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河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 中文翻译： 矿井用数控直流提升机系统研究 （ 机械与动力工程 学院 河南理工大学） 摘要 ： 本文简要综述了国内外有关提升设备的使用现状以及数控系统的工作原理、前景和方法的研究。在此研究基础之上，本文研究了矿井用直流提升机系统。它具有安全性高、稳定性更强、精确控制、维修方便的特性。使用此套系统，将有助于加强采矿业的提升效率，改善施工环境，降低能量损耗，增加经济利润和推进管理水平升级。 关键字 ：卷扬式绞车，摩擦提升机、变流量调节、变频控制、可编程控制器。 1、 介绍 随着中国原材料市场的持续繁荣，对各种矿产的开采 和开发也在不断加快。但是由于浅层矿物资源的不断减少，对矿产的开采也就必然向更深的地层漫延。目前，大部分矿场采用的多是上世纪九十年代以前的模拟电子控制提升机。这样的提升设备面临着更新换代，而其电子控制部分则将被淘汰。 矿井提升设备用于煤炭、矿石、工作人员、设备和原料在矿井内的升降。作为矿井运输的咽喉，它在整个生产工程中起着至关重要的作用。一旦提升机出现故障，小则影响生产，大则威胁到工人们安全。 传统的提升机系统采用绕线式电机转子回路串电阻的调速控制系统。采用串联电阻的方式控制速度的缺点是大量的旋转损耗、低效的 速度调节、缓慢的动态响应、速度的调节难于做到平滑、直接。此外，由河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 于串联电阻调速系统只能在一个狭小的速度调整范围内影响线路，因此其（能够影响到的）功率系数很低。随着中国电力和电子技术的发展，传统提升机的这些不利条件愈加明显地阻碍了采矿业的发展。 为了促进采矿技术的发展，培训专业的现场工作人员，降低生产成本从而提高采矿行业竞争力，一项可靠、安全、稳定的 编程控制器）系统应运而生。它采用先进的数控技术、自动化理论、国际流行的线控技术和精确的模糊控制技术。这套系统具有易于安装、操作简单和自动化程度高的优点。 2、传统提升系统的缺点 目前，中国 90%的提升机系统采用的是绕线式异步电机转子回路串电阻系统。该系统的主要弊病如下： 1）低效的速度调节，高能耗、低效率； 2）由于采用 3）可靠性差和不易维修。 3 、数控直流提升机系统的特性 数控直流提升提升系统具有如下特性： 1）多媒体数显代替了传统的深度尺，该系统可显示运转速度、电枢电流、励磁电流和提升设备的位置。这使得此套提升系统更加的严谨和精确。 2）直流驱动的采用改善了工作环境，减少了能 量损耗。这是因为当直流电机运行于方形线圈时，可将减速和刹车过程中的动能转化为电能。 3）使用转化器向电机提供能量。这个控制方案采用两条并联的 6脉冲功率转换。这可以减少电流紊乱并降低转化器对电网的负面影响。本系统具有高功率系数，因此不需要额外增加功率系数补充装置。 12脉冲控制方案的优点是快速的电流转换、快速的循环反应、更小的小力矩扰动和河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 更高的控制精度。 4）两套独立的可编程控制器。 5）多重编码器可以反馈不同监测点的位置信息。一旦哪里出现错误，可编程控制器可比照和分析这些数据并作出快速回应，这确保了控制系统在 不同的状况下做出不同的控制指令。整个系统的位置公差为 1%。位移误差为两公分，速度误差为 s。 6）完美的保护功能。本系统提供监视器保护、最小可编程控制器保护和转换器输电系统保护等。 7）整个系统的模拟化监控通过计算机及相关软件得以实现。人机操作界面极大地增强了系统的可操作性和稳定机能。中心计算机监控系统采用三维立体成像，贴近实际情况。汉化版使得整个系统容易理解和易于掌握。 8）完美的实现了自动化的用簸萁对矿石的装载、提升和卸载。 4、系统构成 这套数控直流提升系统包括计算机系统（ 传输系统，检测系统，高能级的计算机系统，控制系统，传感器系统，主电机及附属设备。 计算机系统是核心。可编程控制器采用西门子 7管 是它却可以达到中型生产所需。对于各种中小型的生产来说，模块化、无排气扇结构、简洁方便的分配模式使得 是一种精密完整的数字模拟输入 /输出中央处理器。 24足了设备所需的快速回馈及特殊功能。