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摘要
隨著社會(huì)的發(fā)展，機(jī)械將會(huì)越來越取代人力，這也是機(jī)械行業(yè)飛速發(fā)展的后果，在機(jī)械的發(fā)展歷史中，新機(jī)械的發(fā)明有著舉足輕重的作用。但是，那些很久以前就被利用生產(chǎn)并一直延續(xù)到今天的機(jī)械，更是起著不可替代的作用，卷?yè)P(yáng)機(jī)就是一例。卷?yè)P(yáng)機(jī)的發(fā)展就像其他機(jī)械一樣，從開始的簡(jiǎn)單到現(xiàn)在的復(fù)雜，從以前的機(jī)械動(dòng)力到現(xiàn)在的電力動(dòng)力，從以前的人工操作到現(xiàn)在的電腦操作甚至智能操作。本設(shè)計(jì)就傳統(tǒng)的卷?yè)P(yáng)機(jī)說起，一直到現(xiàn)在以及將來的發(fā)展。
本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)了5噸卷?yè)P(yáng)機(jī)的卷筒、卷筒軸、卷筒轂、減速器以及滑輪組。其中卷筒和卷筒軸的設(shè)計(jì)最為主要，本設(shè)計(jì)重點(diǎn)做了介紹。其余部分由于篇幅有限，只是略作分析。
關(guān)鍵詞：卷?yè)P(yáng)機(jī)；卷筒；卷筒軸；滑輪組
Abstract
Along with society's development, the machinery will be able more and more to substitute for the manpower, this also will be the mechanical profession rapid development consequence, in the machinery substitution manpower development history, the new machinery invention has the pivotal function. But, these very for a long time on and continue continuously using the production to today machinery, is playing the role which cannot be substituted, the hoist is an example. The hoist development is likely same on other machineries, from starts simply until present complex, from beforehand manpower to present electric power, from beforehand manual control to present computer operation even intelligence operation. This design mentions on the traditional hoist, continuously to present as well as future development.
The design instruction booklet has mainly designed 5 ton hoist reels, the reel axis, as well as the block and tackle. Reel as well as the reel axis design is most main, this design has made the introduction with emphasis. Because other parts the length is limited, only makes the analysis slightly.
Key words: Windlass; Reel; Reel axis; Block and tackle
目 錄
摘 要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第一章 概論 1
1.1卷?yè)P(yáng)機(jī)發(fā)展概況 1
1.1.1卷?yè)P(yáng)機(jī)的應(yīng)用 1
1.1.2卷?yè)P(yáng)機(jī)的發(fā)展概況 1
1.1.3國(guó)外卷?yè)P(yáng)機(jī)概況 3
1.1.4 卷?yè)P(yáng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 5
1.2卷?yè)P(yáng)機(jī)主要類型 5
1.3電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)基本結(jié)構(gòu) 7
1.3.1電控卷?yè)P(yáng)機(jī) 7
1.3.2帶有電磁鐵制動(dòng)器的卷?yè)P(yáng)機(jī) 8
1.3.3采用錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的卷?yè)P(yáng)機(jī) 9
1.3.4溜放型卷?yè)P(yáng)機(jī) 10
第二章 起升機(jī)構(gòu)的組成及型式 10
2.1起升機(jī)構(gòu)的組成 10
2.2起升機(jī)構(gòu)的典型傳動(dòng)型式 12
第三章 鋼絲繩的選擇 14
3.1鋼絲繩的種類和構(gòu)造 14
3.2鋼絲繩直徑的選擇 15
3.3鋼絲繩的使用 17
第四章 卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸確定 18
4.1卷筒的分類 18
4.2卷筒繩槽的確定 19
4.3卷筒的設(shè)計(jì) 20
4.3.1卷筒節(jié)徑D0 的設(shè)計(jì) 20
4.3.2卷筒長(zhǎng)度的計(jì)算 21
4.3.3卷筒壁厚的計(jì)算 22
