机械毕业设计（论文）-液压绞车设计4【全套图纸】 .pdf

哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 摘 要 本设计是通过对液压绞车工作原理、工作的环境和工作的特点进行分析，并 结合实际，在进行细致观察后，对液压绞车的整体结构进行了设计，对组成的各 元件进行了选型、计算和校核。本绞车由进口液压马达、进口平衡阀、常闭多片 式制动器、离合器、卷筒、支承轴和机架等部件组成，还可根据需要设计阀组直 接集成于马达配油器上，如带平衡阀、高压梭阀、调速换向阀或其它性能的阀 组。在结构上具有紧凑、体积小、重量轻、外型美观等特点，在性能上则具有安 全性好、效率高、启动扭矩大、低速稳定性好、噪音低、操作可靠等特点，在提 升和下放工作中运转相当平稳，带离合器的绞车可实现自由下放工况，广泛适用 于铁道机车和汽车起重机、船舶、油田钻采、地质勘探、煤矿、港口等各种起重 设备中。 关键词：液压；设计；阀组；绞车 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 abstract this design is to analyze the working principle，the working environment and the working characteristic of the hydraulic winch，and union reality，after the careful observation，i design the overall construction，and choose，compute and examine the various parts of the hydraulic winch. the winch is made up of the import hydraulic motor，import balancing valve，the brake of many pieces，coupling，reel， supporting axle and rack . also we may design the valve group for the distributor of the motor，like with balancing valve，high- pressured shuttle valve，velocity modulation cross valve or other performance valve groups. the characteristic of the construction is compact，small，light，beautiful and so on，the characteristic of the performance is safe ， the high efficiency， the big start torque ， the best low- speed stability characteristic，the low noise，the reliable operation. the winch is quite steadily in the work of promotion and relaxation，the winch with the coupling also may release the things free，it is popular to the railroad locomotive，the auto hoist，the ships， the oil field of drills picks，the geological prospecting，the coal mine，the harbor and the each kind of hoisting equipment. key words：hydraulic valve group; winch; design 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 目 录 第 1 章 概述 . 1 1.1 绞车概念 . 1 1.2 绞车的一般结构 . 1 1.3 绞车的驱动方式及特点 1 1.4 国内外发展现状及对比 2 1.5 设计意义 . 2 1.6 本章小结 . 2 第 2 章 液压传动系统概论及拟定 . 1 2.1 液压系统简介及拟定 . 1 2.2 液压马达的选用与验算 4 2.3 平衡阀的计算与选用 . 6 2.4 本章小结 . 7 第 3 章 卷扬机工作过程分析及机构设计 . 8 3.1 卷扬机构工作过程分析 8 3.2 卷扬机构的方案设计 . 10 3.3 卷扬机卷筒的设计 . 15 3.4 钢丝绳的选择 . 18 3.5 轴的设计 . 19 3.6 本章小结 . 23 第 4 章 制动器与离合器的设计与选用制动器与离合器的设计与选用 . 24 4.1 离合器设计与选用 . 