远程操作矿用双速运输绞车的设计【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 摘 要 对于传统的矿井绞车，司机须站在滚筒前用双手操作刹车手柄。这种操作方式的劳动强度大且断绳经常打伤司机。绞车过载时，钢丝绳可能连带绞车及其底座一同拉起，对人员、设备造成不可估量的损失。对于普通单速绞车，运行时只有一种速度，实际应用面较窄。本课题设计的远程操作矿用运输绞车为解决这些问题提供了方法。本文设计的绞车采用行星齿轮变速器实现绞车双速的切换。高速时，提升速度快；低速时，提升力矩大。本绞车通过三组制动器控制其运动状态，多种抱闸方式可实现多种运行状态。盘式制动器采用液压方式进行控制，可以方便的实现远程 控制。 关键词： 绞车；行星齿轮；制动器 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 to to of up to it a to a of is to At it at it be in 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 论 . 1 . 1 . 1 平和发展的趋势 . 2 . 3 . 3 . 3 的确定 . 3 的确定 . 3 . 4 . 4 . 4 . 5 . 8 . 8 . 9 . 11 . 11 . 11 . 12 . 12 . 14 . 14 . 14 . 15 . 16 . 16 . 16 . 19 算 . 20 . 24 . 24 . 26 . 28 . 30 . 30 . 32 . 34 4. 制动部分 . 38 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 . 38 . 38 . 39 . 41 . 41 闸一设计 . 44 . 48 . 50 . 50 强度的校核 . 50 . 56 . 61 . 63 . 63 . 64 . 65 . 66 参考文献 . 67 翻译部分 . 68 原文部分 . 68 中文译文 . 72 致 谢 . 78 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 论 绞车在各工况中是常用的运输和提升装备，广泛应用于在矿山机械、建筑机械等各种工程领域中，特别是在煤矿运输的领域，可运输煤矿物料，调度设备，绞车的安全对于矿山正常运输的环节至关重要。绞车分为提升绞车、调度绞车、运输绞车等，适合不同的矿山工况场合，有着不同工用。不断查阅相关资料，结合毕业实习，设计出运输绞车的可行性方案。 课题研究的背景 煤炭资源在中国能源结构之中居于及其重要的地位，因此煤炭的开采设备也在快速发展中。现在煤矿采掘机 械化程度发展较高，而煤矿的辅助运输机械化程度相相对较低，目前小型功率绞车和牵引电车是国内主要矿井辅助运输设备，而且有些落后的煤矿还有人力推车等，效率极低，发展落后了许多，限制了煤矿的生产效率，同事也制约了其安全状况。针对现在煤矿辅助运输相对落后的状矿，要求我们要尽量去研发高性能的辅助运输设备。 轨道运输的牵引设备是矿用绞车，煤炭开采辅助运输类必要的设备。在矿山采掘和运输的时候，绞车可以调度人员，搬运物料，搬迁矿井下的采掘设备等，绞车的应用十分广泛。性能好的绞车可以提高矿井的生产效率，提高矿井的安全状况，给整 个矿井带来很好的经济利益，如果绞车突然坏掉，一定会造成较大的经济损失。 课题的研究意义 常见的矿用运输绞车须员工靠近绞车用双手操作绞车的刹车手柄，这种情况需要消耗员工相当大的体力，劳动强度大，而切断绳经常会伤及员工，有的甚至会夺走生命，拉力过大的时候，钢丝绳连带绞车及其底座一同拉起，员工操作绞车及其危险。本课题设计的绞车靠三级行星齿轮传动轮系的结构和制动器相配合来实现变速，高速的时候，受力较小，提升的速度相对较快； 低速的时候，受力相对较大。通过液压制动器来实现远程操作，提高了工作人员的人身安全，而且降低了工作人员的劳动强度。传统的双速绞车靠的是双联齿轮实现差速，使用寿命相对较短，而本传动结构得创新点在于利用三级行星传动和制动器相配合，实买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 现变速，可以适合不同的工作状况。 内外研究现状、水平和发展的趋势 前苏联的绞车技术在国际上也属于先进水平，解放初期，在苏联国际友人的帮助下，中国的矿井设备大多是仿造苏联的设备，在前期，绞车刚刚在中国发展，绞车的技术相对落后，而且它的工作效率极低，使用时间相对短暂，容易坏，寿命很短。渐渐的，随着科学技术的不断发展，我国的绞车技术已经走向自主生产、自主研发的道路。我 国的综合机械化技术正向着高产量、大功率和重型化的趋势发展。 矿业大学的教授李炳文发明了“齿一联”传动的双速多用绞车，是国内外绞车技术的一次革新，相应的也推动了我国绞车技术快速的发展，绞车使用的寿命得到很大的提高，工作效率也大幅提高，给我国的绞车技术的注入了新的养分。目前，新型的绞车结构紧凑合理，体积小，重量轻，使用灵活方便。 双速矿用运输绞车具有两种速度：快速和慢速。