矿用用回柱绞车

1、前 言矿用用回柱绞车，又称慢速绞车,是用来拆除和回收矿山回采工作面顶柱的机械设备。回柱作业属危险性工作，工作人员不能直接进入回柱空顶区，此时可把回柱绞车布置在距回柱空顶危险区段较远的安全地段，用钢丝绳钩头来拉倒和回收顶柱。由于它的高度较低重量又好，持别适用于薄煤层、和急倾斜煤层采煤工作面，以及各种采煤工作面回收沉入底板或被矸石压埋的金属支杖。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，它越来越多地被广泛用于机械化采煤工作面，作为安装、回收牵引各种设备称备件之用。回柱绞车除用来回柱放顶工作外，也可用来拖运更韧和调运车辆下面让我们熟悉一下回柱绞车的特点以及它在井下回采面

2、的布置方式.1.回柱绞车(含慢速绞车)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)总传动比大(i150230)，能在电动机功率较小时，获得较大的牵引力。(3)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。(4)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。(5)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。(6)因蜗轮

3、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。2.回柱绞车在井下回采工作面的布置方式主要有以下几种：(1)回柱绞车安装在回风巷内：回柱绞车安装在回风巷内的位置、应符合作业规程定.如图1所示.图1 在回风巷布置回柱绞车1回风巷2 回柱绞车3 导向轮Fig 1-In return air back-alley layout winch1 Lane 2 to wind back to the winch-round 3-oriented回柱绞车安装在回风巷内布置方式的优点有：回栓绞车不需经常搬迁；适合于煤层倾角较大、顶板破碎、压力较大的工作面。缺点有；回栓绞车可能影响回风巷人员行走和

4、材料运输工作；钢丝绳牵引时要绕过一个拐直角的导向轮，钢丝绳受力大容易损坏；要求固定拐角导向轮的柱子或锚杆等必须牢固.(2)回柱绞车安装在回采工作面上端； 回柱绞车布置在紧靠回风巷，且在工作面的上端相密集支柱之间如图2所示。图2 在回采工作面上布置回柱绞车1 回风巷 2 回柱绞车 3 钢丝绳Fig 2 -Recovery work surface layout in the back-winch1 Lane 2 to wind back 3-wire rope winch回柱绞车安装在回采工作面上端布置方式的优点有：钢丝绳牵引不必拐弯，直线牵引，钢丝绳运行阻力小，不易损坏；不影响回风巷内人员走动

5、和材料运输工作。缺点有：每进行一次循环都要移动回柱绞车；要求在顶板条件较好和煤层倾角较小的条件下采用。当顶板压力较大时，机座受力后易变形；顶板严重冒落，可能埋住绞车，移设和检修都很困难。这种布置方式很少采用。 (3)回柱绞车直接安装在工作面：回柱绞车直接安装在工作面的多台布置,方式如图3所示.回柱绞车直接安装在工作面的多台绞车布置方式的优点有：多台同时回柱，加快回柱进度，特别适合需要回柱的普通机械化采煤工作面，如使用刨煤机的回采工作面；不影响回风巷内的人员走动和材料运输工作；钢丝绳牵引不必拐弯，直线牵引，钢丝绳运行阻力小，不易损坏。缺点有，每进行次循环都要移动回柱绞车；要求在顶板条件较好和煤层

6、倾角较小的条件下采用；顶板冒落，可能埋住绞车，移设和检修都很困难。这种布置方式是在回柱工艺时间大大超过来煤工艺时间的情况下采用，可提高采煤工作面生产能力和经济效益，但应在确保安全的前提下谨慎推广使用图 3 在工作面上布置数台绞车1 回风巷 2 回柱绞车 3 刮板输送Fig 3-In the work surface layout several winch1 Lane 2 to wind back to the winch-3 AFC1.回柱绞车的概况与方案的初步拟定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

7、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

8、绞车的种类、规格较多.工作机构有单筒、双筒和摩擦式.传动型式有皮带传动、链式传动、齿轮传动、蜗轮传动、液压传动、行星齿轮传动和摆线齿轮传动等。其中采用行星齿轮传动的比较多。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、大方方向发展。 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

9、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

10、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14000kg·f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

11、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。 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，

