机械毕业设计（论文）-防块煤破碎煤仓设计【全套图纸】 .doc

中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第99页1 序言1.1引言煤炭是当前我国能源的主要组成部分之一，是国民经济保持高速增长的重要物质基础。纵观世界煤炭工业的发展史，煤炭在一次能源（包括煤炭、石油、天然气、水电和可再生能源等）的产量和消费上始终占据着重要的地位。尽管在二次世界大战以后，在西方国家石油和天然气等资源逐渐取代了煤炭，但在1973年10月的中东战争以后，石油输出国组织提高了石油德价格，加上中东战争对石油供应的影响以及煤炭储量的优势，煤炭资源开始又受到了新的重视。特别是近期由于中东局势混乱，国际原油价格在45-50美元/桶高位运行，以石油为主要能源的行业企业受到了很大的影响。煤炭作为一种量大价廉的能源来源被重新开始认识和定位。预测未来石油价格不会出现大幅下落，煤炭将越来越得到重视。但是目前我国的煤炭工业的发展远不能满足整个国民经济的发展需要，因此必须以更快的速度发展煤炭工业。然而，高速发展煤炭工业的出路在于煤炭工业的机械化，同时在煤炭资源日益匮乏的时候合理并行之有效的利用成为了关键，但目前煤炭资源在我国存在着极度浪费的突出情况，这其中包括能源在运输、加工等的中间环节上。煤炭资源支撑着我国大部分的国民经济领域，怎样保证我们的煤炭能得到最大化的利用是非常紧迫的问题，解决合适的煤块粒度是煤炭利用中的核心技术，这将直接影响煤块的利用程度。全套图纸，加153893706我国的煤炭工业从小到大，从弱到强。原煤年产量从1949年的0.32亿吨到1989年的10亿吨。此后，连续10年的年产量都在10亿吨以上，在2002年达到13.93亿吨，跃居世界第一位。2003年由于强劲的需求原煤产量达到了17.36亿吨，预计2004年全年产量将达到17.5-18亿吨。我国不仅是世界上最大的煤炭生产国，而且是最大的煤炭消费国。煤炭在我国一次能源总产量和消费总量中的比例均在75%左右，目前仍占70%左右。国内70%的燃料和工业动力、60%的民用商品能源、60%的化工原料都是由煤炭来提供的。煤炭在我国的一次能源的产量和消费上都占有主导地。众所周知，块煤的售价比碎煤要高出许多，因此，对于选煤厂来说努力提高块煤产率是提高经济效益的一个十分有效的方法，从采煤工作面到选煤厂产品装车的各个环节，块煤总的破碎率约为21%，其中装仓破碎率约为10%，所以减少块煤在装仓时的破碎更是诸多环节中最重要的一环。1.2概述块煤的破碎机理是块煤在外力作用下遭到破坏的过程。块煤在运输过程中产生的碰撞是其形成破碎的主要表现形式，块煤所受外力大于其团聚力是破碎的成因。假设煤块与煤块或与其他物体间的碰撞为完全非弹性碰撞，碰撞后煤块的运动速度为零。因此解决块煤破碎的问题应该从两个方面入手：一是降低块煤的运动速度；二是延长块煤颗粒之间以及与其他物体之间的碰撞时间。降低块煤落底速度的方法有降低高差和以外阻力减速，降低高度差的有限位放煤法，自动放煤机(吊斗法)和套筒仓法(也称仓内小仓法)。此外阻力减速的方法有螺旋溜槽、斜坡仓法、斜板法等。延长碰撞时间的方法是在块煤落底过程中或落底时加缓冲垫，如之形缓冲和多层钢丝绳缓冲等我所设计的这套系统是在煤块入仓下落过程中由于摩擦减速而减少摔击造成的过度粉碎，使煤块保持相对较大粒度储存，从而达到合理利用煤炭的目的。由于储煤仓的空间有限，既要考虑整个系统的可操作性又要考虑系统所占据煤仓的空间。在综合考虑以上因素以后在动力系统和控制系统上都必须符合要求，而系统的动力是绞车提升，在工业系统中绞车已经被广泛的应用，其技术和经验都已很成熟；同时plc技术在本系统中的应用，由于plc的稳定可靠的控制性使得系统的运行可靠性很高。我国在很久以前的古代，就知道采用辘辘等来提升重物，以减轻体力劳动的强度和提高生产率。但提升设备的生产是解放以后才开始的，随着生产的发展到了60年代，由于对煤炭的开采，对提升设备在生产和使用越来越多。改革开放以后，为了发展提升设备的生产，行业组织了有关厂家的人员对全国提升机的生产和应用情况进行了调查，是新产品的开发提到日程上来。不少生产厂家成了了厂属研究所，开发了如告诉卷扬机、变速卷扬机、自动限位卷扬机等新产品，以及谐波传动、摆线针轮传动、圆弧齿齿轮传动、圆弧圆柱蜗杆传动等具有新型传动型式的卷扬机。对单筒快速提升卷扬机起重质量从0.5吨到5.5吨的机型进行了系列设计。基本实现了结构紧凑、加工简单、操作方便、体积小，重量轻，满足了生产的需要和技术的进步。plc控制技术是电气控制技术中的一朵奇葩。经过30多年的发展替代继电接触器控制的简单功能，发展到目前的具有接近计算机的强有力的软硬件功能。