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文檔簡介
1、目 錄摘要1關(guān)鍵詞11 前言2 1.1 P-30B耙斗裝巖機(jī)的工作原理2 1.2 課題設(shè)計的目的和內(nèi)容3 1.3 總體方案的選定42 耙斗的設(shè)計計算6 2.1 耙斗重量的確定7 2.2 耙斗主要外形尺寸的額確定8 2.3 耙斗的插入角和耙角的確定8 2.4 耙斗重心的確定8 2.5 耙斗的尾幫93 操縱機(jī)構(gòu)、臺車及絞車的設(shè)計103.1 操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計103.2 絞車的設(shè)計103.3 臺車144 槽子及擋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計154.1 三槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計154.2 耙斗裝巖機(jī)卸料槽的改進(jìn)164.3 擋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計175 耙斗裝巖機(jī)運動機(jī)動力計算175.1 耙裝阻力的計算195.2 牽引力的計算196 粑斗裝
2、巖機(jī)的輔助設(shè)備及鋼絲繩的布置22P-30(B)耙斗裝巖機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計學(xué) 生:李 浩指導(dǎo)老師:莫亞武(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院,長沙 410128) 摘 要:關(guān)鍵詞: P-30(B) the Master Structure Design of Rock Rake BucketStudent: Li HaoTutor: Mo Ya-wu(Orient Science&Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract: Key words:1 前言1.1 耙斗裝巖機(jī)的工
3、作原理P-30B耙斗裝巖機(jī)用于小煤礦和大礦采區(qū)巷道掘進(jìn)時配合固定車箱式礦車或箕斗進(jìn)行裝載巖石、半煤巖之用,適用于巖巷掘進(jìn)中配以1.1米3礦車或箕斗進(jìn)行裝載作業(yè)。適用于凈高大于2米,凈斷面6以上的巷道。具有生產(chǎn)效率高、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等特點??稍诎朊簬r或巖巷中使用,既可用于平巷也可用于上下山掘進(jìn)工作面裝巖等,如增添尾輪兩只,就可在拐彎巷道進(jìn)行掘進(jìn)裝巖工序間平行作業(yè)。P-30B型耙斗裝巖機(jī)(耙?guī)r機(jī))的電氣設(shè)備(包括電動機(jī))、按扭開關(guān)、磁力啟動器、照明燈等均可選用隔爆式,才可以在有瓦斯及粉塵爆炸危險的礦井中使用。P-30B耙斗裝巖機(jī)(扒裝機(jī))主要由固定楔、尾輪、耙斗、傳動部分(包括操縱機(jī)構(gòu)、臺車、
4、絞車)、導(dǎo)向輪、料槽(進(jìn)料槽、中間槽、缷料槽)以及電氣部分等主要部件組成。如圖1所示。耙?guī)r機(jī)主要通過絞車的兩組滾筒,分別牽引主繩、尾繩,使耙斗作往復(fù)連動,耙斗把巖石扒入進(jìn)料槽,通過中間槽到卸料槽的卸料口卸入礦車,從而實現(xiàn)裝巖。 裝巖機(jī)具有效率高,結(jié)構(gòu)簡單,結(jié)構(gòu)緊湊,應(yīng)用范圍廣等特點。不僅可以用在平巷裝巖,而且可以在30°以下上山或下山巷道裝巖,以及拐彎或90°拐彎的巷道,并且還能進(jìn)行掘進(jìn)工序的平行作業(yè),提高掘進(jìn)速度,是實現(xiàn)巷道掘進(jìn)機(jī)械化的一種主要機(jī)械設(shè)備。耙斗的容量為0.3立方米,裝載能力為3050立方米/小時,其他的參數(shù)需根據(jù)前面的已知條
5、件及其工作環(huán)境來計算。1-固定楔;2-尾輪;3-鋼絲繩;4-耙斗;5-臺車;6-操縱機(jī)構(gòu);7-絞車;8-卡軌器;9-托輪;10-1.2 課題設(shè)計的目的和內(nèi)容設(shè)計目的:耙斗裝巖機(jī)主要用在采礦工業(yè)中,過去在掘進(jìn)中唯一的裝載機(jī)械是鏟斗式裝巖機(jī),否則便是人工裝巖。隨著采礦工業(yè)的發(fā)展,耙斗裝巖機(jī)得到了很好的發(fā)展,耙斗式裝巖機(jī)在我國巖巷掘進(jìn)中使用量已達(dá)7080%,這是因為它具有結(jié)構(gòu)簡單、牢固可靠、操作和維修方便、價格便宜等優(yōu)點。在推廣過程中,人們還發(fā)現(xiàn)它有一個更加重要的獨特優(yōu)點,即在排巖時礦車不能及時供應(yīng)的情況下,并不妨礙掘進(jìn)工作的正常進(jìn)行。耙斗裝巖機(jī)可以很快把迎頭爆破下來的巖石用耙斗耙到后面,騰出迎頭打
6、眼的位置,使打眼工作得以連續(xù)進(jìn)行,而工作面的后部則成為一個殲石儲倉,隨時來車隨時裝巖。這種平行作業(yè)的方式,不僅有利于掘進(jìn)頭的工作,而且還彌補(bǔ)了整個礦井后配套運輸能力不足的缺陷,也緩和了提升設(shè)備在出巖高峰時的擁擠堵塞現(xiàn)象。由于耙斗裝巖機(jī)的這些突出的優(yōu)點,所以盡管它存在著若干難以克服的缺點,其發(fā)展趨勢仍然有增無減。實踐證明,使用耙斗裝巖機(jī)裝巖可以大大提高掘進(jìn)效率和減輕笨重的體力勞動。但是耙斗裝巖機(jī)迄今為止也不是很完善,因此我們需要創(chuàng)新將其進(jìn)一步完善。研究內(nèi)容: P-30(B)耙斗裝巖機(jī)的工作原理與發(fā)展前景。 P-30(B)耙斗裝巖機(jī)的總體設(shè)計(包括其主要參數(shù)的確定、三圖的繪制和工作能力的確定等)。
