CYE-1電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)后橋擺動(dòng)架設(shè)計(jì)解讀

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1、機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)用于礦山井下，以鏟裝，運(yùn)輸爆破后的松散物料為主。也可用于 露天鐵礦，鐵路，公路以及水利等隧道工程，還少部分，煤礦使用，特別用于工 作條件惡劣，作業(yè)現(xiàn)場狹窄，低矮以及泥濘的作業(yè)面。電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)除了機(jī)動(dòng)性能 較差外，具有無廢氣污染，噪聲低，節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，是井下作業(yè)的首選設(shè)備。 中鋼集團(tuán)衡陽重機(jī)有限公司是全國知名鏟運(yùn)機(jī)生產(chǎn)基地， 已具有二十多年的 井下鏟運(yùn)機(jī)生產(chǎn)歷史。中鋼集團(tuán)衡陽重機(jī)有限公司以鏟運(yùn)機(jī)的設(shè)計(jì)、 制造、銷售 為主的生產(chǎn)經(jīng)營型企業(yè)，是全國第一家井下鏟運(yùn)機(jī)專業(yè)制造公司。所研制的 CYE-1電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)是專門為地下作業(yè)而設(shè)計(jì)的一種矮車身、中央鉸

2、接、前端裝載 的裝、運(yùn)、卸聯(lián)合作業(yè)設(shè)備，具有高效、靈活、機(jī)動(dòng)、多用途和生產(chǎn)費(fèi)用低等突 出優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外礦山和地下工程中得到了廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)的主題是 CYE-1 電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)后橋擺動(dòng)架設(shè)計(jì)。 第1頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1緒論 1.1設(shè)計(jì)研究的目的和意義 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的主要是對這三年來的學(xué)習(xí)的一個(gè)總結(jié)，運(yùn)用模擬軟件， 把理論知識和具體實(shí)踐相結(jié)合，也是對我們所學(xué)習(xí)的理論知識及技能的一個(gè)評 估。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅能夠?qū)Υ髮W(xué)所學(xué)課程幾個(gè)方面專業(yè)知識進(jìn)行一次全面， 系統(tǒng)的綜合訓(xùn)練，也是對我們實(shí)踐能力進(jìn)一步的檢驗(yàn)。 電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)是在柴油鏟運(yùn)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的

3、 ，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(fèi)用低、作業(yè)效率高等優(yōu)點(diǎn)，越來越多的 被礦山所采用，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 后橋擺動(dòng)架是礦山上用于礦石開采的電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)上的重要部分， 它能夠保證 電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)順利地通過凹凸不平的地面。 對電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)而言，后橋擺動(dòng)架是一個(gè)十分關(guān)鍵的部件， 設(shè)計(jì)不好就會(huì)使車 身在通過凹凸不平的地面會(huì)劇烈搖晃，而且會(huì)出現(xiàn)斷裂和焊縫開裂現(xiàn)象。因此， 擺動(dòng)架設(shè)計(jì)有著重要的使用及經(jīng)濟(jì)意義。 1.2鏟運(yùn)機(jī)應(yīng)用與發(fā)展回顧 鏟運(yùn)機(jī)的外貌如圖1.1 圖1.1鏟運(yùn)機(jī) 我國是一個(gè)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

4、的裝載工作是最繁重的體力勞動(dòng)。 50年代初期，我國一些大型并下礦山開始引進(jìn)蘇聯(lián)制造的裝載機(jī)。 60年代, 我國研制成功第一臺裝載機(jī)，從此我國井下裝載機(jī)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(jī)廣泛地應(yīng)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(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件。早期的裝運(yùn)機(jī)是氣動(dòng)的，它 帶有鏟斗或工作機(jī)構(gòu)和料倉，其行走機(jī)構(gòu)為充氣輪胎式的，瑞典的 T— 2G和T— 4G以及國產(chǎn)的ZYQ-12和ZYQ-14型都屬于這種類型的裝運(yùn)機(jī)。 1970年代，我國地下礦山從美國引進(jìn)柴油鏟運(yùn)機(jī)，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(yīng)用這種內(nèi)燃驅(qū)

5、動(dòng)的無軌式裝載設(shè) 備。以柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的無軌自行裝載設(shè)備，擺脫了軟道、風(fēng)管或電纜的束縛，使機(jī) 器提高了機(jī)動(dòng)性，體現(xiàn)在井下可特大型的柴油鏟運(yùn)機(jī)調(diào)運(yùn)至采區(qū)的各個(gè)出礦處作 業(yè)。簡化了生產(chǎn)管理、減少了輔助設(shè)施的敷設(shè)和維修，從而大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn) 率。但是?柴油鏟運(yùn)機(jī)一個(gè)突出的缺點(diǎn)是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(qiáng)大的通風(fēng)量來稀釋排放的 廢氣，尤其是在獨(dú)頭巷道內(nèi)使用（如平巷掘進(jìn)等等）會(huì)結(jié)通風(fēng)帶來很大的困難?；?于這種原因，在柴油鏟運(yùn)機(jī)之后，出現(xiàn)了電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)即用電動(dòng)機(jī)代替柴油機(jī)， 用 纏繞在卷筒上可收故長度的電細(xì)向電動(dòng)機(jī)供電。 這種動(dòng)力的改變，克服了燃油

6、產(chǎn) 生的廢氣污染，可是拖曳的電纜大大地影響了鏟運(yùn)機(jī)的機(jī)動(dòng)性， 因此提高鏟運(yùn)機(jī) 的可靠性與生產(chǎn)率，改善司機(jī)的操作條件和作業(yè)環(huán)境是井下裝載設(shè)備改進(jìn)的方 向。 70年代，我國開始研究應(yīng)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(jìn)LK —型2立方米柴油鏟運(yùn)機(jī)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(jìn)口了芬蘭的TOR—0型1 .3立方米柴油鏟運(yùn)機(jī)、 德國的LF — 1型2立方米柴油鏟運(yùn)機(jī)、法國的CT-00型0 . 83立方米 和CT —00型3.8立方米柴油鏟運(yùn)機(jī) 、美國EHS— 1A0. 76立方米和922E、922D型 1. 7立方米電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)和柴油鏟

7、運(yùn)機(jī)。在我國，進(jìn)口鏟運(yùn)機(jī)在新型技術(shù)推廣應(yīng) 用初期發(fā)揮了重要作用。 因?yàn)檫M(jìn)口設(shè)備價(jià)格比較昂貴，供應(yīng)部件管理困難，許多中小型礦山都不能發(fā) 展起來。為此，1970年代中期，有關(guān)研究院所開始了國產(chǎn)鏟運(yùn)機(jī)的研究開發(fā)工 作。國內(nèi)最先研發(fā)的鏟運(yùn)機(jī)為柳州 T程機(jī)械廠與長沙礦山研究院和廈門工程機(jī)械 廠合作，以ZIA0、ZIS0型露天裝載機(jī)為基礎(chǔ)開發(fā)的 DZIAO DZLSC型柴油鏟運(yùn)機(jī)。 第3頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 后來，揚(yáng)州冶金機(jī)械廠與馬鞍山礦山研究院合作開發(fā)了 WJD1 5型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)； 長沙礦山研究院與嘉興冶金機(jī)械廠、 沈陽冶金機(jī)械廠、南昌通用機(jī)械廠、衡陽冶 金機(jī)械廠合

