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摘要
隨著社會的發(fā)展，機械將會越來越取代人力，這也是機械行業(yè)飛速發(fā)展的后果，在機械的發(fā)展歷史中，新機械的發(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)到今天的機械，更是起著不可替代的作用，卷揚機就是一例。卷揚機的發(fā)展就像其他機械一樣，從開始的簡單到現(xiàn)在的復雜，從以前的機械動力到現(xiàn)在的電力動力，從以前的人工操作到現(xiàn)在的電腦操作甚至智能操作。本設計就傳統(tǒng)的卷揚機說起，一直到現(xiàn)在以及將來的發(fā)展。
本設計主要設計了5噸卷揚機的卷筒、卷筒軸、卷筒轂、減速器以及滑輪組。其中卷筒和卷筒軸的設計最為主要，本設計重點做了介紹。其余部分由于篇幅有限，只是略作分析。
關鍵詞：卷揚機；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卷揚機發(fā)展概況 1
1.1.1卷揚機的應用 1
1.1.2卷揚機的發(fā)展概況 1
1.1.3國外卷揚機概況 3
1.1.4 卷揚機的發(fā)展趨勢 5
1.2卷揚機主要類型 5
1.3電動卷揚機基本結構 7
1.3.1電控卷揚機 7
1.3.2帶有電磁鐵制動器的卷揚機 8
1.3.3采用錐形轉子電動機的卷揚機 9
1.3.4溜放型卷揚機 10
第二章 起升機構的組成及型式 10
2.1起升機構的組成 10
2.2起升機構的典型傳動型式 12
第三章 鋼絲繩的選擇 14
3.1鋼絲繩的種類和構造 14
3.2鋼絲繩直徑的選擇 15
3.3鋼絲繩的使用 17
第四章 卷筒的結構設計及尺寸確定 18
4.1卷筒的分類 18
4.2卷筒繩槽的確定 19
4.3卷筒的設計 20
4.3.1卷筒節(jié)徑D0 的設計 20
4.3.2卷筒長度的計算 21
4.3.3卷筒壁厚的計算 22
4.4卷筒強度的計算 23
第五章 卷筒軸的設計計算 24
5.1卷筒軸的受力分析與工作應力分析 24
5.2卷筒軸的設計計算 25
5.2.1作用力計算 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計算工作應力 28
5.2.5心軸的疲勞強度計算 28
5.2.6心軸的靜強度計算 30
第六章 電動機的選擇 30
6.1電動機選擇 30
6.2驗算電動機的發(fā)熱條件 32
第七章 減速器的設計計算 32
7.1減速器總傳動比計算 32
7.2減速器的計算 33
7.2.1分配減速器的各級傳動比 33
7.2.2計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 33
7.2.3圓柱齒輪的設計計算 35
7.2.4齒輪的參數(shù)設計 36
7.2.5齒輪軸的參數(shù)設計 41
第八章 滑輪及吊鉤選擇 42
8.1滑輪的結構與材料 42
8.2滑輪的直徑計算 44
8.3吊鉤的結構 44
8.4吊鉤的計算 45
第九章 制動器、聯(lián)軸器的選擇 46
9.1制動器分類、特點及其選擇 46
9.2制動器工作原理 47
9.3聯(lián)軸器的選擇 47
第十章 小車行走機構設計 48
10.1軌道 49
10.2車輪與車輪組 49
10.3車輪直徑的計算 49
第十一章 安全設計及電氣控制 50
11.1安全設計 50
11.2電氣控制 51
第十二章 卷楊機的安全技術 52
謝詞 53
參考文獻 54
第一章 概 論
1.1卷揚機發(fā)展概況
1.1.1 卷揚機的應用
卷揚機又稱絞車，是起重垂直運輸機械的重要組成部分，配合井（門）架、桅桿、滑輪組等輔助設備，用來提升物料、安裝設備等作業(yè)。由于它結構簡單、操作方便、維護保養(yǎng)簡單、使用成本低、可靠性高等優(yōu)點，廣泛應用于建筑、水利、冶金起重作業(yè)。
