远程操作矿用双速调度绞车的设计【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 煤矿生产大量使用调度绞车，目前常用的矿用运输绞车的操作存在安全隐患且体力劳动强度大，为此，研究设计出了一种液压制动矿用双速调度绞车。 该绞车采用液压系统完成绞车的启动、运行、变速、和安全制动等过程，避免了常用绞车操作过程中因机械故障而造成的人员伤害。设计的双速运行不仅可以完成搬运重物、调度车辆的功能，而且也满足实现轻载下快速调度的需求，实现了一机多用，大大提高了绞车的工作效率和拓宽了绞车的使用工况。 设计了一种可以换挡操作的变速箱，采用湿式多片离合器对绞车调度进行换挡控制。这不仅操作工可以远离绞 车滚筒操作；同时变速箱变速更加稳定。变速箱通过箱内的离合器的油缸内充液压油推动活塞，从而使摩擦片结合来进行换挡操作。采用变速箱传动也使得绞车的传动部分脱离了绞车内部，这就方便了传动系统的损坏维修。 本设计来源于毕业实习，充分考虑到现场可实施性。同时以操作工人的安全为出发点进行的设计。 关键词： 双速绞车 ； 变速箱 ； 离合器 ； 盘式制动器 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is in is in is In of of a of is of a of is is in in is a We a a to of be at in of it is to to of is At of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 1 绪论 . 1 速矿用绞车的背景和意义 . 5 内外研究现状 . 6 题的设计意义 . 6 2 电动机的选型和滚筒设计 . 8 动机的选型 . 8 引绞车外形设计计算 . 8 丝绳的选型 . 8 车滚筒的设计计算 . 10 3 传动系统的设计 . 12 动方案的确定 . 12 速和慢速时传动比计算与分配 . 13 4 齿轮的设计计算 . 15 速箱快速时第一级设计计算 . 15 定许用应力 . 15 齿根弯曲疲劳强度计算 . 16 齿面接触疲劳强度计算 . 18 . 20 算齿轮的几何尺寸 . 20 轮 3和齿轮 4的强度校核 . 21 轮 3 和齿轮 4的主要设计结果 . 24 速箱慢速时第一级设计计算 . 24 轮 1 和齿轮 2模数的确定 . 24 轮 1 和齿轮 2的变位传动设计 . 25 轮 1和齿轮 2的强度校核 . 26 轮 1 和齿轮 2的设计结果 . 29 速箱第二级齿轮传动设计 . 29 定许用应力 . 29 齿根弯曲疲劳强度计算 . 31 齿面接触疲劳强度计算 . 33 . 34 算齿轮的几何尺寸 . 35 轮 5和齿轮 6的强度校核 . 36 要设计结果 . 38 星齿轮传动设计 . 39 星齿轮齿数的确定 . 39 算中心距和模数 . 39 . 41 要参数计算结果： . 42 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 行星齿轮传动齿轮强度校核 . 42 5 轴的结构设计和计算 . 52 使用各轴的运动学参数计算 . 52 个轴的转速的计算 . 52 个轴的功率的计算 . 52 个轴的转矩的计算 . 53 的材料的选择 . 53 轴的直径进行理论估算 . 53 的结构的设计 . 54 上零件的轴向定位 . 54 定各段轴的长度 . 54 定各段轴的直径 . 54 上零件的周向定位 . 54 弯扭合成校核轴的强度 . 55 照轴的安全系数校核轴的疲劳强度 . 57 6 键的选择与校核 . 60 的选择 . 60 的连接强度的校核 . 60 7 湿式多片换挡离合器的设计 . 62 式离合器的工作原理 . 62 合器 的设计计算 . 63 算摩擦式离合器主要参数 . 63 合器的校核 . 64 位弹簧 . 