礦用刮板鏈條自動拆裝設備機械結構設計研究

摘 要

　　刮板鏈是刮板運輸機中的重要零部件，隨著煤炭市場需求量的不斷增加，對刮板鏈的需求也在快速增長。刮板鏈由于體積龐大，拆裝工序繁瑣等因素，其組裝依舊停留在人工裝配階段，導致刮板鏈組裝效率低、工人勞動強度大、易引發安全問題。本論文基于企業對不同型號刮板鏈裝配的需求，結合材料加工成型、機械設計以及自動化控制方法，研制出一套集上料、刮板螺栓拆卸、刮板打開、鏈條組裝與螺栓緊固等為一體的自動拆裝設備。

　　首先，論文在對刮板鏈條拆裝設備的結構和零部件組成進行分析研究的基礎上，結合自動化控制的相關理論，完成對設備系統總體方案的設計。并對每個自動組裝單元功能進行了劃分，分別對各個單元具體工序流程、機械結構進行了設計分析。然后，利用UG 軟件對設備中的各裝置零部件進行建模，首先對各零部件分解建模再對裝置進行虛擬裝配，檢查設備機械結構在設計上是否發生了干涉，其次修正其中的錯誤，對其中主要執行機構和零部件進行了尺寸計算和強度計算，并利用 ABAQUS 對其進行強度校核，以及的對主要受力部分進行應力分析，來預測零件的受力和變形情況。通過設計的傳送機構、連接螺栓拆卸緊固裝置、刮板與鏈條組裝裝置，實現了設備的自動化拆裝。最后，完成相關零部件的制造加工和設備的安裝、接線等，并進行了調試生產。分析運行結果，根據調試生產結果對機械結構做出改進。實驗表明，設計設備各裝置運行可靠，滿足了刮板鏈拆裝的需求，達到了設計的目的。

　　關鍵詞：刮板鏈條 螺栓緊固 結構設計 自動組裝

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 錄

　　第一章 緒論

　　1.1 研究背景及意義

　　隨著我國煤礦機械現代化水平的不斷提高，煤炭開采方式的不斷更新，開采方式從以前的人工開采到現在的綜合機械自動化開采。未來開采將以智能化、自動化模式為主導。煤炭企業針對機械設備維修的自動化程度也在不斷提高，從而降低成本和提高生產效率。當前采煤工作面內，刮板輸送機運送煤和物料，同時也是采煤機的運行軌道。刮板鏈作為刮板輸送機的主要組成部件之一，在刮板輸送機內主要負責刮推輸送槽內的物料，也能起到傳遞動力和導向牽引的作用，主要由圓環鏈、刮板、連接環和螺栓組成，圖 1-1 為調研時刮板鏈現場圖。

　　刮板輸送機是通過電機驅動鏈輪軸組，從而帶動刮板鏈條進行移動，以完成煤炭運輸，但惡劣的工作環境不可避免會使其運行發生故障。刮板鏈是刮板輸送機最薄弱的環節。根據相關統計數據，刮板輸送機在礦井下的事故發生率約占整體設備故障率的 40%,因刮板鏈的故障而引發的事故就高達一半以上。且其維修處理所需的時間周期比較長、消耗的人力財力物力大，造成綜采面上煤炭的生產無法正常進行，嚴重情況下甚至于威脅人的生命安全[1-2].在煤炭工業高速發展和煤炭需求量多的大背景之下，如今我國各煤礦對刮板輸送機的需求量很大，但刮板輸送機中的重要組成部件，刮板鏈條組裝技術不夠完善，自動化程度較低。目前各企業依舊采用人工拆裝，刮板擺放和鏈條鋪設都是人工搬運完成。調查結果表明，人工拆裝難以達到大批量連續組裝，也不能保證可靠的生產效率。

