建筑卷揚機及其排繩機構(gòu)的設(shè)計說明書

I 目 錄 1 緒 論 . 1 1.1 建筑卷楊機的簡介 . 1 1.2 設(shè)計方法或技術(shù)路線 ： . 3 1.2.1 設(shè)計要求 . 3 1.2.2 各零部件的設(shè)計 . 3 1.2.3 擬采用的方法或技術(shù)路線 . 3 1.3 本設(shè)計的意義 . 4 2 卷揚機部件的設(shè)計計算 . 5 2.1 電動機功率選擇、總傳動比設(shè)計計算與校驗 . 5 2.1.1 電動機功率的初選： . 5 2.2 鋼絲繩的計算及確定 . 8 2.2.1 材料和種類的分析 . 8 2.2.2 鋼絲繩的固定方法： . 8 2.2.3 鋼絲繩直徑的確定： . 9 2.3 排繩機構(gòu)傳動方式的確定 . 10 3 卷筒及卷筒軸設(shè)計 . 14 3.1 卷筒的設(shè)計計算 . 14 3.1.1 材料與結(jié)構(gòu)的選用： . 14 3.1.2 卷筒容繩尺寸參數(shù)： . 14 3.1.3 卷筒的受力分析 . 17 3.1.4 卷筒強度計算校核 . 17 3.1.5 卷筒筒壁的穩(wěn)定性估算 . 20 3.2 卷筒軸的設(shè)計計算 . 20 3.2.1 作用力計 算 . 21 3.2.2 垂直面支承反力及彎矩 . 22 II 3.2.3 水平面支承反力及彎矩支反力 . 22 3.2.4 合成彎矩 . 23 3.2.5.計算工作應(yīng)力 . 23 3.2.6 心軸的疲勞強度計算 . 24 3.2.7 心軸的靜強度計算 . 24 4 卷筒軸齒輪及排繩器設(shè)計 . 26 4.1 齒輪類型、精度級度、材料及齒數(shù)等設(shè)計 . 26 4.1.1 齒輪類型、精度級度、材料及齒數(shù)分析 . 26 4.1.2 齒面接觸強度設(shè)計 . 26 4.1.3.齒根彎曲強度計算 . 29 4.1.4 模數(shù) m 設(shè)計 . 30 4.1.5 齒輪幾何尺寸計算 . 30 4.1.6 齒輪驗算 . 31 4.1.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計： . 32 4.2 排繩器的設(shè)計 . 33 4.2.1 工作原理 . 33 4.2.2 工作過程分析： . 34 4.2.3 強度計算校核 . 35 4.2.4 滑塊強度校核 . 37 4.2.5 潤滑 . 38 5 起升機構(gòu)的設(shè)計 . 39 5.1.1 起升機構(gòu)的組成 . 39 5.1.2 起升機構(gòu)的典型傳動型式 . 39 小 結(jié) . 43 致 謝 . 44 參考文獻 . 45 摘 要 III 建筑 卷揚機 是一種起重設(shè)備 ，由于其結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、操作方便、對作業(yè)環(huán)境適應(yīng)性強，因此在建筑、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、海運、交通、化工、冶金和油田等部門中用于起重、拖重物等工作，也是每個建筑工地、每個工程隊必不可少的設(shè)備。 在施工工地上，卷揚機鋼絲繩在繩筒上繞制常常發(fā)生錯亂，這樣，鋼絲繩相互擠壓，磨損嚴重，縮短了鋼絲繩的使用壽命；同時，與卷揚機配用的限位裝置普遍為重錘式或螺桿式。重錘式安裝維修不便，螺桿式由于鋼絲繩排繞錯亂而導(dǎo)致限位失靈 。為了克服以上缺點，在卷揚機上附加了一種排繩機構(gòu)。 排繩機構(gòu)的設(shè)計，以減速箱齒輪提供的轉(zhuǎn)動，驅(qū)動使排繩機構(gòu)往復(fù)直線運動，使得鋼絲繩能在卷揚機卷筒上整齊排列。 利 用 這一 機構(gòu)進行均勻排繩從而提高了鋼絲繩的使用壽命 ，從而提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度。 