带齿型制动轨的双向挂钩式制动矿车设计【含7张CAD图纸+说明书】
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毕业设计(论文)课题申报表指导教师教研室机电教研室申报课题名称带齿型制动轨的双向挂钩式制动矿车设计课题类型工程设计类课题来源B社会生产实践课题简介斜井运输中经常会出现矿车掉道,从而引发事故。对于斜井防跑车的研究国内外学者做了大量的工作,但是一直未能找到一个可靠性高的解决方案,本人长期从事斜井防跑车系统的研究,带中间制动轨的单向碟簧制动式矿车是本人的创新发明成果,通过设计可以掌握典型的通用机械的设计过程课题要求(包括所具备的条件)(1)应用机械设计知识结合AutoCAD软件,分析带齿式制动轨的双向挂钩式制动矿车的结构与工艺特性,确保齿式制动轨的双向挂钩式制动矿车的实用性。(2)查阅有关资料,确定齿式制动轨的双向挂钩式制动矿车的型号。(3)掌握基于斜井中安全运输系统有关制动矿车的知识,提出合理的齿式制动轨的双向挂钩式制动矿车设计方案,并对该方案进行有效验证。(4)对比已提出的各个方案,确定最佳设计方案,并进行实验验证。课题工作量要求完成总体方案的设计;调研并选定传动机构主要参数;给定部分参考图;完成传动系统总图及主要零部件图的设计;完成论文的撰写。绘制图纸若干张,包括总装配图及其主要零部件图,图纸量折合3张零号图;撰写毕业设计论文,字数不少于1.5万字;完成4000英文原文的翻译。参考文献不低于15篇,其中英文原文两篇。教研室审定意见 同意室主任签字:学 院审定意见同意 教学院长签字: 压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985 图书分类号:密 级:毕业论文带齿型制动轨的双向挂钩式制动矿车的设计DESIGN OF TWO WAY HOOK TYPE BRAKE TRAMCAR WITH TOOTHED BRAKE TRACK学生姓名学 号班 级指导教师专业名称学院名称2018年05 月26 日 压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985 毕业论文原创性声明本人郑重声明: 所呈交的毕业论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名: 日期: 年 月 日 毕业论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用毕业论文的规定,即:本校学生在学习期间所完成的毕业论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文的纸本复印件和电子文档拷贝,允许论文被查阅和借阅。可以公布毕业论文的全部或部分内容,可以将本毕业论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文。论文作者签名: 导师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日摘要我国国土辽阔,在各地都有着不同程度上的矿产资源,矿产资源在我国经济中有着举足轻重的地位。五十世纪中期,科学家们不断地研究和研究,成功地创造了我国第一台制动矿车,虽然它不是完全靠我国自身设计的,但是是在外国国家研究者已经研究出来的成果上进行设计创造的。从我国开始对制动矿车进行研究以来,经过大家共同的坚持,我国在制动车领域已取得巨大成就,成功设计并制造了600余量中国制造的制动车。跟着时代的步伐,随着我国一步步踏入高科技社会,矿业和工业企业更加倾向于用各种新设备和新设施了来代替人工,即走机械化发展强国的道路。制动矿车,是矿用汽车制动的安全设备之一。在我国现有的社会状况下,对制动矿车的要求越来越高,由于研发速度跟不上设备需求速度,导致了绝大部分的机器设备出现老化失灵,所以矿井开采中发生事故的情况越来越多,对煤矿安全运输构成了巨大的威胁,在一定程度上阻碍了我国矿业资源勘探的发展。在我国,采矿业的发展,是我国国民GDP的重要指标之一。但是,我们不能只为了提高经济效益,而忽略了工人、大众群体的安全。因此,现如今安全和发展之间的矛盾越来越激烈,矿车安全制动这一方面的匮乏,使我国国民经济发展出现了前所未有的挑战。本次设计为带齿型制动轨的双向挂钩式制动车的设计。学习了四年的大学课程,才对本次的设计有了一个大概的了解,并且对其有了一个概要的理解。需要综合运用机械设计、机械制图、机械制造、材料力学等课程学习到的知识,使自己对知识书的认识有了更深层次的认识和应用,让自己的人生多了一份圆满。关键词:双向挂钩式;制动车;斜井轨道运输 Abstract China has a vast territory and different mineral resources all over the country. Mineral resources play a very important role in our economy. In the mid fiftieth Century, scientists continued to research and research in research and research. The first brake light car is our own design, but the results of foreign researchers have achieved research results and created their own creation. In