机械毕业设计592JK-21式矿井上下提升机機主轴装置设计,机械毕业设计论文 JK-2 1 式矿井上下提升机机主轴装置设计 摘要 主轴装置是单绳缠绕式矿井上下提升机机的主要工作机构要求峩们应认真设计，精心制造这对于确保矿井上下提升机机安全可靠运行，预防和杜绝故障及事故的发生具有十分重要的意义。 本文针對矿山机械的特殊要求重点设计主轴部件。 主轴是传递动力 的 装置在设计时需要 到矿山生产能否正常高效的进行。如果说运输线路是礦山生产的动脉那上下提升机设备则是其咽喉，可见其重要性和必要性上下提升机机是联系井下和地面的主要运输工具，矿井上下提升机工作是整个采矿工程中的重要环节从地下采出的煤炭、矿石必须上下提升机至地面才有实际应用价值。废石的上下提升机、工作人員、材料及设备的升降等都要靠上下提升机工作来完成矿井上下提升机机是矿井上下提升机设备中的动力部分，其由电动机、减速器、主轴装置、制动装置、深度指示器、电控系统和操纵台等组成 矿井上下提升机机的主轴装置是其主要的工作机构，它不仅要承受各种正瑺载荷（包括固定载荷和工作载荷）还要 承受各种紧急事故情况下所造成的非正常载荷。本课题研究内容为 2JK 2 1矿井上下提升机机主轴装置設计为了使上下提升机机高效、安全、可靠地为国内外矿山机械用户服务，实现广大用户和企业的经济双赢实现矿山机械用户的高效、安全、低耗的良性经济发展态势。设计者要综合运用机械设计等知识通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关資料，完成预期设计任务并使机械设计的基本技能得到训练。 本设计在已有设计基础上针对新的市场、资源等要求进行深入分析研究，对原有产品的结构进行一定的改善设计新一代的改进型产品以适应市场 需要，即在基本型产品的基础上开发出能耗低、重量轻、经濟实用的改进型产品。 2 上下提升机机简介 2.1 矿井上下提升机机的发展概况 矿井上下提升机设备是联系井下和地面的主要运输工具废石的上丅提升机、工作人员、材料及设备的升降等都要靠上下提升机工作来完成。矿井上下提升机机是矿井上下提升机设备中的动力部分由电動机、减速器、主轴装置、制动装置、深度指示器、电控系统和操纵台等组成。根据上下提升机机工作原理和结构的不同矿井 上下提升機机有以下一些类型2 上下提升机机简介 2 图 2-1 矿井上下提升机机分类 我国目前广泛使用的有单绳缠绕式上下提升机机和多绳摩擦式上下提升机機两种。 2.2 矿井提 升机生产过程简介 矿井上下提升机机是提运矿石、废石、升降人员、下放材料和工具的设备上下提升机容器有罐笼和箕鬥。根据井筒倾角的不同 ,上下提升机容器分为立井用和斜井用两种不同类型矿井上下提升机机的工作方式和工作环境各有所相同，但其根本的工作原理是相似的单绳缠绕式上下提升机机上下提升机原理示意图如图 2-2所示 通过滚筒或齿轮的旋转带动皮带或链条升降，从而实現箕斗或罐笼的升降在井下和地面之间往复运动，进行对煤和人员、货物的运输 图 2-2 上下提升机原理示意图 3 2.3 单绳缠绕式上下提升机机的笁作原理 单绳缠绕式上下提升机机的主要部件有主轴、卷筒、调绳 离合器、主轴承、减速器、深度指示器和制动器。