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毕业设计说明书
本科毕业论文
JHMB-28慢速绞车设计
DESIGNOFJHMB-28LOW-SPEEDWINCH
学院（部）：
机械工程学院
专业班级：
机设08-1
学生姓名：
冯卫东
指导教师：
姜志明高工
2012年5月30日
JHMB-28慢速绞车设计
摘要
JHMB-28型慢速绞车是一种典型的矿山辅助搬运设备。
该型绞车主要适用于煤矿井下有煤尘或爆炸性气体环境中在倾角小于30°的巷道牵引重物以及采煤工作面液压支架的撤移、调向和搬运之用。
本次设计的绞车主要采用齿轮-蜗杆传动系统传动，包括圆柱直齿轮传动和圆弧蜗轮蜗杆传动。
蜗杆用轴向剖面为圆弧形的砂轮进行精加工，可获得较高的精度，具有承载能力大，传动效率高的优点，被广泛用于冶金、矿山、化工、建筑、起重等机械设备中。
该绞车结构紧凑，外形尺寸小；结构为近似布置，外形美观，成长条形，底座呈雪橇状，实现了可移动性，运转平稳，安全可靠，操作方便。
关键词：
慢速绞车，圆弧蜗轮蜗杆，结构紧凑，可移动
DESIGNOFJHMB-28LOW-SPEEDWINCH
ABSTRACT
JHMB-28isatypeoflow-speedwinchisatypicalauxiliarymarchineryofhandingdeviceforMining.Thiskindofwinchmainlybeingappliedinpullingheavyobjectsintheroadwaywithinclinationlessthan30°andinthecocalminedustorexplosivegasenvironment.Atthesametimeitcanbeusedforshifting、adjustingandhandingofthesupportinthecocalfacehydraulic.
Thiswinchdesignismainlytakingthecylinderwormgearingandgearing,includingthestraightgeartransmissionandthecylinderwormgearingtransmission.Thewormisbeinghigherworkingusedthearc-shapedgrindingwheelintheaxialprofile.Ithashigheraccuracy、alargercarringcapacityandhightransmissionefficiency,whichiswidelyusedinmetallurgy、mining、chemical、construction、cranesandothermanchinery.
Ithascompactstructuceandsmalloutlinedimensionstothiskindofwinch.Ithasabinaryapproximatestructureandabeautifulanddignifiedappearance.Theproductappearanceisskiandhasmovbility.Ithasthecharacteristicsoflight、weight、highefficiency、lowenery、runsteadilyandlownoise.
KEYWORDS：
Low-speedwinch，Cylinderwormgearing，Compactstructure，Movable
摘要（中文）………………………………………………………………………………Ⅱ
摘要（外文）………………………………………………………………………………Ⅲ
1绪论……………………………………………………………………………………1
1.1引言………………………………………………………………………………1
1.2概述……………………………………………………………………………………1
1.3慢速绞车结构的分析………………………………………………………………1
1.4慢速绞车的布置方式………………………………………………………………2
1.5国内外绞车的概述………………………………………………………………3
2总体设计…………………………………………………………………………5
2.1设计条件…………………………………………………………………………5
