JX03-035@JTK1.2提升绞车滚筒设计
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机械毕业设计全套
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JX03-035@JTK1.2提升绞车滚筒设计,机械毕业设计全套
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摘 要 绞车滚筒是用来缠绕钢丝绳，并且承受钢丝绳的拉力所造成的各种载荷的主要部件和传递动力的元件，是绞车的重要组成部分。滚筒一般由三部分组成，即筒壳、法兰盘（支轮）和支环。筒壳是滚筒最基本和最薄弱的元件，是滚筒的主要承载部分。支环的作用是增加滚筒的稳定性。筒壳和支轮的材料为 Mn16 钢板。矿井提升机的运转实践证明，木衬对筒壳能起到一定的保护作用，故设计时在筒壳外装有木衬。但木衬对筒壳的保护只有在筒壳的形状比较规则，没有发生较大的变形，并且 用 合适 的木材制作木衬（现常用柞木、水曲柳或榆木等制作），使木衬与筒壳能各处均匀严密接触的情况下才是有效的，故在安装提升机时，要求筒壳的外形是比较规则的圆柱体，木衬用上述木材制作，并按规定车制绳沟。装设木衬时，应使木衬衬条在长度方向上与筒壳均匀严密的接触，木衬衬条之间的缝隙应尽量予以消除。在使用过程中当木衬已经磨损时，应及时予以更换。 该课题从实际出发，首先对绞车滚筒的用途、工作原理进行概述，进而对绞车滚筒的总体设计方案进行分析，然后进行具体零部件的分析设计；主要包括了电动机的选型，钢丝绳的选择，滚筒筒壳、支轮、主 轴等部件的设计计算和校核以及制动系统的选择等若干环节。在结构设计完成后，利用 CAD 进行装配分析和设计，最后完成绞车滚筒的整体设计。 关键词 ： 钢丝绳 支轮 主轴 nts Abstract Winch wire rope winding drum is used, and to bear the tension of wire rope caused by the load of the main components and power transmission components, is an important component of the winch. Drum generally consists of three parts, namely, tube shell flange (round sticks) and the support ring. Drum drum shell is the most basic and the most vulnerable components is the drum part of the main bearing. The thickness of the role of support ring is to increase the stability of drum. Cylinder shell and support material for the steel wheel. The operation of the mine hoist Practice has proved that the wood lining on the cylinder shell can play a role in the protection, so the design of the shell in the outer tube equipped with a wood lining.However, wood lining to protect the shell of the cylinder only in the shape of the shell tube comparison rules, no larger deformation, and the production of wood of suitable timber liner (now commonly used oak, Manchurian ash or elm, such as production), so that wood lining with the cylinder shell can be uniform throughout the case of close contact to be effective, the hoist is installed, the requirements of the cylinder shell shape of the cylinder is more rules, wood contrast with the above-mentioned timber production, in accordance with the provisions of car rope groove . The installation of wood lining, the lining should be trees lining the length of the direction of the drum shell