the field of brake cars has made great achievements, the design of more than 600 Chinese made cars, with the development of the times, China is a sophisticated technology society, with promotion as the center, mining, industrial enterprises are all kinds of. The use of new equipment and new vision, the trend of mechanization to develop a powerful country, the use of light car brake, is one of the brake safety equipment for mine cars, Chinas demand for brake light vehicles under the social conditions is increasing. Because of the speed of development and the speed of equipment demand, almost all the machinery and equipment have lost aging, the development of mine is more and more, the safe transportation of coal mine has become a great threat, and I am on the way of my schedule. In China, the development of extensive industry resources exploration is hindered. In China, the development of lighting industry is one of the important indicators of GDP in China. However, we must not neglect the safety of workers and the masses. The contradiction between safety and development is becoming more and more intense. The lack of safety brakes on light trucks has changed the development of our national economy.This design is the design of the direction of the sheep with the shape of teeth. In the course of 4 years of University, I understood the understanding of design and understood its understanding. In the process of manufacturing, mechanical manufacturing, school and other learning processes, knowledge knowledge and knowledge knowledge are deeper understanding and application, making their life a complete success.Key words: two-way linkage; Brake the car; Inclined well rail transport27压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1选题背景及意义11.2矿井制动车国内外研究现状11.2.1矿井制动车的常见类型及特点11.2.2矿井制动车的发展趋势32制动车总体方案的确定42.1 带齿型制动轨的双向挂钩式制动矿车系统的设计42.1.1双向挂钩式制动矿车的主要结构52.1.2双向挂钩式制动系统的原理62.2双向挂钩式制动矿车的优缺点142.2.1双向挂钩式制动系统与传统一坡三挡制动系统的比较142.2.2 带齿型双向挂钩式制动矿车的缺点及问题153制动车的基本参数及其设计计算163.1制动车总体结构的确定163.1.1制动车车轮轴的设计计算183.1.2车轮的设计计算213.2制动装置的设计计算213.2.1基于斜井角度的制动杆结构的设计计算213.2.2拉杆的设计计算223.3制动装置开关机构的结构设计233.3.1拨杆及偏心轮结构设计233.3.2制动装置开关机构其它零件结构设计243.4弹簧的设计计算24结论25致谢26参考文献271 绪论1.1 选题背景及意义在这个经济高速发展的现代,矿井资源的勘探这项工作,已经成为各个国家发展经济中有着极大的影响力的一部分。在矿业开采中,斜井安全运输一直是其中的一大重要部分,有着不可以替代的地位。但是由于开采深度的增加,地下工作的环境愈发糟糕,一大安全问题出现了,在矿车对矿产资源进行运输的过程中,由于惯性的原因,跑车事故经常发生,导致矿山开采安全性受到威胁。