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I 摘 要 液壓絞車即液壓驅(qū)動的卷揚(yáng)機(jī) 由原動機(jī)帶動液壓泵 將工作油液輸入執(zhí) 行構(gòu)件 液壓缸或液壓馬達(dá) 使機(jī)構(gòu)動作 通過控制輸入執(zhí)行構(gòu)件的液體流量 實(shí)現(xiàn)調(diào)速 本文主要針對 5 噸液壓絞車進(jìn)行設(shè)計(jì) 首先 通過對液壓絞車的現(xiàn)況及類 型原理進(jìn)行了分析并提出了總體結(jié)構(gòu)方案和傳動方案 接著 對傳動裝置及卷 筒的主要零件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)并校核其強(qiáng)度 最后應(yīng)用 AutoCAD 軟件繪制了 液壓絞車裝配圖和主要零件圖 關(guān)鍵字 液壓 絞車 減速器 卷筒 II Abstract The hydraulic driven winch hydraulic winch motivated by the original hydraulic pump the working oil input components hydraulic cylinder or hydraulic motor to achieve speed control mechanism through the input of executive component in the liquid flow This paper mainly aims at the design of 5 tons hydraulic winch First of all through the analysis of the current status and types of hydraulic winch the overall structure scheme and transmission scheme is put forward Then the main parts of the transmission device and the main parts are designed and checked Finally AutoCAD software is used to draw the assembly drawing and the main parts Key words Hydraulic Winch Reducer Drum III 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1 1 絞車簡介 1 1 2 液壓絞車的特點(diǎn) 1 1 3 液壓絞車的工作原理和用途 1 1 4 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2 第二章 總體設(shè)計(jì)與計(jì)算 4 2 1 設(shè)計(jì)要求 4 2 2 方案設(shè)計(jì) 4 2 2 1 原理分析 4 2 2 2 總體布置方案 4 2 2 3 傳動方案選擇 5 2 2 4 液壓傳動原理圖 5 第三章 主要參數(shù)的確定 7 3 1 卷筒直徑的確定 7 3 2 電動機(jī)的選擇 9 3 3 液壓馬達(dá)的選用與驗(yàn)算 9 3 3 1 液壓馬達(dá)的分類及特點(diǎn) 9 3 3 2 馬達(dá)的驗(yàn)算 10 第四章 卷筒設(shè)計(jì)與校核 13 4 1 卷筒的分類和特點(diǎn) 13 4 2 卷筒設(shè)計(jì)計(jì)算 13 4 2 1 卷筒長度 L 確定 13 4 2 2 繩槽的選擇 14 4 2 3 卷筒壁厚 15 4 2 4 鋼絲繩允許偏角 15 4 3 卷筒強(qiáng)度計(jì)算 15 第五章 傳動裝置的設(shè)計(jì) 17 5 1 確定傳動比 17 5 2 齒輪齒數(shù)的確定 17 5 3 選定齒輪的精度等級和材料 18 5 4 齒輪模數(shù)的確定 18 IV 5 5 齒輪基本參數(shù)的確定 20 5 5 1 尺寸基本參數(shù)的選定與計(jì)算 20 5 5 2 齒輪公法線長度的確定 22 5 6 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的選定與設(shè)計(jì) 22 5 6 1 轉(zhuǎn)臂軸承的選定 22 5 6 2 銷孔數(shù)目 尺寸的確定 23 5 6 3 銷軸套 銷軸的確定 24 5 6 4 偏心套基本尺寸的確定 24 5 7 軸的設(shè)計(jì) 25 5 7 1 輸入軸的設(shè)計(jì) 25 5 7 1 輸出軸 固定軸 的設(shè)計(jì) 28 總 結(jié) 30 參考文獻(xiàn) 31 致 謝 32 1 第一章 緒論 1 1絞車簡介 在起重機(jī)械中 用以提升或下降貨物的機(jī)構(gòu)稱為起升機(jī)構(gòu) 一般采用卷揚(yáng) 式 而這樣的機(jī)器叫做卷揚(yáng)機(jī)又叫絞車 卷揚(yáng)機(jī)的卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)一般由驅(qū)動裝置 鋼絲繩卷繞系統(tǒng) 取物裝置和安全保 護(hù)裝置等組成 驅(qū)動裝置包括電動機(jī) 聯(lián)軸器 制動器 減速器 卷筒等部件 鋼絲繩卷繞系統(tǒng)包括鋼絲繩 卷筒 定滑輪和動滑輪 取物裝置有吊鉤 吊環(huán) 抓斗 電磁吸盤 吊具掛梁等多種形式 安全保護(hù)裝置有超負(fù)載限制器 起升 高度限位器 下降深度限位器 超速保護(hù)開關(guān)等 根據(jù)實(shí)際需要配用 卷揚(yáng)機(jī)的驅(qū)動方式有三種 分別為內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動 電動機(jī)驅(qū)動和液壓驅(qū)動 