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刮板輸送機設計
學生姓名：敖煜 班級：0781053
指導老師：于斐
摘要：本次課題設計的題目是“刮板輸送機的設計”。采用二維CAD軟件—Auto CAD 進行結構設計。
本次的設計具體內容主要包括：刮板輸送機傳動總體設計；主要傳動機構設計；主要零、部件設計；完成主要零件的工藝設計；設計一套主要件的工藝裝備；撰寫開題報告；撰寫畢業(yè)設計說明書；翻譯外文資料等。
對于即將畢業(yè)的學生來說，本次設計的最大成果就是：綜合運用機械設計、機械制圖、機械制造基礎、金屬材料與熱處理、公差與技術測量、理論力學、材料力學、機械原理、計算機應用基礎以及工藝、夾具等基礎理論、工程技術和生產實踐知識。掌握機械設計的一般程序、方法、設計規(guī)律、技術措施，并與生產實習相結合，培養(yǎng)分析和解決一般工程實際問題的能力，具備了機械傳動裝置、簡單機械的設計和制造的能力。
關鍵詞：刮板輸送機；傳動裝置；設計；制造
指導老師簽名：
畢業(yè)設計（論文）任務書
I、畢業(yè)設計(論文)題目：
刮板輸送機設計
II、畢 業(yè)設計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設計技術要求：
原始數(shù)據(jù)：
刮板速度：0.1M/s，刮板寬度：390mm，機槽寬度：530mm，機長：42000mm
設計技術要求：
1.刮板輸送機的性能計算
2.刮板輸送機的動力學分析
3.完成刮板輸送機的總裝圖和零件圖
III、畢 業(yè)設計(論文)工作內容及完成時間：
1. 開題報告、查閱資料、外文翻譯（6000字符) 第1周－第3周
2. 刮板輸送機的性能計算 第4周－第6周
3. 刮板輸送機的動力學分析 第7周－第9周
4. 完成刮板輸送機的總裝圖和零件圖 第10周－第13周
5. 撰寫畢業(yè)論文 第14周－第16周
6. 答辯準備及畢業(yè)答辯 第17周
Ⅳ 、主 要參考資料：
[1] 成大先．機械設計手冊．第四版.北京：化學工業(yè)出版社，2002
[2] 李柱國．機械設計與理論．北京：科學出版社，2003
[3] 邱宣懷．機械設計.第四版．北京：高等教育出版社，1997
[4] 黃平，劉建素等. 常用機械零件及機構圖冊[M]. 北京. 化學工業(yè)出版社.1999
[5]《機械設計手冊》聯(lián)合編寫組編.機械設計手冊.中冊.[M].北京.化學工業(yè)出版社.1987
[6] 申永勝.機械原理教程[M].北京.清華大學出版社[M].2006
航空與機械工程 學院 機械設計制造及其自動化 專業(yè)類 0781053 班
學生（簽名）：
填寫日期： 2011 年 01 月 03 日
指導教師（簽名）：
助理指導教師(并指出所負責的部分)：
機械制造工程 系（室）主任（簽名）： 姚坤弟
附注:任務書應該附在已完成的畢業(yè)設計說明書首頁。
南昌航空大學科技學院學士學位論文 目錄 第一章 緒論 ...................................................................................2 1.1 總體方案的確定 ........................................................................................2 第二章 刮板輸送機的基本概述 .................................................5 2.1 刮板輸送機的整體構造及傳動原理 ........................................................5 2.2 國產刮板輸送機技術特征 ........................................................................9 第三章 刮板輸送機的性能計算 ...............................................14 3.1 輸送量的計算 ............................................14 3.2 刮板輸送機輸送能力的計算 ................................15 3.3 刮板輸送機的阻力計算 ....................................16 3.4 刮板輸送機功率計算 ......................................17 3.5 刮板鏈張力的計算 ........................................18 3.6 鏈輪的幾何尺寸計算 ......................................20 3.7 其他一些部件的選取 ......................................21 第四章 刮板輸送機的動力學分析 ...........................................24 4.1 刮板輸送機的物理模型 ....................................24 4.2 刮板輸送機的數(shù)學模型 ....................................25 4.3 刮板輸送機的動力學模型 ..................................30 小 結 ..............................................................................................37 參考文獻 ..........................................................................................39 致 謝 ..............................................................................................40 南昌航空大學科技學院學士學位論文 2 第一章 緒論 煤炭作為我國主要戰(zhàn)略性能源，在一次能源生產和消費構成中一直占 70%以上。 