题目 铲运机工作装置结构设计 - PAGE I - 铲运机工作装置结构设计 - PAGE II - 摘 要 铲运机实际上的意思就是在地面装载机的原型上进而加工改造进化而成，是为了适应地下矿山矿井恶劣的工作环境而改装发明创造的一种大范围的使用在地下设施建设、物料开采的一种工程机械，铲运机的工作装置包含铲斗、连杆、动臂、转斗油缸、举升油缸等。铲运机的工作装置作为一台铲运机设计的核心，它的设计将必然的联系到这台铲运机能否顺利大批次的生产与销售。 本文参考查阅了国内外大量的铲运机工作装置文献资料，对铲运机的一些背景、历史、功能等进行了简洁的介绍，文中对铲运机如何一步一步从无到有，关于它的技术是如何从贫瘠到肥沃都给出了简单的介绍。 并对铲运机的工作原理进行了详细的说明，同时在参考大量资料的基础上对铲运机的工作装置进行了设计，选择了在铲运机上应用最为广泛的反转六连杆机构作为所设计的铲运机的连杆机构。根据设计任务书中的要求，利用资料公式计算确定铲斗的各个重要技术参数并利用图解法确定动臂与铲斗、动臂与摇臂、动臂与机架、连杆与铲斗、连杆与摇臂等各个铰接点的位置，又进行了力学计算和强度校核，最后利用 autocad制图软件对铲运机的工作装置进行绘图。 关键词：铲运机；六连杆机构；设计 - PAGE III - SCRAPER WORKING DEVICE STRUCTURE DESIGN Abstract The underground scraper that we are now familiar with is actually a prototype of the ground loader and then evolved and evolved to adapt to the harsh working environment of underground mines. It is widely used in underground facilities construction and material mining. A construction machine, the working device of the scraper includes a bucket, a connecting rod, a boom, a rotary cylinder, a lifting cylinder and the like. The working device of the scraper is the core of a scraper design, and its design will directly affect whether the scraper can smoothly produce and sell large batches. This article refers to a large number of domestic and foreign scraper working equipment literature, a brief introduction to the background, history, function of the scraper, how to step by step from the scraper in the text, about it A brief introduction to how technology is from barren to fertile. The working principle of the scraper is described in detail. At the same time, the working device of the scraper is designed based on a large amount of data. The most widely used reverse six-bar linkage mechanism is selected as the scraper. The linkage mechanism of the designed scraper. According to the requirements in the design task book, use the data formula to calculate and determine the important technical parameters of the bucket and use the graphic method to determine the boom and bucket, the boom and the rocker arm, the boom and the frame, the connecting rod and the bucket, and the connection. The position of each hinge point such as the rod and the rocker arm was subjected to mechanical calculation and strength check. Finally, the autocading software was used to draw the working device of the scraper. Key Words： Scraper；Six-bar Linkage；Structure Design 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 摘 要 I Abstract II 1绪论 1 1.1 铲运机的概述 1 1.2 铲运机的发展历史 2 1.2.1铲运机的诞生 2 1.2.2国外铲运机的发展 2 1.2.3 铲运机国内发展历程 4 2铲运机的工作装置的总体设计 6 2.1铲运机的工作装置的总体结构与布置 6 2.2 工作装置连杆机构的结构及形式与特点 7 2.3 铲运机工作装置分析 10 3.