關(guān)鍵詞： 建筑卷揚機， 卷筒， 總體設(shè)計 IV Abstract winch is a construction lifting equipment, because of its simple structure, manufacture low-cost, easy to operate, right operating environment adaptability, construction, industry, agriculture, shipping, transportation, chemical industry, metallurgy and oil sectors such as for lifting and dragging heavy objects, etc., as well as each building site, Each team works essential equipment. The construction site, hoist rope on the ropes around the tube system disorder often occur, then squeeze each other rope, wear serious, shorten the life of the wire rope； Meanwhile, the windlass wearing spacing devices-generally heavy hammer or screw. Mallets-installation maintenance inconvenience, screw-type arrangement as rope around disorder caused spacing failure. In order to overcome the above drawbacks, the hoist to attach a rope agencies. Pai brought the design to reduce speed gear boxes for the moment, the drive to make arrangements justice agencies reciprocating linear motion. can make rope winch drum, were neatly arranged. Use the bodies uniform rope so as to enhance the life of the wire rope, thereby increasing production efficiency, reduce labor intensity. Keywords :Construction winch, Drum, Overall design V 目 錄 摘 要 . I Abstract . IV 1 緒 論 . V 1.1建筑卷揚機的簡介 . 1 1.2設(shè)計方法或技術(shù)路線： . 3 1.2.1設(shè)計要求 . 3 1.2.2各零部件的設(shè)計 . 3 1.2.3擬采用的方法或技術(shù)路線 . 4 1.3本設(shè)計的意義 . 4 2 卷揚機部件的設(shè)計計算 . 5 2.1電動機功率選擇、總傳動比設(shè)計計算與校驗 . 5 2.1.1電動機功率的初選： . 5 2.2：鋼絲繩的計算及確定 . 8 2.2.1材料和種類的分析 . 8 2.2.2鋼絲繩的固定方法： . 8 2.2.3. 鋼絲繩直徑的確定： . 9 2.3：排繩機構(gòu)傳動方式的確定 . 10 3 卷筒及卷筒軸設(shè)計 . 14 3.1 卷筒的設(shè)計計算 . 14 3.1.1材料與結(jié)構(gòu)的選用： . 14 3.1.2卷筒容繩尺寸參數(shù)： . 14 3.1.3卷筒的受力分析 . 17 3.1.4卷筒強度計算校核 . 18 3.1.5卷筒筒壁的穩(wěn)定性估算 . 