CYE-1电动铲运机工作装置设计

CYE-1电动铲运机工作装置设计摘要：CYE-1电动铲运机的工作装置设计的合理性直接影响整机的性能，对提高效率及其自动化程度具有重要的意义。

本次设计分析了国内外铲运机的发展现状及发展趋势，指出了国内相对落后的地方，同时详细介绍了铲运机工作装置的组成及重要性。

利用cad软件，画出了结工作装置详细二维图纸，清晰地表达了铲运机工作装置的布局、连接。

本次设计是通过计算得出各个结构相应尺寸并查阅国内外资料确定结构类型，将其工作过程分为插入、铲掘、举升、卸载和自动放平五个工况，并通过计算分析了工作装置各个工况中，构件的动作情况及相关的运动参数。

最后进行受力分析以及强度校核。

关键词：铲运机；工作装置；运动分析；校核目录1 概述 (1)1.1 铲运机的综述 (1)1.2 国、内外地下铲运机的发展和研究状况 (2)1.3 铲运机的工作装置 (4)2 铲运机工作装置分析 (9)2.1 铲斗的基本组成方式 (9)2.2 铲斗的分类 (10)2.3 铲斗的设计 (11)2.4 动臂的设计 (16)2.5 连杆的设计 (17)2.6 铲运机工作装置动臂各铰接点位置的确定 (18)2.7 确定摇臂与铲斗的铰接点F (19)2.8 动臂举升油缸与动臂和车架铰接点H及M点的确定 (21)2.9 工作装置连杆机构的运动学与动力学分析 (23)3 力学计算及其强度校核 (29)3.1 外载荷计算 (29)3.2 工作装置的受力分析 (31)3.3 工作装置的强度校核 (33)4 参考文献 (40)5 谢辞 (41)6 附录 (42)电动铲运机用于矿山井下，以铲装，运输爆破后的松散物料为主。

也可用于露天铁矿，铁路，公路以及水利等隧道工程，还少部分，煤矿使用，特别用于工作条件恶劣，作业现场狭窄，低矮以及泥泞的作业面。

电动铲运机除了机动性能较差外，具有无废气污染，噪声低，节约能源等优点，是井下作业的首选设备。

作为一位机械设计制造及其自动化专业的毕业生，我们应该牢牢掌握机械设计与制造的综合知识技能，本次毕业设计为我们提供了一个非常重要的实践机会。

这本说明书记载了我这次毕业设计的主要内容和设计步骤，较详细的说明了CYE-1电动铲运机工作装置的设计。

本说明书实用，科学，系统，着重介绍CYE-1电动铲运机工作装置的设计。

其中亦较为详细的引用了一些图表说明，以便使读者一目了然。

但毕竟是初学者之作，错误和笔误在所难免，还望各位专家和老师指正。

1 概述1. 1 铲运机的综述“地下铲运机”一词是参考英文“LHD unit”(Load-haul-dump unit)，即装---运---卸设备演绎而来。

地下铲运机的原动机是柴油机或电动机、液压传动或者机械传动、轮胎行走、铲斗在装置前面卸载装运。

主要在地下矿山以及隧道用得比较广。

它跟地面或露天矿使用的装载机有许多相似之处，他的主要区别就是地下铲运机机身比较低、横向布置的驾驶室、轮胎是光面或半光面地下耐用轮胎，原动机是柴油机的铲运机。

图1.1铲运机全景图按动力源来分，地下铲运机可分为以柴油机为动力的内燃铲运机和以电动机为动力的电动铲运机。

按照铲斗容量来分，基本上可以分成：小型铲运机：斗容量1.5立方米和以下的铲运机：中型铲运机：斗容量2立方米到4立方米的铲运机：大型铲运机：斗容量4立方米以上的铲运机。

1.2 国、内外地下铲运机的发展和研究状况20世纪六十年代以来，世界采矿业的国际竞争日益加剧，各发达国家纷将现今的露天矿开采技术运用到地下矿生产中，使地下矿劳动生产率成倍甚至十几倍的提高，矿石成本大幅度下降。

