钢丝绳推车机结构设计毕业设计

1、矿山轨道运输中，除机车、矿车等主要设备外，在卸载站、装车站、罐笼井井口等 处的运输作业中，还使用了许多辅助设备，如推车机、爬车机、阻车器、限速器、翻车 机（器）等等。这些辅助设备主要用來完成矿车的短距离运行、行车控制及卸载任务。 辅助机械的使用，大大提高了运输效率，减轻了工人的劳动强度。推车机则以其特有的 特点而被矿山企业广泛的应用。1.1推车机的概述E1.1.1推车机的用途在使用矿车的运输作业中，为了完成矿车的装载、提升和卸载等工序，常常需要在 较短距离内使用推车机來移动矿车的位置。根据不同的工作条件，推车机可以分为多种 类型。1.1.2推车机的类型按其作业地点推车机可以分为三类：安设在装载

2、站的推车机；安设在翻车机前的推 车机；安设在罐笼前重车进罐侧的推车机。按其结构推车机可分为有牵引机构和无牵引机构两大类。有牵引机构的推车机由驱 动装置带动钢丝绳或链条牵引推爪小车推动矿车；无牵引结构的推车机则借气缸、活塞 杆推爪推动矿车。按所用能源的不同，乂分为电动、气动、液压等三种推车机。此外，根据推车机和 矿车的相对位置不同，乂可分为上行式和下行式，目前多数矿山采用下行式。1.1.3推车机的结构下面以钢丝绳推车机为例，对推车机的结构进行简单的分析。钢幺幺绳推车机的结构 如图1.1所示，主要由拉紧装置1、推爪小车2、导轨3、绳轮4、驱动装置5及牵引钢 丝绳6等儿部分组成。拉紧装置：拉紧装置的

3、作用在于使牵引钢丝绳具有一定的初张力，以防止钢丝绳松 弛。但初张力不能太大，否则将增加传动系统的总阻力。推爪小车：它是推车机的工作部件，它可以沿导轨做往复运动。其上装有推爪，用 以推动矿车。绳轮：绳轮也称滑轮或导向滑轮，用于牵引钢丝绳的转向。滑轮通常安装在固定的 心轴上，滑轮与心轴之间装有滚动轴承或滑动轴承，可以自由转动。1. 拉紧装置2.推爪小车3.导轨4.头部绳轮5.驱动装置6.牵引钢丝绳山图1.1钢丝绳推车机结构图驱动装置：钢丝绳推车机的驱动装置由电动机、传动部分、驱动轮等几部分组成。 传动部分有皮带传动、普通圆柱齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等多种形式。牵引钢丝绳：牵引钢丝绳用于牵引推爪小车做

4、往返运动。所用的牵引钢丝绳应具有 较好的挠曲性和耐磨性，一般选择同向捻（顺捻）的普通钢丝绳。同向捻钢丝绳较柔软、 表面光滑、使用寿命长。钢丝绳推车机的结构简单，安装和维护比较方便。正确的选择导向轮及卷筒直径， 能适当延长钢丝绳寿命。因此，钢丝绳推车机得到了比较广泛的应用。1.2国内外对推车机的研究目前，随着科学技术的迅猛发展以及考虑到对能源的节省利用、对生产成本的降低 等因素的影响，国内外大部分的矿山公司也正不断的对推车机的技术性能和结构参数进 行改进。使其结构更加合理，安装更加方便，费用更加低廉。近几年来，各国政府对矿山和煤炭的开采给予了高度的重视和基金的资助。目前， 国内对推车机所进行的研

