轮轨式移动提升机传动系统设计与上顶支脚部件设计说明.doc

. . . . .1绪论1.1引言矿井提升设备是矿井生产的主要设备之一，在矿井生产中占有重要的地位，是沟通井下生产与地表生产运输的纽带。矿井提升设备是一套复杂的机械-电气机组。所以，矿井提升设备是矿山生产中具有举足轻重作用的重要大型设备之一。矿井提升机的工作特点是在一定的距离内，以一定的速度往复运行。为保证提升工作高效率和安全可靠，提升机应具有良好的控制设备和完善的保护装置。提升机在工作中一旦发生机械或电气故障，就会严重地影响到正常的生产，甚至造成人身伤亡。所以熟悉提升机的性能、结构和动作原理，提高安装质量，合理使用设备加强设备维护，对于确保提升工作高效率和安全可靠，防止和杜绝故障及事故的发生，具有重大意义。提升设备耗电量巨大，在金属矿中，耗电量有时可以达到40%。因此，对其高效运转、提高效率以及节约能源必须予以高度重视。加之，大多数的矿井提升机一般没有备用设备，所以，矿井提升设备在矿井中占有十分显赫的地位，属于矿山的要害设备，由此可见，提升设备除了要对其精心设计、制造之外，提高安装质量，合理地的使用和维护设备，确保其安全可靠地运行，预防和杜绝事故的发生，具有十分重要的意义。本设计课题轮轨式提升机传动系统设计和上顶、支脚部件设计是一门实践性与综合性较强的设计,需综合运用到各门学科知识,本次设计将是我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到较好的训练的重要机会。能提高了我们独立思考、解决问题、创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。同时也为提升机的结构和使用提出自己的改进设计。随着我国经济的快速发展和对矿山资源需求的高速增长，对矿山生产技术提出了越来越高的要求。矿井提升机作为矿山进行生产活动的关键设备之一，其生产效率的提高和作业的平稳安全，无疑具有极其重大的影响。历经几十年发展，我国的矿井提升机技术取得了不少的进步，但与美国、德国等世界发达国家相比，依然存在着很大的差距。1.2提升设备的类型及工作原理我国把缠绕直径在2m以上的提升设备称之为提升机械；缠绕直径在2m以下（不包括2m）的称为绞车（尽管这两者的结构基本相同）。有的国家（例如德国），把最大提升速度大于4m/s的提升设备称之为提升机械；小于4m/s的称为绞车；这些说法，都从一个侧面或一定程度上说明了提升机械的功能和特征。提升机按工作原理的不同,可分为两大类,如下图所示。本课题所设计的移动式提升机的工作原理同于一般的单绳缠绕式提升机，单绳缠绕式提升机的工作原理如图1.1。1提升机 2提升机钢丝绳 3天轮 4提升容器 5井筒图1.1 单绳缠绕式移动提升机原理图简单地说就是用一根较粗的钢丝绳在卷筒上缠上和缠下来实现容器的提升和下放运动。图1.1所示为单绳缠绕式单卷筒提升机，卷简上固定两根钢丝绳，并应使每根钢丝绳在卷简上的缠绕方向相反。这样，当电动机经过减速器带动卷筒旋转时，两根钢丝绳便经过天轮在卷筒上缠上和缠下，从而使提升容器在井筒里上下运动。不难看出，单绳缠绕式提升机的一个根本特点和缺点是钢丝绳在卷筒上不断的缠上和缠下，这就要求卷筒必须具备一定的缠绕表面积，以便能容纳下根据井深或提升高度所确定的钢丝绳悬垂长度。单绳缠绕式提升机的规格性能、应用范围及机械结构等，都是由这一特点来确定的。它的最大提升高度和最大载荷等，受现有钢丝绳的承载能力和卷筒的容绳量的限制。一般而言，当钢丝绳直径大于60mm，钢丝强度超过1700MPa时，制造较困难。同时，也会使提升机械庞大。因此，一般载重量不超过20t，一层缠绕时的提升高度不超过600m。移动式提升机是在单绳缠绕式提升机的基础上发展而来的，它是将提升设备安装在一移动平台车架上而改装成。可由其他运输设备拖动，在矿井轨道上移动。移动式提升机又类似于汽车起重机，在工作时可放下支脚，驻锄，及上顶（用于支承矿井顶部）等辅助支承部件，在非工作状态下，可收起支脚，上顶，在其他设备帮助下移动到别处。这样做极大节省了矿井内，尤其是矿井口的有限空间，同时也可用一台提升机工作于多个矿井口。移动式提升机的主要单元可分为：电动机、减速器、制动器、卷筒、钢丝绳、车架等等。1.3矿井提升设备的分类及基本组成1.3.1矿井提升设备的分类1按用途分类（1）主井提升设备：专门用于提升矿石。（2）副井提升设备：专门用于提升矸石、升降人员、运送材料和设备等。2按提长机类型分类（1）缠绕式提升设备：单绳式和多绳式。（2）摩擦式提升设备：单绳式和多绳式。3按井筒斜角分类（1）竖井提升设备。