1、1耙斗装岩机传送部分设计学 生： 指导老师: 摘 要：耙斗装岩机是实现巷道掘进机械化的主要设备，在矿业开发和其他国民经济中具有重要地位。而传送部分是耙斗装岩机的基础件，它包括进料槽、中间槽、中间接槽、卸料槽等部分。随着技术的进步和矿业机械制造量的迅速扩大，越来越多的矿山企业使用耙斗装岩机，通过大量加工实例分析，我们发现工作效率降低，工作量增加，制造成本上升等问题日益突显。因此，对 P-30B 耙斗装岩机传送部分进行改造和研究，对提高其使用效率具有很重大的意义。关键词：中间槽；进料槽；卸料槽。全套图纸，加 153893706Design of the Scraper Rock Loaders T
2、ransmission PartAuthor: Tutor: 2Abstract: The scraper rock loader which plays an important role in mining industry and other national economy is the main equipment for the mechanization of road construction. While the transmission part is the basic one of the scraper rock loader which includes feed
3、channel, medial launder, and medial joint launder and outfeed channel and so on. As the technology develops and the mechanically manufacturing quantity of the mining industry expands quickly, more and more mining enterprises use the scraper rock loaders. Through lots of analysis of practical machini
4、ng examples, we found the problems like the work efficiency decreases, workload increases, and the manufacturing cost rises appears gradually. Therefore, it is of great meaning to do the study and to transform the scraper rock loaders transmission part so as to improve its efficiency. Key words: fee
5、d channel, medial launder, outfeed channel1 前言1.1 课题来源P-30B 耙斗装岩机是邵阳大地煤机械有限公司中一个加工工艺比较完整的机械产品。在大地煤机械有限公司进行实地考察时，发现该机械在生产实际过程中其工艺设计有不足的地方，且其承载能力、强度要求不能达到实际生产所需的要求。1.2 研究目的意义耙斗装岩机和其他装载机械相比，具有结构简单、价格低廉、操纵灵活、适应性强（即适应水平装载，又适应上下山的斜坡巷道装载）易实现平行作业、装载效率高的特点。耙斗装岩机是实现巷道掘进机械化的主要设备，受到各方面用户的好评。不但在煤炭、冶金矿山得到广泛应用，在铁路
6、隧道、水电涵洞施工中都得到了广泛应用。所以耙斗装岩机在矿业开发和其他国民经济中具有重要地位。而传送部分是耙斗装岩机基础件，它包括进料槽、中间槽、卸料槽。耙斗扒取的岩石依次通过进料槽、中间槽、卸料槽、自卸料槽底部的卸料口卸入矿车。中间槽安装在台车的支架和支柱上，而进料槽、卸料槽则分别在其前后与之衔接。进料槽的中部安有升降装置，以调节簸箕口的高低，簸箕口前两侧装有挡板，引导耙斗进入槽子。中间槽有两个弯曲部，为考虑磨损及易于更换，弯曲部装有可拆卸的耐磨弧形板。卸料槽后部安有弹簧碰头，起缓冲作用。随着技术的进步和矿业机械制造量的迅速扩大，在中小批量生产条件下，越来越多的矿山企业使用耙斗装岩机。从大量加
