10t单钩移动电动葫芦的传动系统设计毕业设计论文

摘要电动葫芦是一种轻小型起重设备。它主要由减速器，运行机构，卷筒装置，吊钩装置，联轴器，限位器，锥形转子电动机等部分组成。本文根据设计任务书要求，主要对10t单钩移动电动葫芦的总体方案选择和确定，然后对传动系统进行设计。根据设计要求和目的，参考CD型电动葫芦,首先对10t单钩移动电动葫芦进行结构分析，选择合理机构及装配方案，然后对减速器进行设计，钢丝绳的选用及强度验算，卷筒的参数计算及验算，再计算齿轮的传动比，确定各个齿轮的参数，进行强度计算,选择合理的轴承、键、轴套等各种零部件，画出总体装配图。关键词：电动葫芦，吊钩，减速器AbstractElectric hoist is a kind of small lifting equipment. It is mainly formed by reducer, running organizations, drum installation, hook device, the coupling stopper, conical rotor motor and other components. According to the design task demands, this book mainly against to 10 t mobile electric hoist single hook selection and determination of the overall program, and then design the transmission system. According to the requirements and objectives of the design, reference CD-type electric hoist on the first take the 10 t mobile electric hoist with the single hook for the structure analysis, select reasonable organization and assembly programs, then design the reducer, selection of wire rope and strength checking, reel the parameter calculation and checking, and calculate the gear transmission ratio, to determine the parameters of each gear, the strength calculation, select a reasonable bearing, keys, bushing and other components, to draw general assembly drawing.Keywords: electric hoist, hook, reducer目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 概述11.2 起重机势发展趋势11.2.1 技术发展趋势11.2.2 产品发展趋势31.3 国内钢丝绳电动葫芦的技术现状和发展方向41.3.1 CD1型钢丝绳电动葫芦存在的问题41.3.2 国内钢丝绳电动葫芦发展方向52 机构工作级别72.1 机构利用等级72.2 机构载荷状态72.3 机构工作级别73 确定传动方案、选择滑轮和吊钩组83.1 传动方案83.2 吊钩组83.2.1 吊钩横梁的计算93.2.2 滑轮轴的计算93.2.3 拉板的计算103.3.3 滑轮114 钢丝绳的选用134.1 钢丝绳的特点及用途134.2 钢丝绳的选择134.3 钢丝绳直径的计算134.4 钢丝绳的安装144.5 钢丝绳的维护保养164.6 钢丝绳失效分析174.7 钢丝绳端的固定和连接195 卷筒的设计215.1 卷筒的构造215.2 卷筒主要尺寸的确定215.2.1 卷筒的直径215.2.2 卷筒的绳槽尺寸225.2.3 卷筒的长度225.2.4 卷筒壁厚235.3 卷筒校核235.4 卷筒转速256 电动机的选择和校验266.1 电动机的选择266.2 电动机的校验276.2.1 电动机过载校验276.2.2 电动机发热校验277 减速器的设计297.1 起升机构的传动比297.2 联轴器的选择297.3 分配减速器的各级减速比307.4 传动装置的运动和动力参数307.5 传动件的设计计算317.5.1 第一级齿轮传动的设计计算327.5.2 第二级齿轮传动的设计计算367.5.3 第三级齿轮传动的设计计算407.6 轴的设计和校核447.6.1 减速器高速轴1的设计447.6.2 减速器中间轴2的设计477.6.3 减速器低速轴3的设计497.6.4 空心轴的的设计527.7 滚动轴承的选择与寿命计算567.7.1 减速器高速轴滚动轴承的选择与寿命计算567.7.2 减速器中间轴滚动轴承的选择与寿命计算577.7.3 减速器底速轴滚动轴承的选择与寿命计算587.7.4 空心轴上轴承的选择与验算587.8 键联接的选择和验算597.8.1联轴器与高速轴轴伸的键连接597.8.2直齿圆柱齿轮与中间轴2的键连接607.8.3直齿圆柱齿轮与中间轴3的键连接607.8.4直齿圆柱齿轮与空心轴的键连接607.8.5卷筒毂与空心轴的键连接618 验算启动、制动时间628.1 启动时间验算628.2 制动时间验算63结论64致谢65参考文献66681 绪论1.1 概述 起重机械是用来对物料进行起重、运输、装卸和作业的机械。