橋式起重機設(shè)計小車起升機構(gòu)

1、引 言 橋式起重機是一種橋架型起重機。它的常用類型是箱形雙梁橋式起重機，由一個兩根箱形主梁和兩根橫向端梁組合而成的雙梁橋架，它是依靠起升機構(gòu)和在水平面內(nèi)的兩個相互垂直方向移動的機構(gòu)運行，它廣泛用在倉庫、現(xiàn)代機械加工車間、裝配車間和露天貯料場等生產(chǎn)場所。 橋式起重機一般由大車運行機構(gòu)的橋架、起升機構(gòu)和起重小車、電氣設(shè)備、司機室等組成。起重小車又分為主起升機構(gòu)、副起升機構(gòu)和小車架三部分組成。起升機構(gòu)用來上下升降物料，起重小車用來帶著物料作橫向移動，以達(dá)到在一定空間范圍內(nèi)組成的三維空間里做搬運和裝卸物料。橋式起重機是使用較廣泛，工作效率高的一種軌道運行式起重機，其額定起重量可以達(dá)到上百噸。最原始的形

2、式是通用吊鉤橋式起重機，其它種類橋式起重機都是在通用吊鉤橋式起重機的形式上研發(fā)出來的。其結(jié)構(gòu)具有機械加工零件少、工藝性能好、通用性好及機構(gòu)安裝檢修維護方便等眾多優(yōu)點，因此它被廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)中。我國橋式起重機大多采用計算機輔助優(yōu)化設(shè)計，能夠極大地提高起重機的技術(shù)性能和減輕自身重量，并能開發(fā)出新型結(jié)構(gòu)。由于我國對能源工業(yè)的重視和資助，建造了很多大中型水電站，發(fā)電機組比以前多許多。尤其是長江三峽的建設(shè)工程對大型起重機的需求量迅速提高。三峽發(fā)電場需要1200t橋式起重機和2000t大型塔式起重機。而小型的遙控起重機的需要量隨著國民經(jīng)濟高速發(fā)簪也越來越大，它能極大地提高作業(yè)安全性，同時減少勞動力。在我

3、國的橋式起重機大、小車運行機構(gòu)采用的是德國Demang公司研發(fā)的“三合一”驅(qū)動裝置，吊掛于端梁內(nèi)側(cè)，這樣吊掛就不會受主梁下?lián)虾驼駝拥挠绊?，提高了大小運行機構(gòu)的性能和壽命，并且使其結(jié)構(gòu)緊湊，外觀簡潔，安裝維護方便。 。 而國外橋式起重機發(fā)展更注重簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，減輕自重，降低生產(chǎn)成本。他們不斷的更新起重機的零部件，從而提高整機性能。隨著世界經(jīng)濟的高速發(fā)展，起重機械設(shè)備的體積和重量趨于大型化，起重量和吊運幅度也有很大增幅，為節(jié)省生產(chǎn)和維修成本，其服務(wù)場地和使用范圍也隨之變大。還有國外某些大型工廠為了提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，將起重運輸機械和起重機很好的結(jié)合在一起，構(gòu)成先進的機械化運輸系統(tǒng)。 本設(shè)計是

4、32/5t橋式起重機小車起升機構(gòu)，其技術(shù)參數(shù)是：主鉤起重重量32T，起升高度16m，起升速度是7.51m/s，工作級別是M5；副鉤起重重量5T，起升高度18m，起升速度是19.5m/s，工作級別是M5。小車的自重約11.5t.第一章 主起升機構(gòu)的計算1.1確定起升機構(gòu)的傳動方案起升機構(gòu)是起重機械中最重要的機構(gòu)，是橋式起重機缺之部可的組成部分。起升機構(gòu)的工作好壞對整臺起重機的安全穩(wěn)定有著最直接的影響。起升機構(gòu)主要有下列部分組成：驅(qū)動裝置，傳動裝置，卷筒，滑輪組，吊起裝置和制動裝置。起升機構(gòu)總體布置在很大程度上決定于驅(qū)動的形式。起重機的驅(qū)動形式分為：集中驅(qū)動（一臺原動機帶動多個機構(gòu)）和分別驅(qū)動（每

