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第二章起重机主要零部件 取物装置 滑轮与卷桶 钢丝绳 减速装置 车轮与轨道 1 2 1取物装置起重运输机械装卸和搬运的物品种类繁多 因此 需要在起重机械上装设各种取物装置 常用的取物装置分为两类 1 用于成件物品装卸如吊钩 吊环 夹钳和电磁吸盘等 2 用于散粒物品的装卸如抓斗等 2 2 1 1吊钩 1 吊钩的分类 按吊钩的形状可分为单钩和双钩 单钩的优点是制造与使用比较方便 双钩的受力情况比单钩好 单钩用于中小起重量 双钩用于大起重量 按吊钩制造方法分为锻造吊钩和板式吊钩 锻造吊钩用于中小起重量 板式吊钩用于大起重量 按吊钩用途可制成梯形断面 T字型断面和工字型断面 根据断面承载能力分析 T字型断面最合理 但制造工艺复杂 一般常用的是梯形断面 受力较合理 制造工艺简单 3 4 吊钩的受力分析根据受力情况 吊钩的危险断面有以下三种情况 设吊钩上吊挂货物的重量为Q 则 对于A A断面 在Q的作用下 有将吊钩拉断的趋势 其拉应力为 2 1 式中FA为断面A A的面积 mm2 5 对于B B断面 除受Q的拉应力外 还受到力矩M的作用 因此 吊钩有被拉直的趋势 2 2 正因为力矩M 所以吊钩的梯形断面内侧大 外侧小 6 对于C C断面 Q通过钢丝绳作用在该断面上 有使吊钩被切断的趋势 该断面所受的切应力为 2 3 式中FC为断面C C的面积 mm2 7 3 吊钩的计算 钩柱强度计算 吊钩尾部螺纹柱的拉应力为 2 4 Q 起重量 N d0 螺纹内径 mm 许用应力 N mm2 钩身强度计算查阅具体资料 材料力学 失效分析 8 4 吊钩的安全使用 吊钩的负荷试验新吊钩 试验 吊1 25倍的额定载荷 不少于10分钟 吊钩上不得有裂纹 断裂或永久变形 撤去试验载荷后 开口度不应超过0 25 吊钩的安全检验每年检查一至三次可用探伤仪或20倍放大镜检查 吊钩表面 钩尾部位 钩口尺寸 钩口咀 9 2 1 2抓斗用于抓取块状 散粒状物料 如矿石 水泥 铁屑及铁皮等 通常应用最广泛的是双绳抓斗 10 1 双绳抓斗的结构与工作原理双绳抓斗是由颚板 下横梁 支撑杆和上横梁组成 支持绳和开闭绳分别卷绕到支持卷筒和开闭卷筒上 抓斗的操作过程分为以下四个步骤 降斗 抓斗张开下降到货物堆上 此时支持绳和开闭绳以相同速度下降 在下降过程中 抓斗的自重主要由支持绳来承受 以防抓斗自动关闭 闭斗 抓斗插入物料堆后 支持绳保持不动 开动开闭卷筒提升开闭绳 迫使颚板闭合抓取物料 升斗 抓斗完全闭合后 开动支持卷筒和开闭卷筒 使支持绳和开闭绳以相同速度上升 直到抓斗升到预定高度为止 11 开斗 将抓斗移动到卸料地点 支持绳保持不动 使开闭绳下放 靠物料重量和抓斗颚板自重作用 使抓斗张开卸出物料 然后进入下一个工作循环 抓斗的安全使用 抓斗各机构构件的动作应灵敏可靠 滑轮和滑轮罩之间要留有适当的间隙 以免钢丝绳脱槽被挤在两者之间 造成事故 抓斗起升时 应使开闭绳和支持绳受力均衡 以防开闭绳超载发生断裂事故 抓斗刃口闭合要严密 刃口错位和斗口接触处的间隙应小于3mm 且最大间隙处的长度不大于200mm 12 2 1 3电磁吸盘用于搬运具有导磁性的材料和黑色金属制品 一般由外壳 线圈 底座 非磁性高锰钢板 和螺栓等零部件组成 工作原理 接通电源 使电磁铁线圈带电 