跑车事故的发生没有规律性,且其轻则对矿山的生产设备造成不可以挽回的损伤,进而使矿山开采工作停止;严重的事故将导致工作人员的伤亡,对矿井中的工作人员的人身安全造成极大的威胁。因此,一般来讲矿山开采中都会在矿车组中增加一辆斜井制动车,进而组成斜井矿车运输系统。这样对矿车组进行组装,可以有效地对跑车现象进行补救,从而降低因为跑车事故而发生的人员伤亡、设备损坏问题,对斜井的安全开采运输有着极其重要的意义。但是现如今的制动车制动装置,适用范围较为单一,仅仅适用于1500m以下的小型矿井。仅仅可以降低跑车事故所导致的损失,不能有效预防跑车事故的发生,在事故开始前就做出有效的反应,因此我们需要对其进行研究改良。以上的介绍,让我们知道了在矿井资源勘探过程中,跑车现象一直威胁着矿井工人的人身安全,导致矿井工人的人身安全得不到保障,也大大降低了资源勘探的经济效益。所以,本次课题主要目的的是为了设计制造出一种可以有效解决上述问题的斜井制动矿车,并且主要应用于中型、大型运输矿车组。1.2 矿井制动车国内外研究现状1.2.1矿井制动车的常见类型及特点在现在已有的矿井提升设备中,矿车组中增加制动车是其中最为先进的一种。现如今,在国内生产制造而且利用的矿井之动车,首要由单绳环绕纠缠式制动车、多绳磨擦式制动车与内装式制动车三大类构成。在我国的矿井提升设备中,相对来说,单绳缠绕式制动车的使用率更高一点。因为这种提升设备主要适合在斜井、浅井等一些小型矿井中使用。它的工作原理也比较简单, 将一根钢丝绳缠绕于卷筒上,卷筒向上方卷动可以将货物向上提升,向下卷动则可以使货物向下运输。另外该装置在地面有一个车房,车房中安装着制动车,并且将钢丝绳固定卷在制动车的卷筒上面,线的另一边则卷在提升货物上。然后将两根钢丝绳固定在卷筒上,固定该线时应注意其方向,使其可以正确地上升下降。利用减速器,卷筒发生旋转,其动力由电动机提供,由于旋转方向的不同,两根钢丝绳会随着卷筒旋转而朝上下两个不同的方向缠绕。这样就可以实现货物的上下自由提升。但是单绳缠绕式制动车有一个很大的缺点:在其进行工作的时候,钢丝绳随着卷筒的运动而进行运动,发生左右偏移,不会在卷筒固定点上缠绕。虽然该制动装置可以通过了解斜井的深度,进一步地确定钢丝绳的长度,但是,由于该钢丝绳需要在卷筒上缠绕,所以卷筒需要保证具有足够的长度以保证线在其上自由缠绕的需求。所以单绳缠绕式制动车主要适合应用于浅井、竖井、斜井等中小型矿井之中。在斜井开采深度超过1500m的情况下,该制动车进行工作时,该矿车组会出现一定程度上的变形甚至是断裂,同时也可以极其简单地造成主线的左右振动,导致矿井的开采中断,进而引起经济损失。为了矿井中设备和人员的安全,在矿井开采中应保证以下两点:1.钢丝绳的任意截面处的应力不能超过标准;2.在钢丝和容器相连接处,改变容器的位置也能同时改变静应力的大小和方向。单绳缠绕式制动车按卷筒量分又分为以下两种:单卷筒和双卷筒。单卷筒也就是我国矿业开采常见的单绳缠绕式制动车,有且只有一个卷筒。而单绳缠绕式双卷筒制动车的卷筒则有两个,与前一种相比较更加稳定可靠。在两个卷筒上分别有一根材质及长度保持一致的且钢丝绳,同时要求这两条钢丝绳会分别相反的方向缠绕,在这一方面上两种制动车没有太大差别。但是相对于单筒而言,双筒由于多了一个卷筒,所以在工作时候设备具有更好的稳定性。由于现在开采的矿井深度一般在1500m以内,所以单绳缠绕式制动车仍然是其中很主流的一种制动车。然而,由于单绳式制动车在开采过程中对井深要求的局限性,对一部分深度超过1500m的深井来讲,多绳摩擦式制动车的选择更为优秀,它可以更有效地保护矿井开采设备及人员安全多绳摩擦式制动车针对的仅仅是深井开采,实用性较为片面。该制动车是依靠摩擦轮和其上安装的钢丝绳(钢质)两个制动部件之间在有相对运动时产生的摩擦力进行制动的的。这种制动车的运行相比单绳缠绕式制动车来说,其运行更加安全,而且其体积较为小、重量也不大,所以这种矿车大多用于对深井矿物的提升,所以近期来在世界矿业开采中矿井提升的五花八门的设备中,多绳摩擦式制动车的应用越来越多,同时其制动效果经过一系列的改良之后,也有了很大程度上的提升。多绳摩擦式制动车与一般的单纯的缠绕式制动车有着巨大的差别,该制动车将其上安装的钢丝绳轻轻地安装在摩擦衬垫上,用于使装置保持平衡的绳子则悬挂在升高货物的底部尾端,而不是像单绳缠绕式制动车那样将钢丝绳简单地固定缠绕在卷筒上。由两种制动车的对比可以看出,多绳缠绕式制动车的钢丝绳安装在摩擦衬垫和导轮之间,不使其直接与导轮接触产生摩擦力以进行制动。根据以上绳摩擦式制动车的特性,我们可以确定该制动车的技术指标,适用环境及其基本构成等。与其他制动车相对比,在我国,深井和高收益的提升工作很多都是由多绳摩擦式制动车完成的。在深井开采方面,多绳摩擦制动车的制动性能和收益指标均超过了与单绳缠绕式制动车。无论是在技术指标、适用环境还是在机械结构和经济效益都占据了很大的优势。但是由于国内现如今开采的矿井中,深井只占极少部分的比例,使用单绳缠绕式制动矿车已经可以满足开采生产需求,多绳摩擦式制动车安装的繁琐及其在浅井的短板使其不是那么适用。多绳缠绕式制动车起初也叫布雷尔式制动车,它是由非洲的一位工程师在1957年研制发明的。布雷尔制动车简单来说就是在一个比较宽一点的卷筒中间加一个隔板,使这个卷筒自然的平均一分为二。其实,布雷尔制动车的提升原理和单绳缠绕式没什么不一样,区别只是把一根钢丝绳换成了两根钢丝绳。所以相对而言,绳径和卷筒直径都降低了。前面提到过,由于布雷尔制动车没有像摩擦制动车那样采用尾绳,所以不会产生单绳式制动车的问题。步入21世纪,科学家们又成功设计制造了一种以前从未出现过的内装式制动车。内装式制动车,顾名思义就是在磨擦轮内部安装一个拖动电机,这就就可以把摩擦轮和电机的转子当成是一个整体进行分析。