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JT 0.8 矿井 提升 绞车 设计 CAD 图纸 文档 全套 资料

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I摘要摘要JT 系列提升绞车可供煤矿、金属矿、非金属矿在倾斜巷道作升降物料和人员之用，也可作为小型竖井的提升设备。据制造工艺的不同，可把提升机的滚筒结构分为铸造一焊接混合型(支轮为铸造，滚筒为焊接)和焊接型。机械传动系统包括减速器和联轴器,矿井提升机主轴的转数由于受提升速度的限制，一般在 l0 一 60 转|分之间，而用作拖动的电动机的转数，一般在 480 一 960 转分之间。这样，除采用低速直流电动机拖动外，一般情况下不能将主轴与电动机直接联接，中间必须经过减速器。因而减速器的作用是减速印传递动力。联轴器由半联轴器、柱销等零件组成。由于柱销具有缓冲和减震作用，因而具有传动平稳、噪音小、安全可靠、易于维护等优点。主轴与减速器输出轴的连接采用齿式联轴器。润滑系统是一切机械系统中很重要的一个环节。润滑系统的作用是：在提升机工作时，不间断地向主轴承、减边器轴承和啮合齿面压送润滑油，以保证轴承和齿轮能良好的工作润滑系统必须与自动保护系统和主电动机联锁电动机通过主轴驱动滚筒主轴也是传动的主要部件。提升绞车主轴应能承受工作过程中的外负荷而不发生残余变形和过量的弹性变形，同时要保证一定的使用寿命。主轴往往是提升机中重量最大的一个零件，其尺寸和传递的力矩也较大。关键词关键词：提升绞车 减速器 联轴器 主轴IAbstractJT Series hoist for coal, metal mining, non-metallic mineral movements in the tilt of roadway materials and personnel for use in small shaft can also be used as the upgrading of equipment. According to the different manufacturing process which could take the drum hoist structure casting a hybrid welding (support wheel for the casting, roller for welding) and the welding-type.Reducer and the mechanical transmission system including the coupling, the main axis of mine hoist to raise the speed of a few because of the restrictions, generally 60 to 1 l0 / | between points, and the motor used to drag a few, generally 480 a 960 r / min between. In this way, in addition to the use of low-speed DC motor drag outside, under normal circumstances can not be directly connected to the motor spindle with the middle through reducer. Reducer thus slow down Indias role is to transfer power. Coupling by the semi-coupling and column component parts inventory. Sales as a result of column buffer and shock-absorbing role, so they have a smooth drive, the noise of small, safe, reliable, easy to maintain and so on. Spindle and the reducer output shaft gear coupling used to connect.Lubrication of all mechanical systems is a very important aspect. Lubrication system is: in the elevator work, uninterrupted to the main bearings, bearings and browser side by tooth meshing Pressure lubricants, bearings and gears in order to ensure the work can be a good lubrication system with automatic protection systems and the main electrical interlockDrum through the spindle drive motor. Spindle drive is also the main components. Spindle hoist should be able to work outside the course of the load without the occurrence of excessive residual deformation and elastic deformation, at the same time to ensure that a certain life. Spindle is often the weight of hoisting machine in one of the biggest parts of their size and the torque delivery as well.Key words: spindle hoist reducer couplingII目目 录录 绪 论.- 1 -第 1 章 矿井提升的意义及其发展简史.- 2 -第 2 章 JT-0.8 矿井提升绞车的工作原理.- 4 -矿井提升机（1）单绳缠绕式 A 单卷筒提升机.- 4 -第 3 章 JT-0.8 提升绞车提升设备的分类.- 6 -第 4 章 JT-0.8 提升绞车主要组成部分和各部分的用途.- 7 -4.1 提升机械性能参数.- 7 -4.2 制动系统.- 8 -4.3 机械传动系统.- 10 -4.4 润滑系统.- 10 -4.5 观测和操纵系统 .- 11 -4.6 拖动、控制和自动保护系统 .- 12 -第 5 章 JT-0.8 提升绞车卷筒的结构及其计算 .- 19 -5.1 卷筒结构.- 19 -5.2 支轮.- 21 -5.3 木衬.- 23 -5.4 绳槽.- 24 -5.5 卷筒的失效形式及原因.- 27 -5.6 筒壳许用应力的确应.- 28 -III5.7 滚筒强度的验算 .- 30 -第 6 章 JT-0.8 提升绞车的主轴设计.- 32 -6.1 主轴的结构设计.- 32 -6.2 主轴尺寸的确定及轴承的选择.- 33 -6.3 主轴装置零部件变位质量计算.- 36 -6.3-1 确定滚壳变位质量.- 37 -6.3-2 确定支轮变位质量.- 38 -6.3-3 确定轮毂的变位质量.- 39 -6.4 主轴强度和刚度计算及校核.- 40 -6.4-1 固定静载荷分配于主轴各轮毂作用点上的力.- 41 -6.4-2 钢丝绳拉力分配于主轴各轮毂作用点上的力.- 44 -6.4-3 作用于轴上水平方向及垂直方向的合力.- 46 -6.4-5 扭矩计算 .