5、個機構(gòu)有各自的原動機）。由于分別驅(qū)動布置方便，安裝和檢修容易，因此現(xiàn)代大多數(shù)起重機都是采用分別驅(qū)動。按照此次設(shè)計要求，選擇分別驅(qū)動。圖1-1起升機構(gòu)驅(qū)動裝置整體布置簡圖。主起升機構(gòu)和副起升機構(gòu)。圖1-1起升機構(gòu)驅(qū)動裝置整體布置簡圖圖1-2起升機構(gòu)簡圖為了使安裝方便，并提高補償能力，通常如同圖1-3那樣將齒輪聯(lián)軸器用一段軸聯(lián)接起來，該軸稱為浮動軸。圖1-3主起升機構(gòu)驅(qū)動裝置布置簡圖1.2 選擇鋼絲繩根據(jù)起重機的額定起重量,查起重機設(shè)計手冊表3-2-8，選擇雙聯(lián)起滑輪組，倍率為，承載繩的分支數(shù)。若滑輪組采用滾動軸承，當(dāng)查起重機設(shè)計手冊表3-2-11，得鋼絲繩滑輪組效率。鋼絲繩纏繞方式如圖2-4所示

6、圖1-4主起升機構(gòu)鋼絲繩纏繞簡圖(1)鋼絲繩所受最大靜拉力： （1.1）式中 Q 額定起重量，Q =32t； 吊鉤組重量，（ 吊鉤的重量一般約占額定起重量的2 - 4 % ，這里取吊鉤掛架重量為0.96t）； 滑輪組倍率，； 滑輪組效率，。（2）鋼絲繩的選擇： 由起重運輸機械表2-2選擇圓股線接觸鋼絲繩6W19 GB1102-74。選擇鋼絲繩的破斷拉力應(yīng)滿足 式中鋼絲繩工作時所受的最大拉力（N）； 鋼絲繩規(guī)范中鋼絲破斷拉力的總和（N）； 鋼絲繩判斷拉力換算系數(shù)，對于繩6W(19)的鋼絲繩，由起重運輸機械表2-3查得； 鋼絲繩安全系數(shù)，對于工作類型n=5.0，由起重機設(shè)計手冊表3-1-2。 由上

7、式可得 查起重機設(shè)計手冊表3-1-6選擇鋼絲繩6W(19)，公稱抗拉強度，直徑d=20.0mm，其鋼絲破段拉力總和，標(biāo)記如下： 鋼絲繩6W(19)20.01850光右交（GB1102-74）。1.3 滑輪的計算為了確保鋼絲繩具有較長的使用壽命，滑輪的直徑（子繩槽底部算起的直徑）應(yīng)滿足：式中 e- 系數(shù)，由起重機設(shè)計手冊表3-2-1查得，對工作類型M5的起重機，取e=20； d所選擇的鋼絲繩的直徑，20mm。查機械設(shè)計手冊表8-1-65取滑輪的直徑為 =560 mm。平衡滑輪理論直徑：查機械設(shè)計手冊表8-1-66，由鋼絲繩直徑d=20mm，得繩槽斷面尺寸。查機械設(shè)計手冊表8-1-67c，由繩槽斷

8、面尺寸，選擇滑輪軸承6224。查機械設(shè)計手冊表8-1-68，由滑輪軸承尺寸，選擇輪轂尺寸。所選滑輪：滑輪 E 20x630 120 JB/T9005.31.4 卷筒的計算 橋式起重機中主要采用鑄造圓柱形卷筒。在一般情況下，繩索在卷筒上只繞一層。1)、卷筒的直徑： 式中 e- 系數(shù)，由起重機設(shè)計手冊表3-3-2查得，因為起重機的工作類型M5，取e=18； d所選擇的鋼絲繩的直徑，20mm。查機械設(shè)計手冊表8-1-58取卷筒的直徑為D =630mm。 2）卷筒槽計算繩槽半徑：R=（0.530.56）d=10.611.2mm=12mm繩槽深度（標(biāo)準(zhǔn)槽）：=（0.250.4）d=58mm=6.0mm繩

