（全套CAD）牵引绞车及其控制系统设计（图纸论文整套）

因此，合理地设计传动装置是整部机器设计工作中的重要环节，即合理地拟定传动方案又是保证传动装置设计质量的基础。

根据设计要求，可得到如下的传动方案不需要立式结构，故采用卧式减速器行星传动结构紧凑，但成本高，维护困难锥齿轮及蜗杆传动方式的输入轴与输出轴垂直，与卷筒配合布置较复杂，加工也较困难，效率低，故拟采用圆柱齿轮传动，圆柱齿轮传动具有成本低，设计制造维护都很方便的优点根据工作机构卷筒的直径及钢丝绳绳速计算卷筒转速.式中钢丝绳绳速，卷筒节径，结果根据计算结果，准备选用的系列隔爆异步电动机，因此初步的总传动比。

选用三级的半开式圆柱齿轮减速器。

虽然采用了低转速的电动机，增加了电机成本，但是传动系统简单，减少了齿轮等零件的数量，定程度上提高了机械效率降低了零件加工使用的费用并提高了系统的可靠性，综合衡量寿命周期总成本不会增加为了便于加工拆卸及维护，采用水平剖分式功率小，转速也较低，所以轴承全部采用深沟球轴承电动机和输入轴之间采用弹性套柱销联轴器，卷筒与减速器之间采用开始齿轮传动连接。

传动方案的最后形式，如图.所示。

.电动机的选型设计计算负载功率.式中额定拉力钢丝绳绳速，传动机构总效率，查机械设计手册得弹性联轴器效率，深沟球轴承效率，闭式圆柱齿轮效率按级精度，开式加工圆柱齿轮效率，卷筒效率含滚动轴承效率结果根据绞车的工作情况，取功率储备系数，故电动机选型结果见表.表.选型电动机参数电动机型号额定功率额定转速额定电压额定电流.额定转矩效率.功率因数.该型号属系列电机。

该系列电动机是全封闭外扇冷鼠笼隔爆型三相电机。

它具有高效高的起动力矩低噪音振动小性能好温升速度大先进隔爆结构等特点。

安装尺寸符合标准，功率与机座号的配置关系符合标准。

系列电机的防爆性能符合中国国家标准.爆炸性环境用防爆电气设备通用要求和.爆炸性环境用防爆电气设备隔爆型电气设备。

可用于引燃温度高于，级区域或级区域的气体爆炸性危险场所。

该型电动机的工作条件为.环境空气温度随季节而变化，但不会超过.海拔高度不超过.最湿月月平均再高相对湿度为.额定频率.防护等级.绝缘等级.冷却方式.工作方式。

.总传动比及传动比分配总传动比按额定转速初定传动比，总传动比按下式计算.式中电动机额定转速卷筒转速，结果传动比分配总传动比等于各级传动比的连乘积，即.合理分配传动比是设计的个重要步骤。

如果把传动比分配得合理时，传动系统结构紧凑，重量轻，成本低，润滑条件也好但传动比分配不合理，则结果正好相反，所以传动比分配应尽量遵循以下原则.各级传动比最好在推荐的范围内选概述.绞车的应用绞车，用卷筒缠绕钢丝绳或链条以提升或牵引重物的轻小型起重设备，也可称为卷扬机。

绞车可以单独使用，也可作为起重筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因具有结构简单操作方便搬运安装灵活，维护保养简单绕绳量大价格低廉和可靠性高的有点而广泛应用于物料提升水平或倾斜拽引重物打桩集材冷拉钢筋设备安装等工作中。

绞车除在建筑工地设备安装等方面被广泛应用外，在冶金矿山水电农业军事化工及交通运输等行业中亦广泛应用，如高炉料钟和物料的提升，矿井的物料提升，水平倾斜牵引运输，矿车调度回柱，船舶上锚链的提升等。

.绞车的发展概况现在矿山所用绞车都是由建筑卷扬机发展而来的，所以我们有必要先谈谈建筑卷扬机的发展，从而了解整个矿用绞车的发展历程。

我国在很久以前的古代，就知道采用辘轳等来提升重物，以减轻体力劳动的强度和提高工作效率。

但由于旧中国的工业落后，劳动力便宜，所以在物料的提升和搬运过程中大都是靠工人的肩挑背扛，而绞车只有在些大型企业中才被使用，应用很少，而且所适用的绞车也均为国外生产，国内基本没有生产绞车的厂家。

