〔大学论文〕JHS-20双速绞车的设计（含word文档） .pdf

摘要 绞车作为煤矿运输的辅助设备，在煤矿的运输中起着举足轻重的作用。 本设计的20jhs-多用变速绞车主要用于采煤工作面液压支架的撤移，调向和搬运， 还可以在斜井中作提升和下放重物之用。 20jhs-多用变速绞车主要由电动机、联轴器、液力推杆制动器、减速器、及卷筒组 成。减速器包括圆锥圆柱减速器、行星减速器。锥齿轮为格里森制弧齿锥齿轮。行星减 速器采用 2kh 传动形式，中心太阳轮浮动。其结构紧凑、传动比大，均载效果好。另外， 本绞车取消了原淮南 jm-28 的整体式结构，这样可以使得铸造以及维修更加方便，大大地 缩短了修理的时间，降低了维修的成本。同时，也为了适应绞车结构的需要，增设了一个 过桥部件。 由于采煤工作面工况复杂多变，有多种需要，因此，本绞车设计为三速，有三种牵引 力，采用机械变速，通过确定滑移齿轮的位置来实现。 本绞车的设计寿命为 5000 小时，是回柱绞车（蜗轮蜗杆传动）的三倍，整机效率达 到 78.9。 关键词关键词：绞车；矿山机械；行星传动 abstractabstractabstractabstract as an ancillary transporting equipment, winch plays an important role in transportation of coal mine. 20jhs-change speed winch is mainly used in removing, marshalling and hauling hydraulic prop on word face. besides, it can also used as the equipment to raise and low down heavy load. 20jhs-mainly consists of electric motor, coupling, electro-hydraulic thruster brake, 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 winchs 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. 20jhs-slow speed winch is designed to have the life of 5000 hours, which is equal to 3 times of prop recovery winch s life ( worm gear counter transmission).besides , the efficiency of whole machine is up to 78.9%. keywordskeywordskeywordskeywordswinchmining mechanicalplanetary train 目录 1绪论.1 1.1 简介1 1.1.1 绞车概述.1 1.1.2 绞车功能与结构.1 1.1.3 绞车分类.2 1.1.4 绞车应用.4 1.1.5绞车的特点和性能要求4 1.1.6 回柱绞车的现状.5 1.2 绞车的发展状况.6 1.2.1 概述.6 1.2.2.发展趋势7 1.2.3采取措施8 2总体设计.10 2.1 已知条件10 2.2 计算传动效率10 2.3 电机的选择、传动系统的确定及传动比.10 2.3.1 选择电机型号.10 2.3.2 传动系统的确定.11 2.3.3 各级传动比分配及总传动比.12 2.3.4 各齿轮模数、齿数（根据传动设计）13 2.4 牵引钢丝绳直径的确定、滚筒直径的确定及速度.13 2.4.1 钢丝绳的选择.13 2.4.2 计算钢丝绳速度.14 2.4.3 滚筒参数的确定.15 2.4.4 确定钢丝绳在卷筒上的拉力及卷筒上的功率16 2.5 各轴转速、功率计算17 2.6 验算电机闷车时，钢丝绳在里层的安全系数17 3变速箱设计.18 3.1弧齿锥齿轮传动设计.18 3.1.1 初步设计18 3.1.2 几何尺寸计算.19 3.1.3 按格里森法校核弧齿锥齿轮强度20 3.1.4锥齿轮受力分析21 3.2 换档滑移齿轮副设计.21 3.2.1 初步设计21 3.2.2 强度校核计算23 3.2.3 几何尺寸计算.24 3.2.4 齿轮的受力分析.24 3.3 轴的校核.25 3.3.1 轴 1 的校核.25 3.3.2 轴校核.27 3.3.3 轴的校核.28 3.4 轴承的校核.31 3.4.1 校核轴上轴承 a、b31 3.4.2校核轴上的轴承 c、d.34 