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1、1.1 引言煤炭是当前我国能源的主要组成部分之一，是国民经济保持高速增长的重要物质基础。但是目前我国的煤炭工业的发展远不能满足整个国民经济的发展需要。因此必须以更快的速度发展煤炭工业。然而，高速发展煤炭工业的出路在于煤炭工业的机械化。煤炭工业的机械化是指采掘、支护、运输、提升的机械化。其中运输包括矿物运输和辅助运输。绞车就是辅助运搬输其中一种。我国绞车的发展大致分为三个阶段。20世纪50年代主要是仿制设计阶段;60年代，自行设计阶段；70年代以后，我国进入标准化、系列化设计阶段。1.2 绞车运输及国内外的发展状况近40年我国的煤炭行业发生了巨大变化,采煤技术已接近达到国际先进水平，综采单采原煤
2、产量早已突破了百万吨，然而煤炭工业机械化离不开运输，运输又离不了辅助运输设备，绞车就是辅助运输设备的一种。原煤的运输也已经实现了大运量嫔式输送机化，但井下轨道辅助运输与之很不适应，材料的运输基本上沿用传统的小绞车群接式的运输方式，运输战线长，环节多，占用搬运设备、人员外，安全性差，效率低。尽管一些煤矿对其进行了技术改造，但仍然满足不了当前矿井发展和生产的需要。可见矿井辅助运输在当前现代化矿井建设中起关键作用。我国绞车的诞生是从20世纪50年代开始的，初期主要仿制日本和苏联的；60年代进入了自行设计阶段；到了年代，随着技术的慢慢成熟，绞车的设计也进入了标准化和系列化的发展阶段。但与国外水平相比，
3、我国的绞车在品种、型式、结构、产品性能，三化水平（参数化、标准化、通用化）和技术经济方面还存在一定的差距。国外矿用绞车发展趋势有以下几个特点：a、标准化、系列化；b、体积小、重量轻、结构紧凑；c、高效节能；d、寿命长、低噪音；e、一机多能、通用化、大功率；g、外形简单、平滑、美观、大方。针对国外的情况我们应采取以下措施：a、制定完善标准，进行产品更新改造和提高产品性能；b、完善测试手段，重点放在产品性能检测；C技术引进和更新换代相结合；d、组织专业化生产，争取在较短时间内达到先进国家的水平。1.3 无极绳绞车的类型及工作原理1.3.1 无极绳绞车的类型无极绳绞车按滚筒的形式可分为螺旋缠绕式和夹
4、钳式两种。螺旋缠绕式滚筒是在滚筒上缠绕两圈或多圈钢丝绳，以增加其围抱角.它的优点是结构简单,缺点是钢丝绳磨损较大。夹钳式滚筒由较接的一对夹块组成，当钢丝绳按辐射方向拖力于绳夹时，夹块把钢丝绳夹个住，在分离点上，钢丝绳离开后由于下部弹簧的作用使夹块张开。它的优点是拉力大，钢丝绳弯曲小，缺点是维护较繁琐，夹绳弹簧质量差时易折断。1.3.2 无极绳绞车的工作原理钢丝绳绕过无极绳绞车的主动轮，再经过张紧轮和尾轮连接在一起，形成无极封闭形,电机带动主动轮转动，通过摩擦力传递使钢丝绳绕主动轮和尾轮不停地转动。钢丝绳牵引矿车在轨道上运行。矿车从一端挂在钢丝绳上，到另一端或到中途摘下矿车用途无极绞车是以钢丝绳
5、牵引的普通轨道运输设备，适用于煤矿和金属矿山井下巷道长距离、多变坡、大吨位等的工作条件，如工作面巷道、采区上下山和集中轨道巷运输材料设备，运输线路内不经转载可直达运输地点，广泛应用于综采工作面巷道的两个顺槽以及采区运输斜巷起伏角度不大于12。的巷道中。无极绳绞车属于矿用小绞车，它由电动机、减速器、螺旋缠绕式或夹钳式滚筒、制动系统、主轴、底座、张力平衡等部分组成。1.4 无极绳运输的安全注意事项(1)采用无极绳运输的平巷，要求巷道比较平直，无杂物及岩块等，有利于矿车的通行。巷道拐弯太多，矿车容易掉道，不利于安全行车。(2)无极绳运输是连续工作的，其摘挂钩都须不停车操作。因此，这一环节最容易发生事
