工程起重机械 课件 第3章起重机械卷绕装置：滑轮与卷筒

起重机械卷绕装置：滑轮与卷筒滑轮·滑轮组·卷筒——起重机的核心传动部件课程导览01滑轮与滑轮组构造、材料、直径、效率与倍率02卷筒装置构造类型、设计计算、钢丝绳固定与偏斜角CHAPTER滑轮与滑轮组小滑轮，大作用——起重机的力量从这里开始掌握滑轮的构造、材料、直径计算、效率及滑轮组的类型与倍率01滑轮的构造与支承从滑轮三大部分与定动滑轮定义切入，建立直观认知构造与制造3项三大部分由轮缘、轮辐、轮毂组成，制造方式有锻造、铸造、焊接三种。结构演变小滑轮用整体辐板，中型用带减重孔的整体辐板，较大滑轮加4～6个加强筋，更大者做椭圆或工字形断面轮辐。轴承类型起重机滑轮大多采用滚动轴承支承，低速或平衡滑轮采用滑动轴承。定义定滑轮心轴固定不动，用来改变钢丝绳的方向。定义动滑轮装在移动心轴上，与定滑轮组成滑轮组实现省力或增速。滑轮绳槽的槽形要求U形绳槽对钢丝绳损坏最小，由圆弧槽底与两个倾斜侧壁组成接触角一般在135°左右(120°～150°)槽底半径R=（0.54～0.6）dd为钢丝绳直径侧壁夹角α=35°～45°，允许偏斜角约1/10避免与侧壁摩擦绳槽深度C应足够大防止钢丝绳脱槽槽底太窄夹绳变形，太宽使钢丝绳呈扁平形引起疲劳破坏铸造滑轮轮缘尺寸常用铸造滑轮轮缘尺寸见表3-1（单位mm）。钢丝绳直径dABCmSRrr1R1R27.7~9.02517115852.51.510511~14402825810842.516815-18503532.510121053201018.5-23.56545401316136.54261325-28.580555016181685321631-34.5956560192019106381936.5~39.51107870222222117442243-47.513095852624261385026单位mm滑轮的材料选择01材料一铸铁滑轮代表牌号HT150，价格便宜、易加工，弹性模数低利于延长绳寿命。但轮缘易碰碎、寿命短，不宜用于工作繁重、冲击大处。02材料二铸钢滑轮目前应用最广，常用ZG230-450、ZG270-500。强度与冲击韧性都很高。03材料三球墨铸铁代表牌号QT400-15，强度韧性好、不易脆裂，可代铸钢。但铸造质量不易保证。04材料四焊接滑轮采用Q235钢，重量仅为铸钢滑轮的1/4。适合大尺寸单件生产。05材料五铝合金滑轮重量轻、硬度低、寿命长但价格贵。宜用于臂端等要求轻量处。06材料六塑料滑轮重量轻、耐磨、工艺简单、造价低。受温度影响硬度刚度变化大。滑轮的直径计算h为与机构工作级别有关的系数，d为钢丝绳直径；卷绕直径按钢丝绳中心计，且D0=D+d机构工作级别卷筒h1滑轮h2M1~M31416M41618M51820M62022.4M722.425M82528桥式类型起重机平衡滑轮：D平=D0min；臂架式起重机导向滑轮：D导=0.6D0min增大滑轮直径可降低钢丝弯曲应力与挤压应力，提高钢丝绳寿命，卷绕直径不能过小最小卷绕直径D0min=h·d滑轮槽底直径D≥(h−1)·d滑轮的阻力与效率01滑轮的阻力与效率附加阻力分析绕出端张力须克服僵性阻力W1与摩擦阻力W2两部分附加阻力。僵性阻力来自钢丝之间摩擦，滑轮直径愈小摩擦位移愈大，增大直径可减小阻力。不同轴承类型对应不同的总阻力系数与滑轮效率。轴承类型总阻力系数k滑轮效率η滚动轴承0.020.98滑动轴承0.040.96阻力来源僵性阻力·摩擦阻力滑轮的安全使用与报废“出现明确缺陷必须报废，安全无小事。”—安全使用准则五个报废判定项中任一达标即报废，直径比值与槽面光洁是日常检查重点安全使用规范直径比值：滑轮直径与钢丝绳直径的比值不应小于规定数值槽面光洁：滑轮槽应光洁平滑，不得有损伤钢丝绳的缺陷防跳槽装置：应设防止钢丝绳跳出轮槽的装置报废判定条件金属铸造滑轮出现下列情况之一应报废：出现裂纹轮槽不均匀磨损达