12、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

13、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

14、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。我国常用的回柱绞车类型

15、及其传动方式有下列几种:1.型回柱绞车,其传动方式为:一组斜齿轮,一组蜗轮,一组直齿轮2.型回柱绞车,其传动方式为:一组蜗轮,一组直齿轮3.回柱绞车,其传动方式有两种,一种为:一组蜗轮,两组直齿轮;一组为一组斜齿轮,一组蜗轮,一组直齿轮.4.型回柱绞车,其,传动方式为:一组斜齿轮,一组蜗轮,一组内齿轮5.型回柱绞车,其传动方式为:一组蜗轮,一组少齿差行星齿轮6.型回柱绞车,其传动方式为:一组直齿轮,一组蜗轮,一组直齿轮7.型回柱绞车,其传动方式为:一组圆锥齿轮,一组变速直齿轮,一组行星齿轮,一组直齿轮矿用回柱绞车传动装置设计1.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

16、: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%;2.原始数据见表1-1: 表1-1绞车原始数据图Table 1-1 winch raw data plans 题号 J1 钢绳牵引力（kn） 50钢绳最大速度(m/min) 5 绳筒直径(mm) 280 钢绳直径(mm) 14最大缠绕层数 4 绳筒容绳量(mm) 803.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:图1-1回柱绞车传动方式Fig

17、.1-1 Drive back to the winch-way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.2.传动装置设计2.1 传动方案的拟定已知条件:钢绳牵引力F=50kN,最大速度V=5m/min,绳筒直径D=280mm,钢绳直径d=14mm ，则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.即：JH-8型回柱绞车。2.2 电动机选择(1）电动机类型和结构型式(2）电动机容量1）绳筒轴

18、的输出功率 = 2）电动机输出功率=传动装置的总效率 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 故 = = kW(3)电动机额定功率查手册选取电动机的额定功率(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BJO2系列防爆三相异步电机,同步转速为750m/min,满载时转速为720r/min.2.3 计算传动装置总传动比和分级传动比(1)传动装置总传动比(2）分配各级传动比取蜗杆传动比，圆柱齿轮传动比2.4 传动装置的运动和动力参数(1)各轴转速高速轴

19、为0轴，中间轴为1轴，低速轴为2轴，则(2)各轴输入功率按电动机的额定功率计算各轴输入功率，即(3)各轴转矩2.5 传动件的设计计算 高速级传动件设计1. 选择蜗杆传动类型根据GB/T100851988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)2. 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,速度是慢速,故蜗杆用45钢,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.蜗轮用铸锡磷青铜ZcuSn10P1,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.3. 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

20、,再校核齿根弯曲疲劳强度.1) 确定作用再蜗轮上的转矩由前面计算可知2) 确定载荷系数K因工作较稳定,故取载荷分布不均有系数;由表选取使用系数;由于转速不高,冲击不大,可取动载系数,则 3) 确定弹性影响系数因选用得式铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故4) 确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距得比值,从中查得5)确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZcuSn10P1,金属模铸造,蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可得蜗轮得基本许用应力应力循环次数 寿命系数 则 6)计算中心距取中心距,根据传动比,从手册中取模数,蜗杆分度圆直径.这时,可得接触系数,因为,因此以上计算结果可用.4.蜗杆与蜗轮的

21、主要参数与几何尺寸1)蜗杆轴向齿距;直径系数;齿顶圆直径;分度圆导程角;蜗杆轴向齿厚.2)蜗轮蜗轮齿数;变位系数蜗轮分度圆直径 蜗轮喉圆直径 蜗轮齿根圆直径 蜗轮咽喉母圆半径 5.校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数 根据,从中可查得齿形系数螺旋角系数 许用弯曲应力 从中可得由ZcuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力寿命系数 所以, 弯曲强度是满足的.6.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

22、面粗糙度.7.工作图见图纸 低速级传动件设计1.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40HBS4） 选小齿轮齿数，则大齿轮齿数2.按齿面接触疲劳强度设计1） 确定公式内的各计算数值(1)试选载荷系数 (初选)(2)小齿轮传递的转矩(3)选齿宽系数(4)由此可得的材料的弹性影响因数(5)按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限，大齿轮接触疲劳强度极限(6)计算应力循环次数(7)可得接触

