20T吊鉤橋式起重機的設計【說明書+CAD】

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Chinas production of electrical hook rated double-beam bridge crane lifting the range of 5 500 t, generally more than 10 t, cranes are the main, two sets of lifting300 t above, there are three sets of cranes lifting bodies. Two-electric beam from the bridge crane, the trolley running, traveling mechanism and electrical equipment constituted. The overall design of the system using the traditional layout of the typical structure and operation of institutions used car driven focus. Pulley group or agency from using double-pulley blocks, heavy objects in the process of lifting the level of no movement, or from the process smooth, and the installation and replacement of wire rope easily. Winding installations in the corresponding single reel, a large area of contact with the rope, the advantages of low pressure units. In lifting bodies also involves rope, reducer, couplings, electrical and brake the choice. Vehicles involved in the operation of institutions pressure on the wheels, car wheels, car track, reducer, couplings, electrical and brake the choice of calculation. In the crane control, or from the institutions with the main controller and magnetic control of the screen to achieve control, big and small car cam controller running institutions with direct control. In the control system design, mainly for lifting bodies, traveling mechanism, the car run institutions circuit design and control system for the protection of the circuit design. Use of low-voltage electrical components control crane, a longer service life for workshop harsh environment. Key words: bridge crane hoisting mechanism car agencies operating electric control system重慶科技學院?？