7、 P-30(B)耙斗裝巖機(jī)的操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計。該課題研究的出發(fā)點是首先立足于原有產(chǎn)品的創(chuàng)新,對大學(xué)四年中學(xué)習(xí)的基本的專業(yè)知識的一次綜合運用,然后根據(jù)原有產(chǎn)品中的不足,找出其中的需要改進(jìn)的缺點,找到更好的更具有經(jīng)濟(jì)價值的合理的總體設(shè)計方案。1.3 總體設(shè)計方案的選定方案一圖2 耙斗裝巖機(jī)的外形Fig 2 Rock rake buckets dimension-耙斗的寬度)左右,此次的設(shè)計取為1022 mm,為了提高工作效率,進(jìn)料槽的寬度并不一致,即進(jìn)料槽略成梯形,將與地面或巖石接觸的一邊設(shè)計為1.45b,即為1305 mm,而它的另一邊與中間槽相連接,從而很輕松的將其另一邊的寬度定位1022 mm。
8、設(shè)計簸箕口擋板是為了使耙斗能在一定距離里完成裝料過程而不至于使流出的物料過分的分散,根據(jù)實踐的經(jīng)驗可將兩擋板間的距離設(shè)計為2.31b,即為2082 mm。由于卸料槽與地面有一定的距離,因此三槽不能設(shè)計在同一直線上,更不能設(shè)計與水平線平行。根據(jù)力學(xué)方面的知識,進(jìn)料槽的傾斜角度越大,電動機(jī)對物料所做的功也就越大,通過查閱礦山機(jī)械設(shè)計手冊,可將進(jìn)料槽所在的平面與導(dǎo)軌所在的平面設(shè)計為24°,即進(jìn)料槽傾斜的角度為24°。根據(jù)絞車、操縱機(jī)構(gòu)的外形尺寸可將臺車的外形尺寸長度取為2112.5 mm。根據(jù)相關(guān)書籍與實際使用情況可將其總長設(shè)計為6600 mm,如加上中間接槽,其總長為7099
9、mm,其高度取為1968 mm。綜上可確定此耙斗裝巖機(jī)的外形尺寸為6600 mm×2082 mm×1968 mm(長×寬×高),其大致形狀如圖2所示。方案二P30(B)耙斗機(jī)是煤礦井下普通機(jī)械化掘進(jìn)作業(yè)線中的主要設(shè)備,但其外形高度達(dá)1968mm,要求作業(yè)巷道凈高不小于2000 mm,不適應(yīng)低矮巷道使用;而且后配礦車或箕斗由小絞車接力運輸,環(huán)節(jié)多、安全性差、效率較低。為了提高煤質(zhì),減小掘進(jìn)工程量,提高生產(chǎn)效率,決定對工作面材料巷試行不拉底掘進(jìn),由此提出了將現(xiàn)有的P30(B)舊耙斗機(jī)改造為適應(yīng)平均度1530 mm的矮型機(jī)的想法。P30(B)耙斗機(jī)具有簡單、耐
10、用、故障少等眾多優(yōu)點,生產(chǎn)實踐也證明了這一點,因此,我們在制定改造方案時,盡量保留了它的優(yōu)點。經(jīng)分析,最后確定采用如下方法改造:取消中間槽和頭輪,將卸料槽與中間槽的連接口部分進(jìn)行改造,加三角板,使卸料槽可直接與進(jìn)料槽對接。卸料槽的卸料口減小為800 mm×300 mm,并在槽底下面裝導(dǎo)料槽。取消支架及支柱,將槽體掉向180°,即進(jìn)料槽、卸料槽都裝在絞車出繩側(cè)。卸料槽安裝在托輪處絞車底座的托架上。行走及牽引部分,取消行走臺車,重新設(shè)計制作絞車底座為橋架形式,上面為20mm鋼板,用以安裝絞車及操縱機(jī)構(gòu)、托繩輪及卸料槽等,底座的支腿為18#槽鋼,槽鋼的一腳鉆有螺孔,支座騎在SJ4
11、4帶式輸送機(jī)原架的工字梁上,通過螺栓將底座與機(jī)尾聯(lián)為一體。為減輕絞車部分重量,將安裝電控的橋式支座與絞車底座分為2部分。另外,將SJ44帶式輸送機(jī)原架滑橇下面各焊一塊錨板,耙斗裝巖機(jī)工作時,在該錨板與巷道頂板間打上壓柱,以固定帶式輸送機(jī)和耙斗裝巖機(jī)。按此方案改造,可使絞車部分高度降到1100 mm,整機(jī)高降到1300 mm;后配運輸專配SJ44帶式輸送機(jī)運輸;移機(jī)時帶式輸送機(jī)機(jī)尾與耙斗裝巖機(jī)聯(lián)為一體在巷道底板上滑移,阻力較大,需配17 kW專用回柱絞車;耙斗機(jī)固定采用壓柱方式。優(yōu)點是整機(jī)高度大幅減小,滿足了使用要求;后配運輸為SJ44帶式輸送機(jī)運輸,減少了運輸環(huán)節(jié),增加了運輸能力,消除了運輸對
12、生產(chǎn)的制約。缺點是改動點多,改造工作量大;機(jī)體移動阻力大,移機(jī)比以前困難;且部分地減小了耙斗裝巖機(jī)的使用范圍,適應(yīng)巷道傾角由35°以下變?yōu)?6°以下,物料塊度不大于250 mm,作業(yè)巷道底板要完整不易破。經(jīng)過比較,它們各有自己的優(yōu)缺點,此次的設(shè)計方案選用第一種的一般方案。 2 耙斗的設(shè)計計算耙斗是耙斗裝巖機(jī)的主要耙斗設(shè)計的原則: 對于各種礦物,耙斗易于插入(切入)礦堆,并能在短距離內(nèi)裝滿; 耙斗運行要平穩(wěn),物料不易從斗沿漏出; 在保證裝滿的條件下,耙斗重量要最小; 耙斗運行時,動力消耗要最?。?要堅固耐用,便于制造。耙斗的結(jié)構(gòu)形狀:它主要取決于耙運塊度,比重較大
