鋼絲繩卷揚機(jī)的優(yōu)化設(shè)計

趙大喜

（甘肅金泥化工有限責(zé)任公司，甘肅 金昌 737100）

1 卷揚機(jī)基本原理

1.1 卷揚機(jī)結(jié)構(gòu)

在工業(yè)生產(chǎn)與建設(shè)行業(yè)運用的鋼絲繩卷揚機(jī)，其主要結(jié)構(gòu)涉及能源電動機(jī)、齒輪轉(zhuǎn)動、起升滑輪組和吊鉤以及連接的聯(lián)軸器、制動器、鋼絲繩卷筒和減速器等部位組成。

1.2 卷揚機(jī)工作原理

在卷揚機(jī)的實際作業(yè)中，其主要通過卷筒的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)鋼絲繩的控制，以此控制重物上升與下降的起重設(shè)備。同時，電石生產(chǎn)中卷揚機(jī)作為一種簡單的起重牽引設(shè)備，其實際的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，并且工作原理主要借助電機(jī)的減速傳動，通過收放鋼絲繩來拉動電石鍋，借助不同的運作實現(xiàn)電石牽引小車方向的改變，從而讓電石鍋按照預(yù)先規(guī)定的路徑進(jìn)行運動。

2 卷揚機(jī)優(yōu)化方向

在卷揚機(jī)的設(shè)計上，當(dāng)前，主要問題涉及排繩問題與噪音問題。排繩問題主要是卷揚機(jī)的鋼絲繩在工作的情況下，容易造成損壞問題、亂繩問題和咬繩問題。

其主要的發(fā)生原因在于，其實際的工作過程中，鋼絲繩受到外界方向變化與大小不變的作用力，對卷揚機(jī)鋼絲繩的排布造成擾亂影響，從而在換向的情況下出現(xiàn)亂繩與咬繩的情況。由于排繩問題其主要是鋼絲繩和卷筒在工作中其受力不均勻，導(dǎo)致鋼絲繩與卷筒之間的摩擦力快速增加，致使鋼絲繩的磨損加劇，進(jìn)而影響卷揚機(jī)在工作上存在動作不穩(wěn)定的情況，也造成了鋼絲繩的使用壽命快速縮短。

同樣，針對現(xiàn)有的卷揚機(jī)工作噪音問題，根據(jù)現(xiàn)有的研究資料中，通過李佳興與杜明明等人的研究可知：底盤結(jié)構(gòu)上，由于卷揚機(jī)底盤結(jié)構(gòu)采用箱形結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)上各個鋼板并不是直接連接焊接，而是通過分步焊接，從而存在工作共鳴的情況，進(jìn)而產(chǎn)生噪音的出現(xiàn)，由于底盤是由鋼板焊接而成，并不具備有效的吸收震動、消除噪音的功能，可能會發(fā)生共振現(xiàn)象。同時，卷筒滑動軸承間隙過大，也出現(xiàn)了噪音。

3 卷揚機(jī)優(yōu)化設(shè)計

在卷揚機(jī)優(yōu)化設(shè)計上，其主要針對排繩優(yōu)化設(shè)計與降噪優(yōu)化設(shè)計兩部分開展。

3.1 卷揚機(jī)排繩優(yōu)化設(shè)計

3.1.1 排繩問題優(yōu)化設(shè)計

在鋼絲繩卷揚機(jī)的優(yōu)化設(shè)計中，對于排繩的優(yōu)化設(shè)計主要從兩個層面進(jìn)行：其一，通過對于卷揚機(jī)的滾子支撐與圓柱凸輪之間相互作用進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，將圓柱形的凸輪轉(zhuǎn)變形式更改為卷筒的直線移動模式，以此改變卷揚機(jī)排繩的纏繞形式，針對鋼絲繩纏繞傳動時候的聯(lián)動性，圓柱形凸輪轉(zhuǎn)動一周，滾筒也隨之轉(zhuǎn)動一個單位長度，確保鋼絲繩能夠按照一定的規(guī)律進(jìn)行纏繞，以此實現(xiàn)排繩問題中的亂繩現(xiàn)象的優(yōu)化。其二，卷筒的折線繩槽與第二層的鋼絲繩進(jìn)行均勻負(fù)載，以此延長卷揚機(jī)鋼絲繩的使用壽命。同樣，在卷揚機(jī)的卷筒設(shè)計上，由于其作為核心的承載部分，需要在鋼絲繞繩與負(fù)載升降以及傳動力上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在卷揚機(jī)的設(shè)計上，其卷筒在鋼絲繩纏繞的作用下，通常會因壓應(yīng)力和彎曲力以及年去應(yīng)力產(chǎn)生形變，但是，其中體在卷筒比壁厚大的情況下，其慣性矩的巨額面相對較大，從而導(dǎo)致鋼絲繩所產(chǎn)生的拉力在卷揚機(jī)的卷筒壁上所引發(fā)的彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力相對更小，因此，在卷揚機(jī)排繩的優(yōu)化設(shè)計需要將排繩載負(fù)荷轉(zhuǎn)化為卷筒上的徑向均布載荷。

