新型矿用链斗式上料机设计与研究

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

喷浆支护工艺不仅是我国矿山岩石支护的主要形式，而且也被广泛应用在交通、水利、城市地铁等工程衬砌技术中Ⅲ。但在施工过程中，因为缺少合适的从矿车中取料和送料的装置，目前主要依靠人工来完成取料、喂料的工作，存在劳动强度大、工作效率低、井巷掘进速度慢等缺点，因此解决喷浆支护中机械取送料问题显得尤为重要。针对这-问题，国内多家单位研制了螺旋式上料机、皮带式上料机、板式上料机、液压式上料机等多种机型，但均因上料效率低、设备井下安装困难、体积过大和操作复杂等原因而未能广泛应用口。为此，本文提出了-种新型矿用链斗式上料机，分析了其结构形式和工作原理，给出了上料机具体设计过程，在此基础上利用Solidworks和RecurDyn软件建立了其虚拟样机模型并进行了运动学仿真。

1 总体方案本文提出的新型矿用链斗式上机如图1所示，该上料机由支撑机构、悬吊机构、上料机构和接料斗组成。支撑机构卡于巷道运输铁轨下方并利用蜗轮蜗杆结构实现整个上料机的垂直升降，悬吊机构由丁字梁下吊两组弹簧管构成，上料机构由侧面形状为T形的链轮架、链轮和链条以及联结在链条上的挖料斗组成，接料斗为胶布制成的上下贯穿的桶形结构。

当矿车到达上料机下方时，风马达驱动链轮转动从而带动位于其上的多个挖料斗旋转，手摇蜗杆使支撑机构上升或下降，支撑机构转动从而带动位于其上的多个挖料斗旋转，手摇蜗杆使支撑机构上升或下降，支撑机构的升降和悬吊弹簧的作用使得挖料斗贴紧矿车内物料上，挖料斗在滚子链带动下循环取料，待挖料斗到达矿车箱底后，反向手摇蜗杆实现矿车和上料机的脱离。

1.支撑机构；2.上料机构：3.巷道；4.悬吊机构；5.接料斗；6.矿车图1 新型矿用链斗式上料机2 上料机设计2.1料斗间距取料时，链轮旋转带动链条上固定的挖料斗旋转挖料。为了保证其出料量与其共同使用的机器的生产率相匹配，因此挖料斗等间距地排列在链条上。挖料斗间距为：a ： -3600-v (1)- ，Q式中：a为相邻链斗间距；1，为链条提升速度；Q为添料机生产率：为挖料斗有效容积。

收稿日期：2013-01-24作者简介：张文娟 (1988-)，女，硕士研究生，研究方向为机械设计及理论。

第35卷 第6期 2013-06(下) [1331 I 匐 似2.2双链张力由于新型矿用上料机采用的是双链牵引结构，同时考虑到低速重载链条的失效形式主要是由于静载过大而导致的链条断裂，因此本文将双链视为单链叠加，采用逐点计算法计算双链张力，单链逐点计算示意图如图2所示。

由于链条由上链轮单机头驱动，因此链条最小张力位于图2中1点处。根据图2分析可知1点处的链条张力最小，点1处链条张力S，为：lg1q12 Jg (2)式中：q11为1-2段长度双链质量；q12为1-2段分布挖料斗质量。

点2处的链张力S 由欧拉公式得： ·e% (3)式中：为链与托板间摩擦系数；1为链在托板问围抱角度。

图2 张力逐点计算示意图点3处的链张力S 为： SE-(g31q32)g式中：g3l为2-3段长度双链质量；q32为2-3段分布挖料斗质量。

点4处的链张力S 为：s4 (1白) (g4lg42g43)g式中：为从动轮阻力系数；为挖斗挖褥凝土物料阻力；q41为3-4段长度双链质量；q42为3-4段分布挖料斗质量；q43为3-4段挖料斗内物料质量。

点5处的链张力S 为： 4e'，i (g5lg52g53)g式中：q51为4-5段长度双链质量；q52为4-5段分布挖料斗质量；q53为4-5段挖料斗内物料质量。

I1341 第35卷 第6期 2013-06(下)点6处的链张力S 为： 5(1 ) 61q62g63)g (7)式中：q61为5-6段长度双链质量；q62为5-6段分布挖料斗质量；q63为5-6段挖料斗内物料质量。

2.3牵引功率考虑到井下的防爆要求，采用风马达作为驱动链轮链条的动力源，由于马达的功率由链条的工作阻力决定，根据双链最大张力及牵引链的运行速度可知，风马达的牵引功率为：P州七- - (8) 100叽 2式中：k为功率备用系数；～ 为双链最大张力； ，y为牵引链速度；1为主从链轮传动效率；1：为马达齿轮对传动效率。

3 Sol idworks虚拟样机建立在详细分析新型矿用链斗式上料机工作原理及关键部件选型设计的基础上，利用三维设计软件Solidworks建立了上料机虚拟样机模型，如图3所示。通过虚拟样机的建立，避免了零部件间可能存在的干涉，从而降低了成本和缩短产品设计(4) 周期。

(5)(6)图3上料机虚拟样机模型4 RecurDyn运动学仿真在建立完新型矿用链斗式上料机三维虚拟样机后，本文采.田多体动力学仿真软件RecurDyn对上料机挖取散料时的工作过程进行运动仿真分析。

将Solidworks建立的上料机三维实体模型通过x-t”文件导入到RecurDyn中～链轮固定板和务I 匐 化Ground采用固定约束(Fixed)紧固，各个链轮和相应的链轮固定板采用转动约束(Revolute)连接，利用Chain工具包自动化装配链条系统，完成整个机构约束添加，最终建立仿真模型如图4所示。

图4 上料机仿真模型在驱动链轮转动副上施加3×PI(P90r/min)的速度驱动，设置仿真时间lOs，仿真得到链条的速度和加速度曲线，分别如图5和图6所示。

图5 链条水平位移时间曲线图6 链条水平速度时间曲线仿真 中坐标系原点设置在驱动链轮的圆心处，当链条运行到竖直方向时，其在水平方向的位移应为固定值，但由于链条在竖直方向运动时存在横向振动，故图5中水平位移曲线中出现-段近似恒定的直线，同时由于驱动转速固定，故图5中链条运动呈现周期性。

链轮正常运动时，链条水平速度应该呈周期性，但由于链轮启动过程中存在较大的横向振动和冲击，故图6中起始阶段的曲线与正常运动的曲线稍有区别，当启动过程结束后，链轮运动呈周期性。从图6中可以看出，当链条运动到水平位置时，速度时间曲线上出现-段近似直线的曲线，其数值为设定的链轮驱动速度2.36m/s；当链条做竖直运动时，其理论水平速度应为零，但由于链条存在横向振动，故图6中出现-段在数值零上下波动的曲线。仿真结果可为上料机结构选型设计和运动学特性研究提供参考。

5 结论针对 目前井下只能依靠人力上料的缺点，本文提出了-种新型矿用链斗式上料机，实现了井下取料的自动化和对喷料装置连续供料的功能，实现了井下支护工艺的机械化和高效化以及提高了作业的安全性。然后在详细分析该上料机工作原理和设计过程的基础上 ，利用三维设计软件Solidworks建立了上料机的整机虚拟样机模型，缩短了产品的设计周期和降低成本。最后利用多体动力学仿真软件RecurDyn对新型矿用链斗式上料机进行了运动学仿真，分析了其运动学特性。研究成果可为其它上料及的设计提供借鉴。