优秀毕业设计鞍钢矿山钢丝绳推车机设计研究

辽宁科技大学本科生毕业设计1绪论矿山轨道运输中，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来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1.1推车机的概述[1]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来移动矿车的位置。根据不同的工作条件，推车机可以分为多种按其作业地点推车机可以分为三类：安设在装载站的推车机；安设在翻车机前的推罐侧的推车机。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。钢丝绳推车机的结构辽宁科技大学本科生毕业设计绳轮：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[1]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、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，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。国内对推车机所进行的研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辽宁科技大学本科生毕业设计使用这种推车机，至今已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动部分6.减速器出端轴头7.电焊[2]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设轮[3]果辽宁科技大学本科生毕业设计且结构简单。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，近几年来，矿山企业的发展一直是我国较关注的事情之一。产生了深远的影响。现今，矿冶行业日益加剧的全球化竞争和兼并，促使了市场对矿山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了大量的理论、实践经验。其改进主要是针对近几年来随着铁矿石的不断开采而导致井了工人的劳动强度，大大提高了劳动生产率。虽然现在我国矿山机械的发展已经日趋成熟，矿山运输机械也较以前有了较大的提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辽宁科技大学本科生毕业设计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生较少的污染危害，以较少的投入得到较大的收益。2总体方案设计与选择辽宁科技大学本科生毕业设计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。传动部分可以采用采用皮带传动或是标准减速器传动。采用皮带传动装置便于制造，并且成本十分的低廉，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采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，一般卷筒，一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，使钢丝绳表面的钢丝磨损加快，以致降低了钢丝绳的使用寿命。因辽宁科技大学本科生毕业设计形式。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来进行选取。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辽宁科技大学本科生毕业设计等速运行阶段；第三阶段：重车和空车混合加速运行阶段；第四阶段：重车和空车等速运行阶段。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，且矿车与推车机间已脱离作用，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0WG+G)=(Q+Q)g.10q0q(3.1)000qq000，W(G+G)=(Q+Q)g.10q0qF(G+G)FWa=0q=1(3.2)1Q+QQ+Q00，加速运行时间：11.35103+5103辽宁科技大学本科生毕业设计t=v11122W=(G+G)(+i)(3.3)20021t=S2=7.962=13.04s2v0.59设两车相撞时动能的恢复系数为k，则可用下式求得空车、重车相撞后的速度v的3(3.4)(3.4)0202((3.4a)2Q+Q0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k一般取0.2~0.4，取辽宁科技大学本科生毕业设计i3000a=FW3=29.81036562.57=3.018m/s32Q+Q21.35103+51030加速运行时间：3a3.0183加速运行距离为：323240003t=S4=2.957=5.01s4v0.59T=t+t+t+t1234辽宁科技大学本科生毕业设计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工作阻力进行计算。F=(2G+G)(a3+)+(G+G)i30g00P=F.v3=29801.170.59=20.69kWj1000n10000.85n因n=nnn，卷筒效率n=0.96~0.98，ZQ型减速器效率n=0.94，故取n=0.85比较合hj0j0edjdde1g==辽宁科技大学本科生毕业设计qeP22M=9550e=9550=295.08P22en7121qejll主动轴上的静力矩：M=F.Dj=29.8103332103=292.45Nm·j2in219.900.85Fv2nnn37Fv2nnn375t=tqMMqj t3.26q0.18gx40j4040tt辽宁科技大学本科生毕业设计tgP＜Pxe4钢丝绳、滑轮、卷筒等零部件的设计计算4.1钢丝绳及其绳夹、套环的选择绳的选择N辽宁科技大学本科生毕业设计F==529.8103=175294.12N0.851.2钢丝绳绳夹的及套环的选择B4.2滑轮主要尺寸的选取设计4.3卷筒的基本尺寸确定及校核辽宁科技大学本科生毕业设计12000D16.3mm.3.2卷筒壁的压应力及稳定性校核辽宁科技大学本科生毕业设计类似厚壁筒情况，故可以按照计算厚壁筒应力的拉密公式进行计算。