內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的起升機(jī)構(gòu) 其動力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動裝置集中傳給包括起 升機(jī)構(gòu)在內(nèi)的各個(gè)工作機(jī)構(gòu) 這種驅(qū)動方式的優(yōu)點(diǎn)是具有自身獨(dú)立的能源 機(jī) 動靈活 適用于流動作業(yè) 為保證各機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動 整機(jī)的傳動系統(tǒng)復(fù)雜笨 重 由于內(nèi)燃機(jī)不能逆轉(zhuǎn) 不能帶載起動 需依靠傳動環(huán)節(jié)的離合實(shí)現(xiàn)起動和 換向 這種驅(qū)動方式調(diào)速困難 操縱麻煩 屬于淘汰類型 目前只有少數(shù)地方 應(yīng)用 電動機(jī)驅(qū)動是卷揚(yáng)機(jī)的主要驅(qū)動方式 直流電動機(jī)的機(jī)械特性適合起升機(jī) 構(gòu)的工作要求 調(diào)速性能好 但獲得直流電源較為困難 在大型的卷揚(yáng)機(jī)中 常采用內(nèi)燃機(jī)和直流發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)直流傳動 交流電動機(jī)驅(qū)動能直接從電網(wǎng)取得 電能 操縱簡單 維護(hù)容易 機(jī)組重量輕 工作可靠 在電動卷揚(yáng)機(jī)中應(yīng)用廣 泛 液壓驅(qū)動的卷揚(yáng)機(jī) 由原動機(jī)帶動液壓泵 將工作油液輸入執(zhí)行構(gòu)件 液 壓缸或液壓馬達(dá) 使機(jī)構(gòu)動作 通過控制輸入執(zhí)行構(gòu)件的液體流量實(shí)現(xiàn)調(diào)速 液壓驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是傳動比大 可以實(shí)現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速 結(jié)構(gòu)緊湊 運(yùn)轉(zhuǎn)平 穩(wěn) 操作方便 過載保護(hù)性能好 缺點(diǎn)是液壓傳動元件的制造精度要求高 液 體容易泄漏 目前液壓驅(qū)動在建筑卷揚(yáng)機(jī)中獲得日益廣泛的應(yīng)用 1 2液壓絞車的特點(diǎn) 絞車采用液壓傳動 減少了產(chǎn)生電氣火花的元件 使用鼠籠電動機(jī) 使電 器控制簡單 容易做成防暴型 所以采用液壓絞車是解決煤礦井下絞車全防暴 問題的有效途徑 由于用管道傳遞壓力油 所以液壓元件和各種機(jī)械裝置都容 易布局 各個(gè)元件的安裝可以隨意放在任何適當(dāng)?shù)奈恢?因此便于液壓絞車進(jìn) 行遠(yuǎn)距離操作 2 1 3液壓絞車的工作原理和用途 液壓絞車是利用防爆電動機(jī) 1 帶動乳化液泵 2 然后乳化液泵帶動變量液 壓馬達(dá) 3 液壓馬達(dá)將動力通過減速器 4 拖動滾筒 5 轉(zhuǎn)動 絞車的正反轉(zhuǎn)和高 低轉(zhuǎn)速改變依靠馬達(dá)自身調(diào)節(jié)完成 原理圖 1 1 1 電動機(jī) 2 主油泵 3 液壓馬達(dá) 4 減速箱 5 絞車滾筒 圖 1 1 絞車工作原理圖 液壓絞車用途 主要用于井下綜采工作面液壓支架以及其它井下設(shè)備的安 裝和拆除 1 4國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 20 世紀(jì)年代后期 日本 美國又開始推廣應(yīng)用液壓 機(jī)械傳動絞車 其優(yōu) 點(diǎn)是高速小扭矩液壓馬達(dá)具有制造容易 質(zhì)量穩(wěn)定 壽命長 傳動效率高 噪 音低 體積小等 日本三井三池制作所引進(jìn)西德蓋特拉馬齊克公司和法國西克 馬菲爾公司的高速液壓馬達(dá) 研制了卷簡直徑為 的 型m21205 S MHW 液壓絞車 高速液壓馬達(dá)經(jīng)行星減速器傳動卷筒 用操作手柄改變變量泵斜盤 的角度來實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速 2005 年國內(nèi)直徑最大的液壓絞車在河南省洛陽中信重機(jī)公司試車成功 并 順利發(fā)往內(nèi)蒙古大雁煤業(yè)公司 國外由于電器技術(shù)水平較高 井下工程機(jī)械化 程度高 一般巷道和硐室較大 設(shè)備安裝方便 較早的開始推廣應(yīng)用電動絞車 主要是繞線型電機(jī)轉(zhuǎn)子外接電子調(diào)速 其缺點(diǎn)為發(fā)熱嚴(yán)重 占地面積大 電控 系統(tǒng)復(fù)雜 成本高 調(diào)整性差 隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展 軸向柱塞式和徑向 柱塞式液壓馬達(dá)系列產(chǎn)品推出 并逐漸用于井下提升設(shè)備和研制液壓絞車 液 壓絞車具有結(jié)構(gòu)緊湊 造價(jià)便宜 起動平穩(wěn) 調(diào)速方便 過載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn) 特 別是采用鼠籠式電機(jī)拖動 使電控系統(tǒng)簡單 實(shí)現(xiàn)了防爆要求 在國外 液壓 絞車根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為兩大類 一類是采用低速大扭矩柱塞液壓馬達(dá)直接拖 動絞車卷筒的全液壓傳動式 另一類是采用高速小扭矩柱塞液壓馬達(dá)經(jīng)減速器 再拖動絞車卷筒的液壓 機(jī)械傳動式 日本三井三池制作所制造出第一臺防暴液壓絞車 以后反復(fù)進(jìn)行了多種設(shè) 3 計(jì)和改 生產(chǎn)有 和 等幾種型號的防暴液壓絞車 