礦井提升絞車傳動裝置設計【JK型單繩纏繞式礦井提升機】,JK型單繩纏繞式礦井提升機,礦井提升絞車傳動裝置設計【JK型單繩纏繞式礦井提升機】,礦井,提升,晉升,絞車,傳動,裝置,設計,jk,型單繩,纏繞 湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)論文（設計） 中?期?檢?查?表 學??院：??????工學院????????????? 學生姓名 ? 學???號 ? 年級專業(yè)及班級 ? 指導教師姓名 ? 指導教師職稱 副教授 ? 論文（設計）題目 礦井提升絞車傳動裝置設計 畢業(yè)論文（設計） 工作進度 已完成的主要內(nèi)容 尚需解決的主要問題 主要完成：擬定設計方案；設計計算。主軸裝置的鋼絲繩，滾筒，主軸等強度計算和校核。? 存在問題：1、部分設計參數(shù)不精確，需反復進行驗算；2、未完全熟悉設計中的結(jié)構(gòu)設計，認真研究后進行更正完成；3、對其傳動系統(tǒng)及其制動系統(tǒng)未了解透徹。查考參考文獻，在老師的專業(yè)指導，同學互相幫助下積極解決上述問題。 指導教師意見 ? ? ?????????????????????簽名：??????????????年????月????日??? 檢查小組意見 ? ? ???????????????????????組長簽名：???????????年????月????日??? ? 注：1.此表可用黑色簽字筆填寫，也可打印，但意見欄必須相應責任人親筆填寫。 2.此表可從教務處網(wǎng)站下載中心下載。 ? 湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生 畢業(yè)論文（設計）任務書 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 學生姓名 ? 學???號 ? 年級專業(yè)及班級 2009級機械設計制造及其自動化(2)班? 指導教師及職稱 ??副教授 學???院 工學院? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2012年12月3日 ? ? ? 填?寫?說?明 ? 一、畢業(yè)論文（設計）任務書是學校根據(jù)已經(jīng)確定的畢業(yè)論文（設計）題目下達給學生的一種教學文件，是學生在指導教師指導下獨立從事畢業(yè)論文（設計）工作的依據(jù)。此表由指導教師填寫。 二、此任務書必需針對每一位學生，不能多人共用。 三、選題要恰當，任務要明確，難度要適中，份量要合理，使每個學生在規(guī)定的時限內(nèi)，經(jīng)過自己的努力，可以完成任務書規(guī)定的設計研究內(nèi)容。 四、任務書一經(jīng)下達，不得隨意更改。 五、各欄填寫基本要求。 （一）畢業(yè)論文（設計）選題來源、選題性質(zhì)和完成形式： 請在合適的對應選項前的“□”內(nèi)打“√”，科研課題請注明課題項目和名稱，項目指“國家青年基金”等。 （二）主要內(nèi)容和要求： 1．工程設計類選題 明確設計具體任務，設計原始條件及主要技術(shù)指標；設計方案的形成（比較與論證）；該生的側(cè)重點；應完成的工作量，如圖紙、譯文及計算機應用等要求。 2．實驗研究類選題 明確選題的來源，具體任務與目標，國內(nèi)外相關(guān)的研究現(xiàn)狀及其評述；該生的研究重點，研究的實驗內(nèi)容、實驗原理及實驗方案；計算機應用及工作量要求，如論文、文獻綜述報告、譯文等。 3．文法經(jīng)管類論文 明確選題的任務、方向、研究范圍和目標；對相關(guān)的研究歷史和研究現(xiàn)狀簡要介紹，明確該生的研究重點；要求完成的工作量，如論文、文獻綜述報告、譯文等。 （三）主要中文參考資料與外文資料： 在確定了畢業(yè)論文（設計）題目和明確了要求后，指導教師應給學生提供一些相關(guān)資料和相關(guān)信息，或劃定參考資料的范圍，指導學生收集反映當前研究進展的近1－3年參考資料和文獻。外文資料是指導老師根據(jù)選題情況明確學生需要閱讀或翻譯成中文的外文文獻。 （四）畢業(yè)論文（設計）的進度安排： 1．設計類、實驗研究類課題 實習、調(diào)研、收集資料、方案制定約占總時間的20%；主體工作，包括設計、計算、繪制圖紙、實驗及結(jié)果分析等約占總時間的50%；撰寫初稿、修改、定稿約占總時間的30%。 2．文法經(jīng)管類論文 實習、調(diào)研、資料收集、歸檔整理、形成提綱約占總時間的60%；撰寫論文初稿，修改、定稿約占總時間的40%。 六、各欄填寫完整、字跡清楚。應用黑色簽字筆填寫，也可使用打印稿，但簽名欄必須相應責任人親筆簽名。 ? ? ? 畢業(yè)論文 （設計）題目 礦井提升絞車傳動裝置設計? 選題來源 □結(jié)合科研課題???課題名稱：???????????????????????????????????????? ■生產(chǎn)實際或社會實際???????????□其他???? 選題性質(zhì) □基礎研究??????■應用研究?????□其他 題目完成形式 □畢業(yè)論文??????■畢業(yè)設計?????□提交作品，并撰寫論文 主要內(nèi)容和要求 絞車是常用的礦井提升機器，通常由主軸裝置、半聯(lián)軸器、減速調(diào)速器、工作制動器、安全制動器及操作裝置、深度指示器、帶制動輪的彈性聯(lián)軸器、電動機及電控部分組成。本課題要求在深入了動方式以及工解絞車的工作原理、傳作狀態(tài)和操作等方面的知識的基礎上，系統(tǒng)地分析絞車的傳動裝置部分，依照傳動系統(tǒng)的組成元素及設計方法合理地設計出相應的傳動系統(tǒng)。并進行主軸裝置、半聯(lián)軸器、減速調(diào)速器的結(jié)構(gòu)設計。 主要內(nèi)容： 1．了解絞車的工作原理，明確絞車傳動裝置的功能要求； 2．合理選擇傳動機構(gòu)類型，制定設計方案，進行相關(guān)的設計計算，確定工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸。 3．完成裝配圖及主要零件圖的繪制。 4．撰寫設計說明書。 基本要求： 1．認真收集有關(guān)資料，熟悉有關(guān)專用機械的設計方法，正確使用各類工具書；掌握有關(guān)工程設計的程序、方法和技術(shù)規(guī)范；鍛煉分析與解決工程實際問題的能力。 2．在設計中應樹立正確的設計思想，培養(yǎng)嚴肅認真的科學態(tài)度，嚴謹求實的工作作風。 3．學生應按時完成所規(guī)定的內(nèi)容和工作量，撰寫設計計算說明書，并正確繪制有關(guān)工程圖； 4．畢業(yè)設計說明書應包括與設計題目相關(guān)的闡述說明及計算，內(nèi)容完整，文字流暢，符合畢業(yè)論文規(guī)范。 5．設計裝配圖，部件圖，零件圖?？倛D紙工作量不少于3張A0圖幅，說明書不少于12000字。 注：此表如不夠填寫，可另加附頁。 主要中文參考資料與外文資料 [1]?孟少農(nóng).機械加工工藝手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002. [2]《機械設計手冊》聯(lián)合編寫組編.機械設計手冊第二版.化學工業(yè)出版社.2007. [3]?曹龍華.機械原理[M].?北京：高教出版社，1986. [4]?陳立德.機械制造裝備設計[M].北京：高等教育出版社，2010.6?第二版 [5]?陳立德.機械制造裝備設計課程設計[M].北京：高等教育出版社，2010.6 [6]饒振綱.行星傳動機構(gòu)設計.北京：國防工業(yè)出版社.2010.11 [7]中國礦業(yè)學院.礦井提升設備.?北京：煤炭工業(yè)出版社.2011 ? 工作進度安排 起止日期 主要工作內(nèi)容 ?2012.12.03~2013.01.31 ?熟悉題目要求，查閱文獻，收集資料，完成開題報告 ?2013.02.01~2013.02.28 ?設計方案擬訂，完成文獻綜述 ?2013.03.01~2013.03.31 ?設計計算，草圖繪制，撰寫初稿，進行中期檢查 ?2013.04.01~2013.04.30 ?繪制裝配圖及零件圖，撰寫設計說明書 ?2013.05.01~2013.05.13 ?提交正稿給指導老師評閱，參加學院預審 ?2013.05.14~2013.05.26 ?