plc源于替代继电接触器控制，它与传统的电气控制技术有着密不可分的联系。plc是以微处理器微基础，综合了计算机技术、半导体技术、自动控制技术、数字技术和网络通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。plc以其可靠性高、灵活性强、使用方便的优越性，迅速占领了工业控制领域。从运动控制到过程控制，从单机自动化到生产线自动化乃至工厂自动化，从工业机器人、数控设备到柔性制造系统，从集中控制系统到大型集散控制系统，plc均充当着重要角色，并展现出了强劲的态势。plc作为先进的、应用势头最强的工业控制器风靡全球。plc用于包括逻辑运算、数值运算、数据传输、过程控制、位置控制、高速计数、中断控制、人机对话、网络通信等功能的控制领域。解决了动力和信号系统的关键部分，使得整个设计以此为基础顺利的进行下去。2 设计方案2.1设计参数皮带输送能力：350t/t；煤的堆积密度：1.2g/cm煤最大块度： 200mm(最大直径)； 煤仓深度： 14m2.2设计的任务自动升降缓冲仓的设计；牵引系统设计；控制系统设计；说明书；2.3设计方案的选择和论证典型的防块煤破碎的方法的比较与选择：1) 螺旋溜槽：适用于大型的圆筒仓中。其作用机理是延长块煤下降的距离，利用摩擦和离心力，降低块煤运动的末速度，防止块煤破碎。其优点是运行费用低廉，维护简单。其缺点是制造、加工和安装难度较大，防破碎效果取决于煤质、粒度、螺旋角和内倾角的大小，需要个别试验和科学计算，角度不合适会造成堵煤或防碎效果不理想，而且发生过因堵煤造成溜槽垮台事故。2) 限位放煤法：利用超声波煤位计对煤仓高差进行监控，使煤位保持一定的高度，尽量降低势能的破碎作用，防止块煤破碎。这种装置常用在高差较大的仓体、各种缓冲仓和储煤仓，其作用机理是降低块煤自由落体运动的高差，减少下降时间，最终达到控制末速度的结果，实现防止煤炭破碎的目的。缺点是减少了仓体的容量，降低了仓体的利用率。3) 斜坡仓法：这种方法克服了限位放煤法的缺点，有效利用了仓体的容量。其作用机理是延长块煤运动时间，降低块煤运动的末速度，防止块煤破碎。缺点是土建工程量大、施工难度大、有限下率构成的细粒煤容易沉积在斜坡上，造成块煤颗粒滚动，降低了防止块煤破碎的效果。4) 斜板法：一般使用在矩形、低矮的煤仓中，其机理与斜坡仓相同。优点是制造安装容易，运行费用低廉，维护简单，使用可靠。效果取决于煤质、粒度、倾角的大小，需要个别试验和科学计算。5)自动放煤机：工作原理是利用 plc 集中控制系统，对定量斗、放煤斗通过压力传感器实施自动间断放煤的防破碎方法。定量斗存储一定量的块煤后，打开闸门给放煤斗供煤，放煤斗盛煤结束后，自动下落到仓底或与存煤接触底部位，打开底部闸板，实施放煤，完成煤炭的防破碎功能。从工作过程不难看出，其工作机理变胶带的连续给煤为定量斗间断放煤，完全避免了块煤的速度对破碎的影响，使块煤的运动速度降低到了一个理想的状态，块煤的势能完全被运输的机械所消化，因此防破碎的效果是明显的。其优点是自动化程度高，对仓体的适应能力较强，效果好。缺点是制造上工艺复杂，运行费用高（提升电机功率大，带式输送机必须断续运行)，维护工作量大，具有一些易损的部件，要经常检修、保养。6)仓内小仓法：在煤仓这个大仓内再建一个截面 1m左右的圆形或矩形小仓，此小仓是由多节套筒组成，可以上、下升降。其工作原理：在往煤仓内装煤前，先开动绞车，下放套筒，套筒底面与煤仓料面接触后，位置传感器将信号传给 plc 控制器，plc 指令提升机停电抱闸，同时带式输送机转动，块煤通过套筒仓上部的缓冲仓，流入套筒仓，待块煤装到缓冲仓上料位传感器时，提升机开始提升最下节套筒，同时装仓带式输送机连续给料，随着套筒的不断升高，套筒中块煤不断流入大的煤仓中。因为套筒中块煤流动量应大于或等于输送带给料量，缓冲仓中块煤下落快，料位落到下限位时，下料位压力传感器发出信号，plc 命令绞车停机，等待缓冲仓料位上升到上限位时，绞车再开动，提升套筒。当煤仓装火车时，煤仓料位下降后，压力传感器断开，绞车自动反转，套筒下放，最下节套筒底面与煤仓内料面相接触。简单的也有采用绞车上提套筒，套筒靠自重下降的方法。套筒仓法的最大优点是可以煤的破碎率低，可以将破碎率降低 5.2%，但缺点是以现有的料位传感器的可靠性均难以满足块煤仓的使用要求，传感器在块煤的冲击作用下经常误动作或不动作，造成使用效果不理想。