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实习成绩： 毕业实习报告专 业： 工程机械运用与维护 班 级：学 号：学生姓名：指导教师： 毕业实习报告一、实习单位：河南新乡起重机械厂二、实习地点：河南新乡三、实习单位基本情况简介：河南新乡起重机械厂是生产起重机械的专业厂家，本公司是“重合同，守信用”先进企业，拥有经验丰富的科技人员和技术队伍，技术力量雄厚，生产设备精良，工艺先进，检测手段齐全，安全性能达标，设计制造的“宇升”牌起重设备取得了部省颁发的各项证书。公司主要产品类型：电动悬挂，单梁、双梁桥式、门式起重机，CD、MD型0.5T - 20T电动葫芦，电动环链葫芦，定柱式和壁柱式起重机，各种型号抓斗、液压升降平台及各种非标设计制造特殊规格的起重设备，畅销全国各地，深受广大用户的信赖。四、实习内容在河南新乡起重机械厂我们看见了绞车的实物，对其本身的了解更加全面了！JZ16T型凿井绞车主要由电动机、制动器、联轴器、减速器、开式齿轮、卷筒等组成。电动机通过联轴器与减速器的高速轴相联。联轴器的一半是带制动轮的，制动器安装在电动机轴即高速轴上。制动器采用常闭式的瓦块式制动器，采用电动液压推动器作为松闸装置，并与电动机电气联锁。减速器采用三级传动硬齿面圆柱齿轮减速器，为了满足传动比要求，在减速器与卷筒轴之间设计了一对开式齿轮传动。JZ16T型凿井绞车主要由起升机构、制动机构、机架和电气系统等组成。 根据实物可以看出许多在课本中发现不到的内容。动力传动系统的传递路线为：电机联轴器主制动器减速器开式齿轮传动卷筒组电动机正转或反转时，制动器松开制动，通过带制动轮的联轴器带动减速器高速轴，经过减速后通过开式齿轮传动驱动卷筒旋转，使钢丝绳绕进卷筒或由卷筒放出，从而使物品起生或下降。卷筒的正反向转动是通过改变电动机的转向来达到的；电动机停止运转时，依靠制动器将高速轴的制动轮刹住，使物品保持在悬吊状态。卷扬系统装置含有卷筒、主轴与轴承座。卷筒由大齿轮、制动轮和钢板卷筒组成，并通过平键联接在主轴上。凿井绞车的构成主要分起升机构、制动机构部分。其中凿井绞车起升机构主要由电动机，制动器，联轴器，减速器，开式齿轮, 卷筒的组成。凿井绞车除了在起升机构设计有常闭式的瓦块制动器外，为了保证安全，还在卷筒的一侧设计有两套安全制动器，即带式制动器和棘轮制动器。起升机构中的电动机是整个绞车的动力源泉，他为绞车工作提供动力。电动机通过联轴器与减速器的高速轴相联。减速器在这里起有承上启下的作用，他要把电动机的高速度在内部消化变小再输出使提升速度下降提高安全性。减速器的输出轴连接卷筒组试卷筒组运转工作通过钢丝绳的缠绕来提升重物。减速器输出轴与卷筒组之间的连接和动力传动是通过安装在轴上的齿轮来实现的。减速器输出轴上安有一个小齿轮，通过与卷筒组上的大齿轮紧密啮合连接，实现连接和动力传动。在保证绞车运转的同事制动是必不可少的他可保证绞车停在需要的位置。制动器安装在电动机轴即高速轴上。制动器采用长臂式的瓦块式制动器，采用电动液压推动器作为松闸装置，并与电动机电气联锁。他在绞车需要停车时，电动机断电后立刻动作抱紧电动机的输出轴是动力传输中断使绞车停止运转。为了保证安全绞车停止后不在动，此时安装在卷筒组另一端的棘轮棘爪就开始动作，棘爪抓紧棘轮。紧连的制动轮也一被带式制动器抱紧进入工作状态了。凿井绞车包括机械设备及拖动控制系统，是联系地下和地上的重要途径，是矿山生产的咽喉设备，其性能好坏直接关系到矿山的生产效率和安全性及可靠性，它的安全、可靠运行是整个矿井正常生产的必要条件，一旦发生故障，所造成的经济损失是巨大的。“运输是矿井的动脉，提升是咽喉”形象地描述了矿井提升运输系统的工作过程与重要作用。目前，国内外对提升设备经过多年的研究，近几十年来发展的很快，尤其是提升设备的滚筒方式、制动方式和电力拖动、自动化控制等方面有很大的改进，在提升设备的理论和实践方面都取得了丰富的经验。五、实习体会感谢学校、老师给我这一次机会，在有限的实习期间，我了解了整个企业的大体情况，。在企业良好氛围下我们看到了对我们毕业设计有很大帮助实物，使我们在以后设计中有了更直观的印象。在实习过程中，我们不仅从企业职工身上学到了知识和技能，更使我们学会了企业中科学的管理方式和他们的敬业精神。感到了生活的充实和学习的快乐，以及获得知识的满足。真正的接触了社会，使我们消除了走向社会的恐惧心里，使我们对未来充满了信心，以良好的心态去面对社会；增进了我们的师生感情，从这次生产实习的全过程来看，自始至终我们都服从老师的安排，严格要求自己，按时报到，注重安全。 摘 要结合设计任务，通过对JZ16T型凿井绞车的结构和工作原理的阐述，本文主要阐述了JZ16T型凿井绞车设计结构、传动方案、以及各零部件的计算。包括电气系统对整体运行的控制，液压气动装置对制动所起的作用。本设计思路清晰，内容简明，从结构设计、零件计算到总体安装，言简意赅，准确描述了整个设计过程中所涉及到的每个环节，详细分析了JZ16T型凿井绞车设计中的关键技术。本设计说明书的主要内容包括：JZ16T型凿井绞车的性能及其发展状况，JZ16T型凿井绞车的起升机构和电气系统的分析与计算，开式齿轮的计算，制动机构的选择与计算，传动系统的设计与布局。关键词：凿井绞车 制动器 卷筒 齿轮 传动系统Abstract Including the electrical system to control the overall operation, hydraulic and pneumatic device plays the role of braking. This design is clear, concise content, concise and comprehensive from the structural design, calculating to overall installation, accurate description of each link, which involves the entire design process, a detailed analysis of the key technology in the design of JZ16T type shaft sinking winch.The main content of the design specifications include: the performance of JZ16T type shaft sinking winch and its development status, JZ16T mine shaft sinking winch hoisting mechanism and electrical system analysis and calculation, calculation of open gear, selection and calculation of braking mechanism, design and layout of the transmission system.Keywords: sinking winch brake drum gear transmission system目 录摘要第一章 概述11.1 设计题目简要说明11.1.1 绞车的分类21.1.2 绞车的特点和性能要求21.1.3 国内外凿井绞车发展状况31.2 设计任务7第二章 JZ16凿井绞车总体结构设计92.1 引言92.2 技术规格与参数92.3 凿井绞车的整体设计方案102.3.1 凿井绞车的结构简图102.3.2 凿井绞车的工作原理10第三章 传动部件设计计算133.1 