調(diào)度絞車機(jī)械設(shè)計畢業(yè)項目方案一、項目背景與設(shè)計意義調(diào)度絞車作為礦山井下輔助運輸?shù)暮诵脑O(shè)備，承擔(dān)巷道內(nèi)礦車調(diào)度、物料搬運及短距離牽引作業(yè)，其機(jī)械設(shè)計的合理性直接影響運輸效率、作業(yè)安全及設(shè)備使用壽命。本設(shè)計針對某礦900mm軌距巷道的運輸需求，結(jié)合井下潮濕、多塵、空間受限的工況，開展調(diào)度絞車的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計，旨在實現(xiàn)牽引力適配、制動可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)便捷的目標(biāo)，為同類設(shè)備的國產(chǎn)化設(shè)計提供實踐參考。二、設(shè)計需求分析（一）技術(shù)參數(shù)要求根據(jù)礦山運輸任務(wù)，需滿足以下核心參數(shù)：額定牽引力：100kN（對應(yīng)礦車組總重量≤80t）；卷筒容繩量：400m（φ28mm鋼絲繩）；繩速：0.8~1.2m/s（匹配電機(jī)轉(zhuǎn)速與傳動比）；電機(jī)功率：55kW（防爆型異步電機(jī)，適應(yīng)井下防爆要求）。（二）工況與環(huán)境約束工作環(huán)境：井下巷道，溫度0~40℃，相對濕度≤95%，存在煤塵、瓦斯等爆炸性介質(zhì)；安裝空間：巷道寬度≤3.5m，高度≤2.8m，需緊湊布局；安全要求：制動系統(tǒng)需滿足《煤礦安全規(guī)程》，制動減速度≤1.5m/s2，防滑車、防過卷。三、總體設(shè)計方案（一）設(shè)計思路采用“電機(jī)-聯(lián)軸器-三級圓柱齒輪傳動-卷筒”的傳動鏈，制動系統(tǒng)集成帶式制動與閘瓦制動（雙重安全冗余），機(jī)架采用焊接式整體結(jié)構(gòu)以簡化安裝。設(shè)計重點解決：①傳動系統(tǒng)的緊湊性與效率；②制動系統(tǒng)的可靠性與響應(yīng)速度；③卷筒的卷繞均勻性與強(qiáng)度。（二）總體結(jié)構(gòu)組成1.傳動系統(tǒng)：電機(jī)輸出經(jīng)聯(lián)軸器傳遞至輸入軸，通過三級齒輪減速（傳動比*i*=48），最終驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn)；2.制動系統(tǒng)：主制動為帶式制動（包角≥270°），輔助制動為液壓閘瓦制動（緊急工況觸發(fā)）；3.卷筒裝置：采用單層卷繞卷筒（φ600mm），配繩槽導(dǎo)繩裝置，避免鋼絲繩亂繩；4.機(jī)架與底座：型鋼焊接結(jié)構(gòu)，設(shè)減震墊鐵與地腳螺栓孔，適應(yīng)巷道底板不平。四、分系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計（一）傳動系統(tǒng)設(shè)計1.傳動比分配總傳動比*i*=48，三級傳動比分配為*i*?=2.5、*i*?=3、*i*?=6.4（滿足齒輪承載均衡，降低單級載荷）。2.齒輪參數(shù)設(shè)計材料選擇：輸入級齒輪（20CrMnTi，滲碳淬火HRC58~62），中間級（45鋼，調(diào)質(zhì)HRC28~32），輸出級（ZG____，正火HB180~220）；模數(shù)計算：按接觸強(qiáng)度公式，輸入級齒輪模數(shù)*m*=3.5mm，齒數(shù)*z*?=20、*z*?=50；中間級*m*=4mm，*z*?=25、*z*?=75；輸出級*m*=5mm，*z*?=20、*z*?=128；強(qiáng)度校核：輸入級齒輪接觸應(yīng)力*σ*_H=420MPa（許用*σ*_H=550MPa），彎曲應(yīng)力*σ*_F=180MPa（許用*σ*_F=220MPa），滿足安全系數(shù)要求。3.軸系設(shè)計輸入軸：直徑*d*=55mm（45鋼，調(diào)質(zhì)），軸承選用NU211圓柱滾子軸承（承載徑向力）；中間軸：直徑*d*=70mm，軸承選用7314圓錐滾子軸承（同時承載徑向與軸向力）；輸出軸（卷筒軸）：直徑*d*=90mm，與卷筒采用脹緊套連接（無鍵連接，避免應(yīng)力集中），軸承選用____調(diào)心滾子軸承（適應(yīng)重載與安裝誤差）。（二）制動系統(tǒng)設(shè)計1.帶式制動設(shè)計制動帶材料：石棉銅絲制動帶（摩擦系數(shù)*f*=0.35），寬度*B*=150mm，厚度*δ*=8mm；制動輪參數(shù)：直徑*D*=630mm（與卷筒同軸），材料HT250（熱處理HB180~220）；制動力矩計算：*M*_制=1.6×*M*_靜（*M*_靜=100kN×0.6m=60kN·m），故*M*_制=96kN·m。