液壓起錨絞車(chē)的設(shè)計(jì)

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1液壓起錨絞車(chē)的設(shè)計(jì)摘 要： 本設(shè)計(jì)針對(duì)船用液壓起錨絞車(chē)控制閥進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，采用定量泵—雙向液壓馬達(dá)回路，手動(dòng)閥換向，雙溢流閥安全保護(hù)，油路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠。可推廣至其他內(nèi)河船上起錨和系泊作業(yè)設(shè)備中。通過(guò)對(duì)定量泵—雙向液壓馬達(dá)回路基本原理的研究及公式的推導(dǎo)，驗(yàn)證了定量泵 —雙向液壓馬達(dá)回路的連接方式的優(yōu)點(diǎn)，確定了研究方向，進(jìn)而通過(guò)對(duì)《液壓與氣壓傳動(dòng)》 、 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 、 《機(jī)械原理》 、 《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法》等有關(guān)基礎(chǔ)書(shū)籍的學(xué)習(xí)與研究，經(jīng)過(guò)大量的研究與計(jì)算，設(shè)計(jì)出了該組合控制閥的基本外形及尺寸，最終通過(guò)相關(guān)技術(shù)書(shū)籍和指導(dǎo)老師的耐心指導(dǎo)，確定了該設(shè)計(jì)的形狀、尺寸及加工工藝。并通過(guò) CAD 軟件進(jìn)行工程圖繪制與修改。關(guān)鍵詞：液壓起錨絞車(chē)；定量泵—雙向液壓馬達(dá)回路；手動(dòng)閥換向回路；雙溢流閥安全保護(hù)回路；組合控制閥；設(shè)計(jì)；CAD。 The design of the hydraulic anchorAuthor: Zhang MitaoTutor: Chen Wenkai(Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract: This design for Marine hydraulic control valves to improve the anchor design, by using the quantitative pump-two-way hydraulic motor loop, manual directional control valve, double relief valve safety protection, simple structure, reliable oil. Can be generalized to other inland ship sailed and and mooring homework equipment. Through to the quantitative pump-two-way hydraulic motor loop of the research and the basic principle of the formula deduction, verify the quantitative pump-two-way hydraulic motor loop connection of advantage, determine the research direction, and then by the hydraulic and pneumatic transmission “, “the mechanical design“, “the mechanical theory“, “modern machine design method“ and other relevant basic books the study and research, after a great deal of research and computation, design the combination of the basic shape and size control valve, and finally through the related technical books and guide teacher patience guidance, to determine the design of the shape, size and processing technology. And through the CAD software engineering chart drawing and modification.Keywords: Hydraulic capstan winch; Quantitative pump hydraulic motor circuit; Manual valve 2circuit; Double overflow valve safety protection circuit; Combined control valve; Design; CAD.1 引言近年來(lái)由于近岸工程的迅速發(fā)展，為了滿足河內(nèi)開(kāi)發(fā)和近岸工程的發(fā)展的需要，在一般的小噸位內(nèi)河船上，開(kāi)始采用液壓或者電動(dòng)的起錨絞車(chē)來(lái)進(jìn)行起錨、拋錨和泊系作業(yè)，來(lái)提高作業(yè)效率和降低船舶操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。內(nèi)河船用起錨絞車(chē)具有起錨和泊系作業(yè)能力，一機(jī)兩用，節(jié)省設(shè)備，增大船舶的使用空間。由于以往在小噸位的船舶上配置的大多是手動(dòng)的起錨絞車(chē)，他們面臨著被更新?lián)Q代的趨勢(shì)，因此液壓起錨絞車(chē)在內(nèi)河船上具有較大的市場(chǎng)潛力。本文就筆者所研發(fā)的內(nèi)河船用起錨絞車(chē)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。2 緒論2.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)概論2.1.1 傳動(dòng)類(lèi)型及液壓傳動(dòng)的定義一部完備的機(jī)器都是由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作機(jī)組成。原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)）是機(jī)器的動(dòng)力源；工作機(jī)是機(jī)器直接對(duì)外做功的部分；而傳動(dòng)裝置則是設(shè)置在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的部分，用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)力（或能量）的傳遞、轉(zhuǎn)換與控制，以滿足工作機(jī)對(duì)力（或力矩） 、工作速度及位置的要求。按照傳動(dòng)件（或轉(zhuǎn)速）的不同，有機(jī)械傳動(dòng)、電器傳動(dòng)、流體傳動(dòng)（液體傳動(dòng)和氣體傳動(dòng)）及復(fù)合傳動(dòng)等的要求。液體傳動(dòng)又包括液力傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)是以動(dòng)能進(jìn)行工作的液體傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)則是以受壓液體作為工作介質(zhì)進(jìn)行動(dòng)力（或能量）的轉(zhuǎn)換、傳遞、控制與分配的液體傳動(dòng)。由于其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備與裝置實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)及控制的重要技術(shù)手段之一 [2]。2.1.2 液壓系統(tǒng)的組成部分液壓傳動(dòng)與控制的機(jī)械設(shè)備或裝置中，其液壓系統(tǒng)大部分使用具有連續(xù)流動(dòng)性的液壓油等工作介質(zhì)，通過(guò)液壓泵將驅(qū)動(dòng)泵的原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，經(jīng)過(guò)壓力、流量、方向等各種控制閥，送至執(zhí)行機(jī)器（液壓缸、液壓馬達(dá)或擺動(dòng)液壓馬達(dá)）中，轉(zhuǎn)換為機(jī)械能去驅(qū)動(dòng)負(fù)載。