3.1.2 排繩系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

在卷揚機(jī)排繩設(shè)計優(yōu)化上，應(yīng)考慮采用封閉輪系。另外，為了提高起重機(jī)空鉤和輕載時的貨物升降速度,要求在舊型的單速卷揚機(jī)上進(jìn)行改進(jìn)實現(xiàn)雙速轉(zhuǎn)動，利用差動行星輪系進(jìn)行運動合成的特點能達(dá)到這一目的。在機(jī)構(gòu)分析、計算機(jī)優(yōu)化設(shè)計、有限元分析的基礎(chǔ)上，通過合理的行星傳動設(shè)計，可以得到體積更小的結(jié)構(gòu)。這樣的雙速卷揚機(jī)在船舶、港口、建筑等眾多機(jī)械傳動領(lǐng)域?qū)玫綇V泛的運用。雙速傳動行星齒輪卷揚機(jī)的設(shè)計主要由一系列設(shè)計計算組成，計算后的結(jié)果除顯示于計算對話框內(nèi)，還應(yīng)自動生成結(jié)果文本,井根據(jù)結(jié)果進(jìn)行參數(shù)化繪圖，最后制作工藝表格。整個計算過程應(yīng)能隨時對參數(shù)進(jìn)行改動,可以浦算不同的參數(shù)組合，并保存以便核對。由于要輸入的參數(shù)多，由設(shè)計得到的文檔信息量也很豐富,應(yīng)按卷揚機(jī)的結(jié)構(gòu)生成一個項目庫，以便更好地管理設(shè)計文檔。設(shè)計中，需要查閱某些標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該有一個數(shù)據(jù)庫存放，甚至可以從網(wǎng)絡(luò)獲得這些信息。排繩優(yōu)化后的軸向推力為：

式中，n 為繞繩層數(shù)，d2為擋板外徑，d1為擋板內(nèi)徑。

因此，卷筒受力情況可簡化為鋼絲繩對卷筒的徑向均布載荷σ1與鋼絲繩對卷筒側(cè)板的楔入作用而產(chǎn)生的均布載荷σ2。

3.2 卷揚機(jī)降噪優(yōu)化設(shè)計

在鋼絲繩卷揚機(jī)的優(yōu)化設(shè)計中，其噪音的優(yōu)化設(shè)計主要需要根據(jù)現(xiàn)有的研究徑向優(yōu)化。針對其底盤的降噪設(shè)計優(yōu)化，需要對箱形結(jié)構(gòu)與焊縫進(jìn)行優(yōu)化焊接，通過實現(xiàn)一體化的焊接模式，從而保證底盤的無縫焊接。對于其軸承之間的間距需要去報符合相關(guān)的卷揚機(jī)優(yōu)化設(shè)計要求，對于茨林需要符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，以此有效地保障卷揚機(jī)的工作穩(wěn)定，從而達(dá)到降噪的作用。在噪音無法吸收消除的情況下，需要通過降速器添加隔音設(shè)備，從而提高其降噪效果。