具有手動和半自動兩種運(yùn)4075 轉(zhuǎn)方式 液壓控制方式與電動控制方式進(jìn)行比較 液壓控制方式能任意選擇所 需要的速度 操作簡單 能任意調(diào)整加減速度 易于防暴結(jié)構(gòu) 電器控制系統(tǒng) 復(fù)雜 維修麻煩 蘇聯(lián) 波蘭 德國等國家研制和采用液壓安全絞車作為傾斜煤層的采煤機(jī) 的防滑 同步牽引設(shè)備 這些國家還礦泛采用液壓無極繩絞車牽引井下運(yùn)輸用 的卡軌車和單軌吊 日本三井三池制作所研制的小型液壓絞車系列 主要用于 煤礦井下作輔助運(yùn)輸 功率有 及 三檔 其采用高速軸向柱kW237k48 塞式液壓馬達(dá)通過安裝在滾筒內(nèi)部的行星齒輪減速箱拖動絞車運(yùn)轉(zhuǎn) 因而結(jié)構(gòu) 緊湊 體積小 5 我國煤礦井下防暴液壓絞車的研制和應(yīng)用比歐美 日本大約晚 年 在煤10 與沼氣突出的礦井都要使用防暴型電器設(shè)備 由湖南省煤炭科學(xué)研究所和湖南 省煤礦專業(yè)機(jī)械廠共同研制 型防暴液壓絞車和 型防暴液120 BYT6 BYT 壓絞車 并隨同研制了 型防暴絞車 國內(nèi)其它廠家也進(jìn)行了液壓絞6ENIM 車的研制工作 淮南煤機(jī)廠研制了 型防暴液壓絞車 它采用高速液YJ 壓馬達(dá)通過行星減速箱驅(qū)動滾筒 洛陽礦山機(jī)械研究所研制采用高速馬達(dá)驅(qū)動 的防暴液壓絞車 4 第二章 總體設(shè)計(jì)與計(jì)算 2 1設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一 5 噸液壓絞車 設(shè)計(jì)參數(shù)要求如下 1 單繩拉力 5 噸 2 鋼絲繩直徑 18mm 3 容繩量 50m 4 繩速 10m min 2 2方案設(shè)計(jì) 2 2 1原理分析 液壓絞車是利用防爆電動機(jī) 1 帶動乳化液泵 2 然后乳化液泵帶動變量液 壓馬達(dá) 3 液壓馬達(dá)將動力通過減速器 4 拖動滾筒 5 轉(zhuǎn)動 絞車的正反轉(zhuǎn)和高 低轉(zhuǎn)速改變依靠馬達(dá)自身調(diào)節(jié)完成 原理圖 2 1 1 電動機(jī) 2 主油泵 3 液壓馬達(dá) 4 減速箱 5 絞車滾筒 圖 2 1 液壓絞車原理圖 2 2 2總體布置方案 液壓馬達(dá) 制動器和行星減速器都布置在卷筒的同一側(cè) 圖 2 2 這種布 置形式 易于加工和裝配 總成分組性較好 5 圖 2 2 液壓卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)總體布置方案 2 2 3傳動方案選擇 減速裝置采用漸開線少齒差行星齒輪減速裝置 傳動的原理 少齒差行星 傳動原理如圖 3 所示 當(dāng)帶曲柄的輸入軸旋轉(zhuǎn)時(shí) 空套在曲柄上的行星輪 Z1 反向旋轉(zhuǎn) Z2 Z1 Z1 轉(zhuǎn) 然后通過輸出軸輸出 去速比是 I Z1 Z2 Z1 負(fù)號代表旋轉(zhuǎn)反向相反 圖 2 3 傳動原理簡圖 2 2 4液壓傳動原理圖 系統(tǒng)的工作原理及其特點(diǎn)簡要說明如下 見圖 2 4 液壓馬達(dá) 9 的排量切換由二位四通電磁換向閥 5 實(shí)現(xiàn) 控制壓力由液壓馬 達(dá) 9 自身提供 為了防止下放時(shí)因超越負(fù)載作用而失速 在馬達(dá)回油路上設(shè)置 了外控式平衡閥 4 另外 為了提高系統(tǒng)工作可靠性 以防污染和過熱造成的 故障 在回油路上設(shè)置了回油過濾器 7 及冷卻器 8 三位四通電磁換向閥 9 的 中位機(jī)能為 K 型 所以 絞車停止待命時(shí) 液壓泵可以中位低壓卸荷 有利于 節(jié)能 表 2 1 絞車液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序 電磁鐵工 況 1YA 2YA 3YA 滿載卷揚(yáng)上升 6 空包下放 停止 由表 1 2 可知 當(dāng)電磁鐵 2YA 通電時(shí) 三位四通電磁換向閥 5 切換至右位 液壓油經(jīng)過單向閥進(jìn)入液壓馬達(dá) 2 驅(qū)動滾筒卷揚(yáng)方向旋轉(zhuǎn) 當(dāng)電磁鐵 1YA 通 電時(shí) 負(fù)載由平衡閥支撐的同時(shí)快速下放 當(dāng)需要制動時(shí) 電磁鐵 3YA 通電 制動器制動 圖 2 4 液壓傳動原理圖 1 多片式摩擦離合器 2 液壓馬達(dá) 3 6 溢流閥 4 外控式平衡閥 5 三位四通電磁換向閥 7 回油過濾器 8 冷卻器 9 液壓馬達(dá) 10 油箱 7 第三章 主要參數(shù)的確定 3 1卷筒直徑的確定 1 卷筒直徑 計(jì)算 方法一 0D 卷筒容繩寬度 一般可以由下式確定 tB 取03t 0t 預(yù)設(shè)卷筒鋼絲繩纏繞層數(shù)為 4 層 則 卷筒容繩量 L 卷筒繩容量是指鋼絲繩在卷筒上順序緊密排布是 達(dá)到規(guī)定的纏繞層數(shù)所 能容納的鋼絲繩工作長度的最大值 卷筒容繩量按下式計(jì)算 第 i 層鋼絲繩繩 芯直徑 為 iDdii 12 0 式中 卷筒直徑 鋼絲繩直徑d 卷筒容繩量 L 為 diDdBdBtit 12 1104141 聯(lián)立上述各式得 306 L 已知 mL50 d18 求得 24 D 表 3 1 卷筒直徑 D 系列 摘自 JB T9006 1 1999 100 125 160 200 250 280 315 355 400 8 450 500 560 630 710 800 900 1000 1120 1250 1320 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 按照表 3 1 卷筒直徑 D 系列 取卷筒直徑 250 D 2 卷筒直徑 計(jì)算 方法二 0hdD 0 式中 與機(jī)構(gòu)工作級別相關(guān)的系數(shù) 鋼絲繩直徑 表 3 2 機(jī)構(gòu)利用等級 摘自 GB T3811 