针对上述情况分析，我个人认为比较有效的方法应该是套筒仓法，当然问题的关键是要设计合适的传感器和传感方式感知煤位，所以我通过对现有系统的进行改进，采用改进后的可靠性更高的机械式位置传感器和压力传感器，利用可编程序控制器的智能对传感信号可能出现的错误进行判断和剔除，并且对系统本身的故障进行判断和报警，可以满足现场使用的要求。3 缓冲仓的设计3.1圆筒的构造1）每个圆筒上端都焊接了圆环状内环，下端安装了圆环状外环，套筒在伸缩过程中内环与外环之间形成了一个伸缩空腔，煤仓中的煤尘和细小颗粒很容易通过内外圆环与筒壁之间的空隙进入伸缩空腔，在伸缩空腔的下部堆积。由于外环与筒壁之间的间隙小，堆积的煤尘和细小颗粒大部分不能从伸缩空腔中排出。套筒收缩到最后这些堆积的煤尘和细小颗粒被积压成坚硬的煤层，套筒反复伸缩，煤尘和细小颗粒反复被挤压成坚硬的煤层，使套筒的伸缩距离越来越小，防破碎效果越来越低，最终失效。2）内外圆环与筒壁焊接后形成了一个整体，每个铁筒都不能方便地从套筒中拆出，同时清除堆积在空腔中的煤层非常的不方便，给维修、更换造成很多的困难。3）绞车必须沿绞车梁小幅移动才能使钢丝绳的相对位置保持不变，这种双向移动的绞车结构比较复杂，并且在移动过程中容易引起钢丝绳的晃动。为解决套筒仓法的不足，本设计采用了一种新型的设计：将圆环状外圆环用定位板替换，这样套筒仓内够将进入伸缩空腔的绝大多数煤尘和细小颗粒排出，同时也能够清除进入套筒伸缩空腔的煤尘和细小颗粒，煤尘和细小颗粒不会在伸缩空腔内存留、积压和堆积，能够保证较长时间的无故障运行。另外，这种新型设计还能使得套筒仓中的每个桶都能方便地从整体中取出，便于维修和更换。另外本次设计改变了绞车的安装位置绞车与漏斗几乎在同一水平线上，便于安装和维修。同时设计了导向轮装置，这样使得钢丝绳定位准确、不晃动。3.2 圆筒仓的结构设计 在煤质技术（国内统一刊号 cn113862/td）2002 年第四期（总第 109 期）标题为改造直筒煤仓降低块煤损耗的论文中对套筒仓法作了详细的描述。圆筒仓在煤仓内的安装方式如图 1 所示：该装仓装置的不足之处： （1）.由于每个圆筒上端都焊接了圆环状内环 2，下端安装了圆环状外环 11，套筒在伸缩过程中内环 7 与外环 11 之间形成了一个伸缩空腔 12（如图 2、图 3），煤仓中的煤尘和细小颗粒很容易通过内外圆环与筒壁之间的空隙进入伸缩空腔 11，在伸缩空腔 12的下部堆积。由于外环 11 与筒壁之间的间隙小，堆积的煤尘和细小颗粒大部分不能从伸缩空腔 12 中排出。套筒收缩到到最后这些堆积的煤尘和细小颗粒被积压成坚硬的煤层，套筒反复伸缩，煤尘和细小颗粒反复被挤压成坚硬的煤层，使套筒的伸缩距离越来越小，防破碎效果越来越低，最终失效。 （2）.内外圆环与筒壁焊接后形成了一个整体，每个铁筒都不能方便地从套筒中拆出，同时清除堆积在空腔中的煤层非常的不方便，给维修、更换造成很多的困难。（3）.绞车必须沿绞车梁小幅移动才能使钢丝绳 2 的相对位置保持不变，这种双向移动的绞车结构比较复杂，并且在移动过程中容易一起钢丝绳的晃动。以上图中：1.钢梁 2.钢丝绳 3.绞车 4.漏斗 5.定位板 6.槽口 7.内圆环 8.提升板 9.外桶 10.内桶 11.外圆环 12.伸缩空腔 13.定位板 14.滑轮组为解决套筒仓法的不足，本设计采用了一种新型的设计：将圆环状内圆环用定位板替换，这样套筒仓内够将进入伸缩空腔的绝大多数煤尘和细小颗粒排出，同时也能够清除进入套筒伸缩空腔的煤尘和细小颗粒，煤尘和细小颗粒不会在伸缩空腔内存留、积压和堆积，能够保证较长时间的无故障运行。另外，这种新型设计还能使得套筒仓中的每个桶都能方便地从整体中取出，便于维修和更换。另外本次设计改变了绞车的安装位置绞车与漏斗几乎在同一水平线上，便于安装和维修。同时设计了导向轮装置，这样使得钢丝绳定位准确、不晃动。具体设计改造为：（1）.圆筒下端沿筒外壁分散焊接了两个以上的定位板，定位板之间有较大的间隙，间隙两端都是光滑的筒壁，克服了已有技术外圆环与筒壁之间间隙较小、堆积的煤尘和细小颗粒大部分不能从伸缩空腔内排出的弊病。如图 6，套筒在伸缩的过程中，圆筒上端的内圆环和圆筒下端的定位板不断刮除进入伸缩空腔并且粘附在筒壁上的煤尘和细小颗粒，它们不会在伸缩空腔内存留、积压和堆积，内够较长时间的无故障运行。2）.在圆筒上端的内圆环上开了两个以上的槽口（如图 7）。套筒在伸缩时，因为槽口中的中线与内筒下端定位板的中线相差角度（， ：定位板宽度弧长的定位角，本设计为制造安装方便取= 20），在钢丝绳的限位下槽口与定位板始终相错角度 。检修更换时，先将钢丝绳从提升板中分离，然后需要更换的套筒旋转角度 ，使定位板对准槽口（如图 8），因为槽口的宽度略宽于定位板的宽度，槽口的数目与定位板的数目相同，槽口的中线位置与定位板的中线位置对应，这样套筒中的每个筒都能方便地从整体中拆出，便于维修和更换。