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JM14慢速绞车设计

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关键词：: jm14 慢速绞车设计

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JM14慢速绞车设计

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摘要

慢速绞车又称回柱绞车，是用来拆除和回收采煤工作面支柱的一种绞车，也可做其它搬运工作。随着经济的快速发展，煤炭的消耗量也在大幅度的增加，对煤炭的开发利用越来越紧迫，这使得绞车要有很好的技术性能，达到工作要求。JM14慢速绞车安全可靠，结构简单，便于维修和制造，且适用于井下有煤尘或爆炸性气体的环境中，所以在矿山生产过程中应用非常普遍。针对其钢丝绳容易磨损，地锚易松动等缺点，本文通过对JM14慢速绞车结构和参数进行优化设计，克服了传统绞车的这些不足之处，提高了其使用寿命。

本文介绍了国内外绞车的发展现状及国内外绞车存在的一些差距，并介绍了慢速绞车的发展趋势，完成了对绞车所使用的电动机、联轴器、钢丝绳的选型和减速器、卷筒、制动器的设计，还对齿轮、轴、轴承、键进行强度校核，从校验结果证实JM14慢速绞车设计的合理性，满足正常的工作要求。

关键字：慢速绞车;减速器;卷筒;联轴器

摘要 Ⅲ

Abstract IV

绪论 1

第一章总体设计 5

第一节传动方案的确定 5

第二节钢丝绳的选用及固定 6

第三节卷筒的设计计算 7

第四节电动机的选择 8

第五节传动比的分配 8

第六节传动参数的计算 9

一、各轴的转速 9

二、各轴的输入功率 9

三、各轴的输入转矩 10

第七节减速器齿轮的设计计算 10

一、蜗杆传动齿轮的设计 10

二、二级圆柱齿轮的设计 15

第八节绞车各轴的结构设计 23

一、蜗杆的总成设计 23

二、轴Ⅱ的总成设计 26

三、轴Ⅲ的总成设计 29

四、轴Ⅳ的总成设计 32

五、卷筒轴的总成设计 34

六、托辊轴的总成设计 36

第九节制动器的选择与计算 36

第十节箱体的设计 38

第十一节机架的设计 39

第二章轴上零件的校核 41

第一节轴上键的校核 41

一、Ⅰ轴键的校核 41

二、Ⅱ轴键的校核 42

三、Ⅲ轴键的校核 42

四、Ⅳ轴键的校核 43

五、卷筒轴键的校核 43

第二节轴承的寿命计算 44

一、Ⅰ轴轴承寿命的计算 44

二、Ⅱ轴轴承寿命的计算 45

三、Ⅲ轴轴承寿命的计算 46

四、Ⅳ轴轴承寿命的计算 48

第三章滚筒与法兰盘上螺栓直径的确定 49

第一节螺栓预紧力的确定 49

第二节螺栓直径的确定 50

结束语 52

参考文献 53

外文资料 54

中文译文 58

致谢 61

Design of JM14 Low-speed Winch

Abstract

JM14 low-speed winch，also known as drawing hoist,is a kind of mechine which is used to tear down and collect the props on the coal face,and it also can be used to draw other things.With the rapid development of economy,the consumption of coal is dramatically increased which makes the coal exploitation urgent, requires winch have very good technical function and meets working requirement.JM14 low-speed winch is safe,raliable, simple and easy to maintain and manufacture.What’s more,it applies for the environment where has explosive gas and coal dust,so this kind of machine is very universal in the process of mining production.As for the disadvantages of the winch,such as the abrasion of wirerope,the loose of ground anchor and so on,these problems will be able to solve by optimizing some construction and parameters to overcome traditional winch’s weakness and prolong its span of life.

This thesis introduces status quo and the gap of low-speed winch between home and abroad.And also this thesis introduces the growing trend of low-speed winch.This thesis completes model selection of electromotor,coupler and wirerope and the design of retarder,roller and brake.The intensity of gears,shafts,bearings and shaft keys is also checked.The result of intensity check verifies the property of this design and the winch meets working requirement.