粕厴I(yè)設計 目錄目錄中文摘要 英文摘要 1緒論 11.1橋式起重機簡介 11.2普通橋式起重機的主要組成部分 11.2.2大車 11.2.2小車 11.2.3動力裝置和控制系統(tǒng) 11.3普通橋式起重機的運行方式 12設計任務及參數(shù) 22.1主要技術參數(shù) 22.2起重機工作機構的級別 23吊鉤組的設計計算 33.1原始參數(shù) 33.2設計步驟 34滑輪組的設計計算 85鋼絲繩的選擇 116卷筒的設計計算 127鋼絲繩在卷筒上的固定 168起升機構的設計計算 188.1原始參數(shù) 188.2設計計算步驟 189小車運行機構的設計計算 269.1原始參數(shù) 269.2設計計算步驟 2610起重機主梁的設計計算 3610.1橋式起重機主梁的設計計算主要涉及內容 3611安全裝置的選擇說明 3711.1主要安全裝置的說明 3711.1.1走臺與欄桿 3711.1.2排障板 3711.1.3小車行程限位開關 3711.1.4起升高度限位開關 3711.1.5大車行程限位開關 3711.1.6緩沖器與擋鐵 3711.2小車緩沖器選擇計算 3811.3大車緩沖器選擇計算 3912 20噸橋式起重機的控制系統(tǒng)設計 4012.1控制電路設計分析 4012.1.1控制對象分析及控制元件的確定 4012.1.2控制系統(tǒng)的基本要求 4012.1.3電動機的工作狀態(tài)分析 4112.1.4起重機的供電 4312.2起升機構控制電路的工作原理 4412.2.1起升機構控制電路的特點 4412.2.2起升機構電路的保護與聯(lián)鎖 4412.2.3起升機構電氣工作控制原理 4512.3小車運行機構電路工作原理 4912.3.1小車運行機構電路工作特點 4912.3.2小車運行機構的電氣控制原理 5012.4大車運行機構電路工作原理 5112.4.1大車運行機構電路工作特點 5112.4.2大車運行機構的電氣控制原理 5212.5保護電路的工作原理 5312.5.1保護電路的組成 53結束語 55參考文獻 56附錄1觸點狀態(tài)表 1.1起升機構主令控制器SA觸點狀態(tài)表1.2小車凸輪控制器SA1觸點狀態(tài)表1.3大車凸輪控制器SA2觸點狀態(tài)表附錄2電氣原理圖 2.1起升機構電氣原理圖2.2小車運行機構電氣原理圖2.3大車運行機構電氣原理圖2.4保護電路電氣原理圖2.5 20t橋式起重機總電氣原理圖63重慶科技學院?？粕厴I(yè)設計 1緒論1 緒論1.1橋式起重機的簡介 橋式起重機是生產(chǎn)車間、料場、電站廠房和倉庫中為實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化和自動化，減輕體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率的重要物品搬運設備。它通常用來搬運物品，也可用于設備的安裝與檢修等用途。橋式起重機安裝在廠房高處兩側的吊車梁上，整機可以沿鋪設在吊車梁上的軌道縱向行駛，而起重小車又可沿小車軌道（鋪設在起重機的橋架上）橫向行駛，吊鉤則作升降運動。因此，它的工作范圍是其所能行駛地段的長方體空間，正好與一般車間形式相適應。1.2普通橋式起重機的主要組成部分1.2.1大車由橋架和大車運行機構組成。橋架：橋架為起重機的金屬結構，一方面支撐小車，允許小車在它上面橫向行駛；另一方面又是起重機行走的車體，可沿鋪設在廠房上面的軌道行駛。在其兩側的走臺上，安裝有大車運行機構和電器設備，大車運行機構用來驅動大車行走，大車上一般還有駕駛室，用來操縱起重機和安裝各機構的控制設備。橋架主要由主梁和端梁組成。設計時要考慮其強度，剛度和穩(wěn)定性要求，也應考慮自重和外形尺寸要小，加工制造簡單，運輸，存放和使用維修方便，成本低等因素。1.2.2小車小車由起升機構，小車運行機構，小車架和保護裝置等組成。小車架要承受起升載荷和各機構自重，應有足夠的強度和剛度，同時又要盡量減輕自重，以降低輪壓和橋架受載。小車的電力則由滑線或軟電纜引入。設計時要考慮改善零部件的受力情況、減少外形尺寸和自重、安全可靠、工作平穩(wěn)、裝配維修方便等因素。1.2.3動力裝置和控制系統(tǒng)動力裝置是驅動起重機運動的動力設備，它在很大程度上決定了起重機的性能和構造特點，橋式起重機的動力裝置一般采用電動機。控制系統(tǒng)包括操縱裝置和安全裝置。各機構的啟動、調速、改向、制動和停止，都通過操縱控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。