15T橋式起重機起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)及其部件設(shè)計
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摘 要
橋式起重機是一種提高勞動生產(chǎn)率重要物品搬運設(shè)備，主要適應(yīng)車間物品搬運、設(shè)備的安裝與檢修等用途。我國生產(chǎn)的吊鉤電動雙梁橋式起重機額定起重范圍為5～500t，一般10t以上，起重機有主、副兩套起升機構(gòu)；300t以上，起重機還有三套起升機構(gòu)。
橋式起重機由橋架、小車運行機構(gòu)、大車運行機構(gòu)和電氣設(shè)備構(gòu)成。在系統(tǒng)整體設(shè)計中采用傳統(tǒng)布局的典型結(jié)構(gòu)，小車運行機構(gòu)采用集中驅(qū)動。起升機構(gòu)滑輪組采用雙聯(lián)滑輪組，重物在升降過程中沒有水平移動，起升過程平穩(wěn)，且鋼絲繩的安裝和更換容易。相應(yīng)的卷繞裝置采用單層卷筒，有與鋼絲繩接觸面積大，單位壓力低的優(yōu)點。在起升機構(gòu)中還涉及到鋼絲繩、減速器、聯(lián)軸器、電動機和制動器的選擇等。小車運行機構(gòu)中涉及小車輪壓計算、小車車輪、小車軌道、減速器、聯(lián)軸器、電動機和制動器的選擇計算等。
起重機是用來對物料做起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機械設(shè)備，它可以減輕體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率和在生產(chǎn)過程中進(jìn)行某些特殊的工藝操作，實現(xiàn)機械化和自動化。起升機構(gòu)包括電動機、制動器、減速器、卷筒和滑輪組。電動機通過減速器，帶動卷筒轉(zhuǎn)動，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物。
本文就十五噸橋式起重機起升機構(gòu)做設(shè)計計算，確定起升機構(gòu)傳動方案，確定起升機構(gòu)工作級別，對起升機構(gòu)的主要部件卷筒、鋼絲繩、滑輪等鋼絲繩卷繞系統(tǒng)，電動機、聯(lián)軸器、減速器等驅(qū)動裝置進(jìn)行設(shè)計計算，驗證卷筒壁壓應(yīng)力，卷筒應(yīng)力，確定吊鉤裝置構(gòu)造方案，吊鉤橫梁，滑輪軸的計算等。對起升機構(gòu)運行的過程，包括起升速度、起升和制動時間進(jìn)行計算和驗算。
關(guān)鍵詞：橋式起重機；起升機構(gòu)；小車運行機構(gòu)；傳動方案；卷繞系統(tǒng)；驅(qū)動裝置；起升運行
Ⅴ
ABSTRACT
Bridge crane is a significant increase labor productivity goods handling equipment, primarily to carry goods workshops, equipment installation and maintenance, and other purposes. China's 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.
Beam from the bridge crane, the trolley running, and traveling mechanism 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.
Crane is used to start heavy materials, transportation, handling and installation of machinery and equipment and other operations, which can reduce manual labor, improve labor productivity and in the production process for some special process operation, mechanization and automation. Lifting mechanism includes a motor, brake, reducer, drum and pulley. Motor through reducer, driving drum rotation, so that the wire rope around the drum or from a roll down to lift heavy loads.
In this paper, fifteen tons crane hoisting mechanism to do the design calculations to determine the transmission scheme lifting mechanism, hoisting mechanism to determine the working level of the main components of the hoisting mechanism drum, wire rope, wire rope winding system pulleys, motors, United coupling, reducer drives the design calculations, validation reel wall stress, stress reel, hook device is configured to determine program, hook beams, pulley shaft calculation. Hoisting mechanism for running processes, including the lifting speed, lifting and braking time calculations and checking.
Keywords: bridge crane；hoisting mechanism；car agencies operating；transmission scheme; winding system; drive; lifting operation
VI
1
目錄
第一章 緒論 1
1.1 橋式起重機的簡介 1
1.2 起重機械的發(fā)展 2
1.3 起重機械的特點 2
1.4 起重機械的組成 2
第二章 起升機構(gòu)主要部件的設(shè)計計算 4
2.1主要參數(shù) 4
2.2確定起升機構(gòu)傳動方案 4
2.3 確定吊鉤和滑輪組 6
2.4 鋼絲繩的計算 7
