建筑卷扬机建设方案

1 建筑卷扬机 建设方案 第 1 章 概 论 筑卷扬机的应用 建筑卷扬机是一种起重设备，由于具有结构简单、搬运安装灵活、维护保养简单、操作力便、价格低廉和可靠性高等优点，所以被广泛应用于物料提升、水平或倾斜曳引重物、打桩、集材、冷拉钢筋、设备安装等工作中。 提升重物是建筑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、汽车吊等取代了建筑卷扬机的部分工作，如塔吊在建筑工地上用于物料和构件的提升工作，但由于塔吊成本高，一般在大型建筑中使用，而且灵活性较差，故一般中小型建筑仍然广泛应用建筑卷扬机，就是大型建筑中虽有塔吊，也还需用建筑卷扬机作辅助提升用；汽车吊升虽然灵活方便，但也因为成本太高，而不能在建筑业中被广泛应用，所以大型设备的安装仍然是由建筑卷扬机承担的。建筑卷扬机除在建筑工地、设备安装等方面被广泛应用外，在冶金、矿山 等行业中亦广泛应用，如高炉料钟和物料的提升，小型矿井的物料提升，船舶上做模的提升等。建筑卷扬机用于提升重物时，需要有门字架、桅杆等配套设备方能实现。 建筑卷扬机还可应用于林区的集材工作，建筑业的冷拉钢筋，小型矿井的水平、倾斜运输等水平或职曳引置物的工作和打桩等工作。正因为建筑卷扬机具有多种用途，所以它已不仅用于建筑业，而且在冶金、化工、水电、农业、军事及交通运输等行业亦被广泛应用。 筑卷扬机的发展概况 我国在很久以前的古代，就知道采用轳辘等来提升重物，以减轻体力劳动的强度和提高劳动生产率。而 后期卷扬机应用很少，而且所使用的卷扬机也均为国外生产，国内基本上没有生产卷扬机的厂家。 我国卷扬机的生产是解放后才开始的。 50 年代为满足恢复经济的需要和第一个五年计划建筑的需要，卷扬机的生产放提到了日程上。 随着生产的发展，1 到了 60 年代，卷扬机的生产和使用越来越多了。为了协调生产，主要卷扬机生产厂家组成了卷扬机行业组织（隶属于第一机械工业部矿山机械行业）。为了发展卷扬机的生产，行业组织了有关厂家的人员对全国卷扬机的生产和应用情况进行了调查。在调查的基础上，开始自行设计和制造新的卷扬机。 从 70 年代起 ，我国建筑卷扬机的生产进入了技术提高、品种增多的新阶段。在各厂自行设计和生产的基础上。为适应生产发展的需要，当时第一机械工业部发布了 74建筑卷扬机型式与基本参数和 76建筑卷扬机技术条件两个部标准。随着部标准的颁布，使建筑卷扬机有了大发展的基础。 从 70 年代末期开始，中国实行了改革开放政策，使国民经济得到了大发展，基本建设任务增加了很多，促使建筑机械的使用大量增加，生产卷扬机的厂家亦随之大量增加。为使设计和生产规范化，国家颁布了 80建筑卷扬机、83建筑卷扬机设计规范。随着改革开放逐步深入，生产形势的不断发展，新产品的开发提到日程上来了，不少生产广家成立了厂属研究所，开发了如高速卷扬机、变速卷扬机、自动限位卷扬机等新产品，以及谐波传动、圆弧齿轮传动、圆弧齿轮圆柱蜗杆传动等具有新型传动型式的卷扬机。为使卷扬机发展规范化，又相继颁布了一系列有关建筑卷扬机的标准，有 86建筑卷扬机、86建筑卷扬机试验规范和方法、 87建筑卷扬机术语、91建筑卷扬机安全规程、 T 5031 93建筑卷扬机设计规范等。 扬机的发展趋势 在国外，卷扬机的品种繁多，应用也很广泛。在西方技术先进的国家中虽然工业水平先进，机械化程度不断提高，起重设备也在不断更新，但仍不能完全淘汰卷扬机这样的行之有效的简单机械设备。 美国生产建筑卷扬机的厂家有近百家，主要有贝波国际有限公司、哲恩有限公司等，日本从明治 30 年开始制造和使用卷扬机，北川铁工所是一家大型生产厂，其生产的卷扬机品种系列比较齐全，法国生产卷扬机的厂家很多，其中包藤公司就是生产卷扬机的主要厂家之一。其他国家，如俄罗斯、英国、挪威、瑞典、加拿大、德国等也都生产着不同用途的各种型号的卷扬机。 对于建筑卷扬机的发展趋势可描述如下： 1 1）大型化 由于基础工业的发展大型设备和建筑构件要求整体安装，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 370t 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 量为 克，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。 