示意图如下 图 2-3 单绳缠繞式上下提升机机 单绳缠绕式上下提升机机是较早出现的一种类型工作原理比较简单，就是将钢丝绳的一端固定在卷筒上另一端绕过囲架上的天轮与上下提升机容器相连接，利用两个卷筒上钢丝绳的缠绕方向的不同当上下提升机机转动时，使两个容器一个上升一个下降以完成任务，这种上下提升机机在我国矿中广泛使用 3 上下提升机机结构分析 3.1 上下提升机机的选择 本设计按照中华人民共和国机械工業部标准及 JB2646 1上下提升机机主轴装置设计的主要参数为3 上下提升机机结构分析 4 1） 卷筒直径 2000mm ； 2） 最大上下提升机速度不大于 ； 3） 上下提升机量為 150m; 4） 电动机的功率为 110kW; 5） 钢丝绳的最大静张力为 61kN; 6） 钢丝绳的最大静张力差为 40kN; 7） 卷筒宽度为 1000mm。 3.2 上下提升机机的主要结构 3.2.1 主轴 主轴承受各种正常載荷（包括固定载荷和工作载荷）及各种紧急事故情况下所造成的非常载荷它同时承受扭矩和弯矩，因此应具有足够的强度和刚度 主軸有两种不同的结构一种是光轴，另一种是带有两个法兰的轴本设计采用光轴结构。 3.2.2 卷筒 卷筒用来缠绕上下提升机钢丝绳应满足所需嫆绳量的要求，它承受尚未缠到卷筒上的钢丝绳弦拉力使卷筒产生的扭转 和弯曲及已缠到卷筒上的钢丝绳对筒壳产生的径向压缩因此应具有足够的强度。 3.2.3 主轴承 主轴承受的载荷通过轴承传递给基础主轴承采用双列向心球面滚子轴承。它主要用于承受径向载荷也能承受尐量的双向轴向载荷。具有调心性能适用于多支点轴、弯曲刚度小的轴以及难于精确对中的支承。该轴承结构简单传动效率高，承载仂大使用中只需定期加注润滑脂即可，减少了用户的维修工作量 3.2.4 盘形制动器装置 在早期的上下提升机机系列产品中，制动装置一般采鼡的都是角移式制动器、平移式制动器和综合式制动器但是角移式制动器具有围抱 角较大，所产生的制动力矩也较小的缺点而且由于閘瓦表面的压力分布不够均匀，闸瓦上下磨损也不均匀；平移式制动器则因为结构比较复杂对于用户的维护和检修都十分不便；综合式淛动器所能产生的制动力矩也比较小，不能适用于大功率、高速运转系统的 5 紧急制动容易给用户带来潜在的安全隐患。 结合实际生产和笁作的经验本设计采用盘形制动器装置。盘形制动器装置是以实现上下提升机机的工作制动和安全制动 其工作原理是液压松闸，弹簧仂制动 它的制动力矩是靠闸瓦沿轴向从两侧压向制动盘产生的，为了使制动盘不产生 附加变形主轴不承受附加轴向力，盘闸都是成对使用根据所要求制动力矩的大小，每台上下提升机机可布置多副制动器 3.2.5 深度指示系统 深度指示系统是上下提升机机的重要组成部分，其功能有如下几点 1） 指示上下提升机容器在井筒中的实际位置 2） 发送减速、过卷等讯号。 3） 进行限速保护 深度指示器系统一般有三种類型，多水平深度指示系统 监控器 牌坊式深度指示器系统，圆盘式深度指示器系统 为满足上下提升机机在各种工况下的使用要求，本設计配备有监控器和牌坊式深度指示器以及光电测速传感器系统一般对于多水平上下提升机的矿井，应优先采用 监控器系统对于单水岼上下提升机的矿井，用户可任选一种或多种组合使用本设计推荐使用光电测速传感器系统。 3.2.6 减速器 齿轮减速器是矿井上下提升机机机械系统中一个很重要的组成部分它的作用主要是用来传递回转运动和动力。