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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 完成時間：2009 年 5 月 20 日 摘 要 電動葫蘆是起重設(shè)備中最常見的一種設(shè)備，電動葫蘆的發(fā)展也決定著起重 設(shè)備的發(fā)展。電動葫蘆設(shè)計(jì) 技術(shù)在中國現(xiàn)在已經(jīng)是一種比較成熟的技術(shù)了，但與 國外的一些技術(shù)相比卻比較落后。本論文主要是對電動葫蘆的起升系統(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)矩通過中間部件傳遞給卷筒，卷筒 發(fā)生轉(zhuǎn)動，使固定在卷筒上的 鋼絲繩繞卷筒進(jìn)行纏繞，最終帶動重物做上下直線 運(yùn)動，實(shí)現(xiàn) 吊重物的目的。套筒的作用是固定 變速器和 電動機(jī)， 實(shí)現(xiàn)卷筒的空間 定位。并且套筒也是實(shí)現(xiàn)電動 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)工作級別選擇 1 2.1 機(jī)構(gòu)利用等級 .1 2.2 機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài) .1 2.3 機(jī)構(gòu)工作級別 .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或手動單梁、雙梁、 懸臂、龍門 等起重機(jī)上使用。 電動葫蘆還裝置了限位器 ,這些措施都有效的增加了 電動葫蘆的使用壽命。 電動 葫蘆對在倉庫、 碼頭、配料、吊籃和空間較窄小的工 作場地作業(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。 電動葫蘆，簡稱電葫蘆。又名電動提升機(jī)。它保留了手拉葫蘆 輕巧方便的特 點(diǎn)，由電動 機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)和卷筒或鏈輪組成，分鋼絲繩電動 葫蘆和環(huán)鏈電動葫蘆 兩種。通常用自帶制動器的鼠 籠型錐形轉(zhuǎn)子電動機(jī)（或另配電磁制動器的圓柱形 轉(zhuǎn)子電動機(jī)）驅(qū)動，起重量一般為 0.1～80 噸，起升高度為 3～30 米。 電動葫蘆又改進(jìn)了手拉葫蘆人工操作、提升速度慢等不足，它集電動葫蘆和 手拉葫蘆的優(yōu)點(diǎn)于一身。采用 盤式制動電機(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、制動可靠、維護(hù)簡單等特點(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。 電動葫蘆有一下系列：微型電動葫蘆 HHXG 型、環(huán)鏈電動葫蘆 HC 型、DHP 型環(huán)鏈電動葫蘆、CD1、MD1 型鋼絲繩電動葫蘆、BMD 型防爆電動葫蘆、BH 型 防爆電動葫蘆。 電動葫蘆廣泛地應(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)工作級別選擇 機(jī)構(gòu)工作級別按機(jī)構(gòu)的利用等級和載荷狀態(tài)選擇。 2 2.1 機(jī)構(gòu)利用等級 機(jī)構(gòu)利用等級按機(jī)構(gòu)總設(shè)計(jì)壽命分為十級 [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 葫蘆一般處于清 閑的使用狀態(tài)，根據(jù) GB/T 3811－1983，機(jī)構(gòu)利用等 級如下： 機(jī)構(gòu)利用等級 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 3811－1983，由于電 動葫蘆經(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)工作級別 根據(jù)機(jī)構(gòu)利用等級和機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài)，依據(jù) GB/T 3811－1983，機(jī)構(gòu)的工作級 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，使用 靈活；在高速運(yùn)行時運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無噪音；耐磨損，耐疲勞；鋼絲繩破斷前有斷絲預(yù) 兆，使用過程中不會立即折斷，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 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=(1.5t×1000Kg/t×9.8N/Kg)/2=7350N 選擇系數(shù) C： 選擇系數(shù) C 的取值與機(jī)構(gòu)的工作級別有關(guān)，依據(jù) GB/T 3811－1983，選取 C=0.093。 4 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 8918－1996,規(guī)格選為 6×7＋FC。 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。 3.3.1 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，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。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)?。①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②切斷：鋼絲繩在切斷前， 應(yīng)在切斷兩端各相距 10mm～20mm 處用鐵絲扎緊，捆扎長度為繩徑 1～4 倍，再用切割工具切斷，以 防切斷處引起鋼絲繩松散。 滾動 a 正確的解卷方法 b 錯誤的解卷方法 5 (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。錯誤 卷繞會造成亂繩、松股和打環(huán)。 圖 2 鋼絲繩的纏繞方向 (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?；?輪繩槽底部半徑過大、 過小都將影響 鋼絲與滑輪繩槽底部的接 觸面積，使之過度磨損，而降低滑輪和鋼絲繩的使用壽命，也會影響傳動效率。 如圖 3 所示，繩與滑輪槽的接觸角 a≈130°。圖 3b 繩 徑過大， 圖 3c 繩徑過小，圖 3d 為與槽徑相匹配的繩徑。 