這樣的液壓系統(tǒng)一般都是由動(dòng)力源、執(zhí)行器、控制閥、液壓附件幾液壓工作介質(zhì)的幾部分所組成。一般而言，能夠?qū)崿F(xiàn)某種特定功能的液壓元件的組合，稱(chēng)為液壓回路。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)某一機(jī)器或裝置的工作要求，將若干特定的基本回路連接或復(fù)合而成的總體稱(chēng)為液3壓系統(tǒng)。2.1.3 液壓技術(shù)的特點(diǎn)與其它傳動(dòng)控制方式相比較，液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)的特點(diǎn)如下。（1）優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝还β实闹亓枯p、布局靈活方便、調(diào)速范圍大、工作平穩(wěn)、快速性好、易于操縱控制并實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、易于自動(dòng)化和機(jī)電一體化、易于操縱控制并實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造和使用維護(hù)方便。（2）缺點(diǎn)：不能保證定比傳動(dòng)、傳動(dòng)效率低、工作穩(wěn)定性易受溫度影響、造價(jià)較高、故障診斷困難。2.1.4 液壓系統(tǒng)的類(lèi)型液壓系統(tǒng)可以按多種方式進(jìn)行分類(lèi)，見(jiàn)表 1。表 1 液壓系統(tǒng)的分類(lèi)Table1 The kinds of hydualic system2.2 絞車(chē)的簡(jiǎn)介在起重機(jī)械中，用以提升或下降貨物的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為起升機(jī)構(gòu)，一般采用卷?yè)P(yáng)式，而這樣的機(jī)器叫做卷?yè)P(yáng)機(jī)又叫絞車(chē)。卷?yè)P(yáng)機(jī)的卷?yè)P(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(pán)、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(kāi)關(guān)等，根據(jù)實(shí)際需要配用。卷?yè)P(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4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(lèi)型。目前只有少數(shù)地方應(yīng)用。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)是卷?yè)P(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?yè)P(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(jiǎn)單，維護(hù)容易，機(jī)組重量輕，工作可靠，在電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)中應(yīng)用廣泛。液壓驅(qū)動(dòng)的卷?yè)P(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(guò)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(wú)級(jí)調(diào)速，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，操作方便，過(guò)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?yè)P(yáng)機(jī)中獲得日益廣泛的應(yīng)用 [1]。2.3 擬定絞車(chē)液壓系統(tǒng)圖系統(tǒng)的工作原理及其特點(diǎn)簡(jiǎn)要說(shuō)明如下：（見(jiàn)圖 1）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(guò)熱造成的故障，在回油路上設(shè)置了回油過(guò)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(chē)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 絞車(chē)液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序Table2 The sequence of actions of solenoid of winch-hydraulic system電磁鐵工 況1YA 2YA 3YA滿載卷?yè)P(yáng)上升 - + -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(guò)單向閥進(jìn)入液壓馬達(dá) 2，驅(qū)動(dòng)滾筒卷?yè)P(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) 。5圖 1 液壓系統(tǒng)原理圖Fig 1 The figure of hydraulic principles1——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(guò)濾器；8——冷卻器；9——液壓馬達(dá)；10——油箱3 卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)卷?yè)P(yáng)機(jī)方案設(shè)計(jì)的主要依據(jù)：機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式；安裝位置的限制條件和機(jī)型種類(lèi)與參數(shù)匹配等。3.1 常見(jiàn)卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)方案及分析3.1.1 非液壓式卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)方案比較根據(jù)卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)原動(dòng)機(jī)和卷筒組安裝相對(duì)位置不同，卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)布置方案的基本型有并軸式和同軸式兩種。而這兩種基本型中又有單卷筒和雙卷筒之分。下面介紹幾種常見(jiàn)的卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)方案。6圖 2 并軸式結(jié)構(gòu)布置Fig 2 Parallel to the structural arrangement圖 2 所示為并軸式單卷筒卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)，他們的卷筒軸與原動(dòng)機(jī)軸線并列平行布置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。為了提高取物裝置在空載或輕載時(shí)的下降速度，有的卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)設(shè)置了重力下降裝置（圖 2b） 。在卷筒上裝有帶式制動(dòng)器和內(nèi)漲式摩擦離合器。當(dāng)離合器分離時(shí)，驅(qū)動(dòng)卷筒的動(dòng)力源被切斷，卷筒處于浮動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)可利用裝在卷筒上的帶式制動(dòng)器控制取物裝置以重力快速下降。卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中一個(gè)重要問(wèn)題是卷筒軸與減速器輸出軸的連接方式。圖2（a） 、 （b）所示方案，它們是把卷筒安裝在減速器輸出軸的延長(zhǎng)部分上，從力學(xué)觀點(diǎn)看，屬于三支點(diǎn)的超靜定軸，減小了軸承受的彎矩。但是，這種結(jié)構(gòu)對(duì)安裝精度要求很高，而且使的卷筒組和減速器的裝配很不方便，減速器也不能獨(dú)立進(jìn)行裝配和試運(yùn)轉(zhuǎn)，更換軸承也較困難。