3.4.3 轴上轴承 e、f 的校核.35 3.5键的校核.36 3.5.1 轴上键的校核36 3.5.2 轴上键的校核.36 3.5.3 轴上键的校核37 3.6 变速箱箱体的设计37 4过桥轮系设计及其他.39 4.1过桥轮系传动设计.39 4.1.1 初步设计39 4.1.2 齿面接触疲劳强度校核计算.40 4.1.3 几何尺寸计算41 4.1.4 齿轮受力分析.41 4.2过桥轮系轴的校核.42 4.3卷筒的校核.43 4.3.1 卷筒轴上卷筒与大齿圈联结螺栓强度验算.45 4.4卷筒轴承的校核.46 4.4.1 滚筒上轴承 m、n 的校核.46 4.5 使用与维护.46 4.5.1 运输、安装、使用46 4.5.2 维护、保养46 5电液制动器.47 5.1 电液推动钳盘制动器47 结论结论结论结论.48 致致致致谢.50 参考文献参考文献参考文献参考文献.51 附录附录附录附录.52 1绪论 1.1 简介 1.1.1 绞车概述 在人类历史上，绞盘(windlass)是第一种用于拖曳提升重物的机器，它可使一个人搬 运远重于自己许多倍的重物。 绞盘采用一种轴和轮的形式， 由用垂直框架支撑的滚筒组成， 人通过用手摇动曲柄，使绞盘滚筒绕水平轴转动(见图 1-1)。中国人在公元前二千年就设 计出用曲拐手柄转动的砂轮今天被广泛应用的绞车(或称卷扬机)是绞盘的另一种形式，它 泛指具有一个或儿个上面卷绕有绳索或钢丝绳的圆筒，用来提升或拖曳重载荷的动力机 械。图 1-2 所示为一种简易的手动提升绞车;该绞车用手驱动，靠齿轮传动的速比增扭， 配有防止卷筒反转的棘轮机构和制动用的带闸。 绞车是工业生产过程中一种常用的机械，具有悠久的发展历史和比较成熟的发展设计 制造技术， 随着绞车技术的不断提高， 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应用于矿山， 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应用着，例如矿用提 升绞车，调度绞车，耙矿绞车和凿井绞车等。提升绞车可用于矿山竖井和斜井中物品和人 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，其主要执行机构是各种形式和结构的绞车， 对于这种用途的绞车，要求具有较好的调速性能和很高的安全性能。另外，绞车还被应用 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，从而保证生产的顺利进行，在船用机械甲板机械和海洋开发领 域，绞车也具有悠久的使用历史和各种各样的用途。 1.1.2 绞车功能与结构 绞车设计采用滚筒盘绞或夹钳拉拔缆绳方式来水平或垂直拖曳、 提升、 下放负载， 绞车一般包括驱动部分、工作装置、辅助装置等几部分。 1.驱动部分:用于驱动绞车工作装置盘绞、释放缆绳，包含动力及传动装置与控制装 置。绞车可以采用多种驱动方式，包括电动机、蒸汽机、柴油发动机、汽油发动机、液压 马达、气动马达等等。无论采用何种驱动方式，在绞车的驱动部分设计中都应包含以下设 计准则: 无级均匀变速，调速范围宽广; 在有负载情况下，良好的启动特性和低速特性，总效率高; 双向旋转，并且容易改变旋转方向 维护保养相对容易，对周围工作环境不敏感; 制动系统工作可靠; 设计紧凑，结构简单，安装布置容易，重量轻; 在有负载情况下，能长时间安全带载静止而不至于损坏驱动系统。 对于小型绞车，为了保证结构紧凑，绞车驱动部分一般与绞车工作装置联接在一起， 直接驱动工作装置;对于大型绞车或应用现场空间相对狭小的绞车，绞车驱动部分与绞车 工作装置可以设计成独立放置，两者间通过液压管线、气动管线或电缆管线相联系，绞车 的布置和操纵均很方便。 2.工作装置:在驱动部分作用下，通过滚筒回转或夹钳直线拉拔等方式拖曳或释放缆 绳以完成对负载的收放控制，并含有对缆绳的容绳和排缆装置。 3.辅助装置:辅助工作装置完成拖曳作业，包含滑轮组、导向装置以及速度测量、长 度距离测量、张力测量等装置部分;绞车可以使用钢丝绳、尼龙缆绳等多种材质缆绳。 1.1.3 绞车分类 绞车可以采用多种分类方法 按绞车驱动方式分类，绞车可以分为机械式驱动绞车、电机驱动绞车、气动绞车、 液压绞车等几大类。 1.机械式驱动绞车 驱动部件间的固定几何位置关系决定着系统的设计布局，布局的变化少; 传动系体积尺寸大，总重量重; 安装布置复杂，经常需要精密加工的平面和精密的部件定位; 难以实现大范围的无级变速 原动机的位置是不可变的; 在有负载的情况下，难以取得平稳的反转; 通过采用液力偶合器，可以在堵转工况下产生最大扭矩。 2.