JH-20回柱绞车设计
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摘要
绞车作为矿山采矿运输系统中的关键机械设备，广泛应用于煤炭、有色金属、黑色金属等矿山开采行业，其性能技术水平的高低直接影响到矿山的生产效率和职工的生命安危。绞车有安全可靠，易于实现无级调速，换向平稳，低速运转性能良好等优点。
随着液压元件、液压传动及控制技术的发展，绞车在经济性、技术性、安全性和可靠性都显示出独特的优势。本文通过对绞车关键部件的分析研究，建立绞车设计计算的模型，为进一步绞车的设计制造水平奠定基础；通过对主要零部件如主轴、减速器、制动阀的设计制造的研究，为绞车的整体性能的提高提供保证。
本文主要工作如下：1主轴的设计研究。根据材料力学的相关理论，对绞车主轴装置中的关键部件进行分析，建立卷筒分析的力学模型并在此基础上说明卷筒强度校核的计算方法；提出主轴设计的主要方法；2根据减速器的设计原理，结合绞车的设计要求，分析齿轮-蜗杆减速器的设计原理，并通过试车报告验证设计的可行性；实际检测结果进行分析。 论文的研究结果绞车的设计制造具有参考价值，并为进一步的分析与研究奠定基础。
关键词 绞车；主轴装置；矿山运输
Abstract
Mine mining winch as the key transport systems in machinery and equipment, widely used in coal, nonferrous metal, black metal mining and other industries, the performance level of technology to directly affect the level of mine production efficiency and safety of workers. Winch a safe, reliable and easy to implement stepless speed regulation, for the smooth, low-speed operation of the advantages of good performance.
As the hydraulic components and hydraulic transmission and control technology development, winch in the economic, technical, safety and reliability show that the unique advantage. Based on the winch key components of the analysis, design and calculation of the establishment of winch model, to further the design and manufacture of winch lay the foundation for adoption of the major components such as the spindle, reducer, Zhidong Fa of the design and manufacture of, for the winch The improvement of overall performance guarantee.
In this paper, are as follows: Design of a spindle. According to the mechanics of materials related theory, the winch main unit of analysis of key components, the establishment of the reel mechanical model and on this basis that reel strength checking method of calculation; proposed design of the main spindle; 2 According to the design principle reducer, winch with the design requirements of gear - the worm reducer design principle and, through the design verification testing the feasibility report; actual test results for analysis. Among the findings winch the design and manufacture of value, and for further analysis and lay the foundation for research.
