摘 要
无极绳运输绞车是一种新型的矿山辅助运输设备。其主要适用于煤矿中大型综采设备的搬迁，也可用于工作面的回柱放顶、大吨位的物料运输和矿车调度。该绞车的设计对于完善无极绳系列绞车起着重要的基础作用。
JWB-50型运输绞车主要由电动机、联轴器、变速器、卷筒、液压式电动制动闸、手动制动闸和控制开关支架等组成。本毕业设计的重点是减速器的设计，该传动系统采用了三级行星齿轮传动，形成封闭的传动路线，传动原理简单、可靠、高效。它采用双闸制动，一个为安全制动，一个为工作制动，更加安全有效，实现了大吨位、软启动、可制动的特点。
JWB-50型运输绞车具有良好的防爆性能和制动性能，容绳量大、适用条件强、使用寿命长、传动效率高等特点。该绞车结构紧凑，外形尺寸小，能够整机下井；结构为近似对称布置，外形美观，成长条形，底座呈雪橇状；绞车重心低，底座刚性好，可安装地锚，运转平稳，安全可靠，安装方便。
关键词：运输绞车；无极绳牵引； 软启动； 制动；设计
ABSTRACT
Endless-rope transportation winch is a new kind of mining auxiliary conveying equipment. The serial winch products are suitable to move coal mining equipments in compositive excavating working place. And they could be also used to release upper plate and withdraw the props in the working place ,convey large-tonnage bulk material and schedule mining carts . The design of that winch includes to the perfect endless-rope series winch important foundation function.
JWB-50 endless-rope transportation winch is made up of motor, couple, reel, gearbox, electro-hydraulic-brake, manual brake and switch-controller-support. The point of this graduation design is the gearbox. The transmission system realizes a closed circuit which has three planet gear step. Its transmission principle is simple, reliable and it has high efficiency. This winch uses two brakes to fulfill safe braking and working braking respectively, which make the witch’s braking more safe and effective. And this also makes the winch have the ablity of big tonnage ,soft starting and braking.
JWB-50 transportation winch has good blast protection property and braking property, big cope capacity, long longevity and high transmission efficiency. It also has compact structure, small external dimensions, approximately symmetrical structure ,long disappearance, basement in the shape of sleigh which is very convenient and smoothly moved ,low gravity center ,good stillness of basement. The installment is convenient by shore or ground anchor block, which make the winch work smoothly, reliably and safely.
Keyword: transportation winch; endless-rope towing; soft starting; braking; design
目 录
1 绪论 1
1.1引言 1
1.2概述 2
2 总体设计 3
2.1设计总则 3