1983 機(jī)構(gòu)利用 等級 總設(shè)計(jì) 壽命 說明 機(jī)構(gòu)利 用等級 總設(shè)計(jì) 壽命 說明 T0 200 T5 6300 經(jīng)常中等使用 T1 400 T6 12500 不經(jīng)常繁忙地使用 T2 800 T7 25000 T3 1600 不經(jīng)常使 用 T8 50000 T4 3200 經(jīng)常使用 T9 100000 繁忙地使用 表 3 3 機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài) 摘自 GB T3811 1983 載荷狀態(tài) 說明 L1 輕 機(jī)構(gòu)經(jīng)常承受輕載荷 偶爾承受最大的載荷 L2 中 機(jī)構(gòu)經(jīng)常承受中等載荷 較少承受最大的載荷 L3 重 機(jī)構(gòu)經(jīng)常承受較重的載荷 也常承受最大的載荷 L4 特重 經(jīng)常承受最大的載荷 表 3 4 機(jī)構(gòu)工作級別 摘自 GB T3811 1983 機(jī)構(gòu)利用等級載荷狀 態(tài) T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 L1 輕 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 L2 中 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 L3 重 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 L4 特重 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 表 3 5 系數(shù) h 值 摘自 GB T3811 1983 機(jī)構(gòu)工作級別 系數(shù) h 值 機(jī)構(gòu)工作級別 系數(shù) h 值 M1 M3 14 M6 20 M4 16 M7 22 4 9 M5 18 M8 25 根據(jù)本卷筒工作工況要求 參照上述表 3 2 3 5 可選定工作級別為 M4 則16 h 故 mhdD28160 按照表 3 1 卷筒直徑 D 系列 取卷筒直徑 故本次設(shè)計(jì)的提升裝280 D 置采用 JB T9006 1 1999 中標(biāo)準(zhǔn)鑄造卷筒 且取卷筒直徑 3 2電動機(jī)的選擇 正確選擇電動機(jī)額定功率的原則是 在電動機(jī)能夠滿足機(jī)械負(fù)載要求的前 提下 最經(jīng)濟(jì) 最合理地決定電動機(jī)的功率 建筑卷筒屬于非連續(xù)工作機(jī)械 而啟動 制動頻繁 因此選擇電動機(jī)應(yīng)與 其工作特點(diǎn)相適應(yīng) 建筑卷筒主要采用三向交流異步電動機(jī) 該卷筒輸出功率 KWFvP17 860 9153 F 額定拉力 F 5000KG V 提升速度 V 10m min 卷筒整機(jī)傳動效率 可設(shè)定效率 0 85 則輸入功率 KP6 985 0170 根據(jù)該卷筒的工作特點(diǎn)可選 Y 系列異步電動機(jī) 據(jù)化學(xué)工業(yè)出版社 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 第四版可選電動機(jī) Y160M 4 其技術(shù)參數(shù)如表 3 6 表 3 6 技術(shù)參數(shù) 型號 功率 kw 轉(zhuǎn)速 r min 重量 kg Y1160L 4 11 1460 123 3 3液壓馬達(dá)的選用與驗(yàn)算 3 3 1液壓馬達(dá)的分類及特點(diǎn) 起重機(jī)的常用液壓馬達(dá)分為高速液壓馬達(dá)和低速液壓馬達(dá) 高速液壓馬達(dá) 的主要性能特點(diǎn)是負(fù)載速度低 扭矩小 體積緊湊 重量輕 但在機(jī)構(gòu)傳動中 需與相應(yīng)的減速器配套使用 以滿足機(jī)構(gòu)工作的低速重載要求 其他的特點(diǎn)與 同類的液壓泵相同 較多應(yīng)用的有擺線齒輪馬達(dá) 軸向柱塞馬達(dá) 低速液壓馬 達(dá)的負(fù)載扭矩大 轉(zhuǎn)速較低 平穩(wěn)性較好 可直接或只需一級減速驅(qū)動機(jī)構(gòu) 10 但體積和重量較大 內(nèi)曲線徑向柱塞或球塞馬達(dá)和軸向球塞式馬達(dá)是較常用的 型式 液壓馬達(dá)在使用中并不是泵的逆運(yùn)轉(zhuǎn) 它的效率較高 轉(zhuǎn)速范圍更大 可 正 反向運(yùn)轉(zhuǎn) 能長期承受頻繁沖擊 有時(shí)還承受較大的徑向負(fù)載 因此 應(yīng) 根據(jù)液壓馬達(dá)的負(fù)載扭矩 速度 布置型式和工作條件等選擇液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu) 型式 規(guī)格和連接型 根據(jù)已知液壓馬達(dá)的工作壓力為 16 5MP 總排量 520ml r 初選液壓馬達(dá) 的型號為 JMQ 23 型低速大扭矩葉片馬達(dá) 參數(shù)見 表 3 7 型號 排量 ml r 壓力 Mp 轉(zhuǎn)速 r min 效率 轉(zhuǎn)矩 N m 額定 最高 額定 最高 容積效率 總效率JMQ 23 604 16 20 75 400 0 95 0 85 1440 表 3 7 YM630 型葉片馬達(dá)參數(shù) 3 3 2馬達(dá)的驗(yàn)算 滿載起升時(shí)液壓馬達(dá)的輸出功率 mP kw 210Qv 式中 起升載荷動載系數(shù) 因液壓馬達(dá)不具有電動機(jī)的過載能力而馬2 達(dá) 工作壓力又受系統(tǒng)壓力限制 一般取 1 15 1 3 2 額定起升載荷 N Q 物品起升速度 m s v 機(jī)械總效率 初步計(jì)算時(shí) 取 0 8 0 85 額定起升載荷 根據(jù)下式計(jì)算 QSm 