針對自卸汽車改裝灑水車技術的研究

艾義霖

摘要：起重機發展至今，已經成為合理組織成批大量生產和機械化流水作業的基礎，是現代化生產的重要標志之一。起重機是在一定范圍內垂直提升和水平搬運重物的多動作起重機械，有很多種分類，但所有起重機中的內部構件，卷筒是最重要的承重部件之一，通過電機的作用來卷繞鋼絲繩以實現其吊重物的下降提升，它承載起升載荷，收放行絲繩以實現取物裝置的升降。卷筒的纏繞半徑、圈數都對起動機有著質的影響，所以從幾個因素入手優化并解決起重機卷筒的設計問題。對其進行結構優化設計，讓起重機得以完善發展。

關鍵詞：卷筒聯軸器;設計;橋式起重機;卷筒裝置;制造;減速器;鼓形滾柱聯軸器;機械化

起重機內部構件，卷筒是構件的重要零件之一，卷筒用來卷繞鋼絲繩的部件，傳遞動力，收放鋼絲繩，實現取物裝置升降，并將旋轉運動變為直線運動。卷筒有長軸卷筒和短軸卷筒之分。長軸卷筒包括齒輪連接盤和帶大齒輪的卷筒組，是一種應用較廣泛的結構形式。卷筒的性質和工作可靠性直接影響著起重機的性能與質量，卷筒裝置主要構成是由纏繞鋼絲繩的卷筒體、卷筒體與減速器之間的連接裝置、卷筒軸和端部支承座等部件組成。

1、卷筒獨特的結構形式與特點

卷筒的構造運行都決定著起重機的運行效率與安全系數，卷筒構造設計至關重要.近些年的發展，國家對此重視程度增加，培養大批研究人員對卷筒優化設計進行了深入研究.卷筒裝置的結構形式及特點，我國起重機行業采用的卷筒裝置傳統結構形式多為齒輪盤連接方式，近年來，國內外起重機行業在卷筒裝置上采用了一些成熟的新技術，例如德國等國的新的設計方法，采用的一種卷筒裝置，其關鍵技術是在驅動減速器與卷筒之間安裝有一套特殊的鼓形滾柱聯軸器，此聯軸器不僅能傳遞扭矩和承受較大的徑向力，而且還能補償減速器軸線與卷筒軸線的角度偏差，最大可達十五度。由于這種聯軸器制造難度大、造價高，未能在我國中小型起重機上推廣應用。據近幾年對這種卷筒聯軸器應用的觀察和分析，發現因其自身結構的缺陷，在軸線偏差的補償和安全可靠性方面還存在一定的問題。

綜合以上上述，根據起重機卷筒不足與長處，對卷筒設計有了具體的研究方案。

1.1增加卷筒的直徑。采用該種方法后，由于卷筒直接安裝在起重機小車上，使起重機的高度也相應地增加了，與卷筒直接聯接的減速器低速軸的承載能力也必須相應地提高，因此使室內工作的起重機所在廠房的高度也受到了一定影響。

1.2加長卷筒的尺寸。此方法簡單有效，但是要求起重機上小車的寬度或者長度也必須根據卷筒的長度做相應的調整，從而影響了起重機的其他結構。上述兩種方法直接簡單，但是受起重機所在的環境及本身結構的局限，起升高度增加的幅度不是很大，因此對于起升高度特別大的起重機來說仍然不能滿足要求。

1.3卷筒支承短軸的設計，支承短軸的設計是這種卷筒裝置設計的一個重要環節。

2卷筒受力分析

2.1鋼絲繩纏繞工作原理

鋼絲繩在雙折線卷筒中的纏繞過程是一種空間不規則螺旋運動.在第1層的直線段，鋼絲繩沿卷筒繩槽周向纏繞;在折線段，沿著折線繩槽周向和軸向復合運動.從第2層開始，鋼絲繩規則的纏繞在下一層鋼絲繩形成的繩槽內，折線段鋼絲繩因纏繞旋向與下一層相反，兩層鋼絲繩呈軸線交叉排列.

2.2多層鋼絲繩纏繞卷筒受力數學模型

多層纏繞時，上層的壓力加上該圈由于張緊產生的正壓力等于總的傳給下層的壓力.

鋼絲繩卷繞在下一層排列形成的繩槽內，假設同一層繩圈間徑向無相互作用力，即鋼絲繩的支承繩圈為下一層的兩繩圈.

