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矿用绞车总体设计【JH-8型回柱绞车】

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绞车 总体 设计 JH 型回柱
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矿用绞车总体设计【JH-8型回柱绞车】,绞车,总体,设计,JH,型回柱
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河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)中期检查表指导教师: 职称: 所在院(系): 教研室(研究室): 题 目矿用绞车总体设计学生姓名专业班级0 学号一、 选题质量:1、 由于各种原因我们学校机械专业有很多科目都是与煤矿、矿山有关的。因此,我的毕业设计选择矿用绞车的设计可以很好的检验以前学过的知识。通过这次毕业设计,从各方面查找的资料也让我进一步了解了矿山设备的各种情况。2、 这个设计是我和另一位同学合作完成的他负责传动系统的设计而我负责总体设计难度适中既很好地检验了我们所学过的知识也给了我们开拓思维动手实践的机会。主要设计任务是减速器传动装置和制动器的选择。3、 我们之前在认识实习时在九里山矿看到过绞车但对它的内部结构并不十分了解,通过网上和从图书馆借来的各种资料的帮助下一点点的完善我们的方案达到设计要求。4、 煤炭在我国的能源消费结构中占有极大的比重,是工业发展的原材料及能源来源,而矿用绞车是煤炭开采的咽喉设备,它是实现地面与井下物料、人员交流的重要工具其重要性不言而喻。它的安全性能、工作效率对生产至关重要。因此,对矿用绞车的研究对生产、经济、社会发展都具有重大意义。二、 开题报告完成情况:已经完成开题报告并经过了老师的批阅三、 阶段性成果:1、通过查阅资料掌握了矿用绞车基本的结构、工作原理。2、完成了对滚筒、大齿轮架的设计、绘图。3、编写了部分说明书。四、 存在主要问题:1、对矿用绞车我们并没有机会十分的详细的观察,各种内部结构、细节很难查找到详尽的资料。2、很多非主要设计结构的尺寸确定需要查找更多的资料。3、对制动器的选择应用需要进一步了解、查资料。五、指导教师对学生在毕业实习中,劳动、学习纪律及毕业设计(论文)进展等方面的评语指导教师: (签名) 年 月 日3河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)开题报告题目名称矿用绞车总体设计学生姓名专业班级学号一、 选题的目的和意义:绞车是工业生产过程中一种常见的机械,在矿山采掘和运输场合,绞车作为重要辅助设备被大量而广泛地应用着是矿山生产中不可缺少的设备之一。我国绞车发展历史大致可分为三个阶段:50年代,仿制设计阶段,从无到有初步发展;60年代,自行设计阶段;70年代以后,标准化,系列化发展阶段,产品初步形成标准化,但是到了现代,我国生产的绞车远远不能满足生产能力不同的煤矿的需要。近十年来,国外制造厂家,为适应国际市场需要,不断加大输送机的功率、采用新结构、新工艺,开发高强度、高耐磨性能的新材料,使产品不断更新,技术性能日趋完善,可靠性不断提高,寿命大幅度增加。而我国生产的矿用绞车整机性能相对比较差,一些关键零部件的寿命、可靠性相对较低,监测、控制方面相对比较弱。具体有以下方面。(1)回绳速度慢。绞车在传动系统中设置了齿轮离合器和锥形摩擦制动器,除个加紧类型绞车可以自由回绳并可以防止钢丝绳松散外,其余所有绞车回绳速度和工作牵引速度是相同的。因此绞车用于回柱放顶,还是用于搬运设备,工作效率太低。随着矿山机械化的发展,综采设备的频率搬迁,但由于用绞车搬运,工作时间长,占用人工多,因此该类绞车应设置快速回绳或自由回绳。(2)牵引速度慢随着支护的发展使用,金属摩擦支柱、单体液压支柱后,回柱前可以部分或全部缷载,回柱只是要把它们接到或拖进工作面再复用。同时绞车也用于搬迁设备的需要,则其牵引速度应从当前的5-7m/min左右提高到8-10m/min或再高一点。(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。所以这次设计有以下目的:1)了解矿用绞车的结构、特点以及工作原理。2)利用学过的知识尽可能的实现设计要求3)培养自己的自主设计能力、动手能力!二、 国内外研究综述:20世纪末期以来,美、澳、英、德等先进采煤国家积极应用机电一体化技术,研制、开发新型自动化运输设备,这些设备采用计算机工况监测监控,在增加传动功率,提高生产能力的同时,使设备的功能内涵发生了重大突破。经过十多年的努力,已经研制出限矩摩擦离合器作为输送机启动或运行时的过载保护,利用调速偶合器实现输送机的软启动和过载保护,通过链条张力自动调节装置来实现矿用绞车随运行工况的变化以调节链条的张紧力。通过工况监测和故障诊断系统,及时了解设备运行的工况,保证设备的安全运行。国内的轻型、中型矿用绞车多采用液力偶合器或双速电机来改善绞车的启动性能,重型矿用绞车采用限矩摩擦离合器保护电机,虽然在个别输送机上使用了调速偶合器和自动伸缩机尾,可是由于不能准确的对输送机运行过程中的数据进行采集、分析,这些设备还不能达到自动控制的要求。三、 毕业设计(论文)所用的主要技术与方法:此设计的传动装置采用减速器传动虽然当今减速器已经成为通用的机械设备,并已经标准化,但是却没有一种专门为矿用绞车而设计的减速器,所以该设计正好填补了这一空白。传动系统放置在滚筒内部节省空间!四、 主要参考文献与资料获得情况:1.现代机械设备设计手册 . 辛一行主编 机械工业出版社 2.机械设计手册 . 徐 灏主编 机械工业出版社 3.减速器和变速器设计与选用手册 程乃士主编 机械工业出版社 4.机械零件设计手册 吴宗泽主编 机械工业出版社5. 机械原理 孙桓、陈作模等主编 西北工业大学出版社6. 