滑輪、卷筒和鋼絲繩三者共同組成起重機的卷繞系統,將驅動裝置的回轉運動轉換成吊載的升降直線運動。滑輪和卷筒是起重機的重要部件,它們的缺陷或運行異常會加速鋼絲繩的磨損,導致鋼絲繩脫槽、掉鉤,從而引發事故。
1.概述
(1)滑輪的分類與作用。根據滑輪的中心軸是否運動,可將其分為動滑輪和定滑輪兩類。定滑輪的心軸固定不動,其作用是改變鋼絲繩的方向;動滑輪的心軸可以位移,動、定滑輪都可繞其心軸轉動。鋼絲繩依次繞過若干定滑輪和動滑輪組成的滑輪組,可以達到省力或增速的目的。此外,通過滑輪可以改變鋼絲繩的運動方向。平衡滑輪還可以均衡張力。
(2)滑輪的制造方法與材料。鑄鐵滑輪適于輕、中級工作機構,常用灰鑄鐵和球墨鑄鐵,對鋼絲繩磨損小,但其強度較低,脆性大,碰撞容易破損;當工作機構級別較高時,采用鑄鋼滑輪;滑輪直徑較大,鑄造困難時,采用焊接滑輪以減輕其自重。滑輪也可采用塑料、鋁合金等材料。
(3)滑輪的構造與尺寸。滑防田輪緣(包括繩槽)、輪輻、輪轂組成(見圖6-12)。
圖6-12 滑輪幾何尺寸圖
輪緣是承載鋼絲繩的主要部位,輪福將輪緣與轂輪連接.整個滑輪通過輪轂安裝在滑輪軸上。滑輪的合理結構保證鋼絲繩順利通過并不易跳槽。
滑輪的主要尺寸及其功能有:
D。--計算直徑,按鋼絲繩中心計算的滑輪卷繞直徑, mm。
R--繩槽半徑,保證鋼絲繩與繩槽有足夠的接觸面積. R=(0.53~0.6)d, mm。
β--鋼槽側夾角。鋼絲繩穿繞上下滑輪時。容許與滑輪軸線有一定偏斜,一般β=35°~40°。
C--繩槽深度,其足夠的深度防止鋼絲繩跳槽,mm。
D--滑輪繩槽直徑, mm。
B--輪轂厚度,mm。
其中,DO為影響鋼絲繩壽命的關鍵尺寸,必須滿足下列關系式:
DOmin≥h2dDO= D+d
式中:D0min--按鋼絲繩中心計算的滑輪允許的最小卷繞直徑,mm;
d--鋼絲繩直徑,mm;
h2--滑輪直徑與鋼絲繩直徑的比值。
2.滑輪組
鋼絲繩依次穿繞過若干動滑輪和定滑輪組成的滑輪組。在理想狀態下,當起升機構升降運動時,鋼絲繩隨著動滑輪和定滑輪的轉動,無摩擦地、滾動地通過滑輪的繩槽。滑輪組中的平衡滑輪是用來調整滑輪左右兩邊鋼絲繩長度與拉力的差異的。當繞過它的鋼絲繩兩分支受力不均勻時,平衡滑輪稍許轉動,以均衡鋼絲繩的張力。
(1)滑輪組的種類。按工作原理,可分為省力滑輪組和增速滑輪組。省力與增速不能兼得。省力滑輪組可用較小的力升降較重的物料,起重機的起升機構和鋼絲繩變幅機構都采用省力滑輪組。
按構造形式,根據繞入卷筒的鋼絲繩分支數可分為單聯滑輪組(見圖6-13)和雙聯滑輪組(見圖6-14)。單聯滑輪組繞人卷筒的鋼絲繩只有一根,多用于臂架類型起重機;雙聯滑輪組繞人卷筒的鋼絲繩有兩根,常用于橋架類型的起重機。
圖6-13 滑輪幾何尺寸圖
1-動滑輪 2-導向滑輪 3-卷筒
圖6-14 雙聯滑輪組
1-動滑輪 2-均衡滑輪 3-卷筒
(2)滑輪組的倍率。倍率是指滑輪組省力的倍數,也是減速的倍數,用m表示。在不考慮摩擦的理想狀態下,m值可按下式計算:
單聯滑輪組的倍率等于鋼絲繩分支數;雙聯滑輪組的倍率等于鋼絲繩分支數的一半。
滑輪組倍率大小,對驅動裝置總體尺寸有較大的影響。倍率增加時,鋼絲繩每個分支拉 力減小,卷筒直徑也可減小。但在起升高度一定時,卷筒長度要增加,而且在起升速度不變時,需提高卷筒轉數。滑輪組倍率不是越大越好,而要根據起重量按標準確定。
(3)滑輪組的效率。實際情況下,滑輪組的省力倍數比無摩擦的理想狀況要小。滑輪的效率損失主要來自軸承摩擦阻力和鋼絲繩僵性阻力,二者產生的內摩擦,消耗了鋼絲繩部分要比滑輪組的小些,因為對卷筒只有單方面的繞進或繞出,但計算時,滑輪與卷筒兩者的效率常取同值。
對于單個滑輪,其效率是由繞進滑輪的分支拉力與繞出分支拉力之比值所決定,滾動軸承的滑輪效率為0.98,滑動軸承的滑輪效率為0.95。滑輪組效率與滑輪效率及倍率有關,滑輪組的倍率和效率見表6-9。
滑輪組倍率(m) 2 3 4 5 6 8 10
滾動軸承滑輪組效率(ηz) 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.935 0.916
滑動軸承滑輪組效率(ηz) 0.975 0.95 0.925 0.90 0.88 0.84 0.80
表6-9滑輪組的倍率和效率
(4)滑輪組鋼絲繩的拉力。在考慮滑輪的阻力后,應計算滑輪組鋼絲繩每分支實際的拉力。
單聯滑輪組鋼絲繩每分支的拉力為:
雙聯滑輪組鋼絲繩每分支的拉力為:
式中:S--鋼絲繩每分支所受的拉力;
PQ--起升載荷;
m--滑輪組倍率;
ηz--滑輪組效率。
(5)滑輪的安全要求和報廢標準。
滑輪的使用安全要求為:
第一,保證滑輪直徑與鋼絲繩直徑的比值(h2)不應小于表6-5中的規定值。平衡滑輪h2值,對于橋式類型起重機與一般滑輪取等值;對于臂架類型起重機取不小于一般滑輪直的0.6倍。
第二,滑輪不應有缺損和裂紋,滑輪槽應光潔平整,不得有損傷鋼絲繩的缺陷。
第三,滑輪應配置防止鋼絲繩跳出繩槽的裝置。
金屬鑄造的滑輪,出現下述情況之一時應報廢。
①裂紋;
②輪槽不均勻磨損達 3mm;
③輪槽壁厚磨損達原壁厚的20%;
④因磨損使輪槽底部直徑減小量達鋼絲繩直徑的50%;
⑤滑輪軸磨損量達原直徑的3%;
③其他損害鋼絲繩的缺陷。