礦山多功能清障車回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計

高曉琳

（黑龍江工業(yè)學(xué)院，黑龍江雞西 158100）

1 礦山清障車設(shè)計的基本要求

功能多元化：為了加強(qiáng)設(shè)備的使用效果，礦山清障車應(yīng)該向多方面發(fā)展，使用一系列的設(shè)備進(jìn)行實(shí)際的改造以及設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，研發(fā)能完善的搭配基本的底盤進(jìn)行清障工作，加強(qiáng)設(shè)備的使用穩(wěn)定性，提升設(shè)備的使用價值。除了清障工作之外，還應(yīng)該完善運(yùn)行灑水、打掃等多項(xiàng)養(yǎng)護(hù)工作的開展。

安全：礦山清障車的安全裝置都是按礦山清障車的相關(guān)參數(shù)而配置的。可以利用電腦檢測危險、調(diào)節(jié)機(jī)械裝備等，比如檢測液壓管道壓力，汽車平衡的自動調(diào)整等。

美觀：礦山清障車的外觀設(shè)計，不僅要求使整機(jī)看起來協(xié)調(diào)，還要符合工作環(huán)境，方便清洗維護(hù)。

舒適：礦山清障車應(yīng)該操作輕便，不會使駕駛者感到疲勞。如安裝座椅調(diào)節(jié)裝置等，舒適的駕駛體驗(yàn)可以使駕駛員能更為準(zhǔn)確進(jìn)行礦山清障車作業(yè)。

2 設(shè)計回轉(zhuǎn)平臺的原則

（1）回轉(zhuǎn)平臺的體積不能夠超過一定的限度，在選取穩(wěn)定的材料之前進(jìn)行運(yùn)算，還應(yīng)該考慮成本。

（2）回轉(zhuǎn)平臺應(yīng)該選定合理的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制，制造穩(wěn)定成本便捷。

（3）結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)該按照其自身的調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善的轉(zhuǎn)換。

（4）工藝性要好，并且使回轉(zhuǎn)臺自身的內(nèi)應(yīng)力小，再者溫度變化所引起的變形力要小。

3 回轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計

抓斗的回轉(zhuǎn)裝置基本機(jī)構(gòu)如圖1所示，回轉(zhuǎn)工作裝置采用齒輪傳動，馬達(dá)通過平鍵和齒輪連接，并用螺栓緊固。

圖1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖

4 設(shè)計回轉(zhuǎn)立柱

現(xiàn)階段多數(shù)礦山清障車的回轉(zhuǎn)立臂均是用了立柱式的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善。因?yàn)榇祟惤Y(jié)構(gòu)的力臂回轉(zhuǎn)效果穩(wěn)定，吊臂的受力位于回轉(zhuǎn)立臂中心平分面上。礦山清障車的回轉(zhuǎn)立臂也可以采用其他結(jié)構(gòu)形式的，但這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)十分不完善，制造需求高，所以在本項(xiàng)設(shè)計中使用的回轉(zhuǎn)立臂采用立柱型結(jié)構(gòu)。

考慮到安裝在回轉(zhuǎn)立臂上的液壓馬達(dá)、與其鉸接的吊臂的基本尺寸，以及市場上現(xiàn)有產(chǎn)品參數(shù)和相關(guān)資料的參考，選擇雙立柱基本結(jié)構(gòu)，由兩塊平行的高強(qiáng)度合金鋼板焊接而成，并在兩塊板的側(cè)面焊接一些加強(qiáng)筋，使回轉(zhuǎn)立臂更加穩(wěn)定。下部應(yīng)留出安裝液壓馬達(dá)的空間?；剞D(zhuǎn)立臂使用了雙柱回轉(zhuǎn)支撐技術(shù)，能夠?qū)⒌V山中的清障任務(wù)通過回轉(zhuǎn)臂的作用處理得更加完善，這種方式不但能夠加強(qiáng)其受力標(biāo)準(zhǔn)，并且還能夠提升礦山的清障穩(wěn)定性以及完善性，立柱的質(zhì)量能夠按照立柱材料的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行運(yùn)算。根據(jù)相應(yīng)的運(yùn)算標(biāo)準(zhǔn)，回轉(zhuǎn)立臂的具體數(shù)據(jù)參考GNQY-688型起重機(jī)，如表1所示。

表1 立柱的基本標(biāo)準(zhǔn)