检测 是一套精密完整的数字模拟输入 /输出中央处理器，具有6出模块是 24伏直流电的 十六位的数字输河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 出模块；输入模块是 24伏直流电的 十六位的数字输入模块。模拟输入 /输出系统采用 线输入，两线输出。模拟输入模块采用 线输入。这就像人的神经系统：传感器获得的信息通过不同的途径传到计算机系统；计算机对这些外部信号作出分析，然后给操作系统发出相应的指令。 数控直流电机驱动系统采用高性能微型处理器以及与之相配的接口电路。它使用软件程序来完成电路的调整、检测、诊断和数据交流。其构成和工作原理如下： 1）既定速度。既定速度和其他既定值可在提升控制系统中基于设定的参数进行选择，可编程控制器提供的输出方法有 004定数据为其中的一种。通常，既定速度相当于电机最大转速。最大和最小既定数据都通过严格的参数和连接体比对，然后传送给斜率函数发生器。 2）斜率函数发生器由可编程控制器设定。斜率函数发生器可以控制既定速度的升降，并可以将其转 化为一种特定随时间而变化的信号。加速和减速时间可被另外设定。除此之外，开始和结束曲线也可被设定，进而达到直接控制速度调节器的功能。 3）实际价值。通常提升速度由电机转轴上的编码器确定，并通过参数匹配转化为数字信号，速度设定之后，就操作速度调节器。 4）速度调节器比照既定速度和实际速度，并依据不同之处做出 后转化成电流传输到电流调节器。 5）电流调节。提升系统传输属于软传输，转力矩的突然变化应该被避免。 除此之外，游离电流 (di/的变化是受限的 ,因此 , 调速器的输出电流要通过限流电阻 (或 转力矩电流的限制 ) 之后，才能流向电流调速器。 速度调整者比较给定的电流值和真实电流值，然后针对两者的不同河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 进行 算。在增加被预先设定的电流值之后，结果将被直接地应用刹车装置。 电流调整器具有独立的比例放大键控脉冲和完整的均衡时间常数度或时间可以被削减 (纯粹的刻度或完整的调整器 ) 。 被技师人工优化，因此电流环性能是最好的。 实际电流首先通过三相交流电在电流感应器检验。它然后通过电流转换器，信号被负荷电阻收集。 最后，经过模块 /数字转化后，它被送到电 流调节器。 6）电流预控器。电流预控器在电流回路的调节中被用来改善调节系统的动力特性，降低电流反应时间，该时间通常需要 6控值、电流既定值与电机的反向电能有关。 7）回路无电流控制逻辑。在改变扭力矩信号时，这个 4方形的装置 ,回路无电流控制逻辑与电流调节电路共同完成这个逻辑控制。必要时 ,通过参数设定来阻挡力矩方向。 8）触发装置。触发装置采用水晶制动管触发式脉冲。同步信号来自与主电压同步的自动调节环。因此它与电路板的供电周期毫不相关。触发式脉冲计时由速度调节器和预控器通过数据输出和控制参数范围进行调节。 监控系统用于提供检测和保护。当提升系统出现不正常状况时，检测系统可以侦察到并将信号发送到计算机系统。 高能级计算机系统是一个人机操作界面，可以显示各种重要的提升机运行参数，错误信息，产品统计，速度报表等。 控制与操作系统主要由中间继电器和电流接触器组成，它可以生成各种指令并发送到计算机和控制提升系统的每一个设备。 传感器系统感知提升机每个设备的运行状态，并经感知的信号回馈河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 给计算机系统。 主电机是提升机的一项重要设备。它驱动滚轴转动，从而带动挡栏或簸萁在矿井中运动 。 辅助设备对运行中的挡栏或簸萁提供必要的保护。它包括液压站、冷却通风机、润滑站、冷却通风感应器等。 5、程序设计 模块化的程序设计。整套程序可被分为主程序、挡网程序、簸萁程序、报表程序、上层计算机编程、主控制和检测控制通信程序。主程序内的不同子程序可依据不同的施工情况进行下载，这增加了在整个系统的正常运转下可编程控制器的利用率。程序采用 功能模块化语言与日常用语相比，整套程序易于理解、便于学习和维修。 6、系统应用 龙桥铁矿坐落于龙桥村，距洛江市东南 25千米。这个矿床是 一个大的地下磁铁矿，品质高，易于分离。附属矿为铜精矿和硫精矿。铁矿储藏量为 103637万吨。附生铜矿为 90144吨，硫矿为 2786万吨。铁矿含量比率为 84%。 该矿床拥有一套功率为 1400提升矿石量在 6000吨以上。该系统可完全实现装载 卸载自动化控制。该系统可以判断出优先级，根据来自不同层面的不同的信号顺序。这套数字直流提升系统的应用可以为该矿场创造出巨大的社会经济效益。 