地下矿山自卸车工作料斗的设计

邵阳学院毕业设计（论文）1前言进入21世纪以后，我国的机械行业及制造业得到了快速的发展，各行各业的机械化程度越来越高。矿业也发生了很大的变化，矿业得到了飞速的发展，相应的矿山设备发展很快，特别是无轨采矿运输技术，将是采矿运输的发展方向。为此矿山自卸车的研究开发也显得尤为重要。本次毕业设计是关于矿山自卸车的，矿山自卸汽车作为矿山采矿运输的重要运输工具，它的工作效率将直接影响着采矿业的效率。矿山自卸汽车的设计可以分为整车的总图、工作料斗、前车架、后车架、中间铰接机构、驾驶室和油箱的设计。而我的主要任务是对工作料斗的设计。本次设计对于刚刚要走出大学的我来说是一次重大的挑战，刚拿到设计任务书时，脑子一片空白，不知道从那里着手，后来在指导老师的指引下才开始有了一点头绪。从数据计算到结构的设计，方案的确定，有时候真不知道如何取舍，这时指导老师在百忙中抽出时间来，细心指导我们，给了我很大的帮助。后来，发现三维实体模型看起来直观，还可以转换成二维图，实用效果很好，所以有了将图画成三维的想法。之后在三维上花了很多功夫，设计出来的图也给我们带来了很大便利。例如：工作料斗的三维图绘出来后，可以通过软件计算它的的体积，找出重心，省了很多事。本设计从2008年3月分开始，经历了资料收集、参观、设计方案论证及确定、施工图设计、说明书编写等过程。了解了机电产品开发设计的全过程，在机械设计与制造工艺等方面得到了锻炼，进一步巩固了专业知识！是大学三年所学知识的一次检验和总结。由于时间仓促及设计水平有限，本设计必定存在诸多不足，望各位老师同学批评指正。邵阳学院毕业设计（论文）21矿山自卸汽车的概述1.1课题的来源和意义地下矿用自卸车是属于非公路车领域，对技术难度和产品可靠性要求都比较高的一类矿用机械，按照动力源它分为柴油自卸车和电动车两大系列，也可以分为有轨运输和无轨运输两大系列。前者以低污染柴油机为动力，后者以电动机为动力。无轨矿山自卸车，整车由发动机装置、传动系统、制动系统、转向液压系统、前车体、后车体及工作装置、电气系统等组成。该产品为中央铰接式结构、液力机械传动、全桥驱动。无轨矿山自卸车经过近20年的持续研究和生产实践，目前在我国已经生产出了一系列型号不同的矿山专用自卸车，为我国的矿业发展提供了强大的动力。进入21世纪以来，我国的矿业形势发生了很大的变化。许多露天矿山，由于开采深度不断增加，为了降低开采成本、保护环境，这些矿山必须由露天开采转入地下开采。据有关协会统计，我国的铁矿山在5年后，露天开采与地下开采的比将由目前的7∶3转变成3∶7，由此可见，地下矿山设备在我国的应用前景十分广阔。据有关资料分析，我国今后地下矿山自卸汽车的需求量将呈逐年上升的趋势。目前的年需求量约30台左右，5年后年需求量约120台左右。由于我国的矿业形势与外国的矿业有很大的不同，在我国的矿山开采单位中，大型规模开采所占的比例不是非常的大，主要是中型的开采规模所占的比重相当的大，为此开发适合于中型开采规模的地下矿山自卸车是非常必要的。而20t地下矿山自卸汽车是我国矿山应用较多的一种机型，它比较适合中型规模的地下矿山。我国的有些公司对它有过探索，但没有达到预期的目的，至今没有该产品通过鉴定的报道。因此，我国的20t地下矿山自卸汽车目前还停留在研制阶段。而我国的用户对该产品有比较迫切的需求。由此可见，为了满足我国地下矿山运输设备的需要，使我国在地下矿山设备的设计、制造上一个新的台阶，促进我国地下矿山运输设备的产业升级，研究该机型不仅非常迫切，而且非常必要。由于历史的原因，国外的矿山设备比较先进，我国的矿山设备虽然在不断的开发研究，但是跟西方发达国家的技术相差还是有一段距离。中国加入WTO以后，在很多方面都与世界接轨了。由于国际工业技术大融合，国外的一些先进技术能够为我国的产品升级提供支持。例如：我国可以选用德国道依茨(Deutz)公司、卡特(Cater)邵阳学院毕业设计（论文）3公司、底特律(Detroit)公司的发动机，可以选用美国约翰克拉克(JCJ)公司的液力变矩器、变速箱和驱动桥。