通過杠桿比（*i*_杠=4）計算制動拉力*F*=*M*_制/(*D*/2×*f*×*i*_杠)=96×103/(0.315×0.35×4)≈218kN，滿足人力操作力≤300N的要求（實際操作力*F*_人=*F*/*i*_杠=54.5N）。2.液壓閘瓦制動（輔助）閘瓦材料：高摩擦系數(shù)合成閘瓦（*f*=0.4），油缸壓力*p*=6MPa，閘瓦面積*A*=0.02m2；制動力計算：*F*_液=*p*×*A*×2=6×10?×0.02×2=240kN，制動力矩*M*_液=*F*_液×*D*/2=240×0.63=75.6kN·m，與帶式制動形成冗余。（三）卷筒裝置設(shè)計1.卷筒結(jié)構(gòu)卷筒直徑*D*=600mm（滿足鋼絲繩彎曲疲勞壽命，*D*/*d*≥21，*d*=28mm）；卷筒長度*L*=1200mm（容繩量*L*_繩=π*D*×*n*×(*L*-2*δ*)/p，*n*=1層，*p*=30mm繩槽節(jié)距，*δ*=20mm端板厚度，計算得*L*_繩≈408m，滿足設(shè)計要求）；材料與壁厚：Q345B鋼板卷制，壁厚*δ*=25mm，端板厚度*δ*=30mm，輻板厚度*δ*=20mm（焊接后退火消除應(yīng)力）。2.導(dǎo)繩裝置采用螺旋槽導(dǎo)繩器，與卷筒同步旋轉(zhuǎn)（由輸出軸通過鏈輪傳動），確保鋼絲繩單層排列，繩槽磨損量≤0.5mm/年。（四）機(jī)架設(shè)計結(jié)構(gòu)形式：型鋼（16#槽鋼、10#工字鋼）焊接框架，底部設(shè)4個M24地腳螺栓孔，安裝尺寸1800×1200mm；強(qiáng)度校核：機(jī)架最大應(yīng)力*σ*=85MPa（許用*σ*=160MPa，Q345B材料），撓度*f*=0.8mm（許用*f*=1.5mm），滿足剛度要求；防護(hù)設(shè)計：機(jī)架外側(cè)設(shè)可拆卸護(hù)罩，便于維護(hù)，內(nèi)側(cè)設(shè)集油槽（收集齒輪箱漏油）。五、強(qiáng)度校核與優(yōu)化（一）關(guān)鍵部件校核1.卷筒軸：扭轉(zhuǎn)應(yīng)力*τ*=*M*_T/*W*_T=(9550×55×48)/(π×0.093/16)≈45MPa（許用*τ*=60MPa），彎曲應(yīng)力*σ*_b=*M*_b/*W*_b=(100×103×0.3)/(π×0.093/32)≈42MPa（許用*σ*_b=120MPa），安全系數(shù)充足。2.齒輪接觸強(qiáng)度：輸出級齒輪*σ*_H=*Z*_E×*Z*_H×*Z*_ε×√(*K*×*T*?/(*b*×*d*?))=189.8×2.5×0.85×√(1.2×9550×55/(128×3×0.02))≈415MPa（許用*σ*_H=500MPa），滿足要求。（二）優(yōu)化措施傳動系統(tǒng)：采用變位齒輪（輸入級齒輪正變位*x*=0.2），提高齒根強(qiáng)度，降低噪聲；制動系統(tǒng)：增設(shè)制動帶磨損傳感器，實時監(jiān)測厚度（報警閾值*δ*≤3mm）；卷筒：繩槽表面淬火（HRC45~50），延長鋼絲繩壽命。六、制造與裝配工藝（一）零件加工工藝1.齒輪：鍛造毛坯→調(diào)質(zhì)→滾齒→滲碳淬火（輸入級）/正火（輸出級）→磨齒（精度等級7級）；2.軸：圓鋼下料→調(diào)質(zhì)→車削（留磨量）→銑鍵槽→磨外圓（圓柱度≤0.01mm）；3.卷筒：鋼板卷制（卷板機(jī)預(yù)彎）→焊接（CO?氣體保護(hù)焊）→退火（消除應(yīng)力）→車?yán)K槽（圓柱度≤0.02mm）。（二）裝配流程1.傳動系統(tǒng)預(yù)裝：輸入軸→中間軸→輸出軸，調(diào)整齒輪嚙合間隙（0.15~0.25mm）；2.卷筒與輸出軸裝配：脹緊套加熱至120℃后套裝，冷卻后檢查同軸度（≤0.03mm）；3.制動系統(tǒng)裝配：制動帶與制動輪間隙調(diào)整（0.8~1.2mm），液壓閘瓦平行度≤0.1mm；4.總裝：機(jī)架上安裝傳動系統(tǒng)、卷筒、制動裝置，調(diào)試電機(jī)轉(zhuǎn)向與制動同步性。七、調(diào)試與測試（一）空載調(diào)試運轉(zhuǎn)時間：2h，監(jiān)測軸承溫度（≤65℃）、齒輪箱噪聲（≤85dB）；功能測試：制動帶、閘瓦分別動作，制動響應(yīng)時間≤0.5s，制動距離≤0.5m（繩速1m/s時）。（二）負(fù)載測試加載等級：25%、50%、75%、100%額定載荷，各等級運行1h；性能測試：牽引力偏差≤±5%，繩速偏差≤±3%，制動減速度0.8~1.2m/s2；可靠性測試：連續(xù)滿載運行8h，監(jiān)測關(guān)鍵部件振動（≤4.5mm/s）、溫度（≤75℃）。八、結(jié)論與展望本設(shè)計通過三級圓柱齒輪傳動+帶式/閘瓦制動的方案，實現(xiàn)了調(diào)度絞車的緊湊化、高可靠性設(shè)計，關(guān)鍵參數(shù)（牽引力、繩速、制動性能