高速電動卷揚機的設計及傳動裝置設計【提升高度50m，功率14.3KW】

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購買設計文檔后加 費領取圖紙 中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計任務書 學院 專業(yè)年級 學生姓名 任務下達日期： 20**年１月 10 日 畢業(yè)設計日期： 20** 年 3 月 16 日至 20** 年 6 月 12 日 畢業(yè)設計題目：卷揚機 畢業(yè)設計專題題目： 畢業(yè)設計主要內容和要求： 主要內容 了 解 卷揚機 的用途、工作原理以及工作中存在的問題 。提升高度： 50m；使用： 14000h，一年一小修。 基本要求 揚機系統 總體裝配圖設計； 揚機 減速器裝配圖； 件的工作圖設計； 購買設計文檔后加 費領取圖紙 院長簽字： 指導教師簽字： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 摘 要 卷揚機，是用卷筒纏繞鋼絲繩以提升或牽引重物的輕小型起重設備。本設計以零件疲勞理論和線性累積損傷假說為理論基礎，運用靜力學的普遍原理，分析和解決了絞車運動過程中的一些受力和運動問題，力求最優(yōu)化和最可靠設計絞車減速器和卷筒。 本文主要介紹了卷揚機的發(fā)展歷史，用途，組成及工作原理；卷揚機的工作特點；設計的一般步驟；使用中存在的問題及改進措施。在本次 卷揚機的設計過程中，著重對減速器、卷筒進行了分析和設計。對重要的部件進行了受力分析、強度的校核，根據其常見失效形式、影響因素及基本設計要求，給出了重要部件的受力分析、強度和剛度的設計方法。 關鍵詞： 卷揚機； 減速器； 購買設計文檔后加 費領取圖紙 he is or as in In of in LC to to to s of s In In s to on on to to s 購買設計文檔后加 費領取圖紙 目 錄 1 概述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5 2 鋼絲繩的選擇 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 6 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 6 ． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 6 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 7 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 7 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 7 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．． 8 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 3 卷筒設計計算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 11 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．． 11 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 13 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 13 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14 4 電動機的選擇 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 15 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．． 