式中 鋼絲繩自由端拉力 N S 滑輪組倍率 m 根據(jù)已知 10787 7N 一般當(dāng)起升載荷 時(shí) 滑輪組倍率宜取50QPkN 2 時(shí) 倍率取 3 6 載荷量更大時(shí) 倍率可取 8 以上 因此 50QPk 11 2m 把數(shù)值代入到式子中得 21575 4N1078 2Q 物品提升速度按下式計(jì)算 0 5m s v 根據(jù)需要選取 1 3 機(jī)械總效率取 0 85 卷筒機(jī)械效率 0 97 2 2 m 0 5m s 21575 4N 把數(shù)據(jù)代入式中得 1v Q 17 009kw 3257 40098mP 滿載起升時(shí)液壓馬達(dá)輸出扭矩 mT 2 1 QDzdNmi 式中 減速器傳動比 i 鋼繩在卷筒上的卷繞層數(shù) z 其余符號同以前式子 由于已知為大排量馬達(dá) 選用低速方案 因此不采用減速器 所以 1 i 又由已知卷筒鋼絲繩卷繞三層 故 3 z 把所有數(shù)值代入式子中得 1004 845 1 3257 4 0 231 0 8 95mT Nm 所選用的馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)矩為 1440 因?yàn)?所以選用的馬達(dá)T T 轉(zhuǎn)矩符合要求 計(jì)算液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速 和輸入油量mnmQ 根據(jù) 60 1 ivDzd 式中各符號同以前的式子 把數(shù)值代入式中得 176 43 r min 6021 5 8 mn 計(jì)算馬達(dá)的輸入油量用下式 12 mvqnQ 式中 液壓馬達(dá)的排量 ml r 液壓馬達(dá)容積效率 mv 馬達(dá)的排量根據(jù)已知得 520 ml r 根據(jù)下式計(jì)算 mqmv v 式中 液壓馬達(dá)總效率 m 液壓馬達(dá)機(jī)械效率 根據(jù)表查得 取 0 85 取 0 9 mm 把數(shù)代入式中得 0 95 0 859v 把所計(jì)算的數(shù)據(jù)代入式中得 3 r 選用的液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速范圍為 r min 由于計(jì)算得 216r min 所以75 40mn 馬達(dá)的轉(zhuǎn)速符合要求 13 第四章 卷筒設(shè)計(jì)與校核 4 1卷筒的分類和特點(diǎn) 卷筒是起升機(jī)構(gòu)中卷繞鋼絲繩的部件 常用卷筒組類型有齒輪連接盤式 周邊大齒輪式 短軸式和內(nèi)裝行星齒輪式 齒輪連接盤式卷筒組為封閉式傳動 分組性好 卷筒軸不承受扭矩 是目 前橋式起重機(jī)卷筒組的典型結(jié)構(gòu) 缺點(diǎn)是檢修時(shí)需沿軸向外移卷筒 周邊大齒輪式卷筒組多用于傳動速比大 轉(zhuǎn)速低的場合 一般為開式傳動 卷筒軸只承受彎矩 短軸式卷筒組采用分開的短軸代替整根卷筒長軸 減速器側(cè)短軸采用鍵與 過盈配合與卷筒法蘭盤剛性連接 減速器通過鋼球或圓柱銷與底架鉸接 支座 側(cè)采用定軸式或轉(zhuǎn)軸式短軸 其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單 調(diào)整安裝比較方便 內(nèi)裝行星齒輪式卷筒組輸入軸與卷筒同軸線布置 行星減速器置于卷筒內(nèi) 腔 結(jié)構(gòu)緊湊 根據(jù)鋼絲繩在卷筒上卷繞的層數(shù)分單層繞卷筒和多層繞卷筒 由于本設(shè)計(jì) 的卷繞層數(shù)為三層 因此采用多層卷筒 根據(jù)鋼絲繩卷入卷筒的情況分單聯(lián)卷 筒 一根鋼絲繩分支繞入卷筒 和雙卷筒 兩根鋼絲繩分支同時(shí)繞入卷筒 單 聯(lián)卷筒可以單層繞或多層繞 雙聯(lián)卷筒一般為單層繞 起升高度大時(shí) 為了減 小雙聯(lián)卷筒長度 有將兩個(gè)多層繞卷筒同軸布置 或平行布置外加同步裝置的 14 實(shí)例 多層卷筒可以減小卷筒長度 使機(jī)構(gòu)緊湊 但鋼絲繩磨損加快 工作級別 M5 以上的機(jī)構(gòu)不宜使用 4 2卷筒設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù) 3 1 節(jié)已選定卷筒直徑 280 D 4 2 1卷筒長度 L確定 由于采用多層卷繞卷筒 L 由下式 1 lpnd 2 式中 多層卷繞鋼繩總長度 mm l 根據(jù)已知卷筒容繩量為 27m 所以 27m l 把數(shù)據(jù)代入式中得 195 52mm 31 2709 6 8 L 取多層卷繞卷筒長度 200mm 4 2 2繩槽的選擇 單層卷繞卷筒表面通常切出導(dǎo)向螺旋槽 繩槽分為標(biāo)準(zhǔn)槽和深槽兩種形式 一般情況都采用標(biāo)準(zhǔn)槽 當(dāng)鋼絲繩有脫槽危險(xiǎn)時(shí) 例如起升機(jī)構(gòu)卷筒 鋼絲繩 向上引出的卷筒 以及高速機(jī)構(gòu)中 采用深槽 多層卷繞卷筒表面以往都推薦做成光面 為了減小鋼絲繩磨損 但實(shí)踐證 明 帶螺旋槽的卷筒多層卷繞時(shí) 由于繩槽保證第一層鋼絲繩排列整齊 有利 于以后各層鋼絲繩的整齊卷繞 光面卷筒極易使鋼絲繩多層卷繞時(shí)雜亂無序 由此導(dǎo)致的鋼絲繩磨損遠(yuǎn)大于有繩槽的卷筒 帶繩槽單層繞雙聯(lián)卷筒 可以不設(shè)擋邊 因?yàn)殇摻z繩的兩頭固定在卷筒的 兩端 多層繞卷筒兩端應(yīng)設(shè)擋邊 以防止鋼絲繩脫出筒外 檔邊高度應(yīng)比最外 層鋼絲繩高出 1 5 d 1 繩槽半徑 根據(jù)下式R 0 53 6 d 取 R 0 5d 把數(shù)值代入得 15 繩槽節(jié)距 P d 2 4 mm 取 P 8 2 10mm 繩槽深度 h 0 25 0 4 d 取 h 0 35d 0 35 8 2 8 圖 4 1 繩槽的放大示意圖 2 卷筒上有螺旋槽部分長 0L 01 3lpZd 式中 卷筒計(jì)算直徑 