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I 摘 要 絞車(chē)作為煤礦運(yùn)輸?shù)妮o助設(shè)備 在煤礦的運(yùn)輸中起著舉足輕重的作用 本設(shè)計(jì)的 多用變速絞車(chē)主要用于采煤工作面液壓支架的撤移 調(diào)向和搬運(yùn) 20JHS 還可以在斜井中作提升和下放重物之用 多用變速絞車(chē)主要由電動(dòng)機(jī) 聯(lián)軸器 液力推桿制動(dòng)器 減速器 及卷筒 組成 減速器包括圓錐 圓柱減速器 行星減速器 錐齒輪為格里森制弧齒錐齒輪 行 星減速器采用 2K H 傳動(dòng)形式 中心太陽(yáng)輪浮動(dòng) 其結(jié)構(gòu)緊湊 傳動(dòng)比大 均載效果好 另外 本絞車(chē)取消了原淮南 JM 28 的整體式結(jié)構(gòu) 這樣可以使得鑄造以及維修更加方便 大大地縮短了修理的時(shí)間 降低了維修的成本 同時(shí) 也為了適應(yīng)絞車(chē)結(jié)構(gòu)的需要 增 設(shè)了一個(gè)過(guò)橋部件 由于采煤工作面工況復(fù)雜多變 有多種需要 因此 本絞車(chē)設(shè)計(jì)為三速 有三種牽 引力 采用機(jī)械變速 通過(guò)確定滑移齒輪的位置來(lái)實(shí)現(xiàn) 本絞車(chē)的設(shè)計(jì)壽命為 5000 小時(shí) 是回柱絞車(chē) 蝸輪蝸桿傳動(dòng) 的三倍 整機(jī)效率達(dá) 到 78 9 關(guān)鍵詞 絞車(chē) 礦山機(jī)械 行星傳動(dòng) 圖書(shū)分類(lèi)號(hào) 密 級(jí) II Abstract As an ancillary transporting equipment winch plays an important role in transportation of coal mine change speed winch is mainly used in removing marshalling and hauling 20JHS hydraulic prop on word face Besides it can also used as the equipment to raise and low down heavy load mainly consists of electric motor coupling electro hydraulic thruster brake J gearbox and drum While gear boxes include cone cylinder gear reducer and planetary gear box The former is Gleason make spiral bevel gear which the latter takes 2k H transmission pattern Of this structure the center gear floats to achieve the goal of averaging load This has many advantages compact structure big speed ratio and good effect of averaging load Besides this winch uses box divided style to instead the integral structure of JM 28 in Huainan which can ease the costing and maintenance It can shorten the time of maintenance greatly hence it can low the cost of maintenance At the same time in order to meet the demand of the winch s structure an idle gear equipment is attached to it According to different circumstance of work face the winch is designed to have three speeds and three haulage force It takes the way of mechanical speed governing and it is achieved by settle different position of slide gear slow speed winch is designed to have the life of 5000 hours which is equal to 3 20JHS times of prop recovery winch s life worm gear counter transmission Besides the efficiency of whole machine is up to 78 9 Keywords winch mining mechanical planetary train I 目 錄 1 緒論 1 1 1 簡(jiǎn)介 1 1 1 1 絞車(chē)概述 1 1 1 2 絞車(chē)功能與結(jié)構(gòu) 1 1 1 3 絞車(chē)分類(lèi) 2 1 1 4 絞車(chē)應(yīng)用 4 1 1 5 絞車(chē)的特點(diǎn)和性能要求 4 1 1 6 回柱絞車(chē)的現(xiàn)狀 5 1 2 絞車(chē)的發(fā)展?fàn)顩r 6 1 2 1 概述 6 1 2 2 發(fā)展趨勢(shì) 7 1 2 3 采取措施 8 2 總體設(shè)計(jì) 10 2 1 已知條件 10 2 2 計(jì)算傳動(dòng)效率 10 2 3 電機(jī)的選擇 傳動(dòng)系統(tǒng)的確定及傳動(dòng)比 10 2 3 1 選擇電機(jī)型號(hào) 10 2 3 2 傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 11 2 3 3 各級(jí)傳動(dòng)比分配及總傳動(dòng)比 12 2 3 4 各齒輪模數(shù) 齒數(shù) 根據(jù)傳動(dòng)設(shè)計(jì) 13 2 4 牽引鋼絲繩直徑的確定 滾筒直徑的確定及速度 13 2 4 1 鋼絲繩的選擇 13 2 4 2 計(jì)算鋼絲繩速度 14 2 4 3 滾筒參數(shù)的確定 15 2 4 4 確定鋼絲繩在卷筒上的拉力及卷筒上的功率 16 2 5 各軸轉(zhuǎn)速 功率計(jì)算 17 2 6 驗(yàn)算電機(jī)悶車(chē)時(shí) 鋼絲繩在里層的安全系數(shù) 17 3 變速箱設(shè)計(jì) 18 3 1 弧齒錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 18 3 1 1 初步設(shè)計(jì) 18 3 1 2 幾何尺寸計(jì)算 19 3 1 3 按格里森法校核弧齒錐齒輪強(qiáng)度 20 3 1 4 錐齒輪受力分析 21 3 2 換檔滑移齒輪副設(shè)計(jì) 21 II 3 2 1 初步設(shè)計(jì) 21 3 2 2 強(qiáng)度校核計(jì)算 23 3 2 3 幾何尺寸計(jì)算 24 3 2 4 齒輪的受力分析 24 3 3 軸的校核 25 3 3 1 軸 1 的校核 25 3 3 2 軸 校核 27 3 3 3 軸 的校核 28 3 4 軸承的校核 31 3 4 1 校核軸 上軸承 a b 31 3 4 2 校核軸 上的軸承 c d 34 3 4 3 軸 上軸承 e f 的校核 35 3 5 鍵的校核 36 3 5 1 軸 上鍵的校核 36 3 5 2 軸 上鍵的校核 36 3 5 3 軸 上鍵的校核 37 3 6 變速箱箱體的設(shè)計(jì) 37 4 過(guò)橋輪系設(shè)計(jì)及其他 39 4 1 過(guò)橋輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì) 39 4 1 1 初步設(shè)計(jì) 39 4 1 2 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 40 4 1 3 幾何尺寸計(jì)算 41 4 1 4 齒輪受力分析 41 4 2 過(guò)橋輪系軸的校核 42 4 3 卷筒的校核 43 4 3 1 卷筒軸上卷筒與大齒圈聯(lián)結(jié)螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算 45 4 4 卷筒軸承的校核 46 4 4 1 滾筒上軸承 m n 的校核 46 4 5 使用與維護(hù) 46 4 5 1 運(yùn)輸 安裝 使用 46 4 5 2 維護(hù) 保養(yǎng) 46 5 電液制動(dòng)器 47 5 1 電液推動(dòng)鉗盤(pán)制動(dòng)器 47 結(jié)論 48 致謝 50 III 參考文獻(xiàn) 