它可以完成靠人力所无法完成的物料搬运工作，减轻人们的体力劳动提高劳动生产率，已经在国民经济的多个领域得到了广泛的应用。它是一种循环的，间歇动作的，短程搬运物料的机械。一个工作循环一般包括上料，运送，卸料和回到原位的过程。在循环与循环之间一般有短暂的停歇。起重机工作的时候各机构通常是处于启动，制动以及正向，反向等相互交替的运动状态之中。 起重机械的种类很多，通常按用途和构造特征来对其进行分类。按用途来分的话，可以分为通用起重机，建筑起重机，冶金起重机，铁路起重机，造船起重机，甲板起重机等等。按构造特征来分的话，可以分为轻小型起重机，桥式起重机，臂架式起重机，固定式起重机和运行式起重机。 我们所改进设计的电动葫芦属于轻小型起重机械，它主要配合单梁桥式或门式起重机来组成一个完整的起重机械。然而随着时代的发展，电动葫芦也开始向大起重量，大提升高度发展，其结构形式也在不断的更新，从而使电动葫芦的品种和应用范围日益扩大。1.2 起重机势发展趋势 起重运输机械在国外称为物料搬运机械。由于新材料、新工艺、新设备和以计算机为基础的信息和控制技术的发展和应用，物料搬运系统的改进已成为这些国家进一步提高生产率和降低生产成本十分重要的方面，越来越引起重视。 我国起重运输机械行业要向大型化、节能化、智能化和成套化方向发展。我国有关部门出台的起重运输机械行业的“十五”发展规划，对该行业的技术发展趋势，优先发展的重点产品以及建议淘汰的产品，坐了详细规定。1.2.1 技术发展趋势1向大型化、高效率化、无保养化和节能化发展。目前，世界上最大的浮游起重机起重量达6500吨，最大的履带起重机重量为3000吨，最大桥式起重机起重量为1200吨。带式输送机最大带宽达3.2米，输送能力最大为3.7万吨/时，单机最大距离超过30公里。自动化立体库堆垛机最大运行速度达240米/分。 2. 向自动化、智能化、集成化和信息化发展。将机械技术和电子技术相结合，将先进的微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现自动化和智能化，以适应多批次少批量的柔性生产模式。目前已出现了能自动装卸物料、有精确位置检测和有自动过程控制的桥式起重机用于自动化生产线。起重机上还装有微机自诊断监控系统，对自身的运行状态进行监测和维护。 3. 向成套化、系统化、综合化和规模化发展。将各种起重运输机械的单机组合为成套系统，加强生产设备与物料搬运机械的有机结合，提高自动化程度，改善人机系统。通过计算机模拟与仿真，寻求参数与机种的最佳匹配与组合，发挥最佳效用。重点发展的有港口散料和集装箱装卸系统、工厂生产搬运自动化系统、自动化立体仓库系统、商业货物配送集散系统、交通运输部门和邮电部门行包货物的自动分拣与搬运系统等。 4向模块化、组合化、系列化和通用化发展。许多通用起重运输机械是成系列成批量的产品，为了降低制造成本，提高通用化程度。可采用模块组合的方式，用较少规格的零部件和各种模块组成多品种、多规格和多用途的系列产品，充分满足各类用户的需要。也可使单件小批量生产起重运输机械的方式改换成具有相当批量和规模的模块生产，实现高效率的专业化生产。 5向小型化、轻型化、简易化和多样化发展。有相当批量的起重运输机械是在一般的车间和仓库等处使用，用于代替人力和提高生产效率，但工作并不十分频繁。为了考虑综合效益，要求这部分起重运输机械尽量减少外形尺寸，简化结构，降低造价和使用维护费用，按最新设计理论开发出来的这类设备比我国用传统理论设计的同类产品其自重轻 60%。由于自重轻、轮压小、外形尺寸小，使厂房建筑结构的建造费用和起重机运行费用也大大减少。 6. 采用新理论、新方法、新技术和新手段提高设计质量。进一步应用计算机技术，不断提高产品的设计水平与精度。开展对起重运输机械载荷变化规律、动态特性和疲劳特性的研究，开展对可靠性的试验研究，全面采用极限状态设计法、概率设计法、优化设计和可靠性设计等，利用CAD提高设计效率与质量，与计算机辅助制造系统相衔接，实现产品设计与制造一体化。 7. 采用新结构、新部件、新材料和新工艺提高产品性能。结构方面采用薄壁型材和异型钢，减少结构的拼接焊缝，采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力改善受力条件，减轻自重和增加外形美观。在机构方面进一步开发新型传动零部件，简化机构，以焊代铸，采用机电仪一体化技术提高使用性能和可靠性。在电控方面开发性能好、成本低、可靠性高的调速系统和电控系统。今后还会更加注重起重运输机械的安全性、重视司机的工作条件。 1.2.2 产品发展趋势 起重运输机械行业优先发展的重点产品，应具备产品的性能指标高、性能稳定和运行效率高等特点。