with uniform tight contact with wood liner lining the gap between articles to be eliminated should be. When using the process of lining has been worn wood should be replaced promptly. The subject from a practical point, first of all, the use of the winch drum, the work outlined in principle, and the overall design of the winch drum program analysis, and then carry out specific parts of the analysis and design; mainly includes the motor selection, the choice of wire rope, drum cartridge case, support wheel, spindle and other parts of the design calculations and check the braking nts system, as well as a number of aspects of the selection. Upon completion of the structural design, the use of CAD analysis and design for assembly, and finally to complete the overall design of the winch drum. Key words: Wire Rope Support wheel spindle nts 目录 前 言 . 6 第一篇 浅谈绞车滚筒 . 7 第二篇 总体设计方案 . 8 2.1设计任务说明 . 8 2.2总体设计的内容及要求 . 8 第三篇 电动机的选择 . 9 第四篇 钢丝绳设计计算及选择 . 10 4.1最大悬垂长度 . 12 4.2钢丝绳每米重 . 13 4.3验算钢丝绳的安全系数 . 13 第五篇 滚筒的设计 . 14 5.1滚筒的宽度寸计算 . 14 5.2 钢丝绳最大静张力以及最大静张力差 . 14 5.3 滚筒的结构设计 . 15 5.4 滚筒的强度计算 . 17 5.4.1筒壳的外载荷 . 17 5.4.2 钢丝绳拉力降低系数 . 18 5.5筒壳的失效形式 . 18 5.6滚筒筒壳强度的有限元分析 . 20 5.6.1 空间的坐标分量 . 20 5.6.2 单元的应变矩阵 轴对称空间问题 . 25 5.6.3 单元的应力矩阵、刚度矩阵和总刚度矩阵 . 27 5.7滚筒滚壳强度的校核 . 30 5.7.1滚筒筒壳自由段压缩应力的校核 . 30 5.7.2支轮处筒壳应力的校核 . 31 5.8筒壳的强度稳定性校核 . 33 5.9 滚筒右支轮部件的结构 . 33 第六篇 主轴的设计 . 35 6.1主轴的结构设计 . 35 6.2联轴器及轴承的选择 . 36 6.2.1联轴器的选择 . 36 6.2.2滚动轴承的选择 . 38 6.3 主轴强度和刚度计算及校核 . 39 6.3.1 固定静载荷分配于主轴各轮毂作用点上的力 . 40 6.3.2 钢丝绳拉力分配于主轴各轮毂作用点上的力 . 42 6.3.3 作用于轴上水平方向及垂直方向的合力 . 43 6.3.4弯矩计算 . 44 6.3.5 扭矩计算 . 45 nts 6.3.6危险断面的安全系数计算 . 46 6.3.7按弯扭组合校核强度 . 47 6.3.8 挠度计算 . 48 6.4主轴承强度校核 . 51 第七篇 制动系统 . 52 7.1制动系统的作用 . 52 7.2制动系统的要求 . 52 结论 . 55 致谢 . 56 参考书目 . 57 nts 前 言 毕业设计是 工科 专业教学计划的一个重要组成部分，是各教学环节的继续深化和检验，其实践性和综合性是其他教学环节所不能替代的，通过毕业设计使学生获得综合训练， 有利于培养学生独立工作能力，巩固和提高所学 知识 ；全面提高毕业生的素质，使之能较快地适应工程实践，对 培养学 生的实际工作能力具有十分重要的作用。 主要目的是 培养 我们综合运用所学的基础理论，基本知识和基本技能， 去分析和解决本专业范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法， 如调查研究、查阅文献和收集资料并进行分析的能力；制订设计或试验方案的能力；设计、计算和绘图能力；总结提高撰写论文的能力 ； 检验 我们 综合素质与实践能力的重要依据 。 通过毕业设计进行工程知识和工程技能的综合训练，使学生走上工作岗位就具有较强的应用生产现场正在使用和 近期可能推广使用的技术去解决工程实际的能力。 毕业设计的基本要求是： （ 1）既要完成任务，又要培养学生，应把对学生的培养放在第一位。在老师的指导下，根据所选定的设计课题通过实习，结合工程实际独立完成设计工作。