盡管這一現(xiàn)實在一定程度上反映了我國能源結構上的不合理性，考慮環(huán)境污染和能 源安全，我國能源政策會作出一定調整，但在可遇見的時期內，煤炭作為支撐我國 經濟發(fā)展的戰(zhàn)略性第一能源的地位不會改變。由此可見，煤炭產業(yè)以及煤炭產業(yè)經 濟的良性發(fā)展對于我國的國民經濟發(fā)展的重要意義。 我國煤礦采掘機械化自 20 世紀 50 年代開始發(fā)展。1974 年引進發(fā)展綜合機械化 采煤和裝備。1990 年統(tǒng)配煤礦的綜合機械化程度只有 35.31%，綜采工作面單產平均 56.2 萬 t/a，其中高產的百萬噸工作面只有 30 余個。按全國煤炭總產量計算，全國 采煤機械化程度和綜合機械化程度大體只有統(tǒng)配的一半，所占比重很低。《中國煤 炭開發(fā)戰(zhàn)略研究》表明：今后隨著國家經濟實力、技術裝備、人員素質的提高，機 械化水平必將逐步提高。技術發(fā)展的整體趨向是國有重點煤礦跟蹤世界發(fā)達國家， 地方國有煤礦跟蹤國有重點煤礦，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦跟蹤地方國有煤礦，形成以現(xiàn)代化技術 為先導的多層次技術結構。 綜采技術是長壁采煤系統(tǒng)、支護、采煤、裝載、運輸及整體推進等作業(yè)全部機 械化的生產技術，在近半個世紀的發(fā)展歷程中，它創(chuàng)造和保持了多項世界記錄，是 當今世界最先進的開采技術，近幾年在新技術革命影響的牽動下，正發(fā)生著變革性 的進步。目前全自動化無人采煤工作面的綜采技術，是美、德等國科研工作的重要 內容。綜采設備是綜采技術的核心部分，工作面刮板輸送機是關鍵的綜合設備之一。 為迅速趕上世界綜采工作面刮板輸送機的現(xiàn)狀，探討其發(fā)展趨勢，對促進工作面刮 板輸送機極其他綜采設備的發(fā)展，有非常重要的意義。 綜采刮板輸送機是綜采工作面的主要配套設備之一。建設一批高產、高效的現(xiàn) 代化礦區(qū)國產重型刮板輸送機在我國綜合機械化采煤技術中起主導作用，在我國煤 炭開發(fā)戰(zhàn)略中的地位日益重要，從保證國民經濟發(fā)展對煤炭的需求以及發(fā)展煤炭主 產地區(qū)域經濟和促進社會穩(wěn)定等角度出發(fā)，對我國煤炭產業(yè)經濟的發(fā)展無疑具有重 要的戰(zhàn)略和現(xiàn)實意義。 1.1 總體方案的確定 刮板輸送機按卸載方式可分為：端卸式刮板輸送機、側卸式刮板輸送機、直彎 式刮板輸送機和交叉?zhèn)刃妒焦伟遢斔蜋C四種。端卸式刮板輸送機：刮板輸送機呈直 南昌航空大學科技學院學士學位論文 3 線形，貨載從輸送機一端卸載，與輸送機呈一直線，這種型式的輸送機結構比較簡 單，當前大部分綜采工作面使用這種型式的刮板輸送機：它的缺點是空鏈易帶回煤， 增加功率消耗，卸煤有一定的高度，易產生煤塵。側卸式刮板輸送機：刮板輸送機 呈直線形，機頭部搭在工作面運輸巷轉載機上，借助圓弧犁形卸煤板將煤從機頭架 主卸載斜板呈 90 度卸到轉載機上，這是煤的主流，約占輸煤量的 70%～75%；約有 15%～20%的煤從副卸載斜板卸到轉載機上，這是副流；最后約有 5%～15%的粉煤繞 過鏈輪通過底部卸入轉載機。這種輸送機主要優(yōu)點是：1.側卸式輸送機卸載前由于 弧形板的作用，煤平穩(wěn)地滑入轉載機中，避免了端卸式的堵塞堆積和煤塵的產生， 改善了勞動環(huán)境；2.由于弧形板的作用將帶有動量的大塊煤扭轉 90 度，使其與轉載 機運行方向相同后再卸入轉載機內連續(xù)運行，避免了端卸式煤流要停頓后再起動的 能量損失和對輕載機的沖擊，從而降低了轉載機的功率消耗，提高了傳動件的可靠 性和轉載機的使用壽命；3.從弧形板下被刮板鏈帶走的煤粉經機頭鏈輪卸到回煤罩 內，由返回刮板鏈拉到轉載機上方，從機頭底槽的開口卸到轉載機內，因此，減少 了刮板輸送機的回煤阻力；4.由于煤流不在端頭卸載，不需要卸載高度，因而機頭 高度可以降下，且伸到工作面運輸巷中，采煤機可以行走到接近機頭，便于自開切 口。直彎式刮板輸送機：它把工作面刮板輸送機與工作面運輸巷轉載機連成一體， 把工作面的煤直接卸到工作面運輸巷帶式輸送機上，取消了轉載機。交叉?zhèn)刃妒焦?板輸送機：交叉?zhèn)刃妒焦伟遢斔蜋C的機頭與轉載機的機尾做成一個整體。兩個輸送 機的上、下鏈相互交叉穿過，從上向下的順序是輸送機上鏈，轉載機上鏈，輸送機 下鏈、轉載機下鏈。輸送機機頭上槽的煤通過弧形板轉卸入轉載機上槽，輸送機下 鏈帶回的煤落入轉載機下槽，由轉載機下鏈帶到機尾輪后翻到上槽運走，由于輸送 機的機頭與轉載機機尾是一個整體，所以，推移輸送機機頭時，轉載機也必須隨之 移動。交叉?zhèn)刃妒焦伟遢斔蜋C的特點是機頭架高度比普通側卸式低，一般可降低 200～300mm。由于機頭高度的降低，為采煤機自開切口創(chuàng)造更有利的條件。結合自 己的設計要求和以上各種機型的特點選定為段卸式刮板輸送機。 1.1.1 刮板輸送機結構方案的確定 一臺刮板輸送機主要包括：機頭部及傳動裝置、機尾部和過度槽、中部槽極其 附件和刮板鏈等五個部分。 1.機頭部及傳動裝置 機頭部是將電動機的動力傳遞給刮板鏈的裝置，它主要包括機頭架、傳動裝置、 南昌航空大學科技學院學士學位論文 4 鏈輪組件、盲軸及電動機等組件。常用的機頭部有端卸式和側卸式，本設計采用端 卸式。機頭架是機頭部支承安裝鏈輪組件、減速器、過度槽等部件的框架式焊接結 構，它由左側板、右側板和中板用較厚的鋼板焊接制成，有足夠的剛性和強度。為 適應左、右采煤工作面的需要，機頭架的兩側對稱，可在兩側安裝減速器，本設計 采用一側安裝。機頭架的結構形式分為端卸式和側卸式兩種類型，本設計采用端卸 式。傳動裝置由電動機，聯(lián)軸器和減速器等部分組成。傳動裝置的布置方式有垂直 式和平行式兩種，本設計采用平行式。刮板輸送機的電動機有單速和雙速兩種，本 設計采用單速四級鼠籠礦用防爆電動機。由于采用的是單速電動機，所以減速器輸 出軸和電動機的連接時聯(lián)軸器選用液力偶合器，而減速器輸出軸與鏈輪軸的連接采 用齒輪聯(lián)軸器連接。對于減速器則采用外購的形式獲得，選用刮板輸送機專用減速 器 JS 系列。 2.機尾部 綜采工作面刮板輸送機一般功率較大，多采用機頭和機尾雙機傳動方式。部分 端卸式輸送機的機頭、機尾完全相同，并可以互換安裝使用。因為機尾不卸載，不 需要卸載高度，所以一般機尾部都比較低。為了減少刮板鏈對槽幫的磨損，在機尾 架上槽兩側裝有壓鏈塊，本設計采用機頭和機尾雙機傳動方式。 3.過渡槽 過渡槽是機頭和機尾與中部槽的連接溜槽，分別稱為機頭過渡槽和機尾過渡槽。 