0英文原文Electrical Winch Controlsby Tom YoungThe form of motor control we all know best is the simple manual station with up and down pushbuttons. While these stations may still be the perfect choice for certain applications， a dizzying array of more sophisticated controls is also available. This article addresses the basic electrical requirements of the motors and user interface issues you will need to address before spcifying， building or buying winch controls.begin with， the manual control stations should be of the hold-to-run type， so that if you take your finger off of the button the winch stops. Additionally， every control station needs an emergency stop (E-stop) that kills all power to the winch， not just the control circuit. Think about it—if the winch isn’t stopping when it should， you really need a failsafe way to kill the line power. It’s also a great idea to have a key operated switch on control stations， especially where access to the stations is not controlled.Safe operation by authorized personnel must be considered when designing even the simplest manual controls.Controlling Fixed Speed MotorsThe actual controlling device for a fixed speed winch is a three phase reversing starter. The motor is reversed by simply switching the phase sequence from ABC to CBA. This is accomplished by two three-pole contactors， interlocked， so they can’t both be closed at the same time. The NEC requires both overload and short circuit protection. To protect the motor from overheating due to mechanical overloads a thermal overload relay is 1built into the starter. This has bi-metallic strips that match the heating pattern of the motor and trips contacts when they overheat. Alternatively， a thermistor can be mounted in the motor winding to monitor the motor temperature. Short circuit protection is generally provided by fuses rated for use with motors.A separate line contactor should be provided ahead of the reversing contactor for redundancy. This contactor is controlled by the safety circuits: E-stop and overtravel limits. This brings us to limit switches. When you get to the normal end of travel limit the winch stops and you can only move it in the opposite direction (away from the limit). There also needs to be an overtravel limit in case， due to an electrical or mechanical problem， the winch runs past the normal limit. If you hit an overtravel limit the line contactor opens so there is no way to drive off ofthe limits. If this occurs， a competent technician needs to fix the problem that resulted in hitting the overtravel limit. Then， you can override the overtravels using the spring return toggle switch inside the starter—as opposed to using jumpers or hand shooting the contactors.Variable Speed RequirementsOf course， the simple fixed speed starter gets replaced with a variable speed drive. Here’s where things start to get interesting! At the very least you need to add a speed pot to the control station. A joystick is a better operator interface， as it gives you a more intuitive control of the moving piece.Unfortunately， you can’t just order any old variable speed drive from your local supplier and expect it to raise and lower equipment safely and reliably over kids on stage. Most variable speed drives won’t， as they aren’t designed for lifting. The drive needs to be set up so that torque is developed at the motor before the brake is released， and (when stopping) the brake is set before torque is taken away.For many years DC motors and drives provided a popular solution as they allowed for good torque at all speeds. The large DC motors required for most winches are expensive， costing many times what a comparable AC motor costs. However， the early AC drives were not very useful， as they had a very limited speed range and produced low torque at low speeds. More recently， as the AC drives improved， the low cost and plentiful availability of AC motors resulted in a transition to AC drives.There are two families of variable speed AC drives. Variable frequency inverters are well known and readily available. These drives convert AC to DC， then convert it2back to AC with a different frequency. If the drive produces 30 Hz， a normal 60 Hz motor will run at half speed. In theory