05吨卷扬机设计(编辑修改稿)

05吨卷扬机设计(编辑修改稿)内容摘要：

卷扬机是三速电动卷扬机，远距离遥控操作，空载高速下降，提高了生产率。 电控齿轮换档 (采用延时继电器 )，起吊位置精确，运动缓和，传动件在油池里工作，停车缓慢，避免磨损电磁刹车。 RCS 型卷扬机可五档变速，三个低速档和两个高速档。 由两个独立的装有电磁刹车系统的提升电动机驱动卷扬机。 电动机带动直齿减速器，用锥齿轮带动卷筒。 其他国家，如俄罗斯、英国、瑞典、加拿大、德国等业都生产着不同用途的各种型号的卷扬机。 （四） 国外卷扬机的发展趋势 1．大型化 由于基础工业的发展，大型设备和建筑构件要求整体安装，促进了大型卷扬机的发展。 目前，俄罗斯已生产了 60t 卷扬机，日本生产了 32t、 50t、60t 液压和气动卷扬机，美国生产了 136t 和 270t 卷扬机。 2．采用先进电子技术 为了实现卷扬机的自动控制和遥控，国外广泛采用了先进电子技术。 对大型卷扬机安装了电器连锁装置，以保证绝对安全可靠。 3． 发展手提式卷扬机 为提高机械化水平，减轻工人劳动强度，国外大力发展小型手提式卷扬机，如以汽车蓄电池为动力的直流电动小型卷扬机，其电压为 12V，质量为 ～ ，拉力为 3336～ 13344N。 4．大力发展不带动力源装置的卷扬机 欧美国家非常重视发展借助汽车和拖拉机动力的卷扬机。 此种卷扬机结构简单，有一个卷筒和一个变速箱即可。 吨卷扬机设计 第 7 页 共 45 页 第二章 卷扬机的整体结构概述 电动卷扬机方案讨论 电控此类卷扬机通过通电或断电以实现卷扬机的工作或制动。 物料的提升或下降由电动机的正反转来实 现，操作简单方便 【 5】。 其制动型式主要有电磁铁制动器和锥形转子电动机两类，下面就这两种制动型式卷扬机的常见类型作介绍。 此类卷扬机大多是单卷筒的。 根据设计要求拟定以下两种方案： 方案一： 圆柱齿轮减速器 加开式齿轮传动 的卷扬机如图。 图 圆柱齿轮减速器加开式齿轮传功的卷场机简图 1— 电动机 2— 联轴器 3— 制动器 4— 减速器 5— 开式齿轮传动 6— 卷筒 吨卷扬机设计 第 8 页 共 45 页 方案二：蜗杆减速器加开式齿轮传动的建筑卷扬机如图 图 蜗杆减速器加开式齿轮传动的建筑卷扬机简图 1— 电动机 2— 联轴器 3— 制动器 4— 蜗杆减速器 5— 开式齿轮传动 6— 卷筒 方案对比 方案一：此方案由电动机、联轴器、制动器、圆柱齿轮减速器、开式齿轮传动、卷筒等构件组成。 该方案采用的圆柱齿轮减速器具有 结构简单，效率较高，传动较为平稳的优点。 此种减速器不适应高速 重载的工况要求，而且直齿圆柱齿轮占据空间较大。 方案二：此方案由电动机、联轴器、制动器、 蜗杆减速器、开式齿轮传动、卷筒等构件组成。 该方案采用蜗杆齿轮减速器 传动效率低，空间布置困难，占用空间大。 两种方案的差别在于减速器的选择。 而减速器的 选择差别导致了卷扬机的基本结构的差别。 在空间布置上，圆柱齿轮减速器更适用于本设计。 同时，圆柱齿轮传动效率高，传动平稳适用于卷扬机的工作环境。 综上所述，本设计卷扬机的基本结构采用圆柱齿轮减速器加开式齿轮的卷扬机。 吨卷扬机设计 第 9 页 共 45 页 卷扬机工作级别与类别 为了合理设计、制造、使用及提高零件三化水平，卷扬机根据利用等级与载荷状态划分为： A1 ， A2 ， A3 ， A4 ， A5 ， A6 ， A7 ， A8 ，八个工作级别 【 6】。 利用等级 利用等级 是表示卷扬机使用的频繁程度，以其在设计寿命期内应总工作循环次数 Nt 表征。 而一个工作循环是指从一个载荷准备提拉时开始到下一个载荷准备提拉时为止的全过程。 