　　據資料統計，在現代制造過程中，約有 30%的人力用于裝配作業，裝配作業所耗成本占產品制造總成本的 40%-70%[3-4].由于市場競爭的日益激烈，傳統的組裝方式已經不能滿足企業發展的需求。在此背景下，各行業的企業為了提高競爭力，位于行業的發展前列，不得不加強對自動組裝技術的研發，不斷引進先進的組裝技術。近年來，各煤礦企業開采量的不斷增加，刮板輸送機工作面長度的不斷增加，鏈條的長度和刮板的數量也不斷增加，一個工作面鏈條幾百米，刮板數量上百個，組裝時對刮板在鏈條上的裝配位置有嚴格的要求，故實現組裝自動化的意義在于提高組裝作業的工作效率，減輕工人的勞動強度，并降低人工組裝的成本等。也是當代煤礦企業生產中急需解決的問題。

　　目前，相比于傳統的人工組裝裝配，自動化設備結合現代控制技術更能適應快速發展的市場以及產品多樣性的需要，能較好地解決手動和半手動組裝工作當中存在的關鍵問題�；�于以上的原因，本論文以刮板鏈為研究對象，針對其在組裝過程當中，存在勞動效率低、勞動強度大、組裝成本高、安全隱患大等方面的問題，設計研究刮板鏈的自動化組裝，在滿足安全、可靠、高效等前提原則下，研究設備代替人工拆裝，實現自動化裝配的工作目的。

　　1.2 國內外研究現狀與發展趨勢

　　1.2.1 自動化裝配組裝發展概況

　　二十世紀以來，隨著現代制造水平的突飛猛進，在產品的加工制造生產方面已經基本實現了自動化生產模式，但因為裝配組裝工作，往往需要考慮產品的復雜情況、組裝方式、多樣性、以及精度等其他因素，因此自動化組裝裝配的發展要比自動化生產緩慢很多。在發達國家，由于人工成本較高，在制造業生產的過程中使用人工組裝裝配時的成本太高，促使其重視裝配技術的研究與改進，旨在使用自動化的組裝生產，提高組裝裝配的技術，降低組裝過程中的人工勞動成本，同時改善人工勞動條件、提高生產效率[5]. 自 1914 年，美國福特汽車公司著手建立生產流水線以來，在滿足產品裝配質量、生產效率等前提下，對流水線總裝式的大批量生產模式，不斷改進完善現有的技術，實現不同批次產品零部件之間的互換性，為自動裝配發展開辟了道路[6]. 在 1960 年初，由于一些小型產品廠家的生產需求，自動化裝配技術開始了快速的發展，鐘表儀器，電機電器等結構較為簡單的產品率先進行了自動化裝配的嘗試。在自動化裝配發展的初期，自動裝配生產線基本是一種功能較為單一的機械設備，只能針對特定產品進行裝配生產，在研究開發過程中成本較高，整體也缺乏了靈活性以及多功能適應性，在生產中的實用性并不高。隨著科技的繼續發展，為了改善上述這一情況，獲得更好的經濟效益，基于實際裝配過程的工況，引入了一種模塊化設計的概念。即在對所設計的自動裝配設備的功能充分了解的基礎上，通過對各個工作流程進行相對獨立的模塊化劃分或者組合以后，形成針對各個模塊的裝配生產線或者裝置，即用較小的設計成本與周期，來滿足實際的生產應用需求[7].當進入 1970 年以后，制造業的不斷發展，迎來了其黃金時期，各個企業為了在行業當中的優勢，對自動裝配不斷提出更高的要求。

　　通過不斷的引進先進的技術，改善裝配生產設備和流水線的技術水平，將裝配作業逐漸發展到了半自動化和全自動化的水平。

　　1980 年開始，市場需求不斷變化，老齡化不斷加劇，市場勞動力資源極為緊張，此時對自動裝配生產線提出了更高的要求，在靈活性、穩定性等方面有了更大的需求[8].

　　隨著進一步的發展，由于機器人的通用性和可編輯性，因此迅速進入了裝配作業當中，形成了規模較大的裝配生產線[9].就當前而言，各個發達國家基本已經制造了相對較為完善的自動裝配生產線及設備，可應用在不同類型產品的組裝生產需求，具有了在各領域通用的規模。大多數自動組裝都應用在了儀器儀表制造、電機產品、航空航天、汽車制造等行業[10-11].

