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建筑卷扬机及其排绳机构的设计说明书

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建筑卷扬机及其排绳机构的设计说明书

I目录1绪论111建筑卷杨机的简介112设计方法或技术路线3121设计要求3122各零部件的设计3123拟采用的方法或技术路线313本设计的意义42卷扬机部件的设计计算521电动机功率选择、总传动比设计计算与校验5211电动机功率的初选522钢丝绳的计算及确定8221材料和种类的分析8222钢丝绳的固定方法8223钢丝绳直径的确定923排绳机构传动方式的确定103卷筒及卷筒轴设计1431卷筒的设计计算14311材料与结构的选用14312卷筒容绳尺寸参数14313卷筒的受力分析17314卷筒强度计算校核17315卷筒筒壁的稳定性估算2032卷筒轴的设计计算20321作用力计算21322垂直面支承反力及弯矩22II323水平面支承反力及弯矩支反力22324合成弯矩23325计算工作应力23326心轴的疲劳强度计算24327心轴的静强度计算244卷筒轴齿轮及排绳器设计2641齿轮类型、精度级度、材料及齿数等设计26411齿轮类型、精度级度、材料及齿数分析26412齿面接触强度设计26413齿根弯曲强度计算29414模数M设计30415齿轮几何尺寸计算30416齿轮验算31417齿轮结构设计3242排绳器的设计33421工作原理33422工作过程分析34423强度计算校核35424滑块强度校核37425润滑385起升机构的设计39511起升机构的组成39512起升机构的典型传动型式39小结43致谢44参考文献45摘要III建筑卷扬机是一种起重设备,由于其结构简单、制造成本低、操作方便、对作业环境适应性强,因此在建筑、工业、农业、海运、交通、化工、冶金和油田等部门中用于起重、拖重物等工作,也是每个建筑工地、每个工程队必不可少的设备。在施工工地上,卷扬机钢丝绳在绳筒上绕制常常发生错乱,这样,钢丝绳相互挤压,磨损严重,缩短了钢丝绳的使用寿命;同时,与卷扬机配用的限位装置普遍为重锤式或螺杆式。重锤式安装维修不便,螺杆式由于钢丝绳排绕错乱而导致限位失灵。为了克服以上缺点,在卷扬机上附加了一种排绳机构。排绳机构的设计,以减速箱齿轮提供的转动,驱动使排绳机构往复直线运动,使得钢丝绳能在卷扬机卷筒上整齐排列。利用这一机构进行均匀排绳从而提高了钢丝绳的使用寿命,从而提高了生产效率,降低了劳动强度。关键词建筑卷扬机,卷筒,总体设计IVABSTRACTWINCHISACONSTRUCTIONLIFTINGEQUIPMENT,BECAUSEOFITSSIMPLESTRUCTURE,MANUFACTURELOWCOST,EASYTOOPERATE,RIGHTOPERATINGENVIRONMENTADAPTABILITY,CONSTRUCTION,INDUSTRY,AGRICULTURE,SHIPPING,TRANSPORTATION,CHEMICALINDUSTRY,METALLURGYANDOILSECTORSSUCHASFORLIFTINGANDDRAGGINGHEAVYOBJECTS,ETC,ASWELLASEACHBUILDINGSITE,EACHTEAMWORKSESSENTIALEQUIPMENTTHECONSTRUCTIONSITE,HOISTROPEONTHEROPESAROUNDTHETUBESYSTEMDISORDEROFTENOCCUR,THENSQUEEZEEACHOTHERROPE,WEARSERIOUS,SHORTENTHELIFEOFTHEWIREROPE;MEANWHILE,