5、究仅限于对传统的行进机构的改造，而只有少数的企业对推车 机的驱动装置进行根本的改造。广西东南金矿在对国内外推车机进行深入研究的基础上，将原有推车机改制成一种简单的推车机，即把联轴器、主轴、轴承和固定于基础的 轴承座上等部件革掉，而把卷筒直接固定在减速器出端轴上。经过计算比较，改装后 的推车机的减速器出端轴头所受的悬臂力矩仅是改制前空压机曲轴的1&95%,使这个 推车机的卷筒直接固定在减速器出端轴上。减速器出端轴上固定方法如图1.2所示。自 改制开始使用这种推车机，至今己经完成了十万多次的推车任务。实践证明，这种推车 机结构简单、部件少、安装容易、便于维修、费用可大大降低。这次的改进是对推车机驱

6、动部分的一次较完善的改进。1推车机卷筒2.螺丝3.法兰4.轴套5.键6.减速器出端轴头7.电焊图1.2减速器出端轴上固定方法然而，国外对推车机的改造重点是减少人力，提高效率。将原有的动力驱动改制成液压驱动，并且不断的对液压系统进行改进。瑞典马尔姆贝尔盖特铁矿公司基于气动或电动圆环链式推车机不能满足各种工况的需求，机械化、自动化程度低，因此，公司设计了一种新型的用链轮直接驱动的液控推车机。改进后的液压系统如图1.3所示。此1.粗滤器2、15、20.溢流阀3.油泵4.压力继电器5.精滤器6、9、10旁通阀7、13、16、17.单向阀8.先导式溢流阀11、12换向阀14.可调节流阀1&马达19.链轮

7、【习图13改进后的液压系统图系统由主回路、换向及调速回路、卸荷及保护回路等组成。主回路具有良好的散热效果 且结构简单。换向及调速回路可实现推爪的前进、后退和停止，避免了推爪与矿车之间 产生较大的碰撞冲击。卸荷及保护回路则可以保证电控系统出现故障时，可实现手动操 作及系统超压时起到高压保护作用。1.3课题的背景及意义在我国国民经济的发展中矿山企业的发展起着举足轻重的作用。它的发展直接关系 到冶金企业的发展。因此，近几年來，矿山企业的发展一直是我国较关注的事情之一。 自19世纪50年代起，特别是20世纪50年代之后，矿冶工业的飞速发展，对人类社会 产生了深远的影响。现今，矿冶行业日益加剧的全球化竞

8、争和兼并，促使了市场对矿山 机械的性能要求越來越高。因此，从矿山的开采生产流程的总体高度上考虑如何提高生 产率、缩短生产时间、提高矿的产量和质量成为人们关注的焦点。推车机是用來将矿井 中的矿车推进或推出罐笼的一种矿山机械辅助设备，它的突出优点是：可大幅度的降低 劳动强度；提高人为作业的工作环境；可简化从开采到运输的一系列工序；节省能源消 耗；节约人力；降低劳动成本等。矿用推车机将给矿山业带来显著的经济效益和社会效 益。基于推车机的上述优点，目前各大矿山企业及科研单位院校对推车机这一辅助设备 也进行了深入的研究和开发。近年來，鞍钢矿山设计研究院机械室的工程设计人员及高级工程师开始与实践相结 合，

9、通过理论分析、计算和研究，不断总结实践经验，使所设计的推车机结构更加合理、 工作更加高效。同时，他们也在推车机的改进方面取得了一定的成就。自从1992年对 弓长岭铁矿厂推车机的设计到2005年对其进行的结构改进，鞍钢矿山设计研究院己经 积累了大量的理论、实践经验。其改进主要是针对近儿年来随着铁矿石的不断开釆而导 致井深下降的问题而进行的。为了使推车机能更好的适应深井作业，对其动力装置进行 了改进。由原來的气动驱动改为电动驱动。改造后的推车机适应性更强，安全性更高， 减轻了工人的劳动强度，大大提高了劳动生产率。虽然现在我国矿山机械的发展己经日趋成熟，矿山运输机械也较以前有了较大的提 高。但是与先

