液壓起錨絞車的設(shè)計

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1液壓起錨絞車的設(shè)計摘 要： 本設(shè)計針對船用液壓起錨絞車控制閥進行改進設(shè)計，采用定量泵—雙向液壓馬達回路，手動閥換向，雙溢流閥安全保護，油路結(jié)構(gòu)簡單、可靠?？赏茝V至其他內(nèi)河船上起錨和系泊作業(yè)設(shè)備中。通過對定量泵—雙向液壓馬達回路基本原理的研究及公式的推導(dǎo)，驗證了定量泵 —雙向液壓馬達回路的連接方式的優(yōu)點，確定了研究方向，進而通過對《液壓與氣壓傳動》 、 《機械設(shè)計》 、 《機械原理》 、 《現(xiàn)代機械設(shè)計方法》等有關(guān)基礎(chǔ)書籍的學(xué)習(xí)與研究，經(jīng)過大量的研究與計算，設(shè)計出了該組合控制閥的基本外形及尺寸，最終通過相關(guān)技術(shù)書籍和指導(dǎo)老師的耐心指導(dǎo)，確定了該設(shè)計的形狀、尺寸及加工工藝。并通過 CAD 軟件進行工程圖繪制與修改。關(guān)鍵詞：液壓起錨絞車；定量泵—雙向液壓馬達回路；手動閥換向回路；雙溢流閥安全保護回路；組合控制閥；設(shè)計；CAD。 The design of the hydraulic anchorAuthor: Zhang MitaoTutor: Chen Wenkai(Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract: This design for Marine hydraulic control valves to improve the anchor design, by using the quantitative pump-two-way hydraulic motor loop, manual directional control valve, double relief valve safety protection, simple structure, reliable oil. Can be generalized to other inland ship sailed and and mooring homework equipment. Through to the quantitative pump-two-way hydraulic motor loop of the research and the basic principle of the formula deduction, verify the quantitative pump-two-way hydraulic motor loop connection of advantage, determine the research direction, and then by the hydraulic and pneumatic transmission “, “the mechanical design“, “the mechanical theory“, “modern machine design method“ and other relevant basic books the study and research, after a great deal of research and computation, design the combination of the basic shape and size control valve, and finally through the related technical books and guide teacher patience guidance, to determine the design of the shape, size and processing technology. And through the CAD software engineering chart drawing and modification.Keywords: Hydraulic capstan winch; Quantitative pump hydraulic motor circuit; Manual valve 2circuit; Double overflow valve safety protection circuit; Combined control valve; Design; CAD.1 引言近年來由于近岸工程的迅速發(fā)展，為了滿足河內(nèi)開發(fā)和近岸工程的發(fā)展的需要，在一般的小噸位內(nèi)河船上，開始采用液壓或者電動的起錨絞車來進行起錨、拋錨和泊系作業(yè)，來提高作業(yè)效率和降低船舶操作人員的勞動強度。內(nèi)河船用起錨絞車具有起錨和泊系作業(yè)能力，一機兩用，節(jié)省設(shè)備，增大船舶的使用空間。由于以往在小噸位的船舶上配置的大多是手動的起錨絞車，他們面臨著被更新?lián)Q代的趨勢，因此液壓起錨絞車在內(nèi)河船上具有較大的市場潛力。本文就筆者所研發(fā)的內(nèi)河船用起錨絞車進行簡單的介紹。2 緒論2.1 液壓傳動系統(tǒng)概論2.1.1 傳動類型及液壓傳動的定義一部完備的機器都是由原動機、傳動裝置和工作機組成。原動機（電動機或內(nèi)燃機）是機器的動力源；工作機是機器直接對外做功的部分；而傳動裝置則是設(shè)置在原動機和工作機之間的部分，用于實現(xiàn)動力（或能量）的傳遞、轉(zhuǎn)換與控制，以滿足工作機對力（或力矩） 、工作速度及位置的要求。按照傳動件（或轉(zhuǎn)速）的不同，有機械傳動、電器傳動、流體傳動（液體傳動和氣體傳動）及復(fù)合傳動等的要求。液體傳動又包括液力傳動和液壓傳動是以動能進行工作的液體傳動。液壓傳動則是以受壓液體作為工作介質(zhì)進行動力（或能量）的轉(zhuǎn)換、傳遞、控制與分配的液體傳動。由于其獨特的技術(shù)優(yōu)勢，以成為現(xiàn)代機械設(shè)備與裝置實現(xiàn)傳動及控制的重要技術(shù)手段之一 [2]。2.1.2 液壓系統(tǒng)的組成部分液壓傳動與控制的機械設(shè)備或裝置中，其液壓系統(tǒng)大部分使用具有連續(xù)流動性的液壓油等工作介質(zhì)，通過液壓泵將驅(qū)動泵的原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，經(jīng)過壓力、流量、方向等各種控制閥，送至執(zhí)行機器（液壓缸、液壓馬達或擺動液壓馬達）中，轉(zhuǎn)換為機械能去驅(qū)動負載。