力达铲运机制造有限公司经过20多年的努力，在引进、消化和吸收克拉克公司技术的基础上已经开发成功多种能够用于地下矿山的铲运机，而铲运机的制造技术比地下矿山自卸汽车的难度还要大。因此，开发20t地下矿山自卸汽车的条件已经成熟。1.2国内外的研究现状由于历史的原因我国在矿山设备的研究开发方面起步比较晚，发展的速度不快。直到1995年才出现KU-12型地下矿山自卸汽车。由于，它采用了露天机械设备的桥，这种桥显然不能满足地下矿山苛刻的工作条件。尤其要提到的是露天机械设备的桥的制动性能难以满足地下矿山的要求。因此，这种机型并没有得到推广应用。1996年，JZC-10型地下矿山自卸汽车在凡口铅锌矿进行了工业试验及鉴定，但由于种种原因，这种机型也没有推广应用。1998年，KZC-5型地下矿山自卸汽车在东北某铀矿进行了工业试验，也是由于种种原因没有推广应用。在世纪之交我国的有些研究院、公司、工厂和矿山还进行了18t、25t的地下矿山自卸汽车的探索，尽管取得了一些成功，但地下矿山自卸汽车的整体水平还是停留在研究阶段。到目前，我国的矿山运输设备领域装备十分落后，尽管经过太原重型机械厂、北京矿冶研究总院、核工业第六研究所、衡阳有色冶金机械厂、金川有色公司、长沙矿山研究院等单位的努力，分别对5t、8t、10t、12t、18t、20t、25t等机型进行了一些研究，取得了一些成功，但这些探索性的研究显然还很不够，而且有些探索显然没有达到预期的目的。因此，直到目前我国可供矿山选用的地下矿山自卸汽车比较少，远远不能满足我国地下矿山运输设备需要。国外早在40年前成功的生产了世界上第一台柴油铲运机以后，从此开创了地下采矿应用无轨运输的时代。首先在美国及瑞典等国的地下采场中，采用了一种胶轮柴油驱动，兼有装、运、卸功能的铲运机。这种设备具有机动灵活，高效率，改善劳动强度，节省劳动力的性能，简化了矿岩装运工艺，适用于采场运搬和阶段运输。这种设备很快在欧美矿山中被广泛采用，逐渐替代着多年来沿用的电耙、气动装载机和轨道运输车辆。无轨采矿技术的应用使世界地下采矿业发展发生了革命性的变化。从邵阳学院毕业设计（论文）41976年以来，各国制造商提供了各种载重能力的地下专用自卸汽车，使地下矿山的无轨运输得到发展。在瑞典一些地下开采矿山，日产量从500t到50000t的阶段运输都采用自卸汽车运输。自卸汽车装载量从15t到50t，最大已达70t，可适应各种生产规模的矿山和不同的运输线路的要求，单程运距达2000～3000m。地下运输采用无轨设备的显著特点是：设备购置费较低，无需安装；对大块物料适应性较强；机动灵活，有利于缩短矿山基建时间加速投产。40多年来，无轨采矿技术在发达国家的普及率已经超过85%。无轨设备的种类，除了主采设备铲运机和凿岩台车外，各种地下车辆(如地下矿山自卸汽车、地下矿山工程服务车、装药车、维修车、加油车、运人车等)都已广泛应用，并按照工艺的要求形成配套装备，组成各种机械化作业线，从而最大限度地提高了地下矿山的生产效率，使矿山的生产迅速由体力加经验的劳动密集型向技术密集的集约化方向发展。随着社会的发展、技术的进步、产品的更新、生活节奏加快等一系列社会与物质因素，使人们在享受物质生活的同时，更加注重产品的“方便”、“舒适”、“可靠”、“价值”、“安全”与“效率”，即产品的“人性化”。中国制造未来之出路即，产品设计应以创意与革新为首要条件，符合人机工程学，使人性化的设计真正体现出对人的尊重和关怀。随着科学技术的日新月异，矿山自卸车的研究设计也如此。主要趋向多用化，开发性能优良的装载机，如斗容量大、发动机功率大、掘起力大、倾翻负荷大、牵引力大、废气排放少的装载机，开发机电一体化技术、电子计算机技术、监测技术水平高的装载机；开发作业可靠性好、安全性高、舒适性好的产品；开发可装载、可抓物、可侧卸、可起重的一机多用型产品。