地下裝載機(jī)電纜卷筒變速箱設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】,含CAD圖紙、說明書,地下,裝載,機(jī)電,電機(jī),卷筒,變速箱,設(shè)計(jì),cad,圖紙,說明書,仿單 iii 目 錄 1 緒論 ....................................................1 1.1 設(shè)計(jì)研究的目的和意義 .........................................1 1.2 地下裝載機(jī)應(yīng)用與發(fā)展回顧 .....................................1 1.3 未來技術(shù)發(fā)展展望 .............................................4 2 地下裝載機(jī)總體分析 ......................................6 2.1 地下裝載機(jī)的組成系統(tǒng)及功能 ...................................6 2.2 地下裝載機(jī)的工作方式 .........................................7 2.3 地下裝載機(jī)的技術(shù)水平 .........................................8 2.4 電動(dòng)地下裝載機(jī) ..............................................10 3 CYE 型電動(dòng)地下裝載機(jī)總體參數(shù)與原理 ......................14 3.1 CYE 電動(dòng)地下裝載機(jī)主要技術(shù)參數(shù) ..............................14 3.2 CYE 電動(dòng)地下裝載機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理 ..........................16 4 半齒輪換向排繩（纜）裝置設(shè)計(jì)計(jì)算 .......................19 4.1 電纜卷筒變速箱簡(jiǎn)圖： ........................................19 4.2 半齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想和方案 ..................................19 4.3 半齒輪換向機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì)及計(jì)算 ................................23 4.4 不完全齒廓傳動(dòng)分析 ..........................................31 5 齒輪的設(shè)計(jì) .............................................37 5.1 選擇齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) ..........................37 5.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) ..........................................37 iv 5.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) ..........................................40 5.4 幾何尺寸的計(jì)算 ..............................................41 6 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 .........................43 6.1 各軸的轉(zhuǎn)速 N（R/MIN） .........................................43 6.2 各軸的功率 P(KW).............................................44 6.3 各軸的轉(zhuǎn)矩 T(NMM) ..........................................44 7 軸的設(shè)計(jì)、軸上零件的選用以及強(qiáng)度校核 ...................46 7.1 求中間軸上的功率 P3、轉(zhuǎn)速 N3、和轉(zhuǎn)矩 T3。 ......................46 7.2 求作用在齒輪上的力 ..........................................46 7.3 初步確定軸的最小直徑 ........................................46 7.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................47 7.5 軸的強(qiáng)度校核 ................................................48 8 花鍵連接強(qiáng)度計(jì)算 ..............................................61 參考文獻(xiàn) .................................................62 謝 辭 ...................................................63 附錄 .....................................................64 1 英文原文 ......................................................64 2 中文翻譯 ......................................................69 v 大、中型地下裝載機(jī)電纜卷筒結(jié)構(gòu)復(fù)雜，國(guó)外公司用專利進(jìn)行了全面保護(hù)。 技術(shù)發(fā)展部設(shè)計(jì)人員在自主設(shè)計(jì)開發(fā) 2 地下電動(dòng)地下裝載機(jī)過程中，對(duì)電纜3m 卷筒設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、工作原理進(jìn)行了積極探索，勇于創(chuàng)新，避開國(guó)外專利約束，形 成了兩項(xiàng)中鋼衡重獨(dú)特的地下電動(dòng)地下裝載機(jī)技術(shù)。 實(shí)用新型專利“轉(zhuǎn)速自動(dòng)匹配的電動(dòng)地下裝載機(jī)電纜卷筒”，可以根據(jù)被 卷電纜的張力大小自動(dòng)調(diào)節(jié)卷筒機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速，滿足地下采礦作業(yè)的電動(dòng)地下裝 載機(jī)使用要求。另一項(xiàng)實(shí)用新型專利“電動(dòng)地下裝載機(jī)電纜卷筒的換向機(jī)構(gòu)”， 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，裝配方便和工作穩(wěn)定的特點(diǎn)。 本次設(shè)計(jì)的主題就是 CYE 型電動(dòng)地下裝載機(jī)電纜卷筒變速器的設(shè)計(jì)，而獲 得國(guó)家專利和本次設(shè)計(jì)的特色就是半齒輪換向排繩（纜）裝置。 第 1 頁 共 80 頁 1 緒論 1.1 設(shè)計(jì)研究的目的和意義 電動(dòng)地下裝載機(jī)是在柴油地下裝載機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,由于它具有無廢 氣污染、噪聲小、工作溫度低、維修量小、生產(chǎn)費(fèi)用低、作業(yè)效率高等優(yōu)點(diǎn)， 越來越多的被礦山所采用，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 卷纜系統(tǒng)是礦山上用于礦石開采的電動(dòng)地下裝載機(jī)上的重要部分，其自動(dòng) 放纜、自動(dòng)收纜的可靠性直接影響著地下裝載機(jī)的工作效率。 對(duì)電動(dòng)地下裝載機(jī)而言，電纜卷繞裝置是一個(gè)十分關(guān)鍵的部件，設(shè)計(jì)不好 就會(huì)使電纜在地下拖曳而破損，不僅會(huì)使生產(chǎn)費(fèi)用增加，而且影響作業(yè)安全， 所以，如何更好地解決其供電電纜隨機(jī)拖拉的問題，已顯得尤為重要。