JTK1.2提升绞车滚筒设计【说明书+CAD】
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河南理工大学2009届毕业设计摘要绞车滚筒是用来缠绕钢丝绳，并且承受钢丝绳的拉力所造成的各种载荷的主要部件和传递动力的元件，是绞车的重要组成部分。滚筒一般由三部分组成，即筒壳、法兰盘（支轮）和支环。筒壳是滚筒最基本和最薄弱的元件，是滚筒的主要承载部分。支环的作用是增加滚筒的稳定性。筒壳和支轮的材料为钢板。矿井提升机的运转实践证明，木衬MN16对筒壳能起到一定的保护作用，故设计时在筒壳外装有木衬。但木衬对筒壳的保护只有在筒壳的形状比较规则，没有发生较大的变形，并且用合适的木材制作木衬（现常用柞木、水曲柳或榆木等制作），使木衬与筒壳能各处均匀严密接触的情况下才是有效的，故在安装提升机时，要求筒壳的外形是比较规则的圆柱体，木衬用上述木材制作，并按规定车制绳沟。装设木衬时，应使木衬衬条在长度方向上与筒壳均匀严密的接触，木衬衬条之间的缝隙应尽量予以消除。在使用过程中当木衬已经磨损时，应及时予以更换。该课题从实际出发，首先对绞车滚筒的用途、工作原理进行概述，进而对绞车滚筒的总体设计方案进行分析，然后进行具体零部件的分析设计；主要包括了电动机的选型，钢丝绳的选择，滚筒筒壳、支轮、主轴等部件的设计计算和校核以及制动系统的选择等若干环节。在结构设计完成后，利用CAD进行装配分析和设计，最后完成绞车滚筒的整体设计。关键词钢丝绳支轮主轴河南理工大学2009届毕业设计ABSTRACTWINCHWIREROPEWINDINGDRUMISUSED,ANDTOBEARTHETENSIONOFWIREROPECAUSEDBYTHELOADOFTHEMAINCOMPONENTSANDPOWERTRANSMISSIONCOMPONENTS,ISANIMPORTANTCOMPONENTOFTHEWINCHDRUMGENERALLYCONSISTSOFTHREEPARTS,NAMELY,TUBESHELLFLANGEROUNDSTICKSANDTHESUPPORTRINGDRUMDRUMSHELLISTHEMOSTBASICANDTHEMOSTVULNERABLECOMPONENTSISTHEDRUMPARTOFTHEMAINBEARINGTHETHICKNESSOFTHEROLEOFSUPPORTRINGISTOINCREASETHESTABILITYOFDRUMCYLINDERSHELLANDSUPPORTMATERIALFORTHESTEELWHEELTHEOPERATIONOFTHEMINEHOISTPRACTICEHASPROVEDTHATTHEWOODLININGONTHECYLINDERSHELLCANPLAYAROLEINTHEPROTECTION,SOTHEDESIGNOFTHESHELLINTHEOUTERTUBEEQUIPPEDWITHAWOODLININGHOWEVER,WOODLININGTOPROTECTTHESHELLOFTHECYLINDERONLYINTHESHAPEOFTHESHELLTUBECOMPARISONRULES,NOLARGERDEFORMATION,ANDTHEPRODUCTIONOFWOODOFSUITABLETIMBERLINERNOWCOMMONLYUSEDOAK,MANCHURIANASHORELM,SUCHASPRODUCTION,SOTHATWOODLININGWITHTHECYLINDERSHELLCANBEUNIFORMTHROUGHOUTTHECASEOFCLOSECONTACTTOBEEFFECTIVE,THEHOISTISINSTALLED,THEREQUIREMENTSOFTHECYLINDERSHELLSHAPEOFTHECYLINDERISMORERULES,WOODCONTRASTWITHTHEABOVEMENTIONEDTIMBERPRODUCTION,INACCORDANCEWITHTHEPROVISIONSOFCARROPEGROOVETHEINSTALLATIONOFWOODLINING,THELININGSHOULDBETREESLININGTHELENGTHOFTHEDIRECTIONOFTHEDRUMSHELLWITHUNIFORMTIGHTCONTACTWITHWOODLINERLININGTHEGAPBETWEENARTICLESTOBEELIMINATEDSHOULDBEWHENUSINGTHEPROCESSOFLININGHASBEENWORNWOODSHOULDBEREPLACEDPROMPTLYTHESUBJECTFROMAPRACTICALPOINT,FIRSTOFALL,THEUSEOFTHEWINCHDRUM,THEWORKOUTLINEDINPRINCIPLE,ANDTHEOVERALLDESIGNOFTHEWINCHDRUM河南理工大学2009届毕业设计PROGRAMANALYSIS,ANDTHENCARRYOUTSPECIFICPARTSOFTHEANALYSISANDDESIGNMAINLYINCLUDESTHEMOTORSELECTION,THECHOICEOFWIREROPE,DRUMCARTRIDGECASE,SUPPORTWHEEL,SPINDLEANDOTHERPARTSOFTHEDESIGNCALCULATIONSANDCHECKTHEBRAKINGSYSTEM,ASWELLASANUMBEROFASPECTSOFTHESELECTIONUPONCOMPLETIONOFTHESTRUCTURALDESIGN,THEUSEOFCADANALYSISANDDESIGNFORASSEMBLY,ANDFINALLYTOCOMPLETETHEOVERALLDESIGNOFTHEWINCHDRUMKEYWORDSWIREROPESUPPORTWHEELSPINDLE河南理工大学2009届毕业设计目录前言6第一篇浅谈绞车滚筒7第二篇总体设计方案821设计任务说明822总体设计的内容及要求8第三篇电动机的选择9第四篇钢丝绳设计计算及选择1041最大悬垂长度1242钢丝绳每米重1343验算钢丝绳的安全系数13第五篇滚筒的设计1451滚筒的宽度寸计算1452钢丝绳最大静张力以及最大静张力差1453滚筒的结构设计1554滚筒的强度计算17541筒壳的外载荷17542钢丝绳拉力降低系数1855筒壳的失效形式1856滚筒筒壳强度的有限元分析20561空间的坐标分量20562单元的应变矩阵轴对称空间问题25563单元的应力矩阵、刚度矩阵和总刚度矩阵2757滚筒滚壳强度的校核30571滚筒筒壳自由段压缩应力的校核30572支轮处筒壳应力的校核3158筒壳的强度稳定性校核3359滚筒右支轮部件的结构33第六篇主轴的设计3561主轴的结构设计3562联轴器及轴承的选择36621联轴器的选择36622滚动轴承的选择3863主轴强度和刚度计算及校核39631固定静载荷分配于主轴各轮毂作用点上的力40河南理工大学2009届毕业设计632钢丝绳拉力分配于主轴各轮毂作用点上的力42633作用于轴上水平方向及垂直方向的合力43634弯矩计算44635扭矩计算45636危险断面的安全系数计算46637按弯扭组合校核强度47638挠度计算4864主轴承强度校核51第七篇制动系统5271制动系统的作用5272制动系统的要求52结论55致谢56参考书目57河南理工大学2009届毕业设计前言毕业设计是工科专业教学计划的一个重要组成部分，是各教学环节的继续深化和检验，其实践性和综合性是其他教学环节所不能替代的，通过毕业设计使学生获得综合训练，有利于培养学生独立工作能力，巩固和提高所学知识；全面提高毕业生的素质，使之能较快地适应工程实践，对培养学生的实际工作能力具有十分重要的作用。主要目的是培养我们综合运用所学的基础理论，基本知识和基本技能，去分析和解决本专业范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法，如调查研究、查阅文献和收集资料并进行分析的能力；制订设计或试验方案的能力；设计、计算和绘图能力；总结提高撰写论文的能力；检验我们综合素质与实践能力的重要依据。通过毕业设计进行工程知识和工程技能的综合训练，使学生走上工作岗位就具有较强的应用生产现场正在使用和近期可能推广使用的技术去解决工程实际的能力。毕业设计的基本要求是（1）既要完成任务，又要培养学生，应把对学生的培养放在第一位。在老师的指导下，根据所选定的设计课题通过实习，结合工程实际独立完成设计工作。受到一次机械工程师解决工程实际问题的初步训练，能较快适应生产一线的工艺技术和设备管理工作。（2）通过毕业设计，使我们受到综合运用所学知识解决实际问题的能力，提高自己科研和工程实际中的技术水平，也提高自己的运算能力，识图和制图能力，查阅手册、使用国家级标准和信息资料的能力和文字表达能力等。（3）培养自己独立完成工作的能力，进一步巩固专业知识，使自己具有较强的自学能力和工作适应能力，提高自己运用科研成果和新技术能力，以及对现有机械设备和生产过程进行技术改造的能力。（4）培养学生严谨求实、理论联系实际的工作作风和严肃认真，一丝不苟的科学态度，使学生树立正确的生产观点和技术经济观点。本次设计的题目是JTK12提升绞车滚筒设计。