然而，它的外形尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于中小型建筑機(jī)械的卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)。圖 2（c） 、 （d ）所示方案，卷筒組與減速器輸出端均采用了補(bǔ)償式連接。圖2（c）減速器的輸出軸利用齒輪連軸節(jié)與卷筒連接，且直接把動(dòng)力傳遞給卷筒。圖2（d）是采用十字滑塊聯(lián)軸節(jié)將卷筒和減速器輸出軸連成一體，卷筒軸的右端伸入到減速器輸出軸上的聯(lián)軸節(jié)半體中心孔內(nèi)，構(gòu)成了軸的一個(gè)支點(diǎn)，輸出軸和卷筒軸均為筒支結(jié)構(gòu)，構(gòu)造緊湊，制造、安裝均有良好的分組性。7并軸布置雙卷筒卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)（圖 3） ，由一臺(tái)液壓馬達(dá)通過(guò)二級(jí)齒輪減速器分別驅(qū)動(dòng)裝在兩根平行軸上的主、副卷筒。在這兩個(gè)卷筒上分別裝有離合器和制動(dòng)器。通過(guò)液壓操縱系統(tǒng)的控制可使主、副卷筒獨(dú)立動(dòng)作，并能實(shí)現(xiàn)重力下降。雙卷筒集中驅(qū)動(dòng)，可減少一套液壓馬達(dá)及傳動(dòng)裝置。圖 3 并軸布置雙卷筒卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)圖 3 并軸布置雙卷筒卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)Fig 3 The structure of parallel layouting double rolls3.1.2 卷筒軸與減速器輸出軸連接方式設(shè)計(jì)的基本原則綜上所述，卷筒軸與減速器輸出軸連接方式設(shè)計(jì)的基本原則是：（1）盡量避免采用多支點(diǎn)的超靜定軸。因?yàn)槎嘀С悬c(diǎn)受力復(fù)雜且軸安裝精度不易保證。（2）優(yōu)先采用減速器輸出端直接驅(qū)動(dòng)卷筒的連接方式，使卷筒軸不傳遞扭距，盡可能避免卷筒軸收彎曲和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合作用，以減少軸的直徑。（3） 使機(jī)構(gòu)有良好的總成分組行，以利制造、安裝、調(diào)試和維修。（4） 結(jié)構(gòu)緊湊、構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作安全可靠。（5） 卷筒組與減速器輸出軸優(yōu)先采用補(bǔ)償式連接，這樣，在安裝時(shí)允許總成間有小量的軸向、徑向和角度位移，以補(bǔ)償安裝位置誤差和機(jī)件的變形。3.1.3 液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)的分類(lèi)近年來(lái)普遍采用了行星齒輪傳動(dòng)的多速卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)，利用控制多泵合流和液壓馬達(dá)的串并聯(lián)或采用變量液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)的多種工作速度，從而實(shí)現(xiàn)輕載高速、重8載低速，提高工作效率，以滿足各種使用要求。液壓傳動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)可分為下列幾種形式：由于選用的液壓馬達(dá)的形式不同，液壓起升機(jī)構(gòu)可分為高速液壓馬達(dá)傳動(dòng)和低速大扭矩馬達(dá)傳動(dòng)兩種形式。高速液壓馬達(dá)傳動(dòng)需要通過(guò)減速器帶動(dòng)起升卷筒。減速器可采用批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)減速器，通常有圓柱齒輪式，蝸輪蝸桿式和行星齒輪式減速器。這種傳動(dòng)形式的特點(diǎn)是液壓馬達(dá)本身重量輕、體積小，容積效率高，生產(chǎn)成本較低。但整個(gè)液壓起升機(jī)構(gòu)重量較重，體積較大。低速大扭矩馬達(dá)傳動(dòng)可直接或通過(guò)一級(jí)開(kāi)式圓柱齒輪帶動(dòng)起升卷筒。雖然低速馬達(dá)本身體積和重量較大，但不用減速器，使整個(gè)液壓起升機(jī)構(gòu)重量減輕，體積減小。并使傳動(dòng)簡(jiǎn)單、零件少，起動(dòng)性能和制動(dòng)性能好，對(duì)液壓油的污染敏感性小。殼轉(zhuǎn)的內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大扭矩馬達(dá)，可以裝在卷筒內(nèi)部，由馬達(dá)殼體直接帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，便于布置。3.1.4 液壓式行星齒輪傳動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案液壓多速卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)有多種布置方案，如：（1）液壓馬達(dá)、制動(dòng)器和行星減速器分別布置在卷筒的兩側(cè)，即對(duì)稱(chēng)布置（圖 4） 。圖 4 液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案(一)Fig 4 Program one（2）液壓馬達(dá)和制動(dòng)器分別布置在器裝在卷筒內(nèi)部（圖 5） 。9圖 5 液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案(二)Fig 5 Program two（3）液壓馬達(dá)、制動(dòng)器布置在卷筒同一側(cè)，行星減速器裝在卷筒內(nèi)（圖 6） 。圖 6 液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案(三)Fig 6 Program three（4）液壓馬達(dá)、制動(dòng)器和行星減速器均裝入卷筒內(nèi)部（圖 7） 。 10圖 7 液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案(四)Fig 7 Program four二三方案屬于同一類(lèi)型，由于行星減速器裝在卷筒內(nèi)，所以體積小，結(jié)構(gòu)較緊湊，但由于卷筒內(nèi)的空間位置受到限制，要求安裝精度高，零件加工工藝復(fù)雜，軸承的選擇較困難，維修不方便。它們的不同處是制動(dòng)器的安裝位置，方案二顯得對(duì)稱(chēng)性好。方案四顯然較方案二、方案三的外形尺寸更小，結(jié)構(gòu)更加緊湊。但是它除了有二、三方案中的問(wèn)題外，還存在制動(dòng)器和液壓馬達(dá)的散熱性極差，檢修調(diào)試也很不方便。二、三、四方案均屬同軸式布置，即使液壓馬達(dá)和卷筒軸在同一中心線上，總成組裝時(shí)要保證規(guī)定的同心度。（5）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 8） 。這種布置形式，機(jī)構(gòu)的軸向尺寸較大，維修不太方便，同時(shí)也會(huì)給總體布置帶來(lái)一定困難。但它易于加工和裝配，總成分組性較好 [3]、[4] 。11圖 8 液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案(五)Fig 8 Program five3.2 本設(shè)計(jì)所采用的方案本設(shè)計(jì)給出的馬達(dá)的排量為 5.4ml/r，工作壓力為 22MP，考慮內(nèi)河作業(yè)，經(jīng)濟(jì)成本為選擇方案的主要依據(jù)因素，自然選擇高速低轉(zhuǎn)矩的液壓馬達(dá)。如圖所示，液壓馬達(dá)輸出動(dòng)力鏈通過(guò)減速器、聯(lián)軸器傳給小齒輪軸，小齒輪軸再通過(guò)齒輪減速機(jī)構(gòu)傳給絞攬筒。制動(dòng)裝置是通過(guò)剎車(chē)手柄和踏板張緊制動(dòng)帶使絞攬筒停止運(yùn)動(dòng)。此方案雖然體積較上面所介紹的方案在體積上稍大，但是此方案可實(shí)現(xiàn)在絞車(chē)的動(dòng)力輸入軸（小齒輪軸）的一端接入動(dòng)力，另一端留有手動(dòng)輸入接口，以便在必要時(shí)裝上備用的手輪進(jìn)行作業(yè)操作，并且齒輪減速機(jī)構(gòu)可以大大節(jié)約勞動(dòng)力。