電纜卷 筒的收放纜速度應(yīng)與車速協(xié)調(diào)一致，以免因地下裝載機(jī)的行駛速度的變化而拉 斷或壓壞電纜，故要求能隨車速的變化而調(diào)速。因此，電纜卷筒總體裝置的選 擇及設(shè)計(jì)有著重要的使用及經(jīng)濟(jì)意義。 1.2 地下裝載機(jī)應(yīng)用與發(fā)展回顧 圖 1.1 地下裝載機(jī)外形 我國(guó)是一個(gè)地下資源豐富的國(guó)家，井下礦山在我國(guó)的礦山總數(shù)中占有的數(shù) 量很多，在井下開采中的裝載工作是最繁重的體力勞動(dòng)。 第 2 頁 共 80 頁 50 年代初期，我國(guó)一些大型并下礦山開始引進(jìn)蘇聯(lián)制造的裝載機(jī)。60 年代， 我國(guó)研制成功第一臺(tái)裝載機(jī)，從此我國(guó)井下裝載機(jī)制造業(yè)不斷發(fā)展并形成了批 量生產(chǎn)的能力。國(guó)產(chǎn)裝載機(jī)廣泛地應(yīng)用于我國(guó)礦山后，極大地提高了井下礦山 的生產(chǎn)效率，減輕了礦山的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件。早期的裝運(yùn)機(jī)是氣動(dòng) 的，它帶有鏟斗或工作機(jī)構(gòu)和料倉，其行走機(jī)構(gòu)為充氣輪胎式的，瑞典的 T 2G 和 T4G 以及國(guó)產(chǎn)的 ZYQ12 和 ZYQ14 型都屬于這種類型的裝運(yùn)機(jī)。 1970 年代，我國(guó)地下礦山從美國(guó)引進(jìn)柴油地下裝載機(jī)，這是地下礦裝備上 的重大改革。目前我國(guó)井下礦山已經(jīng)比較廣泛地應(yīng)用這種內(nèi)燃驅(qū)動(dòng)的無軌式裝 載設(shè)備。以柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的無軌自行裝載設(shè)備，擺脫了軟道、風(fēng)管或電纜的束縛， 使機(jī)器提高了機(jī)動(dòng)性，體現(xiàn)在井下可特大型的柴油地下裝載機(jī)調(diào)運(yùn)至采區(qū)的各 個(gè)出礦處作業(yè)。簡(jiǎn)化了生產(chǎn)管理、減少了輔助設(shè)施的敷設(shè)和維修，從而大大提 高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。但是柴油地下裝載機(jī)一個(gè)突出的缺點(diǎn)是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的 廢氣對(duì)人體有危害，而目前對(duì)廢氣凈化處理的效果還不夠理想，還需要用強(qiáng)大 的通風(fēng)量來稀釋排放的廢氣，尤其是在獨(dú)頭巷道內(nèi)使用(如平巷掘進(jìn)等等)會(huì)結(jié) 通風(fēng)帶來很大的困難。基于這種原因，在柴油地下裝載機(jī)之后，出現(xiàn)了電動(dòng)地 下裝載機(jī)即用電動(dòng)機(jī)代替柴油機(jī)，用纏繞在卷筒上可收故長(zhǎng)度的電細(xì)向電動(dòng)機(jī) 供電。這種動(dòng)力的改變，克服了燃油產(chǎn)生的廢氣污染，可是拖曳的電纜大大地 影響了地下裝載機(jī)的機(jī)動(dòng)性，因此提高地下裝載機(jī)的可靠性與生產(chǎn)率，改善司 機(jī)的操作條件和作業(yè)環(huán)境是井下裝載設(shè)備改進(jìn)的方向。 70 年代，我國(guó)開始研究應(yīng)用無軌采礦工藝技術(shù)，為與工藝酣套，1975 年 首次從波蘭引進(jìn) LK型 2 立方米柴油地下裝載機(jī) 105 臺(tái)在梅山鐵礦等冶金礦山 試用。因其使用效果 良好，隨后又進(jìn) 口了芬蘭的 TORO0 型 13 立方米柴 油地下裝載機(jī)、德國(guó)的 LF1 型 2 立方米柴油地下裝載機(jī) 、法國(guó)的 CT00 型 0 83 立方米 和 CT00 型 3.8 立方米柴油地下裝載機(jī) 、美國(guó) EHST 1 A 076 立方米和 922E、922D 型 17 立方米電動(dòng)地下裝載機(jī)和柴油地下裝載機(jī)。 這進(jìn)口地下裝載機(jī)在我同無軌采礦技術(shù)推廣應(yīng)用初期發(fā)揮了重要的支撐作用。 由于進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，備件供應(yīng)管理困難，使許多中小型礦山望而興嘆。 為此 ，國(guó)內(nèi)的有關(guān)研究院所于 l970 年代中期同步開展了國(guó)產(chǎn)地下裝載機(jī)的研 究開發(fā)工作。國(guó)內(nèi)最先研發(fā)的地下裝載機(jī)為長(zhǎng)沙礦山研究院與廈門工程機(jī)械廠 第 3 頁 共 80 頁 和柳州 T 程機(jī)械廠合作，以 ZIA0、ZIS0 型露天裝 載 機(jī) 為基礎(chǔ) 開發(fā) 的 DZIAO、 DZLS0 型柴油地下裝載機(jī)。隨后，馬鞍山礦山研究 院與揚(yáng)州冶金機(jī)械 廠合作開發(fā)了 WJD15 型電動(dòng)地下裝載機(jī)；長(zhǎng)沙礦山研究院與沈陽冶金機(jī)械廠、 嘉興冶金機(jī)械廠、南昌通用機(jī)械廠、衡陽冶金機(jī)械廠合作研制了 DCY 一 1 型 1 立方米 、WJD 一 15 15 立方米電動(dòng)地下裝載機(jī)，CY 一 35 型 2 立方米、CY 一 1 型 13 立方米、922D 17 立方米柴油地下裝載機(jī)；南昌礦山機(jī)械研究所 與南昌通用機(jī)械廠合作開發(fā)了 WJD 一 076 型 076 立方米。電動(dòng)地下裝載機(jī) 北京礦冶研究總院與江西拖拉機(jī)廠合作研制了 WJ1 型 083 立方米柴油地下 裝載機(jī)等。到 1990 年代初期，國(guó)內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)了斗容 0425 立方米的系列 電動(dòng)和柴油地下裝載機(jī)。除上述地下裝載機(jī)生產(chǎn)廠商外，還有吉林冶金機(jī)械廠、 太原重型機(jī)器廠、華山汽車修造廠和山爾金嶺鐵礦機(jī)修廠等。 在總結(jié)“七五”、“八五”攻 關(guān)的經(jīng)驗(yàn)后，研究開發(fā)人員對(duì)前期工作進(jìn)行 了深刻反思。從“九五”攻關(guān)起 ，地下裝載機(jī)攻關(guān)重點(diǎn)從強(qiáng)凋國(guó)產(chǎn)化率調(diào)整為 注重整機(jī)性能和可靠性，零部件配套注重質(zhì)量和可靠性，和國(guó)際知名公司一樣， 走全球化采購配套的道路?！熬盼濉逼陂g長(zhǎng)沙礦山研究院與衡陽冶金機(jī)械廠以 及廣西高峰礦業(yè)公司聯(lián)合攻關(guān)研制的 CY 一 35G(CY 一 4)型 4 立方米柴油地下 裝載機(jī)就是按這一新思路研究開發(fā)的第一型高性能地下裝載機(jī)，其變速箱、變 矩器、驅(qū)動(dòng)橋、低污染柴油機(jī)以及關(guān)鍵液壓控制閥都采用國(guó)際知名品牌產(chǎn)品， 應(yīng)用了變速箱電控操作和多盤濕式制動(dòng)器液壓松閘、彈簧制動(dòng)等最新技術(shù)，整 機(jī)性能達(dá)到同期國(guó)際先進(jìn)水平。自此，國(guó)內(nèi)井下無軌采礦設(shè)備開發(fā)幾乎都按這 一模式進(jìn)行，國(guó)產(chǎn)采礦設(shè)備的性能水平跨上一個(gè)新臺(tái)階。 衡陽有色冶金機(jī)械總廠衡陽力達(dá)地下裝載機(jī)有限責(zé)任公司是中國(guó)第一家井 下地下裝載機(jī)專業(yè)制造公司、中國(guó)大型地下裝載機(jī)生產(chǎn)基地。通過 20 年引進(jìn)、 消化和吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，已成功研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的地下裝載機(jī)系列 產(chǎn)品，并榮獲國(guó)家級(jí)新產(chǎn)品稱號(hào)及國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。產(chǎn)品有 CY、CYE 系列 井下地下裝載機(jī)以及 CA-8 地下礦山自卸汽車，產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于有色、冶金、 化工及黃金礦山。尤其是 2002 年由衡陽有色冶金機(jī)械廠的力達(dá)地下裝載機(jī)制造 有限公司開發(fā)生產(chǎn)的 CA-8 地下礦山自卸汽車，經(jīng)過一年的工業(yè)試驗(yàn)在山東某礦 取得了很大的成功，得到了該礦的認(rèn)可，并于 2003 年再次向力達(dá)地下裝載機(jī)制 第 4 頁 共 80 頁 造有限公司訂購 4 臺(tái) CA-8 地下礦山自卸汽車。