本科毕业设计论文卸料器结构设计.docx

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本科毕业设计论文卸料器结构设计

卸料器结构设计

摘要

随着工业产业的快速发展，一些粉尘颗粒和煤炭的输送环节在企业的生产中占据重要地位，卸料器是运输环节不可缺少的设备，卸料器的应用大大提升了企业的生产力。

本设计对卸料器的总体结构和主要组成部分进行了分析，卸料器由犁头、电液推杆、机架、电机、小车、活动托辊、导料槽等部分组成，每个部件在卸料器的工作过程中都发挥着重要的作用。

首先，对卸料器的工作过程及工作原理进行了介绍，接着，分析了卸料器的组成部分及主要部件分析，最后对卸料器的液压结构运用、电动推杆选择、电机选择进行了详细的介绍，最后一章还对卸料器犁头的受力情况进行了有限元分析，把卸料器在动态和静态下的物理状态表现出来。

目前，卸料器经过各个技术领域的改进，摆脱了原先经常发生的机械故障，进一步完善了可调的犁头角度，保证了传送机的稳定性，大大提高了工作的效率。

关键词卸料器；矿山机械；结构力学分析

UnloaderStructuerDesign

Abstract

Withtherapidindustrialdevelopment,anumberofcoaldustparticlesandtransportsectorsoccupyanimportantpositionintheproduction,transportlinksunloaderisindispensableequipment,unloaderapplicationsgreatlyenhancethecompany'sproductivity.

Thedesignoftheoverallstructureofthedischargerandthemainpartwasanalyzedbytheplowunloader,electro-hydraulicputt,chassis,motor,car,activitiesrollers,chutesandothercomponents,eachcomponentduringoperationofthedischargerhaveplayedanimportantrole.First,dischargetheworkingprocessandworkingprinciplewereintroduced,followedbyanalysisofthecomponentsofthedischargedeviceandmaincomponentsanalysis,andfinallytheuseofhydraulicstructuresdischarger,theelectricputterselection,themotorselectionindetail,thelastchapteralsounloaderplowtheforcecarriedoutafiniteelementanalysis,thedynamicandstaticdischargeinthephysicalstateundermanifested.

Currently,theunloaderimprovedinvarioustechnicalfields,outoftheoriginalmechanicalfailureoftenhappens,tofurtherimprovetheplowangleadjustable,toensurethestabilityoftheconveyor,greatlyimprovingtheworkefficiency.

KeywordsUnloade,miningmachine,mechanicalAnalysis

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1课题研究背景

现代型化工厂的主要动力燃料就是煤炭，煤所转化出来的能量在企业生产中起着很重要的作用，煤炭的输送环节是不可或缺的一个环节。

在现代型企业中传送煤炭的设备有多种，其结构特点和组成部分各异，但是主要的核心结构及原理是差异不大的，但是工作起来的传送效果却差异很大。

根据国家的实际情况和煤炭产业在社会发展中的实际重要性，如何更环保更高效的开采煤炭，使煤炭的开采费用、使用效率更加高效已经是国际上关注的焦点问题。

煤炭的开采阶段的施工问题是会直接影响到后期的一系列环节的，往小了说居民、社区，往大了说工厂、企业等的生产生活都离不开煤炭原料。

所以如何把卸料器工作的这个环节做好是一件很关键的事情，这不仅仅是某个生产企业所关心的问题，更是全社会所关注的技术问题，因为不仅要把技术做到高效，更要在技术先进的前提下，更好的被企业、社会、人们所接受，更要提倡环保[1-2]。

国内外发展状况：

节约能源与保护环境这两个课题已经成为当今社会能源发展中的重要关注和倾向重心，我国是煤炭资源产出与消耗的大国，耗煤量接近全国的三分之一，而在一些欧美国家则主要依靠煤炭的进口，所以它们很少涉及到开采的过程，作为我们这个煤炭生产大国，如何更好地开采煤炭，是我们身上的艰巨任务与责任。