13、的硬巖,耙斗應(yīng)制成鑄造的耙式的;耙運松軟細(xì)碎的物料,耙斗應(yīng)制成箱形的,露天礦剝離作業(yè)用的耙斗應(yīng)制成雙面的;地面貯煤場往復(fù)運煤的耙斗應(yīng)制成焊接的馬蹄形的。耙斗的高度H、寬度B和長度L間的比例,影響耙斗工作的穩(wěn)定性,各式耙斗的高、寬、長比例不同,近年來設(shè)計制造的各式耙斗的比例約為:鑄造的單面耙式耙斗H:B:L=1:1.8:2.4;鑄造的雙面耙式耙斗H:B:L=1:1.5:2;箱形耙煤耙斗H:B:L=1:2:2;馬蹄形耙煤耙斗H:B:L=1:2:2.6;輕型耙礦耙斗H:B:L=1:1.6:2。這些耙斗在不同的條件下,都獲得了滿意的使用效果。下面對耙斗的主要工作參數(shù)進(jìn)行選擇: 2.1 耙斗重量的確定耙
14、斗的重量是耙斗的重要參數(shù)之一,它取決于耙齒插入礦堆的阻力,也就是說取決于耙運物料的塊度和比重。物料的塊度,比重愈大,插入阻力愈大,耙斗應(yīng)該愈重。如耙斗過輕,便不能插入礦堆,而且沿礦堆表面“擦過去”。然而,如果耙斗過重,雖能迅速插入礦堆,裝滿礦物,但增大了動力消耗,還會在耙道上耙出深溝。耙斗重量直接影響耙斗的使用質(zhì)量。從國內(nèi)外資料看,耙斗的重量一般均以耙斗的單位寬度的重量P表示。過去美國對斗容為耙斗,P取1-4公斤/厘米;后來,對斗容為1.5-2的耙斗,P增至16-20公斤/厘米。蘇聯(lián)對斗容的耙斗,P取公斤/厘米。我們的實踐推茬P取5-6公斤/厘米。耙斗重量的選取,取決于耙斗寬度,巖碴物理機(jī)械性
15、能,插入巖堆阻力,裝滿耙斗行程,耙斗插入角和耙齒的后角,所以按P值選取耙斗重量并不十分恰當(dāng)。蘇聯(lián)H.B.吉洪諾夫推茬的經(jīng)驗公式為(1)。 (1)用式(1)所算得的計算值與實際耙斗的重量的最佳值有很大誤差。總結(jié)我國煤礦使用耙斗裝巖機(jī)的實踐經(jīng)驗,按照耙斗裝巖機(jī)的工作原理和受力分析,導(dǎo)出的算公式為(2)。 (2)式中-耙斗重量,公斤;V-耙斗斗容,;l-裝滿耙斗的路程長度,取0-2米;K-耙斗插入巖堆的單位阻力,公斤/;150毫米以下小碴石:K=2000-3000公斤/;150毫米以上巖碴:K=3000-5000公斤/;爆破不良:K=5000-9000公斤/。-巖碴容重,公斤/; 、-耙斗插入角和后
16、角; C-斗寬系數(shù),取值如表1。表1 耙斗寬與C的關(guān)系Tab 1 Scraper wide and C relationship耙斗寬(米)0.60.70.80.911.11.21.5C值0.10.20.30.5 近20年來,我們對許多不同形式不同重量的耙斗進(jìn)行試驗,(2)式計算出來的耙斗重量較接近實際,效果較好,列舉如表2。表2 不同耙斗的重量選擇Tab 2 Different scraper choice of weight 斗容()實際重量(公斤)(2)式計算重量(公斤)0.3(平巷)4404130.3(斜井)4604660.6(平巷)720788 本次設(shè)計取耙斗的重量為428.4公斤。
17、2.2 耙斗主要外形尺寸的確定設(shè)計耙斗時應(yīng)以其寬度作基本尺寸,以增加寬度的辦法來提高耙斗的容積,與此同時,必須相應(yīng)增加高度和長寬。寬度與高度的比值應(yīng)考慮耙斗的穩(wěn)定性,并隨其容積、寬度、巖石比重的增加而逐漸減小,一般取2-1.5。耙斗的穩(wěn)定性還與其長度有關(guān),長度與寬度的比值應(yīng)隨巖石的比壓的增加而減小,一般取。煤礦耙斗的高H、寬B、長L之比,建議取H:B:L約取1:2:2.7為合適。高、寬、長之間的恰當(dāng)比例,能使耙斗得到較高的裝滿系數(shù)和良好的穩(wěn)定性。2.3 耙斗的插入角和耙角確定耙斗的插入角是指耙斗在運動過程中插入巖堆的角度。耙斗的耙角是指耙斗在靜止水平位置時,耙齒內(nèi)側(cè)與水平所成的角度。耙角不一定
18、等于插入角,但其值十分接近。計算上為了方便,以耙角作插入角用。耙斗的插入角必須與巖碴的插入阻力相適應(yīng),阻力大的巖碴,插入角也大,使耙斗在一定距離內(nèi)插入一定深度。插入角的大小,主要取決于物料的塊度、耙運面的傾角,耙大塊礦物,插入角應(yīng)大;耙細(xì)碎礦物,插入角可小。插入角太小時,插入困難,插入角過大時,雖易插入物料堆,但增大了耙運阻力,耙斗運行不平穩(wěn),產(chǎn)生跳動現(xiàn)象,物料易從斗內(nèi)漏出。為減少生產(chǎn)的麻煩,使用方便,一般耙角取55°的平巷耙斗,此次的設(shè)計以平巷耙斗來說明。2.4 耙斗重心確定為保證耙?guī)r工作的穩(wěn)定性和較好的插入性能,耙斗重心應(yīng)通過齒尖(見圖3a)??墒拱叶饭ぷ鲿r,耙斗前后各部保持平衡
19、。重心的上下、左右位置,希望在耙斗兩端牽引鋼絲繩的連線下面,以防止耙斗提起時翻轉(zhuǎn)。下山使用的耙斗,插入角要加 大,重心位置也要后移(見圖3b)。原來點重心由于工作位置變而離開齒尖,因而應(yīng)移到點,以保持各部平衡,得到較好的裝載性能。2.5 耙斗的尾幫 耙斗尾幫是指耙齒齒尖上的傾斜部分W(見圖3a)。尾幫的長短對耙裝的效果影響很大、耙取巖碴時,尾幫越短 圖3 耙斗重心位置圖,工作面下部的巖碴越能被清理干凈 Fig 3 The fighting shifted of the scraper,但從耙取巖石的受力情況看,尾幫越短,阻力越大。這是耙斗工作時斗內(nèi)巖碴沿尾幫移動造成的(見“運動和動力計算”中的
