dc刘彦君(JQH型气动绞车设计)毕业设计任务书 (1).doc

宜春学院毕业设计 论文 任务书 宜春学院宜春学院 毕业设计 论文 任务书毕业设计 论文 任务书 题 目 JQH 型气动绞车设计 学 院 理工学院 教研室 机电 专 业 机制 班 级 学 号 1034304218 姓 名 刘彦君 起止日期 指导教师 黎锦贤 职称 副教授 教研室主任 雷呜 审核日期 说说 明明 1 毕业设计 论文 任务书由指导教师填写 并经教研室审定 下 达到学生 2 进度表分前 中 后三期由学生填写 每期填写后交指导教师签 署审查意见 并作为毕业论文工作检查的主要依据 3 学生根据指导教师下达的任务书独立完成开题报告 3 周内提交 给指导教师批阅 4 本任务书在毕业设计 论文 完成后 与设计 论文 一起交指 导教师 作为设计 论文 评阅和毕业设计 论文 答辩的主要 档案资料 是学士学位论文成册的主要内容之一 一 毕业设计的要求和内容一 毕业设计的要求和内容 JQH 气动绞车是依靠压缩空气来驱动马达 经过两级齿轮带动滚筒转动 实现提升各种重物 以活塞式气动机为动力的单滚筒 手操纵型式的绞车 其主要结构包括气动马达 齿轮箱 滚筒和制动器等 1 气动马达 气动马达 气动马达是由开关阀组件和配气阀组件以及连接在曲轴上的六组连杆 活塞 气缸等主 要零件所组成 活塞式气动马达的运转原理 当手柄推至启动位置时 压缩空气由开关阀进 入配气阀 配气阀进入配气阀芯 使其转动 同时 配气阀芯的转动将压缩气依次分别送入 周围的六个汽缸中 由于在缸内 的压缩气体的膨胀作用 从而推动了活塞 连杆和曲轴的转 动 当活塞被推至 下死点 时 配气阀芯同时也转至第一次排气位置 经膨胀后的气体 尚带有一定的压力 即自行从气缸内 经过阀的排气孔道 直接排出体外 同时 活塞籍 曲轴的回转作用 又被推向汽缸的 上死点 配气阀芯同时也转至第二次排气位置 并将 缸内的剩余气体全部从配气阀组件的排气孔道排出体外 经过这样的往复循环作用 就能使 曲轴不断的高速运转 为了使曲轴 连杆与活塞等零件的运动与主阀的运转得到协调 因此 在曲轴与主阀之间采用连接器联接 连接器不仅能使曲轴和主阀的运转取得一致 而且它对 整个气动机来讲 尚能起到一定的安全保护作用 连接器所选用的材料 及其断口面积均有 所规定 如果当主阀由于缺乏润滑油而被咬死 不断继续运转时 该连接器就立即被切断 使气动机所有零件的运动全部处于停顿状态 这样就能避免或减少其他零件的损坏 2 齿轮箱 齿轮箱 齿轮箱与底座铸成一体 其内装有一个齿轮架和二组齿轮副 一组为外齿轮副 另一 组为内齿轮副 所有齿轮均全封闭在具有一定油位的齿轮箱内 该齿轮箱位于气动机与滚筒 之间 它能将气动机所发生的动力 通过这二组减速轮系 和固定在主轴上的离合器传递给 滚筒 3 制动器 制动器 制动器是由钢带 石棉带 制承架 手柄和调节螺钉等主要零件所组成 钢带成圆环型 其内壁铆有石棉带 环抱于滚筒刹车鼓的圆周上 其一端与固定在机座上的支承架相连接 另一端铆有带内螺纹的接头 与固定在支承架上的调节螺钉相旋合 当手柄以顺时针方向拧 紧时 钢带即能起制动作用 使运转着的滚筒刹住不动 反之 如手柄以逆时针方向旋转时 则即能松闸 使滚筒得到自由转动 设计内容 1 说明气动绞车的工作原理 2 设计计算气动绞车的主要参数并对气动马达 齿轮箱 滚筒和制动器进行选型计算 3 设计计算阀及管路元件 4 画出以下工作图各一张 气动绞车工作系统的气压传动系统图 气动绞车工作系统 装配图 5 编写设计说明书一份 包括 1 气动绞车的工作原理设计 2 气压系统设计计算 3 气动马达 齿轮箱 滚筒和制动器进行选型计算 4 操作使用说明 要求电脑打字 有相应的附图 二 研究方案 目标二 研究方案 目标 根据课程设计时用的 毕业设计指导书 进行 三 阅读书目清单三 阅读书目清单 1 李久立等 机械制造技术基础 济南 济南出版社 1998 2 冯之敬等 机械制造工程原理 北京 清华大学出版社 1999 3 李凯岭等 机械制造技术基础 济南 山东科学技术出版社 2005 4 翁世修等 机械制造技术基础 上海 上海交通大学出版社 1999 5 张福润等 机械制造技术基础 武汉 华中科技大学出版社 2000 6 张世昌等 机械制造技术基础 天津 天津大学出版社 2002 7 王丽英等 机械制造技术 北京 中国计量出版社 2003 8 哈尔滨工业大学等 机械制造工艺理论基础 上海 上海科学技术出版社 1980 9 哈尔滨工业大学 上海工业大学主编 机械制造工艺规程制订及装配尺寸链 上海 上 海 科学技术出版社 1980 10 孙健等 机械制造工艺学 北京 机械工业出版社 1982 11 王启平 机械制造工艺学 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 1988 12 顾崇衔等 机械制造工艺学 第二版 修订本 西安 陕西科学技术出版社 1987 13 吴恒文 机械加工工艺基础 北京 高等教育出版社 1990 14 华东地区大专院校机械制造工艺学协作组 机械制造工艺学 修订本 福州 福建科 学技术出版社 1999 15 于复曾等 机械制造工艺学 济南 山东工业大学 1990 16 哈尔滨工业大学 上海工业大学主编 机床夹具设计 上海 上海科学技术出版社 1980 17 巩秀长主编 