Key words:low-speed winch;retarder;roller;coupler

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内容简介：: I目录摘要 Abstract IV绪论 1第一章总体设计 5第一节传动方案的确定 5第二节钢丝绳的选用及固定 6第三节卷筒的设计计算 7第四节电动机的选择 8第五节传动比的分配 8第六节传动参数的计算 9一、各轴的转速 9二、各轴的输入功率 9三、各轴的输入转矩 10第七节减速器齿轮的设计计算 10一、蜗杆传动齿轮的设计 10二、二级圆柱齿轮的设计 15第八节绞车各轴的结构设计 23一、蜗杆的总成设计 23二、轴的总成设计 26三、轴的总成设计 29四、轴的总成设计 32五、卷筒轴的总成设计 34六、托辊轴的总成设计 36第九节制动器的选择与计算 36第十节箱体的设计 38第十一节机架的设计 39II第二章轴上零件的校核 41第一节轴上键的校核 41一、轴键的校核 41二、轴键的校核 42三、轴键的校核 42四、轴键的校核 43五、卷筒轴键的校核 43第二节轴承的寿命计算 44一、轴轴承寿命的计算 44二、轴轴承寿命的计算 45三、轴轴承寿命的计算 46四、轴轴承寿命的计算 48第三章滚筒与法兰盘上螺栓直径的确定 49第一节螺栓预紧力的确定 49第二节螺栓直径的确定 50结束语 52参考文献 53外文资料 54中文译文 58致谢 61IIIJM14 慢速绞车设计摘要慢速绞车又称回柱绞车，是用来拆除和回收采煤工作面支柱的一种绞车，也可做其它搬运工作。随着经济的快速发展，煤炭的消耗量也在大幅度的增加，对煤炭的开发利用越来越紧迫，这使得绞车要有很好的技术性能，达到工作要求。JM14 慢速绞车安全可靠，结构简单，便于维修和制造，且适用于井下有煤尘或爆炸性气体的环境中，所以在矿山生产过程中应用非常普遍。针对其钢丝绳容易磨损，地锚易松动等缺点，本文通过对 JM14 慢速绞车结构和参数进行优化设计，克服了传统绞车的这些不足之处，提高了其使用寿命。本文介绍了国内外绞车的发展现状及国内外绞车存在的一些差距，并介绍了慢速绞车的发展趋势，完成了对绞车所使用的电动机、联轴器、钢丝绳的选型和减速器、卷筒、制动器的设计，还对齿轮、轴、轴承、键进行强度校核，从校验结果证实 JM14 慢速绞车设计的合理性，满足正常的工作要求。关键字：慢速绞车;减速器;卷筒;联轴器IVDesign of JM14 Low-speed WinchAbstractJM14 low-speed winch，also known as drawing hoist,is a kind of mechine which is used to tear down and collect the props on the coal face,and it also can be used to draw other things.With the rapid development of economy,the consumption of coal is dramatically increased which makes the coal exploitation urgent, requires winch have very good technical function and meets working requirement.JM14 low-speed winch is safe,raliable, simple and easy to maintain and manufacture.Whats more,it applies for the environment where has explosive gas and coal dust,so this kind of machine is very universal in the process of mining production.As for the disadvantages of the winch,such as the abrasion of wirerope,the loose of ground anchor and so on,these problems will be able to solve by optimizing some construction and parameters to overcome traditional winchs weakness and prolong its span of life. This thesis introduces status quo and the gap of low-speed winch between home and abroad.And also this thesis introduces the growing trend of low-speed winch.This thesis completes