在国内，平均每年需求各种不同规格的矿用回柱小绞车数万台，因此，降低成本和提高安全性对回柱绞车的开发具有重要意义。在本次设计中，把两级齿轮分别装在电动机和卷筒的两侧，使结构紧凑，减少底座材料的使用降低了成本；把蜗轮蜗杆传动原理知识运用到设计中，利用蜗轮蜗杆副具有较大的传动比这样可以实现卷筒的希望速度，可以避免由于卷筒反转造成的意外损失；由于该机器用于矿场上所以必须具有一定的防爆能力，所以选用防爆电动机带提原来的鼠笼式电动机；选用制动装置使得绞车在需要或者紧急的情况下停止转动。

　　　关键词绞车滚筒；减速器；制动器　　　

Abstract

　　　In the domestic, every year we need every kind of different specification of the winch count about ten thousandth sets on average, therefore, declining the cost will be very important to the machine development . In this design, we make the tooth besides of the electric motor and the drum . Use the design make structure compaction and decline the material of the base, so that we can decline the cost ;we make the knowledge of the gear of the worm and gear into the design, use the gear of the worm and gear have large proportion of transmission, because of it ,we can obtain the proportion of transmission about wound rool we hope ;in the ore yard we often use the machine ,so, it must have the ability to prevent explosion, therefore, we must chose the explosion prevention electric motor to replace the cage motor; the use of the arresting gear to make the winch stop in the time of when you want it or in the emergency time ..