7、工实3例中分析可看出耙斗装岩机工作效率不高，工作量增加，制造成本上升等问题。因此，对 P-30B 耙斗装岩机传送部分进行改造和研究，对提高其使用效率具有很重大的意义。在本次设计中，我们不仅仅能提高自己所学的专业知识，还提高了查阅专业设计手册、图册的能力，并熟悉相关的国家标准，锻炼独立解决实际问题的能力，提高操作绘图软件绘制工程图的熟练度等。通过 P-30B 耙斗装岩机传送部分方案设计，能使我在学习和设计的过程中学会解决一些实际中的一些问题，使我的设计更具有实用性，也为我将来走向社会做好充分的准备，为自己以后更好的从事本专业的技术设计积累了宝贵的经验。1.3 国内外现状及水平目前，国内耙斗装岩机
8、产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。据统计，我国耙斗装岩机的总产量已数十万台，为煤矿开发做出了重要贡献。耙斗装岩机是实现巷道掘进机械化的主要设备，受到各方面用户的好评。不但在煤炭、冶金矿山得到广泛应用，在铁路隧道、水电涵洞施工中都得到了广泛应用。所以耙斗装岩机在矿业开发和其他国民经济中具有重要地位。 我国从 1960 年开始研制耙斗装岩机，经历了 40 多年的发展，可分
9、为试验研究、小批试生产、大批量生产、发展创新四个阶段。煤炭部煤炭科学院上海研究所最早开始耙斗装岩机的研究工作，主要由煤炭系统的制造厂生产，因产量小满足不了用户需要。自 1971 年以来，根据矿山生产的需要，江苏冶金修造厂、梅山铁矿一大队的工人、干部、工程技术人员一起，在“鞍钢宪法”的指引下，对 ZYP7 型耙斗装岩机作了一些改进，试制了 ZP 30 型耙斗装岩机。几年来，经过有关矿山的使用表明，效果较好，受到现场工人的欢迎。1973 年，除煤炭系统增加制造厂外，并陆续转产给机械部系统制造厂生产，如锦州矿山机械厂、上海采矿机械厂、温州矿山机械厂等 20 多家。其产品标准 JB/T23782004
10、行星传动耙斗装岩机是由锦州矿山机器（集团）有限公司负责起草的 1。由于生产的需要，耙斗装岩机在国内外都得到很好的发展。耙斗装岩机在国外生产和使用也很普遍，法国、德国、英国、波兰、捷克、俄罗斯等国都制造和使用。目前国内外的耙斗装岩机正积极采用新技术、新工艺、新材料，向大功率、多用途、 “距控”和“自控”发展。最近几年在波兰采矿工业4中，特别是在煤矿和金属矿的矿井建设中，在掘进开拓巷道和准备巷道时广泛采用耙斗装岩机。耙矿绞车为耙斗装岩机的心脏，所以在耙矿绞车发展的同时也推动了耙斗装岩机的发展。耙矿绞车的主要技术发展方向是尽量提高设备的生产率。而发展趋势是尽量增大耙斗容积，提高原动机的功率。并逐步实
11、现遥控和向自动控制方向发展。2 耙斗装岩机的概述2.1 耙斗装岩机的分类耙斗装岩机有行星式、内胀式。耙斗装岩机按配置的电动机、电器分为隔爆型和非隔爆型两种；按结构型式分为带调车盘、不带调车盘和转载机；按驱动方式分为电动、气动和电-液驱动；按行走方式分为轨轮式、雪橇式、履带式和胶轮式 1。耙斗装岩机以耙斗容积划分为：0.15 、0.30 、0.60 、0.90 、1.203m33m3、1.50 六种规格。3m32.2 耙斗装岩机的工作原理耙斗装岩机主要用于在平巷和倾角不大于 30的斜巷掘进中，配合矿车或箕斗进行装岩作业。装岩机具有效率高，结构简单，应用范围广等特点。不仅可以用在平巷装岩，而且可以
12、在 30以下上山或下山巷道装岩，以及拐弯或 90拐弯的巷道，并且还能进行掘进工序的平行作业，提高掘进速度，是实现巷道掘进机械化的一种1固定楔 2尾轮 3钢丝绳 4耙斗 5台车 6操纵机构 7绞车8卡轨器 9托轮 10导向轮 11缓冲器 12卸料槽 13中间槽 14连接槽 15簸箕口 16挡板5图 1 耙斗装岩机工作原理Fig.1 Rake bucket rock loader works主要机械设备 2。如图 1 所示，耙斗装岩机受料部簸箕口与水平成一定的倾角，卸料槽末端装有导向滑轮，绞车滚筒上的钢丝绳，绕过导向滑轮接到耙斗上。开动绞车，钢绳绳牵引耙斗从工作面耙取岩碴，沿着受料部、连接槽、中间