7、结论 数字直流提升系统运行安全、可靠，维修很少。它的高水准的动态和静态性能指标实现了 完美的数字控制和保护装置。这个系统可以和整个企业网交流以实现矿业自动化控制管理，远程检测和诊断。它在矿井提升系统中具有广阔的发展前景并可以创造出巨大的社会效益。 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 I 摘 要 回柱绞车是供煤矿井下采煤工作面回柱放顶的主要设备 。由于它的高度较低 、 重量又轻，特别适用于薄煤层和急倾斜煤层采煤工作面，以及各种采煤工作面沉入底板或被矸石压埋的金属支柱 的 回收 。随着机械化采煤程度的提高，它越来越多地被 广泛用于机械化采煤工作面，作为安装、回收 、 牵引各种设备和备件之用。 目前，在 回柱绞车 的设计、制造以及应用上，国内与国外先进水平相比仍有较大差距。国内在设计制造 回柱绞车 过程中存在着一定 程度上的缺点 ，重要的问题如：轮齿的根切、 蜗杆毛坯的正确设计 等。 这篇毕业设计的论文主要阐述的是一套 回柱绞车 传动部分 的设计方法 ，主要包括蜗轮蜗杆减速 装置 、直齿圆柱齿轮传动、轴承和传动件的润滑 系统 ，还包括制动装置的选用、一部分常见故障的分析 以及 日常的使用与维护等。 关键词 ： 回柱 绞车 减速器 蜗轮 蜗杆 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 is of of of or by of of it is in as of of At in to a In of to a of of is a of of 南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 i 目 录 前 言 . 1 . 5 . 5 . 8 . 9 计条件 . 9 始数据见表 1. 9 案的初步拟定 . 9 . 10 号含义 . 10 要组成部分 . 11 . 12 . 12 . 14 动机的确定 . 14 . 15 算机械传动系统的性能参数 . 15 . 17 择蜗杆传动类型 . 17 择材料 . 17 载能力计算 . 17 轮轮齿的强度验算 . 18 算蜗杆的各项参数 . 19 . 20 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 齿轮模数的确定 . 20 触强度和弯曲强度的验算 . 22 算接触强度 . 22 算弯曲强度 . 24 . 25 材 . 25 本轴径估算 . 25 上零件布置 . 26 的结构设计 . 26 轴的设计计算 . 26 轴的设计 . 27 料选择 . 27 径的初步估算 . 27 的结构设计 . 27 轴的强度校核 . 28 . 32 . 32 . 32 . 33 . 34 和常用安全装置 . 34 用绞车制动闸的形式 . 34 . 35 柱绞车制动器的 作用 . 35 . 36 动器的确定 . 36 式制动器的工作原理 . 36 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 带式制动闸的闸带有下列要求 . 37 动器的制动 . 38 . 39 . 39 般要求 . 39 车前必须认真检查： . 39 行中必须注意： . 39 . 40 . 40 丝绳间断断丝 . 40 丝绳连续断丝 . 40 . 42 定和操作 . 42 . 43 . 43 结束语 . 45 致谢 . 46 参考文献 . 47 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 1 前 言 当前，我国煤矿工业正以日新月异的速度前进，在井下回采工作中当一个工作面的煤层开采完了以后要放顶。由于金属成本较高，这些支柱若不收回，则必然造成极大的浪费。所以需用一台回柱绞车。回柱绞车是 机械回柱的主要设备。在木支柱工作面和一些金属支柱工作面，一般都采用回柱绞车回柱。回收的支柱可重新加工利用，投入到生产中去。如果人工回柱，安全性差、效率低。使用回柱绞车回收既经济，又迅速，符合现代化工业生产的特点：高生产率和先进的技术经济指标。 下面让我们熟悉一下回柱绞车的特点以及它在井下回采面的布置方式 . 、回柱绞车 (含慢速绞车 )的结构有如下特点： （）传动系统都有一级减速比很大的蜗轮蜗杆传动，皆具备自锁功能，不会发生下故重物拉动滚筒旋转情况。 （）总传动比大 (i 150 230)，能在电动机功率较小 时，获得较大的牵引力。 （）具有整体结构，便于移动和安装，甚至可以用回柱绞车牵引力来牵引绞车本身移动。 （）有的在电动机联轴器上装有手动制动闸，有的在蜗轮减速器输出轴上装有活动齿轮和锥形摩擦制动器，使回柱绞车可以按信号准确停位，并能从滚筒上自由放绳 (不受蜗杆传动自锁影响 )，且可控制放绳速度，防止松绳和乱绳。 （）电气控制装置较简单，皆具备隔爆性能，可用于有瓦斯、煤尘的环境场所。 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 2 （）因蜗轮蜗杆传动效率低，易造成发热和温升过高 ,所以必须重视润滑和维护。 、回柱绞车在井下回采工作面的布置方式主要有以下 几种： （）回柱绞车安装在回风巷内：回柱绞车安装在回风巷内的位置、应符合作业规程定 所示 图 1 在回风巷布置回柱绞车 1 回风巷 2 回柱绞车 3 导向轮 回柱绞车安装在回风巷内布置方式的优点有：回栓绞车不需经常搬迁；适合于煤层倾角较大、顶板破碎、压力较大的工作面。缺点有；回栓绞车可能影响回风巷人员行走和材料运输工作；钢丝绳牵引时要绕过一个拐直角的导向轮，钢丝绳受力大容易损坏；要求固定拐角导向轮的柱子或锚杆等必须牢固 . （）回柱绞车安装在回采工作面上端； 回柱绞车布置在紧靠回风巷，且在工 作面的上端相密集支柱之间。如图 2所示。 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 3 图 2 在回采工作面上布置回柱绞车 1 回风巷 2 回柱绞车 3 钢丝绳 回柱绞车安装在回采工作面上端布置方式的优点有：钢丝绳牵引不必拐弯，直线牵引，钢丝绳运行阻力小，不易损坏；不影响回风巷内人员走动和材料运输工作。缺点有：每进行一次循环都要移动回柱绞车；要求在顶板条件较好和煤层倾角较小的条件下采用。当顶板压力较大时，机座受力后易变形；顶板严重冒落，可能埋住绞车，移设和检修都很困难。这种布置方式很少采用。 （）回柱绞车直接安装在工作面：回柱绞车直接安装在 工作面的多台布置 ,方式如图 3所示 图 3 在工作面上布置数台绞车 1 回风巷 2 回柱绞车 3 刮板输送 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 4 回柱绞车直接安装在工作面的多台绞车布置方式的优点有：多台同时回柱，加快回柱进度，特别适合需要回柱的普通机械化采煤工作面，如使用刨煤机的回采工作面；不影响回风巷内的人员走动和材料运输工作；钢丝绳牵引不必拐弯，直线牵引，钢丝绳运行阻力小，不易损坏。缺点有，每进行 次循环都要移动回柱绞车；要求在顶板条件较好和煤层倾角较小的条件下采用；顶板冒落，可能埋住绞车，移动和检修都很困难。这种布置方式是在 回柱工艺时间大大超过来煤工艺时间的情况下采用，可提高采煤工作面生产能力和经济效益，但应在确保安全的前提下谨慎推广使用。 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 5 内外回柱小绞车的概况 我国矿用小绞车主要是指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年进入了自行设计阶段 八十年代以前一直使用的是仿制的老产品，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等环节进行根本的改进。 矿用小绞车标准化方面， 1967 年制定了调度绞车部标准， 1971年制定了回柱绞车部标准 对上述两个标准都进行了修订，其标准方为 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、规格较多 筒和摩擦式 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。发展趋势向标准化系列方向发展，向体积小、重量轻、结构紧凑方向发展 ;向高效、节能、寿命长、低噪音、一机多能通用化、大功率、外形简单、平滑、美观、大方方向发展。 国外矿用小绞车规格比较多，适用不同场合，我国矿用小绞车的规格少，品种型号多而乱，也较繁杂，没有统一标准。从工作机构上分，国外有单筒、双筒及摩擦式三种，我国只有单筒一种型式。从原动力上河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 6 分，国外有电动的、风动的及液压驱动，我国只有电动的和少量风动的。 