【導(dǎo)讀】建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)是一種起重設(shè)備，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，而且正發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)、計(jì)算及應(yīng)用需要我們充分的了解，在對(duì)建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的總體設(shè)計(jì)中，從各個(gè)部件出發(fā)，主要敘述了電動(dòng)機(jī)功率選擇、總傳動(dòng)比計(jì)算與校驗(yàn)；減速器的設(shè)計(jì)；鋼絲繩的選擇包括了鋼絲繩的選取、使用及在卷筒上的固定；卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算涉及卷筒結(jié)構(gòu)和常用材料、卷筒容繩尺寸參數(shù)；最后是有關(guān)離合器與制動(dòng)器的設(shè)計(jì)，主要采用了圓錐摩擦離合器和帶式制動(dòng)器。其中，對(duì)建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)又作為重點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，對(duì)減速器進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)計(jì)算，傳動(dòng)比的分配計(jì)算，展開(kāi)式兩級(jí)圓柱齒輪減速器的選擇設(shè)計(jì)，還有關(guān)于軸、軸承和減速器其他附件的設(shè)計(jì)。通過(guò)該建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)，為從事建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的研究、設(shè)計(jì)和制造提供了一定的參考價(jià)值。

　　

【正文】 卷筒直徑和鋼絲繩直徑的最小比值（D/d），見(jiàn)46。D/d與卷?yè)P(yáng)機(jī)的工作級(jí)別有關(guān)。 表46 系數(shù)Ke1工作級(jí)別 A1 A2 A3 A4~A6 A7~A8 Ke1 14 16 19 20 22使用中，應(yīng)盡量減少鋼絲繩的彎折次數(shù)并盡量避免反向彎折。二．決定滑輪繩槽尺寸時(shí)，必須考慮新鋼絲繩直徑較公稱(chēng)直徑有6%~8%的過(guò)盈量這一事實(shí)。過(guò)小的繩槽直徑會(huì)使鋼絲繩受到過(guò)度擠壓而提前斷絲；繩槽尺寸過(guò)大，又會(huì)使鋼絲繩在槽內(nèi)的支承面積減小，增大鋼絲繩的接觸應(yīng)力。合理的繩槽尺寸應(yīng)比鋼絲繩的公稱(chēng)直徑大10%左右。三、滑輪與卷筒的材料太硬，對(duì)鋼絲繩壽命不利。據(jù)有關(guān)資料表明：以鑄鐵代替鋼，可提高鋼絲繩的壽命約10%。四、．為保證鋼絲繩在繩筒上平滑纏繞，避免各圈鋼絲繩間相互摩擦及多層纏繞錘擊和堆繞現(xiàn)象，延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命，鋼絲繩在卷筒及繩輪上的偏角必須保持在一定的限度之內(nèi)，176。~2176。之間。五、良好的周期性潤(rùn)滑是提高鋼絲繩壽命的一項(xiàng)重要因素。它可以防止銹蝕，減少鋼絲繩內(nèi)外磨損。一般常用中、低粘度潤(rùn)滑油和濾青質(zhì)化合物。目前我國(guó)生產(chǎn)的“鋼絲繩油”屬于中等粘度油，適用于各種股捻鋼絲繩的潤(rùn)滑，其附著力大，不易滑落或與水起作用，且含有防銹劑，是一種良好的潤(rùn)滑劑。六、在室外、潮濕或腐蝕介質(zhì)存在的環(huán)境里，應(yīng)選用鍍鋅鋼絲繩。七、經(jīng)常檢查鋼絲繩是否與別的機(jī)件摩擦，重新更換新繩時(shí)必須核對(duì)新繩與原繩的型式、直徑是否相同；經(jīng)常檢查鋼絲繩表面的磨損及斷絲，遇到問(wèn)題及時(shí)解決。 鋼絲繩在卷筒上的固定一、鋼絲繩在卷筒上的固定方式鋼絲繩在卷筒上的固定應(yīng)保證工作時(shí)安全可靠、便于檢查、裝拆及調(diào)整，且固定處不應(yīng)使鋼絲繩過(guò)份彎折。