1 第 2 章 建筑卷扬机分类及结构 筑卷扬机电于应用范围较广，为适应各种不同使用条件建筑卷扬机亦制造成各种不同的机型产品。 扬机具体型号 本次设计的卷扬机的型号为 一、 钢丝绳在基准层上所能承受的最大拉力来区分。按 88建筑卷扬机中规定为 5， 7 5， 10， 12 5， 16， 20， 25， 32， 50， 80， 120， 160，200， 320， 500 15 级。此参数为建筑卷扬机的主要参数。 本次设计产品为钢丝绳在基准层上所能承受的最大拉力 5 二、 钢丝绳在基准层上的出绳的速度是建筑卷扬机的又一项主要参数。根据钢丝绳速度可分为： 1慢速卷扬机 绳速 v 9 15 m 2中速卷扬机 绳速 v 15 30 m 3快速卷扬机 绳速 v 30 45m 4高速卷扬机 绳速 v 45m 上。 本次设计产品为慢速建筑卷扬机，取 15m 三、按卷筒数目分 一台卷扬机上卷筒数目的多少，直接影响到卷扬机的结构。卷扬机按卷筒数目可分为单筒卷扬机，双筒卷扬机和多筒卷扬机三种。目前生产的大多数是单筒和双筒卷扬机。其卷筒都是工作卷筒。 本次设计产品为单筒卷扬机。 四、按动力源分，由于工作环境不同，所用的动力源也不同 1手动卷扬机 用于无动力来 源地区的小型卷扬机； 2电动卷扬机 大多数卷扬机都属于此类； 1 3内燃机卷扬机 用于无电源的地方； 4气动卷扬机 用于不能使用电源的地方； 5液压卷扬机 与其他设备配套使用而有液压源的场合。 本次设计产品为电动卷扬机。 五、按传动形式分 1 开式齿轮传动 最早的形式。目前主要用于手动卷扬机； 2闭式圆柱齿轮传动 主要为快速单简卷扬机，应用广泛。 （ 1）圆柱齿轮减速器（图 2 1） （ 2）一字型同轴齿轮传动 3圆锥圆柱齿轮减速器 4蜗杆传动减速器 5圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动 6蜗杆减速器加开式齿轮传动 7行星齿轮传动（图 2 2） 8液压传动 本次设计产品为闭式圆柱齿轮传动卷扬机。 图 2 1 圆柱齿轮减速器卷扬机 1 图 2 2 3K 行星齿轮传动卷扬机 六、按控制方法分 1手控卷扬机 由人工操纵杆把控制卷扬机提升或下放重物 2电控卷扬机 用电控按钮控制电磁铁制动器使卷扬机工作 3液控卷扬机 用压力油来控制卷扬机卷筒的离合和制动。 4气控卷扬机 5自动控制卷扬机 用限位器来控制卷扬机的工作。 本次设计产品为电控卷扬机。 七、按卷扬机由于其用途不同，使用条件的差异，其结构设计上也有差异 1提升重物 (物料和构件 ) 要求有一定的速度以利于提高生产率，并要求高的安全性，以防坠落。 2设备安装 一般设备的质量都较大，则要求卷扬机具有较大的提升能力；为保证安装精度，其速度就不能太高；为防止坠落，其安全性要求更高。 1 3拽引物品 因为此项工作一般是在水平或倾斜方向进行的，为使物品能前后运动，则要求卷扬机的卷筒正反转均能工作。 4打桩 要求 卷扬机把重物提升到一定高度后，能使重物成自由落体下降，实现打桩工作，即要求卷扬机具有溜放性能。 建筑卷扬机虽然可以分成很多种类，实际上由于应用情况的复杂，很难把它们绝对分清，而且一台卷扬机往往几种工作都要做，所以在建筑卷扬机的设计上对用途分得并不清楚，而是按要求高的来设计，这样能使卷扬机实现一机多用，得到更广泛的应用。 表 2计要素 设计要素 参数 钢丝绳额定拉力 F 6丝绳额定速度 v v 15m 筒数目 单筒 动力源 电控卷扬机 传动形式 圆柱齿轮减速器 控制方法 电控卷扬机 用途 提升重物 动卷扬机基本类型的选择 电动卷扬机由于操作方法不同，其结构相差也很大。我们将其分为电控卷扬机和溜放型卷扬机两类 控建筑卷扬机 此类建筑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，此类卷扬机大多是单卷筒的。 下面简单介绍一下。 一、带有制动器的卷扬机 1圆柱齿轮减速器快速建筑卷扬机（图 2 3） 2蜗杆减速器慢速建筑卷扬机。 