核工業(yè)第六研究所并入南華大學(xué) 之后，南華大學(xué)在地下礦山運(yùn)輸設(shè)備方面的研究力量得到加強(qiáng)，原核工業(yè)第六 研究所曾在 1998 年研究開發(fā)了我國(guó)第一臺(tái) KZC-5 地下礦山自卸汽車。所以，項(xiàng) 目研究人員既具有研究開發(fā)地下礦山自卸汽車的經(jīng)驗(yàn)，又有較高的理論計(jì)算基 礎(chǔ)。 1.3 未來技術(shù)發(fā)展展望 (1)發(fā)動(dòng)機(jī) 近幾年內(nèi)仍將以簡(jiǎn)單可靠的低污染風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)為主，然后逐步研究應(yīng)用計(jì) 算機(jī)控制 的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)。 (2)變速箱 將以電磁閥控制型式和液壓控制型式的變速箱為主。汽車上廣泛使用的電 腦控制的，自動(dòng)換檔變速箱很難在地下裝載機(jī)上普遍應(yīng)用，因?yàn)樵阽P斗插入裝 載時(shí)，要求變速箱承載的力矩最大，插入時(shí)速度和插入阻力在很短 的時(shí)問內(nèi)發(fā) 生急劇變化 ，將使變速箱在檔位間快速跳換，使變速箱離合器工作在承載能力 差的不穩(wěn)定 的過渡狀態(tài) ，從而導(dǎo)致變速箱異常損害。 (3)制動(dòng)系統(tǒng) 將由現(xiàn)在普遍使用的壓力制動(dòng)、彈簧松閘的制動(dòng)器向系統(tǒng)簡(jiǎn)單、安全可靠 的壓力松閘、彈簧制動(dòng)的全封閉多盤濕式制動(dòng)器方向發(fā)展 。儲(chǔ)能器充壓閥和反 向調(diào)節(jié)腳制動(dòng)閥將得到普遍應(yīng)用。 (4)遙控技術(shù) 手動(dòng)和遙控地下裝載機(jī)將實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)，即在設(shè)計(jì)手動(dòng)地下裝載機(jī)的同 時(shí)考慮遙控動(dòng)作如何實(shí)現(xiàn)，預(yù)留與遙控系統(tǒng)快速聯(lián)接的液壓接口、電器和裝配 位置。遙控液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電器系統(tǒng)將按功能模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，只要將相應(yīng)的遙 控功能模塊裝上，普通手控地下裝載機(jī)就成了標(biāo)準(zhǔn)的遙控地下裝載機(jī)。無線電 接收發(fā)射系統(tǒng)將由模擬系統(tǒng)發(fā)展為數(shù)字系統(tǒng)；為便于遙控操作，將發(fā)展 自動(dòng)裝 載技術(shù)；集成有視頻技術(shù)的視距外遙控系統(tǒng)將在特殊場(chǎng)合得到一定的發(fā)展與應(yīng) 用，但智能礦山設(shè)備因成本過高、必要性不足，在今后較長(zhǎng)一段時(shí)問內(nèi)還難以 在我國(guó)發(fā)展應(yīng)用。 第 5 頁 共 80 頁 (5)自診斷技術(shù) 隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步和設(shè)備故障診斷技術(shù)的完善，集設(shè)備狀態(tài)信息采集、 儲(chǔ)存、分析、故障判斷與報(bào)警的地下裝載機(jī)故障診斷系統(tǒng)將得到發(fā)展與普遍應(yīng) 用。 (6)能源技術(shù) 近年來，隨著新材料的開發(fā)，我國(guó)高效電池技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，其能 量密度已經(jīng)達(dá)到普通鉛酸電池的 5 倍以上，因此，研發(fā)電池驅(qū)動(dòng)的小斗容地下 裝載機(jī)已成為可能。 第 6 頁 共 80 頁 2 地下裝載機(jī)總體分析 2.1 地下裝載機(jī)的組成系統(tǒng)及功能 地下裝載機(jī)通常是由車架(前、后機(jī)架)、發(fā)動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī))、傳動(dòng)系統(tǒng)、工 作機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、制動(dòng)系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)及儀表、電器線路等幾大部分組成。 各種不同型式的地下裝載機(jī)都有一個(gè)典型的結(jié)構(gòu)示意圖?，F(xiàn)以較先進(jìn)的輪胎行 走、前、后機(jī)身鉸接連接、鏟斗前端裝載的最常見地下裝載機(jī)為例，它的基本 結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。 圖 2.1 輪胎式地下裝載機(jī)組成系統(tǒng)圖 1-鏟斗 2-工作機(jī)構(gòu)（大臂、回轉(zhuǎn)架、舉升油缸、翻斗油缸） 3-電器系統(tǒng)（大燈） 4-操作機(jī)構(gòu) 5-轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 6-駕駛室 7-液壓油箱 8-主傳動(dòng)軸 9-柴油機(jī) 10-變矩器 11-變速箱 12-前后本身 13-剎車機(jī)構(gòu) 14-前橋 車架是地下裝載機(jī)的骨架，把其它機(jī)構(gòu)全部承載到車架上。前、后車架通 過中間鉸接銷袖連成一體，并能做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 發(fā)動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī))是為鏟動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力源，使鏟動(dòng)機(jī)滿足各種作業(yè)狀況的需 要。傳動(dòng)系統(tǒng)是將發(fā)動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī))所提供的動(dòng)力傳給變矩器，再經(jīng)主傳動(dòng)軸傳 第 7 頁 共 80 頁 遞到變速箱，最后經(jīng)由前、后橋傳動(dòng)軸傳給前、后橋驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，完成行走 和鏟裝作業(yè)。 工作機(jī)構(gòu)是由液壓系統(tǒng)提供壓力能，使舉升油缸、翻斗油缸按要求運(yùn)動(dòng)， 帶動(dòng)大冒、回轉(zhuǎn)架、連桿、鏟斗運(yùn)作，完成裝卸物料的需要。 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是由液壓系統(tǒng)提供壓力能為轉(zhuǎn)向油缸按要求使前、后機(jī)身在中間 鉸接處相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成行駛中轉(zhuǎn)向的需要。 制動(dòng)系統(tǒng)是采用不同形式(氣制動(dòng)、氣一液制動(dòng)、全液壓制動(dòng))的制動(dòng)方式 和制動(dòng)器，使行駛中的地下裝載機(jī)停止運(yùn)行，它是地下裝載機(jī)設(shè)備及人身安全 的保證。 操作機(jī)構(gòu)具有控制機(jī)器前進(jìn)、后退、快、慢、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)及裝卸礦石等功 能，它是地下裝載機(jī)的神經(jīng)中樞。 儀表及電器線路。儀表是為監(jiān)測(cè)整機(jī)運(yùn)行狀態(tài)而配置的。電器線路是將儀 表指示燈、報(bào)警信號(hào)、照明燈、保護(hù)裝置、各種開關(guān)及按鈕按要求用不同導(dǎo)線 連接起來，使地下裝載機(jī)處于有序的運(yùn)行狀態(tài)。 2.2 地下裝載機(jī)的工作方式 地下裝載機(jī)是一種裝卸運(yùn)作業(yè)聯(lián)合一體的自行式設(shè)備的工作過程由 5 種工 況組成： (1)插入工況 動(dòng)臂下放，鏟斗放置地面，斗尖觸地斗底板與地面呈 30，角，開動(dòng)地下地 下裝載機(jī)，鏟斗借助機(jī)器的牽引插入料避。 (2)鏟裝工況 鏟礙插入料堆后，轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗鏟取物料，待鏟斗口翻至近似水平為止。 (3)重載運(yùn)輸工況 鏟斗鏟裝滿物料后舉升動(dòng)臂，將鏟斗舉升至運(yùn)輸位置(即鏟斗斗底離地高度 不小于機(jī)器的最小允許離地間隙)，然后驅(qū)動(dòng)機(jī)器駛問卸載點(diǎn)。 (4)卸載工況 在卸裁點(diǎn)，舉升動(dòng)臂使鏟斗至卸載位置翻轉(zhuǎn)鏟斗，向沼并料倉或運(yùn)輸車輛 卸載，鏟斗物料卸凈后下放動(dòng)臂，使鏟 4 權(quán)復(fù)至運(yùn)輸位置。 第 8 頁 共 80 頁 (5)空載運(yùn)輸工況卸載結(jié)束后，地下地下裝載機(jī)再由卸載點(diǎn)返回裝載點(diǎn)。 工況(1)與工況(2)由于作業(yè)時(shí)間很短，故通常將(1)、(2)兩種工況視為一 個(gè)工況，稱為鏟裝工況。 在鐵礦井下生產(chǎn)過程中，從采礦作業(yè)面到溜并單程運(yùn)距為 50 一 150m，行 駛中耍轉(zhuǎn) 23 個(gè)彎道，地下裝載機(jī)司機(jī)在操作技術(shù)較熟練的倩況下，一個(gè)純工 作循環(huán)大約要用 L 54 分鐘時(shí)間。 2.3 地下裝載機(jī)的技術(shù)水平 我國(guó)的地下裝載機(jī)技術(shù)主要為在研究學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的整機(jī)技術(shù)和零部件技 術(shù)的基礎(chǔ)上自主研究開發(fā)的整體技術(shù) (衡陽力達(dá)的 922D、922E 型為美國(guó)引進(jìn) 技術(shù)和金川金格的 LF 一 93 型為德國(guó) GHH 技術(shù) )，目前的技術(shù)水平相當(dāng)于上 世紀(jì)末期的國(guó)際水平。 (1)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù) 國(guó)產(chǎn)地下裝載機(jī)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基本都采用德國(guó) Deutz 公司的兩級(jí)燃燒低污 染風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)，最新的計(jì)算機(jī)控制的水冷發(fā)動(dòng)機(jī)由于外圍系統(tǒng)復(fù)雜，控制程序 調(diào)整和故障處理困難而很少采用。 (2)變速箱技術(shù) 變速箱采用美國(guó) Dana 公司的動(dòng)力換檔變速箱 ，控制方式以液壓控制為主， 也有采用機(jī)械控制和電磁閥控制的，尚未采用微 電腦控制的自動(dòng)換檔變速箱技 術(shù)。 (3)制動(dòng)技術(shù) 制動(dòng)系統(tǒng) 日前主要以壓力制動(dòng)、彈簧松閘的全封閉多盤濕式制動(dòng)器(LCB) 為主，鉗盤式制動(dòng)器正在被逐漸淘汰，能實(shí)現(xiàn)工作制動(dòng)和停 牟制動(dòng)合 而為一 的新 型彈簧制動(dòng)、壓力松閘(SAHR)全封閉多盤濕式制動(dòng)器已經(jīng)在部分機(jī)型上得 到應(yīng)用 。 (4)驅(qū)動(dòng)橋 2 m3以下的地下裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋以國(guó)產(chǎn)橋?yàn)橹鳎洳钏冁i只有牙嵌式自由輪 式(No Spin)；3 -4 m 3地下裝載機(jī)采用進(jìn)口橋 ，差速鎖以牙嵌式自由輪式為主， 少數(shù)采用有限防滑差速鎖技術(shù)。 第 9 頁 共 80 頁 (5)液壓系統(tǒng) 經(jīng)過多年的研究摸索，各型地下裝載機(jī)的工作液壓系統(tǒng)基本一致。轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)有轉(zhuǎn)向器 和方向閥控制兩種型式，但都沒有采用國(guó)外常用的單路穩(wěn)定分流閥 (優(yōu)先閥)；除引進(jìn)美國(guó) EIMCO 公司技術(shù)生產(chǎn)的 922D、922E、928D 型地下裝載 機(jī)外，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)均不采用儲(chǔ)能元件和對(duì)雜質(zhì)敏感的柱塞泵。分流、合流技術(shù)， 先進(jìn)的儲(chǔ)能器充壓閥以及反向調(diào)節(jié)的腳踏制動(dòng)閥得到了廣泛應(yīng)用。 (6)遙控技術(shù) 我國(guó)地下裝載機(jī)的遙控技術(shù)完全為自主研發(fā)的，為視距 內(nèi)遙控 ，井下有 效控制距離大于 100 m?？刂浦噶钪饕捎谜{(diào)頻模擬信號(hào)單個(gè)傳送，尚未采用 無線數(shù)字信號(hào)傳送技術(shù)；可控制的動(dòng)作包括前進(jìn)、后退 、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)、翻斗、 收斗、降臂、升臂、全油門、 半油門、制動(dòng)、大燈開關(guān)、啟動(dòng)、熄火等 14l6 個(gè)動(dòng)作。 (7)漏電保護(hù)技術(shù) 電動(dòng)地下裝載機(jī)漏電保護(hù)系統(tǒng)為國(guó)內(nèi)自主開發(fā)的技術(shù) ，分離線 監(jiān)測(cè)保護(hù) 和在線監(jiān)測(cè)保護(hù)兩類。離線監(jiān)測(cè)漏電保護(hù)系統(tǒng)在地下裝載機(jī)供電系統(tǒng)合閘前或 斷電后，對(duì)其供用電系統(tǒng)進(jìn)行絕緣檢監(jiān)測(cè)，在系統(tǒng)故障狀態(tài)下，供電系統(tǒng)無法 合閘。在線監(jiān)測(cè)漏電保護(hù)則是在地下裝載機(jī)通電狀態(tài)下對(duì)漏電狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)， 一旦發(fā)現(xiàn)異常則立即跳閘保護(hù) 。在線監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)又分為全域(同一變壓器供 電的全部網(wǎng)絡(luò))監(jiān)測(cè)和局部 (地下裝載機(jī)供電總閘到地下裝載機(jī)之間)監(jiān)測(cè)漏電 保護(hù)系統(tǒng)，全域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)易受其它用電器的影響。目前主要采用在線監(jiān)測(cè)保護(hù) 系統(tǒng)。 (8)電纜自動(dòng)收放系統(tǒng) 電動(dòng)地下裝載機(jī)電纜卷筒有立式卷筒和臥式卷筒兩種主要型式。 國(guó)外 TAMROCK 公司生產(chǎn)的 TORO 系列電動(dòng)地下裝載機(jī)采用臥式卷筒外，其余基本上都 采用立式卷筒 我國(guó)電動(dòng)地下裝載機(jī)到目前為止都是采用立式卷筒，寬立式卷筒 配套排纜裝置，窄型卷筒不帶排纜裝置?？刂齐娎|卷筒自動(dòng)收放電纜的液壓系 統(tǒng)為自主研發(fā)技術(shù)，在卸荷節(jié)能和減少系統(tǒng)發(fā)熱等方面優(yōu)于美國(guó)技術(shù)。 (9)尾氣靜化技術(shù) 第 10 頁 共 80 頁 柴油地下裝載機(jī)的尾氣處理一方面是選用低污染柴油機(jī)，另一方面是對(duì)發(fā) 動(dòng)機(jī)尾氣進(jìn)行凈化處理。我國(guó)尾氣凈化技術(shù)有鉑金催化凈化、三元催化凈化和 水洗凈化等。鉑金和三元催化凈化對(duì) CO 凈化效果非常，凈化率達(dá)到 90以上； 水洗對(duì) NOx 和顆粒物的凈化效果明顯。對(duì)于采用二級(jí)燃燒室的 Deutz 低污染 發(fā)動(dòng)機(jī) ，由于本身能有效抑制 NOx 的產(chǎn)生，一般只配鉑金或三元催化凈化裝 置就能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn) 2.4 電動(dòng)地下裝載機(jī) 電動(dòng)地下裝載機(jī)與柴油地下裝載機(jī)相比，除機(jī)動(dòng)性外，其余指標(biāo)(諸如裝載 能力、作業(yè)成本、綜合采礦成本、可靠性、維修量、噪聲等)均優(yōu)于柴油地下裝 載機(jī)，已受到設(shè)計(jì)、制造與使用部門越來越廣泛的重視。阿特拉斯一柯普柯公 司認(rèn)為:“從改善井下作業(yè)環(huán)境、降低通風(fēng)成本以及柴油情況上看，柴油地下裝 載機(jī)正逐漸被電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)所代替，設(shè)計(jì)者正著眼于發(fā)展大斗容(達(dá) 13.7 )和3m 多規(guī)格品種電動(dòng)地下裝載機(jī)。”