CN109368526A - 一种钢板卷制的卷筒的壁厚计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种钢板卷制的卷筒的壁厚计算方法，包括以下步骤：步骤一：按照GB/T3811起重机设计规范，金属结构件的最大安全系数取1.5进行壁厚计算；步骤二：在不考虑稳定性的情况下，将上述公式进行分析推导，得出钢丝绳单层缠绕情况下卷筒壁厚与钢丝绳直径的关系，步骤三：按照以上卷筒壁厚与钢丝绳的系数关系设计卷筒壁厚,在稳定性不满足时,通过在卷筒内增加隔板提高稳定性，调整两隔板间距离，取得最小壁厚。相对于现有技术，本发明的计算方法可将卷筒壁厚设计的最优,对卷筒的加工工艺性和制造成本都有较大的降低。
Description
技术领域
本发明涉及钢制卷筒技术领域，具体涉及一种钢板卷制的卷筒的壁厚计算方法。
背景技术
随着国家环保政策的实施,对制造企业在生产制造过程中产生对环境的污染和破坏的指标要求越来越严。目前，卷筒是经过高温炼钢、浇铸成型及后续加工制成的，这种方法制成的卷筒称为铸造卷筒，铸造卷筒由于采用炼钢热加工、注模成型，会对环境产生污染。因此，采用钢板卷制卷筒代替铸造卷筒成为各起重机制造企业的首选，钢板卷制卷筒是利用卷缘机将钢板卷成圆形的卷筒，这种方法无需炼钢、浇铸热加工，节能环保。然而，由于各企业对钢制卷筒壁厚的设计标准不统一，有些材料浪费较大，因此，本领域需要一种钢板卷制的卷筒的壁厚计算方法来对其进行优化、筛选，需要计算、重新选择系数。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种钢板卷制的卷筒的壁厚计算方法。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种钢板卷制的卷筒的壁厚计算方法，包括以下步骤：
步骤一：取金属结构件的最大安全系数进行壁厚计算，得出壁厚；
步骤二：在不考虑稳定性的情况下，按照单层钢丝绳缠绕的情况，对上述壁厚进行分析推导，得出钢丝绳单层缠绕情况下，在不同抗拉强度、工作级别、卷筒材料、安全系数下的卷筒壁厚与钢丝绳直径的关系;
步骤三：按照上述卷筒壁厚与钢丝绳直径的关系设计卷筒壁厚,在稳定性不满足时,通过在卷筒内增加隔板提高稳定性，调整两隔板间距离，取得最小壁厚。
所述金属结构件的最大安全系数取1.5，壁厚的计算公式为
σs/σm=σs /（f1* f2* f3*Smax/（δ* t+0.112* t* t））≥1.5
其中，σm为卷筒壁挤压应力，σs为材料的屈服极限，f1为钢丝绳绕入时应力减小系数，f2为拉力系数，f3为卷绕层数系数，Smax为钢丝绳最大工作静拉力，δ为卷筒壁厚，t为绳槽节距。
所述f1取0.75，f3按照一层拉力系数取1.0，推导得到的卷筒壁厚与钢丝绳直径的关系公式为
δ≥（1.125* f2* K *R0/n /σs/1.12-0.12544）*D
其中，K为最小破断拉力系数，R0为公称抗拉，单位为Mpa，n为钢丝绳不同工作级别安全系数，D为钢丝绳直径，单位为mm。
所述绳槽节距t与钢丝绳的关系为：t=1.12*D，此关系公式是根据绳槽标准统计得出的。
有益效果：相对于现有技术，本发明能够针对各企业实际工作中的工作级别等工况对卷筒的要求，先在不考虑稳定性的情况下，得出钢丝绳单层缠绕情况下卷筒壁厚与钢丝绳的系数关系表，根据系数关系表设计卷筒壁厚，在稳定性不满足时, 通过在卷筒内增加隔板提高稳定性，调整两隔板间距离，优化计算得出最小的卷筒壁厚，将卷筒壁厚设计的最优,对卷筒的加工工艺性和制造成本都有较大的降低，响应国家环保政策。
附图说明
图1是卷筒的结构示意图。
具体实施方式
一种钢板卷制的卷筒的壁厚计算方法，包括以下步骤：