机床夹具设计原理 济南 山东大学出版社 1993 18 东北重型机械学院 洛阳农业机械学院 长春汽车制造厂工人大学 机床夹具设计手册 第 2 版 上海科学技术出版社 1988 19 陶乾编 金属切削原理 北京 机械工业出版社 1961 20 G 布恩罗伊德著 山东工业大学机制教研室译 金属切削加工的理论基础 济南 山东 科学技术出版社 1980 21 艾兴等 切削用量手册 北京 机械工业出版社 1984 22 陈日曜等 金属切削原理 第 2 版 北京 机械工业出版社 1997 23 周泽华 金属切削原理 第二版 上海 上海科学技术出版社 1993 24 乐兑谦 金属切削刀具 北京 机械工业出版社 2003 25 陆建中编 金属切削原理与刀具 上海 上海科学技术出版社 1986 26 吴圣庄等 金属切削机床概论 北京 机械工业出版社 1985 27 富大伟 数控系统 北京 化学工业出版社 2002 28 明兴祖 数控加工技术 北京 化学工业出版社 2003 29 田坤 数控机床与编程 武汉 华中科大 2001 30 陈宏钧等 机械制造工艺技术管理手册 北京 机械工业出版社 1998 31 赵如福等 机械加工工艺人员手册 第 3 版 上海 上海科学技术出版社 1990 32 杨叔子 机械加工工艺师手册 北京 机械工业出版社 2002 33 王贵成等 精密与特种加工 武汉 武汉理工大学出版社 2001 34 刘晋春等 特种加工 北京 机械工业出版社 2000 35 高职课件编写委员会 特种加工 北京 机械工业出版社 2004 36 赵万生等 特种加工技术 北京 高等教育出版社 2001 37 邓三鹏 马苏常 先进制造技术 北京 中国电力出版社 2006 38 张根保 先进制造技术 重庆 重庆大学出版社 1996 39 蒋新荣 微细加工技术 北京 电子工业出版社 1990 40 盛晓敏等 先进制造技术 北京 机械工业出版社 2004 41 孙大涌等 先进制造技术 北京 机械工业出版社 2000 42 刘极峰等 计算机辅助设计与制造 北京 高等教育出版社 2004 四 毕业设计 论文 进度计划四 毕业设计 论文 进度计划 序号各阶段工作内容起止日期备注 五 主要参考资料五 主要参考资料 六 毕业设计 论文 进度表六 毕业设计 论文 进度表 本表由学生填写 每期分别交指导教师签署 审查意见 前 期 月 日 至 月 日 学生主要工作 指导教师审查意见 年 月 日 中 期 月 日 至 月 日 学生主要工作 指导教师审查意见 年 月 日 后 期 月 日 至 月 日 学生主要工作 指导教师审查意见 年 月 日 七 其他 学生提交 七 其他 学生提交 1 开题报告 1 份 2 外文资料译文 1 份 1000 字以上 并附资料原文 3 设计 论文 1 份 理科 6000 字以上 指 导 教 师 教研室负责人 学生开始执行 任务书日期 学 生 姓 名 送交毕业设计日期 宜春学院毕业设计 论文 开题报告 宜春学院宜春学院 毕业设计 论文 开题报告毕业设计 论文 开题报告 JQH 型气动绞车设计型气动绞车设计 题 目 学 院 理工学院 教研室 机电 专 业 机械设计制作及其自动化 班 级 10 机制 2 班 学 号 1034304218 姓 名 刘彦君 指导教师 黎锦贤 填表日期 年 月 日 一 选题的依据及意义 JQH 型气动绞车也称为液压绞车 它大多是将液压基础原件部件进行新的组合 并与 电控绞车的机械部分相结合产生的一种新型提升机械 这种新型的液压绞车比传统的电控 绞车在某些方面有比较突出的优点 因而得到迅速的发展 国外在五十年代中期 新型的轴向柱塞式和径向柱塞式液压马达系列产品纷纷问世 后来研制出液压绞车 在轮船上和建筑机械上使用 大约在 60 年代中期研制出防爆液压绞 车在煤矿下使用 本人了解到现在马达驱动绞车要用于沼气煤矿井下 作为提升和下放人员 煤 石料 及运输材料 机械设备之用 在煤矿主要是用于采区上 下山运输 同时也可用于井下暗 立井 暗斜井和掘井时的提升运输及井下辅助运输 本人通过参考国内外有关资料 设计 一个 JQH 型气动绞车 它主要用于提升东西 二 国内外研究现状及发展趋势 含文献综述 我国绞车主要是指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 年进入了自 行设计阶段 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 用的是仿制的老产品 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等环节进行根本的改进 国外小绞车的种类 规 格较多 工作机构有单筒 双筒和摩擦式 传动型式有皮带传动 链式传动 齿轮传动 蜗 轮传动 液压传动 行星齿轮传动和摆线齿轮传动等 其中采用行星齿轮传动的比较多 发展趋势向标准化系列方向发展 向体积小 重量轻 结构紧凑方向发展 向高效 节能 寿命长 低噪音 一机多能通用化 大功率 外形简单 平滑 美观 大方方向发展 国外矿用小绞车规格比较多 适用不同场合 我国矿用小绞车的规格少 品种型号多而乱 也较繁杂 没有统一标准 从工作机构上分 国外有单筒 双筒及摩擦式三种 我国只有 单筒一种型式 从原动力上分 国外有电动的 风动的及液压驱动 我国只有电动的和少 量风动的 