针对自卸汽车改装洒水车技术的研究

艾义霖

摘要：起重机发展至今，已经成为合理组织成批大量生产和机械化流水作业的基础，是现代化生产的重要标志之一。起重机是在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械，有很多种分类，但所有起重机中的内部构件，卷筒是最重要的承重部件之一，通过电机的作用来卷绕钢丝绳以实现其吊重物的下降提升，它承载起升载荷，收放行丝绳以实现取物装置的升降。卷筒的缠绕半径、圈数都对起动机有着质的影响，所以从几个因素入手优化并解决起重机卷筒的设计问题。对其进行结构优化设计，让起重机得以完善发展。

关键词：卷筒联轴器;设计;桥式起重机;卷筒装置;制造;减速器;鼓形滚柱联轴器;机械化

起重机内部构件，卷筒是构件的重要零件之一，卷筒用来卷绕钢丝绳的部件，传递动力，收放钢丝绳，实现取物装置升降，并将旋转运动变为直线运动。卷筒有长轴卷筒和短轴卷筒之分。长轴卷筒包括齿轮连接盘和带大齿轮的卷筒组，是一种应用较广泛的结构形式。卷筒的性质和工作可靠性直接影响着起重机的性能与质量，卷筒装置主要构成是由缠绕钢丝绳的卷筒体、卷筒体与减速器之间的连接装置、卷筒轴和端部支承座等部件组成。

1、卷筒独特的结构形式与特点

卷筒的构造运行都决定着起重机的运行效率与安全系数，卷筒构造设计至关重要.近些年的发展，国家对此重视程度增加，培养大批研究人员对卷筒优化设计进行了深入研究.卷筒装置的结构形式及特点，我国起重机行业采用的卷筒装置传统结构形式多为齿轮盘连接方式，近年来，国内外起重机行业在卷筒装置上采用了一些成熟的新技术，例如德国等国的新的设计方法，采用的一种卷筒装置，其关键技术是在驱动减速器与卷筒之间安装有一套特殊的鼓形滚柱联轴器，此联轴器不仅能传递扭矩和承受较大的径向力，而且还能补偿减速器轴线与卷筒轴线的角度偏差，最大可达十五度。由于这种联轴器制造难度大、造价高，未能在我国中小型起重机上推广应用。据近几年对这种卷筒联轴器应用的观察和分析，发现因其自身结构的缺陷，在轴线偏差的补偿和安全可靠性方面还存在一定的问题。

综合以上上述，根据起重机卷筒不足与长处，对卷筒设计有了具体的研究方案。

1.1增加卷筒的直径。采用该种方法后，由于卷筒直接安装在起重机小车上，使起重机的高度也相应地增加了，与卷筒直接联接的减速器低速轴的承载能力也必须相应地提高，因此使室内工作的起重机所在厂房的高度也受到了一定影响。

1.2加长卷筒的尺寸。此方法简单有效，但是要求起重机上小车的宽度或者长度也必须根据卷筒的长度做相应的调整，从而影响了起重机的其他结构。上述两种方法直接简单，但是受起重机所在的环境及本身结构的局限，起升高度增加的幅度不是很大，因此对于起升高度特别大的起重机来说仍然不能满足要求。

1.3卷筒支承短轴的设计，支承短轴的设计是这种卷筒装置设计的一个重要环节。

2卷筒受力分析

2.1钢丝绳缠绕工作原理

钢丝绳在双折线卷筒中的缠绕过程是一种空间不规则螺旋运动.在第1层的直线段，钢丝绳沿卷筒绳槽周向缠绕;在折线段，沿着折线绳槽周向和轴向复合运动.从第2层开始，钢丝绳规则的缠绕在下一层钢丝绳形成的绳槽内，折线段钢丝绳因缠绕旋向与下一层相反，两层钢丝绳呈轴线交叉排列.

2.2多层钢丝绳缠绕卷筒受力数学模型

多层缠绕时，上层的压力加上该圈由于张紧产生的正压力等于总的传给下层的压力.

钢丝绳卷绕在下一层排列形成的绳槽内，假设同一层绳圈间径向无相互作用力，即钢丝绳的支承绳圈为下一层的两绳圈.

