带式输送机设计1文档格式.docx
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抱索器将乘人抱索器或物料箱与钢丝绳连接并循环运行，从而实现运送人员及物料的目的。
其优势能长期运输，实现无人值守和远程智能监控运行，无需专门操作司机，维护工作量较少。
这种井下索道运输与斜井人车运输相比较，具有更安全实用、运送能力大、动力消耗小，设备结构简单、维护工作量小等优点，深受井下工人的欢迎，大大提高了井下辅助运输的效率。
地下矿用架空索道的最新发展方向呈现大运量、高速度、集中控制、稳定安全等特点。
具有大运量、连续运输、连续变坡拐弯的特点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中控制，经济效益十分明显。
地下矿用架空索道也是煤矿乘人装置最为理想的高效连续辅助运输设备，特别是煤矿高产高效现代化的大型矿井，地下矿用架空索道己成为矿井辅助运输机电一体化技术与装备的关键设备。
随着高产高效矿井的发展，矿用架空索道各项技术指标有了很大提高。
设计解决的问题：
熟悉架空乘人装置的各部分的功能与作用，对主要部件进行选型设计与计算，解决在实际使用中容易出现的问题，并大胆地进行创新。
第一章矿用架空索道概
1.1矿用架空索道的定义
矿用架空索道是一种矿山地面及井下（平）斜巷人员输送设备，在我国煤矿称之为“架空乘人装置”,并俗称“猴车”。
架空乘人装置时煤矿井下运送工作人员的首选设备，属于无极绳运输系统，主要由驱动部分、线路部分、尾轮部分、张紧部分及电控系统（如图1-1）组成。
它具有人员运输量大、运行安全可靠、人员静止上下方便、随到随行、不需等待、一次性投入低、动力消耗小、操作简单、便于维护、操作人员少等特点，是一种新型矿山高效运送人员的设备。
图1-1架空乘人装置运行
1.2矿用架空索道工作原理及系统
架空乘人装置的工作原理——由电动机、减速机带动摩擦轮作为驱动装置，传动一根架空后并作为无极循环运行的钢丝绳作为牵引和承载，将抱固在钢丝绳上的乘人吊椅循环地送至驱动轮和张紧轮两端，完成运送人员的任务。
钢丝绳用耐磨弹性衬的托轮支撑在线路上，张紧尾轮处利用张紧装置进行张紧和绳长调节。
架空乘人装置的运行机理——在巷道端头设有动力驱动装置、上下车站，尾端设有上下车站、尾轮和重锤式张紧装置，沿途设有一托一压形式的托（压）绳轮，在以上部件之间贯穿了一根无极的钢丝绳，形成一种封闭的运输线路。
乘人器供人员乘坐之用，利用其上方的抱索器中的衬垫与钢丝绳的摩擦而紧紧地抱在运行的钢丝绳上，从而运载着人员从线路起点的上（下）车站运行到终点的下（上）车站。
架空乘人装置运送人员的过程——在系统运行的前提下，乘坐人员在驱动部附近从乘人器存放架上取下乘人器，将抱索器放在启动轨上，坐上吊椅，右手握椅杆收脚，左手按启动按钮，乘人器在上车站轨道上自行下滑，依靠抱索器衬垫与钢丝绳的摩擦运行到尾部下车站。
到达下车站待乘人器静止状态时，放脚落地，从下车轨道上取下乘人器放到存放架上，如此循环往复。
架空乘人装置电控系统由调速、控制及信号保护三个部分组成。
采用先进的PLC控制的电控系统，具有设备电气互锁，电机失压、短路、过载保护，张紧保护，沿途紧急停车闭锁等较为全面的安全保护功能。
具有无人职守停车控制，启动前预警信号，开车、停车按设定程序自动控制，线路语音通讯联络等功能。
采用中文的人机界面，实时显示设备的运行状态、运行速度，当设备（或系统）发生故障时，给出相应的故障文字提示，极大方便了用户对设备的维护和维修。
此外，系统具备的三种控制模式，也更好地满足了用户的不同操作需求。
1.3矿用架空索道结构组成
1.3.1驱动装置
驱动装置主要指绞车，包括防爆电动机、电液推杆制动器、减速器、驱动绳轮、从动绳轮、安全制动闸、机架等。
电机的动力传至驱动轮，依靠镶在驱动轮上的具有较高摩擦因数的轮衬来驱动钢丝绳运行。
驱动装置通常安装在上山段部，驱动轮和尾轮的直径试用大小为800mm至2200mm。