它的特點是與中部槽連接端的高度與中部槽相同，而與機頭架和機尾架連接的另一 端較高。 4.中部槽極其附件 中部槽是刮板輸送機的機身，由槽幫鋼、中板等件組成，上槽是裝運煤炭的承 載槽，下槽供刮板鏈返程用。本設計采用敞底式中部槽，M22 槽幫鋼等。 5.刮板鏈 刮板鏈的結構分為中單鏈、邊雙鏈、中雙鏈和準邊雙鏈，本設計根據(jù)需要采用 邊雙鏈，其優(yōu)點是：鏈條和連接環(huán)在槽幫鋼的槽內運行，刮板的空間較大，能輸送 較大的煤塊，這種鏈子的預緊力較小，運行阻力小，適應性強，因此，得到廣泛應 用。 南昌航空大學科技學院學士學位論文 5 第二章 刮板輸送機的基本概述 2.1 刮板輸送機的整體構造及傳動原理 刮板輸送機是以刮板鏈為牽引構件和溜槽為支承機構的連續(xù)運輸機械，其組成 部分如圖 2.1： 圖 2.1 刮板輸送機外形 1-電動機 2-液力偶合器 3-減速器 4-鏈輪 5-機頭架 6-溜槽 7-刮板 機頭部由機頭架、傳動裝置和鏈輪組件等部件組成機頭架的作用除卸載外，還 對傳動裝置、鏈輪組件、盲軸和其它附屬件等起著支承和裝配的作用。轉動裝置包 括電動機、減速器和液力偶合器，電動機均采用三相異步防爆電動機，減速器已大 量采用大功率行星減速器、當前多數(shù)刮板輸送機采用液力偶合器作為聯(lián)軸器。現(xiàn)在 雙速電機的應用也越來越廣，與之配套的是彈性聯(lián)軸器。鏈輪組件多由牽引鏈輪和 盲軸組成。 2.1.1 對于無傳動裝置的機尾部只有機尾架和機尾導向鏈輪 (1)對于有傳動轉動裝置的機尾架，則包括有機尾架，傳動裝置和鏈輪組件，除 機尾架在結構上與機頭架有所不同外，其它部分與機頭部基本相同且可互換使用。 (2)中間部主要由溜槽和刮板鏈組成，當前刮板輸送機的溜槽包括中部槽、過渡 槽、開口槽。刮板鏈由刮板、圓環(huán)鏈和聯(lián)軸環(huán)等組成，其結構形式可分為單鏈、邊 南昌航空大學科技學院學士學位論文 6 雙鏈和中雙鏈幾種形式刮板輸送機的型式。 刮板輸送機的型式 按刮板鏈型式分 A、中單鏈型刮板輸送機：刮板上的鏈條位于刮板中心，刮板在中部槽內起導向 作用。這種刮板鏈的主要優(yōu)點是： 1 結構簡單，便于維護，彎曲性能好，沒有雙鏈那種兩條鏈受力不均的缺點， 斷鏈事故少。 2 能采用長鏈段圓環(huán)鏈，以減少鏈接頭，可靠性高。 3 刮板變形不會引起鏈子在鏈輪上跳鏈。 4 鏈子不在槽幫的凹槽內，而采用兩端形狀與槽幫鋼凹槽相配的刮板，清刮煤 粉的效果好，減少運行阻力，在同樣的輸送能力下節(jié)省功率。 中單鏈的缺點是： 1 在底板不平的工作面使用時刮板容易出槽。 2 與雙鏈相比，需用的鏈輪尺寸大，從而增加了機頭和機尾的高度。 3 對煤質較硬、塊度較大的煤，輸送效果較差。 4 適用的煤層傾角?。ㄅc邊雙鏈比） 。 B、邊雙鏈型刮板輸送機 刮板上的鏈條位于刮板兩端，鏈條和連接環(huán)在中部槽內起導向作用。這種刮板 鏈的主要優(yōu)點是：預緊力小，功率消耗少，適用的煤層傾角較大，煤層較薄以及運 送大塊硬煤的效果較好；缺點是兩鏈受力不均，不能使用較大的圓環(huán)鏈，強度受到 一定的限制。 C、中雙鏈型刮板輸送機：刮板上的兩股鏈條中心距不大于中部槽寬度的 20%， 刮板在中部槽內起導向作用。這種刮板鏈的主要優(yōu)點是：具有中單鏈的基本優(yōu)點， 克服了它的部分缺點，與邊雙鏈相比，兩條鏈子受力的不均性要小，適用于重型刮 板輸送機，缺點是單位長度重量增加。 D、準邊雙鏈型刮板輸送機：刮板上的兩股鏈條中心距不小于中部槽寬度的 50%，刮板在中部槽內起導向作用。它具有邊雙鏈與中雙鏈的優(yōu)點，適用于較寬的中 部槽。 按卸載方式分 A、端卸式刮板輸送機：刮板輸送機呈直線形，貨載從輸送機一端卸載，與輸送 機呈一直線，這種型式的輸送機結構比較簡單，當前大部分綜采工作面使用這種型 南昌航空大學科技學院學士學位論文 7 式的刮板輸送機：它的缺點是空鏈易帶回煤，增加功率消耗，卸煤有一定的高度， 易產生煤塵。 B、側卸式刮板輸送機：刮板輸送機呈直線形，機頭部搭在工作面運輸巷轉載機 上，借助圓弧犁形卸煤板將煤從機頭架主卸載斜板呈 90 度卸到轉載機上，這是煤的 主流，約占輸煤量的 70%～75%；約有 15%～20%的煤從副卸載斜板卸到轉載機上，這 是副流；最后約有 5%～15%的粉煤繞過鏈輪通過底部卸入轉載機。 這種輸送機主要優(yōu)點是： 1 側卸式輸送機卸載前由于弧形板的作用，煤平穩(wěn)地滑入轉載機中，避免了端 卸式的堵塞堆積和煤塵的產生，改善了勞動環(huán)境。 2 由于弧形板的作用將帶有動量的大塊煤扭轉 90 度，使其與轉載機運行方向相 同后再卸入轉載機內連續(xù)運行，避免了端卸式煤流要停頓后再起動的能量損失和對 輕載機的沖擊，從而降低了轉載機的功率消耗，提高了傳動件的可靠性和轉載機的 使用壽命。 3 從弧形板下被刮板鏈帶走的煤粉經機頭鏈輪卸到回煤罩內，由返回刮板鏈拉 到轉載機上方，從機頭底槽的開口卸到轉載機內，因此，減少了刮板輸送機的回煤 阻力。 4 由于煤流不在端頭卸載，不需要卸載高度，因而機頭高度可以降下，且伸到 工作面運輸巷中，采煤機可以行走到接近機頭，便于自開切口。 C、直彎式刮板輸送機：它把工作面刮板輸送機與工作面運輸巷轉載機連成一體， 把工作面的煤直接卸到工作面運輸巷帶式輸送機上，取消了轉載機。 D、交叉?zhèn)刃妒焦伟遢斔蜋C：交叉?zhèn)刃妒焦伟遢斔蜋C的機頭與轉載機的機尾做成 一個整體。兩個輸送機的上、下鏈相互交叉穿過，從上向下的順序是輸送機上鏈， 轉載機上鏈，輸送機下鏈、轉載機下鏈。輸送機機頭上槽的煤通過弧形板轉卸入轉 載機上槽，輸送機下鏈帶回的煤落入轉載機下槽，由轉載機下鏈帶到機尾輪后翻到 上槽運走。 由于輸送機的機頭與轉載機機尾是一個整體，所以，推移輸送機機頭時，轉載 機也必須隨之移動。 交叉?zhèn)刃妒焦伟遢斔蜋C的特點是機頭架高度比普通側卸式低，一般可降低 200～300mm。由于機頭高度的降低，為采煤機自開切口創(chuàng)造更有利的條件。 （三）按中部槽結構分 A、開底式刮板輸送機：開底式刮板輸送機就是中部槽的下槽為敞開式，目前使 南昌航空大學科技學院學士學位論文 8 用較為普遍。這種中部槽的重量輕、結構簡單，下槽發(fā)生故障便于處理；缺點是剛 度小，易磨損變形，阻力大，壽命短，不適合松軟底板使用。 B、封底式刮板輸送機：封底式刮板輸送機就是中部槽的下槽為封閉式。這種中 部槽剛度大，刮板鏈在下槽運行阻力?。挥捎诜獾着c工作面低板接觸面積大，適合 松軟底板使用。為了便于下鏈的檢查修理，在每隔數(shù)節(jié)中部槽安裝一節(jié)帶檢窗口的 中部槽，窗口開在溜槽中部，尺寸以能修換鏈段和連接鏈環(huán)為度，窗口用活動蓋板 蓋嚴。 