此时，外表面2FFD有压力P'=，内表面没有压力，其最大压缩压力将发生在内壁，即=max。DPymax(D6)6PDF29.8103=max==82.78MPaymax6.P1524s270=S==180MPa。＜，故卷筒的强度足够。由于卷筒的长度L＜3D，其不受由弯矩产生的拉ymaxyp应力，故不需要对卷筒进行拉应力的校核。P=52500(4.1)wR3112P=5250063=52500153=45.35MPa2卷筒壁单位压力：辽宁科技大学本科生毕业设计2F229.8103P=max==7.88MPaDP31524P45.35K=w==5.76＞1.3P45.35p7.88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le1辽宁科技大学本科生毕业设计n===35.77lD3.140.315lmln712i=1==19.90l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i=1.26，则减速器的传动比：1i19.90i===15.792i1.2615.1.2皮带及皮带轮的设计计算确定计算功率P：caAeca1nd由文献[10，145]中表8-3和表8-7取主动轮基准直径d=315mm，根据i=1必d2，d1nd2d得从动带轮基准直径d：d2dd21d2由文献[9，147]中式(8-15)验算带的速度1辽宁科技大学本科生毕业设计dn3.14315712v=d11==11.74m/s≤v601000601000maxmaxmaxdd)＜a＜2(d+d)dd0dd121200由文献[10，154]中式(8-21)计算带所需的基准长度：(dd)Ld'=2a+(d+d)+d2d102d1d24a0241050由文献[10，154]中式(8-21)计算实际中心距a0221dd400315a=180。d2d157.5。=180。57.5。=175.35。＞120。a1050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Pz=ca(P+P)KK00aL1d辽宁科技大学本科生毕业设计00aL取z=3根＜10根，可以保证带传动的平稳性。计算预紧力F：0由文献[10，155]中式(8-23)知0vzK99p由文献[10，155]中式(8-24)得：0022mmh.8mm。aada初选带轮上的轴孔直径d=50mmPhPh=290=290nZa=27.93mm辽宁科技大学本科生毕业设计1a传递的功率：P=P=20.69kWjj15.2选择标准减速器n=1n=1==565.08r/minji1.261减速器的输出轴转速：n712n7122i19.90i===15.792i1.261用功率[P]=24.5kW,i'=15.75r/min,输入轴直径d=50mm，输出轴直径d=80mm，轴0131辽宁科技大学本科生毕业设计n'=n1ii'=71210减速器的误差在允许的误差范围内，故选用的减速器合适。6推爪小车部分的零件设计计算6.1销轴的设计计算1m辽宁科技大学本科生毕业设计FhF=11t h—钢丝绳的推力作用点到推爪轴的距离，单位为mm；1Fh29.8103202F=1==30869.74N1t195销轴的两端支力为：222W=Faw2辽宁科技大学本科生毕业设计w2KWd=dwd=dww3ddwwn1.611w取销轴的直径d=45mm。6.2推爪轴的设计计算F=F313R=F2+F2=(29.8103)2+(30869.74)2=42906.65N3mm(6.4)(6.4)辽宁科技大学本科生毕业设计M=(M=()(6.3)w224w224224KM1.2707959.73KM1.2707959.73w取推爪轴的直径d=45mm。6.3链条轴的设计计算1M=F.c+b1F.c=F(c+2b)w2224811则,mmw2224818(6.6(6.6)辽宁科技大学本科生毕业设计KM1.238700KM1.238700w取链条轴的直径d=40mm。对于圆轴的直径作剪切校核：4n1144故设计的链条轴合适。6.4链条衬套的设计计算衬套载荷的最危险情形，是当牵引力经过内链片传递的瞬间。假设由齿轮产生的压力为均布载荷，而传给衬套，衬套的承载宽度b=60mm，内链板宽度b=12mm，两个22M=F(c2+b2b3)=F[2(c+b)b]w4822332c—两个内链板内侧之间的距离,单位为mm。2则,M=F(c2+b2b3)=F[2(c+b)b]=29.8103[2(76+12)60]w22482238辽宁科技大学本科生毕业设计KM(6.7)d=dKM(6.7)wd=Kd.Mw=1.2432100=44.09mm30.1(14)[]30.1(10.814)106.25w[解]对链板孔两侧最薄处的强度校核：(6.8)=KFd≤[](6.8)2b(L2r)b[]—材料的拉伸许用应力，单位为MPa，[]=b=400=250MPa，其中由bbn1.6bb=KFd=1.229.8103=33.86Mpa≤[]2b(L2r)212(9046)b故链板的强度满足要求。2辽宁科技大学本科生毕业设计7主动卷筒轴与滚动轴承的强度校核计算第一级采用皮带传动，第二级采用减速器传动。减速器的输出轴与主动卷筒轴之间依靠7.1按弯扭合成应力校核轴的强度在对轴进行校核时，主要分析主动卷筒上所受的力。由于推车机大部分时间处于匀2lmml=105mm。3422辽宁科技大学本科生毕业设计F=FW=298006503.04=23296.96N，F与水平面的交角=3.90。