8、作研制了 DCJ 1型1立方米、WJD- 1. 5 1 . 5立方米電動(dòng)鏟運(yùn) 機(jī)，CY一 1型1 . 3立方米、CY一 35型2立方米、922D 1. 7立方米柴油鏟運(yùn) 機(jī)；南昌通用機(jī)械廠與南昌礦山機(jī)械研究所合作開發(fā)了 WJD一 0. 76型0 . 76 立方米。電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)北京礦冶研究總院與江西拖拉機(jī)廠合作研制了 WJ— 1型 0. 83立方米柴油鏟運(yùn)機(jī)等。到1990年代初期，國內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)了斗容0 . 4?2. 5 立方米的系列柴油和電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)。 除上述鏟運(yùn)機(jī)生產(chǎn)廠商外，還有太原重型機(jī)器 廠廠、吉林冶金機(jī)械廠、山東金嶺鐵礦機(jī)修廠和華山汽車修造廠等。 在總結(jié)“七五”、“八五”攻 關(guān)的經(jīng)驗(yàn)后

9、，研究開發(fā)人員對前期工作進(jìn)行 了 深刻反思。從“九五”攻關(guān)起 ，鏟運(yùn)機(jī)攻關(guān)重點(diǎn)從強(qiáng)凋國產(chǎn)化率調(diào)整為注重整 機(jī)性能和可靠性，零部件配套注重質(zhì)量和可靠性，和國際知名工廠一樣，走全球 化的道路?！熬盼濉逼陂g衡陽冶金機(jī)械廠與長沙礦山研究院以及廣西高峰礦業(yè)公 司聯(lián)合攻關(guān)研制的CY一 3. 5G(CY — 4)型4立方米柴油鏟運(yùn)機(jī)就是按這一新思 路研究開發(fā)的第一型高性能鏟運(yùn)機(jī)，其變速箱 、變矩器、驅(qū)動(dòng)橋、低污染柴 油機(jī)以及關(guān)鍵液壓控制閥都采用國際先進(jìn)技術(shù) ，應(yīng)用了彈簧制動(dòng)等最新技術(shù)， 變速箱電控操作和多盤濕式制動(dòng)器液壓松閘， 性能已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。從此， 國內(nèi)井下無軌采礦設(shè)備開發(fā)幾乎都按這一模式進(jìn)

10、行， 國產(chǎn)采礦設(shè)備的性能水平跨 上一個(gè)新臺階。 衡陽有色冶金機(jī)械總廠衡陽力達(dá)鏟運(yùn)機(jī)有限責(zé)任公司是中國第一家井下鏟 運(yùn)機(jī)專業(yè)制造公司、中國大型鏟運(yùn)機(jī)生產(chǎn)基地。通過 20年引進(jìn)、消化和吸收國 外先進(jìn)技術(shù)，已成功研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鏟運(yùn)機(jī)系列產(chǎn)品， 并榮獲國家級 新產(chǎn)品稱號及國家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。產(chǎn)品有 CY CYE系列井下鏟運(yùn)機(jī)以及CA-8 地下礦山自卸汽車，產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)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(jī)械廠的力達(dá)鏟運(yùn)機(jī)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(yàn)在山東某礦取得了很大的成功， 得到了該礦 的認(rèn)可，并于200

11、3年再次向力達(dá)鏟運(yùn)機(jī)制造有限公司訂購 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(xué)之后， 南華大學(xué)在地下礦山運(yùn)輸設(shè)備方 面的研究力量得到加強(qiáng)，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(xiàng)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(yàn)，又有較高的理論計(jì)算基礎(chǔ)。 1.3未來技術(shù)發(fā)展展望 (1) 發(fā)動(dòng)機(jī) 近幾年內(nèi)仍將以簡單可靠的低污染風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)為主， 然后逐步研究應(yīng)用計(jì)算 機(jī)控制 的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)。前端式裝載機(jī)大部分采用柴油機(jī)作為動(dòng)力，僅在井下某 些不能使用柴油機(jī)的地方，才以氣壓或電作為動(dòng)力。裝載機(jī)使用的柴油機(jī) 都是 四沖程的。

12、井下前端式裝載機(jī)使用的柴油機(jī)，要求排放的廢氣中含有的有害氣體 較少，以減少污染。此外，還要增設(shè)機(jī)外凈化裝置。 (2) 制動(dòng)系統(tǒng) 現(xiàn)在普遍使用的彈簧松閘、壓力制動(dòng)的制動(dòng)器將會(huì)向安全、可靠系統(tǒng)簡單的 壓力松閘、彈簧制動(dòng)的全封閉多盤濕式制動(dòng)器方向發(fā)展。 儲(chǔ)能器充壓閥和反向調(diào) 節(jié)腳制動(dòng)閥將得到普遍應(yīng)用。 (3) 變速箱 將以液壓控制型式和電磁閥控制型式的變速箱為主。 汽車用的自動(dòng)換檔變速 箱很難在鏟運(yùn)機(jī)上得到普遍應(yīng)用，因?yàn)樵阽P斗插入裝載時(shí)，要求變速箱承載的力 矩最大，插入阻力和插入時(shí)速度在很短的時(shí)問內(nèi)發(fā)生會(huì)急劇變化 ，將使變速箱 在檔位之間快速跳換，使變速箱離合器工作在承載能力差的不穩(wěn)定的

13、過渡狀態(tài) ， 經(jīng)常導(dǎo)致變速箱異常損害。 (4) 遙控技術(shù) 遙控技術(shù)是對受控對象進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制和監(jiān)測的技術(shù)。它是利用自動(dòng)控制技 術(shù)，通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)而形成的一門綜合性技術(shù)。 一般都是指對遠(yuǎn)距離的受 控對象的單一的或兩種極限動(dòng)作進(jìn)行控制的技術(shù)， 在人們的生產(chǎn)生活中具有廣泛 的應(yīng)用空間。手動(dòng)和遙控鏟運(yùn)機(jī)將實(shí)現(xiàn)一體化，即在設(shè)計(jì)手動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)的同時(shí)考慮 遙控動(dòng)作如何實(shí)現(xiàn)，預(yù)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(jī)構(gòu)和電器系統(tǒng)將按功能模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 只要將相應(yīng)的遙控功能模塊 裝上，普通手控鏟運(yùn)機(jī)就成了標(biāo)準(zhǔn)的遙控鏟運(yùn)機(jī)。 (5) 自診斷技術(shù) 汽車電子控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器是

14、決定發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行和汽車行駛安全的主要器 第5頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 件，當(dāng)執(zhí)行器發(fā)生故障時(shí)，往往會(huì)對汽車的行駛造成一定的影響。因此，對于執(zhí) 行器故障的處理方法通常是：當(dāng)確認(rèn)為執(zhí)行器故障時(shí)，由ECU根據(jù)故障的嚴(yán)重程 度采取相應(yīng)的安全措施的實(shí)施，在控制系統(tǒng)中，又專門設(shè)計(jì)了故障保險(xiǎn)系統(tǒng)。 （6）能源技術(shù) 近年來，隨著新材料的開發(fā)，高效電池技術(shù)取得了突破性進(jìn)展， 其能量密度 已經(jīng)達(dá)到普通鉛酸電池的5倍以上，因此，研發(fā)電池驅(qū)動(dòng)的小斗容鏟運(yùn)機(jī)已成為 當(dāng)前的主要內(nèi)容。 （7）廢氣凈化 廢氣凈化可以采取選擇優(yōu)質(zhì)燃料，選擇燃燒完全的內(nèi)燃機(jī)及加強(qiáng)維護(hù)檢修等 機(jī)內(nèi)措施；還應(yīng)采取