为适应时代需求，这些产品还必须达到环保效能好、节能、机电一体化程度高和操作性能好等要求，是用户优先选择的技术水平高的产品或是新型的国内空白产品。这些产品包括：1. 港口散料装卸成套设备，包括：（40006000t/h）连续装船机、(12502400t/h)桥式抓斗卸船机、(40006000t/h)悬臂斗轮取料机、（40006000t/h）大跨度门式取料机、双车三车不摘钩翻车机、散粮码头装卸系统机电总体设计及控制技术、（5001000t/h）夹带式卸船机及（10001500t/h）波状挡边带式提升机等。 2. 大型露天矿连续、半连续开采工艺运输成套设备,包括:(40006000t/h)大型排土机、带宽B=3000mm胶带输送机、机电总体设计技术及压带式大倾角胶带输送机等。 3混匀料场成套设备，包括：1500t/h刮板式混匀取料机、1500t/h滚筒式混匀料机、1500t/h摇臂式混匀堆料机等。 4. 固体垃圾分拣处理系统，包括，给料机、圆筒式筛分机、堆肥倒堆机、垃圾压装机和自动化垃圾搬运起重机等。 5. 集装箱装卸运输成套设备，包括：轮胎式集装箱起重机、超大箱大伸距岸边起重机、集装箱叉车及铁路集装箱起重机等。 6仓储及自动化运输成套设备，包括：标准系列自动化立体仓库、自动化立体停车库、无轨巷道堆垛机系列、自动搬动车系统、大规模流水生产线电控及管理系统、积放式悬挂输送机（单车吊重501250kg，速度1020m/min）、重型板式输送机（单件载荷5002000kg、速度0.55.5 m/min）和各种型式货架储存系统等。 7. 三峡工程及其他重点工程有关设备开发，包括：起重量1.15万吨、提升高度113米的升船机可靠性研究及设备研制、大型火电站中的输煤、给煤设备、堆取料设备和专用起重机设备、核电站用高精度定位、高可靠性的环形起重机、装卸料机及其他核级要求的起重设备等。 8. 具有发展前景、市场看好的特色产品，包括：（1）DX型钢丝绳芯带式输送机；（2）自移可转式胶带输送机；（3）耐腐蚀的螺旋输送机；(4) 超高温埋刮板输送机；（5）各种旅游与货运索道；（6）容器式管道输送系统；（7）工业自动灌装、码垛成套设备；（8）垃圾处理专用抓斗起重机；（9）轻小型起重设备；（10）大型冶金起重机；防爆起重机；高速行李输送系统；柔性启制动装置；称量与配制样系统；大规格垂直挡边输送机；多用途门座起重机；集装箱式包装机；气垫式皮带机电子秤等。 9. 重要基础零部件，包括：1)硬齿面减速器；2)液力减速器；3) 高速大功率耦合器；4)液压缓冲器；5)索道专用新型抱索器；脱挂器；6)盘式制动器；7)集装箱吊具；8)自锁式夹轨器；9)液粘传动装置等。 1.3 国内钢丝绳电动葫芦的技术现状和发展方向 钢丝绳电动葫芦作为一种轻小型起重设备，广泛用于国民经济各个领域，而国内钢丝绳电动葫芦的发展却比较缓慢。上世纪60年代到70年代初，我国从前苏联引进了TV型钢丝绳电动葫芦，70年代初我国自行设计了CD1型钢丝绳电动葫芦取代TV型钢丝绳电动葫芦至目前为止CD1型钢丝绳电动葫芦在国内生产制造、使用已达30多年的历史。其间，曾有一些厂家引进国外先进的生产制造技术，但均未获得广泛的推广应用。 钢丝绳电动葫芦技术水平在国内发展迟缓，其原因是多方面的：1) 国内钢丝绳电动葫芦企业生产、制造水平及配套的机械、电气及标准件技术基础较低；2) 近20年来国内经济体制由计划经济转向市场经济，许多国营企业在转制初期不可能将大量的资金投入到产品开发上；3) CD1型钢丝绳电动葫芦目前仍有一定的市场占有率。 然而，随着技术的成熟完善和用户对产品的性价比的越来越挑剔，国内钢丝绳电动葫芦已开始不再适应人们的要求。1.3.1 CD1型钢丝绳电动葫芦存在的问题1. 系列化问题、品种少、规格不齐：CD1型钢丝绳电动葫芦起重量只有0.5 t、1t、2t、3 t、5t、10t，6种，起升高度的覆盖范围为6-30m。起升速度：1-5t单速为8m/min，双速为8/0.8m/min，10t单速7m/min。双速为7/0.7m/min。虽然国内一些厂家在10t基础上发展看了16t、20t扩充系列的大吨位电动葫芦，但仍不能形成较完整的钢丝绳电动葫芦产品系列，与国外的起重量范围0.25-80t及多种起升高度和起升速度组合相比存在很大的差距。 2. 工作级别：CD1型钢丝绳电动葫芦没有进行工作级别的划分，不适应实际使用工况，多数情况下造成使用不合理。按新的工作级别划分规则，CD1型钢丝绳电动葫芦的工作级别为M3，而国外的钢丝绳电动葫芦能适应的工作级别范围为M3，M6。 3. 基型的变换：CD1型钢丝绳电动葫芦滑轮组结构形式及倍率单一(0.5t-5t滑轮组倍率为2/1；10t倍率为4/2)。安装方式只有悬挂和固定式2种，变化少，可开发功能低。而国外钢丝绳电动葫芦滑轮组结构及倍率组合方式多样，安装方式除悬挂与固定式外，还有低净空安装、双吊点形式及其他特殊用途的钢丝绳电动葫芦。而CD1型钢丝绳电动葫芦在这些方面基本是空白。4. 结构设计：CD1型钢丝绳电动葫芦的结构设计虽然较TV型钢丝绳电动葫芦有了较大改进，但其外形美观性差，圆形结构不便于安装、运输，外形的局限性严重阻碍了基型的变化。而国外的钢丝绳电动葫芦，多为方形结构设计，既美观便于安装、运输，还能很好地适应模块化设计，便于基型的组合和变换，大大拓宽了钢丝绳电动葫芦的使用范围。 