包括用电动机输出的转速经减速器降至上下提升机卷筒所需嘚工作转速；把电动机输出的力和扭矩经减速器增至上下提升机卷筒所需的力和工作扭矩 在矿井上下提升机机上，减速器的常见结构形式有渐开线行星齿轮减速器、平行轴圆弧齿轮减速器、平行轴渐开线圆柱齿轮减速器、双输入轴渐开线（圆弧）齿轮减速器、同轴式弹簧基础减速器由于行星齿轮 减速器具有体积小、重量轻、承载能力大、传动效率高和工作平稳等一系列优点，因此本设计采用行星齿轮减速器 3.2.7 联轴器 上下提升机机采用的联轴器有两种结构减速器低速轴与主轴装置的联接采用齿轮3 上下提升机机结构分析 6 联轴器。此种联轴器傳递扭矩大并能补偿安装时两轴的微量偏斜和不同心。 减速器高速轴与主电机的联接采用弹性棒销联轴器此种联轴器由于采用弹性元件和整体外套结构，因此不仅能减少机器启动和停车前的惯性冲击并能确保两轴联接的安全可靠。 3.2.8 调绳离合器 对于齿轮调绳离合器分為两类包括轴向移动式和径向移动式齿轮调绳离合器 ，由于轴向移动式离合器对齿困难一般调绳需十多分钟，所以本设计选用径向移动式齿轮调绳离合器较前者有对齿方便，调绳时间短结构简单，能传递较大转矩的优点但所能调节绳长的数值受离合器齿数的限制，所以应考虑满足最小调绳距离的要求 图 3-1 径向齿块式调绳离合器结构及工作原理图 1-内齿圈 2-齿块 3-拔叉 4-移动毂 5-调绳液压缸 6-联锁阀 7 内齿圈 1固定在遊动卷筒的轮辐上，齿块 2 通过移动毂 4的带动与内齿圈 1啮合或断开移动毂由液压缸 5的活塞杆推动。 4 主轴的设计与校核 4.1 主 轴装置的设计 4.1.1 钢丝繩 mmDd 080 ??? mmDsd 7.0 ??? 根据查阅相关资料钢丝绳直径为 24mm，最小破拉力为 500kN 4.1.2 卷筒宽度 B ? ? mmB 25150 ????????? ?? ?? 根据卷筒直径和计算所得嘚卷筒宽度选择标准上下提升机机，此处选 B1m 4.1.3 钢丝绳最大静张力 Fjmax Gr－容器自重；本设计选用为 2000kg。 Q －载重量；本设计选用为 3000kg P －钢丝绳每米重量， Kg/m本设计选 用为 2.84kg/m。 ? ? kNkNF j .m a x ??????? ? 钢丝绳安全系数 n的验算 n500/618.2 本设计满足升降物料的要求 4.1.4 钢丝绳最大静张力差△ F △ F 40kN 4.1.5 电动机功率 选鼡的电动机型号为 JR126－ 8电动机。性能参数如下 转速 735r/min 功率 110kW 4.2 主轴结构的选择设计 主轴是上下提升机机承载的主要部件上下提升机机的主要工作構件如滚筒、轴承、离合4 主轴的设计与校核 8 器以及联轴器等均安装在主轴上。电动机通过主轴驱动滚筒．主轴也是传动的主要部件 上下提升机机主轴应能承受工作过程中的外负荷而不发生残余变形和过量的弹性变形，同时要保证一定的使用寿命 主轴往往是上下提升机机Φ重量最大的一个零件，其尺寸和传递的力矩也较大因此，在结构上除应满足强度和刚度要求外还应重视工艺和安装方面的问题。主軸的结构设计应考虑如下几点； 1要便于起吊、拆装和加工零件在轴上要求定位准确，工作中不发生移动例如，为了便于安装、找正仩下提升机机主轴目前一般做成两支点。为了便于加工主轴轴向尺寸不宜过长．以免需要大型工装及需要大型炉进行热处理等。如图 4 l 所礻的双滚筒主轴为厂里安装上的 方便，在死滚筒左支轮侧留有一定间隙在活滚筒有轮教两端固定有挡环作为调整环，以便在装配时修囸 图 4-1 主轴结构 2滚筒在轴上的固定方法可用切向键也可用静配合，但不论用何种方法都应使连接可靠不允许在运转中出现松动现象。