驱动部结构形式，依系统对牵引力的要求不同，有单轮和双轮两种；
根据使用环境，又分为落地式和悬空式两种。
图1-2驱动装置
（1）驱动装置整体采用悬空式安装，纵向布置。
驱动装置主要包括防爆电机、电力液压块式制动器、联轴器、减速机、驱动轮、机架等。
其结构紧凑、运行平稳、输出扭矩大、运行噪音低、维护简单等，维修驱动轮时，直接拆除驱动轮而不需拆除减速机。
（2）驱动轮轮衬采用K25高强度耐磨轮衬。
该轮衬耐油、耐水、耐磨、摩擦系数大（可达0.25）、能有效提高牵引力、减小系统张力、提高钢丝绳寿命。
（3）减速机选TB型，该减速机具有承载能力大、体积小的优点。
减速机输出轴为空心轴结构，径向载荷由两套齿轮联轴器传递到驱动轮上，钢丝绳的拉力不直接作用在减速机低速轴上，大大降低了低速轴的径向载荷
（4）为提高系统的安全性能，驱动装置设工作制动器，且为失效安全型。
1.3.2托轮装置
包含单托轮、变坡处的双托轮及托压轮。
托轮装置通过横梁定位悬挂安装或者根据巷道具体情况采用锚杆定位悬挂安装。
每一区段必须以腰线或者中心线为基准，安装校正在同一区段的水平线上。
托（压）绳轮在运转时要灵活，无卡阻现象，绳槽形状要在适应抱索器在横向和纵向最大允许摆动情况下，能顺利通过。
轮衬均采用非金属衬垫，具有抗静电和阻燃性能，对钢丝绳有较好的保护作用。
1.3.3乘人装置
每个座椅之间的距离不得小于5m，无人乘坐时系统在运行1.5倍的行程后自动停机，实现避免在无人乘坐时空驶运行。
在系统启动时整个行程安装的报警器为乘员提供预警，沿线播放背景音乐、安全宣传及提示。
吊椅分可摘卸式吊椅、可摘挂式吊椅、固定式吊椅。
除正常人员运输外，地下矿用架空索道还可以运输伤员。
在停车自动后用专门的吊挂钩将担架挂在钢丝绳上，还可以有一名陪护人员在担架后的座椅上进行监护。
第二章架空乘人装置的选择及设计计算
架空乘人装置主体结构组成和运动原理与带传动类似，都是挠性传动，主动轮转动时，通过摩擦作用，将运动和动力传递给从动轮；
不同的是架空乘人装置是利用动轮与钢丝绳的摩擦传动，而带传动是利用动轮与传动带的摩擦传动。
因此，在对架空乘人装置进行受力分析时，都是依照带传动进行受力分析。
2.1架空乘人装置计算说明
一、计算说明
已知参数：
巷道斜长：
L=400m巷道坡度：
α=13.0°
驱动轮直径：
D=900mm
钢丝绳的运行速度：
V=1.2m/s
主要参数的确定:
1、预选钢丝绳：
6×
19-￠20（q0=1.47Kg/m）
2、设吊椅间距为：
λ1=12m则运行效率:
Qr=3600×
V/λ1=302人次/h
3、托轮间距：
λ2=8m
4、驱动轮绳槽与牵引钢丝绳间的摩擦系数：
μ=0.2
5、牵引绳在驱动轮上的围包角：
α=180°
二、牵引钢丝绳张力的计算：
图2-1架空乘人装置力学模型
最小点张力的计算：
Smin=C×
q0×
g
式中：
Smin——最小张力点的张力，N；
C——钢丝绳的挠度系数，取C=1000；
q0——预选牵引钢丝绳的每米质量1.47Kg/m；
g——重力加速度g=9.81m/s；
Smin=C×
g=14420.7N
各点张力的计算：
当下放侧无人乘坐而上升侧满员时：
（动力运行状态）
线路运行阻力：
W4-1=[q0+（Q1+Q2）/λ1]×
（ωCOSα+SINα）Lg=8603.81N
W2-3=[q0+Q2/λ1]×
（ωCOSα-SINα）Lg=-2192.97N
各点张力：
S3=Smin=14420.7NS4=1.01Smin=14564.9N
S1=S4+W4-1=23168.72NS2=S3-W2-3=16613.67N
q0——每米钢丝绳的质量1.47Kg/m；
Q1——每人人体重量取Q1=75Kg；
Q2——每把吊椅重量取Q2=15Kg；
ω——牵引钢丝绳运行阻力系数，动力运行时，取ω=0.02，制动运行时，取ω=0.015；
L——井筒斜长；
2.2电动机功率的计算与选择
图2-2传动方案
（1）选择电动机
①选择电动机类型