5. 配套电动机：CD1型钢丝绳电动葫芦配套的锥形转子电机，单速为4极，双速为1/10的子母机，而国外钢丝绳电动葫芦电机采用2极电机，双速采用双绕组和变极式，这样结构简单、体积小、自重轻，有利于降低制造成本。另外，CD1型钢丝绳电动葫芦配套电机在绝缘等级和防护等级及噪声方面与国外葫芦相比差距仍很大。 6. 减速器：CD1型钢丝绳电动葫芦减速器制造精度和传动效率低，噪声大，齿轮参数设计不甚合理，特别反映在有效提高承载能力和各级齿轮与齿轮副之间的强度均等方面。 7. 安全保护措施：CD1型钢丝绳电动葫芦只有上、下限位保护超载保护，而国外钢丝绳电动葫芦除有上述保护功能，还具有错相、缺相、过热、多制动系统保护等。 8. 电气控制：CD1型钢丝绳电动葫芦电控箱外观协调性差电气元件的使用寿命较低，故障率高。 9. 零部件设计：CD1型钢丝绳电动葫芦的吊钩、电动小车装置等关键零部件，成组设计及互换性较差，且结构较笨重。 1.3.2 国内钢丝绳电动葫芦发展方向 1. 系列设计合理化: 推荐参数：起重量从0.25-80t，起升高度6-63m，利用较少的基型覆盖整个系列。起升速度多样化推荐值：单速8m/min、10m/min、12.5m/min；双速1/10、1/3、1/4速比变化。双速方案应考虑子母机、双绕组及变极式，或采用变频无极调速技术。设计时参考GB3811-1983起重机设计规范工作级别划分，将工作级别覆盖范围扩充到M3-M6。 2. 结构形式应能满足多种工况如：低净空、双吊点等多种安装固定方式；可遥控操纵、绝缘型、防腐防潮、耐高温高热、防爆等多种功能的产品。 3. 外形设计改变传统的圆形设计：采用方形结构形式，模块化设计，增加零部件的通用性：布置方式由原来的电机一中间轴一减速器一卷筒的形式改为电机一减速器一卷筒的布置方式，既有利于有效地提高钢丝绳电动葫芦起升高度，又避免高速轴长轴传动，可提高运行的平稳性和可靠性，降低制造成本。增加滑轮倍率范围提高单机使用范围。 4. 采用优质高强度钢丝绳：按GB38111983标准要求。在满足抗拉强度安全系数的前提下，尽可能减小钢丝绳直径，采用相适应的卷筒直径与钢丝绳直径之比及滑轮直径与钢丝绳直径之比以利于缩小整机结构和自重。 5. 优化齿轮设计提高齿轮的承载能力：齿轮可采用40Cr或42CrMn、40MnB材质，调质和表面淬火处理或氮化，原采用的20CrMnTi或20MnTiB材质虽然在齿轮的抗弯强度和接触强度方面较理想，但是受国内基础加工水平影响，齿轮加工精度低、渗碳淬火热处理变形量难控制，后序又无磨齿工艺，难免存在齿轮噪声大、效率低等缺点。新材质及热处理方法已在国内许多厂家推广。此外，采用硬齿面与中硬齿面配对啮合的齿轮副高速级齿轮采用剃齿工艺，齿轮螺旋角选在12度左右，这些都是提高齿轮传动平稳性的有效途径。齿轮传动箱体、箱盖结构设计应有利于噪声的吸收与减振传动轴承应提高精度等级。 6. 电机采用2、4、6极锥形转子电机以适用各种不同工：电机绝缘等级应提高至F级和11级，防护等级提高至IP54：电机设置过热保护元件；电机的设计应考虑有效提高有用功率，降压能力和起、制动能力，提高电机设计温升，充分发挥电机的潜能；电机的降噪除了在设计、加工、制造精度上要提高外，还应从设计上考虑降低电磁噪声和风道涡流噪声的措施。电机的设计也应遵循工作级别划分原则，提高单机使用用途。 7. 增加电气保护措施：除上下限位保护外，还应增加超载保护(个别情况下考虑欠载保护)；错相、缺相、失压保护；吊钩防脱绳保护。开发多制动功能机型如：双制动(电机锥形制动轮制动+高速轴上补偿制动)；三制动(锥形制动轮制动+高速轴上补偿制动+卷筒上安全闸)。根据用户需要增加起升高度、负载数字显示功能。 8. 高耐磨、高强度导绳器材料及导绳器导绳性能一直是国内许多生产电动葫芦的企业探讨的课题，目前，国内已掌握了一部分成功经验。 9. 其他零部件如吊钩、小车等设计要考虑成组性和通用性。 10. 提高配套件如钢丝绳、轴承等标准件质量。 2 机构工作级别起重机机构工作级别是根据机构的利用等级和载荷状态分级的，本设计的基本参数为：提升高度：12m，提升速度：7m/min，提升重量：10t。2.1 机构利用等级 机构利用等级按机构总设计寿命分为10级，即T0T9，总设计寿命规定为机构假定约使用年数内处于运转的总小时数，它仅作为零件的设计基础，而不能视为保用期，电动葫芦一般处于清闲的使用状态，根据GB/T3811-1983,机构利用等级如下：机构利用等级 T3，总设计寿命/h 16002.2 机构载荷状态 载荷状态是表明机构承受最大载荷及载荷变化程度，电动葫芦一般在低于额定载荷的状态下工作，并且也不经常的使用，根据GB/T3811-1983,由于电动葫芦经常工作在中等载荷，较少承受最大的载荷，所以机构载荷状态选为L2-中。2.3 机构工作级别根据机构利用等级和机构载荷状态，依据GB/T3811-1983，机构的工作级别选为M3。3 确定传动方案、选择滑轮和吊钩组3.1 传动方案传动方案采用类似型电动葫芦结构。如图： 图3-1 CD型电动葫芦1-箱盖；2-第一轴；3-第二轴；4-第三轴；5-箱体；6-空心轴；7-钢丝绳；8-导绳器；9-联轴器；10-卷筒；11-定子；12-转子；13-弹簧；14-制动器。