矿用JH—40回柱绞车设计与实验研究

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摘要： 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。本文介绍了回柱绞车的工作原理以及在煤矿生产中的作用。根据目前煤矿生产现场的具体需求，针对传统设计的不足，设计了一种新型的回柱绞车。确定了绞车的钢丝绳选型、电动机选型及滚筒参数设计。此外，还通过实验测定了新型绞车的绳速、拉力等重要参数，给回柱绞车的创新与设计提供了重要参考依据。

Abstract： Winch， also called slow winch， is used for coal face roof of the prop used in coal mine. Working principle and it's application of JH-40 type prop pulling hoist used in coal mine was introduced in this report. According to the current specific need in coal mine， a new type prop pulling hoist was designed with the traditional design shortage. Roller parameter design and electrical machinery type and wire rope type were confirmed. In addition， according to experimented scheme， the important parameters of rope speed and pulling porce of prop pulling hoist were determined. It's significant for the innovation and design of the prop pulling hoist.

关键词： 回柱绞车；传动系统；设计；实验

Key words： prop pulling hoist；driven system；design；experiment

中图分类号：TD5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）10-0063-02

0 引言

随着我国煤矿机械化的逐步发展，我国西北地区煤矿生产能力的不断加大，对回柱绞车的牵引力的需求越来越大，迫切要求对回柱绞车的能力提高，因此提出了JH-40型回柱绞车，它是一种有效的矿山辅助运输设备。机械化采面、上下上、平巷等设备的搬迁是它的主要应用范围，比如液压支架、溜槽等。另外，回柱绞车还可以完成运料、调度车辆等工作，正是因其这种作用，使其在煤炭、机械等多个行业都得到了广泛的应用，越来越受到重视。

1 JH-40回柱绞车传动系统

JH-40回柱绞车可作很多辅助工作的牵引绞车，比如运料、移溜槽、搬移带式输送机机头等。

JH-40回柱绞车主要是由电动机、联轴器、减速器组成的。绞车由电动机经联轴节、一级闭式齿轮传动、一级蜗杆传动、一级圆柱齿轮传动（中间设有过桥齿轮），传递到滚筒。绞车结构是对称布置的，呈长条形，绞车内部均采用滚动轴承支承各转动部位，其底座是由型钢焊接成的。这种绞车主要应用在井下，它的优点是体积小，方便安装和搬运。

图1是JH-40型回柱绞车的传动系统。

传动路线如下：

防爆电机弹性联轴器小圆柱斜齿轮大圆柱斜齿轮蜗轮蜗杆减速器小圆柱斜齿轮惰轮大圆柱斜齿轮滚筒。

2 绞车设计计算

2.1 基本设计参数

在设定JH-40 型回柱绞车的时候考虑到现场的需求和经济性原则，得出的主要性能参数是：

最大牵引力T/kN 400

牵引速度v/m·s-1 0.1

容绳量L/m 250

2.2 钢丝绳选择

取安全系数K=4，钢丝绳所承受的拉力

F≥4Fl=4×400=1600 kN

根据GB8918-2006 选择钢丝绳，型号为： 6×31WS，股绳：（1+6+6/6+12），钢芯钢丝绳，表面镀铬。

其主要参数：

钢丝绳直径准/mm 40

钢丝绳参考重量kg/100m 668.8

公称抗拉强度/MPa 1960

最小破坏拉力kN 1116kN

2.3 传动效率计算

①各级传动的效率：

联轴器效率η1 0.99

轴承的效率η2 0.99

蜗轮蜗杆的效率η3 0.85

滑动轴承的效率η4 0.98

②传动总效率：

ηz=η1η■■η■■η■■=0.72

2.4 功率计算

①钢丝绳在卷筒上的功率：

P=fv/1000=56.33kW

②电动机轴上的功率：

Pd=P/ηz=79.33kW

电动机轴上的功率Pd和所需电动机功率P1之间的关系如下：

P1≥KAPd=95.2kW

式中 KA—安全系数，取KA=1.2。

3 主要部件设计过程及其选型

3.1 电动机 因为井下防爆电机工作时间是短时的，为了减少电机的容量，降低机器的成本和尺寸，可以充分利用其过载能力。并且因为绞车在工作时周围的条件很恶劣，必须要求电动机具有防爆功能，选取电机型号：YB2-315L1-6，功率：110kW，重量：1260kg，实际转速：980r/min。

3.2 减速器设计 减速器使用的是一级圆柱齿轮和一级蜗轮蜗杆。在蜗轮传动机构中蜗杆左端装有一些零件，比如调节环、紧定螺钉等，其右端也装有一些零件，比如轴承盖、挡盖等。JH-40型回柱绞车在挡盖右侧蜗轮轴上装有内齿离合器，与内齿离合器相啮合的徘徊齿轮，与蜗轮轴属于滑动配合，操纵手柄，拨叉拨动徘徊齿轮沿蜗轮轴左右滑动，从而达到与内齿离合器离合的目的。蜗轮箱体减速器由箱盖、箱底上下两部分合成，右侧下部有放油孔。

3.3 滚筒参数的确定

①滚筒的直径：

D=hd=640mm

式中h—与滚筒有关的系数，取h=16。

②滚筒的宽度B=800mm。

③滚筒的外径。

根据有关规定，最好不要让钢丝绳的缠绕层数超过5层，但是超过5层是允许的。滚筒的容绳量为250m，据设计可知，每一层缠绕的圈数：

n=800/40=20圈

每一圈所缠绕的长度：

l=πD=2.009m

计算钢丝绳的缠绕层数：

250/（20×2.009）=6.222≈6（层）

则钢丝绳在卷筒上的最小缠绕直径：

Dmin=640mm

钢丝绳在卷筒上的最大缠绕直径：

Dmax=Dmin+4×2×40=960mm

钢丝绳在卷筒上的平均缠绕直径：

Dc=2/（Dmin+Dmax）=800mm

为了使设计结果更加合理科学，在设计的过程中，不仅要选择合适的减速器齿轮材料，也要对滚筒的转速进行演算和验证。

4 试验分析

按照《煤矿安全规程》中对绞车的要求和实验内容，需要检测以下参数：绞车的传动扭矩、绞车输出转速和传动拉力。测试系统硬件包括：计算机及控制台、端口适配器、绞车试验驱动控制台等结构。根据绞车的实际运行环境及实际操作，通过加以重物来作为绞车性能和可靠性试验的加载方式，如图2所示。试验时，扭矩传感器将被测参数信号转换为电信号或脉冲信号，经放大器放大并采集输入计算器。用秒表测出内层和外层钢丝绳的绳速，即为最小和最大绳速，进而求出平均绳速。通过负荷试验，可以获得钢丝绳最大、最小拉力与拉力和重物G提升的最大、最小速度，最终算出重物平均速度、总传动比和传动效率。这种试验系统结构简单，成本较低，测量精度不高，但能准确测出电机的电压和电流，近似测出电机的扭矩及转速，对于一般精度要求的绞车已经足够。

5 结语

本文提出了一种重型的回柱绞车设计方法，通过实验测试得到的数据，与JH-40型回柱绞车进行比较来验证理论的正确性。分析上述设计过程可以发现，JH-40型回柱绞车的设计具有以下优点：结构简单，布置合理；操作简单，安全可靠。为以后改进设计提供了参考依据。

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