1.3普通橋式起重機的運行方式 橋式起重機是一種循環(huán)的、間隙動作的、短程搬運機械。一個工作循環(huán)一般包括上料、運送、卸料及回到原位的過程，即取物裝置從取物地點由起升機構把物料提起，由運行機構把物料移位，然后物料在指定地點下放，接著進行相反動作，使取物裝置回到原處，以便進行下一次工作循環(huán)。在兩個工作循環(huán)之間一般有短暫的停歇。起重機工作時，各機構經(jīng)常處于起動、制動以及正向、反向等相互交替的運動狀態(tài)之中。重慶科技學院?？粕厴I(yè)設計 2 設計任務及技術參數(shù)2 設計任務及技術參數(shù)2.1主要技術參數(shù)： 最大起重量： 20噸 粱跨度： 31500mm 起升速度: 18 28m/min 起升高度: 14mm 起重機運行速度: 80 95m/min 起升機構運行速度: 40 45m/min2.2起重機工作機構的級別: 起重機工作級別A6; 其中載荷狀態(tài)為Q2(有時起升額定載荷,一般起升中等載荷);利用等級為T6(總工作循環(huán)次數(shù)N=,不經(jīng)常繁忙使用) 起升機構工作級別M6;其中利用等級為T6,載荷狀況為L2小車運行機構工作級別M4;其中利用等級為T4,載荷狀況L3 大車運行機構工作級別M4;其中利用等級為T4,載荷狀況L2重慶科技學院專科生畢業(yè)設計 3 吊鉤組的選擇計算3 吊鉤組的選擇計算3.1原始參數(shù) 機構工作級別:M6, 采用雙聯(lián)滑輪組,倍率: m=4起升質量: = 20 t 起升載荷: 起升速度: 初取3.2設計步驟計算項目計算內容計算結果1.吊鉤形式選擇吊鉤采用倍率m=4的雙聯(lián)滑輪組,故采用長形吊鉤組吊鉤用普通的短吊鉤長形吊鉤組 普通短吊鉤2.吊鉤結構及制造方法的確定選用吊鉤斷面為梯形的吊鉤,其受力情況合理.用鍛造方式制造,材料為20鋼,機加工前熱處理,硬度小于或等于156HBS梯形斷面吊鉤鍛造制造3.吊鉤主要尺寸的確定D=160h=180mmB=140mm4.鉤身強度計算計算項目12和34斷面為危險斷面，通常垂直斷面34取與水平斷面12相同的斷面，而最大拉應力約為12斷面的50% ，故只驗算12面。計算內容 計算結果4.鉤身強度計算計算公式： N/ 式中：A斷面面積，A=15840斷面重心坐標，=65mm斷面形狀系數(shù)，=0.096起升動力系數(shù)，=1.56對于20鋼，查表得；取安全系數(shù)n=1.3，則許用應力為： 鉤身驗算通過 5.吊鉤尾部螺紋直徑的確定即=85mm式中： 同上螺紋根部直徑材料許用應力查表取梯形圓螺紋：6.確定吊鉤螺母尺寸計算項目螺母最小工作高度：H=0.8d=72mm根據(jù)實際結構，需設防松螺栓，故取螺母高度為：90mm 螺栓外徑D=（1.72）d=153180mm選取D=160mm上式中d為螺紋公稱直徑，d=90mm計算內容 H=90mmD=160mm計算結果7.選擇推力軸承根據(jù)所選吊鉤螺母尺寸，查表初選推力軸承型號：81124 其額定靜載荷=660KN，因軸承在工作時很少轉動，只需校驗額定靜載荷即可。當量靜負荷：安全系數(shù)，取=1.25 校驗通過選擇 81124型推力軸承8.吊鉤橫梁的計算根據(jù)滑輪尺寸，吊鉤組裝置示意圖為吊鉤梁可看作簡支梁，受力圖如下：橫梁中間斷面尺寸如下示： 集中載荷：=L=475mm P1=P2=L=475mm=237.5mmD=106mmB=160mmP=312KN計算項目計算內容 計算結果8.吊鉤橫梁的計算最大彎矩計算如下： KNm =18.529KNm中間斷面的彎曲系數(shù)：最大彎曲應力為： 橫梁材料為45鋼，查表得屈服極限：取安全系數(shù)n=3，則許用強度：由 取h=150mmh=150mm9.吊鉤拉板強度計算拉板結構尺寸如下圖所示，斷面AA受拉伸應力，計算如下： 其中 為拉板厚度因拉板材料為A3鋼，查表得屈服極限： 取安全系數(shù)n=1.7,則許用拉伸應力為：n=1.7計算項目計算內容計算結果9.吊鉤拉板強度計算因： mm因軸孔要受擠壓應力，則有：取安全系數(shù) n=3.5, 則有 由上可得：取 拉板結構圖如下： 14 mmn=3.56.0376mmb=200mmd=120mmh=100mm重慶科技學院?？粕鷺I(yè)設計 4 滑輪組的設計計算4 滑輪組的設計計算計算項目計算內容計算結果1.