　　與發達國家相比，我國在自動裝配作業上的起步較晚，無論是在技術以及規模上，都與發達國家有較大的差距，1950 年后期，在國家大力推進產業改革和技術升級的情況下，各企業陸續引進和改造針對儀器儀表等小型產品的自動裝配設備和生產線。而在較為高端的行業，由于起步較晚，設計研發基礎較差，大多只能引進國外的自動裝配技術，進行改造或者共同生產。自主設計的裝配設備及生產線，往往結構復雜，在重量以及外形上都較為龐大。

　　1978 年以后，改革開放下的企業不斷地引進學習，改造設計，我國的自動化裝配技術得以迅速的發展進入下一階段，在自動裝配設備和生產線的規模、靈活性、使用性能等方面都有了顯著的提高[12].目前，隨著國內研究從事自動化技術的科技隊伍不斷壯大，一些企業與高效人才合作，從實際生產出發，設計研制了許多自動和半自動裝配生產線。

　　如手表機芯自動裝配生產線[13]、漏板漏嘴自動裝配機[14]、汽車散熱器芯體全自動裝配機[15]等。這些裝配設備及生產線大多應用于實際生產當中，取得了良好的經濟效益，但對于許對工序復雜，零部件復雜笨重的產品來說，仍面臨很多問題需要去改進和解決。我國目前在半自動和全自動裝配生產線以及設備的設計研發中，尚且有很多不足之處，有時在裝配過程中還需要人工的參與和配合、研發周期長、組裝的效率較低、穩定性和安全性不可靠等，因此需要不斷的進行改進，而保證裝配工作的連續性和可靠性[16].

　　自動裝配作業是實現自動化生產發展的重要轉折點，但就目前來看，國內外在現代制造產業中，裝配組裝方面的自動化程度是遠遠低于機械制造加工的自動化程度，在科技迅猛發展的今天，對各企業來說，自動化裝配組裝發展才能帶動企業的發展。實現自動化、現代化、機器化的組裝裝配生產線以及組裝裝配設備是 21 世紀各個行業的必然趨勢[17-20].

　　1.2.2 刮板鏈國內外研究現狀

　　我國礦用刮板輸送機經過 70 多年的發展，已經由上世紀三四十年代的可拆卸的機型如 SGD-11 型，發展到 20 世紀四十年代可彎曲的機型，如 SGW-44 型，該類型相比于可拆卸的機型，其運輸量有所加大，同時能夠適應更多的工作環境，且移動時更加便捷，到 20 世紀 60 年代左右，大功率重型刮板輸送機出現，如 SGD-630/180 型[21].現階段，我國已經具備了自主研發生產刮板輸送機的技術，國產機型的各項性能也逐漸優化，慢慢取代了實際生產中的進口設備，大大降低了生產成本，提高了生產效率[22],刮板輸送機也在朝著自動化、智能化、無人化的方向發展。根據刮板輸送機的刮板鏈結構不同，可以將其分成 3 種類型，分別是雙邊鏈刮板輸送機，這是目前最常見的機型，其適用的范圍較廣，能夠承受更高的張力，但兩條鏈容易因為受力不均發生跳鏈、斷鏈事故，代表機型有國產的 SGW-250,進口的 MRG-SL90 等；第二種是雙中鏈刮板輸送機，該機型的鏈條位于設備溜槽中部，相比于第一種機型，雙中鏈機型的兩條鏈受力會更加均勻，不易發生斷鏈等故障，代表機型有國產的 SGX-730-320,進口的 PFIV-600 等；第三種是單鏈刮板輸送機，該機型僅一條單鏈，相比于前兩種機型，其運行過程中不會出現鏈條受力不均的問題，溜槽的可利用面積更大，但它的預張力過大，導致摩擦力增大，容易造成能量的過多損耗，代表機型包括國產的 SGWD-250 和德國的 EKF-HB280 等[23].

