建筑卷扬机及其排绳机构的设计管理.docx
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1、1 绪 论1.1建筑卷扬机的简介随着微机技术在世界的改变及在电路中的智能化,PLC在电路中的运用得到了广泛的应用,而它可靠性高、能经受恶劣环境的考验、使用极方便的巨大优越性,迅速占领工业自控领域,成为工业自动控制的首选产品,与机动人、CDM/CAM并称为工业生产自动化的三大支柱。1.2设计方法或技术路线:1.2.1设计要求1)设计一台带排绳机构的卷扬机2)要求能提升5吨的物体1.2.2各零部件的设计1)电动机的功率计算及选用:2)减速箱的参数设计与选用: 减速箱的选择主要根据齿面性能,传动比等方面进行选择。本设计中选择硬齿面及合适的传动比减速器作为卷扬机的选型方案,其传动比需满足设计要求。3)
2、卷扬机滚筒及排绳机构的设计:卷扬机滚筒的选择主要包括结构设计和强度设计,强度设计主要是考虑弯曲校核、扭矩校核和寿命校核。4)电动机控制线路的设计及卷扬机钢丝绳的选择:卷扬机绳径的选择依据是JGT503 193建筑卷扬机设计规范411条,根据安全系数来确定的。控制线路的设计实现三相异步电机的正、反转、快转和慢转的要求。1.2.3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,通过减速箱驱动卷扬机转动2)排绳机构 设计出排绳机构,以减速箱齿轮提供的动力,驱动排绳机构往复直线运动,使得钢丝绳能在卷扬机卷筒上整齐排列3)卷扬机对卷扬机滚筒进行结构设计和强度、寿命校核4)采用继电器和手
3、动按钮设计三相异步电机的正、反转、快转和慢转,完成控制面板的设计1.3本设计的意义随着卷扬机在工业的广泛应用,所以本设计就是为了更好地改善已往卷扬机在工业中的缺点,如:钢丝绳在工作中由于受到挤压而使其使用寿命下降,而采用排绳机构进行均匀排绳从而提高了钢丝绳的使用寿命。同样在控制电路中,采用plc来进行控制这样能减少电路中的繁锁,跟据科学技术要从智能化和微型化进行发展。从而改善了采用继电器来控制电路。并增强了控制的实时性,更能保证精度要求的产品质量。这样也跟上了主流计算机发展的潮流、将生产控制与生产管理合二为一。也就是迎合了全集成自动化的概念,将数据处理、通信、控制程序统一起来了。这也就是本设计
4、的意义。2 卷扬机部件的设计计算2.1:电动机功率选择、总传动比设计计算与校验正确选择电动机额定功率的原则是:在电动机能够满足机械负载要求的前提下,最经济、最合理地决定电动机功率。根据电动机的类别有直流电动机和交流电动机。而它又分为三相异步电动机和同步电动机。异步电动机结构简单,维护容易,运行可靠,价格便宜,具有较好的稳态和动态特性,而直流电动机也结构简单、维护方便,但由于长期以来交流电动的调速问题未能得到满意的解决。因此,交流电动机在工业中使用得最为广泛的一种电动机。卷扬机属于非连续制工作机械,而且起动、制动频繁。因此,选择电动机应与其工作特点相适应。卷扬机主要采用三相交流异步电动机。根据工
5、作特点,电动机工作制应考虑选择短时重复工作制和短时工作制,并优先选用YZR(绕线转子)、YZ(笼型转子)系列起重专用电动机。多数情况下选用绕线转子电动机;根据本设计要求,综合以上分析,本设计主要选择绕线转子的短时重复工作制。2.1.1电动机功率的初选:卷扬机电动机功率的初选可按所需的静功率计算,然后根据电动机工作方式类别进一步确定电动机的功率,并进行必要的校验。静功率(单位:KW)计算公式为: (1)式中 钢丝绳额定拉力(N); 钢丝绳额定速度(m/min); 卷扬机整机传动效率。这里的传动效率包括传动装置、轴承、联轴器、离合器和卷筒缠绕等的效率。 图1 卷扬机工作原理图 根据建筑卷扬机的设计
