临时护顶机伸缩式主臂的计算.pdf

2 0 0 4年第 2 期 堡 文章 编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 4 } 0 2 ． 0 0 2 7 0 4 临时护顶机伸缩式主臂的计算 梁伯图 煤 炭科学研究总院 南京研 究所 ，江苏 南京 2 1 0 0 1 8 摘要 对临时护顶机的伸缩式主臂的设计计算方法进行 了探讨。结合伸缩式主臂的结构特 占 、 ， 进行受力分析 ， 尤其对搭接部分与非搭接部分的强度进行 了分析与计算。 关键词 临 时护顶 机 ；伸缩 式主臂 ；搭 接部 分 ；非搭 接部 分 ；强度 中 图号 T D 3 5 2 文献标 识码 A 1 前言 临时护顶机是安装在巷道掘进机上， 并与掘进 机、 锚杆机一起共同完成巷道掘进与锚杆支护作业 的一种机械化快速护顶装置。为当前机掘巷道迎头 使用单体风动锚杆钻机提供安全作业保证。该机主 要有护顶架 、 主臂 、 滑 台、 滑道四大结构部件及外配 套电气设备 等组成 见 图 1 。具有独 立的液压 系 统、 相对于掘进机有独立的运动和临时支护功能。 与此类同。在称重仪用于 自动装载系统时 ， 该组接 点非常有用。 4 交接班时间 根据此设定的时间， 计算机可 统计 出每班提升的钩数和吨数 ， 并有每 日、 每月、 每 年的累计值 ， 给煤矿提供一个 比较真实可靠的煤炭 产量。 4 ． 3查 看产量 产量包括总累计 ， 月累计 ， 日累计， 早班、 中班、 夜班累计提升的钩数和吨数 ， 通过在计算机键盘上 按一下相应 的功能键 即可查看 出各种所需要的数 据。 一 5 主要技术参数 计算机 P 5 8 6以上工业控制计算机， Wi n d o w s 9 5 ／ 9 8 操作系统 ， 显示器分辨率 8 0 0 6 0 0 。 通信波特率／ B t 2 4 0 0 通信距离／ k in ≥1 通信电缆两芯井筒信号电缆 仪器分辨率／ H z 0 ． 0 1 称重分辨率／ t 0 ． 0 1 称重仪精度优于 0 ． 5 ％F s 通信接 口隔离电压／ V 2 5 0 0 称重仪分机 两路模 拟量输入 ， 8路开关 量输 入 ， 8 路开关量输出 称重传感器 量程 ， t 1 0 6 0 6结语 称重仪安装调试完毕正式运转后 ， 安排人员现 场称量 1 6 t 煤放入定量斗中， 称重仪显示 1 6 ． 0 7 t ， 误差为 0 ． 0 7 t ， 可见称重仪完全可以满足现场需要 ， 且非常准确。称重仪能动态显示装煤量 ， 能对提煤 吨数、 钩数进行累计， 并 有年月 日板 累计和历史查 询， 为煤矿提供准确可靠的煤炭产量。 整套仪器全部采用高新技术 ， 工作稳定可靠， 抗 干扰能力强。工控机可长期连续 工作 ； 分机 内部元 件均采用 C O S集成 电路 ， 具有很高的稳定性 、 可靠 性 ； 称重传感器采用了液压转换技术 ， 传感体部分受 力很小， 不会疲劳 ， 可长期负载而不变形和漂移， 传 感器体内无易损 电子元件 ， 保证长期可靠工作。实 践证明这种煤量称重仪非常适于在煤炭冶金行业中 推广使用。 作者简介 孙 福强 1 9 7 4一 ， 河 北石家庄 人 ， 电气 工程 师， 1 9 9 7 年毕业于中国矿业大学机电学院机械 电子工程专业 ， 现 在金牛能 源 股份有限公 司东庞煤矿动力科工作 ， 专 门从 事称重仪 及提升机控 制 系统的安装维护工作 ． 收稿 日期 2 0 0 3 1 1 - 0 8 De s i g n i n g o f t h e we i g h i n g i n s t r u me n t wi t h q u a n t i t a t i v e l o a d i n g i n Do n g p a n g Co a l M i n e ma i n we l l S UN Fu - q i a ng J i n n i u E n e r g y C o ． 。 L t d ． ， D o n g p a n g C o a l M i n e 。 X i n g t a i 0 5 4 2 0 1 。 