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1、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。其中运输包括运输和辅助运输。绞车就是辅助运输的其中一种。矿用绞车是煤矿不可缺少的重要设备。在煤矿,人员及物料的提升和运输、矿车的调度、综采设备的安装、拆卸及搬迁、各种重物及设备的牵引等场合均离不开矿用绞车。我国绞车发展经历了3个阶段:20世纪50年代,仿制设计阶段;20世纪60年代,自行设计阶段;20世
2、纪70年代后进入标准化和系列化设计阶段,我国在矿用小绞车方面于20 世纪60 年代后期相继制定了一系列标准,并通过实际应用进行了修订,产品向标准化发展。国内矿用小绞车产品种类繁多,型号也较复杂。目前使用的回柱绞车主要用于回柱放顶和物料运输,也用于小型设备的搬运工作,其传动系多采用蜗轮蜗杆减速器传动。其传动系简单,使用维护方便。但无论在产品的技术水平和性能参数上，还是在产品的系列化方面存在一定问题。相比我国，国外矿用绞车规格比较多，适用不同场合，有统一的标准。结构上我国及国外的绞车大多数采用行星齿轮传动，结构简单，适用维修方便。在产品性能上，我国设计的绞车在主要寿命，噪音，可靠性等综合指标与俄罗
3、斯、德国有差距。1.2 概述JHB-30型矿用回柱绞车，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，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，也可用来拖运和调运车辆。下面让我们熟悉一下
4、回柱绞车的特点以及它在井下回采面的布置方式.1.2.1.回柱绞车(含慢速绞车)的结构特点：(1)传动系统都有一级减速比很大的蜗轮蜗杆传动，皆具备自锁功能，不会发生下故重物拉动滚筒旋转情况。(2)总传动比大(i150230)，能在电动机功率较小时，获得较大的牵引力。(3)具有整体结构，便于移动和安装，甚至可以用回柱绞车牵引力来牵引绞车本身移动。(4)有的在电动机联轴器上装有手动制动闸，有的在蜗轮减速器输出轴上装有活动齿轮和锥形摩擦制动器，使回柱绞车可以按信号准确停位，并能从滚筒上自由放绳(不受蜗杆传动自锁影响)，且可控制放绳速度，防止松绳和乱绳。(5)电气控制装置较简单，皆具备隔爆性能，可用于有
5、瓦斯、煤尘的环境场所。(6)因蜗轮蜗杆传动效率低，易造成发热和温升过高,所以必须重视润滑和维护。1.2.2.回柱绞车在井下回采工作面的布置方式：(1)回柱绞车安装在回风巷内：回柱绞车安装在回风巷内的位置、应符合作业规程定.如图1-1所示.图1-1 在回风巷布置回柱绞车1回风巷2 回柱绞车3 导向轮Fig 1-1-In return air back-alley layout winch1 Lane 2 to wind back to the winch-round 3-oriented回柱绞车安装在回风巷内布置方式的优点有：回柱绞车不需经常搬迁；适合于煤层倾角较大、顶板破碎、压力较大的工作面。
6、缺点有；回柱绞车可能影响回风巷人员行走和材料运输工作；钢丝绳牵引时要绕过一个拐直角的导向轮，钢丝绳受力大容易损坏；要求固定拐角导向轮的柱子或锚杆等必须牢固.(2)回柱绞车安装在回采工作面上端； 回柱绞车布置在紧靠回风巷，且在工作面的上端相密集支柱之间如图1-2所示。图1-2 在回采工作面上布置回柱绞车1 回风巷 2 回柱绞车 3 钢丝绳Fig 1-2 -Recovery work surface layout in the back-winch1 Lane 2 to wind back 3-wire rope winch回柱绞车安装在回采工作面上端布置方式的优点有：钢丝绳牵引不必拐弯，直线牵引
7、，钢丝绳运行阻力小，不易损坏；不影响回风巷内人员走动和材料运输工作。缺点有：每进行一次循环都要移动回柱绞车；要求在顶板条件较好和煤层倾角较小的条件下采用。当顶板压力较大时，机座受力后易变形；顶板严重冒落，可能埋住绞车，移设和检修都很困难。这种布置方式很少采用。 (3)回柱绞车直接安装在工作面：回柱绞车直接安装在工作面的多台布置,方式如图3所示.回柱绞车直接安装在工作面的多台绞车布置方式的优点有：多台同时回柱，加快回柱进度，特别适合需要回柱的普通机械化采煤工作面，如使用刨煤机的回采工作面；不影响回风巷内的人员走动和材料运输工作；钢丝绳牵引不必拐弯，直线牵引，钢丝绳运行阻力小，不易损坏。缺点有，每
8、进行次循环都要移动回柱绞车；要求在顶板条件较好和煤层倾角较小的条件下采用；顶板冒落，可能埋住绞车，移设和检修都很困难。这种布置方式是在回柱工艺时间大大超过来煤工艺时间的情况下采用，可提高采煤工作面生产能力和经济效益，但应在确保安全的前提下谨慎推广使用图 1-3 在工作面上布置数台绞车1 回风巷 2 回柱绞车 3 刮板输送Fig 1-3-In the work surface layout several winch1 Lane 2 to wind back to the winch-3 AFC2 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