15 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 15 5 減速器的設計計算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 17 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 17 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 18 ． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 18 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 購買設計文檔后加 費領取圖紙 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．． 19 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 24 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．． 31 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 34 5．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 35 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 35 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 36 ．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 41 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 42 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 53 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 53 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 53 算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 54 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 58 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 60 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 60 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 61 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 61 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 61 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 62 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 62 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．． 62 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 62 6 聯軸器與制動器的選型設計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 64 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 64 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 66 ．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 67 設計總結 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 69 參考文獻 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 70 致 謝 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 81 購買設計文檔后加 費領取圖紙 1 概述 揚機的應 用場合 卷揚機是一種起重設備，由于具有結構簡單、搬運安裝靈活、維護保養(yǎng)簡單、操作方便、價格低廉和可靠性高等優(yōu)點，所以被廣泛應用與物料提升、水平和傾斜拽引重物、打樁、集材、冷拉鋼筋、設備安裝等工作中。 卷揚機 除在建筑工地、設備安裝等方面被廣泛應用外，在冶金、礦山、水電、農業(yè)、軍事、化工及交通運輸等行業(yè)中亦廣泛應用，如高爐料鐘和物料的提升，礦井的物料提升，水平、傾斜牽引運輸，礦車調度、回柱，船舶上錨鏈的提升等。 揚機的主要類型 1）按鋼絲繩額定拉力分 按鋼絲繩在基準層上所能承受的最大拉力來區(qū)分為 15 級 ： 5， 10，16， 20， 25， 32， 50， 80， 120， 160， 200， 320， 500 2）按鋼絲繩額定速度分 ? 慢速卷揚機 繩速 ? 中速卷揚機 繩速 5 ? 快速卷揚機 繩速 0 ? 高速卷揚機 繩速 ? 3）按卷筒數目分 一臺卷揚機上卷筒數目的多少，直接影響到卷揚機的結構。卷揚機按卷筒數目可分為單筒卷揚機、雙筒卷揚機和多筒 卷揚機三類。目前生產的大多數是單筒和雙筒卷揚機，其卷筒都是工作卷筒，再增加的卷筒大多是輔助用卷筒，筒徑相對要小些。 4）按動力源分 ? 手動卷揚機 用于無動力源的小型卷揚機 ? 電動卷揚機 大多數卷揚機多屬于此類 ? 內燃卷揚機 用于無電源的地方 ? 氣動卷揚機 用于不能使用電源的地方 ? 液壓卷揚機 與其他設備配套使用而有液壓源的地方 5）按傳動形式分 ? 開式齒輪傳動 最早的形式。目前用于手動卷揚機 ? 閉式齒輪傳動 主要為快速單筒卷揚機，應用廣泛 購買設計文檔后加 費領取圖紙 6）按控制方法分 ? 手動卷揚機 ? 電控卷揚機 ? 液控卷揚機 ? 氣控卷揚機 ? 自動控制卷揚機 7）按用途分 ? 提升重物 要求有一定的速度，以利于提高生產率，冰要求高的安全性，以防墜落。 ? 設備安裝 一般設備的質量都較大，則要求卷揚機具有較大的提升能力；為保證安裝精度，其速度就不能太高；為防止墜落，其安全性要求更高。 ? 拽引物品 因為此項工作一般式在水平和傾斜方向進行的，為師物品能前后運動，則要求卷揚機的卷筒正反轉均能工作 ? 打樁 要求卷揚機把重物提升到一定高度后，能使重物成自由落體下降，實現打樁工作，即要求卷揚機具有溜放性能。 內卷揚機概況 我國在很久以前的古代，就知道采用轆轤等來提升重物，以減 輕體力勞動的強度和提高工作效率。但由于舊中國的工業(yè)落后，勞動力便宜，所以在物料的提升和搬運過程中大都是靠工人的肩挑背扛，而卷揚機只有在一些大型企業(yè)中才被使用，應用很少，而且所適用的 卷揚機 也均為國外生產，國內基本沒有生產 卷揚機 的廠家。 我國的卷揚機生產是解放后才開始的，已有近 60 年的歷史。 50 年代為滿足恢復經濟的需要和第一個五年計劃的需要，卷揚機的生產被提到了日程上。原沈陽國泰機器廠（阜新礦山機械廠前身）等成批仿制了兩種卷揚機，一種為日本的 動力卷揚機，它是一種原動機為電動機，傳動形式是開式圓 柱齒輪傳動，雙錐體摩擦離合器，操作為手扳腳踩的快速卷揚機；另一種是按蘇聯圖紙制造的 1011型和 1012型普通蝸桿傳動、電控慢速卷揚機。 隨著生產的發(fā)展，到了 60年代，卷揚機的生產和使用越來越多。為了協調生產，主要卷揚機生產廠家（阜新礦山機械廠、天津卷揚機廠、山西機器廠、寶雞起重運輸機廠等）組成了卷揚機行業(yè)組織，隸屬于第一機械工業(yè)部礦山機械行業(yè)下。為了發(fā)展卷揚機的生產，行業(yè)組織了相關廠家的人員對全 購買設計文檔后加 費領取圖紙 國卷揚機的生產和應用情況進行了調查。在調查的基礎上，開始自行設計和制造新的卷揚機，先后試制了 1t、 3t 電動卷揚機，但由于對當時各廠家的生產能力估計不足，無法推廣。 