2.2主要设计参数 3
2.3牵引钢丝绳及卷筒的选择计算 3
2.3.1钢丝绳的选择 3
2.3.2卷筒参数的确定 3
2.4传动系统的确定、运动学计算及电动机选择 4
2.4.1传动系统的确定 4
2.4.2计算传动效率 4
2.4.3选择电动机型号 4
2.4.4总传动比及各级传动比分配 6
3 齿轮传动的设计计算 8
3.1高速级计算 8
3.1.1配齿计算 8
3.1.2初步计算齿轮的主要参数 9
3.1.3啮合参数计算 10
3.1.4几何尺寸计算 10
3.1.5装配条件的验算 11
3.1.6传动效率的计算 12
3.1.7齿轮强度验算 12
3.1.8配齿计算 18
3.1.9初步计算齿轮的主要参数 19
3.1.10啮合参数计算 20
3.1.11几何尺寸计算 20
3.1.12装配条件的验算 21
3.1.13传动效率的计算 22
3.1.14齿轮强度验算 22
3.2低速级计算 27
3.2.1配齿计算 27
3.2.2初步计算齿轮的主要参数 29
3.2.3啮合参数计算 29
3.2.4几何尺寸计算 30
3.2.5装配条件的验算 31
3.2.6传动效率的计算 32
3.2.7齿轮强度验算 32
4 轴的设计计算 38
4.1高速轴设计计算 38
4.1.1计算作用在齿轮上的力 38
4.1.2初步估算轴的直径 38
4.1.3轴的结构设计 39
4.2低速轴设计计算 42
4.2.1计算作用在齿轮上的力 42
4.2.2初步估算轴的直径 42
4.2.3轴的结构设计 43
4.2.4绘制轴的弯矩图和扭矩图 43
4．2.5按弯扭合成强度校核轴的强度 46
4.3行星轮轴的设计计算 46
4.3.1计算作用在齿轮上的力 46
4.3.2初步估算轴的直径 47
4.3.3轴的结构设计 47
4.3.4绘制轴的弯矩图和扭矩图 48
5 滚动轴承的选择和计算 58
5.1行星轮轴承 58
5.1.1第一组 58
5.1.2第二组 59
5.1.3第三组 60
5.2其它轴承 60
6 键的选择和计算 62
6.1高速轴 62
6.2低速轴 62
7 液压系统设计 64
7.1 液压系统方案设计 64
7.1.1确定回路方式 64
7.1.2选用液压油液 64
7.1.3初定系统压力 64
7.1.4选择执行元件 64
7.1.5确定液压泵类型 65
7.1.6选择换向回路 65
7.1.7绘制液压系统原理图 65
7.2 液压泵的选择 66
7.2.1液压泵的选择 66
7.2.2电动机的功率计算 67
7.2.3电动机的安装形式 67
7.3 液压控制元件和装置的选择 68
7.3.1液压元件的选取 68
7.3.2 液压辅助元件选择与设计 69
7.3.3油箱的设计和计算 71
7.3.4液压泵组的连接和安装方式 74
7.4 阀块的设计 75
7.4.1 设计阀块时应注意以下几点 75
7.4.2 液压阀块的结构 75
7.4.3 液压阀块设计 76
7.5 液压系统的调试 78
7.6 液压系统的合理使用 79
7.7 液压系统的电气控制 81
7.8 PLC 设计 81
8 绞车使用说明 82
8.1绞车装配注意事项 82
8.2试运转 82
8.2.1空负荷试运转 82
8.2.2负荷试运转 82
8.3绞车的检修 82
8.3.1小修 82
8.3.2中修 82
8.3.3大修 83
9 小结 84
参考文献 85
英文原文 86
中文翻译 93
致 谢 97
1 绪论
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和保障。由于资源条件和能源科技发展水平决定，在未来的30～50年内，世界范围内新能源、可再生能源及核电的发展尚不能普遍取代矿物燃料。因此，在相当时期内矿物燃料仍将是人类的主要能源。随着现代科学技术的快速发展，尤其是世界经济对能源的旺盛需求，世界煤炭开采技术也得到迅猛地发展。20世纪末期以来，先进采煤国家积极应用机电一体化和自动化技术，实现了采掘机械化和自动化控制，做到了矿井的高产高效生产。
机械化是煤炭工业增加产量、提高劳动效率、改善劳动条件、保障安全生产的必要技术手段，也是煤炭生产过程中节约能源、人力和减少原材料消耗的有效技术措施。矿井辅助运输作为矿井运输的重要组成部分之一，在矿山生产中也占有重要地位，尤其是现代化矿井对此更应高度重视。
矿井辅助运输的特点是：①井下运输设备在巷道中工作，由于受井下巷道空间的限制，因而运输设备结构应紧凑，尺寸应尽量小；②运输线路随工作地点的延伸（缩短）或迁移而经常变化；③运输线路水平和倾斜互相交错连接；④工作地点分散，使得运输线路环节多、分支多；⑤待运物料品种繁多，形状各异；⑥井下巷道受空间限制，有沼气和煤尘，需用防爆设备。
辅助运输的上述特点，决定了辅助运输设备的类型具有多样性，除了过去常用的矿用绞车、调度绞车、电机车和一般的矿车、平板车、材料车外，目前许多先进的辅助运输设备，如单轨吊车、卡轨车、粘着／齿轨机车、无轨运输车等都已在大量使用。利用这些设备不仅有效地解决了井下辅助运输工作中的难题，而且大大提高了辅助运输的效率。