9、槽節(jié)距：p=d+（24）=22mm卷筒計算直徑：3)確定卷筒長度并驗算起強度根據(jù)需要選擇雙聯(lián)卷筒，卷筒的總長度：式中 最大起升高度， 16 m； 鋼絲繩安全圈數(shù)，Z 1.5 ，取Z=2；P 繩槽節(jié)距，P = 22mm； 無繩槽卷筒端部尺寸，由結(jié)構(gòu)需要確定，= 300； 固定繩尾所需長度，； 中間光滑部分長度， 卷筒的計算直徑（按纏繞鋼絲繩的中心計算）, Dd=63020 = 650 mm；帶入上式得：取=2300mm，卷筒材料初步采用HT200 灰鑄鐵 GB/T 9439-1988，抗拉強度極限，抗壓。其壁厚可按經(jīng)驗公式確定=0.02D+（610）=0.02630+8=18.622.6mm，取

10、=20mm。卷筒壁的壓應(yīng)力演算：圖1-5卷筒彎矩簡圖許用壓應(yīng)力，故強度足夠。由于卷筒L3D，應(yīng)該計算在彎曲力矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力（因扭轉(zhuǎn)應(yīng)力甚小，一般忽略不：卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中央時，如圖1-5所示：卷筒斷面系數(shù)：式中：D卷筒外徑， D=630mm=0.63m； 卷筒內(nèi)徑，。所以，。合成應(yīng)力：其中許用拉應(yīng)力所以，卷筒強度計算通過。故選定卷筒直徑D=630mm，長度L=2300mm。卷筒槽形的槽底半徑r=12mm，槽矩p=22mm，起升高度H=16m，倍率ih=4；靠近減速器一端的卷筒槽向為左的A型卷筒，標(biāo)記為：卷筒A4）卷筒轉(zhuǎn)速 =14.7r/min1.5選電動機起升機構(gòu)靜功率： K

11、W （2.3）式中 起升機構(gòu)的總效率，一般=0.80.9，取=0.85； =KW電動機計算功率：式中G為穩(wěn)態(tài)負(fù)載系數(shù)，由起重機設(shè)計手冊表2-2-5，2-2-6查得G=0.8。由起重機設(shè)計手冊表5-1-41查得主起升機構(gòu)JC=25%,CZ=150。由起重機設(shè)計手冊表5-1-13選用YZR280S-8型電動機，功率,轉(zhuǎn)速由起重機設(shè)計手冊表5-1-36，由JC=25%,CZ=150得P=45.59KW由起重機設(shè)計手冊表5-1-3,1.6電動機發(fā)熱校驗和過載校驗電動機發(fā)熱校驗：式中 穩(wěn)態(tài)平均功率，KW m電動機臺數(shù)，m=1由以上計算結(jié)果，故所選電動機能滿足發(fā)熱校驗電動機過載校驗式中 在基準(zhǔn)接電持續(xù)率的

12、電動機額定功率， H繞線異步電動機，H=2.1 電動機轉(zhuǎn)矩的允許過載倍數(shù)，由起重機設(shè)計手冊表5-1-2，由以上計算結(jié)果可知，電動機滿足過載校驗。綜上所述，電動機選擇符合要求。1.7選擇減速器起升機構(gòu)總的傳動比查起重機設(shè)計手冊表3-10-2，取i=50查起重機設(shè)計手冊根據(jù)傳動比i=50，電動機轉(zhuǎn)速,電動機功率，工作類型M5，表3-10-6，高速軸許用功率,名義中心距，許用輸出扭矩，表3-10-3，高速軸伸尺寸，表3-10-4低速軸伸尺寸P型，自重G=5200Kg。型號：QJR-800-3CW1.8 實際起升速度和實際所需功率的驗算 實際起升速度為： 并要求起升速度偏差應(yīng)小于15%. 實際所需等效