提升重物是卷揚機的一種主要功能，所以各類卷揚機的設計都是根據(jù)這一要求為依據(jù)的。雖然目前塔吊、汽車吊等取代了卷揚機的部分工作，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用卷揚機，汽車吊雖然靈活方便，但也因為成本太高，而不能在工程中廣泛應用，故大多設備的安裝仍然是由卷揚機承擔的。卷揚機除在工程、設備安裝等方面被廣泛應用外，在冶金、礦山、建筑、化工、水電、農(nóng)業(yè)、軍事及交通運輸?shù)刃袠I(yè)亦被廣泛應用。
1.1.2 卷揚機的發(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，以減輕體力勞動的強度和提高勞動生產(chǎn)率。在我國，解放前卷揚機只有在一些大型企業(yè)中才被使用，應用很少，而且所使用的卷揚機也均為國外生產(chǎn)，國內(nèi)基本上沒有生產(chǎn)卷揚機的廠家。
我國卷揚機的生產(chǎn)是解放后才開始的。50年代為滿足恢復經(jīng)濟的需要和第一個五年計劃的得要，卷揚機的生產(chǎn)被提到了日程上。原沈陽國泰機器廠(阜新礦山機械廠前身)等成批仿制了兩種卷揚機，一種為日本的JIS8001型動力卷揚機，它是一種原動機為電動機動型式是開式圓柱齒輪傳動，雙錐體摩擦離合器，操作為手扳腳踩的快速卷揚機，另一種是按蘇聯(lián)圖紙制造的1011型和1012型普通蝸桿傳動、電控慢速卷揚機。由于當時生產(chǎn)力不高，卷揚機的需求量亦不多，故這段時間國內(nèi)卷揚機的生產(chǎn)主要是仿制。
隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，到了60年代，卷揚機的生產(chǎn)和使用越來越多。為了協(xié)調生產(chǎn)，卷揚機主要生產(chǎn)廠家(阜新礦山機械廠、天津卷揚機廠、山西機器廣、寶雞起重運輸機廠等)組成了卷揚機行業(yè)組織，隸屬于第一機械工業(yè)部礦山機械行業(yè)。為了發(fā)展卷揚機的生產(chǎn)，行業(yè)組織了有關廠家的人員對全國卷揚機的生產(chǎn)相應用情況進行了調查。在調查的基礎上，開始自行設計和制造新的卷揚機，先后試制了0.5t、lt、3t電動卷揚機，但由于對當時各廠家的生產(chǎn)能力估計不足，無法推廣。
從70年代起，我國卷揚機的生產(chǎn)進入了技術提高、品種增多的新階段。在各廠自行設計和生產(chǎn)的基礎上，1973年，由卷揚機行業(yè)組織了有關廠家和院校聯(lián)合進行了卷揚機基型設計，并充分考慮到了當時中小廠家的生產(chǎn)能力。快速卷揚機的基型采用半開半閉式齒輪傳動，離合器采用單錐面石棉橡膠摩擦帶結構，操縱用手板剎車帶制動(如圖1-1)。慢速卷揚機的基型式為閉式傳動(圓柱齒輪傳動或蝸桿傳動減速器)、電磁鐵制動結構。這兩種基型一直到現(xiàn)今還在生產(chǎn)。為適應生產(chǎn)發(fā)展的需要，當時第一機械工業(yè)部發(fā)布了JB926—74《卷揚機型式與基本參數(shù)》和JBl803—76《卷揚機技術條件》兩個部標準，并把卷揚機行業(yè)劃歸常德機械研究所(長沙機械研究院前身)領導。隨著部標準的頒布，使卷揚機有了大發(fā)展的基礎。在此期間，由于石化工業(yè)的發(fā)展，大型設備很多，都需要吊裝，如一些大型反應塔，塔的高度達七八十米，質量達五六百噸，就需要有大型吊裝用的卷揚機，因而各廠家相繼生產(chǎn)了20t和32t卷揚機(圖1—2)，滿足了經(jīng)濟發(fā)展的需要。
1.1.3 國外卷揚機概況
在國外，卷揚機的品種繁多，應用也很廣泛。在西方技術先進的國家中，工業(yè)水平先進，機械化程度不斷提高，起重設備也在不斷更新，下面介紹一下幾個外國主要生產(chǎn)的卷揚機的狀況。
