地下裝載機電纜卷筒變速箱設計【CYE-1.5型電動地下裝載機】【說明書+CAD+UG】

地下裝載機電纜卷筒變速箱設計【CYE-1.5型電動地下裝載機】【說明書+CAD+UG】,CYE-1.5型電動地下裝載機,說明書+CAD+UG,地下裝載機電纜卷筒變速箱設計【CYE-1.5型電動地下裝載機】【說明書+CAD+UG】,地下,裝載,機電,電機,卷筒,變速箱,設計,cye,電動,說明書 畢業(yè)設計(論文)任務書 學 院： 題 目： 地下裝載機電纜卷筒變速箱設計 起 止 時 間：2011年12月28日至2012年6月2日 學 生 姓 名： 班 級： 指 導 老 師： 系 室 主 任： 院 長： 2011年12月28日 論文 (設計) 內(nèi)容及要求： 一、 畢業(yè)設計（論文）原始依據(jù) 原始數(shù)據(jù)：額定斗容1.72m3，額定載重3630kg，鏟取力61kN 最大牽引力86kN，電機功率60kw，車速0-10.7km/h 二、 畢業(yè)設計（論文）主要內(nèi)容 1、調(diào)查研究電動地下裝載機基本工作狀況和最新技術(shù)發(fā)展，了解電動地下裝載機整體結(jié)構(gòu)，確定電動地下裝載機主要技術(shù)參數(shù)。 2、了解電動地下裝載機電纜卷筒總體方案設計。 3、電動地下裝載機電纜卷筒變速箱設計及計算。 4、電動地下裝載機電纜卷筒變速箱主要零部件設計計算。 5、編寫設計說明書。 三、 畢業(yè)設計（論文）基本要求 本課程主要培養(yǎng)學生設計計算和繪圖等實際能力，通過畢業(yè)設計，使學生掌握工程設計基本知識，初步具備工程設計的實際能力。 1、 根據(jù)電動地下裝載機電纜卷筒總體設計方案，繪制電纜卷筒變速箱部件圖（A0計算機圖一張）。 2、 進行主要部件結(jié)構(gòu)設計，繪制主要零部件圖（相當于A0計算機圖二張，另加A2或A3手工圖一張）。 3、 整理、編制設計計算書，內(nèi)容包括電動地下裝載機最新技術(shù)發(fā)展，整體設計思路，電動地下裝載機電纜卷筒變速箱設計方案說明，主要結(jié)構(gòu)分析計算，主要零件強度計算等。不少于20000字，英文摘要500字左右，計算機打印。 4、翻譯有關(guān)英文資料1-2篇，不少于3000字，計算機打印。 四、 畢業(yè)設計（論文）進度安排 1、準備階段完成開題報告及文獻綜述（2011年12月25號至2012年2月10號） 2、查閱相關(guān)文獻，確定設計方案（2012年2月11號至2012年2月16號） 3、機械系統(tǒng)運動、動力參數(shù)的計算（2012年2月17號至2012年2月20號） 4、傳動零件的設計計算（2012年2月21號至2012年3月10號） 5、變速器裝配草圖設計（2012年3月11號至2012年3月20號） 6、裝配圖和零件工作圖設計（2012年3月21號至2012年4月15號） 7、整理編寫設計計算說明書（2012年4月16號至2012年5月中旬） 8、設計總結(jié)與答辯（2012年5月下旬至6月上旬） 五、 主要參考文獻 [1] 衡陽冶金機械總廠.裝載機說明書[M]. 衡陽有色冶金機械總廠，1994 [2] 何正忠.裝載機[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1999 指導老師： 年 月 日 南華大學本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目 地下裝載機電纜卷筒變速箱設計 設計（論文）題目來源 自選課題 設計（論文）題目類型　 工程設計類 起止時間 2011-12-28～2012-1-10 一、 設計（論文）依據(jù)及研究意義： 依據(jù)：額定斗容1.72m3，額定載重3630kg，鏟取力61kN，最大牽引力86kN，電機功率60kw，車速0-10.7km/h。 研究意義：地下裝載車是一種重要的工程機械，即裝載-運輸-卸載設備，是采礦、冶金、隧道施工中不可缺少的裝備。由于地下作業(yè)對機器的外形、結(jié)構(gòu)有著不可忽視的限制，盡可能減小裝載機尺寸的大小，將在很大程度上提高地下裝載機的工作效率。 二、 設計（論文）主要研究的內(nèi)容、預期目標：（技術(shù)方案、路線） 主要內(nèi)容： 1、調(diào)查研究電動地下裝載機基本工作狀況和最新技術(shù)發(fā)展。了解電動地下裝載機整體結(jié)構(gòu)，確定電動地下裝載機主要技術(shù)參數(shù)。 2、了解電動地下裝載機電纜卷筒總體方案設計。 3、電動地下裝載機電纜卷筒變速箱設計及計算。 4、電動地下裝載機電纜卷筒變速箱主要零部件設計計算。 5、編寫設計說明書。 預期目標：1、明確設計任務與要求，熟練掌握相關(guān)文獻資料； 2、了解電動地下裝載機基本工作狀況、整體結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)參數(shù)； 3、變速器的各零部件的設計計算 4、用UG把變速器實體模型畫出來，出工程圖，然后進行裝配以及運動仿真，做出很直觀的效果，一目了然。 技術(shù)方案、路線：1、傳動系統(tǒng)方案設計 2、傳動系統(tǒng)的總體設計 3、變速器傳動零件：軸、齒輪的設計計算與校核 4、變速箱的結(jié)構(gòu)設計 5、總裝配圖以及軸、齒輪零件圖 三、設計（論文）的研究重點及難點： 重點：1、變速器的傳動零件：齒輪、軸的設計計算與校核。 2、軸（強度校核）的載荷分布圖（力學模型、水平與垂直面內(nèi)的彎矩圖、總彎矩圖、扭矩圖） 3、變速器裝配草圖的設計：包括軸的結(jié)構(gòu)設計，軸承的選用，鍵和聯(lián)軸器的選擇與校核，箱體、潤滑與密封及附件（非標準附件、標準附件）的設計。 難點：1、如何在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)大的傳動比。使其結(jié)構(gòu)緊湊、空間尺寸小、質(zhì)量輕。 2、工作環(huán)境極其惡劣，要求變速器的工作壽命長。 3、變速器的運動仿真。 四、 設計（論文）研究方法及步驟（進度安排）： 一、準備階段 1、選擇課題，閱讀和研究設計任務書，明確設計內(nèi)容和要求，并著手于相關(guān)文獻資料的搜集，完成開題報告。（2011年12月25號至2012年元月10號） 2、完成文獻綜述。（2012年元月11號至2012年2月10號） 二、查閱相關(guān)文獻，確定設計方案（2012年2月11號至2012年2月16號） 1選擇傳動裝置的類型。 2繪制機械系統(tǒng)運動簡圖 三、機械系統(tǒng)運動、動力參數(shù)的計算（2012年2月17號至2012年2月20號） 1、執(zhí)行機構(gòu)的運動與動力分析； 2、總傳動比計算及傳動比分配 3、傳動裝置的運動、動力參數(shù)計算（各軸的轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩、傳動比、效率） 四、傳動零件的設計計算（2012年2月21號至2012年3月10號） 1、變速器內(nèi)傳動零件設計計算（齒輪的參數(shù)、軸的結(jié)構(gòu)與尺寸） 五、變速器裝配草圖設計（2012年3月11號至2012年3月20號） 1、初估軸的直徑 2、畫出軸系結(jié)構(gòu)，選定軸承型號，定軸支承點之間的距離，校核軸與鍵連接的強度，計算軸承的壽命，必要時根據(jù)計算結(jié)果進行修改。 3、設計軸承組合的結(jié)構(gòu)，畫出箱體和各附件的結(jié)構(gòu)、位置，全面完成裝配草圖。 六、裝配圖和零件工作圖設計（2012年3月21號至2012年4月15號） 1、變速器裝配圖設計 2、零件工作圖設計 七、機械零件的三維造型與裝配、運動仿真（2012年4月16號至2012年5月上旬） 八、整理編寫設計計算說明書（2012年5月中旬） 九、設計總結(jié)與答辯（2012年5月下旬） 五、 進行設計（論文）所需條件： 條件：額定斗容1.72m3，額定載重3630kg，鏟取力61kN 最大牽引力86kN，電機功率60kw，車速0~10.7km/h 六、 指導教師意見： 簽 名： 年 月 日 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 地下裝載機電纜卷筒變速箱設計 摘 要：對電動裝載機而言，電纜卷繞裝置是一個十分關(guān)鍵的部件，電纜卷筒的收放纜速度應與車速協(xié)調(diào)一致，以免因裝載機的行駛速度的變化而拉斷或壓壞電纜，故要求能隨車速的變化而調(diào)速。 