　　雖然刮板輸送機型號、種類眾多，故障發生率也很高，但國內外對于礦用刮板鏈條的拆裝設備的研究并不多，大多數的研究都集中在對刮板與鏈條的故障檢測系統上，也設計出了很多檢測刮板鏈故障的系統，常用的故障檢測方法有 3 種：

　�。�1）震動檢測法：刮板輸送機在正常運轉過程中有著固定的振動頻率，故障發生時震動頻率會相應的改變，所以只需要檢測設備運轉過程中的震動頻率，通過分析就能獲得相應的故障信息，但是該方法誤差較大；（2）電機檢測法：刮板輸送機發生故障時，電動機的輸出頻率會改變，因此可通過監測電機的電流來獲取故障信息；（3）接近開關檢測法：可以通過在設備的機頭、機尾等位置安裝接近開關，檢測其在刮板兩側的相對位移，進而獲取故障信息；這三種故障檢測方法在實際應用過程中，都會由于現場環境的影響而出現各種誤差，因此單單用一種檢測方法可能無法滿足現階段的生產需求，可以將不同的方法組合起來應用，提高故障檢測的精度[24-25].此外，在智能化生產的背景下，越來越多的故障檢測技術應運而生，如基于小波分析和神經網絡的故障診斷法，該方法是以位移傳感器測量刮板輸送機的刮板鏈的節距、刮板長度、厚度以及彎曲程度等參數，將參數過濾后，根據對各個參數預設的臨界值采用小波分析法進行數據分析，再通過 RBF 神經網絡模型對故障做出診斷[26].

　　在綜采工作面中，刮板輸送機的鏈條是最常出現故障的部位之一，而鏈條張力又是造成故障的最主要因素，因此對于張力的檢測尤為重要�，F階段常見的刮板鏈的張力檢測系統主要由三部分構成，分別是張力監測裝置，無線通訊裝置和數據接收裝置，由張力傳感器收集鏈條在運行中的張力數據，經過無線通訊裝置將數據傳輸到上位機，實現對張力數據的實時顯示[27].除了采用張力檢測系統實現對鏈條的檢測與保護外，也有研究者設計了基于 PLC 的刮板輸送機的鏈條保護系統，其工作原理是在刮板輸送機上設置了鏈條張力采集系統和張緊輪反饋調節裝置，采集系統收集鏈條在實際運行中的張力并將數據反饋給 PLC 控制系統，控制系統通過反饋調節裝置使得鏈條的張緊力維持在最佳狀態[7].該系統能夠在一定程度上減少鏈條在運行過程中由于張力不適宜而引發的故障，但無法完全避免故障發生，出現問題后仍然需要對鏈條進行拆卸維修。

　　刮板鏈條的故障檢測系統能夠在實際生產中進行實時監測與報警，但無法避免故障的發生，因此除了對故障進行監測外，還需要進一步對各種故障進行維修，而對刮板與鏈條進行拆裝又是維修過程中的關鍵環節，提升該環節的效率對于提高煤炭生產效率具有重要意義，但是國內外對于刮板鏈條拆裝設備，尤其是自動化的拆裝設備研究并不多。

　　1.2.3 刮板鏈組裝
　　現有技術二十一世紀以來，人們對煤礦的需求增加，各煤炭企業在不斷提高開采效率。煤礦生產過程中需要很多機械設備，其中刮板輸送機就發揮著十分重要的作用。由于惡劣環境以及長時間的超負荷運轉，都在一定程度上對刮板運輸機的正常運轉造成了不利影響[28].面對這些問題，煤礦企業不僅限于加強對刮板鏈條故障監測，同時對刮板鏈組裝方式開始提出對策。2009 年晁魯強等人，設計了一種新型液壓鏈條拆裝設備，如圖 1-2,主要使用手動液壓泵或氣動液壓泵提供動力，驅動油缸進行工作，能夠動作迅速、簡便地完成拆接鏈條工作，有效避免和減少了事故，提高了鏈條拆裝效率。在這一基礎上，2012 年晁魯強等人又進行了中雙鏈刮板鏈條拆裝機的設計，該設備在山西等地進行了工業性能試驗，能滿足對鏈條的自動拆裝要求，效果良好。隨后，晁魯強等人按照煤礦要求又開發了 CZ-630/180、CZ-764/630、CZ-830/800 中雙鏈刮板鏈條拆裝機，但該裝置僅解決了鏈條的拆卸問題[29-30].