从而出现了所谓的“地下露天采矿”(Underground Open Mining)。

其特点主要表现在：地下工作机器设备为下面的道路开拓高阶段开采和底下的粉碎：地下开采很多时候采的比较深、范围比较大，分段出矿；地下开采的机器装置大多数是朝无轨方向、液压方向、节能方向和自动化方向发展。

在这样的情况下，这种设备被研究出来。

1.2.1 铲运机国外发展历程从1958年美国Wagner公司开发的NS-1型橡胶轮铰接前端式铲运机算起，地下铲运机的发展有近46年的历史。

正因为如此，世界上大多数地下铲运设备厂能生产适用不同用户要求不同品种规格的系列地下铲运设备。

如美国Wagner 公司柴油地下铲运设备最小的机型是HST-5(额定斗容是0.5m3,0.7t,额定功率31kW)，最大机型ST-1810(5.8-9.5 m3,7.5t,3l7 kW )，在大小之间还有好几种机型。

为了适应不同用户，一种机型又有许多变型。

其它公司如Tamrock公司也有相似的情况。

柴油地下铲运设备最小机型是Micmscoop100(0.54 m3,1t,30kW),最大的机型是TORO-0011 ( 8-10.7m3,21t,354kW)，中间还有14种机型。

国外地下铲运设备的发展趋势为：利用现代设计方法和计算机、电子技术，使产品具有安全、节能、舒适和可靠的特点。

例如Wagner公司在2003年改进了ST-1010地下铲运设备为ST-1010地下铲运设备，其按人机工程学改进了司机的操作舒适性、安全性及机器的可维修性。

改进ST-1510为ST-1520，其传动系统具有最佳匹配、最佳的运输速度和铲掘能力。

为减轻司机的劳动强度，改善地下铲运设备的使用性能和操作性能，近几年地下铲运设备广泛采用电子控制系统。

由电操纵代替传统机械控制。

例如德国Paus公司TIGER 300D地下铲运设备无方向盘，无脚踏板，只有二个杆控制系统代替所有操纵杆。

1.2.2 铲运机国内发展历程及预期分析虽然我国生产的地下铲运设备也有几种机型的性能达到或接近了国外先进水平，但相当部分机型性能还不尽人意。

现以我国某厂生产的2m3柴油地下铲运设备同国外同类型的机型比较来说明这个问题，见表1。

从表1可以看出，我国的2 m3型地下铲运设备性能参数同国外相比，有较大差距。

作为2 m3的标准地下铲运设备来说，其外型尺寸过大，重量过重，功率也过剩，机动灵活性较差。

实质上是3 m3的配置，2 m3的斗容。

为缩短与国外技术的差距，我国从20世纪70年代进口国外先进地下铲运设备以来，已累计进口几十种型号、几百台地下铲运设备。

在原有色总公司、冶金部的统一规划协调下，通过科研院校、使用单位、制造厂的通力合作，相互配合，在理论研究及引进消化方面取得了很大成绩。

例如，中钢集团衡阳重机有限公司、长沙矿山研究院等单位的技术人员，分别编写了“地下铲运设备－结构设计与使用”及“地下铲运设备”两本专著。

还有广大的科技人员，撰写了大量的有关论文。

为提高我国地下铲运设备的设计、制造、使用和维护水平，为我国地下铲运设备的发展做出了贡献。

但是近几年，由于各种原因，科研院校投人地下铲运设备的科研经费远远不够，以很快速度发展。

鉴于目前地下铲运设备制造厂的现状，高校或研究机构与制造厂、矿山应组成联合体，配置一些先进仪器，集中一批优秀人材，进行一些迫切需要的基本理论研究和实际应用研究。

总之，随着地表浅部矿业资源的日益枯竭，采矿业将逐渐向地表深部发展，地下矿山现代的高效率无轨化开采技术仍将占据主导地位，地下铲运设备仍将是无轨采矿不可缺少的主要设备，只是环境因素的约束将更加严酷和苛刻。