因此，隨著電動(dòng)地下裝載機(jī)電纜纏繞裝置的進(jìn) 一步完善和供電方式的改進(jìn)，電動(dòng)地下裝載機(jī)在地下礦山的使用比例將會(huì)逐漸 增加。國(guó)內(nèi)外部份電動(dòng)地下裝載機(jī)本要技術(shù)參數(shù)如表 2.2 所示。 表 2.2 國(guó)內(nèi)外電動(dòng)地下裝載機(jī)的技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 性能參數(shù) IS-100E IS-220E IS-500E EHST-1A EIMCO -911E EIMCO -911%G 鏟斗容積（ ）3m0.76 1.68 3.8 0.76 0.76 1.68 有效載重量（Kg） 1361 2994 6804 1361 2770 2273 機(jī)器高度（mm） 1346 1549 1752 1550 1740 機(jī)器長(zhǎng)度（mm） 5160 6910 8890 5510 4590 5500 舉升高度（mm） 2690 4010 4570 2970 2210 2625 卸載高度（mm） 1092 1524 1727 1040 961 1580 機(jī)器寬度（mm） 1210 1549 2438 1220 1220 1270 內(nèi)轉(zhuǎn)彎半徑（mm） 2610 2920 3280 1530 1005 第 11 頁 共 80 頁 外轉(zhuǎn)彎半徑（mm） 4170 4980 5330 32540 3275 坡度 %（Km/h） 25（3.8） 25（5） 25（3.4） 50 45 動(dòng)力源 575V 575V 550V 50 周 電動(dòng)交流 電動(dòng)交流 電動(dòng)機(jī)功率 40 馬力 100 馬力 180 馬力 40 馬力 傳動(dòng)方式 靜液壓高速 靜液壓高速 靜液壓高速 靜液壓高速 靜液壓傳動(dòng) 行駛速速（Km/h） 08.2 05.6/09.12 06.5/09.3 09.7 最大 6.4 最大 8.48 輪 胎 9.00-20 12 12.00-24 16 18.00-25 24 9.00-20 12 7.50-15 機(jī)器重量(Kg) 6260 10160 21400 5779 5443 電纜長(zhǎng)度（m） 76 76 106/152 105 122 122 為擴(kuò)大電動(dòng)地下裝載機(jī)的使用范圍、改善性能、解決其機(jī)動(dòng)性、靈活性問 題，目前電動(dòng)地下裝載機(jī)的發(fā)展有以下幾方面: （1）水平電纜纏繞裝置 為解決因拖曳電纜而影響電動(dòng)地下裝載機(jī)的機(jī)動(dòng)性和靈活性問題，有必要 改進(jìn)現(xiàn)有的電纜纏繞裝置的結(jié)構(gòu)形式。芬蘭 Toro 公司設(shè)計(jì)了新的水平電纜纏繞 裝置(圖 2.3)這種電纜纏繞裝置的繞入點(diǎn)可以變動(dòng)，使繞入側(cè)處于最佳位置， 從而增加了機(jī)器的靈活性。 Toro 系列電動(dòng)地下裝載機(jī)的水平電纜纏繞裝置就是用水平布置的電纜卷筒， 依靠特制的可自由擺動(dòng)的電纜導(dǎo)向臂，使扁電纜以螺旋線的形狀纏繞在水平卷 筒上。 圖 2.3 Toro 系列地下裝載機(jī)電纜卷筒 1.水平卷筒 2.后車架 3.導(dǎo)向臂 4.扁電纜 第 12 頁 共 80 頁 （2）帶移動(dòng)插梢電纜架空線供電的電動(dòng)地下裝載機(jī) 1980 年加拿大賈維斯一克拉克公司在 JS 一 50oE 電動(dòng)地下裝載機(jī)上配 備了輔助的架空線供電裝置，在 Fox 獷試驗(yàn)獲得成功。圖 2.4 為該系統(tǒng)的 原理圖，通過一個(gè)移動(dòng)插銷由架空線供電。架空線為三相四線制，移動(dòng)插 銷(圖 2.5)通過上、下和側(cè)面滾輪，可以自由而平穩(wěn)地在 T 型鋼梁上運(yùn)行。 插銷前后共 8 個(gè)集電棒，通過彈簧壓緊架空導(dǎo)線而使電纜獲得電流。當(dāng)移 動(dòng)插銷運(yùn)行到架空線終端或者要離開主要運(yùn)行線路時(shí)(無架空導(dǎo)線的巷道或 地區(qū))，則可通過有自動(dòng)張緊控制器的電纜卷筒收、放電纜，由電纜供電而 自由運(yùn)行。賈維斯一克拉克公司設(shè)計(jì)的 JS 一 702E 型。 圖 2.4 移動(dòng)插銷供電 第 13 頁 共 80 頁 圖 2.5 移動(dòng)插銷原理 （3）微型電動(dòng)地下裝載機(jī) 為了擴(kuò)大電動(dòng)地下裝載機(jī)的使用范圍，在回采薄礦脈或含礦斷層礦石時(shí)， 為減少貧化損失，控制礦石品位，用以代替電耙出礦或軌道式裝載機(jī)，法國(guó)研 制了 CT-500EH 微型電動(dòng)地下裝載機(jī)，斗容 0.3 (為目前世界上斗容最小的電3m 動(dòng)地下裝載機(jī))。當(dāng)運(yùn)距為 50 米時(shí)，機(jī)器的小時(shí)裝載能力為 17-20 噸，班產(chǎn)量 達(dá) 110-130 噸，可以有效地用來代替電耙出獷。 微型電動(dòng)地下裝載機(jī)由于機(jī)體只有 80 匣米寬，可在最窄的巷道內(nèi)作業(yè)，性 能優(yōu)于電耙或風(fēng)動(dòng)裝載機(jī)，是回采窄的板狀傾斜礦體、窄的和彎曲的斷層含礦 礦脈的一種理想的裝運(yùn)機(jī)械。 （4）發(fā)展大型電動(dòng)地下裝載機(jī) 為適應(yīng)地下采礦作業(yè)或地下工程采場(chǎng)與巷道變化的不周要求，擴(kuò)大地下裝 載機(jī)的使用范圍，應(yīng)么產(chǎn)多種型號(hào)與規(guī)格的電動(dòng)地下裝載機(jī)。據(jù)瑞典對(duì) 3Q 多個(gè) 地下工程和礦山的調(diào)查:對(duì)載重為 10 噸級(jí)別的電動(dòng)地下裝載機(jī)感興趣，電纜長(zhǎng) 度最好為 200-250 米。 第 14 頁 共 80 頁 3 CYE 型電動(dòng)地下裝載機(jī)總體參數(shù)與原理 圖 3-1 CYE-1.5 電動(dòng)地下裝載機(jī) 第 15 頁 共 80 頁 3.1 CYE 電動(dòng)地下裝載機(jī)主要技術(shù)參數(shù) CYE 一 1.5 電動(dòng)地下裝載機(jī)的技術(shù)參數(shù)見表 3.3，外形見圖 2.1 由于 CYE-1.5 電動(dòng)地下裝載機(jī)是在引進(jìn)全套 922E 電動(dòng)地下裝載機(jī)的技術(shù)資料的基礎(chǔ)上重新設(shè) 計(jì)的，因此保留了 922E 電動(dòng)地下裝載機(jī)的大部分特點(diǎn)，例如:三點(diǎn)式鉸接結(jié)構(gòu) 增加了其穩(wěn)定性，采用全密封油冷多盤式制動(dòng)器，工作機(jī)構(gòu)采用先導(dǎo)控制.為地 下裝載機(jī)專門設(shè)計(jì)的前后驅(qū)動(dòng)橋等等。但根據(jù)我國(guó)的國(guó)情和 922E 電動(dòng)地下裝載 機(jī)使用情況作了許多改進(jìn)。 圖 3.2 電動(dòng)地下裝載機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 表 3.3 CYE 一 1.5 電動(dòng)地下裝載機(jī)的技術(shù)參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)鏟斗容（ ）3m1.5 平裝斗容 1.34標(biāo)準(zhǔn)鏟斗 選擇斗容 SAE 標(biāo)準(zhǔn)（KN） 69鏟取力 最大值（KN） 傾翻載荷（完全轉(zhuǎn)向時(shí)）（KN） 98 最大牽引力（KN） 75 性 能 鏟斗運(yùn)動(dòng)時(shí)間 有運(yùn)輸位置舉升到最高位置時(shí)間 5.0 第 16 頁 共 80 頁 （s） 卸料時(shí)間（s） 1.8 操作重量（t） 10.6 型號(hào) Y250M-4電動(dòng)機(jī) 額定功率（1480r/min）(KW) 55 型式 機(jī)械動(dòng)力換擋變速箱 傳動(dòng)比（13 擋） 3.94、2、0.71 型式 單級(jí)、三元件變矩器 變矩系數(shù) 2.73 型式 行星式剛性橋前后橋 總傳動(dòng)比 26.67 型式 L4S 型或 L5S 型 規(guī)格 12.00 x24輪胎 層數(shù)（層） 16 型式 2CBF31.5/10 雙聯(lián)齒輪泵轉(zhuǎn)向制動(dòng)泵 (n-2000r/min 是時(shí))（L/min） 63/20 型式 CBG2100/2050 雙聯(lián)齒輪泵工作機(jī)構(gòu) 卷纜油泵 排量（mL/r） 100.7/50.3 型式 CGM3125 齒輪馬達(dá) 油泵 卷纜馬達(dá) 排量（mL/r） 126.4 轉(zhuǎn)向油缸（缸徑 x 行程 x 活塞桿直徑）（mm ） 90 x34445 舉升油缸 125x50660油缸 轉(zhuǎn)斗油缸 150 x40690 型式 全封閉液壓混式多盤 制動(dòng)器 工作制動(dòng) 規(guī)格 LCB 432 型式 封閉混式多盤 規(guī)格 彈簧施壓，液壓松閘停車制動(dòng) 位置 變通箱惰輪軸 第 17 頁 共 80 頁 電源 動(dòng)力電源 380（V） 照明電源 （24V） 3.2 CYE 電動(dòng)地下裝載機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理 3.2.1 工作機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)工作原理 如圖 3-4 所示，為 CY922D 型裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)原理圖，它由分配 閥（包括先導(dǎo)控制閥和主操作閥）、轉(zhuǎn)斗油缸、兩個(gè)舉升油缸、油箱、主油泵 （齒輪泵）等組成。 