- 48 -6.4-6 危险断面的安全系数计算.- 49 -6.4-7 按弯扭组合校核强度 .- 51 -6.4-8 挠度计算 .- 52 -6.5 主轴承强度校核.- 56 -6.6 滚筒制动轮与主轴的过盈配合联接计算.- 56 -6.6-1 计算最小过盈量.- 57 -6.6-2 计算最大过盈量.- 58 -6.6-3 选择过盈配合的种类.- 59 -结 束 语.- 32 -IV参考文献.- 55 - 1 -绪绪 论论矿山提升机是矿山大型固定机械之一。矿山提升机从最初的蒸气机拖动的单绳缠绕式提升机发展到今天的交-交变频直接拖动的多绳摩擦式提升机和双绳缠绕式提升机，经历了 170 多年的发展历史。目前，国内外经常使用的提升机有单绳缠绕式和多圣摩擦式两种根据制造工艺的不同，可把提升机的滚筒结构分为铸造一焊接混合型(支轮为铸造，滚筒为焊接)和焊接型。JT 系列提升绞车可供煤矿、金属矿、非金属矿在倾斜巷道作升降物料和人员之用，也可作为小型竖井的提升设备。此外，还可以地下或地面作其它运输及辅助工作。JT-0.8 型矿用提升绞车主要用于矿井运输、调车及斜坡提升物料之用当支轮的变形与简壳的变形相比可以忽略时，称它为刚性支轮，均为刚性支轮。如支轮的变形与筒壳变形相比不可忽略时，称它为弹性支轮。它的特点是筒壳与支轮的应力分布较均匀。经验表明，刚性支轮的结构在制造工艺上较复杂，而且往往容易出现早期失效。因此，现代大中型提升机滚筒常采用的弹性支轮滚筒结构。弹性支轮滚筒这种结构共同的持点是取消了支环，用较厚的简壳来承担载荷，并且支轮改为辐板式 (即在支轮上开有两个人孔)或圆环式。这样做工艺上较简单，同时也可以避免由于焊接工艺不当造成加强筋附近的局部应力过高。经验表明，这种改进是成功的。弹性支轮滚筒结构的不同之处还在于刚性支轮的辐板与轴线垂直，而弹性支轮滚筒的支轮与轴线成某一角度(约 3一 6。)，初看起来，这种倾斜式辐板似乎可以减少筒壳与支轮连接点的刚度从而减小其弯应力，但由于增加了压缩应力，故对减小合成应力水平并不有效，加上它的制造工艺较为复杂，故不再倾向于使用它了。滚筒外一般设有木衬，并在其上车出绳槽，目的是减少钢绳与简壳直接接触面造成的磨损，并使钢绳排列整齐。 绳槽有螺旋形及环形两种，在单层缠绕时采用螺旋形绳槽就足以使排绳整齐。- 2 -第第 1 章章 矿井提升的意义及其发展简史矿井提升的意义及其发展简史矿山运输在有益矿物探掘的技术过程中起着及其重要的作用，而矿井提升是矿山运输的主要环节之一。矿井提升设备一方面把有益矿物送至地面，另方面也用作运送人员、辅助材料和其他设备等。矿并提升的安全及无事故的运转在完成有益破物的探掘计划和保障人民的健康上具有头等重要的意义。提升的运转应当不仅是安全，同时还要经济。经济这一点现在应十分重视，因为在个别场合下提升机的用电量达矿井总用电量的 40%。矿井提升投备这一课程是说明各种提升方式的理豌论、有关设计提升机的问题、如何在一定的矿井条件下选择最合适的设备以及各种装置运转的安全性等问题。现代矿井提升改备的特点是在运转上特殊和在装备上复杂。所以要制造这种设备就须要在理论和实践上深入的钻研。而俄国和苏联的学者已经进行了这种研究工作，并且根据他们研究的结果已在苏联创立矿井提升这一学科。起重机械远在古代就用建筑时提升重物，提升灌溉田地用水，后来也以最简单的方法用于提升探出的有益矿物。在十五世纪俄罗斯矿山上最初出现的起重设备是用于奥拉馒涅茨的盐矿。迟至十八世纪在阿尔泰银矿中矿山机械工程师佛朗洛罗夫装配了整套以水力带动的提升改备。解放前，我国采矿工业十分落后，机械制造工业的基础也很薄弱，几个大型矿山都操纵在帝国主义和官僚资产阶手中，矿工不仅生活相当贫困，同时因为没有安全设备，生命也没有任何保障。解放后，在党的英明领导下，随着煤矿工业的恢复发展，在矿井提升方面，制定了安全操作规程。对旧有的提升段备进行了改造，增添了保安段备，不仅提高了提升段各的利用率，而且保证了安全生产。与此同时，提升机械的制造也获得了很大的发展。目前我国不仅能够制造中小型的提升机械，而且成批生产了大型提升机械日前国内各矿采用的矿井提升段备，主要是非连续性的提升机械。这种设备的特点是需要经常的起动和停止，并且要以较高的速度，安全准确地在不太长的距高中往返运行，这就必须要有复杂的操枞控制设备以及自动保护装置。因此矿井提升设备是矿井中较为复- 3 -杂的大型固定段各之。采用连续提升，可以大为简化操纵控制系统和进步提高提升能力。目前许多国家正在进行这方面的研究试制工作。并且已经取得初步成果。矿井提升段备是由提升容器、提升钢丝绳、提升机(又名绞车)、井架、天轮以及装卸载附属设备组成。提升系统有竖井和斜井提升，井下开采的煤炭和矸石通过位于井底车场室 I 中的翻车器卸入井下煤仓(矿仓)2 内，通过装载设备的闸门 3 可将矿物装入停于井底的箕斗 4 中，此时另一箕斗 7 位于地面井架 6 的卸载曲轨 8 中。所卸出之煤炭矸石可通过地面矿仓 9 运走，两条提升的钢丝绳 14，一端与箕斗相连，另端则绕过井架上的天轮而引入至提升机房 13，且以相反方向缠绕在提升机 12 上，启动提升机，可将位于井底且已经装载完毕的重载箕斗 4 经井筒提至地面。同时将位于地面卸载曲轨中且已卸载完毕的空载箕斗经井筒下放至井底，如此箕斗往复进行提升工作。图为竖井普通罐笼提升设备的示意图。一个普通罐笼 2 位于井底车场进行装载，另一普通罐笼则正处于地面卸载水平。提升钢丝绳 5 一端接罐笼；另端饶过位于井架 6 上的天轮 4 被固定在提升机 3 上，起动提升机后，位于井底且已装载完毕的重载罐笼经井筒 1被提升至地面，同时位于地面卸载水平且巳卸载完毕的空罐笼被下放，如此往复完成提升工作，团中 7 为并架的支撑。- 4 -图 普通罐笼提升设备示意图- 4 -第第 2 章章 JT-0.8 矿井提升绞车的工作原理矿井提升绞车的工作原理按工作原理的不同，矿井提升机可分为两类： 矿井提升机（1）单绳缠绕式 a 单卷筒提升机 b 双卷筒提升机 （2）多绳摩擦式提升机矿井提升机按工作原理的分：单绳缠绕式提升机的工作原地如图 l卷筒上缠上和缠下来实现容器的提升和下运动。提升机安装在地面提升机房里，钢丝绳一端固定在卷简上，另一端绕过天轮后悬挂提升容器。图 21 所示为单绳缠绕式单卷筒提升机，卷筒上固定两根钢丝绳，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发面积，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、应用范围和机械结构等，都是由这一特点来确定的。单绳缠绕式双卷筒提升机具有两个卷筒，每个卷筒上固定一根钢丝绳，并应使钢丝绳在两卷筒上的缠绕方向相反，其工作原理和特点与单卷筒提升机完全相同。- 5 -图 21 单绳缠绕式提升机工作原理示意图1卷筒 2钢丝绳 3天轮 4容器5平衡尾绳JT-0.8 绞车传动系统- 6 -1.电动机 2.YWZ 液压推杆制动器 3.正齿轮 4.正齿轮 5.轴承 6.齿轮轴7.轴承 8.斜齿轮. 9.轴承 10.大齿轮 11.滚筒 12.工作制动器- 6 -第第 3 章章 JT-0.8 提升绞车提升设备的分类提升绞车提升设备的分类矿井提升设备按照不同情况可分成如下类别：(一)按用途分：主井提升设备一专门提升煤炭或矸石的设备；副井提升设备完成提升矸石，升降人员，运送材料，设备等辅助工作的设备。(二)按井筒倾角分： 竖井提升设备； 斜井提升设备。（三)按提升机绞筒的构造分等直径绞筒提升设备；变直径绞筒提升设备；摩擦轮提升设备。(四)按拖动装置分： 电动机提升设备交流电动机拖动的提升设备，支流电动机拖动的提升设备；蒸气提升设备。(五)按容器分：罐笼提升段备；箕斗提升设备。(六)按提升系统的平衡分：不平衡提升设备；平衡提升设备静力平衡提升段备，动力平衡提升设备。- 7 -第第 4 章章 JT-0.8 提升绞车主要组成部分和各部分的用途提升绞车主要组成部分和各部分的用途4.1 提升机械性能参数提升机械性能参数设计提升机械系列参数的出发点是用较少规格的提升机去满足最广泛的使用需要，当然，也可以不设参数系列，而完全根据用户的需要。