唇形狀改變、總體參數(shù)優(yōu)化設(shè)計及其結(jié)構(gòu)件的靜態(tài)剛度強度分析等方面。對斗

4、輪機整體結(jié)構(gòu)強度、剛度、可靠性的分析和動、靜態(tài)力學(xué)性能的測試這方面的研究還不多。目前在斗輪機設(shè)計領(lǐng)域還沒有公認的設(shè)計規(guī)范可以遵循，技術(shù)要求都是取自相似設(shè)備的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和研究結(jié)果。 圖1斗輪堆取料機 1.3.2國內(nèi)發(fā)展概況 國內(nèi)對斗輪機的研究起步較晚，1960年，從國外引進的第一批斗輪機是我國對斗輪機應(yīng)用、研究和開發(fā)工作的開始，第一臺型號為DQ5030的斗輪堆取料機由哈爾濱重型機械廠于1970年研制成功。進入20世紀(jì)80年代隨著電力工業(yè)和鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，在電力部門的使用數(shù)量有很大提高，并目在港口上的使用量劇增。20世紀(jì)90年代國內(nèi)斗輪堆取料機的事業(yè)向著更多、應(yīng)用更廣的方向發(fā)展。隨

5、著產(chǎn)品的進口和技術(shù)的引進大大縮短了國產(chǎn)設(shè)備和國外設(shè)備的差距。近年還出現(xiàn)了斗輪卸船機，主要用于港口卸船作業(yè)。目前我國生產(chǎn)的斗輪機數(shù)量，按保守估計國內(nèi)堆取料機有2000臺以上，堆取料能力在300"--6000t／h范圍內(nèi)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國斗輪堆取料機的研究水平有了較大提高，但同發(fā)達國家相比仍有明顯差距，其控制技術(shù)僅基于可編程控制器(PLC)為核心的單機控制，作業(yè)水平也僅限于單機手動式?，F(xiàn)在我國斗輪堆取料機已經(jīng)從最初的研究階段轉(zhuǎn)向發(fā)展階段，向更高的產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計水平邁進。 斗輪堆取料機的應(yīng)用在我國起步較晚，最早的斗輪堆取料機設(shè)計可以追溯到1966年。當(dāng)時國內(nèi)部分鋼廠、碼頭急需使用此類

6、設(shè)備，為滿足當(dāng)時的社會需要我國開發(fā)了第一代斗輪堆取料機。這標(biāo)志著我國己具有制造大型散料輸送機械的能力。20世紀(jì)80年代，由于電力和鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，斗輪堆取料機發(fā)展迅猛，在電力部門、港口使用量劇增。 20世紀(jì)90年代，國內(nèi)斗輪堆取料機已經(jīng)向更廣的方向發(fā)展。在鋼鐵企業(yè)、電廠、各大港口到處都可以看到斗輪堆取料機。但是國內(nèi)的設(shè)計和研究水平有限，為了縮短與國際先進國家的差距，采取進口和合作制造的方式。進口和引進的國家有日本、美國、德國、奧地利、意大利等國家。國內(nèi)生產(chǎn)的第一臺用于高寒地區(qū)的斗輪堆取料機是DQLl600／1600．35，目前正運行于內(nèi)蒙古的霍林河礦區(qū)。國內(nèi)現(xiàn)在已開始了關(guān)于斗輪堆取料機自動控

7、制方面的研究，控制水平已經(jīng)達到20世紀(jì)70年代國際水平。另外，為了使斗輪堆取料機工作時更加穩(wěn)定安全、可靠，在設(shè)計過程中引入計算機仿真技術(shù)，圖象處理技術(shù)，故障檢測技術(shù)等各種信息技術(shù)。這些技術(shù)的引用將使我國在斗輪堆取料機的設(shè)計和研發(fā)盡快趕上世界先進水平邁進。 圖2斗輪堆取料機模型 1.斗輪臂架2.塔架3.起升油缸4.俯仰鉸點 5.配重懸臂6.回轉(zhuǎn)大軸承7.門架 1.3.3發(fā)展方向 在過去的40年，發(fā)達國家斗輪堆取料機技術(shù)的發(fā)展，極大地促進了散料輸送工業(yè)的發(fā)展。近年來，自動化和信息技術(shù)又推動了該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 (1)理論生產(chǎn)率向大型化發(fā)展。斗輪堆取料機的理論生產(chǎn)率是衡量斗輪堆取料機

8、規(guī)模的一個指標(biāo)，它從開始時的每小時幾十立方米發(fā)展到現(xiàn)在的每小時近20000。據(jù)悉，德國目前仍在開發(fā)有更大理論生產(chǎn)率的斗輪挖掘機。 (2)各國都在使斗輪堆取料機的生產(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)斗輪堆取料機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，實現(xiàn)作業(yè)和保護的自動控制。 斗輪堆取料機是一個典型的多剛體系統(tǒng)，采用機器人的運動規(guī)劃和主動控制技術(shù)，可提高斗輪堆取料機的工作穩(wěn)定性和作業(yè)能力。 機器人化斗輪堆取料機是集機器人機構(gòu)、機器人控制技術(shù)以及現(xiàn)代電子和信息