51 附錄 52 1 1 緒 論 1 1 簡(jiǎn)介 1 1 1 絞車(chē)概述 在人類(lèi)歷史上 絞盤(pán) windlass 是第一種用于拖曳提升重物的機(jī)器 它可使一個(gè)人 搬運(yùn)遠(yuǎn)重于自己許多倍的重物 絞盤(pán)采用一種軸和輪的形式 由用垂直框架支撐的滾筒 組成 人通過(guò)用手搖動(dòng)曲柄 使絞盤(pán)滾筒繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng) 見(jiàn)圖 1 1 中國(guó)人在公元前二千 年就設(shè)計(jì)出用曲拐手柄轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪今天被廣泛應(yīng)用的絞車(chē) 或稱(chēng)卷?yè)P(yáng)機(jī) 是絞盤(pán)的另一種 形式 它泛指具有一個(gè)或兒個(gè)上面卷繞有繩索或鋼絲繩的圓筒 用來(lái)提升或拖曳重載荷 的動(dòng)力機(jī)械 圖 1 2 所示為一種簡(jiǎn)易的手動(dòng)提升絞車(chē) 該絞車(chē)用手驅(qū)動(dòng) 靠齒輪傳動(dòng)的速 比增扭 配有防止卷筒反轉(zhuǎn)的棘輪機(jī)構(gòu)和制動(dòng)用的帶閘 絞車(chē)是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中一種常用的機(jī)械 具有悠久的發(fā)展歷史和比較成熟的發(fā)展設(shè) 計(jì)制造技術(shù) 隨著絞車(chē)技術(shù)的不斷提高 加工材料的不斷改進(jìn)以及電子控制技術(shù)的不斷 發(fā)展 絞車(chē)在動(dòng)力 節(jié)能和安全性等方面取得了很大的進(jìn)步 目前絞車(chē)正被廣泛地應(yīng)用 于礦山 港口 工廠(chǎng) 建筑和海洋等諸多領(lǐng)域 在礦山采掘和運(yùn)輸場(chǎng)合 絞車(chē)作為重要輔助設(shè)備被大量而廣泛地應(yīng)用著 例如礦用 提升絞車(chē) 調(diào)度絞車(chē) 耙礦絞車(chē)和鑿井絞車(chē)等 提升絞車(chē)可用于礦山豎井和斜井中物品 和人員的調(diào)度具有較大的牽引功率和很好的安全性 是礦山生產(chǎn)中不可缺少的設(shè)備之一 絞車(chē)的另一個(gè)重要用途是港口機(jī)械 常見(jiàn)的有集裝箱起重機(jī) 港口裝卸門(mén)座起重機(jī) 塔式起重機(jī)以及輕小型的電葫蘆等起重機(jī)械 其主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)是各種形式和結(jié)構(gòu)的絞車(chē) 對(duì)于這種用途的絞車(chē) 要求具有較好的調(diào)速性能和很高的安全性能 另外 絞車(chē)還被應(yīng) 用于各種線(xiàn)纜的存儲(chǔ) 制造和運(yùn)輸 例如紡織機(jī)械中的用于存放絲線(xiàn)的線(xiàn)盤(pán)和電纜制造 中用于存放各種直徑纜繩的纜盤(pán) 這種情況下 絞車(chē)不光具有一定的調(diào)速能力 而且還 能夠使不同直徑的纜繩排列整齊 從而保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行 在船用機(jī)械甲板機(jī)械和海 洋開(kāi)發(fā)領(lǐng)域 絞車(chē)也具有悠久的使用歷史和各種各樣的用途 2 1 1 2 絞車(chē)功能與結(jié)構(gòu) 絞車(chē)設(shè)計(jì)采用滾筒盤(pán)絞或夾鉗拉拔纜繩方式來(lái)水平或垂直拖曳 提升 下放負(fù) 載 絞車(chē)一般包括驅(qū)動(dòng)部分 工作裝置 輔助裝置等幾部分 1 驅(qū)動(dòng)部分 用于驅(qū)動(dòng)絞車(chē)工作裝置盤(pán)絞 釋放纜繩 包含動(dòng)力及傳動(dòng)裝置與控制裝 置 絞車(chē)可以采用多種驅(qū)動(dòng)方式 包括電動(dòng)機(jī) 蒸汽機(jī) 柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 汽油發(fā)動(dòng)機(jī) 液 壓馬達(dá) 氣動(dòng)馬達(dá)等等 無(wú)論采用何種驅(qū)動(dòng)方式 在絞車(chē)的驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)中都應(yīng)包含以 下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 無(wú)級(jí)均勻變速 調(diào)速范圍寬廣 在有負(fù)載情況下 良好的啟動(dòng)特性和低速特性 總效率高 雙向旋轉(zhuǎn) 并且容易改變旋轉(zhuǎn)方向 維護(hù)保養(yǎng)相對(duì)容易 對(duì)周?chē)ぷ鳝h(huán)境不敏感 制動(dòng)系統(tǒng)工作可靠 設(shè)計(jì)緊湊 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 安裝布置容易 重量輕 在有負(fù)載情況下 能長(zhǎng)時(shí)間安全帶載靜止而不至于損壞驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 對(duì)于小型絞車(chē) 為了保證結(jié)構(gòu)緊湊 絞車(chē)驅(qū)動(dòng)部分一般與絞車(chē)工作裝置聯(lián)接在一起 直接驅(qū)動(dòng)工作裝置 對(duì)于大型絞車(chē)或應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)空間相對(duì)狹小的絞車(chē) 絞車(chē)驅(qū)動(dòng)部分與絞車(chē) 工作裝置可以設(shè)計(jì)成獨(dú)立放置 兩者間通過(guò)液壓管線(xiàn) 氣動(dòng)管線(xiàn)或電纜管線(xiàn)相聯(lián)系 絞 車(chē)的布置和操縱均很方便 2 工作裝置 在驅(qū)動(dòng)部分作用下 通過(guò)滾筒回轉(zhuǎn)或夾鉗直線(xiàn)拉拔等方式拖曳或釋放纜 繩以完成對(duì)負(fù)載的收放控制 并含有對(duì)纜繩的容繩和排纜裝置 3 輔助裝置 輔助工作裝置完成拖曳作業(yè) 包含滑輪組 導(dǎo)向裝置以及速度測(cè)量 長(zhǎng) 度距離測(cè)量 張力測(cè)量等裝置部分 絞車(chē)可以使用鋼絲繩 尼龍纜繩等多種材質(zhì)纜繩 1 1 3 絞車(chē)分類(lèi) 絞車(chē)可以采用多種分類(lèi)方法 3 按絞車(chē)驅(qū)動(dòng)方式分類(lèi) 絞車(chē)可以分為機(jī)械式驅(qū)動(dòng)絞車(chē) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)絞車(chē) 氣動(dòng)絞車(chē) 液壓絞車(chē)等幾大類(lèi) 1 機(jī)械式驅(qū)動(dòng)絞車(chē) 驅(qū)動(dòng)部件間的固定幾何位置關(guān)系決定著系統(tǒng)的設(shè)計(jì)布局 布局的變化少 傳動(dòng)系體積尺寸大 總重量重 安裝布置復(fù)雜 經(jīng)常需要精密加工的平面和精密的部件定位 難以實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)變速 原動(dòng)機(jī)的位置是不可變的 在有負(fù)載的情況下 難以取得平穩(wěn)的反轉(zhuǎn) 通過(guò)采用液力偶合器 可以在堵轉(zhuǎn)工況下產(chǎn)生最大扭矩 2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)絞車(chē) z 在小型和低端絞車(chē)產(chǎn)品上采用常規(guī)定速電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法 能實(shí)現(xiàn)單速 或雙速 和雙 向旋轉(zhuǎn)功能 系統(tǒng)簡(jiǎn)單 但不能低速啟動(dòng)和平滑變速 采用可控硅整流 SCR 直流調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速 發(fā)展歷史悠久 可在低速段提供短時(shí)的額定扭矩 或堵轉(zhuǎn)扭矩 但是 若無(wú)獨(dú)立冷卻系統(tǒng)和專(zhuān)用設(shè) 計(jì) 直流調(diào)速力一式不能長(zhǎng)時(shí)間用于堵轉(zhuǎn)工況 采用交流變頻調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)從零到最大速度的無(wú)級(jí)變速 可以在低速或堵轉(zhuǎn)工況 下提供 100 額定扭矩 調(diào)速平穩(wěn) 設(shè)備復(fù)雜 