13、槽，到卸料槽，将岩碴卸入卸料槽下面的矿车(或箕斗或转载机)中。卸料后的耙斗，立即空斗返回工作面。重复前一过程的装岩工作，耙斗不断往返于工作面和卸料点之间，直至把矿车装满。2.3 主要技术参数耙斗的容量为 0.3 立方米，装载能力为 3050 立方米/小时，其他的参数需根据前面的已知条件及其工作环境来计算。3 耙斗装岩机传送部分的设计3.1 耙斗装岩机传送部分的方案分析P30(B)耙斗装岩机传送部分就是耙斗扒料到卸料整个料所经过的部件，它包括簸箕口挡板、进料槽、中间槽、卸料槽，其他附件如中间接槽、支柱、保护装置。P30(B)耙斗装岩机是采石矿普通机械化掘进作业线中的主要设备,由于它结构简单、制造
14、容易、坚固耐用、应用范围广、装载效率高, 目前是我国煤矿巷道掘进用量最多的一种装载机械。耙斗装岩机是依靠钢丝绳的牵引力而使耙斗在指定的槽内运动来完成装料与卸料过程的。它可以用于矿井下也可以用于矿井外，当它用于矿井下时，为了使用方便我们应该对其外形尺寸进行适当的控制。由于在井下作业，而井下的空间是十分有限的，所以它的外形尺寸不宜过大，高度一般控制在两米以内，而宽度的设计可以根据耙斗的宽度来设计。然而耙斗的宽度直接影响耙斗的容量，查阅相关手册，在满足要求容量和使用的通用性的情况下可将耙斗的宽度设计为 900 mm，为了使耙斗能在槽中顺利的来回，可将装岩机的中间槽和卸载槽设计为 1.2b（b 为耙斗
15、的宽度）左右，此次的设计取为 1022 mm，为了提高工作效率，进料槽的宽度并不一致，即进料槽略成梯形，将与地面或岩石接触的一边设计为1.45b，即为 1305 mm，而它的另一边与中间槽相连接，从而将其另一边的宽度定位 1022 mm。设计簸箕口挡板是为了使耙斗能在一定距离里完成装料过程而不至于使流出的物料过分的分散，根据实践的经验和国家标准可将两挡板间的距离设计为2.27b，即为 2050 mm。由于卸料槽与地面有一定的距离，因此三槽不能设计在同一直线上，更不能设计与水平线平行。根据力学方面的知识，进料槽的倾斜角度越大，电动机对物料所做的功也就越大，通过查阅设计手册 5，可将进料槽所在的平
16、6面与导轨所在的平面设计为 24，即进料槽倾斜的角度为 24。卸载槽的外形尺寸为 1546mm1094mm350mm（长宽高） ，它的形状为类似长方体的槽。1簸箕口挡板 2进料槽 3中间槽 4卸料槽图 2 传送机构总图Fig.2 Transfers the General Plan3.2 传送部分的部件组成P30(B)耙斗装岩机传送部分主要由三槽一挡及其他附件组成，其中三槽是进料槽、中间槽、卸料槽；一档为簸箕口挡板；附件有中间接槽、支柱、保护装置、耙斗等。3.2.1 进料槽(1)进料槽的作用进料槽是引导装料的，是物料通道之一。进料槽的前部几乎靠地，从而方便耙斗进入进料槽。它是装岩机运料装置的主
17、要组成部分之一。进料槽上还安装了升降装置，从而可以很灵活的调节前部的高度，以方便耙斗很轻松的进入进料槽。进料槽为组焊件，它主要由簸箕口、左右护板、升降装置以及连接槽通过焊接或销连接而成。进料槽的通道大致成梯形状，两侧均有升降装置及保护装置。进料槽较宽的一边装有簸箕口挡板，较窄的一边与中间槽相连接。(2)进料槽的主要参数簸箕口设计参数：长度： 715宽度： 1305最大高度： 590最小高度： 543左右护板设计参数：宽度： 367外护板长度： 420内护板长度： 484孔直径： 18护板两边夹角： 25升降装置设计参数：前销轴长度： 72后销轴长度： 124长度： 620连接槽设计参数：长度：