24 4.2 制动器的设计与选用 . 27 4.3 本章小结 . 32 结 论 . 33 致 谢 . 2 参考文献参考文献 . 3 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 第 1 章 概述 1.1 绞车概念 绞车是用卷筒缠绕钢丝绳或链条以提升或牵引重物的轻小型起重设备，又称卷扬 机。绞车可以单独使用，也可作为起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因操作 简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用。 1.2 绞车的一般结构 绞车一般由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、取物装置和安全保护装置等组成。驱动装 置包括电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒等部件。钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、 卷筒、定滑轮和动滑轮。取物装置有吊钩、吊环、抓斗、电磁吸盘、吊具挂梁等多种形 式。安全保护装置有超负载限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保护开关 等，根据实际需要配用。 1.3 绞车的驱动方式及特点 绞车的驱动方式有四种，分别为手动驱动、内燃机驱动、电动机驱动和液压驱动。 手动绞车的手柄回转的传动机构上装有停止器(棘轮和棘爪)，可使重物保持在需要的 位置。装配或提升重物用的手动绞车还应设置安全手柄和制动器。手动绞车一般用在起 重量小、设施条件较差或无电源的地方。 内燃机驱动的起升机构，其动力由内燃机经机械传动装置集中传给包括起升机构在 内的各个工作机构，这种驱动方式的优点是具有自身独立的能源，机动灵活，适用于流 动作业。为保证各机构的独立运动，整机的传动系统复杂笨重。由于内燃机不能逆转， 不能带载起动，需依靠传动环节的离合实现起动和换向，这种驱动方式调速困难，操纵 麻烦，属于淘汰类型。目前只有少数地方应用。 电动机驱动是卷扬机的主要驱动方式。直流电动机的机械特性适合起升机构的工作 要求，调速性能好，但获得直流电源较为困难。在大型的卷扬机中，常采用内燃机和直 流发电机实现直流传动。交流电动机驱动能直接从电网取得电能，操纵简单，维护容 易，机组重量轻，工作可靠，在电动卷扬机中应用广泛。 液压驱动的卷扬机，由原动机带动液压泵，将工作油液输入执行构件（液压缸或液 压马达）使机构动作，通过控制输入执行构件的液体流量实现调速。液压驱动的优点是 传动比大，可以实现大范围的无级调速，结构紧凑，运转平稳，操作方便，过载保护性 能好。缺点是液压传动元件的制造精度要求高，液体容易泄漏。目前液压驱动在建筑卷 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 2 扬机中获得日益广泛的应用。 尽管绞车的种类和应用场合不同，但是在工程应用中绞车应具有如下一些特点： 负载时变、驱动力矩范围大、自动排缆、对安全可靠性要求较高、具有良好的可操 作性。 1.4 国内外发展现状及对比 国外制造商德国 wirth 公司、bentec 公司以及美国 varco 公司先进的绞车控制技术、 电动机四象限传动技术以及电子(自动)控制技术。这些绞车控制系统能根据绞车负载、转 盘转速和扭矩等参数控制钢丝绳的连续递送以保持稳定的状态。这些公司都以电脑控 制，远程控制，自动化控制等为发展方向，减少或代替人的劳动，进而大大提高工作效 率，节省生产成本，降低事故率，保护操作者的安全。 国内绞车与国外同类型相比，具有非常高的价格优势，且机械结构原理方面基本相 似，通用件多，容易修护。但在控制方面，尤其是在电子控制上与国外同类技术相差很 大，主要体现在功能、精度、稳定性、易用性、人性化等方面。 1.5 设计意义 绞车广泛的应用于各种各样的场合，发挥着不同的作用，尤其是液压绞车在吊装工 程中有特殊地位，结合实际工作，对液压绞车进行原理分析、机构设计，对今后的工作 有特别重要的意义。 1.6 本章小结 本章主要介绍了一般绞车的概念和技术特点以及国内外发展对比以及设计意义。绞 车是用卷筒缠绕钢丝绳或链条以提升或牵引重物的轻小型起重设备，又称卷扬机。车一 般由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、取物装置和安全保护装置等组成。绞车的驱动方式有 四种，分别为手动驱动、内燃机驱动、电动机驱动和液压驱动。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 1 第2章 液压传动系统概论及拟定 2.1 液压系统简介及拟定 2.1.1 液压传动的定义 液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制与分配的液体传动方式。