15、對排出廢氣進(jìn)行凈化處理及加強(qiáng)通風(fēng)等機(jī)外措施。 1.4設(shè)計(jì)擬解決的關(guān)鍵問題和研究方法 做擺動(dòng)架的受力模型，可簡化為懸臂梁。由于擺動(dòng)軸和橋支座之間的作用力 較大，擺動(dòng)軸和后車架 頻繁斷裂或 擺動(dòng)架體焊縫撕裂。如果增加焊縫強(qiáng)度，則 會(huì)引起后車架側(cè)板嚴(yán)重變形。增加 擺動(dòng) 軸軸頸的長度，雖然可以減少擺動(dòng)軸的 斷裂次數(shù)，但銅套的更 換頻次并未下降，反而增加了擺動(dòng)架體的失效概率。根 據(jù)用戶反饋，擺動(dòng)架體的失效形式主 要為焊縫撕裂或鋼板變形；銅套的失效形 式主要為擠壓變形而非正常磨損失效；后車架（橋支座）的失效形式主要為焊縫 撕裂和鋼板嚴(yán)重變形。 在充分分析CYE-1型鏟 運(yùn)機(jī)現(xiàn)結(jié)構(gòu)各 種失效形式和失效

16、原因的基礎(chǔ)上， 決定采用簡支梁結(jié)構(gòu) 替代懸臂梁結(jié)構(gòu)。雙支承 式擺動(dòng)架結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。前 支承板為剖分式結(jié)構(gòu)，后支承板為整體結(jié)構(gòu)，下部開有裝配工藝孔，上部留有工 作泵空間。前后支承板設(shè)有加注潤滑脂的油孔和油道。 5 4 圖1.2雙支承式擺動(dòng) 1. 加強(qiáng)板2.驅(qū)動(dòng)橋3.后支承板4.銅套5.前支承板架 由于CYE-1型鏟運(yùn)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，后驅(qū)動(dòng)橋部位空間狹窄，其前端有傳動(dòng)軸 伸出，后端有安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的液壓工作泵和 主油管。擺動(dòng)架體前端 的支承軸 套和焊接在后車架支承板上的軸孔聯(lián)接， 形 成鋼套-銅套轉(zhuǎn)動(dòng)副，便于傳動(dòng)軸穿 過。擺動(dòng)架體后支承軸 與后支承板 的軸孔形成轉(zhuǎn)動(dòng)軸-銅套轉(zhuǎn)動(dòng)

17、副。雙支承擺 動(dòng)架體結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。 I 2 1.前支承套2.驅(qū)動(dòng)橋3.后支承軸 圖1.3雙支承擺動(dòng)架體 2鏟運(yùn)機(jī)總體分析 2.1鏟運(yùn)機(jī)的組成系統(tǒng)及功能 鏟運(yùn)機(jī)通常是由車架（前、后機(jī)架）、發(fā)動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)）、傳動(dòng)系統(tǒng)、工作機(jī)構(gòu)、 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、制動(dòng)系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)及儀表、電器線路等幾大部分組成。各種不同型 式的鏟運(yùn)機(jī)都有一個(gè)典型的結(jié)構(gòu)示意圖。 現(xiàn)以較先進(jìn)的輪胎行走、前、后機(jī)身鉸 接連接、鏟斗前端裝載的最常見鏟運(yùn)機(jī)為例，它的基本結(jié)構(gòu)如圖 2.1所示。 3 4 5 6 7 8 〕4 13 12 11 10 9 圖2.1輪胎式鏟運(yùn)機(jī)組成系統(tǒng)圖 1.鏟斗2.工作機(jī)構(gòu)3.電

18、器系統(tǒng)4.操作機(jī)構(gòu)5轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)6.駕駛室 7?液壓油箱8.主傳動(dòng)軸9.柴油機(jī)10.變矩器11.變速器12.前后本身 13.剎車機(jī)構(gòu)14.前橋 車架是鏟運(yùn)機(jī)的骨架，把其它機(jī)構(gòu)全部承載到車架上。 在前車架上，焊有安 裝工作機(jī)構(gòu)的耳座和安裝前橋軸的底座； 在后車架上，焊有安裝發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱 等的支座。后橋則是通過懸架鉸接在后車架上。 后橋軸相對于后車架垂直擺動(dòng)一 定角度，使裝載機(jī)在不平路面行駛時(shí)同時(shí)著地，改善行駛性能。 發(fā)動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)）是為鏟動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力源，使鏟動(dòng)機(jī)滿足各種作業(yè)狀況的需 要。傳動(dòng)系統(tǒng)是將發(fā)動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)）所提供的動(dòng)力傳給變短器，再經(jīng)主傳動(dòng)軸傳遞 到變速箱，最后經(jīng)由前、后橋傳動(dòng)軸傳

19、給前、后橋驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，完成行走和鏟 裝作業(yè)。 工作機(jī)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(yùn)動(dòng)，帶 動(dòng)大冒、回轉(zhuǎn)架、連桿、鏟斗運(yùn)作，完成裝卸物料的需要。各類裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu) 第7頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 的設(shè)計(jì)都應(yīng)滿足如下基本要求：生產(chǎn)率高；插入和鏟取能力大，能耗??；結(jié)構(gòu)和 工作尺寸適應(yīng)條件需要；零部件受力狀態(tài)良好，強(qiáng)度和壽命合理；結(jié)構(gòu)簡單緊湊, 制造維修容易，操作使用方便。 轉(zhuǎn)向機(jī)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(jī)身在中間鉸 接處相對轉(zhuǎn)動(dòng)，完成行駛中轉(zhuǎn)向的需要。為了使用井下坑內(nèi)作業(yè)，井下前端機(jī)與 露天前端機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有所不

20、同，井下前端式裝載機(jī)設(shè)有選擇閥，這是為了使用井 下前端裝載機(jī)前后雙向運(yùn)行時(shí)使司機(jī)對左右轉(zhuǎn)向有相同的反應(yīng)。 制動(dòng)系統(tǒng)是采用不同形式(氣制動(dòng)、氣一液制動(dòng)、全液壓制動(dòng))的制動(dòng)方式和 制動(dòng)器，使行駛中的鏟運(yùn)機(jī)停止運(yùn)行，它是鏟運(yùn)機(jī)設(shè)備及人身安全的保證。 操作機(jī)構(gòu)具有控制機(jī)器前進(jìn)、后退、快、但、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)及裝卸礦石等功能， 它是鏟運(yùn)機(jī)的神經(jīng)中樞。 儀表及電器線路。儀表是為監(jiān)測整機(jī)運(yùn)行狀態(tài)而配置的。 電器線路是將儀表 指示燈、報(bào)警信號、照明燈、保護(hù)裝置、各種開關(guān)及按鈕按要求用不同導(dǎo)線連接 起來，使鏟運(yùn)機(jī)處于有序的運(yùn)行狀態(tài)。 2.2鏟運(yùn)機(jī)的工作方式 地下礦鏟運(yùn)機(jī)是一種裝卸運(yùn)作業(yè)聯(lián)合一體的自行式設(shè)備的

21、工作過程由 5種 工況組成： (1) 插入工況 動(dòng)臂下放，鏟斗放置地面，斗尖觸地斗底板與地面呈 30度角，開動(dòng)地下鏟 運(yùn)機(jī)，鏟斗借助機(jī)器的牽引插入料避。 (2) 鏟裝工況 鏟斗插入料堆后，轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗鏟取物料，待鏟斗口降至近似水平為止。 (3) 重載運(yùn)輸工況 鏟斗鏟裝滿物料后舉升動(dòng)臂，將鏟斗舉升至運(yùn)輸位置(即鏟斗斗底離地高度 不小于機(jī)器的最小允許離地間隙)，然后驅(qū)動(dòng)機(jī)器駛問卸載點(diǎn)。 (4) 卸載工況 在卸裁點(diǎn)，舉升動(dòng)臂使鏟斗至卸載位置翻轉(zhuǎn)鏟斗，向沼并料倉或運(yùn)輸車輛卸載， 鏟斗物料卸凈后下放動(dòng)臂，使鏟 4權(quán)復(fù)至運(yùn)輸位置。 (5) 空載運(yùn)輸工況卸載結(jié)束后，地下鏟運(yùn)機(jī)再由卸載點(diǎn)返回裝