C、分體中部槽刮板輸送機：分體中部槽刮板輸送機就是把易磨損的上中部槽體 做成活的，用螺栓與下槽體固定，下槽體把鏟煤板、擋煤板、封底板焊成一體，提 高了整機的剛性與強度，且具有封底面槽的優(yōu)點。 D、整體焊接中部槽刮板輸送機：整體焊接中部槽刮板輸送機就是把溜槽兩側槽 幫分別與鏟煤板、擋煤板座焊接在一起，取消溜槽與其附件的連接螺栓，從而減少 了 的維修工作量。 E、框架式中部槽刮板輸送機：框架式中部槽刮板輸送機就是把普通中部槽置于 一個鏟煤板、擋煤板座、封底板焊在一起的框架中，用銷子固定，整機具有較強的 剛性與強度，提高了中部槽的可靠性；缺點是中部槽的重量增加幅度較大。 F、鑄造式中部槽刮板輸送機：鑄造式中部槽刮板輸送機就是把中部槽槽幫鋼與 鏟煤板、擋煤板鑄造在一起，在焊上中板與底板，從而實現(xiàn)中部槽無螺栓連接，這 種刮板輸送機具有框架式中部槽刮板輸送機的各種優(yōu)點，且減少了大量鋼材的切割 與焊接，降低了制造成本。 （四）按采煤機牽引方式分 A、有鏈牽引采煤機用的刮板輸送機：在輸送機機頭和機尾部裝有采煤機牽引鏈 的固定及張緊裝置，沿輸送機縱向中部槽的擋煤板側裝有采煤機導向管。 B、無鏈牽引采煤機用的刮板輸送機：在輸送機靠擋煤側裝有齒條或銷軌或鏈軌， 采煤機的行走齒輪與其嚙合而實現(xiàn)牽引。 （五）按電動機類型分 A、單速電動機刮板輸送機：配單速電動機驅動的刮板輸送機稱單速電動機刮板 輸送機。其電動機為四級鼠籠型防爆電動機（同步轉速為 1500r/min） ，并通過液力 偶合器傳動。其主要特點是空載起動平穩(wěn)，過載保護及多電動機傳動負載分配性能 好：缺點是滿載起動困難，傳動效率較低，長期過載時液力偶合器要噴液。 B、單速電動機刮板輸送機：配雙速電動機驅動的刮板輸送機稱為雙速刮板輸送 南昌航空大學科技學院學士學位論文 9 機。雙速電動機是有兩種額定轉速的鼠籠式感應電動機，定子上有兩套繞組，一組 為用于起動的低速高轉矩繞組，另一組為常態(tài)運轉的高速繞組。專用的控制開關使 電動機用低速繞組起動運轉到給定時間斷開低速繞組，間隔 150ms 后接通高速繞組 運行，由于雙速電動機以低速繞組起動，能給出 3 倍以上額定轉矩的起動轉矩，因 而能起動滿載的刮板輸送機。低速運行的功率約為高速時的 1/2，起動電流比直接 用高速起動要低得多，減小了對電網電壓降的影響。在從低速向高速換接的斷電間 隔中，電動機的轉速因負載不同下降 50～250%r/min，即使是滿載，高速繞組也不 是從靜止起動，起動高速繞組的電流也不高。采用雙速電動機的刮板輸送機，取消 了液力偶合器，不存在液力偶合器的滑差，鏈速有所提高，但失掉了液力月；偶合 器的特有的保護功能。 （六）按承重類型分 A、輕型刮板輸送機：刮板輸送機配套單電動機額定功率 75KW 以下為輕型刮板 輸送機，使用的中部槽寬為 280、320、420、520、630mm。 B、中型刮板輸送機：刮板輸送機配套單電動機額定功率 75～110KW 為中型刮板 輸送機，使用的中部槽寬為 630 mm。 C、重型刮板輸送機：刮板輸送機配套單電動機額定功率 132～200KW 為重型刮 板輸送機，使用的中部槽寬為 730、764 和 830 mm。 D、超重型刮板輸送機：刮板輸送機配套單電動機額定功率大于 200KW 為超重型 刮板輸送機，使用的中部槽寬度為 830、960、1100、1200 mm。 （七）按整機適用條件分 A、緩傾斜中厚煤層刮板輸送機： B、緩傾斜薄煤層刮板輸送機； C、緩傾斜厚煤層大采高刮板輸送機； D、緩傾斜三軟煤層刮板輸送機； E、中厚煤層大傾角刮板輸送機；t F、急傾斜厚煤層水平分段放頂煤及“三下”綜采刮板輸送機。 2.2 國產刮板輸送機技術特征 緩傾斜中厚煤層綜采工作面刮板輸送機的結構特點與技術特征 這類刮板輸送機的用途最廣，品種最多，是工作面刮板輸送機的基本型，其結 構特點是： 輸送機呈直線形，配用不同型式的機頭時可裝成端卸、側卸或交叉?zhèn)刃妒健?南昌航空大學科技學院學士學位論文 10 具有強度較高的中部槽與采煤機和液壓支架配套。根據(jù)中部槽的結構不同，可 分為開底式、封底式、分體式、整體焊接式、框架式和鑄造式。根據(jù)刮板鏈的結構 不同，可分為中單鏈型、邊雙鏈型、中雙鏈型、準邊雙鏈型。 配有不同型式的鏟煤板，可供推溜時清掃浮煤，也可作采煤機支撐滑道。 在擋煤板側設有導向管作為牽引采煤機滑道，或設有不同型式的齒軌或鏈軌供 無鏈牽引采煤機行走。 緩傾斜薄煤層綜采工作面刮板輸送機的結構特點 矮機身、短機頭，適用于煤層厚度 0.8～1.3、傾角 0 度～12 度的緩傾斜工作面。 機頭部和機尾部高度為 700 mm，機架長度為 750 mm，便于拆裝運輸。 閘盤緊鏈裝置置于水平位置采空區(qū)側，適應薄煤層緊鏈的需要。溜槽為封底開 天窗結構，減少底鏈摩擦阻力和便于處理掉鏈事故。鏟煤板上設有端面齒條，供無 鏈牽引爬底板采煤機牽引齒輪嚙合行走。刮板鏈采用準邊雙鏈（中邊鏈） ，有利于硬 煤和夾矸的運輸。采用高 440 mm 矮擋煤板并設有導向管，供爬底板采煤機行走導向 和調斜。 緩傾斜厚煤層大采高綜采工作面刮板輸送機的結構特點： 為了配合大采高產量大的需要，輸送機向大功率、大輸送量的方向發(fā)展，目前 國產刮板輸送機最大功率為 3×400KW，輸送量達 1500 t /h。 采用與各種無鏈牽引采煤機配套的結構。 中部槽采用框架式、分體式整體焊接式或鑄造式，增加了中部槽 的剛度、強度 和可靠程度。 為了配合大功率的需要，已開始生產行星齒輪減速器，縮小了減速器的體積， 減輕了減速器的重量。 三軟煤層綜采工作面刮板輸送機的結構特點： 采用封底式中部槽與插腿式液壓支架配套，增加與底板的接觸面積，以適應與 軟底板想適應的結構特點。 中厚煤層大傾角綜采工作面刮板輸送機的結構特點： 一定間隔距離內用油缸—錨鏈將溜槽與支架錨固起來，防止輸送機下滑。 采用封底溜槽，減少回空鏈的運行阻力和下槽掉鏈事故。 在減速器二軸軸端裝有碟簧—摩擦片制動裝置，當鏈速超過額定速度 10%時， 通過傳感器元件切斷電源，使制動器發(fā)生作用，防止刮板鏈下滑引起超速事故。 腫部槽采用 M27 高強度螺栓連接，螺栓強度為 390KN。 南昌航空大學科技學院學士學位論文 11 鏟煤板與鏟煤板、擋煤板與擋煤板之間采用 圓環(huán)鏈連接，強度可達16547?? 1470KN。 擋煤板可分成 3 個部件組裝，便于拆卸運輸。 放頂煤綜采用刮板輸送機的結構特點： 高位放頂煤液壓支架只有 1 臺刮板輸送機，其結構與緩傾斜中厚煤層刮板輸送 機相同。 