20 VI 3.2：卷筒軸的設(shè)計計算 . 21 3.2.1作用力計算 . 21 3.2.2垂直面支承反力及彎矩 . 21 3.2.3水平面支承反力及 彎矩支反力（如圖 4.3） . 22 3.2.4合成彎矩 . 23 3.2.5.計算工作應(yīng)力 . 23 3.2.6心軸的疲勞強度計算 . 24 3.2.7心軸的靜強度計算 . 24 4 卷筒軸齒輪及排繩器設(shè)計 . 25 4.1：齒輪類型、精度級度、材料及齒數(shù)等設(shè)計 . 25 4.1.1齒輪類型、精度級度、材料及齒數(shù)分析 . 25 4.1.2齒面接觸強度設(shè)計 . 26 4.1.3.齒根彎曲強度計算 . 28 4.1.4模數(shù) m設(shè)計 . 29 4.1.5齒輪幾何尺寸計算 . 30 4.1.6齒輪驗算 . 30 4.1.7齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計： . 30 4.2排繩器的設(shè)計 . 32 4.2.1工作原理： . 32 4.2.2工作過程分析： . 33 4.2.3 強度計算校核 . 35 4.2.4 滑塊強度校核 . 36 4.2.5 潤滑 . 38 5 起升機構(gòu)的設(shè)計 . 39 5.1起升機構(gòu)的組成 . 39 5.2 起升機構(gòu)的典型傳動型式 . 39 VII 小 結(jié) . 43 致 謝 . 44 參考文獻 . 45 1 1 緒 論 卷揚機作為機械中最基本的設(shè)備，由于其結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、操作方便、對作業(yè)環(huán)境適應(yīng)性強，因此在建筑、工業(yè)、農(nóng) 業(yè)、海運、交通、化工、冶金和油田等部門中用于起重、拖重物等工作，也是每個建筑工地、每個工程隊必不可少的設(shè)備。 在施工工地上，卷揚機鋼絲繩在繩筒上繞制常常發(fā)生錯亂，這樣，鋼絲繩相互擠壓，磨損嚴重，縮短了鋼絲繩的使用壽命；同時，與卷揚機配用的限位裝置普遍為重錘式或螺桿式。重錘式安裝維修不便，螺桿式由于鋼絲繩排繞錯亂而導(dǎo)致限位失靈。為了克服以上缺點，在卷揚機上附加了一種排繩機構(gòu)。 排繩機構(gòu)的設(shè)計，以減速箱齒輪提供的轉(zhuǎn)動，驅(qū)動使排繩機構(gòu)往復(fù)直線運動，使得鋼絲繩能在卷揚機卷筒上整齊排列。 從而提高了生產(chǎn)效率 , 降低了勞動強 度。 1.1 建筑卷揚機的簡介 自從 1955年沈陽國泰礦山機械廠試制了 10馬力 (約 7.5kw)單筒卷揚機，我國的建筑卷揚機生產(chǎn)已有近 50年的歷史，而真正定型生產(chǎn)還是在 7O年代初的事。80年代初我國的建筑卷揚機技術(shù)的研究才活躍起來，但和國外的建筑卷揚機技術(shù)相比落后至少 3O年。在 8O年代以前，我國還沒有制定有關(guān)建筑卷揚機的國家標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品規(guī)格五花八門，結(jié)構(gòu)與技術(shù)的維持基本上是根據(jù)日本 JIS8OOl 等 40 年代落后標(biāo)準(zhǔn)及按蘇聯(lián)圖紙制造的 1Oll、 1012 等落后機型，進展十分緩慢。 80 年代以后，是我國建筑卷揚機設(shè)計制 造技術(shù)發(fā)展最快的時期。國家也制定了有關(guān)建筑卷揚機的配套標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。 1985年底，由行業(yè)組織 9廠 1所 1校共同參加的卷揚機產(chǎn)品系列設(shè)計，使卷揚機的性能參數(shù)與經(jīng)濟效益結(jié)合指標(biāo)達到了較為統(tǒng)一的水平，也給使用和維修帶來了方便，促進了卷揚機的更新?lián)Q代。