從 70年代起，我國卷揚機的生產進入了技術提高、品種增多、定性生產的新階段。在各廠自行設計和生產的基礎上， 1973年，由卷揚機行業(yè)組織了有關廠家和院校聯合進行了卷揚機基型設計，并充分考慮到了當時中小廠家的生產能力?？焖倬頁P機的基型采用半開半閉式齒輪傳動，離合器采用單錐面石棉橡膠摩擦帶結構，操縱用手扳剎車帶制動。慢速卷揚機的基型為閉式傳動（圓柱齒輪傳動或蝸桿傳動減速器）、電磁鐵制動結構。這兩種基型一直到今天還在生產。為了適應生產發(fā)展的需要，當時第一 機械工業(yè)部發(fā)布了筑卷揚機形式與基本參數》和 筑卷揚機技術條件》兩個部標準，并把卷揚機行業(yè)劃歸常德建筑機械研究所（長沙建筑機械研究院前身）領導。隨著部標準的頒布，使卷揚機有了大發(fā)展的基礎。為了滿足經濟發(fā)展的需要，各廠家相繼生產了 202 從 70年代末開始，我國實行了改革開放政策，國民經濟大發(fā)展，作為國民經濟的動力，煤炭產業(yè)現代化和機械化的要求日益強烈，許多產品逗進行了防爆改造，從而進入到煤礦井下，其中卷揚機是最成功的一種產品， H 系 列的回柱卷揚機至今還在大量的生產，是礦山井下，運輸調度不可替代的機械設備。但這種設備的自動化的程度不高，無法實現無人值守的自動操作，往往由于卷揚機操作工的操作失誤或精神不集中造成安全生產事故。 礦山卷揚機的發(fā)展是伴隨著煤炭產業(yè)發(fā)展，九十年代中后期，是我國煤炭生產的一個低潮，礦用卷揚機的發(fā)展十分緩慢，沒有什么新的結構，產品出現。但是， 2000 年以后，國際油價居高不下，煤炭再一次被人們所重視，煤炭價格一路上漲，卷揚機等一系列的礦山機電產品需求量劇增，促進了卷揚機的發(fā)展，這一時期卷揚機品種增加，自動化水平增加， 新結構、新功能不斷出現，但是仍然具有一定的技術瓶頸，即自動控制設備的防爆問題?，F在， 變頻調速技術和 制技術 十分的成熟，但是，也只是在礦井的主井和副井的提升系統中得到了最廣泛的最成熟的應用。然而，自動化和數字化是礦井發(fā)展的必然趨勢，為了實現這一目的，礦山設備的自動化和數字化是實現這一目的的基礎。 本設計也力求用最成熟的 制技術，實現礦井水倉的無人值守，達到牽引卷揚機能夠根據水位自動提升和下降泵房的目的，探索一條能夠實現卷揚機自動化控制的路徑。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 外卷揚機概況 在國外， 卷揚機的品種繁多，應用 也很廣泛。在西方技術先進的國家中，鉆機制造商德國 司以及美國 司擁有先進的卷揚機控制技術、電動機四象限傳動技術以及電子 (自動 ) 司鉆控制技術。這些卷揚機控制系統能根據鉆壓、機械鉆速、轉盤轉速和扭矩等參數控制鉆井鋼絲繩的連續(xù)遞送以保持穩(wěn)定的鉆井狀態(tài)， 進而大大提高鉆井效率。 下面簡單介紹一下幾個國家上產卷揚機的狀況。 一、日本 日本東明治 30年代開始制造和使用卷揚機。據日本荷藝機械研究所核計， 1970~1975年間卷揚機的產量增加 據日本通產省機械核計月報載，僅 1977年單純土建卷揚機的產量就達 12萬臺，產值約 100億日元。 日本卷揚機行業(yè)由機械技術部會、核藝機械技術委員會領導。主要生產廠家有北川鐵工所、遠藤鋼機、南星、越野總業(yè)、藝浦、松崗產業(yè)等 80多個廠家。 北川鐵工所是一家大型生產廠。其生產的卷揚機品種系列比較齊全，主要有： 1）動力卷揚機 粉 率為 4絲繩拉力從 5800~44100N，有 18格規(guī)格。 型帶傳動， 結構特點是全部為標準型，采用改進了的螺旋頂絲式離 合器操縱，因而操作簡便，易調整。鼓形離合器采用單椎體式，摩擦材料采用帶型樹脂。 2)電動卷揚機 該廠生產的電動機為 率 1力6000~142100，四種規(guī)格。其結構特點是：全封閉式內齒輪傳動 ;電動機在一端，減速器、制動器和操作部分在另一端，中間是卷筒，一字型布置；按鈕操作，可遠距離遙控；最大特點是卷筒可纏繞 8~9層，容繩量大，適于高層建筑使用。 3）大型電動卷揚機 主要用于提升大型重物或設備，可兩檔機械變速，設有電磁鐵制動器、手制動器和棘輪制動器，以確保安全。 遠藤鋼機公司有 60多年 歷史，它是日本唯一生產特殊電動卷揚機的公司。 