矿用刮板链条自动拆装设备机械结构设计研究

摘 要

　　刮板链是刮板运输机中的重要零部件，随着煤炭市场需求量的不断增加，对刮板链的需求也在快速增长。刮板链由于体积庞大，拆装工序繁琐等因素，其组装依旧停留在人工装配阶段，导致刮板链组装效率低、工人劳动强度大、易引发安全问题。本论文基于企业对不同型号刮板链装配的需求，结合材料加工成型、机械设计以及自动化控制方法，研制出一套集上料、刮板螺栓拆卸、刮板打开、链条组装与螺栓紧固等为一体的自动拆装设备。

　　首先，论文在对刮板链条拆装设备的结构和零部件组成进行分析研究的基础上，结合自动化控制的相关理论，完成对设备系统总体方案的设计。并对每个自动组装单元功能进行了划分，分别对各个单元具体工序流程、机械结构进行了设计分析。然后，利用UG 软件对设备中的各装置零部件进行建模，首先对各零部件分解建模再对装置进行虚拟装配，检查设备机械结构在设计上是否发生了干涉，其次修正其中的错误，对其中主要执行机构和零部件进行了尺寸计算和强度计算，并利用 ABAQUS 对其进行强度校核，以及的对主要受力部分进行应力分析，来预测零件的受力和变形情况。通过设计的传送机构、连接螺栓拆卸紧固装置、刮板与链条组装装置，实现了设备的自动化拆装。最后，完成相关零部件的制造加工和设备的安装、接线等，并进行了调试生产。分析运行结果，根据调试生产结果对机械结构做出改进。实验表明，设计设备各装置运行可靠，满足了刮板链拆装的需求，达到了设计的目的。

　　关键词：刮板链条 螺栓紧固 结构设计 自动组装

ABSTRACT

　　As an important part of the scraper conveyor, the scraper chain, which is indispensable for conveying materials, its assembly is still at the stage of manual assembly, with low assembly and maintenance efficiency and high labor intensity of employees. This paper has investigated and studied the requirements of coal mine enterprises for the assembly of different types of scraper chains. Based on the study of material processing and shaping theory, mechanical design and automatic control methods, a set of aggregate feeding, scraper bolt disassembly, and scraper has been developed. Open the automatic disassembly and assembly equipment integrated with chain assembly and bolt tightening.

　　First of all, the thesis completes the design of the overall plan of the equipment system based on the analysis and research of the structure and component composition of the scraper chain disassembly equipment, combined with the relevant theories of automatic control. The function of each automatic assembly unit is pided, and the specific process flow and mechanical structure of each unit are designed and analyzed. Then, use UG software to model the components of each device in the equipment. First, the components are decomposed and modeled, and then the device is virtually assembled to check whether the mechanical structure of the equipment has interference in the design, and secondly, to correct the errors. The size calculation and strength calculation of the main actuators and components are carried out, and ABAQUS is used to check the strength, and the stress analysis of the main force parts is carried out to predict the force and deformation of the parts. Through the designed transmission mechanism, connecting bolt disassembly and fastening device, scraper and chain assembly device, the automatic disassembly and assembly of the equipment is realized. Finally, the manufacturing and processing of related parts, equipment installation, wiring, etc. were completed, and debugging production was carried out. Analyze the operation results and make improvements to the mechanical structure based on the debugging production results. Experiments show that each device of the design equipment operates reliably, satisfies the demand for disassembly and assembly of the scraper chain, and achieves the purpose of the design.

　　Keyword: Scraper chain, Connecting bolt tightening, Structural design, Automatic assembly.