我国矿用小绞车在寿命 噪音 可靠性等综合指标与苏联有着一定的差距 苏联矿用小绞车使用寿命规定在 5 年以上 我国目前不具备测试手段寿命无法考核 但从 对用户的访问中得知 寿命达不到 5 年 噪音也稍大 虽然我国矿用小绞车参数系列 水平优于国外 但在标准化和通用化方面远不如发达采煤机械制造国 三 本课题研究内容 1 液压马达的选择 液压马达是马达驱动绞车的主要动力提供装置 2 钢丝绳的选取和使用 本装置主要靠钢丝绳拉动输送机上的张紧小车 张紧小车带动输 送带 从而达到张紧的目的 3 减速器的设计与计算 减速器是马达驱动绞车中的最主要部件 马达通过它把力传给卷 筒 卷筒在带动钢丝绳工作 四 本课题研究方法 第一步 液压马达的选择 根据绞车的功率进行计算选用液压马达 第二步 钢丝绳的选取和使用 钢丝绳在工作时卷绕进出滑轮和卷筒 除产生应力外 还 有挤压 弯曲 接触 扭转等应力 应力情况相当复杂 第三步 减速器的设计与计算 根据所选择的液压马达的主要参数来进行减速器的设计和 校核 五 研究目标 主要特色及工作进度 一 中英文翻译 计划用 1 周时间 二 课题工作计划的制定和资料的搜集 计划用 1 周时间 三 对装置进行方案确定 进行必要的计 计划用 1 周时间 四 选择液压马达 确定方案 计划用 1 周时间 五 绘制总装配图 计划用 2 周时间 六 零件图的绘制 计划用 1 周时间 七 气动绞车工作系统的气压传动系统图 计划用 1 周时间 八 校验图纸 计划用 1 周时间 九 编写设计说明书 计划用 1 周时间 十 准备答辩 计划用 1 周时间 六 参考文献 1 李久立等 机械制造技术基础 济南 济南出版社 1998 2 冯之敬等 机械制造工程原理 北京 清华大学出版社 1999 3 王丽英等 机械制造技术 北京 中国计量出版社 2003 4 哈尔滨工业大学等 机械制造工艺理论基础 上海 上海科学技术出版社 1980 5 哈尔滨工业大学 上海工业大学主编 机械制造工艺规程制订及装配尺寸链 上海 上海 科学技术出版社 1980 6 孙健等 机械制造工艺学 北京 机械工业出版社 1982 7 陈宏钧等 机械制造工艺技术管理手册 北京 机械工业出版社 1998 8 邓三鹏 马苏常 先进制造技术 北京 中国电力出版社 2006 9 张根保 先进制造技术 重庆 重庆大学出版社 1996 10 蒋新荣 微细加工技术 北京 电子工业出版社 1990 11 盛晓敏等 先进制造技术 北京 机械工业出版社 2004 12 孙大涌等 先进制造技术 北京 机械工业出版社 2000 13 刘极峰等 计算机辅助设计与制造 北京 高等教育出版社 2004 JQHJQH 型气动绞车设计型气动绞车设计 摘摘 要要 本设计是对液压绞车的工作环境 工作原理和工作特性进行了分析 并 结合实际 在仔细观察后 对液压绞车的总体结构进行设计 对组成的各元 件进行了选型 计算和校核 该绞车由液压马达 平衡阀 制动器 卷筒 承轴以及机架组成 此外 根据需要设计阀组直接组合在马达配油器上 像 带平衡阀 高压梭阀 调速换向阀或其它性能的阀组 它的特点是解构紧凑 体积小 重量轻 外型美观等特点 其性能特点是安全性好 高效率 启动 扭矩大 低速稳定性好 噪音低 操作可靠 在提升和下放工作中运转相当 平稳 带离合器的绞车可实现自由下放工况 广泛适用于铁道机车和汽车起 重机 船舶 油田钻采 地质勘探 煤矿 港口等各种起重设备中 关键词关键词 液压绞车 计算 校核 Abstract The design is the work environment of the hydraulic winch The working principle and characteristics were analyzed combined with practical careful observation The overall structure of the design of hydraulic winch and choose compute and examine the various parts of the hydraulic winch The winch is made up of the import hydraulic motor import balancing valve the brake of many pieces coupling reel supporting axle and rack Also we may design the valve group for the distributor of the motor like with balancing valve high pressured shuttle valve velocity modulation cross valve or other performance valve groups The characteristic of the construction is compact small light beautiful and so on the characteristic of the performance is safe the high efficiency the big start torque the