揚機可兩檔變速，排繩器裝在上部，是單螺旋軸雙導向桿式結構，機座全部是焊接結構，所有機械與電器部分裝在機座里。 二、 美國 美國生產卷揚機的廠家有近百家，主要有貝波（ 家有限公司、 購買設計文檔后加 費領取圖紙 哲恩（ 限公司。 貝波國際有限公司成立于 1919年，有七十多家的設計和生產實踐經驗。主要產品有：氣動鏈式卷揚機，防爆拖式氣動卷揚機，駁船卷揚機（手動、氣動、電動、液壓），電動鏈式卷揚機，電動葫蘆，電動卷揚機，手動卷揚機，液壓卷揚機，水 平卷揚機，手動鏈式卷揚機，棘輪牽引器，空中吊運車。 哲恩有限公司是美國較大的生產起重設備的公司，主要產品有各種手動卷揚機、電動卷揚機、提升機械及起重機。手動卷揚機的主要品種有：蝸桿傳動系列、直齒齒輪傳動系列、齒輪蝸桿傳動組合系列、直接驅動系列、鏈傳動系列。其中直接驅動式電動卷揚機的傳動式全封閉式行星齒輪傳動，傳動系統全部裝在卷筒里面，機架和卷筒用高強度鋼焊接而成。 美國除上述兩家公司外，比較重要的生產廠家還有布勞斯公司、賽林公司、斯塔斯派克公司、阿姆降公司、英格索藝德公司等。 三、法國 法國生產卷揚機的廠家 很多，其中包騰公司就是生成卷揚機的主要廠家之一。包騰公司主要生產 率高，安全可靠，可遙控操作。這種卷揚機能夠比較理想地與各種建筑機械配套。 用液壓控制。液壓系統可同時控制兩個機械制動器。 能比較好。 個低速檔和兩個高速檔。由兩個獨立的裝有電磁剎車系統提升電動機驅動卷揚機。電動機帶動直齒減速器，用錐齒輪電動卷筒。 其他國家，如俄羅斯、英國、挪威、瑞典、加拿大、德國等也都生產著不同用途的各種型號的卷揚機。 揚機發(fā)展趨勢 由于基礎工業(yè)大發(fā)展，大型設備和建筑構件要求整體安裝，促進了大型卷揚機的發(fā)展。 為了實現卷揚機的自動控制和遙控，廣泛采用先進的電子技術，傳感器技術，可編程控制技術。 為了提高機械化程度，減輕工人的勞動強度，大力發(fā)展小型手提式卷揚機，如以汽車蓄電池為動力的直流電動小型卷揚機。 此種卷揚機借助 汽車和拖拉機動力，結構簡單，有一個卷筒和一個減速器即可。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 2 鋼絲繩的選擇 絲繩的選擇方法 卷揚機通過鋼絲繩升降、拽引重物。工作時鋼絲繩多層纏繞所受應力十分復雜，加之對外界影響因素比較敏感，一旦失效，后果十分嚴重。因此應特別重視鋼絲繩的合理選擇和實用。 鋼絲繩鋼絲繩直徑（以下簡稱繩徑）的選取，是卷揚機設計的第一步。直徑的選擇直接影響卷筒的直徑及相關尺寸的確定，還關系到卷揚機能否正常的運行。在以往起重類，卷揚機書目及卷揚機設計規(guī)范中，繩徑的選擇有兩種方法，這兩種方法是： 安全系數法 ? ??（ 選擇系數法 式中 整條鋼絲繩的破斷拉力（ N ）； ??n —— 卷揚機工作級別規(guī)定的最小安全系數； 選定鋼絲繩的安全系數； 鋼絲繩的額定拉力（ N ）； 鋼絲繩最小直徑（ ； c —— 鋼絲繩選擇系數，它由機構的工作級別、鋼絲繩是否旋轉以及吊運物品的性質等因素有關； S —— 鋼絲繩最大工作拉力（ N ）。由起升載荷（額定起重量，鋼絲繩懸掛 部分的重量，滑輪組及其他吊具的重量）并考慮滑輪組效率和倍率還確定。 全系數法 該方法是一種靜力計算方法，間接選擇繩徑。設計時，鋼絲繩的額定拉力為已知，將額定拉力乘以規(guī)定的最小安全系數 ??n ，然后從產品目錄中選擇一種破斷拉力不小于 ??n 的繩徑。 該方法是沿用多年的傳統方法，它具有簡化計算、資料系統、齊全、完整的特點，基本上能滿足現有國產繩徑的選擇，是一種比較成熟的選擇方法 。它的不足之處就是選擇過程比較繁瑣，必須經過多次的試算才能選出，而且 購買設計文檔后加 費領取圖紙 是間接選擇的。 擇系數法 目前在工業(yè)化國家，對繩徑的選擇普遍采用這種方法。國際標準 絲繩的選擇）也推薦采用此方法。 這種方法能直接計算出繩徑，比間接選擇要方便的多，簡單明了而且直觀，一旦查到了選擇系數 c 就能很容易的把繩徑計算出來。但目前兩個規(guī)范（ 3811 提供的選擇系數都有很大的局限性，遠遠不能滿足選擇鋼絲繩的需要。因為 它們沒有把現有的國產鋼絲繩的各種規(guī)格型號，不同繩芯，不同的鋼絲抗拉強度的選擇系數統統列出來。 絲繩選擇 經過綜合比較并查閱資料，本設計采用第一種方法即安全系數法。