新疆煤校毕业论文回柱绞车的设计及应用.doc
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1、新疆煤校毕业论文回柱绞车的设计及应用 回柱绞车的设计及应用专 业 矿山机电08-5(1)作者姓名 张 惠指导教师 薛 风定稿日期:2013年04月02日 新疆工业高等专科学校 机械工程系 回柱绞车的设计及应用新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计(论文)任务书注:此表发给学生后由指导教师填写,学生按此表要求开展毕业设计(论文)工作。新疆工业高等专科学校 机械工程系回柱绞车的设计及应用新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计(论文)成绩表新疆工业高等专科学校 机械工程系回柱绞车的设计及应用摘 要矿用用回柱绞车,又称慢速绞车,是用来拆除和回收矿山回采工作面顶柱的机械设备。能够进入人员不能进入的危险区
2、。它的高度较低重量又好,持别适用于薄煤层、和急倾斜煤层采煤工作面,以及各种采煤工作面回收沉入底板或被矸石压埋的金属支杖。牵引力大和牵引速度慢是回柱绞车的主要性能要求。被广泛用于采煤工作面,作为安装、回收牵引各种设备称备件之用。关键词:回柱绞车 设计 校核回柱绞车的设计及应用AbstractMine prop-pulling hoist, say again with slow winch。is used to dismantleandrecycling mine mining face of blind mechanical equipment。 Can enter into the dang
3、er zone of personnel cannot。It is the height of the low weight and well, hold dont apply to thin coal seam,and sharp inclined coal mining face,and various coal face recovery sank into the bottom or waste buried metal pressure is a rod。 Traction and traction slow is the main prop-pulling hoist perfor
4、mance requirements。Is widely usedtomechanization mining face,as installation,recycling of various equipment says the traction with spare parts。Key Word: Simple control facilitate mobile installation。回柱绞车的设计及应用目 录摘 要 . 1Abstract . 2第 1 章 概述 . 1第 2 章 回柱绞车的概况与方案的初步拟定 . 22.1 回柱绞车的概况 . 22.2 回柱绞车的主要传动方式类型
5、 . 22.3 设计任务与方案的初步拟定 . 22.4 传动装置设计 . 4第 3 章 电动机选择 . 53.1 电动机类型和结构型式 . 53.2 电动机容量 . 53.3 计算传动装置总传动比和分级传动比 . 63.4 传动装置的运动和动力参数 . 6第 4 章 传动件的设计计算 . 74.1 高速级传动件设计 . 74.2 低速级传动件设计 . 9第 5 章 轴的设计计算 . 145.1 高速轴设计(蜗杆轴) . 145.2 中间轴的设计(蜗轮齿轮轴) . 185.3 低速轴的设计 . 21第 6 章 轴承的校核 . 246.1 蜗杆轴上的轴承寿命校核 . 246.2 中间轴上的轴承校核
6、 . 256.3 低速轴上轴承的校核 . 256.4 键的校核 . 266.5 中间轴上装蜗轮出键的强度校核 . 276.6 低速轴上装大齿轮以及联轴器处键的强度校核 . 276.7 箱体及附件设计 . 28回柱绞车的设计及应用第 7 章 滚筒及主轴设计 . 297.1 滚筒的设计 . 297.2 滚筒主轴的设计 . 30第 8 章 钢丝绳断丝原因分析 . 368.1 钢丝绳间断断丝 . 368.2 钢丝绳连续断丝 . 36致谢 . 37参考文献 . 38回柱绞车的设计及应用 第 1 章 概述矿用用回柱绞车,又称慢速绞车,是用来拆除和回收矿山回采工作面顶柱的机械设备。回柱作业属危险性工作,工作