6、故。为了保证安全，要求摘挂钩人员动作敏捷、精力集中，同时:井下无极绳运输平巷中的摘挂钩的车场，要求两哦帮宽敞，光线明亮，轨道和路基要平整。(3)无论无极绳是否运行，行人都不得在轨道中间跨越钢丝绳行走，以免钢丝绳突然弹起伤人。工人摘挂钩时不要站在轨道中间，头和身不要伸到两车端头之间，以免碰伤,开车前，要发出警号，摘钩，挂钩都应提前做好准备，遇到摘挂不了时，应立即停车，进行处理。(4)定期检查钢丝绳、绞车等设备情况，加强维护工作，发现损坏零件，应及时修理和更换，防止发生事故。2总体设计2.1 设计总则1、煤矿生产，安全第一。2、面向生产，力求实效，以满足用户最大实际需求。3、既考虑到运输为主要用途
7、，又考虑到运输、调度、回柱等一般用途。4、贯彻执行国家、部、专业的标准及有关规定。5、技术比较先进，并要求多用途。己知条件：最大牵引力：50KN；容绳量：500/77牵引速度:0.72ms:牵引距离：500m2.2 结构特征与工作原理绞车由下列主要部分组成。电动机、卷筒、行星齿轮传动装置和机座。Y280M-8型无极绳绞车采用两级行星齿轮传动，安装在减速器内部，Z1Z2、Z3为第一级太阳轮，行星轮和内齿圈，ZZ5Z6为第二级的太阳轮，行星轮和内齿圈。电动机轴通过连轴器与减速器输入轴它带动第一级行星齿轮Z2转动，Z2与Z3啮合，Z2安装在行星架上,行星轮架与齿轮联轴器转动，从而带动第二级的Z,转动
8、，然后同理输出低速轴2.3 选择电动机2.3.1 电动机输出功率的计算已知：最大拉力：F=50KN最低绳速：V.=0.72初S则:FminFVPf=KW100O根据传动方案图2.1可得:总传动效率=2=0.99,0.92=0.82式中：轴承的效率均为0.99；行星轮传动效率2为0.92。2.3.2 确定电动机的型号按公式(2.1)可计算出电动机的输出功率:FV5010000.72P=44KW100O100O0.82电动机所需的额定功率P与电动机输出功率P之间有以下的关系:Pkp(2.1)(2.2)其中：储一用以考虑电动机和工作机的运转等外部因素引起的附加动载荷而引入的系数，取Ka=I由式(2.
9、2)可计算出额定功率P：Pl44=44KW圆整取。=45KW。同时.，绞车井下使用，条件比较恶劣，要求电动机必须具有防爆功能，查机械设计手册，得到电动机的型号：r280M_8额定功率2=45攵W；实际转速n=740rmin；堵转转矩=额定转矩一,堵转转矩=Ol额定电流.其外形尺寸：长X宽乂高=815x582.5x530；电机中心高度“：”=225“；电动机轴直径*长度=55*1IOmm3滚筒及其部件的设计3.1钢丝绳的选择选择钢丝绳时，应根据使用条件和钢丝绳的特点来考虑。我国提升钢丝绳多用同向捻绳，至于是左捻还是右捻，我国的选择原则是：绳的捻向与绳在卷筒上的缠绕螺旋线方向一致。我国单绳缠绕式提
10、升机多为右螺旋缠绕，故应选右捻绳，目的是防止钢丝绳松捻；多绳摩擦提升为了克服绳的旋转性给容器导向装置造成磨损，一般选左、右捻各一半。此处，还应考虑如下因素：(1)在井筒淋水大，水的酸碱度较高且处于出风井中的提升钢丝绳，因腐蚀严重，应选用镀锌钢丝绳；(2)以磨损为主要损坏原因时，如斜井提升，采区上、下山运输等，应选用外层钢丝绳较粗的钢丝绳，如6x7,6x(19)或三角股等；(3)以弯曲疲劳为主要损坏原因时,应优先选用线接触式或三角股钢丝绳，如6T(25),6W(19)等。(4)用于高温和有明火的地方，如煤矿砰石山等，应选用金属绳芯钢丝绳。由于无极绳绞车是用以调度车辆的一种绞车，常用于井下采区、煤