受到一次机械工程师解决工程实际问题的初步训练，能较快适应生产一线的工艺技术和设备管理工作。 （ 2）通过毕业设计，使我们受到综合运用所学知识解决实际问题的能力，提高自己科研和工程实际中的技术水平，也提高自己的运算能力，识图和制图能力，查阅手册、使用国家级标准和信息资料的能力和文字表达能力等。 （ 3）培养自 己独立完成工作的能力，进一步巩固专业知识，使自己具有较强的自学能力和工作适应能力，提高自己运用科研成果和新技术能力，以及对现有机械设备和生产过程进行技术改造的能力。 （ 4）培养学生严谨求实、理论联系实际的工作作风和严肃认真，一丝不苟的科学态度，使学生树立正确的生产观点和技术经济观点。 本次设计的题目是 JTK1.2提升绞车滚筒设计。针对以上要求 ,我认真的进行了 JTK1.2提升绞车滚筒设计，由于本人知识有限 ,实际生产经验不足 ,所以在设计中难免出现错误与不足 ,敬请各位老师和同学批评指正 !衷心祝愿各位老师身体 健康 !工作顺利 ! nts 第一篇 浅谈绞车滚筒 滚筒的作用主要是通过主轴把电动机传递给它的转速和转矩转化成绕在它上面的钢丝绳的线速度，以提升和下放物体。 根据制造工艺的不同，可把提升机的滚筒结构分为铸造一焊接混合型 (支轮为铸造，滚筒为焊接 )和焊接型。 当支轮的变形与简壳的变形相比可以忽略时，称它为刚性支轮，均为刚性支轮。如支轮的变形与筒壳变形相比不可忽略时，称它为弹性支轮。它的特点是筒壳与支轮的应力分布较均匀。经验表明，刚性支轮的结构在制造工艺上较复杂，而且往往容易出现早期失效。因此，现代大中型提升机滚筒常采用的 弹性支轮滚筒结构。 弹性支轮滚筒这种结构共同的持点是取消了支环，用较厚的简壳来承担载荷，并且支轮改为辐板式 (即在支轮上开有两个人孔 )或圆环式。这样做工艺上较简单，同时也可以避免由于焊接工艺不当造成加强筋附近的局部应力过高。经验表明，这种改进是成功的。 弹性支轮滚筒结构的不同之处还在于刚性支轮的辐板与轴线垂直，而弹性支轮滚筒的支轮与轴线成某一角度 (约 3一 6。 )，初看起来，这种倾斜式辐板似乎可以减少筒壳与支轮连接点的刚度从而减小其弯应力，但由于增加了压缩应力，故对减小合成应力水平并不有效，加上它的制造工艺 较为复杂，故不再倾向于使用它了。 此外，滚筒外一般设有木衬，并在其上车出绳槽，目的是减少钢绳与简壳直接接触面造成的磨损，并使钢绳排列整齐。 绳槽有螺旋形及环形两种，在单层缠绕时采用螺旋形绳槽就足以使排绳整齐。 nts 第二篇 总体设计方案 2.1设 计任 务说明 已知某矿井为竖井，井深 213 米。矿用绞车一次载重为 2600 千克，罐笼重 1000 千克，绞车滚筒直径设计为 1.2 米， 该绞车主要承担每天的掘进出煤、矸石和全采区的材料、设备运输任务。 其他条件在计算是逐一给出或在图中标出。（注：本处所给提升机的参数为设 计参考参数）。 2.2总体设计的内容及要求 总体设计的步骤一般由总装草图分拆成部件零件草图，经审核无误后，再由零件工作图、部件图绘制总装图。本阶段的主要任务是对确定的最佳初步总体设计进一步完善。包括选择材料、热处理方法、进行结构形式设计和有关计算，完成机械产品的总体设计图。总体设计图是零件设计的依据。不仅要求严格按比例绘图，而且还要表示出重要部件的主要结构并标注有关的重要尺寸。除此之外，还要完成部件和零件的设计，完成全部生产图，并编制设计说明书等有关技术文件。 总体设计时，要求部件满足功能要求、零件结构形状 要便于制造加工，常用零件尽可能标准化、通用化、组合化、对于总体设计还应满足总功能、人机工程、造型美学、包装运输等方面的要求。此外，还要拟订工艺文件、拟订制造、装配和使用规范，编制技术文件。如实际说明书、标准件、外购件明细表、备件、专用工具明细表等。以下是本次设计的详细步骤： 电动机的选型设计 -钢丝绳设计计算 -滚筒部件的设计计算 -主轴的设计计算及校荷 -制动系统的设计 -其他零部件的选用与设计。 nts 第三篇 电动机的选择 电动机是专业工厂批量生产的标准部件。电动机分交流电 动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要电源，结构复杂，价格较高，因此，无特殊要求时不宜采用。电动机工作环境较差，防尘、防爆等性能要求较高，绞车工作在经常启动、制动的场合，要求电动机转动惯量小，过载能力大，故生产中采用三相防爆交流电动机。 主油泵电动机的选择计算 w F V (1 0 0 0 2 6 0 0 ) 9 . 8 3 P = 1 0 5 . 81 0 0 0 1 0 0 0 KW wP w 绞车所需工作效率； V 滚筒的转速，取 V=3m/s； 绞车的机械效率。 1 0 5 . 8 1290 . 8 2wd PP K W 根据书煤炭工业设备手册（上册） 中国统配煤矿总公司物资编 中国矿业大学出版社 可选 YB315L2-6型 132KW、 380V防爆电动机。其具体的参数如下所示： 表 3-1 额定 功率 额定 电压 额定 电流 额定 转速 效率 功率因数 cos 堵 转 转 矩额定转矩 132KW 380V 215.2A 985r/m 93.8% 0.87 1.6n/m 电机 质量 同步 转速 极对数 最大转矩 额定转矩 频率 电机外 型尺寸 1310kg 1000r/m 2 2.0n/m 50Hz 14106601020 以上数据来自煤炭工业设备手册（上册） 中国统配煤矿总公司物资编 中国矿业大学出版社 1992.9 nts 第四篇 钢丝绳设计计算及选择 提升钢丝绳的用用途是悬吊提升容器并传递动力。