钢丝绳的选择与计算133.1.1 选择钢丝绳的参考因素133.1.2 钢丝绳选择143.2 计算卷筒尺寸153.2.1卷筒结构形式的确定153.2.2 卷筒尺寸的计算163.3 电动机的选择173.3.1 选择电动机类型结构型式173.3.2 确定电动机容量183.4 减速器选择193.4.1 减速器类型193.4.2 选择减速器型号203.5 开式齿轮传动的计算203.5.1 齿轮的分类与特点213.5.2 齿轮型式选择与强度计算213.5.3 齿轮结构参数263.6 卷筒轴的设计263.6.1 轴的种类和特点263.6.2 轴的材料选择273.6.3 轴的结构设计283.6.4 轴的强度计算303.6.5 轴的缺陷及其寿命问题323.7 轴承的选择和校核333.7.1 卷筒轴两端轴承33第四章 制动机构354.1 制动机构的组成与工作原理354.1.1 制动机构的组成354.1.2 工作原理354.2 制动器的选择与计算364.2.1 块式制动器的选择364.2.2 棘轮停止器设计364.2.3 带式停止器设计40第五章 气动系统的设计435.1 气压系统设计435.1.1 气压系统原理图435.1.2 汽缸的选择与计算435.2 选择控制元件455.2.1 换向阀选择455.2.2 减压阀选择46第六章 结论47参考文献48致谢49第一章 概述1.1 设计题目简要说明 本设计针对JZ16T 型凿井绞车进行总体设计，对JZ16T 型凿井绞车的结构和工作原理的阐述，详细分析了JZ16T 型凿井绞车设计中的关键技术。主要设计钢丝绳、卷筒、开式齿轮及电动机与减速器的选择。根据 JZ16T 型凿井绞车的自身特点选用各种零部件。其中以开式齿轮的设计为重点，根据电动机功率及减速器传动比，得出开式齿轮传动比，再由多方面因素具体设计开式齿轮的齿数、分度圆直径及齿宽。制动机构的设计也是本设计中的重点，卷筒的一侧设计有两套安全制动器，即带式制动器和棘轮制动器。最后进行的是凿井绞车传动装置的总体设计，主要包括拟定传动方案、选择电动机、确定总传动比和确定各级分传动比以及计算传动装置的运动和动力参数。这些都需要学生亲自动手动脑，锻炼自己的能力，运用自己所学过的各方面知识，来完成本设计。通过本设计可增强学生对机械设计步骤的认识，加强了这方面的知识，也是对学生总体能力的考核，从中认识到自己的不足。对以后同学们进入工厂或生产基地具有一定的帮助。图（1-1）JZ16T凿井绞车绞车是工业生产过程中一种常见的机械，具有悠久的发展历史和比较成熟的设计制造技术。随着绞车制造技术的不断提高、加工材料的不断改进以及电子控制技术的不断发展，绞车在动力、节能和安全性等方面取得了很大的进步。目前，绞车正被广泛地运用于矿山、港口、工厂、建筑和海洋等诸多领域。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运用着，例如凿井绞车、调度绞车、耙矿绞车和矿用提升绞车等。提升绞车可用于矿山竖井或斜井中物品与人员的调度，具有较大的牵引功率和很好的安全性，是矿山生产中不可缺少的设备之一。绞车的另一个重要用途是港口机械，常见的有集装箱起重机、港口装卸门座起重机、塔式起重机以及轻小型的电葫芦等起重机械，其主要执行机构都是各种形式和结构的绞车。对于这种用途的绞车，要求具备较好的调速性能和很高的安全性能。另外，绞车还被运用于各种线缆的存储、制造和运输，例如纺织机械中的用于存放丝线的线盘和电缆制造中用于存放各种直径缆绳的缆盘。这种情况下，绞车不光要具有一定的调速能力，而且还能够使不同直径的缆绳排列整齐，使用历史和多种多样的用途。可以说，绞车广泛地运用于各种各样的场合，发挥着不同的作用，也具有各种各样的结构组成。为了更好地研究绞车的结构和性能，需要对绞车的组成和绞车的分类展开探讨。1.1.1 绞车的分类绞车多种多样的用途，决定了绞车的种类和组成形式也是多种多样的。按照绞车卷筒的数量分，绞车可以分为三种：单卷筒绞车、双卷筒绞车和三卷筒绞车。单卷筒绞车是三种类型绞车中最常见的。它只有一个卷筒用来存放缆绳或者铰链，一般用于对卷筒的容绳量要求不高的场合。另外，按照绞车的驱动方式，通常又把绞车分为电动绞车，气动绞车和液压绞车三种。1.1.2 绞车的特点和性能要求通过对绞车应用场合的探讨和绞车结构的分析，可以得知，在工程应用中绞车会具有如下一些特点：1.负载时变绞车用于矿山调度、电梯轿厢提升、海洋拖曳等场合时，由于外界环境因素的影响，例如货物重量、海浪、海流等的不断变化，它的负载也在不断变化。这就对绞车的稳定运行造成了很大干扰。如果不采取有效的控制手段，绞车的收放速度就不可能稳定，有时甚至无法正常工作。2.驱动力矩范围大这也是由绞车的工作环境决定的，其驱动力范围从几公斤到上百吨不等。3.要求调速方便，高低速运行稳定由于收放工作的需要，现在许多绞车都需要能够方便连续地调整收放速度。在高速运行的时候，不能出现飞车的情况；在低速运行的时候，不能出现爬行现象，而且要保持一定的输出力矩。4.对安全可靠性要求较高由于绞车一旦出现事故，就有可能对人的生命或财产造成很大的伤害，加上绞车的工作环境大多比较恶劣，所以就要求绞车具有很高的可靠性。因此在设计绞车时设计人员应考虑到绞车的最大负载能力、绞车的防爆性、元件的可靠性等因素。5.要求具有较好的可操作性随着对绞车使用要求的不断提高以及自动化技术的发展，绞车的自动化程度也在不断提高。一些先进的电子控制技术、通讯技术的运用，使得现在的绞车能够具有很好的人机接口和远程通信能力，极大地提高了绞车的操作性能。1.1.3 国内外提升绞车发展状况矿井提升机包括机械设备及拖动控制系统，是联系地下和地上的重要途径，是矿山生产的咽喉设备，其性能好坏直接关系到矿山的生产效率和安全性及可靠性，它的安全、可靠运行是整个矿井正常生产的必要条件，一旦发生故障，所造成的经济损失是巨大的。“运输是矿井的动脉，提升是咽喉”形象地描述了矿井提升运输系统的工作过程与重要作用。目前，国内外对提升设备经过多年的研究，近几十年来发展的很快，尤其是提升设备的滚筒方式、制动方式和电力拖动、自动化控制等方面有很大的改进，在提升设备的理论和实践方面都取得了丰富的经验。国内外对于提升绞车的优化设计研究属于较冷门的行业，相关的研究成果不太多。1.1.3.1 国内提升绞车发展状况我国提升设备的设计制造，是在解放以后才开始的。建国初期在党的领导下，新建和改建了许多矿山机械制造厂。20世纪五十年代抚顺重型机器厂制造了我国第一台缠绕式双筒提升机，洛阳矿山机器厂设计制成了我国第一台2X4多绳摩擦式提升机，这种提升机与缠绕式提升机比较，具有重量轻、体积小、安全可靠、适合较深矿井的特点，是现代提升机的发展方向。并已在我国许多矿山中得到普及和应用。如安徽的凤凰山铜矿、梅山铁矿、张家洼小官庄铁矿、西石门铁矿、丰山铜矿、铜坑锡矿等矿山是较早地应用多绳摩擦提升机的矿山。八十年代末投产的通钢板石沟铁矿18#矿组的罐笼井采用的是上海冶金矿山机械厂生产的第二台JKD1.85 X 4多绳摩擦式提升机。该厂又新设计制造了JK型新系列单绳缠绕式提升机，新系列采用了一些新结构，与老型号比较，提升能力平均提高了25%，而机器重量也相应的有所减少。其它如JT系列矿用绞车，JKM及JKD系列多绳提升机在采用新结构提高产品性能方面都有较大改进和提高。我国的矿用提升机其调速原理经历了电阻调速、液压调速、变频调速及行星差动调速等几次大的改进，目前国产提升机所采用的调速装置主要有两种类型：一是液压传动调速装置（液压调速），其产品形式即为现有的液压提升绞车；二是电控调速装置（变频调控），其产品形式即为现有的传统JT系列绞车。