20、圖12b)。尾幫較長,耙裝時,巖碴沿尾幫斜面上移,壓向尾幫的這部分巖碴的重量的垂直分力,自然形成耙斗的截深力的一部分。因此,伺樣容積的耙斗,其他參數(shù)都相同,尾幫長的耙斗自重比尾幫短的輕。設(shè)計耙斗時,利用壓在耙斗尾幫上的巖石產(chǎn)生截深力是較合理的。因為截深阻力是隨插入巖堆的深度增大而增大,所需的截深力也是逐漸增加,而由巖石壓在尾幫上產(chǎn)生的截深力,是隨插入深度的增加而增加的。所以耙斗設(shè)計適當(dāng)考慮加長尾幫是很必要的。表3 耙斗技術(shù)規(guī)范Tab 3 Scrapers specification技術(shù)規(guī)范容量0.3外形長度mm1250耙角°55外形寬度mm900重量kg428.4外形高度mm460上
21、述各項耙斗參數(shù)是相互影響,相互關(guān)聯(lián)的,只要其中一項參數(shù)選取不當(dāng),設(shè)計的耙斗也不會理想。綜上所述,可基本上確定耙斗的主要技術(shù)規(guī)范如表3。支柱也為組焊件,是所有槽與兩擋板重量的支撐件之一。支柱要求要有較強(qiáng)的強(qiáng)度與剛度,由于它為組焊件,因此它所要求的焊條機(jī)械性能強(qiáng)度不低于37kg/mm,主體與底板焊接后其不垂直度允許為。支柱主要由上、下筋板,場、短筋板,主體L=710mm,頂板,拖架L=254mm等焊接而成。3 操作機(jī)構(gòu)、臺車及絞車的設(shè)計耙斗裝巖機(jī)傳動部分主要由三大部分組成,分別是:操作機(jī)構(gòu)、臺車、絞車,及其他附件。3.1 操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計桿、桿的一端與絞車閘帶相連,通過操縱桿控制閘帶的開合,對絞車的
22、兩個滾筒進(jìn)行分別的操縱。3.2 絞車的設(shè)計絞車是裝巖機(jī)的心臟,耙礦絞車上所用的電機(jī)都是系列的,為減輕耙礦絞車的體積和重量,以后將選用系列的電機(jī)。目前我國大量生產(chǎn)的四種型號,七種規(guī)格耙礦絞車,結(jié)構(gòu)上都是相同的,只是零件的尺寸大小有異。耙礦絞車采用行星齒輪傳動,內(nèi)齒圈上的制動裝置為帶式制動閘。制動帶鋼板厚度取為2mm,寬度取為70mm,使用中,斷帶時有發(fā)生,影響了生產(chǎn)。為此,我們將原帶式制動裝置改進(jìn)為短帶式制動裝置(如圖4所示),從而杜絕了斷帶事故,提高了運轉(zhuǎn)可靠度。圖4 制動裝置Fig 4 Check mechanism圖5 改前受力分析Fig 5 Before the change analy
23、sis of the force帶式制動器的制動帶受力有松邊與緊邊之分,其與制動輪間的壓力是變化的,如圖5所示。該制動帶的緊邊受力為,松邊為。由機(jī)械設(shè)計手冊可知它們的計算公式如下:式中 制動力矩 (3) (4)D制動輪直徑e自然對數(shù)的底,e=2. 718制動帶與制動輪之間的摩擦系數(shù)制動帶包角,弧度制動帶厚度為: (5) 式中 制動帶厚度 z接頭處鉚釘個數(shù) d鉚釘直徑 制動帶材料的許用拉應(yīng)力,MPa對三行星齒輪雙滾筒型耙礦絞車,電動機(jī)型號YBB17-4,電動機(jī)功率P=17KW,現(xiàn)將制動帶寬度設(shè)計為:b = 70mm,厚度= 2mm,接頭處鉚釘為2個,鉚釘直徑d= 6mm,包角=5.44弧度,制動
24、帶復(fù)面材料為石棉,摩擦系數(shù)=0. 35-0.6,以下的計算取為0.5,制動輪直徑D=402mm。由前面可知空程滾筒的轉(zhuǎn)速=95r/min,工作滾筒的轉(zhuǎn)速=61 r/min,工作機(jī)的有效功率=13.26KW。根據(jù)公式=9550×/n可算得:由上面的計算可以清楚的看到運料時所受到的轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)大于返回時所受到的轉(zhuǎn)矩,因此在以后計算當(dāng)中都應(yīng)該取運料時來作為分析對象。下面按照絞車滿負(fù)荷工況來校核制動帶厚度(不計瞬時過載)。 作用在制動輪上的最大轉(zhuǎn)矩: 根據(jù)前面的公式(3)、公式(4)、公式(5)可算得:制動帶松邊拉力=561N;制動帶緊邊拉力=10089N;制動帶厚度()mm。由于制動帶厚度為2m
25、m,其拉應(yīng)力已接近許用值,而耙礦絞車在運轉(zhuǎn)過程中還存在著由于抬、壓閘把導(dǎo)致制動帶在固定爪處產(chǎn)生反復(fù)彎曲應(yīng)力,其合成應(yīng)力將超過許用值,因此斷帶位置大都在該處,這就是斷帶的重要原因。為了克服上述不足,于是我們將制動裝置改為如圖6所示結(jié)構(gòu)。制動帶厚度由圖6 改后受力分析Fig 6 After the change analysis of the force2mm增加到6mm,隨著結(jié)構(gòu)和厚度的改變,其受力方式改變了,如圖6所示。要使制動輪靜止,則有: 所以:取閘瓦為分析對象,如圖6b所示: (6) (7)T=N/(2cos) (8)假定電動機(jī)滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)、制動輪受力最大時,取=15°,=0.5