THEWINDLASSWEARINGSPACINGDEVICESGENERALLYHEAVYHAMMERORSCREWMALLETSINSTALLATIONMAINTENANCEINCONVENIENCE,SCREWTYPEARRANGEMENTASROPEAROUNDDISORDERCAUSEDSPACINGFAILUREINORDERTOOVERCOMETHEABOVEDRAWBACKS,THEHOISTTOATTACHAROPEAGENCIESPAIBROUGHTTHEDESIGNTOREDUCESPEEDGEARBOXESFORTHEMOMENT,THEDRIVETOMAKEARRANGEMENTSJUSTICEAGENCIESRECIPROCATINGLINEARMOTIONCANMAKEROPEWINCHDRUM,WERENEATLYARRANGEDUSETHEBODIESUNIFORMROPESOASTOENHANCETHELIFEOFTHEWIREROPE,THEREBYINCREASINGPRODUCTIONEFFICIENCY,REDUCELABORINTENSITYKEYWORDSCONSTRUCTIONWINCH,DRUM,OVERALLDESIGNV目录摘要IABSTRACTIV1绪论V11建筑卷扬机的简介112设计方法或技术路线3121设计要求3122各零部件的设计3123拟采用的方法或技术路线413本设计的意义42卷扬机部件的设计计算521电动机功率选择、总传动比设计计算与校验5211.电动机功率的初选522钢丝绳的计算及确定8221材料和种类的分析8222钢丝绳的固定方法8223钢丝绳直径的确定923排绳机构传动方式的确定103卷筒及卷筒轴设计1431卷筒的设计计算14311材料与结构的选用14312卷筒容绳尺寸参数14313卷筒的受力分析17314卷筒强度计算校核18315卷筒筒壁的稳定性估算20VI32卷筒轴的设计计算21321作用力计算21322垂直面支承反力及弯矩21323水平面支承反力及弯矩支反力(如图43)22324合成弯矩23325计算工作应力23326心轴的疲劳强度计算24327心轴的静强度计算244卷筒轴齿轮及排绳器设计2541齿轮类型、精度级度、材料及齿数等设计25411齿轮类型、精度级度、材料及齿数分析25412齿面接触强度设计26413齿根弯曲强度计算28414模数M设计29415齿轮几何尺寸计算30416齿轮验算30417齿轮结构设计3042排绳器的设计32421工作原理32422工作过程分析33423强度计算校核35424滑块强度校核36425润滑385起升机构的设计3951起升机构的组成3952起升机构的典型传动型式39VII小结43致谢44参考文献4511绪论卷扬机作为机械中最基本的设备,由于其结构简单、制造成本低、操作方便、对作业环境适应性强,因此在建筑、工业、农业、海运、交通、化工、冶金和油田等部门中用于起重、拖重物等工作,也是每个建筑工地、每个工程队必不可少的设备。在施工工地上,卷扬机钢丝绳在绳筒上绕制常常发生错乱,这样,钢丝绳相互挤压,磨损严重,缩短了钢丝绳的使用寿命;同时,与卷扬机配用的限位装置普遍为重锤式或螺杆式。重锤式安装维修不便,螺杆式由于钢丝绳排绕错乱而导致限位失灵。为了克服以上缺点,在卷扬机上附加了一种排绳机构。排绳机构的设计,以减速箱齿轮提供的转动,驱动使排绳机构往复直线运动,使得钢丝绳能在卷扬机卷筒上整齐排列。从而提高了生产效率,降低了劳动强度。11建筑卷扬机的简介自从1955年沈阳国泰矿山机械厂试制了10马力约75KW单筒卷扬机,我国的建筑卷扬机生产已有近50年的历史,而真正定型生产还是在7O年代初的事。80年代初我国的建筑卷扬机技术的研究才活跃起来,但和国外的建筑卷扬机技术相比落后至少3O年。