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一种钢丝绳自动卷扬机结构设计

一种钢丝绳自动卷扬机结构设计

本文在分析现有市场上的卷扬机各种优缺点的基础上,对现今卷扬机的有些不够完善,有些结构方面问题还有待解决,通过对人力卷扬机和电动卷扬机的原理进行分析, 完成了该带排绳机构的卷扬机设计。

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  • 详细描述

    一种钢丝绳自动卷扬机结构设计
    摘要
    如今社会的快速发展,一般很多需要用到人力的地方都会随着时间的推移被机械所取代,这也是发展所带来的一大特色。在机械行业的发展历程中,应运而生的新型机械创造有着非常举足轻重的作用。尽管机械行业发展之快,但是不免有些会一直被人们利用来做生产工具,并且一连使用到今天,所以这些机械工具更是在生活中起着不可代替的作用,如本次设计的一种卷扬机就是其中一例。卷扬机的发展同其它机械一样,从开始的简单结构到如今的各式各样的复杂结构及外观,从以前的人力到传统机械动力再到现如今普遍的电力动力,从人工操作到如今的电脑操作甚至智能控制操作。
    本设计论文主要设计了卷扬机的卷筒,排绳机构链传动和排绳器,卷筒轴,减速器以及 V 带传动。另外其中还包含一些零件的模型受力分析,如利用 UG 高级仿真对卷筒轴进行有限元分析以及对减速器进行运动仿真。
    本论文中将卷筒、卷筒轴、排绳机构链传动和排绳器、V 带传动的设计和轴的受力有限元分析最为主要,其次还有相关的运动仿真输出结果图,对卷扬机相关的非标准零部件都进行了相应的三维建模。还对减速器的高、低速级齿轮做了接触器强度校核计算, 其余的一些卷扬机辅助零部件由于本论文篇幅有限,只是初略做了简单的选用与介绍。
    关键词:卷扬机;卷筒;卷筒轴;排绳机构;传动机构
     
    目录
    第一章 概论 1
    1.1卷扬机的发展概况简介 1
    1.1.1卷扬机的应用 1
    1.1.2我国卷扬机的发展概况 1
    1.1.3国外卷扬机的发展概况 1
    1.2卷扬机主要类型 2
    1.3设计方法或技术路线 3
    1.3.1设计要求 3
    1.3.2各零部件的设计 3
    1.3.3拟采用的方法或技术路线 3
    1.4本课题设计的意义 4
    第二章 卷扬机传动装置的设计、钢丝绳的选用 5
    2.1电动机功率选择 5
    2.1.1电动机功率的初选 5
    2.1.2验算电动机发热条件 11
    2.2各传动装置传动比的具体计算及分配 11
    2.3传动装置的运动、动力计算 12
    2.4卷扬机钢丝绳选用 13
    2.4.1钢丝绳的种类 13
    2.4.2钢丝绳的固定方法 13
    2.4.3钢丝绳直径的确定 14
    2.4.4钢丝绳安全系数的验证及使用 15
    第三章 卷扬机卷筒、卷筒轴、排绳机构的设计 17
    3.1卷筒的设计计算与校核 17
    3.1.1卷筒节径 D0 、直径 D 的设计计算 18
    3.1.2卷筒容绳宽度 Br=LT 设计计算 19
    3.1.3卷筒边缘直径𝑫𝒌设计计算 19
    3.1.4卷筒容绳量长度 L 设计计算 20
    3.1.5卷筒壁厚设计计算 20
    3.1.6卷筒受力分析 21
    3.1.7卷筒强度计算及校核 21
    3.2排绳机构传动方式的设计 25
    3.2.1排绳机构与卷筒之间的运动参数关系 25
    3.2.2排绳机构链传动的设计与相关计算 27
    3.2.3排绳机构排绳器的设计计算 32
    3.3卷筒轴的设计计算与校核以及有限元分析 35
    3.3.1卷筒轴的受力分析 35
    3.3.2卷筒轴的设计计算 35
    3.3.3利用 UG 高级仿真对卷筒轴进行有限元分析 39
    第四章 卷扬机 V 带传动、减速器的设计 43
    4.2减速器的设计计算 43
    4.1 V 带和带轮设计计算 43
    4.2.1高速级斜齿圆柱齿轮的设计计算 46
    4.2.2底速级斜齿圆柱齿轮的设计计算 49
    4.3减速器机体结构参数 53
    4.3.1减速器各部分的润滑 55
    4.4减速器各齿轮轴设计 56
    4.5利用 UG 对减速器进行运动仿真 58
    4.5.1创建运动仿真文件及模型 58
    4.5.2输出结果 59
    4.5.3输出轴联轴器选用 63
    第五章 卷杨机的安全技术、评价改进、成本分析总结 64
    5.1卷杨机的安全技术 64
    5.2根据实际环境中对设计进行评价和改进 64
    5.3成本分析总结 64
    结束语 65
    致 谢 66
    参考文献 67
     