机械设计 濮良贵、纪名刚主编 高等教育出版社(第八版)7、机械设计工程学 唐大放,冯小宁,杨现卿主编 中国矿业大学出版社8、机械设计基础课程设计 任济生等主编 中国矿业大学出版社毕业设计(论文)进度安排(按周说明):第一周:确定题目第二周:收集相关资料第三周:确定设计方案第四到六周:进行结构设计第七到八周:进行结构设计审查第九到十周:绘制设计图纸第十一周:编写设计说明书第十二周:修改完善设计说明书第十四至十五周:准备毕业答辩五、 指导教师审批意见: 指导教师: (签名)年 月 日 1 2前言前言.71 概论概论.81.1 绞车的发展.81.1.1 我国绞车的发展.81.1.2 国外绞车的发展.81.1.3国内外水平对比.91.1.4 总体发展趋势.91.1.5“矿用绞车总体设计”设计思路.102 绞车的主要技术参数的设计与计算绞车的主要技术参数的设计与计算.122.1 设计的原始参数.122.1.1 电动机的选用.123 总体方案设计总体方案设计.143.1 设计条件.143.2 总体方案的初步拟定.143.3 主要组成部分.154 机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计.164.1 计算传动装置总传动比和分级传动比.184.1.1 传动装置总传动比.184.1.2 分配各级传动比.184.2 传动装置的运动和动力参数.194.2.1各轴转速.194.2.2 各轴输入功率.194.2.3各轴转矩.194.3 高速级传动件设计.204.3.1 选择蜗杆传动类型.204.3.2 选择材料.204.3.3 蜗轮蜗杆设计.204.4 低速级传动件设计.244.4.1 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数.244.4.2 按齿面接触疲劳强度设计.254.4.3计算.264.4.4安齿根弯曲强度设计.274.4.5设计计算.284.4.6几何尺寸计算.294.7 高速轴设计(蜗杆轴).304.7.1 轴的材料选择.304.7.2 求作用在蜗杆上的力.304.7.3 初步确定轴的最小直径.304.7.4 轴的校核.31 34.8 中间轴的设计(蜗轮齿轮轴).344.8.1 轴的材料选择.344.8.2 求作用在蜗轮和齿轮上的力.344.8.3 初步估算轴的最小直径.344.8.4 轴的校核.354.9 低速轴的设计.364.9.1 轴的材料选择.364.9.2 求作用在大齿轮上的力.364.9.3 初步确定轴的最小直径.364.9.4 轴的校核.374.9.5 按弯曲合成应力校核轴的强度.384.9.6 按弯曲合成应力校核轴的强度.385 主要部件的选型与结构设计主要部件的选型与结构设计.405.1 制动器的选择.405.1.1 常用绞车制动闸的形式.405.1.2 绞车上应有的安全装置.405.1.3回柱绞车制动器的作用.415.1.4制动器的选用和设计.425.2 滚筒的设计.435.2.1 滚筒材料.435.2.2 滚筒的功能.435.2.3 滚筒结构.435.3 轴承支架的设计.446 使用与维护使用与维护.476.1 回柱绞车的操作要求.476.2 开车前必须认真检查.476.3 运行中必须注意.476.4 钢丝绳断丝原因分析.486.4.1钢丝绳间断断丝.486.4.2钢丝绳连续断丝.486.5 绞车的安装操作.486.6 后移.496.7 维护与检修.50小结小结.51致致 谢谢.52参考文献参考文献.53 4 5矿用绞车总体设计矿用绞车总体设计摘要摘要 回柱绞车又称慢速绞车,它是能拆除和回收回踩工作面顶柱的一种机械。牵引力大和牵引速度慢是回柱绞车的主要性能要求。随着机械化采煤程度的提高,他越来越多的被应用于机械化采煤工作面,作为安装、回收牵引各种设备备件之用。随着绞的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展回柱绞车也有了相应的改进,矿用绞车总体设计借鉴 JH-8 回柱绞车和 JT0.86 提升绞车的参数结构力求达到这一目标。关键词回 回柱绞车 提升绞车 改进AbstractAbstractProp-pulling hoist and says slow winch, it is can dismantle and back to back working on a mechanical spots. Traction and slow speed is prop-pulling hoist traction main performance requirements. With the mining mechanization degree rise, more and more be used in mechanized coal face, as installation, recycling of all kinds of equipment and spare parts with traction. Along with the development trend of the ground to the standardized series development direction; To small volume, light weight, compact structure direction; To the high efficiency and energy saving life long low noise, high power universal machine appearance is beautiful and simple smooth direction exhibition prop-pulling hoist also had 6the corresponding improvement, mine hoist overall design reference JH-8 prop-pulling hoist and JT0.8 x 6 of the parameters of the hoist structure strive to achieve the this goal.Keyword Prop-pulling hoist hoist improvement 7前言前言毕业设计是我们在大学里的最后一次综合能力的训练,他让我们对大学里所学过的课程譬如机械零件、机械原理、材料力学、矿山机械机械设计学等进行离一次全面的了解和加深。