果园双轨运输机的钢丝绳张紧装置设计书

果园双轨运输机的钢丝绳紧装置设计书1.2 研究的目的与意义目的：本课题是对果园双轨道运输机钢丝绳紧装置设计，其目的是能够较好的解决该类型运输机钢丝绳变长松弛无常运行等问题。

意义：钢丝绳紧装置是双向牵引式果园双轨运输机的核心部分，紧装置的好坏将直接整个运输机的性能，所以，对其研究具有非常重要的意义。

另外，本课题适应当前实际应用要求，具有结构简单、易操作、能耗低等优点，对其它各装备紧技术的应用具有参考价值。

1.3 运输机紧装置国外研究概况现阶段我国在农业轨道运输方面的研究应用还比较少，特别在山地轨道运输方向，发展速度还落后不上国际水平很远，依旧处于低水平层次，并且对其的大部分研究还在试验方面[7]，不过，我们可以借鉴其他的轨道运输的发展来研究推进山地果园的轨道运输机的发展。

如近年来，我国对山地果园运送机械的研究,研发了固定式双轨运输机、单轨运输机和无轨运输机、自走式大坡度双轨运输机、链式循环索道运输机等[6]。

但是,国外系列机型均需按果园实际坡型试制、户外施工难度大、制作周期较长、难以实现企业标准化批量生产[6]。

另外，该系列运输机无法搬移,且设备利用率较低。

针对这些问题，目前有一种可拆装、操作简单和质量轻便的拆装双向牵引式双轨运输机，但针对此种双向牵引式双轨道运输机，在运输机启动、稳定运行、制动过程及各种复杂路况下钢丝绳发生蠕变，使钢丝绳变长而松弛，故，紧装置就显得异常重要。

由于对各式运输机而言，其紧装置都非常重要，所以已经有许多专家学者对它进行了充分的研究，并将其发展概况大致归纳为下面几个阶段[3]：第1阶段，属于纯机械式紧阶段。

这个阶段的紧装置有：螺旋式紧、重锤式紧、固定绞车式紧。

其中，重锤式紧主要由滑轮组和重锤块组成的系统拉动整个驱动装置实现对绳变长松弛的补偿而达到拉紧目的。

特点是当绳伸长时，能够很好的自动吸收绳的伸长。

而螺旋式紧和固定绞车式紧其在运输机工作过程中它的位置是不变的。

因此，当绳发生紧力下降而松弛时，只能通过人工调节紧。

[3]第2阶段，紧力半自动式。

机械绞车紧装置则是这个阶段的主要产物，但其只能在运输机稳定工作时自动紧，使稳定工作时的牵引绳力维持恒定，而在启动、制动及其他不稳定情况下紧力则不能调节。

其特点是在结构上带闸开关，紧与停止时分别对应闸松开与闸关紧。

机械绞车紧装置工作的时间较短，主要是其停车等待状态占据大部分时间。

[3]第3阶段，属于紧力自动可调阶段。

该阶段主要有：液压缸自动紧和液压绞车自动紧，如国外常用的 KJ2029 型矿用运输机自动紧装置、YZL型液压绞车自动紧装置、澳大利亚 ACE 公司生产的 APW 型自动紧装置等，这类紧装置能根据各种情况自动调整牵引绳的紧力，特点是其结构上不带闸，但不能停机，故其耗能大，不经济。

液压缸式紧则是蓄能器和液压泵一起运行的原理。

[3]1.4 紧装置的分类运输机紧装置据其工作方式的异同可分为：①固定式紧、②重锤式紧、③自动式紧[3]。

（1）螺旋式紧装置和固定绞车式紧装置均属于固定式紧。

其中，螺旋紧装置其组成由螺母螺杆的螺旋副拉动整个驱动装置实现对钢丝绳变长松弛的补偿。

当螺杆转动时，固定螺母与可动机架同时前行或后退，使牵引绳紧或松弛。

其优点是结构简单，缺点是紧行程过小，可用于较短距离的运输机。

螺旋紧时，牵引绳拉长松弛后，其不能实现自动紧；螺杆和滑道之间可能会被灰尘堵塞或因螺杆生锈，导致螺杆转动不灵敏或无法调节；而长时间使用容易磨损，发生弯曲等问题，所以调节螺杆不能太长，故，影响紧行程的调节；而固定绞车紧装置，其的绞车通常依靠蜗轮蜗杆减速器带动卷筒缠绕钢丝绳从而实现对运输机的紧。

