液压绞车设计

1 摘 要 本设计是通过对液压绞车工作原理 工作的环境和工作的特点进行分析 并结合实 际 在进行细致观察后 对液压绞车的整体结构进行了设计 对组成的各元件进行了选 型 计算和校核 本绞车由进口液压马达 进口平衡阀 常闭多片式制动器 离合器 卷筒 支承轴和机架等部件组成 还可根据需要设计阀组直接集成于马达配油器上 如 带平衡阀 高压梭阀 调速换向阀或其它性能的阀组 在结构上具有紧凑 体积小 重 量轻 外型美观等特点 在性能上则具有安全性好 效率高 启动扭矩大 低速稳定性 好 噪音低 操作可靠等特点 在提升和下放工作中运转相当平稳 带离合器的绞车可 实现自由下放工况 广泛适用于铁道机车和汽车起重机 船舶 油田钻采 地质勘探 煤矿 港口等各种起重设备中 关键词 液压绞车 计算 校核 阀组 1 目 录 1 绪 论 1 1 1 课题背景 1 1 2 液压绞车的工作原理和用途 3 1 3 液压绞车的特点及分类 3 2 液压绞车的总体设计 5 2 1 液压绞车总体布置设计 5 2 2 液压管路的布置设计 5 2 3 减速器总体设计 5 2 4 液压盘闸的总体设计 6 2 5 乳化液泵站的选择 6 2 6 钢丝绳的直径选择和容绳量验算 7 2 7 液压马达的选择 7 3 液压绞车的结构设计计算 9 3 1 减速器的设计计算 9 3 2 液压盘闸的结构计算 19 3 3 液压管路设计计算 20 结 论 21 致 谢 22 参考文献 23 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 1 1 绪 论 1 1 课题背景 1 1 1 研究目的和意义 总采工作面设备搬迁包括 采煤机 工作面刮板输送机 液压支架 转载机以及一 些其他辅助设备的搬迁 其中液压支架的搬迁量占到总搬迁量的 到 所以液压 705 支架的搬迁效率直接影响综采工作面的工作效率 本设计的液压绞车主要是为了提高液 压支架搬迁效率 与传统煤矿井下电动绞车相比较液压绞车有着自己独特的优点 1 1 动力源由液压代替了电动 减少了电气设备可能带来的危险 2 可以通过液压马达自身实现高低速度调速 在带动负载时液压马达低速 没有 负载时液压马达高速 这样可以提高钢丝绳的利用率 3 液压绞车管路采用了大量快换接头 通过高压橡胶管联接 乳化液泵站可以采 用液压支架的泵站 加强了绞车的可移动性 而且随着液压技术的迅速发展 液压传动已经在各种各样的机械上得到了广泛的应 用 代替许多的机械结构 液压传动具有很多优点 1 易于获得很大的力和力矩 使液压传动成为最省力的有效手段 2 可以实现无级调速和稳定的低速运转性能 而且能获得很大的调速比 还容易 获得极低的运转速度 使整个系统简化 3 能容量大 用较小的重量和尺寸的液压件就可以传递较大的功率使机械结构紧 凑 体积小重量轻 矿用防暴绞车由于受井下空间尺寸的限制 就要求体积小 同时液压系 统的惯性小 起动快 工作平稳 易于实现快速而无冲击的变速与换向 4 易于获得更复杂的机械动作 以直接驱动工作装置 5 动力传递方便 6 易于实现安全保护 能只动防止过载 满足绞车安全工作的要求 7 液压元件能自行润滑 延长使用寿命 8 液压元件易于实现标准化 系列化 通用化 采用专用液压绞车进行液压支架的搬迁可以加快搬迁速度 提高液压支架使用效率 以及综采面生产效率 实现恒力控制和离机操作 对井下工作人员在搬迁液压支架时的 安全起到非常大的保障 1 1 2 国内外的发展现状 世纪年代后期 日本 美国又开始推广应用液压 机械传动绞车 其优点是高速20 小扭矩液压马达具有制造容易 质量稳定 寿命长 传动效率高 噪音低 体积小等 日本三井三池制作所引进西德盖特拉马齐克公司和法国西克马菲尔公司的高速液压马达 研制了卷简直径为 的 型液压防爆绞车 高速液压马达经行星减m2205 S MHW 速器传动卷筒 用操作手柄改变变量泵斜盘的角度来实现无级调速 主电机采用鼠笼式 电机 比绕线式电机的结构简单 价格便宜 坚固耐用及效率较高 而且无滑环 运行 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 2 时不产生火花 电控系统易实现防爆 钢丝绳直径为 容绳量为 最大静张m5 10 力为 时提升速度为 静张力为 时最大提升速度为 