由 于其独特的技术优势，以成为现代机械设备与装置实现传动及控制的重要技术手段之 一。 2.1.2 液压系统的组成部分 液压系统主要由：动力元件（油泵） 、执行元件（油缸或液压马达） 、控制元件（各 种阀） 、辅助元件和工作介质等五部分组成。 1 动力元件（油泵）它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液 压传动中的动力部分。 2 执行元件（油缸、液压马达）它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做 直线运动，马达做旋转运动。 3 控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动 机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。 4 辅助元件除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却 器、管件各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式） 、高压球阀、快换接头、软管总成、测压 接头、管夹等及油箱等，它们同样十分重要。 5 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量 转换。 一般而言，能够实现某种特定功能的液压元件的组合，称为液压回路。为了实现对 某一机器或装置的工作要求，将若干特定的基本回路连接或复合而成的总体称为液压系 统。 2.1.3 液压系统的类型及技术的特点 液压系统可以按多种方式进行分类，如图 2- 1 所示。与其它传动控制方式相比较，液 压传动与控制技术的优点如下： 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 2 图 2- 1 液压系统的分类 (1)体积小、重量轻，例如同功率液压马达的重量只有电动机的 1020%。因此 惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击； (2)能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速，且调速范围最大 可达 1：2000(一般为 1：100） 。 (3)换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和 直线往复运动的转换； (4)液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制； (5)由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命 长； (6)操纵控制简便，自动化程度高； (7)容易实现过载保护。 (8)液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和使用。 液压传动与控制技术的缺点如下： (1)使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁； (2)对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高； (3)液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平； (4)液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性。 (5)液压传动在能量转化的过程中，特别是在节流调速系统中，其压力大，流量损失 大，故系统效率较低。 2.1.4 拟定绞车液压系统图 系统的工作原理及其特点简要说明如图 2- 2 所示。 当电磁阀 2ya 打开时，液压油在 7 液压泵的作用下进入 1 液压马达，此时卷扬系统 提升功能工作；当电磁阀 1ya 打开时，工作油不能驱动液压马达，而在 4 溢流阀流出， 此时卷扬系统停止，保持高度；此时，当 2 外控式平衡阀上调整外部输入压力，使其通 路，则液压马达反转，卷扬系统下放。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 3 图 2- 2 系统的工作原理及其特点 1- 液压马达；2- 外控式平衡阀；3- 三位四通电磁换向阀；4- 溢流阀 5- 过滤器；7- 液压泵；8- 油箱 由表 2- 1 可知：当电磁铁 2ya 通电时，三位四通电磁换向阀 3 切换至右位，液压油 经过单向阀进入液压马达 1，驱动滚筒卷扬方向旋转。当需要保持一定高度时，电磁铁 1ya 通电，三位四通电磁换向阀 3 切换至右位。 