10、进水平相比，我国的技术改造能力和创新能力都存在着较大的差距。目前, 重点应该是把从国外进口的矿山设备进行国产化，并对其性能寿命和可靠度等方面在技 术创新的基础上进一步的提高。并在新的形势下为提高我国矿山机械的发展做出新的贡 1酚（O1.4本文主要研究工作本毕业设计课题研究的目的是基于鞍钢矿山设计研究院对弓长岭铁矿厂的钢丝绳 推车机设计研究的基础上，通过对结构和性能的分析进行设计并进一步的对其进行改 进，使其更加适应弓长岭铁矿厂的井下作业，从而提高工作效率。本毕业设计主要设计 研究的内容包括如下，其设计内容结构图如图1.4所示；1. 对钢丝绳推车机传动方案的拟订并进行优化选择。通过对各种方案的比

11、较选择一 个最佳的传动方案进行设计。2. 对所设计机械的电动机的设计选择，并对其进行校核，确定所选择的电动机能满 足特定的工况。3. 对钢丝绳推车机的零、部件进行设计计算。并对其中的重要零、部件进行校核计 算。确保钢丝绳推车机在工作中安全、可靠。4. 对所设计的钢丝绳推车机进行环保性和经济性的分析。确保所设计的设备对环境 产生较少的污染危害，以较少的投入得到较大的收益。图1.4设计内容结构图2总体方案设计与选择2.1钢丝绳推车机的驱动方案设计与选择钢丝绳推车机的驱动装置一般由电动机、传动部分及摩擦轮等几部分组成。传动部 分可以釆用采用皮带传动或是标准减速器传动。釆用皮带传动装置便于制造，并且成

12、本 十分的低廉，但是如果机构的传动比过大时，则容易造成其外形尺寸较大，结构不够紧 凑，占地面积较大。因此较少被采用。使用标准的减速器可以釆用蜗轮蜗杆传动或是齿 轮传动的减速器。但是由于蜗轮蜗杆传动的减速器传动效率低，除受地位限制外，一般 较少采用。而齿轮传动的减速器则具有体积小，占地面积小，重量轻，寿命长，速比大, 传动效率高及布置紧凑等特点而被广泛的采用。传动方案：本设计综合各种传动装置的特点，针对其设计实际出发，决定采用二级 传动的传动方案。第一级传动釆用皮带传动，第二级传动采用齿轮减速器传动，这样即 降低了传动装置的制造、生产成本，乂使传动装置的结构布置紧凑且能有效地提高传动 效率。其方

13、案图如图2.1所示1.电动机 2.皮带轮 3.标准减速器 4.联轴器 5.卷筒图2.1总体方案图摩擦轮的选择：在选择摩擦轮时，釆用卷筒式是比较常用的型式。在推车机中，一 般采用圆柱形卷筒，卷筒的表面有光面的和螺旋槽两种，光面卷筒的结构比较简单，钢 丝绳按螺旋形紧密排列在卷筒表面上，由于钢丝绳和卷筒之间的比压力较大，且相邻绳 圈在工作时有摩擦，使钢丝绳表面的钢幺幺磨损加快，以致降低了钢丝绳的使用寿命。因 此，选用表面带有螺旋槽的比较好。在有螺旋槽的卷筒上，由于绳槽的螺距大于钢丝绳 直径，保证绳圈之间具有一定的间隙，工作时不致彼此摩擦，从而提高了钢丝绳的使用 寿命。在对上述的各种方案进行综合后，得

14、出驱动方案结论：2.2张紧装置、钢丝绳及导向滑轮的设计与选择张紧装置的选择：钢丝绳推年机的张紧装置经常使用重锤式张紧和丝杠式张紧两种 形式。由于重锤式张紧装置可以保证钢丝绳中张力的稳定。能自动调节张力的变化而被 广泛的使用。但是考虑到本次设计的设备要结构简单，安装维护方便的要求，因而考虑 一种使用更为简单的在钢丝绳端部连接丝杠，直接旋动螺母來达到张紧目的的张紧装 置。该装置的操作、结构简单，且维护方便。钢丝绳的选择：在钢丝绳推车机中使用的钢幺幺绳，应该具有较好的挠曲性和耐磨性。 按照钢丝绳推车机的工作特点应该选择顺捻结构，6股，每股19丝的普通钢丝绳。滑轮的选择:滑轮一般可采用铸铁或铸钢制成。