步骤一：取金属结构件的最大安全系数进行壁厚计算，得出壁厚；
步骤二：在不考虑稳定性的情况下，按照单层钢丝绳缠绕的情况，对上述壁厚进行分析推导，得出钢丝绳单层缠绕情况下，在不同抗拉强度、工作级别、卷筒材料、安全系数下的卷筒壁厚与钢丝绳直径的关系;
步骤三：按照上述卷筒壁厚与钢丝绳直径的关系设计卷筒壁厚,在稳定性不满足时,通过在卷筒内增加隔板提高稳定性，调整两隔板间距离，取得最小壁厚。
所述金属结构件的最大安全系数取1.5，壁厚的计算公式为
σs/σm=σs /（f1* f2* f3*Smax/（δ* t+0.112* t* t））≥1.5
其中，σm为卷筒壁挤压应力，σs为材料的屈服极限，f1为钢丝绳绕入时应力减小系数，f2为拉力系数，f3为卷绕层数系数，Smax为钢丝绳最大工作静拉力，δ为卷筒壁厚，t为绳槽节距。
所述f1取0.75，f3按照一层拉力系数取1.0，推导得到的卷筒壁厚与钢丝绳直径的关系公式为
δ≥（1.125* f2* K *R0/n /σs/1.12-0.12544）*D
其中，K为最小破断拉力系数，R0为公称抗拉，单位为Mpa，n为钢丝绳不同工作级别安全系数，D为钢丝绳直径，单位为mm。
所述绳槽节距t与钢丝绳的关系为：t=1.12*D，此关系公式是根据绳槽标准统计得出的。
具体推导过程如下：
如图1所示，一种钢板卷制的卷筒的壁厚计算方法，根据国内某知名专业起重机制造商出版的设计手册公式，已知卷筒内壁表面最大挤压应力σm公式，卷筒壁单位压力p公式，卷筒壁挤压应力σm公式，稳定性系数k公式，
σm= f1* f2* f3*Smax/（δ* t+0.112* t* t） （1）
σm≤σs/2 （2）
p=2* Smax /（Dt *t） （3）
p0=185000*δ5/2/（ Lj*（0.5* Dt）3/2） （4）
k=p/p0≥1.3 （5）
上述公式中，δ：卷筒壁厚，t: 绳槽节距，Dt: 卷筒直径，f1: 钢丝绳绕入时应力减小系数，一般取0.75，f2: 拉力系数，不同工作级别对应的拉力系数如表1，f3: 卷绕层数系数，不同卷绕层数对应的系数如表2，Smax: 钢丝绳最大工作静拉力，σs为材料的屈服极限，Lj为计算段两幅板间距离，Lj=Lt-l-0.5*（S1+S2），Lt为卷筒长度，S1为卷筒尾部法栏板厚度，S2为筒体内隔板厚度；
表1 不同工作级别对应的拉力系数
| 工作级别 | M3 | M4 | M5 | M6 | M7 | M8 |
| f2 | 1.00 | 1.12 | 1.25 | 1.40 | 1.60 | 1.80 |
表2 卷绕层数系数
| 卷绕层数 | 1 | 2 | 3 | ≥4 |
| f3 | 1 | 1.4 | 1.8 | 2 |
通过以上公式可以计算卷筒壁厚所需最小值。
从以上公式可以看出,卷筒壁厚是由内壁表面最大挤压应力和卷筒壁稳定性决定, 已知，内壁表面最大挤压应力安全系数不小于2，稳定性系数不小于1.3，结合以上公式，计算段两幅板间距离关系最大，间距越小，壁厚可以较薄；综上作以下调整进行分析试验。
步骤一：按照GB/T3811起重机设计规范，金属结构件的最大安全系数应为1.48，取1.5进行壁厚计算；
步骤二：在不考虑稳定性的情况下，将上述公式进行分析推导，得出钢丝绳单层缠绕情况下卷筒壁厚与钢丝绳直径的关系，具体如下：
σs/σm=σs /（f1* f2* f3*Smax/（δ* t+0.112* t* t））≥1.5，
f1:一般取0.75，
f3: 卷绕层数系数，按照 1层拉力系数=1.0，
σs/σm=σs /（0.75* f2*1*Smax/（δ* t+0.112* t* t））≥1.5，
σs ≥1.5*0.75* f2*1*Smax/（δ* t+0.112* t* t），
