支架搬运车摆动梁与后机架连接结构设计.pdf

第 3 1卷第 o 6期 2 0 1 0年0 6月 煤 矿 机 械 C o a l Mi n e Ma c h i n e r y Vo l _31 No ．O6 J u n ．2 0 1 0 支 架 搬 运 车 摆 动 梁 与 后 机 架 连 接 结 构 设 计 刘 贵 召 煤炭科学研究总院 太原研究院 ， 太 原 0 3 0 0 0 6 摘 要 阐述 了一 种 支架搬 运 车 的后 机 架基 本 结 构 ， 分析 了静 液 压一 机 械 传动 的 支 架搬 运 车 后 机 架摆 动 粱的作 用 通 过结 构 与受 力分 析 。 对后 机 架与摆 动 梁之 间连接 方 式进行 了设计 ， 并在 后 续相应 机 型 中得 到推 广应 用 ， 取 得 良好 的效 果 。 关 键词 支 架搬 运 车 ； 摆 动 梁 ；受 力分析 中图分 类号 T H1 2 2 文 献标 志码 A 文章 编号 1 0 0 30 7 9 4 2 0 1 0 0 60 0 0 50 3 De s i g n o f Co n ne c t i o n St r uc t ur e be t we e n Su po r t Ve hi c l e W a l ki n g Be a m a nd Re ar -mou nt e d To o l ba r LI U GUI -z hao T a i y u a n I n s t i t u t e o f C h i n a C o a l S c i e n c e R e s e a r c h I n s t i t u t e ， T a i y u a n 0 3 0 0 0 6 ， C h i n a Ab s t r a c t A k i n d o f r e a r mo u n t e d t o o l b a r b a s i c s t r u c t u r e o f s u p p o r t v e h i c l e i s d e s c r i b e d wh i l e t h e ’f u n c t i o n o f r e a r mo u n t e d t o o l b a r wa l k i n g b e a m wa s d r i v e n b y h y d r o s t a t i c - me c h a n i c a l d ri v e ． T h e d e s i g n o f c o n n e c t i o n t y p e be t we e n r e a r mo un t e d t o o l ba r a n d wa l k i n g be a m i s e x e c u t e d t h r o u g h c o ns t r u c t i o n a n d f o r c e a n a l y s i s ．T h e d e s i g n i s p o p u l a riz e d a n d a p p l i e d i n c o r r e s p o n d i n g s e q u e n t i a l mo d e l s wi t h g o o d r e s u l t s ． Ke y wo r d ss u pp o rt v e h i c l e；wa l k i n g b e a m ；f o r c e a n a l y s i s 0引言 搬 运 车 ， 承 载 车 轮 经 常 发 生 成 “ 八 ” 字 形 偏 斜 故 障 ． 随着现代化煤炭开采技术的普及 ， 综采工作 面 造成轮胎与车体干涉 ，致使 轮胎胎面磨损严重 。 严 的推 进 速 度 非 常 快 ． 生 产 效 率 得 到 大 幅提 高 ， 搬 家 重影 响搬家 倒 面工作 的正 常进行 。通 过拆 解摆 动梁 倒面工作也随之变得越来越频繁 。 组件发现 ， 摆动梁 回转轴处轴套磨损 严重 ， 磨损不 由于每次搬 家倒面的任务紧 ， 工作量大 ， 对支 均匀。通过对摆动梁 回转轴运动副的结构与受力分 架搬运车 的使用可靠性提 出了更高 的要求 。但是 ． 析 ， 提出 了解决方案 ， 有效地延长 了摆 动梁 回转支 在支架搬运车使用过程 中． 