低位、中位放頂煤液壓支架 2 臺刮板輸送機，即工作面刮板輸送機和放頂煤刮 板輸送機。工作面刮板輸送機的結構和其他綜采工作面刮板輸送機相同；放頂煤刮 板輸送機在采空區(qū)側裝有鏟煤板，在煤壁側裝有一層鋼板制作的簡單形狀的擋煤板。 低位放頂煤刮板輸送機在支架后部底板上拉移，中位放頂煤刮板輸送機在支架后部 架內拉移。 直彎式刮板輸送機的結構特點： 直彎式刮板輸送機就是中部槽呈 90 度拐彎的刮板輸送機，它把刮板輸送機與轉 載機連成一個整體，機頭直接騎跨在帶式輸送機的機尾上，將采煤機割落的煤直接 輸送到帶式輸送機上，取消了輸送機與轉載機之間的卸煤環(huán)節(jié)，簡化了工作面與工 作面運輸巷的空間，降低了工作面端頭卸煤的粉塵，改善了工作面的環(huán)境，并對工 作面出口的頂板管理，提供了較好的條件。而且，采煤機可以切割整個工作面運輸 巷與回風巷巷道斷面，有效得提高采煤工作面端頭開采效率。 直彎式刮板輸送機在拐彎部分設有回轉盤，它由上下兩組能自由旋轉的滑輪組 組成，上滑輪隨輸送機上鏈運動方向旋轉，從而降低了刮板在拐彎部分的摩擦損失。 刮板輸送機的優(yōu)缺點： 刮板輸送機的優(yōu)點: 刮板輸送機之所以能在國民經濟生產中得到廣泛的應用，是因為它存在著與其 它設備無法相比的優(yōu)點。 應性好。對環(huán)境的要求不高。在煤礦井下及其它工作條件惡劣，運輸負荷變化 較 大的場所把物料運輸?shù)綏l件好的場所。 協(xié)作性好。為適應綜合采煤機械化的需要，在機身上設有供采煤機牽引和導向 的 裝置、與支架的連接裝置和擋煤板、電纜槽及鏟煤板等，目前刮板輸送機發(fā)展到了 南昌航空大學科技學院學士學位論文 12 隨著工作面的推進不需拆卸的整體推移，向著大功率、高強度和短而低的機頭幾機 尾方向發(fā)展。 可彎曲性好。為適應工作地點和作業(yè)條件的要求，能在一定的范圍內做水平及 垂 直方向的彎曲。 4) 機身的強度和剛度高，能經得住碰撞和沖擊。 5) 耐磨性好。采用新研制的碳化硼藥皮耐磨堆焊焊條，在礦用刮板輸送機的中 部槽中板表面堆焊一層耐磨合金層，是中板的強度得到加強，中部槽的使用壽命大 幅度提高，使用壽命提高 3 倍以上，同時并不增加輸送機的拖動阻力以及刮板與鏈 條的磨損。 6) 功率大。隨著重型刮板輸送機的發(fā)展、裝機功率越來越大，大的刮板輸送機 總功率達 2×700=1400KW。 刮板輸送機的缺點: 1)空載阻力大。刮板鏈質量大，刮板與中板摩擦向前推進，物料也通過刮板的 阻擋和中板摩擦向前推進，使得電機的 30%多的功率浪費在空載運行上。因此如何 降低空載功率，提高運煤有效功率是刮板輸送機的又一大課題。 2)啟動難。這個問題是刮板輸送機一直不好解決的問題。刮板輸送機在輸送物 料的過程中需要較高的啟動力矩，啟動過載系數(shù)通常為 2.5 一 3.0，因此滿載啟動 難的問題不能很好地解決。刮板輸送機的主要特點是頻繁啟動和過載啟動，且負載 在空載、滿載、超載甚至嚴重超載之間不斷變化且持續(xù)時間無規(guī)律，這樣在靜態(tài)設 計中，鏈子的安全系數(shù)確定很高，電機的功率選取也大，使得資源在不得己的情況 下造成浪費。 3)動負荷大。刮板輸送機具有較大的動負荷，動負荷產生的原因有自身結構和 工作環(huán)境的原故。 刮板輸送機圓環(huán)鏈傳動的研究與應用特點 刮板輸送機上的標準圓環(huán)鏈自五十年代初期開始采用以來，未見有很大的修改， 雖然對鏈環(huán)的熱處理工藝不斷有小的改進，但對圓環(huán)鏈作為整個系統(tǒng)的一部分研究， 尤其是對圓環(huán)鏈傳動中的動載問題的研究，以及由沖擊動載引起的一系列問題尚需 做很多的工作。刮板輸送機是采煤工作面最主要的運輸設備，工作面運輸是采煤生 產中的一個重要環(huán)節(jié)，工作面輸送機能否正常運轉直接影響工作面的生產能力。因 此，改善工作面運輸條件，對提高產量、加速煤炭工業(yè)的發(fā)展具有極為重要的意義。 南昌航空大學科技學院學士學位論文 13 雖然國外各先進刮板輸送機廠為了競爭市場，不斷地開發(fā)新技術，研制新機型，他 們雖在重大技術上尚無突破，但在結構、電控、檢測、以及可靠性方面有了大幅度 的進展。但在國內外，把刮板輸送機的傳動系統(tǒng)作為一個整體去研究它的特性還是 很膚淺的，對刮板輸送機的整體作為一個系統(tǒng)研究它的動特性就更少了。鑒于目前 國內外的發(fā)展狀況，隨著煤炭工業(yè)對運輸設備的可靠性和工作性能上的要求不斷提 高，對圓環(huán)鏈傳動中存在的一些問題應盡快加以改進，以便使圓環(huán)鏈傳動更能發(fā)揮 自身的優(yōu)點。圓環(huán)鏈傳動是一種具有中間撓性件的嚙合傳動，它即有齒輪傳動的特 點，也有帶傳動的特點，但與其比較還有它自身的特點。它的顯著特點是:a、圓環(huán) 鏈傳動的制造與安裝精度要求低，b、鏈條對軸的作用力較小。c、圓環(huán)鏈傳動能有 緩沖與吸振性能。d、它的傳動比準確。e、對環(huán)境適應能力強。因此它是刮板輸送 機的關鍵配件之一，它起到連接各部件成為完整系統(tǒng)的同時，還承受很大的交變載 荷。隨著煤炭工業(yè)機械化的發(fā)展，大功率高效采煤機和長距離、大功率輸送機迅速 增加，對大規(guī)格的礦用高強度。圓環(huán)鏈需求量逐年增加。因此，研究圓環(huán)鏈傳動對 生產實踐具有重要的意義。 大型刮板輸送機帶來的問題 隨著開采技術的發(fā)展，工作面產量的不斷增加，要求刮板輸送機運輸能力、鋪 設長度不斷增加。這樣雖大幅度地提高了生產力，但同時它也帶來了一些問題。刮 板輸送機在生產中時常發(fā)生斷鏈和燒毀電機的事故。目前國內刮板輸送機采用限矩 型水介質液力偶合器近似地作為一種軟起動裝置在廣泛地使用:但由于偶合器自身的 缺陷，雙速電機在刮板輸送機上被迅速推廣使用。多機驅動系統(tǒng)雙速電動機之間存 在嚴重的負載不均衡是電動機出現(xiàn)故障的主要因素。安全保護和減小電動機本身尺 寸又成為一個問題。在起動、制動過程中，由于刮板與中板、煤與中板、煤與煤之 間存在摩擦。各部分加速度的大小以及速度的大小對刮板鏈應力波傳播的影響，會 導致許多問題。從經濟方面考慮，刮板輸送機系統(tǒng)投資大，進行經濟合理的設計， 對節(jié)省工程投資、降低運營費用極為重要。合理的布置刮板陽間距，不僅能提高輸 送能力、降低刮板的數(shù)量、減少設備投資、減輕對刮板輸送機的運行阻力，同時還 能削弱輸送機的共振問題。 