主电机功率kN40m s3 kN3 s4 由于液压 机械传动绞车的优点很多 在国外应用广泛并逐步向大型化发展 2 W16 2005 年国内直径最大的液压防爆绞车在河南省洛阳中信重机公司试车成功 并顺利 发往内蒙古大雁煤业公司 这台液压防爆绞车直径达 宽度 最大静张力为352 最大容绳量 最大提升速度为 具有良好的防爆性能 稳定的无极k120176m s4 调速性能和低速运转性能 节能效果明显 由于其配置科学合理 结构紧凑 体积小 可大大节约硐室基建成本 又由于其具有性能参数高 安全可靠 操作简便易学 寿命 长 综合运行成本低等优势 在井下 的斜坡上 这台绞车一次可提升 的煤炭 其 30 t24 直径和提升力均称得上是国内之最矿井防爆绞车按其拖动方式可分为电动防爆和液压防 爆两大类 国外由于电器技术水平较高 井下工程机械化程度高 一般巷道和硐室较大 设备安装方便 较早的开始推广应用电动防爆绞车 主要是绕线型电机转子外接电子调 速 其缺点为发热严重 占地面积大 电控系统复杂 成本高 调整性差 随着液压技 术的不断发展 轴向柱塞式和径向柱塞式液压马达系列产品推出 并逐渐用于井下提升 设备和研制液压防爆绞车 液压防爆绞车具有结构紧凑 造价便宜 起动平稳 调速方 便 过载保护等优点 特别是采用鼠笼式电机拖动 使电控系统简单 实现了防爆要求 在国外 液压防爆绞车根据结构形式可分为两大类 一类是采用低速大扭矩柱塞液压马 达直接拖动绞车卷筒的全液压传动式 另一类是采用高速小扭矩柱塞液压马达经减速器 再拖动绞车卷筒的液压 机械传动式 电动防暴绞车包括调度绞车和回柱绞车等 调度绞车是供井下回采工作面和掘进工 作面装载站 调度编组矿车及中间巷道拖运矿车 也可用于短距离运送材料 井下广泛 使用 回柱绞车主要用于回采工作面中的回柱放顶 也可用来拖运重物和调度车辆 3 4 大约在 60 年代中期 研制出防暴液压绞车在煤矿井下使用 英国是最早研制液压绞车 的国家之一 60 年代就有液压绞车问世 彼克诺斯公司研制了一种适用矿井用的轻便液压 绞车 结构紧凑 井下运输很方便 其型号为 21509 H215093 H 电机功率为 或 采用传力式液压216590 H04739 HkW 马达和斜盘式双向变量轴向柱塞泵 具有恒功率控制装置 工作介质可用 号阻燃液 46 日本三井三池制作所制造出第一台防暴液压绞车 以后反复进行了多种设计和改 生产有 和 等几种型号的防暴液压绞车 具有手动和半自动两种运转方式 液压控制4075 方式与电动控制方式进行比较 液压控制方式能任意选择所需要的速度 操作简单 能 任意调整加减速度 易于防暴结构 电器控制系统复杂 维修麻烦 苏联 波兰 德国等国家研制和采用液压安全绞车作为倾斜煤层的采煤机的防滑 同步牵引设备 这些国家还矿泛采用液压无极绳绞车牵引井下运输用的卡轨车和单轨吊 日本三井三池制作所研制的小型液压绞车系列 主要用于煤矿井下作辅助运输 功率有 及 三档 其采用高速轴向柱塞式液压马达通过安装在滚筒内部的行kW237k48 星齿轮减速箱拖动绞车运转 因而结构紧凑 体积小 5 我国煤矿井下防暴液压绞车的研制和应用比欧美 日本大约晚 年 在煤与沼气突10 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 3 出的矿井都要使用防暴型电器设备 由湖南省煤炭科学研究所和湖南省煤矿专业机械厂 共同研制 型防暴液压绞车和 型防暴液压绞车 并随同研制了120 BYT6 BYT 型防暴绞车 国内其它厂家也进行了液压绞车的研制工作 淮南煤机厂研制了16ENIM 型防暴液压绞车 它采用高速液压马达通过行星减速箱驱动滚筒 洛阳矿山机J 械研究所研制采用高速马达驱动的防暴液压绞车 液压绞车是利用液压马达直接或通过减速箱拖动滚筒的一种绞车 防暴液压绞车是 在一般液压绞车的基础上配上防暴电气设备并在结构上满足煤矿井下使用 具有良好运 转特性 在低速运转 起动和制动时比电控绞车效率高且操作简单 体积小 重量 安 全效率高 一般均由机械部分 液压传动部分 电气部分组成 主要用于 船舶 港口 建筑 矿山和林业 液压控制方式能任意选择所需要的速度 操作简单能任意调整加减 速度 易于设计防暴结构 保养维护容易 1 2 液压绞车的工作原理和用途 液压绞车是利用防爆电动机 1 带动乳化液泵 2 