我国的绞车生产是解放后才开始的，已有近年的历史。

年代为满足恢复经济的需要和第个五年计划的需要，绞车的生产被提到了日程上。

原沈阳国泰机器厂阜新矿山机械厂前身等成批仿制了两种绞车，种为日本的型动力绞车，它是种原动机为电动机，传动形式是开式圆柱齿轮传动，双锥体摩擦离合器，操作为手扳脚踩的快速绞车另种是按苏联图纸制造的型和型普通蜗杆传动电控慢速绞车。

随着生产的发展，到了年代，绞车的生产和使用越来越多。

为了协调生产，主要绞车生产厂家阜新矿山机械厂天津卷扬机厂山西机器厂宝鸡起重运输机厂等组成了卷扬机行业组织，隶属于第机械工业部矿山机械行业下。

为了发展绞车的生产，行业组织了相关厂家的人员对全国绞车的生产和应用情况进行了调查。

在调查的基础上，开始自行设计和制造新的卷扬机，先后试制了.电动卷扬机，但由于对当时各厂家的生产能力估计不足，无法推广。

从年代起，我国绞车的生产进入了技术提高品种增多定性生产的新阶段。

在各厂自行设计和生产的基础上，年，由卷扬机行业组织了有关厂家和院校联合进行了绞车基型设计，并充分考虑到了当时中小厂家的生产能力。

快速绞车的基型采用半开半闭式齿轮传动，离合器采用单锥面石棉橡胶摩擦带结构，操纵用手扳刹车带制动。

慢速绞车的基型为闭式传动圆柱齿轮传动或蜗杆传动减速器电磁铁制动结构。

这两种基型直到今天还在生产。

为了适应生产发展的需要，当时第机械工业部发布了建筑卷扬机形式与基本参数和建筑卷扬机技术条件两个部标准，并把卷扬机行业划归常德建筑机械研究所长沙建筑机械研究院前身领导。

随着部标准的颁布，使绞车有了大发展的基础。

为了满足经济发展的需要，各厂家相继生产了和绞车。

从年代末开始，我国实行了改革开放政策，国民经济大发展，作为国民经济的动力，煤炭产业现代化和机械化的要求日益强烈，许多产品逗进行了防爆改造，从而进入到煤矿井下，其中绞车是最成功的种产品，系列的调度绞车和系列的回柱绞车至今还在大量的生产，是矿山井下，运输调度不可替代的机械设备。

但这种设备的自动化的程度不高，无法实现无人值守的自动操作，往往由于绞车操作工的操作失误或精神不集中造成安全生产事故。

矿山绞车的发展是伴随着煤炭产业发展，九十年代中后期，是我国煤炭生产的个低潮，矿用绞车的发展十分缓慢，没有什么新的结构，产品出现。

但是，年以后，国际油价居高不下，煤炭再次被人们所重视，煤炭价格路上涨，绞车等系列的矿山机电产品需求量剧增，促进了绞车的发展，这时期绞车品种增加，自动化水平增加，新结构新功能不断出现，但是仍然具有定的技术瓶颈，即自动控制设备的防爆问题。

现在，变频调速技术和控制技术十分的成熟，但是，也只是在矿井的主井和副井的提升系统中得到了最广泛的最成熟的应用。

然而，自动化和数字化是矿井发展的必然趋势，为了实现这目的，矿山设备的自动化和数字化是实现这目的的基础。

本设计也力求用最成熟的控制技术，实现矿井水仓的无人值守，达到牵引绞车能够根据水位自动提升和下降泵房的目的，探索条能够实现绞车自动化控制的路径。

.国外绞车概况在国外，绞车的品种繁多，应用也很广泛。

在西方技术先进的国家中，钻机制造商德国公司公司以及美国公司拥有先进的绞车控制技术电动机四象限传动技术以及电子自动司钻控制技术。

这些绞车控制系统能根据钻压机械钻速转盘转速和扭矩等参数控制钻井钢丝绳的连续递送以保持稳定的钻井状态，进而大大提高钻井效率。

下面简单介绍三款国外绞车及其控制。

德国公司齿轮传动绞车德国公司新代齿轮传动绞车采用四象限控制技术，配有台或台直流或交流电动机，能平稳地减速和停止下降或上升的载荷，在不超过设备使用限制的情况下，直流和交流电动机都能运用再生制动技术，制动能量大部分回馈给电网。