小齒輪軸上的離合器可用來(lái)接通和斷開(kāi)來(lái)自液壓馬達(dá)大的動(dòng)力，棘輪棘爪機(jī)構(gòu)是用來(lái)當(dāng)手動(dòng)操作起錨時(shí)防止因錨的自重而回轉(zhuǎn) [19]、[20] 。3.3 卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)注意事宜卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)的方案的設(shè)計(jì)除認(rèn)真考慮以上問(wèn)題外，還要酌情處理好以下事宜。（1）分配機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比時(shí)，極差不宜過(guò)大，一般可采取從原動(dòng)機(jī)至轉(zhuǎn)筒逐級(jí)降低傳動(dòng)比的分配方法。（2）卷筒直徑盡量選取最小許用值，因?yàn)殡S著卷筒直徑的增加，扭矩和傳動(dòng)比也隨之增加，引起整個(gè)機(jī)構(gòu)的尺寸膨脹。但在起升高度大的情況下，為了不使卷筒長(zhǎng)度過(guò)大，有時(shí)采用加大直徑的辦法來(lái)增加卷筒的容繩量。12（3）對(duì)于具有多種替換工作裝置的機(jī)械，卷筒的構(gòu)造能提供快速換裝的措施，如制成剖分組合式卷筒等。（4）滑輪組的倍率對(duì)機(jī)構(gòu)的影響較大。因此，滑輪組的倍率不宜取得過(guò)大。一般當(dāng)起升載荷 時(shí)，滑輪組的倍率取 2， 時(shí)，倍率取 載荷量更kNPQ50?kNPQ50?6~3大時(shí)，倍率可取 8 以上。（5）卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器是確保工作安全可靠地關(guān)鍵部件。支持制動(dòng)器一般應(yīng)裝在扭矩最下的驅(qū)動(dòng)軸上，這樣可減少制動(dòng)器的尺寸。但是若采用制動(dòng)力矩大、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的鉗盤(pán)式制動(dòng)器時(shí)，可將其裝在卷筒的側(cè)板上，以提高卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)的可靠性。對(duì)于起吊危險(xiǎn)物品的卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)置兩套制動(dòng)裝置 [5]、[6] 。4 卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)的組成及工作工作過(guò)程分析4.1 卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)的組成根據(jù)選用的低速方案分析卷?yè)P(yáng)機(jī)由液壓馬達(dá)、長(zhǎng)閉多片盤(pán)式制動(dòng)器、離合器、卷筒、支承軸、平衡閥和機(jī)架等部件組成。4.2 卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)工作過(guò)程分析4.2.1 卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)的工作周期卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)是周期性作業(yè)。一個(gè)工作周期為：?jiǎn)?dòng)加速（0→a） 、穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)（a→b）和制動(dòng)減速（ b→ c）三個(gè)過(guò)程（圖 10） 。載荷由靜止?fàn)顟B(tài)被加速到穩(wěn)定工作速度（穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)）時(shí)，所經(jīng)歷的時(shí)間稱(chēng)為啟動(dòng)時(shí)間，從 a 到 b 經(jīng)歷的時(shí)間稱(chēng)為工作時(shí)間，從 b 點(diǎn)的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)減速到靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間成為制動(dòng)時(shí)間。起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)間直接影響卷?yè)P(yáng)機(jī)的工作過(guò)程，設(shè)計(jì)時(shí)可通過(guò)計(jì)算選取較為適合的時(shí)間。圖 9 卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)工作過(guò)程曲線Fig 9 The working process-curve of hoist134.2.2 載荷升降過(guò)程的動(dòng)力分析卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)帶載作變速運(yùn)動(dòng)（起動(dòng)或制動(dòng)）時(shí)，作用在機(jī)構(gòu)上的載荷除靜力外，還有作加速運(yùn)動(dòng)（或減速運(yùn)動(dòng)）質(zhì)量產(chǎn)生的動(dòng)載荷。(1)起升起動(dòng)過(guò)程卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)帶載提升時(shí)，載荷從靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)速度 v 的瞬時(shí)過(guò)程稱(chēng)為起升起動(dòng)過(guò)程。此時(shí)，懸掛載荷的鋼絲繩拉力（圖 10a）為：QgSP??式中 ——起升載荷；QP——由加速運(yùn)動(dòng)質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力。g在起升起動(dòng)時(shí)，慣性力方向與起升載荷方向相同，使鋼絲繩拉力增加。(2)起升制動(dòng)過(guò)程卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)由勻速運(yùn)動(dòng)制動(dòng)減速到靜止的過(guò)程稱(chēng)為起升制動(dòng)過(guò)程。此時(shí)，懸掛重物的鋼絲繩拉力 （圖 10b） 。由于減速運(yùn)動(dòng)質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力 的方向與起升QgSP?? gP載荷 的方向相反，故使鋼絲繩拉力減小。Q(3)下降啟動(dòng)過(guò)程將載荷從靜止?fàn)顟B(tài)加速下降到勻速的過(guò)程稱(chēng)為下降起動(dòng)過(guò)程（圖 10c） 。此時(shí)，慣性為 的方向與載荷 的方向相反，使鋼絲繩拉力減小，即gPQPQgSP??(4)下降制動(dòng)過(guò)程卷?yè)P(yáng)機(jī)驅(qū)動(dòng)懸吊載荷以勻速下降時(shí)，將制動(dòng)器上閘，使載荷由勻速下降減速到靜止?fàn)顟B(tài)的過(guò)程稱(chēng)為下降制動(dòng)過(guò)程（圖 10d） 。此時(shí)因慣性力 的方向與起升載荷 的gQ方向一致，故使鋼絲繩拉力增加，即 。QgSP??14圖 10 重物升降過(guò)程的動(dòng)力分析Fig 10 Dynamic Analysis of the process of weight lifting（a）起升起動(dòng)；（b）起升制動(dòng)；（c）下降起動(dòng)；（d）下降制動(dòng)綜上分析可得如下結(jié)論：起升起動(dòng)和下降制動(dòng)是卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)最不利的兩個(gè)工作過(guò)程，起升起動(dòng)時(shí)原動(dòng)機(jī)要克服的阻力距是靜阻力矩與最大慣性阻力距之和。因此，原動(dòng)機(jī)的起動(dòng)力矩 必須滿足qMmaxqjgM??下降制動(dòng)是制動(dòng)器最不利的工作過(guò)程，所以，卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)支持制動(dòng)器的制動(dòng)力矩應(yīng)滿足下面條件：ZmaxZjg??