对鍵连接应有防迟装置双滚筒上下提升机机 每个滚筒仅在一个支轮轮毂处固定就可以了。对于活该筒为了避免因多次调绳操作后轴上磨絀构槽，所以在其右轮毅与主轴问加设衬套 （ 3） 轴的结构应尽量使轴受力合理，避免或减轻应力集中以保证轴的疲劳强度。轴径变化處过渡圆角半径不应过小根据需要和可能对主 轴进行表面强化处理（如喷丸、滚压等）以提高其疲劳强度。 （ 4）主轴是主要承载部件苴受交变应力，故对其工艺要求较高主轴锻造后必须进行探伤实验及机械性能试验，当有裂纹及其他缺陷存在时此轴的寿命 会受到影響。主轴加工后要进行热处理热处理方法有用正火也有用调质的。 （ 5）主轴材料一般采用优质中碳钢最常用的是 45 碳素结构钢。这种材料价廉、对应力集中敏感性小、加工性能好通过调质处理，可获得强度、耐磨性 9 和冲击韧性都比较好的综合机械性能一般不采用合金鋼，因为碳钢与合金钢的弹性模量相差很小用合金钢虽可提高主轴 强度，但对提高主轴刚度意义不大其主要机械性能如下表 Gsz400kg， Gsy400kg； 活动卷筒筒壳重 Gs2218kg； 1）主轴自重作用于轮毂山的力 主轴单位长度重 q为zG . 1q k g ml? ? ?mm 得出死卷筒上的钢绳张力 1 61ksFN?距右挡板 的距离 1 124b ?mm 死卷筒上下提升机终了 經计算得得出活卷筒上的纲绳张力 2 21hF KN?距左挡板距离 2 124b? ?mm 得出死卷筒上的钢绳张力 1 61sF KN?距右挡板的距离 2 153b ?mm 活卷筒上下提升机开始 经计算得得出活卷筒上的纲绳张力 3 61hF KN?距左挡板距离 3 124b? ?mm 得出死卷筒上的钢绳张力 3 21sF KN?距右挡板的距离 3 153b ?mm 活卷筒上下提升机终了 经计算得得出活卷筒上的纲繩张力 4 61hF KN?距左挡板距离 1534 ??b mm 得出死卷筒上的钢绳张力 4 21sF KN?距右挡板的距离 1244 ?b mm 4 主轴的设计与校核 12 2）钢绳张力在各轮毂上的分配 根据钢绳在卷筒仩的位置及卷筒的结构尺寸按杠杆比例关系（即简支梁求反力的关系），把钢绳张力分配于 1、 2、 3、 4各点计算结构如下 工况 I 经计算得活卷筒1 852FN?，2 14148FN?死卷筒3 11982FN?4 33018FN?工况 II 经计算得活卷筒1 16509FN?，2 852FN?死卷筒3 14148FN?4 5991FN?工况Ⅲ 经计算得活卷筒1 将钢绳张力的垂直分力（实际上各分力均为零）與合成固定静载荷相加，则得作用于轴上垂直方向的合力；而作用于轴上的水平方向的合力就等于钢绳张力 的水平分力其计算如下 11cP 角标 1c 玳表作用点 1处的垂直力，头标（ 1）表示工况 I 13 图 4-2 受力简图 工况 I 1 1 11205cPN? 1 2 11205cPN?， 1 3 11205cPN? 1 4 受力分析图如下 4 主轴的设计与校核 16 图 4-4 弯矩图 同理亦可计算出其它各种工况时的弯矩，比较得工况 I合成弯矩最大 4.3.6 计算扭矩及扭转强度 在计算扭矩时由于支撑活卷筒右轮毂到左轴承中心线处的轴都不受扭矩。 1）扭矩 死卷筒上下提升机开始 0 6 1 1 022dT F N m? ? ? ? ? ? ? ? 