提升机是一种重要的矿用机械，我国的提升机从上世纪七十年代开始应用于煤矿生产，极大地提高了工作效率，但安全性能较差，极易发生爆裂；八十年代为解决井下提升机防爆难题，生产了一种液压提升机，之后又出现了运用变频调速原理生产的无级调速提升机。煤矿提升绞车是煤矿安全生产的重要设备，是安全生产的关键，它能否正常运行，直接关系着煤炭的产量、生产成本及矿井和职工的安全。随着市场经济的发展和矿井标准化建设的需要，提升绞车的运行质量越来越受到各级部门的重视。根据规定：投入运行后的提升设备，必须由矿务局机电部门每年进行一次检查，每3年进行一次测试，认定合格并签发运行许可证书后方可继续使用每次的测试结果表明大部分的绞车使用良好，但也存在一些带有普遍性的问题，在一定程度上制约了煤炭产量，增加了生产成本，同时也影响了煤矿的安全生产，下面就针对一些主要问题进行归纳。1.提升设备完好率差，存在重大事故隐患。提升装置必须装设下列保险装置，即防过卷装置、限速装置、深度指示器失效保护装置等，并满足相应的技术要求，但有许多矿用绞车没有设置，违反了相应规定。2.制动装置可靠性差。制动装置是提升绞车的重要组成部分，根据设计安装要求，制动盘加工表面粗糙度应达到1.6，偏差越小越好，最大不应超过0.5mm但有的矿用绞车安装质量差，滚筒端面凹凸不平，使滚筒在运转时，制动轮间歇摩擦闸瓦，从而造成电机电流波动大，电耗增加，并加速了闸瓦的磨损。还有的绞车松闸不彻底，有时还会因为某些干扰因素引起突然紧闸现象。这种现象会影响机械系统的使用寿命，并有可能造成断绳等事故。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。例如淮南张集矿23000kW交变频双电机拖动提升机，其自动化控制由主控PLC（S7400）、监控PLC（S7400）、闸控PLC（S7400）、装载PLC（S5115U）、卸载PLC（S5115E）和传动控制装置SIMADYND及操作台的Wincc人机界面装置多台计算机（PLC）组成16。1.1.3.2 国外提升绞车发展状况国外矿用提升机的研究比较先进，并能及时地将研究的成果运用到矿用提升机的实际生产中。自1827年德国制造出第一台蒸汽提升机以来，矿井提升机大体分为两种形式，一种为缠绕式提升机，另一种为多绳摩擦式提升机。目前广泛使用单绳缠绕式提升机和多绳摩擦提升机15。最初提升机仅为缠绕式提升机一种，但随着矿井开采深度及年产量日益增加，在井深达1000m以上，一次提升量达4050t的条件下采用缠绕式提升机其钢绳直径要达到90mm，滚筒直径要达到9m，电动机功率要达到4500kW。这样的提升机制作金属量消耗大、制造困难、成本昂贵，更重要的是直径50mm以上的钢绳只有几个发达国家可以制造，而且价格贵的惊人，且寿命远不如40mm以下的长。于是在18世纪末，出现了用几根细钢绳代替一根粗钢绳的做法，就产生了多绳摩擦提升机。由于多绳摩擦提升机绳径小，摩擦轮直径小，电动机功率小，到20世纪70年代，世界上应用多绳摩擦提升机已有600多台。在过去的20年中，我国从德国共进口20多套大型矿用提升机，其电控配套装置均为西门子公司的产品，其中10套是为直流电动机配套的直流电控制系统，其余10多套均为交频交流电气传动电控配套装置16。第一套是1994年为山西省常林矿主井提升机配套的，其调速性能非常理想，且节能效果相当明显，它代表了世界矿用提升机的先进水平，也为我们指明了走节能和无级调速的路子。特别是随着计算机技术的飞速发展，机电一体化技术和产品在世界范围内得到了迅速发展和应用。先进采煤国从采煤工作面、掘进工作面，到井下主煤流运输及辅助运输，到矿井提升及井下供电、排水等装置，均具有建立在微处理器基础上的监控和保护系统，其机电一体化的设备、性能、可靠性和功能等有大幅度提高。如美国、澳大利亚等国由于在井下采用了先进的机电一体化设备，已实现无人工作面、遥控采矿甚至无人矿井；加拿大INSO公司利用现代通讯、井下定位与导航、在线信息处理、监控系统，实现了对地下镍矿的机电一体化采矿装备乃至整个矿山开采系统的遥控操作。1.1.3.3 本文研究的背景矿用提升机作为煤矿机械的一种，主要用于煤矿提升、下放物料，因此其市场需求量与国家对煤炭的需求量息息相关。煤炭是我国常规能源的主体，在我们这样一个大国，能源始终占极其重要的地位。为了保证国民经济的持续发展，煤炭产量亦要在相应时期内保持高速增长。2000年，国家“西电东送”工程开始实施，作为西部大开发战略的重要组成部分，“西电东送”将西部丰富的资源和东部巨大的市场结合起来，通过北、中、南三条通道向华东地区送电。三条通道中，除中部通道是以三峡水利枢纽工程为主体送电外，南、北两条通道均主要以煤炭作为燃料的火电基地为基础送电。据统计，我国在2002年煤炭产量接近14亿吨，比上年增产2.21亿吨，增长20%。虽然这样，在同年还是要从国外进口1081万吨，进口量比2001年增加了3倍多。即使如此，全国部分地区缺煤还是很严重，甚至于在湖北、河南一些地方还要常常停电，一个重要原因在于煤炭紧缺，严重影响了国民经济的发展以及人民的生活秩序。增加煤炭产量，加大煤炭供给量已是刻不容缓。目前，全国各地除了有很多大型煤炭公司以外，也有不少中小型煤矿，同时也不断增加一些新建的煤矿。煤炭需求的增加必将刺激采煤机械需求的增长。此外，大量中小煤矿的存在也是促成煤机需求增长的一个重要因素。中小型煤矿主要进行地面浅表层煤炭资源的开发，由于成本、开采方式等因素的限制，这类煤炭资源不适合国有大型煤矿企业的开采，客观上决定了在较长时间内中小煤矿仍将存在，据统计，在云南、贵州两省，仅官方批准采矿的企业就达一万多个，且平均每年以30%的速度增加，加之湖南、江西、四川、重庆、山西、新疆、内蒙古自治区、东三省等地均在大力发展煤炭工业，加之国际提升机市场，尤其在欧美等发达国家，侧重于使用数字化、智能化的高附加值产品，如德产的“机电一体化”内装式绞车，这类产品整机性能较好，操作简洁，但价格昂贵，使用的厂家很少。我国八十年代为解决井下提升机防爆难题，生产了一种液压提升机，之后又出现了运用变频调速原理生产的无级调速提升机。这几类提升机都存在着功能不够完善的问题，或防爆不能调速，或调速难以防爆，安全性能差，操作困难。在这种情况下，生产一种新型的功能较为全面的矿用提升机取代原有机型就成为各煤矿生产企业的共同需求。由湖南远扬煤机制造有限公司与湖南大学共同开发研制的新型矿用提升机项目。该项目产品使用NGW行星差动技术，实现零到最大转速之间的无级调速，这是一种纯机械的无级调速，不会产生火花，从而同时实现调速和防爆两种功能。与传统的液压调速提升机和变频调速提升机相比，取消了庞大的液压和电控调速系统，减少机器占地空间，无须另行修建绞车房，更易于在狭窄的矿井条件中正常工作，大幅降低成本，该项目产品应会具有广阔的应用前景。1.2 设计内容 本设计分为五大主要设计内容，即起升机构的设计、制动机构的设计、电气系统的设计、开式齿轮的设计、总体布局的确定设计。 1. 起升机构 JZ16T 型凿井绞车起升机构主要由电动机，制动器，联轴器，减速器，开式齿轮, 卷筒的组成。电动机通过联轴器与减速器的高速轴相联。联轴器的一半是带制动轮的，制动器安装在电动机轴即高速轴上。制动器采用长臂式的瓦块式制动器，采用电动液压推动器作为松闸装置，并与电动机电气联锁。减速器采用三级传动硬齿面圆柱齿轮减速器，为了满足传动比要求，在减速器与卷筒轴之间设计了一对开式齿轮传动。 2. 制动机构 JZ16 型凿井绞车除了在起升机构设计有常闭式的瓦块制动器外，为了保证安全，还在卷筒的一侧设计有两套安全制动器，即带式制动器和棘轮制动器。带式制动器构造简单紧凑，包角大（可超过2），制动力矩大。制动轮轴受较大的弯曲作用力，制动带的比压和磨损不均匀，简单和差动带式制动器的制动力矩均与旋转方向有关，限制了应用范围，散热差，适用大型要求紧凑的制动。 