7、人员不能直接进入回柱空顶区,此时可把回柱绞车布置在距回柱空顶危险区段较远的安全地段,用钢丝绳钩头来拉倒和回收顶柱。由于它的高度较低重量又好,持别适用于薄煤层、和急倾斜煤层采煤工作面,以及各种采煤工作面回收沉入底板或被矸石压埋的金属支杖。牵引力大和牵引速度慢是回柱绞车的主要性能要求。随着机械化采煤程度的提高,它越来越多地被广泛用于机械化采煤工作面,作为安装、回收牵引各种设备称备件之用。回柱绞车除用来回柱放顶工作外,也可用来拖运更韧和调运车辆。 回柱绞车的设计及应用 第 2 章 回柱绞车的概况与方案的初步拟定2.1 回柱绞车的概况我国矿用小绞车主要是指调度绞车和回柱绞车,它经历了仿制、自行设计两个
8、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年进入了自行设计阶段.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的老产品,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等环节进行根本的改进。2.2 回柱绞车的主要传动方式类型回柱绞车类型及其传动方式有下列几种:1.JH2-5型回柱绞车,其传动方式为:一组斜齿轮,一组蜗轮,一组直齿轮 2.JH-8型回柱绞车,其传动方式为:一组蜗轮,一组直齿轮3.JM2-
9、14回柱绞车,其传动方式有两种,一种为:一组蜗轮,两组直齿轮;一组为一组斜齿轮,一组蜗轮,一组直齿轮.4.JH2-14型回柱绞车,其,传动方式为:一组斜齿轮,一组蜗轮,一组内齿轮 5.JHC-14型回柱绞车,其传动方式为:一组蜗轮,一组少齿差行星齿轮 6.JH20-A型回柱绞车,其传动方式为:一组直齿轮,一组蜗轮,一组直齿轮 7.JM-28型回柱绞车,其传动方式为:一组圆锥齿轮,一组变速直齿轮,一组行星齿轮,一组直齿轮2.3 设计任务与方案的初步拟定矿用回柱绞车传动装置设计1.设计条件:1)机器用途:煤矿井下回收支柱用的慢速绞车;回柱绞车的设计及应用 2)工作情况:工作稳定、平稳,间歇工作(工
10、作与停歇时间比为1:2),绳筒转向定期变换;3)运动要求:绞车绳筒转速误差不超过8%;4)工作能力:储备余量10%;2.原始数据见表1-1:表1-1绞车原始数据图 题号 J1 钢绳牵引力(kn)50钢绳最大速度(m/min) 5绳筒直径(mm) 280钢绳直径(mm) 14最大缠绕层数 4绳筒容绳量(mm) 80 3.方案的初步拟定根据设计要求,所给原始数据,经过对回柱绞车常用型号的传动方式比较,最后选用一级为蜗杆传动,一级齿轮传动的传动方式.其传动结构图如图1-1: 图1-1回柱绞车传动方式 回柱绞车的设计及应用 该结构简单,而且占用的空间小,适合井下狭窄空间.第一级采用蜗杆机构,也符合回柱
11、绞车传动比大的要求,所以经过比较,最终选择此种传动方案。2.4 传动装置设计1 传动方案的拟定 已知条件:钢绳牵引力F=50kN,最大速度V=5m/min,绳筒直径D=280mm,钢绳直径d=14mm ,则nw=601000v=6010005/603.141280pD=6r/min初步拟定出二级传动的传动方案。因为是井下工作,是多粉尘,潮湿,易燃易爆的场合,而且传递的功率大,传动要求严格,尺寸要求紧凑,所以最后选定蜗杆-齿轮二级减速器.即:JH-8型回柱绞车。 回柱绞车的设计及应用 第 3 章 电动机选择3.1 电动机类型和结构型式回柱绞车主要用于井下回收支柱用,为防止瓦斯、粉尘等有害气体引起
12、爆炸,故绞车的电动机需要选用矿用防爆电机.防爆电机的选型原则是安全可靠、经济合理、维护方便,同其它的防爆电气设备一样应根据危险场所的类别和区域等级以及在该场所存在的爆炸性混合物的级别、组别来选用.在这里我们选用BJO2系列防爆电机.结构为封闭卧式结构.3.2 电动机容量1)绳筒轴的输出功率 p=2)电动机输出功率 Pd=Fv1000=5010005/601000=4.2kW Pwh传动装置的总效率式中为从电动机到绳筒之间各传动机构和轴承的效率,由表查的滚动轴承h10.99,蜗杆传动h20.8,圆柱齿轮传动h30.97,弹性联轴器h40.99,绳筒滑动轴承h50.96则 h=0.9930.80.
