矿用绞车开题报告.doc

本 科 毕 业 设 计 开 题 报 告题 目 矿用调度绞车的蜗轮蜗杆传动式减速器设计 学生姓名 所在院(系) 机械设计制造及其自动化 2013 年 3 月 5 日题 目矿用调度绞车的蜗轮蜗杆传动式减速器设计一、选题的目的及研究意义1、选题的目的1）我国是一个煤炭生产大国，也是煤炭消耗大国，煤炭资源占极其重要的地位。矿用绞车作为煤矿机械的一种，主要用于煤矿提升、下放物料等，所以其市场需求量与国家对煤炭的需求量有紧密关系。2）就国际煤炭机械来说，国际调度绞车市场，欧美等发达国家侧重于使用数字化、智能化的高附加值产品，如德产的“机电一体化”内装式绞车，这类产品有调度绞车纹牢设计与优化设计性能较好，操作简洁，但价格昂贵，使用的厂家很少。我国八十年代为解决井下调度绞车防爆难题，生产了一种液压调度绞车，为解决钢绳的压绳问题，生产了各种排绳器。为实现最大的经济效益，如何生产一种安全稳定性能好，可靠度高，防爆性能好，操作方便，功耗少的调度绞车成为各煤机生产厂商的共识。在这种情况下，应用凸轮排绳机构解决压绳问题，应用行星减速器减小绞车尺寸等，这些技术应用有很大的可行性。3）矿井调度绞车包括机械设备及拖动控制系统，是联系地下和地上的重要途径，其性能好坏直接关系到矿山的生产效率和安全性及可靠性，它的安全、可靠运行是整个矿井正常生产的必要条件，一旦发生故障，所造成的经济损失是巨大的。2、研究意义为实现最大的经济效益，如何生产一种安全稳定性能好，可靠度高，防爆性能好，操作方便，功耗少的调度绞车成为各煤机生产厂商的共识。在这种情况下，应用凸轮排绳机构解决压绳问题，应用蜗轮蜗杆减速器减小绞车尺寸等，这些技术应用有很大的可行性。矿井调度绞车包括机械设备及拖动控制系统，是联系地下和地上的重要途径，其性能好坏直接关系到矿山的生产效率和安全性及可靠性，它的安全、可靠运行是整个矿井正常生产的必要条件，一旦发生故障，所造成的经济损失是巨大的。每次的测试结果表明大部分的绞车使用良好，但也存在一些带有普遍性的问题，在一定程度上制约了煤炭产量，增加了生产成本，同时也影响了煤矿的安全生产.对于国内提升机存在一些普遍问题如：1）提升设备完好率差，存在重大事故隐患。提升装置必须装设下列保险装置，即防过卷装置、限速装置、深度指示器失效保护装置等，并满足相应的技术要求，但有许多矿用绞车没有设置，违反了相应规定。2）制动装置可靠性差。制动装置是提升绞车的重要组成部分，根据设计安装要求，制动盘加工表面粗糙度应达到1.6，偏差越小越好，最大不应超过0.5mm，但有的矿用绞车安装质量差，滚筒端面凹凸不平，使滚筒在运转时，制动轮间歇摩擦闸瓦，从而造成电机电流波动大，电耗增加，并加速了闸瓦的磨损。还有的绞车松闸不彻底，有时还会因为某些干扰因素引起突然紧闸现象。这种现象会影响机械系统的使用寿命，并有可能造成断绳等事故。3）绞车实际运行质量较差、效率偏低。测试中发现大多数绞车均采用手动控制，加速、减速及低速爬行和停车休止时间相对偏长，使绞车提升能力下降，电机电耗增加。近年来，我国各生产厂家对结构、调速装置等进行了许多改进，并推出了许多更新换代的产品。随着计算机技术的飞速发展，计算机和PLC的运算速度加快、存贮能力加大、功能加强、体积减小，使煤矿机械的功能更强、性能更优、效率更高。虽然国外矿用调度绞车的研究比较先进，并能及时地将研究的成果运用到矿用调度绞车的实际生产中（如单绳缠绕式调度绞车和多绳摩擦调度绞车），但由于这样的调度绞车制作金属量消耗大、制造困难、成本昂贵，更重要的是直径50mm以上的钢绳只有几个发达国家可以制造，而且价格贵的惊人。 二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等1、有关矿用调度绞车的研究现状我国矿用小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。 