其工作原理是主油泵從油箱及制動(dòng)油路和先導(dǎo)控制油路的回油吸取液壓油， 并將液壓油輸送到主操縱閥。所有的主操縱閥的回油通過回油濾清器后又進(jìn)入 到轉(zhuǎn)向制動(dòng)油泵的吸油口，而多余的油則通過濾清器殼體底部的節(jié)流閥回到油 箱。 工作機(jī)構(gòu)液壓油路中的系統(tǒng)主安全閥被安置在主操縱閥的里邊，每當(dāng)系統(tǒng) 的壓力超過 13.8MPa 時(shí)，壓力油則從旁路進(jìn)入回油箱。另外，在主操縱閥的舉 升和轉(zhuǎn)斗油路中還裝有油缸過載安全閥，當(dāng)主操縱閥處于中位時(shí)（先導(dǎo)控制閥 手柄處于中間位置），它可以防止系統(tǒng)過載和沖擊。在油路中還裝有兩個(gè)單向 閥，它的作用是防止油缸形成真空。在鏟斗的操縱閥閥芯和大臂操縱閥閥芯的 進(jìn)油道上也裝有單向閥，這是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火停轉(zhuǎn)時(shí)，可以防止油缸的油液倒流。 第 18 頁 共 80 頁 圖 3.3 CY922D 型裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)原理圖 1-先導(dǎo)控制閥 2-主操縱閥 3-轉(zhuǎn)斗油缸 4-舉升油缸 5-回油濾清器 6-油箱 加油口蓋 7-油箱 8、13-單向閥（防氣蝕） 9-壓力閥 10-吸油濾清器（磁性濾網(wǎng)） 11-轉(zhuǎn)向和制動(dòng)泵 12-主油泵 14-主安全閥 15-減壓閥 16-過載安全閥 3.2.2 轉(zhuǎn)向和卷纜液壓系統(tǒng)工作原理 圖 3-4 為 WJD-1.5 型電動(dòng)裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向和卷纜液壓系統(tǒng)原理圖。卷纜系統(tǒng) 由雙聯(lián)齒輪泵、電磁換向閥、齒輪液壓馬達(dá)、溢流閥等組成。它采用電磁換向 閥控制，自動(dòng)收放電纜，使收放電纜與整機(jī)行駛同步進(jìn)行，具有高度的機(jī)動(dòng)性 和靈活性。 其系統(tǒng)工作原理：雙聯(lián)齒輪油泵安裝在變矩器外殼上，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， 帶動(dòng)變矩器里的驅(qū)動(dòng)齒輪，該驅(qū)動(dòng)齒輪則帶動(dòng)雙聯(lián)齒輪油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，雙聯(lián)齒輪油 泵中一個(gè)供轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)使用，一個(gè)供卷纜液壓系統(tǒng)使用。卷纜齒輪泵將液壓 油箱里的油經(jīng)濾清器，通過油管，將油吸入泵的入口，液壓油通過泵的出口再 通過油管進(jìn)入電磁閥的進(jìn)油口。電磁閥如圖示位置，液壓油經(jīng)電磁閥直接進(jìn)入 液壓馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，液壓馬達(dá)通過套筒滾子鏈驅(qū)動(dòng)電纜卷筒，進(jìn)行 收纜。 電磁閥如接通而移到左邊的位置，液壓油則電磁閥 5、單向閥 6 而與液壓馬 第 19 頁 共 80 頁 達(dá) 3 相通，此時(shí)裝載機(jī)前進(jìn)，使電纜有一定的張力，油馬達(dá)則在一定的壓力下 通過溢流閥 11 溢流，從而進(jìn)行收纜。 由于電磁換向閥是否通電是由檔位控制手柄通過行程開關(guān)直接控制的，所 以電纜卷筒能自動(dòng)收放纜，即收、放纜與整機(jī)同步進(jìn)行，具有自動(dòng)控制的特點(diǎn)。 圖 3-4 WJD-1.5 電動(dòng)裝載機(jī)轉(zhuǎn)向和卷纜液壓系統(tǒng)原理圖 1-轉(zhuǎn)向油缸 2-全液壓轉(zhuǎn)向器 3-液壓馬達(dá) 4-直角單向閥 5-電磁換向閥 6、10、11- 溢流閥 7-齒輪油泵 8-濾油器 9-換熱器 第 20 頁 共 80 頁 4 半齒輪換向排繩（纜）裝置設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 電纜卷筒變速箱簡(jiǎn)圖： 本次設(shè)計(jì)的是電纜卷筒變速箱中獲得國(guó)家專利的半齒輪換向排繩（纜）裝 置，設(shè)計(jì)涉及一種用于卷筒的排繩（纜）裝置，特別涉及一種半齒輪換向排繩 （纜）裝置。下圖 4.1 為設(shè)計(jì)的電纜卷筒的變速箱簡(jiǎn)圖。 圖 4.1 電纜卷筒的變速箱簡(jiǎn)圖 4.2 半齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想和方案 4.2.1 設(shè)計(jì)思想 電動(dòng)地下裝載機(jī)必須有連接電源的電纜和電纜卷筒，各種卷揚(yáng)設(shè)備、絞車 也都包含纏繞鋼繩的卷筒。為了使電纜在卷筒上均勻排列，目前使用往復(fù)螺旋 圓柱凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第二卷，8-55 頁，徐灝主編，機(jī)械工業(yè)出版 社，1991 年 9 月出版，簡(jiǎn)稱雙螺旋絲桿機(jī)構(gòu)。這種排纜裝置經(jīng)過近幾年的使 用發(fā)現(xiàn)很多不足：一是加工困難，特別是加工反向螺旋時(shí)容易碰刀，反向螺旋 的加工質(zhì)量很難保證；二是這種排纜裝置靠滑塊或鋼球才能換向，而不能使用 螺母，容易磨損，效率低，壽命短；三是在正反螺旋交叉處及兩端頭可能發(fā)生 反向卡死現(xiàn)象，逼使電纜卷筒停轉(zhuǎn)，從而拉斷電纜，造成嚴(yán)重事故。為了使鋼 繩在卷筒上均勻排列，目前使用凸輪排繩機(jī)構(gòu)和利用限位開關(guān)換向的排繩機(jī)構(gòu)， 其缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)龐大復(fù)雜，工作不可靠。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 本設(shè)計(jì)的目的就是要提供一種能精確均勻排列纜繩，工作順暢， 第 21 頁 共 80 頁 安全可靠、使用壽命長(zhǎng)，制造加工容易的卷筒排繩（纜)裝置。 一種半齒輪換向排繩（纜）裝置，包括一個(gè)半齒輪換向箱，所述半齒輪換 向箱包括半齒輪和對(duì)稱布置的正向齒輪和反向齒輪，所述半齒輪是只在齒輪的 半個(gè)圓周上有輪齒的不完全齒廓齒輪。 所述半齒輪換向排繩（纜）裝置包括一個(gè)由半齒輪換向箱驅(qū)動(dòng)的單螺旋絲 桿。 所述半齒輪換向排繩（纜）裝置還包括一個(gè)由單螺旋絲桿驅(qū)動(dòng)的排纜塊， 所述排纜塊上制作有與單螺旋絲桿配合的內(nèi)螺紋。 所述半齒輪換向排繩（纜）裝置還包括半齒輪前減速齒輪和半齒輪后增速 齒輪。其減速比大于卷筒長(zhǎng)度 L 與電纜（鋼繩）直徑 d 之比值的兩倍，其增速 比大于卷筒長(zhǎng)度 L 與單螺旋絲桿螺距 t 之比值的兩倍，其中的大于兩倍是因?yàn)?排纜必須要有一定的空隙。 本設(shè)計(jì)由于采用半齒輪換向箱和單螺旋絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)，制造加工容易，傳 動(dòng)平穩(wěn)順暢，安全可靠，使用壽命長(zhǎng)。通過計(jì)算設(shè)計(jì)，可使卷筒排纜精確均勻。 本發(fā)明可用于電動(dòng)地下裝載機(jī)、各種卷揚(yáng)設(shè)備、絞車及紡織機(jī)械等。 