煤礦安全規(guī)程的規(guī)定專為升降物料用的提升鋼絲繩的安全系數不得低于 由設計要求可求得鋼絲繩的額定拉力0絲繩的破斷拉力e 3 0 0560 ???? 選型結果： 3 19+770 21 16269要參數如下： 鋼絲繩直徑： d=絲直徑： 絲總斷面積： 參考重力： 002165 2 鋼絲繩公稱抗拉強度： 1550 N/ 2該型號的鋼絲繩具有如下的特點： 是一種鍍鉻鋼絲繩，提高了鋼絲繩的耐腐蝕性，適用于室外，潮濕的環(huán)境中； 是一種面接觸鋼絲繩，這種鋼絲繩的接觸應力小，進一步改善了鋼絲繩的性能； 繩芯采用天然纖 維芯，具有較高的撓性和彈性，纏繞時彎曲應力較小； 采用右同向捻，鋼絲繩的撓性好，磨損小，使用壽命長，因泵房采用剛性導軌，克服了松散性和扭轉性。 絲繩強度校核 折減系數 鋼絲繩破斷拉力總和 55 購買設計文檔后加 費領取圖紙 折減后 355'???' 300以強度足夠 絲繩在卷筒上的固定 絲繩在卷筒上的固定方式 鋼絲繩在卷筒上固定應保證工作時安全可靠，便于檢查、裝拆及調整，且固定處不應使鋼絲繩過分彎折。鋼絲繩常用的固定方式有：楔塊固定和壓板固定兩類。 鋼絲繩通過楔塊固定在卷筒上。楔塊的斜度通常取 1： 4～ 1： 5，以滿足自鎖條件。這種繩端的固定方式比較簡單，但鋼絲繩允許的直徑不能太大。 鋼絲繩端從端側板預留斜孔中引出至板外，通過壓板和螺釘把繩端固定。為安全起見，壓板數目至少為兩個。這種繩端的固定方式， 卷筒結構簡單，對鑄造卷筒及鋼板焊接卷筒都適用。本設計中就采用此種固定方式。斜孔角度為 45°，斜孔的邊緣倒圓角，這樣可保證鋼絲繩平緩的纏繞在卷筒上，避免了鋼絲繩的損傷。 絲繩固定端承載能力驗算 國家標準規(guī)定，鋼絲繩在卷筒上的安全圈數不得小于 3 圈。在保留兩圈的情況下，應能承受 當鋼絲繩安全圈數不少于 3圈時，固定端處的拉力可按歐拉公式計算 ??jg 式中 鋼絲繩端處拉力（ N ）； 最大靜強度計算拉力， F ??為動載系數，可按表 。N ），NF e 60000? ； e —— 自然對數底數， 718.2?e ； ? —— 鋼絲繩與滾筒表面的摩擦系數，計算時取 ； ? —— 鋼絲繩安全圈在卷筒上的包角，安全圈數不少于 3 圈。若取 3圈，則 ?? 6? 。 結果 4 57 1 0 0 0 01 ?? ?? 購買設計文檔后加 費領取圖紙 圖 絲繩卷放偏角 定滑輪 卷筒 ? 繩器 定滑輪 卷筒 ? 計算可知，鋼絲繩固定端處的連接強度不容忽視。根 據計算結果可計算繩端緊固件。 絲繩的出繩方向及其偏角 鋼絲繩的出繩方向一般為水平方向，并從卷筒下方出繩，這樣可以得到比較小的側翻力矩。但也可以從其他方向出繩，此時，鋼絲繩傾斜，必然要產生向上的分力，使地腳螺栓的受力狀態(tài)發(fā)生變化。 為了確保鋼絲繩在卷筒上纏繞均勻、對稱、排列整齊，避免堆積、松散和亂繩。鋼絲繩水平方向卷放偏角 ? 值必須符合表 表 放偏角 ? 的規(guī)定值 鋼絲繩的偏斜角 ? 可由導繩定滑輪旋轉中心線到卷筒軸線或排繩器導繩輪軸線的距離 3102 ???? ?tg t （ 如果偏角 ? 過大，會造成各圈鋼絲繩之間留有較大的縫隙，當新的一層鋼絲繩向下面一層纏繞時就會嵌壓進入鋼絲繩之間的縫隙，造成嚴重“錘擊”，很容易引起亂繩并增加鋼絲繩的磨損。如果偏角過小，則鋼絲繩纏繞到卷筒邊緣時，可能會產生從下向上的繩圈堆積現象，特別是當導向定滑輪對卷筒不對中時，情況更為嚴重。當鋼絲繩堆積上有兩三層后又突然墜落，將產生很大的沖擊力。這種現象對鋼絲繩壽命和卷筒強度都有很大影響。嚴表 放偏角 ? 排繩方式 ? 允許偏角 自然排繩 ?2?? 排繩器排繩 ?4?? 購買設計文檔后加 費領取圖紙 重的堆積還會造成鋼絲繩越出卷筒段側板，引起事故。所以有必要規(guī)定一個最小的纏繞偏斜角，推薦采用 ? 。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 3 卷筒設計計算 卷揚機卷筒系鋼絲繩多層纏繞，所受應力非常復雜。它作為卷揚機的重要零件，對卷揚機安全可靠的工作至關重要，應該合理地進行設計。 筒結構 卷筒結構形式多樣，可按下述方法分類： 按照制造方式不同可分為鑄造卷筒和焊接卷筒。鑄造卷筒應用廣泛。卷揚機卷筒大多為鑄造卷筒，成本低，工藝性好，但質量大，適用于中小型卷揚機。大噸位卷揚機一般采用鑄鋼卷筒。