1 3圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动的建筑卷扬机 (图 2 4)。 4蜗杆减速器加开式齿轮传动的建筑卷扬机 (图 2 5)。 对一些起重量大的建筑卷扬机，为使钢丝绳在卷筒上排列整齐，需要安装排绳器。按设计规范要求，在钢丝绳拉力 120建筑卷扬机上，均应安装排绳器。 2 3 圆柱齿轮减速器建筑卷扬机简图 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 二 、 采用锥形转子电动机的建筑卷扬机 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问能做轴向相对移动。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饥。根据传动系统的不同，其可分为： 1 定轴轮系传动 （图 2 6） 1 2 渐开线圆柱齿轮行星传动（图 2 7） 3 摆线针轮传动 4 少齿差行星传动 5 谐波传动 6 活齿行星传动 图 2 4 圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动的建筑卷扬机简图 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 1 图 2 5 蜗杆减速器加开式齿轮传动的建筑卷扬机简图 1电动机 2联轴器 3制动器 4蜗杆减速器 5开式齿轮传动 6卷筒 图 2 6 定轴轮系传动卷扬机简图 图 2 7 2K H 型行星轮系卷扬机简图 1电动机 2联轴器 3减速部分 1电动机 2联轴器 3， 4第一，二 4卷筒 5支架 6机座 行星传动 5卷筒 6支架 7机座 1 放型建筑卷扬机 此类卷扬机提升重物的下降不是利用电动机反转来实现，而是靠重物的重力下降，并带动卷筒反转，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，通常采用离合器或差动轮系。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。 1定轴齿轮传动 (图 2 8) 此传动由闭式减速器加开式圆柱齿轮传动来实现。卷筒和转轴之间采用一个离台器，目前主要采用的是单圆锥摩擦离合器和涨闸式离合器。制动器装在卷筒上，目前主要为制动带闸。为保证提升重物和人身安全，防止重物下坠，此类卷扬机上都装有棘爪止动器。 图 2 8 定轴齿轮传动卷扬机简图 图 2 9 轴转轮系传动卷扬机简图 1 15 490 行星传动 7112 2 周转轮系传动 (图 2 9) 此类卷扬机一般采用二级封闭行星传动。其卷筒与轮系的内齿圈固接成一体。这种卷扬机可实现不停的重物提升和下放。 以上所介绍的卷扬机的基本结构不尽相同，各有各的优点。本次设计选取其中比较简单的圆柱齿轮减速器慢速建筑卷扬机（参考图 2 3）其额定牵引力取32均绳速取 15m 筒快速卷扬机。即 。其特点为制动灵1 活可靠，操作方便。是建筑，桥梁，安装工程等作业场所垂直提升，水平，斜坡托运的理想工具。但注意，不能载人。 1 第 3章 建筑卷扬机的设计计算 筑卷扬机方案设计 扬机 传动 方案的选择 行星传动与普通圆柱齿轮传动比较，尺寸小，重量轻，但制造精度要求高，结构较复杂，对于本设计不适用。 蜗杆传动的效率低，而且蜗杆传动布置为 “T”字型，占用空间大。 两级直齿圆柱齿轮传动，结构简单，效率高，传动平稳，加工简单。但不适宜高速重载，由于本设计的速度和载荷都不大。所以经过比较确定为两级圆柱齿轮传动。 扬机整体布置方案的选择 方案一 闭式传动起升机构构造型式 （如图 3 图 3式传动起升机构构造型式 123 45678该方案由一个大齿轮固定在卷筒上，转矩通过开式齿轮由减速器传给卷筒。这种布置占用空间小，对小传动并不适合。 方案二 带有开式 齿轮传动的起升机构构造型式 （如图 3 1 图 3有开式齿轮传动的起升机构构造型式 12 34567卷筒直接支承在减速器输出轴上，结构简单，占用空间小，结构部件少，卷筒所受弯矩较大。 方案三 闭式传动起升机构构造型式 （如图 3 图 3式传动起升机构构造型式 12 34567转矩通过连轴器传给卷筒，卷筒轴上有两处支撑。