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河南科技學(xué)院 2009 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 論文題目：1.5t 電葫蘆提升系統(tǒng)設(shè)計(jì) 卷筒設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：張亞鵬 所在院系：機(jī)電學(xué)院 所學(xué)專業(yè)：機(jī)電技術(shù)教育 導(dǎo)師姓名：陳錫渠 完成時(shí)間：2009 年 5 月 20 日 摘 要 電動(dòng)葫蘆是起重設(shè)備中最常見(jiàn)的一種設(shè)備，電動(dòng)葫蘆的發(fā)展也決定著起重 設(shè)備的發(fā)展。電動(dòng)葫蘆設(shè)計(jì)技術(shù)在中國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)是一種比較成熟的技術(shù)了，但 與國(guó)外的一些技術(shù)相比卻比較落后。本論文主要是對(duì)電動(dòng)葫蘆的起升系統(tǒng)進(jìn)行 了設(shè)計(jì)。起升系統(tǒng)主要有卷筒、套筒、鋼絲繩以及其他輔助元件組成。卷筒是 起升系統(tǒng)的主要組成部分，電葫蘆減速器的輸出轉(zhuǎn)矩通過(guò)中間部件傳遞給卷筒， 卷筒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使固定在卷筒上的鋼絲繩繞卷筒進(jìn)行纏繞，最終帶動(dòng)重物做上 下直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)吊重物的目的。套筒的作用是固定變速器和電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)卷 筒的空間定位。并且套筒也是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)葫蘆懸掛的關(guān)鍵部件。 本文主要做了以下的工作，機(jī)構(gòu)工作級(jí)別的選擇、鋼絲繩的選用、卷筒的 設(shè)計(jì)、套筒的設(shè)計(jì)以及卷筒上的輔助元件的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：起重設(shè)備，電動(dòng)葫蘆，卷筒，套筒，鋼絲繩 Abstract Electric hoist lifting equipment is the most common form of equipment, the development of electric hoist also determines the development of lifting equipment. Electric hoist design technology in China is now a relatively mature technology, but compare with the foreign technology ,it is still relatively backward. In this paper, mainly for electric hoist lifting system design. Rise system is mainly consist of reel, sleeve, wire rope and other auxiliary components. Reel Lifting system is the main component of the electric hoist ,electric hoist reducer output torque transfer components through the middle to reel, then reel begin turn to move so that a fixed rope on the reel for winding around the reel, and ultimately lead heavy objects up and down linear motion , to achieve the purpose of hanging weights. The role of the sleeve is fixed transmission and electric motor ,to achieve the positioning of reel. And the sleeve is also a key component to carry out electric hoist hang. This paper mainly do the following work, the choice of working-level agencies, the selection of wire rope, drum design, sleeve design, as well as reel on the design of the supporting components. Keywords: Lifting equipment, electric hoist, reel, sleeve, rope 目 錄 1 引言 .1 2 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別選擇 .1 2.1 機(jī)構(gòu)利用等級(jí) .1 2.2 