四年的大学生活马上就要结束了,在离开学校走上工作岗位之前,毕业设计是对我们的一个考验,这既考察了我们大学四年里对知识的全面掌握程度,又考察了我们的实际应用能力以及解决种种困难时的心态问题!在以前的学习过程中我们做过了许多次课程设计,完成过几份图纸,但这次完全使用电脑制图、完成设计对我们还是第一次。因此,这也锻炼了我们对制图查资料、电脑制图的应用和熟练程度。为我们在以后在工作岗位上能够更加驾轻就熟打下基础,做好铺垫!机械行业是一个由许多专业组成的,技术性很强的,需要紧密配合的系统工程。是促进我国发展的生命线。而目前,我国的机械行业在世界之林中还尚处于落后的地位。因此,需要我们把握时代的的主流,为国家为社会做出贡献! 81 概论概论 1.1 绞车的发展绞车的发展1.1.1 我国绞车的发展我国绞车的发展 我国的绞车主要经历了仿制、自行设计两个阶段。解放初期使用的产品主要来自日本与苏联,1958 年以后,这些产品相继被淘汰,并对苏联绞车进行了改进,于 1964 年进入自行设计阶段。淮南煤机厂曾设计了摆线齿轮绞车和少齿差传动绞车,徐州矿山设备制造厂也曾设计制造了摆线和行星齿轮传动绞车,一些厂家还试制了 25kw 的调度绞车。目前,矿用小绞车已经在标准化方面得到了相应的发展,于 1982 年,对以前指定的标准进行了修改。1.1.2 国外绞车的发展国外绞车的发展 国外矿用小绞车使用很普遍,生产厂家也很多。美国、日本、瑞典等国家都制造了矿用小绞车,而且国外矿用小绞车种类、规格较多,比如调度绞车牵引力以 100kgf 到 3600kgf,动力有电动的、液力的、风动的。工作机构有单筒、双筒、摩擦式。传动形式有皮带传动、链式传动、齿轮传动、涡轮传动、液压传动、行星轮传动、摆线齿轮传动等。其中采用行星轮传动的比较多。发展趋势是向着标准化系列化,向着体积小、重量轻、结构紧凑方向发展,向着高效、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、大方方向发展的。 91.1.3 国内外水平对比国内外水平对比(1)品种 国外矿用绞车的规格较多,适用于不同场合,我国的矿用绞车规格较少品种型号多,也较繁琐,标准化程度不够高。(2)形式从工作机构上分,国外有单筒、双筒、摩擦式,而我国则较少。从原动力上分,国外有电动的、风动的、液压驱动的。我国只有少量的电动和风动的。但近几年有了较大程度的发展。(3)结构 我国及国外的调度绞车大多数采用行星齿轮传动,其传动结构简单,使用方便,但牵引力过小,特别是上山、下山很难实现较大的设备搬运工作。随着采煤的机械化发展,综采设备的频繁搬迁,绞车也得到了相应的发展。使得绞车还需要具备快速回绳的功能。(4)产品性能 主要寿命、噪音、可靠性、等综合指标与国外还有一定差距。(5)三化水平 虽然我国的矿用绞车参数系列化方面水平优于国外,但标准化和通用化方面还远不如发达的机械制造国。(6)技术经济指标我国的矿用绞车技术经济指标与国外特别是与美国等机械发达的国家还有一定差距。1.1.4 总体发展趋势总体发展趋势纵观国内外矿用绞车的发展情况,其发展趋势有以下几点:(1)向着标准化系列化方向发展 10使各制造公司都有自己的产品系列型谱,在这些型谱中,对绞车的性能、参数作进一步的明确规定,并强力推行实施,给设计、制造、使用、维护带来极大的方便。(2)向体积小、重量轻结、构紧凑方向发展力求将绞车的运动及传动装置、工作滚筒、制动装置部分底座等主要部件综合在一个系统中并加以统筹布局,充分利用空间,提高紧凑程度,做好外形封闭。(3)向高效节能的方向发展 选取最佳参数,最大限度提高产品功能,采用合理的制造精度,提高生产效率。向寿命长、低噪音的方向发展,使综合性能指标得到提高。(4)向一机多能化、通用化方向发展;(5)向大功率的方向发展;(6)向外形简单、平滑、美观、大方、方向发展。1.1.5“矿用绞车总体设计矿用绞车总体设计”设计思路设计思路 我所做的毕业设计题目是“矿用绞车总体设计” ,根据实际情况结合网上搜到的资料,借鉴矿用回柱绞车的结构布局和 JT0.80.6 型提升绞车的滚筒技术参数(滚筒直径为 800mm 宽度为 600mm)进行设计改良。回柱绞车的结构有如下特点:(1)传动系统都有一级减速比很大的蜗轮蜗杆传动,皆具备自锁功能,不会发生下故重物拉动滚筒旋转情况。(2)具有整体结构,便于移动和安装,甚至可以用回柱绞车牵引力来牵引绞车本身移动。(3)总传动比大(i150230),能在电动机功率较小时,获得较大 11的牵引力。(4)因蜗轮蜗杆传动效率低,易造成发热和温升过高,所以必须重视润滑和维护。(5)有的在电动机联轴器上装有手动制动闸,有的在蜗轮减速器输出轴上装有活动齿轮和锥形摩擦制动器,使回柱绞车可以按信号准确停位,并能从滚筒上自由放绳(不受蜗杆传动自锁影响),且可控制放绳速度,防止松绳和乱绳。 (6)电气控制装置较简单,皆具备隔爆性能,可用于有瓦斯、煤尘的环境场所。 122 绞车的主要技术参数的设计与计算绞车的主要技术参数的设计与计算2.1 设计的原始参数设计的原始参数 表 1-1 绞车的主要技术参数滚筒直径mm滚筒个数绳速m/s电动机功率额定转速r/min8001603715002.1.1 电动机的选用电动机的选用(1)电动机类型和结构型式回柱绞车主要用于井下回收支柱用,为防止瓦斯、粉尘等有害气体引起爆炸,故绞车的电动机需要选用矿用防爆电机.