26、,校核制動帶強(qiáng)度如下:T=N/(2cos)= 6860.7N當(dāng)帶寬為70mm,厚度為6mm時,受拉強(qiáng)度為:很顯然遠(yuǎn)小于許用拉應(yīng)力80MPa,所以強(qiáng)度足夠。3.3 臺車臺車是裝巖機(jī)的重要組成部分。它是裝巖機(jī)的基座,裝巖機(jī)的其他部分都需要它的支撐。裝巖機(jī)的整體運動也是通過它來實現(xiàn)的,因此它的設(shè)計必須滿足其必要的強(qiáng)度與剛度,也需具有一定的靈活性。臺車上有許多突出的小基座,它們是用來放置裝巖機(jī)其他部件的,如操縱機(jī)構(gòu)、絞車、支柱和電氣設(shè)備等。4 槽子及擋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1 三槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計 三槽一擋是指進(jìn)料槽、中間槽、卸載槽以及簸箕口擋板。進(jìn)料槽是引導(dǎo)裝料的,是物料通道之一。進(jìn)料槽的左下方幾乎靠地,從而方
27、便耙斗進(jìn)入進(jìn)料槽。它是裝巖機(jī)運料裝置的主要組成部分之一。進(jìn)料槽上還安裝了升降裝置,從而可以很靈活的調(diào)節(jié)左下方的高度,以方便耙斗很輕松的進(jìn)入進(jìn)料槽。進(jìn)料槽為組焊件,它主要由簸箕口、左右護(hù)板、升降裝置以及連接槽通過焊接或銷連接而成。進(jìn)料槽的通道大致成梯形狀,兩側(cè)均有升降裝置及保護(hù)裝置。進(jìn)料槽較寬的一邊裝有簸箕口擋板,較窄的一邊與中間槽相連接,其大致形狀如圖7所示。圖7 進(jìn)料槽外形尺寸Fig 7 Feed channels dimension中間槽是物料通道之一,中間槽也為組焊件。中間槽安裝在臺車的支架和支柱上,而進(jìn)料槽、卸料槽則分別在其前后與之銜接。中間槽有兩個彎曲部,為考慮磨損及易于更換,彎曲部
28、裝有可拆卸的耐磨弧形板。卸載槽也為組焊件,也是耙斗運行的通道之一。它承擔(dān)著耙斗卸載的重要作用,物料就是通過此部分進(jìn)入裝料小車的。卸料槽主要由右護(hù)板、左護(hù)板、四個導(dǎo)向輪托座、緩沖器、筋板、骨架、槽底板和連 圖8 卸料槽外形尺寸 接板等組成,它們主要是通過焊接或銷連 Fig 8 Discharge spouts dimension 接在一起。卸料槽后部安彈簧碰頭,起緩 沖作用。導(dǎo)向輪托裝有導(dǎo)向輪,鋼絲繩是通 過導(dǎo)向輪連接到上絞車與尾輪上的。卸載槽的外形尺為1545mm×1049mm×350mm(長×寬×高),它的形狀為類似長方體的槽其大致形狀與部分尺寸如圖8
29、所示。卸載槽的設(shè)計要求并不非常嚴(yán)格,只需滿足一定的強(qiáng)度與剛度即可,盡量能使耙斗中的料卸載完全。卸載槽上的導(dǎo)向輪托座上均裝有相應(yīng)的導(dǎo)向輪。導(dǎo)向輪的基本結(jié)構(gòu)與尾輪(尾輪的設(shè)計請看后面的說明)的相似。導(dǎo)向輪可以引導(dǎo)繩子的運動方向,鋼絲繩通過導(dǎo)向輪中的繩輪進(jìn)入絞車可降低鋼絲繩的磨損,以提高裝巖機(jī)的工作效率。卸料槽與中間槽的連接原是在50×50 圖9 增加拖繩杠后的卸料槽毫米角鋼_L用螺栓連接。耙斗卸料時,連 Fig 9 Increase in tow when the materialat the bar接處受力很大,角鋼很容易變形甚至拉裂, 1-鋼絲繩;2-卸料槽;3-增加的托繩杠使卸料槽
30、下降,與礦車相碰,可用20毫米鋼板按形狀制作好焊牢即可。為了保證質(zhì)量,可以適當(dāng)加焊幾條拉筋。卸料槽下方的鋼絲繩,由于松馳而下垂,操作者稍一馬虎便可打傷推車工。在槽底適量加焊幾根托繩杠就可以避免。參看圖9。 4.2 耙斗裝巖機(jī)卸料槽的改進(jìn)由于原耙斗裝巖機(jī)的卸矸槽長度只有大約一只3t礦車長度,因此,耙斗裝巖機(jī)每次上下只能裝載一只礦車,這樣,由于起動頻繁,井下工作條件惡劣等原因,常發(fā)生電機(jī)燒毀 等事故,這類事故不但影響生產(chǎn)、浪費時間,而且還要耗費大量維修以及人工費用。文中采取加長卸料槽長度的方法(如圖 10所示),使該耙斗裝巖機(jī)一次可以裝載三只礦車。實踐證明,該方法的應(yīng)用不僅減輕了工人的勞動強(qiáng)度、提
31、高了裝巖效率,還加快了工作面的推進(jìn)速度,獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。圖 10 耙斗裝巖機(jī)改進(jìn)前后分析Fig 10 Before and after change the analysis of Rock rake bucket4.3 擋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖11 簸箕口擋板外形尺寸Fig 11 Dustpan of baffles dimension 5 耙斗裝巖機(jī)運動及動力計算根據(jù)采礦的實際情況,在礦山工業(yè)中,大部分的工作時間用于礦料的開采,因此,耙斗裝巖機(jī)的裝載能力要求并不是很高。一般來說,在中小型采礦工業(yè)中,耙斗裝巖機(jī)的裝載能力在30/h-50/h就能夠滿足工作要求。此次所設(shè)計的耙斗裝巖機(jī)的型號為P-3
32、0(B),其中的30就是指耙斗在理想狀態(tài)下的容量為0.3。以下的計算均是在沒有考慮耙斗漏料的情況下進(jìn)行的。現(xiàn)需實現(xiàn)30/h-50/h的裝載能力,而每耙一次的容量為0.3,則可計算出每小時需要耙多少次才能滿足所要求的工作能力。由此可算得耙斗每小時最少需要耙的次數(shù)=30/0.3=100(次) ,耙斗每小時最多需要耙的次數(shù)=50/0.3=166.7(次)167(次),即在一個小時內(nèi)耙斗需要來回100次-167次才能滿足30/h50/h的裝載能力。當(dāng)來回100次時,則每次所能使用的時間為:=1h/100=60min/100=3600s/100=36s;當(dāng)來回167次時,則每次所能使用的時間為=1h/1
