礦山設(shè)備自移安裝車結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析研究

[摘 要]針對現(xiàn)有礦山設(shè)備安裝與回撤勞動量大、安全隱患多、工作效率低等現(xiàn)狀，介紹了一種主要用于礦山設(shè)備安裝與回撤的自移安裝車的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作原理，理論分析了該設(shè)備起吊機構(gòu)伸縮臂的擺角，并運用ANSYS軟件對主要部件行走機構(gòu)底盤在載荷作用下應(yīng)力和變形開展分析研究。通過現(xiàn)場工業(yè)性試驗驗證表明：起吊機構(gòu)在伸縮臂豎直擺角達到45°、水平擺角達到180°時，設(shè)備底盤應(yīng)力和應(yīng)變滿足設(shè)計要求，自移安裝車運行安全平穩(wěn)且能夠完成所需動作及工作任務(wù)。

[關(guān)鍵詞]礦山設(shè)備；自移安裝車；結(jié)構(gòu)設(shè)計；有限元分析

中圖分類號：TD422.3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）07-0145-01

0 引言

目前礦山刮板輸送機的安裝與回撤工作量比較大，尤其是中部槽的卸車、搬運和組裝工作的勞動強度較大、安裝速度很慢、工作效率很低、安全隱患較多[1]。針對此種情況，本文提出了一種用于刮板輸送機安裝與回撤的自移安裝車。該設(shè)備與輔助絞車、乳化液泵站配套使用，主要用于完成刮板輸送機的機頭、機尾、中部槽、電機和減速器等設(shè)備的安裝。論文開展自移安裝車的結(jié)構(gòu)設(shè)計，運用理論計算、有限元分析及工業(yè)性試驗等方法進行分析研究，在理論和實踐上解決了刮板機的安裝與回撤問題。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

自移安裝車主要由抓手機構(gòu)、起吊機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走機構(gòu)和液壓系統(tǒng)組成，其中，起吊機構(gòu)主要包括伸縮臂、液壓缸、吊臂、吊鏈和吊鉤等組成；旋轉(zhuǎn)機構(gòu)主要由旋轉(zhuǎn)軸、軸承、導(dǎo)軌、齒條液壓缸等組成；行走機構(gòu)主要由制動閘、前連接體、底盤和邁步缸等組成。

自移安裝車通過行走機構(gòu)前后的兩個制動閘和中間邁步缸相配合，實現(xiàn)整個設(shè)備在刮板機中部槽上邁步式自移行走。通過控制伸縮液壓缸調(diào)節(jié)起吊機構(gòu)伸縮臂的伸出位置，操作旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使起吊機構(gòu)旋轉(zhuǎn)到合適位置，然后操作拉鏈液壓缸使抓手機構(gòu)下降到需要吊裝位置，最后通過抓手機構(gòu)的制動缸閘緊中部槽兩內(nèi)側(cè)面 “抓緊”中部槽，升起吊臂，收縮吊鏈，調(diào)整起吊方向進行安放。

2 起吊機構(gòu)伸縮臂擺角理論分析

2.1 伸縮臂豎直擺角理論分析[2、3]

起吊機構(gòu)的運動簡圖如圖1所示，其主要由升降液壓缸1、活塞桿2、伸縮臂3和旋轉(zhuǎn)軸座4等組成。當(dāng)活塞桿2處于原始時，伸縮臂3處于位置a；當(dāng)活塞桿2處于最大伸長狀態(tài)時，伸縮臂3處于位置b。建立如圖的直角坐標(biāo)系，分析伸縮臂3的豎直擺角大小如下：

在三角形中，利用余弦定理得：

（1）

在三角形中，利用余弦定理得：

（2）

又知：， （3）

考慮到升降液壓缸的力與速度之間的壓力角不能過小，同時又受到物料起吊高度的要求，升降液壓缸的行程選為500～800mm。根據(jù)設(shè)計得到尺寸參數(shù)，，，。