半齒輪換向排繩（纜）裝置，包括一個半齒輪換向箱，所述半齒輪換向箱包括半齒輪和對稱布置的正向齒輪和反向齒輪，所述半齒輪是只在齒輪的半個圓周上有輪齒的不完全齒廓齒輪；半齒輪換向排繩（纜）裝置還包括半齒輪前減速齒輪和半齒輪后增速齒輪，其減速比大于卷筒長度L與電纜（鋼繩）直徑d之比值的兩倍，其增速比大于卷筒長度L與單螺旋絲桿螺距t之比值的兩倍。采用半齒輪換向箱和單螺旋絲桿螺母傳動，制造加工容易，傳動平穩(wěn)順暢，安全可靠，使用壽命長，通過計算設計，可使卷筒排纜精確均勻。 關(guān)鍵詞：變速箱；半齒輪；換向機構(gòu)；單螺旋絲桿螺母 Underground Loader Cable Reel Transmission Design Abstract：For electric scraper, the cable winding device is a critical component. Retractable cable of the cable reel speed should be coordinated with the speed, avoiding changes in the speed of the scraper to pull off or crushed cable. So, the requirements can change with the speed while the governor. Semi-gear change to the rope (cable) device, including half a gear change to the box. As described in the semi-gear-for-half gear and the symmetrical arrangement of the forward gears and reverse gear box, including the semi-gear is the only gear half circumference of the tooth incomplete tooth profile gear. Half gear change to the rope (cable) device also includes half gears slowly down the growth rate of the gear and gear after gear. The reduction ratio is greater than the roll length L and cable(wire rope) twice the ratio of the diameter d and twice the growth rate is greater than the roll length L and the ratio of the single helical screw pitch t. Semi-gear change to the box and the single helical screw-nut drive, manufacturing, processing is easy, smooth transmission, smooth, safe and reliable, long life, by calculating the design, the reel can row cable precise uniform. Keywords: Gearbox; Semi-gear; Reversing mechanism; Single helical screw-nut ii 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） iii 目 錄 1 緒論 .1 1.1 設計研究的目的和意義 .1 1.2 地下裝載機應用與發(fā)展回顧 .1 1.3 未來技術(shù)發(fā)展展望 .4 2 地下裝載機總體分析 .6 2.1 地下裝載機的組成系統(tǒng)及功能 .6 2.2 地下裝載機的工作方式 .7 2.3 地下裝載機的技術(shù)水平 .8 2.4 電動地下裝載機 .10 3 CYE 型電動地下裝載機總體參數(shù)與原理 .14 3.1 CYE 電動地下裝載機主要技術(shù)參數(shù) .14 3.2 CYE 電動地下裝載機液壓系統(tǒng)工作原理 .16 4 半齒輪換向排繩（纜）裝置設計計算 .19 4.1 電纜卷筒變速箱簡圖： .19 4.2 半齒輪機構(gòu)的設計思想和方案 .19 4.3 半齒輪換向機構(gòu)具體設計及計算 .23 4.4 不完全齒廓傳動分析 .31 5 齒輪的設計 .37 5.1 選擇齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) .37 5.2 按齒面接觸強度設計 .37 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） iv 5.3 按齒根彎曲強度設計 .40 5.4 幾何尺寸的計算 .41 6 傳動裝置的運動和動力參數(shù)的計算 .43 6.1 各軸的轉(zhuǎn)速 N（R/MIN） .43 6.2 各軸的功率 P(KW).44 6.3 各軸的轉(zhuǎn)矩 T(NMM) .44 7 軸的設計、軸上零件的選用以及強度校核 .46 7.1 求中間軸上的功率 P3、轉(zhuǎn)速 N3、和轉(zhuǎn)矩 T3。 .46 7.2 求作用在齒輪上的力 .46 7.3 初步確定軸的最小直徑 .46 7.4 軸的結(jié)構(gòu)設計 .47 7.5 軸的強度校核 .48 8 花鍵連接強度計算 .61 參考文獻 .62 謝 辭 .63 附錄 .64 1 英文原文 .64 2 中文翻譯 .69 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） v 大、中型地下裝載機電纜卷筒結(jié)構(gòu)復雜，國外公司用專利進行了全面保護。 技術(shù)發(fā)展部設計人員在自主設計開發(fā) 2 地下電動地下裝載機過程中，對電纜3m 卷筒設計結(jié)構(gòu)、工作原理進行了積極探索，勇于創(chuàng)新，避開國外專利約束，形 成了兩項中鋼衡重獨特的地下電動地下裝載機技術(shù)。 實用新型專利“轉(zhuǎn)速自動匹配的電動地下裝載機電纜卷筒”，可以根據(jù)被 卷電纜的張力大小自動調(diào)節(jié)卷筒機構(gòu)的轉(zhuǎn)速，滿足地下采礦作業(yè)的電動地下裝 載機使用要求。另一項實用新型專利“電動地下裝載機電纜卷筒的換向機構(gòu)”， 具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，裝配方便和工作穩(wěn)定的特點。 本次設計的主題就是 CYE 型電動地下裝載機電纜卷筒變速器的設計，而獲 得國家專利和本次設計的特色就是半齒輪換向排繩（纜）裝置。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 1 頁 共 80 頁 1 緒論 1.1 設計研究的目的和意義 電動地下裝載機是在柴油地下裝載機的基礎上發(fā)展起來的,由于它具有無廢 氣污染、噪聲小、工作溫度低、維修量小、生產(chǎn)費用低、作業(yè)效率高等優(yōu)點， 越來越多的被礦山所采用，并取得了明顯的經(jīng)濟效益。 卷纜系統(tǒng)是礦山上用于礦石開采的電動地下裝載機上的重要部分，其自動 放纜、自動收纜的可靠性直接影響著地下裝載機的工作效率。 對電動地下裝載機而言，電纜卷繞裝置是一個十分關(guān)鍵的部件，設計不好 就會使電纜在地下拖曳而破損，不僅會使生產(chǎn)費用增加，而且影響作業(yè)安全， 所以，如何更好地解決其供電電纜隨機拖拉的問題，已顯得尤為重要。電纜卷 筒的收放纜速度應與車速協(xié)調(diào)一致，以免因地下裝載機的行駛速度的變化而拉 斷或壓壞電纜，故要求能隨車速的變化而調(diào)速。因此，電纜卷筒總體裝置的選 擇及設計有著重要的使用及經(jīng)濟意義。 1.2 地下裝載機應用與發(fā)展回顧 圖 1.1 地下裝載機外形 我國是一個地下資源豐富的國家，井下礦山在我國的礦山總數(shù)中占有的數(shù) 量很多，在井下開采中的裝載工作是最繁重的體力勞動。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 2 頁 共 80 頁 50 年代初期，我國一些大型并下礦山開始引進蘇聯(lián)制造的裝載機。60 年代， 我國研制成功第一臺裝載機，從此我國井下裝載機制造業(yè)不斷發(fā)展并形成了批 量生產(chǎn)的能力。國產(chǎn)裝載機廣泛地應用于我國礦山后，極大地提高了井下礦山 的生產(chǎn)效率，減輕了礦山的勞動強度，改善了勞動條件。