卸料器所工作的内容看似简单，但是暗藏玄机，曾经的技术靠的都是在国外引进，不仅成本高，而且操作起来遇到技术问题很难及时解决，所以不仅影响生产，而且对于企业来说也是蛮有打击的。

但是现在就不同了，通过国人的努力与虚心学习，我们已经掌握的卸料器的相关技术，我们可以研发出自己的卸料器产品，更好的服务于企业。

生产环节对于设备的生产能力的要求很高，因为设备在工厂里一般都是全天运行的，如果设备要是经常停止会影响到生产[3]。

输煤现场的环境条件没有想象中的那么好，通常情况下都是泥、水、煤粉混淆，对设备的影响比较大，并且设备运行时的数据很难进行准确的监测。

因此，怎样安全运行、提高生产效率、让设备在最佳的状态下运行不仅是企业的目的，也是当今大环境下的必走之路。

伴随着化工企业的生产规模不断扩大，生产效率的高需求，继续采用传统的除铁器等控制方式已经远远不能满足生产运行的需求了，伴随着相关技术水平的提高完善，一些比较不错的技术已经发展的很成熟了，对工业的发展已经产生了很总要的作用，不仅仅提高了生产也提高了产品的质量，这对于工业生产来说是非常大的跨进，也是对于工业生产的一次革命性质的变革经过完善的改进。

让其具有完好的人机界面，完好的控制技术，完善的故障修复系统，这样不但能让工人在恶劣的生产环境中解脱出来，而且提高了机组运行的效率，不但简化了操作，也提高了故障的处理速度。

卸料器技术让车间的控制具备了极高的可靠性，同时使车间的管理更加方便，设备的运行更加安全、稳定、高效。

不但实现了生产过程的信息实时观察，而且还帮助企业实现了技术上的突破，企业生产的高效率，使得企业的经济效益提高了一个台阶[4]。

1.2卸料器的发展

我国的输煤控制系统有很大的待开发空间，它的研究历史也是非常具有意义的。

输送系统的具体改革可以分为以下几个时期，初期，主要是以传统的滚轮式的传送模式进行传递，其工作效率以及用工量是巨大的，也可以说是非常耗费劳动力和资源的。

然后经过一段时间的沉淀与革新就出现了卸料器模样的不太完善的滚轮式的卸料系统，较前期的设备提高了生产效率，但是仍需要配置较大的操作台，运行起来比较繁琐。

经过现代型技术的引入，以及国内外相关学者的技术探讨与开发，使得现代型的卸料器有了很大的技术改变，不但在产品组成方面发生了很大的变化，在工作效率上也产生了很大的提高，经过这样的改善，使得卸料器的整体工作性能发生了很大的变化，产品的整体结构特性都提高了，这样大大的提高了可操作性。

对工作环境的要求也降低了，在潮湿、灰尘大、泥土多的脏差等环境下都能正常运行[5]。

目前，国内外的输煤系统各有自己的特色，其工作原理更是形式多样，有基于工控机的，集散型的，现场总线控制的等等。

随着先进控制理论技术的发展，卸料器的控制技术也在逐步发展，同时获得了一些理论和实际应用方面的研究成果。

虽然卸料器的结构看似非常简单，其实他的每一个结构单元都是有着很高的技术含量的，就拿犁头部分来说，表面粗糙度以及弯曲的弧度是十分严格的，在1998年的时候曾在欧美的一个州的矿场就有技术人员对犁头部分进行了更改，其设计的理念完全颠覆了犁头应有的工作理念，使卸料器在卸煤料的过程中完全失去了生产的能力，而且设备出问题的几率也提高了很多，不仅对矿区的生产能力产生了很大的影响，后期还发生了生产事故。

这就是曾经发生在外企的一个很典型的案例。

自从这件生产事故发生以后，国际上对卸料器的关注度也提升了上来，关于卸料器的技术问题曾被提到过国际论坛研讨会上作为研究课题进行讨论，而且当时的探讨非常激烈，对后期的技术开发产生了非常重要的影响。