18、 1195宽度： 1182高度： 460(3)进料槽的布局设计：1簸箕口 2护板 3升降装置 4连接槽图 3 进料槽Fig.3 Into the trough(4)进料槽材料的选择：进料槽底板因为容易磨损，应采用耐磨性好的钢材，故选 15Mn。垫圈选用65Mn 外，其他的零件基本选用 Q235-A。3.2.2 中间槽(1)中间槽的作用8中间槽是物料通道之一，中间槽也为组焊件。中间槽安装在台车的支架和支柱上，而进料槽、卸料槽则分别在其前后与之衔接。中间槽有两个弯曲部，为考虑磨损及易于更换，弯曲部装有可拆卸的耐磨弧形板。(2)中间槽的主要参数底板加强筋设计参数：选用 50506 的角钢，长度为 9
19、00左上支架设计参数：展开长度： 2434前段长度： 645中段长度： 1453后段长度： 336中段与前后段夹角： 10.5中底板设计参数：长度： 1160宽度： 1016孔直径： 20孔间距： 110左搁脚设计参数：长度： 250宽度： 75最大高度： 170最小高度： 110夹角： 13.5底梁设计参数：展开长度： 2302前段长度： 580中段长度： 1321后段长度： 274夹角： 10.5(3)中间槽的布局设计，如图 4。(4)中间槽材料的选择9中间槽的零件除底板用 15Mn 外，其他的零件基本选用 Q235-A。所用角钢型号为：75758 和 50506。所用槽钢型号为：1804
20、853。3.2.3 卸料槽(1)卸料槽的作用卸载槽也为组焊件，也是耙斗运行的通道之一。它承担着耙斗卸载的重要作用，物料就是通过此部分进入装料小车的。卸料槽主要由右护板、左护板、四个导向轮托座、缓冲器、筋板、骨架、槽底板和连接板等组成，它们主要是通过焊接和销连接在一起。卸料槽后部安有弹簧碰头，起缓冲作用。导向轮托架上装有导向轮，钢丝绳是通过导向轮连接到绞车与尾轮上的。卸载槽的外形尺寸为1546mm1094mm350mm（长宽高） ，它的形状为类似长方体的槽。卸载槽的设计要求并不非常严格，只需满足一定的强度与刚度即可，尽量能使耙斗中的物料卸载完全。1横梁底板 2横梁 3横梁衬板 4右法兰 5底板加
21、强筋 6左上支架 7左搁脚 8中底板 9左法兰 10后底板图 4 中间槽Fig.4 Middle slot(2)卸料槽的主要参数右护板设计参数：长边长度： 95010短边长度： 700宽度： 365 厚度： 170导向轮托座（一）设计参数：斜板长度： 200斜板宽度： 170托管（一）直径： 114 斜板夹角： 6.62 导向轮托座（二）设计参数：斜板长度： 200斜板宽度： 170托管（二）直径： 114 导向轮托座厚度： 74缓冲器设计参数：长度： 384最大宽度： 201最小宽度： 170高度： 125开口销型号： 640导向轮托座（三）设计参数：斜板长度： 202斜板宽度： 170托管
22、（三）直径： 121 斜板夹角： 5.83筋板设计参数：长边长度： 140短边长度： 75最大高度： 150最小高度： 75 侧板设计参数：长度： 151811宽度： 334厚度： 6槽底板设计参数：长度： 1375宽度： 1018孔直径： 20孔间距： 10(3)卸料槽的布局设计，如图 5.(4)卸料槽材料的选择卸料槽的零件除托管用 20 钢、底板用 15Mn、弹簧用 60SiZMn、碰头用 ZG35 外，其他的零件基本选用 Q235-A。(5)关于卸料槽与中间槽的连接卸料槽与中间槽的连接原是在 5050 毫米角钢用螺栓连接。耙斗卸料时，连接处受力很大，角钢很容易变形甚至拉裂，使卸料槽下降，
23、与矿车相碰，可用 20毫米钢板按形状制作好焊牢即可。为了保证质量，可以适当加焊几条拉筋。卸料槽下方的钢丝绳，由于松驰而下垂，司机稍一马虎便可打伤推车工。在槽底适量加焊几根托绳杠就可以避免。如图 6。121侧板 2右护板 3导向轮托座（一） 4导向轮托座（二） 5缓冲器6导向轮托座（三） 7筋板 8左护板 9斜板 10底板 11法兰 12连接板图 5 卸料槽Fig.5 Discharge tank3.2.4 簸箕口挡板(1)簸箕口挡板的作用簸箕口挡板也为组焊件，共有两块，分别安装在进料槽的两侧。考虑到耙斗在装料及运料的过程中，物料有可能从耙斗中溢出，为了使物料不过分的散开，故在进料槽的两侧安装了
