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1、辽宁工程技术大学毕业设计(论文)前言在地下采矿工程中有两个基本作业内容。其一是把有用矿物或矿石从矿层中破碎下来，形成容易装运的块状，即矿物开采。其二是在地下开掘巷道。在矿山建设中首先要开掘巷道，在矿物开采中，也要边开采边开掘巷道。因此，巷道掘进在矿山生产与建设中与矿物开采处于同样重要的地位，不仅要采掘并举，而且要掘进先行。在全世界范围内，自第二次世界大战以来，新理论和新技术被应用到装载机械中，使矿山掘进机械有了巨大进步。劳动者的劳动强度大大减轻，生产效率得到了大幅度提高。随着煤矿综采机械化的实现和能源需求量的增加，装载机在矿物开采中将占有越来越重要的地位。因此，装载机的研究已成为保证能源生产开
2、发的关键。全套图纸，加1538937061 装载机结构及主要参数我国在巷道掘进中所用装载机主要有铲斗式装载机（侧卸和后卸）、蟹爪式装载机和耙斗装载机。而在地下矿应用较多的装载设备是前装后卸式铲斗装载机，其中冶金、化工、等地下使用较多的是轨道式电动和气动装载机。耙斗装载机结构简单，同意设计和制造、重量轻、便于搬运，但耙斗装载机有效耙运距离不长、作业率低、在有底部结构出矿的电耙运矿中，需要有溜井和漏斗，其采切巷道工程量较大。蟹爪式装载机能够连续装载作业，而且整机的机动性好，故生产率较高，这种形式的装载机都运用地下矿山要求生产率中等或装载后运输距离较长且专用运输设备配套使用的场合。铲斗装载机结构简单
3、、紧凑，坚固耐用，设备价格较低，操作和维修简单方便，对于一般矿岩均可装载。所以在巷道和硐室掘进及小采场得到广泛使用。铲斗装载机是以铲斗铲取物料，然后使铲斗后翻或侧翻，将铲斗内的物料卸入矿车或其他运输设备。这种装载机一般用于装岩石，是煤矿岩巷掘进较普遍使用的一种装载机。本设计的目的是设计能在小截面的地下巷道中装岩的装载机械。所以选铲斗装载机进行设计。1.1铲斗装载机分类及组成铲斗装载机种类很多，按机器总体结构可分为：直接卸载式、带运输机式和带储矿仓式三类。 铲斗装载机按行走机构不同，分有：轨轮式、履带式和轮胎式，而煤矿井下多用轨轮式铲斗装载机。铲斗装岩机的主要组成部分：行走机构、回转机构、提升机
4、构、工作机构和操作机构。行走机构主要包括发动机、轮轴和减速箱等。铸钢的减速箱体是行走机构的底架，又是机器的架体，它的前部是一个整块的半圆行缓冲器，用以拖挂矿车。减速箱上部装有回转托盘，用以安装机器的回转部分。回转机构主要包括上下回转盘、滚珠、滚珠圈及中心轴等。在回转机构上部装有工作机构、提升机构和操作机构。回转机构的作用是使工作机构在水平面内偏转一定角度，以便铲装巷道两侧的岩石，扩大装岩范围。提升机构主要包括发动机、减速箱、卷筒及链条。提升机构的作用是提起铲斗向后卸载。铲斗下放复位则靠缓冲弹簧反力和工作机构自重作用实现。工作机构主要包括铲斗、斗臂、横梁及稳定钢丝绳。提升链条一端通过安全销轴连于
5、铲斗架的横梁上，另一端连于提升减速器的卷筒上。工作机构的作用是直接完成装卸工作。操纵机构是由接触器、开关、按钮或主控阀等组成。装岩机的铲装、卸载、前进和后退都由变换操纵机构状态来实现。1.2 主要技术参数1、主要用于巷道和硐室掘进及采场矿岩的装载工作；近于水平装载，或倾斜小于的巷道； 2、装载机最大扬高即是装载机在工作中扬斗时的最大高度；在大多数情况下，是在铲斗尖的运动轨迹上； 3、卸载高度即是铲斗在卸载状态是顶板和轨面的最小高度。如果已知所配用的矿车高度为，则卸载高度为： 4、卸载距离是铲斗在卸载状态时顶板前缘最外点至装岩机挂钩销轴中心线之水平距离。小型（斗容小于0.2） 中型（斗容为0.2
