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I 摘 要 絞車作為煤礦運(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 2KH 傳動(dòng)形式，中心太陽輪浮動(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)絞車結(jié)構(gòu)的需要，增 設(shè)了一個(gè)過橋部件。 由于采煤工作面工況復(fù)雜多變，有多種需要，因此，本絞車設(shè)計(jì)為三速，有三種牽 引力，采用機(jī)械變速，通過確定滑移齒輪的位置來實(shí)現(xiàn)。 本絞車的設(shè)計(jì)壽命為 5000 小時(shí)，是回柱絞車（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；礦山機(jī)械；行星傳動(dòng) 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 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. 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 簡介 ..........................................................................................................................................1 1.1.1 絞車概述 .......................................................................................................................1 1.1.2 絞車功能與結(jié)構(gòu) ...........................................................................................................1 1.1.3 絞車分類 .......................................................................................................................2 1.1.4 絞車應(yīng)用 .......................................................................................................................4 1.1.5 絞車的特點(diǎn)和性能要求 ............................................................................................4 1.1.6 回柱絞車的現(xiàn)狀 ...........................................................................................................5 1.2 絞車的發(fā)展?fàn)顩r ......................................................................................................................6 1.2.1 概述 ...............................................................................................................................6 1.2.2. 發(fā)展趨勢 ..................................................................................................................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 過橋輪系設(shè)計(jì)及其他 ............................................................................................................39 4.1 過橋輪系傳動(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 簡介 1.1.1 絞車概述 在人類歷史上，絞盤(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，人通過用手搖動(dòng)曲柄，使絞盤滾筒繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)(見圖 1-1)。中國人在公元前二千 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(或稱卷揚(yáng)機(jī))是絞盤的另一種 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，用來提升或拖曳重載荷 的動(dòng)力機(jī)械。圖 1-2 所示為一種簡易的手動(dòng)提升絞車;該絞車用手驅(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。 絞車是工業(yè)生產(chǎn)過程中一種常用的機(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。目前絞車正被廣泛地應(yīng)用 于礦山，港口，工廠，建筑和海洋等諸多領(lǐng)域。 在礦山采掘和運(yùn)輸場合，絞車作為重要輔助設(shè)備被大量而廣泛地應(yīng)用著，例如礦用 提升絞車，調(diào)度絞車，耙礦絞車和鑿井絞車等。提升絞車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。 絞車的另一個(gè)重要用途是港口機(jī)械，常見的有集裝箱起重機(jī)，港口裝卸門座起重機(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， 對(duì)于這種用途的絞車，要求具有較好的調(diào)速性能和很高的安全性能。