model selection of electromotor,coupler and wirerope and the design of retarder,roller and brake.The intensity of gears,shafts,bearings and shaft keys is also checked.The result of intensity check verifies the property of this design and the winch meets working requirement.Key words:low-speed winch;retarder;roller;coupler1绪论在人类历史上，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。中国人在公元前二千年就设计出用曲拐手柄转动的砂轮。今天被广泛应用的绞车(或称卷扬机)是绞盘的另一种形式，它泛指具有一个或几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。绞车用电动机驱动，靠齿轮，蜗轮传动的速比变化，配有制动卷筒的制动机构。绞车是工业生产过程中一种常用的机械，具有悠久的发展历史和比较成熟的发展设计制造技术，随着绞车技术的不断提高，加工材料的不断改进以及电子控制技术的不断发展，绞车在动力，节能和安全性等方面取得了很大的进步。目前绞车正被广泛地应用于矿山，港口，工厂，建筑和海洋等诸多领域。在矿山采掘和运输场合，绞车作为重要辅助设备被大量而广泛地应用着，例如矿用提升绞车，调度绞车，耙矿绞车和凿井绞车等。提升绞车可用于矿山竖井和斜井中物品和人员的调度具有较大的牵引功率和很好的安全性，是矿山生产中不可缺少的设备之一。绞车的另一个重要用途是港口机械，常见的有集装箱起重机，港口装卸门座起重机，塔式起重机以及轻小型的电葫芦等起重机械，其主要执行机构是各种形式和结构的绞车，对于这种用途的绞车，要求具有较好的调速性能和很高的安全性能。另外，绞车还被应用于各种线缆的存储，制造和运输，例如纺织机械中的用于存放丝线的线盘和电缆制造中用于存放各种直径缆绳的缆盘。这种情况下，绞车不光具有一定的调速能力，而且还能够使不同直径的缆绳排列整齐，从而保证生产的顺利进行，在船用机械甲板机械和海洋开发领域，绞车也具有悠久的使用历史和各种各样的用途。这次课题的目的为对绞车进行优化设计，即优化绞车的结构及参数，如绞车安装固定在坡顶进行坡道牵引时，绞车后部的地锚容易松动，失去对绞车的固定能力，弹性柱销联轴器的柱销在旋转过程中由于载荷偏大或长时间未更换柱销，柱销会老化而突然折断；钢丝绳会由于磨损而被拉断等，所以要对绞车进行优化以解决这些问题，提高其寿命，同时对电动机进行经济性选型，合理选材，达到节能，低成本，经济实用的目的。2慢速绞车在矿山生产过程中应用非常普遍，起到不可或缺的作用，传统绞车在工作过程中由于本身的结构不能满足井下的实际生产条件而带来诸多问题，这些问题的出现存在着极大的安全隐患，危害井下职工的生命安全，影响工期的按时完成，所以对传统绞车进行优化设计具有十分重要的意义。近 40 年我国的煤炭行业发生了巨大变化,采煤技术已接近达到国际先进水平，综采单采原煤产量早已突破了百万吨，然而煤炭工业机械化离不开运输，运输又离不了辅助运输设备，绞车就是辅助运输设备的一种。我国的矿用小绞车主要是调度绞车和回柱绞车，它经历了仿制，自行设计两个阶段。解放初期使用的矿用小绞车有日本的，苏联的，因此当时生产的矿用小绞车也是测绘仿制日本和苏联的产品。1958 年后这些产品相继被淘汰，并对苏联绞车进行了改进，于 1964 年进入自行设计阶段。淮南煤机厂曾设计了摆线齿轮绞车和少齿差传动绞车。徐州矿山设备制造厂也曾设计制造了摆线和行星齿轮传动的绞车，一些厂还设计试制了 25KW 的调度绞车，徐州，淮南，锦州矿山机械厂又相继设计试制了功率为 40KW，55KW 的调度绞车。回柱绞车大体上也是经历了仿制和自行设计的两个阶段，八十年代以前一直使用的是仿制老产品，八十年代中期才开始设计新型的回柱绞车，主要针对效率极低的球面蜗轮副，慢速工作和快速回绳的等环节进行根本的改进。矿用小绞车标准方面，1967 年制定了调度绞车部标准。1971 年制定了回柱绞车部标准。1982 年对上述两个标准进行了修订，其标准为 JB965-83，JB1409-83。国外矿用小绞车使用很普遍，生产厂家也很多。苏联，日本，美国，瑞典等国都制造矿用小绞车。国外矿用小绞车的种类和规格的比较多。比如调度绞车牵引力从 100Kg.f 到 3600kg.f动力有电动的液动的和风动的。工作机构有单筒，双筒和摩擦式。传动形式有皮带传动，链式传动，齿轮传动，蜗轮传动，液压传动，行星齿轮传动和摆线齿轮传动等。其中采用行星齿轮传动的比较多。纵观国外矿用小绞车的发展情况其发展趋势有以下几个特点:向标准化系列方向发展。苏联，日本，美国，德国，英国已用矿用小绞车国家标准。并且这些国家的各制造公司有自己的产品系列型谱。