基于CAXA 3D 的新型插爪制動(dòng)牽引車的設(shè)計(jì)研究

許延暉，王肖一，賈立輝，門志順

（河北煤炭科學(xué)研究院有限公司，河北 邢臺(tái) 054000）

1 概 況

近幾年，礦用無(wú)極繩牽引車在煤礦開采的輔助運(yùn)輸中得到廣泛應(yīng)用，但隨著礦井安全生產(chǎn)的要求逐步提高，礦方對(duì)無(wú)極繩牽引車的安全制動(dòng)問(wèn)題越來(lái)越重視。傳統(tǒng)的無(wú)極繩牽引車的插爪制動(dòng)裝置是采用鋼絲繩直接支撐插爪的結(jié)構(gòu)形式[1]，插爪在鋼絲繩松弛時(shí)下落插住枕木制動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)存在諸多問(wèn)題。當(dāng)鋼絲繩直徑較大時(shí)，其硬度較大，不易彎曲，插爪很難落下，易發(fā)生不動(dòng)作的問(wèn)題；而當(dāng)鋼絲繩直徑較小時(shí)，由于吸繩量淤繩現(xiàn)象的客觀存在，極易發(fā)生插爪自動(dòng)下落的誤動(dòng)作問(wèn)題。由此，不動(dòng)作、誤動(dòng)作成為插爪制動(dòng)牽引車的使用難題。針對(duì)此現(xiàn)象，本文設(shè)計(jì)一種新型滑輪式彈簧插爪制動(dòng)牽引車，有效地解決了以上問(wèn)題。

2 新型滑輪式彈簧插爪制動(dòng)牽引車的設(shè)計(jì)方案

從問(wèn)題著手，要解決插爪裝置因鋼絲繩剛度大、插爪不易下落的問(wèn)題，可以將鋼絲繩直接支撐插爪的結(jié)構(gòu)形式，改為用鋼絲繩控制剛性桿、剛性桿支撐插爪的結(jié)構(gòu)形式，這樣在鋼絲繩的控制下只要?jiǎng)傂詶U一抽離，插爪便可自由下落，插住枕木制動(dòng)，這樣就解決了插爪不動(dòng)作的問(wèn)題。另外，要解決插爪誤動(dòng)作的問(wèn)題，牽引車系統(tǒng)的吸繩量不足的客觀存在，不可避免出現(xiàn)淤繩現(xiàn)象，故需增設(shè)一個(gè)儲(chǔ)繩吸繩結(jié)構(gòu)，使之能夠在牽引車變坡、速度突變時(shí)，避免短時(shí)繩松的問(wèn)題。由此，我們可以設(shè)計(jì)一種具有儲(chǔ)繩吸繩功能的滑桿裝置[2]。

從這一設(shè)計(jì)思路出發(fā)，吸繩功能可以通過(guò)增設(shè)彈簧結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，而在牽引車上要實(shí)現(xiàn)1 m 左右的儲(chǔ)繩功能，考慮到車體長(zhǎng)度和彈簧壓縮量，需要借助動(dòng)滑輪實(shí)現(xiàn)。由此，一種帶有滑輪、彈簧、滑桿的插爪制動(dòng)裝置構(gòu)思而成，其工作原理圖如圖1 所示。

圖1 新型插爪制動(dòng)工作原理Fig.1 The working principle diagram of new type claw brake

新型插爪制動(dòng)工作原理為：牽引車的鋼絲繩松弛后，動(dòng)滑輪在壓縮彈簧的推力下拉緊鋼絲繩，當(dāng)牽引車的鋼絲繩松繩量達(dá)到1 m 時(shí)，滑輪及滑桿運(yùn)動(dòng)到極限位置，插爪落下，插住枕木制動(dòng)。

3 新型插爪制動(dòng)牽引車主要部件實(shí)體設(shè)計(jì)

新型插爪制動(dòng)牽引車主要由制動(dòng)器、滑輪彈簧滑桿裝置、車體、滾筒、擺動(dòng)轉(zhuǎn)盤、輪對(duì)等組成，本文用CAXA 3D 對(duì)主要零部件逐一建模，并進(jìn)行整車的虛擬裝配設(shè)計(jì)，檢查其干涉情況[3]，CAXA 3D 雖是國(guó)產(chǎn)三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件，但在建模功能和適用性上絕不輸U(kuò)G、PRO/E、CATIA、Solidworks等外國(guó)軟件，下面將在CAXA 3D（2021 版） 中對(duì)新型插爪制動(dòng)牽引車的主要部件進(jìn)行實(shí)體設(shè)計(jì)。

