單層繞卷筒壁厚與鋼絲繩直徑關(guān)系的研究

摘 要：本文通過分析單層繞卷筒受力特點，推導出卷筒壁厚與鋼絲繩直徑的關(guān)系，重點提出將卷筒結(jié)構(gòu)安全系數(shù)與機構(gòu)工作級別相關(guān)聯(lián)的設(shè)計思想，優(yōu)化了卷筒自重。最后通過算例，驗證卷筒壁厚與鋼絲繩直徑比例系數(shù)的正確性。

關(guān)鍵詞：卷筒；鋼絲繩；壁厚；研究

引言

卷筒是直接影響起重機卷繞裝置工作特性及制造成本的關(guān)鍵零部件[1]。

多年來，起重機焊接卷筒的壁厚都是由經(jīng)驗公式確定的，《起重機設(shè)計手冊》建議繩壁系數(shù)1.0，即焊接卷筒壁厚約等于鋼絲繩直徑。該方法簡單實用，但偏于保守，材料的承載能力沒有得到充分的利用。近年來， 隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大， 如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗公式進行設(shè)計，則卷筒的壁厚 將會隨著鋼絲繩的直徑 相應(yīng)的增大，由此會帶來一系列相應(yīng)的問題[2]。

第一，卷筒壁厚的增大，將會使鋼板的加工和焊接難度增大，導致加工成本提高，生產(chǎn)周期加長；

第二，加工卷筒的鋼板過厚會使彎曲后的卷筒內(nèi)外表面的伸縮量差值加大，從而導致卷筒內(nèi)的初始應(yīng)力呈現(xiàn)非均勻性的增大；

第三，卷筒壁厚的增大，致使卷筒重量、轉(zhuǎn)動慣量的增大，將會導致電動機功率的提高和相關(guān)設(shè)備重量的增大，從而影響了起重機小車的生產(chǎn)成本。

1.單層繞卷筒的載荷特點

當鋼絲繩卷繞到卷筒上后，將卷筒箍緊，此時在卷筒上產(chǎn)生三種應(yīng)力。

1.1.鋼絲繩卷繞在卷筒上產(chǎn)生的箍緊（擠壓）應(yīng)力；

1.2.繞出繩的拉力產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力；

1.3.傳遞扭矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。

其中第1.1.項所論及的由鋼絲繩包繞所產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力是產(chǎn)生卷筒應(yīng)力的主要載荷。

2.卷筒壁厚與鋼絲繩直徑的關(guān)系

單層繞卷筒表面通常切出導向螺旋槽，繩槽分標準槽和深槽兩種形式，一般情況下都采用標準槽。結(jié)合文獻[4]《起重機設(shè)計手冊》和文獻[5]GB8918-2006《重要用途鋼絲繩》給出了卷筒繩槽的尺寸，如表1所示。

表1 卷筒繩槽尺寸

3.計算實例

4.結(jié)論

本文通過分析單層繞卷筒的載荷特點，推導出卷筒壁厚與鋼絲繩直徑的關(guān)系，并提出將卷筒安全系數(shù)與機構(gòu)工作級別相關(guān)聯(lián)的設(shè)計思想，從根本上優(yōu)化了卷筒重量，有利于降低機構(gòu)成本。最后通過實例驗證了單層繞卷筒壁厚與鋼絲繩直徑比例系數(shù)的正確性。

參考文獻：

[1]楊長骙. 起重機械[M].北京： 機械工業(yè)出版社， 1992.

[2]肖漢斌.起重機卷筒強度和穩(wěn)定性理論分析與試驗研究[D].武漢理工大學，2002.

[3]P.Dietz.單層和多層卷繞卷筒尺寸的確定和承載能力的計算[J].國外起重運輸技術(shù)，1981（3）：13-26.

[4]張質(zhì)文，虞和謙，王金諾等.起重機設(shè)計手冊[M].北京：中國鐵道出版社，2001.

[5]中華人民共和國國家標準.GB 8918-2006 重要用途鋼絲繩[S].北京：機械標準出版社，2006.