65 8 盘式制动器 . 67 式制动器的工作原理 . 67 式制动器主要参数的设计计算 . 67 动时正压力的计算 . 67 簧力的计算 . 68 形弹簧的设计计算 . 69 压缸的设计计算 . 70 压最大值得理论计算 . 71 动器的校核 . 72 9 总结 . 74 参考文献 . 75 英文翻译 . 76 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 1 绪论 速矿用绞车的背景和意义 矿用绞车是煤矿不可缺少的矿山辅助运输重要设备， 它是用来进行煤矿井下的物料运输矿车调度、回柱放顶、综采设备的安装、拆迁及搬运、各类机电设备等工作、也可以在煤矿井下各种临时牵引工作。可以说，矿用绞车在煤矿上是无处不在、无时不用、不可或缺的设备。 目前，矿用绞车可大致分为三类：快速矿用绞车、慢速矿用绞车和双速矿用绞车。快速矿用绞车平均牵引速度快、牵引力小，主要用于物料运输和矿车调度，同时也可用于中小型设备的搬迁和运输。慢速矿用绞车牵引速度小但牵引力大，主要用于煤矿井下回采工作面的回柱放顶，也可用于搬运重物和调度车辆。但由于所采用传动副为涡轮副，传动效率低、易 磨损、成本高、寿命短，维修难度大，是故慢速绞车的使用数量逐渐减少。双速矿用绞车具有两种速度：慢速和快速。快速用于放绳，慢速牵引力大，快速牵引力小，在煤矿现场可以根据牵引力的大小选择快速或慢速。 双速绞车具有 一 机多能特点，克服了老式绞车的速度慢、效率低、寿命短等缺陷。 传统双速矿用绞车的开启依然是采用手闸人工式开启，此操作不但费力，而且要求司机的技术较高。由于司机的工作位置位于绞车的旁边，极容易成为绞车断绳，咬绳，跳绳，跑车是故的受害者。近年来矿难事故中不少是因为人员与绞车距离过近而造成的。其中绞车断绳的因素很 多，但是其与钢丝绳的爬绳、咬绳、绞车的启动与停止过程中的冲击和超载有很大关系。 鉴于以上情况，设计新型的矿用双速绞车及排绳器应满足以下条件： (1)实现远程控制操作，摆脱司机站在绞车前双手握刹车闸的危险操作模式；(2) 设计自动排绳装置，满足煤矿斜巷运输管理第四章第二十条规定，绞车滚筒钢丝绳要排列整齐 ,做到不爬绳、不咬绳、不 跳绳； (3)防超载功能； (4)将双速矿用绞车的变速机构内置于绞车卷筒内或是箱体设计为狭窄结构，以利于再井下狭小空间使用 ； (5)实现绞车的软启动特性； (6)能实现开机状态下买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 的换速操作； (7)能够准确制动。 因此设计一种新型远程控制矿用双速运输绞车，一机多用，不仅满足 现有运输、调度绞车功能，还可以可实现安全远程控制，提高绞车操作的安全性，解放工人生产力，适用于狭小巷道作业。同时完善运输、调度绞车的应用空间，增大更加狭小巷道的应用领域； 丰富我国绞车市场，有助于推动绞车的发展，对于煤矿生产有十分重大的意 义。 内外研究现状 国内现有调度绞车大多采用行星齿轮传动，主要由电机、卷筒装置、刹车系统、底座、防护罩等部件组成。由电机带动减速器从而驱动滚筒转动的传动方式，司机直接手动操作刹车系统控制绞车的 运行，随着科技高速发展的今天，此种传统绞车的操作方法已渐渐被智能化的作业需求慢慢取代。 新型无极绳绞车，主要由绞车、张紧装置、梭车、尾轮、压绳轮组、平托轮、控制电器、通讯系统及钢丝绳等构成，可实现远程自动控制，但其主要适用于长距离、大倾角、多边坡、大吨位复杂工况条件下工作，且系统复杂，费用昂贵，不适用于一般调度绞车的工作需求。而单轨吊安装复杂，成本高，在实际矿井应用中也存在局限性。因此新型无极绳绞车、单轨吊虽然有结构优势，但它不能完全代替调度绞车。 采用变频器可以实现绞车远程操作，主要由变频控制柜、 主操作台构成。主电路主要有变频器电机回路，控制回路主要有 测元件、电磁阀、中间继电器及指示灯等组成。但是井下防爆变频器价格昂贵，变频绞车在煤矿生产中推广困难。 