電動葫蘆新型卷筒裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王晨

摘 要：作為鋼絲繩電動葫蘆的主要結(jié)構(gòu)部件，卷筒裝置設(shè)計(jì)影響著鋼絲繩收放效果、吊具吊鉤的升降情況，最終影響重物吊放作業(yè)，并且卷筒裝置尺寸決定了整個(gè)葫蘆外形，進(jìn)而決定其加工性、抗噪性以及穩(wěn)定性等，可以說是電動葫蘆設(shè)計(jì)中需要特別注意的地方。該文通過相關(guān)資料，介紹了電動葫蘆的相關(guān)定義和傳統(tǒng)卷筒裝置存在的弊端，對新型的卷筒裝置設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)講解，希望對現(xiàn)代工業(yè)的宣傳和發(fā)展有所裨益。

關(guān)鍵詞：鋼絲繩電動葫蘆 新型卷筒裝置 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號：TH21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0088-02

從1950年開始電動葫蘆就在我國開始生產(chǎn)，多年來經(jīng)歷了從仿造、試制到開發(fā)的遞增過程，可以說是我國工業(yè)發(fā)展的一個(gè)小縮影，因?yàn)槠湓诠I(yè)上的重要性，電動葫蘆的改變一直受到廣泛關(guān)注。卷筒裝置作為鋼絲繩電動葫蘆的重要零件，經(jīng)歷了反復(fù)地實(shí)踐和改革后，一種新型的卷筒裝置被應(yīng)用于電動葫蘆，起到了不錯(cuò)的效果。

1 電動葫蘆和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)

電動葫蘆是一種特種起重設(shè)備，分為鋼絲繩和環(huán)鏈2種，主要安放在天車和龍門吊上方，與傳統(tǒng)的機(jī)器相比，體積不大、質(zhì)量較輕、容易上手，常常在工礦企業(yè)、碼頭等地方出現(xiàn)，為起吊、運(yùn)輸重物做出了巨大貢獻(xiàn)。該文中主要介紹鋼絲繩電動葫蘆中的重要裝置：卷筒裝置，作為電動葫蘆的重要構(gòu)成部分，主要包括的結(jié)構(gòu)有：葫蘆卷筒、卷筒外殼、導(dǎo)繩器等，其尺寸、形狀、性能決定了電動葫蘆的大小、功能和作用，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、安全性一直是電動葫蘆設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的鋼絲繩電動葫蘆往往具有很長的卷筒，隨著科技的進(jìn)步，漸漸不能適應(yīng)工業(yè)的發(fā)展，占地面積大、生產(chǎn)加工不易，造成卷筒和繩槽不能同心，傳統(tǒng)卷筒難以加工以及精度問題給眾多企業(yè)帶來了生產(chǎn)問題，有待改善。[1]

2 新型卷筒裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于傳統(tǒng)的卷筒裝置存在各種問題，新型卷筒裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合時(shí)代發(fā)展、結(jié)合了實(shí)踐的卷筒裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)漸漸被提出，為電動葫蘆帶來了進(jìn)一步的發(fā)展。該文中所講解的新型卷筒裝置以雙層繞繩結(jié)構(gòu)替代了傳統(tǒng)的單層，減少了卷筒長度，有效地解決了精度問題，非常符合現(xiàn)有的工業(yè)要求標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 鋼絲繩選型

鋼絲繩作為卷筒中主要的組成部分，其設(shè)計(jì)選擇必須要符合其拉力范圍和等級，確保卷筒裝置具有合格的承載性和安全性。

已知的數(shù)據(jù)有：額定載荷（Gn）為10 ton，滑輪倍率（a）為4/2，鋼絲繩安全系數(shù)（n）為4，動載沖擊系數(shù)（φ2）為1.1，相關(guān)公式為鋼絲繩拉力（N）等于動載沖擊系數(shù)與額定載荷的乘積除以鋼絲繩安全系數(shù)，即N=φ2Gn/n，根據(jù)此計(jì)算得到鋼絲繩拉力為2.75 t。該文中選用的鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度等級有1 770 MPa、6×37-∮15-IER，最小破斷力（F）為127 kN，計(jì)算可得鋼絲繩安全系數(shù)（nj=F/Nη）達(dá)到5.23，大于原來的安全系數(shù)，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符合。[2]

2.2 卷筒直徑、長度

確定卷筒直徑和長度。為了保證鋼絲繩具有一定的使用壽命，所選卷筒直徑不能過小，具體數(shù)據(jù)有：已知卷筒直徑（D）和鋼絲繩直徑（d）的比值不能小于16，d=15 mm，因此D不能小于240 mm，根據(jù)安裝條件、扭矩條件該文中選取了D=426 mm的卷筒直徑，根據(jù)公式L=[aH÷（∏×（D+d））+4.5]p+200，起升高度（H）為90 m，滑輪倍率（a）為4/2，卷筒繩槽螺距（p）為16 mm，可得L=2 351.8 mm，這就確定了卷筒長度。[3]

卷筒直徑、長度是新型卷筒與傳統(tǒng)卷筒裝置最為顯著的區(qū)別，在設(shè)計(jì)上是依靠繞繩結(jié)構(gòu)達(dá)到改變的，將單層變?yōu)殡p層的過程中使得卷筒長度減少了59%，使其長度達(dá)到了普通設(shè)備加工的標(biāo)準(zhǔn)，也增強(qiáng)了精度、簡化了工藝，可以說避免了傳統(tǒng)卷筒面臨的主要弊端，受到了許多加工廠的熱烈追捧。

