HC（8+8）t高揚程電動卷揚機結構設計與研究

李慧娟，徐文娟

HC（8+8）t高揚程電動卷揚機結構設計與研究

李慧娟，徐文娟

（咸寧職業技術學院，湖北咸寧437100）

電動卷揚機容繩量及排繩問題是各類電動卷揚機在設計過程中必須考慮并解決的問題，而HC（8+8）t電動卷揚機的揚程較高，容繩量較大，卷筒裝置的結構尺寸也會隨之增大，卷揚機的占地空間也會增大。采用分區多層纏繞的方法解決了容繩量的問題并保證了卷筒裝置的占地空間；通過優化壓輥裝置的結構，解決了大噸位超高揚程電動卷揚機的排繩問題。

容繩量；壓輥裝置；卷筒裝置；電動卷揚機

大噸位超高揚程電動卷揚機因其揚程比普通電動卷揚機大得多，因此需要增加容繩量，如果按照普通的卷筒纏繞方法，會使卷筒的長度增加，這樣導致電動卷揚機整體結構變大，所占空間變大，所需要的材料增多，制造成本變高。采用鋼絲繩多層纏繞方式，可以縮短卷筒的長度，既可以增大容繩量，又可以從整體上使電動卷揚機的結構變得緊湊。鋼絲繩纏繞層數越多，排繩、壓繩越難，電動卷揚機越容易出故障。為了改進大噸位超高揚程電動卷揚機的結構，提高電動卷揚機的安全性能，并降低生產成本，本文主要針對HC（8+8）t高揚程卷揚機的容繩量及排繩問題對卷筒裝置和壓輥裝置的結構設計進行了分析與研究。

HC（8+8）t超高揚程電動卷揚機主要包括以下幾大結構：卷筒裝置、壓輥裝置、超載檢測裝置、帶制動功能的變頻電動機等，如圖1所示。如要解決容繩量的問題必須優化卷筒裝置的結構及相關參數；要解決排繩、亂繩等問題就必須優化壓輥裝置的結構及性能參數。本文主要針對卷筒裝置和壓輥裝置的結構進行了分析計算，并對其結構進行了優化。

圖1 電動卷揚機

1 HC（8+8）t超高揚程電動卷揚機卷筒裝置的優化設計

普通電動卷揚機的卷筒裝置主要由卷筒、一個壓繩組件和鋼絲繩組成。如果電動卷揚機鋼絲繩采用單層纏繞，容繩量的大小直接影響了卷筒的長度和直徑，即容繩量越大卷筒長度越長，卷筒直徑越大，成本越高，占地空間越大。而HC（8+8）t超高揚程電動卷揚機的容繩量為2×180 m，因此，HC（8+8）t超高揚程電動卷揚機的卷筒裝置的結構必須有所改變。

HC（8+8）t超高揚程電動卷揚機的卷筒裝置除了加大卷筒的直徑外，還在卷筒的中間加了一個中擋板，中擋板安裝在卷筒的中間位置上，將卷筒的容繩空間由原來的一個變成了大小相等的兩個容繩空間，每個容繩空間各配有一個壓繩組件和一根鋼絲繩。鋼絲繩纏繞在卷筒上的繩槽內，兩個容繩空間的繩槽旋向正好相反，一個采用左旋，另一個采用右旋，如圖1所示。兩個壓繩組件中的壓塊分別將兩根鋼絲繩的一端分別固定在卷筒兩端的端面上，鋼絲繩穿過擋板上的孔預先在卷筒上纏繞4～5圈，并分別從壓輥軸和卷筒之間穿過，其另一端通過定滑輪固定在料耙機的立柱上，在料耙機的立柱上形成雙吊點起吊重物。

1.1 HC（8+8）t超高揚程電動卷揚機的性能參數

HC（8+8）t超高揚程電動卷揚機的主要性能參數如下：

（1）電動卷揚機的內部材料：Q345E；

（2）HC（8+8）t電動卷揚機的起升重量：（8+8）t；

（3）容繩量：2×180 m；

（4）工作級別：M3.

1.2 鋼絲繩直徑的計算

鋼絲繩纏繞在卷筒上的繩槽中，根據鋼絲繩的直徑確定卷筒上的繩槽尺寸，因為是多層纏繞，卷筒兩端的擋板高度鋼絲繩的直徑也有關，因此要確定卷筒的結構尺寸必須計算鋼絲繩的直徑。

鋼絲繩直徑可由鋼絲繩最大工作靜拉力公式計算[4]

經查手冊C可取0.093，S=8 000×10=80 000 N，代入公式（1）可以得到鋼絲繩的直徑

1.3 卷筒結構尺寸的計算

卷筒的結構尺寸主要包括卷筒的直徑、長度、厚度、擋板的高度等，其中卷筒的直徑直接影響容繩量的大小。

（1）卷筒的名義直徑計算公式為[1]經查手冊可得h=14，代入公式（2）中計算可得卷筒的直徑為：

（2）卷筒的厚度

因為卷筒的材料為Q345E，所以卷筒的厚度取δ≈d=26.3 mm

（3）繩槽半徑：R=（0.53?0.56）d=（0.53?0.56）×26.3=（13.99?14.728）mm，取R=14 mm

（4）標準繩槽的深度：H1=（0.25?0.4）d=（0.25?0.4）×26.3=（6.575?10.52）mm，取H1=8mm

（5）標準繩槽的節距：P1=d+24=26.3+24= 28.3mm，取整數P1=29mm

（6）卷筒的長度及鋼絲繩纏繞層數計算

第一層鋼絲繩纏繞在繩槽中，卷筒中心到繩芯的距離為

根據以上數據計算可以算得第一層鋼絲繩纏繞卷筒一圈的長度為

l1=2πR1=3.14×189.3=1 188.8 mm

因為強度計算的條件是卷筒的長度L≤3D

若每層纏繞n圈，繩槽節距為29mm，則29n≤3D

所以可得n≤3D/29，即n≤38，取n=35

則卷筒的長度為L=29×35=1 015 mm

則第一層容繩量為：

35×1 188.8=41 608 mm=41.608 m

第一層的容繩量最小，層數越大容繩量越大，設計過程中按第一層容繩量計算，可確保足夠的容繩量，所以（2×180）/41.608=8.65層，所以鋼絲繩纏繞層數取9層。