15、滑轮的尺寸一般是根据钢丝绳的直 径來确定，滑轮绳槽的截面形状和尺寸对滑轮工作的可靠性和钢丝绳使用寿命有很大的 影响。因此，绳槽半径应稍大于钢丝绳的半径，以免钢丝绳在绳槽中卡住。绳槽部分的 具体尺寸可参照机械设计手册來进行选取。3钢丝绳推车机的运动、动力计算及电动机的选择3.1罐笼前钢丝绳推车机的运动及动力分析计算在设计和计算罐笼用钢丝绳推车机时，每一工作循环的时间通常为1015秒，矿 车的平均运行速度约为1米/秒左右。一般來说，矿车向罐笼运行时可分为四个阶段。第 一阶段：重车加速运行阶段；第二阶段：撞到空车前，重车的等速运行阶段；第三阶段: 重车和空车混合加速运行阶段；第四阶段：重年和空车等速

16、运行阶段。矿车以减速度通过最后一段路程，并因罐内阻车器的阻挡，停在罐内阻车器前，这 一段路程所耗时间很少，且矿车与推车机间己脱离作用，故可略去不记。矿车运行至摇 台倾斜台面时的阻力，作用在第二阶段第一部分，第三阶段全部及第四阶段开始运行过 程中。己知数据：钢丝绳推车机推2 的矿车进入罐笼，矿车的自重20=1.35 t,矿车的 最大载重量g=5 t,摇台的最大坡度匸0.1。罐笼内和井口阻车器前的两矿车之间的距离 I = 8 m,矿车长度厶=3 nio钢纟幺绳推车机的工作推力F=29.8 kN,矿车的运行速度v=0.59 ni/So依次对钢丝绳推车机四个阶段的运行阻力、运行时间、运行距离进行计算。

17、1第一阶段：矿车运行阻力：叱=(Go + G)3q = (00 + Q)g 叫(3.1)式中：G。一矿车自身重量，G = 0g,单位为N：G矿车最大载重量，G = Qg，单位为N；叫一启动阻力系数，coq =1.5 ；q运行阻力系数，由文献4, 20中表2-3, =0.0045。则,叱=(G。+ G)叫=(Qo + Q)g 叫= (1.35 xl03+5xl03)x9.8xl.5x0.0045=420.1 N加速度:尸-(G+G)q _F 叱(3.2)6/1 = Q + Q =0 + 0 式中：F钢丝绳推车机的工作推力，单位为N。则，加速运行时间:29.8xl03 -420.11.35xl03

18、 + 5xl03=4.63 ni/sv式中：矿车的运行速度，单位为m/s。0,59-0.13 s加速运行距离:U 0.59x0.13S= = 0.038 m1 2 2第二阶段：运行阻力：吧=(G+G)(q+i)(3.3)式中：j一摇台的最大坡度。则，VV2 =(1.35x103 + 5x103)x9.8x(0.0045 +0.1) = 6503.04 N运行距离为：s 二=l S=8 0.038 = 7.962 m则所需时间为：.7.96212 A/1/-= = 13.04 s v 0.59设两车相撞时动能的恢复系数为R,则可用下式求得空车、重车相撞后的速度d的近似值：(0。+ 0).才 =

19、(22 + 0)号(3.4)则推导出：I，=打g + 0)(3.4a)v 2go+e由于设计时采用的是半刚性或刚性缓性缓冲器，故恢复系数R般取0.20.4,取k=Q.3o则，v3 =0.59x= 0.293 ni/s03x(l35xl0+5xl0)2xl.35xl03 + 5xl03第三阶段：矿车运行阻力:吧=(2G + G)a)Q + (Go + G)i= (2x 135 xlO3 + 5xlO3)x9.8x0.0045 +(1.35 xlO3+5xl03)x9.8x0.1=339.57十6223=6562.57 N矿车加速度：F-W. 29.8xl03-6562.57,亠“3 =3 -,-