（2）斜井提升设备。4按提升容器分类（1）罐笼提升设备。（2）箕斗提升设备。（3）矿车组提升设备（只用于斜井提升）。（4）吊桶提升设备（只用于竖井提升）。5按拖动装置分类（1）交流感应电动机拖动提升设备。（2）直流电动机拖动提升设备。6按提升系统的平衡分类（1）不平衡提升设备。（2）提升平衡设备。本课题所设计的移动式提升机的工作原理同于一般的单绳缠绕式提升机。1.3.2矿井提升设备的组成矿井提升设备主要由提升容器、提升钢丝绳、提升机、井架和天轮以及装卸载附属装置组成。1.4 提升机发展概况从提升机的结构和品种方面的发展来看，首先出现的是单绳缠绕式圆柱形单筒提升机。1876年德国人戈培利用摩擦原理，制造出单绳摩擦式提升机。这种提升机利用一根提升钢丝绳，绳的两端分别各联一个提升容器，而提升钢丝绳则挂在摩擦轮上，摩擦轮传动时，轮上的提升钢丝绳因摩擦力而随轮一起转动，使绳上的两个提升容器一个上升，一个下降。由于摩擦轮提升钢丝绳不缠绕在轮上，提升高度与摩擦轮尺寸无直接关系。所以摩擦提升机特别适合用于较深的矿井中。以后，随着矿井生产的发展和技术的进步，缠绕式卷筒提升机和摩擦轮式提升机又各有其不同的发展。缠绕式提升机由单筒发展到双筒，为适应提升距离增加和节省电能的需要，又发展了圆锥形、圆柱形圆锥型、双圆柱圆柱锥形及单筒可分离式卷筒提升机等不同结构形式。1938年又出现了多绳摩擦式矿井提升机，这不仅扩大了摩擦提升机的应用范围，而且使提升机的结构尺寸和提升能力大幅度提高，从而为采用大提升量容器创造了条件，并提高了安全可靠性。但这种提升机真正在世界各国推广使用还是在60年代后。目前多绳摩擦轮式提升机的绳数已达到14根，最大一次提升量达到65吨，最大直径一般达到9米，绳速达35m/s。随着世界采矿业的发展，开采深度不断提高。在南非的金矿开采中，一次提升高度已达2600m，这对于一般单绳缠绕式提升机来说是不能胜任的。即使采用多绳摩擦式提升 机，也出现过不少尾绳事故。后来又出现了适合超深井的双绳缠绕的布雷尔式提升机。20世纪70年代后，矿井提升机的类型和结构形式等都在日新月异地向前发展，目前，国外的提升机正向体积小、重量轻和自动化的方向发展，以适应深井和大产量的需要。2传动方案本课题的原始设计要求如下：提升重量： G=2500KG提升高度： H=210m提升速度： VQ=15m/min工作类型： 重级轨 距： L=600mm其中提升机主体部分，即减速器部分设计方案如下图所示：图2.1 减速器设计传动示意图减速器部分采取如此设计的优势就是减速部分位于卷筒内部，可以使整体布局较紧凑，且采用行星减速-定轴传动减速形式，用较少的零部件就可以实现大的减速比。缺点是对于减速器的制造和安装精度要求较高，无形中增加了生产成本。滑轮组设计方案如下图所示：图2.2 滑轮组布局图因本课题中提升重量为2500KG，较小，采用此方案即能满足给定条件要求，更能降低钢丝绳对于卷筒直径的要求。3钢丝绳设计计算3.1钢丝绳的特性及种类钢丝绳是广泛应用于起重机中的性构件。它具有承载能力大、卷绕性好，运动平稳无噪音、极少突然断裂、工作可靠等优点。提升机使用圆形截面的纲丝绳，绳股截面也多是圆形。1、按钢丝绳股内相邻层钢丝的接触状态，分为点接触、线接触和面接触（如图3.1所示）： ( a )点接触 ( b )线接触 ( c )面接触图3.1钢丝绳接触状态（1）、点接触（D型）钢丝绳（如图3.1(a)），股内各层钢丝互相交叉，呈点接触。单股钢丝绳在起重机中极少使用。多股钢丝绳过去应用较多，由于钢丝间接触应力大磨损快，现已逐渐被线接触钢丝绳取代。（2）、线接触（X型）钢丝绳（如图3.1（b）：股内各层钢丝在全长上平行捻制，呈线接触；在起重机中应用最广。线接触钢丝绳承载能力大，耐磨性好，使用寿命长，在相同使用条件下，比点接触（D型）钢丝绳寿命高50%100%。在起重机中，凡是绕过滑轮或绕入卷简的钢丝绳，都应选用线接触钢丝绳。（3）、面接触钢丝绳（如图3.1（c）：股内钢丝形状特殊，呈面接触。2、按钢丝绳捻绕次数，有单绕和双绕之分：由若干根圆形钢丝按螺旋状捻绕而成的单绕钢丝绳，刚性大，表面不光滑，在提升机上仅用作固定张紧绳(如图3.2(a)。用异形截面钢丝可以捻制成封闭绳(如图3.2(b)，绳的表面光滑，能承受横向裁荷，常用作缆式提升机和架空索道的承载绳。(a)张紧绳 (b)承载绳图3.2单绕钢丝绳(a)点接触（D型） (b)线接触（X-t，外粗型）(c)线接触（X-y，粗细型） (d)线接触（X-c,密集型）图3.3双绕钢丝绳双绕钢丝绳是先由钢丝绕成股，再由股绕成绳(如图3.3)。