best low speed stability characteristic the low noise the reliable operation The winch is quite steadily in the work of promotion and relaxation The winch with the coupling also may release the things free It is popular to the railroad locomotive the auto hoist the ships the oil field of drills picks the geological prospecting the coal mine the harbor and the each kind of hoisting equipment Key words Hydraulic winch Computation Examination 目目 录录 第第 1 章章 绪论绪论 1 1 1 液压传动系统概论 1 1 2 绞车简介及国内外气动绞车的发展状况 3 1 3 本课题研究的目的及意义 7 第第 2 章章 绞车绞车机构的设计方案机构的设计方案 8 2 1 拟定液压系统图 8 2 2 绞车结构方案的确定 9 2 3 工作过程分析 10 第第 3 章章 钢丝绳的选用和卷筒的设计钢丝绳的选用和卷筒的设计 14 3 1 钢丝绳设计计算 14 3 2 卷筒的设计 15 3 3 容绳量的验算 20 第第 4 章章 液压马达和减速器的选择液压马达和减速器的选择 21 4 1 液压马达的选用与验算 21 4 2 减速器的选用 23 第第 5 章章 制动器的设计与选用制动器的设计与选用 25 5 1 制动器的作用 特点及动作方式 25 5 2 制动器的设计计算 26 第第 6 章章 液压绞车使用说明液压绞车使用说明 27 6 1 绞车装配注意事项 28 参考文献参考文献 29 致谢致谢 30 第第 1 1 章章 绪绪 论论 1 11 1 液压传动系统概论液压传动系统概论 1 1 11 1 1 传动类型及液压传动的定义传动类型及液压传动的定义 一部完备的机器都是由原动机 传动装置和工作机组成 原动机 电动机 或内燃机 是机器的动力源 工作机是机器直接对外做功的部分 而传动装置 则是设置在原动机和工作机之间的部分 用于实现动力 或能量 的传递 转 换与控制 以满足工作机对力 或力矩 工作速度及位置的要求 按照传动件 或转速 的不同 有机械传动 电器传动 流体传动 液体 传动和气体传动 及复合传动等的要求 液体传动又包括液力传动和液压传动是以动能进行工作的液体传动 液压 传动则是以受压液体作为工作介质进行动力 或能量 的转换 传递 控制与 分配的液体传动 由于其独特的技术优势 以成为现代机械设备与装置实现传 动及控制的重要技术手段之一 1 1 21 1 2 液压系统的组成部分液压系统的组成部分 液压传动与控制的机械设备或装置中 其液压系统大部分使用具有连续流 动性的液压油等工作介质 通过液压泵将驱动泵的原动机的机械能转换成液体 的压力能 经过压力 流量 方向等各种控制阀 送至执行机器 液压缸 液 压马达或摆动液压马达 中 转换为机械能去驱动负载 这样的液压系统一般 都是由动力源 执行器 控制阀 液压附件几液压工作介质的几部分所组成 一般而言 能够实现某种特定功能的液压元件的组合 称为液压回路 为 了实现对某一机器或装置的工作要求 将若干特定的基本回路连接或复合而成 的总体称为液压系统 1 1 31 1 3 液压系统的类型液压系统的类型 液压系统可以按多种方式进行分类 见表 1 1 表 1 1 液压系统的分类 1 1 41 1 4 液压技术的特点液压技术的特点 1 优点 1 传动平稳 在液压传动装置中 由于油液的压缩量非常小 在通常压力 下可以认为不可压缩 依靠油液的连续流动进行传动 油液有吸振能力 在油 路中还可以设置液压缓冲装置 故不像机械机构因加工和装配误差会引起振动 扣撞击 使传动十分平稳 便于实现频繁的换向 2 质量轻体积小 液压传动与机械 电力等传动方式相比 在输出同样功 率的条件下 体积和质量可以减少很多 因此惯性小 动作灵敏 这对液压仿 形 液压自动控制和要求减轻质量的机器来说 是特别重要的 例如我国生产 的 1m3机在采用液压传动后 比采用机械传动时的质量减轻了 1t 3 承载能力大 液压传动易于获得很大的力和转矩 因此广泛用于压制机 隧道掘进机 万吨轮船操舵机和万吨水压机等 4 容易实现无级调速 在液压传动中 调节液体的流量就可实现无级凋速 并且凋速范围很大 可达 2000 1 很容易获得极低的速度 5 易于实现过载保护 液压系统中采取了很多安全保护措施 能够自动防 止过载 避免发生事故 6 液压元件能够自动润滑 由于采用液压油作为工作介质 使液压传动装 置能自动润滑 因此元件的使用寿命较长 7 容易实现复杂的动作 采用液压传动能获得各种复杂的机械动作 如仿 形车床的液压仿形刀架 数控铣床的液压工作台 可加工出不规则形状的零件 8 简化机构 采用液压传动可大大地简化机械结构 从而减少了机械零部 件数目 9 便于实现自动化 液压系统中 液体的压力 流量和方向是非常容易控 制的 再加上电气装置的配合 很容易实现复杂的自动工作循环 