把上述數(shù)據(jù)帶入式（1）、（2）、（3）可以計算得出為30.27°～57.68°，但考慮到液壓缸行程選取為45.10°。

2.2 伸縮臂水平擺角理論分析

伸縮臂水平擺角的大小取決于旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)角度的大小，而旋轉(zhuǎn)機構(gòu)采用齒條液壓缸帶動齒條、齒輪旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)伸縮臂的水平擺動，其中齒條液壓缸和齒條各有兩個，因此齒輪的周長大于齒條長度的一半，伸縮臂的水平擺角理論可以達到180°。

3 行走機構(gòu)底盤的有限元分析

行走機構(gòu)底盤是安裝車整機設(shè)備的主要受力承載件，其結(jié)構(gòu)強度直接關(guān)系到安裝車是否能夠安全平穩(wěn)起吊重物。結(jié)合底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，利用SolidWorks建立底盤的幾何模型導(dǎo)入到ANSYS-Workbench中，并選取Solid186單元對其進行網(wǎng)格劃分形成有限元模型[4]?？紤]到行走機構(gòu)底盤下表面和中部槽面接觸，底盤主要受到起吊重物、起吊機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的力的作用，故在底盤下表面施加X、Y、Z三個方向上的位移約束，在上表面施加垂直向下、大小為55.21KN的力。此外，由于底盤本身具有一定的重力，在ANSYS-Workbench中通過添加重力加速度就可將設(shè)備自身重量添加進來，本文重力加速度選取為9800mm/s2。

完成上述工作，對底盤有限元模型進行求解，可以得到應(yīng)力強度、底盤材料選擇為Q550，其屈服強度為550MPa，安全系數(shù)為2，則Q550材料的許用強度為275MPa。底盤的最大應(yīng)力為112.4MPa，小于Q550的許用強度275MPa，最大應(yīng)力發(fā)生的底盤上表面的薄弱處。底盤的最大變形為1.0714mm，變形不大。

4 工業(yè)性試驗

試驗選取的刮板輸送機的型號為SGZ800/800。該型刮板輸送機的輸送能力為1500t/h，裝機功率為2×400kW，刮板鏈為中雙鏈型式，鏈條規(guī)格為34×126-C，鏈條破斷負荷≥1450kN，中部槽規(guī)格為1500mm×800mm×310mm[5]。刮板輸送機的中部槽安裝方式采用直線安裝，不考慮轉(zhuǎn)彎布置的情況。

5 結(jié)束語

1）論文理論分析了自移安裝車的起吊機構(gòu)伸縮臂的豎直和水平擺角，其中，豎直擺角能達到45.10°、水平擺角能達到180°，滿足自移安裝車起吊與回撤不同方位的要求。

2）有限元分析結(jié)果表明，行走機構(gòu)底盤的最大應(yīng)力為112.4MPa，小于Q550的許用強度275MPa，變形量不大，滿足結(jié)構(gòu)強度要求。

3）工業(yè)性試驗結(jié)果表明，自移安裝車各機構(gòu)動作正常、運行平穩(wěn)，起吊機構(gòu)的伸縮臂豎直擺角能達到45度、水平擺角能達到180度，驗證了理論分析的結(jié)果。

參考文獻

[1] 李德軍，張德林，袁進南.礦山工作面刮板輸送機中部槽體拆裝機的研究與應(yīng)用[J].煤礦機械，2011（8）：128-130.

[2] 辛德忠，龔憲生，王清峰.基于負載自適應(yīng)的煤礦用鉆機卡盤動態(tài)夾緊理論[J].煤炭學(xué)報，2013（3）：498-503.

[3] 孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理[M].北京：高等教育出版社.

[4] 任懷偉，王國法，范迅.基于有限元分析的支架箱型截面幾何參數(shù)優(yōu)化[J].煤炭學(xué)報，2010（4）：680-685.

[5] 闞文浩.刮板輸送機刮板鏈故障分析與技術(shù)改進[J].煤礦機械，2013（2）：174-175.

作者簡介

程曉亮（1982—）男，籍貫：內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市人。本科，從事礦山機械專業(yè)設(shè)計研究工作。