电机驱动绞车z 在小型和低端绞车产品上采用常规定速电机驱动方法，能实现单速(或双速)和双 向旋转功能，系统简单，但不能低速启动和平滑变速; 采用可控硅整流(scr)直流调速方式实现无级变速，发展历史悠久， 可在低速段提供短时的额定扭矩(或堵转扭矩)。但是，若无独立冷却系统和专用设 计，直流调速力一式不能长时间用于堵转工况; 采用交流变频调速方式实现从零到最大速度的无级变速，可以在低速或堵转工况 下提供 100%额定扭矩，调速平稳; 设备复杂，维修、保养人员的技术水平要求较高。 3.气动绞车 需要配置压缩空气站; 气动系统工作压力较低，气动马达外形尺寸较大，气动系统总体重量较重; 对环境条件敏感一在周围环境温度低的地方，可能有潮气凝结在气动管路和部件 里; 噪音大一需要噪音消音器。 4.液压绞车 双向实现从零到最人速度的无级变速控制，易于换向; 用高压溢流阀或压力补偿器双向限制有效力矩; 输出速度范围大，负载的低速控制好，可以带载良好启动; 系统允许长时间支持负载，双向可以限制不同力矩; 设计紧凑，布置方便，动力传递系统总重量轻。 易于实现恒速、恒张力控制 按绞车应用领域和使用工况分类，绞车分为矿用绞车、建工卷扬机、船用绞车、工 程机械绞车以及特殊用途用绞车等等。 按绞车作业形式分类，绞车一般分为滚筒卷扬绞车和线型绞车两大类。滚筒卷扬绞 车采用驱动滚筒旋转方一式收放缆绳和拖曳负载，并在滚筒上直接容绳;线型绞车采用夹 钳直线拉拔缆绳方式拖曳负载，并在独立配置的滚筒上卷扬容绳。 1.1.4 绞车应用 绞车广泛应用于工程机械、建筑机械、林业、渔业、矿山机械、船舶运输、海洋石油 等多领域，可配套多种类型主机设备。 绞车具体配套的部分设备如下: 1.汽车起重机主吊、辅吊绞车 2.塔式起重机主.吊绞车 3.驳船定位绞车、拉索绞车 4.钻探船拔桩绞车 5.挖泥船悬挂和斗架绞车、抓斗绞车 6.通用船舶锚泊绞车、起重绞车、牵引绞车fi91 7.集装箱船船尾恒张力装料绞车 8.码头起重机主起重卷扬机 9.海洋石油铺管工作船恒张力移船绞车、张紧器、a/r 绞车、起重吊机的负荷绞车 等等 10.运输铁道车辆定位卷扬机、索道牵引绞车 11.森林及木材加工机械重木起吊卷扬机、木材车、堆材机 以下为中国海洋石油领域绞车的典型应用实例: 吊机用负荷绞车 负荷绞车用于控制起重铺管船主吊机吊钩的稳定，关系海上的作业安全。蓝疆船的负 荷绞车采用静液压传动，有双泵双马达和单泵双马达两种匹配方式。液压系统采用丹尼逊 金杯系列电比例变量通轴柱塞泵和定量柱塞马达，有手动控制和恒张力控制两种工作模 式。在恒张力模式下，可以根据天气、载荷大小等因素自动(或手工)设定恒张力大小，用 带有设定拉力的缆绳约束卞吊钩，减小晃动幅度，使其能稳定工作。 1.1.5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，在工程应用中绞车绞车会 有如下的一些特点： 1. 负载时变化 绞车用于海洋拖曳，电梯箱的提升，矿山调度等场合时，由于外界环境因素的影响， 例如海浪，海流，货物重量等的不断变化，他的负载也在不断变化。这就对绞车的稳定性 造成了很大的干扰。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，高低速运行平稳 由于收放工作的需要，现在许多绞车都需要能够方便连续的调整收放速度。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，不能出现爬车的现象，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者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较高的可靠性。因此在设计绞车时设计人员 因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 的提高。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，极大的提高了绞车的操作性能. 1.1.6 回柱绞车的现状 我国综合机械化采煤技术正在向高产量，大功率，重型化的趋势发展，但搬运设备却 没有得到相应的更新与开发。现在大型液压支架重量已经达到 30 多吨，而液压支架等综 采设备在采煤工作面的撤移与运输仍使用回柱绞车等老式设备，其牵引力小，容绳量小， 钢丝绳细，不适应综采工作面的工况要求。 当前回柱绞车存在的主要问题 ： 1.