3.2 吊钩组吊钩是起重机上应用最普遍、最通用的基本吊具，他常与滑轮组的动滑轮合成吊钩组作起重机上的取物装置。根据吊钩的起重量10t和机构工作级别M3参考文献7表8.1-84取钩号5，材料DG235。3.2.1 吊钩横梁的计算 吊钩横梁工作时的危险截面位于横梁中部，其最大弯曲应力为： =94MPa（3-1）式中 FQ起升载荷，9800N； 动载系数，1.1； l拉板的间距，297.5mm；B横梁吊钩，105mm；d吊钩孔径，70mm；h吊钩与横梁连接部分长度，93mm。将数据带入上式得=79.46MPa<94MPa,合格。轴孔d1的平均应力： (3-2)式中 拉板厚度，10mm； d1轴孔直径，90mm； 许用挤压应力，MPa，=78.33MPa。将数据带入上式得MPa<78.33MPa，合格。3.2.2 滑轮轴的计算根据滑轮轴上的受力分析，在滑轮处收到最大弯曲应力，最大弯曲应力为式中 W抗弯截面系数；d滑轮处轴的直径，90mm；M弯矩，N·m其中 F=FQ/2。将数据带入上式得 MPa<94MP图3-2 滑轮组受力和弯矩3.2.3 拉板的计算吊钩组两侧的拉板危险截面为孔的水平截面和竖直截面。水平截面的内侧孔边最大拉应力为（3-3）式中b拉板宽度，180mm；拉板厚度，10mm；加强板厚度，6mm；aj应力集中系数，参考文献4图2-36，取值2.5。将数据带入上式得=93.58MPa<138.24MPa，合格。垂直截面的内侧孔边最大拉应力为（3-4）式中 拉板孔中心到板底的距离，90mm。 将数据带入上式得=62.38<78.33MPa，合格。（3-5）将数据带入上式得=37.43MPa<78.33MPa,合格。3.3.3 滑轮滑轮是用来改变挠性件（钢丝绳）运动放向并平衡挠性件（钢丝绳）分支拉力的承载零件。其作用是：导向和支撑，以改变钢丝绳的走向；组成滑轮组，达到省力或增速的目的。本机构采用双联滑轮组，如下图：图3-3倍率：滑轮组的倍率等于悬挂物品的钢丝绳分支数与绕入卷简的钢丝绳分支数之比。对于双联滑轮组倍率等于钢丝绳分支数的一半，即=1/2i。在起重机的设计中，合理的确定滑轮组的倍率是很重要的。选用较大的倍率， 可以使钢丝绳拉力减小，从而是钢丝绳直径、卷筒和滑轮直径都减小。减少了钢丝绳的拉力及卷筒直径会使卷筒的扭矩减小名也就使减速器输出轴的扭矩减小。 滑轮组本身具有传动比，选用较大的倍率，减速器的速比就可以减小，这样会使整个起升机构尺寸小、重量轻。但是，滑轮组倍率过大又会滑轮组本身笨重复杂， 卷筒加长，钢丝绳磨损加重.一般情况下，大起重量选用较大倍率的滑轮组，可避免太粗的钢丝绳；双联滑轮组选用较小的倍率：起升高度较高时，选用较小倍率的滑轮组，可以避免绕绳量过大。选择a=4/2=2，参考文献4表2-8，由轴承形式及滑轮组倍率确定滑轮组效率。根据GB/T3811-1988规定，按钢丝绳中心来计算滑轮的最小直径，即：（3-6）式中按钢丝绳中心计算的滑轮的最小直径（）；钢丝绳直径（）；与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，按参考文献表.1-61选取，16。 上式带入数据得Dmin=320mm，参考文献表8.163和表8.165，滑轮的直径取400mm。4 钢丝绳的选用 钢丝绳是起重设备不可缺少的关键件，也是易损件，正确选择及合理使用，按要求进行维护、保养。可提高钢丝绳的使用寿命，避免事故发生。4.1 钢丝绳的特点及用途 钢丝绳的特点是强度高，弹性大，能承受冲击载荷；挠性好，便于缠绕，使用灵活；在高速运行时运转平稳，无噪音；耐磨损，耐疲劳；钢丝绳破断前有断丝预兆，使用过程中不会立即折断，容易事先检查和预防，钢丝绳可广泛用于各种起重设备和机械传动机构，成为起重机械的组成部分，又可以单独用作起重索具，缆风拉绳，穿绕滑轮组和构件绑扎等。钢丝绳的使用和定期检查，运输，保管十分的重要。4.2 钢丝绳的选择钢丝绳是起重机械及起重运输、吊装捆绑作业不可缺少的主要零部件，被广泛的应用作为起升绳、变幅绳、牵引绳、吊装绳等不论作为哪一种用途的钢丝绳，如果选用类型不当，使用方法不合理，缺乏安全检查，又不重视保养，更为重要的是已达报废还继续使用，都有可能发生因钢丝绳的损伤或破断而产生的重大事故。4.3 钢丝绳直径的计算钢丝绳所受的最大工作静拉力乘以安全系数n，得出绳内破断拉力，以此作为选绳依据，其计算式为 (4-1)式中-所选用钢丝绳的破断拉力，N；-钢丝绳最大工作静压力；n-安全系数，参考文献2表8.18，取4；钢丝绳最大静压力：在起升机构中，钢丝绳最大工作静拉力是由起升载荷考虑滑轮组效率和承载分支最后确定，起升载荷是指起升质量的重力。起升质量包括允许起升的最大有效物品，取物装置（下滑轮组，吊钩，吊梁，抓斗，容器，起重机磁铁等），悬挂挠性件及其他在升降中的设备质量。起升高度小于50m的起升钢丝绳的重量可以不计。 (4-2)=（10t1000kg/t9.8N/kg）/20.975=51261.5N式中 -最大起升载荷，N，其中所含吊具自重载荷参考文献4表4-2，取2%F； a-滑轮组倍率； -滑轮组总效率，参考文献4表2-8；则： =451261.5=205046N=205.046KN根据GB/T89181996，钢丝绳规格选择637FC，公称抗拉强度1700a，钢丝绳直径d=20mm。