李明星，岳海豹

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

0 引言

卷筒是起重機(jī)的重要組成部分，鋼廠用鑄造起重機(jī)常為單層雙聯(lián)卷筒，為了提高起重機(jī)整體的安全性能，一般都在卷筒法蘭側(cè)增加制動盤。同時為了配合安全制動器起到制動作用，制動盤直徑較卷筒筒體直徑要大，因此制動盤直徑的大小也是卷筒加工中需考慮的重要因素。如果制動盤單獨(dú)加工到尺寸要求，裝到卷筒上后，由于裝配誤差及加工變形等因素的影響，制動盤端面跳動無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。因此為了保證制動盤裝到卷筒后端面跳動符合標(biāo)準(zhǔn)要求，卷筒制動盤和卷筒需要整體加工。但是太原重工股份有限公司起重機(jī)分公司為某鋼廠生產(chǎn)的480/80 t鑄造起重機(jī)其卷筒制動盤直徑超過了廠內(nèi)數(shù)控臥式車床床身最大回轉(zhuǎn)直徑，因此無法在車床上整體加工制動盤，為此提出了一套可以使制動盤在鏜床上加工的工裝。本文就此卷筒制動盤加工工裝的設(shè)計進(jìn)行了研究。

1 卷筒制動盤結(jié)構(gòu)及加工工裝組成

鏜床可分為臥式鏜床、落地鏜床、金剛鏜床等類型。其中落地鏜床將工件固定在平臺上，適宜加工尺寸和重量較大的工件。本文在落地鏜床上完成卷筒制動盤的加工，通過設(shè)計工裝使卷筒做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，鏜刀徑向做進(jìn)給運(yùn)動，模擬車床加工。

圖1為卷筒制動盤結(jié)構(gòu)簡圖。卷筒制動盤加工工裝由電機(jī)、減速機(jī)、卷筒聯(lián)接法蘭軸、減速機(jī)聯(lián)接法蘭等組成，如圖2所示。制動盤通過Φd1螺紋孔與卷筒聯(lián)接，聯(lián)接后制動盤在鏜床上加工圖示凸臺范圍。

電機(jī)和減速機(jī)的選取、卷筒與減速機(jī)的聯(lián)接是卷筒制動盤加工工裝設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù),本文進(jìn)行詳細(xì)論述。

2 電機(jī)的選取

2.1 電機(jī)初選

加工制動盤時，制動盤承受刀具給其的切削力F的計算公式為：

Fc≈2 000apf.

Ff≈(0.2～0.6)Fc.

Fp≈(0.2～0.7)Fc.

其中：Fc為切向力，N；Ff為進(jìn)給力，N；Fp為背向力，N；ap為背吃刀量，mm；f為進(jìn)給量，mm/r。

D1-制動盤加工面外徑；D2-制動盤加工面內(nèi)徑；d1-螺栓孔直徑；D3-螺栓孔分布分度圓直徑；B-制動盤加工前厚度；b-制動盤厚度

1-卷筒支座1；2-卷筒；3-制動盤；4-卷筒支座2；5-卷筒聯(lián)接法蘭軸；6-聯(lián)接法蘭；7-減速機(jī)；8-聯(lián)接件；9-電機(jī)

電動機(jī)穩(wěn)態(tài)起升功率PN(kW)計算公式為：

其中：Pq為額定起升載荷，此時Pq=Fc，N；vq為起升速度，m/s；η為起升機(jī)構(gòu)總效率。

根據(jù)PN值及實際加工工況可以初步選擇電機(jī)。

電機(jī)初選后，電機(jī)容量必須經(jīng)過過載校驗和發(fā)熱校驗。

2.2 電機(jī)過載校驗

起升電機(jī)過載校驗公式為：

其中：P1為基準(zhǔn)接電持續(xù)率時電動機(jī)的額定功率，kW；H為與電機(jī)有關(guān)的系數(shù)，繞線型異步電機(jī)H=2.5；m為電機(jī)臺數(shù)；λm為基準(zhǔn)接電持續(xù)率時電機(jī)轉(zhuǎn)矩允許過載倍數(shù)。

