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電動絞車剎車裝置的設計 摘 要 機械是人類生產(chǎn)和生活的基本工具要素之一，是人類物質文明最重要的一個組成部 分。機械工業(yè)擔負著向國民經(jīng)濟各部門，包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)和社會生活各個方面提供各種 性能先進、使用安全可靠的技術裝備的任務，在國家現(xiàn)代化的建設中占有舉足輕重的地 位。20 世紀 80 年代以來，以微電子、信息、新材料、系統(tǒng)科學為代表的新一代科學技術 的發(fā)展及其在機械工程領域中廣泛滲透、應用和衍生，極大的拓展了機械產(chǎn)品設計制造 活動的深度和廣度，改變了現(xiàn)代制造業(yè)的產(chǎn)品設計方法、產(chǎn)品結構、生產(chǎn)方法、生產(chǎn)工 藝和設備以及生產(chǎn)組織模式，產(chǎn)生了一大批新的機械設計制造方法和制造系統(tǒng)。 電動絞車作為一種機械產(chǎn)品，有著理論基礎不在局限于力學，制造過程的基礎也不 只是設計與制造經(jīng)驗及技藝的總結。本設計涉及到了電動機的選取，齒輪與傳動裝置的 設計，還有制動裝置的選用以及減速器的計算，最后通過對零件的設計達到最后電動絞 車的總裝要求?？傊?，本設計注意到了調整結構，加強科學基礎，反映在大學期間學習 到的知識的聯(lián)系和銜接，內容分配合理，即相互聯(lián)系又避免不必要的重復，在設計中形 成自己的特色，對自己以后工作墊下堅實的基礎。 關鍵詞：電動機；聯(lián)軸器；傳動裝置；減速器；制動裝置 Abstract Machinery is the basic tool of human production and life of human material civilization, is one of the most important part of. Machinery industry is responsible for the national economic sectors, including industrial, agricultural and each aspect of social life with a variety of advanced performance, safe and reliable use of the technology and equipment of the task, in the national modernization construction occupies the position of play a decisive role. Since the nineteen eighties, microelectronics, information, new material, system science as the representative of the new generation of the development of science and technology and in the mechanical engineering field widely, application and derivative, greatly expanding the product design and manufacture of mechanical activity of the depth and breadth of modern manufacturing industry, changed the method of product design, product structure, production methods, production technology and equipment and the production organization pattern, resulting in a large number of new mechanical design manufacturing method and system. Electric winch is a mechanical product, a theoretical basis is not limited to mechanical, manufacturing process based not only design and manufacturing experience and technology summary. This design involves the selection of electric motor, gear and gear design, and the braking device selection and the speed reducer are calculated, finally through to reach the final parts of the design of electric winch assembly requirements. In short, this design pay attention to adjust a structure, strengthen the scientific basis, reflected in the university period to learn knowledge of contact and connection, content distribution is reasonable, namely the interrelated and avoid unnecessary duplication, in the design of forming its own characteristics, to their later work mat foundation. Key words：Motor；Coupling；Gear；Reducer；Braking device 目 錄 摘 要 ......................................................................1 1 緒論 ......................................................................1 1.1 絞車的研究現(xiàn)狀 .........................................................1 1.2 絞車的種類 .............................................................1 1.3 絞車的應用 .............................................................2 1.4 絞車設計的主要內容 .....................................................3 2 電動機的選取 ..............................................................4 2.1 電動機的功能 ...........................................................4 2.2 電動機的種類 ...........................................................4 2.3 電動機選取與計算 .......................................................7 3 制動系統(tǒng) ..................................................................9 3.1 離合器的設計 ...........................................................9 3.2 制動器的設計計算 ......................................................11 3.2.1 制動器的外形 ......................................................11 3.2.2 制動器系數(shù)的分析 ..................................................13 3.2.3 制動器制動力矩的確定 ..............................................13 3.3 制動器主要零部件 ......................................................14 3.4 摩擦襯片的磨損特性計算 ................................................15 4 減速器的設計 .............................................................17 4.1 傳動參數(shù)的設計 ........................................................17 4.2 減速器齒輪選擇和計算 ..................................................18 4.3 軸的計算和校核 ........................................................25 5 聯(lián)軸器的設計 .............................................................27 5.1 聯(lián)軸器的種類和選用因素 ................................................27 5.2 聯(lián)軸器的功能用途 ......................................................29 5.3 聯(lián)軸器的材料 ..........................................................30 6 其他附件的設計 ............................................................31 7 結語 ......................................................................32 參考文獻 ...................................................................33 致 謝 .....................................................................34 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業(yè)設計 0 1 緒論 1.1 絞車的研究現(xiàn)狀 絞車又稱為卷揚機，主要運用于建筑、水利工程、林業(yè)、礦山、碼頭等的物料升降 或平拖。是用卷筒纏繞鋼絲繩或鏈條以提升或牽引重物的輕小型起重設備。 絞 車 具 有 以 下 特 點 ： 通 用 性 高 、 結 構 緊 湊 、 體 積 小 、 重 量 輕 、 起 重 大 。 使 用 轉 移 方 便 ， 被 廣 泛 應 用 于 建 筑 、 水 利 工 程 、 林 業(yè) 、 礦 山 、 碼 頭 等 的 物 料 升 降 或 平 拖 ， 還 可 作 現(xiàn) 代 化 電 控 自 動 作 業(yè) 線 的 配 套 設 備 。 有 0.5~350 噸 ， 分 為 快 速 和 慢 速 兩 種 。 其 中 高 于 20 噸 的 為 大 噸 位 絞 車 ,絞 車 可 以 單 獨 使 用 ， 也 可 作 為 起 重 、 筑 路 和 礦 井 提 升 等 機 械 中 的 組 成 部 件 ， 因 操 作 簡 單 、 繞 繩 量 大 、 移 置 方 便 而 廣 泛 應 用 。 絞 車 主 要 技 術 指 標 有 額 定 負 載 、 支 持 負 載 、 繩 速 、 容 繩 量 等 。 使 用 轉 移 方 便 ， 被 廣 泛 應 用 于 建 筑 、 水 利 工 程 、 林 業(yè) 、 礦 山 、 碼 頭 等 的 物 料 升 降 或 平 拖 ， 還 可 作 現(xiàn) 代 化 電 控 自 動 作 業(yè) 線 的 配 套 設 備 。 