機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài) .1 2.3 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別 .1 3 鋼絲繩的選用 .1 3.1 鋼絲繩的特點(diǎn)及用途 .1 3.2 鋼絲繩的選用 .2 3.2.1 鋼絲繩直徑的計(jì)算 .2 3.2.2 鋼絲繩結(jié)構(gòu)的選擇 .2 3.3 鋼絲繩的使用 .2 3.3.1 鋼絲繩的安裝 .3 3.3.2 鋼絲繩的維護(hù)保養(yǎng) .4 3.3.3 鋼絲繩的儲(chǔ)存和鑒別 .5 3.3.4 鋼絲繩失效分析 .5 4 卷筒的設(shè)計(jì) .7 4.1 卷筒幾何尺寸 .7 4.2 卷筒強(qiáng)度計(jì)算 .9 5 鋼絲繩用壓繩板的設(shè)計(jì) .10 5.1 壓繩板材料的選用 .10 5.2 壓繩板機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .10 6 導(dǎo)繩器的設(shè)計(jì) .10 6.1 導(dǎo)繩器的設(shè)計(jì)思路 .11 6.2 導(dǎo)繩器的設(shè)計(jì)過(guò)程 .12 7 卷筒支撐的設(shè)計(jì) .13 設(shè)計(jì)思路 .13 8 套筒的設(shè)計(jì) .13 8.1 套筒兩端法蘭的設(shè)計(jì) .13 8.2 套筒的設(shè)計(jì) .14 8.3 套筒裝配效果圖 .16 9 電動(dòng)葫蘆提升系統(tǒng)總裝效果圖 .16 致謝 .17 參考文獻(xiàn) .18 1 1 引言 鋼絲繩電動(dòng)葫蘆具有結(jié)構(gòu)緊湊、自重輕、體積小、操作方便等特點(diǎn)。電動(dòng) 葫蘆既可以單獨(dú)安裝在架空工字梁上，也可以配套安裝在電動(dòng)或手動(dòng)單梁、雙 梁、懸臂、龍門等起重機(jī)上使用。電動(dòng)葫蘆還裝置了限位器,這些措施都有效的 增加了電動(dòng)葫蘆的使用壽命。電動(dòng)葫蘆對(duì)在倉(cāng)庫(kù)、碼頭、配料、吊籃和空間較 窄小的工作場(chǎng)地作業(yè)，更能顯示出它的優(yōu)良品質(zhì)。是定柱式、墻壁式旋臂起重 機(jī)的最佳配套產(chǎn)品。 電動(dòng)葫蘆，簡(jiǎn)稱電葫蘆。又名電動(dòng)提升機(jī)。它保留了手拉葫蘆輕巧方便的 特點(diǎn)，由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和卷筒或鏈輪組成，分鋼絲繩電動(dòng)葫蘆和環(huán)鏈電動(dòng) 葫蘆兩種。通常用自帶制動(dòng)器的鼠籠型錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)（或另配電磁制動(dòng)器的 圓柱形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)）驅(qū)動(dòng)，起重量一般為 0.180 噸，起升高度為 330 米。 電動(dòng)葫蘆又改進(jìn)了手拉葫蘆人工操作、提升速度慢等不足，它集電動(dòng)葫蘆 和手拉葫蘆的優(yōu)點(diǎn)于一身。采用盤式制動(dòng)電機(jī)作用力，行星減速器減速，具有 結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、效率高、使用方便、制動(dòng)可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。 適用于低速小行程的、物料裝卸、設(shè)備安裝、礦山及工程建筑等方面，價(jià)廉物 美，安全可靠。 電動(dòng)葫蘆有一下系列：微型電動(dòng)葫蘆 HHXG 型、環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆 HC 型、 DHP 型環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆、CD1、MD1 型鋼絲繩電動(dòng)葫蘆、BMD 型防爆電動(dòng)葫蘆、 BH 型防爆電動(dòng)葫蘆。 電動(dòng)葫蘆廣泛地應(yīng)用于造船、電力、運(yùn)輸、建筑、礦山、郵電等部門的設(shè) 備安裝、物品起吊、機(jī)件牽拉等。 2 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別選擇 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別按機(jī)構(gòu)的利用等級(jí)和載荷狀態(tài)選擇。 2.1 機(jī)構(gòu)利用等級(jí) 機(jī)構(gòu)利用等級(jí)按機(jī)構(gòu)總設(shè)計(jì)壽命分為十級(jí) 1?？傇O(shè)計(jì)壽命規(guī)定為機(jī)構(gòu)假定 的使用年數(shù)內(nèi)處于運(yùn)轉(zhuǎn)的總小時(shí)數(shù)，它僅作為機(jī)構(gòu)零件的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，而不能視 為保用期。電動(dòng)葫蘆一般處于清閑的使用狀態(tài)，根據(jù) GB/T 38111983，機(jī)構(gòu) 利用等級(jí)如下： 機(jī)構(gòu)利用等級(jí) T4 總設(shè)計(jì)壽命/h 3200 2.2 機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài) 載荷狀態(tài)是表明機(jī)構(gòu)承受最大載荷及載荷變化程度。