20噸單滾筒絞車設計
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20噸單滾筒絞車設計
目 錄
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 緒論……………………………………………………………………………1
1.1絞車的簡介………………………………………………………………………2
1.2擬定絞車系統(tǒng)圖……………………………………………………………3
第2章卷揚機構的方案設計 ………………………………………………………5
2.1 常見卷揚機構方案及分析 ………………………………………………5
2.1.1 卷揚機構方案比較 ………………………………………5
2.1.2卷筒軸及件速器輸出軸連接方式設計的基本原則……………………6
2.1.3液壓卷揚機構的分類……………………………………………………7
2.1.4液壓式行星齒輪傳動卷揚機構布置方案………………………………8
2.2本設計所采用的方案…………………………………………………………10
2.3卷揚機構方案設計注意事宜…………………………………………………10
第3章卷揚機構組成及工作過程分析……………………………………………12
3.1卷揚機構的組成…………………………………………………………………12
3.2卷揚機構工作過程分析…………………………………………………………12
3.2.1卷揚機構的工作周期……………………………………………………12
3.2.2載荷升降過程的動力分析………………………………………………12
第4章卷揚機卷筒的設計和鋼絲繩的選用……………………………………15
4.1卷揚機卷筒的設計……………………………………………………………15
4.1.1卷揚機卷筒組的分類和特點……………………………………………15
4.1.2卷筒設計計算……………………………………………………………15
4.2鋼絲繩的選擇…………………………………………………………………19
第5章液壓馬達和平衡閥的選擇…………………………………………………20
5.1液壓馬達的選用與驗算………………………………………………………20
5.1.1液壓馬達的分類及特點…………………………………………………20
5.1.2液壓馬達的選用…………………………………………………………20
5.1.3馬達的驗算………………………………………………………………20
5.2平衡閥的計算與選用…………………………………………………………23
5.2.1平衡閥的功能簡介………………………………………………………23
5.2.2平衡閥的選用……………………………………………………………23
第6章制動器的設計與選用………………………………………………………25
6.1制動器的作用、特點及動作方式………………………………………………25
6.2制動器的設計計算……………………………………………………………26
6.2.1制動轉矩的計算…………………………………………………………26
6.2.2制動盤的設計選用………………………………………………………26
6.2.3制動盤有效摩擦直徑計算………………………………………………26
6.2.4制動器散熱的驗算………………………………………………………27
6.2.5全盤式制動器設計計算…………………………………………………30
第7章離合器的設計與選用………………………………………………………31
7.1離合器的功用、特點與分類…………………………………………………31
7.2圓盤離合器主要性能參數(shù)的計算……………………………………………32
7.2.1離合器的計算轉矩………………………………………………………32
7.2.2圓盤摩擦片的主要尺寸關系……………………………………………32
7.2.3摩擦式離合器的摩擦轉矩………………………………………………33
7.2.4圓盤摩擦離合器壓力的計算……………………………………………34
第8章軸的設計………………………………………………………………………36
8.1軸的材料………………………………………………………………………36
8.2軸的工作能力的計算…………………………………………………………36
8.3軸的結構設計…………………………………………………………………39
8.3.1擬定軸上零件的裝配方案………………………………………………39
