【文章內(nèi)容簡介】 卷揚機是三速電動卷揚機，遠距離遙控操作，空載高速下降，提高了生產(chǎn)率。電控齒輪換檔 (采用延時繼電器 )，起吊位置精確，運動緩和，傳動件在油池里工作，停車緩慢，避免磨損電磁剎車。 RCS 型卷揚機可五檔變速，三個低速檔和兩個高速檔。由兩個獨立的裝有電磁剎車系統(tǒng)的提升電動機驅(qū)動卷揚機。 電動機帶動直齒減速器，用錐齒輪帶動卷筒。 其他國家，如俄羅斯、英國、瑞典、加拿大、德國等業(yè)都生產(chǎn)著不同用途的各種型號的卷揚機。 （四） 國外卷揚機的發(fā)展趨勢 1．大型化 由于基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展，大型設(shè)備和建筑構(gòu)件要求整體安裝，促進了大型卷揚機的發(fā)展。目前，俄羅斯已生產(chǎn)了 60t 卷揚機，日本生產(chǎn)了 32t、 50t、60t 液壓和氣動卷揚機，美國生產(chǎn)了 136t 和 270t 卷揚機。 2．采用先進電子技術(shù) 為了實現(xiàn)卷揚機的自動控制和遙控，國外廣泛采用了先進電子技術(shù)。對大型卷揚機安裝了電器連鎖裝置，以保證絕對安全可靠。 3． 發(fā)展手提式卷揚機 為提高機械化水平，減輕工人勞動強度，國外大力發(fā)展小型手提式卷揚機，如以汽車蓄電池為動力的直流電動小型卷揚機，其電壓為 12V，質(zhì)量為 ～ ，拉力為 3336～ 13344N。 4．大力發(fā)展不帶動力源裝置的卷揚機 歐美國家非常重視發(fā)展借助汽車和拖拉機動力的卷揚機。此種卷揚機結(jié)構(gòu)簡單，有一個卷筒和一個變速箱即可。 噸卷揚機設(shè)計 第 7 頁 共 45 頁 第二章 卷揚機的整體結(jié)構(gòu)概述 電動卷揚機方案討論 電控此類卷揚機通過通電或斷電以實現(xiàn)卷揚機的工作或制動。物料的提升或下降由電動機的正反轉(zhuǎn)來實 現(xiàn)，操作簡單方便 【 5】 。其制動型式主要有電磁鐵制動器和錐形轉(zhuǎn)子電動機兩類，下面就這兩種制動型式卷揚機的常見類型作介紹。此類卷揚機大多是單卷筒的。 根據(jù)設(shè)計要求擬定以下兩種方案： 方案一： 圓柱齒輪減速器 加開式齒輪傳動 的卷揚機如圖 。 圖 圓柱齒輪減速器加開式齒輪傳功的卷場機簡圖 1— 電動機 2— 聯(lián)軸器 3— 制動器 4— 減速器 5— 開式齒輪傳動 6— 卷筒 噸卷揚機設(shè)計 第 8 頁 共 45 頁 方案二：蝸桿減速器加開式齒輪傳動的建筑卷揚機如圖 圖 蝸桿減速器加開式齒輪傳動的建筑卷揚機簡圖 1— 電動機 2— 聯(lián)軸器 3— 制動器 4— 蝸桿減速器 5— 開式齒輪傳動 6— 卷筒 方案對比 方案一：此方案由電動機、聯(lián)軸器、制動器、圓柱齒輪減速器、開式齒輪傳動、卷筒等構(gòu)件組成。該方案采用的圓柱齒輪減速器具有 結(jié)構(gòu)簡單，效率較高，傳動較為平穩(wěn)的優(yōu)點。此種減速器不適應(yīng)高速 重載的工況要求，而且直齒圓柱齒輪占據(jù)空間較大。 方案二：此方案由電動機、聯(lián)軸器、制動器、 蝸桿減速器、開式齒輪傳動、卷筒等構(gòu)件組成。該方案采用蝸桿齒輪減速器 傳動效率低，空間布置困難，占用空間大。 兩種方案的差別在于減速器的選擇。