　　根據在企業的調查發現，在設備維修中心，刮板鏈條自動組裝設備依舊是空白，刮板運輸機鏈條的拆裝一直是困擾企業的一個難題，因為沒有專用設備，只能通過人工方式拆裝，每次拆裝都要進行人工的抬刮板、提鏈條等高強度體力勞動，每年累計拆裝鏈條長度達到約4萬米，隨著科技的發展，現在的設備越造越大，刮板、鏈條都越來越重，現在最重的刮板有117kg,人工抬不動，只能在地上拖著拆裝，既不安全，又效率低。操作工人由于長期從事此項工作，容易引起腰肌勞損。

　　在神華設備維修中心經過一系列設計研究，設計了一種機械組裝系統，分別是鏈條提拉手扶車、壓板搬運小車、刮板組裝車和螺栓緊固手推車。如圖 1-3 所示。

　　鏈條提拉手扶車利用杠桿原理和剪刀的原理制作而成，結構簡單實用。以前，需要2 人面各執一把鐵鉤，面向所要鉤取鏈環方向站立，用力向上方和身體后方提拉才能實現鏈條托起，配合下一穿壓板動作�，F在，小車前面的鉤頭能夠輕松插入立環鏈條中間，只需要 1 個人即可實現鏈條的提拉，通過小車使用杠桿原理輕松提拉。

　　以前，由于組裝的數量大，員工要長時間蹲在地上，進行刮板壓條的拿取和穿入鏈條下方的動作，要長時間作深蹲、起立、深蹲行走和前探推入動作�，F在員工只需推著刮板小車，小車的高度在員工操作時不需要彎腰即可操作，可以從遠處用小車前端像鏟板一樣將壓條鏟運至安裝位置，用腳順勢推入，再也不用彎腰行走和蹲起，降低員工勞動強度。

　　首先，操作人操作平衡吊控制面板上的按鈕，控制平衡臂的下降，當下降到刮板的位置后，再操作電磁吸盤的控制按鈕，電磁吸盤吸合刮板，然后升起平衡臂，操作人輔助推到平衡臂至鏈條上方，然后再控制平衡臂下降至鏈條，操作電磁吸盤釋放，將刮板扣在鏈條，然后再進行下一道工序。

　　螺栓緊固手推車由一個可以手扶行走的框架作為支撐，在架子中間安裝有三把位置可調的電動扳手，在電動扳手上方，分別是經過研發者長期試驗的彈簧，彈簧的力度正好可以保證電動扳手可以順利卡入螺母卡槽中，達到同時緊固，高效緊固的效果。

　　以前鏈條的螺栓緊固全部靠人工使用電動扳手逐個緊固，數量多，耗費時間長，且長時間彎腰作業，容易腰肌勞損，另外電動扳手震動強烈，長時間運行導致上臂發麻，縮短了緊固時間，工人不再直接接觸電動扳手，只需要對準螺栓，輕輕一放即可實現緊固。螺栓緊固手推車由三個電動扳手和手推車組成，三個電動扳手電路并聯，再工作時只需按動一個開關，三個電動扳手同時工作。另外手推車和電動扳手的位置經過反復調試，確保手推車自然放下時即為工作位置，減輕勞動強度，實現了單人作業[31].