电磁盘产生磁性 所形成的磁通由电磁铁的外壳通过物件而闭合 物件被电磁铁吸附 电磁线圈断电后 电磁吸盘失去磁性 被吸附物件脱落 13 14 电磁吸盘的吸力可用下式确定 电磁铁线圈有效磁通量 GS F 电磁铁磁极面积 mm2 电磁吸盘有圆形和方形两种 圆形电磁吸盘适于吸附钢锭 钢板和钢块等 方形电磁吸盘适于吸附条形的钢板 钢管 型钢等 15 电磁吸盘搬运物料 可不用挂钩及捆绑等工序 操作方便 工作效率高 广泛应用于冶金工厂 但是电磁吸盘的吸附能力并不是恒定不变的 它与吸附材料的形状 尺寸和大小 温度以及电磁吸盘温升和供电电压等都有关系 因此适应性差 使用时应注意下列事项 1 电磁吸盘不许吊运温度高于200C 的物品 当物品温度高于200C 时 必须采用有特殊散热条件的电磁盘来承担 但物品的温度应小于700C 2 电磁吸盘在吊运物料时 因为随时都有断电造成物料坠落的危险 所以 采用电磁吸盘搬运物料时 不准在人或设备上方工作 16 2 2滑轮与卷筒2 2 1滑轮在起重机械中 滑轮的主要作用是改变钢丝绳运动的方向 如果多个滑轮组成滑轮组 可达到省力的目的 1 滑轮的类型与结构按滑轮的作用 可分为工作滑轮和平衡滑轮两类 工作滑轮 根据滑轮轴线是否运动 又分为动滑轮和定滑轮 17 动滑轮 除能绕滑轮轴线转动外 还可和轴一起在空间运动 动滑轮可实现省力和省时的目的 定滑轮 只能绕滑轮轴转动 起改变钢丝绳运动方向的作用 平衡轮 工作时 不绕自身轴线转动 只利用在空间的摆动作用来均衡钢丝绳的拉力 滑轮的制造可采用锻造 铸造和焊接等方式 滑轮一般由轮缘 轮辐和轮毂三部分构成 18 造成钢丝绳破坏的主要原因 钢丝绳经过滑轮时 产生的弯曲应力和挤压应力 因此 为提高钢丝绳寿命 就D 滑轮槽底直径d 钢丝绳直径Ke 系数 19 Ke值的最小允许值滑轮槽底部半径应能满足钢丝绳顺利通过滑轮而不被卡住 并尽可能增大钢丝绳与滑轮的接触面积一般R 0 53 0 6 d 当钢丝绳偏斜时 为防止脱槽 绳槽两侧面的夹角 35 45 20 2 滑轮的安全使用与检查除经常润滑外 一到两个月全面检查一次 有无裂纹和破碎处 如发现损坏 及时更换 是否正常转动 一般用手能灵活转动 否则 需拆开清洗 侧向摆动不得超过其名义直径的1 1000 滑轮槽径向磨损超过绳径的25 壁厚磨损超过原厚度的10 应修复或更换 滑轮轴磨损量达原直径的5 衬套磨损超过原厚度的20 应更换 轴孔内缺陷面积超过0 25cm2 深度大于4mm时 应进行修理或更换 21 3 滑轮组 滑轮组类型单联滑轮组 优点结构简单紧凑 重量轻缺点钢丝绳沿卷筒轴向移动 支座承载不均 如无导向装置 吊钩在升降中 也会产生水平位移不适用于桥式起重机 22 双联滑轮组由动滑轮 定滑轮和平衡轮构成 平衡轮调节两边钢丝绳的拉力和长度 避免了单联滑轮组中支座承载不均和货物沿水平方向产生水平位移的缺点 多用于桥架类型的起重机上 23 滑轮组倍率即其省力倍数 或称滑轮组速比 以a表示Q 起升货物重量 N T0 每一分支钢丝绳理论拉力 N vs 钢丝绳卷绕速度 m min vq 货物起升速度 m min 24 如不计钢丝绳绕过滑轮的阻力 则每一分支钢丝绳的拉力相等 有i 钢丝绳分支数单联滑轮组 a i双联滑轮组 a i 2 25 滑轮组效率钢丝绳绕滑轮转动 克服摩擦阻力和僵性阻力因此 其实际拉力大于理论拉力 即T T0a 