液压绞车设计

中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 1 1 绪 论 1 11 1 课题背景课题背景 1 1 11 1 1 研究目的和意义研究目的和意义 总采工作面设备搬迁包括 采煤机 工作面刮板输送机 液压支架 转载机以及一些其他辅助设备的搬迁 其中液压支架的搬迁量占到总搬迁 量的到 所以液压支架的搬迁效率直接影响综采工作面的工作效 70 75 率 本设计的液压绞车主要是为了提高液压支架搬迁效率 与传统煤矿井 下电动绞车相比较液压绞车有着自己独特的优点 1 1 动力源由液压代替了电动 减少了电气设备可能带来的危险 2 可以通过液压马达自身实现高低速度调速 在带动负载时液压马达 低速 没有负载时液压马达高速 这样可以提高钢丝绳的利用率 3 液压绞车管路采用了大量快换接头 通过高压橡胶管联接 乳化液 泵站可以采用液压支架的泵站 加强了绞车的可移动性 而且随着液压技术的迅速发展 液压传动已经在各种各样的机械上得 到了广泛的应用 代替许多的机械结构 液压传动具有很多优点 1 易于获得很大的力和力矩 使液压传动成为最省力的有效手段 2 可以实现无级调速和稳定的低速运转性能 而且能获得很大的调速 比 还容易获得极低的运转速度 使整个系统简化 3 能容量大 用较小的重量和尺寸的液压件就可以传递较大的功率使 机械结构紧凑 体积小重量轻 矿用防暴绞车由于受井下空间尺寸的限制 就 要求体积小 同时液压系统的惯性小 起动快 工作平稳 易于实现快速 而无冲击的变速与换向 4 易于获得更复杂的机械动作 以直接驱动工作装置 5 动力传递方便 6 易于实现安全保护 能只动防止过载 满足绞车安全工作的要求 7 液压元件能自行润滑 延长使用寿命 8 液压元件易于实现标准化 系列化 通用化 采用专用液压绞车进行液压支架的搬迁可以加快搬迁速度 提高液压 支架使用效率以及综采面生产效率 实现恒力控制和离机操作 对井下工 作人员在搬迁液压支架时的安全起到非常大的保障 1 1 21 1 2 国内外的发展现状国内外的发展现状 世纪年代后期 日本 美国又开始推广应用液压 机械传动绞车 20 其优点是高速小扭矩液压马达具有制造容易 质量稳定 寿命长 传动效 率高 噪音低 体积小等 日本三井三池制作所引进西德盖特拉马齐克公 司和法国西克马菲尔公司的高速液压马达 研制了卷简直径为的m2 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 2 型液压防爆绞车 高速液压马达经行星减速器传动卷12000522 S MHW 筒 用操作手柄改变变量泵斜盘的角度来实现无级调速 主电机采用鼠笼 式电机 比绕线式电机的结构简单 价格便宜 坚固耐用及效率较高 而 且无滑环 运行时不产生火花 电控系统易实现防爆 钢丝绳直径为 容绳量为 最大静张力为时提升速度为 静张mm522 m1100kN40m s33 力为时最大提升速度为 主电机功率 由于液压 机械kN33m s4kW160 传动绞车的优点很多 在国外应用广泛并逐步向大型化发展 2 2005 年国内直径最大的液压防爆绞车在河南省洛阳中信重机公司试车 成功 并顺利发往内蒙古大雁煤业公司 这台液压防爆绞车直径达 宽m3 度 最大静张力为 最大容绳量 最大提升速度为 m52 kN120m1767m s4 具有良好的防爆性能 稳定的无极调速性能和低速运转性能 节能效果明 显 由于其配置科学合理 结构紧凑 体积小 可大大节约硐室基建成本 又由于其具有性能参数高 安全可靠 操作简便易学 寿命长 综合运行 成本低等优势 在井下的斜坡上 这台绞车一次可提升的煤炭 其 30t24 直径和提升力均称得上是国内之最矿井防爆绞车按其拖动方式可分为电动 防爆和液压防爆两大类 国外由于电器技术水平较高 井下工程机械化程 度高 一般巷道和硐室较大 设备安装方便 较早的开始推广应用电动防 爆绞车 主要是绕线型电机转子外接电子调速 其缺点为发热严重 占地 面积大 电控系统复杂 成本高 调整性差 随着液压技术的不断发展 轴向柱塞式和径向柱塞式液压马达系列产品推出 并逐渐用于井下提升设 备和研制液压防爆绞车 液压防爆绞车具有结构紧凑 造价便宜 起动平 稳 调速方便 过载保护等优点 特别是采用鼠笼式电机拖动 使电控系 统简单 实现了防爆要求 在国外 液压防爆绞车根据结构形式可分为两 大类 一类是采用低速大扭矩柱塞液压马达直接拖动绞车卷筒的全液压传 动式 另一类是采用高速小扭矩柱塞液压马达经减速器再拖动绞车卷筒的 液压 机械传动式 电动防暴绞车包括调度绞车和回柱绞车等 调度绞车是供井下回采工 作面和掘进工作面装载站 调度编组矿车及中间巷道拖运矿车 也可用于 短距离运送材料 井下广泛使用 回柱绞车主要用于回采工作面中的回柱 放顶 也可用来拖运重物和调度车辆 3 4 大约在 60 年代中期 研制出防暴液压绞车在煤矿井下使用 英国是最早 研制液压绞车的国家之一 60 年代就有液压绞车问世 彼克诺斯公司研制了 一种适用矿井用的轻便液压绞车 结构紧凑 井下运输很方便 其型号为 215090020 H215090030 H216590020 H 电机功率为或 采用传力式液压马达047004390030 HkW15kW322 和斜盘式双向变量轴向柱塞泵 具有恒功率控制装置 工作介质可用 号阻燃液 4060 日本三井三池制作所制造出第一台防暴液压绞车 以后反复进行了多 