反映提升机械性能的参数很多，如卷筒直径、宽度、最大提升速度、容绳量和电动机功率等等。根据这些参数间的相互关系，可把它们分为：1)条件参数 它是作为限制条件而预先给出的参数，是提升机参数所应满足的先决条件。包括其他标准已作了规定的数据，如优先数系，电动机的同步转数和额定转数等；2)主参数 在提升机的性能参数中，有一个(或最多两个)参数是主要的。它代表了提升机械的主要性能特征，称为主参数。它是提升机械设计的主要依据，其他参数均从属于主参数； 3)次要参数 它是由主参数决定的，与主参数有某种依赖关系。有的可表示为某种确定的因数关系，如卷简直径与最大静张力之间的关系。有的则有一定的相关关系。当然，主参数并不能完全代替其他参数，但只要选择得当，就可以最大限度地代表该提升机械的性能。主参数的基本特征是：1)能反映产品的基本特性，2)最稳定的参数。此外，主参数要便于使用。确定主参数的步骤是：1)选择主参；2)确定主参数的上下限；3)确定主参数系列。提升机械的主参数选择方法，可采用主成分分析法，即分析所有性能参数间的关系，只要它们不相互独立，总有可能从中找出一个或两个作为主要性能的特征参数。现以缠绕式提升机械为例，说明主参数与- 8 -次要参数的关系。提升机械的容绳量与卷筒直径、宽度及缠绕层数有关。根据安全规程，缠绕层数因不同的提升条件而有具体规定。因而，容绳量这一参数就有着固定的、可以计算的关系。卷筒直径与钢绳最大静张力之间也有着大致固定的关系。因为根据安全规程规定，卷简直径与钢绳直径之比为 6080，只要钢丝绳的型式、规格和使用条件一旦确定，卷简直径和钢丝绳最大静张力这两个参数间的关系就可以确定。提升最大速度这一参数与提升工作的经济性及安全性有关。当卷筒直径确定后，最大提升速度就确定了卷筒的转数，或者说，当卷简转数在某一范围时，最大提升速度为卷简直径的函数。至于卷筒的宽度，看来似乎与卷筒直径没有什么关系。但是，考虑到实际情况，例如卷筒过宽时容易造成钢丝绳偏角超限，也容易造成主轴挠度超限等问题，而这些问题又都与卷简直径及钢丝绳直径有关，因而卷简宽度与卷简直径两参数间也就有了一定的关系，而并不相互独立。从以上分析可以看出，卷筒(主导轮)直径或钢丝绳最大静张力是提升机械的主要参数，其他参数都可以根据这参数去制定。- 7 -JT0.80.6 提升绞车技术参数表：安全规程规定，主轴装置的卷筒或主导轮直径与钢丝绳和钢丝直径的比值应符合下列要求：对于地面提升设备 80， 1200 （21）kDdnDd对于井下提升设备 60， 900 （22）kDdnDd（对于围包角的多绳摩擦式提升180机，100）kDd滚筒载荷提升高度钢丝绳电机速比重量 参数型号个数直径mm宽度mm最大静张力KN最大静张力差KN容绳量（米）层数绳速ms绳径mm功率型号单位kgJT-0.80.61800600151537541.3515.522YR180-6302100- 8 -式中 D提升机卷筒或主导轮名义直径（毫米） ；钢丝绳直径（毫米） ；kd钢丝直径 （毫米） 。nd单绳缠绕式提升机主轴装置的卷筒外面没有木衬。木衬的作用是作为钢丝绳的软垫，在其上钢丝绳不会发生过度变形。木衬应用柞木、水曲柳或榆木等制作。松木不适于作木衬，因为它在横过纤维的压力作用下，经常开裂，使用寿命仅为几个星期。木衬每块的长度与避沟宽度相等，每块的厚度应不少于钢丝绳直径的两倍， 一般为 100 毫米左右(对于直径大于 50 毫米的钢丝绳， （以采用 150 毫米为宜)，每块的宽度在 150 一 200 毫米之间， 断面成扇形。 固定卷筒木衬的螺钉头，应沉入木衬厚度三分之一以上；当全部木衬固定完以后，应用木塞沾胶水将螺钉孔定死，并钡用木楔将木衬夹缝填满。使用中的木衬，当因磨损使螺钉头的沉入深度尚存 10 毫米时，即应重新更换。卷筒木衬必须刻制绳槽，其尺寸关系如下式所示 A=0.35 =0.3515.5=5.425 (毫米) 取 A=5mm (23)kd式中 A沟槽的深度(毫米)。 两相邻沟槽的中心距 t 可参照下式计算： t= +(23)=15.5+2=17.5(毫米) 取 t=17.5mm (24)kd4.2 制动系统制动系统现代矿井提升机的制动系统是所有提升设备中最重要、最复杂的装置。它由制动器和传动机构组成。制动器是直接作用于制动轮或者制动盘上产生制动力矩的部分，按其结构可分为盘式制动器和块式制动器等。传动机构是控制并调节制动力矩的部分，新型号提升机采用油压盘式闸制动系统，旧型号提升机采用油压或气压块闸式制动传动系统。1)、制动系统的作用 (1)保证提升容器按给定状态运动，并在需要的位置制动工作制动。(2)在可能造成事故的不正常工作状态下，紧急制动以保障人员和设备的安全紧急制动。- 9 -(3)更换水平调节绳长时，制动活卷筒。工作制动、紧急制动都可用手动或自动。手动操作时，由司机进行；急制动由提升设备的保护装置进行，工作制动由行程调节器进行。2)、制动系统的要求(1)提升机除有制动装置外，还装有定车装置，以使在调整卷筒位置时使用。(2)全部制动力矩 Mz 不得小于提升机最大设计静载荷所需要纽矩的 3 倍。即： max3ZJMM（3）一副制动器的制动力矩 应大于调绳力矩 的 1.2 倍，即：(4)紧1.2nJzMM急制动时，对于提升重物，减速度必须小于 5ms ;对于下放重物,减速度应大于 1.5 ms2。2(5)对于摩擦轮式提升，紧急制动时的减速度不应使钢丝绳在摩擦轮上产生滑动。(6)紧急制动闸必须采用配重式或弹簧式的制动装置。(7)当井筒倾角在 30 以下时，制动力矩的倍致必须符合下表的要求。0制动力矩与井筒倾角井筒倾角20202530maxZJMhM1.82.02.63.0注：1 为制动力矩； ZM 2 为静力矩；maxJM3 表内未列出的角度，按比例标准；4 坡度变化的井筒，按井筒最大坡度确定。4.3 机械传动系统机械传动系统机械传动系统包括减速器和联轴器：- 10 -1)减速器的作用：矿井提升机主轴的转数由于受提升速度的限制，一般在 l0 一 60 转|分之间，而用作拖动的电动机的转数，一般在 480 一 960 转分之间。这样，除采用低速直流电动机拖动外，一般情况下不能将主轴与电动机直接联接，中间必须经过减速器。因而减速器的作用是减速印传递动力。本绞车采用的是一级斜齿轮减速器一级斜齿轮减速器，主要由齿轮轴、输出轴、传动齿轮、输入轴、轴承、箱体等组成。其公称传动比为 1：4.5。在减速器的箱体上有视孔窗，用以检查齿轮啮合情况和加注润滑油。下部设有油尺用以检查减速箱中的油位，油堵用以放油。2)联轴器是用来联接提升机的旋转部分，并传递动力JTP-0.80.6 型矿用提升绞车电动机与减速器的联接采用弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器。它由半联轴器、柱销等零件组成。由于柱销具有缓冲和减震作用，因而具有传动平稳、噪音小、安全可靠、易于维护等优点。主轴与减速器输出轴的连接采用齿式联轴器。它主要由半联轴器、内齿圈、外齿套、挡板等组成。具有承载能力大、易维护、对误差不敏感等优点。4.4 润滑系统润滑系统润滑系统是一切机械系统中很重要的一个环节。润滑系统的作用是：在提升机工作时，不间断地向主轴承、减边器轴承和啮合齿面压送润滑油，以保证轴承和齿轮能良好的工作润滑系统必须与自动保护系统和主电动机联锁：即润滑系统失灵时(如润滑油压力过高或过低、轴承温升过高等)，主电动机断电，提升机进行安全制动。启动主电动机之前，必须先开动润滑油泵，以确保机器在充分润滑的条件下工作。提升机的转动或滑动部位之间的相对运动就会产生摩擦，若润滑不好或润滑方式不妥，都会使其性能恶化，加速零部件的磨损。因而，润滑是与磨擦、磨损密切相关的，正确地选择润滑材料，采用合理的润滑方式，可以减少零部件的磨损，延长使用寿命，防止事故的发生，有很重要的作用。1、手工加润滑剂即人工用油壶、油枪、脂枪、脂杯或用手抹的方法，将润滑剂(油或脂)送到润滑部位。