3. 电气系统 主要是用来驱动电动机工作的电路，对电气系统进行过电流保护、零压保护、行程保护等。 4. 开式齿轮 先根据 JZ16T 型凿井绞车的工作环境来选取开式齿轮的材料，再计算出开式齿轮的齿轮类型，精度等级, 材料及齿数。5. 总体布局 根据以上设计所得各部件的外形尺寸，确定各部件在底座的安装位置进行合理安排，应适合运输操作等要求。6. 正是基于上述背景，我在导师的指导下，根据JZ16凿井绞车已知参数，完成了结构设计，具体工作内容包括以下几个方面：1).根据已知参数条件，提出了提升绞车的整体设计方案，完成JZ16凿井绞车的结构设计：包括机械传动部分、提升机构部分、制动装置部分。2).完成整个凿井绞车三维零部件的建模与装配：利用UG软件，对机械传动部件和提升结构部件进行了三维建模，既有零件图也有装配图。第二章 JZ16T凿井绞车总体结构设计2.1 引言JZ16T型凿井绞车容绳量大、提升力强、平稳可靠，主要用于竖井掘进工程中悬吊吊盘、水泵、风筒、压缩空气筒、注浆管等掘进设备和涨紧稳绳，也可作其它井下和地面起吊重物用。近年来，新建矿井近半数是采用立井开拓方式。随着新井建设和煤炭开采向深部发展，立井开拓所占比重将会增大。随着开采深度的增大和高产高效矿井的建设，深井凿井绞车的发展尤为重要。为了适应深井建设对凿井绞车的要求，开发研制了JZ16T型凿井绞车。根据提供的技术规格和设计参数，提出了提升绞车的总体设计方案。并通过设计计算，确定了齿轮减速机构的各部分结构尺寸，对其主要部件的强度进行了校核。2.2 技术规格与参数JZ16T型凿井绞车主要由电动机、制动器、联轴器、减速器、开式齿轮、卷筒等组成，其结构如图（2-1）所示。电动机通过联轴器与减速器的高速轴相联。联轴器的一半是带制动轮的，制动器安装在电动机轴即高速轴上。制动器采用常闭式的瓦块式制动器，采用电动液压推动器作为松闸装置，并与电动机电气联锁。减速器采用三级传动硬齿面圆柱齿轮减速器，为了满足传动比要求，在减速器与卷筒轴之间设计了一对开式齿轮传动，技术参数如表（2-1）。 1-电动机 2-制动器 3-减速器 4-小齿轮 5-大齿轮 6-卷筒组件图（2-1） JZ16T型凿井绞车起升机构 表2-1 JZ16T型凿井绞车的主要性能参数额定拉力（KN）160额定速度 (m/s)Max 0.16Min 0.1钢丝绳型号6（33）+6（21）-40-1550-I-光-右交GB829-79钢丝绳直径 (mm)40卷筒直径 (mm)700容绳量（m）1000电机型号YZR225M-6电机功率（kw）34制动器型号YWZ-400/452.3 提升绞车的整体设计方案2.3.1 凿井绞结构简图JZ16T型凿井绞车主要由起升机构、制动机构、机架和电气系统等组成。如图（2-2）所示。1-制动机构 2-起升机构 3-电气系统 4-机架图（2-2） JZ16T型凿井绞车2.3.2 提升绞车的工作原理2.3.2.1 动力传动系统动力传动系统的传递路线为：电机联轴器主制动器减速器开式齿轮传动卷筒组，传动简图如图（2-1）所示。电动机正转或反转时，制动器松开制动，通过带制动轮的联轴器带动减速器高速轴，经过减速后通过开式齿轮传动驱动卷筒旋转，使钢丝绳绕进卷筒或由卷筒放出，从而使物品起生或下降。卷筒的正反向转动是通过改变电动机的转向来达到的；电动机停止运转时，依靠制动器将高速轴的制动轮刹住，使物品保持在悬吊状态。2.3.2.2 卷扬系统卷扬系统装置含有卷筒组、主轴与轴承座。卷筒组由大齿轮、制动轮和钢板卷筒组成，并通过平键联接在主轴上。2.3.2.3 制动机构JZ16T型凿井绞车除了在起升机构设计有常闭式的瓦块制动器外，为了保证安全，还在卷筒的一侧设计有两套安全制动器，即块式制动器和棘轮制动器。其结构如图（2-3）所示。1-带式制动器 2-棘轮制动器图（2-3） JZ16T型凿井绞车起升制动机构当起升机构进行升降作业时，棘轮制动器和带式制动器均应处于松开制动状态，并与起升机构电气联锁。即只有棘轮制动器和块式制动器松开制动后起升机构才能进行升降运动。当起升机构进行停止升降作业时，棘轮制动器和带式制动器均应处于制动状态，将卷筒制动住，以防卷筒“溜车”，起到安全保护作用。棘轮制动器和带式制动器的动作控制均采用气动控制，气动系统原理图如图2-4所示。2.3.2.4 电气系统1） 电气系统的组成 JZ16T 型凿井绞车电气系统主要由主电路和控制电路组成。主电路是用来驱动电动机工作的电路。控制电路是对电气系统进行过电流保护、零压保护、零位保护、行程保护等。2) 电气系统的工作原理 JZ16T型凿井绞车气动系统原理如图(2-4)所示。主电路的外接电路有定子电路和转子电路两部分。定子电路是由三相交流电源、三级刀开关、过电流继电器的线圈、正反向接触器的主触点及电动机定子绕组的组成。转子电路是由转子绕组、外接电阻器及主令控制器的触点等组成。转子电路通过主令控制器触点的分合来改变转子电路外接电阻的大小实现限制起动电流和调速的目的。1-减压阀 2-电磁换向阀 3-汽缸 4-行程开关 5-汽缸 6-电磁换向阀图（2-4） JZ16T型凿井绞车气动系统原理图第三章 传动部件的选择与计算3.1钢丝绳的选择与计算3.1.1 选择钢丝绳的参考因素钢丝绳是矿井提升设备中的主要组成部分，也是矿山钢材消耗量较大的项目之一。正确的选择钢丝绳不仅关系到矿井的正常生产，而且也影响着矿井工人的生命安全，又能为社会主义建设节约大量优质钢材。因此，煤炭工业部在煤矿安全生产试行规程中。对矿井提升用钢丝绳有专门规定。有关人员对钢丝绳的选择、维护及检查应子重视。矿井提升钢丝绳的品种很多，几十年来的生产实践经验证明，只有根据不同矿井条件选用不同类型的钢丝绳才能取得好的效果。合理的选择和使用钢丝绳不仅可以延长钢丝绳的使用寿命，有利于保证提升安全，减少大量的维护工作员，同时也为国家节约大量优质钢材。对于同样的工作条件，由于选择了不同结构的钢丝绳，其使用寿命有可能差别很大。实验室试验和现场实践经验证明，在不同的使用条件下应选用不同结构的钢丝绳，才能取得好的效果。为了正确选用钢丝绳，下面介绍几项与其有关的因素。 钢丝绳的结构参数和特性是影响钢丝绳使用寿命的主要因素。应以其做为选择钢丝绳的基础。现就几项主要因素简述如下。3.1.1.1 钢丝绳的结构与其破断拉力的关系钢丝的抗拉强度乘以钢丝的断面积等于钢丝的破断拉力。各钢丝破断拉力总和与钢丝绳的整体破断拉力并不一致。这种由捻制所造成的破断拉力下降的百分数称为换算系数。钢丝绳换算系数的大小，与绳股内钢丝间的相互接触形式、捻距大小、钢丝绳的结构等因素有关。在钢丝绳中，钢丝由于编捻所造成的曲率半径越小、绳股中钢丝的同心层数钢丝绳的结构越复杂、钢丝数越多，其由捻制所造成的破断拉力损失越大。而不同结构的钢丝绳其破断技力的损失也不同。线接触钢丝绳的破断拉力损失比点接触结构的小；镀锌钢丝绳比光面钢丝钢丝绳的破断拉力损失小；纤维绳芯比金届绳芯的钢丝绳造成的破断拉力损失小。3.1.1.2 钢丝绳的金属断面系数钢丝绳的金属断而系数，即钢丝绳的金届断面积与钢丝绳外接圆面积(绳径的面积)之比。直径相同的钢丝绳金属断而系数越大，在抗拉强度相同的条件下，其破断技力越大。对原有提升设备来讲，选用金属断面系数大的钢丝绳可以提高钢丝绳的安全系数，延长其使用寿命；对新选提升设备来讲，选用金属断面系数大的钢丝绳，可以减小钢丝绳的直径，缩小提升设备体积。3.1.1.3 绳径、丝数、丝径与使用略命的关系钢丝绳的柔软性能，与钢丝绳的丝数、丝径和钢丝间的接触形式有关。在相同绳径的钢丝绳中，钢丝数越多其柔软性越好。提升钢丝绳在使用过程中的强度下降的主要因素是磨损、锈饱和疲劳断丝。在一般提升情况下，这三种因素是同时出现和起作用的。