河南省矿山起重机有限公司 高明利

电动葫芦新型卷筒装置结构设计

河南省矿山起重机有限公司 高明利

卷筒装置是钢丝绳电动葫芦的重要结构部件之一，它包括葫芦卷筒、卷筒外壳、导绳器等结构。卷筒装置的合理设计影响钢丝绳的顺利收放，进而会影响吊具、吊钩的升降和重物的吊放。此外，卷筒装置的外形尺寸又会影响葫芦的外形尺寸、可加工性和工作平稳性、噪声大小等。随着现代工业的发展，性能良好、成本低、能充分利用厂房面积的电动葫芦卷筒装置越来越受用户欢迎。本文，笔者以电动葫芦卷筒装置为例，对其结构设计进行详细论述，以期对同行有所参考。

一、电动葫芦结构要求

2009年，某单位委托笔者所在公司（河南省矿山起重机有限公司）生产制造一批额定起重量43 t、工作级别M 4、起升高度90 m的钢丝绳电动葫芦。卷筒长5 705 mm，按照传统的结构形式设计，实际上，如此长的卷筒根本无法加工。即使投入资金定做专用加工设备加工，其精度特别是卷筒两端与绳槽也不能保证同心。并且合同生产周期也不许可。因此，笔者所在的公司放弃了传统单层绕绳结构的设计方案，改用双层绕绳结构的设计方案，有效缩短了卷筒装置长度。该设计方案具体内容包括：滑轮倍率设计为4/2，卷筒一端压绳、双出绳、导绳器设计为双层导绳结构，起重量、起升高度以及工作级别按照合同要求设计。

二、卷筒机构设计

1.钢丝绳选型设计。已知额定载荷Gn＝10 t，滑轮倍率a＝4/2，钢丝绳安全系数n＝4，动载冲击系数φ2＝1.1。则

选择抗拉强度等级为1 770 MPa 、6×37–∮15–IER钢丝绳，钢丝绳最小破断力F＝127 kN。则

式（2）中，η＝0.9，N＝2.75，因此nj＝5.23 ＞n。符合有关标准规定。

2.卷筒直径、长度设计。确定钢丝绳直径为 15 mm，卷筒绳槽螺距为16 mm，则卷筒直径可按下式计算。

式（3）中，D为卷筒直径 ，d为钢丝绳直径 。因此D≥16d＝16×15 mm＝240 mm。为了缩短卷筒结构长度，在安装条件及扭矩条件许可的情况下尽量选大值，该设计选择D＝ 426 mm。当卷筒直径和螺距确定后，就可以设计卷筒长度L：

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

经计算，采用双层绕绳结构卷筒长度比传统的单层绕绳卷筒长度缩短59%，该长度卷筒采用普通设备即可加工，而且可以保证设计精度，大大简化了加工工艺，降低了加工费用。

3.卷筒强度计算。即卷筒壁厚设计。卷筒材质选用Q345B，卷筒直径D＝426 mm。卷筒长度L＝2 355 mm。则L/D＝2 355 / 426＝5.528 ＞ 3。因此，设计卷筒应力可按下式计算：

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

4.阶梯形导绳器设计。合适的导绳器装置可以保证钢丝绳顺利排出和卷入，且不乱绳，还能减轻磨损。由于导绳器要同时压两层绳、并且这两层绳要保持一定间距同步出绳，因此导绳器结构设计为阶梯形。阶梯形导绳器装置主要由阶梯形导绳螺母、出绳卡板、固定钢带等零部件组成。阶梯形导绳器结构如图1所示。

图1 阶梯形导绳器结构

导绳器螺母的右端按卷筒直径设计，螺距设计为内螺纹结构，中部按照第一层钢丝绳缠绕直径设计为控制和制导第一层钢丝绳结构，设计有第一出绳口和第一出绳口卡板、固定钢带等；左端按照第二层绳缠绕直径设计为控制和制导第二层钢丝绳，设计有第二出绳口和第二出绳口卡板、固定钢带等，实际使用证明，该结构导绳器具备钢丝绳异层等距同步导出绳功能和上述要求的其他性能。

5.导绳器两个出绳口间距S的确定。吊钩动滑轮起升到最高点时，动滑轮中心距卷筒轴中心间距为542 mm，两动滑轮间距为220 mm，出绳口钢丝绳与动滑轮轴垂直截面夹角α＝2.5°，则出绳口到动滑轮的垂直距离X＝542 tg2.5°＝23.7 mm。

依据220＋2X≥S≥220－2X确定S的取值。考虑到S应为绳槽螺距的整数倍，因此取S＝180mm比较合适，此时钢丝绳与动滑轮轴的垂直截面所成夹角α＝arctg（220－180）/2×542＝2.11°＜3.5°，符合要求。出绳口结构设计如图2所示。

图2 出绳口结构设计

三、结论

经过两年多的实际应用证明，采用双层绕绳结构生产的电动葫芦不仅具有性能良好、易于加工、葫芦运转基本无振动、葫芦噪声低、钢丝绳及导绳器使用寿命长、成本低等优点，同时还能充分地利用用户的厂房面积。目前，笔者所在公司接到该类结构要求的电动葫芦合同越来越多，已经形成大批量生产，给公司创造了可观的经济效益。同时，降低了用户的建筑费用和设备投资费用，经济、社会效益显著。