另外，絞車還被應(yīng) 用于各種線纜的存儲(chǔ)，制造和運(yùn)輸，例如紡織機(jī)械中的用于存放絲線的線盤和電纜制造 中用于存放各種直徑纜繩的纜盤。這種情況下，絞車不光具有一定的調(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 洋開發(fā)領(lǐng)域，絞車也具有悠久的使用歷史和各種各樣的用途。 2 1.1.2 絞車功能與結(jié)構(gòu) 絞車設(shè)計(jì)采用滾筒盤絞或夾鉗拉拔纜繩方式來水平或垂直拖曳、提升、下放負(fù) 載，絞車一般包括驅(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)絞車工作裝置盤絞、釋放纜繩，包含動(dòng)力及傳動(dòng)裝置與控制裝 置。絞車可以采用多種驅(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。無論采用何種驅(qū)動(dòng)方式，在絞車的驅(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)周圍工作環(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)簡單，安裝布置容易，重量輕; 在有負(fù)載情況下，能長時(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，為了保證結(jié)構(gòu)緊湊，絞車驅(qū)動(dòng)部分一般與絞車工作裝置聯(lián)接在一起， 直接驅(qū)動(dòng)工作裝置;對(duì)于大型絞車或應(yīng)用現(xiàn)場空間相對(duì)狹小的絞車，絞車驅(qū)動(dòng)部分與絞車 工作裝置可以設(shè)計(jì)成獨(dú)立放置，兩者間通過液壓管線、氣動(dòng)管線或電纜管線相聯(lián)系，絞 車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，通過滾筒回轉(zhuǎn)或夾鉗直線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)向裝置以及速度測量、長 度距離測量、張力測量等裝置部分;絞車可以使用鋼絲繩、尼龍纜繩等多種材質(zhì)纜繩。 1.1.3 絞車分類 絞車可以采用多種分類方法 3 按絞車驅(qū)動(dòng)方式分類，絞車可以分為機(jī)械式驅(qū)動(dòng)絞車、電機(jī)驅(qū)動(dòng)絞車、氣動(dòng)絞車、 液壓絞車等幾大類。 1.機(jī)械式驅(qū)動(dòng)絞車 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z 在小型和低端絞車產(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，若無獨(dú)立冷卻系統(tǒng)和專用設(shè) 計(jì)，直流調(diào)速力一式不能長時(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 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)境條件敏感一在周圍環(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 雙向?qū)崿F(xiàn)從零到最人速度的無級(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 按絞車應(yīng)用領(lǐng)域和使用工況分類，絞車分為礦用絞車、建工卷揚(yáng)機(jī)、船用絞車、工 4 程機(jī)械絞車以及特殊用途用絞車等等。 按絞車作業(yè)形式分類，絞車一般分為滾筒卷揚(yáng)絞車和線型絞車兩大類。滾筒卷揚(yáng)絞 車采用驅(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;線型絞車采用夾 鉗直線拉拔纜繩方式拖曳負(fù)載，并在獨(dú)立配置的滾筒上卷揚(yáng)容繩。 1.1.4 絞車應(yīng)用 絞車廣泛應(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，可配套多種類型主機(jī)設(shè)備。 絞車具體配套的部分設(shè)備如下: 1.汽車起重機(jī)主吊、輔吊絞車 2.塔式起重機(jī)主.吊絞車 3.駁船定位絞車、拉索絞車 4.鉆探船拔樁絞車 5.挖泥船懸掛和斗架絞車、抓斗絞車 6.通用船舶錨泊絞車、起重絞車、牽引絞車fi91 7.集裝箱船船尾恒張力裝料絞車 8.碼頭起重機(jī)主起重卷揚(yáng)機(jī) 9.海洋石油鋪管工作船恒張力移船絞車、張緊器、A/R 絞車、起重吊機(jī)的負(fù)荷絞車 等等 10.運(yùn)輸鐵道車輛定位卷揚(yáng)機(jī)、索道牽引絞車 11.森林及木材加工機(jī)械重木起吊卷揚(yáng)機(jī)、木材車、堆材機(jī) 以下為中國海洋石油領(lǐng)域絞車的典型應(yīng)用實(shí)例: 吊機(jī)用負(fù)荷絞車 負(fù)荷絞車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 絞車的特點(diǎn)和性能要求 通過對(duì)絞車應(yīng)用場合的探討和絞車結(jié)構(gòu)的分析，可以得知，在工程應(yīng)用中絞車絞車 會(huì)有如下的一些特點(diǎn)： 1. 負(fù)載時(shí)變化 絞車用于海洋拖曳，電梯箱的提升，礦山調(diào)度等場合時(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，絞車的收放速度就不可能穩(wěn)定，有 時(shí)甚至無法正常工作。 2. 驅(qū)動(dòng)力矩范圍大 這也是絞車的工作環(huán)境決定的，其驅(qū)動(dòng)力范圍從幾公斤到上百噸不等。 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)飛車的情況；在低速運(yùn)行的時(shí)候，不能出現(xiàn)爬車的現(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 的工作環(huán)境大多比較惡劣，所以就要求絞車具有較高的可靠性。因此在設(shè)計(jì)絞車時(shí)設(shè)計(jì) 人員因考慮到絞車的最大負(fù)載能力，絞車的防爆性，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)絞車使用要求的不斷提高以及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，絞車的自動(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，極大的提高了絞車的操作性能. 