根據(jù)評閱人意見進行修改，準備答辯 ?2013.05.26~2013.05.30 ?根據(jù)答辯組意見修改，給指導老師復審定稿，按規(guī)范要求裝訂 ?2013.06.01 ?提交畢業(yè)設計所有材料 要求完成日期：20???年????月????日????????指導教師簽名：???????????????????????? 審查日期：20???年????月????日????????????專業(yè)委員會主任簽名：????????????????? 批準日期：20???年????月????日????????????學院指導委員會簽名（公章）：??????????? 接受任務日期：20???年????月????日????????學生本人簽名：???????????????????????? 注：簽名欄必須由相應責任人親筆簽名。此表可從教務處網(wǎng)站下載中心下載。 湖?南?農(nóng)?業(yè)?大?學 全日制普通本科生畢業(yè)設計? ? 礦井提升絞車傳動裝置設計 DESIGN?OF?MINE?HOISTING?WINCH?TRANSMISSION?DEVICE ? ? ? 學生姓名： 學????號:? 年級專業(yè)及班級：2009級機械設計制造及其自動??????化(2)班 指導老師及職稱：?副教授 學????院：?工學院 ? ? ? 湖南·長沙 提交日期：2013年5月 ? ? ? ? ? 湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生 畢業(yè)論文（設計）開題報告 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 學生姓名 ? 學????號 ? 年級專業(yè)及班級 2009級機械設計制造及其自動化(2)班 指導教師及職稱 ? 學????院 工學院 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 20????年?????月?????日? 畢業(yè)論文（設計）題目 礦井提升絞車傳動裝置設計 文獻綜述（選題研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、主要參考文獻等，不少于1000字） 絞車是工業(yè)生產(chǎn)過程中一種常見的機械，具有悠久的發(fā)展歷史和比較成熟的設計制造技術(shù)。隨著絞車制造技術(shù)的不斷提高、加工材料的不斷改進以及電子控制技術(shù)的不斷發(fā)展，絞車在動力、節(jié)能和安全性等方面取得了很大的進步。目前，絞車正被廣泛地運用于礦山、港口、工廠、建筑和海洋等諸多領域。 ????在礦山采掘和運輸場合，絞車作為重要輔助設備被大量而廣泛地運用著，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或斜井中物品與人員的調(diào)度，具有較大的牽引功率和很好的安全性，是礦山生產(chǎn)中不可缺少的設備之一。 國內(nèi)提升絞車發(fā)展狀況：我國提升設備的設計制造，是在解放以后才開始的。建國初期的在黨的領導下，新建和改建了許多礦山機械制造廠。1953年撫順重型機器廠制造了我國第一臺纏繞式雙筒提升機。1958年洛陽礦山機器廠設計制成了我國第一臺2X4多繩摩擦式提升機，并于1961年開始運轉(zhuǎn)，這種提升機與纏繞式提升機比較，具有重量輕、體積小、安全可靠、適合較深礦井的特點，是現(xiàn)代提升機的發(fā)展方向。并已在我國許多礦山中得到普及和應用。1989年投產(chǎn)的通鋼板石溝鐵礦18#礦組的罐籠井采用的是上海冶金礦山機械廠生產(chǎn)的第二臺JKD1.85?X?4多繩摩擦式提升機。1971年該廠又新設計制造了JK型新系列單繩纏繞式提升機，新系列采用了一些新結(jié)構(gòu)，與老型號比較，提升能力平均提高了25%，而機器重量也相應的減少。其他如JT系列礦用絞車，JKM及JKD系列多繩提升機在采用新結(jié)構(gòu)提高產(chǎn)品性能方面有較大改進和提高。 我國的礦用提升機其調(diào)速原理經(jīng)歷了電阻調(diào)速、液壓調(diào)速、變頻調(diào)速及行星差動調(diào)速等幾次大的改進，目前國產(chǎn)提升機所采用的調(diào)速裝置主要有兩種類型：一是液壓傳動調(diào)速裝置（液壓調(diào)速），其產(chǎn)品形式即為現(xiàn)有的液壓提升絞車；二是電控調(diào)速裝置（變頻調(diào)控），其產(chǎn)品形式即為現(xiàn)有的JT系列絞車。 ? 參考文獻： 1.機械設計、機械設計基礎課程設計，王昆等主編，北京：高等教育出版社，1996 2.典型零件模具圖冊，何忠保、陳曉華、王秀英主編，北京：機械工業(yè)出版社，2000.11 3.機械設計手冊/上冊，《機械設計手冊》聯(lián)合編寫組編，化學工業(yè)出版社，1979 4.畫法幾何及工程制圖，中國紡織大學工程圖學教研室等編，上海科學技術(shù)出版社，2001.3 5.機械零件設計手冊(第二版)/中冊，東北工學院《機械零件設計手冊》編寫組編，冶金工業(yè)出版社，1982.1 6.機械工程手冊/傳動設計卷(第二版)，機械工程手冊電機工程手冊編輯委員會編，北京：機械工業(yè)出版社，1997.7 7.機械零件課程設計，郭奇亮等主編，貴州人民出版社，1982.1 8.機械設計標準應用手冊/第二卷，汪愷主編，北京：機械工業(yè)出版社，1997.8 9.礦山提升機械設計，潘英編，徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2000.12 10.機械設計(第七版)，濮良貴、紀名剛主編，北京：高等教育出版社，2001 11.極限配合與測量技術(shù)基礎，孔慶華、劉傳紹主編，上海：同濟大學出版社，2002.2 注：此表如不夠填寫，可另加頁。 研究方案（研究目的、內(nèi)容、方法、預期成果、條件保障等） ?研究目的：絞車是工業(yè)生產(chǎn)過程中一種常見的機械，具有悠久的發(fā)展歷史和比較成熟的設計制造技術(shù)。隨著絞車制造技術(shù)的不斷提高、加工材料的不斷改進以及電子控制技術(shù)的不斷發(fā)展，絞車在動力、節(jié)能和安全性等方面取得了很大的進步。 ???在礦山采掘和運輸場合，絞車作為重要輔助設備被大量而廣泛地運用著，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或斜井中物品與人員的調(diào)度，具有較大的牽引功率和很好的安全性，是礦山生產(chǎn)中不可缺少的設備之一。為了更好地研究絞車的結(jié)構(gòu)和性能，需要對絞車的組成和絞車的分類展開探討。 內(nèi)容：本課題是井用提升絞車的設計，根據(jù)井用提升絞車的特點，該裝置的主要研究內(nèi)容有：（1）電動機的選擇，保證提升絞車驅(qū)動的需要;（2）減速器的設計，通過減速的同時提高輸出扭矩和降低了負載的慣量來保證電機的正常運行;（3）在指導老師的幫助下，運用所有有關(guān)相關(guān)機械設計的知識，并且理論聯(lián)系實際，設計出合理的絞車;（4）起重零件的設計。 方法：首先在熟悉課本上專業(yè)知識，了解基本原理，獨立思考、系統(tǒng)考慮設計部件地強度、剛度、工藝性、經(jīng)濟性和維護等要求.在對圖紙有個基本的了解后，確定基本方案，大體定出基本尺寸，再通過計算確定具體尺寸（精度）；使用標準和規(guī)范的尺寸進行標注，達到準確、美觀要求。完善設計方案，完成設計。 預計成果：對礦井提升絞車的結(jié)構(gòu)有透徹的了解，及對各種技術(shù)參數(shù)的計算方法有一定的掌握，能夠了解各種提升絞車的結(jié)構(gòu)與優(yōu)缺點。 ????條件保障：市場上有各種提升絞車的成品，有專業(yè)書籍參考資料，及老師的悉心指導。 進程計劃（各研究環(huán)節(jié)的時間安排、實施進度、完成程度等） ?起止日期 ?????????????主要工作內(nèi)容 ?2013．2．25前 ???????查閱文獻、收集資料、調(diào)查研究 ?2013.?2.26—2013.4.15 ?擬定設計方案、設計計算、繪制裝配圖零件圖 ?2013.?4中旬 ???????中期考核 ?2013.4.16—2013.5.1 ?撰寫畢業(yè)論文 ?2013.5.1—2013.5.13 ?畢業(yè)設計審查、修改 ?2013.5.13—2013.5.26 ?