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電動(dòng)絞車剎車裝置的設(shè)計(jì) 摘 要 機(jī)械是人類生產(chǎn)和生活的基本工具要素之一，是人類物質(zhì)文明最重要的一個(gè)組成部 分。機(jī)械工業(yè)擔(dān)負(fù)著向國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)和社會(huì)生活各個(gè)方面提供各種 性能先進(jìn)、使用安全可靠的技術(shù)裝備的任務(wù)，在國(guó)家現(xiàn)代化的建設(shè)中占有舉足輕重的地 位。20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，以微電子、信息、新材料、系統(tǒng)科學(xué)為代表的新一代科學(xué)技術(shù) 的發(fā)展及其在機(jī)械工程領(lǐng)域中廣泛滲透、應(yīng)用和衍生，極大的拓展了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造 活動(dòng)的深度和廣度，改變了現(xiàn)代制造業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方法、生產(chǎn)工 藝和設(shè)備以及生產(chǎn)組織模式，產(chǎn)生了一大批新的機(jī)械設(shè)計(jì)制造方法和制造系統(tǒng)。 電動(dòng)絞車作為一種機(jī)械產(chǎn)品，有著理論基礎(chǔ)不在局限于力學(xué)，制造過程的基礎(chǔ)也不 只是設(shè)計(jì)與制造經(jīng)驗(yàn)及技藝的總結(jié)。本設(shè)計(jì)涉及到了電動(dòng)機(jī)的選取，齒輪與傳動(dòng)裝置的 設(shè)計(jì)，還有制動(dòng)裝置的選用以及減速器的計(jì)算，最后通過對(duì)零件的設(shè)計(jì)達(dá)到最后電動(dòng)絞 車的總裝要求。總之，本設(shè)計(jì)注意到了調(diào)整結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)科學(xué)基礎(chǔ)，反映在大學(xué)期間學(xué)習(xí) 到的知識(shí)的聯(lián)系和銜接，內(nèi)容分配合理，即相互聯(lián)系又避免不必要的重復(fù)，在設(shè)計(jì)中形 成自己的特色，對(duì)自己以后工作墊下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)；聯(lián)軸器；傳動(dòng)裝置；減速器；制動(dòng)裝置 Abstract Machinery is the basic tool of human production and life of human material civilization, is one of the most important part of. Machinery industry is responsible for the national economic sectors, including industrial, agricultural and each aspect of social life with a variety of advanced performance, safe and reliable use of the technology and equipment of the task, in the national modernization construction occupies the position of play a decisive role. Since the nineteen eighties, microelectronics, information, new material, system science as the representative of the new generation of the development of science and technology and in the mechanical engineering field widely, application and derivative, greatly expanding the product design and manufacture of mechanical activity of the depth and breadth of modern manufacturing industry, changed the method of product design, product structure, production methods, production technology and equipment and the production organization pattern, resulting in a large number of new mechanical design manufacturing method and system. Electric winch is a mechanical product, a theoretical basis is not limited to mechanical, manufacturing process based not only design and manufacturing experience and technology summary. This design involves the selection of electric motor, gear and gear design, and the braking device selection and the speed reducer are calculated, finally through to reach the final parts of the design of electric winch assembly requirements. In short, this design pay attention to adjust a structure, strengthen the scientific basis, reflected in the university period to learn knowledge of contact and connection, content distribution is reasonable, namely the interrelated and avoid unnecessary duplication, in the design of forming its own characteristics, to their later work mat foundation. Key words：Motor；Coupling；Gear；Reducer；Braking device 目 錄 摘 要 ......................................................................1 1 緒論 ......................................................................1 1.1 絞車的研究現(xiàn)狀 .........................................................1 1.2 絞車的種類 .............................................................1 1.3 絞車的應(yīng)用 .............................................................2 1.4 絞車設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 .....................................................3 2 電動(dòng)機(jī)的選取 ..............................................................4 2.1 電動(dòng)機(jī)的功能 ...........................................................4 2.2 電動(dòng)機(jī)的種類 ...........................................................4 2.3 電動(dòng)機(jī)選取與計(jì)算 .......................................................7 3 制動(dòng)系統(tǒng) ..................................................................9 3.1 