維修 保養(yǎng)人員的技術(shù)水平要求較高 3 氣動(dòng)絞車(chē) 需要配置壓縮空氣站 氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低 氣動(dòng)馬達(dá)外形尺寸較大 氣動(dòng)系統(tǒng)總體重量較重 對(duì)環(huán)境條件敏感一在周?chē)h(huán)境溫度低的地方 可能有潮氣凝結(jié)在氣動(dòng)管路和部件 里 噪音大一需要噪音消音器 4 液壓絞車(chē) 雙向?qū)崿F(xiàn)從零到最人速度的無(wú)級(jí)變速控制 易于換向 用高壓溢流閥或壓力補(bǔ)償器雙向限制有效力矩 輸出速度范圍大 負(fù)載的低速控制好 可以帶載良好啟動(dòng) 系統(tǒng)允許長(zhǎng)時(shí)間支持負(fù)載 雙向可以限制不同力矩 設(shè)計(jì)緊湊 布置方便 動(dòng)力傳遞系統(tǒng)總重量輕 易于實(shí)現(xiàn)恒速 恒張力控制 按絞車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域和使用工況分類(lèi) 絞車(chē)分為礦用絞車(chē) 建工卷?yè)P(yáng)機(jī) 船用絞車(chē) 工 4 程機(jī)械絞車(chē)以及特殊用途用絞車(chē)等等 按絞車(chē)作業(yè)形式分類(lèi) 絞車(chē)一般分為滾筒卷?yè)P(yáng)絞車(chē)和線(xiàn)型絞車(chē)兩大類(lèi) 滾筒卷?yè)P(yáng)絞 車(chē)采用驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)方一式收放纜繩和拖曳負(fù)載 并在滾筒上直接容繩 線(xiàn)型絞車(chē)采用夾 鉗直線(xiàn)拉拔纜繩方式拖曳負(fù)載 并在獨(dú)立配置的滾筒上卷?yè)P(yáng)容繩 1 1 4 絞車(chē)應(yīng)用 絞車(chē)廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械 建筑機(jī)械 林業(yè) 漁業(yè) 礦山機(jī)械 船舶運(yùn)輸 海洋石 油等多領(lǐng)域 可配套多種類(lèi)型主機(jī)設(shè)備 絞車(chē)具體配套的部分設(shè)備如下 1 汽車(chē)起重機(jī) 主吊 輔吊絞車(chē) 2 塔式起重機(jī) 主 吊絞車(chē) 3 駁船 定位絞車(chē) 拉索絞車(chē) 4 鉆探船 拔樁絞車(chē) 5 挖泥船 懸掛和斗架絞車(chē) 抓斗絞車(chē) 6 通用船舶 錨泊絞車(chē) 起重絞車(chē) 牽引絞車(chē) fi91 7 集裝箱船 船尾恒張力裝料絞車(chē) 8 碼頭起重機(jī) 主起重卷?yè)P(yáng)機(jī) 9 海洋石油鋪管工作船 恒張力移船絞車(chē) 張緊器 A R 絞車(chē) 起重吊機(jī)的負(fù)荷絞車(chē) 等等 10 運(yùn)輸 鐵道車(chē)輛定位卷?yè)P(yáng)機(jī) 索道牽引絞車(chē) 11 森林及木材加工機(jī)械 重木起吊卷?yè)P(yáng)機(jī) 木材車(chē) 堆材機(jī) 以下為中國(guó)海洋石油領(lǐng)域絞車(chē)的典型應(yīng)用實(shí)例 吊機(jī)用負(fù)荷絞車(chē) 負(fù)荷絞車(chē)用于控制起重鋪管船主吊機(jī)吊鉤的穩(wěn)定 關(guān)系海上的作業(yè)安全 藍(lán)疆船的 負(fù)荷絞車(chē)采用靜液壓傳動(dòng) 有雙泵雙馬達(dá)和單泵雙馬達(dá)兩種匹配方式 液壓系統(tǒng)采用丹 尼遜金杯系列電比例變量通軸柱塞泵和定量柱塞馬達(dá) 有手動(dòng)控制和恒張力控制兩種工 作模式 在恒張力模式下 可以根據(jù)天氣 載荷大小等因素自動(dòng) 或手工 設(shè)定恒張力大小 用帶有設(shè)定拉力的纜繩約束卞吊鉤 減小晃動(dòng)幅度 使其能穩(wěn)定工作 1 1 5 絞車(chē)的特點(diǎn)和性能要求 通過(guò)對(duì)絞車(chē)應(yīng)用場(chǎng)合的探討和絞車(chē)結(jié)構(gòu)的分析 可以得知 在工程應(yīng)用中絞車(chē)絞車(chē) 會(huì)有如下的一些特點(diǎn) 1 負(fù)載時(shí)變化 絞車(chē)用于海洋拖曳 電梯箱的提升 礦山調(diào)度等場(chǎng)合時(shí) 由于外界環(huán)境因素的影響 例如海浪 海流 貨物重量等的不斷變化 他的負(fù)載也在不斷變化 這就對(duì)絞車(chē)的穩(wěn)定 5 性造成了很大的干擾 如果不采取有效的控制手段 絞車(chē)的收放速度就不可能穩(wěn)定 有 時(shí)甚至無(wú)法正常工作 2 驅(qū)動(dòng)力矩范圍大 這也是絞車(chē)的工作環(huán)境決定的 其驅(qū)動(dòng)力范圍從幾公斤到上百?lài)嵅坏?3 要求調(diào)速方便 高低速運(yùn)行平穩(wěn) 由于收放工作的需要 現(xiàn)在許多絞車(chē)都需要能夠方便連續(xù)的調(diào)整收放速度 在高速 運(yùn)行的時(shí)候 不能出現(xiàn)飛車(chē)的情況 在低速運(yùn)行的時(shí)候 不能出現(xiàn)爬車(chē)的現(xiàn)象 而且要 保持一定的輸出力矩 4 對(duì)安全可靠性要求較高 由于絞車(chē)一旦出現(xiàn)事故 就有可能對(duì)人的生命或者財(cái)產(chǎn)造成很大的傷害 加上絞車(chē) 的工作環(huán)境大多比較惡劣 所以就要求絞車(chē)具有較高的可靠性 因此在設(shè)計(jì)絞車(chē)時(shí)設(shè)計(jì) 人員因考慮到絞車(chē)的最大負(fù)載能力 絞車(chē)的防爆性 元件的可靠性等因素 5 要求具有較好的可操作性 隨著對(duì)絞車(chē)使用要求的不斷提高以及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展 絞車(chē)的自動(dòng)化程度也在不 斷的提高 一些先進(jìn)的電子控制技術(shù) 通訊技術(shù)的運(yùn)用 使得現(xiàn)在的絞車(chē)能夠具有很好 的人機(jī)接口和遠(yuǎn)程通信能力 極大的提高了絞車(chē)的操作性能 1 1 6 回柱絞車(chē)的現(xiàn)狀 我國(guó)綜合機(jī)械化采煤技術(shù)正在向高產(chǎn)量 大功率 重型化的趨勢(shì)發(fā)展 但搬運(yùn)設(shè)備 卻沒(méi)有得到相應(yīng)的更新與開(kāi)發(fā) 現(xiàn)在大型液壓支架重量已經(jīng)達(dá)到 30 多噸 而液壓支架等 綜采設(shè)備在采煤工作面的撤移與運(yùn)輸仍使用回柱絞車(chē)等老式設(shè)備 其牽引力小 容繩量 小 鋼絲繩細(xì) 不適應(yīng)綜采工作面的工況要求 當(dāng)前回柱絞車(chē)存在的主要問(wèn)題 1 蝸輪副傳動(dòng)是回柱絞車(chē)的薄弱環(huán)節(jié) 煤礦絞車(chē) JH2 5 JH 8 JHC 14 JH2 14 JM 14 都采用蝸輪副傳動(dòng) 皆因蝸輪副傳動(dòng)比 大 但蝸輪副傳動(dòng)效率很低 一般只有 0 4 0 5 絞車(chē)的總傳動(dòng)比更低 工作時(shí)過(guò)高的 溫升 井下多塵的工作環(huán)境 使蝸輪副磨損加快 使用半年或更短時(shí)間 即需要檢修或 更換 影響生產(chǎn) 因而取消蝸輪副從經(jīng)濟(jì)效益方面來(lái)說(shuō)使必要的 本設(shè)計(jì)采用的錐齒輪 行星傳動(dòng) 提高了傳動(dòng)效率 也在一定程度上提高了絞車(chē)的壽命 從經(jīng)濟(jì)方面看也是有 意義的 2 牽引速度 回繩速度慢 隨著支護(hù)的發(fā)展 使用金屬摩擦支柱 單體液壓支柱后 回柱之前可以部分或全部 卸載 回柱只是把他們拉倒或拖進(jìn)工作面再用 同時(shí) 由于搬運(yùn)設(shè)備的需要 很有必要 將牽引速度從目前的 5 7m min 左右加以提高 同時(shí) 為了提高工作效率 還應(yīng)設(shè)置快 速回繩機(jī)構(gòu) 本設(shè)計(jì)的快速回繩速度達(dá)到了每分鐘 50 90 米 節(jié)約了時(shí)間 提高了工作 6 效率 也是可行且有實(shí)際意義的 3 牽引力小 現(xiàn)在煤礦由于綜采機(jī)械的大量使用 在工作面搬遷時(shí)需要搬運(yùn)某些大型設(shè)備 如液 壓支架等 而現(xiàn)在使用的絞車(chē)牽引力都有些小 因而將牽引力提高到 32 噸是有意義的 4 容繩量小 當(dāng)前的綜采工作面長(zhǎng)度有逐漸加長(zhǎng)的趨勢(shì) 而現(xiàn)行的絞車(chē)容繩量一般都太小 應(yīng)將 容繩量達(dá)到 200m 以上 本設(shè)計(jì)的容繩量達(dá)到了 260 米 5 設(shè)計(jì)壽命短 