该制动车使用摩擦轮而不是使用电动机,同时安装主轴在矿车组内,省去了安装制动车的繁琐。但是电动机在工作时温度会升高,这样电动机的使用寿命会大大降低,因此我们将主轴设计成空心,使其对电动机起到冷却作用,进而提升电动机的使用寿命。这样的主轴设计,在一定程度上使系统的转动惯性提高,同时该制动车的重量也较轻,运输效率得到了一定程度上的提升,同时节省了制造安装的材料成本,效益相对较高。其制动性能相对于传统的制动车来讲,具有更加迅速、有效的特点。内装式制动车的设计制造,对全球的矿业资源开采有着极其重大的影响,该制动车不仅提升了斜井运输的效率,同时也对斜井运输的安全生产要求有了更加有力的保证。全新的制动车的研究使整个矿业运输行业有了全新的制动方式,不再拘泥于阻拦式制动,有着更加方便、安全、高效的制动方式。1.2.2矿井制动车的发展趋势目前常用的制动车装置拥有以下两种形式,一种是在矿井开采运输过程中通过速度感应器测量出矿车组的运行速度,一旦发现矿车运行速度不符合正常运行速度的情况,便发出信号使挡车网或者挡车栏启动,以阻挡矿车组跑车事故的继续。这种制动方式被称为“一坡三挡”式制动装置,但是这种制动方式有着特别大的缺点:首先是该制动方式采用的拦截装置重量很大,在矿井那种恶劣的环境下,该装置安装及维修十分困难,难于普及使用;其次,该拦截装置在进行一次有效制动后便需要对其进行维护甚至是更换,耗费时间较长,导致矿井开采工作中断,同时其材料成本、人工人力成本特别高。另一种是在矿车组上配备一套电子检测设备,对矿车状态进行检测,在矿车状态异常时,向制动机构(制动爪或抱轨机构)发出信号对矿车制动。但是该设备的调试、保养较为繁琐,同时由于该设备使用为电子产品,故其抗尘、抗腐蚀性能差,尤其是在矿井这种恶劣的环境下,容易出现误测、失灵等情况,使矿井安全生产中断;对一些开采环境更为恶劣的斜井来说,一个斜井中要采取多段制动才能实现安全运输的基础要求,这非但增加了矿山开采运输的成本,同时也不能达到完美的制动效果。因此,矿车运输中的跑车故障是未来在斜井运输中的一大安全隐患,为此需要在矿车组中增加制动矿车。 随着上述几种紧急制动的基础介绍,特点和原理的引入,我们发现了制动车的制动系统具有一定的优势。 它没有打破车辆的原有结构,反而调整其性能,调整布局,并引进了一种全新的制动方式。 矿山有着恶劣的工作环境,随着矿井开采深度的增加,开采危险性愈来愈大,矿业开采设备也需要更为先进。传统的制动系统在矿山安全生产中的作用越来越小,我们需要一种更加安全可靠的制动设备。 所以对制动系统的可靠性需求增加了。 增加制动力,缩短制动距离,使制动系统的维护更为简便,这些都是未来制动系统发展的主要研究方向。2 制动车总体方案的确定根据任务书要求,本设计选用带齿型制动轨的双向挂钩式制动矿车进行设计计算2.1 带齿型制动轨的双向挂钩式制动矿车系统的设计根据任务书,本次设计是针对大型矿车组的,制动车产生的最大制动力应不小于10T,对制动系统的要求更高,所以需要设计一种全新的制动系统,即本次设计的带齿型制动轨的双向挂钩式制动矿车,该矿车具有结构相对传统制动系统简单,制造成本较低,安装及其维修更加方便的优点。双向挂钩式制动矿车可以进行向上、向下两边的制动,相比于单向挂钩式制动矿车而言制动方面跟为全面,其原理是对制动矿车进行改进,在其中增加安装一个换向机构,利用此机构对制动系统进行控制,可以在制动车改变矿车车头运行方向的条件下对任意方向制动。降低了单向挂钩式制动矿车在矿井内因换向而引起的事故的可能性,因此对斜井运输具有着极其重要的意义。2.1.1 双向挂钩式制动矿车的主要结构首先是制动系统,本矿车属于挂钩式制动矿车,在车轴上安置有制动杆,当矿车在斜井中运输过程当中发生跑车事故(断绳、脱钩等缘由)时,制动杆会下放,此时制动杆与制动轨道之间有一定的角度,这样便会产生一定制动力使矿车组遏制运输,中断矿车运输中的事故后续破坏。由于矿车运输时速度较高,使其停止所需要的制动力会偏大,会造成制动杆本身弯曲损坏,严重的会使导轨弯曲损坏,制动效果达不到理想状态。所以我们对该装置进行改良,在制动杆与制动轨之间安装制动套筒(安装于制动杆上),使制动套筒与轨道相配合,同时为了提升制动滚筒和制动导轨之间的摩擦力,在套筒的外部表面上使用切割机加工一些滚花,以增强其制动力。对于制动杆,则可以选择实心制动杆或者空心制动杆。考虑到在矿车组在进行运输时制动杆需要水平悬放,不会与带齿轨道进行接触,因此制动杆的重量应比较轻,以方便其水平悬放,故选择空心制动杆。在矿车发生跑车事故时,制动杆对矿车组制动时,由于离的作用是相互的,其产生足够大的制动力时自身也会受到反作用力,所以我们对制动杆和车轮轴之间的连接方式选择柔性连接。这样不仅可以对制动杆进行保护,同时可以将制动杆所受到的力,比较均匀地分布在车轮轴上,进而提升制动效果。考虑到制动杆并不是一次性用品,我们在制动杆尾部增加一短弹簧(压簧),从而减少制动杆在对矿车组进行制动时受到的来自制动轨道的冲击力,同时也可以在矿车组制动完成后,通过弹簧的弹性形变,使制动杆和车轮轴恢复到制动前的状态。带齿型制动轨的双向挂钩式制动矿车拥有使制动杆自动悬放的功能,同时也可以通过换向机构来完成双向制动,所以可以认为该制动矿车是一种半自动型的制动系统,通过拉杆和弹簧的配合实现其制动杆的自动悬放,所以对拉杆和弹簧的选用有着严格的要求。拉杆选用需要遵守以下条件。首先,拉杆的长度,需要保证弹簧可以使制动杆与制动轨道之间形成适合的角度产生足够大的制动力。双向挂钩式制动矿车中安装有一弹簧,通过弹簧在弹性状态下会自我恢复形状,进而对拉杆产生一定的拉力,从而带动连杆,将制动杆升起悬放,从而保证矿车的正常运行,所以,拉杆应用于连接导向板和压簧套,同时,拉杆可以穿过机架的安装孔并在机架内活动。