離合器的設(shè)計(jì) ...........................................................9 3.2 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 ......................................................11 3.2.1 制動(dòng)器的外形 ......................................................11 3.2.2 制動(dòng)器系數(shù)的分析 ..................................................13 3.2.3 制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定 ..............................................13 3.3 制動(dòng)器主要零部件 ......................................................14 3.4 摩擦襯片的磨損特性計(jì)算 ................................................15 4 減速器的設(shè)計(jì) .............................................................17 4.1 傳動(dòng)參數(shù)的設(shè)計(jì) ........................................................17 4.2 減速器齒輪選擇和計(jì)算 ..................................................18 4.3 軸的計(jì)算和校核 ........................................................25 5 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) .............................................................27 5.1 聯(lián)軸器的種類和選用因素 ................................................27 5.2 聯(lián)軸器的功能用途 ......................................................29 5.3 聯(lián)軸器的材料 ..........................................................30 6 其他附件的設(shè)計(jì) ............................................................31 7 結(jié)語(yǔ) ......................................................................32 參考文獻(xiàn) ...................................................................33 致 謝 .....................................................................34 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 0 1 緒論 1.1 絞車的研究現(xiàn)狀 絞車又稱為卷?yè)P(yáng)機(jī)，主要運(yùn)用于建筑、水利工程、林業(yè)、礦山、碼頭等的物料升降 或平拖。是用卷筒纏繞鋼絲繩或鏈條以提升或牽引重物的輕小型起重設(shè)備。 絞 車 具 有 以 下 特 點(diǎn) ： 通 用 性 高 、 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 體 積 小 、 重 量 輕 、 起 重 大 。 使 用 轉(zhuǎn) 移 方 便 ， 被 廣 泛 應(yīng) 用 于 建 筑 、 水 利 工 程 、 林 業(yè) 、 礦 山 、 碼 頭 等 的 物 料 升 降 或 平 拖 ， 還 可 作 現(xiàn) 代 化 電 控 自 動(dòng) 作 業(yè) 線 的 配 套 設(shè) 備 。 有 0.5~350 噸 ， 分 為 快 速 和 慢 速 兩 種 。 其 中 高 于 20 噸 的 為 大 噸 位 絞 車 ,絞 車 可 以 單 獨(dú) 使 用 ， 也 可 作 為 起 重 、 筑 路 和 礦 井 提 升 等 機(jī) 械 中 的 組 成 部 件 ， 因 操 作 簡(jiǎn) 單 、 繞 繩 量 大 、 移 置 方 便 而 廣 泛 應(yīng) 用 。 絞 車 主 要 技 術(shù) 指 標(biāo) 有 額 定 負(fù) 載 、 支 持 負(fù) 載 、 繩 速 、 容 繩 量 等 。 使 用 轉(zhuǎn) 移 方 便 ， 被 廣 泛 應(yīng) 用 于 建 筑 、 水 利 工 程 、 林 業(yè) 、 礦 山 、 碼 頭 等 的 物 料 升 降 或 平 拖 ， 還 可 作 現(xiàn) 代 化 電 控 自 動(dòng) 作 業(yè) 線 的 配 套 設(shè) 備 。 有 0.5 噸 ~350 噸 ， 分 為 快 速 和 慢 速 兩 種 。 其 中 高 于 20 噸 的 為 大 噸 位 絞 車 ,絞 車 可 以 單 獨(dú) 使 用 ， 也 可 作 為 起 重 、 筑 路 和 礦 井 提 升 等 機(jī) 械 中 的 組 成 部 件 ， 因 操 作 簡(jiǎn) 單 、 繞 繩 量 大 、 移 置 方 便 而 廣 泛 應(yīng) 用 。 絞 車 主 要 技 術(shù) 指 標(biāo) 有 額 定 負(fù) 載 、 支 持 負(fù) 載 、 繩 速 、 容 繩 量 等 。 1.2 絞車的種類 絞 車 按 照 動(dòng) 力 分 為 手 動(dòng) 、 電 動(dòng) 、 液 壓 三 類 。 從 用 途 上 分 類 可 分 為 建 筑 用 絞 車 和 船 用 絞 車 。 絞 車 按 照 功 能 可 以 分 為 ： 船 用 絞 車 、 工 程 絞 車 、 礦 用 絞 車 、 電 纜 絞 車 等 等 。 按 照 卷 筒 形 式 分 為 單 卷 筒 和 和 雙 卷 筒 。 按 照 卷 筒 的 分 布 形 式 有 并 列 雙 卷 筒 和 前 后 雙 卷 筒 ， 特 殊 符 號(hào) 的 絞 車 有 變 頻 絞 車 ， 雙 筒 絞 車 ， 手 剎 杠 桿 式 雙 制 動(dòng) 絞 車 ， 帶 限 位 器 絞 車 ， 電 控 絞 車 ， 電 控 手 剎 離 合 絞 車 ， 大 型 雙 筒 雙 制 動(dòng) 絞 車 ， 大 型 外 齒 輪 絞 車 ， 大 型 液 壓 絞 車 ， 大 型 外 齒 輪 帶 排 繩 器 絞 車 ， 雙 曳 引 輪 絞 車 ， 大 型 液 壓 雙 筒 雙 制 動(dòng) 絞 車 ， 變 頻 帶 限 位 器 絞 車 。 手 動(dòng) 絞 車 的 手 柄 回 轉(zhuǎn) 的 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上 裝 有 停 止 器 (棘輪和 棘爪) ， 可 使 重 物 保 持 在 需 要 的 位 置 。 裝 配 或 提 升 重 物 用 的 手 動(dòng) 絞 車 還 應(yīng) 設(shè) 置 安 全 手 柄 和 制動(dòng)器。 手 動(dòng) 絞 車 一 般 用 在 起 重 量 小 、 設(shè) 施 條 件 較 差 或 無(wú) 電 源 的 地 方 。 電 動(dòng) 絞 車 廣 泛 用 于 工 作 繁 重 和 所 需 牽 引 力 較 大 的 場(chǎng) 所 。 單 卷 筒 電 動(dòng) 絞 車 的 電 動(dòng) 機(jī) 經(jīng) 減速器帶 動(dòng) 卷 筒 ， 電動(dòng)機(jī)與 減 速 器 輸 入 軸 之 間 裝 有 制 動(dòng) 器 。 為 適 應(yīng) 提 升 、 牽 引 和 回轉(zhuǎn) 等 作 業(yè) 的 需 要 ， 還 有 雙 卷 筒 和 多 卷 筒 裝 置 的 絞 車 。 一 般 額 定 載 荷 低 于 10T 的 絞 車 可 以 設(shè) 計(jì) 成 電 動(dòng) 絞 車 。 液 壓 絞 車 主 要 是 額 定 載 荷 較 大 的 絞 車 ， 一 般 情 況 下 10T 以 上 到 5000T 的 絞 車 設(shè) 計(jì) 成 液 壓 絞 車 。 其 結(jié) 構(gòu) 主 要 由 液 壓 馬 達(dá) （ 低 速 或 高 速 馬 達(dá) ） 、 液 壓 常 閉 多 片 式 制 動(dòng) 器 、 行 星 齒 輪 箱 、 離 合 器 (選 配 )、 卷 筒 、 支 撐 軸 、 機(jī) 架 、 壓 繩 器 (選 配 )等 組 成 。 