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 3 种设计和改 生产有和等几种型号的防暴液压绞车 具有手动和半自4075 动两种运转方式 液压控制方式与电动控制方式进行比较 液压控制方式 能任意选择所需要的速度 操作简单 能任意调整加减速度 易于防暴结 构 电器控制系统复杂 维修麻烦 苏联 波兰 德国等国家研制和采用液压安全绞车作为倾斜煤层的采 煤机的防滑 同步牵引设备 这些国家还矿泛采用液压无极绳绞车牵引井 下运输用的卡轨车和单轨吊 日本三井三池制作所研制的小型液压绞车系 列 主要用于煤矿井下作辅助运输 功率有 及三档 kW22kW37kW48 其采用高速轴向柱塞式液压马达通过安装在滚筒内部的行星齿轮减速箱拖 动绞车运转 因而结构紧凑 体积小 5 我国煤矿井下防暴液压绞车的研制和应用比欧美 日本大约晚年 10 在煤与沼气突出的矿井都要使用防暴型电器设备 由湖南省煤炭科学研究 所和湖南省煤矿专业机械厂共同研制型防暴液压绞车和11200 BYT 型防暴液压绞车 并随同研制了型防暴绞车 国内其61 BYT 16ENIM 它厂家也进行了液压绞车的研制工作 淮南煤机厂研制了型防YJT1200 暴液压绞车 它采用高速液压马达通过行星减速箱驱动滚筒 洛阳矿山机 械研究所研制采用高速马达驱动的防暴液压绞车 液压绞车是利用液压马达直接或通过减速箱拖动滚筒的一种绞车 防 暴液压绞车是在一般液压绞车的基础上配上防暴电气设备并在结构上满足 煤矿井下使用 具有良好运转特性 在低速运转 起动和制动时比电控绞 车效率高且操作简单 体积小 重量 安全效率高 一般均由机械部分 液压传动部分 电气部分组成 主要用于 船舶 港口 建筑 矿山和林 业 液压控制方式能任意选择所需要的速度 操作简单能任意调整加减速 度 易于设计防暴结构 保养维护容易 1 21 2 液压绞车的工作原理和用途液压绞车的工作原理和用途 液压绞车是利用防爆电动机 1 带动乳化液泵 2 然后乳化液泵带动变量 液压马达 3 液压马达将动力通过减速器拖动滚筒转动 绞车的正反转和高 低转速改变依靠马达自身调节完成 原理图 1 1 1 电动机 2 主油泵 3 液压马达 4 减速箱 5 绞车滚筒 图 1 1 绞车工作原理图 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 4 液压绞车用途 主要用于井下综采工作面液压支架以及其它井下设备 的安装和拆除 1 3 液压绞车的特点及分类液压绞车的特点及分类 1 3 11 3 1 液压绞车的特点 液压绞车的特点 绞车采用液压传动 减少了产生电气火花的元件 使用鼠笼电动机 使电器控制简单 容易做成防暴型 所以采用液压绞车是解决煤矿井下绞 车全防暴问题的有效途径 由于用管道传递压力油 所以液压元件和各种 机械装置都容易布局 各个元件的安装可以随意放在任何适当的位置 因 此便于液压绞车进行远距离操作 1 3 2 液压绞车的分类 1 按传动方式分 1 全液压传动的液压绞车 2 液压机械传动的液压绞车 2 按操作方式分 1 手动操纵方式的液压绞车 2 远距离液控操纵方式的液压绞车 3 远距离机械操纵方式的液压绞车 4 自动化或半自动化操纵的液压绞车 3 按滚筒数量和结构分 1 单滚筒液压绞车 2 双滚筒液压绞车 3 摩擦轮式液压绞车 4 按油泵的数量分 1 单泵驱动的液压绞车 2 双泵驱动的液压绞车 3 多泵驱动的液压绞车 5 按马达的数量分 1 单液压马达拖动的液压绞车 2 双液压马达拖动的液压绞车 3 多液压马达拖动的液压绞车 6 按驱动液压马达的形式分 1 低速大扭矩轴转径向柱塞式内曲线液压马达驱动的液压绞车 2 低速大扭矩壳转径向柱塞式内曲线液压马达驱动的液压绞车 3 低速大扭矩曲轴连杆式径向柱塞式内曲线液压马达驱动的液压绞 车 4 低速大扭矩静力平衡式径向柱塞式内曲线液压马达驱动的液压绞 车 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 5 5 高速轴向柱塞斜盘式液压马达驱动的液压绞车 6 高速轴向柱塞斜轴式液压马达驱动的液压绞车 7 中速中扭矩摆线式液压马达驱动的液压绞车 7 按液压泵站布置方式 1 泵与绞车主体组装在一起的液压绞车 2 泵站与主体分开装设的液压绞车 3 泵站布置在隔开的硐室内的液压绞车 8 按矿山液压绞车的功能分 1 提升人员及物料用液压绞车 2 运输物料货载用液压绞车 3 牵引矿车 卡轨车和单轨吊用的摩擦轮式液压绞车 4 倾斜煤层工作面采煤机防滑用液压安全绞车 9 按液压绞车的用途分 1 矿山用液压绞车 2 建筑用液压绞车 3 船舶用液压绞车 4 冶金 林业等用液压绞车 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 6 第 2 章 液压绞车的总体设计 2 1 液压绞车总体布置设计 井下巷道狭窄 因此 绞车滚筒与液压马达沿着巷道一侧垂直煤壁布 置 乳化液箱 乳化液泵和电动机则沿同一侧平行煤壁布置 此布置有利 于绞车在井下工作并且能节省空间 如图 2 1 所示 123564 1 滚筒 2 液压马达 3 阀组 4 乳化液箱 5 乳化液泵 6 电动机 图 2 1 液压绞车布置图 2 2 液压管路的布置设计 液压绞车的油管主要采用无缝钢管 紫铜管和耐油橡胶软管三种形式 本设计主要采用高压橡胶软管能够吸收液压冲击和震动 管路布置时在满 