2.4.1 鋼絲繩所受最大拉力 7
2.4.2 鋼絲繩允許的偏斜角 7
2.5 卷筒的計算 8
2.5.1 卷筒材料 8
2.5.2 卷筒直徑計算 8
2.5.3 卷筒長度 8
2.5.4 卷筒壁壓應(yīng)力驗算 9
2.5.5 卷筒應(yīng)力驗算 10
2.6 繩端固定裝置的計算 11
2.7 取物裝置 13
2.7.1 確定吊鉤裝置構(gòu)造方案 13
2.7.2 吊鉤主體結(jié)構(gòu)的主要尺寸的計算 14
2.7.3 吊鉤強度驗算 14
2.7.4 吊鉤彎曲部分?jǐn)嗝鍭-A強度驗算 15
2.7.5 吊鉤彎曲部分?jǐn)嗝鍮-B強度驗算 16
2.7.6 推力球軸承的選擇 17
2.7.7 吊鉤橫梁的計算 17
2.7.8 滑輪軸的計算 18
2.7.9 拉板的強度校核 20
第三章 起升運行機構(gòu)設(shè)計 23
3.1 力矩的計算 23
3.1.1 平穩(wěn)上升階段 23
3.1.2 平穩(wěn)下降階段 24
3.1.3 上升起動階段 25
3.1.4 下降制動階段 26
3.2 電動機的選擇 26
3.2.1 電動機的功率確定 27
3.2.2 驗算電動機發(fā)熱條件 27
3.3 減速器的選擇 28
3.3.1 減速器傳動比 28
3.3.2 減速器的選取 28
3.3.3 輸出軸強度校核 28
3.4 起升速度和實際所需功率 29
3.4.1 實際速度 29
3.4.2 實際功率 29
3.5 制動器的選擇 30
3.6 起升和制動時間驗算 31
3.6.1 起動時間驗算 31
3.6.2 制動時間驗算 31
3.7 高速浮動軸的計算 32
3.7.1 疲勞計算 32
3.7.2 強度驗算 33
第四章 小車運行機構(gòu)的設(shè)計計算 36
4.1原始參數(shù) 36
4.2設(shè)計計算步驟： 36
4.2.1驅(qū)動方案初步確定 36
4.2.2車輪與軌道的選取 36
4.2.3運行阻力計算 37
4.2.4電動機的選擇 38
4.2.5減速器選擇 39
4.2.6聯(lián)軸器的選擇 40
4.2.7制動器的選擇 42
4.2.8電機過載校驗 43
4.2.9起動時間與起動平均加速度的校驗 44
4.2.10運行打滑驗算 45
4.2.11小車運行機構(gòu)布局圖 46
第五章 結(jié)論與展望 47
5.1 結(jié)論 47
5.2 展望 47
參考文獻(xiàn) 48
致 謝 49
IX
湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）
第一章 緒論
起重機械的基本任務(wù)是垂直升降重物，并可兼使重物作短距離的水平移動，以滿足重物裝卸、轉(zhuǎn)載、安裝等作業(yè)的要求。起重機機械是現(xiàn)代化生產(chǎn)必不可少的重要機械設(shè)備，它對于減輕繁重的體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率和實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機械化、自動化及改善人民的物質(zhì)、文化生活都具有重大的意義。
起重機械廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、港口碼頭、車站倉庫、建筑工地、海洋開發(fā)、宇宙航行等各個工業(yè)部門，可以說陸地、海洋、空中、民用、軍用各個方面都有起重機械在進(jìn)行著有效的工作。
起重機械不僅可以作為輔助的生產(chǎn)設(shè)備，完成原料、半成品、產(chǎn)品的裝卸、搬運，進(jìn)行機電設(shè)備的安裝、維修，而且它也是一些生產(chǎn)過程工藝操作中的必須設(shè)備，例如鋼鐵冶金生產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)，從爐料準(zhǔn)備、加料到煉好的鋼水澆鑄成錠以及脫模取錠等。又例如原子能工業(yè)中的一些工藝操作等人所難達(dá)到之處，沒有起重機械，簡直無法生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，在我國冶金、煤炭部門的機械設(shè)備總臺數(shù)或總重中，起重運輸機械約占25％～65％。
起重機械與運輸機械發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為合理組織成批大量生產(chǎn)和機械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要標(biāo)志之一。在我國四個現(xiàn)代化的發(fā)展和各個工業(yè)部門機械化水平、勞動生產(chǎn)率的提高中，起重機必將發(fā)揮更大的作用。
1.1 橋式起重機的簡介
起重機械和其它自然科學(xué)一樣，是人類生產(chǎn)斗爭經(jīng)驗的總結(jié)，它是隨著人們的生產(chǎn)實踐逐漸發(fā)展并不斷豐富完善的。橋式起重機是橋架在高架軌道上運行的一種橋架型起重機，又稱天車。
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)過程機械化與自動化，減輕體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率的重要物品搬運設(shè)備。橋式起重機安裝在廠房高處兩側(cè)的吊車梁上，整機可以沿鋪設(shè)在吊車梁上的軌道縱向行駛。而起重小車又可沿小車軌道橫向行駛，吊鉤則作升降運動。
橋式起重機常見的類型有以下三種形式：
通用橋式起重機：取物裝置為吊鉤，適用于各種物料的搬運，通用性強；抓斗式橋式起重機：取物裝置是抓斗，用于大批量散粒物料的搬運；電磁橋式起重機：取物裝置為電磁吸盤，為專用起重機，用于鐵磁性物料的搬運。
經(jīng)過比較，選用電動雙梁橋式起重機。這種起重機的各個工作機構(gòu)均為電力驅(qū)動。起重小車在橋架主梁上方鋪設(shè)的軌道上行駛，其橋架是雙主梁結(jié)構(gòu)形式。在橋架兩側(cè)的走臺上，一側(cè)用來安裝大車運行機構(gòu)，另一側(cè)則安裝有電氣設(shè)備和給小車供電的滑線設(shè)施。
普通橋式起重機一般由起重小車、橋架運行機構(gòu)和橋架金屬結(jié)構(gòu)組成。起重小車又由起升機構(gòu)、小車運行機構(gòu)和小車架三部分組成。
1.2 起重機械的發(fā)展