滑轮组倍率 单个滑轮效率 26 起重量与滑轮组倍率的关系 27 2 2 2卷筒 1 卷筒的结构根据不同作业要求 有圆柱形 圆锥形或曲线形 桥式起重机上多采用圆柱形卷筒 其表面切出螺旋槽 以增大钢丝绳和卷筒接触面积 使钢丝绳排列整齐 防止钢丝绳互相摩擦 延长钢丝绳的使用寿命 并保持重物升降准确 钢丝绳在卷筒上的卷绕方式分为单层绕和多层绕两种 桥式起重机多采用单层绕卷筒 28 单层绕卷筒的绳槽分为标准槽与深槽两种 设绳槽半径为R 槽深为C 槽节距为t 钢丝绳直径d 有R 0 53 0 6 d标准槽 C1 0 3 0 4 d t1 d 2 3 mm深槽 C2 0 6 0 9 d t2 d 6 8 mm 29 2 卷筒的安全使用经常受钢丝绳挤压 弯曲和扭转作用 因此 每月检查一次 注意卷筒轴和齿轮啮合情况 零件紧固 钢丝绳尾端固定装置 应有防松或自紧性能 卷筒出现裂纹 应更换 绳槽磨损达原筒壁厚的20 应更换 钢丝绳相对绳槽偏角不大于4 6 否则可能出现跳槽现象 30 3 卷筒的验算主要指卷筒的直径 长度和厚度 卷筒直径D0 卷筒名义直径 从钢丝绳中心算起 mm Ke 系数d 钢丝绳直径 mm 卷筒名义直径已系列化 其数值为 300 400 500 650 700 800 900 1000 mm 31 卷筒长度主要由起升高度和滑轮组倍率来确定 单层绕卷筒的长度确定方法 1 单联滑轮组L L0 L1 2L22 双联滑轮组L 2 L0 L1 L2 L3L1 固定绳端所需长度 一般取L1 tL2 卷筒两端空余部分 根据卷筒结构定L3 双联卷筒中间无槽部分的长度 32 33 L0 卷筒上螺旋槽部分的长度 由下式确定H 起升高度a 滑轮组倍率t 螺旋槽节距D0 钢丝绳卷绕直径n 附加安全圈 减载圈 以减小钢丝绳尾端拉力 有利于固定 一般取n 1 5 3圈 34 双联卷筒中间无槽部分的长度L3确定方法 L 外侧或内侧动滑轮的间距Hmin 卷筒轴到动滑轮的最小距离 钢丝绳允许偏角 在4 6 之间 35 最近事故案例据新华社电开往日本首都东京羽田机场的一列轻轨列车3月25日被一台起重机砸中 大约100名乘客被困车厢 所幸无人伤亡 东京警察厅说 一辆车载起重机事发前停在轻轨下方一条公路上 执行安装交通标志牌任务 起重机臂触碰到途经那里的一列轻轨列车车厢 东京警察厅说 事故发生后 公司派遣另一列列车沿另一条轨道开往事故现场 将受损列车上的乘客接走 36 2 3钢丝绳钢丝绳具有张度大 自重轻 挠性好 运动平稳 极少突然断裂等优点 1 钢丝绳结构及选用钢丝绳是易损件 使用中必须保持足够的强度 因此 选用钢丝绳 必须经过计算 验证合格后允许使用 37 静拉力计算Q 起重量 N i 承载钢丝绳根数 滑轮组效率 38 根据钢丝绳的静拉力T和安全系数K 确定出钢丝绳的最大拉力Tmax TK T T 钢丝绳的许用应力K 钢丝绳的安全系数 见下表 39 验算钢丝绳的直径钢丝绳的使用寿命 主要与卷筒 滑轮的直径大小 数目及使用与维护等因素有关 因此 为提高钢丝绳使用寿命 钢丝绳直径与滑轮和卷筒的直径必须满足一定的关系 这一点已经在前述课程中讲到 捆绑钢丝绳的安全使用钢丝绳捆绑起升重物 受力复杂 磨损严重 需考虑 捆绑绳的安全角度 钢丝绳曲率半径对承载能力的影响 40 使用钢丝绳的安全要求 钢丝绳的维护a 钢丝绳使用时 保持清洁 润滑良好 b 钢丝绳不允许打结 