足各个部件的联接的前提下尽可能的减少管路的长度 为了提高绞车灵活 性和快速性大量的采用了快换接头大大的提高了绞车的可移动性 管路布 置如上图 2 所示 2 3 减速器总体设计 减速器是原动机和工作机之间的独立闭式传动装置 用来降低转速和 增大扭矩 以满足工作需要 井下空间狭窄为使绞车体积减小 结构紧凑 其减速机构采用了两组内齿轮传动副和一组行星轮系 并将其装入滚筒体 内 马达轴半伸入滚筒端部 在绞车内部各个转动处均采用滚动轴承支承 使绞车运转灵活 6 滚筒由铸钢制成 其主要功用 在滚筒面上缠绕钢丝绳以牵引负荷 在滚筒的制动盘上安装液压盘闸 用来操纵绞车的运行或停止 减速器结构如图 2 2 所示 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 7 A B C D A C D 77K6 162h7 117k6 178H6 98K6 111H6 76K6 77H6 35K6 B 图 2 2 减速器结构 2 4 液压盘闸的总体设计 液压盘型制动闸用螺栓固定在支座上 它的工作原理是用油压松闸 弹簧力制动 当制动时 在蝶形弹簧的作用下 迫使活塞向前移动 通过 调整螺钉 活塞杆将滑套推出 使制动块与滚筒上的制动盘接触 产生制 动 7 当油缸内充入压力油后 压力油推动活塞向后移动 压缩蝶形弹簧 并通过调整螺钉带动活塞杆向后移动 此时在两个弹簧的作用下 通过螺 钉使制动块也向后移动 离开制动盘实现松闸 转动放气螺栓 可排除油 缸中存留的气体 以保证制动闸能灵敏的工作 盘型闸有时可能有微量的 内泄 此内泄可起到滑套与支座间的润滑作用 但长时间可能存油过多 因此应定期从放油螺栓处放油 8 如图 2 3 所示 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 8 图 2 3 液压盘闸结构 2 5 乳化液泵站的选择 表 2 1 泵站主要参数 乳化液泵乳化液箱电动机 公称压力MPa16功率kW37 公称流量L min80容积L640转速r min1480 乳化液泵站由乳化液泵和乳化液箱组成 主要为综合机械化采煤工作 面 液压支架 普采工作面单体液压支柱和其他以液压为动力的机械提供动力 源 由设计参数泵站压力和泵站流量 选择乳化MPa20 PL min80 Q 液泵的型号 乳化液箱的型号 组成乳化液泵2080 BRW640 RX 站 与之相配套的电动机为三相交流卧室防爆电动机型号 9 30 DYB 乳化液泵站的主要参数 如表 2 1 2 6 钢丝绳的直径选择和容绳量验算 2 6 1 钢丝绳直径选择 根据与常见煤矿井下绞车滚筒直径比较 取本设计滚筒直径 滚筒宽度 滚筒深钢丝绳绳速mm360 Dmm400 Bmm140 h 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 9 容绳长度 液压支架与底板的摩擦系数为 m s125 0 m200 L6 0 液压支架重量为 t20 m N1176008910002060 mgF 式中 钢丝绳牵引力 FN 取钢丝绳的抗拉强度 在满足拉力并留有少量拉力 2 N mm1520 B 余量的情况下尽量减小钢丝绳的直径 查钢丝绳规格表 特 镀锌 右交叉捻 其技术特征为 钢丝绳直径5151520196 绳中最粗钢丝直径 钢丝绳全部钢丝断裂力总和mm5 15 1 Dmm0 1 每米重 N368500 d QN m475 8 p 2 6 2 容绳量的验算 mm 4 113036014 3 Dl 式中 滚筒一圈的容绳量 lmm 取整 4 26 5 15 400 1 D B n26 n 式中 滚筒容绳圈数n mm2939026 4 1130 1 nll 式中 钢丝绳一次缠满滚筒的长度 1 lmm 取整8 6 29390 200000 1 2 l L n7 2 n 式中 钢丝绳缠绕圈数 2 n 滚筒容绳量满足要求 mm140mm 5 1087 5 15 2 7 液压马达的选择 2 D FM mN14112 2 36 0 117600 式中 滚筒负载力矩 MmN 钢丝绳牵引力 FN 60 2 rn 式中 绞车滚筒的转速nr min r min6 6 18 0 14 3 2 125 0 60 2 60 r n 煤矿液压马达一般转数在r min500 2 1 M 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 10 75 75 3 0 6 6 500 2 1 n M i 根据与常见煤矿井下绞车减速比比较 取41 i mN 1 344 41 14112 2 2 i M M 式中 液压马达输出扭矩 2 MmN 1 nin r min62704166 式中 液压马达转数 1 nr min 液压马达理论排量 Mm P M q 2 8 62 ml r 7 113 95 0 200 1 344 8 62 式中 系统工作压力 PPa 液压马达的机械效率 查机械设计手册取 Mm 95 0 Mm 液压绞车实际牵引力 N174111 2 360 41940 2 1 D Ti F 式中 液压马达转矩 TmN 总减速比i 液压绞车滚筒直径 Dm 由于乳化液泵站的工作压力为 所以选择的液压马达额定压力MPa20 最小为并且由以上计算查 机械设计手册 第四卷 选取液压马达MP20 型号为 630322 QJM 该型马达具有重量轻 体积小 调速范围大 可有级变量 工作可靠 