8.3.2根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度…………………………40
8.3.3軸上零件的周向定位……………………………………………………40
結論………………………………………………………………………………………33
參考文獻 ………………………………………………………………………………36
致謝………………………………………………………………………………………38
附錄………………………………………………………………………………………40
第一章 緒 論
1.1絞車的簡介
在起重機械中，用以提升或下降貨物的機構稱為起升機構，一般采用卷揚式，而這樣的機器叫做卷揚機又叫絞車。
卷揚機的卷揚機構一般由驅動裝置、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、超速保護開關等，根據(jù)實際需要配用。
卷揚機的驅動方式有三種，分別為內燃機驅動、電動機驅動和液壓驅動。
內燃機驅動的起升機構，其動力由內燃機經(jīng)機械傳動裝置集中傳給包括起升機構在內的各個工作機構，這種驅動方式的優(yōu)點是具有自身獨立的能源，機動靈活，適用于流動作業(yè)。為保證各機構的獨立運動，整機的傳動系統(tǒng)復雜笨重。由于內燃機不能逆轉，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，這種驅動方式調速困難，操縱麻煩，屬于淘汰類型。目前只有少數(shù)地方應用。
電動機驅動是卷揚機的主要驅動方式。直流電動機的機械特性適合起升機構的工作要求，調速性能好，但獲得直流電源較為困難。在大型的卷揚機中，常采用內燃機和直流發(fā)電機實現(xiàn)直流傳動。交流電動機驅動能直接從電網(wǎng)取得電能，操縱簡單，維護容易，機組重量輕，工作可靠，在電動卷揚機中應用廣泛。
液壓驅動的卷揚機，由原動機帶動液壓泵，將工作油液輸入執(zhí)行構件（液壓缸或液壓馬達）使機構動作，通過控制輸入執(zhí)行構件的液體流量實現(xiàn)調速。液壓驅動的優(yōu)點是傳動比大，可以實現(xiàn)大范圍的無級調速，結構緊湊，運轉平穩(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。目前液壓驅動在建筑卷揚機中獲得日益廣泛的應用。
1.2擬定絞車系統(tǒng)圖
系統(tǒng)的工作原理及其特點簡要說明如下：（見圖1.1）
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1.2絞車液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序
工 況 電磁鐵
1YA 2YA 3YA
滿載卷揚上升 - + -
空包下放 + - -
停止 - - +
由表1.2可知：當電磁鐵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，驅動滾筒卷揚方向旋轉。當電磁鐵1YA通電時，負載由平衡閥支撐的同時快速下放，當需要制動時，電磁鐵3YA通電，制動器制動
參考文獻
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致 謝
三個月緊張而充實的畢業(yè)設計結束了，在這次設計中我收獲頗多。畢業(yè)設計對于我們每一個大學生來說都是非常重要。它不僅是對我們大學四年學過的各科知識的綜合運用，而且是把我們所學的知識應用于實踐的一次檢驗。通過這次畢業(yè)設計，我重溫了一遍大學的課程如機械制圖、理論力學、機械設計、液壓傳動與氣壓傳動等專業(yè)知識，還涉及了一些以前從未深入了解的知識，使我開闊了眼界，并增長了知識，對自己的所學進一步鞏固，為畢業(yè)后走向社會工作崗位奠定了一定的基礎。
在單滾筒絞車設計過程中，除了應用到以前學過的專業(yè)知識，我還查閱了大量的相關資料，使我對這一領域有了一定的了解和認識并掌握了查找資料這項基本技能。在設計過程中，第一次將自己所學的理論知識真正運用到實際中，使理論知識在實踐中得到檢驗。使我學會面對設計中出現(xiàn)的各種問題，如何去分析、并最終解決問題。而且培養(yǎng)了我精益求精、科學嚴謹、認真對待問題的工作精神，并且鍛煉了我的創(chuàng)造能力和獨立解決問題的能力。
此次畢業(yè)設計能如此順利的完成，完全得力于指導老師胡天明老師的充分指導，提出了許多寶貴的建議，改正了許多錯誤，使設計更加合理、完善。同時各位同學也給予了很多建議和幫助，在此對老師和同學們表示深切而誠摯的謝意！