才能將運(yùn)動(dòng)的物品在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)的停住。式中 ——卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)載荷勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的靜阻力矩；jM——卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)時(shí)的最大慣性阻力矩。maxg顯然，上述兩種工作過(guò)程是決定卷?yè)P(yáng)機(jī)原動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器性能以及對(duì)機(jī)構(gòu)的零部件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù) [7]、[8] 。155 卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒的設(shè)計(jì)和鋼絲繩的選用5.1 卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒的設(shè)計(jì)5.1.1 卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒組的分類(lèi)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(lèi)型有齒輪連接盤(pán)式、周邊大齒輪式、短軸式和內(nèi)裝行星齒輪式。齒輪連接盤(pán)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(chǎng)合，一般為開(kāi)式傳動(dòng)，卷筒軸只承受彎矩。短軸式卷筒組采用分開(kāi)的短軸代替整根卷筒長(zhǎng)軸。減速器側(cè)短軸采用鍵與過(guò)盈配合與卷筒法蘭盤(pán)剛性連接，減速器通過(guò)鋼球或圓柱銷(xiāo)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(jiǎn)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，重量較輕，但制造與裝配精度要求較高，維修不便，常用于結(jié)構(gòu)要求緊湊、工作級(jí)別為 M5 以下的機(jī)構(gòu)中。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(zhǎng)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實(shí)例。多層卷筒可以減小卷筒長(zhǎng)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 [17]。5.1.2 卷筒設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)卷?yè)P(yáng)機(jī)工作狀況和起升載荷確定卷?yè)P(yáng)機(jī)起升機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別，根據(jù)表查得汽車(chē)、輪胎、履帶、鐵路起重機(jī)，安裝及裝卸用吊鉤式，利用等級(jí) T5，載荷情況 L2，工作級(jí)別 M5。(1)卷筒名義直徑 D (1)(1)ed??式中 ——卷筒直徑比，由表選取;e——卷筒名義直徑（卷筒槽底直徑） （mm）;——鋼絲繩直徑(mm);d16——根據(jù)卷?yè)P(yáng)機(jī)工作級(jí)別 M5 選用 =25，根據(jù)已知得 =20mm,把數(shù)值代入式中e ed得 =（25-1）×20=480mmD根據(jù)所得的數(shù)據(jù)選卷筒名義直徑 =500mm。卷筒最小直徑的計(jì)算：Dmin=hd (2)式中 Dmin——按鋼絲繩中心計(jì)算的滑輪的最小直徑 mm;d——鋼絲繩直徑 mm;h——系數(shù)值；根據(jù)機(jī)構(gòu)工作級(jí)別為 FDmin=18×20=360mmD＞Dmin所以卷筒直徑符合條件。(2)卷筒長(zhǎng)度 L 確定由于采用多層卷繞卷筒 L，由下式 (3)1.()lpnDd????.~2?式中 ——多層卷繞鋼繩總長(zhǎng)度（ mm） ；l根據(jù)已知卷筒容繩量為 100m，所以 =100m，把數(shù)據(jù)代入式中得lmm490)7250(31.3?????L取多層卷繞卷筒長(zhǎng)度 =1000mm。（3）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(wú)序，由此導(dǎo)致的鋼絲繩磨損遠(yuǎn)大于有繩槽的卷筒。17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)d1）繩槽半徑 根據(jù)下式R(4) (0.53~.6)Rd?取 R=0.5d 把數(shù)值代入得：mm12.?繩槽節(jié)距為： mm24)~(??dP繩槽深度為： ，取 mmh.05. 735.0?dh2）繩槽表面精度：2 級(jí)—— 值 12.5。aR3）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：(5) )10~6(02.??D?把數(shù)值代入式中得： mm1802.??故選用 mm18??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)的角度不大于 3.5°；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)，鋼絲繩繞進(jìn)或繞出滑輪槽的最大偏角推薦不大于 5°，以避免槽口損壞和鋼繩脫槽。（4）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(guò)壓縮應(yīng)力的 ，只計(jì)算壓應(yīng)力即DL3? %15~0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 mm， mm， 。所以只計(jì)算壓應(yīng)力即50?D490?LDL3?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?(6)][max21cpSA????式中 ——卷筒壁壓應(yīng)力（MPa） ；c?18——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，使繩圈緊1A度降低，鋼絲繩拉力減小，一般取 ;75.01?A——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繩，2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2A取值；——許用壓力。對(duì)鑄鐵 ， 為鑄鐵抗壓強(qiáng)度極限，對(duì)鋼][c?5][bc??b。2s?取 ， 按表取 ，根據(jù)已知卷筒底層拉力 15000N，即75.01A8.12?AN，把各數(shù)代入式中：4max?S MPc 8.462105.7.0???根據(jù)計(jì)算的結(jié)果查得卷筒的材料為球墨鑄鐵 QT800-2，其抗壓強(qiáng)度極限 ，MPb80][??， ，因此材料合格 [16]。MPb1605??58.46bcP??5.2 鋼絲繩的選擇鋼絲繩的選擇包括鋼絲繩結(jié)構(gòu)型號(hào)的選擇和鋼絲直徑的選擇。繞徑滑輪和卷筒的機(jī)構(gòu)工作鋼絲繩應(yīng)優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩。在腐蝕性環(huán)境中應(yīng)采用鍍鋅鋼絲繩。鋼絲繩的性能和強(qiáng)度應(yīng)滿足機(jī)構(gòu)安全和正常工作的要求。鋼絲繩的直徑為已知 mm。20?d6 棘輪棘爪的設(shè)計(jì)棘輪逆止器用來(lái)作為機(jī)械防止逆轉(zhuǎn)的制動(dòng)裝置或供間歇傳動(dòng)用，在低速、手動(dòng)操作的卷?yè)P(yáng)機(jī)上使用。棘輪的齒形已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。齒距 t 根據(jù)齒頂圓來(lái)決定 [5]。6.1 棘輪齒強(qiáng)度的計(jì)算棘輪棘爪材料用 45 號(hào)鋼。棘輪模數(shù)按齒受的彎曲強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行計(jì)算：(7)375.1bpmzT???