而減速器的 選擇差別導(dǎo)致了卷揚機的基本結(jié)構(gòu)的差別。在空間布置上，圓柱齒輪減速器更適用于本設(shè)計。同時，圓柱齒輪傳動效率高，傳動平穩(wěn)適用于卷揚機的工作環(huán)境。 綜上所述，本設(shè)計卷揚機的基本結(jié)構(gòu)采用圓柱齒輪減速器加開式齒輪的卷揚機。 噸卷揚機設(shè)計 第 9 頁 共 45 頁 卷揚機工作級別與類別 為了合理設(shè)計、制造、使用及提高零件三化水平，卷揚機根據(jù)利用等級與載荷狀態(tài)劃分為： A1 ， A2 ， A3 ， A4 ， A5 ， A6 ， A7 ， A8 ，八個工作級別 【 6】 。 利用等級 利用等級 是表示卷揚機使用的頻繁程度，以其在設(shè)計壽命期內(nèi)應(yīng)總工作循環(huán)次數(shù) Nt 表征。 而一個工作循環(huán)是指從一個載荷準(zhǔn)備提拉時開始到下一個載荷準(zhǔn)備提拉時為止的全過程。 卷揚機的壽命一般不少于 5 年，在這個期間內(nèi)依據(jù)工作頻繁程度的不同，總工作循環(huán) Nt 可分為 8 個利用等級，見表 21 表 21 卷揚機利用等級 利用等級 總工作循環(huán)數(shù) Nt 說明 U0 104 不經(jīng)常使用 U1 104 U2 104 U3 105 U4 105 經(jīng)常地輕閑地使用 U5 5 105 經(jīng)常地中等使用 U6 1 106 有時頻繁地使用 U7 2 106 頻繁地使用 根據(jù)本次設(shè)計的建筑卷揚機的使用情況確定利用等級為 U7。 載荷狀態(tài) 載荷狀態(tài) 表示建筑卷揚機鋼絲繩承受拉力作用地輕重與頻繁程度，它與整個 噸卷揚機設(shè)計 第 10 頁 共 45 頁 使用壽命期限內(nèi)鋼絲繩每次承受地拉力 Fi 與額定拉力 Fe 之比（ Fi / Fe ）和鋼絲繩每次承受拉力 Fi 作用下地工作循環(huán)次數(shù) ni 與總工作循環(huán)次數(shù) Nt 之比（ ni /Nt ）有關(guān) 【 9】 。 載荷譜系數(shù) Kf 可用下式計算： Kf ＝∑???????? ???????? meiti FFNn (21) 式中 Kf —— 載荷譜系數(shù)； ni —— 在鋼絲繩拉力 Fi 作用下的工作循環(huán)次數(shù)， ni ＝ n1 ， n2 nn ； Nt —— 總的工作循環(huán)次數(shù)， Nt ＝∑ ni ＝ n1 ＋ n2 ＋ nn ； Fi —— 鋼絲繩承受的第 i 個拉力， Fi ＝ F1 ， F2 ， Fn （ N）； Fe —— 鋼絲繩承受的額定拉力（ N）； 卷揚機的載荷狀態(tài)可根據(jù)鋼絲繩承受的拉力（載荷）大小和頻繁程度，按名義載荷譜系數(shù) Kf 分為四級，見表 22。 表 22 載荷狀態(tài) 載荷狀態(tài) 名義載 荷譜系數(shù) Kf 當(dāng)量拉力系數(shù) Kd 說明 Q1（輕） Kd ≤ 通常承受 1/3 的額定拉力，很少承受額定拉力時使用 Q2（中） ＜ Kd ≤ 通常承受（ 1/3～ 2/3）的額定拉力，有時承受額定拉力時使用 Q3（重） ＜ Kd≤ 通常承受 2/3以上的額定拉力，較多承受額定拉力時使用 Q4 （特重） ＜ Kd ≤1 頻繁地承受拉力或者額定拉力相近時使用 如果鋼絲繩在拉力 Fi 作用下的時間為 ti ,可以得出當(dāng)量拉力系數(shù) Kd ，按公式21 計算。 