针对以上要求,我认真的进行了JTK12提升绞车滚筒设计，由于本人知识有限,实际生产经验不足,所以在设计中难免出现错误与河南理工大学2009届毕业设计不足,敬请各位老师和同学批评指正衷心祝愿各位老师身体健康工作顺利第一篇浅谈绞车滚筒滚筒的作用主要是通过主轴把电动机传递给它的转速和转矩转化成绕在它上面的钢丝绳的线速度，以提升和下放物体。根据制造工艺的不同，可把提升机的滚筒结构分为铸造一焊接混合型支轮为铸造，滚筒为焊接和焊接型。当支轮的变形与简壳的变形相比可以忽略时，称它为刚性支轮，均为刚性支轮。如支轮的变形与筒壳变形相比不可忽略时，称它为弹性支轮。它的特点是筒壳与支轮的应力分布较均匀。经验表明，刚性支轮的结构在制造工艺上较复杂，而且往往容易出现早期失效。因此，现代大中型提升机滚筒常采用的弹性支轮滚筒结构。弹性支轮滚筒这种结构共同的持点是取消了支环，用较厚的简壳来承担载荷，并且支轮改为辐板式即在支轮上开有两个人孔或圆环式。这样做工艺上较简单，同时也可以避免由于焊接工艺不当造成加强筋附近的局部应力过高。经验表明，这种改进是成功的。弹性支轮滚筒结构的不同之处还在于刚性支轮的辐板与轴线垂直，而弹性支轮滚筒的支轮与轴线成某一角度约3一6。，初看起来，这种倾斜式辐板似乎可以减少筒壳与支轮连接点的刚度从而减小其弯应力，但由于增加了压缩应力，故对减小合成应力水平并不有效，加上它的制造工艺较为复杂，故不再倾向于使用它了。此外，滚筒外一般设有木衬，并在其上车出绳槽，目的是减少钢绳与简壳直接接触面造成的磨损，并使钢绳排列整齐。绳槽有螺旋形及环形两种，在单层缠绕时采用螺旋形绳槽就足以使排绳整齐。河南理工大学2009届毕业设计第二篇总体设计方案21设计任务说明已知某矿井为竖井，井深213米。矿用绞车一次载重为2600千克，罐笼重1000千克，绞车滚筒直径设计为12米，该绞车主要承担每天的掘进出煤、矸石和全采区的材料、设备运输任务。其他条件在计算是逐一给出或在图中标出。（注本处所给提升机的参数为设计参考参数）。22总体设计的内容及要求总体设计的步骤一般由总装草图分拆成部件零件草图，经审核无误后，再由零件工作图、部件图绘制总装图。本阶段的主要任务是对确定的最佳初步总体设计进一步完善。包括选择材料、热处理方法、进行结构形式设计和有关计算，完成机械产品的总体设计图。总体设计图是零件设计的依据。不仅要求严格按比例绘图，而且还要表示出重要部件的主要结构并标注有关的重要尺寸。除此之外，还要完成部件和零件的设计，完成全部生产图，并编制设计说明书等有关技术文件。总体设计时，要求部件满足功能要求、零件结构形状要便于制造加工，常用零件尽可能标准化、通用化、组合化、对于总体设计还应满足总功能、人机工程、造型美学、包装运输等方面的要求。此外，还要拟订工艺文件、拟订制造、装配和使用规范，编制技术文件。如实际说明书、标准件、外购件明细表、备件、专用工具明细表等。以下是本次设计的详细步骤电动机的选型设计钢丝绳设计计算滚筒部件的设计计算主轴的设计计算及校荷制动系统的设计其他零部件的选用与设计。河南理工大学2009届毕业设计第三篇电动机的选择电动机是专业工厂批量生产的标准部件。电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要电源，结构复杂，价格较高，因此，无特殊要求时不宜采用。电动机工作环境较差，防尘、防爆等性能要求较高，绞车工作在经常启动、制动的场合，要求电动机转动惯量小，过载能力大，故生产中采用三相防爆交流电动机。主油泵电动机的选择计算WFV1026983P105KWW绞车所需工作效率；V滚筒的转速，取V3M/S；绞车的机械效率。105829WDPK根据书煤炭工业设备手册（上册）中国统配煤矿总公司物资编中国矿业大学出版社可选YB315L26型132KW、380V防爆电动机。其具体的参数如下所示表31额定功率额定电压额定电流额定转速效率功率因数COS堵转转矩额定转矩132KW380V2152A985R/M93808716N/M电机质量同步转速极对数最大转矩额定转矩频率电机外型尺寸1310KG1000R/M220N/M50HZ14106601020以上数据来自煤炭工业设备手册（上册）中国统配煤矿总公司物资编中国矿业大学出版社19929河南理工大学2009届毕业设计第四篇钢丝绳设计计算及选择提升钢丝绳的用用途是悬吊提升容器并传递动力。当提升机运转时通过钢丝绳带动容器沿井作上下直线运动。所以钢丝绳是矿山设备的一个重要组成部分。它对矿井提升的安全和经济直运转起着重要作用。提升钢丝绳是由数个相同数目钢丝捻成的绳股绕一绳心捻制而成的一般由六个绳股组成。钢丝直径为1030毫米，有光面和镀锌两种，镀锌钢丝可以防止生锈和腐蚀。钢丝由于韧性不同而分为特号，号及号三种，提升人员的设备应用特号钢丝绳。