按已知的工作要求和条件，选用Y型全封闭笼型三相异步电动机。
②选择电动机的容量
由电动机至钢丝绳的传动总效率为：
η=η1η2η35η42η5η6
式中，η1是联轴器1传动的效率，η2是锥齿传动的效率，η3轴承传动的效率，η4是齿轮传动的效率，η5是联轴器2传动的效率，η6是驱动轮传递的效率。
其大小分别为η1=0.99，η2=0.95，η3=0.98，η4=0.97,η5=0.99，η6=0.96。
则η=η1η2η35η42η5η6=0.99×
0.95×
0.985×
0.972×
0.99×
0.96=0.76
电动机输出的功率：
动力运行时：
P＝Kb（S1－S2）υ／1000η=16.6KW
制动运行时：
P′＝Kb（S2－S1）υ／1000η=11.88KW
Kb——电动机功率备用系数，一般取Kb=1.6；
η——传动总效率；
选取电动机功率为：
18.5KW。
③确定电动机的转速
驱动轮工作转速为：
nW=﹙60×
1000V﹚／πD=﹙60×
1000×
1.2﹚／﹙π×
900﹚r/min=25.48r/min
初选圆锥齿轮的传动比i1=2～3，单级圆柱齿轮传动比i′=3～5，二级齿轮传动比i2=9～25，故电动机转速的可选范围为：
nd=（i1i2…in）nW=（18～75）×
25.48r/min=（458.64～1911）r/min
查《机械设计课程设计》附录九知，符合这一范围的电动机的同步转速有750r/min、1000r/min、1500r/min，对应有三种适用的电动机型号可供选择，如表2-1所示。
传动比方案
电动机型号
额定功率/KW
电动机转速
/（r·
min-1）
电动机重量/N
参考价格/元
传动装置的传动比
同步转速
满载转速
总传动比
锥齿传动
齿轮
1
Y225S-8
18.5
750
730
2800
4910
28.65
3
9.55
2
Y200L1-6
1000
970
2100
3105
38.07
12.69
Y160L-4
1500
1470
1320
1863
57.69
19.23
表2-1电动机参数比较
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量、价格和传动比，方案2比较合适。
因此选定电动机的型号为Y200L1-6。
所选电动机的主要性能和外观尺寸见表2-2和2-3。
额定功率
Ped/KW
n/（r·
nm/（r·
电动机总重/N
启动转矩
额定转矩
最大转矩
1.7
2.0
表2-2电动机（型号Y200L1-6）的主要性能
中心高H
外形尺寸
L×
﹙AC/2＋AD﹚×
HD
底角安装尺寸
A×
B
地脚螺栓孔直径
K
轴外伸尺寸
D×
E
200
775×
525×
475
318×
305
19
55×
110
表2-3电动机（型号Y200L1-6）的主要外形尺寸和安装尺寸（mm）
（2）分配传动比
传动装置的总传动比为：
i=nm/nW=970/25.48=38.07
则减速器的传动比为：
i减=i=38.07
圆锥-圆柱齿轮减速器：
i减=i锥齿·
i1齿·
i2齿，
初取i锥齿=3，i1齿=1.2i2齿，可算出i2齿=
=3.25，则i1齿=1.2i2齿=3.9。
（3）计算运动和动力参数
①各轴的功率
Ⅰ轴的输入功率：
P1=Pη1η3=16.6KW×
0.98=16.11KW
Ⅱ轴的输入功率：
P2=P1η2=16.11KW×
0.95=15.3KW
Ⅲ轴的输入功率：
P3=P2η3η4=15.3KW×
0.98×
0.97=14.55KW
Ⅳ轴的输入功率：
P4=P3η3η4=14.55KW×
0.97=13.83KW
Ⅴ轴的输入功率：
P5=P4η3η5=13.83KW×
0.99=13.42KW
②各轴的转速
Ⅰ轴的转速：
n1=nm/i锥齿=970/3r/min=323.33r/min
Ⅱ轴的转速：
n2=n1/i1齿=323.33/3.9r/min=82.91r/min
Ⅲ轴的转速：