電動(dòng)葫蘆一般在低于 額定載荷的狀態(tài)下工作，并且也不經(jīng)常的使用。根據(jù) GB/T 38111983，由于 電動(dòng)葫蘆經(jīng)常工作在中等載荷，較少承受最大的載荷，所以機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài)選為 L2-中。 2.3 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別 根據(jù)機(jī)構(gòu)利用等級(jí)和機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài)，依據(jù) GB/T 38111983，機(jī)構(gòu)的工作 級(jí)別選為 M3。 3 鋼絲繩的選用 鋼絲繩是起重設(shè)備不可缺少的關(guān)鍵件，也是易損件。正確選擇及合理使用， 按要求進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)?？商岣咪摻z繩的使用壽命，避免事故發(fā)生。 3.1 鋼絲繩的特點(diǎn)及用途 鋼絲繩的特點(diǎn)是強(qiáng)度高、彈性大，能承受沖擊載荷；撓性好、便于纏繞， 2 使用靈活；在高速運(yùn)行時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)噪音；耐磨損，耐疲勞；鋼絲繩破斷前 有斷絲預(yù)兆，使用過(guò)程中不會(huì)立即折斷，容易事先檢查和預(yù)防。鋼絲繩可廣泛 用于各種起重設(shè)備和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，成為起重機(jī)械的組成部分，又可以單獨(dú)用 作起重索具、纜風(fēng)拉繩、穿繞滑輪組和構(gòu)件綁扎等。鋼絲繩的使用和定期檢查、 運(yùn)輸、保管十分的重要。 3.2 鋼絲繩的選用 鋼絲繩是起重機(jī)械及起重運(yùn)輸、吊裝捆綁作業(yè)不可缺少的主要零部件，被 廣泛地應(yīng)用作為起升繩、變幅繩、牽引繩、吊裝繩等。不論作為哪一種用途的 鋼絲繩。如果選用類型不當(dāng)、使用方法不合理。缺乏安全檢查、又不重視保養(yǎng)， 更為嚴(yán)重的是已達(dá)報(bào)廢還繼續(xù)使用，都有可能發(fā)生因鋼絲繩的損傷或破斷而產(chǎn) 生的重大事故。 3.2.1 鋼絲繩直徑的計(jì)算 鋼絲繩直徑可由鋼絲繩最大工作靜拉力按式 3-1scd 確定。 式中 d 鋼絲繩最小直徑，mm； C 選擇系數(shù)， ；Nm21/ S 鋼絲繩最大工作靜拉力，N。 鋼絲繩最大靜拉力： 在起升機(jī)構(gòu)中，鋼絲繩最大工作靜拉力是由起升載荷考慮滑輪組效率和承 載分支數(shù)后確定，起升載荷是指起升質(zhì)量的重力。起升質(zhì)量包括允許起升的最 大有效物品、取物裝置（下滑輪組、吊鉤、吊梁、抓斗、容器、起重電磁鐵等） ， 懸掛撓性件及其他在升降中的設(shè)備質(zhì)量。起升高度小于 50m 的起升鋼絲繩的重 量可以不計(jì)。 1.5t 電動(dòng)葫蘆的起升載荷可以只考慮起升的最大有效物品，其他的忽略不 計(jì)。所以 S=(1.5t1000Kg/t9.8N/Kg)/2=7350N 選擇系數(shù) C： 選擇系數(shù) C 的取值與機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別有關(guān)，依據(jù) GB/T 38111983，選取 C=0.093。 由鋼絲繩最大靜拉力 S 和選擇系數(shù) C 得： )(873509.md 3.2.2 鋼絲繩結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù) GB/7 89181996,規(guī)格選為 67FC 。 3.3 鋼絲繩的使用 為提高鋼絲繩的使用壽命，確保使用安全可靠，鋼絲繩應(yīng)按要求正確安裝 在設(shè)備上。 3 3.3.1 鋼絲繩的安裝 (1)解卷。當(dāng)從卷軸和鋼絲繩卷上抽出鋼絲繩時(shí)，應(yīng)將繩盤置放在專用的支 架上，也可用鐵管穿入盤孔，兩端套上繩索，將繩盤吊起，緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)。并應(yīng)采 取措施防止鋼絲繩打環(huán)、扭結(jié)、彎折或粘上雜物，如圖 1： 圖 1 解卷方法 (2)截?cái)?。熔斷：采用熔斷機(jī)熔斷，不損壞鋼絲繩，端部不松散，便于安 全操作，這是理想的斷繩切斷：鋼絲繩在切斷前，應(yīng)在切斷兩端各相距 10mm20mm 處用鐵絲扎緊，捆扎長(zhǎng)度為繩徑 14 倍，再用切割工具切斷， 以防切斷處引起鋼絲繩松散。 (3)卷繞。鋼絲繩在卷筒上的纏繞方向與鋼絲繩的捻向及出繩方向有關(guān)，見(jiàn) 下圖。右捻上出繩從左到右排列(圖 2a)，左捻上出繩從右到左排列(圖 2b)，右 捻下出繩從右到左排列(圖 2c)，左捻下出繩從左到右排列(圖 2d)，并應(yīng)排列整 齊，避免出現(xiàn)偏繞或擠壓現(xiàn)象。錯(cuò)誤卷繞會(huì)造成亂繩、松股和打環(huán)。 圖 2 鋼絲繩的纏繞方向 滾動(dòng) a 正確的解卷方法 b 錯(cuò)誤的解卷方法 a b c d 4 (4)繩槽。卷筒、滑輪上的槽形應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定，滑輪繩槽底部半徑尺寸 (0.53 0.6)d。