铲斗的设计 12 3.1铲斗的基本组成方式 12 3.2 铲斗的分类 13 3.3 铲斗的计算 14 3.3.1铲斗的断面形状和基本信息参数的确定 14 3.3.2铲斗容量计算与误差计算 17 3.4铲斗上下铰接点位置的确定 19 4连杆的设计 20 4.1动臂与铲斗、摇臂、机架铰接点的确定 20 4.2确定连杆和铲斗及摇臂的铰接点F、E 22 4.2.1选择双摇杆机构设计四连杆机构（GFEB） 22 4.2.2确定F、E的位置 23 4.3确定转斗油缸与机架铰接点D和摇臂的铰接点C 24 4.3.1确定旋转缸和摇臂的铰接点C. 24 4.3.2确定铲斗油缸和车架的铰接点D. 24 4.4 确定动臂提升油缸和动臂和车架铰接点的H和M点 25 结论与展望 27 致 谢 27 参 考 文 献 29 长春工业大学毕业设计、毕业论文 PAGE 11 PAGE 10 1绪论 1.1 铲运机的概述 铲运机工作装置是通过提升、转向液压缸提供动力，之后通过连杆的传动机构使得铲斗实现各种工况。该结构的设计需要适应恶劣的工作环境与较强的工作强度，满足日常工作中铲装、运输、卸载的工作要求，因而设计很复杂。 地下铲运机类似于传统的前端装载机，但它是针对最困难的硬岩采矿而开发，考虑到整体生产的经济性，安全性和可靠性。它的工作装置非常坚固，机动性强，生产效率非常之高。世界上超过75％的地下金属矿都使用地下铲运机来处理它们的挖掘工作。 最初生产制造的铲运机都是使用柴油在内部燃烧来提供能量称为柴油铲运机，但随之排放的废气对工作环境带来了很大的负担，也极度影响了地下工人的身体健康，同时为了排放废气需要建造大量的地下通风设备，极大增加了实施工程的成本。在这样的情境之下，人们投入了大量的研发资金，开始研发利用电能运转的机器，通过电能这种清洁的能源就能有效解决污染的问题了。 地下铲运机拥有强大的原动机，先进的液力-物理运动技术，重型行星车轴，四轮驱动，前端前卸式铲斗，铰接式车架和符合人体工程学的控制装置。它们更窄，更长和更低的轮廓使它们能在高度和宽度有限的地下应用。 图1.1铲运机全景图 它们的运输能力从1到17-25公吨不等。它们的铲斗尺寸从0.8到10立方米不等。 铲斗高度范围为1.8至2.5米。 铲运机根据铲装物料的体积来确定自己的标准，低于1.5 m3的我们叫做小型， 中型的一般为2~4 m3，大型的可达4 m3以上。 1.2 铲运机的发展历史 1.2.1铲运机的诞生 1960年以前，世界各国的采矿都以露天采矿的方式为主，但跟着时间的发展，随着采矿公司竞争的越来越激烈，人们开始把目光转移到地下所蕴含的丰富矿藏，这就需要将陆地开采的技术应用到地下矿井开采，人们开始想办法开发新的机器来满足这种需求，人们发现地面施工的装载机就满足这种需求，只是它面对的工作环境与强度都更大，同时地下作业的复杂程度以及驾驶员的视野、安全等问题也都要重新进行设计，位于美国旧金山的瓦格纳公司是世界上最大的地下无轨车辆制造商。它在地面装载机上进行实验并最早在1963年生产了 ST-5地下铲运机并成功完成了测试， 这标志着铲运机的诞生。它诞生之后快速地发展大幅度的提升了地下作业的效率，大幅度的降低了采矿的生产所带来的成本。它能执行高危地区的采矿任务，在地下深层进行作业，对地下坚硬的岩盘能够直接进行破碎作业，也能够实现大规模的开采任务。 1.2.2国外铲运机的发展 地下铲运机的诞生是为了适应地下恶劣的工作环境，所以它的设计需要具有较高的执行率，也需要足够的灵活来在地下矿山中完成开采运输勘测的工作任务，同时需要它能快速准确的完成工作任务来降低物料的生产所带来的成本和人工费。跟着时间的发展采矿设施也发展成了无轨化，地下铲运机因为其灵敏的机动性，高效的工作效率以及低生产所带来的成本，真实地反映了地下矿山的采矿程度，从而成为矿井的主要地下运输设施。 它在促进矿井建立，扩充矿业规模，提升劳动生产率，增进矿山经济效益方面施展着及其重要的作用。正是因为世界各地的公司竞争愈演愈烈，才促进了地下铲运机这种轻巧、灵敏、稳定的高效率地下无轨装置的诞生，各个国家的公司都积极研发自己系列的铲运机型号并抢先将它们最先进的露天采矿技术想办法应用于井下铲运机上。为了尽早将自己生产的地下铲运机投入市场，各个公司的研发人员都夜以继日的工作，这也从侧面帮助了地下铲运机的发展，再将这些设备投入市场之后，这些地下铲运机因为自身所具备的多种优势，快速并且高效保质保量的完成了地下物料的开采工作，为企业节省了大量的生产所带来的成本，这也推动了对地下矿山的建设和对资源的深层次开发。