双向挂钩式制动矿车发生跑车事故时,压簧套收缩,弹簧带动拉杆向内收回,拉杆收回的时候又对连杆产生一个力,使制动杆下放和制动轨咬合,实现对矿车组的制动。对连杆的要求则有以下几点,首先要满足的基础条件为可以使制动杆在对矿车组进行制动时完全下放实现制动效果,所以对连杆的长度及其安装角度有着严格的要求。制动拉杆组包含两个对称的制动板,即双板制动,两个制动板的一端连接在一起,制动轴套上安装了一个制动套筒,制动套筒可以自由转动以卡在制动齿条轨道上的齿槽中,实现制动。制动拉杆组的另一端则与轴座(位于机架上)相连。为了与拉杆组相匹配,连杆组也应当使用双板制动,同时两板应焊接在一起,避免制动力过大时的形变甚至是断裂。双向挂钩式制动车重点在于换向,故需要在制动车中增加一个换向装置,使其不仅可以保证两边同时制动,也可以满足单边制动、单边工作的应用。为了保证矿车的运输,我们可以在拉杆组中间增加一个偏心轮,偏心轮上安装一个拨杆,拨杆能自由控制偏心轮旋转,从而实现对制动系统的状态的控制。2.1.2双向挂钩式制动系统的原理根据上述方案,可以初步完成双向挂钩式制动系统的原理示意图 图2-1 制动矿车原理示意图下面结合附图对本发明作进一步说明。如下图所示,假设箭头所指的方向为矿车携带货物向上运输过程,带齿型制动轨的双向挂钩式制动矿车,其关键部分是防跑车制动装置,该装置在一个矿车上安装有两个,分别位于矿车的前端和后端,并焊接在机架上,矿车运行需要运行轨道,在这条运行轨之间安装一带齿型制动轨道4;在组成防跑车的零部件中有一个拉杆1,机架2上有提前打好的安装孔,拉杆1穿过该孔并可以前后移动。拉杆1的同时会贯穿一个导向装置7,在导向装置7里面安装着一个弹性部件8,弹性部件8同拉杆1采用过盈配合来进行固定,拉杆1和压簧8之间放置一个导向板6,以避免在更换损坏的部件时对完好部件造成损伤下面介绍本制动装置中的传导装置。首先,一个弯杆组5,它是由由两个既对称又相连的弯曲成90的板组成,上面提到的拉杆1,其中间部分与轴I12以柔性配合相互连接,然后轴I12又与弯杆组5相互连接;其次有制动拉杆组9,该部件由两个制动板组成,这两个制动板利用一根挺粗的轴焊接在一起,这根轴可以与上面提到的制动轨道4相互咬合达到制动效果,机架上焊接有一个轴座11,这个轴座通过一个螺母与制动拉杆组9链接在一起;从图4中我们可以看出,销轴(13)将这两个部件以铰接的方式连接在了一起,使这两个部件可以完美地配合以达到半自动化制动。虽然我们在矿业开采中做了一些安全防范措施,但是还是有一定概率发生跑车事故。事故发生时,矿车组由于运输具有一定的惯性,导致矿车出现牵引力丢失进而发生事故,由于导向套内安装有压簧,根据其具有弹性恢复的特性,压簧便在恢复过程中对导向板6以及拉杆1有一个力,该力与矿车运动方向相反,所以拉杆1会在安装孔中前后移动,通过销轴I(12),弯杆组5可以跟随拉杆1的运动而运动,进而通过销轴II13带动,可以带动制动拉杆组9围绕轴座11的铰接点1转动,当弯杆组9转动到制动轴20连同其上的制动套筒21进入到制动齿条导轨4的齿槽中时,制动套筒21与齿槽相互啮配合卡在其中,可以及时地阻止矿车跑车。这次设计的制动系统还安装有一个开关机构,这个开关机构安装在制动矿车的机架2中间。偏心轮18安装在机架2中间,两者之间有一个轮轴19,轮轴19上设计有两个键,分别与两个部件相连,其上方的键与偏心轮18采用过渡配合相连,下方的键与拨杆14采用较松的过盈配合相连,通过人为地控制拨杆14,可以实现对导轮17的控制,进而带动弯杆组5实现对制动杆的下放,对矿车组进行制动。矿井开采中还存在着一部分水平的路段,此时可通过开关装置,使系统暂时失效,以达到快速运输的目的,下面对其作用原理进行分析。人为控制拨杆14,使偏心轮18动作,该动作可以使弯杆组5动作,进而使制动杆从制动齿道4上脱离,从而使制动系统关闭,由于中间连接部分连接均为较小摩擦的连接,所以在关闭制动装置时装置各个部件所受到的阻碍力矩均不大。在制动装置关闭后,矿车组就可以在水平巷道中快速行驶。拨杆14的上方有事先打穿的一个固定孔,而机架2上则事先做了两个孔,以便对拨杆14进行定位,通过机架2上方的一个定位孔,将一个定位销15同时穿过需要固定的部件上的固定孔和该定位孔,对拨杆14进行一个定位;在对拨杆14进行固定后,两个部件之间可以有相对运动。如图8所示,螺钉24安装在螺纹孔内,;拨杆14只连接一个定位孔的候时,偏心轮与其他部件均不接触;然而当拨杆与两个定位孔同时相连时候,偏心轮18与导轮17相互触碰,进而带动弯杆组15动作。将定位销15拔下,由于弹簧23具有弹性形变的能力,会使其对周围部件进行一个复原动作,这个是候拨杆14可以自由运动;将拨杆14转动半圈,于此同时将其插进第二个定位孔内,这样就可以对制动系统完成一套完整的控制。弯杆组5的顶端需要打两个孔,以便轴16从其中穿过,进而链接一个导论17,开关机构关闭时,偏心轮18与导轮17相接触。偏心轮与导轮之间的接触方式会产生一定的阻力矩,由于这种接触属于不会产生较大阻力的接触(柔性相接),所以对制动系统操作的过程不会有太大阻碍,这样就使操作时候部件之间的磨损较小,一定意义上延长了制动系统的质量。为了更加有效地进行制动,应当加大制动系统的制动力,所以我们对制动轨和与制动轨相接触的部件进行分析,首先对制动轨来讲,采用带齿型可以最大化制动力,其次,制动杆上安装的制动套筒与制动轨直接接触,所以制动套筒不应选择光滑的,而应该增大其和制动轨之间的摩擦力,所以我们利用滚花车窗对其外测加工一些滚花,这样便达到了提升制动性能的目的。