9、技術(shù)等為一體的綜合性機電一體化產(chǎn)品。更重要的是，將電子技術(shù)、計算機技術(shù)與傳統(tǒng)大型機械設(shè)備進行嫁接，可大大提高設(shè)備的性能和作業(yè)能力。如采用機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)，可提高斗輪堆取料機的智能化作業(yè)能力和工作可靠性；采用遙控遙現(xiàn)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)，使斗輪堆取料機始終處于較高的工作能力，并且盡可能少地受環(huán)境和操作人員水平的影

10、響。 1.4斗輪機構(gòu) 1.4.1斗輪機構(gòu)驅(qū)動裝置的形式和概況 斗輪機構(gòu)包括斗輪和斗輪驅(qū)動裝置，作為挖取物料之用。斗輪驅(qū)動機構(gòu)主要有：電機、減速器、制動器、液力聯(lián)軸節(jié)、鏟斗等組成。斗輪機構(gòu)裝于臂架的頭部，斗輪是由電動機通過液力聯(lián)軸節(jié)的減速機來驅(qū)動的。斗輪機構(gòu)通過斗輪的旋轉(zhuǎn)，配合堆取料機的行走、俯仰，逐層或按階梯形方式分層取料。 斗輪由脹圈與減速機輸出軸聯(lián)接。大扭矩的軸套聯(lián)接的脹圈能夠取代鍵槽聯(lián)接。脹圈是不帶鍵的而靠摩擦聯(lián)接軸轂的一種裝置，容易調(diào)整和拆卸，具有脹縮配合的所有優(yōu)點。脹圈是通過徑向壓力在軸轂表面產(chǎn)生的摩擦力來傳遞扭矩和軸向負荷的。減速機齒輪為密封的油浴式潤滑。 斗輪的驅(qū)動裝

11、置一般布置在斗輪的兩側(cè)。煤系堆取料機的斗輪安裝在臂架前端部的右側(cè)，鏟斗底部敞開，與輪體內(nèi)部相通，圓弧形導(dǎo)料板通過調(diào)整絲杠固定在臂架的端部。當(dāng)取料機構(gòu)工作時，通過電機、液力聯(lián)軸節(jié)、減速箱，使斗輪轉(zhuǎn)動，鏟斗切入物料堆挖取物料，物料沿弧形導(dǎo)料板轉(zhuǎn)動到卸料區(qū)，由于卸料區(qū)沒有弧形導(dǎo)料板擋住物料，物料依靠自重卸到溜煤板上，最后落到皮帶上，通過皮帶的運轉(zhuǎn)輸送物料。 1.4.2鏟斗的組成 鏟斗用來直接挖取物料，并將挖取下來的物料運送到卸料處。通常情況下，斗輪體上裝置的鏟斗數(shù)目有6-12個，鏟斗的容積為20-630d m3。煤系統(tǒng)堆取料機的鏟斗數(shù)量為8只，鏟斗的容積為2.5立方米。鏟斗要有合理的形狀，使挖取

12、過程中的阻力最小。鏟斗還要有足夠的強度和耐磨性，保證工作過程安全可靠，使用壽命長，并能快速更換鏟斗的磨損部分。 圖3鏟斗的形狀 鏟斗的種類很多，根據(jù)用途和挖取物料的不同，較常使用的有平口斗、斜口斗、帶齒斗等。斗口形狀有拱形，梯形、花瓣形等（圖2-4-1）。 鏟斗由切割刃、斗唇、斗底和底座等組成。在鏟斗的斗唇部分堆焊有斗箍 ，用以增加鏟斗的鋼性和強度。斗齒的作用是為了減少斗口的磨損，過去多用高錳鋼斗齒以鉚釘或高強度螺栓固定，現(xiàn)在改用鑄鋼（ZG55）或高強度合金調(diào)質(zhì)鋼，表面堆焊耐磨層，可大為提高斗齒的壽命。 1.4.3斗輪的組成 斗輪由斗輪體和鏟斗組成，通常采用的斗輪直徑為2-18m

13、。根據(jù)生產(chǎn)能力的不同，直徑大小也不同。斗輪按其結(jié)構(gòu)型式可分為：有格式斗輪、無格式斗輪和半格式斗輪。 1.4.3.1有格式斗輪 有格式斗輪結(jié)構(gòu)（如圖2-4-2a）所示。鏟斗1用螺栓固定在輪轂2上，每個鏟斗有一個對應(yīng)的卸料溜槽，它是由前后格板4和溜板3組成。溜板傾斜安裝，由鏟斗卸下來的物料經(jīng)溜板3卸到斗輪一側(cè)的膠帶輸送機上。 為了防止鏟斗內(nèi)的物料在還沒有到卸料位置時從卸料槽流出，在斗輪靠卸料一側(cè)裝有扇形檔板5，斗輪旋轉(zhuǎn)時檔板5不動而擋住已裝進鏟斗及卸料溜槽的物料。 有格式斗輪由于每個斗（如斗輪直徑較小時，有時相鄰兩個斗）都有自己相應(yīng)的卸料槽，物料滑移行程較短，因而適宜于挖掘中小塊度堅硬的物

