毕业设计（论文）-顺槽架空人车及其减速器的设计.docx

全套图纸加扣 3012250582 太原理工大学阳泉学院毕 业 论 文毕业生姓名： 专业：机械设计制造及其自动化学号： 指导教师 所属系（部）： 机电系 二一四年六月 太原理工大学阳泉学院 毕业论文评阅书题目： 顺槽架空人车及其减速器的设计 机电 系 机械设计制造及其自动化专业 姓名 设计时间：2004年月日2004年月日 评阅意见：成绩： 指导教师：（签字） 职务： 200 年 月 日太原理工大学阳泉学院毕业论文答辩记录卡 机电 系机械设计制造及其自动化专业 姓名 答 辩 内 容问 题 摘 要评 议 情 况 记录员： （签名）成 绩 评 定指导教师评定成绩答辩组评定成绩综合成绩注：评定成绩为100分制，指导教师为30%，答辩组为70%。 专业答辩组组长： 2004年月日i 前 言本方案设计的顺槽架空乘人装置由驱动部、改向装置、机头乘人站、乘人器、托压绳轮组、机尾乘人站、回绳张紧装置、牵引钢丝绳、电气控制等几部分组成。由机头驱动绳轮牵引钢丝绳,乘人器卡在钢丝绳上随之运动,随着巷道的起伏而变化,保持距地面200mm 高度。机头是驱动部分,钢丝绳在机头绳轮处换向,围包角180。机头绳轮中镶有聚氨酯绳衬,用来提高摩擦力,并减少钢丝绳的磨损。驱动单元设置为电动机+制动器+减速器+驱动绳 轮方式,具有结构驱动紧凑,分体、运输、安装灵活,运行安全可靠,故障率低、噪音低等优点。将钢丝绳安装在驱动轮、托绳轮、压绳轮、迂回轮上并经张紧装置拉紧后由驱动装置输出动力带动驱动轮和钢丝绳运行，从而实现输送矿工的原理。用地下矿用架空索道来输送矿工，其目的是缩短矿工上下井的路途时间，减轻矿工上下井的体能消耗。 全套图纸加扣 3012250582 目录摘要.11 绪论. 31.1 国内矿井辅助运输现状分析. 31.2 架空乘人装置概况. 41.2.1 架空乘人装置发展史. 41.2.2 架空乘人装置结构. 51.2.3 托轮与压轮的应用. 51.2.4 防掉绳装置的应用. 71.2.5 架空乘人装置的应用效果. 81.2.6 地下矿用架空索道的特点. 81.2.7 架空乘人装置的基本形式. 91.2.8煤矿安全规程对架空乘人装置的规定. 92 设计总体方案. 102.1 矿井原始条件及主要参数. 102.1.1 原始参数. 102.1.2 其他参数. 102.2 电动机功率及型号. 122.2.1 电动机功率计算. 132.2.2 电动机的选择. 132.3传动装置选择及计算. 122.3.1 传动方案确定. 132.3.2 基本参数计算. 142.3.3 齿轮设计. 152.4 轴的结构设计. 252.4.1 第一轴设计. 25 2.4.2 第二轴设计. 262.4.3 第三轴设计. 272.4.4 第四轴设计. 28 2.5 轴的校核. 2 92.5.1 第一轴（传动轴）. 2 92.5.2 第二轴（输出轴）. 3 22.5.3 第三轴（输入轴）. 362.5.4 第四轴（传动轴）. 393箱体. 42 3.1 箱体的结构设计.4 2 4 设备的使用和维护. 43 4.1 钢丝绳的使用维护.4 44.2 轴承的润滑与密封. 45 4.3减速器的润滑. 4 5 参 考 文 献 .46 外 文 翻 译 .47 总 结 .60 致 谢 .61ii 摘要 进入21世纪，科学技术有着飞速的发展，伴随着科学技术的发展机械制造技术也有了较大的发展。面对我国经济近年来的快速发展，机械行业的壮大，在国民经济中占重要地位的制造业领域得以健康快速的发展。由于减速器应用广泛，为了提高质量，降低成本，便于专业化生产和用户选用，使得作为制造行业重要设备的各类机加工艺装备也有了许多新的变化。设计既是产品开发周期中的关键环节，有贯穿于产品开发过程的始终。设计决定了实现产品功能和目标的方案，结构和选材。制造手段以及产品运行，使用和维修方法。设计不合理会导致产品功能不完善，成本提高或可靠性，安全性不好。产品设计上的缺陷造成的先天不足，难以采取制造和使用措施加以弥补。少数情下，即有可能，损失也大。