根據受力平衡原則可知i+2層鋼絲繩與i+1層鋼絲繩之間的擠壓力公式為Ns=12（cos βθ+μssin βθ）Pj，i+2 （5）式中：Pj，i+2為鋼絲繩徑向正壓力;i為鋼絲繩層數，i=1，2，…，n;j為每層鋼絲繩纏繞圈數，j=1，2，…，m;μs為鋼絲繩與鋼絲繩間的摩擦因數;βθ為卷筒周向壓力與鋼絲繩圈接觸面垂線方向的夾角.

根據受力平衡原則，i+2層鋼絲繩與i+1層鋼絲繩之間的擠壓力公式為Ns=1cos βθ+μssin βθPj，i+2 （6）由折線段繩圈排列的幾何關系可知βθ值非常小，并在折線段中點為0，因此對于卷筒折線段，鋼絲繩與支承繩圈間的擠壓力近似為Ns=Pj，i+2 （7）1.3.3卷筒換層爬升段鋼絲繩纏繞卷筒受力模型

3程序編制

根據使用MATLAB/SIMULINK編程，對每圈鋼絲繩的受力平衡方程進行求解.鋼絲繩每繞1圈，就對前面纏繞的鋼絲繩的受力情況重新求解，最終得到在鋼絲繩整個纏繞過程中卷筒的動態受力分布情況.

由于通過計算得到的卷筒載荷隨鋼絲繩層數、卷筒角度和時間變化而變化，所以在進行有限元分析時卷筒上各節點的受力都不一樣，這使得每個節點都需要單獨添加節點力.一個卷筒通常有2 000到4 000個節點需要添加節點力，如果通過人工一個個節點添加，幾乎是一項不可能完成的任務.因此，通過使用MATLAB和ANSYS/APDL進行編程，將整個邊界條件加載和自動分析.

在網格處理完畢后，選擇需要添加節點力的節點，并通過編好的APDL腳本文件將這些節點的坐標信息以txt文件輸出.以SIMULINK編寫的卷筒受力分布計算程序將txt文件讀入，并根據節點坐標插值計算出相應的節點力，然后再以txt格式輸回到ANSYS程序中.在ANSYS中，通過另一個APDL腳本，將讀入的節點力施加到對應節點上，然后求解.

這種軸承座對卷筒裝置的安裝有較高的要求。對于萬向型球鉸卷筒聯軸器， 由于球面自身具有限制卷筒軸向竄動的功能，故在設計時完全可解除軸承座對短軸的軸向約束 ， 這樣不僅使軸承座設計簡單，而且使卷筒受力更合理，安裝調整更方便。

對于用鋼板彎曲焊接成形的卷筒， 短軸是通過兩個法蘭板與卷筒體焊接成一體，對于直徑較小的卷筒。工序為：卷筒體內側法蘭板預先與短軸焊接上，然后插入卷筒體， 并將內側法蘭與卷筒體焊接上， 之后將外側大法蘭與卷筒的短軸焊接上，最后再整體加工短軸的支承部分。對于直徑較大的卷筒， 由于操作人員能進人卷筒內施焊，為保證短軸與卷筒的同軸度， 其工序為：兩個法蘭板預先與短軸焊接上，然后插人卷筒體， 并與卷筒體焊接上，最后整體加工短軸支承部分， 短軸的材質一般選用可焊性較好的35號優質碳素鋼。

4卷筒連接的設計

與卷筒聯軸器相匹配的卷筒， 可用鋼板焊接成形或鑄造成形， 卷筒可直接套裝在聯軸器上或通過中間連接法間接地與聯軸器裝配在一起， 聯軸器與卷筒設有軸向的固定螺栓， 這些螺栓不僅起軸向連接作用， 而且能通過聯軸器與法蘭之間的摩擦副傳遞一部分扭矩， 但在設計計算時， 一般不考慮螺栓傳遞的扭矩。在聯軸器的法蘭圓周上加工有兩個平行的用以傳遞扭矩的平面，與其相配的卷筒端面法蘭上加工有對應的傳遞扭矩的槽， 該槽可以是在被連接的法蘭上直接加工獲得，也可通過鋼板焊接成形。

5結語

以上是對起重機卷筒如何優化完善進行了詳細研究，從卷筒的尺寸設計及相關構件選用進行了綜合性改良設計，在設計中也可以組合使用以上幾種方法，合理選擇組合方式，進行優化設計，以便使起重機結構緊湊，成本降低。沒有最好的，只有更合適的，只有選用適合的，完善最協調的設計方案才能充分發揮它的作用，更好的保障安全。

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