李慧娟，徐文娟

HC（8+8）t高揚(yáng)程電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究

李慧娟，徐文娟

（咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北咸寧437100）

電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)容繩量及排繩問(wèn)題是各類電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮并解決的問(wèn)題，而HC（8+8）t電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的揚(yáng)程較高，容繩量較大，卷筒裝置的結(jié)構(gòu)尺寸也會(huì)隨之增大，卷?yè)P(yáng)機(jī)的占地空間也會(huì)增大。采用分區(qū)多層纏繞的方法解決了容繩量的問(wèn)題并保證了卷筒裝置的占地空間；通過(guò)優(yōu)化壓輥裝置的結(jié)構(gòu)，解決了大噸位超高揚(yáng)程電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的排繩問(wèn)題。

容繩量；壓輥裝置；卷筒裝置；電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)

大噸位超高揚(yáng)程電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)因其揚(yáng)程比普通電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)大得多，因此需要增加容繩量，如果按照普通的卷筒纏繞方法，會(huì)使卷筒的長(zhǎng)度增加，這樣導(dǎo)致電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)變大，所占空間變大，所需要的材料增多，制造成本變高。采用鋼絲繩多層纏繞方式，可以縮短卷筒的長(zhǎng)度，既可以增大容繩量，又可以從整體上使電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)變得緊湊。鋼絲繩纏繞層數(shù)越多，排繩、壓繩越難，電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)越容易出故障。為了改進(jìn)大噸位超高揚(yáng)程電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，提高電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的安全性能，并降低生產(chǎn)成本，本文主要針對(duì)HC（8+8）t高揚(yáng)程卷?yè)P(yáng)機(jī)的容繩量及排繩問(wèn)題對(duì)卷筒裝置和壓輥裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析與研究。

HC（8+8）t超高揚(yáng)程電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)主要包括以下幾大結(jié)構(gòu)：卷筒裝置、壓輥裝置、超載檢測(cè)裝置、帶制動(dòng)功能的變頻電動(dòng)機(jī)等，如圖1所示。如要解決容繩量的問(wèn)題必須優(yōu)化卷筒裝置的結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)；要解決排繩、亂繩等問(wèn)題就必須優(yōu)化壓輥裝置的結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)。本文主要針對(duì)卷筒裝置和壓輥裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析計(jì)算，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。

圖1 電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)

1 HC（8+8）t超高揚(yáng)程電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

普通電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的卷筒裝置主要由卷筒、一個(gè)壓繩組件和鋼絲繩組成。如果電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩采用單層纏繞，容繩量的大小直接影響了卷筒的長(zhǎng)度和直徑，即容繩量越大卷筒長(zhǎng)度越長(zhǎng)，卷筒直徑越大，成本越高，占地空間越大。而HC（8+8）t超高揚(yáng)程電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的容繩量為2×180 m，因此，HC（8+8）t超高揚(yáng)程電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的卷筒裝置的結(jié)構(gòu)必須有所改變。

HC（8+8）t超高揚(yáng)程電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的卷筒裝置除了加大卷筒的直徑外，還在卷筒的中間加了一個(gè)中擋板，中擋板安裝在卷筒的中間位置上，將卷筒的容繩空間由原來(lái)的一個(gè)變成了大小相等的兩個(gè)容繩空間，每個(gè)容繩空間各配有一個(gè)壓繩組件和一根鋼絲繩。鋼絲繩纏繞在卷筒上的繩槽內(nèi)，兩個(gè)容繩空間的繩槽旋向正好相反，一個(gè)采用左旋，另一個(gè)采用右旋，如圖1所示。兩個(gè)壓繩組件中的壓塊分別將兩根鋼絲繩的一端分別固定在卷筒兩端的端面上，鋼絲繩穿過(guò)擋板上的孔預(yù)先在卷筒上纏繞4～5圈，并分別從壓輥軸和卷筒之間穿過(guò)，其另一端通過(guò)定滑輪固定在料耙機(jī)的立柱上，在料耙機(jī)的立柱上形成雙吊點(diǎn)起吊重物。

1.1 HC（8+8）t超高揚(yáng)程電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的性能參數(shù)

HC（8+8）t超高揚(yáng)程電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的主要性能參數(shù)如下：

（1）電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的內(nèi)部材料：Q345E；

（2）HC（8+8）t電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的起升重量：（8+8）t；

（3）容繩量：2×180 m；

（4）工作級(jí)別：M3.