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大和自動化程度的提高，起重機在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中應(yīng)用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機的要求也越來越高。尤其是計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，許多跨學(xué)科的先進(jìn)設(shè)計方法出現(xiàn)，這些都促使起重機的技術(shù)進(jìn)入嶄新的發(fā)展階段。起重機發(fā)展趨勢輕型化和多樣化。有相當(dāng)批量的起重機是在通用場合使用，工作并不很繁重。這類起重機批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機盡量降低外形高度，簡化結(jié)構(gòu)，減小自重和輪壓，也可使整個建筑物高度下降，建筑結(jié)構(gòu)輕型化，降低造價。因此電動葫蘆橋式起重機和梁式起重機會有更好的發(fā)展，并將取代大部分中小噸位的一般用途橋式起重機。
1.3 起重機械的特點
起重機械是一種間歇動作的機械，它具有重要而短暫的工作特征。起重機械在搬運物料時，通常經(jīng)歷著上料、運送、卸料以及回到原處的過程，各工作機構(gòu)在工作時作往復(fù)周期性的運動，例如經(jīng)歷起升機構(gòu)的工作由物品的升、降和空載取裝置的升、降所組成；運行機構(gòu)的工作由負(fù)載和空載時的往復(fù)運動所組成。在起重機械的每一個工作循環(huán)，即每搬運一次物品的過程中，其有關(guān)的工作機構(gòu)都要作一次正向和反向的運動。起重機械與連續(xù)運輸機械的主要區(qū)別就在于前者是以周期性的短暫往復(fù)工作循環(huán)運送物品，而后者是以長期連續(xù)單向的工作運送物品。正是由于這一基本差異決定了起重機械和連續(xù)運輸機械在構(gòu)造和設(shè)計計算方面的許多重要差別。在起重機械中，用來使貨物提升或下降的機構(gòu)稱為起升機構(gòu)。起升機構(gòu)是起重機械最基本的機構(gòu)。起升機構(gòu)通常包括：取物裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)、制動裝置、減速裝置、驅(qū)動裝置以及安全裝置等部分，其中不少零件采用標(biāo)準(zhǔn)通用零件。
起升機構(gòu)中大多數(shù)情況均采用閉式減速器傳動，并且以漸開線圓柱齒輪傳動為主。一些新穎的齒輪傳動如圓弧齒輪，擺線行星齒輪傳動，漸開線少齒傳動和諧傳動正被逐漸應(yīng)用到起重機械上來。
1.4 起重機械的組成
工作機構(gòu)，它是起重機械的執(zhí)行機構(gòu)，其作用是使被吊運的物品獲得必要的升降和水平位移，從而實現(xiàn)物品裝卸、轉(zhuǎn)載、安裝等作業(yè)要求。起重機械上常用的工作機構(gòu)有起升機構(gòu)、運行機構(gòu)、變幅機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)，即所謂起重機械的四大構(gòu)件。此外，針對某些特殊的使用要求，有時還設(shè)有伸縮機構(gòu)，放倒機構(gòu)，夾鉗機構(gòu)等，在這些機構(gòu)中，實現(xiàn)物品垂直升降的起升結(jié)構(gòu)是起重機械的基本工作機構(gòu)，而其它機構(gòu)則是輔助的工作機構(gòu)，配合起升機構(gòu)工作。根據(jù)具體使用要求，輔助的工作機構(gòu)卻是任何一種起重機械所必不可少的。金屬結(jié)構(gòu)，它是起重機械的骨架，決定了起重機械的結(jié)構(gòu)造型，它用來支撐工作機構(gòu)、物品的重力以及外部載荷等，并將這些重力和載荷傳遞給起重機械的支撐基礎(chǔ)。動力設(shè)備，它為起重機械提供工作動力、控制、照明和聯(lián)絡(luò)等。
- 3 -
第二章 起升機構(gòu)主要部件的設(shè)計計算
引言
起重運輸機械通常用于搬運物料，隨著大規(guī)模現(xiàn)代化生產(chǎn)運輸?shù)陌l(fā)展，對于各種起重機械的需求也越來越大，尤其是中小型起重機械以其靈活的高效的特性，在國名經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。本文以十五噸橋式起重機起升機構(gòu)為例，對其主要組成部分進(jìn)行設(shè)計計算。
2.1主要參數(shù)
15t橋式起重機的基本參數(shù):起升重量Q=15t，起升高度H=16m，起升速度V=13.3m/s，跨度22.5m,工作制度M6。
2.2確定起升機構(gòu)傳動方案
起升機構(gòu)的設(shè)計應(yīng)該確保滿足起重機的主要工作性能，要合理選擇機構(gòu)型式，要使機構(gòu)工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，自重輕和維修保養(yǎng)方便等。
起升機構(gòu)的傳動方案大體可分為閉式傳動和開式傳動。
（1）閉式傳動 在電動機和卷筒之間，大多數(shù)情況采用傳動效率高的圓柱齒輪減速器，而蝸輪減速器由于傳動效率低，除特殊環(huán)境采用外，一般較少應(yīng)用，如圖2.1所示。
圖2.1 開式傳動
（2）開式傳動 在電動機和減速器之間，除減速器外還有開式齒輪傳動，這種構(gòu)造類型適用于起升速度較低的情況，如我國生產(chǎn)的大型橋式起重機（Q≥80t）的起升機構(gòu)多采用這種型式，由于開式齒輪傳動適用于圓周速度較低的情況，因此都將其放在靠近卷筒的最后一級傳動中，以保證正常工作。
綜合以上觀點，又考慮到本課題的主要參數(shù)，選用傳動效率高的閉式傳動，如圖2.2所示。
1-電動機；2-帶制動輪的全齒聯(lián)軸器；3-制動器；4-減速器；5-全齒聯(lián)軸器；6-軸承座；7-卷筒；8-帶制動輪的半齒聯(lián)軸器；9-浮動軸；10-半齒聯(lián)軸器；11-減速器；12-制動輪
圖2.2 閉式傳動起升方案
起升機構(gòu)的設(shè)計計算主要包括：根據(jù)總體設(shè)計要求選擇合理的結(jié)構(gòu)型式，并確定機構(gòu)的傳動布置方案；按給定的整機主要參數(shù)（最大額定起重量、起升高度、起升速度等）確定起升機構(gòu)參數(shù)，并確定機構(gòu)各部件的結(jié)構(gòu)類型和尺寸；以及機構(gòu)動力裝置的選擇計算等。
起升機構(gòu)的起重零部件的選擇計算主要包括：吊鉤、起升機構(gòu)滑輪組倍率、起重鋼絲繩、滑輪與卷筒。起升機構(gòu)的布置如圖2.3所示：
圖2.3 起升機構(gòu)布置方案
2.3 確定吊鉤和滑輪組
吊鉤分單鉤和雙鉤，一般場合采用單鉤，當(dāng)起升重量較大時宜用雙鉤，根據(jù)15t其升重量選擇單鉤。吊鉤材質(zhì)以低碳合金鋼或碳素結(jié)構(gòu)鋼為主。查標(biāo)選用G13，自重99KG.
