一种卷扬机的结构设计及优化.pdf

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1、᝺ᝠ״ऄၹ一种卷扬机的结构设计及优化Thestructuredesignandoptimizationofawindlass王小明，倪受东，程鹏WANGXiao-ming,NIShou-dong,CHENGPeng（南京工业大学机械与动力工程学院，南京211816）摘要：在卷扬机的设计过程中，必须避免出现钢丝绳乱绳、咬绳等现象，提出了一种带有凸轮排绳机构的卷扬机，卷筒作为其关键的设计部件，传统设计方法大多是凭经验确定其厚度,这种设计方法过于保守，而利用ANSYS软件对卷筒进行静力分析，在满足强度和稳定性要求的前提下，得到卷筒厚度的

2、最优结果，既减轻了卷筒重量、又降低了制造成本。关键词：卷扬机；凸轮；卷筒；优化；ANSYS中图分类号：TH211文献标识码：A文章编号：1009-0134(2014)08(上)-0113-03Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2014.08(上).300引言都对建筑或矿山生产和人员、设备的安全起着重要的影响，基于此设计了一种合理的卷扬机结卷扬机是用卷筒缠绕钢丝绳提升或牵引重物构，可适用于各类含有卷筒的矿山机械、工程机的轻小型起重设备，虽然现在塔吊等取代了卷扬械、建筑机械等领域。机的部分工作，但由于塔吊体积大

3、，而且其灵活性较差，一般在大型建筑中使用，而且其成本高，一1卷扬机的工作原理般中小型建筑行业仍然广泛应用建筑卷扬机，就是如图1所示，这种卷扬机由驱动电机、卷绳大型建筑中虽有塔吊，也还需要建筑卷扬机作辅助筒、钢丝绳、制动系统、排绳机构、安全开关等提升用，而卷扬机又有“矿井咽喉”之称，因此，机构及控制系统组成。带减速箱及安全制动的卷扬机被广泛应用于建筑、采矿等领域。电机安装在电机支座上，通过变频器控制电机速卷扬机的性能、工作效率，安全可靠性等，度，电机轴经减速箱减速后与链条连接，带动链图1卷扬机总装图收稿日期：2014-03-12作者

4、简介：王小明（1988-），男，江西安福人，硕士，研究方向为机器人技术。第36卷 第8期 2014-08(上) 【113】轮转动，使与链轮同轴安装的卷筒同步转动，当卷筒上的钢丝绳根据不同工作条件及场合可电机正转或者反转时，缠绕在卷筒上的钢丝绳带设计成单绳或多绳，考虑到特殊场合的安全性要动吊篮上升或下降运动，从而实现对物料、设备求，此卷筒结构设计成四根钢丝绳，在装载工作或施工人员的提升与下放。人员或物料的吊篮两端各固定两根互不相干的钢当卷扬机断电或者需要临时停止工作进行检丝绳，使吊篮得到了双重保护，这样不会因为某查时，常闭盘式制动器

5、会在压缩弹簧的推力下推根钢丝绳因磨损断裂而发生吊篮坠落现象，提高动活塞，使闸瓦压紧制动盘，实现卷扬机的刹了设备的安全可靠性。车，当卷扬机处于通电工作状态下时，在液压油3.1卷筒受力分析的压力作用下推动活塞缸，使其远离制动盘，实在钢丝绳缠绕卷筒的作用下，卷筒产生压应现松闸。力、弯曲应力和扭曲应力而发生变形，由于卷筒直2凸轮排绳机构的设计径比壁厚要大很多，其截面惯性矩仍很大，因此，钢丝绳拉力在筒壁上所引起的剪应力和弯曲应力相目前，为避免因卷扬机受工作环境影响而造[3]成钢丝绳的乱绳、咬绳、甚至断绳现象的发生而对很小，—般将此项应力忽略

6、不计。因此将此力看作为钢丝绳对卷筒面产生一个径向的压缩力，可设计的排绳机构主要有三类：1）基于液压系统的将此载荷转化为作用于卷筒上的径向均布载荷。排绳机构；2）基于电气系统的排绳机构；3）纯卷筒的基本参数为：钢丝绳直径d=15mm,绳机械系统，前两类结构较为复杂，成本较高，维[1]槽节距t=16mm，最大静拉力F=1800N，卷筒直径护比较困难。D=300mm。考虑多层缠绕情况下，由于筒壁和钢丝绳绳圈的变形，当第n层绳圈绕上卷筒时，先绕上的第1层至n-1层绳圈的张力都要发生变化，进而导致筒壁上受到的压力不是随着缠绕层数的增加㉎㵓㩰

7、䄧Ⱀ䐈⧦⟆而成比例的增加，引入多层缠绕系数An，钢丝绳[3]⧾㔷㻖䐈⧦䄧Ⱀ⤠ミ的缠绕层数n>5，An取1.6，则：䊓䑚㵚㔷㻣⹭Ⰹ䐈⧦⟆⺗䓴䐈⧦每当钢丝绳缠绕至卷筒端部最后1圈，并向新图2凸轮排绳机构示意图的一层过渡时，在该过渡圈内，因钢丝绳对卷筒[4]侧板的楔入作用而产生轴向推力FZ：如图2所示，凸轮排绳机构采用纯机械系统，把凸轮的旋转运动转化为卷筒的直线运动。在滚子支撑与圆柱凸轮的相互作用下，钢丝绳缠绕方式由固定位置转变为相对于卷筒左右来回移动方式，当卷筒与凸轮按严格的固定传动比联动时，圆柱凸轮转动一圈，卷筒刚好左右来回移动一个

8、式中，n为绕绳层数，d2为挡板外径，d1为挡板内径。总程，这时钢丝绳就以一定的规律左右一排排地因此卷筒受力情况可简化为缠绕在卷筒上的缠绕在卷绳筒上，不仅避免了钢丝绳乱绳，咬绳等现象的发生，还使卷筒在工作过程中受力均钢丝绳对卷筒的径向均布载荷σ1与钢