然后乳化液泵带动变量液压马达 3 液压马达将动力通过减速器拖动滚筒转动 绞车的正反转和高低转速改变依靠马达自身 调节完成 原理图 1 1 1 电动机 2 主油泵 3 液压马达 4 减速箱 5 绞车滚筒 1 1 绞车工作原理图 液压绞车用途 主要用于井下综采工作面液压支架以及其它井下设备的安装和拆除 1 3 液压绞车的特点及分类 1 3 1 液压绞车的特点 绞车采用液压传动 减少了产生电气火花的元件 使用鼠笼电动机 使电器控制简 单 容易做成防暴型 所以采用液压绞车是解决煤矿井下绞车全防暴问题的有效途径 由于用管道传递压力油 所以液压元件和各种机械装置都容易布局 各个元件的安装可 以随意放在任何适当的位置 因此便于液压绞车进行远距离操作 1 3 2 液压绞车的分类 1 按传动方式分 1 全液压传动的液压绞车 2 液压机械传动的液压绞车 2 按操作方式分 1 手动操纵方式的液压绞车 2 远距离液控操纵方式的液压绞车 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 4 3 远距离机械操纵方式的液压绞车 4 自动化或半自动化操纵的液压绞车 3 按滚筒数量和结构分 1 单滚筒液压绞车 2 双滚筒液压绞车 3 摩擦轮式液压绞车 4 按油泵的数量分 1 单泵驱动的液压绞车 2 双泵驱动的液压绞车 3 多泵驱动的液压绞车 5 按马达的数量分 1 单液压马达拖动的液压绞车 2 双液压马达拖动的液压绞车 3 多液压马达拖动的液压绞车 6 按驱动液压马达的形式分 1 低速大扭矩轴转径向柱塞式内曲线液压马达驱动的液压绞车 2 低速大扭矩壳转径向柱塞式内曲线液压马达驱动的液压绞车 3 低速大扭矩曲轴连杆式径向柱塞式内曲线液压马达驱动液压绞车 4 低速大扭矩静力平衡式径向柱塞式内曲线液压马达驱动液压绞车 5 高速轴向柱塞斜盘式液压马达驱动的液压绞车 6 高速轴向柱塞斜轴式液压马达驱动的液压绞车 7 中速中扭矩摆线式液压马达驱动的液压绞车 7 按液压泵站布置方式 1 泵与绞车主体组装在一起的液压绞车 2 泵站与主体分开装设的液压绞车 3 泵站布置在隔开的硐室内的液压绞车 8 按矿山液压绞车的功能分 1 提升人员及物料用液压绞车 2 运输物料货载用液压绞车 3 牵引矿车 卡轨车和单轨吊用的摩擦轮式液压绞车 4 倾斜煤层工作面采煤机防滑用液压安全绞车 9 按液压绞车的用途分 1 矿山用液压绞车 2 建筑用液压绞车 3 船舶用液压绞车 4 冶金 林业等用液压绞车 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 5 2 液压绞车的总体设计 2 1 液压绞车总体布置设计 井下巷道狭窄 因此 绞车滚筒与液压马达沿着巷道一侧垂直煤壁布置 乳化液箱 乳化液泵和电动机则沿同一侧平行煤壁布置 此布置有利于绞车在井下工作并且能节省 空间 如图 2 1 所示 123564 1 滚筒 2 液压马达 3 阀组 4 乳化液箱 5 乳化液泵 6 电动机 图 2 1 液压绞车布置图 2 2 液压管路的布置设计 液压绞车的油管主要采用无缝钢管 紫铜管和耐油橡胶软管三种形式 本设计主要 采用高压橡胶软管能够吸收液压冲击和震动 管路布置时在满足各个部件的联接的前提 下尽可能的减少管路的长度 为了提高绞车灵活性和快速性大量的采用了快换接头大大 的提高了绞车的可移动性 管路布置如上图 2 所示 2 3 减速器总体设计 减速器是原动机和工作机之间的独立闭式传动装置 用来降低转速和增大扭矩 以 满足工作需要 井下空间狭窄为使绞车体积减小 结构紧凑 其减速机构采用了两组内 齿轮传动副和一组行星轮系 并将其装入滚筒体内 马达轴半伸入滚筒端部 在绞车内 部各个转动处均采用滚动轴承支承 使绞车运转灵活 6 滚筒由铸钢制成 其主要功用 在滚筒面上缠绕钢丝绳以牵引负荷 在滚筒的制动盘 上安装液压盘闸 用来操纵绞车的运行或停止 减速器结构如图 2 2 所示 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 6 ABCDACD 7K6 12h k 18H 9 6 7K 35B 图 2 2 减速器结构 2 4 液压盘闸的总体设计 液压盘型制动闸用螺栓固定在支座上 它的工作原理是用油压松闸 弹簧力制动 当制动时 在蝶形弹簧的作用下 