液压驱动绞车设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 液压驱动绞车已广泛应用于各种工程领域。本文所 设计 的液压驱动作业绞车是适用于矿用长距离带式输送机皮带的张紧 ，称为液压张紧绞车。 带式输送机输送散体物料是当今世界上广泛采用的手段之一， 是采矿企业主要的连续运输设施。 采用 此种绞车 不仅可以实现长距离、大批量输送 机皮带的张紧 ，而且与其他 张紧装置 相比，具有更好的经济效益和更低的成本。拉紧装置是带式输送机不可缺少的重要组成部分，它的性能好坏直接影响带式输送机的性能，因此国内外学者对其进行了大量的研究。 本文设计内容着重于液压张紧绞车的机械结构，主要包括 ：液压马达 的选择，钢丝绳的选择与校验，滚筒结构设计，二级齿轮蜗杆减速器的结构设计等 。其中，机械传动采用蜗轮蜗杆的传动方式可以解决绞车运行中的自锁问题。 它可以大大提高输送机运行的可靠性。大型带式输送机拉紧装置应具有自动调整拉紧力、响应速度快、可靠性高的特性。 从 现有的液压绞车 使用情况看，绞车拉紧和液压拉紧可以实现自动控制且拉紧力可调。 关键词 ： 液压张紧绞车 ； 液压马达 ； 蜗轮蜗杆传动 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 in is is as is in s of of be by a is is an of of so a of on of of of to of It of be to 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘 要 . I . 1 章 绪论 . 1 车分类 . 1 机械式驱动绞车 . 1 电 机驱动绞车 . 2 气动绞车 . 2 液压绞车 . 2 国内外液压张紧绞车发展概况与现状 . 3 国内液压张紧绞车发展情况与现状 . 3 国外液压张紧绞车发展情况与现状 . 3 设计目标与参数 . 5 长距离带式输送机总体方案的确定 . 6 第 2 章 机械系统传动方案的确定 . 7 设计方案和主要参数的确定 . 7 液压张紧绞车总体方案的选择 . 7 总体方案的确定 . 10 第 3 章 机械结构设计 . 12 引钢丝绳直径及卷筒直径的确定 . 12 钢丝绳的选择 . 12 钢丝绳强度校核 . 12 卷筒计算 . 13 压马达的选择 . 14 轮蜗杆减速器设计 . 16 传动比的计算 . 16 传动比的分配 . 16 传动零件的设计计算 . 17 蜗 杆 轴的结构设计和校核计算 . 26 齿轮轴的结构设计和校核计算 . 31 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 减速器的结构尺寸 . 40 轴承的选择 . 41 润滑和密封形式的选择 . 42 减速器技术说明 . 43 液压张紧绞车主要维护事项 . 44 第 4 章 经济性分析 . 46 结 论 . 47 致 谢 . 48 参考文献 . 49 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 . I . 1 1.1 . 1 . 1 . 2 . 2 . 2 of . 3 he of . 3 of . 3 . 5 1.4 to . 6 . 7 he of . 7 he of . 7 of . 10 . 12 3.1 of . 12 he of . 12 . 12 . 13 he of . 14 . 16 of . 16 of . 16 of . 17 . 26 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of . 31 . 40 . 41 of . 42 . 43 . 44 . 46 . 47 . 48 . 49 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 绪论 车 分类 绞车是与滑车、辘轳相似的另一种用于拖曳提升重物的机械，在古代已被普遍应用。它可以使人们搬运远重于自己许多倍的重物。直到今天它仍然是我们生产和生活中必不可少机械设备。 古代的绞车采用一种轴和轮的形式，并用框架支撑轴，通过人工摇动联动手柄，带动轴旋转以实现拖曳提升重物的目的。主要应用于水利、采矿、建筑、军事等。 