地下装载机电缆卷筒变速箱设计

南华大学机械工程学院毕业设计（论文）iii目录1绪论...................................................11.1设计研究的目的和意义.........................................11.2地下装载机应用与发展回顾.....................................11.3未来技术发展展望.............................................42地下装载机总体分析.....................................62.1地下装载机的组成系统及功能...................................62.2地下装载机的工作方式.........................................72.3地下装载机的技术水平.........................................82.4电动地下装载机..............................................103CYE型电动地下装载机总体参数与原理.....................143.1CYE电动地下装载机主要技术参数..............................143.2CYE电动地下装载机液压系统工作原理..........................164半齿轮换向排绳（缆）装置设计计算......................194.1电缆卷筒变速箱简图：........................................194.2半齿轮机构的设计思想和方案..................................194.3半齿轮换向机构具体设计及计算................................234.4不完全齿廓传动分析..........................................315齿轮的设计............................................375.1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数..........................375.2按齿面接触强度设计..........................................37南华大学机械工程学院毕业设计（论文）iv5.3按齿根弯曲强度设计..........................................405.4几何尺寸的计算..............................................416传动装置的运动和动力参数的计算........................436.1各轴的转速N（R/MIN）.........................................436.2各轴的功率P(KW).............................................446.3各轴的转矩T(N·MM)..........................................447轴的设计、轴上零件的选用以及强度校核..................467.1求中间轴上的功率P3、转速N3、和转矩T3。......................467.2求作用在齿轮上的力..........................................467.3初步确定轴的最小直径........................................467.4轴的结构设计................................................477.5轴的强度校核................................................488花键连接强度计算..............................................61参考文献................................................62谢辞..................................................63附录....................................................641英文原文......................................................642中文翻译......................................................69南华大学机械工程学院毕业设计（论文）v大、中型地下装载机电缆卷筒结构复杂，国外公司用专利进行了全面保护。技术发展部设计人员在自主设计开发23m地下电动地下装载机过程中，对电缆卷筒设计结构、工作原理进行了积极探索，勇于创新，避开国外专利约束，形成了两项中钢衡重独特的地下电动地下装载机技术。实用新型专利“转速自动匹配的电动地下装载机电缆卷筒”，可以根据被卷电缆的张力大小自动调节卷筒机构的转速，满足地下采矿作业的电动地下装载机使用要求。另一项实用新型专利“电动地下装载机电缆卷筒的换向机构”，具有结构简单，成本低，装配方便和工作稳定的特点。本次设计的主题就是CYE型电动地下装载机电缆卷筒变速器的设计，而获得国家专利和本次设计的特色就是半齿轮换向排绳（缆）装置。南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第1页共79页1绪论1.1设计研究的目的和意义电动地下装载机是在柴油地下装载机的基础上发展起来的,由于它具有无废气污染、噪声小、工作温度低、维修量小、生产费用低、作业效率高等优点，越来越多的被矿山所采用，并取得了明显的经济效益。