矿用小绞车标准化方面，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年对上述两个标准都进行了修订，其标准方为JB965-83. JB1409-83. 国外矿用小绞车使用很普通，生产厂家也很多。苏联、日本、美国、瑞典等国都制造矿用小绞车。 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。例如回柱绞车的薄弱环节是球面蜗轮副传动，回柱绞车的主传动均采用了蜗轮副传动，这是因为蜗轮副传动比大，又具有自锁性，故其传动效率较低，一般只有0. 40.45，回柱绞车的总传动效率更低。回绳速度慢，所有的回柱纹车回绳速度和工作牵引速度相同.不论绞车用于回柱放顶，还是搬运设备，工作效率太低。随着采煤机械化的发展，综采设备的频繁搬迁，又由于回柱绞车搬运，工作时间长占用人工多，因此这类绞车均应设置快速回绳。 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。比如牵引力14000kgf这一档回柱绞车就有四种型号. JHC-14型一级减速为蜗轮副传动、二级为行星齿轮传动(少齿差传动)。JHZ-14型二级减速为蜗轮副传动，一级和三级减速为圆柱齿轮传动。JM-14型是在一级蜗轮副减速之后,其二级、三级减速为直齿圆柱齿轮传动。JH-14型是在一级蜗轮副减速之后，其二级减速为直齿圆柱齿轮传动，也是传动系统最简单的一种。 回柱绞车以电动使用最广，传动型式以球面蜗轮副居多，该机主要结构型式为电动机悬装在蜗轮副减速器的后部，蜗轮副减速器为第一级减速，第二级和第三级为圆柱齿轮传动，分别安装在机器的两侧对称机体的中心布置，该机呈长条形适应并下巷道的空间，体积小，底座呈雪橇形，安装搬运方便。2、有关矿用调度绞车的发展趋势纵观国外矿用小绞车的发展情况其发展趋势有以下几个特点。 (1)向标准化系列化方向发展，苏联月本、美国、德国、英国已有矿用小绞车国家标准.并且这些国家的各制造公司有自己的产品系列型谱。在这些国家标准和系列型谱中，对绞车的性能、参数做了明确的规定，并强力推行和实施，给设计和制造、使用、维护带来极大方便。 (2)向体积小、重量轻、结构紧凑方向发展。由于煤矿井下狭窄的工作环境要求绞车体积小、重量轻，各国都在力求将绞车的原动机、传动装置、工作滚筒、制动操作等部分及底座等主要部件综合在一个系统中加以统筹布局，充分利用空间提高紧凑程度，做好外形封闭。为此有的将传动部分置于滚筒内部，有的紧贴滚筒端部，有的将电机埋入滚筒内部，有的将底座支架减速器铸为一体。 (3)向高效节能方向发展。世界工业发达的国家如苏联、日本在纹车各种参数的设置上进行优化设计，选取最佳参数，最大限度提高产品功能。在传动机构上尽量采用较先进的传动型式，并采用合理的制造精度，以提高生产效率。在产品节能方面各国各公司都很重视。苏联和日本在绞车设计方面为节约电耗，对电机功率在全面分析绞车的实际工作情况的基础上确定。使电机的功率保证绞车的功能(牵引力、牵引速度)等，又能使电机功率得以充分利用。 (4)向寿命长、低噪音方向发展。寿命和噪音是衡量产品的综合性能指标，是产品质量的综合性反应。寿命长，经济效益才能高;噪音低,有利工人身心健康。 (5)向一机多能、通用化方向发展。矿用小绞车在使用过程中不仅做调度用，而且还做运输及其他辅助工作。使用范围扩大，要求绞车有比较强的适应能力。把调度、运输、辅助绞车归纳为一个标准。三种绞车结构相近，大同小异。即主机相近而制动操作部分则根据各自的使用条件有所区别。有的国家已经打破了行业界限，把各行业的卷扬机设备统归为卷扬机类。这样便于生产使用和维护。便于提高产品质量和社会经济效益。随着管理水平的提高，产品通用化程度也必然的不断提高，这是今后产品发展的必然趋势。 (6)向大功率方向发展。随着生产的发展，原来的产品越来越不能满足用户的要求。长期的生产实践的成功经验表明，调度绞车除调度矿车外，也用于运搬设备，又如回柱绞车除用于回柱放顶外，有时也用于运搬综采及各类机电设备时，运距一般较长，牵引和回绳用一种速度，且目前的回柱绞车牵引速度太慢，回绳速度更慢，因此解决上述问题的同时要加大绞车的功率，满足用户的要求。 (7)向外形简单、平滑、美观、大方方向发展。由于各国力求使产品的结构紧凑、体积小、重量轻、大都采用了机电合一的综合机构。外表只能看到滚简和制动操纵部分。整个绞车近似一个圆形，显得线条简单外形平滑，为了争夺市场，各国绞车在外形上巧妙的构思，使得产品造型美观，操作者感到舒适。3、有关矿用调度绞车的研究方法及应用领域 长期以来，传统的设计方法由于受到技术手段的限制，不得不放弃用直观感强的立体图来表达产品，而是遵循着一种工作量大、设计周期长的方式进行设计：三维构思-平面图形-三维产品，不仅使原本直观的立体抽象化了，而且耗费了大量的精力和时间。因为在这样一个抽象思维和想象的环境中，既不符合由形象思维到抽象思维的认知规律，又不利于培养空间想象能力和创新设计能力。而三维实体设计（实体造型）弥补了传统设计法的这种缺陷，在二维和三维空间中架起一座桥梁，让我们在三维空间中直接认知和感知三维实体，更加充分地发展和提高了设计师的空间想象能力及创新能力，为先进产品的开发提供了广阔而优越的设计平台。 本设计是应用以参数化为基础的CAD/CAE/CAM集成软件Pro/ENGINEER进行三维实体造型，来完成产品的零件、部件设计和整机的装配。其最大的优点在于大大减少了设计师的工作量，从而加速了机械设计的过程。另外，还可以对产品进行优化，使其结构更加合理，性能更加良好。三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明1、将要解决的主要问题 （1）了解电动式矿用调度绞车的基本工作原理及主要组成部分； （2）选择研究方案，进行理论计算； （3）完成电动式矿用调度绞车的结构设计； （4）计算机绘制电动式矿用调度绞车部件装配图1张，零件图若干张； （5）完成设计说明书一份。 2、解决问题的思路与方法（1）查找相关英文设计资料1-2篇，并英译汉1篇； （2）了解矿用调度绞车的相关知识，查阅国内外有关相关资料，了解目前现状及发展趋势； （3）弄清矿用调度绞车的重要作用及工作条件、受力状况等； （4）弄清矿用调度绞车工作原理； （5）确定研究方案，写出开题报告。3、 拟采用的研究方法 1）研究方法：调研、查阅资料，请教老师同学。确定总体研究方案，分为整体结构、强度校核部件设计等部分进行局部研究，最终完成总体设计。2）技术路线：搞清工作原理和结构形式、用途及要解决的问题，分别找出已有的资料和技术信息，利用所学过的机械设计、机械原理方面的知识械重新认识和分析，进行整体方案设计、结构设计和零部件设计的优化设计。最终完成绞车的设计。3）实验方案及可行性分析：设计完成，参数确定，整体装配完成后，利用pro-E、UG等相关软件模拟仿真或性能分析，以检验本设计的可行性及精度等。四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明1王绍定.矿用小绞车M.北京：煤炭工业出版社，1981. 2程居山.矿山机械M.徐州：中国矿业大学出版社，2005.8. 3王洪欣，李木，刘秉忠.机械设计工程学M.徐州：中国矿业大学出版社，2001. 4唐大放，冯晓宁，杨现卿.机械设计工程学M.徐州：中国矿业大学出版社，2001.5成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，2002. 6寿楠椿.弹性薄板夸曲M.北京：高等教育出版社，1987. 7刘鸿文