3）.在最上端固定圆筒上安装两个滑轮组钢丝绳从滑轮组中心穿过（如图 9），由滑轮组将钢丝绳定位，这样钢丝绳定位准确不晃动。综上所述，我所设计得新型筒仓的形式如图所示：图中：1.提升板 2.内环 3.内环槽 4.绳槽 5.筒仓 6.定位板 3.3 圆筒仓的材料选择与参数设计套筒的设计要求：（1）、耐磨性好；（2）、耐冲击，有一定的韧性；（3）、易制造，制造成本低；（4）、重量不能太重鉴于圆筒仓的工作环境，输送能力 350 吨/小时，设计选材用 45#钢板，钢板的厚度取1m。钢板的高度取2m。本题目设计要用到煤的堆积密度，堆积密度是指在20c下单位（包括煤的内外空隙及煤粒间的空隙）煤的质量，用 brd 表示（为方便计算本题目用表示并取),堆积密度的大小除与煤的真密度有关外，主要于煤的粒度组成和堆积的密实度，堆积密度对煤炭的生产和加工利用部门设计矿车、煤仓、估算煤堆质量等具有很大的使用意义。 假设煤从输送机上脱落进入漏斗并滑到漏斗下断口，此过程中重力对煤做的功等于摩擦力对煤做的功，即此过程中外力不对煤做功，那么理论上漏斗的下端口的面积大于等于落入煤的有效面积即可。落入漏斗的有效面积（用表示）计算如下：因为：q = v式中： 煤的堆积密， ； q 筒仓的运输量, ； v 煤的入仓速度； 由于煤进行的是自由落体运动， 下落的距离 ，得 从而 而对于圆截面式中 de 为截面的有效直径，求得： 所以设计的漏斗下端口直径只要能大于等于0.1809 m 即可，但考虑到其他象冲击、输送煤量的不均匀等，设计漏斗下断口的直径为 ，漏斗的厚度取， 接下来的第一节套筒（后文称为第一节固定套筒）的直径应大于等于漏斗下端口的外径（0.52m），同时由于输送能力为 350 吨/小时，因此第一节（最上端）圆筒的截面尺寸 s 取 。 因为 所以 解得 r = 0.399 m 取r = 400 mr=410mm（外径）现定义最上端可移动桶为，以此类推由上至下依次定义各可移动桶为 。最上端固定套筒的容积 v = 选取伸缩空腔的厚度为 30 mm , 内筒外环至外筒壁的距离 d 取 3mm，筒高h =2000 mm 。 则： 筒仓 1 的容积 同上，其它筒仓的相关信息如表 3.1 所示：套筒序号内径（mm）外径（mm）容积（mm）重量g（kn） 8809001.21164.33159609801.44764.7223104010601.69905.1059112011401.97045.4977120012202.26205.8823128013002.57366.2750131013302.69576.4172表 3.1由于由钢丝绳悬挂至仓底，为减少其体积和用料，设计略作修改：舍弃内环与的定位半径。 为方便安装， 与 之间的空隙取 5 mm 。由于没给可移动套筒都具有定位板和外圆环，为简化计算将 筒的筒的外圆环（定位板）与 筒的内环近似地看做 筒（n取 16）的内径环，同时取其厚度为16mm 。 则各环的尺寸特征如表 3.2 所示环序号内径（mm）外径（mm）体积（）重量（n）18268807.23175.710029069607.91006.2410398610408.58826.78454106611209.26657.32055114612009.94477.856361126128010.62298.3920 表3.2由于煤炭在套筒中下落过程中对套筒内壁摩擦而产生的力。首先算出煤炭对侧壁的侧应力，再由内壁面积和摩擦因数求出摩擦力。首先计算侧壁的侧应力：以煤炭装载容器时沿着容器底和壁的切应力和正应力分布如图图 1-1 所示的高窄容器，煤炭的高度为h ，容器的横截面积等于 ，断面周长等于 l。当以煤炭充满容器时，处在下面的煤炭受位置高的煤炭的重力作用而沉陷。由于沉陷，出现了摩擦力 （为煤炭在壁上的正压力，为煤炭对于壁的摩擦系数，），摩擦力作用在煤炭和容器壁的接触面上，方向向上。我们分离出厚度无限小的两个水平层面（图 1-1），并写出作用在这个单元体积上的力在垂直线上的投影方程式 （11）式中 沿面积 的平均垂直压力。 然后以 表示水平压力对平均垂直压力的比值 （12）把这个值代入前面建立的微分方程式，并把变量分出来，于是 或者，在替换 以后，变换的 (13)图11高窄容器底和壁上的应力分布图对方程式 （13）积分，得 进行适当变换，从而得到确定水平压力的公式（水平压力即侧压力） （14）比值 ， 叫做水力半径 。在图11表示了容器壁上的侧压力分布图和在容器底上的垂直压力分布图。对于圆截面的容器。当直径为 d 断面 而断面周长 。