南昌航空大學科技學院學士學位論文 14 第三章 刮板輸送機的性能計算 3.1 輸送量的計算 3.1.1：已知條件： 煤層厚度 ，傾斜角度 ，工作面長度 L=230 ，煤的實體比重mh2??10??m ，用淺截式康拜因割煤，牽引速度 ，截深 。輸送34.1/mtr? in5.2vk b6.0? 機為邊雙鏈。 3.1.2：確定輸送量 htrbhvQk 2504.126.060/ ??? 3.1.3：確定鏈速 中間槽斷面形狀及尺寸如下圖 圖 3.1 中間槽斷面 中間槽斷面積 21F??2607.1630mhb????42btg? 鏈速： 605.28.01632560360 ??????kvrFQv? 南昌航空大學科技學院學士學位論文 15 sm04.85.?? 取 smv89.0? 式中： in52k 式中的符號當輸送機輸送方向與采煤機械牽引方向相同時取“+” ，反之取“- ” 煤的松散容積比重 0.85?r 3mt 3.2 刮板輸送機輸送能力的計算 用淺截式康拜因，刨煤機或裝載機裝煤時刮板輸送機輸送能力可按照下式計算： ??1360.FvqQ? 式中： 刮板鏈相對速度?1v 式中： 刮板鏈運行速度取 smv85.0? 輸送機溜槽裝載斷面面積F 輸送機每米長度上貨載重量q?1v)(60svk? 該式中符號，當采煤機械牽引方向與輸送機輸送方向相反時取“-”號，反之相 同取“+”號。 605.281.901??v = 4.. 取 為 0.851v 南昌航空大學科技學院學士學位論文 16 3.3 刮板輸送機的阻力計算 3.3.1 可拆卸式刮板輸送機的阻力計算 1：單位長度內煤的重量 ；q =81.785.0632)(6.3?????kvQmkg 2：刮板鏈移動阻力： 空段鏈子移動阻力： )sinco(1???fLqW? 重段鏈子移動阻力 )si()si('1????fz? 式中 —單位長度內煤的重量，qmkg —刮板鏈每米重量，? L—輸送機長度， —傾斜角度， （度）? —刮板鏈在槽內移動的阻力系數(shù)，見表 3-11f 表 3-1 阻力系數(shù) 值1f 取 為 0.31f —煤在槽內移動的阻力系數(shù)，見表 3-2/W 表 3-2 阻力系數(shù) 值/W 刮板輸送機結構形式 1f 無導向裝置 0.25～0.35單鏈 有導向裝置 0.35～0.4 無導向裝置 0.2～0.25雙鏈 有導向裝置 0.25～0.35 南昌航空大學科技學院學士學位論文 17 取 為 0.8/W 因為 為 22×86 圓環(huán)鏈，查表可知其參數(shù)為?q ， =9.4×2=18.8 （2 表示雙鏈，所以乘以 2）2?d?qmkg)10sinco3.0(58.1???? = 7.4.???????? 10sinco8.258sinco3.0258.1 ??????zW = 13.96.247 = kgf196. 3.4 刮板輸送機功率計算 （1）計算滿載功率 maxN ???102.vWzq???K = 8.9.0734479? =203.42 ：轉動裝置效率，取 0.8? （2）計算空載功率 xN ?102.vWxx??K ：刮板輸送機的空載移動阻力xW 刮板輸送機結構形式 /W 工作鏈布置在回空鏈上面 0.55單鏈 工作鏈與回空鏈在一個水平面上 0.75 有導向裝置，工作面底板較平直 0.6～0.8雙鏈 有導向裝置，工作面底板起伏不平 1.2 南昌航空大學科技學院學士學位論文 18 =xW10cos3.258.1cos21 ????Lfq? =2777.15kgf 所以 8.01297.?xN =33.3K （3）計算平均功率 ：p 2max2ax6.0p NN?? = 30.4..3. ? =134 ，選取 220KW 3.5 刮板鏈張力的計算 3.5.1 采用兩臺電動機并分別方在兩端的轉動形式的靜張力計算 圖 3.2 靜張力布置圖 ， min2S?kgf ，ZW?34 ，?'1?kf ，qS?2g ，' z??kf 所以 273.04.1479'??W =8477.23 南昌航空大學科技學院學士學位論文 19 —初張力，一般為 200～500 ，取 3003Skgfkgf73.149.72504???Sf5.628319'1???Wkg.20.62q f 一般情況下，最大靜張力 4maxS? 3.5.2 刮板鏈動張力 maxmax%20SSd?? =14999.73×0.2 =2999.946 3.5.3 刮板鏈安全強度的核算 maxcpSin??? 式中 —安全系數(shù)，一般應大于 3n —單根鏈子的破斷拉力，57000pSkgf —焊接圓環(huán)鏈取?85.0??max2785.0cn?? —鏈子內的最大總張力maxcS maxaxmadcSS?? =14999.73+2999.946 =17999.676 所以 387.56.1792085.???n 所以刮板鏈的強度是夠的。 南昌航空大學科技學院學士學位論文 20 3.6 鏈輪的幾何尺寸計算 因為圓環(huán)鏈已經選定，可知 ，節(jié)距 ，圓環(huán)鏈最大外寬 ，2?d86?p74?b 選定該鏈輪的齒數(shù)為 6N 所以鏈輪節(jié)距角 ?230 ?? = 6 ?? 鏈輪節(jié)圓直徑 22)90cos()90sin(NdPD??? ? = 22690cos690sin8?????????????? =333 鏈輪外徑 dDe2??? =333+2×22 =377 鏈輪立環(huán)立槽直徑 i ?????bNtgdtgPDi )90()90(?? 因為該圓環(huán)鏈的規(guī)格為 22×86，所以 1?? 所以 974)6(2)690(8????tgtgi? =234 鏈輪立環(huán)立槽寬度 =22+8=30???dL 由于該鏈的規(guī)格查表的得 為 8 齒根圓弧半徑 125.0.2??R 南昌航空大學科技學院學士學位論文 21 鏈窩長度 286075.12075.1?????dpL =136 鏈輪中心至鏈窩底平面的距離 H ，該值精確到 0.551.0)9()90(5. ????NtgdtgpH?? .46.)6()6(8. ????tt 鏈窩平面圓弧半徑 ， 值等于接鏈環(huán)圓弧部分的最大外圓半徑。圓心在接3R 鏈環(huán)中心線上，此中心線平行鏈窩平面，距鏈輪中心的距離為 dH5.0? 所以 等于 383 短齒厚 dNAdHW????)180cos()180sin()2( ?? = 2665.146??? ?? =80.7，取 81 鏈窩中心距 dPA???07. =114045，取 114 齒形圓弧半徑 R5.1? 32.861??? 