目 录

　　第一章 绪论

　　1.1 研究背景及意义

　　随着我国煤矿机械现代化水平的不断提高，煤炭开采方式的不断更新，开采方式从以前的人工开采到现在的综合机械自动化开采。未来开采将以智能化、自动化模式为主导。煤炭企业针对机械设备维修的自动化程度也在不断提高，从而降低成本和提高生产效率。当前采煤工作面内，刮板输送机运送煤和物料，同时也是采煤机的运行轨道。刮板链作为刮板输送机的主要组成部件之一，在刮板输送机内主要负责刮推输送槽内的物料，也能起到传递动力和导向牵引的作用，主要由圆环链、刮板、连接环和螺栓组成，图 1-1 为调研时刮板链现场图。

　　刮板输送机是通过电机驱动链轮轴组，从而带动刮板链条进行移动，以完成煤炭运输，但恶劣的工作环境不可避免会使其运行发生故障。刮板链是刮板输送机最薄弱的环节。根据相关统计数据，刮板输送机在矿井下的事故发生率约占整体设备故障率的 40%,因刮板链的故障而引发的事故就高达一半以上。且其维修处理所需的时间周期比较长、消耗的人力财力物力大，造成综采面上煤炭的生产无法正常进行，严重情况下甚至于威胁人的生命安全[1-2].在煤炭工业高速发展和煤炭需求量多的大背景之下，如今我国各煤矿对刮板输送机的需求量很大，但刮板输送机中的重要组成部件，刮板链条组装技术不够完善，自动化程度较低。目前各企业依旧采用人工拆装，刮板摆放和链条铺设都是人工搬运完成。调查结果表明，人工拆装难以达到大批量连续组装，也不能保证可靠的生产效率。

　　据资料统计，在现代制造过程中，约有 30%的人力用于装配作业，装配作业所耗成本占产品制造总成本的 40%-70%[3-4].由于市场竞争的日益激烈，传统的组装方式已经不能满足企业发展的需求。在此背景下，各行业的企业为了提高竞争力，位于行业的发展前列，不得不加强对自动组装技术的研发，不断引进先进的组装技术。近年来，各煤矿企业开采量的不断增加，刮板输送机工作面长度的不断增加，链条的长度和刮板的数量也不断增加，一个工作面链条几百米，刮板数量上百个，组装时对刮板在链条上的装配位置有严格的要求，故实现组装自动化的意义在于提高组装作业的工作效率，减轻工人的劳动强度，并降低人工组装的成本等。也是当代煤矿企业生产中急需解决的问题。

　　目前，相比于传统的人工组装装配，自动化设备结合现代控制技术更能适应快速发展的市场以及产品多样性的需要，能较好地解决手动和半手动组装工作当中存在的关键问题。基于以上的原因，本论文以刮板链为研究对象，针对其在组装过程当中，存在劳动效率低、劳动强度大、组装成本高、安全隐患大等方面的问题，设计研究刮板链的自动化组装，在满足安全、可靠、高效等前提原则下，研究设备代替人工拆装，实现自动化装配的工作目的。

　　1.2 国内外研究现状与发展趋势

　　1.2.1 自动化装配组装发展概况

　　二十世纪以来，随着现代制造水平的突飞猛进，在产品的加工制造生产方面已经基本实现了自动化生产模式，但因为装配组装工作，往往需要考虑产品的复杂情况、组装方式、多样性、以及精度等其他因素，因此自动化组装装配的发展要比自动化生产缓慢很多。在发达国家，由于人工成本较高，在制造业生产的过程中使用人工组装装配时的成本太高，促使其重视装配技术的研究与改进，旨在使用自动化的组装生产，提高组装装配的技术，降低组装过程中的人工劳动成本，同时改善人工劳动条件、提高生产效率[5]. 自 1914 年，美国福特汽车公司着手建立生产流水线以来，在满足产品装配质量、生产效率等前提下，对流水线总装式的大批量生产模式，不断改进完善现有的技术，实现不同批次产品零部件之间的互换性，为自动装配发展开辟了道路[6]. 在 1960 年初，由于一些小型产品厂家的生产需求，自动化装配技术开始了快速的发展，钟表仪器，电机电器等结构较为简单的产品率先进行了自动化装配的尝试。在自动化装配发展的初期，自动装配生产线基本是一种功能较为单一的机械设备，只能针对特定产品进行装配生产，在研究开发过程中成本较高，整体也缺乏了灵活性以及多功能适应性，在生产中的实用性并不高。随着科技的继续发展，为了改善上述这一情况，获得更好的经济效益，基于实际装配过程的工况，引入了一种模块化设计的概念。即在对所设计的自动装配设备的功能充分了解的基础上，通过对各个工作流程进行相对独立的模块化划分或者组合以后，形成针对各个模块的装配生产线或者装置，即用较小的设计成本与周期，来满足实际的生产应用需求[7].当进入 1970 年以后，制造业的不断发展，迎来了其黄金时期，各个企业为了在行业当中的优势，对自动装配不断提出更高的要求。