4.4卷筒強(qiáng)度的計(jì)算 23
第五章 卷筒軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 24
5.1卷筒軸的受力分析與工作應(yīng)力分析 24
5.2卷筒軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 25
5.2.1作用力計(jì)算 25
5.2.2垂直面支承反力及彎矩 27
5.2.3水平面支承反力及彎矩支反力 27
5.2.4計(jì)算工作應(yīng)力 28
5.2.5心軸的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 28
5.2.6心軸的靜強(qiáng)度計(jì)算 30
第六章 電動(dòng)機(jī)的選擇 30
6.1電動(dòng)機(jī)選擇 30
6.2驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱條件 32
第七章 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 32
7.1減速器總傳動(dòng)比計(jì)算 32
7.2減速器的計(jì)算 33
7.2.1分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比 33
7.2.2計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 33
7.2.3圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 35
7.2.4齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì) 36
7.2.5齒輪軸的參數(shù)設(shè)計(jì) 41
第八章 滑輪及吊鉤選擇 42
8.1滑輪的結(jié)構(gòu)與材料 42
8.2滑輪的直徑計(jì)算 44
8.3吊鉤的結(jié)構(gòu) 44
8.4吊鉤的計(jì)算 45
第九章 制動(dòng)器、聯(lián)軸器的選擇 46
9.1制動(dòng)器分類、特點(diǎn)及其選擇 46
9.2制動(dòng)器工作原理 47
9.3聯(lián)軸器的選擇 47
第十章 小車行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 48
10.1軌道 49
10.2車輪與車輪組 49
10.3車輪直徑的計(jì)算 49
第十一章 安全設(shè)計(jì)及電氣控制 50
11.1安全設(shè)計(jì) 50
11.2電氣控制 51
第十二章 卷?xiàng)顧C(jī)的安全技術(shù) 52
謝詞 53
參考文獻(xiàn) 54
第一章 概 論
1.1卷?yè)P(yáng)機(jī)發(fā)展概況
1.1.1 卷?yè)P(yáng)機(jī)的應(yīng)用
卷?yè)P(yáng)機(jī)又稱絞車，是起重垂直運(yùn)輸機(jī)械的重要組成部分，配合井（門）架、桅桿、滑輪組等輔助設(shè)備，用來提升物料、安裝設(shè)備等作業(yè)。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單、使用成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建筑、水利、冶金起重作業(yè)。
提升重物是卷?yè)P(yáng)機(jī)的一種主要功能，所以各類卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)都是根據(jù)這一要求為依據(jù)的。雖然目前塔吊、汽車吊等取代了卷?yè)P(yáng)機(jī)的部分工作，但由于塔吊成本高，一股在大型工程中使用，而且靈活性較差，故一般中小型工程仍然廣泛應(yīng)用卷?yè)P(yáng)機(jī)，汽車吊雖然靈活方便，但也因?yàn)槌杀咎?，而不能在工程中廣泛應(yīng)用，故大多設(shè)備的安裝仍然是由卷?yè)P(yáng)機(jī)承擔(dān)的。卷?yè)P(yáng)機(jī)除在工程、設(shè)備安裝等方面被廣泛應(yīng)用外，在冶金、礦山、建筑、化工、水電、農(nóng)業(yè)、軍事及交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)亦被廣泛應(yīng)用。
1.1.2 卷?yè)P(yáng)機(jī)的發(fā)展概況
在很久以前的古代，就知道來用轆轤等來提升重物，以減輕體力勞動(dòng)的強(qiáng)度和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。在我國(guó)，解放前卷?yè)P(yáng)機(jī)只有在一些大型企業(yè)中才被使用，應(yīng)用很少，而且所使用的卷?yè)P(yáng)機(jī)也均為國(guó)外生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)基本上沒有生產(chǎn)卷?yè)P(yáng)機(jī)的廠家。
我國(guó)卷?yè)P(yáng)機(jī)的生產(chǎn)是解放后才開始的。50年代為滿足恢復(fù)經(jīng)濟(jì)的需要和第一個(gè)五年計(jì)劃的得要，卷?yè)P(yáng)機(jī)的生產(chǎn)被提到了日程上。原沈陽(yáng)國(guó)泰機(jī)器廠(阜新礦山機(jī)械廠前身)等成批仿制了兩種卷?yè)P(yáng)機(jī)，一種為日本的JIS8001型動(dòng)力卷?yè)P(yáng)機(jī)，它是一種原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)動(dòng)型式是開式圓柱齒輪傳動(dòng)，雙錐體摩擦離合器，操作為手扳腳踩的快速卷?yè)P(yáng)機(jī)，另一種是按蘇聯(lián)圖紙制造的1011型和1012型普通蝸桿傳動(dòng)、電控慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)。由于當(dāng)時(shí)生產(chǎn)力不高，卷?yè)P(yáng)機(jī)的需求量亦不多，故這段時(shí)間國(guó)內(nèi)卷?yè)P(yáng)機(jī)的生產(chǎn)主要是仿制。
隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，到了60年代，卷?yè)P(yáng)機(jī)的生產(chǎn)和使用越來越多。為了協(xié)調(diào)生產(chǎn)，卷?yè)P(yáng)機(jī)主要生產(chǎn)廠家(阜新礦山機(jī)械廠、天津卷?yè)P(yáng)機(jī)廠、山西機(jī)器廣、寶雞起重運(yùn)輸機(jī)廠等)組成了卷?yè)P(yáng)機(jī)行業(yè)組織，隸屬于第一機(jī)械工業(yè)部礦山機(jī)械行業(yè)。為了發(fā)展卷?yè)P(yáng)機(jī)的生產(chǎn)，行業(yè)組織了有關(guān)廠家的人員對(duì)全國(guó)卷?yè)P(yáng)機(jī)的生產(chǎn)相應(yīng)用情況進(jìn)行了調(diào)查。在調(diào)查的基礎(chǔ)上，開始自行設(shè)計(jì)和制造新的卷?yè)P(yáng)機(jī)，先后試制了0.5t、lt、3t電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，但由于對(duì)當(dāng)時(shí)各廠家的生產(chǎn)能力估計(jì)不足，無法推廣。
從70年代起，我國(guó)卷?yè)P(yáng)機(jī)的生產(chǎn)進(jìn)入了技術(shù)提高、品種增多的新階段。在各廠自行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，1973年，由卷?yè)P(yáng)機(jī)行業(yè)組織了有關(guān)廠家和院校聯(lián)合進(jìn)行了卷?yè)P(yáng)機(jī)基型設(shè)計(jì)，并充分考慮到了當(dāng)時(shí)中小廠家的生產(chǎn)能力?？焖倬?yè)P(yáng)機(jī)的基型采用半開半閉式齒輪傳動(dòng)，離合器采用單錐面石棉橡膠摩擦帶結(jié)構(gòu)，操縱用手板剎車帶制動(dòng)(如圖1-1)。慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)的基型式為閉式傳動(dòng)(圓柱齒輪傳動(dòng)或蝸桿傳動(dòng)減速器)、電磁鐵制動(dòng)結(jié)構(gòu)。這兩種基型一直到現(xiàn)今還在生產(chǎn)。為適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，當(dāng)時(shí)第一機(jī)械工業(yè)部發(fā)布了JB926—74《卷?yè)P(yáng)機(jī)型式與基本參數(shù)》和JBl803—76《卷?yè)P(yáng)機(jī)技術(shù)條件》兩個(gè)部標(biāo)準(zhǔn)，并把卷?yè)P(yáng)機(jī)行業(yè)劃歸常德機(jī)械研究所(長(zhǎng)沙機(jī)械研究院前身)領(lǐng)導(dǎo)。隨著部標(biāo)準(zhǔn)的頒布，使卷?yè)P(yáng)機(jī)有了大發(fā)展的基礎(chǔ)。在此期間，由于石化工業(yè)的發(fā)展，大型設(shè)備很多，都需要吊裝，如一些大型反應(yīng)塔，塔的高度達(dá)七八十米，質(zhì)量達(dá)五六百噸，就需要有大型吊裝用的卷?yè)P(yáng)機(jī)，因而各廠家相繼生產(chǎn)了20t和32t卷?yè)P(yáng)機(jī)(圖1—2)，滿足了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。
1.1.3 國(guó)外卷?yè)P(yáng)機(jī)概況
在國(guó)外，卷?yè)P(yáng)機(jī)的品種繁多，應(yīng)用也很廣泛。在西方技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家中，工業(yè)水平先進(jìn)，機(jī)械化程度不斷提高，起重設(shè)備也在不斷更新，下面介紹一下幾個(gè)外國(guó)主要生產(chǎn)的卷?yè)P(yáng)機(jī)的狀況。
（一） 美國(guó)
美國(guó)生產(chǎn)卷?yè)P(yáng)機(jī)的廠家有近百家，主要有貝波(BEEBE)國(guó)際有限公司、哲恩(THERN)有限公司等。
貝波國(guó)際有限公司成立于1919年，有七十多年的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。主要產(chǎn)品有，氣動(dòng)鏈?zhǔn)骄頁(yè)P(yáng)機(jī)[0.25—40t)，防爆拖式氣動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)(0.5—30t)，駁船卷?yè)P(yáng)機(jī)(手動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)、液壓，25—75t)，電動(dòng)鏈?zhǔn)骄頁(yè)P(yáng)機(jī)(0.25—20t)，電動(dòng)葫蘆(0.25—15t)．電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)(0.25—12.5t)，手動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)0.25—75t)，液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)(1—10t )，水平卷?yè)P(yáng)機(jī)(1—9t)，手動(dòng)鏈?zhǔn)骄頁(yè)P(yáng)機(jī)（0.5—100t），棘輪牽引器(1—1. 75t)，空中用運(yùn)車(0.5—20t)等。