固定绞车紧装置虽体积小但紧力大，因此被广泛用于煤矿井下的运输机中；缺点是只能依据需求进行调节，而且调节好以后其紧力不能改变。

所以，当胶带或牵引绳由于绞车或控制系统发生问题产生时，紧力不能得到及时的调节，故其安全可靠性功能方面相对较低。

[3,8,9]（2）垂直重锤和重锤车式均属于重锤式。

而垂直重锤式又包括单重锤式和多重锤式[3]。

它们都是靠重锤块自重紧，故可以及时使牵引绳重新紧。

但其建塔花费较高，而且对空间要求也大；此外，紧装置若下方堆满杂物，不能及时清理，重锤块将会被托起而实现不了紧；因靠人工增减重锤来调节牵引绳力，故调节操作不方便且不太准确[2]。

而重锤式小车紧，则靠重锤块通过绳索牵引小车实现紧，它也有占据空间大、现场管理不方便等缺陷。

（3）自动式紧。

随着科技的日益发展，在近代运输机机中被广泛应用的是更好用的自动式紧，其既可以使运输机方便布置，又能自动及时补偿牵引绳的拉长松弛。

自动式紧根据其驱动形式的异同，可将其分为电驱动绞车紧和液压驱动油缸紧。

电驱动绞车紧装置特点是配有力传感器，检查牵引绳的力，当牵引绳力变化超过运输机正常工作的围时，装置快速响应进行调节以保证运输机的正常工作；由于受传感器质量、机械系统惯性及信号延迟等因素影响，自动式紧有误操作情况，其使用效果受一定影响。

而液压驱动油缸紧是根据油缸对紧卷筒施加力，可依据运输机工作的需要及时对紧力的大小进行调节，但需要液压站和油缸一直处于运行状态，这将使功耗加大。

[3,9]1.5 本设计的主要容和重点本设计主要是研究果园双轨道运输机钢丝绳紧装置基本原理和设计，以山地双轨道运输机为对象，并根据运输机对紧装置的要求，设计出符合要求的紧装置。

论文主要包含以下容：（1）阐述果园双轨道运输机、紧装置的基本原理；（2）选择紧方式（手动、半自动、自动）和选择紧装置（重锤式、绞车式、螺旋式）；（3）分析运输机对紧装置的要求；（4）结构设计与分析；（5）三维建模并生成二维图纸；（6）动画仿真；其中重点研究容为：（1）结构设计与分析；（2）三维建模。

1.6 研究方法与技术路线图（1）文献研究法通过查阅大量文献资料，从而了解果园双轨道运输机钢丝绳紧装置发展历史和国外研究现状，以此确定研究方向；并且形成对园双轨道运输机钢丝绳紧装置的一般认识；了解紧系统的结构；对比各种不同的应用平台紧装置的特点。

（2）软件分析法利用PRO/E、CAD等相关软件进行仿真实验、辅助建模和分析。

（3）技术路线图如图1-1所示。

图1-1 技术路线图第二章整体结构设计与关键参数确定果园双轨道运输机是一种新型的农用机器设备，它的主要功能是实现偏远坡地果园农资、果品的省力化运送。

众所周知，我国南方许多山区地形复杂，有时坡地倾斜角度大、土质松散，加之果树种植较多，农用车辆行驶其中非常困难，而且果农在如此复杂地形操作车辆兼具危险性。

所以，轨道运输机的出现便应运而生。

它的轨道不仅不受地形、坡度、土质的影响可以实现自由铺设，而且配合所设计的轨道运输车，既保证果农的安全性，又可以很方便的使各种运输难题迎刃而解。

果园双轨道运输机钢丝绳紧装置主要作用是实现在运输机在开始启动、正常运行、紧急制动等过程及各种复杂路况下钢丝绳发生蠕变，使钢丝绳变长而松弛时，保证保证钢丝绳的紧状态，所以它的性能好坏将直接影响运输机的整体运输性能。