（7）卷筒的強度計算[1]：

強度計算條件L≤3D

強度計算公式

A1為應力減小系數，一般取A1=0.75；Smax為鋼絲繩最大靜拉力（N）；P為鋼絲繩圈繞節距（mm）；σcP為許用壓應力（MPa）；δ為卷筒壁厚（MPa）；A為與纏繞層數有關的系數，查手冊A取2.5.

當L≤3D時，彎曲和扭應力合成應力不超過10%的壓應力，只計算壓應力即可。

因為卷筒采用的材料為Q345E，屈服強度值為

許用應力σcP=σb/1.5=230MPa

滿足強度校核要求σc≤σcP，故卷筒強度足夠。

2 壓輥裝置的優化設計

HC（8+8）t超高揚程電動卷揚機超高揚程電動卷揚機排繩、亂繩問題主要由壓輥裝置來保證。壓輥裝置由壓輥套筒、壓輥軸、連接板、壓輥安裝座、彈簧等組成。普通卷揚裝置一般采用單繩纏繞，HC（8+8）t超高揚程電動卷揚機采用的是雙支點起吊重物，兩繩同時反向纏繞。兩繩開始纏繞的起點從卷筒的兩端同步進行，通過卷筒上繩槽的旋向來保證鋼絲繩的運動方向，一邊采用左旋，一邊采用右旋，左右旋向終止于中擋板。如圖2所示，卷筒由中檔板分割成兩個區間，尺寸大小相等，繩槽旋向相反，兩繩起點分在卷筒兩端，從而保證了卷筒在轉動過程中，兩繩能同時同步并反向運動。

圖2 壓輥裝置

在纏繞過程中利用壓輥裝置保證鋼絲繩有序纏繞。壓輥套筒與壓輥軸之間通過軸承連接，壓輥軸通過連接板安裝在壓輥安裝座上，螺旋扣一端與連接板相連，另一端與壓輥安裝座通過彈簧連接；兩根鋼絲繩分別從壓輥軸和卷筒之間穿過，鋼絲繩在纏繞過程中，壓輥軸通過彈簧的拉力將鋼絲繩壓向卷筒從而防止亂繩或打結，保證其有序纏繞；電動卷揚機容繩量長度不小于2×180m，鋼絲繩總長約2×230m.

3 HC（8+8）t超高揚程電動卷揚機的工作原理

在常溫下電動機驅動減速器運動，減速器通過中心軸將運動傳遞給卷筒，實現卷筒轉動，從而帶動兩根鋼絲繩沿卷筒反向移動，繞繩過程中通過壓繩組件防止鋼絲繩滑動，在換層、纏繞過程中，壓輥軸通過彈簧的拉力將鋼絲繩壓向卷筒從而防止亂繩或打結，保證鋼絲繩有序的纏繞。

4 結束語

本文主要通過優化HC（8+8）t超高揚程電動卷揚機的壓輥裝置和卷筒裝置的結構，解決了HC（8+8）t超高揚程電動卷揚機的容繩量及排繩問題，從而實現了在起吊重物過程中雙吊點起吊，并保證了在起吊過程中兩根鋼絲繩同時同步反向運動。壓輥裝置和卷筒裝置結構的優化既可以增大容繩量，又可以從整體上使電動卷揚機的結構變得緊湊，對提高電動卷揚機的安全性能，降低生產成本具有一定的意義。

[1]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2008.

[2]姚大勇.JB/T5000.7-1998重型機械通用技術條件[S].北京：中國機械行業標準出版社，2008.

[3]中國標準化委員會編.中國機械工業標準匯編：起重機卷[S].北京：中國標準出版社，2002.

[4]宮本智.葫蘆式起重機[M].天津：天津科學技術出版社，2009.

Structure Design and Research of HC（8+8）t High Lift Electric Hoist

LI Hui-juan，XU Wen-juan
（Xianning Vocational Technical College，Hubei Xianning 437100，China）

Rope capacity and rope device problem must be taken into account and solve in the design process of all kinds of electric hoists.But the lift of HC（8+8）t electric hoist is higher，rope capacity is larger，the structure size of the roll device will increase，covers an area of the hoist will also increase，this paper adopts the method of partition multi-layer winding to solve the problem of the rope capacity and ensure the covers an area of roll device.this paper uses optimization of the structure of roller device to solve the large-tonnage high lift electric hoist rope problem.

rope capacity；compression roller device；roll device；electric hoist

TH211

A

1672-545X（2017）02-0033-03

2016-11-05

本文系咸寧職業技術學院院級重點課題“大噸位超高揚程電動葫蘆的技術研究”的成果（批準文號：2015Y007）

李慧娟（1981-），女，湖北鄂州人，講師，碩士，主要從事機械設計制造及自動化專業教育的研究與教學。