由于强度高，挠性好，在提升机和起重机上被广泛使用。双绕钢丝绳按外层股的捻绕方向分为右旋和左旋（如图3.4）；按绳股和股中纲丝的捻绕方向相同或相反而分为同向捻（钢丝与股的捻绕方向一致）和交互捻（钢丝与股的捻绕方向相反）。钢绳的捻向（左旋或右旋）只在使用无绳槽的光面卷筒时才需要考虑。此时应将钢丝绳的捻向与钢丝绳在卷筒上卷绕的螺旋形走向一致，以避免钢丝绳开绳松股（如图3.4）。 (a)右旋、同向捻 (b)左旋、交互捻图3.4 钢丝绳的捻绕方向同向捻钢丝绳挠性好，寿命长，但容易扭转打结和自行松散，适用于有刚性导轨和经常保持张紧的地方，如普通臂架的滑轮组变幅机构、牵引小车的牵引绳，此时，滑轮组卷筒也应具有半圆形绳槽。起升机构用的钢丝绳，以及在绳槽底部开有缺口或楔形绳槽滑轮上工作的钢丝绳，都宜使用交互捻钢丝绳。3、按绳芯的材料分有机芯、石棉纤维芯和金属芯三种。用浸透油脂的麻绳作有机芯，有利于防止钢丝绳锈蚀，减少钢丝的磨损，双绕钢丝绳一般采用有机芯。石棉纤维芯和全属芯钢丝绳适用于高温车间，金属芯钢丝绳能承受较大的横向挤压力，可在多层绕卷简上使用。4、按钢丝表面情况分有光面和镀锌钢丝绳两种。在室内或一般工作环境中大都使用光面钢丝绳。镀锌钢丝绳适于在潮湿环境或有酸性侵蚀的地方工作。5、按照钢丝绳自行扭转的程度分扭转松散钢丝绳(如钢丝绳端不捆扎，或将钢丝绳切断，绳中的股丝会自行松散)，轻微扭转钢丝绳(多层多股，相邻层股捻向相反，图3.5)和不扭转钢丝绳(在捻制钢丝绳之前，将钢丝预先成型，加工成在绳中的形态，钢丝内应力小，不扭转打结，挠性好，寿命长。较一般钢丝绳可提高寿命50)。在起升高度大、承载分支数少的场合(如港口门座起重机、高层建筑用塔式起重机)推荐使用轻微扭转或不扭转钢丝绳。(a)外粗式（即丙鲁型-X型） (b)粗细式（即瓦灵吞型-W型） (c)填充式（T型）图3.5 多股多层轻微扭转钢丝绳。3.2钢丝绳的选择钢丝绳的选择包括钢丝绳结构型式的选择和纲丝绳直径的确定。3.2.1钢丝绳结构型式的选择绕经滑轮和卷筒的机构工作钢丝绳应优先选用线接触钢丝绳。在腐蚀性环境中应采用镀锌钢丝绳。钢丝绳的性能和强度应满足机构正常工作的要求。一般情况下，单根的钢丝绳右捻或左捻在使用上并无区别，但由于穿绕双联滑车组时就要使用右捻，以使之正确的卷绕于同一卷筒上。同向捻的钢丝绳表面较平整，也较柔软，具有良好的抗弯曲疲劳性能，因此比价耐用。缺点是：断头绳股容易松开，绳头必须扎紧；悬吊重物时容易旋转，极易卷曲扭结，故在吊装中不宜采用。交互捻钢丝绳与同向捻的相反，虽耐用程度较差，但是使用方便。一般用粗丝捻制的要求耐磨性能较高的钢丝绳，多为同向捻的，因同向捻能改变绳的挠性。由于钢丝绳捻绕方向的不同，特点和采用范围也有所不同，为了使用上的方便，避免使用过程中钢丝绳的扭转纠缠，故在起重机，滑车组等起吊装置中，多采用交互捻的钢丝绳为合适。3.2.2钢丝绳直径的确定根据国际标准则ISO4308-I：1986和我国起重机设计规范GB3811-83的规定。起重机用钢丝绳可以按下述两种方法确定钢丝绳的直径。（1）、按选择系数C确定钢丝绳直径d(mm)dC式中 C选择系数(m m)。 S钢丝绳最大工作静拉力(N)。选择系数C的取值与机构工作级别有关，见表3.1 表3.1 C值和N值选择表综上所述：根据中国采矿手册表10-8初选定625S。 （2）、钢丝绳校核：根椐吊装工艺计算近似公式及应用可知：钢丝绳的容许拉力S由下试有：S=P/k（N）其中：P钢丝绳破断拉力，如P采用破断拉力总和，则须乘以“折减系数”。 K钢丝绳的安全系数。钢丝绳的安全系数主要由使用的工作性质而定，并考虑了材质的不均匀性、局部弯折以及受冲击等因素。由起重施工规范（HGJ201-83）和起重机械安全规程（GB6067-85）等有关资料中已有规定。当用于张拉（即拖拉绳）时，k3.5。当作为滑车组串绕绳（或称跑绳、走绳）即卷扬机（绞车）牵引绳时，手动，k4.5；电动，k5。当作为捆绑吊索时，k=68。在有护绳轮、圆形吊耳或曲率半径较大时，可采用低限，同时还要考虑吊索分支数的多少，吊索根数多，受力后每一个分支不易串动均匀，则应取上限。由整条钢丝绳破断拉力与钢丝绳全部钢丝绳破断接力总和的关系知=式中 整条钢丝绳的破断拉力； 钢丝绳全部钢丝的破断拉力总和； 钢丝绳捻制折减系数。对于625S的钢丝绳，=0.82。全部钢丝的破断拉力总和为（认为钢丝的材质是均匀的）= =式中 钢丝的抗拉强度，N/； 钢丝绳的净截面面积，。由机械安全手册公式（5-12）可知净截面面积占毛截面面积的47%,则=0.47式中 0.47折减系数。钢丝绳毛截面面积为=0.785式中 d钢丝绳公称直径，mm。