滑輪結構形式及相關尺寸的確定采用鑄鋼滑輪，因為其強度和沖擊韌性好，材料選：2G230450材料2G230450A=63mmB=45mmS=14mmC=37mmR=12mmM=14mm r=3m2.滑輪直徑的確定(1) 普通滑輪直徑的選擇：查表選取D=630mm式中：h與機構工作級別和鋼絲繩結構有關的系數(shù)，查表取h=22.4 d鋼絲繩直徑，d=20mm(2) 平衡輪直徑的選擇：D=630mm3.吊鉤組上滑輪軸的計算計算項目 （1）吊鉤裝置簡圖如下；計算內容L=475mmL1=78mmL2=112mmL3=95mm計算結果3.吊鉤組上滑輪軸的計算計算項目（2）.滑輪軸可簡化為簡支梁，認為作用四個集中載荷受力情況圖如下： =78KN =20904彎曲應力為：滑輪軸材料為45鋼， 則有： 查手冊選取 d=130mm計算內容材料：45鋼d=130mm計算結果4.滑輪軸承的選擇計算軸承的圓周速度：工作轉數(shù)：每個滑輪中均采用兩個徑向滾動軸承，根據(jù)滑輪組的選擇，查表選用6226型軸承。查表得，額定靜載荷： 額定動載荷： 所選軸承的驗算： ()驗算通過式中：壽命系數(shù)，取=2負荷系數(shù)，=1.5速度系數(shù)，=0.95溫度系數(shù)，=1軸承徑向負荷： =39KN由于， e 因此有當量動負荷：選用6226型軸承=123.2KN 校核通過式中n 為鋼絲繩折減系數(shù)，取n=0.85鋼絲繩最小破斷拉力，查手冊選取=220KNd=20mm校核通過n=0.85=220KN重慶科技學院?？粕厴I(yè)設計 6 卷筒的設計計算3.鋼絲繩的標記選取鋼絲繩為：直徑20mm，光面鋼絲，結構形式為6西魯式，纖維芯，抗拉強度為1670，右交互捻，最小破斷拉力為220KN，單位長度重量147標記：20NAT619S+FC1670ZS220147GB/T89181996標記：20NAT1670ZS220147GB/T89181996 6 卷筒的設計計算計算項目計算內容計算結果1.卷筒類型的初步選擇由于起升高度比較高，根據(jù)滑輪倍率和起升速度，采用雙聯(lián)卷筒，標準槽形，用鑄造方式制造，材料為灰鑄鐵 雙聯(lián)卷筒，標準槽，灰鑄鐵鑄造2.卷筒直徑的定（1）直徑確定：D查手冊選用A型卷筒，直徑D=400mm式中： h與機構級別有關的系數(shù)，取h=20 d鋼絲繩的直徑，d=20mm（2）卷筒的槽形的選擇：查手冊，選標準槽形，其尺寸如下：槽底半徑R=11mm,槽距，表面精度為1級，標記為：槽形 JB/T9006.11999A型卷筒D=400mmR=11mm表面精度為1級槽形 JB/T9006.119993.雙聯(lián)卷筒長度及壁厚的確定計算項目（1）卷筒上有螺旋槽部分長 =式中：滑輪組倍率， 卷筒計算直徑最大起升高度，固定鋼絲繩安全圈數(shù)，繩槽槽距，=22mm（2）雙聯(lián)卷筒長度L：取L=2500mm計算內容=22mmL=2500mm計算結果3.雙聯(lián)卷筒長度及壁厚的確定式中：卷筒兩端的邊緣長度根據(jù)結構取=70mm固定鋼絲繩所需長度中間光滑部分長度根據(jù)鋼絲繩允許偏角左右，則有：取物裝置處于上極限時，動滑輪軸線與卷筒軸線的間距，取=1500mm由卷筒出來的兩根鋼絲繩引入懸掛裝置的兩動滑輪的間距: =319mm所選卷筒標記為：卷筒A400左 JB/T9006.21999（3）卷筒壁厚確定 對鑄鐵卷筒，按經(jīng)驗公式初選：（610）=0.02400+（610） =1418mm取=70mm=66mm取=180mm卷筒A40025001122144左JB/T9006.219994.卷筒強度的計算計算項目因卷筒長度L=2500mm3D=1200mm需計算壓應力和彎曲應力。（1）壓應力的計算卷筒最大壓應力在筒壁的內表面，計算內容計算結果4.卷筒強度的計算計算項目較核通過上式中：鋼絲繩最大靜拉力 =26288.7N許用壓應力抗壓強度，查手冊=750Mpan安全系數(shù)，取n=4.25鋼絲繩卷繞節(jié)距，=22mm(2) 彎曲應力的計算受力和彎曲簡圖：因扭轉應力很小，故忽略不計。式中：彎矩；=26288.7956.5 =25145141.55NW卷筒斷面抗彎模量； =2159690計算內容 校驗通過=26288.7N=750Mpan=4.25=22mm=25145141.55 NW=2159690計算結果4.