P-90B型耙斗式装载机设计说明书
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摘
要
P-90B 耙斗式装载机属于矿井巷道掘进的装岩设备，是耙装机和转载机“合二为一” 的机型。可称之为转载式耙斗装岩机。在巷道掘进中，作为装载设备的装岩机有多种， 主 要分耙斗式、铲斗式装岩机两种。P-90B 耙斗装载机是一种用绞车牵引耙斗把岩石装入矿 车的机械。 其符号的意义是： P——耙斗式； 90——耙斗的容积为 0.9 m3 ； B——设计序号。 3 它适用于巷道净高大于 2m，断面为 5 m 以上的巷道。 为了适应大断面矿井快速掘进的要求， 从而解决装载速度不能满足掘进速度要求的矛 盾， 论文中以耙斗装岩机的生产率和耙斗容积为已知条件， 通过大量的计算、 推理和论证， 设计了耙斗装岩机的减速器、工作滚筒等绞车主要部件。其中工作滚筒的传动部分采用行 星齿轮机构来完成，具有操作省力、灵活，调整简便，事故少，维修工作量小的优点， 同 时在吸取成型产品生产和使用经验的基础上完成了耙斗装岩机的绞车设计。 P-90B 耙斗装载机主要由钢丝绳、耙斗、机架、台车、操作机构和绞车等部分组成。 这种装载机的优点为装载能力大、装岩效率高、安全可靠、故障少、易维修、使用范围广、 结构简单，便于制造等等。但体积大、钢丝绳磨损快。 关键词：耙斗装岩机； 滚筒； 行星齿轮
5 行星轮的设计...................................................................................................... 30
5.1 工作滚筒行星机构设计................................................................................................ 30 5.2 空程滚筒行星机构的设计............................................................................................ 39
目
录
1 前 言.................................................................................................................... 1
1.1 绞车的简介...................................................................................................................... 1 1.2 耙斗装载机的工作原理.................................................................................................. 2
1
中国矿业大学成人教育学院 2013 届本科生毕业设计
杆被带动按顺时针转动，则对相应的内齿圈进行制动；反之操纵手柄向左拉时，通过相应 的长杆使拉杆向上移，则对相应的内齿圈就进行松闸。 1.1.3 辅助闸 辅助闸主要是由铜丝石棉带、闸瓦、接头、支座、弹簧、活塞、把手和把座等部分组 成。绞车工作时，只有一个滚筒缠绕钢丝绳处于工作状态；另一个滚筒却响应的处于浮动 状态，随着耙斗的移动松开钢丝绳。这样，当耙斗停止工作时，由于浮动滚筒的惯性， 会 使该滚筒继续转动而放出部分钢丝绳，使堆积在滚筒的出绳口处引起乱甚事故，使钢丝绳 很容易损坏。为此，在两个滚筒的轮缘上各安装一个辅助闸，其作用就是以一定的制动力 抵消浮动滚筒的惯性力矩，一般情况下这个辅助闸始终闸紧滚筒轮缘，使滚筒旋转始终具 有一定的摩擦阻力矩，以便耙斗停止运动时及时克服惯性力矩而使浮动滚筒停止放绳。 辅 助闸的力矩一 般是较小的，不致影响卷筒的正常转动。若摩擦阻力矩过大，则会增加绞 车无用功率的消耗，降低机械效率。 辅助闸的支座用螺钉固定在绞车架上。把座和支座之间为螺纹配合。带偏心的手把安 装在把座上。当顺时针转动手把时，手把上的偏心盘推压活塞向左移动，压缩弹簧，使接 头推动闸带作用在卷筒轮缘上， 产生一定摩擦阻力矩， 抵消卷筒的惯性力矩。 正常情况下， 辅助闸手把就被调整在一定的位置不动，使卷筒轮缘上始终具有一定的摩擦阻力矩。只有 当人工拖拉钢丝绳的情况下，为了减轻人力，才将手把逆时针转动 180 ，使弹簧松开，此 时闸带只以很小的力贴在卷筒轮缘上。闸带中的铜丝石棉带磨损后可更换。 1.1.4 传动系统 绞车的传动系统如图所示。电动机启动后，经减速器内齿轮 Z1 Z 2 Z 3 Z 4 Z 5 ，使 绞车主轴转动。 主轴上用花键固定着两个中心轮 Z 6 和 Z 9 ， 分别与三个行星齿轮 Z 7 和 Z10 啮 合，并与相应的内齿圈 Z8 和 Z11 组成两套行星齿轮传动机构，传动工作滚筒和空程滚筒， 当耙斗装载机工作时，需扳动操纵手把使带式制动闸闸紧内齿圈 Z8 ，三个行星齿轮的行 星轮架则被带动着与中心齿轮 Z 6 同向旋转。因工作卷筒用键固定在行星轮架上，故工作 卷筒也就随着行星轮架同时旋转，使工作钢丝绳不断地缠绕到该卷筒上，牵引耙斗耙取岩 石进入溜槽，实现耙斗的工作过程。与此同时，由于耙斗的移动，拉着返回钢丝绳从空程 滚筒上放松下来，所以空程滚筒与工作滚筒按相反的方向旋转。由于空程滚筒也用键与相 应的行星轮架固定，故此行星轮架也就随着空程滚筒转动。由于内齿圈 Z11 未被闸紧，而 中心齿轮 Z 9 始终随主轴一起转动， 所以通过行星齿轮 Z10 带动内齿圈 Z11 随空程滚筒同向转 动。同理，当带式制动闸闸紧内齿圈 Z11 而松开内齿圈 Z8 时，返回钢丝绳不断地缠绕到空 程滚筒上，工作钢丝绳则由工作卷筒上放松下来，使耙斗实现返回行程。 必须注意两个内齿圈只能一个闸紧另一个松开， 不能同时闸紧， 否则将引起耙斗跳动， 甚至拉断钢丝绳，造成人身和设备事故。当两个带式制动闸同时松开相应的内齿圈时， 两 个卷筒都不旋转，使耙斗处于原来位置不动，这如同停止电动机运转一样。由此可见， 采 用这种绞车可防止电动机频繁起动，耙斗运动换向容易实现，对保护电气设备有利。由于 耙斗工作行程的阻力远大于返回行程的阻力， 可使空程滚筒的工作转速比工作滚筒的工作 转速快一些，以减少返回所需的时间，因此相应的行星轮传动比是不一样的。
