电动葫芦设计方法

　　1电动葫芦总体设计

　　

1.1 概述

　　

电动葫芦是一种小型的起重机械，它由电动机、减速机构、卷筒、吊具及运行小车等部分组成。

　　

1.2电动葫芦主要参数

　　

起重量

　　

起升高度

　　

幅度

　　

起升速度

　　

工作制度

　　

工作级别

　　

机构利用级别

　　

载荷机构级别

　　

名义载荷谱系数

　　

机构工作级别

　　

自重载荷

　　

1.3 电动机容量的确定

　　

根据IEC-72的规定，电动机的基准性工作方式为S3-40%,即电动机应为断续周期性工作方式，每一周期的起动电流对电动机的温升无明显影响，每10分钟为一工作周期，接电持续率JC为40％。

　　

1.3.1 计算稳态平均功率，初选电动机型号

　　

起升机构的电动机稳态平均功率

　　

式中 Ps－起升机构电动机的稳态平均功率(kw);

　　

G－稳态平均负载系数，按表1－13取0.8;

　　

Fq－起升载荷（N）；

　　

η－机构总效率，取η＝0.8

　　

Vq－起升速度（m/min）

　　

根据计算得到的，初选一参数接近的电磁制动电动机。

　　

1.3.2 电动机发热校验

　　

首先要计算电动机所需得接电持续率ε

　　

　　

式中 ε－电动机所需得接电持续率

　　

PS－计算得到的稳态平均功率（kw）

　　

Pn－基准工作方式下的稳态平均功率（kw）

　　

t－一个工作循环的时间，为10min

　　

tw－一个工作循环中电动机实际工作时间（min）

　　

1.3.3 电动机过载校验

　　

对于不同的工作机构，过载校核计算公式也不同，一般是在静功率计算的基础上加以修正。

　　

起升机构的电动机过载校验公式为

　　

　　

式中 Pn－基准工作方式下的稳态平均功率

　　

FQ－起升载荷

　　

Vn－起升速度

　　

η－机构总效率

　　

－基准接电持续率时，电动机转矩允许的过载倍数，取＝2.0～2.2

　　

H -考虑电压降，最大转矩存在误差因素的系数，对于

　　

鼠笼式异步电动机 H＝2.2

　　

绕线式异步电动机 H＝2.1

　　

直流电动机 H＝1.4

　　

1.4 起升机构的计算

　　

1.4.1 计算钢丝绳最大拉力，确定钢丝绳直径

　　

作用在钢丝绳上的最大静拉力为

　　

　　

式中：Fq－起升载荷

　　

k－单联卷筒，取k＝1； 双联卷筒，取k＝2；

　　

m－滑轮组倍率（悬挂物品的钢丝绳分支数与绕入卷筒的钢丝绳分支数之比），取m＝2

　　

ηzηd－滑轮组及导向滑轮的效率，对于滚动轴承ηzηd取为0.97；对于滑动轴承ηzηd取为0.92；

　　

1.4.2 卷筒的构造和尺寸

　　

钢丝绳受力后，内部应力难以准确计算，通常可按钢丝绳在工作状态下的最大静拉力来计算钢丝绳的最小直径

　　

　　

式中：d -钢丝绳最小直径（mm）

　　

Smax－钢丝绳上最大静拉力（N）

　　

C－选择系数

　　

式中：ω－钢丝绳充满系数，为绳断面面积和毛面积之比

　　

k－钢丝绳绕制折减系数

　　

σb－钢丝的公称抗拉强度

　　

n－安全系数

　　

由表1－8查得卷筒槽的尺寸：

　　

取标准槽尺寸： R、t1、r1、c1

　　

1）卷筒的名义直径： D＝（h－1）d

　　

式中： d－钢丝绳直径，mm；

　　

h－与机构工作级别有关的系数，按表1－9选取。

　　

2）卷筒的卷绕直径：即指卷筒上钢丝绳中心的直径，用D0表示

　　

D0＝D+ d

　　

3）卷筒长度：

　　 单联卷筒只有一条螺旋槽，引出一条钢丝绳，其长度为：

　　 其中

　　 式中：H——起升高度mm

　　

m－滑轮组倍率

　　