滑輪繩槽底部半徑過(guò)大、過(guò)小都將影響鋼絲與滑輪繩槽底部的 接觸面積，使之過(guò)度磨損，而降低滑輪和鋼絲繩的使用壽命，也會(huì)影響傳動(dòng)效 率。如圖 3 所示，繩與滑輪槽的接觸角 a130。圖 3b 繩徑過(guò)大，圖 3c 繩徑 過(guò)小，圖 3d 為與槽徑相匹配的繩徑。 圖 3 繩槽 (5)鋼絲繩允許偏角。鋼絲繩繞進(jìn)或繞出卷筒、滑輪槽時(shí)偏斜的最大角度(即 鋼絲繩中心線和與滑輪軸垂直的平面之間的角度)推薦不大于 5。鋼絲繩繞進(jìn)或 繞出卷筒時(shí)，鋼絲繩偏離螺旋槽兩側(cè)的角度推薦不大于 3.5。對(duì)于光卷筒和多 層纏繞卷筒，鋼絲繩偏離與卷筒軸垂直的平面的角度推薦不大于 2。 (6)鋼絲繩走向。鋼絲繩走向反復(fù)彎曲易造成疲勞，產(chǎn)生斷絲(見(jiàn)圖 4)。因此 安裝時(shí)應(yīng)盡量避免反復(fù)彎折。 圖 4 鋼絲繩走向 3.3.2 鋼絲繩的維護(hù)保養(yǎng) 鋼絲繩的維護(hù)保養(yǎng)應(yīng)根據(jù)用途、工作環(huán)境和鋼絲繩的種類而定。在可能的 情況下，對(duì)鋼絲繩應(yīng)進(jìn)行適時(shí)的清洗并涂以潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂，特別是那些繞過(guò) 滑輪時(shí)經(jīng)受彎曲的部位，機(jī)械在腐蝕性環(huán)境中工作以及在某些由于與作業(yè)有關(guān) 的原因而不能潤(rùn)滑的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)更應(yīng)如此。涂刷的潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂品種應(yīng)與 鋼絲繩廠使用的相適應(yīng)。 檢驗(yàn) 日常觀察。每個(gè)工作日都要經(jīng)常對(duì)鋼絲繩的任何可見(jiàn)部位進(jìn)行觀察，以 便發(fā)現(xiàn)損壞與變形的情況，特別應(yīng)留心鋼絲繩的固定部位。當(dāng)檢查發(fā)現(xiàn)有斷絲、 a b c d 槽徑槽徑槽徑槽徑 正確 錯(cuò)誤 5 磨損、腐蝕和變形等缺陷時(shí)，應(yīng)按 GB/T 5972起重機(jī)械用鋼絲繩檢驗(yàn)和報(bào)廢 實(shí)用規(guī)范的規(guī)定判定。 定期檢驗(yàn)。定期檢驗(yàn)周期應(yīng)考慮以下各點(diǎn)：國(guó)家的法規(guī)要求；機(jī)械 的類型和工作環(huán)境：機(jī)械的工作級(jí)別；前幾次檢驗(yàn)的結(jié)果及出現(xiàn)缺陷的情 況；鋼絲繩已經(jīng)使用的時(shí)間。 一般起重用鋼絲繩應(yīng)保證每周至少檢驗(yàn)一次。 在所有情況下，每當(dāng)發(fā)生任一事故之后或鋼絲繩經(jīng)拆卸后重新安裝投入 使用前均應(yīng)進(jìn)行一次檢驗(yàn)。 檢驗(yàn)部位。一般部位：對(duì)鋼絲繩應(yīng)作全長(zhǎng)檢驗(yàn)，但要特別留心下列部 5 位：鋼絲繩運(yùn)動(dòng)和固定的始末端部位；通過(guò)滑輪組或繞過(guò)滑輪的繩段，在機(jī)構(gòu) 進(jìn)行重復(fù)作業(yè)的情況下，應(yīng)特別注意機(jī)構(gòu)吊載期間繞過(guò)滑輪的任何部位；位于 平衡滑輪的繩段；由于外部因素可能引起磨損的繩段；腐蝕及疲勞的內(nèi)部檢驗(yàn)。 繩端部位。應(yīng)對(duì)從固接端引出的那段鋼絲繩進(jìn)行檢驗(yàn)，因?yàn)檫@個(gè)部位發(fā)生疲 勞、斷絲和腐蝕是危險(xiǎn)的。還應(yīng)對(duì)固定裝置本身的變形或磨損進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)于 采用壓制或鍛造的繩端固定裝置進(jìn)行類似的檢驗(yàn)，并檢驗(yàn)繩箍是否有裂紋以及 繩箍與鋼絲繩間有否產(chǎn)生滑動(dòng)?？刹鹦兜难b置(楔形接頭、繩夾、壓板等)應(yīng)檢 驗(yàn)其內(nèi)部和繩端內(nèi)的斷絲及腐蝕情況，并確保楔形接頭和鋼絲繩夾的緊固性， 檢驗(yàn)還應(yīng)確保繩端裝置符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。對(duì)編織的環(huán)狀插扣式繩頭應(yīng)只使 用在接頭的尾部，以防繩端突出的鋼絲傷手。接頭的其余部位應(yīng)隨時(shí)用肉眼檢 查其斷絲情況。如果斷絲明顯發(fā)生在繩端裝置附近或繩端裝置內(nèi)，可將鋼絲繩 截短再重新裝到繩端固定裝置上使用，但鋼絲繩的長(zhǎng)度必須滿足在卷筒上纏繞 的最少圈數(shù)的要求。 3.3.3 鋼絲繩的儲(chǔ)存和鑒別 為防止備用鋼絲繩的損壞，應(yīng)儲(chǔ)存在清潔而干燥的倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，并應(yīng)提供檢驗(yàn) 記錄或能清楚地鑒別鋼絲繩規(guī)格的方法。 3.3.4 鋼絲繩失效分析 引起鋼絲繩失效的因素很多，通過(guò)對(duì)鋼絲繩失效因素進(jìn)行分析。以便能提 高鋼絲繩的使用壽命。 （1）強(qiáng)度與伸長(zhǎng) 根據(jù)設(shè)計(jì)，鋼絲繩的最大斷裂強(qiáng)度小于所有鋼絲的集束強(qiáng)度，并與繩的結(jié) 構(gòu)和所用鋼絲繩性能級(jí)別有關(guān)。