基于SolidWorks的斗轮式取料机行走机构设计开题报告

 2020-02-20 09:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

斗轮堆取料机是一种新型高效连续装载机械,主要用于散货专业码头、钢铁厂、大型火力发电厂和矿山等的散料堆场装卸铁矿石(砂)、煤炭、砂子等。取料时由斗轮取料经输送臂送出,堆料时则由主输送机运来的货物经由输送臂投向堆场。

首先要说明的是,斗轮挖掘机是斗轮堆取料机的前身。在19世纪及20世纪的相当部分时间里,德国的制造业在世界范围内处在领先地位,这也是德国是全球斗轮堆取料机设备制造最优秀国家的原因之一。德国还是世界上最早研制开发斗轮堆取料机的国家,早在19世纪30年代年德国的相关机械公司就开始研制斗轮挖掘机,不过直到19世纪80年代,第一台斗轮挖掘机才问世。真正作为其里程碑的时间是1919年,采用柴油发动机作为动力源的履带式斗轮挖掘机被生产出来了。这标志着斗轮堆取料机全面进入蓬勃发展时期。到了20世纪70年代,斗轮挖掘机各个部分的发展和改进趋近成熟,从使用电动机取代柴油到对其进行升级改造,斗轮堆取料机作为斗轮挖掘机的升级版开始在世界各地大放光彩。

我国在工业方面起步较晚,这也影响了斗轮堆取料机在我国的应用起步。在20世纪60年代,由于当时国内部分钢厂、码头急需此类设备,我国才开始进行自主研制。随着时代的发展,我国科学技术不断创新,我国在斗轮堆取料机设备研制水平取得了较大提升,但仍和发达国家有不小的差距。我们应该清醒地认识到,只有不断追求进步,才能让科技稳定发展。

在众多堆取料机设备中,斗轮堆取料机最大的特点就是工作效率非常高。斗轮堆取料机设备同时拥有了挖掘机以及运载设备的特性,能够让多种工作同时进行,大大减少了作业过程中的工作时间。斗轮堆取料机的故障率非常低,在运行过程中节省了维修和运行成本,也为堆料以及取料工作带来了很好的连续性,同时斗轮堆取料机设备的运行环境以及条件也非常广泛。最重要的还是其低廉的价格和较低的能耗,帮助厂家获得了更多的利润。斗轮堆取料机作为新生代的机械具有重大的研究价值。

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2. 研究的基本内容与方案



2.1本课题所设计的主要内容




  1. 斗轮堆取料机行走机构的主要设计参数

    主要设计参数如下


  • 轨道型号QU80

  • 行走速度0~6.87m/min

  • 驱动侧最大轮压480KN

  • 从动侧最大轮压240KN

    斗轮堆取料机行走机构设计

    斗轮堆取料机的行走机构主要作用是用来支承和移动堆取料机,其主要由支承装置和驱动装置两部分组成,此外还有多种安全防护装置如锚定装置、 夹轨器、缓冲器等,如图所示。

    图1 行走机构


  1. 支承装置设计

    根据斗轮堆取料机的实际情况选择合适的支承方式,同时如对钢轨、行走车轮和均衡量车架的支承装置进行初步设计。

  2. 驱动方式设计

    根据实际情况选择合适的、经济的、设计便捷的驱动方式,同时对减速机、电动机等驱动装置进行主要的选型设计。

    (4)安全装置设计

    (5)主要零部件的设计及校核



2.2 本课题所设计拟采用的技术方案




(1)总体方案设计:


按行走机构的结构特点来分分为有轨行走、轮胎行走以及履带行走。由于我国绝大多数都是轮轨式斗轮堆取料机(即有轨行走),所以为设计方便,本文行走机构同样采用轮轨式。轮轨式斗轮堆取料机行走机构如图2所示。



1-驱动装置 2-平衡梁 3-行走轨道


图2行走机构



  1. 支承方式设计

    为适应两条地面带式输送机的布置要求,行走机构常常采用侧三支点(后三支点)支承方式和四支点行走机构的支承方式。所谓三支点是指在门座架下部有三组行走装置支承整个设备。侧三支点是中间的一组行走台车组在一条轨道上,另两组行走台车组在另外一条轨道上。后三支点支承的行走机构是在行走装置后部的两组行走台车组,经过一个平衡梁再支承到门座架上。而四支点行走机构的液压平衡装置是在四个支点中将前部或后部的两组行走台车每组上安装一个油缸,通过这两个油缸自动调节两组台车上的相互高度位置,达到四个支点都受力的目的。

    其中三支点支承方式在堆取料机的设计中已经广泛使用,其优点是可以解决轨道基础沉降给门座架带来的附加载荷问题,当在三支点条件下轨道的高度位置发生较小的沉降时,各支点的支反力不会发生变化,三支点情况下无超静定。特别是侧三支点由于其中一条轨道上设有两组行走台车,故车轮导向效果较好,车轮啃轨的情况较轻,所以计划采用此种机构。需要注意的是侧三支点机构地面带式输送机的布置,应当在三支点回转中心上。

    钢轨根据设计要求采用QU80起重轨,其高度较低,头宽且腰厚尺寸较大.可用于铺设起重机大车及小车轨道。材质为U71Mn。

    由于堆取料机作用在每条支腿上的压力通过车架作用在车轮和轨道上。轨道和车轮都是由钢制成为了提高车轮的承载能力和使用寿命,车轮踏面要进行表面淬火,淬硬。故承载能力大,滚动运行助力较小(钢-钢的滚动摩擦系数f=0.15)。为使每个车轮的轮压不超过轨道及基础所容许的压力,必须增加每条支腿下的车轮数目,并采用平衡梁和台车,使载荷均匀作用于每个车轮。