- 11 -2油环润滑利用套在轴颈上的油环，转动时油带起供给润滑部位，称之为油环润滑。一般用于滑动轴承加油。3飞溅润滑依靠旋转的齿轮将油池中的润滑油甩起，使油溅落到齿轮的啮合面上，称之为飞溅润滑，也叫作油池润滑式油浴润滑。这种润滑方式在齿轮及蜗轮传动中应用较多。4压力循环润滑油泵工作产生压力将润滑油送到各润滑点后流回油箱，经冷却、过滤后又循环使用的方法叫压力循环润滑，它多用于高速、重载、精密的机械润滑中。如 JK 型提升机的主轴承、减速器的轴承和齿轮，以及 JKM 型多绳摩擦式提升机的减速器齿轮等均采用压力循环润滑方法进行润滑。由于零件的润油方式不同，造成零件设计时必须考虑到是否开有加油孔等结构。4.5 观测和操纵系统观测和操纵系统观测和操纵系统包括斜面操纵台、深度指示器和测速发电机装置。这里只介绍一下深度指示器。本绞车采用的是龙门式深度指示器，龙门式深度指示器，单绳牌坊式深度指示器由两部分组成，一部分是与提升机主轴轴端成直角连接的传递运动的装置，即牌坊式深度指示器传动装置。另一部分是深度指示器，两者通过联轴器相连。深度指示器的工作原理：提升机主轴的旋转运动由传动装置传给深度指示器，经过齿轮对传给丝杠，使两根垂直丝杠以互为相反的方向旋转。当丝杠旋转时，带有指针的两个梯形螺母也以互为相反的方向移动，即一个向上，另一个向下。丝扛的转数与主轴的转数成正比，因而也与容器在井筒中位置相对应，因此螺母上指针在丝杠上的位置也与之相对应，通过指针便能准确地指出容器在井筒中的位置。深度指示器主要由箱体、螺旋齿轮、丝杠、螺母、链轮、机架、限位开关等组成。它能提示提升容器在井筒中的位置，其上的行程开关参与绞车过卷或过放保护等功能。当丝杠上的螺母杆碰压相应的形成开关时，控制线- 12 -路将产生相应的动作进行相应的保护，从而保证矿井的安全生产。深度指示器配有 76 齿，50 齿，25 齿三种链轮与主轴上的链轮分别构成 1：1、1：1.5、1：3 的传动比，分别用于井深 600400 米、400200 米、200 米以下三种情况。根据提升机使用场合的不同可选用不同的齿数链轮。深度指示器的作用是：(1) 指示提升容器的运行位置，(2) 容器接近井口卸载位置和井底停车场时，发出减速信号(3) 当提升机超速和过卷时进行限速和过卷保护，(4) 对于多绳摩擦式提升机，深度指示器还应能自动调零，以消除由于钢丝绳在主导轮摩擦衬垫上的滑动、蛹动和自然伸长等所造成的指示误差。4.6 拖动、控制和自动保护系统拖动、控制和自动保护系统拖动、控制和自动保护系统包括主拖动电动机和微拖动电动机、电气控制系统和自动保护系统。矿井提升机根据交直流拖动系统的不同可分为：（1）交流（三相绕线式感应电动机）：低压-JR 型高压-JR、JRQ、JRZ 或 YR 型（2）直流（直流电动机）-ZD 或 ZJD 型矿井提升机的电气控制系统，分交流和直流两大类：（1）交流拖动系统：KKX 型金属电阻控制系统（配 KJ 型和 JKA 型矿井提升机）SJK-A 型金属水冷电阻控制系统（配 JKA 型和 XKT 型矿井提升机）TKD 型金属电阻控制系统（配无水、缺水地区的 XKT 型矿- 13 -井提升机）JKMK/J 型金属电阻控制系统（配 JKM 型矿井提升机）（2）直流拖动和系统：电机放大机励磁的发动机-电动机系统等SJKA 型金属水冷电阻控制系统和 TKD 型金属电阻控制系统，目前尚未定型。矿井提升机自动保护系统的作用是：在司机不参与的情况下，发生故障时能自动将主电动机断开并同时进行安全制动而实现对系统的保护。自动保护系统应具有如下性能：(1) 提升机超速时(包括等速印减速阶段的超速)自动对系统进行保护；(2) 提升容器过卷时自动对系统进行保护；(3) 创动油欠压或超压时自动对系统进行保护；(4) 润滑油欠压或超压时对动对系统进行保护；(5) 轴承温升过高和制动油温升过高时自动对系统进行保护；(6) 闸瓦磨损超过规定值对自动对系统进行保护；(7) 电动机过电流或失压(断电)时自动对系统进行保护。根据上述各项自动保护作用的要求，自动保护可分为提升机运行过程中的自动保护和一次提升结束时的自动保护。- 19 -第第 5 章章 JT-0.8 提升绞车卷筒的结构及其计算提升绞车卷筒的结构及其计算JT-0.8 提升绞车的滚筒是缠绕钢丝绳的。并承受钢丝绳拉力所造成的各种载荷，滚筒一般由三部分组成，即筒壳、法兰盘(支轮)及支环。筒壳是滚筒的主要承载部件，支轮是支撑筒壳和传递力的部件，支环是增加筒壳稳定性的。过去生产和使用的 kJ 系列提升机筒壳开裂的现象较为普遍。分据其原因，主要是因为筒壳处于变载荷作用下，应力状态复杂，其理论计算还不够完善结构设计不尽合理，加工装配和使用维护上存在一定缺陷。但是，归根结底，解决简壳开裂现象的主要对策是正确分析筒壳的应力状态，计算其强度。因为，只有正确分析了解筒壳的应力状态，才能提出适应于这种应力状态的合理的结构设计，在加工工艺上使用维护上保证这种设计的实现。同时，从提高煤炭产量，挖掘设备潜力的角度看，筒的承载状态和强度计算，也是十分必要的。5.1 卷筒结构卷筒结构JT-0.80.8 矿井提升机卷筒结构部分如图 51 所示：图 5-1 卷筒结构1-主轴 2-轴承 3-轴承支座 4-大齿轮 5-木衬 6-制动支轮根据制造工艺的不同，可把提升机的卷筒- 20 -结构分为铸造、焊接混合型的(支轮为铸造，卷筒为焊接)和焊接型的。焊接型卷筒的结构见图 52 及图 53。图 5-2 焊接型卷筒1- 支轮（焊接型） 2-筒壳 3-支环 4 木衬图 5-3 搭板连接- 21 -1-筒壳 2- 支环 3、4-搭板图 51 所示的支轮为铸钢(小型提升机也有用铸铁的)。它用螺钉与简壳相连。简壳可以是整体的；也可以是分辨的，互相间以螺钉连接，如图 53 和图 54 所示。图 54 角钢连接1筒壳；2支环；3搭板；4角钢；5垫片5.2 支轮支轮在图 5-3 之中，其卷筒与支轮全部为焊接结构，在筒壳内还有圆环形的加强筋(称为支环)，在支轮与筒壳连接处和轮辐上都加有刚性较大的加强筋板。从侧面来看，这些卷筒的支轮大多呈辐条形或在整板上开有较大的孔。当支轮的变形与筒壳的变形相比可以忽略时，称它为刚性支轮，图 51 和图 52 所示均为刚性支轮。如支轮的变形与筒壳变形相比不可忽略时，称它为弹性支轮。它的特点是筒壳与支轮的应力分布较均匀。- 22 -图 55 圆环结构弹性支轮1轮毂；2圆板支轮（a0） ；3筒壳；4木衬图 56 圆板结构弹性支轮1轮毂；2圆板支轮；3筒壳；4木衬经验表明，图 51 所示的结构在制造工艺上较复杂，而目往往容易出现早期失效。因此现代大小型提升机卷筒常采用图 55 和图 56 所示的卷筒结构，它们的支轮是弹性的。这两种结构共同的特点是取消了支环，用较厚的筒壳来承担裁荷，并且支轮改为辐板式(即在支轮上开有两个人孔)或圆环式。这做工艺上较简单，同时也可以避免由于焊接工艺不当造成加强筋附近的局部应力过高。经验表明，这种改进是成功的。图 54 与图 55 所示，卷筒结构的不同之处还在于前者的辐板与轴线垂直，而后者的支轮与轴线成某一角度(约 36。)，初看起来，这种倾斜式辐板似乎可以减少筒壳与支轮连接点的刚度，从而减小其弯应力。但由于- 23 -增加了压缩应力，故对减小合或应力水平并不有效加上它的制造工艺较为复杂，所以不再倾向于使用它了。5.3 木衬木衬卷筒外一般设有木衬，并在其上车有绳槽，目的是减少钢绳与筒壳直接接触而造成的磨损，并使钢绳排列整齐。但木衬使用寿命不长，更换费时、费科，故有人不设木衬而直接在卷筒完上车出绳槽，但这样则要求增加筒壳厚度(一般约需增加 l3)，从而也增加了机重。图 57 为其结构之一，值得注意的是，该结构中闸盘和支轮是用螺栓连接的。图 57 无木衬卷筒1轮辐 2筒壳；3挡绳板；4闸盘根据 JT-0.8.00.6 型矿用提升绞车的结构及参数要求，筒壳上的木衬结构及尺寸设计结果如图 58 所示： - 24 - 图 5-8 木衬结构材料为硬杂木。其技术要求：（1）表面粗糙度不超过；（2）木衬水分不得超过20。