噸卷揚機設(shè)計 第 11 頁 共 45 頁 Kd ＝mninnii tttt tFtFtFtF ?????????? ???????????2133232131 (21) 式中 Kd —— 當(dāng)量拉力系數(shù)； ti —— Fi 作用下的時間； ti ＝ t1 ， t2 ， tn 根據(jù)載荷譜系數(shù)的分級可以得出相應(yīng)的當(dāng)量拉力系數(shù) Kd 。 根據(jù)本次設(shè)計要求確定建筑卷揚機的載荷狀態(tài)為 Q2（中）， Kf ＝ ， Kd ＝ 。 起升機構(gòu)的組成及型式 起升機構(gòu)的組成 起升機構(gòu)是使重物作升降運動的機構(gòu)，它是任何起重機必不可少和最主要最基本的機構(gòu)。此次設(shè)計的電動 5 噸卷揚機是由電動機、連軸器、制動器、減速器、卷筒、導(dǎo)向滑輪、起升滑輪組、釣鉤等組成，其各方面的機構(gòu)分布可以參考如下圖 所示。 圖 起升機構(gòu)示意圖 1— 電動機 2— 聯(lián)軸器 3— 減速器 4 — 卷筒 5— 導(dǎo)向滑輪 6— 滑輪組 7— 吊鉤 電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時，制動器松開，通過帶制動輪的聯(lián)軸器帶動減速器高速軸，經(jīng)減速器減速后由低速軸帶動卷筒旋轉(zhuǎn)，使鋼絲繩在卷筒上繞進或放出，從而使重物起升或下降。電動機停止轉(zhuǎn)動時，依靠制動器將高速軸的制動輪剎住， 噸卷揚機設(shè)計 第 12 頁 共 45 頁 使懸吊的重物停止在空中 【 10】 。 根據(jù)需要起升機構(gòu)上還可裝設(shè)各種輔助裝置，如起重量限制器、起升高度限位器、速度限制器和鋼絲繩作多層卷繞時，使鋼絲繩順序排列在卷筒上的排繩裝置等。 起升機構(gòu)的典型傳動型式 在電動機與卷筒之間通常采用效率較高的起重用 標(biāo)準(zhǔn)兩級減速器。要求低速時可采用三級大傳動比減速器。為便于安裝，在電動機與減速機之間常采用具有補償性能的彈性柱銷連軸器或齒輪連軸器。前者構(gòu)造簡單并能起緩沖作用，但彈性橡膠圈的使用壽命不長；后者堅固耐用，應(yīng)用最廣。齒輪連軸器的壽命與安裝質(zhì)量有關(guān)，并且需要經(jīng)常潤滑。 一般制動器都安裝在高速軸上，這樣所需要的制動力矩小，相應(yīng)的制動器尺寸小，重量輕。經(jīng)常利用聯(lián)軸器的一半兼作制動輪。帶制動輪的半體應(yīng)安裝在減速器高速軸上。這樣，即使聯(lián)軸器被損壞，制動器仍可把卷筒制動住，以確保機構(gòu)的安全。 起升機構(gòu)的制動器必須采用常閉式 的。制動力矩應(yīng)保證有足夠的制動安全系數(shù)。在重要的起升機構(gòu)中有時設(shè)兩個制動器，而第二個制動器可安裝在減速器高速軸的另一伸出端或裝設(shè)在電動機的尾部出軸上。 為使機構(gòu)布置方便并增大補償能力，在電動機與減速機之間可用浮動軸連接，浮動軸的兩端為半齒輪連軸器。 由于卷筒與減速器低速軸之間的連接型式很多。