1.3卸料器的组成

卸料器（图1-1）在工业生产中主要适用于煤料等DTII型固定式的带式输送机在不同阶断进行卸料。

卸料器是放置在中间架护着尾端等的固定式皮带输送机上，进行卸料及控制原煤的输送流量、导入原煤的直径在0-200的收料槽内。

本毕业设计对卸料器的原有结构进行了改进，自动加了带有驱动装置的电动小车、可变槽角的大小、平行导轨、液压驱动系统以及物料收料槽等；卸料器工作过程是以电动机驱动液压缸推动执行元件为动力源；并且，把电动机的机械能通过电液推杆做动力驱动源，满足了手动或电动卸料器犁料承载能力差，使卸料时传送带更加稳定，是实现无极调速，调节了犁头的卸料能力；与此同时，避免了动力的不足，涡流烧毁电动机，机械机构装置易损坏的现象，当工作状态不好的情况下，可以通过改变推杆来伸出驱动，通过带动犁头装置来让犁头下降，使得犁头与固定的床送机靠近，使固定式传送机皮带稳定，不会出现漏卸煤料[6]；并且，驱动支撑起辊组，调节犁头角度后下降与橡胶带面贴合紧密，将胶带上物料卸到收料槽里，卸料完毕后；启动电机，由液压系统收回驱动杆；同时带动框架的后退，使得驱动杆上提，使犁头上抬，停止卸料，活动托辊组便由平行的形式变回槽形，最后，使得煤料在平行状态下通过，顺利通入下个卸料器中。

图1-1卸料器三维渲染图示意图

1.4卸料器的特点

1.犁头部分的材质为：

高硬度的金属材质的犁头以及非常耐蚀、耐磨胶板的后部犁头，使犁头的抗冲击能力大大增强。

2.卸料器工作过程是以电动机驱动推动执行元件为动力源；并且，把电动机的机械能通过电液推杆做动力驱动源，满足了手动或电动卸料器的犁料承载能力差，使得卸料时传送带更加稳定，调节了犁头的卸料能力[7]。

3.犁头的锁紧装置在结构上的组成非常严谨，每一个部分的焊合都很完善，无论在工作状态还是静止状态其对犁头的影响都不会很大，工作时犁刀很稳定，不会因为煤炭的冲击而产生误差，这样使得卸料器的工作很平稳，避免了很多的漏煤现象

4.同时外加电动小车机械装置，可随时卸载固定装置，方便驱动小车承载卸料器在固定传送带装置上自由移动，大大的减少工人师傅的拆卸。

5.卸料器的卸料漏斗的材质非常受力，其不论在使用年限还是在使用的效果上都是非常好的，不但增强整套机构的工作能力，而且减少了因为卸料漏斗强度过低而产生的维修的环节。

诱导鼓风的环节也减少了，减少了很多繁琐的工艺流程，从而使得传送效果更加便捷[8]。

1.5本章小结

本章主要介绍了卸料器以前在外企以及一些研发团队中的生产使用以及研发的情况，同是也展示了卸料器的发展前景，以及优缺点。

通过本章的内容介绍，根据目前的市场需求以及国家政策、生产理念等技术水平的支持，让现代型人才更好的应用最新的技术去开发研究最先进环保的卸料器。

第2章卸料器的工作原理

2.1卸料器工作过程

动力装置主要是液压装置，在电机的带动作用下完成动力输送输出；并且，把电动机的机械能通过电液输出液压动力的推杆做为动力驱动源，满足了手动或电动卸料器犁料承载能力差，使卸料时传送带更加稳定，实现了无极调速，调节了犁头的卸料能力；同时，也避免了动力不足，涡流对电机的影响，涡流最容易烧毁电机。