繩端常見(jiàn)的固定方式有：壓板固定和楔塊固定兩類(lèi)。1． 壓板和螺釘繩端固定裝置圖49a中，鋼絲繩繩端從端側(cè)板預(yù)留斜孔中引出至板外，通過(guò)壓板和螺釘把繩端固定。為安全起見(jiàn)，壓板數(shù)目至少為兩個(gè)。這種繩端的固定方式，卷筒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)鑄造卷筒及鋼板焊接卷筒都適用。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意斜孔的角度不能太大，一般要小于45176。；斜孔的邊緣處應(yīng)倒出圓角，以保證鋼絲繩平緩地纏繞在卷筒上，避免損傷鋼絲繩。斜孔的出繩方向，可根據(jù)需要決定。圖49b中，鋼絲繩直接在卷筒上用壓板固定，適用單層纏繞。圖49c中，鋼絲繩在卷筒端部的V型孔內(nèi)，用壓板和螺釘固定。對(duì)多層纏繞，螺釘頭不能露出卷筒表面。這種繩端的固定方式，工作可靠，對(duì)鋼絲繩的損傷小，安裝、固定方便，出繩方向容易變換。2． 楔形塊固定裝置圖49d中，鋼絲繩通過(guò)楔塊固定在卷筒上。楔塊的斜度通常取1：4～1：5，以滿(mǎn)足自鎖條件。這種繩端的固定方式比較簡(jiǎn)單，但鋼絲繩允許的直徑不能太大。二、鋼絲繩固定端承載能力驗(yàn)算國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩在卷筒上的安全圈數(shù)不得小于3圈。在保留兩圈的情況下。圖 49 鋼絲繩繩端的固定方式 a) b) c) 壓板式固定 d) 楔塊式固定根據(jù)比較，圖49b的固定方式制造簡(jiǎn)單，安裝方便，決定采用該種固定方式。選取為壓板1GB/T59751986。其相關(guān)尺寸見(jiàn)表47。表 47 壓板（摘自GB/T59751986） 壓板序號(hào)尺 寸/mm單件重量/kg適用鋼絲繩公稱(chēng)直徑dABCDEFGKR壓板螺栓直徑標(biāo)準(zhǔn)槽深槽標(biāo)準(zhǔn)槽深槽基本尺寸極限偏 差標(biāo)準(zhǔn)槽深槽16～8252925891＋0M8國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩在卷筒上的安全圈數(shù)不得小于3圈。在保留兩圈的情況下。當(dāng)鋼絲繩安全圈數(shù)不少于3圈時(shí)，固定端處的拉力按歐拉公式計(jì)算： 則在保留2圈時(shí)的計(jì)算公式為：＝式中 —鋼絲繩繩端處拉力（N）； —最大靜強(qiáng)度計(jì)算拉力，為動(dòng)載系數(shù)，=+*（）=； μ—鋼絲繩與卷筒表面的摩擦系數(shù)，計(jì)算時(shí)取μ≈； —鋼絲繩安全圈在卷筒上的包角，安去圈數(shù)應(yīng)不少于3圈，當(dāng)取2圈時(shí)，則＝4。為使固定端聯(lián)接可靠，該處的摩擦力必須大于繩端拉力，即 ﹥又根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]，螺栓得扣緊力＝＝＝。所以選取的螺栓、。建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒系鋼絲繩多層纏繞，所受應(yīng)力非常復(fù)雜。她作為建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的重要零件，對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)安全、可靠的工作至關(guān)重要，應(yīng)該進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。 一、卷筒的結(jié)構(gòu) 卷筒結(jié)構(gòu)形式較多，可按下述分類(lèi)： 按照制造方式的不同可以分為鑄造卷筒（圖410）和焊接卷筒（圖411）。鑄造卷筒應(yīng)用廣泛。建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒，成本低，工藝性好。大噸位建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)一般采用鑄鋼卷筒，鑄鋼卷筒雖然承載能力較大，但成本高，若工藝允許，可該鋼板焊接結(jié)構(gòu)。圖410鑄造卷筒 圖411焊接卷筒按照卷筒纏繞層數(shù)的不同可分為單層纏繞卷筒和多層纏繞卷筒。