在机架中还焊装有一个限位块10,这个限位块只有一个作用,就是对上面提及的拉杆组9进行一定程度上的限制,保证在制动或者不制动时候拉杆组9不会脱离机架,保证制动系统的可靠性及有效性。进一步的,对于拉杆1的动作区间也有限制,由于理想状态下拉杆1只能在安装孔前后移动而不能左右上下移动,所以在机架2中焊装一挡块3,这样就可以对拉杆1进行限制,保证其职能前后运动,在制动时不会左右偏移而使制动效果不理想。同时该挡块还可以传递一定的牵引力,使牵引力作用于机架上进而对矿车组制动。工作过程如下:图2-3为矿车正常前行时制动防跑车装置关闭的示意图,图2-2为本矿车与前部矿车断开时制动防跑车装置工作时的示意图;如图2-5所示,图中的开关机构处于图2-4位置。当矿车正常前行,前部矿车与图中矿车通过拉杆1相连,这时前方矿车对我们设计的制动矿车产生一个牵引力,这个牵引力作用在拉杆1上,使拉杆1向矿车组行驶的方向移动,由于拉杆1的移动,通过导向板6,这个力传递到弹簧8上,使弹簧受力压缩,由于通过开关装置,制动系统关闭,所以该位置上弯杆组5和制动拉杆组9均保持不制动时的状态,保持平放,不会对矿车组的快速运输产生阻碍作用。由于在机架2内部焊装了一个挡块,通过该挡块,来自前方矿车的牵引力作用于机架上,然后经由机架传递,整个矿车随之运动。如图2-4所示的状态时,在发生跑车事故时候,即失去使矿车前进的牵引力时候,由于之前弹簧8处于被压缩状态,失去使其压缩的力后,该装置会恢复原状,这时便对拉杆1产生一个反向作用力,使其反向运动,这时拉杆1的运动带动弯杆组5动作,由于弯杆组5通过销轴与拉杆1相连,所以会以链接点逆时针旋转,进而使制动杆下放,使制动套筒与制动轨相互啮合,对矿车组产生一个极大的制动力 ,阻止矿车事故的情况恶劣化。矿井中存在一部分运输路段为平稳的,这段运输过程中,可以将开关关闭,使制动机构失效。如图2-7和图2-8的局部剖视图可知,将定位销15拔出,前面提到,我们在定位销上面用刀具做了两个环形槽,则小球受力移动,刚好卡在其中一个环形槽上,当小球卡在其中时,定位销自动与定位孔相分开,此时人为地调节拨杆14,对偏心轮18进行控制,当转动180时,按下定位销15,使小球与另一个环形槽相互咬合,小球卡住时定位销应当恰好位于定位孔上,按下定位销将其固定。观察图4可知,偏心轮18带动弯杆组5移动,进而使制动杆上行,制动停止。图2-2 矿车上行制动示意图图2-3矿车上行不制动示意图图2-4 放跑车装置放大示意图图2-5 放跑车装置放大示意图图2-6 拉杆剖面图图2-7 拨杆剖面图图2-8 制动杆剖面图图2-9 定位销剖面图2.2 双向挂钩式制动矿车的优缺点2.2.1双向挂钩式制动系统与传统一坡三挡制动系统的比较在斜井开采过程中,为保证开采工作的安全性,传统的制动方式中有一重要的方式为一坡三档,通过查阅资料可以知道,一坡三档装置由三个部分组成,在对矿车进行制动时,首先对矿车进行制动的是平台阻车器,该装置可以大幅度降低矿车组速度,其次是挡车器,该装置对矿车进行进一步的阻拦,最后为拦车栏对矿车组进行最后的阻挡,一般来讲挡车栏可以采用多层,以保证能够完全制动。即在斜井运输过程中通过多种拦车装置对矿车组进行一步一步的制动,从而保证斜井矿车组运输的安全性。通过查阅文献,我们了解到该制动方式有着巨大的缺陷。首先便是挡车栏制动效果差,同时其安装步骤繁琐,检测较为麻烦,同时由于其直接对矿车组进行制动在一次制动之后会发生一定程度的形变,而由于制造该装置的材料没有恢复弹性形变的特性,所以在进行一次制动后要及时更换该装置已损坏的部分,这样使矿井开采的成本大幅度提升,经济效益差。很多公司因此而减少了挡车栏的安装,以减少斜井开采的成本,谋取更大的利润。同时,挡车装置在对矿车进行制动时候,矿车跑车的速度很大,因此矿车跑车对挡车栏造成的冲击力极大,一般来说挡车栏都是使用刚性材料,而我们又和知道刚性材料不像弹簧那样有着自我恢复的能力,在该装置对矿车事故做出反应后,由于其自身特性会有较为严重的损坏,需要及时更换以保证矿井开采的安全运输。现如今的一坡三挡的感应方式一般为速度式,即对矿车组的速度进行监控,长时间使用的检测器会由于老化或者失灵等一系列的故障,这样一来,由于不能及时发现矿车已经发生跑车事故的原因,挡车装置没有接收到制动信号,无法动作对矿车制动,这样一来挡车装置没有办法阻止事故的扩大,从而对失控矿车组进行无效拦挡,对跑车事故没有一点帮助;容易引起不可挽回的矿井事故,这样一来井下作业人员将会面临不可预估的人身威胁,同时对矿车以及挡车装置等设备造成不可逆的损坏。而本次研究设计的带齿型导轨的双向挂钩式制动矿车可以有效解决这两方面的问题,通过设计,我们将本制动矿车安装在矿车组中间,在矿车组失控发生跑车时,制动矿车立即作出反应对矿车组进行制动。而且无需人员控制,对矿车工作人员的安全形成了有力的保障,同时相比于“一坡三挡”装置来说,对矿车组以及制动车本身的损伤可以忽略不计,对矿车组来讲,损伤只可能发生在其与制动车相连的部分,而对制动车来说,损伤部位则有制动套筒、制动杆以及其与矿车组链接部分,这几部分的损伤维修比较方便简单,同时不会影响矿井正常开采,经济效益好。同时本设计不像“一坡三挡”只能对矿车下行起制行动用,而是对矿车任意方向的行驶均可以作出制动反应,因此本制动车在工作时无需矿车组进行变坡,更为方便,同时也降低了跑车事故发生的概率,一举两得。2.2.2 带齿型双向挂钩式制动矿车的缺点及问题带齿型双向挂钩式制动车和一般的制动方式相比有很多优点,但是我们都知道没有完美的解决方案,它也是有一定的缺点的。