双速绞车具有多种功能，如具有辅助运输的特点，功能相对较多。现代化绞车的发展方向着多功能，小型化，自动化等特点发展，尤其 对于矿用的绞车产品，安全性至关重要。 绞车的发展趋势大致分为五个方向 量更轻、结构更紧凑的方向发展 音更低方向发展 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 知参数 远程操作矿用运输双速绞车设计参数 相关参数 快速 慢速 基层上钢丝绳静张力 0 0 层上钢丝绳速度 m/s 1.6 m/s 0.4 m/s 绳容量 m 760 m 760 m 表 丝绳直径的 计算与选择 钢丝绳的直径可以按钢丝绳的最大静拉力来确定，对于矿用的双速滚筒绞车来说，计算公式如下： （ 式中 d 表示钢丝绳的最小直径，单位 C 表示选择系数 ,单位 ； S 钢丝绳的最大静拉力，单位 N。 择系数 C 的确定 其取值与矿用双速绞车的工作级别有关，对于搬运危险物品的起重用的钢丝绳，一般按比设计工作级别高一级选择 C 和 n 值，对于钢丝绳的安全系数要求要大于等于 5。 查机 械设计手册，成大先著， 8，表 8丝绳的公称抗拉强度t=1770全系数 n =6，对应的选择系数 C = 丝绳最大静拉力 S 的确定 钢丝绳 最大静拉力 S 由起重载荷确定，起升载荷是由基层钢丝绳的最大静张力来确定的，由矿用双速绞车的设计参数得知，快速时，静张力为 40速时静张力为 60此 S =60文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 把数据带入式 310601 0 26.7 据机械设计手册，成大先第五卷，选用钢丝绳的 结构： 6 19S+径 :d =30 丝绳的安全验算 按照所选择的钢丝绳的直径及矿用双速绞车的工作安全级别，钢丝绳的破断力要满足如下计算公式： 0 （ 式中0F 所选钢丝绳的破断力，单位 N； n 钢丝绳的最小安全系数。 查 8取钢丝绳的公称抗拉强度t,安全系数 n =6；查 8钢丝绳的直径为 d =30，钢丝绳的最小破断拉力为0F=529 将数据带入 606360 0F=529到设计要求。 筒 筒的几何尺寸 卷筒的名义直径： 30251 750 绳槽半径 ： ）（ 则 R =16 绳槽深度： ）（12 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 则 1H =10 标准槽绳槽节距： ）（ 4230)42(1 3234 则 1P =33 卷筒厚度： d =30 根据机械设计手册，成大先著，查 8 8据双速绞车的工作级别，选 h =25筒的卷绳层数 n =9。 每层的圈数： ）（ 3097 5 0 0 07 6 0)( = 则 z =27层。 多层的绳槽卷绕节距： 30) 3336 则 P =35 多层卷筒长度： ）（ 36 则 L =1000 筒的校核 卷筒内表面最大压应力： m a 式中 A 与卷筒绕层有关系数； 1A 应力减小系数； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 钢丝绳的最大静拉力，单位： N； P 钢丝绳卷绕节距，单位： 卷筒厚度，单位： 许用压应力，单位： 查 8卷筒层数 n 大于等于 5时， A =一般取 1A =距 P =35筒厚度 =30 钢丝绳的最大静拉力 （ （ 联立式 （ 由式 2 P 一定时， 一定时， F 与 r 成反比，则第一层的静拉力为钢丝绳的最大静拉力。忽略摩擦等，电动机的功率也是卷筒的最大功率，基准层为第 5层，已知第五层上钢丝绳的拉力 5=60551（ 12( )12( 155m a x ( 带入数据得 ,30)112(7 5 0 30)152(7 5 06 0 0 0 0m a x S= 8 11352规定卷筒材料为： 钢，s=270b=500 =180 将数据带入式 行校验： 4 6 a =此 ，达到设计要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 卷筒失去稳定时的临界压力： 3333)2/7 5 0(305 2 5 0 0)2/5 2 5 0 0 DP w （= 卷筒壁单位压力： 357 5 0 4 6 122 m a x 稳定系数： w （ 达到稳定性验算要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 个传动方案设计的比较 通过收集资料，我初步设计了第一种方案，经过与老师探讨，以及查阅相关资料，设计过程中对方案不断改进，最终确定出自己的设计方案。 图 传动方案一： 当调速闸一闸死，调速闸二开时候，电机直接传动到第二级太阳轮，通 过第二级和第三级行星轮系进行传动，绞车进入到快速级；当调速闸一松开，调速闸二闸死的时候，电机带动第一级的行星轮转动，第一级和第二级内齿圈速度为零，通过三级行星传动绞车进入慢速级。（ a)虽然实现双速传动的效果，但是此种情况设计并不太好，两级传动在外面，占地空间相对较大，而且第二级行星架安装在筒体内实施难度大。 