丝杠顶弯，机械机构装置易损坏的不足工作时通过推杆伸出驱动杆[9]。

驱动杆在卸料器的整体运行上起着非常重要的作用，通过驱动杆的液压驱动作用，带动犁头实现角度的调整。

驱动杆的调节过程迅速，反应时间控制在10秒之内，虽然卸料器的整体结构看上去很笨拙，但是通过驱动的动力带动，操作起来可控性很高（卸料器的动作原理见图2-1所示）。

图2-1卸料器的动作原理

2.2液压传动的优点

液压传动系统的调速能力很强，可实现无级变速，传动的比例范围为100：

1-1000：

1，这个传动的比例范围很大，实现了液压的强大动力支撑特点，液压的传动效果比通过电机的传动好得多，液压传动对设备的承载能力保护的比较好一些，而电机的传动，发生问题多一些，电机的电流如果控制的不够精准是很容易把电机烧坏的。

所以液压的传动速范围较大;液压传动系统能实现对电机的保护作用，避免了电压的过高对电路的影响实现了对电路的短路保护。

能够防止电动机烧坏，同时，液压系统的安全阀可防止过载。

设备运转平稳，是很容易吸收来自机构带来的大力冲击，从而引发设备的抖擞;液压传动系统跟其他设备对比起来工作的效果差异是很大的，比如和机械传动、电动传动装置相比，在传动的功率相同的情况下重量轻、体积小[10]。

因此动作幅度相对而言就很小运作起来的效果很好，表现的很灵敏，无论在转向的发挥上还是停止与启动的调节上都很灵活。

液压传动能够实现往复的直线传动。

由于设备输出的机械功率远大于液压的总体传动体积，所以设备在狭小的空间里所做的运动是单一的往复运动。

液压传动的这个特点应用的范围非常广泛，在很多的工业生产中都有所应用，在一些数控机床、钻床等的机械加工中都有所应用。

被应用的范围如此之广泛。

其实，归结起来是还是液压传动的效果很好，动力传动效果很高效。

液压传动的操控性能很高，比较便于操纵。

再加上自动控制系统的自身优点，二者中和在一起对工业生产来说非常重要，不仅能够实现工业的自动化，而且对工业的生成能力产生了非常重要的影响。

2.3电液推杆的工作原理

电液推杆在卸料器中起着关键的动力源的作用，通过推杆的动力操作实现犁头部分的位置及角度调整，电液推杆的运动轨迹很简单，所做的运动是往复的，运动轨迹是直线。

电液推杆的应用非常广泛，在多个行业中都有应用，普遍应用于化工企业、电力生产、矿山采取、机械制造、水利工程等行业，可进行远距离高空作业，其工作性能极高。

电液推杆是（如图2-2）全封闭的结构产品，其工作性能极高，对环境的容纳性很好，无论在多么恶劣的环境下工作，都是不吸灰尘，不进水的，而且安装起来非常便捷。

启动的过程很简单，可带负载启动，对动力效果影响不大[11]。

产品采用全液压传动，动作非常灵活，加工工艺优良，工作起来很平稳，能有效地缓冲外来的冲击，是设备在稳定的状态下工作。

图2-2电液推杆液压原理图

2.4卸料器的结构特点

卸料器可以实现自动控制，承受抗击能力大、克服了手动和电动卸料器的缺点；改进了原有的安装方式，犁头部分的材质设计为部分合金高硬度的金属材质，使得前后犁头的耐磨性、耐腐蚀性都大大增加。

进一步提升了工厂的卸料效率，节省时间，增强工作效率。

犁头通过调节犁头的角度，进一步达到犁头下底面与固定传送机相咬合，使橡胶皮稳定。

增加锁紧固定装置，工作的时候不会因受到煤料的输送量过大或工作强度过高而产生抬头或抖动，避免了胶带的高强度损坏、被撕裂以及设备漏煤的现象。

动力源主要由反应灵敏的电动机和液压装置组成，改进了手动或电动卸料器承载能力差，卸料速度慢的情况。

改进后实现变速调节，使得卸料时传送带更加稳定更好的调节了犁头的卸料能力，减少了卸料时间，增强了工作效率；同时，也避免了卸料时动力不足，丝杠顶弯曲，涡流烧毁电机，机械机构装置易损坏情况[12]。