2 总体设计................................................................................................................ 4
2.1 设计总则.......................................................................................................................... 4 2.2 已知条件.......................................................................................................................... 4 2.3 电动机的选型.................................................................................................................. 4 2.4 牵引钢丝绳直径的确定.................................................................................................. 5 2.5 传动比的分配及行星轮齿数的确定.............................................................................. 6 2.6 卷筒直径的确定.............................................................................................................. 8
1
中国矿业大学成人教育学院 2013 届本科生毕业设计
1 前
1.1 绞车的简介
言
P-90B 型耙斗式装载机的绞车是采用行星轮传动的双滚筒绞车， 它由电动机、 减速器、 带式制动闸、空程滚筒、工作滚筒、辅助闸和绞车架等部分组成。闸带式双卷筒绞车的一 个卷筒用来缠绕工作钢丝绳（称工作滚筒） ，另一个卷筒则用来缠绕回程钢丝绳（称空程 滚筒） 。当启动电动机之后，可经减速器带动绞车主轴旋转，此时两个卷筒不动。若需耙 斗开始耙取岩石工作时，司机操作控制手柄将工作滚筒一侧的带式制动闸闸紧，通过行星 轮结构，其工作滚筒随主轴旋转缠绕钢丝绳，使耙斗处于工作状态。这时空程滚筒是处于 浮动状态若使耙斗返回到耙岩石位置时，司机松开控制工作滚筒一侧的带式制动闸手柄， 而将空程滚筒一侧的带式制动闸闸紧通过相应的行星轮结构， 空程滚筒则随主轴的旋转缠 绕钢丝绳，使耙斗处于回程状态。这时工作滚筒处于浮动状态。 制动闸除控制卷筒旋转缠绕钢丝绳使耙斗往返工作外，还可控制耙斗的运行速度。 利 用闸带与内齿圈闸轮之间摩擦打滑的特性，闸紧一 些速度就快一些，相反就慢一些。两 个辅助闸用来对工作滚筒和空程滚筒进行轻微制动，以防止卷筒处于浮动状态时，缠在卷 筒上的钢丝绳松圈而造成乱绳和压绳的现象。 1.1.1 主轴部件 绞车的主轴部件主要由工作滚筒和空程滚筒、内齿圈、行星轮架、绞车架、行星轮、 中心轮、主轴和轴承等部分组成。绞车主轴穿过两个卷筒的内孔，并用花键固定着两个中 心轮。工作滚筒和空程滚筒用键联接在相应的行星轮架上，同时支承在相应的 滚动轴承 上。内齿圈的外缘就是带式制动闸的制动轮，这两个内齿圈也支承在相应的轴承上。整个 绞车通过绞车固定在机器的台车上。主轴的安装方式很特殊，它没有任何轴承支承，呈浮 动状态。这种浮动结构能自动调节三个行星轮上的负荷趋于均匀，使主轴不受径向力， 只 承受扭距。主轴左端与减速器伸出轴上大齿轮的花键连接，实现传递扭距。 1.1.2 带式制动闸 带式制动闸主要由钢带、钢丝石棉带、摇杆、和拉杆等部分组成闸带。石棉带磨损后 可更换。闸带呈半圆形对称布置，两条闸带用圆柱销与绞车机架连接。当操纵机构使摇杆 顺时针转动时，则摇杆时右闸带闸紧内齿圈外缘；同时，由于拉杆随摇杆向右移动使左闸 带也闸紧内齿圈外缘，从而实现内齿圈的制动。反之，当操纵机构使摇杆逆时针转动时， 摇杆使右闸带离开内齿圈外缘，同时拉杆随摇杆向左移动使左闸带也离开内齿圈外缘， 即 左右闸带几乎同时向外张开，从而实现内齿圈的松闸。为防止闸带松开距离过大，缩短制 动时间，在闸带外缘上铆有凸肩。当该凸肩碰到固定在绞车架上的挡板后，闸带便停止向 外张开，使闸带内表面与内齿圈外缘之间保持一定的工作间隙。该间隙的大小可用调节螺 钉进行调节。两套带式制动闸可借助相应的杠杆操纵机构进行操作。 操作机构 操作机构主要由空程滚筒操纵手柄、工作滚筒操纵手柄、拉杆、短杆、长杆和连杆等 部分组成。这是两套组装在一起的 杠杆操纵机构。空程滚筒操纵手柄和工作滚筒操纵手 柄向右推时，通过相应的长杆或使拉杆向下移，因拉杆是与制动闸中的摇杆连接，所以摇