严重的设计不合理甚至会造成的产品不能用或产品制造不出来，导致产品开发失败。减速器的装配图是用来表达减速器的工作原理及各零件间装配关系的图样，也是制造、装配减速器和拆绘减速器零件图的依据，故附减速器装配图。关键词：机械制造技术；减速器；优化设计 i Foreword Enter the twenty-first Century, science and technology have developed rapidly, with the development of science and technology of mechanicalmanufacturing technology has made great progress.With the rapid development of Chinas economy in recent years,machinery industry growth, occupy the important position in the nationaleconomy in the manufacturing industry can be healthy and rapid development. The speed reducer is widely used, in order to improve the quality, reduce the cost, convenient for the specialized production and the user selects, making all kinds of machining equipment as an important equipment manufacturing industry also has many new changes.Design is not only the key link in the cycle of product development, hasconsistently throughout the product development process. The designdetermines the realization of product function and objectives of thescheme, structure and material. Running manufacture method as well as the product, use and repair method. The design unreasonable can cause the product function is not perfect, cost and reliability, the security is not good. The product design defects caused by the hard to be congenitally deficient, take measures to make up for the manufacture and use of. In a few cases, where it is possible, the loss is great.Serious design unreasonable or even cause the product can not be used or product does not come out, cause product failure.The reduction gear assembly drawing is used to express assembly relation principle of gear reducer and parts manufacturing, assemblydrawings, but also speed reducer and the demolition of paintingreducer parts drawing basis, therefore attaches the reducer assembly drawings.Keywords: Machinery Manufacturing Technology Retarder OptimumDesign 1 绪论1.1 国内矿井辅助运输现状分析 矿井辅助运输是指井下的材料、设备和人员的运输，有时也包括排矸石运输。