在这些国家标准和系列型谱中，对绞车的性能，参数做了明确的规定，并强力推行和实施，给设计和制造，使用维护带来了极大的方便。向体积小，重量轻，结构紧凑方向发展。由于煤矿井下狭窄的工作环境要求绞车体3积小，重量轻，各国都在力求将绞车的原动力，传动装置，工作滚筒，制动操作等部分及底座等主要部件综合在一个系统中加以统筹布局，充分利用空间提高紧凑程度，做好外形封闭。为此有的将传动部分置于滚筒内部，有的紧贴滚筒端部，有的将电机埋入滚筒内部，有的将底座支架减速器铸造为一体。向高效节能方向发展。世界工业发达的国家如苏联，日本在绞车各种参数的设置上进行优化设计，选取最佳参数，最大限速提高产品性能。在传动机构上尽量采用较先进的传动型式，并采用合理的制造精度，以提高生产效率。在产品节能方面各国各公司都很重视，苏联和日本在绞车设计方面为节省电耗，对电机功率在全方面分析绞车的实际工作情况的基础上确定。使电机的功率保证绞车的功能（牵引力，牵引速度）等，有能使电机功率得以充分利用。向寿命长，低噪音方向发展。寿命和噪音是衡量产品的综合性能指标，是产品质量的综合反应。寿命长经济效益才能高；噪音低有利于工人身心健康。苏联规定调度绞车使用为 5 年以上，保修期为两年，规定工作噪音不得超过环保卫士部的规定。并将寿命和噪音值纳入产品标准中，西德绞车的噪音较低，为提高产品寿命和降低噪音，有的提高齿轮的制造精度，有的采用稀油润滑，从而提高了产品的整机性能。向一机多功能，通用化方向发展，矿用小绞车在使用过程中不仅做调度用，而且还做运输及其他辅助工作。使用范围扩大，要求绞车有比较强的适应能力。把调度，运输，辅助绞车归纳为一个标准。三种绞车结构相近，大同小异。即主机相近而制动操作部分则根据各自的使用条件有所区别。有的国家已经打破了行业界限，把各行业的卷扬机设备统归为卷扬机类。这样便于生产使用和维护。便于提高产品质量和社会经济效益。随着管理水平的提高，产品通用化程度也必然的不断提高，这是今后产品发展的必然趋势。向大功率方向发展。随着生产的发展，原来的产品越来越不能满足用户的要求。长期的生产实践的成功经验表明，调度绞车除调度矿产外，也用于搬运设备，其牵引力又显得小一点，又如回柱绞车除用于回柱放顶外，有时也用于搬运综采及各类机电设备，运距一般较长，牵引和回绳速度更慢，因此解决上述问题的同时要加大绞车的功率，满足用户的要求。向外形简单，平滑，美观，大方方向发展。由于各国力求使产品的结构紧凑，体积小，重量轻，大都采用了机电合一的综合机构。外表只能看到滚筒和制动操纵部分。整个绞车近似一个圆形，显得线条简单外形平滑，为了争夺市场，各国绞车在外形上巧妙4的构思，使得产品造型美观，操作者感到舒适。为此，我国应采用国外先进技术，国家标准，制定出我国的矿用小绞车型式和参数系类标准和国家标准，把我国矿用小绞车的标准水平提高一步，进而进行产品的更新改造和提高产品性能，争取在较短的时间内达到先进国家的水平。完善测试手段.我国产品水平提高得慢的一个重要原因是不具备检测手段，很多项目及整机性能无法测定，心中无数。设计凭经验及类比法，因此在提高产品质量上有时陷入盲目性。在完善测试手段过程中，当前应重点放在产品性能检测，如寿命，噪音，效率，可靠性等。技术引进与产品更新换代相结合。更新换代光靠自己搞科研攻关，不仅力量不足，速度太慢，可先购买国外样机，经过使用后再考虑技术引进问题。组织专业化生产，按照标准对产品的要求，组织专业化生产，以提高质量和生产效率。随着大中型矿井的增多，煤矿产量的提高和大型综采设备的使用，要求矿用小绞车在工作能力，工作效率，节能，使用寿命方面得到应有的改进，尽快克服目前调度绞车牵引力小，回柱绞车双速牵引快速回绳，用行星齿轮减速器替代效率极低的球面蜗轮副减速器。并要求具有“一机多用”的功能，简化矿用小绞车设备的生产，管理和维护，减少投资费用，使矿用小绞车尽早实现统一化，系类化，标准化。课题的主要内容是完成绞车电动机、联轴器、钢丝绳等的选型和减速器、卷筒、制动器、底座等组成部件的设计。电动机经过蜗轮蜗杆减速和二级圆柱齿轮减速器减速实现绞车滚筒的慢速牵引，电动机轴通过联轴器与蜗杆轴相联，齿轮啮合传动后将动力传给滚筒，滚筒缠绕钢丝绳牵引重物，当被牵引到坡顶时，通过装在蜗杆轴上的制动器制动。卷筒与减速器输出轴用法兰盘刚性连接。对绞车的优化方案如下：1.对出绳方式和出绳口的优化：由于慢速绞车在出厂时的出绳方式为上出绳，从滚筒上部离开的钢丝绳会以卷筒的中心为轴，对轿车的整体产生一个向上的分力，造成绞车后部地锚的松动，所以将上出绳改为下出绳，使产生的分力向下，避免了松动，由于下出绳容易磨损钢丝绳，所以要选择耐磨损的钢丝绳，在出绳口安装防磨损装置；2.对联轴器的优化：将原来的弹性柱销联轴器改为梅花形弹性联轴器，两半联轴器端面凸齿交错插进而形成的齿侧空间中夹有聚氨酯橡胶（弹性件），起到缓冲减振的作用。5第 1 章总体设计第 1 节传动方案的确定设计条件为：1）机械用途：在煤矿井下有煤尘或爆炸性气体的环境

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