表 2- 1 绞车液压系统电磁铁动作顺序 工 况 电磁铁 2ya 1ya 满载卷扬上升 + - 空包下放 - - 停止 - + 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 4 2.2 液压马达的选用与验算 2.2.1 液压马达的分类及特点 起重机的常用液压马达分为高速液压马达和低速液压马达。高速液压马达的主要性 能特点是负载速度低、扭矩小、体积紧凑、重量轻，但在机构传动中需与相应的减速器 配套使用，以满足机构工作的低速重载要求，其他的特点与同类的液压泵相同，较多应 用的有摆线齿轮马达，轴向柱塞马达。低速液压马达的负载扭矩大、转速较低、平稳性 较好，可直接或只需一级减速驱动机构，但体积和重量较大。内曲线径向柱塞或球塞马 达和轴向球塞式马达是较常用的型式。 液压马达在使用中并不是泵的逆运转，它的效率较高，转速范围更大，可正、反向 运转，能长期承受频繁冲击，有时还承受较大的径向负载。因此，应根据液压马达的负 载扭矩、速度、布置型式和工作条件等选择液压马达的结构型式、规格和连接型式等。 2.2.2 液压马达的选用 根据已知液压马达的工作压力为 16.5mp，总排量 520ml/r，初选液压马达的型号为 jmq23 型低速大扭矩叶片马达，参数如表 3- 1 所示。 表 2- 2 液压马达参数 型号 压力（mp） 转速（r/min） 效率 转矩（nm） jmq23 额定 最高 额定 最高 容积效率 总效率 1440 16 20 75 400 0.95 0.85 2.2.3 马达的验算 满载起升时液压马达的输出功率 m p ： 2 1000 m q v p j h = kw (2- 1) 式中： 2 j 起升载荷动载系数，因液压马达不具有电动机的过载能力而马达工作 压力又受系统压力限制，一般取 =1.151.3 q额定起升载荷 n； v物品起升速度 m/s； h机械总效率，初步计算时，取 0.80.85 额定起升载荷 根据下式计算： qs m= (2- 2) 式中：s钢丝绳自由端拉力（n） ； m 滑轮组倍率。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 5 根据已知 s=10787.7n。一般当起升载荷50kn q p 时，滑轮组倍率宜取 2， 250kn q p 时，倍率取 36，载荷量更大时，倍率可取 8 以上。因此，2m =。 把数值代入到式子中得： 10787.72q =21575.4 n 物品提升速度按下式计算： 0 v v m = 式中： 0 v 钢丝绳线速度 m/min 0 v 由已知得 =60m/min，把数值代入得： 1 2 v = =0.5m/s 根 据 需 要 选 取 2 j =1.3 ， 机 械 总 效 率 取h=0.85 ， 卷 筒 机 械 效 率 m h =0.97 ， 1 2 v =0.5m/s，q=21575.4n，把数据代入式中得： 1.3 21575.4 0.5 1000 0.97 0.85 m p = =17.009 kw 满载起升时液压马达输出扭矩 m t ： 2 (21) 2 m q dzd t mi j h +- = n m (2- 3) 式中：i 减速器传动比； z 钢绳在卷筒上的卷绕层数。 其余符号同以前式子。 由于已知为大排量马达，选用低速方案。因此不采用减速器，所以 i =1。又由已知 卷筒钢丝绳卷绕三层，故 z =3。 把所有数值代入式子中得： 1.3 21575.4 0.2(2 3 1) 0.008 2 2 0.97 0.85 m t + - = =1004.845 n m 所选用的马达的额定转矩为 t =1440 （n m） ，所以选用的马达转矩符合要求。 计算液压马达的转速 m n 和输入油量 m q ： 60 (1) m miv n dzdp = +- (2- 4) 式中各符号同以前的式子。 把数值代入式中得： 60 2 1 0.5 0.22 0.08 m n p = + =176.43 r/min 计算马达的输入油量用下式： mm m m v qn q h = (2- 5) 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 6 式中 ： m q 液压马达的排量（ml/r） ； m v h液压马达容积效率。 马达的排量根据已知得 m q =520 ml/r， 根据下式计算： m m v m m h h h = (2- 6) 式中： m h 液压马达总效率； m m h液压马达机械效率。 根据表查得 m h 取 0.85， m m h取 0.9。 把数代入式中得： 0.85 0.9 m v h=0.95 把所计算的数据代入式中得： 6 520 1088.5 0.95 m q - = = 2 4.82 10- 3 m /r 选用的液压马达转速范围为2 400 r/min，由于计算得 m n =88.5 r/min，所以马达的 转速符合要求。 2.3 平衡阀的计算与选用 2.3.1 平衡阀的选用 根据已知的马达的排量、工作压力和计算所得的泵的流量选用外控型平衡阀，所代 表的意义和阀的外型结构如图 3- 1 和图 3- 2 所示。 