现代实用的绞车（或称卷扬机）是泛指有一个或几个卷绕绳索的圆筒，用来提升或拖曳重载荷的动力机械设备。广泛应用于日常生活（如电梯的绞车）、工业生产（如各种起重设备）中。 绞车有 各种各样的用途，这就要求绞车的结构和种类有所不同，分类也可以采用多种方法。按照滚筒的数量可以分为：单滚筒绞车、双滚筒绞车、三滚筒绞车。按照结构可分为：单轴绞车、双轴绞车、多轴绞车。 绞车按驱动方式分类，可以分为机械式驱动绞车、电机驱动绞车、气动绞车、液压绞车等几大类。 机械式驱动绞车 用柴油机等通过链传动或皮带、齿轮等传动形式驱动的绞车。 主要特点： 驱动部件间的固定几何位置关系决定着系统的设计布局，布局变化少； 传动系体积尺寸大，总重量重； 安装布置复杂，经常需要精密加工的 平面和精密的部件定位； 难以实现大范围的无级变速； 原动机的位置是不可变的； 在有负载的情况下，难以取得平稳的反转； 通过采用液力偶合器，可以在堵转工况下产生最大扭矩。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 电机驱动绞车 用电动机作为原动力，通过各种传动机构驱动滚筒旋转的绞车。 主要特点： 1、在小型和低端绞车产品上采用常规定速电机驱动方法，能实现单速 (或双速 )和双向旋转功能，系统简单，但不能低速启动和平滑变速； 2、采用可控硅整流 (流调速方式实现无级变速，发展历史悠久，可在低速段提供短时的额定扭 矩 (或堵转扭矩 )。但是，若无独立冷却系统和专用设计，直流调速方式不能长时间用于堵转工况； 3、采用交流变频调速方式实现从零到最大速度的无级变速，可以在低速或堵转工况下提供 100%额定扭矩，调速平稳； 4、设备复杂，维修、保养人员的技术水平要求较高。 气动绞车 用空气压缩机提供的压缩空气作为原动力，通过气动马达等传动驱动的绞车。 主要特点： 1、需要配置压缩空气站； 2、气动系统工作压力较低，气动马达外形尺寸较大，气动系统总体重量较重 ； 3、对环境条件敏感，在周围环境温度低的 地方，可能有潮气凝结在气动管路和部件里； 4、噪音大，需要噪音消音器。 液压绞车 用油泵作为原动力，通过液压马达或液缸传递动力驱动的绞车。 主要特点： 1、体积小、重量轻，惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击 ； 2、双向实现从零到最大速度的无级变速控制； 3、换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 构旋转和直线往复运动的转换； 4、液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制； 5、用高压溢流阀或压力补偿器双向限制有效力矩，系 统允许长时间支持负载，双向可以限制不同力矩，容易实现过载保护； 6、由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长； 7、输出速度范围大，负载的低速控制好，可以带载良好启动 ; 8、操纵控制简便，自动化程度高； 国内外液压张紧绞车发展概况与现状 国内液压张紧绞车发展情况与现状 2 型液压绞车现巳发展到四型。该型绞车采用整体布置、全金属底座、低速大扭矩内曲线液压马达驱动，没有减速器，主轴装置与液压马达直联。噪声低于日本三井三池公司的，在井下司 机台处噪声级为 83分贝，符合卫生标准。 6型液压线车已鉴定合格。该型绞车泵站与主轴装置、操纵台分开，泵站可放置在司机操纵台的左、右后方。远距离波控操纵，采用手动减压阀式比例阀，匹配比例油缸。由此派生的 1 6 型液压绞车，两台液压马达 (10升转 )分别装在主轴的两端上，同时驱动卷筒，流量自行分配达到同步。现正在研制 0型 2米液压绞车准备采用两个 12 5升转低速大扭短液压马达安装在主轴的两端。 200Y 型液压绞车采用高速液压马达带动行星减速器驱动卷筒，目前在淮南谢二矿 使用。 目前液压绞车的驱动方式有两种。一种采用低速大扭矩液压马达，另一种采用高速液压马达驱动行星减速器。 国外液压张紧绞车发展情况与现状 日本是研制矿用液压绞车较早的国家。 1971年三井三池机器所制作作所研制成功一台卷简直径为 1 6米的液压绞车。该机采用全金属底座，所有部件都买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 安装在底座上，平面结构形式为矩形，为适应闲空搬运，宽度限制得较死。