11、仓用装车站调度室、牵引矿车，湿度较大，酸碱度很高，为了增加钢丝绳的搞腐蚀能力，延长它的使用寿命。因此选择镀锌钢丝绳。因为镀锌以后，对于防腐蚀及防锈有很好的效果。钢丝绳的安全系数取K=7,则钢丝绳所能承受的拉力F需满足以下的要求：FKXF也其中：F技=5OkN贝ij：F350kN查矿井运输提升表22(2)选择：绳619股(1+6+12)绳纤维芯，钢丝绳表面镀络。其主要参数如下：钢丝绳直径：26mm钢丝直径：l.7ww钢丝总断面面积：258.63w参考重力：2444.ON1(X72钢丝绳公称抗拉强度：1850MPa钢丝破断拉力总和：478000V3.2滚筒的设计计算3.2.1 滚筒直径。根据GB3
12、811-83规定O(1425)d式中，d一钢丝绳直径，d=26mm则：。(1425)26=364650(加)取D=650mm3.2.2 滚筒宽度B滚筒的宽度直接影响到最终产品的宽度，因此它的宽度必然要有最大值的限制，即不能太宽。滚筒的宽度太窄的话，那么与减速器装配起来后，就会显得不协调。所以滚筒的宽度不能随便确定，而最好是在画图的过程中把它定下来，这样有利于整体的配合。让人看起来协调、美观、大方。根据总装图，我们定下来的滚筒宽度为B=6403.2.3 滚筒的外径R滚筒最小缠绕直径Omin：Dmin=D+d=650+26=676mm滚筒的外径R：DadX2=676+52*2=676+104=78
13、0mm式中，d一为钢丝绳直径，d=26mm取外径D=1200mm可算出最大速度匕。转速n=1000*v3.14*D=IoOO*0.72*60/3.14*780=17.64rmin可得匕=17.64根/min,同已知的最高速度一样，所以符合条件。4齿轮材料热处理工艺及制造工艺的选定太阳轮和行星轮的材料为20CrNi2MoA,表面渗碳淬火处理，表面硬度为5761HRC0因为对于承受冲击重载荷的工件，常采用韧性高淬透性大的18Cr2Ni4WA和20CrNi2MoA等高级渗碳钢，经热处理后，表面有高的硬度及耐磨性，心部又具有高的强度及良好的韧性和很低的缺口敏感性。试验齿轮齿面接触疲劳极限=1450MP
14、a试验齿轮齿根弯曲疲劳极限：太阳轮：1450MPa行星轮：%n=1450MPa齿形为渐开线直齿，最终加工为磨齿，精度为6级。内齿圈的材料为42CrMo,调质处理，硬度为262302HBS.试验齿轮的接触疲劳极限：o-wim=400Mpa试验齿轮的弯曲疲劳极限：b”.二280Mpa齿形的加工为插齿，精度为7级。4.1行星机构中主要参数的确定(1)行星机构总传动比：i=41.95,采用2级NGW型行星机构。(2)行星轮数目%,要根据文献3表223及传动比i,取%,=3。(3)载荷不均衡系数与，采用太阳轮浮动和行星架浮动的均载机构，取kp=.5(4)分配传动比：用角标I表示高速级参数，H表示低速级参
15、数，由于高速级与低速级外啮合齿数，材料,齿面硬度均相同：,则取nwi=w11Wi=ZWllB=1dbl=1.05,KC1=KCnditin=IKviKhpiZ2NJKvKelw尸1.8所以A=/11为IIKC/Ky/Ka说ZWduZKq/Ka为ZWJZwU=1.8E=AB3=.8X1.053=2.08查图可得i,=7.2632,G=5.7273（5）配齿计算查表星轮数图，取”.=8确定各轮齿数太阳轮齿数Za=19内齿圈齿数zz,=119行星轮齿数zr=50校验是否满足行星传动所特有的要求，即同心条件，装配条件，邻接条件同心条件：Z山+左=Zr-Z,.19+50=119-5069=69所以满足同心圆的要求装配条件：Za+Zb3=19+119/3=58.6所以满足装配条件邻接条件：2（G2;（6）a-c齿轮接触强度初步计算，按文献3表14-1-60中的公式计算中心距:a484（1）3/kTAVdQgu