其特点是运输类型多、运送去向多、巷道条件多样。类型多表现在既运物又运人，物品中有整件、散件，大小长短轻重差别很大，运送去向多是指需要运到各工作面和井下一切场所。 随着矿井开采规模的不断扩大和井下开拓距离的不断延伸，上下井的材料设备和增多。特别是综合机械化采煤掘进的发展，产生的集中化程度日益提高，重型设备大量在采掘工作面应用，如何保证其不间断地连续高产稳产，高效地进行工作面设备搬家运 输成为重要又急需解决的问题。 建国以来，我国矿井辅助运输作业变化不大，基本上还是小绞车、无机绳、回柱绞车、小蓄电池车在普通钢轨上牵引矿车、运料车或平板车，装卸利用手动葫芦撬棍，甚至人推肩扛，占用大量人力物力，严重阻碍着矿井产量进度和劳动生产率提高，与国外先进产煤国家相比差距很大。辅助运输的落后已成为建设现代化矿井和提高矿井全员效率的最大障碍之一。发展辅助运输机械化不仅可以大量节省人员，而且可以提高工时利用，增加采掘工作面产量进度，大量减少设备搬家停运时间提高设备利用率，从而节约设备折旧或租赁费用，还能改善采掘工人和辅助作业的劳动安全条件。确实是当前煤矿技术发展的关键和当务之急。 我国煤矿地质条件多种多样，矿井规模大小各异，开拓布置和开采方式也不尽相同，因而解决辅助运输机械化问题必须采取多条技术途径，多种系统模式，多样技术装备，认真借鉴国内外成功经验，因地制宜地结合具体条件择优选用。对于每个生产和新建矿井都应根据实际条件进行可行性研究和各种方案的比较，然后再作出在技术经济上最合理的决策。 目前，国内外矿井辅助运输设备已形成单轨吊、齿轨车、卡轨车、齿轨卡轨车、无轨胶轮车和胶套轮机车几大类型。每种设备都有一定适用的条件和范围，都有其长处和优势， 也有其短处和劣势。在一定条件下的优势在另一种条件下又可能变为重要的制约因素。因而对于各种矿井条件下选用何种设备和系统，需要认真分析，综合对比，进行全面地可行性研究后才能最后决策。 矿井辅助运输是 1 个完整的复杂的系统，必须从系统工程的角度加以研究分 析和运筹决策。1 个大型矿井的辅助运输系统包含材料、设备、人员以及矸石等 各个子系统。而每个子系统中的负载或容器又从地面车间、仓库、料堆、排矸场 起，经过入井、大巷运输、上下山和采区运输、各处中转转载直接到工作地点卸 载等环节，然后由反向运行，经上述 系列环节出井才算完成 1 个循回。而同时各 个子系统又根据运输负载对象的特点分成若干个子系统。每个矿井辅助运输系统 或子系统都有某些特定要求，但其共同的基本的要求是： （1）从供应地点到使用地点的直达运输，尽量减少转载停顿和倒状环节。（2）使用结构和尺寸合理并便于机械化装卸的车辆、集装箱或其他容器， 减少工人装卸工作量，减低物料损耗。 （3）最大限度的保证运输系统安全可靠和快速重载，有完善的信号联络， 制动停车和自动监控系统。（4）合理组织运输调度，根据矿井生产建设地点的需要，有计划地编制作业 图标优化车次顺序和物料批量编组，提高运输效率，降低运输费用。根据以上要求不论是新建矿井或是改扩建矿井，都要在认真分析煤层地质条件矿井规模和开采设计的基础上，进行全面细致的技术经济可行性研究和方案对比，才能作出正确的决策。对于现有矿井特别是多水平多采区的大型矿井的辅助运输系统的技术改造，应采取既积极又慎重的态度，注意因地制宜，分期分布，从局部采区到全矿井，争取少花钱多办事，讲求整体的实际的经济效益。矿井的辅助运输系统需要多种设备和设施，不仅要用单轨吊、齿轨车、卡轨车、无轨胶轮车等主机设备，而且需要各种平板车、支架车、集装箱、铲车、人车、多用车、油罐车、各种地轨、吊轨、弯道、岔道、绳轮以及物料装卸存放硐室，等设施；各种设备物料的吊装、卸载、倒运、打捆等机械化高效的机具装置；以及各种维修辅助运输设备的机车库、被艰库、油库等。