23、疲劳寿命系数,(8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数S12） 计算(1)计算小齿轮分度圆直径，由公式得(2)计算圆周速度(3)计算齿宽b (4)计算齿宽与齿高b/h模数(5)计算载荷系数K已知使用系数,根据,七级精度,可得动载系数;可得的计算公式：得;可得;故 (6)按实际载荷系数校核算得得分度圆直径(7)计算模数3.按齿根弯曲强度设计1) 确定计算参数(1) 计算载荷系数(2) 查取齿形系数和应力校正系数得 (3) 由小齿轮的弯曲疲劳强度极限,大齿轮的弯曲疲劳强度极限 ;(4) 可得弯曲疲劳寿命系数,(5) 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4,则(6) 计算大小齿轮

24、的并加以比较大齿轮的数值大2) 设计计算对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,取,已可满足弯曲强度.但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数,于是由取4.几何尺寸计算1)计算中心距 2)计算大小齿轮的分度圆直径3)计算齿轮宽度圆整后取,4)验算： =N 所以合适5)结构设计见图纸2.6 轴的设计计算高速轴设计(蜗杆轴)(1)轴的材料选择选用45号钢,调质.(2)求作用在蜗杆上的力已知:,蜗杆分度圆直径. 所以,圆周力 轴向力 径向力 (3)初步确定轴的最小直径根据表15-3,取,于是得最小直径处是安装联轴器得直径,为使所

25、选的轴直径与联轴器的孔径相适应,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TL6型弹性套柱销联轴器,公称转矩,许用转速3800r/min.半联轴器孔 径为32mm,故取轴径;半联轴器长度L=82mm。 (4)结构设计1)拟定轴上零件的转配方案见图纸2)根据轴上定位要求确定各段直径和长度(a)为满足半联轴器的定位要求,第一段轴右端需制出一轴肩,故取第二段轴径.左端用轴端挡圈定位,取轴端挡圈直径D=35mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度,毂第一段轴的长度应比略短一些,现取.根据,取(b)初步选择滚动轴承

26、.因轴承同时承受径向力和轴向力,故选用角接触球轴承.参照工作要求,从手册中选用7310B型角接触球轴承,(应角接触球轴承都使成对使用,所以此处选用一对),尺寸,所以右端滚动轴承采用轴肩定位,由手册查得定位轴肩高度h=5mm,因此取(c)由前面设计可知蜗轮分度圆直径,所以 (d)角接触球轴承都有挡油环,故取,(e)轴左端轴承端盖的宽度为55mm(由设计而定).根据轴承端盖装拆及便于对轴承添加润滑油,所以取(f)角接触轴承左端用螺母来轴向紧固,所以取(g)取3)轴上零件周向定位联轴器与轴的周向定位采用平键联接,按由手册查得平键截面尺寸,键槽用槽铣刀加工,长度为4)确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为

27、,各轴肩处的圆角半径见图纸.(5)求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图.在确定轴承的支点位置时,应从手册中查取值.因此,作为简支梁的轴的支承跨距为435mm.根据轴的计算简图作出轴的弯距图和扭距图现将计算出的截面C处的的值列于下面:水平面支反力 垂直面支反力 水平面弯距 垂直面弯距 总弯距 扭距 下图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.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. 图2-1高速轴的水平面弯矩、垂直面弯矩、合成弯矩、以及扭矩图 Fig. 2-1 Horizontal-axis moment, the vertical plane m

28、oment, synthetic moment, and torque map (6)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,轴的计算应力为之前选定轴的材料为45号钢,调质处理.查得.因,故安全. 中间轴的设计(蜗轮齿轮轴)(1)轴的材料选择选用45号钢,调质.(2)求作用在蜗轮和齿轮上的力已知:, ,小齿轮分度圆直径作用在蜗轮上的力:作用在小齿轮上的力:(3)初步估算轴的最小直径取材料为45号钢,调质.取,于是得最小直径处安装轴承,所以取轴径为80mm.,所以选取36116型角接触球轴承,(4)结构设计 1)轴承需要用轴肩来轴向定位,故取.因为

29、此轴段时用来固定蜗轮,蜗轮宽为90mm,所以此段轴长度应略短蜗轮宽度一些,取.2)在安装蜗轮的右端制出一轴肩,取轴肩高度为6mm,所以取轴径为3)小齿轮制成齿轮轴,所以此段轴长为4)轴承应距箱体一段距离,取.齿轮需距箱体一段距离,取,所以取, mm5)轴上零件周向定位固定蜗轮采用平键联接,由,查手册取,键长为80mm.6)轴端倒角为,各轴肩处的倒角见图纸.(5)求轴上的载荷根据轴的结构图作出轴的计算简图.在确定轴承的支点位置时,先从手册中查出值.因此作为简支梁的支承跨距为,据轴的计算简图作出轴的弯距图和扭距图.下面所示为中间轴的水平面弯距图,垂直面弯距图,合成弯距图以及扭距图现将计算结果列出:

30、水平支反力: 垂直支反力: 水平弯距: 垂直弯距: 合成弯距: 扭距: 图2-2中间轴的水平面弯距、垂直面弯距、合成弯距以及扭距图Fig. 2-2 The middle of the horizontal axis from the bends, bends from the vertical plane, and the torque of bending from the map (6)按弯扭合成应力校核轴的强度由手册查得,轴的计算应力前面选定轴的材料为45号钢,调质处理,其,故安全. 低速轴的设计(1)轴的材料选择选用45号钢,调质.(2)求作用在大齿轮上的力由小齿轮的受力情况,可以得出

31、大齿轮的受力,即(3)初步确定轴的最小直径选轴的材料为45号钢,调质处理.取,于是得输出轴得最小直径显然是安装联轴器处轴的直径.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器的型号.联轴器的计算转矩，取,则按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查手册或GB/T5014-1985,选用HL9型弹性柱销联轴器,其公称转矩为.半联轴器的孔径为130mm,半联轴器长度L=200mm。(4)轴的结构设计1)为了满足半联轴器的轴向定位要求,左端需制出一轴肩,故需制出一轴肩,取.为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故长度应比毂孔长度略短一些,现取.2)因轴承承受径向力,故选用滚

32、动轴承.参照要求并根据,由轴承产品目录中初步选取328型滚动单向列球轴承,其尺寸为,故.3)轴承右端采用轴肩进行轴向定位,取.4)取安装齿轮处的轴段轴径;已知齿轮轮毂的宽度为237mm,此轴端应略短与轮毂宽度,故取.5)轴承端盖总长度为20mm,故取.6)轴承应距箱体一段距离,取,则. mm7)轴上零件的周向定位半联轴器,齿轮与轴轴向定位采用平键联接.半联轴器与轴的联接,选用平键尺寸为,键长为140mm;按,由手册查得齿轮与轴的平键尺寸为,键长为140mm,键槽用槽铣刀加工,同时为了保证齿轮和轴配合由良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴配合为H7/n6.8)确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为,各轴

33、肩处圆角半径见图纸.(5)求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图.在确定轴承的支点位置时,应先从手册中查取值.因此,作为简支梁的轴的支承跨距根据轴的计算简图作出轴的弯距图和扭距图.现将计算结果列出如下:水平面支反力: 垂直面支反力: 水平弯距: 垂直弯距: 总弯距: 扭距: 下图所示为输出轴的水平面弯距图,垂直面弯距图,合成弯距图以及扭距图.图2-3轴的水平面弯距、垂直面弯距、合成弯距以及扭距图Fig. 2-3 The horizontal axis from the bends, bends from the vertical plane, and the torque of ben

34、ding from the map(6)按弯扭合成应力来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,轴的计算应力为已经选定轴的材料为45号钢,调质处理,.,故安全.2.7 轴承的校核 蜗杆轴上的轴承寿命校核左边轴承为一对角接触球轴承,右边轴承为一个深沟球轴承,所以要分别对两种轴承进行校核.1.在设计蜗杆选用的轴承为7310B型角接触球轴承,由手册查得(1)由滚动轴承样本可查得,70000型轴承背对背或面对 面成对安装在轴上时,当量载荷可以按下式计算:1)当 2)当 ,且工作平稳,取,按上面式(2)计算当量动载荷,即(2)计算预期寿命(3)求该轴承应具有的基本额定动

35、载荷故选择此对轴承在轴上合适. 中间轴上的轴承校核1.求作用在轴承上的载荷2.计算动量载荷在设计时选用的时7215C型角接触球轴承,查手册知根据,查得查得 所以 3.校核轴承的当量动载荷已知,所以故选用该轴承合适. 低速轴上轴承的校核1.轴承的径向载荷和轴向载荷因B端的载荷大于A端的载荷,故验算B端轴承.即轴承的径向载荷 轴承的轴向载荷 2.计算滚动轴承的当量动载荷选轴承为36122型角接触球轴承,由手册查得其 可得,查表7-7,取所以当量动载荷为:3.校核轴承的当量动载荷已知,所以故选用该轴承合适.2.8 键的校核 蜗杆轴上装联轴器出键的强度校核在前面设计轴此处选用平键联接,尺寸为,键长为7