钢丝的极限抗拉强度为14002000MPA，竖井提升一般用15501700MPA的钢丝绳。公称抗拉强度更高的钢丝绳，不易弯曲且较脆钢丝绳的绳芯是用具有较大抗拉强度的有机纤维麻捻制而成，称为有机质绳芯其作用是储存绳油，防锈和减少内部钢丝的摩擦，而且可以起衬垫作用，增加钢丝绳的柔软性，在一定程度上能吸收钢丝绳工作时产生的振动和冲击。常用钢丝绳的分类和使用范围如下1按捻制方向分（1）左捻的绳股捻制成钢丝绳时是自右向左捻转；（2）右捻的绳股是自左向右捻转。当钢丝绳缠绕在滚筒上呈左螺旋时，则选用左捻钢丝绳，反之选用右捻钢丝绳，这主要是为了避免钢丝绳松捻。2按捻制方法分（1）交互捻绳中股与股中丝的捻向相反，有交互右捻和交互左捻两种。（2）同向捻绳中股与股中丝的捻向相同，也有同时右捻和同时左捻两种。同向捻的钢丝绳较柔软、表面光滑、使用寿命长，但悬挂困难，容易松散和卷成环状。同向捻钢丝绳在我国竖井提升中使用较普遍，在架空索道牵引索和钢丝绳牵引胶带输送机中也都采用。交互捻的钢丝绳多用于斜井提升。3按钢丝绳的断面形状可分为圆形股、异形股。此外，还有椭圆股钢丝绳等。异形股钢丝绳较圆形股钢丝绳可以增加支撑面积，从河南理工大学2009届毕业设计而减轻钢丝绳的磨损，增加使用寿命，当然制造上也相应复杂一些。三角股钢丝绳在我国多绳摩擦提升中得到广泛使用，也可以用于绳罐道和架空索道的承载索。圆形股钢丝绳易超造，价格低，故在矿山提升中常用。4按钢丝绳的直径分分为等直径股和不等直径股5其他还有多层股钢丝绳、密封钢丝绳、扁钢丝绳等。钢丝绳在工作时受多种应力的作用，如静应力、动应力、弯曲应力、扭曲应力、扭转应力等，这些应力的反复作用将导致钢丝绳的疲劳断裂，这是钢丝绳破坏的主要原因；另外钢丝绳的磨损及锈蚀也将导致钢丝绳的破坏。因此，综合反映上述应力的疲劳计算是一个比较复杂的问题，虽然国内外在这方面作了大量的研究工作，取得了一些成绩，但是由于钢丝绳的结构复杂，影响因素较多，钢丝绳强度计算理论尚未完善地应用于工程计算。因此，钢丝绳的强度计算仍按煤矿安全规程的规定钢丝绳应按最大静载荷并考虑一定的安全系数的方法进行计算。钢丝绳的安全系数，根据安全规程的规定为钢丝破断力之和与最大静负荷之比。并规定提升钢丝绳的安全系数为1）专为升降人员用的不得低于9；2）升降人员和物料用的不得低于75；3）专为升降物料用的不得低于65；4）摩擦轮提升用的不得低于8。如图41示，为竖井单绳提升钢丝绳的计算示意图，可知钢丝绳的最大静载荷QMAX是在A点，其值为河南理工大学2009届毕业设计41竖井单绳提升钢丝绳的计算示意图QMAXQQRCPHQMAX钢丝绳最大计算静载荷（千克）；Q容器一次提升量（千克）；QR容器自重（千克）；钢丝绳每米的重量（千克/米）；P钢丝绳的最大悬垂长度（米），CH41最大悬垂长度对于罐提升2013JCSM式中井架高度，暂取20米；JH矿井深度，213米。S井架高度，此数值在计算钢丝绳时尚不能精确确定，罐笼提升可采用J河南理工大学2009届毕业设计1525米。JH42钢丝绳每米重260136/715RBQPKGMCM式中Q是一次载重，千克；QR是容器自重；是提升钢丝绳的单位长度重量，千克/米；P是钢丝绳的最大悬垂长度，米；HC是矿井深度，米；S是钢丝绳的极限抗拉强度一般取1700MPABM是钢丝绳的安全系数由P136千克/米，查表选择纤维芯钢丝绳，其技术规格如下绳径20毫米，每100米重1429千克即P1429KG，钢丝直径13MM，钢丝总断面积S015124MM2，即最小钢丝绳破断拉力总和QD25700KG。43验算钢丝绳的安全系数根据选择钢丝绳的标准值验算安全系数RC2570653QPH61349DM式中P是所选择标准提升钢丝绳的单位长度重量，千克/米；QD是所选择标准提升钢丝绳所有钢丝破断力之和，千克。故此钢丝绳符合使用要求河南理工大学2009届毕业设计第五篇滚筒的设计51滚筒的宽度寸计算卷筒宽度B根据所需容纳的钢丝绳总长度来确定。钢丝绳总长度包括1）提升高度；SH米2）供试验用的钢丝绳长度，规定每半年剁绳头一次，一次剁掉5米，如果钢丝绳的寿命以两年计算，则试验长度为20米；3）为减少绳头在卷筒上固定处的张力而设的三圈摩擦圈。1500MM2130214604SHLBDMD式中B滚筒宽度，MM；H提升高度，M；SD钢丝绳直径，MM钢丝绳试验长度，一般取2030米；SL摩擦圈，一般取3圈；钢丝绳绳圈圈之间的间隙，一般取23毫米，取2毫米；故滚筒的宽度取15M52钢丝绳最大静张力以及最大静张力差缠绕式提升机滚筒要受绳的拉力，缠绕到滚筒上的绳是在具有一定的绳张力的条件下缠绕到滚筒上的。