this is great， but in reality there are a couple of problems. First， a typical 60 Hz motor gets confused at a line frequency below 2 or 3 Hz， and starts to cog (jerk and sputter)， or just stops. This limits you to a speed range of as low as 20:1—hardly suitable for subtle effects on stage! Second， many lower cost inverters are also incapable of providing full torque at low speeds. Employing such drives can result in jerky moves， or a complete failure to lift the piece—exactly what you don’t want to see when you are trying to start smoothly lifting a scenic element. Some of the newer inverters are closed loop (obtain feedback from the motor to provide more accurate speed control) and will work quite well.The other family of AC drives is flux vector drives. These units require an encoder mounted on the motor shaft allowing the drive to precisely monitor the rotation of the armature. A processor determines the exact vector of magnetic flux (thus flux vector drive) required to rotate the armature the next few degrees at a given speed. These drives allow an infinite speed range， as you can actually produce full torque at zero speed. The precise speed and position control offered by these drives make them a favorite in high performance applications.PLC-based controls provide system status as well as control options. This screen give the operator full access to Carnegie Hall’s nine stage floor lifts.PLC Based SystemsA PLC is a programmable logic controller. First developed to replace the relay based industrial control systems of the ’50s and ’60s， these controls are at home in rugged， industrial environments. These are modular systems with a great variety of I/O modules allowing semi-custom hardware configurations to be assembled easily at a reasonable price. These include position control modules， counters， A/D and D/A converters and all sorts of 3solid state or hard contact closure outputs. The great variety of I/O components and the modular nature of the PLC make this an effective way to build custom and semi-custom control systems.The greatest drawback to PLC systems is the lack of really great displays to tell you what they are doing or to help you program them. Monochrome and medium resolution color displays are the norm， as the primary use for these components in on a factory floor.One of the first major PLC systems used in a large entertainment venue is the complex lift and wagon system at the original MGM Grand (now Bally’s) in Las Vegas. Several manufacturers offer standard PLC-based systems and a host of semi-custom acoustic banner， shell， and lift control systems is also available. The ability to build custom systems from standard building blocks is the greatest strength of PLC-based controls.High End ControllersThe most sophisticated rigging controllers go well beyond speed， time， and position control. They include the ability to write complex cues， record profiled moves， and manage multiple cues running at once.Many of the larger opera houses are moving toward point hoist systems， where there is a separate winch for each lift line (the rigging equivalent of dimmer per cir cuit). When multiple winches are used to carry a single piece， the winches must be perfectly synchronized， or the load can shift so that an individual winch can become dangerously overloaded. The control system must be able to keep selected winches in synch or provide a rapid， coordinated stop if a winch is unable to stay in synch with the others. With a typical top speed of of each other?240 fpm and a requirement to keep the winches within a 1/8″， you have less than three milliseconds to recognize a problem， attempt to correct the errant winch’s speed， determine that you’ve failed and initiate a coordinated stop of all the winches in the group. This takes a lot of computing， fast I/O， and well-written software.There are two very different approaches to large rigging control systems. Originally， a single console was used， with the usual problem of where it should be located for the operator’s optimum view. Unfortunately this can change not only from show to show， but also from one cue to the next. This dilemma has been partially addressed by using video cameras at different locations in