特别是首批生产 的支架 撑部 的使用 寿命 ． 提 高 了支架搬 运车 的运行 可靠 设 弹簧 刚度 为 C． 则 F C A x ／ t a n ， 得 的工作 条 件 、 承 受 最 大 的轴 向载荷 和最 大 的 回转 力 Q C A 丽r 取 o ． 1 ． 5 m m， 得 A y 1 0 ． 6 8 mm。令 最 大扭 矩 T I 3 0 0 N m． 则 卡瓦 夹 紧钻杆 的摩 擦 力 4 ． 3 3 x 1 0 N ， F l ／ x N， t a n 3 N ／ F E _ _l 式 中 卡盘 螺母 的倾 角 。 卡盘的斜面倾角13 1 0 。 ， ／ x 0 ． 3 ～ 0 ． 5 ， 取 13 8 。 ， O ． 4 ． 得 F I ． 5 2 x 1 0 4 N， 查 弹 簧手 册 ， 选 取 系列 A 中外 径 D 1 4 0 m m． d 7 2 m m 蝶 形 弹 簧 参 数 D／ S 1 8 ， ho ／ S 0 ． 4， E 2 0 6 00 0 M P a， v 0 ． 3， 3 8 mm ， Ho l 1 ． 2 mm ， h o 3 ． 2 m m， 碟 形 弹簧 的材料 为 5 0 C r V A。 4结 语 对 煤 矿 用 坑 道 钻 机 的导 轨 调 斜 机 构 的运 动 尺 寸进行优化设计 ． 实现机身导轨调斜倾角 在一 3 O ～ 9 0 调整 ． 且满足结构尺寸紧凑的工作空 间要求 。对 钻 机 的液 压 系 统 进 行 改 进 设 计 来 满 足 卡 盘较 恶 劣 矩且 动作 频 繁 的要求 采 用组 合 式液 压卡 盘 的斜面 增 力 机 构 ． 提 高 了夹 持 器 的夹 紧能 力 ． 为 实 现 长 距 离钻孑 L 抽放瓦斯提供 了可靠 的安全装备 ． 具有广 阔 的应 用 前景 参 考 文 献 [ 1 ] 周 桂英 ， 陈洪 月 ， 刘 辉 ， 等． 掘进 机机 载锚杆 钻机结 构设 计研究 [ J ] ．煤 矿机械 ， 2 0 0 8 ， 2 9 7 1 1 - 1 2 ． [ 2 ] 陈松林 ， 王清峰． z Y一 3 0 0型全液压钻 机的研究与试 验[ J ] ．矿业 安全与环保 ， 2 0 0 5 ， 3 2 5 6 8 ． [ 3 ] 吕冰 。 王清峰 ， 史春宝 ． Z Y 一 3 5 0 0煤矿 用全液 压坑道钻 机的研制 [ J ] ．矿业安全与环保 ， 2 0 0 7 ， 3 4 1 8 - 1 0 ． [ 4 ] 殷新胜 ， 田宏亮 ， 姚克 ， 等． Z D Y6 0 0 0 L型履带 式全液压坑 道钻机 的研制[ J ] ．金属矿 山， 2 0 0 7 1 2 9 4 9 5 ． [ 5 ] 丁鸿． Z D Y 一 5型煤矿用全 液压坑道钻机 的应用 [ J ] ．水 利电力机 械 ， 2 0 0 6， 2 8 2 3 5 3 6 ． 作者简介 汪选要 1 9 8 0 一 ， 安徽庐江人 ， 讲 师 ， 毕业于安徽理工 大学机械设计及理论专 业 ． 现主要从事机械设 计制造及其 自动化专 业 的教学和科研 工作 ． 电子信箱 w a n g _ x u a n y a o 1 6 3 ． c o rn． 责任编辑 王海英 收 稿 日期 2 0 0 9 1 2 1 9 V o 1 ． 3 1 N o ． 0 6 支架搬运车摆动梁与后机架 连接结构设计刘贵召 第 3 l 卷第0 6 期 性， 减少了维修 、 维护工作量 1 支 架搬运 车后 机架基本 结构 支架 搬运 车一 般 分 为框 架 式 和铲 板 式 ． 本 文讨 论的是框架式支架搬运车及其相似车型 整车由前 机架 和后 机架 两大 组 件构 成 ． 前后 机架 通 过 铰接 联 接。前机架为动力及操控部分， 后机架为承载、 行走 驱 动及制 动部分 摆动 梁是 支架搬 运 车后机 架 的重 要承载部件之一 。 是轮胎 1 、 减速制动器 2的安装基 准件． 是机架与轮胎之间的关键联接部件 摆动梁 组件与后机架之间通过销轴 4联接 每个摆动梁上 安装 2条 轮胎 ． 左 右 两侧 共 4条 轮 胎 支撑 并 实现 整 车驱 制 动 其基本结构如图 1 所示 图 1 后 机 架 基本 结构 示 意 图 1 ． 轮胎2 ． 减速制动器3 ． 摆梁 4 ． 销轴5 ． 