钢丝绳卷扬机的优化设计

赵大喜

（甘肃金泥化工有限责任公司，甘肃 金昌 737100）

1 卷扬机基本原理

1.1 卷扬机结构

在工业生产与建设行业运用的钢丝绳卷扬机，其主要结构涉及能源电动机、齿轮转动、起升滑轮组和吊钩以及连接的联轴器、制动器、钢丝绳卷筒和减速器等部位组成。

1.2 卷扬机工作原理

在卷扬机的实际作业中，其主要通过卷筒的旋转来实现钢丝绳的控制，以此控制重物上升与下降的起重设备。同时，电石生产中卷扬机作为一种简单的起重牵引设备，其实际的应用相当广泛，并且工作原理主要借助电机的减速传动，通过收放钢丝绳来拉动电石锅，借助不同的运作实现电石牵引小车方向的改变，从而让电石锅按照预先规定的路径进行运动。

2 卷扬机优化方向

在卷扬机的设计上，当前，主要问题涉及排绳问题与噪音问题。排绳问题主要是卷扬机的钢丝绳在工作的情况下，容易造成损坏问题、乱绳问题和咬绳问题。

其主要的发生原因在于，其实际的工作过程中，钢丝绳受到外界方向变化与大小不变的作用力，对卷扬机钢丝绳的排布造成扰乱影响，从而在换向的情况下出现乱绳与咬绳的情况。由于排绳问题其主要是钢丝绳和卷筒在工作中其受力不均匀，导致钢丝绳与卷筒之间的摩擦力快速增加，致使钢丝绳的磨损加剧，进而影响卷扬机在工作上存在动作不稳定的情况，也造成了钢丝绳的使用寿命快速缩短。

同样，针对现有的卷扬机工作噪音问题，根据现有的研究资料中，通过李佳兴与杜明明等人的研究可知：底盘结构上，由于卷扬机底盘结构采用箱形结构，导致其结构上各个钢板并不是直接连接焊接，而是通过分步焊接，从而存在工作共鸣的情况，进而产生噪音的出现，由于底盘是由钢板焊接而成，并不具备有效的吸收震动、消除噪音的功能，可能会发生共振现象。同时，卷筒滑动轴承间隙过大，也出现了噪音。

3 卷扬机优化设计

在卷扬机优化设计上，其主要针对排绳优化设计与降噪优化设计两部分开展。

3.1 卷扬机排绳优化设计

3.1.1 排绳问题优化设计

在钢丝绳卷扬机的优化设计中，对于排绳的优化设计主要从两个层面进行：其一，通过对于卷扬机的滚子支撑与圆柱凸轮之间相互作用进行优化设计，将圆柱形的凸轮转变形式更改为卷筒的直线移动模式，以此改变卷扬机排绳的缠绕形式，针对钢丝绳缠绕传动时候的联动性，圆柱形凸轮转动一周，滚筒也随之转动一个单位长度，确保钢丝绳能够按照一定的规律进行缠绕，以此实现排绳问题中的乱绳现象的优化。其二，卷筒的折线绳槽与第二层的钢丝绳进行均匀负载，以此延长卷扬机钢丝绳的使用寿命。同样，在卷扬机的卷筒设计上，由于其作为核心的承载部分，需要在钢丝绕绳与负载升降以及传动力上进行优化设计。在卷扬机的设计上，其卷筒在钢丝绳缠绕的作用下，通常会因压应力和弯曲力以及年去应力产生形变，但是，其中体在卷筒比壁厚大的情况下，其惯性矩的巨额面相对较大，从而导致钢丝绳所产生的拉力在卷扬机的卷筒壁上所引发的弯曲应力和剪应力相对更小，因此，在卷扬机排绳的优化设计需要将排绳载负荷转化为卷筒上的径向均布载荷。

3.1.2 排绳系统的优化设计

在卷扬机排绳设计优化上，应考虑采用封闭轮系。另外，为了提高起重机空钩和轻载时的货物升降速度,要求在旧型的单速卷扬机上进行改进实现双速转动，利用差动行星轮系进行运动合成的特点能达到这一目的。在机构分析、计算机优化设计、有限元分析的基础上，通过合理的行星传动设计，可以得到体积更小的结构。这样的双速卷扬机在船舶、港口、建筑等众多机械传动领域将会得到广泛的运用。双速传动行星齿轮卷扬机的设计主要由一系列设计计算组成，计算后的结果除显示于计算对话框内，还应自动生成结果文本,井根据结果进行参数化绘图，最后制作工艺表格。整个计算过程应能随时对参数进行改动,可以浦算不同的参数组合，并保存以便核对。由于要输入的参数多，由设计得到的文档信息量也很丰富,应按卷扬机的结构生成一个项目库，以便更好地管理设计文档。设计中，需要查阅某些标准，应该有一个数据库存放，甚至可以从网络获得这些信息。排绳优化后的轴向推力为：