　　通过不断的引进先进的技术，改善装配生产设备和流水线的技术水平，将装配作业逐渐发展到了半自动化和全自动化的水平。

　　1980 年开始，市场需求不断变化，老龄化不断加剧，市场劳动力资源极为紧张，此时对自动装配生产线提出了更高的要求，在灵活性、稳定性等方面有了更大的需求[8].

　　随着进一步的发展，由于机器人的通用性和可编辑性，因此迅速进入了装配作业当中，形成了规模较大的装配生产线[9].就当前而言，各个发达国家基本已经制造了相对较为完善的自动装配生产线及设备，可应用在不同类型产品的组装生产需求，具有了在各领域通用的规模。大多数自动组装都应用在了仪器仪表制造、电机产品、航空航天、汽车制造等行业[10-11].

　　与发达国家相比，我国在自动装配作业上的起步较晚，无论是在技术以及规模上，都与发达国家有较大的差距，1950 年后期，在国家大力推进产业改革和技术升级的情况下，各企业陆续引进和改造针对仪器仪表等小型产品的自动装配设备和生产线。而在较为高端的行业，由于起步较晚，设计研发基础较差，大多只能引进国外的自动装配技术，进行改造或者共同生产。自主设计的装配设备及生产线，往往结构复杂，在重量以及外形上都较为庞大。

　　1978 年以后，改革开放下的企业不断地引进学习，改造设计，我国的自动化装配技术得以迅速的发展进入下一阶段，在自动装配设备和生产线的规模、灵活性、使用性能等方面都有了显著的提高[12].目前，随着国内研究从事自动化技术的科技队伍不断壮大，一些企业与高效人才合作，从实际生产出发，设计研制了许多自动和半自动装配生产线。

　　如手表机芯自动装配生产线[13]、漏板漏嘴自动装配机[14]、汽车散热器芯体全自动装配机[15]等。这些装配设备及生产线大多应用于实际生产当中，取得了良好的经济效益，但对于许对工序复杂，零部件复杂笨重的产品来说，仍面临很多问题需要去改进和解决。我国目前在半自动和全自动装配生产线以及设备的设计研发中，尚且有很多不足之处，有时在装配过程中还需要人工的参与和配合、研发周期长、组装的效率较低、稳定性和安全性不可靠等，因此需要不断的进行改进，而保证装配工作的连续性和可靠性[16].

　　自动装配作业是实现自动化生产发展的重要转折点，但就目前来看，国内外在现代制造产业中，装配组装方面的自动化程度是远远低于机械制造加工的自动化程度，在科技迅猛发展的今天，对各企业来说，自动化装配组装发展才能带动企业的发展。实现自动化、现代化、机器化的组装装配生产线以及组装装配设备是 21 世纪各个行业的必然趋势[17-20].