外形尺寸为 9950 2400 2650毫米。该机用一台 160千瓦防爆鼠笼型电动机通过一个齿轮传动箱驱动两台轴向往塞式油泵输出高压油，由一台斯达发液压马达驱 动减速器带动卷筒。这台减速器还是比较老的外人字形齿轮减速器。制动装置也是原电动绞车上的重锤式角位移块闸抱紧装置。从这台绞车上可以看出，该机的设计特点是沿用电动绞车的机械部分，只是把主传动改为液压传动。 三井三池机器制作所两年后又推出了另一新型的大功率液压绞车。适用于长壁系统斜并提升。电动机功率达 250 千瓦。整体金属底座结构，布置上大体与 4 一 1 型相同。电动机双出轴，分别拖动两台轴向往塞泵，两台泵输出的压力油供结两台斯达发液压马达，两台液压马达安装在同一减速器上。操纵台、司机椅、防爆控制 仪表、信号柜布置在油箱上。三井三池机器制作所还生产了最大静张力为 4吨、功率 80千瓦的 1 2米液压绞车。 三井三池公司的矿用液压绞车巳系列化。并能适应不同用户的要求，制造不同类型的液压绞车。 英国是较早研制液压绞车的国家，六十年代就有矿用液压绞车问世。英国彼克诺斯公司研制了一种适用于矿山的新型轻便液压绞车。控制系统通过一个手动阀来实现绞车正反向变速，其中包含一个中间位置及两个方向的全速和慢速，速度可任意选择，手动阀采用弹簧复位。电动机驱动一台轴向柱塞泵，压力油输入赫格兰德滚轮传力式液压马达。壳转液压马达装在卷 周内。主油泵为斜盘式双向变量轴向往塞泵，并有恒功率控制装置。该公司生产了五种不同规格的系列产品。电动机功率有 15千瓦， 22、 3千瓦两种。工作介质可用 60 40号乳化液。该型绞车选用瑞典液压马达，西德的恒功率控制泵。卷筒上装有作无极绳牵引的摩擦轮；拆掉摩擦轮就可以作单周提升绞车，作无极绳牵引可以用于牵引单轨吊，还可以作卡轨车的牵引绞车。 捷克斯洛伐克有几种小型液压绞车用于暗井、中、小型矿井罐笼提升。型号为 24绞车为双绳和四绳摩擦式绞车，摩擦轮直径 1 05米，直接安装在暗井上。 泵站和主机部分是可分式的，液压马达安装在井简上，泵站能安装在巷道峒室内，用高压管道连接泵和液压马达。 法国斯蒂芳诺伊斯公司生产的液压绞车电动机功率为 110 千瓦，最大静张力为 5吨。主要网于井下作 2级提升和辅助运输用。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 瑞典林登一阿利马克公司生产的 液压绞车采用液控分开的操纵方式，绞车泵站与主轴装置可分开布置，两部分的位置可相对移动，由高压腔管连接主轴装置上的液压马达传送压力油。这种绞车用途较为广泛，适用于不同的负荷及速度要求，并能输送人员。由于设计紧凑、主机、泵站、操纵箱可灵活移动，非常使于在狭窄的矿井 下使用。该型绞车提升能力可达 10吨。 西德生产的 1140E 型单轨吊车上采用液压绞车进行无极牵引。绞车为液压牵引一 3000型钢丝绳牵引绞车。它由牵引部、液压马达、液压泵站、控制装置及监视装置等组成。牵引绞车由液压马达驱动，使无极绳和挂在钢丝绳上的运输吊车作往复运动，完成运输任务。液压马达为 5 型和 5 型，都是径向柱塞式低速大扭矩液压马达。马达上装有 5 个柱塞，呈星形布置，又称星形液压马达，可安装在绞车的左侧或右侧。泵站与绞车分开，最大牵引力为3 吨。这台绞车可有普通控制、安全控制、无线电遥控三种控 制方式。西德还生产了最大牵引力为 9吨的无极绳绞车。 西德沙尔夫公司生产的钢丝绳牵引卡轨车，使用液压牵引的 6000型绞车。双绳牵引的 800 型卡轨车由多个星形液压马达驱动。 设计目标与参数 在煤矿运输中，张紧装置是带式输送机不可缺少的组成部分，张紧装置包括螺旋式拉紧装置、垂直式和重锤式拉紧装置、钢丝绳绞车式拉紧装置，其中车式拉紧装置动作灵活，占地面积较少，一般用绞车拉紧。液压与机械、电力、气压传动相比，具有较多的优点，例如：能在运行过程中进行无级调速，调速范围大；在同样功率情况下，液压装置体积小、 重量轻、惯性小、结构紧凑，且传递扭矩大；液压装置工作平稳、反应快、操作方便；省力，易于实现自动化且使用寿命较长等。液压张紧绞车具有良好的发展前景。 