由上述几式可得整条钢丝绳的破断拉力为=0.470.785 =0.369对于625S的钢丝绳=0. 3025按静拉力计算，钢丝绳上的静拉力有：S=G+Q式中 G所提升物体的重力Q钢丝绳吊斗的重力 有： S=（2500+500）10 =30000N由此有： S=/k故有： =3000070.82 =253012.1N代入上式可得： d= 因抗拉强度未有明确要求，故可选择为1670N/的钢丝绳，则有d=22.38mm圆整为标准规格，取定d=24mm,公称抗拉强度为1670MPa满足要求。故钢丝绳类型：625S 直径d: 24mm 公称抗拉强度：1670Mpa 参考单位重量：241kg/100m钢丝绳股内相邻层钢丝的接触状态：线接触钢丝绳的捻绕方向：交互捻标记为： 钢丝绳 625S+WR-24-167-I-光-交互3.3.3延长钢丝绳使用寿命的途径所谓钢丝绳的寿命，就是达到报废标准的使用期限。钢丝绳在使用一些时间之后，首先是表面的钢丝被磨损及产生疲劳破断。根据使用规范规定，钢丝绳任何一股的捻距破断钢丝达到规定的数值时，钢丝绳就应该报废，换用新的钢丝绳。为了延长钢丝绳的使用寿命，除了选用合适的钢丝绳构造型式外，可以采取下述几方面的措施：（1）、提高安全系数n，也就是降低钢丝绳的应力；（2）、选用较大的滑轮与卷筒直径；（3）、滑轮槽的尺寸与材料对于钢丝绳的寿命有很大的影响。理想的滑轮槽半径约为R0.53d，R太大使钢丝绳与滑轮槽接触面积减小，R太小有将钢丝绳卡死的毛病。滑轮及卷筒的材料硬度过高，对于钢丝绳寿命不利。铸铁较铸钢有利，但用用硬度过低的铸铁又会使滑轮或卷筒容易磨损，磨损下来的粉末会使钢丝绳受到研磨，缩短钢丝绳寿命。近年来有在滑轮槽底镶以铝或卡普龙衬垫的，据说可以大大延长钢丝绳寿命。（4）、尽量减少钢丝绳的弯曲次数，即不要使钢丝绳通过太多的滑轮（在选用滑轮组的型式及倍率时予以考虑），并且尽量避免使钢丝绳反向弯曲（如图3.6）。因为反向弯曲对钢丝绳寿命更为不利。(a)同向弯曲 (b)反向弯曲图3.6 弯曲方向示意图 此外，仔细的维护保养。例如定期润滑，对于延长钢丝绳的寿命（常采用石墨和凡士林没的混合物作润滑剂）有很大的意义。润滑前需用钢丝刷去绳上污物，并用煤油清洗，润滑时要将润滑油加热到80摄氏度以上，使油容易渗到钢丝绳的内部。3.3.4钢丝绳末端的联接方法 钢丝绳端常用的固定方法有以下几种。 (1)、编结法(如图3.7(a) 长度为(2025)d(d为钢丝绳直径)的钢丝绳尾端绕过套环后，每个绳股依次穿插在绳的主体中，与主体绳编结在一起，并用细钢丝扎紧。直径l5mm以下的钢丝绳，每股穿插次数不少于4；直径15mm至28mm的钢丝绳不少于5；直径28至60 mm的钢丝绳不少于6。用编结法固定绳端的钢丝绳强度为钢丝绳本身强度的7590(绳径小的取大值)。 (2)、绳卡固定法(如图3.7(b)此法简单可靠，拆联方便，获得广泛应用。绳卡数目根据钢丝绳直径而定，但不应少于3个(如表3.1)。绳卡底板应与钢丝绳的主支接触，U形螺栓扣在钢丝绳的尾支上。绳卡螺母拧紧力矩见表3.2。根据使用经验，一般认为，当绳卡中的钢丝绳直径减小1/3，表明螺母的拧紧度合适。绳卡型号的选用如表3.3所示。绳卡间距和最后一个绳卡后的钢丝绳尾端长度都不应小于(56)d，d为钢丝绳直径。绳卡固定处的强度约为钢丝绳强度的8090。如绳卡装反，强度将下降到75以下。(a) 编结法 (b)绳卡固定 (c)楔形套筒固定 (d)锥形套筒灌锌固定 (e)锥形套筒中多楔固定图3.7 纲丝绳端部的固定方法 (3)、楔形套筒固定(如图3.7(c) ）： 钢丝绳尾端绕过楔块，利用楔块在套筒内的锁紧作用使钢丝绳固定，这种固定方法用于空间紧凑的地方。固定处的强度约为钢丝绳强度的7585%。(4)、锥形套筒港灌锌固定(图3.7(d) ）：钢丝绳尾端穿入锥形套筒后将钢丝松散，钢丝末瑞弯成钩状，浇入锌、铅或其他易熔金属。由于工艺简单，联接可靠，应用较广。固定处的强度与钢丝绳强度大致相同。 (5)、锥形套筒中多楔固定(图3.7(e) ）： 这种固定方法用于有粗钢丝的承载绳。钢丝绳尾端穿入套简后，将钢丝松散，在各层粗钢丝之间插入楔条，再浇入锌液。 (6)、钢丝织快速联接 这种联接用于需要快速拆换钢丝绳联接的部件，例如用吊钩组替换抓斗。它采用链节式接头。可以快速装拆钢丝绳的两端，为了链节顺利通过滑轮不损坏钢丝绳，将滑轮轮缘适当加宽。4滑轮的设计计算4.1滑轮的构造在提升机的起升机构中，钢丝绳要先绕过若干个滑轮，然后固定在卷筒上，滑轮根据其用途可分成定滑轮和动滑轮两种。定滑轮的心轴固定不动。