断面的水力半径求得 从而 将上式代入式（14）并相应整理之后，侧应力 （15）我们在距离套筒上端口 x 出分离出厚度无限小的两个水平层面 ，则此小段的摩擦力为 在一节套筒上积分得到： （16）圆容器的系数 的值可以按下式来确定（在底上的压力图按旋转的抛物体画出） 本题目中煤炭的内摩擦系数 f = 0.72 , 煤炭对于钢的摩擦系数 = 0.59 , 将两值代入上式得 对于垂直压力来说，当装满时，容器中心的侧压力是主动的，见图 11 。当底部卸煤时，容器中心的水平压力，对于垂直压力来说是被动的侧压力。对于第一节套筒， = 0.80 m ， 则由公式（16）得 ： 第一节固定套筒所受的煤的摩擦力: f = 7395.7 n第一节可移动套筒所受的摩擦力: = 13832 n同理可得其余几节可移动套桶所受的摩擦力 = 16967 n = 19965 n = 23160 n = 26587 n = 30250 n = 31685 n3.4圆筒仓的定位板设计与校合筒仓定位板在整个系统中起到非常重要的作用，它不但能起到支撑和悬挂链接各个筒仓。同时是保证筒仓能否顺利伸缩的关键，在设计的时候还要特别考虑拆卸此筒仓系统时的方便性。因为灰尘会很容易侵入伸缩腔内，如果定位板设计的不合理将使伸缩筒仓系统形成压紧煤尘块，不但会影响移动筒仓的伸缩长度，甚至还会导致筒仓一面倾斜，使上下筒仓中位线错位，而使上下筒壁倾斜摩擦卡住。从而使伸缩系失灵，鉴于此定位板的设计由于空间和实际情况必须要合理，即要保证足够的强度还要有合理的结构以保证其最小程度的积挂小煤块和煤灰，和方便的拆卸。根据工作情况可知：可移动筒仓 1 至 6 所受的力都由第一节固定套仓的定位板来承受，因此定位板所受的力为 暂设定位板的长度为 110mm ，宽度 27mm ，厚度 16mm ，最上端固定筒仓的定位板数量取 6 ，不均衡系数取 2 。焊接形式采用对接焊缝、带钝边单边v 型坡口 ， = 减少应力集中，定位板破口开在下方。 剪切强度 其中 = 材料的需用拉应力。安全。3.5 提升板的设计与校核提升板筒仓1 至 筒仓 6每个套筒上有两个，长 120mm ，厚 20mm ，宽 20mm，焊接也是采用开坡口熔透 t 形接头，与定位板一样，它也承受剪切力，不均衡系取 1.4 。最低端筒仓7的提升板长 100 mm ，厚 28mm ，最低端筒仓提升板所受的剪切力：其中焊缝的许用切应力 ；安全。当筒仓7收缩完毕第筒仓6开始收缩时，筒仓6的提升板所承受的拉力：安全。当筒仓6收缩完毕第筒仓5开始收缩时，筒仓5的提升板所承受的拉力： 安全。当筒仓5收缩完毕第筒仓4开始收缩时，筒仓4的提升板所承受的拉力: 安全。当筒仓4收缩完毕第筒仓3开始收缩时，筒仓3的提升板所承受的拉力:安全。 当筒仓3收缩完毕第筒仓2开始收缩时，筒仓2的提升板所承受的拉力:安全。 当筒仓2收缩完毕第筒仓1开始收缩时，筒仓1的提升板所承受的拉力: 安全。 4. 提升部件的设计4.1 钢丝绳的选择选择钢丝绳时，应根据使用条件和钢丝绳的特点来考虑。我国提升钢丝绳多用同向捻绳，至于是左捻还是右捻，我国的选择原则是：绳的捻向与绳在卷筒上的缠绕螺旋线方向一致。我国单绳缠绕式提升机多为右螺旋缠绕，故应选右捻绳，目的是防止钢丝绳松捻；多绳摩擦提升为了克服绳的旋转性给容器导向装置造成磨损，一般选左、右捻各一半。鉴于工作环境，其工作类型取 m8 。由上面的计算可知钢丝绳所承受的最大静拉力为 单根钢丝绳的拉力为 钢丝绳的安全系数取6，拉力不均衡系数取1.2，则单根钢丝绳的破断拉力为 查表选取钢丝绳芯钢丝绳，其破断拉力为 190.00n，直径d = 18mm ，钢丝绳芯钢丝绳 。4.2 卷筒的设计及其要求4.2.1 卷筒的技术要求由于此设备为提升设备故应采用钢丝绳铸造卷筒其技术要求： （1）材料 铸造卷筒的 材料应采用不低于gb/t中规定的ht200灰铸铁，或gb/t11352中规定的zg270-500铸钢。铸铁件需经时效处理以消除内应力，铸钢件应进行退火处理。（2）表面质量 卷筒不得有裂纹。成品卷筒的表面上不得有影响使用性能和有损外观的显著缺陷（如气孔、疏松、夹渣等）。（3）尺寸公差和表面粗糙度 同一卷筒上左右螺旋槽的底径（即卷筒直径d），不得超过gb/t1801和gb/t1802中规定的h12。 加工表面未注公差尺寸的 公差等级应按gb/t1804中的m级（中等级） 未注加工表面粗糙度r值应按gb/t103中的12.5。 卷筒技术示意图（4）形位公差 卷筒上配合图（d1）的圆度t同轴度、左右螺旋槽的径向圆跳动t以及端面圆跳动t，不得大于gb/t1184中的下列值：t不低于8级；t不低于8级。