蜗轮副传动是回柱绞车的薄弱环节 煤矿绞车 jh2-5,jh-8 ,jhc-14,jh2-14,jm-14 都采用蜗轮副传动，皆因蜗轮副传动比 大，但蜗轮副传动效率很低，一般只有 0.40.5，绞车的总传动比更低，工作时过高的温 升，井下多尘的工作环境，使蜗轮副磨损加快，使用半年或更短时间，即需要检修或更换， 影响生产，因而取消蜗轮副从经济效益方面来说使必要的。本设计采用的锥齿轮、行星传 动，提高了传动效率，也在一定程度上提高了绞车的寿命，从经济方面看也是有意义的。 2.牵引速度，回绳速度慢 随着支护的发展，使用金属摩擦支柱，单体液压支柱后，回柱之前可以部分或全部卸 载，回柱只是把他们拉倒或拖进工作面再用，同时，由于搬运设备的需要，很有必要将牵 引速度从目前的 57m/min 左右加以提高。同时，为了提高工作效率，还应设置快速回绳 机构。本设计的快速回绳速度达到了每分钟 50-90 米，节约了时间，提高了工作效率，也 是可行且有实际意义的。 3.牵引力小 现在煤矿由于综采机械的大量使用，在工作面搬迁时需要搬运某些大型设备，如液压 支架等，而现在使用的绞车牵引力都有些小，因而将牵引力提高到 32 吨是有意义的。 4.容绳量小 当前的综采工作面长度有逐渐加长的趋势，而现行的绞车容绳量一般都太小，应将容 绳量达到 200m 以上。本设计的容绳量达到了 260 米。 5.设计寿命短 回柱绞车大多采用 1460 小时的设计寿命，这是因为回柱时间短，但由于小绞车已不 止用于回柱，还在建筑，铁路等各行业，而且就煤矿的使用来看，也有必要提高设计寿命， 增加绞车的平均无故障时间，保证生产的正常进行，经多方比较，决定采用5000 小时的 设计寿命. 1.2 绞车的发展状况 1.2.1 概述 我国的矿用小绞车主要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 进入自行设计阶段。淮南煤机厂曾设计了摆线齿轮绞车和少齿差传动绞车。徐州矿山设备 制造厂也曾设计制造了摆线和行星齿轮传动的绞车，一些厂还设计试制了 25kw 的调度绞 车，徐州，淮南，锦州矿山机械厂又相继设计试制了功率为 40kw，55kw 的调度绞车。 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 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 速工作和快速回绳的等环节进行根本的改进。 矿用小绞车标准方面，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 年对上述两个标准进行了修订，其标准为 jb965-83，jb1409-83。 国外矿用小绞车使用很普遍，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。 国外矿用小绞车的种类和规格的比较多。比如调度绞车牵引力从 100kg.f 到 3600kg.f 动力有电动的液动的和风动的。工作机构有单筒，双筒和摩擦式。传动形式有皮带传动， 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，美观，大方方向发展。 1.品种 国外矿用小绞车规格比较多，适用不同场合，我国矿用小绞车规格较少，品种多而乱， 也较繁杂，没有统一标准。 2.型式 从工作机构上分，国外有单筒，双筒以及摩擦式三种，我国只有单筒一种形式。从原 动力上分国外有电动的，风动的以及液压驱动的，我国只有电动的和少量风动的。 3.结构 我国及国外的调度绞车大多数采用行星齿轮传动，其传动系统结构简单，使用维修方 便。但由于其牵引力较小，特别是上下山的工作情况下很难实现较大设备的搬运工作。还 有苏联的产品比我国同等规格的产品要小。例如苏联规定，国家标准规定的调度绞车的轴 向尺寸不大于1m， 而我国现有的牵引力1000kg.f以上的产品轴向尺寸均远远大于1m以上。 回柱绞车的薄弱环节是球面蜗轮副传动，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，故其传动效率极低，一般只有 0.8 左右，回柱绞车的 总传动效率更低。回绳速度慢，所有的回柱绞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，因此这类均应设置快速回绳。 4.产品性能 主要寿命，噪音，可靠性等综合指标与苏联有差距。苏联矿用小绞车使用寿命规定在 5 年以上，而我国目前不具备测试手段寿命无法考核，但从对客户的访问中得知，寿命达 不到 5 年，噪音也稍大。 5.三化水平 虽然我国矿用小绞车参数系列水平优于国外，但在标准化和通用化方面远不如发达采 煤机械制造的国家。