（3）允许有木节，但面积不得超过 20；（4）木材不允许有裂纹和夹层。5.4 绳槽绳槽绳槽有螺旋形及环形两种，在单层缠绕时采用螺旋形绳掐就足以使排绳整齐。当上层钢绳缠绕在下层上面时，滚筒每转过一周，上层钢绳就会有两次“横跨”下层绳圈的现象，如图 59，并在挡绳板处形成楔形区而造成咬绳现象。图 59 中 II 及分别为上层绳圈第一次和第二次横跨下层绳圈处。为解决这一问题，可采用图 510 中所示的四种平行式的绳槽。图 59 双层缠绕时钢丝绳的两次过渡- 25 -图 510 四种平行绳槽展开图(a)平面单过渡平行绳槽；(b)斜绳槽过渡平行绳槽；(c)斜绳槽双过渡平行绳槽；(d)斜绳槽双过渡不等平行绳槽这几种形式的绳槽均可不同程度地改善上层绳槽圈横跨下层绳圈时的刮绳与咬绳现象，使排绳整齐，可以提高钢丝绳的使用寿命。目前图 5-10a 形式的使用效果为好，可以延长钢丝绳寿命 50%左右，图 5-10d 可以减少钢丝绳的动应力。钢丝绳使用情况还表明，刚绳磨损最严重的部分是相邻两层的过渡处。因为这时钢绳与挡板间形成一楔行段，其宽度随着缠绕过程由宽到窄。后一层钢绳在较宽的楔行段中（宽度大于或等于钢绳直径）可以顺利地缠入此楔行段之中，如图 5-10b 所示。- 26 - 第一层最后一圈 （a） （b）（c）图 5-11 钢丝绳的层间过渡当楔行段的宽度小于钢绳直径且其差值在某一段范围内时，钢绳在力作用下挤入楔行段便形成咬绳现象（它们的长度大约为半圈） 。当楔行段宽度不能挤入钢绳时，由于相邻两层钢绳的缠绕方向相反，故钢绳开始向上爬，并骑在下层钢绳之上形成一过渡绳圈，它的位置由 A 到 B，如图 5-11c 所示。当下放时，原来被挤入和拉出是造成钢绳在此处早期过渡磨损的原因之一，这一过程也会增加钢绳的动载荷。根据统计，多层缠绕时钢绳的使用寿命仅为单层缠绕时的一半左右。下层钢丝绳过渡块过渡块图3-13过渡块（双层缠绕）图 512 过渡块（双层缠绕）改进方法是在钢绳缠绕的层间过渡处设置一过渡块。它的作用是当楔行段的宽度小于钢绳直径是，不让钢绳挤入而引导它爬过相邻的绳圈，进行顺利的层间过渡。如图 5-12所示。当然，过渡块的尺寸大小是决定其能否顺利引导绳过渡的关键。不过有的滚筒不加过渡块，而把层间过渡处的绳槽形状加以改造，- 27 -使之符合过渡的要求，这在本质上与加过渡块相同。筒壳、闸盘、挡绳板的结构及尺寸设计在图纸中详细列出，在此不再做具体分析。5.5 卷筒的失效形式及原因卷筒的失效形式及原因卷筒的失效形式主要有：(1)裂纹 出现于筒壳、支轮及支环上。筒壳上的裂纹多出现于圆周方向和螺钉孔处。如图 513 所示。支轮的裂纹多出现于人孔周边，呈放射状。支环的裂纹多出现于焊缝处，或支环断裂。图 513 筒壳的裂纹形式示意图(a)沿筒壳圆周方向局部开裂；(b)沿焊缝和支轮处局部开裂1筒壳；2支环(2)局部变形过大 多数是筒壳中部塌陷。(3)连接螺拴被剪断或弯曲变形过大，造成这些失效的原因是复杂的，具体分析，一般来说可能有：1)理论计算有误 例如某矿使用的 241.7 仿苏型提升机，根据正确计算应有 34个支环，而实际只有两个，故造成卷筒强度不足；2)结构设计不良 造成卷筒各部分刚度相差过大。例如所加支轮和支环的结构不合理形成局部刚性过高从而导致局部应力过高，不符合弹性均勾化设计原则； - 28 -3)加工安装不当 例如卷筒不圆，或支环与筒壳贴合不好等；4)使用维修不当 仅如过载，以及加速度过大等；5)原材料有缺陷 例如内部裂纹等；6)焊接工艺不当 例如焊条或焊接参数选用不当，焊接处清洗不净，以及焊后不进；行热处理或热处理不当造成焊接残余应力过高等；7)原设计许用应力选取过大 例如苏制或仿苏的 241.7 和 241.8 提升机，标准中可以采用 8t 底卸式箕斗，钢绳直径可达 475mm，钢绳最大静拉力可分别达到 17.5t 和 18t，而筒壳厚度仅有 16mm，其应力可达 180200MPa，因此就很容易出现裂纹。5.6 筒壳许用应力的确应筒壳许用应力的确应筒壳和支环的材料通常是 A3（A3 是以前的名称,Q235-A 是现在的名称,Q235-A 是保证物理性能,Q235-B 是保证化学性能）和 16Mn，铸造支轮多用 ZG350。A3 的厚度在2040mm 时。230MPa，400MPa。16Mn 的厚度在 2040mm 时，sb290330 MPa 500MPa。sb尽管从理论上分析得知筒壳和支轮所受的应力是变化的，实践也证明多数卷筒的失效都在没有显著变形的情况下形成裂纹。但在设计计算时，都是按照静强度的方法来计算，或按照与疲劳强度等效的静强度计算。安全系数的确定是一个比较复杂的问题。它主要取决于下列几种因素：1)原材料的稳定情况，包括材料性质，原材料尺寸变化，制造工艺的稳定性等；2)计算的精确度，包括外载荷，以及应力等计算的精确程度；3)零件的重要程度。根据卷筒的具体情况，它的原材料和制造工艺都比较稳定，计算精度为中等，又是属于比较重要的零件，根据经验可把其安全系数定为 1.51.8。目前我国各厂家常取 A3 的许用应力（）=140MPa，l6Mn 的许用应力（- 29 -)180MPa。它们也都在 1518 之间。或这样计算，即取材料的脉动疲劳极限为(052056)，安全系数为 15。达样计算出的许用应力亦与上述相近。但考虑到卷筒在成形或安装时，会有局部凹陷的现象，故有人建议在按上述许用应力计算出卷筒厚度之后再加上 23mm。卷筒的焊接和连接螺栓的许用应力至今尚无统一认识，设计中可以参照卷筒的母材的许用应力或参照结构设计规范选取，见表 51。在滚筒上的螺孔及焊缝截面的变化处均有应力集中，焊接处如不经退火也会有残余应力存在。未经处理的焊缝中心的残余应力是拉应力，其值可达到屈服极限，当它与工作应力叠加时，造成平均应力增加。这样就大大降低许用疲劳强度，使寿命降低。消除的方法可以用退火、振动与锤击，以及火焰烘烤等，另外也可以用热法。 表 51 焊缝和连接螺栓的许用应力 单位aMP5.7 滚筒强度的验算滚筒强度的验算具体计算及校核 JT-0.80.6 型的筒壳强度(1).已知条件（JT-0.80.6 型绞车）钢绳最大静张力 F=15KN，钢绳直径 d=15.5mm钢绳弹性模量Map51.0 10sE 钢绳金属断面积（6（19） ）1.89sA 2cm- 30 -卷筒壳半径 r=34.7cm缠绕层数 n=4；轮毂半径05.0rcm缠绕节距 t=15.5+2=17.5mm卷筒壳厚度mm；圆盘厚=22mm81钢的弹性模量Map52.0 10E 筒壳及圆盘材料 16Mn, =182MPa (2).计算：1.831.83 34.7 0.89.64yxrcm 取 i=59.645.511.75yxitcm1.2851.2850.2438934.7 0.8r的计算如下：1()iFx查表 6-1矿山提升运输机械 （冶金工业出版社）距第一圈的距离x(mm) 1.753.5 5.257.008.7510.512.2514.0- 31 -ix0.42680.85361.28041.70722.13402.56082.98763.41441()iFx0.86250.60320.34620.15760.04390.00000.00000.0000 1()iFx2.0134自由筒壳区钢绳张力降低系数：1311 0.64()ssiCE AFxE r310.93191 1.891 0.642.0134234.7 2(3).计算四层缠绕时的缠绕系数：21.75 1.552.7Atdcm 1.0 1.890.352 2.7ssE AEA411111121 3a 11112.8171 0.3512 0.351 30.35 (4).计算筒壳强度- 32 -1）自由筒壳区筒壳均布载荷32315 102.817695.834.7 1.75Faqcmrt695.8 0.9319 34.72yqcr 112.5182MPaMPa2）在支撑处：如认为此处钢绳张力降低系数滚筒支轮轮缘直径根据煤炭安全规程第 385 条规定：绞车滚筒上缠绕两层或两层以上钢丝绳时，滚筒边缘应高出最外一层钢丝绳的高度至少为钢丝绳直径的 2.5 倍。 