6、表33选取各传动件的传动效率:弹性联轴器 99 1两级圆柱齿轮减速器(同轴式) 93 齿式连轴器 99 1开式齿轮传动 98 卷筒(滚动轴承) 96 链传动 94 丝杠 40则总传动效率为:0.86选取钢丝绳的速度0.25m/s,则动载系数1.13 14.24(KW)卷筒转速: 式中 钢丝绳额定速度(m/min); 卷筒基准层钢丝绳中心直径(mm)。 (2)总传动比 式中 电动机额定转速(r/min); 卷筒转速(r/min)。68.18根据建筑卷扬机的设计表37可选取传动比的两级圆柱齿轮减速器(同轴式)。并取25,则开式齿轮传动比=2.73根据电气工程师手册表7.64可选取:YR系列绕线转子
7、三相异步电动机,转速750 r/min;额定功率P15KW;额定电压:380V。2.2:钢丝绳的计算及确定2.2.1材料和种类的分析钢丝绳由许多高强度钢丝绳编绕而成,可单捻、双捻成形。绳芯常采用天然纤维芯(NF)、合成纤维芯(SF)、金属丝绳芯(IWR)和金属丝股芯(IWS)。纤维芯钢丝绳具有较高的绕性和弹性,缠绕时弯曲应力较小,但不能承受横向压力。金属丝芯钢丝绳强度较高,能承受高温和横向压力,但绕性较差。本设计中卷扬机为多层缠绕,更适合选用双捻制天然纤维芯(NF)钢丝绳。根据钢丝绕成股和股绕成绳的相互方向可分为:顺捻钢丝绳和交捻钢丝绳。顺捻的特点是钢丝绳绕性好,磨损小,使用寿命长,但容易松散
8、和扭转。它不允许在无导轨的情况下作单独提升,故在不松散的情况下或有刚性导轨时应用为佳。交捻的与顺捻的相比绕性和使用寿命相对要差,但由于绳与股的扭转趋势相反,克服了扭转和易松散的缺陷,故本设计优先选用交捻钢丝绳。根据钢丝绳中钢丝与钢丝的接触状态不同又可分为:点接触钢丝绳、线接触钢丝绳、点线接触钢丝绳、面接触钢丝绳。点接触的特点是:接触应力高,表面粗糙,钢丝易折断,使用寿命低。但制造工艺简单,价格便宜。由于线接触钢丝绳比点接触钢丝绳的有效钢丝总面积打,因而承载能力高。如果在破断拉力相同的情况下选用线接触钢丝绳,可以采用较小的滑轮和卷筒,从而使整个机构的尺寸减小。点线接触是一种混合结构的钢丝绳,里面
9、是点接触,外面是线接触。面接触的接触应力比线接触要小,从而进一步改善了钢丝绳的性能,但钢丝绳的绕性较差。由以上分析可知,卷扬机宜选用不易松散和旋转向小的线接触钢丝绳。综上,本设计选用交捻制天然纤维芯(NF)线接触钢丝绳。2.2.2钢丝绳的固定方法:钢丝绳在卷筒上的固定方式 钢丝绳在卷筒上的固定应保证工作安全可靠、便于检查、装拆及调整,且固定处不应使钢丝绳过份弯折。绳端常见的固定方式有:压板固定和楔块固定两类。 a:压板和螺钉绳端固定装置对多层缠绕,螺钉头不能露出卷筒表面。这种绳端的固定方式,工作台可靠,对钢丝绳的损伤小,安装方便,出绳方向容易变换。b:楔形块固定装置它是钢丝绳通过楔块固定在卷筒
10、上。楔块的斜度通常取1:41:5,以满足自锁条件。这种绳端的固定方式比较简单,但钢丝绳允许的直径不能太大 图2钢丝绳的固定方法根据这两种方法的优缺点所以应a方式。2.2.3. 钢丝绳直径的确定:卷扬机系多层缠绕,钢丝绳受力比较复杂。为简化计算,钢丝绳的选择多采用安全系数法,这是一种静力计算方法。钢丝绳的安全系数按下公式计算 (3)式中 整条钢丝绳的破断拉力(N); 卷扬机工作级别规定的最小安全系数,见建筑卷扬机的设计表395; 钢丝绳的额定拉力(N)。根据设计要求,钢丝绳需要承载10吨的拉力。即为额定拉力 =MG=59.8=4.9(N)根据设计要求,该卷扬机属于重载荷工作状态,按利用等级和载荷