由于低速级转矩大，联轴器尺寸也很大，再加上两处支撑，在轴向布置上占用很大空间。 卷筒直接支承在减速器输出轴上，结构简单，占用空间小，结构部件少，布置合理。 1 经过上述三个方案比较，最终确定为方案三。 作级别的划分 为了合理地设计、制造、使用及提高零件三化水平，建筑卷扬机根据利用等级与载荷状态划分为： 6,8 等工作级别。如图（ 3 图 3 4 建筑卷扬机工作级别的划分 用等级 利用 等级是表示建筑卷扬机使用的频繁程度，以其在设计寿命期内应完成的总工作循环次数 示。而一个工作循环是指从一个载荷准备提拉时开始到下一个载荷准备提拉时为止的全过程。建筑卷扬机的寿命一般不少于 5 年，在这个期间内依据工作频繁程度的不同，总工作循环数从可分为 8 个利用等级，参考机械工业出版社出版的建筑卷扬机设计中利用等级的相关表格，选取利用等级为不大经常使用。 荷状态 载荷状态表示建筑卷扬机钢丝绳承受拉力作用的轻重与频繁程度，它与整个使用寿命期限内钢丝纪每次承受的拉力与额定拉力之比和钢丝绳每次承受拉力作用下的工作循环次数、与总工作循环次数之比有关。 总结以上条件，得出本次设计的卷扬机为工程安装型，选工作级别为 1 动机的选择 电动机选择的原则：在电动机能够满足机械负载要求的前提下，最为经济合理地决定电动机功率。 建筑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。 建筑卷扬机主要采用三相交流异步电动机。根 据建筑行业的工作特点，电动机工作制应考虑选择短时重复工作制和短时工作制并优先，选用冶金及起重用异步电动机 线转子 ) 、 型转子 )系列专用电动机。其特点示有良好的密封性，其防护等级为 动机功率的选择 建筑卷扬机电动机功率的初选可以按所需的静功率计算，然后根据其工作方式进一步确定并校核。 计算公式为 P= =中 钢丝绳额定拉力 6钢丝绳额定速度 15m/建筑卷扬机整机传动效率。这里包括传动装置，轴承，连轴器，离合器，卷筒缠绕等总的效率。在这里初步取 90。 动机工作制的选择 电动机工作时，负载持续时间的长短对电动机的发热情况影响很大，因而对决定电动机的功率也有很大影响。按电动机发热的不同情况，电动机分三种工作制，即连续工作制、短时工作制和短时重复工作制。 建筑卷扬机所用电动机工 时间短，电动机温升来不及达到稳定值；停车时间亦短，电动机也来不及完全冷却到周圈环境温度，所以稳定温升为一温度区间，在这种情况下。一般都选择短时重复工作制。 我国专门生产了标准短时重复工作制电动机，标准负载持续 为： 15，25， 40， 60。而且同一台电动机 同，担负的负载也不同。对于短时重复工作制，应尽量选择此类电动机。 通过对功率的计算和工作制的选择，本次设计选取的电动机所选具体型号为1 基本参数为： 表 3动机参数 机座号 功率 /速 r/ 动 惯 量2m 转子绕线开路电压 /V 60 5 注：按基准工作制（工作制 3s ,0 ）编制。 一 电动机的校核 电动机校验主要是指电动机热功率的校验。一般按发热校验电动机的功率，并根据负载性质、电动机类型作过载能力校验，如果采用笼型异步电动机，则还需作起动能力校验。校验的结果应满足：在额定负载工况工作时，电动机不出现过热现象；在设计极限要求情况下，电动机的最大转矩或起动转矩应保证建筑卷扬机负载顺利起动，特别是悬空重物的再次起动。 在校验时，建筑卷扬机要求的负载持续率 和每小时起动次数 Z 值应根据实际工作情况进行计算。 具体的电动机发热验算： 按系数法进行电动机发热计算，参考文献 陈道南，盛汉中等编注 起重运输机械冶金工业出版设， 1988 年 式 6 20 25k N N 式中 电动机的发热功率； 机构的静载荷功率，参考文献倪庆兴，王焕勇主编起重机械上海交通大学出版社， 1900 年 电动机静功率 / 电取 25k 考虑工作级别不同条件下换算时的换算系数。查参考文献【 3】表 6 4 得 25k 考虑其电动机工作时间对发热影响得系数。查参考文献【 3】表 6 6 得 取 将数值代入上式 得 25 0 . 7 5 1 . 2 1 . 4 7 1 . 3 2 3 2 . 2 W K WN k N N 故所选电动机发热条件通过。 