综上所述，传统调度绞车结构简单成本低廉，但已无法满足现代智能化煤矿生产的需求，新型无极绳、单轨吊等虽可以实现远程控制，节约人力的要求，但成本昂贵，不适用于一般调度绞车的使用场合。因此，设计一种可远程控制的安全性高、实用性强的新型矿用调度绞车迫在眉睫。 题的设计意义 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 为了实现异地操作，目前有主要有两种方法：其一，采用变频技术实现远程控制 ，使绞车可以精确而高效的完成各种所需工作，但是成本较高，无法广泛推行；另一种简单有效的方式是采用，液压系统调节的方式，实现在一定距离范围内的异地操作，由于液压系统简单有效，是故可以在较大范围内实现推广，基于此本设计采用液压调速制动的方式实现绞车的平稳换速，本设计采用两个湿式多片离合器和一个制动闸，通过远程控制离合器的制动和分离实现双速变换，从而实现远程操作。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 2 电动机的选型 和滚筒设计 动机的选型 滚筒的功率为： 3 0 1 . 5 = 4 5 K V 2动系统的总功率为： 2 2 5 2 2 51 2 3 4= = 0 . 9 9 0 . 9 7 0 . 9 7 0 . 9 9 = 0 . 8 5 总 2现代机械设计手册 秦大同版，取下列参数： 1 齿式联轴器，取值 2 8 级精度圆柱齿轮传动，取值 3 级行星齿轮传动，取值 4 滚动轴承，取值 于是电动机的输出功率为： 45 5 2 . 9 40 . 8 5 W 2查现代机械设计手册表 25 1 86，考虑到电动机的使用条件 井下防爆，防尘，因此选用 三相异步防爆电机具体参数如下： 表 2号 功率 转速 效率 580r/引绞车外形设计计算 丝绳的选型 在 绞车运输提升中钢丝绳是主要的承力构建，在使用过程中受到如卷筒缠绕时的弯曲 应力 、 上行下行的拉应力和钢丝绳各层之间的挤压应力 、 弯曲疲劳应力 等 多种力的作用 ，同时使用过程中还会产生 扭转应力， 钢丝绳会在买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 这些 应力的综合作用 受到 严重的损害， 所以 在钢丝绳的 选用时 必须 考虑为钢丝绳留 一定裕量 1 。 所以钢丝绳要满足以下公式： 2中各参数的含义与取值 ： 钢丝绳的最小破断力总和， （ N） ； 钢丝绳的最大静张力， （ N） ； m 安全系数， 查 煤矿安全规程 一书，取 m= 5。 于是 5 0 0 0 0 5 2 5 0 m K N 2可根据 钢丝绳术语 中的公式： 200F 2k F2得： 0中各参数的含义与取值 破断力换算系数，其值可 由 钢丝绳术语 中 表 14取， ； k 可 由 钢丝绳术语 中 表 14 取， k= 代入公式得： 02500001 . 1 9 7 0 . 3 3 0 1 6 7 0k R 2文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 根据现代机械设计手册表 4取钢丝绳的直径为 d= 车滚筒的设计计算 滚筒是钢丝绳缠绕体，简而言之是一种储绳设备，钢丝绳在滚筒上缠发生弯曲，而且每层之间会产生挤压作用，同时对其进行扭转；又由于滚筒的旋转时会使钢丝绳的弯曲疲劳应力增加，这就造成了钢丝绳的使用寿命减少，所以合理的滚筒结构能够有效的提高钢丝绳的使用寿命。 2 因此 滚筒也要满足一定的稳定性和强度要求，在设计滚筒的结构时要有相应的绳槽，绳草结构要能够减少钢丝绳缠绕时钢丝绳之间的摩擦和挤压：总之一个好的滚筒结构能够很好的增加钢丝绳的使用寿命，从而达到节约成本的目的。 滚筒的直径的计算，滚筒的直径与钢丝绳的直径和绳容量有关，一般可由下式计算得到： 0D 中各参数含义与取值 ： h 滚筒的工作级别和钢丝绳系数，取 h=25； 于是 滚筒的外径为 0 2 5 2 2 . 