防爆电机的选型原则是安全可靠、经济合理、维护方便,同其它的防爆电气设备一样应根据危险场所的类别和区域等级以及在该场所存在的爆炸性混合物的级别、组别来选用.在这里我们选用 YB 系列防爆型三相异步电动机.结构为封闭卧式结构.(2)传动装置的总效率 432123 A A AA式中为从电动机到绳筒之间各传动机构和轴承的效率,由表查的滚 13动轴承0.99,蜗杆传动0.8,圆柱齿轮传动0.97,弹性联轴器0.99,绳筒滑动轴承0.96则 20.8 0.97 0.990.960.708(3)电动机额定功率根据原始数据选取电动机的额定功率KWPed37(4)电动机的转速因为是在井下工作,要考虑到其安全可靠性,所以选用防爆电机,即YB 系列防爆三相异步电机,同步转速为 1500m/min,满载时转速为1480r/min. 143 总体方案设计总体方案设计3.1 设计条件设计条件(1)机器用途:煤矿井下回收支柱用的慢速绞车;(2)工作情况:工作稳定、平稳,间歇工作(工作与停歇时间比为1:2),绳筒转向定期变换;(3)运动要求:绞车绳筒转速误差不超过 8%;(4)工作能力:储备余量 10%;3.2 总体方案的初步拟定总体方案的初步拟定根据设计要求,所给原始数据,经过对回柱绞车常用型号的传动方式比较,最后选用一级为蜗杆传动,一级齿轮传动的传动方式.其传动结构图如图 1-1 所示。该结构简单,而且占用的空间小,适合井下狭窄空间.第一级采用蜗杆机构,也符合回柱绞车传动比大的要求,所以经过比较,最终我选择此种传动方案. 15图 1-1 JH-8 回柱绞车的结构简图3.3 主要组成部分主要组成部分JH-8 型回柱绞车由电动机,圆弧面蜗杆蜗轮减速器,卷筒,底盘五大部分组成。其传动原理是:动力由电动机通过一对联轴器传动圆弧面蜗杆、蜗轮,由蜗轮轴上的小齿轮经中间过桥齿轮传动大齿轮,大齿轮带动卷筒,卷筒引钢丝绳进行工作。这个设计借鉴 JH-8 性回柱绞车的结构设计:但取消了过桥齿轮,小齿轮通过与大齿轮啮合将动力传到大齿轮,大齿轮所在的轴通过一对联轴器与滚筒相连将动力传到滚筒。 164 机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计根据机械器的工艺性能、结构要求、空间位置和总传动比等条件选择机械传动系统所需的传动类型,并拟定从动力机到工作机构之间机械传动系统的设计方案和总体布置。一般情况下,尽管动力机的输出功率满足工作机构的要求,但输出的转速、扭矩或运动形式很难符合工作机构的需要,这时就需要采用某种机械传动装置。这是绝大多数机械设计的共同特点。按照传动原理的不同,机械传动装置可分为摩擦传动、啮合传动和推压传动三种。根据传动比能否改变,机械传动装置又可分为可调传动比传动、固定传动比传动和变传动比传动三类。回柱绞车一般采用固定传动比传动。减速器传动:本回柱绞车由于总减速比较大,而采用动力蜗杆减速器。蜗杆传动的主要特点是:传动比大、结构紧凑、工作平稳、无噪声、自锁性能好。对于回柱绞车,要求卷筒能够自锁。即卷筒的正反转只能由电动机的正反转来控制;当电源切断时绞车马上停止工作;卷筒本身不能自由转动,以免发生事故。这就需要设计一个装置来控制卷筒的自转。而蜗轮蜗杆传动就起到了这个作用。因为若取蜗杆的蜗旋线开角小于齿轮间的当量摩擦角,则当蜗轮主动时,机构自锁,即只能v蜗杆带动蜗轮,而不能蜗轮带动蜗杆。因此,采用蜗轮蜗杆减速器,就能保证卷筒的自锁性。这就是回柱绞车采用蜗杆减速器的一个重要原因。 但是,采用蜗杆减速器也有一缺点,就是传动效率低,这点应在具 17体的蜗杆减速器设计中充分重视,并设法提高。 采用圆弧齿圆柱蜗杆,就是提高效率的一种措施,这是一种新型的传动装置。它与普通的蜗杆传动相比,其不同在于,具有良好的润滑条件使齿面之间建立连续的润滑油膜形成液体摩擦,从而降低摩擦系数,减轻磨损,提高了承载能力和效率。因此,它具有承载能力大,使用寿命长,效率高(高 10-15%)等优点。齿轮传动:选择齿轮传动,是由于齿轮传动具有工作可靠,使用寿命长,瞬时传动比为常数;传动效率高、结构紧凑、功率和速度适用范围广等优点。因斜齿轮传动时会产生轴向力,对传动不利。若采用人字齿轮,虽可使齿轮轴向力自行抵消,但人字齿轮制造比较困难,所以选择直齿轮传动。 从结构上看:如果让蜗轮轴上的齿轮与主轴上的齿轮啮合,由于传动比大,会造成两齿轮大小相差过甚,大齿轮太大以至于不好安装和制造,而且外形尺寸也太大。另外,涡轮轴上的小齿轮也不能太小,因为根据强度要求限制了轴径,从而控制小齿轮的尺寸只能小到某一程度。否则,会给加工成本带来诸多不便。况且卷筒和大齿轮以及蜗轮尺寸都较大,让蜗轮上的齿轮与卷筒上的齿轮直接啮合,受尺寸限制,不容易做到。基于以上原因,决定增加一中间轴,轴上安装一过桥齿轮。这样,既可以得到合适的传动比,又可以令整体布局合理。 现代生产的发展,无论在承载能力、工作可靠稳定方面,还是在结构尺寸和重量方面,对齿轮的传动的要求愈来愈高。标准齿轮由于存在一些缺点限制了它的应用范围。为了满足设计要求,我们决定设计三个变位齿轮,作为改善齿轮传动质量的有效方法。已知条件:钢绳牵引力 F=37kN,最大速度 V=60m/min,绳筒直径D=800mm,钢绳直径 d=14mm ,则滚筒转速为 18min88.2380014. 36060100060D100060nrvw1初步拟定出二级传动的传动方案。因为是井下工作,是多粉尘,潮湿,易燃易爆的场合,而且传递的功率大,传动要求严格,尺寸要求紧凑,所以最后选定蜗杆-齿轮二级减速器。计算传动装置总传动比和分级传动比4.1 计算传动装置总传动比和分级传动比计算传动装置总传动比和分级传动比根据机械传动系统的设计方案把总传动比分配到各级传动上,并要求各级传动结构紧凑,承载能力高,工作可靠,制造经济和效率高。4.1.1 传动装置总传动比传动装置总传动比6288.231480i24.1.2 分配各级传动比分配各级传动比取蜗杆传动比,圆柱齿轮传动比36.22i188. 