　　　Keywords winch roller retarder arrester

摘要I

AbstractII

目录- 1 -

1 绪论- 3 -

1.1 课题背景- 3 -

1.1.1 绞车的分类- 4 -

1.1.2 绞车的特点和性能要求- 4 -

1.1.3 绞车功能与结构- 5 -

1.2 国内外矿用小绞车的发展概况- 7 -

1.2.1概述- 7 -

1.2.2 国内外水平对比- 8 -

1.2.3 结构型式- 10 -

1.2.4. 发展趋势- 11 -

1.2.5 采取措施- 13 -

1.2.5.总结- 14 -

2 回柱绞车主要性能参数的确定- 15 -

2.1. 钢绳拉力- 15 -

2.2．钢绳绳速- 15 -

2.3. 电动机额定功率- 16 -

2.4. 钢绳型式和直径的确定- 18 -

2.5．卷筒直径的确定- 23 -

3 各类零件的设计和强度计算- 24 -

3.1 引言- 24 -

3.2 技术规格与参数- 24 -

3.3 . 电机的计算和选取- 25 -

3.4计算各轴的运动和动力参数- 27 -

3.5 蜗轮蜗杆的设计和计算- 29 -

3.6 齿轮的计算和强度校核- 33 -

3.6.1一级齿轮的设计与计算- 33 -

3.6.2. 二级齿轮的设计与计算- 38 -

3.7 各轴的设计和计算- 44 -

3.7.1蜗杆轴分析与强度校核- 44 -

3.7.2蜗轮轴的分析和强度校核- 48 -

3.7.3齿轮轴的分析与强度校核- 51 -

3.7.4滚筒轴分析与强度计算- 54 -

3.8 轴承的选用和强度的校验- 57 -

3.9 联轴器的选择和计算- 66 -

3.10 制动器的选择和计算- 68 -

3.11 蜗轮齿轮上键的选择和强度计算- 71 -

3.12 箱体的设计- 75 -

3.13 本章小结- 76 -

4 对该绞车的改进意见- 77 -

谢辞- 81 -

参考文献- 82 -

3.2 技术规格与参数

　　　JHMB-14型慢速绞车主要由以下5个部分组成：1.电动机； 2.底架； 3.蜗轮蜗杆减速器； 4.两级齿轮传动； 5.紧急制动装置；

表3-1 主要参数

卷筒直径400mm

卷筒宽度300mm

容绳量150m

绳的直径23mm

绳速0.12m/s

平均提升力120KN

电动机型号YBK-225M-8

功率22KW

转速730r/min

传动比128

1.1.1 绞车的分类

　　　绞车多种多样的用途，决定了绞车的种类和组成形式也是多种多样的。按照绞车卷筒的数量分，绞车可以分为三种：单筒绞车，双筒绞车和三卷筒绞车。

　　　单卷筒绞车是三种类型绞车中最常见的。它是有一个卷筒用来存放缆绳或者铰链，一般用于对卷筒的容绳量要求不高的场合。

　　　另外，按照绞车的驱动方式，通常把绞车分为电动绞车，气动绞车和液动绞车三种。

　　　1.1.2 绞车的特点和性能要求

　　　通过对绞车应用场合的探讨和绞车结构的分析，可以得知，在工程应用中绞车绞车会有如下的一些特点：

　　　负载时变

　　　绞车用于海洋拖曳，电梯箱的提升，矿山调度等场合时，由于外界环境因素的影响，例如海浪，海流，货物重量等的不断变化，他的负载也在不断变化。这就对绞车的稳定性造成了很大的干扰。如果不采取有效的控制手段，绞车的收放速度就不可能稳定，有时甚至无法正常工作。

　　　驱动力矩范围大

　　　这也是绞车的工作环境决定的，其驱动力范围从几公斤到上百吨不等。

　　　3.要求调速方便，高低速运行平稳

　　　由于收放工作的需要，现在许多绞车都需要能够方便连续的调整收放速度。在高速运行的时候，不能出现飞车的情况；在低速运行的时候，不能出现爬车的现象，而且要保持一定的输出力矩。

　　　对安全可靠性要求较高

　　　由于绞车一旦出现事故，就有可能对人的生命或者财产造成很大的伤害，加上绞车的工作环境大多比较恶劣，所以就要求绞车具有较高的可靠性。因此在设计绞车时设计人员因考虑到绞车的最大负载能力，绞车的防爆性，元件的可靠性等因素。

　　　要求具有较好的可操作性

　　　随着对绞车使用要求的不断提高以及自动化技术的发展，绞车的自动化程度也在不断的提高。一些先进的电子控制技术，通讯技术的运用，使得现在的绞车能够具有很好的人机接口和远程通信能力，极大的提高了绞车的操作性能。

1.1.3 绞车功能与结构

　　　绞车设计采用滚筒盘绞或夹钳拉拔缆绳方式来水平或垂直拖曳、提升、下放负载，绞车一般包括驱动部分、工作装置、辅助装置等几部分。

　　　1.驱动部分:用于驱动绞车工作装置盘绞、释放缆绳，包含动力及传动装置与控制装置。绞车可以采用多种驱动方式，包括电动机、蒸汽机、柴油发动机、汽油发动机、液压马达、气动马达等等。无论采用何种驱动方式，在绞车的驱动部分设计中都应包含以下设计准则:

　　　①无级均匀变速，调速范围宽广;

　　　②在有负载情况下，良好的启动特性和低速特性，总效率高;

　　　③双向旋转，并且容易改变旋转方向（需要单向运转时可以设定自锁装置）

　　　④维护保养相对容易，对周围工作环境不敏感;

　　　⑤制动系统工作可靠;

　　　⑥设计紧凑，结构简单，安装布置容易，重量轻;

　　　⑦在有负载情况下，能长时间安全带载静止而不至于损坏驱动系统。

　　　对于小型绞车，为了保证结构紧凑，绞车驱动部分一般与绞车工作装置联接在一起，直接驱动工作装置;对于大型绞车或应用现场空间相对狭小的绞车，绞车驱动部分与绞车工作装置可以设计成独立放置，两者间通过液压管线、气动管线或电缆管线相联系，绞车的布置和操纵均很方便。

　　　2.工作装置:在驱动部分作用下，通过滚筒回转或夹钳直线拉拔等方式拖曳或释放缆绳以完成对负载的收放控制，并含有对缆绳的容绳和排缆装置。

　　　3.辅助装置:辅助工作装置完成拖曳作业，包含滑轮组、导向装置以及速度测量、长度距离测量、张力测量等装置部分;绞车可以使用钢丝绳、尼龙缆绳等多种材质缆绳

1.2 国内外矿用小绞车的发展概况

1.2.1概述

　　　我国的矿用小绞车主要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。2 回柱绞车主要性能参数的确定

2.1. 钢绳拉力

　　　在顶板压力作用下，究竟需要多大拉力才能回柱放顶，目前还没有完整的计算力理论。这是因为在回采过程中影响顶板压力的因素颇为复杂。一般情况下是靠实践经验来掌握回柱放顶周期，并制定包括放顶的步矩和时间在内的合理作业的正规循环。一般来说，顶板悬露的时间短，则其压力小容易控制顶板。反之，则打乱了正规循环作业，顶板悬露时间长，则压力大，支柱受力也大。