绞车控制系统通过控制电动机四象限传动，使能量在个起下钻作业中按个不同传动阶段分配。

绞车的控制系统是通过个的交流电动机来实现其它的辅助驱动。

在钻井过程中，自动化司钻控制电动机实现恒钻压自动送钻，保持设定的参数，使钻井工具的寿命得以大大增长。

另外，在主电动机失效时，还可做为应急装置，将井中钻具提起。

绞车控制系统还包括套智能防碰系统，用来优化游车上下运行过程中的安全和效率，它监控绞车独立的个刹车系统。

系统提供了整个提升系统动能的参数分析，并考虑了包括系统制动能力钩载游车的速度和位置等参数，在位于司钻控制室的系统终端设定系统的上下限位。

两个上独立计算大钩的位置速度和制动距离。

根据控制系统的运算法则，并考虑到系统的动能和绞车的刹车系统能力，两个能独立启用再生制动涡流刹车或盘式刹车。

大钩位置载荷和所需要的制动距离等参数持续地由两个微处理器检测和比较，任何差异都认为是系统失效。

电动机再生制动涡流刹车和盘刹紧急制动将被激活，使载荷制动停止。

二公司绞车德国公司已成功地将四象限传动用于其链传动钻机上，将电动机用于刹车，并将能量回馈。

盘式刹车只用于驻车或紧急制动。

绞车遥控操作，游车可以准确定位。

自动送钻速度从到。

三美国公司单轴绞车美国公司最新代单轴绞车，充分利用了交流变频的控制技术，可不使用摩擦离合器而使用电动机再生制动来保持负荷。

高性能可精确控制的空气冷却和水冷却伊顿组合盘式刹车可实现自动送钻，并且使该绞车唯的刹车空气冷却模块用于紧急制动和负载的静态控制，而水冷却模块用于钻井钢丝绳的均匀递送游车运行钻压以及其它钻井参数的动态控制。

.绞车发展趋势.大型化由于基础工业大发展，大型设备和建筑构件要求整体安装，促进了大型绞车的发展。

.采用先进电子技术为了实现绞车的自动控制和遥控，广泛采用先进的电子技术，传感器技术，可编程控制技术。

.发展手提式绞车为了提高机械化程度，减轻工人的劳动强度，大力发展小型手提式绞车，如以汽车蓄电池为动力的直流电动小型绞车。

.大力发展不带动力源装置的绞车此种绞车借助汽车和拖拉机动力，结构简单，有个卷筒和个减速器即可。

绞车的计算基础.绞车工作级别划分的理论基础绞车工作级别的理论基础是零件疲劳理论和迈内尔的线性累积损伤假说。

我们知道，金属材料或零部件在变应力作用下，近似应力循环次数的试验曲线曲线，如图.所示。

由图.可知，按迈内尔理论，零件损伤可按下式计算.当时，零件损坏。

设为中的最大值，则公式.可改写为.令应力循环系数.则.如果保持，不变，并以，代替以及以代替，同时公式.中的和均保持不变，则上式载荷具有相同的应力循环系数，因此公式.可改写为.如果足够大，则可达到，零件随即损坏。

称时的为临界应力，并以表示，则有.公式中的与材料零件特性应力类型及等因素有关，这些因素决定了和值，此外还和总循环次数和应力循环系数有关。

公式.为临界状态，它是划分工作级别的基础表达式。

.绞车的工作级别与类别绞车根据载荷状态和利用等级分为八个工作级别。

其目的就是为了合理地设计，制造和使用绞车，提高零部件的三化水平，取得满意的技术经济效果。

利用等级利用等级是表示绞车使用的频繁程度，以其在设计寿命期内应完成的总工作循环次数表征。

而个工作循环是指从个载荷准备提拉时开始到下个载荷准备提拉时为止的全过程。

绞车的寿命般不少于年，在这个期间内依据工作频繁程度的不同，总工作循环数可分为个利用等级，见表.表.绞