n3=n2/i2齿=82.91/3.25r/min=25.48r/min
Ⅳ轴的转速：
n4=n3=25.48r/min
Ⅴ轴的转速：
n5=n4=25.48r/min
2.3制动器的选择
（1）选用原则
根据以上各种制动器的原理及性能，依据我国煤矿井下长运距、大运量下运带式输送机的工作特点，制动器的选型应考虑以下几个原则:
（1）考虑输送机的工作重要性，当输送机工作场所十分重要时，如主运输输送机，应重点考虑可靠性配置，可采用液粘制动器加盘闸制动器，实现双保险。
（2）考虑输送机（长度短、运量小）制动力矩大小，制动力矩小，相应动载冲击小，可选用普通推杆制动器;
否则，应选用可控制动器，如液粘制动器或可控盘闸制动器。
（3）输送机带速，当输送机带速高时，应选用可控制动器，或者选用液力或液压制动器先实现降速，速度降低以后，再加制动闸进行定车制动。
（4）考虑输送机（长度、运量）动载荷大小，动载荷较大时，必须采用可控制动器，当要求制动精度高时，选用液粘制动器，否则选用可控盘闸制动器。
（5）考虑输送机经济性，性能要求越好，投资价格越高。
一般情况选用可控盘闸制动器，既可实现可控制动，又能实现定车，且结构简单，相应投资也较小。
（2）制动器的选型
制动器选用电力液压块式制动器，性能安全可靠，制动平稳，动作频率高，主要摆动铰点设有自润滑轴承，传动效率高，寿命长，在使用过程中无需润滑，广泛用于起重、冶金、矿山、港口、码头、建筑机械等机械驱动装置的减速或停车制动。
其推动器为隔爆型并有防爆证和煤安证。
制动闸块选用在制动时不会引起爆炸和燃烧的材料制成，其材料性能符合MT113的规定。
参数如下：
电力液压块式制动器型号：
BYWZ3B160/25，
防爆电液推动器：
YT1-25ZB/4
制动力矩：
180N·
m
所选电力液压块式制动器外形尺寸如图2-3，技术数据和外形尺寸表如表2-5
图2-3电力液压块式制动器外形尺寸
表2-5BYWZ3B160/25电力液压块式制动器技术数据、外形尺寸
制动力矩
（N·
m）
退距
（mm）
A
b
L
D
D1
d
F
G1
G2
H
h1
i
k
M
n
112-180
0.8
354
65
275
160
154
14
157
90
155
415
132
55
130
145
6
2.4减速机的选用
已知电动机的转速
＝970r/min，驱动轮工作轴转速
＝970r/min
则电机与滚筒之间的总传动比为：
本次设计乘人装置选用具有体积小、扭矩大、传动平稳、噪声低等特点，结构紧凑的减速机，适于井下安装。
2.5联轴器的选择
（1）选择要点
减速器常通过联轴器与电动机轴、工作机轴相连接。
联轴器的选择包括联轴器类型和尺寸（型号）等的选择。
联轴器除连接两轴并传递转矩外，有些还具有补偿两轴因制造和安装误差造成的轴线偏移的功能，以及具有缓冲、吸振、安全保护等功能。
因此要根据传动装置工作要求来合理选定联轴器。
联接电动机轴与减速机高速轴的联轴器，由于轴的转速较高，为减小启动载荷、缓和冲击，应选用具有较小转动惯量和具有缓冲、吸振作用的弹性联轴器，一般选用弹性可移式联轴器，例如弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器等。
连接减速器低速轴与工作机轴的联轴器，由于轴的转速较低，不必要求具有较小的转动惯量，但传递的转矩较大，又因为减速器与工作机不在同一底座上，两轴之间往往有较大的轴线偏移，因此常选用刚性可移式联轴器，如滚子链联轴器、齿式联轴器等。
对于中、小型减速器，其输出轴与工作机轴的轴线偏移量不大时，也可选用弹性柱销联轴器这类弹性可移式联轴器。
联轴器型号按计算转矩进行选择。
所选定的联轴器，其轴孔直径的范围应与被联接两轴的直径大小相适应。
应注意减速器高速轴外伸段轴径不得相差很大，否则难以选择合适的联轴器。
电动机选定后，应注意调整减速器高速轴外伸段的直径。
（2）联轴器1的选择
1.类型选择
联轴器采用带制动轮弹性柱销联轴器,其结构简单,安全可靠;