然后新產(chǎn)品種數(shù)達到近十個，其中最具有代表性的產(chǎn)品有福建省建筑機械廠的行星傳動卷揚機、昆明建筑機械廠的少齒差傳動卷揚機、長沙建筑機械研究所與福州市建筑機械廠聯(lián)合開發(fā)的仿日本 Seibu 公司采用立式齒輪傳動的電控卷揚機廣州市一建公司 2 機械廠的高速卷揚機適應(yīng)高層建筑的多功能需要， 而江蘇海門第三機械廠引進專利技術(shù)開發(fā)的系列多排頂桿蠕動傳動的卷揚機分為三大系列：即電控、手控和微機程控三大類，其性能優(yōu)于代表國際先進承平的 Seibu“ 一 ” 字型卷揚機，使我國的建筑卷揚機技術(shù)跨入世界先進行列。 Stocky 系列卷揚機采用多排頂桿蠕動減速裝置，并將該減速裝置直接設(shè)置于卷筒內(nèi)，使設(shè)計的卷揚機達到體積小、重量輕、過載能力大、節(jié)省能源、工作安全可靠。根據(jù)用戶使用反映卷揚機采用錐形制動電機后，由于一般建筑工地離變壓器較遠，電纜壓降較大，時常出現(xiàn)制動器釋放不開，使得卷揚機不能正常工作，因此又設(shè)計了一種采用普 通 Y 系列的、帶制動器的 “ 一 ” 字型卷揚機，將多排頂桿蠕動傳動應(yīng)用在建筑卷揚機中，當(dāng)時使我國的卷揚機技術(shù)一改幾十年一貫制的落后狀態(tài)，一躍跨入世界先進行列，該產(chǎn)品的整機組合合理，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，過載能力強，工作安全可靠其中傳動方式部分的設(shè)計構(gòu)思獨特、新穎、受力均勻、合理，當(dāng)時屬國內(nèi)外首創(chuàng)。 Rotzler公司， I 型卷揚機設(shè)計用于汽車裝載機和船舶起重機，也可用于打井機和特種提升設(shè)備。重量輕尺寸緊湊的結(jié)構(gòu)可提高起重機起重能力， I 卷揚機減速箱的扭矩不斷受到檢測，并借助一種新型電子檢測控制裝置 (MCD)將檢測結(jié)果 轉(zhuǎn)換為線性模擬信號。該信號可整合到任何起重機的電子控制系統(tǒng)中，使司機隨時能夠精確測定卷揚機的負荷。利用該線性信號，在卷揚機負荷超過 90額定值時還可發(fā)出聲音或圖象警示。當(dāng)卷揚機提升或放下重物時，或當(dāng)制動使重物靜止時測定減速箱扭矩。新型電子控制系統(tǒng)可用來確定最低吊鉤位置，防止操作者誤操作使鋼繩纏繞圈數(shù)少于安全必需的 3 圈。該卷揚機有 3 種規(guī)格，提升力 7 KN、 10KN和 19 KN，最小型號重 50Kg，長 320 rain，寬 280 rain，高 280 rain 。 Demag公司推出了一種能頻繁、快速進行提升作業(yè)的高 速提升裝置。一種能以 70m min的提升速度提升 80kg 物體，另一種以 35m min的提升速度提升 1 60 kg 物體。這種裝置的速度是 Demag DS1 卷揚機的 5倍。可用于發(fā)貨中心的貨物碼。聯(lián)合動力產(chǎn)品公司 (APPI)研制開發(fā)了一種帶式葫蘆和卷揚機系列產(chǎn)品，它用高強度編織帶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼絲繩或起重環(huán)鏈，能消除載荷回轉(zhuǎn)、鋼絲繩纏繞等問題，具有便于搬運、安裝和檢查等優(yōu)點。該公司還可根據(jù)用戶的要求，提供電動機、液壓馬 3 達和氣動馬達作為傳動部件，這種帶式葫蘆的最大起重量為 2.5 t，帶式卷揚機為 5.4t。 為了適應(yīng)我國 建設(shè)任務(wù)具有量大、面廣、分散等特點，以及勞力資源豐富，財力不足以及貫徹執(zhí)行機械化、半機械化與改良工具相結(jié)合的方針，實行多層次的裝備政策和 近期內(nèi)以發(fā)展中、小型機械為主的方針要求，設(shè)計符合我國國情的新的卷揚機勢在必行，也是迫在眉睫的事。 