图 3- 1 型号所代表的意义 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 7 图 3- 2 平衡阀的外型结构 1- 控制口；2- 监测口；3- 法兰固定螺钉；4- 盖板； 5- 可选择的 b 孔；6- 标牌；7- o 型圈 2.4 本章小结 本章主要介绍了液压系统的概念、液压绞车的技术特点，拟定了液压系统图，以及 液压马达的选用与计算和平衡阀的选用。液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和 进行控制与分配的液体传动方式。应根据液压马达的负载扭矩、速度、布置型式和工作 条件等选择液压马达的结构型式、规格和连接型式 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 8 第3章 卷扬机工作过程分析及机构设计 3.1 卷扬机构工作过程分析 3.1.1 卷扬机构的工作周期 卷扬机构是周期性作业。如图 3- 1 所示，一个工作周期为：启动加速（0a） 、稳定 运动（ab）和制动减速（bc）三个过程。载荷由静止状态被加速到稳定工作速度（稳 定运动）时，所经历的时间称为启动时间，从 a 到 b 经历的时间称为工作时间，从 b 点的 稳定运动减速到静止状态时所经历的时间成为制动时间。起动和制动时间直接影响卷扬 机的工作过程，设计时可通过计算选取较为适合的时间。 图 3- 1 卷扬机构工作过程曲线 3.1.2 载荷升降过程的动力分析 卷扬机构负载作变速运动（起动或制动）时，作用在机构上的载荷除静力外，还有 作加速运动（或减速运动）质量产生的动载荷。 起升起动过程： 卷扬机构带载提升时，载荷从静止状态加速到稳定运动速度 v 的瞬时过程称为起升 起动过程。此时，悬挂载荷的钢丝绳拉力如图 3- 2a 所示为： qg spp=+ （3- 1） 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 9 式中： q p 起升载荷； g p 由加速运动质量产生的惯性力。 在起升起动时，惯性力方向与起升载荷方向相同，使钢丝绳拉力增加。 起升制动过程： 卷扬机构由匀速运动制动减速到静止的过程称为起升制动过程。此时，悬挂重物的 钢丝绳拉力 qg spp=-如图 3- 2b 所示。由于减速运动质量产生的惯性力 g p 的方向与起升 载荷 q p 的方向相反，故使钢丝绳拉力减小。 下降启动过程： 将载荷从静止状态加速下降到匀速的过程称为下降起动过程如图 3- 2c 所示。此时， 惯性为 g p 的方向与载荷 q p 的方向相反，使钢丝绳拉力减小，即 qg spp=- 。 下降制动过程： 卷扬机驱动悬吊载荷以匀速下降时，将制动器上闸，使载荷由匀速下降减速到静止 状态的过程称为下降制动过程如图 3- 2d 所示。此时因惯性力 g p 的方向与起升载荷 q p 的方 向一致，故使钢丝绳拉力增加，即 qg spp=+。 图 3- 2 重物升降过程的动力分析 （a） 起升起动； （b）起升制动； （c）下降起动； （d）下降制动 综上分析可得如下结论：起升起动和下降制动是卷扬机构最不利的两个工作过程， 起升起动时原动机要克服的阻力距是静阻力矩与最大惯性阻力距之和。因此，原动机的 起动力矩 q m 必须满足 max qjg mmm+ 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 10 下降制动是制动器最不利的工作过程，所以，卷扬机构支持制动器的制动力矩 z m 应 满足下面条件： max zjg mmm+ 才能将运动的物品在规定的时间内平稳的停住。 式中： j m 卷扬机构驱动载荷匀速运动时的静阻力矩； max g m卷扬机构起、制动时的最大惯性阻力矩。 显然，上述两种工作过程是决定卷扬机原动机和制动器性能以及对机构的零部件进 行强度计算的依据。 3.2 卷扬机构的方案设计 卷扬机方案设计的主要依据：机构的驱动方式；安装位置的限制条件和机型种类与 参数匹配等。 3.2.1 常见卷扬机构结构方案及分析 根据卷扬机构原动机和卷筒组安装相对位置不同，卷扬机构结构布置。方案的基本 型有并轴式和同轴式两种。而这两种基本型中又有单卷筒和双卷筒之分。 下面介绍几种常见的卷扬机构结构方案。 如图 3- 3 所示为并轴式单卷筒卷扬机构，他们的卷筒轴与原动机轴线并列平行布置， 结构简单、紧凑。 为了提高取物装置在空载或轻载时的下降速度，有的卷扬机构设置了重力下降装置 如图 3- 3（b）所示。在卷筒上装有带式制动器和内涨式摩擦离合器。当离合器分离时， 驱动卷筒的动力源被切断，卷筒处于浮动状态，这时可利用装在卷筒上的带式制动器控 制取物装置以重力快速下降。 卷扬机构方案设计中一个重要问题是卷筒轴与减速器输出轴的连接方式。图 3- 3 （a） 、 （b）所示方案，它们是把卷筒安装在减速器输出轴的延长部分上，从力学观点看， 属于三支点的超静定轴，减小了轴承受的弯矩。但是，这种结构对安装精度要求很高， 而且使的卷筒组和减速器的装配很不方便，减速器也不能独立进行装配和试运转，更换 轴承也较困难。