a b c d 6 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，鋼絲繩偏離螺旋槽兩側(cè)的角度推薦不大于 3.5°。對于光卷筒和多層 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(見圖 4)。因此安 裝時應(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，對鋼絲繩應(yīng)進(jìn)行適時 的清洗并涂以潤滑油或潤滑脂，特別是那些繞過滑輪 時經(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 因而不能潤滑的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)時更應(yīng)如此。涂刷的潤滑油、潤滑脂品種應(yīng)與鋼絲繩 a b c d 槽徑槽徑槽徑槽徑 正確 錯誤 7 廠使用的相適應(yīng)。 檢驗(yàn) ① 日常 觀察。每個工作日都要經(jīng)常對鋼絲繩的任何可 見部位進(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、 磨損、腐 蝕和變形等缺陷時 ，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。 ② 定期 檢驗(yàn)。定期 檢驗(yàn)周期應(yīng)考慮以下各點(diǎn)：①國家的法規(guī)要求；② 機(jī)械 的類型和工作環(huán)境：③機(jī)械的工作 級別；① 前幾次 檢驗(yàn)的結(jié)果及出現(xiàn)缺陷的情況； ⑤鋼絲繩已經(jīng) 使用的時間 。 ③ 一般起重用 鋼絲繩應(yīng) 保證每周至少檢驗(yàn)一次。 ④ 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。①一般部位：對鋼絲繩應(yīng)作全長檢驗(yàn)，但要特別留心下列部位：○5 鋼絲繩運(yùn)動和固定的始末端部位；通過滑輪組或繞過滑輪的繩段，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)。② 繩端部 位。應(yīng)對 從固接端引出的那段 鋼絲繩進(jìn)行檢驗(yàn)，因 為這 個部位發(fā)生疲勞、斷 絲和 腐蝕是危險(xiǎn)的。還應(yīng)對固定裝置本身的變形或磨損進(jìn)行檢驗(yàn)。對于采用壓制或鍛 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?？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)隨時用肉眼檢查其斷絲情況。如果斷 8 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 鋼絲繩的儲存和鑒別 為防止備用鋼絲繩的損壞，應(yīng)儲存在清潔而干燥的倉庫內(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，通過對鋼絲繩失效因素進(jìn)行分析。以便能提高 鋼絲繩的使用壽命。 （1）強(qiáng)度與伸長 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別有關(guān)。在設(shè)計(jì)鋼絲繩時， 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度等。鋼絲繩中的鋼絲通常采用含碳量為 0．50～ 0．80％的 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制作而成， 鋼繩的 彈性模量約 1.6x10N／mm。 這是在載荷作用下鋼絲可能伸長程度的度量。鋼絲繩受拉力作用時，各鋼絲為要 調(diào)整其位置以達(dá)到對應(yīng)所加載荷的穩(wěn)定性，將發(fā)生相對運(yùn)動。由此產(chǎn)生的伸長有 兩種形式，當(dāng)鋼絲繩第一次承受載荷時， 鋼絲將稍微重新排列，產(chǎn)生永久性伸長。 即結(jié)構(gòu)伸長；同時還產(chǎn)生可恢復(fù)的伸長，即彈性伸長。結(jié)構(gòu)伸長在一定程度取決 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量。 韌 性愈大抗失效性能愈好。 9 （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 時還加 速滑輪的磨損，隨滑輪尺寸的增大，繩與滑輪之問的 壓力下降，彎曲程度也減小。 如果僅考慮彎曲應(yīng)力，對 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)?，①對于多?shù)起重 設(shè)備，采用 這樣大的滑輪是不切實(shí)際的。② 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、扭轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速、卷筒 卷揚(yáng)失誤、腐蝕以及缺乏維護(hù) 等， 這些因素中的一個或幾個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 對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)生在各個線股相互接觸點(diǎn)之間及各個線股與繩芯接觸點(diǎn)之 間的部位，在這些部位破斷的 鋼絲常常很難察覺。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 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 10 卷筒時，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，卷簡直徑可比系統(tǒng)中的滑輪直徑稍小一點(diǎn)。因 為在每一個方向運(yùn)行時， 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，開始第一次彎曲；當(dāng)繩再伸 直離開滑輪時第二次彎曲。在有些情況下，繩的行程不大，在卷筒上來回運(yùn)行 時 一部分繩不通過滑輪運(yùn)動，則繩的彎曲次數(shù)即行減小，失效減緩。 采用開槽的卷筒，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 是過大的間隙，這對于防止未 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 ① 腐 蝕也是鋼絲繩失效的常見因素，由于使用 環(huán) 境形成的腐蝕氣氛，對鋼 絲繩壽命有較大影響。 ② 向 鋼絲繩施加沖擊載荷及其發(fā)生振動，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)處振動作用最為嚴(yán)重，可造成疲勞失效。 ③ 鋼絲繩在工作 過程中如 處于過高溫度下，也會因抗拉強(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 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。 11 4 卷筒的設(shè)計(jì) 電動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) 國家一直在不斷地發(fā)展和完善此項(xiàng)技術(shù)，但我國起重機(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 年代末期開始，我國陸續(xù)開發(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 產(chǎn)起重機(jī)卷筒裝置在技 術(shù)上有了長足的進(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)國有大型企業(yè)中應(yīng)用。 因此， 應(yīng)積 極向國內(nèi)推廣這 些有價(jià)值的新技術(shù)，全面提高我國起重機(jī)行 業(yè)的技術(shù) 水平，使國 產(chǎn)起重機(jī)在國際 市場上更有競爭力。我國起重機(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，國內(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 MAN 公司采用 的一種卷筒裝置，其關(guān)鍵技 術(shù)是在驅(qū)動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，未能在我國中小型起重機(jī)上推廣應(yīng)用。據(jù)近幾年對這種卷筒聯(lián)軸器應(yīng)用的 12 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 D1=h.d 4-1 式中： d── 鋼絲繩直徑； H── 與機(jī)構(gòu)工作級別和鋼絲繩機(jī)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)。 選擇系數(shù) h： 根據(jù) GB/T 3811—1983,h=14。 式中 d=8mm,所以 D1=h.d=14×8mm=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=(0.53～0.56)d 4-2 R=(0.53～0.56)d= (0.53～0.56)×8mm=5mm 繩槽深度（標(biāo)準(zhǔn)槽） 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 13 H1=（0.25～0.4)d 4-3 H1=(0.25～0.4)d=(0.25～0.4)×8mm=3.5mm 繩槽節(jié)距（標(biāo)準(zhǔn)槽） P1=d＋(2～4) 4-4??1 P1=d＋(2～4)=8mm＋(2～4)=12mm 卷筒厚度 剛卷筒: δ≈d 4-5 δ≈8mm 鑄鐵卷筒： δ≈0.02D＋（6～10）≥12mm 4-6 式中 D：── 卷筒繩槽底徑； D= D1-2 H1=112mm-3.5mm×2=105mm δ≈0.02D＋(6～10)=0.02×105mm＋(6～10)≈12mm 卷筒長度（單聯(lián)卷筒） 圖 6 卷筒長度示意圖 Ld=L0+2L1+L2 4-7 式中：L 1── 無繩槽的卷筒端部尺寸，按需要定； L2── 固定繩未所需長度，L 2≈3P； L0=（ + ）P1maxDH?Z 其中：H max── 最大起升高度，H max=9000mm； 14 M── 滑輪組倍數(shù)， 電動葫蘆 m=2； Z1── 鋼絲繩安全圈數(shù)， Z1≥1.5～3； P── 繩槽節(jié)距，P =12。 所以， L0=（ + ）P1maxDH? =（ ）×12≈640mm。29? L1 按需而定，取 L1=20mm L2≈3P=3×12mm=36mm 所以，L d=L0+2L1+L2=640mm+2×20mm+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： 4-8??2 )MPa(1max?uW?? 式中 ──由鋼絲繩最大拉力引起卷筒的最大彎矩， N·mmMumax 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， MPa?P1 剛: , ──屈服強(qiáng)度21s? 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。 ≈5263N·mMuax W=42560mm3 15 =115MPa?2 由 得，512?bp?? 5×115MPa=575MPa????≥5??2 有參考文獻(xiàn)［1］，根據(jù) GB/T 9439—1988,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 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 動葫蘆正常工作，所以采用不銹鋼材料， 這樣可以提高 電動葫蘆的使用壽命。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)尺寸見圖 8。 16 圖 7 壓繩板 6 導(dǎo)繩器的設(shè)計(jì) GB/T 6067—1985《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 697414—1986《起重機(jī)械名詞術(shù)語—機(jī)構(gòu)和零部件》對導(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。當(dāng)卷筒 轉(zhuǎn)動時，隨 鋼絲繩卷繞 ，由螺 紋槽帶動沿軸向移動， 隨時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。不過此類形式的導(dǎo)繩 器在使用中故障率比較高。 17 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)中用來卷繞鋼絲繩，傳遞動力，并把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)?直線運(yùn)動。 卷筒表面通常切出螺旋槽，其螺旋升角一般在 3°～4°，增加鋼絲繩的 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跳出螺旋槽，使 鋼絲繩排亂；有時鋼絲繩進(jìn)入 卷筒端部縫隙中會被擠壓變形；也會有鋼絲繩跳過幾個螺旋槽；不規(guī)則的排列， 會使鋼絲繩、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。 