（5）压板用螺孔 钢丝绳压板用的 孔必须完整，螺纹不得有破碎、断裂等缺陷。（6）焊缝 对于必须施焊的铸钢卷筒，其重要焊缝不得有裂纹和 未融合等缺陷。其焊缝质量应符合gb/t3323中的级质量要求。4.2.2 卷筒的计算卷筒的直径与筒仓的提升速度有关，而筒仓的提升速度与煤的输送量有关。因为筒仓每小时送煤量 所以仓中的煤面的上升速度鉴于工作环境和工作形式，钢丝绳的提升速度 煤在筒仓内的最快上升速度煤在筒仓内的最慢上升速度煤在筒仓内的平均上升速度根据 gb/t3811-1988 规定，安钢丝绳中心来计算卷筒的最小直径，即式中：按钢丝绳中心计算的滑轮和卷筒的最小直径（mm）。 d钢丝绳直径（mm）。 h与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，按表 8.1-61 选定h=20。则 。同时卷筒的提升重量为m=40567.2/9.8=4.14t减速器输出轴直径为170mm, 与其配套的连轴器的轴经也是170mm,如果采用轴传递扭矩，轴的最小直径也要是170mm，对于提升重量为10t的卷筒来说其直径偏大太多；若采用a型齿轮连接盘式卷筒，由于卷筒轴只承受弯矩不承受扭矩，轴径尺寸相对较小，但是这样也存在问题卷筒的连接齿轮是放在减速器上的，但是行星齿轮减速器不能够承受较大的弯矩，因此需要设计一个装置承受弯矩。选用卷筒直径d=400mm，槽底半径r=10.0mm，标准槽型槽距p1=20.0，h1=7.0mm，r1=0.8，起升高度h=14m，滑轮组的倍率为1，提升重量为10t的卷筒，图纸序号为t144-4-10t（详细数据见机械设计手册新版-2的8-46）。钢丝绳在卷筒上的缠绕圈数卷筒上有螺旋槽部分的长由于卷筒采用单层双联卷筒，所以其长度式中：d卷筒名义尺寸，d=400mm； d钢丝绳直径，d=18mm； 最大提升高度，=14m； 滑轮组倍率，=1；=d+d卷筒计算直径，由钢丝绳中心算起的卷筒直径；=400+18=418mm；，为固定钢丝绳的安全圈数，=3；无绳槽卷筒端部尺寸，由结构需要决定，=70mm；固定钢丝绳所需长度，；m中间光滑部分的长度，根据钢丝绳允许偏角决定。钢丝绳允许偏角，因此；p绳槽槽距，p=20mm；由上可得：取；钢丝绳在安全角度以内，符合要求。最底端筒仓两钢丝绳中心之间的间隙为1490mm。为减少磨损，取卷筒的有效长度l=2000mm。所 选 的 卷 筒 符 合 系 统 要 求，标 记 为a400x2000-10x20-14x1-左jb/t9006.2-1999。选用直径为d=400mm的圈筒，则圈筒的转速最底端筒仓两钢丝绳中心之间的间隙为1490mm。为减少磨损，取卷筒的有效长度l=2000mm。所选的卷筒符合系统要求， 标记为jb/t9006.2-1999。4.3 钢丝绳的固定4.3.1 钢丝绳在卷筒上的固定 1. 钢丝绳在卷筒上的固定方式钢丝绳在卷筒上的固定必须安全可靠，压板固定是最常用的方法。它的结构简单（如图4.1所示）、检查拆卸方便，多层缠绕卷筒采用楔块固定，但它的结构复杂。另一种方法也适用于多层缠绕卷筒，它将钢丝绳引入卷筒的内部或端部，再用压板固定，它的结构也比较简单。鉴于本设计产品的使用情况，采用压板固定，压板形状如图所示，这种压板适用于各种圆股钢丝绳的绳端固定，不宜用于电动葫芦和多层缠绕的起重机的卷筒。项目abcdefgkr压板螺栓直径尺寸（mm）6560202235021010100m20表4.3图4.1压板的材料为q235-a，压板表面应官话平整无毛刺、瑕疵、锐边和表面粗糙不平等缺陷。由于本设计选用的是公称直径为 18mm 的钢丝绳，同时卷筒为标准槽卷筒，因此选用序号为 5 的标准槽压板。标记为：压板 5 gb/t5975-1999。2. 钢丝绳在卷筒上固定的计算 1）钢丝绳固定处的拉力： 当压板槽为半圆形的时螺栓扣紧力 式中： 钢丝绳最大的拉力，= 1.4 = 21866.84 n 钢丝绳于光卷筒间的摩擦系数，通常 = 0.16 ; 安全圈数（通常1.52圈）在卷筒上的包角，本设计安全圈数为 2 圈，因此 = 4 ；e 自然对数的底数， e = 2.71828计算得 ： 2）螺栓扣紧力螺栓的合成应力式中螺栓数量l钢丝绳拉力对螺栓根部的作用力臂螺纹内径，mm螺栓许用拉应力，对于q235，35号钢由于压板槽为半圆形所以n = 3609.63/ 2 0.16 =11280.1n4.3.2 钢丝绳在筒仓上的连接1.索具螺旋扣的选择筒仓使用两根钢丝绳悬挂，同时又要求两根钢丝绳悬挂的卷筒中心线近似竖直，因此为了方便在筒仓上使用索具螺旋扣和钢丝绳用楔形接头。