22、載點(diǎn)。 工況⑴ 與工況⑵ 由于作業(yè)時(shí)間很短，故通常將（1）、⑵ 兩種工況視為一個(gè) 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(yùn)距為 50 一 150m行駛 中耍轉(zhuǎn)2—3個(gè)彎道，鏟運(yùn)機(jī)司機(jī)在操作技術(shù)較熟練的倩況下，一個(gè)純工作循環(huán) 大約要用L 5 — 4分鐘時(shí)間。 2.3鏟運(yùn)機(jī)的技術(shù)水平 我國的鏟運(yùn)機(jī)技術(shù)主要為在研究學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的零部件技術(shù)和整機(jī)技術(shù)的 基礎(chǔ)上自主研究開發(fā)的整體技術(shù)（衡陽力達(dá)的922D 922E型為美國引進(jìn)技術(shù)和 金川金格的LF 一 9. 3型為德國GHH技術(shù)），目前我國的鏟運(yùn)機(jī)的技術(shù)水平只相 當(dāng)于上世紀(jì)90年代的國際水平。 （1） 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)

23、 國內(nèi)鏟運(yùn)機(jī)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基本都采用德國 Deutz公司的兩級燃燒低污染風(fēng) 冷發(fā)動(dòng)機(jī)，最新的計(jì)算機(jī)控制的水冷發(fā)動(dòng)機(jī)由于外圍系統(tǒng)復(fù)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) 目前國產(chǎn)鏟運(yùn)機(jī)的變速箱采用行星變速箱技術(shù)， 動(dòng)力經(jīng)二級液力變矩器，超 越離合器輸入行星變速器。它由變速裝置，前后橋驅(qū)動(dòng)換接裝置及拖發(fā)動(dòng)裝置等 組成。 （3） 制動(dòng)技術(shù) 制動(dòng)系統(tǒng)日前主要以壓力制動(dòng)、彈簧松閘的全封閉多盤濕式制動(dòng)器 （LCB）為 主，鉗盤式制動(dòng)器正在被逐漸淘汰，能實(shí)現(xiàn)工作制動(dòng)和停牟制動(dòng)合而為一的新型 壓力松閘（SAHR全封閉多盤濕式制動(dòng)、彈簧制動(dòng)器已經(jīng)在部分機(jī)型上得到應(yīng)用。 ⑷

24、驅(qū)動(dòng)橋 2m立方以下的鏟運(yùn)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋以國產(chǎn)橋?yàn)橹?，其差速鎖只有牙嵌式自由輪式； 3-4 m立方鏟運(yùn)機(jī)采用進(jìn)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)。它主要由橋殼、主傳動(dòng)器、差速器、輪邊行星減速機(jī)構(gòu)、制動(dòng)裝 置和輪胎等部分組成。 （5）液壓系統(tǒng) 液力一機(jī)械傳動(dòng)是基于水力學(xué)的歐拉方程式，以液體的動(dòng)能進(jìn)行能量傳遞的 一種傳動(dòng)方式。這種傳動(dòng)方式在鏟運(yùn)機(jī)中已得到應(yīng)用， 它主要的優(yōu)先有：使鏟運(yùn) 機(jī)具有自動(dòng)適用性。當(dāng)鏟運(yùn)機(jī)向礦巖堆中插入、爬坡運(yùn)行等外載荷突然變化時(shí)， 能自動(dòng)增大牽引力，降低運(yùn)行速度，以克服增大的外載荷，從而避免了發(fā)動(dòng)機(jī)因 外載荷增大而熄火。反之，當(dāng)外載荷減小時(shí)，鏟運(yùn)

25、機(jī)又能自動(dòng)減少牽引力，提高 運(yùn)行速度。這樣，就大大地縮短了作業(yè)循環(huán)時(shí)間，提高了裝載能力。有利于提高 鏟運(yùn)機(jī)的使用壽命。由于液力傳動(dòng)的工作介質(zhì)是油液，它能吸收并減輕來自發(fā)動(dòng) 機(jī)和外載荷的震動(dòng)和沖擊。同時(shí)，使鏟運(yùn)機(jī)起步平穩(wěn)，從而保護(hù)了發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)器， 延長了鏟運(yùn)機(jī)的使用壽命。有助于提高鏟運(yùn)機(jī)的通過能力，鏟運(yùn)機(jī)能以任意小的 速度行駛，使車輪與地面的粘著力增加，從而提高鏟運(yùn)機(jī)的通過能力?？梢栽谳d 荷下?lián)Q擋而不必分離動(dòng)力，簡化了操作。 (6) 遙控技術(shù) 我國鏟運(yùn)機(jī)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控制指令主要采用調(diào)頻模擬信號單個(gè)傳送，尚未采用無線數(shù)字 信號傳

26、送技術(shù)；可控制的動(dòng)作包括前進(jìn)、后退 、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、收斗、翻斗、 升臂、降臂、全油門、半油門、制動(dòng)、大燈開關(guān)、啟動(dòng)、熄火等 14?16個(gè)動(dòng) 作。 (7) 漏電保護(hù)技術(shù) 電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)漏電保護(hù)系 統(tǒng)為國內(nèi)自主開發(fā)的技術(shù)，分離線 監(jiān)測保護(hù)和在 線監(jiān)測保護(hù)兩類。離線監(jiān)測漏電 保護(hù)系統(tǒng)在鏟運(yùn)機(jī)供電系統(tǒng)合閘前或斷電后， 對其供用電系統(tǒng)進(jìn)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(hù)則是在鏟運(yùn)機(jī)通電狀態(tài)下對漏 電狀態(tài)進(jìn)行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)異常 則立即跳閘保護(hù)。在線監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)又分為全 域(同一變壓器供電的全部網(wǎng)絡(luò)) 監(jiān)測和局部(鏟運(yùn)機(jī)供電總閘到鏟運(yùn) 機(jī)之間)監(jiān)測漏電保護(hù)系統(tǒng)，全域監(jiān)測系

27、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(hù)系統(tǒng)。 (8) 電纜自動(dòng)收放系統(tǒng) 電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)電纜卷筒有臥式卷筒和立式卷筒兩種主要型式。 國外TAMROCK 公司生產(chǎn)的TOR係列電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)采用臥式卷筒外，其余基本上都采用立式卷筒 我國電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)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(dòng)收放電纜的液壓系統(tǒng)為自主研發(fā)技術(shù)， 在 減少系統(tǒng)發(fā)熱和卸荷節(jié)能等方面優(yōu)于美國技術(shù)。 （9）尾氣靜化技術(shù) 柴油鏟運(yùn)機(jī)的尾氣處理一方面是選用低污染柴油機(jī)，另一方面是對發(fā)動(dòng)機(jī)尾 氣進(jìn)行凈化處理。我國尾氣凈化措施有：選擇優(yōu)質(zhì)燃料。為了減少氧化硫的生成 量，