然而，它的外形尺寸小，结构简单，适用于中小型建筑机械的卷扬机 构。 图 3- 3（c） 、 （d）所示方案，卷筒组与减速器输出端均采用了补偿式连接。图 3- 3 （c）减速器的输出轴利用齿轮连轴节与卷筒连接，且直接把动力传递给卷筒。图 3- 1 （d）是采用十字滑块联轴节将卷筒和减速器输出轴连成一体，卷筒轴的右端伸入到减速 器输出轴上的联轴节半体中心孔内，构成了轴的一个支点，输出轴和卷筒轴均为筒支结 构，构造紧凑，制造、安装均有良好的分组性。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 11 图 3- 3 并轴布置单卷筒卷扬机构 并轴布置双卷筒卷扬机构如图 3- 4 所示，由一台液压马达通过二级齿轮减速器分别驱 动装在两根平行轴上的主、副卷筒。在这两个卷筒上分别装有离合器和制动器。通过液 压操纵系统的控制可使主、副卷筒独立动作，并能实现重力下降。 双卷筒集中驱动，可减少一套液压马达及传动装置。 图 3- 4 并轴布置双卷筒卷扬机构 3.2.2 卷筒轴与减速器输出轴连接方式设计的基本原则 综上所述，卷筒轴与减速器输出轴连接方式设计的基本原则是： 1 尽量避免采用多支点的超静定轴。因为多支承点受力复杂且轴安装精度不易保 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 12 证。 2 优先采用减速器输出端直接驱动卷筒的连接方式，使卷筒轴不传递扭距，尽可能避 免卷筒轴收弯曲和扭转的复合作用，以减少轴的直径。 3 使机构有良好的总成分组行，以利制造、安装、调试和维修。 4 结构紧凑、构造简单，工作安全可靠。 5 卷筒组与减速器输出轴优先采用补偿式连接，这样，在安装时允许总成间有小量的 轴向、径向和角度位移，以补偿安装位置误差和机件的变形。 3.2.3 液压卷扬机构的分类 近年来普遍采用了行星齿轮传动的多速卷扬机构，利用控制多泵合流和液压马达的 串并联或采用变量液压马达实现卷扬机构的多种工作速度，从而实现轻载高速、重载低 速，提高工作效率，以满足各种使用要求。 由于选用的液压马达的形式不同，液压起升机构可分为高速液压马达传动和低速大 扭矩马达传动两种形式。 高速液压马达传动需要通过减速器带动起升卷筒。减速器可采用批量生产的标准减 速器，通常有圆柱齿轮式，蜗轮蜗杆式和行星齿轮式减速器。这种传动形式的特点是液 压马达本身重量轻、体积小，容积效率高，生产成本较低。但整个液压起升机构重量较 重，体积较大。 低速大扭矩马达传动可直接或通过一级开式圆柱齿轮带动起升卷筒。虽然低速马达 本身体积和重量较大，但不用减速器，使整个液压起升机构重量减轻，体积减小。并使 传动简单、零件少，起动性能和制动性能好，对液压油的污染敏感性小。壳转的内曲线 径向柱塞式低速大扭矩马达，可以装在卷筒内部，由马达壳体直接带动卷筒转动，结构 简单紧凑，便于布置。 3.2.4 液压式行星齿轮传动卷扬机构布置方案 液压多速卷扬机构有多种布置方案，如： 1 液压马达、制动器和行星减速器分别布置在卷筒的两侧，即对称布置如图 3- 5 （a） 。 图 3- 5（a） 液压卷扬机构布置方案一 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 13 2 液压马达和制动器分别布置在卷筒的两侧，行星减速器装在卷筒内部如图 3- 5 （b） 。 图 3- 5（b） 液压卷扬机构布置方案二 3 液压马达、制动器布置在卷筒同一侧，行星减速器装在卷筒内部如图 3- 5（c） 。 图 3- 5（c） 液压卷扬机构布置方案三 4 液压马达、制动器和行星减速器均装入卷筒内部如图 3- 5（d）所示。 图 3- 6（d） 液压卷扬机构布置方案四 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 14 二三方案属于同一类型，由于行星减速器装在卷筒内，所以体积小，结构较紧凑， 但由于卷筒内的空间位置受到限制，要求安装精度高，零件加工工艺复杂，轴承的选择 较困难，维修不方便。它们的不同处是制动器的安装位置，方案二显得对称性好。 方案四显然较方案二、方案三的外形尺寸更小，结构更加紧凑。但是它除了有二、 三方案中的问题外，还存在制动器和液压马达的散热性极差，检修调试也很不方便。 二、三、四方案均属同轴式布置，即使液压马达和卷筒轴在同一中心线上，总成组 装时要保证规定的同心度。 3.2.5 本设计所采用的方案 本设计给出的马达的排量为 520ml/r，工作压力为 16.5mp，因此选用低速大扭矩马 达， 采用低速方案，不选用减速器。传动方案根据比较选用如图 3- 6 所示，多片盘式制动 器安装在马达上，联轴器内置于卷筒内。此方案整体体积小，结构较紧凑。 图 3- 6 本设计所采用的方案 3.2.6 卷扬机构方案设计注意事宜 卷扬机构的方案的设计除认真考虑以上问题外，还要酌情处理好以下事宜。 1 分配机构总传动比时，级差不宜过大，一般可采取从原动机至卷筒逐级降低传动比 的分配方法。 