由于矿井条件的不同，起主要作用的因素也不同。因此，各矿应根据矿井的具体条件、使用经验，并结合各种钢丝绳的特点，合理地选择钢丝绳是十分必要的。下面是关于矿井提升用钢丝绳的几点参考意见：1在矿并淋水大、淋水酸碱度高和作为出风井的井筒中，由于锈蚀严重而影响了钢丝绳的使用寿命。在这类矿并中甚至显示不出好钢丝绳结构的优越性。因此，在这类矿井中应选用镀锌钢丝绳。2在磨损严重的竖并巾，选用异型股或线接触钢丝绳以及面接触钢丝绳为好。3以疲劳断丝为钢丝绳强度损失的主要因素时，应优先选用异型股钢丝绳或线接触钢丝绳(其中以填充式尤好)。4从钢丝绳的结构特点、受力状态和使用实践的分析结果认为，煤矿提升用绳以顺捻钢丝绳为好。5用于温度高或有明火的研石山等处的提升用绳，可选用金属绳芯的钢丝绳。6凿井提升用绳，应选用多层服不旋转钢丝绳。加挤压严重可选用金属绳芯钢丝绳或面接触钢丝绳。3.1.2 钢丝绳选择3.1.2.1 选择钢丝绳类型JZ16T型凿井绞车的特点是悬吊吊盘或模板等物品，一般都采用多台凿井绞车于不同方向对吊盘等物品进行单绳悬吊。运动速度比较低，而且不经常运动。因此，选用多层异形股不扭转钢丝绳结构型式比较合适。3.1.2.2 钢丝绳直径的确定钢丝绳的钢丝在工作过程中受力情况是很复杂的，它在工作时承受拉伸、弯曲、挤压和扭转的作用，由此产生应力的大小除与钢丝绳张力大小有关外，还与钢丝绳和股的数目、绕捻方法、螺旋角大小、钢丝间的接触情况以及绳芯材料等有关。因此，在计算钢丝绳直径时，只根据静载荷按实用计算法选择钢丝绳。在根据要求确定了钢丝绳型式后，按钢丝绳所受的最大静力拉力和钢丝绳的抗拉破环强度确定钢丝绳直径。即： （3-1）6式中： Sb -整条钢丝绳的破断拉力，Smax-钢丝绳所受最大静拉力，n -钢丝绳最小安全系数，取 -破断拉力换算系数，取钢丝绳所受最大静拉力： 整条钢丝绳的破断拉力为 。 所以选择钢丝绳6（33）+6（21），公称抗拉强度1550N/mm2，直径d=40mm,钢丝绳的破断拉力总和为。3.1.2.3 确定钢丝绳的型号由机械设计手册6查得选择钢丝绳型号6（33）+6（21）-40-1550-I-光-右交GB829-79。3.2 计算卷筒尺寸3.2.1 卷筒结构形式的确定JZ16T型凿井绞车主要是为了适应超千米深井的建造而设计的，因此，要求卷筒的容绳量大。所以卷筒采用周边大齿轮式卷筒组型式，并且为多层卷绕。卷筒结构如图（3-1）所示。这种结构型式传动速比大，适应于转速低的场合，大齿轮为开式传动，卷筒轴只承受弯矩。卷筒应用Q235-A钢板卷制。 1-大齿轮 2-卷筒 3-棘轮图（3-1） 3.2.2 卷筒尺寸的计算3.2.2.1卷筒直径D 卷筒直径按式 （3-2）6计算。式中：D 卷筒直径， mm h 与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，取所以, 取。3.2.2.2卷筒壁厚因为卷筒用Q235-A钢板卷制，所以卷筒壁。故取卷筒壁厚。3.2.2.3卷筒卷绕钢丝绳圈数n： 因为卷筒为多层卷绕筒，卷筒长度按公式 （3-3）6 计算。式中： l多层绕钢丝绳总长度，取 多层卷绕圈数。根据JZ16T型凿井绞车的结构尺寸，取卷筒长度为,所以，通过公式可计算出多层卷绕圈数n,计算得。故卷筒最大卷绕直径为。3.2.2.4卷筒壁压应力ymax的计算：卷筒壁压应力ymax按公式 （3-4）6计算。式中： t 多层绕钢丝绳卷绕节距，对多层卷绕的卷筒所以，卷筒壁压应力许用压应力y 按公式y=s/n 计算，式中s 卷筒材料的屈服极限， n 安全系数，取 所以，。ymax y，强度满足要求。3.3 电动机的选择原动机是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、内燃机、蒸汽机、水轮机、汽轮机、液动机等。电动机构造简单、工作可靠、控制简便、维护容易，一般生产机械上大多采用电动机驱动。电动机已经系统化，设计中只需要工作机所需的功率和工作条件，选择电动机的类型和结构形式、容量、转速，并确定电动机的具体型号。3.3.1 选择电动机类型和结构形式电动机类型和结构形式可以根据电源种类（直流、交流）、工作条件（温度、环境、空间尺寸）和载荷特点（性质、大小、启动性能和过载情况）来选择。工业上广泛应用Y系列三相异步交流电动机。它是我国20世纪80年代的更新换代产品，具有高效、节能、振动小、噪声小和运行安全可靠的特点，安装尺寸和功率等级符合国际标准，适合于无特殊要求的各种机械设备。对于频繁启动、制动和换向的机械（如起重机械），宜选用转动惯量小、过载能力强、允许有较大振动和冲击的YZ型或YZR型三相异步电动机。为适应不同的安装需要，同一类型的电动机结构又制成若干种安装形式，供设计时选用。3.3.2 确定电动机的容量电动机容量（功率）选的合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作机的正常工作，或使电动机因长期过载发热量大而过早损坏；容量过大则电动机价格高，能量不能充分利用，经常处于不满载运行，其效率和功率因数都较低，增加电能消耗，造成很大浪费。电动机容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。电动机的发热与其运行状态有关。对于长期连续运转、载荷不变或变化很小、常温下工作的机械，只要所选电动机的额定功率Pm等于或略大于所需电动机功率P0，即Pm P0，电动机在工作时就不会过热，而不比校验发热和起动力矩。 冶金及起重用三相异步电动机是用于驱动各种型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。YZR系列为绕线转子电动机，YZ系列为笼型转子电动机。冶金及起重用电动机大多采用绕线转子，但对于30KW以下电动机以及在起动不是很频繁而电网容量又许可满压起动的场所，也可采用笼型转子9。3.3.2.1计算静功率：机构运转时所需静功率按公式 （3-5）15计算。 式中：Nj 额定起重量时的静载荷功率，kw； 起升机构的最大速度，； 起升机构的额定起重量，Q=160103N； 传动机构的效率，。所以 。3.3.2.2选择电动机功率选择电动机功率按公式 计算。所以，选取电动机功率Nd=34Kw。确定电动机型号为YZR225M-6，n=1000rpm。其技术参数及安装尺寸如表（3-1），外形如图（3-2）。表（3-1）YZR 225M-6型电动机技术参数及安装尺寸额定功率Kw34转速r/min1000机座号225MD65E140G23.9GD10F16图（3-2）电动机外形3.4减速器选择3.4.1 减速器的类型减速器的类型很多。按传动件类型的不同可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器、齿轮蜗杆减速器和行星齿轮减速器；按传动级数的不同可分为一级减速器、二级减速器、多级减速器；按传动布置方式不同可分为展开式减速器、同轴式减速器和分流式减速器；按传动功率的大小不同可分为小型减速器、圆锥齿轮减速器、中型减速器和大型减速器。3.4.2 选择减速器型号 卷筒转速：；总传动比：。根据电动机的功率选取减速器的传动比和型号。选取减速器型号ZSY315-90-。减速器的传动比。低速级齿轮中心距。ZSY315-90-型减速器安装尺寸如表（3-2），实物如图（3-3）。表（3-2）ZSY315-90-型减速器安装尺寸ZSY315-90-型圆柱齿轮减速器输入轴输出轴直径mm长度mm直径mm长度mm426065280 图（3-3）减速器3.5 开式齿轮传动的计算齿轮是重要的基础件，其应用广泛，历史悠久。