鋼絲繩卷揚機優(yōu)化設計分析

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摘要：隨著我國經濟建設的快速發(fā)展，鋼絲繩卷揚機作為一種常見的起重機械設備，其被廣泛應用到電石生產領域。卷揚機的優(yōu)化設計不僅能夠讓卷揚機在工業(yè)領域應用的優(yōu)勢增加，同時，也能為方便生產與保護環(huán)境做出重要貢獻。因此，本文主要對卷揚機的優(yōu)化設計進行研究分析，再通過對卷揚機的工作原理進行詳細闡述，通過對其噪音與排繩進行優(yōu)化設計，以此實現(xiàn)卷揚機的優(yōu)化，從而為工業(yè)生產領域與建設領域的良好應用提供保障。

關鍵詞：卷揚機；優(yōu)化設計；噪音排繩；研究分析

1卷揚機基本原理

1.1卷揚機結構

在工業(yè)生產與建設行業(yè)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(lián)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(yè)中，其主要通過卷筒的旋轉來實現(xiàn)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(xiàn)電石牽引小車方向的改變，從而讓電石鍋按照預先規(guī)定的路徑進行運動。

2卷揚機優(yōu)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(fā)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(xiàn)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(wěn)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(xiàn)有的卷揚機工作噪音問題，根據(jù)現(xiàn)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(xiàn)，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(fā)生共振現(xiàn)象。同時，卷筒滑動軸承間隙過大，也出現(xiàn)了噪音。

3卷揚機優(yōu)化設計

在卷揚機優(yōu)化設計上，其主要針對排繩優(yōu)化設計與降噪優(yōu)化設計兩部分開展。

3.1卷揚機排繩優(yōu)化設計

3.1.1排繩問題優(yōu)化設計在鋼絲繩卷揚機的優(yōu)化設計中，對于排繩的優(yōu)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(yōu)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(lián)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(guī)律進行纏繞，以此實現(xiàn)排繩問題中的亂繩現(xiàn)象的優(yōu)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(yōu)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(fā)的彎曲應力和剪應力相對更小，因此，在卷揚機排繩的優(yōu)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(tǒng)的優(yōu)化設計在卷揚機排繩設計優(yōu)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(xiàn)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(yōu)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(jù)結果進行參數(shù)化繪圖，最后制作工藝表格。整個計算過程應能隨時對參數(shù)進行改動,可以浦算不同的參數(shù)組合，并保存以便核對。由于要輸入的參數(shù)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(shù)據(jù)庫存放，甚至可以從網絡獲得這些信息。排繩優(yōu)化后的軸向推力為：式中，n為繞繩層數(shù)，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(yōu)化設計

在鋼絲繩卷揚機的優(yōu)化設計中，其噪音的優(yōu)化設計主要需要根據(jù)現(xiàn)有的研究徑向優(yōu)化。針對其底盤的降噪設計優(yōu)化，需要對箱形結構與焊縫進行優(yōu)化焊接，通過實現(xiàn)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(yōu)化設計要求，對于茨林需要符合規(guī)定標準，以此有效地保障卷揚機的工作穩(wěn)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(tǒng)的應用

在鋼絲繩卷揚機的優(yōu)化設計發(fā)展中，雖然當前的液壓控制系統(tǒng)能夠滿足大部分的工業(yè)生產需求，并且，實現(xiàn)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(tǒng)的基礎化與集體環(huán)境下的應用效率相對較低，導致核心部分的研發(fā)相對較慢，無法滿足設計制造的發(fā)展要求。同樣，在液壓控制系統(tǒng)的應用中，液壓傳動變速器的應用，實現(xiàn)了設計控制速度的有效控制，在液壓控制系統(tǒng)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(xiàn)能量雙向控制，同樣可卷揚機動力系統(tǒng)所有動力在進行液壓控制系統(tǒng)中能夠實現(xiàn)正常啟動。在液壓控制系統(tǒng)應用到設計控制中，通過控制離合器來實現(xiàn)控制系統(tǒng)對液壓馬達的轉速控制，進而有效地控制發(fā)動機的動力在控制系統(tǒng)的傳遞，確保了液壓控制系統(tǒng)控制效率的全面提升。

4建筑卷揚機的結構設計優(yōu)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(yōu)化上，需要重點考慮建筑卷揚機的結構設計優(yōu)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(jié)兩個托起板的距離調節(jié)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(jié)塊移動，從而調節(jié)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(yōu)化時，需要根據(jù)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(yōu)化設計，通過改善排繩系統(tǒng)，降低卷揚機工作過程中參數(shù)的噪音，以此實現(xiàn)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(wěn)定工作，從而為經濟發(fā)展提供保障。

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作者：趙大喜 單位：甘肅金泥化工有限責任公司