4.2.2 設(shè)計(jì)方案 電動(dòng)地下裝載機(jī)在運(yùn)行時(shí)，在液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下，電纜卷筒排一圈纜則向 前運(yùn)動(dòng)，通過加速減速運(yùn)行，則需要一個(gè)換向裝置，本次設(shè)計(jì)則采用的是半齒 輪換向裝置，通過半齒輪與兩個(gè)全齒輪相互嚙合，與上面的齒輪嚙合則與下面 的齒輪脫開，與下面的齒輪嚙合則與上面的齒輪脫開，實(shí)行換向，同時(shí)要考慮 齒輪嚙合問題，齒數(shù)問題，作用力的問題等。 第 22 頁 共 80 頁 圖 4.2 卷筒排繩（纜)裝置的結(jié)構(gòu)圖 附圖說明 圖 4.2 為卷筒排繩（纜)裝置的結(jié)構(gòu)圖，圖中，1卷筒，2電 纜（鋼繩），3卷筒驅(qū)動(dòng)裝置，4半齒輪換向箱，5、6、7、17減速齒輪， 8反向齒輪，9、11、12反向增速齒輪，14、15正向增速齒輪，10半齒 輪，16正向齒輪，18排纜塊，19單螺旋絲桿，20導(dǎo)桿，L卷筒長(zhǎng)度， d電纜（鋼繩）直徑，t單螺旋絲桿螺距。 圖 4.3、圖 4.4 為半齒輪換向傳動(dòng)原理圖，也是圖 4.2 的 A 向視圖。其中， 圖 4.3 表示當(dāng)半齒輪（10）與正向齒輪（16）嚙合，反向齒輪（8）處于半齒輪 （10）的空檔無齒位置的情況；圖 4.4 表示半齒輪（10）與反向齒輪（8）嚙合， 正向齒輪（16）處于半齒輪（10）的空檔無齒位置的情況。 第 23 頁 共 80 頁 圖 4.3 半齒輪 10 與正向齒輪 16 嚙合 圖 4.4 半齒輪 10 與反向齒輪 8 嚙合 具體實(shí)施方式 如圖 4.2 所示的半齒輪換向排繩（纜）裝置，卷筒（1）在 驅(qū)動(dòng)裝置（3）的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，通過減速齒輪（5）、（6）、（7）、（17）帶 動(dòng)半齒輪（10）轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖 4.3 所示，當(dāng)半齒輪（10）與正向齒輪（16）嚙合 時(shí)，反向齒輪（8）處于半齒輪（10）的空檔無齒位置。此時(shí)半齒輪（10）通過 正向齒輪（16）和正向增速齒輪（14）、（15）帶動(dòng)單螺旋絲桿（19）正向旋 轉(zhuǎn)，從而使制作有內(nèi)螺紋的排纜塊（18）軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)正向排纜。傳動(dòng)路線： 卷筒（1）齒輪（5）齒輪（6）齒輪（7）齒輪（17）半齒輪（10） 正向齒輪（16）齒輪（15）齒輪（14）單螺旋絲桿（19）。如圖 4.4 所示，半齒輪（10）繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，與正向齒輪（16）脫開，即正向齒輪（16）進(jìn) 入半齒輪（10）的空檔無齒位置，反向齒輪（8）與半齒輪（10）嚙合，通過反 向增速齒輪（9）、（11）、（12）帶動(dòng)單螺旋絲桿（19）反向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)反向 排纜。傳動(dòng)路線：卷筒（1）齒輪（5）齒輪（6）齒輪（7）齒輪 （17）半齒輪（10）反向齒輪（8）齒輪（9）齒輪（11）齒輪 （12）單螺旋絲桿（19）。 設(shè)置半齒輪（10）前減速齒輪（5）、（6）、（7）、（17）是為了使卷 筒（1）排一層電纜（鋼繩）時(shí)，半齒輪（10）轉(zhuǎn)半圈。轉(zhuǎn)完半圈后反向，卷筒 排第二層。其減速比大于卷筒長(zhǎng)度 L 與電纜（鋼繩）直徑 d 之比值的兩倍。設(shè) 第 24 頁 共 80 頁 置半齒輪（10）后增速齒輪（14）、（15）以及（9）、（11）、（12）是為了 半齒輪（10）轉(zhuǎn)半圈時(shí)，導(dǎo)繩塊（18）排一層電纜（鋼繩），故其增速比大于 卷筒長(zhǎng)度 L 與單螺旋絲桿（19）螺距 t 之比值的兩倍。 4.3 半齒輪換向機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì)及計(jì)算 由于是齒輪傳動(dòng)，而且還是半齒輪，根據(jù)上面的設(shè)計(jì)思想和方案，我們需 要對(duì)此機(jī)構(gòu)做三項(xiàng)分析，分別是： （1） 傳動(dòng)比分析 （2） 齒數(shù)設(shè)計(jì)分析 （3） 不完全齒廓傳動(dòng)分析 同時(shí)在設(shè)計(jì)的 A0 圖上和地下裝載機(jī)的參數(shù)中得到如下主要參數(shù)： 電纜卷筒長(zhǎng)度 L=988mm,電纜直徑 d=45mm 單螺旋絲桿螺距 t=16mm. 4.3.1 傳動(dòng)比分析 因?yàn)樵诖藱C(jī)構(gòu)中設(shè)置半齒輪（10）前減速齒輪（5）、（6）、（7）、 （17）是為了使卷筒（1）排一層電纜（鋼繩）時(shí)，半齒輪（10）轉(zhuǎn)半圈。轉(zhuǎn)完 半圈后反向，卷筒排第二層。其減速比大于卷筒長(zhǎng)度 L 與電纜（鋼繩）直徑 d 之比值的兩倍。設(shè)置半齒輪（10）后增速齒輪（14）、（15）以及（9）、 （11）、（12）是為了半齒輪（10）轉(zhuǎn)半圈時(shí)，導(dǎo)繩塊（18）排一層電纜（鋼 繩），故其增速比大于卷筒長(zhǎng)度 L 與單螺旋絲桿（19）螺距 t 之比值的兩倍。 所以此機(jī)構(gòu)有一個(gè)前減速比和一個(gè)后增速比我們?cè)O(shè)為 ， 。根據(jù)上前 減I后 增 圖 4.3 所示，減速齒輪（5）、（6）、（7）、（17）帶動(dòng)半齒輪（10）轉(zhuǎn)動(dòng)， 當(dāng)半齒輪（10）與正向齒輪（16）嚙合時(shí)，反向齒輪（8）處于半齒輪（10）的 空檔無齒位置。 則我們可得出 應(yīng)為電纜卷筒的長(zhǎng)度與電纜直徑之比的 2 倍（因?yàn)槭前肭?減I 齒輪）給定電纜卷筒的長(zhǎng)度為 1038mm,卷纜直徑為 45mm。即 第 25 頁 共 80 頁 =前 減I.943258dL 其中 = =M 前 減 5761Z 同理設(shè)置半齒輪（10）后增速齒輪（14）、（15）以及（9）、（11）、 （12）是為了半齒輪（10）轉(zhuǎn)半圈時(shí)，導(dǎo)繩塊（18）排一層電纜（鋼繩），故 其增速比大于卷筒長(zhǎng)度 L 與單螺旋絲桿（19）螺距 t 之比值的兩倍。 = =后 增I2t5.123698 其中 = =N.后 增 12890Zt 4.3.2 齒數(shù)設(shè)計(jì)分析 因?yàn)樽钚↓X數(shù)不能低于 17，則假設(shè)各個(gè)齒數(shù)讓它滿足條件，兩者要相等， 從圖中和 可看出 為齒數(shù)小的齒輪。通過各個(gè)驗(yàn)算，則假設(shè)為前 減I57,Z =25。根據(jù)圖上的各種精度等級(jí)通過查表可得出，齒輪 7,齒輪 5 的572Z， 各個(gè)參數(shù)，如表 4.5,4.6 所示。 表 4-5 齒輪 7 的參數(shù) 模數(shù) m 2 齒數(shù) z 25 壓力角 20 齒頂高系數(shù) *ah1 全齒高 h 4.5 精度等級(jí) 988GJ 中心距及其極限偏差 2750.041 圖號(hào) CYE2 25-53 配對(duì)齒輪 齒數(shù) 250 齒圈徑向跳動(dòng)公差 Fr 0.071 第 26 頁 共 80 頁 公法線長(zhǎng)度變動(dòng)公差 Fw 0.056 齒形公差 f 0.014 齒距極限偏差 pt 0.02 齒向偏差 F0.018KnW 15.461 公法線 K 3 表 4-6 齒輪 5 的參數(shù) 模數(shù) m 2 齒數(shù) z 25 壓力角 20 齒頂高系數(shù) *ah1 全齒高 h 4.5 精度等級(jí) 988GJ 中心距及其極限偏差 1350.032 圖號(hào) CYE2 25-24 配對(duì)齒輪 齒數(shù) 110 齒圈徑向跳動(dòng)公差 Fr 0.071 公法線長(zhǎng)度變動(dòng)公差 Fw 0.056 齒形公差 f 0.014 齒距極限偏差 pt 0.02 齒向偏差 F0.018KnW 15.461 公法線 K 3 第 27 頁 共 80 頁 同樣可驗(yàn)算出齒輪 17，齒輪 6 的的齒數(shù)，經(jīng)驗(yàn)算得出， ，則10,25617Z 可得出減速比為 = =M= 。前 減I5761Z45210 則可得出減速傳動(dòng)比 ，滿足要求，則符合設(shè)計(jì)要求。前 減IdL 同樣按照精度要求，模數(shù)要求可得出齒輪 17，齒輪 6 的基本參數(shù)，如表 4.7,4.8 所示。 