索具螺旋扣可以方便的调节两根钢丝绳的悬挂长度，楔形接头可以方便的固定钢丝绳。根据筒仓的机构和工作形式以及钢丝绳直径，选用kuuh型焊接索具螺旋扣，工作等级为 m，起重安全工作负荷 35kn，最小破断负荷 120kn，螺杆直径m24，螺杆形式为 uu 型，最大钢丝绳直径 19.5mm，符合要求。螺旋扣型号为：kuud24m cb/t 3818-1999。其形状及关键尺寸如下图 4.2：1锁紧螺母 2焊接螺旋套 3u形左螺杆 4u形右螺杆 5光直销 6开口销 图4.2索具螺旋扣2.钢丝绳用楔形接头的选择根据本系统可确定钢丝绳用楔形接头如下：楔套材料为 zg270-500,楔块为ht200；钢丝绳的公称直径为18mm，因此楔头选用：楔形接头 18 gb/t5972-1986楔套 18 gb/t5973-1986；楔 18 gb/t5973-1986；相关性能参数：断裂载荷p184kn，许用载荷pp=35kn，开口销（gb/t91-1989），符合要求。形状与部分尺寸如下图 4.3 所示图 4.3 5. 电机和减速器的选择5.1 电机的选择要求(1)、牵引提升电机是系统的重要组成部分之一，其安全可靠性直接关系到整个系统的运行安全。由于工作环境较恶劣，各种操作要求准确，因此对提升电机系统来说，重要的是其可靠性和安全保障。(2)、要求有很好的调速性能，能够较精确地完成提升和下放的各个运行阶段。能重载起动，有一定的过载能力。(3)、工作方式转换容易，易于实现自动化。(4) 、技术先进，维护简单、方便，在保证安全可靠运行前提下，控制线路简洁明了，便于维修排除故障。(5) 、尽量降低投资成本，减少运行费用，提高节电效果和经济效益，保证系统稳定可靠的长期运行，具有较长的工作寿命。5.2确定电动机的型号现选用直径为 d = 400 mm 的卷筒，则卷筒的转速 由于减速比较高，此处采用三级行星齿轮减速器，其传动比 i=252500，传动效率为 = 0.91 。鉴于电机的工作环境，选用 yb 系列隔爆型（dct4）三相异步电动机（jb5338-1991）。电动机的功率：据此选择90l-6型防爆电机，其相关性能如表5.1所示型号额定功率（kw）效率因数(cos)转动惯量（kgm）满载电流（a）yb90s-60.750.702.3重量(kg)堵转转距/额定转距（）最大转距/额定转距（）转速（r/min）堵转电流/额定电流（a）342.02291055电机的形状与相关尺寸如图5.1所示：图 5.15.3减速器的选择5.3.1减速比的计算 减速器的传动比与电机的转速有关，因此当电机的转速为 时减速器的传动比为：5.3.2 减速器的选型1.选取三级ngw型行星齿轮减速器，其有以下特点：1） 重量轻、体积小。在相同条件下，比普通渐开线圆柱齿轮减速器的重量轻1/2 以上，体积缩小1/2-1/3。2） 传动效率高。单级行星齿轮减速器=0.970-0.98；两级行星齿轮减速器=0.94-0.96；三级行星齿轮减速器=0.91-0.94。3） 适应性强，传动范围大。可以从零点几千瓦到数千千瓦，甚至更大。4）适用于在传递动力时它可以进行功率分流；同时，其输入轴与输出轴具有同轴性，即输出轴与输入轴均设在同一主轴线上。所以行星齿轮传动现已被人们用来代替普通齿轮传动，而作为各种机械传动系统中的减速器、增速器和变速装置。5） 主要零件均采用优质合金钢经渗碳淬火或氮化处理。行星齿轮减速器运行平稳，噪声较小，使用寿命达十年以上。2.减速器型号减速比 i=1000 时卷筒的转速为：钢丝绳绳速 ：减速比符合要求。 当卷筒的直径d=400mm 时，卷筒的扭矩：按实际承载功率计算输入功率且应小于额定输入功率。式中 ka、k2 分别是使用系数和采用油池润滑时的系数。查表得ka=1.12，k2=1.0ks、kr 分别是启动系数和可靠度系数。查表得ks=1.5，kr=1.50。计算得： 选择ngw113型行星齿轮减速器，在传动比为800 时其主动轴允许输入功率为2.8kw，从动轴允许输出扭矩t2=24500nm。因此选用ngw 10-3-16jb/t 6502-1993 减速器的形状与安装尺寸如图5.2所示：图5.25.3.3减速器箱体的设计 箱体材料采用箱体是减速器的重要组成部件。它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。箱体通常用灰箱体结构尺寸，对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱体。单体生产的减速器，为了简化工艺、降低成本，可采用钢板焊接的箱体。灰铸铁具有很好的铸造性能和减振性能。