当提升机运转时通过钢丝绳带动容器沿井作上下直线运动。所以钢丝绳是矿山设备的一个重要组成部分。它对矿井提升的安全和经济直运转起着重要作用。 提升钢丝绳是由数个相同数目钢丝捻成的绳股绕一绳心捻制而成的一般由六 个绳股组成。钢丝直径为 1.0 3.0毫米，有光面和镀锌两种，镀锌钢丝可以防止生锈和腐蚀。钢丝由于韧性不同而分为特号，号及号三种，提升人员的设备应用特号钢丝绳。钢丝的极限抗拉强度为 1400 2000MPa，竖井提升一般用 1550 1700MPa 的钢丝绳。公称抗拉强度更高的钢丝绳，不易弯曲且较脆 钢丝绳的绳芯是用具有较大抗拉强度的有机纤维 -麻捻制而成，称为有机质绳芯其作用是储存绳油，防锈和减少内部钢丝的摩擦，而且可以起衬垫作用，增加钢丝绳的柔软性，在一定程度上能吸收钢丝绳工作时产生的振动和冲击。 常用钢丝绳 的分类和使用范围如下： 1.按捻制方向分 （ 1）左捻的 绳股捻制成钢丝绳时是自右向左捻转； （ 2）右捻的 绳股是自左向右捻转。 当钢丝绳缠绕在滚筒上呈左螺旋时，则选用左捻钢丝绳，反之选用右捻钢丝绳， 这主要是为了避免钢丝绳松捻。 2.按捻制方法分 （ 1）交互捻 绳中股与股中丝的捻向相反，有交互右捻和交互左捻两种。 （ 2）同向捻 绳中股与股中丝的捻向相同，也有同时右捻和同时左捻两种。 同向捻的钢丝绳较柔软、表面光滑、使用寿命长，但悬挂困难，容易松散 和卷成环状。同向捻钢丝绳在我国竖井提升中使用较普遍， 在架空索道牵引索和钢丝绳牵引胶带输送机中也都采用。交互捻的钢丝绳多用于斜井提升。 3.按钢丝绳的断面形状可分为：圆形股、异形股。 此外，还有椭圆股钢丝绳等。异形股钢丝绳较圆形股钢丝绳可以增加支撑面积，从而nts 减轻钢丝绳的磨损，增加使用寿命，当然制造上也相应复杂一些。三角股钢丝绳在我国多绳摩擦提升中得到广泛使用，也可以用于绳罐道和架空索道的承载索。圆形股钢丝绳易超造，价格低，故在矿山提升中常用。 4.按钢丝绳的直径分 分为等直径股和不等直径股 5.其他 还有多层股钢丝绳、密封钢丝绳、扁钢丝绳等。 钢丝绳在工作时受多种应力的作用，如静应力、动应力、弯曲应力、扭曲应力、扭转应力等，这些应力的反复作用将导致钢丝绳的疲劳断裂，这是钢丝绳破坏的主要原因；另外钢丝绳的磨损及锈蚀也将导致钢丝绳的破坏。因此，综合反映上述应力的疲劳计算是一个比较复杂的问题，虽然国内外在这方面作了大量的研究工作，取得了一些成绩，但是由于钢丝绳的结构复杂，影响因素较多，钢丝绳强度计算理论尚未完善地应用于工程计算。因此，钢丝绳的强度计算仍按煤矿安全规程的规定：钢丝绳应按最大静载荷并考虑一定的安全系数的方法进行计算。 钢丝绳的安 全系数，根据安全规程的规定为钢丝破断力之和与最大静负荷之比。并规定提升钢丝绳的安全系数为： 1）专为升降人员用的不得低于 9； 2）升降人员和物料用的不得低于 7.5； 3）专为升降物料用的不得低于 6.5； 4）摩擦轮提升用的不得低于 8。 如图 4 1示，为竖井单绳提升钢丝绳的计算示意图，可知钢丝绳的最大静载荷 Qmax是在 A 点，其值为： nts 4 1 竖井单绳提升钢丝绳的计算示意图 Qmax=Q+Qr+ CpHQmax 钢丝绳最大计算静载荷（千克）； Q 容器一次提升量（千克）； Qr 容器自重（千克）； p 钢丝绳每米的重量（千克 /米）； CH 钢丝绳的最大悬垂长度（米）， 4.1最大悬垂长度 对于罐提升 2 0 2 1 3 2 3 3 ( )jH c H H s m 式中 jH 井架高度，暂取 20 米； Hs 矿井深度， 213米。 jH 井架高度，此数值在计算钢丝绳时尚不能精确确定，罐笼提升可采 用nts jH=1525米 。 4.2钢丝绳每米重 2 6 0 0 1 0 0 0 1 . 3 6 ( / )170001 . 1 2 3 31 . 16 . 5rbQQp k g mHcm 式中 Q 是一次载重，千克； Qr 是容器自重； p 是提升钢丝绳的单位长度重量，千克 /米； Hc 是钢丝绳的最大悬垂长度，米； Hs 是矿井深度，米； b 是钢丝绳的极限抗拉强度一般取 1700 MPa; m 是钢丝绳的安全系数 由 P=1.36千克 /米，查表选择纤维芯钢丝绳，其技术规格如下： 绳径 20 毫米，每 100 米重 142.9 千克即 P=1.429kg，钢丝直径 1.3mm，钢丝总断面积 S0=151.24mm2，即最小钢丝绳破断拉力总和 Qd=25700kg。 4.3验算钢丝绳的安全系数 根据选择钢丝绳的标准值验算安全系数： rC25700 6 . 5 3 6 . 5Q + Q + p H 2 6 0 0 1 0 0 0 2 3 3 1 . 4 2 9dQm 式中 P 是所选择标准提升钢丝绳的单位长度重量，千克 /米； Qd 是所选择标准提升钢丝绳所有钢丝破断力之和，千克。 故此钢丝绳符合使用要求 nts 第五篇 滚筒的设计 5.1滚筒的宽度寸计算 卷筒宽度 B根据所需容纳的钢丝绳总长度来确定。 