這樣的液壓系統(tǒng)一般都是由動力源、執(zhí)行器、控制閥、液壓附件幾液壓工作介質(zhì)的幾部分所組成。一般而言，能夠?qū)崿F(xiàn)某種特定功能的液壓元件的組合，稱為液壓回路。為了實現(xiàn)對某一機器或裝置的工作要求，將若干特定的基本回路連接或復(fù)合而成的總體稱為液3壓系統(tǒng)。2.1.3 液壓技術(shù)的特點與其它傳動控制方式相比較，液壓傳動與控制技術(shù)的特點如下。（1）優(yōu)點：單位功率的重量輕、布局靈活方便、調(diào)速范圍大、工作平穩(wěn)、快速性好、易于操縱控制并實現(xiàn)過載保護、易于自動化和機電一體化、易于操縱控制并實現(xiàn)過載保護、液壓系統(tǒng)設(shè)計、制造和使用維護方便。（2）缺點：不能保證定比傳動、傳動效率低、工作穩(wěn)定性易受溫度影響、造價較高、故障診斷困難。2.1.4 液壓系統(tǒng)的類型液壓系統(tǒng)可以按多種方式進行分類，見表 1。表 1 液壓系統(tǒng)的分類Table1 The kinds of hydualic system2.2 絞車的簡介在起重機械中，用以提升或下降貨物的機構(gòu)稱為起升機構(gòu)，一般采用卷揚式，而這樣的機器叫做卷揚機又叫絞車。卷揚機的卷揚機構(gòu)一般由驅(qū)動裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)、取物裝置和安全保護裝置等組成。驅(qū)動裝置包括電動機、聯(lián)軸器、制動器、減速器、卷筒等部件。鋼絲繩卷繞系統(tǒng)包括鋼絲繩、卷筒、定滑輪和動滑輪。取物裝置有吊鉤、吊環(huán)、抓斗、電磁吸盤、吊具掛梁等多種形式。安全保護裝置有超負載限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保護開關(guān)等，根據(jù)實際需要配用。卷揚機的驅(qū)動方式有三種，分別為內(nèi)燃機驅(qū)動、電動機驅(qū)動和液壓驅(qū)動。內(nèi)燃機驅(qū)動的起升機構(gòu)，其動力由內(nèi)燃機經(jīng)機械傳動裝置集中傳給包括起升機構(gòu)在內(nèi)的各個工作機構(gòu)，這種驅(qū)動方式的優(yōu)點是具有自身獨立的能源，機動靈活，適用4于流動作業(yè)。為保證各機構(gòu)的獨立運動，整機的傳動系統(tǒng)復(fù)雜笨重。由于內(nèi)燃機不能逆轉(zhuǎn)，不能帶載起動，需依靠傳動環(huán)節(jié)的離合實現(xiàn)起動和換向，這種驅(qū)動方式調(diào)速困難，操縱麻煩，屬于淘汰類型。目前只有少數(shù)地方應(yīng)用。電動機驅(qū)動是卷揚機的主要驅(qū)動方式。直流電動機的機械特性適合起升機構(gòu)的工作要求，調(diào)速性能好，但獲得直流電源較為困難。在大型的卷揚機中，常采用內(nèi)燃機和直流發(fā)電機實現(xiàn)直流傳動。交流電動機驅(qū)動能直接從電網(wǎng)取得電能，操縱簡單，維護容易，機組重量輕，工作可靠，在電動卷揚機中應(yīng)用廣泛。液壓驅(qū)動的卷揚機，由原動機帶動液壓泵，將工作油液輸入執(zhí)行構(gòu)件（液壓缸或液壓馬達）使機構(gòu)動作，通過控制輸入執(zhí)行構(gòu)件的液體流量實現(xiàn)調(diào)速。液壓驅(qū)動的優(yōu)點是傳動比大，可以實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速，結(jié)構(gòu)緊湊，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，操作方便，過載保護性能好。缺點是液壓傳動元件的制造精度要求高，液體容易泄漏。目前液壓驅(qū)動在建筑卷揚機中獲得日益廣泛的應(yīng)用 [1]。2.3 擬定絞車液壓系統(tǒng)圖系統(tǒng)的工作原理及其特點簡要說明如下：（見圖 1）液壓馬達 9 的排量切換由二位四通電磁換向閥 5 實現(xiàn)，控制壓力由液壓馬達 9 自身提供，為了防止下放時因超越負載作用而失速，在馬達回油路上設(shè)置了外控式平衡閥 4。另外，為了提高系統(tǒng)工作可靠性，以防污染和過熱造成的故障，在回油路上設(shè)置了回油過濾器 7 及冷卻器 8。三位四通電磁換向閥 9 的中位機能為 K 型，所以，絞車停止待命時，液壓泵可以中位低壓卸荷，有利于節(jié)能。表 2 絞車液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序Table2 The sequence of actions of solenoid of winch-hydraulic system電磁鐵工 況1YA 2YA 3YA滿載卷揚上升 - + -空包下放 + - -停止 - - +由表 1.2 可知：當(dāng)電磁鐵 2YA 通電時，三位四通電磁換向閥 5 切換至右位，液壓油經(jīng)過單向閥進入液壓馬達 2，驅(qū)動滾筒卷揚方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電磁鐵 1YA 通電時，負載由平衡閥支撐的同時快速下放，當(dāng)需要制動時，電磁鐵 3YA 通電，制動器制動 。5圖 1 液壓系統(tǒng)原理圖Fig 1 The figure of hydraulic principles1——多片式摩擦離合器；2——液壓馬達；3、6——溢流閥；4——外控式平衡閥；5——三位四通電磁換向閥；7——回油過濾器；8——冷卻器；9——液壓馬達；10——油箱3 卷揚機構(gòu)的方案設(shè)計卷揚機方案設(shè)計的主要依據(jù)：機構(gòu)的驅(qū)動方式；安裝位置的限制條件和機型種類與參數(shù)匹配等。3.1 常見卷揚機構(gòu)結(jié)構(gòu)方案及分析3.1.1 非液壓式卷揚機構(gòu)方案比較根據(jù)卷揚機構(gòu)原動機和卷筒組安裝相對位置不同，卷揚機構(gòu)結(jié)構(gòu)布置方案的基本型有并軸式和同軸式兩種。而這兩種基本型中又有單卷筒和雙卷筒之分。下面介紹幾種常見的卷揚機構(gòu)結(jié)構(gòu)方案。6圖 2 并軸式結(jié)構(gòu)布置Fig 2 Parallel to the structural arrangement圖 2 所示為并軸式單卷筒卷揚機構(gòu)，他們的卷筒軸與原動機軸線并列平行布置，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。