结 束 语.................................................................................................................. 49 参考文献.................................................................................................................. 50 致 谢.................................................................................................................. 51
3 减速器的设计........................................................................................................ 8
3.1 传动装置的运动和动力参数的确定.............................................................................. 8 3.2 高速级传动装置的运动和动力参数计算...................................................................... 9 3.3 低速级传动装置的运动和动力参数计算.................................................................... 15
4 轴的设计.............................................................................................................. 22
4.1 轴的确定与校核............................................................................................................ 22 4.2 轴承的选择与校核........................................................................................................ 27 4.3 花键的选择与校核........................................................................................................ 30
要
P-90B 耙斗式装载机属于矿井巷道掘进的装岩设备，是耙装机和转载机“合二为一” 的机型。可称之为转载式耙斗装岩机。在巷道掘进中，作为装载设备的装岩机有多种， 主 要分耙斗式、铲斗式装岩机两种。P-90B 耙斗装载机是一种用绞车牵引耙斗把岩石装入矿 车的机械。 其符号的意义是： P——耙斗式； 90——耙斗的容积为 0.9 m3 ； B——设计序号。 3 它适用于巷道净高大于 2m，断面为 5 m 以上的巷道。 为了适应大断面矿井快速掘进的要求， 从而解决装载速度不能满足掘进速度要求的矛 盾， 论文中以耙斗装岩机的生产率和耙斗容积为已知条件， 通过大量的计算、 推理和论证， 设计了耙斗装岩机的减速器、工作滚筒等绞车主要部件。其中工作滚筒的传动部分采用行 星齿轮机构来完成，具有操作省力、灵活，调整简便，事故少，维修工作量小的优点， 同 时在吸取成型产品生产和使用经验的基础上完成了耙斗装岩机的绞车设计。 P-90B 耙斗装载机主要由钢丝绳、耙斗、机架、台车、操作机构和绞车等部分组成。 这种装载机的优点为装载能力大、装岩效率高、安全可靠、故障少、易维修、使用范围广、 结构简单，便于制造等等。但体积大、钢丝绳磨损快。 关键词：耙斗装岩机； 滚筒； 行星齿轮
5 行星轮的设计...................................................................................................... 30
5.1 工作滚筒行星机构设计................................................................................................ 30 5.2 空程滚筒行星机构的设计............................................................................................ 39
目
录
1 前 言.................................................................................................................... 1
1.1 绞车的简介...................................................................................................................... 1 1.2 耙斗装载机的工作原理.................................................................................................. 2