13、功率為：因此電動機滿足要求。1.9校核減速器輸出軸強度輸出軸最大扭矩：式中 電動機的額額定扭矩, i傳動比,i=50 電動機至減速器被動軸的傳動效率, 電動機最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù),； 減速器低速軸上最大短暫準(zhǔn)許扭矩, 輸出軸最大徑向力驗算: （2.4）式中 卷筒上鋼絲繩最大拉力, =42.5KN 卷筒重量, =15KN(參閱資料) 低速軸端的最大容許徑向載荷, =120KN a鋼絲繩上的分支數(shù)，a=2 ，故所選減速器滿足要求。1.10制動器的選擇制動器裝在高速軸上,所需靜制動力矩：式中 制動安全系數(shù)，查起重運輸機械得。選擇塊式制動器，查起重機設(shè)計手冊表3-7-5：制動輪直徑 D=500mm制動塊退距

14、制動片襯片厚度 制動瓦塊寬度 摩擦副間設(shè)計正壓力式中 制動襯片允許比壓，查起重機設(shè)計手冊表3-7-6 包角，我國規(guī)定額定制動矩 式中 摩擦系數(shù)，查起重機設(shè)計手冊表3-7-6，根據(jù)以上計算的制動力矩，以及其他參數(shù)，查起重機設(shè)計手冊表3-7-15，選擇YW500-2000,額定制動轉(zhuǎn)矩T=2800Nm,整機質(zhì)量m=168Kg。制動輪直徑，最大制動力矩為裝配時調(diào)整到2800Nm.。1.11聯(lián)軸器的選擇帶制動輪的聯(lián)軸器通常采用齒形聯(lián)軸器，高速軸的計算扭矩：式中 電動機的額定力矩； M 聯(lián)軸器的許用扭矩； 相應(yīng)于第類載荷的安全系數(shù), ； 剛性動載系數(shù)。由起重機設(shè)計手冊查得YZR280S-8表5-1-21

15、電動機軸端為圓錐形，D=85mm。由起重機設(shè)計手冊查QJR-800-3CW減速器，高速軸端為圓錐形，d=130mm，l=250mm。查表3-12-6（JB/ZQ4218-86）選用CL5的齒輪聯(lián)軸器，最大允許扭矩，飛輪矩。浮動軸的軸端為圓柱形d=70mm,l=120mm。查表3-12-8，選一個帶制動輪的齒輪聯(lián)軸器，直徑D=500mm，最大允許轉(zhuǎn)矩，飛輪矩。浮動軸端直徑d=70mm，l=120mm。 1.12起動時間的驗算 （2.5）式中 平均起動力矩靜阻力矩 因此一般來說起升機構(gòu)起動時間為15s，故所選電動機合適。1.13制動時間的驗算式中 查起重機設(shè)計手冊當(dāng)v 1.5 ，取Z=2；P 繩槽

16、節(jié)距，P = 15mm； 無繩槽卷筒端部尺寸，由結(jié)構(gòu)需要確定，= 80； 固定繩尾所需長度，；中間光滑部分長度， 卷筒的計算直徑（按纏繞鋼絲繩的中心計算）, Dd=40012.5=412.5 mm；帶入上式得：取=1300mm，卷筒材料初步采用HT200 灰鑄鐵 GB/T 9439-1988，抗拉強度極限，抗壓。其壁厚可按經(jīng)驗公式確定=0.02D+（610）=1418mm，取=18mm。卷筒壁的壓應(yīng)力演算，參照圖(2-5)：許用壓應(yīng)力，故強度足夠。由于卷筒L3D，尚應(yīng)計算由彎曲力矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力（因扭轉(zhuǎn)應(yīng)力甚小，一般忽略不計）：卷筒的最大彎矩在鋼絲繩位于卷筒中央時，如圖1-3所示：卷筒斷面系數(shù)：

17、式中：D卷筒外徑， D=400mm=0.4m；卷筒內(nèi)徑，。所以，。合成應(yīng)力：其中許用拉應(yīng)力所以，卷筒強度演算通過。故選定卷筒直徑D=400mm，長度L=1300mm。卷筒槽形的槽底半徑r=7mm，槽矩p=15mm，起升高度H=18m，倍率ih=2；靠近減速器一端的卷筒槽向為左的A型卷筒，標(biāo)記為：卷筒A4）卷筒轉(zhuǎn)速 =30.11r/min2.5選電動機起升機構(gòu)靜功率： KW式中 起升機構(gòu)的總效率，一般=0.80.9，取=0.85； =KW電動機計算功率：式中G為穩(wěn)態(tài)負(fù)載系數(shù)，由起重機設(shè)計手冊表2-2-5，2-2-6查得G=0.8。由起重機設(shè)計手冊表5-1-41查得主起升機構(gòu)JC=25%,CZ15