28、應(yīng)盡量選用低硫燃料；為降低油煙濃度，還應(yīng)盡可能降低燃料中高沸點(diǎn)芳香 烴的含量；采用有害氣體生成濃度最低的菜油機(jī)； 機(jī)外的氧化催化法；機(jī)外洗滌 法；催化-洗滌聯(lián)合凈化法；通風(fēng)稀釋法。 2.4電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī) 電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)與柴油鏟運(yùn)機(jī)相比，除機(jī)動(dòng)性外，其余指標(biāo) （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)于柴油鏟運(yùn)機(jī)，已受到 設(shè)計(jì)、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(rèn)為 ：“從改 善井下作業(yè)環(huán)境、降低通風(fēng)成本以及柴油情況上看，柴油鏟運(yùn)機(jī)正逐漸被電動(dòng)鏟 運(yùn)機(jī)所代替，設(shè)計(jì)者正著眼于發(fā)展大斗容（達(dá)13.7米“）和多規(guī)格品種電動(dòng)鏟運(yùn) 機(jī)?！币虼耍S著電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)

29、電纜纏繞裝置的進(jìn)一步完善和供電方式的改進(jìn)， 電 動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)在地下礦山的使用比例將會(huì)逐漸增加 （1973年電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)占地下鏟運(yùn) 機(jī)總銷量的3% 1983年為1500）。國內(nèi)外部份電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)本要技術(shù)參數(shù)如表 2.2 所示。 第11頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 表22 電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 性鴨蠢敖 \ JS-KOE J $-2 ZOE； JS-500E ehst- ia E1MCO -?HE E1UCO 1G 0?7fi 5 0*70 0.76 1.83 €益斤） 1301 29B4 髀(H 1301 Z7T0

30、 2271 機(jī)■鬲宜 <**> —— IS4t 37S2 lm 1740 機(jī)?忌度 SIM mt 黠的 6S10 6500 <*# ) - ' ' 4010 1S70 2?70 卿0 2B15 1092 1717 10H HI 154 ? <*JH> 1￡49 2431 1220 ma <**> 2E10 192Q mo 1530 1005 外轉(zhuǎn)尊宰徑 4170 4980 53U 池帥 3375 SiC 3.S > sac g)

31、2? 50 45 動(dòng)力記 57 5fft 彌ft 550 ft 50JI ＞b衲交盧 電動(dòng)黑從 電費(fèi)機(jī)勒隼 MH力 \Q4耳力 160 4 力 404# l＞寵壓喜配 Q7T ■大13 Jk 大 1& M S,GO—20 1 細(xì) 11.00—24 LljM 】■?《—1ft M* S.Oq—2Q IS￡ 7.E0—1? ＜蛙斤） 昶曲 1A160 2100 ana ￡443 <*) 7? 1剛遜 105 1躋 in 為擴(kuò)大電動(dòng)

32、鏟運(yùn)機(jī)的使用范圍、改善性能、解決其機(jī)動(dòng)性、靈活性問題，目 前電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)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(dòng)鏟運(yùn)機(jī)的機(jī)動(dòng)性和靈活性問題， 有必要改進(jìn)現(xiàn) 有的電纜纏繞裝置的結(jié)構(gòu)形式。芬蘭Toro公司設(shè)計(jì)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(diǎn)可以變動(dòng)， 使繞入側(cè)處于最佳位置，從而增加了 機(jī)器的靈活性。 Toro 系列電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)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(dòng)的電纜導(dǎo)向臂，使扁電纜以螺旋 線的形狀纏繞在水平卷筒 圖2.3芬蘭Toro公司設(shè)計(jì)了新的水平電纜纏繞裝置 1.水平卷筒2.后車架3

33、.導(dǎo)向臂4.扁電纜 （2）帶移動(dòng)插梢電纜架空線供電的電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī) 1980年加拿大賈維斯一克 拉克公司在JS 一 50oE電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)上配備了輔助 的架空線供電裝置，在Fox獷試驗(yàn)獲得成功。圖2.4為該系統(tǒng)的原理圖，通過 一個(gè)移動(dòng)插銷 由架空線供電。架空線 為三相四線制，移動(dòng)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(yùn)行。插銷前后共8個(gè)集電棒, 通過彈簧壓緊 架空導(dǎo)線而使電纜獲得 電流。當(dāng)移動(dòng)插銷 運(yùn)行到架空線終端或 者要離開主要運(yùn)行 線路時(shí)（無架空導(dǎo)線的巷道或地區(qū)），則可通過 有自動(dòng)張緊控 制器的電纜卷筒收、放電纜，由電纜供電而自由運(yùn)行。賈維斯一克拉克公司設(shè)計(jì) 的

34、 JS 一 702E型。 圖2.4移動(dòng)插銷供電 圖2.5移動(dòng)插銷 （3） 微型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī) 為了擴(kuò)大電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī) 的使用范圍，在回采薄礦脈或含礦斷層礦石時(shí)，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(jī)，法國研制了 CT-500EH微型電 動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)，斗容0.3米“（為目前世界上斗容最小的電動(dòng)鏟運(yùn) 機(jī)）。當(dāng)運(yùn)距為50米時(shí)，機(jī)器的小時(shí)裝載能力為17A-20噸，班產(chǎn)量達(dá)110A-130 噸，可以有效地用來代替電耙出獷。 微型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)由于機(jī)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(fēng)動(dòng)裝載機(jī)，是回采窄的板狀傾斜礦體、窄的和彎曲的斷層含礦礦脈的

35、 一種理想的裝運(yùn)機(jī)械。 （4） 發(fā)展大型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī) 為適應(yīng)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(kuò)大鏟運(yùn)機(jī) 的使用范圍，應(yīng)么產(chǎn)多種型號與規(guī)格的電 動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)。據(jù)瑞典對3Q多個(gè)地下工程 和礦山的調(diào)查：對載重為10噸 級別的電動(dòng)鏟運(yùn) 機(jī)感興趣，電纜長度最好為 200-250 米。 3 CYE型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)總體參數(shù)與原理 圖3.1 CYE — 1電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī) 3.1 CYE電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù) CYE 一 1電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)的技術(shù)參數(shù)見表 3.2，外形見圖2.1由于CYE-1.5電動(dòng) 鏟運(yùn)機(jī)是在引進(jìn)全套922E電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)的技術(shù)資料的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)的，因此保 留了 922E電動(dòng)

36、鏟運(yùn)機(jī)的大部分特點(diǎn)，例如：三點(diǎn)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(dòng)器，工作機(jī)構(gòu)采用先導(dǎo)控制.為鏟運(yùn)機(jī)專門設(shè)計(jì)的前后 驅(qū)動(dòng)橋等等。但根據(jù)我國的國情和 922E電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)使用情況作了許多改進(jìn)。 表3.2 CYE 一 1電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)的技術(shù)參數(shù) 序號 項(xiàng)目 參數(shù) 1 額定斗容 1m3 2 額定載重量 2t 3 最大牽引力 50KN 4 最大鏟取力 45KN 5 卸載高度 1150mm 6 鏟斗最大舉升高度 3250mm 7 爬坡能力 ^12  8 最小轉(zhuǎn)彎半徑 4260mm（鏟斗外側(cè)） 9 最大轉(zhuǎn)向角 ±38 10 行

37、駛速度 0—8km/h 11 機(jī)架擺動(dòng)角 ±8" 12 軸距 2200mm 13 最小離地間隙 220mm 14 電動(dòng)機(jī)額定功率 45kw Y225M-4 15 電纜有效長度 95m 16 整機(jī)重量 7t 17 輪胎規(guī)格 10.00-20 18 外形尺寸 6069x1300x2000(mm) 3.2 CYE電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)工作原理 3.2.1液壓系統(tǒng)工作原理 如圖3.3所示，變量泵1用法蘭連接到功率輸出箱上，該泵將油壓入變量馬 達(dá)2,油泵的斜盤可在0 ~18之間改變角度；油馬達(dá)的斜盤可在18 ~7間改變 角度。變量泵上裝有補(bǔ)油泵3,補(bǔ)油泵上

