礦山多功能清障車回轉裝置設計

高曉琳

（黑龍江工業學院，黑龍江雞西 158100）

1 礦山清障車設計的基本要求

功能多元化：為了加強設備的使用效果，礦山清障車應該向多方面發展，使用一系列的設備進行實際的改造以及設備的運轉，研發能完善的搭配基本的底盤進行清障工作，加強設備的使用穩定性，提升設備的使用價值。除了清障工作之外，還應該完善運行灑水、打掃等多項養護工作的開展。

安全：礦山清障車的安全裝置都是按礦山清障車的相關參數而配置的?？梢岳秒娔X檢測危險、調節機械裝備等，比如檢測液壓管道壓力，汽車平衡的自動調整等。

美觀：礦山清障車的外觀設計，不僅要求使整機看起來協調，還要符合工作環境，方便清洗維護。

舒適：礦山清障車應該操作輕便，不會使駕駛者感到疲勞。如安裝座椅調節裝置等，舒適的駕駛體驗可以使駕駛員能更為準確進行礦山清障車作業。

2 設計回轉平臺的原則

（1）回轉平臺的體積不能夠超過一定的限度，在選取穩定的材料之前進行運算，還應該考慮成本。

（2）回轉平臺應該選定合理的運轉機制，制造穩定成本便捷。

（3）結構的設計應該按照其自身的調整標準進行完善的轉換。

（4）工藝性要好，并且使回轉臺自身的內應力小，再者溫度變化所引起的變形力要小。

3 回轉裝置的設計

抓斗的回轉裝置基本機構如圖1所示，回轉工作裝置采用齒輪傳動，馬達通過平鍵和齒輪連接，并用螺栓緊固。

圖1 回轉機構圖

4 設計回轉立柱

現階段多數礦山清障車的回轉立臂均是用了立柱式的標準進行完善。因為此類結構的力臂回轉效果穩定，吊臂的受力位于回轉立臂中心平分面上。礦山清障車的回轉立臂也可以采用其他結構形式的，但這項標準十分不完善，制造需求高，所以在本項設計中使用的回轉立臂采用立柱型結構。

考慮到安裝在回轉立臂上的液壓馬達、與其鉸接的吊臂的基本尺寸，以及市場上現有產品參數和相關資料的參考，選擇雙立柱基本結構，由兩塊平行的高強度合金鋼板焊接而成，并在兩塊板的側面焊接一些加強筋，使回轉立臂更加穩定。下部應留出安裝液壓馬達的空間?；剞D立臂使用了雙柱回轉支撐技術，能夠將礦山中的清障任務通過回轉臂的作用處理得更加完善，這種方式不但能夠加強其受力標準，并且還能夠提升礦山的清障穩定性以及完善性，立柱的質量能夠按照立柱材料的標準數值進行運算。根據相應的運算標準，回轉立臂的具體數據參考GNQY-688型起重機，如表1所示。

表1 立柱的基本標準

在回轉底板上固定的立柱為相互平行且左右對稱有間隙的兩塊鋼板，鋼板的側面方有加強筋，使得回轉立臂更加穩定。兩根立柱之內還進行了一塊封板的焊接，封板與立柱能共同焊接成箱體的形狀，立板的形狀能夠展現為由窄至寬的四邊形模式。