在設(shè)計(jì)鋼絲繩時(shí)，應(yīng)考慮所有載荷因素（包括 附加載荷、加速度、減速度、繩速等)，滑輪和卷筒的數(shù)目和結(jié)構(gòu)安裝方式，產(chǎn) 生腐蝕和磨損的條件以及繩的長(zhǎng)度等。鋼絲繩中的鋼絲通常采用含碳量為 050080的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制作而成，鋼繩的彈性模量約 1.6x10Nmm。這是在載荷作用下鋼絲可能伸長(zhǎng)程度的度量。鋼絲繩受拉力作 用時(shí)，各鋼絲為要調(diào)整其位置以達(dá)到對(duì)應(yīng)所加載荷的穩(wěn)定性，將發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 由此產(chǎn)生的伸長(zhǎng)有兩種形式，當(dāng)鋼絲繩第一次承受載荷時(shí)，鋼絲將稍微重新排 列，產(chǎn)生永久性伸長(zhǎng)。即結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)；同時(shí)還產(chǎn)生可恢復(fù)的伸長(zhǎng)，即彈性伸長(zhǎng)。 結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)在一定程度取決于所加載荷的大小。 鋼絲繩中鋼絲的直徑愈小，彎曲所需力矩愈小，即韌性較大。通常含有鋼 絲數(shù)較多的鋼絲繩和纖維芯鋼絲繩的韌性較好，由較少鋼絲組成的全金屬鋼絲 繩的韌性較差，并且前者比后者具有較大的伸長(zhǎng)量。韌性愈大抗失效性能愈好。 6 （2）滑輪 滑輪主要尺寸最小卷繞直徑用繩槽底部滑輪直徑再加鋼絲繩直徑表示。隨 滑輪尺寸減小，由彎曲和鋼絲繩與滑輪之問(wèn)的接觸壓力所產(chǎn)生的應(yīng)力而增大。 彎曲應(yīng)力越高，繩的鋼絲產(chǎn)生疲勞越快。接觸應(yīng)力增加也加速繩的損傷，同時(shí) 還加速滑輪的磨損，隨滑輪尺寸的增大，繩與滑輪之問(wèn)的壓力下降，彎曲程度 也減小。如果僅考慮彎曲應(yīng)力，對(duì) 6x19 點(diǎn)接觸鋼絲繩，可將滑輪直徑增大到繩 直徑的 90 倍極限數(shù)值，以提高繩的壽命。但是，除了必要設(shè)備之外，這樣大直 徑的滑輪實(shí)際很少采用，因?yàn)椋瑢?duì)于多數(shù)起重設(shè)備，采用這樣大的滑輪是不 切實(shí)際的。在各種情況下，很少只存在著彎曲這單一因素。實(shí)際上除彎曲以 外，還有很多影響繩壽命的因素。如重復(fù)施加的應(yīng)力、磨損、敲打、沖擊、振 動(dòng)、扭轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速、卷筒卷?yè)P(yáng)失誤、腐蝕以及缺乏維護(hù)等，這些因素中的一個(gè)或 幾個(gè)都比滑輪尺寸更影響繩的壽命。 采用安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一些因素來(lái)綜合確定最佳滑輪尺寸。但有一點(diǎn)應(yīng)注意， 在鋼絲繩中各接觸點(diǎn)處的鋼絲之間的巨大壓力同因在小滑輪上工作而產(chǎn)生的大 彎曲應(yīng)力聯(lián)合在一起。將會(huì)對(duì)鋼絲繩的損傷失效起一定作用。在這種不利條件 下，鋼絲的破斷失效常發(fā)生在各個(gè)線股相互接觸點(diǎn)之間及各個(gè)線股與繩芯接觸 點(diǎn)之間的部位，在這些部位破斷的鋼絲常常很難察覺(jué)。甚至不可能從外觀發(fā)現(xiàn)。 因此，在載人或其他原因要求安全較高的設(shè)備，滑輪尺寸選用較大，以便 能更有效地保證鋼絲繩的損傷過(guò)程逐漸進(jìn)行，而且發(fā)生在繩表面，使其容易發(fā) 現(xiàn)和估計(jì)損傷程度。 （3）卷簡(jiǎn) 卷筒尺寸、繩槽輪廓、壓力與前面滑輪等討論的情況相類似。采用平滑表 面卷筒時(shí)，實(shí)際徑向壓力比較高，這是因?yàn)殇摻z繩僅一面受到支撐作用，其周 邊部分得不到支撐。對(duì)于這類卷筒，鋼絲繩和卷筒的磨損都比有繩槽的卷筒嚴(yán) 重，繩更容易因壓力作用而受損傷，在彎曲應(yīng)力是影響鋼絲繩的工作壽命的主 要因素時(shí)，卷簡(jiǎn)直徑可比系統(tǒng)中的滑輪直徑稍小一點(diǎn)。因?yàn)樵诿恳粋€(gè)方向運(yùn)行 時(shí)，鋼絲繩要在滑輪上彎曲兩次，在卷筒上只彎曲一次。鋼絲繩在每一滑輪上 的運(yùn)行情況是：當(dāng)繩接近滑輪由直線變成與滑輪的曲率一致時(shí)，開(kāi)始第一次彎 曲；當(dāng)繩再伸直離開(kāi)滑輪時(shí)第二次彎曲。在有些情況下，繩的行程不大，在卷 筒上來(lái)回運(yùn)行時(shí)一部分繩不通過(guò)滑輪運(yùn)動(dòng)，則繩的彎曲次數(shù)即行減小，失效減 緩。 采用開(kāi)槽的卷筒，如果卷筒繩槽輪廓適當(dāng)，有助于使卷繩保持適當(dāng)?shù)奈恢谩?繩槽之間保持適當(dāng)節(jié)距是十分重要的，以便使連續(xù)兩繩匝之間獲得足夠而又不 是過(guò)大的間隙，這對(duì)于防止未繞與已繞在卷筒上的鋼絲繩發(fā)生擁擠和摩擦有很 大作用。為了給多層卷繩提供適當(dāng)?shù)臈l件，繩槽中心線之間的節(jié)距，應(yīng)在最大 傾斜角的情況下足以防止鋼絲繩互相接觸。 （6）其他失效因素 腐蝕也是鋼絲繩失效的常見(jiàn)因素，由于使用環(huán)境形成的腐蝕氣氛，對(duì)鋼 絲繩壽命有較大影響。 向鋼絲繩施加沖擊載荷及其發(fā)生振動(dòng)，產(chǎn)生高頻率的高彎曲應(yīng)力，特別 在鋼絲繩末端連接點(diǎn)處振動(dòng)作用最為嚴(yán)重，可造成疲勞失效。 鋼絲繩在工作過(guò)程中如處于過(guò)高溫度下，也會(huì)因抗拉強(qiáng)度降低而失效。 從以上種種失效分析可知，起重機(jī)用鋼絲繩的失效往往有多種因素綜合積 7 累而至。在實(shí)際失效事例分析中應(yīng)綜合分析，分清主次，找出主要失效原因， 以利提高鋼絲繩使用壽命。 4 卷筒的設(shè)計(jì) 電動(dòng)葫蘆的卷筒裝置是起升機(jī)構(gòu)重要的組成部分，其性能和工作可靠性直 接影響著電動(dòng)葫蘆整機(jī)的性能和質(zhì)量。卷筒裝置主要由纏繞鋼絲繩的卷筒體、 卷筒體與減速器之間的連接裝置、卷筒軸和端部支承座等部件組成。西方工業(yè) 發(fā)達(dá)國(guó)家一直在不斷地發(fā)展和完善此項(xiàng)技術(shù)，但我國(guó)起重機(jī)行業(yè)至今仍普遍采 用 50 年代的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)減速器與卷筒之間采用內(nèi)外齒輪盤連接，其缺點(diǎn)較多， 如減速器和卷筒的重量較大，裝在卷筒腔內(nèi)的通軸與內(nèi)外齒輪盤及向心軸承之 間很難安裝和調(diào)整，卷筒軸線與減速器輸出軸線之間的允許偏斜角度小，安裝 精度要求較高及制造成本高等。從 80 年代末期開(kāi)始，我國(guó)陸續(xù)開(kāi)發(fā)和引進(jìn)了一 些新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)和新工藝，如新型的底座式減速器和三支點(diǎn)減速器(速比可達(dá) 200)，卷筒用鼓形滾柱聯(lián)軸器、萬(wàn)向型球鉸卷筒聯(lián)軸器，鋼板卷制焊接成形的 卷筒體和支承短軸技術(shù)的應(yīng)用等。使國(guó)產(chǎn)起重機(jī)卷筒裝置在技術(shù)上有了長(zhǎng)足的 進(jìn)步。根據(jù)近幾年的實(shí)踐與觀察，這些新技術(shù)的應(yīng)用使產(chǎn)品設(shè)計(jì)更合理，性能 更優(yōu)越、更安全可靠、成本也明顯降低。但是這些技術(shù)目前還只在極少數(shù)國(guó)有 大型企業(yè)中應(yīng)用。因此，應(yīng)積極向國(guó)內(nèi)推廣這些有價(jià)值的新技術(shù)，全面提高我 國(guó)起重機(jī)行業(yè)的技術(shù)水平，使國(guó)產(chǎn)起重機(jī)在國(guó)際市場(chǎng)上更有競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)起重 機(jī)行業(yè)采用的卷筒裝置傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式多為齒輪盤連接方式，近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外 起重機(jī)行業(yè)在卷筒裝置上采用了一些成熟的新技術(shù)、新工藝及其設(shè)計(jì)方法。下 圖 5 是德國(guó) MAN 公司采用的一種卷筒裝置，其關(guān)鍵技術(shù)是在驅(qū)動(dòng)減速器與卷筒 之間安裝有一套特殊的鼓形滾柱聯(lián)軸器，此聯(lián)軸器不僅能傳遞扭矩和承受較大 的徑向力，而且還能補(bǔ)償減速器軸線與卷筒軸線的角度偏差，最大可達(dá) 1.5。 由于這種聯(lián)軸器制造難度大、造價(jià)高，未能在我國(guó)中小型起重機(jī)上推廣應(yīng)用。 據(jù)近幾年對(duì)這種卷筒聯(lián)軸器應(yīng)用的觀察和分析，發(fā)現(xiàn)因其自身結(jié)構(gòu)的缺陷，在 軸線偏差的補(bǔ)償和安全可靠性方面還存在一定的問(wèn)題。 圖 5 帶鼓形滾柱聯(lián)軸器的卷筒裝置 4.1 卷筒幾何尺寸 卷筒名義直徑 1 鼓形滾柱聯(lián)軸器 2 連接螺栓 3 擋板 4 卷筒體 5 支承短軸 6 端部支承座 減 速 器 8 D1=h.d 4-1 式中： d 鋼絲繩直徑； H 與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼絲繩機(jī)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)。 選擇系數(shù) h： 根據(jù) GB/T 38111983,h=14。 式中 d=8mm,所以 D1=h.d=148mm=112mm 考慮到卷筒內(nèi)部的聯(lián)軸器尺寸，其輪廓最大尺寸為 103mm，又考慮到卷筒 本身的壁厚，綜合考慮各方面的要求，將 D1 尺寸做相應(yīng)的放大，故取 D1=160mm。 