式中 ——棘輪模數(shù)， mm；應(yīng)取 6、8、10 、14、16、18、20……?tm?t ——齒距；T ——棘輪所受的轉(zhuǎn)矩，N?mm，此處為 ；N??6103.Z ——棘輪的齒數(shù)，據(jù)表選 12；19——尺寬系數(shù)，查表選 1.0；mb??——棘輪齒材料的許多彎曲應(yīng)力，MPa，據(jù)表知為 120MPa。p?代入數(shù)據(jù)得出： 37.10棘輪模數(shù)按擠壓進(jìn)行驗(yàn)算：(8)pmPzT?2?式中 ——許用單位線壓力，N/mm，查表為 400N/mm。P代入式中得： 18.m所以選棘輪模數(shù) m=14，得出 ，棘輪寬 b=14mm。96.43??t6.2 棘爪的強(qiáng)度計(jì)算棘爪的回轉(zhuǎn)中心，選在圓周力 P 的作用線方向，棘爪長(zhǎng)度取等于 2t。棘爪制成直線頭，計(jì)算公式：(9)bpWwFM?????式中 ——彎矩， N?mm;PeMW?——棘爪危險(xiǎn)斷面的截面系數(shù)， ；621?b 3m——棘爪寬度，mm 一般比棘輪齒寬 2-3mm，取為 16mm；——棘爪危險(xiǎn)斷面的厚度， mm；——棘爪危險(xiǎn)斷面的面積， ；?1bF?2——棘爪材料的許用彎曲應(yīng)力，MPa，取 120MPa。p? mNezmTDPeMW ????71.892514203.26取 15mm 時(shí)，代入[9]得： ? MPabpW.??所以 應(yīng)取更大值，取 18mm，代入得 ，滿足要求。7356.3 棘爪軸的強(qiáng)度計(jì)算棘爪軸為懸臂受彎矩作業(yè)。由下式計(jì)算：(10)3211 )(2.bPdbp???取 ，代入得 ，取得 18mm。 mb42?m6.51207 液壓馬達(dá)和平衡閥的選擇7.1 液壓馬達(dá)的選用與驗(yàn)算7.1.1 液壓馬達(dá)的分類(lèi)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(lèi)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)，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)是較常用的型號(hào)。液壓馬達(dá)在使用中并不是泵的逆轉(zhuǎn)動(dòng)，它的效率較高，轉(zhuǎn)速范圍更大，可正、反向運(yùn)轉(zhuǎn)，能長(zhǎng)期承受頻繁沖擊，有時(shí)還能承受較大的徑向負(fù)載。因此，應(yīng)根據(jù)液壓媽的的負(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)格和連接型式等 [15]、[18] 。7.1.2 液壓馬達(dá)的選用液壓馬達(dá)的選擇與絞車(chē)系纜卷筒所受的負(fù)載有關(guān)。設(shè)錨重為 ，系纜筒所受的1N最大拉力為 。采用直徑為 20mm 的鋼纜繩，其單位長(zhǎng)度的重量為 1.6kg/m，設(shè)纜maxN繩的最小速度為 。則inv(11)ghN41max103.????卷筒上所需的功率：(12)kwvP5.inax?因卷筒直徑為 500mm，經(jīng)計(jì)算當(dāng)鋼絲繩實(shí)際繞的層數(shù)為 3 層時(shí)取得 ，則mr230?卷筒上的拉力為： Nm93.1027?作用在卷筒上的扭矩為：(13)mNrTm???02.46521設(shè)卷上鋼絲繩后的平均直徑為 ，卷筒的轉(zhuǎn)速 為：d1n(14)i/.1rvnm?液壓馬達(dá)選為 GM5-5 齒輪馬達(dá)，其排量為 5.2ml/r，工作壓力為 20MPa，輸出 16000，轉(zhuǎn)速為 800 4000r/min。mN?~總減速比 ，減速器的減速比為 ,84.156./02.4??i 52./84.112?ii故實(shí)際上減速比取 26，選用兩級(jí)減速器，則總減速比為 。6.5??i21馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為 ，可取 800r/min，最后鋼絲纜繩的速度min/59.784.1512rn?，符合速度要求。i/.984.150mdv????傳到卷筒的扭矩為 ，比 略大，NT??62.14.6.1 mNT??02.4651也符合扭矩要求。馬達(dá)的輸出功率為(15)kwPQMm 83.1.0126012.560 ?????如再考慮減速的效率：——單級(jí)開(kāi)式圓柱齒輪傳動(dòng)效率，取為 0.95；1?——聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率，取為 0.99；2——減速箱的傳動(dòng)效率，取為 0.94。3則傳到卷筒上的功率 。功率正好與卷筒所需kwP62.184.031201 ?????的功率相當(dāng)，因此可選 GM5-5 型齒輪液壓馬達(dá)，該種馬達(dá)重量只有 1.9kg。7.2 平衡閥的計(jì)算與選用7.2.1 平衡閥的功能簡(jiǎn)介平衡閥用于液壓執(zhí)行元件承受物體重力的液壓系統(tǒng)。在物體下降時(shí)，重力形成動(dòng)力性負(fù)載，反驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行元件按重力方向或重力所形成的力矩方向運(yùn)動(dòng)，平衡閥在執(zhí)行元件的排油腔產(chǎn)生足夠的背壓，形成制動(dòng)力或制動(dòng)力矩，使執(zhí)行元件作勻速運(yùn)動(dòng)，以防止負(fù)載加速墜下。7.2.2 平衡閥的選用根據(jù)已知的馬達(dá)的排量、工作壓力和計(jì)算所得的泵的流量選用 型3210/6FDAB平衡閥，所代表的意義和閥的外型結(jié)構(gòu)見(jiàn)（圖 11）和（圖 12） [15]。22圖 11 型號(hào)所代表的意義Fig 11 The meaning of the model圖 12 平衡閥的外型結(jié)構(gòu)Fig 12 Form factor balancing valve1——控制口；2——監(jiān)測(cè)口；3——法蘭固定螺釘；4———蓋板；5——可選擇的 B 孔；6——標(biāo)牌；7——O 型圈8 開(kāi)始齒輪減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算本設(shè)計(jì)采用二級(jí)直齒圓柱齒輪，此處只設(shè)計(jì)一對(duì)齒輪。輸入功率為 1.83kw，傳動(dòng)比為 5.84，小齒輪的轉(zhuǎn)速為 66.67r/min。8.1 選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1絞車(chē)為一般工作機(jī)器，精度不高，故選用 7 級(jí)精度。2由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10-1 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。233選小齒輪齒數(shù) ，大齒輪齒數(shù)為 ，取 141。241?z 16.4028.52??z8.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行計(jì)算，即(16)3211 ][2. ?????????HEdt ZKTd???(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1試選載荷系數(shù) 。3.?tK2計(jì)算小齒輪傳遞的齒輪。(17)mNnPT ?????23.61067.8.59105.913由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10-7 選取齒寬系數(shù) 。d?4由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) 。218.9MPaZE5由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 。MPaH601lim?? H502lim??6由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式 10-13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。(18)711 14.)3(267.0????hjLnN6201.48.5?N7由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) ; 。