3mm轮槽壁厚磨损达原壁厚的

20%轮槽底部直径减少量达钢丝绳直径的

50%其他损害钢丝绳的缺陷滑轮组的两大功用01两种功用省力滑轮组用较小钢丝绳拉力吊起很重的货物，是起升与变幅机构常用形式。02两种功用增速滑轮组构造与省力型相同，只是反过来使用：主动部分力大，从动部分获得高速度。油缸行程为

h

时，从动部分行程为

2h，用于叉车起升机构与起重臂伸缩机构。单联与双联滑轮组单联滑轮组绕入卷筒的钢丝绳分支数为1根，吊钩随升降沿卷筒轴线移动，须经导向滑轮消除摇晃。适用于塔式、汽车起重机。双联滑轮组由两单联并联，分支数为2根，中间设平衡滑轮或平衡杠杆调整两边拉力与长度，受力对称、运行平稳。平衡杠杆可用两根等长短绳代一根长绳，便于安装更换，大型起重机优点更突出。滑轮组的倍率倍率a表明滑轮组省力或增速的倍数，也就是它的传动比a=i÷

绕入卷筒的分支数单联滑轮组a=i双联滑轮组a=i/2a=悬挂物品的钢丝绳分支数i÷

绕入卷筒的分支数较大倍率减小钢丝绳直径、卷筒与滑轮直径、卷筒扭矩及减速器速比，机构尺寸小、重量轻适用场景一般起升工况公式关系单联滑轮组a=i较小倍率避免绕绳量过大适用场景起升高度较高时公式关系双联滑轮组a=i/2倍率越大绳拉力越小，机构也更紧凑常用滑轮组倍率值流动式起重机常用的单联滑轮组倍率推荐值如下表所示，选型时可按额定起重量直接查用。额定起重量/t3581216254065100倍率234~666~88~101012~1616~20选型时按额定起重量可直接查用门座起重机倍率值门座起重机常用的双联滑轮组倍率推荐值如下表所示。额定起重量/t5101625324063100150200倍率11111或244444中小起重量常用单倍率，大吨位递增门桥式起重机倍率值门、桥式起重机常用的双联滑轮组倍率推荐值如下表所示，倍率随额定起重量分段递增。额定起重量/t35812.51620325080100125160200250倍率12233445566688说明：倍率随额定起重量分段递增，50t、100t与200t为分段提升节点。滑轮组的效率与最大拉力轴承形式滑轮效率η阻力系数ka=2a=3a=4a=5a=6a=8a=10滑动0.960.040.980.950.930.900.880.840.80滚动0.980.020.990.9850.980.970.960.950.923-10滑轮组效率

ηz=(1-η^a)/[a(1-η)]，与倍率和滑轮效率有关3-11钢丝绳最大静拉力

Smax=(Q+G0)/(i·ηz)，Q起重量、G0取物装置质量、i承载分支数由于滑轮阻力，各分支拉力S1、S2……Sa不相等，满足

S2=S1·η，Sa=S·η^(a-1)CHAPTER卷筒装置卷绕之间，承载千钧——卷筒是起升机构的心脏掌握卷筒的构造类型、设计计算、钢丝绳固定方法与允许偏斜角02卷筒的功用与外形卷筒用于起升、变幅或牵引机构中卷绕钢丝绳，传递驱动力并把回转运动变为直线运动。中空圆柱形通常形态，特殊要求下做成圆锥形或曲线形卷筒补偿法变幅过程中保持货物高度不变，做成圆锥形或曲线形圆锥形卷筒起升高度很大、需保持卷筒力矩不变时采用卷筒的卷绕层数类型单层绕与多层绕多层绕的主要缺点核心缺点钢丝绳磨损承受较大挤压、相互摩擦，不利于使用寿命载重力矩增大卷绕层数增加使计算直径增大，载重力矩与提升速度随之增大单层绕与多层绕层数上限单层绕卷筒一般起重机大多采用多层绕卷筒绕绳量特别大或要求机构紧凑时采用多层绕的典型应用水利电力门座、塔式起重机及水电站启闭机（扬程高、倍率大）卷绕层数可达6层光面卷筒与螺旋槽卷筒光面与螺旋槽卷筒的构造、旋向与绳槽尺寸对比光面卷筒：构造简单、多层卷绕，绳圈节距=钢丝绳直径，接触应力高、相邻绳圈有摩擦带螺旋槽卷筒：绳槽增加接触面积、减小接触应力、消除摩擦，提高绳寿命单联卷筒：一条螺旋槽；双联卷筒：两侧左旋和右旋绳槽标准槽：节距小、机构紧凑、通用；深槽：不易脱槽、节距大，用于抓斗起升或脱绳危险场合参数标准槽深槽槽底半径R≈0.55d≈0.55d槽深c(0.3~0.4)d≈0.6d节距t1d+(2~4)mmd+(6~8)mm注：标准槽与深槽参数均以钢丝绳直径d为基准卷筒的制作方法三种制造工艺对比铸造卷筒中小型多用灰铸铁，重要卷筒用球墨铸铁，较大卷筒用铸钢；铸铁卷筒可提高绳寿命，但铸钢成本高焊接卷筒用16Mn等钢板卷圆焊接，可节省材料（重量）35%～40%，宜于较大单件生产或要求轻量电渣焊卷筒特别大的卷筒分段铸造后再电渣焊成整体，用于无法钢板卷制的大型起重机结构要点多层绕卷筒两端须有侧缘，高度比最外层钢丝绳高出