滑輪組分為單聯(lián)滑輪組和雙聯(lián)滑輪組。單聯(lián)滑輪組工作時，重物在垂直位移的同時，還會產(chǎn)生水平位移，將對卷筒支承造成附加載荷，而雙聯(lián)滑輪組在工作時重物無水平位移，當(dāng)兩邊鋼絲繩拉力有差別時，可以自動均載負(fù)載。故根據(jù)起升重量要求，選用雙聯(lián)滑輪組。如下圖所示：
2.4.1雙滑輪組 2.4.2單滑輪組
圖2.4 滑輪組簡圖
按Q=15t，查文獻(xiàn)[8]表（2-1）選滑輪組倍率，承載繩分支數(shù)：。查文獻(xiàn)[2]選圖號為G15吊鉤組，得其質(zhì)量：，兩動滑輪間距。
2.4 鋼絲繩的計算
2.4.1 鋼絲繩所受最大拉力
鋼絲繩是由0.2~0.4mm的優(yōu)秀碳素鋼光鋼絲捻制而成，具有強度高，耐磨性好，撓性好，無方向性，彈性大，能承受沖擊。
根據(jù)靜載荷使用計算法選擇鋼絲繩。
若滑輪組采用滾動軸承，當(dāng)滑輪組倍率時，查文獻(xiàn)[8]表(2-1)得滑輪組效率。
剛絲繩所受最大拉力 (2-1)
式中 ——取物裝置重量（kgf）；
a——滑輪組形勢的系數(shù)，當(dāng)為單滑輪組時 a=1；
雙滑輪組時 a=2；
——滑輪組的效率，可查表可得為 0.985
查文獻(xiàn)[8]表（2-2）得為中級工作類型，中級工作類型（工作級別）時安全系數(shù)。
鋼絲繩的破斷拉力總和
(2-2)
式中 為鋼絲繩所受最大拉力；
查文獻(xiàn)[1]選用瓦林型纖維芯鋼絲繩，鋼絲公稱抗拉強度，光面鋼絲，右交互捻，直徑，鋼絲繩最小破斷拉力，標(biāo)記如下：
鋼絲繩: 14NAT6×19W+FC1770ZS10867.4GB/T8918-1996
2.4.2 鋼絲繩允許的偏斜角
（1）鋼絲繩進(jìn)出滑輪時的允許偏角:
(2-3)
式中 由文獻(xiàn)[2]查得: ；
；
。
所以 。
（2）鋼絲繩進(jìn)出卷筒時允許偏角：
，
查文獻(xiàn)[2]。向空槽方向，向鄰槽方向。
2.5 卷筒的計算
2.5.1 卷筒材料
一般用不低于HT20-40的鑄鐵，特殊需要的可用ZG25Ⅱ，ZG35Ⅱ鑄鐵。鑄鋼卷筒由于成本高，并且限于鑄造工藝，壁厚并不能減少很多，因為很少采用。重要卷筒可用采用球墨鑄鐵。大型卷筒多用A3，16Mn鋼板卷成筒形焊接而成，焊接卷筒特別適宜用于單件生產(chǎn)，可以降低自重。
2.5.2 卷筒直徑計算
(2-4)
式中 ——為卷筒和滑輪的名義直徑，即槽底直徑（mm）；
——為鋼絲繩直徑，即外接圓直徑（mm）；
—— 輪繩直徑比，由表 （起重運輸機械 表2-4）中查出為25；
——卷筒的計算直徑（鋼絲繩纏繞圈截面中心直徑）
取，卷筒繩槽尺寸由文獻(xiàn)[2]查得槽距，，槽底半徑。
2.5.3 卷筒長度
(2-5)
式中——起重機最大高度： ；
——卷筒的計算直徑：；
——附加安全圈數(shù)，一般取圈：取；
——繩槽節(jié)距：查文獻(xiàn)[2]，??；
——卷筒不切槽部分長度：取其等于吊鉤滑輪的間距；
取 。
卷筒的壁厚：
(2-6)
取。
2.5.4 卷筒壁壓應(yīng)力驗算
(2-7)
式中——多層卷繞系數(shù)， 取單層則；
——應(yīng)力減小系數(shù)，考慮繩圈繞入時對筒壁應(yīng)力有減小作用，一般可?。?