為了提高取物裝置在空載或輕載時的下降速度，有的卷揚機構(gòu)設(shè)置了重力下降裝置（圖 2b） 。在卷筒上裝有帶式制動器和內(nèi)漲式摩擦離合器。當(dāng)離合器分離時，驅(qū)動卷筒的動力源被切斷，卷筒處于浮動狀態(tài)，這時可利用裝在卷筒上的帶式制動器控制取物裝置以重力快速下降。卷揚機構(gòu)方案設(shè)計中一個重要問題是卷筒軸與減速器輸出軸的連接方式。圖2（a） 、 （b）所示方案，它們是把卷筒安裝在減速器輸出軸的延長部分上，從力學(xué)觀點看，屬于三支點的超靜定軸，減小了軸承受的彎矩。但是，這種結(jié)構(gòu)對安裝精度要求很高，而且使的卷筒組和減速器的裝配很不方便，減速器也不能獨立進行裝配和試運轉(zhuǎn)，更換軸承也較困難。然而，它的外形尺寸小，結(jié)構(gòu)簡單，適用于中小型建筑機械的卷揚機構(gòu)。圖 2（c） 、 （d ）所示方案，卷筒組與減速器輸出端均采用了補償式連接。圖2（c）減速器的輸出軸利用齒輪連軸節(jié)與卷筒連接，且直接把動力傳遞給卷筒。圖2（d）是采用十字滑塊聯(lián)軸節(jié)將卷筒和減速器輸出軸連成一體，卷筒軸的右端伸入到減速器輸出軸上的聯(lián)軸節(jié)半體中心孔內(nèi)，構(gòu)成了軸的一個支點，輸出軸和卷筒軸均為筒支結(jié)構(gòu)，構(gòu)造緊湊，制造、安裝均有良好的分組性。7并軸布置雙卷筒卷揚機構(gòu)（圖 3） ，由一臺液壓馬達通過二級齒輪減速器分別驅(qū)動裝在兩根平行軸上的主、副卷筒。在這兩個卷筒上分別裝有離合器和制動器。通過液壓操縱系統(tǒng)的控制可使主、副卷筒獨立動作，并能實現(xiàn)重力下降。雙卷筒集中驅(qū)動，可減少一套液壓馬達及傳動裝置。圖 3 并軸布置雙卷筒卷揚機構(gòu)圖 3 并軸布置雙卷筒卷揚機構(gòu)Fig 3 The structure of parallel layouting double rolls3.1.2 卷筒軸與減速器輸出軸連接方式設(shè)計的基本原則綜上所述，卷筒軸與減速器輸出軸連接方式設(shè)計的基本原則是：（1）盡量避免采用多支點的超靜定軸。因為多支承點受力復(fù)雜且軸安裝精度不易保證。（2）優(yōu)先采用減速器輸出端直接驅(qū)動卷筒的連接方式，使卷筒軸不傳遞扭距，盡可能避免卷筒軸收彎曲和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合作用，以減少軸的直徑。（3） 使機構(gòu)有良好的總成分組行，以利制造、安裝、調(diào)試和維修。（4） 結(jié)構(gòu)緊湊、構(gòu)造簡單，工作安全可靠。（5） 卷筒組與減速器輸出軸優(yōu)先采用補償式連接，這樣，在安裝時允許總成間有小量的軸向、徑向和角度位移，以補償安裝位置誤差和機件的變形。3.1.3 液壓卷揚機構(gòu)的分類近年來普遍采用了行星齒輪傳動的多速卷揚機構(gòu)，利用控制多泵合流和液壓馬達的串并聯(lián)或采用變量液壓馬達實現(xiàn)卷揚機構(gòu)的多種工作速度，從而實現(xiàn)輕載高速、重8載低速，提高工作效率，以滿足各種使用要求。液壓傳動的起升機構(gòu)可分為下列幾種形式：由于選用的液壓馬達的形式不同，液壓起升機構(gòu)可分為高速液壓馬達傳動和低速大扭矩馬達傳動兩種形式。高速液壓馬達傳動需要通過減速器帶動起升卷筒。減速器可采用批量生產(chǎn)的標(biāo)準減速器，通常有圓柱齒輪式，蝸輪蝸桿式和行星齒輪式減速器。這種傳動形式的特點是液壓馬達本身重量輕、體積小，容積效率高，生產(chǎn)成本較低。但整個液壓起升機構(gòu)重量較重，體積較大。低速大扭矩馬達傳動可直接或通過一級開式圓柱齒輪帶動起升卷筒。雖然低速馬達本身體積和重量較大，但不用減速器，使整個液壓起升機構(gòu)重量減輕，體積減小。并使傳動簡單、零件少，起動性能和制動性能好，對液壓油的污染敏感性小。殼轉(zhuǎn)的內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大扭矩馬達，可以裝在卷筒內(nèi)部，由馬達殼體直接帶動卷筒轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于布置。3.1.4 液壓式行星齒輪傳動卷揚機構(gòu)布置方案液壓多速卷揚機構(gòu)有多種布置方案，如：（1）液壓馬達、制動器和行星減速器分別布置在卷筒的兩側(cè)，即對稱布置（圖 4） 。圖 4 液壓卷揚機構(gòu)布置方案(一)Fig 4 Program one（2）液壓馬達和制動器分別布置在器裝在卷筒內(nèi)部（圖 5） 。9圖 5 液壓卷揚機構(gòu)布置方案(二)Fig 5 Program two（3）液壓馬達、制動器布置在卷筒同一側(cè)，行星減速器裝在卷筒內(nèi)（圖 6） 。圖 6 液壓卷揚機構(gòu)布置方案(三)Fig 6 Program three（4）液壓馬達、制動器和行星減速器均裝入卷筒內(nèi)部（圖 7） 。 10圖 7 液壓卷揚機構(gòu)布置方案(四)Fig 7 Program four二三方案屬于同一類型，由于行星減速器裝在卷筒內(nèi)，所以體積小，結(jié)構(gòu)較緊湊，但由于卷筒內(nèi)的空間位置受到限制，要求安裝精度高，零件加工工藝復(fù)雜，軸承的選擇較困難，維修不方便。它們的不同處是制動器的安裝位置，方案二顯得對稱性好。方案四顯然較方案二、方案三的外形尺寸更小，結(jié)構(gòu)更加緊湊。但是它除了有二、三方案中的問題外，還存在制動器和液壓馬達的散熱性極差，檢修調(diào)試也很不方便。二、三、四方案均屬同軸式布置，即使液壓馬達和卷筒軸在同一中心線上，總成組裝時要保證規(guī)定的同心度。（5）液壓馬達、制動器和行星減速器都布置在卷筒的同一側(cè)（圖 8） 。這種布置形式，機構(gòu)的軸向尺寸較大，維修不太方便，同時也會給總體布置帶來一定困難。但它易于加工和裝配，總成分組性較好 [3]、[4] 。11圖 8 液壓卷揚機構(gòu)布置方案(五)Fig 8 Program five3.2 本設(shè)計所采用的方案本設(shè)計給出的馬達的排量為 5.4ml/r，工作壓力為 22MP，考慮內(nèi)河作業(yè)，經(jīng)濟成本為選擇方案的主要依據(jù)因素，自然選擇高速低轉(zhuǎn)矩的液壓馬達。如圖所示，液壓馬達輸出動力鏈通過減速器、聯(lián)軸器傳給小齒輪軸，小齒輪軸再通過齒輪減速機構(gòu)傳給絞攬筒。制動裝置是通過剎車手柄和踏板張緊制動帶使絞攬筒停止運動。