6、0.4） 大型（斗容大于0.4） 5、铲斗卸载角是铲斗在卸载状态时顶板与水平面的夹角。卸载角度直接影响斗中物料被抛射距离的大小以及物料是否能够顺利地倾卸干净。卸载角一般可取为： 6、机体离地最小间隙，是指机器行走部分的最低点至轨道顶面所在平面的最小距离。最小间隙值的大小，直接影响装岩机在轨道上行驶时的通过性能，推荐值一般取；7、装岩机的宽度，主要考虑配套车辆及其他转运设备的宽度及司机工作安全距离；一般可由下式确定： 式中巷道宽度，在巷道腰线（巷道侧壁上，沿走向与轨面垂直高度为1m的线上）上测量，估计能容纳司机和行人的安全距离，一般可取；8、装岩机的轴距，其值大小直接影响装岩机的长度方向尺寸和整
7、机纵向稳定性。轴距值一般依据所需通过的弯道曲率半径来确定，可近似取为：，式装岩机的轴距。R弯道的最小曲率半径。2 工作机构设计工作机构主要包括铲斗、斗臂、横梁及稳定钢丝绳。提升链条一端通过安全销轴连于铲斗架的横梁上，另一端连于提升减速器的卷筒上。工作机构的作用是直接完成装卸工作。2.1 铲斗的设计铲斗工作机构上直接与岩石频繁接触的部件。其集合尺寸和结构型式设计合理与否，直接影响装载机的生产率和使用性能。铲斗设计的主要要求是：插入阻力小、装满系数高、卸载干净和坚固耐用。铲斗示意图如图（2-1）所示：图2-1铲斗示意图Fig 2-1 spade Dou sketch map1。铲斗几何尺寸的确定：
8、铲斗底边长度L： (1-1) (1-2)铲斗后侧高度: (1-3)取313mm铲斗前端高度: (1-4)取574 mm斗底宽度: (1-5)取522 mm开口宽度: (1-6)取679 mm装载机宽度B取：B=679 mm考虑铲斗几何形状及外廓尺寸要使铲斗插入阻力较小，并具有较好的使用性能，铲斗设计如下：铲斗底板前端为椭圆弧舌尖，实验证明其插入阻力比直线形前刃的插入阻力减少；为能清理轨道间岩石，底板前端中央部分应下凹，下凹垂直高度取：50mm实验和实践证明为了使铲斗便于插入岩石堆当角度在时铲斗插入效果较好，角度过大会使插入阻力增大，角度太小在铲取过程中容易被岩石堆顶出，而使插入阻力显著增加。取
9、侧板下部前缘与水平面间夹角，同时前缘下部应向外鼓并有圆弧形缺口， 这样可使插入阻力明显下降。顶板在宽度方向做成圆弧形，使铲斗在卸载时有收敛物料作用。斗底前刃视需要可安装斗齿个。斗齿宽度约为 mm，间距一般为 mm，斗齿超出斗刃的长度为 mm。考虑到岩石堆平均块度的影响，齿间距取100 mm，又因为由上边计算得铲斗底边长度L=522mm，所以在斗底安装齿数为4个。考虑的斗齿的磨损，斗齿宽度取为40 mm。考虑提升时力矩原因，斗齿长度相应取小，取为50 mm。铲斗上板的形状有两种形式：一种是平面形的，另一种是横截面为圆弧形的。后者能有效的利用空间尺寸，并使铲斗在卸载时有收敛作用。因此上板形状选择横
10、截面为圆弧形的。铲斗工作条件恶劣，并承受很大的冲击载荷，特别是斗底的前刃容易发生扭曲、卷刃或急剧磨损。因此，铲斗的材料及工艺的选择原则，主要考虑坚固、耐磨且经济。制作铲斗主要选用结构钢板，厚度一般为。取厚度为。底板和侧板的前刃要贴焊锰合金钢板加固，并施以堆焊。常采用高锰钢堆焊焊条。采用的焊缝形式主要是角焊和对焊。铲斗结构焊制完毕后放入石灰内进行时效处理。2.2 工作阻力的计算装载阻力的计算一直是装载机设计方面的重要研究课题，国内外许多研究人员通过实验建立了经验公式，对装载机设计技术的进步和发展做出了贡献经验公式在一定的区间(例如插入阻力在0507斗底长度范围内)或特殊点进行计算，其值比较接近实
