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新型齿轮机构带式输送机伸缩机构的设计分析

作者:四川天屿翔机械设备有限公司 浏览: 发表时间:2023-12-15 14:16:52

当今煤矿开采技术不断提高,开采作业面复杂多变,高效高产的工作目标对带式输送机提出了更高的要求。可伸缩带式输送机的运距和适应能力都在不断加强,自动化程度越来越高。近年来国内可伸缩带式输送机研制的技术进步迅速,但是在生产能力、运输距离、伸缩机构运动的高效性及结构的尺寸过大等方面依然有很多的方面与国外有很大差距。未来国内可伸缩带式输送机的结构需要随着煤矿作业面的结构变化而不断更新,需要朝着紧凑型、高效性方向发展。

 

1    带式输送机伸缩机构分析

 

可伸缩带式输送机典型结构。目前典型的煤矿可伸缩带式输送机结构如图1所示,主要包括输送带、驱动部件、托辊、自移机尾、张紧部件、存带部件、支撑架等。


 

自移机尾是可伸缩带式输送机与工作面输送设备的中间衔接设备,对其起到支撑作用的是位于行走小车与输送设备的连接销轴。当采煤作业面的支架向前移动时,行走小车会沿着轨道跟随前移相应距离,可伸缩机构通过将存带部件中存放的输送带伸出相应的距离,每次采煤机进入下一截深作业时,带式输送机就跟随到位,保证输送任务及时完成。操纵控制装置,缩回伸缩机构,实现带式输送机长度缩短,缩短的输送带存储在存带部件中。

 

常见的伸缩机构有四大类,分别为手工操作滚筒伸缩机构、电动钢绳缠绕伸缩机构、链条钢绳缠绕伸缩机构、液压杆伸缩机构。

 

1)手工操作滚筒伸缩机构的原理是手工操作制动伸缩架前的滚筒,通过输送带带动伸缩架进行伸缩,在保持输送带长度不变的情况下改变输送带向前抵达的位置。这类伸缩机构没有动力部分,构造不复杂,易于实现,成本较低,缺点是需要手工操作,而且保养困难,还容易发生因滚筒生锈等发生误操作,不利于安全生产。

 

2)电动钢绳伸缩机构的原理是将一套蜗轮蜗杆装在可伸缩机构与带式输送机之间,使用电机带动蜗轮蜗杆往复运动,进而带动蜗杆轴两端的钢绳伸缩缠绕,一端收一端放,钢绳运动带动伸缩架的输送带前进或后退。这类伸缩机构结构上较为紧凑,电机操作方便且运行平稳,便于自动控制。但电机驱动负荷有限,钢绳有打滑风险,而且这类伸缩机构不适用于有倾角的输送机。

 

3)动力链条伸缩机构的原理类似于电动钢绳伸缩机构,使用链条代替钢绳,可防止打滑,也可以用于有斜倾角的情况。但这种伸缩机构较为复杂不紧凑。

 

4)油缸伸缩机构的原理是当油缸伸缩时带动伸缩架伸出或缩回,以实现带式输送机的伸缩运动,但这种需要油缸行程较长不适用于较大行程的伸缩情况。

 

通过分析已有伸缩机构可以看出,伸缩机构应朝着能够实现大行程、结构相对紧凑的方向发展。因此,本文在研究各类型伸缩机构的基础上,提出新型齿轮机构伸缩机构。

 

2   新型齿轮伸缩机构设计原理

 

2.1   伸缩机构的设计思路


伸缩机构的主要目的就是准确快速地将输送带伸出至需要的位置以及及时缩回。要能够伸得更长,可以将距离放大的机构首先是进行多级伸缩,增加伸缩架的级数,从而增加伸缩长度。放大距离的同时还不能增加机构的尺寸。齿轮齿条正是能够实现尺寸小但能实现距离大的机构。齿轮齿条传动是将齿轮的回转运动转变为齿条的往复直线运动,另外齿轮齿条也恰好符合将伸缩机构紧凑化的要求。齿轮齿条承载力大,传动精度高,可达0.1 mm,还可以无限长度对接不断加长,这个取决于具体机构的需求,同时齿轮齿条的传动速度很高,可以快速实现设想的运动效果。因此结合多级伸缩和齿轮齿条原理设计了新型齿轮机构带式输送机伸缩机构。

 

2.2   伸缩机构的结构组成及原理

 

新型伸缩机构的主要结构由3 组伸缩架、2 组滑轮、1 套齿轮齿条共同组成,如图2 所示。


 

伸缩架的伸出和缩回运动由滑轮机构负责,第1 组负责伸缩架的伸出,滑轮放置在二级、三级伸缩架的顶部,通过钢绳与一级伸缩架、固定架相连接。第2组滑轮负责伸缩架的缩回运动,两组滑轮的安装方式正好互为正反,从而实现伸缩架相应的运动。


底层伸缩架要与动力装置部分连接,此处通过的是齿轮齿条机构带动底层伸出。伸缩机构齿轮齿条伸缩运动如图3 所示。当油缸活塞6伸出,6带动轴3运动,轴3上安装有大小一对齿轮1和齿轮4,齿条2与机构的固定架相连,齿轮4会在齿条2上运动,并将运动传给大齿轮1,从而带动齿条5运动,齿条5固定在伸缩架上,从而实现伸缩架的伸出和缩回。


 

从上述伸缩机构的组成与工作原理可以看出,如果动力装置的油缸活塞杆伸出长度A,伸缩架全部伸缩,一级伸长便可以实现2A 的长度,三级伸缩共可达油缸活塞杆伸出长度的6A,实现了伸缩更长的目的。同时整个机构相对紧凑,三级伸缩机构全部可以存储在同一框架内,也达到了伸缩机构紧凑的目的。

 

 

3   建模及动态分析

 

通过三维建模软件SOLIDWORKS 对新型齿轮机构带式输送机伸缩机构进行三维模型的建立,三维模型设计时要求伸缩架每级的伸缩长度大于等于1.5 m。三级伸缩的运动是类似的,只需要分析第一级伸缩架上齿条运动就可以得出伸缩架的运动规律,为了对齿条的运动和接触力分析以及齿轮强度计算分析。将分析模型分别导入ADAMS 软件,根据设计要求,输送机要先经过加速,然后匀速,最后减速的过程,整体运行约9 s ,加速度约90 mm/s2 。通过施加驱动轴转速40 r/min。在齿轮齿条接触位置增加接触力,对伸缩机构进行摩擦力、拉力及齿条受力的分析,可以得出齿条位移变化曲线及接触力的变化曲线如图4 所示。从图4-1 中可以看出,第三级伸缩架的位移在规定的时间内实现平稳的增加,最大达到1.75 m,满足伸缩长度的需求;从图4-2 接触力变化曲线可以看出,在运动过程中接触力的变化是一种周期性现象,存在一定的冲击,其最大值满足机构的强度需求。


 

4    结语

 

通过对典型带式输送机伸缩机构的分析,找到了伸缩机构的运动发展方向及要求,通过解构其运动原理,大胆采用多级伸缩方式,运用齿轮机构以实现增加伸缩长度、结构更加紧凑的设计。使用三维建模并进行ADAMS 运动分析,对伸缩机构的运动位移及接触力变化进行分析,结果表明,齿轮齿条机构能够满足伸缩长度的需求,接触力呈周期性变化趋势,最大作用力满足强度需求。新型齿轮机构带式输送机伸缩机构的设计能够为带式输送机的优化提供更广阔的发展空间。


 

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