畢業(yè)設計答辯 論證小組意見 ? ? ??????????????????????????????組長簽名： ????????????????????????????????????????????????20????年???月???日 專業(yè)委員會意見 ? ???????????????????????????????????????????????專業(yè)委員會主任簽名： ?????????????????????????????????????????????????20???年???月???日 注：1.此表可用黑色簽字筆填寫，也可打印，但意見欄必須相應責任人親筆填寫。 2.此表可從教務處網(wǎng)站下載中心下載。 目 錄 摘要 ……………………………………………………………………………………1 關(guān)鍵詞 …………………………………………………………………………………1 1前言……………………………………………………………………………………1 2文獻綜述………………………………………………………………………………2 2.1礦井提升機的任務務及其地位……………………………………………………2 2.2礦井提升機的發(fā)展歷程……………………………………………………………3 2.2.1纏繞式提升機的發(fā)展狀況………………………………………………………3 2.2.2各個系列提升機的主要特點……………………………………………………3 2.3礦井提升機的類型和工作原理……………………………………………………4 2.3.1礦井提升機的類型及其組成部分的特點………………………………………4 2.3.2礦井提升機的工作原理…………………………………………………………5 2.3.3單繩纏繞式提升機的工作原理…………………………………………………5 2.3.4多繩摩擦式提升機的工作原理…………………………………………………6 3礦山提升絞車整體方案設計………………………………………………………7 3.1整體傳動裝置的設計……………………………………………………………7 3.2電動機的選擇……………………………………………………………………9 3.3絞車傳動裝置的初步設計………………………………………………………10 3.3.1傳動比的分配…………………………………………………………………10 3.3.2計算減速調(diào)速器中各軸的功率和轉(zhuǎn)矩………………………………………11 3.3.3減速調(diào)速器中各齒輪的設計…………………………………………………11 3.3.4計算主軸裝置中軸的功率和轉(zhuǎn)矩…………………………………………18 3.3.5主軸裝置中齒輪的設計……………………………………………………18 3.3.6減速調(diào)速器中軸的設計………………………………………………………20 3.3.7主軸裝置中軸的設計…………………………………………………………22 4礦山提升絞車的精確設計…………………………………………………………23 4.1齒輪的校核………………………………………………………………………23 4.1.1減速調(diào)速器中齒輪的校核……………………………………………………23 4.1.2主軸裝置中齒輪的校核………………………………………………………26 4.2軸的校核…………………………………………………………………………27 4.2.1減速調(diào)速器中軸的校核………………………………………………………27 4.2.2主軸裝置中軸的校核…………………………………………………………31 4.3其它零部件的選擇和設計校核…………………………………………………33 4.3.1軸承的選擇和校核……………………………………………………………33 4.3.2鍵的選擇和校核………………………………………………………………35 4.3.3箱體的設計……………………………………………………………………35 4.3.4附件的設計……………………………………………………………………36 4.4繪制裝配圖和零件圖……………………………………………………………36 5潤滑與密封…………………………………………………………………………38 6結(jié)束語………………………………………………………………………………39 參考文獻………………………………………………………………………………39 致謝……………………………………………………………………………………40 湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)設計 誠 信 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。 畢業(yè)設計作者簽名： 年 月 日 礦井提升絞車傳動裝置設計 學 生： 指導老師： （湖南農(nóng)業(yè)大學工學院，長沙 410128） 摘要：本文針對JK型提升機，系統(tǒng)地分析礦井提升絞車的傳動裝置部分，根據(jù)傳動系統(tǒng)的組成元素及設計方法合理地設計出相應的傳動系統(tǒng)。并進行主軸裝置、半聯(lián)軸器、減速調(diào)速器的結(jié)構(gòu)設計。本文針對礦山機械的特殊要求重點設計減速器，主軸部件。主要包括了提升機的選型和計算，提升機減速器設計，聯(lián)軸器的選擇，提升機主軸裝置設計計算和校核，最后完成提升機整體設計。 關(guān)鍵詞：提升機；單繩摩擦；聯(lián)軸器；減速器；主軸設計, Design of Mine Hoisting Winch Transmission Device Student：Liu Xudong Tutor：Mo Yawu (College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract：In this paper, based on the type of JK hoist, the transmission device part of mine hoisting winch has been analysed systematically of, according to the elements of transmission system and the design method of designing the corresponding drive system. And spindle device, half shaft coupling, reducer structure design of governor. According to the special requirements of mining machinery in the key. Keywords: single rope friction hoist; coupling; reducer; spindle design 1 前言 我國是個能源大國，也是礦山機電設備制造和使用大國。從20世紀50年代仿造第一臺礦井提升機以來，至今已設計制造、使用了近600多臺。隨著社會需求和現(xiàn)代技術(shù)的高速發(fā)展，礦山工業(yè)企業(yè)亟待生產(chǎn)設備及設施的機械化、電氣化、現(xiàn)代化。而礦山工業(yè)的提升機是咽喉設備，產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，老產(chǎn)品運行年深日久，原本落后的結(jié)構(gòu)問題暴露突出，故障增多，嚴重影響礦山的安全運轉(zhuǎn)，抑制了礦山工業(yè)的高速發(fā)展，給國民經(jīng)濟帶來了不良的影響。 隨著國內(nèi)礦井生產(chǎn)量的日新月異的提高，對提高提升機的安全性、可靠性、生產(chǎn)效率以及整機自動化運行水平， 降低操作者及維護人員的勞動強度、處理設備事故的速度與對策等，成了迫切要求。 本次設計是關(guān)于JK單繩纏繞式礦井提升機的設計，在本次設計中將大學四年所學習的材料力學，理論力學，機械制造，機械設計，機械制圖等知識進行了一次綜合的運用。本次設計不僅是對大學所學知識的總結(jié)和鞏固而且為以后進入社會參見工作積累了一定的經(jīng)驗，本次設計是個難得的學習機會。 在畢業(yè)設計過程中，通過上網(wǎng)查資料，圖書館借書，我逐步認識了礦井提升機的工作原理和基本構(gòu)造，為我能夠圓滿完成設計任務奠定了良好的基礎。