11、际。装载机工作阻力包括：插入阻力和铲取阻力。插入阻力就是铲斗插入料堆过程中，料堆对铲斗的反作用力压实区的形成是产生插入阻力的重要因素，故认为影响压实区大小的因素也是影响插入阻力大小的因素试验表明，压实区的大小随物料的块度、重度和堆高的增大而增大，是引起插入阻力变化的内在因素但在一定条件下，改变铲斗形状和结构尺寸，以及一次插入深度等外部因素，也可使压实区在一定范围变化试验表明，插入深度大则压实区体积大，插入阻力也大，并且插入阻力与插入深度的125次方成正比；曲线形铲斗底刃，无论在何种情况下，插入阻力都比直线形底刃小1020，若装上梯形截面的斗齿，可进一步降低插入阻力；插入阻力还随斗底倾角的增大而
12、增大，随铲斗宽度的增大而增大为能够反映各个因素对铲斗插入阻力的影响，在经验公式中用影响系数来考虑即插入阻力 的经验公式为： (1-7)查表5-4取块度与松散度系数查表5-5取物料的性质系数查表5-6岩石堆高系数铲斗的斗形系数在（）之间取插入深度L取底边长度的则：插入阻力 (1-8)铲取阻力铲取阻力是指铲斗插入料堆一定深度后，用提升链提升铲斗时，料堆对铲斗的反作用力铲取过程就是铲斗中物料与料堆之间沿滑动线 ( 为松散物料的内摩擦角)的剪切过程这个剪切面积在开始时最大，以后逐渐减小因此最大铲取阻力发生在铲斗开始提升的时刻，随着动臂的提升，铲取阻力逐渐减小开始提升时铲取阻力: (1-9)铲斗开始提升
13、时剪切应力查表5-7取故： (1-10)2.3 斗臂的设计斗臂曲线有特殊曲线、半圆弧曲线和多段圆曲线。特殊曲线，经常使用的特殊曲线有阿基米德螺旋线和对数螺线。采用特殊曲线作为斗臂工作曲线，可使起动速度缓慢，抛射速度较高，零部件受力状态较好。但这种曲线的斗臂模型制造困难，铸造过程变形大。半圆弧曲线作为斗臂工作曲线，设计和绘制比较简单，构件制造比较容易，零部件受力较均匀。但这种斗臂起动速度较大而抛射速度不够大，工作曲线始端易磨损，工作效率较低。多段圆弧一般由三段至五段圆弧平滑连接而成，曲线的曲率半径由小到大顺序递增。这种曲线的设计和绘制比较麻烦。因其优点突出，所以在国内外得到了广泛的应用。所以设计
14、斗臂曲线时采用多段圆弧。所以在斗臂设计时采用多段弧曲线作为斗臂曲线。2.3.1 装载机的斗臂曲线图绘制斗臂曲线的绘制步骤如下:(1) 按比例画出工作机构及行走机构的外型尺寸,并确定铲斗架的铲装位置和卸载位置；(2) 把斗臂工作曲线等分成若干段，并将所有对圆心角也相应分成若干份。这里是将组成工作曲线等分成12份（圆心角也分为12份）。(3) 在斗臂上标出等分点1、212，在导轨面上标出与斗臂工作曲线上各点相应长度的对应点、，并标定斗齿、链头销中心和铲斗重心；(4) 绘出各段不同半径的圆弧在导轨面上滚动，故各段圆弧的圆心角与导轨面始终保持等距，其轨迹（、）为与导轨面平行的直线段，并找出对应于导轨分点的轨迹分点、等；(5) 绘制各有关点的轨迹。由于斗臂为一固定的整体，所以工作机构上各点之间距离不变。根据这一原则，便可找出各有关点的各个位置，将其圆滑地联结起来，便得到各有关点的运动轨迹。图2-2 斗臂工作曲线绘制图Fig 2-2 Dou arm work curves draw graphics斗臂曲线标注和长度计算由图（2-3）可得：图2-3 斗臂曲线长度计算示意图Fig2-3 Dou arm calculation sketch map of the curve length计算得斗臂曲线长度：设计时取回转平台的长度等于行走减速器的长度： (1-11