conjunction with 3D screen graphics that allow the operator to view the expected rigging motion three dimensionally from any viewpoint. This allows the operator to view the on screen movement of the rigging from a viewpoint that matches his actual view of the stage， or the actual view of a closed circuit camera. For complex moves with inter-related pieces this makes the control and understanding of what is happening much simpler.4The other approach is a distributed system， with several portable consoles. This allows different operators to control different aspects of the rigging， in the same manner we have done with manual sets. A dramatic example of this approach is used by the Royal Opera at Covent Garden， where there are ten consoles controlling a total of 240 motors. Each console has five playbacks， and is set up so that each motor is assigned to a single console. One operator and console could control everything， but frequently one console may be running stage lifts， another the onstage rigging， and a third is being used backstage to move stored drops.Cutting-edge portable consoles allow multiple operators to control the action from the best vantage points and provide 3D displays.Reprinted from PROTOCOL， the Journal of the Entertainment Services and Technology Association (www.esta.org) Fall 2003 issue. ?2003 ESTA.ConclusionThe tremendous variety of rigging control systems currently available ranges from the pushbutton station to complex multi-user computerized control system. When shopping for rigging control systems you generally get what you pay for. The most important features are safety and reliability. These are features with real value， and you should expect to pay a fair price for this security. Work with an established manufacturer who can show you working installations and who will put you in contact with users who have requirements similar to yours. 5中文譯文電力絞車的控制對(duì)于電動(dòng)機(jī)的控制，我們所知道的最好的方式就是使用由許多點(diǎn)動(dòng)式按鈕組成的簡單的手工操作臺(tái)。而這種操作臺(tái)在某些應(yīng)用方面可能仍然是個(gè)不錯(cuò)的選擇，如一些令人頭痛的復(fù)雜的控制也可以用。這篇文章講述了，在你設(shè)計(jì)、組建或是購買絞車控制器之前，你必須對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本電氣設(shè)備和你將需要尋址的用戶接口命令進(jìn)行編址。首先，手動(dòng)控制臺(tái)應(yīng)該是手動(dòng)控制型的，因此，如果你把你的手指移開按鈕，絞車就會(huì)停車。另外，每個(gè)控制工作站都需要配備緊急制動(dòng)閘，緊急制動(dòng)閘可以切斷絞車的所有電源，而不僅僅是控制電路的。仔細(xì)想想看，如果絞車在該停車時(shí)，它卻沒有停下來，你就確實(shí)需要一種故障保障的方法去切斷線路的電源。在控制工作臺(tái)上設(shè)置一個(gè)關(guān)鍵操作開關(guān)，也是一個(gè)非常好的主意，特別是在通向工作站的線路不能控制時(shí)，就可以用那個(gè)開關(guān)來控制。(在設(shè)計(jì)控制臺(tái)時(shí)，即使是最簡單的手工控制臺(tái)，也要考慮設(shè)置由專門人員操作的安全操作按鍵。)控制定速電動(dòng)機(jī)對(duì)于一臺(tái)定速絞車的實(shí)際控制設(shè)備是一臺(tái)三相起動(dòng)器。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向被反向，是通過簡單的開關(guān)控制相序從 A-B-C 變換到 C-B-A。這些動(dòng)作被完成，是通過兩個(gè)三磁極式電流接觸器，而且它們是互鎖的，所以，它們不可能被同時(shí)關(guān)閉。NEC 公司要求同時(shí)擁有過載和短路保護(hù)裝置。為了保護(hù)電動(dòng)機(jī)免受由于機(jī)械過載引起的過熱的影響，在起動(dòng)器內(nèi)要安裝熱量過載延遲裝置。當(dāng)熱量過載延遲裝置過熱時(shí)，它所擁有的雙金屬長條斷開電動(dòng)機(jī)的電源。除此外，還可以選擇一臺(tái)電熱調(diào)節(jié)器可以用纏繞的方式安裝在電動(dòng)機(jī)上，它可以用于監(jiān)控電動(dòng)機(jī)的溫度變化。對(duì)于短路保護(hù)，我們一般是通過電動(dòng)機(jī)常用的熔斷器來實(shí)現(xiàn)的。一臺(tái)獨(dú)立的線性電流接觸器，被配置的電流接觸器應(yīng)該超過主回路的電流接觸器，從而達(dá)到冗余的目的。這臺(tái)電流接觸器是由安全電路來控制的，如：緊急制動(dòng)和越程極限。我們可以使用限位開關(guān)來實(shí)現(xiàn)上述的操作。當(dāng)你到達(dá)正常的行程極限位置末端時(shí)，絞車就會(huì)停車，并且你只能夠向相反的方向移動(dòng)絞車(即遠(yuǎn)離極限位置的方向)。這里也需要一個(gè)越程限制以防萬一，由于電氣的或者機(jī)械的問題，而使絞車的運(yùn)行超過正常的6極限位。如果你碰到越程限制器，線形電流接觸器就會(huì)打開，因此，絞車將無法被驅(qū)動(dòng)超過這個(gè)極限位置。如果上述情況發(fā)生，就需要請(qǐng)專業(yè)的技術(shù)人員來檢查導(dǎo)致碰到越程限制器的具體原因。然后，你就能夠用起動(dòng)器內(nèi)部的彈力恢復(fù)撥動(dòng)開關(guān)來處理越程的問題，而不是使用跳閘器或是手工切斷電流接觸器。變速的必要條件當(dāng)然，簡單的定速起動(dòng)器被變速驅(qū)動(dòng)器所取代。這就使事情開始變得有趣起來了！至少，你需要在控制操作臺(tái)上增加一個(gè)速度表盤。操縱桿是一個(gè)較好的操作接口，由于它使你對(duì)部件的移動(dòng)有一個(gè)更直觀的控制。不幸的是，你不能僅僅從你的本地控制臺(tái)去發(fā)命令控制老式的變速驅(qū)動(dòng)器，此外，你不能希望它在初始階段，就能安全而可靠的提升與下放設(shè)備。大多數(shù)的變速驅(qū)動(dòng)器不能實(shí)現(xiàn)上述的要求，因?yàn)樗鼈儾⒉皇窃O(shè)計(jì)用來做提升工作的。驅(qū)動(dòng)器需要設(shè)置成在制動(dòng)器松開之前，就能夠在電動(dòng)機(jī)上產(chǎn)生扭矩，并且，當(dāng)停車時(shí)，即在扭矩撤銷之前，制動(dòng)器將先動(dòng)作。許多年來，直流電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器提供了一些普遍的解決方案，如它們?cè)诟鞣N速度時(shí)都具有良好的力矩特性。對(duì)于大多數(shù)的絞車所需求的大型直流電動(dòng)機(jī)是很貴的，那要比同類型的交流電動(dòng)機(jī)貴得多。雖然，早期的交流驅(qū)動(dòng)器不是非常有用，如它們有一個(gè)非常有限速度適用范圍，而且僅產(chǎn)生低速小扭矩。