δ* t+0.112* t* t≥1.125* f2*Smax/σs，
δ≥(1.125* f2*Smax/σs-0.112* t* t)/ t，
δ≥1.125* f2*Smax/σs/ t-0.112* t，
根据绳槽标准统计得出绳槽节距与钢丝绳的关系为：t=1.12*D，
δ≥1.125* f2*Smax/σs/(1.12*D)-0.112* 1.12*D，
钢丝绳最大工作静拉力Smax= F/n= K*R0*D*D/n，其中n为钢丝绳不同工作级别安全系数，
钢丝绳破断拉力:F=K*R0*D*D，其中K为最小破断拉力系数；R0为公称抗拉，单位为Mpa，取值为1570，1670，1770，1870，1960；D为钢丝绳直径，单位为mm；
Smax= F/n= K *R0*D*D/n；
δ≥1.125* f2* K *R0*D*D/n /σs/(1.12*D)-0.112* 1.12*D；
δ≥（1.125* f2* K *R0/n /σs/1.12-0.12544）*D；
设（1.125* f2* K *R0/n /σs/1.12-0.12544）为系数X，为钢丝绳在不同抗拉强度、工作级别、卷筒材料、安全系数下的卷筒壁厚关系；
根据以上公式，代入相应数据，得出钢丝绳单层缠绕情况下卷筒壁厚与钢丝绳直径的关系，如下表3和表4，表3适用于纤维芯钢丝绳，表4适用于钢芯钢丝绳。
表3 纤维芯钢丝绳单层缠绕情况下卷筒壁厚与钢丝绳的系数关系
表4 钢芯钢丝绳单层缠绕情况下卷筒壁厚与钢丝绳的系数关系
注：表3和表4中6×19、6×37分别代表钢丝绳的规格。
步骤三：按照以上卷筒壁厚与钢丝绳的系数关系设计卷筒壁厚,在稳定性不满足时, 通过在卷筒内增加隔板提高稳定性，调整两隔板间距离，取得最小壁厚，可将卷筒壁厚设计的最优,对卷筒的加工工艺性和制造成本都有较大的降低。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (4)
1.一种钢板卷制的卷筒的壁厚计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：取金属结构件的最大安全系数进行壁厚计算，得出壁厚；
步骤二：在不考虑稳定性的情况下，按照单层钢丝绳缠绕的情况，对上述壁厚进行分析推导，得出钢丝绳单层缠绕情况下，在不同抗拉强度、工作级别、卷筒材料、安全系数下的卷筒壁厚与钢丝绳直径的关系；
步骤三：按照上述卷筒壁厚与钢丝绳直径的关系设计卷筒壁厚,在稳定性不满足时,通过在卷筒内增加隔板提高稳定性，调整两隔板间距离，取得最小壁厚。
2.如权利要求1所述的钢板卷制的卷筒的壁厚计算方法，其特征在于：所述步骤一中金属结构件的最大安全系数取1.5，壁厚的计算公式为
σs/σm=σs /（f1* f2* f3*Smax/（δ* t+0.112* t* t））≥1.5
其中，σm为卷筒壁挤压应力，σs为材料的屈服极限，f1为钢丝绳绕入时应力减小系数，f2为拉力系数，f3为卷绕层数系数，Smax为钢丝绳最大工作静拉力，δ为卷筒壁厚，t为绳槽节距。
3.如权利要求2所述的钢板卷制的卷筒的壁厚计算方法，其特征在于：所述f1取0.75，f3按照一层拉力系数取1.0，推导得到的卷筒壁厚与钢丝绳直径的关系公式为
δ≥（1.125* f2* K *R0/n /σs/1.12-0.12544）*D
其中，K为最小破断拉力系数，R0为公称抗拉，单位为Mpa，n为钢丝绳不同工作级别安全系数，D为钢丝绳直径，单位为mm。
4.如权利要求3所述的钢板卷制的卷筒的壁厚计算方法，其特征在于：所述绳槽节距t与钢丝绳的关系为：t=1.12*D，此关系公式是根据绳槽标准统计得出的。
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