有 0.5 噸 ~350 噸 ， 分 為 快 速 和 慢 速 兩 種 。 其 中 高 于 20 噸 的 為 大 噸 位 絞 車 ,絞 車 可 以 單 獨 使 用 ， 也 可 作 為 起 重 、 筑 路 和 礦 井 提 升 等 機 械 中 的 組 成 部 件 ， 因 操 作 簡 單 、 繞 繩 量 大 、 移 置 方 便 而 廣 泛 應 用 。 絞 車 主 要 技 術 指 標 有 額 定 負 載 、 支 持 負 載 、 繩 速 、 容 繩 量 等 。 1.2 絞車的種類 絞 車 按 照 動 力 分 為 手 動 、 電 動 、 液 壓 三 類 。 從 用 途 上 分 類 可 分 為 建 筑 用 絞 車 和 船 用 絞 車 。 絞 車 按 照 功 能 可 以 分 為 ： 船 用 絞 車 、 工 程 絞 車 、 礦 用 絞 車 、 電 纜 絞 車 等 等 。 按 照 卷 筒 形 式 分 為 單 卷 筒 和 和 雙 卷 筒 。 按 照 卷 筒 的 分 布 形 式 有 并 列 雙 卷 筒 和 前 后 雙 卷 筒 ， 特 殊 符 號 的 絞 車 有 變 頻 絞 車 ， 雙 筒 絞 車 ， 手 剎 杠 桿 式 雙 制 動 絞 車 ， 帶 限 位 器 絞 車 ， 電 控 絞 車 ， 電 控 手 剎 離 合 絞 車 ， 大 型 雙 筒 雙 制 動 絞 車 ， 大 型 外 齒 輪 絞 車 ， 大 型 液 壓 絞 車 ， 大 型 外 齒 輪 帶 排 繩 器 絞 車 ， 雙 曳 引 輪 絞 車 ， 大 型 液 壓 雙 筒 雙 制 動 絞 車 ， 變 頻 帶 限 位 器 絞 車 。 手 動 絞 車 的 手 柄 回 轉 的 傳動機構上 裝 有 停 止 器 (棘輪和 棘爪) ， 可 使 重 物 保 持 在 需 要 的 位 置 。 裝 配 或 提 升 重 物 用 的 手 動 絞 車 還 應 設 置 安 全 手 柄 和 制動器。 手 動 絞 車 一 般 用 在 起 重 量 小 、 設 施 條 件 較 差 或 無 電 源 的 地 方 。 電 動 絞 車 廣 泛 用 于 工 作 繁 重 和 所 需 牽 引 力 較 大 的 場 所 。 單 卷 筒 電 動 絞 車 的 電 動 機 經(jīng) 減速器帶 動 卷 筒 ， 電動機與 減 速 器 輸 入 軸 之 間 裝 有 制 動 器 。 為 適 應 提 升 、 牽 引 和 回轉 等 作 業(yè) 的 需 要 ， 還 有 雙 卷 筒 和 多 卷 筒 裝 置 的 絞 車 。 一 般 額 定 載 荷 低 于 10T 的 絞 車 可 以 設 計 成 電 動 絞 車 。 液 壓 絞 車 主 要 是 額 定 載 荷 較 大 的 絞 車 ， 一 般 情 況 下 10T 以 上 到 5000T 的 絞 車 設 計 成 液 壓 絞 車 。 其 結 構 主 要 由 液 壓 馬 達 （ 低 速 或 高 速 馬 達 ） 、 液 壓 常 閉 多 片 式 制 動 器 、 行 星 齒 輪 箱 、 離 合 器 (選 配 )、 卷 筒 、 支 撐 軸 、 機 架 、 壓 繩 器 (選 配 )等 組 成 。 液 壓 馬 達 具 有 很 高 的 機 械 效 率 ， 起 動 扭 矩 大 ， 并 可 根 據(jù) 工 況 要 求 帶 不 同 的 配 流 器 ， 還 可 根 據(jù) 用 戶 需 要 設 計 閥 組 直 接 集 成 于 馬 達 配 油 器 上 ， 如 帶 平 衡 閥 、 過 載 閥 、 高 壓 梭 閥 、 調 速 換 向 閥 或 其 他 性 能 的 閥 組 ， 制 動 器 、 行 星 齒 輪 箱 等 直 接 安 裝 于 卷 筒 內 ， 卷 筒 、 支 撐 軸 、 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業(yè)設計 1 機 架 根 據(jù) 力 學 要 求 設 計 ， 整 體 結 構 簡 潔 合 理 并 具 有 足 夠 的 強 度 和 剛 性 。 因 而 該 系 列 絞 車 在 結 構 上 具 有 緊 湊 、 體 積 小 、 重 量 輕 、 外 形 美 觀 等 特 點 ， 在 性 能 上 則 具 有 安 全 性 好 、 效 率 高 、 起 動 扭 矩 大 、 低 速 穩(wěn) 定 性 好 、 噪 音 小 、 操 作 可 靠 等 特 點 。 值 得 一 提 的 是 液 壓 馬 達 高 的 容 積 效 率 和 美 國 SUN 公 司 優(yōu) 質 的 平 衡 閥 解 決 了 一 般 絞 車 都 存 在 的 二 次 下 滑 和 空 鉤 抖 動 現(xiàn) 象 ， 使 得 該 系 列 液 壓 絞 車 的 提 升 、 下 放 和 制 動 過 程 平 穩(wěn) ， 帶 離 合 器 的 絞 車 還 可 實 現(xiàn) 自 由 下 放 。 安 裝 于 配 流 盤 上 的 集 成 閥 組 則 有 效 地 簡 化 了 用 戶 的 液 壓 系 統(tǒng) 。 由 于 該 系 列 絞 車 具 備 上 述 優(yōu) 點 ， 使 其 廣 泛 應 用 于 船 舶 、 鐵 路 、 工 程 機 械 、 石 油 、 地 質 勘 探 、 冶 金 等 行 業(yè) ， 其 優(yōu) 良 性 能 得 到 了 用 戶 的 認 可 。 例 ： 安 裝 在 直 升 機 上 的 救 援 設 備 ， 主 要 功 用 是 將 人 或 物 吊 起 、 放 下 ， 自 有 動 力 ， 可 控 制 ， 直 升 機 在 保 持 高 度 懸 停 時 ， 通 過 絞 車 手 的 控 制 可 收 放 鋼 索 將 人 或 物 吊 起 放 下 。 1.3 絞車的應用 電動絞車是一種起重設備，由于具有結構簡單、搬運安裝靈活、維護保養(yǎng)簡單、操 作力便、價格低廉和可靠性高等優(yōu)點，所以被廣泛應用于物料提升、水平或傾斜曳引重 物、打樁、集材、冷拉鋼筋、設備安裝等工作中。 提升重物是電動絞車的一種主要功能，所以各類絞車的設計都是根據(jù)這一要求為依 據(jù)的。雖然目前塔吊、汽車吊等取代了絞車的部分工作，如塔吊在建筑工地上用于物料 和構件的提升工作，但由于塔吊成本高，一般在大型建筑中使用，而且靈活性較差，故 一般中小型建筑仍然廣泛應用電動絞車，就是大型建筑中雖有塔吊，也還需用電動絞車 作輔助提升用；汽車吊升雖然靈活方便，但也因為成本太高，而不能在建筑業(yè)中被廣泛 應用，所以大型設備的安裝仍然是由電動絞車承擔的。