1.2 鋼絲繩直徑的計(jì)算

鋼絲繩纏繞在卷筒上的繩槽中，根據(jù)鋼絲繩的直徑確定卷筒上的繩槽尺寸，因?yàn)槭嵌鄬永p繞，卷筒兩端的擋板高度鋼絲繩的直徑也有關(guān)，因此要確定卷筒的結(jié)構(gòu)尺寸必須計(jì)算鋼絲繩的直徑。

鋼絲繩直徑可由鋼絲繩最大工作靜拉力公式計(jì)算[4]

經(jīng)查手冊(cè)C可取0.093，S=8 000×10=80 000 N，代入公式（1）可以得到鋼絲繩的直徑

1.3 卷筒結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算

卷筒的結(jié)構(gòu)尺寸主要包括卷筒的直徑、長(zhǎng)度、厚度、擋板的高度等，其中卷筒的直徑直接影響容繩量的大小。

（1）卷筒的名義直徑計(jì)算公式為[1]經(jīng)查手冊(cè)可得h=14，代入公式（2）中計(jì)算可得卷筒的直徑為：

（2）卷筒的厚度

因?yàn)榫硗驳牟牧蠟镼345E，所以卷筒的厚度取δ≈d=26.3 mm

（3）繩槽半徑：R=（0.53?0.56）d=（0.53?0.56）×26.3=（13.99?14.728）mm，取R=14 mm

（4）標(biāo)準(zhǔn)繩槽的深度：H1=（0.25?0.4）d=（0.25?0.4）×26.3=（6.575?10.52）mm，取H1=8mm

（5）標(biāo)準(zhǔn)繩槽的節(jié)距：P1=d+24=26.3+24= 28.3mm，取整數(shù)P1=29mm

（6）卷筒的長(zhǎng)度及鋼絲繩纏繞層數(shù)計(jì)算

第一層鋼絲繩纏繞在繩槽中，卷筒中心到繩芯的距離為

根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算可以算得第一層鋼絲繩纏繞卷筒一圈的長(zhǎng)度為

l1=2πR1=3.14×189.3=1 188.8 mm

因?yàn)閺?qiáng)度計(jì)算的條件是卷筒的長(zhǎng)度L≤3D

若每層纏繞n圈，繩槽節(jié)距為29mm，則29n≤3D

所以可得n≤3D/29，即n≤38，取n=35

則卷筒的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=29×35=1 015 mm

則第一層容繩量為：

35×1 188.8=41 608 mm=41.608 m

第一層的容繩量最小，層數(shù)越大容繩量越大，設(shè)計(jì)過(guò)程中按第一層容繩量計(jì)算，可確保足夠的容繩量，所以（2×180）/41.608=8.65層，所以鋼絲繩纏繞層數(shù)取9層。

（7）卷筒的強(qiáng)度計(jì)算[1]：

強(qiáng)度計(jì)算條件L≤3D

強(qiáng)度計(jì)算公式

A1為應(yīng)力減小系數(shù)，一般取A1=0.75；Smax為鋼絲繩最大靜拉力（N）；P為鋼絲繩圈繞節(jié)距（mm）；σcP為許用壓應(yīng)力（MPa）；δ為卷筒壁厚（MPa）；A為與纏繞層數(shù)有關(guān)的系數(shù)，查手冊(cè)A取2.5.

當(dāng)L≤3D時(shí)，彎曲和扭應(yīng)力合成應(yīng)力不超過(guò)10%的壓應(yīng)力，只計(jì)算壓應(yīng)力即可。