24、挡板，从而可以提高装岩机的工作效率。挡板张开角度不宜太图 6 槽底托绳杠位置Fig.6 Rope-supporting bottom location bar大，最好在 30以内，否则不起导向作用。它主要由挡板、加强角钢、横向筋、铰链接头等焊接而成。它的结构并不复杂，其三视图均为类似的长方形。(2) 簸箕口挡板设计参数长度： 800宽度： 139高度： 55013挡板型号： 790550加强角钢（一）长度： 740加强角钢（二）长度： 520加强角钢型号： 75758(3)簸箕口挡板材料的选择全部选用 Q235-A。(4) 簸箕口挡板布局设计，如图 7。3.2.5 附件(1) 中间接槽 中间接
25、槽的作用中间接槽与撑脚是相对应的。当装料小车离台车较远时，如不使用中间接槽，物料无法落入下车，也就是说中间接槽只是为了加长物料的通道，从而实现较远距离的装载。中间接槽的一端与中间槽相连接，另一端与卸料槽相连接。当工作过程中需使用中间接槽时，为了使槽与槽之间能完好无损的连接，保障工作能顺利的进行，必须配套使用撑脚。对于同一台机器来讲，它们的出现是同时的。中间接槽主要由左、右法兰，侧板，上边框，底梁，现法兰，底板，后搭接板等焊接而成。撑脚主要由支座，接头（上、下） ，撑杆 L=1307mm，抓爪，抓针等焊接而成。1挡板 2加强角钢（一） 3横向筋 4加强角钢（二） 5铰链接头图 7 簸箕口挡板14
26、Fig.7 Dustpan port baffle中间接槽的主要参数：长宽高 1094500350卸料槽的零件除底板用 15Mn 外，其他的零件基本选用 Q-235A。 (2) 支柱 支柱的作用支柱也为组焊件，是所有槽与两挡板重量的支撑件之一。支柱要求要有较强的强度与刚度，由于它为组焊件，因此它所要求的焊条机械性能强度不低于37kg/mm，主体与底板焊接后其不垂直度允许为 1mm。支柱主要由上、下筋板，场、短筋板，主体 L=710mm，顶板，拖架 L=254mm 等焊接而成。支柱的设计参数高度： 720宽度： 250主体长度： 710托架长度： 235支柱材料的选择支柱的零件除主体和托架用槽钢
27、 140586 外，其他的零件基本选用 Q235-A。 支柱的布局设计，如图 8。3.3 耙斗的设计3.3.1 耙斗的现状耙斗是耙斗装岩机的主要组成部分。耙斗是一个形状特殊的、没有斗底的刮斗，籍它耙斗装岩机的两根(或三根)钢丝绳的拉力，沿着耙运面或留槽底板往复移动，在钢绳拉力和耙斗自重作用下，插入矿堆，把爆破下来的矿物或废石，耙至载料小车、留井、煤仓或装载台，以便装车运输。国内使用耙斗装岩机的单位很多，数以百计，由于备使用单位地质情况千差万别，采矿方法和使用条件多种多样，耙运设备所耙物料的比重、块度、硬度各不相同，过去各耙运设备制造厂，耙斗装岩机每台带两个耙斗，远远不能满足各使用单位的不同需要
28、，因此矿山使用现场根据各自的具体情况，由矿山机修厂制造了各种样式的耙斗，大多数为焊接耙式耙斗，焊接15图 8 支柱Fig.8 Pillar箱形耙斗(因中小型矿山的机修厂，往往没有铸钢设备，所以多采用焊接结构)。矿山自制的耙斗，有的好用，也有相当一部分使用效果不好。譬如:耙斗各部分比例不协调、不易插入矿堆、装满系数较低、寿命短、制造成本高等。因此耙斗的设计需做认真的考虑。耙斗的结构形状，重量和插入角等参数，是耙斗设计的关键，它依据所运物料的性质和把斗的工作条件来确定。耙斗的设计与选用是否合理，直接影响着耙斗装岩机的生产率。3.3.2 耙斗设计的原则(1)对于各种矿物，耙斗易于插入(切入)矿堆，并
29、能在短距离内装满；(2)耙斗运行要平稳，物料不易从斗沿漏出；(3)在保证装满的条件下，耙斗重量要最小；(4)耙斗运行时，动力消耗要最小；(5)要坚固耐用，便于制造。3.3.3 耙斗的结构形状它主要取决于所耙运物料的性质，概括地说，耙运块度、比重较大的硬岩，耙斗应制成铸造的耙式的;耙运松软细碎的物料，耙斗应制成箱形的，露天矿剥离作业用的耙斗应制成双面的；地面贮煤场往复运煤的耙斗应制成焊接的马蹄形的。耙斗的长度 L、宽度 B 和高度 H 间的比例，影响耙斗工作的稳定性，各式耙斗的高、宽、长比例不同，近年来设计制造的各式耙斗的比例约为:铸造的单面耙式耙斗L:B:H=2.4:1.8:1 铸造的双面耙式
