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支架搬運車的改進設計及有限元分析

發布于:2023-06-29 23:15
有限元分析

      支架搬運車是煤礦井下綜采工作面設備搬家倒面的輔助運輸車輛。支架搬運車主要分為鏟板式車輛及框架式車輛兩大類。鏟板式支架搬運車的工作機構是一套可以升降且能傾翻的鏟板平臺,該鏟板平臺可以實現設備的鏟裝及運輸。如圖所示,通過控制鏟板式車輛動臂的升降以及傾翻油缸的伸縮使得車輛鏟板平臺落地,然后利用固定于動臂腔體內的液壓絞車進行牽引,將液壓支架拉上鏟板平臺,捆綁以后,提升鏟板,將液壓支架運往指定地點。
      支架搬運車液壓絞車是液壓支架鏟裝過程中最關鍵的部件。如圖所示,液壓絞車由動力裝置(低速大扭矩馬達+行星輪減速過渡盤)、齒輪減速箱、卷纜機構及纜繩組成。液壓絞車通過螺栓緊固方式,固定于支架搬運車動臂腔體內。由于動臂內腔空間狹窄,同時液壓絞車動力裝置選擇受限,以及齒輪減速箱速比偏小,導致液壓絞車輸出繩力較小、繩速較慢,難以滿足支架搬運車對重型液壓支架的牽引需求,影響了鏟板式支架搬運車的推廣。因此,急需對現有液壓絞車進行改進有限元分析,提高其性能。
      支架搬運車動臂內腔空間有限,液壓絞車只能采用輸入輸出同側平行布置方式,動力裝置通過側置減速箱將動力傳遞至卷纜機構,實現纜繩的牽引。在動力裝置、卷纜機構外形尺寸均確定的情況下,只能通過調整側置減速箱結構來實現絞車的改進設計,滿足支架搬運車的鏟裝需求。
      如圖所示,為控制液壓絞車X方向的尺寸,絞車側置減速箱往往設計成一級齒輪傳動箱,從而保證液壓絞車X方向的緊湊性,F有的絞車一級齒輪傳動箱有2種型式,分別為二軸式一級齒輪箱和三軸式一級齒輪箱。
      二軸式齒輪箱的兩軸分別為輸入軸和輸出軸,輸入軸連接動力裝置,輸出軸連接卷纜機構的卷筒,在動力裝置及卷筒的直徑均較大的前提下,為保證動力裝置及卷筒能夠合理布置,齒輪箱兩齒輪的中心距必須足夠大。輸入齒輪確定的情況下,較大中心距必然導致較大速比,同時輸出輪的齒頂圓直徑往往較大,這樣,直接導致齒輪箱Y方向的尺寸加大,使得絞車在動臂內腔布置困難。這種絞車能夠最大限度地增加齒輪箱的速比,增加絞車的輸出扭矩,提高絞車的繩力,但其繩速卻減小,影響支架搬運車的鏟裝效率。三軸式齒輪箱在二軸式齒輪箱的基礎上,增加中間軸,中間軸齒輪分別與輸入齒輪及輸出齒輪相嚙合,如圖所示,該三軸式齒輪箱輸入軸、中間軸及輸出軸均布置于同一平面,中間軸齒輪屬于過渡輪,齒輪箱的速比仍然為輸出軸齒輪與輸入軸齒輪的齒數比,這種布置方式較二軸式齒輪箱的優點在于不加大輸出齒輪直徑的條件下,加大了輸入齒輪與輸出齒輪的中心距,在滿足動力裝置及卷纜機構合理布置的基礎上,有效控制了絞車Y方向的尺寸,并且中間軸的受力較為合理,其缺點在于受中間軸齒輪的影響,減速箱不能提供足夠大的速比,以便保證絞車Z方向的尺寸要求,這樣,絞車的繩力受到了影響;若想提高絞車繩力,只能通過增加絞車Z方向的尺寸、加大齒輪箱的速比來實現;絞車Z方向的尺寸變大,影響了液壓絞車X向、Y向及Z向的空間整體緊湊性,滿足不了支架搬運車動臂內腔的空間要求。
      為提高液壓絞車的繩力,同時又不影響絞車的空間整體緊湊性,對三軸式齒輪箱進行了改進設計。如圖所示,在增加輸出齒輪齒數的同時,將齒輪箱三軸布置于相異平面內,將中間軸下移,同時將輸入軸內移,這樣,加大了齒輪箱速比,又有效控制了齒輪箱Y方向及Z方向的尺寸,使得絞車具備了較大的繩力,而且使得絞車的空間整體布置更加合理緊湊,能夠滿足支架搬運車的鏟裝需要。


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