摘 要：本文通過(guò)分析單層繞卷筒受力特點(diǎn)，推導(dǎo)出卷筒壁厚與鋼絲繩直徑的關(guān)系，重點(diǎn)提出將卷筒結(jié)構(gòu)安全系數(shù)與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別相關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)思想，優(yōu)化了卷筒自重。最后通過(guò)算例，驗(yàn)證卷筒壁厚與鋼絲繩直徑比例系數(shù)的正確性。

關(guān)鍵詞：卷筒；鋼絲繩；壁厚；研究

引言

卷筒是直接影響起重機(jī)卷繞裝置工作特性及制造成本的關(guān)鍵零部件[1]。

多年來(lái)，起重機(jī)焊接卷筒的壁厚都是由經(jīng)驗(yàn)公式確定的，《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》建議繩壁系數(shù)1.0，即焊接卷筒壁厚約等于鋼絲繩直徑。該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，但偏于保守，材料的承載能力沒(méi)有得到充分的利用。近年來(lái)， 隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大， 如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行設(shè)計(jì)，則卷筒的壁厚 將會(huì)隨著鋼絲繩的直徑 相應(yīng)的增大，由此會(huì)帶來(lái)一系列相應(yīng)的問(wèn)題[2]。

第一，卷筒壁厚的增大，將會(huì)使鋼板的加工和焊接難度增大，導(dǎo)致加工成本提高，生產(chǎn)周期加長(zhǎng)；

第二，加工卷筒的鋼板過(guò)厚會(huì)使彎曲后的卷筒內(nèi)外表面的伸縮量差值加大，從而導(dǎo)致卷筒內(nèi)的初始應(yīng)力呈現(xiàn)非均勻性的增大；

第三，卷筒壁厚的增大，致使卷筒重量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大，將會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)功率的提高和相關(guān)設(shè)備重量的增大，從而影響了起重機(jī)小車(chē)的生產(chǎn)成本。

1.單層繞卷筒的載荷特點(diǎn)

當(dāng)鋼絲繩卷繞到卷筒上后，將卷筒箍緊，此時(shí)在卷筒上產(chǎn)生三種應(yīng)力。

1.1.鋼絲繩卷繞在卷筒上產(chǎn)生的箍緊（擠壓）應(yīng)力；

1.2.繞出繩的拉力產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力；

1.3.傳遞扭矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。

其中第1.1.項(xiàng)所論及的由鋼絲繩包繞所產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力是產(chǎn)生卷筒應(yīng)力的主要載荷。

2.卷筒壁厚與鋼絲繩直徑的關(guān)系

單層繞卷筒表面通常切出導(dǎo)向螺旋槽，繩槽分標(biāo)準(zhǔn)槽和深槽兩種形式，一般情況下都采用標(biāo)準(zhǔn)槽。結(jié)合文獻(xiàn)[4]《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》和文獻(xiàn)[5]GB8918-2006《重要用途鋼絲繩》給出了卷筒繩槽的尺寸，如表1所示。

表1 卷筒繩槽尺寸

3.計(jì)算實(shí)例

4.結(jié)論

本文通過(guò)分析單層繞卷筒的載荷特點(diǎn)，推導(dǎo)出卷筒壁厚與鋼絲繩直徑的關(guān)系，并提出將卷筒安全系數(shù)與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別相關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)思想，從根本上優(yōu)化了卷筒重量，有利于降低機(jī)構(gòu)成本。最后通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了單層繞卷筒壁厚與鋼絲繩直徑比例系數(shù)的正確性。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊長(zhǎng)骙. 起重機(jī)械[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 1992.

[2]肖漢斌.起重機(jī)卷筒強(qiáng)度和穩(wěn)定性理論分析與試驗(yàn)研究[D].武漢理工大學(xué)，2002.

[3]P.Dietz.單層和多層卷繞卷筒尺寸的確定和承載能力的計(jì)算[J].國(guó)外起重運(yùn)輸技術(shù)，1981（3）：13-26.

[4]張質(zhì)文，虞和謙，王金諾等.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2001.

[5]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB 8918-2006 重要用途鋼絲繩[S].北京：機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.