钢丝绳总长度包括： 1） 提升高度SH米； 2） 供试验用的钢丝绳长度，规定每半年剁绳头一次，一次剁掉 5 米，如果 钢丝绳的寿命以两年计算，则试验长度为 20 米； 3） 为减少绳头在卷筒上固定处的张力而设的三圈摩擦圈。 2 1 3 2 0( 3 ) ( ) ( 3 ) ( 2 0 2 ) 1 4 2 6 . 4 03 . 1 4 1 . 2ssHLB d m mD 1500mm 式中 B 滚筒宽度， mm； Hs 提升高度， m； d 钢丝绳直径， mm; sL 钢丝绳试验长度，一般取 2030 米； m 摩擦圈，一般取 3 圈； 钢丝绳绳圈圈之间的间隙，一般取 23 毫米，取 =2 毫米； 故滚筒的宽度取 1.5m 5.2 钢丝绳最大静张力以及最大静张力差 缠绕式提升机 滚 筒要受绳的拉力，缠绕到滚筒 上的绳是在具有一定的绳张力的条件下缠绕到滚筒上的。所以提升绳对滚筒的作用力主要有两个：一方面是没有缠到简上的绳对滚筒的作用力，对这个力来讲滚筒像一般的空心轴一样要受到达个力的弯曲和扭转；另一个是缠绕到滚筒上的绳的张力对滚筒的作用，这个作用可看作是在筒壳外有一个均匀的压力压到筒壳上，好像一个密闭的圆筒在海底其四周受到均布水压一样，只是筒壳的两端在提升机处并不受侧面的压力。故钢丝绳最大静张力为： nts m a x 2 6 0 0 1 0 0 0 1 . 4 2 9 2 3 3 3 9 3 2 . 9 3j r cF Q Q p H k g 2 6 0 0 1 . 4 2 9 2 3 3 2 9 3 2 . 9 3CCF Q P H k g 式中 CF 是最大静张力差 Q 是一次载重，千克； rQ 是容器自重千克。 5.3 滚筒的结构设计 滚筒是用来缠绕钢丝绳，并且承受钢丝绳的拉力所造成的各种载荷的主要部件和传递动力的元件。滚筒一般由三部分组成，即筒壳、法兰盘（支轮）和支环。筒壳是滚筒最基本和最薄弱的元件，是滚筒的主要承载部分。其厚度一般为 mmmm 2010 ，本次设计中取为 =20mm，其结构简图如 5-1 所示。支环的作用是增加滚筒的稳定性。筒壳和支轮的材料为 Mn16 钢板。矿井提升机的运转实践证明，木衬对筒壳能起到一定的保护作用，故设计时在筒壳外装有木衬。但木衬对筒壳的保护只有在筒壳的形状比较规则，没有发生较大的变形，并且合适的木材制作木衬（现常用柞木、水曲柳或榆木等制作），使木衬与筒壳能各处均匀严密接触的情况下才是有效的，故在安装提升机时，要求筒壳的外形是比 较规则的圆柱体，木衬用上述木材制作，并按规定车制绳沟。装设木衬时，应使木衬衬条在长度方向上与筒壳均匀严密的接触，木衬衬条之间的缝隙应尽量予以消除。在使用过程中当木衬已经磨损时，应及时予以更换。 木衬每块的长度与滚筒宽度相等，即为 1500mm，每块的宽度为适宜于制造起见，不超过 ，每块的厚度应不少于钢丝绳直径的两倍，取为 50mm。固定滚筒木衬的螺钉头应沉入木衬厚度三分之一以上，当全部木衬固定完以后，应用木塞沾胶水将螺钉孔塞死，并须用木楔将木衬缝填满。 nts 图 5 1 筒壳结构 铸焊型滚筒的结构如图 5 2示： 图 5 2 铸焊型滚筒的结构 1 支轮 2 筒壳 3 支环 4 木衬 使用中的木衬，当因磨损使螺钉头的沉入深度尚存 10mm时，即应重新更换。滚筒木衬必须刻制绳槽，沟槽深度 A=0.35d0 0.35 1.3 0.455mm d0钢丝直径 两相邻沟槽的中心距 t=d+(2 3)mm=20+(2 3)=22mm 木衬的结构如图所示： nts 由于筒壳是一个处于负荷不断变化和复杂应力状态下的壳体，故筒壳 的结构设计应保证滚筒的各个部分有足够的强度和刚度，并应尽量使各部的强度和刚度均匀，以便使筒壳能足以适应外力和内力的变化，而不致产生变形。 5.4 滚筒的强度计算 作用在滚筒筒壳上的外载荷主要有下列几种： （ 1）已经缠绕到滚筒的钢丝绳绳圈对筒壳所施加的径向压力 （ 2）尚未缠绕到滚筒上的钢丝绳的静拉力对筒壳所施加的弯矩和扭矩 分析指出，由弯矩和扭矩所引起的筒壳的弯曲应力和扭矩应力与压缩应力相比，数值很小，可以忽略不计。由已经缠绕到滚筒上的钢丝绳绳圈的径向力所引起的筒壳自由段的压缩应力 具有很高的值，压缩能达到 12001500kg/cm2，而在法兰盘（支轮）处，筒壳的弯曲应力具有更高的值。弯曲能达到 25003000kg/cm2，这样高的应力甚至超过了筒壳材料的屈服极限。 所以，缠绕式提升机滚筒筒壳的强度计算不仅是指筒壳自由段的压缩应力和法兰盘处筒壳的弯曲应力计算，并应使筒壳在这些地方的最大应力不超过筒壳材料的许用应力。 5.4.1 筒壳的外载荷 筒壳上的单位面积压力 q 2/ / ( / )q p t S r t k g c m 23932.6359 2.230 /kg cm 式中， S 钢丝绳最大静拉力 S=3932.93kg r 筒壳厚度平均半径 nts 1 2 0 0 2 2 0 2 0 5922r c m t 缠绕绳圈的节距 t 2.2cm 5.4.2 钢丝绳拉力降低系数 由 E h tFEaaC KK5.0115.011 式中 a 变形修正系数，对于筒壳中部，可取 a=1，筒壳端部取小下 a=0。 B 筒壳宽度 661 . 0 1 0 1 . 5 1 2 4 0 . 1 7 22 1 0 2 . 0 2 . 