尽管目前已经基本解决了煤矿辅助运输机械化的问题，但是运输环节任然是构成采煤功耗的最主要因素。为了进一步提高工效、降低成本，还需对整个运输系统进行改革，从技术、安全、经济各方面谋求最合理的解决方案。国外主要产煤国对辅助运输存在的主要问题及其发展途径的看法是一致的，即降低辅助运输的劳动强度和提高辅助运输设备的效率。主要研究和发展方向有以下几个：①井下材料、设备和人员的运输设备的研制，特别注意采区辅助运输设备的研制；②对于供料地点到井下用户运输线路中转载点最少的运输系统和设备的研制；③对辅助材料不经转载直接运到用户的合理组织和最佳运输路线方案的研制；④完善运输辅助材料的有轨运输设备，增加专用的辅助运输设备；⑤为扩大自行矿车的使用范围，必须改进它的结构，减小外形尺寸，提高通过能力和研制不污染矿井大气的动力源；⑥进一步完善单轨吊车和卡轨车，使其具有更大的适应性。
我国绞车的诞生是从20世纪50年代开始的，初期主要仿制日本和苏联的绞车。60年代进入了自行设计阶段，到了70年代，随着技术的逐渐成熟，绞车的设计也进入了标准化和系列化的阶段。但与国外水平相比，我国的绞车在品种、型式、结构、产品性能、三化水平（参数化、标准化、通用化）和技术经济方面还存在一定的差距。
国外矿用绞车的发展趋势有以下几个特点：①标准化、系列化；②体积小、重量轻、结构紧凑；③高效节能；④寿命长、低噪音；⑤一机多能，通用化；⑥大功率；⑦外形简单、平滑、美观、大方。
1.2概述
无极绳绞车运输作为矿井辅助运输的一种重要手段，目前在煤矿应用十分广泛，而且型式、种类繁多。其系统主要由电动机、减速器、摩擦滚筒、张绳车、容绳滚筒、尾轮、钢丝绳及电控组成。工作原理为：电动机经减速器带动摩擦滚筒正反向旋转，钢丝绳在滚筒上缠绕数圈后，一端固定于张绳车上车轴上，另一端经过尾轮缠绕于张绳车的容绳卷筒上， 通过摩擦滚筒对钢丝绳产生的摩擦力，牵引张绳车运动，再由张绳车牵引矿车或其它运输车辆运行。
无极绳绞车运输系统主要具有以下特点：⑴变单向为双向运行。由于该系统采用抛物线形摩擦滚筒结构，使得滚筒可以正反向旋转，钢丝绳也可以实现双向运行；⑵张绳车牵引载荷。矿车与张绳车用插销连接简单易学，操作方便，安全可靠；⑶运输距离调整方便。以前的运输系统其运输距离一旦确定一般是不做改变的，而该系统可将一定量的钢丝绳存放于容绳卷筒上，以便运输距离发生改变时使用。当运输距离需要增大时，就可将容绳卷筒上的钢丝绳适当放出；当运输距离需要减小时，亦可将卷筒上的钢丝绳收回一些，这样就可满足煤矿生产运输距离多变的工况要求。
该无极绳绞车是在老的调度绞车基础上，采用了行星排变速机构和普通双速绞车的某些结构特点改进后设计发明的，是一种有效的矿山辅助运输设备。该绞车主要应用于上山、下山、平巷等地材料、设备的运输，结构布置紧凑、合理，操作简单，安全可靠，可在有瓦斯的巷道中使用，无污染，不影响周围环境。
2 总体设计
2.1设计总则
1、煤矿生产，安全第一；
2、面向生产，力求实效，以满足用户最大实际需求；
3、既考虑到运输为主要用途，又考虑到运搬、调度等一般用途；
4、贯彻执行国家、部、专业的标准及有关规定；
5、技术比较先进并要求多用途。
2.2主要设计参数
1、滚筒直径：800mm
2、牵引力：F1=50KN F2=30KN
3、绳速：V1=1m/s V2=1.5m/s
2.3牵引钢丝绳及卷筒的选择计算
2.3.1钢丝绳的选择
由于该绞车主要工作地点为井下巷道内，湿度较大，酸碱度较高，为了增加钢丝绳的抗腐蚀能力，延长其使用寿命，故选取镀锌钢丝绳。此外，由于该绞车主要用于矿井上、下山运输，磨损为其主要损坏原因，故应选用外层钢丝绳较粗的钢丝绳，如6×7，6×（19）或三角股等。
根据《煤矿安全规程》对提升钢丝绳的安全系数规定，选取钢丝绳的安全系数K=6.5,则钢丝绳所能承受的拉力F需满足以下要求：
F≥K×F拉
式中：F拉=50KN，即绞车最大牵引力。
则： F≥6.5×50×103=3.25×105 N
查《实用机械设计手册》表5.6-30，选择钢丝绳6×19(1+6+12),绳纤维芯，钢丝绳表面镀鉻。其主要参数为：
钢丝绳直径： φ22.5mm；
钢丝直径： φ1.4mm；
钢丝总断面面积： 175.40mm2
参考重力： 1658 N/100m；
钢丝绳公称抗拉强度：2000 N·mm2
钢丝破断拉力总和： ≥350500 N
2.3.2卷筒参数的确定
由于采用无极绳牵引方式，卷筒上无需缠绕过多钢丝绳，故卷筒其它参数可根据传动方案的选择和外观适当选取（已知卷筒直径D=800mm），以有利于整体布局的紧凑、美观、合理。
2.4传动系统的确定、运动学计算及电动机选择
2.4.1传动系统的确定
该无极绳绞车传动系统如下图所示：
其传动路线为：
防爆电动机→联轴器→行星减速器（行星排减速）→太阳轮→行星齿轮→内齿轮→卷筒。
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