矿用回柱绞车滚筒及主轴的设计
【摘 要】 我国矿用小绞车主要是指调度绞车和回柱绞车，它经历了仿制、自行设计两个阶段。回柱绞车大体上也是经历了仿制和自行设计的两个阶段，八十年代以前一直使用的是仿制的老产品，八十年代中期才开始设计新型的回柱绞车，其滚筒和主轴在产品的不断更新换代中，在设计和加工制造上逐步完善和改进，本文就滚筒和主轴的设计进行研究。
【关键词】 回柱绞车 滚筒和主轴 设计 加工
回柱绞车用于煤矿井下回柱放顶，特别适用于立槽煤层、薄煤层，中厚煤层顶板压力较小的采掘工作面，综合采煤设备的搬迁及工作面安装的牵引动力，亦可做运料、移滑槽、搬移皮带运输机机头等辅助工作的牵引绞车，特别适用于薄煤层和倾斜采煤工作面，以及在各种采煤工作面上回收沉入底板或被矸石卡结的金属支柱。
1 滚筒材料及壁厚确定
选用A3钢作为滚筒材料，焊接而成.查手册知其厚度在20～40mm之间，根据经验公式，最后确定滚筒壁厚为。
2 滚筒尺寸的确定
已知滚筒的尺寸：
（1）滚筒直径：280mm
（2）钢绳直径：14mm
（3）最大缠绕层数：4
（4）最大容绳量：80mm
2.1 确定滚筒的宽度B
由公式可以算出每层的缠绕圈数，
取，所以滚筒的宽度为：
2.2 确定绳筒各直径
（1）滚筒最小缠绕直径
——滚筒的最小外径
——钢丝绳直径
（2）滚筒最大缠绕直径
——钢丝绳每层厚度降低系数，取
（3）滚筒平均缠绕直径
（4）滚筒结构外径
3 滚筒主轴的设计
3.1 滚筒主轴设计应考虑的问题
主轴是绞车的主要部件之一，对于它的设计和使用，必须给予足够的重视。
主轴的结构设计应考虑如下几点：（1）便于起吊、安装和加工；（2）卷筒子轴上的固定方式，不论用键或热装固定，都应力求可靠、不松动，因为松动后不仅影响传动，而且回在轴上磨出沟槽，以至引起断轴事故；（3）轴的断面变化不应太剧烈，并要防止其它类型的、过大的应力集中；（4）轴的加工和热处理需严格遵守规程，并于机械加工情在轴头切样检验，此外还要进行探伤检验；（5）对轴不仅有强度要求，而且还有刚度要求，通常挠度应小于轴跨距的1/3000；（6）主轴的材料一般采用45号钢。
3.2 主轴的结构设计
3.2.1 确定轴各段直径和长度
（1）确定最小直径及长度。
根据前面设计选用的联接减速器和滚筒主轴的联轴器孔径，可以确定滚筒主轴的最小直径，即.半联轴器与轴配合的毂孔长度为200mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故轴的长度应比毂孔长度略短一些，现取。
为了满足联轴器的轴向定位，右端需制出一轴肩，故取该段直径为。
（2）初步选择滚动轴承。
因为轴承同时承受有径向力和轴向力的作用，故选用双列圆锥滚子轴承.参照工作要求，由手册中初步选取352122型双列圆锥滚子轴承，其尺寸为：
两端轴承都采用轴肩进行轴向定位，由手册上查得，取，因此，取。
（3）两端安装支轮处都采用轴肩来进行轴向定位，取，。
（4）中间轴端为安装滚筒处，取该段轴径为，长度为。
（5）因为制动器放在左边支轮处，所以安装左支轮处的轴径长度略长一些，故取。右边支轮处轴径长度为。
（6）轴承端盖的总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆方便及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外断面与半联轴器右端面键的距离为30mm，故取。
（7）轴上零件的周向定位。
支轮、半联轴器的周向定位均采用平键联接.按，由手册查得平键截面尺寸为，键长为32mm；半联轴器与轴得联接，选用平键尺寸为，键长为140mm.滚动轴承的周向定位是借过渡配合来保证的。
（8）确定轴上圆角和倒角尺寸。
取轴端倒角为
3.2.2 求轴上的载荷
首先根据轴的结构图作出轴的的计算简图.在确定轴承的支点位置时，从手册中查取值。因此作为简支梁的轴的跨距为634mm。
经分析，当钢丝绳位于靠近左边支轮时，轴承、轴的受力最大，将各力已知卷筒轴心上，其受力情况如图1所示：
现将计算出的卷筒轴上的计算结果列于下：
钢绳牵引力：
垂直面支反力：
总弯距：
扭距：
3.2.3 精确校核轴的疲劳强度
（1）判断危险截面。
从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面D处的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面D处的应力最大，所以该轴需校核D处两边。
（2）截面D左侧。
抗弯截面系数
抗扭截面系数
截面D左侧的弯距为N·mm
扭距为N·mm
截面上的弯曲应力
截面上的扭转切应力
轴的材料为45钢，调制处理。
截面上由于轴肩形成的理论应力系数及。因，，经插值后可得，
材料的敏性系数为，
故有效应力集中系数为
尺寸系数；扭转尺寸系数
轴按磨削加工，表面质量系数为
轴未经表面强化处理，即，综合系数值为
碳钢的特性系数，取
于是，计算安全系数值，则得
故可知其安全。