4.4 钢丝绳的安装 （1）解卷。当从卷轴和钢丝绳卷上抽出钢丝绳时，应将绳盘置放在专用的支架上，也可用铁管穿入盘孔，两端套上绳索，将绳盘吊起，缓缓转动，并应采取措施防止钢丝绳打环，扭结，弯折或粘上杂物，如图：图4-1解卷方法 (2)截断。熔断：采用熔断机熔断，不损坏钢丝绳，端部不松散，便于安全操作，这是理想的断绳 切断：钢丝绳在切断前，应在切断两端各相距10mm20mm处用铁丝扎紧，捆扎长度为绳径14倍，再用切割工具切断，以防切断处引起钢丝绳松散。 （3）卷绕。钢丝绳在卷筒上的缠绕方向与钢丝绳的捻向及出绳方向有关，见下图。右捻上出绳出绳从左到右排列（下图a），左捻上出绳从右到左排列（下图b）右捻下出绳从右到左排列（下图c），左捻下出绳从左到右排列（下图d），并应排列整齐，避免出现偏绕或挤压现象，错误卷绕会造成乱绳，松股和打环。 图4-2钢丝绳的缠绕方向 （4）绳槽、卷筒。滑轮上的槽型应符合有关规定，滑轮绳槽底部半径尺寸=（）。滑轮绳槽底部半径过大，过小都将影响钢丝与滑轮绳槽底部的接触面积，使之过度磨损，而降低钢丝绳和滑轮的使用寿命，也会影响传动效 率。如下图所示，绳与滑轮槽的接触角a130°，图b绳径过大，图c绳径过小，图d为与槽径像匹配的绳径。图4-3 绳槽 （5）钢丝绳允许偏角。钢丝绳绕进或绕出卷筒，滑轮槽时偏斜的最大角度(即钢丝绳中心线和与滑轮轴垂直的平面之间的角度)推荐不大于5°，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°，对于光卷筒和多层缠绕卷筒，钢丝绳偏离与卷筒轴垂直的平面的角度推荐不大于2°。（6）钢丝绳走向。钢丝绳走向反复弯曲易造成疲劳，产生断丝（见下图），因此安装时应尽量避免反复弯折。 图4-4钢丝绳走向4.5 钢丝绳的维护保养 钢丝绳的维护保养应根据用途，工作环境和钢丝绳的种类而定，在可能的情况下对钢丝绳应进行适时的清洗并涂以润滑油或润滑脂，特别是那些绕过滑轮时经受弯曲的部位，机械在腐蚀性环境中工作以及在某些由于与工作有关的原因而不能润滑的情况下运转时更应如此，涂刷的润滑油，润滑脂品种应与钢丝绳厂使用的相适应。检验 日常观察。每个工作日都要经常对钢丝绳的任何可见部分进行观察，以便发现损坏与变形的情况，特别应留心钢丝绳的固定部位，当检查发现有断丝，磨损，腐蚀和变形等缺陷时，应按GB/T 5972起重机械用钢丝绳检验和报废实用规范的规定判定。 定期检查。定期检查周期应考虑以下各点：1、国家的法规要求；2机械的类型和工作环境；3机械的工作级别；4前几次检验的结果及出现缺陷的情况；5钢丝绳已经使用的时间。 一般起重用钢丝绳应保证每周至少检查一次。 在所有情况下，每当发生任一事故后或钢丝绳经拆卸后重新安装投入使用前均应进行一次检验。 检验部位。1、一般部位：对钢丝绳应做全长检查，但要特别留心下列部位：钢丝绳运动和固定的始末端部位；通过滑轮组或绕过滑轮的绳段，在机构进行重复工作的情况下，应特别注意机构吊载期间绕过滑轮的任何部位；位于平衡滑轮的绳段；由于外部因素可能引起磨损的绳段；腐蚀及疲劳的内部检验。2、绳端部位。应对从固结端引出的那段钢丝绳进行检验，因为这个部位发生疲劳，断丝和腐蚀是危险的。还应对固定装置本身的变形或磨损进行检验，对于采用压制或锻造的绳端固定装置进行类似的检验，并检验绳箍是否有裂纹以及绳箍与钢丝绳之间是否产生滑动，可拆卸的装置（楔形接头，绳夹，压板等）应检验其内部和绳端内的断丝及腐蚀情况，并确保楔形接头和钢丝绳夹的紧固性，检验还应确保绳端装置符合相应标准的要求，对编织的环状插扣式绳头应只使用在接头的尾部，以防绳端突出的钢丝伤手，接头的其余部位应及时用肉眼检查其断丝情况，如果断丝明显发生在绳端装置附近或绳端装置内，可将钢丝绳截短再从新装到绳端固定装置上使用，但钢丝绳的长度必须满足在卷筒上缠绕的最小圈数的要求。4.6 钢丝绳失效分析 钢丝绳是应用最广泛的起重零件之一，它具有承载能力大、绕性好、运动平稳无噪音等优点，几乎所有的起重设备都使用钢丝绳来承重。如果因失效发生突然断裂，将会造成严重的后果。然而，对钢丝绳进行失效分析，在安全和经济两方面具有重要意义。引起钢丝绳失效的因素很多，通过对钢丝绳失效因素分析，以便能提高钢丝绳的使用寿命。（1）强度与伸长根据设计，钢丝绳的最大断裂强度小于所有钢丝的集束强度，并与绳的结构和所有钢丝绳性能级别有关，在设计钢丝绳时，应考虑所有载荷因素，滑轮和卷筒的数目和结构安装方式，产生腐蚀和磨损的条件以及绳的长度等，钢丝绳中的钢丝通常采用含碳量为0.500.80%的优质碳素结构钢制作而成，钢绳的弹性模量为1.6×10N/mm。这是在载荷作用下钢丝可能伸长程度的度量，钢丝绳受拉力作用时，各钢丝为要调整其位置以达到对应所加载荷的稳定性，将发生相对变形，由此产生的伸长有两种形式，当钢丝绳第一次承受载荷时，钢丝将稍微重新排列，产生永久性伸长，即结构伸长；同时还产生可恢复的伸长，即弹性伸长，结构伸长在一定程度取决于所加载荷的大小。钢丝绳中钢丝的直径愈小，弯曲所需力矩愈小，即韧性较大。通常含有钢丝数较多的钢丝绳和纤维芯钢丝绳的韧性较好，由较少钢丝组成的全金属钢丝绳的韧性较差，并且前者比后者具有较大的伸长量。