因?yàn)榫硗膊捎玫牟牧蠟镼345E，屈服強(qiáng)度值為

許用應(yīng)力σcP=σb/1.5=230MPa

滿足強(qiáng)度校核要求σc≤σcP，故卷筒強(qiáng)度足夠。

2 壓輥裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

HC（8+8）t超高揚(yáng)程電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)超高揚(yáng)程電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)排繩、亂繩問(wèn)題主要由壓輥裝置來(lái)保證。壓輥裝置由壓輥套筒、壓輥軸、連接板、壓輥安裝座、彈簧等組成。普通卷?yè)P(yáng)裝置一般采用單繩纏繞，HC（8+8）t超高揚(yáng)程電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)采用的是雙支點(diǎn)起吊重物，兩繩同時(shí)反向纏繞。兩繩開(kāi)始纏繞的起點(diǎn)從卷筒的兩端同步進(jìn)行，通過(guò)卷筒上繩槽的旋向來(lái)保證鋼絲繩的運(yùn)動(dòng)方向，一邊采用左旋，一邊采用右旋，左右旋向終止于中擋板。如圖2所示，卷筒由中檔板分割成兩個(gè)區(qū)間，尺寸大小相等，繩槽旋向相反，兩繩起點(diǎn)分在卷筒兩端，從而保證了卷筒在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，兩繩能同時(shí)同步并反向運(yùn)動(dòng)。

圖2 壓輥裝置

在纏繞過(guò)程中利用壓輥裝置保證鋼絲繩有序纏繞。壓輥套筒與壓輥軸之間通過(guò)軸承連接，壓輥軸通過(guò)連接板安裝在壓輥安裝座上，螺旋扣一端與連接板相連，另一端與壓輥安裝座通過(guò)彈簧連接；兩根鋼絲繩分別從壓輥軸和卷筒之間穿過(guò)，鋼絲繩在纏繞過(guò)程中，壓輥軸通過(guò)彈簧的拉力將鋼絲繩壓向卷筒從而防止亂繩或打結(jié)，保證其有序纏繞；電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)容繩量長(zhǎng)度不小于2×180m，鋼絲繩總長(zhǎng)約2×230m.

3 HC（8+8）t超高揚(yáng)程電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的工作原理

在常溫下電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器運(yùn)動(dòng)，減速器通過(guò)中心軸將運(yùn)動(dòng)傳遞給卷筒，實(shí)現(xiàn)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)兩根鋼絲繩沿卷筒反向移動(dòng)，繞繩過(guò)程中通過(guò)壓繩組件防止鋼絲繩滑動(dòng)，在換層、纏繞過(guò)程中，壓輥軸通過(guò)彈簧的拉力將鋼絲繩壓向卷筒從而防止亂繩或打結(jié)，保證鋼絲繩有序的纏繞。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要通過(guò)優(yōu)化HC（8+8）t超高揚(yáng)程電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的壓輥裝置和卷筒裝置的結(jié)構(gòu)，解決了HC（8+8）t超高揚(yáng)程電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的容繩量及排繩問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)了在起吊重物過(guò)程中雙吊點(diǎn)起吊，并保證了在起吊過(guò)程中兩根鋼絲繩同時(shí)同步反向運(yùn)動(dòng)。壓輥裝置和卷筒裝置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化既可以增大容繩量，又可以從整體上使電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)變得緊湊，對(duì)提高電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的安全性能，降低生產(chǎn)成本具有一定的意義。

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2]姚大勇.JB/T5000.7-1998重型機(jī)械通用技術(shù)條件[S].北京：中國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[3]中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)編.中國(guó)機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編：起重機(jī)卷[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[4]宮本智.葫蘆式起重機(jī)[M].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

Structure Design and Research of HC（8+8）t High Lift Electric Hoist

LI Hui-juan，XU Wen-juan
（Xianning Vocational Technical College，Hubei Xianning 437100，China）

Rope capacity and rope device problem must be taken into account and solve in the design process of all kinds of electric hoists.But the lift of HC（8+8）t electric hoist is higher，rope capacity is larger，the structure size of the roll device will increase，covers an area of the hoist will also increase，this paper adopts the method of partition multi-layer winding to solve the problem of the rope capacity and ensure the covers an area of roll device.this paper uses optimization of the structure of roller device to solve the large-tonnage high lift electric hoist rope problem.

rope capacity；compression roller device；roll device；electric hoist

TH211

A

1672-545X（2017）02-0033-03

2016-11-05

本文系咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)重點(diǎn)課題“大噸位超高揚(yáng)程電動(dòng)葫蘆的技術(shù)研究”的成果（批準(zhǔn)文號(hào)：2015Y007）

李慧娟（1981-），女，湖北鄂州人，講師，碩士，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)教育的研究與教學(xué)。