寿命长等一系列优点 目前已应用于矿山工程 起重运输 冶金重型 船 舶 机床 轻工注塑 地质探勘等部门 型液压马达结构上主要特点 该型马达的滚动体用一只钢球代QJM 替了一般内曲线液压马达所用的两只以上滚轮和横梁 因而结构简单工作 可靠 体积重量显著减少 运动付惯量小 钢球结实可靠 故该型马达可 以在较高转速和冲击负载下连续工作 摩擦付小 配油轴与转子内力平衡 活塞付具有静压力平衡和良好润滑条件 并采用软行塑料活塞密封高压油 因而具有较高的机械效率和容积效率 该型马达具有二级和三级变量排量 因而具有较大的调速范围 机构简单 拆修方便 对油清洁度无特殊要求 油的过滤精度可按配套泵的要求选定 该系列标准型液压马达的出轴一般 只允许承受扭矩 不能承受径向和轴外向力 型液压马达的出轴ZQJM 可承受径向和轴外向力 型马达 中心具有通孔 转动轴可以穿TQJM 过液压马达 具体型号以及参数 排量 输出转矩 排ml r664m N1880 量 输出转矩 额定压力 尖峰时压力ml r318m N940MPa20 P 功率 MP531 P W819 k P 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 11 第 3 章 液压绞车的结构设计计算 3 1 减速器的设计计算减速器的设计计算 减速器传动方式 本设计的减速器采用二级内齿轮传动和一级行星 齿轮传动 3 1 13 1 1 内齿轮的设计计算内齿轮的设计计算 1 基本参数的确定 1 按传动方案 选用内齿圆柱齿轮传动 2 减速器为一般机械 故选用 7 级精度 GB10095 88 3 材料选择 选择小齿轮材料为 40Cr 调质 硬度为 280HBS 大齿 轮材料为 45 钢 调质 硬度为 240HBS 二者材料硬度差为 40HBS 4 选小齿轮齿数 z 17 大齿轮齿数 z 121 uz913717232 2 按齿面接触强度设计 确定公式内的各计算数值 由设计计算公式进行试算 即 3 3 2 1 1 1 32 2 H E Z d u uKT d 1 式中 载荷系数 K 接触疲劳强度极限 H 材料的弹性影响系数 E Z 齿宽系数 d 1 试选载荷系数3 1 t k 2 计算小齿轮 3 n P T 5 1 10595 2 由式 3 2 得 6270 81910595 5 1 T mmN1096 6 3 选取齿宽系数 1 d 4 查得材料的弹性影响系数MPa1 2 8 189 E Z 5 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPa 600 lim lH 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 12 大齿轮的接触强度极限MPa 550 lim lH 6 查得接触疲劳寿命 90 0 1 HN k95 0 2 HN k 7 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1 安全系数 S 1 S K HHN H lim 3 3 由式 3 3 得 6009 0 1 H MP540 55095 0 2 H MP5522 3 计算 1 试算小齿轮分度圆直径 代入中较小的值 由式 3 3 得 3 2 5 1 5522 8189 22 23 1 109631 322 d mm8854 2 计算圆周速度 3 100060 11 nd v 4 由式 3 4 得 m s770 100060 62708854143 v 3 计算载荷系数 根据m s 7 级精度 查得动载荷系数 770 v 1 v K 直齿轮 假设 查得 N mm100 b FK tA 2 1 FH KK 查得使用系数 1 A K 小齿轮相对支承非对称布置时 31 885410230116011801 102306011801 322 322 b K ddH 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 13 故载荷系数 561 312111 KKKKK FHvA 4 按实际是载荷系数校正所算得的分度圆直径 3 3 11 t t K K dd 5 由式 3 5 得 3 1 31 561 8854 d mm3258 5 计算模数m mm43 3 17 32 58 1 1 z d m 4 按齿根弯曲强度设计 齿轮弯曲强度的设计公式为 F SaFa d n YY z KT m 3 2 1 1 2 3 6 式中 齿轮模数 n m 载荷系数 K 齿宽系数 d 校正系数 Sa Y 尺形系数 Fa Y 1 确定公式内的各计算数值 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲强度MPa500 1 FE 极限 MPa380 2 FE 弯曲疲劳寿命系数 85 0 1 FN K88 0 2 FN K 2 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S 1 4 3 7 S K FEFN F 由式 3 7 得 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 14 MPa57 303 4 1 50085 0 1 F MPa86238 41 380880 2 F 3 计算载荷系数 K 5121 2612111 