迫使活塞向前移动 通过调整螺钉 活塞杆将滑套推 出 使制动块与滚筒上的制动盘接触 产生制动 7 当油缸内充入压力油后 压力油推动活塞向后移动 压缩蝶形弹簧 并通过调整螺 钉带动活塞杆向后移动 此时在两个弹簧的作用下 通过螺钉使制动块也向后移动 离 开制动盘实现松闸 转动放气螺栓 可排除油缸中存留的气体 以保证制动闸能灵敏的 工作 盘型闸有时可能有微量的内泄 此内泄可起到滑套与支座间的润滑作用 但长时 间可能存油过多 因此应定期从放油螺栓处放油 8 如图 2 3 所示 图 2 3 液压盘闸结构 2 5 乳化液泵站的选择 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 7 表 2 1 泵站主要参数 乳化液泵 乳化液箱 电动机 公称压力 MPa16 功率 kW37 公称流量 L min80容积 L640转速 r min1480 乳化液泵站由乳化液泵和乳化液箱组成 主要为综合机械化采煤工作面 液压支架 普采工作面单体液压支柱和其他以液压为动力的机械提供动力源 由设 计参数泵站压力 和泵站流量 选择乳化液泵的型号 Pa2 min8 Q 乳化液箱的型号 组成乳化液泵站 与之相配套的电动机为三08 BRW640 RX 相交流卧室防爆电动机型号 9 乳化液泵站的主要参数 如表 2 1 3DYB 2 6 钢丝绳的直径选择和容绳量验算 2 6 1 钢丝绳直径选择 本设计要求绞车最大拉力 80KN 绞车最绳速 40m min 绞车容绳量 300m 按常规取滚筒直径 滚筒宽度 滚筒深 液压支架m360 Dm40 Bm140 h 与底板的摩擦系数为 液压支架重量为 t2 取钢丝绳的抗拉强度 在满足拉力并留有少量拉力余量的情况下尽2N 15 B 量减小钢丝绳的直径 查钢丝绳规格表 特 镀锌 右交叉捻 其技术特征519 为 钢丝绳直径 绳中最粗钢丝直径 钢丝绳全部钢丝断裂力总和 1 0 每米重 N36850 dQ 478p 2 6 2 容绳量的验算 m4 13064 3 Dl 式中 滚筒一圈的容绳量 l m 取整 25 10Bn2n 式中 滚筒容绳圈数n 93064 31 l 式中 钢丝绳一次缠满滚筒的长度 1l 取整8 29012lL72n 式中 钢丝绳缠绕圈数2n 滚筒容绳量满足要求 m305 7 2 7 液压马达的选择 2DFMN14026 8 式中 滚筒负载力矩 N 钢丝绳牵引力 F 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 8 6rn 式中 绞车滚筒的转速nr minr mi 18 0432560 煤矿液压马达一般转数在 r in 1 M7 6 i 根据与常见煤矿井下绞车减速比比较 取 41iN 322 i 式中 液压马达输出扭矩 2MmN 1n r in670416 式中 液压马达转数 1nr i 液压马达理论排量 MmPq 28 6 l r 395 0 式中 系统工作压力 Pa 液压马达的机械效率 查机械设计手册取 Mm 95 0 Mm 液压绞车实际牵引力 N17423601 DTiF 式中 液压马达转矩 TN 总减速比i 液压绞车滚筒直径 Dm 由于乳化液泵站的工作压力为 所以选择的液压马达额定压力最小为 并Pa20 MP20 且由以上计算查 机械设计手册 第四卷 选取液压马达型号为 632 QJ 该型马达具有重量轻 体积小 调速范围大 可有级变量 工作可靠 寿命长等一 系列优点 目前已应用于矿山工程 起重运输 冶金重型 船舶 机床 轻工注塑 地 质探勘等部门 型液压马达结构上主要特点 该型马达的滚动体用一只钢球代替了一般内曲线QJM 液压马达所用的两只以上滚轮和横梁 因而结构简单工作可靠 体积重量显著减少 运 动付惯量小 钢球结实可靠 故该型马达可以在较高转速和冲击负载下连续工作 摩擦 付小 配油轴与转子内力平衡 活塞付具有静压力平衡和良好润滑条件 并采用软行塑 料活塞密封高压油 因而具有较高的机械效率和容积效率 该型马达具有二级和三级变 量排量 因而具有较大的调速范围 机构简单 拆修方便 对油清洁度无特殊要求 油 的过滤精度可按配套泵的要求选定 该系列标准型液压马达的出轴一般只允许承受扭矩 不能承受径向和轴外向力 型液压马达的出轴可承受径向和轴外向力 ZQJM 型马达 中心具有通孔 