韧性愈大抗失效性能愈好。（2）滑轮滑轮主要尺寸最小卷筒直径用绳槽底部滑轮直径再加钢丝绳直径表示。随滑轮尺寸减小，由弯曲和钢丝绳与滑轮之间的接触压力所产生的应力而增大。弯曲应力越髙，绳的钢丝产生疲劳越快。接触应力增加也加速绳的损伤，同时还加速滑轮的磨损。随滑轮尺寸的增大，绳与滑轮之间的压力下降，弯曲程度也减小。如果仅考虑弯曲应力，对点接触钢丝绳，可将滑轮直径增大到绳直径的90倍极限数值，以提高绳的寿命。但是，除了必要设备之外, 这样大直径的滑轮实际上很少采用，因为1）对于多数起重设备，釆用这样大的滑轮是不切实际的。2）在各种情况下，很少只存在着弯曲这单一因素。实际上除弯曲之外，还有很多影响绳寿命的因素，如重复施加的应力、磨损、敲打、冲击、振动、扭转、转速、卷筒 卷扬失误、腐蚀以及缺乏维护等。这些因素中的个或几个都比滑轮尺寸更影响绳的寿命。 采用安全经济运行的一些因素来综合确定最隹滑轮尺寸，但有一点应注意，在钢丝绳中各接触点处的钢丝之间的巨大压力同因在小滑轮上工作而产生的大弯曲应力联合在一起,将会对钢丝绳的损伤失效起一定作用。在这种不利条件下，钢丝的破断失效常发生在各个线股相互接触点之间的部位，在这些部位破断的钢丝绳常常很难察觉，甚至不可能从外观上发现。因此，在载人或其他原因要求安全较高的设备，滑轮尺寸选用较大，以便能更有效地保证钢丝绳的损伤过程逐渐进行，而且发生在绳表面，使其容易发现和估计损伤程度。（3）滑轮绳槽 为使钢丝绳能发挥最大功效，必须使滑轮绳槽有足够大的直径，以保持钢丝绳在其中有适当的间隙。滑轮绳槽的直径不可能保持固定不变，其变化主要受钢丝绳的影响，并在很大程度上与滑轮材料和受到的压力有关。由于绳槽不断磨损，当一钢丝绳接近不能使用时，绳槽即已被磨耗成较小的尺寸。这样就存在一个问题，即每一次更换新钢丝绳时就要重新开绳槽或更换滑轮。但在实际应用中，重新开槽或更换滑轮是不经济的。将滑轮重新开槽时，一般需先修整凸缘，然后将绳槽底部切制成适当直径。如果只切削槽底，邻近槽底的喉角可能很小，不能提供适当间隙，严重引起钢丝绳的磨损。（4）钢丝绳压力 除了在滑轮上运动所引起的弯曲应力以外，钢丝绳还承受因其与滑轮接触而产生的径向压力。此压力会使钢丝绳中产生剪应力，改变钢丝绳的结构，并影响滑轮绳槽磨损率。因此,在选择最适当的钢丝绳结构时，应当考虑此压力的大小和滑轮材料的抗磨性能。（5）卷筒 卷筒尺寸、绳槽轮廓、压力与前面滑轮等讨论的情况相类似。 采用平滑表面卷筒时，实际径向压力比较高。这是因为钢丝绳仅一面受到支撑作用，其周边部分得不到支撑。对于这类卷筒，钢丝绳和卷筒的磨损都比有绳槽的卷筒严重，绳更容易因压力作受损伤。在弯曲应力是影响钢丝绳工作寿命的主要因素时，卷筒直径可比系统中的滑轮直径稍小一点，因为在每一个方向运动时,钢丝绳要在滑轮上弯曲两次，在卷筒上只弯曲一次。钢丝绳在每一滑轮上的运行情况是：当绳接近滑轮由直线变成与滑轮的曲率一致时，开始第一次弯曲；当绳再伸直离开滑轮时第二次弯曲。在有些情况下，绳的行程不大，在卷筒上来回运行时一部分绳不通过滑轮运动，则绳的弯曲次数即行减少，失效减缓。 采用开槽的卷筒，如果卷筒绳槽轮廓适当，有助于使卷绳保持适当的位置。绳槽之间保持适当节距是十分重要的，以便使连续两绳匝之间获得足够而又不是过大的间隙，这对于防止未绕与已绕在卷筒上的钢丝绳发生拥挤和摩擦有很大作用。为了给多层卷绳提供适当的条件，绳槽中心线之间的节距，应在最大倾斜角的情况下足以防止钢丝绳互相接触。（6）其他失效因素1腐蚀也是钢丝绳失效的常见因素，由于使用环境形成的腐蚀气氛，对钢丝绳寿命有较大影响。2向钢丝绳施加冲击载荷及其发生振动，产生高频率的高弯曲应力，特别在钢丝绳末端连接点处振动作用最为严重，可造成疲劳失效。3钢丝绳在工作过裎中如处于过高温度下,也会因抗拉强度降低失效。从以上种种失效分折可知，起重机用钢丝绳的失效往往有多种因素综合积累而至。在实际失效事例分折中应综合分折，分清主次，找出主要失效原因，以利提高钢丝绳使用寿命4.7 钢丝绳端的固定和连接本结构采用绳卡固定法如下图，此法简单可靠，拆卸方便，获得广泛应用。绳卡数目根据钢丝绳直径而定，但不一定少于三个，参考文献3表2-1-23。绳卡底板应与钢丝绳的主支接触，U形螺栓扣在钢丝绳的尾支上。绳卡螺母拧紧力矩见参考文献3表2-1-24，根据使用经验，一般认为，当绳卡中的钢丝绳直径减小，表明螺母的拧紧度合适。绳卡型号的选用见参考文献3表2-1-25，本结构采用Y10-32型号。 绳卡间距和最后一个绳卡后的钢丝绳尾端长度都不应小于（5-6）d，d为钢丝绳直径。绳卡固定处的强度约为钢丝绳强度的80%-90%。如绳卡装反，强度将下降到75%以下。图4-5钢丝绳绳卡固定5 卷筒的设计5.1 卷筒的构造卷筒是卷绕和容纳钢丝绳的部件。通过对钢丝绳的收放，可把原动机的驱动力传递给钢丝绳，并将原动机的回转运动变为直线运动。卷筒的形状一般为圆柱形，特殊要求的卷筒也有制成圆锥形或曲线形的。在起重机机械中主要是采用圆柱形的钢丝绳卷筒。本结构采用单层卷绕铸造卷筒，表面切有螺旋形绳槽，材料为HT200的灰铸铁。