2KKEFE h t 式中 Ek 钢丝绳的弹性模数， Ek=（ 0.751.5） 106kg/cm2，取 Ek=1.0 106kg/cm2； E 筒壳钢板的弹性模数， E=2 106kg/cm2； FK 钢丝绳中所有钢丝的横截面积，取 FK=1.5124cm2； h 滚壳厚度 h=2.0cm； t 绳圈缠绕节矩 t=2.2cm； 则 1 1 0 . 9 2 11 0 . 5 1 0 . 1 7 2C （筒壳中 部） 12C （筒壳端部） 两种计算结果相差不远，故以后计算取 C=1。 5.5筒壳的失效形式 滚壳的失效形式主要有： (1) 裂纹 出现于筒壳、支轮及支环上。筒壳上的裂纹多出现于圆周方向和螺钉孔处。如图 5 3 所示。支轮的裂纹多出现于螺孔周边，呈放射状。支环的裂纹多出现于焊缝处或支环断裂。 nts 图 5-3 筒壳的裂纹形式示意图 (a)沿筒壳圆周方向局部 开裂； (b)沿焊缝和支轮处局部开裂 1 筒壳； 2 支环 (2)局部变形过大 多数是筒壳中部塌陷。 (3)连接螺拴被剪断或弯曲变形过大，造成这些失效的原因是复杂的，一般来说可能有： 理论计算有误 例如某矿使用的 2 4 1.7 仿苏型提升机，根据正确计算应有 3 4个支环，而实际只有两个，故造成卷筒强度不足； 结构设计不良 造成卷筒各部分刚度相差过大。例如所加支轮和支环的结构不合理形成局部刚性过高从而导致局部应力过高，不符合弹性均匀化设计原则 ； 加工安装不当 例如卷筒不圆，或支环与筒壳贴合不好等； 使用维修不当 例如过载，以及加速度过大等； 原材料有缺陷 例如内部裂纹等； 焊接工艺不当 例如焊条或焊接参数选用不当，焊接处清洗不净，以及焊后不净；热处理或热处理不当造成焊接残余应力过高等； 原设计许用应力选取过大 例如苏制或仿苏的 2 4 1.7 和 2 4 1.8 提升机，标准中可以采用 8 吨卸式箕斗，钢绳直径可达 47.5mm，钢绳最大静拉力可分别达到 17.5 吨和18 吨，而筒壳厚度仅有 16mm， 其应力可达 180 200MPa，因此就很容易出现裂纹。 nts 加工、装配和安装质量对筒壳能否良好的工作也有很大的影响。例如筒壳与法兰盘的结合处沿圆周方向接触不严密，局部地方间隙过大 (超过 0. 5 毫米 )；两半卷筒的对口处间隙过大，连接不牢。法兰盘或轮毂与主轴连接处的切向松动，游动卷筒的法兰盘或轮毂与主轴之间的间隙过大，或在轮毂与主轴过盈配合的情况过盈量过小等，造成法兰盘或轮毂在主轴上晃动或轴向窜动，从而给简壳带来附加扭曲。焊接结构的卷简中，主要是焊缝的强度不够或焊接内应力过大。 筒壳外形不规则，椭圆度过 大等等。 上述缺陷均会使卷筒筒壳失去稳定的工作状态，使用一段时间后，出现连接螺钉折断、卷筒发响等不正常现象。以致在正常负荷下筒壳变形和开裂，为此，应提高加工、装配和安装质量，使用时应经常检查各连接处的情况，发现异常现象时，应及时检修并处理。卷筒筒壳不要使用有缺陷的钢板制作，而必须用检查质量合格的钢板制作。目前，强度低的合金 15Mn 钢板得到普遍的应用，此种钢板的强度较 45 钢提高 30。 5.6滚筒筒壳强度的有限元分析 5.6.1 空间的坐标分量 如图 5 4所示。取微元体，采用柱坐标时其应力分量为：),(),(),(, rrrzzrzzzrz 根据剪应力互等定理，共有六应力分量 图 5-4 轴对称应力分布 nts zrzrzr rrrrvrvrrrruwzvzrwzurzurzwzvrur,（ 3-57） 轴对称问题， 0，且 u与 与 无关，故由式 (3-57）可知 0因为 zzrr rGG 所以 0 zr故轴对称问题，其 应力分量剩下 4个，其 4个应变分量分别为： rzzr zurwzwrururrzzr（ 3-58） 由广义虎克定律 (材料力学或弹性力学 )可知 又可以写成： nts rzzzrzzrzrrErEEE)1(20000)(10)(10)(1)1(2 rzrzzrzzrzrrEEEE（ 3-59） 由 式（ 3-59）前 3 个式子可求得 2322232111111 rzzrzrrEEEE)21)(1(11)1()21()1()1)(1()21()1()1()1()1(222zrzrzrEEE所以 zrrE111)21)(1()1(类似可得 zrzzrEE111)21)(1()1(111)21)(1()1(nts 又由式 (3 59)的最下面的式 子有 rzrzEE )1(2)21()21)(1()1()1(2 归结以上可写成 )1(221000011101110111)21)(1()1(E（ 3-60） 令弹性矩阵 D为 )1(221000011101110111)21)(1()1(ED（ 3-60a） 显然，弹性矩阵只与材料性质 E、有关。故式 (3 60)可写成 D 采用柱坐标时，微元体的平衡方程式为 (由弹性力学 ) 01021021ZrrTrzrrRrrrzzzzrrzrzrrzzrrr轴对称问题，因为 0zr ，且各量与无关，故变成 (不考虑体积力 ) nts 00rr z rrzr z r z r zrzrr （ 3-61） 四个应力分量 ，二位、，四个应变量、 urzzrrzzr共十个未知数。式 (3 58)、式 (3 60)、式 (3 61)共十个独立方程式。从理论上是可解的，但除式(3 60)中 4个式子为代数方程式外，其余均为微分方程式，所以一般很难解出。 