卸料器有三种安装方式，卸料器的电液推杆可以竖直安装上，也可以放在煤机上部，卸料器的这种改进方式，很大程度上提高了设备的工作给力，卸料器的锁气部分更是一个改进的亮点，卸料器可以输送体积大的块料、粉性料、粘料、湿料、防止发生粘堵，很大程度上减少因粘堵而产生的故障，提高了工作效率，减少了维修和维护的时间，方便使用[13]。

2.5卸料器的总体结构组成

卸料器的总体结构（如图2-3、2-4、2-5所示），在卸料器的上部主要就是电液推杆，电液推杆放在上部其施力的效果很好，动力性能完善，这一设计是站在力学的角度上进行的设计，考虑到卸料器的工作内容和环境，对电液推杆进行设计。

犁头和电机等设备处于卸料器的中部，处于这个位置，更好的体现出犁头卸料性能，使得卸料的效率达到最大。

电机的配套设备如机架，电机座，连接座等都处于设备的中部，因为这一高度是在卸料器的工作状态中最平稳的一个界面，有利于实现对电机的保护。

卸料器的护板部分处于设备的下部，护板的厚度根据工作现场的实际情况进行设定，实现对卸料器的底部履带的保护作用。

还有一些小的结构部分，如小车机构、导料槽、驱动连杆、销轴、活动托辊等核心部件，这些部件的安装步骤简单，部件材质选用的都是耐磨的合金材料，这些组成部分在卸料器总体结构上都占据着非常重要的作用，是体现卸料器总体性能不可缺失的单元。

图2-3卸料器的总体结构主视图

图2-4卸料器的总体结构左视图

图2-5卸料器的总体结构俯视图

2.6本章小结

本章主要介绍了卸料器的具体工作过程以及工作原理，体现出了卸料器在结构上的特点，对本课题的设计思路和系统化的布置方案进行了分析，通过全面的工作原理介绍，为下一章的细节设计做了更好的铺垫。

第3章卸料器结构尺寸要求设计

3.1卸料器总体要求

本设计所做的卸料器的规格是B=800的卸料器，卸料：

优质煤[14]。

卸料器的运输装置具有高效性，其输送带的选择是要根据卸料器输送能力进行选择的，本设备选用的是（B=800）输送能力Q=300t／h；粒度0～188mm，带的速度v=1.5m/s，带的宽度为B=800,卸料器犁头挡板的材料采用的是Q265A,犁头的角度不同，其输送能力也就不同。

当犁头挡板与传送带夹角为

，输送机倾角

，弹性模量E=220Gpa时，卸料能力最强，设备每天运行时间＞16小时，卸料器在常温下或尘土多的环境中都能正常工作，卸料器的安装条件（如图3-1、表3-1所示）。

图3-1卸料器安装图

表3-1卸料器安装参数

3.2固定带式传送机的选择

固定式带式输送机的选用具有输送能力强、结构简单、方便后期维护、设备投资成本相对较低等特点（图3-2），所以卸料器的应用广泛，在很多的企业生产中都有它的出现[16]。

带式输送机是一种可连续运输，能够实现传达命令的一种执行体，通常情况下都是多台设备串联在一起进行作业，这样就构成了一个完整的强大运输体系。

现在很多的煤矿企业在煤矿的开采上都要应用到带式传送机，从煤矿资源在煤窑里开采出来到运输出窑，每一个环节都离不开带式传送机，固定带式传送机的应用范围很广泛，输送机的大小型号各异，企业在选择上通常情况下都是根据自己需求来进行选择。

