單層繞卷筒壁厚與鋼絲繩直徑關系的研究

摘 要：本文通過分析單層繞卷筒受力特點，推導出卷筒壁厚與鋼絲繩直徑的關系，重點提出將卷筒結構安全系數與機構工作級別相關聯的設計思想，優化了卷筒自重。最后通過算例，驗證卷筒壁厚與鋼絲繩直徑比例系數的正確性。

關鍵詞：卷筒；鋼絲繩；壁厚；研究

引言

卷筒是直接影響起重機卷繞裝置工作特性及制造成本的關鍵零部件[1]。

多年來，起重機焊接卷筒的壁厚都是由經驗公式確定的，《起重機設計手冊》建議繩壁系數1.0，即焊接卷筒壁厚約等于鋼絲繩直徑。該方法簡單實用，但偏于保守，材料的承載能力沒有得到充分的利用。近年來， 隨著生產技術的不斷發展和生產規模的不斷擴大， 如果繼續采用傳統的經驗公式進行設計，則卷筒的壁厚 將會隨著鋼絲繩的直徑 相應的增大，由此會帶來一系列相應的問題[2]。

第一，卷筒壁厚的增大，將會使鋼板的加工和焊接難度增大，導致加工成本提高，生產周期加長；

第二，加工卷筒的鋼板過厚會使彎曲后的卷筒內外表面的伸縮量差值加大，從而導致卷筒內的初始應力呈現非均勻性的增大；

第三，卷筒壁厚的增大，致使卷筒重量、轉動慣量的增大，將會導致電動機功率的提高和相關設備重量的增大，從而影響了起重機小車的生產成本。

1.單層繞卷筒的載荷特點

當鋼絲繩卷繞到卷筒上后，將卷筒箍緊，此時在卷筒上產生三種應力。

1.1.鋼絲繩卷繞在卷筒上產生的箍緊（擠壓）應力；

1.2.繞出繩的拉力產生的彎曲應力；

1.3.傳遞扭矩產生的扭轉應力。

其中第1.1.項所論及的由鋼絲繩包繞所產生的擠壓應力是產生卷筒應力的主要載荷。

2.卷筒壁厚與鋼絲繩直徑的關系

單層繞卷筒表面通常切出導向螺旋槽，繩槽分標準槽和深槽兩種形式，一般情況下都采用標準槽。結合文獻[4]《起重機設計手冊》和文獻[5]GB8918-2006《重要用途鋼絲繩》給出了卷筒繩槽的尺寸，如表1所示。

表1 卷筒繩槽尺寸

3.計算實例

4.結論

本文通過分析單層繞卷筒的載荷特點，推導出卷筒壁厚與鋼絲繩直徑的關系，并提出將卷筒安全系數與機構工作級別相關聯的設計思想，從根本上優化了卷筒重量，有利于降低機構成本。最后通過實例驗證了單層繞卷筒壁厚與鋼絲繩直徑比例系數的正確性。

參考文獻：

[1]楊長骙. 起重機械[M].北京： 機械工業出版社， 1992.

[2]肖漢斌.起重機卷筒強度和穩定性理論分析與試驗研究[D].武漢理工大學，2002.

[3]P.Dietz.單層和多層卷繞卷筒尺寸的確定和承載能力的計算[J].國外起重運輸技術，1981（3）：13-26.

[4]張質文，虞和謙，王金諾等.起重機設計手冊[M].北京：中國鐵道出版社，2001.

[5]中華人民共和國國家標準.GB 8918-2006 重要用途鋼絲繩[S].北京：機械標準出版社，2006.