目前齿轮技术可达到的指标：圆周速度v=300m/s,转速n=105r/min,传递的功率P=105kW,模数m=0.004100mm,直径d=1mm152.3m。3.5.1齿轮的分类和特点3.5.1.1 分类 3.5.1.2 特点（1） 瞬时传动比恒定。非圆齿轮传动的瞬时传动比又能按需要的变化规律来设计。（2） 传动比范围大，可用于减速或增速。（3） 速度（指节圆圆周速度）和传递功率的范围大，可用于高速（v40m/s）、中速和低速（v25m/s）的传动；功率可从小于1w到105Kw。（4） 传动效率高，一对高精度的渐开线圆柱齿轮，效率可达99%以上。（5） 结构紧凑，适用于近距离传动。（6） 制造成本较高，某些具有特殊齿形或精度很高的齿轮，因需要专用或高精度的机床、刀具和量仪等，故制造工艺复杂，成本高。（7） 精度不高的齿轮。传动时噪声、振动和冲击大，污染环境。（8） 无过载保护作用。3.5.2 齿轮型式选择与强度计算3.5.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1）根据图（3-4）传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。1电动机 2制动器 3减速器 4小齿轮5大齿轮 6卷筒 7棘轮图（3-4）凿井绞车传动方案图2）凿井绞车速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。3）材料选择 由（表10-1）10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，二者材料硬度差为40HBS。4）开式齿轮传动比：。选小齿轮齿数，大齿轮齿数。取。3.5.2.2 按齿面接触强度设计 由齿面接触强度计算公式进行试算，即 d 1t2.32 （3-6）10 （一）确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数；（2）计算小齿轮传递的转矩 ；（3）由（表10-7）10选取齿宽系数；（4）由（表10-6）10查得材料的弹性影响系数；（5）由（图10-21d）10按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1=600Mpa;大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2=550Mpa；（6）计算应力循环次数6011.11(2830020)=6.31076.3107/6.61=1107（7）由（图10-19）10查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.96， KHN2=0.98；（8）计算解除疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由式 H1=0.9600=540Mpa (3-7)10 H2=0.95550=522.5Mpa (3-8)10 （二） 计算（1）试算小齿轮分度圆直径d1t,代入H中较小的值d 1t2.32 （2）计算圆周速度v =（3）计算齿宽b （4）计算齿宽与齿高之比b/h 模数 齿高 （5）计算载荷系数 根据,7级精度，由（图10-8）10查得动载荷系数; 直齿轮，假设。由（表10-3）10查得; 由（表10-2）10查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时 将数据代入后得 由, 查（图10-13）10得,故载荷系数 （6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式(10-10a)10得（7）计算模数 3.5.2.3 按齿根弯曲强度计算 弯曲强度的设计计算公式为 （3-9）10（一）确定公式内的各计算数值（1）由（图10-20c）10查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限； （2）由（图10-18）10查得弯曲疲劳寿命系数，。 （3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式(10-12)10得 = =（4）计算载荷系数K（5）查取齿形系数 由（表10-5）10查得YFa1=2.91 YFa2=2.1952（6）查取应力校正系数 由（表10-5）10查得YSa1=1.53 YSa2=1.8052（7）计算大小齿轮的并加以比较=0.0135=0.01505 大齿轮的数值较大。（二）计算 对比计算结果，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，由于齿轮的模数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（模数与齿数的乘积）有关，可取弯曲强度算得的模数17.06并就近圆整为标准值，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数 Z1=20.75 取Z1=21大齿轮齿数 Z2=6.6121=1393.5.2.4几何尺寸计算1) 计算分度圆直径 2) 计算中心距 3) 计算齿轮宽度 取, 。3.5.2.5验算 Ft= =,合适3.5.3齿轮结构参数表（3-3）齿轮结构参数名称小齿轮大齿轮模数m/mm2020齿数Z21139分度圆直径d/mm4202780齿顶圆直径da/mm4602820齿根圆直径df/mm3702730压力角2020齿顶高ha/mm2020齿根高hf/mm2525齿宽B/mm260252中心距a/mm1600传动比i6.613.6卷筒轴的设计3.6.1 轴的种类和特点 轴是组成机械的一个重要零件。它支承着其他转动件回转并传递转矩，同时它又通过轴承和机架连接。所有轴上零件都围绕轴心线作回转运动，形成了一个以轴为基准的组合体轴系部件。所以，在轴的设计中，不能只考虑轴本身，还必须和轴系零、部件的整个结构密切联系起来。轴按受载情况分：a. 转轴 既支承传动机件又传递动力，即承受弯矩和扭矩两种作用。b. 心轴 只起支承旋转机件作用而不传递动力，即只承受弯矩作用。心轴又可分为固定心轴（工作时轴不转动）和转动心轴（工作时轴转动）两种。c. 传动轴 主要传递动力，即主要承受扭矩作用。按结构形状分：光轴，阶梯轴，实心轴，空心轴等。按几何轴线形状分：直轴，曲轴，钢丝软轴。设计轴时应考虑多方面因素和要求，其中主要问题是轴的选材、结构、强度、和刚度。对于高速轴还应考虑振动稳定性问题。轴的设计特点是：在轴系零、部件的具体结构未确定之前，轴上力的作用点和支点见的跨距无法精确确定，故弯矩大小和分布情况不能求出，因此，在轴的设计中，必须把轴的强度计算和轴系零、部件结构设计交错进行，边画图、边计算、边修改。3.6.2 轴的材料选择 轴的材料种类很多，设计时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理。 轴的常用材料是35、45、50优质碳素钢，最常用的是45钢。对于受载较小或不太重要的轴，也可采用A3、A5等普通碳素钢。对于受力较大，轴的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的轴，可采用合金钢。 球墨铸铁和一些高强度铸铁，由于铸造性能好，容易铸成复杂形状，且减震性能好，应力集中敏感性能低，支点位移的影响小，故常用于制造外形复杂的轴。 