浅析汽车起重机主起重臂钢丝绳及滑轮组设计

摘要：随着经济建设的迅速发展，我国的基础建设力度正逐渐加大，道路交通，机场，港口，水利水电，市政建设等基础设施的建设规模也越来越大，市场汽车起重机的需求也随之增加。本文以50吨汽车起重机为例简述主起重臂钢丝绳及滑轮组设计过程。

关键词：50吨汽车起重机主起重臂钢丝绳滑轮组

1 概述

起重机械式用来对物料进行起重、运输、装卸和安装作业的机械。它可以完成靠人力无法完成的物料搬运动作，以减轻人们的体力劳动，提高生产效率，对发展对国民经济建设起着积极的促进作用。汽车式起重机是起重机械中非常重要的一种，主起重臂钢丝绳及滑轮组是汽车式起重机的不可或缺的零部件。现将钢丝绳及滑轮组设计过程简述如下：

2 钢丝绳的计算和选择

钢丝绳的选择主要包括钢丝绳结构形式的选用和钢丝绳直径的确定。

2.1 钢丝绳结构形式的选择

绕经滑轮和卷筒的工作机构钢丝绳应选用线接触钢丝绳；在腐蚀环境中采用镀锌钢丝绳。本机构所需钢丝绳为绕经滑轮和卷筒，故选择线接触钢丝绳。

2.2 起升用钢丝绳直径的计算

钢丝绳的直径d可通过下式计算即

d=C■(2.1)

式中：C―选择系数。S―钢丝绳最大工作静拉力。

选择系数C的确定与机构的工作级别由关，可通过下式确定。

C=■（2.2）

式中：n――安全系数，由文献[1]可知，n=5

k――钢丝绳捻制拆减系数，一般选取k=0.82

w――钢丝绳充满系数，由下式确定，w=■。通常选取为w=0.46。

σb――钢丝绳的公称抗拉强度，由文献[1]可知，σb=1850N/mm2。

将上述值带入式（2.2）可得C=0.096。

采用单连滑轮组最大工作静拉力

S=■（2.3）

式中：Q――起升载荷，Q=Q0+q，Q0为额定起升载荷，q为取物装置的重力，

由文献[1]可知，q=0.03Q0，即Q=51.5×104。

m――滑轮组倍率，由文献[1]可知，m=10。

η――滑轮组效率，由文献[1]可知，η=0.92。

将上述值代入式（2.3）可得S=5.6×104(N)。

将式（2.2）和式（2.3）所得数值代入式（2.1）可得出钢丝绳直径d=22.72mm。

参见文献[1]可知，可选用钢丝绳型号为6T(25)―23―1850―I―光―右交GB1102―74。

2.3 主起重臂伸缩用钢丝绳的计算选用

当满载时，大臂仰角为56°，作用在缸的轴向力为：F=■=60.31×104N，F由8根钢丝绳来承担（其中4根拉第4节臂，其中4根拉第5节臂），每根钢丝绳绳承受的拉力为7.53×104N。参见文献[1]可知，选择钢丝绳直径为d=13mm，公称抗拉强度为1700N/mm2，最小破断拉力为113KN。即型号为：6X（37）-13-1700-I-光-右交GB1102-74。

3 滑轮及滑轮组的选择

滑轮用以支撑钢丝绳，并能改变钢丝绳的走向，平衡钢丝绳分支的拉力，组成滑轮组达到省力或增速的目的。

3.1 滑轮构造和材料的选用

承受负载不大的滑轮，结构尺寸较小（直径D≤350mm），通常做成实体结构，用强度不低于铸铁HT200的材料制造。承受大载荷的滑轮，为了减轻重量，多做成筋板带孔的结构，用强度不低于铸铁HT200、球铁QT40-17和铸钢ZG230-450等材料制造。大型滑轮（直径D≥800mm）由轮缘及带筋板的轮辐和轮毂焊接而成，单件生产时也易选择焊接滑轮。铸铁滑轮适用于工作级别M4以下的机构，钢制滑轮用于工作级别M4以上的机构。

滑轮大多装在滚动轴承上，用尼龙和其它材料做成的滑动轴承，也开始在起重机的滑轮上使用。

钢丝绳出入钢丝绳绳槽的偏角过大时（＞5°），绳槽侧壁将受到很大横向力的作用，容易使槽口损坏，使钢丝绳脱槽，为了减小钢丝绳的磨损，在滑轮绳槽中可用铝或聚酰胺作为垫衬材料，这使滑轮构造复杂，只有当钢丝绳很长，在技术和经济上要求较高时，才推荐使用。

根据上述描述，选择滑轮的材料为铸铁HT200，滑轮的构造为多筋板带孔的结构。

3.2 起升用滑轮尺寸的确定及其选用

滑轮的主要尺寸是滑轮直径D，轮毂宽度B和绳槽尺寸，滑轮结构尺寸可按钢丝绳直径进行选定。

3.2.1 工作滑轮直径

D0≥e×d （3.1）

式中：D0――按钢丝绳中心计算的滑轮直径（mm）。 d――钢丝绳直径。e――轮绳直径比系数与机构工作级别，钢丝绳结构有关。机构工作级别为M4，于是选得轮绳直径比系数为18。

将数值带入式（2.1）得出起升用滑轮D0≥414mm。

3.2.2 轮毂宽度B

一般情况下，B=（1.5～1.8）d0 （3.2）

式中：d0――滑轮轴径，此处设计为30mm。参照上式取得B=54mm。

3.2.3 滑轮绳槽尺寸

由于选用滑轮为铸造滑轮，参见文献[1]可选用，滑轮绳槽半径为11.5，表面粗糙度为2级的绳槽断面，标记为绳槽断面11.5-2ZBJ8006.1-87。

由此确定起升用滑轮规格为：D0=414mm，B=54mm，绳槽断面为11.5-2ZBJ8006.1-87。

主臂伸缩用滑轮计算即选用

主臂伸缩用滑轮的设计与起升用滑轮一致，故按式（2.1）及式（2.2）确定，滑轮由于受空间的制约在此选择e=12，滑轮轴径d0=20主臂伸缩用滑轮的规格为：

D0=156，B=26，绳槽断面为6.5-2ZBJ8006.1-87。

3.3 滑轮组的选择

由钢丝绳依次绕过若干动滑轮和定滑轮而组成的装置称为滑轮组，滑轮组根据功能可分为增速滑轮组和省力滑轮组。按照构造特点分为单联滑轮组和多联滑轮组，汽车起重机的起升机构的滑轮组为单联滑轮组与多层绕卷筒配合使用。

滑轮组的倍率和滑轮组的效率在前面已经选取即参照参见文献[1]可知。分别为m=10，η=0.92。滑轮组的滑轮配置简图如下图3.1所示。

4 结论

通过本论文使我们能够了解钢丝绳和滑轮组的基本设计方法，为他们的选择和使用提供了一定的参考。

参考文献：

[1]张志文.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社，1997.

[2]顾迪民.工程起重机[M].哈尔滨：中国建筑工业出版社，1988.

[3]徐格宁.起重运输机金属结构设计[M].北京：机械工业出版社，1997.

作者简介：

李永耀（1982－），男，河南南阳人，延安职业技术学院机电工程系助教；李国荣（1983－），女，陕西咸阳人，延安职业技术学院石油工程系助教。