    车轮可铸造或锻造,车轮通常不全是驱动轮,与驱动机构相连的叫主动轮,其余叫从动轮。为防止脱轨,车轮多制成双轮缘的,行走轮常用直径尺寸是0.63m。

    平衡梁实际上是一个杠杆系统。这里初步设计取e型的车架。





    图3 平衡车架示意图

  2. 驱动装置设计

    行走机构驱动装置采用电力驱动,驱动形式有集中驱动和分别驱动两种。集中驱动是有一台电机通过传动装置驱动所有的主动轮。一般适用于各驱动车轮之间的距离较短,电机能靠近所驱动的各个车轮的情况。由于堆取料机属于大型机构设备,不宜采用此种方式,故采用分别驱动。分别驱动就是由几台电机分别驱动,每台电机驱动一只主动轮或一条支腿下的两只主动轮,如图2所示,它结构简单,布置方便,分别驱动要求两侧同步。

    主动台车组有两个车轮,其驱动方式主要有以下两种:单轮驱动和双轮驱动。所谓单轮驱动是指减速机的驱动轴孔直接与车轮轴连接来驱动车轮,双轮驱动是在两个车轮上通过螺栓来固定两个齿轮,减速机的驱动轴与一个齿轮连接来驱动这两个齿轮而达到驱动两个车轮的目的。从上面的分析可以看出,单轮驱动的驱动轴直接驱动车轮,双轮驱动的驱动轴与齿轮相连通过齿轮来驱动两个车轮,双轮驱动比单轮驱动多三个齿轮。在斗轮堆取料机的行走机构设计中,为了保证行走机构运行平稳,主动车轮的数量应该占总车轮数量的一半以上。单轮驱动一台减速器只驱动一个车轮,双轮驱动一台减速器驱动两个车轮。虽然双轮驱动比单轮驱动多三个齿轮,但是单轮驱动减速的成本比双轮驱动的减速加上齿轮的成本还要高。故本设计选用双轮驱动。

    行走机构的驱动组成部分主要有以下两种方式:

    ①电机→联轴器→制动器→减速器→车轮组

    这种方式的行走台车驱动装置的形式有以下几种:采用卧式减速器,开式齿轮驱动-电动机驱动双轮;采用立式减速器,采用卧式减速器,开式齿轮驱动-电动机驱动双轮。

    这种方式设计复杂费时,由于空间的限制,联轴器一般不能采用标准尺寸,需要特制。整个驱动系统固定在一个传动底座上,传动底座需要支承梁来支承,支承梁焊接在台车架上,该支承梁应该处于整个驱动系统重心的位置才合理,但有时候支承梁放置该位置时台车架上 没地方固定支承梁,这种传动方式设计需要注意支承梁的安装位置,另外这种方式若采用单轮驱动需要考虑支承梁可能会与地面发生干涉。优点是结构对称,系统受力好、稳定性好易于维修。

    ②三合一减速器(电机、制动器和减速器三个整合为一个整体)→车轮组

    这种方式的行走台车驱动装置的形式有三合一卧式双轮驱动与三合一立式双轮驱动。

    此驱动是由减速器 、电机和制动器(在电机尾部带盘式制动器 )组合成一体的驱动单元,三合一驱动方式结构紧凑,设计简单,传递扭矩大,整个驱动系统依靠扭力臂来支承,扭力臂焊接于台车架上,且扭力臂焊接的位置是可以根据实际位置需要来调节。还具有工作平稳 、噪声低 、寿命长等优点,但三合一驱动方式出现故障不易维修,需要生产厂家来维修。

    本设计考虑综合因素选择设计简单的三合一立式双轮驱动,如图4所示





    1.齿轮架 2.台车架 3.驱动外伸联轴器 4.“三合一”减速器

    图4 三合一立式双轮驱动台车组

    (4)安全装置设计

    由于机械露天作业,为防止被风吹动,设有夹轨器,其抗风能力为20m/s。

    图5是煤系堆取料机夹轨器示意图,它是一种重锤式夹轨器。堆取料机要正常行走工作时,动力缸得电5动作,将重锤4提起,夹钳在弹簧拉力作用下与轨道3松开,不发生作用。当堆取料机行走停止后,动力缸停止工作,重锤由于自重作用力下落,克服弹簧拉力,使钳口夹紧轨道,防止机械滑移。

    1、弹簧 2、夹钳 3、轨道 4、重锤 5、动力缸

    图5 夹轨器示意图

    锚固器如图6,沿轨道设有若干个锚定座(锚固坑),堆取料机不工作时,将大机停在锚定位置,锚固板插入锚固坑,槽内可起到固定作用。

    1、转动臂 2、锚固板 3、限位开关 4、行走门架 5、锚固坑

    图6锚固器

    (5)主要零部件的设计校核

按照机械设计手册,对轴、轴承等主要零部件进行严格的选型计算,必要时进行校核。

3. 研究计划与安排

第1-3周:完成开题报告和英文翻译;

第4-6周:完成毕业设计相关内容的总体方案设计;

第6-8周:完成毕业设计相关内容的详细方案设计;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]郭建,徐万鑫,黄有义. 门式对轮堆取料机发展现状及展望[j]. 矿山机械,2017,45(10):1-6.

[2]于海龙,孟凡成,尚飞. 浅谈门式斗轮堆取料机[j].中国新技术新产品,2014(02):127-128.

[3]王法,孙悦夫.浅谈斗轮堆取料机设备现状及发展[j].中国新技术新产品,2017(02):42-43.

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