畢業(yè)設計 (論文 )外文資料翻譯 學 院 ： 機械工程學院 專業(yè)班級 ： 機械設計制造及其自動化 學生姓名 ： 學 號： 指導教師 ： 外文出處 ： (外文 ) 附 件 ： 指導教師評語： 簽名： 年 月 日 動態(tài)模擬鋼絲繩接觸 摘要 利用有限元的方法，我們提出了鋼絲繩動態(tài)模擬，這種模擬包括鋼絲繩與絞車滾筒接觸形式和液壓動力學?？焖倬硗膊僮魍鶗е落摻z繩纏繞不規(guī)則，鋼絲繩的質量是非常重要的。因此在建筑機械中設計液壓絞車系統(tǒng)時，需要進行動態(tài)模擬。我們通過桁架桿件來模擬鋼絲繩，并且 考慮了大位移運動。通過變長桁架桿件和線性彈簧元件來擬鋼絲繩和絞車滾筒的接觸。提出了一種改進的牛頓方法，進行非線性動態(tài)分析。模擬結果表明，一些杠桿操作會導致繩索松動和巨大的壓力波動。 關鍵詞：動態(tài)模擬 ;鋼絲繩 ;接觸 ;絞車系統(tǒng) ;桁架單元液壓系統(tǒng) 在塔式起重機絞車運轉時懸浮負載的清盤，由于操作迅速的慣性力，鋼絲繩不能迅速停止，而絞車能夠做到這一點。這樣會導致絞車的鋼絲繩松動和無序纏繞。如果絞車運行繞組進行的無序狀況進行清盤時，鋼絲繩遭會受巨大損失。因此，對鋼絲繩動態(tài)行為成為評價一個重要的設計質量問題。鋼 絲繩的動態(tài)行為應考慮鋼絲繩之間的接觸與和絞車滾筒。此外，必需考慮耦合分析的壓力特性系統(tǒng)，它是由卷筒液壓系統(tǒng)決定。另一方面，研究 [1， 2]多體動力學使我們能夠預測的動態(tài)特性在對設計階段的細節(jié)，以及他們提供了一個基本解決方案和定量評價。我們還開發(fā)了多體動力學仿真代碼“ 非線性力學系統(tǒng)包括液壓驅動系統(tǒng)，因為 1985年，已利用其廣泛的多用途來設計分析工具 [3]。在本論文中，我們已經(jīng)開發(fā)了動態(tài)模擬模型上的塔式起重機鋼絲繩。既考慮與絞車滾筒和接觸液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性使用，進行了動態(tài)模擬，闡述了引起鋼絲繩的松 動絞車快速運行重要因素。 2．鋼絲繩系統(tǒng)的耦合理論分析和液壓系統(tǒng) 鋼絲繩及絞車滾筒是仿照使用可變長度桁架元素與一個滑輪以及雙線性彈簧。液壓系統(tǒng)建模通過使用管道元件閥門元素，等等 。 動方程 非線性動力系統(tǒng)的運動方程可以說是在一般情況如下： f (1) 其中， 慣性力向量，阻尼力向量，彈力載體上，分別外力向量。該 到了線性化液壓傳動與合系統(tǒng)系統(tǒng)在時間和靈活的聯(lián)動制度，總結如 下： 架單元考慮大轉動 在桁架的要素中 ,空間的位移和力的大小由總體框架中出現(xiàn)的軸向力推出來如圖3所示，相關的表達式可以從元素的彈性力和節(jié)點位移來得到，不過考慮到應變能力二次變形，還要考慮桁架幾何剛性軸向力 。 圖 3桁架單元的三維空間 圖 2液壓絞車系統(tǒng) 圖 1塔式起重機，液壓絞車系統(tǒng) 長桁架單元 長度可變的桁架的要素是由自轉的滑輪轉動來控制的 ,如圖 4 關系表達式結點位移在彈性力之間可以通過考慮應變能的二次變形的位移以相同的方式桁架的要素來得到。 論的液壓驅動系統(tǒng) 利用液壓馬達進行基本的液壓驅動系統(tǒng)和柔性聯(lián)動機制的耦合分析，耦合 分析了液壓驅動系統(tǒng)柔性連接系統(tǒng)。綜合流動的液壓傳動系統(tǒng)速率與節(jié)點位移的耦合系統(tǒng)可以彼此互相聯(lián)系 ,進行耦合分析研究液壓驅動系統(tǒng)中止回閥為方向控制安全閥為壓力控制這種閥門特點是考慮壓力損失。 算機技術針對非線性方程運動 對液壓驅動系統(tǒng)和靈活的聯(lián)動系統(tǒng)的耦合分析中 ,非線性特點是分為兩類 :第一類幾何非線性一樣不斷變化的柔性聯(lián)動和壓力損失的液壓驅動系統(tǒng) ,其它線性的變化如止回閥，安全閥 ,等等。雖然前者牛頓線性化方法適用于收斂性，計算變量的時間步長尺寸的比例。后者的非線性強度牛頓法是無用的。合并后計算技術與牛頓法 和預測的交匯點的方法，在分段線性系統(tǒng)提出了上述系統(tǒng)。 在這種技術中，初始時間步長可設定 的 盡可能 的 大，并且可以 在 交點在 處有良好的 精度 。在一個高剛度分段線性 的 案例 中 ，狀態(tài)變量到了被扭曲的數(shù)值，然后時間積分特性應加以改善質量的方法。 