KKKKK FFvA 4 查取齿形系数 查得 652 1 YFa 2262 2 YFa 5 查取应力校正系数 查得 581 1 YSa 7641 2 YSa 6 计算大 小齿轮的并加以比较 F SaFaY Y 011720 57303 521972 1 11 YY F SaFa 014470 86238 711312 2 22 YY F SaFa 大齿轮的数值大 7 设计计算 由式 3 6 得 3 2 5 014470 201 109651212 mn mm1582 对比计算结果 由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿面弯曲疲 强 度计算的模数 由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载 能力 而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力 仅与齿轮直径 即模数与 齿轮的乘积 有关 可取由弯曲强度算得是模数并就近圆整为标准值 按 接触强度算得的分度圆直径 算出小齿轮齿数 这样设计出的齿轮传动 即满足的齿面接触疲劳强度 又满足的齿根 弯曲疲劳强度 并做到结构紧凑 避免浪费 5 几何尺寸计算 1 计算分度圆直径和中心距 mm57319d 11 mz 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 15 mm126342d 22 mz 中心距 mm591 2 12657 2 21 dd a 齿宽 b d 1 dmm57571 取 mm mm57 2 B62 1 B 2 验算 mm82329 57 109622 5 1 1 d T Ft 57 823291 b FK tA N mm87 40N mm100 所以设计的齿轮合适 第 2 级圆柱齿轮传动计算过程同理第一级 19 3 Z42 4 Z 3 1 2 行星减速计算 1 配齿计算 1 初选 4 291 查机械设计手册表 17 2 1 取 Cs 2 按配齿公式计 b aH i 算 c C Zi s A b aH 103 2 291 4 A Z 48 A Z 158482103 ASB ZcCZ C Z 5548 2 1582 ZZ BA 采用不等角变位 可取55 C Z 根据机械设计手册查得配齿计算公式 3 5548158 2 1 2 1 zz z ab c 8 3 1 4855 55158 ca cb zz zz j 9 手册图 17 2 3 可查得适用的预计啮合角 ac 30200 2 按接触强度初算传动的中心距和模数 1 中心距的计算 中心轮输入转矩 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 16 3 mN940 T 10 根据中心距计算公式 3 3 2 lim 1 483 u KT ua Ha a 11 式中 齿宽比 u14581 48 55 u 按接触强度使用的综合系数 K3 K 太阳轮单个齿传递的扭矩 a T mN 5 54015 1 2 940 pa K n T T 齿宽系数 a 50 a 由式 3 11 得 mm15455403 114581483 3 2 a 模数 取 m92 5548 15422 zz a ca 3 m 2 传动的未变位时的中心距 3 mm5154 5548 2 3 2 zz m a caac 12 按预取啮合角 可得传动中心距变动系数 3022 ac a 806101 3022 20 5548 2 1 1 2 1 cos cos cos cos ZZ ac caac 3 13 则中心距mm 9 15638061 0 5 154 m acac 取实际中心距 圆整 mm157 3 计算传动的实际中心距变动系数和啮合角 ac ac 83330 3 5154157 m aa ac ac 957020 5154 157 cos coscos ac ac 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 17 所以 14722 ac 4 计算传动的变位系数 0571 727940 0149040022380 5548 2 tan invinv ZZx ac caac 用机械手册图 13 1 4 校核 在许用区内 可用 ac x ac x 用机械设计手册图 13 1 4 分配变位系数 得 8370 xA 22083700571 xxx aacC 3 几何尺寸计算 1 计算各个齿轮分度圆直径 中心轮分度圆直径 mm144483 aa mzd 内齿轮分度圆直径mm4741583 bb mzd 行星轮分度圆直径mm165553 cc mzd 4 太阳轮齿面接触强度校核 查机械手册校核用参数如下 00 1 B Z11 2 H Z1cos Z25 1 A K1 1 V K 113 1 H K1 1 H K 2 lim 1500mmN H 883 0 NT Z 85 0 RVL ZZZ1 W Z1 X Z9640 3 4 Z a 接触应力基本值 3 u u bd F ZZZZ A t EHH 1 0 14 式中 节点区域系数 H Z 弹性系数 E Z 重合度系数 Z 螺旋角系数 Z 端面内分度圆上的名义切向力 t FN 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 