图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 传动方案二： 该传动在调度绞车的基础上改造的，当调速闸一闸死，调速闸二开时，电机直接连接到太阳轮，进行三级行星传动，实现绞车慢速级工作；当调速闸一松开，调速闸二闸死时，仅 仅进行一级传动，要求要有较大的传动比，实现绞车快速级工作。此种传动方案实现了两级传动在绞车滚筒的内部，体积小，合理的利用空间，但是检修不太方便，快速级时仅仅是一级传动，实际设计中一般很难满足设计的要求。 图 传动方案三： 该传动是在前两种传动方案的基础上改造的。当调速闸一闸死，调速闸二开，显然，第三级内齿圈速度为零，绞车三级行星传动，绞车进入慢速级工作；当调速闸一开，调速闸二闸死，第三级太阳轮接机架，第二级行星架也接机架，绞车的结构是二级行星传动。将前两级放入到滚筒中，第三级放入 到滚筒外，体积小，可以有效利用空间。缺点是不太容易检修，相比较前两种，第三种结构相对较好，所以选择第三种方案。 机选型 快速时，绞车工作时的功率： 64 慢速时，绞车工作时的功率： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 24 那么，工作机的最大输出功率 1=64 工作机工作时的总效率： 654321 （ 式中 1 联轴器的效率； 2 行星传动的效率； 3 圆柱滚子轴承的效率； 4 齿轮啮合的效率； 5 深沟球轴承的效率； 6 钢丝绳的缠绕的效率。 查机械设计课程上机与设计，程志红、唐大方著， 102至 103页，表 9轴器的效率 1 =星传动的效率 2 =柱轴承滚子传动的效率3=轮啮合的效率 4 =沟球轴承的效率5=丝绳的缠绕的效率6= 将数据带入式 2 =动机的输出功率： 由于双速绞车用于矿井中，环境较为恶劣，多粉尘瓦斯等封闭的环境，所以选用 列的隔爆异步 电动机，该电机广泛应用于爆炸性气体混合物存放的场所。根据机械设计手册，成大先著，查 17 17电机型号 定功率为 75定转速为 740r/ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 动比分配 算传动比 电机的角速度： 60 n=s（ 在双速绞车快速工作的时候，对应滚筒的角速度： 2/)3097 5 0( 11 D v=s（ 在双速绞车慢速工作的时候，对应滚筒的角速度： 2/)3097 5 0( 22 D v=s（ 快速时，对应的传动比： i （ 慢速时，对应的传动比： i （ 速齿数分配 当调速闸 2 闸死的时候 ，双速绞车进行二级传动，绞车工作为快速。 一二级的传动比： 16116 = 由传动结构得， 132321213 ， 42 （ 466446 ， 63 （ 由 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 64642 （ 将 1364666461， 化简，得 )(/1 /(4646461316 则取4646 =么13213 =据机械设计手册，成大先著。 查 14，表 1414,1, 81 因为最小齿数小于 17，第一级行星需要进行变位，即 1Z =14, 2Z =31,3Z=81。 查 14，表 1427，7， 81，为第二级行星齿轮无需变位 ,即 4Z =27，5Z=27，6Z=81。 速时传动比的校验 将有关齿数带入 际的传动比： )27811()27/811 27/811476()1)(/1 /(4646461316 动比误差： 6 i 4% 选取的齿数符合要求。 速时齿数分配 当调速闸 1 闸死的时候，双速绞车进行三级级传动，绞车工作为慢速。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 一二三级总的传动比： 由传动结构得： 132321213 ， 42 （ 465654546 ，75 ，86 （ 798987879 （ 由 798870 即8797 )1( （ 将 4687988794 )/)/ 即87979464 )1( （ 将 138797946887979461 /)/ /)/ 则： 1/)/1(/)/1(/1797946797946797946138118 带入数据得 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 1/)/1(27/81/)/1(27/81127811476797979797979 79 根据机械设计手册，成大先著， 查 14 1416,3, 62因为最小齿数小于 17，第 三级行星需要进行变位，即7Z=16,8Z=23,9Z=62。 速时传动比的校验： 将有关齿数带入 级实际的总传动比： 2)16/621(27/9116/62)16/621(27/91166216621278114761/)/1(/)/1(/17979467979467979461318 3 0181818 i 4% 选取的齿数达到要求。 算各级齿轮的转速 速时各级转速 调速闸二闸死，调速闸一松开，双速绞车为二级传动行星传动，此时双速绞车进入了快速级。 