18、0。由起重機設(shè)計手冊表5-1-13選用YZR180L-6型電動機，功率,轉(zhuǎn)速由起重機設(shè)計手冊表5-1-36，由JC=25%,CZ=150得P=15.393KW由起重機設(shè)計手冊表5-1-3,2.6電動機發(fā)熱校驗和過載校驗電動機發(fā)熱校驗：式中 穩(wěn)態(tài)平均功率，KW m電動機臺數(shù)，m=1由以上計算結(jié)果，故所選電動機能滿足發(fā)熱校驗電動機過載校驗式中 在基準(zhǔn)接電持續(xù)率的電動機額定功率， H繞線異步電動機，H=2.1 電動機轉(zhuǎn)矩的允許過載倍數(shù)，由起重機設(shè)計手冊表5-1-2，由上結(jié)果可知，電動機滿足過載校驗。因此，電動機選擇符合要求。2.7選擇減速器起升機構(gòu)總的傳動比查起重機設(shè)計手冊表3-10-2，取i=31

19、.5查起重機設(shè)計手冊，根據(jù)傳動比i=31.5，電動機轉(zhuǎn)速,電動機功率，工作類型M5，表3-10-6，高速軸許用功率,名義中心距，許用輸出扭矩，表3-10-3，高速軸伸尺寸，表3-10-4低速軸伸尺寸P型，自重G=3500Kg。型號：QJR-560-3CW2.8實際起升速度和實際所需功率的驗算 實際起升速度為： 并要求起升速度偏差應(yīng)小于15%. 實際所需等效功率為：滿足要求。2.9校核減速器輸出軸強度輸出軸最大扭矩：式中 電動機的額額定扭矩, i 傳動比,i=31.5 電動機至減速器被動軸的傳動效率, 電動機最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù),； 減速器低速軸上最大短暫準(zhǔn)許扭矩, 輸出軸最大徑向力驗算:式中 卷筒上鋼

20、絲繩最大拉力, =13KN 卷筒重量, =10KN(參閱資料) 低速軸端的最大容許徑向載荷, =75KN a鋼絲繩上的分支數(shù)，a=2 ，故所選減速器滿足要求。2.10制動器的選擇制動器裝在高速軸上,所需靜制動力矩：式中 制動安全系數(shù)，查起重運輸機械得。選擇塊式制動器，查起重機設(shè)計手冊表3-7-5：制動輪直徑 D=400mm制動塊退距 制動片襯片厚度 制動瓦塊寬度 摩擦副間設(shè)計正壓力式中 制動襯片允許比壓，查起重機設(shè)計手冊表3-7-6 包角，我國規(guī)定額定制動矩 式中 摩擦系數(shù)，查起重機設(shè)計手冊表3-7-6，根據(jù)以上計算的制動力矩，以及其他參數(shù)，查起重機設(shè)計手冊表3-7-15，選擇YW400-12

21、50(JB6406-92),額定制動轉(zhuǎn)矩T=1120Nm,整機質(zhì)量m=98Kg。制動輪直徑，最大制動力矩為裝配時調(diào)整到1120Nm。2.11聯(lián)軸器的選擇帶制動輪的聯(lián)軸器通常采用齒形聯(lián)軸器，高速軸的計算扭矩：式中 電動機的額定力矩； M 聯(lián)軸器的許用扭矩； 相應(yīng)于第類載荷的安全系數(shù), ； 剛性動載系數(shù)。由起重機設(shè)計手冊查得YZR180L-6表5-1-21電動機軸端為圓錐形，D=85mm。由起重機設(shè)計手冊查QJR-560-3CW減速器，高速軸端為圓錐形，d=100mm，l=210mm。查表3-12-6（JB/ZQ4218-86）選用CL3的齒輪聯(lián)軸器，最大允許扭矩，飛輪矩。浮動軸的軸端為圓柱形d=