目前 液压 传动在组合机床和自动线上应用得很普遍 10 便于实现 三化 液压元件易于实现系列比 标准化和通用化 也易 于设计和组织专业性大批量生产 从而可提高生产率 提高产品质量 降低成 本 2 缺点 1 不能保证定比传动 2 传动效率低 3 工作稳定性易受温度影响 4 造价较高 5 故障诊断困难 1 21 2 绞车的简介及国内外液压绞车发展状况绞车的简介及国内外液压绞车发展状况 1 2 11 2 1 绞车的简介绞车的简介 液压绞车以油液作为工作介质 通过密封容积的变化来传递运动 通过油液内 部的压力来传递动力 1 动力部分 将原动机的机械能转换为油液的压力能 液压能 例如 液 压泵 2 执行部分 将液压泵输入的油液压力能转换为带动工作机构的机械能 例如 液压缸 液压马达 3 控制部分 用来控制和调节油液的压力 流量和流动方向 例如 压力 控制阀 流量控制阀和方向控制阀 4 辅助部分 将前面三部分连接在一起 组成一个系统 起贮油 过滤 测量和密封等作用 例如 管路和接头 油箱 过滤器 蓄能器 密封件和控 制仪表等 在一定体积的液体上的任意一点施加的压力 能够大小相等地向各个方向传递 这意味着当使用多个液压缸时 每个液压缸将按各自的速度拉或推 而这些速度 取决于移动负载所需的压力 在液压缸承载能力范围相同的情况下 承载最小载荷的液压缸会首先移动 承载 最大载荷的液压缸最后移动 在起重机械中 用以提升或下降货物的机构称为起升机构 一般采用卷扬 式 而这样的机器叫做卷扬机又叫绞车 卷扬机的卷扬机构一般由驱动装置 钢丝绳卷绕系统 取物装置和安全保 护装置等组成 驱动装置包括电动机 联轴器 制动器 减速器 卷筒等部件 钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳 卷筒 定滑轮和动滑轮 取物装置有吊钩 吊环 抓斗 电磁吸盘 吊具挂梁等多种形式 安全保护装置有超负载限制器 起升 高度限位器 下降深度限位器 超速保护开关等 根据实际需要配用 1 2 21 2 2 国内外液压绞车发展状况国内外液压绞车发展状况 国外在 50 年代中期 新型的轴向柱塞式和径向柱塞式液压马达系列产品 纷纷问世 后来研制出液压绞车 在轮船上和建筑机械上使用 大约在 60 年代 中期 研制出防爆液压绞车在煤矿下使用 近 20 年来液压绞车发展很快 在工 业发达国家的煤矿现在已广泛使用液压绞车 从小到大 从单绳到多绳 从有 极绳到无极绳 从缠绕式到摩擦式 各种规格品种比较齐全 英国是研制液压绞车较早的国家之一 60 年代就有矿用液压绞车问世 日 本三井三池制作所在 1965 年制造出第一台防爆液压绞车 以后反复进行了多种 设计和改进 现在生产 40 75 160 250KW 等四种型号的防爆液压绞车 其滚筒 直径分别为 900 1200 2000 2100 具有手动 半自动两种运转方式 可以用来提 升货物和人员 南非东特南斯菲尔的新博斯吉私普鲁伊特煤矿的副井装有一台 多绳摩擦式液压提升机 采用四台液压马达驱动 有效再和达 35T 它是目前 世界上提升重量最大的液压提升机 我国煤矿井下防爆液压绞车的研制和应用比欧美 日本大约晚了约十多年 国内防爆液压绞车的研制工作是为了满足煤矿安全生产的需要而发展起来的 从 1977 年开始 由湖南省煤炭工业局液压绞车研制组和湖南省煤矿专用 机械厂共同研制 KBYT 1200 1 型防爆液压绞车 于 1981 年 3 月经鉴定定型 转入批量生产 由于全国重点煤矿井下需要1 6m 绞车较多 为了满足全国沼 气矿井的急需 从 1981 年末开始 由湖南省煤炭科学研究所和湖南省煤矿专用 机械厂共同承担了煤炭部下达的重点科研项目 BYT 1 6 型防爆液压绞车 研 制工作 并随同研制了 NJM E16 型内曲线低速大扭矩液压马达 于 1984 年 11 月通过部级鉴定定型 转入批量生产 推广使用 并由此派生出用两台 NJM E10 型液压马达驱动的 BYT 1 6 型防爆液压绞车 除上述煤矿井下提升用的防爆液压绞车外 国内有的单位还研制了其它用 途的液压绞车 如重庆煤炭研究所 鸡西煤矿机械厂和徐州煤矿机械厂共同研 制的 YAJ 13 型和 YAJ 22 型液压安全绞车 用于倾角大于 16 的回采面的回 采工作面 防止采煤机因自重下滑而发生跑车事故 河北煤炭研究所和石家庄 煤矿机械厂共同研制了牵引 KCY 6 900 型卡轨车的液压绞车 常州科研试制中 心研制了牵引 F T 型卡轨车的液压绞车 液压绞车的研制和发展情况表明 液压绞车由于采用液压传动 减少了产 生电火花的元件 又由于全部使用鼠笼式电动机 空载直接启动 使电气控制 设备简单 容易做成防爆型 所以采用液压绞车是解决煤矿井下绞车安全防爆 问题的有效途径 同时液压绞车具有无级调速 启动 换向平稳 低速运转性 能好 操作简单 体积小 重量轻 安全保护比较齐全等优点 此外 防爆液 压绞车在启动和制动以及低速运转时比电控绞车的效率要高 液压传动装置要 比直流电气传动装置要便宜很多 其缺点是液压元件制造精度和质量要求较高 液压传动的噪音较大 总的来看 防爆液压绞车是一种具有良好运转特性 适 合沼气煤矿和有煤与沼气突出危险矿井使用的防爆绞车 它是一种很有发展前 途的煤矿机械设备 是矿用防爆绞车的主要发展方向之一 1 31 3 本课题研究的目的和意义本课题研究的目的和意义 