一般采用数值解法，有限元法是数值解法中应用最广的方法。 由式 (3 58)、式 (3 60)、式 (3 61)十个方程可知，只要设法知道了 u(r， z)和 (r，z)，利用式 (3 58)中的 4 个式子可求出应变分量 ，再由式 (3 60)求出 4 个应力分量，即可求解。 由弹性力学可知，节点位移的有限元法基本方程是 RK 式中 K 弹性体的总刚度矩阵，是单元体刚度矩阵的集合； R 节点的荷载列阵； R、 K根据问题可得的，然后解大型方程组 (3 62)，就可求得各： 后根据所求得各节点的位移，最后根据所求得各结点的位移，代回到各单元体中的公式。 v Te dVBDBK （ 3-63） 求得各节点或单元体重心的应力分量。 由弹性力学可知，单元刚度矩阵 eK 为 dVBDBK TV （ 3-64） 式中 V为单元体的体积 综合式 (3 63)、 式 (3 64)可知，为求 河南理工大学本科毕业设计（论文）中期检查表 指导教师： 邓小玲 职 称： 讲师 所在院（系）： 机械与动力工程学院 教研室（系、研究所）： 机制教研室 题 目 JTK1.2 提升绞车滚筒设计 学生姓名 杨立鑫 专业班级 机制 05-1 班 学号 0503010119 一、进度情况说明 1.该选题为 JTK1.2 提升绞车滚筒设计 ，可以对我们大学四年所学知识进行一次全面的练习。 2.这将对我们以后的 学习和工作起到十分有效的帮助，也能达到一个综合训练的效果，又加 强了实际的动手动脑能力。 3.题目的难易程度很适中，对我们既是一个挑战也是一个很好的锻炼提高过程。 4.题目的工作量：要求完成 3 张以上的 A0 图纸， 2.5 3 万的说明书一份。 5.选题不但能紧密的结合生产和实践，而且在我们所学课程的范围之内，对我们 以后不管是科研还是从事实际的工作都有很大的帮助。 二、阶段性成果： 在老师指导和同学们的帮助之下，我顺利的开始本次毕业设计。我在自己查阅资料的 过程中 ，慢慢地理出头绪 ,摸索出了设计思路。 由于我们这次是 JTK1.2 提升绞车滚筒设 计 ，以前接触这方面的知识较少，所以在刚开始不是很顺利，甚至感到有些无从下手，但是经过指导老师的 指 导、与本组同学的商量、在工厂实习和去系先进制造研究所观看实物之后， 我逐渐找到设计的切入点，顺利的完成了开题报告， 进行了一些前期的工作， 并使本次设计有了一个良好的开始。在查阅了一些资料后，已经进行了计算设计，正在整理说明书 ,并进行初步绘制草图 .我将继续努力，认真完成这次毕业设计。 nts 三、存在主要问题及解决方法 由于 对 JTK1.2 提升绞车滚筒 方面的 了 解不够深入 ,实际经验不足 ,加之 这方面参考资料有限 ,所以随着设计的 进行 ， 我遇到了许多新的和更加复杂的问题，这些问题使我充分认识到了自己在以前学习中的不足和自己与一些同学在专业知识方面的差距，所以我要以本次设计为契机 ， 加强自己在学习上薄弱环节，争取使我的毕业设计能够取得好的成绩，也能够使我所学的知识能够在以后 的工作中发挥更大的作用。 四、指导教师对学生在毕业设计（论文）中的纪律及毕业设计（论文）任务的完成进展等方面的评语 指导教师： （签名） 年 月 日 nts毕 业 实 习 报 告 姓名：杨立鑫 班级：机制 05-1 班 学号： 0503010119 指导老师：邓小玲 日期： 2009 年 6 月 5 日 nts前 言 本次毕业实习我们在邓小玲等老师的带领下，有针对性地来到了焦作神华重型机械制造有限公司以了解该厂一系列产品的生产过程，特别是了解了提升机械 提升绞车的工作过程 和绞车滚筒的构造 。同时也收集 毕业设计的相关资料，多向现场的工程技术人员和工人师傅学习，也了解我们将要面对的毕业后的工作和生活环境，的确是受益匪浅。 通过这次毕业实习我们学到了书本上学不到的许多知识，通过自己动手 操作机床将理论和实践结合起来，提高了自己的动手能力，为即将走出校门，走上工作岗位的我们起到了一个承上启下的作用。总的来说，这次实习是非常必要的，也是非常成功的。 在此，感谢 邓小玲 指导老师对我们的指导以及工人师傅的帮助！ nts一 实习目的 生产实习是我们机自专业知识结构中不可缺少的组成部分，并作为一个独立的项目列入专业教学计划中的。其目的在于通过实习使学生获得基本生产的感性知识，理论联系实际，扩大知识面；同时专业实习又是锻炼和培养学生业务能力及素质的重要渠道，培养当代 大学生具有吃苦耐劳的精神，也是学生接触社会、了解产业状况、了解国情的一个重要途径，逐步实现由学生到社会的转变，培养我们初步担任技术工作的能力、初步了解企业管理的基本方法和技能；体验企业工作的内容和方法。这些实际知识，对我们学习后面的课程乃至以后的工作，都是十分必要的基础。 二 公司简介 焦作神华重型机械制造有限公司 (原焦作重型机械制造有责任限公司 )是集科技开发、生产经营、技术服务于一体，具有百年历史的国家二级企业，国家二级计量单位，省级 文明单位，中国煤矿机械装备公司及河南省煤矿机械制造公司成员厂。公司现 有职工二千多人，其中各类专业技术人员 300 余人，中、高级专业技术职称人员 50余人。拥有固定资产 5000万元，年产值 7000 万元，各种机加工设备 300台（套），其中 5m立车、 5m滚齿机、大型数显落地镗铣床等精良设备50 台（套）。