絞車除在建筑工地、設備安裝等 方面被廣泛應用外，在冶金、礦山等行業(yè)中亦廣泛應用，如高爐料鐘和物料的提升，小 型礦井的物料提升，船舶上做模的提升等。電動絞車用于提升重物時，需要有門字架、 桅桿等配套設備方能實現(xiàn)。 電動絞車還可應用于林區(qū)的集材工作，建筑業(yè)的冷拉鋼筋，小型礦井的水平、傾斜 運輸?shù)人交蚵氁芬梦锏墓ぷ骱痛驑兜裙ぷ?。正因為電動絞車具有多種用途，所以它 已不僅用于建筑業(yè)，而且在冶金、化工、水電、農(nóng)業(yè)、軍事及交通運輸?shù)刃袠I(yè)亦被廣泛 應用。 在國外，絞車的品種繁多，應用也很廣泛。在西方技術先進的國家中．雖然工業(yè)水 平先進，機械化程度不斷提高，起重設備也在不斷更新，但仍不能完全淘汰絞車這樣的 行之有效的簡單機械設備。 美國生產(chǎn)電動絞車的廠家有近百家，主要有貝波國際有限公司、哲恩有限公司等， 日本從明治 30 年開始制造和使用絞車，北川鐵工所是一家大型生產(chǎn)廠，其生產(chǎn)的絞車品 種系列比較齊全，法國生產(chǎn)絞車的廠家很多，其中包藤公司就是生產(chǎn)絞車的主要廠家之 一。其他國家，如俄羅斯、英國、挪威、瑞典、加拿大、德國等也都生產(chǎn)著不同用途的 各種型號的絞車。 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業(yè)設計 2 1.4 絞車設計的主要內容 本次設計的題目是電動絞車的剎車裝置，即制動器的設計，絞車由于結構簡單、重 量不大、移動方便，而被廣泛應用于礦山地面、冶金礦場或建筑工地等進行調度和其它 的運輸工作。 鼓式制動器是最早形式的汽車制動器，當盤式制動器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛用 干各類汽車上。鼓式制動器又分為內張型鼓式制動器和外束型鼓式制動器兩種結構型式。 內張型鼓式制動器的摩擦元件是一對帶有圓弧形摩擦蹄片的制動蹄，后者則安裝在制動 底板上，而制動底板則緊固在前橋的前梁或后橋橋殼半袖套管的凸緣上，其旋轉的摩擦 元件為制動鼓。車輪制動器的制動鼓均固定在輪鼓上。制動時，利用制動鼓的圓柱內表 面與制動蹄摩擦路片的外表面作為一對摩擦表面在制動鼓上產(chǎn)生摩擦力矩，故又稱為蹄 式制動器。外束型鼓式制動器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動帶，其旋 轉摩擦元件為制動鼓，并利用制動鼓的外因柱表面與制動帶摩擦片的內圓弧面作為一對 摩擦表面，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動鼓，故又稱為帶式制動器。在汽車制動系中，帶式 制動器曾僅用作一些汽車的中央制動器，但現(xiàn)代汽車已很少采用。所以內張型鼓式制動 器通常簡稱為鼓式制動器，通常所說的鼓式制動器就是指這種內張型鼓式結構。 我所設計的剎車裝置的名字叫做電力液壓鼓式制動器，它則用于各種起重，皮帶運 輸，港口裝卸，冶金及建筑機械中各種機構減速和停車制動。它和電動機是一個電源， 當剎車時，電動機和制動器斷電，制動器由于斷電則迅速抱緊電動機的軸，使電動機迅 速停止，達到絞車剎車的作用，通電以后，制動器則松開電動機的軸，使其正常的運轉。 該設計采用連鎖式退距均等裝置，在使用過程中可始終保持倆測瓦片退距均等且無需調 節(jié)，這樣可完全避免因退距不均使一側制動襯墊伏貼制動輪的現(xiàn)象，并設有瓦片自動隨 位裝置，而且主要擺動絞點均設有潤滑軸承，傳動效率高，壽命長，在使用過程中無需 潤滑，制動彈簧在方管內部在一側設有標尺，用戶十分方便的讀出制動力矩值，免去計 算和測量的麻煩。制動襯墊為卡裝式整體成型結構，更換十分方便，快捷，并備有半金 屬硬質和半硬質，軟質等不同材料的制動襯墊供用戶選擇，而且它還可以手動釋放，釋 放開閘和閉閘限位開關，可實現(xiàn)制動器是否正常釋放或閉合的信號顯示。還帶有下降延 遲閥，可實現(xiàn)制動器的延時閉合。 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業(yè)設計 3 2 電動機的選取 2.1 電動機的功能 電動機的功能主要表現(xiàn)在能量轉換和輸出量的控制倆方面，所謂電動機是一種旋轉 的電動機，它從電網(wǎng)輸出電能，轉化成軸上輸出的機械能，從而實現(xiàn)電能到機械能的轉 化，之所以稱之為旋轉電動機是因為機械能的輸出是以轉軸旋轉的形式出現(xiàn)的，然而電 動機并不都是旋轉電動機，例如直線電動機，它可以直接把電能轉化成直線運動的機械 能輸出，當然絕大多數(shù)的電動機是旋轉電動機。 電動機的另一個功能就是可以對輸出量進行控制，即可以對電動機的轉速和轉矩的 狀態(tài)進行調節(jié)，對于調速電動機，伺服電動機等作為控制系統(tǒng)中的執(zhí)行部件而使用的電 動機，這種輸出量控制功能十分重要。顯然，這種場合，電動機除了完成能量的轉換的 功能之外，其控制功能也應滿足系統(tǒng)的要求。 電動機與半導體裝置等各種控制裝置的組合就是電動機成套裝置，電動機成套裝置 能完成各種各樣的控制功能，這些控制功能僅僅依靠電動機本身是無法實現(xiàn)的，這種情 況下，究竟是一臺電動機還是一套裝置，有時難以區(qū)分，實用上，可把這種成套裝置作 為一個單元來考慮，與單體電動機并列，以便對其性能有一個更清楚的比較。 2.2電動機的種類 電動機主要包括一個用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉電樞 或轉子，其導線中有電流通過并受磁場的作用而使轉動，這些機器中有些類型可作電動 機用，也可作發(fā)電機用。它是將電能轉變?yōu)闄C械能的一種機器。通常電動機的作功部分 作旋轉運動，這種電動機稱為轉子電動機；也有作直線運動的，稱為直線電動機。電動 機能提供的功率范圍很大，從毫瓦級到萬千瓦級。電動機的使用和控制非常方便，具有 自起動 、加速 、制動、反轉、掣住等能力，能滿足各種運行要求；電動機的工作效率較 高，又沒有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。由于它的一系列優(yōu)點，所以在工農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設備等各方面廣泛應用。 