2 卷筒直径尽量选取最小许用值，因为随着卷筒直径的增加，扭矩和传动比也随之增 大，引起整个机构的尺寸膨胀。但在起升高度大的情况下，为了不使卷筒长度过大，有 时采用加大直径的办法来增加卷筒的容绳量。 3 于具有多种替换工作装置的机械，卷筒的构造应能提供快速换装的措施，如制成剖 分组合式卷筒等。 4 倍率对机构的影响较大。因此，滑轮组的倍率不宜取得过大。一般当起升载荷 50kn q p 时，滑轮组的倍率宜取 2，250kn q p 时，倍率取 36，载荷量更大时，倍率 可取 8 以上。 5 卷扬机构的制动器是确保工作安全可靠的关键部件。制动器一般应装在扭矩最小的 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 15 驱动轴上，这样可减少制动器的尺寸。但是若采用制动力矩大、体积小结构简单的钳盘 式制动器时，可将其装在卷筒的侧板上，以提高卷扬机构的可靠性。 6 于起吊危险物品的卷扬机构应设置两套制动装置。 3.3 卷扬机卷筒的设计 3.3.1 卷扬机卷筒组的分类和特点 卷筒是起升机构中卷绕钢丝绳的部件。常用卷筒组类型有齿轮连接盘式、周边大齿 轮式、短轴式和内装行星齿轮式。 齿轮连接盘式卷筒组为封闭式传动，分组性好，卷筒轴不承受扭矩，是目前桥式起 重机卷筒组的典型结构。缺点是检修时需沿轴向外移卷筒。 周边大齿轮式卷筒组多用于传动速比大、转速低的场合，一般为开式传动，卷筒轴 只承受弯矩。 短轴式卷筒组采用分开的短轴代替整根卷筒长轴。减速器侧短轴采用键与过盈配合 与卷筒法兰盘刚性连接，减速器通过钢球或圆柱销与底架铰接；支座侧采用定轴式或转 轴式短轴，其优点是构造简单，调整安装比较方便。 内装行星齿轮式卷筒组输入轴与卷筒同轴线布置，行星减速器置于卷筒内腔，结构 紧凑，重量较轻，但制造与装配精度要求较高，维修不便，常用于结构要求紧凑、工作 级别为 m5 以下的机构中。 根据钢丝绳在卷筒上卷绕的层数分单层绕卷筒和多层绕卷筒。由于本设计的卷绕层 数为三层，因此采用多层卷筒。根据钢丝绳卷入卷筒的情况分单联卷筒（一根钢丝绳分 支绕入卷筒）和双卷筒（两根钢丝绳分支同时绕入卷筒） 。单联卷筒可以单层绕或多层 绕，双联卷筒一般为单层绕。起升高度大时，为了减小双联卷筒长度，有将两个多层绕 卷筒同轴布置，或平行布置外加同步装置的实例。 多层卷筒可以减小卷筒长度，使机构紧凑，但钢丝绳磨损加快，工作级别 m5 以上的 机构不宜使用。 3.3.2 卷筒设计计算 根据卷扬机工作状况和起升载荷确定卷扬机起升机构的工作级别，根据表查得汽 车、轮胎、履带、铁路起重机，安装及装卸用吊钩式，利用等级 t5，载荷情况 l2，工作 级别 m5。 卷筒名义直径 d ： (1)ded=- （3- 2） 式中：e卷筒直径比，由表选取; d卷筒名义直径（卷筒槽底直径） （mm）; d钢丝绳直径(mm); e根据卷扬机工作级别 m5 选用 =25，根据已知得d=8mm,把数值代入式中得 : 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 16 d=（25- 1） 8=192 mm 根据所得的数据选卷筒名义直径d=200 mm。 卷筒最小直径的计算： dmin=hd 式中：dmin按钢丝绳中心计算的滑轮的最小直径 mm: d钢丝绳直径 mm; h系数值； 根据机构工作级别为 f dmin=188=144 ddmin 所以卷筒直径符合条件。 卷筒长度 l 确定： 由于采用多层卷绕卷筒 l，由下式： 1.1 () lp l ndndp = + （3- 3） (1.11.2)pd = 式中l多层卷绕钢绳总长度（mm） ； 根据已知卷筒容绳量为 27 m，所以l=27 m， 把数据代入式中得： 3 1.1 27 109.6 3(2008) l p = + =195.52 mm 取多层卷绕卷筒长度l=200 mm。 绳槽的选择： 单层卷绕卷筒表面通常切出导向螺旋槽，绳槽分为标准槽和深槽两种形式，一般情 况都采用标准槽。当钢丝绳有脱槽危险时（例如起升机构卷筒，钢丝绳向上引出的卷 筒）以及高速机构中，采用深槽。 多层卷绕卷筒表面以往都推荐做成光面，为了减小钢丝绳磨损。但实践证明，带螺 旋槽的卷筒多层卷绕时，由于绳槽保证第一层钢丝绳排列整齐，有利于以后各层钢丝绳 的整齐卷绕。光面卷筒极易使钢丝绳多层卷绕时杂乱无序，由此导致的钢丝绳磨损远大 于有绳槽的卷筒。 带绳槽单层绕双联卷筒，可以不设挡边，因为钢丝绳的两头固定在卷筒的两端。多 层绕卷筒两端应设挡边，以防止钢丝绳脱出筒外，档边高度应比最外层钢丝绳高出 (11.5)d 。 如图 3- 7 所示，绳槽半径r 根据下式： (0.530.56)rd= （3- 4） 取 r=0.5d 把数值代入得： 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 17 r=0.58=4.4mm 绳槽节距 p=d+（24）mm 取 p=8+2=10 mm 绳槽深度 h=（0.250.4）d 取 h=0.35d=0.358=2.8 图 3- 7 槽的放大示意图 卷筒上有螺旋槽部分长 0 l ： 0 1 () 3 l lp z dp = （3- 5） 式中： 0 d 0 d =dd+，卷筒计算直径，由钢丝绳中心算起的卷筒直径（mm） ； 1 z 1 z 1.5，为固定钢丝绳的安全圈数。