公司技术力量雄厚，下设机械加工、铆焊、铸造、热处理、检测及安装等分厂，有先进的理化实验、计量检测、产品检测、信息中心等。 该 公司面向煤矿、建材、化工、冶金、电力、环保等行业，可承揽年产 120万吨煤炭设备、30 万吨水泥成套设备、 15 万千瓦电煤磨设备及 20 万吨纯碱成套设备、 0.6 30万千瓦 燃煤电厂环保设备制造及安装，产品远销全国二十六个省、市、自治区，曾多次为国家重点工程配套。 2000 年 12 月获得中国方圆认证委员会质量认证中心 ISO9001 国际质量体系认证。 该公司 的质量方针是：满足顾客的需要是我们永恒的追求。质量目标是：质量体系按 ISO9001 标准保持稳定有效运行，产品一次nts交验合格率 95%。以高质量、低成本、优质服务、达到顾客满意为宗旨。本公司面向煤矿、建材、化工、冶金、电力、环保等行业。多次为国家重点工程配套带式输送机，在用户中享有较高声誉。 公司依靠科技进步，坚持走质量效益型道 路，形成了从新产品开发、生产制造、销售和服务全过程的质量保证体系。作为国家二级计量合格单位，公司拥有一套完整的质量检测系统，严格的管理程序，先进的测试设备，检测手段齐全，从原材料进厂到产品出厂，每一个环节都进行严格检查。企业设有质量测试中心，中心有九个实验室：化验室、硬度实验室、金相室、探伤室、力学实验室、热械性能测试室、计工仪表室、机量鉴定室、托辊实验室。各种检测仪器和设备 30余台，主要有：大型金相显微镜，布洛维硬度计，长度测试仪、超声波探伤仪、磨损试验机、高频疲劳试验机、 X 射线探伤仪，各种拖辊性能测试设 备等。通过以上测试手段可以对我厂产品的成品，半成品以及材料的物理，化学和机械性能进行测试分析和质量控制。我公司技术力量雄厚，产品设计采用计算机辅助设计和工艺，先后开发出一批具 国 内先进水平的新产品，提高了产品的市场竞争力。 三 实习内容 掌握绞车 滚筒 机械加工工艺和焊接工艺方面的知识及方法； 了解绞车 滚筒 方面的知识，熟悉常用绞车的结构、选择、用途等； 了解 绞车滚筒的失效形式 等； 了解企业生产管理模式，学习先进的管理方式方法； 熟悉、巩固大学所学的专业课程方面的知识 本次实习主要是针对毕业设计而展开的 ，根据做设计的需要，在本次实习中，把重点放在了对绞车 滚筒 的了解认识上。 四 提升绞车滚筒 1.绞车滚筒的结构 绞车滚 筒是用来缠绕钢丝绳，并且承受钢丝绳的拉力所造成的各种载荷的主nts要部件和传递动力的元件。滚筒一般由三部分组成，即筒壳、法兰盘（支轮）和支环。 4-1铸焊型滚筒的 结构 1 支 轮 2 筒壳 3 支环 4 木衬 筒壳是滚筒最基本和最薄弱的元件，是滚筒的主要承载部分。其厚度一般为mmmm 2010 ，本次设计中取为 =20mm，其结 构简图如 4-1 所示。支环的作用是增加滚筒的稳定性。筒壳和支轮的材料为 Mn16 钢板。矿井提升机的运转实践证明，木衬对筒壳能起到一定的保护作用，故设计时在筒壳外装有木衬。但木衬对筒壳的保护只有在筒壳的形状比较规则，没有发生较大的变形，并且合适的木材制作木衬（现常用柞木、水曲柳或榆木等制作），使木衬与筒壳能各处均匀严密接触的情况下才是有效的，故在安装提升机时，要求筒壳的外形是比较规则的圆柱体，木衬用上述木材制作，并按规定车制绳沟。装设木衬时，应使 木衬衬条在长度方向上与筒壳均匀严密的接触，木衬衬条之间的缝隙应尽量予以消除。在使用过程中当木衬已经磨损时，应及时予以更换。 2.绞车滚筒的分类 根据制造工艺的不同，可把提升机的滚 筒结构分为铸造一焊接混合型 (支轮为铸造，滚筒为焊接 )和焊接型。 nts当支轮的变形与简壳的变形相比可以忽略时，称它为刚性支轮，均为刚性支轮。如支轮的变形与筒壳变形相比不可忽略时，称它为弹性支轮。它的特点是筒壳与支轮的应力分布较均匀。经验表明，刚性支轮的结构在制造工艺上较复杂，而且往往容易出现早期失效。因此，现代大中型提升机滚筒常采用的弹性 支轮滚筒结构。 弹性支轮滚筒这种结构共同的持点是取消了支环，用较厚的简壳来承担载荷，并且支轮改为辐板式 (即在支轮上开有两个人孔 )或圆环式。这样做工艺上较简单，同时也可以避免由于焊接工艺不当造成加强筋附近的局部应力过高。经验表明，这种改进是成功的。 弹性支轮滚筒结构的不同之处还在于刚性支轮的辐板与轴线垂直，而弹性支轮滚筒的支轮与轴线成某一角度 (约 3一 6。 )，初看起来，这种倾斜式辐板似乎可以减少筒壳与支轮连接点的刚度从而减小其弯应力，但由于增加了压缩应力，故对减小合成应力水平并不有效，加上它的制造工艺较为复杂，故不再倾向于使用它了。 此外，滚筒外一般设有木衬，并在其上车出绳槽，目的是减少钢绳与简壳直接接触面造成的磨损，并使钢绳排列整齐。 绳 槽 有螺旋形及环形两种，在单层缠绕时采用螺旋形绳槽就足以使排绳整齐。 3.绞车滚筒 筒 壳的失效形式 滚壳的 失效形式主要有： (1) 裂纹 出现于筒壳、支轮及支环上。筒壳上的裂纹多出现于圆周方向和螺钉孔处。如图 图 4-2 所示。支轮的裂纹多出现于螺孔周边，呈放射状。支环的裂纹多出现于 焊缝处。 nts 图 4-2 筒壳的裂纹形式示意图 (a)沿筒壳圆周方向局部开裂； (b)沿焊缝和支轮处局部开裂 1 筒壳；
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