30、耙斗 L:B:H=2:1.5:1 箱形耙煤耙斗 L:B:H=2:2:1.马蹄形耙煤耙斗 L:B:H=2.6:2:1 轻型耙矿耙斗 L:B:H=2:1.6:1 这些耙斗在不同的条件下，都获得了满意的使用效果 5。耙斗各部分断面尺寸，按强度条件计算的结果，16往往小于按耙斗的必需重量和耙斗的耐磨性所确定的尺寸，因此耙斗的强度计算，这里不赘述。下面对耙斗的主要工作参数进行选择： (1)耙斗重量耙斗的工作条件很繁重，耙齿是易损零件，为了便于更换耙齿，早期生产的耙斗，斗体和耙齿的连接，多用螺栓连接，由于螺栓连接易松动，螺栓松掉后能引起耙齿脱落，如果脱落的耙齿随着块状矿石一起运往选厂，很可能造成破碎机的重
31、大机械事故，个别矿山曾有此教训，因此现在生产的耙斗，耙齿与斗体的连接，均采用铆钉连接。耙斗的重量是耙斗的重要参数之一，它取决于耙齿插入矿堆的阻力，也就是说取决子耙运物料的块度和比重。物料的块度，比重愈大，插入阻力愈大，耙斗应该愈重。如耙斗过轻，便不能插入矿堆，而且沿矿堆表面“擦过去” 。然而，如果耙斗过重，虽能迅速插入矿堆，装满矿物，但增大了动力消耗，还会在耙道上耙出深沟。耙斗重量直接影响耙斗的使用质量。耙斗重量的计算方法有两种：1）按照耙斗装岩机的工作原理和受力分析来计算。从国内外资料看，耙斗的重量一般均以耙斗的单位宽度的重量 P 表示。过去美国对斗容为 0.11.0耙斗，P 取 14 公斤
32、/厘米；后来，对斗容为 1.522sincosKGVCL的耙斗，P 增至 1620 公斤/厘米。苏联对斗容 0.151.0 的耙斗，P 取3米 3米1.55.5 公斤/厘米。我们的实践推荐 P 取 56 公斤/厘米。选取耙斗的重量固然与耙斗的宽度有关，但并不是与宽度成比例递增的。耙斗重量的选取，取决于耙斗宽度，岩碴物理机械性能，插入岩堆阻力，装满耙斗行程，耙斗插入角 a 和耙齿的后角等。所以按 P 值选取耙斗重量并不十分恰当。苏联 H.B.吉洪诺夫推茬的经验公式为：（1）2211tanGfKSbC 上式所得的计算值与实际耙斗的重量的最佳值有很大误差。总结我国煤矿使用耙斗装岩机的实践经验，按照耙
33、斗装岩机的工作原理和受力分析，导出的计算公式如下：（2）2sincosVCL 式中 耙斗重量，公斤；GV耙斗斗容， ；3米L装满耙斗的路程长度，取 03 米；K耙斗插入岩堆的单位阻力，公斤/ ；2米150 毫米以下小碴石：K=20003000 公斤/ ；150 毫米以上岩碴：米17K=30005000 公斤/ ；爆破不良：K=50009000 公斤/ 。2米 2米岩碴容重，公斤/ ；2米、耙斗插入角和后角；C斗宽系数，取值如下表：表 1 耙斗系数表Tab 1 Rake bucket coefficient table耙斗宽（米） 0.60.7 0.80.9 11.1 1.21.5C 值 0.1
34、 0.2 0.3 0.5近 20 年来，我们对许多不同形式不同重量的耙斗进行试验，(2)式计算出来的耙斗重量较接近实际，效果较好，列举如下：表 2 耙斗实际重量与计算重量表Tab 2 Rake bucket and calculation of the actual weight of the weight of the table斗容（ ）3米 实际重量（公斤） （2）式计算重量（公斤）0.3（平巷） 440 4130.3（斜井） 460 4660.6（平巷） 720 7882）按照相关手册推荐的经验公式来计算。（3）MBq式中 M耙斗重量，公斤；B耙斗宽度，毫米；耙装硬岩和大块岩时：q=0
35、.50.6 公斤/毫米，耙装一般软岩和松散细粒时：q=0.30.4 公斤/毫米考虑我国情况和通用性等方面的因素，q 取 0.475，算出耙斗重量为 427.5 公斤。综合两种计算方法，本次设计取耙斗的重量为 426.5 公斤。(2)耙斗主要外形尺寸设计耙斗时应以其宽度作基本尺寸，以增加宽度的办法来提高耙斗的容积，与此同时，必须相应增加高度和长宽。宽度与高度的比值应考虑耙斗的稳定性，并随其容积、宽度、岩石比重的增加而逐渐减小，一般取 1.52。耙斗的稳定性还与其长度有关，长度与宽度的比值应随岩石的比压的增加而减小，一般取 1.21.4。煤矿耙斗的长 L、宽 B、高 H 之比，根据相关资料推荐取