此方案雖然體積較上面所介紹的方案在體積上稍大，但是此方案可實現(xiàn)在絞車的動力輸入軸（小齒輪軸）的一端接入動力，另一端留有手動輸入接口，以便在必要時裝上備用的手輪進行作業(yè)操作，并且齒輪減速機構(gòu)可以大大節(jié)約勞動力。小齒輪軸上的離合器可用來接通和斷開來自液壓馬達大的動力，棘輪棘爪機構(gòu)是用來當(dāng)手動操作起錨時防止因錨的自重而回轉(zhuǎn) [19]、[20] 。3.3 卷揚機構(gòu)方案設(shè)計注意事宜卷揚機構(gòu)的方案的設(shè)計除認真考慮以上問題外，還要酌情處理好以下事宜。（1）分配機構(gòu)總傳動比時，極差不宜過大，一般可采取從原動機至轉(zhuǎn)筒逐級降低傳動比的分配方法。（2）卷筒直徑盡量選取最小許用值，因為隨著卷筒直徑的增加，扭矩和傳動比也隨之增加，引起整個機構(gòu)的尺寸膨脹。但在起升高度大的情況下，為了不使卷筒長度過大，有時采用加大直徑的辦法來增加卷筒的容繩量。12（3）對于具有多種替換工作裝置的機械，卷筒的構(gòu)造能提供快速換裝的措施，如制成剖分組合式卷筒等。（4）滑輪組的倍率對機構(gòu)的影響較大。因此，滑輪組的倍率不宜取得過大。一般當(dāng)起升載荷 時，滑輪組的倍率取 2， 時，倍率取 載荷量更kNPQ50?kNPQ50?6~3大時，倍率可取 8 以上。（5）卷揚機構(gòu)的制動器是確保工作安全可靠地關(guān)鍵部件。支持制動器一般應(yīng)裝在扭矩最下的驅(qū)動軸上，這樣可減少制動器的尺寸。但是若采用制動力矩大、體積小、結(jié)構(gòu)簡單的鉗盤式制動器時，可將其裝在卷筒的側(cè)板上，以提高卷揚機構(gòu)的可靠性。對于起吊危險物品的卷揚機構(gòu)應(yīng)設(shè)置兩套制動裝置 [5]、[6] 。4 卷揚機構(gòu)的組成及工作工作過程分析4.1 卷揚機構(gòu)的組成根據(jù)選用的低速方案分析卷揚機由液壓馬達、長閉多片盤式制動器、離合器、卷筒、支承軸、平衡閥和機架等部件組成。4.2 卷揚機構(gòu)工作過程分析4.2.1 卷揚機構(gòu)的工作周期卷揚機構(gòu)是周期性作業(yè)。一個工作周期為：啟動加速（0→a） 、穩(wěn)定運動（a→b）和制動減速（ b→ c）三個過程（圖 10） 。載荷由靜止?fàn)顟B(tài)被加速到穩(wěn)定工作速度（穩(wěn)定運動）時，所經(jīng)歷的時間稱為啟動時間，從 a 到 b 經(jīng)歷的時間稱為工作時間，從 b 點的穩(wěn)定運動減速到靜止?fàn)顟B(tài)時所經(jīng)歷的時間成為制動時間。起動和制動時間直接影響卷揚機的工作過程，設(shè)計時可通過計算選取較為適合的時間。圖 9 卷揚機構(gòu)工作過程曲線Fig 9 The working process-curve of hoist134.2.2 載荷升降過程的動力分析卷揚機構(gòu)帶載作變速運動（起動或制動）時，作用在機構(gòu)上的載荷除靜力外，還有作加速運動（或減速運動）質(zhì)量產(chǎn)生的動載荷。(1)起升起動過程卷揚機構(gòu)帶載提升時，載荷從靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運動速度 v 的瞬時過程稱為起升起動過程。此時，懸掛載荷的鋼絲繩拉力（圖 10a）為：QgSP??式中 ——起升載荷；QP——由加速運動質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力。g在起升起動時，慣性力方向與起升載荷方向相同，使鋼絲繩拉力增加。(2)起升制動過程卷揚機構(gòu)由勻速運動制動減速到靜止的過程稱為起升制動過程。此時，懸掛重物的鋼絲繩拉力 （圖 10b） 。由于減速運動質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力 的方向與起升QgSP?? gP載荷 的方向相反，故使鋼絲繩拉力減小。Q(3)下降啟動過程將載荷從靜止?fàn)顟B(tài)加速下降到勻速的過程稱為下降起動過程（圖 10c） 。此時，慣性為 的方向與載荷 的方向相反，使鋼絲繩拉力減小，即gPQPQgSP??(4)下降制動過程卷揚機驅(qū)動懸吊載荷以勻速下降時，將制動器上閘，使載荷由勻速下降減速到靜止?fàn)顟B(tài)的過程稱為下降制動過程（圖 10d） 。此時因慣性力 的方向與起升載荷 的gQ方向一致，故使鋼絲繩拉力增加，即 。QgSP??14圖 10 重物升降過程的動力分析Fig 10 Dynamic Analysis of the process of weight lifting（a）起升起動；（b）起升制動；（c）下降起動；（d）下降制動綜上分析可得如下結(jié)論：起升起動和下降制動是卷揚機構(gòu)最不利的兩個工作過程，起升起動時原動機要克服的阻力距是靜阻力矩與最大慣性阻力距之和。因此，原動機的起動力矩 必須滿足qMmaxqjgM??下降制動是制動器最不利的工作過程，所以，卷揚機構(gòu)支持制動器的制動力矩應(yīng)滿足下面條件：ZmaxZjg??才能將運動的物品在規(guī)定的時間內(nèi)平穩(wěn)的停住。式中 ——卷揚機構(gòu)驅(qū)動載荷勻速運動時的靜阻力矩；jM——卷揚機構(gòu)起、制動時的最大慣性阻力矩。maxg顯然，上述兩種工作過程是決定卷揚機原動機和制動器性能以及對機構(gòu)的零部件進行強度計算的依據(jù) [7]、[8] 。155 卷揚機卷筒的設(shè)計和鋼絲繩的選用5.1 卷揚機卷筒的設(shè)計5.1.1 卷揚機卷筒組的分類和特點卷筒是起升機構(gòu)中卷繞鋼絲繩的部件。常用卷筒組類型有齒輪連接盤式、周邊大齒輪式、短軸式和內(nèi)裝行星齒輪式。齒輪連接盤式卷筒組為封閉式傳動，分組性好，卷筒軸不承受扭矩，是目前橋式起重機卷筒組的典型結(jié)構(gòu)。缺點是檢修時需沿軸向外移卷筒。周邊大齒輪式卷筒組多用于傳動速比大、轉(zhuǎn)速低的場合，一般為開式傳動，卷筒軸只承受彎矩。短軸式卷筒組采用分開的短軸代替整根卷筒長軸。減速器側(cè)短軸采用鍵與過盈配合與卷筒法蘭盤剛性連接，減速器通過鋼球或圓柱銷與底架鉸接；支座側(cè)采用定軸式或轉(zhuǎn)軸式短軸，其優(yōu)點是構(gòu)造簡單，調(diào)整安裝比較方便。內(nèi)裝行星齒輪式卷筒組輸入軸與卷筒同軸線布置，行星減速器置于卷筒內(nèi)腔，結(jié)構(gòu)緊湊，重量較輕，但制造與裝配精度要求較高，維修不便，常用于結(jié)構(gòu)要求緊湊、工作級別為 M5 以下的機構(gòu)中。根據(jù)鋼絲繩在卷筒上卷繞的層數(shù)分單層繞卷筒和多層繞卷筒。由于本設(shè)計的卷繞層數(shù)為三層，因此采用多層卷筒。