　　以上為目前企業針對刮板鏈拆裝所研制的自動組裝設備的狀況，根據上述的分析與理解，盡管我國的自動裝配技術正在全面發展，很多技術己被廣泛應用在機械制造行業中。但與國外先進的裝配水平相比，在技術、裝配工藝以及穩定性等方面，都存在一定的差距，也尚未滿足越來越大的市場以及生產需求。同時存在以下不足之處：

　�。�1）針對某些特定復雜化的產品，核心裝配工作及裝配部件需人工手動組裝完成，人工裝配精度無法保證、可靠性低。

　�。�2）市場需求量日益增長，人工組裝勞動強度大，難以與機器制造生產速度相匹配。

　　煤礦行業內部各個企業競爭嚴重，但缺乏對刮板鏈核心組裝技術的研究。

　�。�3）從國外引進的自動化裝配生產系統性價比低，組裝效率不高、且不便于優化完善。

　　因此，設計研究適用于不同規格的刮板鏈自動組裝裝配設備，填補國內外的空白，具有良好的發展前景和現實經濟效益[32].根據刮板鏈條拆裝的工作要求以及刮板鏈的結構特點，對自動化組裝中的關鍵設計技術進行研究和應用，設計開發出一套控制程序實現刮板鏈條的自動組裝，準確的執行拆裝動作的可靠生產設備。不僅提高了工作效率，而且極大節省了人力物力，使整個工作過程有數據可查，充分解決純粹的手動拆裝方法的不足。這不但能減少煤礦設備維修過程中的周期、而且對煤礦企業的生產效率有著重要意義。

　　1.3 研究思路

　　對礦用刮板鏈條自動拆裝設備的設計研究，就要從刮板鏈條組裝的工作流程出發，逐步分析組裝過程中的順序步驟、以及難點問題。通過對設計方案的研究比對，確定最終設計方案。然后對設備各系統機械結構進行設計，并通過 UG 軟件對所設計的零部件建模，對各機構進行虛擬裝配，檢查設計當中的不合理部位及干涉情況。通過模擬裝配也可進一步驗證設計當中的尺寸和安裝問題，對關鍵部件進行強度設計以及有限元模擬分析，解決各裝置設計問題后，對整體設備的安裝情況進行模擬安裝，解決安裝過程中設備其余問題。然后對重點裝置進行加工試驗，試驗所設計裝置能否在系統控制下實現對刮板鏈拆裝的各個動作。圖 1-4 所示為全文的研究思路框圖。

　　1.4 論文研究內容

　　本論文通過對刮板鏈條拆裝的現狀以及存在的問題進行調研，在查閱相關機械結構設計方法與自動化控制理論資料的基礎上，對現有的自動化組裝技術與組裝對象的特點進行分析，旨在開發出一套讓刮板與鏈條能夠準確、快速的進行裝配的設備，解決傳統的刮板鏈組裝效率低，勞動強度大、自動化程度低、安全隱患高等問題。本論文具體研究內容如下：

　�。�1）根據組裝任務與要求，以不同規格的刮板鏈作為研究對象，結合現存的刮板鏈組裝技術在實際應用中的問題，有針對性的地對刮板鏈自動拆裝設備總體方案進行設計，通過幾種設計方案的比較研究，確定設備設計方案，并分別確定機械結構、傳送部分、輔助部分及控制部分的實施方案。

　�。�2）為了保證設計效率，便于檢查和優化，結合一機多用，模塊化等產品設計學方法，對組裝系統結構進行了有序劃分，主要根據任務不同劃分為連接螺栓拆卸緊固裝置、和刮板與鏈條拆裝裝置，對各個裝置進行了機械結構設計，并對各裝置中的零部件進行分解建模以及組合裝配，檢查優化機械結構，確保各裝置機械結構能夠滿足所設計的拆裝動作。

　�。�3）對各工位裝置中關鍵的執行部件和受力部件進行計算分析，連接螺栓拆卸裝置中主要通過強度計算選取連接桿直徑，以及材料特性分析選擇連桿材料。刮板與鏈條組裝裝置當中通過對受力連接架的模型建立，有限元分析，研究其應力應變，確保機械運轉時的結構強度。

　�。�4）對傳送部分的機械結構進行設計，主要包括刮板上料機構、刮板和鏈條向前傳送時的導軌機構。根據組裝生產線的生產需求，并結合工藝流程，對設備的整體安裝進行了設計，通過對設備虛擬裝配安裝，檢查優化安裝設計當中存在的干涉及其他問題。