在回轉(zhuǎn)底板上固定的立柱為相互平行且左右對稱有間隙的兩塊鋼板，鋼板的側(cè)面方有加強(qiáng)筋，使得回轉(zhuǎn)立臂更加穩(wěn)定。兩根立柱之內(nèi)還進(jìn)行了一塊封板的焊接，封板與立柱能共同焊接成箱體的形狀，立板的形狀能夠展現(xiàn)為由窄至寬的四邊形模式。

5 最大變幅高度和最低變幅高度

按照實(shí)際工作要求和回轉(zhuǎn)立柱的尺寸，初設(shè)吊臂高度1800 mm，吊臂寬度為160 mm。

最大變幅角度為60°，所以最大變幅高度為：

最低變幅區(qū)間為：2800-1348=1452 mm

6 機(jī)架的受力分析與計算

6.1 各級工作吊桿長度的確定及其乘載能力的計算

吊臂簡化圖如圖2所示。

圖2 吊桿簡圖

按其基礎(chǔ)工作需求及起重貨物的大小，應(yīng)選取R=370 mm。

按基礎(chǔ)工作需求以及起重貨物的大小，選取L=1430 mm。

吊車工作時能受的最大載荷為要求的0.5 t，m=500 kg。

6.2 吊桿各位置受力情況分析及計算

確定的電桿擺動范圍。

按照相應(yīng)的實(shí)踐工作標(biāo)準(zhǔn)將其角度設(shè)置為60°。

要顧慮到其自身的高度標(biāo)準(zhǔn)。

選取其中最低的范圍水平線的夾角為-6°。

選取最高點(diǎn)位的水平夾角為35°。

因此，其中垂直擺動距離為：

D=（R+L1）（sin35°+sin6°）

=1800（sin35°+sin6°）

=1800（0.5735+0.1045）=2040 mm

如圖3所示，由實(shí)際工作要求取吊鉤的最低位置距地面不小于500 mm，吊鉤的最高位置2404 mm，所以最大垂直擺距在500～2404 mm。

圖3 支架高計算示意圖

抓斗高度初取H1=2083 mm。

所以，車架高：

6.3 液壓缸推程計算

由余弦定理公式：

可以計算出：

液壓缸的最長狀態(tài)為：L1=1484 mm。

液壓缸的最短狀態(tài)為：L0=1256 mm。

所以，推程為：

S=L1-L0=1484-1256=228 mm

7 回轉(zhuǎn)支承計算選型

回轉(zhuǎn)支承的受力和礦山清障車的工作狀況有很大關(guān)系，強(qiáng)度計算時要取最大當(dāng)量負(fù)荷工況作為計算工況。

靜態(tài)：

式中：Q為起重重量（N）；fa為工況系數(shù)，查表得知fa=1.1。

所以

Fa=Q×fa=500 kg×9.8 N/kg×1.1=5390 N

Ma=Fa×（L+R）cosθ；-6°＜θ＜35°

當(dāng)θ=0度時，Ma最大為

Ma=1800×10-3×5390=9702 N·m

以上各公式中Ma為其中力度標(biāo)準(zhǔn)；

以上公式中支承其數(shù)值按照表2所示。

表2 回轉(zhuǎn)支柱的工程標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值

礦山清障車中的工程數(shù)值與其輪胎起重中標(biāo)準(zhǔn)均一致，在此次設(shè)計過程中選取fa=1.1

調(diào)查市場上有關(guān)產(chǎn)品的性能參數(shù)和查閱資料，綜合考慮設(shè)計要求和目的，為了能合理利用安裝空間，使工作機(jī)構(gòu)活動更靈巧方便，此次設(shè)計采用的回轉(zhuǎn)支承為內(nèi)齒圈，回轉(zhuǎn)支承機(jī)構(gòu)型號為NFB.032.20.544型單排四點(diǎn)接觸球內(nèi)齒式軸承支承轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤外座圈裝有內(nèi)齒圈，通過螺栓使內(nèi)齒圈與回轉(zhuǎn)平臺連接，并通過螺栓緊固在回轉(zhuǎn)支承的圓盤上。