液 壓 馬 達(dá) 具 有 很 高 的 機(jī) 械 效 率 ， 起 動(dòng) 扭 矩 大 ， 并 可 根 據(jù) 工 況 要 求 帶 不 同 的 配 流 器 ， 還 可 根 據(jù) 用 戶 需 要 設(shè) 計(jì) 閥 組 直 接 集 成 于 馬 達(dá) 配 油 器 上 ， 如 帶 平 衡 閥 、 過 載 閥 、 高 壓 梭 閥 、 調(diào) 速 換 向 閥 或 其 他 性 能 的 閥 組 ， 制 動(dòng) 器 、 行 星 齒 輪 箱 等 直 接 安 裝 于 卷 筒 內(nèi) ， 卷 筒 、 支 撐 軸 、 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 機(jī) 架 根 據(jù) 力 學(xué) 要 求 設(shè) 計(jì) ， 整 體 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 潔 合 理 并 具 有 足 夠 的 強(qiáng) 度 和 剛 性 。 因 而 該 系 列 絞 車 在 結(jié) 構(gòu) 上 具 有 緊 湊 、 體 積 小 、 重 量 輕 、 外 形 美 觀 等 特 點(diǎn) ， 在 性 能 上 則 具 有 安 全 性 好 、 效 率 高 、 起 動(dòng) 扭 矩 大 、 低 速 穩(wěn) 定 性 好 、 噪 音 小 、 操 作 可 靠 等 特 點(diǎn) 。 值 得 一 提 的 是 液 壓 馬 達(dá) 高 的 容 積 效 率 和 美 國(guó) SUN 公 司 優(yōu) 質(zhì) 的 平 衡 閥 解 決 了 一 般 絞 車 都 存 在 的 二 次 下 滑 和 空 鉤 抖 動(dòng) 現(xiàn) 象 ， 使 得 該 系 列 液 壓 絞 車 的 提 升 、 下 放 和 制 動(dòng) 過 程 平 穩(wěn) ， 帶 離 合 器 的 絞 車 還 可 實(shí) 現(xiàn) 自 由 下 放 。 安 裝 于 配 流 盤 上 的 集 成 閥 組 則 有 效 地 簡(jiǎn) 化 了 用 戶 的 液 壓 系 統(tǒng) 。 由 于 該 系 列 絞 車 具 備 上 述 優(yōu) 點(diǎn) ， 使 其 廣 泛 應(yīng) 用 于 船 舶 、 鐵 路 、 工 程 機(jī) 械 、 石 油 、 地 質(zhì) 勘 探 、 冶 金 等 行 業(yè) ， 其 優(yōu) 良 性 能 得 到 了 用 戶 的 認(rèn) 可 。 例 ： 安 裝 在 直 升 機(jī) 上 的 救 援 設(shè) 備 ， 主 要 功 用 是 將 人 或 物 吊 起 、 放 下 ， 自 有 動(dòng) 力 ， 可 控 制 ， 直 升 機(jī) 在 保 持 高 度 懸 停 時(shí) ， 通 過 絞 車 手 的 控 制 可 收 放 鋼 索 將 人 或 物 吊 起 放 下 。 1.3 絞車的應(yīng)用 電動(dòng)絞車是一種起重設(shè)備，由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、搬運(yùn)安裝靈活、維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單、操 作力便、價(jià)格低廉和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于物料提升、水平或傾斜曳引重 物、打樁、集材、冷拉鋼筋、設(shè)備安裝等工作中。 提升重物是電動(dòng)絞車的一種主要功能，所以各類絞車的設(shè)計(jì)都是根據(jù)這一要求為依 據(jù)的。雖然目前塔吊、汽車吊等取代了絞車的部分工作，如塔吊在建筑工地上用于物料 和構(gòu)件的提升工作，但由于塔吊成本高，一般在大型建筑中使用，而且靈活性較差，故 一般中小型建筑仍然廣泛應(yīng)用電動(dòng)絞車，就是大型建筑中雖有塔吊，也還需用電動(dòng)絞車 作輔助提升用；汽車吊升雖然靈活方便，但也因?yàn)槌杀咎撸荒茉诮ㄖI(yè)中被廣泛 應(yīng)用，所以大型設(shè)備的安裝仍然是由電動(dòng)絞車承擔(dān)的。絞車除在建筑工地、設(shè)備安裝等 方面被廣泛應(yīng)用外，在冶金、礦山等行業(yè)中亦廣泛應(yīng)用，如高爐料鐘和物料的提升，小 型礦井的物料提升，船舶上做模的提升等。電動(dòng)絞車用于提升重物時(shí)，需要有門字架、 桅桿等配套設(shè)備方能實(shí)現(xiàn)。 電動(dòng)絞車還可應(yīng)用于林區(qū)的集材工作，建筑業(yè)的冷拉鋼筋，小型礦井的水平、傾斜 運(yùn)輸?shù)人交蚵氁芬梦锏墓ぷ骱痛驑兜裙ぷ鳌Ｕ驗(yàn)殡妱?dòng)絞車具有多種用途，所以它 已不僅用于建筑業(yè)，而且在冶金、化工、水電、農(nóng)業(yè)、軍事及交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)亦被廣泛 應(yīng)用。 在國(guó)外，絞車的品種繁多，應(yīng)用也很廣泛。在西方技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家中．雖然工業(yè)水 平先進(jìn)，機(jī)械化程度不斷提高，起重設(shè)備也在不斷更新，但仍不能完全淘汰絞車這樣的 行之有效的簡(jiǎn)單機(jī)械設(shè)備。 美國(guó)生產(chǎn)電動(dòng)絞車的廠家有近百家，主要有貝波國(guó)際有限公司、哲恩有限公司等， 日本從明治 30 年開始制造和使用絞車，北川鐵工所是一家大型生產(chǎn)廠，其生產(chǎn)的絞車品 種系列比較齊全，法國(guó)生產(chǎn)絞車的廠家很多，其中包藤公司就是生產(chǎn)絞車的主要廠家之 一。其他國(guó)家，如俄羅斯、英國(guó)、挪威、瑞典、加拿大、德國(guó)等也都生產(chǎn)著不同用途的 各種型號(hào)的絞車。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 1.4 絞車設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)的題目是電動(dòng)絞車的剎車裝置，即制動(dòng)器的設(shè)計(jì)，絞車由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重 量不大、移動(dòng)方便，而被廣泛應(yīng)用于礦山地面、冶金礦場(chǎng)或建筑工地等進(jìn)行調(diào)度和其它 的運(yùn)輸工作。 鼓式制動(dòng)器是最早形式的汽車制動(dòng)器，當(dāng)盤式制動(dòng)器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛用 干各類汽車上。鼓式制動(dòng)器又分為內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器和外束型鼓式制動(dòng)器兩種結(jié)構(gòu)型式。 內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器的摩擦元件是一對(duì)帶有圓弧形摩擦蹄片的制動(dòng)蹄，后者則安裝在制動(dòng) 底板上，而制動(dòng)底板則緊固在前橋的前梁或后橋橋殼半袖套管的凸緣上，其旋轉(zhuǎn)的摩擦 元件為制動(dòng)鼓。車輪制動(dòng)器的制動(dòng)鼓均固定在輪鼓上。制動(dòng)時(shí)，利用制動(dòng)鼓的圓柱內(nèi)表 面與制動(dòng)蹄摩擦路片的外表面作為一對(duì)摩擦表面在制動(dòng)鼓上產(chǎn)生摩擦力矩，故又稱為蹄 式制動(dòng)器。外束型鼓式制動(dòng)器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動(dòng)帶，其旋 轉(zhuǎn)摩擦元件為制動(dòng)鼓，并利用制動(dòng)鼓的外因柱表面與制動(dòng)帶摩擦片的內(nèi)圓弧面作為一對(duì) 摩擦表面，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動(dòng)鼓，故又稱為帶式制動(dòng)器。在汽車制動(dòng)系中，帶式 制動(dòng)器曾僅用作一些汽車的中央制動(dòng)器，但現(xiàn)代汽車已很少采用。所以內(nèi)張型鼓式制動(dòng) 器通常簡(jiǎn)稱為鼓式制動(dòng)器，通常所說(shuō)的鼓式制動(dòng)器就是指這種內(nèi)張型鼓式結(jié)構(gòu)。 我所設(shè)計(jì)的剎車裝置的名字叫做電力液壓鼓式制動(dòng)器，它則用于各種起重，皮帶運(yùn) 輸，港口裝卸，冶金及建筑機(jī)械中各種機(jī)構(gòu)減速和停車制動(dòng)。它和電動(dòng)機(jī)是一個(gè)電源， 當(dāng)剎車時(shí)，電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器斷電，制動(dòng)器由于斷電則迅速抱緊電動(dòng)機(jī)的軸，使電動(dòng)機(jī)迅 速停止，達(dá)到絞車剎車的作用，通電以后，制動(dòng)器則松開電動(dòng)機(jī)的軸，使其正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。 