33、67=60min/167=3600s/16721.5s。其中、包括了耙斗運動的來回時間及其他輔助時間。設(shè)耙斗所走過的單向路程為,所有槽的長度為6200mm,簸箕口擋板長度為=800mm,耙斗在槽以外所走過的單向路程為,則=+,其中一般在0m-2m之間,因此=6.2+0.8+=7+,即大約在7m-9m范圍內(nèi)。由于裝料時的運動與空載時的速度不一致,因此在計算時需分開。其他輔助時間主要包括機(jī)器的啟動與制動的時間,耙斗裝料時間(裝料小車的運動時間及其卸料時間不再考慮范圍內(nèi),此次計算是在連續(xù)不斷的工作情況下進(jìn)行的),由于耙斗運動的速度比較小,因此啟動與制動所需的時間也較短,估計共為0.5s,耙斗來回一次
34、,需啟動與制動的輔助時間約為1s。在操作嫻熟,物料爆破均勻且較細(xì)的情況下,用于裝料與卸料的時間約為8.5s;而在操作不夠嫻熟的情況下,用于裝料與卸料的時間取為11s。為了提高工作效率,耙斗來回的速度并不一致,即運料速度與空載速度不一致?,F(xiàn)設(shè)運料時的速度為,返回時的速度為,查閱有關(guān)書籍與根據(jù)實踐經(jīng)驗可將它們的關(guān)系設(shè)計如下:=(),現(xiàn)取為:=0.65來計算。由前面的計算可知:耙斗的單向路程在7m-9m之間,當(dāng)路程最遠(yuǎn),所要求的工作能力最強(qiáng)時,速度也需為最大值,即s=9m,工作能力為50/h時,速度將有最大值。根據(jù)路程和所用的時間可估算出相應(yīng)的速度(注:此次計算把耙斗在運動過程中看成勻速運動,從而可
35、以降低計算難度)。由前面的計算可以知道耙斗裝巖機(jī)需滿足50/h工作能力,耙斗每來回一次所能使用的時間為=21.5s,由=0.65可推算出耙斗運料運動來一次所用時間與空載運動回一次所用時間有如下關(guān)系:=0.65,而它所能用的有效時間(除去輔助時間)為=9.5s=12s。因此很容易算出=7.3s,=4.7s,則:=/=9m/7.3s1.2m/s,=/=9m/4.7s1.85m/s。根據(jù)以上的計算可確定耙斗工作滾筒主繩的最大速度為1.2m/s;空程滾筒主繩的最大速度為1.85m/s;其輔助時間為9.5s。當(dāng)路程最近,所要求的工作能力最小時,速度也相應(yīng)的降低,即s=7m,工作能力為30/h時,速度有最
36、小值。根據(jù)路程和所用的時間可估算出相應(yīng)的速度(注:此次計算把耙斗在運動過程中看成勻速運動,從而可以降低計算難度)。由前面的計算可以知道耙斗裝巖機(jī)需滿足30/h的工作能力,耙斗每來回一次所能使用的時間為=36s,由=0.65可推算出耙斗運料運動來一次所用時間與空載運動回一次所用時間有如下關(guān)系:=0.65,而它所能用的有效時間(除去輔助時間)=12s=24s。因此容易算出=14.5s,=9.5s,則:=/=7m/14.5s0.48m/s,=/=7m/9.5s0.74m/s,其輔助時間為12s。綜合以上計算可確定耙斗工作滾筒主繩的速度范圍為0.48m/s-1.2 m/s;耙斗空程滾筒主繩的速度范圍為
37、0.74 m/s -1.85m/s。根據(jù)n=60000v/(D),其中D=260mm,而工作滾筒速度的范圍為0.48m/s-1.2 m/s,則可計算出轉(zhuǎn)速的范圍為35r/min-88r/min,現(xiàn)將此降速比取為23.83,因此可將電動機(jī)轉(zhuǎn)速取為1460 r/min;同理可取空程滾筒的速比為15.49,電動機(jī)轉(zhuǎn)速為1460 r/min。5.1 耙裝阻力的計算耙斗耙?guī)r工作受力情況如圖12a所示,鋼絲繩的牽引力,牽引著耙斗沿水平方向運動,克服了耙斗移動時斗內(nèi)巖碴與底板的摩擦阻力和耙斗與底板的摩擦阻力。當(dāng)截深力和切向力的合力,即插入力,足以克服耙斗的插入阻力時, 圖12 耙斗耙渣受力分析Fig 12
38、Rakes against the grains on the analysis耙斗在巖堆上移動,開始插入巖堆,斗內(nèi)巖石沿耙斗尾幫逐漸向上移動,隨著耙斗插入巖石的深度及裝載行程的逐漸增加,巖碴在斗內(nèi)沿尾幫向上移動,后推前擠,不斷滾動(見圖12b),逐漸充滿耙斗。此時截深阻力。和裝滿耙斗時的巖石切向阻力逐漸增加,直到及的合力與及的合力相等時,耙斗插入深度不再增加,插入過程停止。如果耙斗仍有裝載行程,耙斗靠剩余下來的部分牽引力,克服和,沿一定深度繼續(xù)完成裝載過程。5.2 牽引力計算耙斗完成裝載過程后,由鋼絲繩牽引到卸料槽卸載。在裝載過程中,斗內(nèi)一部分壓在尾幫上的巖碴,自然形成截深力的一部分。可見耙
39、斗重量和形狀,對耙斗工作性能的影響甚大。過大的截深力會使耙斗插入深度過深,破壞巷道底板,斗內(nèi)巖碴也因耙斗插入過深而超過容積外溢,損失功率。截深力過小,則不能克服一定的截深阻力,而耙斗插入深度過小,造成耙斗過長的裝滿距離。耙斗的牽引力應(yīng)大于或等于耙斗工作的總阻力,即=+。對于水平底板來說,摩擦阻力為=;=;=KSb;式中耙斗內(nèi)巖碴重量; 巖碴與底板的摩擦系數(shù);耙斗重量; 鋼與巖碴的摩擦系數(shù);S耙斗的插入深度; b耙斗的寬度;K耙斗插入巖碴時的單位平均阻力值。牽引力一般按上述3項阻力之和計算,而其余阻力,如鋼絲繩與底板,鋼絲繩與滑輪等摩擦阻力,與此3項相比甚小。所以計算中,用附加阻力系數(shù) (=1.