考虑的因素有很多种，如输送效率的大小，掉渣率的多少，设备造价，以及设备的总体性能等。

主要的输送对象还是一些小的颗粒和成型物品，输送机输送性能的强大性，使得应用范围很广泛。

所以输送机无论是在现代型企业还是传统企业中都有着广泛的应用。

图3-2固定带式传送机

3.2.1DTII型带式输送机的实用范围

卸料器所选择的是DTII型固定式带式输送机。

1.DTII带式输送机跟TD75型输送机无论是在输送性能还是工作的强度上，都有着鲜明的对比。

DTII型带式输送机的输送强度很高。

所以被广泛得到应用。

2.DTII型输送机的牵引形式是以带式输送为主的一种连续性很高的设备，输送量很大，运用的普遍性很高，而且价格非常容易接受[17]。

3.DTII型输送机与其他运输机设备相比：

结构比较简单，并没有想象的那么复杂，该设备输送物料范围广，能输送一些成型的物料和散装物料。

该设备的输送具有耐高温，低温，耐腐蚀等特点。

4.DTII型固定带式输送机标准带的带宽可分为500mm、800mm、1000mm、1400mm等类型的结构。

3.2.2输送机配合的卸料器的技术参数

由DTII型设备的输送机查阅资料可以了解到：

带宽选择是B=800，下托辊组合槽角为0°，上托辊组合槽角λ为35°,下托辊辊径133mm，带速v=1m／s，卸料器卸料挡板的高度

，厚

。

由ɑ=35°

所以：

动堆积角

=（0.5～0.75）ɑ=15.5°～26.25°

取动堆积角

=25°。

查表可以得到S=0.1227m

。

表3-2托辊的物料断面面积

槽角

带宽B=500mm

带宽B=500mm

带宽B=500mm

带宽B=500mm

动堆积角λ

动堆积角λ

动堆积角λ

动堆积角λ

动堆积角λ

动堆积角λ

动堆积角λ

动堆积角λ

30°

0.0222

0.2666

0.0406

0.0484

0.0638

0.0763

0.1040

0.1240

45°

0.0236

0.0278

0.0433

0.0507

0.0678

0.0798

0.01110

0.1290

40°

0.0247

0.0287

0.0453

0.0523

0.0710

0.0822

0.1160

0.1340

45°

0.0256

0.0293

0.0736

0.0840

0.1200

0.1360

0.1400

0.1560

输送机的倾角δ=4°，由输送机设计手册可以查得倾斜系数k=0.95。

能满足200t／h得输送能力设计要求。

3.2.3DTII型固定式输送机的重要部件分析

1.驱动装置：

DTII型固定式输送机的负载是一种很常见的均恒转矩负载，驱动装置由电动机、偶合器、减速器、联轴器、传动滚筒等组成，是整个皮带输送机的动力来源。

2.输送带：

为了企业在使用过程中的方便，考虑到设备的制造与搬运方便，输送带的长度不能太长，以便设备在使用过程中方便断开与连接。

3.托辊：

托辊是传送机的重要组成部分，它决定着固定传送机传动性能和结构性能，跟输送机的使用年限有着直接关系。

4.制动：

制动器在设备中占有重要的地位，是用于设备减慢运行速度的结构，可以控制机构的制动与否，制动器在设备中的作用显而易见，是设备不可或缺的一部分。

5.卸料：

输送机的卸料过程是可以控制的，可在末端也可在中间，根据生产需求设定。

6.清扫装置：

输送机在工作中，很难避免一些杂物溅到上面来所以就会产生卸料过程中产生很多的杂物，从而继续留在输送带表面，这些残留的粉尘颗粒会在表面越积越厚[18]，从而加剧托辊跟输送带的摩擦，造成输送带受损严重，以至不能再原有的轨道继续工作。

因此，清扫装置来清扫粘结在输送带表面的物料对于生产设备来说十分重要，不但提高了输送带的使用年限，而且更好的保证了设备的正常工作。

3.3卸料器关键结构设计

卸料器的总体设计是综合设备的中和性能进行设计的，具体设计方向是把犁头与活动托组作为首选的目标。

装机架和来回滑动的框架都是设备中占有重要部分的部件。

连杆传动设备和下部托架以及电动推杆结构的选择都是根据其他组成部件进行选择的。

其中，主要介绍的结构单元就是卸料的犁头、设备机架、活动托辊组（如图3-3、图3-4、图3-5）。

图3-3下部托架

图3-4滑动框架

图3-5卸料机架

3.3.1卸料器犁头

卸料器的犁头部分（如图3-6）是卸料器的重要组成部分，具体组成由卸料