速器的设计 减速器是应用于原动机和工作机之间的独立传动装置。其主要功能是降低转速，增大转矩，以满足对机械的各种要求。 送比的计算和分配 按额定转速初定总传动比： 已知 要求电动机额定转速 940r/ 钢丝绳速度 15m/ 参考常用减速器的类型，两级圆柱齿轮减速器可实现这一范围的传动比。其主要类型有展开式，分流式，同轴式。其各自特点为： 展开式 两级展开式圆柱齿轮减速器的结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此，轴应设计有较大的钢度。高速齿轮布置在远离转矩输入处。建 2议用在载荷比较平稳的场合，高速级做成斜齿，低速级可做成直齿。 分流式 结构比较复杂，低速级做成人字齿时相对轴承是对称的，载荷沿齿宽分布均匀，中间轴危险截面上转矩对于轴所传递的转矩减半，一般用在变载荷场合。当高速级采用人字齿，结构不合理，一般不用。 同轴式 减速起的长度较短，载荷分布也均匀。但轴向尺寸和重量较大。并限制了传动布置的灵活性。 经过分析，最后决定选择展开式两级圆柱齿 轮减速器。 分配传动比： 考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，取1i=则1i= i=1 传动装置轴的运动和动力参数 1 表 3的动力参数 轴名 功率 P ( 转矩 T ( N 转速 n (r/电动机轴 40 I 轴 40 筒 减速器齿轮的选择和计算 一 、 高速级齿轮的计算 由表 4 1 知输入功率 齿轮转速 940r/动比 i 1、选定齿轮类型，精度等级，材料和齿数。 按前提示高速级选择斜齿圆柱齿轮传动； 根据卷扬机工作环境，选择其减速器为 7 级精度（ 材料选择。小齿轮材料选 40经调质及表面淬火，齿面硬度为 4855 初选小齿轮齿数 1z 24，则 达齿轮齿数为2z 24 虑两齿数最好为互质数，选 179； 选螺旋角。初选 14 度。 二 、低速级齿轮的计算 由表 4 1 知输入功率 齿轮转速 动比 i 、选定齿轮类型，精度等级，材料和齿数。 (1)低速级选择斜齿圆柱齿轮传动； (2)精度依然选 7 级； (3)材料选择。跟高速一样，选大、小齿轮材料选 40经调质及表面淬火，齿面硬度为 48 554)初选小齿轮齿数 1z 24，则 达齿轮齿数为2z 24 虑两齿数最好为互质数，选 129。 1 合器设计 手控建筑卷扬机常使用圆锥摩擦离合器，并配以带式制动器进行工作。圆锥摩擦离合器分单锥式和双锥式，见图 3筑卷扬机以使用单锥式为多。建筑卷扬机亦有使用涨圈摩擦离合器的，但目前使用较少。 圆锥摩擦离合器的结构简单，接合比较平稳，脱开后能保持摩擦面完全分离。但对轴的偏心比较敏感，锥体加工要求高。由于圆锥摩擦离合器的接触面积小，在传递大转矩时，外形尺寸较大，结构不紧凑，接合平稳性降低。因此，仅适用于中小吨位的卷扬机。 图 3锥摩擦离合器 a) 单锥式 b) 双锥式 锥摩擦离合器的结构及工作原理 如图 3示，卷筒左端是摩擦离合器和制动器，右端是棘轮停止器。摩擦离合器的圆锥面和制动器的摩擦面就是卷筒凸缘的内外表面。摩擦块与开式传动的大齿轮联为一体。通过操纵手柄 2（图 3多线螺旋 12（图 3转，带动顶杆 10（图 3轴向运动，推动推进板 9 和垫圈 8，使卷筒沿轴向向左移动与锥形摩擦面紧密结合，从而使卷筒转动。制动前，必须先打开离合器，此时需按相反方向转动离合器操纵手柄 2，通过弹簧 5 的反作用力使卷筒与大齿轮脱离接触。几乎同时，带式制动器上闸进行制动。为使制动更加可靠，又使用了棘轮停止器。 1 锥摩擦离合器的参数确定 一、摩擦面的平均直径 摩擦面的平均直径用下式计算 2)/2=(46)d (式中 圆锥工作面的大端和小端直径（ d 离合器轴径（ 也可根据具体结构确定。 图 3离合器、制动器、停止器组合系统 1 主轴 2 齿轮 3 制动轮 4 摩擦木 5 弹簧 6 卷筒 7 棘轮 8 垫圈 9 推进板 10 顶杆 11 顶丝箱 12 顶丝 13 摆动臂 14 连杆 15 推力球轴承 16 弹簧压盖 17 调整螺栓 1 图 3离合器、制动器操纵系统简图 1 制动器操纵手柄 2 离合器操纵手柄 3 连接头 4 连接杆 5 连接螺杆 6 制动闸带 7 弹簧 二、摩擦面的工作宽度 圆锥面母线工作部分宽度用下式计算 b=（ 三、摩擦锥的半锥角 为避免离合器接合后锥面自锁不易脱开，通常取摩擦锥半角 中 u 离合器接合面的摩擦系数； 摩擦锥半锥角。 