本章主要对紧装置的构成、原理及其运行系统进行计算和设计。

2.1 设计方案的比较与选择设计方案一：紧方式采用重锤式，其组成由滑轮组和重锤块拉动整个驱动装置实现对钢丝绳变长松弛的补偿。

设计方案二：紧方式采用螺旋式，其组成由螺母螺杆的螺旋副拉动整个驱动装置实现对钢丝绳变长松弛的补偿。

方案比较：（1）重锤式紧方式是利用重锤块自重进行紧，所以能自动抵偿钢丝绳的拉长，但其基建费用高，经济性较差，对空间要求大，不太便于现场管理和布置；而且考虑到紧装置下方如果被杂物堆积不及时清除，杂物会将重锤托起而起不到对运输机紧的作用；由于是依靠人工手动增减重锤来调节钢丝绳紧力，所以调节不太准确且操作相对困难。

（2）螺旋式紧方式是通过将电机、减速器、滚筒等整个驱动装置安装在可移动架子上，整个驱动机架又可在导轨上滑动。

其原理是当旋转螺杆时，机架上的螺母与机架一起前进或后退，实现紧或放松。

其特点是结构简单，易操作且经济性好，其缺点式螺杆和滑道之间偶尔会被杂物堵塞或因螺杆生锈，导致螺杆旋转调节不太灵敏；但好在果园双轨运输机的紧不需像皮带紧那样要求严格，手动调节即可。

方案的确定：综合以上的特点及重锤式紧的缺点再结合运输机工作的地点在较偏远的山村，考虑到经济性占较大比重，故在本次设计中，选择螺旋式作为紧装置的选择方案。

2.2 紧装置的螺旋传动机构设计与参数确定2.2.1 螺旋传动的概述螺旋传动的原理是通过螺杆和螺母所组成的螺旋副来达到传动要求的[11]。

其作用是把回转运动巧妙地变为线性运动，于此同时，将运动形式和力传递出去。

依据螺杆和螺母的运动情况，可将螺旋传动的运动方式，大致分为下面两种：（1）如图2-1(a)所示，螺杆原地转动，螺母实现直线移动，多见于机床的进给系统中；（2）如图2-1(b)所示，螺母固定，螺杆转动并实现直线移动，多见于螺旋起重器（千斤顶，图2-2）和螺旋压力机中。

[11,12]又，按其用途不同分类，可分为如下类别。

图2-1 螺旋传动的运动形式图2-2 螺旋起重器（1）传力螺旋它以传递动力为主。

该传力螺旋，其在工作时其螺杆会承受较大的轴向力，通常是间歇工作，工作速度不高，而且每次工作时间亦短，一般本身需要具备自锁能力[11]。

（2）传导螺旋传导螺旋用于传递运动，偶尔也要求能够经受轴向载荷。

它需要连续工作较长时间，对速度要求也较高，所以传动精度需求也高。

（3）调整螺旋仪器、机床或测试系统中用的就是调整螺旋，它只用于调整零件位置不常转动，空载荷下才调整。

依据螺旋副磨擦性质，螺旋传动还可分成：①滚动螺旋；②滑动螺旋；③静压螺旋三类。

滑动螺旋的构成最为简单，易于制造，又便于自锁，应用围最广，但它的首要缺点是由于磨擦阻力太大，导致其传动效率很低，传动精度不高，磨损加快等[11]。

与此相比，滚动螺旋和静压螺旋就更好，它们的摩擦阻力小，传动效率高，但缺点在于结构过于繁杂，对技术要求高，尤其是静压螺旋，还需用到供油系统。

所以，滚动螺旋和静压螺旋一般只在要求高效率、高精度的重要螺旋传动中才会采用，如精密机床，自动控制等系统中的螺旋传动。

2.2.2 螺旋装置的结构设计本次设计的螺旋装置主要起紧作用,它由螺杆，螺母的固定以及支持部分构成，其中，固定的螺母部分，其结构采用的是整体螺母，即支撑机架上加工螺纹，这样的优点是简洁美观。

2.2.3 螺杆螺母的选择针对螺旋装置，为了保证螺杆的耐用性，其材料要有足够的强度和耐磨性，而螺母材料除了上述要求外，还需要考虑其在配合螺杆运动时的摩擦因数，当然，摩擦系数越小越好。

故，查阅螺旋传动常用材料表，本次螺杆材料选用65Mn ，螺母材料选择铸铝青铜[11]。

2.2.4 螺杆的受力分析根据整体卷扬机的总重250kg ，对螺杆的受力分析如下图图2-3 螺杆受力分析图故，根据受力分析，有螺杆所受的轴向力为F =f =umg=0.18×250×9.8=441N其中，u 为导轨和滑槽的摩擦系数，见表2-4。