5 5 6 2 . 5D h d m m 20 563D 筒厚度： 2 2 m m ； 绳槽节距：1 ( 2 4 ) 2 2 . 5 ( 2 4 ) 2 4 . 5 2 6 . 5P d m m 绳槽深度：1 ( 0 . 2 5 0 . 4 ) d = ( 0 . 2 5 0 . 4 ) 2 2 . 5 = 5 . 6 2 5 9 m 绳槽半径： ( 0 . 5 6 0 . 5 8 ) ( 0 . 5 6 0 . 5 8 ) 2 2 . 5 1 2 . 6 1 3 . 0 5R d m m 钢丝绳的缠绕直径取为 9 层，要满足 850m 的绳 容量，则 钢丝绳第一层缠绕长度为 10l D d Z2文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 钢丝绳第二层缠绕长度为 103l D d Z2丝绳第三层缠绕长度为 105l D d Z2 钢丝绳第九层缠绕长度为 1017l D d Z2中， Z 为钢丝绳在每层的缠绕圈数 为了满足 850绳容量，则 0 8500009 9 9 5 6 3 9 2 2 . 5d 2 Z=40。 由滚筒的宽度的计算公式： 1k 式中各参数含义与取值 ， 1k 钢丝绳的不均匀系数，取1k=4 0 2 2 . 5 9 7 8 . 5 60 . 9 2m 取 B=1000是我们可以得到滚筒参数 最外层滚筒直径为10 1 7 5 6 2 . 5 1 7 2 2 . 5 9 4 5D D d m m 最外层滚筒直径为10 5 6 2 . 5 2 2 . 5 5 8 5D D d m m 取滚筒第五层为滚筒基准层，则10 9 5 6 2 . 5 9 2 2 . 5 7 6 5D D d m m 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 3 传动系统的设计 动方案的确定 传动方案是本设计的重点内容，传动方案决定了绞车运输特点以及绞车的变速方案。设计前进行毕业实习时，通过与现场工人交流了解到常用绞 车传动系统都放在绞车滚筒内部，但这样有一个问题就是传动部分出现故障后不方便拆卸维修，因此本设计采用了一个变速箱传动和一个放在滚筒外的行星轮作为绞车变速传动的传动系统，传动原理图如图一所示。图中变速箱部分主要实现的功能是对绞车进行变速，而行星轮系由于其可实现大的传动比的特点，因此作为主要传动比的承担者。 图 动原理：当离合器都分离时，电机轴连接带动齿轮 1，单并不能通过任何一条传动路线把运动传递到滚筒上去，齿轮 1 和齿轮 2 空转。所以滚筒不转；当离合器 1 制动，离合器 2 分离时，运动的传递路线为 离合器 1 滚筒；当离合器 1 分离，离合器 2 闭合是，运动的传递路线为 离合器 2 滚筒。但两买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 离合器不能同时闭合。 速和慢速时传动比计算与分配 绞车运行过程中要实现两种速度，各自在运行过程中的转速和总传动比如表 示； 表 快速 慢速 转 速560 动比1=ni 于在绞车运行过程中，无论快速还是慢速都要经过行星轮系这一部分，即行星轮是两种传动速度的公共部分，因此先定下传动轮系的传动比。参考现代机械设计手册表 14行星轮齿轮传动的齿轮组合）初定行星齿轮的传动比为1 行星轮个数为 3。即 9775 H 3由同心条件 9 8 72Z Z Z3现代机械设计手册表 14取 7 19Z ；8 35Z ；9 89Z 因此，在快速运动时变速箱传动比为641653=Z 速运动时变速箱传动比为6216517 Z 。