C h i n a Abs t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s we i g h i n g s e n s o r wi t h v i b r a t i n g c o r d p r e s s u r e 8 r l s o r a n d t h e f u n c t i o n an d a p p l i c a t i o n o f t h e c o a l m i n e m a i n w e l l ’ s w e i 出 n g i n s t r u m e n t ． I t ’ s c o n s t ruc t i o n e q u i t a b l e fi x i n g and l i g a t u re s i m p l e ． I t ’ s c h a r a c t e r i s t i c t ha t a re l o a d i n g o p e r a t i n g mo d e an d o u t p u t a d d u p a p p r o p r i a t e f o r c o a l mi n e． Ke y wo r d s we i g h i n g s e n s o r ；q u an t i t a t i v e d o u；i n d u s t r y c o n t r o l c o mp u t e r ；o n e c h i p c o mp u t e r 维普资讯 墨 临时护顶机伸缩式主臂的计算梁伯图 2 0 0 4年第 2 期 本机采用两机叠加的配套方式安装在掘进机上。 图 1 护 】 页机 主 要 结构 组 成 F i g． 1 n_i n mr y s t r u c t u r e o ft e mpo r a r y r o o f p r o t e c t i n g ma c h h 1 ． 护顶架2 ． 主臂3 ． 滑台4 ． 滑道5 ． 掘进机 其中主臂采用矩形截面的箱形结构 ， 箱形结构 内置 1 个 2 级伸缩油缸， 小方套和中方套 的上下面 都焊有支承滑板。大方套和小方套用厚度为 8 i n to 的 1 6 Mn板 焊 接而成 ， 中方套 用板 材的厚 度 为 l 0 m i l l 。主臂是本 机 的关键部件 ， 必须要保证 结构强 度。以下参照起重运输设备 的吊臂计算方法。 2伸缩式主臂的受力分析 见图 2 以护顶机在巷道断面高度为 2 8 0 0 m m 设计 的 巷道断面高度为 2 8 0 03 8 0 0 m i l 1 时的工作状态计 算 。且假定顶板施加给护顶板的压力 P 3 9 ． 2 k N ， 用 S o l i d E d g e的物理属性可得 出护顶板收拢 时的重 心位置及其 自重 G ． 6 4 O k g ， 主臂的重心位置及其 自重 G 2 4 0 0 k g 。 图 2 XY平面 主臂的受力简 图 F i g ． 2 P o we r d i a g r a m o f t e l e s c o p i c b o o m o n p l a n e X l ， 1 在 y平面内， 主臂的计算简图可视为简 支外伸梁， 它的 2个支点是主臂根部的铰接点与支 臂油缸的支承点。 G 。 P和 G 的 y方向分力引起 主臂 的弯曲， 在 轴上 的分力与主臂油缸产生的推力平衡。 G ． P在 y方向的分力 G I P G I P c o s a G 2 在 y方向的分力 G 2 ， G 2 C O S 6 t 2 XZ平面内 见图 3 ， 按 P作用在离 轴 距离为 4 0 0 m m处 ， 因 G 。 和 G 作用在 轴上 ， 所以 仅考虑 P对主臂引起的扭转。其扭矩 TP 。 。 ， 亡 ． 图 3 XZ平面的受力简图 F．喀． 3 An a l y s i s o fp o w e r tel e c s c o p i e b o o m O R p l a n e XZ 3 主臂的强度计算 由于相邻的 2个内外方套之间有一定搭接 ， 支 承滑板处存在局部弯 曲问题 ， 把主臂的强 度计算分 别就非搭接部分和搭接部分来计算。 3 ． 1 主臂非搭接部分的强度计算 主臂的变形是弯 曲与扭转 的组合变形 ， 用第 3 强度理论计算 √d 3 r ≤ [ d ] 材料 为 1 6 M n ， ≤ 1 6 ， 口 ．3 4 5 M P a 见 文 献 [ 3 ] 。 取安全系数 ／7 , 1 ． 5 ， 则[ d ] d 。 ／ n2 3 0 MP a 1 主臂的弯矩如 图 4所示。用 S o l i d E d g e的区 域属性可得出惯性矩 1 - 1 2 - 2 3 - 3 l ZZOZ G ． P I o 9 一 E M 5 0 0 - 口[ 广 l ． 3 l I 一 I 央。 I I 1 一 L ． ． ．． ．j 1 21 3 墨 殳 z ． 1 2 7 2 一 图 4 主臂的几何尺寸和承受的弯矩 № ． 