該設(shè)計(jì)采用連鎖式退距均等裝置，在使用過程中可始終保持倆測(cè)瓦片退距均等且無(wú)需調(diào) 節(jié)，這樣可完全避免因退距不均使一側(cè)制動(dòng)襯墊伏貼制動(dòng)輪的現(xiàn)象，并設(shè)有瓦片自動(dòng)隨 位裝置，而且主要擺動(dòng)絞點(diǎn)均設(shè)有潤(rùn)滑軸承，傳動(dòng)效率高，壽命長(zhǎng)，在使用過程中無(wú)需 潤(rùn)滑，制動(dòng)彈簧在方管內(nèi)部在一側(cè)設(shè)有標(biāo)尺，用戶十分方便的讀出制動(dòng)力矩值，免去計(jì) 算和測(cè)量的麻煩。制動(dòng)襯墊為卡裝式整體成型結(jié)構(gòu)，更換十分方便，快捷，并備有半金 屬硬質(zhì)和半硬質(zhì)，軟質(zhì)等不同材料的制動(dòng)襯墊供用戶選擇，而且它還可以手動(dòng)釋放，釋 放開閘和閉閘限位開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器是否正常釋放或閉合的信號(hào)顯示。還帶有下降延 遲閥，可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器的延時(shí)閉合。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2 電動(dòng)機(jī)的選取 2.1 電動(dòng)機(jī)的功能 電動(dòng)機(jī)的功能主要表現(xiàn)在能量轉(zhuǎn)換和輸出量的控制倆方面，所謂電動(dòng)機(jī)是一種旋轉(zhuǎn) 的電動(dòng)機(jī)，它從電網(wǎng)輸出電能，轉(zhuǎn)化成軸上輸出的機(jī)械能，從而實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn) 化，之所以稱之為旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)是因?yàn)闄C(jī)械能的輸出是以轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的形式出現(xiàn)的，然而電 動(dòng)機(jī)并不都是旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，例如直線電動(dòng)機(jī)，它可以直接把電能轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械 能輸出，當(dāng)然絕大多數(shù)的電動(dòng)機(jī)是旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。 電動(dòng)機(jī)的另一個(gè)功能就是可以對(duì)輸出量進(jìn)行控制，即可以對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的 狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)于調(diào)速電動(dòng)機(jī)，伺服電動(dòng)機(jī)等作為控制系統(tǒng)中的執(zhí)行部件而使用的電 動(dòng)機(jī)，這種輸出量控制功能十分重要。顯然，這種場(chǎng)合，電動(dòng)機(jī)除了完成能量的轉(zhuǎn)換的 功能之外，其控制功能也應(yīng)滿足系統(tǒng)的要求。 電動(dòng)機(jī)與半導(dǎo)體裝置等各種控制裝置的組合就是電動(dòng)機(jī)成套裝置，電動(dòng)機(jī)成套裝置 能完成各種各樣的控制功能，這些控制功能僅僅依靠電動(dòng)機(jī)本身是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，這種情 況下，究竟是一臺(tái)電動(dòng)機(jī)還是一套裝置，有時(shí)難以區(qū)分，實(shí)用上，可把這種成套裝置作 為一個(gè)單元來(lái)考慮，與單體電動(dòng)機(jī)并列，以便對(duì)其性能有一個(gè)更清楚的比較。 2.2電動(dòng)機(jī)的種類 電動(dòng)機(jī)主要包括一個(gè)用以產(chǎn)生磁場(chǎng)的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電樞 或轉(zhuǎn)子，其導(dǎo)線中有電流通過并受磁場(chǎng)的作用而使轉(zhuǎn)動(dòng)，這些機(jī)器中有些類型可作電動(dòng) 機(jī)用，也可作發(fā)電機(jī)用。它是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)器。通常電動(dòng)機(jī)的作功部分 作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種電動(dòng)機(jī)稱為轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)；也有作直線運(yùn)動(dòng)的，稱為直線電動(dòng)機(jī)。電動(dòng) 機(jī)能提供的功率范圍很大，從毫瓦級(jí)到萬(wàn)千瓦級(jí)。電動(dòng)機(jī)的使用和控制非常方便，具有 自起動(dòng) 、加速 、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、掣住等能力，能滿足各種運(yùn)行要求；電動(dòng)機(jī)的工作效率較 高，又沒有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。由于它的一系列優(yōu)點(diǎn)，所以在工農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設(shè)備等各方面廣泛應(yīng)用。 圖 2-1 電動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 電動(dòng)機(jī)使用了電流的磁效應(yīng)原理，發(fā)明這一原理的的是丹麥物理學(xué)家奧斯特 1777 年 8 月 14 日生于蘭格朗島魯?shù)聠藤e的一個(gè)藥劑師家庭。1794 年考入哥本哈根大學(xué)，1799 年 獲博士學(xué)位。1801～1803 年去德、法等國(guó)訪問，結(jié)識(shí)了許多物理學(xué)家及化學(xué)家。1806 年 起任哥本哈根大學(xué)物理學(xué)教授，1815 年起任丹麥皇家學(xué)會(huì)常務(wù)秘書。1820 年因電流磁效 應(yīng)這一杰出發(fā)現(xiàn)獲英國(guó)皇家學(xué)會(huì)科普利獎(jiǎng)?wù)隆?829 年起任哥本哈根工學(xué)院院長(zhǎng)。1851 年 3 月 9 日在哥本哈根逝世。他曾對(duì)物理學(xué)、化學(xué)和哲學(xué)進(jìn)行過多方面的研究。由于受康德 哲學(xué)與謝林的自然哲學(xué)的影響，堅(jiān)信自然力是可以相互轉(zhuǎn)化的，長(zhǎng)期探索電與磁之間的 聯(lián)系。1820 年 4 月終于發(fā)現(xiàn)了電流對(duì)磁針的作用，即電流的磁效應(yīng)。同年 7 月 21 日以 《關(guān)于磁針上電沖突作用的實(shí)驗(yàn)》為題發(fā)表了他的發(fā)現(xiàn)。這篇短短的論文使歐洲物理學(xué) 界產(chǎn)生了極大震動(dòng)，導(dǎo)致了大批實(shí)驗(yàn)成果的出現(xiàn)，由此開辟了物理學(xué)的新領(lǐng)域──電磁 學(xué)。 1812 年他最先提出了光與電磁之間聯(lián)系的思想。1822 年他對(duì)液體和氣體的壓縮性進(jìn) 行了實(shí)驗(yàn)研究。1825 年提煉出鋁，但純度不高。在聲學(xué)研究中，他試圖發(fā)現(xiàn)聲所引起的 電現(xiàn)象。他的最后一次研究工作是抗磁性。他是一位熱情洋溢重視科研和實(shí)驗(yàn)的教師， 他說(shuō)：“我不喜歡那種沒有實(shí)驗(yàn)的枯燥的講課，所有的科學(xué)研究都是從實(shí)驗(yàn)開始的” 。因 此受到學(xué)生歡迎。他還是卓越的講演家和自然科學(xué)普及工作者，1824 年倡議成立丹麥科 學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)，創(chuàng)建了丹麥第一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)室。1908 年丹麥自然科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)建立“奧斯 特獎(jiǎng)?wù)隆?，以表彰做出重大貢獻(xiàn)的物理學(xué)家。