本设计是通过对液压绞车的工作原理 工作环境和特点进行分析 并结合 实际对液压绞车的整体结构进行了设计 对液压泵站 液压马达 绞车等结构 主要针对液压绞车组成的各个元件进行合理选型 计算和校核 绞车由液压马 达 平衡阀 制动器 卷筒 支撑轴 机架等部件组成 在性能上具有安全性 高 效率高 启动扭矩大 低速稳定性好 噪声低 操作可靠等特点 在提升 下放过程中工作运转平稳的优点 而且此类绞车操作方便 体积小 重量轻 可以广泛地应用于煤矿井下提升和输送货物 并将大大提高运输效率 降低运 营成本 第第 2 2 章章 卷扬机构的方案设计卷扬机构的方案设计 2 12 1 拟定绞车液压系统图拟定绞车液压系统图 系统的工作原理及其特点简要说明如下 见图 1 1 液压马达 12 的排量切换由二位四通电磁换向阀 5 实现 控制压力由液压马 达 12 自身提供 为了防止下放时因超越负载作用而失速 在马达回油路上设置 了外控式平衡阀 4 另外 为了提高系统工作可靠性 以防污染和过热造成的 故障 在回油路上设置了回油过滤器 7 及冷却器 8 手动换向阀 5 的中位机能 为 K 型 在绞车停止待命时 液压泵可以中位低压卸荷 有利于节能 图 2 1 1 多片式摩擦离合器 2 液压马达 3 6 溢流阀 4 外控式平衡阀 5 手动向阀 7 回油过滤器 8 冷却器 9 油箱 10 进油过滤器 11 液压马达 12 电机 13 调速阀开关 14 调速阀 2 22 2 液压绞车结构方案的确定液压绞车结构方案的确定 卷筒轴与减速器输出轴连接方式设计的基本原则 1 尽量避免采用多支点的超静定轴 因为多支承点受力复杂且轴安装度不 易保证 2 优先采用减速器输出端直接驱动卷筒的连接方式 使卷筒轴不传递扭矩 尽可能避免卷筒轴收弯曲和扭转的复合作用 以减少轴的直径 3 使机构有良好的总成分组行 以利制造 安装 调试和维修 4 结构紧凑 构造简单 工作安全可靠 5 卷筒组与减速器输出轴优先采用补偿式连接 这样 在安装时允许总成 间有小量的轴向 径向和角度位移 以补偿安装位置误差和机件的变形 液压传动的起升机构可分为下列几种形式 由于选用的液压马达的形式不同 液压起升机构可分为高速液压马达传 动和低速大扭矩马达传动两种形式 高速液压马达传动需要通过减速器带动起升卷筒 减速器可采用批量生 产的标准减速器 通常有圆柱齿轮式 蜗轮蜗杆式和行星齿轮式减速器 这种 传动形式的特点是液压马达本身重量轻 体积小 容积效率高 生产成本较低 但整个液压起升机构重量较重 体积较大 低速大扭矩马达传动可直接或通过一级开式圆柱齿轮带动起升卷筒 虽然低速 马达本身体积和重量较大 但不用减速器 使整个液压起升机构重量减轻 体 积减小 并使传动简单 零件少 起动性能和制动性能好 对液压油的污染敏 感性小 壳转的内曲线径向柱塞式低速大扭矩马达 可以装在卷筒内部 由马 达壳体直接带动卷筒转动 结构简单紧凑 便于布置 故本设计采用液压马达 制动器布置在卷筒同一侧 行星减速器装在卷筒内 这种布置具备了体积小 结构较紧凑 对称性好 易于检修调试的优点 布置方式如图 2 2 图 2 2 2 32 3 卷扬机构工作过程分析卷扬机构工作过程分析 2 3 12 3 1 卷扬机构的工作周期卷扬机构的工作周期 卷扬机构是周期性作业 一个工作周期为 启动加速 0 a 稳定运动 a b 和制动减速 b c 三个过程 图 2 3 载荷由静止状态被加速到稳 定工作速度 稳定运动 时 所经历的时间称为启动时间 从 a 到 b 经历的时 间称为工作时间 从 b 点的稳定运动减速到静止状态时所经历的时间成为制动 时间 起动和制动时间直接影响卷扬机的工作过程 设计时可通过计算选取较 为适合的时间 图 2 3 卷扬机构工作过程曲线 2 3 22 3 2 载荷升降过程的动力分析载荷升降过程的动力分析 卷扬机构带载作变速运动 起动或制动 时 作用在机构上的载荷除静力 外 还有作加速运动 或减速运动 质量产生的动载荷 1 起升起动过程 卷扬机构带载提升时 载荷从静止状态加速到稳定运动速度 v 的瞬时过程 称为起升起动过程 此时 悬挂载荷的钢丝绳拉力 图 2 4a 为 Qg SPP 式中 起升载荷 Q P 由加速运动质量产生的惯性力 g P 在起升起动时 惯性力方向与起升载荷方向相同 使钢丝绳拉力增加 图 2 4 重物升降过程的动力分析 a 起升起动 b 起升制动 c 下降起动 d 下降制动 2 起升制动过程 卷扬机构由匀速运动制动减速到静止的过程称为起升制动过程 此时 悬 挂重物的钢丝绳拉力 图 2 4b 由于减速运动质量产生的惯性力 Qg SPP 的方向与起升载荷的方向相反 故使钢丝绳拉力减小 g P Q P 3 下降启动过程 将载荷从静止状态加速下降到匀速的过程称为下降起动过程 图 2 4c 此 时 惯性为的方向与载荷的方向相反 使钢丝绳拉力减小 即 g P Q P Qg SPP 4 下降制动过程 卷扬机驱动悬吊载荷以匀速下降时 将制动器上闸 使载荷由匀速下降减 速到静止状态的过程称为下降制动过程 图 2 4d 此时因惯性力的方向与 g P 起升载荷的方向一致 故使钢丝绳拉力增加 即 Q P Qg SPP 综上分析可得如下结论 起升起动和下降制动是卷扬机构最不利的两个工 作过程 起升起动时原动机要克服的阻力距是静阻力矩与最大惯性阻力矩之和 因此 原动机的起动力矩必须满足 