———鋼絲繩最大靜拉力，；
——卷筒壁厚，；
——繩槽節(jié)距，；
將數(shù)值代入上式，得：。
對鑄鐵卷筒HT20-40，則文獻(xiàn)[6]查得其最小抗拉強度。
許用壓應(yīng)力：
(2-8)
，故卷筒壓縮強度足夠。
2.5.5 卷筒應(yīng)力驗算
由于卷筒長度，尚應(yīng)校驗由彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力，卷筒彎矩圖如圖2.5。
圖2.5 卷筒受力簡圖
卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒是中間時:
(2-9)
卷筒斷面系數(shù):
(2-10)
式中——卷筒外徑,；
——卷筒內(nèi)徑,
于是
(2-11)
合成應(yīng)力:
(2-12)
式中許用應(yīng)力
由文獻(xiàn)[6]查，。
所以 ，卷筒強度驗算通過。故選定卷筒直徑，長度，卷筒槽的槽底半徑，槽距；起升高度H=16m，倍率a=3靠近減速器一端的卷筒槽為向左的A型卷筒，標(biāo)記為：
卷筒：—左 JB/T 9006.2—1999
卷筒如圖2.6所示：
圖2.6 卷筒圖
2.6 繩端固定裝置的計算
根據(jù)鋼繩直徑為，由文獻(xiàn)[2]選擇壓板固定裝置（圖2.7）并將壓板的繩槽改用梯形槽。雙頭螺柱的直徑M24。
圖2.7 鋼繩固定端簡圖
用壓板固定鋼絲繩,已知卷筒長度計算采用的附加圈數(shù)，繩索與卷筒繩槽間的摩擦系數(shù)。則在繩端固處的作用力：
(2-13)
壓板螺栓所受之拉力：
(2-14)
式中 ——壓板梯形槽與鋼繩的換算摩擦系數(shù)。當(dāng)時：
(2-15)
螺柱由拉力和彎矩作用的合成應(yīng)力：
(2-16)
式中（螺栓數(shù)）；
（螺紋內(nèi)徑）；
（彎矩）。
螺栓材料為，由文獻(xiàn)[6]查取屈服極限，則許用拉伸應(yīng)力為：（由文獻(xiàn)[6]取安全系數(shù)）。
， 因為，故通過強度驗算。
2.7 取物裝置
2.7.1 確定吊鉤裝置構(gòu)造方案
吊鉤本身就是一個機械零件，通常都與動滑輪組合成吊鉤組進(jìn)行工作。吊鉤組有兩種形式；一種是長型吊鉤組；另一種是短型吊鉤組。
吊鉤裝置用于三倍率雙聯(lián)滑輪組，所以必須采用長型的構(gòu)造方案。吊鉤鉤身的截面形狀有圓形，方形，梯形或字形。從受力情況分析，以字形截面最為合理，但鍛造工藝較復(fù)雜。梯形截面受力較合理，鍛造容易。
鍛造吊鉤的材料一般采用號鋼。起重量較小的吊鉤也可采用或；片式吊鉤由切割成型的多片鋼板構(gòu)成，其厚度不得小于20mm并使板鉤在高度方向與鋼板軋制方向一致。
工程起重機常用T字形或梯形截面的鍛造單鉤。通過吊鉤已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計時可查閱有關(guān)手冊直接選用。采用非標(biāo)準(zhǔn)吊鉤或需對所選項吊鉤進(jìn)行強度驗算時，可按下述方法進(jìn)行。
由文獻(xiàn)[3]選擇一個鍛造單面吊鉤,鉤號為，材料采用號,吊鉤如2.8圖所示：
圖2.8吊鉤
2.7.2 吊鉤主體結(jié)構(gòu)的主要尺寸的計算
根據(jù)文獻(xiàn)[3]當(dāng)選擇吊鉤類型為直柄號吊鉤，由文獻(xiàn)[5]表所得。
吊鉤螺母最小工作高度查文獻(xiàn)[4]選M56螺母：
mm (2-17)
考慮設(shè)置防松螺栓，實際取螺紋高度：。
螺母外徑：
mm (2-18)
取。
2.7.3 吊鉤強度驗算
吊鉤軸的頸部螺紋M56處拉伸應(yīng)力：
(2-19) 式中——螺紋內(nèi)徑，由文獻(xiàn)[4]查得，；
——動力系數(shù)，由文獻(xiàn)[4]查得。
由文獻(xiàn)[6]查得等級，安全系數(shù)，材料號鋼，由文獻(xiàn)[6]查得，故，故滿足強度要求。
2.7.4 吊鉤彎曲部分?jǐn)嗝鍭-A強度驗算
其受拉力，偏心力距，由
(2-20)
式中
得出：。
MPa (2-21)
MPa (2-22)
因為,故滿足強度要求。其應(yīng)力分布如圖2.9所示。
圖2.9 吊鉤彎曲處應(yīng)力分布
2.7.5 吊鉤彎曲部分?jǐn)嗝鍮-B強度驗算
系物繩張力一側(cè)：
kg (2-23)
圖2.10 鋼絲繩一側(cè)受力
由上圖2.10鋼絲繩受力圖可得：
kg (2-24)
MPa (2-25)
(2-26)
故滿足強度要求。
因為B-B斷面尺寸按理當(dāng)比斷面小，但由于斷面有強烈的磨損，一般取與斷面相同的尺寸。
2.7.6 推力球軸承的選擇
由于軸承在工作過程中很少轉(zhuǎn)動，故可根據(jù)額定靜負(fù)荷選擇。由文獻(xiàn)[3]選51211(GB/T301-1995)推力球軸承，由文獻(xiàn)[3]查得其額定靜負(fù)荷，由文獻(xiàn)[7]查得載荷系數(shù)。
軸承當(dāng)量靜負(fù)荷：
(2-27)所以安全。
式中——安全系數(shù)由文獻(xiàn)[3]選用。
2.7.7 吊鉤橫梁的計算
由文獻(xiàn)[1]可知，橫梁兩側(cè)拉板的間距是由滑輪之間尺寸所決定。橫軸可做為一簡支梁來進(jìn)行強度計算。
橫梁的計算載荷如圖2.11(a)：
(2-28)
式中由文獻(xiàn)[1]查取動載系數(shù)。
橫梁的最大彎矩：
(2-29)