转动轴可以穿过液压马达 具体型号以及参数 排量 TQJM 输出转矩 排量 输出转矩 额定压力 ml r64m N180l r318m N940MPa20 尖峰时压力 功率 P53 W9k 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 9 3 液压绞车的结构设计计算 3 1 减速器的设计计算 减速器传动方式 本设计的减速器采用二级内齿轮传动和一级行星齿轮传动 3 1 1 内齿轮的设计计算 1 基本参数的确定 1 按传动方案 选用内齿圆柱齿轮传动 2 减速器为一般机械 故选用 7 级精度 GB10095 88 3 材料选择 选择小齿轮材料为 40Cr 调质 硬度为 280HBS 大齿轮材料为 45 钢 调质 硬度为 240HBS 二者材料硬度差为 40HBS 4 选小齿轮齿数 z 17 大齿轮齿数 z 121u9137 2 按齿面接触强度设计 确定公式内的各计算数值 由设计计算公式进行试算 即 3 1 32112 HEZduKT 式中 载荷系数 K 接触疲劳强度极限 H 材料的弹性影响系数 EZ 齿宽系数d 1 试选载荷系数 3 1 tk 2 计算小齿轮 3 2 nP T5109 由式 3 2 得 627081951 mN96 3 选取齿宽系数 1d 4 查得材料的弹性影响系数 MPa1 28 1EZ 5 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 MPa 大齿轮的接触强60lim H 度极限 MPa 50lim H 6 查得接触疲劳寿命 90 1 HNk95 2HNk 7 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1 安全系数 S 1 3 3 SKHlim 由式 3 3 得 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 10 69 01 H MP52 3 计算 1 试算小齿轮分度圆直径 代入中较小的值 由式 3 3 得 3 251 58192310962 d m84 2 计算圆周速度 3 4 106 nv 由式 3 4 得 m s7006278543 3 计算载荷系数 根据 m s 7 级精度 查得动载荷系数 70 v 1 vK 直齿轮 假设 查得 N 10 bFKtA 2 FH 查得使用系数 小齿轮相对支承非对称布置时 31 854102316082 b dH 故载荷系数 56132 KFHvA 4 按实际是载荷系数校正所算得的分度圆直径 3 5 31ttKd 由式 3 5 得 3115684 m25 5 计算模数 m43 17 zd 4 按齿根弯曲强度设计 齿轮弯曲强度的设计公式为 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 11 3 6 FSadnYzKTm 321 式中 齿轮模数 n 载荷系数 K 齿宽系数 d 校正系数 SaY 尺形系数 F 1 确定公式内的各计算数值 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲强度极限MPa501 FE MPa3802 FE 弯曲疲劳寿命系数 8 01FNK8 2N 2 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S 1 4 3 7 SFENF 由式 3 7 得 MPa57 3041 8 F 622 F 3 计算载荷系数 K 512 KFvA 4 查取齿形系数 查得 6521 YFa 26 Fa 5 查取应力校正系数 查得 8 S7412 S 6 计算大 小齿轮的 并加以比较 FSaY 0172539721 4862 FSa 大齿轮的数值大 7 设计计算 由式 3 6 得 32 501471965 mn 82 对比计算结果 由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿面弯曲疲强 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 12 度计算的模数 由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力 