93.1HNK0.12?HN8計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（10-12）得(19)MPaaSKHN 586093.][1lim1 ?????H 05.][2li2(2)計(jì)算1計(jì)算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值。td1][H?mmZKTdEdt05.84508.194.61230.3.2][. 23 211????????????????????(20)2計(jì)算圓周速度 v。 ssnvt //786???243計(jì)算齒寬 b。 mdbt 05.84.1?????4計(jì)算齒寬與齒高之比 。h模數(shù) zmtt .32405.81齒高 mht 875 ???6.10875.b5計(jì)算載荷系數(shù)。根據(jù) ，7 級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 10-8 查得動(dòng)載荷系數(shù) ；smv/29.0? 05.1?VK直齒輪， ；1??FHK由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10-2 查得使用系數(shù) ；25.1?AK由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10-4 用插表法查得 7 級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱(chēng)布置時(shí)，。459.1??HK由 ， 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 10-13 得 ；故載荷系數(shù)670hb459.1??H 4.1??FK32?VA6按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式 10-10a 得(21)mKdtt79.831?7計(jì)算模數(shù) m。 z70.324.1?8.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》計(jì)算公式 10-5 得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為(22)321][???????FSadYzKTm??(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒MPaFE501?25輪的彎曲強(qiáng)度極限 ；MPaFE3802??2由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) , ；95.01?FNK98.02?FN3取彎曲疲勞安全系數(shù) ，由 10-12 得4.1S(23)MPaKFENF .34.950][1???SFEF 26.8][22 ?4計(jì)算載荷系數(shù) 837.1???FVAK5由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10-5 查得齒形系數(shù)；69.21?FY5.2?a6由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10-5 查得應(yīng)力校正系數(shù)；57.1?Sa83.12SaY7計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較。][Fa?01249.29.35716][1???FSaY.68][2FSa?大齒輪的數(shù)值大。(2)設(shè)計(jì)計(jì)算 mm43.01479.231687.3 ????對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得模數(shù) 3.13 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 ，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 ，算出小齒輪4? md79.81?數(shù) .2479.81?mdz26取 25，則 。146258.2??z8.4 幾何尺寸計(jì)算(1)計(jì)算分度圓直徑 mzd102541??862?(2)計(jì)算中心距 da3421?(3)計(jì)算齒輪寬度 mdb101????取 ， 。mB105?mB02?9 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與選用9.1 制動(dòng)器的作用、特點(diǎn)及動(dòng)作方式 制動(dòng)器是用于機(jī)構(gòu)或機(jī)器減速或使其停止的裝置，有時(shí)也用作調(diào)節(jié)或者限制機(jī)構(gòu)或機(jī)器的運(yùn)動(dòng)速度，它是保證機(jī)構(gòu)或機(jī)器安全正常工作的重要部件。為了減小制動(dòng)力矩，縮小制動(dòng)器尺寸，通常將制動(dòng)器裝在機(jī)構(gòu)的高速軸上，或減速器的輸入軸上。按所需應(yīng)用制動(dòng)器的機(jī)構(gòu)的工作性質(zhì)和條件，對(duì)于起重機(jī)構(gòu)的起升和變幅機(jī)構(gòu)都必須采用長(zhǎng)閉式制動(dòng)器。卷?yè)P(yáng)機(jī)屬起重類(lèi)機(jī)械的起升機(jī)構(gòu)由于工作需要，因此采用常閉式制動(dòng)器。由于卷?yè)P(yáng)機(jī)應(yīng)用的場(chǎng)合和安裝制動(dòng)地點(diǎn)的空間受限因此選用盤(pán)式制動(dòng)器。盤(pán)式制動(dòng)器的工作原理是利用軸向壓力使圓盤(pán)或圓錐形摩擦表面壓緊，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。制動(dòng)輪軸不受彎曲。其優(yōu)點(diǎn)是：1）制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，且可調(diào)范圍大，制動(dòng)平穩(wěn)可靠，動(dòng)作靈敏保養(yǎng)維修方便。2）頻繁制動(dòng)時(shí)，無(wú)沖擊。3）表面積大部分暴露在大氣中，散熱能力強(qiáng)，特別是采用有通風(fēng)道的制動(dòng)盤(pán)，效果更顯著，而且制動(dòng)盤(pán)對(duì)制動(dòng)襯塊（片）無(wú)摩擦助勢(shì)作用，無(wú)塊式制動(dòng)器的熱衰退現(xiàn)象（由于溫升制動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降） ，從而得到穩(wěn)定的制動(dòng)性能。從安全的角度考慮，盤(pán)式制動(dòng)器是最合適的制動(dòng)器。4）防塵和防水性能好，制動(dòng)盤(pán)上的灰塵和水等污物易被制動(dòng)盤(pán)甩掉，當(dāng)浸水時(shí)制動(dòng)性能降低，出水后僅制動(dòng)一、二次就能很快恢復(fù)正常。275）制動(dòng)盤(pán)沿厚度方向變形量比制動(dòng)輪徑向變形量小的多，易實(shí)現(xiàn)小間隙和磨損后的制動(dòng)補(bǔ)償，腳踏式的踏板行程變化也較小。6）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，體積小、重量輕。其主要缺點(diǎn)有：制動(dòng)襯塊（片）的摩擦面積小，比壓大，對(duì)制動(dòng)襯塊（片）材質(zhì)要求較高，徑向（或軸向）尺寸稍大，價(jià)格也稍貴。制動(dòng)器按動(dòng)作方式分為自動(dòng)作用式、操縱式和綜合式三種。常閉制動(dòng)器在彈簧推力作用下經(jīng)常處于制動(dòng)狀態(tài)，機(jī)構(gòu)工作時(shí)，用松閘裝置松閘或自動(dòng)通電松閘。本設(shè)計(jì)采用自動(dòng)作用式制動(dòng)器。自動(dòng)作用式制動(dòng)器當(dāng)機(jī)構(gòu)斷電或油路切斷時(shí)，不依賴(lài)操作人員的意識(shí)彈簧使制動(dòng)器自動(dòng)抱閘；當(dāng)機(jī)構(gòu)通電或油路供油時(shí)，自動(dòng)松閘，自動(dòng)作用式制動(dòng)器保證機(jī)構(gòu)有更高的安全性。制動(dòng)轉(zhuǎn)矩調(diào)定后基本不變，但用于載荷變化大的機(jī)構(gòu)時(shí)制動(dòng)欠平穩(wěn) [13]。9.2 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算9.2.1 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算制動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足以下要求：(24)miQDKTZ20??