国外资本主义国家地下铲运机的开发领先我们的祖国很多，首先他们起步早且发展迅速全面，并有科研人员开发设计新的技术，技术非常成熟。 （l）初始研发阶段（60年代初） 美国的瓦格纳公司是世界上生产地下无轨车辆的最大生产厂商，它在1963年生产了 ST-5地下铲运机并成功完成了测试。在这之后该企业为了优先抢占市场，投入了大量的人力物力在设计、研发、生产与制造上。建立了自己的生产线和设计、研发部门，不断开发功能更为丰富的型号，该公司生产的设备销售遍及全世界。 （2）发展和推广的年代（20世纪60年代到70年代） 这一阶段铲运机的生产技术趋于成熟且使人们发现它具有较低的生产所带来的成本与较高的工作效率，很大程度上普及了铲运机的优势。位于美国北部的一家地下矿井率先将购置的铲运机投入生产实践中。很快人们就发现该装置对于地下工程建设与井下矿物的开采都起到了巨大的推动作用。随后它开始被应用到全球的地下工程建设与地下矿物开采中，关于它的设计、研发、生产与制造都得到了各国生产该地下设备的厂商的关注，它的出现使得地下矿物的开采发生了翻天覆地的变化。进入70年代，虽然国外地下铲运机生产水平已经到达了较高的高度，然而这时候的铲运机都是以柴油作为动力的柴油铲运机， 和以前的传统老式铲运机比起来，柴油铲运机采用铰接车架、液力传动（或全液压传动）轮胎行走、液压操作， 很适合地下巷道或采厂的作业条件。虽然它具备很多优势，但它也带来了一系列的问题。由于内燃机是通过燃烧柴油由此产生能量从而为设备提供动力，但这样的设计不可避免需要从尾气排放装置中排出一些严重破坏生态环境的毒气（所产生的NO、CO等有害化学气体； 热辐射使地下作业环境和温度升高，使地下产生雾气，能见度差以及噪声等）。 为客服这些缺点，可对柴油机废气进行净化，增设通风设施，加强对地下的通风量等办法解决。 但这必然引起设备投资、采矿（或地下工程）作业成本的增加。 由于内燃机燃烧柴油产生的大量有害化学气体极度影响了生态环境并且伤害了工作人员的身体健康，对地下作业环境的要求也非常高，要建立大量的通风排气设备来实现空气的流通。同时，由于在当时爆发了石油危机，导致油价上涨，这就造成了生产所带来的成本的大量增加。为了能够更好的保证工作人员的身体健康也为保护生态环境，同时能降低生产成本。各大生产地下无轨车辆的公司开始要求自己的研发部门尽快开发出依靠电动机驱动的设备来替代柴油铲运机。20世纪末期，位于美国北部的温哥华有一家相关设备制造商首先研究出了第一台依靠电力驱动的地下铲运机。那时起，电动铲运机在世界各国，加拿大，美国，法国，英国，芬兰， 德意志联邦共和国以及苏联和澳大利亚已经生产了80多种不一样的电动铲运机。 几乎所有的柴油刮刀制造商都生产电动刮刀，许多制造商也已形成了自己的系列新产品。 （3）加快速度进行发展阶段 80年代，因为全世界内的采矿行业危机，许多地下铲运机的生产厂商竞争达到了白热化的程度，为了激发自身企业的市场活力，许多生产制造公司做了合作，共享自己的生产技术与科技，实现共赢。正是因为科学技术的交流与合作极大地促进了铲运机的发展，为之后铲运机技术的成熟奠定了坚实的物质基础。这一时期使铲运机的相关知识与技术形成了业内的标准，制定了新的行业规则。 （4）成熟发展阶段 在经过了半个世纪的发展之后，通过相关企业与技术人员的不懈努力，经过了大量的实验研究后，该装置的发展进入到了成熟阶段，各大企业都有了自己的生产体系与科研技术人员，他们的生产研发都出具规模，整个行业都有了自己的行业规则。根据世界各地官方机构的统计数据，统计所有生产地下无轨车辆企业的生产数据后发现总数已超越了十五万台。这一个数字在10年后会变得更巨大。在经历了研发初期的难题、石油危机的困难之后，当今国外大的地下设备制造厂商有： ①山特维克 汤姆洛克（Sandvik Tamrock）公司； ②阿特拉斯 科普科 瓦格纳（Atlas Copco Wagner）公司； ③G.H.H公司； ④法德洛玛（FADROMA）公司（原BUMAR公司）； ⑤绍普夫（Schopf）公司； ⑥卡特 皮勒（Caterpiller）公司； ⑦约翰 克拉克（John Clark INC.）公司 （5）未来的发展的新趋势 伴随着持续的开采，地表的资源越来越稀少，未来的开采方向将是深海和陆地深处，这就对铲运机的发展提出了更高的要求，它需要面对更加严酷的工作环境，同时也需要具备更小的机身与更强的性能。同时，由于现在的人类对于环境的保护逐渐重视，未来需要减少地下开采对地球环境能够造成的破坏，这就要进一步发展电动铲运机，使它在保护环境的情况下也能完成柴油机的工作，使其逐步取代柴油铲运机。 1.2.3 铲运机国内发展历程 新中国成立后，我国的各方面都落后于西方世界，相关地下工程与地下矿物的开采都处于停滞不前的情况。这时候急需引进国外的先进设备，学习他们的先进的技术，加快我国自己的地下工程建设项目的建设。地下铲运机这一设备的引入能很好的改善我们的祖国地下矿物开采效率慢的问题，同时他可以很好的适应地下恶劣的工作环境，改善工人的工作环境，对加速我国的经济发展具备极其重大意义。经过多年的学习与研究，我们也有了自己生产制造的铲运机而不单单依赖于进口，我国各省市的大型矿井都开始投入这种设备用于工作，包括从国外进口的与自己自主研发的多种型号，虽然我国自主研发的

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