例如回柱 绞车的薄弱环节是球面蜗轮副传动，回柱绞车的主传动均采用了蜗轮副传动，这是因为蜗轮副传动比大，又具有自锁性，故其传动效率较低，一般只有 0. 4 柱绞车的总传动效率更低。回绳速度慢，所有的回柱绞车回绳速度和工作牵引速度相同 是搬运设备，工作效率太低。随着采煤机械化的发展，综采设备的频繁搬迁，又由于回柱绞车搬运，工作时间长占用人工多，因此这类绞车均应设置快速回绳。 我国矿用小绞车在寿命、噪音、可靠性等综合指标与苏联有着一定的差距。苏联矿用小绞车使用寿命规定在 5 年以上，我 国目前不具备测试手段寿命无法考核，但从对用户的访问中得知，寿命达不到 5年 虽然我国矿用小绞车参数系列水平优于国外，但在标准化和通用化方面远不如发达采煤机械制造国。比如牵引力 14000 级为行星齿轮传动 (少齿差传动 )。 级和三级减速为圆柱齿轮传动。 其二级、三级减速为直齿圆柱齿轮传动。 是在一级蜗轮副减速之后，其二级减速为直齿圆柱齿轮传 动，也是传动系统最简单的一种。 回柱绞车以电动使用最广，传动型式以球面蜗轮副居多，该机主要结构型式为电动机悬装在蜗轮副减速器的后部，蜗轮副减速器为第一级减速，第二级和第三级为圆柱齿轮传动，分别安装在机器的两侧对称机体的中心布置，该机呈长条形适应并下巷道的空间，体积小，底座呈雪橇形，安装搬运方便。 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。 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 7 (1)向标准化系列化方向发展，苏联、日 本、美国、德国、英国已有矿用小绞车国家标准 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、维护带来极大方便。 (2)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积小、重量轻，各国都在力求将绞车的原动机、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为一体。 (3)向高效节能方向发展。世界工业发 达的国家如苏联、日本在纹车各种参数的设置上进行优化设计，选取最佳参数，最大限度提高产品功能。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约电耗，对电机功率在全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，又能使电机功率得以充分利用。 (4)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，是产品质量的综合性反应。寿命长，经济效益才能高 ;噪音低 ,有利工人身 心健康。 (5)向一机多能、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河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 8 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。 (6)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，调度绞车除调度矿车外，也用于运搬设备，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时，运距一般较长，牵引和回绳用一种速度，且目前的回柱绞车牵引速度太慢，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。 (7)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。外表只能看到滚简和制动操纵部分。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的构思，使得产品造型美观，操作者感到舒适。 柱绞车的主要传动方式类型 我国常用的回柱绞车类型及其传动方式有下列几种 : 1. 2 5型回柱绞车 ,其传动方式为 :一组斜齿轮 ,一组蜗轮 ,一组直齿轮 2. 8型回柱绞车 ,其传动方式为 :一组蜗轮 ,一组直齿轮 3. 2 14回柱绞车 ,其传动方式有两种 ,一种为 :一组蜗轮 ,两组直齿轮 ;一 组为一组斜齿轮 ,一组蜗轮 ,一组直齿轮 4. 14回柱绞车 ,其传动方式为 :一组蜗轮 ,一组直齿轮 5. 