根據(jù)鋼絲繩卷入卷筒的情況分單聯(lián)卷筒（一根鋼絲繩分支繞入卷筒）和雙卷筒（兩根鋼絲繩分支同時繞入卷筒） 。單聯(lián)卷筒可以單層繞或多層繞，雙聯(lián)卷筒一般為單層繞。起升高度大時，為了減小雙聯(lián)卷筒長度，有將兩個多層繞卷筒同軸布置，或平行布置外加同步裝置的實例。多層卷筒可以減小卷筒長度，使機構(gòu)緊湊，但鋼絲繩磨損加快，工作級別 M5 以上的機構(gòu)不宜使用 [17]。5.1.2 卷筒設(shè)計計算根據(jù)卷揚機工作狀況和起升載荷確定卷揚機起升機構(gòu)的工作級別，根據(jù)表查得汽車、輪胎、履帶、鐵路起重機，安裝及裝卸用吊鉤式，利用等級 T5，載荷情況 L2，工作級別 M5。(1)卷筒名義直徑 D (1)(1)ed??式中 ——卷筒直徑比，由表選取;e——卷筒名義直徑（卷筒槽底直徑） （mm）;——鋼絲繩直徑(mm);d16——根據(jù)卷揚機工作級別 M5 選用 =25，根據(jù)已知得 =20mm,把數(shù)值代入式中e ed得 =（25-1）×20=480mmD根據(jù)所得的數(shù)據(jù)選卷筒名義直徑 =500mm。卷筒最小直徑的計算：Dmin=hd (2)式中 Dmin——按鋼絲繩中心計算的滑輪的最小直徑 mm;d——鋼絲繩直徑 mm;h——系數(shù)值；根據(jù)機構(gòu)工作級別為 FDmin=18×20=360mmD＞Dmin所以卷筒直徑符合條件。(2)卷筒長度 L 確定由于采用多層卷繞卷筒 L，由下式 (3)1.()lpnDd????.~2?式中 ——多層卷繞鋼繩總長度（ mm） ；l根據(jù)已知卷筒容繩量為 100m，所以 =100m，把數(shù)據(jù)代入式中得lmm490)7250(31.3?????L取多層卷繞卷筒長度 =1000mm。（3）繩槽的選擇單層卷繞卷筒表面通常切出導(dǎo)向螺旋槽，繩槽分為標(biāo)準槽和深槽兩種形式，一般情況都采用標(biāo)準槽。當(dāng)鋼絲繩有脫槽危險時（例如起升機構(gòu)卷筒，鋼絲繩向上引出的卷筒）以及高速機構(gòu)中，采用深槽。多層卷繞卷筒表面以往都推薦做成光面，為了減小鋼絲繩磨損。但實踐證明，帶螺旋槽的卷筒多層卷繞時，由于繩槽保證第一層鋼絲繩排列整齊，有利于以后各層鋼絲繩的整齊卷繞。光面卷筒極易使鋼絲繩多層卷繞時雜亂無序，由此導(dǎo)致的鋼絲繩磨損遠大于有繩槽的卷筒。17帶繩槽單層繞雙聯(lián)卷筒，可以不設(shè)擋邊，因為鋼絲繩的兩頭固定在卷筒的兩端。多層繞卷筒兩端應(yīng)設(shè)擋邊，以防止鋼絲繩脫出筒外，檔邊高度應(yīng)比最外層鋼絲繩高出。(1~.5)d1）繩槽半徑 根據(jù)下式R(4) (0.53~.6)Rd?取 R=0.5d 把數(shù)值代入得：mm12.?繩槽節(jié)距為： mm24)~(??dP繩槽深度為： ，取 mmh.05. 735.0?dh2）繩槽表面精度：2 級—— 值 12.5。aR3）卷筒壁厚 ?初步選定卷筒材料為鑄鐵卷筒，根據(jù)鑄鐵卷筒的計算式子：(5) )10~6(02.??D?把數(shù)值代入式中得： mm1802.??故選用 mm18??4）鋼絲繩允許偏角鋼絲繩繞進或繞出卷筒時，鋼絲繩偏離螺旋槽兩側(cè)的角度不大于 3.5°；對于光面卷筒和多層繞卷筒，鋼絲繩與垂直于卷筒軸的平面的偏角推薦不大于 2o，以避免亂繩；布置卷繞系統(tǒng)時，鋼絲繩繞進或繞出滑輪槽的最大偏角推薦不大于 5°，以避免槽口損壞和鋼繩脫槽。（4）卷筒強度計算卷筒在鋼絲繩拉力作用下，產(chǎn)生壓縮，彎曲和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，其中壓縮應(yīng)力最大，當(dāng) 時，彎曲和扭轉(zhuǎn)的合成應(yīng)力不超過壓縮應(yīng)力的 ，只計算壓應(yīng)力即DL3? %15~0可。當(dāng) 時，要考慮彎曲應(yīng)力。對尺寸較大，壁厚較薄的卷筒還需對筒壁進行抗?壓穩(wěn)定性驗算。由于所設(shè)計的卷筒直徑 mm， mm， 。所以只計算壓應(yīng)力即50?D490?LDL3?可。卷筒筒壁的最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在筒壁的內(nèi)表面壓應(yīng)力 ，按下式計算：c?(6)][max21cpSA????式中 ——卷筒壁壓應(yīng)力（MPa） ；c?18——鋼絲繩最大靜拉力（ N） ；maxS——應(yīng)力減小系數(shù)，在繩圈拉力作用下，筒壁產(chǎn)生徑向彈性變形，使繩圈緊1A度降低，鋼絲繩拉力減小，一般取 ;75.01?A——多層卷繞系數(shù)。多層卷繞時，卷筒外層繩圈的箍緊力壓縮下層鋼絲繩，2使各層繩圈的緊度降低，鋼絲繩拉力減小，筒壁壓應(yīng)力不與卷繞層數(shù)成正比。 按表2A取值；——許用壓力。對鑄鐵 ， 為鑄鐵抗壓強度極限，對鋼][c?5][bc??b。2s?取 ， 按表取 ，根據(jù)已知卷筒底層拉力 15000N，即75.01A8.12?AN，把各數(shù)代入式中：4max?S MPc 8.462105.7.0???根據(jù)計算的結(jié)果查得卷筒的材料為球墨鑄鐵 QT800-2，其抗壓強度極限 ，MPb80][??， ，因此材料合格 [16]。MPb1605??58.46bcP??5.2 鋼絲繩的選擇鋼絲繩的選擇包括鋼絲繩結(jié)構(gòu)型號的選擇和鋼絲直徑的選擇。繞徑滑輪和卷筒的機構(gòu)工作鋼絲繩應(yīng)優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩。在腐蝕性環(huán)境中應(yīng)采用鍍鋅鋼絲繩。鋼絲繩的性能和強度應(yīng)滿足機構(gòu)安全和正常工作的要求。鋼絲繩的直徑為已知 mm。20?d6 棘輪棘爪的設(shè)計棘輪逆止器用來作為機械防止逆轉(zhuǎn)的制動裝置或供間歇傳動用，在低速、手動操作的卷揚機上使用。棘輪的齒形已經(jīng)標(biāo)準化。齒距 t 根據(jù)齒頂圓來決定 [5]。6.1 棘輪齒強度的計算棘輪棘爪材料用 45 號鋼。棘輪模數(shù)按齒受的彎曲強度來進行計算：(7)375.1bpmzT???式中 ——棘輪模數(shù)， mm；應(yīng)取 6、8、10 、14、16、18、20……?tm?t ——齒距；T ——棘輪所受的轉(zhuǎn)矩，N?mm，此處為 ；N??6103.Z ——棘輪的齒數(shù)，據(jù)表選 12；19——尺寬系數(shù)，查表選 1.0；mb??——棘輪齒材料的許多彎曲應(yīng)力，MPa，據(jù)表知為 120MPa。p?