卷缆系统是矿山上用于矿石开采的电动地下装载机上的重要部分，其自动放缆、自动收缆的可靠性直接影响着地下装载机的工作效率。对电动地下装载机而言，电缆卷绕装置是一个十分关键的部件，设计不好就会使电缆在地下拖曳而破损，不仅会使生产费用增加，而且影响作业安全，所以，如何更好地解决其供电电缆随机拖拉的问题，已显得尤为重要。电缆卷筒的收放缆速度应与车速协调一致，以免因地下装载机的行驶速度的变化而拉断或压坏电缆，故要求能随车速的变化而调速。因此，电缆卷筒总体装置的选择及设计有着重要的使用及经济意义。1.2地下装载机应用与发展回顾图1.1地下装载机外形我国是一个地下资源丰富的国家，井下矿山在我国的矿山总数中占有的数量很多，在井下开采中的装载工作是最繁重的体力劳动。南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第2页共79页50年代初期，我国一些大型并下矿山开始引进苏联制造的装载机。60年代，我国研制成功第一台装载机，从此我国井下装载机制造业不断发展并形成了批量生产的能力。国产装载机广泛地应用于我国矿山后，极大地提高了井下矿山的生产效率，减轻了矿山的劳动强度，改善了劳动条件。早期的装运机是气动的，它带有铲斗或工作机构和料仓，其行走机构为充气轮胎式的，瑞典的T—2G和T—4G以及国产的ZYQ—12和ZYQ—14型都属于这种类型的装运机。1970年代，我国地下矿山从美国引进柴油地下装载机，这是地下矿装备上的重大改革。目前我国井下矿山已经比较广泛地应用这种内燃驱动的无轨式装载设备。以柴油机驱动的无轨自行装载设备，摆脱了软道、风管或电缆的束缚，使机器提高了机动性，体现在井下可特大型的柴油地下装载机调运至采区的各个出矿处作业。简化了生产管理、减少了辅助设施的敷设和维修，从而大大提高了劳动生产率。但是．柴油地下装载机一个突出的缺点是柴油发动机排放的废气对人体有危害，而目前对废气净化处理的效果还不够理想，还需要用强大的通风量来稀释排放的废气，尤其是在独头巷道内使用(如平巷掘进等等)会结通风带来很大的困难。基于这种原因，在柴油地下装载机之后，出现了电动地下装载机即用电动机代替柴油机，用缠绕在卷筒上可收故长度的电细向电动机供电。这种动力的改变，克服了燃油产生的废气污染，可是拖曳的电缆大大地影响了地下装载机的机动性，因此提高地下装载机的可靠性与生产率，改善司机的操作条件和作业环境是井下装载设备改进的方向。70年代，我国开始研究应用无轨采矿工艺技术，为与工艺酣套，1975年首次从波兰引进LK—型2立方米柴油地下装载机105台在梅山铁矿等冶金矿山试用。因其使用效果良好，随后又进口了芬兰的TORO—0型1．3立方米柴油地下装载机、德国的LF—1型2立方米柴油地下装载机、法国的CT—00型0．83立方米和CT—00型3.8立方米柴油地下装载机、美国EHST—1A0．76立方米和922E、922D型1．7立方米电动地下装载机和柴油地下装载机。这进口地下装载机在我同无轨采矿技术推广应用初期发挥了重要的支撑作用。由于进口设备价格昂贵，备件供应管理困难，使许多中小型矿山望而兴叹。为此，国内的有关研究院所于l970年代中期同步开展了国产地下装载机的研究开发工作。国内最先研发的地下装载机为长沙矿山研究院与厦门工程机械厂和柳南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第3页共79页州T程机械厂合作，以ZIA0、ZIS0型露天装载机为基础开发的DZIAO、DZLS0型柴油地下装载机。随后，马鞍山矿山研究院与扬州冶金机械厂合作开发了WJD1．5型电动地下装载机；长沙矿山研究院与沈阳冶金机械厂、嘉兴冶金机械厂、南昌通用机械厂、衡阳冶金机械厂合作研制了DCY一1型1立方米、WJD一1．51．5立方米电动地下装载机，CY一35型2立方米、CY一1型1．3立方米、922D1．7立方米柴油地下装载机；南昌矿山机械研究所与南昌通用机械厂合作开发了WJD一0．76型0．76立方米。电动地下装载机北京矿冶研究总院与江西拖拉机厂合作研制了WJ—1型0．83立方米柴油地下装载机等。到1990年代初期，国内开发生产了斗容0．4～2．5立方米的系列电动和柴油地下装载机。除上述地下装载机生产厂商外，还有吉林冶金机械厂、太原重型机器厂、华山汽车修造厂和山尔金岭铁矿机修厂等。在总结“七五”、“八五”攻关的经验后，研究开发人员对前期工作进行了深刻反思。从“九五”攻关起，地下装载机攻关重点从强凋国产化率调整为注重整机性能和可靠性，零部件配套注重质量和可靠性，和国际知名公司一样，走全球化采购配套的道路。“九五”期间长沙矿山研究院与衡阳冶金机械厂以及广西高峰矿业公司联合攻关研制的CY一3．5G(CY一4)型4立方米柴油地下装载机就是按这一新思路研究开发的第一型高性能地下装载机，其变速箱、变矩器、驱动桥、低污染柴油机以及关键液压控制阀都采用国际知名品牌产品，应用了变速箱电控操作和多盘湿式制动器液压松闸、弹簧制动等最新技术，整机性能达到同期国际先进水平。自此，国内井下无轨采矿设备开发几乎都按这一模式进行，国产采矿设备的性能水平跨上一个新台阶。衡阳有色冶金机械总厂衡阳力达地下装载机有限责任公司是中国第一家井下地下装载机专业制造公司、中国大型地下装载机生产基地。通过20年引进、消化和吸收国外先进技术，已成功研发出具有自主知识产权的地下装载机系列产品，并荣获国家级新产品称号及国家科技进步三等奖。产品有CY、CYE系列井下地下装载机以及CA-8地下矿山自卸汽车，产品已经广泛应用于有色、冶金、化工及黄金矿山。尤其是2002年由衡阳有色冶金机械厂的力达地下装载机制造有限公司开发生产的CA-8地下矿山自卸汽车，经过一年的工业试验在山东某矿取得了很大的成功，得到了该矿的认可，并于2003年再次向力达地下装载机制造南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第4页共79页有限公司订购4台CA-8地下矿山自卸汽车。核工业第六研究所并入南华大学之后，南华大学在地下矿山运输设备方面的