上述参数，是离合器设计的重要几何参数。 动器设计 为了确保卷扬机安全，可靠地工作，必须装设制动器。 动器分类、特点及其选择 制动器按用途可分为停止制动、支持制动和下降制动三种。停止和支持式制动器具有停止和支持中午悬挂在空中的作用；而下降式制动器除具有前者停止运动的作用外，还具有调节机构运动的作用。 按照工作状态，制动器又分为常闭式和常开式。常闭式制动器经常处于合闸状态，当机构运转时，可利用人力、电磁力等外力使制动器松闸。而常开式与此1 相反，它经常处于松闸状态，只有施加外力时才能合闸。 按照制动器结构特征，又分为带式制动器、块式制动器、蹄式制动器和盘式制动器四种。 建筑卷扬机至少要装一套常闭式的支持制动器，并常采用带式制动器和外抱式制动器，小吨位卷扬机亦可采用蹄式制动器。 在设计或选择制动器时，主要依据是制动力矩。无论是标准制动器，还是自行设计的制动器都要做必要的发热验算。 一、带式制动器 带式制动器主要 适合中小吨位的建筑卷扬机。因其结构简单，常将制动轮与卷筒做成一体。 1、带式制动器的类型及工作原理 带式制动器是用挠性钢带包围制动轮，而带的一端或两端固接在杠杆上，操纵杠杆使带压紧制动轮产生摩擦力，从而达到制动轮的目的，见图 3 带式制动器常见有简单式、综合式和差动式三种类型。为了增加摩擦系数，在带的工作表面上装有摩擦材料，如皮革、石棉和辊压带等。当制动器松闸时，应使制动带与带轮间形成 1径向间隙。为了使制动带均匀脱开，沿制动带包角圆段上装设若干弹簧，通过弹簧的径向拉力，使制动闸带均匀脱离制 动轮。拧动调整螺栓来调节带与轮的径向间隙。 图 3动操纵装置 1 1 制动操纵手柄 2 制动器手柄座 3 棘爪操纵拉杆 4 棘爪操纵座 5 制动闸带 6 操纵制动连杆 7 操纵离合连杆 8 棘爪 9 棘轮 10 弹簧 图 3制动带与杠杆的联接型式 a) 刚性联接 b) 螺纹联接 2、制动带与杠杆的联接 制动带的两端采用专门的联接件与杠杆联接，见图 3中一端作刚性固接，见图 3一端利用螺纹联接，见图 3 联接处的铆钉应按剪切强度验算，对于材料 铆钉，杠杆与制动带联接结构处的螺栓应进行疲劳强度计算。必要时，还需对传力杠杆刚度进行校核。 当松闸时，带与制动轮摩擦面之间的退距大小应能根据制动状态随时进行调节。制动过程应力求平稳，但退距过大，制动灵敏性差，制动器容易发热或制动操作困难。 对较大吨位的卷扬机，其制动力用手进行控制比较困难，可靠性也较差，这时可采用机械或电液控制的方法。 二、外抱块式制动器 常用的外抱块式制动器已经标准化，已有多种类型产品可供选用。这类制动器在电控卷扬机上应用普遍， 可根据计算制动力矩初选型号，然后进行发热校核计算。在这就不具体阐述了。 1 第 4章 执行机构的设计计算 钩组设计 吊钩组是起重机械上应用最普遍的取物装置，它由吊钩、吊钩螺母、推力轴承、吊钩横梁、滑轮、滑轮轴以及拉板等零件组成。目前常用的吊钩有单钩和双钩。 钩型式及特点 模锻单钩制造简单，在中小起重机械（ 80 吨以下）上广泛采用。双钩制造较单钩复杂，但受力对称，钩体材料较能充分利用，主要在大型其中机械（起重量 80 吨以上）上采用。成批生产以采用模锻为宜。 叠片式吊钩（板钩）是由切割成形的多片钢 板铆接而成，并在吊钩口上装护垫，这样可减小钢丝绳磨损，使载荷也能均匀的传到每片钢板上。叠片式吊钩制造方便，由于钩板不会同时断裂，故工作可靠性较整体锻造吊钩为高。缺点是：只能做成矩形截面，钩体材料不能充分利用，自重较大，高度尺寸也大。叠片式吊钩主要用于大起重量或冶金起重机上。 在长钩型吊钩组中，吊钩横梁与滑轮轴合成一体，结构简单，零件较少，整体尺寸较小，这对充分利用起升高度是有利的，在钢丝绳分支数为偶数（一般为4）时应用较多。 短钩型吊钩组零件数量多，高度尺寸大，但横向尺寸较小，对减小钢丝绳偏角有利且不受分支 数限制，故应用较广。 直柄单钩的结构形式按照锻造方法的不同及有无凸耳分四种： 、 及 。 