HC（8+8）t高扬程电动卷扬机结构设计与研究

李慧娟，徐文娟

HC（8+8）t高扬程电动卷扬机结构设计与研究

李慧娟，徐文娟

（咸宁职业技术学院，湖北咸宁437100）

电动卷扬机容绳量及排绳问题是各类电动卷扬机在设计过程中必须考虑并解决的问题，而HC（8+8）t电动卷扬机的扬程较高，容绳量较大，卷筒装置的结构尺寸也会随之增大，卷扬机的占地空间也会增大。采用分区多层缠绕的方法解决了容绳量的问题并保证了卷筒装置的占地空间；通过优化压辊装置的结构，解决了大吨位超高扬程电动卷扬机的排绳问题。

容绳量；压辊装置；卷筒装置；电动卷扬机

大吨位超高扬程电动卷扬机因其扬程比普通电动卷扬机大得多，因此需要增加容绳量，如果按照普通的卷筒缠绕方法，会使卷筒的长度增加，这样导致电动卷扬机整体结构变大，所占空间变大，所需要的材料增多，制造成本变高。采用钢丝绳多层缠绕方式，可以缩短卷筒的长度，既可以增大容绳量，又可以从整体上使电动卷扬机的结构变得紧凑。钢丝绳缠绕层数越多，排绳、压绳越难，电动卷扬机越容易出故障。为了改进大吨位超高扬程电动卷扬机的结构，提高电动卷扬机的安全性能，并降低生产成本，本文主要针对HC（8+8）t高扬程卷扬机的容绳量及排绳问题对卷筒装置和压辊装置的结构设计进行了分析与研究。

HC（8+8）t超高扬程电动卷扬机主要包括以下几大结构：卷筒装置、压辊装置、超载检测装置、带制动功能的变频电动机等，如图1所示。如要解决容绳量的问题必须优化卷筒装置的结构及相关参数；要解决排绳、乱绳等问题就必须优化压辊装置的结构及性能参数。本文主要针对卷筒装置和压辊装置的结构进行了分析计算，并对其结构进行了优化。

图1 电动卷扬机

1 HC（8+8）t超高扬程电动卷扬机卷筒装置的优化设计

普通电动卷扬机的卷筒装置主要由卷筒、一个压绳组件和钢丝绳组成。如果电动卷扬机钢丝绳采用单层缠绕，容绳量的大小直接影响了卷筒的长度和直径，即容绳量越大卷筒长度越长，卷筒直径越大，成本越高，占地空间越大。而HC（8+8）t超高扬程电动卷扬机的容绳量为2×180 m，因此，HC（8+8）t超高扬程电动卷扬机的卷筒装置的结构必须有所改变。

HC（8+8）t超高扬程电动卷扬机的卷筒装置除了加大卷筒的直径外，还在卷筒的中间加了一个中挡板，中挡板安装在卷筒的中间位置上，将卷筒的容绳空间由原来的一个变成了大小相等的两个容绳空间，每个容绳空间各配有一个压绳组件和一根钢丝绳。钢丝绳缠绕在卷筒上的绳槽内，两个容绳空间的绳槽旋向正好相反，一个采用左旋，另一个采用右旋，如图1所示。两个压绳组件中的压块分别将两根钢丝绳的一端分别固定在卷筒两端的端面上，钢丝绳穿过挡板上的孔预先在卷筒上缠绕4～5圈，并分别从压辊轴和卷筒之间穿过，其另一端通过定滑轮固定在料耙机的立柱上，在料耙机的立柱上形成双吊点起吊重物。

1.1 HC（8+8）t超高扬程电动卷扬机的性能参数

HC（8+8）t超高扬程电动卷扬机的主要性能参数如下：

（1）电动卷扬机的内部材料：Q345E；

（2）HC（8+8）t电动卷扬机的起升重量：（8+8）t；

（3）容绳量：2×180 m；

（4）工作级别：M3.

1.2 钢丝绳直径的计算

钢丝绳缠绕在卷筒上的绳槽中，根据钢丝绳的直径确定卷筒上的绳槽尺寸，因为是多层缠绕，卷筒两端的挡板高度钢丝绳的直径也有关，因此要确定卷筒的结构尺寸必须计算钢丝绳的直径。

钢丝绳直径可由钢丝绳最大工作静拉力公式计算[4]