14型回柱绞车 ,其传动方式为 :一组蜗轮 ,一组少齿差行星齿轮 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 9 6. 20 型回柱绞车 ,其传动方式为 :一组直齿轮 ,一组蜗轮 ,一组直齿轮 7. 28型回柱绞车 ,其传动方式为 :一组圆锥齿轮 ,一组变速 直齿轮 ,一组行星齿轮 ,一组直齿轮 计任务与方案的初步拟定 矿用回柱绞车传动装置设计 计条件 1）机器用途 :煤矿井下回收支柱用的慢速绞车 ; 2）工作情况 :工作稳定、平稳 ,间歇工作 (工作与停歇时间比为1:2),绳筒转向定期变换 ; 3）运动要求 :绞车绳筒转速误差不超过 8%; 4）工作能力 :储备余量 10%; 始数据见表 1 方案的初步拟定 根据设计要求，所给原始数据 ,经过对回柱绞车常用型号的传动方式比较 ,最后选用一级为蜗杆传动 ,一级齿轮传动的传动方式 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 10 表 1车原始数据 项目 数据 钢绳牵引力（ 140 钢绳最大速度 (m/5 绳筒直径 ( 380 钢绳直径 (筒容绳量 (m) 120 图 1 1、电动机 2、连轴器 3、蜗轮蜗杆减速器 4、小齿轮 5、中间齿轮 6、大齿轮 7、滚筒 回柱绞车 号含义 14 钢丝绳拉力 140（ 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 11 要组成部分 回柱绞 车由电动机，圆弧面蜗杆蜗轮减速器，中间轴，卷筒，底盘五大部分组成。其传动原理是：动力由电动机通过一对联轴器传动圆弧面蜗杆、蜗轮，由蜗轮轴上的小齿轮经中间过桥齿轮传动大齿轮，大齿轮带动卷筒，卷筒引钢丝绳进行工作。 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 12 动方案的确定 根据机械器的工艺性能、结构要求、空间位置和总传动比等条件选择机械传动系统所需的传动类型，并拟定从动力机到工作机构之间机械传动系统的设计方案和总体布置。 一般情况下，尽管动力机的输出功率满足工作机构的要求，但输出的转速、扭矩或运动形式 很难符合工作机构的需要，这时就需要采用某种机械传动装置。这是绝大多数机械设计的共同特点。 按照传动原理的不同，机械传动装置可分为摩擦传动、啮合传动和推压传动三种。根据传动比能否改变，机械传动装置又可分为可调传动比传动、固定传动比传动和变传动比传动三类。回柱绞车一般采用固定传动比传动。 减速器传动：本回柱绞车由于总减速比较大，为 i=186 而采用动力蜗杆减速器。蜗杆传动的主要特点是：传动比大、结构紧凑、工作平稳、无噪声、自锁性能好。对于回柱绞车，要求卷筒能够自锁。即卷筒的正反转只能由电动机的正反转来控制；当电源 切断时绞车马上停止工作；卷筒本身不能自由转动，以免发生事故。这就需要设计一个装置来控制卷筒的自转。而蜗轮蜗杆传动就起到了这个作用。因为若取蜗杆的蜗螺旋线开角 小于齿轮间的当量摩擦角 v，则当蜗轮主动时，机构自锁，即只能蜗杆带动蜗轮，而不能蜗轮带动蜗杆。因此，采用蜗轮蜗杆减速器，就能保证卷筒的自锁性。这就是回柱绞车采用蜗杆减速器的一个重要原因。 但是，采用蜗杆减速器也有一缺点 ，就是传动效率低，这点应在河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 13 具体的蜗杆减速器设计中充分重视，并设法提高。 采用圆弧齿圆柱蜗杆，就是提高效率的一种措施，这是一种新型的传动装置。它与普通的蜗杆传动相比，其不同在于，具有良好的润滑条件使齿面之间建立连续的润滑油膜形成液体摩擦，从而降低摩擦系数，减轻磨损，提高了承载能力和效率。因此，它具有承载能力大，使用寿命长，效率高（高 10等优点。 齿轮传动 :选择齿轮传动，是由于齿轮传动具有工作可靠，使用寿命长，瞬时传动比为常数；传动效率高、结构紧凑、功率和速度适用范围广等优点。因斜齿轮传动时会产生 轴向力，对传动不利。若采用人字齿轮，虽可使齿轮轴向力自行抵消，但人字齿轮制造比较困难，所以选择直齿轮传动。 从结构上看：如果让蜗轮轴上的齿轮与主轴上的齿轮啮合，由于传动比大，会造成两齿轮大小相差过甚，大齿轮太大以至于不好安装和制造，而且外形尺寸也太大。另外，涡轮轴上的小齿轮也不能太小，因为根据强度要求限制了轴径，从而控制小齿轮的尺寸只能小到某一程度。否则，会给加工成本带来诸多不便。