2i2 194.2 传动装置的运动和动力参数传动装置的运动和动力参数4.2.1 各轴转速各轴转速高速轴为 1 轴,中间轴为 2 轴,低速轴为 3 轴,则min14801rnnm3minr2 .6636.221480112nin4min2388. 22 .66223nrin54.2.2 各轴输入功率各轴输入功率按电动机的额定功率计算各轴输入功率,即kwped37p1wpk01.298 . 03799. 0p2221126kw58.2797. 001.2999. 0p232123p7 204.2.3 各轴转矩各轴转矩mNn75.23814803795509550111pT8mNn98.41842 .6601.2995509550222pT94.3.3 高速级传动件设计高速级传动件设计4.3.1 选择蜗杆传动类型选择蜗杆传动类型根据 GB/T100851988 的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)4.3.2 选择材料选择材料根据设计要求,并考虑到蜗杆传动传递的功率不大适中,速度是慢速,故蜗杆用 20Cr,因需要效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为 45-55HRC.蜗轮用铸铝铁青铜 ZCuAl10Fe3,金属模铸造.为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,二轮芯用灰铸铁 HT100 铸造.4.3.3 蜗轮蜗杆设计蜗轮蜗杆设计(1)按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度设计,再校核齿根弯曲疲劳强度. 2123()EHZ ZaKT9(2)确定作用再蜗轮上的转矩由计算可知10mmN87.33479812 .668 . 001.299550000T2(3)确定载荷系数 K因工作较稳定,故取载荷分布不均有系数;由表选取使用系1K数;由于转速不高,冲击不大,可取动载系数,1.15AK1.05VK则 111.05 1 1.051.21K (4)确定弹性影响系数EZ因选用得式铸造铝铁青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故1/2160EZMPa(5)确定接触系数Z先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距a得比值1/0.35da ,从中1d查得6 . 2Zp(6)确定许用接触应力H根据蜗轮材料为铸铝铁青铜 ZCuAl10Fe3,金属模铸造,蜗杆螺旋齿面硬度46HRC,可得蜗轮得基本许用应力MPaH260应力循环次数 1072958. 5150002 .66160j60NLnh12 22寿命系数 8 . 0958. 5877HN1010K 13则 MPaHHNHK2082608 . 014(7)计算中心距mm36.2166 .10127651)2086 . 2160(418498021. 1a3315取中心距,根据传动比,从手册中取模数,蜗杆分度225amm8m 圆直径.这时,可得接触系数,因为180dmm1/0.355da 51. 2ZP,因此以上计算结果可用.ZZ(8)蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸蜗杆轴向齿距;直径系数;齿顶圆直径;齿13.25Pa10qmm196admm根圆直径分度圆导程角;蜗杆轴向齿厚mmf8 .60d132.110.12.56amms蜗轮蜗轮齿数;变位系数 X=-0.5452Z验算传动比 23 5 .22245i12zz16 这时传动比误差为 这是允许的%63. 00063. 036.2236.225 .22蜗轮分度圆直径 17mmmz36045822d蜗轮喉圆直径 18mmhdaa376823602222d蜗轮齿根圆直径19mmhdff8 .35682 . 123762222d蜗轮咽喉母圆半径 20mmadag37376212252122r(9)校核齿根弯曲疲劳强度 22121.53FFaFKTYYd d m21 当量齿数 2272.47943. 0454532.11coscosz03322zv根据,从中可查得齿形系数72.47z2v5 . 0x278. 2Y2Fa螺旋角系数 2392. 01114032.11140Y000 24许用弯曲应力 FFFNKA24从中可得由 ZCuAl10Fe3 制造的蜗轮的基本许用弯曲应力MPaF120寿命系数 25635. 0958. 5976FN1010K所以, MPaF2 .76635. 01202627MPa8 .6892. 078. 283608087.334798121. 153. 1F弯曲强度是满足的.(10)验算效率 )tan(tan96. 095. 0)(28已知 , ;与相对滑动速度有32.110fvarctanvfvvs关。 25smnd/323. 6cos100060148080cos10006032.11v011s29从表中用插值法查得 208. 0fv168. 10v带人式中得 大于原估计值,因此不用重算。86. 0(11)精度等级公差考虑到所设计和表面粗糙度的确定的蜗杆传动是动力传动,属于通用机械减速器,从 GB/T 10089-1988 圆柱蜗杆,蜗轮精度中选择 8 级精度,侧隙种类为 f,标注为 8f GB/T 10089-1988.然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度,具体见图纸。4.4 低速级传动件设计低速级传动件设计4.4.1 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数(1)选用直齿圆柱齿轮(2)绞车为一般工作机器,速度不高,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,两者材料硬度差为 40HBS(4)选小齿轮齿数,26z1则大齿轮齿数7588.7488. 