在8O年代以前,我国还没有制定有关建筑卷扬机的国家标准,产品规格五花八门,结构与技术的维持基本上是根据日本JIS8OOL等40年代落后标准及按苏联图纸制造的1OLL、1012等落后机型,进展十分缓慢。80年代以后,是我国建筑卷扬机设计制造技术发展最快的时期。国家也制定了有关建筑卷扬机的配套标准、规范。1985年底,由行业组织9厂1所1校共同参加的卷扬机产品系列设计,使卷扬机的性能参数与经济效益结合指标达到了较为统一的水平,也给使用和维修带来了方便,促进了卷扬机的更新换代。然后新产品种数达到近十个,其中最具有代表性的产品有福建省建筑机械厂的行星传动卷扬机、昆明建筑机械厂的少齿差传动卷扬机、长沙建筑机械研究所与福州市建筑机械厂联合开发的仿日本SEIBU公司采用立式齿轮传动的电控卷扬机.广州市一建公司2机械厂的高速卷扬机适应高层建筑的多功能需要,而江苏海门第三机械厂引进专利技术开发的系列多排顶杆蠕动传动的卷扬机分为三大系列即电控、手控和微机程控三大类,其性能优于代表国际先进承平的SEIBU“一”字型卷扬机,使我国的建筑卷扬机技术跨入世界先进行列。STOCKY系列卷扬机采用多排顶杆蠕动减速装置,并将该减速装置直接设置于卷筒内,使设计的卷扬机达到体积小、重量轻、过载能力大、节省能源、工作安全可靠。根据用户使用反映卷扬机采用锥形制动电机后,由于一般建筑工地离变压器较远,电缆压降较大,时常出现制动器释放不开,使得卷扬机不能正常工作,因此又设计了一种采用普通Y系列的、带制动器的“一”字型卷扬机,将多排顶杆蠕动传动应用在建筑卷扬机中,当时使我国的卷扬机技术一改几十年一贯制的落后状态,一跃跨入世界先进行列,该产品的整机组合合理,结构紧凑,重量轻,过载能力强,工作安全可靠.其中传动方式部分的设计构思独特、新颖、受力均匀、合理,当时属国内外首创。ROTZLER公司,I℃型卷扬机设计用于汽车装载机和船舶起重机,也可用于打井机和特种提升设备。重量轻尺寸紧凑的结构可提高起重机起重能力,I℃卷扬机减速箱的扭矩不断受到检测,并借助一种新型电子检测控制装置MCD将检测结果转换为线性模拟信号。该信号可整合到任何起重机的电子控制系统中,使司机随时能够精确测定卷扬机的负荷。利用该线性信号,在卷扬机负荷超过90%额定值时还可发出声音或图象警示。当卷扬机提升或放下重物时,或当制动使重物静止时测定减速箱扭矩。新型电子控制系统可用来确定最低吊钩位置,防止操作者误操作使钢绳缠绕圈数少于安全必需的3圈。该卷扬机有3种规格,提升力7KN、10KN和19KN,最小型号重50KG,长320RAIN,宽280RAIN,高280RAIN。DEMAG公司推出了一种能频繁、快速进行提升作业的高速提升装置。一种能以70M/MIN的提升速度提升80KG物体,另一种以35M/MIN的提升速度提升160KG物体。这种装置的速度是DEMAGDS1卷扬机的5倍。可用于发货中心的货物码。联合动力产品公司APPI研制开发了一种带式葫芦和卷扬机系列产品,它用高强度编织带代替传统的钢丝绳或起重环链,能消除载荷回转、钢丝绳缠绕等问题,具有便于搬运、安装和检查等优点。该公司还可根据用户的要求,提供电动机、液压马3达和气动马达作为传动部件,这种带式葫芦的最大起重量为25T,带式卷扬机为54T。为了适应我国建设任务具有量大、面广、分散等特点,以及劳力资源丰富,财力不足以及贯彻执行机械化、半机械化与改良工具相结合的方针,实行多层次的装备政策和近期内以发展中、小型机械为主的方针要求,设计符合我国国情的新的卷扬机势在必行,也是迫在眉睫的事。随着微机技术在世界的改变及在电路中的智能化,PLC在电路中的运用得到了广泛的应用,而它可靠性高、能经受恶劣环境的考验、使用极方便的巨大优越性,迅速占领工业自控领域,成为工业自动控制的首选产品,与机动人、CDM/CAM并称为工业生产自动化的三大支柱。