18 由式 5 24 161 1161 45468 17435 196408189112 0 H 2 N mm61143 齿面接触应力 3 HHVAHOBHA KKKKZ 15 式中 齿轮单对齿啮合系数 B Z 使用系数 A K 动载系数 V K 接触强度计算的齿向载荷分布系数 H K 接触强度计算的齿间载荷分配系数 H K 由式 3 15 得 11113111251611431 HA 强度条件N mm2 N mm2可知齿面接触强度满71483 1500 HP 足要求 5 太阳轮齿根弯曲强度校核 查机械手册校核用参数如下 25 1 A K1 1 V K113 1 F K1 1 F K1 1 F Y 75 3 S Y1 Y1 Y0 1 ST Y1 NT Y0 1 relT Y 0 1 RrelT Y N mm2 05 1 X Y4 1 lim F S800 lim F 16 4 FS Y 齿根应力基本值 3 YY bm F FS t F 0 16 式中 复合齿形系数 FS Y 螺旋角系数 Y 由式 3 16 得 1164 4454 17435 0 F 2 N mm33333 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 19 齿根应力 3 FFVAFF KKKK 0 17 式中 使用系数 A K 动载系数 V K 弯曲强度计算的齿向载荷分布系数 F K 弯曲强度计算的齿间载荷分配系数 F K 由式 3 17 得 111131112513333 F 2 N mm6561 齿轮的弯曲极限应力 3 XRrelTrelTNTSTFFG YYYYY lim 18 式中 试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限 limF 试验齿轮的应力修正系数 ST Y 弯曲强度计算的寿命系数 NT Y 相对齿根圆角敏感系数 relT Y 相对齿根表面状况系数 RrelT Y 弯曲强度计算的尺寸系数 X Y 由式 3 18 得 05 1 1111800 FG 2 N mm840 许用齿根应力 3 minF FG FP S 19 式中 弯曲强度的最小安全系数取 limF S41 S limF 由式 3 19 得 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 20 2 600N mm 41 840 FP 强度条件N mm2 N mm2可知齿根弯曲强度也满1561 F 600 FP 足要求 6 行星轮齿面接触强度校核 计算方法同中心轮 齿面接触强度满足 行星轮齿根弯曲强度校核 查机械手册参数如下 25 1 A K1 1 V K113 1 F K1 1 F K1 1 F Y 75 3 S Y1 Y1 Y0 1 ST Y1 1 NT Y12 1 relT Y N mm2 12 1 RrelT Y08 1 X Y5 1 lim F S800 lim F 16 4 FS Y 由式 3 16 得齿根应力基本值N mm23333 0 F 由式 3 17 得齿根应力N mm21561 F 由式 3 18 得齿轮的弯曲极限应力N mm21192 FG 由式 3 19 得许用齿根应力N mm2 5 794 FP 强度条件N mm2N mm2可知齿根弯曲强度也1561 F 5 794 FP 满足要求 9 根据接触强度计算确定内齿轮材料 XWRVLN EHHHVA A t H ZZZZZZ ZZZZKKKK u u bd F 1 lim 2 600N mm 根据 选用CrMo 进行表面淬火和氮化 表面硬度达 limH 35 HRC55 52 即可 3 1 33 1 3 轴的设计轴的设计 以内啮合齿轮 轴为例进行轴的设计 如图 3 1 1 直径估算 轴材料用CrMo 调质处理 35 mm47 32122 419 3 n p dmin 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 21 2 轴的结构设计 如图 3 1 所示 图 3 1 轴结构 3 轴上的受力分析 本轴是传动轴 通过平键键与齿轮相联 不但起支撑作用 还受到弯 矩和扭矩作用 为确保使用安全和简化计算起见 设齿轮上的力传动到轴 上 对其进行受力分析计算和强度校核 轴传递的扭矩为 m2068N2 2940 2 T 齿轮的圆周力 3 2 2 2 2 d T Ft 20 由式 3 20 得 157 100020682 2 t F N26343 齿轮的径向力 N1299218262626343 22 tantanFF tr 不考虑效率损失 t F 22t F1118230202326343 tantan 水平方向 N18101118212992 22 rrx FFF 竖直方向 N241741118212992 22 tty FFF 4 轴的强度校核 1 弯曲强度校核计算 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 22 对轴进行抗弯强度校核 弯矩为对称循环的弯应力 弯曲应力幅为 3 WM Awd 21 式中w 抗弯断面系数 w125 7153332 3 d 由式 5 31 得 MPa2513 d 选取安全系数为 则需要弯曲应力为 5 2 k MPa10852270 1 K w 可知计算最大弯曲应力 即弯曲强度条件满足 