早期的裝運機是氣動 的，它帶有鏟斗或工作機構(gòu)和料倉，其行走機構(gòu)為充氣輪胎式的，瑞典的 T 2G 和 T4G 以及國產(chǎn)的 ZYQ12 和 ZYQ14 型都屬于這種類型的裝運機。 1970 年代，我國地下礦山從美國引進柴油地下裝載機，這是地下礦裝備上 的重大改革。目前我國井下礦山已經(jīng)比較廣泛地應用這種內(nèi)燃驅(qū)動的無軌式裝 載設備。以柴油機驅(qū)動的無軌自行裝載設備，擺脫了軟道、風管或電纜的束縛， 使機器提高了機動性，體現(xiàn)在井下可特大型的柴油地下裝載機調(diào)運至采區(qū)的各 個出礦處作業(yè)。簡化了生產(chǎn)管理、減少了輔助設施的敷設和維修，從而大大提 高了勞動生產(chǎn)率。但是柴油地下裝載機一個突出的缺點是柴油發(fā)動機排放的 廢氣對人體有危害，而目前對廢氣凈化處理的效果還不夠理想，還需要用強大 的通風量來稀釋排放的廢氣，尤其是在獨頭巷道內(nèi)使用(如平巷掘進等等)會結(jié) 通風帶來很大的困難?；谶@種原因，在柴油地下裝載機之后，出現(xiàn)了電動地 下裝載機即用電動機代替柴油機，用纏繞在卷筒上可收故長度的電細向電動機 供電。這種動力的改變，克服了燃油產(chǎn)生的廢氣污染，可是拖曳的電纜大大地 影響了地下裝載機的機動性，因此提高地下裝載機的可靠性與生產(chǎn)率，改善司 機的操作條件和作業(yè)環(huán)境是井下裝載設備改進的方向。 70 年代，我國開始研究應用無軌采礦工藝技術(shù)，為與工藝酣套，1975 年 首次從波蘭引進 LK型 2 立方米柴油地下裝載機 105 臺在梅山鐵礦等冶金礦山 試用。因其使用效果 良好，隨后又進 口了芬蘭的 TORO0 型 13 立方米柴 油地下裝載機、德國的 LF1 型 2 立方米柴油地下裝載機 、法國的 CT00 型 0 83 立方米 和 CT00 型 3.8 立方米柴油地下裝載機 、美國 EHST 1 A 076 立方米和 922E、922D 型 17 立方米電動地下裝載機和柴油地下裝載機。 這進口地下裝載機在我同無軌采礦技術(shù)推廣應用初期發(fā)揮了重要的支撐作用。 由于進口設備價格昂貴，備件供應管理困難，使許多中小型礦山望而興嘆。 為此 ，國內(nèi)的有關(guān)研究院所于 l970 年代中期同步開展了國產(chǎn)地下裝載機的研 究開發(fā)工作。國內(nèi)最先研發(fā)的地下裝載機為長沙礦山研究院與廈門工程機械廠 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 頁 共 80 頁 和柳州 T 程機械廠合作，以 ZIA0、ZIS0 型露天裝 載 機 為基礎 開發(fā) 的 DZIAO、 DZLS0 型柴油地下裝載機。隨后，馬鞍山礦山研究 院與揚州冶金機械 廠合作開發(fā)了 WJD15 型電動地下裝載機；長沙礦山研究院與沈陽冶金機械廠、 嘉興冶金機械廠、南昌通用機械廠、衡陽冶金機械廠合作研制了 DCY 一 1 型 1 立方米 、WJD 一 15 15 立方米電動地下裝載機，CY 一 35 型 2 立方米、CY 一 1 型 13 立方米、922D 17 立方米柴油地下裝載機；南昌礦山機械研究所 與南昌通用機械廠合作開發(fā)了 WJD 一 076 型 076 立方米。電動地下裝載機 北京礦冶研究總院與江西拖拉機廠合作研制了 WJ1 型 083 立方米柴油地下 裝載機等。到 1990 年代初期，國內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)了斗容 0425 立方米的系列 電動和柴油地下裝載機。除上述地下裝載機生產(chǎn)廠商外，還有吉林冶金機械廠、 太原重型機器廠、華山汽車修造廠和山爾金嶺鐵礦機修廠等。 在總結(jié)“七五”、“八五”攻 關(guān)的經(jīng)驗后，研究開發(fā)人員對前期工作進行 了深刻反思。從“九五”攻關(guān)起 ，地下裝載機攻關(guān)重點從強凋國產(chǎn)化率調(diào)整為 注重整機性能和可靠性，零部件配套注重質(zhì)量和可靠性，和國際知名公司一樣， 走全球化采購配套的道路?！熬盼濉逼陂g長沙礦山研究院與衡陽冶金機械廠以 及廣西高峰礦業(yè)公司聯(lián)合攻關(guān)研制的 CY 一 35G(CY 一 4)型 4 立方米柴油地下 裝載機就是按這一新思路研究開發(fā)的第一型高性能地下裝載機，其變速箱、變 矩器、驅(qū)動橋、低污染柴油機以及關(guān)鍵液壓控制閥都采用國際知名品牌產(chǎn)品， 應用了變速箱電控操作和多盤濕式制動器液壓松閘、彈簧制動等最新技術(shù)，整 機性能達到同期國際先進水平。自此，國內(nèi)井下無軌采礦設備開發(fā)幾乎都按這 一模式進行，國產(chǎn)采礦設備的性能水平跨上一個新臺階。 衡陽有色冶金機械總廠衡陽力達地下裝載機有限責任公司是中國第一家井 下地下裝載機專業(yè)制造公司、中國大型地下裝載機生產(chǎn)基地。通過 20 年引進、 消化和吸收國外先進技術(shù)，已成功研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的地下裝載機系列 產(chǎn)品，并榮獲國家級新產(chǎn)品稱號及國家科技進步三等獎。產(chǎn)品有 CY、CYE 系列 井下地下裝載機以及 CA-8 地下礦山自卸汽車，產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應用于有色、冶金、 化工及黃金礦山。尤其是 2002 年由衡陽有色冶金機械廠的力達地下裝載機制造 有限公司開發(fā)生產(chǎn)的 CA-8 地下礦山自卸汽車，經(jīng)過一年的工業(yè)試驗在山東某礦 取得了很大的成功，得到了該礦的認可，并于 2003 年再次向力達地下裝載機制 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 4 頁 共 80 頁 造有限公司訂購 4 臺 CA-8 地下礦山自卸汽車。核工業(yè)第六研究所并入南華大學 之后，南華大學在地下礦山運輸設備方面的研究力量得到加強，原核工業(yè)第六 研究所曾在 1998 年研究開發(fā)了我國第一臺 KZC-5 地下礦山自卸汽車。所以，項 目研究人員既具有研究開發(fā)地下礦山自卸汽車的經(jīng)驗，又有較高的理論計算基 礎。 1.3 未來技術(shù)發(fā)展展望 (1)發(fā)動機 近幾年內(nèi)仍將以簡單可靠的低污染風冷發(fā)動機為主，然后逐步研究應用計 算機控制 的電噴發(fā)動機。 (2)變速箱 將以電磁閥控制型式和液壓控制型式的變速箱為主。汽車上廣泛使用的電 腦控制的，自動換檔變速箱很難在地下裝載機上普遍應用，因為在鏟斗插入裝 載時，要求變速箱承載的力矩最大，插入時速度和插入阻力在很短 的時問內(nèi)發(fā) 生急劇變化 ，將使變速箱在檔位間快速跳換，使變速箱離合器工作在承載能力 差的不穩(wěn)定 的過渡狀態(tài) ，從而導致變速箱異常損害。 (3)制動系統(tǒng) 將由現(xiàn)在普遍使用的壓力制動、彈簧松閘的制動器向系統(tǒng)簡單、安全可靠 的壓力松閘、彈簧制動的全封閉多盤濕式制動器方向發(fā)展 。儲能器充壓閥和反 向調(diào)節(jié)腳制動閥將得到普遍應用。 (4)遙控技術(shù) 手動和遙控地下裝載機將實現(xiàn)一體化設計，即在設計手動地下裝載機的同 時考慮遙控動作如何實現(xiàn)，預留與遙控系統(tǒng)快速聯(lián)接的液壓接口、電器和裝配 位置。遙控液壓執(zhí)行機構(gòu)和電器系統(tǒng)將按功能模塊結(jié)構(gòu)設計，只要將相應的遙 控功能模塊裝上，普通手控地下裝載機就成了標準的遙控地下裝載機。無線電 接收發(fā)射系統(tǒng)將由模擬系統(tǒng)發(fā)展為數(shù)字系統(tǒng)；為便于遙控操作，將發(fā)展 自動裝 載技術(shù)；集成有視頻技術(shù)的視距外遙控系統(tǒng)將在特殊場合得到一定的發(fā)展與應 用，但智能礦山設備因成本過高、必要性不足，在今后較長一段時問內(nèi)還難以 在我國發(fā)展應用。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁 共 80 頁 (5)自診斷技術(shù) 隨著傳感器技術(shù)的進步和設備故障診斷技術(shù)的完善，集設備狀態(tài)信息采集、 儲存、分析、故障判斷與報警的地下裝載機故障診斷系統(tǒng)將得到發(fā)展與普遍應 用。 (6)能源技術(shù) 近年來，隨著新材料的開發(fā)，我國高效電池技術(shù)取得了突破性進展，其能 量密度已經(jīng)達到普通鉛酸電池的 5 倍以上，因此，研發(fā)電池驅(qū)動的小斗容地下 裝載機已成為可能。