    第一章 概论
    1.1卷扬机的发展概况简介
    1.1.1卷扬机的应用
    卷扬机主要的适用于建筑工地、矿区、工厂等工作环境的装置。在设计中都是依据它提升重物这一重要机械性能要求为根本设计思路,虽然现在市面上除了卷扬机外,目前有塔吊、汽车吊等新型起重机械取代了卷扬机的部分工作,但是由于塔吊及汽车吊成本非常高,不能广泛的应用,因此非常多的设备的安装工作仍然还是由卷扬机承担的[1]。卷扬机它制造简单、操作非常方便、价格相应的也比较便宜、维护保养也非常的简单优点,它也广泛应用于建筑、工农业、海运、油田、冶金、及军事等行业[1]。
    1.1.2我国卷扬机的发展概况
    目前,由于机械化施工机械还是不完整的品种以及水平也比较低,卷扬机升降起吊重物仍然是最基本的起重设备。
    卷扬机的产品起重机范围从 0.5 吨至 32 吨都有。其中 0.5 吨到 3 吨的产品在建筑工
    地大多使用,超过 5 吨的产品被用于水力发电的堤坝,港口堆场,森林拖带,船舶打捞等作业。
    在解放前的中国,卷扬机只用在比较大型的大企业生产车间,并且应用也不是非常的广泛。更多使用的都在国外生产的卷扬机产品。基本上没有厂商在中国做卷扬机起重机械。对起重机械的需求量并不是很多。因此也造成了国内卷扬机主要是在模仿制造期间。 
    近年来,国家在建筑卷扬机行业标准化方面做了大量工作。同时也建立了国家建筑起重机标准和规范,它为确保产品质量改进和产品卓越创造了很好的条件。
    1.1.3国外卷扬机的发展概况
    1、美国
    美国有Beibo 国际有限公司,它们做卷扬机设计和生产经验已经有 70 多年的历史。他们的卷扬机目前的产品有: 0.5 吨到 30 吨的防爆牵引气动卷扬机、0.25 到 40 吨的气动链条卷扬机以及液压卷扬机、1 吨到 9 吨的卧式卷扬机等产品。
    美国还有一家名叫哲恩的有限公司,它也是一家为美国专门生产制造卷扬机等重型设备的公司。其生产的主要产品有:形式多样的的电动、手动的卷扬机重机械。
    美国也是一家比较重要的制造商
    2、法国
    KUSW 卷扬机结构紧凑,高效,安全,可靠等优点作。这种类型的卷扬机有很好的适用性,能理想地与各种设备匹配。
    该 RCS 卷扬机分为五速(三低和两高速)。卷扬机是由装备有电磁制动系统两个单独
    的电马达驱动的。利用马达来驱动正齿轮的减速器,并驱动与制相连的锥齿轮卷筒轴。其他国家,他们也产生不同功能目的的各种类型的卷扬机产品。以上卷扬机发展情
    况综合参考了文献[5]到文献[11]。
    未来的卷扬机可能应该会朝着以下方面发展:
    1)、大型化;
    2)、采用先进电子技术;
    3)、发展手提式卷扬机;
    4)、不带动力源装置的新型卷扬机。
    1.2卷扬机主要类型
    由于卷扬机制造成了不同的型号,各型号以适应各种使用不同条件的产品。
    1、用钢丝绳速度 V 分 
    根据钢丝绳在卷筒的基准层上缠绕的绳速度可分为:
    1)慢速的卷扬机 绳速 v=9—15m/min;
    2)中速的卷扬机 绳速 v=15—30m/min
    3)快速的卷扬机 绳速 v=30—45m/min
    4)高速的卷扬机 钢丝绳的速度 v≥45m/min。为了满足特殊的需要,也有具有可调整的速度。