　　　国内回柱绞车参数系类标准中规定，钢绳拉力有三档即，5吨，8吨，14吨。但是，对钢绳拉力的涵义，国内生产厂家各持一说，产品设计方法很不统一。

　　　回柱绞车属于多层缠绕式工作机械。通过钢绳把拉力传递到支柱上。作为钢绳名义来历，他必须是包括最外层和最内层在内的各层钢绳必须具有的最小拉力值。显然，一旦电动机功率以及机械的结构确定后，以最外层拉力最小。因此把最外层拉力定为回柱绞车的名义拉力是合理的。如果以中间层或者最内层拉力定位名义拉力进行绞车设计，将导致外层拉力小于绞车名义拉力。显然这是不合理的。因此这部JHMB-14绞车的钢绳最外层拉力为120000N。

2.2．钢绳绳速

　　　因为钢绳在绞车卷筒上为多层缠绕，钢丝绳的并不是恒定不变的，而是随着缠绕层数的增加而增大。为了与钢丝绳拉力相适应，应以最外层速度作为绞车钢绳的名义速度0.14米/秒。

　　　钢绳速度是影响回柱放顶作业生产率的主要因素之一，回柱放顶作业时间长，则影响正规循环，延缓回柱放顶时间，顶板压力大，给回柱绞车增加困难。但是，回柱生产率不仅仅决定于钢绳速度。因为，在回柱放顶作业过程中，大量是辅助作业时间。因此，回柱放顶作业的组织工作与操作熟练程度等同样起着重要的作用。

　　　另外，当拉力达到最大值的瞬间，如果绳速过大，必然产生较大的动力载荷。其结果是支柱破损率增大，并且由此引起包括绳速在内的机件的摔坏。

2.3. 电动机额定功率

　　　合理地确定电动机的功率，即可以充分发挥电动机的能力，又可以节约电能。为此需要研究回柱放顶作业过程的负载特性，明确电动机的工作制度。

　　　钢绳拴在支柱上，电动机启动后带动钢绳，此时钢丝为松弛状态，经一段空载运行后拉力值将直线上升（此时钢丝绳已被拉紧），已致达到将在顶板压力作用下的支柱撤下来的最大值，此时电动机可能出现瞬时过载，随后拖动支柱一段距离，电动机停车，一个回柱循环至此结束，有回柱工做些必要的辅助工作后，开始下一个循环，如此反复。可以看出电动机属于带启动的断续周期性的工作方式。每一个工作周期，包括一段启动时间，一段极短的超负载运转时间以及一段停车断电时间。观其运行特性，可以认为是断续周期性负载。但根据井下工作特点，为扩大其使用范围，此处并不按断续周期性工作方式选择电动机，而是按连续工作制选取。电动机功率按最大的瞬时负载计算，在按此计算值求得电动机的额定容量。电动机瞬时过载容量表示电动机处于发热状态中，并能在极短的时间内保证瞬时过载功率而不致破坏其运转的正常条件。这一功率决定于电动机的特性及其机械强度。根据鼠笼型电动机的机械特性曲线达到这一瞬间过载时，电动机转矩达到临界值，而这一过载不降低当超过临界转差率时，则电动机转矩急剧下降，以致造成电动机闷车。

参考文献

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[10]叶邦彦，陈统坚主编.机械工程英语.机械工业出版社.第二版，2006.

JM14慢速绞车总图-A0.gif

M14-800底座-A1.gif

半联轴器-A3.gif

刹车带-A3.gif

大齿轮-A3.gif

卷筒-A2.gif

涡轮减速器-A1.gif

蜗杆-A3.gif

右齿轮罩-A3.gif

制动轮-A3.gif

制动系统-A3.gif

中间轴部件-A2.gif

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