特别是我国研制成功的稀土-镁球墨铸铁，冲击韧性好，同时具有减磨、吸振和对应力集中敏感性小等优点，已用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件。 根据工作条件要求，轴可在加工前或加工后经过整体或表面处理，以及表面强化处理（如喷丸等）和化学处理（如渗碳、渗氮、氮化等），以提高其强度（尤其疲劳强度）和耐磨、耐腐蚀等性能。 在一般工作温度下，合金钢的弹性模量与碳素钢相近，所以只为了提高轴的刚度而选用合金钢是不合适的。 轴一般由轧制圆钢或锻件经切削加工制造。轴的直径较小，可先用圆钢棒制造；对于重要的，大直径或阶梯直径变化较大的轴，采用锻坯。为节约金属和提高工艺性，直径大的轴还可以制成空心的，并且带有焊接的或者锻造的凸缘。 对于形状复杂的轴（如凸轮轴、曲轴）可采用铸造。 根据工作要求，卷筒轴心轴起支承卷筒、齿轮和棘轮的作用。所以选择45钢（调质处理）作为心轴的材料。45钢（调质处理）的性能参数表（3-4）。表（3-4）45钢（调质处理）的性能参数材料硬度HBS强度极限B/MPa屈服极限s/MPa许用弯曲应力/MPa45钢2406503601203.6.3轴的结构设计主轴是提升机承载的主要部件，提升机的主要工作构件如卷筒、轴承、以及安全制动器等均安装在主轴上。提升机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。因此，在结构上除应满足强度和钢度要求外，还应重视工艺和安装方而的问题。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，提升机主轴目前一段做成两支点的。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井炉进行热处理等。现代提升机上已普通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。为便于安结，主轴结构应作相应考虑。2)卷简在轴上的固定方法可用切向键也可用静配合，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。对键连接应有防退装置。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。径变化处过渡圆角半径不应过小。根据需要和可能对主轴进行表面强化处理(如喷九、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，故对共工艺要求较高。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。主轴加工后要进行热处理，热处理方法有用正火也有用调质的。5)主轴材料一般采用优质中碳钢，最常用的是45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，通过调质热处理，可获得强度、耐磨性和冲击韧性都比较好的综合机械性能。一般不采用合金钢，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，但对提高主轴刚度意义不大。轴的结构决定于受载情况，轴上零件的布置和固定方式，轴承的类型和尺寸、轴的毛坯、制造和装配工艺及安装、运输等条件。轴的结构应是尽量减小应力集中，受力合理，有良好工艺性，并使轴上零件定位可靠，装拆方便。对于要求刚度大的轴，还应在结构上考虑减小轴的变形。由于影响轴的结构因素较多，故轴不可能有标准的结构形式，必须根据情况具体分析比较，确定方案。3.6.3.1 拟定轴上零件的装配方案轴的各段从左至右依次记为1，2，3，4，5段。装配方案如图（3-5）所示，轴1、5段安装轴承，轴2安装大齿轮，轴3安装卷筒，轴4安装棘轮。3.6.3.2 轴上零件的定位两端轴承采用轴承端盖固定，大齿轮、卷筒与棘轮采用双头螺栓固定在一起，依靠轴中段两个轴肩防止零件轴向移动。 1、5-轴承 2-大齿轮 3-卷筒 4-棘轮图（3-5）卷筒轴装配方案3.6.3.3 各轴段直径和长度的确定1） 安装轴承的轴段，直径，配合2248型圆柱滚子轴承，轴承安装尺寸如表（3-5）所示，所以两轴段长度。 表（3-5）轴承安装尺寸轴承型号轴段直径轴承内径轴承外径轴承宽度2248型240mm240mm440mm72mm2） 安装大齿轮轴段直径，长度。安装棘轮轴段直径，长度。3） 轴的中段直径，长度。轴总长度。3.6.4 轴的强度计算根据传动方案，卷筒轴上零件安装如图（3-5）所示， 轴的两端轴承中心受到支反力FRA、FRB，大齿轮中心受到齿轮啮合径向力Fr，卷筒的两端受钢丝绳拉力F。计算简图如图（3-6）所示：图（3-6）轴计算简图大齿轮受到的啮合力 = 式中 T-大齿轮传递转矩N/mm;d-大齿轮分度圆直径mm;P-大齿轮的输入功率Kw;n大齿轮转速r/min. 大齿轮啮合时受到的径向力 轴上载荷F 由静力平衡方程求出支座A、B的支反力 五个集中力作用的截面上的弯矩分别是 MA=0 MB=0 M1= FRA(31210-3)=30.2 KNm M2= FRA(48810-3)- Fr(488-262)10-3=43.4 KNm M3= FRB(51810-3)=37.14 KNm 绘制心轴在五个集中力作用下的弯矩图，如图（3-7）所示。图（3-7）弯矩图 从图中可看出截面2-2的弯矩最大 所以截面2-2可能是危险截面。此外在截面4-4虽然弯较小，但这个截面的直径也小，也可能是危险截面，所以要算出这个截面的弯矩。 对上述两个截面同时进行强度校核 截面2-2 = 截面4-4 = 可见心轴满足强度要求，且有较大的安全储备。 3.6.5 主轴的缺陷及其寿命问题提升机的主轴是大型锻件，不可避免地会有各种缺陷(夹杂、疏松、气泡、裂纹等)。为了保证使用安全，目前设计上采用的措施是：1)从轴头取样，作常规材料性能试验，要求材料满足技术条件；2)在主轴粗车后作超声探伤，所发现的缺陷不得超过规定的标准；3)主轴的计算采用常规的疲劳强度计算。尽管这些方法可以在一定程度上保证主轴的安全使用(主轴的断裂事故较少这一事实便是证明)。但是主轴的计算没有和缺陷检验这一重要指标联系起来，无疑是它不可回避的缺点，也许在某些情况下潜伏着不安全因素。因为计算时不考虑缺陷，而缺陷检验标准又没有理论上的依据，而缺陷的大小、位置和形状又确实对轴的强度有影响，这种互相矛盾着的局面，当然会使设计者陷入窘境。近代科学证明，大型软类零件的断裂(指低应力断裂而言)，都是从原始缺陷(裂纹)开始的，当裂纹扩大到某一定值后，裂纹迅速扩展(失稳)造成零件断裂。这样，就提出了一个问题。既然所有主轴都存在原始缺陷(或称原始损伤)，那么，对于既定的载荷、材料和轴的尺寸条件下，所容许的损伤有多大？超过此限，零件就不能保证规定的寿命。按照损伤所容许的程度(尺寸)来进行主轴的设计是完全有别于传统的强度校核。它不仅仅是计算一下主轴的应力(当然，应力计算也还是需要的)，而是着重计算主轴在既定的载荷、材料和尺寸下所允许的内部缺陷尺寸，并把它与探伤技术联系起来。它的特点是不仅可以保证零件安全运行，同时还可以根据裂纹扩展的速率来预测零件的寿命(或称寿命估计)。所谓缺陷多数情况下足裂纹或类裂纹，因此下面先来讨论一下材科中裂纹的一些性质。基于目前检测技术的水平，对于较小的裂纹，不能测出它的具体形状，只能测得它的当量尺寸，所调当量尺寸是指在超声波探伤仪上所显示的波峰与具有同一波峰高度的圆孔相同，即认为该缺陷的尺寸与该圆孔相当。根据裂纹的形状可分为：圆的、半圆的、椭圆的、半椭圆的等。根据裂纹距离零件表而远近可分为；表面的、浅埋的、深埋的等。根据裂纹所处的位置可分为：纵向的、横向的、斜向的等。根据裂纹在零件上穿透与否可分为：穿透的、不穿透的等。