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 6 頁 共 80 頁 2 地下裝載機總體分析 2.1 地下裝載機的組成系統(tǒng)及功能 地下裝載機通常是由車架(前、后機架)、發(fā)動機(電動機)、傳動系統(tǒng)、工 作機構(gòu)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、制動系統(tǒng)、操作機構(gòu)及儀表、電器線路等幾大部分組成。 各種不同型式的地下裝載機都有一個典型的結(jié)構(gòu)示意圖?，F(xiàn)以較先進的輪胎行 走、前、后機身鉸接連接、鏟斗前端裝載的最常見地下裝載機為例，它的基本 結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。 圖 2.1 輪胎式地下裝載機組成系統(tǒng)圖 1-鏟斗 2-工作機構(gòu)（大臂、回轉(zhuǎn)架、舉升油缸、翻斗油缸） 3-電器系統(tǒng)（大燈） 4-操作機構(gòu) 5-轉(zhuǎn)向機構(gòu) 6-駕駛室 7-液壓油箱 8-主傳動軸 9-柴油機 10-變矩器 11-變速箱 12-前后本身 13-剎車機構(gòu) 14-前橋 車架是地下裝載機的骨架，把其它機構(gòu)全部承載到車架上。前、后車架通 過中間鉸接銷袖連成一體，并能做相對轉(zhuǎn)動。 發(fā)動機(電動機)是為鏟動機提供動力源，使鏟動機滿足各種作業(yè)狀況的需 要。傳動系統(tǒng)是將發(fā)動機(電動機)所提供的動力傳給變矩器，再經(jīng)主傳動軸傳 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 共 80 頁 遞到變速箱，最后經(jīng)由前、后橋傳動軸傳給前、后橋驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動，完成行走 和鏟裝作業(yè)。 工作機構(gòu)是由液壓系統(tǒng)提供壓力能，使舉升油缸、翻斗油缸按要求運動， 帶動大冒、回轉(zhuǎn)架、連桿、鏟斗運作，完成裝卸物料的需要。 轉(zhuǎn)向機構(gòu)是由液壓系統(tǒng)提供壓力能為轉(zhuǎn)向油缸按要求使前、后機身在中間 鉸接處相對轉(zhuǎn)動，完成行駛中轉(zhuǎn)向的需要。 制動系統(tǒng)是采用不同形式(氣制動、氣一液制動、全液壓制動)的制動方式 和制動器，使行駛中的地下裝載機停止運行，它是地下裝載機設備及人身安全 的保證。 操作機構(gòu)具有控制機器前進、后退、快、慢、轉(zhuǎn)向、制動及裝卸礦石等功 能，它是地下裝載機的神經(jīng)中樞。 儀表及電器線路。儀表是為監(jiān)測整機運行狀態(tài)而配置的。電器線路是將儀 表指示燈、報警信號、照明燈、保護裝置、各種開關(guān)及按鈕按要求用不同導線 連接起來，使地下裝載機處于有序的運行狀態(tài)。 2.2 地下裝載機的工作方式 地下裝載機是一種裝卸運作業(yè)聯(lián)合一體的自行式設備的工作過程由 5 種工 況組成： (1)插入工況 動臂下放，鏟斗放置地面，斗尖觸地斗底板與地面呈 30，角，開動地下地 下裝載機，鏟斗借助機器的牽引插入料避。 (2)鏟裝工況 鏟礙插入料堆后，轉(zhuǎn)動鏟斗鏟取物料，待鏟斗口翻至近似水平為止。 (3)重載運輸工況 鏟斗鏟裝滿物料后舉升動臂，將鏟斗舉升至運輸位置(即鏟斗斗底離地高度 不小于機器的最小允許離地間隙)，然后驅(qū)動機器駛問卸載點。 (4)卸載工況 在卸裁點，舉升動臂使鏟斗至卸載位置翻轉(zhuǎn)鏟斗，向沼并料倉或運輸車輛 卸載，鏟斗物料卸凈后下放動臂，使鏟 4 權(quán)復至運輸位置。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 8 頁 共 80 頁 (5)空載運輸工況卸載結(jié)束后，地下地下裝載機再由卸載點返回裝載點。 工況(1)與工況(2)由于作業(yè)時間很短，故通常將(1)、(2)兩種工況視為一 個工況，稱為鏟裝工況。 在鐵礦井下生產(chǎn)過程中，從采礦作業(yè)面到溜并單程運距為 50 一 150m，行 駛中耍轉(zhuǎn) 23 個彎道，地下裝載機司機在操作技術(shù)較熟練的倩況下，一個純工 作循環(huán)大約要用 L 54 分鐘時間。 2.3 地下裝載機的技術(shù)水平 我國的地下裝載機技術(shù)主要為在研究學習國外先進的整機技術(shù)和零部件技 術(shù)的基礎上自主研究開發(fā)的整體技術(shù) (衡陽力達的 922D、922E 型為美國引進 技術(shù)和金川金格的 LF 一 93 型為德國 GHH 技術(shù) )，目前的技術(shù)水平相當于上 世紀末期的國際水平。 (1)發(fā)動機技術(shù) 國產(chǎn)地下裝載機的柴油發(fā)動機基本都采用德國 Deutz 公司的兩級燃燒低污 染風冷發(fā)動機，最新的計算機控制的水冷發(fā)動機由于外圍系統(tǒng)復雜，控制程序 調(diào)整和故障處理困難而很少采用。 (2)變速箱技術(shù) 變速箱采用美國 Dana 公司的動力換檔變速箱 ，控制方式以液壓控制為主， 也有采用機械控制和電磁閥控制的，尚未采用微 電腦控制的自動換檔變速箱技 術(shù)。 (3)制動技術(shù) 制動系統(tǒng) 日前主要以壓力制動、彈簧松閘的全封閉多盤濕式制動器(LCB) 為主，鉗盤式制動器正在被逐漸淘汰，能實現(xiàn)工作制動和停 牟制動合 而為一 的新 型彈簧制動、壓力松閘(SAHR)全封閉多盤濕式制動器已經(jīng)在部分機型上得 到應用 。 (4)驅(qū)動橋 2 m3以下的地下裝載機驅(qū)動橋以國產(chǎn)橋為主，其差速鎖只有牙嵌式自由輪 式(No Spin)；3 -4 m 3地下裝載機采用進口橋 ，差速鎖以牙嵌式自由輪式為主， 少數(shù)采用有限防滑差速鎖技術(shù)。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 共 80 頁 (5)液壓系統(tǒng) 經(jīng)過多年的研究摸索，各型地下裝載機的工作液壓系統(tǒng)基本一致。轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)有轉(zhuǎn)向器 和方向閥控制兩種型式，但都沒有采用國外常用的單路穩(wěn)定分流閥 (優(yōu)先閥)；除引進美國 EIMCO 公司技術(shù)生產(chǎn)的 922D、922E、928D 型地下裝載 機外，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)均不采用儲能元件和對雜質(zhì)敏感的柱塞泵。分流、合流技術(shù)， 先進的儲能器充壓閥以及反向調(diào)節(jié)的腳踏制動閥得到了廣泛應用。 (6)遙控技術(shù) 我國地下裝載機的遙控技術(shù)完全為自主研發(fā)的，為視距 內(nèi)遙控 ，井下有 效控制距離大于 100 m?？刂浦噶钪饕捎谜{(diào)頻模擬信號單個傳送，尚未采用 無線數(shù)字信號傳送技術(shù)；可控制的動作包括前進、后退 、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)、翻斗、 收斗、降臂、升臂、全油門、 半油門、制動、大燈開關(guān)、啟動、熄火等 14l6 個動作。 (7)漏電保護技術(shù) 電動地下裝載機漏電保護系統(tǒng)為國內(nèi)自主開發(fā)的技術(shù) ，分離線 監(jiān)測保護 和在線監(jiān)測保護兩類。離線監(jiān)測漏電保護系統(tǒng)在地下裝載機供電系統(tǒng)合閘前或 斷電后，對其供用電系統(tǒng)進行絕緣檢監(jiān)測，在系統(tǒng)故障狀態(tài)下，供電系統(tǒng)無法 合閘。在線監(jiān)測漏電保護則是在地下裝載機通電狀態(tài)下對漏電狀態(tài)進行檢測， 一旦發(fā)現(xiàn)異常則立即跳閘保護 。在線監(jiān)測保護系統(tǒng)又分為全域(同一變壓器供 電的全部網(wǎng)絡)監(jiān)測和局部 (地下裝載機供電總閘到地下裝載機之間)監(jiān)測漏電 保護系統(tǒng)，全域監(jiān)測系統(tǒng)易受其它用電器的影響。目前主要采用在線監(jiān)測保護 系統(tǒng)。 (8)電纜自動收放系統(tǒng) 電動地下裝載機電纜卷筒有立式卷筒和臥式卷筒兩種主要型式。 