后机架 2 摆 动梁 回转轴 结构 与受 力 比较分析 2 ． 1 结 构分析 煤矿井下车辆运行路况存在很 大差异 ． 地面及 主巷道路况较好 ． 越接近采煤T． 作面 ． 由于存 在积 水及 车辆 多次 碾 压 ． 路况 极 其 恶劣 。为 了增 加框 架 式支架搬运车适应煤矿井下坑洼不平路面的能力 ， 确保 摆 动梁上 前后 2个 车 轮均处 于 承 载状 态 ． 减少 车轮滑转 ． 提高车辆 的通过能力 ， 在后机架 的总体 结 构设 计上 采 用摆 动 梁机 构 ． 摆 动 梁与 后 机架 通 过 销 轴 4联接 支架搬运车摆动梁与销轴 回转运 动副初 始设 计的结构如图 2所示 ，摆动梁和销轴之 间为运 动 副 ． 销轴 两 端 支 撑在 后 机 架 主框 架 上 ， 通 过 销轴 将 支撑力 、 扭矩等传递给框架主结构 。为了便于维修 及 润滑 。 在摆 动 梁 回 转 孑 L 中 ． 通 过过 盈 配合 镶 有 铜 质轴套 ． 起滑动轴承的作用 法采用驱动桥传动 。 因此 ． 摆动梁前后车轮均采用静 液压一机械传动． 如果摆动粱与后机架刚性连接 ． 在 单个 轮子处 于悬 空状态 时或前 后 车轮承 载力悬 殊较 大时 ． 某 一轮 胎 附着 力 减小 ． 该 受力状 态 下的车 轮 出 现空转或滑转 ， 液压系统压力无法建立 ． 车辆驱动力 丧失 ， 因此 也需要 采用 摆动梁式 结构 。 2 - 2受 力分析 1 摆 动 梁与后 机架 之间 的力矩 平衡 摆 动梁 与后 机 架之 间 的连 接 关 系如 图 2所 示 以单 侧摆 动梁受 力情 况进 行分 析 摆动 梁上两 轮胎 分 别 承受来 自地 面的支 撑力 F．同时 给两 轮胎 提供 驱 动 附着力 轮胎 支撑力 与机 架承 载力不 在 同一平 面 ． 其力矩平衡支点为销轴及摆动梁轴套长度 的中 点 O． 两轮胎支撑力 ，与力臂 形成 的力矩 ． 由销 轴 4与后机架 主承载构件连接 的两侧支点 的反作 用力形成的力矩来平衡 ． 力矩平衡方程为 2 FL F j LJ 2 轴套与销轴之间受力分析 通 过 以上 受力 状 态 分析 来看 ． 其 整体 的 结构 原 理上没有原则性的问题 但是 ． 这种受力简化的方 式 ．忽 略 了销 轴 与轴 套之 问的局 部 力矩 平 衡 问题 ． 给实 际使 用带来 了隐患 当具体 到销轴 和轴 套之 间 进行受力分析时 ． 就会发现 ． 由于摆梁上 轴套与销 轴之问为间隙配合 。 轴套和销轴之间的结合具有一 定的长度 ， 并存在运动间隙， 在实际工作时 。 由于受 到载 荷 与支 撑力 力 矩 的影 响 ． 摆 动 梁产 生 一定 角 度 的翻转． 以弥补轴套与销轴之间的间隙． 销轴 的轴线 与 轴 套 轴线 并 不 重 合或 平 行 ． 而 是交 叉 状 态 ． 销轴 与 铜 套 之 问 接 触关 系改 变 ． 在 不 考 虑 弹 、 塑 性 变形 的情况下 ． 接触关系由理想的面接触转变为轴套内 外边缘的上下弧段与销轴的线接触 ． 形成 2个支点 、 及 2个 大小 相 等 方 向相反 的支反 力 ， 从 而产 生力 矩 以平 衡 负载 或 轮 胎 支撑 力 所 形成 的力 矩 。 摆 动 梁轴 套 与 销 轴 之 间 关 系 及 受 力 如 图 3所 示 轮胎与地面接触的附着力 轮胎支撑力 F ， 为 轮胎 支 撑点 到 销轴 中点 的力 臂 长度 ． 在 摆 动梁 与机 架连 接 的销轴处 形成 弯矩 图 2摆动梁 与销轴 回转运动副结构示意图 1 ． 轮胎2 ． 机架3 ． 轴套4 ． 摆动梁 在驱动方式上，受装载支架后的整体高度限制， 无 一 6 一 M 2F L 图 3摆动梁轴套与销轴 之间关 系 第 3 1 卷第 0 6 期 支架搬 运 车摆 动梁 与后 机架 连接 结构 设计 刘 贵召 V o 1 ． 3 1 N o ． 0 6 轴套与销轴之 间为间隙 配合 ．在初始状态 ． 轴 套内孔与销轴之间间隙很小 ． 在轮胎支撑力 F作用 下， 摆梁 轴套 绕销轴发生翻转。为了克服弯矩 。 轴套两端支点 A、 曰形成支座反力 ，由于销轴 与 轴套 配 合 间隙 很 小 ． 销轴 轴 线 与 轴套 轴 线 之 间 的偏 斜角 可 以忽略 ． 