36、L:B:H=2:1.5:1 为合适。长、宽、高之间的恰当比例，能使耙斗得到较高的装满系数和良好的稳定性。18(3)耙斗的插入角和耙角耙斗的插入角是指耙斗在运动过程中插入岩堆的角度。耙斗的耙角是指耙斗在静止水平位置时，耙齿内侧与水平所成的角度。耙角不一定等于插入角，但其值十分接近。计算上为了方便，以耙角作插入角用。耙斗的插入角必须与岩碴的插入阻力相适应，阻力大的岩碴，插入角也大，使耙斗在一定距离内插入一定深度。插入角的大小，主要取决于物料的块度、耙运面的倾角，耙大块矿物，插入角应大;耙细碎矿物，插入角可小。插入角太小时，插入困难，插入角过大时，虽易插入物料堆，但增大了耙运阻力，耙斗运行不平稳，产
37、生跳动现象，物料易从斗内漏出。从现象看，耙斗的插入角与岩碴的块度有关，对块度较大的岩碴，插入角宜选大些，但块度愈大，插入阻力也愈大。插入角还与耙斗的装载位置有关，如果下山掘进，插入角宜适当大些。随着耙角的加大，耙斗重量和牵引力也相应增大，因而耙角也不宜太大。当耙角增至 90，耙斗就无法插入岩堆。根据实验得：用于水平巷道时，耙角为 5055；用于斜井角度20，耙角应取 65左右；当斜井角度20，耙角取 7075。从生产和通用性两个方面考虑，耙角取 55的平巷耙斗。(4)耙斗重心为保证耙岩工作的稳定性和较好的插入性能，耙斗重心应通过齿尖如图 9(a)。可使耙斗工作时，耙斗前后各部保持平衡。重心的上
38、下、左右位置，希望在耙斗两端牵引钢丝绳的连线下面，以防止耙斗提起时翻转。下山使用的耙斗，插入角要加大，重心位置也要后移如图 9(b)。原来 点重心由于工作位置变化而离开齿尖，1A因而应移到 点，以保持各部平衡，得到较好的装载性能。2A图 9 耙斗的重心位置示意图Fig. 9 Diagram of the center rake fight(5)耙斗的尾帮19耙斗尾帮是指耙齿齿尖上的倾斜部分 W。尾帮的长短对耙装的效果影响很大、耙取岩碴时，尾帮越短，工作面下部的岩碴越能被清理干净，但从耙取岩石的受力情况看，尾帮越短，阻力越大。这是耙斗工作时斗内岩碴沿尾帮移动造成的。尾帮较长，耙装时，岩碴沿尾帮斜
39、面上移，压向尾帮的这部分岩碴的重量的垂直分力，自然形成耙斗的截深力 的一部分。因此，伺样容积的耙斗，其他参数都相同，尾kP帮长的耙斗自重比尾帮短的轻。设计耙斗时，利用压在耙斗尾帮上的岩石产生截深力是较合理的。因为截深阻力是随插入岩堆的深度增大而增大，所需的截深力也是逐渐增加，而由岩石压在尾帮上产生的截深力，是随插入深度的增加而增加的。所以耙斗设计适当考虑加长尾帮是很必要的。(6)耙装阻力的计算耙斗耙岩工作受力情况如图 10(a)所示，钢丝绳的牵引力，牵引着耙斗沿水平方向运动，克服了耙斗移动时斗内岩碴与底板的摩擦阻力 和耙斗与底板的摩擦阻1F力 。当截深力 和切向力 的合力，即插入力 ，足以克服
40、耙斗的插入阻力2FKPKFKS时，耙斗在岩堆上移动，开始插入岩堆，斗内岩石沿耙斗尾帮逐渐向上移动，0S随着耙斗插入岩石的深度及装载行程的逐渐增加，岩碴在斗内沿尾帮向上移动，后推前挤，不断滚动图 10(b)，逐渐充满耙斗。此时截深阻力 和装满耙斗时的岩石0P切向阻力 逐渐增加，直到 及 的合力 与 及 的合力 相等时，耙斗插0F0PF0SKFKS入深度不再增加，插入过程停止。如果耙斗仍有装载行程，耙斗靠剩余下来的部分牵引力，克服 和 ，沿一定深度继续完成装载过程。我们知道了耙斗所受到的12阻力，耙斗要从岩碴中运动到卸料槽上电动机的牵引力必须要大于其受到的最大阻力。20图 10 耙斗装渣受力分析图