國外 TAMROCK 公司生產(chǎn)的 TORO 系列電動地下裝載機采用臥式卷筒外，其余基本上都 采用立式卷筒 我國電動地下裝載機到目前為止都是采用立式卷筒，寬立式卷筒 配套排纜裝置，窄型卷筒不帶排纜裝置?？刂齐娎|卷筒自動收放電纜的液壓系 統(tǒng)為自主研發(fā)技術(shù)，在卸荷節(jié)能和減少系統(tǒng)發(fā)熱等方面優(yōu)于美國技術(shù)。 (9)尾氣靜化技術(shù) 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 10 頁 共 80 頁 柴油地下裝載機的尾氣處理一方面是選用低污染柴油機，另一方面是對發(fā) 動機尾氣進行凈化處理。我國尾氣凈化技術(shù)有鉑金催化凈化、三元催化凈化和 水洗凈化等。鉑金和三元催化凈化對 CO 凈化效果非常，凈化率達到 90以上； 水洗對 NOx 和顆粒物的凈化效果明顯。對于采用二級燃燒室的 Deutz 低污染 發(fā)動機 ，由于本身能有效抑制 NOx 的產(chǎn)生，一般只配鉑金或三元催化凈化裝 置就能達到排放標準 2.4 電動地下裝載機 電動地下裝載機與柴油地下裝載機相比，除機動性外，其余指標(諸如裝載 能力、作業(yè)成本、綜合采礦成本、可靠性、維修量、噪聲等)均優(yōu)于柴油地下裝 載機，已受到設計、制造與使用部門越來越廣泛的重視。阿特拉斯一柯普柯公 司認為:“從改善井下作業(yè)環(huán)境、降低通風成本以及柴油情況上看，柴油地下裝 載機正逐漸被電動鏟運機所代替，設計者正著眼于發(fā)展大斗容(達 13.7 )和3m 多規(guī)格品種電動地下裝載機?！币虼?，隨著電動地下裝載機電纜纏繞裝置的進 一步完善和供電方式的改進，電動地下裝載機在地下礦山的使用比例將會逐漸 增加。國內(nèi)外部份電動地下裝載機本要技術(shù)參數(shù)如表 2.2 所示。 表 2.2 國內(nèi)外電動地下裝載機的技術(shù)參數(shù) 型號 性能參數(shù) IS-100E IS-220E IS-500E EHST-1A EIMCO -911E EIMCO -911%G 鏟斗容積（ ）3m0.76 1.68 3.8 0.76 0.76 1.68 有效載重量（Kg） 1361 2994 6804 1361 2770 2273 機器高度（mm） 1346 1549 1752 1550 1740 機器長度（mm） 5160 6910 8890 5510 4590 5500 舉升高度（mm） 2690 4010 4570 2970 2210 2625 卸載高度（mm） 1092 1524 1727 1040 961 1580 機器寬度（mm） 1210 1549 2438 1220 1220 1270 內(nèi)轉(zhuǎn)彎半徑（mm） 2610 2920 3280 1530 1005 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁 共 80 頁 外轉(zhuǎn)彎半徑（mm） 4170 4980 5330 32540 3275 坡度 %（Km/h） 25（3.8） 25（5） 25（3.4） 50 45 動力源 575V 575V 550V 50 周 電動交流 電動交流 電動機功率 40 馬力 100 馬力 180 馬力 40 馬力 傳動方式 靜液壓高速 靜液壓高速 靜液壓高速 靜液壓高速 靜液壓傳動 行駛速速（Km/h） 08.2 05.6/09.12 06.5/09.3 09.7 最大 6.4 最大 8.48 輪 胎 9.00-20 12 12.00-24 16 18.00-25 24 9.00-20 12 7.50-15 機器重量(Kg) 6260 10160 21400 5779 5443 電纜長度（m） 76 76 106/152 105 122 122 為擴大電動地下裝載機的使用范圍、改善性能、解決其機動性、靈活性問 題，目前電動地下裝載機的發(fā)展有以下幾方面: （1）水平電纜纏繞裝置 為解決因拖曳電纜而影響電動地下裝載機的機動性和靈活性問題，有必要 改進現(xiàn)有的電纜纏繞裝置的結(jié)構(gòu)形式。芬蘭 Toro 公司設計了新的水平電纜纏繞 裝置(圖 2.3)這種電纜纏繞裝置的繞入點可以變動，使繞入側(cè)處于最佳位置， 從而增加了機器的靈活性。 Toro 系列電動地下裝載機的水平電纜纏繞裝置就是用水平布置的電纜卷筒， 依靠特制的可自由擺動的電纜導向臂，使扁電纜以螺旋線的形狀纏繞在水平卷 筒上。 圖 2.3 Toro 系列地下裝載機電纜卷筒 1.水平卷筒 2.后車架 3.導向臂 4.扁電纜 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 共 80 頁 （2）帶移動插梢電纜架空線供電的電動地下裝載機 1980 年加拿大賈維斯一克拉克公司在 JS 一 50oE 電動地下裝載機上配 備了輔助的架空線供電裝置，在 Fox 獷試驗獲得成功。圖 2.4 為該系統(tǒng)的 原理圖，通過一個移動插銷由架空線供電。架空線為三相四線制，移動插 銷(圖 2.5)通過上、下和側(cè)面滾輪，可以自由而平穩(wěn)地在 T 型鋼梁上運行。 插銷前后共 8 個集電棒，通過彈簧壓緊架空導線而使電纜獲得電流。當移 動插銷運行到架空線終端或者要離開主要運行線路時(無架空導線的巷道或 地區(qū))，則可通過有自動張緊控制器的電纜卷筒收、放電纜，由電纜供電而 自由運行。賈維斯一克拉克公司設計的 JS 一 702E 型。 圖 2.4 移動插銷供電 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 共 80 頁 圖 2.5 移動插銷原理 （3）微型電動地下裝載機 為了擴大電動地下裝載機的使用范圍，在回采薄礦脈或含礦斷層礦石時， 為減少貧化損失，控制礦石品位，用以代替電耙出礦或軌道式裝載機，法國研 制了 CT-500EH 微型電動地下裝載機，斗容 0.3 (為目前世界上斗容最小的電3m 動地下裝載機)。當運距為 50 米時，機器的小時裝載能力為 17-20 噸，班產(chǎn)量 達 110-130 噸，可以有效地用來代替電耙出獷。 微型電動地下裝載機由于機體只有 80 匣米寬，可在最窄的巷道內(nèi)作業(yè)，性 能優(yōu)于電耙或風動裝載機，是回采窄的板狀傾斜礦體、窄的和彎曲的斷層含礦 礦脈的一種理想的裝運機械。 （4）發(fā)展大型電動地下裝載機 為適應地下采礦作業(yè)或地下工程采場與巷道變化的不周要求，擴大地下裝 載機的使用范圍，應么產(chǎn)多種型號與規(guī)格的電動地下裝載機。據(jù)瑞典對 3Q 多個 地下工程和礦山的調(diào)查:對載重為 10 噸級別的電動地下裝載機感興趣，電纜長 度最好為 200-250 米。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 14 頁 共 80 頁 3 CYE 型電動地下裝載機總體參數(shù)與原理 圖 3-1 CYE-1.5 電動地下裝載機 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁 共 80 頁 3.1 CYE 電動地下裝載機主要技術(shù)參數(shù) CYE 一 1.5 電動地下裝載機的技術(shù)參數(shù)見表 3.3，外形見圖 2.1 由于 CYE-1.5 電動地下裝載機是在引進全套 922E 電動地下裝載機的技術(shù)資料的基礎上重新設 計的，因此保留了 922E 電動地下裝載機的大部分特點，例如:三點式鉸接結(jié)構(gòu) 增加了其穩(wěn)定性，采用全密封油冷多盤式制動器，工作機構(gòu)采用先導控制.為地 下裝載機專門設計的前后驅(qū)動橋等等。但根據(jù)我國的國情和 922E 電動地下裝載 機使用情況作了許多改進。 