中間斷面的截面模數(shù)如圖2.11b：
(2-30)
- 34 -
圖2.11 吊鉤橫梁和滑輪軸的計算簡圖
彎曲應(yīng)力：
(2-31)
橫梁材料由文獻(xiàn)[6]查取，許用應(yīng)力。故橫軸強度足夠。其中式中為安全系數(shù)見文獻(xiàn)[6]。
2.7.8 滑輪軸的計算
滑輪軸是一個簡支梁，支點距離。它的作用是承受滑輪的三個壓力，為計算簡便起見，把三個力看作集中力如圖2.11c。
滑輪的作用力：
(2-32)
軸上的彎矩（和斷面）
(2-33)
和斷面模數(shù)：
(2-34)
彎曲應(yīng)力：
(2-35)
滑輪軸的材料與吊鉤橫軸相同，亦為號鋼，許用應(yīng)力也相同。，故強度足夠。
2.7.9 拉板的強度校核
圖2.12 拉板簡圖
拉板的尺寸如圖2.12所示，斷面a-a的拉伸應(yīng)力：
(2-36)
式中—應(yīng)力集中系數(shù)，由文獻(xiàn)[1]查得。
拉板材料為Q-235號鋼，由文獻(xiàn)[6]得了屈服極限和安全系數(shù)，許用拉伸應(yīng)力：
(2-37)
垂直斷面內(nèi)側(cè)拉應(yīng)力最大，其為：
(2-38)
又因為吊鉤橫梁的軸頸，材料鑄鋼ZG340-640，由文獻(xiàn)[6]查出，由文獻(xiàn)[6]查得安全系數(shù)為。
第三章 起升運行機構(gòu)設(shè)計
起升機構(gòu)的工作過程：1、在裝載地點起升物品；2、在負(fù)載情況下水平移動物品；3、在卸載地點下降并卸去物品；4、在五載情況下起升并水平移動返回到裝載地點。如此重復(fù)循環(huán)地工作，每運送一次物品的時間稱為一個周期。
對于起升機構(gòu)，在一個工作周期內(nèi)，有兩段工作時期和兩段停歇時期。工作時期即起升物品和瞎講物品時期；停歇時期即起升機構(gòu)不工作而運行機構(gòu)往返或旋轉(zhuǎn)機構(gòu)往返工作的時期。每一工作時期又分為起動，等速運轉(zhuǎn)和制動三個階段。圖3.1 所示的是起升機構(gòu)工作過程的速度-時間圖解。速度的正值表示起升物品；速度的負(fù)值表示下降物品。機構(gòu)計算主要就是計算上面所說的起動、平穩(wěn)運動和制動三個階段的力矩，以及在這些力矩的基礎(chǔ)上進(jìn)而選擇電動機、減速器和制動器三種主要部件。以下結(jié)合典型起升機構(gòu)簡圖講訴計算方法。
圖3.1 起升機構(gòu)工作過程速度-時間圖解
3.1 力矩的計算
零部件的計算與選擇和力矩有關(guān)。如平穩(wěn)上升階段和上升起動階段的力矩與選擇電動機有關(guān)；而平穩(wěn)下降和下降制動階段的力矩又將決定制動器的選擇。故以下著重討論這四個階段的作用力矩。
3.1.1 平穩(wěn)上升階段
平穩(wěn)上升就是等速起升載荷，這時卷筒上的載荷力矩為： (3-1)
折算到電動機軸上的靜阻力矩則為:
(3-2)
式中 、分別為額定起重量（N）和取物裝置（N）；
——卷筒計算直徑；
、——滑輪組的倍率和效率；
、——減速器的傳動比和效率；
——箭筒的效率，當(dāng)用滾動軸承時，；
當(dāng)用滑動軸承時，；
——起升機構(gòu)總傳動比，其值 ；
——起升機構(gòu)總效率，其值。對于齒輪傳動，當(dāng)用滾動軸承時，。
3.1.2 平穩(wěn)下降階段
平穩(wěn)下降就是等速下降載荷，這時為了防止載荷自由下落，通常采用電動機的反接制動法，使載荷在控制速度狀態(tài)下降。也就是用電動機產(chǎn)生的制動力矩（并考慮機構(gòu)摩擦力矩的影響）來平衡有載荷所產(chǎn)生的的力矩。這時電動機所產(chǎn)生的制動力矩，也就等于當(dāng)載荷下降時的靜阻力矩，即
(3-3)
因機構(gòu)摩擦力矩?zé)o法詳細(xì)計算，只能按來考慮。上述與公式（3-2）的區(qū)別僅為所在位置不同，因為哦擦里方向永遠(yuǎn)與運動放心相反，這時他幫助制動，所以房子公式中的分子位置。
在起升機構(gòu)的停歇階段，電動機已停止轉(zhuǎn)動，而制動器則同時合閘。這時制動器所產(chǎn)生的制動力矩是用來克服起升機構(gòu)的再喝自行下降的靜阻力矩，故其值亦為。
3.1.3 上升起動階段
在上升起動時，載荷由靜止達(dá)到額定起升速度，其中必然要經(jīng)過一加速過程。這時電動機除了要克服靜阻力矩之外，還要發(fā)出額外的力矩以克服慣性力所產(chǎn)生的慣性力矩。故起動力矩應(yīng)為：
（3-4）
式中——起動時克服慣性力的總動力矩
——使機構(gòu)轉(zhuǎn)動零件加速時（換算到第一軸上）的動力矩
——使載重等直線移動的質(zhì)量加速時（換算到第一軸）的動力矩 。
計算：
（3-5）
一般計算時，令
式中 ——電動機轉(zhuǎn)子的飛輪矩；
——聯(lián)軸器的飛輪矩。
一般情況下，可取。
計算：假定機構(gòu)等加速度起動，則起動時平均加速度于是物品的慣性力應(yīng)為：
在計算過程中，起升速度V的單位應(yīng)用m/s；而的方向應(yīng)與加速度的方向相反，亦即與重力的方向一致。因此，電動機在起動時為平衡物品慣性力所需的動力矩，可按與計算相似的方法進(jìn)行計算，即
（3-6）
因
式中為卷筒轉(zhuǎn)速（rpm）。
故 （3-7）
將公式（3-3）、（3-5）、（3-7）代入公式（3-4）并加以整理，得
（3-8）