哲恩有限公司是美國(guó)較大的生產(chǎn)起重設(shè)備的公司，主要產(chǎn)品有各種手動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)、電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)、提升機(jī)械及起重機(jī)。手動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的主要品種有：直齒傳動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)、蝸桿傳動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)；電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的主要品種有：蝸桿傳動(dòng)系列、直齒齒輪傳動(dòng)系列、齒輪蝸桿傳動(dòng)組合系列、直接驅(qū)動(dòng)系列、鏈傳動(dòng)系列。
美國(guó)除上述兩家公司外，比較重要的生產(chǎn)廠家還有布勞斯公司、賽林公司、斯塔斯派克公司、阿姆降公司、英格索·藝德公司等。
（二）日本
日本從明治30年開始制造和使用卷?yè)P(yáng)機(jī)。據(jù)日本荷役機(jī)械研究所核計(jì)，1970~1975年間卷?yè)P(yáng)機(jī)的產(chǎn)量增加62.5％。據(jù)日本通產(chǎn)省機(jī)械核計(jì)月報(bào)載，僅1977年單純土建卷?yè)P(yáng)機(jī)的產(chǎn)量就達(dá)12萬臺(tái)，產(chǎn)值約100億日元。
日本卷?yè)P(yáng)機(jī)行業(yè)由機(jī)械技術(shù)部會(huì)、荷役機(jī)械技術(shù)委員會(huì)領(lǐng)導(dǎo)。主要生產(chǎn)廠家有北川鐵工所、遠(yuǎn)藤鋼機(jī)、南星、越野總業(yè)、藝浦、松崗產(chǎn)業(yè)等80多個(gè)廠家。
北川鐵工所是一家大型生產(chǎn)廠。其生產(chǎn)的卷?yè)P(yáng)機(jī)品種系列比較齊全，主要有：
1．動(dòng)力卷?yè)P(yáng)機(jī) 分BF、MF、DF三種型式。功率為3.7—44kw，鋼絲繩拉力從5880—44l 00N。有18個(gè)規(guī)格。F型是V型帶傳動(dòng)，MF型是單筒開式齒輪傳動(dòng)，DF型是雙筒開式齒輪傳動(dòng)。其結(jié)構(gòu)持點(diǎn)是全部為標(biāo)準(zhǔn)型，采用改進(jìn)了的螺旋頂絲式離合器操縱，因而操作簡(jiǎn)便，易調(diào)整；鼓形離合器采用單錐體式，摩擦材料采用帶型樹脂。
2．電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī) 該廠生產(chǎn)的電動(dòng)卷?yè)P(yáng)帆為KW型，功率3.7—11kw，拉力6000—142100N，四種規(guī)格。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：全封閉內(nèi)齒輪傳動(dòng)；電動(dòng)機(jī)在一端，減速器、制動(dòng)器和操作部分在另一端，中間是卷筒，一字型布置，按鈕操作，可遠(yuǎn)距離遙控；最大特點(diǎn)是卷簡(jiǎn)可纏繞8—9層．容繩量大，適于高層卷?yè)P(yáng)使用。
遠(yuǎn)滕鋼機(jī)公司有60多年歷史，它是日本唯一生產(chǎn)特殊電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的公司。ENDO型卷?yè)P(yáng)機(jī)采用起重電動(dòng)機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)可兩檔變速，排繩器裝在上部，是單螺旋軸雙導(dǎo)向桿式結(jié)構(gòu)，機(jī)座全部是焊接結(jié)構(gòu)，所有機(jī)械與電器部分都裝在機(jī)座里。
(三)法國(guó)
法國(guó)生產(chǎn)卷?yè)P(yáng)機(jī)的廠家很多，其中包藤(POTAIN)公司就是生產(chǎn)卷?yè)P(yáng)機(jī)的主要廣家之一，主要生產(chǎn)KUSW系列、LMD系列、PC系列和RCS系列卷?yè)P(yáng)機(jī)。
KUSW型卷?yè)P(yáng)機(jī)輕巧緊湊，效率高，安全可靠，可遙控操作。這種卷?yè)P(yáng)機(jī)能夠比較理想地與各種機(jī)械配套。
LMD型卷?yè)P(yáng)機(jī)可兩檔變速，采用液壓控制。液壓系統(tǒng)可同時(shí)控制兩個(gè)機(jī)械制動(dòng)器。LMD型卷?yè)P(yáng)機(jī)綜合了電氣技術(shù)(包括電子技術(shù)系統(tǒng))和液壓技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，性能比較好。
PC型卷?yè)P(yáng)機(jī)是三速電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，遠(yuǎn)距離遙控操作，空載高速下降，提高了生產(chǎn)率。電控齒輪換檔(采用延時(shí)繼電器)．起吊位置精確，運(yùn)動(dòng)緩和，傳動(dòng)件在油池里工作，停車緩慢，避免磨損電磁剎車。
RCS型卷?yè)P(yáng)機(jī)可五檔變速，三個(gè)低速檔和兩個(gè)高速檔。由兩個(gè)獨(dú)立的裝有電磁剎車系統(tǒng)的提升電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)直齒減速器，用錐齒輪帶動(dòng)卷筒。