建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)主要使用多層纏繞卷筒。圖412帶筋板卷筒按照卷筒內(nèi)部是否帶有筋板，可分為帶筋板卷筒（圖412）和不帶筋板卷筒。無(wú)論是卷筒內(nèi)的環(huán)向筋還是縱向筋，均增加了制造難度同時(shí)在壁筒和筋板的連接處還會(huì)引起應(yīng)力集中。目前的設(shè)計(jì)趨勢(shì)，主張取消環(huán)向筋和縱向筋。按照結(jié)構(gòu)的整體性，卷筒可分為整體式卷筒（圖410）和分體裝配式卷筒。卷?yè)P(yáng)機(jī)噸位比較小時(shí)，卷筒常采用整體結(jié)構(gòu)。對(duì)噸位較大的卷筒，常作成分體裝配式，這樣可簡(jiǎn)化工藝，減輕重量。按照轉(zhuǎn)矩的傳遞方式來(lái)分，常采用端側(cè)板周邊大齒輪外唸合式（圖411）和筒端或筒內(nèi)齒輪內(nèi)唸合式。圖411和圖413卷筒的共同特點(diǎn)是卷筒軸只承受彎矩，不承受轉(zhuǎn)矩。圖413 齒輪盤(pán)式卷筒二、卷筒常用材料卷筒材料一般用不低于HT20—4的鑄鐵，特殊需要的可用ZG25Ⅱ、ZG35Ⅱ鑄鋼。鑄鋼卷筒由于成本高，并限于鑄造工藝，壁厚并不能減少很多，因而很少采用。重要卷筒可以采用球墨鑄鐵。大型卷筒多用A3,16Mn鋼板卷成筒形焊接而成，焊接卷筒特別適宜用于單件生產(chǎn)，可以降低自重。常用的卷筒材料如下：表48常用的卷筒材料（MPa）料材極限應(yīng)力鑄 造 卷 筒焊 接 卷 筒HT200QT45010ZG270500ZG310570Q2352016MnFB200450500570FS（）310270310上述卷筒材料具有良好的鑄造工藝性或焊接工藝性，且貨源廣泛，并為我國(guó)許多專(zhuān)業(yè)廠家所采用。根據(jù)以上的分析和了解，考慮到成本和制造工藝性，選擇材料為灰鑄鐵HT200的鑄造卷筒。卷筒容繩尺寸參數(shù)意義及表示方法應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，參見(jiàn)圖414所示。圖414卷筒榮繩尺寸參數(shù)示意圖一、卷筒節(jié)徑D卷筒節(jié)徑D應(yīng)滿(mǎn)足下式D ≥ 式中 ——卷繩直徑比，是與卷?yè)P(yáng)機(jī)工作級(jí)別有關(guān)的系數(shù)，可查表（49）得到。d——鋼絲繩直徑（mm）。表49 系數(shù)工作級(jí)別1214161920根據(jù)前面的選擇，本設(shè)計(jì)卷?yè)P(yáng)機(jī)的工作級(jí)別為，?。?9；。代入上面的公式得：D≥d ＝19＝（mm）根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]。卷筒節(jié)徑D對(duì)筒壁和端側(cè)板的設(shè)計(jì)具有重要意義，也影響鋼絲繩直徑的選擇。D值小，結(jié)構(gòu)緊湊，但單位長(zhǎng)度上的力較大，鋼絲繩壽命低。因此，D/d值可認(rèn)為是對(duì)應(yīng)一定工作級(jí)別的最小值，如結(jié)構(gòu)需要完全可以增大該值。二、卷筒容繩寬度Bt一般可按下述關(guān)系式確定Bt＜3D式中 D——卷筒直徑（mm）。建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算中，通常卷筒長(zhǎng)度都設(shè)計(jì)成小于直徑的3倍，甚至小于直徑的2倍。因此此時(shí)的鋼絲繩拉力產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的合成應(yīng)力較小，故計(jì)算卷筒強(qiáng)度時(shí)可忽略不計(jì)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，鋼絲繩的長(zhǎng)度為30M。卷筒卷繞鋼絲繩層次，由于所需容繩量不大，取為單層。卷筒卷繞鋼絲繩圈數(shù)n,按鋼絲繩卷繞長(zhǎng)度，再加上卷筒的保留圈數(shù)3圈計(jì)算。n=+ n=+== =nd== (mm) 取為300mm3=3300=900mm)B=300(mm)＜3 所以選取的卷筒容繩寬度是合理的。三、卷筒邊緣直徑卷筒邊緣直徑即卷筒端側(cè)板直徑。端側(cè)板直徑≥＋4d 由于采用單層纏繞，所以＝D,即≥D＋4dD＋4d＝300＋4=(mm) 所以≥（mm）,?。?50（mm）。