现初定传动比为 12 ； 34 ；56 2i 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 故初选齿数1 21Z 、2 74Z 、3 21Z 、4 50Z 、5 21Z 、6 42Z ， 则实际齿数比为12 ；34 ；56 2u 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 4 齿轮的设计计算 速箱快速时第一级设计计 算 定许用应力 （ 1）选择材料 查现代机械设计手册表 14这里大小齿轮都选用 40质处理齿面硬度为 241286 2）确定许用应力 以下数据除非注明外都来自秦大同版现代机械设计手册 1）齿轮弯曲疲劳极限按照所选取的材料和齿面硬度查机械设计手册图 14得 2l i m 6 0 0 /F N m m ； 齿轮接触疲劳极限 ，按照 所选取的材料和齿面硬度查机械设计手册图 14得 2H l i m 1 1 0 0 /N m m 。 2）应力循环次数 N 9116 0 6 0 9 8 0 1 1 2 8 3 0 0 1 0 2 . 8 2 2 4 1 0hN n j L 49321421 2 . 8 2 2 4 1 0 = 1 5 4 1 050 4据1N、2代机械设计手册 14 1 N T 2= =1表 14弯曲强度寿命系数 1 N T 2 14触疲劳强度安全系数4 4文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 弯曲疲劳强度安全系数4许用应力 可由下式计算 21 l i i 0 0 4 6 1 . 5 /1 . 3F N Y N m 4 22 l i i 0 0 4 6 1 . 5 /1 . 3F N Y N m 4 21 H l i m i 1 0 0 8 8 0 /1 . 2 5 m 4 22 H l i m i 1 0 0 8 8 0 /1 . 2 5 m 4 按齿根弯曲疲劳强度计算 （ 1）按弯曲疲劳极限计算模数 1）计算公式 13 232 F a S Y Y 4）计算式中各符号值的确定 K 载荷系数，初选 K=T 第一根轴上齿轮传递得扭矩 1119 5 5 0 5 2 2 8 89 5 5 0 5 0 9 . 5 4 1980 4d 齿宽系数。由表 14取d= 弯曲疲劳强度重合度系数。由计算下列得到 两相啮合齿轮的齿顶圆压力角为： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 313c o s 2 1 c o s 2 0a r c c o s a r c c o s 3 0 . 9 0 92 2 1 2 1a z h m 424c o s 5 0 c o s 2 0a r c c o s a r c c o s 2 5 . 3 7 12 5 0 2 1a z h m 4齿轮按标准齿轮传动时的啮合角为 20 重合度 3 1 4 21t a n t a n t a n t a n 212 1 t a n 3 0 . 9 0 9 t a n 2 0 5 0 t a n 2 5 . 3 7 1 t a n 2 021 . 6 6 2 4合度系数 0 . 7 5 0 . 7 50 . 2 5 0 . 2 5 0 . 7 0 11 . 6 6 2Y 4齿形系数，查图 141 应力修正系数，查图 141= 计算两齿轮的 并进行比较 1 1 2 2122 . 7 6 1 . 5 6 2 . 2 6 1 . 7 40 . 0 2 0 8 7 0 . 0 1 9 0 62 0 6 . 5 2 0 6 . 2 5F a S a F a S Y Y 4小齿轮 3 的数值较大，弯曲疲劳强度较低，因此将小齿轮的计算值代入公式计算 1 33 2232 2 1 . 3 5 0 9 5 4 1 0 . 7 0 1 0 . 0 2 0 8 7 4 . 7 70 . 4 2 1F a S Y Y 42) 模数修正 1）计算载荷系数时所需要的数据 按计算模数 可求得 小齿轮分度圆直径 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 3