卷筒机设计说明书.doc

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太原科技大学华科学院

前言

随着社会的发展，机械将会越来越取代人力，这也是机械行业飞速发展的后果，在机械的发展历史中，新机械的发明有着举足轻重的作用。

但是，那些很久以前就被利用生产并一直延续到今天的机械，更是起着不可替代的作用，卷扬机就是一例。

卷扬机的发展就像其他机械一样，从开始的简单到现在的复杂，从以前的机械动力到现在的电力动力，从以前的人工操作到现在的电脑操作甚至智能操作。

卷扬机又称绞车，是起重垂直运输机械的重要组成部分，配合井架、桅杆、滑轮组等辅助设备，用来提升物料、安装设备等作业。

由于它结构简单、搬运安装灵活、操作方便、维护保养简单、使用成本低、对作业环境适应能力强等特点，广泛应用于冶金起重、建筑、水利作业等方面。

本设计就传统的卷扬机说起，一直到现在以及将来的发展。

卷扬机是起重垂直运输机械的重要组成部分，配合井（门）架、桅杆、滑轮组等辅助设备，用来提升物料、安装设备等作业。

由于它结构简单、操作方便、维护保养简单、使用成本低、可靠性高等优点。

提升重物是卷扬机的一种主要功能，所以各类卷扬机的设计都是根据这一要求为依据的。

虽然目前塔吊、汽车吊等取代了卷扬机的部分工作，但由于塔吊成本高，一股在大型工程中使用，而且灵活性较差，故一般中小型工程仍然广泛应用卷扬机，汽车吊虽然灵活方便，但也因为成本太高，而不能在工程中广泛应用，故大多设备的安装仍然是由卷扬机承担的。

卷扬机除在工程、设备安装等方面被广泛应用外，在冶金、矿山、建筑、化工、水电、农业、军事及交通运输等行业亦被广泛应用。

下面卷筒机的发展趋势

1.大型化

由于基础工业的发展，大型设备和机械构件要求整体安装，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的电子技术。

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7.7—15.4kg，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。

第1章卷扬机的设计参数

本设计卷扬机设计的主要参数有：

额定起升重量：

5吨

起升高度：

14米

起升速度：

12.5米/分

卷扬机用途：

用于5吨桥式吊车起升机构

工作条件：

频繁启动粉尘量大

设计的主要要求：

本设计为有轨运行机构；

电动机轴到减速器高速轴由齿轮链接盘连接；

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。

第2章卷扬机的整体结构概述

§2.1电动卷扬机基本结构

电动卷扬机由于操作方法不同，其结构相差很大。

我们将其分为电控卷扬机和溜放型卷扬机两类。

§2.1.1电控卷扬机

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。

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。

§2.1.2带有电磁铁制动器的卷扬机

1.圆柱齿轮减速器快速卷扬机，如图2-1。

图2-1圆柱齿轮减速器快速卷扬机简图

1—电动机2—联轴器3—制动器4—减速器

5—联轴器6—卷筒7—底座8—支架

2.蜗杆减速器慢速卷扬机。

3.圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动的卷扬机，如图2-2。

图2-2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

4.蜗杆减速器加开式齿轮传动的卷扬机。

对一些起重量大的卷扬机，为使钢丝绳在卷简上排列整齐，需要安装排

绳器。

按设计规范要求，在钢丝绳拉力F＞120kN的卷扬机上，均应安装排绳器。

§2.1.3采用锥形转子电动机的卷扬机

此类卷扬机利用锥形转子电动机本身所具有的制动性能来实现卷扬机的制动。

由于锥形转子电动机是靠转子轴向移动来实现制动或松开的，可省略单独的制动器，在结构上就要求电动机与传动系统间能做轴向相对移动。

一般，轴向移动是通过可移式联轴器把电动机轴的运动传递到传动系统来实现的。

由于此类卷扬机的电动机轴线与卷筒轴线为同轴，故习惯上把这类卷扬机叫做一字型结构卷扬机。

根据传动系统的不同，其可分为：

1.定轴轮系传动这是1988年行业组织的系列设计中的一种机型。

2.渐开线圆柱齿轮行星传动常见的有封闭型2K—H型行星轮系和3K型行星轮系传动的卷扬机。

3.接线针轮传动由于摆线针轮传动一级减速的减速比比较大，故采用一级减速即可。

这种传动可把传动系统放在卷筒里面，可减小卷扬机体积。

4.少齿差行星传动少齿差传动可得到大的传动比，并可把传动系统放在卷筒内，使结构紧凑。

上述摆线针轮行星传动和少齿差行星传动的输出机构是很重要的一环，可实现偏心输出的机构有很多，但考虑到加工和效率的原因，目前采用较多的是销轴式，但其加工精度及热处理要求较高，卷扬机生产厂家比较难以达到。

所以有的厂家采用了零齿差传动输出机构，其设计较为复杂，但加工较为容易，效果亦不错。

5.谐波传动此传动的传动比大，啮合齿数多，所以承载能力大，故其体积、质量可更小。

但其柔轮的要求较高，生产较为困难。

6.活齿行星传动又叫顶杆蠕动传动，它的加工相对比较方便。

§2.1.4溜放型卷扬机

此类卷扬机提升重物的下降不是利用电动机反转来实现．而是靠置物的重力下降，并带动卷简反转，此时电动机不转。

要在电动机和卷筒之间实现其运动的联接或分离，通常采用离台器或差动轮系。

由于电动机和卷筒可分可合，因此卷筒的数目可以增多，而各卷筒又可各自完成自己的运动，则此类卷扬机可设计成单卷筒、双卷筒和多卷筒的型式。

为保证各卷筒的运动或停止，其离合和制动装置都直接安装在卷筒上。

§2.2起升机构的组成及型式

§2.2.1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2-3所示。

图2-3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，使悬吊的重物停止在空中。

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。

§2.2.2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令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2-4。

图2-4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使有利的；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5吨桥式起重机的卷扬机，因此选用双联滑轮组，如下图2-5。

图2-5双联滑轮组

1、动滑轮2、定滑轮3、卷筒

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。

此卷扬机设计提升载荷5吨，主要用于炼钢厂5吨桥式起重机上，本卷扬机是利用炼钢厂现有设备和材料拼凑而成，因此与标准的5吨卷扬机设计略有不同。

第3章卷扬机主体零件的设计

§3.1钢丝绳的选择

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。

§3.1.1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，每一层钢丝的节距相等，由于外层钢