矿用顺槽无轨胶轮车的车架设计.doc

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烟台大学毕业论文（设计）

目录

第1章绪论 3

1.1国内无轨胶轮车的技术现状与提高 3

1.2国外无轨胶轮车的应用情况 10

1.3无轨胶轮车的应用前景 11

第2章无轨胶轮车介绍 12

2.1无轨运输在我国煤矿的应用 12

2.2无轨胶轮车的制动系统及其蓄能器 13

2.3无轨胶轮车的柴油机与变矩器匹配 17

第3章无轨胶轮车的车架结构 18

3.1总体方案设计 18

3.2现有无轨胶轮车车架的结构形式 19

第4章车架各零部件的三维建模 20

4.1UG三维设计软件简介 20

4.2焊接件1各零部件的三维建模 22

4.2.1侧板的三维建模过程 22

4.2.2垫片的三维建模过程 23

4.2.3上板的三维建模过程 24

4.2.4Han1-1的三维建模过程 26

4.2.5Han1-2三维建模过程 27

4.2.6Han1-3三维建模过程 29

4.3焊接件2各零部件的三维建模 31

4.3.1Han2-1三维建模过程 31

4.3.2Han2-2三维建模过程 33

4.4焊接件3各零部件的三维建模 36

4.4.1Han3-2三维建模过程 36

4.4.2Han3-3三维建模过程 37

4.4.3Han3-4三维建模过程 39

4.4.4Han3-5三维建模过程 41

4.5焊接件4各零部件的三维建模 42

4.5.1Han4-3三维建模过程 42

4.5.2Han4-4三维建模过程 43

4.5.3Han4-5三维建模过程 45

4.5.4Han4-6三维建模过程 48

4.6焊接件6各零部件的三维建模 51

4.6.1Han6-3的三维建模过程 51

4.6.2Han6-4的三维建模过程 53

第5章车架总成的装配 55

5.1装配说明 55

5.2焊接件1的装配 56

5.3焊接件2的装配 59

5.4焊接件3的装配 61

5.5焊接件4的装配 64

5.6焊接件6的装配 67

5.7车架总成的装配 68

第6章车架结构的优化与分析 69

6.1现有车架的结构优化 69

6.2汽车车架支座及焊接接头的有限元分析 71

总结 79

致谢 80

参考文献 81

第1章绪论

1.1国内无轨胶轮车的技术现状与提高

从上世纪90年代，国内煤矿开始采用井下无轨胶轮车辅助运输，以神华冲东矿区为代表，从英国、美国、澳大利亚等国引进了防爆无轨胶轮车，成功地用无轨胶轮车辅助运输替代了传统的轨道运输系统和作业方式，这是煤矿井下辅助运输的一次革命。

煤矿井下采用无轨胶轮车辅助运输，越来越显现出其方便快捷、安全高效的优势。

近几年，随着我国煤炭事业的快速发展，防爆无轨胶轮车的研发制造也发展迅速。

国产无轨胶轮车的发展，为我国煤矿的安全生产做出了贡献。

一、我国防爆无轨胶轮车的现状

近几年防爆无轨胶轮车势头迅猛，一批专业的和非专业的制造厂都在上马制造防爆无轨胶轮车。

我国防爆无轨胶轮车的研发制造，学习和借鉴了一些国外的技术和经验，通过几年的使用实践，技术性能有所进步，但由于发展晚，缺乏科研技术力量，缺乏系统研发，缺乏配套部件、器件的生产．使我国的无轨胶轮车的设计制造技术，仍处于发展阶段。

