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【JX061】JWB-50无极绳绞车设计[FY+RW]【3A0】
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【JX061】JWB-50无极绳绞车设计[FY+RW]【3A0】,jx061,jwb,50,无极,绞车,设计,fy,rw,a0
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中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 1 页 1 绪论 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： 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；运输线路随工作 地点的延伸（缩短）或迁移而经常变化； 运输线路水平和倾斜互相交错连接； 工作地点分散，使得运输线路环节多、分支多； 待运物料品种繁多，形状各异；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：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；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； 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； 完善运输辅助材料的有轨运输设备，增加专用中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 2 页 的辅助运输设备； 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； 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：标准化、系列化；体积小、重量轻、结构紧凑；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。 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：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；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； 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。 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 3 页 2 总体设计 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。 要设计参数 1、 滚 筒直径： 800、牵引力： 0 0、绳速： m/s s 引钢丝绳及 卷 筒的选择计算 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=钢丝绳所能承受的拉力 F K F 拉 式中 ： F 拉 =50绞车最大牵引力。 则： F 50 103=105 N 查 实用 机械设计手册 表 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： 钢丝直径： 钢丝总断面面积： 考重力： 1658 N/100m； 钢丝绳公称抗拉强度： 2000 N 国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 4 页 钢丝破断拉力总和： 350500 N 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=800，以有利于整体布局的紧凑、美观、合理。 动系统的确定 、运动学计算及电动机选择 动系统的确定 该无极绳绞车传动系统如下图所示： 快速制动器慢速制动器其传动路线为： 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 。 算传动效率 根据传动系统简图 ，查 机械设计 表 9 1）卷筒 传动 效率 1= 2）单级行星圆柱齿轮减速器传动效率 2= 3）齿式联轴器传动效率 3= 4）滚动轴承效率 4=对）。 故 系统传动总效率 243321 总中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 5 页 =0,992 = 选择电动机型号 1000 = 100050 电动机所需的额定功率 之间有以下关系： P K P 式中 对运输绞车取 K= P =于电机为短时工作，可以充分利用电机的过载能力，以减少电机容量，降低机器的 成本和尺寸。 Y 系列封闭式三相异步电动机，具有效率高，耗电少，性能好，噪声低，振动小，体积小，重量轻，运行可靠，维修方便。为 B 级绝缘，结构为全封闭式，自扇冷式，能防止灰尘铁屑杂物侵入电动机内部。查实用电机手册选取： 电动机型号： 率： 55 速： 980r/ 量： 510 定转矩最大转矩电机外形尺寸（长宽高） =1060 545 830 机中心高度 H=280机轴直径长度 =75 140 机过载系数 计算 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 6 页 额定功率 ）电机轴功率 电机轴功率总）卷筒上的功率（ 卷筒上的功率 3m a x 10 = 501015 00 0 0 3 ： 0 载系数 : 传动比及各级传动比分配 1）总传动比 i 式中： 电动机转速；n 卷筒转速。n 根据已知设计参数，卷筒直径 D=800 可得： D 11 100060 =D 22 100060中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 7 页 r所以总传动比为： 2）传动比分配 根据传动形式及整体布局尺寸， 各级行星传动传动比确定如下： 高速 第一 组行星轮： 103 008 届本科生毕业设计 第 8 页 3 齿轮传动的设计计算 速级计算 （ 1）第一组行星轮 ： 齿计算 通常取行星轮数目 3多会使载荷均衡困难，过少又发挥不了行星齿轮传动的优点，由于 以可不检验邻接条件。 