　　1.2.2 刮板链国内外研究现状

　　我国矿用刮板输送机经过 70 多年的发展，已经由上世纪三四十年代的可拆卸的机型如 SGD-11 型，发展到 20 世纪四十年代可弯曲的机型，如 SGW-44 型，该类型相比于可拆卸的机型，其运输量有所加大，同时能够适应更多的工作环境，且移动时更加便捷，到 20 世纪 60 年代左右，大功率重型刮板输送机出现，如 SGD-630/180 型[21].现阶段，我国已经具备了自主研发生产刮板输送机的技术，国产机型的各项性能也逐渐优化，慢慢取代了实际生产中的进口设备，大大降低了生产成本，提高了生产效率[22],刮板输送机也在朝着自动化、智能化、无人化的方向发展。根据刮板输送机的刮板链结构不同，可以将其分成 3 种类型，分别是双边链刮板输送机，这是目前最常见的机型，其适用的范围较广，能够承受更高的张力，但两条链容易因为受力不均发生跳链、断链事故，代表机型有国产的 SGW-250,进口的 MRG-SL90 等；第二种是双中链刮板输送机，该机型的链条位于设备溜槽中部，相比于第一种机型，双中链机型的两条链受力会更加均匀，不易发生断链等故障，代表机型有国产的 SGX-730-320,进口的 PFIV-600 等；第三种是单链刮板输送机，该机型仅一条单链，相比于前两种机型，其运行过程中不会出现链条受力不均的问题，溜槽的可利用面积更大，但它的预张力过大，导致摩擦力增大，容易造成能量的过多损耗，代表机型包括国产的 SGWD-250 和德国的 EKF-HB280 等[23].

　　虽然刮板输送机型号、种类众多，故障发生率也很高，但国内外对于矿用刮板链条的拆装设备的研究并不多，大多数的研究都集中在对刮板与链条的故障检测系统上，也设计出了很多检测刮板链故障的系统，常用的故障检测方法有 3 种：

　　（1）震动检测法：刮板输送机在正常运转过程中有着固定的振动频率，故障发生时震动频率会相应的改变，所以只需要检测设备运转过程中的震动频率，通过分析就能获得相应的故障信息，但是该方法误差较大；（2）电机检测法：刮板输送机发生故障时，电动机的输出频率会改变，因此可通过监测电机的电流来获取故障信息；（3）接近开关检测法：可以通过在设备的机头、机尾等位置安装接近开关，检测其在刮板两侧的相对位移，进而获取故障信息；这三种故障检测方法在实际应用过程中，都会由于现场环境的影响而出现各种误差，因此单单用一种检测方法可能无法满足现阶段的生产需求，可以将不同的方法组合起来应用，提高故障检测的精度[24-25].此外，在智能化生产的背景下，越来越多的故障检测技术应运而生，如基于小波分析和神经网络的故障诊断法，该方法是以位移传感器测量刮板输送机的刮板链的节距、刮板长度、厚度以及弯曲程度等参数，将参数过滤后，根据对各个参数预设的临界值采用小波分析法进行数据分析，再通过 RBF 神经网络模型对故障做出诊断[26].

　　在综采工作面中，刮板输送机的链条是最常出现故障的部位之一，而链条张力又是造成故障的最主要因素，因此对于张力的检测尤为重要。现阶段常见的刮板链的张力检测系统主要由三部分构成，分别是张力监测装置，无线通讯装置和数据接收装置，由张力传感器收集链条在运行中的张力数据，经过无线通讯装置将数据传输到上位机，实现对张力数据的实时显示[27].除了采用张力检测系统实现对链条的检测与保护外，也有研究者设计了基于 PLC 的刮板输送机的链条保护系统，其工作原理是在刮板输送机上设置了链条张力采集系统和张紧轮反馈调节装置，采集系统收集链条在实际运行中的张力并将数据反馈给 PLC 控制系统，控制系统通过反馈调节装置使得链条的张紧力维持在最佳状态[7].该系统能够在一定程度上减少链条在运行过程中由于张力不适宜而引发的故障，但无法完全避免故障发生，出现问题后仍然需要对链条进行拆卸维修。

　　刮板链条的故障检测系统能够在实际生产中进行实时监测与报警，但无法避免故障的发生，因此除了对故障进行监测外，还需要进一步对各种故障进行维修，而对刮板与链条进行拆装又是维修过程中的关键环节，提升该环节的效率对于提高煤炭生产效率具有重要意义，但是国内外对于刮板链条拆装设备，尤其是自动化的拆装设备研究并不多。

