第 1 页1 绪论 1.1 概述 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。 回柱绞车又称慢速绞车，是供煤矿井下采煤工作面回柱放顶之用。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。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、回收牵引各种设备和备件。 回柱绞车是一种有效的矿山辅助设备。该型绞车主要应用于回柱放顶之用，同时也 可用于上山、下山、平巷等综采工作面设备的搬迁，比如液压支架、溜槽等。此外，拉 紧皮带机机头、运料、调度车辆等工作都可以用这种绞车来完成。在港口、码头、建筑 工地、工厂企业，这种回柱绞车也可以发挥作用。可见，回柱绞车在煤炭行业、机械行 业，包括部分其他行业都有着不可忽视的地位。1.1.11.1.1 回柱绞车的布置方式回柱绞车的布置方式 回柱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，距回采工作面约。这种布置方式适用条件广，尤其是20 30m 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，多了一个拐弯，摩擦阻力增大，o90钢丝绳容易损坏。按这种方式布置的回柱绞车，必须沿钢丝绳牵引方向长条式布置，绞 车宽度不应超过，过宽则会堵塞巷道。因为运料工人常常从机体旁经过，齿轮一900mm 定要密闭，不然就容易引起事故。 2）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。这种布置方式 对浅截深的机采工作面尤为需要。例台徐州矿务局认为，回柱设备是当前提高煤产量的 关键。现在安排回柱放顶时间是每天一个班（8 小时） ，而用刨煤机进尺米只要 2 小时1.2 就能完成，因此，只要加快回柱速度，就会收到提高煤产量的效果。 3）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须移动绞车，且需移开柱子， 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，甚至回柱绞车有被压埋的危险。 1.1.21.1.2 回柱绞车的分类回柱绞车的分类 回柱绞车结构的一般分析 (1)按驱动机构分 （1）手摇式回柱绞车第 2 页手摇式回柱绞车用于人工回柱，体积小，重量轻，移动方便，结构简单。但人工回柱效率低，安全性差，一般只用作辅助作业，或在回收金属支柱时使用。 （2）风动回柱绞车 风动回柱绞车拉力大，重量轻，适用于我国西南地区的超级瓦斯矿，但是风动回柱绞车成本较高，使用范围受到限制。 （3）电动回柱绞车 电动回柱绞车使用范围最广，目前各制造厂生产的多为电动回柱绞车。 2）按滚筒结构分 （1）摩擦式滚筒 摩擦式滚筒多制成双曲线型，靠滚筒上的几圈钢丝绳与滚筒的摩擦力带动钢丝绳进行工作，滚筒量不受限制，也不存在排绳子问题，解决了“咬绳现象，这种绞车尚在试 验中。 （2）缠绕式滚筒 缠绕式滚筒具有一定的容绳量，操作简单，使用范围广，但体积和重量都比较大， 现在生产的回柱绞车以采用缠绕式滚筒的为最多。 （3）链条滚筒 链条滚筒即用缠绕链条来进行回柱工作。因链条较重，不宜太长，如某厂生产的三 吨轻便回柱绞车，链条仅有 6 米，因此，使用这种回柱绞车的极少。 3）按传动机构分 （1）圆弧面蜗杆传动 现在生产的各种回柱绞车均采用圆弧面蜗杆传动，机械效率提高到约为机0.8 0.85 器体积和重量都相应减少。 （2）普通蜗杆蜗轮传动 淮南煤矿机械厂 1952 年生产的 HJ-14 型回柱绞车，第一级为普通蜗杆蜗轮传动，再 经过二级圆柱齿轮带动滚筒。采用蜗杆蜗轮传动机械效率低，虽具有结构结实耐用的优点，但体积重量都很大，搬运困难，不适于井下狭窄环境和经常移动的特点，故此类回 柱绞车已不再生产。 1.1.31.1.3 JHB-7JHB-7 型回柱绞车的技术特点型回柱绞车的技术特点1）速度变化不大，回柱效率高 JHB-7 型回柱绞车工作时的牵引速度为 6.117.899m/min，平均速度,最大牵7m/min 引力为 70kN，容绳量为，工作效率大大提高。100m 2）结构简单，布置合理 JHB-7 型回柱绞车的传动系统采用两级传动，包括圆弧蜗轮蜗杆齿轮传动、圆柱齿轮 传动，而且采用了开式齿轮传动，大大简化了机械部分的传动系统，便于安装和拆卸， 结构布置紧凑、合理。 3）操作简单，安全可靠 JHB-7 型回柱绞车采用锥面实现了工作状态和制动状态的互锁。绞车起动时动载小， 钢丝绳受到的冲击小。只需轻轻点动电机控制按钮，就可起动电机，然后操作制动的手 把，便可实现绞车的动作。第 3 页2 总体设计2.1 设计条件 最大牵引力：F=70kN 平均牵引速度：7m/minV 容绳量：100mL 2.2 传动方案的设计过桥齿轮 蜗杆 蜗轮0Z1Z2Z内齿轮 滑移齿轮 大齿轮3Z4Z5Z1蜗杆轴 2蜗轮轴 3过桥齿轮轴 4滚筒轴图 2.1 JHB-7 型回柱绞车传动系统图 其传动路线是： 防爆电机联轴器蜗杆蜗轮内齿轮外齿轮过桥齿轮大齿轮卷筒2.3 钢丝绳直径的确定及滚筒直径的确定 回柱绞车主要用于回采工作面中的回柱放顶，亦可用于托运重物和调度车辆等用途。 由于其工作环境恶劣，要求其具有一定的防腐蚀及防锈能力。 