圖 2-1 電動機內部結構 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業(yè)設計 4 電動機使用了電流的磁效應原理，發(fā)明這一原理的的是丹麥物理學家奧斯特 1777 年 8 月 14 日生于蘭格朗島魯?shù)聠藤e的一個藥劑師家庭。1794 年考入哥本哈根大學，1799 年 獲博士學位。1801～1803 年去德、法等國訪問，結識了許多物理學家及化學家。1806 年 起任哥本哈根大學物理學教授，1815 年起任丹麥皇家學會常務秘書。1820 年因電流磁效 應這一杰出發(fā)現(xiàn)獲英國皇家學會科普利獎章。1829 年起任哥本哈根工學院院長。1851 年 3 月 9 日在哥本哈根逝世。他曾對物理學、化學和哲學進行過多方面的研究。由于受康德 哲學與謝林的自然哲學的影響，堅信自然力是可以相互轉化的，長期探索電與磁之間的 聯(lián)系。1820 年 4 月終于發(fā)現(xiàn)了電流對磁針的作用，即電流的磁效應。同年 7 月 21 日以 《關于磁針上電沖突作用的實驗》為題發(fā)表了他的發(fā)現(xiàn)。這篇短短的論文使歐洲物理學 界產(chǎn)生了極大震動，導致了大批實驗成果的出現(xiàn)，由此開辟了物理學的新領域──電磁 學。 1812 年他最先提出了光與電磁之間聯(lián)系的思想。1822 年他對液體和氣體的壓縮性進 行了實驗研究。1825 年提煉出鋁，但純度不高。在聲學研究中，他試圖發(fā)現(xiàn)聲所引起的 電現(xiàn)象。他的最后一次研究工作是抗磁性。他是一位熱情洋溢重視科研和實驗的教師， 他說：“我不喜歡那種沒有實驗的枯燥的講課，所有的科學研究都是從實驗開始的” 。因 此受到學生歡迎。他還是卓越的講演家和自然科學普及工作者，1824 年倡議成立丹麥科 學促進協(xié)會，創(chuàng)建了丹麥第一個物理實驗室。1908 年丹麥自然科學促進協(xié)會建立“奧斯 特獎章” ，以表彰做出重大貢獻的物理學家。1934 年以“奧斯特”命名 CGS 單位制中的磁 場強度單位。1937 年美國物理教師協(xié)會設立“奧斯特獎章” ，獎勵在物理教學上做出貢獻 的物理教師。 電動機根據(jù)用戶需要也可以制成帶串勵繞組。中心高 100～280mm 的電動機無補償繞 組，但中心高 250mm、280mm 的電動機根據(jù)具體情況和需要可以制成帶補償繞組，中心高 315～450mm 的電動機帶有補償繞組。中心高 500～710mm 的電動機外形安裝尺寸及技術要 求均符合 IEC 國際標準，電機的機械尺寸公差符合 ISO 國際標準。 冷卻方式和結構、安 裝形式 IC06：自帶鼓風機的外通風； ICl7：冷卻空氣進口為管道，出口為百葉窗排風； IC37：即冷卻空氣進出口均為管道；IC611：全封閉帶空氣/空氣冷卻器；ICW37A86：全 封閉帶空氣/水冷卻器。并有多種派生形式，如自通風型、帶軸向風機型、封閉型、空／ 空冷卻器型等。 電動機當中的同步電動機不但功率因數(shù)高，而且其轉速與負載大小無關，只決定于 電網(wǎng)頻率。工作較穩(wěn)定。在要求寬范圍調速的場合多用直流電動機。但它有換向器，結 構復雜，價格昂貴，維護困難，不適于惡劣環(huán)境。20 世紀 70 年代以后，隨著電力電子技 術的發(fā)展，交流電動機的調速技術漸趨成熟，設備價格日益降低，已開始得到應用 。電 動機在規(guī)定工作制式（連續(xù)式、短時運行制、斷續(xù)周期運行制）下所能承擔而不至引起 電機過熱的最大輸出機械功率稱為它的額定功率，使用時需注意銘牌上的規(guī)定。電動機 運行時需注意使其負載的特性與電機的特性相匹配，避免出現(xiàn)飛車或停轉。電動機能提 供的功率范圍很大，從毫瓦級到萬千瓦級。 電動機的使用和控制非常方便，具有自起動、 加速、制動、反轉、掣住等能力，能滿足各種運行要求；電動機的工作效率較高，又沒 有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。由于它的一系列優(yōu)點，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業(yè)設計 5 交通運輸、國防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設備等各方面廣泛應用。一般電動機調速 時其輸出功率會隨轉速而變化。 圖 2-2 電動機結構 電動機從能量消耗的角度看，調速大致可分兩種 ： （1）保持輸入功率不變 。通過改變調速裝置的能量消耗，調節(jié)輸出功率以調節(jié)電動 機的轉速。 （2）控制電動機輸入功率以調節(jié)電動機的轉速。 電機、電動機、制動電機、變頻電 機、調速電機、三相異步電動機、高壓電機、多速電機、雙速電機和防爆電機。 Y(IP44)系列異步電動機容量從 0.55～200kW，B 級絕緣，防護等級 IP44，達到國際 電工委員會(IEC)標準，產(chǎn)品達到 20 世紀 70 年代末國際水平，全系列加權平均效率比 JO2 系列提高 0.43%，年產(chǎn)量約 2000 萬 kW。Yx 系列高效電動機 該類電機由上海電器科學研究所組織電機行業(yè)研制成功，容量 1.5～90kW，有 2，4，6 等 3 種極數(shù)。全系列電動機效率平均比 Y(IP44)系列高 3%左右，接近國際先進水 平。適用于單方向運行，年工作時間在 3000h 以上。負載率大于 50%的場合，節(jié)電效果顯 著。該系列電動機產(chǎn)量不高，年產(chǎn)量約 1 萬 kW。 變極調速電機，主要產(chǎn)品有在國內已批量生產(chǎn)的 YD(90.45～160kW)， YDT(0.17～160kW)，YDB(0.35～82kW)，YD(0.2～24kW)，YDFW(630～4000kW)等 8 個系列 產(chǎn)品，達到國際平均應用水平。電磁滑差調速電機，中國已批量生產(chǎn) YCT(0.55～90kW)， YCT2(15～250kW)，YCTD(0.55～90kW)，YCTE(5.5～630kW)，YCTJ(0.55～15kW)等 8 個系 列產(chǎn)品，達到國際平均應用水平，其中 YCTE 系列的技術水平最高，最有發(fā)展前途。 （1） 按工作電源分類根據(jù)電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交 流電動機還分為單相電動機和三相電動機。 （2）按結構及工作原理分類電動機按結構及 工作原理可分為直流電動機，異步電動機和同步電動機。同步電動機還可分為永磁同步 電動機、磁阻同步電動機和磁滯同布電動機。異步電動機可分為感應電動機和交流換向 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業(yè)設計 6 器電動機。感應電動機又分為三相異步電動機、單電動機，相異步電動機和罩極異步電 動機等。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。 （3）按起動與運行方式分類電動機按起動與運行方式可分為電容起動式單相異步電動機、 電容運轉式單相異步電動機、電容起動運轉式單相異步電動機和分相式單相異步電動機。 (4)按用途分類電動機按用途可分為驅動用電動機和控制用電動機。驅動用電動機又分為 電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、家電（包括 洗衣機、電風扇、電冰箱、空調器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹 風、電動剃須刀等）用電動機及其它通用小型機械設備（包括各種小型機床、小型機械、 醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機?？刂朴秒妱訖C又分為步進電動機和伺服電動機等。 (5)按轉子的結構分類電動機按轉子的結構可分為籠型感應電動機（舊標準稱為鼠籠型異 步電動機）和繞線轉子感應電動機（舊標準稱為繞線型異步電動機） 。(6)按運轉速度分 類電動機按運轉速度可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調速電動機。 2.3 電動機選取與計算 電動機選擇的原則：在電動機能夠滿足機械負載要求的前提下，最為經(jīng)濟合理地決 定電動機功率。 建筑絞車屬于非連續(xù)制工作機械，而且起動、制動頻繁。因此，選擇電 動機應與其工作特點相適應。 建筑絞車主要采用三相交流異步電動機。根據(jù)建筑行業(yè)的工作特點，電動機工作制 應考慮選擇短時重復工作制和短時工作制并優(yōu)先選用冶金及起重用異步電動機 YZR(繞線 轉子) 、YZ(籠型轉子)系列專用電動機。其特點示有良好的密封性，其防護等級為 IP54。 電動機功率的選擇，建筑絞車電動機功率的初選可以按所需的靜功率計算，然后根 據(jù)其工作方式進一步確定并校核。 計算公式為 P= = （2-1）?60eVF32017.8.9KW?? 式中 ――鋼絲繩額定拉力 32KN; ――鋼絲繩額定速度 30m/min; ――建筑絞車e eV? 整機傳動效率。這里包括傳動裝置，軸承，連軸器，離合器，卷筒纏繞等總的效率。在 這里初步取 90％ 電動機工作制的選擇，電動機工作時，負載持續(xù)時間的長短對電動機的發(fā)熱情況影 響很大，因而對決定電動機的功率也有很大影響。按電動機發(fā)熱的不同情況，電動機分 三種工作制，即連續(xù)工作制、短時工作制和短時重復工作制。建筑絞車所用電動機工時 間短，電動機溫升來不及達到穩(wěn)定值；停車時間亦短，電動機也來不及完全冷卻到周圈 環(huán)境溫度，所以穩(wěn)定溫升為一溫度區(qū)間，在這種情況下。一般都選擇短時重復工作制。 我國專門生產(chǎn)了標準短時重復工作制電動機，標準負載持續(xù) Fc 別為： 15％，25％，40％，60％。而且同一臺電動機 Fc 不同，擔負的負載也不同。對于短時重 復工作制，應盡量選擇此類電動機。 通過對功率的計算和工作制的選擇，本次設計選取的電動機為 YZR 系列繞線轉子電 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業(yè)設計 7 動機，其有較高的機械強度和過載能力，并且轉動慣量小，適合頻繁啟動。所選具體型 號為 YZR－200L。 其基本參數(shù)為： 表 2-1電動機參數(shù) 機座號 功率/KW 轉速 r/min 轉動慣量 kg·2m轉子繞線開路電 壓/V 200L 22 964 0.67 200 電動機的校核，電動機校驗主要是指電動機熱功率的校驗。一般按發(fā)熱校驗電動機 的功率，并根據(jù)負載性質、電動機類型作過載能力校驗，如果采用籠型異步電動機，則 還需作起動能力校驗。校驗的結果應滿足：在額定負載工況工作時，電動機不出現(xiàn)過熱 現(xiàn)象；在設計極限要求情況下，電動機的最大轉矩或起動轉矩應保證建筑絞車負載順利 起動，特別是懸空重物的再次起動。 在校驗時，建筑絞車要求的負載持續(xù)率 Fc 值和每小時起動次數(shù) Z 值應根據(jù)實際工作 情況進行計算。具體的電動機發(fā)熱驗算，按系數(shù)法進行電動機發(fā)熱計算。 （2-??Nkjx??25 2） 式中 ―――電動機的發(fā)熱功率， ―――機構的靜載荷功率，參考文獻倪慶興，xNj 王煥勇主編《起重機械》上海交通大學出版社，1900 年電動機靜功率 取電KNj/?? ＝1.5，則 ＝14.67KW； ―――考慮工作級別不同條件下?lián)Q算時的換算系數(shù)。得電Kj 25k ＝0.75； ―――考慮其電動機工作時間對發(fā)熱影響得系數(shù)。得 取 1.2。將數(shù)值代入25k? ? 上式得 kw2Nk.13Nj25x ????? 故所選電動機發(fā)熱條件通過。 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業(yè)設計 8 3 制動系統(tǒng) 3.1離合器的設計 手控絞車常使用圓錐摩擦離合器，并配以帶式制動器進行工作。圓錐摩擦離合器分 單錐式和雙錐式，見圖 3-1。絞車以使用單錐式為多。絞車亦有使用漲圈摩擦離合器的， 但目前使用較少。 圓錐摩擦離合器的結構簡單，接合比較平穩(wěn)，脫開后能保持摩擦面完全分離。但對 軸的偏心比較敏感，錐體加工要求高。由于圓錐摩擦離合器的接觸面積小，在傳遞大轉 矩時，外形尺寸較大，結構不緊湊，接合平穩(wěn)性降低。因此，僅適用于中小噸位的絞車。 圖 3-1 圓錐摩擦離合器 （一）圓錐摩擦離合器的結構及工作原理 如圖 3-1 所示，卷筒左端是摩擦離合器和制動器，右端是棘輪停止器。