由鋼絲繩中心算起的卷筒直徑0D0d mm 1 5 為固定鋼絲繩的安全圈數(shù) 取 2 1z 1Z 把數(shù)據(jù)代入式中得 167 8mm 30271 08L 由此可取 170mm 0L 3 繩槽表面精度 2 級 值 12 5 aR 4 2 3卷筒壁厚 初步選定卷筒材料為鑄鐵卷筒 根據(jù)鑄鐵卷筒的計(jì)算式子 mm0 2 6 10 D 把數(shù)值代入式中有 0 02D 8 12mm 故選用 12mm 4 2 4鋼絲繩允許偏角 鋼絲繩繞進(jìn)或繞出卷筒時(shí) 鋼絲繩偏離螺旋槽兩側(cè)的角度推薦不大于 3 5 16 對于光面卷筒和多層繞卷筒 鋼絲繩與垂直于卷筒軸的平面的偏角推薦不 大于 2 以避免亂繩 布置卷繞系統(tǒng)時(shí) 鋼角推薦不大于 5 以避免槽口損壞和鋼繩脫槽 4 3卷筒強(qiáng)度計(jì)算 卷筒在鋼絲繩拉力作用下 產(chǎn)生壓縮 彎曲和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 其中壓縮應(yīng)力 最大 當(dāng) 時(shí) 彎曲和扭轉(zhuǎn)的合成應(yīng)力不超過壓縮應(yīng)力的 只3LD 10 5 計(jì)算壓應(yīng)力即可 當(dāng) 時(shí) 要考慮彎曲應(yīng)力 對尺寸較大 壁厚較薄的卷 筒還需對筒壁進(jìn)行抗壓穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于所設(shè)計(jì)的卷筒直徑 200mm 200mm 所以只計(jì)算壓L3D 應(yīng)力即可 卷筒筒壁的最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在筒壁的內(nèi)表面壓應(yīng)力 按下式計(jì)算 c max12 ccSAp 式中 卷筒壁壓應(yīng)力 MPa c 鋼絲繩最大靜拉力 N maxS 應(yīng)力減小系數(shù) 在繩圈拉力作用下 筒壁產(chǎn)生徑向彈性變形 使繩1A 圈緊度降低 鋼絲繩拉力減小 一般取 10 75A 多層卷繞系數(shù) 多層卷繞時(shí) 卷筒外層繩圈的箍緊力壓縮下層鋼絲2 繩 使各層繩圈的緊度降低 鋼絲繩拉力減小 筒壁壓應(yīng)力不與卷繞層數(shù)成正 比 按表取值 2A 許用壓應(yīng)力 對鑄鐵 為鑄鐵抗壓強(qiáng)度極限 對鋼 c c 5b b 為鋼的屈服極限 s s 取 按表取 根據(jù)已知卷筒底層拉力 1100kgf 可算得10 75A221 8A 把各數(shù)代入式中 max9 8 7SN 121 36MP 0 75120c 根據(jù)所計(jì)算的結(jié)果查得卷筒的材料為球墨鑄鐵 其抗壓強(qiáng)度極限802QT 17 121 36MP100 300 162 217 580 290 270 135 5545 調(diào)質(zhì) 200 217 255 650 360 300 155 60 5 7 1輸入軸的設(shè)計(jì) 軸的合理外型應(yīng)滿足 軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置 軸上的 26 零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整 軸應(yīng)具有良好的制造工藝性 影響軸結(jié)構(gòu)的主要因素有 軸的受力性質(zhì) 大小 方向及分布情況 軸上零件的布置和固定形式 所采用 軸承類型和尺寸 軸的加工工藝等 1 求出輸入軸上的轉(zhuǎn)矩 618 479 50950503 816PT Nmn 其中 輸入功率 取 8 47kW 1 輸入轉(zhuǎn)速 取 1460 r min n 2 初步確定軸得最小直徑 由于軸的材料選用的為 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 抗拉強(qiáng)度 屈服MPab750 彎曲疲勞極限 扭轉(zhuǎn)疲勞極限 MPas50 MPa3501 21 通過 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 第四版第二卷表 6 1 19 選取 126 則有 0A 133min08 47262 60dAm 輸入軸的最小直徑安裝在聯(lián)軸器處軸的直徑 為了使所選的軸的直徑與聯(lián) 軸器的孔徑相適應(yīng) 故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 N m ntzwc TKnpT 950 式中 驅(qū)動功率 KW 工作轉(zhuǎn)速 r min 動力機(jī)系數(shù) 由于為電動機(jī) 故取 1 wK 工作系數(shù) 故取 1 75 啟動系數(shù) 取 1 z 溫度系數(shù) 取 1 1 t 公稱轉(zhuǎn)矩 N mnT 所以 8 479509501 5 106 56cwztpKNmn 27 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩的條件 又考慮到要與電動機(jī)的軸 相聯(lián)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第二卷 選用 GL5 型滾子鏈聯(lián)軸器 其公稱轉(zhuǎn)矩為 250N m 半聯(lián)軸器的孔徑 半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔的長度235dm 由于要考慮到軸端有鍵槽和在結(jié)構(gòu)上的要求 在此先將最小直徑取160Lm 為 35 其余各段直徑均按 5 放大 F E D C B A 圖 5 4 輸入軸工作簡圖 3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及周向定位 擬定軸上零件的裝配方案 1 A B 段接聯(lián)軸器 軸伸長度通過查 簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 中表 2 13 可確定 A B 段即軸深長為 58 軸深公差選用 k6 其上下偏差分別為 0 018 0 002 其間選用 A 型平鍵 GB T1096 1979 尺寸為 b h L 10 8 53 查 簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 中表 7 2 得出 采用一般鍵聯(lián)接 則鍵槽寬 b 的上下偏差為 0 0 036 半聯(lián)軸器與軸的配合為 H7 k6 A B 段 直徑極限偏差為 0 018 0 002 2 B C 段還要穿過支座 端蓋 大小軸承 還要考慮其中的間隙 可初 定其長度為 57 該段直徑為 40 軸只受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 受軸向力很小 所以在 軸與支架的連接處選用深溝球軸承 初步確定軸承型號 GB T276 1994 6208 型 該段與軸承 支座 端蓋的配合公差選用 k6 其上下偏差分別為 0 018 0 002 3 C D 段的精度不必要求太高 因?yàn)樵诖硕尾豁毎惭b其他零件 該段直 徑為 45 4 D E 段要安裝偏心套其間有鍵的聯(lián)結(jié) 所選用鍵的尺寸為 b h L 14 9 70 采用一般鍵聯(lián)接 鍵槽寬 b 的上下偏差為 0 0 043 偏心 套的長度為 75 故可設(shè)計(jì)該段的長度為 77 在該段偏心套上還聯(lián)接有軸承 在此可選用雙列向心滾子軸承軸承型號是 3516 此段直徑設(shè)定為 45 該段的 28 配合公差選用 k6 其上下偏差分別為 0 018 0 002 5 E F 段就與軸承聯(lián)接 其長度初定為 22 直徑為 40 故與之相 聯(lián)的軸承可選深溝球軸承 GB T276 1994 6208 型 該段的配合公差選用 k6 其上下偏差分別為 0 018 0 002 在此其間軸承的定位沒有軸肩的都 是采用擋圈定位 擋圈尺寸要根據(jù)具體裝配情況而定 以上的公差配合通過查 閱 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊 中表 1 1 6 得出 4 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考課本 機(jī)械設(shè)計(jì) 表 15 2 取軸端倒角為 1 6 45 軸右端軸肩處圓角 半徑為 1 6 其余各處倒角和圓角參看附圖 5 7 1 輸出軸 固定軸 的設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中的輸出軸是固定不動的 它與銷軸盤固聯(lián)在一起 這使得銷軸 固定不動 從而使得行星輪作平動帶動內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動 最終帶動卷筒一起跟隨內(nèi) 齒輪轉(zhuǎn)動 其工作圖如圖 9 所示 選用材料 20cr 調(diào)質(zhì)處理 抗拉強(qiáng)度 屈服點(diǎn) MPab750 MPas50 彎曲疲勞極限 扭轉(zhuǎn)疲勞極限 通過 機(jī)械設(shè)計(jì)手MPa3501 21 冊 第四版第二卷表 6 1 19 選取 102 有 0A23307 2 146 jpdAmn 輸出功率 8 47 w 22310 卷筒轉(zhuǎn)速 76 4r min j j 由于要考慮到軸端有鍵槽和在結(jié)構(gòu)上的要求 在此先將最小直徑取為 47 聯(lián)接支座的部分直徑初定為 50 其他部分尺寸如下圖 5 5 所示 在軸的最左端 使用平鍵使其和支架固聯(lián)在一起從而使其不能轉(zhuǎn)動 為了 安全在次選用雙鍵聯(lián)接 所選用鍵 平鍵 GB 1095 1979 的尺寸為 b h L 16 10 60 在此采用一般鍵聯(lián)接 鍵槽寬 b 上下偏差為 0 0 043 軸伸長度經(jīng)查 簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 中表 2 13 可確定 A B 段即軸深長為 82 即為 A B 段的長度 軸深公差選用 h7 其上下偏差分別為 0 0 025 B C 段上要裝上軸承 卷筒蓋和小端蓋等 經(jīng)畫圖可初定這一段的長度為 72 為 了與相應(yīng)的軸承配合固初定此段的直徑為 50 選用的軸承為深溝球軸承 GB T276 1994 6210 型 該段與軸承 支座 端蓋的配合公差選用 h7 其上 下偏差分別為 0 0 025 C D 段要通過卷筒但不安裝任何零件 故為了減少 材料的用量可將此段的直徑適當(dāng)縮小 初定為 47 長度要根據(jù)卷筒的長度及 29 裝配尺寸確定 初定為 270 D E 段通過安裝軸承與卷筒聯(lián)接 此段的長度 為 38 直徑為 50 選用的軸承為深溝球軸承 GB T276 1994 6211 型 在該軸上的軸承的軸向固定都用擋圈固定 該段的配合公差選用 k6 其上下偏 圖 5 5 輸出軸工作簡圖 差分別為 0 021 0 002 軸右端與銷軸相聯(lián)的銷軸盤的直徑初定為 270 盤的寬度為 30 銷孔直徑與銷軸相同 為 20 銷軸與輸出軸 銷 孔 的配合選用 h6 P7 銷孔尺寸上下偏差為 0 022 0 074 銷孔分布圓直 徑為 200 在該圓上有十個(gè)銷孔均勻分布 其他尺寸間附圖 30 總 結(jié) 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)幾乎用到了我們大學(xué)所學(xué)的所有專業(yè)課程 可以說是我們大學(xué) 所學(xué)專業(yè)知識的一次綜合考察和評定 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì) 使我們對以前所學(xué)的專 業(yè)知識有了一個(gè)總體的認(rèn)識與融會貫通 