立環(huán)槽圓弧半徑 12.0.4d 短齒根部圓弧半徑 5R 3.7 其他一些部件的選取 3.7.1 刮板的選取 根據(jù)邊雙鏈選取，因鏈子的規(guī)格為 22×86，鏈條公稱中心距為 600 形式為,m 形，其圖形及主要尺寸如下：?? 南昌航空大學科技學院學士學位論文 22 圖 3.3 邊雙鏈刮板 表 3-3 型刮板主要尺寸表（MT/T72—1998 ） ?? m 橫向間隙 E 中部厚 G 倒角位置 J 鏈條 公稱 尺寸 和節(jié) 距 鏈 條 公 稱 中 心 距 刮板 全長 B 孔中心 距 C 孔直 徑 D ? 型 min V 型 min 刮 板 高 F 型??V 型 ? 型 max 型 min 縱向間 隙 H 22× 86 600 508～ 512 449.5～ 450.5 25～ 25.5 46 90 81 23.5～ 24 23～ 23.5 15 18 26～26 .5 3.7.2 電動機的選取 根據(jù)計算出來的平均功率的大小，可以選取兩臺 110 的刮板輸送機用電動KW 機 YSB—110 3.7.3 液力偶合器的選取 根據(jù)所選電動機功率的大小 110 ，并且根據(jù)說明書的要求可直接選取液力KW 偶合器，其代號為 YOXD500，其具體的尺寸有關數(shù)據(jù)可從《綜采技術手冊》中查得。 南昌航空大學科技學院學士學位論文 23 3.7.4 減速器的選定 由于已有很多廠家生產該種減速器，所以采用外購形式取得該減速器，并根據(jù) 電動機功率的大小和傳動比值，選取刮板輸送機用減速器，其型號為 6JS—110 南昌航空大學科技學院學士學位論文 24 第四章 刮板輸送機的動力學分析 4.1 刮板輸送機的物理模型 為了能把輸送機的模型從眾多復雜影響因素中抽象出來，在建模的過程中需要進行一些假 設。本論文采用如下假設： A：鏈條沿輸送方向上的力學性能相同，即鏈條被當成均質材料，不考慮接頭 處的特性變化 B：鏈條與鏈輪、溜槽的靜摩擦系數(shù)在輸送機運行過程中分別保持為常數(shù) 4.1.1 驅動系統(tǒng)的物理模型 驅動系統(tǒng)的組成如圖 4.1 所示 驅動系統(tǒng)包括電機、聯(lián)軸裝置、減速器、驅動鏈輪以及相關的控制系統(tǒng)。驅動 系統(tǒng)的工作性能主要由電機與聯(lián)軸裝置來決定，因此目前一些改善驅動性能的設計 都集中在這兩方面。 聯(lián)軸裝置用于電機輸出軸與減速器輸入軸之間的連接（在有些驅動裝置中聯(lián)軸 器與減速器為一體結構）。其作用是對電機的輸出特性作進一步調整改善，使從聯(lián) 軸裝置輸出的動力特性更有利于提高驅動鏈輪的工作性能。目前刮板輸送機使用較 多的聯(lián)軸裝置有液力偶合器（限矩型或調速型）、彈性聯(lián)軸節(jié)和滑差離合器等液力 動力傳遞機構。同驅動電機一樣，聯(lián)軸裝置也可以通過一些控制系統(tǒng)調整其特性參 數(shù)來滿足不同的需要。 圖 4.1 驅 動 電 機監(jiān) 控 系 統(tǒng) 聯(lián) 軸 裝 置 減 速 器監(jiān) 控 系 統(tǒng) 2鏈 輪 與 鏈 條 南昌航空大學科技學院學士學位論文 25 驅動系統(tǒng)結構圖 刮板輸送機中的減速器一般都是齒輪減速器，其動力特性對鏈條的特性影響不 大，因為齒輪嚙合過程中的振動頻率遠比鏈條高，且驅動鏈輪與機頭架或機尾架的 大慣性質量可以很好地平衡齒輪振動帶來的動力波動。 4.1.2 輪的物理模型 鏈輪系統(tǒng)包括牽引鏈輪、導向鏈輪、育軸以及機頭架、機尾架等鏈輪承載機構。 鏈輪系統(tǒng)對輸送機動態(tài)性能有影響的特性主要有:鏈輪的齒數(shù)、節(jié)園直徑、慣性矩、 摩擦阻力(包括靜阻力與動阻力)、機頭架和機尾架的平動質量等。 4.1.3 鏈條系統(tǒng)的物理模型 鏈條系統(tǒng)包括鏈條、所運物料以及裝料與卸料的方式，鏈條本身的物理特性 (如彈性系數(shù)與粘性系數(shù))、物料的物理特性(如比重、堆積角、分布系數(shù)等)、裝料 與卸料的位置與裝卸料方式對鏈條造成的沖擊等，均對輸送機的動態(tài)特性產生影響， 這些因素都將在數(shù)學模型中予以考慮。 其它的輸送機部件對其動態(tài)特性影響較小，可以忽略不計或在實地測量基礎上 以經驗系數(shù)的形式給出。 4.2 刮板輸送機的數(shù)學模型 在輸送機的物理模型與基本假設的基礎上，對物理模型中影響輸送機動態(tài)特性 的各種因素進行分析并用數(shù)學語言進行描述，即可得到輸送機的數(shù)學模型。 4.2.1 驅動系統(tǒng)的數(shù)學模型 驅動系統(tǒng)的數(shù)學模型根據(jù)物理模型中所描述的相應部分建立，即電機、聯(lián)軸裝 置與驅動滾筒。 (l)電動機的數(shù)學模型 目前煤礦輸送機上主要使用三相異步電動機。在沒有實驗曲線的情況下，根據(jù) 廠家提供的參數(shù)，可用下式近似的計算電動機的機械特性， 南昌航空大學科技學院學士學位論文 26 qSM??maxamx2 式中 —電動機最大力矩， ；maxMegxka —電動機最大滑差，S )1(2m???gzzS —電動機過載系數(shù)gzkegzMkax —電動機額定力矩eMenp950? —電動機額定滑差， ；eS?Se? —電動機滑差， ；?nd? —電動機的額定轉速、同步轉速、任意轉速和額定輸出功率；edepn,? (2)聯(lián)軸裝置的數(shù)學模型 聯(lián)軸裝置的主要作用是把力矩從電機輸出軸傳遞到減速器輸入軸，并且可以在 傳遞力矩的過程中改變力矩的變化特性，這里我們只對目前應用比較廣泛的彈性聯(lián) 軸器和液力偶合器進行分析。 液力偶合器廣泛地應用于刮板輸送機的驅動系統(tǒng)中，其優(yōu)點及力矩方程的理論 推導在有關書籍中有詳細的介紹，此處不再贅述。下面僅給出工程上適用的力矩方 程: 2552)1(snDnMB?????? BTi f)( 式中 ；液力偶合器泵輪或渦輪傳遞的扭矩，單位 ；r? mN? —力矩系數(shù)， = ， 是傳動比；??)(if —液體密度，單位 ；?3mkg —液力偶合器的有效直徑，單位 ；D 南昌航空大學科技學院學士學位論文 27 —泵輪、渦輪的轉速；TBn, —電動機的同步轉速和滑差；S? 在已知液力偶合器的原始特性方程后，可得出具有液力偶合器的驅動力方程式: RDniFinDRF nmsnsMtFcmt BCTdBBcd ddmcxx x?????? 521015200 22ax111 013 )()()()()(????????????? ??? ???? ?? ? 