圖 3.2 電動地下裝載機的主要技術(shù)參數(shù) 表 3.3 CYE 一 1.5 電動地下裝載機的技術(shù)參數(shù) 標準鏟斗容（ ）3m1.5 平裝斗容 1.34標準鏟斗 選擇斗容 SAE 標準（KN） 69鏟取力 最大值（KN） 傾翻載荷（完全轉(zhuǎn)向時）（KN） 98 最大牽引力（KN） 75 性 能 鏟斗運動時間 有運輸位置舉升到最高位置時間 5.0 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 16 頁 共 80 頁 （s） 卸料時間（s） 1.8 操作重量（t） 10.6 型號 Y250M-4電動機 額定功率（1480r/min）(KW) 55 型式 機械動力換擋變速箱 傳動比（13 擋） 3.94、2、0.71 型式 單級、三元件變矩器 變矩系數(shù) 2.73 型式 行星式剛性橋前后橋 總傳動比 26.67 型式 L4S 型或 L5S 型 規(guī)格 12.00 x24輪胎 層數(shù)（層） 16 型式 2CBF31.5/10 雙聯(lián)齒輪泵轉(zhuǎn)向制動泵 (n-2000r/min 是時)（L/min） 63/20 型式 CBG2100/2050 雙聯(lián)齒輪泵工作機構(gòu) 卷纜油泵 排量（mL/r） 100.7/50.3 型式 CGM3125 齒輪馬達 油泵 卷纜馬達 排量（mL/r） 126.4 轉(zhuǎn)向油缸（缸徑 x 行程 x 活塞桿直徑）（mm ） 90 x34445 舉升油缸 125x50660油缸 轉(zhuǎn)斗油缸 150 x40690 型式 全封閉液壓混式多盤 制動器 工作制動 規(guī)格 LCB 432 型式 封閉混式多盤 規(guī)格 彈簧施壓，液壓松閘停車制動 位置 變通箱惰輪軸 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 17 頁 共 80 頁 電源 動力電源 380（V） 照明電源 （24V） 3.2 CYE 電動地下裝載機液壓系統(tǒng)工作原理 3.2.1 工作機構(gòu)液壓系統(tǒng)工作原理 如圖 3-4 所示，為 CY922D 型裝載機工作機構(gòu)的液壓系統(tǒng)原理圖，它由分配 閥（包括先導控制閥和主操作閥）、轉(zhuǎn)斗油缸、兩個舉升油缸、油箱、主油泵 （齒輪泵）等組成。 其工作原理是主油泵從油箱及制動油路和先導控制油路的回油吸取液壓油， 并將液壓油輸送到主操縱閥。所有的主操縱閥的回油通過回油濾清器后又進入 到轉(zhuǎn)向制動油泵的吸油口，而多余的油則通過濾清器殼體底部的節(jié)流閥回到油 箱。 工作機構(gòu)液壓油路中的系統(tǒng)主安全閥被安置在主操縱閥的里邊，每當系統(tǒng) 的壓力超過 13.8MPa 時，壓力油則從旁路進入回油箱。另外，在主操縱閥的舉 升和轉(zhuǎn)斗油路中還裝有油缸過載安全閥，當主操縱閥處于中位時（先導控制閥 手柄處于中間位置），它可以防止系統(tǒng)過載和沖擊。在油路中還裝有兩個單向 閥，它的作用是防止油缸形成真空。在鏟斗的操縱閥閥芯和大臂操縱閥閥芯的 進油道上也裝有單向閥，這是當發(fā)動機熄火停轉(zhuǎn)時，可以防止油缸的油液倒流。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 18 頁 共 80 頁 圖 3.3 CY922D 型裝載機工作機構(gòu)的液壓系統(tǒng)原理圖 1-先導控制閥 2-主操縱閥 3-轉(zhuǎn)斗油缸 4-舉升油缸 5-回油濾清器 6-油箱 加油口蓋 7-油箱 8、13-單向閥（防氣蝕） 9-壓力閥 10-吸油濾清器（磁性濾網(wǎng)） 11-轉(zhuǎn)向和制動泵 12-主油泵 14-主安全閥 15-減壓閥 16-過載安全閥 3.2.2 轉(zhuǎn)向和卷纜液壓系統(tǒng)工作原理 圖 3-4 為 WJD-1.5 型電動裝載機的轉(zhuǎn)向和卷纜液壓系統(tǒng)原理圖。卷纜系統(tǒng) 由雙聯(lián)齒輪泵、電磁換向閥、齒輪液壓馬達、溢流閥等組成。它采用電磁換向 閥控制，自動收放電纜，使收放電纜與整機行駛同步進行，具有高度的機動性 和靈活性。 其系統(tǒng)工作原理：雙聯(lián)齒輪油泵安裝在變矩器外殼上，當電動機運轉(zhuǎn)時， 帶動變矩器里的驅(qū)動齒輪，該驅(qū)動齒輪則帶動雙聯(lián)齒輪油泵運轉(zhuǎn)，雙聯(lián)齒輪油 泵中一個供轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)使用，一個供卷纜液壓系統(tǒng)使用。卷纜齒輪泵將液壓 油箱里的油經(jīng)濾清器，通過油管，將油吸入泵的入口，液壓油通過泵的出口再 通過油管進入電磁閥的進油口。電磁閥如圖示位置，液壓油經(jīng)電磁閥直接進入 液壓馬達，驅(qū)動液壓馬達運轉(zhuǎn)，液壓馬達通過套筒滾子鏈驅(qū)動電纜卷筒，進行 收纜。 電磁閥如接通而移到左邊的位置，液壓油則電磁閥 5、單向閥 6 而與液壓馬 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 19 頁 共 80 頁 達 3 相通，此時裝載機前進，使電纜有一定的張力，油馬達則在一定的壓力下 通過溢流閥 11 溢流，從而進行收纜。 由于電磁換向閥是否通電是由檔位控制手柄通過行程開關(guān)直接控制的，所 以電纜卷筒能自動收放纜，即收、放纜與整機同步進行，具有自動控制的特點。 圖 3-4 WJD-1.5 電動裝載機轉(zhuǎn)向和卷纜液壓系統(tǒng)原理圖 1-轉(zhuǎn)向油缸 2-全液壓轉(zhuǎn)向器 3-液壓馬達 4-直角單向閥 5-電磁換向閥 6、10、11- 溢流閥 7-齒輪油泵 8-濾油器 9-換熱器 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 20 頁 共 80 頁 4 半齒輪換向排繩（纜）裝置設計計算 4.1 電纜卷筒變速箱簡圖： 本次設計的是電纜卷筒變速箱中獲得國家專利的半齒輪換向排繩（纜）裝 置，設計涉及一種用于卷筒的排繩（纜）裝置，特別涉及一種半齒輪換向排繩 （纜）裝置。下圖 4.1 為設計的電纜卷筒的變速箱簡圖。 圖 4.1 電纜卷筒的變速箱簡圖 4.2 半齒輪機構(gòu)的設計思想和方案 4.2.1 設計思想 電動地下裝載機必須有連接電源的電纜和電纜卷筒，各種卷揚設備、絞車 也都包含纏繞鋼繩的卷筒。為了使電纜在卷筒上均勻排列，目前使用往復螺旋 圓柱凸輪機構(gòu)機械設計手冊第二卷，8-55 頁，徐灝主編，機械工業(yè)出版 社，1991 年 9 月出版，簡稱雙螺旋絲桿機構(gòu)。這種排纜裝置經(jīng)過近幾年的使 用發(fā)現(xiàn)很多不足：一是加工困難，特別是加工反向螺旋時容易碰刀，反向螺旋 的加工質(zhì)量很難保證；二是這種排纜裝置靠滑塊或鋼球才能換向，而不能使用 螺母，容易磨損，效率低，壽命短；三是在正反螺旋交叉處及兩端頭可能發(fā)生 反向卡死現(xiàn)象，逼使電纜卷筒停轉(zhuǎn)，從而拉斷電纜，造成嚴重事故。為了使鋼 繩在卷筒上均勻排列，目前使用凸輪排繩機構(gòu)和利用限位開關(guān)換向的排繩機構(gòu)， 其缺點是機構(gòu)龐大復雜，工作不可靠。 設計內(nèi)容 本設計的目的就是要提供一種能精確均勻排列纜繩，工作順暢， 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 21 頁 共 80 頁 安全可靠、使用壽命長，制造加工容易的卷筒排繩（纜)裝置。 一種半齒輪換向排繩（纜）裝置，包括一個半齒輪換向箱，所述半齒輪換 向箱包括半齒輪和對稱布置的正向齒輪和反向齒輪，所述半齒輪是只在齒輪的 半個圓周上有輪齒的不完全齒廓齒輪。 所述半齒輪換向排繩（纜）裝置包括一個由半齒輪換向箱驅(qū)動的單螺旋絲 桿。 所述半齒輪換向排繩（纜）裝置還包括一個由單螺旋絲桿驅(qū)動的排纜塊， 所述排纜塊上制作有與單螺旋絲桿配合的內(nèi)螺紋。 所述半齒輪換向排繩（纜）裝置還包括半齒輪前減速齒輪和半齒輪后增速 齒輪。其減速比大于卷筒長度 L 與電纜（鋼繩）直徑 d 之比值的兩倍，其增速 比大于卷筒長度 L 與單螺旋絲桿螺距 t 之比值的兩倍，其中的大于兩倍是因為 排纜必須要有一定的空隙。 本設計由于采用半齒輪換向箱和單螺旋絲桿螺母傳動，制造加工容易，傳 動平穩(wěn)順暢，安全可靠，使用壽命長。通過計算設計，可使卷筒排纜精確均勻。 本發(fā)明可用于電動地下裝載機、各種卷揚設備、絞車及紡織機械等。 4.2.2 設計方案 電動地下裝載機在運行時，在液壓馬達的驅(qū)動下，電纜卷筒排一圈纜則向 前運動，通過加速減速運行，則需要一個換向裝置，本次設計則采用的是半齒 輪換向裝置，通過半齒輪與兩個全齒輪相互嚙合，與上面的齒輪嚙合則與下面 的齒輪脫開，與下面的齒輪嚙合則與上面的齒輪脫開，實行換向，同時要考慮 齒輪嚙合問題，齒數(shù)問題，作用力的問題等。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 22 頁 共 80 頁 圖 4.2 卷筒排繩（纜)裝置的結(jié)構(gòu)圖 附圖說明 圖 4.2 為卷筒排繩（纜)裝置的結(jié)構(gòu)圖，圖中，1卷筒，2電 纜（鋼繩），3卷筒驅(qū)動裝置，4半齒輪換向箱，5、6、7、17減速齒輪， 8反向齒輪，9、11、12反向增速齒輪，14、15正向增速齒輪，10半齒 輪，16正向齒輪，18排纜塊，19單螺旋絲桿，20導桿，L卷筒長度， d電纜（鋼繩）直徑，t單螺旋絲桿螺距。 圖 4.3、圖 4.4 為半齒輪換向傳動原理圖，也是圖 4.2 的 A 向視圖。