回柱絞車(chē)大多采用 1460 小時(shí)的設(shè)計(jì)壽命 這是因?yàn)榛刂鶗r(shí)間短 但由于小絞車(chē)已不 止用于回柱 還在建筑 鐵路等各行業(yè) 而且就煤礦的使用來(lái)看 也有必要提高設(shè)計(jì)壽 命 增加絞車(chē)的平均無(wú)故障時(shí)間 保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行 經(jīng)多方比較 決定采用 5000 小 時(shí)的設(shè)計(jì)壽命 1 2 絞車(chē)的發(fā)展?fàn)顩r 1 2 1 概述 我國(guó)的礦用小絞車(chē)主要調(diào)度絞車(chē)和回柱絞車(chē) 它經(jīng)歷了仿制 自行設(shè)計(jì)兩個(gè)階段 解放初期使用的礦用小絞車(chē)有日本的 蘇聯(lián)的 因此當(dāng)時(shí)生產(chǎn)的礦用小絞車(chē)也是測(cè)繪仿 制日本和蘇聯(lián)的產(chǎn)品 1958 年后這些產(chǎn)品相繼被淘汰 并對(duì)蘇聯(lián)絞車(chē)進(jìn)行了改進(jìn) 于 1964 年進(jìn)入自行設(shè)計(jì)階段 淮南煤機(jī)廠(chǎng)曾設(shè)計(jì)了擺線(xiàn)齒輪絞車(chē)和少齒差傳動(dòng)絞車(chē) 徐州 礦山設(shè)備制造廠(chǎng)也曾設(shè)計(jì)制造了擺線(xiàn)和行星齒輪傳動(dòng)的絞車(chē) 一些廠(chǎng)還設(shè)計(jì)試制了 25KW 的調(diào)度絞車(chē) 徐州 淮南 錦州礦山機(jī)械廠(chǎng)又相繼設(shè)計(jì)試制了功率為 40KW 55KW 的調(diào) 度絞車(chē) 回柱絞車(chē)大體上也是經(jīng)歷了仿制和自行設(shè)計(jì)的兩個(gè)階段 八十年代以前一直使 用的是仿制老產(chǎn)品 八十年代中期才開(kāi)始設(shè)計(jì)新型的回柱絞車(chē) 主要針對(duì)效率極低的球 面蝸輪副 慢速工作和快速回繩的等環(huán)節(jié)進(jìn)行根本的改進(jìn) 礦用小絞車(chē)標(biāo)準(zhǔn)方面 1967 年制定了調(diào)度絞車(chē)部標(biāo)準(zhǔn) 1971 年制定了回柱絞車(chē)部標(biāo) 準(zhǔn) 1982 年對(duì)上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂 其標(biāo)準(zhǔn)為 JB965 83 JB1409 83 國(guó)外礦用小絞車(chē)使用很普遍 生產(chǎn)廠(chǎng)家也很多 蘇聯(lián) 日本 美國(guó) 瑞典等國(guó)都制 造礦用小絞車(chē) 國(guó)外礦用小絞車(chē)的種類(lèi)和規(guī)格的比較多 比如調(diào)度絞車(chē)牽引力從 100Kg f 到 3600kg f 動(dòng)力有電動(dòng)的液動(dòng)的和風(fēng)動(dòng)的 工作機(jī)構(gòu)有單筒 雙筒和摩擦式 傳動(dòng)形式有皮帶傳動(dòng) 鏈?zhǔn)絺鲃?dòng) 齒輪傳動(dòng) 蝸輪傳動(dòng) 液壓傳動(dòng) 行星齒輪傳動(dòng)和擺線(xiàn)齒輪傳動(dòng)等 其中采 用行星齒輪傳動(dòng)的比較多 發(fā)展趨勢(shì)向標(biāo)準(zhǔn)化系列方向發(fā)展 向體積小 重量輕 結(jié)構(gòu)緊湊方向發(fā)展 向高效 節(jié)能 壽命長(zhǎng) 低噪音 一機(jī)多能通用化 大功率 外形簡(jiǎn)單 美觀(guān) 大方方向發(fā)展 1 品種 7 國(guó)外礦用小絞車(chē)規(guī)格比較多 適用不同場(chǎng)合 我國(guó)礦用小絞車(chē)規(guī)格較少 品種多而 亂 也較繁雜 沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 2 型式 從工作機(jī)構(gòu)上分 國(guó)外有單筒 雙筒以及摩擦式三種 我國(guó)只有單筒一種形式 從 原動(dòng)力上分國(guó)外有電動(dòng)的 風(fēng)動(dòng)的以及液壓驅(qū)動(dòng)的 我國(guó)只有電動(dòng)的和少量風(fēng)動(dòng)的 3 結(jié)構(gòu) 我國(guó)及國(guó)外的調(diào)度絞車(chē)大多數(shù)采用行星齒輪傳動(dòng) 其傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 使用維修 方便 但由于其牽引力較小 特別是上下山的工作情況下很難實(shí)現(xiàn)較大設(shè)備的搬運(yùn)工作 還有蘇聯(lián)的產(chǎn)品比我國(guó)同等規(guī)格的產(chǎn)品要小 例如蘇聯(lián)規(guī)定 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的調(diào)度絞車(chē) 的軸向尺寸不大于 1m 而我國(guó)現(xiàn)有的牽引力 1000kg f 以上的產(chǎn)品軸向尺寸均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 1m 以上 回柱絞車(chē)的薄弱環(huán)節(jié)是球面蝸輪副傳動(dòng) 回柱絞車(chē)的主傳動(dòng)均采用了蝸輪副傳 動(dòng) 這是因?yàn)槲佪喐眰鲃?dòng)比大 又具有自鎖性 故其傳動(dòng)效率極低 一般只有 0 8 左右 回柱絞車(chē)的總傳動(dòng)效率更低 回繩速度慢 所有的回柱絞車(chē)回繩速度和工作牽引速度相 同 不論絞車(chē)用于回柱放頂 還是搬運(yùn)設(shè)備 工作效率太低 隨著采煤機(jī)械化的發(fā)展 綜采設(shè)備的頻繁搬遷 又由于回柱絞車(chē)搬運(yùn) 工作時(shí)間長(zhǎng)占用人工多 因此這類(lèi)均應(yīng)設(shè) 置快速回繩 4 產(chǎn)品性能 主要壽命 噪音 可靠性等綜合指標(biāo)與蘇聯(lián)有差距 蘇聯(lián)礦用小絞車(chē)使用壽命規(guī)定 在 5 年以上 而我國(guó)目前不具備測(cè)試手段壽命無(wú)法考核 但從對(duì)客戶(hù)的訪(fǎng)問(wèn)中得知 壽 命達(dá)不到 5 年 噪音也稍大 5 三化水平 雖然我國(guó)礦用小絞車(chē)參數(shù)系列水平優(yōu)于國(guó)外 但在標(biāo)準(zhǔn)化和通用化方面遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá) 采煤機(jī)械制造的國(guó)家 蘇聯(lián)把調(diào)度絞車(chē)運(yùn)輸絞車(chē)等統(tǒng)一為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中 主機(jī)相同 只是 制造和操作部分有所不同 而我國(guó)即使是同一規(guī)格產(chǎn)品 不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的其結(jié)構(gòu)各不相 同 零件無(wú)通用之處 給使用和選型帶來(lái)不便 比如牽引力 14000kg f 這一檔回柱絞車(chē)就 有四種型號(hào) JHC 14 型一級(jí)減速為蝸輪副傳動(dòng) 二級(jí)為行星齒輪傳動(dòng) 少齒差傳動(dòng) JH2 14 型二級(jí)減速蝸輪副傳動(dòng) 一級(jí)和三級(jí)減速為圓柱齒輪傳動(dòng) JM 14 型是在一級(jí)蝸 輪副減速后 其二三級(jí)減速都為圓柱齒輪傳動(dòng) JH 14 型是在一級(jí)蝸輪副減速之后 其二 級(jí)減速為直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 也是傳動(dòng)系統(tǒng)最簡(jiǎn)單的一種 6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 我國(guó)礦用小絞車(chē)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與國(guó)外特別是蘇聯(lián)對(duì)比還有一定差距 由此可見(jiàn)蘇 聯(lián)產(chǎn)品的單位重量的牽引力和單位體積牽引力兩項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都高于我國(guó)的產(chǎn)品 1 2 2 發(fā)展趨勢(shì) 縱觀(guān)國(guó)外礦用小絞車(chē)的發(fā)展情況其發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)特點(diǎn) 8 1 