4 G e o me t r y cl i n to n a n d r e c e i v e d b e n d of t e t e s c o b o o m 3 8 6 7 0 2 6 0 r am； I z ， 7 9 3 4 4 6 2 8 唧4； II 2 z 维普资讯 2 0 0 4年第 2期 I z I 21 4 9 5 8 2 0 n u n q 。3 ．3 堕堕 堡 堑 圭 壁 计算梁伯图 ． 2 9． 薄板弯曲的解析解乘 以修正系数来求得。 ．． 3 8 6 7 0 2． 6 0 I n I I I ’； 6 4 5 0 7 8 ．3 0 。 ’ ‘‘‘ mI I I 3 ； 8 3 2 1 6 3 ． 1 5 mm3 。 主臂各危险截面 1 1 、 2 2 、 3 3的弯矩 ．．． G I P ， 1 4 0 9 G 2 r 1 0 4 6 5． 7 6 k Nm Mz 2． G I P ， 2 2 0 2 G 2 r 8 9 7 1 0 5． 7 k Nm 肘 z G I P ， 2 5 7 7 G 2 r 1 2 7 2 1 2 4． 6 k Nm 截面角点正应力分别为 c， ， O X I - I - l 6 6- 6 MP a M z ．． ． 1 6 0 6 MP a c， ， ， - l 4 6- 7 MPa 2 同时， 由于 P作用在离 轴距离为 4 0 0咖 处 ， 所以 P对 主臂 的扭矩 P L1 5 ． 6 8 1 0 N m m。 由图 4主臂 n个方套 截面的几何尺寸可得截 面 I I 、 2 2 、 33的中心线所包围的面积 A ． 2 9 1 8 4 删 ； A2 ． 24 2 48 0 删 ； A3 ．35 9 0 7 2 删 。 与上述对应的危险截面 1 1 、 2 2 、 33的剪 切应力分别为 r l 砑 - 3 3 ． 5 8 MP a r 2 ． 2 1 8． 4 6 MP a r 3 ． 3 1 6． 5 9 胁 一 3 强 度校核 。 √ d ． ． ． 3 r 一 l 1 7 6 ．4 6 ≤ 2 3 0 M P a 2 √ 0 -2 3 r ； 一 2 1 6 3 ． 7 5 ≤ [ ] 2 3 0 M P a 3 √ ． ， 3 r ． 3 1 4 8 ． 8 ≤ 2 3 0 M P a 3 ． 2 主臂搭接部分的强度计算 当主臂全变幅行程伸 出， 在搭接部分中内方套 尾端上板的支承滑板与外方套 的上内壁接触， 内方 套中部下板的支承滑板与外方套的下 内壁接触 见 图 5 。两接触点之间存在局部弯曲问题 ， 目前采用 N h 1 1一c 0 s 11 C O S 一C 0 S 了 一 了 一 ln 本‘ 本 1 7c 一 ‘ ． 7c 一 卜 嘲 H 嘟 1一c 0 s 1c 0 s 其中 0 0 1 7 l n _ - ’ _ 0 D r j K N h 2 7． 1 0 MPa 因 N 作用点 A在危险截面 22附近 ， 其整体弯曲 √ o x i 3 r 一 2 露 一 维普资讯 ．- _ 一 一 机 械 2 0 0 4 年第 2 期 -_ 一一 文章编 号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 o o 4 o 2 。 0 0 3 0 ． 0 3 急回曲柄摇杆相构硇髓析设计 马东晓‘ 。吕延利‘ 。王利 I ． 平顶山工学 院 ，河南 平顶山 4 6 7 0 0 1 ；2 ． 平顶 山市工业学校 ，河南 平顶 山 4 6 7 0 0 1 摘 要 导 出了具有急回运动的曲柄摇杆机构运动综合 的解析设计方程 ， 从而解决 了图解设 计带来的质量差的问题。通过对机构进行运动和动力的优化设计 ， 获得 了一些重要结论， 这些结论 对指导这类机构的设计有指导意义。各杆相对于摇杆的杆长比列表可供设计时使 用。 关键词 急回；曲柄摇杆机构 ；解析设计 中图号 T H 1 3 3 ． 5 文献 标识 码 A 1 曲柄摇杆机构的综合方程式 当给出行程速比系数 K， 可 以求出机构的极位 夹角 。如果再 给出摇杆 长度 c和摇杆 的摆 角 这 2个设计参数通常可 以根据设计的具体内容确 定 ， 则可以画出图 1 所示曲柄摇杆机构设计 的等视 角圆 0。图 1中设 ／A O C ． a ； 曲柄、 连杆和机架的 长度分别为 口 、 b 、 d； 等视角圆的半径为 ； 圆心 0 到铰链 D的距离为 日。