摩擦離合器 的圓錐面和制動器的摩擦面就是卷筒凸緣的內外表面。摩擦塊與開式傳動的大齒輪聯(lián)為 一體。通過操縱手柄 2（圖 3-2）使多線螺旋 12（圖 3-2）旋轉，帶動頂桿 10（圖 3-2） 作軸向運動，推動推進板 9 和墊圈 8，使卷筒沿軸向向左移動與錐形摩擦面緊密結合，從 而使卷筒轉動。制動前，必須先打開離合器，此時需按相反方向轉動離合器操縱手柄 2， 通過彈簧 5 的反作用力使卷筒與大齒輪脫離接觸。幾乎同時，帶式制動器上閘進行制動。 為使制動更加可靠，又使用了棘輪停止器。 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業(yè)設計 9 圖 3-2 離合器、制動器、停止器組合系統(tǒng) 1—主軸 2—齒輪 3—制動輪 4—摩擦木 5—彈簧 6—卷筒 7—棘輪 8—墊圈 9—推進板 10—頂桿 11—頂 絲箱 12—頂絲 13—擺動臂 14—連桿 15—推力球軸承 16—彈簧壓蓋 17—調整螺栓 圖 3-3 離合器、制動器操縱系統(tǒng)簡圖 1—制動器操縱手柄 2—離合器操縱手柄 3—連接頭 4—連接桿 5—連接螺桿 6—制動閘帶 7—彈簧 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業(yè)設計 10 （二）圓錐摩擦離合器的參數(shù)確定 圓錐摩擦離合器的主要尺寸 （1）摩擦面的平均直徑摩擦面的平均直徑用下式計算 Dm=(D1+D2)/2=(4~6)d (mm) （3- 1） 式中 D2、D1——圓錐工作面的大端和小端直徑（mm） ；d——離合器軸徑（mm） 。Dm 值也可根據(jù)具體結構確定。 （2）摩擦面的工作寬度 圓錐面母線工作部分寬度用下式計算 b=（0.15~0.25）Dm(mm) （3）摩擦錐的半錐角 為避免離合器接合后錐面自鎖不易脫開，通常取摩擦錐半角 ??arctn? 式中 u——離合器接合面的摩擦系數(shù)；ɑ——摩擦錐半錐角。上述參數(shù)，是離合器設 計的重要幾何參數(shù)。 3.2 制動器的設計計算 3.2.1 制動器的外形 為了確保絞車安全，可靠地工作，必須裝設制動器。 制動器分類、特點及其選擇，制動器按用途可分為停止制動、支持制動和下降制動三 種。停止和支持式制動器具有停止和支持中午懸掛在空中的作用；而下降式制動器除具 有前者停止運動的作用外，還具有調節(jié)機構運動的作用。 按照工作狀態(tài)，制動器又分為常閉式和常開式。常閉式制動器經(jīng)常處于合閘狀態(tài)， 當機構運轉時，可利用人力、電磁力等外力使制動器松閘。而常開式與此相反，它經(jīng)常 處于松閘狀態(tài)，只有施加外力時才能合閘。 按照制動器結構特征，又分為帶式制動器、塊式制動器、蹄式制動器和盤式制動器 四種。 絞車至少要裝一套常閉式的支持制動器，并常采用帶式制動器和外抱式制動器，小 噸位絞車亦可采用蹄式制動器。 在設計或選擇制動器時，主要依據(jù)是制動力矩。無論是標準制動器，還是自行設計 的制動器都要做必要的發(fā)熱驗算。 帶式制動器，帶式制動器主要適合中小噸位的絞車。因其結構簡單，常將制動輪與卷 筒做成一體。帶式制動器的類型及工作原理。 帶式制動器是用撓性鋼帶包圍制動輪，而帶的一端或兩端固接在杠桿上，操縱杠桿 使帶壓緊制動輪產(chǎn)生摩擦力，從而達到制動輪的目的，見圖 3-4。 帶式制動器常見有簡單式、綜合式和差動式三種類型。為了增加摩擦系數(shù)，在帶的 工作表面上裝有摩擦材料，如皮革、石棉和輥壓帶等。當制動器松閘時，應使制動帶與 帶輪間形成 1~1.5mm 的徑向間隙。為了使制動帶均勻脫開，沿制動帶包角圓段上裝設若干 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業(yè)設計 11 彈簧，通過彈簧的徑向拉力，使制動閘帶均勻脫離制動輪。擰動調整螺栓來調節(jié)帶與輪 的徑向間隙主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序等部 分。 制動帶與杠桿的聯(lián)接是依靠制動帶的兩端采用專門的聯(lián)接件與杠桿聯(lián)接，見圖 3-5。 其中一端作剛性固接，見圖 3-5a；另一端利用螺紋聯(lián)接，見圖 3-5b。 聯(lián)接處的鉚釘應按剪切強度驗算，對于材料 Q215A、Q235A 的鉚釘，杠桿與制動帶聯(lián) 接結構處的螺栓應進行疲勞強度計算。必要時，還需對傳力杠桿剛度進行校核。 當松閘時，帶與制動輪摩擦面之間的退距大小應能根據(jù)制動狀態(tài)隨時進行調節(jié)。制 動過程應力求平穩(wěn)，但退距過大，制動靈敏性差，制動器容易發(fā)熱或制動操作困難。 對較大噸位的絞車，其制動力用手進行控制比較困難，可靠性也較差，這時可采用 機械或電液控制的方法。 圖 3-4 制動操縱裝置 1—制動操縱手柄 2—制動器手柄座 3—棘爪操縱拉桿 4—棘爪操縱座 5—制動閘帶 6—操縱制動連桿 7—操縱離合連桿 8—棘爪 9—棘輪 10—彈簧 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業(yè)設計 12 圖 3-5 制動帶與杠桿的聯(lián)接型式 a) 剛性聯(lián)接 b) 螺紋聯(lián)接 外抱塊式制動器，常用的外抱塊式制動器已經(jīng)標準化，已有多種類型產(chǎn)品可供選用。 這類制動器在電控絞車上應用普遍，可根據(jù)計算制動力矩初選型號，然后進行發(fā)熱校核 計算。在這就不具體闡述了。 3.2.2 制動器系數(shù)的分析 (1)當 ＜ 時：制動時總是先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉向能力；(2)當?0 ＞ 時：制動器則打開使電機帶動高速軸轉動，這時絞車趨于工作穩(wěn)定性；(3)當 ＝0 ? 時：制動時電機轉動時抱死，使絞車成為制動狀態(tài)，這是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了 轉向能力。 分析表明，絞車在同步附著系數(shù)為 制動時，其制動減速度為?gqdtu0?? 即 ， 為制動強度。而在其他附著系數(shù) 的制動時，達到即將抱死的制動強度0??q ＜ 這表明只有在 ＝ 上，制動的附著條件才可以得到充分利用。