mmmmddD90075.9005 . 248001 D1滚筒支轮轮缘直径； d 钢丝绳的直径，d=15.5mm。11 0.93190.966022CC 210()2.2 (34.75.0)65.34Arrcm232012201()12 11brrIrr322222.234.75.01()1.3090121 0.31 0.334.75.0- 33 -2200220(1)() ()1(1)rrrrGrrr2222(1 0.3 ) (34.75.0)(34.75.0)0.580234.71 0.35.0(1 0.3) 34.7110.945022 0.8 0.58021165.34 0.24389bQGA312(1)bMbIr310.123922(1)1.3090 0.2438934.7弯曲应力11.82()2bbQMwqC r11.82 695.8 0.9660 34.7 (0.94500.1239)22126.58MPa压缩应力(0)(1)2byQy xqC rEr695.8 0.9660 34.7(1 0.9450)2 23.21MPa- 34 -各应力值均在极限应力值内，满足强度要求。- 32 -6 章章 JT-0.8 提升绞车的主轴设计提升绞车的主轴设计主轴是 JT-0.8 提升绞车承载的主要部件，提升绞车的主要工作构件如滚筒、轴承、离合器以及联轴器等均安装在主轴上。有些小型提升机的主轴还装有减速的末级大齿轮。电动机通过主轴驱动滚筒主轴也是传动的主要部件。提升绞车主轴应能承受工作过程中的外负荷而不发生残余变形和过量的弹性变形，同时要保证一定的使用寿命。主轴往往是提升机中重量最大的一个零件，其尺寸和传递的力矩也较大。6.1 主轴的结构设计主轴的结构设计主轴装置是一个完整的结构，包括轴承、端盖、离合器、联轴器、支轮等多个部件，而有根据主轴的应用场合不同，具体轴上需用的部件和结构也不尽相同，例如本绞车上用到的部件有滚筒、支轮、轴承、液压马达、端盖、制动轮毂等部件，本例中主轴的结构简图如 6-1 图所示：图 6-1 主轴结构简图结构上除应满足强度和刚度要求外，还应重视工艺和安装方面的问题。主轴的结构设计应考虑如下几点：（1）要便于起吊、拆装和加工。零件在轴上要求定位准确，工作中不发生移动。例如，为了便于安装、找正，提升机主轴目前一般做成两支点。为了便于加工，主轴轴向尺寸不宜过长以免需要大型工装及需要大型炉进行热处理等。现代提升机上已普遍采用滚动轴承代替原来的滑动轴承，这样可减小主轴轴向尺寸：为便于安装，主轴结构应作相应考虑。如图 6-1 所示滚筒主轴，考虑到安装上的方便，安装调整环，以便在装配时修正。（2）滚筒在轴上的固定方法可用切向键也可用静配合，JT-0.80.6 型矿用提升绞车的滚筒采用静配合固定，但不论用何种方法都应使连接可靠，不允许在运转中出现松动现象。对键连接应有防坠装置。- 33 -（3）轴的结构应尽量使轴受力合理，避免或减轻应力集中，以保证轴的疲劳强度。轴径变化处过渡圆角半径不宜过小。根据需要和可能对主轴进行表面强化处理（如喷丸、滚压等）以提高其疲劳强度。（4）主轴是主要承载部件且受交变应力，故对其工艺要求较高。主轴锻造后必须进行探伤试验及机械性能试验，当有裂纹及其他缺陷存在时，此轴的寿命会受到影响。主轴锻造、加工后要进行热处理，热处理方法用正火也有调质的。（5）主轴材料一般采用优质中碳钢，最常用的是 45 钢碳素结构钢。这种材料价廉、对应力集中敏感性小、加工性能好，通过调质处理，可获得强度、耐磨性和冲击韧性都比较好的综合机械性能。一般采用合金钢，因为碳钢与合金钢的弹性模量相差很小，用合金钢虽可提高主轴强度，但对提高主轴强度意义不大。经过锻造、正火处理机械性能不低于下表数值：表 6-1机械性能（公b斤力）2mm（公斤s力）2mms（）（公斤力.k米）2cmHB要求5829152.5180217（6）必须进行材料质量探伤检查，不得有降低机械强度和使用性能缺陷。（7）轴颈的表面光洁度不低于 Ra6.3，非配合面和圆角光洁度不低于 Ra12.5 ，且用样板检查其圆角。6.2 主轴尺寸的确定及轴承的选择主轴尺寸的确定及轴承的选择绞车滚筒部件具有严格的对称性，因此，在其主轴结构上也具有对称性。在设计轴的开始估算轴的最小直径 dmin。所选轴的材料仍为 45 钢，调质处理- 34 - 由 30minnPAd mm35.8425.3272.16)126103(3 A0 由材料的许用扭转应力所确定的系数，其值为； 0103126A P主主轴的功率，其值为 P主=22=220.76=16.72kw； n 主轴的转速，其值为 min/25.3280014. 335. 1100060100060rDvn利用上式估算轴径时，应注意以下几点：（1）对于外伸轴，由上式求出的直径，为外伸轴段的最小直径；对于非外伸轴，计算时应取较大的 A 值，估算的轴径可作为安装齿轮处的直径。（2）计算轴径处有键槽时，应适当增大轴径以补偿键槽对轴强度的削弱作用。（3）外伸轴段装有联轴器时，外伸段的轴径应与联轴器毂孔直径相适应；外伸轴段用联轴器与电动机轴相连时，应注意外伸段的直径与电动机轴的直径不能相差太大。对于该绞车的滚筒制动轮毂与主轴的联接方式采用过盈配合联接。其特点是结构简单，无键槽不削弱主轴强度，轮毂定心好，联接可靠，承受重载、冲击和震动的性能较好。但配合尺寸的制造精度要求较高，装配工艺复杂。由于液压绞车的工作条件的限制，该主轴轴承主要承受径向载荷，结合设计的主轴最小直径，根据手册机械零件设计手册吴宗泽主编 机械工业出版社 2006.3 第八章 滚动轴承，选择轴承前首先考虑滚动轴承的失效形式。滚动轴承的失效形式主要有疲劳剥落，过量的永久变形和磨损疲劳剥落是正常失效形式它决定了轴承的疲劳寿命；过量水久变形使轴承在运转中产生剧烈的振动和噪声；磨损使轴承游隙、噪声、振动增大，降低轴承的运转精度；一些精密机械用的轴承，可用磨损确定轴求寿命。疲劳剥落可根据使用寿命，- 35 -由基本额定动载荷限定载荷能力；过量永久变形可有基本额定静载荷限定载荷能力；磨损尚无统一的计算方法。此外，还有胶合、企图断裂、滚动体压碎、保持架磨损和断裂、电蚀、锈蚀等失效形式。在正常使用情况下。这些失效是应该避免的因此称之为非正常失效。综上，选择双列调心滚子轴承，其参数、简图（6-2）及其安装尺寸如下表所示：表 6-2基本尺寸安装尺寸计算系数基本额定 载荷极限转速轴承代号daDaraeY1Y2Y0CrCo脂润滑油润滑圆柱孔mmmmKNr/min8518060991710.830.81.20.840836514002000291317E图 6-2 轴承尺寸及安装图- 36 -其余结构设计根据具体工艺分析和设计要求以及结构形式等方面综合考虑，参考机械设计课程设计指导书王昆主编 高等教育出版社及机械零件设计手册吴宗泽主编 机械工业出版社及其它零件手册等设计出主轴。6.3 主轴装置零部件变位质量计算主轴装置零部件变位质量计算由理论力学可知，旋转刚体对于回转轴的切向扭矩 M 按下式计算 JM 式中 2mRJ J刚体的惯性矩； m刚体的质量； R刚体的回转半径； 刚体的旋转角加速度。因而，只要知道和，便可求出物体旋转时所需要的扭矩。所以我们将绞车所2mR有旋转运动和直线运动部分的实际重量都变位到提升钢丝绳缠绕圆周切线处。使缠绕处的变位质量在相同角加速度时，产生与原质量在原位置时相同当量的扭矩。液压绞车主轴装置的变位质量计算。 izmm 22DDGmiii式中 mz主轴装置的变位质量，kg； mi主轴装置某一部件 i 的变位质量，kg； DI零件 i 的惯性回转半径，m； GI零件 i 的实际质量，kg； D滚筒直径，m。- 37 -6.3.1 确定滚壳变位质量确定滚壳变位质量 滚壳简图尺寸如图 6-3图 6-3 滚壳尺寸根据设计的图纸，滚壳的质量为： 6 . 0)2694. 0()2702. 0(14. 3108 . 