用来改变钢丝绳的方向；动滑轮装在移动的心轴上，可与定滑轮一起组成滑轮组以达到省力或增速的目的。滑轮一般由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成、滑轮的构成，常分为锻造滑轮、铸造滑轮、焊接滑轮等（如图4.1所示）。图4.1滑轮的种类4.2滑轮的槽形滑轮绳槽的形状(如图4.2)及尺寸对钢丝绳的寿命有很大影响，U形绳槽对钢丝绳的损坏最小，它由一个圆弧形的槽底与两个倾斜的侧壁组成。对于槽形的要求如下：（1）、钢丝绳与绳槽应有足够接触面积，钢丝绳圆周的接触角一般在135左右(120150) 。槽底的直径与钢丝绳的直径必须相适应，滑轮槽底的半径应稍大于钢丝绳的半径，一般取R(0.540.6)d；钢丝绳直径小时R取大些，钢丝绳直径大时R取小些。图4.2 滑轮的槽形（2）、允许钢丝绳有一心的偏斜角(角度的正切约为110)，而不使钢丝绳与绳槽侧壁相摩擦，为此绳槽侧壁应有适当的夹角，通常35 45。过小，钢丝绳允许偏斜角过小；过大，钢丝绳的接触角（180）减小。（3）、绳槽应有足够的深度C，以防止钢丝绳脱槽。钢丝绳直径dABCmSRr7.79.02517115852.51.51051114402825810842.51681518503532.510121053201018.524.56545401316136.5426132528.58055501618168532163134.5956560192019106381936.539.5110787022222211744224347.513095852624261385026表4.1 滑轮轮槽尺寸本次设计钢丝绳直径d=24mm,故滑轮轮槽A=65mm,B=45mm,C=40mm, m=13mm,S=16mm,R=13 mm,r=5 mm, =3mm,=26mm,=13mm。4.3滑轮的材料滑轮的材质影响钢丝寿命，如果滑轮急速磨损或在绳槽上产生压痕就表明钢丝绳压在滑轮上接触压力过大，滑轮上一旦产生压痕，将会加剧别处绳的磨损，为了防止产生压痕，可以通过加大滑轮直径、增加滑轮数目、采用较硬的耐磨性能好的金属制造的滑轮来改善其工作状况，滑轮材料一般有以下几种。 1、铸铁(如HT150)滑轮 价格便宜，易于加工，并且由于它的弹件模数较低，使挤压应力减小，有利于延长钢丝绳寿命。主要缺点是轮缘易碰碎，寿命短 因此在工作繁重、冲击大及不便检修的地方不宜采用。 2、铸钢滑轮 目前多用，常用材料有ZG230450和ZG270500等，强度和冲击韧性都很高。 3、球墨铸铁(如QT140015)滑轮 有一定的强度和韧性，不易脆裂，有利于提高钢丝绳使用寿命，可用来代替铸钢。但铸造质量不易保证。4、焊接滑轮 钢材可选用焊接性能好的Q235钢。焊接滑轮重量轻，仅为铸造滑轮的1/4。近年来，大尺寸单件生产的滑轮。愈来愈多地用焊接代替铸造，焊接滑轮轮缘可用扁钢或角钢压成，由两块或几块拼接。 5、铝合金滑轮 重量轻，硬度低，有利于延长钢丝绳使用寿命，但是价格较贵，用在要求滑轮重量很轻的地方，如臂端滑轮采用铝合金还是比较经济的。 6、塑料滑轮 目前国外已采用多种不同材质的聚合材料制造滑轮，前有系列标准。这种滑轮重量轻、耐磨性好，制造工艺简单，造价较低，很有发展前途，其缺点是受温度影响，硬度、刚度峻区、刚度变化比较大，容易变形。综合考虑各方面因素，本次设计采用铸钢滑轮。4.4滑轮的直径确定根据起重机设计规范的规定，滑轮的最小卷绕直径不能小于下式规定的数值： hd式中： 按钢丝绳中心计算的滑轮最小卷绕直径(mm)； h 与钢丝绳结构有关的系数，移动式提升机选取h=18； d 钢丝绳的直径(mm)。卷绕直径是以钢丝绳中心计算的直径，又称计算直径。而滑轮直径是以槽底计算的直径，用D表示。其关系如下：=D+d故滑轮直径可按下式设计计算：D（h-1）d代入数据得：D(18-1)24=408mm故取 D=420mm5电动机的选择计算起重及冶金用三相异步电动机是用于驱动各种形式的起重机械和冶金设备中的辅助机械的专用系列产品，它具有较大的过载能力和较高的机械强度，特别适用于短时或断续周期运行、频繁起动和制动、有时过负荷及有显著的振动与冲击的设备。根据负荷的不同性质，电动机常用的工作制分为S2（短时工作制）、S3（断续周期工作制）、S4（包括起动的断续周期性工作制）、S5（包括电制动的断续周期工作制）四种。电动机的额定工作制为S3，第一个工作周期为20min。电动机的基准负载持续率JC为25%。