如今，隨著直流驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展，低成本而且大量可用的交流電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，導(dǎo)致了一場交流驅(qū)動(dòng)的革命。變速交流驅(qū)動(dòng)器有兩個(gè)系列。變頻轉(zhuǎn)換器已經(jīng)家喻戶曉，而且的確很容易使用。這些驅(qū)動(dòng)器將交流轉(zhuǎn)換成直流，然后，再把它轉(zhuǎn)換回交流，轉(zhuǎn)換后的交流已經(jīng)是不同頻率的。如果驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生 30Hz 的交流，一臺(tái)正常的 60Hz 的電動(dòng)機(jī)將以一半的速度運(yùn)行。從理論上說，這非常好，但是，在實(shí)際中，這將會(huì)有很多的問題。首先，一臺(tái)典型的 60Hz的電動(dòng)機(jī)在線性頻率低于 2Hz 或是 3Hz 的區(qū)域會(huì)出現(xiàn)誤差，并且，開始嵌齒(即急推，猛拉)，或是停車。這將限制你的速度范圍低于 20：1，幾乎不適應(yīng)于運(yùn)行階段的細(xì)微調(diào)節(jié)。其次，許多低成本的轉(zhuǎn)換器也不能夠在低速時(shí)提供額定扭矩。使用這些驅(qū)動(dòng)器，將導(dǎo)致急速移動(dòng)，或是對(duì)于提升部件完全的失效，準(zhǔn)確地說，當(dāng)你試圖去平穩(wěn)的提升一臺(tái)科學(xué)儀器時(shí)，你不愿看到這樣的情況。一些新型的變極器是閉環(huán)系統(tǒng)(從電動(dòng)機(jī)獲得反饋，提供更加準(zhǔn)確的速度控制)，并且使電動(dòng)機(jī)將會(huì)工作的相當(dāng)好。交流驅(qū)動(dòng)器的另一個(gè)系列是流量矢量型驅(qū)動(dòng)器。這些元器件要求在電動(dòng)機(jī)的主軸上安裝編碼器，使用這些編碼器會(huì)使驅(qū)動(dòng)器可以準(zhǔn)確地監(jiān)控電機(jī)電樞的旋轉(zhuǎn)。處理器測(cè)定了準(zhǔn)確的磁性流量的矢量值，這些值要求使電樞在給定的速度下旋轉(zhuǎn)。這些驅(qū)動(dòng)器允許有無窮大的速度，因此，你實(shí)際能夠在零速度時(shí)就產(chǎn)生額定扭矩。這些驅(qū)動(dòng)器所提供的準(zhǔn)確的速度和位置的控制，使這些驅(qū)動(dòng)器在高性能應(yīng)用方面受到歡迎。(基于 PLC 的控制器提供有系統(tǒng)狀態(tài)和控制選項(xiàng)。這個(gè)屏幕展示給操作者全面的訪問卡內(nèi)基霍爾德的九層電梯提升的控制面板。)基于 PLC 的系統(tǒng)一臺(tái) PLC 的全稱是可編程序邏輯控制器。首先，PLC 的控制器發(fā)展到取代了基于五六十年代的工業(yè)控制系統(tǒng)的繼電器，它們工作在室內(nèi)的惡劣的工業(yè)環(huán)境中。這些是模塊化的系統(tǒng)，它們具有大量的各種各樣的 I/O 模塊。這些模塊化的系統(tǒng)可以很容易的實(shí)現(xiàn)把半自定義的硬件配置組裝起來，而這樣得到的配置的價(jià)錢也很合理。這些模塊包括：位7置控制模塊，計(jì)數(shù)器，A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器，以及各種實(shí)體狀態(tài)或是物理接觸閉式輸出模塊。大量不同類型的 I/O 元器件和 PLC 的模塊屬性使得它成為一條有效的途徑去組裝自定義和半自定義的控制系統(tǒng)。對(duì)于 PLC 系統(tǒng)的最大的不足就是缺少真實(shí)的大量的顯示功能，從而告訴你 PLC 正在做什么和幫助你對(duì) PLC 進(jìn)行編程。第一臺(tái)被用于大型娛樂場所的專業(yè)的 PLC 系統(tǒng)之一，是在拉斯維加斯的原米高梅電影制片公司(現(xiàn)在的貝利公司)的搭車和四輪馬車系統(tǒng)上。許多的制造商提供了標(biāo)準(zhǔn)的基于 PLC 的系統(tǒng)和半自動(dòng)化聲學(xué)的標(biāo)志的主機(jī)，設(shè)定命令行解釋器的位置，以及提升控制系統(tǒng)也是可用的。使用標(biāo)準(zhǔn)的模塊去組構(gòu)用戶自定義系統(tǒng)的能力是基于 PLC 的控制器的最大的優(yōu)勢(shì)。高端控制器對(duì)于復(fù)雜的傳動(dòng)裝置，控制器開始變得復(fù)雜，超過了速度，時(shí)間以及位置控制。它們包括寫出復(fù)雜的指令，記錄輪廓線的移動(dòng)，以及處理可以立即運(yùn)行的多點(diǎn)指令的能力。許多大型的歌劇院正向著點(diǎn)提升系統(tǒng)的方向發(fā)展，在那里為每一條提升繩索配置有一臺(tái)獨(dú)立的絞車，那些繩索等同于每條電路的調(diào)光器。當(dāng)多臺(tái)絞車被用來提升單個(gè)的部分時(shí)，這些絞車必須完全的同步，或是載荷能夠轉(zhuǎn)移，如此會(huì)導(dǎo)致一臺(tái)單獨(dú)的絞車變得有過載的危險(xiǎn)?？刂葡到y(tǒng)必須能夠使被選的絞車保持同步，或是在一臺(tái)絞車不能夠保持與其他絞車同步時(shí)，能提供高速的同等的停車能力。對(duì)于一臺(tái)典型的高速達(dá) 240 英尺/分鐘和一臺(tái)要保持絞車的彼此間的速度誤差在 1/8 分之內(nèi)的設(shè)備，你只有少于三微秒的時(shí)間去確認(rèn)問題，并嘗試糾正錯(cuò)誤的絞車速度，在確定你失敗后，你起動(dòng)組中所有絞車的停車。這將需要大量計(jì)算，快速 I/O 接口，以及好用的寫入軟件。對(duì)于大型的繩索控制系統(tǒng)有兩種非常不同的解決方法。首先是，使用單獨(dú)的控制臺(tái)，對(duì)于一般的問題而言，這樣的控制臺(tái)應(yīng)該安裝在適合于操作者視角的位置。然而，這不僅不能夠從一個(gè)角度到另一個(gè)角度觀察，而且還不可以從一條指令到另一條指令的控制。這些困難已經(jīng)被部分解決。通過使用安裝在不同位置的視頻攝像機(jī)，而且這些攝象機(jī)連接于三維屏幕圖形，這些圖形使得操作者可以從任意的視角去觀察在三個(gè)坐標(biāo)方向上的預(yù)期的繩索運(yùn)動(dòng)。這些可以使得操作者，從一個(gè)適合他在實(shí)際的操作臺(tái)處的視角，或是實(shí)際的閉環(huán)電路照相機(jī)的視角，來觀察在屏幕上的繩索的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于有內(nèi)部關(guān)聯(lián)的部件的復(fù)雜的移動(dòng)，上述的觀察使得實(shí)現(xiàn)控制和查出故障原因變得更加簡單。另一個(gè)解決的方案就是分布式系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)使用了多個(gè)輕便的控制臺(tái)。這將允許不同的操作者以同樣的方式控制傳動(dòng)裝置的不同方面，我們已經(jīng)改進(jìn)了手動(dòng)控制裝置。一個(gè)生動(dòng)的例子，就是在倫敦中部一個(gè)蔬菜花卉市場的皇家歌劇院使用了上述的方案，在那里用十個(gè)控制臺(tái)控制著 240 臺(tái)電動(dòng)機(jī)。每個(gè)控制臺(tái)有五個(gè)錄音重放裝置，并且已經(jīng)被開啟，以便于每臺(tái)電動(dòng)機(jī)被指派給一個(gè)單獨(dú)的控制臺(tái)。一位操作者和一個(gè)控制臺(tái)就能夠控制所有的裝置，但是，常常是一個(gè)控制臺(tái)可能是運(yùn)行臺(tái)幕的提升，另一個(gè)控制臺(tái)是控制臺(tái)上的傳動(dòng)裝置，以及第三個(gè)控制臺(tái)被用來在后臺(tái)將必要的背景畫面放下。(刃口式輕便的控制臺(tái)允許多位操作者從最優(yōu)點(diǎn)出發(fā)來控制機(jī)器的運(yùn)動(dòng)，并且提供三維圖象的顯示。)結(jié)論8有巨大變化的繩索控制系統(tǒng)，已經(jīng)從按鈕式的工作站發(fā)展到復(fù)雜的多用戶的計(jì)算機(jī)化的控制系統(tǒng)。當(dāng)要購買繩索控制系統(tǒng)時(shí)，你總是可以找到滿足你需要的?？刂葡到y(tǒng)最重要的性能是安全性和可靠性。這些是有真實(shí)價(jià)值的性能，而且你會(huì)期望能以一個(gè)合適的價(jià)格買到這樣的安全性。與某個(gè)確定的產(chǎn)品制造商共事，他會(huì)使你知道如何進(jìn)行安裝。而且，他將會(huì)讓你和用戶接觸，那些用戶有著與類似的要求。I摘 要液壓絞車即液壓驅(qū)動(dòng)的卷揚(yáng)機(jī)，由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵，將工作油液輸入執(zhí)行構(gòu)件（液壓缸或液壓馬達(dá)）使機(jī)構(gòu)動(dòng)作，通過控制輸入執(zhí)行構(gòu)件的液體流量實(shí)現(xiàn)調(diào)速。