　　1.2.3 刮板链组装
　　现有技术二十一世纪以来，人们对煤矿的需求增加，各煤炭企业在不断提高开采效率。煤矿生产过程中需要很多机械设备，其中刮板输送机就发挥着十分重要的作用。由于恶劣环境以及长时间的超负荷运转，都在一定程度上对刮板运输机的正常运转造成了不利影响[28].面对这些问题，煤矿企业不仅限于加强对刮板链条故障监测，同时对刮板链组装方式开始提出对策。2009 年晁鲁强等人，设计了一种新型液压链条拆装设备，如图 1-2,主要使用手动液压泵或气动液压泵提供动力，驱动油缸进行工作，能够动作迅速、简便地完成拆接链条工作，有效避免和减少了事故，提高了链条拆装效率。在这一基础上，2012 年晁鲁强等人又进行了中双链刮板链条拆装机的设计，该设备在山西等地进行了工业性能试验，能满足对链条的自动拆装要求，效果良好。随后，晁鲁强等人按照煤矿要求又开发了 CZ-630/180、CZ-764/630、CZ-830/800 中双链刮板链条拆装机，但该装置仅解决了链条的拆卸问题[29-30].

　　根据在企业的调查发现，在设备维修中心，刮板链条自动组装设备依旧是空白，刮板运输机链条的拆装一直是困扰企业的一个难题，因为没有专用设备，只能通过人工方式拆装，每次拆装都要进行人工的抬刮板、提链条等高强度体力劳动，每年累计拆装链条长度达到约4万米，随着科技的发展，现在的设备越造越大，刮板、链条都越来越重，现在最重的刮板有117kg,人工抬不动，只能在地上拖着拆装，既不安全，又效率低。操作工人由于长期从事此项工作，容易引起腰肌劳损。

　　在神华设备维修中心经过一系列设计研究，设计了一种机械组装系统，分别是链条提拉手扶车、压板搬运小车、刮板组装车和螺栓紧固手推车。如图 1-3 所示。

　　链条提拉手扶车利用杠杆原理和剪刀的原理制作而成，结构简单实用。以前，需要2 人面各执一把铁钩，面向所要钩取链环方向站立，用力向上方和身体后方提拉才能实现链条托起，配合下一穿压板动作。现在，小车前面的钩头能够轻松插入立环链条中间，只需要 1 个人即可实现链条的提拉，通过小车使用杠杆原理轻松提拉。

　　以前，由于组装的数量大，员工要长时间蹲在地上，进行刮板压条的拿取和穿入链条下方的动作，要长时间作深蹲、起立、深蹲行走和前探推入动作。现在员工只需推着刮板小车，小车的高度在员工操作时不需要弯腰即可操作，可以从远处用小车前端像铲板一样将压条铲运至安装位置，用脚顺势推入，再也不用弯腰行走和蹲起，降低员工劳动强度。

　　首先，操作人操作平衡吊控制面板上的按钮，控制平衡臂的下降，当下降到刮板的位置后，再操作电磁吸盘的控制按钮，电磁吸盘吸合刮板，然后升起平衡臂，操作人辅助推到平衡臂至链条上方，然后再控制平衡臂下降至链条，操作电磁吸盘释放，将刮板扣在链条，然后再进行下一道工序。

　　螺栓紧固手推车由一个可以手扶行走的框架作为支撑，在架子中间安装有三把位置可调的电动扳手，在电动扳手上方，分别是经过研发者长期试验的弹簧，弹簧的力度正好可以保证电动扳手可以顺利卡入螺母卡槽中，达到同时紧固，高效紧固的效果。

　　以前链条的螺栓紧固全部靠人工使用电动扳手逐个紧固，数量多，耗费时间长，且长时间弯腰作业，容易腰肌劳损，另外电动扳手震动强烈，长时间运行导致上臂发麻，缩短了紧固时间，工人不再直接接触电动扳手，只需要对准螺栓，轻轻一放即可实现紧固。螺栓紧固手推车由三个电动扳手和手推车组成，三个电动扳手电路并联，再工作时只需按动一个开关，三个电动扳手同时工作。另外手推车和电动扳手的位置经过反复调试，确保手推车自然放下时即为工作位置，减轻劳动强度，实现了单人作业[31].