苏联把调度绞车运输绞车等统一为一个标准中，主机相同，只是制造 和操作部分有所不同，而我国即使是同一规格产品，不同厂家生产的其结构各不相同，零 件无通用之处，给使用和选型带来不便，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）.jh2-14 型 二级减速蜗轮副传动，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后， 其二三级减速都为圆柱齿轮传动，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。 6.技术经济指标 我国矿用小绞车的技术经济指标与国外特别是苏联对比还有一定差距，由此可见苏联 产品的单位重量的牵引力和单位体积牵引力两项技术经济指标都高于我国的产品。 1.2.2.发展趋势 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.向标准化系列方向发展。苏联，日本，美国，德国，英国已用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，使用维护带来了极 大的方便。 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力，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，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造为一体。 3.向高效节能方向发展。世界工业发达的国家如苏联，日本在绞车各种参数的设置上 进行优化设计，选取最佳参数，最大限速提高产品性能。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省电耗，对电机功率在全方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，有能使电机功 率得以充分利用。 4.向寿命长，低噪音方向发展。寿命和噪音是衡量产品的综合性能指标，是产品质量 的综合反应。寿命长经济效益才能高；噪音低有利于工人身心健康。苏联规定调度绞车使 用为 5 年以上，保修期为两年，规定工作噪音不得超过环保卫士部的规定。并将寿命和噪 音值纳入产品标准中，西德绞车的噪音较低，为提高产品寿命和降低噪音，有的提高齿轮 的制造精度，有的采用稀油润滑，从而提高了产品的整机性能。 5.向一机多功能，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，调度绞车除调度矿产外，也用于搬运设备，其牵引力又显 得小一点，又如回柱绞车除用于回柱放顶外，有时也用于搬运综采及各类机电设备，运距 一般较长，牵引和回绳速度更慢，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。外表只能看到滚筒和制动操纵部分。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。 1.2.3采取措施 1. 采用国外先进技术，国家标准，制定出我国的矿用小绞车型式和参数系类标准和 国家标准，把我国矿用小绞车的标准水平提高一步，进而进行产品的更新改造和提高产品 性能，争取在较短的时间内达到先进国家的水平。 2. 完善测试手段.我国产品水平提高得慢的一个重要原因是不具备检测手段，很多项 目及整机性能无法测定，心中无数。设计凭经验及类比法，因此在提高产品质量上有时陷 入盲目性。在完善测试手段过程中，当前应重点放在产品性能检测，如寿命，噪音，效率， 可靠性等。 3. 技术引进与产品更新换代相结合。更新换代光靠自己搞科研攻关，不仅力量不足， 速度太慢，可先购买国外样机，经过使用后再考虑技术引进问题。 4.组织专业化生产，按照标准对产品的要求，组织专业化生产，以提高质量和生产效率。 2总体设计 2.1 已知条件 1、平均拉力： 200000 n 2、最大牵引力：t=320kn 3、卷筒最小直径:380mm 4、牵引速度：慢速 8-10m/min;快速 60-85m/min 2.2 计算传动效率 1、各传动的效率： 根据机械设计手册查得： 离合器的效率995 . 0 1 = 滚动轴承效率99 . 0 2 = 锥齿轮效率98 . 0 3= 齿轮联轴器99 . 0 4 闭式圆柱齿轮效率98. 0 5 = 开式圆柱齿轮效率97 . 0 6 = 搅油效率990 . 0 7 = 行星传动990 . 0 8 = 卷筒钢丝绳缠绕效率96 . 0 9 = 2、 计算传动总效率 789 . 0 98 . 0 99 . 0 99 . 0 96 . 