Keywords Winch; Spindle device; Mine transpor
目录
1 绪论 1
1.1 简介 1
1.1.1绞车概述 1
1.1.2绞车功能与结构 1
1.1.3绞车分类 2
1.1.4绞车应用 3
1.2回柱绞车的现状 4
1.2.1 结构型式 4
1.2.2 采取措施 5
2 电动机的选择 6
2.1.1选择电动机类型和机构形式 6
2.1.2功率的计算 6
2.1.3电动机功率的选择 6
2.2确定传动装置的总传动比和分配传动比 7
2.2.1总传动比 7
2.2.2分配减速器的各级传动比 7
2.3计算传动装置的运动和动力参数 7
2.3.1各轴转速 8
2.3.2各轴的输入功率 8
2.3.3各轴的输入转矩 8
3 轴的设计计算 10
3.1轴的概述 10
3.2主传动轴的设计 12
3.3轴的校核 13
3.3.1 主轴Ⅶ轴的校核 13
3.4卷筒轴的设计 15
4 钢丝绳的选择和卷筒的设计 19
4.1钢丝绳的选择 19
4.1.1钢丝绳的种类和构造 19
4.1.2钢丝绳直径的选择 19
4.2卷筒的设计 20
4.2.1卷筒的材料 20
4.2.2卷筒容绳尺寸计算 20
4.2.3卷筒筒壁的厚度计算和卷筒壁的强度计算 21
5 键联接 23
5.1键联接的功能、分类及应用 23
5.2键的选择 23
5.3 平键的校核 24
6 制动器的设计与选用 25
7 减速器蜗轮蜗杆的设计 27
7.1蜗轮蜗杆的设计和计算 27
8 轴承的选用及密封方法 34
8.1滚动轴承的组成及分类 34
8.2蜗轮轴上轴承的选用 34
8.3蜗杆轴上轴承的选用 35
9 轴承游隙 36
10 绞车常见故障的诊断与分析 37
结论 39
致谢 40
参考文献 41
1 绪论
1.1 简介
1.1.1绞车概述
在人类历史上，绞盘(windlass)是第一种用于拖曳提升重物的机器，它可使一个人搬运远重于自己许多倍的重物。绞盘采用一种轴和轮的形式，由用垂直框架支撑的滚筒组成，人通过用手摇动曲柄，使绞盘滚筒绕水平轴转动。今天被广泛应用的绞车(或称卷扬机)是绞盘的另一种形式，它泛指具有一个或儿个上面卷绕有绳索或钢丝绳的圆筒，用来提升或拖曳重载荷的动力机械。
1.1.2绞车功能与结构
绞车设计采用滚筒盘绞或夹钳拉拔缆绳方式来水平或垂直拖曳、提升、下放负载，绞车一般包括驱动部分、工作装置、辅助装置等几部分。
1.驱动部分:用于驱动绞车工作装置盘绞、释放缆绳，包含动力及传动装置与控制装置。绞车可以采用多种驱动方式，包括电动机、蒸汽机、柴油发动机、汽油发动机、液压马达、气动马达等等。无论采用何种驱动方式，在绞车的驱动部分设计中都应包含以下设计准则：
①无级均匀变速，调速范围宽广；
②在有负载情况下，良好的启动特性和低速特性，总效率高；
③双向旋转，并且容易改变旋转方向；
④维护保养相对容易，对周围工作环境不敏感；
⑤制动系统工作可靠；
⑥设计紧凑，结构简单，安装布置容易，重量轻；
⑦在有负载情况下，能长时间安全带载静止而不至于损坏驱动系统。
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；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。
2.工作装置:在驱动部分作用下，通过滚筒回转或夹钳直线拉拔等方式拖曳或释放缆绳以完成对负载的收放控制，并含有对缆绳的容绳和排缆装置。
3.辅助装置:辅助工作装置完成拖曳作业，包含滑轮组、导向装置以及速度测量、长度距离测量、张力测量等装置部分；绞车可以使用钢丝绳、尼龙缆绳等多种材质缆绳。
1.1.3绞车分类
绞车可以采用多种分类方法
按绞车驱动方一式分类，绞车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。