　　以上为目前企业针对刮板链拆装所研制的自动组装设备的状况，根据上述的分析与理解，尽管我国的自动装配技术正在全面发展，很多技术己被广泛应用在机械制造行业中。但与国外先进的装配水平相比，在技术、装配工艺以及稳定性等方面，都存在一定的差距，也尚未满足越来越大的市场以及生产需求。同时存在以下不足之处：

　　（1）针对某些特定复杂化的产品，核心装配工作及装配部件需人工手动组装完成，人工装配精度无法保证、可靠性低。

　　（2）市场需求量日益增长，人工组装劳动强度大，难以与机器制造生产速度相匹配。

　　煤矿行业内部各个企业竞争严重，但缺乏对刮板链核心组装技术的研究。

　　（3）从国外引进的自动化装配生产系统性价比低，组装效率不高、且不便于优化完善。

　　因此，设计研究适用于不同规格的刮板链自动组装装配设备，填补国内外的空白，具有良好的发展前景和现实经济效益[32].根据刮板链条拆装的工作要求以及刮板链的结构特点，对自动化组装中的关键设计技术进行研究和应用，设计开发出一套控制程序实现刮板链条的自动组装，准确的执行拆装动作的可靠生产设备。不仅提高了工作效率，而且极大节省了人力物力，使整个工作过程有数据可查，充分解决纯粹的手动拆装方法的不足。这不但能减少煤矿设备维修过程中的周期、而且对煤矿企业的生产效率有着重要意义。

　　1.3 研究思路

　　对矿用刮板链条自动拆装设备的设计研究，就要从刮板链条组装的工作流程出发，逐步分析组装过程中的顺序步骤、以及难点问题。通过对设计方案的研究比对，确定最终设计方案。然后对设备各系统机械结构进行设计，并通过 UG 软件对所设计的零部件建模，对各机构进行虚拟装配，检查设计当中的不合理部位及干涉情况。通过模拟装配也可进一步验证设计当中的尺寸和安装问题，对关键部件进行强度设计以及有限元模拟分析，解决各装置设计问题后，对整体设备的安装情况进行模拟安装，解决安装过程中设备其余问题。然后对重点装置进行加工试验，试验所设计装置能否在系统控制下实现对刮板链拆装的各个动作。图 1-4 所示为全文的研究思路框图。

　　1.4 论文研究内容

　　本论文通过对刮板链条拆装的现状以及存在的问题进行调研，在查阅相关机械结构设计方法与自动化控制理论资料的基础上，对现有的自动化组装技术与组装对象的特点进行分析，旨在开发出一套让刮板与链条能够准确、快速的进行装配的设备，解决传统的刮板链组装效率低，劳动强度大、自动化程度低、安全隐患高等问题。本论文具体研究内容如下：

　　（1）根据组装任务与要求，以不同规格的刮板链作为研究对象，结合现存的刮板链组装技术在实际应用中的问题，有针对性的地对刮板链自动拆装设备总体方案进行设计，通过几种设计方案的比较研究，确定设备设计方案，并分别确定机械结构、传送部分、辅助部分及控制部分的实施方案。

　　（2）为了保证设计效率，便于检查和优化，结合一机多用，模块化等产品设计学方法，对组装系统结构进行了有序划分，主要根据任务不同划分为连接螺栓拆卸紧固装置、和刮板与链条拆装装置，对各个装置进行了机械结构设计，并对各装置中的零部件进行分解建模以及组合装配，检查优化机械结构，确保各装置机械结构能够满足所设计的拆装动作。

　　（3）对各工位装置中关键的执行部件和受力部件进行计算分析，连接螺栓拆卸装置中主要通过强度计算选取连接杆直径，以及材料特性分析选择连杆材料。刮板与链条组装装置当中通过对受力连接架的模型建立，有限元分析，研究其应力应变，确保机械运转时的结构强度。