13、970.9920.96=0.708故 Pd =电动机的转速因为是在井下工作,要考虑到其安全可靠性,所以选用防爆电机,即BJO2系列防爆三相异步电机,同步转速为750m/min,满载时转速为720r/min.Pwh= 4.20.708=5.89kW回柱绞车的设计及应用 3.3 计算传动装置总传动比和分级传动比(1)传动装置总传动比 i=(2)分配各级传动比取蜗杆传动比i1=40,圆柱齿轮传动比i2=3 nmnw=7206=1203.4 传动装置的运动和动力参数(1)各轴转速高速轴为0轴,中间轴为1轴,低速轴为2轴,则n0=nm=720r/minn1=n0i1=72040=18r/minn2=n1
14、18=6r/min i23(2)各轴输入功率按电动机的额定功率计算各轴输入功率,即P=P0ed=10kWP=Ph2h2=7.84kW 101P=Ph2h3=7.45kW 211(3)各轴转矩T0=9550p0n0p1n1p2n2=9550107207.84187.453=132.64Ngm T1=9550=9550=4159.56Ngm T2=9550=9550=23715.83Ngm回柱绞车的设计及应用 第 4 章 传动件的设计计算4.1 高速级传动件设计1. 选择蜗杆传动类型根据GB/T100851988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)2. 选择材料根据设计要求,并考虑到蜗杆传动传递的功率不
15、大,速度是慢速,故蜗杆用45钢,因需要效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为45-55HRC.蜗轮用铸锡磷青铜ZcuSn10P1,金属模铸造.为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,二轮芯用灰铸铁HT100铸造.3.按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度设计,再校核齿根弯曲疲劳强度.a1) 确定作用再蜗轮上的转矩由前面计算可知T=4159560Ngmm2) 确定载荷系数K因工作较稳定,故取载荷分布不均有系数Kb=1;由表选取使用系数KA=1.15;由于转速不高,冲击不大,可取动载系数KV=1.05,则 K=1.0511.051.213) 确定
16、弹性影响系数ZE因选用得式铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故ZE=160MPa1/24) 确定接触系数Zr回柱绞车的设计及应用 先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a得比值d1/a=0.35,从中查得Zr=2.95)确定许用接触应力sH根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZcuSn10P1,金属模铸造,蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可得蜗轮得基本许用应力sH=268MPa应力循环次数 N=60jn2Lh=6011828000=3.0107寿命系数 KHN=0.872则 sH=KHNgsH=0.872268=233.61MPa6)计算中心距a=270.75mm 取中心距a=225mm,根据传动比,从手册中取模数m
17、=8,蜗杆分度圆直径d1=80mm.这时d1/a=0.355,可得接触系数Zr=2.89,因为ZrZr,因此以上计算结果可用.4.蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸1)蜗杆轴向齿距Pa=25.12mm;直径系数q=10mm;齿顶圆直径da1=96mm;分度圆导程角g=5.70;蜗杆轴向齿厚sa=12.56mm.2)蜗轮蜗轮齿数Z2=40;变位系数x=0蜗轮分度圆直径 d2=mz2=840=320mm蜗轮喉圆直径 da2=d2+2ha2=336mm蜗轮齿根圆直径 df2=d2-2hf2=316.8mm蜗轮咽喉母圆半径 rg2=a-da2=57mm 21回柱绞车的设计及应用 5.校核齿根弯曲疲劳强度s
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