根据受力平衡原则可知i+2层钢丝绳与i+1层钢丝绳之间的挤压力公式为Ns=12（cos βθ+μssin βθ）Pj，i+2 （5）式中：Pj，i+2为钢丝绳径向正压力;i为钢丝绳层数，i=1，2，…，n;j为每层钢丝绳缠绕圈数，j=1，2，…，m;μs为钢丝绳与钢丝绳间的摩擦因数;βθ为卷筒周向压力与钢丝绳圈接触面垂线方向的夹角.

根据受力平衡原则，i+2层钢丝绳与i+1层钢丝绳之间的挤压力公式为Ns=1cos βθ+μssin βθPj，i+2 （6）由折线段绳圈排列的几何关系可知βθ值非常小，并在折线段中点为0，因此对于卷筒折线段，钢丝绳与支承绳圈间的挤压力近似为Ns=Pj，i+2 （7）1.3.3卷筒换层爬升段钢丝绳缠绕卷筒受力模型

3程序编制

根据使用MATLAB/SIMULINK编程，对每圈钢丝绳的受力平衡方程进行求解.钢丝绳每绕1圈，就对前面缠绕的钢丝绳的受力情况重新求解，最终得到在钢丝绳整个缠绕过程中卷筒的动态受力分布情况.

由于通过计算得到的卷筒载荷随钢丝绳层数、卷筒角度和时间变化而变化，所以在进行有限元分析时卷筒上各节点的受力都不一样，这使得每个节点都需要单独添加节点力.一个卷筒通常有2 000到4 000个节点需要添加节点力，如果通过人工一个个节点添加，几乎是一项不可能完成的任务.因此，通过使用MATLAB和ANSYS/APDL进行编程，将整个边界条件加载和自动分析.

在网格处理完毕后，选择需要添加节点力的节点，并通过编好的APDL脚本文件将这些节点的坐标信息以txt文件输出.以SIMULINK编写的卷筒受力分布计算程序将txt文件读入，并根据节点坐标插值计算出相应的节点力，然后再以txt格式输回到ANSYS程序中.在ANSYS中，通过另一个APDL脚本，将读入的节点力施加到对应节点上，然后求解.

这种轴承座对卷筒装置的安装有较高的要求。对于万向型球铰卷筒联轴器， 由于球面自身具有限制卷筒轴向窜动的功能，故在设计时完全可解除轴承座对短轴的轴向约束 ， 这样不仅使轴承座设计简单，而且使卷筒受力更合理，安装调整更方便。

对于用钢板弯曲焊接成形的卷筒， 短轴是通过两个法兰板与卷筒体焊接成一体，对于直径较小的卷筒。工序为：卷筒体内侧法兰板预先与短轴焊接上，然后插入卷筒体， 并将内侧法兰与卷筒体焊接上， 之后将外侧大法兰与卷筒的短轴焊接上，最后再整体加工短轴的支承部分。对于直径较大的卷筒， 由于操作人员能进人卷筒内施焊，为保证短轴与卷筒的同轴度， 其工序为：两个法兰板预先与短轴焊接上，然后插人卷筒体， 并与卷筒体焊接上，最后整体加工短轴支承部分， 短轴的材质一般选用可焊性较好的35号优质碳素钢。

4卷筒连接的设计

与卷筒联轴器相匹配的卷筒， 可用钢板焊接成形或铸造成形， 卷筒可直接套装在联轴器上或通过中间连接法间接地与联轴器装配在一起， 联轴器与卷筒设有轴向的固定螺栓， 这些螺栓不仅起轴向连接作用， 而且能通过联轴器与法兰之间的摩擦副传递一部分扭矩， 但在设计计算时， 一般不考虑螺栓传递的扭矩。在联轴器的法兰圆周上加工有两个平行的用以传递扭矩的平面，与其相配的卷筒端面法兰上加工有对应的传递扭矩的槽， 该槽可以是在被连接的法兰上直接加工获得，也可通过钢板焊接成形。

5结语

以上是对起重机卷筒如何优化完善进行了详细研究，从卷筒的尺寸设计及相关构件选用进行了综合性改良设计，在设計中也可以组合使用以上几种方法，合理选择组合方式，进行优化设计，以便使起重机结构紧凑，成本降低。没有最好的，只有更合适的，只有选用适合的，完善最协调的设计方案才能充分发挥它的作用，更好的保障安全。

参考文献：

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