1
中国矿业大学成人教育学院 2013 届本科生毕业设计
杆被带动按顺时针转动，则对相应的内齿圈进行制动；反之操纵手柄向左拉时，通过相应 的长杆使拉杆向上移，则对相应的内齿圈就进行松闸。 1.1.3 辅助闸 辅助闸主要是由铜丝石棉带、闸瓦、接头、支座、弹簧、活塞、把手和把座等部分组 成。绞车工作时，只有一个滚筒缠绕钢丝绳处于工作状态；另一个滚筒却响应的处于浮动 状态，随着耙斗的移动松开钢丝绳。这样，当耙斗停止工作时，由于浮动滚筒的惯性， 会 使该滚筒继续转动而放出部分钢丝绳，使堆积在滚筒的出绳口处引起乱甚事故，使钢丝绳 很容易损坏。为此，在两个滚筒的轮缘上各安装一个辅助闸，其作用就是以一定的制动力 抵消浮动滚筒的惯性力矩，一般情况下这个辅助闸始终闸紧滚筒轮缘，使滚筒旋转始终具 有一定的摩擦阻力矩，以便耙斗停止运动时及时克服惯性力矩而使浮动滚筒停止放绳。 辅 助闸的力矩一 般是较小的，不致影响卷筒的正常转动。若摩擦阻力矩过大，则会增加绞 车无用功率的消耗，降低机械效率。 辅助闸的支座用螺钉固定在绞车架上。把座和支座之间为螺纹配合。带偏心的手把安 装在把座上。当顺时针转动手把时，手把上的偏心盘推压活塞向左移动，压缩弹簧，使接 头推动闸带作用在卷筒轮缘上， 产生一定摩擦阻力矩， 抵消卷筒的惯性力矩。 正常情况下， 辅助闸手把就被调整在一定的位置不动，使卷筒轮缘上始终具有一定的摩擦阻力矩。只有 当人工拖拉钢丝绳的情况下，为了减轻人力，才将手把逆时针转动 180 ，使弹簧松开，此 时闸带只以很小的力贴在卷筒轮缘上。闸带中的铜丝石棉带磨损后可更换。 1.1.4 传动系统 绞车的传动系统如图所示。电动机启动后，经减速器内齿轮 Z1 Z 2 Z 3 Z 4 Z 5 ，使 绞车主轴转动。 主轴上用花键固定着两个中心轮 Z 6 和 Z 9 ， 分别与三个行星齿轮 Z 7 和 Z10 啮 合，并与相应的内齿圈 Z8 和 Z11 组成两套行星齿轮传动机构，传动工作滚筒和空程滚筒， 当耙斗装载机工作时，需扳动操纵手把使带式制动闸闸紧内齿圈 Z8 ，三个行星齿轮的行 星轮架则被带动着与中心齿轮 Z 6 同向旋转。因工作卷筒用键固定在行星轮架上，故工作 卷筒也就随着行星轮架同时旋转，使工作钢丝绳不断地缠绕到该卷筒上，牵引耙斗耙取岩 石进入溜槽，实现耙斗的工作过程。与此同时，由于耙斗的移动，拉着返回钢丝绳从空程 滚筒上放松下来，所以空程滚筒与工作滚筒按相反的方向旋转。由于空程滚筒也用键与相 应的行星轮架固定，故此行星轮架也就随着空程滚筒转动。由于内齿圈 Z11 未被闸紧，而 中心齿轮 Z 9 始终随主轴一起转动， 所以通过行星齿轮 Z10 带动内齿圈 Z11 随空程滚筒同向转 动。同理，当带式制动闸闸紧内齿圈 Z11 而松开内齿圈 Z8 时，返回钢丝绳不断地缠绕到空 程滚筒上，工作钢丝绳则由工作卷筒上放松下来，使耙斗实现返回行程。 必须注意两个内齿圈只能一个闸紧另一个松开， 不能同时闸紧， 否则将引起耙斗跳动， 甚至拉断钢丝绳，造成人身和设备事故。当两个带式制动闸同时松开相应的内齿圈时， 两 个卷筒都不旋转，使耙斗处于原来位置不动，这如同停止电动机运转一样。由此可见， 采 用这种绞车可防止电动机频繁起动，耙斗运动换向容易实现，对保护电气设备有利。由于 耙斗工作行程的阻力远大于返回行程的阻力， 可使空程滚筒的工作转速比工作滚筒的工作 转速快一些，以减少返回所需的时间，因此相应的行星轮传动比是不一样的。
2 总体设计................................................................................................................ 4
2.1 设计总则.......................................................................................................................... 4 2.2 已知条件.......................................................................................................................... 4 2.3 电动机的选型.................................................................................................................. 4 2.4 牵引钢丝绳直径的确定.................................................................................................. 5 2.5 传动比的分配及行星轮齿数的确定.............................................................................. 6 2.6 卷筒直径的确定.............................................................................................................. 8
1
中国矿业大学成人教育学院 2013 届本科生毕业设计
1 前
1.1 绞车的简介
言