绳股突出或扭曲 c 在绳槽中和卷筒上固定正确 且牢固可靠 d 不允许超负荷使用 高温环境作业 应有绝热装置 e 防止受到突然载荷冲击 f 与平衡轮固定架之间不能产生卡死和摩擦现象 41 钢丝绳的更换定期检修 发现磨损腐蚀严重或断丝现象 按规定报废更换a 交绕钢丝绳 断丝数占总数的10 时 应更换新的 b 顺绕钢丝绳 断丝数占总数的5 时 应更换新的 c 钢丝绳中 若有一股折断时 应立即更换 d 钢丝绳外层磨损达40 或钢丝绳直径磨损减小达15 时 应更换 e 钢丝绳磨损严重 尚未达到40 根据磨损程度 应降低报废断丝数标准 并按折减后的断丝数更换 42 钢丝绳端部固定 43 固定方法a 端部捆扎 将钢丝绳一端绕过套环后 与自身编织在一起 然后用细钢丝扎紧 b 楔形套筒固定 将钢丝绳一端绕过楔块 与楔块一起放入套筒内 楔块在套筒的锁紧作用下 将钢丝绳与套筒固定为一体 c 锥形套筒铅固定 钢丝绳穿过锥形淘筒 然后将末端钢丝松散 并弯成钩状 再浇入铅或锌液 凝固后与套筒固定为一体 d 绳卡固定 简单 可靠 应用广泛 44 安全要求a 用捆扎连接时 捆扎长度L 20 25 d d为钢丝绳直径 并且不得小于300mm 连接处的强度 不得小于钢丝绳破断拉力的75 b 用楔形套筒连接时 连接处的强度 不得小于钢丝绳破断拉力的75 c 用锥形套浇铸法连接时 连接处的强度应与钢丝绳的破断拉力相等 d 用绳卡连接时 绳卡数量按下页表中选取 同时应保证连接强度不得小于钢丝绳破断拉力的85 45 绳卡压板应在钢丝绳长头一边 U型螺栓扣在短头一边 绳卡间距不应小于钢丝绳直径的6倍 46 2 4减速器减速装置是起重机上的主要传动部件 使电动机的高转速转换为机构所需要的工作速度 通常有两类一类是开式齿轮的传动机构 由电动机 联轴器 减速器和车轮等部件组成另一类是封闭齿轮的传动机构 润滑条件好 使用寿命长 维护方便 起重机上应用广泛 47 1 JZQ系列渐开线圆柱齿轮减速器适用于间歇性工作或长期工作 其圆周速度不超过10米每秒 效率不低于0 94 共有9种传动比 48 ZQ型大传动比减速器 是在前述基础上增加一级中心距得的大传动比 49 QJ型减速器是在ZQ型大传动比减速器基础上更新的产品 其工作条件 a 齿轮圆周速度不大于20米每秒 b 高速轴转速不大于1500转每分钟 c 工作环境温度零下40摄氏度到45摄氏度之间 d 适于正反转 QJ型减速器有15种中心距 每种中心距有14种传动比 9种装配型式 3种输出轴型式 三级减速器有两种组合方法 可装配出7740种减速器 二级传动比i 10 31 5 三级传动比i 40 200 齿轮参数经过优化设计比ZQ型系列承载能力高1 4 1 7倍 寿命提高一倍 50 2 ZHQ型减速器齿轮为以圆弧做齿廓的斜齿轮 小齿轮作成凸齿 大齿轮作成凹齿 比ZQ型系列承载能力高1 1 5倍 因圆弧齿轮有利于形成油膜 摩擦损失小 传动效率高达0 99 0 995 无根切现象 最少赤数可少至6 8个齿 这种齿轮也有9种传动比 并有9种装配方式 见下页图 51 52 3 行星齿轮减速器特点 传动比大 效率高 自重和体积仅为普通减速器的六分之一到二分之一结构 在减速器中采用行星齿轮传动 在行星齿传动中 至少应有一个齿轮既绕动轴线自转 同时又绕定轴线公转 即作行星运动示意图见下页 53 54 行星机构的减速器 控制电动机