38、裝有安全閥4和單向閥5,補(bǔ)油泵通過 吸油濾油器7從油箱6將油補(bǔ)充給因系統(tǒng)泄漏減少的油量，泄漏的油通過回油管 流回油箱。變量油馬達(dá)上裝有由高壓閥 8、液壓換向閥9和低壓溢流閥10組成 的多作用組合閥，此組合閥上還裝有截止閥 17.它處于關(guān)閉位置時(shí)，對系統(tǒng)沒有 影響，處于開啟位置時(shí)，使油流繞過馬達(dá)，在鏟運(yùn)機(jī)被拖曳時(shí)此閥要打開。為控 制變量泵和變量馬達(dá)，裝有腳踏操作的液壓控制系統(tǒng)。 第17頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 圖3.3液壓系統(tǒng)工作原理 3.2.2液壓系統(tǒng)工作的優(yōu)點(diǎn) (1) 使鏟運(yùn)機(jī)具有自動(dòng)適用性。當(dāng)鏟運(yùn)機(jī)向礦巖堆中插入、爬坡運(yùn)行等外載荷 突然變化時(shí)，能

39、自動(dòng)增大牽引力，降低運(yùn)行速度，以克服增大的外載荷，從而避 免了發(fā)動(dòng)機(jī)因外載荷增大而熄火。 反之，當(dāng)外載荷減小時(shí)，鏟運(yùn)機(jī)又能自動(dòng)減少 牽引力，提高運(yùn)行速度。這樣，就大大地縮短了作業(yè)循環(huán)時(shí)間，提高了裝載能力。 (2) 有利于提高鏟運(yùn)機(jī)的使用壽命。由于液力傳動(dòng)的工作介質(zhì)是油液，它能吸 收并減輕來自發(fā)動(dòng)機(jī)和外載荷的震動(dòng)和沖擊。 同時(shí)，使鏟運(yùn)機(jī)起步平穩(wěn)，從而保 護(hù)了發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)器，延長了鏟運(yùn)機(jī)的使用壽命。 (3) 有助于提高鏟運(yùn)機(jī)的通過能力，鏟運(yùn)機(jī)能以任意小的速度行駛，使車輪與 地面的粘著力增加，從而提高鏟運(yùn)機(jī)的通過能力，使鏟運(yùn)機(jī)在泥濘和潮濕的條件 下順利工作。 (4) 可以在載荷下?lián)Q擋而不必分離動(dòng)

40、力，簡化了操作，液力原件可以在一定范 圍內(nèi)無級變速，從而使換擋次數(shù)減少。 3.2.3電氣部分 922E電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)使用的是1000V電源，而CYE-I.5電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)使用的是 380V 電源。因此在最初配設(shè)計(jì)中，除了電源等級、起運(yùn)方案不同 (前者為直接趕動(dòng)， 后者為Y_△型起動(dòng))，其電氣原理基本相同。在使用中發(fā)現(xiàn)了許多問題 (1) 真空接觸器極易損壞； (2) 漏電保護(hù)一是價(jià)格貴，二是反應(yīng)過于靈敏無法使用 ； (3) 延時(shí)繼電器故障率很高； 焦電環(huán)易格壞。 第19頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4鏟運(yùn)機(jī)后橋擺動(dòng)架主要部件的設(shè)計(jì)及計(jì)算 4.1設(shè)計(jì)方案和思路

41、后橋擺動(dòng)架的技術(shù)難點(diǎn)是要保證鏟運(yùn)機(jī)在通過凹凸不平的地面時(shí)，后橋能通 過擺動(dòng)架相對于后車架擺動(dòng)，使鏟運(yùn)機(jī)能穩(wěn)定的通過。擺動(dòng)架的擺動(dòng)角度要控制 在一定的范圍內(nèi)，以保證擺動(dòng)的幅度不會(huì)太大。下圖4.1為后橋擺動(dòng)架的總體方 圖4.1后橋擺動(dòng)架的總體方案圖 4.2后橋擺動(dòng)架的設(shè)計(jì)和計(jì)算 給出條件：額定斗容1m3額定載重2000kg,鏟取力42kN,最大牽引力48kN, 電機(jī)功率45kw,車速0~7.5km/h，后橋擺動(dòng)角土 6°，最小轉(zhuǎn)彎半徑4200mm（卜 側(cè)），最大卸載高度978mm整機(jī)重量7.2t. 4.2.1軸的設(shè)計(jì) 軸的設(shè)計(jì)要求： 1. 便于軸上零件拆裝。 2. 保證軸上

42、零件準(zhǔn)確定位和固定可靠。 3. 具有良好制造工藝性的措施。 4. 影響軸的強(qiáng)度和剛度的因素及保證措施。 325 圖4.2軸 1. 根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和軸的受力情況，取軸的后端直徑為 64mm長度為32mm. 2. 由于軸肩處是為了定位墊片，所以取直徑為 60mm長度為4mm 3. 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得第三段軸的直徑為 65mm長度為52mm 4. 由于最左端軸段要與擺動(dòng)叉焊接，必須要承受較大的力，故取其直徑為120mm 長度為90mm 5. 緊接的軸肩是起定位作用，并且該段軸要與軸承配合，取其直徑為 110mm長 度為57mm 6. 軸肩處和軸的前端，后端要倒角。

43、7. 由于軸承受的載荷較大，但沖擊并不大，所以軸的材料采用 40Gr。 故所設(shè)計(jì)的軸如圖4.2所示。 4.2.2軸的強(qiáng)度校核 通過對軸進(jìn)行受力分析，知道軸主要受彎曲應(yīng)力的影響，其受力圖如下圖所 示， 第21頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) F1 F2 Z .128 \ Z -160 J \ - 37 圖4.3軸的受力分析 F 的大小為額定載重和車的重量之和， F=(7.2 103 2 103) 10 = 9.2 104 N 根據(jù)受力情況得 F1+F2= 9.2 104 根據(jù)力矩平衡得 9.2 104 x128=F2x160 由

44、上面的兩式可得 F仁71.875x 103 N F2=20.125x 103 N 彎矩圖如圖4.4所示 第23頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 圖4.4彎矩圖 最大彎矩發(fā)生在第一個(gè)支點(diǎn)處 3 M=128x92x 10 =11776N *mm 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 軸的最小直徑為64 mm 故軸的抗彎截面系數(shù)W=d 32 26144.4 mm3 第#頁共54頁

45、 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 軸的計(jì)算應(yīng)力％a = M=50MPa W 查機(jī)械設(shè)計(jì)表15-1得 材料為40Gr的軸許用彎曲應(yīng)力［；「_,］為70MPa . 二ca＜［；「丄］ 故滿足其強(qiáng)度要求 4.2.3軸的剛度校核 把軸看成是梁，梁的類型及載荷簡圖如圖 4.5所示 Fl F2 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 128 一 160 圖4.5軸所受的載荷簡圖 令C為外伸端長度，I為支點(diǎn)間距離 則 c=128, 1=160 階梯軸的當(dāng)量直徑 dv 4 li di

46、4 128 + 160 4 ~90 57 90 52 4 33 V —T 十一+—+—+ — 1 120 110 89 65 60 64 =80mm 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 其中l(wèi)i 階梯軸第i段的長度，mm ； di 階梯軸第i段的直徑，mm ； L 階梯軸的計(jì)算長度，mm ； Z 階梯軸計(jì)算長度內(nèi)的軸段數(shù) 根據(jù)軸的偏轉(zhuǎn)角公式“ Fcl 6 10比 9.2 104 128 160 6 104 804 =0.0007 rad Fcl -b