一个大型矿井往往需要几十台机车，有几十公里轨道，有的还可能是架线机车单轨吊，架线机车卡轨车，齿轨卡轨车，卡轨车单轨吊，加线机车无轨胶轮车等几种设备的混合系统。因而更需要各种设备互相很好地衔接和配套。 配套不完善或辅助设施装置工具不全，往往难以发挥新型设备的作用，是辅助运输系统效率不高的重要原因，这是一个应该引起重视的问题。必须同步的配套的进行装备，同时建立相应得设施，才能真正解决辅助运输机械化，提高全矿井的劳动生产率。对辅助运输设备有以下要求：1）、安全可靠；2）、能在水平、倾斜和转弯的巷道中连续运行不需要转载；3）、运输距离可变化；4）、成件设备不解体正运；5）、能运多种材料和设备；6）、易于装卸；7）、辅助操作少，使用方便；1.2 架空乘人概况1.2.1 架空乘人装置发展史 在远古时代，人们就已使用树藤，竹篾和麻绳作为缆索进行空中运输，我国在公元 2000年的三国时期就有筑吊桥为空中通道的记载。根据康熙图录可以看出，此空中通道犹如现在的客运索道。到了唐宋末年间，在南方常有利用竹篾编成溜索，作为跨河流、越深谷的交通工具。1644 年，荷兰用麻绳架起了第一条货运循环式索道。但是麻绳、溜索的强度都很低，限制了索道的发展。直到 19 世纪中叶，钢丝绳进入工业生产以后，才为建立近代的索道提供了可能性，1834 年，钢索架空索道的雏形问世，接着英国技师在 1867 年对架空索道作了研究改进。根据查考，奥地利阿巴奇在 1870 年获得索道报索器专利，并于 1873 年德国用它架设了活动循环式双线货运索道。1874 年英国又第一次建设了往复式货运索道。从此这种新型的运输设备，在世界上开始了迅速的发展。现在货运索道广泛应用于采矿工业、煤炭工业、电力站及建材企业，码头以及军事等各个部门。 我国第一条双线索道大约建立在 1910 年前后，而第一条单线索道约建于1927 年间。到解放前夕，约建有索道 20 余条。从 1949 年至今，约建单线索道 50 余条，双线索道 30 余条，总长约 380 公里，每小时货运量达到 7000 吨。在货物运输中发挥了显著作用。1.2.2 架空乘人装置结构 地下矿用架空索道，俗名猴车，主要用于地下矿山，由驱动部，托绳轮，回绳张紧装置，乘人器，牵引钢丝绳，电控系统等组成。它适用于长距离，大断 面，服务时间长度倾斜巷道，如上山等；牵引钢丝绳是无极绳，由巷道两边的托 绳轮架设，不间断地循环运行。它与断面小，多起伏，多变坡的顺槽不相适应， 不能满足采煤面推进不断移动，不影响顺槽轨道运输的要求。将钢丝绳安装在驱动轮、托绳轮、压绳轮、迂回轮上并经张紧装置拉紧后，由驱动装置输出动力带动驱动轮和钢丝绳运行，从而实现输送矿工的原理。用地下矿用架空索道来输送矿工，其目的是缩短矿工上下井的路途时间，减轻矿工上下井的体能消耗。本方案设计的顺槽架空乘人装置由驱动部、改向装置、机头乘人站、乘人器、托压绳轮组、机尾乘人站、回绳张紧装置、牵引钢丝绳、电气控制等几部分组成。由机头驱动绳 轮牵引钢丝绳,乘人器卡在钢丝绳上随之运动,随着巷道的起伏而变化,保持距地面 200mm 高度。机头是驱动部分,钢丝绳在机头绳轮处换向,围包角 180。机头绳轮中镶有聚氨酯绳衬,用来提高摩擦力,并减少钢丝绳的磨损。驱动单元设置为电动机+制动器+减速器+驱动绳轮方式,具有结构驱动紧凑,分体、运输、安装灵活,运行安全可靠,故障率低、噪音低等优点。 机尾有一从动绳轮,钢丝绳在此换向。整个机尾可在一滑道内滑动,在重锤张紧部分的拉动下,张紧主传动钢丝绳。托轮是用来在中间段承载,承受钢丝绳、乘人、乘人器的重量。托轮中也镶有聚氨酯衬。乘人器采用活动抱索器,其顶部有悬挂在牵引钢丝绳上的抱索器 , 下端有一座板,中间有一横杆用来挂工具包或乘人趴在上面,最下面是蹬杆。其设计符合人机工程学,人在其上的坐姿接近日常生活中的坐姿,安全舒适,克服了乘人抱杆、重心后仰的缺陷。拉紧部分采用动滑轮结构,拉紧重锤可节省一半,并且调整重锤高度简单,单人即可操作。电气控制部分用来控制乘人装置的主电机运行、停车,制动抱闸的开闭,打滑时可自动停车,在沿线布置有紧急停车点,出现紧急事故时可快速停车。