ww 许用静应力MPa 那么 3即静强度条件也满足 60 1 1 w 另外 由于此轴的结构特点可知其刚度条件很易满足 刚度校核可省 略 5 其它轴校 同样方法对减速器的其它轴进行设计计算和校核 都满足要求 3 1 43 1 4 轴承选择 寿命计算轴承选择 寿命计算以及键的校核以及键的校核 轴的轴承布置如上图 3 1 所示 轴即承受径向载荷 也可同时承受轴向载荷根据轴的受力情况采用角 接触球轴承 1 轴承寿命的计算 选用角接触球轴承 kN170 r C r min32 n 3 PAfRP 22 由式 3 22 得 N25332 5 116888 P 轴承寿命为 3 P C n L r h 60 106 23 由式 3 23 得 3 10 6 25332 170000 3212260 10 Lh 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 23 4 10767 h 2 键的强度校核 齿轮与轴采用平键联接 键的两侧是工作面 工作时 靠键同键槽侧 面的挤压来传递转矩 平键联接具有结构简单 拆卸方便 对中性较好等 优点 其主要失效形式是工作面被压溃 因此 通常按工作面上的压力进 行条件性是强度校核计算 假定载荷在键的条件的工作面上均匀分布 普通平键联接的强度条件 为 3 pp kld T 3 102 24 式中 T 传递是转矩 k 键与轮毂键槽的接触高度 键的工作长度 l d 轴的直径 键 轴 轮毂三者中最弱材料的许用挤压压力 p 由式 3 24 得 476017 1020682 3 p 闸状态 N 0 盘型闸在制动盘上产生的制动力矩 取决于正压力 N 的数值 nRNM m 2 1 式中 制动力矩 1 MmN 盘形制动闸正压力 NN 闸瓦对制动盘的摩擦系数 一般 常由经验取 45 0 35 0 350 制动盘平均摩擦半径 m Rm 盘形制动闸副数n 同时 制动力矩应满足三倍静力矩的要求 所以 N 值可以由 1 M j M 下式确定 nRNM m 2 1 J M3 2 3 D FC 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 25 所以 unR DF N m C 4 3 N70875 43503204 1176003603 式中 D 液压绞车滚筒直径 m 液压绞车最大静张力差 C FN 松闸时作用在活塞上的液压力需要克服三部分力 1 F 1 碟形弹簧的预压缩力 其数值等于正压力 2 为保持必须的闸瓦间隙 使碟形弹簧压缩的反力 3 盘形制动闸个运动部分的阻力 作用在活塞上的液压力 C n KNF 1 1 N5779627087510 6 2 037070875 式中 正压力 NN 闸瓦与制动盘之间的最大间隙 取 mmmm2 组碟形弹簧的片数 1 n6 1 n 盘形制动闸各个运动部分的阻力 计算时取CN10 C 碟形弹簧的刚度 KN mm 在计算时 碟形弹簧的刚度可由碟形弹簧的尺寸求出 在弹簧变形较大时 2 3 40 d h K 037 0 10346 1 5 040 3 3 N mm 式中 碟形弹簧的厚度 hmm 碟形弹簧的外径 dmm 系数查 机械传动设计手册 的 346 1 3 2 23 2 2 盘形制动闸工作油压计算盘形制动闸工作油压计算 5 1 2 1 2 1 10 4 0 dD F PPa1073110 6117729143 57796240 65 22 式中 油缸直径 1 Dmm 活塞小端直径 1 dmm 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 26 3 3 液压管路设计计算液压管路设计计算 管道内径计算 1130 v q d 式中 通过管道内的流量 v q sm3 管内允许的流速对于吸油管 对于回油管 m s v2m s 1 取m s5251 v 2m s 进油管 1130 v q dmm920 2 001330 1130 回油管 1130 v q dmm920 2 001330 1130 圆整后查 机械设计手册 第四卷 选择管子外径为mm22 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 27 结结 论论 采用专用液压绞车进行液压支架的搬迁可以加快搬迁速度 提高液压 支架使用效率以及综采面生产效率 实现恒力控制和离机操作 动力源由液压代替了电动 减少了电气设备可能带来的危险 可以通过液压马达自身实现高低速度调速 在带动负载时液压马达低 速 没有负载时液压马达高速 这样可以提高钢丝绳的利用率 液压绞车由于用管道传递压力油 所以液压元件和各种机械装置都容 易布局 各个元件的安装可以随意放在任何适当的位置 因此便于液压绞 车进行远距离操作 加强了绞车的可移动性 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 28 致 谢 即将毕业了 在此 我感谢七台河函授站给我这个学习的机会 同时 更加感谢中国矿大的老师和领导 是你们使我进步 通过你们的教导 我 才能完成毕业设计 今后 我必将把所学知识应用到我工作的矿山去 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 29 参考文献 1 韩建华 晋民杰 浅谈液压防爆绞车的发展 J 太原科技 2006 5 8 2 刘岩 矿用小型液压调速 