22、70mm,l=120mm。查表3-12-8，選一個帶制動輪的齒輪聯(lián)軸器，直徑D=400mm，最大允許轉(zhuǎn)矩，飛輪矩。浮動軸端直徑d=70mm，l=120mm。2.12起動時間的驗算式中 平均起動力矩靜阻力矩 因此通常起升機構(gòu)起動時間為15s，故所選電動機合適。2.13制動時間的驗算式中 查起重機設(shè)計手冊當(dāng)v12m/min時，故合適。2.14高速浮動軸計算 1）疲勞計算軸受脈動扭轉(zhuǎn)載荷，其等效扭矩為：式中等效系數(shù)，由起重機課程設(shè)計表2-7查得；由上節(jié)選擇聯(lián)軸器中，已確定浮動軸的直徑d=70mm因此扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力由起重機課程設(shè)計（2-11）、（2-14）式得：軸的材料為45號鋼，；，?？紤]零

23、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)，對于零件表面有急劇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)，??；此處??；考慮材料對應(yīng)力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，對于碳鋼，低合金鋼；安全系數(shù)，查起重機課程設(shè)計表2-21得；因此：故，通過。2）靜強度計算軸的最大扭矩：式中 動力系數(shù)，由起重機課程設(shè)計表2-5查得。最大扭轉(zhuǎn)力矩：許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，式中 安全系數(shù)，由起重機課程設(shè)計表2-21查得。，故合適。結(jié) 論大學(xué)的畢業(yè)設(shè)計是我們學(xué)生生涯的最后一次考驗，對我們的專業(yè)知識起到很好的鞏固。不僅要求我們要對知識熟練掌握，還要具有創(chuàng)新能力。在原有設(shè)計的基礎(chǔ)上，進一步完善。我的課題是起重機的

24、起升機構(gòu)，剛開始對起重機還不是很了解，只是有些模糊的概念，而這次設(shè)計還是起重機的主副起升機構(gòu)，在通過查驗大量資料后，并對其總結(jié)歸納。通過一段時間的了解，對自己的要設(shè)計的機構(gòu)有了清晰的認(rèn)識。在做畢業(yè)設(shè)計的過程中，我碰到最大的困難就是總裝圖的繪制，圖紙的要求又高，所以自己一點都不敢馬虎。只有一步一步的的繪制，正好自己cad能夠熟練使用，在設(shè)計當(dāng)中，cad的作用非常大，不僅繪圖精確，還大大的提高了我的工作效率。在零件的選用問題上，要通過大量的計算，比如電動機，首先得計算起降功率，在和機構(gòu)JC%值的電動機功率比較，再初選電動機。這還沒有選完，還得對電動的發(fā)熱和過載驗算。只有通過這樣嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠嬎?，才能最終

25、確定電動機。剛開始的幸苦，并不算什么。當(dāng)看到自己最終設(shè)計出來的產(chǎn)品時，所有的當(dāng)初的苦惱立刻被拋到腦后。有的只是高興，還有持續(xù)前進的動力。在此向我的導(dǎo)師莊文瑋教授表示深深地感謝。有很多專業(yè)性的難題，老師會對我詳細(xì)的講解。當(dāng)我還有模糊時，老師還不耐其煩的向我解釋，直至我理解通透。畢業(yè)設(shè)計過程中，老師對我們要求嚴(yán)格，他時常告誡我們，作為機械專業(yè)的學(xué)生，必須要嚴(yán)格要求自己，做事嚴(yán)謹(jǐn)。遇到困難要敢于前進，不能退縮。謝謝老師對我的教誨，同時對老師的知識和人格欽佩。本設(shè)計經(jīng)過自己多次的修改，最終定稿。其中還有些不足，希望老師批評指正。參考文獻1楊長揆，傅東明. 起重機械（第二版）. 北京：機械工業(yè)出版社，19852倪慶興，王殿臣.起重輸送機械圖冊（上冊）.北京：機械工業(yè)出版社，1991.3西南交通大學(xué)等.起重機設(shè)計手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，20014周明衡. 減速器選用