1934 年以“奧斯特”命名 CGS 單位制中的磁 場(chǎng)強(qiáng)度單位。1937 年美國(guó)物理教師協(xié)會(huì)設(shè)立“奧斯特獎(jiǎng)?wù)隆?，獎(jiǎng)勵(lì)在物理教學(xué)上做出貢獻(xiàn) 的物理教師。 電動(dòng)機(jī)根據(jù)用戶需要也可以制成帶串勵(lì)繞組。中心高 100～280mm 的電動(dòng)機(jī)無(wú)補(bǔ)償繞 組，但中心高 250mm、280mm 的電動(dòng)機(jī)根據(jù)具體情況和需要可以制成帶補(bǔ)償繞組，中心高 315～450mm 的電動(dòng)機(jī)帶有補(bǔ)償繞組。中心高 500～710mm 的電動(dòng)機(jī)外形安裝尺寸及技術(shù)要 求均符合 IEC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)的機(jī)械尺寸公差符合 ISO 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 冷卻方式和結(jié)構(gòu)、安 裝形式 IC06：自帶鼓風(fēng)機(jī)的外通風(fēng)； ICl7：冷卻空氣進(jìn)口為管道，出口為百葉窗排風(fēng)； IC37：即冷卻空氣進(jìn)出口均為管道；IC611：全封閉帶空氣/空氣冷卻器；ICW37A86：全 封閉帶空氣/水冷卻器。并有多種派生形式，如自通風(fēng)型、帶軸向風(fēng)機(jī)型、封閉型、空／ 空冷卻器型等。 電動(dòng)機(jī)當(dāng)中的同步電動(dòng)機(jī)不但功率因數(shù)高，而且其轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，只決定于 電網(wǎng)頻率。工作較穩(wěn)定。在要求寬范圍調(diào)速的場(chǎng)合多用直流電動(dòng)機(jī)。但它有換向器，結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，維護(hù)困難，不適于惡劣環(huán)境。20 世紀(jì) 70 年代以后，隨著電力電子技 術(shù)的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)漸趨成熟，設(shè)備價(jià)格日益降低，已開始得到應(yīng)用 。電 動(dòng)機(jī)在規(guī)定工作制式（連續(xù)式、短時(shí)運(yùn)行制、斷續(xù)周期運(yùn)行制）下所能承擔(dān)而不至引起 電機(jī)過熱的最大輸出機(jī)械功率稱為它的額定功率，使用時(shí)需注意銘牌上的規(guī)定。電動(dòng)機(jī) 運(yùn)行時(shí)需注意使其負(fù)載的特性與電機(jī)的特性相匹配，避免出現(xiàn)飛車或停轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)能提 供的功率范圍很大，從毫瓦級(jí)到萬(wàn)千瓦級(jí)。 電動(dòng)機(jī)的使用和控制非常方便，具有自起動(dòng)、 加速、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、掣住等能力，能滿足各種運(yùn)行要求；電動(dòng)機(jī)的工作效率較高，又沒 有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。由于它的一系列優(yōu)點(diǎn)，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 交通運(yùn)輸、國(guó)防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設(shè)備等各方面廣泛應(yīng)用。一般電動(dòng)機(jī)調(diào)速 時(shí)其輸出功率會(huì)隨轉(zhuǎn)速而變化。 圖 2-2 電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 電動(dòng)機(jī)從能量消耗的角度看，調(diào)速大致可分兩種 ： （1）保持輸入功率不變 。通過改變調(diào)速裝置的能量消耗，調(diào)節(jié)輸出功率以調(diào)節(jié)電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)速。 （2）控制電動(dòng)機(jī)輸入功率以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)電機(jī)、變頻電 機(jī)、調(diào)速電機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)、高壓電機(jī)、多速電機(jī)、雙速電機(jī)和防爆電機(jī)。 Y(IP44)系列異步電動(dòng)機(jī)容量從 0.55～200kW，B 級(jí)絕緣，防護(hù)等級(jí) IP44，達(dá)到國(guó)際 電工委員會(huì)(IEC)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品達(dá)到 20 世紀(jì) 70 年代末國(guó)際水平，全系列加權(quán)平均效率比 JO2 系列提高 0.43%，年產(chǎn)量約 2000 萬(wàn) kW。Yx 系列高效電動(dòng)機(jī) 該類電機(jī)由上海電器科學(xué)研究所組織電機(jī)行業(yè)研制成功，容量 1.5～90kW，有 2，4，6 等 3 種極數(shù)。全系列電動(dòng)機(jī)效率平均比 Y(IP44)系列高 3%左右，接近國(guó)際先進(jìn)水 平。適用于單方向運(yùn)行，年工作時(shí)間在 3000h 以上。負(fù)載率大于 50%的場(chǎng)合，節(jié)電效果顯 著。該系列電動(dòng)機(jī)產(chǎn)量不高，年產(chǎn)量約 1 萬(wàn) kW。 變極調(diào)速電機(jī)，主要產(chǎn)品有在國(guó)內(nèi)已批量生產(chǎn)的 YD(90.45～160kW)， YDT(0.17～160kW)，YDB(0.35～82kW)，YD(0.2～24kW)，YDFW(630～4000kW)等 8 個(gè)系列 產(chǎn)品，達(dá)到國(guó)際平均應(yīng)用水平。電磁滑差調(diào)速電機(jī)，中國(guó)已批量生產(chǎn) YCT(0.55～90kW)， YCT2(15～250kW)，YCTD(0.55～90kW)，YCTE(5.5～630kW)，YCTJ(0.55～15kW)等 8 個(gè)系 列產(chǎn)品，達(dá)到國(guó)際平均應(yīng)用水平，其中 YCTE 系列的技術(shù)水平最高，最有發(fā)展前途。 （1） 按工作電源分類根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。其中交 流電動(dòng)機(jī)還分為單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)。 （2）按結(jié)構(gòu)及工作原理分類電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及 工作原理可分為直流電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)還可分為永磁同步 電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同布電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)可分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 器電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又分為三相異步電動(dòng)機(jī)、單電動(dòng)機(jī)，相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電 動(dòng)機(jī)等。交流換向器電動(dòng)機(jī)又分為單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。 （3）按起動(dòng)與運(yùn)行方式分類電動(dòng)機(jī)按起動(dòng)與運(yùn)行方式可分為電容起動(dòng)式單相異步電動(dòng)機(jī)、 電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)和分相式單相異步電動(dòng)機(jī)。 (4)按用途分類電動(dòng)機(jī)按用途可分為驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)又分為 電動(dòng)工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動(dòng)機(jī)、家電（包括 洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹 風(fēng)、電動(dòng)剃須刀等）用電動(dòng)機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、 醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動(dòng)機(jī)。控制用電動(dòng)機(jī)又分為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)等。 (5)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異 步電動(dòng)機(jī)）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動(dòng)機(jī)） 。(6)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度分 類電動(dòng)機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可分為高速電動(dòng)機(jī)、低速電動(dòng)機(jī)、恒速電動(dòng)機(jī)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)。 2.3 電動(dòng)機(jī)選取與計(jì)算 電動(dòng)機(jī)選擇的原則：在電動(dòng)機(jī)能夠滿足機(jī)械負(fù)載要求的前提下，最為經(jīng)濟(jì)合理地決 定電動(dòng)機(jī)功率。 建筑絞車屬于非連續(xù)制工作機(jī)械，而且起動(dòng)、制動(dòng)頻繁。因此，選擇電 動(dòng)機(jī)應(yīng)與其工作特點(diǎn)相適應(yīng)。 建筑絞車主要采用三相交流異步電動(dòng)機(jī)。根據(jù)建筑行業(yè)的工作特點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)工作制 應(yīng)考慮選擇短時(shí)重復(fù)工作制和短時(shí)工作制并優(yōu)先選用冶金及起重用異步電動(dòng)機(jī) YZR(繞線 轉(zhuǎn)子) 、YZ(籠型轉(zhuǎn)子)系列專用電動(dòng)機(jī)。其特點(diǎn)示有良好的密封性，其防護(hù)等級(jí)為 IP54。 電動(dòng)機(jī)功率的選擇，建筑絞車電動(dòng)機(jī)功率的初選可以按所需的靜功率計(jì)算，然后根 據(jù)其工作方式進(jìn)一步確定并校核。 計(jì)算公式為 P= = （2-1）?60eVF32017.8.9KW?? 式中 ――鋼絲繩額定拉力 32KN; ――鋼絲繩額定速度 30m/min; ――建筑絞車e eV? 整機(jī)傳動(dòng)效率。這里包括傳動(dòng)裝置，軸承，連軸器，離合器，卷筒纏繞等總的效率。在 這里初步取 90％ 電動(dòng)機(jī)工作制的選擇，電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，負(fù)載持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱情況影 響很大，因而對(duì)決定電動(dòng)機(jī)的功率也有很大影響。按電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的不同情況，電動(dòng)機(jī)分 三種工作制，即連續(xù)工作制、短時(shí)工作制和短時(shí)重復(fù)工作制。建筑絞車所用電動(dòng)機(jī)工時(shí) 間短，電動(dòng)機(jī)溫升來(lái)不及達(dá)到穩(wěn)定值；停車時(shí)間亦短，電動(dòng)機(jī)也來(lái)不及完全冷卻到周圈 環(huán)境溫度，所以穩(wěn)定溫升為一溫度區(qū)間，在這種情況下。一般都選擇短時(shí)重復(fù)工作制。 我國(guó)專門生產(chǎn)了標(biāo)準(zhǔn)短時(shí)重復(fù)工作制電動(dòng)機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù) Fc 別為： 15％，25％，40％，60％。而且同一臺(tái)電動(dòng)機(jī) Fc 不同，擔(dān)負(fù)的負(fù)載也不同。對(duì)于短時(shí)重 復(fù)工作制，應(yīng)盡量選擇此類電動(dòng)機(jī)。 通過對(duì)功率的計(jì)算和工作制的選擇，本次設(shè)計(jì)選取的電動(dòng)機(jī)為 YZR 系列繞線轉(zhuǎn)子電 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 動(dòng)機(jī)，其有較高的機(jī)械強(qiáng)度和過載能力，并且轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，適合頻繁啟動(dòng)。所選具體型 號(hào)為 YZR－200L。 其基本參數(shù)為： 表 2-1電動(dòng)機(jī)參數(shù) 機(jī)座號(hào) 功率/KW 轉(zhuǎn)速 r/min 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg·2m轉(zhuǎn)子繞線開路電 壓/V 200L 22 964 0.67 200 電動(dòng)機(jī)的校核，電動(dòng)機(jī)校驗(yàn)主要是指電動(dòng)機(jī)熱功率的校驗(yàn)。一般按發(fā)熱校驗(yàn)電動(dòng)機(jī) 的功率，并根據(jù)負(fù)載性質(zhì)、電動(dòng)機(jī)類型作過載能力校驗(yàn)，如果采用籠型異步電動(dòng)機(jī)，則 還需作起動(dòng)能力校驗(yàn)。校驗(yàn)的結(jié)果應(yīng)滿足：在額定負(fù)載工況工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)不出現(xiàn)過熱 現(xiàn)象；在設(shè)計(jì)極限要求情況下，電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩或起動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)保證建筑絞車負(fù)載順利 起動(dòng)，特別是懸空重物的再次起動(dòng)。 在校驗(yàn)時(shí)，建筑絞車要求的負(fù)載持續(xù)率 Fc 值和每小時(shí)起動(dòng)次數(shù) Z 值應(yīng)根據(jù)實(shí)際工作 情況進(jìn)行計(jì)算。具體的電動(dòng)機(jī)發(fā)熱驗(yàn)算，按系數(shù)法進(jìn)行電動(dòng)機(jī)發(fā)熱計(jì)算。 （2-??Nkjx??25 2） 式中 ―――電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率， ―――機(jī)構(gòu)的靜載荷功率，參考文獻(xiàn)倪慶興，xNj 王煥勇主編《起重機(jī)械》上海交通大學(xué)出版社，1900 年電動(dòng)機(jī)靜功率 取電KNj/?? ＝1.5，則 ＝14.67KW； ―――考慮工作級(jí)別不同條件下?lián)Q算時(shí)的換算系數(shù)。得電Kj 25k ＝0.75； ―――考慮其電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間對(duì)發(fā)熱影響得系數(shù)。得 取 1.2。將數(shù)值代入25k? ? 上式得 kw2Nk.13Nj25x ????? 故所選電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件通過。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 3 制動(dòng)系統(tǒng) 3.1離合器的設(shè)計(jì) 手控絞車常使用圓錐摩擦離合器，并配以帶式制動(dòng)器進(jìn)行工作。圓錐摩擦離合器分 單錐式和雙錐式，見圖 3-1。絞車以使用單錐式為多。絞車亦有使用漲圈摩擦離合器的， 但目前使用較少。 圓錐摩擦離合器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接合比較平穩(wěn)，脫開后能保持摩擦面完全分離。但對(duì) 軸的偏心比較敏感，錐體加工要求高。由于圓錐摩擦離合器的接觸面積小，在傳遞大轉(zhuǎn) 矩時(shí)，外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊，接合平穩(wěn)性降低。因此，僅適用于中小噸位的絞車。 