式中： —電動機轉子及與其相聯(lián)的液力偶合器的變位質量，變位到轉子軸的?m 圓周上，單位 kg; —減速器及與其相聯(lián)的液力偶合器、驅動鏈輪的變位質量，單位 kg;1 一電動機轉子半徑和驅動鏈輪等效節(jié)圓半徑，單位 m;R,0 一電動機轉子軸圓周和驅動鏈輪的線位移，單位 m;1x 一減速器的速比及傳動系統(tǒng)的效率;?,i 一分別為作用到電動機轉子軸上和驅動鏈輪等效節(jié)圓半徑上的圓周10,cF 力，單位 N; 一驅動鏈輪兩側邊刮板鏈的拉力，單位 N;21, 更準確的辦法是用液力偶合器的原始特性曲線與電動機的機械特性曲線聯(lián)合求 出輸出特性，最好是用數(shù)字化儀對兩種原曲線描點，用曲線擬合理論分別建立 M 一 f(n。 ，n，)和輸出特性的計算式，關于這一點幾乎在所有有關液力偶合器的書籍中 南昌航空大學科技學院學士學位論文 28 都做介紹。 （3） 鏈輪系統(tǒng)的數(shù)學模型 刮板輸送機的牽引鏈由鏈輪驅動。鏈輪旋轉時，輪齒依次與鏈環(huán)嚙合，牽引著 鏈條連續(xù)運動，將鏈輪旋轉的轉矩變成直線牽引力。鏈條是由許多一定長度的剛性 鏈節(jié)組成，繞經鏈輪時呈多邊形圍繞。鏈輪是通過電機、減速器來驅動的，鏈輪做 勻速轉動，因此牽引鏈條的運動是變速直線運動，并以鏈輪旋轉一個鏈節(jié)所對應的 中心角為周期。 如圖所示，隨著鏈輪的旋轉，相對轉角是變化的，因此牽引鏈的速度也是變化 的。牽引鏈速度 v 可用下式轟示 （4—1）??cosRv? 設鏈輪轉動一個輪齒所對應的中心角為，所需時間為 2 ，稱為一個嚙合周期。? 一個嚙合周期中， 角的變化范圍是從 到 。以開始嚙合瞬間為時間起?20a?0? 點，當 為常數(shù)時，齒 1 開始與牽引鏈嚙合后運動 t 秒的角位移為：? （4—2）)(???t 此時鏈子的運行速度為: （4—3）)cos(?tRv 當 時，0?t min002,2vaa????? 當 時， =0，?maxv? 當 時，2t min00)cos(, vR? 刮板鏈速度變化規(guī)律如圖所示。 刮板鏈運行的加速度可通過對速度求導數(shù)獲得: 南昌航空大學科技學院學士學位論文 29 （4—4）)(sin2????tRdtva 將關系式 （4—5）60? （4—6）ZIvnp? 式中 一牽引鏈運行平均速度，m/spv Z 一主動鏈輪齒數(shù); l 一鏈環(huán)節(jié)距，m; n 一鏈輪轉速，r/min; 代入（4—2）式，得： （4—7）)(sin42??????tlZvRa 當 t 由 0 變化到 時， 角由一 a。/2 變化到+a。/2，加速度的變化由 到?2? mina ：max （4—8）2sin402minlZvRa??? （ 4—9）i02axal 由式（4—8）和式（4—9）可以看出，鏈子在運行過程中的加速度發(fā)生方向的 突變。加速度的變化規(guī)律如圖 b 所示。 由于牽引鏈在運行過程中加速度發(fā)生周期性變化，所以牽引鏈在運行過程中除 承受靜張力外，還承受周期性動張力。 （4）刮板鏈的數(shù)學模型 本文將鏈條作為一維粘彈性對象處理。描述粘彈性物質的力學模型一般是由彈 性元件(彈簧)和粘性元件(阻尼器)組成的，主要有 Maxwell 模型、Vogit 模型以及 由這兩種模型組合得到的復合模型。在鏈條物理模的基礎上，此處選用 Vogit 模型， 如圖 4 一 2 所示。 研究刮板鏈粘彈性模型的最終目的是找出模型的本構方程式，即刮板鏈條內的 南昌航空大學科技學院學士學位論文 30 應力與應變的函數(shù)關系，以便利用數(shù)學方法將刮板鏈離散成單元進行數(shù)值仿真計算， 模擬刮板輸送機在運行中的動態(tài)響應。 Vogit 模型的本構方程為： （4— 10）)(dtE????? 式中 一刮板鏈的應力;? 一刮板鏈的應變;? E 一刮板鏈的彈性模量; 一刮板鏈的流變常數(shù)。? 圖 4.2 鏈條的 Vogit 模型 刮板鏈在運行時具有粘彈性動力特性，在目前的測試條件下，vogit 模型是一 種簡單而且能滿足工程設計要求的模型，如圖 4 一 2 所示。圖中 k、c 是刮板鏈的剛 度系數(shù)和粘性系數(shù)。鏈條、刮板和貨載與溜槽之間的摩擦以及貨載內部的摩擦，對 刮板鏈各點的運動狀態(tài)都有影響。因此，建立刮板鏈的數(shù)學模型時必須考慮這一點。 由于刮板鏈在溜槽中滑行，故工作阻力很大。 4.3 刮板輸送機的動力學模型 在刮板輸送機物理模型的基礎上，構造出刮板輸送機系統(tǒng)的動力學模型，不僅 要考慮刮板鏈過鏈輪時鏈子的動態(tài)特性，刮板鏈自身的特性，刮板鏈與中板、煤之 間的關系，還要考慮驅動系統(tǒng)的結構形式、緊鏈方式、起制動方式等，因而要得到 一個符合實際的系統(tǒng)模型，首先應正確建立各個部分的子模型。 4.3.1 驅動系統(tǒng)動力學模型 圖 4.3 為具有彈性聯(lián)軸節(jié)的驅動裝置模型。圖 4.4 為具有液力偶合器的驅動 系統(tǒng)的動力模型。圖中:m。為電動機轉子和左半聯(lián)軸節(jié)的轉動慣量，ml 為右半聯(lián)軸 節(jié)、減速器和鏈輪的轉動慣量;x。為電機轉子角位移;xl 為驅動鏈輪周邊線位移; ko、c。為聯(lián)軸節(jié)當量扭轉剛度和當量扭轉阻尼;F(t)為電機轉子輸出的扭矩函數(shù);Fc 南昌航空大學科技學院學士學位論文 31 為液力偶合器傳遞的扭矩。 圖 4.3 彈性連軸節(jié)的驅動系統(tǒng)動力學模型 對應模型圖 4.3 的動力方程為: （4—11）0)10()01( 210 ??????? Fkccmtxx 圖 4.4 具有液力偶合器的驅動系統(tǒng)的動力學模型 對應模型圖 4.4 的動力方程為: (4—12)),0( 0)(1210 xfFFcmtc?????? 4.3.2 鏈輪的動力學模型 鏈輪是輸送機傳動的重要部件。刮板鏈是靠它傳動的。鏈輪滾筒要承受整個機 器的最大扭矩，同時在工作中還要承受脈動載荷和附加載荷。 鏈輪的動力模型如圖 4.5 所示: 對于改向鏈輪 F(t)=0;驅動鏈輪 F(t)=F(驅動力)，圖中的 m 是驅動系統(tǒng)的變位 質量。包括電機的轉子、減速器的傳動部分和鏈輪的變位質量。鏈輪軸承及鏈子繞 南昌航空大學科技學院學士學位論文 32 過鏈輪時的產生的摩擦阻力，軸承處阻力相對于系統(tǒng)來說比較小，可以忽略。所以 鏈輪所受阻力近似為鏈條過鏈輪時的纏繞阻力 ，該模型的動力方程為：0