目前我国防爆无孰车主要有3种类型。

1．改装型

利用现有的地面民用运输车辆，进行防爆改装，用于煤矿井下。

代表车型有WqC2J、WqC3J（图1.2）wr20／2J（图1.1）、WC3ZFB、wc3FB、wc20FB等材料车和FBZL16等装载车。

丰要作为矿井运送材料、人受和铲装。

人原材料车整体结构，两轮驱动，承载能力2—3t，载员12—20人，发动机功率45—65KW。

图1.1wr20／2J人员运输车

图1.2WqC3J材料车

2．开发型

借鉴国外防爆胶轮车车型机构，根据中国国情，自行开发设计制造。

代表车型有WCQ一3B等。

WcQ-3B车型具有自卸功能，两段中央铰接结构，4轮驱动，工程车辆车设计，承载能力3t，载员20人，发动机功率50kW（图1.3）。

图1.3WCQ-3B工程自卸车

3．仿制型

仿照国外防爆胶轮车基本原型，消化、吸收、制造，并有所改变。

代表车型有Wc一40Y支架搬运车及Wc型材料车等。

Wc一40Y支架搬承载能力40t（图1.4）。

wc材料车具有自卸功能，两段中央铰接结构，发动机功率6585kw。

图1.4WC-40Y支架搬运车

二、我国防爆无轨胶轮车与国外同类型防爆胶轮车技术性能比较

下面，就国产防爆腔轮车与国外同类型的技术参数做以对照比较

人员材料车技术参数比较见表1.1。

从表1.1中我们可以看到，国外产品的主要特点有：

1．总功率配臀较大；

2．变速方式普遍采液力变矩器，液力变速；

3．采用四轮驱动方式，并采用手动载入自动脱离技术；

4．紧急制动作用于驱动轮；

5．驱动桥采用行星轮边减速；

6．采用重型特制底盘。

见图1.5、图1.6；

7．减震性能优越。

图1.5整体刚性纵向底盘

图1.6特制无缝冷轧方钢底盘

表1.1人员材料车主要技术参数比较表

表1.2支架搬运车主要技术参数比较表

从表1.2我们可以看出，国产的框架式支架搬运车的功率配置、行走系统液压泵配置、行走马达的配置都高于国外设备，特别是行走选用了高速变量达，并采用了DA技术，使功率更加匹配，调速性能更加优越。

但是，还要进一步提高和改进，不断完善车辆性能。

三、我国防爆无轨胶轮车的技术提高

我国无轨胶轮车的研发制造技术，近几年有了很大的提高和进步，总体来看，还需要大幅度的提高和改进。

1．下大气力，深入系统研究

防爆无轨胶轮车是用于煤矿井下的一种特殊的专用运输车辆，胶轮车的技术是一个系统工程，需要全方位进行专业研究。

动力系统，防爆系统，进、排气系统，传动系统，驱动方式，制动系统，启动系统，保护系统，照明系统等，作到相互匹配合理，设计制造出适应煤矿井下的、性能优良的车辆。

2．提高关键部件的可靠性

部件的可靠性，是整车可靠性的基础，没有部件的可靠性，整车的可靠性只能是一句空话。

提高柴油发动机、变速箱、车桥、底盘等关键部件的可靠性，改变目前故障率高，服务寿命短的现状，使其服务寿命提高3-5年，从而提高整车的服务寿命。

3．提高主要部件的性能

发电机、起动机、监测监控装置、灯光、信号装置、蓄电池等部件的性能要进一步提高，要研发技术特性优良，运行可靠，服务寿命长的产品，减少车辆的日常维护量，降低运行费用，降低用户生产成本。

4．研究进排气系统和尾气处理

要深入研究进排气系统，降低防爆功率损耗，降低油耗，提高发动机的出力。

探索尾气处理的新方法，降低尾气有害成分的排放量，消除尾气处理容易造成防爆栅堵塞和清洗困难的现状。

5．推广使用先进技术，提高车辆性能

要学习借鉴国内外运输车辆的成熟经验和先进技术，提高防爆胶轮车的整车性能。

1）．提高发动机的输出功率，降低尾气污染。

采用增压发动机，研究防爆电喷发动机。

增压进气系统是用不同的方法去增大发动机进气歧管的空气压力，使单位时间内用更多的空气进入气缸，加大单位时间、单位容积内的氧气含量，使燃油充分燃烧，从而提高发动机输出功率，并同时起到节能和减少废气排放污染的作用。