12设计方法或技术路线121设计要求1)设计一台带排绳机构的卷扬机2)要求能提升2吨的物体122各零部件的设计1)电动机的功率计算及选用电动机的选取原则是在确保最大工作载荷转矩的前提下,尽量选取最小功率值的电动机。同时充分发挥电动机容许的最大启动转矩能力,以适应启动时所需转矩值的增大,为此应优先选用启动转矩和短时过载系数大的电动机。2)减速箱的参数设计与选用减速箱的选择主要根据齿面性能,传动比等方面进行选择。本设计中选择硬齿面及合适的传动比减速器作为卷扬机的选型方案,其传动比需满足设计要求。3)卷扬机滚筒及排绳机构的设计卷扬机滚筒的选择主要包括结构设计和强度设计,强度设计主要是考虑弯4曲校核、扭矩校核和寿命校核。4)电动机控制线路的设计及卷扬机钢丝绳的选择卷扬机绳径的选择依据是JG/T503193建筑卷扬机设计规范4.1.1条,根据安全系数来确定的。控制线路的设计实现三相异步电机的正、反转、快转和慢转的要求。123拟采用的方法或技术路线1)动力及传动部分采用合适的三相异步电机,通过减速箱驱动卷扬机转动2)排绳机构设计出排绳机构,以减速箱齿轮提供的动力,驱动排绳机构往复直线运动,使得钢丝绳能在卷扬机卷筒上整齐排列3)卷扬机对卷扬机滚筒进行结构设计和强度、寿命校核4)采用继电器和手动按钮设计三相异步电机的正、反转、快转和慢转,完成控制面板的设计13本设计的意义随着卷扬机在工业的广泛应用,新的卷扬机势在必行,也是迫在眉睫的事所以本设计就是为了更好地改善已往卷扬机在工业中的缺点,如钢丝绳在工作中由于受到挤压而使其使用寿命下降,而采用排绳机构进行均匀排绳从而提高了钢丝绳的使用寿命。同样在控制电路中,采用PLC来进行控制这样能减少电路中的繁锁,跟据科学技术要从智能化和微型化进行发展。从而改善了采用继电器来控制电路。并增强了控制的实时性,更能保证精度要求的产品质量。这样也跟上了主流计算机发展的潮流、将生产控制与生产管理合二为一。也就是迎合了全集成自动化的概念,将数据处理、通信、控制程序统一起来了。这也就是本设计的意义。52卷扬机部件的设计计算电动机、钢丝绳、排绳机构等在卷扬机有着非常重要的作用,所以应跟据载荷的大小来确定它们产型号,这也是非常重要的。21电动机功率选择、总传动比设计计算与校验正确选择电动机额定功率的原则是在电动机能够满足机械负载要求的前提下,最经济、最合理地决定电动机功率。根据电动机的类别有直流电动机和交流电动机。而它又分为三相异步电动机和同步电动机。异步电动机结构简单,维护容易,运行可靠,价格便宜,具有较好的稳态和动态特性,而直流电动机也结构简单、维护方便,但由于长期以来交流电动的调速问题未能得到满意的解决。因此,交流电动机在工业中使用得最为广泛的一种电动机。卷扬机属于非连续制工作机械,而且起动、制动频繁。因此,选择电动机应与其工作特点相适应。卷扬机主要采用三相交流异步电动机。根据工作特点,电动机工作制应考虑选择短时重复工作制3S和短时工作制2S,并优先选用YZR(绕线转子)、YZ(笼型转子)系列起重专用电动机。多数情况下选用绕线转子电动机;根据本设计要求,综合以上分析,本设计主要选择绕线转子的短时重复工作制3S。211.电动机功率的初选卷扬机电动机功率的初选可按所需的静功率计算,然后根据电动机工作方式类别进一步确定电动机的功率,并进行必要的校验。静功率(单位KW)计算公式为660000EEGVFP21式中EF钢丝绳额定拉力(N);EV钢丝绳额定速度(M/MIN);卷扬机整机传动效率。这里的传动效率包括传动装置、轴承、联轴器、离合器和卷筒缠绕等的效率。