電動葫蘆新型卷筒裝置結構設計

河南省礦山起重機有限公司 高明利

電動葫蘆新型卷筒裝置結構設計

河南省礦山起重機有限公司 高明利

卷筒裝置是鋼絲繩電動葫蘆的重要結構部件之一，它包括葫蘆卷筒、卷筒外殼、導繩器等結構。卷筒裝置的合理設計影響鋼絲繩的順利收放，進而會影響吊具、吊鉤的升降和重物的吊放。此外，卷筒裝置的外形尺寸又會影響葫蘆的外形尺寸、可加工性和工作平穩性、噪聲大小等。隨著現代工業的發展，性能良好、成本低、能充分利用廠房面積的電動葫蘆卷筒裝置越來越受用戶歡迎。本文，筆者以電動葫蘆卷筒裝置為例，對其結構設計進行詳細論述，以期對同行有所參考。

一、電動葫蘆結構要求

2009年，某單位委托筆者所在公司（河南省礦山起重機有限公司）生產制造一批額定起重量43 t、工作級別M 4、起升高度90 m的鋼絲繩電動葫蘆。卷筒長5 705 mm，按照傳統的結構形式設計，實際上，如此長的卷筒根本無法加工。即使投入資金定做專用加工設備加工，其精度特別是卷筒兩端與繩槽也不能保證同心。并且合同生產周期也不許可。因此，筆者所在的公司放棄了傳統單層繞繩結構的設計方案，改用雙層繞繩結構的設計方案，有效縮短了卷筒裝置長度。該設計方案具體內容包括：滑輪倍率設計為4/2，卷筒一端壓繩、雙出繩、導繩器設計為雙層導繩結構，起重量、起升高度以及工作級別按照合同要求設計。

二、卷筒機構設計

1.鋼絲繩選型設計。已知額定載荷Gn＝10 t，滑輪倍率a＝4/2，鋼絲繩安全系數n＝4，動載沖擊系數φ2＝1.1。則

選擇抗拉強度等級為1 770 MPa 、6×37–∮15–IER鋼絲繩，鋼絲繩最小破斷力F＝127 kN。則

式（2）中，η＝0.9，N＝2.75，因此nj＝5.23 ＞n。符合有關標準規定。

2.卷筒直徑、長度設計。確定鋼絲繩直徑為 15 mm，卷筒繩槽螺距為16 mm，則卷筒直徑可按下式計算。

式（3）中，D為卷筒直徑 ，d為鋼絲繩直徑 。因此D≥16d＝16×15 mm＝240 mm。為了縮短卷筒結構長度，在安裝條件及扭矩條件許可的情況下盡量選大值，該設計選擇D＝ 426 mm。當卷筒直徑和螺距確定后，就可以設計卷筒長度L：

式（4）中， H＝90m，a＝2，D＝0.426m，d＝0.015m，p＝16mm，則L＝2 351.8 mm ，取整為 2 355 mm。

經計算，采用雙層繞繩結構卷筒長度比傳統的單層繞繩卷筒長度縮短59%，該長度卷筒采用普通設備即可加工，而且可以保證設計精度，大大簡化了加工工藝，降低了加工費用。

3.卷筒強度計算。即卷筒壁厚設計。卷筒材質選用Q345B，卷筒直徑D＝426 mm。卷筒長度L＝2 355 mm。則L/D＝2 355 / 426＝5.528 ＞ 3。因此，設計卷筒應力可按下式計算：

式（5）中，MW＝3.238 t·m，W＝2.5197×10–3，[σY]＝172.5 MPa，則σl＝ 157.16 MPa，滿足要求。

4.階梯形導繩器設計。合適的導繩器裝置可以保證鋼絲繩順利排出和卷入，且不亂繩，還能減輕磨損。由于導繩器要同時壓兩層繩、并且這兩層繩要保持一定間距同步出繩，因此導繩器結構設計為階梯形。階梯形導繩器裝置主要由階梯形導繩螺母、出繩卡板、固定鋼帶等零部件組成。階梯形導繩器結構如圖1所示。

圖1 階梯形導繩器結構

導繩器螺母的右端按卷筒直徑設計，螺距設計為內螺紋結構，中部按照第一層鋼絲繩纏繞直徑設計為控制和制導第一層鋼絲繩結構，設計有第一出繩口和第一出繩口卡板、固定鋼帶等；左端按照第二層繩纏繞直徑設計為控制和制導第二層鋼絲繩，設計有第二出繩口和第二出繩口卡板、固定鋼帶等，實際使用證明，該結構導繩器具備鋼絲繩異層等距同步導出繩功能和上述要求的其他性能。

5.導繩器兩個出繩口間距S的確定。吊鉤動滑輪起升到最高點時，動滑輪中心距卷筒軸中心間距為542 mm，兩動滑輪間距為220 mm，出繩口鋼絲繩與動滑輪軸垂直截面夾角α＝2.5°，則出繩口到動滑輪的垂直距離X＝542 tg2.5°＝23.7 mm。

依據220＋2X≥S≥220－2X確定S的取值。考慮到S應為繩槽螺距的整數倍，因此取S＝180mm比較合適，此時鋼絲繩與動滑輪軸的垂直截面所成夾角α＝arctg（220－180）/2×542＝2.11°＜3.5°，符合要求。出繩口結構設計如圖2所示。

圖2 出繩口結構設計

三、結論

經過兩年多的實際應用證明，采用雙層繞繩結構生產的電動葫蘆不僅具有性能良好、易于加工、葫蘆運轉基本無振動、葫蘆噪聲低、鋼絲繩及導繩器使用壽命長、成本低等優點，同時還能充分地利用用戶的廠房面積。目前，筆者所在公司接到該類結構要求的電動葫蘆合同越來越多，已經形成大批量生產，給公司創造了可觀的經濟效益。同時，降低了用戶的建筑費用和設備投資費用，經濟、社會效益顯著。