根据小功率电机的选用和应用技术中表4-9提升、运输机构电动机功率的计算可知：Pw=式中 Pw 电动机所需要输入功率（KW）； F 提升物体重量（kg）； 提升速度（m/s）；电动机的效率。又电动机所需输出功率为P=9.3KW查得其中=0.86根据小功率电机的选用和应用技术初选电动机的型号为Y160L-6,在额定工作制（即JC=100%）时功率为11KW，转速为970r/min。电动机的发热校验：由于起重机并不总是在满载状态下工作，各种起重机的载荷情况又各不相同，国内选择起重机起升机构电动机容量时，对工作级别较低的机构，有时选择电动机S3时额定输出功率略小于满载提升所需功率。实践证明这样选择是正确的。现对所选电动机进行发热校验: =G式中 稳态平均功率(KW)；G稳态负载平均系数，查手册选取0.9；提升速度(m/s);Q提升重量(N)；m电动机数量；机构总效率。=G=0.9=7.95KW 校验通过故所选电动机型号为Y160L-6,其主要参数如下：表5.1电动机参数型号额定功率Ped/kw同步转速nm/(r/min)电动机中心高H/mm外伸轴直径和长度D/mm*E/mmY160L-61197016042*1106卷筒的设计计算6.1卷筒的类型及构造卷筒一般由三部分组成，即筒壳、支轮及支环。筒壳是卷筒的直接承载部件；支轮是支撑筒壳和传力的部件；支环是为增加筒壳的稳定性。我国生产的提升机卷筒结构大致分为两种类型，一种是属于“薄壳强支”，它的结构特点是采用铸造支轮(如图6.1)，或有较多加强筋板的焊接结构支轮，支轮的刚性很大，卷筒内部设置有支环及斜撑等，而筒壳的厚度则较薄。过去生产的K J系列提升机，多采用这种类型的卷筒结构。其缺点是卷筒各处的刚度不够均匀，在支轮和支环处筒壳承受较大的局部弯曲应力，容易产生局部开裂，造成疲劳破坏。最近生产的JK系列提升机，其卷筒结构属于第二种类型，其结构特点是，采用圆板或圆环结构的弹性支轮，卷筒内部不设置支环，卷筒的稳定性由筒壳本身保证，亦即简壳厚度除满足强度要求外，还应满足稳定性的要求，因此筒壳较厚，称为“厚壳薄支”结构，这种结构的优点是卷筒各处刚度比较均匀，筒壳受力情况有所改善。其结构如图6.1（b）所示。过去生产和使用的K J系列提升机卷筒开裂现象较为普遍，分析其原因，主要是因为筒壳处于变载荷作用下，应力状态复杂，其理论计算、结构设计、加工装配和使用维护都存在一定缺陷。但是，归根到底，解决筒壳开裂现象的主要对策是正确分析筒壳的应力状态，了解其应力水平。因为只有这样，才能提出相应的合理的结构设汁。a- 薄壳强支结构（用于KJ型提升机）；b-厚壳薄支结构（用于JK型提升机）1- 支环；2-法兰盘；3-主轴；4-制动盘；5-轮毂；6-轮板图5.1 卷筒的结构型式6.2卷筒的失效形式及其原因卷筒筒壳的损坏是矿井提升机普遍存在的问题。卷筒的失效形式主要有：卷筒筒壳的损坏是指筒壳在工作过程中产生较大的变形，并在局部地方开裂，以致不能正常工作。卷筒筒壳的开裂形式有(如图6.2)沿筒壳圆周方向局部开裂(占多数)；沿卷筒的法兰盘(也称丈轮)或支环处局部开裂(占多数)；沿焊缝开裂或开焊；沿筒壳上螺钉孔周围开裂；沿筒壳轴线方向局部开裂(占少数)等等。a、沿筒壳圆周方向局部开裂 b、沿焊缝或支环外局部开裂图6.2 筒壳的裂纹形式（示意图）造成筒壳变形和开裂的主要原因有：理论计算中的误差过大；结构设计上的某些不合理，加工装配上的缺陷；使用利维护上的不合理，钢板材质上的缺陷等等。所以，对于每一个具体的筒壳开裂问题，应对下列情况进行分析： 产品的技术性能、结构形式和有关的设计计算资料； 加工装配质量和安装质量； 产品使用的历史情况和现状，特别是使用过程中的负荷变化情况，如未满负荷使用的时间，满负荷使用的时间，是否有超负荷使用的现象，超负荷程度和使用时间的长短，非常载荷出现的次数； 设备在使用过程中的维护情况；筒壳在开裂前的征兆(如变形和发响等)和开裂过程，等等。6.3卷筒的计算6.3.1卷筒的材料卷筒一般用不低于HT2040的铸铁，特殊需要的可用ZG25、铸钢。依据实际要求，本提升机用卷筒材料选用ZG200。6.3.2卷筒的几何尺寸单层绕卷筒表面通常切出导向螺旋槽，绳槽分标准槽与深槽两种形式。一般情况都采用标准槽。当钢丝绳有脱槽危险（例如抓斗起升机构卷筒，钢丝绳向上引出的卷筒）以及高速机构中，采用深槽。图6.3卷筒槽形本次设计采用光筒，不用开槽。