而 齿面接触疲劳强度所决定的承载能力 仅与齿轮直径 即模数与齿轮的乘积 有关 可 取由弯曲强度算得是模数并就近圆整为标准值 按接触强度算得的分度圆直径 算出小 齿轮齿数 这样设计出的齿轮传动 即满足的齿面接触疲劳强度 又满足的齿根弯曲疲劳强度 并做到结构紧凑 避免浪费 5 几何尺寸计算 1 计算分度圆直径和中心距 m57319d1 z 12642 中心距 59 a 齿宽 bd 157 取 mm mm572B62 2 验算 m823957101 dTFt 57bKtA N 40 10 所以设计的齿轮合适 第 2 级圆柱齿轮传动计算过程同理第一级 93 Z42 3 1 2 行星减速计算 1 配齿计算 1 初选 4 291 查机械设计手册表 17 2 1 取 Cs 2 按配齿公式计算 baHi cCZisAbaH 10329 4 AZ8A5103 SB CZ 4 B 采用不等角变位 可取 5 根据机械设计手册查得配齿计算公式 3 8 581221 z zab c 3 9 45 caj 手册图 17 2 3 可查得适用的预计啮合角 ac 30 2 按接触强度初算传动的中心距和模数 1 中心距的计算 中心轮输入转矩 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 13 3 10 mN940 T 根据中心距计算公式 3 11 32li 1 8uKTuaHa 式中 齿宽比 u45 u 按接触强度使用的综合系数 K 太阳轮单个齿传递的扭矩 aT mN5 401 29 paKnT 齿宽系数 50 a 由式 3 11 得 1543014580148332 模数 取 m922zac m 2 传动的未变位时的中心距 3 12 514 8 32 acac 按预取啮合角 可得传动中心距变动系数 0 8061320821 coscosZ aaac 3 13 则中心距 m9 156380 54 mac 取实际中心距 圆整 17 3 计算传动的实际中心距变动系数 和啮合角ac ac3 ac ac 957025147 os osos ac 所以 2 4 计算传动的变位系数 05712794013848 taniviZx ccac 用机械手册图 13 1 4 校核 在许用区内 可用 acx c 用机械设计手册图 13 1 4 分配变位系数 得 8370 xA 20837051 acC 3 几何尺寸计算 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 14 1 计算各个齿轮分度圆直径 中心轮分度圆直径 m483 azd 内齿轮分度圆直径 715b 行星轮分度圆直径 6c 4 太阳轮齿面接触强度校核 查机械手册校核用参数如下 0 1 BZ1 2H1os Z25 AK1 V13 HK HK2lim 5N 83 0NT 80RVLZW XZ9644 a 接触应力基本值 3 14 ubdFZAtEH10 式中 节点区域系数 HZ 弹性系数 E 重合度系数 螺旋角系数 端面内分度圆上的名义切向力 tFN 由式 5 24 1645681739408120 H 2N m43 齿面接触应力 3 15 HVAHOBAKZ 式中 齿轮单对齿啮合系数 BZ 使用系数 AK 动载系数 V 接触强度计算的齿向载荷分布系数 H 接触强度计算的齿间载荷分配系数 由式 3 15 得 131256143 HA 强度条件 N mm2 N mm2 可知齿面接触强度满足要求 71483 0P 5 太阳轮齿根弯曲强度校核 查机械手册校核用参数如下 25 AK V13 FK1 F FY75 3 S1 Y 1 Y0STNTY0relT 0RrelTX4limF 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 15 N mm2 80lim F 16 4 FSY 齿根应力基本值 3 16 YbmFSt0 式中 复合齿形系数 FSY 螺旋角系数 由式 3 16 得 16451730 F 2N m 齿根应力 3 17 FVAFK0 式中 使用系数 AK 动载系数 V 弯曲强度计算的齿向载荷分布系数 F 弯曲强度计算的齿间载荷分配系数 由式 3 17 得 131253 F N