卷扬机的寿命一般不少于 5 年，在这个期间内依据工作频繁程度的不同，总工作循环 Nt 可分为 8 个利用等级，见表 21 表 21 卷扬机利用等级 利用等级 总工作循环数 Nt 说明 U0 104 不经常使用 U1 104 U2 104 U3 105 U4 105 经常地轻闲地使用 U5 5 105 经常地中等使用 U6 1 106 有时频繁地使用 U7 2 106 频繁地使用 根据本次设计的建筑卷扬机的使用情况确定利用等级为 U7。 载荷状态 载荷状态 表示建筑卷扬机钢丝绳承受拉力作用地轻重与频繁程度，它与整个 吨卷扬机设计 第 10 页 共 45 页 使用寿命期限内钢丝绳每次承受地拉力 Fi 与额定拉力 Fe 之比（ Fi / Fe ）和钢丝绳每次承受拉力 Fi 作用下地工作循环次数 ni 与总工作循环次数 Nt 之比（ ni /Nt ）有关 【 9】。 载荷谱系数 Kf 可用下式计算： Kf ＝∑  meiti FFNn (21) 式中 Kf —— 载荷谱系数； ni —— 在钢丝绳拉力 Fi 作用下的工作循环次数， ni ＝ n1 ， n2 nn ； Nt —— 总的工作循环次数， Nt ＝∑ ni ＝ n1 ＋ n2 ＋ nn ； Fi —— 钢丝绳承受的第 i 个拉力， Fi ＝ F1 ， F2 ， Fn （ N）； Fe —— 钢丝绳承受的额定拉力（ N）； 卷扬机的载荷状态可根据钢丝绳承受的拉力（载荷）大小和频繁程度，按名义载荷谱系数 Kf 分为四级，见表 22。 表 22 载荷状态 载荷状态 名义载 荷谱系数 Kf 当量拉力系数 Kd 说明 Q1（轻） Kd ≤ 通常承受 1/3 的额定拉力，很少承受额定拉力时使用 Q2（中） ＜ Kd ≤ 通常承受（ 1/3～ 2/3）的额定拉力，有时承受额定拉力时使用 Q3（重） ＜ Kd≤ 通常承受 2/3以上的额定拉力，较多承受额定拉力时使用 Q4 （特重） ＜ Kd ≤1 频繁地承受拉力或者额定拉力相近时使用 如果钢丝绳在拉力 Fi 作用下的时间为 ti ,可以得出当量拉力系数 Kd ，按公式21 计算。 吨卷扬机设计 第 11 页 共 45 页 Kd ＝mninnii tttt tFtFtFtF  2133232131 (21) 式中 Kd —— 当量拉力系数； ti —— Fi 作用下的时间； ti ＝ t1 ， t2 ， tn 根据载荷谱系数的分级可以得出相应的当量拉力系数 Kd。 根据本次设计要求确定建筑卷扬机的载荷状态为 Q2（中）， Kf ＝ ， Kd ＝。 起升机构的组成及型式 起升机构的组成 起升机构是使重物作升降运动的机构，它是任何起重机必不可少和最主要最基本的机构。 此次设计的电动 5 吨卷扬机是由电动机、连轴器、制动器、减速器、卷筒、导向滑轮、起升滑轮组、钓钩等组成，其各方面的机构分布可以参考如下图 所示。 图 起升机构示意图 1— 电动机 2— 联轴器 3— 减速器 4 — 卷筒 5— 导向滑轮 6— 滑轮组 7— 吊钩 电动机正转或反转时，制动器松开，通过带制动轮的联轴器带动减速器高速轴，经减速器减速后由低速轴带动卷筒旋转，使钢丝绳在卷筒上绕进或放出，从而使重物起升或下降。 电动机停止转动时，依靠制动器将高速轴的制动轮刹住， 吨卷扬机设计 第 12 页 共 45 页 使悬吊的重物停止在空中 【 10】。 根据需要起升机构上还可装设各种辅助装置，如起重量限制器、起升高度限位器、速度限制器和钢丝绳作多层卷绕时，使钢丝绳顺序排列在卷筒上的排绳装置等。 起升机构的典型传动型式 在电动机与卷筒之间通常采用效率较高的起重用 标准两级减速器。 要求低速时可采用三级大传动比减速器。 