7)(22322211lrrm =41.03kg 则滚壳的重量为： gmG11 =41.039.8=402.09N 滚壳的惯性回转直径为： mDDDk70. 02694. 0702. 02222221 滚壳的变位质量为：kgDDGmkk41.318 . 070. 003.4122221- 38 -6.3.2 确定支轮变位质量确定支轮变位质量支轮的作用主要是支撑滚筒，支轮的刚度直接影响到传递的效率和准确性，因此计算支轮的质量和半径对整体的作用很有必要。下面将对支轮的变位质量和尺寸计算如下，首先将给出的是支轮的结构和尺寸。如图 6-4 所示：1 轮 2 圈 3 环 4 筋图 6-4 支轮的结构按经验取支轮的材料为 16Mn，重量为 GZL=265kg，将支轮分解为 1、2、3、4 部分，请参看图 6-4；根据零件的尺寸，计算出相应的体积以及查表的到的密度，可计算出的结果如下： 轮 1 的质量 GZL1=11.3kg； 圈 2 的质量 GZL2=75.7kg； 环 3 的质量 GZL3=9.4kg； 筋 4 的质量 GZL4=168.6kg。- 39 -部件 1、2、3、4 的惯性回转直径和变位质量分别进行计算，如下： mDDDZL75. 0255. 09 . 022222211 mDDDZL52. 02678. 03 . 022224232mDDDZL53. 02694. 03 . 022225233mDzl53. 04kgDDGmZLZLZL93. 98 . 075. 03 .112222111kgDDGmZLZLZL98.318 . 052. 07 .752222222kgDDGmZLZLZL13. 48 . 053. 04 . 92222333kgDDGmZLZLZL00.748 . 053. 06 .1682222444。kgmmmmmZLZLZLZLZL04.1207413. 498.3193. 943216.3.3 确定轮毂的变位质量确定轮毂的变位质量首先我们应该知道制动的结构和作用，制动轮与制动毂配合使用，下面将给出制动轮毂的结构简图及其尺寸如图 6-5 所示：- 40 -图 6-5 制动轮毂结构尺寸按经验取支轮的材料为 ZG45 号铸钢，制动轮毂的材料为 45 钢，制动轮和制动轮毂的重按经验选取，其两者的质量取为 195kg；支轮与轮毂两者的重质量取为 90kg。同理，木衬的质量为 50kg；主轴的质量为 80kg；滚筒变位质量为 230kg；摩擦圈及试验钢丝绳重 40kg。6.4 主轴强度和刚度计算及校核主轴强度和刚度计算及校核作用在主轴上的正常载荷主要有：（1）安装于主轴上各零件的自重以及轴的自重。安装在主轴上的零件有滚筒、轴承、支轮、盘形闸、联轴器等。它们的重量可以认为集中作用于两支轮的轮毂中心。而由主轴自重引起的近似均布荷重可以认为作用于各轮毂中心及支座上集中力来代替。（2）缠绕于滚筒上的钢丝绳的绳重，通过滚筒支轮轮毂中心线作用于主轴上，它的大小在整个提升过程中钢丝绳长度是不段变化的。（3）由钢丝绳拉力引起的弯矩和扭矩，经支轮轮毂传递给主轴。因为在缠绕过程中钢丝绳长度不断变化，钢丝绳还要沿滚筒宽度- 41 -移动，因此，通过各支轮轮毂传递给主轴的载荷大小在整个提升过程中也是不断变化的。既然在提升过程中载荷是变化的，那么究竟是按哪一种工况进行工作的强度校核呢？这个问题与许多因素有关，本次设计中，钢丝绳只能在滚筒上缠满一层，第二层仅缠约14（实际是 13.88）圈，故本次设计只对前两种工况进行计算。下面就对设计中的主轴进行校核。首先分析其受力状况，如图 6-6 所示：Gg1RA根据主轴的结构特征以及工作时的受力情况，在进行强度校核时可以将其视为等径直杆以便于计算，下面将对主轴的受力进行详细的说明和计算：6.4.1 固定静载荷分配于主轴各轮毂作用点上的力固定静载荷分配于主轴各轮毂作用点上的力JT-0.8 提升绞车作用于主轴上的固定静载荷包括两部分；(1)主轴上各零、部件的自重及主轴本身的重量。滚筒的重量可以认为集中加于轮毂的中心，主轴的自重加于轮毂的中心及支座上，方向始终垂直向下，大小不变。(2)缠绕在滚筒上的钢丝绳重，通过滚筒支轮轮毂中心线作用于主轴上，方向始终垂直向下，它的大小随着缠绕在滚筒上的钢丝绳数量的变化而变化。各个零件在主轴上布置的位置如图 6-7 所示：- 42 -图 6-7 主轴结构尺寸主轴自重分配于各轮毂处的力主轴单位长度重量 kglGqZZ80.6718. 180主轴自重可作为集中力分配于各轮毂作用点上。因为集中载荷在计算上较为方便，与其它各集中力也便于叠加，同时也偏于安全。；NllqPz08.30)2532. 0255. 0(80.678 . 9)2(8 . 9321；NllqPz08.30)2255.0532.0(80.678.9)2(8.9432 滚筒各零部件重量分配于各轮毂处的力 ；NGGGPg05.1328)502103.412190(8 . 9)2121( 8 . 94311 ；NGGGPg05.2357)502103.4121195(8 . 9)2121(8 . 94322缠绕于滚筒上的钢丝绳重量分配于各轮毂处的力a、摩擦圈、试验用钢丝绳以及多层缠绕时供移动用钢丝绳的重量pLDnnGdm)(0- 43 -；kg70.2785. 0158 . 014. 3)43(b、缠满一层钢丝绳的重量(不包括 C0) kgpHG22.7314.8685. 015c、钢丝绳总的重量(不包括 G。) kgpHG75.31837585.026式中 nm保留在滚筒上的摩擦圈数 nm=3； nd多层缠绕时供移动用的钢丝绳圈数，取 nd=4； L试验用的钢丝绳长度，L=15m； H1缠满一层绳的提升高度，H1=86.14m； H2钢丝绳的总长 H2=375m。d、钢丝绳重量分配于各轮毂处的力单滚筒提升开始NGPPss46.27170.278 . 98 . 900)1(2)1(1 合成的固定静载荷上述三项静载荷其方向与作用点均相同，故可合成 sgzhPPPP由于钢丝绳重量是按 3 种工况计算的，故合成的固定静载荷亦有 3 种工况。 单滚筒提升开始NPPPPsgzh13.1358005.132808.30)1(111)1(1NPPPPsgzh59.265846.27105.235708.30)1(211)1(2- 44 -6.4.2 钢丝绳拉力分配于主轴各轮毂作用点上的力钢丝绳拉力分配于主轴各轮毂作用点上的力JT-0.8 提升绞车钢丝绳拉力引起的弯矩和扭矩，经支轮轮毂传递给主轴，方向沿钢丝绳轴心线。因为在提升过程中，钢丝绳长度不断变化，钢丝绳位置还要沿滚筒宽度移动，所以通过支轮轮毂传给主轴载荷的大小在提升过程中是变化的。如考虑出绳角的影响，钢丝绳拉力可分为垂直方向和水平方向的分力。其中垂直方向的分力的方向依出绳方向而定，当出绳仰角为正值时，垂直分力向上。它抵消主轴上的部分固定载荷，减少垂直方向作用力。当出绳仰角为负值时(这种情况很少)，垂直分力向下，增加垂直方向作用力。一般在新设计绞车时，出绳方向可按水平计算。（1）钢丝绳拉力及其位置计算 单滚筒提升开始单滚筒上提升钢丝绳的拉力11)(2)1(8.9ammQKTTiii式中 T钢丝绳最大静张力，T=15000N； K矿井阻力系数，取 K=1.15； Q一次提升货载量，取有效载荷为钢丝绳最大静张力差的 50%kgTQ31.7658.9150005.08.95.0 mi提升侧所有运动部件的变位质量 mi=T/g=15000/9.8=1530.61kg； mit天轮变位质量，按液压绞车吴辉海编著 煤炭工业出版社 取mit=270kg； a1提升加速度 a1=0.5m/s。所以 NT13.18968)27061.1530(31.7652)5 . 015. 1 (8 . 9150001- 45 -钢丝绳拉力的作用位置在单滚筒的右侧，但由于摩擦圈及试验绳圈的关系，故距右端挡板还有一段距离 b1，如图 6-8 所示 图 6-8 单滚筒提升开始时钢丝绳的位置mmdDb00.227)25 .15()8 . 014. 