P-90B 型耙斗式装载机的绞车是采用行星轮传动的双滚筒绞车， 它由电动机、 减速器、 带式制动闸、空程滚筒、工作滚筒、辅助闸和绞车架等部分组成。闸带式双卷筒绞车的一 个卷筒用来缠绕工作钢丝绳（称工作滚筒） ，另一个卷筒则用来缠绕回程钢丝绳（称空程 滚筒） 。当启动电动机之后，可经减速器带动绞车主轴旋转，此时两个卷筒不动。若需耙 斗开始耙取岩石工作时，司机操作控制手柄将工作滚筒一侧的带式制动闸闸紧，通过行星 轮结构，其工作滚筒随主轴旋转缠绕钢丝绳，使耙斗处于工作状态。这时空程滚筒是处于 浮动状态若使耙斗返回到耙岩石位置时，司机松开控制工作滚筒一侧的带式制动闸手柄， 而将空程滚筒一侧的带式制动闸闸紧通过相应的行星轮结构， 空程滚筒则随主轴的旋转缠 绕钢丝绳，使耙斗处于回程状态。这时工作滚筒处于浮动状态。 制动闸除控制卷筒旋转缠绕钢丝绳使耙斗往返工作外，还可控制耙斗的运行速度。 利 用闸带与内齿圈闸轮之间摩擦打滑的特性，闸紧一 些速度就快一些，相反就慢一些。两 个辅助闸用来对工作滚筒和空程滚筒进行轻微制动，以防止卷筒处于浮动状态时，缠在卷 筒上的钢丝绳松圈而造成乱绳和压绳的现象。 1.1.1 主轴部件 绞车的主轴部件主要由工作滚筒和空程滚筒、内齿圈、行星轮架、绞车架、行星轮、 中心轮、主轴和轴承等部分组成。绞车主轴穿过两个卷筒的内孔，并用花键固定着两个中 心轮。工作滚筒和空程滚筒用键联接在相应的行星轮架上，同时支承在相应的 滚动轴承 上。内齿圈的外缘就是带式制动闸的制动轮，这两个内齿圈也支承在相应的轴承上。整个 绞车通过绞车固定在机器的台车上。主轴的安装方式很特殊，它没有任何轴承支承，呈浮 动状态。这种浮动结构能自动调节三个行星轮上的负荷趋于均匀，使主轴不受径向力， 只 承受扭距。主轴左端与减速器伸出轴上大齿轮的花键连接，实现传递扭距。 1.1.2 带式制动闸 带式制动闸主要由钢带、钢丝石棉带、摇杆、和拉杆等部分组成闸带。石棉带磨损后 可更换。闸带呈半圆形对称布置，两条闸带用圆柱销与绞车机架连接。当操纵机构使摇杆 顺时针转动时，则摇杆时右闸带闸紧内齿圈外缘；同时，由于拉杆随摇杆向右移动使左闸 带也闸紧内齿圈外缘，从而实现内齿圈的制动。反之，当操纵机构使摇杆逆时针转动时， 摇杆使右闸带离开内齿圈外缘，同时拉杆随摇杆向左移动使左闸带也离开内齿圈外缘， 即 左右闸带几乎同时向外张开，从而实现内齿圈的松闸。为防止闸带松开距离过大，缩短制 动时间，在闸带外缘上铆有凸肩。当该凸肩碰到固定在绞车架上的挡板后，闸带便停止向 外张开，使闸带内表面与内齿圈外缘之间保持一定的工作间隙。该间隙的大小可用调节螺 钉进行调节。两套带式制动闸可借助相应的杠杆操纵机构进行操作。 操作机构 操作机构主要由空程滚筒操纵手柄、工作滚筒操纵手柄、拉杆、短杆、长杆和连杆等 部分组成。这是两套组装在一起的 杠杆操纵机构。空程滚筒操纵手柄和工作滚筒操纵手 柄向右推时，通过相应的长杆或使拉杆向下移，因拉杆是与制动闸中的摇杆连接，所以摇
结 束 语.................................................................................................................. 49 参考文献.................................................................................................................. 50 致 谢.................................................................................................................. 51
3 减速器的设计........................................................................................................ 8
3.1 传动装置的运动和动力参数的确定.............................................................................. 8 3.2 高速级传动装置的运动和动力参数计算...................................................................... 9 3.3 低速级传动装置的运动和动力参数计算.................................................................... 15
4 轴的设计.............................................................................................................. 22
4.1 轴的确定与校核............................................................................................................ 22 4.2 轴承的选择与校核........................................................................................................ 27 4.3 花键的选择与校核........................................................................................................ 30