本文主要針對(duì) 5 噸液壓絞車進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，通過對(duì)液壓絞車的現(xiàn)況及類型原理進(jìn)行了分析并提出了總體結(jié)構(gòu)方案和傳動(dòng)方案；接著，對(duì)傳動(dòng)裝置及卷筒的主要零件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)并校核其強(qiáng)度；最后應(yīng)用 AutoCAD 軟件繪制了液壓絞車裝配圖和主要零件圖。關(guān)鍵字：液壓；絞車；減速器；卷筒IIAbstractThe hydraulic driven winch hydraulic winch, motivated by the original hydraulic pump, the working oil input components (hydraulic cylinder or hydraulic motor) to achieve speed control mechanism, through the input of executive component in the liquid flow.This paper mainly aims at the design of 5 tons hydraulic winch. First of all, through the analysis of the current status and types of hydraulic winch, the overall structure scheme and transmission scheme is put forward. Then, the main parts of the transmission device and the main parts are designed and checked. Finally, AutoCAD software is used to draw the assembly drawing and the main parts.Key words: Hydraulic; Winch; Reducer; DrumIII目 錄摘 要 IAbstract II第一章 緒論 11.1 絞車簡介 .11.2 液壓絞車的特點(diǎn) .11.3 液壓絞車的工作原理和用途 .11.4 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 .2第二章 總體設(shè)計(jì)與計(jì)算 42.1 設(shè)計(jì)要求 .42.2 方案設(shè)計(jì) .42.2.1 原理分析 .42.2.2 總體布置方案 .42.2.3 傳動(dòng)方案選擇 .52.2.4 液壓傳動(dòng)原理圖 .5第三章 主要參數(shù)的確定 73.1 卷筒直徑的確定 .73.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 .93.3 液壓馬達(dá)的選用與驗(yàn)算 .93.3.1 液壓馬達(dá)的分類及特點(diǎn) .93.3.2 馬達(dá)的驗(yàn)算 .10第四章 卷筒設(shè)計(jì)與校核 134.1 卷筒的分類和特點(diǎn) .134.2 卷筒設(shè)計(jì)計(jì)算 .134.2.1 卷筒長度 L 確定 134.2.2 繩槽的選擇 .144.2.3 卷筒壁厚 .15?4.2.4 鋼絲繩允許偏角 .154.3 卷筒強(qiáng)度計(jì)算 .15第五章 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 175.1 確定傳動(dòng)比 .175.2 齒輪齒數(shù)的確定 .175.3 選定齒輪的精度等級(jí)和材料 .185.4 齒輪模數(shù)的確定 .18IV5.5 齒輪基本參數(shù)的確定 .205.5.1 尺寸基本參數(shù)的選定與計(jì)算 .205.5.2 齒輪公法線長度的確定 .225.6 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的選定與設(shè)計(jì) .225.6.1 轉(zhuǎn)臂軸承的選定 .225.6.2 銷孔數(shù)目、尺寸的確定 .235.6.3 銷軸套、銷軸的確定 .245.6.4 偏心套基本尺寸的確定 .245.7 軸的設(shè)計(jì) .255.7.1 輸入軸的設(shè)計(jì) .255.7.1 輸出軸（固定軸）的設(shè)計(jì) 28總 結(jié) 30參考文獻(xiàn) 31致 謝 321第一章 緒論1.1絞車簡介在起重機(jī)械中，用以提升或下降貨物的機(jī)構(gòu)稱為起升機(jī)構(gòu)，一般采用卷揚(yáng)式，而這樣的機(jī)器叫做卷揚(yáng)機(jī)又叫絞車。卷揚(yáng)機(jī)的卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)一般由驅(qū)動(dòng)裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)、取物裝置和安全保護(hù)裝置等組成。驅(qū)動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、減速器、卷筒等部件。鋼絲繩卷繞系統(tǒng)包括鋼絲繩、卷筒、定滑輪和動(dòng)滑輪。取物裝置有吊鉤、吊環(huán)、抓斗、電磁吸盤、吊具掛梁等多種形式。安全保護(hù)裝置有超負(fù)載限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保護(hù)開關(guān)等，根據(jù)實(shí)際需要配用。卷揚(yáng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式有三種，分別為內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)，其動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)裝置集中傳給包括起升機(jī)構(gòu)在內(nèi)的各個(gè)工作機(jī)構(gòu)，這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是具有自身獨(dú)立的能源，機(jī)動(dòng)靈活，適用于流動(dòng)作業(yè)。為保證各機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，整機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜笨重。由于內(nèi)燃機(jī)不能逆轉(zhuǎn)，不能帶載起動(dòng)，需依靠傳動(dòng)環(huán)節(jié)的離合實(shí)現(xiàn)起動(dòng)和換向，這種驅(qū)動(dòng)方式調(diào)速困難，操縱麻煩，屬于淘汰類型。目前只有少數(shù)地方應(yīng)用。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)是卷揚(yáng)機(jī)的主要驅(qū)動(dòng)方式。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性適合起升機(jī)構(gòu)的工作要求，調(diào)速性能好，但獲得直流電源較為困難。在大型的卷揚(yáng)機(jī)中，常采用內(nèi)燃機(jī)和直流發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)直流傳動(dòng)。交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)能直接從電網(wǎng)取得電能，操縱簡單，維護(hù)容易，機(jī)組重量輕，工作可靠，在電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)中應(yīng)用廣泛。液壓驅(qū)動(dòng)的卷揚(yáng)機(jī)，由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵，將工作油液輸入執(zhí)行構(gòu)件（液壓缸或液壓馬達(dá)）使機(jī)構(gòu)動(dòng)作，通過控制輸入執(zhí)行構(gòu)件的液體流量實(shí)現(xiàn)調(diào)速。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)比大，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的無級(jí)調(diào)速，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，操作方便，過載保護(hù)性能好。缺點(diǎn)是液壓傳動(dòng)元件的制造精度要求高，液體容易泄漏。目前液壓驅(qū)動(dòng)在建筑卷揚(yáng)機(jī)中獲得日益廣泛的應(yīng)用。1.2液壓絞車的特點(diǎn)絞車采用液壓傳動(dòng)，減少了產(chǎn)生電氣火花的元件。使用鼠籠電動(dòng)機(jī)，使電器控制簡單，容易做成防暴型。所以采用液壓絞車是解決煤礦井下絞車全防暴問題的有效途徑。由于用管道傳遞壓力油，所以液壓元件和各種機(jī)械裝置都容易布局，各個(gè)元件的安裝可以隨意放在任何適當(dāng)?shù)奈恢?