市场前景比较好的产品有：轮式装载机、大型装载机、中小型多用途轮式装载机、微小型装载机、机电一体化轮式装载机；不同的卸料方式，当井下净空间较大时，可采用后卸式车箱；当井下顶板高度不够时，可采用伸缩式或推板式车箱；当需要侧卸时，可采用侧卸式车箱；为了能卸净不同的矿石，可采用固定后挡板车箱或活动后挡板车箱；对不同容重的矿石可采用不同的容积的车箱等。邵阳学院毕业设计（论文）52地下自卸汽车的总体设计2.1地下自卸汽车的设计要求根据用户所提供的关于自卸汽车的使用的功能要求和矿山的工作环境，综合了以上的有关资料和对国内外的相近类型的矿山汽车的比较，确定本次设计的矿山自卸汽车的有关数据如下：2.1.1主要尺寸总长×总宽×总高=8382mm×2438mm×2438mm料斗高度：正常时：2235mm；卸载时：5130mm2.1.2空载负荷总负载：19051kg；其中前桥负荷为13381kg；后桥负荷为5670kg。去除燃油后的总质量：18824kg2.1.3满载总负荷总负载：39010kg；其中前桥负荷为18779kg；后桥负荷为20231kg。2.1.4运输质量20t；料斗容积10.7m32.1.5料斗运行参数：卸载时间14s；卸载角度：67o2.1.6前进及后退速度第一档：4.8km/h第二档：8.8vkm/h第三档：15.4km/h第四档：28.0km/h2.1.7结构形式：前后机架均采用焊接结构形式，中间铰接结构。2.1.8发动机发动机型号：底特律（detroit）柴油发动机50型；功率207kw，转速2100rpm，2.1.9变矩器：变矩器型号：达娜厄（Dana）型SOHCL5502。邵阳学院毕业设计（论文）62.1.10变速箱：变速箱型号达娜厄（Dana）型SOH4422型。前进及后退速度各4档。2.1.11驱动桥前桥：达娜厄（Dana）型SOH19D2748,标准差速器，摆动角度±7o后桥：达娜厄（Dana）型SOH19D2748,标准差速器，固定2.1.12轮胎轮胎尺寸：18：00R25；型号：BridgestoneVELE3**；前轮气压：552kpa，后轮气压：552kpa2.2矿山自卸车的工作环境2.2.1巷道的形式地下汽车的路线一般为巷道，各条巷道呈树叉形，而且路面凹凸不平，巷道的高度不高，开拓斜巷根据用途的不同分主斜巷，副巷道和通风口，工作环境恶劣，空气浑浊。根据巷道的形式可分为：直线式、折反式与螺旋式。2.2.2巷道的比较（1）螺旋式线路短，工程量少20%~25%；（2）螺旋式线掘进比较困难（如测量方向，路面外侧超高），司机的视眼有限，不能看到前方转弯处的东西，行走速度受到限制，而且安全性差；（3）由于螺旋式线弯曲不直，时刻处于转弯状态，车辆内外轮胎受力不均始终处于差速运行状态，路面的矿石大小不同高低不均，轮胎磨损较大，巷道的路面不易维护。2.2.3巷道的决定因素它的决定因素有，无轨可行设备的外形尺寸，单线或双线行车风筒、凤管、油管和电缆，路面条件，通风量的大小，自行设备的动力源。还需要考虑经济效益，安全性，生产能力。操作难易，维修保养和设备寿命等问题。邵阳学院毕业设计（论文）7根据设计要求，确定地下汽车的基本结构形式为前后机架采用焊接形式，中间铰接机构，传动系统采用液力传动。2.3矿山自卸车结构设计2.3.1前后轮双驱动结构前后轮双驱动结构有助于提高自卸汽车的驱动力和整体行驶性能，特别是在地下巷道中，里面情况复杂，路面高低不平，又比较潮湿，坡很多，需要强大的动力牵引。采用前后轮双驱动结构，还可以预防当某一个车轮陷进坑里时，其他车轮仍然有驱动力，在其它车轮的驱动下自己很容易爬上来。2.3.2中间铰接结构地下运输的巷道随着时间的不断开采会越来越深，线路越来越多，呈树叉形分布。考虑到开挖的难度、安全及费用等问题，一般巷道比较窄，线路有时也很复杂，这些都使的地下矿山汽车行驶有难度，转弯困难。在地下运输中，一般单程运输距离大于1000m。考虑自卸式汽车它与一般汽车不同的结构，采用铰接式底盘，液压转向，这种结构使前轮