40、41.5)來代替。耙料時,物料塊度及物理機(jī)械性能有影響,還需考慮一個附加阻力系數(shù)。小塊巖碴:=1.31.4;中塊巖碴:=1.51.6;多爆破不良:k=22.2。因此,絞車牽引力為: =(+) (9)當(dāng)耙斗在槽中運動時,=0,此時耙斗的受力分析如圖13所示。其中N=(+)sin,f=+,= sin,= sin。要使耙斗能順利到達(dá)卸料槽,則必須:+(+)cos= sin+ sin+(+)cos (10)將(9)與(10)兩式比較不難得出耙斗的最大阻力產(chǎn)生在耙斗鏟料過程中,但由于耙斗在鏟料時所受的最大阻力與耙斗的寬度和插入深度有關(guān),因此在計算耙裝阻力之前需對耙斗的工作參數(shù)進(jìn)行選擇。根據(jù)前面的設(shè)計可以
41、確定耙斗的寬度:b=900mm,耙斗的重量=4282N,插入深度S取為220mm。耙斗插入巖碴時的單位平均阻力值K常用取值如表4取巖碴的密度為3000kg/,重力加速度g取為10m/,通過查閱相關(guān)書籍,取巖碴與底板的摩擦系數(shù)=0.15取鋼與巖碴的摩擦系數(shù)=0.1,取=1.5,=2.2。將所有的已知數(shù)據(jù)代入公式: = (+) =(+ KSb) = (0.3 ×3000×0.15×10+4282×0.1+780×0.22×0.9×10)×1.5×2.2(N)=3322.8×3.3N10.97KN,而
42、工作機(jī)的有效功率=FV/1000,則可算出 圖13 耙斗在槽中遠(yuǎn)動受力圖=10970×1.2/1000KW=13.2 KW,現(xiàn)需 Fig 13 Scapers against the tank計算出電動機(jī)輸出的功率,則需確定傳動裝置 is still being sought to 的總效率。由手冊查得,在傳動裝置中,三對齒輪傳動每對=0.98,兩個卷筒每個=0.97,一個聯(lián)軸器每個=0.99,四對軸承每對=0.98,行星輪系效率=0.98,則總效率的計算見下式(11)。=0.795 (11)表4耙斗插入深度與平均阻力關(guān)系Tab 4 The pipe into the depth a
43、nd the resistance between插入深度mm100120140160180200220240260280300插入平均阻力(公斤)203229434429675680780797104111001180因此可計算出電動機(jī)輸出的功率=/=13.2/0.795KW=16.6KW。查機(jī)械設(shè)計手冊,選YBB17-4型電動機(jī),額定功率為17KW,滿載轉(zhuǎn)速為1460r/min。由=FV/1000可得:F=1000/V,由此式可知當(dāng)速度V最小時,牽引力最大,因此可算得工作滾筒的最大牽引力: (12)同樣可算得空程滾筒的最大牽引力: (13)當(dāng)速度V最大時,牽引力最小,因此可算得工作滾筒的最
44、小牽引力: (14)同樣可算得空程滾筒的最小牽引力: (15)根據(jù)以上的計算可以將耙斗裝巖機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表5。表5 耙斗裝巖機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Tab 5 Rock rake buckets main technical parameters技術(shù)規(guī)范工作滾筒牽引力1105-2760Kgf鋼絲繩直徑12.5mm繩速m/s電動機(jī)型號YBB17-4容繩量85m功率17KW直徑/寬度260-150mm轉(zhuǎn)速1460r/min速比23.83重量225Kg空程滾筒牽引力717-1790Kgf繩緣等級8繩速m/s外形尺寸長度1220mm容繩量85m寬度950mm直徑/寬度260/150mm高度615mm速比15
45、.49絞車總重904Kg軟巖固定楔和硬巖固定楔均為組焊件,它們安裝在巖碴之中,起固定尾輪的作用,能使耙斗在裝過一次料后還能回到巖碴之中,進(jìn)而可以開始下一次運料。運料時,工作面耙斗裝巖機(jī)尾輪必須固定在中間,固定楔有硬巖和軟巖兩種:硬巖固定楔長度為400-500mm,軟巖固定楔長度800-900mm,它由鐵楔和鋼絲繩組成,眼深比楔長大50-100mm,并向下略帶5°-10°傾角,要打緊,以防楔子拔出。由于軟巖固定楔和硬巖固定楔的基本結(jié)構(gòu)相似,只是它們使用場所不同。軟巖固定楔主要由套環(huán),繩夾,U形環(huán),楔體,外套,鋼絲繩,錐塞等組成。軟巖固定楔是通過鋼絲繩拉錐塞而使楔體越拉越緊來實
46、現(xiàn)固定的。裝巖機(jī)的方法在拐彎巷道耙碴需分兩步(如圖14所示)。先將鋼絲繩穿過在拐彎處的開口雙滑輪,掛在工作面尾輪上,將巖碴耙至拐彎處。然后,將鋼絲繩從雙滑輪中取出,并將尾輪挪到裝巖機(jī)正前方巖壁上,進(jìn)行正常裝巖。如正副巷之間拐風(fēng)眼,半煤巖巷中拐開切眼等均可按此法機(jī)械裝巖。若開切眼較長、較低,耙斗裝巖機(jī)進(jìn)不去時,可與雙滾筒耙煤機(jī)聯(lián)合使用。開動耙煤機(jī)的雙滾筒絞車,帶動耙煤斗將煤(或碴)耙到裝巖機(jī)正前方,將耙斗裝巖機(jī)尾輪掛在正前方的巖壁上,用耙斗裝入礦車。耙煤斗采用開口式,當(dāng)重斗出來時,活動板關(guān)上;空斗進(jìn)去時,活動板被煤托起,以免擁煤。6.3 尾輪尾滑輪為組焊件,是鋼絲繩定向與中轉(zhuǎn)的部件之一。尾滑輪主