具有通讯距离远,抗干扰能力强,可并网与全矿安全监视系统实现通讯。 1.2.3 托轮与压轮的应用 由于煤下山巷道条件较差,巷道倾角 1025,平均 24。在巷道直线段采用单 轮托轮,可以承受较轻载荷,在凸弧段采用多轮托轮承受较大载荷。由于机头变坡处 凸弧角度较大,无论是上行侧还是下行侧,都须承受较大载荷,故采用双绞支轮托轮(如 图 1-1 所示)。 图 1-1 双绞支四轮托轮使 4 个托轮共同承受载荷,可在受冲击时退让,有效地降低冲击,减缓磨损,提高乘坐的舒适性和托轮的使用寿命。正常直线段托轮设计成快速拆装单轮托轮结构,可以承受较轻载荷, 单人即可从托轮架上拆下,维修方便,托轮上下高度可通过顶杆调节,左右位置可调节托轮架。在凹弧段针对钢丝绳打梁的问题,采用单轮压轮和多轮压轮,使钢丝绳在凹弧段折曲,可以有效地避免绳打梁,并且在压轮前后 11.05m 处增加单轮托轮,以防掉绳(如图 1-2 所示)。 图 1-2 托轮与压轮安装方式 1.2.4 防掉绳装置的应用 在安装误差或调整不好的情况下,如:凹弧段处、凸弧段前后较容易掉绳,加装防掉绳托轮(压轮)和限绳器,可收到较好的效果。防掉绳托轮(压轮)有一拨盘机构(如图 1-4 所示)。1-拨盘；2-挡板；3-螺栓；4-托轮（压轮）图 1-4 放掉绳托轮（压轮）正常运行时,拨盘随托轮(压轮)转动,挡住钢丝绳,使之不能脱出绳槽,乘人器通过时,乘人器卡爪拨动拨盘转动,乘人器通过后,拨盘继续挡住钢丝绳,从而达到防掉绳的目的。 限绳器是在原托轮架上加装一转动挡绳板,正常运行时挡绳板自然下垂,与托轮外缘端面处在同一平面,相距 1015mm,挡住钢丝绳,当乘人器通过时,乘人器卡爪拨动挡绳板,通过后,挡绳板依靠重力恢复下垂,继续挡住钢丝绳,也达到防掉绳的目的(如图 1-5 所示)。 1-挡圈； 2-螺栓； 3-轴套；4-挡绳板；5-托轮；6-螺栓； 7-夹板； 8-轴 图 1-5 限绳器1.2.5 架空乘人装置的应用效果 架空乘人装置自安装投入使用后,进行了最大功率测试试验和满乘人运转试验, 与斜巷人车进行了比较。架空乘人装置有以下突出效果:架空乘人装置造价安装费较斜巷人车低;架空乘人装置乘人器过托轮无振动,乘人器按人机工程学设计,乘坐安全、舒适、可靠; 架空乘人装置驱动功率小,机头部分结构紧凑,运行噪音低;托轮安装方式简单快速,更换维护方便容易;机头驱动轮、机尾从动轮、托轮及压轮都采用聚氨酯绳衬,使钢丝绳的磨损大大低于斜巷人车,故障率较低;架空乘人装置每小时乘人数量300 余人,效率较斜巷人车高;电控部分保护齐全、可靠,安全系数高;操作简单方便,可实现多点开车、停车。可实现无人值守,遥控监视。我国的煤矿生产在国民经济中占有重要的地位，但是煤炭生产的自动化程度与发达国家相比仍有很大差距，提高煤矿机械自动化程度，改善工人的劳动环境仍然是煤矿现代化的重要任务。由于煤炭储藏面积分布复杂的原因，煤炭生产的运输系统结构庞大，在生产成本中占有重要的成分，在人员运输方面，技术设备相对落后。(1) 安全性、舒适性差; (2)乘人的时间、速度受限; (3)通信联络功能少,信息传输的可 靠性差。1.2.6 地下矿用架空索道的特点 乘坐时乘人离地近（0.2m），钢丝绳运行速度低（定抱索器时 0.8 1.2m/s）,确保矿工乘坐安全；上下车有机头和机尾乘人站，上车时，乘人需乘人器通过给进器上的闭上逐锁器吊挂到上车滑到上，从上车滑到步加速，获得与钢丝绳相同的速度后，钢丝绳带动乘人器一起运行。下车时，乘人器从运行钢丝绳上过渡到下车滑到，沿下车滑到逐步减速到静止；不掉绳可靠的防掉绳和轮系装置，使运行中的钢丝绳不掉绳。高效率运量可达到 2001000 人/小时，运距可达到 3500 米，倾角可达到 40 度，变坡点可达 20 个以上。共巷 道运人和运料可共用巷道，节约巷道建设投资。 投资低 猴车投资只占斜井人车投资的 50%左右，且占地面积又少，安全性能更高。