    2、按卷筒数目分 
    卷筒的数目的多少会很大程度上直接影响到卷扬机的结构。它分为单筒、双筒和多筒。市面上目前常见的大多数都是单筒、双筒结构的卷扬机设备。
    3、按动力源分 
    1)手动小卷扬机;
    3)气动卷扬机用在不带电源的地方;
    4)液压形式的卷扬机,并且具有液压源。
    虽然卷扬机类型多种,但事实上,由于应用的复杂性,也很难完全的区分开来,并卷扬机常常有几个工作要做,所以使用卷扬机类型不明确。
    1.3设计方法或技术路线
    1.3.1设计要求
    本次论文设计一台带有排绳机构的自动卷扬机,并且要求拟采用 V 带传动、齿轮传动、链传动等进行机构设计。
    本设计题目给定的已知条件有:卷扬机卷筒直径为340mm,绳子的额定拉力20KN,钢丝绳缠绕的速度为 15 m/min,可以适用于实际矿区、建筑及吊物等工程。
    1.3.2各零部件的设计
    1)电动机的功率计算及选用:
    选择电机的原则是选择具有最低功率值的电动机,且尽可能同时确保最大工作载荷扭矩。出于这个原因,具有大的起动转矩和短时间过载因数的电机应是优选的。
    2)普通 V 带传动相关的参数设计以及 V 带型号、带轮的选用;
    3)减速器零部件的设计与选用,齿轮传动设计;
    4)卷筒轴的联轴器参数选用;
    5)卷扬机卷筒的参数选择与计算校核、受力分析:
    6)排绳机构的设计:
    排绳机构包含链传动机构、往复丝杠传动及排绳器的参数设计计算与选用。
    7)卷扬机钢丝绳的选择:
    卷扬机上钢丝绳直径的选择,它是根据安全系数确定的。钢丝绳的正确选取关乎卷筒的直径。
    1.3.3拟采用的方法或技术路线
    1)动力及传动部分
    采用合适的三相异步电机,由 V 带传动、减速器输出轴带动联轴器、从而实现卷扬机卷筒转动。
    2)排绳机构
    排绳机构设计用于将钢丝绳进行平整顺序排列,增加钢丝绳的使用寿命,通过电机、V 带传动、再由减速器齿轮提供的输出驱动力,使卷筒轴上连接的链传动带动往复丝杠进行往复直线运动,从而迫使钢丝绳可以整齐地布置在卷筒表面上。
    3)卷扬机
    设计计算卷扬机相应重要的结构部件的尺寸,计算卷筒的结构和强度设计。另外并选择相应的标准件。
    以上卷扬机的设计方法和技术路线综合参考了文献[12]到文献[23]。
     
    1.4本课题设计的意义
    机械行业在快速发展,并且也广泛的应用到人民生活实践中,新型的卷扬机出现是势在必行,而且这也是一个非常紧迫的问题。本次设计的目的就是为了更好地使卷扬机有体积小、起重平稳,结构紧凑,操作方便安全等,并且还具有相对低廉的价格和可靠性高的特点,同时也要使卷扬机必须安全坚固稳,不能在起吊过程中的振动和打滑。接下来是本人具体对本次设计的卷扬机所要做的工作如下:
    1)、卷扬机各传动部件装置的设计以及相应钢丝绳的选用;
    2)、卷扬机的卷筒、卷筒轴以及排绳机构的设计;
    3)、卷扬机 V 带传动、减速器的设计;
    4)、卷杨机的安全技术、评价改进、成本分析总结。
     
    参考文献
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