另外我要特別感謝這次畢業(yè)設計的指導老師，莫亞武老師不僅給我提供了礦井提升機的相關(guān)資料而且給了我不少有用 2 文獻綜述 2.1 礦井提升機的任務及其地位 煤炭是我國的主要能源，又是重要的化工原料。煤炭被譽為黑色金子，工業(yè)的食糧，它是十八世紀以來人類世界使用的的主要能源之一。雖然它的重要位置已被石油所代替，但在今后相當長的一段時間內(nèi)，由于石油的日漸枯竭，必然走向衰敗，而煤炭因為儲量巨大，加之科學技術(shù)的飛速發(fā)展，煤炭氣化等新技術(shù)日趨成熟，并得到廣泛應用，煤炭必將成為人類生活中的無法代替的能源之一。我國既是煤炭生產(chǎn)大國又是消費大國，而根據(jù)我國的國情，在我國一次性能源結(jié)構(gòu)中，煤炭所占的比重一直是70％以上，在今后相當長的時期內(nèi)，煤炭仍然是我國的主要能源，故煤炭對我國的重要性不言而喻。隨著我國經(jīng)濟的不斷改革開放，煤炭工業(yè)必將高速持續(xù)地向前發(fā)展[1]。 礦井提升是煤炭生產(chǎn)過程中必不可少的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。從井下采煤工作面采出的煤炭，只有通過礦井提升設備運到地面，才能加以利用?？梢哉f，礦井提升是礦井生產(chǎn)的“咽喉”，其設備在工作中一旦發(fā)生故障，將直接影響生產(chǎn)，甚至造成人身傷亡。此外，礦井提升系統(tǒng)的耗電量很大，一般占礦井生產(chǎn)總耗電量的50％-70％。因此，合理選擇維護使用這些設備，使之安全可靠、經(jīng)濟高效地運轉(zhuǎn)，對保證礦井安全高效的生產(chǎn)，對提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟效益．都具有重要的現(xiàn)實意義。由于礦井提升設備是在并下巷道內(nèi)和井簡內(nèi)工作，空間受到限制，故要求它們結(jié)構(gòu)緊湊，外部尺寸盡量??；又因工作地經(jīng)常變化，因而要求其中的許多設備應便于移置；因為井下有瓦斯、煤塵、淋水、潮濕等特殊工作條件，還要求設備應防爆、耐腐蝕等。此外，礦井提升設備是一大型的綜合機械—電氣設備，其成本和耗電量比較高，所以，在新礦井的設計和老礦井的改建設計中，確定合理的提升系統(tǒng)時，必須經(jīng)過多方面的技術(shù)經(jīng)濟比較，結(jié)合礦井的具體條件，在保證提升設備在選型和運轉(zhuǎn)兩個方面都合理的前提下，要求提升設備具有良好的經(jīng)濟性。 2.2 礦井提升機的發(fā)展歷程 2.2.1 纏繞式提升機的發(fā)展狀況 纏繞式提升機的發(fā)展是為適應我國礦山建設的需要，國產(chǎn)提升機大致可分為仿蘇、改進及自行設計等三個階段。1953~1958年期間生產(chǎn)仿蘇產(chǎn)品BM系列提升機；KJ系列提升機是1958~1966年期間生產(chǎn)的仿蘇改進產(chǎn)品；JKA系列是在KJ型基礎上的改進產(chǎn)品；XKT系列提升機是1971年7月開始生產(chǎn)的自行設計產(chǎn)品，后又改為XKT-B系列，是已成批生產(chǎn)的新型礦井提升機。時至今日，中信公司生產(chǎn)的產(chǎn)品最齊全，JK/E，JKM，JTP，2JTP，JT等等[2]。 2.2.2 各個系列提升機的主要特點 A. JK型礦井提升機 1.)主軸裝置采用鑄鐵法蘭盤； 2.)調(diào)繩裝置為手動蝸輪蝸桿式； 3.)制動器為角移式； 4.)液壓傳動裝置為手動杠桿控制的三通閥和電磁鐵控制的四通閥； 5.)深度指示器為機械牌坊式； 6.)減速器為漸開線人字齒輪減速器。 B.JK（A）型礦井提升機 1.)調(diào)繩裝置為電動蝸輪蝸桿式； 2.)制動器為綜合式，改善了閘瓦的磨損情況； 3.)液壓傳動裝置為手動控制的低壓電液調(diào)節(jié)閥和電磁鐵控制的安全三通閥，操縱省力，易于實現(xiàn)自動化和半自動化控制； 4.)減速器采用圓弧人字形齒輪減速器；提高承載能力并減輕了重量。 C. XKT型礦井提升機 1)滾筒為焊接結(jié)構(gòu)，重量輕； 2.)采用液壓齒輪式快速調(diào)繩裝置，調(diào)繩省力省時； 3.)采用圓盤制動系統(tǒng)（包括圓盤式制動器和液壓站兩部分），此種系列具有以下的優(yōu)點： （1）安全性較高； （2）制動力矩可調(diào)性好； （3）慣性小、動作快、靈敏性強； （4）結(jié)構(gòu)緊湊、外形尺寸小、重量輕； （5）通用性好； （6）安裝、使用及維護比較簡單； 4.)采用圓弧齒輪減速器，提高了承載能力，減輕了重量； 5.)采用了圓盤深度指示器。 XKT系列礦井提升機與KJ和JK（A）系列比較，有以下的優(yōu)點： （1）提升能力平均提高25%，重量平均減輕25%， （2）采用了一些新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)，如：盤式制動器、液壓站、快速調(diào)繩裝置、微拖動裝置等 （3）通用化程度高。 D. GKT系列礦井提升機 采用JSZ-2×500型雙力線中心驅(qū)動減速器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，噪音小。并采用雙列向心滾動軸承，傳動效率高，在實際工作中廠家建議傳動效率取0.85~0.9； 滾筒為整體焊接結(jié)構(gòu)（2m提升機可根據(jù)用戶要求，供應分割的焊接滾筒和制動盤），采用滾動軸承支座。雙滾筒提升機的主軸裝置，具有液壓操縱的、在結(jié)構(gòu)上作了改進的齒輪離合器，調(diào)繩操作時間僅司機一人即可完成，節(jié)省了時間和人力； 配有自整角機傳動的圓盤深度指示器（2m提升機若用戶要求時，可以改供給牌坊式深度指示器）；制動器為綜合式的液壓開啟的盤式制動器；采用集中控制的操縱臺。 2.3 礦井提升機的類型和工作原理 2.3.1 礦井提升機的類型及其特點 提升機是礦井提升設備的主要組成部分，目前我國生產(chǎn)及使用的礦井提升機，按其滾筒的構(gòu)造特點可分為三大類，即單繩纏繞式、多繩摩擦式及內(nèi)裝式提升機。礦井提升機擁有諸多特點[3]，如： 安全性：所謂安全性，就是不能發(fā)生突然事故。由于礦井提升設備在礦山生產(chǎn)中所占的地位十分重要，其運轉(zhuǎn)的安全性，不僅直接影響整個礦井的生產(chǎn)，而且還涉及人員的生命安全。因此各國都對礦井提升設備提出了極嚴格的要求。在我國這些規(guī)定包括在《煤礦安全規(guī)程》中。 可靠性：所謂可靠性，是指能夠可靠地連續(xù)長期運轉(zhuǎn)而不需在短期內(nèi)檢修。礦井提升設備所擔負的任務十分艱巨，不僅每年要把數(shù)十萬噸到數(shù)百萬噸的煤炭和礦石從井下提升到地面，而且還要完成其他輔助工作。礦井提升設備是周期動作式輸送設備，需要頻繁地起動和停車，工作條件苛刻，其機械電氣設備設計必須可靠。 經(jīng)濟性：礦井提升設備是礦山大型設備之一，功率大，耗電多，大型礦井提升機的功率超過1000KW。因此礦井提升設備的造價以及運轉(zhuǎn)費用，也就成為影響礦井生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟指標的重要因素之一。合理的選擇，正確的使用和維護具有重要的經(jīng)濟意義。 2.3.2 礦井提升機的工作原理 按工作原理的不同，礦井提升機可分為兩類，如圖1所示。 圖1 礦井提升機按工作原理的分類 Fig.1 The machine according to the classification principle of mine hoist 我國目前廣泛使用的有單繩纏繞式和多繩摩擦輪式兩種，以下就重點介紹此兩種提升機的工作原理。 圖2 雙筒纏繞式礦井提升機 Fig.2 Duplex winding mine hoist 2.3.3單繩纏繞式提升機的工作原理 纏繞式提升機的主要部件有主軸、卷筒主軸承調(diào)繩離合器、減速器、深度指示器和制動器。示意圖如圖3所示。 單繩纏繞式提升機是較早出現(xiàn)的一種類型，工作原理比較簡單，就是將鋼絲繩的一端固定在提升機的卷筒上，另一端繞過井架上的天輪與提升容器相連接，利用兩個卷筒上鋼絲繩的纏繞方向的不同，當提升機轉(zhuǎn)動時，使兩個容器一個上升一個下降，以完成提升任務，這種提升機在我國礦山中廣泛使用。 