向標(biāo)準(zhǔn)化系列方向發(fā)展 蘇聯(lián) 日本 美國(guó) 德國(guó) 英國(guó)已用礦用小絞車(chē)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 并且這些國(guó)家的各制造公司有自己的產(chǎn)品系列型譜 在這些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和系列型譜中 對(duì) 絞車(chē)的性能 參數(shù)做了明確的規(guī)定 并強(qiáng)力推行和實(shí)施 給設(shè)計(jì)和制造 使用維護(hù)帶來(lái) 了極大的方便 2 向體積小 重量輕 結(jié)構(gòu)緊湊方向發(fā)展 由于煤礦井下狹窄的工作環(huán)境要求絞車(chē) 體積小 重量輕 各國(guó)都在力求將絞車(chē)的原動(dòng)力 傳動(dòng)裝置 工作滾筒 制動(dòng)操作等部 分及底座等主要部件綜合在一個(gè)系統(tǒng)中加以統(tǒng)籌布局 充分利用空間提高緊湊程度 做 好外形封閉 為此有的將傳動(dòng)部分置于滾筒內(nèi)部 有的緊貼滾筒端部 有的將電機(jī)埋入 滾筒內(nèi)部 有的將底座支架減速器鑄造為一體 3 向高效節(jié)能方向發(fā)展 世界工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家如蘇聯(lián) 日本在絞車(chē)各種參數(shù)的設(shè)置 上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) 選取最佳參數(shù) 最大限速提高產(chǎn)品性能 在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上盡量采用較先 進(jìn)的傳動(dòng)型式 并采用合理的制造精度 以提高生產(chǎn)效率 在產(chǎn)品節(jié)能方面各國(guó)各公司 都很重視 蘇聯(lián)和日本在絞車(chē)設(shè)計(jì)方面為節(jié)省電耗 對(duì)電機(jī)功率在全方面分析絞車(chē)的實(shí) 際工作情況的基礎(chǔ)上確定 使電機(jī)的功率保證絞車(chē)的功能 牽引力 牽引速度 等 有 能使電機(jī)功率得以充分利用 4 向壽命長(zhǎng) 低噪音方向發(fā)展 壽命和噪音是衡量產(chǎn)品的綜合性能指標(biāo) 是產(chǎn)品質(zhì) 量的綜合反應(yīng) 壽命長(zhǎng)經(jīng)濟(jì)效益才能高 噪音低有利于工人身心健康 蘇聯(lián)規(guī)定調(diào)度絞 車(chē)使用為 5 年以上 保修期為兩年 規(guī)定工作噪音不得超過(guò)環(huán)保衛(wèi)士部的規(guī)定 并將壽 命和噪音值納入產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中 西德絞車(chē)的噪音較低 為提高產(chǎn)品壽命和降低噪音 有的 提高齒輪的制造精度 有的采用稀油潤(rùn)滑 從而提高了產(chǎn)品的整機(jī)性能 5 向一機(jī)多功能 通用化方向發(fā)展 礦用小絞車(chē)在使用過(guò)程中不僅做調(diào)度用 而且 還做運(yùn)輸及其他輔助工作 使用范圍擴(kuò)大 要求絞車(chē)有比較強(qiáng)的適應(yīng)能力 把調(diào)度 運(yùn) 輸 輔助絞車(chē)歸納為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 三種絞車(chē)結(jié)構(gòu)相近 大同小異 即主機(jī)相近而制動(dòng)操作 部分則根據(jù)各自的使用條件有所區(qū)別 有的國(guó)家已經(jīng)打破了行業(yè)界限 把各行業(yè)的卷?yè)P(yáng) 機(jī)設(shè)備統(tǒng)歸為卷?yè)P(yáng)機(jī)類(lèi) 這樣便于生產(chǎn)使用和維護(hù) 便于提高產(chǎn)品質(zhì)量和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益 隨著管理水平的提高 產(chǎn)品通用化程度也必然的不斷提高 這是今后產(chǎn)品發(fā)展的必然趨 勢(shì) 6 向大功率方向發(fā)展 隨著生產(chǎn)的發(fā)展 原來(lái)的產(chǎn)品越來(lái)越不能滿(mǎn)足用戶(hù)的要求 長(zhǎng) 期的生產(chǎn)實(shí)踐的成功經(jīng)驗(yàn)表明 調(diào)度絞車(chē)除調(diào)度礦產(chǎn)外 也用于搬運(yùn)設(shè)備 其牽引力又 顯得小一點(diǎn) 又如回柱絞車(chē)除用于回柱放頂外 有時(shí)也用于搬運(yùn)綜采及各類(lèi)機(jī)電設(shè)備 運(yùn)距一般較長(zhǎng) 牽引和回繩速度更慢 因此解決上述問(wèn)題的同時(shí)要加大絞車(chē)的功率 滿(mǎn) 足用戶(hù)的要求 7 向外形簡(jiǎn)單 平滑 美觀(guān) 大方方向發(fā)展 由于各國(guó)力求使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)緊湊 體積 小 重量輕 大都采用了機(jī)電合一的綜合機(jī)構(gòu) 外表只能看到滾筒和制動(dòng)操縱部分 整 個(gè)絞車(chē)近似一個(gè)圓形 顯得線(xiàn)條簡(jiǎn)單外形平滑 為了爭(zhēng)奪市場(chǎng) 各國(guó)絞車(chē)在外形上巧妙 9 的構(gòu)思 使得產(chǎn)品造型美觀(guān) 操作者感到舒適 1 2 3 采取措施 1 采用國(guó)外先進(jìn)技術(shù) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 制定出我國(guó)的礦用小絞車(chē)型式和參數(shù)系類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)和 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 把我國(guó)礦用小絞車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)水平提高一步 進(jìn)而進(jìn)行產(chǎn)品的更新改造和提高產(chǎn) 品性能 爭(zhēng)取在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到先進(jìn)國(guó)家的水平 2 完善測(cè)試手段 我國(guó)產(chǎn)品水平提高得慢的一個(gè)重要原因是不具備檢測(cè)手段 很多項(xiàng) 目及整機(jī)性能無(wú)法測(cè)定 心中無(wú)數(shù) 設(shè)計(jì)憑經(jīng)驗(yàn)及類(lèi)比法 因此在提高產(chǎn)品質(zhì)量上有時(shí) 陷入盲目性 在完善測(cè)試手段過(guò)程中 當(dāng)前應(yīng)重點(diǎn)放在產(chǎn)品性能檢測(cè) 如壽命 噪音 效率 可靠性等 3 技術(shù)引進(jìn)與產(chǎn)品更新?lián)Q代相結(jié)合 更新?lián)Q代光靠自己搞科研攻關(guān) 不僅力量不足 速度太慢 可先購(gòu)買(mǎi)國(guó)外樣機(jī) 經(jīng)過(guò)使用后再考慮技術(shù)引進(jìn)問(wèn)題 4 組織專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn) 按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品的要求 組織專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn) 以提高質(zhì)量和生產(chǎn)效率 10 2 總體設(shè)計(jì) 2 1 已知條件 1 平均拉力 200000 N 2 最大牽引力 T 320KN 3 卷筒最小直徑 380 m 4 牽引速度 慢速 8 10m min 快速 60 85m min 2 2 計(jì)算傳動(dòng)效率 1 各傳動(dòng)的效率 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 查得 離合器的效率 95 01 滾動(dòng)軸承效率 2 錐齒輪效率 8 3 齒輪聯(lián)軸器 4 閉式圓柱齒輪效率 9 05 開(kāi)式圓柱齒輪效率 76 攪油效率 7 行星傳動(dòng) 8 卷筒鋼絲繩纏繞效率 9 0 2 計(jì)算傳動(dòng)總效率 789 0 98 0 96 0 8 52872654321 總 2 3 電機(jī)的選擇 傳動(dòng)系統(tǒng)的確定及傳動(dòng)比 2 3 1 選擇電機(jī)型號(hào) 1 電動(dòng)機(jī)額定功率 