标记方法： 1 标记示例： 钩号 度等级为 M 的不带凸耳模锻直柄单钩：直柄单钩 号 250 、强度等级为 T 的带凸耳自由锻直柄单钩：直柄单钩 号 40 的吊钩采用模锻，钩号 10 250 的吊钩采用自由锻造。5 直柄单钩，柄端结构为型式 ，用于轻小型起重设备；钩号 6 12 柄端结构为型式 ，用于起重机械和轻小型起重设备；钩号 40 250 柄端结构为型式 ，用于起重机械。钩号 5 柄端为普通螺纹；钩号 6 250 柄端为梯形圆螺纹。直柄单钩的结构形式和结构尺寸根据参考文献 1表 表 取。 吊钩采用专用材料，常用整体锻造或用厚钢板切割而成。依据吊钩材料屈服强度极限不同，将其机 械性能分为五个强度等级。 在不同的强度等级和机构的工作级别下，各种吊钩的起重量可以查表获得。 1 钩组零件材料 卷扬机吊钩除承受物品重量外还要承受起升机构启动与制动时引起的冲击载荷作用，故吊钩材料应有较高的机械强度与冲击韧性。 卷扬机吊钩组零件的常用材料如下： 锻造吊钩：采用 20 号钢、 2036i。 吊钩螺母：采用 20 号钢。 板钩：采用 20 号钢、 16使钩板的高度方向与钢板轧制方向一致。 吊钩横梁与滑轮轴：采用 45 号钢。 吊钩拉 板：采用 16 叉子：采用 20 号钢。 钩组的选择 吊钩是根据吊钩的起重量来选取的。根据起吊的最大重量为 ，由参考文献 2附表 8，选取 5 吨 吊钩组。得其质量 90 ，两动滑轮间距 =200 4 吨吊钩组的主要尺寸 名称 图形 图号 主要尺寸（ D S H 0L 5 吨吊钩组 513 85 65 721 355 241 315 200 120 75 主要尺寸 轴承 质量 1 B e 型号 数量 40 530 482 400 450 8210/213 1/4 99 1 图 4 吨吊钩组 其中吊钩为 轮 组 的设计 滑轮是用来支承钢丝绳和改变钢丝绳运动方向的部件。钢丝绳绕过若干动滑轮和定滑轮组成滑轮组，滑轮组可以起到省力和增速的作用（建筑卷扬机使用滑轮组主要起省力作用），它是起重机械的重要组成部分。 轮结构与材料 直径较小的滑轮可做成实体轮，（见下图 4直径较大的应做成辐板轮，（见下图 4辐条轮；对于大型或单件生产的滑轮可采用型钢与钢板焊接而成。 1 图 4体轮 图 4板轮 滑轮常装在固定的心轴上。简单的滑轮常采用滑动轴承，目前使用的滑轮绝大多数采用滚动轴承。 滑轮材料见下表 4 表 4轮材料 滑轮类型 常用材料 用途 实体滑轮 15， 型滑轮滑轮直径 D350造滑轮 轮直径 D350级或中级工作类型的起重机械 型滑轮，滑轮直径 D 350般铸成辐板上带孔和筋或铸成轮辐结构，承载能力较大。铸钢滑轮常用于重级和特重级工作类型的起重机械 接滑轮 型滑轮，滑轮直径 D 800据本次设计要求，选取铸造滑轮，材料为 滑轮尺寸的表示法主要有绳槽尺寸和滑轮直径。滑轮绳槽尺寸应能保证钢丝绳顺利绕过并使接触面积尽可能大。绳槽半径 R 是根据钢丝绳直径最大允许偏差为 +7%确定的。故槽底半径应稍大于钢丝绳直径。 1 轮直径的选用系列与匹配 滑轮的许用最小直径： 20( 为了安全起见，取 =300衡滑轮 =80系数 e=20 由起重 设计手册 表 12的。由参考文献 2附表 2 选用滑轮直径 D=250平衡滑轮直径 272参考文献 2附表 2 选用。滑轮的绳槽部尺寸见下表 4用钢丝绳直径 50, ，滑轮轴直径05 的 1E 型滑轮，标记为： 滑轮 1E 0250 80 衡滑轮选用 72, ，滑轮轴直径 55 的 F 型滑轮，标记为： 滑轮 F 5225272 80 表 4轮绳槽断面尺寸（摘自 80 丝绳直径 d 基本尺寸 参考尺寸 R H E C S 尺寸 极限偏差 + 67 6 17 6 0 7 滑轮 1E 0250 80 的轴承为 218(按国标 1 轮组的设计 一、 滑轮组的种类 钢丝绳依次绕过若干定滑轮和动滑轮组成的装置称滑轮组。 滑轮组按构造形式不同可分为单联滑轮组（图 4双联滑轮组（图 4建筑卷扬机广泛采用带有导向滑轮的单联滑轮组（图 4 图 4联滑轮组 图 4联滑轮组 图 4有导向滑轮的单联滑轮组 二、 滑轮组的倍率 当采用省力滑轮组时，绕入卷筒的钢丝绳拉力比不用滑轮组要小，但此时货载的升降速度发生了变化，比不用滑轮组而直接绕入卷筒的速度有所降低。速度降低的多少决定于滑轮组的型式和动滑轮与定滑轮的数量。