20、3.018 nVs2Q+Q2xl.35xl03+5xl03加速运行时间：v-v3 0.59-0.293 八t. -3 -0.098 s3ci.3.018加速运行距离为：v+v,0.59 + 0.294 八 ccc= =x 0.098 = 0.043 m2 2第四阶段：矿车运行阻力：= (2G + G)q + (Go + G)i = (2x135 x103 + 5x103x9.8x0.0045 +(1.35x103+5x103)x9.8x0.1=339.57+6223 =6562.57 N矿车运行距离:S4 = L-S3 =3-0.043 =2.957m则运行时间：S4 2.957 A1r. =

21、 = 5.01 s4 V 0.59钢丝绳推车机一个循环总时间为：T = tl+t2+t5+t4=0.13+13.04+0.098+5.01=18.47 s3.2电动机的选择计算 3.2.1电动机的选择钢丝绳推车机通常具有较小的推车力，电动机的功率比较小，因此可按照工作循环 中的最大推力來选择电动机，即采用第三阶段的工作阻力进行计算。代=(2G + 4) + (G + G)i8= (2xl.35xl03+5xl03)x9.8x(3.0189.80.0045) +(1.35xl03+5xl03)x9.8x 0.1=23578.17+6223 = 29801.17 N则电动机的静功率:c尸32980

22、1 .17x0.59“F =二20.69 kW1000/71000 x 0.85式中：-传动机构的总效率，取=0.85 （注：一般规定在初选电机时取=0.800.85, 因=久刃0,卷筒效率7?, =0.960.98, ZQ型减速器效率。=0.94,故取 =0.85比较合 适）。电动机计算功率：Pe MKPj=L05x 20.69 =21.72 kW式中：Kd系数，由文献5, 89中表2-2查得，对于中级工作的钢丝绳推车机，取心=1.05。由文献6, 1597中表32-29知，选用电机型号YZ225M-8,其额定功率P(. = 22 kW, 转速 “1 = 712 r/muio3.2.2电动机

23、发热条件校核电动机的平均工作时间：rs =7 = 18.74 s电动机的平均启动时间：根据电动机的型号查得:GD2 =4=4x0.820x9.8=32.14 N/m2初选联轴器型号HL6, 则联轴器的 GD2 =152.88 N/in2。电动机的平均启动力矩取：Mq=1.6MeP22M. = 9550 二=9550 x =295.08 N mfz?1712则，M(/ = 1.6M(. = 1.6 x 295.08 = 472.13 N-mDj = D + d = 315 +17 = 332 nun式中：0主动卷筒的直径，单位为mm；d钢丝绳的直径，单位为mm。总的传动比：htiD, 712x3

24、.14x0.315“ “60v60x0.59=19.90F Dj 29.8x 103 x 332 xlO-3主动轴上的静力矩：J2x19.90x0.85则启动时间：9.55x + _2_x1.2G)2/ =“375Mq-29.8x103x0.592712八“父父“933x+xl.2x (152.88 + 32.14)_712x0.85375472.13-292.45163.69 + 421.55 o “=3.26 s179.68则， *26 18t:.18.47按照等效功率法求得：当FC%=40%时，所需的等效功率：Pv = 7C4O 2 P. = 0.75 x 1.0 x 20.69 = 1

25、5.52 kW式中：Ko工作类型系数，由文献5, 117中表2-4知，当工作为中级时，Ko=O75几一系数，根据2的值由文献5, 117中图2-3得2=1.0o由以上的计算数据可知，初选的电动机能满足发热条件，即P13-1.5p 7.88卷筒的稳定性也满足稳定条件，故设计的卷筒合格。5传动部分的设计计算5.1皮带传动的设计计算己知：钢丝绳推车机驱动部分主动卷筒的直径=0.315111，试设计钢丝绳推车机的 传动部分，第一级采用V带传动，第二级采用减速器传动。根据3.2节的计算得知：电 动机的型号为：YZ225M-8,其额定功率P =22 kW,转速7=712 r./min, 一天运转时间 10