具有减振、缓冲以及补偿等性能。
2.载荷计算
公称转矩T=9550×
P/nm=9550×
16.6/970N·
m=163.43N·
由《机械设计》351页表14-1查得KA=2.3,故得计算转矩为：
Tca=KAT=2.3×
163.43N·
m=375.89N·
3.型号选择
已知电动机轴径为55mm，根据设计要求可知，此联轴器带制动轮，由《机械设计》查得MLL-I-315梅花型联轴器的许用转矩为630N·
m，许用最大转速为5000r/min，故合用。
外形及结构组成如图3-3：
图2-5联轴器1外形结构
它主要由主动半联轴器1、弹性件2、制动轮3、从动半联轴器4等组成。
（3）联轴器2的选择
减速器与工作机不在同一底座上，两轴之间往往有较大的轴线偏移，为了隔离振动与冲击，选用弹性柱销联轴器。
公称转矩T=T4=5281.57N·
5281.57N·
m=12147.61N·
由《机械设计课程设计》附表8-5查得LH9型弹性柱销联轴器的许用转矩为16000N·
m，许用最大转速为1800r/min,轴径为100～140，故合用。
第三章轴的设计计算及校核
3.1驱动轮轴的计算校核
为了更好的承受扭矩，驱动轮轴设计成花键轴，外形结构如下图：
图3-1驱动轮轴
花键连接在强度、工艺和使用方面有下述一些优点：
（1）因为在轴上与毂孔上直接而匀称地制出较多的齿与槽，故连接受力较为均匀；
（2）因槽较浅，齿根处应力集中较小轴与毂的强度削弱较少；
（3）齿数较多，总接触面积较大，因而可承受较大的载荷；
（4）轴上零件与轴的对中性较好。
估算轴的直径
——扭转切应力，Mpa；
T——轴所受的扭矩，N·
mm；
——轴的抗扭截面系数，mm3；
n——轴的转速，r/min；
P——轴传递的功率，KW；
d——计算截面处轴的直径，mm；
——许用扭转应力，Mpa
由上式可得轴的直径
式中，
因匀速运动，转速不变，转速n=25.48r/min；
查《机械设计》表15-3得
=25～45Mpa，则
为保证足够强度和刚度，取轴径为132mm，即
。
所选用联轴器是LH9型弹性柱销联轴器，根据轴传动要求，驱动轮轴设计成矩形花键轴，规格为N×
d×
B=10×
112×
132×
16，位置度公差t=0.025。
初步选取滚动轴承。
选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据轴径d=130mm,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承32026，其尺寸为d×
T=130mm×
200mm×
63.5mm。
3.2尾轮轴的计算校核
图3-3尾轮轴的外形结构尺寸
根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
驱动轮轴到尾轮轴的传递效率为
则尾轮轴传递的功率为
为保证足够强度和刚度，取轴径最小段为110mm，即
①因轴的两端即L1段需采用螺纹连接，螺母固定，故为了满足要求，选用M110型螺母，则取L1=46mm。
轴端使用单圆头平键，选用b×
h×
L=28mm×
16mm×
45mm。
②再加工L1段螺纹时，需要留一段退刀槽L2，故取退刀槽L2=7mm，d2=105mm。
③初步选取滚动轴承。
选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据d1=110mm,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承32024，其尺寸为d×
T=120mm×
180mm×
38mm,故取d3=120mm。
L3段中间有键连接，键选用双圆头平键，选用b×
70mm
④L5段是过渡段，左端滚子轴承采用轴肩定位，由手册上查得32024型轴承的定位轴肩高度为h=
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