1～1.5d。筒体中间不宜布置强化筋，以免产生局部弯曲应力导致碎裂。卷筒直径的计算卷筒直径D与滑轮一样按槽底计算，确定方法与滑轮完全相同。卷绕直径（计算直径）最小值D₀min=h·d公式中的系数h系数，同式（3-1）d钢丝绳直径，同式（3-1）卷筒槽底直径D≥(h-1)·d有利因素2项直径愈大愈有利钢丝绳寿命起升高度较大时，选用较大卷筒直径可避免卷筒过长制约因素2项传动机构庞大需权衡起升高度与机构尺寸卷筒长度的计算卷筒长度由起升高度、倍率与安全圈共同决定单联卷筒L=l₀+l₁+2l₂（3-12）绳槽部分

l₀=(H·a/π·D₀+n)·t附加安全圈

n通常取1.5～3圈，l₁=3t双联卷筒L=2(l₀+l₁+2l₂)+l₃（3-14）l₃为中间无槽部分，由允许偏斜角与动滑轮间距决定多层绕卷筒每层圈数

z=Ha/[πn(D+nd)]（3-17）总绕绳长度

L绳=Ha钢丝绳卷绕节距

t≈d；光卷筒取t=d卷筒壁厚与压应力压应力为卷筒受力的主要控制因素铸铁卷筒壁厚经验公式δ=0.02D+(6~10)mm钢卷筒壁厚经验公式δ≈d铸造工艺最小壁厚工艺下限≥12mm压应力分析长度L≤3D时，弯曲扭转合成应力不超过压应力的

10%~15%，可只算压应力。最大压应力在筒壁内表面：δ压=Smax·t/(δ²·[δ压])，Smax为最大静拉力，t为节距。多层绕压应力随层数增加而提高，按式（3-20）乘卷绕系数

A

修正。弯曲应力与抗压稳定性薄壁大卷筒，须防筒壁失稳压瘪长卷筒按弯曲应力验算强度，

大尺寸薄壁卷筒须校验临界压力防失稳压瘪。验算条件一：长卷筒弯曲应力L＞3D时，应计算由弯曲力矩产生的弯曲应力，并求合成应力。验算条件二：大尺寸薄壁卷筒稳定性D≥1200mm且L＞2D时，钢板焊接大尺寸薄壁卷筒须进行稳定性验算。验算条件三：失稳临界压力验算公式（3-21）稳定系数取n=1.3～1.5，P为外压力、Pk为临界压力，防钢丝绳箍紧致筒壁失稳向内压瘪。钢丝绳在卷筒上的固定固定总要求固定必须十分可靠、便于检查装拆，避免使钢丝绳受过分的弯曲。三种固定方法对比压板固定构造简单、装拆方便、便于观察检查、安全可靠，目前最常用，多层绕宜采用特定压板形式。长板条固定卷筒上留穿孔装凸头板条，板条下有纵向绳槽，可缩短卷筒但构造复杂。楔子固定钢丝绳绕在楔子上装入楔孔，拉力作用下被楔紧，楔子斜度一般1:4～1:5满足自锁，可多层绕但更换不便。压板固定的力学计算摩擦力使螺栓预紧力可减小

近一半安全圈与绳尾拉力计算借助卷筒与钢丝绳