代入數(shù)據(jù)得出： 37.10棘輪模數(shù)按擠壓進行驗算：(8)pmPzT?2?式中 ——許用單位線壓力，N/mm，查表為 400N/mm。P代入式中得： 18.m所以選棘輪模數(shù) m=14，得出 ，棘輪寬 b=14mm。96.43??t6.2 棘爪的強度計算棘爪的回轉(zhuǎn)中心，選在圓周力 P 的作用線方向，棘爪長度取等于 2t。棘爪制成直線頭，計算公式：(9)bpWwFM?????式中 ——彎矩， N?mm;PeMW?——棘爪危險斷面的截面系數(shù)， ；621?b 3m——棘爪寬度，mm 一般比棘輪齒寬 2-3mm，取為 16mm；——棘爪危險斷面的厚度， mm；——棘爪危險斷面的面積， ；?1bF?2——棘爪材料的許用彎曲應(yīng)力，MPa，取 120MPa。p? mNezmTDPeMW ????71.892514203.26取 15mm 時，代入[9]得： ? MPabpW.??所以 應(yīng)取更大值，取 18mm，代入得 ，滿足要求。7356.3 棘爪軸的強度計算棘爪軸為懸臂受彎矩作業(yè)。由下式計算：(10)3211 )(2.bPdbp???取 ，代入得 ，取得 18mm。 mb42?m6.51207 液壓馬達和平衡閥的選擇7.1 液壓馬達的選用與驗算7.1.1 液壓馬達的分類及特點起重機的常用液壓馬達分為高速液壓馬達和低速液壓馬達。高速液壓馬達的主要性能特點是負載速度低、扭矩小、體積緊湊、重量輕，但在機構(gòu)傳動中需與相應(yīng)的減速器配套使用，以滿足機構(gòu)工作的低速重載要求，其他的特點與同類的液壓泵相同，較多應(yīng)用的有擺線齒輪馬達、軸向柱塞馬達。低速液壓馬達的負載扭矩大、轉(zhuǎn)速較低、平穩(wěn)性較好，可直接或只需一級減速驅(qū)動機構(gòu)，但體積和重量較大。內(nèi)曲線徑向柱塞或球塞馬達和軸向球塞式馬達是較常用的型號。液壓馬達在使用中并不是泵的逆轉(zhuǎn)動，它的效率較高，轉(zhuǎn)速范圍更大，可正、反向運轉(zhuǎn)，能長期承受頻繁沖擊，有時還能承受較大的徑向負載。因此，應(yīng)根據(jù)液壓媽的的負載扭矩、速度、布置型式和工作條件等選擇液壓馬達的結(jié)構(gòu)型式、規(guī)格和連接型式等 [15]、[18] 。7.1.2 液壓馬達的選用液壓馬達的選擇與絞車系纜卷筒所受的負載有關(guān)。設(shè)錨重為 ，系纜筒所受的1N最大拉力為 。采用直徑為 20mm 的鋼纜繩，其單位長度的重量為 1.6kg/m，設(shè)纜maxN繩的最小速度為 。則inv(11)ghN41max103.????卷筒上所需的功率：(12)kwvP5.inax?因卷筒直徑為 500mm，經(jīng)計算當(dāng)鋼絲繩實際繞的層數(shù)為 3 層時取得 ，則mr230?卷筒上的拉力為： Nm93.1027?作用在卷筒上的扭矩為：(13)mNrTm???02.46521設(shè)卷上鋼絲繩后的平均直徑為 ，卷筒的轉(zhuǎn)速 為：d1n(14)i/.1rvnm?液壓馬達選為 GM5-5 齒輪馬達，其排量為 5.2ml/r，工作壓力為 20MPa，輸出 16000，轉(zhuǎn)速為 800 4000r/min。mN?~總減速比 ，減速器的減速比為 ,84.156./02.4??i 52./84.112?ii故實際上減速比取 26，選用兩級減速器，則總減速比為 。6.5??i21馬達的轉(zhuǎn)速為 ，可取 800r/min，最后鋼絲纜繩的速度min/59.784.1512rn?，符合速度要求。i/.984.150mdv????傳到卷筒的扭矩為 ，比 略大，NT??62.14.6.1 mNT??02.4651也符合扭矩要求。馬達的輸出功率為(15)kwPQMm 83.1.0126012.560 ?????如再考慮減速的效率：——單級開式圓柱齒輪傳動效率，取為 0.95；1?——聯(lián)軸器的傳動效率，取為 0.99；2——減速箱的傳動效率，取為 0.94。3則傳到卷筒上的功率 。功率正好與卷筒所需kwP62.184.031201 ?????的功率相當(dāng)，因此可選 GM5-5 型齒輪液壓馬達，該種馬達重量只有 1.9kg。7.2 平衡閥的計算與選用7.2.1 平衡閥的功能簡介平衡閥用于液壓執(zhí)行元件承受物體重力的液壓系統(tǒng)。在物體下降時，重力形成動力性負載，反驅(qū)動液壓執(zhí)行元件按重力方向或重力所形成的力矩方向運動，平衡閥在執(zhí)行元件的排油腔產(chǎn)生足夠的背壓，形成制動力或制動力矩，使執(zhí)行元件作勻速運動，以防止負載加速墜下。7.2.2 平衡閥的選用根據(jù)已知的馬達的排量、工作壓力和計算所得的泵的流量選用 型3210/6FDAB平衡閥，所代表的意義和閥的外型結(jié)構(gòu)見（圖 11）和（圖 12） [15]。22圖 11 型號所代表的意義Fig 11 The meaning of the model圖 12 平衡閥的外型結(jié)構(gòu)Fig 12 Form factor balancing valve1——控制口；2——監(jiān)測口；3——法蘭固定螺釘；4———蓋板；5——可選擇的 B 孔；6——標(biāo)牌；7——O 型圈8 開始齒輪減速機構(gòu)的設(shè)計計算本設(shè)計采用二級直齒圓柱齒輪，此處只設(shè)計一對齒輪。輸入功率為 1.83kw，傳動比為 5.84，小齒輪的轉(zhuǎn)速為 66.67r/min。8.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1絞車為一般工作機器，精度不高，故選用 7 級精度。2由《機械設(shè)計》表 10-1 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。233選小齒輪齒數(shù) ，大齒輪齒數(shù)為 ，取 141。241?z 16.4028.52??z8.2 按齒面接觸強度設(shè)計由《機械設(shè)計》計算公式（10-9a）進行計算，即(16)3211 ][2. ?????????HEdt ZKTd???(1)確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值1試選載荷系數(shù) 。3.?tK2計算小齒輪傳遞的齒輪。(17)mNnPT ?????23.61067.8.59105.913由《機械設(shè)計》表 10-7 選取齒寬系數(shù) 。d?4由《機械設(shè)計》表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) 。