圖3 纏繞式礦井提升機 Fig.3 Winding mine hoist 2.3.4多繩摩擦式提升機的工作原理 多繩摩擦式提升機的主要部件有主軸、主導輪、主軸承、車槽裝置、減速器、深度指示器、制動裝置及導向輪。由于使用了數(shù)根鋼絲繩代替一根鋼絲繩，鋼絲繩的直徑變小，摩擦輪雖變?yōu)槟Σ镣玻ㄒ喾Q主導輪）而稍有加寬，但其直徑亦變小。由于多繩不易在同一時間內(nèi)斷裂，故較為安全，多繩摩擦式提升機的結(jié)構(gòu)圖示如圖4。 由于開采深度的增加，需要纏在卷筒上的提升鋼絲繩變長，因而礦井提升機的卷筒寬度加大，這帶來了一系列問題，如提升機主軸太長、繩弦偏角太大、機器加重而使轉(zhuǎn)動慣量加大等。為了解決這個矛盾，德國人Koepe提出將鋼絲繩搭在摩擦輪上，利用摩擦襯墊與鋼絲繩之間的摩擦力來帶動鋼絲繩運動。與卷筒纏繞式相比，摩擦輪的寬度顯著地變窄了，同時由于跨度變小，提升機主軸的直徑與長度均有所降低，結(jié)果顯著地減輕了機器的重力，而且由于回轉(zhuǎn)力矩的減少，亦將降低提升電動機的容量。 圖4 多繩摩擦式礦井提升機 Fig.4 Type of mine multi rope friction hoist 多繩摩擦提升機的結(jié)構(gòu)特點是與它的動力傳遞原理以及安裝特點密切相關(guān)的。即由于它是靠摩擦力來傳遞動力的，它必須有較高摩擦系數(shù)的襯墊，為了保持幾根繩的繩槽處的深淺相同，即各繩的摩擦半徑相同，需設切槽裝置，為了補償鋼絲繩蠕動或滑動對深度指示器指示位置的影響，設置了深度指示器自動調(diào)零裝置，為了在使用圓尾繩時尾繩可以松捻而避免打結(jié)，在罐籠底部下方設有尾繩懸掛裝置。摩擦提升依靠襯墊與鋼絲繩之間的摩擦力來傳遞動力，因此其工作可靠性就在于提升鋼絲繩與安在主導輪上的摩擦襯墊之間是否產(chǎn)生滑動，即是否有足夠的摩擦力。 9 3 礦山提升絞車整體方案設計 3.1 整體傳動裝置的設計 傳動裝置用來傳遞原動機的運動和動力、變換其運動形式以滿足工作的需要，是機器的重要組成部分。根據(jù)絞車在煤礦和其他礦井傾斜巷道或小型豎井提升、運送物料的用途，且要用于煤礦井下需防爆的場合，結(jié)合其要求滿足的參數(shù)：兩班制工作，使用期10年，連續(xù)單向運行，載荷較平穩(wěn)；卷筒直徑1000mm，鋼絲繩的靜張力20kN，繩速1.3m/s，允許誤差為±5%?？沙醪酱_定其傳動裝置，傳動裝置由隔爆電動機、減速調(diào)速器、主軸裝置、聯(lián)軸器、卷筒四部分組成。 主軸裝置由大齒輪、制動支輪、卷筒、主軸和軸承座等組成；卷筒上設有木襯，可減少鋼絲繩的磨損。減速調(diào)速器 （行星齒輪傳動調(diào)速器）中減速與調(diào)速結(jié)合為一體；內(nèi)有斜齒圓柱齒輪和行星齒輪，第一級傳動為圓柱齒輪傳動，第二級傳動為行星齒輪傳動，行星齒輪傳動中，中心齒輪緊固在齒輪軸的端部與行星齒輪嚙合，行星齒輪與固裝在內(nèi)齒輪架上的內(nèi)齒輪嚙合，與行星齒輪連為一體的行星架的輸出端緊固著內(nèi)齒圈，有輸出軸穿過中空的外伸軸，輸出軸的前端固裝有半齒聯(lián)軸器，半齒聯(lián)軸器與內(nèi)齒圈構(gòu)成齒輪聯(lián)軸器；該行星齒輪傳動裝置結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速性能好、成本低，且高效節(jié)能，既可用于礦井提升，也可用于其它的場合。該減速調(diào)速器密封嚴密，潤油良好，更換潤滑油方便。 電動機采用三相隔爆異步電動機，屬于無級調(diào)速，轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)差功率小，啟動電流和換檔電流沖擊小，中高速運行振動小，制動安全可靠，對再生能量處理得力，斜井提升機運行中調(diào)速連續(xù)，不容易掉道，效率高。 絞車電動機作為電動機的過程，即正常的逆變過程。該過程主要由整流、濾波和正常逆變?nèi)蟛糠纸M成，其中正常逆變過程是其核心部分，它改變電機定子的供電頻率，從而改變輸出電壓，起到調(diào)速作用。絞車電機作為發(fā)電機的過程，即能量回饋過程。該過程主要由整流、回饋逆變和輸出濾波三部分組成，回饋逆變部分是整個回饋過程的核心部分，該部分實現(xiàn)回饋逆變輸出電壓相位與電網(wǎng)電壓相位的一致。由于回饋逆變輸出的是調(diào)制波，為保證逆變的正常工作，通過輸出濾波部分，使該系統(tǒng)的可靠性更加穩(wěn)定。 提升絞車的傳動簡圖如下： 1)主動齒輪 2)行星架 3)行星輪 4)內(nèi)齒輪 5)被動齒輪 6)太陽輪 7)傳動小齒輪 8)傳動大齒輪 9)行星輪軸 圖5 提升絞車的傳動簡圖[4] Fig.5 Raise transmission diagram of winch 提升絞車的結(jié)構(gòu)簡圖如下： （1）底座；（2）主軸部分；（3）深度指示器；（4）離合器箱；（5）緊急制動器 （6）離合制動器；（7）聯(lián)軸器；（8）電動機；（9）工作制動器 圖6 提升絞車的結(jié)構(gòu)簡圖 Fig.6 Raise transmission schematic of winch 3.2 電動機的選擇 電動機是常用的原動機，具體結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、控制簡便和維護容易等優(yōu)點。電動機的選擇主要包括選擇其類型和結(jié)構(gòu)形式、容量（功率）和轉(zhuǎn)速、確定具體型號。 （1）電動機的類型：按工作要求和條件選取YB2系列隔爆型三相異步電動機；電動機型號有：YB2-631-2、YB2-112M-2、YB2-280S-2、YB2-200L-4、YB2-315M-4、YB2-250M-6、YB2-90L-6、YB2-355M2-6、YB2-225M-8、YB2-802-8、YB2-315M-10、YB2-355L2-10等。電動機型號的含義如下圖示: 圖7 電動機型號含義圖 Fig.7 Motor model implication graph （2）選擇電動機的容量 ①由絞車工作的要求，可得卷筒的轉(zhuǎn)速和功率： 卷筒的轉(zhuǎn)速為： （1） 卷筒所需功率為： （2） ②由系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動機構(gòu)簡圖和性能，查[5]表得：齒輪轉(zhuǎn)動效率0.97，卷筒效率0.96，軸承效率0.98，聯(lián)軸器的效率0.99。 總效率為： 電動機的輸出功率為： 由上面的計算結(jié)果查機械設計手冊[6]P177，選擇型電動機，其額定功率為：，滿載轉(zhuǎn)速為。 3.3 絞車傳動裝置的初步設計 3.3.1 傳動比的分配 （1）根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計算總轉(zhuǎn)動比為： 分別取齒軸、齒輪齒數(shù)為：，，，；，；，；，。 則實際轉(zhuǎn)動比為： 實際總轉(zhuǎn)動比 傳動比誤差 傳動比誤差符合要求。 （2）輸入級軸轉(zhuǎn)速，則： 當絞車調(diào)速輪空轉(zhuǎn)時： 當絞車調(diào)速輪不轉(zhuǎn)動時： 由上可知：在無級調(diào)速過程中，絞車卷筒的轉(zhuǎn)速范圍為：0~125r/min。 則絞車實際的繩速為： （3） 符合實際要求。 3.3.2 計算減速調(diào)速器中各軸的功率和轉(zhuǎn)矩 電動機軸的輸出功率和轉(zhuǎn)矩： （4） 齒軸的輸入功率和轉(zhuǎn)矩： （5） 二軸的輸入功率和轉(zhuǎn)矩（調(diào)速輪不轉(zhuǎn)動時）： （6） 3.3.3 減速調(diào)速器中各齒輪的設計 齒輪傳動是應用最廣泛的一種傳動形式，其傳動的主要優(yōu)點是：傳遞的功率大、速度范圍廣、效率高、工作可靠、壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊，齒輪的設計主要圍繞傳動平穩(wěn)和承載能力高這兩個基本要求進行的。 （1）齒軸上的齒輪和行星齒輪的設計 該對齒輪是直齒輪嚙合傳動。齒軸上的齒輪材料選用40Cr，進行調(diào)質(zhì)處理和齒部淬火處理；行星齒輪選用40Cr材料，進行高頻淬火處理。