繩槽半徑 R=(0.530.56)d 4-2 R=(0.530.56)d= (0.530.56)8mm=5mm 繩槽深度（標(biāo)準(zhǔn)槽） H1=（0.250.4)d 4-3 H1=(0.250.4)d=(0.250.4)8mm=3.5mm 繩槽節(jié)距（標(biāo)準(zhǔn)槽） P1=d(24) 4-41 P1=d(24)=8mm(24)=12mm 卷筒厚度 剛卷筒: d 4-5 8mm 鑄鐵卷筒： 0.02D（610）12mm 4-6 式中 D： 卷筒繩槽底徑； D= D1-2 H1=112mm-3.5mm2=105mm 0.02D(610)=0.02105mm(610)12mm 卷筒長(zhǎng)度（單聯(lián)卷筒） 9 圖 6 卷筒長(zhǎng)度示意圖 Ld=L0+2L1+L2 4-7 式中：L 1 無(wú)繩槽的卷筒端部尺寸，按需要定； L2 固定繩未所需長(zhǎng)度，L 23P； L0=（ + ）P1maxDHZ 其中：H max 最大起升高度，H max=9000mm； M 滑輪組倍數(shù)，電動(dòng)葫蘆 m=2； Z1 鋼絲繩安全圈數(shù)， Z11.53； P 繩槽節(jié)距，P =12 。 所以，L 0=（ + ）P1maxDH =（ ）12640 mm。29 L1 按需而定，取 L1=20mm L23P=312mm=36mm 所以，L d=L0+2L1+L2=640mm+220mm+36mm=716 mm 4.2 卷筒強(qiáng)度計(jì)算 有參考文獻(xiàn) 1 表，8-1-55 得，由于 L3D,所以只需校核有彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng) 力。計(jì)算公式： 4-82 )MPa(1maxuW 式中 由鋼絲繩最大拉力引起卷筒的最大彎矩， NmmMumax W 抗彎截面系數(shù)， mD401. D 卷筒繩槽底徑， D0卷筒內(nèi)徑， 需用拉應(yīng)力， MPaP1 剛: , 屈服強(qiáng)度21s 10 鑄鐵： , 抗拉強(qiáng)度51bp 該設(shè)計(jì)選用鑄鐵作為卷筒的材料，由于 L3D,所以適用于上面的校核公式。 5263NmMuax W=42560mm3 =115MPa2 由 得，512bp 5115MPa=575MPa52 有參考文獻(xiàn)1 ，根據(jù) GB/T 94391988,查得 QT600-3 符合要求。其 600MPa,所以可以選用。b 5 鋼絲繩用壓繩板的設(shè)計(jì) 鋼絲繩的始末端部位一般需要與其他零構(gòu)件連接或固定在起重機(jī)的其他結(jié) 構(gòu)上，鋼絲繩尾端的固定是關(guān)系鋼絲繩安全的重要環(huán)節(jié)。 鋼絲繩的固定要求滿足兩個(gè)條件，一是連接或固定的部位必須達(dá)到相應(yīng)的 強(qiáng)度和安全要求，二是連接或固定方式與使用要求相符合。鋼絲繩的固定有多 種方法，針對(duì)不同的使用條件和要求選擇使用。 鋼絲繩端部固定方法有多種，為了簡(jiǎn)單方便，采用壓繩板進(jìn)行固定。 5.1 壓繩板材料的選用 壓繩板外形比較復(fù)雜，不易利用去除材料的方法進(jìn)行加工，所以采用成型 加工的方法。首先加工出壓繩板的模具，通過(guò)鍛造的方法制造出壓繩板。在材 料的選擇上，首先考慮不銹鋼板，一方面由于電動(dòng)葫蘆一般工作在比較惡劣的 環(huán)境中，如果選用其他材料，容易受各種不利的環(huán)境影響，這樣其壽命將降低， 不利于電動(dòng)葫蘆正常工作，所以采用不銹鋼材料，這樣可以提高電動(dòng)葫蘆的使 用壽命。另一方面考慮到不銹鋼材料的表面的質(zhì)量好，這樣可以降低加工成本。 參考參考文獻(xiàn)1 ，根據(jù) GB/T 3280-1992，選擇牌號(hào)為 1Gr17Mn6Ni5N。 5.2 壓繩板機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 壓繩板機(jī)構(gòu)的最終效果如圖 7 所示，其具體結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖 8。 11 圖 7 壓繩板 6 導(dǎo)繩器的設(shè)計(jì) GB/T 60671985起重機(jī)械安全規(guī)程要求綱絲繩在卷筒上應(yīng)按順序整齊 排列。GB/T 6974141986起重機(jī)械名詞術(shù)語(yǔ)機(jī)構(gòu)和零部件對(duì)導(dǎo)繩器的解 釋為排繩器，定義為能使鋼絲繩按規(guī)定間隔整齊地繞上卷筒裝置。以往采用的 導(dǎo)繩器有塊式和圓環(huán)式導(dǎo)繩器，目前塊式導(dǎo)繩器已基本不采用了。工作原理都 差不多，導(dǎo)繩器本身不能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，隨鋼絲繩卷繞，由螺紋槽帶動(dòng) 沿軸向移動(dòng)，隨時(shí)將所纏繞的鋼絲繩準(zhǔn)確地引入、引出卷筒的螺旋槽，鋼絲繩 由導(dǎo)繩器的缺口排出。不過(guò)此類形式的導(dǎo)繩器在使用中故障率比較高。 圖 8 壓繩板結(jié)構(gòu)圖 6.1 導(dǎo)繩器的設(shè)計(jì)思路 卷筒的作用是在起升機(jī)構(gòu)中用來(lái)卷繞鋼絲繩，傳遞動(dòng)力，并把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變 為直線運(yùn)動(dòng)。卷筒表面通常切出螺旋槽，其螺旋升角一般在 34，增加鋼 12 絲繩的接觸面積，并防止相鄰鋼絲繩相互摩擦，提高鋼絲繩的使用壽命。由于 卷筒切出的螺旋槽亦有導(dǎo)繩功能，使鋼絲繩能整齊排列。但往往在沒(méi)有其他輔 助機(jī)構(gòu)的協(xié)同作用，卷繞在卷筒上的鋼絲繩會(huì)跳出螺旋槽，使鋼絲繩排亂；有 時(shí)鋼絲繩進(jìn)入卷筒端部縫隙中會(huì)被擠壓變形；也會(huì)有鋼絲繩跳過(guò)幾個(gè)螺旋槽； 不規(guī)則的排列，會(huì)使鋼絲繩、卷筒磨損變形；總之這都將影響卷筒、鋼絲繩的 使用，從而縮短起重機(jī)的使用壽命。