四、卷筒壁厚 取五、卷筒槽型卷筒槽多數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)槽，在使用過(guò)程中鋼絲繩有可能脫槽時(shí)，宜用深槽。深槽半徑：r=4mm。繩槽深度： 標(biāo)準(zhǔn)槽 深 槽 此建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)選用標(biāo)準(zhǔn)槽，將d=，得=，取=2mm。繩槽節(jié)距： 標(biāo)準(zhǔn)槽 （毫米） 深 槽 （毫米）取mm。卷筒槽尺寸可參考表410選用。表410 卷筒槽尺寸（mm）鋼絲繩直徑R標(biāo)準(zhǔn)槽深槽6～5113六、卷筒長(zhǎng)度L= 式中 —滑輪組的倍率取2—附加安全系數(shù)，取=2； —卷槽不切槽部分長(zhǎng)度，取其等于吊鉤組動(dòng)滑輪的間距，即=A=200mm,實(shí)際長(zhǎng)度在繩偏斜角允許范圍內(nèi)可以適當(dāng)增減； 卷筒計(jì)算直徑，= D+d/2=300+將起升高度H=15m,繩槽節(jié)距t=9mm等代入式中，得L= 取L=350mm。..3強(qiáng)度計(jì)算一、卷筒壁壓力驗(yàn)算：式中 ＆—卷筒壁厚，取7mm t—卷筒繩槽節(jié)距，取16mm選用灰鑄鐵HT200，最小抗拉強(qiáng)度，許用壓應(yīng)力： 故抗拉強(qiáng)度足夠二、卷筒拉應(yīng)力驗(yàn)算：由于卷筒長(zhǎng)度,尚應(yīng)校驗(yàn)由彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力，卷筒彎矩圖示于圖415 圖415 卷筒彎矩圖卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中間時(shí)卷筒斷面系數(shù)：式中—卷筒外徑，D=315mm—卷筒內(nèi)徑，=于是合成應(yīng)力：式中許用拉應(yīng)力 所以 卷筒強(qiáng)度驗(yàn)算通過(guò)。故選定卷筒節(jié)徑D=300mm,卷筒邊緣直徑，長(zhǎng)度L=350mm,卷筒槽型的槽底半徑r=4mm,繩槽節(jié)距t=16mm,繩槽深度；起升高度H=15m,倍率；靠近減速器一端的卷筒槽向?yàn)樽蟮腁型卷筒，標(biāo)記為：卷筒 一、卷筒軸的受力分析與工作應(yīng)力分析常用的卷筒軸分軸固定和軸轉(zhuǎn)動(dòng)，卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒工作時(shí)，鋼絲繩在卷筒上的位置是變化的。鋼絲繩拉力經(jīng)卷筒及支承作用到軸上產(chǎn)生的力矩，其大小隨鋼絲繩在卷筒上位置的變化而不同。強(qiáng)度計(jì)算時(shí)應(yīng)按鋼絲繩在卷筒上兩個(gè)極限位置分別計(jì)算。由卷?yè)P(yáng)機(jī)工作情況和軸的受力分析可知，下圖（416）a、b圖卷筒主要承受彎矩，可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的心軸。a圖為固定心軸，b圖為轉(zhuǎn)動(dòng)心軸。對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)心軸，其彎曲應(yīng)力一般為對(duì)稱(chēng)循環(huán)變化；對(duì)固定心軸，其應(yīng)力循環(huán)特征為0≤r≤+1，視具體的載荷性質(zhì)而定。對(duì)固定心軸的疲勞失效而言，最危險(xiǎn)的應(yīng)力情況是脈動(dòng)循環(huán)變化，為安去起見(jiàn)，卷筒的固定心軸應(yīng)力，以按脈動(dòng)循環(huán)處理為宜。c圖卷筒軸既受彎又受扭，為轉(zhuǎn)軸。其彎曲應(yīng)力的應(yīng)力性質(zhì)為對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力，而扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力性質(zhì)可視為脈動(dòng)循環(huán)變化。由此可知，卷筒軸在正常使用條件下，最終將發(fā)生疲勞破壞。但不排除在偶然超載或意外情況下發(fā)生靜強(qiáng)度破壞。圖416a固定心軸 圖416 b轉(zhuǎn)動(dòng)心軸 圖416 c轉(zhuǎn)軸1