查機械設計手冊得：齒軸上的齒輪齒面硬度為HRC60~62，齒輪采用8級精度，齒面粗糙度為3.2um；行星齒輪采用8級精度，齒面硬度為HRC56~60，齒面粗糙度為6.3um。 齒輪的初步設計：根據(jù)齒輪的初步分析和后述的尺寸確定，繪制兩齒輪如圖8： 按齒面接觸疲勞強度設計： 齒輪轉(zhuǎn)矩為： （7） 圖8 齒輪和行星齒輪 Fig.8 Gear and planetary gear 查表得：載荷系數(shù)；齒輪的齒數(shù)；由于齒輪傳動對稱布置，且齒面為軟齒面，取。 查表得，，，， 齒輪的壽命為：齒軸上齒輪的應力循環(huán)次數(shù)為： （8） 行星齒輪的應力循環(huán)次數(shù)為： 接觸疲勞壽命系數(shù)為： （9） 許用接觸應力： （10） 查[5]表10-5得：齒形系數(shù)為：； 修正系數(shù)為： 比較： ，應按行星架上齒輪的齒面接觸疲勞強度進行計算。 （11） 模數(shù)： 查表得：標準模數(shù)為 分度圓的直徑： 齒頂高： 齒根高： 齒全高： 齒 寬： 故：取，則 取，， 中心距： （2）行星齒輪和內(nèi)齒輪的設計 該對齒輪也是直齒輪嚙合傳動。內(nèi)齒輪材料選用ZG40Cr，先進行退火處理再進行調(diào)質(zhì)處理；查機械設計手冊得：內(nèi)齒輪齒面硬度為HB220~250，齒輪采用8級精度，齒面粗糙度為6.3um。如前所述，行星齒輪齒數(shù)，模數(shù)為。 齒輪的初步設計：根據(jù)齒輪的初步分析和后述的尺寸確定，繪制這兩個齒輪的草圖9如下示： 按齒面接觸疲勞強度設計： 齒輪轉(zhuǎn)矩為： 查[5]表10-2得：載荷系數(shù)；齒輪的齒數(shù)；由于齒輪傳動對稱布置，且齒面為軟齒面，取。 查表得，，，， 圖9 行星齒輪和內(nèi)齒輪 Fig.9 Planetary gear and internal gear 齒輪的壽命為：內(nèi)齒輪的應力循環(huán)次數(shù)為： 接觸疲勞壽命系數(shù)為： 許用接觸應力： 查表得：齒形系數(shù)為： 修正系數(shù)為： 比較： ，應按行星架上齒輪的齒面接觸疲勞強度進行計算。 二者嚙合傳動，由于配對的齒輪要求模數(shù)相同，故：內(nèi)齒輪的模數(shù)。分度圓的直徑： 齒頂高： 齒根高： 齒全高： 取，，， 由于二者為行星傳動，其中心線之間的距離仍為如前所述的中心距： （3）行星架上的齒輪和二軸上的齒輪的設計 該對齒輪是斜齒輪嚙合傳動。二者都選用ZG45材料，進行退火處理和調(diào)質(zhì)處理。查[6]得：二者都采用8級精度，齒面粗糙度為3.2um；行星架上的齒輪齒面硬度為HRC60~62，二軸上的齒輪齒面硬度為HRC56~60。 齒輪的初步設計：根據(jù)齒輪的初步分析和后述的尺寸確定，按比例繪制這兩個齒輪的草圖如下示： 圖10 齒輪 Fig.10 Gear 按齒根彎曲疲勞強度設計： 行星架上的齒輪轉(zhuǎn)距為： 該對齒輪為硬齒輪齒面，非對稱安裝，齒輪齒數(shù)分別為：。查表得：齒寬系數(shù)，使用系數(shù)，動載系數(shù)，齒向載荷分布系數(shù)，按齒面硬化，斜齒輪，，齒間載荷分配系數(shù)；，， 載荷系數(shù)為：,齒形系數(shù)按當量齒數(shù)；設螺旋角 則行星架上齒輪的形位系數(shù)，二軸上齒輪的形位系數(shù)，查圖得：行星架上齒輪的應力修正系數(shù)，二軸上齒輪的應力修正系數(shù)；；， （12） 代入齒輪齒數(shù)，得： ，，。 由 查得重合度系數(shù)，。彎曲疲勞許用應力： （13） 查取材料彎曲疲勞極限應力，齒輪的壽命為：行星架上齒輪應力循環(huán)次數(shù)為： 二軸上齒輪應力循環(huán)次數(shù) 查[8]取尺寸系數(shù)，。彎曲疲勞強度安全系數(shù)。 比較， 應按行星架上齒輪的彎曲疲勞強度進行計算。 取標準模數(shù)。 由公式得：（14） 圓整后取中心距為： ，與原假設相近。 二者分度圓的直徑分別為： 齒頂高： 齒根高： 齒 寬： 取，，，；，，，， 3.3.4計算主軸裝置中軸的功率和轉(zhuǎn)矩 主軸的輸入功率和轉(zhuǎn)矩（調(diào)速輪不轉(zhuǎn)動時）： 3.3.5主軸裝置中齒輪的設計 該對齒輪為結(jié)合齒和大齒輪，是直齒輪嚙合傳動。結(jié)合齒材料選用45號鋼，進行高頻淬火處理；大齒輪選用ZG45材料，先進行退火處理再進行齒部淬火處理。查機械設計手冊得：結(jié)合齒齒面硬度為HRC60~62，齒輪采用7級精度，齒面粗糙度為3.2um；大齒輪采用7級精度，齒面硬度為HRC56~60，齒面粗糙度為3.2um。 根據(jù)齒輪的初步分析和后述的尺寸確定，繪制這兩個齒輪的簡圖如下示： 圖11 結(jié)合齒和大齒輪 Fig.11 conjunction gear and a big gear 按齒面接觸疲勞強度設計： 齒輪轉(zhuǎn)矩為： 查表得：載荷系數(shù)；齒輪的齒數(shù)；由于齒輪傳動對稱布置，且齒面為軟齒面，取。 查表得，，，， 齒輪的壽命為：結(jié)合齒的應力循環(huán)次數(shù)為： 大齒輪的應力循環(huán)次數(shù)為： 接觸疲勞壽命系數(shù)為： 許用接觸應力： 查表得：齒形系數(shù)為：； 修正系數(shù)為： 比較 ， 應按結(jié)合齒的齒面接觸疲勞強度進行計算。 模數(shù)： 查表得：標準模數(shù)為 分度圓的直徑： ； 齒頂高： 齒根高： 齒全高： 齒 寬： 故：取，則 取，，； ，，，，，，， 中心距： 3.3.6減速調(diào)速器中軸的設計 軸主要用來支承零件作旋轉(zhuǎn)運動，以傳遞運動和動力。本絞車傳動裝置總共有三根軸，根據(jù)設計要求，具體的設計步驟和內(nèi)容如下： （1）齒軸的設計 選擇軸的材料及確定許用應力：該軸選用40Cr材料，進行調(diào)質(zhì)處理和齒部淬火處理。查表得：取,。 按彎曲許用切應力計算，初估軸的最小直徑： 查表得：取,，由下式得： 因軸上開有鍵槽,應增大軸頸以考慮鍵槽對軸強度的削弱,則直徑應增大，又，，故初定該軸的最小直徑為40mm，其配合段軸長應與軸承相匹配。 確定齒輪和軸承的潤滑：齒輪圓周速度為： 齒輪采用浸油潤滑，軸承采用脂潤滑。 軸的初步設計：根據(jù)軸系結(jié)構(gòu)分析要點，結(jié)合后述尺寸確定，按比例繪制軸的草圖如下： 圖12 齒輪軸 Fig.12 pinion?shaft 軸的結(jié)構(gòu)設計：軸的結(jié)構(gòu)設計主要有以下幾項內(nèi)容：各軸段徑向尺寸的確定；各軸段軸向長度的確定。 徑向尺寸的確定：如上草圖所示，從軸段開始，逐段選取相鄰軸段的直徑，起定位固定作用；起定位軸承的作用，且能保證齒軸和行星齒輪的完好嚙合，實現(xiàn)有效的齒輪傳動，定位軸肩高度可在范圍內(nèi)， 故 取；同理，按軸的標準直徑系列，為齒軸的齒輪部分，將作為分度圓的直徑，；其它幾個軸段的徑向長度分別為：，，。 軸向尺寸的確定：齒軸的齒輪齒寬，齒長；右軸段與抱剎輪相聯(lián)，取軸段長，考慮到為了方便安裝，軸承蓋至抱剎輪的距離為：；與軸承相配合，查表得：軸承安裝尺寸寬度為，初取，類似地，其它幾個軸段的軸向長度分別為：，，。 （2）二軸的設計 選擇軸的材料及確定許用應力：該軸材料選用45號鋼，進行調(diào)質(zhì)處理。查表得：取,。 按彎曲許用切應力計算，初估軸的最小直徑： 查表得：取,，由下式得： 因軸上開有兩個鍵槽,應增大軸頸以考慮鍵槽對軸強度的削弱,則直徑應增大，又，，故初定該軸的最小直徑為85mm，其配合段軸長應與結(jié)合齒相配合。 確定齒輪和軸承的潤滑：齒輪圓周速度為： （15） 齒輪采用浸油潤滑，軸承采用脂潤滑。 軸的初步設計：根據(jù)軸系結(jié)構(gòu)分析要點，結(jié)合后述尺寸確定，按比例繪制軸的草圖如下： 軸的結(jié)構(gòu)設計：軸的結(jié)構(gòu)設計主要有以下幾項內(nèi)容：各軸段徑向尺寸的確定；各軸段軸向長度的確定。 徑向尺寸的確定：如上草圖所示，從軸段開始，逐段選取相鄰軸段直徑。起定位固定的作用，按軸的標準直徑系列，；起定位固定斜齒輪的作用，定位軸肩高度可在范圍內(nèi)，由軸的標準直徑系列得： 圖13 中間軸 Fig.13 Mid-shaft 取；同理，其它幾個軸段的徑向長度分別為：，；起定位軸承和固定作用，取。 軸向尺寸的確定：二軸的最右軸段取為，右軸段與結(jié)合齒配合，考慮到為了方便安裝，軸承蓋至結(jié)合齒的距離為：；與軸承相配合，且伸出箱體至離結(jié)合齒距離為的位置，又查表得：軸承安裝尺寸寬度為，故初取，同理，其它幾個軸段的軸向長度分別為：，，，。 