為了能使鋼絲繩在卷筒上整齊排列，延長(zhǎng) 機(jī)體各部件的使用壽命，很多起重機(jī)制造廠家都相應(yīng)安裝了上面兩圖所示的導(dǎo) 繩裝置。 a b C 圖 9 導(dǎo)繩器組成部分 6.2 導(dǎo)繩器的設(shè)計(jì)過(guò)程 導(dǎo)繩器由圖 9 三部分組成。 導(dǎo)繩器的總裝圖，如圖 10 所示. 13 圖 10 導(dǎo)繩器 導(dǎo)繩器各零件之間采用鉚釘連接，選用半圓頭鉚釘，依據(jù) GB/T 8671986,型 號(hào)：鉚釘 GB/T 867 47，材料為 BL2，表面不進(jìn)行處理。 7 卷筒支撐的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路 卷筒是依靠于變速器和電機(jī)的連接，在空間才有了正確的位置?？紤]卷筒 的裝配以及卷筒的加工，卷筒的支撐件，一端才用于卷筒不可進(jìn)行拆裝的支撐 部位進(jìn)行支撐，此端為于電機(jī)軸連接端。于電機(jī)軸連接端的支撐部位需要通過(guò) 一個(gè)軸承與電機(jī)軸連接。軸承套在電機(jī)軸端，軸承裝在卷筒的支撐部位。支撐 部位相當(dāng)于軸承套，其一端有一個(gè)凸臺(tái)，作用在限位。具體結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)卷筒的附 圖。另一端采用與卷筒可進(jìn)行拆裝的單獨(dú)支撐件進(jìn)行支撐。該支撐件的三維圖 如圖 11 所示，它與變速器的輸出軸連接，它有兩個(gè)作用，首先是起到支撐卷筒 的作用，其次就是傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，把減速器輸出的轉(zhuǎn)矩傳遞給卷筒，是卷筒 按照預(yù)期的目標(biāo)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，提升重物。 圖 11 支撐件 14 8 套筒的設(shè)計(jì) 8.1 套筒兩端法蘭的設(shè)計(jì) （1）與電機(jī)連接端的法蘭設(shè)計(jì) 電動(dòng)葫蘆選用了 ZD1 系列錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，型號(hào) ZD31-4，其安裝圖和外 形尺寸如圖 12 和表 1 所示： 圖 12 錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī) ZD1 系列錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)安裝圖和外形尺寸圖中各個(gè)尺寸見(jiàn)下表，電動(dòng)機(jī) 法蘭的最大直徑 D2=290mm，最小直徑 D1=223mm。法蘭需要四個(gè)直徑為 13mm 的孔，相對(duì)的兩孔中心距為 D3=260mm。法蘭的厚度 B=20mm。具體結(jié) 構(gòu)如圖 13 所示。 表-1 錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)外形尺寸 15 圖 13 法蘭 （2）與變速箱連接的法蘭設(shè)計(jì) 變速箱法蘭的最大直徑 D2=336mm，考慮到兩端法蘭的最小直徑必須相同， 這是由于套筒是圓柱體，兩端的直徑相同。所以最小直徑 D1=223mm。法蘭需 要八個(gè)直徑為 6.5 mm 的孔，相對(duì)的兩孔中心距為 D3=304mm。 法蘭的厚度 B=20mm。法蘭的機(jī)構(gòu)與上圖相同，尺寸不同而已。 8.2 套筒的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)套筒時(shí)首先要考慮套筒兩端法蘭安裝的要求，綜合考慮以上兩個(gè)法蘭 的最小直徑，所以套筒的內(nèi)徑應(yīng)為 223mm。套筒的材料選用 GB/T 132371991,優(yōu) 質(zhì)碳素機(jī)構(gòu)鋼鋼板，厚度為 5mm。通過(guò)彎板機(jī)將鋼板彎成所需的形狀，然后將 兩端的法蘭焊接在套筒上。套筒還要有于電動(dòng)小車連接的部位，其形狀比較復(fù) 雜，采用鑄造的方法加工。然后將它焊接在套筒上。 套筒的結(jié)構(gòu)如圖 14 所示，套筒的總長(zhǎng)是 773mm，缺口之間的夾角為 90。 16 圖 14 套筒 套筒上懸掛電動(dòng)小車的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 15 所示，各部分具體尺寸本論文不 作要求。 圖 15 懸掛電動(dòng)小車機(jī)構(gòu) 17 8.3 套筒裝配效果圖 套筒裝配效果圖如圖 16。 圖 16 套筒裝配效果圖 9 電動(dòng)葫蘆提升系統(tǒng)總裝效果圖 總裝效果圖如圖 17。 圖 17 電動(dòng)葫蘆提升系統(tǒng)總裝效果圖 18 致謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利的完成，首先要感謝指導(dǎo)老師，它在百忙之中抽出 時(shí)間給我解決在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到的一些困難，并且還通過(guò)其他方式幫 助我。其次要感謝與我同組的同學(xué)，沒(méi)有他們的幫忙和指導(dǎo)我是做不好這次畢 業(yè)設(shè)計(jì)的。 19 參考文獻(xiàn) 1 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