液压张紧绞车计算参数如下： 张紧力 00 ；张紧行程 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 长距离带式输送机总体方案的确定 因为此设计是长距离的在矿山运输巷道中应用的输送机，根据运输巷道的布置图可知输送机的长度在大约 4000 多米，在这样长的距离中用皮带机进行煤碳的连续运输。同时可知在整个运输过程 中总共经过了四个运输区段，有平行运输也有角度运输。在设计皮带机的时候整个运输区段可以采用两种方式：一采用两台输送机；二采用两台输送机。 图 1 1 带式输送机总体方案图 用两台输送机时第一、二区段用一台输送机，在第二、三区段用一台输送机，可以解决采用一台时的输送带张力不平衡的问题，同时可以缩短每台运输机的运输距离。但是采用一台输送机时，整个运输区段长度总共在 4000 多米，机头机尾部布置在运输段的两端，在检修的时候不用在携带大量的仪器去运输段中间进行检修，便于工作人员进行维护。同时在工作中采用越多的工作机那么 出现故障的几率就越大。 综合两种方案的优缺点最终采用一台输送机来完成运输巷的运输。 570(504304(1 地 面 ( m )纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 第 2 章 机械系统传动方案的确定 设计方案和主要参数的确定 液压张紧绞车总体方案的选择 目前，液压驱动绞车有三种传动链接方式 : 1、 液压马达直接与绞车滚筒轴连接传动。 图 2液压绞车传动示意图 1、 卷筒 2、液压马达 3、柱塞泵 4、电机 2、 采用液压缸驱动与主轴固定的突轮机构带动绞车旋转。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 图 23、 使用液压马达通过齿轮（或减速器）传 动带动滚筒旋转。 1、 卷筒 2、减速器 3、液压马达 4、泵 5、电动机 图 2压 机械传动绞车示意图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 图 2轮传动液压绞车示意图 在静液压传动系统中，由于驱动轴的转速不是很高（每分钟几十转到几转），使用中既有用低速液压马达直接驱动，又有高速液压马达经过齿轮和链轮等减速器（或变速器）驱动的两种方案，习惯上称为“低速方案”和“高速方案”。 1 号方案属于“低速方案”。 它的特点是： 1、最能体现液压传动系统布局灵活性的优点，一些“驱动轴马达”可直接安装在驱动轴上，很少占用其它安装空 间，为整体设计提供很多方便； 2、由于省去了液压马达和驱动轴之间的各种传动环节，从而避免了它们之间产生的附加功率损失，减少了机械噪声； 3、降低了驱动轴的转动惯量，有利于提高系统的调节品质及减少冲击负荷。 3 号方案属于“高速方案”。 它的特点是：低速方案要求液压马达直接与驱动轴连接，这就要求马达输买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 出与负荷相匹配的扭矩，而且还要直接承受由驱动轴传来的各种径向和轴向载荷，有时还需要有离合和制动等附加功能。而高速方案可以利用中间传动环节来分担这些功能，对马达的要求相对较低。 根据调查分析，从系统装置布 局上以及作业用绞车的实际工况出发考虑，直接将马达和驱动轴安装在一起减少功率损失，提高了系统的工作效率，减少占用空间和绞车的体积，因此我们选择“低速方案” 。又因为绞车在运行过程中需要自锁保护，所以采用蜗轮蜗杆传动，已达到自锁功能。 另外，从传动设备之间连接来考虑，对于小型绞车，为了保证结构紧凑，绞车驱动部分一般与绞车工作装置联接在一起，直接驱动工作装置；而对于大型绞车或应用现场空间相对狭小的绞车，绞车驱动部分与绞车工作装置可以设计成独立放置，两者间通过液压管线、气动管线或电缆管线相联系，绞车的布置和操纵均很 方便。对于本次设计将采用管线连接。 总 体方案的确定 由以上分析可知液压驱动绞车由一般由四部分组成：液压泵站（原动力）、液压马达、齿轮蜗杆减速器、绞车（执行机构）。