　　（4）对传送部分的机械结构进行设计，主要包括刮板上料机构、刮板和链条向前传送时的导轨机构。根据组装生产线的生产需求，并结合工艺流程，对设备的整体安装进行了设计，通过对设备虚拟装配安装，检查优化安装设计当中存在的干涉及其他问题。

　　继而从各个工作模块单独调试到整体联合调试，以验证设备整体设计方案的可行性和可靠性，机械结构方案的可行性和可靠性，总结出调试过程中过遇到的问题和解决方法。

　　从而对设备进行不断的完善和改进，以满足生产需要。

　　1.5 论文创新点

　　论文对刮板链自动拆装设备进行设计和研究，主要的创新点有：设计的连接螺栓拆卸紧固装置，通过设计计算，选取满足要求的螺纹连接杆安装于装置内，达到自动对准螺栓以及平衡电机减速器力矩的作用；对刮板链条自动拆装设备进行了完整的生产线设计，填补了国内外在刮板链自动拆装技术上的空白，为企业安装刮板链自动拆装设备提供了支持。

　　第二章 矿用刮板链条自动拆装设备总体方案设计

　　2.1 刮板链自动拆装设备设计方案分析

　　2.1.1 刮板链自动拆装设备组装对象分析

　　2.1.2 设备设计方案研究

　　2.1.3 刮板链自动拆装设备设计划分

　　2.2 组装系统结构设计方案

　　2.2.1 连接螺栓拆卸和紧固装置

　　2.2.2 刮板与链条组装装置

　　2.3 传送系统结构设计方案

　　2.4 辅助系统设计方案

　　2.5 控制系统方案确定

　　2.5.1 控制系统的任务与要求

　　2.5.2 控制单元和人机界面的选择

　　2.5.3 执行机构的确定

　　2.6 本章小结

　　第三章 刮板链自动拆装设备组装系统机械结构的设计

　　3.1 设计工作的基本流程

　　3.2 连接螺栓拆装装置结构组成

　　3.3 连接螺栓拆卸装置工作原理

　　3.4 连接螺栓同时拆卸问题分析

　　3.5 连接螺栓紧固问题分析

　　3.6 电机减速器选取

　　3.7 刮板链自动组装装置的结构组成

　　3.8 刮板链自动组装装置工作原理

　　3.8.1 刮板上下打开过程

　　3.8.2 整体平移

　　3.8.3 刮板与链条组装

　　3.9 本章小结

　　第四章 装置机械结构设计计算

　　4.1 连接螺栓拆卸紧固装置计算分析

　　4.1.1 连接杆选材

　　4.1.2 连接杆直径计算

　　4.2 爪手背靠板计算校核

　　4.3 构件有限元分析

　　4.3.1 ABAQUS 软件

　　4.3.2 ABAQUS 分析步骤

　　4.3.3 组装装置连接架分析过程

　　4.3.4 分析结果

　　4.4 本章小结

　　第五章 传送机构设计及设备安装调试

　　5.1 链条铺设和刮板导轨的设计

　　5.1.1 链条铺设

　　5.1.2 刮板导轨

　　5.1.3 链条导轨与刮板导轨的组装

　　5.2 推料机构的设计

　　5.3 设备整体安装设计方案

　　5.4 设备整体工作过程分析

　　5.5 设备加工调试

　　5.5.1 整机调试运行

　　5.5.2 组装生产试验和运行结果分析

　　5.6 本章小结

第六章 结论与展望

　　6.1 结论

　　本文根据生产要求，对矿用刮板链自动拆装设备的机械结构进行了设计研究。设备的动力源选用气缸和电机，设备以 PLC 为控制核心，可通过触摸屏对设备进行调试并实时监测设备的运行情况，设备的主要动作装置基本实现了刮板链组装的动作要求，研究得到了以下几方面的结论：