为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体制成沿轴心线水平剖分式。上箱盖和下箱体用螺栓联接成一体。轴承座的联接螺栓应尽量靠近轴承座孔，而轴承座旁的凸台，应具有足够的承托面，以便放置联接螺栓，并保证旋紧螺栓时需要的扳手空间。为保证箱体具有足够的刚度，在轴承孔附近加支撑肋。为保证减速器安置在基础上的稳定性并尽可能减少箱体底座平面的机械加工面积，箱体底座一般不采用完整的平面，箱体结构尺寸见表5.2所示：表5.2名称符号尺寸大小(mm)箱座壁厚10箱盖壁厚15箱盖凸缘厚度b5箱座凸缘厚度b15箱座底凸缘厚度b215地脚螺钉4df125.3.4附件设计为了保证减速器的正常工作，除了对齿轮、轴、轴承组合和箱体的结构设计给予足够的重视外，还应考虑到为减速器润滑油池注油、排油、检查油面高度、加工及拆装检修时箱盖与箱座的精确定位、吊装等辅助零件和部件的合理选择和设计。检查孔：为检查传动零件的啮合情况，并向箱内注入润滑油，应在箱体的适当位置设置检查孔。检查孔设在上箱盖顶部能直接观察到齿轮啮合部位处。平时，检查孔的盖板用螺钉固定在箱盖上。通气器：减速器工作时，箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大，为使箱内热胀空气能自由排出，以保持箱内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件等其他缝隙渗漏，通常在箱体顶部装设通气器。轴承盖：为固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷，轴承座孔两端用轴承盖封闭。本设计采用的是凸缘式轴承盖，利用六角螺栓固定在箱体上，外伸轴处的轴承盖是通孔，其中装有密封装置。凸缘式轴承盖的优点是拆装、调整轴承方便。定位销：为保证每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔制造加工时的精度，应在精加工轴承孔前，在箱盖与箱座的联接凸缘上配装定位销。油面指示器： 检查减速器内油池油面的高度，经常保持油池内有适量的油，一般在箱体便于观察、油面较稳定的部位装设油面指示器，本设计采用的油面指示器是油标尺。放油螺塞：换油时，排放污油和清洗剂，应在箱座底部，油池的最低位置处开设放油孔，平时用螺塞将放油孔堵住，放油螺塞和箱体接合面间应加防漏用的垫圈。起吊装置：当减速器重量超过25kg时，为了便于搬运，在箱体设置起吊装置，如在箱体上铸出吊耳或吊钩等。5.3.5减速器的润滑与密封良好的润滑，可降低传动件和轴承的摩擦功率损耗，减少磨损，保护其锈蚀。提高其使用寿命和效率，由于润滑油膜的分隔作用，能减少润滑表面的摩擦阻力，减轻工作时的冲击，降低振动和噪音。润滑还能起到散热、冷却、冲洗金属磨粒的作用。减速器的密封包括箱体、轴承等处的密封，密封的作用是防止灰尘、水分、酸气和其它杂物进入轴承和箱体内，并阻止润滑剂的泄漏。本设计中用到j型骨架密封圈，安装在轴上的梯形槽中，与轴紧密接触，安全可靠。机器的润滑和密封不仅关系着机器的正常工作，而且直接影响着机器的寿命，因此必须及时地更换和补充润滑油。润滑油的优质必须符合要求，不得混入灰尘、污物、铁屑及水等杂质。闭式齿轮传动润滑油采用工业齿轮油250号（sy1172-77s）。减速箱内最高油面不超过大锥齿轮直径的三分之一。闭式传动箱内的滚动轴承均为溅油润滑。开式齿轮传动及滚动轴承均采用钙钠基脂润滑脂（sy140377），各滚动轴承内加入润滑脂加入量不得超过容量的三分之二，每隔36个月加油或更换一次。对于新的或大修后的提升系统，在运转半个月后必须更换减速箱内的润滑油并进行清洗，以除去传动零件磨落的金属细屑。减速器箱剖分面及各密封面，密封后均不许漏油，在各密封面涂密封胶，或水玻璃。蜗轮减速机内采用蜗轮蜗杆油润滑，油面应不低于蜗杆中心。底座左侧齿轮箱内的齿轮、中间轴与齿轮铜套和卷筒内的滚动轴承均用iii号钙基润滑脂润滑。6 滑轮和导向轮的设计6.1滑轮的设计1.滑轮设计的技术要求绳索滑轮一般用来导向和支撑，以改变绳索及其传递拉力的方向或平衡绳索的拉力。承受载荷不大的小尺寸滑轮（d350）一般制成实体的滑轮，用15、q235或铸铁（如ht150）.受大载荷的滑轮一般采用球铁（如qt42-10）或铸钢（如zg230-450、zg270-500或zg35m等），铸成带筋和孔或带轮辐的结构。大型滑轮（d800mm）一般用型钢和钢板焊接结构。受力不大的滑轮直接安装在心轴上使用，受有较大载荷的滑轮则装在滑动轴承（轴承材料采用青铜或粉末冶金等）或滚动轴承上，