2.2原始数据………………………………………………………………………5
2.3传动方案的拟定…………………………………………………………………6
3电动机的选择………………………………………………………………………7
3.1电动机类型和结构型式…………………………………………………………7
3.2系统的总效率…………………………………………………………………7
3.3电动机的功率…………………………………………………………………7
4卷筒的设计…………………………………………………………………………8
4.1卷筒的概述…………………………………………………………………8
4.1.1卷筒的结构…………………………………………………………………8
4.2.2卷筒的材料………………………………………………………………8
4.2卷筒尺寸的计算…………………………………………………………………8
5减速器的选择…………………………………………………………………………10
5.1减速器的主要型式及特征…………………………………………………………10
5.2减速器的分类……………………………………………………………………10
5.3常见减速器的特点………………………………………………………………11
5.4减速器的选择…………………………………………………………………11
6联轴器的选择………………………………………………………………………12
6.1联轴器的概述与分类……………………………………………………………12
6.2联轴器的选择……………………………………………………………………12
7制动器的选择………………………………………………………………………13
7.1制动器的概述……………………………………………………………………13
7.2制动器的分类……………………………………………………………………13
7.3制动器的选用……………………………………………………………………13
8中间轴装置的设计…………………………………………………………………14
8.1中间轴上高速级齿轮的设计……………………………………………………14
8.2中间轴上低速级齿轮的设计……………………………………………………17
8.3轴的设计计算…………………………………………………………………19
8.3.1轴的作用…………………………………………………………………20
8.3.2轴的分类…………………………………………………………………20
8.3.3轴的设计…………………………………………………………………20
8.4轴的强度校核…………………………………………………………………21
9系统传动部件的校核…………………………………………………………………23
9.1键的校核………………………………………………………………………23
9.2中间轴上轴承的校核………………………………………………………24
总结…………………………………………………………………………………25
参考文献…………………………………………………………………………………26
致谢…………………………………………………………………………………27
1绪论
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自动化。
煤炭工业的机械自动化是指采掘、支护、运搬、提升的机械化。
其中运搬包括运搬和辅助运搬。
绞车就是辅助运搬的其中一种。
我国轿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概述
绞车是用卷筒缠绕钢丝绳或链条以提升或牵引重物的轻小型起重设备。
绞车可以单独使用，也可以作为起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、移置方便而被广泛应用。
目前，绞车正被广泛应用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物料升降或平拖，还可做现代化电控自动作业线的配套设备。
本课题所研究的JHMB-28慢速绞车也是绞车里的一类。
慢速绞车又称回柱绞车，是用于煤矿井下回收支柱的设备。
由于它的高度较低重量又轻，特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柱。