36、0mm.键的工作长度键的工作高度可得键联接许用比压故该平键合适. 中间轴上装蜗轮出键的强度校核在设计时选用平键联接,尺寸为,键长度为80mm键的工作长度键的工作高度得键联接许用比压故选用此键合适. 低速轴上装大齿轮以及联轴器处键的强度校核设计时两处均选用平键联接,其尺寸相同,即,键长度也均为140mm.键的工作长度键的工作高度由表8-8查得键联接许用比压故两处的平键均合适.2.9 箱体及附件设计与减速器的润滑 箱体主要基本结构尺寸表2-1箱体主要基本结构尺寸Tab. 2-1 Box size of the main basic structure名 称 尺 寸(mm)箱座壁厚 12 箱盖壁厚

37、9.6箱座上部凸缘厚度 15箱盖上部凸缘厚度 14.4箱座底凸缘厚度 30地脚螺钉数目 6地脚螺钉直径 24轴承旁联接螺钉直径 18盖于座联接螺栓直径 12视孔盖螺钉直径 7定位销直径 10箱盖加强筋厚度 8箱座加强筋厚度 10 减速器的润滑1. 传动件的润滑由于是蜗杆-齿轮减速器,综合考虑采用油池润滑方式.在多级减速器中,应尽量使各级传动浸入油深度近于相等.一般齿顶圆到油池地面的距离不应小于3050mm,以免太浅时激起沉于积在箱底的油泥.根据齿轮及蜗杆传动的粘度平均值,选用HJ-50号机械油进行润滑.2. 轴承的润滑轴承的润滑尽可能利用传动件的润滑方法来实现,通常根据齿轮或蜗杆的圆周速度来选

38、择.由飞溅油量不能满足轴承的需要,这时需要采用油脂如何方法,故在轴承内侧设置挡油环,以免油池中的油浸入轴承,稀释润滑油.由于工作温度在80100摄氏度,而且工作环境油水分或较潮湿,所以选用钙钠基润滑脂(ZBE 36002-88).3 滚筒及主轴设计3.1 滚筒的设计一.滚筒材料及壁厚确定 选用A3钢作为滚筒材料,焊接而成.查手册知其厚度在2040mm之间,根据经验公式,最后确定滚筒壁厚为.二.滚筒尺寸的确定已知滚筒的尺寸:1.滚筒直径:280mm2.钢绳直径:14mm3.最大缠绕层数:44.最大容绳量:80mm1.确定滚筒的宽度B由公式 可以算出每层的缠绕圈数,即 取,所以滚筒的宽度为: 2.

39、确定绳筒各直径1)滚筒最小缠绕直径滚筒的最小外径钢丝绳直径2)滚筒最大缠绕直径钢丝绳每层厚度降低系数,取3)滚筒平均缠绕直径4)滚筒结构外径3.2 滚筒主轴的设计321滚筒主轴设计应考虑的问题主轴是绞车的主要部件之一,对于它的设计和使用,必须给予足够的重视.主轴的结构设计应考虑如下几点:1)便于起吊、安装和加工;2)卷筒子轴上的固定方式,不论用键或热装固定,都应力求可靠、不松动,因为松动后不仅影响传动,而且回在轴上磨出沟槽,以至引起断轴事故;3)轴的断面变化不应太剧烈,并要防止其它类型的、过大的应力集中;4)轴的加工和热处理需严格遵守规程,并于机械加工情在轴头切样检验,此外还要进行探伤检验;5

40、)对轴不仅有强度要求,而且还有刚度要求,通常挠度应小于轴跨距的1/3000;6)主轴的材料一般采用45号钢.322主轴的结构设计1.确定轴各段直径和长度1)确定最小直径及长度根据前面设计选用的联接减速器和滚筒主轴的联轴器孔径,可以确定滚筒主轴的最小直径,即.半联轴器与轴配合的毂孔长度为200mm,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故轴的长度应比毂孔长度略短一些,现取.为了满足联轴器的轴向定位,右端需制出一轴肩,故取该段直径为.2)初步选择滚动轴承因为轴承同时承受有径向力和轴向力的作用,故选用双列圆锥滚子轴承.参照工作要求,由手册中初步选取352122型双列圆锥滚子轴承,其尺寸