表 4-7 齒輪 17 的參數(shù) 模數(shù) m 2 齒數(shù) z 250 壓力角 20 齒頂高系數(shù) *ah1 全齒高 h 4.5 精度等級(jí) 988HK 中心距及其極限偏差 2750.041 圖號(hào) CYE2 25-19 配對(duì)齒輪 齒數(shù) 25 齒圈徑向跳動(dòng)公差 Fr 0.1 公法線長(zhǎng)度變動(dòng)公差 Fw 0.09 齒形公差 f 0.025 齒距極限偏差 pt 0.025 齒向偏差 F0.018 公法線 KnW169.37 第 28 頁 共 80 頁 K 28 表 4-8 齒輪 6 的參數(shù) 模數(shù) m 2 齒數(shù) z 110 壓力角 20 齒頂高系數(shù) *ah1 全齒高 h 4.5 精度等級(jí) 988GK 中心距及其極限偏差 1350.041 圖號(hào) CYE2 25-15 配對(duì)齒輪 齒數(shù) 25 齒圈徑向跳動(dòng)公差 Fr 0.08 公法線長(zhǎng)度變動(dòng)公差 Fw 0.071 齒形公差 f 0.018 齒距極限偏差 pt 0.022 齒向偏差 F0.018KnW 76.8846 公法線 K 13 同理因?yàn)?= =N. 齒輪后 增I12890ZtL， 被 約 掉 ，同 時(shí) 存 在 于 分 子 分 母 中1 11 在此增速傳動(dòng)中為惰性齒輪，則我們可不用過多的考慮齒數(shù)方面的關(guān)系，我 們就針對(duì)齒輪 10，齒輪 9，齒輪 8，齒輪 12 四個(gè)齒輪，進(jìn)行計(jì)算和分析。 與上面減速的方法相同，假定齒輪 8 齒數(shù)為 25，即 ， 。通過查258Z12 表，通過滿足此設(shè)計(jì)精度要求，模數(shù)都假定為 2。我們可通過表 4.9，和表 4.10 得到設(shè)計(jì)的齒輪的基本參數(shù)。 第 29 頁 共 80 頁 表 4.9 齒輪 8 的參數(shù) 模數(shù) m 2 齒數(shù) z 25 壓力角 20 齒頂高系數(shù) *ah1 全齒高 h 4.5 精度等級(jí) 988GJ 中心距及其極限偏差 2750.041 圖號(hào) CYE2 25-55 配對(duì)齒輪 齒數(shù) 250 齒圈徑向跳動(dòng)公差 Fr 0.071 公法線長(zhǎng)度變動(dòng)公差 Fw 0.056 齒形公差 f 0.014 齒距極限偏差 pt 0.02 齒向偏差 F0.018KnW 15.461 公法線 K 3 表 4-10 齒輪 12 的參數(shù) 模數(shù) m 2 齒數(shù) z 22 壓力角 20 齒頂高系數(shù) *ah1 第 30 頁 共 80 頁 全齒高 h 4.5 精度等級(jí) 988HL 中心距及其極限偏差 5500.055 圖號(hào) CYE2 25-26 配對(duì)齒輪 齒數(shù) 275 齒圈徑向跳動(dòng)公差 Fr 0.1 公法線長(zhǎng)度變動(dòng)公差 Fw 0.09 齒形公差 f 0.025 齒距極限偏差 pt 0.025 齒向偏差 F0.018KnW 187.697 公法線 K 31 同樣可驗(yàn)算出齒輪 10，齒輪 11 的的齒數(shù)，經(jīng)驗(yàn)算得出， ，則可得出加速比為275,011Z = =N = 。后 增I1289tL12570 則可得出減速傳動(dòng)比 ，滿足要求，則符合設(shè)計(jì)要求。后 增ItL 同樣按照精度要求，模數(shù)要求可得出齒輪 10，齒輪 9 的基本參數(shù)，如表 4.11,4.12 所示。 表 4-11 齒輪 10 的參數(shù) 模數(shù) m 2 齒數(shù) z 250 壓力角 20 第 31 頁 共 80 頁 齒頂高系數(shù) *ah1 全齒高 h 4.5 精度等級(jí) 988HK-GB/T10095-1988 中心距及其極限偏差 2750.041 圖號(hào) CYE2 25-18,43 配對(duì)齒輪 齒數(shù) 25 齒圈徑向跳動(dòng)公差 Fr 0.1 公法線長(zhǎng)度變動(dòng)公差 Fw 0.09 齒形公差 f 0.025 齒距極限偏差 pt 0.025 齒向偏差 F0.018KnW 169.37 公法線 K 28 表 4-12 齒輪 9 的參數(shù) 模數(shù) m 2 齒數(shù) z 275 壓力角 20 齒頂高系數(shù) *ah1 全齒高 h 4.5 精度等級(jí) 988HL 中心距及其極限偏差 5500.055 圖號(hào) CYE2 25-26 配對(duì)齒輪 齒數(shù) 275 齒圈徑向跳動(dòng)公差 Fr 0.1 第 32 頁 共 80 頁 公法線長(zhǎng)度變動(dòng)公差 Fw 0.09 齒形公差 f 0.025 齒距極限偏差 pt 0.025 齒向偏差 F0.018KnW 187.697 公法線 K 31 綜上所述，幾個(gè)主要的齒輪已經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算出它們的基本參數(shù)，采用半齒輪 換向箱和單螺旋絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)，制造加工容易，傳動(dòng)平穩(wěn)順暢，安全可靠，使 用壽命長(zhǎng)。 4.4 不完全齒廓傳動(dòng)分析 4.4.1 不完全齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理和特點(diǎn) 不完全齒輪機(jī)構(gòu)是由普通漸開線齒輪機(jī)構(gòu)演化而成的一種間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)， 它與普通漸開線齒輪機(jī)構(gòu)的主要不同點(diǎn)是齒輪不滿布于整個(gè)節(jié)圓的圓周上，故 當(dāng)主動(dòng)輪連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)輪作間歇回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其基本結(jié)構(gòu)形式分為外嚙 合與內(nèi)捏合兩種，如圖 4.13 為不完全齒輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪 1 只制出一個(gè)或幾個(gè)齒， 從動(dòng)輪 2 具有若干個(gè)與主動(dòng)輪 1 相嚙合的輪齒及鎖止弧，可實(shí)現(xiàn)主動(dòng)輪的連續(xù) 傳動(dòng)和從動(dòng)輪的有停歇轉(zhuǎn)動(dòng)。在下圖所示的機(jī)構(gòu)中，主動(dòng)輪 1 每轉(zhuǎn) 1 周，從動(dòng) 輪 2 轉(zhuǎn) 1/z 周，從動(dòng)輪轉(zhuǎn) 1 周停歇 z 次。停歇時(shí)從動(dòng)輪上的鎖止弧與主動(dòng)輪上 的鎖止弧密合，保證了從動(dòng)輪停歇在確定的位置上而不發(fā)生游動(dòng)現(xiàn)象。 不完全齒輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和靜止 時(shí)間的比例不受機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的限制。但因?yàn)閺膭?dòng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)開始及終止時(shí)速度有突 變，沖擊較大，一般僅用于低速、輕載場(chǎng)合，如計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)及在自動(dòng)機(jī)、半自動(dòng) 機(jī)中用作工作臺(tái)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)等。 第 33 頁 共 80 頁 圖 4.13 不完全齒輪機(jī)構(gòu) 4.4.2 完全齒輪機(jī)構(gòu)嚙合過程分析 不完全齒輪機(jī)構(gòu)的嚙合過程與普通漸開線齒輪機(jī)構(gòu)有所不同，故有必要作 一簡(jiǎn)單分析。 先討論主動(dòng)輪上不完全齒數(shù)為 1（ ）的情況，為研究方便，先不考慮Z 鎖止弧的設(shè)置問題，如圖 4.14 所示，途中輪 1 主動(dòng)，順時(shí)針回轉(zhuǎn)，輪 2 從動(dòng)， 兩齒頂圓交點(diǎn)為 A,D,輪 1 的輪齒只有進(jìn)入 AD 弧內(nèi)，才能推動(dòng)輪 2 的齒轉(zhuǎn)動(dòng)。 由于一般齒輪機(jī)構(gòu)的重迭系數(shù)總是大于 1 的，當(dāng)前面一對(duì)齒尚未脫離嚙合時(shí)， 后面的一對(duì)齒已經(jīng)進(jìn)入嚙合，所以每一對(duì)輪齒的嚙合都是在實(shí)際嚙合線 上。21B 而不完全齒輪機(jī)構(gòu)的一對(duì)齒在終止嚙合點(diǎn) 處因后面沒有輪齒進(jìn)行嚙合，所以1B 未能脫離嚙合，當(dāng)輪 1 繼續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，它的齒頂沿從動(dòng)輪的齒廓向齒頂滑動(dòng)，至 D 點(diǎn)脫離接觸，在這一段中，從動(dòng)輪 2 的角速度由