5 最大變幅高度和最低變幅高度

按照實際工作要求和回轉立柱的尺寸，初設吊臂高度1800 mm，吊臂寬度為160 mm。

最大變幅角度為60°，所以最大變幅高度為：

最低變幅區間為：2800-1348=1452 mm

6 機架的受力分析與計算

6.1 各級工作吊桿長度的確定及其乘載能力的計算

吊臂簡化圖如圖2所示。

圖2 吊桿簡圖

按其基礎工作需求及起重貨物的大小，應選取R=370 mm。

按基礎工作需求以及起重貨物的大小，選取L=1430 mm。

吊車工作時能受的最大載荷為要求的0.5 t，m=500 kg。

6.2 吊桿各位置受力情況分析及計算

確定的電桿擺動范圍。

按照相應的實踐工作標準將其角度設置為60°。

要顧慮到其自身的高度標準。

選取其中最低的范圍水平線的夾角為-6°。

選取最高點位的水平夾角為35°。

因此，其中垂直擺動距離為：

D=（R+L1）（sin35°+sin6°）

=1800（sin35°+sin6°）

=1800（0.5735+0.1045）=2040 mm

如圖3所示，由實際工作要求取吊鉤的最低位置距地面不小于500 mm，吊鉤的最高位置2404 mm，所以最大垂直擺距在500～2404 mm。

圖3 支架高計算示意圖

抓斗高度初取H1=2083 mm。

所以，車架高：

6.3 液壓缸推程計算

由余弦定理公式：

可以計算出：

液壓缸的最長狀態為：L1=1484 mm。

液壓缸的最短狀態為：L0=1256 mm。

所以，推程為：

S=L1-L0=1484-1256=228 mm

7 回轉支承計算選型

回轉支承的受力和礦山清障車的工作狀況有很大關系，強度計算時要取最大當量負荷工況作為計算工況。

靜態：

式中：Q為起重重量（N）；fa為工況系數，查表得知fa=1.1。

所以

Fa=Q×fa=500 kg×9.8 N/kg×1.1=5390 N

Ma=Fa×（L+R）cosθ；-6°＜θ＜35°

當θ=0度時，Ma最大為

Ma=1800×10-3×5390=9702 N·m

以上各公式中Ma為其中力度標準；

以上公式中支承其數值按照表2所示。

表2 回轉支柱的工程標準數值

礦山清障車中的工程數值與其輪胎起重中標準均一致，在此次設計過程中選取fa=1.1

調查市場上有關產品的性能參數和查閱資料，綜合考慮設計要求和目的，為了能合理利用安裝空間，使工作機構活動更靈巧方便，此次設計采用的回轉支承為內齒圈，回轉支承機構型號為NFB.032.20.544型單排四點接觸球內齒式軸承支承轉盤，轉盤外座圈裝有內齒圈，通過螺栓使內齒圈與回轉平臺連接，并通過螺栓緊固在回轉支承的圓盤上。

8 推鏟機構切土作業的穩定性

推鏟運作的基本環境為：推鏟模式的水平行駛、使用最大的牽引力進行完善的運轉，加強推鏟的效果標準。計算這種路況穩定性應該將其中的現象進行分解。穩定性的檢驗標準為，c為最大的范圍機制以及范圍進行完善運轉結構的分析；x為支承履帶的土壤法向反力的合力N至驅動鏈輪內部的水平標準進行完善，按照如下標準進行運算，由∑M0=0得：

式中；GS推鏟機構的使用重量；PZ土壤對推鏟鏟反力的垂直分量；Qτ土壤的剪切阻力，，當中μ2為土塊的標準摩擦值，τ為土壤的單位內聚力；ΔGt推鏟鏟帶動企圖對的重量分布；應該選用ΔGt=Gt/3，Gt為推鏟鏟前的累計數值。

因此能夠將其作業標準進行完善。

8.1 推鏟機構坡道運行的穩定性

推鏟機構坡道運行的穩定性包括推鏟機構在坡道上的縱向運行穩定性和橫向運行穩定性。

8.1.1 縱向穩定性

圖4（a）為上坡時推鏟的構造完善角度圖。設整機重心在位置范圍內的O點，這時候起重機的線路GS的作用概念不能夠形成完善的制支撐標準計算C。不然其標準模式將按照相應的角度進行傾斜；并且，在圖4（b）中，推鏟機構下坡時GS的作用范圍不能夠越過C′點。否則推鏟體系將會圍繞C′點前傾。因此：

圖4 推鏟機構的縱向穩定性

下坡的前傾角度：

上坡的前傾標準角度：

式中：H重心中離心力的高度標準，H=1.8 m。

推鏟機構在坡道上形成完善的運轉，還能夠受到其路面進行限制。為了可以在一定程度上使其路面不進行翻轉，應該按照相應的運算機制進行完善的整改標準確認αφ。如果不能夠影響到其阻力為最佳，不滑移的速度范圍極限為αφ=arccotφ，φ為額定的附屬系數數值，選用φ=0.7。

考慮到其中的行駛穩定性質，需要其設備能夠在形式的范圍之內進行前傾以及翻轉的概念轉化，即上（下）坡傾翻極限角應該大于其中坡角的運轉機制。所以，履帶推鏟機構縱向運轉標準為；

穩定性符合要求。

8.1.2 橫向穩定性

橫向穩定性反映了推鏟機構在坡道上，橫坡行駛及停放不傾翻的能力。橫向穩定性的極限角也稱橫向臨界坡角。令高側履帶接地面上的垂直反力N1=0，則：

式中，e推士機重心離縱向中心點進行偏轉，在進行具體的運算標準鑒定時，能夠選取e=0；b履帶的基礎帶寬。

9 結束語

礦山多功能清障車工作裝置設計，多功能清障裝備的目的是克服現有道路礦山清障車功能單一的不足，提供一種既能推鏟又能搬運的工程機械裝備。多功能清障裝備的改進措施是在工程機械的本地上加裝支撐架、推鏟和機械臂，工作時可以快速的疏通礦山路面上的障礙，能應用與應急救災現場的道路清理。