2.3.12.3.1 钢丝绳的选择钢丝绳的选择 钢丝绳的安全系数取，则钢丝绳所能承受的拉力需满足以下的要求：4K F拉4FF 其中：拉=70kNF则： kN280704F 查机械设计手册 选择： 钢丝绳直径： 22mm，纤维绳芯，其公称抗拉强度为 1770MPa，最小破断拉力为 SP=284000N 2.3.22.3.2滚筒的直径直径的确定的确定D第 4 页4(20 25)Dd式中，钢丝绳直径 d=22mmd则 dD)2520(mm)550440由 JB/T9006.1-1999,选卷筒直径为 D=450mm 2.3.32.3.3 滚筒宽度滚筒宽度 B 初选每层缠绕圈数18Z则:mmkZdB42095. 022181式中 -钢丝绳排列不均匀系数1k取mmB420 2.3.42.3.4 滚筒的外径滚筒的外径1D 按照常规，同时根据煤矿安全规程 ，钢丝绳的缠绕层数最好不要超过 5 层，也就 是说，控制在 5 层以内,但也可以超过 层。5 滚筒的容绳量，我们为，据以上设计可知，每一层缠绕的圈数：100mn)(45.2022/450圈n每一圈所缠绕的长度 ：lmm72.14132/45022Rl计算钢丝绳的缠绕层数为 层3)41372. 122/(100则钢丝绳在卷筒上的最小缠饶直经：mm450minD钢丝绳在卷筒上的最大缠饶直经：mm5822223450maxD钢丝绳在卷筒上的平均缠饶直经：mm516)582450(5 . 0cD根据设计要求平均速度为7.0m/mincV 滚筒的转速为：r/min32. 451671000n计算出系统总传动比为：第 5 页98.16832. 4730i2.3.52.3.5 验算滚筒的平均速度（钢丝绳平均速度）：验算滚筒的平均速度（钢丝绳平均速度）： 1）最小速度m/min11. 698.16845. 0730min min iDnvd2）最大速度m/min899. 798.168582. 0730max max iDnvd3）平均速度m/min7)899. 711. 6(21 21maxminvvvc2.4 电动机的设计选择 2.4.12.4.1 各传动功率的计算各传动功率的计算 根据以上的传动方案图 2.1 可得： 总传动效率3 433 213397. 085. 098. 095. 0=0.694 其中：联轴器的效率为 0.95；1轴承的效率为；298. 0蜗轮蜗杆传动效率为；30.85齿轮传动效率=0.97。4 2.4.22.4.2 确定电动机的型号确定电动机的型号1000VFP694. 01000117. 0100070 =11.8 电动机所需的额定功率与电动机输出功率之间有以下的关系：PPPKPA其中：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AK 系数，取15. 1AKkW57.138 .1115. 1P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，查机械零 件设计手册 ，得到电动机的型号：YB200L-8 额定功率15kWP 第 6 页实际转速730r/mindn 重量：kg2880 . 2额定转矩最大转矩8 . 1额定转矩堵转转矩0 . 6额定电流堵转电流其外形尺寸：(mm)648490805高宽长电机中心高度：mmH200H 电动机轴直径 长度：55 110mm3 减速器的设计计算 3.1 减速器参数确定 3.1.13.1.1 传动比的确定传动比的确定 根据减速器情况并查蜗轮蜗杆传动设计参数，决定两级传动比的分配情况如下: 第一级蜗轮传动：401i第二级齿轮传动：22. 440/98.168/12iii电动机输出功率： 25.1495. 015P 系统总传动比：168.89 第一级：401i第二级：22. 42i3.1.23.1.2 系统中各个传动轴的转速系统中各个传动轴的转速： 1 轴 1730r/minn 2 轴 r/min25.184073012innI3 轴 轴转速：=30n0r/min齿轮转速：= 3nr/min25.18P4 轴 轴转速： =40n0r/min第 7 页齿轮转速： =4nr/min32. 422. 425.1823in3.1.33.1.3 各轴扭矩的计算各轴扭矩的计算1 轴 Nm16.182730925.139550955011 1nPT2 轴 Nm6 .606925.18599.119550955022 2nPT3 轴 轴上扭矩：Nm030T齿轮扭矩：Nm07.570925.1891.109550955033 3nPT4 轴 轴上扭矩：Nm030T齿轮扭矩：Nm96.2316032. 4477.109550955044 4nPT3.2 圆弧蜗杆蜗轮的特点 蜗杆传动用于于传递空间交错的两轴间运动和动力,通常两轴的交角为。蜗杆传o90动的特点： 1）传动比大，在动力传动中，一般传动比，在分度机构中，传动比可达成5 80i 1000； 2）具有自锁性； 3)传动平稳，冲击载荷小；4）相对滑动速度较大，当工作条件不够好时，会产生严重的摩擦磨损，传动效率低， 自锁性时效率仅为左右；40% 5）要采用减摩性较好的贵重有色金属的合金作蜗轮，成本较高。 蜗杆传动的类型：有圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动。 圆柱蜗杆传动又分为普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动。 普通圆柱蜗杆传动分为阿基米德蜗杆（ZA 蜗杆） 、法向直廓蜗杆（ZN 蜗杆）和渐开 线蜗杆（ZI 蜗杆） 。 各蜗杆传动的特点及应用： 阿基米德蜗杆：端面齿廓为阿基米德螺旋线，轴