本卷揚機的卷筒與低速軸的連接為帶齒輪接盤的結(jié)構(gòu)型式，卷筒軸左端用自位軸承支撐于減速器輸出軸的內(nèi)腔軸承座中，低速軸的外緣制成外齒輪，它與固定在卷筒上的帶內(nèi)齒輪的接盤相嚙合，形成一個齒輪連軸器傳遞扭矩，并可以補償一定的安裝 誤差。在齒輪聯(lián)軸器外側(cè)，即靠近減速器的一側(cè)裝有剖分式密封蓋，以防止聯(lián)軸器內(nèi)的潤滑油流出來和外面的灰塵進入。這種連接型式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，軸向尺寸小，分組性好，能補償減速器與卷筒軸之間的安裝誤差。如下圖 。 噸卷揚機設(shè)計 第 13 頁 共 45 頁 圖 用齒輪接盤連接型式 卷筒的直徑一般盡量選用允許的較小值，因為隨著卷筒直徑的增加，扭矩和減速傳動比也增大，引起整個機構(gòu)龐大。但在起升高度較大時，往往用增大卷筒直徑的方法以減小其長度。 滑輪組型式（單聯(lián)或雙聯(lián)）和它的倍率對起升機構(gòu)的尺寸也有很大的影響。在橋式起重機中采用雙聯(lián)滑輪組 ，一方面使卷筒兩支撐上的受力不變，也就是使運行小車兩邊的軌道輪壓不變，這對橋架和小車車架受力是有利的；另一方面是使重物在起升過程中不作橫向移動。但由于雙聯(lián)滑輪組的倍率比單聯(lián)滑輪組小一倍，起升機構(gòu)的傳動比也需要增大一倍，這就使機構(gòu)尺寸增大，所以其他的起重機采用單聯(lián)滑輪組，此次設(shè)計的是 噸橋式起重機的卷揚機，因此選用雙聯(lián)滑輪組。 滑輪組的倍率的確定對鋼絲繩的拉力、卷筒直徑與長度、減速機構(gòu)的傳動比以及機構(gòu)的總體尺寸有很大的影響。大起重量采用較大的倍率，可避免采用過粗的鋼絲繩。有時在采用較大的滑輪組倍率的同時 相應(yīng)的降低了起升速度的方式來提高起重量，可以使起升機構(gòu)達到通用性，即將同一起升機構(gòu)用于不同的起重量，這是在系列設(shè)計時常采用的方法。 起升機構(gòu)計算是在給定了設(shè)計參數(shù)，并將布置方案確定后進行的，通過計算選用機構(gòu)中所需要的標(biāo)準(zhǔn)零部件，如電動機、制動器、減速器和聯(lián)軸器等。對于非標(biāo)準(zhǔn)零部件需進行單獨設(shè)計。 噸卷揚機設(shè)計 第 14 頁 共 45 頁 第三章 主體零件的設(shè)計 鋼絲繩的分類和選型 卷揚機通過鋼絲繩升降、牽引重物，工作時鋼絲繩所受應(yīng)力十分復(fù)雜，加之對外界影響因素比較敏感，一旦失效，后果十分嚴(yán)重，因此，應(yīng)特別重視鋼 絲繩的合理選擇與使用 【 11】 。 鋼絲繩的種類和構(gòu)造 鋼絲繩的種類．根據(jù)鋼絲繩中鋼絲與鋼絲的接觸狀態(tài)不同又可分為： （ 1）點接觸鋼絲繩 點接觸鋼絲繩繩股中各層鋼絲直徑均相同，而內(nèi)外各層鋼絲的節(jié)距不同．因而相互交叉形成點接觸。其特點是接觸應(yīng)力高．表面粗糙，鋼絲易折斷，使用壽命低。但制造工藝簡單，價格便宜。在實際中常發(fā)現(xiàn)這種鋼絲繩在受拉、尤其是受彎時由于鋼絲間的點接觸、造成應(yīng)力集中而產(chǎn)生嚴(yán)重壓痕，由此導(dǎo)致鋼絲疲勞斷裂而使鋼絲繩過早報廢。 （ 2）線接觸鋼絲繩 線接觸鋼絲繩繩股由不同直徑的鋼絲統(tǒng) 制而成，每一層鋼絲的節(jié)距