　　（1）通过对连接螺栓拆卸工作的分析研究，设计了专用于刮板链连接螺栓拆卸和紧固的装置，通过设计计算，选取满足要求的螺纹连接杆安装于装置内，达到自动对准螺栓以及平衡电机减速器力矩的作用。分析了该装置与其他模块的组合装配和使用，解决了刮板链连接螺栓的拆卸和紧固问题。

　　（2）通过对组装过程复杂工序流程的研究，将刮板链组装过程模块化划分，设计了刮板与链条组装装置，解决了刮板后再与链条组装的匹配问题，同时也通过横梁行走机构解决了刮板下部分向下打开时与预铺设的链条干涉问题，以气缸作为主要执行机构，完成对刮板的夹紧、以及刮板链拆装时的上下升降动作。

　　（3）通过 UG 对设计的设备机械结构进行模拟装配。同时对关键零部件进行了尺寸计算，对装置当中易发生弯曲的构件进行了计算校核，并利用有限元分析软件重点受力部分进行了应力应变分析和变形分析。验证了机械结构设计的安全性和合理性。

　　（4）针对传送机构中的物料供给、链条铺设、和刮板行走过程，设计了推料机构、链条拉直铺设机构和刮板导轨机构，对机构进行建模装配以及组合装配，解决了刮板上料、链条铺设和刮板行走的问题。按顺序对设备其他装置进行模拟安装，检查整体组装线中的干涉问题，为设备安装和组装线铺设提供了支持。

　　（5）最后，完成相关零部件的制造加工和设备的安装、接线等，并进行了调试生产。

　　分析运行结果当中出现的问题，根据各项问题对机械设计结构加以改进和优化。试验验证了设备各装置满足拆装需求，达到设计的目的。

　　6.2 展望

　　由于本人学识水平有限，对刮板链条自动拆装设备的研究设计当中，还有以下几个方面的不足之处，需要进一步的完善。

　　（1）由于该设备应用的特殊性，刮板尚可通过人工抬取，因此在文中，仅对设备中几组工位装置进行了加工，而针对链条铺设等其他机构，并不能在实验条件下进行加工试验，因此，整体组装线的实际应用情况随着后续投入生产而定，具体生产问题需根据企业的反馈，进行协商改进。

　　（2）机械结构部分还可优化，可通过考虑改进各个工位的布局，调节缓冲工位距离，调整各个工位的工作时间，进一步提高组装速度和效率。

　　（3）由于本论文研究时长有限，且对部分装置进行加工试验，因此装置当中的部分机构不够精巧细致，只满足了实际应用需求，并未考虑总体重量以及设备在实际安装时的重量问题。

致谢

　　行文至此，落笔为终，七载青春打马而过，往事浮现眼前，感慨万千。始于 2014 年金秋，终于 2021 年盛夏，在这座充满活力的校园中，留下的是青春和沉甸甸的收获，纵使有万千不舍，但仍心怀感激！

　　桃李不言，下自成蹊。感谢我的指导老师周好斌教授，得幸遇到周老师，从选题到设计大纲及后面多次修改的论文，每一部分都离不开老师的指导和帮助。同时感谢课题组的徐向前老师，以及学院的夏润兰老师。饮其流时思其源，成吾学时念吾师，在此衷心的感谢周老师以及给予帮助的院系所有老师们。

　　平生感知己，方寸岂悠悠，感谢我的室友张彬华、胡晓彤、宋鹏迪，感谢你们一直以来对我的包容与关怀，陪我熬过很多艰难的时期。感谢其他课题组的同窗好友刘健、雷博、吕志勇等，在我的论文完成期间帮助我很多。以及同课题组的路超超和贺艺博，一起努力解决了很多实际工程问题。感谢所有帮助我，给予我善意的同学们，祝我们都前程似锦！

　　感谢我的父母 20 多年来对我无微不至的照顾，感谢他们在背后默默支持，他们的无私奉献和爱是我前进的动力，祝愿我的家人们身体健康！

　　山水一程，三生有幸，西安石油大学，后会有期！

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