如 流程圖 （ 圖 5） 所示 圖 4變長桁架單元 3．鋼絲繩的動態(tài)模擬 ,快速絞盤操作 模之間的線接觸繩絞車滾筒 如圖 （ 6） 該模型所示 ，為了考慮 鋼絲繩和 絞盤 鼓造型之間的接觸。 可變長度的桁架的特點是安裝在每個結構要素的節(jié)點之間和絞盤的中心。如果皮帶輪變長可以自由旋轉 ,變長的架單元可以被自由地推廣和 縮小 ,然后運動的滑輪并不影響運動的鋼絲繩 然后一個節(jié)點 。滑輪的旋轉位移通過與彈簧接觸聯(lián)系起來如圖 6(b)，這樣的條件使變長的桁架元素可以不縮短。因此 ,變長的桁架元素產(chǎn)生相當大的反力的彈簧鋼絲繩的接觸絞盤鼓節(jié)點 A 將繼續(xù)前進點絞車滾筒經(jīng)過 B 點，另一方面 ,當鼓迅速停止鋼絲繩發(fā)生松動就像 D 點那樣能夠迅速停止。在這種情況下 ,如果鋼絲繩的可能向離開絞盤鼓的方向移動。反作用力不是在接觸彈簧片后的產(chǎn)生，然后接觸彈簧不得影響鋼絲繩的運動，之間的摩擦力影響絞車鼓、鋼絲繩的被忽視 ，這樣的鋼絲繩易發(fā)生松動 圖 5計算的非線性動態(tài)系統(tǒng)流程圖 圖 6模型之間的接觸和鋼絲繩絞車滾筒 圖 7數(shù)學模型的液壓絞車系統(tǒng) 圖 8杠桿操作絞車系統(tǒng) 式起重機上面的液壓絞車的建模系統(tǒng) 圖 (7)顯示液壓的數(shù)學模型絞盤系統(tǒng)仿真。鋼絲繩的劃分成 4幾部分。0度桁架 變長的桁架元素已經(jīng)被安裝在每個節(jié)點和中心絞車滾筒、接觸彈簧單元安裝在滑輪上。 劃分為 38 單元 ,3分為 3個和 4 個單元。 液 壓系統(tǒng)由兩個泵驅動如圖（ 7）所示。利用杠桿操作安裝在絞車滾筒軸上開放地區(qū)的控制閥門控制液壓泵的轉速。液壓油管道內的元素來模擬管子可壓縮性。 態(tài)模 擬鋼絲繩的絞盤迅速停止 動態(tài)模擬中鋼絲繩絞盤進行快速停止運用該模型，見圖（ 7）假設負荷也都是空載 (只有吊鉤）那樣 ,鋼絲繩的很容易出現(xiàn)松動。初始的狀況也都假設是最大的杠桿運行過程中絞車滾筒的最大旋轉轉速、載荷告終。在這種情況下 ,絞車滾筒在鋼絲繩帶動絞盤鼓一個旋轉后，通過杠桿操作停止。杠桿的傳動是通過直線來傳動的如圖（ 8）絞盤鼓角速度被顯示在圖（ 9）中。液壓馬達的外部壓力與鋼絲繩的示意義圖（ 10）圖（ 11）上。從圖 11(a)可以看到 ,鋼絲繩的很大程度上圖 （ 9） 對絞車滾筒角速度變化。 圖 10在電機出口壓力變化 都是受絞盤鼓的沖擊，在這種情況下 ,可能出現(xiàn)無序的纏繞是由于鋼 絲繩的不接觸絞盤鼓。 圖 11棒圖在絞車鋼絲繩迅速停止 圖 12數(shù)學模型 緩慢停車液壓絞車系統(tǒng) 4．緩慢停止液壓絞車系統(tǒng)的仿真 在這一節(jié)中 ,我們提出一個即使絞盤迅速的操作也能防止無序繞組的液壓系統(tǒng)。使用上述模型、鋼絲繩進行了仿真預測鋼絲繩的松動，該絞盤系統(tǒng)模型如圖（ 12），該系統(tǒng)包括一個安全閥和一個節(jié)流閥安裝在液壓馬達的出口處驅動絞車，這些閥門使液壓馬達出口壓力恒定。累加器也可以安裝在液壓馬達入口處防止欠壓。本系統(tǒng)的仿真執(zhí)行情況下安全閥只有安裝 (例 1)壓力閥只安裝 (例 2)。仿真系統(tǒng)關于角速度的變化與馬達出口壓力的變化的結果顯示在圖（ 13）（ 14）中，棒鋼絲繩的 示意圖顯示在圖（ 15）案例 1那樣鋼絲繩發(fā)生松動 ,如圖 15(a)目的在于在滾筒絞車在產(chǎn)生減速的時機使它的出口壓力低于壓力釋放。案例 2那樣由于壓力閥的影響不發(fā)生鋼絲繩松動 ,如圖 15(b)。結果表明 ,該系統(tǒng)可以防止無序繞組 。 圖 13絞車滾筒角速度變化緩慢停止使用液壓絞車系統(tǒng)圖。 5 結論 本文為鋼絲繩的動態(tài)模擬。在描述塔式起重機不僅考慮到和絞盤鼓的聯(lián)系 ,而且顧及到液壓的特性系統(tǒng)采用 體地說有以下幾點已經(jīng)證實： （ 1）絞車滾筒之間的接觸和電線繩可以采用可變長桁架元素和接觸彈簧來精確地模擬。 （ 2）鋼絲繩的動態(tài)特性是發(fā)生在液 壓絞車停止的時候，是受液壓系統(tǒng)的動圖 14壓力改變電機的電源插座使用慢停車液壓絞車系統(tǒng) 圖 15棒圖鋼絲繩用慢停止液壓絞車系統(tǒng) 態(tài)的影響。 （ 3）推薦慢停液壓絞車系統(tǒng) ,并且該系統(tǒng)可以防止無序繞組即便是絞盤迅速的操作。