m651 齿轮的弯曲极限应力 3 18 XRrelTlTSFGYY li 式中 试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限 limF 试验齿轮的应力修正系数 STY 弯曲强度计算的寿命系数 N 相对齿根圆角敏感系数 relT 相对齿根表面状况系数 Rl 弯曲强度计算的尺寸系数 XY 由式 3 18 得 05 180 FG 2N m4 许用齿根应力 3 19 minFGPS 式中 弯曲强度的最小安全系数取 limFS 41 li 由式 3 19 得 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 16 6N m8 FP 强度条件 N mm2 N mm2 可知齿根弯曲强度也满足要求 156 F 0 6 行星轮齿面接触强度校核 计算方法同中心轮 齿面接触强度满足 行星轮齿根弯曲强度校核 查机械手册参数如下 25 1 AK1 V13 FK1 F FY75 3 S1 Y Y0STNTY2relT 2RrelT081X limF N mm2 8limF 6 4S 由式 3 16 得齿根应力基本值 N mm20 F 由式 3 17 得齿根应力 N mm215 由式 3 18 得齿轮的弯曲极限应力 N mm29G 由式 3 19 得许用齿根应力 N mm2 74FP 强度条件 N mm2 N mm2 可知齿根弯曲强度也满足要求 156 F 9 根据接触强度计算确定内齿轮材料 XWRVLN EHAAtHZKubd lim 260 m 根据 选用 CrMo 进行表面淬火和氮化 表面硬度达 HRCli 35 5 2 即可 3 1 3 轴的设计 以内啮合齿轮 轴为例进行轴的设计 如图 3 1 1 直径估算 轴材料用 CrMo 调质处理 35 m4732193 npdmi 2 轴的结构设计 如图 3 1 所示 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 17 图 3 1 轴结构 3 轴上的受力分析 本轴是传动轴 通过平键键与齿轮相联 不但起支撑作用 还受到弯矩和扭矩作用 为确保使用安全和简化计算起见 设齿轮上的力传动到轴上 对其进行受力分析计算和 强度校核 轴传递的扭矩为 m2068N 942 T 齿轮的圆周力 3 20 2dFt 由式 3 20 得 1570682 t N34 齿轮的径向力 N12986262 tantanF r 不考虑效率损失 t2t 3034 t 水平方向 182192 rx 竖直方向 74 ttyF 4 轴的强度校核 1 弯曲强度校核计算 对轴进行抗弯强度校核 弯矩为对称循环的弯应力 弯曲应力幅为 3 21 WMAwd 式中 w 抗弯断面系数 125 733 由式 5 31 得 Pa251 d 选取安全系数为 则需要弯曲应力为 k 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 18 MPa852701 K w 可知计算最大弯曲应力 即弯曲强度条件满足 w 许用静应力 MPa 那么 3 即静强度条件也满足 601 1 另外 由于此轴的结构特点可知其刚度条件很易满足 刚度校核可省略 5 其它轴校 同样方法对减速器的其它轴进行设计计算和校核 都满足要求 3 1 4 轴承选择 寿命计算以及键的校核 轴的轴承布置如上图 3 1 所示 轴即承受径向载荷 也可同时承受轴向载荷根据轴的受力情况采用角接触球轴承 1 轴承寿命的计算 选用角接触球轴承 kN170 rCr min32 3 22 PAfR 由式 3 22 得 253 168 轴承寿命为 3 23 PCnLrh0 由式 3 23 得 310625731 h 407 h 2 键的强度校核 齿轮与轴采用平键联接 键的两侧是工作面 工作时 靠键同键槽侧面的挤压来传 递转矩 平键联接具有结构简单 拆卸方便 对中性较好等优点 其主要失效形式是工 作面被压溃 因此 通常按工作面上的压力进行条件性是强度校核计算 假定载荷在键的条件的工作面上均匀分布 普通平键联接的强度条件为 3 24 ppkldT 3102 式中 T 传递是转矩 k 键与轮毂键槽的接触高度 键的工作长度 l d 轴的直径 键 轴 轮毂三者中最弱材料的许用挤压压力 