218.9MPaZE5由《機械設(shè)計》圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限 。MPaH601lim?? H502lim??6由《機械設(shè)計》式 10-13 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。(18)711 14.)3(267.0????hjLnN6201.48.5?N7由《機械設(shè)計》圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) ; 。93.1HNK0.12?HN8計算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由《機械設(shè)計》式（10-12）得(19)MPaaSKHN 586093.][1lim1 ?????H 05.][2li2(2)計算1計算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值。td1][H?mmZKTdEdt05.84508.194.61230.3.2][. 23 211????????????????????(20)2計算圓周速度 v。 ssnvt //786???243計算齒寬 b。 mdbt 05.84.1?????4計算齒寬與齒高之比 。h模數(shù) zmtt .32405.81齒高 mht 875 ???6.10875.b5計算載荷系數(shù)。根據(jù) ，7 級精度，由《機械設(shè)計》圖 10-8 查得動載荷系數(shù) ；smv/29.0? 05.1?VK直齒輪， ；1??FHK由《機械設(shè)計》表 10-2 查得使用系數(shù) ；25.1?AK由《機械設(shè)計》表 10-4 用插表法查得 7 級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，。459.1??HK由 ， 查《機械設(shè)計》圖 10-13 得 ；故載荷系數(shù)670hb459.1??H 4.1??FK32?VA6按實際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑，由《機械設(shè)計》式 10-10a 得(21)mKdtt79.831?7計算模數(shù) m。 z70.324.1?8.3 按齒根彎曲強度設(shè)計由《機械設(shè)計》計算公式 10-5 得彎曲強度的設(shè)計公式為(22)321][???????FSadYzKTm??(1)確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值1由《機械設(shè)計》圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 ；大齒MPaFE501?25輪的彎曲強度極限 ；MPaFE3802??2由《機械設(shè)計》圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) , ；95.01?FNK98.02?FN3取彎曲疲勞安全系數(shù) ，由 10-12 得4.1S(23)MPaKFENF .34.950][1???SFEF 26.8][22 ?4計算載荷系數(shù) 837.1???FVAK5由《機械設(shè)計》表 10-5 查得齒形系數(shù)；69.21?FY5.2?a6由《機械設(shè)計》表 10-5 查得應(yīng)力校正系數(shù)；57.1?Sa83.12SaY7計算大、小齒輪的 并加以比較。][Fa?01249.29.35716][1???FSaY.68][2FSa?大齒輪的數(shù)值大。(2)設(shè)計計算 mm43.01479.231687.3 ????對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞計算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強度算得模數(shù) 3.13 并就近圓整為標(biāo)準值 ，按接觸強度算得的分度圓直徑 ，算出小齒輪4? md79.81?數(shù) .2479.81?mdz26取 25，則 。146258.2??z8.4 幾何尺寸計算(1)計算分度圓直徑 mzd102541??862?(2)計算中心距 da3421?(3)計算齒輪寬度 mdb101????取 ， 。mB105?mB02?9 制動器的設(shè)計與選用9.1 制動器的作用、特點及動作方式 制動器是用于機構(gòu)或機器減速或使其停止的裝置，有時也用作調(diào)節(jié)或者限制機構(gòu)或機器的運動速度，它是保證機構(gòu)或機器安全正常工作的重要部件。為了減小制動力矩，縮小制動器尺寸，通常將制動器裝在機構(gòu)的高速軸上，或減速器的輸入軸上。按所需應(yīng)用制動器的機構(gòu)的工作性質(zhì)和條件，對于起重機構(gòu)的起升和變幅機構(gòu)都必須采用長閉式制動器。卷揚機屬起重類機械的起升機構(gòu)由于工作需要，因此采用常閉式制動器。由于卷揚機應(yīng)用的場合和安裝制動地點的空間受限因此選用盤式制動器。盤式制動器的工作原理是利用軸向壓力使圓盤或圓錐形摩擦表面壓緊，實現(xiàn)制動。制動輪軸不受彎曲。其優(yōu)點是：1）制動轉(zhuǎn)矩大，且可調(diào)范圍大，制動平穩(wěn)可靠，動作靈敏保養(yǎng)維修方便。2）頻繁制動時，無沖擊。3）表面積大部分暴露在大氣中，散熱能力強，特別是采用有通風(fēng)道的制動盤，效果更顯著，而且制動盤對制動襯塊（片）無摩擦助勢作用，無塊式制動器的熱衰退現(xiàn)象（由于溫升制動轉(zhuǎn)矩下降） ，從而得到穩(wěn)定的制動性能。從安全的角度考慮，盤式制動器是最合適的制動器。4）防塵和防水性能好，制動盤上的灰塵和水等污物易被制動盤甩掉，當(dāng)浸水時制動性能降低，出水后僅制動一、二次就能很快恢復(fù)正常。275）制動盤沿厚度方向變形量比制動輪徑向變形量小的多，易實現(xiàn)小間隙和磨損后的制動補償，腳踏式的踏板行程變化也較小。6）轉(zhuǎn)動慣量小，體積小、重量輕。其主要缺點有：制動襯塊（片）的摩擦面積小，比壓大，對制動襯塊（片）材質(zhì)要求較高，徑向（或軸向）尺寸稍大，價格也稍貴。制動器按動作方式分為自動作用式、操縱式和綜合式三種。常閉制動器在彈簧推力作用下經(jīng)常處于制動狀態(tài)，機構(gòu)工作時，用松閘裝置松閘或自動通電松閘。本設(shè)計采用自動作用式制動器。