14、料。由于物料與卸料槽滑動表面之間的摩擦力阻礙卸料，有格式斗輪卸料區(qū)間較小，其卸料角不超過7093°，故而斗輪轉(zhuǎn)速必須取得較低，否則物料來不及卸出。有格式斗輪的另一個缺點是斗輪工作表面很大，較容易粘結(jié)物料，清掃格子內(nèi)表面比較困難，故有格式斗輪不適合于挖掘粘性物料。 1.4.3.2無格式斗輪 無格式斗輪結(jié)構(gòu)（如圖2-4-2b）所示，它是由鏟斗1和輪轂2等組成的。在斗輪體中央固定有前導(dǎo)板6、側(cè)導(dǎo)板7及后導(dǎo)板8構(gòu)成的卸料槽。斗輪在工作時旋轉(zhuǎn)，而中間卸料部分不動。中間部分除卸料槽外，在周圍上還焊有與斗輪寬度相同的圓通形擋板9，使裝滿在鏟斗中的物料不從開口部分流出，只有轉(zhuǎn)到位置才能流出來卸裝。 工作

15、時鏟斗由下而上逐漸裝滿，由于固定不動的圓筒形擋板9擋住物料而不能外流，當(dāng)鏟斗轉(zhuǎn)到卸料槽處，物料從斗口流出，落在卸料槽上，經(jīng)溜槽到膠帶輸送機的漏斗里，被輸送機運走。 在無格式斗輪中，物料在重力的作用下脫離斗壁和斗底。當(dāng)物料不粘附時，就能自由的從鏟斗中卸出，不需要經(jīng)過斗輪的內(nèi)表面直接落入卸料裝置，故而卸料區(qū)間大，卸料角達130°。 無格式斗輪的優(yōu)點是斗速高，為有格式斗輪的1.5～1.2倍。同樣尺寸和重量的斗輪，生產(chǎn)能力幾乎可以提高相同的倍數(shù)，最適用于挖掘粘性物料，因此近10年來優(yōu)先發(fā)展無格式斗輪。 無格式斗輪的缺點是，卸料高度大，需要在斗輪內(nèi)裝設(shè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的專用卸料裝置。此外，無格式斗輪的鏟斗

16、裝的過滿時，會使物料在鏟斗內(nèi)壓實，妨礙自由卸料。因此近期出現(xiàn)了半格式斗輪。 1.4.3.3半格式斗輪 半格式斗輪，如圖（2-4-2c）所示。這種斗輪也是由鏟斗1、輪轂2構(gòu)成。中間有一個同無格式斗輪相似的中間轉(zhuǎn)卸裝置。 這種結(jié)構(gòu)是將輪轂2的高度增加，鏟斗用螺栓固定在輪轂上。當(dāng)鏟斗挖取物料時，不但物料可以裝在鏟斗中，而且還可以裝進環(huán)形框架構(gòu)成的空間里，使鏟斗裝載物料的有效容積增大。 在斗輪直徑比較大的斗輪堆取料機中，采取半格式斗輪，可兼有有格式斗輪的優(yōu)點。半格式斗輪鏟斗的卸料同無格式斗輪一樣，都在同一卸料槽中卸料，因此，這種結(jié)構(gòu)在某種程度上結(jié)合了有格式斗輪的優(yōu)點——斗下空間和結(jié)構(gòu)剛度較大，

17、物料下落高度小，和無格式斗輪的優(yōu)點——卸料區(qū)間和可以提高斗輪的速度。所以這種斗輪是結(jié)構(gòu)較為先進的一種。 2.方案論證 2.1方案1 采用一級傘齒輪和二級行星齒輪傳動進行減速，因此，局部結(jié)構(gòu)比較緊湊。但由于采用了電動機作用力，液力偶合器作聯(lián)結(jié)部件，且傘齒輪傳動副在嚙合過程中因易發(fā)熱升溫而需要一臺齒輪汞單獨進行局部潤滑，所以總體結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，總體質(zhì)量也較大，達3.2t以上。 2.2方案2 采用內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達驅(qū)動斗輪，結(jié)構(gòu)緊湊，總質(zhì)量不到1.6t，約為方案1質(zhì)量的一半。但由于輸出軸與斗輪直接相連，故轉(zhuǎn)速較低（）。而液壓馬達長期運轉(zhuǎn)于低速區(qū)，其效率并非處于

18、最佳值段，因而故障增多，維修困難，并且這類液壓馬達的成本昂貴。 2.3方案3 綜合方案1和方案2，采用高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達加優(yōu)化設(shè)計的二級行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)形式。這種形式既能克服方案1外形尺寸較大、質(zhì)量較大的缺點，又可克服方案2使用低速液壓馬達而存在的不足。通過提高液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)速（），改善馬達輸出效率，從而選用普通型的重量輕、低成本液壓馬達。通過對行星齒輪減速器進行優(yōu)化設(shè)計，使總體結(jié)構(gòu)最緊湊，體積和質(zhì)量最小。 參考文獻 [1] 包起帆、張質(zhì)文等.起重機設(shè)計手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1997. [2

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