铲运设备主要发展趋势应主要包括以下几个方面：大中型铲运设备将是主要的发展对象；现有机型将采用现代先进技术进一步完善和提高，并向机电液一体化的方向发展；随着电子信息技术的迅速发展和引入；广泛应用计算机辅助设计和辅助制造技术以及应用计算机技术，进行铲运设备整体参数及结构的动态优化设计将受到关注。

表1.1 国内外2m3地下铲运设备参数比较表1.3 铲运机的工作装置1.3.1 铲运机的工作组成及其性能工作装置是铲运机工作的关键部件，铲运机的工作装置是由多杆组成的复杂运动机构。

工作装置的组成：大臂、举升缸、转斗缸、小臂、连杆、铲斗组成，地下铲运机的工作过程均可以通过工作装置来实现，，它的工作情况可以分成五种状态：(1)插入状态：动臂下放，铲斗放置于地面，斗尖触地，斗底与地面呈︒3至︒5倾角，开动地下铲运机，铲斗借助机器的牵引力插入料堆。

(2)铲装状态：铲斗插入料堆后，转动铲斗铲取物料，待铲斗口翻至近似水平为止。

(3)举升状态：收斗后，利用举升油缸使动臂转动到适当的卸载位置。

(4)卸载状态：在卸载点，利用转斗油缸使铲斗翻转，向溜井料仓或运输车辆卸载，铲斗物料卸净后下放动臂，使铲斗恢复至运输位置。

(5)自动放平状态：铲斗在最高举升位置︒45卸载后，保持转斗油缸长度不变，将动臂放至铲掘位置时，斗底与地平面的后角为︒3到︒5。

工作装置的合理性直接影响铲运机的生产效率、工作负荷、动力与运动特性、工作循环时间、外形尺寸、和发动机功率等，不同的类型装置其组成不同，工作装置的设计的合理与否，性能直接影工作效率和工作质量，其性能主要体现在如下几方面：(1)传动性：为了保证工作机构传动性能良好，防止机构锁死，要求机构运动过程中各传动角在大于︒10小于︒170。

(2)平移性和卸料性分析平移性：动臂提升过程中为避免铲斗中的物料撤落，要求铲斗近似平动。

卸料性：保证能卸净铲斗中的物料，在转斗液压缸的作用下，应保证铲斗的卸料角大于︒45。

(3)最大卸载高度和最大卸载距离最大的卸载高度：测量铲斗切削刃垂直方向和水平方向的运动轨迹。

最大卸载距离：铲斗在最高状态时和轮胎之间的距离。

(4)铲斗自动放平性：使铲斗从高位卸载状态下落到插入状态，期间保持转斗液压缸长度不变，测量铲斗地面与水平间夹角的变化，即可得到铲斗自动放平行。

1.3.2 铲运机的工作机构类型主要有7类连杆类型，其中包括3杆、4杆、5杆、6杆和8杆机构。

(1)正转八杆机构正转八杆机构如图1.2，这种机构转斗铲取是在在转斗油缸大腔进油的时侯，所以掘起力较大；设计好装置的尺寸参数时，铲斗举升平动比较容易实现；连杆传动角比较大，铲斗有较大的卸载角以及卸载的速度，速度快；正转八杆机构的主要缺点是机构复杂，不易实现铲斗自动放平。

图1.2正转八杆机构(2)转斗油缸前置式正转六杆机构转斗油缸前置式正转六杆机构见图1.3，其优点是转斗缸直接与摇臂相连接，该工作机构由两个平行四杆机构组成，铲斗平移性较好。

结构简单，司机视野较好，缺点是转斗时油缸小腔进油，铲掘力相对较小；连杆机构传力比小，使得转斗缸活塞行程较大，转斗缸加长；由于转斗缸前置，使得工作装置的整体重心外移，使得设备的的稳定性受影响；铲斗不容易放平。

图1.3转斗油缸前置式正转六杆机构(3)转斗油缸后置式正转六杆机构转斗油缸后置式正转六杆机构见图1.4，它跟缸前置机构比较得话，装置前面悬的部分小，有较大的传动角，液压杆行程短；这种情况会简化装置结构，改善动臂以及销轴的受力情况。