例如我們在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中需要用到所學(xué) 的工程制圖 材料力學(xué) 機(jī)械工程材料 機(jī)械設(shè)計(jì) 極限配合與公差以及 CAD 計(jì)算機(jī)輔助制圖等基礎(chǔ)的專業(yè)知識 在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中 不僅使我們熟悉了舊 的的知識點(diǎn) 還使我們發(fā)現(xiàn)了許多以前沒有注意的細(xì)節(jié)問題 而這些細(xì)節(jié)問題恰恰 是決定我們是否能夠成為一名合格的機(jī)械技術(shù)人才的關(guān)鍵所在 此外 我感覺兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)極大的豐富了我們的知識面 使我學(xué)到了許多 知識 不僅僅局限于多學(xué)的專業(yè)知識 在做設(shè)計(jì)的過程中 由于需要用到課本外的 知識 這要求我們上網(wǎng)或者到圖書館等查閱資料 例如在設(shè)計(jì)傳動方案時(shí)就需要我 們對提升裝置的工作環(huán)境和工作能力等由一定的了解才能選擇合適的傳動方式 由于以前沒有注意此方面的問題 所以必須通過實(shí)踐認(rèn)識和查閱資料才能做到更 好 31 參考文獻(xiàn) 1 秦大同 謝里陽 液壓傳動與控制設(shè)計(jì) 化學(xué)工業(yè)出版社 2 蔡自興 學(xué)的發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略 液壓卷揚(yáng)機(jī) 2001 4 3 張建民 工業(yè)液壓卷揚(yáng)機(jī) 北京理工大學(xué)出版史 1988 4 嚴(yán)學(xué)高 孟正大 液壓卷揚(yáng)機(jī)原理 南京 東南大學(xué)出版社 1992 5 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 化學(xué)工業(yè)出版社 6 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊 化學(xué)工業(yè)出版社 7 許福玲主編 液壓與氣壓傳動 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2007 3 8 吳輝海編 液壓絞車 煤炭工業(yè)出版社 1989 16 19 9 姚建剛 國產(chǎn)防爆絞車在選型設(shè)計(jì)中存在的問題 J 礦山機(jī)械 1997 8 10 李強(qiáng) 車載絞車滾筒的改進(jìn)設(shè)計(jì) J 化學(xué)工程師 2001 3 6 11 許曉林 趙濤 等絞車新型盤形閘 液壓站系統(tǒng) J 煤礦機(jī)械 1999 17 12 彭佑多 張永忠 劉德順 郭迎福 陳艷屏 液壓防爆提升機(jī)發(fā)展面臨的問題 J 煤礦機(jī)械 2001 23 26 13 Goumas J 1995 Tri Villages of GreaterChicago Reduce I I with CIPP TrenchlessTechnology 4 3 14 Iseley T and M Najafi 1995 TrenchlessPipeline Rehabilitation Prepared for theNational Utility Contractors Association Arlington VA 32 致 謝 大學(xué)生活即將結(jié)束 在這短短的幾年里 讓我結(jié)識了許許多多熱心的朋友 工作嚴(yán)謹(jǐn)教學(xué)相幫的教師 畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及 指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo) 在此向所有給予我此次畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)和幫助的老師和同 學(xué)表示最誠摯的感謝 首先 向本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師表示最誠摯的謝意 在自己緊張的工作中 仍 然盡量抽出時(shí)間對我們進(jìn)行指導(dǎo) 時(shí)刻關(guān)心我們的進(jìn)展?fàn)顩r 督促我們抓緊學(xué) 習(xí) 老師給予的幫助貫穿于設(shè)計(jì)的全過程 從借閱參考資料到現(xiàn)場的實(shí)際操作 他都給予了指導(dǎo) 不僅使我學(xué)會書本中的知識 更學(xué)會了學(xué)習(xí)操作方法 也懂 得了如何把握設(shè)計(jì)重點(diǎn) 如何合理安排時(shí)間和論文的編寫 同時(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)過 程中 她和我們在一起共同解決了設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題 其次 要向給予此次畢業(yè)設(shè)計(jì)幫助的老師們 以及同學(xué)們以誠摯的謝意 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中 他們也給我很多幫助和無私的關(guān)懷 更重要的是為我們提 供不少技術(shù)方面的資料 在此感謝他們 沒有這些資料就不是一個(gè)完整的論文 另外 也向給予我?guī)椭乃型瑢W(xué)表示感謝 總之 本次的設(shè)計(jì)是老師和同學(xué)共同完成的結(jié)果 在設(shè)計(jì)的一個(gè)月里 我 們合作的非常愉快 教會了大我許多道理 是我人生的一筆財(cái)富 我再次向給 予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示感謝