同时，慢速绞车也是煤矿井下所使用的一种特制的防爆绞车,它可以缓慢但是稳定的完成复杂的卷扬任务,是当代煤矿必不可少的机械装备。
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方面，作为安装、回收牵引各种设备和备件之用。
绞车的用途多种多样，所以它们的结构也各种各样，性能特点也是大不相同的。
为了更好的研究绞车的结构和性能特点，则需要对绞车的组成和分类进行仔细深入地探讨。
1.3慢速绞车结构的分析
1.3.1本绞车由电动机、底座、柱销联轴器、电力液压块式制动器、圆弧圆柱蜗杆减速器、齿轮罩、中间轴装置和卷筒装置等组成。
1.3.2电气设备
1.防爆电动机2.隔爆可逆真空电磁起动器3.隔爆磁力起动器4.控制按钮
1.3.3制动部分
本绞车的制动部分由制动器和带制动轮的弹性柱销联轴器两部分组成，安装在电动机与减速器之间。
1.3.4减速器
本绞车采用圆弧圆柱蜗杆减速器，其蜗杆用轴向剖面为圆弧形的砂轮进行精加工，可获得较高精度，具有承载能力大，效率高的优点。
1.3.5中间轴装置
中间轴装置位于减速器和减速器和卷筒装置之间，起减速作用。
该部件由轴承座、轴承、轴和齿轮等零件组成。
其采用了双列向心球面滚子轴承，承载能力较大，且具有一定的自动调心性能，有利于安装调整。
1.3.6卷筒装置
卷筒装置由主轴、轴承座、卷筒和大齿轮等零件组成。
主轴两端固定在轴承座上，卷筒内孔两端的圆锥滚子轴承支承在主轴上，固装在卷筒上的大齿轮外侧面设有压板，以便钢丝绳从绳孔穿入并紧固绳头。
1.3.7底座
底座采用钢板、型钢焊接而成，底座上备有基础孔及锚固、打支柱的柱窝等稳车的位置，以供使用。
1.4慢速绞车的布置方式
慢速绞车在回采工作面的布置方式有以下三种：
1.安装在回风巷内，据距回采工作面约20--30m。
这种布置方式适用条件广，尤其是煤层倾角较大，顶板破碎，压力较大的工作面。
但这种布置方式会影响回风巷的运料工作。
每一次回柱需移动导向轮，钢丝绳绕过导向轮，多了一个九十度拐弯，摩擦阻力增大，钢丝绳容易损坏。
按照这种方式布置回柱绞车，必须沿钢丝绳牵引方向长条式布置，绞车宽度不应超过900mm，过宽则会堵塞巷道。
因为运料工人要经常从机体旁经过，齿轮一定要封闭，不然就容易引起事故。
2.安设在回采工作面上端，紧靠回风巷上部和密集支柱之间。
这种布置方式当顶板较好。
煤层倾角较小的条件下采用。
但每进行一个循环都需要移动绞车，并且需要移开柱子，因而不够方便。
在工作面上方顶板压力较大时，机座受力容易变形，可能引起齿轮啮合不良，甚至回柱绞车有被埋得危险。
3.安设在工作面上，工作面上有数台绞车同时回柱，加快回柱速度。
此种布置方式对浅截深的机采工作面尤为需要。
1.5国内外绞车的概述
我国矿用绞车主要是指调度绞车和回柱绞车，它经历了仿制、自行设计两个阶段。
解放初期使用的矿用绞车有日本的、苏联的，因此当时生产的矿用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。
矿用绞车标准化方面，1967年制定了调度绞车部标准，1971年制定了回柱绞车部标准.1982年对上述两个标准都进行了修订，其标准方为JB965-83.JB1409-83.国外矿用绞车使用很普通，生产厂家也很多。
苏联、日本、美国、瑞典等国都制造矿用绞车。
国外矿用绞车的种类、规格较多.工作机构有单筒、双筒和摩擦式。
传动型式有皮带传动、链式传动、齿轮传动、蜗轮传动、液压传动、行星齿轮传动和摆线齿轮传动等。
其中采用行星齿轮传动的比较多。
发展趋势向标准化系列方向发展，向体积小、重量轻、结构紧凑方向发展;向高效、节能、寿命长、低噪音、一机多能通用化、大功率、外形简单、平滑、美观、大方方向发展。
国外矿用绞车规格比较多，适用不同场合，我国矿用小绞车的规格少，品种型号多而乱，也较繁杂，没有统一标准。
从工作机构上分，国外有单筒、双筒及摩擦式三种，我国只有单筒一种型式。
从原动力上分，国外有电动的、风动的及液压驱动，我国只有电动的和少量风动的。
例如回柱绞车的薄弱环节是球面蜗轮副传动，回柱绞车的主传动均采用了蜗轮副传动，这是因为蜗轮副传动比大，又具有自锁性，故其传动效率较低，一般只有0.4～0.45，回柱绞车的总传动效率更低。
回绳速度慢，所有的回柱纹车回绳速度和工作牵引速度相同。
不论绞车用于回柱放顶，还是搬运设备，工作效率太低。
随着采煤机械化的发展，综采设备的频繁搬迁，又由于回柱绞车搬运，工作时间长占用人工多，因此这类绞车均应设置快速回绳。