47、要由吊鉤,聯(lián)接塊,耳板,左右側(cè)板,繩輪,心軸等組成。各零件之間的連接是通過焊接、螺栓或銷連接的。該部件的焊接技術(shù)要求較為嚴(yán)格,如吊鉤與擋圈焊接時,應(yīng)保證焊接好的吊鉤能在聯(lián)接塊上靈活轉(zhuǎn)動,耳板應(yīng)在其他零件裝配完后與左右側(cè)板焊接,焊接后必須保證銷子拆裝靈活。尾滑輪以心軸為中心,將繩輪裝在心軸之上,繩輪在裝好之后,應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活,不得有卡阻現(xiàn)象。鋼絲繩就是通過尾輪中的繩輪與耙斗相連的,尾輪中的吊鉤與軟巖固定楔或硬巖固定楔中的鋼絲繩相連,而固定楔是固定不動的,從而不至于使尾輪跟著耙斗的運動而運動。6.4導(dǎo)向輪6.5 鋼絲繩的布置通過對該機(jī)器實際應(yīng)用的觀察,原來鋼絲繩在滾筒上的固定方法存在缺陷?,F(xiàn)改變鋼絲繩
48、在滾筒上的固定方法,原來固定方法是:滾筒上焊有約50毫米長的短管,短管內(nèi)徑為20毫米,鋼絲繩從短管中穿入,用鋼絲繩卡子卡死。這種方法,會使鋼絲繩在滾筒上排列不齊又不平,很容易跳繩,一方面鋼絲繩磨損嚴(yán)重;另一方面,鋼絲繩運行不穩(wěn),跳動大。為避免這種現(xiàn)象,于滾筒上鉆一個尺寸為20毫米的穿心孔,繩頭穿入滾筒內(nèi)心,再用繩卡子卡死。這樣就可以解決繩的排列問題,但每次換繩需要把摩擦輪拆開,擬將在滾筒_L鉆一個通孔,鋼絲繩頭只要插入孔內(nèi)即可。如將滾筒上兩對稱護(hù)繩板的包角總共設(shè)計為180°左右,操作稍不注意,鋼絲繩很容易起卷,從滾筒里跳出來,造成卡脖,影響生產(chǎn)。經(jīng)大大加大護(hù)繩板后,此種現(xiàn)象 基本消滅
49、。加大滾筒上方護(hù)繩滾的直徑原 有護(hù)繩滾直徑為20毫米,它與托繩輪的輪 緣約有23毫米的縫隙,在此重。加大護(hù)繩滾直徑為25毫米以后,咬繩問題便解決了。尾滑輪在裝巖機(jī)上起傳動鋼絲繩和鋼絲繩的導(dǎo)向作用。由于裝巖機(jī)經(jīng)常工作在較差的環(huán)境里,鏟臂架兩導(dǎo)軌處經(jīng)常有碎石塊,造成兩導(dǎo)軌不平衡,使鏟臂傾抖運動,致使鋼絲繩跑偏。如果尾滑輪輪沿較小,鋼絲繩不能被控制在兩輪沿內(nèi),從而加重鋼絲繩對輪沿的磨損。輪沿被磨平后,尾滑輪便失去了對鋼絲繩的導(dǎo)向作用出現(xiàn)跑偏卡住,加重鋼絲繩負(fù)載,使鋼絲繩過早斷開,增加生產(chǎn)成本及維修量。改進(jìn)尾滑輪使其壽命延長的方法足增加輪沿的高度。因此本人將其設(shè)計成如圖15所示的結(jié)構(gòu)。用軸承壓蓋兼作輪
50、沿,增大軸承壓蓋的外徑來實現(xiàn)增大輪沿高度的目的。7 耙斗裝巖機(jī)軌道的設(shè)計 裝料小車軌道改為雙向前面對耙斗裝巖機(jī)工作能力的計算均沒有把裝料小車所花費的時間考慮進(jìn)去,如將小車運行的時間考慮進(jìn)去,那么耙斗裝巖機(jī)的工作能力無法達(dá)到所要求的范圍內(nèi)。為了提高耙斗裝巖機(jī)的實際工作能力,現(xiàn)設(shè)想將裝料小車的軌道改為雙向的,也就是說并排設(shè)計兩輛裝料小車來進(jìn)行裝料與運料。當(dāng)裝料小車裝滿料后立即推開到指定的位置卸料,而另一裝料小車在前一裝料小車走后就立即可以進(jìn)行裝料。如此不間斷的往復(fù)可以減少電動機(jī)的反復(fù)啟停,從而提高工作效率與電動機(jī)的使用壽命。它們的軌道布置可以有以下兩種方法:(1)將耙斗裝巖機(jī)軌距設(shè)置為900mm,
51、裝料小車軌距設(shè)置為760mm,兩裝料小車靠得最近的兩軌道之間的距離為60mm,具體的軌道鋪設(shè)按圖16所示進(jìn)行。圖16 鋪設(shè)軌道方法一Fig 16 Laid the track method 1經(jīng)簡單的計算可知三軌道所占的路面寬度不足2m,而由前面的設(shè)計可以知道簸箕口擋板之間的最遠(yuǎn)距離為2045mm,此距離大于三軌道所占的路面寬度,也就是說只要耙斗裝巖機(jī)能夠進(jìn)入井下,那么此鋪設(shè)軌道的方法是可以實現(xiàn)的。(2)考慮到裝料小車的運動并非自動,而需人來進(jìn)行推動,人進(jìn)入礦井下,那么他們必定會占有一定的空間。為了使人在井下能有足夠的空間來作業(yè),于是將裝料小車的軌距縮短至380mm,具體的分布如圖17所示。圖17 鋪設(shè)軌道方法二Fig17 Laid the track method 2 進(jìn)行雙軌的設(shè)計是為了提高實際工作能力,當(dāng)設(shè)計了雙軌之后,卸料槽口將不會正對著裝料小車,如不采取一些措施,利用一些輔助設(shè)備,耙斗所耙的物料將無法全部落入裝料小車中,造成物料的流失,反而得不償失。為此我設(shè)想到了一種簡單的輔助設(shè)備:在卸料槽口上安裝兩擋板,兩擋板的內(nèi)側(cè)或外側(cè)分別裝有可伸縮的形如圓柱體的鐵桿,該圓柱體的鐵桿作用是用來固定兩擋板的位置,使從兩擋板出來的物料能完全落入小車內(nèi)。為了保持兩擋板之間的距離,還需在兩擋板之間
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