取 1 z =2； 把数据代入式中得 3 0 27 10 () 10 32 8 l p = =167.8mm 由此可取 0 l =170mm。 （3）绳槽表面精度：2 级 a r 值 12.5。 卷筒壁厚d: 初步选定卷筒材料为铸铁卷筒，根据铸铁卷筒的计算式子： 0.02(6 10)dd=+mm （3- 6） 把数值代入式中有 d=0.02d+8=12 mm 故选用d=12 mm。 钢丝绳允许偏角 ： 钢丝绳绕进或绕出卷筒时，钢丝绳偏离螺旋槽两侧的角度推荐不大于 3.5。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 18 对于光面卷筒和多层绕卷筒，钢丝绳与垂直于卷筒轴的平面的偏角推荐不大于 2， 以避免乱绳。 布置卷绕系统，钢丝绳绕进或绕出滑轮槽的最大偏角推荐不大于 5，以避免槽口损 坏和钢绳脱槽。 卷筒强度计算 卷筒在钢丝绳拉力作用下，产生压缩，弯曲和扭转剪应力，其中压缩应力最大。当 3ld时，弯曲和扭转的合成应力不超过压缩应力的10% 15%，只计算压应力即可。 当3ld时，要考虑弯曲应力。对尺寸较大，壁厚较薄的卷筒还需对筒壁进行抗压稳定 性验算。 由于所设计的卷筒直径d=200mm，l=200mm，3ld。所以只计算压应力即可。 卷筒筒壁的最大压应力出现在筒壁的内表面压应力 c s 按下式计算： max 12 cc s a a p ss d = （3- 7） 式中： c s 卷筒壁压应力（mpa） ； max s钢丝绳最大静拉力（n） ； 1 a 应力减小系数，在绳圈拉力作用下，筒壁产生径向弹性变形，使绳圈紧度降 低，钢丝绳拉力减小，一般取 1 0.75a =； 2 a 多层卷绕系数。多层卷绕时，卷筒外层绳圈的箍紧力压缩下层钢丝绳，使各 层绳圈的紧度降低，钢丝绳拉力减小，筒壁压应力不与卷绕层数成正比 2 a 按表取值； c s 许用压应力，对铸铁 c s/5 b s= ， c s为铸铁抗压强度极限，对钢 c s/2 s s= ， s s 为钢的屈服极限。 取 1 0.75a =， 2 a 按表 取 2 1.8a =，根据 已知卷筒底层拉力 1100kgf，可算 得 max 1100 9.80710787.7ns=，把各数代入式中： 10787.7 0.75 1.8 12 10 c s = =121.36 mpa 根据所计算的结果查得卷筒的材料为球墨铸铁8002qt-，其抗压强度极限 b s800mp，/5 b s160mp， c s =121.36mp ，因此，数据选用的合格。 4.1.6 圆盘摩擦离合器压力的计算 摩擦面的压紧力q： c v t q rmm = n 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 27 式中 m摩擦面对数，1mz= -（z 为摩擦片数） 。 其他符号见前述式子。 按前面计算得930.412 c t = nm， v r =82.5mm，m=0.2，m=6- 1=5，把数据代入到式 子中得： 930412 82.5 5 0.2 q = =11277.7 n 摩擦工作面的平均压力 p ： 2 v q pp brp = 2 n/mm 式中：b摩擦面的宽度 mm， 21 brr=-。 b经计算得1106050mmb =-=，把各项数值代入式中得： 11277.7 250 84.5 p p = 0.32 2 n/mm 根据 0.35p = 2 n/mm ，因为 pp zh q 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 31 验证发热量合格 4.2.5 全盘式制动器设计计算 全盘式制动器设计计算如图 4- 3 所示 根据公式： 2 10 j a e t f n rm = （4- 10） 可知轴向推力 a f 图 4- 3 盘式制动器制动盘受力分析 摩擦盘有效面直径 e r 33 22 2 3 yn e yn rr r rr - = - （4- 11） 当1.8 yn rr时，可取 2 yn e rr r + = 式中： j t 计算制动转矩 nm； y r 、 n r 摩擦面的外、内半径 cm 全盘式取(1.2 2.5) yn rr=； a f 轴向推力n； n摩擦副数目； m摩擦系数。 根据前面的计算 y r =84mm， n r =56mm，1.8 yn rr，所以取 33 22 2 3 yn e yn rr r rr - = - = 33 22 2 8.45.6 3 8.45.6 - - =7.47cm 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文 32 把数值代