q M max qjg MMM 下降制动是制动器最不利的工作过程 所以 卷扬机构支持制动器的制动 力矩应满足下面条件 Z M max Zjg MMM 才能将运动的物品在规定的时间内平稳的停住 式中 卷扬机构驱动载荷匀速运动时的静阻力矩 j M 卷扬机构起 制动时的最大惯性阻力矩 max g M 显然 上述两种工作过程是决定卷扬机原动机和制动器性能以及对机构的 零部件进行强度计算的依据 第第 3 3 章章 钢丝绳的选用和卷扬机卷筒的设计钢丝绳的选用和卷扬机卷筒的设计 3 13 1 钢丝绳设计计算钢丝绳设计计算 根据卷扬机工作状况和起升载荷确定卷扬机起升机构的工作级别 根据表 查得汽车 轮胎 履带 铁路起重机 安装及装卸用吊钩式 利用等级 T5 载 荷情况 L2 工作级别 M5 3 1 13 1 1 钢丝绳直径可用钢丝绳最大静拉力确定钢丝绳直径可用钢丝绳最大静拉力确定 d CS d 钢丝绳最小直径 C 选择系数 mm N1 2 S 钢丝绳最大工作静拉力 查机 机械设计手册 表 8 1 15 取钢丝绳公称抗拉强度 1850MPa C 0 106 安全系数 n 6 按比工作级别高一级别取 暂不考虑钢丝绳自 重 代入公式得 d 46 9mm 取 d 47 5mm 查 矿用小绞车 表 2 3 暂取 GB1102 74 绳 6 37 股 1 6 12 18 表 3 1 钢丝绳的技术特征 绳直径 钢丝直径钢丝总断面积参考质量破断压力总和 47 5mm 2 2mm843 47mm2 792 9 kg 100m 140140N 3 1 23 1 2 钢丝绳安全系数验证钢丝绳安全系数验证 考虑钢丝绳的自重和绞车在工作过程对应的拉力最大 S PQ PG PQ 起升载荷 PG 惯性力 S PQ PG 792 9 9 8 2 104 9 8 792 9 9 8 2 104 9 8 0 106 2 211 105N 安全系数 K 6 46 6 n S Fs 221000 1401400 符合安全系数要求 选用钢丝绳 GB1102 74 绳 6 37 股 1 6 12 18 3 23 2 卷筒的设计卷筒的设计 3 2 13 2 1 卷筒组的分类和特点卷筒组的分类和特点 卷筒是起升机构中卷绕钢丝绳的部件 常用卷筒组类型有齿轮连接盘式 周边大齿轮式 短轴式和内装行星齿轮式 齿轮连接盘式卷筒组为封闭式传动 分组性好 卷筒轴不承受扭矩 是目 前桥式起重机卷筒组的典型结构 缺点是检修时需沿轴向外移卷筒 周边大齿轮式卷筒组多用于传动速比大 转速低的场合 一般为开式传动 卷筒轴只承受弯矩 短轴式卷筒组采用分开的短轴代替整根卷筒长轴 减速器侧短轴采用键与 过盈配合与卷筒法兰盘刚性连接 减速器通过钢球或圆柱销与底架铰接 支座 侧采用定轴式或转轴式短轴 其优点是构造简单 调整安装比较方便 内装行星齿轮式卷筒组输入轴与卷筒同轴线布置 行星减速器置于卷筒内 腔 结构紧凑 重量较轻 但制造与装配精度要求较高 维修不便 常用于结 构要求紧凑 工作级别为 M5 以下的机构中 根据钢丝绳在卷筒上卷绕的层数分单层绕卷筒和多层绕卷筒 由于本设计 的卷绕层数为三层 因此采用多层卷筒 根据钢丝绳卷入卷筒的情况分单联卷 筒 一根钢丝绳分支绕入卷筒 和双卷筒 两根钢丝绳分支同时绕入卷筒 单 联卷筒可以单层绕或多层绕 双联卷筒一般为单层绕 起升高度大时 为了减 小双联卷筒长度 有将两个多层绕卷筒同轴布置 或平行布置外加同步装置的 实例 多层卷筒可以减小卷筒长度 使机构紧凑 但钢丝绳磨损加快 工作级别 M5 以上的机构不宜使用 3 2 23 2 2 卷筒设计计算卷筒设计计算 1 卷筒名义直径 D hd 式中 h 与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数 d 钢丝绳直径 由绞车工作级别为 M5 查 机械设计手册 表 8 1 74 得 h 18 D hd 855mm 取 D 850mm 2 卷筒长度 L 确定 由于采用多层卷绕卷筒 L 由下式 1 1 lp L nDnd 1 1 1 2 pd 式中 多层卷绕钢绳总长度 mm Hmax 50m ll Hmax 提升高度 滑轮组倍率 n 卷绕层数 n 3 把数据代入式中得 307mmL 5 4738503 1 1 5 470010501 1 取多层卷绕卷筒长度 350mm L 3 绳槽的选择 单层卷绕卷筒表面通常切出导向螺旋槽 绳槽分为标准槽和深槽两种形式 一般情况都采用标准槽 当钢丝绳有脱槽危险时 例如起升机构卷筒 钢丝绳 向上引出的卷筒 以及高速机构中 采用深槽 多层卷绕卷筒表面以往都推荐做成光面 为了减小钢丝绳磨损 但实践证明 带螺旋槽的卷筒多层卷绕时 由于绳槽保证第一层钢丝绳排列整齐 有利于以 后各层钢丝绳的整齐卷绕 光面卷筒极易使钢丝绳多层卷绕时杂乱无序 由此 导致的钢丝绳磨损远大于有绳槽的卷筒 带绳槽单层绕双联卷筒 可以不设挡边 因为钢丝绳的两头固定在卷筒的两 端 多层绕卷筒两端应设挡边 以防止钢丝绳脱出筒外 档边高度应比最外层 钢丝绳高出 1 1 5 d 1 绳槽半径根据下式R 0 53 0 56 Rd 取 R 0 54d 把数值代入得 R 26mm 绳槽节距 P d 2 4 mm 取 P 47 5 2 5 50mm 绳槽深度 h 0 25 0 4 d 取 h 0 3d 0 3 47 5 14 25 mm 取 