隨著微機技術(shù)在世界的改變及在電路中的智能化， PLC在電路中的運用得到了廣泛的應(yīng)用 ,而它可靠性高、能經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗、使用極方便的巨大優(yōu)越性，迅速占領(lǐng)工業(yè)自控領(lǐng)域，成為工業(yè)自動控制的首選產(chǎn)品，與機動人、 CDM/CAM并稱為工業(yè)生產(chǎn)自動化的三 大 支柱。 1.2 設(shè)計方法或技術(shù)路線 ： 1.2.1設(shè)計要求 1）設(shè)計一臺帶排繩機構(gòu)的卷揚機 2）要求能提升 2噸的物體 1.2.2 各零部件的設(shè)計 1）電動機的功率計算及選用： 電動機的選取原則是在確保最大工作載荷轉(zhuǎn)矩的前提下，盡量選取最小功率值的電動機。同時充分發(fā)揮電動機容許的最大啟動轉(zhuǎn)矩能力，以適應(yīng)啟動時所需轉(zhuǎn)矩值的增大，為此應(yīng)優(yōu)先選用啟動轉(zhuǎn)矩和短時過載系數(shù)大的電動機。 2）減速箱的參數(shù)設(shè)計與選用： 減速箱的選擇主要根據(jù)齒面性能，傳動比等方面進行選擇。本設(shè)計中選擇硬齒面及合適的傳動比減速器作為卷揚機的選型方案，其傳動比需滿足設(shè)計要求。 3）卷 揚機滾筒及排繩機構(gòu)的設(shè)計： 卷揚機滾筒的選擇主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度設(shè)計，強度設(shè)計主要是考慮彎 4 曲校核、扭矩校核和壽命校核。 4）電動機控制線路的設(shè)計及卷揚機鋼絲繩的選擇： 卷揚機繩徑的選擇依據(jù)是 JG T503 1 93建筑卷揚機設(shè)計規(guī)范 4 1 1條，根據(jù)安全系數(shù)來確定的?？刂凭€路的設(shè)計實現(xiàn)三相異步電機的正、反轉(zhuǎn)、快轉(zhuǎn)和慢轉(zhuǎn)的要求。 1.2.3擬采用的方法或技術(shù)路線 1）動力及傳動部分 采用合適的三相異步電機，通過減速箱驅(qū)動卷揚機轉(zhuǎn)動 2）排繩機構(gòu) 設(shè)計出排繩機構(gòu)，以減速箱齒輪提供的動 力，驅(qū)動排繩機構(gòu)往復(fù)直線運動，使得鋼絲繩能在卷揚機卷筒上整齊排列 3）卷揚機 對卷揚機滾筒進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度、壽命校核 4）采用繼電器和手動按鈕設(shè)計三相異步電機的正、反轉(zhuǎn)、快轉(zhuǎn)和慢轉(zhuǎn)，完成控制面板的設(shè)計 1.3 本設(shè)計的意義 隨著卷揚機在工業(yè)的廣泛應(yīng)用，新的卷揚機勢在必行，也是迫在眉睫的事 所以本設(shè)計就是為了更好地改善已往卷揚機在工業(yè)中的缺點，如：鋼絲繩在工作中由于受到擠壓而使其使用壽命下降，而采用排繩機構(gòu)進行均勻排繩從而提高了鋼絲繩的使用壽命。同樣在控制電路中，采用 plc來進行控制這樣能減少電路中的繁鎖，跟 據(jù)科學(xué)技術(shù)要從智能化和微型化進行發(fā)展。從而改善了采用繼電器來控制電路。并增強了控制的實時性，更能保證精度要求的產(chǎn)品質(zhì)量。這樣也跟上了主流計算機發(fā)展的潮流、將生產(chǎn)控制與生產(chǎn)管理合二為一。也就是迎合了全集成自動化的概念，將數(shù)據(jù)處理、通信、控制程序統(tǒng)一起來了。這也就是本設(shè)計的意義。 5 2 卷揚機部件的設(shè)計計算 電動機、鋼絲繩、排繩機構(gòu)等在卷揚機有著非常重要的作用，所以應(yīng)跟據(jù)載荷的大小來確定它們產(chǎn)型號，這也是非常重要的。 2.1：電動機功率選擇、總傳動比設(shè)計計算與校驗 正確選擇電動機額定功率的原則是：在電動機能 夠滿足機械負載要求的前提下，最經(jīng)濟、最合理地決定電動機功率。 根據(jù)電動機的類別有直流電動機和交流電動機。