（一） 美國
美國生產(chǎn)卷揚機的廠家有近百家，主要有貝波(BEEBE)國際有限公司、哲恩(THERN)有限公司等。
貝波國際有限公司成立于1919年，有七十多年的設計和生產(chǎn)實踐經(jīng)驗。主要產(chǎn)品有，氣動鏈式卷揚機[0.25—40t)，防爆拖式氣動卷揚機(0.5—30t)，駁船卷揚機(手動、氣動、電動、液壓，25—75t)，電動鏈式卷揚機(0.25—20t)，電動葫蘆(0.25—15t)．電動卷揚機(0.25—12.5t)，手動卷揚機0.25—75t)，液壓卷揚機(1—10t )，水平卷揚機(1—9t)，手動鏈式卷揚機（0.5—100t），棘輪牽引器(1—1. 75t)，空中用運車(0.5—20t)等。
哲恩有限公司是美國較大的生產(chǎn)起重設備的公司，主要產(chǎn)品有各種手動卷揚機、電動卷揚機、提升機械及起重機。手動卷揚機的主要品種有：直齒傳動卷揚機、蝸桿傳動卷揚機；電動卷揚機的主要品種有：蝸桿傳動系列、直齒齒輪傳動系列、齒輪蝸桿傳動組合系列、直接驅動系列、鏈傳動系列。
美國除上述兩家公司外，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揚機。據(jù)日本荷役機械研究所核計，1970~1975年間卷揚機的產(chǎn)量增加62.5％。據(jù)日本通產(chǎn)省機械核計月報載，僅1977年單純土建卷揚機的產(chǎn)量就達12萬臺，產(chǎn)值約100億日元。
日本卷揚機行業(yè)由機械技術部會、荷役機械技術委員會領導。主要生產(chǎn)廠家有北川鐵工所、遠藤鋼機、南星、越野總業(yè)、藝浦、松崗產(chǎn)業(yè)等80多個廠家。
北川鐵工所是一家大型生產(chǎn)廠。其生產(chǎn)的卷揚機品種系列比較齊全，主要有：
1．動力卷揚機 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個規(guī)格。F型是V型帶傳動，MF型是單筒開式齒輪傳動，DF型是雙筒開式齒輪傳動。其結構持點是全部為標準型，采用改進了的螺旋頂絲式離合器操縱，因而操作簡便，易調整；鼓形離合器采用單錐體式，摩擦材料采用帶型樹脂。
2．電動卷揚機 該廠生產(chǎn)的電動卷揚帆為KW型，功率3.7—11kw，拉力6000—142100N，四種規(guī)格。其結構特點是：全封閉內(nèi)齒輪傳動；電動機在一端，減速器、制動器和操作部分在另一端，中間是卷筒，一字型布置，按鈕操作，可遠距離遙控；最大特點是卷簡可纏繞8—9層．容繩量大，適于高層卷揚使用。
遠滕鋼機公司有60多年歷史，它是日本唯一生產(chǎn)特殊電動卷揚機的公司。ENDO型卷揚機采用起重電動機，卷揚機可兩檔變速，排繩器裝在上部，是單螺旋軸雙導向桿式結構，機座全部是焊接結構，所有機械與電器部分都裝在機座里。
(三)法國
法國生產(chǎn)卷揚機的廠家很多，其中包藤(POTAIN)公司就是生產(chǎn)卷揚機的主要廣家之一，主要生產(chǎn)KUSW系列、LMD系列、PC系列和RCS系列卷揚機。
KUSW型卷揚機輕巧緊湊，效率高，安全可靠，可遙控操作。這種卷揚機能夠比較理想地與各種機械配套。
LMD型卷揚機可兩檔變速，采用液壓控制。液壓系統(tǒng)可同時控制兩個機械制動器。LMD型卷揚機綜合了電氣技術(包括電子技術系統(tǒng))和液壓技術的優(yōu)點，性能比較好。
PC型卷揚機是三速電動卷揚機，遠距離遙控操作，空載高速下降，提高了生產(chǎn)率。電控齒輪換檔(采用延時繼電器)．起吊位置精確，運動緩和，傳動件在油池里工作，停車緩慢，避免磨損電磁剎車。
RCS型卷揚機可五檔變速，三個低速檔和兩個高速檔。由兩個獨立的裝有電磁剎車系統(tǒng)的提升電動機驅動卷揚機。電動機帶動直齒減速器，用錐齒輪帶動卷筒。