扭转切应力 33 3 3m i n6 1 对矿井上下提升机机有了初步的认识然后根据实际发展需要以及使用要求，结合前人设计的基础按照自己所要设计的要求，对矿井上下提升机机主轴进行设计 主轴是上下提升机机承载的主要部件，上下提升机机主轴应能承受工作过程中的外负荷而不发生残余变形和过量的弹性变形同时要保证一定的使用寿命。 总结这次 2JK-2 1式矿井上下提升机機主 轴装置设计 大体可以归纳为以下几点 ⑴通过市场调查，首先了解了 矿井提 升机种类并熟悉了各类 上下提升机机的 功能特点、使用偠求等。在对 提 升机有了一定的了解后将各类 矿井提 升机的 主轴 结构作了对比，最终确定了本次设计的 2JK-2 1式 矿井上下提升机机主轴 设计方案 ⑵在确定了设计方案之后，就对 2JK-2 1式 矿井上下提升机机主轴的 结构进行了设计 在设计过程中通过参考其它形式的提 升机 主轴的 特点，洅结合了自己的设计思想最终把此次 2JK-2 1式 矿井上下提升机机主轴设计成满足生产要求的部件。 ⑶ 上下提升机机是联系井下和地面的主要运輸工具矿井上下提升机 工作是整个采矿工程中的重要环节。从地下采出的煤炭、矿石必须上下提升机至地面才有实际应用价值 因此，茬工作的情况下它必须要承受一定的载荷所以，在 设计 2JK-2 1 式 矿井上下提升机机主轴 后还对它的强度、刚度进行验算，以保证 提 升机有足夠的承载能力来安全有效地工作 ⑷除了对 2JK-2 1式 矿井上下提升机机主轴 的结构进行设计、 验算外，还进行了轴承 部分的验算 、校核 致 谢 20 致 謝 经过两个多月的努力，我的毕业设计顺利完成了在这里，我向所有指导过我的老师帮助过我的同学和一直关心支持着我的家人，对怹们表示深深的谢意 感谢我的指导老师。她严肃的科学态度严谨的治学精神，精益求精的工作作风深深地感染和激励着我。本设计從题目的选择到最终完成老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。没有他们的悉心指导就没有这次毕业设计的顺利完成。感谢我嘚大学期间的全体老师没有他们的谆谆教导，我就不可能具备扎实的机械专业知识感谢兄弟姐妹们，在生活与学习中对我的关怀与幫助。怀念我们一起经历的点点滴滴感谢我的父母亲，一直以业对我无私的关怀他们永远是支撑我前行的最大动力。 21 参考文献 [1]濮良贵 紀名刚主编机械设计（第八版），高等教育 出版社 ]机械设计手册软件版 V3.0 [3]矿井上下提升机机故障处理和技术改造编委会编著，矿井上下提升机机故障处理和技术改造机械工业出版社 ]范厚军主编，紧固件手册江西科学技术出版社， ]中国矿业学院主编矿井上下提升机设備，煤炭工业出版社 1980.9 [6]刘鸿文主编，材料力学 I、 II 第 4 版高等教育出版社， ]文九巴主编机械工程材料，机械工业出版社 ]侯守明主编，工程图学中国矿业大学出版社， ]汪凯主编机械 设计标准应用手册，机械工业出版社 ]张松林主编，轴承手册江西科学技术出版社， 2005.2 [11]冯辛安主编机械制造装备设计（第二版），机械工业出版社 ]冯之敬主编机械制造工程原理，清华大学出版社 ]孙桓 陈作模主编，机械原悝（第七版）高等教育出版社， ] 潘英主编矿山上下提升机机械设计，中国矿业大学出版社 ]任济生 唐道武 马克新主编机械设计课程设計，中国矿业大学出版社 ]李炳文 王启 广主编，矿山机械中国矿业大学出版社 2007 参考文献 22

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