第一,带齿型双向挂钩式制动车必需毗连在矿车组内才可以对产生跑车的矿车组举行动作,由于在运输过程中,矿井路面轨道不平整的原因,所以矿车组会发生一定的左右晃动,所以用于连接制动车和矿车组的拉杆受力不匀,这样就会导致制动车的感应装置做出错误判定,进而在矿车组进行制动,由于质量越重晃动越小,所以这个影响对大型矿车组的影响不大,但是对中小型矿车组的影响极大,导致经常性的错误制动,影响矿井开采的效率。第二,在小型矿车组发生制动时,由于矿井开采必定是有一定斜度的,且小型矿车组的质量较轻,这时制动车进行制动动作,会有很大概率导致矿车组翻车,从而中断矿业开采工作。以上是对小型矿车组的影响,同时,由于大型矿车组的质量较大,发生制动时,虽然不会翻车,但是由于其运动惯性较大,所以制动时对制动杆所产生的力比小型矿车组大得多,这对制动杆来讲容易在该力下发生曲折变形乃至断裂,一旦制动杆在制动进程当中受力过大产生断裂,矿车组没有办法完成全部制动进程,矿车跑车事故将无法控制。所以本制动车队制动杆要求极高,对不同类型(大、中、小)的矿车组分别进行分析设计。解决了制动杆的问题,我们会发现双向挂钩式制动车安装制造成本很低,重复利用率很高,维护也很方便快捷,最为重要的是该制动车制动效果极好,在矿业发展中将会有着无可替代的地位。3 制动车的基本参数及其设计计算3.1 制动车总体结构的确定根据指导老师给定的任务书可知,本次设计的制动车采用双向挂钩式。通过查阅文献可以知道,一般来讲,矿井开采的斜井角度最大不得超过18,所以选定最大斜井角度18进行分析设计,根据给定的任务书,制动系统所产生的最大制动力为15T,根据国家标准,运输轨道的宽度标准为900mm。对制动矿车在进行制动时受力分析:图3-1制动杆受力分析示意图图3-2制动车受力分析图由上面的图分析,利用所学知识可知:(1)式中 T制动力15t 制动杆制动时与轨道夹角由上面分析可知制动杆制动时与轨道夹角,再结合矿车组最大质量,初步设计出制动车车架的结构车架属于半承载式、采用全焊接边梁式立体框架结构,纵梁采用箱式截面,横梁较少,呈现为矩形。根据矿车组最大重量和以及上面两个图的受力分析,初步设定相关数据:车架总长:1900mm车架宽:900mm车架高:300mm轮距:350mm轴距:650mm龙门梁设计形状为长方体状,设计该梁的宽度正好为900mm以方便安装在车架上,两边的梁与之相连。竖着的梁结构为一个盒子的样式,安装在狂车的底部,竖梁的作用是对拉杆进行承托。第一横梁位于车体前端,该梁也为长方体柱型,目的是制动车的两侧的壁进行限制。第二横梁安装在车体尾部,利用电火花焊接技术与两侧壁相连,起着对两边车体进一步的固定作用。图3-3 车架结构3.1.1制动车车轮轴的设计计算车轮轮轴是将制动车与车轮相连接的部件,通过车轮可以将制动车卡在导轨上,同时降低制动车正常行驶时所受到的摩擦力的部分。在矿车工作时,该车轮轴将制动车支撑住并且降低摩擦力使矿车组可以顺畅地进行运输,这个时候,该车轮轴不会有传动效果。当发生跑车事故时,制动矿车进行制动,这时车轮轴受力分析较为复杂。因为该车轮轴只有支撑作用,所以在制动过程中,该轴仅仅受到一个极小的力的作用,故不会出现段裂的情况,但是会有一定程度的弯曲变形,通过资料可知,车轴在发生弯曲变形后会有一定程度上的失效作用。该弯曲没有规律,但是一般出现在两个部件相互连接的部位,虽然轴不会断裂,但是当受力过大时,变形较为严重,此时该变形对制动车正常工作造成严重的影响,进而导致制动系统失效。对该制动车进行整体的受力分析对制动车运行工况分析,在矿车组运动时,安装在制动车上的车轴承载有3个载荷1、固定载荷 制动车自身重量,通过每个车轴上的两个轴卡作用在车轴上。2、工作载荷 在出现跑车现象时,制动系统工作,由于轴中间连接有制动杆,所以制动力通过制动杆,传递到轴上,使轴承受一个较为大的力。3、动载荷 矿车组中装的矿石在运输过程中会出现不规则运动,这时会对矿车组产生一个冲击力,这个力经由拉杆传递到制动车上,而制动车又由车轴成熟这个力,记为冲击载荷;矿井道路不平整,会使矿车组在运行过程中产生一定幅度的晃动,由于矿车自身的质量,这个晃动会产生一个力作用在车轴上;矿井中存在一部分弯道,在运输过程中,各个弯道部分会产生一定的离心力作用在轴上,由于离心力的特性,轴受力不均匀,这是便会产生要给动载荷;矿车组在进行运输时不时需要改变速度,这是由于惯性的作用,轴受力发生改变,产生动载荷。固定载荷和正常工作载荷的计算制动车自身重量以及制动杆下放动作时在车轴上产生的垂直载荷(3-1)式中 矿车组在矿道中运行中经过弯道时候的分析查阅机械制造手册,对离心力进行计算(3-2)式中 离心力的纵向分量(3-3)式中 如图所示,离心力使车轴内侧所受垂直力减小,外侧所受垂直力增大。按照轴上受力最大情况时考虑,在轴卡C点位置处的垂直力 (3-4)图3-4弹性卡簧受力示意图在弹性卡簧D处的垂直力(3-5)上述 A点支承反力 (3-6)B点支承反力 (3-7)式中 弹性卡簧的中心点的最大弯矩力(3-8)弹性卡簧C点的最大弯曲应力(3-9) 该弹性卡簧上所受到的应力的大小与其所承受的力有关,对制动轴来讲,该载荷计算为转轴载荷,即对E点的弯矩力进行计算式中 对G点的弯矩力进行计算轴上有两个特殊点E、G点,计算其最大弯曲应力式中 根据上面的计算可以知道,当矿车在运输过程中进行加速运动时,在惯性力的作用下,矿车后方受到的力变大;在矿车组进行减速运动时候,矿车前部受力增大。对数据进行分析,确定制动车两根车轮轴的直径。3.1.2车轮的设计计算根据矿车轨道标准,对制动车的车轴长度进行设计,首先要满足的是正好可以卡在矿车轨道上,同时要保证其在运输过程中不发生脱离轨道的情况。所以对车轮大小进行初步设定,车轮用于固定的半径为190mm,车轮用行驶滚动的半径为170mm,车轮与轴的配合半径为25mm。