18 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. 19 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 867－1986, 型號：鉚釘 GB/T 867 4×7，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。考慮卷筒的 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一個軸 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，其一端有一個凸臺，作用在限位。具體結(jié)構(gòu)詳見卷筒的附圖。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。 20 圖 11 支撐件 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) 電動葫蘆選用了 ZD1 系列錐形轉(zhuǎn)子電動機(jī)，型號 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)子電動機(jī) ZD1 系列 錐形轉(zhuǎn)子電動機(jī)安裝圖和外形尺寸圖中各個尺寸見下表，電動機(jī) 法蘭的最大直徑 D2=290mm，最小直徑 D1=223mm。法蘭需要四個直徑為 φ13mm 的孔，相對的兩孔中心距為 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)子電動機(jī)外形尺寸 21 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 八個直徑為 φ6.5mm 的孔，相對的兩孔中心距為 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)套筒時首先要考慮套筒兩端法蘭安裝的要求，綜合考慮以上兩個法蘭 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 13237—1991, 優(yōu)質(zhì)碳素機(jī)構(gòu)鋼鋼板，厚度 為 5mm。通 過彎板機(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。套筒還要有于電動小車連接的部位，其形狀比較復(fù)雜， 22 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，套筒的總長是 773mm，缺口之間的夾角為 90°。 圖 14 套筒 套筒上懸掛電動小車的結(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。 23 圖 15 懸掛電動小車機(jī)構(gòu) 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 24 9 電動葫蘆提升系統(tǒng)總裝效果圖 總裝效果圖如圖 17。 圖 17 電動葫蘆提升系統(tǒng)總裝效果圖 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 間給我解決在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中遇到的一些困難，并且還通過其他方式幫助 我。其次要感謝與我同組的同學(xué)，沒有他們的幫忙和指 導(dǎo)我是做不好這次畢業(yè)設(shè) 計(jì)的。 25 參考文獻(xiàn) [1] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.1 [2] 阮忠唐.聯(lián)軸器、離合器 設(shè)計(jì)與選用指南[M].北京：化學(xué)工 業(yè)出版社，2006.2 [3] 陳立德.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)[M]. 北京：高等教育出版，2006.7 [4] 張質(zhì)文，虞和謙，包起帆.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京：中國鐵道出版社，1998.3 [5] 裘為章.實(shí)用起重機(jī)電氣技術(shù)手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.1 [6] 張展.機(jī)械設(shè)計(jì)通用手冊［M］.北京：中國勞動出版社，1994.5 [7] 劉澤九.滾動軸承應(yīng)用手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.1 [8] 林清安.Pro/ Engineer Wildfire 零件設(shè)計(jì)［M］.北京：中國 鐵道出版社， 2005.7 [9] 簡琦昭,柳迎春.Pro/ E 工業(yè)造型設(shè)計(jì)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2005.4 [10]孫恒，陳作模，葛文杰 .機(jī)械原理［M］.北京：高等教育出版社，2006.5 [11]濮良貴、紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.北京：高等教育出版社，2006.5 [12]汪琪.機(jī)械零件設(shè)計(jì)問題分析［M］.北京：中國致公出版社，1993.10 [13]王琳,陳笑.中文版 AutoCAD2007 機(jī)械圖形設(shè)計(jì)［M］.清華大學(xué)出版社， 2006.6 [14]曹巖.Pro/ENGINEER Wildfire3.0 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)力精解［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.1 [15]袁春杭，林存旗，王勁松.安全使用 CD1 型電葫蘆七要點(diǎn)[J].北京：中國設(shè)備管理， 2000.11.16-17 [16]宮本智.國外葫蘆起重機(jī)發(fā)展近況[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械， 1996.1 [17]趙定元.國內(nèi)鋼絲繩電動葫蘆的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].起重運(yùn)輸機(jī)械， 2004.7 [18]李康，李萬莉.Pro/精確構(gòu)建環(huán)鏈電動葫蘆斜齒輪的方法[J]，起重運(yùn)輸機(jī)械.2007.(12).64- 67. 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