况且卷筒和大齿轮以及蜗轮尺寸都较大，让蜗轮上的齿轮与卷筒上的齿轮直接啮合，受尺寸限制，不容易做到。基于以上原因，决定增加一中 间轴，轴上安装一过桥齿轮。这样，既可以得到合适的传动比，又可以令整体布局合理。 现代生产的发展，无论在承载能力、工作可靠稳定方面，还是在结构尺寸和重量方面，对齿轮的传动的要求愈来愈高。标准齿轮由于存在一些缺点限制了它的应用范围。为了满足设计要求，我们决定设计三个变位齿轮，作为改善齿轮传动质量的有效方法。 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 14 动系统的动力计算 动机的确定 1、电动机类型的选择 因为通常生产场所所用的都是三相交流电源，所以采用交流电动机；由于回柱绞车常用于有煤尘和瓦斯的爆炸性气体的井下，所选电机要 具有防暴性能。为此，应选用 2、电动机功率的确定 参考现有同类产品，先假以卷筒宽度 B=300丝绳直径 =筒直径 D=400筒转速 n w=400 51000 =绳筒轴的输 出功率： P w=100001000 =动装置效率 = 1 2 3 其中 1 联轴器效率； 1= 2 蜗杆减速器效率； 2= 3 齿轮传动效率； 3= = 1 2 3=动机所需功率： P=据 机械设计手册，选取 8 电机。其额定功率P=150=足要求。额定转速 n=730 总减速比河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 15 i=已知同类产品 i=186相差不大，故所选电机合适。 配总传动比 根据机械传动系统的设计方案把总传动比分配到各级传动上，并要求各级传动结构紧凑，承载能力高，工作可靠，制造经济和效率高。 各级传动比的连乘积应等于总传动比，即 i=式中， 分别为各级传动的传动比。根据 86。并参考现有同类回柱绞车，确定各传动的传动比为： 蜗轮蜗杆传动比： 43 第一对齿轮传动比： 二对齿轮传动比： 传动比 i=3 186 算机械传动系统的性能参数 机械传动系统的性能参数包括各级传动的转速、功率、扭矩等。这是机械传动系统方案优劣的重要指标，也就是各级传动强度设计的依据。 1、计算各轴转速： 30r/30r/30431=1 南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 16 24=、计算各轴功率： 5杆= =15 1= =2= =3= =、计算各轴扭矩： 550电电55073015= m 550杆杆9550 m 5509550 m 550229550 m 550339550 m 表 2计算机械传动系统的性能参数 轴 功率 P（ 转速 n（ 转矩 T（ N m） 电机轴 15 730 杆轴 30 轴 轴 轴 南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 17 轮蜗杆 的设计计算 高速级传动件设计 择蜗杆传动类型 根据矿用小绞车 柱绞车主要技术规格”，采用圆弧面蜗杆（ 择材料 根据设计要求 ,并考虑到蜗杆传动传递的功率不大 ,速度是慢速 ,故蜗杆用 40需要效率高些 ,耐磨性好些 ,故蜗杆螺旋齿面要求淬火 ,硬度为 属模铸造 仅齿圈用青铜制造 ,二轮芯用灰铸铁 载能力计算 圆弧面蜗杆传动的损坏形式同 圆 柱 蜗杆传动类似，主要是齿面磨损与胶合。为实现齿面之间的动压润滑，避免发生胶合和减轻磨损，圆弧面蜗杆传动的承载能力按以下验算： （）选择蜗杆头数，涡轮齿数及蜗杆包容涡轮的齿数 ，Z2=3， Z=102Z=1043= 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 18 （）选择传动比参数 根据 i=40， 30r/ 5I=1 （）选择材料系数，质量系数及工作条件系数 齿轮材料为铝铁青铜，制造精度 8级，启动频繁，间歇工作制度，查 5 ，）计算功率参数 H= =1123 （）确定中心距 根据 H=1123， 30r/ 5 3A=225 ） 验算： 21= =1= 满足要求。 轮 轮齿的强度验算 圆弧面蜗杆传动的蜗轮发生断齿的情况是比较少见的。但为慎重起见，必要时仍需对蜗轮轮齿进行强度验算。由于蜗轮轮齿在受力时的变形造成卸载，引起载荷沿齿高方向分布不均，使力的作用位置向齿根方向偏移。所以， 蜗轮轮齿的折断不是由于弯曲强度不够，而是齿根剪切强度不足引起的。 （）蜗轮圆周力 12 =199 ）蜗杆与蜗轮啮合齿对之间的载荷分布不均匀系数，可取 B=54 =2360Z =9 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 19 2= -（ 1 +22 =229- =） 蜗轮齿根的许用剪应力 =b ， 查 3 b=540 =540=270 （） 0 = 0 = （） =)2/(2c o s)2/( 2020222 p= )o 98 故蜗轮齿根的剪切疲劳强度满足要求。 算蜗杆的各项参数 （）蜗杆顶圆 直径 1221 =）径向间隙 C=）校正蜗杆圆直径 0顶高、齿根高和全齿高 =南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 20 =h1=h2=）分度圆直径和成形圆直径 45）蜗杆顶圆直径和涡轮根圆直径 g2=轮的传动设计 本设计的齿轮传动是由三个直齿圆柱齿轮来完成的。即小齿轮、过桥齿轮和大齿轮。小齿轮安装在蜗杆轴上，中间齿轮和大齿轮安装在中间轴和卷筒上。通过这三个齿轮，将运动传递到卷筒上。 轮模数的确定 参考同类产品：选取小齿轮材料为 40，齿面淬火，淬火硬度为 0；桥轮材料为 40，表面淬火，淬火硬度为 5；河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 21 大齿轮用 40金钢铸成，调质处理，硬 60。初选 19, 则 z2= 19=19=23, z3=23=83, 为减小传动的尺寸，小齿轮和桥齿轮均为硬齿面；大齿轮采用软齿面，其目的是使大齿轮和中间齿轮使用寿命相当。 模数大小需由弯曲疲劳强度确定。由于第二 对齿轮传动承载较大，就按第二对齿轮传动初步计算。 按弯曲强度， m3 2222 110 式中，取载荷系数 K= 23 ，转矩 6338 N w 齿宽系数d=轮、大齿轮许用弯曲应力： 2F=637 3F=396 力修正系 数： 上数据均查自 1F Y 2= 637 3F Y 3= 396 就按二者中的大值3F Y 3Y 计算，将诸值代入式，得 M3 2223322= 323 = 圆整，取 m=8 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 22 触强度和弯曲强度的验算 算接触强度 （） 齿数和精度等级： 19， 23,3, 圆周速度 v=5 m/极精度 （）使用系数 1 （）动载系数 （）齿向载荷分配系数 （）齿宽系数 1d=d=以上 2 5数据均查自 1）载荷系数 K： 1 1 2 =1 ）总工作时间 设计每日工作 8个小时，一年 300 天，使用寿命 8年，使用期限内工作时间占 20% 300 8 840h （）工作应力循环次数 小齿轮为主动轮，每转一周，小齿轮同侧啮合一次；中间轮同一侧齿面也啮合一次。因此，接触应力按脉动循环变化 600 1 3840=106 106 /106 2 /106 /106 （）弹性系数 10）节点区域系数 Z 2H =南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 23 （ 11）接触疲劳极限 1=1280 2=1370 3950 （ 12）接触安全系数 S 2H =1 （ 13）接触 寿命系数 上 9 13数据均查自 1210 （ 14）许用接触应力 1H = Z 11 = 1 =1472 2H = Z 22 = 1 =1713 3H= Z 33 = 1 =1235 （ 15）齿宽 b1=b2=00 16）验算 1H= 1U 5 =1453 1H =1472 2H =Z 2=1 8 8 13 2 =1224 3H =1235 经计算知，大小齿轮均满足接触强度要求。 河南理工大学万方科技学院本 科毕业论文 24 算弯曲强度 （ 1） 齿形系数 2） 应力修正系数 3） 弯曲疲劳极限 600 2 650 3450 （ 4） 弯曲安全系数 5） 应力循环次数 N 小齿轮为主动轮。每转一周，小齿轮同一侧啮合一次，弯曲应力按脉动循环变化；中间同一侧齿面口啮合一次，弯曲应力按对称循环变化。 600 1 3840=106 106 /106 2 /106 /106 （ 6） 弯曲寿命系数 7） 许用弯曲应力 F 1F= K 11= 1 =540 2F= K 22= 1 =650 3F= K 33= 1 =518 (8)验算： 4 2 8 321311111 1F Y S a 1F a 1 S a 22 左F 2毕业论文 25 4 8 32381 0 0 5 7 3 83 2 222222 Y a 2 S a 33 右 F 3小齿轮均满足弯曲强度要求，且具有高