合理地確定電動(dòng)機(jī)的功率 即可以充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的能力 又可以節(jié)約電能 為此 需要研究回柱放頂作業(yè)過(guò)程的負(fù)載特性 明確電動(dòng)機(jī)的工作制度 鋼繩拴在支柱上 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后帶動(dòng)鋼繩 此時(shí)鋼絲為松弛狀態(tài) 經(jīng)一段空載運(yùn)行后 拉力值將直線(xiàn)上升 此時(shí)鋼絲繩已被拉緊 已致達(dá)到將在頂板壓力作用下的支柱撤下來(lái) 11 的最大值 此時(shí)電動(dòng)機(jī)可能出現(xiàn)瞬時(shí)過(guò)載 隨后拖動(dòng)支柱一段距離 電動(dòng)機(jī)停車(chē) 一個(gè) 回柱循環(huán)至此結(jié)束 有回柱工做些必要的輔助工作后 開(kāi)始下一個(gè)循環(huán) 如此反復(fù) 可 以看出電動(dòng)機(jī)屬于帶啟動(dòng)的斷續(xù)周期性的工作方式 每一個(gè)工作周期 包括一段啟動(dòng)時(shí) 間 一段極短的超負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間以及一段停車(chē)斷電時(shí)間 觀(guān)其運(yùn)行特性 可以認(rèn)為是斷 續(xù)周期性負(fù)載 但根據(jù)井下工作特點(diǎn) 為擴(kuò)大其使用范圍 此處并不按斷續(xù)周期性工作 方式選擇電動(dòng)機(jī) 而是按連續(xù)工作制選取 電動(dòng)機(jī)功率按最大的瞬時(shí)負(fù)載計(jì)算 在按此 計(jì)算值求得電動(dòng)機(jī)的額定容量 電動(dòng)機(jī)瞬時(shí)過(guò)載容量表示電動(dòng)機(jī)處于發(fā)熱狀態(tài)中 并能 在極短的時(shí)間內(nèi)保證瞬時(shí)過(guò)載功率而不致破壞其運(yùn)轉(zhuǎn)的正常條件 這一功率決定于電動(dòng) 機(jī)的特性及其機(jī)械強(qiáng)度 根據(jù)鼠籠型電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線(xiàn)達(dá)到這一瞬間過(guò)載時(shí) 電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)矩達(dá)到臨界值 而這一過(guò)載不降低當(dāng)超過(guò)臨界轉(zhuǎn)差率時(shí) 則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩急劇下降 以致造成電動(dòng)機(jī)悶車(chē) 1 計(jì)算卷筒上的功率 式kw vTNj72 506 193minax1 2 1 2 計(jì)算電機(jī)軸上的功率 07894 2jj Kw 總 由于電機(jī)為短時(shí)工作 可以充分利用電機(jī)的過(guò)載能力 以減少電機(jī)的容量 降低機(jī) 器的成本和尺寸 電機(jī)型號(hào) YB280S 6 功率 45kw 效率 92 轉(zhuǎn)速 min980r 重量 620kg 8 10 2 額 定 扭 矩堵 轉(zhuǎn) 扭 矩額 定 扭 矩最 大 扭 矩 6 5 1063028654 1 432 0jemHN 堵 轉(zhuǎn) 電 流額 定 電 流電 機(jī) 外 形 尺 寸 長(zhǎng) 寬 高 電 機(jī) 中 心 高 電 機(jī) 軸 直 徑 長(zhǎng) 度 過(guò) 載 系 數(shù) 合 適 注 由于電機(jī)為短時(shí)工作 可以充分利用它的過(guò)載能力 以減少電機(jī)的容量 降低 12 機(jī)器的成本和尺寸 因此選擇 YB280S 6 型電機(jī)即可 2 3 2 傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 JHS 20 型三速多用絞車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)如圖 2 1 所示 其傳動(dòng)路線(xiàn) 防爆電機(jī) 離合器 錐齒輪傳動(dòng) 滑移齒輪傳動(dòng) 行星輪系 過(guò)橋輪系 卷筒 abceg hi mn 圖 2 1 三速多用絞車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)圖 2 3 3 各級(jí)傳動(dòng)比分配及總傳動(dòng)比 1 慢速時(shí) 滾筒轉(zhuǎn)速 n min79 4601rDv i 總 1 2 8 電 2 快速時(shí) 滾筒轉(zhuǎn)速 n min73 600rDv 3總i 273 98 電 傳動(dòng)比分配如下 錐齒輪傳動(dòng) 9 154i 13 圓柱齒輪傳動(dòng) 2 60 81 3260i 慢 速 快 速 行星傳動(dòng) 71493 i 過(guò)橋輪傳動(dòng) 268 2 3 4 各齒輪模數(shù) 齒數(shù) 根據(jù)傳動(dòng)設(shè)計(jì) 錐齒輪嚙合副 m 6 4 15 z42z 換檔齒輪副 m 7 3603 5215 z 行星傳動(dòng) m 8 6z97z948 過(guò)橋輪系 m 14 219 21061 放繩輪系 m 7 434z 2 4 牽引鋼絲繩直徑的確定 滾筒直徑的確定及速度 2 4 1 鋼絲繩的選擇 鋼繩在使用過(guò)程中 其機(jī)械強(qiáng)度降低的因素主要有磨損 銹蝕 疲勞 斷絲及咬傷 但是對(duì)于不同的絞車(chē) 由于其工作特點(diǎn)及使用條件不同 促使其機(jī)械強(qiáng)度降低的因素也 不盡相同 一般情況 由于鋼繩在滾筒上纏繞 鋼繩中產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 在其反復(fù)作用下 鋼絲繩會(huì)出現(xiàn)疲勞 反復(fù)彎曲的次數(shù)越多 疲勞破壞越迅速 回柱絞車(chē)與其他鋼繩纏繞 式機(jī)械有所不同 在回柱過(guò)程中鋼繩不需要連續(xù)不斷地纏繞 鋼繩放出后就相當(dāng)于一個(gè) 均質(zhì)的彈性桿 由它傳遞拉力 因此可以認(rèn)為上述疲勞斷絲不是回柱鋼絲繩破壞的主要 因素 使用在工作面的回柱絞車(chē) 因濕度大 易銹蝕 在回柱過(guò)程中鋼繩經(jīng)常與底板 煤 摩擦 因此銹蝕與磨損相伴發(fā)生 而且磨損在銹蝕作用下發(fā)展加劇 銹蝕和磨損是回柱 鋼繩報(bào)廢的主要原因 當(dāng)然 對(duì)于多層纏繞咬繩是不可避免的 因此咬繩對(duì)鋼繩壽命的 影響也不容忽視 明確了回柱鋼繩破壞的主要因素 就可以選擇鋼繩的型式 在井筒淋水大 淋水酸堿度高 以及在回風(fēng)巷中 由于腐蝕嚴(yán)重應(yīng)選用鍍鋅鋼絲繩 在磨損嚴(yán)重的條件下使用的鋼絲繩 如斜井提升時(shí) 應(yīng)選用外層鋼絲較粗的三角股鋼 絲繩 14 當(dāng)彎曲疲勞為主要損壞原因時(shí) 應(yīng)選用線(xiàn)接觸式順捻繩和三角股繩 同向捻鋼絲繩因較柔軟 表面光滑 耐疲勞性能好 壽命長(zhǎng) 主要用于立井及斜井箕 斗提升中 斜巷串車(chē)提升 減少松繩打結(jié) 一般應(yīng)選用不易松散的交互捻鋼絲繩 當(dāng)鋼絲繩在絞車(chē)滾筒上做右螺旋纏繞時(shí) 則應(yīng)選用右捻繩 反之 則用左捻繩 多繩摩擦提升機(jī)采用左右捻各半 用于溫度高或有明火的地方 如矸石山等 應(yīng)選用金屬繩芯鋼絲繩 回柱絞車(chē)選擇 6 19 型 該型鋼繩屬于點(diǎn)接觸式 它的特點(diǎn)是質(zhì)地柔軟 耐磨 適合于干工作面工作 由于是點(diǎn)接觸 繩股中鋼繩的接觸應(yīng)力較大 所以耐疲勞性能差 但是 回柱鋼繩疲勞 不是降低機(jī)械強(qiáng)度的主要因素 由此看出 這種型式的鋼繩是合適的 為了確定鋼繩的直徑 首先要研究回柱鋼繩的許用安全系數(shù) 合理的選擇鋼繩的安 全系數(shù)是設(shè)計(jì)工作中的一項(xiàng)主要工作 提高鋼繩的安全系數(shù)能延長(zhǎng)鋼繩的使用壽命 但 是鋼繩安全系數(shù)過(guò)大 則鋼繩直徑就相應(yīng)變粗 導(dǎo)致機(jī)械體積大而且笨重 這既不符合 經(jīng)濟(jì)原則 又給絞車(chē)整體井下搬運(yùn)帶來(lái)不便 因此 在確保安全可靠性的前提下 盡可 能減小安全系數(shù) 1027424 569 5180GBf 根 據(jù) 初 選 鋼 絲 繩 直 徑 為型 號(hào) 繩 1 3 n4 230687TSn 下85 9687 0S67MPa rmaxPr P 定 取拉 力 影 響 系 數(shù)式 中整 條鋼 絲 繩 破 斷 拉 力 總 和 KN 2 4 2 計(jì)算鋼絲繩速度 因?yàn)殇摾K在絞車(chē)卷筒上為多層纏繞 鋼絲繩的并不是恒定不變的 而是隨著纏繞層 數(shù)的增加而增大 為了與鋼絲繩拉力相適應(yīng) 應(yīng)以最外層速度作為絞車(chē)鋼繩的名義速度 0 14 米 秒 鋼繩速度是影響回柱放頂作業(yè)生產(chǎn)率的主要因素之一 回柱放頂作業(yè)時(shí)間長(zhǎng) 則影 響正規(guī)循環(huán) 延緩回柱放頂時(shí)間 頂板壓力大 給回柱絞車(chē)增加困難 但是 回柱生產(chǎn) 率不僅僅決定于鋼繩速度 因?yàn)?