鑄鋼卷筒雖然承載能力較大，但成本較高，若工藝允許，可采用鋼板焊接結構。 按照卷筒纏繞層數的不同可分為單層纏 繞卷筒和多層纏繞卷筒。卷揚機主要使用多層纏繞卷筒。 圖 筒容繩尺寸參數及結構示意圖 購買設計文檔后加 費領取圖紙 按照卷筒內部是否帶有筋板，可分為帶筋板卷筒和不帶筋板卷筒。無論是卷筒內的環(huán)向筋還是縱向筋，均增加了知道難度，同時在筋板和筒壁的連接處還會引起應力集中。本次設計中不采用帶筋板卷筒。 按照結構的整體性，卷筒可分為整體式卷筒和分體式卷筒。卷揚機噸位比較小時，卷筒常采用整體結構。對較大噸位的卷筒，常做成分體裝配形式，這樣可以簡化工藝，減輕重量。本次設計的卷揚機，噸位較小，故采用整體式卷筒，簡化結構和安裝工藝。 按照轉矩的傳遞方式來分，常采用端側板周邊大齒輪外 嚙合式和筒端或筒內齒輪內嚙合式。這種卷筒的特點是卷筒軸只承受彎矩，不承受轉矩。 筒容繩尺寸參數計算 筒節(jié)徑 卷筒節(jié)徑 D 對筒壁和端側板的設計具有重要意義。 D 值小，結構自然緊湊，但單位長度上的力較大，鋼絲繩壽命低。 卷筒節(jié)徑 D 應滿足下式 中 筒繩直徑比，是卷揚機工作級別有關的系數，范圍 25~20 ； d —— 鋼絲繩直徑（ ， 。 結果 ? ? ? ?0 ??? 取整 24? 卷筒的直徑 0D =00 卷筒容繩寬度 卷筒容繩寬度般可按下述關系式確定 03? ??? ???? d)3( t 式中 H—— 提升高度（ ， H=50000 d —— 鋼絲繩直徑（ ， ； D —— 卷筒節(jié)徑（ ， 24? ； 0D—— 卷筒直徑（ ， 000 ? 。 結果 t ? 卷 揚機卷筒壁厚的設計計算中，通常卷筒長度都設計成小于其直徑的 3倍，甚至小于其直徑的 2倍。因為此時的鋼絲繩拉力產生的扭剪應力和彎曲應力的合成應力較小，故計算卷筒強度時可忽略不計，簡化設計計算。 絲繩纏繞層數 購買設計文檔后加 費領取圖紙 按照常規(guī)，同時根據《煤礦安全規(guī)程規(guī)定》，鋼絲繩的纏繞層數最好不要超過 5 層，控制在 5 層，據卷筒的容繩量為 150m 及以上的設計條件可知，每一層的纏繞圈數 n： ?n 圈 每層纏繞的長度 l ： ? ? =則鋼絲繩的纏繞層數為： ? ? ? 圈 定卷筒各直徑 （ 1）鋼絲繩在卷筒上的最小纏繞直徑 24? （ 2）鋼絲繩在卷筒上的最大纏繞直徑 2m a x )1(2 o ????? 式中： 2k 4)13(a x ???????D = （ 3）鋼絲繩在卷筒上的平均纏繞直徑?m i DD ? = ? ?D ?? =（ 4）卷筒的邊緣外徑 W 9?? ?? =取 50? 筒筒殼厚度 材料選用灰口鑄鐵 筒壁的強度按下式計算 ? ??? ?? (則筒壁厚度為 購買設計文檔后加 費領取圖紙 ? ?t ? ?(式中 鋼絲繩的額定拉力（ N ） , 0000? ； C?—— 卷筒壁環(huán)向壓縮應力（ ； 多層纏繞系數， A ； t —— 鋼絲繩軸向卷繞節(jié)距（ , 8? ； ? ?C?—— 卷筒材料的許用應力（ ，根據小卷揚機工作級別，選取 ? ? ?。 結果 ?????? 取整 筒端側板厚度 考慮到結構尺寸、壓力、載荷等影響因素，端側板厚度計算公式為 ? ??/? (式中： 綜合影響系數， B ； ??? —— 端側板材料的許用應力， ? ? 。 結果： 1060 3 ???? 取整 5? 卷筒直徑大小對端側板強度影響較大，且卷筒筒壁和端側板過度處的圓角半徑對端側板強度有重要影響，所以不能取得太小。.0?圍內比較合 適，取 ? 。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 4、電動機的選擇 筒轉速 根據工作機構 n ： 0' 100060 ??? 式中： v 0D 000 ? m 0 010' ??? 根據計算結果，準備選用 1000 r/ 此初步的總傳動比 ?i ，選用三級展開式圓柱齒輪減速器。雖然采用了低轉速的電動機，增加了電機成本，但是傳動系統簡單，減少了齒輪等零件的數量，一定程度上提高了機械效率，降低了零件加工使用的費用并提高了系統的可靠性，總和衡量壽命周期總成本不會增加。 型設計 計算負載功率： ?1000' 式中： 60000N v ? 4335211 ????? ? 1? 1? =? 2? =? 3? =? 4? = 購買設計文檔后加 費領取圖紙 5? 