11、状态的分类可将本设卷扬机定为工作级别。根据建筑卷扬机的设计表395可查得 =6=4.96=2.94 (4)根据建筑机械手册GB 110174可选取6(19)系列钢丝绳:钢丝绳公称抗拉强度:170/钢丝绳破断拉力总和:38600钢丝绳直径:23.5mm由公式:钢丝绳破断拉力换算系数钢丝绳破断拉力总和 根据建筑机械手册GB 110174可查得6(19)系列钢丝绳换算系数为0.85。 =386000.85=32810钢丝绳安全系数=6.69=6 (5)故符合要求。 (注:19.8N)2.3:排绳机构传动方式的确定链传动是属于带有中间挠性件的啮合传动。与属于磨擦传动的带传动相比,链传动无弹性滑动和打滑
12、现象, 因而能保持准确的平均传动比,传动效率高;又因链条不需要像带那样张得很紧,所以作用于轴上的径向压力较小;在同样使用的条件下,链传动结构较为紧凑。虽然齿轮传动的传动效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长、传动比稳定。但是齿轮传动的制造及安装精度高,价格较贵,且不宜用于传动距离过大的场合。所以跟据各方面的原因选取链来作为传动方式。PdsZ1Z2卷筒所用绳索,当ds小于20mm时,a一0.5mm2040mm时, a一1.0mm大于40mm时, a一2.0mm本次设计中a为1.0 mm mmds128.53446.5根据上述计算,链轮传动比i=2比较合适3 卷筒及卷筒轴设计3.1 卷筒的设计计算卷扬
13、机卷筒系钢丝绳多层缠绕,所受应力非常复杂。它作为卷扬机的重要零件,对卷扬安全、可靠的工作至关重要,应合理地进行设计。3.1.1材料与结构的选用:卷扬机结构形式多,按制造方式不同可分为铸造卷筒和焊接卷筒。铸造卷筒应广泛。卷扬机卷筒大多为铸卷筒,成本低,工艺性好。大吨位卷扬机一般采用铸钢卷筒,铸钢卷筒虽然承载能力较,但成本高。考虑经济效益和设计要求,本设计跟据其在满足要求的情况下选择成本最低的材料。并选取材料为HT2503.1.2卷筒容绳尺寸参数:卷筒容绳尺寸参数意义及表示方法应合国家标准规定,参见右图3所示(1).卷筒节径D 跟据卷筒的设计要求卷筒节径与钢丝绳的直径d有关,而卷节径D应满足下公式
14、 图3卷筒的结构图 式中 卷筒直径比,是与卷扬机工作 钢丝绳的直径(mm)级别有关的数,见建筑卷扬机的设计 表3107 建筑卷扬机的设计表3107可得 19 23.519446.5(mm)卷筒节径D对筒壁和端板的设计具有重要意义,也影响钢丝绳直径的选择。D值小,结构自然紧凑,但单位长度的力较大,钢丝绳寿命低。因此,建筑卷扬机的设计表3103中规定的D/d值可认是对应一定工作级别的最小值。查建筑卷扬机的设计表103可得20故 D2023.5470(mm)(2) 卷筒的直径 =47023.5446.5(mm)(3) 卷筒容绳宽度卷筒容绳宽度,一般可按下述关系确定: 式中 卷筒直径(m)446.51
15、33.5(mm)卷扬机卷筒壁厚的设计算中,通常卷筒长度都设计成小于其直径的3倍,甚至小径2倍。因此此时的钢绳拉力产生的扭剪应力和弯曲应力的合成应力较小,故计算卷筒强度时可忽略不计简化了设计计算。考虑本设计为大吨位卷扬机,过大会严重影响卷筒寿命,故取 即:2446.5893mm 取=800(mm)(4)卷筒边缘直径卷筒边缘直径即卷筒端侧板直径,对于多层缠绕,位防止钢丝绳脱落,端侧板径应大于钢丝绳最外层绳圈直径。端侧板直径用下式计算: (8)式中 最外层钢绳绳芯直径,由下式确定:= ()。其中:钢丝缠绕层数设钢丝绳缠绕层数为2层即S=2 则446.5221)23.5517(mm) 517423.5
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