，因此便于液壓絞車進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作。21.3液壓絞車的工作原理和用途液壓絞車是利用防爆電動(dòng)機(jī) 1 帶動(dòng)乳化液泵 2，然后乳化液泵帶動(dòng)變量液壓馬達(dá) 3，液壓馬達(dá)將動(dòng)力通過減速器 4 拖動(dòng)滾筒 5 轉(zhuǎn)動(dòng)。絞車的正反轉(zhuǎn)和高低轉(zhuǎn)速改變依靠馬達(dá)自身調(diào)節(jié)完成。原理圖 1-1~1 電動(dòng)機(jī) 2 主油泵 3 液壓馬達(dá) 4 減速箱 5 絞車滾筒圖 1-1 絞車工作原理圖液壓絞車用途：主要用于井下綜采工作面液壓支架以及其它井下設(shè)備的安裝和拆除。1.4國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀20 世紀(jì)年代后期，日本、美國又開始推廣應(yīng)用液壓—機(jī)械傳動(dòng)絞車。其優(yōu)點(diǎn)是高速小扭矩液壓馬達(dá)具有制造容易、質(zhì)量穩(wěn)定、壽命長、傳動(dòng)效率高、噪音低、體積小等。日本三井三池制作所引進(jìn)西德蓋特拉馬齊克公司和法國西克馬菲爾公司的高速液壓馬達(dá)，研制了卷簡直徑為 的 型m21205?S.MHW液壓絞車，高速液壓馬達(dá)經(jīng)行星減速器傳動(dòng)卷筒，用操作手柄改變變量泵斜盤的角度來實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。2005 年國內(nèi)直徑最大的液壓絞車在河南省洛陽中信重機(jī)公司試車成功，并順利發(fā)往內(nèi)蒙古大雁煤業(yè)公司。國外由于電器技術(shù)水平較高，井下工程機(jī)械化程度高，一般巷道和硐室較大，設(shè)備安裝方便，較早的開始推廣應(yīng)用電動(dòng)絞車，主要是繞線型電機(jī)轉(zhuǎn)子外接電子調(diào)速。其缺點(diǎn)為發(fā)熱嚴(yán)重，占地面積大，電控系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，調(diào)整性差。隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展，軸向柱塞式和徑向柱塞式液壓馬達(dá)系列產(chǎn)品推出，并逐漸用于井下提升設(shè)備和研制液壓絞車。液壓絞車具有結(jié)構(gòu)緊湊、造價(jià)便宜、起動(dòng)平穩(wěn)、調(diào)速方便、過載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，特別是采用鼠籠式電機(jī)拖動(dòng)，使電控系統(tǒng)簡單，實(shí)現(xiàn)了防爆要求。在國外，液壓絞車根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為兩大類：一類是采用低速大扭矩柱塞液壓馬達(dá)直接拖動(dòng)絞車卷筒的全液壓傳動(dòng)式；另一類是采用高速小扭矩柱塞液壓馬達(dá)經(jīng)減速器再拖動(dòng)絞車卷筒的液壓—機(jī)械傳動(dòng)式。日本三井三池制作所制造出第一臺(tái)防暴液壓絞車，以后反復(fù)進(jìn)行了多種設(shè)3計(jì)和改，生產(chǎn)有 和 等幾種型號(hào)的防暴液壓絞車，具有手動(dòng)和半自動(dòng)兩種運(yùn)4075轉(zhuǎn)方式。液壓控制方式與電動(dòng)控制方式進(jìn)行比較，液壓控制方式能任意選擇所需要的速度，操作簡單，能任意調(diào)整加減速度，易于防暴結(jié)構(gòu)，電器控制系統(tǒng)復(fù)雜，維修麻煩。蘇聯(lián)、波蘭、德國等國家研制和采用液壓安全絞車作為傾斜煤層的采煤機(jī)的防滑、同步牽引設(shè)備。這些國家還礦泛采用液壓無極繩絞車牽引井下運(yùn)輸用的卡軌車和單軌吊。日本三井三池制作所研制的小型液壓絞車系列，主要用于煤礦井下作輔助運(yùn)輸，功率有 、 及 三檔。其采用高速軸向柱kW237k48塞式液壓馬達(dá)通過安裝在滾筒內(nèi)部的行星齒輪減速箱拖動(dòng)絞車運(yùn)轉(zhuǎn)，因而結(jié)構(gòu)緊湊，體積小[5] 。我國煤礦井下防暴液壓絞車的研制和應(yīng)用比歐美、日本大約晚 年，在煤10與沼氣突出的礦井都要使用防暴型電器設(shè)備。由湖南省煤炭科學(xué)研究所和湖南省煤礦專業(yè)機(jī)械廠共同研制 型防暴液壓絞車和 型防暴液120?BYT6.BYT?壓絞車，并隨同研制了 型防暴絞車。國內(nèi)其它廠家也進(jìn)行了液壓絞6ENIM車的研制工作，淮南煤機(jī)廠研制了 型防暴液壓絞車，它采用高速液YJ壓馬達(dá)通過行星減速箱驅(qū)動(dòng)滾筒，洛陽礦山機(jī)械研究所研制采用高速馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的防暴液壓絞車。4第二章 總體設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一 5 噸液壓絞車，設(shè)計(jì)參數(shù)要求如下：（1）單繩拉力 5 噸；（2）鋼絲繩直徑 18mm；（3）容繩量 50m；（4）繩速 10m/min。2.2方案設(shè)計(jì)2.2.1原理分析液壓絞車是利用防爆電動(dòng)機(jī) 1 帶動(dòng)乳化液泵 2，然后乳化液泵帶動(dòng)變量液壓馬達(dá) 3，液壓馬達(dá)將動(dòng)力通過減速器 4 拖動(dòng)滾筒 5 轉(zhuǎn)動(dòng)。絞車的正反轉(zhuǎn)和高低轉(zhuǎn)速改變依靠馬達(dá)自身調(diào)節(jié)完成。原理圖 2-1~1 電動(dòng)機(jī) 2 主油泵 3 液壓馬達(dá) 4 減速箱 5 絞車滾筒圖 2-1 液壓絞車原理圖2.2.2總體布置方案液壓馬達(dá)、制動(dòng)器和行星減速器都布置在卷筒的同一側(cè)（圖 2-2） 。這種布置形式，易于加工和裝配，總成分組性較好。5圖 2-2 液壓卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)總體布置方案2.2.3傳動(dòng)方案選擇減速裝置采用漸開線少齒差行星齒輪減速裝置，傳動(dòng)的原理：少齒差行星傳動(dòng)原理如圖 3 所示，當(dāng)帶曲柄的輸入軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，空套在曲柄上的行星輪 Z1反向旋轉(zhuǎn)（Z2-Z1）/Z1 轉(zhuǎn)，然后通過輸出軸輸出，去速比是 I＝－Z1/(Z2-Z1),負(fù)號(hào)代表旋轉(zhuǎn)反向相反。圖 2-3 傳動(dòng)原理簡圖2.2.4液壓傳動(dòng)原理圖系統(tǒng)的工作原理及其特點(diǎn)簡要說明如下：（見圖 2-4）液壓馬達(dá) 9 的排量切換由二位四通電磁換向閥 5 實(shí)現(xiàn)，控制壓力由液壓馬達(dá) 9 自身提供，為了防止下放時(shí)因超越負(fù)載作用而失速，在馬達(dá)回油路上設(shè)置了外控式平衡閥 4。另外，為了提高系統(tǒng)工作可靠性，以防污染和過熱造成的故障，在回油路上設(shè)置了回油過濾器 7 及冷卻器 8。三位四通電磁換向閥 9 的中位機(jī)能為 K 型，所以，絞車停止待命時(shí)，液壓泵可以中位低壓卸荷，有利于節(jié)能。表 2.1 絞車液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序電磁鐵工 況1YA 2YA 3YA滿載卷揚(yáng)上升 - + -6空包下放 + - -停止 - - +由表 1.2 可知：當(dāng)電磁鐵 2YA 通電時(shí)，三位四通電磁換向閥 5 切換至右位，液壓油經(jīng)過單向閥進(jìn)入液壓馬達(dá) 2，驅(qū)動(dòng)滾筒卷揚(yáng)方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電磁鐵 1YA 通電時(shí)，負(fù)載由平衡閥支撐的同時(shí)快速下放，當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，電磁鐵 3YA 通電，制動(dòng)器制動(dòng) 。圖 2-4 液壓傳動(dòng)原理圖1.多片式摩擦離合器 2、液壓馬達(dá) 3、6、溢流閥 4、外控式平衡閥5、三位四通電磁換向閥 7、回油過濾器 8 冷卻器 9、液壓馬達(dá) 10、油箱7第三章 主要參數(shù)的確定3.1卷筒直徑的確定（1）卷筒直徑 計(jì)算（方法一）0D卷筒容繩寬度 ，一般可以由下式確定：tB取03t?0t?預(yù)設(shè)卷筒鋼絲繩纏繞層數(shù)為 4 層，則卷筒容繩量 L卷筒繩容量是指鋼絲繩在卷筒上順序緊密排布是，達(dá)到規(guī)定的纏繞層數(shù)所能容納的鋼絲繩工作長度的最大值，卷筒容繩量按下式計(jì)算，第 i 層鋼絲繩繩芯直徑 為：iDdii )12(0???式中： - 卷筒直徑- 鋼絲繩直徑d卷筒容繩量 L 為： ??diDdBdBtit )12(1104141 ????????????????????