2123567891041电动机2弹性联轴器3二级圆柱齿轮减速器4齿轮联轴器5开式齿轮传动6卷筒7排绳器导辊8双向丝杠9链条10链轮1图1卷扬机工作原理图根据3建筑卷扬机的设计表3-3选取各传动件的传动效率弹性联轴器1=99%两级圆柱齿轮减速器同轴式2=93%齿式连轴器3=99%开式齿轮传动4=98%卷筒(滚动轴承)5=96%7链传动6=94%丝杠8=40%则总传动效率为54321=086选取钢丝绳的速度EV=25M/MIN,则动载系数=11360000EEGVFP=86060000251024=967KW卷筒转速310EEEDVN式中EV钢丝绳额定速度(M/MIN);ED卷筒基准层钢丝绳中心直径(MM)。310EEEDVN=310544625817MIN/18R22总传动比EDENNI式中DEN电动机额定转速(R/MIN);EN卷筒转速(R/MIN)。GDENNI18750=4166根据3建筑卷扬机的设计表3-7可选取传动比6082I的两级圆柱齿轮减速器同轴式。并取2I=25,则开式齿轮传动比4I=3214IIIII=12516641166根据2电气工程师手册表76-4可选取YR系列绕线转子三相异步电动机,转速DEN=750R/MIN;额定功率P=11KW;8额定电压380V。22钢丝绳的计算及确定221材料和种类的分析钢丝绳由许多高强度钢丝绳编绕而成,可单捻、双捻成形。绳芯常采用天然纤维芯(NF)、合成纤维芯(SF)、金属丝绳芯(IWR)和金属丝股芯(IWS)。纤维芯钢丝绳具有较高的绕性和弹性,缠绕时弯曲应力较小,但不能承受横向压力。金属丝芯钢丝绳强度较高,能承受高温和横向压力,但绕性较差。本设计中卷扬机为多层缠绕,更适合选用双捻制天然纤维芯(NF)钢丝绳。根据钢丝绕成股和股绕成绳的相互方向可分为顺捻钢丝绳和交捻钢丝绳。顺捻的特点是钢丝绳绕性好,磨损小,使用寿命长,但容易松散和扭转。它不允许在无导轨的情况下作单独提升,故在不松散的情况下或有刚性导轨时应用为佳。交捻的与顺捻的相比绕性和使用寿命相对要差,但由于绳与股的扭转趋势相反,克服了扭转和易松散的缺陷,故本设计优先选用交捻钢丝绳。根据钢丝绳中钢丝与钢丝的接触状态不同又可分为点接触钢丝绳、线接触钢丝绳、点线接触钢丝绳、面接触钢丝绳。点接触的特点是接触应力高,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。由于线接触钢丝绳比点接触钢丝绳的有效钢丝总面积打,因而承载能力高。如果在破断拉力相同的情况下选用线接触钢丝绳,可以采用较小的滑轮和卷筒,从而使整个机构的尺寸减小。点线接触是一种混合结构的钢丝绳,里面是点接触,外面是线接触。面接触的接触应力比线接触要小,从而进一步改善了钢丝绳的性能,但钢丝绳的绕性较差。由以上分析可知,卷扬机宜选用不易松散和旋转向小的线接触钢丝绳。综上,本设计选用交捻制天然纤维芯(NF)线接触钢丝绳。222钢丝绳的固定方法钢丝绳在卷筒上的固定方式钢丝绳在卷筒上的固定应保证工作安全可靠、便于检查、装拆及调整,且固定处不应使钢丝绳过份弯折。绳端常见的固定方式有压板固定和楔块固定9两类。A压板和螺钉绳端固定装置对多层缠绕,螺钉头不能露出卷筒表面。这种绳端的固定方式,工作台可靠,对钢丝绳的损伤小,安装方便,出绳方向容易变换。B楔形块固定装置它是钢丝绳通过楔块固定在卷筒上。楔块的斜度通常取14~15,以满足自锁条件。这种绳端的固定方式比较简单,但钢丝绳允许的直径不能太大AAAA图2钢丝绳的固定方法根据这两种方法的优缺点所以应A方式。223钢丝绳直径的确定卷扬机系多层缠绕,钢丝绳受力比较复杂。为简化计算,钢丝绳的选择多采用安全系数法,这是一种静力计算方法。钢丝绳的安全系数按下公式计算NFSNEPGS23式中PS整条钢丝绳的破断拉力(N);N卷扬机工作级别规定的最小安全系数,见建筑卷扬机的设计

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