，F与水平面的12221ehj01112辽宁科技大学本科生毕业设计22F力在垂直方向上的力：222F(l+l+l)F'(l+l)+F'l=0NH4NH1NH221辽宁科技大学本科生毕业设计HNH12H2NH24F(l+l+l)+F''(l+l)F''l=0V而NV1NV221VM=M2+M2=590570.262+574473.082=823888.68Nm·HVM=M2+M2=1390069.802+370256.252=1438535.28Nm·H2V2轴在卷筒的左端面所承受的是弯矩M与扭矩T的合成力矩，由文献[10,365]中式1(15-5)及表中的数值，当扭转切应力为脉动循环变应力时，取a=0.6，轴的计算应力：M2+(aT)2823888.682+(0.65194046.95)2=1==52.49MPacaW0.1853轴在卷筒的右端面只受弯矩M的作用，因此轴的计算应力为：2=2==23.42MPa1ca1辽宁科技大学本科生毕业设计7.2精确校核轴的疲劳强度轴的结构图IVB中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按照扭转强度较为宽裕确定的，所以IIIIIVB从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面V和VI处过盈配合引起的应力集中然应力最大，但应力集中不大(过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端)，而且这里轴T截面V左侧的弯矩M大小可近似的认为是M；1辽宁科技大学本科生毕业设计M823888.68bW51200T===50.72MPaTW102400T轴的材料为40CrNi，调质处理，由文献[10,355]中表15-1，查得=900MPa，B截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数a及a由文献[10,37]中附表3-2查取。Td80d80TT故有效应力集中系数按文献[10,37]中式(附3-4)为TTT尺寸系数e=0.92。T==0.92T轴未经表面强化处理，即=1，则按文献[10，25~26]中式(3-12)及(3-12a)得qk11.911e0.650.92k11.281K=T+一1=+一1=1.71Te0.790.92TT故得综合系数为辽宁科技大学本科生毕业设计=0.2~0.3，取=0.2TT于是，计算安全系数S值，按文献[10，365~366]中式(15-6)~(15-8)则得S=1=430=8.82K+3.0316.09+0.20amTS=1TKT+T=T==T60==5.66T1M823888.68===13.42MPaT5194046.95TW122825TTTkT=0.83.62=2.89eT为==0.92T辽宁科技大学本科生毕业设计k11K=+一1=3.62+一1=3.710.92k11K=T+一1=2.89+一1=2.98T0.92TT所以轴在截面V右侧的安全系数为S430=8.64K+3.7113.42+0.20amS一1==3.992=T==T=T7.3滚动轴承的校核由于主动卷筒上主要承受径向载荷，同时承受很小的轴向载荷。根据工作条件决定r1r2ah击，预期计算寿命L'=15000h，试验算轴承是否能达到预期计算寿命的要求。hF0 a==0r1F0aF3526.25F由文献[10，314]中表，深沟球轴承的最小e值为0.19故此时a＜e。Fr辽宁科技大学本科生毕业设计P=f(XF+YF)prapp1212106106rr本额定静载荷C=71500N，因此轴承的动载荷满足强度条件。0rhnP5.789895.23辽宁科技大学本科生毕业设计8钢丝绳推车机的环保性和经济性分析8.1钢丝绳推车机的环保性的分析国对环境的标准制定的要求也随之增高，同时，为了更好的提高环境质量各国也制定了相应的一些法律法规。当前，对于冶金矿山企业来说，创建资源节约型、环境友好型是其发展的主流。因此，在对矿山机械设备的设计当中考虑如何降低机械设备对环境的污机械设备的环保性是指在设备在进行作业时保护环境的性能，这里的环境是指作业人员的工作环境和作业区周围的环境。机械设备作业时污染环境的因素有噪声、振动及的系统工程，但主要可以从选用环保性好的发动机和零部件，改进机械结构，增加后处理装置，加强状态检测和及时维修，合理使用等各方面综合考虑采取措施。下面简单地污染源，因此选择环保性好的电动机是改善机械环保性的主要措施。此外，在电动机上是指在运行时噪声小、振动小的零部件。安装时确保零部件间连接紧密，避免零件的松动，这样可以减小机械设备在运转时的噪声和振动。零件的材料最好也要采用无污染、可回收利用的材料。辽宁科技大学本科生毕业设计提高机器效率，减小热能损失，降低材料的消耗，保证机器工作的可靠性，而且在对降3.加强机械设备的状态检测和维修。有了环保性较好的机械设备还必须加强状态检模式应该是绿色再制造工程，它具有节能、节材、节约资源、有利于环保等主要特点，通过上述的环保性分析可以降低钢丝绳推车机对环境的污染，大大改善工人的工作环境，对促进环境保护起到了一定的积极作用。8.2设备的经济性分析设备的经济性分析主要是研究设备的投资和收益的问题。作为固定资金的主要部分投资的目的，在于获取比银行利率更大的收益，而这是要冒企业经营成败的风险。因而在对设备投资方案的评价中，还要进行风险性的分析，否则还不能算是一项完善的经济分析性研究，不能给决策者提供可以信服的参考意见。设备在进行经济性分析的时候，首先应该考虑的是投资前的各项费用的总额，其内1)征地税；2)勘测费；3)场地清理费；4)配套建筑物设备费；5)动力设备费；在对以上的各项费用进行预算后得出投资总额。对于所设计的钢丝绳推车机来说，在对投资总额进行预算后，应对设备的合理使用期进行估算，在对设备的经济性分辽宁科技大学本科生毕业设计析时，不可避免地提出一个问题：一台设备使用多长年为最理想？这是经济性分析的一寿命周期费用等一系列经济指标，也影响到设备的精度、性能、生产率、可靠性、修理方式及修理层次等一系列技术指标。所以，设备寿命周期如何选择是设备经济性分析的8.2.1设备合理使用期的估算设计的钢丝绳推车机的总投资金额K=6万元，年利率为i=10%，前五年的设011X===0.9091KK=nnKKKnnCn51020