其中， 圖 4.3 表示當半齒輪（10）與正向齒輪（16）嚙合，反向齒輪（8）處于半齒輪 （10）的空檔無齒位置的情況；圖 4.4 表示半齒輪（10）與反向齒輪（8）嚙合， 正向齒輪（16）處于半齒輪（10）的空檔無齒位置的情況。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 23 頁 共 80 頁 圖 4.3 半齒輪 10 與正向齒輪 16 嚙合 圖 4.4 半齒輪 10 與反向齒輪 8 嚙合 具體實施方式 如圖 4.2 所示的半齒輪換向排繩（纜）裝置，卷筒（1）在 驅(qū)動裝置（3）的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，通過減速齒輪（5）、（6）、（7）、（17）帶 動半齒輪（10）轉(zhuǎn)動，如圖 4.3 所示，當半齒輪（10）與正向齒輪（16）嚙合 時，反向齒輪（8）處于半齒輪（10）的空檔無齒位置。此時半齒輪（10）通過 正向齒輪（16）和正向增速齒輪（14）、（15）帶動單螺旋絲桿（19）正向旋 轉(zhuǎn)，從而使制作有內(nèi)螺紋的排纜塊（18）軸向移動，實現(xiàn)正向排纜。傳動路線： 卷筒（1）齒輪（5）齒輪（6）齒輪（7）齒輪（17）半齒輪（10） 正向齒輪（16）齒輪（15）齒輪（14）單螺旋絲桿（19）。如圖 4.4 所示，半齒輪（10）繼續(xù)轉(zhuǎn)動，與正向齒輪（16）脫開，即正向齒輪（16）進 入半齒輪（10）的空檔無齒位置，反向齒輪（8）與半齒輪（10）嚙合，通過反 向增速齒輪（9）、（11）、（12）帶動單螺旋絲桿（19）反向旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)反向 排纜。傳動路線：卷筒（1）齒輪（5）齒輪（6）齒輪（7）齒輪 （17）半齒輪（10）反向齒輪（8）齒輪（9）齒輪（11）齒輪 （12）單螺旋絲桿（19）。 設置半齒輪（10）前減速齒輪（5）、（6）、（7）、（17）是為了使卷 筒（1）排一層電纜（鋼繩）時，半齒輪（10）轉(zhuǎn)半圈。轉(zhuǎn)完半圈后反向，卷筒 排第二層。其減速比大于卷筒長度 L 與電纜（鋼繩）直徑 d 之比值的兩倍。設 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 24 頁 共 80 頁 置半齒輪（10）后增速齒輪（14）、（15）以及（9）、（11）、（12）是為了 半齒輪（10）轉(zhuǎn)半圈時，導繩塊（18）排一層電纜（鋼繩），故其增速比大于 卷筒長度 L 與單螺旋絲桿（19）螺距 t 之比值的兩倍。 4.3 半齒輪換向機構(gòu)具體設計及計算 由于是齒輪傳動，而且還是半齒輪，根據(jù)上面的設計思想和方案，我們需 要對此機構(gòu)做三項分析，分別是： （1） 傳動比分析 （2） 齒數(shù)設計分析 （3） 不完全齒廓傳動分析 同時在設計的 A0 圖上和地下裝載機的參數(shù)中得到如下主要參數(shù)： 電纜卷筒長度 L=988mm,電纜直徑 d=45mm 單螺旋絲桿螺距 t=16mm. 4.3.1 傳動比分析 因為在此機構(gòu)中設置半齒輪（10）前減速齒輪（5）、（6）、（7）、 （17）是為了使卷筒（1）排一層電纜（鋼繩）時，半齒輪（10）轉(zhuǎn)半圈。轉(zhuǎn)完 半圈后反向，卷筒排第二層。其減速比大于卷筒長度 L 與電纜（鋼繩）直徑 d 之比值的兩倍。設置半齒輪（10）后增速齒輪（14）、（15）以及（9）、 （11）、（12）是為了半齒輪（10）轉(zhuǎn)半圈時，導繩塊（18）排一層電纜（鋼 繩），故其增速比大于卷筒長度 L 與單螺旋絲桿（19）螺距 t 之比值的兩倍。 所以此機構(gòu)有一個前減速比和一個后增速比我們設為 ， 。根據(jù)上前 減I后 增 圖 4.3 所示，減速齒輪（5）、（6）、（7）、（17）帶動半齒輪（10）轉(zhuǎn)動， 當半齒輪（10）與正向齒輪（16）嚙合時，反向齒輪（8）處于半齒輪（10）的 空檔無齒位置。 則我們可得出 應為電纜卷筒的長度與電纜直徑之比的 2 倍（因為是半前 減I 齒輪）給定電纜卷筒的長度為 1038mm,卷纜直徑為 45mm。即 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 25 頁 共 80 頁 =前 減I.943258dL 其中 = =M 前 減 5761Z 同理設置半齒輪（10）后增速齒輪（14）、（15）以及（9）、（11）、 （12）是為了半齒輪（10）轉(zhuǎn)半圈時，導繩塊（18）排一層電纜（鋼繩），故 其增速比大于卷筒長度 L 與單螺旋絲桿（19）螺距 t 之比值的兩倍。 = =后 增I2t5.123698 其中 = =N.后 增 12890Zt 4.3.2 齒數(shù)設計分析 因為最小齒數(shù)不能低于 17，則假設各個齒數(shù)讓它滿足條件，兩者要相等， 從圖中和 可看出 為齒數(shù)小的齒輪。通過各個驗算，則假設為前 減I57,Z =25。根據(jù)圖上的各種精度等級通過查表可得出，齒輪 7,齒輪 5 的572Z， 各個參數(shù)，如表 4.5,4.6 所示。 表 4-5 齒輪 7 的參數(shù) 模數(shù) m 2 齒數(shù) z 25 壓力角 20 齒頂高系數(shù) *ah1 全齒高 h 4.5 精度等級 988GJ 中心距及其極限偏差 2750.041 圖號 CYE2 25-53 配對齒輪 齒數(shù) 250 齒圈徑向跳動公差 Fr 0.071 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 26 頁 共 80 頁 公法線長度變動公差 Fw 0.056 齒形公差 f 0.014 齒距極限偏差 pt 0.02 齒向偏差 F0.018KnW 15.461 公法線 K 3 表 4-6 齒輪 5 的參數(shù) 模數(shù) m 2 齒數(shù) z 25 壓力角 20 齒頂高系數(shù) *ah1 全齒高 h 4.5 精度等級 988GJ 中心距及其極限偏差 1350.032 圖號 CYE2 25-24 配對齒輪 齒數(shù) 110 齒圈徑向跳動公差 Fr 0.071 公法線長度變動公差 Fw 0.056 齒形公差 f 0.014 齒距極限偏差 pt 0.02 齒向偏差 F0.018KnW 15.461 公法線 K 3 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 27 頁 共 80 頁 同樣可驗算出齒輪 17，齒輪 6 的的齒數(shù)，經(jīng)驗算得出， ，則10,25617Z 可得出減速比為 = =M= 。前 減I5761Z45210 則可得出減速傳動比 ，滿足要求，則符合設計要求。前 減IdL 同樣按照精度要求，模數(shù)要求可得出齒輪 17，齒輪 6 的基本參數(shù)，如表 4.7,4.8 所示。 表 4-7 齒輪 17 的參數(shù) 模數(shù) m 2 齒數(shù) z 250 壓力角 20 齒頂高系數(shù) *ah1 全齒高 h 4.5 精度等級 988HK 中心距及其極限偏差 2750.041 圖號 CYE2 25-19 配對齒輪 齒數(shù) 25 齒圈徑向跳動公差 Fr 0.1 公法線長度變動公差 Fw 0.09 齒形公差 f 0.025 齒距極限偏差 pt 0.025 齒向偏差 F0.018 公法線 KnW169.37 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 28 頁 共 80 頁 K 28 表 4-8 齒輪 6 的參數(shù) 模數(shù) m 2 齒數(shù) z 110 壓力角 20 齒頂高系數(shù) *ah1 全齒高 h 4.5 精度等級 988GK 中心距及其極限偏差 1350.041 圖號 CYE2 25-15 配對齒輪 齒數(shù) 25 齒圈徑向跳動公差 Fr 0.08 公法線長度變動公差 Fw 0.071 齒形公差 f 0.018 齒距極限偏差 pt 0.022 齒向偏差 F0.018KnW 76.8846 公法線 K 13 同理因為 = =N. 齒輪后 增I12890ZtL， 被 約 掉 ，同 時 存 在 于 分 子 分 母 中1 11 在此增速傳動中為惰性齒輪，則我們可不用過多的考慮齒數(shù)方面的關(guān)系，我 們就針對齒輪 10，齒輪 9，齒輪 8，齒輪 12 四個齒輪，進行計算和分析。 與上面減速的方法相同，假定齒輪 8 齒數(shù)為 25，即 ， 。通過查258Z12 表，通過滿足此設計精度要求，模數(shù)都假定為 2。我們可通過表 4.9，和表 4.10 得到設計的齒輪的基本參數(shù)。