0 99 . 0 99 . 0 98 . 0 99 . 0 995 . 0 28 987 2 6543 8 21 = = 总 2.3 电机的选择、传动系统的确定及传动比 2.3.1 选择电机型号 1.电动机额定功率 合理地确定电动机的功率，即可以充分发挥电动机的能力，又可以节约电能。为此需 要研究回柱放顶作业过程的负载特性，明确电动机的工作制度。 钢绳拴在支柱上，电动机启动后带动钢绳，此时钢丝为松弛状态，经一段空载运行后 拉力值将直线上升（此时钢丝绳已被拉紧） ，已致达到将在顶板压力作用下的支柱撤下来 的最大值，此时电动机可能出现瞬时过载，随后拖动支柱一段距离，电动机停车，一个回 柱循环至此结束，有回柱工做些必要的辅助工作后，开始下一个循环，如此反复。可以看 出电动机属于带启动的断续周期性的工作方式。每一个工作周期，包括一段启动时间，一 段极短的超负载运转时间以及一段停车断电时间。观其运行特性，可以认为是断续周期性 负载。但根据井下工作特点，为扩大其使用范围，此处并不按断续周期性工作方式选择电 动机，而是按连续工作制选取。电动机功率按最大的瞬时负载计算，在按此计算值求得电 动机的额定容量。电动机瞬时过载容量表示电动机处于发热状态中，并能在极短的时间内 保证瞬时过载功率而不致破坏其运转的正常条件。这一功率决定于电动机的特性及其机械 强度。根据鼠笼型电动机的机械特性曲线达到这一瞬间过载时，电动机转矩达到临界值， 而这一过载不降低当超过临界转差率时，则电动机转矩急剧下降，以致造成电动机闷车 （1）计算卷筒上的功率： kw vtn j 72.50 60/51 . 9 320 60 min1max1 = = = 式（2.1） （2）计算电机轴上的功率： /50.72/0.78964.28 jj nnkw= 总 由于电机为短时工作，可以充分利用电机的过载能力，以减少电机的容量，降低机器 的成本和尺寸。 电机型号：yb280s-6 功率：45kw 效率：92 转速： min 980r 重量：620kg 8 . 1 0 . 2 = = 额定扭矩 堵转扭矩 额定扭矩 最大扭矩 6.5 :1010 610 830 280 65 140 64.28 1.432.0 45 j e mm hhmm mm n n = = = = = = = 定 取拉力影响系数式中 整条 钢丝绳破断拉力总和 kn s kns 2.4.2 计算钢丝绳速度 因为钢绳在绞车卷筒上为多层缠绕，钢丝绳的并不是恒定不变的，而是随着缠绕层数 的增加而增大。为了与钢丝绳拉力相适应，应以最外层速度作为绞车钢绳的名义速度 0.14 米/秒。 钢绳速度是影响回柱放顶作业生产率的主要因素之一，回柱放顶作业时间长，则影响 正规循环，延缓回柱放顶时间，顶板压力大，给回柱绞车增加困难。但是，回柱生产率不 仅仅决定于钢绳速度。因为，在回柱放顶作业过程中，大量是辅助作业时间。因此，回柱 放顶作业的组织工作与操作熟练程度等同样起着重要的作用。 另外，当拉力达到最大值的瞬间，如果绳速过大，必然产生较大的动力载荷。其结果 是支柱破损率增大，并且由此引起包括绳速在内的机件的摔坏 （1） 慢速 ： 最小速度) 1 min/51 . 9 1063214 . 3 6 . 204 980 10 3 3 min 1 min m d i n v = = = 总 电 式（2.2） min/70.14 10 6 . 97714 . 3 6 . 204 980 10 )2 3 3 max 1 max m d i n v = = = 总 电 最大速度 式 （2.3） ()() min/11.12 2/70.1451 . 9 2/ 3 maxmin1 m vvv cp = +=+= ）平均速度 式（2.4） （2）快速： 最小速度) 1 min/ 8 . 741063214 . 3 0 . 26 980 10 3 3 min 3 min3 m d i n v = = 总 电 式 （2.5） min/ 7 . 115 10 6 . 97714 . 3 0 . 26 980 10 )2 3 3 max 3 max3 m d i n v = = = 总 电 最大速度 式（2.6） ()() min/ 3 . 95 2/ 7 . 115 8 . 742/ )3 max3min33 m vvv cp = +=+= 平均速度 2.4.3 滚筒参数的确定 0 0 0 0 0 1.140974 /16 20 (16 20) (16 20) 32 512 640 600 /600/3218.75 , , jb dd dd mm dmm dd dmm dmm = = = = = = n 根据规定 取 则 式中滚筒的最小外径 钢丝绳直径 2.