根據(jù)相關資料查出?0? 絞車 0.6，故取 =0.6。0?? 3.2.3 制動器制動力矩的確定 力矩分配系數(shù)計算： 根據(jù)公式： （3-1Lhg02???? ） 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業(yè)設計 13 得： 67.0.285.1????? 制動器軸最大附著力矩： （3-2）egrqhLGM??)(1max1?? 式中：Φ——該絞車所能遇到的最大附著系數(shù)；q——制動強度； ——有效半徑；er ——軸最大制動力矩；L——軸距；max1?M q= = =0.66 （3-3）gha???)(0?85.0)67.(35.1??? 故軸 = =1.57 Nmmmax? )86.2 61 制動力矩為 =0.785 Nmm/157.61 軸 = T = =0.67/(1-0.67) 1.57 =3.2 Nmmmax1?Max1f max2f???6106? 3.3制動器主要零部件 （1）制動鼓 ：制動鼓應具有非常好的剛性和大的熱容量，制動時溫升不應超過極限 值。制動鼓材料應與摩擦襯片相匹配，以保證具有高的摩擦系數(shù)并使工作表面磨損均勻。 制動鼓相對于輪轂的對中是圓柱表面的配合來定位，并在兩者裝配緊固后精加工制動鼓 內工作表面，以保證兩者的軸線重合。兩者裝配后還需進行動平衡。其許用不平衡度對 絞車為 15N·cm～20 N·cm；對貨車為 30 N·cm～40 N·cm。絞車要求其制動鼓工作表 面的圓度和同軸度公差＜0.03mm，徑向跳動量≤0．O 5mm，靜不平衡度≤1．5N.cm。 制動鼓壁厚的選取主要是從其剛度和強度方面考慮。壁厚取大些也有利于增大其熱 容量，但試驗表明，壁厚由 11 mm 增至 20 mm 時，摩擦表面的平均最高溫度變化并不大。 一般鑄造制動鼓的壁厚：制動鼓在閉口一側外緣可開小孔，用于檢查制動器間隙。本次 設計采用的材料是 HT20-40。 （2）制動蹄：制動蹄腹板和翼緣的厚度，摩擦襯片的厚度，絞車多為 4.5mm～5mm。襯 片可鉚接或粘貼在制動蹄上，粘貼的允許其磨損厚度較大，使用壽命增長，但不易更換 襯片；鉚接的噪聲較小。本次制動蹄采用的材料為 HT200。 （3）制動底板：制動底板是除制動鼓外制動器各零件的安裝基體，應保證各安裝零件 相互間的正確位置。制功底板承受著制動器工作時的制動反力矩，因此它應有足夠的剛 度。為此，由鋼板沖壓成形的制動底板均只有凹凸起伏的形狀。重型絞車則采用可聯(lián)鑄 鐵 KTH370—12 的制動底板。剛度不足會使制動力矩減小，踏板行程加大，襯片磨損也不 均勻。本次設計采用 45 號鋼。 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業(yè)設計 14 （4）制動蹄的支承：自由度制動篩的支承，結構簡單，并能使制動蹄相對制動鼓自行 定位。為了使具有支承銷的一個自由度的制動蹄的工作表面與制動鼓的工作表面同軸心， 應使支承位置可調。例如采用偏心支承銷或偏心輪。支承銷由 45 號鋼制造并高頻淬火。 其支座為可鍛鑄鐵(KTH370—12)或球墨鑄鐵(QT400—18)件。青銅偏心輪可保持制動蹄腹 板上的支承孔的完好性并防止這些零件的腐蝕磨損。 具有長支承銷的支承能可靠地保持制動蹄的正確安裝位置，避免側向偏擺。有時在 制動底板上附加一壓緊裝置，使制動蹄中部靠向制動底板，而在輪缸活塞頂塊上或在張 開機構調整推桿端部開槽供制動蹄腹板張開端插入，以保持制動蹄的正確位置。 （5）制動輪缸：制功輪缸為液壓制動系采用的活塞式制動蹄張開機構，其結構簡單， 在車輪制動器中布置方便。輪缸的缸體由灰鑄鐵 HT250 制成。其缸簡為通孔，需鏜磨。 活塞由鋁合金制造。活塞外端壓有鋼制的開槽頂塊，以支承插人槽中的制動蹄腹板端部 或端部接頭。輪缸的工作腔由裝在活塞上的橡膠密封圈或靠在活塞內端面處的橡膠皮碗 密封。多數(shù)制動輪缸有兩個等直徑活塞；少數(shù)有四個等直徑活塞；雙領路式制動器的兩 蹄則各用一個單活塞制動輪缸推動。本次設計采用的是 HT250。 3.4摩擦襯片的磨損特性計算 摩擦襯片的磨損與摩擦副的材質，表面加工情況、溫度、壓力以及相對滑磨速度等 多種因素有關，因此在理論上要精確計算磨損性能是困難的。但試驗表明，摩擦表面的 溫度、壓力、摩擦系數(shù)和表面狀態(tài)等是影響磨損的重要因素。 絞車的制動過程，是將其機械能（動能、勢能）的一部分轉變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^程。 在制動強度很大的緊急制動過程中，制動器幾乎承擔了耗散絞車的部分動力的任務。此 時由于在短時間內制動摩擦產(chǎn)生的熱量來不及逸散到大氣中，致使制動器溫度升高。此 即所謂制動器的能量負荷。能量負荷愈大，則摩擦襯片（襯塊）的磨損亦愈嚴重。 （1）比能量耗散率：制動器的能量耗散率為 （3.4） 211()amvetA???? 式中： ：絞車回轉質量換算系數(shù)，緊急制動時 ， ；? 02?v1? ：絞車總質量；am ， ：絞車制動初速度與終速度， / ；計算時絞車取 27.8 / ；1v2 msms ：制動時間， ；按下式計算ts t= =27.8/6=4.6 （3.5）jv21?s 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業(yè)設計 15 ：制動減速度， ， 0.6×10 6 ； ， ：前、后制動器襯j 2/smgj??6.0?2/sm1A2 片的摩擦面積； =7600mm ,質量在 1.5—2.5/t 的絞車摩擦襯片面積在 200-300cm ,故1A 2 取 =30000mm 。22 ：制動力分配系數(shù)。? 則 = =5.7 （3-?1 21tAvmea??67.0.48250?2/mw 6） = =0.7 （3-)(212????tvea )67.01(36.4287502???2/ 7） 絞車鼓式制動器的比能量耗散率應不大于 1.8 ，故符合要求。2/mw （2）比滑磨功 fL 磨損和熱的性能指標可用襯片在制動過程中由最高制動初速度至停車所完成的單位 襯片面積的滑磨功，即比滑磨功 來衡量：f （3-][2maxff LAvL??? 8） 式中： ：絞車總質量am ：制動器各制動襯片的總摩擦面積，?A = =752cm ； （3-21A??cm27630??2 9） :max