通常用滑轮组倍率 省力）的大小。 1 滑轮组的倍率等于卷筒的圆周速度等于滑轮组中承载绳索分支数： （ 4 对于单联滑轮组，倍率 a 等于承载分支数： a率 a 等于承载分支数：2设计采用单联滑轮组 a=2。 三、 滑轮组的效率 若假设滑轮组中每个滑轮的效率均相同，则滑轮组的效率为： %10011%10011/ 4 式中 Q起重质量； a 滑轮组的倍率； 滑轮的效率。 各种倍率时滑轮组效率参见下表 5 表 4轮组的效率 轴承种类 滑轮组倍率 a 2 3 4 5 6 8 10 滑动 95 90 88 84 80 滚动 99 97 96 四、 滑轮组绳索最大拉力 滑轮组绳索工作时所受最大拉力 1 m a x N （ 4 式中 Q起重质量（ 0G取物装置（如吊钩组等）质量（ a 滑轮组倍率； K滑轮组型式系数。当采用单联滑轮组时， K 1；采用双联滑轮组时，K 2； n滑轮组倍率。 所以 521 )5 0 099(m a x 丝绳的选择 丝绳的种类 钢丝绳由许多高强度钢丝编绕而成，可单捻、亦可双捻成形。绳芯常采用天然纤维芯（ 合成纤维芯（ 金属丝绳芯（ 金属丝股芯（ 纤维芯钢丝绳具有较高的挠性和弹性，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，但挠性较差。建筑卷扬机系多层缠绕，更适合选用双捻制金属丝芯钢丝绳。 钢丝绳 的种类，根据钢丝绕成股和股绕成绳的相互方向可分为： 一、顺捻钢丝绳 顺捻钢丝绳（图 4 5a）又分为右同向捻 (左同向捻（ 此类钢丝绳钢丝绕成股和股绕成绳的旋转方向是一致的。其特点是：钢丝绳挠性好，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宜。 二、交捻钢丝绳 交捻钢丝绳（图 4 5b）又分为右交互捻（ 左交互捻（ 钢丝绳钢丝绕成股与股绕成绳的方向相反，它的挠性与使用寿命都较顺捻钢丝绳差，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，故卷扬机应优先选用。 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 一、点接触钢丝绳 点接触钢丝绳（图 4 6a）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，由于导致钢丝疲劳断裂而使钢丝绳过早报废。 二、线接触钢丝绳 线接触钢丝绳（图 4 7）绳股由不同直径的钢丝绕制而成，每一层钢丝的节距相等。由于外层钢丝绳位于内层钢丝之间的沟槽内，因此内层钢丝间形成线接触。这种钢丝绳的内层钢丝虽承受比外层钢丝稍大的应力，但它避免了应力集中，消除了钢丝在接触处的二次弯曲现象，减少了钢丝间的摩擦阻力，使钢丝绳在弯曲上有较大的自由度，从而显著使提高了抗疲劳强度，其寿命通常高于点接触钢丝绳。由于线接触钢丝绳比点接触钢丝绳的 有效钢丝总面积大，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直径，从而使整个机构的尺寸减小。建筑卷扬机应优先选用线接触钢丝绳。 三、点、线接触钢丝绳 点、线接触钢丝绳（图 4 6b）是一种混合结构的钢丝绳。它里边是点接触，外边为西鲁式线接触。 四、面接触钢丝绳 面接触钢丝绳（图 4 8）是新发展起来的产品，由异型断面的钢丝组成。钢丝之间的接触应力比线接触钢丝绳要小，从而进一步改善了钢丝绳的性能，但钢丝绳的挠性差。 图 4丝绳的捻制方向 图 4接触和点、线接触钢丝绳 1 图 4接触钢丝绳 图 4面接触钢丝绳 目前，钢丝绳在加工过程中已经考试采用预先变形工艺（即将钢丝在绕前预先弯成钢丝在绳中应具有的形状，然后顺捻成形）或捻后定形等工艺，这可获得结构密致、绳股密合地贴在绳芯上的不松散钢丝绳。这种钢丝绳弯曲疲劳强度较1 高，抗磨损能力较强，使用中也减少了钢丝绳的扭结趋势。 由上述分析可知，建筑卷扬机宜选用不易松散可旋转倾向小的线接触钢丝绳。 钢丝绳的标记 代号 国标 8707准规定，钢丝绳的标记方法全由英文字母与数字相结合的方法来表示。英文字母既可使用大写字母，也可使用小写字母，但不可二者混用，数字必须使用阿拉伯数字。 标记示