根据上面分析确定由液压马达带动滚筒以及中间传动环节的要求初步设计的液压绞车示意图如下： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 1、 液压站 2、液压马达 3、减速器 4、滚筒支座 5、支架 6、滚筒 7、减速器支座 8、液压马达支座 9、管线 图 2 5 液压张紧绞车总体布置图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 第 3 章 机械结构设计 引钢丝绳直径及卷筒直径的确定 钢丝绳的选择 根据 8918 1996知，钢丝绳直径可由钢丝绳最大工作静拉力， 按下式确定： d = C s (3 1) 式中 d钢丝绳最小直径 ， C选择系数 ， 12 ； 取 C = S钢丝绳最大静拉力 ， N； 取 S=100 则由公式（ 3 1）可得： d =10 所以选择钢丝绳直径 d =13初选钢丝绳直径 =13 型号为： 6 13 155 钢丝绳强度校核 由钢丝绳型号知： 钢丝绳公称抗拉强度为 1550 2N/所以最小钢丝破断拉力总和 106500s 2N/整条钢丝绳的破断拉力为 (3 2) 0 1 0 6 5 0 0 90525 2N/式中： 拉力影响系数，取 = 安全系数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 m a . 0 5 2 510000 (3 3) 所以 5 故所选钢丝绳满足要求。 卷筒 计算 （ 1） 卷筒的直径 0 (3 4) 式中：0D 按钢丝绳中心计算的卷筒最小直径 , d 钢丝绳直径 ， h 与工作级别和钢丝绳的结构有关的系数，这里取 h=22。 所以 860 取 900 （ 2） 确定卷筒的宽度 B 初选每层缠绕圈数 z=37 B= 0 3371 (3 5) 式中：1k 钢丝绳排列不均匀系数 。 （ 3） 初选钢丝绳 的缠绕层数为 n=4 （ 4） 验算卷筒容绳量 L L = 021n z D d n d k （ 3 6） = =157m 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 式中：2k 钢丝绳每层降低系数 ； 取2k= （ 5） 卷筒厚度 对铸铁卷筒 厚度 =6290+8= （ 3 7） 取 =15压马达的选择 由作业绞车液压系统的结构特点可知，马达的最大扭矩是滚筒提升最大负载时所传递的扭矩，则马达的最大扭矩为 0m a x 0 . 5M F D马 达 （ 3 8） 式中 ： F 滚筒提升的负载重量， 将 F 100 0D 290 3 8） 中得： 14500m a 又因为 2m 马达（ 3 9） 式中 ： P 马达的工作压力，以最大速度运行时，（马达的压力为 20a； q 马达的排量， ml/r； 马达的机械效率，取 带入式 （ 3 9） 中，可算得马大排量 q=1992ml/r 参考机械设计手 册第四版，选择 径向柱塞马达。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 表 径向柱塞马达性能参数 类别 排量 (ml/r) 压力（ 转速范围 (r/额定扭矩 () 重量 （ 额定压力 最高压力 参数值 2014 20 25 126500 160 图 3液压马达 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 轮蜗杆减速器设计 传动比的计算 卷筒转速 01 （ 3 10） 其中： v 钢丝绳牵引速度，取 s； 0D 卷筒直径。 带入式 （ 3 10） 中，可得 1n =达转速，由上可知 2n =200r/总传动比 i=121 （ 3 11） 传动比的分配 按二级传动， 21，因此进行传动比的分配，分配的原则为： 1）使各级传动的承载能力大致相等，即齿面接触强度大致相等； 2）使减速机构获得最小的外形尺寸和重量； 3）使各级传动的大齿轮浸油深度大致相等。 因为，此减速装置为齿轮 齿轮传动布置在高速级，为获得紧凑的箱体结构和便于润滑，通常取其中齿轮传动比 i 。 如要求 齿轮副应采用淬硬齿轮， 808 i 。 1、 分配减速器的各级传动比： 若齿轮的传动比取 i =2，则蜗轮蜗杆的传动比为 i =231 =、 计算传动装置的运动和动力参数 ： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 （ 1） 计算各轴转速 1n =200r/n =100r/n= 2） 计算各轴输出功率 3 =132 23 =式中： 1 蜗轮蜗杆传动效率， 1 = i = 2 齿轮传动效率，取 传动零件的设计计算 （一） 蜗轮蜗杆设计 蜗杆选用 20部调质，表面渗碳淬火， 45 蜗轮选用 属模铸造； 加工精度 8 级。 参照机械设计手册（机械传动）