47、4 4 - 271 a _ 0.0014 rad ， 3燈0 dv2 Fc2 入-兀 4 r = -0.0015 rad . B 2 104dV2 所以最大偏轉(zhuǎn)角 %ax 為 0.0015 rad . 撓度％ "bC-」^ 3O04d：2 r1#〕］ ymax Fcl 4 4 ： 0.384HA =0.384 160 0.0007 = 0.043 mm. 9i3 104d；2 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 一般用途的軸的允許撓度ymax p司0.0003~ 0.0005 l 取 ymaxp =0.00041 =0.0004 160 = 0.064mm 同樣查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 圓錐

48、滾子軸承處的允許偏轉(zhuǎn)角 邛為0.0016 rad . ymax "■ ymax p 得知該軸滿足其剛度要求 4?2?4軸承的選擇 因軸承在后橋擺動(dòng)架擺動(dòng)時(shí)要同時(shí)承受徑向力和軸向力的作用， 故選圓錐滾 子軸承，根據(jù)工作要求，與軸承1配合的軸段1的直徑為110mm殼體的內(nèi)徑為 200mm并且軸段1的長度為57mm故選用圓錐滾子軸承7522。與軸承2配合的 軸端2的直徑為65mm殼體的內(nèi)徑為140mm并且軸段2的長度為52mm故選 用圓錐滾子軸承7613. 其示意圖如圖4.6所示 第25頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖4.6軸承示意圖

49、 4.2.5軸承的壽命計(jì)算 軸承的基本額定動(dòng)載荷可按下式粗略計(jì)算 d fn fT P

50、寸及性能表中所列軸向基本額定動(dòng)載荷， N. 由于鏟運(yùn)機(jī)不是經(jīng)常都是滿載荷使用，使用壽命定在 20000h. 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊取fh=3.02. 由于軸承所受的力矩并不大，故取 由于后橋擺動(dòng)架的擺動(dòng)次數(shù)是由路面情況決定的， 擺動(dòng)速度并不快，所以軸 承的轉(zhuǎn)速并不大，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，取 人=1.435. 由于后橋擺動(dòng)架在工作時(shí)受中等沖擊，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，取 fd =1.2 由于后橋擺動(dòng)架在工作時(shí)的溫度低于 120°，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，取fT =1.0 軸承的受力情況如圖4.7所示 一 90 … 200 圖4.7軸承的受力分析 根據(jù)力矩平衡原理，F(xiàn)r1 200二F (90 20

51、0) Fr2 200 二 F 90 其中 F=92 1 03N 解方程組得 Fr1 =133.4 103N 3 Fr2 =41.4 10 N 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 知兩個(gè)軸承內(nèi)部軸向力為Fs二丘 s 2Y 軸承1的Y取1.4，軸承2的Y取1.7. 3 133.4 10 2 1.4 3 = 47.6 10 N s2 3 41.4 10 2 1.7 = 12.18 103N 軸承還受到牽引力的作用，F(xiàn)a =48 103N 軸向受力情況如圖4.8所示 FS2 圖4.8軸向力分析 因?yàn)?Fa Fs1 Fs2 所以軸承1被“放松”，軸承2被“壓緊” Fa1

52、二 Fs1 =47.6 103N， Fa2 二 Fa Fs1 =47.6 103 48 10—95.6 103N。 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊軸承1的判斷系數(shù)為0.42， -1 0.42 F r1 所以取 X=0.40, Y=1.4 3 3 3 P 二 XFr YFa = 0.40 47.6 10 1.4 47.6 10 =85.68 10 N f f f ^<1 ^<1 2 3 3 10 疋R亍 60n fpP C = h m d P =——.——- 85.68 10 -462.672 10 N fnfT 1 10 =25000 h >20000 h 106 * 462.67

53、2 冷 i 60 漢 10 11.2 漢85.68 丿 故軸承1滿足其壽命要求。 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 軸承2的判斷系數(shù)為0.35 = 2.3 0.35 Fa2 95.6 103 3" Fr2 41.4 103 P=X& YFa=0.4 41.4 103 1.7 95.6 103 =179.08 10‘N f f f 3x15x12 10 10 106 （ 967.032 60 匯 10 <1.2 漢 179.032 .丿 C = h m d P =——.——-179.08 10^ 967.032 1 03N nfT 1 = 25195h >20000h 故軸

54、承2也滿足其壽命要求。 綜上可知軸承1,2同時(shí)滿足其壽命要求。 4.2.6軸承的靜載荷計(jì)算 額定 對低速旋轉(zhuǎn)或緩慢擺動(dòng)的軸承，應(yīng)分別計(jì)算額定動(dòng)載荷和額定靜載荷。 靜載荷的計(jì)算公式如下： C0 = S0P0 ::: C0r （或 C0a） 式中C。 基本額定靜載荷計(jì)算值，N ； P 當(dāng)量靜載荷，N ； Sc 安全因數(shù)； C°r 軸承尺寸及性能中所列徑向基本額定靜載荷; C°a 軸承尺寸及性能中所列軸向基本額定靜載荷。 當(dāng)量靜載荷的計(jì)算公式為Pr =X°Fr ? Y°Fa和二中的較大值。 Fr 徑向載荷，N ； Fa 軸向載荷，N ； X。 徑向靜載荷系數(shù); Y 軸

55、向靜載荷系數(shù); 第29頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，取X°=0.4, Y)=0.8 對于軸承 1, Fr =Fa =47.6 103N F0r =X0Fr Y0Fa = 0.4 47.6 103 0.8 47.6 103 =57.12 103N >47.6 103N 故 F0r = 57.12 10 N 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 取S°=3, C°r =665KN C0 二 S0F0 =3 57.12KN =171KN 所以 C。::: C0r 軸承1滿足要求。 對于軸承 2，F(xiàn)r = 41.4 103N，F(xiàn)a =95.6 103N F0r =

56、X0Fr Y0Fa = 0.4 41.4 103 1 95.6 10^112 10‘N=112KN 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，取S)=3，C°r=350KN C。二 S0R =3 112KN =336KN 故 C0 ：：：C0r 軸承2也滿足要求。 4?2?6螺栓組連接的設(shè)計(jì) 螺栓組聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要解決螺栓組聯(lián)接接合面形狀和螺栓分布排列問題： 1、接合面形狀設(shè)計(jì) 接合面形狀 為了便于加工和便于對稱布置螺栓，通常都設(shè)計(jì)成軸對稱的 簡單幾何形狀，如下圖4.9所示： 圖4.9結(jié)合面形狀圖 加工面形狀——接合面較大時(shí)采用環(huán)狀、條狀結(jié)構(gòu)，以減少加工面，且提高 聯(lián)接的平穩(wěn)性和剛度，如下圖

57、4.10所示： 圖4.10加工面形狀圖 2、螺栓分布排列設(shè)計(jì) 螺栓分布排列設(shè)計(jì)應(yīng)使各螺栓受力合理、便于劃線和裝拆、聯(lián)接緊密。 1） 對稱布置螺栓，使螺栓組的對稱中心和聯(lián)接接合面的形心重合，從而保證聯(lián) 接接合面受力比較均勻。 2） 當(dāng)采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接組時(shí)，不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置 8個(gè)以上的螺栓，以免載荷分布過于不均。如圖 4.11所示 圖4.11螺栓分布排列設(shè)計(jì) 第33頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3）當(dāng)螺栓組聯(lián)接的載荷是彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)使螺栓的位置適當(dāng)靠近聯(lián)接