1、卷筒的名义直径DD=hd式中 D卷筒名义直径d钢丝绳直径 h与机构工作级别和钢丝绳结构相关的系数表6.1 系数h值（GB/T3811-1983）机构工作极别e值M1M314M416M518M620M7224本次设计选取e =22.4则有： D=2024=537.6mm考虑到提升高度较高故取：D0=700mm2、卷筒的长度L图6.4 卷筒长度示意图单层单联卷筒 P=d+2式中 m为滑轮组倍数多层卷绕卷筒 （矿井提升机械设备公式3-7）式中 无绳槽的卷筒端部尺寸，按需要定固定绳尾所需长度，3P中间光滑部分长度n卷绕层数错绳圈数，取24圈。平均缠绕直径，绳圈间的间隙，取23mm,但应保证不咬绳。本次设计针对的是工作于矿井的提升机,工作环境狭小,必须尽量减小自身的体积,故采用多层卷绕。初选3层 =考虑到钢丝绳在卷筒上排列可能不均匀，应将卷筒长度增加10%，则有L=800mm3、卷筒的厚度： 钢卷筒d 铸造卷筒0.02D+（610）12mm本次设计采用铸造卷筒，故有=0.02700+6=20mm6.3.3卷筒的强度校核卷筒强度计算根据受力情况来具体决定，卷筒壁主要承受钢丝绳缠绕所产生的压缩应力。此外，还承受扭转和弯曲应力。当L3D时，弯曲与扭转应力的合成应力不超过压缩应力的1015，故可以只按照压缩应力计算。=A（MPa）式中 A与卷筒有关的系数；表6-2 系数A的选择卷绕层数n1234系数A114182钢丝绳最大拉力（N）； P 卷筒绳的绳距（mm）； 卷筒的壁厚（mm）； 许用压应力（Mpa）。钢：=，屈服强度；铸铁：=，抗压强度。=A=2.0=116.94MPa=180 MPa故有 卷筒强度满足要求。6.3.4钢丝绳在卷筒上的固定纲丝绳在卷筒上的固定必须十分可靠，便于检查和装拆，避免在固定处使钢丝绳受到过分的弯曲，目前采用的固定方法有以下几种。1) 用压板固定利用压板和螺栓同定绳尾，这种方法构造简单，装拆方便，便了观察和检查，安全可靠，目前最常用，在用于多层绕时，一般采用如图（6.4）的形式。2) 用长板条固定(如图6.4(a)在铸造卷筒的筒体上留有固定钢丝绳绳尾用的穿孔，在孔内装上凸头板条，板条下面有纵向绳槽，板条用螺钉压紧。这种方法可使卷筒缩短，但是卷筒构造复杂。3) 用楔子固定（如图6.4(d)）钢丝绳绕在楔子上，并与楔子一起装入卷筒的楔孔内，在钢丝绳拉力作用下被楔紧。楔子的斜度般为1：41：5，以满足自锁条件。这种方法卷筒构造复杂。不便于钢丝绳更换，但可以用于多层绕。 7.2.2行星轮传动设计计算取齿轮1齿数 =18又： 且：i1H=i1=13.0则齿轮2为 =99, =216故实际传动比：i2=13.01、按齿面接触强度设计： 直齿圆柱齿轮接触疲劳强度计算是针对齿面点蚀破坏面拟定的计算方法。它的理论根据是两平行圆柱体接触的应力理论。按弹性力学中的赫兹公式确定的接触应力大小是评定轮齿表面抗点蚀强度的基本准则。为了在预定的使用期限内，轮齿齿面不产生疲劳点蚀，则应满足接触区的最大应力区小于许用值的强度条件，即。 如前所述，轮齿的最大接触应力可按赫兹公式计算。当两圆柱体的材料均为钢时，其弹性模量EEE和泊松比0.3；则赫兹公式为 因为，一对齿轮轮齿的啮合，可近似地看成两个圆柱体的接触，故上式可用来计算轮齿的接触应力，但需要将各参量用齿轮传动的有关参数代替。式中 两轮齿接触处的法向力，N，且知；当量弹性模量，钢的=；两轮齿接触长度，=，为轮齿宽度；当量曲率半径，且有：，分别为两轮齿接触处的曲率半径，；“十”号用于外啮合，“”号用于内啮合。8制动装置 提升机的制动装置，通称制动器，是提升机一个非常重要的组成部分。制动器由执行机构和传动机构两部分组成，它直接影响提升机的正常工作和安全，因此对提升机的制动器必须给予充分的注意。8.1制动器的用途1、在减速阶段参与提升机的控制；2、 在提升终了或停机时，闸住提升机的卷筒或摩擦轮；3、作为安全机构，在必要时进行紧急制动，对提升系统进行保护;4、对于双卷筒提升机，在更换提升水平、更换钢丝绳和调绳，需打开离台器时，闸住游动卷简(有些制动器，如公共驱动的角移式制动，不具备此项功能)。8.2提升机制动器结构形式 普通角移闸 角移式 卡钳式角移闸 块闸 半卡钳式角移闸 执行机构 老平移式闸按功能分 平移式 盘式闸 新平移式闸制动器 驱动机构 以重锤作制动力源以油压松闸 按能源分 以重锤和压气作制动力源工作制动用压气 以弹簧作制动力源以油压松闸我国过去卷筒直径3m以下的提升机(K J 23)采用角移闸，配以用重锤作制动力源的油压制动驱动机构，它的两付间不能单独驱动，4m以上的提升机(K J 46)采用压气制动器，其闸为平移式；近年来已生改为以弹簧作制动力源的盘式闸制动器。压气制动器,其闸为平移式，其结构图如下。平移式制动器的驱动，采用压气系统，如图8.1，3为工作制动气缸，制动时气缸充气，活塞上升，以A为支点使杆4上抬，进行制动。