h 15mm 图 3 1 绳槽的放大示意图 2 卷筒上有螺旋槽部分长 0 L 0 1 3 l Lp Z d 式中 卷筒计算直径 由钢丝绳中心算起的卷筒直径 mm 0 D 0 DDd 1 5 为固定钢丝绳的安全圈数 取2 1 z 1 z 1 Z 把数据代入式中得 30 15mm 3 0 27 10 10 32 8 L 由此可取 30mm 0 L 3 绳槽表面精度 2 级 值 12 5 a R 4 卷筒壁厚 初步选定卷筒材料为铸铁卷筒 根据铸铁卷筒的计算式子 mm0 02 6 10 D 把数值代入式中有 0 02D 8 25mm 12mm 故选用 25mm 5 钢丝绳允许偏角 钢丝绳绕进或绕出卷筒时 钢丝绳偏离螺旋槽两侧的角度推荐不大于 3 5 对于光面卷筒和多层绕卷筒 钢丝绳与垂直于卷筒轴的平面的偏角推荐不 大于 2 以避免乱绳 布置卷绕系统时 钢丝绳绕进或绕出滑轮槽的最大偏角推荐不大于 5 以 避免槽口损坏和钢绳脱槽 6 卷筒强度计算 卷筒在钢丝绳拉力作用下 产生压缩 弯曲和扭转剪应力 其中压缩应力 最大 当时 弯曲和扭转的合成应力不超过压缩应力的 只3LD 10 15 计算压应力即可 当时 要考虑弯曲应力 对尺寸较大 壁厚较薄的卷3LD 筒还需对筒壁进行抗压稳定性验算 由于所设计的卷筒直径 200mm 200mm 所以只计算压DL3LD 应力即可 卷筒筒壁的最大压应力出现在筒壁的内表面压应力按下式计算 c max 12 cc S A A p 式中 卷筒壁压应力 MPa c 钢丝绳最大静拉力 N max S 应力减小系数 在绳圈拉力作用下 筒壁产生径向弹性变形 使绳圈紧 1 A 度降低 钢丝绳拉力减小 一般取 1 0 75A 多层卷绕系数 多层卷绕时 卷筒外层绳圈的箍紧力压缩下层钢丝绳 2 A 使各层绳圈的紧度降低 钢丝绳拉力减小 筒壁压应力不与卷绕层数成正 比按表取值 2 0 2 A 2 A 许用压应力 对铸铁 为铸铁抗压强度极限 对钢 c c 5 b b c 为钢的屈服极限 2 s s 取 按表取 根据已知卷筒底层拉力 1100kgf 可算得 1 0 75A 2 A 2 1 8A 把各数代入式中 max 1100 9 80710787 7SN c 0 75 2 260 4MPa 5025 10000017 2 根据所计算的结果查得卷筒的材料为球墨铸铁 QT800 2 其抗压强度极 限a a 260 4MPaTm 合格 选用 QJM62 5 0 型液压马达 其技术参数如下表 4 1 表 4 1 QJM62 5 0 型液压马达技术参数 型号 理论排量压力转速范围额定转矩质量 QJM62 5 0 4000 ml r20 31 5M Pa 0 5 160 r min 15333 N m 200kg 4 1 34 1 3 马达的验算马达的验算 1 满载起升时液压马达的输出功率 FQ 1000 kw m P m Pv 式中 额定起升载荷 N Q 物品起升速度 m s v 机械总效率 初步计算时 取0 95 所以 1 96 105 0 95 103 34 3kw m P 液压马达额定功率 P T n1 9550 式中 T 额定转矩 n1 液压马达转速 所以 P 15333 23 9550 37kw P 合格 m P 2 液压马达最大转速 m n 60 D 22 5 r min m nvi 在液压马达转速范围 0 5 160 r min 之内 m n 合格 确定选用 QJM62 5 0 型液压马达 径向柱塞马达 4 24 2 减速器的选用减速器的选用 4 2 14 2 1 减速器的简介减速器的简介 减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置 用来降低转速和增大 转矩 以满足工作需要 在某些场合也用来增速 称为增速器 选用减速器时应根据工作机的选用条件 技术参数 动力机的性能 经济性 等因素 比较不同类型 品种减速器的外廓尺寸 传动效率 承载能力 质量 价格等 选择最适合的减速器 减速器是一种相对精密的机械 使用它的目的是降低转速 增加转矩 其主 要类型 齿轮减速器 蜗杆减速器 齿轮 蜗杆减速器 行星齿轮减速器 4 2 24 2 2 减速器的选用减速器的选用 根据总传动比 6 选用单级行星齿轮减速器 2 12 传动效率 96 98 ii 传动功率范围大 承载能力大 工作平稳 体积质量比普通齿轮蜗杆减速器小 得多 但结构复杂 制造精度高 广泛用于结构紧凑的动力传动中 综合考虑 选用型号为 NAD500 6 1 行星齿轮减速器 其所代表的意义见下图 图 4 1 减速器型号示意图 第第 5 5 章章 制动器的设计与选用制动器的设计与选用 5 15 1 制动器的作用 特点及动作方式制动器的作用 特点及动作方式 制动器是用于机构或机器减速或使其停止的装置 有时也用作调节或者限 制机构或机器的运动速度 它是保证机构或机器安全正常工作的重要部件 为了减小制动力矩 缩小制动器尺寸 通常将制动器装在机构的高速轴上 或减速器的输入轴上 按所需应用制动器的机构的工作性质和条件 对于起重机构的起升和变幅 机构都必须采用长闭式制动器 卷扬机属起重类机械的起升机构由于工作需要 因此采用常闭式制动器 由于卷扬机应用的场合和安装制动地点的空间受限因此选用盘式制动器 盘式制动器的工作原理是利用轴向压力使圆盘或圆锥形摩擦表面压紧 实现制