现在流行的增压装置有涡轮增压器和机械增压器。

近几年研究的机械增压器，利用发动机的输出轴带动增压泵，整体结构简单、高效，从而改善了涡轮增压器固有的缺陷。

2）．采用液力变矩、液力变速，提高传动系统的稳定可靠性，提高车辆重载工况的适应能力。

3）．采用液压系统负载传感式液压动力载人系统，降低驱动功率的无效功耗。

4）．工作制动、驻车制动、紧急制动采用三合一液压湿压制动系统，制动作用于车轮，确保制动系统安全可靠。

5）．采用四轮驱动，充分发挥发动机功率，提高车辆爬坡能力和道路的适应能力。

6）．生产标准化，产品系统化，功能多样化，部件模块化。

1.2国外无轨胶轮车的应用情况

早在20世纪50年代初，北美的金矿开始使用无轨胶轮车。

1959年英国率先在煤矿井下使用防爆柴油机无轨胶轮车。

到70年代初，美国煤矿也开始使用它作为井下回采工作面煤炭、材料以及人员的运输设备。

尤其在综采工作面搬家上显示出强大的威力。

如美国英格索兰公司研制的蓄电池支架运输车，目前已在美国煤炭工业中使用了多台。

美国布莱克维号井曾利用这种运输车创纪录的搬完一个工作面液压支架。

目前，世界许多先进采煤国家都大量生产和使用矿用无轨胶轮车。

无轨胶轮车性能可靠、运输效率高，可保证矿井的高产高效及安全生产，并获得极佳的经济效益。

现在，美、澳、南非都有上千台无轨胶轮车在煤矿井下工作，西欧、前苏联近年来都在研制发展这种运输设备。

著名的英国赛尔比、前苏联多尔然等新建大型矿井都采用了无轨胶轮车。

随着长壁综采重型设备的发展，美国研制了蓄电池无轨胶轮车用于运输，英国也研制出了各种型号的柴油机支架运输无轨胶轮车，其主要动力为防爆低污染柴油机。

无轨运输设备按动力装置分为柴油机胶轮车、蓄电池胶轮车和拖电缆胶轮车。

近年来，国外在无轨车辆及其技术方面不断开发和完善中，重载、多用途柴油机和徐电车胶轮车的牵引动力发展，趋向于采用对巷道空气污染小而功率交大的蓄电池组。

1.3无轨胶轮车的应用前景

顺槽用无轨胶轮车的应用不仅极大地提高了矿井的生产能力和运输效率，而且也为安全生产提供了保障。

首先，顺槽用无轨胶轮化运输大大降低了工人的劳动强度，提高了生产效率。

工人乘坐顺槽无轨胶轮车上下班，大大缩减了路途时间，从而能有充足的精力投入生产。

其次，简化了辅助运输环节，减少了事故点，提高了工效和安全性。

第三，为综采工作面快速搬家创造了优越的条件。

通过几年来的实践，神东公司已总结出利用顺槽用无轨胶轮车搬家的新办法，6000余吨重的无轨胶轮车在大型立井中实现从井底至采区工作面的人员、材料和设备的直达运输，在综采工作面内利用支架搬运车进行设备的搬家、安装调整和拆卸。

这必将大幅度提高高产高效矿井辅助运输效率。

随着我国煤炭行业对辅助运输的落后局面制约煤炭生产的认识逐步提高和重视，以及对无轨胶轮车所独有的种种优点的加深了解，相信我国煤矿辅助运输——顺槽无轨胶轮车的发展，有望出现一个新的高潮。

整套综采设备，通过支架搬运车、无轨胶轮车的综合配套高效装运，从设备回撤、运输、安装及新工作面的调试等，仅需7天可以完成，并使搬家过程的安全系数大为提高。

顺槽用无轨胶轮车在神东和兖州等矿区的成功应用充分证明：

它是一种高效、快速、安全的辅助运输设备，在我国具有广阔的应用前景。

第2章无轨胶轮车介绍

2.1无轨运输在我国煤矿的应用

辅助运输是指除了煤炭运输以外的材料、设备及人员运输的统称，无轨运输在我国是一种新的辅助运输方式。

在国外，如澳大利亚及一些欧州国家应用辅助运输很多年，积累了许多成功的经验。

无轨运输具有转载环节少、使用灵活、爬坡能力大、机动灵活和一机多用的特点，另外不受轨道限制，投资费用低，减人提效。

无轨运输特别适用于煤层赋存浅、顶底板条件好、倾角不大的近水平煤层矿井。

这种车辆可以从地面到采区直接运送人员、材料及设备。

在我国山西、陕西、内蒙等地，无轨运输有着很好的发展前景。

我国大同矿务局在80年代中期引进了澳大利亚诺依

斯公司的支架运输车，英国埃姆科公司的多用途铲车；90年代初期，潞安矿务局引进了英国埃姆科公司880型无轨胶轮车；90年代中期，神东公司大柳塔矿和活鸡兔矿引进了英国埃姆科公司913HLD型无轨胶轮铲车和人车，矿井全部无轨化。

90年代末期，兖矿集团济三煤