卷筒強度的計算卷筒所受合應力： =35.8MpaMpa 校核通過式中：材料的抗拉強度，=320Mpan安全系數(shù)；取n=5=35.8Mpa 校核通過=320Mpan=55.卷筒的抗壓穩(wěn)定性驗算驗算公式： 式中：n穩(wěn)定系數(shù)；取n=1.5P卷筒壁單位面積受的外壓力；受壓失穩(wěn)臨界壓力；（22.6）=（22.6）2532.5=5.97 滿足穩(wěn)定性要求 滿足穩(wěn)定性要求重慶科技學院?？粕厴I(yè)設計 7 鋼絲繩在卷筒上的固定計算7 鋼絲繩在卷筒上的固定計算計算項目計算內容計算結果1固定方法的選擇采用壓板固定；因其構造簡單，裝拆方便，便于觀察和檢查，并安全可靠。其固定形式如下圖示：壓板固定2繩尾固定處拉力計算計算式如下：式中：鋼絲繩最大靜拉力鋼絲繩與卷筒的摩擦系數(shù)，取安全圈在卷筒上的包角；取e自然對數(shù)的底數(shù); e=2.718e=2.7183螺栓預緊力計算因選壓板槽為半圓形，故：P=4756.4N4螺栓強度驗算計算項目= =110MPa校驗通過計算內容 ; 滿足要求。（3）減速器的驗算 最大徑向力的驗算 許用徑向力： 實際傳動比=724 r/min a=4=420mmV=20m/min 滿足要求=42010.4N計算項目計算內容計算結果2.減速器的選擇 滿足要求鋼絲繩最大靜拉力卷筒重力；起升載荷動載系數(shù)，取=1.56減速器輸出軸端的最大允許徑向載荷，取=45600N最大扭矩驗算： = 8612.2 =42500 驗算通過式中：T鋼絲繩最大靜拉力在卷筒上產(chǎn)生的力矩減速器輸出軸允許的短暫最大扭矩，查手冊：=42500 滿足要求=1.56=8612.2 54.4KW驗算通過式中：電機額定功率； u電動機臺數(shù)；u=1電動機過載倍數(shù)；=3.3H電機有關系數(shù)；繞線型H=2.1V實際起升速度 54.4KW驗算通過u=1=3.3H=2.1V=19.1m/min計算項目計算內容計算結果3.校驗電機的過載和發(fā)熱機構的效率；取=0.8Q起升機構的總載荷；Q=（2）電機發(fā)熱校核 =68.385KW =65.26KW校核通過 式中：電機允許輸出功率，查表取 P=68.385KW 穩(wěn)態(tài)平均功率 =65.26KW=0.8Q=205KN 校核通過=68.385KW=65.26KW4.制動器的選擇制動轉矩滿足下式要求： =1.2054根據(jù)=1.2054；查表得選取YW500/121型電力液壓塊式制動器；額定制動轉矩=11202240；制動輪直徑：D=500mm; 轉動慣量：式中：制動器制動轉矩 制動安全系數(shù)；取=1.75 1205.4選取YW500/121型電力液壓塊式制動器=11202240D=500mm=1.755.聯(lián)軸器的選擇計算項目（1）電機與浮動軸連接處聯(lián)軸器 電機軸端尺寸：d=95mm(圓錐); L=170mm ; 浮動軸尺寸 ：d=95mm計算內容d=95mm(圓錐)L=170mmd=95mm計算結果5.聯(lián)軸器的選擇選取聯(lián)軸器應滿足下式要求： =5328式中：所傳遞扭矩計算值 聯(lián)軸器重要程度系數(shù)；=1.8角度偏差系數(shù)；=1傳動軸最大扭矩；（0.70.8） =聯(lián)軸器許用扭矩根據(jù)以上要求，查手冊，選用LM12型梅花彈性聯(lián)軸器；其m ；轉動慣量： ; 選用合理聯(lián)軸器標注為：LM12聯(lián)軸器MT12aGB/T 5272 2002（2）減速器與浮動軸的連接處聯(lián)軸器 浮動軸端尺寸：d=95mm減速器輸入軸：d=90mm L=170mm制動輪直徑：D=500 mm根據(jù)以上結構尺寸和T=5328m;選取LMZ11I500型帶制動輪的梅花型聯(lián)軸器；許用轉矩：=9000m =5328m選用合理T=1.8=12960選用LM12型 選用合理標注：LM12聯(lián)軸器MT12a GB/T 5272 2002d=95mmd=90mm L=170mmD=500 mm選取LMZ11I500型帶制動輪的梅花型聯(lián)軸器=9000m 選用合理計算項目計算內容計算結果5.