5? = ? = 1 0 0 0106 0 0 0 0' ???? 根據卷揚機的工作情況，去功率儲備系數 k=1 故 21' ???? 則電動機選型為 體參數如下： 額定功率（ 15 額定轉速（ r/: 970 額定電壓（ V） : 380 額定電流（ A） : 大轉矩 /額定轉矩（ : 2 效率 : 率 因數 : 型號屬 列電機。該系列電動機是全封閉、外扇冷鼠籠隔爆型三相電機。它具有高效、高的起動力矩、低噪音、振動小、性能好、溫升速度大、先進隔爆結構等特點。安裝尺寸符合 準， 功率與機座號的配置關系符合 炸性環(huán)境用防爆電氣設備通用要求》和 炸性環(huán)境用防爆電氣設備隔爆型電氣設備》?？捎糜谝紲囟雀哂?135℃ ， 1級區(qū)域或 2級區(qū)域的氣體爆炸性危險場所。 該型電動機的 工作條件為： 季節(jié)而變化 ,但不會超過 +40° C； 超過 1000M； 0%； 50 F； 購買設計文檔后加 費領取圖紙 5 減速器的設計計算 動方式的擬定 減速器是應用于電動機和卷筒之間的獨立的傳動裝置。其主要功能是降低轉速，增大轉矩，以滿足對機械的各種要求。實踐表明，傳動裝置設計得合理與否 ，對整部裝置的性能，成本以及整體尺寸都有很大影響。因此，合理地設計傳動裝置是整部機器設計工作中的重要環(huán)節(jié)，即合理地擬定傳動方案又是保證傳動裝置設計質量的基礎。 根據設計要求，可得到如下的傳動方案： （ 1）、 不需要立式結構 ,故采用臥式減速器； （ 2）、行星傳動結構緊湊，但成本高，維護困難；錐齒輪及蝸桿傳動方式的輸入軸與輸出軸垂直，與卷筒配合布置較復雜，加工也較困難，效率低，故擬采用圓柱齒輪傳動，圓柱齒輪傳動具有成本低，設計制造維護都很方便的優(yōu)點； （ 3）、根據工作機構 —— 卷筒的直徑及鋼絲繩繩速計算卷筒轉速 （ 4）、為了便于加工拆卸及維護，采用水平剖分式； （ 5）、功率小，轉速也較低，所以軸承全部采用深溝球軸承； 購買設計文檔后加 費領取圖紙 （ 6）、電動機和輸入軸之間采用彈性套柱銷聯軸器（ 卷筒與減速器之間采用開始齒輪傳動連接。 傳動比及傳動比分配 傳動比 按額定轉速初定傳動比，總傳動比按下式計算 (式中 電動機額定轉 速， 70 rn ； n? —— 卷筒轉速， 7.6 ? 結果 ?動比分配 總傳動比等于各級傳動比的連乘積，即 ????? 321(合理分配傳動比是設計的一個重要步驟。如果把傳動比分配得合理時，傳動系統結構緊湊，重量輕，成本低，潤滑條件也好；但 傳動比分配不合理，則結果正好相反，所以傳動比分配應盡量遵循以下原則： 1. 各級傳動比最好在推薦的范圍內選取，以符合各種傳動形式的特點； 2. 應充分發(fā)揮各級傳動的承載能力?？砂礉M足某一質量指標分配傳動比，如按外嚙合接觸強度相等原則分配傳動比； 3. 傳動零件之間不應造成相互干涉碰撞，如卷揚機的開式齒輪傳動，若傳動比太小，大齒輪直徑小于卷筒直徑，則會使小齒輪與卷筒產生干涉； 4. 各級傳動尺寸要協調、合理，使得各傳動部分從動齒輪的浸油深度相近，各級齒輪得到方便、充分的潤滑，減小攪油損失； 5. 應使傳動裝置的總體尺寸緊湊，質量最小。 設計時，卷揚機的實際傳動比的準確值必須在各級傳動零件具體參數確圖 級圓柱齒輪減速器傳動比分配圖 購買設計文檔后加 費領取圖紙 定后才能計算出來，故應驗算卷筒軸實際轉速是否在允許誤差范圍呢，如不滿足要求，應重新調整傳動比，一般情況下，設計時允許卷筒有±（ 3%～ 5%）的轉速誤差。 減速器為三級展開式圓柱齒輪減速器，其傳動比按圖 由圖 ，傳動比分配見表 閉式齒輪傳動部分的傳動比全部取整，只在開式齒輪傳動部分才將傳動比取小數，這樣分配便于了加工和計算，減小了傳動速度誤差。 表 柱齒輪減速器傳動比的分配 總傳動比 i 第一級傳動 比1i 第二級傳動比 2i 第三級傳動比3153 動裝置運動參數計算 軸轉速計算 第Ⅰ軸轉速（輸入軸） m 7 01/9 7 0/ 11 ??? 第Ⅱ軸轉速（中間軸） m 70/ 22 ??? 第Ⅲ軸 轉速 （中間軸） m ???? 第Ⅳ軸轉速（輸出軸） m ???? 第Ⅴ軸轉速 （卷筒軸） m ???? 軸功率計算 第Ⅰ軸功率（輸入軸） ???????? ??? 第Ⅱ軸功率（中間軸） ?????? ?? 第Ⅲ軸功率（中間軸） ??????