所以提升绳对滚筒的作用力主要有两个一方面是没有缠到简上的绳对滚筒的作用力，对这个力来讲滚筒像一般的空心轴一样要受到达个力的弯曲和扭转；另一个是缠绕到滚筒上的绳的张力对滚筒的作用，这个作用可看作是在筒壳外有一个均匀的压力压到筒壳上，好像一个密闭的圆筒在海底其四周受到均布水压一样，只是筒壳的两端在提升机处并不受侧面的压力。故钢丝绳最大静张力为河南理工大学2009届毕业设计MAX2601429329JRCFQPHKG493CCPKG式中是最大静张力差是一次载重，千克；Q是容器自重千克。R53滚筒的结构设计滚筒是用来缠绕钢丝绳，并且承受钢丝绳的拉力所造成的各种载荷的主要部件和传递动力的元件。滚筒一般由三部分组成，即筒壳、法兰盘（支轮）和支环。筒壳是滚筒最基本和最薄弱的元件，是滚筒的主要承载部分。其厚度一般为，本次设计中M201取为20MM，其结构简图如51所示。支环的作用是增加滚筒的稳定性。筒壳和支轮的材料为钢板。矿井提升机的运转实践证明，木衬对筒壳能起到一定的保护作用，MN16故设计时在筒壳外装有木衬。但木衬对筒壳的保护只有在筒壳的形状比较规则，没有发生较大的变形，并且合适的木材制作木衬（现常用柞木、水曲柳或榆木等制作），使木衬与筒壳能各处均匀严密接触的情况下才是有效的，故在安装提升机时，要求筒壳的外形是比较规则的圆柱体，木衬用上述木材制作，并按规定车制绳沟。装设木衬时，应使木衬衬条在长度方向上与筒壳均匀严密的接触，木衬衬条之间的缝隙应尽量予以消除。在使用过程中当木衬已经磨损时，应及时予以更换。木衬每块的长度与滚筒宽度相等，即为1500MM，每块的宽度为适宜于制造起见，不超过，每块的厚度应不少于钢丝绳直径的两倍，取为50MM。固定滚筒木衬的螺钉头应沉入木衬厚度三分之一以上，当全部木衬固定完以后，应用木塞沾胶水将螺钉孔塞死，并须用木楔将木衬缝填满。河南理工大学2009届毕业设计图51筒壳结构铸焊型滚筒的结构如图52示图52铸焊型滚筒的结构1支轮2筒壳3支环4木衬使用中的木衬，当因磨损使螺钉头的沉入深度尚存10MM时，即应重新更换。滚筒木衬必须刻制绳槽，沟槽深度A035D0035130455MMD0钢丝直径两相邻沟槽的中心距TD23MM202322MM木衬的结构如图所示河南理工大学2009届毕业设计由于筒壳是一个处于负荷不断变化和复杂应力状态下的壳体，故筒壳的结构设计应保证滚筒的各个部分有足够的强度和刚度，并应尽量使各部的强度和刚度均匀，以便使筒壳能足以适应外力和内力的变化，而不致产生变形。54滚筒的强度计算作用在滚筒筒壳上的外载荷主要有下列几种（1）已经缠绕到滚筒的钢丝绳绳圈对筒壳所施加的径向压力（2）尚未缠绕到滚筒上的钢丝绳的静拉力对筒壳所施加的弯矩和扭矩分析指出，由弯矩和扭矩所引起的筒壳的弯曲应力和扭矩应力与压缩应力相比，数值很小，可以忽略不计。由已经缠绕到滚筒上的钢丝绳绳圈的径向力所引起的筒壳自由段的压缩应力具有很高的值，压缩能达到12001500KG/CM2，而在法兰盘（支轮）处，筒壳的弯曲应力具有更高的值。弯曲能达到25003000KG/CM2，这样高的应力甚至超过了筒壳材料的屈服极限。所以，缠绕式提升机滚筒筒壳的强度计算不仅是指筒壳自由段的压缩应力和法兰盘处筒壳的弯曲应力计算，并应使筒壳在这些地方的最大应力不超过筒壳材料的许用应力。541筒壳的外载荷筒壳上的单位面积压力Q2/PTSRKGCM239650/式中，S钢丝绳最大静拉力S393293KGR筒壳厚度平均半径河南理工大学2009届毕业设计1202059RCMT缠绕绳圈的节距T22CM542钢丝绳拉力降低系数由EHTFACK501式中A变形修正系数，对于筒壳中部，可取A1，筒壳端部取小下A0。B筒壳宽度6105240172KEFHT式中EK钢丝绳的弹性模数，EK（07515）106KG/CM2，取EK10106KG/CM2；E筒壳钢板的弹性模数，E2106KG/CM2；FK钢丝绳中所有钢丝的横截面积，取FK15124CM2；H滚壳厚度H20CM；T绳圈缠绕节矩T22CM；则（筒壳中部）10921057C（筒壳端部）2两种计算结果相差不远，故以后计算取C1。55筒壳的失效形式滚壳的失效形式主要有1裂纹出现于筒壳、支轮及支环上。筒壳上的裂纹多出现于圆周方向和螺钉孔处。如图53所示。支轮的裂纹多出现于螺孔周边，呈放射状。支环的裂纹多出现于焊缝处或支环断裂。河南理工大学2009届毕业设计图53筒壳的裂纹形式示意图A沿筒壳圆周方向局部开裂；B沿焊缝和支轮处局部开裂1筒壳；2支环2局部变形过大多数是筒壳中部塌陷。3连接螺拴被剪断或弯曲变形过大，造成这些失效的原因是复杂的，一般来说可能有理论计算有误例如某矿使用的2417仿苏型提升机，根据正确计算应有34个支环，而实际只有两个，故造成卷筒强度不足；结构设计不良造成卷筒各部分刚度相差过大。