1.机械式驱动绞车
①驱动部件间的固定几何位置关系决定着系统的设计布局，布局的变化少；
②传动系体积尺寸大，总重量重；
③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；
④难以实现大范围的无级变速；
⑤原动机的位置是不可变的；
⑥在有负载的情况下，难以取得平稳的反转；
⑦通过采用液力偶合器，可以在堵转工况下产生最大扭矩。
2.电机驱动绞车
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(SCR)直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，直流调速力一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。
3.气动绞车
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对环境条件敏感一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噪音大一需要噪音消音器。
4.液压绞车
①双向实现从零到最人速度的无级变速控制，易于换向；
②用高压溢流阀或压力补偿器双向限制有效力矩；
③输出速度范围大，负载的低速控制好，可以带载良好启动；
④系统允许长时间支持负载，双向可以限制不同力矩；
⑤设计紧凑，布置方便，动力传递系统总重量轻。
⑥易于实现恒速、恒张力控制
按绞车应用领域和使用工况分类，绞车分为矿用绞车、建工卷扬机、船用绞车、工程机械绞车以及特殊用途用绞车等等。
按绞车作业形式分类，绞车一般分为滚筒卷扬绞车和线型绞车两大类。滚筒卷扬绞车采用驱动滚筒旋转方一式收放缆绳和拖曳负载，并在滚筒上直接容绳;线型绞车采用夹钳直线拉拔缆绳方式拖曳负载，并在独立配置的滚筒上卷扬容绳。
1.1.4绞车应用
绞车广泛应用于工程机械、建筑机械、林业、渔业、矿山机械、船舶运输、海洋石油等多领域，可配套多种类型主机设备。
绞车具体配套的部分设备如下:
1.汽车起重机—主吊、辅吊绞车
2.塔式起重机—主、吊绞车
3.驳船—定位绞车、拉索绞车
4.钻探船—拔桩绞车
5.挖泥船—悬挂和斗架绞车、抓斗绞车
6.通用船舶—锚泊绞车、起重绞车、牵引绞车
7.集装箱船—船尾恒张力装料绞车
8.码头起重机—主起重卷扬机
9.海洋石油铺管工作船—恒张力移船绞车、张紧器、A/R绞车、起重吊
机的负荷绞车等等
10.运输—铁道车辆定位卷扬机、索道牵引绞车
11.森林及木材加工机械—重木起吊卷扬机、木材车、堆材机
以下为中国海洋石油领域绞车的典型应用实例：
吊机用负荷绞车
负荷绞车用于控制起重铺管船主吊机吊钩的稳定，关系海上的作业安全。蓝疆船的负荷绞车采用静液压传动，有双泵双马达和单泵双马达两种匹配方式。液压系统采用丹尼逊金杯系列电比例变量通轴柱塞泵和定量柱塞马达，有手动控制和恒张力控制两种工作模式。在恒张力模式下，可以根据天气、载荷大小等因素自动(或手工)设定恒张力大小，用带有设定拉力的缆绳约束卞吊钩，减小晃动幅度，使其能稳定工作。
1.2回柱绞车的现状
我国综合机械化采煤技术正在向高产量，大功率，重型化的趋势发展，但搬运设备却没有得到相应的更新与开发。现在大型液压支架重量已经达到30多吨，而液压支架等综采设备在采煤工作面的撤移与运输仍使用回柱绞车等老式设备，其牵引力小，容绳量小，钢丝绳细，不适应综采工作面的工况要求。
3.大钩提升时出现打滑现象
1) 滚筒高低速离合器摩擦片及摩擦鼓磨损严重 摩擦片与摩擦鼓之间间隙超过8 mm时,造成打滑,应更换摩擦片。
2) 滚筒高低速离合器打滑 滚筒高低速离合器有油渗入,造成离合器打滑,通常为高低速链轮内轴承油封漏油而渗入其中。此时应使用专用工具将左右连接盘拔出,更换油封或油封套。
3) 供气不足 气路堵塞或空压机供气压力不够,应疏通气路或检修空压机。
4) 离合器合不上 气囊漏气,应更换气囊。
4.刹把刹不住车
1) 刹带片或刹车鼓磨损严重 应测量刹带片及刹车鼓的磨损情况,如果刹带片磨损超过10~15mm、刹车鼓直径磨损超过20 mm时,应及时更新;同时检查刹带是否变形,刹车鼓是否偏磨,如果刹带
变形扭曲,将导致刹车鼓偏磨,刹车面积减少,造成打滑,应使用卷板机将刹带重新校圆。
2）刹车时打滑 刹车鼓上有油,应及时清除油污,找出油污来源进行整改。
3) 刹把角度不对 应及时调整刹把角度。