　　繼而從各個工作模塊單獨調試到整體聯合調試，以驗證設備整體設計方案的可行性和可靠性，機械結構方案的可行性和可靠性，總結出調試過程中過遇到的問題和解決方法。

　　從而對設備進行不斷的完善和改進，以滿足生產需要。

　　1.5 論文創新點

　　論文對刮板鏈自動拆裝設備進行設計和研究，主要的創新點有：設計的連接螺栓拆卸緊固裝置，通過設計計算，選取滿足要求的螺紋連接桿安裝于裝置內，達到自動對準螺栓以及平衡電機減速器力矩的作用；對刮板鏈條自動拆裝設備進行了完整的生產線設計，填補了國內外在刮板鏈自動拆裝技術上的空白，為企業安裝刮板鏈自動拆裝設備提供了支持。

　　第二章 礦用刮板鏈條自動拆裝設備總體方案設計

　　2.1 刮板鏈自動拆裝設備設計方案分析

　　2.1.1 刮板鏈自動拆裝設備組裝對象分析

　　2.1.2 設備設計方案研究

　　2.1.3 刮板鏈自動拆裝設備設計劃分

　　2.2 組裝系統結構設計方案

　　2.2.1 連接螺栓拆卸和緊固裝置

　　2.2.2 刮板與鏈條組裝裝置

　　2.3 傳送系統結構設計方案

　　2.4 輔助系統設計方案

　　2.5 控制系統方案確定

　　2.5.1 控制系統的任務與要求

　　2.5.2 控制單元和人機界面的選擇

　　2.5.3 執行機構的確定

　　2.6 本章小結

　　第三章 刮板鏈自動拆裝設備組裝系統機械結構的設計

　　3.1 設計工作的基本流程

　　3.2 連接螺栓拆裝裝置結構組成

　　3.3 連接螺栓拆卸裝置工作原理

　　3.4 連接螺栓同時拆卸問題分析

　　3.5 連接螺栓緊固問題分析

　　3.6 電機減速器選取

　　3.7 刮板鏈自動組裝裝置的結構組成

　　3.8 刮板鏈自動組裝裝置工作原理

　　3.8.1 刮板上下打開過程

　　3.8.2 整體平移

　　3.8.3 刮板與鏈條組裝

　　3.9 本章小結

　　第四章 裝置機械結構設計計算

　　4.1 連接螺栓拆卸緊固裝置計算分析

　　4.1.1 連接桿選材

　　4.1.2 連接桿直徑計算

　　4.2 爪手背靠板計算校核

　　4.3 構件有限元分析

　　4.3.1 ABAQUS 軟件

　　4.3.2 ABAQUS 分析步驟

　　4.3.3 組裝裝置連接架分析過程

　　4.3.4 分析結果

　　4.4 本章小結

　　第五章 傳送機構設計及設備安裝調試

　　5.1 鏈條鋪設和刮板導軌的設計

　　5.1.1 鏈條鋪設

　　5.1.2 刮板導軌

　　5.1.3 鏈條導軌與刮板導軌的組裝

　　5.2 推料機構的設計

　　5.3 設備整體安裝設計方案

　　5.4 設備整體工作過程分析

　　5.5 設備加工調試

　　5.5.1 整機調試運行

　　5.5.2 組裝生產試驗和運行結果分析

　　5.6 本章小結

第六章 結論與展望

　　6.1 結論

　　本文根據生產要求，對礦用刮板鏈自動拆裝設備的機械結構進行了設計研究。設備的動力源選用氣缸和電機，設備以 PLC 為控制核心，可通過觸摸屏對設備進行調試并實時監測設備的運行情況，設備的主要動作裝置基本實現了刮板鏈組裝的動作要求，研究得到了以下幾方面的結論：

　�。�1）通過對連接螺栓拆卸工作的分析研究，設計了專用于刮板鏈連接螺栓拆卸和緊固的裝置，通過設計計算，選取滿足要求的螺紋連接桿安裝于裝置內，達到自動對準螺栓以及平衡電機減速器力矩的作用。分析了該裝置與其他模塊的組合裝配和使用，解決了刮板鏈連接螺栓的拆卸和緊固問題。