例如所加支轮和支环的结构不合理形成局部刚性过高从而导致局部应力过高，不符合弹性均匀化设计原则；加工安装不当例如卷筒不圆，或支环与筒壳贴合不好等；使用维修不当例如过载，以及加速度过大等；原材料有缺陷例如内部裂纹等；焊接工艺不当例如焊条或焊接参数选用不当，焊接处清洗不净，以及焊后不净；热处理或热处理不当造成焊接残余应力过高等；原设计许用应力选取过大例如苏制或仿苏的2417和2418提升机，标准中可以采用8吨卸式箕斗，钢绳直径可达475MM，钢绳最大静拉力可分别达到175吨和18吨，而筒壳厚度仅有16MM，其应力可达180200MPA，因此就很容易出现裂纹。河南理工大学2009届毕业设计加工、装配和安装质量对筒壳能否良好的工作也有很大的影响。例如筒壳与法兰盘的结合处沿圆周方向接触不严密，局部地方间隙过大超过05毫米；两半卷筒的对口处间隙过大，连接不牢。法兰盘或轮毂与主轴连接处的切向松动，游动卷筒的法兰盘或轮毂与主轴之间的间隙过大，或在轮毂与主轴过盈配合的情况过盈量过小等，造成法兰盘或轮毂在主轴上晃动或轴向窜动，从而给简壳带来附加扭曲。焊接结构的卷简中，主要是焊缝的强度不够或焊接内应力过大。筒壳外形不规则，椭圆度过大等等。上述缺陷均会使卷筒筒壳失去稳定的工作状态，使用一段时间后，出现连接螺钉折断、卷筒发响等不正常现象。以致在正常负荷下筒壳变形和开裂，为此，应提高加工、装配和安装质量，使用时应经常检查各连接处的情况，发现异常现象时，应及时检修并处理。卷筒筒壳不要使用有缺陷的钢板制作，而必须用检查质量合格的钢板制作。目前，强度低的合金15MN钢板得到普遍的应用，此种钢板的强度较45钢提高30。56滚筒筒壳强度的有限元分析561空间的坐标分量如图54所示。取微元体，采用柱坐标时其应力分量为,RRZZZRZ根据剪应力互等定理，共有六应力分量图54轴对称应力分布河南理工大学2009届毕业设计ZRZR（357）RRVRUWZVZRWZUURZZR,轴对称问题，0，且U与与无关，故由式357）可知0RZ因为ZZRRRG所以0ZR故轴对称问题，其应力分量剩下4个，其4个应变分量分别为（358）RZRZURWRURZR由广义虎克定律材料力学或弹性力学可知又可以写成河南理工大学2009届毕业设计（359）RZZRZRRER1200112RZRZZRZRE由式（359）前3个式子可求得232111RZZRZRRE211222ZRZRZRE所以ZRRE121类似可得ZRZZRE11211河南理工大学2009届毕业设计又由式359的最下面的式子有RZRZEE12112归结以上可写成（360）12001021E令弹性矩阵D为（360A）120010121ED显然，弹性矩阵只与材料性质E、有关。故式360可写成D采用柱坐标时，微元体的平衡方程式为由弹性力学012ZRRTZRRRZZZZ轴对称问题，因为，且各量与无关，故变成不考虑体积力0ZR河南理工大学2009届毕业设计（361）0RRZRZRZ四个应力分量共十个未，二位、，四个应变量、URZRRZR知数。式358、式360、式361共十个独立方程式。从理论上是可解的，但除式360中4个式子为代数方程式外，其余均为微分方程式，所以一般很难解出。一般采用数值解法，有限元法是数值解法中应用最广的方法。由式358、式360、式361十个方程可知，只要设法知道了UR，Z和R，Z，利用式358中的4个式子可求出应变分量，再由式360求出4个应力分量，即可求解。由弹性力学可知，节点位移的有限元法基本方程是RK式中K弹性体的总刚度矩阵，是单元体刚度矩阵的集合；R节点的荷载列阵；R、K根据问题可得的，然后解大型方程组362，就可求得各后根据所求得各节点的位移，最后根据所求得各结点的位移，代回到各单元体中的公式。（363）VTEDVBDK求得各节点或单元体重心的应力分量。由弹性力学可知，单元刚度矩阵为EK（364）DVBKTV式中V为单元体的体积综合式363、式364可知，为求K和必须要先求出单元的应变短阵B。只要求出B即可求出单元应力矩阵SBD下。下面先求单元的河南理工大学2009届毕业设计应变短阵B。562单元的应变矩阵轴对称空间问题在平面中即子午平面中把构件划分成许多三角形，对于轴对称问题，单元为以ZOR此三角形为截面的圆环体。因为轴对称问题中V0，所以只有U、两个位移分量。在三角形截面，可认为U、和坐标R、Z呈线性关系，即有（365）123456Z设此三角形三个顶点即单元的节点的标号为，其单元的标号为E，则其单MJI、元的节点位移为ETMJJIIEUU、首先求出在单元中UR，Z和R，Z的一般表达式，利用式358就可求得与间的关系，从而可求出B。