起重机械讲座（11）---滑轮与滑轮组

　　滑轮、卷筒和钢丝绳三者共同组成起重机的卷绕系统，将驱动装置的回转运动转换成吊载的升降直线运动。滑轮和卷筒是起重机的重要部件，它们的缺陷或运行异常会加速钢丝绳的磨损，导致钢丝绳脱槽、掉钩，从而引发事故。
1．概述
　 （1）滑轮的分类与作用。根据滑轮的中心轴是否运动，可将其分为动滑轮和定滑轮两类。定滑轮的心轴固定不动，其作用是改变钢丝绳的方向；动滑轮的心轴可以位移，动、定滑轮都可绕其心轴转动。钢丝绳依次绕过若干定滑轮和动滑轮组成的滑轮组，可以达到省力或增速的目的。此外，通过滑轮可以改变钢丝绳的运动方向。平衡滑轮还可以均衡张力。
　 （2）滑轮的制造方法与材料。铸铁滑轮适于轻、中级工作机构，常用灰铸铁和球墨铸铁，对钢丝绳磨损小，但其强度较低，脆性大，碰撞容易破损；当工作机构级别较高时，采用铸钢滑轮；滑轮直径较大，铸造困难时，采用焊接滑轮以减轻其自重。滑轮也可采用塑料、铝合金等材料。
　 （3）滑轮的构造与尺寸。滑防田轮缘（包括绳槽）、轮辐、轮毂组成（见图6-12）。

图6-12 滑轮几何尺寸图

轮缘是承载钢丝绳的主要部位，轮福将轮缘与毂轮连接．整个滑轮通过轮毂安装在滑轮轴上。滑轮的合理结构保证钢丝绳顺利通过并不易跳槽。
　 滑轮的主要尺寸及其功能有：
　 D。--计算直径，按钢丝绳中心计算的滑轮卷绕直径， mm。
　 R--绳槽半径，保证钢丝绳与绳槽有足够的接触面积． R＝（0.53～0.6）d， mm。
　β--钢槽侧夹角。钢丝绳穿绕上下滑轮时。容许与滑轮轴线有一定偏斜，一般β＝35°～40°。
　 C--绳槽深度，其足够的深度防止钢丝绳跳槽，mm。
　 D--滑轮绳槽直径， mm。
　 B--轮毂厚度，mm。
　 其中，DO为影响钢丝绳寿命的关键尺寸，必须满足下列关系式：
DOmin≥h2dDO＝ D+d
式中:D0min--按钢丝绳中心计算的滑轮允许的最小卷绕直径，mm；
　 　d--钢丝绳直径，mm；
　 　h2--滑轮直径与钢丝绳直径的比值。
2．滑轮组
　 钢丝绳依次穿绕过若干动滑轮和定滑轮组成的滑轮组。在理想状态下，当起升机构升降运动时，钢丝绳随着动滑轮和定滑轮的转动，无摩擦地、滚动地通过滑轮的绳槽。滑轮组中的平衡滑轮是用来调整滑轮左右两边钢丝绳长度与拉力的差异的。当绕过它的钢丝绳两分支受力不均匀时，平衡滑轮稍许转动，以均衡钢丝绳的张力。
　 （1）滑轮组的种类。按工作原理，可分为省力滑轮组和增速滑轮组。省力与增速不能兼得。省力滑轮组可用较小的力升降较重的物料，起重机的起升机构和钢丝绳变幅机构都采用省力滑轮组。
　 按构造形式，根据绕入卷筒的钢丝绳分支数可分为单联滑轮组（见图6-13）和双联滑轮组（见图6-14）。单联滑轮组绕人卷筒的钢丝绳只有一根，多用于臂架类型起重机；双联滑轮组绕人卷筒的钢丝绳有两根，常用于桥架类型的起重机。

图6-13 滑轮几何尺寸图
1-动滑轮 2-导向滑轮 3-卷筒

图6-14 双联滑轮组
1-动滑轮 2-均衡滑轮 3-卷筒

　 （2）滑轮组的倍率。倍率是指滑轮组省力的倍数，也是减速的倍数，用m表示。在不考虑摩擦的理想状态下，m值可按下式计算：

　 单联滑轮组的倍率等于钢丝绳分支数；双联滑轮组的倍率等于钢丝绳分支数的一半。
　 滑轮组倍率大小，对驱动装置总体尺寸有较大的影响。倍率增加时，钢丝绳每个分支拉 力减小，卷筒直径也可减小。但在起升高度一定时，卷筒长度要增加，而且在起升速度不变时，需提高卷筒转数。滑轮组倍率不是越大越好，而要根据起重量按标准确定。
　 （3）滑轮组的效率。实际情况下，滑轮组的省力倍数比无摩擦的理想状况要小。滑轮的效率损失主要来自轴承摩擦阻力和钢丝绳僵性阻力，二者产生的内摩擦，消耗了钢丝绳部分要比滑轮组的小些，因为对卷筒只有单方面的绕进或绕出，但计算时，滑轮与卷筒两者的效率常取同值。
　 对于单个滑轮，其效率是由绕进滑轮的分支拉力与绕出分支拉力之比值所决定，滚动轴承的滑轮效率为0．98，滑动轴承的滑轮效率为0．95。滑轮组效率与滑轮效率及倍率有关，滑轮组的倍率和效率见表6-9。
滑轮组倍率（m） 2 3 4 5 6 8 10
滚动轴承滑轮组效率(ηz） 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.935 0.916
滑动轴承滑轮组效率(ηz） 0.975 0.95 0.925 0.90 0.88 0.84 0.80
表6－9滑轮组的倍率和效率
　 （4）滑轮组钢丝绳的拉力。在考虑滑轮的阻力后，应计算滑轮组钢丝绳每分支实际的拉力。
　 单联滑轮组钢丝绳每分支的拉力为：
　 双联滑轮组钢丝绳每分支的拉力为：

式中:S--钢丝绳每分支所受的拉力；
　 　PQ--起升载荷；
　 　m--滑轮组倍率；
　 　ηz--滑轮组效率。
　 （5）滑轮的安全要求和报废标准。
　 滑轮的使用安全要求为：
　 第一，保证滑轮直径与钢丝绳直径的比值（h2）不应小于表6-5中的规定值。平衡滑轮h2值，对于桥式类型起重机与一般滑轮取等值；对于臂架类型起重机取不小于一般滑轮直的0.6倍。
　 第二，滑轮不应有缺损和裂纹，滑轮槽应光洁平整，不得有损伤钢丝绳的缺陷。
　 第三，滑轮应配置防止钢丝绳跳出绳槽的装置。
　 金属铸造的滑轮，出现下述情况之一时应报废。
　 ①裂纹；
　 ②轮槽不均匀磨损达 3mm；
　 ③轮槽壁厚磨损达原壁厚的20%；
　 ④因磨损使轮槽底部直径减小量达钢丝绳直径的50%；
　 ⑤滑轮轴磨损量达原直径的3%；
　 ③其他损害钢丝绳的缺陷。