而它又分為三相異步電動機和同步電動機。異步電動機結(jié)構(gòu)簡單，維護容易，運行可靠，價格便宜，具有較好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性，而直流電動機也結(jié)構(gòu)簡單、維護方便，但由于長期以來交流電動的調(diào)速問題未能得到滿意的解決。因此，交流電動機在工業(yè)中使用得最為廣泛的一種電動機。 卷揚機屬于非連續(xù)制工作機械，而且起動、制動頻繁。因此，選擇電動機應(yīng)與其工作特點相適應(yīng)。 卷揚機主要采用三相交流異步電動機。根據(jù)工作特點，電動機工作制應(yīng)考慮 選擇短時重復(fù)工作制 3S 和短時工作制 2S ，并優(yōu)先選用 YZR（繞線轉(zhuǎn)子）、 YZ（籠型轉(zhuǎn)子）系列起重專用電動機。多數(shù)情況下選用繞線轉(zhuǎn)子電動機；根據(jù)本設(shè)計要求，綜合以上分析，本設(shè)計主要選擇繞線轉(zhuǎn)子的短時重復(fù)工作制 3S 。 2.1.1電動機功率的初選： 卷揚機電動機功率的初選可按所需的靜功率計算，然后根據(jù)電動機工作方式類別進一步確定電動機的功率，并進行必要的校驗。 靜功率（單位： KW）計算公式 為： 6 60000 eeg vFP (2.1) 式中 eF 鋼絲繩額定拉力（ N）； ev 鋼絲繩額定速度（ m/min）； 卷揚機整機傳動效率。 這里的傳動效率包括傳動裝置、軸承、聯(lián)軸器、離合器和卷筒纏繞等的效率。 .21 235 6 7891041 - 電 動 機 2 - 彈 性 聯(lián) 軸 器 3 - 二 級 圓 柱 齒 輪 減 速 器 4 - 齒 輪 聯(lián)軸器5 - 開 式 齒 輪 傳 動 6 - 卷 筒 7 - 排 繩 器 導(dǎo) 輥 8 雙 向 絲 杠 9 - 鏈 條1 0 - 鏈 輪1 圖 1 卷揚機工作原理圖 根據(jù) 3建筑卷揚機的設(shè)計表 3 3 選取各傳動件的傳動效率： 彈性聯(lián)軸器 1 99 兩級圓柱齒輪減速器 (同軸式 ) 2 93 齒式連軸器 3 99 開式齒輪傳動 4 98 卷筒（滾動軸承） 5 96 7 鏈傳動 6 94 絲杠 8 40 則總傳動效率為： 54321 0.86 選取鋼絲繩的速度 ev 25m/min，則動載系數(shù) 1.13 60000 eeg vFP 86.060000 251024 9.67(kW) 卷筒轉(zhuǎn)速： 310eee Dvn 式中 ev 鋼絲繩額定速度（ m/min）； eD 卷筒基準(zhǔn)層鋼絲繩中心直徑（ mm）。 310eee Dvn 3105.44625 8.17 min)/(18 r (2.2) 總傳動比 edenni 式中 den 電動機額定轉(zhuǎn)速（ r/min）； en 卷筒轉(zhuǎn)速（ r/min）。 gdenni 18750 41.66 根據(jù) 3建筑卷揚機的設(shè)計表 3 7 可選取傳動比 608 2 i 的兩級圓柱齒輪減速器 (同軸式 )。 并取 2i 25，則開式齒輪傳動比 4i 3214 iiiii 1251 66.41 =1.66 根據(jù) 2電氣工程師手冊表 7.6 4 可選?。?YR系列繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機，轉(zhuǎn)速 den 750 r/min；額定功率 P 11KW； 8 額定電壓： 380V。 2.2：鋼絲繩的計算及確定 2.2.1材料和種類的分析 鋼絲繩由許多高強度鋼絲繩編繞而成，可單捻、雙捻成形。繩芯常采用天然纖維芯（ NF）、合成纖維芯（ SF）、金屬絲繩芯（ IWR）和金屬絲股芯（ IWS）。纖維芯鋼絲繩具有較高的繞性和彈性，纏繞時彎曲應(yīng)力較小，但不能承受橫向壓力。金屬絲芯鋼絲繩強度較高，能承受高溫和橫向壓力，但繞性較差。本設(shè)計中卷揚機為多層纏繞，更適合選用雙捻制天然纖維芯（ NF）鋼絲繩。 根據(jù)