圖 3-1 圓錐摩擦離合器 （一）圓錐摩擦離合器的結(jié)構(gòu)及工作原理 如圖 3-1 所示，卷筒左端是摩擦離合器和制動(dòng)器，右端是棘輪停止器。摩擦離合器 的圓錐面和制動(dòng)器的摩擦面就是卷筒凸緣的內(nèi)外表面。摩擦塊與開式傳動(dòng)的大齒輪聯(lián)為 一體。通過操縱手柄 2（圖 3-2）使多線螺旋 12（圖 3-2）旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)頂桿 10（圖 3-2） 作軸向運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)推進(jìn)板 9 和墊圈 8，使卷筒沿軸向向左移動(dòng)與錐形摩擦面緊密結(jié)合，從 而使卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)。制動(dòng)前，必須先打開離合器，此時(shí)需按相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)離合器操縱手柄 2， 通過彈簧 5 的反作用力使卷筒與大齒輪脫離接觸。幾乎同時(shí)，帶式制動(dòng)器上閘進(jìn)行制動(dòng)。 為使制動(dòng)更加可靠，又使用了棘輪停止器。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 3-2 離合器、制動(dòng)器、停止器組合系統(tǒng) 1—主軸 2—齒輪 3—制動(dòng)輪 4—摩擦木 5—彈簧 6—卷筒 7—棘輪 8—墊圈 9—推進(jìn)板 10—頂桿 11—頂 絲箱 12—頂絲 13—擺動(dòng)臂 14—連桿 15—推力球軸承 16—彈簧壓蓋 17—調(diào)整螺栓 圖 3-3 離合器、制動(dòng)器操縱系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 1—制動(dòng)器操縱手柄 2—離合器操縱手柄 3—連接頭 4—連接桿 5—連接螺桿 6—制動(dòng)閘帶 7—彈簧 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 （二）圓錐摩擦離合器的參數(shù)確定 圓錐摩擦離合器的主要尺寸 （1）摩擦面的平均直徑摩擦面的平均直徑用下式計(jì)算 Dm=(D1+D2)/2=(4~6)d (mm) （3- 1） 式中 D2、D1——圓錐工作面的大端和小端直徑（mm） ；d——離合器軸徑（mm） 。Dm 值也可根據(jù)具體結(jié)構(gòu)確定。 （2）摩擦面的工作寬度 圓錐面母線工作部分寬度用下式計(jì)算 b=（0.15~0.25）Dm(mm) （3）摩擦錐的半錐角 為避免離合器接合后錐面自鎖不易脫開，通常取摩擦錐半角 ??arctn? 式中 u——離合器接合面的摩擦系數(shù)；ɑ——摩擦錐半錐角。上述參數(shù)，是離合器設(shè) 計(jì)的重要幾何參數(shù)。 3.2 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.2.1 制動(dòng)器的外形 為了確保絞車安全，可靠地工作，必須裝設(shè)制動(dòng)器。 制動(dòng)器分類、特點(diǎn)及其選擇，制動(dòng)器按用途可分為停止制動(dòng)、支持制動(dòng)和下降制動(dòng)三 種。停止和支持式制動(dòng)器具有停止和支持中午懸掛在空中的作用；而下降式制動(dòng)器除具 有前者停止運(yùn)動(dòng)的作用外，還具有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的作用。 按照工作狀態(tài)，制動(dòng)器又分為常閉式和常開式。常閉式制動(dòng)器經(jīng)常處于合閘狀態(tài)， 當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可利用人力、電磁力等外力使制動(dòng)器松閘。而常開式與此相反，它經(jīng)常 處于松閘狀態(tài)，只有施加外力時(shí)才能合閘。 按照制動(dòng)器結(jié)構(gòu)特征，又分為帶式制動(dòng)器、塊式制動(dòng)器、蹄式制動(dòng)器和盤式制動(dòng)器 四種。 絞車至少要裝一套常閉式的支持制動(dòng)器，并常采用帶式制動(dòng)器和外抱式制動(dòng)器，小 噸位絞車亦可采用蹄式制動(dòng)器。 在設(shè)計(jì)或選擇制動(dòng)器時(shí)，主要依據(jù)是制動(dòng)力矩。無(wú)論是標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)器，還是自行設(shè)計(jì) 的制動(dòng)器都要做必要的發(fā)熱驗(yàn)算。 帶式制動(dòng)器，帶式制動(dòng)器主要適合中小噸位的絞車。因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常將制動(dòng)輪與卷 筒做成一體。帶式制動(dòng)器的類型及工作原理。 帶式制動(dòng)器是用撓性鋼帶包圍制動(dòng)輪，而帶的一端或兩端固接在杠桿上，操縱杠桿 使帶壓緊制動(dòng)輪產(chǎn)生摩擦力，從而達(dá)到制動(dòng)輪的目的，見圖 3-4。 帶式制動(dòng)器常見有簡(jiǎn)單式、綜合式和差動(dòng)式三種類型。為了增加摩擦系數(shù)，在帶的 工作表面上裝有摩擦材料，如皮革、石棉和輥壓帶等。當(dāng)制動(dòng)器松閘時(shí)，應(yīng)使制動(dòng)帶與 帶輪間形成 1~1.5mm 的徑向間隙。為了使制動(dòng)帶均勻脫開，沿制動(dòng)帶包角圓段上裝設(shè)若干 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 彈簧，通過彈簧的徑向拉力，使制動(dòng)閘帶均勻脫離制動(dòng)輪。擰動(dòng)調(diào)整螺栓來(lái)調(diào)節(jié)帶與輪 的徑向間隙主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序等部 分。 制動(dòng)帶與杠桿的聯(lián)接是依靠制動(dòng)帶的兩端采用專門的聯(lián)接件與杠桿聯(lián)接，見圖 3-5。 其中一端作剛性固接，見圖 3-5a；另一端利用螺紋聯(lián)接，見圖 3-5b。 聯(lián)接處的鉚釘應(yīng)按剪切強(qiáng)度驗(yàn)算，對(duì)于材料 Q215A、Q235A 的鉚釘，杠桿與制動(dòng)帶聯(lián) 接結(jié)構(gòu)處的螺栓應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。必要時(shí)，還需對(duì)傳力杠桿剛度進(jìn)行校核。 當(dāng)松閘時(shí)，帶與制動(dòng)輪摩擦面之間的退距大小應(yīng)能根據(jù)制動(dòng)狀態(tài)隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。制 動(dòng)過程應(yīng)力求平穩(wěn)，但退距過大，制動(dòng)靈敏性差，制動(dòng)器容易發(fā)熱或制動(dòng)操作困難。 對(duì)較大噸位的絞車，其制動(dòng)力用手進(jìn)行控制比較困難，可靠性也較差，這時(shí)可采用 機(jī)械或電液控制的方法。 圖 3-4 制動(dòng)操縱裝置 1—制動(dòng)操縱手柄 2—制動(dòng)器手柄座 3—棘爪操縱拉桿 4—棘爪操縱座 5—制動(dòng)閘帶 6—操縱制動(dòng)連桿 7—操縱離合連桿 8—棘爪 9—棘輪 10—彈簧 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 3-5 制動(dòng)帶與杠桿的聯(lián)接型式 a) 剛性聯(lián)接 b) 螺紋聯(lián)接 外抱塊式制動(dòng)器，常用的外抱塊式制動(dòng)器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，已有多種類型產(chǎn)品可供選用。 這類制動(dòng)器在電控絞車上應(yīng)用普遍，可根據(jù)計(jì)算制動(dòng)力矩初選型號(hào)，然后進(jìn)行發(fā)熱校核 計(jì)算。在這就不具體闡述了。 3.2.2 制動(dòng)器系數(shù)的分析 (1)當(dāng) ＜ 時(shí)：制動(dòng)時(shí)總是先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉(zhuǎn)向能力；(2)當(dāng)?0 ＞ 時(shí)：制動(dòng)器則打開使電機(jī)帶動(dòng)高速軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)絞車趨于工作穩(wěn)定性；(3)當(dāng) ＝0 ? 