4) 平衡梁侧板与摆销之间间隙不合适 间隙不合适会造成两刹带受力不均而刹不住车。应检查侧板与摆销之间的距离是否超标,调整调节螺母,使它们之间的间隙符合标准。
5.空载时大钩下降缓慢或不下降
1) 刹带变形 导致刹带有些部位与刹车鼓分不开。
2) 托带轮、滚轮与刹带之间的间隙未调整好重新调整托带轮与刹带之间间隙为1.5~3 mm,滚轮与刹带之间的间隙为2～5 mm。
3) 刹带张紧弹簧不全或弹簧预压力不够 导致刹带与刹车鼓不能分开,应配齐或压紧弹簧。
6.油封漏油
1) 油封损坏或与油封质量有关。
2) 油封套子磨损,更换油封套子
3) 油封盖板螺丝松动,重新拧紧螺丝。
7.滚筒漏水
1) 刹车鼓水室有裂纹。
2) 冷却水管线腐蚀破裂。
3) 刹车鼓有裂纹。应修复或更换。
8.滚筒水道串气
1) 滚筒进水龙头或排水龙头中心管有裂纹,应更换进水龙头或排水龙头。
2) 进水龙头或排水龙头密封圈损坏,应更换密封圈。
结论
为期半年的毕业设计已临近尾声了，我深感此次设计令我受益匪浅。整个设计过程使我们对知识结构有了一个整体的把握。然而由于时间比较仓促，缺乏实际的经验，对问题的考虑也不是很全面，有些结构的设计不尽如人意，不知是否能满足实际需要，有待于完善和改进。在这次毕业设计中有一些需要用到的知识是自己平时所学掌握的，可以直接拿过来应用的。但是，有很多一部分知识是自己所未掌握的，要自己慢慢的学习掌握，再应用到设计中去的。还有一部分是必须结合各学科的，是必须相互联系在一起的。还有一些是要查阅相关手册的。可以说这次设计给我增加了不少以前应该掌握而现在才掌握的知识，使我懂得了各学科间的相互联系，密不可分，使我学会了查阅相关的手册。这些对我将来的工作是大有好处的。
另外，通过本次设计，我充分认识到要设计一个有实用价值的产品，不仅要有一个可行的方案，还应考虑在加工、制造、安装中的工艺性和经济性。这次设计中我的最大的收获是可以用所学的知识系统地独立的完成一项设计任务，这次设计是对我大学四年来所学知识的综合检验。在设计中使我不断发现新的问题，也是对各专业课的复习，使我可以巩固所学的知识，为以后的学习和工作打下坚实的基础
致谢
经过几个月的查资料、整理材料、写作论文，CAD制图等，今天终于可以顺利的完成论文的最后的谢辞了，可以准备进行毕业答辩了，自己想想求学期间的点点滴历历涌上心头，时光匆匆飞逝，四年多的努力与付出，随着论文的完成，终于让学生在大学的生活，得以划下了完美的句点。
论文得以完成，要感谢的人实在太多了，首先要感谢陆兴华老师，因为论文是在陆老师的悉心指导下完成的。陆老师专业知识丰富，治学态度严谨，工作精益求精，本论文从选题到完成，每一步都是在陆兴华老师的指导下完成的，倾注了陆老师大量的心血。 陆老师指引我的论文的写作的方向和架构，并对本论文初稿进行逐字批阅，指正出其中误谬之处，使我有了思考的方向，他的循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，他的严谨细致、一丝不苟的作风，将一直是我工作、学习中的榜样。陆老师要指导很多同学的论文，加上本来就有的教学任务，工作量之大可想而知，但在一次次的回稿中，精确到每一个字的的批改给了我深刻的印象，使我在论文之外明白了做学问所应有的态度。在此，谨向陆老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！谢谢陆兴华老师在我撰写论文的过程中给与我的极大地帮助。 同时，论文的顺利完成，离不开其它各位老师、同学和朋友的关心和帮助。通过此次的论文，我学到了很多知识，在论文的写作过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。在以往的传统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过毕业论文，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。总之，此次论文的写作过程，我收获了很多，即为大学四年划上了一个完美的句号，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。 再次感谢我的大学和所有帮助过我并给我鼓励的老师，同学和朋友，谢谢你们。
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