确定滚筒宽度 b 95 . 0 707 95. 0 3221 21 11 1 = = = kk mm k zd b z 数。取钢丝绳排列不均匀系式中 则： 初选每层缠绕圈数 取 b=800mm 3.初定钢丝绳缠绕层数 n 7 4.验算滚筒容绳量 l 217 90 . 0 2 2 260372 5 . 371 90321732600217143 2 1 0 = = = += += zn k k mm .)(. )dk(ndnzdl ，所以取 。所以，满足容绳量要求 。取 系数，钢丝绳每层厚度降低式中 5、确定滚筒各直径 max 0min min )2 63232600 ) 1 d mmddd d 滚筒最大缠绕直径 缠绕直径钢丝绳在滚筒上的最小 =+=+= ()mm dknddd 6 . 97790 . 0 3217232600 ) 1(2 20max =+= += mm ddd d cp cp 8 . 804 2/ )632 6 . 977(2/ )( )3 minmax = +=+= 滚筒平均缠绕直径 mmd mm ddd d 1080 6 . 10732325 . 1 6 . 977 25 . 1 )4 max 取 滚筒结构外径 外 外 外 + 2.4.4 确定钢丝绳在卷筒上的拉力及卷筒上的功率 （1）卷筒上的拉力 1）慢速： 层上的拉力：根据等功率原则，最外 kn v v tt 0 . 207 70.14 51 . 9 320 max1 min1 max1min1 = ()()knttt cp 5 . 2632/ 0 . 2073202/ max1min11 =+=+= 2）高速： ()()knttt kn v v tt kn v v tt cp 49.332/30.2668.402/ 30.26 7 . 115 8 . 74 68.40 68.40 8 . 74 51 . 9 320 max3min33 max3 min3 max3min3 min3 min1 max1max3 =+=+= = = 2.5 各轴转速、功率计算 轴:n=980r/min p=nj 1 =64.280.995=63.9586kw t=9550 p/n=955063.9586/980=623.27 n m 轴： n= n/ 1 i=980/2.9=337.93 r/min p= p 2 3 =63.95860.990.98=62.05 kw t=9550 p/ n=955062.05/337.93=1753.6 n m 轴： （慢速） n= n/ 2 i=337.93/2.86=118.16 r/min p= p 2 5 =62.050.980.99=60.2kw t=9550 p/ n=955060.2/118.16=4865.6 n m 轴（行星架轴） n= n/ 3 i=118.16/7.6=15.55 r/min p= p 2 4 8 =60.20.990.990.99=58.41kw t=9550 p/ n=955058.41/15.55=35873.6 nm 2.6 验算电机闷车时，钢丝绳在里层的安全系数 （1）电机在闷车时，钢丝绳的拉力 因慢速时钢丝绳的拉力较快速时大，故仅需要慢速时的安全系数 n v n t e n 456972 60/51 . 9 789 . 0 450 . 210210 60/ 10210 min max = = = 总 . () n ttt n v n t cp e 5 . 376302 2/ )295633456972(2/ 295633 60/70.14 789 . 0 450 . 210210 60/ 10210 min max max min = +=+= = = = 总 （2）电机闷车时，钢丝绳在里层的安全系数 3 . 131 . 1 4569726 583950 max1 = r p r n t s n 3变速箱设计 3.1弧齿锥齿轮传动设计 弧齿锥齿轮是具有曲线倾斜齿的锥齿轮，其轮齿接触是从一端到另一端逐渐开始而且 连续平稳地进行。因而比直齿锥齿轮和零度齿锥齿轮传递运动平稳，在高速时能特别明显 地减少噪声和震动。 3.1.1 初步设计 （1）选择齿轮材料： 小齿轮齿面硬度4555hrc 大齿轮齿面硬度4045hrc （2）按齿面接触疲劳强度设计计算： 小轮分度圆直径： )( lim 3 2 1 1 mm hu kkt zezd ha b =式（3.1） 选取小轮齿数 1 z= 15 则大轮齿数 5 . 43159 . 2 12 =izz圆整为 44 齿数比93 . 2 15/44/ 12 =zzu 传动比误差01 . 0 9 . 2/ )9 . 293 . 