26、h 5.1.1总传动比的计算及传动比的分配钢丝绳推车机主动卷筒的转速：60v60 x 0.59.= 3).77 r/min码 3.14x0.315式中：0主动卷筒的直径，单位为mm。总传动比：j养匹= 19.90耳 35.77总传动比的分配：根据V带传动和减速器传动的传动比的分配原则，即保证传动稳定，有保证传动的安全性，初取皮带传动的传动比人=1.26,则减速器的传动比：i _ 19.90 厂 1.26= 15.795.1.2皮带及皮带轮的设计计算确定计算功率鬥代=1.2K/. =1.2x1.2x22 =31.68 kW选取V带带型：根据心=31.68 kW , q=712 r/mm,由文献9

27、, 154中图8-8确定选择带型为C型。确定带轮基准直径：由文献10, 145中表8-3和表8-7取主动轮基准直径=315 mm,根据 i = H*,得从动带轮基准直径dd :d（K = idd = 1.26 x315 = 396.9 mmJ由文献10, 153中表 8-7,取/： =400mnio由文献9, 147中式（815）验算带的速度V 60x10003.14x315x71260x1000=11.74 m/sW vmax对于普通V带vmax=2530m/s;取技=25 ni/So带的速度合适。确定普通V带的基准长度和传动中心距：根据0.7（佥 +） 仏 2（佥 + dd：）则，5005

28、Va1201a1050主动轮上的包角合适。计算普通V带的根数：由文献10, 154中式(8-22)知(4 + 2。)心心由 =71217111111, ddi =315nun, i = l.26 由文献10, 150中表 8-5c 和表 8-5d 得:Pq =8.32kW4=0.40kW由文献10, 154中表8-8得Ka = 0.99查表82得KL = 0.95 ,则= 3.08 (根)31.68(8.32 + 0.40)x0.99x0.95取z=3根10根，可以保证带传动的平稳性。计算预紧力化：由文献10, 155中式(8-23)知-500寻甘叶由文献10, 145中表84得g = 03k

29、g/m,故尸=500x 31 68 x(-l) + 0.3xll.742 =555.72 N 11.74x40.99计算作用在轴上的压轴力你：由文献10, 155中式(8-24)得:Fo =2Fosni- = 2x4x555.72xsni = 4442.10 N2 2带轮的结构设计:基本参数的确定：由文献10, 157中表8-10,查得槽间距=25.5 mm,第一槽对称面至端面的距离f 17 nun,基准线上槽深力“ =4.8 nun。则带轮宽：3 = (z 1)0 + 2/= (4 1)x25.5 + 2x17= 110.5 mm带轮外径：da = dd + 2ha = 400 + 2 x

30、4.8 = 409.6 mm初选带轮上的轴孔直径d=50 nun则，% = 2d = 2 x 50 = 100 mm己知带轮转速：n = = - = 565.08 r/mmG 1.26轮辐数：Za=4传递的功率：P=Pj = 20.69 kW式中：匚一电动机的静功率，单位为kW。则，Il = 290 = 290xj 20 69=27.93 nun1“V 565.08x4b严 0.4 人=0.4 x 27.93 = 11.17 mm带轮的其余尺寸见文献10, 157中表8-10o5.2选择标准减速器减速器的输入轴转速：减速器的输入轴转速与大皮带轮的转速相同，即：7 2n.= = 565.08 i/min丿 /； 1.26减速器的输出轴转速：nc = = 2 =35.78 i/nuiii 19.90减速器的传动比心：i 19.90 u 7Q匚=15.79-L 1.26由文献11