根据裂纹开裂的形式可分为：张开型、沿开型、撕开型、混合型等。从上面的分类立即可以联想到，压应力不会使裂纹张开。也既是说在压应力下不会因裂纹扩展造成零件的做坏。因此，对一些零件人为地使之产生压应力(如喷九，滚压等)，是提高零件寿命的有力措施。 3.7 轴承的选择和校核3.7.1 卷筒轴两端轴承滚动轴承的选用，包括类型、尺寸、精度、游隙、配合以及支承型式的选择与寿命计算。通常可按以下步骤进行。a) 根据工作条件确定轴承部件的结构型式；b) 根据支承型式及轴承的工作特性确定轴承的类型、精度；c) 通过轴承部件的结构设计、强度与寿命的计算，具体确定轴承的型号；d) 验算轴承的负荷能力与极限转速。对于转速很低（n10r/min）或缓慢摆动的滚动轴承，一般不会产生疲劳点蚀，但为了防止滚动体和内、外圈产生过大的塑性变形，应进行静强度校核。 对向心轴承，由式（16-3） 知径向基本额定动载荷 (3-10)2 由机械设计手册4查得，2248型圆柱滚子轴承的径向基本额定动载荷 Cr = 856，由表（16-9）2查得fp= 1，由表（16-8）2查得ft= 1，对滚子轴承取=。将以上有关数据代入上式，得 856103=（2830020）3/10 解得 由式（16-5）2向心轴承只承受径向载荷时 即轴承可承受的最大径向载荷为433。 轴承A、B支座的支反力 故2248型圆柱滚子轴承符合要求。第四章 制动机构 4.1 制动机构的组成与工作原理4.1.1 制动机构的组成JZ16型凿井绞车除了在起升机构设计有常闭式的瓦块制动器外，为了保证安全，还在卷筒的一侧设计有两套安全制动器，即带式制动器和棘轮制动器。其结构如图（4-1）所示。 1-带式制动器 2-棘轮制动器 图（4-1）制动机构4.1.2 工作原理 当起升机构进行升降作业时，棘轮制动器和带式制动器均应处于松开制动状态，并与起升机构电气联锁。即只有棘轮制动器和带式制动器松开制动后起升机构才能进行升降运动。当起升机构停止升降作业时，棘轮制动器和带式制动器均应处于制动状态，将卷筒制动住，以防卷筒“溜车”，起到安全保护作用。棘轮制动器和带式制动器的动作控制均采用气动控制，气动系统原理如图（4-2）所示 1 减压阀 2电磁换向阀 3汽缸 4行程开关 5汽缸 6电磁换向阀图（4-2）气动系统原理图4.2 制动器的选择与计算4.2.1 块式制动器的选择 块式制动器安装于电动机与减速器之间，制动力作用在联轴器的制动轮上，其制动轮直径和所选制动器根据电动机与减速器所传递的转矩来计算。所需静制动力矩根据公式 （4-1）4计算。式中：-制动安全系数，取，故选用YWZBCJ400/45单杆电力液力块式制动器，如图（4-3）。其制动力矩，制动轮直径。图（4-3）YWZ电力液压块式制动器4.2.2 棘轮停止器设计棘轮停止器一般用来作为机械中防止逆转的制逆装置或供间歇传动之用。棘轮停止器上的棘爪装在固定的心轴上自由转动。棘轮和棘爪通常做成外啮合的，只有少数做成内啮合。棘爪可以放在棘轮四周，但如放在不能靠自重落在齿谷的位置时，则应用弹簧来保证棘轮与棘爪的正常啮合，棘轮工作面做成与半径夹角为的斜面，使棘爪能沿齿面下滑落入齿谷，以保证啮合的可靠性。使棘爪下滑的条件为： (4-1)13 或 或 , 即 式中 摩擦系数， 常取； 摩擦角，一般； 为使，一般取。棘轮齿型以标准化。周节 按齿顶圆来考虑 棘轮的齿数通常在630的范围内选取。有特殊用途时，可以增加或减少。齿数愈多，冲击愈小。4.2.2.1棘轮齿的强度计算（1）按弯曲强度计算棘轮齿 外啮合计算的公式 （4-3）13式中： -模数； -棘轮轴转矩 ； -齿数 取Z=30； -齿宽系数 由表（2913-52）13查得； b-齿宽mm； -材料许用弯曲应力由表（2913-52）13查得。 将数据代入公式: =1.75 就近圆整后取. （2）计算几何尺寸： 齿顶圆直径 齿宽 , 周节 棘轮圆周力 4.2.2.2 棘爪的强度计算为了减小冲击，有时候装设2个以上棘爪，安装时，使棘爪在轮齿周节内错开一定距离。棘爪的回转中心，一般选在圆周力F的作用线方向，棘爪长度通常取等于2P。棘爪可以制成钩头型的或直头型的，如图（4-4）所示：(a) (b)图（4-4）棘爪计算简图对直头型的棘爪应按受偏心压缩来进行强度计算；对钩头型的棘爪应按受偏心拉伸来计算。基本计算公式如下： + (4-4)13式中： Mw-弯矩 Nmm，Mw=Fe； Z-棘爪危险截面的截面系数 mm3, Z= , 其中b1为棘爪宽度m,一般比棘轮齿宽宽23mm，为棘爪危险截面的厚度mm。 A-棘爪危险截面的面积 mm2，； -棘爪材料的许用弯曲应力 Mpa ,见表（2913-52）13; F-作用在棘爪上的力 N。(1). 钩头型的棘爪的强度计算 钩头型的棘爪结构尺寸如图（4-4-a）所示，可知棘爪宽度, 长度, 危险截面厚度, ，棘爪危险截面的截面系数Z=, 棘爪危险截面的面积，弯矩； 由棘爪强度计算公式： +=+ 即图示尺寸符合强度要求。(2). 直头型的棘爪的强度计算如图（4-4-b）所示可知：棘爪宽度,长度, 危险截面厚度, , 棘爪危险截面的截面系数 =, 棘爪危险截面的面积, 弯矩； 由棘爪强度计算公式： +=+ 即图示尺寸符合强度要求。4.2.3 带式停止器设计带式停止器常用于中、小载荷的起重运输机械、车辆、一般机械及人力操纵的场合。其主要是用挠性钢带包围制动轮，而带的一端或两端固接在一根杠杆上，操纵杠杆使带压紧制动轮而产生摩擦力，从而达到制动的目的。其制动结构如图（4-5）所示。带式制动器的特点：(1) 构造简单紧凑(2) 包角大（可超过2），制动转矩大，相同制动直径时为块式的22.5倍。1-制动轮 2-制动钢带 3-制动杠杆 4-重锤 5-重锤汽缸 6-连杆 7-制动臂图（4-5）带式制动器其缺点为：(1) 在制动时，制动轴附加相当大的弯曲作用力，其值等于带张力F1、F2的向量和；(2) 由于带的绕出端和绕入端张力不等，故带沿制动轮周围的比压力也不等，随着磨损也不均匀，其差别为倍。（如=0.20.4，=250270时，=2.46.6倍）；(3) 简单的和差动带式制动器的制动转矩随转向而异。4.2.3.1设计计算计算的圆周力F （4-5）13 式中：-制动转矩，；-制动轮直径，可按表（29.13-32）13取。则图（4-6）受力简图带的张力按欧拉公式决定，带的绕入端和绕出端张力分别为 F1 N F2= N带两端张力之间的关系为: F1=F2 式中 摩擦系数见表（29.13-48）13=0.1； 制动轮包角，通常取250270，复合带式的包角可达630， 取=270。 将数据代入公式得： F1=3.38105 N F2=2.1 105 N带宽按许用单位压力p（表29.13-49）13决定，应取比轮宽B小510mm。= （4-6）13取整得 轮宽 带厚由带的最大张力F1N按危险截面的拉伸计算来决定。 （4-7）13 式中 z每排的铆钉数; d连接钢带与联连件用的铆钉直径mm; 钢带的许用拉应力 Pa，钢带材料常用A3、A5和45钢。当具有覆面材料时，取=80100Mpa ,无覆面材料时取 =60Mpa。 将数据代入公式得： = 取。因此综上所述得： 带式制动器的制动轮直径 ；制动轮的宽度 =；制动带的宽度 ；制动带的厚度 。第五章 气动系统的设计5.1气压系统设计5.1.1气压系统原理图1-减压阀 2-电磁换向阀 3-汽缸 4-行程开关 5-汽缸 6-电磁换向阀图（5-1） JZ16T型凿井绞车气动系统原理图5.1.2汽缸的选择与计算（1）根据工作机构运动要求和结构要求选择气缸的类型。控制棘爪的1和2气
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