根据图 1中的几何关系可得 曲柄摇杆机构的机构综合方程 Rc s i n q ／ 2 ／ s i n 0 HC C O S ／ 2 一R e o s O 口 2 R c o s 字 s in 导 6 2 TO a c o s 导 d ／ R 2 R H c o s 0 口 当再给出曲柄 口或连杆 b或机架 d的长度 ， 则 由式 1 可以解出 a ， 由求出的 a可综合出满足设计 要求的曲柄摇杆机构 。 例如 要求设计 K1 ． 3 ， c 1 0 0哪 ， 4 0 的 曲柄 摇杆 机 构。如果 口3 1 ． 4 I B m， 可求 出 a 2 8 ． 4 9 。 ， 解 出 b7 3 ． 6 5 m m； d9 5 ． 9 5哪 。又如 当 K1 ． 3 ； c 1 0 0 m n l ； 4 0 。 时 ， 要求机架 与摇杆 摆角平分线垂直 ， 可以从 AA D O中算 出a7 6 ． 7 4 o ， 习 芑 出 口2 2 ． 4 m m； b 1 2 8 ． 9 7 m ／ n ； d8 4 ． 4 8 to n i 。 图 1 曲柄 摇 杆 机 构 设 计 等 视 角 圆 Fi g． 1 Ci r c l e o f c o e qu a l i ns p e c t i o n a ng l e f o r c r a n k- s wa y l i nk sme c ba n| s m 机构传动角是机构设计的一个重要设计参数 ， 当综合考虑机构行程速比系数和传动角两方面设计 要求时 ， 将式 1 代入 c ] 2 参考文献 [ 1 ] 王金诺 。 于兰峰 ． 起重运输 机金属结构[ 』 If ] ． 北京 中国铁道 出版 社 。 2 0 0 2 ． [ 2 ] 刘鸿文 ． 材料力学[ ．1l f ] ． 北京 高等教育出版社 ， 1 9 8 9 ． [ 3 ] 徐灏 ． 机械设计手册[ 』 I f ] ． 北京 机械工业出版社。 1 9 9 3 ． 作者简介梁伯图 1 9 7 0一 ， 浙江绍兴人 ， 工程师 ， 毕业于 山东 科技大学机械工程系 ， 现在煤炭科学研究 总院南京研究 所从事科 研 工作 ． 收稿 15 1 期 2 0 0 3 ． 1 1 ． 1 8 Th e c a l c u l a t i n g me t h o d o f t e l e s c o p e b o o ms o n t e mp o r a r y r o o f p r o t e c t i n g m a c h i n e LI ANG BaI． t u N a n j i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e o f C h i n a C o a l R e s e a r c h I n s t i t u t e ， N a n j i I l g 2 1 0 0 1 8 l C h i n a } Abs t r a c t I n t h i s p a p e r 。 t h e c a l c u l a t i n g me t h o d o f t e l e s c o p e b o o ms o n t e mp o r a r y r o o f pr o t e c t i n g ma c h i n e i s p r o p o s e d- t h e c a l c u l a t i n g f o r mu l a o f t e l e s c o p e b o o m’ S s t r e n g t h。 a n a l y z i n g me c h a n i c s f o r c e c o mb i n i n g s t r u c t u re c h a r a c t e ris t i c of t e l e s c o p e b o o m ． E s p e c i a l l y an a l y z i n g an d c a l c u l a t i n g of s u pe r p o s i t i o n s e c t i o n a n d n o n - s u p e r p o s i t i o n s e c t i o n． Ke y wo r d s t e mp o r a r y r o o f p rot e c t i n g ma c h i n et e l e s c o p i c b o o ms ；s u pe r p o s i t i o n s e c t i o n；n o n 。 s u pe r p o s i t i o n； s e c t i o n； s t r e n gth 维普资讯