自動作用式制動器當(dāng)機構(gòu)斷電或油路切斷時，不依賴操作人員的意識彈簧使制動器自動抱閘；當(dāng)機構(gòu)通電或油路供油時，自動松閘，自動作用式制動器保證機構(gòu)有更高的安全性。制動轉(zhuǎn)矩調(diào)定后基本不變，但用于載荷變化大的機構(gòu)時制動欠平穩(wěn) [13]。9.2 制動器的設(shè)計計算9.2.1 制動轉(zhuǎn)矩的計算制動轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足以下要求：(24)miQDKTZ20??式中 ——制動器制動轉(zhuǎn)矩， ；zTN?——制動安全系數(shù)，與機構(gòu)重要程度和機構(gòu)工作級別有關(guān)；zK——卷筒卷繞直徑， mm；0D——機械效率；?其他各符號同以前的式子。按表查得 1.75， 根據(jù) 計算得 =520mm，把各數(shù)值代入到式子中得：zK00Dd??0DmNTZ ????5.386712.5.75.16由此可知制動器制動轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于 。mN?.389.2.2 制動盤的設(shè)計選用根據(jù)主機的具體要求和盤式制動器的類型按表選標(biāo)準直徑和結(jié)構(gòu)形式的制動盤。按工作情況選擇有通風(fēng)道的制動盤。選取型號為： 20185BSP??—— 型直線通風(fēng)道制動盤28220——外徑（mm）30——厚度（mm）80——軸孔直徑（mm）50——輪轂長度（mm）9.2.3 制動盤有效摩擦直徑計算根據(jù)配套主機的負載所需制動轉(zhuǎn)矩 ，校核制動盤的有效摩擦直徑：zT(25)[]dDKZpA??式中 ——制動盤有效摩擦直徑（mm） ；D——制動塊的數(shù)目，一對時取 2；ZA——一個制動襯塊（片）的設(shè)計面積（mm） ；[p]——制動襯塊（片）的許用比壓力；——動摩擦系數(shù)，根據(jù)摩擦材料選擇；d?K——制動安全系數(shù)。根據(jù)工作狀況選用摩擦材料為油浸石棉帶，脂潤滑，潤滑效果好，按表選取=0.1，[p]=0.6，K 取 1.5，由于制動塊的數(shù)目有 6 對，所以 Z 取 12，制動片的設(shè)計d面積按下式計算： 23()Ad???式中 ——摩擦盤外徑（mm） ；2——摩擦盤內(nèi)徑（mm） 。3按選用的標(biāo)準制動盤尺寸把數(shù)值代入式子得 =0.013 。2m把所有數(shù)值代入式子，得：=90.76mm1430.5.526D???9.2.4 制動器散熱的驗算當(dāng)制動器摩擦面溫度過高時，摩擦系數(shù)降低，摩擦襯墊加速磨損，不能保持穩(wěn)定和需要的制動力矩。制動器的發(fā)熱驗算在于檢驗制動器在最高許用溫度下散發(fā)的熱量是否大于制動器產(chǎn)生的熱量，即 szhQ?式中 ——制動器每小時散發(fā)的熱量（J） ；sQ——制動器每小時產(chǎn)生的熱量（J） 。zh1）制動器每小時的散熱量29(26)123sQ??' 441273(')[()()](/)00CAkJh???'2312/Jkh???3412()((/)QAJCk?????式中 ——制動輪（盤）制動表面的輻射系數(shù)，可取光亮的鋼表面輻射系數(shù)，1C；25.4/(,)kJmh??——制動輪（盤）制動表面以外的表面輻射系數(shù)，可取粗糙氧化的鋼表面輻射2系數(shù)， ；28/(,)C?——制動輪（盤）制動表面積減去制動襯片的面積 ；'1A 2()m——制動輪制動表面積以外的表面積 ；'2 2()——制動襯片的許用溫度（ ） ；1??——周圍環(huán)境溫度，一般取 ，高溫車間取 ；2 30~5C?60C?——自然對流散熱系數(shù)， ；?21/(,)kJh??——扣除制動襯片遮蓋后的制動輪（盤）外露面積 ；'3A 2()m——機構(gòu)的接電持續(xù)率；JC、 、 、 ——制動輪（盤）各部分表面積的強迫散熱系數(shù)，與各部分表1?234面積的圓周速度有關(guān)， ；0.78225/(,)iivkJmhC???、 、 、 ——相對應(yīng)的制動輪（盤）表面積 ；1A234 2()——各部分散熱面積的圓周速度（ m/s） 。iv2）制動器每小時的發(fā)熱量上升制動時，由于物品和吊具的重量起制動作用，制動器的發(fā)熱量很小，通常忽略不計。下降制動時，機構(gòu)的全部動能（包括旋轉(zhuǎn)運動和直線運動的質(zhì)量）和物品吊具減小的勢能轉(zhuǎn)換為制動器的發(fā)熱：(27)201()(/)zhQJPSZWkJh????式中 ——換算到制動輪軸的機構(gòu)轉(zhuǎn)動慣量（包括所有回轉(zhuǎn)和直線運動部分）J；22()40,kgmGD??為 飛 輪 矩 ）——制動輪軸在制動開始時的角速度 ；?(/)radsP——平均起升重量（ N） ；30S——下降制動距離（ m） ；——機構(gòu)傳動效率；?——機構(gòu)每小時下降制動次數(shù)；0Z——熱。W把已知各量和從表中查得的各量代入式中，最后得：=170.435sQ(/)kJh=156.768zhs驗證發(fā)熱量合格。10 離合器的設(shè)計與選用10.1 離合器的功用、特點與分類離合器是一種通過各種操縱方式，實現(xiàn)主從動部分在同軸線上傳遞運動和動力時具有接合或分離功能的裝置。離合器有各種不同的用途，根據(jù)原動機和工作機之間或機械中各部件之間的工作要求，離合器可以實現(xiàn)相對起動或停止，以及改變傳動件的工作狀態(tài)，達到改變傳動比，如傳動件之間相對同步或超越運動。此外，離合器還可以作為起動或過載時控制傳遞轉(zhuǎn)矩大小的安全保護裝置等。按離合器接合元件傳動的工作原理，可分為嵌合式離合器和摩擦式離合器，按實現(xiàn)離、合動作的過程可分為操縱式和自控式，按離合器的操縱方式，則可分為機械式、氣壓式、液壓式和電磁式等，按結(jié)構(gòu)還可分為多種不同的形式。1．對離合器的基本要求（1） 離、合迅速，平穩(wěn)無沖擊，分離徹底，動作準確可靠。（2） 結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，慣性小，外形尺寸小，工作安全，效率高。（3） 接合元件耐磨性高，使用壽命長，散熱條件好。（4） 操縱方便省力，制造容易，調(diào)整維修方便。2．影響離合器選擇的因素a． 原動機的啟動性能b．離合器的受載特性c． 接合元件的性質(zhì)d．操縱方式e． 環(huán)境條件3．離合器的選擇和工作性能參數(shù)