经查手册C可取0.093，S=8 000×10=80 000 N，代入公式（1）可以得到钢丝绳的直径

1.3 卷筒结构尺寸的计算

卷筒的结构尺寸主要包括卷筒的直径、长度、厚度、挡板的高度等，其中卷筒的直径直接影响容绳量的大小。

（1）卷筒的名义直径计算公式为[1]经查手册可得h=14，代入公式（2）中计算可得卷筒的直径为：

（2）卷筒的厚度

因为卷筒的材料为Q345E，所以卷筒的厚度取δ≈d=26.3 mm

（3）绳槽半径：R=（0.53⋍0.56）d=（0.53⋍0.56）×26.3=（13.99⋍14.728）mm，取R=14 mm

（4）标准绳槽的深度：H1=（0.25⋍0.4）d=（0.25⋍0.4）×26.3=（6.575⋍10.52）mm，取H1=8mm

（5）标准绳槽的节距：P1=d+24=26.3+24= 28.3mm，取整数P1=29mm

（6）卷筒的长度及钢丝绳缠绕层数计算

第一层钢丝绳缠绕在绳槽中，卷筒中心到绳芯的距离为

根据以上数据计算可以算得第一层钢丝绳缠绕卷筒一圈的长度为

l1=2πR1=3.14×189.3=1 188.8 mm

因为强度计算的条件是卷筒的长度L≤3D

若每层缠绕n圈，绳槽节距为29mm，则29n≤3D

所以可得n≤3D/29，即n≤38，取n=35

则卷筒的长度为L=29×35=1 015 mm

则第一层容绳量为：

35×1 188.8=41 608 mm=41.608 m

第一层的容绳量最小，层数越大容绳量越大，设计过程中按第一层容绳量计算，可确保足够的容绳量，所以（2×180）/41.608=8.65层，所以钢丝绳缠绕层数取9层。

（7）卷筒的强度计算[1]：

强度计算条件L≤3D

强度计算公式

A1为应力减小系数，一般取A1=0.75；Smax为钢丝绳最大静拉力（N）；P为钢丝绳圈绕节距（mm）；σcP为许用压应力（MPa）；δ为卷筒壁厚（MPa）；A为与缠绕层数有关的系数，查手册A取2.5.

当L≤3D时，弯曲和扭应力合成应力不超过10%的压应力，只计算压应力即可。

因为卷筒采用的材料为Q345E，屈服强度值为

许用应力σcP=σb/1.5=230MPa

满足强度校核要求σc≤σcP，故卷筒强度足够。

2 压辊装置的优化设计

HC（8+8）t超高扬程电动卷扬机超高扬程电动卷扬机排绳、乱绳问题主要由压辊装置来保证。压辊装置由压辊套筒、压辊轴、连接板、压辊安装座、弹簧等组成。普通卷扬装置一般采用单绳缠绕，HC（8+8）t超高扬程电动卷扬机采用的是双支点起吊重物，两绳同时反向缠绕。两绳开始缠绕的起点从卷筒的两端同步进行，通过卷筒上绳槽的旋向来保证钢丝绳的运动方向，一边采用左旋，一边采用右旋，左右旋向终止于中挡板。如图2所示，卷筒由中档板分割成两个区间，尺寸大小相等，绳槽旋向相反，两绳起点分在卷筒两端，从而保证了卷筒在转动过程中，两绳能同时同步并反向运动。

图2 压辊装置

在缠绕过程中利用压辊装置保证钢丝绳有序缠绕。压辊套筒与压辊轴之间通过轴承连接，压辊轴通过连接板安装在压辊安装座上，螺旋扣一端与连接板相连，另一端与压辊安装座通过弹簧连接；两根钢丝绳分别从压辊轴和卷筒之间穿过，钢丝绳在缠绕过程中，压辊轴通过弹簧的拉力将钢丝绳压向卷筒从而防止乱绳或打结，保证其有序缠绕；电动卷扬机容绳量长度不小于2×180m，钢丝绳总长约2×230m.

3 HC（8+8）t超高扬程电动卷扬机的工作原理

在常温下电动机驱动减速器运动，减速器通过中心轴将运动传递给卷筒，实现卷筒转动，从而带动两根钢丝绳沿卷筒反向移动，绕绳过程中通过压绳组件防止钢丝绳滑动，在换层、缠绕过程中，压辊轴通过弹簧的拉力将钢丝绳压向卷筒从而防止乱绳或打结，保证钢丝绳有序的缠绕。

4 结束语

本文主要通过优化HC（8+8）t超高扬程电动卷扬机的压辊装置和卷筒装置的结构，解决了HC（8+8）t超高扬程电动卷扬机的容绳量及排绳问题，从而实现了在起吊重物过程中双吊点起吊，并保证了在起吊过程中两根钢丝绳同时同步反向运动。压辊装置和卷筒装置结构的优化既可以增大容绳量，又可以从整体上使电动卷扬机的结构变得紧凑，对提高电动卷扬机的安全性能，降低生产成本具有一定的意义。

[1]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]姚大勇.JB/T5000.7-1998重型机械通用技术条件[S].北京：中国机械行业标准出版社，2008.

[3]中国标准化委员会编.中国机械工业标准汇编：起重机卷[S].北京：中国标准出版社，2002.

[4]宫本智.葫芦式起重机[M].天津：天津科学技术出版社，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

本文系咸宁职业技术学院院级重点课题“大吨位超高扬程电动葫芦的技术研究”的成果（批准文号：2015Y007）

李慧娟（1981-），女，湖北鄂州人，讲师，硕士，主要从事机械设计制造及自动化专业教育的研究与教学。