上式中的值就是欲使載荷在秒內(nèi)啟東而夾在電動機軸上的起動力矩。但因電動機的起動力矩并非常量，故實際上是代表由上升起動到等速上升這段起動過程中的平均起動力矩。
3.1.4 下降制動階段
如前所述，起升機構(gòu)在上升制動階段，因載荷力矩是幫助制動的，所需要的制動力矩不打，故一般可不計算。但在下降制動階段則不然，慣性力矩與載荷力矩的方向是一致的，所需要的制動力矩最大，必須加以計算。這時，家在制動器軸上的力矩，除了要克服載荷的靜阻力矩外，還要克服由運動質(zhì)量的慣性力所產(chǎn)生的力矩。因此，所需要的制動應(yīng)為：
= （3-9）
式中 ——制動時間
3.2 電動機的選擇
3.2.1 電動機的功率確定
起升機構(gòu)靜功率：
(3-10)
式中機構(gòu)總效率是由三部分組成：滑輪組效率 、卷筒效率和減速器效率，由文獻(xiàn)[3]查得一般，取。
電動機的計算功率：
(3-11)
式中 系數(shù)由文獻(xiàn)[1]表3-1查得，對于級機構(gòu)，。
查文獻(xiàn)[1]選用電機，其，，，電機質(zhì)量。
表3-1 起升機構(gòu)值
電動機形式
起重機工作特性及機構(gòu)工作級別
JZR2、YZR、JZRH
M1~M6級
M7級
M8級
慢速（1~3m/min），經(jīng)常滿載的起重機
0.75~0.85
0.85~0.95
1.0~1.1
0.9~1.0
JZ、YZ
M1~M6級及防爆起重機
0.9
JO
M1~M4級及某些特殊機構(gòu)
1.9
3.2.2 驗算電動機發(fā)熱條件
電動機的發(fā)熱驗算
(3-12)
其中
由此，初選電動機能滿足不過熱條件。
3.3 減速器的選擇
3.3.1 減速器傳動比
卷筒轉(zhuǎn)速：
(3-13)
減速器總傳動比：
(3-14)
式中 ——電動機額定轉(zhuǎn)速；
——卷筒轉(zhuǎn)速；
3.3.2 減速器的選取
查文獻(xiàn)[1]選用ZQ-60減速器，當(dāng)工作類型為中級時，許用功率，，質(zhì)量，輸入軸直徑，軸端長度（錐形）。
3.3.3 輸出軸強度校核
輸出軸最大徑向力Rmax
(3-15)
式中: 卷筒上卷引起的載荷；
卷筒及軸自重，由文獻(xiàn)[1]估算；
減速器輸出軸端最大允許向載荷，由[1]查得。
輸出最大扭矩：
(3-16)
式中:電機軸額定力矩；
當(dāng)時電機最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，由文獻(xiàn)[1]查出；
減速器傳動效率；
減速器輸出軸最大容許轉(zhuǎn)矩；
所以：
由上計算，所選取減速器能滿足要求。
3.4 起升速度和實際所需功率
3.4.1 實際速度
驗算貨物實際速度：
(3-17)
誤差：
(3-18)
3.4.2 實際功率
實際所需等效功率：
(3-19)
3.5 制動器的選擇
根據(jù)物體下降時的扭矩
由文獻(xiàn)[3]查得選用：電力液壓推桿制動器。
參數(shù)： 制動直徑；
制動力矩；
配用推動器型號：；
電機功率；
配用制動架型號：ZDJ-300/25Z。
制動轉(zhuǎn)矩：
(3-20)
制動器如圖3.2所示：
圖3.2 YWZ-300/25制動器
3.6 起升和制動時間驗算
3.6.1 起動時間驗算
機構(gòu)起動和制動時，產(chǎn)生加速度和慣性力。如起動和制動時間過長，加速度小，要影響起重機的生產(chǎn)率；如起動和制動時間過短,加速度太大，會給金屬結(jié)構(gòu)和傳動部件施加很大的動載荷。因此,必須把起動和制動時間(或起動加速度與制動減速度)控制在一定的范圍內(nèi)。
起動時間：
(3-21)
式中 —電動機額定轉(zhuǎn)速，
(3-22)
靜阻力矩：
(3-23)
平均起動轉(zhuǎn)矩：
(3-24)
所以
(3-25)
通常起升機構(gòu)起動時間為，此處小于，可在電氣設(shè)計時，增加起動電阻，延長起動時間，故所選電動機合適。
3.6.2 制動時間驗算
制動時間:
(3-26)
式中
(3-27)
由文獻(xiàn)[1]查得許用加速度，，，故：
，，符合要求。
3.7 高速浮動軸的計算
3.7.1 疲勞計算
由文獻(xiàn)[2]查的起升機構(gòu)疲勞計算基本載荷
(3-28)
式中 —動載系數(shù)，；
—起升載荷動載系數(shù)（物品起升或下降制動的動載效應(yīng)），
由前節(jié)選定軸徑，因此扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
(3-29)
軸材料用號鋼，，，
彎曲：，
扭矩：；
軸受脈動循環(huán)的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
式中 —考慮零件幾何形狀和零件表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù)；
——與零件幾何形狀有關(guān)，對于零件表面有急過渡和開有鍵槽及緊配合區(qū)段，；
——與零件表面加工光潔度有關(guān)，對于粗糙度為3.2, ；
對于粗糙度為12.5；,此處取；
——考慮材料對應(yīng)力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，對碳鋼及低合金鋼；
——安全系數(shù)，。
所以 。故 通過。