3.3 液壓控制系統(tǒng)的應(yīng)用

在鋼絲繩卷揚機(jī)的優(yōu)化設(shè)計發(fā)展中，雖然當(dāng)前的液壓控制系統(tǒng)能夠滿足大部分的工業(yè)生產(chǎn)需求，并且，實現(xiàn)起重卷揚機(jī)效率和控制精準(zhǔn)度的提升，但是在液壓控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)化與集體環(huán)境下的應(yīng)用效率相對較低，導(dǎo)致核心部分的研發(fā)相對較慢，無法滿足設(shè)計制造的發(fā)展要求。同樣，在液壓控制系統(tǒng)的應(yīng)用中，液壓傳動變速器的應(yīng)用，實現(xiàn)了設(shè)計控制速度的有效控制，在液壓控制系統(tǒng)中的液壓傳動變速器的控制能夠保證在打洞機(jī)的作用下，分離動力來實現(xiàn)能量雙向控制，同樣可卷揚機(jī)動力系統(tǒng)所有動力在進(jìn)行液壓控制系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)正常啟動。在液壓控制系統(tǒng)應(yīng)用到設(shè)計控制中，通過控制離合器來實現(xiàn)控制系統(tǒng)對液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速控制，進(jìn)而有效地控制發(fā)動機(jī)的動力在控制系統(tǒng)的傳遞，確保了液壓控制系統(tǒng)控制效率的全面提升。

4 建筑卷揚機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

在大型建筑建設(shè)中，運用預(yù)制結(jié)構(gòu)技術(shù)，需要借助建筑卷揚機(jī)的運用。因此，在卷揚機(jī)的設(shè)計優(yōu)化上，需要重點考慮建筑卷揚機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化。主要的內(nèi)容包括支撐梁的底部固定連接有兩個對稱設(shè)置的底板，底板的底部固定安裝有滾輪；底板的頂部固定安裝有卷揚機(jī)，卷揚機(jī)上設(shè)有繩索；支撐梁上焊接有水平設(shè)置的軌道板，支撐梁的內(nèi)側(cè)設(shè)有雙向電機(jī)，雙向電機(jī)位于軌道板的上方，軌道板的底部滑動安裝有兩個對稱設(shè)置的滑輪，繩索的一端饒設(shè)于滑輪上，繩索的一端固定連接有橫板，橫板上開設(shè)有兩個矩形孔，矩形孔的頂部固定安裝有兩個對稱設(shè)置的推桿電機(jī)，矩形孔內(nèi)設(shè)有兩個軌道桿，軌道桿上滑動安裝有托起板，推桿電機(jī)的輸出軸與托起板固定連接；支撐梁上焊接有四個豎直設(shè)置的連接桿，連接桿的頂部固定連接有承重板，雙向電機(jī)通過螺栓與承重板的頂部固定連接，雙向電機(jī)的輸出軸和上均套設(shè)有皮帶輪，兩個皮帶輪之間設(shè)有皮帶；反向絲桿由第一螺紋桿和第二螺紋桿組成，第一螺紋桿和第二螺紋桿的螺紋方向相反；支撐梁為等腰梯形結(jié)構(gòu)，托起板為L 形結(jié)構(gòu)，托起板上設(shè)有加固桿，加固桿傾斜設(shè)置；滾輪為萬向輪，萬向輪上設(shè)有腳剎。在預(yù)制大型構(gòu)件建設(shè)實施中，使用實用新型起模吊具時，通過推桿電機(jī)帶動兩個托起板運動，兩個托起板托起預(yù)制大型構(gòu)件，通過卷揚機(jī)收起繩索使得托起板升降，完成預(yù)制大型構(gòu)件的吊起，通過推桿電機(jī)調(diào)節(jié)兩個托起板的距離調(diào)節(jié)可以吊起不同寬度的PC 構(gòu)件，通過雙向電機(jī)帶動皮帶輪和反向絲桿轉(zhuǎn)動，帶動兩個調(diào)節(jié)塊移動，從而調(diào)節(jié)兩個橫板之間的距離，適配不同長度的預(yù)制PC 構(gòu)件的吊起，通過自動化操作使用，使預(yù)制PC 構(gòu)件的自動化生產(chǎn)實用性能得到有效提升。因此，實用新型卷揚機(jī)具在PC 自動化技術(shù)應(yīng)用到預(yù)制大型構(gòu)件的生產(chǎn)中顯得尤為重要。

5 結(jié)語

由此可見，在卷揚機(jī)的設(shè)計優(yōu)化時，需要根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點與工作原理，對當(dāng)前存在的問題進(jìn)行進(jìn)一步分析。以此在設(shè)計上對卷揚機(jī)的排繩與降噪進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，通過改善排繩系統(tǒng)，降低卷揚機(jī)工作過程中參數(shù)的噪音，以此實現(xiàn)卷筒與鋼絲繩壽命的提升，確保受力均勻合理，卷揚機(jī)能夠穩(wěn)定工作，從而為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供保障。