我国矿用绞车在寿命、噪音、可靠性等综合指标与苏联有着一定的差距。
苏联矿用小绞车使用寿命规定在5年以上，我国目前不具备测试手段寿命无法考核，但从对用户的访问中得知，寿命达不到5年.噪音也稍大。
虽然我国矿用绞车参数系列水平优于国外，但在标准化和通用化方面远不如发达采煤机械制造国。
比如牵引力14000kg·f这一档回柱绞车就有四种型号.JHC-14型一级减速为蜗轮副传动、二级为行星齿轮传动（少齿差传动）。
JHZ-14型二级减速为蜗轮副传动，一级和三级减速为圆柱齿轮传动。
JM-14型是在一级蜗轮副减速之后,其二级、三级减速为直齿圆柱齿轮传动。
JH-14型是在一级蜗轮副减速之后，其二级减速为直齿圆柱齿轮传动，也是传动系统最简单的一种。
回柱绞车以电动使用最广，传动型式以球面蜗轮副居多，该机主要结构型式为电动机悬装在蜗轮副减速器的后部，蜗轮副减速器为第一级减速，第二级和第三级为圆柱齿轮传动，分别安装在机器的两侧对称机体的中心布置，该机呈长条形适应并下巷道的空间，体积小，底座呈雪橇形，安装搬运方便
当今世界是科技突飞猛进的时代，技术的更新更是日新月异，慢速绞车呈现出如下特点：
（1）向标准化系列化方向发展，苏联月本、美国、德国、英国已有矿用绞车国家标准.并且这些国家的各制造公司有自己的产品系列型谱。
在这些国家标准和系列型谱中，对绞车的性能、参数做了明确的规定，并强力推行和实施，给设计和制造、使用、维护带来极大方便。
（2）向体积小、重量轻、结构紧凑方向发展。
由于煤矿井下狭窄的工作环境要求绞车体积小、重量轻，各国都在力求将绞车的原动机、传动装置、工作滚筒、制动操作等部分及底座等主要部件综合在一个系统中加以统筹布局，充分利用空间提高紧凑程度，做好外形封闭。
为此有的将传动部分置于滚筒内部，有的紧贴滚筒端部，有的将电机埋入滚筒内部，有的将底座支架减速器铸为一体。
（3）向高效节能方向发展。
世界工业发达的国家如苏联、日本在纹车各种参数的设置上进行优化设计，选取最佳参数，最大限度提高产品功能。
在传动机构上尽量采用较先进的传动型式，并采用合理的制造精度，以提高生产效率。
在产品节能方面各国各公司都很重视。
苏联和日本在绞车设计方面为节约电耗，对电机功率在全面分析绞车的实际工作情况的基础上确定。
使电机的功率保证绞车的功能（牵引力、牵引速度）等，又能使电机功率得以充分利用。
（4）向寿命长、低噪音方向发展。
寿命和噪音是衡量产品的综合性能指标，是产品质量的综合性反应。
寿命长，经济效益才能高;噪音低,有利工人身心健康。
（5）向一机多能、通用化方向发展。
矿用绞车在使用过程中不仅做调度用，而且还做运输及其他辅助工作。
使用范围扩大，要求绞车有比较强的适应能力。
把调度、运输、辅助绞车归纳为一个标准。
三种绞车结构相近，大同小异。
即主机相近而制动操作部分则根据各自的使用条件有所区别。
有的国家已经打破了行业界限，把各行业的卷扬机设备统归为卷扬机类。
这样便于生产使用和维护。
便于提高产品质量和社会经济效益。
随着管理水平的提高，产品通用化程度也必然的不断提高，这是今后产品发展的必然趋势。
（6）向大功率方向发展。
随着生产的发展，原来的产品越来越不能满足用户的要求。
长期的生产实践的成功经验表明，调度绞车除调度矿车外，也用于运搬设备，又如回柱绞车除用于回柱放顶外，有时也用于运搬综采及各类机电设备时，运距一般较长，牵引和回绳用一种速度，且目前的回柱绞车牵引速度太慢，回绳速度更慢，因此解决上述问题的同时要加大绞车的功率，满足用户的要求。
（7）向外形简单、平滑、美观、大方方向发展。
由于各国力求使产品的结构紧凑、体积小、重量轻、大都采用了机电合一的综合机构。
外表只能看到滚简和制动操纵部分。
整个绞车近似一个圆形，显得线条简单外形平滑，为了争夺市场，各国绞车在外形上巧妙的构思，使得产品造型美观，操作者感到舒适。
2总体设计
2.1设计条件
1）机器用途:
煤矿井下有煤尘或爆炸性气体环境中和其他矿山在倾角小于30°的巷道牵引重物及回收支柱用的慢速绞车;
2）工作情况:
工作稳定、平稳,间歇工作（工作与停歇时间比为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%;
2.2原始数据
表1基本参数与尺寸
型号
JHBM-28
钢丝绳外层最大静张力（kK）
280
钢丝绳平均静张力（kK）
320
钢丝绳平均绳速（m/s）
0.04~0.17
卷筒容绳量（m）
250
钢丝绳直径（mm）
30