2 (/=uu合适 e锥齿轮类型几何系数 e=950 b z变位后强度影响系数 b z1（选择零传动，x1+x2=0） z齿宽比系数 z1.683 1 t小齿轮转矩（n.m） 1 t=623.27 n.m a k使用系数 a k1 h k齿向载荷分布系数 小轮悬臂，大轮跨装 h k1.3 limh 试验齿轮接触疲劳极限 limh 1130mpa 由以上可得： mmd96 113093 . 2 3 . 1127.623 683 . 1 1950 3 2 1 = = 齿轮模数m= 1 d/ 1 z=96/15=6.4 变位系数的确定： x高变位系数 t x切向变位系数 查表选取10. 0 1 = t x10 . 0 2 = t x 35 . 0 )93 . 2 /11 (39 . 0 )/11 (39 . 0 22 1 =ux 35 . 0 12 =xx 齿宽中点螺旋角（等顶隙收缩齿） ： o 35= m 轴交角： o 90= 3.1.2 几何尺寸计算 小轮分锥角： o o o 82.18) 90cos15/44 90sin arctan() cos/ sin arctan( 12 1 = + = + zz 大轮分锥角： ooo 18.7182.1890 12 = 分度圆直径：小轮：mmmzd96154 . 6 11 = 大轮：mmmzd 6 . 281444 . 6 22 = 锥矩 r：mmddr75.15682.18sin2/96sin2/sin2/ 2211 = o 齿宽系数 r ： 5 . 3 1 /=rb r 齿宽 b:取=br r 和 b=10m 中小者 mmrb r 786.4475.156 5 . 3 1 = b=10m=mm644 . 610= 齿顶高 a h： 小轮：68 . 7 4 . 6)35 . 0 85 . 0 ()( 11 =+=+= mxhh aa 大轮：2 . 34 . 6)35 . 0 85 . 0 ()( 22 =+= mxhh aa （85 . 0 = a h188 . 0 = c） 齿高 h ：08.124 . 6)188 . 0 85 . 0 2()2(=+=+= mchh a 齿根高 f h： 小轮：mmhhh af 4 . 468 . 7 08.12 11 = 大轮：mmhhh af 88 . 8 2 . 308.12 22 = 齿顶圆直径 a d： 小轮： 5 . 11082.18cos68 . 7 296cos2 1111 =+=+= o aa hdd 大轮：66.28318.71cos2 . 32 6 . 281cos2 2222 =+=+= o aa hdd 齿根角 f ：小轮： o 608 . 1 75.156/4 . 4arctan/arctan 1 1 =rhf f 大轮： o 24 . 3 75.156/88.48arctan/arctan 2 2 =rhf f 齿顶角 a ：小轮： o 24 . 3 21 = fa 大轮： o 608 . 1 12 = fa 顶锥角 a ：小轮： ooo 06.2224 . 3 82.18 111 =+=+= aa 大轮： ooo 788.72608 . 1 18.71 222 =+=+= aa 根锥角 f ：小轮： ooo 212.17608 . 1 82.18 111 = ff 大轮： ooo 94.6724 . 3 18.71 222 = ff 弧齿厚 s：小轮： mm x x ms t 62.12)10 . 0 35cos 20tan35 . 0 2 2 (4 . 6 ) cos tan2 2 ( 1 1 1 =+ += += o o 式（3.2） 大轮： mm sms 49 . 7 62.124 . 6 12 = = 3.1.3 按格里森法校核弧齿锥齿轮强度 （1） 弯曲强度校核公式： lim lim () fnt ff f favf t y ss y ft k k k bm j = = 式（3.3） 式中ft齿轮大端切向力 ndtft1298496/27.6232000/2000 11 = limf 弯曲疲劳极限 查表得 limf 206.89 mpa yx尺寸系数 7084 . 0 )(25.4/6.12yx -0.25 = nt y寿命系数 由图得： nt y1 j弯曲几何系数 根据 21 zz、 查图得240 . 0 1 =j238 . 0 2 =j f 齿根应力 由于两齿轮得弯曲几何系数相近，两齿轮的齿根应力也相近，可取 21 ff=，则： mpa f 76.217) 24 . 0 4 . 6786.44 12984 (71 . 0 13 . 125 . 1 = = 计算弯曲强度安全系数 933 . 0 176.217 189.206 lim =