　�。�2）通過對組裝過程復雜工序流程的研究，將刮板鏈組裝過程模塊化劃分，設計了刮板與鏈條組裝裝置，解決了刮板后再與鏈條組裝的匹配問題，同時也通過橫梁行走機構解決了刮板下部分向下打開時與預鋪設的鏈條干涉問題，以氣缸作為主要執行機構，完成對刮板的夾緊、以及刮板鏈拆裝時的上下升降動作。

　�。�3）通過 UG 對設計的設備機械結構進行模擬裝配。同時對關鍵零部件進行了尺寸計算，對裝置當中易發生彎曲的構件進行了計算校核，并利用有限元分析軟件重點受力部分進行了應力應變分析和變形分析。驗證了機械結構設計的安全性和合理性。

　�。�4）針對傳送機構中的物料供給、鏈條鋪設、和刮板行走過程，設計了推料機構、鏈條拉直鋪設機構和刮板導軌機構，對機構進行建模裝配以及組合裝配，解決了刮板上料、鏈條鋪設和刮板行走的問題。按順序對設備其他裝置進行模擬安裝，檢查整體組裝線中的干涉問題，為設備安裝和組裝線鋪設提供了支持。

　�。�5）最后，完成相關零部件的制造加工和設備的安裝、接線等，并進行了調試生產。

　　分析運行結果當中出現的問題，根據各項問題對機械設計結構加以改進和優化。試驗驗證了設備各裝置滿足拆裝需求，達到設計的目的。

　　6.2 展望

　　由于本人學識水平有限，對刮板鏈條自動拆裝設備的研究設計當中，還有以下幾個方面的不足之處，需要進一步的完善。

　�。�1）由于該設備應用的特殊性，刮板尚可通過人工抬取，因此在文中，僅對設備中幾組工位裝置進行了加工，而針對鏈條鋪設等其他機構，并不能在實驗條件下進行加工試驗，因此，整體組裝線的實際應用情況隨著后續投入生產而定，具體生產問題需根據企業的反饋，進行協商改進。

　�。�2）機械結構部分還可優化，可通過考慮改進各個工位的布局，調節緩沖工位距離，調整各個工位的工作時間，進一步提高組裝速度和效率。

　�。�3）由于本論文研究時長有限，且對部分裝置進行加工試驗，因此裝置當中的部分機構不夠精巧細致，只滿足了實際應用需求，并未考慮總體重量以及設備在實際安裝時的重量問題。

致謝

　　行文至此，落筆為終，七載青春打馬而過，往事浮現眼前，感慨萬千。始于 2014 年金秋，終于 2021 年盛夏，在這座充滿活力的校園中，留下的是青春和沉甸甸的收獲，縱使有萬千不舍，但仍心懷感激！

　　桃李不言，下自成蹊。感謝我的指導老師周好斌教授，得幸遇到周老師，從選題到設計大綱及后面多次修改的論文，每一部分都離不開老師的指導和幫助。同時感謝課題組的徐向前老師，以及學院的夏潤蘭老師。飲其流時思其源，成吾學時念吾師，在此衷心的感謝周老師以及給予幫助的院系所有老師們。

　　平生感知己，方寸豈悠悠，感謝我的室友張彬華、胡曉彤、宋鵬迪，感謝你們一直以來對我的包容與關懷，陪我熬過很多艱難的時期。感謝其他課題組的同窗好友劉健、雷博、呂志勇等，在我的論文完成期間幫助我很多。以及同課題組的路超超和賀藝博，一起努力解決了很多實際工程問題。感謝所有幫助我，給予我善意的同學們，祝我們都前程似錦！

　　感謝我的父母 20 多年來對我無微不至的照顧，感謝他們在背后默默支持，他們的無私奉獻和愛是我前進的動力，祝愿我的家人們身體健康！

　　山水一程，三生有幸，西安石油大學，后會有期！

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