1.1.6 回柱絞車的現(xiàn)狀 我國綜合機(jī)械化采煤技術(shù)正在向高產(chǎn)量，大功率，重型化的趨勢發(fā)展，但搬運(yùn)設(shè)備 卻沒有得到相應(yīng)的更新與開發(fā)?，F(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)前回柱絞車存在的主要問題 ： 1.蝸輪副傳動(dòng)是回柱絞車的薄弱環(huán)節(jié) 煤礦絞車 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 0.40.5，絞車的總傳動(dòng)比更低，工作時(shí)過高的 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)效益方面來說使必要的。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 57m/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)前的綜采工作面長度有逐漸加長的趨勢，而現(xiàn)行的絞車容繩量一般都太小，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看，也有必要提高設(shè)計(jì)壽 命，增加絞車的平均無故障時(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 絞車的發(fā)展?fàn)顩r 1.2.1 概述 我國的礦用小絞車主要調(diào)度絞車和回柱絞車，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有日本的，蘇聯(lián)的，因此當(dāng)時(shí)生產(chǎn)的礦用小絞車也是測繪仿 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)絞車進(jìn)行了改進(jìn)，于 1964 年進(jìn)入自行設(shè)計(jì)階段?；茨厦簷C(jī)廠曾設(shè)計(jì)了擺線齒輪絞車和少齒差傳動(dòng)絞車。徐州 礦山設(shè)備制造廠也曾設(shè)計(jì)制造了擺線和行星齒輪傳動(dòng)的絞車，一些廠還設(shè)計(jì)試制了 25KW 的調(diào)度絞車，徐州，淮南，錦州礦山機(jī)械廠又相繼設(shè)計(jì)試制了功率為 40KW，55KW 的調(diào) 度絞車?；刂g車大體上也是經(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，八十年代中期才開始設(shè)計(jì)新型的回柱絞車，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)。 礦用小絞車標(biāo)準(zhǔn)方面，1967 年制定了調(diào)度絞車部標(biāo)準(zhǔn)。1971 年制定了回柱絞車部標(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 。 國外礦用小絞車使用很普遍，生產(chǎn)廠家也很多。蘇聯(lián)，日本，美國，瑞典等國都制 造礦用小絞車。 國外礦用小絞車的種類和規(guī)格的比較多。比如調(diào)度絞車牽引力從 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，低噪音，一機(jī)多能通用化，大功率，外形簡單，美觀，大方方向發(fā)展。 1.品種 7 國外礦用小絞車規(guī)格比較多，適用不同場合，我國礦用小絞車規(guī)格較少，品種多而 亂，也較繁雜，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 2.型式 從工作機(jī)構(gòu)上分，國外有單筒，雙筒以及摩擦式三種，我國只有單筒一種形式。從 原動(dòng)力上分國外有電動(dòng)的，風(fēng)動(dòng)的以及液壓驅(qū)動(dòng)的，我國只有電動(dòng)的和少量風(fēng)動(dòng)的。 3.結(jié)構(gòu) 我國及國外的調(diào)度絞車大多數(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)品比我國同等規(guī)格的產(chǎn)品要小。例如蘇聯(lián)規(guī)定，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的調(diào)度絞車 的軸向尺寸不大于 1m，而我國現(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。回柱絞車的薄弱環(huán)節(jié)是球面蝸輪副傳動(dòng)，回柱絞車的主傳動(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， 回柱絞車的總傳動(dòng)效率更低?；乩K速度慢，所有的回柱絞車回繩速度和工作牽引速度相 同，不論絞車用于回柱放頂，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，又由于回柱絞車搬運(yùn)，工作時(shí)間長占用人工多，因此這類均應(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)礦用小絞車使用壽命規(guī)定 在 5 年以上，而我國目前不具備測試手段壽命無法考核，但從對(duì)客戶的訪問中得知，壽 命達(dá)不到 5 年，噪音也稍大。 5.三化水平 雖然我國礦用小絞車參數(shù)系列水平優(yōu)于國外，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)械制造的國家。蘇聯(lián)把調(diào)度絞車運(yùn)輸絞車等統(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，而我國即使是同一規(guī)格產(chǎn)品，不同廠家生產(chǎn)的其結(jié)構(gòu)各不相 同，零件無通用之處，給使用和選型帶來不便，比如牽引力 14000kg.f 這一檔回柱絞車就 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)最簡單的一種。 6.