各轮齿数按公式 进行配 齿计算，计算根据 适当调整，使 C 等于整数，再求出aZ，使 。适当调整 2632.7 则： 46326 11 n 解得： 191 9119(21)(21 111 数无公约数，及整数，且整数， n 由 15019501 1 91111 zz 机械设计手册 3图 知适用的预计啮合角为 2020 tc c ，虽然 1719m zz a， 但 为避免根切，改善齿轮副磨损情况以及提高中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 9 页 其承载能力，故采用高变位 。由于实际的 4以取太 阳轮正变位，行星轮和内齿轮负变位。 高度变位时，啮合角 20 w，总变位系数 021 根据齿数比 轮传动设计手册图 2.0bc 步计算齿轮的主要参数 中心轮 a 和行星轮 c 均采用 20质、渗碳淬火，齿面硬度 5862 据 行 星 齿 轮 传 动 图 6图 6取2l i i m 0 0 和，中心轮 ； 内齿 轮 b 采用 42调 质 硬度 217 259 据图取2l i i m ，加工精度 7级。 按弯曲强度的初算公式，计算齿轮的模数 m 为： 3l i 现已知 161 Z , 2 ，小齿轮名义转矩111 9549 ，代入已知 条件得：9803 559 5 491 取算式系数 查行星齿轮传动表 66综合系数 使用系数 K ； 取接触强度计算的行星轮间载荷分布不均匀系数 则计算弯曲强度的行星轮载荷分布不均匀系数 K 由齿轮传动设计手册图 2得齿形系数 行星齿轮中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 10 页 传动表 6.0d， 则齿轮模数 m 为： 2 m 取齿轮模数 1 合参数计算 在两个啮合齿轮副 、 中，其标准中心距 a 为： 个齿轮副的标准中心距都相等。因此，该行星轮传动能满足非变位的同心条件。 何尺寸计算 按高变位齿轮传动 的计算公式进行其几何尺寸的计算。 分度圆直径： aa 0504111 cc 61 1 94111 bb 顶高： 齿根高： 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 11 页 高： 顶圆直径： 62111 根圆直径： 配条件的验算 对于所设计的上述行星齿轮传动应满足如下的装配条件： 邻接条件 按 行星齿轮传动 公式 3： s 1 将已知的1得： 23 960s 即满足邻接条件。 同心条件 按 行星齿轮传动表 3行星齿轮传动的同心条中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 12 页 件，即： co s 各齿轮副的啮合角为 20 20 且 191190代入上式，即得： o s 5011 920c o s 5019 则满足同心条件。 安装条件 按行星齿轮传动公式 3得： 46311919 n 数） 所以，满足其安装条 件。 动效率的计算 查机械设计手册图 ，可见，该行星传动的传动效率较高，可以满足工作方式的使用要求。 轮强度验算 （ 1） 传动 强度计算所用公式同定轴线齿轮传动，但确定 6010001111 601 0 0 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 13 页 =度系数星齿轮传动图 67.0其他参数确定： 查行星齿轮传动表 6k ； 齿向 载荷分布系数 11 接触强度计算时： 11 式中： F 、 H 齿轮相对于行星架的圆周速度 大齿轮齿面硬度2 影响系数，按行星齿轮传动图 6 b 齿宽和行星轮数目对于圆柱直齿传动， 如果行星 架刚性好，行星轮对称布置或者行星轮采用调位轴承，则使太阳轮和行星轮的轴线偏斜可以忽略不计，b值可由行星齿轮传动图 6取，得b= 则： 间载荷分布系数 t a nt a nt a nt a 2211 aa 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 14 页 111 c o sa 3 c o s 112 c o sa 93 a r c c o s 则： 20t a a a a = =为是直齿轮传动，故总重合度 所以， 0 3 HF 点区域系数 查齿轮传动设计手册图 2 z 弹性系数 120600021121 z、z、 z 计算接触强度 的重合度系数 8 9 z 计算接触强度 的螺旋角系数 10c o sc o s 008 届本科生毕业设计 第 15 页 计算 接触强度的寿命系数 1度 的尺寸系数 1最小安全系数 取 1 润滑剂系数 粗糙度系数 速度系数齿面工作硬化系数传动接触强度验算： 计算齿面接触应力 H ,由行星齿轮传动式 666 0 0 2 按式 6Hp m i nl i m 校核齿面接触应力的强度条件： 则： 2l i m H计算结果， 接触强度通过。 用 20质后渗碳淬火，安全可靠。 传动弯曲强度计算： 根据 行星齿轮传动式 66根应力为 ： 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 16 页 式中：齿形系数，由行星齿轮传动 图 6得： 1应力修正系数，由行星齿轮传动图 6 2Y 计算弯曲强度的重合度系数 Y 计算弯曲强度的螺旋角系数，因为是直齿轮，故取值为 1 则： 0 0111 F N/虑到行星轮轮齿受力可能出现不均匀性，齿根最大应力 ： 2m a x 由强度条件 可得： m a xm a x Y 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 17 页 即： 2m i nm a xl i m 51 S由表查得， 20碳淬火， 2 ，故 传动改用材质后，弯曲强度验算也通过。 （ 2） 传动 根据 传动的 H 来确定 传动的接触应力因为 传动为内啮合齿轮传动，故 以： HH c b 由 ，可得： m i nl i m c bH 2 42质 22l i m 0 0 ，则内齿轮用 42质材料，接触强度符合要求。 弯曲强度的验算只对内齿轮进行验 算，按行星齿轮传动式 66大小和 传动的外啮合一样，即： ， 2m a x 由强度条件 可得： 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 18 页 2 42质材料 22l i m 5 0 F ，所以 传动中的内齿轮弯曲强度符合要求。 （ 2）第二组行星轮： 通常取行星轮数目 3多会使载荷均衡困难，过少又发挥不了行星齿轮传动的优点，由于 以可不检验邻接条件。 各轮齿数按公式 进行配齿计算，计算根据 适当调整，使 C 等于整数，再求出aZ，使 。适当调整 1636.3 则： 22 n 解得： 552 95535822 5119(21)(21 222 数无公约数，及整数，且整数， n 由 13255321 1 92222 zz 机械设计手册 3图 2020 tc c ，虽然 1755m zz a，但为避免根切，改善齿轮副磨损情况以及提高中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 19 页 其承载能力，故采用高变位。由于实际的 4以取太阳轮负变位，行星轮和内齿轮正 变位。 高度变位时，啮合角 20 w，总变位系数 021 根据齿数比 轮传动设计手册图 2bc 步计算齿轮的主要参数 中心轮 a 和行星轮 c 均采用 20质、渗碳淬火，齿面硬度 5862 据 行 星 齿 轮 传 动 图 6图 6取2l i i m 0和 0 0 ，中心轮 ； 内齿 轮 b 采用 42调 质 硬度 217 259 据图取2l i i m ，加工精度 7级。 按弯曲强度的初算公式，计算齿轮的模数 m 为： 3l 取算式系数 查行星齿轮传动表 66综合系数 使用系数 K ； 取接触强度计算的行星轮间载荷分布不均匀系数 则计算弯曲强度的行星轮载荷分布不均匀系数 K 由齿轮传动设计手册图 2得齿形系数 行星齿轮传动表 6.0d，则齿轮模数 m 为： 2 m 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 20 页 为实现变速传动及制造简单， 仍 取齿轮模数 合参数计算 在两个啮合齿轮副 、 中，其标准中心距 a 为： 个齿轮副的标准中心距都相等。因此，该行星轮传动能满足非变位的同心条件。 何尺寸计算 按高变位齿轮传动的计算公式进行其几何尺寸的计算。 分度圆直径： 0554222 aa 8324222 cc bb 顶高： 齿根高： 008 届本科生毕业设计 第 21 页 齿高： 顶圆直径： 02222 82222 62222 根圆直径： 02222 配条件的验算 对于所设计的上述行星齿 轮传动应满足如下的装配条件： 邻接条件 按行星齿轮传动公式 3： s 2 将已知的2得： 即满足邻接条件。 同心条件 按 行星齿轮传动表 3： co s 各齿轮副的啮合角为 20 20 且 55119国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 22 页 32代入上式，即得： o s 3211 920c o s 3255 则满足同心条件。 安装 条件 按行星齿轮传动公式 3得： 58311955 n 数） 所以，满足其安装条件。 动效率的计算 查机械设计手册图 ，可见，该行星传动的传动效率较高，可以满足工作方式的使用要求。 轮强度验算 （ 1） 传动 强度计算所用公式同定轴线齿轮传动，但确定 601 0 0 01121 601 0 0 02 2 =度系数星齿轮传动图 67.0其他参数确定： 查行星齿轮传动表 6k ； 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 23 页 齿向载荷分布系数 11 接触强度计算时： 11 式中： F 、 H 齿轮相对于行星架的圆周速度 大齿轮齿面硬度2 影响系数，按行星齿轮传动图 6 b 齿宽和行星轮数目对于圆柱直齿传动，如果行星架刚性好，行星轮对称布置或者行星轮采用调位轴承，则使太阳轮和行星轮的轴线偏斜可以忽略不计，b值可由行星齿轮传动图 6取，得b= 则： 间载荷分布系数 t a nt a nt a nt a 2211 aa 221 co 93 a r c c o s 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 24 页 222 c o sa r c c o s 则： 20t a a a a = =为是直齿轮传动，故总重合度 所以， HF 点区域系数 查齿轮传动设计手册图 2 z 弹性系数 120600021121 z、z、 z 计算接触强度的重合度系数 8 7 z 计算接 触强度的螺旋角系数 10c o sc o s 最小安全系数 取 1 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 25 页 润滑剂系数 粗糙度系数 速度系数面工作硬化系数传动接触强度验算： 计算齿面接触应力 H ,由行星齿轮传动式 666 0 0 2 2 按式 6Hp m i nl i m 校核齿面接触应力的强度条件： 则： 2l i m 971 H计算结果， 接触强度通过。用 20质后渗碳淬火，安全可靠。 传动弯曲强 度计算： 根据行星齿轮传动式 66 式中：齿形系数，由行星齿轮传动图 6得： 1国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 26 页 应力修正系数，由行星齿轮传动图 6 2Y 计算弯曲强度的重合度系数 Y 计算弯曲强度的螺旋角系数，因为是直齿轮，故取值为 1 则： 0 0211 20 00 2 322 F N/虑到行星轮轮齿受力可能出现不均匀性，齿根最大应力： 2m a x 由强度条件 可得： m a xm a x Y 即： 2m i nm a xl i m S由表查得， 20碳淬火， 2 ，故 传动改用材质后，弯曲强度验算也通过。 （ 2） 传动 根据 传动的 H 来确定 传动的接触应力因为 传动为中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 27 页 内啮合齿轮传动，故 以： HH c b 2 由 ，可得： m i nl i m c bH 53 422l i m 6 ，则内齿轮用 40触强度符合要求。 弯曲强度的验算只对内齿轮进行验算，按行星齿轮传动式 66大小和 传动的外啮合一样，即： 2 ， 2m a x 由强度条件 可得： 2 422l i m F ，所以 传动中的内齿轮弯曲强度符合要求。 速级计算 齿计算 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 28 页 通常取行星轮
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