图5-1卷筒的构造5.2 卷筒主要尺寸的确定5.2.1 卷筒的直径根据规定，按钢丝绳中心来计算卷筒的最小直径，即：=14 20=280mm （5-1）式中按钢丝绳中心计算的卷筒的最小直径（）；钢丝绳直径（）；与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，按参考文献表8.1-61，选取14。 根据参考文献7表8.1-48，取D=355mm，则卷筒卷绕直径=375mm。5.2.2 卷筒的绳槽尺寸绳槽分为标准槽和深槽两种，其尺寸如下图：图5-2 绳槽标准槽: 卷筒绳槽半径R=（0.540.6）d=10.812mm；绳槽深度H=（0.250.4）d=58mm绳槽节距P=d+（24）=2224mm参考文献9表14-3，取R=11mm；H=7.5mm；P=22mm。5.2.3 卷筒的长度双联卷筒的尺寸如下图（5-3）：卷筒长度的计算公式为： =1280mm （5-2）式中 -有绳槽部分的长度；-固定绳尾部所需要的长度，一般取=（23）P，取=3P=66mm；-两端空余部分，取=P=22mm；-卷筒体中间无槽部分的长度，根据动滑轮中心距=185mm； =459.5mm式中 H-起升高度； a-滑轮组倍率；n-安全圈，取n=3；P-绳槽节距。图5-3卷筒长度5.2.4 卷筒壁厚卷筒壁厚可先按经验公式确定，然后进行验算。对于铸铁卷筒壁厚=13.117.1mm；由于铸造工艺的要求，壁厚不宜过小，对于铸铁卷筒>12mm；铸钢卷筒>15mm，焊接卷筒>78mm，取=16mm。5.3 卷筒校核 卷筒工作是，由于受钢丝绳最大拉力的作用，卷筒壁主要承受钢丝绳缠绕箍紧所产生的压缩应力，以及扭转和弯曲应力。当卷筒长度小于三倍（L3D）直径时，弯曲和扭转应力一般不超过压缩应力的10%15%，只需按压缩应力进行强度校核，反之，还需计算弯曲力矩产生的弯曲应力。卷筒壁上的压应力为： （5-3） 式中 -钢丝绳的最大拉力，N；-绳槽节距，mm；-卷筒壁厚，mm；A-应力减小系数，一般可取A=0.75； -卷筒材料的许用应压力，MPa，对铸铁，=150MPa。 =109.2 MPa 150 MPa 抗压强度足够。卷筒弯矩图如下： 图5-4 卷筒弯矩卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳为与卷筒中间时，弯矩 =29741922.3N mm；卷筒内径 =323mm；断面系数 =1407819.826；卷筒承受拉应力 =21.13MPa；许用应力 =195/2=97.5MPa；合成应力 （5-4）=92.11MPa；卷筒强度验算通过。5.4 卷筒转速卷筒转速可按下式计算： =11.89r/min （5-5） 式中 a滑轮组倍率；V起升速度，m/min；卷筒卷绕直径，m。6 电动机的选择和校验6.1 电动机的选择电动机的静功率： =13.25（KW） （6-1）式中 最大起升载荷，N；机构总效率，=0.88（为滑轮组总效率=0.975，为联轴器效率=0.98，为卷筒的机械效率，瞎用滚动轴承时，=0.98，为传动机构的机械效率，他与传动机构的机械效率，他与传动的形式有关，参考文献10p385，=0.94）；起升速度，m/min。初选电动机：根据机构工作级别、作业特点以及电动机的工作特性，同时为了满足电动机启动和不过热要求，所选电动机的额定功率应满足下式 =10.6KW （6-2）式中 电动机额定功率，KW；起升静功率，KW；稳态负载平均系数，参考文献5P43和P65页得接电持续率JC=25%，G=0.8；根据参考文献5P233,取电动机，功率P=13KW ,转速n=1400r/min,过载倍数=3，静制动力矩=147.10Nmm，转动惯量=1.1。表6-1 电动机参数电动机型号额定功率kw静制动力矩N·mm满载转速r/min转动惯量Kg·m2过载倍数质量kgZD151-4型锥形转子电动机13147.1014001.13186.2 电动机的校验6.2.1 电动机过载校验起升机构要求电动机在有电压损失（交流电动机为15%，直流不考虑）、最大转矩允差（交流电动机为10%，直接不考虑）时，可起吊1.25倍的额定起重量。故电动机的额定功率应符合下式的要求，以便保证有足够的过载能力。=4.6375 （6-3）式中 基准接电持续率时的电动机额定功率，； 电动机台数； 电动机转矩的允许过载倍数； 考虑电压降及转矩允许以及静载实验超载的系数，绕线异步电动机取=2.1，笼型异步电动机取=2.2，直流电动机取=1.4。 验算合格。6.2.2 电动机发热校验异步电动机发热校验可采用平均损耗法，也可根据电动机的类型不同，选用等效转矩法和等效电流法进行精确发热校验。具体如下:静阻力矩Tj按下式计算 （6-4） 式中 FQ额定起升载荷，N； D1卷筒计算直径，m，D1=D+d； a滑轮组倍率： i卷筒至电动机轴传动比； 机构总传动效率（包括滑轮组效率）。带入数据的Tj=88.14。 =10.46KW （6-5）=61.698式中 电动机额定功率，其工作制为，接电持续率JC与实际机构的值相同=13， 电动机额定转速，1400。 传动机构总功率=0.92； 起升机构最不利工作循环的等效平均阻力矩，； 系数，对于起升机构=0.670.79，取0.7。系数,式中 Z电动机每小时折算启动次数=60；对于采用,工作制电动机的情况，只需