把中各量分别代入式365中就可得到（366A）123IIIJJJMMURZ（336B）456IIIJJJMMRZMJJIIMMJJJIIIZRZRUA11河南理工大学2009届毕业设计把所得代回到式（365）中得321A、（367A）MMJJIIUZCRBAUZCRBUZCRBU同样由式（366B）式可得（367B）21MMJJIIZRZRAZRA因为三角形面积3682112IJIMJJIICBZR把式367A、367B代入到式358中可得令河南理工大学2009届毕业设计（370）ZRCBAFZRCFMMJJJJIII汇总式369、式370并写成短阵形式可得（371）MJJIIJMIZRRBCBCFFF0021令（372）MJJIJIBCBCFFFB0021则式371可简写成（373）EBB称为单元的应变矩阵。从式372可知，中除了第2行的量外，和均只与本单元的MJIB,JIC,节点坐标有关，即对一个单元来讲为常数。由于B中第2行的量是随着R，Z的坐标不同而不同，因此，对于轴对称MJIF,的空间问题来讲，单元的应变矩阵对一个单元来讲，不再是不变的，当R，Z代人某个节点的数值时，即是这个节点的应变矩阵。563单元的应力矩阵、刚度矩阵和总刚度矩阵（1）单元的应力矩阵河南理工大学2009届毕业设计MJIJIBCBCFFFAEBDS0001212MJJIIMJJIIJIBACBACBACFFFE222222111112（374）式中12,1A（2）刚度短阵EKMMJJIIIJJJIIIMMJJJJIIIIOEBACBACBACFFFBBCFBCFER22222211110021（375）10ERKEMEJEMIJJEIEIJEI式中310JIRR式（375）中（376）112112122ERSSRSRSRSRSRSRSRRSRSSSRSRSRSRRSBAFBFCABCFCABKCFFF河南理工大学2009届毕业设计因为D是对称矩阵，所以BTDB也是对称矩阵。故刚度矩阵KE是对称矩阵，而且是66方阵。（3）总刚度矩阵KEK3772121221121OENENENENRK式中N节点总数。所以2N2N矩阵，也是对称矩阵。（4）节点载荷列阵R首先要求得每个单元的节点载荷列阵RE，如图55所示。对匀质、等厚度的三角形单元来讲，若考虑自重，只须把单元重量的1/3移到每个节点上去。图55节点载荷面力的移置等效力按静力等效原则，有EJR32622310IIJIIJIIJEJQLLQDQL所以同样可得河南理工大学2009届毕业设计（378）26JIEIIJJQLR如果再加节点上的集中载荷TMIJJIEYX总的节点载荷列阵为（23）NEYXYR21求出后，用式362求，然后代回到各单元体，求，求解RK,ES完毕。57滚筒滚壳强度的校核571滚筒筒壳自由段压缩应力的校核1）滚筒滚壳自由段压缩应力的计算滚筒滚壳自由段的长度应满足RHL831260247故取L45CM式中，R滚筒半径；H筒壳厚度。查机械设计课程设计指导书（航空工业出版社）表114钢板的许用压缩NM16应力1800KG/CM2。一层缠绕时，在绳圈均布载荷作用下筒壳自由段的压缩应力为河南理工大学2009届毕业设计2213854271/5908/180/0YTCTCMNCM式中S钢丝绳的最大静拉力（N）；滚筒筒壳的厚度（CM），；T钢丝绳在滚筒上的缠绕节距（CM），T22CM；钢丝绳拉力降低系数，C1。由于钢丝绳应力满足要求，故满足筒壳压缩应力需求。572支轮处筒壳应力的校核（1）首先决定筒壳与支轮的结构类型如图所示，当认为筒壳与支轮的连接为固接结构，而与之相反，应将其视为铰接结构。另外，如果筒壳与支轮连接处沿圆周方向分布较多时，亦可视为固接结构。图56筒壳支轮的连接结构因为12850129RH式中，R筒壳厚度平均半径，R590CM；H滚筒筒壳的厚度（CM），H20CM；45CM10752L因此，筒壳与支轮的连接应该视为铰接结构。（2）滚筒支轮轮缘直径1301380DDMD1滚筒支轮轮缘直径；D钢丝绳的直径，D20MM河南理工大学2009届毕业设计（3）在最大弯曲力矩处筒壳的压缩应力02598/ZYCKGCM弯曲式中，CZ支轮处钢丝绳拉力降低系数，当支轮的刚度足够大时，可以认为支轮处的筒壳不变形，故CZ1。在支轮与筒壳自由段之间的区段，近似取平均值12ZQ筒壳上的单位面积压力23964/50TQKGCMRTR筒壳厚度平均半径，R59CM；H滚筒筒壳的厚度，H20CM；0236429/834/0YQKGC在最大弯曲力矩处筒壳的压缩应力为02867/YZYCM根据最大剪应力理论，合成应力弯曲131Y20748/KGC波桑比，故支轮处筒壳强度足够。（4）支环处筒壳应力的校核在焊接支环处，筒壳的压缩应力为21481/ZHYZHQCRKKGCM式中KZH支环的刚度系数，一般取，此处取KZH05；60HZCZH钢丝绳拉力降低系数197ZHZHCKC式中河南理工大学2009届毕业设计C筒壳自由段钢丝绳拉力降低系数在焊接支环处的弯曲应力为218287694/ZHQCRKKGCM弯曲根据最大剪应力理论，合成应力为2105/Y弯曲故支环处的筒壳强度足够。