在回柱放頂作業(yè)過(guò)程中 大量是輔助作業(yè)時(shí)間 因此 回柱放頂作業(yè)的組織工作與操作熟練程度等同樣起著重要的作用 另外 當(dāng)拉力達(dá)到最大值的瞬間 如果繩速過(guò)大 必然產(chǎn)生較大的動(dòng)力載荷 其結(jié)果 是支柱破損率增大 并且由此引起包括繩速在內(nèi)的機(jī)件的摔壞 15 1 慢速 最 小 速 度 1 式min 51 9106324 2083 3in1minDv 總 電 2 2 式min 70 14106 97 36298 233ax1maxDinv 總 電最 大 速 度 2 3 式 in 1 22 70 145 93axin1vvcp 平 均 速 度 2 4 2 快速 最 小 速 度 式min 8 74106324 02983 min3min3Dv 總 電 2 5 式min 7 15106 9430268 3axmax3Dinv 總 電最 大 速 度 2 6 in 3 952 7 158 42 3axivvcp 平 均 速 度 16 2 4 3 滾筒參數(shù)的確定 0001 497 16 2 0 3546 218 7 JBDddmdD A根 據(jù) 規(guī) 定取則式 中 滾 筒 的 最 小 外 徑鋼 絲 繩 直 徑 2 確定滾筒寬度 B 95 07095 32111 kkmZd數(shù) 取鋼 絲 繩 排 列 不 均 勻 系式 中 則 初 選 每 層 纏 繞 圈 數(shù) 取 B 800mm 3 初定鋼絲繩纏繞層數(shù) n 7 4 驗(yàn)算滾筒容繩量 L 21790 26375 190321740 Znkm dk n nZDL 所 以 取 所 以 滿(mǎn) 足 容 繩 量 要 求 取 系 數(shù) 鋼 絲 繩 每 層 厚 度 降 低式 中 5 確定滾筒各直徑 max0min min 2631DdD滾 筒 最 大 纏 繞 直 徑 纏 繞 直 徑鋼 絲 繩 在 滾 筒 上 的 最 小 kn6 970 217326 ax cpcp8 04 3 3minax 滾 筒 平 均 纏 繞 直 徑 17 mDmd1086 107325 697 4ax 取 滾 筒 結(jié) 構(gòu) 外 徑外外 外 2 4 4 確定鋼絲繩在卷筒上的拉力及卷筒上的功率 1 卷筒上的拉力 1 慢速 層 上 的 拉 力 根 據(jù) 等 功 率 原 則 最 外 KNvT0 27 145930max1inmin1 cp 5 63 2 i 2 高速 KNTvcp 49 32 0 68 42 715 0 93max3in3imi ni1axa3 2 5 各軸轉(zhuǎn)速 功率計(jì)算 軸 n 980r min p Nj 64 28 0 995 63 9586kw1 T 9550 p n 9550 63 9586 980 623 27 N m 軸 n n 980 2 9 337 93 r mini p p 63 9586 0 99 0 98 62 05 kw 23 T 9550 p n 9550 62 05 337 93 1753 6 N 軸 慢速 n n 337 93 2 86 118 16 r min2i p p 62 05 0 98 0 99 60 2kw 5 T 9550 p n 9550 60 2 118 16 4865 6 N m 軸 行星架軸 n n 118 16 7 6 15 55 r min3i p p 60 2 0 99 0 99 0 99 58 41kw 248 T 9550 p n 9550 58 41 15 55 35873 6 N 2 6 驗(yàn)算電機(jī)悶車(chē)時(shí) 鋼絲繩在里層的安全系數(shù) 18 1 電機(jī)在悶車(chē)時(shí) 鋼絲繩的拉力 因慢速時(shí)鋼絲繩的拉力較快速時(shí)大 故僅需要慢速時(shí)的安全系數(shù) NvT en45697260 51 9789420 10min max 總 NTcp e5 376022 956347 min ax ax in 總 2 電機(jī)悶車(chē)時(shí) 鋼絲繩在里層的安全系數(shù) 1 4976830 max1 rpr nS 19 3 變速箱設(shè)計(jì) 3 1 弧齒錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 弧齒錐齒輪是具有曲線(xiàn)傾斜齒的錐齒輪 其輪齒接觸是從一端到另一端逐漸開(kāi)始而 且連續(xù)平穩(wěn)地進(jìn)行 因而比直齒錐齒輪和零度齒錐齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 在高速時(shí)能特別 明顯地減少噪聲和震動(dòng) 3 1 1 初步設(shè)計(jì) 1 選擇齒輪材料 小齒輪齒面硬度 45 55HRC 大齒輪齒面硬度 40 45HRC 2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 小輪分度圓直徑 式 lim3211HuKTZedAb 3 1 選取小輪齒數(shù) 151 則大輪齒數(shù) 圓整為 445 49 2 i 齒數(shù)比 321 Zu 傳動(dòng)比誤差 合適0 e 錐齒輪類(lèi)型幾何系數(shù) e 950 變位后強(qiáng)度影響系數(shù)bZ 1 選擇零傳動(dòng) x1 x2 0 bZ 齒寬比系數(shù) 1 683 小齒輪轉(zhuǎn)矩 N M 1T 623 27 N M1T 使用系數(shù)AK 1AK 齒向載荷分布系數(shù) H 小輪懸臂 大輪跨裝 1 3 H 試驗(yàn)齒輪接觸疲勞極限lim 1130 lim MPa 由以上可得 md961309 2 768 1950321 齒輪模數(shù) m 96 15 6 4Z 變位系數(shù)的確定 x 高變位系數(shù) 20 切向變位系數(shù)tx 查表選取 10 tx10 2 tx 35 0 9 2 3 39 u5 12 齒寬中點(diǎn)螺旋角 等頂隙收縮齒 m 軸交角 0 3 1 2 幾何尺寸計(jì)算 小輪分錐角 82 1 90cos15 4inarct os inarct 121 Z 大輪分錐角 8 7 902 分度圓直徑 小輪 mmd654 1 大輪 2 錐矩 R mdR 75 162 sin 9sin sin 2211 齒寬系數(shù) 5 3 b 齒寬 b 取 和 b 10m 中小者R m786 4 1 b 10m 60 齒頂高 小輪 ah 35 0 11 xha 大輪 222 85 a8 c 齒高 h 08 14 6 m 齒根高 小輪 f mhaf 6 7011 大輪 f 23 22 齒頂圓直徑 ad 小輪 5 1082 cos 9cos11 aad 大輪 63736822h 齒根角 小輪 f 6 5 4 rtn rtn11Rff 大輪 41acac22ff 齒頂角 小輪 a 4 31 f 大輪 6082fa 頂錐角 小輪 a 06 24 3 11 a 大輪 78722a 根錐角 小輪 f 1 11 ff 大輪 9822ff 21 弧齒厚 s 小輪 式m xmSt 62 1 0 35cos2an 02 4 6t111 3 2 大輪 S49 76 1 3 1 3 按格里森法校核弧齒錐齒輪強(qiáng)度 1 彎曲強(qiáng)度校核公式 式 limli FNTFAVtYSSKbJ 3 3 式中 Ft 齒輪大端切向力 NdTFt 129846 7 320 201 彎曲疲勞極限limF 查表得 206 89 MPalim Yx 尺寸系數(shù) 7084 25 4 61Yx 0 25 壽命系數(shù)NTY 由圖得 1NT J 彎曲幾何系數(shù) 根據(jù) 21Z 查圖得 40 1 J38 J 齒根應(yīng)力F 由于兩齒輪得彎曲幾何系數(shù)相近 兩齒輪的齒根應(yīng)力也相近 可取 則 21F MPaF 76 4 0678 4129 25 計(jì)算彎曲強(qiáng)度安全系數(shù) 3 1 06lim YSFNT 式中 溫度系數(shù) 取 1 Y數(shù)彎 曲 強(qiáng) 度 最 小 安 全 系limFS 查表得 0 9limFS 所以 li 即 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度校核通過(guò) 2 按彎曲強(qiáng)度校核公式 22 式 limlim21ax30HHWNTRXVAESZSIbdTK 3 4 式中 I 齒面接觸疲勞強(qiáng)度幾何系數(shù) I 0 121 彈性系數(shù) EZMPaZE81 9 1尺 寸 系 數(shù)x x 1 0表 面 狀 態(tài) 系 數(shù)RR 工作硬化系數(shù) 1WW 溫度系數(shù) 1 Z Z 