2.3 電機(jī)發(fā)熱校驗

起升電機(jī)的發(fā)熱校驗公式為：

其中：Ps為穩(wěn)態(tài)平均功率，kW；G為穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)。

P2為電機(jī)工作時的接電持續(xù)率JC值和CZ值條件下的允許輸出容量，當(dāng)滿足P2≥Ps時電動機(jī)即通過發(fā)熱校驗。

經(jīng)過過載校驗和發(fā)熱校驗，可以選定電動機(jī)型號。

3 減速機(jī)選擇

電機(jī)選擇完后，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速nd和加工制動盤時的卷筒轉(zhuǎn)速nj來確定減速機(jī)減速比ij，即：

減速機(jī)的疲勞計算基本載荷Mmax(N·m)的計算公式為：

Mmax=φ6×MN.

其中：φ6為動態(tài)試驗載荷起升動載系數(shù)；MN為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，N·m。

減速機(jī)工作級別的功率PMi(kW)計算公式為：

其中：n為減速器輸入軸轉(zhuǎn)速，r/min。

根據(jù)JB/T8905.2-1999標(biāo)準(zhǔn)選型時，由于只有M5工作級別的高速軸許用功率，因此需要換算到減速機(jī)M5級的高速軸輸入功率PM5：

PM5=PMi×1.12(i-5).

其中：PM5為M5工作級別時減速機(jī)高速軸輸入功率值，kW。

根據(jù)高速軸轉(zhuǎn)速、公稱減速比以及高速軸許用功率選擇減速機(jī)。

4 卷筒與減速機(jī)的聯(lián)接

電機(jī)、減速機(jī)選擇完畢后就要考慮電機(jī)、減速機(jī)以

及卷筒裝置的聯(lián)接方式。由于在起重機(jī)產(chǎn)品中，卷筒和減速機(jī)之間是采用專用卷筒聯(lián)軸器聯(lián)接的，考慮到卷筒聯(lián)軸器不能保證加工精度要求，因此需要特有的工裝保證卷筒和減速機(jī)聯(lián)接的剛性，防止卷筒受到切削力后制動盤發(fā)生變形?，F(xiàn)選取與卷筒聯(lián)接的法蘭軸來說明其設(shè)計過程。

首先對工裝整體進(jìn)行受力分析，將其簡化為簡支梁,如圖3所示。圖3中，F(xiàn)1、F2為支座反力，F(xiàn)J為卷筒自重的重力，F(xiàn)z為制動盤的重力,Mc為Fc產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，T為減速機(jī)傳遞給卷筒的轉(zhuǎn)矩。

圖3 卷筒受力分析

卷筒制動盤在加工過程中整體處于平衡狀態(tài)，法蘭軸受力分析如圖4所示。圖4中，F(xiàn)3為卷筒給法蘭軸傳遞的力，T1為卷筒傳遞給法蘭軸的扭矩，L為F2與F3之間的距離。由于法蘭軸既受彎矩，又受扭矩，因此為彎扭結(jié)合受力的軸。

圖4 卷筒法蘭軸受力分析

因此根據(jù)第三強(qiáng)度理論，結(jié)合起重機(jī)設(shè)計手冊，法蘭軸的最小直徑d的計算公式為：

其中:σe為轉(zhuǎn)軸計算截面上的當(dāng)量工作力,MPa；M為轉(zhuǎn)軸計算截面上的彎矩，N·mm；a為根據(jù)扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力變化性質(zhì)而定的校正系數(shù)；[σ-1]為法蘭軸的許用疲勞應(yīng)力，MPa。

由此可以計算出軸的最小直徑d，然后根據(jù)實際軸與卷筒的聯(lián)接方式再確定其他尺寸。

5 結(jié)語

設(shè)計工裝時，首先通過切削力及卷筒轉(zhuǎn)速選擇電機(jī)，然后通過減速比及電機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩選擇減速機(jī)，最后通過卷筒裝置所受切削力及支座反力計算所需法蘭軸的最小直徑。經(jīng)實際生產(chǎn)應(yīng)用，該工裝實現(xiàn)了卷筒制動盤的加工。