2为安全制动气缸，当气缸放气时进行制动，实际上在安全制动时先工作制动缸进气，结出第一级制动力，经过一定的时间，安全制动气缸的气压降低而不足以平衡重锤重力，重锤下降以工作制动气缸为支点给出第二级制动力。这种制动过程称为二级制动，制动力矩的特性如图8.2所示。图8.2 制动力矩特性图参考文献1胡宗武,江西应.超重机设计与实例 M .北京:机械工业出版社,20092王运敏.中国采矿设备手册 下册实例 M .北京:科学出版社,20073王官逊,孟宪惠.超重机设计手册 M .北京:机械工业出版社,19844胡宗武,顾迪民.超重机设计与计算 M .北京:北京科技出版社,19895徐格宁.超重运输机金属结构设计 M .北京:机械工业出版社,19976胡宗武,徐履冰,等.非标准机械设备设计手册 M .北京:机械工业出版社,20027中华人民共和国国家标准.GB 3811-1983 起重机设计规范 S .北京:国家标准出版社,19848国际标准化组织标准.ISO 8686-1 Cranes-Design principles for loads and load combinations-Part 1:General S .19899GB/T8706-2006/ISO17893:2004 钢丝绳 术语、标记和分类 S10谢锡纯,李晓豁.矿山机械与设备 M .北京:中国矿业大学出版社,199111谢铁邦,李柱等.互换性与技术测量M.武汉:华中科技大学出版社,199812陈榕林.机械应用手册M.北京:科学技术文献出版社,199513孙恒,陈作模,葛文杰. 机械原理M.北京:高等教育出版社,200614大连理工大学工程画教研室编.机械制图M.北京:高等教育出版社,200315濮良贵,纪名刚. 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Machine DesignM.Albany,NY:Delmar Publishers Inc,199322Flinn.RA.Trojan.PK.Engineering.2nd ed.Boston:Moughton Mifflin Company,1981.谢 辞毕业设计是大学期间最后一个学习与实践的重要手段，我的毕业设计能够得以顺利地完成，离不开梁老师的精心指导。老师治学严谨，学识渊博，认真负责，使我今后的设计工作大受影响。从课题的选择到具体的写作过程、论文初稿与定稿无不凝聚着老师的心血和汗水。计算过程中遇到难题，老师都会热心地给以解答，图纸绘制完成初稿，老师都会地细心检查，指出其中的错误之处，并给了我不少的绘图建议。值此论文完成之际，由衷地感老师，并向他致以崇高的敬意！感谢梁老师给予我的精心指导和热情帮助，使我在设计过程中少走了许多弯路。老师您一丝不苟的作风、严谨求学的态度让我敬佩，也是我学习的榜样。 同时也感谢身边的同学和朋友们，他们都曾在学习上和生活上给予我大量的帮助，与他们相处不仅使我学会了很多知识，解决了很多难题，更让我们的集体充满了欢乐。最后，衷心感谢母校南给我的培养与帮助。谢谢！2011年5月28日2. 中文翻译机械设计基础机械设计是指机械装置和机械系统机器、产品、结构、设备及仪器的设计。大部分机械设计需要利用数学、材料科学和工程力学知识。我们对整个设计过程感兴趣。它是怎样开始的？工程师是不是仅仅坐在铺着白纸的桌旁就可以开始设计了呢？当他记下一些设想后，下一步应该做些什么？什么因素会影响或者控制着应该作出的决定？最后，这一设计过程是如何结束的呢？有时，虽然并不总是如此，工程师认识到一种需要并且决定对此做一些工作时，设计就开始了。认识到这种需要，并且语言将其清楚地叙述出来，常常是一种高度创造性的工作。因为这种需要可能只是一个模糊的不满，一种不舒服的感觉，或者是感觉到了某些东西是不正确的。这种需要往往不是很明显的。例如，对食品包装机械进行改进的需要，可能是由于噪音过大、包装和重量的变化、包装质量的微小的但是能够察觉得出来的变化等表现出来的。叙述某种需要和随后要解决的问题之间有着明显的区别。要解决的问题是比较具体的。如果需要干净的空气，要解决的问题可能是降低发电厂烟囱的排尘量，或者是降低汽车排出的有害气体。确定问题阶段应该制订设计对象所有的设计要求.这些设计要求包括输入量、输出量特性、设计对象所占据的空间尺寸以及对这些参量的所有制约因素。我们可以把设计对象看作是黑箱中的某种东西。在这种情况下，我们必须具体确定黑箱的输入和输出，以及它们的特性和制约因素。这些设计要求将规定生产成本、产量、预期寿命、工作范围、操作温度和可靠性。还存在着许多由于设计人员所处的特定环境或者由于问题本身