58、接合面 的邊緣，以減少螺栓的受力，如下圖 4.12所示: 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） R合理 切不合理 圖4.12螺栓分布圖 4）分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目應(yīng)取成偶數(shù)，以便于分度和劃線，同一螺栓組 中螺栓的材料、直徑和長度均應(yīng)相同，如圖 4.13所示。 圖4.13分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目圖 5）螺栓排列應(yīng)考慮扳手空間，給予螺栓合理的間距和邊距。對于壓力容器等緊 密性要求較高的重要聯(lián)接。 6）設(shè)計(jì)應(yīng)避免螺栓承受附加的彎曲載荷。即在鑄，鍛件等的粗糙表面上安裝螺 栓時(shí)，應(yīng)制成凸

59、臺或沉頭座；當(dāng)支承面為傾斜表面時(shí)，應(yīng)采用斜面墊圈等。以保 證被聯(lián)接件、螺母和螺栓頭支承面平整，并與螺栓軸線相互垂直。 可凸臺 D）沉頭座 口斜面墊圈的應(yīng)用 圖4.14避免螺栓產(chǎn)生彎曲載荷圖 綜上所述，將螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為圖 4.15所示 圖4.15螺栓組的設(shè)計(jì) 4.2.7螺栓組連接的計(jì)算 1, 對螺栓進(jìn)行強(qiáng)度校核 對螺栓組進(jìn)行受理分析知，螺栓組受傾覆力矩的作用，示意圖如圖 4.16所 示 單個(gè)螺栓--后車架的受力變形如圖4.17所示 圖4.17單個(gè)螺栓--后車架的受力變形圖 分析可知螺栓組產(chǎn)生的力矩應(yīng)與外加的傾覆力矩相等 因R二Fmax嚴(yán) Lmax 則

60、 M 二 Fmax^ 嚴(yán) i m L max 于是螺栓所受的最大載荷為 max MLmax z 、l2 i =1 式中：z 總的螺栓個(gè)數(shù)； Li 各螺栓軸線到底板軸線的距離; Lmax Li中最大的值。 M =200 92 103 =18400 10‘N ?mm Lmax =112.5 mm, L1=22.5 mm, L2=67.5 mm F _ MLmax max - : L2 4 22.52 i 4 18400 103 112.5 67.52 112.52 也 10 N 第35頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

61、 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 預(yù)緊力的計(jì)算公式為氏=特 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，取Ks=1.2， f =0.16 結(jié)合面i=2，螺栓個(gè)數(shù)z = 12, F=48 103N -15 103N KsF =1.2 漢 48 漢 103 fzi 0.16 12 2 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，螺栓相對剛度 Cb Cb ? Cm = 0.2，螺栓的內(nèi)徑為17.294 mm. 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 螺栓所受的總拉力為 Cb Cb ' Cm F =15 103 0.2

62、 29 103 =20.8 103N 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 故螺栓的計(jì)算應(yīng)力為 ca 1.3F2 -d12 3 1.3 20.8 10 兀 2 0.0172942 4 6 =106 10 Pa =106MPa 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 采用6.8級螺栓，匚^480MPa，安全因數(shù)S取4 480 4 = 120MPa th 第#頁共54頁 機(jī)械工程

63、學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第#頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 可見螺栓的強(qiáng)度足夠。 2, 校核機(jī)架是否滑移 支架結(jié)合面不滑移的條件為 f zFo- Cm 王 KsPh Cb +Cm 由于螺栓數(shù)目 12, 而 Cm Cb =1 - =1 —0.2 =0.8 Cm +Cb Cm +C b 故 f / zFo- Cm —Pv = 0.15x(12x15x103 —0.8x48x103 )=212.4x103N Cb Cm 而 Ks

64、PH =1.2 92 103 =110.4 103N 所以 f zR- Cm R.KsPh成立，機(jī)架不會(huì)發(fā)生滑移 ' Cb +Cm 丿 第37頁共54頁 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5鏟運(yùn)機(jī)后橋擺動(dòng)架主要部件的焊接工藝 5.1焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 焊接結(jié)構(gòu)與鉚接、鑄造、鍛造結(jié)構(gòu)相比，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造合理，易簡 化結(jié)構(gòu)，減輕自重，板厚限制小，制造周期短，成本低，還可焊接不同金屬材料 等。作為焊接結(jié)構(gòu)本身還具有以下特點(diǎn)： ① 整體性強(qiáng)。一方面焊接結(jié)構(gòu)具有很好的氣和水的密封性 .另一方面剛度大，對 應(yīng)力集中因素和缺陷較為敏感，選材時(shí)應(yīng)注意。 ② 設(shè)計(jì)靈活性大.幾何形狀幾乎不

65、受限制，璧厚不受影響，也可法行異種金屬焊 接.實(shí)現(xiàn)物盡其用.。 ③ 適用于制作大型或重型機(jī)器、設(shè)備。單件、小批量、越大的產(chǎn)品采用焊接結(jié)構(gòu) 越優(yōu)越。 ④ 成品率咼。一且出現(xiàn)焊接缺陷，修復(fù)容易，很少產(chǎn)生廢品。 ⑤ 焊接過程會(huì)局部改變材料的性能，使結(jié)構(gòu)中的性能不均勻 ?甚至部分材料性能 會(huì)有所下降，對整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和斷裂行為產(chǎn)生一定影響。 ⑥ 焊接結(jié)構(gòu)中必然存在焊接殘余應(yīng)力和交形，易產(chǎn)生裂紋 ?不僅影響結(jié)構(gòu)的外形 和尺寸還會(huì)影響結(jié)構(gòu)的承載能力，對焊后加工也影響其尺寸的穩(wěn)定性和加工精 度。 ⑦ 不同的制造工藝，如冷加工、切削、焊后熱處理等都會(huì)對結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生不同影 響。 ⑧ 必須經(jīng)過嚴(yán)格

66、的無損檢測技術(shù)，以保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高安全使用的可靠性。 5.2常用的焊接方法 1、焊條電弧焊 利用電弧作為熱源，用手工操縱焊條進(jìn)行焊接方法稱為焊條電弧焊。 焊條電 弧焊與氣焊相比：首先，由于熱源溫度高，熱量集中，因此焊接速度快，生產(chǎn)率 高，熱影響區(qū)小，焊接變形??；其次，焊條藥皮熔化后產(chǎn)生氣體和熔渣，機(jī)械保 護(hù)效果較好，而且藥皮還有冶金處理作用，能除去有害元素，添加合金元素，因 此焊條電弧焊焊縫化學(xué)成分較好。總之，焊條電弧焊焊接質(zhì)量好，生產(chǎn)率高，焊 接變形小。焊條電弧焊與埋弧焊相比，設(shè)備簡單，操作靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，各種焊 接位置、焊接結(jié)構(gòu)中焊機(jī)不能到達(dá)的部位以及各種不規(guī)則的焊縫， 焊條電弧焊都 能實(shí)施焊接；但焊條電弧焊對焊工操作技術(shù)要求高， 焊接質(zhì)量不易穩(wěn)定，厚工件 長焊縫焊接時(shí)生產(chǎn)率較低。 在我國，目前焊條電弧焊仍然是應(yīng)用最多的一種焊接方法。 一般來說，焊條 電弧焊適應(yīng)于單件小批生產(chǎn)，厚度 2mm以上、各種焊接位置的、短的、不規(guī)則的 焊縫，以及焊機(jī)不能到達(dá)的部位的焊接。但一定要有電源和相應(yīng)的焊條、鈦等易 氧化的金屬不能用焊條電弧焊?，F(xiàn)在我國已有薄板焊條電弧焊機(jī)和特細(xì)焊條， 可