時(shí)：制動(dòng)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)抱死，使絞車成為制動(dòng)狀態(tài)，這是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了 轉(zhuǎn)向能力。 分析表明，絞車在同步附著系數(shù)為 制動(dòng)時(shí)，其制動(dòng)減速度為?gqdtu0?? 即 ， 為制動(dòng)強(qiáng)度。而在其他附著系數(shù) 的制動(dòng)時(shí)，達(dá)到即將抱死的制動(dòng)強(qiáng)度0??q ＜ 這表明只有在 ＝ 上，制動(dòng)的附著條件才可以得到充分利用。根據(jù)相關(guān)資料查出?0? 絞車 0.6，故取 =0.6。0?? 3.2.3 制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定 力矩分配系數(shù)計(jì)算： 根據(jù)公式： （3-1Lhg02???? ） 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 得： 67.0.285.1????? 制動(dòng)器軸最大附著力矩： （3-2）egrqhLGM??)(1max1?? 式中：Φ——該絞車所能遇到的最大附著系數(shù)；q——制動(dòng)強(qiáng)度； ——有效半徑；er ——軸最大制動(dòng)力矩；L——軸距；max1?M q= = =0.66 （3-3）gha???)(0?85.0)67.(35.1??? 故軸 = =1.57 Nmmmax? )86.2 61 制動(dòng)力矩為 =0.785 Nmm/157.61 軸 = T = =0.67/(1-0.67) 1.57 =3.2 Nmmmax1?Max1f max2f???6106? 3.3制動(dòng)器主要零部件 （1）制動(dòng)鼓 ：制動(dòng)鼓應(yīng)具有非常好的剛性和大的熱容量，制動(dòng)時(shí)溫升不應(yīng)超過極限 值。制動(dòng)鼓材料應(yīng)與摩擦襯片相匹配，以保證具有高的摩擦系數(shù)并使工作表面磨損均勻。 制動(dòng)鼓相對(duì)于輪轂的對(duì)中是圓柱表面的配合來(lái)定位，并在兩者裝配緊固后精加工制動(dòng)鼓 內(nèi)工作表面，以保證兩者的軸線重合。兩者裝配后還需進(jìn)行動(dòng)平衡。其許用不平衡度對(duì) 絞車為 15N·cm～20 N·cm；對(duì)貨車為 30 N·cm～40 N·cm。絞車要求其制動(dòng)鼓工作表 面的圓度和同軸度公差＜0.03mm，徑向跳動(dòng)量≤0．O 5mm，靜不平衡度≤1．5N.cm。 制動(dòng)鼓壁厚的選取主要是從其剛度和強(qiáng)度方面考慮。壁厚取大些也有利于增大其熱 容量，但試驗(yàn)表明，壁厚由 11 mm 增至 20 mm 時(shí)，摩擦表面的平均最高溫度變化并不大。 一般鑄造制動(dòng)鼓的壁厚：制動(dòng)鼓在閉口一側(cè)外緣可開小孔，用于檢查制動(dòng)器間隙。本次 設(shè)計(jì)采用的材料是 HT20-40。 （2）制動(dòng)蹄：制動(dòng)蹄腹板和翼緣的厚度，摩擦襯片的厚度，絞車多為 4.5mm～5mm。襯 片可鉚接或粘貼在制動(dòng)蹄上，粘貼的允許其磨損厚度較大，使用壽命增長(zhǎng)，但不易更換 襯片；鉚接的噪聲較小。本次制動(dòng)蹄采用的材料為 HT200。 （3）制動(dòng)底板：制動(dòng)底板是除制動(dòng)鼓外制動(dòng)器各零件的安裝基體，應(yīng)保證各安裝零件 相互間的正確位置。制功底板承受著制動(dòng)器工作時(shí)的制動(dòng)反力矩，因此它應(yīng)有足夠的剛 度。為此，由鋼板沖壓成形的制動(dòng)底板均只有凹凸起伏的形狀。重型絞車則采用可聯(lián)鑄 鐵 KTH370—12 的制動(dòng)底板。剛度不足會(huì)使制動(dòng)力矩減小，踏板行程加大，襯片磨損也不 均勻。本次設(shè)計(jì)采用 45 號(hào)鋼。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 （4）制動(dòng)蹄的支承：自由度制動(dòng)篩的支承，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并能使制動(dòng)蹄相對(duì)制動(dòng)鼓自行 定位。為了使具有支承銷的一個(gè)自由度的制動(dòng)蹄的工作表面與制動(dòng)鼓的工作表面同軸心， 應(yīng)使支承位置可調(diào)。例如采用偏心支承銷或偏心輪。支承銷由 45 號(hào)鋼制造并高頻淬火。 其支座為可鍛鑄鐵(KTH370—12)或球墨鑄鐵(QT400—18)件。青銅偏心輪可保持制動(dòng)蹄腹 板上的支承孔的完好性并防止這些零件的腐蝕磨損。 具有長(zhǎng)支承銷的支承能可靠地保持制動(dòng)蹄的正確安裝位置，避免側(cè)向偏擺。有時(shí)在 制動(dòng)底板上附加一壓緊裝置，使制動(dòng)蹄中部靠向制動(dòng)底板，而在輪缸活塞頂塊上或在張 開機(jī)構(gòu)調(diào)整推桿端部開槽供制動(dòng)蹄腹板張開端插入，以保持制動(dòng)蹄的正確位置。 （5）制動(dòng)輪缸：制功輪缸為液壓制動(dòng)系采用的活塞式制動(dòng)蹄張開機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 在車輪制動(dòng)器中布置方便。輪缸的缸體由灰鑄鐵 HT250 制成。其缸簡(jiǎn)為通孔，需鏜磨。 活塞由鋁合金制造?；钊舛藟河袖撝频拈_槽頂塊，以支承插人槽中的制動(dòng)蹄腹板端部 或端部接頭。輪缸的工作腔由裝在活塞上的橡膠密封圈或靠在活塞內(nèi)端面處的橡膠皮碗 密封。多數(shù)制動(dòng)輪缸有兩個(gè)等直徑活塞；少數(shù)有四個(gè)等直徑活塞；雙領(lǐng)路式制動(dòng)器的兩 蹄則各用一個(gè)單活塞制動(dòng)輪缸推動(dòng)。本次設(shè)計(jì)采用的是 HT250。 3.4摩擦襯片的磨損特性計(jì)算 摩擦襯片的磨損與摩擦副的材質(zhì)，表面加工情況、溫度、壓力以及相對(duì)滑磨速度等 多種因素有關(guān)，因此在理論上要精確計(jì)算磨損性能是困難的。但試驗(yàn)表明，摩擦表面的 溫度、壓力、摩擦系數(shù)和表面狀態(tài)等是影響磨損的重要因素。 絞車的制動(dòng)過程，是將其機(jī)械能（動(dòng)能、勢(shì)能）的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^程。 在制動(dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過程中，制動(dòng)器幾乎承擔(dān)了耗散絞車的部分動(dòng)力的任務(wù)。此 時(shí)由于在短時(shí)間內(nèi)制動(dòng)摩擦產(chǎn)生的熱量來(lái)不及逸散到大氣中，致使制動(dòng)器溫度升高。此 即所謂制動(dòng)器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷愈大，則摩擦襯片（襯塊）的磨損亦愈嚴(yán)重。 （1）比能量耗散率：制動(dòng)器的能量耗散率為 （3.4） 211()amvetA???? 式中： ：絞車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，緊急制動(dòng)時(shí) ， ；? 02?v1? ：絞車總質(zhì)量；am ， ：絞車制動(dòng)初速度與終速度， / ；計(jì)算時(shí)絞車取 27.8 / ；1v2 msms ：制動(dòng)時(shí)間， ；按下式計(jì)算ts t= =27.8/6=4.6 （3.5）jv21?s 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 ：制動(dòng)減速度， ， 0.6×10 6 ； ， ：前、后制動(dòng)器襯j 2/smgj??6.0?2/sm1A2 片的摩擦面積； =7600mm ,質(zhì)量在 1.5—2.5/t 的絞車摩擦襯片面積在 200-300cm ,故1A 2 取 =30000mm 。22 ：制動(dòng)力分配系數(shù)。? 則 = =5.7 （3-?1 21tAvmea??67.0.48250?2/mw 6） = =0.7 （3-)(212????tvea )67.01(36.4287502???2/ 7） 絞車鼓式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)不大于 1.8 ，故符合要求。2/mw （2）比滑磨功 fL 磨損和熱的性能指標(biāo)可用襯片在制動(dòng)過程中由最高制動(dòng)初速度至停車所完成的單位 襯片面積的滑磨功，即比滑磨功 來(lái)衡量：f （3-][2maxff LAvL??? 8） 式中： ：絞車總質(zhì)量am ：制動(dòng)器各制動(dòng)襯片的總摩擦面積，?A = =752cm ； （3-21A??cm27630??2 9） :max