3.7.2 強度驗算
軸所受最大轉(zhuǎn)矩：
(3-30)
最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
(3-31)
許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
(3-32)
式中 ——安全系數(shù)，。
因為 ，故通過。
浮動軸的構(gòu)造如圖3.3所示，中間軸徑：
，取。
圖3.3 高速浮動軸構(gòu)造圖
3.8 聯(lián)軸器的計算與選用
高速軸聯(lián)軸器計算轉(zhuǎn)矩：
(3-33)
式中 電機額定轉(zhuǎn)矩；
聯(lián)軸器安全系數(shù)；
剛性動載系數(shù)，一般。
由文獻(xiàn)[1]查得電動機軸端為圓錐形,軸端，。
從文獻(xiàn)[1]查得減速器的高速軸端為圓錐形，。靠電動機軸端聯(lián)軸器由文獻(xiàn)[1]查得選用半聯(lián)軸器，最大容許轉(zhuǎn)矩值，飛輪矩，質(zhì)量 。浮動軸的兩端為圓柱形，?？繙p速器端聯(lián)軸器 由文獻(xiàn)[1]查得選用帶制動輪的半齒聯(lián)軸器最大容許轉(zhuǎn)矩值，飛輪矩，質(zhì)量。為與制動器YWZ-200/25相適應(yīng)，將聯(lián)軸器所帶制動輪。
第四章 小車運行機構(gòu)的設(shè)計計算
4.1原始參數(shù)
小車運行速度：V=40~45m/min; 選取V=42m/min
起升載荷：Q=150KN；
小車自重： =0.35Q=70KN
JC=25% ； CZ=600； G=0.8
4.2設(shè)計計算步驟：
4.2.1驅(qū)動方案初步確定
根據(jù)原始參數(shù)，采用集中驅(qū)動，用四輪支撐，車輪選圓柱雙輪緣車輪。
4.2.2車輪與軌道的選取
（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：ZG310—570；表面淬硬度為300~380HBS；
（3）車輪踏面疲勞強度校核
=101180N=101.18KN
< 101.18KN 校核通過
式中：—與材料有關(guān)應(yīng)力常數(shù)；
查表=0.132
—轉(zhuǎn)速系數(shù)；=0.97
—工作級別系數(shù)；=0.9
R—曲率半徑；R=300mm
m—軌道頂與車輪曲率半徑之比有關(guān)系數(shù)；m=0.468
4.2.3運行阻力計算
（1）摩擦阻力
小車滿載運行時最大摩擦阻力
=270=3.472KN
滿載運行時最小摩擦阻力
=270=2.315KN
空載運行時最大摩擦阻力
= 701.5=0.9KN
空載運行時最小摩擦阻力
f=70=0.6KN
上式中：Q—起升載荷；Q=200KN
—小車自重載荷；=70KN
f—滾動摩擦系數(shù); f=0.6
—車輪軸承摩擦系數(shù)；=0.02
d—與軸承相配合處車輪直徑；d=90mm
D—車輪踏面直徑; D=350mm
—附加摩擦阻力系數(shù)；=1.5
(2)坡道阻力
i=270=540N
式中：i—橋式起重機坡度數(shù)；i=0.002
(3)風(fēng)阻力
因橋式起重機用于車間的吊運，不在露天工作，故風(fēng)阻力忽略不計
（4）特殊運行阻力
主要為慣性阻力：
=8100N
（5）總靜阻力
工作最大靜阻力（小車滿載時）：
工作時最小靜阻力（小車空載時）：
4.2.4電動機的選擇
（1）電動機靜功率的計算
式中：—工作最大靜阻力；=4.012KN
—初選運行速度；取=0.7m/s
—機構(gòu)傳動效率；=0.88
m—電動機個數(shù)；m=1
（2）初選電動機
橋式起重機運行機構(gòu)按下選電機：
式中：—功率增大系數(shù)；取=1.6
根據(jù)P=5.12KW，JC=25%，CZ=600，查手冊，選用YZR160M1—6型電動機；電機額定功率，轉(zhuǎn)速
容許輸出功率：；
轉(zhuǎn)動慣量 ：
（3）電機發(fā)熱校驗
校驗公式：
=2.44KW
=4.629KW > =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(fù)載穩(wěn)態(tài)功率
G—穩(wěn)態(tài)平均系數(shù)；取G=0.8
4.2.5減速器選擇
（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(zhuǎn)速；=921r/min
—車輪轉(zhuǎn)速；
（2）減速器選擇
計算輸入功率：
=
=7.7KW
式中：Z—運行機構(gòu)減速器個數(shù)；Z=1
因工作級別為M6，則按下式選擇：
計算內(nèi)容
式中：K—放大系數(shù)；取K=2
根據(jù)=25，P=15.4KW，電機輸入轉(zhuǎn)速=921r/min ；查手冊，選用QJR—236—25 VI P ， L， JB/T8905.1—1999
減速器高速軸許用功率 ：
傳動比：=25，中心距：
4.2.6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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)尺寸和
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