技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 我國礦用小絞車的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與國外特別是蘇聯(lián)對(duì)比還有一定差距，由此可見蘇 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)都高于我國的產(chǎn)品。 1.2.2. 發(fā)展趨勢 縱觀國外礦用小絞車的發(fā)展情況其發(fā)展趨勢有以下幾個(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，德國，英國已用礦用小絞車國家標(biāo)準(zhǔn)。 并且這些國家的各制造公司有自己的產(chǎn)品系列型譜。在這些國家標(biāo)準(zhǔn)和系列型譜中，對(duì) 絞車的性能，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 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 體積小，重量輕，各國都在力求將絞車的原動(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)的國家如蘇聯(lián)，日本在絞車各種參數(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)能方面各國各公司 都很重視，蘇聯(lián)和日本在絞車設(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，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 車使用為 5 年以上，保修期為兩年，規(guī)定工作噪音不得超過環(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，礦用小絞車在使用過程中不僅做調(diào)度用，而且 還做運(yùn)輸及其他輔助工作。使用范圍擴(kuò)大，要求絞車有比較強(qiáng)的適應(yīng)能力。把調(diào)度，運(yùn) 輸，輔助絞車歸納為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。三種絞車結(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。有的國家已經(jīng)打破了行業(yè)界限，把各行業(yè)的卷揚(yáng) 機(jī)設(shè)備統(tǒng)歸為卷揚(yáng)機(jī)類。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。 6.向大功率方向發(fā)展。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，原來的產(chǎn)品越來越不能滿足用戶的要求。長 期的生產(chǎn)實(shí)踐的成功經(jīng)驗(yàn)表明，調(diào)度絞車除調(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)，又如回柱絞車除用于回柱放頂外，有時(shí)也用于搬運(yùn)綜采及各類機(jī)電設(shè)備， 運(yùn)距一般較長，牽引和回繩速度更慢，因此解決上述問題的同時(shí)要加大絞車的功率，滿 足用戶的要求。 7.向外形簡單，平滑，美觀，大方方向發(fā)展。由于各國力求使產(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)絞車近似一個(gè)圓形，顯得線條簡單外形平滑，為了爭奪市場，各國絞車在外形上巧妙 9 的構(gòu)思，使得產(chǎn)品造型美觀，操作者感到舒適。 1.2.3 采取措施 1. 采用國外先進(jìn)技術(shù)，國家標(biāo)準(zhǔn)，制定出我國的礦用小絞車型式和參數(shù)系類標(biāo)準(zhǔn)和 國家標(biāo)準(zhǔn)，把我國礦用小絞車的標(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，爭取在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到先進(jìn)國家的水平。 2. 完善測試手段.我國產(chǎn)品水平提高得慢的一個(gè)重要原因是不具備檢測手段，很多項(xiàng) 目及整機(jī)性能無法測定，心中無數(shù)。設(shè)計(jì)憑經(jīng)驗(yàn)及類比法，因此在提高產(chǎn)品質(zhì)量上有時(shí) 陷入盲目性。在完善測試手段過程中，當(dāng)前應(yīng)重點(diǎn)放在產(chǎn)品性能檢測，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，可先購買國外樣機(jī)，經(jīng)過使用后再考慮技術(shù)引進(jìn)問題。 4. 組織專業(yè)化生產(chǎn)，按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品的要求，組織專業(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 11 的最大值，此時(shí)電動(dòng)機(jī)可能出現(xiàn)瞬時(shí)過載，隨后拖動(dòng)支柱一段距離，電動(dòng)機(jī)停車，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，開始下一個(gè)循環(huán)，如此反復(fù)?？?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)間以及一段停車斷電時(shí)間。觀其運(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)械特性曲線達(dá)到這一瞬間過載時(shí)，電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)矩達(dá)到臨界值，而這一過載不降低當(dāng)超過臨界轉(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 （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 寬 高 ）電 機(jī) 中 心 高 ：電 機(jī) 軸 直 徑 長 度 ：過 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 型三速多用絞車傳動(dòng)系統(tǒng)如圖 2-1 所示。其傳動(dòng)路線：