聯(lián)軸器的選擇標注為：LMZ11I500聯(lián)軸器MT11b GB/T 52722002LMZ11I500聯(lián)軸器6.起動時間驗算計算項目（1）起重時間計算查表 推薦起動時間，=11.5S ; 滿足要求式中：電機起動轉矩；=1.6 電機靜阻力矩 機構運動質量換算到電機軸上的總轉動慣量=1.15（7.05+3.715）+=12.749電機轉動慣量；=7.05制動輪聯(lián)軸器轉動慣量；=3.715（2）起重加速度計算內容=1.1S=11.5S 滿足要求=12.749 =7.05=3.715計算結果7.制動時間驗算計算項目（1）滿載下降制動時間 = =1.4S 查表取 =11.5S=1.4S =11.5S滿足要求式中：滿載下降電機轉速；取制動器制動轉矩；=1500N滿載下降時制動軸靜轉矩； =731.85換算到電機軸上的機構總轉動慣量；=12.734 電機轉動慣量；=7.05制動輪聯(lián)軸器轉動慣量；=3.715（2）制動平均減速度計算內容=1.4S=11.5S 滿足要求=1500N=731.85=12.734=7.05=3.715計算結果8.起升機構的布局1.電動機2.聯(lián)軸器3.浮動軸4.帶制動輪聯(lián)軸器5.制動器6.減速器7.卷筒8.卷筒支座重慶科技學院?？粕厴I(yè)設計 9 小車運行機構的設計計算9 小車運行機構的設計計算 9.1原始參數(shù) 小車運行速度：V=4045m/min; 選取V=42m/min 起升載荷：Q=200KN；小車自重： =0.35Q=70KNJC=25% ； CZ=600； G=0.89.2設計計算步驟：計算項目計算內容計算內容1.驅動方案初步確定根據(jù)原始參數(shù)，采用集中驅動，用四輪支撐，車輪選圓柱雙輪緣車輪集中驅動雙輪緣車輪2.車輪與軌道的選取計算項目（1）車輪輪壓計算 小車正常工作時最大輪壓（滿載時）： 小車正常工作時最小輪壓（空載時）：車輪的疲勞計算載荷：（2）選車輪與軌道根據(jù)；查手冊，選車輪直徑D=350mm;軌道型號：P24 ； 軌道凸頂半徑r=300mm；車輪材料：ZG310570；表面淬硬度為300380HBS；（3）車輪踏面疲勞強度校核 =101180N=101.18KN計算內容車輪直徑D=350mm軌道P24車輪材料：ZG310570計算結果2.車輪與軌道的選取 101.18KN 校核通過式中：與材料有關應力常數(shù)； 查表=0.132 轉速系數(shù)；=0.97工作級別系數(shù)；=0.9R曲率半徑；R=300mmm軌道頂與車輪曲率半徑之比有關系數(shù)；m=0.468 =2.44KW 校驗通過式中：電機允許輸出容量；=4.629KW 工作循環(huán)中，負載穩(wěn)態(tài)功率 G穩(wěn)態(tài)平均系數(shù)；取G=0.8選用YZR160M16型電動機=2.44KW 校驗通過=4.629KWG=0.85.減速器選擇計算項目（1）減速器傳動比確定 根據(jù)減速器手冊，選取 =25上式：電機額定轉速；=921r/min車輪轉速；（2）減速器選擇 計算輸入功率： = =7.7KW式中：Z運行機構減速器個數(shù)；Z=1因工作級別為M6，則按下式選擇： 計算內容取 =25=921r/min=38.22r/min=7.7KWZ=1=15.4KW計算結果5.減速器選擇 式中：K放大系數(shù)；取K=2 根據(jù)=25，P=15.4KW，電機輸入轉速=921r/min ；查手冊，選用QJR23625 VI P ， L， JB/T8905.11999減速器高速軸許用功率 ：傳動比：=25，中心距：K=2=25選用QJR23625 VI C L JB/T8905.119996.聯(lián)軸器的選擇（1）高速軸聯(lián)軸器選擇聯(lián)軸器公式： 式中：n聯(lián)軸器安全系數(shù)； 取n=1.35剛性動載系數(shù)；取=1.8電機額定轉矩電機與浮動軸連接處聯(lián)軸器選擇： 電機軸端尺寸，d=48mm（錐形）; L=110mm 浮動軸尺寸，d=50mm ; 根據(jù)結構尺寸和 查手冊，選用LM8型梅花彈性聯(lián)軸器，其 ；轉動慣量 滿足要求標注：LM8聯(lián)軸器GB/T52722002 浮動軸與減速器連接處聯(lián)軸器選擇：浮動軸尺寸：d=50mm減速軸高速軸尺