D0－卷筒的卷绕直径

　　

n－附加安全系数，通常取n＝1.5～3

　　

t－螺旋槽螺距mm

　　

L1－固定绳所需长度，按固定方式而定，一般取L1＝3 t

　　

L2－卷筒两端空余部分的长度，根据结构确定。

　　

4）卷筒厚度：

　　

对于铸铁卷筒，卷筒厚度按下列经验公式确定

　　

δ＝0.02D+(6～10)（mm）

　　

考虑铸造工艺要求，卷筒厚度δ不应小于12 mm。

　　

1.5 卷筒的强度计算

　　

卷筒壁主要承受压应力、扭转应力和弯曲应力，而扭转应力通常很小，可以忽略不计，卷筒壁压应力的分布是不均匀的，内表面应力较高，当壁厚不大时，可以近似认为是均匀分布的，压应力按下式计算：

　　

　　

式中 σy—作用在筒壁上的压力Mpa

　　

A－应力减小系数，一般取A＝0.75

　　

Smax—钢丝绳最大拉力（N）

　　

δ—卷筒厚度（mm）

　　

t－卷筒螺旋绳槽螺距（mm）

　　

卷筒的弯曲应力：

　　

　　

式中 MW－弯矩（N.m）,对单联卷筒MW＝SmaxL；对双联卷筒MW＝1/2SmaxL

　　

бw－弯曲应力(Mpa)

　　

L－卷筒长度

　　

W－抗弯截面模量，按下式计算

　　

　　

当 L≤3D时，弯曲应力可以不考虑，其合成应力仅为压应力，即

　　

即，其强度条件为

　　

1.6 钢丝绳在卷筒上的固定

　　

钢丝绳应可靠的固定在卷筒上，并且要求容易更换，固定的方法主要有压板固定，长板条固定，楔子固定等。用压板固定，构造简单,钢丝绳更换方便，安全可靠，应用最广泛。压板有梯形槽和圆形槽两种。

　　

钢丝绳端头的固定方法有编结法，楔形套筒固定法，锥形套筒固定法，绳卡固定法等。

　　

1.7 卷筒的轨迹

　　

1.7.1 按前述内容计算确定卷筒直径和长度，然后按下式计算卷筒转速

　　

　　

式中 nt－卷筒转速(r/min)

　　

Vn－起升速度(m/s)

　　

D0－卷筒卷绕直径(mm)

　　

m－滑轮组倍率

　　

1.7.2 计算静力矩，选用制动器和验算制动力矩

　　

起升时作用在电动机轴上的转矩为

　　

　　

下降时作用在电动机上的转矩为

　　

　　

式中 FQ－起升载荷

　　

D0－卷筒卷绕直径

　　

m－滑轮组倍率

　　

i－传动比，电动机额定转速和卷筒转速之比

　　

η－上升时机构总效率

　　

η＇－下降时机构总效率

　　

机构总效率η等于滑轮组效率,导向滑轮效率，卷筒的机械效率及减速装置的机械效率的连乘积，初算时可取η＝0.85，当减速装置中没有蜗轮传动时，可以认为η＝η＇

　　

所选用的制动器的制动力矩必须大于由起升载荷产生的转矩，使起升载荷处于悬吊状态，且有足够的安全裕度，制动器的制动力矩需满足下式

　　

式中－制动器的制动力矩(N.m)

　　

－制动安全系数，由表1－14选取

　　1.7.3 计算减速装置的传动比及主要零件的计算载荷减速装置的传动比

　　 减速装置的传动比：

　　

式中 nN－电动机的额定转速

　　

nt－卷筒转速

　　

根据起升机构的工作特点，可将稳定运行时的额定载荷作为机构的计算载荷，

　　

从卷筒到制动轮间的大部分传动件可按І类载荷进行疲劳计算，即高速轴：

　　

　　

除电动机轴以外的低速轴：

　　

式中－电动机额定转矩

　　

－额定起升载荷换算到计算轴上的转矩

　　

－动载系数

　　

φ2－起升载荷的动载系数，按表1－15中公式估算