2.3 卷筒強(qiáng)度

卷筒強(qiáng)度即卷筒壁厚設(shè)計(jì)的要求，進(jìn)行強(qiáng)度校核后確定其壁厚，由于鑄造工藝，壁厚不能過小，這從根本上決定了卷筒裝置的作用。卷筒應(yīng)力的計(jì)算公式為σl=MW/W+[σl]σ/Y/[σY]≤[σl]，根據(jù)已有數(shù)據(jù)計(jì)算σl為157.16 MPa，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。可見該文中用到的這種新型卷筒達(dá)到了作業(yè)的應(yīng)力要求，完全可以用于各項(xiàng)工作中，完成對重物的起吊。

2.4 階梯形導(dǎo)繩器

導(dǎo)繩器在鋼絲繩的拉動中起到重要的作用，可以使得鋼絲繩沿著滾筒順勢卷入和排出，決定了拉松的順暢度，避免了卷入、亂繩、磨損等情況，它與起升限位器配合動作，能保證行程終點(diǎn)的安全限位。由于該文中的新型卷筒采用的是雙層繞繩結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的單層繞繩結(jié)構(gòu)有所區(qū)別，導(dǎo)繩器需要壓2層繩，還要保證其運(yùn)行同步且留有間距，這是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。該文中的設(shè)計(jì)選用了階梯形導(dǎo)繩器，包括的部件有：階梯形導(dǎo)繩螺母、固定鋼帶、出繩卡板等。導(dǎo)繩器螺母的左右端設(shè)計(jì)有所區(qū)別，右端與卷筒設(shè)計(jì)相應(yīng)和，帶有內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，中部有第一層鋼絲繩結(jié)構(gòu)、第一出繩口、第一出繩口卡板、固定鋼帶等設(shè)計(jì)，以第一層鋼絲繩為服務(wù)對象；右端則以第二層鋼絲繩為服務(wù)對象，其他設(shè)計(jì)基本相同。這種連接方式緊湊又可靠，這項(xiàng)設(shè)計(jì)已經(jīng)通過了實(shí)際應(yīng)用檢驗(yàn)。

2.5 導(dǎo)繩器2個(gè)出繩口的間距設(shè)計(jì)

當(dāng)使用階梯形導(dǎo)繩器時(shí)，對于2個(gè)出繩口之間的間距也有了一定的要求，合適的間距可以使整個(gè)卷筒高效、正常運(yùn)作，減少失誤、摩擦的產(chǎn)生。相關(guān)資料表明：當(dāng)?shù)蹉^動滑輪上升至最高位置時(shí)，動滑輪與卷筒中心間距達(dá)到542 mm，此時(shí)2個(gè)動滑輪的間距為220 mm，鋼絲繩與動滑輪的軸夾角（α）為2.5°，可得出繩口到動滑輪有23.7 mm的垂直距離（X），根據(jù)公式220+2X≥S≥220-2X，以及S的繩槽螺距整數(shù)倍要求，可以得到S的值為180 mm，此時(shí)α為2.11°，小于上限3.5°，符合標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語

該文中介紹了電動葫蘆的定義，以及傳統(tǒng)的卷筒裝置存在的問題，在其設(shè)計(jì)中，需要考慮尺寸、結(jié)構(gòu)及與外部連接，使其構(gòu)造達(dá)到最優(yōu)，并具體介紹了新型的卷筒裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝，值得一提的是，這種新型卷筒裝置已經(jīng)在電動葫蘆中得到了一段時(shí)間的應(yīng)用，其結(jié)果符合我們的預(yù)期，新型的卷筒設(shè)置在鋼絲繩設(shè)計(jì)、卷筒直徑長度設(shè)計(jì)、卷筒強(qiáng)度設(shè)計(jì)、導(dǎo)繩器設(shè)計(jì)等方面存在著優(yōu)勢，其設(shè)計(jì)的改變主要是圍繞著雙層繞繩結(jié)構(gòu)的改變而進(jìn)行，極大程度上避免了傳統(tǒng)電動葫蘆的弊端，具有性能優(yōu)、加工易、消耗小等特點(diǎn)，且其尺寸的改變使得廠房面積的利用率被增大。

科技的發(fā)展往往會帶來技術(shù)的革新，在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，一些卷筒的設(shè)計(jì)廠家在新型卷筒的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加了棘輪機(jī)構(gòu)，主要是起到安全制動器的作用，在很大程度上增強(qiáng)了電動葫蘆的安全性，但是由于篇幅和內(nèi)容所限，該文中并未對此進(jìn)行詳細(xì)描述，但是我們不妨展望，卷筒設(shè)計(jì)的改變在不斷更新著，從大而笨重，到小而精細(xì)，這是一個(gè)持續(xù)的過程，離不開千千萬萬研究者和作業(yè)者的共同努力，筆者相信，將來必定會有更加優(yōu)秀的設(shè)計(jì)應(yīng)用于電動葫蘆中，帶來更加好的效果，其設(shè)計(jì)的改進(jìn)也會對其他工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)生一些借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 于繽峰.一種應(yīng)用在鋼絲繩電動葫蘆上的卷筒裝置[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2014，12（12）：112-114.

[2] 高明利.電動葫蘆新型卷筒裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].河南科技，2012，23（28）：247-248.