式中 ——制動(dòng)器制動(dòng)轉(zhuǎn)矩， ；zTN?——制動(dòng)安全系數(shù)，與機(jī)構(gòu)重要程度和機(jī)構(gòu)工作級(jí)別有關(guān)；zK——卷筒卷繞直徑， mm；0D——機(jī)械效率；?其他各符號(hào)同以前的式子。按表查得 1.75， 根據(jù) 計(jì)算得 =520mm，把各數(shù)值代入到式子中得：zK00Dd??0DmNTZ ????5.386712.5.75.16由此可知制動(dòng)器制動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于 。mN?.389.2.2 制動(dòng)盤(pán)的設(shè)計(jì)選用根據(jù)主機(jī)的具體要求和盤(pán)式制動(dòng)器的類(lèi)型按表選標(biāo)準(zhǔn)直徑和結(jié)構(gòu)形式的制動(dòng)盤(pán)。按工作情況選擇有通風(fēng)道的制動(dòng)盤(pán)。選取型號(hào)為： 20185BSP??—— 型直線通風(fēng)道制動(dòng)盤(pán)28220——外徑（mm）30——厚度（mm）80——軸孔直徑（mm）50——輪轂長(zhǎng)度（mm）9.2.3 制動(dòng)盤(pán)有效摩擦直徑計(jì)算根據(jù)配套主機(jī)的負(fù)載所需制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ，校核制動(dòng)盤(pán)的有效摩擦直徑：zT(25)[]dDKZpA??式中 ——制動(dòng)盤(pán)有效摩擦直徑（mm） ；D——制動(dòng)塊的數(shù)目，一對(duì)時(shí)取 2；ZA——一個(gè)制動(dòng)襯塊（片）的設(shè)計(jì)面積（mm） ；[p]——制動(dòng)襯塊（片）的許用比壓力；——?jiǎng)幽Σ料禂?shù)，根據(jù)摩擦材料選擇；d?K——制動(dòng)安全系數(shù)。根據(jù)工作狀況選用摩擦材料為油浸石棉帶，脂潤(rùn)滑，潤(rùn)滑效果好，按表選取=0.1，[p]=0.6，K 取 1.5，由于制動(dòng)塊的數(shù)目有 6 對(duì)，所以 Z 取 12，制動(dòng)片的設(shè)計(jì)d面積按下式計(jì)算： 23()Ad???式中 ——摩擦盤(pán)外徑（mm） ；2——摩擦盤(pán)內(nèi)徑（mm） 。3按選用的標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)盤(pán)尺寸把數(shù)值代入式子得 =0.013 。2m把所有數(shù)值代入式子，得：=90.76mm1430.5.526D???9.2.4 制動(dòng)器散熱的驗(yàn)算當(dāng)制動(dòng)器摩擦面溫度過(guò)高時(shí)，摩擦系數(shù)降低，摩擦襯墊加速磨損，不能保持穩(wěn)定和需要的制動(dòng)力矩。制動(dòng)器的發(fā)熱驗(yàn)算在于檢驗(yàn)制動(dòng)器在最高許用溫度下散發(fā)的熱量是否大于制動(dòng)器產(chǎn)生的熱量，即 szhQ?式中 ——制動(dòng)器每小時(shí)散發(fā)的熱量（J） ；sQ——制動(dòng)器每小時(shí)產(chǎn)生的熱量（J） 。zh1）制動(dòng)器每小時(shí)的散熱量29(26)123sQ??' 441273(')[()()](/)00CAkJh???'2312/Jkh???3412()((/)QAJCk?????式中 ——制動(dòng)輪（盤(pán)）制動(dòng)表面的輻射系數(shù)，可取光亮的鋼表面輻射系數(shù)，1C；25.4/(,)kJmh??——制動(dòng)輪（盤(pán)）制動(dòng)表面以外的表面輻射系數(shù)，可取粗糙氧化的鋼表面輻射2系數(shù)， ；28/(,)C?——制動(dòng)輪（盤(pán)）制動(dòng)表面積減去制動(dòng)襯片的面積 ；'1A 2()m——制動(dòng)輪制動(dòng)表面積以外的表面積 ；'2 2()——制動(dòng)襯片的許用溫度（ ） ；1??——周?chē)h(huán)境溫度，一般取 ，高溫車(chē)間取 ；2 30~5C?60C?——自然對(duì)流散熱系數(shù)， ；?21/(,)kJh??——扣除制動(dòng)襯片遮蓋后的制動(dòng)輪（盤(pán)）外露面積 ；'3A 2()m——機(jī)構(gòu)的接電持續(xù)率；JC、 、 、 ——制動(dòng)輪（盤(pán)）各部分表面積的強(qiáng)迫散熱系數(shù)，與各部分表1?234面積的圓周速度有關(guān)， ；0.78225/(,)iivkJmhC???、 、 、 ——相對(duì)應(yīng)的制動(dòng)輪（盤(pán)）表面積 ；1A234 2()——各部分散熱面積的圓周速度（ m/s） 。iv2）制動(dòng)器每小時(shí)的發(fā)熱量上升制動(dòng)時(shí)，由于物品和吊具的重量起制動(dòng)作用，制動(dòng)器的發(fā)熱量很小，通常忽略不計(jì)。下降制動(dòng)時(shí)，機(jī)構(gòu)的全部動(dòng)能（包括旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量）和物品吊具減小的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為制動(dòng)器的發(fā)熱：(27)201()(/)zhQJPSZWkJh????式中 ——換算到制動(dòng)輪軸的機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（包括所有回轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)部分）J；22()40,kgmGD??為 飛 輪 矩 ）——制動(dòng)輪軸在制動(dòng)開(kāi)始時(shí)的角速度 ；?(/)radsP——平均起升重量（ N） ；30S——下降制動(dòng)距離（ m） ；——機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率；?——機(jī)構(gòu)每小時(shí)下降制動(dòng)次數(shù)；0Z——熱。W把已知各量和從表中查得的各量代入式中，最后得：=170.435sQ(/)kJh=156.768zhs驗(yàn)證發(fā)熱量合格。10 離合器的設(shè)計(jì)與選用10.1 離合器的功用、特點(diǎn)與分類(lèi)離合器是一種通過(guò)各種操縱方式，實(shí)現(xiàn)主從動(dòng)部分在同軸線上傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力時(shí)具有接合或分離功能的裝置。離合器有各種不同的用途，根據(jù)原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間或機(jī)械中各部件之間的工作要求，離合器可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)起動(dòng)或停止，以及改變傳動(dòng)件的工作狀態(tài)，達(dá)到改變傳動(dòng)比，如傳動(dòng)件之間相對(duì)同步或超越運(yùn)動(dòng)。此外，離合器還可以作為起動(dòng)或過(guò)載時(shí)控制傳遞轉(zhuǎn)矩大小的安全保護(hù)裝置等。按離合器接合元件傳動(dòng)的工作原理，可分為嵌合式離合器和摩擦式離合器，按實(shí)現(xiàn)離、合動(dòng)作的過(guò)程可分為操縱式和自控式，按離合器的操縱方式，則可分為機(jī)械式、氣壓式、液壓式和電磁式等，按結(jié)構(gòu)還可分為多種不同的形式。1．對(duì)離合器的基本要求（1） 離、合迅速，平穩(wěn)無(wú)沖擊，分離徹底，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠。（2） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，慣性小，外形尺寸小，工作安全，效率高。（3） 接合元件耐磨性高，使用壽命長(zhǎng)，散熱條件好。（4） 操縱方便省力，制造容易，調(diào)整維修方便。2．影響離合器選擇的因素a． 原動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能b．離合器的受載特性c． 接合元件的性質(zhì)d．操縱方式e． 環(huán)境條件3．離合器的選擇和工作性能參數(shù)