1.2.7 架空乘人装置的基本形式 架空乘人装置的基本布局形式有驱动装置悬空式、驱动装置落地式、往复式 混合架空运送装置和零速度上下车架空乘人装置，如下图 1-6 所示： 图 1-61.2.8煤矿安全规程对架空乘人装置的规定 煤矿安全规程对用架空乘人装置运送人员有如下规定：（1) 、巷道倾角不应超过 25，否则必须制订安全措施，报矿物局总工程师 批准，但最大不得超过 30； (2)、蹬坐中心至巷道一侧的距离不得小于 0.7m，运行速度不得超过 1.2m/s；（3）、驱动装置必须有制动器；（4）、吊杆和牵引钢丝绳之间的连接不得自动脱扣； （5）、在下人地点的前方，必须设有能自动停车的安全装置；（6) 、在运行中人员要坐稳，不得引起吊敢摆动，不得手扶牵引钢丝绳，不 得触及邻近的任何物体；（7）、严禁同时运送携带爆炸物品的人员； （8）、每日必须对整个装置检查一次，发现问题及时处理。2 设计总体方案2.1 矿井原始条件及主要参数2.1.1 原始参数 (1) 井长： 1800m (2) 吊椅间距： a20m (3) 运行倾角： 10 (4) 运行速度 ：v1.2m/s (5) 寿命: h=5000h (6) 每小时运人量: 200 人 2.1.2 其他参数 (1)、托绳轮间距l = (0.85,1.15 2.13)a取 l = a = 20 (2)、驱动轮围包角即主导轮与钢丝绳的围包角 180 (3)、 吊椅质量：G0=5kg 人员质量： G=70kg2 2. 2电动机功率及型号 2.2.1 电动机功率计算(1)、驱动轮即摩擦轮直径确定 D（8085）d =（8085）20=16001700 mm D=1600 mm(2)、稳定运行时功率 2.2.2 电动机的选择按值和环境条件选择 YB2 新型矿用防爆电机： 电动机型号为：YB2 280M6 型 相关参数：功率55KW 转速 980 r/min 效率 92.8%外型参数参考机械设计手册。2.3 传动装置选择及计算2.3.1 传动方案确定 减速器可以选择多种形式，如：行星齿轮件速器，蜗轮蜗杆减速器, 圆柱齿轮减速器,圆锥圆柱齿轮减速器。这里选用圆锥圆柱齿轮减速器。 2.3.1.1 减速器的运动简图 如图 2-2 2.3.1.2 减速器的设计依据设计垂直传动三级减速器的齿轮传动 电动机功率 P=55Kw转速 n=980r/minni = 电动机n驱动轮n驱动轮= 60v =pD 60 1.453.14 1600 10-3= 17.37r / minn则i = 电动机n驱动轮= 980 = 56.4317.37总传动比 i 总=56.43 2 .3 .2 基本参数计算 2.3.2.1 传动比的分配 锥齿轮的制造工艺复杂，大尺寸的锥齿轮加工更复杂，因此在设计时应尽量减少其尺寸。如在传动中间同时有锥齿轮传动和圆柱齿轮传动时，应尽可能将锥齿轮传动放在高速级，这样可使设计的锥齿轮的尺寸较小，便于加工。为了使大锥齿轮的尺寸不致过大，通常，齿数比i5 则 2.3.2.2 各轴的运动参数计算及各轴计算的转速、功率和扭矩减速器效率： 轴承= 联轴器=0.99 齿轮=0.97（输入轴即电机轴） 转速 n1=980r/min 电动机功率 P1=55Kw 扭距 （一级传动） 转速 电动机功率P2=P1* 联轴器=54.45KwP扭距 T2=9550 2n 2（二级传动）n=1857.13N.m转速 n3=2 =70r/mini2电动机功率P3=P2* 轴承* 齿轮=52.28KwP3n扭距 T3=95503（三级传动）n=7132.48N.m转速 n4=3 =17.37r/mini3电动机功率 P4=P3* 轴承* 齿轮=50.2KwP扭距 T4=95504 =27599.88N.mn4 2.3.3齿轮设计 2.3.3.1 一级锥齿轮传动已知条件：传动功率 P=P1=55kw（电机高速轴）转速 =980r/min 扭距 T1=535.97 N.m传动比 i1=3.5原动机为电动机。减速器是用闭式传动通常采用齿面硬度350HBS 的硬齿面钢制齿轮。根据计算准则， 应该按齿轮弯曲疲劳强度设计，确定齿轮传动的参数、尺寸，然后演算轮齿的弯曲疲劳强 度。（一）选择材料、热处理方法及精度等级1.齿轮材料、热处理方法及齿面硬度 题意知应采用硬齿面齿轮组合，齿面硬度大致 相同