为便于安装，在电动机与减速机之间常采用具有补偿性能的弹性柱销连轴器或齿轮连轴器。 前者构造简单并能起缓冲作用，但弹性橡胶圈的使用寿命不长；后者坚固耐用，应用最广。 齿轮连轴器的寿命与安装质量有关，并且需要经常润滑。 一般制动器都安装在高速轴上，这样所需要的制动力矩小，相应的制动器尺寸小，重量轻。 经常利用联轴器的一半兼作制动轮。 带制动轮的半体应安装在减速器高速轴上。 这样，即使联轴器被损坏，制动器仍可把卷筒制动住，以确保机构的安全。 起升机构的制动器必须采用常闭式 的。 制动力矩应保证有足够的制动安全系数。 在重要的起升机构中有时设两个制动器，而第二个制动器可安装在减速器高速轴的另一伸出端或装设在电动机的尾部出轴上。 为使机构布置方便并增大补偿能力，在电动机与减速机之间可用浮动轴连接，浮动轴的两端为半齿轮连轴器。 由于卷筒与减速器低速轴之间的连接型式很多。 本卷扬机的卷筒与低速轴的连接为带齿轮接盘的结构型式，卷筒轴左端用自位轴承支撑于减速器输出轴的内腔轴承座中，低速轴的外缘制成外齿轮，它与固定在卷筒上的带内齿轮的接盘相啮合，形成一个齿轮连轴器传递扭矩，并可以补偿一定的安装 误差。 在齿轮联轴器外侧，即靠近减速器的一侧装有剖分式密封盖，以防止联轴器内的润滑油流出来和外面的灰尘进入。 这种连接型式的优点是结构紧凑，轴向尺寸小，分组性好，能补偿减速器与卷筒轴之间的安装误差。 如下图。 吨卷扬机设计 第 13 页 共 45 页 图 用齿轮接盘连接型式 卷筒的直径一般尽量选用允许的较小值，因为随着卷筒直径的增加，扭矩和减速传动比也增大，引起整个机构庞大。 但在起升高度较大时，往往用增大卷筒直径的方法以减小其长度。 滑轮组型式（单联或双联）和它的倍率对起升机构的尺寸也有很大的影响。 在桥式起重机中采用双联滑轮组 ，一方面使卷筒两支撑上的受力不变，也就是使运行小车两边的轨道轮压不变，这对桥架和小车车架受力是有利的；另一方面是使重物在起升过程中不作横向移动。 但由于双联滑轮组的倍率比单联滑轮组小一倍，起升机构的传动比也需要增大一倍，这就使机构尺寸增大，所以其他的起重机采用单联滑轮组，此次设计的是 吨桥式起重机的卷扬机，因此选用双联滑轮组。 滑轮组的倍率的确定对钢丝绳的拉力、卷筒直径与长度、减速机构的传动比以及机构的总体尺寸有很大的影响。 大起重量采用较大的倍率，可避免采用过粗的钢丝绳。 有时在采用较大的滑轮组倍率的同时 相应的降低了起升速度的方式来提高起重量，可以使起升机构达到通用性，即将同一起升机构用于不同的起重量，这是在系列设计时常采用的方法。 起升机构计算是在给定了设计参数，并将布置方案确定后进行的，通过计算选用机构中所需要的标准零部件，如电动机、制动器、减速器和联轴器等。 对于非标准零部件需进行单独设计。 吨卷扬机设计 第 14 页 共 45 页 第三章 主体零件的设计 钢丝绳的分类和选型 卷扬机通过钢丝绳升降、牵引重物，工作时钢丝绳所受应力十分复杂，加之对外界影响因素比较敏感，一旦失效，后果十分严重，因此，应特别重视钢 丝绳的合理选择与使用 【 11】。 钢丝绳的种类和构造 钢丝绳的种类．根据钢丝绳中钢丝与钢丝的接触状态不同又可分为： （ 1）点接触钢丝绳 点接触钢丝绳绳股中各层钢丝直径均相同，而内外各层钢丝的节距不同．因而相互交叉形成点接触。 其特点是接触应力高．表面粗糙，钢丝易折断，使用寿命低。 但制造工艺简单，价格便宜。 在实际中常发现这种钢丝绳在受拉、尤其是受弯时由于钢丝间的点接触、造成应力集中而产生严重压痕，由此导致钢丝疲劳断裂而使钢丝绳过早报废。 （ 2）线接触钢丝绳 线接触钢丝绳绳股由不同直径的钢丝统 制而成，每一层钢丝的节距。