则 支反 作用 力矩 M1 1 2 由力矩 平衡 可 得 M Ml 3 则轴 套两 支点 A、 受力 2 ／ l 4 由于 铜 套 两 端 支 点 、 曰与 销 轴 之 间 的 初 始 接 触为线接触 ， 在力 作用下 ， 铜套边缘很快被压溃 并磨损 。 特别是在路况恶劣 的情况下 ． 车辆运行颠 簸所形成 的冲击会加剧这一压溃一磨损 的过程 ． 出 现 轮 胎 内侧 端 面 与后 机架 机 体侧 立 板 之 间不 平行 ． 轴 套 磨 损 严 重 后 ． 轮 胎 内侧 端 面 与 机 架 接 触 ， 产 生 干 涉 和轮胎 磨损 等现 象 3结构再 设计 与 受力 分析 通 过 以上 受 力 分析 ． 摆 动梁 与 后 机 架 之 间连 接 结构不能满足设计要求 的主要原因 ① 轮胎来 自地 面的反 作 用力 与 回转 轴 支 点 不在 同一 平 面 内 ． 存 在 一 个 力臂 ， 并 形成 一 个 翻转力 矩 见 图 2 。在 力 矩 作用下 ． 销轴与轴套之间的接触已经脱离 了原 始设 计的理想状 态 ． 在 轮胎 支撑力 作用下 ． 摆 动梁 绕销轴 4发生偏转 ． 轴套 内外两侧上下边缘分别与 销轴 接 触 ， 并 提 供 2个 反作 用 力 ． 形 成 反力 矩 以 平衡轮胎支撑力。②轴套的长度不能提供足够 的力 臂 ， 在 不变的情况下 ， 致使 反作用力 很大 ， 超 过铜 质 轴 套 的抗 压 强 度 。 轴 套 被压 溃 ． 并 增 加 磨 损 速度 。③轴套材料选用铜合金 ， 不能满足受力要求。 要想改善摆动梁 回转 支撑处的受力状态 ． 从 而 满足支架搬运车的使用要求 。所能采取 的措施 ① 由式 1 分析 ． 将翻转力矩 减小为零 ， 即负载与轮 胎 支 撑力 F在 同一 支 撑平 面上 ． 0 ． 这 会 增 加整 机 高度或宽度 ， 降低整机适用性。② 由式 3 分析 ， 减 小轴套两端受力 ， 增大力臂 也可 以提高轴套使 ●● 。 ．． ● ● t． ． ●●‘ ，． ． ●●‘ ． ． ●● ●． ． ． ●● ‘．． ． ． ●● ，． ． ． ●●‘ ． ．． ●●‘ ，． ． ． ●● ． ．_ _● ‘，． ．． 用寿命 ． 但连接结构与整车宽度又限制了轴套长度 方向的延长。③由于受力状态恶劣 ， 单纯依靠改变 轴套材质不能使这一 问题得到有效改善 因此需要 对 这一 结构 进行 改进 通 过 以上 分 析 ． 在 不 改变 后 机 架 与摆 动梁 之 间 整 体结 构 布 局 的情 况 下 。 对摆 动梁 与 机架 之 间 的 连 接方式进行重新设计 ，在保证支反力矩 不变的 情 况 下 ， 通 过 增 加 轴 套 的 长 度 ， 从 而 减 小 支反 力 ，以改善轴套的受力状态 。其具体措施 ①在结构 上 ， 将 原来销轴与机架 固定联接 ． 改为销轴与摆 动 梁之 间的固定联接 ．彻底 消除轴套与销轴之 间隐 患； ②将销轴与后机架之间的固定支点变为回转支 点 ， 并在 后机架 回转点处设计轴套 ． 以提高机架可 维护性 ， 从而增加轴套长度 ， 也 即增加力臂 的长 度； ③将轴套材料 由铜合金更换为合金钢。 提高抗 压强 度 。改进 后 的结 构简 图如图 4所示 。 菜芜煤机公司试制成功液压圆锥破碎机 由山东煤机集团莱芜煤机公 司引进设计开发 的新型产品一P Y YB 1 1 0 0型液压 圆锥破碎机于近 日一次性空载 、 负载试车成功 ． 为 该 公 司 破 碎 机 家 族 又 添新 丁 P Y YB l 1 0 0型液压 圆锥破碎机是一种带有圆锥体的新式破碎机。该机工作时电机将动力由传 动轴 、 圆锥齿轮带动偏心套旋 转 ， 随着偏心套 的旋转 。 动锥 中心线绕破碎机 中心线作锥面运动 ， 当动锥靠近定锥 时 ， 物料处于被挤压和破碎 的过程 ． 而动锥另 一 面离开定锥 ， 此时 ， 被破碎 的物料靠 自重从两锥体底部排除 ， 圆锥破碎机破碎腔 的物料随着动锥的转动连续 被破碎 。 该机外形 设计美观 ， 采用 P L C控 制 ， 实现对破碎机及其人料 、 排料等运行过 程的程序控制 ， 自动化程度高 ， 具有设 备运 转平 稳 、 噪声低 、 使 用寿命 长 、 出料粒度均匀 、 便于维修等优点 。 主要用于煤矿或选煤厂破碎原煤 ， 也可用于冶金 、 电力 、 建材等行 业破碎焦炭 、 矿渣 、 石 灰 石 等脆 性 物 料 。 f 苗 成标 1