41、Fig.10 Force diagram slag rake bucket loading(7)牵引力计算耙斗完成装载过程后，由钢丝绳牵引到卸料槽卸载。在装载过程中，斗内一部分压在尾帮上的岩碴，自然形成截深力的一部分。可见耙斗重量和形状，对耙斗工作性能的影响甚大。过大的截深力会使耙斗插入深度过深，破坏巷道底板，斗内岩碴也因耙斗插入过深而超过容积外溢，损失功率。截深力过小，则不能克服一定的截深阻力，而耙斗插入深度过小，造成耙斗过长的装满距离。耙斗的牵引力 应KT大于或等于耙斗工作的总阻力 ，即 = + + 。对于水平底板来说，摩擦阻力0T1F20为 = ； = ； =KSb；1FGf2fF式中
42、耙斗内岩碴重量；岩碴与底板的摩擦系数；1f耙斗重量；2钢与岩碴的摩擦系数；fS耙斗的插入深度；b耙斗的宽度；K耙斗插入岩碴时的单位平均阻力值。图 11 耙斗在槽中远动受力图21Fig.11 Rakes against the tank is still being sought to牵引力一般按上述 3 项阻力之和计算，而其余阻力，如钢丝绳与底板，钢丝绳与滑轮等摩擦阻力，与此 3 项相比甚小。所以计算中，用附加阻力系数 1k( =1.41.5)来代替。耙料时，物料块度及物理机械性能有影响，还需考虑一个附1k加阻力系数 。小块岩碴： =1.31.4；中块岩碴： =1.51.6；多爆破不良：22k
43、2kk=22.2。因此，绞车牵引力为：=（ + + ） kT1F2012（4）当耙斗在槽中运动时， =0，此时耙斗的受力分析如图 11 所示。0F其中 N=（ + ）sin，f= + ， = sin， = sin。1G2121Gf2Gf要使耙斗能顺利到达卸料槽，则必须： + +（ + ）cos= sin+ sin+（ + ）cos KT1F2121f2f12（5）将（4）与（5）两式比较不难得出耙斗的最大阻力产生在耙斗铲料过程中，但由于耙斗在铲料时所受的最大阻力与耙斗的宽度和插入深度有关，因此在计算耙装阻力之前需对耙斗的工作参数进行选择。根据前面的设计可以确定耙斗的宽度：b=900mm，耙斗的
44、重量 =4265N，插入深度 S 取为 220mm。耙斗插入岩碴时的单位2G平均阻力值 K 取岩碴的密度为 3000kg/ ，重力加速度 g 取为 10m/ ，通过查阅3m2s相关书籍，取岩碴与底板的摩擦系数 =0.15 取钢与岩碴的摩擦系数 =0.1，取1f f=1.5， =2.2。将所有的已知数据代入公式： 1k2= （ + + ） 0T1k1F20=（ + + KSb） Gf1k2= （0.3 30000.1510+42650.1+7800.220.910）1.52.2（N）=3320.83.3N10.96KN。而工作机的有效功率 =FV/1000，则可算出 =109601.2/1000
45、KW=13.15 SPSPKW，现需计算出电动机输出的功率 ，则需确定传动装置的总效率 。由手册R 查得，在传动装置中，三对齿轮传动每对 =0.98，两个卷筒每个 =0.97，一12个联轴器每个 =0.99，四对轴承每对 =0.98，行星轮系效率 =0.98，则总34 5效率 的计算见下式（6） 。= 0.795 （6）243241350.98.70.980.9表 3 耙斗插入深度与平均阻力关系Tab 3 The pipe into the depth and the resistance between22插入深度 mm 100 120 140 160 180 200 220 240 260
46、 280 300插入平均阻力（公斤） 203 229 434 429 675 680 780 797 1041 1100 1180因此可计算出电动机输出的功率 = / =13.15/0.795KW=16.54KW。查机械RPS设计手册，选 YBB17-4 型电动机，额定功率为 17KW，满载转速为 1460r/min。通过查相关资料和国家标准可知，工作滚筒和空程滚筒的绳速分别为0.821.2m/s 和 1.271.85m/s。由 =FV/1000 可得：F=1000 /V，由此式可知当速度 V 最小时，牵引力最大，SPSP因此可算得工作滚筒的最大牵引力 ：1maxT（7）1maxin0/03.5/8216.04STVNK同样可算得空程滚筒