8 推鏟機(jī)構(gòu)切土作業(yè)的穩(wěn)定性

推鏟運(yùn)作的基本環(huán)境為：推鏟模式的水平行駛、使用最大的牽引力進(jìn)行完善的運(yùn)轉(zhuǎn)，加強(qiáng)推鏟的效果標(biāo)準(zhǔn)。計算這種路況穩(wěn)定性應(yīng)該將其中的現(xiàn)象進(jìn)行分解。穩(wěn)定性的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為，c為最大的范圍機(jī)制以及范圍進(jìn)行完善運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的分析；x為支承履帶的土壤法向反力的合力N至驅(qū)動鏈輪內(nèi)部的水平標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善，按照如下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行運(yùn)算，由∑M0=0得：

式中；GS推鏟機(jī)構(gòu)的使用重量；PZ土壤對推鏟鏟反力的垂直分量；Qτ土壤的剪切阻力，，當(dāng)中μ2為土塊的標(biāo)準(zhǔn)摩擦值，τ為土壤的單位內(nèi)聚力；ΔGt推鏟鏟帶動企圖對的重量分布；應(yīng)該選用ΔGt=Gt/3，Gt為推鏟鏟前的累計數(shù)值。

因此能夠?qū)⑵渥鳂I(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善。

8.1 推鏟機(jī)構(gòu)坡道運(yùn)行的穩(wěn)定性

推鏟機(jī)構(gòu)坡道運(yùn)行的穩(wěn)定性包括推鏟機(jī)構(gòu)在坡道上的縱向運(yùn)行穩(wěn)定性和橫向運(yùn)行穩(wěn)定性。

8.1.1 縱向穩(wěn)定性

圖4（a）為上坡時推鏟的構(gòu)造完善角度圖。設(shè)整機(jī)重心在位置范圍內(nèi)的O點(diǎn)，這時候起重機(jī)的線路GS的作用概念不能夠形成完善的制支撐標(biāo)準(zhǔn)計算C。不然其標(biāo)準(zhǔn)模式將按照相應(yīng)的角度進(jìn)行傾斜；并且，在圖4（b）中，推鏟機(jī)構(gòu)下坡時GS的作用范圍不能夠越過C′點(diǎn)。否則推鏟體系將會圍繞C′點(diǎn)前傾。因此：

圖4 推鏟機(jī)構(gòu)的縱向穩(wěn)定性

下坡的前傾角度：

上坡的前傾標(biāo)準(zhǔn)角度：

式中：H重心中離心力的高度標(biāo)準(zhǔn)，H=1.8 m。

推鏟機(jī)構(gòu)在坡道上形成完善的運(yùn)轉(zhuǎn)，還能夠受到其路面進(jìn)行限制。為了可以在一定程度上使其路面不進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，應(yīng)該按照相應(yīng)的運(yùn)算機(jī)制進(jìn)行完善的整改標(biāo)準(zhǔn)確認(rèn)αφ。如果不能夠影響到其阻力為最佳，不滑移的速度范圍極限為αφ=arccotφ，φ為額定的附屬系數(shù)數(shù)值，選用φ=0.7。

考慮到其中的行駛穩(wěn)定性質(zhì)，需要其設(shè)備能夠在形式的范圍之內(nèi)進(jìn)行前傾以及翻轉(zhuǎn)的概念轉(zhuǎn)化，即上（下）坡傾翻極限角應(yīng)該大于其中坡角的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制。所以，履帶推鏟機(jī)構(gòu)縱向運(yùn)轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)為；

穩(wěn)定性符合要求。

8.1.2 橫向穩(wěn)定性

橫向穩(wěn)定性反映了推鏟機(jī)構(gòu)在坡道上，橫坡行駛及停放不傾翻的能力。橫向穩(wěn)定性的極限角也稱橫向臨界坡角。令高側(cè)履帶接地面上的垂直反力N1=0，則：

式中，e推士機(jī)重心離縱向中心點(diǎn)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，在進(jìn)行具體的運(yùn)算標(biāo)準(zhǔn)鑒定時，能夠選取e=0；b履帶的基礎(chǔ)帶寬。

9 結(jié)束語

礦山多功能清障車工作裝置設(shè)計，多功能清障裝備的目的是克服現(xiàn)有道路礦山清障車功能單一的不足，提供一種既能推鏟又能搬運(yùn)的工程機(jī)械裝備。多功能清障裝備的改進(jìn)措施是在工程機(jī)械的本地上加裝支撐架、推鏟和機(jī)械臂，工作時可以快速的疏通礦山路面上的障礙，能應(yīng)用與應(yīng)急救災(zāi)現(xiàn)場的道路清理。