防爆 绞车 J 煤炭工程 2007 10 13 3 张兰俊 液压技术应用于防爆提升绞车 J 矿山机械 1999 23 25 4 肖高雄 液压安全绞车调速性能影响因素的探讨 J 矿业安全与环保 1998 8 12 5 吴辉海编 液压绞车 煤炭工业出版社 1989 16 19 6 JTB1 6 1 2P 泵控液压防爆绞车 J 机电新产品导报 1994 11 12 7 张利平编著 液压传动系统及设计 化学工业出版社 2005 8 13 8 贺建辉 潘迎庆等井下防爆绞车传动方案的分析 J 矿山机械 1999 8 10 9 郑奎 液压系统的故障分析和判断 J 黑河科技 2003 13 14 10 姚建刚 国产防爆绞车在选型设计中存在的问题 J 矿山机械 1997 8 11 张晓俊 穆临平 液压防爆提升机的速度控制系统分析 J 机械管理开发 2003 34 38 12 李文民 乔文存 李先英 液压防爆绞车传动方式分析 J 矿山机械 2000 33 35 13 李强 车载绞车滚筒的改进设计 J 化学工程师 2001 3 6 14 许晓林 赵涛 等绞车新型盘形闸 液压站系统 J 煤矿机械 1999 17 15 彭佑多 张永忠 刘德顺 郭迎福 陈艳屏 液压防爆提升机发展面临的问 题 J 煤矿机械 2001 23 26 16 张家鉴 陈享文 伊长德编 液压支架 煤炭工业出版社 1992 18 17 周士昌编 液压系统设计 机械工业出版社 2004 20 34 18 周英 杨崇阳等 综采工作面搬迁技术 煤炭工业出版社 1996 5 9 19 Goumas J 1995 Tri Villages of GreaterChicago Reduce I I with CIPP TrenchlessTechnology 4 3 20 Iseley T and M Najafi 1995 TrenchlessPipeline Rehabilitation Prepared for theNational Utility Contractors Association Arlington VA 21 Kramer S R And J C Thomson 1997 Trenchless Technology in the Year 2000and Beyond In Trenchless PipelineProjects Practical Applications ed LynnE Osborn New York ASCE 22 Fairfax County Department of PublicWorks Burke Virginia 1998 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 30 I Khan Director of Line Maintenance Division personal communication with ParsonsEngineering Science Inc 附录附录 1 1 在海洋深水中使用鼓牵引绞车的研究在海洋深水中使用鼓牵引绞车的研究 如同在海洋深水应用中定义的牵引绞车 系统的最重要成部分被设计 成向海底的缆绳提供重要牵引 通常牵引绞车系统随着倍数使用 缆绳和 滑轮也要成倍数的使用 虽然牵引绞车已经是在周围应用很多年 更早期 系统是为有在应用钢丝绳中绳索的使用而设计的 线位倾向于靠外的层变 为前一层 在鼓上绳索钢丝绳 使用一辆牵引绞车延长除了通过阻碍缆绳 的使用寿命的观念是通常未被认为事实上一些更早期牵引绞车系统获得很 高的声誉 在履行更复杂工具包裹和车辆中前进 在较大深处干预任务已经把较 大需求放在把他们和表面联系起来缆绳上 在这些应用中缆绳张紧将经常 抗断强度缆绳的和接近 50 更大最低限度转弯处直径一定是在整个系统 保持同时处理得到最好的表现和延长缆绳使用寿命的较大负担 需要使缆 绳的使用最优化 新缆绳的引入设计满足这些要求 已经结果是一曾经增 加对处理允许最适的缆绳使用和使缆绳强度增至最大的系统的挑战 1 0 牵引绞车系统优势 滑轮直径被当随之发生负担接近100 时 增加的缆绳的最低限度转弯 处直径决心抗断强度 大直径牵引绞车缆绳和滑轮被允许在一单一的层中 穿入孔和进一步避免被使缆绳受到不能接受转弯处直径 牵引绞车系统通 过允许缆绳在要求最低限度转弯处直径方面用一形成沟工作吸收高线拉负 担 单一一层影响是重要的什么时候由于多重层包装和在一辆在其中缆绳 靠它自己运转通常鼓绞车中高线拉力状况相比 在这个情况 缆绳意愿中 在超过点十字方面 被实际缆绳直径的能胜任那个 取决于转弯处直径 结果可能是的对缆绳的损坏 此外在高张紧下 缆绳可以随着绞车鼓上足 够穿透现存的缆绳应力也变得非常小 在单一的缆绳挖沟槽倍数的影响压 条繁殖和应用扭转力从给牵引提供动力 被联合起来吸收高线张紧 作为 缆绳出口低张紧船内的牵引滑轮 那时缆绳被在一辆在低线张紧下存储绞 车上多重层中储藏在一个最大造成在整个缆绳范围负担的从10到15 等于 大约范围中 当始终如一 低存储张紧也改进准确性和可重复性缆绳 两 者比较 在一辆通常鼓绞车上存储张紧作为对改变动态的牵引负担的反应 在缆绳层之间变动 图1 中中国国矿矿业业大大学学成成人人教教育育学学院院 2010 届届毕毕业业设设计计 论论文文 31 2 0运作理论 牵引绞车是一摩擦传动装置 保持一定足够的接触弧 在摩擦的适当 协同因素下 占用在