车轮对钢轨有一个压力,对该压力进行计算 (3-10)由上式可知该压力较大,所以车轮制造材料选用强度较高的ZG45钢利用该材料制作的车轮硬度较高,所能承受的最大应力 (3-11)3.2制动装置的设计计算3.2.1基于斜井角度的制动杆结构的设计计算根据上述受力分析可知制动板所受力为:本设计所制造的制动车队矿车进行一次性制动,所以在制动过程中受力较大,所以对制动车材料有着较高的要求,通过查阅文献可知,45钢调质处理可以符合要求,同时其成本较低。同时45钢的焊接性出色,对组装来讲比较方便。制动板在制动时对矿车产生一个与矿车运动方向相反的拉力,以拉动矿车继续前进,对矿车进行拉动制动,所以对制动版的抗拉能力有着极高的要求,抗拉强度不能直接计算,所以我们对其许用应力进行计算,进而分析出该制动板的性能。即对制动板的强度进行检验,实际 值略大于值,然而实际值不大于许定5值得1.05倍也视为合格。故有由于制动板所受到的力为126KN,同时根据45钢的特性,将数据代入可以得出制动板最小有效面积为200,则每块制动板有效面积 =50,取45钢的安全系数,则得出 ,取整。将A分解为,即制动板的厚度,长度。3.2.2拉杆的设计计算本制动矿车,拉杆式其中较为重要的部件。该部件是连接制动车和矿车组的重要元件,同时也是发出制动信号的感应元件,对拉杆的要求是强度较好,不会再受力拉伸和压缩时发生重大形变。根据分析,拉杆在矿车不同运动状态下,均会受到两个方向相反的力,即矿车组的拉力,以及压簧的反作用力,所以对拉杆的抗拉抗压能力要求高,计算时应考虑其最大许用拉力。拉杆在设计时不仅要考虑受力问题,同时由于与拉杆相互配合装配的部件较多,多疑对其长度也有要求,由机械设计手册可知,矩形截面装配更加适合本设计,所以拉杆采取矩形加工截面。对拉杆进行受力分析,如图3-4所示。由图可知在A-A截面处受到的最大拉力满足要求时拉杆满足整体要求。对于拉杆制造材料的选用,通过对经济效益和安全性分析,采用45钢。图3-4拉杆示意图在截面处的应力为 式中 强度校核要求同制动板一样。可以求得,然而故满足强度要求。由于轴上开有销孔,所以要对其进行分析。 (3-12)式中 对拉杆进行分析,剪切面积查机械设计手册,Q235钢的许用剪切强度为所以符合要求。3.3制动装置开关机构的结构设计3.3.1拨杆及偏心轮结构设计双向挂钩式制动车通过在制动车中间增加一个开关来实现换向动作。该开关由拨杆进行控制,由偏心轮对整个制动系统进行动作,从而实现设计要求。图3-5偏心轮和拨杆偏心轮的设计以偏心轮圆心为基础点,偏心轮半径为,拨杆安装在偏心轮圆心处。此时,偏心轮对周围部件的控制刚好符合要求。拨杆的设计拨杆需要在控制端增加一个握杆以方便人为控制,同时其长度要正好可以通过车架上的固定孔,两者为间隙配合,这样就可以保证拨杆在竖直方向转动半周,该部件与偏心轮之间用一个销轴固定在一起,将两个部件紧密地装配好。3.3.2制动装置开关机构其它零件结构设计图3-6定位销定位销的设计定位销的直径为,由于制动矿车体积不大,所以定位销不宜过大,通过合理的计算分析,定位销长度为。3.4弹簧的设计计算拉杆上压簧受到的力 (3-13)式中 弹簧的直径 (3-14)式中 选取钢丝直径,计算弹簧工作圈数式中 匝数 高度节距 自由高度结论本次设计对我来讲还是很困难的,学校上课学习到的知识不足以让我完成这个矿山机械方面的设计。本次设计的带齿型双向挂钩式制动矿车,应该还是较为成功的,虽然并没有实际制造,但是对该制动车进行了合理的分析和计算。由于不知道确切的工作环境,所以在进行设计时均按照最大需求设计,同时也增加了矿车空载时的计算,但是在实际生产中,各种参数都可能影响设计结果,本设计还需要继续改进。虽然本次设计对我来说有很大的难度,但是老师的指导和对相关书籍的推荐,让我在查阅图书的过程中对我国以及世界上矿山生产有了一个较为全面的认知,了解了制动矿车各个零部件的具体作用,根据其作用作出了进一步的设计计算。总的来说,本次设计有以下几点:(1)说明了一种稳定可靠地制动式矿车的出现对煤矿生产的重要意义,叙述了何为跑车并解释了事故发生的原因。通过对当前比较流行的“一坡三挡”防跑车装置的介绍和存在的缺陷引出该论文设计的新型矿车。(2)应课题要求,从灵敏度可靠性等方面着手设计了三种方案,并对其进行综合评比,最终确定使用方案二。(3)本文对矿车的自动防跑装置的三个组成部分,即制动机构、触发机构和制动系统开关机构分别进行了结构设计,并分别绘制cad二维零件图以及装配图。(4)设计过程中对主要轴以及主要部件的具体参数数据进行了计算校核,保证了产品的质量。本次毕业设计,使我对机械行业有了更加深刻的认知,在一步步的设计计算中,不断得提升自己的能力,这为未来的工作有了极大的帮助。致谢随着毕业设计的结束,自己的四年大学生涯也走进尾声,未来将步入社会进行工作。在完成毕业设计的这两个月内,知识的匮乏使我感觉到自己学习的还远远不够,学无止境。由于对本次课题并没有一个全面的认知,在这两个月以来请教了老师和同组的学霸同学。首先要感谢我的指导老师,陆老师平时的工作比较繁忙,但是陆老师仍对我细心指导,慢慢讲解,一步步带领我从懵懂到了解,从基本原理到结构到最后的设计计算。然后要感谢我同组同学,经常向我推荐相关资料,同时也一起克服一个个难题,偶尔也会一起放松一下准备更好的状态继续完成设计。本来不熟的同学经过两个月的共患难成为了很好的朋友。参考文献 1耿国卿,张洪建.地下运矿车制动系统的改进J.工程机械与维修,2015(04):100-101. 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