式中，n 为绕绳层数，d2为挡板外径，d1为挡板内径。

因此，卷筒受力情况可简化为钢丝绳对卷筒的径向均布载荷σ1与钢丝绳对卷筒侧板的楔入作用而产生的均布载荷σ2。

3.2 卷扬机降噪优化设计

在钢丝绳卷扬机的优化设计中，其噪音的优化设计主要需要根据现有的研究径向优化。针对其底盘的降噪设计优化，需要对箱形结构与焊缝进行优化焊接，通过实现一体化的焊接模式，从而保证底盘的无缝焊接。对于其轴承之间的间距需要去报符合相关的卷扬机优化设计要求，对于茨林需要符合规定标准，以此有效地保障卷扬机的工作稳定，从而达到降噪的作用。在噪音无法吸收消除的情况下，需要通过降速器添加隔音设备，从而提高其降噪效果。

3.3 液压控制系统的应用

在钢丝绳卷扬机的优化设计发展中，虽然当前的液压控制系统能够满足大部分的工业生产需求，并且，实现起重卷扬机效率和控制精准度的提升，但是在液压控制系统的基础化与集体环境下的应用效率相对较低，导致核心部分的研发相对较慢，无法满足设计制造的发展要求。同样，在液压控制系统的应用中，液压传动变速器的应用，实现了设计控制速度的有效控制，在液压控制系统中的液压传动变速器的控制能够保证在打洞机的作用下，分离动力来实现能量双向控制，同样可卷扬机动力系统所有动力在进行液压控制系统中能够实现正常启动。在液压控制系统应用到设计控制中，通过控制离合器来实现控制系统对液压马达的转速控制，进而有效地控制发动机的动力在控制系统的传递，确保了液压控制系统控制效率的全面提升。

4 建筑卷扬机的结构设计优化

在大型建筑建设中，运用预制结构技术，需要借助建筑卷扬机的运用。因此，在卷扬机的设计优化上，需要重点考虑建筑卷扬机的结构设计优化。主要的内容包括支撑梁的底部固定连接有两个对称设置的底板，底板的底部固定安装有滚轮；底板的顶部固定安装有卷扬机，卷扬机上设有绳索；支撑梁上焊接有水平设置的轨道板，支撑梁的内侧设有双向电机，双向电机位于轨道板的上方，轨道板的底部滑动安装有两个对称设置的滑轮，绳索的一端饶设于滑轮上，绳索的一端固定连接有横板，横板上开设有两个矩形孔，矩形孔的顶部固定安装有两个对称设置的推杆电机，矩形孔内设有两个轨道杆，轨道杆上滑动安装有托起板，推杆电机的输出轴与托起板固定连接；支撑梁上焊接有四个竖直设置的连接杆，连接杆的顶部固定连接有承重板，双向电机通过螺栓与承重板的顶部固定连接，双向电机的输出轴和上均套设有皮带轮，两个皮带轮之间设有皮带；反向丝杆由第一螺纹杆和第二螺纹杆组成，第一螺纹杆和第二螺纹杆的螺纹方向相反；支撑梁为等腰梯形结构，托起板为L 形结构，托起板上设有加固杆，加固杆倾斜设置；滚轮为万向轮，万向轮上设有脚刹。在预制大型构件建设实施中，使用实用新型起模吊具时，通过推杆电机带动两个托起板运动，两个托起板托起预制大型构件，通过卷扬机收起绳索使得托起板升降，完成预制大型构件的吊起，通过推杆电机调节两个托起板的距离调节可以吊起不同宽度的PC 构件，通过双向电机带动皮带轮和反向丝杆转动，带动两个调节块移动，从而调节两个横板之间的距离，适配不同长度的预制PC 构件的吊起，通过自动化操作使用，使预制PC 构件的自动化生产实用性能得到有效提升。因此，实用新型卷扬机具在PC 自动化技术应用到预制大型构件的生产中显得尤为重要。

5 结语

由此可见，在卷扬机的设计优化时，需要根据其结构特点与工作原理，对当前存在的问题进行进一步分析。以此在设计上对卷扬机的排绳与降噪进行优化设计，通过改善排绳系统，降低卷扬机工作过程中参数的噪音，以此实现卷筒与钢丝绳寿命的提升，确保受力均匀合理，卷扬机能够稳定工作，从而为经济发展提供保障。