钢丝绳结构
绳6×19
钢丝绳公称抗拉强度（MPa）
1670
2.3传动方案的拟定
根据已知条件，并结合参考资料，拟定慢速绞车的三种传动方案，如下所示：
（a）（b）
（c）
（a）方案采用二级圆柱齿轮减速器，适合于繁重及恶劣条件下长期工作，使用维护方便，但结构尺寸较大；（b）方案采用蜗杆减速器，蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、工作平稳等优点，但其传动效率低，尤其在低速时，其传动更低，且蜗杆尺寸大，成本高。
因此，它通常用于中小功率、间歇工作或要求自锁的场合。
为了提高传动效率，减小蜗杆结构尺寸，通常将其布置在高速级。
（c）方案采用一级圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动，成本较低，但使用寿命较短。
比较上述三种方案，（b）方案结构简单,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绞车传动比大的要求,适合慢速绞车牵引重物及对采煤工作面液压支架的撤移、调向和搬运等间歇性工作，并且安全系数较高，所以经过比较,最终我选择此种传动方案。
3电动机的选择
3.1电动机类型和结构型式
根据电动机工作电源的不同，电动机有交流电动机和直流电动机两种。
由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂，价格较高，维护不方便，因此无特殊要求时不宜采用，工业上一般采用交流电动机。
电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机，电动机按转子的结构可分为鼠笼型异步电动机和绕线型异步电动机。
绞车属于非连续制工作机械，且起动、制动频繁。
因此，选择电动机应与其工作特点相适应。
慢速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YB3S系列防爆电机，结构为封闭卧式结构。
3.2系统的总效率
传动装置的总效率η=η1*η2*η3²*η4*η5
式中为从电动机到绳筒之间各传动机构和轴承的效率
圆弧圆柱蜗杆减速器η1=0.909由《机械设计手册》第3卷表25·1-66
弹性柱销联轴器η2=0.99由《机械设计课程设计》附表1-1
圆柱齿轮传动η3=0.97由《机械设计课程设计》附表1-1
卷筒圆锥滚子轴承η4=0.98由《机械设计课程设计》附表1-1
中间轴调心滚子轴承η5=0.98由《机械设计课程设计》附表1-1
所以系统的总效率η=0.909×0.99×0.97²×0.98×0.98=0.813
3.3电动机的功率
卷筒所需功率Pw=F*v/1000
试设钢丝绳的速度v=0.14m∕s
所以Pw=280×1000×0.14∕1000=39.2KW
则所需电动机功率Pd=Pw∕η=39.2∕0.81=48.67KW
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YBS系列防爆三相异步电机,同步转速为750m/min,满载时转速为740r/min。
4卷筒的确定
4.1卷筒的概述
4.1.1卷筒的结构
卷筒结构形式较多，可按下述方法分类：
按照制造方式不同可分为铸造卷筒和焊接卷筒。
铸造卷筒应用广泛。
绞车的卷筒大多为铸铁卷筒，成本低，工艺性好。
按照卷筒缠绕层数的不同可分为单层缠绕卷筒和多层缠绕卷筒。
绞车主要使用多层缠绕卷筒。
按照卷筒内部是否带有筋板，可分为带筋板卷筒和不带筋板卷筒。
按照结构的整体性，卷筒可分为整体式卷筒和分体装配式卷筒。
按照转矩的传递方式来分，常采用端侧板周边大齿轮外啮合式和筒端或筒内齿轮内啮合式。
4.1.2卷筒的材料
由于考虑到卷筒材料具有良好的铸造性和焊接工艺性，且货源广泛，在本设计中选取材料QT450-10，极限应力
、
。
4.2卷筒尺寸的计算
下图为卷筒装置的装配图：
图1
1齿轮2、9、14螺栓3螺母4、10、13垫圈5挡油圈6轴7卷筒8垫圈11轴承座12轴端垫圈16轴承座17轴承18绳卡
如下表格是有关卷筒的一些参数：
表格2
钢丝绳直径
d
mm
30
卷筒直径
D
mm
550
卷筒宽度
B
mm
730
电机转速
n
rpm
740
YB3S-55
电机功率
N
KW
55
i
213.2196796
i=n/n1
传动总效率
ŋ
0.813
卷筒转速
ω
rp
升级会员 