鋼絲繩卷揚機的優化設計

趙大喜

（甘肅金泥化工有限責任公司，甘肅 金昌 737100）

1 卷揚機基本原理

1.1 卷揚機結構

在工業生產與建設行業運用的鋼絲繩卷揚機，其主要結構涉及能源電動機、齒輪轉動、起升滑輪組和吊鉤以及連接的聯軸器、制動器、鋼絲繩卷筒和減速器等部位組成。

1.2 卷揚機工作原理

在卷揚機的實際作業中，其主要通過卷筒的旋轉來實現鋼絲繩的控制，以此控制重物上升與下降的起重設備。同時，電石生產中卷揚機作為一種簡單的起重牽引設備，其實際的應用相當廣泛，并且工作原理主要借助電機的減速傳動，通過收放鋼絲繩來拉動電石鍋，借助不同的運作實現電石牽引小車方向的改變，從而讓電石鍋按照預先規定的路徑進行運動。

2 卷揚機優化方向

在卷揚機的設計上，當前，主要問題涉及排繩問題與噪音問題。排繩問題主要是卷揚機的鋼絲繩在工作的情況下，容易造成損壞問題、亂繩問題和咬繩問題。

其主要的發生原因在于，其實際的工作過程中，鋼絲繩受到外界方向變化與大小不變的作用力，對卷揚機鋼絲繩的排布造成擾亂影響，從而在換向的情況下出現亂繩與咬繩的情況。由于排繩問題其主要是鋼絲繩和卷筒在工作中其受力不均勻，導致鋼絲繩與卷筒之間的摩擦力快速增加，致使鋼絲繩的磨損加劇，進而影響卷揚機在工作上存在動作不穩定的情況，也造成了鋼絲繩的使用壽命快速縮短。

同樣，針對現有的卷揚機工作噪音問題，根據現有的研究資料中，通過李佳興與杜明明等人的研究可知：底盤結構上，由于卷揚機底盤結構采用箱形結構，導致其結構上各個鋼板并不是直接連接焊接，而是通過分步焊接，從而存在工作共鳴的情況，進而產生噪音的出現，由于底盤是由鋼板焊接而成，并不具備有效的吸收震動、消除噪音的功能，可能會發生共振現象。同時，卷筒滑動軸承間隙過大，也出現了噪音。

3 卷揚機優化設計

在卷揚機優化設計上，其主要針對排繩優化設計與降噪優化設計兩部分開展。

3.1 卷揚機排繩優化設計

3.1.1 排繩問題優化設計

在鋼絲繩卷揚機的優化設計中，對于排繩的優化設計主要從兩個層面進行：其一，通過對于卷揚機的滾子支撐與圓柱凸輪之間相互作用進行優化設計，將圓柱形的凸輪轉變形式更改為卷筒的直線移動模式，以此改變卷揚機排繩的纏繞形式，針對鋼絲繩纏繞傳動時候的聯動性，圓柱形凸輪轉動一周，滾筒也隨之轉動一個單位長度，確保鋼絲繩能夠按照一定的規律進行纏繞，以此實現排繩問題中的亂繩現象的優化。其二，卷筒的折線繩槽與第二層的鋼絲繩進行均勻負載，以此延長卷揚機鋼絲繩的使用壽命。同樣，在卷揚機的卷筒設計上，由于其作為核心的承載部分，需要在鋼絲繞繩與負載升降以及傳動力上進行優化設計。在卷揚機的設計上，其卷筒在鋼絲繩纏繞的作用下，通常會因壓應力和彎曲力以及年去應力產生形變，但是，其中體在卷筒比壁厚大的情況下，其慣性矩的巨額面相對較大，從而導致鋼絲繩所產生的拉力在卷揚機的卷筒壁上所引發的彎曲應力和剪應力相對更小，因此，在卷揚機排繩的優化設計需要將排繩載負荷轉化為卷筒上的徑向均布載荷。

3.1.2 排繩系統的優化設計

在卷揚機排繩設計優化上，應考慮采用封閉輪系。另外，為了提高起重機空鉤和輕載時的貨物升降速度,要求在舊型的單速卷揚機上進行改進實現雙速轉動，利用差動行星輪系進行運動合成的特點能達到這一目的。在機構分析、計算機優化設計、有限元分析的基礎上，通過合理的行星傳動設計，可以得到體積更小的結構。這樣的雙速卷揚機在船舶、港口、建筑等眾多機械傳動領域將會得到廣泛的運用。雙速傳動行星齒輪卷揚機的設計主要由一系列設計計算組成，計算后的結果除顯示于計算對話框內，還應自動生成結果文本,井根據結果進行參數化繪圖，最后制作工藝表格。整個計算過程應能隨時對參數進行改動,可以浦算不同的參數組合，并保存以便核對。由于要輸入的參數多，由設計得到的文檔信息量也很豐富,應按卷揚機的結構生成一個項目庫，以便更好地管理設計文檔。設計中，需要查閱某些標準，應該有一個數據庫存放，甚至可以從網絡獲得這些信息。排繩優化后的軸向推力為：