41、为:,故,而. 两端轴承都采用轴肩进行轴向定位,由手册上查得,取,因此,取.3)两端安装支轮处都采用轴肩来进行轴向定位,取,.4)中间轴端为安装滚筒处,取该段轴径为,长度为.5)因为制动器放在左边支轮处,所以安装左支轮处的轴径长度应略长一些,故取.右边支轮处轴径长度为.6)轴承端盖的总宽度为20mm,根据轴承端盖的装拆方便及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外断面与半联轴器右端面键的距离为30mm,故取.7)轴上零件的周向定位 支轮、半联轴器的周向定位均采用平键联接.按,由手册查得平键截面尺寸为,键长为32mm;半联轴器与轴得联接,选用平键尺寸为,键长为140mm.滚动轴承的周向定位是借过渡

42、配合来保证的.8)确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为2.求轴上的载荷 首先根据轴的结构图作出轴的的计算简图.在确定轴承的支点位置时,从手册中查取值.因此作为简支梁的轴的跨距为634mm. 经分析,当钢丝绳位于靠近左边支轮时,轴承、轴的受力最大,将各力已知卷筒轴心上,其受力情况如下所示:图3-1 轴的受力分析图Fig.3-1 Analysis of the Axis plans 现将计算出的卷筒轴上的计算结果列于下: 钢绳牵引力: 垂直面支反力: 总弯距: 扭距: 3.精确校核轴的疲劳强度1)判断危险截面 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面D处的应力集中最严重;从受载的情况来看,截面D处

43、的应力最大,所以该轴需校核D处两边.2)截面D左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面D左侧的弯距为 扭距为 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45钢,调制处理。可得，。 截面上由于轴肩形成的理论应力系数及。因，经插值后可得， 材料的敏性系数为，故有效应力集中系数为 尺寸系数；扭转尺寸系数轴按磨削加工，表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，综合系数值为碳钢的特性系数 ，取 ，取于是，计算安全系数值，则得故可知其安全。3） 截面右侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面D左侧的弯距为 扭距为 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 过盈配合出的值，用插值法求出，并取，于是得 ， 轴按磨削加工，

44、表面质量系数为故得综合系数为 所以右侧的安全系数为故该轴在截面右侧的强度也是足够的。4 回柱绞车制动器的设计4.1 制动器的形式和常用安全装置.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，

45、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。.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

46、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。.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

47、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.4.2 制动器的选用和设计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.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4-1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4-1 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

48、制动槽Fig.4-1- 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

49、电动机或高速轴上，以减小所需的制动力矩。带式制动闸的闸带有下列要求：(1) 闸带(刹车带)与钢带连接应使用钢或铝质铆钉铆接，铆钉埋入闸带深度不小于闸带厚度的30。间带和钢带铆接后应紧紧相贴，不得有皱折和拱曲现象；不得有间隙；钢带两头弯曲铆接后的铆钉头不得高于闸带厚度；(2) 带式制动闸安装到绞车上后，闸带与闸轮的接触面积不小于闸带面积的70(3) 闸带使用后，不得有裂纹，闸带磨损余厚不小于3mm；(4) 与闸带相连接的拉杆螺栓、叉头、闸把、销轴等零件不得有损伤或变形，拉杆螺栓应用背帽背紧；(5)闸把及杠杆等应操作灵活可靠，施闸后，闸带不应有明显伸长。注意紧闸后，间把位置个应低十水平位置，适当保

50、持在略有向L倾角的位置.图4-2手压带式制动闸1制动闸 2手把 3叉头 4拉杆轴承架 5丁字板Fig.4-2-Hand Brake-pressure zone1 Brake 2 handle 3 forks first 4 four drawbars bearing plate-5 Three-way制动器的制动由已知条件知钢丝绳的牵引力为45kN，又由前面知道滚筒的平均缠绕半径，所以可以求出制动力矩。即 5 回柱绞车的操作要求及钢丝绳断裂原因分析5.1 回柱绞车的操作要求.一般要求：(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，并会处理般性故障。开车前必须认真检查：(1)检查各部螺栓、销于等有无松动、检查支撑柱是否牢固，发现松动要及时撑紧。(2)检查机座有无开裂或明显变形。安装是否牢固，否则应继续加固压稳。(3)检查各电气设备和信号装置是否完好，是咨符合防爆要求。(4)检查钢丝绳在滚筒上固定是否牢固，排列是否整齐断丝磨损程度是否超过规