p 由式 3 24 得 47601283 p 盘型闸在制动盘上产生的制动力矩 取决于正压力 N 的数值 nRMm 21 式中 制动力矩 1Mm 盘形制动闸正压力 N 闸瓦对制动盘的摩擦系数 一般 常由经验取 45 0 3 350 制动盘平均摩擦半径 mR 盘形制动闸副数n 同时 制动力矩 应满足三倍静力矩 的要求 所以 N 值可以由下式确定 1 jM nRNm 21J32DFC 所以 uDFC4370854016 式中 D 液压绞车滚筒直径 液压绞车最大静张力差 CF 松闸时作用在活塞上的液压力 需要克服三部分力 1 1 碟形弹簧的预压缩力 其数值等于正压力 2 为保持必须的闸瓦间隙 使碟形弹簧压缩的反力 3 盘形制动闸个运动部分的阻力 作用在活塞上的液压力 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 20 CnKNF 11 N579628603785 式中 正压力 闸瓦与制动盘之间的最大间隙 取 m 组碟形弹簧的片数 1n1 盘形制动闸各个运动部分的阻力 计算时取C 10 C 碟形弹簧的刚度 KN 在计算时 碟形弹簧的刚度可由碟形弹簧的尺寸求出 在弹簧变形较大时 2 340dhK 37 106 5 N 式中 碟形弹簧的厚度 hm 碟形弹簧的外径 d 系数查 机械传动设计手册 的 34 3 2 2 盘形制动闸工作油压计算 5 120 4 dDFP Pa107361729435652 式中 油缸直径 1m 活塞小端直径 d 3 3 液压管路设计计算 管道内径计算 130 vqd 式中 通过管道内的流量vq sm 管内允许的流速 对于吸油管 对于回油管 取 v2 s m s521 v 2m s 进油管 130 vqdm9013 回油管 v 2 圆整后查 机械设计手册 第四卷 选择管子外径为 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 21 结 论 采用专用液压绞车进行液压支架的搬迁可以加快搬迁速度 提高液压支架使用效率 以及综采面生产效率 实现恒力控制和离机操作 动力源由液压代替了电动 减少了电气设备可能带来的危险 可以通过液压马达自身实现高低速度调速 在带动负载时液压马达低速 没有负载 时液压马达高速 这样可以提高钢丝绳的利用率 液压绞车由于用管道传递压力油 所以液压元件和各种机械装置都容易布局 各个 元件的安装可以随意放在任何适当的位置 因此便于液压绞车进行远距离操作 加强了 绞车的可移动性 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 22 致 谢 即将毕业了 在此 我感谢七台河函授站给我这个学习的机会 同时更加感谢中国 矿大的老师和领导 是你们使我进步 通过你们的教导 我才能完成毕业设计 今后 我必将把所学知识应用到我工作的矿山去 在此次毕业设计中 指导老师杨寅威老师给我大力的帮助 在这 我衷心地向表示 感谢 设计中遇到的每个问题 杨老师都细心的给了我详细的指导 虽然老师公务繁重 但仍然定期给我们辅导 他不仅传授给我们解决问题的方法 而且广征博引 开阔我们 的思路 使我们对传统的设计有了新的认识 新的发现 在设计过程中 有许多问题都 是通过和同学们讨论解决的 我对这些同学也要衷心的感谢 同时我对图书馆的老师也 要表示感谢 他们为我查阅资料时提供了很大的方便 中 国 矿 业 大 学 成 人 教 育 学 院 2014 毕 业 设 计 23 参考文献 1 韩建华 晋民杰 浅谈液压防爆绞车的发展 J 太原科技 2006 5 8 2 刘岩 矿用小型液压调速 防爆 绞车 J 煤炭工程 2007 10 13 3 张兰俊 液压技术应用于防爆提升绞车 J 矿山机械 1999 23 25 4 肖高雄 液压安全绞车调速性能影响因素的探讨 J 矿业安全与环保 1998 8 12 5 吴辉海编 液压绞车 煤炭工业出版社 1989 16 19 6 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Director of Line Maintenance Division personal communication with ParsonsEngineering Science Inc