226z2 264.4.2 按齿面接触疲劳强度设计按齿面接触疲劳强度设计3211.()tEtdHK TZudu 1确定公式内的各计算数值(1)试选载荷系数 (初选)1.3tK (2)小齿轮传递的转矩mmNmmNn41849802 .6601.2995500005 .952252p10T2(3)选齿宽系数5 . 0d(4)由此可得的材料的弹性影响因数1/2189.8EZMPa(5)按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限,大齿min1600HlMPa轮接触疲劳强度极限min2550HlMPa(6)计算应力循环次数1081186. 2)1530082(12 .666060LnNhj31010N882993. 088. 286. 2(7)可得接触疲劳寿命系数,493. 01kHN95. 02kHN(8)计算接触疲劳许用应力 27取失效概率为 1,安全系数 S15MPasHHNHk558160093. 01lim112min22522.5HNHlHKMPaS4.4.3 计算计算(1)试计算小齿轮分度圆直径,代入中的较小的值d1tH6mmmmuudttTk45.2275 .5228 .189(88. 288. 3141849803 . 132. 2HE(132. 2323211)Zd)(2)计算圆周速度7smnt/788. 01000602 .6645.227100060v11d(3)计算齿宽 b 8mmdtd73.11345.2275 . 0b1(4)计算齿宽与齿高 b/h模数 9mmmmzdtt7 . 82645.22711m齿高 10mmmmmt6 .197 . 825. 225. 2h 288 . 56 .1973.113bh11(5)计算载荷系数 K根据 ,7 级精度,查图得动载荷系数s/m29. 3v 06. 1kv直齿轮, ;1kkFaHa由表 10-2 查得使用系数 ;1kA由表用插值法查得 7 级精度,小齿轮相对支承非对称布置时38. 1kF故动载荷系数518. 1432. 1106. 11kkkkkHHvA12(6)按实际的载荷系数教正所算得的分度圆直径得1mmkkdtt51.2393 . 1518. 145.2273311d3(7)计算模数 m mmzd2 . 92651.239m1114 294.4.4 安齿根弯曲强度设计安齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为 153211)(2mFSaFadYYzTk(1)确定公式内的各计算数值 由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限;大齿轮的弯MPa5001FE曲强度极限;MPa380FE2由图取弯曲疲劳寿命系数 ,86. 0k1FN89. 0kFN2计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 则得 MPaMPaSFEFNFk14.3074 . 150086. 0111 MPaMPaSFEFNFk57.2414 . 138089. 0222计算载荷系数 K 463. 138. 1106. 11kkkkkFFavA查取齿形系数由表查得 61. 2Y1Fa236. 2Y2Fa查取应力校正系数 由表查得 49. 1Y1Sa68. 1Y2Sa计算大小齿轮的并加以比较YYSaFaF 30 01266. 014.30749. 161. 2YY11Sa1FaF 01555. 057.24168. 1236. 2YY22SaFa2F大齿轮的数值较大4.4.5 设计计算设计计算 mmmm555. 601555. 04184980463. 12m3226 对此计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数 M 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿数模数 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(即模数与齿数的乘积)有关,可取由弯曲强度算得的模数 6.555 并就近圆整为标准值 M = 8 mm ,按接触强度算得的分度圆直径,mm51.239d1算出小齿轮齿数 3094.29851.23911zmd大齿轮的齿数 取 4 .8688. 230z287z2 这样设计出的齿轮传动,既满足了齿面接触疲劳强度,又满足了齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费。 314.4.6 几何尺寸计算几何尺寸计算(1)计算分度圆直径 mm24083011dzm mmmz69688722d(2)计算中心距 mmmmdd46826962402a21(3)计算齿轮宽度 mmmmd1202405 . 0b1d取 mmB1202mm125B1结构设计及绘制齿轮零件图(见图纸)4.7 高速轴设计(蜗杆轴)高速轴设计(蜗杆轴)4.7.1 轴的材料选择轴的材料选择选用 45 号钢,调质。4.7.2 求作用在蜗杆上的力求作用在蜗杆上的力已知:,蜗杆分度圆kw37p1min/1480n1rmmN238750T1直径. 所以,80dmm圆周力 1NdT75.596880238750211t12F轴向力 NdTa89.23249360418498022221F 32径向力 NadT8463tan36041849802tan220F022r14.7.3 初步确定轴的最小直径初步确定轴的最小直径取,于是得0110AmmnpA16.3214803711033110mind2最小直径处是安装联轴器得直径,为使所选的轴直径与联轴器的1d孔径相适应,故需同时选联轴器的型号.