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 29 頁 共 80 頁 表 4.9 齒輪 8 的參數(shù) 模數(shù) m 2 齒數(shù) z 25 壓力角 20 齒頂高系數(shù) *ah1 全齒高 h 4.5 精度等級 988GJ 中心距及其極限偏差 2750.041 圖號 CYE2 25-55 配對齒輪 齒數(shù) 250 齒圈徑向跳動公差 Fr 0.071 公法線長度變動公差 Fw 0.056 齒形公差 f 0.014 齒距極限偏差 pt 0.02 齒向偏差 F0.018KnW 15.461 公法線 K 3 表 4-10 齒輪 12 的參數(shù) 模數(shù) m 2 齒數(shù) z 22 壓力角 20 齒頂高系數(shù) *ah1 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 30 頁 共 80 頁 全齒高 h 4.5 精度等級 988HL 中心距及其極限偏差 5500.055 圖號 CYE2 25-26 配對齒輪 齒數(shù) 275 齒圈徑向跳動公差 Fr 0.1 公法線長度變動公差 Fw 0.09 齒形公差 f 0.025 齒距極限偏差 pt 0.025 齒向偏差 F0.018KnW 187.697 公法線 K 31 同樣可驗算出齒輪 10，齒輪 11 的的齒數(shù)，經(jīng)驗算得出， ，則可得出加速比為275,011Z = =N = 。后 增I1289tL12570 則可得出減速傳動比 ，滿足要求，則符合設計要求。后 增ItL 同樣按照精度要求，模數(shù)要求可得出齒輪 10，齒輪 9 的基本參數(shù)，如表 4.11,4.12 所示。 表 4-11 齒輪 10 的參數(shù) 模數(shù) m 2 齒數(shù) z 250 壓力角 20 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 31 頁 共 80 頁 齒頂高系數(shù) *ah1 全齒高 h 4.5 精度等級 988HK-GB/T10095-1988 中心距及其極限偏差 2750.041 圖號 CYE2 25-18,43 配對齒輪 齒數(shù) 25 齒圈徑向跳動公差 Fr 0.1 公法線長度變動公差 Fw 0.09 齒形公差 f 0.025 齒距極限偏差 pt 0.025 齒向偏差 F0.018KnW 169.37 公法線 K 28 表 4-12 齒輪 9 的參數(shù) 模數(shù) m 2 齒數(shù) z 275 壓力角 20 齒頂高系數(shù) *ah1 全齒高 h 4.5 精度等級 988HL 中心距及其極限偏差 5500.055 圖號 CYE2 25-26 配對齒輪 齒數(shù) 275 齒圈徑向跳動公差 Fr 0.1 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 32 頁 共 80 頁 公法線長度變動公差 Fw 0.09 齒形公差 f 0.025 齒距極限偏差 pt 0.025 齒向偏差 F0.018KnW 187.697 公法線 K 31 綜上所述，幾個主要的齒輪已經(jīng)設計計算出它們的基本參數(shù)，采用半齒輪 換向箱和單螺旋絲桿螺母傳動，制造加工容易，傳動平穩(wěn)順暢，安全可靠，使 用壽命長。 4.4 不完全齒廓傳動分析 4.4.1 不完全齒輪機構(gòu)的工作原理和特點 不完全齒輪機構(gòu)是由普通漸開線齒輪機構(gòu)演化而成的一種間歇運動機構(gòu)， 它與普通漸開線齒輪機構(gòu)的主要不同點是齒輪不滿布于整個節(jié)圓的圓周上，故 當主動輪連續(xù)回轉(zhuǎn)運動時，從動輪作間歇回轉(zhuǎn)運動。其基本結(jié)構(gòu)形式分為外嚙 合與內(nèi)捏合兩種，如圖 4.13 為不完全齒輪機構(gòu)的主動輪 1 只制出一個或幾個齒， 從動輪 2 具有若干個與主動輪 1 相嚙合的輪齒及鎖止弧，可實現(xiàn)主動輪的連續(xù) 傳動和從動輪的有停歇轉(zhuǎn)動。在下圖所示的機構(gòu)中，主動輪 1 每轉(zhuǎn) 1 周，從動 輪 2 轉(zhuǎn) 1/z 周，從動輪轉(zhuǎn) 1 周停歇 z 次。停歇時從動輪上的鎖止弧與主動輪上 的鎖止弧密合，保證了從動輪停歇在確定的位置上而不發(fā)生游動現(xiàn)象。 不完全齒輪機構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，從動輪的運動時間和靜止 時間的比例不受機構(gòu)結(jié)構(gòu)的限制。但因為從動輪在轉(zhuǎn)動開始及終止時速度有突 變，沖擊較大，一般僅用于低速、輕載場合，如計數(shù)機構(gòu)及在自動機、半自動 機中用作工作臺間歇轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)位機構(gòu)等。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 33 頁 共 80 頁 圖 4.13 不完全齒輪機構(gòu) 4.4.2 完全齒輪機構(gòu)嚙合過程分析 不完全齒輪機構(gòu)的嚙合過程與普通漸開線齒輪機構(gòu)有所不同，故有必要作 一簡單分析。 先討論主動輪上不完全齒數(shù)為 1（ ）的情況，為研究方便，先不考慮Z 鎖止弧的設置問題，如圖 4.14 所示，途中輪 1 主動，順時針回轉(zhuǎn)，輪 2 從動， 兩齒頂圓交點為 A,D,輪 1 的輪齒只有進入 AD 弧內(nèi)，才能推動輪 2 的齒轉(zhuǎn)動。 由于一般齒輪機構(gòu)的重迭系數(shù)總是大于 1 的，當前面一對齒尚未脫離嚙合時， 后面的一對齒已經(jīng)進入嚙合，所以每一對輪齒的嚙合都是在實際嚙合線 上。21B 而不完全齒輪機構(gòu)的一對齒在終止嚙合點 處因后面沒有輪齒進行嚙合，所以1B 未能脫離嚙合，當輪 1 繼續(xù)回轉(zhuǎn)時，它的齒頂沿從動輪的齒廓向齒頂滑動，至 D 點脫離接觸，在這一段中，從動輪 2 的角速度由正常角速度逐漸降低，脫離 嚙合點 D 離 愈遠，則從動輪脫離嚙合時的速度愈低。但 D 點離 點愈遠。但1B 1B D 點離 點愈遠，齒廓間相對滑動愈大，磨損愈嚴重，故設計時，嚙出角 亦不宜過大。同樣，輪齒開始嚙合點也不在 點，而是由O12 2 內(nèi)從動輪第一個齒的位置決定。圖示兩輪齒在 C 點開始嚙合，為了減少A 沖擊和輪齒磨損，亦希望嚙入角 小些。O121 現(xiàn)用以下符號代表不完全齒輪機構(gòu)中的齒數(shù)： 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 34 頁 共 80 頁 從動輪的假想齒數(shù)，即假想節(jié)圓上布滿輪齒時的齒數(shù)。21,Z 主，從動輪的不完全齒數(shù)。這是指兩鎖止弧之間的齒數(shù)，當輪上, 只有一個鎖止弧時，即為全部齒數(shù)。 如上所述，主動輪 1 作勻速運動，從動輪轉(zhuǎn)速時變化的，從動輪轉(zhuǎn)速為定 值。 圖 4.14 不完全齒輪機構(gòu)的嚙合過程 4.4.3 不完全齒輪傳動 在我們對紙管機的設計過程中，其傳動機械要求傳動精度高、沖擊小、運 動平穩(wěn)和停止位置精確。設計中采用不完全齒輪機構(gòu)來實現(xiàn)這技術(shù)要求，利用 其停止和轉(zhuǎn)動時間，完成原料紙的間歇傳送和刀具的間歇切割，這種利用間歇 機構(gòu)的動停比完成原料紙的加工方式，簡單實用且經(jīng)濟可靠。原料紙的間歇傳 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 35 頁 共 80 頁 動原理， 如圖 4.15 所示。 圖 4.15 原料紙的間歇傳動原理 1.為蝸輪蝸桿減速器 2.為皮帶輪 3.為皮帶 4.為與不完全齒輪同軸的皮帶輪 4.4.4 完全齒輪參數(shù)和線圖 （1）不完全齒輪機構(gòu)的參數(shù)和計算公式: 不完全齒輪機構(gòu)的嚙合過程、幾何關(guān)系，在很多文獻資料上已經(jīng)作了介紹， 本文不再贅敘.現(xiàn)僅將有關(guān)的參數(shù)和計算公式列表如下:(見表 4.16) 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 36 頁 共 80 頁 表 4.16 不完全齒輪機構(gòu)的參數(shù)和計算公式 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 第 37 頁 共 80 頁 續(xù)表 4.16 不完全齒輪機構(gòu)的參數(shù)