聯(lián)立上述各式得：??306??L已知 ， ，mL50?d18求得： 24?D表 3-1 卷筒直徑 D 系列（摘自 JB/T9006.1-1999）100 125 160 200 250 280 315 355 4008450 500 560 630 710 800 900 1000 11201250 1320 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000按照表 3-1 卷筒直徑 D 系列，取卷筒直徑 250?D（2）卷筒直徑 計(jì)算（方法二）0hdD?0式中： -與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別相關(guān)的系數(shù)-鋼絲繩直徑表 3-2 機(jī)構(gòu)利用等級(jí)（摘自 GB/T3811-1983）機(jī)構(gòu)利用等級(jí)總設(shè)計(jì)壽命 說明機(jī)構(gòu)利用等級(jí)總設(shè)計(jì)壽命 說明T0 200 T5 6300 經(jīng)常中等使用T1 400 T6 12500 不經(jīng)常繁忙地使用T2 800 T7 25000T3 1600不經(jīng)常使用T8 50000T4 3200 經(jīng)常使用 T9 100000繁忙地使用表 3-3 機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài)（摘自 GB/T3811-1983）載荷狀態(tài) 說明L1-輕 機(jī)構(gòu)經(jīng)常承受輕載荷，偶爾承受最大的載荷L2-中 機(jī)構(gòu)經(jīng)常承受中等載荷，較少承受最大的載荷L3-重 機(jī)構(gòu)經(jīng)常承受較重的載荷，也常承受最大的載荷L4-特重 經(jīng)常承受最大的載荷表 3-4 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別（摘自 GB/T3811-1983）機(jī)構(gòu)利用等級(jí)載荷狀態(tài) T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9L1-輕 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8L2-中 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8L3-重 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8L4-特重 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8表 3-5 系數(shù) h 值（摘自 GB/T3811-1983）機(jī)構(gòu)工作級(jí)別 系數(shù) h 值 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別 系數(shù) h 值M1~M3 14 M6 20M4 16 M7 22.49M5 18 M8 25根據(jù)本卷筒工作工況要求，參照上述表 3-2~3-5 可選定工作級(jí)別為 M4，則16?h故： mhdD28160??按照表 3-1 卷筒直徑 D 系列，取卷筒直徑 ，故本次設(shè)計(jì)的提升裝280?D置采用 JB/T9006.1-1999 中標(biāo)準(zhǔn)鑄造卷筒，且取卷筒直徑 。3.2電動(dòng)機(jī)的選擇正確選擇電動(dòng)機(jī)額定功率的原則是：在電動(dòng)機(jī)能夠滿足機(jī)械負(fù)載要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)、最合理地決定電動(dòng)機(jī)的功率。建筑卷筒屬于非連續(xù)工作機(jī)械，而啟動(dòng)、制動(dòng)頻繁，因此選擇電動(dòng)機(jī)應(yīng)與其工作特點(diǎn)相適應(yīng)。建筑卷筒主要采用三向交流異步電動(dòng)機(jī)。該卷筒輸出功率：KWFvP17.860.9153???F——額定拉力（ F=5000KG） ；V——提升速度（V=10m/min） ；——卷筒整機(jī)傳動(dòng)效率。?可設(shè)定效率 ＝0.85，則輸入功率：KP6.985.0170??根據(jù)該卷筒的工作特點(diǎn)可選 Y 系列異步電動(dòng)機(jī)。據(jù)化學(xué)工業(yè)出版社《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版可選電動(dòng)機(jī)：Y160M－4其技術(shù)參數(shù)如表 3-6：表 3-6 技術(shù)參數(shù)型號(hào) 功率/kw 轉(zhuǎn)速 r/min 重量（kg）Y1160L-4 11 1460 1233.3液壓馬達(dá)的選用與驗(yàn)算3.3.1液壓馬達(dá)的分類及特點(diǎn)起重機(jī)的常用液壓馬達(dá)分為高速液壓馬達(dá)和低速液壓馬達(dá)。高速液壓馬達(dá)的主要性能特點(diǎn)是負(fù)載速度低、扭矩小、體積緊湊、重量輕，但在機(jī)構(gòu)傳動(dòng)中需與相應(yīng)的減速器配套使用，以滿足機(jī)構(gòu)工作的低速重載要求，其他的特點(diǎn)與同類的液壓泵相同，較多應(yīng)用的有擺線齒輪馬達(dá)，軸向柱塞馬達(dá)。低速液壓馬達(dá)的負(fù)載扭矩大、轉(zhuǎn)速較低、平穩(wěn)性較好，可直接或只需一級(jí)減速驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，10但體積和重量較大。內(nèi)曲線徑向柱塞或球塞馬達(dá)和軸向球塞式馬達(dá)是較常用的型式。液壓馬達(dá)在使用中并不是泵的逆運(yùn)轉(zhuǎn)，它的效率較高，轉(zhuǎn)速范圍更大，可正、反向運(yùn)轉(zhuǎn)，能長期承受頻繁沖擊，有時(shí)還承受較大的徑向負(fù)載。因此，應(yīng)根據(jù)液壓馬達(dá)的負(fù)載扭矩、速度、布置型式和工作條件等選擇液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)型式、規(guī)格和連接型 根據(jù)已知液壓馬達(dá)的工作壓力為 16.5MP，總排量 520ml/r，初選液壓馬達(dá)的型號(hào)為 JMQ—23 型低速大扭矩葉片馬達(dá)，參數(shù)見（表 3-7） 。型號(hào) 排量（ml/r）壓力（Mp ）轉(zhuǎn)速（r/min）效率 轉(zhuǎn)矩（N/m）額定 最高 額定 最高 容積效率 總效率JMQ—2360416 20 75 400 0.95 0.851440表 3-7 YM630 型葉片馬達(dá)參數(shù)3.3.2馬達(dá)的驗(yàn)算滿載起升時(shí)液壓馬達(dá)的輸出功率 mP（kw）210Qv????式中 ——起升載荷動(dòng)載系數(shù)，因液壓馬達(dá)不具有電動(dòng)機(jī)的過載能力而馬2?達(dá)工作壓力又受系統(tǒng)壓力限制，一般取 =1.15~1.3；2?——額定起升載荷（N）Q——物品起升速度（m/s）v——機(jī)械總效率，初步計(jì)算時(shí)，取 0.8~0.85。???額定起升載荷 根據(jù)下式計(jì)算QSm??式中 ——鋼絲繩自由端拉力（N） ；S——滑輪組倍率。m根據(jù)已知 =10787.7N。一般當(dāng)起升載荷 時(shí)，滑輪組倍率宜取50QPkN?2， 時(shí)，倍率取 3~6，載荷量更大時(shí)，倍率可取 8 以上。因此，50QPk?11。2m?把數(shù)值代入到式子中得： =21575.4N1078.2Q??物品提升速度按下式計(jì)算： =0.5m/sv根據(jù)需要選取 =1.3，機(jī)械總效率取 =0.85，卷筒機(jī)械效率 =0.97，2?2??m?=0.5m/s， =21575.4N，把數(shù)據(jù)代入式中得：1v?Q=17.009kw.3257.40098mP?滿載起升時(shí)液壓馬達(dá)輸出扭矩 mT2[(1)]()QDzdNmi??????式中 ——減速器傳動(dòng)比；i——鋼繩在卷筒上的卷繞層數(shù)。z其余符號(hào)同以前式子。由于已知為大排量馬達(dá)，選用低速方案。因此不采用減速器，所以 =1。i又由已知卷筒鋼絲繩卷繞三層，故 =3。z把所有數(shù)值代入式子中得：=1004.8451.3257.4[0(231)0.8].95mT????? Nm?所選用的馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)矩為 =1440 ，因?yàn)?，所以選用的馬達(dá)T?T?轉(zhuǎn)矩符合要求。計(jì)算液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速 和輸入油量mnmQ根據(jù) 60[(1)]ivDzd????式中各符號(hào)同以前的式子，把數(shù)值代入式中得：=176.43 r/min6021.5[.8]mn????計(jì)算馬達(dá)的輸入油量用下式12mvqnQ???式中 ——液壓馬達(dá)的排量（ml/r） ；——液壓馬達(dá)容積效率。mv?馬達(dá)的排量根據(jù)已知得 =520 ml/r， 根據(jù)下式計(jì)算：mqmv??v???