3.3.7主軸裝置中軸的設計 選擇軸的材料及確定許用應力：該軸材料選用45號鋼，進行調(diào)質(zhì)處理。查表得：取,。 按彎曲許用切應力計算，初估軸的最小直徑： 查表得：取,，由下式得: 因軸上開有兩個鍵槽,應增大軸頸以考慮鍵槽對軸強度的削弱,則直徑應增大，又，，故初定該軸的最小直徑為55mm。確定齒輪和軸承的潤滑：齒輪圓周速度為： （16） 齒輪采用浸油潤滑，軸承采用脂潤滑。 軸的初步設計：根據(jù)軸系結(jié)構(gòu)分析要點，結(jié)合后述尺寸確定，按比例繪制軸的草圖如下： 圖14 主軸 Fig.14 Main axle 軸的結(jié)構(gòu)設計：軸的結(jié)構(gòu)設計主要有以下幾項內(nèi)容：各軸段徑向尺寸的確定；各軸段軸向長度的確定。 徑向尺寸的確定：如上草圖所示，從軸段開始，逐段選取相鄰軸段的直徑。起定位固定的作用，按軸的標準直徑系列，分別取：，；和共同起定位固定大齒輪的作用，定位軸肩的高度可在范圍內(nèi)， 故這兩段都取為：；同理，其它幾個軸段的徑向長度分別為：，；起定位固定作用。 軸向尺寸的確定：主軸的最左軸段取為，左軸段與傘齒輪接合，考慮到為了方便安裝，軸承蓋至傘齒輪輪齒的距離為：；與軸承相配合，查表得：軸承安裝尺寸寬度為，故初取，同理，其它幾個軸段的軸向長度分別為：，，，，。 4 礦山提升絞車的精確設計 4.1 齒輪的校核 4.1.1減速調(diào)速器中齒輪的校核 （1）齒軸上的齒輪和行星齒輪的校核 校核原假設的系數(shù) 齒輪的速度為： （17） （18） 查圖得：，與原取值一致，符合要求。 齒寬 取。 校核齒面接觸疲勞強度： 查手冊得，，，， 齒形系數(shù)為：；修正系數(shù)為： 齒面接觸疲勞強度：計算的壽命系數(shù)為： 許用接觸應力： 齒輪接觸疲勞校核公式： 代入上述接觸疲勞校核公式得： 由于：，，接觸疲勞強度足夠；齒輪設計滿足實際要求。 （2）行星齒輪和內(nèi)齒輪的校核 校核原假設的系數(shù) 齒輪的速度為： 查圖得：，與原取值一致，符合要求。 齒寬 取。 校核齒面接觸疲勞強度： 查手冊得：，，， 齒形系數(shù)為：；修正系數(shù)為： 齒面接觸疲勞強度：計算的壽命系數(shù)為： 許用接觸應力： 齒輪接觸疲勞校核公式： 代入上述接觸疲勞校核公式得： 由于：，，接觸疲勞強度足夠；齒輪設計滿足實際要求。 （3）行星架上的齒輪和二軸上的齒輪的校核 校核原假設的系數(shù) 齒輪的速度為： 查圖得：，與原取值一致，符合要求。 齒寬，取。 校核齒根彎曲疲勞強度：查手冊得，彈性系數(shù)；節(jié)點區(qū)域系數(shù)；重合度系數(shù)；螺旋角系數(shù)。 彎曲疲勞許用應力公式為： 查表得：齒輪材料彎曲疲勞極限應力，彎曲疲勞強度計算的壽命系數(shù)為： 工作硬化系數(shù)；彎曲疲勞強度安全系數(shù)。許用彎曲應力為： 將以上各值代入斜齒輪彎曲疲勞校核公式： （19） ，說明接觸疲勞強度足夠；齒輪設計滿足實際要求。 4.1.2 主軸裝置中齒輪的校核 該對齒輪為結(jié)合齒和大齒輪，是直齒輪嚙合傳動。 校核原假設的系數(shù) 齒輪的速度為： 查圖得：，與原取值一致，符合要求。 齒寬 取。 校核齒面接觸疲勞強度： 查手冊得，，，， 齒形系數(shù)為：；修正系數(shù)為： 齒面接觸疲勞強度：計算的壽命系數(shù)為： 許用接觸應力： 齒輪接觸疲勞校核公式： 代入上述接觸疲勞校核公式得： 由于：，，接觸疲勞強度足夠；齒輪設計滿足實際要求。 4.2 軸的校核 4.2.1 減速調(diào)速器中軸的校核 （1）齒輪軸的校核 計算齒輪受力：轉(zhuǎn)矩 齒輪切向力為： 徑向力： 軸向力： 計算支反力和彎矩并校核：；； 在水平面上： C截面彎矩： D截面彎矩： 結(jié)構(gòu)圖如下圖示： 圖14 齒輪軸結(jié)構(gòu)圖 Fig.14 Structure diagram of gear shaft 彎矩圖和受力圖如下圖示： 圖15 齒輪軸彎矩和受力示意圖 Fig.15 Gear shaft bending moment and force diagram 垂直面受力如上圖所示，計算支點反力和C、D兩截面的彎矩支反力， C截面彎矩： D截面彎矩： 合成彎矩： C截面當量彎矩： D截面當量彎矩： 故： 由于有鍵,故： 實際直徑為，強度足夠，在鍵聯(lián)接抱剎輪后，所選用軸的直徑壽命和強度均能滿足,該軸的結(jié)構(gòu)設計合理。 （2）二軸的校核 計算齒輪受力：轉(zhuǎn)矩 齒輪切向力為： 徑向力： 軸向力： 計算支反力和彎矩并校核：；； 在水平面上： C截面彎矩： 結(jié)構(gòu)圖如下圖示： 圖16 中間軸軸結(jié)構(gòu)圖 Fig.16 Mid-axis structure diagram 彎矩圖和受力圖如下圖 圖17 中間軸彎矩和受力示意圖 Fig.17 Mid-axis bending moment and force diagram 垂直面受力如上圖所示，計算支點反力和C、D兩截面的彎矩支反力： C截面彎矩： D截面彎矩： 合成彎矩： C截面當量彎矩： D截面當量彎矩： 故： 由于有兩個鍵,故： 實際直徑為，強度足夠，在鍵聯(lián)接結(jié)合齒后，所選用軸的直徑壽命和強度均能滿足,該軸的結(jié)構(gòu)設計合理. 4.2.2 主軸裝置中軸的校核 計算齒輪受力：轉(zhuǎn)矩 齒輪切向力為： 徑向力： 軸向力： 計算支反力和彎矩并校核：；； 在水平面上： C截面彎矩： D截面彎矩： 結(jié)構(gòu)圖如下圖示： 圖18 主軸 Fig.18 Main axle 彎矩圖和受力圖如下圖示： 圖19 主軸彎矩和受力示意圖 Fig.19 Shaft bending and force diagram 垂直面受力如上圖所示，計算支點反力和C、D兩截面的彎矩支反力： C截面彎矩： D截面彎矩： 合成彎矩： C截面當量彎矩： D截面當量彎矩： 故： 由于有兩個鍵,故： 實際直徑為，強度足夠，在鍵聯(lián)接大齒輪后，所選用軸的直徑壽命和強度均能滿足,該軸的結(jié)構(gòu)設計合理。 4.3 其它零部件的選擇和設計校核 4.3.1軸承的選擇和校核 齒軸右端的軸承：由工作要求得：軸承的使用時間為 軸承的當量動載荷：；查手冊得：??；若取軸承：查手冊得：，。由前面軸的受力分析知：，；由，查手冊值得：；； 由于，查表得：； 計算軸承壽命： ，軸承使用壽命足夠，符合要求，選用此軸承。 齒軸左端的軸承：由工作要求得：軸承的使用時間為 軸承的當量動載荷：；查手冊得：取 若取軸承：查手冊得：，。由前面軸的受力分析知：，；由，查手冊值得：；；由于，查表得：；（4.93） 計算軸承壽命： ，軸承使用壽命足夠，符合要求，選用此軸承。 二軸上的軸承：由工作要求得：軸承的使用時間為 軸承的當量動載荷：；查手冊得：取 若取軸承：查手冊得：，。由前面軸的受力分析知：，；由，查手冊值得：；；，查表得：； 計算軸承壽命： ，軸承使用壽命足夠，符合要求，選用此軸承。 主軸上的軸承：由工作要求得：軸承的使用時間為 軸承的當量動載荷：；查手冊得：取 若取軸承：查手冊得：，。由前面軸的受力分析知：，；由，查手冊值得：；；，查表得：； 計算軸承壽命： ，軸承使用壽命足夠，符合要求，選用此軸承. 4.3.2鍵的選擇和校核 在工作軸中，鍵的大小選擇由軸的大小確定，校核公式為： 齒軸上的鍵：該鍵聯(lián)接抱剎輪和齒軸，鍵型為型鍵，，為，；其許用扭轉(zhuǎn)應力為：，又： 鍵符合扭轉(zhuǎn)應力的要求，選用該鍵。 錐柄齒上的鍵：該鍵聯(lián)接調(diào)速輪和錐柄齒，鍵型為型鍵，，為，；其許用扭轉(zhuǎn)應力為：， 又： 鍵符合扭轉(zhuǎn)應力的要求，選用該鍵。 行星架上的鍵：該鍵聯(lián)接斜齒輪和行星架，鍵型為型鍵，，為，；其許用扭轉(zhuǎn)應力為：， 又： 鍵符合扭轉(zhuǎn)應力的要求，選用該鍵。 二軸右端的鍵：該鍵聯(lián)接結(jié)合齒和二軸，鍵型為型鍵，，為，；其許用扭轉(zhuǎn)應力為：， 又： 鍵符合扭轉(zhuǎn)應力的要求，選用該鍵。 主軸上的鍵：該鍵聯(lián)接大齒輪和主軸，鍵型為型鍵，，為，；其許用扭轉(zhuǎn)應力為：，又： 鍵符合扭轉(zhuǎn)應力的要求，選用該鍵。 4.3.3箱體的設計 箱體用于支持和固定減速調(diào)速器中的各種零件，使箱體內(nèi)的零部件有良好的潤滑和密封。