式中，n 為繞繩層數，d2為擋板外徑，d1為擋板內徑。

因此，卷筒受力情況可簡化為鋼絲繩對卷筒的徑向均布載荷σ1與鋼絲繩對卷筒側板的楔入作用而產生的均布載荷σ2。

3.2 卷揚機降噪優化設計

在鋼絲繩卷揚機的優化設計中，其噪音的優化設計主要需要根據現有的研究徑向優化。針對其底盤的降噪設計優化，需要對箱形結構與焊縫進行優化焊接，通過實現一體化的焊接模式，從而保證底盤的無縫焊接。對于其軸承之間的間距需要去報符合相關的卷揚機優化設計要求，對于茨林需要符合規定標準，以此有效地保障卷揚機的工作穩定，從而達到降噪的作用。在噪音無法吸收消除的情況下，需要通過降速器添加隔音設備，從而提高其降噪效果。

3.3 液壓控制系統的應用

在鋼絲繩卷揚機的優化設計發展中，雖然當前的液壓控制系統能夠滿足大部分的工業生產需求，并且，實現起重卷揚機效率和控制精準度的提升，但是在液壓控制系統的基礎化與集體環境下的應用效率相對較低，導致核心部分的研發相對較慢，無法滿足設計制造的發展要求。同樣，在液壓控制系統的應用中，液壓傳動變速器的應用，實現了設計控制速度的有效控制，在液壓控制系統中的液壓傳動變速器的控制能夠保證在打洞機的作用下，分離動力來實現能量雙向控制，同樣可卷揚機動力系統所有動力在進行液壓控制系統中能夠實現正常啟動。在液壓控制系統應用到設計控制中，通過控制離合器來實現控制系統對液壓馬達的轉速控制，進而有效地控制發動機的動力在控制系統的傳遞，確保了液壓控制系統控制效率的全面提升。

4 建筑卷揚機的結構設計優化

在大型建筑建設中，運用預制結構技術，需要借助建筑卷揚機的運用。因此，在卷揚機的設計優化上，需要重點考慮建筑卷揚機的結構設計優化。主要的內容包括支撐梁的底部固定連接有兩個對稱設置的底板，底板的底部固定安裝有滾輪；底板的頂部固定安裝有卷揚機，卷揚機上設有繩索；支撐梁上焊接有水平設置的軌道板，支撐梁的內側設有雙向電機，雙向電機位于軌道板的上方，軌道板的底部滑動安裝有兩個對稱設置的滑輪，繩索的一端饒設于滑輪上，繩索的一端固定連接有橫板，橫板上開設有兩個矩形孔，矩形孔的頂部固定安裝有兩個對稱設置的推桿電機，矩形孔內設有兩個軌道桿，軌道桿上滑動安裝有托起板，推桿電機的輸出軸與托起板固定連接；支撐梁上焊接有四個豎直設置的連接桿，連接桿的頂部固定連接有承重板，雙向電機通過螺栓與承重板的頂部固定連接，雙向電機的輸出軸和上均套設有皮帶輪，兩個皮帶輪之間設有皮帶；反向絲桿由第一螺紋桿和第二螺紋桿組成，第一螺紋桿和第二螺紋桿的螺紋方向相反；支撐梁為等腰梯形結構，托起板為L 形結構，托起板上設有加固桿，加固桿傾斜設置；滾輪為萬向輪，萬向輪上設有腳剎。在預制大型構件建設實施中，使用實用新型起模吊具時，通過推桿電機帶動兩個托起板運動，兩個托起板托起預制大型構件，通過卷揚機收起繩索使得托起板升降，完成預制大型構件的吊起，通過推桿電機調節兩個托起板的距離調節可以吊起不同寬度的PC 構件，通過雙向電機帶動皮帶輪和反向絲桿轉動，帶動兩個調節塊移動，從而調節兩個橫板之間的距離，適配不同長度的預制PC 構件的吊起，通過自動化操作使用，使預制PC 構件的自動化生產實用性能得到有效提升。因此，實用新型卷揚機具在PC 自動化技術應用到預制大型構件的生產中顯得尤為重要。

5 結語

由此可見，在卷揚機的設計優化時，需要根據其結構特點與工作原理，對當前存在的問題進行進一步分析。以此在設計上對卷揚機的排繩與降噪進行優化設計，通過改善排繩系統，降低卷揚機工作過程中參數的噪音，以此實現卷筒與鋼絲繩壽命的提升，確保受力均勻合理，卷揚機能夠穩定工作，從而為經濟發展提供保障。