联轴器的计算转矩,查表 14-1,取,则0caATK T1.3AK mmNTka3103752387503 . 10caT3按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查标准 GB/T5014-1985,选用 TL7 型弹性套柱销联轴器,公称转矩,许用转速mmN5002800r/min.半联轴器孔 径为 48mm,故取轴径;半联轴器长度mm48d1L=112mm。4.7.4 轴的校核轴的校核水平面支反力 02254601 t1FFHN4 则 N5 .2919FHN1 33 02254601HN2FFt则 N25.3049FHN2垂直面支反力 0225460-1a1VMFFrH3 其中 NDFMaa6 .92999524则 N2 .6161FHV1 NFHV8 .23011rHV2FF5水平面弯矩 6mmN5 .6860822355 .2919235FMHN1H1 mmFHNHN25.68608122525.304922522M垂直面弯矩 mmNFMHVV14478822352 .616123511 mmN5179052258 .2301225FMHV2V2总弯矩mmN 3 .160220814478825 .686082MMM222V12H11 mmMHN2 .85961251790525.686081MM222V2222扭矩 mmN238750T1 34如图 4-1 所示为高速轴的水平面弯矩图,垂直面弯矩图,合成弯矩图以及扭矩图。RAxd.水平面弯矩(kgm)e.垂直面弯矩(kgm)f.合成弯矩图(kgm)g.扭矩图(kgm)a.受力简图b.水平面受力(kg)c.垂直面受力(kg)oYXZARAyCBFaFrFtRBxRByFtRAxRBxFaFrRAyRBy图 4-1 35从轴的结构图以及弯距图和扭距图中可以看出 C 是轴的危面.4.8 中间轴的设计中间轴的设计(蜗轮齿轮轴蜗轮齿轮轴)4.8.1 轴的材料选择轴的材料选择选用 45 号钢,调质.4.8.2 求作用在蜗轮和齿轮上的力求作用在蜗轮和齿轮上的力已知:, ,小齿轮kw01.292(min/2 .662rnmmNT 41849802分度圆直径mmd2401作用在蜗轮上的力: N89.232491t2FFaNFt75.596812aFNFFrr846312作用在小齿轮上的力:NdT8 .3487424041849802222t3FNaFFtr4 .12693tan334.8.3 初步估算轴的最小直径初步估算轴的最小直径取材料为 45 号钢,调质.取,于是得0110A 36mmnpA8 .722 .6601.29110220mind最小直径处安装轴承,所以取轴径为 80mm.,所以选取 7016C 型角接触球轴承,180mmd125Dmm22Bmm 4.8.4 轴的校核轴的校核(1)水平面支反力 05 .815 .191258321FFFttHN 则 NFHN8 .282731NFFFFHNttHN89.298508 .282738 .3487489.232491322垂直面支反力 05 .815 .191258Ma321FFFrrHV其中 mmNdFa75.26859329075.596822aM则 NFHV114661NFFFFHVrrHV4 .9870114664 .1269386431322(2)水平面弯矩 NmmFHN7 .18802075 .668 .282735 .661H1M mmFMHNHN535.24328475 .8189.298505 .8122垂直面弯矩 mmNFMHVV7624895 .66114665 .6611 mmNFMHVV6 .8044375 .814 .98705 .8122总弯矩 mmNMMMVH3 .202893321211 37 mmNMMMVH8 .256239422222扭矩 mmNT 41849802(3)按弯曲合成应力校核轴的强度进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯距和扭距的截面的强度.取,轴的计算应力为0.6MPa2 .491 . 041849806 . 0T908 .2562394M322222ca(W之前选定轴的材料为 45 号钢,调质处理.查得.因160MPa,故安全.ca4.9 低速轴的设计低速轴的设计4.9.1 轴的材料选择轴的材料选择选用 45 号钢,调质.4.9.2 求作用在大齿轮上的力求作用在大齿轮上的力由小齿轮的受力情况,可以得出大齿轮的受力,即NFFtt8 .3487434NFFrr4 .12693344.9.3 初步确定轴的最小直径初步确定轴的最小直径选轴的材料为 45 号钢,调质处理.取,于是得0110A 38mmnpA1202358.27110330mind4.9.4 轴的校核轴的校核水平面支反力 07827041FFtHN 则 NFHN9 .100741NFFFHNtHN9 .247999 .100748 .34874142垂直面支反力 07827041FFrHV 则 NFHV36671NFFFHVrHV4 .902633674 .12693142水平面弯矩 mmNFHN8 .19343801929 .100741921H1M mmFMHNH2.2N193439789 .247997822垂直面弯矩 mmNFMHVV704064192366719211 mmNFMHVV2 .704059784 .90267822总弯矩 mmNMMMVH4 .205852721211mmNMMMVH4 .193439222222扭矩 mmNT114517002 394.9.5 按弯曲合成应力校核轴的强度按弯曲合成应力校核轴的强度进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯距和扭距的截面的强度.