接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù) 1 0limHS limHS 接觸疲勞極限 1724 MPa li 則 MPaH 7 13092 691430 125 819 in 7limSZTSWN 所以接觸疲勞強(qiáng)度通過(guò) 3 1 4 錐齒輪受力分析 1 中點(diǎn)分度圓切向力 式1120dmTFt 3 5 式中 小輪齒寬中點(diǎn)分度圓直徑1d 48 5 1237 50 4 6 5 Rm 82111 Z 切向力 NFt 3 8270 徑向力 N mntr5 2948 82 1sin3582 1cos0 ta3cos 16i1 軸向力 mFntx2 108 82 1cos35i82 1si ta35cos 611 所以大錐齒輪受力為 切向力 NFtt 46 23 徑向力 NFxr2 1081 軸向力 r5942 3 2 換檔滑移齒輪副設(shè)計(jì) 基本參數(shù) 慢速 i 2 86 1 Z601 快速 i 0 362 36023 輸入轉(zhuǎn)矩 mNT 175 轉(zhuǎn)速 in 9rn 3 2 1 初步設(shè)計(jì) 1 選擇齒輪材料 小齒輪選用 表面淬火45 大齒輪選用 表面淬火 2 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 確定齒輪精度等級(jí) 310 2 794 8 37 9 VtnPms 查表 公差組 8 級(jí) 齒輪模數(shù) m 由下式計(jì)算 式 3 6 321FsdYZKT 齒寬系數(shù) 取 0 3d d 小輪齒數(shù) 取 21 1Z1 則大輪齒數(shù) 6028 2 i 齒數(shù)比 u 60 21 2 857 傳定比誤差 合適 1 57 u 載荷系數(shù) K 由式得 KVA 使用系數(shù) 查表得 1AK 動(dòng)載荷系數(shù) 查圖得V8 t 齒向載荷分布系數(shù) 查圖得 1 22 齒間載荷分布系數(shù) 由式及 0 得 121 83 cos 2 0667Z 查表并插值 381 08 15 2K 則載荷系數(shù)得初值為 24 72 18 2 1 Kt 齒形系數(shù) FY 小輪 9 1 FY 大輪 2 應(yīng)力修正系數(shù) S 小輪 53 1 S 大輪 72Y 重合度系數(shù) 0 6 許用彎曲應(yīng)力 F FXNFS lim 彎曲疲勞極限 得 lim21li50 2 6 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)得 18037 950 hnjL 217 6350Nu 彎曲壽命系數(shù) NY21NY 尺寸系數(shù) xx 安全系數(shù) FS 1lim1 650 3FNFxSMPa 2li2 1 46 5FNFY 所以 32 9 081FSF 223 7 46 550FSFY 所以得 3321 108 0 76 2m 取 m 7 25 3 2 2 強(qiáng)度校核計(jì)算 校核公式 式 12HEKTuZbd 3 7 式中 彈性系數(shù) EZEMPa8 19 節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) H 0 2 x 2 5HZ 重合度系數(shù) 0 90 許用接觸應(yīng)力 1limH 2li 1700N 1limH 2 1550N 2 接觸強(qiáng)度壽命系數(shù) NZ121 NZ 硬化系數(shù) 1WWZ 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 按一般可靠度得 1HS HS 則 1270 Hm 25 N 所以 61 21 170 857189 0 3464HHMPa 1H 62 21 5 0857593HH 2H 所以 接觸疲勞強(qiáng)度通過(guò) 由于中速及快速傳動(dòng)兩齒輪副各系數(shù)與此類(lèi)似 又因 所以 強(qiáng)速校核定能1d 通過(guò) 在此不再一一列出 3 2 3 幾何尺寸計(jì)算 見(jiàn)表 3 1 幾何尺寸的計(jì)算 3 2 4 齒輪受力分析 由于慢速時(shí)受力最大 所以?xún)H分析慢速時(shí)齒輪受力即可 1 圓周力 1311 5 2809147 052 tt FNdTF 2 徑向力 11 6tan89tanrr 26 3 法向力 11 5 2370cos 5 2389cos ntn FF 表 3 1 幾何尺寸計(jì)算 名稱(chēng) 代號(hào)及公式 6021 Z3482 Z21603 Z 分度圓 直徑 md 471 d172 d473 d 齒頂高 ha1 ha2 ha3 ha 齒根高 cmf 75 8 2 0 71 ff 75 82 ff 75 83 ff 齒全高 fah 1 12 h 13 h 齒頂圓 直徑 aa d2 4372061 aa457231062 aad6172403 aad 齒根圓 直徑 ff hd2 2138 ffd5 2903 ffd 公法線(xiàn) 跨齒數(shù) 5 018 Zk 75 021863 1 k462 k72 k 27 公法線(xiàn) 長(zhǎng)度 9521 mwk Z04 2 0719532 kw56 73182 kw719 53240 kw 3 3 軸的校核 3 3 1 軸 1 的校核 3 13 dA8 3420CrMnTi 9764 8563 980 2 9745 1 jNmNkwnnrpmdm 按 扭 轉(zhuǎn) 強(qiáng) 度 初 定 軸 的 直 徑由 表上 式 中 軸 徑 與 材 料 有 關(guān) 的 系 數(shù) 由 表 按 查 得 軸 所 傳 遞 的 功 率 軸 的 工 作 轉(zhuǎn) 速 考 慮 到 軸 上 有 鍵 槽 與 該 軸 相 連 的 電 機(jī) 軸 的 直 徑 以 及 軸 上 有 錐 齒 輪 等 結(jié) 構(gòu) 70dm 的 要 求 取 1 求軸的載荷 1 支反力 水平面 0 FNFRtHBA3 1546 BM0312Lt 546 12 8 AN 546 3 209HBtHARF 垂直面 0 FrVBA5 29481 28 0 BM021312 dmFLRxrVA NVA48 95 NFr 95 7 1 2 從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖中可以看出 B 截面為危險(xiǎn)截面 B 截面處的 及 數(shù)值如下 HMVTca 水平面 mH 5 683 垂直面 NV 24 合成彎矩 2VM mN 8 75496 368 5 681 2 扭矩 T 5107 3 當(dāng)量彎矩 22Tca 23 49 5 2 校核軸的強(qiáng)度 軸的材料為 40Cr 調(diào)質(zhì)處理 由表查得 2 750mNB 則 2 75 61 9 mNB 軸的計(jì)算應(yīng)力為 23 40 8WMca 所以 該軸強(qiáng)度滿(mǎn)足要求 3 3 2 軸 校核 軸的初步計(jì)算 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初定軸的直徑 查得 式 3 8 3nNAd 12350 790 98486 12 rjkwnpmAC 按 查 得 d94 508 3 7 考慮到鍵槽的影響及軸的受力情況 考慮花鍵的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 取軸的基本直徑 d 80mm 求軸的載荷 1 支反力 水平面 FNFRtHBA3 1546 0M09021 HBt R 29 051405 23890 1546 HBR NRHB A7 垂直面 F21 VBrVF 0M039140521 VBrmaRd8653 79 28 NRVB6 A 450 2 從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖中可以看出 截面為危險(xiǎn)截面 截面處的 及 數(shù)值如下 HMVTMca 水平面 mH 8 173 合成彎矩 式 3 9 2V 2 540 657 69N 扭矩 T 1 173 當(dāng)量彎矩 22 TMca 68 0 751 5967m 3 校核軸的強(qiáng)度 軸的材料為 40Cr 調(diào)質(zhì)處理 由表查得 2 NB 則 20 1675 取 軸的計(jì)算應(yīng)力為 32 194 57084 7 caMWNm 所以 該軸強(qiáng)度滿(mǎn)足要求 3 3 3 軸 的校核 軸的初步計(jì)算 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初定軸的直徑 md9512 3 86 8073 取 注 因?yàn)檩S左端受力較大 而右端受力較小 所以 取直徑時(shí)按左端取 30 垂直面 mNMV 346572 1 求軸的載荷 1 支反力 水平面 0 F021 tHBtHAFR M05468 Btt 3972H NHB5 4 A1 31 T1 RvARHARVBHBFtFr1xR HARHBFt68153 N mMH RVA RVBM FX1xdm 2MV 324685N m416 N