9、、既考虑到回柱为主要用途，又考虑到运搬、调度、运输等一般用途。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。2.2 已知条件1、钢丝绳最大牵引力： 300kN;2、平均牵引速度：12m/min3、容绳量：300m4、设计寿命：5000h2.3 钢丝绳直径的确定及滚筒直径的确定2.3.1 钢丝绳的选择1、根据GB/T8918-1996，初选钢丝绳直径mm型号：619321770钢丝绳公称抗拉强度为：1770MPa钢丝绳破断拉力总和整条钢丝绳破断拉力总和 式中0.85，拉力影响系数2校核安全系数安全系数 =1.8=1.82.3.2 滚筒参数的确定1、根据JB/T 90
10、281999 规定卷筒直径与钢丝绳的绳径比约为18。1832=576mm取=580mm则/d=580/32=18.125式中: ：滚筒的最小外径 mm ：钢丝绳直径 mm2、确定滚筒宽度初选每层缠绕Z=18则:B=式中 :钢丝绳排列不均匀系数取B=610mm3、 初定钢丝绳缠绕层数n74、 验算滚筒容绳量L 式中: :钢丝绳每层厚度降低系数 所以取 n=7 Z=185、确定滚筒各直径1)滚筒最小缠绕直径=580+32=612mm2)滚筒最大缠绕直径=580+32+26320.90=957.6mm 3）滚筒平均缠绕直径 4）滚筒结构外径 取为1150mm2.4 回柱绞车的整体设计方案2.4.1
11、回柱绞车的结构简图如图2-1回柱绞车主要由电动机、联轴器、电液制动器、减速器、卷筒装置、和底座部分等组成。底座由槽钢焊接而成。电动机、减速器、卷筒装置通过螺栓联结固定在底座上。电液制动闸抱着制动轮，闸座焊接在底座上。2.4.2 回柱绞车的传动方案与工作原理回柱绞车的传动简图如图2-2所示：动力传动系统的传递路线为：防爆电机弹性联轴器小斜齿轮大斜齿轮蜗杆蜗轮小圆柱直齿轮过桥齿轮大圆柱直齿轮卷筒。图21 绞车外观图图22 绞车减速器传动原理图2.4.3 计算传动效率(1)、挠性联轴器 (2)、圆柱齿轮传动 (3)、蜗轮蜗杆传动 (4)、开式圆柱齿轮传动（油润滑）(2对)(5)、滚动轴承：滚子轴承（
12、脂润滑） (5对)(6)、卷筒 (7)、搅油效率 2.4.4 防爆电机的选择：1 卷筒转速2 最小速度3 最大转速4 工作机功率计算5 6 所需电动机输出功率7 确定电动机型号由于电机为短时工作,可以充分利用电机的过载能力,以减少电机的容量降低电机的成本和尺寸.查阅防爆电机技术参数表，选取电机：电机型号： YB315M-6额定功率： 90KW重量： 1140Kg额定转速： 985 rpm2.4.5总传动比及传动比分配1、总传动比2、各级传动比的分配1）二次包络蜗轮蜗杆传动比：所采用的传动方案，蜗轮蜗杆传动处于中间级，取其传动比为45、 设计选取 =1 45 2）减速器高速级斜齿轮传动比斜齿轮在
13、高速级，传动比过大时，会导致下一级蜗轮蜗杆转矩过大，强度不容易满足，并且此级的目的主要是为了提高电机的位置，从而方便电机的安装，初取为 设计选择 =35 41 3）减速器低速级传动比 设计选择前级传动 =23 47 后级传动 47 实际传动比 2.4.6 传动装置运动参数的计算从减速装置的高速轴开始各轴命名为轴、轴、轴、轴、轴分别进行计算：轴轴轴轴 轴3 齿轮传动系统的设计计算3.1 第一级斜齿轮传动设计计算3.1.1、选择齿轮材料，确定许用应力大、小齿轮选用40Cr渗碳淬火，齿面硬度为55HRC。精度等级为8级1、许用接触应力查图14-1-24 得小齿轮接触疲劳极限=1400 大齿轮接触疲劳
14、极限=14001）接触强度寿命系数，应力循环系数N由下式决定： 由于 、所以 得 （允许有一定点蚀）（允许有一定点蚀）3)接触强度最小安全系数查表141110 取 =1.25 （较高可靠度）6）将上述参数代入公式求得许用接触应力则 =14001.07/1.25=1198.4=14001.08/1.25=1209.62、确定许用弯曲应力查图14-1-53得 1）寿命系数由于 所以 得 （允许有一定点蚀） （允许有一定点蚀）2)尺寸系数查表141119 得 6)弯曲疲劳强度最小安全系数查表141110 取 （较高可靠度）7）将上述参数代入公式求得许用弯曲应力则 3.1.2 主要尺寸的初步确定按照齿面接触疲劳强度设计计算根据得小齿分度圆直径d1 1） 材料弹性系数查表141105 取 2） 节点区域系数查图14-1-16 取 3） 重合度系数由推荐值0.75-0.88取4） 螺旋角系数5） 载荷系数 使用系数 查表6-3 取 动载系数