58筒壳的强度稳定性校核二支环间筒壳的稳定性条件为0NQRTCTK式中QK筒壳表面的临界单位压力（KG/CM2）；NO筒壳稳定性安全系数，NO225，此处取NO22其中，25621080/KKHQGCMRL式中LK筒壳的临界长度，则2561067CRQN因为筒壳宽度B150CMB时河南理工大学2009届毕业设计4382BLEJPF式中E主轴的弹性模数E9821106N/CM2；J主轴的惯性矩JD4/64。1固定静载荷和钢丝绳重量造成主轴的垂直挠度单滚筒提升开始点1处垂直作用力造成的挠度参见图610图610点1处垂直作用力造成的挠度，。19037CHFPN0,5,190,84DMABML4441866JC2221693071534318588240CAFLEJ点2处垂直作用力造成的挠度参见图611图611点2处垂直作用造成的挠度。129360,170,5,190,84CHFPNDMABML444136JC822BLEFC河南理工大学2009届毕业设计22693013841948255垂直挠度CMFFCC01369041212钢丝绳拉力造成的主轴水平挠度单滚筒提升开始点1处水平作用力造成的挠度参见图612图612点1处水平作用力造成的挠度85961PFN410JCM222163431845889215PPAFLEJ06点2处水乎作用力造成的挠度参见图613图613点2处水平作用力造成的挠度13605PFN42JCM河南理工大学2009届毕业设计2222630519343184988920PPBFLEJCM0165水平挠度CMFFPP10653213主抽的合成总挠度单滚筒提升开始CFFPC0241036224主轴的许用挠度MAX89LFM式中L主轴的跨度L2414MM。AXF故刚度符合要求。64主轴承强度校核根据该液压绞车的工作条件，确定选用双列向心滚子轴承。据上述主轴强度计算资料，该轴承承受的径向负荷为2122859631458713RCYPYFRN主轴转速是4877R/MIN，要求寿命LH50000小时，按额定静载荷校验轴承的强度0CN式中P0当量静载荷P0FR3487813N；N0静载荷安全系数，取N015；C0额定静载荷C01140000N。所以002531734851CNP符合要求。河南理工大学2009届毕业设计第七篇制动系统现代矿井提升机的制动系统是所有提升设备中最重要、最复杂的装置。它由制动器和传动机构组成。制动器是直接作用于制动轮或者制动盘上产生制动力矩的部分，按其结构可分为盘式制动器和块式制动器等。传动机构是控制井调节制动力矩的部分，新型号提升JK25米提升机采用油压盘式闸制动系统，旧型号JK23米和KJ46米提升机采用油压或气压块式闸制动传动系统。71制动系统的作用1保证提升容器按给定状态运动，并在需要的位置制动工作制动。2在可能造成事故的不正常工作状态下，紧急制动以保障人员和设备的安全紧急制动。3更换水平调节绳长时，制动活卷筒。工作制动、紧急制动都可用手动或自动。手动操作时，由司机进行；自动操作时，紧急制动由提升设备的保护装置进行，工作制动由行程调节器进行。72制动系统的要求1提升机除有制动装置外，还装有定车装置，以使在调整卷筒位置时使用。2全部制动力矩不得小于提升机最大设计静载荷所需要转矩的3倍，即，ZMMAX3ZJ3一副制动器的制动力矩应大于调绳力矩的L2倍，即1ZM12ZJ4紧急制动时，对于提升重物，减速度必须小于5MS对于下放重物,减速度应大于215MS。25对于摩擦轮式提升，紧急制动时的减速度不应使钢丝绳在摩擦轮上产生滑动。6紧急制动闸必须采用配重式或弹簧式的制动装置。7当并筒倾角在30以下时，制动力矩的倍致必须符合下表的要求。0河南理工大学2009届毕业设计制动力矩与井筒倾角井筒倾角20202530MAXZJMH18202630注1为制动力矩；2为静力矩；ZMAXJM3表内未列出的角度，按比例标准4坡度变化的井筒，按井筒最大坡度确定。根据制动和紧急制动的方式，矿井提升机的制动装置可分为以下几类重锤式，气动式，液压式，弹簧式，机械电器式和混合式等。紧急制动时，制动传动装置运动零件的加速度超过其自由沉落的加速度，这种装置叫快速动作制动装置。属于这类的大多为混合式或弹簧式两类。矿井提升机制动系统的执行机构有两大类，即块式闸和盘形闸。常见的块式闸有角移，平移式和综合式三种。上述两大类闸均作用在与提升机卷简固接在一起的制动环或制动盘上。为了使装置可靠，要求工作制动与紧急制动互相独立，以免失灵后互
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