取,轴的计算应力为0.6MPa65.321 . 0114517006 . 0T1304 .2058527M322221ca(W之前选定轴的材料为 45 号钢,调质处理.查得.因160MPa,故安全.ca4.9.6 按弯曲合成应力校核轴的强度按弯曲合成应力校核轴的强度进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯距和扭距的截面的强度.取 40,轴的计算应力为0.6MPa65.321 . 0114517006 . 0T1304 .2058527M322221ca(W之前选定轴的材料为 45 号钢,调质处理.查得.因160MPa,故安全.ca 415 主要部件的选型与结构设计主要部件的选型与结构设计5.1 制动器的选择制动器的选择5.1.1 常用绞车制动闸的形式常用绞车制动闸的形式绞车制动闸的形式有下列三种:(1)带式制动闸带式制动间有结构简单、操作方便、维修快捷等优点,但也有制动力矩受限、闸带易磨损等缺点。一般用于井下小绞车.(2)块式制动闸块式制动闸因闸块大都使用木块而得其名。滚简直径在 12m 及其以上的老式绞车皆采用块式制动间。按结构分,有角移式块式制动闸和平移式块式制动闸。(3)盘式制动闸盘式制动闸是一种利用盘形弹簧(又称碟形弹簧)弹力紧闸和利用液压推力松闸的一种新型绞车制动装置。由于使用多副制动闸,制动可靠性高;用电液调压装置来调节制动力矩,操作方便,可调性好;惯性小,动作快,灵敏度高;重量轻,外形尺寸小;通用性好等优点,因而盘形闸获得广泛应用。但也有制造精度高、密封要求严格和碟形弹簧可能失效等缺点,在使用维护中必须注意。 425.1.2 绞车上应有的安全装置绞车上应有的安全装置(1)制动闸各类绞车都必须具备制动闹,重要纹车应有手动操纵闸和能自动操纵的保险闸。如果手动闸和保险闸共同使用一套闸瓦制动时,操纵和控制机构必须分开。滚筒直径在 o8m 及其以下的绞车只有手动闸。(2)深度指示器深度指示器是指示提升容器在井筒中运行位置的重要装置。滚简直径 1.2m 及其以上的绞车都装有深度指示器。在深度指示器上都装有减速警铃、过卷保护开关、限速凸轮板、传动齿轮和离合联轴节等。指示针装在螺母上,由两根丝杠带动,使两根指针同时做上下移动。(3)各种保险装置提刀绞车按规定要求必须装设下列保险装置:防止过卷装置、防止过速装置、过负荷和欠电压保护装置、限速装置、闸瓦过磨损保护装置、松绳报警装置、满仓保护装置和深度指示器失效保护装置等。滚筒直径o8m 及其以下的绞车,由于绞车结构简单,运行速度较侵,一般都没有上述保险装置。滚简直径 12m 及其以上的绞车根据个同的使用要求设置不同类型和数量的保险装置。5.1.3 回柱绞车制动器的作用回柱绞车制动器的作用1.保证准确停位,防止电动机停电后,其转子惯性仍继续转动.2.控制放绳速度,防止滚筒上钢丝绳乱缠绳。实际进行回柱作业时,为缩短拴绳时间,可打开回柱绞车的离合器使滚筒与蜗轮蜗杆减速箱脱开,拴绳工可迅速轻快地将钢丝绳从滚简上拉出来,直至拴到需要回收的顶校上。为限制滚筒放绳旋转时的惯性,可使用制动闸进行控制,防止滚筒上钢丝绳乱绳. 435.1.4 制动器的选用和设计制动器的选用和设计(1)制动器的确定根据给出的滚筒直径以及绞车的实际情况,最后确定选用带式制动器.(2)带式制动器的工作原理带式制动器是常见的一种制动器,工作原理为摩擦制动. 图 5-1 为带式制动器结构简图。制动块与闸带固联并插入制动槽内。当手柄在操作力 P 的作用下扳过死点,闸带紧箍闸轮并欲与之同转由于制动块与槽的作用,可实现制动目的。图 5-1 带式制动器结构简图1 闸轮 2 闸带 3 制动块 4 拉杆 5 手柄 6 机体制动槽Fig.5-1- With brake structure diagram1 gateway round 2 with three gates brake block 4 drawbars 5 body brake handle 6 slot 带式制动器是靠作用力 Q 收紧制动带而抱住闸轮,即靠带与轮间产 44生的摩擦力达到制动目的。为了使带能够弯曲,带通常必须做得很薄(24mm)。为了增加摩擦作用,制动带材料一般为钢带上覆有一层石棉织物或夹铁纱帆布,这层覆盖物也很薄,被粘结或铆在钢带上,而且必须是连续和挠性的。同其它类型的制动器一样,为了采用较小型号的制动器和减小安装尺寸,带式制动器也应安装在主电动机或高速轴上,以减小所需的制动力矩。5.2 滚筒的设计滚筒的设计滚筒的设计参考 JD-11.4 调度绞车的参数结构5.2.1 滚筒材料滚筒材料采用焊接成型5.2.2 滚筒的功能滚筒的功能 (1)在滚筒上缠绕钢丝绳,以牵引负荷 (2)在滚筒制动盘上装设差动制动装置,借以操纵绞车运行或停止。5.2.3 滚筒结构滚筒结构 钢丝绳头穿入绳孔后,用螺钉及绳卡固定在滚筒侧边上。如图 5-2 45图 5-2具体结构件零件图纸。5.3 轴承支架的设计轴承支架的设计轴承支架的主要作用(1)起支撑作用(2)起到定位作用,使得滚筒主轴的中心线与减速器输出轴的中心线保持在一条线上。轴承支架的主要技术要求是对中心孔的精度要求,因为要与轴承配合,因此在加工时应特别注意内孔的粗糙度。轴承支架的示意图如图 5-3、5-4 所示 46图 5-3 47图 5-3具体结构参数及技术要求见零件图另外,在滚筒的整体设计中我们还需要用到许多定位、固定的零件如轴承端盖等其结构和参数件零件图纸。 486 使用与维护使用与维护6.1 回柱绞车的操作要求回柱绞车的操作要求(1)操作工必须经过培训考试合格,方可上岗;(2)操作工应熟悉所操作回柱绞车的性能与结构,熟悉信号的联系方法,会检查、维修、润滑、保养设备,并会处理般性
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本文标题:矿用绞车总体设计【JH-8型回柱绞车】
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