双速绞车快速时第一级太阳轮的转速： 电机1=740r/ 双速绞车快速时第一、二级内齿圈的转速： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 双速绞车快速时第一级行星架和第二级太阳轮的转速： 速时各级转速 调速闸一闸死，调速闸二松开，双速绞车为三级行星传动，此时双速绞车进入了慢速级。 双速绞车慢速的时候第一级行星轮系的转速与快速时的第一级行星轮系的速度相同。 慢速时第三级行星轮系行星架转速与第二级行星轮内齿圈的转速由 8186 慢速时第二级太阳轮的转速与第一级行星架的转速 1662)16621(2781)1( 879794624 慢速时第二级行星架的转速与第三级太阳轮的转速 3621()1( 87975 快速时，各齿轮转速表： 齿轮 n1 n2 n3 n4 速 740 r/r/r/r/ r/ 速时，各级齿轮转速： 齿轮 n1 n2 n3 n4 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 转速 740 r/r/r/r/r/轮 n6 n7 n8 转速 r/r/r/ r/ 车的结构通过制动闸来改变其传动的方式，快速的，闸一开，闸二闸死，由电机通过鼓式联轴器带动第一级太阳轮转，太阳轮带动内齿圈和行星架转，通过行星架又传到第二级的太阳轮，行星架相当于接机架，第二级相当于在做定轴转动，第三级不工作。慢速的时，闸一闸死，闸二开，第一级与快速的传动方式相同，第二级做行星传动，通过第二级行星架与太阳轮相接，第三级太阳轮传递到第三级的行星架，内齿圈由闸一闸死，速度为零，行星架通过鼓式齿连接滚筒，带动滚筒。 料的选取 齿轮 材料 热处理 表面硬度 芯部硬度 2 2 加工等级 太阳轮 20碳 淬火 575450 400 6级 行星轮 20碳 淬火 575450 280 6级 内齿圈 40质 262 700 250 7级 表 速绞车第一级行星轮传动的计算 接触强度初算初算齿轮的中心距和模数 由于快速的时候，第二级行星架静 止不动，则用此种情况来计算第一级的行星齿轮传动的相关参数。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 由于第一级的太阳轮通过鼓式联轴器与第一级的太阳轮联接，所以第一级太阳轮的转速等于电机的转速。 第一级太阳轮的转速： 电机1=740r/ 第一级太阳轮的转矩： 38263901 pA 太阳轮分度圆直径： 23)( ( 式中 K 载荷系数 太阳轮的转矩 u 齿轮的传动比 材料的弹性系数 d 齿宽系数 H 接触疲劳许用应力 ( 使用系数，查机械设计，西北工业大学第八版，第 190页，表 10取中等载荷冲击， = 动载系数，式 6 级加工精度，查机械设计，西北工业大学第八版，第 194页，表 10 齿间载荷分配系数，查机械设计，西北工业大学第八版，第 196页，纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 表 10； 齿向载荷分配系数，查机械设计，西北工业大学第八版，第 205 页，表10 将各个取值带入式 K =u 。 143113 查机械设计，西北工业大学第八版，第 205页，表 10= 查机械设计，西北工业大学第八版，第 201页，表 10钢的弹性模量 )530082(17406060 11 109（ 109( 查机械设计，西北工业大学第八版，第 207 页，表 10接触疲劳寿命系数1 取失效率为 1%，安全系数 1S ,则 1 45 1 =1334 1 45 2li = 比较以上两数据，取较小的值，即 1 =1334 将相关数据带入式 d买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 23)1334 25 a= 据齿根弯曲强度计算模数 2 213( 式中 K 载荷系数 太阳轮的转矩 齿形系数 应力校正系数 1Z 齿数 d 齿宽系数 F 弯曲疲劳极限 ( 使用系数，查机械设计，西北工业大学第八版，第 190页，表 10冲击， 选取中等载动载系数，式 6 级加工精度，查机械设计，西北工业大学第八版，第 194页，表 10 齿间载荷分配系数，查机械设计，西北工业大学第八版，第 196页，表 10 ； 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 齿向载荷分配系数，查机械设计，西北工业大学第八版，第 205页，表 10 将各个取值带入式 K = 由于 1Z =14, 2Z =31，查机械设计，西北工业大学第八版，第 200 页，表10 查机械设计，图 10 弯曲安全系数 = 111 = 222 =176 加以比较。 5 1 11 F Y = 1 7 6 6 2 2 22 F Y = 比较之后选取取较大的值进行下面的计算。 将数据带入 m =比结果， 由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 小于由齿根弯曲疲劳强度的模数 m ，由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮的直径 (即模数与齿数的乘积）有关，可取弯曲强度计算的模数 m=