3.1 車 體

牽引車的車體主要是由車體頂板、加強(qiáng)槽鋼、碰頭、繩端固定板支撐塊、滾筒支座、轉(zhuǎn)盤座、磁鋼固定板、鋼絲繩導(dǎo)繩輪等部分組成，車體的外形結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 車體模型Fig.2 Car body model

車體是牽引車鋼絲繩傳遞拉力的重要環(huán)節(jié)，牽引車的其他各大部件都固定在車體上，其設(shè)計(jì)強(qiáng)度尤為重要，故其所用的熱軋鋼板均在20 mm 以上，槽鋼規(guī)格均在14 號(hào)以上。

3.2 制動(dòng)器

制動(dòng)器固定于牽引車車體底部，主要由插爪組件、懸掛鉤、固定板、轉(zhuǎn)軸、定位螺栓、加強(qiáng)筋等部分組成，制動(dòng)器的外形結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 制動(dòng)器模型Fig.3 Brake model

插爪組件是由4 個(gè)形狀相同的單體插爪對(duì)稱布置組成，插爪長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為650 mm，該結(jié)構(gòu)能夠使插抓制動(dòng)后恰好插入深度軌道下面以下150 mm，保證了插入深度的準(zhǔn)確性、受力均衡性、制動(dòng)穩(wěn)定性。

制動(dòng)器兩側(cè)各設(shè)計(jì)有2 個(gè)定位螺栓，使插爪在運(yùn)輸和安裝過(guò)程中，方便地固定插爪，使其順利穿入滑桿。

3.3 滑輪彈簧滑桿裝置

滑輪彈簧滑桿裝置是新型插爪制動(dòng)牽引車的主要?jiǎng)?chuàng)新部件[4]，其主要由壓縮彈簧、彈簧支撐桿、動(dòng)滑輪組件、限位支架、滑桿、支座等部分組成，滑輪彈簧滑桿裝置的外形結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 滑輪彈簧滑桿裝置Fig.4 Pulley spring slider device

壓縮彈簧為絲徑φ16 的定制彈簧，自由長(zhǎng)度1 300 mm，工作壓力2 275 kN~8 775 kN。受空間布置限制，動(dòng)滑輪的直徑不能太大，而直徑太小會(huì)增大鋼絲繩的變形阻力，故動(dòng)滑輪直徑最終確定為550 mm。限位支架作用有兩個(gè)：一是作為動(dòng)滑輪的滑道，對(duì)滑輪其支撐和導(dǎo)向作用；二是限位，將滑輪行程限定在500 mm 以內(nèi)，也就是鋼絲繩的儲(chǔ)繩量在1 000 mm 以內(nèi)。為增加強(qiáng)度，滑桿用φ30的實(shí)心棒料加工而成，頭部設(shè)計(jì)帶有過(guò)度圓角的尖狀結(jié)構(gòu)，以便順利穿過(guò)插爪的懸掛孔。

3.4 滾 筒

滾筒是纏繞多余鋼絲繩的裝置，由儲(chǔ)繩筒、搖把、滾筒支架、壓繩塊、軸承組件等組成，新型插爪制動(dòng)牽引車的滾筒設(shè)計(jì)為2 個(gè)，對(duì)稱布置在牽引車的車體兩端。其布置形式如圖5 所示。

圖5 滾筒布置形式Fig.5 Layout form of drumt

滾筒支座上有22 個(gè)均勻布置的螺紋孔，用以調(diào)整滾筒在工作過(guò)程中位置。搖把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為可拆

4 結(jié) 語(yǔ)

本文闡述了新型插爪制動(dòng)牽引車的設(shè)計(jì)思路，在CAXA 3D 中對(duì)該新型插爪制動(dòng)牽引車的主要零部件制動(dòng)器、車體、滑輪彈簧滑桿裝置、滾筒的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維實(shí)體建模，并對(duì)牽引車整車進(jìn)行了虛擬裝配。通過(guò)對(duì)新型插爪制動(dòng)牽引車的設(shè)計(jì)研究，有效解決了插爪制動(dòng)牽引車不動(dòng)作、誤動(dòng)作的使用難題。卸式，操作簡(jiǎn)單，前后各配置一把。

3.5 牽引車虛擬裝配

在CAXA 3D 中將牽引車的各部件逐一建模完成后，然后對(duì)其組裝，進(jìn)行整車的虛擬裝配。在CAXA 3D 的“工具”選項(xiàng)卡中利用工具進(jìn)行干涉檢查，排除干涉后其裝配后的模型如圖6 所示。

圖6 牽引車虛擬裝配Fig.6 Virtual assembly of tractor