式中 ——液壓馬達(dá)總效率；m?——液壓馬達(dá)機(jī)械效率。?根據(jù)表查得 取 0.85， 取 0.9。mm??把數(shù)代入式中得： =0.950.859v??把所計(jì)算的數(shù)據(jù)代入式中得： 3(/)r選用的液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速范圍為 r/min，由于計(jì)算得 =216r/min，所以75~40mn馬達(dá)的轉(zhuǎn)速符合要求。13第四章 卷筒設(shè)計(jì)與校核4.1卷筒的分類和特點(diǎn)卷筒是起升機(jī)構(gòu)中卷繞鋼絲繩的部件。常用卷筒組類型有齒輪連接盤式、周邊大齒輪式、短軸式和內(nèi)裝行星齒輪式。齒輪連接盤式卷筒組為封閉式傳動(dòng)，分組性好，卷筒軸不承受扭矩，是目前橋式起重機(jī)卷筒組的典型結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)是檢修時(shí)需沿軸向外移卷筒。周邊大齒輪式卷筒組多用于傳動(dòng)速比大、轉(zhuǎn)速低的場合，一般為開式傳動(dòng)，卷筒軸只承受彎矩。短軸式卷筒組采用分開的短軸代替整根卷筒長軸。減速器側(cè)短軸采用鍵與過盈配合與卷筒法蘭盤剛性連接，減速器通過鋼球或圓柱銷與底架鉸接；支座側(cè)采用定軸式或轉(zhuǎn)軸式短軸，其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，調(diào)整安裝比較方便。內(nèi)裝行星齒輪式卷筒組輸入軸與卷筒同軸線布置，行星減速器置于卷筒內(nèi)腔，結(jié)構(gòu)緊湊。根據(jù)鋼絲繩在卷筒上卷繞的層數(shù)分單層繞卷筒和多層繞卷筒。由于本設(shè)計(jì)的卷繞層數(shù)為三層，因此采用多層卷筒。根據(jù)鋼絲繩卷入卷筒的情況分單聯(lián)卷筒（一根鋼絲繩分支繞入卷筒）和雙卷筒（兩根鋼絲繩分支同時(shí)繞入卷筒） 。單聯(lián)卷筒可以單層繞或多層繞，雙聯(lián)卷筒一般為單層繞。起升高度大時(shí)，為了減小雙聯(lián)卷筒長度，有將兩個(gè)多層繞卷筒同軸布置，或平行布置外加同步裝置的14實(shí)例。多層卷筒可以減小卷筒長度，使機(jī)構(gòu)緊湊，但鋼絲繩磨損加快，工作級(jí)別M5 以上的機(jī)構(gòu)不宜使用。4.2卷筒設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù) 3.1 節(jié)已選定卷筒直徑 280?D4.2.1卷筒長度 L確定由于采用多層卷繞卷筒 L，由下式 1.()lpnd????.~2?式中 ——多層卷繞鋼繩總長度（mm） ；l根據(jù)已知卷筒容繩量為 27m，所以 =27m，l把數(shù)據(jù)代入式中得=195.52mm31.2709.6(8)L????取多層卷繞卷筒長度 =200mm。4.2.2繩槽的選擇單層卷繞卷筒表面通常切出導(dǎo)向螺旋槽，繩槽分為標(biāo)準(zhǔn)槽和深槽兩種形式，一般情況都采用標(biāo)準(zhǔn)槽。當(dāng)鋼絲繩有脫槽危險(xiǎn)時(shí)（例如起升機(jī)構(gòu)卷筒，鋼絲繩向上引出的卷筒）以及高速機(jī)構(gòu)中，采用深槽。多層卷繞卷筒表面以往都推薦做成光面，為了減小鋼絲繩磨損。但實(shí)踐證明，帶螺旋槽的卷筒多層卷繞時(shí)，由于繩槽保證第一層鋼絲繩排列整齊，有利于以后各層鋼絲繩的整齊卷繞。光面卷筒極易使鋼絲繩多層卷繞時(shí)雜亂無序，由此導(dǎo)致的鋼絲繩磨損遠(yuǎn)大于有繩槽的卷筒。帶繩槽單層繞雙聯(lián)卷筒，可以不設(shè)擋邊，因?yàn)殇摻z繩的兩頭固定在卷筒的兩端。多層繞卷筒兩端應(yīng)設(shè)擋邊，以防止鋼絲繩脫出筒外，檔邊高度應(yīng)比最外層鋼絲繩高出 。(1~.5)d（1）繩槽半徑 根據(jù)下式R(0.53~.6)d?取 R=0.5d把數(shù)值代入得：15繩槽節(jié)距 P=d+（2～4）mm取 P=8+2=10mm繩槽深度 h=（0.25～0.4）d取 h=0.35d=0.35×8=2.8圖 4-1 繩槽的放大示意圖（2）卷筒上有螺旋槽部分長 0L01()3lpZd??式中 —— = ，卷筒計(jì)算直徑，由鋼絲繩中心算起的卷筒直徑0D0d?（mm） ；—— 1.5，為固定鋼絲繩的安全圈數(shù)。取 2；1z?1Z?把數(shù)據(jù)代入式中得=167.8mm30271()08L???由此可取 =170mm。0L（3）繩槽表面精度：2 級(jí)—— 值 12.5。aR4.2.3卷筒壁厚 ?初步選定卷筒材料為鑄鐵卷筒，根據(jù)鑄鐵卷筒的計(jì)算式子：mm0.2(6~10)D??把數(shù)值代入式中有： =0.02D+8=12mm，故選用 =12mm。??4.2.4鋼絲繩允許偏角鋼絲繩繞進(jìn)或繞出卷筒時(shí)，鋼絲繩偏離螺旋槽兩側(cè)的角度推薦不大于3.5o。16對(duì)于光面卷筒和多層繞卷筒，鋼絲繩與垂直于卷筒軸的平面的偏角推薦不大于 2o，以避免亂繩。布置卷繞系統(tǒng)時(shí)，鋼角推薦不大于 5o，以避免槽口損壞和鋼繩脫槽。4.3卷筒強(qiáng)度計(jì)算卷筒在鋼絲繩拉力作用下，產(chǎn)生壓縮，彎曲和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，其中壓縮應(yīng)力最大。當(dāng) 時(shí)，彎曲和扭轉(zhuǎn)的合成應(yīng)力不超過壓縮應(yīng)力的 ，只3LD? 10%~5計(jì)算壓應(yīng)力即可。當(dāng) 時(shí)，要考慮彎曲應(yīng)力。對(duì)尺寸較大，壁厚較薄的卷?筒還需對(duì)筒壁進(jìn)行抗壓穩(wěn)定性驗(yàn)算。由于所設(shè)計(jì)的卷筒直徑 =200mm， =200mm， 。所以只計(jì)算壓L3D?應(yīng)力即可。卷筒筒壁的最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在筒壁的內(nèi)表面壓應(yīng)力 按下式計(jì)算：c?max12[]ccSAp????式中 ——卷筒壁壓應(yīng)力（MPa） ；c?——鋼絲繩最大靜拉力（N） ；maxS——應(yīng)力減小系數(shù)，在繩圈拉力作用下，筒壁產(chǎn)生徑向彈性變形，使繩1A圈緊度降低，鋼絲繩拉力減小，一般取 ；10.75A?——多層卷繞系數(shù)。多層卷繞時(shí)，卷筒外層繩圈的箍緊力壓縮下層鋼絲2繩，使各層繩圈的緊度降低，鋼絲繩拉力減小，筒壁壓應(yīng)力不與卷繞層數(shù)成正比 按表取值；2A——許用壓應(yīng)力，對(duì)鑄鐵 ， 為鑄鐵抗壓強(qiáng)度極限，對(duì)鋼[]c?[]c?/5b?b， 為鋼的屈服極限。/s?s取 ， 按表取 ，根據(jù)已知卷筒底層拉力 1100kgf，可算得10.75A221.8A，把各數(shù)代入式中：max9.8.7SN??=121.36MP0.75120c?根據(jù)所計(jì)算的結(jié)果查得卷筒的材料為球墨鑄鐵 ，其抗壓強(qiáng)度極限802QT?17， ， =121.36MP100~300162~217 580 290 270 135 5545調(diào)質(zhì) 200?217~255 650 360 300 155 605.7.1輸入軸的設(shè)計(jì)軸的合理外型應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的26零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整。軸應(yīng)具有良好的制造工藝性.影響軸結(jié)構(gòu)的主要因素有：軸的受力性質(zhì)，大小，方向及分布情況；軸上零件的布置和固定形式；所采用軸承類型和尺寸；軸的加工工藝等。（1）求出輸入軸上的轉(zhuǎn)矩 618.479.50950503.816PT Nmn??????其中： ---輸入功率，取 8.47kW；1---輸入轉(zhuǎn)速，取 1460 r/min；n（2）初步確定軸得最小直徑由于軸的材料選用的為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，抗拉強(qiáng)度 ,屈服MPab750??，彎曲疲勞極限 ，扭轉(zhuǎn)疲勞極限 。MPas50??MPa3501???21??通過《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版第二卷表 6-1-19 選取 =126。則有：0A。133min08.47262.60dAm??輸入軸的最小直徑安裝在聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使所選的軸的直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩的計(jì)算：（N.m）ntzwcTKnpT??950式中 ——驅(qū)動(dòng)功率，KW；——工作轉(zhuǎn)速，r/min；——?jiǎng)恿C(jī)系數(shù)，由于為電動(dòng)機(jī)，故取 1；wK——工作系數(shù)，故取 1.75；——啟動(dòng)系數(shù)，取 1；z——溫度系數(shù)，取 1.1；t——公稱轉(zhuǎn)矩，N.mnT所以， 。8.479509501.5.106.56cwztpKNmn?????