3157()(307(1（2）钢丝绳拉力分配于各轮毂处的力 根据钢丝绳在滚筒上的位置及滚筒的结构尺寸，按简支梁求反力的关系，把钢丝绳拉力分配于 1、2 点上。 单滚筒提升开始参见图 6-9NTF98.802452022013.189685202201)1(1 NFTF15.1094398.802413.18968)1(11)1(2 我们在设计绞车时，出绳方向按水平计算，因而上述 T、F 助均为水平方向。图 6-9 单滚筒提升开始时钢丝绳拉力分配- 46 -6.4.3 作用于轴上水平方向及垂直方向的合力作用于轴上水平方向及垂直方向的合力 将钢丝绳拉力分配于各轮毂处的力和合成的固定静载荷按向量相加，则得到作用于轴上的水平方向及垂直方向的合力。其中钢丝绳拉力为水平方向，固定静载荷为垂直方向。 单滚筒提升开始 垂直方向 NPFhc13.1358)1(1)1(1NPFhc59.2658)1(2)1(2 水平方向 NFFp98.8024)1(1)1(1NFFp15.10943)1(2)1(26.4.4 计算弯矩计算弯矩（1）计算支点反力单滚筒提升开始 垂直合力对主轴造成的支点反力 参看图 6-10左轴承 图 6-10 垂直合力对主轴造成的支点反力NllFllFRcccz39.1676104225559.2658)255532(13.1358)(4)1(243)1(11右轴承- 47 -NRFFRczcccy33.234039.167659.265813.1358)1()1(2)1(1)1( 水平合力对主轴造成的支点反力 参看图 6-11左轴承 图 6-11 水平合力对主轴造成的支点反力 NllFllFRpppz12.8739104225515.10943)255532(98.8024)(4)1(243)1(1)1(右轴承 （2） NRFFRpzpppy01.1022912.873915.1094398.8024)1()1(2)1(1)1(计算垂直弯矩、水平弯矩和合成弯矩 单滚筒提升开始 垂直力对主轴造成的垂直弯矩在 1、2 点分别为： mNmNlRMczc32)1()1(11043. 048.427255. 039.1676mNmNlRMcyc34)1()1(21060. 078.596255. 033.2340水平力对主轴造成的水平弯矩 - 48 - mNmNlRMpzp32)1()1(1102 . 204.2155255. 015.8451mNmNlRMpyp34)1()1(2106.283.2681255.098.10516合成弯矩 mNmNMMMpc3222)1(12)1(1)1(1102 . 203.219704.215548.427mNmNMMMpc3222)1(22)1(2)1(2107 . 243.274783.268178.5966.4.5 扭矩计算扭矩计算由于绞车滚筒及缠上的钢丝绳重量较大，故计算扭矩时应将其惯量计入。绞车的最大扭矩发生在单滚筒提升开始时，断面 2 处。其扭矩大小为：(1)210130.8() 18968.13(48540) 0.527692.257.7 10nigMTmm a RNmNm式中 T1单滚筒提升开始时钢丝绳的拉力，T118968.13N； mig滚筒的变位质量 mig=485kg； m0滚筒上摩擦图及试验钢丝绳重，m040kg。计算的弯扭值如下表 7-3 所示：（单位 Nm）表 7-3方向/ 位置M1M2M合(1)2nM垂直0.430.602.2水平2.22.62.77.7- 49 -6.4.6 危险断面的安全系数计算危险断面的安全系数计算在计算出主轴各断面的合成弯矩和扭矩后，按照机械零件中的强度。绞车主轴的弯曲应力是从 max 变到-max，从液压马达到单滚筒右支轮(制动轮)之间的扭转应力也是max 变到-max，按疲劳强度验算主轴危险断面的安全系数。主轴的结构尺寸如图 6-8 所示。主轴材料为 45 号钢，经热处理正火+回火，HB=160200,b=54880N/cm2,s=27440N/cm2，-1=24500N/cm2，-1=14700N/cm2。主轴断面 2 的直径为 140，无键槽，采用加热过盈配合联接方式，其表面租糙度 Ra=2.5。 （1）抗弯和抗扭断面模数计算 抗弯断面模数333260.130321114. 332cmdW式中 d主轴断面 2 处的直径 d=110mm。 抗扭断面模数32220.26160.13022cmWWn （2）断面 2 安全系数计算 最大弯曲应力和扭转应力 22)1(2max/26.168260.130219703cmNWM 22)1(2max/85.105120.261274743cmNWMnn 最小弯曲应力和扭转应力 2maxmin/26.1682cmN 2maxmin/85.1051cmN- 50 - 应力幅 2maxminmax/26.16822cmNa 2maxminmax/85.10512cmNa 平均应力 02minmaxm 02minmaxm 抗弯安全系数7.4051.10386.094.076.1245001maKn式中 K弯曲时的应力集中系数，取 K=1.76； 表面粗糙度系数，取 =0.94； 尺寸系数，取 =0.6。 抗扭安全系数1 . 5041.14286 . 094. 054. 1147001maKn式中 K扭转时的应力集中系数，K154； 抗扭等效系数，=0； 尺寸系数，=0.6。 总安全系数- 51 -5 . 31 . 57 . 41 . 57 . 42222nnnnn 5 . 1 nn符合要求。6.4.7 按弯扭组合校核强度按弯扭组合校核强度根据以上计算的数据，结合 6-12 图，绘制如下弯扭矩图如图 6-14 所示：FrFtDFtFtFaFrFrRByFrFaCFtBRAyARAxRAyRBxRByRBxZXYoc.垂直面受力(kg)b.水平面受力（kg）a.受力简图g.扭矩图（kgm）f.合成弯矩图（kgm）e.垂直面弯矩（kgm）d.水平面弯矩（kgm）RAx图 6-12 主轴的弯扭矩图6.4.8 挠度计算挠度计算假设用主轴中点的挠度代替主轴的最大挠度，而主轴中点的挠度则为各作用在主轴中点处所造成的挠度之和。- 52 -根据材料力学，简支梁受集中力时，中点挠度公式为： (参见图 6-13)图 6-13 主轴挠度计算当 ab 时)43(4822blEJPbf式中 E主轴的弹性模数 E=9.82.1106N/cm2； J主轴的惯性矩 J=d4/64。（1）固定静载荷和钢丝绳重量造成主轴的垂直挠度 单滚筒提升开始 点 1 处垂直作用力造成的挠度(参见图 6-14) 图 6-14 点 1 处垂直作用力造成的挠度，。NPFhc13.1358)1(1)1(1mmlmmbmmammd1042,787,255,110- 53 - 444132.718641114. 364cmdJ0015. 0)5 .2542 .1043(32.718101 . 28 . 9485 .2513.1358)43(4822622111alEJaPfc点 2 处垂直作用力造成的挠度(参见图 6-15) 图 6-15 点 2 处垂直作用造成的挠度。mmlmmbmmammdNPFhc1042,255,787,140,59.2658)1(2)1(2444232.718641114. 364cmdJ )43(4822222blEJbPfc)5 .2542 .1043(32.718101 . 28 . 9485 .2559.2658226 0029. 0 垂直挠度cmfffccc0044. 00029. 00015. 021 （2）钢丝绳拉力造成的主轴水平挠度- 54 - 单滚筒提升开始点 1 处水平作用力造成的挠度(参见图 6-16)图 6-16 点 1 处水平作用力造成的挠度NFFp98.8024)1(1)1(14132.718cmJ )5 .2542 .1043(32.718101 . 28 . 9485 .2598.8024)43(48226221alEJPafp 0086. 0点 2 处水乎作用力造成的挠度(参见图 6-17) 图 6-17