箱體結(jié)構(gòu)與受力均較復雜，目前尚無成熟的計算方法,箱體各部分尺寸一般按經(jīng)驗公式設計,在其裝配草圖的設計和繪制過程中確定[16]。 箱體選用灰鑄鐵，,布氏硬度。 4.3.4附件的設計 （1）窺視孔蓋和窺視孔 為了檢查傳動件的嚙合、潤滑、接觸點、齒側(cè)間隙及向箱內(nèi)注油等，在箱蓋頂部設置便于觀察傳動件嚙合區(qū)的位置并且有足夠大的窺視孔。取，，，，，個，，孔徑，孔蓋用的螺釘緊固。 （2）排油孔、油塞、油標 為了換油及清洗箱體時排出油污，在箱座底部設有排油孔，并在其附近做出一小凹坑，以便攻絲及油污的匯集和排放，排油孔用油塞及封油墊封住；本設計中取螺塞,油圈。為了檢查減速器內(nèi)的油面高度，應在箱體便于觀察、油面較穩(wěn)定的部位設置油標，本次設計選用桿式油標。 （3）吊耳和吊鉤 為拆卸及搬運減速調(diào)速器，應在箱蓋上鑄出吊耳環(huán)，并在箱座上鑄出吊鉤，吊鉤和吊耳的尺寸可以根據(jù)具體情況加以修改。 (4)定位銷 定位銷的公稱直徑可取,并圓整為標準值，取。定位銷的總長度應稍大于箱體聯(lián)接凸緣的總厚度，以利裝拆，取 4.4 繪制裝配圖和零件圖 完成了絞車傳動裝置基本結(jié)構(gòu)的設計；零部件的設計、選擇和校核后，為了表明其整體結(jié)構(gòu)，各零部件的結(jié)構(gòu)及其裝配關(guān)系和能夠指導生產(chǎn)，需要繪制裝配圖和零件圖[14]。 裝配圖的作用：表明絞車傳動裝置整體結(jié)構(gòu)和工作原理，各零部件的結(jié)構(gòu)及其裝配關(guān)系，所有零部件的形狀和尺寸，相關(guān)零部件間的聯(lián)接形式，是絞車裝配、調(diào)試、維護等的技術(shù)依據(jù)；表明絞車傳動裝置各零部件的裝配和拆卸的可能性、次序及其調(diào)整和使用方法。 裝配圖應總體規(guī)劃：選擇幾個基本視圖，將工作原理和主要裝配關(guān)系集中反映在一個基本視圖上；結(jié)合必要的剖視、剖面和局部視圖加以補充。布置視圖時應注意： 表1 鑄造減速調(diào)速器箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸表 Table.1 Casting speed governor main structural dimensions of the table 名 稱 符號 尺寸關(guān)系 取 值 箱座壁厚 20mm 箱蓋壁厚 15mm 箱蓋凸緣厚度 30mm 箱座凸緣厚度 35mm 箱座底凸緣厚度 35mm 地腳螺釘直徑 21mm 地腳螺釘數(shù)目 8 軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 19mm 蓋與底座聯(lián)接螺栓直徑 20mm 聯(lián)接螺栓的間距 200mm 軸承端蓋螺釘直徑 16mm 視孔蓋螺釘直徑 12mm 定位銷直徑 12mm 至外箱壁距離 查手冊 25mm 至凸緣邊緣距離 查手冊 20mm 軸承旁凸臺半徑 20mm 凸臺高度 35mm 外箱壁至軸承座端面距離 45mm 鑄造過度尺寸 查手冊 4mm,18mm, 大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離 25mm 齒輪端面與內(nèi)箱壁距離 20mm 箱蓋/箱座肋厚 20mm 軸承端蓋外徑 200mm 軸承旁連接螺栓距離 200mm 整個圖面勻稱美觀，并在右下方預留技術(shù)要求、標題欄和零件明細表的位置；各視圖之間應留適當?shù)某叽鐦俗⒑土慵蛱枠俗⒌奈恢?。尺寸標注應包括：特性尺寸、外形尺寸、安裝尺寸等。標題欄、序號和明細表說明機器或部件的名稱、數(shù)量、比例、材料、標準規(guī)格、標準代號、圖號以及設計者姓名等內(nèi)容；裝配圖中每個零件都應編寫序號，并在標題欄的上方用明細表來說明；應寫明技術(shù)要求，語言簡潔，不能有歧義。 繪制完裝配圖后，結(jié)合設計和校核后得出的可行性數(shù)據(jù)拆畫零件圖。零件圖的作用：反映設計者的意圖，是設計、生產(chǎn)部門組織設計、生產(chǎn)的重要技術(shù)文件；表達機器或零部件的技術(shù)要求，是制造和檢驗零件的依據(jù)。在繪制裝配圖要求的基礎上，零件圖應合理標注尺寸及公差、合理標注表面粗糙度；技術(shù)要求更詳細具體，標題欄應說明零件的名稱、數(shù)量、比例、材料、圖號以及設計者姓名等內(nèi)容。 5潤滑與密封 絞車傳動裝置的各運動部位應及時充分地潤滑。潤滑劑不得混入灰塵、污垢及水分等雜質(zhì)。齒輪采用浸油潤滑，軸承采用飛濺潤滑。減速調(diào)速器齒輪用N32或N46機械油，各操作件、運動件的軸承和關(guān)節(jié)處用N46機械油，開式齒輪用ZG-3鈣基潤滑脂。 表2 電力液壓推桿制動器用油表 Table.2 Electric hydraulic brake oil table 周圍介質(zhì)溫度 推薦選用油液 45℃~20℃ 20號機械油（凝固點15℃）GB443-64 20℃~0℃ 10號變壓器油（凝固點-10℃） SYB1351-62 0℃~-15℃ 25號變壓器油（凝固點-25℃） SYB1351-62 -15℃~-30℃ 儀表油（凝固點-60℃）GB487-65 低于-30℃ 酒精和甘油的混合溶液 減速調(diào)速器內(nèi)油面高度約浸沒大齒輪的三分之一；新的或大修的絞車運轉(zhuǎn)5-6天后，放掉減速調(diào)速器內(nèi)的潤滑油，用煤油清洗內(nèi)腔，清除金屬微粒細屑， 更換新油，以后1-3個月?lián)Q油一次；滾動軸承的油量不超過軸承空積的三分之二；主軸裝置滾動軸承三個月?lián)Q油脂一次，減速調(diào)速器滾動軸承檢修時換油脂，電動機滾動軸承 2-3個月加油脂一次；開式齒輪每隔 6-8天，擦去齒面臟物，調(diào)整兩齒輪之間的間隙，加油脂一次，使齒面經(jīng)常保持一層薄的油膜；電力液壓推桿制動器3個月?lián)Q油一次。 為防止灰塵、水份等侵入，并阻止?jié)櫥瑒┑穆┦Вg車傳動裝置的相關(guān)部件需要密封。軸伸出處，選用氈圈式密封，其作用是使?jié)L動軸承與箱外隔絕,防止?jié)櫥吐┏龊拖潴w外雜質(zhì)、水及灰塵等侵入軸承室，避免軸承急劇磨損和腐蝕；氈圈式密封結(jié)構(gòu)簡單、價廉、安裝方便、但氈圈壽命短。軸承內(nèi)側(cè)，選用擋油環(huán)密封，其作用用于油潤滑軸承，防止過多的油、雜質(zhì)進入軸承室以內(nèi)以及嚙合處的熱油沖入軸承內(nèi)；擋油環(huán)與軸承座孔之間應留有一定的間隙，以便讓一定量的油能濺入軸承室進行潤滑。箱蓋與箱座接合面之間的密封在接合面上涂上密封膠即可。 6結(jié)束語 通過本次設計的答辯，我也就圓滿完成了大學學業(yè)。我本次所作設計是單繩纏繞式提升機傳動裝置部分，由于我過去很少接觸到該方面的知識，所以設計初期遇到了不小的麻煩，我甚至不清楚提升機的詳細總體結(jié)構(gòu)，好在我通過對相關(guān)書籍的閱讀以及在莫老師的悉心指導下，一步步的完成了本次畢業(yè)設計。本次設計中減速器部分較難，但此部分卻關(guān)系到整個提升機的性能，我不得不耐心的查閱資料學習，對于煤礦生產(chǎn)太重要了，設計提升機，安全是第一位的。 畢業(yè)設計是一次系統(tǒng)的設計，比以前任何的一次課程設計都要全面和系統(tǒng)。有一點問題考慮不到就會影響整個設計工作，這給我?guī)砹松羁痰慕逃?，畢業(yè)近三個月的畢業(yè)設計工作將要結(jié)束，我大學里的最后一次作業(yè)也將完成。設計不僅全面地檢驗了一個大學生在四年里所學的知識，更重要的是為今后進入社會參加工作打下牢固的基礎。 參考文獻 [1] 洪曉華、陳軍主編。《礦井運輸提升》[M].中國礦業(yè)大學出版社2005.1 [2] 中國礦業(yè)學院.礦井提升設備. 北京：煤炭工業(yè)出版社.2011 [3] 陳維健、齊秀麗、肖林京、張開如主編?！兜V山運輸與提升設施》[M]中國礦業(yè)大學出版社2007.2 [4] 潘英 著. 《礦山提升機械設計》[M].中國礦業(yè)大學出版社出版 2001.1 [5] 濮良貴、紀名剛主編?！稒C械設計》第7版[M]。高等教育出版社出版2001. 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